JP3811531B2 - 一缶二水路風呂給湯器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風呂の追い焚き機能と浴槽への湯張り機能と給湯機能を備えた一缶二水路風呂給湯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７には出願人が開発している一缶二水路風呂給湯器のシステム構成が示されている。同図において、器具ケース１内には給湯熱交換器２と追い焚き熱交換器３とが一体化されて配設されている。すなわち、複数の共通のフィンプレート４に給湯側の管路を貫通装着して給湯熱交換器２と成し、同じくフィンプレート４に追い焚き側の管路を貫通装着して追い焚き熱交換器３と成している。
【０００３】
これら一体化された熱交換器の下方側には給湯熱交換器２と追い焚き熱交換器３を共通に加熱するバーナ５が配置されており、このバーナ５の燃焼の給排気を行う燃焼ファン６が下側に配置されている。バーナ５にはガス通路19が接続されており、このガス通路19には通路の開閉を行う電磁弁７，８とガスの供給量（バーナの燃焼熱量）を開弁量によって制御する比例弁10が介設されている。なお、前記比例弁10の開弁量制御は、具体的には、比例弁10に印加される電流（開弁駆動電流）の可変制御によって行われている。
【０００４】
前記給湯熱交換器２の入側には給水管11が接続されており、この給水管11には給水温度を検出する給水温度検出センサ12と、給水流量（湯張りの場合には湯張り流量）を検出する流量検出センサ13が設けられている。なお、給水管11の入口側は水道管に接続されている。
【０００５】
前記給湯熱交換器２の出側には給湯管14が接続されており、この給湯管14は外部配管を介して台所等の所望の給湯場所に導かれている。前記給湯熱交換器２の出側の流路には給湯温度を検出する給湯温度センサ15が設けられている。
【０００６】
前記追い焚き熱交換器３の入側には管路16の一端側が接続され、管路16の他端側は循環ポンプ17の吐出側に接続されている。そして、循環ポンプ17の吸込側と浴槽18は戻り管20によって接続されており、この戻り管20には浴槽18の循環湯水の温度を風呂温度として検出する風呂温度センサ21と循環水流を検出する流水センサ（流水スイッチ）９が設けられている。前記追い焚き熱交換器３の出側には往管22の一端側が接続され、往管22の他端側は浴槽18に接続されており、浴槽18から戻り管20を介して循環ポンプ17、管路16、追い焚き熱交換器３および往管22を介して浴槽18に至る通路は追い焚き循環通路23を構成している。
【０００７】
前記給湯熱交換器２の給湯管14は給湯通路として機能し、この給湯管14と追い焚き循環通路23（図７においては管路16）は湯張り通路24によって連通接続されており、この湯張り通路24には通路の開閉を行う電磁弁等により構成される注湯弁25が介設され、この注湯弁25の下流側の湯張り通路24には浴槽18の水位を水圧によって検出する水位センサ（圧力センサ）26が設けられている。
【０００８】
流水センサ９、前記流量検出センサ13、温度センサ12，15，21、水位センサ26等のセンサ検出信号は制御装置27に加えられており、この制御装置27にはリモコン28が接続されている。このリモコン28には給湯温度を設定する給湯温度設定手段や、風呂温度を設定する風呂温度設定手段や、湯張り運転を指令するボタンや、湯張りから追い焚きを経て保温に至る一連の動作を指令する自動ボタンや、必要な情報を表示する表示部等が設けられている。
【０００９】
前記制御装置27は各種センサ検出信号とリモコン28の情報を取り込み、内部に与えられているシーケンスプログラムに従い、給湯運転と、湯張り運転と、追い焚き運転と、保温運転を次のように制御する。
【００１０】
例えば、台所等に導かれた給湯通路の水栓30が開けられ、流量検出センサ13により作動流量が検出されると、燃焼ファン６の回転が行われ、電磁弁７，８の開動作が行われてバーナ５に燃料ガスが供給されると共に、図示されていない点着火手段によりバーナ５の燃焼が行われ、給湯温度センサ15で検出される給湯温度がリモコン28で設定される給湯設定温度に一致するように比例弁10への開弁駆動電流を制御し、給湯熱交換器２を通る水をバーナ５の火炎により加熱して設定温度の湯を作り出し、この湯を給湯管14を介して給湯場所へ給湯する。
【００１１】
そして、水栓30が閉められて、流量検出センサ13からオフ信号が出力されたときに、バーナ燃焼を停止し、給湯運転モードの動作を終了する。
【００１２】
また、リモコン28により湯張り運転モードが指令されると、注湯弁25が開けられる。そして、流量検出センサ13により作動流量が検出されると、給湯運転の場合と同様にバーナ５の燃焼が開始し、給湯熱交換器２で作り出された湯は給湯管14、湯張り通路24を通り、さらに分岐して管路16から追い焚き熱交換器３を経て往管22を通る通路と戻り管20を通る通路の両側から浴槽18に湯が落とし込まれる。そして、設定水位までの湯の水量が落とし込まれたとき、又は水位センサ26により設定水位が検出されたときに注湯電磁弁25が閉じられバーナ５の燃焼が停止して湯張り運転モードの動作が終了する。
【００１３】
追い焚き運転モードの動作においては、注湯弁25が閉じられている状態で、循環ポンプ17が回転駆動され、浴槽18内の湯水の循環が追い焚き循環通路23を介して行われ、風呂温度センサ21により浴槽の風呂温度が検出される。そして、風呂検出温度が風呂設定温度よりも低いときには、バーナ５の燃焼が行われ、追い焚き循環通路23を通して循環する浴槽湯水を追い焚き熱交換器３で加熱する。風呂温度センサ21により浴槽湯水の温度が風呂設定温度に達したことが検出されたときに、循環ポンプ17の停止とバーナ５の燃焼停止が行われて追い焚き運転モードの動作が終了する。
【００１４】
保温モードの動作では、追い焚き後、予め与えられる保温時間（例えば３時間）の間、所定のインターバル時間（例えば30分）毎にバーナ５を燃焼させないで循環ポンプ17を駆動して浴槽湯水を追い焚き循環通路を循環させて浴槽内湯温を風呂温度センサ21で検出し、その検出温度が風呂設定温度よりも予め与えられる許容範囲を越えて低下していたときには、バーナ５を燃焼させて追い焚きを行い、浴槽内湯温を風呂設定温度に維持し、保温モードの時間はいつでも浴槽18に入浴可能状態に浴槽湯温を保温する。
【００１５】
上記の如く、一缶二水路風呂給湯器は、共通のバーナ５を用いて一体化された給湯熱交換器２と追い焚き熱交換器３を加熱する方式なので、別体に設けられた給湯熱交換器と追い焚き熱交換器をそれぞれ別個のバーナを用いて燃焼加熱する方式に比べ、装置構成の簡易化が図れ、これに伴い、装置（器具）の小型化とコスト低減が図れることになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一缶二水路風呂給湯器においては、浴槽18への湯張りを行う場合、給湯熱交換器２で風呂設定温度の湯を作り出して浴槽18へ落とし込むと、湯張り通路24を通った湯の一部が管路16側から追い焚き熱交換器３を経由して浴槽18に落とし込まれるために、この追い焚き熱交換器３を通るときに再びバーナ５の燃焼火炎でもって再加熱されて浴槽18に落とし込まれる結果、浴槽内湯水の温度は風呂設定温度よりも高くなってしまい、浴槽の湯張り温度が目標温度からずれてしまうという問題が生じる。
【００１７】
このような浴槽湯張り温度のずれを解消するものとして、特開平６−１５９７９８号公報や、特開平６−２０１１８５号公報の装置が提案されている。これらの提案装置は、給湯熱交換器２から出た湯が追い焚き熱交換器３を通るときに再加熱される吸熱量を見込んだ分だけ給湯熱交換器２での燃焼熱量を低く設定し、その低く設定した熱量に対応する出湯温度が得られるようにバーナ５の燃焼熱量を制御して湯張りを行うものである。
【００１８】
しかしながら、追い焚き循環通路側での再加熱による吸熱量の大きさは、追い焚き熱交換器３を通る流量の違いや、給湯熱交換器２側から追い焚き循環通路23を介して浴槽18に至る配管管路の長さや、熱交換器の構造等の違いにより異なるため、風呂設定温度の湯を正確に張ることは困難であった。もちろん、追い焚き循環通路23側の再加熱による吸熱量に影響を与える流量、配管管路の長さ、熱交換器の構造等の違いにより吸熱量がどのように変化するかのデータを予め実験等により求めて記憶しておくことにより、湯張り温度の制御精度を高めることは可能であるが、そのようにすると、膨大な記憶データが必要となり、湯張りの制御構成が極めて複雑化し、器具のコストも高価になってしまうという新たな問題が生じる。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な制御構成のもとで、湯張り温度の制御精度を十分に高めることが可能な一缶二水路風呂給湯器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。すなわち、第１の発明は、給水通路から供給される水を加熱して給湯通路へ送出する給湯熱交換器と、浴槽湯水の追い焚き循環通路に組み込まれ循環湯水の追い焚きを行う追い焚き熱交換器とが一体化され、この一体化された給湯熱交換器と追い焚き熱交換器を加熱する共通のバーナを備え、前記給湯通路と追い焚き循環通路は注湯弁を介して湯張り通路によって連通接続され、給湯モードと湯張りモードの運転制御が可能な一缶二水路風呂給湯器において、フィードフォワード熱量とフィードバック熱量とのトータル熱量による給湯モードの単独定常運転時にフィードフォワード熱量のずれを学習補正するフィードフォワード熱量学習補正手段と、湯張りモードの単独運転時には前記給湯モードの単独定常運転時に学習補正されたフィードフォワード熱量のみの熱量制御によって湯張り単独運転を制御するフィードフォワード湯張り制御手段とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
また、第２の発明は、前記第１の発明の構成を備えたものにおいて、フィードフォワード熱量学習補正手段は、フィードバック熱量の変動許容範囲とフィードフォワード熱量の補正係数と補正係数の補正値とが与えられているデータ格納部と、前記フィードバック熱量が変動許容範囲をプラス側に越えたときには補正係数を補正値だけ増加する方向に更新補正しフィードバック熱量が変動許容範囲をマイナス側に越えたときには補正係数を補正値だけ減少する方向に更新補正する補正係数更新補正部と、給水温度を給湯設定温度に高めるのに要する熱量として演算設定されるフィードフォワード熱量に前記更新補正された補正係数を乗算してフィードフォワード熱量を補正するフィードフォワード熱量補正部とを有して構成されていることをもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
上記構成の発明において、給湯モードの単独定常運転においては、フィードフォワード熱量とフィードバック熱量とのトータル熱量によって熱量制御、つまり、バーナの燃焼熱量が制御されるが、この給湯モードの単独定常運転中に、フィードフォワード熱量のずれがフィードフォワード熱量学習補正手段によって学習補正される。このフィードフォワード熱量の学習補正は給湯モードの単独定常運転が行われる毎に行われ、フィードフォワード熱量はずれのない正しい値に収束していく。
【００２３】
湯張りモードの単独運転時には、給湯モードの前記単独定常運転によって学習補正されたフィードフォワード熱量のみの熱量制御によって湯張り単独運転がフィードフォワード湯張り制御手段により制御されることで、給水温度を湯張り設定温度に高めるのに要する正確なフィードフォワード熱量が給湯熱交換器での吸熱量と追い焚き熱交換器での再加熱の吸熱量とのトータル熱量として与えられる結果、浴槽に落とし込まれる湯の温度は正確な風呂設定温度の湯となり、風呂設定温度の湯を正確に張ることが可能となり、湯張り温度の制御精度を格段に高めることが可能となるものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。なお、本実施形態例における一缶二水路風呂給湯器のシステムは前記図７に示したものと同様であり、同一部分には同一符号を用い、その重複説明は省略する。本実施形態例において特徴的なことは、給湯モードの単独定常運転時にフィードフォワード熱量のずれを学習補正し、湯張りモードの単独運転時にはその学習補正された正しいフィードフォワード熱量を用いて湯張り単独運転を制御する構成としたことである。この特徴的な構成は制御装置27に設けられており、そのブロック構成が図１に示されている。
【００２５】
本実施形態例の制御構成部分は、フィードフォワード熱量設定手段31と、フィードバック熱量設定手段32とを有する他に、フィードフォワード熱量学習補正手段33と燃焼制御部34と運転モード判別部42とを有し、燃焼制御部34はフィードフォワード湯張り制御手段35と、給湯制御手段36と、制御モード切り替え部とを有して構成されていることを特徴とする。
【００２６】
前記フィードフォワード熱量設定手段31は、給水温度ＴW を設定温度ＴS に高めるのに要する理論熱量をフィードフォワード熱量ＰFFとして次の（１）式によって設定する。
【００２７】
ＰFF＝｛（ＴS −ＴW ）×Ｑ｝／η・・・・・（１）
【００２８】
なお、この（１）式でＱは給水流量（給湯流量）であり、ηは熱効率である。
【００２９】
フィードバック熱量設定手段32は給湯の設定温度ＴS に対する出湯温度ＴOUT の偏差を相殺して零に補正するフィードバック熱量ＰFBを設定する。
【００３０】
ところで、一般的には、給湯モードでの定常運転時にはフィードフォワード熱量設定手段31で設定されたフィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量設定手段32で設定されたフィードバック熱量ＰFBとを加算したトータル熱量ＰT （ＰT ＝ＰFF＋ＰFB）の熱量を発生するようにバーナ５の燃焼熱量を制御する。具体的には、燃焼熱量ＰT を発生するのに要するガス量をバーナ５に供給すべく比例弁10の開弁駆動電流を制御する。
【００３１】
このフィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量ＰFBを用いた燃焼制御においては、理想的には、フィードバック熱量ＰFBが零となり、フィードフォワード熱量ＰFFのみによって燃焼制御されることが望ましい。しかしながら、給湯流量Ｑを検出する流量検出センサ13や、給水温度ＴW を検出する給水温度検出センサ12に検出誤差があり、また熱効率ηも時間的に変動することから、フィードフォワード熱量ＰFFに誤差が生じ、フィードフォワード熱量ＰFFのみによっては設定温度の湯を出湯させることは困難となり、フィードバック熱量ＰFBが必要となる。しかし、フィードバック熱量ＰFBが大きくなると、そのフィードバック熱量ＰFBの変化に伴う出湯温度制御の時間遅れが生じ、出湯温度が不安定となり、出湯温度の制御精度が低下するという問題が生じる。
【００３２】
このような問題を解消するために、本実施形態例ではフィードフォワード熱量ＰFFの学習補正手段33を設けている。なお、給湯モードの運転に際しては、バーナ５の点着火時はフィードフォワード熱量ＰFFによって燃焼量を制御し、出湯湯温（給湯湯温）が給湯設定温度に近づいて出湯湯温が安定した以降の給湯定常運転時には、フィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量ＰFBとのトータル熱量ＰT によって給湯運転を制御する。
【００３３】
前記フィードフォワード熱量学習補正手段33は図２に示すように、フィードフォワード熱量補正部37と、補正係数更新補正部38と、データ格納部40とを有して構成されている。前記データ格納部40には、フィードバック熱量の変動許容範囲と、フィードフォワード熱量の補正係数Ｋの初期値と、補正係数Ｋの補正値αの値と、補正係数Ｋの上限値ＫMAX および下限値ＫMIN の値がそれぞれ格納されている。前記フィードバック熱量の変動許容範囲は、例えば、±ａ（ａは正の有理数）の値として与えられる。また、補正係数Ｋの初期値として例えば1.0 の値が格納される。
【００３４】
データ格納部40に格納される補正係数Ｋの補正値αの値は、例えば、図４に示すようなパターンのデータで与えられる。図４の（ａ）は、フィードフォワード熱量の大きさにかかわらず、補正値αを例えば、0.01〜0.02の範囲内の固定値（微小固定値）で与えるものである。図４の（ｂ）は補正値αをフィードフォワード熱量設定手段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFの大きさに比例した値で与えるものである。
【００３５】
フィードバック熱量ＰFBの大きさはフィードフォワード熱量ＰFFの大きさとほぼ比例した傾向となり、フィードフォワード熱量ＰFFが大きくなるにつれフィードバック熱量ＰFBも大きくなり、フィードフォワード熱量ＰFFに対するフィードバック熱量ＰFBの割合がほぼ一定の関係となる。つまり、フィードフォワード熱量ＰFFが大きくなるにつれ、フィードバック熱量ＰFBも大きくなるので、フィードフォワード熱量ＰFFが大きくなるに伴い、フィードフォワード熱量ＰFFの補正量を大きくすることで、フィードフォワード熱量ＰFFに対するフィードバック熱量ＰFBの割合を小さくできる。この点に着目し、図４の（ｂ）では、フィードフォワード熱量ＰFFの値に比例した補正値αを与えるものである。
【００３６】
図４の（ｃ）はフィードフォワード熱量設定段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFが小さい区間、つまり、フィードフォワード熱量ＰFFが補正可否基準値ＰFFL よりも小さい範囲では補正値αを零としフィードフォワード熱量ＰFFが補正可否基準値ＰFFL 以上の範囲で補正値αを破線で示すように一定の固定値で与えるか、あるいは実線で示すようにフィードフォワード熱量ＰFFに対して比例する値で与えるものである。フィードフォワード熱量ＰFFが小さい範囲では、フィードバック熱量ＰFBの大きさも小さくなり、フィードフォワード熱量ＰFFの補正量も極めて小さな値となり、フィードフォワード熱量ＰFFの補正量がフィードフォワード熱量ＰFFの演算の誤差範囲となる場合が想定され、このような微小のフィードフォワード熱量ＰFFの区間でフィードフォワード熱量ＰFFの補正を行うことは殆ど意味がなく、この点を考慮し、図４の（ｃ）では、フィードフォワード熱量ＰFFが補正可否基準値ＰFFL よりも小さい範囲では補正値零としてフィードフォワード熱量ＰFFの補正を行わないようにするものである。
【００３７】
補正係数更新補正部38は、フィードバック熱量設定手段32で設定されるフィードバック熱量ＰFBをモニタし、そのフィードバック熱量ＰFBがデータ格納部40に与えられているフィードバック熱量の変動許容範囲内にあるか否かを判断し、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲から外れたときには補正係数Ｋの更新補正動作を行う。すなわち、補正値αのデータが図４の（ａ）に示すようなパターンで与えられている場合には、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲を＋側に越えて外れたときには、データ格納部20に格納されている補正係数Ｋに補正値αを加算して、補正係数ＫをＫ＋αに更新補正する。また、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲を−側に越えて外れたときには、補正係数Ｋから補正値αを減算し、補正係数ＫをＫ−αの値に更新補正する。
【００３８】
また、補正係数Ｋが図４の（ｂ）や（ｃ）のパターンで与えられている場合には、フィードフォワード熱量設定手段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFの値を取り込み、このフィードフォワード熱量ＰFFに対応する補正値αを図４の（ｂ）や（ｃ）のグラフデータから読み取り、同様に補正係数Ｋを更新補正する。なお、補正係数の更新補正動作は、出湯温度が安定した状態、つまり、設定温度に対する出湯温度の偏差が予め与えられている許容範囲に入っているときに行われるが、その更新補正のタイミングは、予め与えられるインターバル期間（例えば30秒あるいは１分）毎に行うか、あるいは１回の燃焼運転につき１回行う。インターバル期間毎に更新補正動作を行う場合は、例えば、出湯温が設定温度に対して許容範囲に入ったときに第１回目の更新補正動作を行い、この１回目の更新補正動作時にタイマを駆動し、次のインターバル期間が経過するときに、２回目の更新補正動作を行うという如く、タイマがインターバル期間のタイプアップ信号を出力する毎に補正係数の更新補正動作を行えばよい。
【００３９】
図５は補正係数の更新補正動作をより具体的に示すものである。１の区間では、フィードバック熱量ＰFBは、±ａの変動許容範囲内に入っているので、補正係数Ｋの初期値1.0 は補正されない。２の区間では、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲の上限値＋ａを越えているので、補正係数Ｋは初期値の1.0 にデータ格納部40から得られる補正値αの0.01だけ加算した1.01に更新補正される。３、４の区間では、フィードバック熱量ＰFBは変動許容範囲内に入っているので補正係数Ｋの補正動作は行われない。５の区間では、フィードバック熱量ＰFBは変動許容範囲を−側に越えているので、補正係数Ｋ＝1.01は補正値の0.01が差し引かれてＫ＝1.00に更新補正される。また、６の区間においても、フィードバック熱量ＰFBは変動許容範囲を−側に越えているので、補正係数Ｋ＝1.00は補正値の0.01が差し引かれてＫ＝0.99に更新補正される。なお、補正係数Ｋの値として上限値ＫMAX と下限値ＫMIN が与えられており、更新補正された補正係数Ｋの値が上限値ＫMAX を越えるときには、その上限値ＫMAX の値が採用され、更新補正された補正係数Ｋが下限値ＫMIN を下側に越えたときには、その下限値ＫMIN が採用され、補正係数Ｋは上限値ＫMAX と下限値ＫMIN の範囲から外れないようにしてある。
【００４０】
フィードフォワード熱量補正部37は補正係数更新補正部38で更新補正された補正係数を用いてフィードフォワード熱量設定手段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFを補正する。この補正は、フィードフォワード熱量設定手段31で設定されたフィードフォワード熱量ＰFFに補正係数更新補正部38で更新補正された補正係数を乗算することにより行われる。このフィードフォワード熱量補正部37の補正動作は、前記補正係数更新補正部38により所定のインターバル期間毎に補正係数が求められる場合は、その補正係数が更新補正される毎にその更新補正された補正係数を用いて行われるが、補正係数更新補正部38により１回の燃焼運転で１回補正係数の更新補正が行われる場合には、その更新補正された補正係数を用いてのフィードフォワード熱量の補正は次回の燃焼運転で行われ、今回のフィードフォワード熱量補正は、前回の燃焼運転において更新補正された補正係数を用いてフィードフォワード熱量の補正が行われるようにしている。
【００４１】
運転モード判別部42は、給湯単独運転状態と、湯張り単独運転状態を区別判別する。例えば、注湯弁25に閉信号が出力されている状態でバーナ５の燃焼運転が行われる場合は給湯単独運転状態と判断し、注湯弁25に開信号が出力されている状態でバーナ５の燃焼運転が行われる場合は湯張りの単独運転状態と判別する。そして、この運転モードの判別信号は燃焼制御部34の制御モード切り替え部41へ加えられる。
【００４２】
制御モード切り替え部41は前記運転モード判別部42からの運転モード判別信号を受け、給湯の単独運転状態のときには給湯制御手段36を動作させて燃焼運転を行わせ、湯張りの単独運転動作状態の場合にはフィードフォワード湯張り制御手段35を動作させて湯張り単独運転の燃焼制御を行わせる。
【００４３】
給湯制御手段36はフィードバック熱量設定手段32で設定されるフィードバック熱量ＰFBと前記フィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFとのトータル熱量ＰT によって給湯の運転（給湯の定常運転）を制御する。より詳しく説明すれば、バーナの点着火時にはフィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFを発生すべく比例弁10の開弁駆動電流を供給してバーナ５の燃焼熱量を制御し、出湯温度（給湯温度）が給湯設定温度に近づいた以降の定常給湯運転時には、フィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量ＰFBとのトータル熱量ＰT の熱量を発生すべく比例弁10の開弁駆動電流を制御し給湯モードの定常運転の燃焼量制御を行う。
【００４４】
フィードフォワード湯張り制御手段35は前記フィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFのみの熱量でもって湯張り単独運転の燃焼制御を行う。すなわち、フィードフォワード熱量設定手段31で設定されたフィードフォワード熱量ＰFFに補正係数更新補正部38で更新補正された補正係数Ｋを乗算してフィードフォワード熱量を補正し、この補正されたフィードフォワード熱量ＰFFの熱量を発生すべく比例弁10への開弁駆動電流を制御しバーナ５の燃焼熱量を制御するのである。
【００４５】
本実施形態例は上記のように構成されており、次に、図３のフローチャートに基づきその動作を簡単に説明する。まず、燃焼運転に際し、ステップ101 で運転モードの判別判断が運転モード判別部42により行われる。その判別の結果、燃焼運転が給湯単独運転と判断されたとき（ステップ102 ）には、ステップ103 でフィードフォワード熱量の学習補正が行われ、センサの検出ずれや熱効率の変動等に起因するフィードフォワード熱量のずれが学習補正され、補正されたフィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量ＰFBのトータル熱量ＰT でもって給湯モードの定常運転が行われる。
【００４６】
一方、ステップ101 での運転モードの判別判断の結果、燃焼運転が湯張り単独運転と判断されたとき（ステップ105 ）には、ステップ106 で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFのみの熱量制御によって湯張りの単独運転を制御する。前記ステップ104 での給湯運転の終了時およびステップ107 での湯張り運転の終了時には、次の燃焼運転に備え、次の燃焼運転が行われるときにはステップ101 以降の動作を行う。
【００４７】
本実施形態例では、給湯モードの定常運転時には、補正係数を正しい値に更新補正して学習していき、この更新補正された補正係数を用いてフィードフォワード熱量を補正するので、センサの検出誤差や熱効率の変動等に起因するフィードフォワード熱量のずれが修正され、燃焼運転を繰り返し行っていくうちに、そのフィードフォワード熱量のずれがほぼ零になり、フィードフォワード熱量の設定精度を格段に高めることが可能となる。したがって、給湯の定常運転時には、フィードバック熱量ＰFBはほぼ零となる理想的な熱量制御となり、フィードバック熱量が極めて小さくなることで、フィードバック熱量の変動に伴う湯温制御の遅れの影響がなくなり、これにより、給湯湯温の安定化制御精度を十分に高めることが可能となる。
【００４８】
また、湯張りの単独運転時には、フィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFの熱量のみによって、つまり、フィードバック熱量ＰFBを除外して湯張りの単独運転を制御するので、給水温度を風呂設定温度に高めるのに要する理論熱量を正確に燃焼熱量として与えることができ、これにより、浴槽18には風呂設定温度の湯を正しく張ることができ、湯張り温度の制御精度を格段に高めることが可能となるものである。
【００４９】
例えば、風呂設定温度ＴS を42℃、給水温度ＴW を10℃、給水流量（給湯流量）Ｑを15リットル／分、給水温度検出センサ12の検出誤差ΔＴを0.5 ℃、流量検出センサ13の検出誤差ΔＱを1.8 リットル／分とし、計算を簡単にするために熱効率ηを1.0 としたとき、次の（２）式にこれらの値を代入して、実際に浴槽18に張られる風呂温度ＴK を求めると、
【００５０】
（ＴK −ＴW ）Ｑ＝（ＴS −ＴW ＋ΔＴ）（Ｑ＋ΔＱ）・・・・・（２）
【００５１】
ＴK ＝46.4℃となり、風呂設定温度の42℃に対し＋4.4 ℃の誤差が発生する。これに対し、この実施形態例の一缶二水路風呂給湯器においては、給湯運転時に補正係数Ｋが正しい値に更新補正され、湯張り運転時にはこの更新補正された補正係数Ｋを用いて給水温度検出センサ12や流量検出センサ13等の検出誤差の影響がなくなるようにフィードフォワード熱量の補正が行われてその補正されたフィードフォワード熱量のみの燃焼制御によって湯張りが行われるので、リモコン28で設定される風呂設定温度の湯が浴槽18に張られることとなり、上記具体例で示した＋4.4 ℃の湯張りの誤差を生じることなく風呂設定温度の湯を正確に浴槽18に張ることができるのである。
【００５２】
本実施形態例では、図６に示すように、給湯熱交換器２の上段の水管43と追い焚き熱交換器３の下段の水管44は接触させて、互いの水管43，44間の熱交換が自在となるように構成しており、湯張り単独運転時には、給湯熱交換器２側から湯張り通路24を通って管路16に入り込んだ湯のうち、追い焚き熱交換器３を通るときに、給湯側の水管43の熱が追い焚き側の水管44内の湯張りの湯水に吸熱され、その結果、給湯熱交換器２の出湯温度は低下することとなる。
【００５３】
この場合、一般的なフィードバック制御が行われると、出湯温度の低下分だけバーナ５の燃焼熱量を高める方向に制御が行われるので、バーナ５の燃焼熱量が過剰となり、浴槽18に熱い湯が張られてしまうという問題が生じることとなるが、この実施形態例では、補正されたフィードフォワード熱量のみによって湯張りの燃焼熱量を制御するので、たとえ、追い焚き熱交換器を通る湯張りの湯水に給湯熱交換器３側の熱が吸熱されて給湯熱交換器の出湯温度が低下しても、その低下分を補う熱量の追加制御は行われないので、給湯熱交換器２で吸熱される熱量と追い焚き熱交換器３を通るときの吸熱熱量とのトータル熱量が補正されたフィードフォワード熱量に等しくなり、これにより、給水温度は風呂設定温度に高められて浴槽18に落とし込まれることとなり、風呂設定温度の湯を正確に湯張りすることが可能となるのである。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、補正係数Ｋの補正値αを予めデータ格納部40に与えておき、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲をプラス側あるいはマイナス側に外れたときに、補正値αを増減して補正係数Ｋを更新補正するようにしたが、フィードフォワード熱量学習補正手段33の構成はそれ以外の他の公知の形態、例えば、特公平５−８３３０号公報や、特公平７−１１３６１号公報等に開示されている手段を用いてフィードフォワード熱量設定手段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFを補正するようにしてもよい。ただ、本実施形態例に示す如く、補正係数Ｋの補正値αを与えて補正係数Ｋを更新補正する構成とする場合には、補正値αを例えば0.01〜0.02という如く微小な範囲の値に設定できるので、補正係数Ｋの１回当たりの補正量が小さくでき、これに伴い、１回当たりのフィードフォワード熱量の補正量も小さくできるので、器具の排気側に逆風が当たる等の外乱が生じ、その外乱によってフィードフォワード熱量の更新補正が行われたとしても、その補正量は十分小さいので、外乱によって補正係数が実状の値から大きくずれてしまうという問題を解消できることとなり、本実施形態例のフィードフォワード熱量学習補正手段33とすることにより、好適な信頼性の高いフィードフォワード熱量の補正特性を得ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は給湯モードの定常運転時にフィードフォワード熱量のずれを学習補正するように構成したものであるから、その学習補正をしていくうちに、フィードフォワード熱量をずれのない正しい値で求めることが可能となり、その分、フィードバック熱量を小さくできるので、フィードバック熱量の変動に伴う湯温制御の時間遅れの影響を解消することができ、これにより、給湯湯温の安定化制御の精度を格段に高めることができるという効果が得られる。
【００５６】
また、湯張りの単独運転時には、前記給湯定常運転時に学習補正された正確なフィードフォワード熱量のみを用いて湯張りの燃焼熱量を制御するようにしたので、湯張り時の流量の違いや、熱交換器の構造の違いや、給湯熱交換器側から浴槽に至る配管管路の長さ等の影響によって浴槽に落とし込まれる湯の温度が大幅に変動してしまうという一缶二水路風呂給湯器特有の問題を効果的に解消することが可能となり、これにより、風呂設定温度の湯を正しく浴槽へ落とし込むことが可能となり、湯張り温度の制御精度を格段に高めることが可能である。
【００５７】
しかも、湯張り単独運転時には、学習補正されたフィードフォワード熱量のみの熱量によって湯張りの燃焼熱量を制御する簡単な構成なので、制御構成も極めて簡易となり、本発明の優れた性能を有する一缶二水路風呂給湯器を安価に提供できるという効果が得られる。
【００５８】
さらに、フィードフォワード熱量学習補正手段を、フィードバック熱量が変動許容範囲をプラス側あるいはマイナス側に越えたときに、補正係数を補正値だけ増減して更新補正し、給水温度を給湯設定温度に高めるのに要する熱量として演算設定されるフィードフォワード熱量に前記更新補正された補正係数を乗算してフィードフォワード熱量を補正する構成とした発明にあっては、補正係数の補正値を例えば0.01〜0.02の範囲内の小さい値に設定することにより、１回当たりのフィードフォワード熱量の補正量を小さくすることができ、これにより、外乱等の影響を受けてフィードフォワード熱量が実状から離れた異常な値に補正されてしまうという現象を防止でき、これにより、フィードフォワード熱量補正の信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１のフィードフォワード熱量学習補正手段の詳細ブロック構成を示す説明図である。
【図３】実施形態例の動作を示すフローチャートである。
【図４】フィードフォワード熱量の学習補正を行うために与えられる補正係数の補正値αの各種パターンデータの説明図である。
【図５】本実施形態例における補正係数の補正動作を示す説明図である。
【図６】本実施形態例における器具の給湯熱交換器の上段の水管と追い焚き熱交換器の下段の水管との接触配置構造を示す説明図である。
【図７】一管二水路風呂給湯器のシステム構成説明図である。
【符号の説明】
31 フィードフォワード熱量設定手段
32 フィードバック熱量設定手段
33 フィードフォワード熱量学習補正手段
35 フィードフォワード湯張り制御手段
37 フィードフォワード熱量補正部
38 補正係数更新補正部
40 データ格納部
41 制御モード切り替え部
42 運転モード判別部
【発明の属する技術分野】
本発明は、風呂の追い焚き機能と浴槽への湯張り機能と給湯機能を備えた一缶二水路風呂給湯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７には出願人が開発している一缶二水路風呂給湯器のシステム構成が示されている。同図において、器具ケース１内には給湯熱交換器２と追い焚き熱交換器３とが一体化されて配設されている。すなわち、複数の共通のフィンプレート４に給湯側の管路を貫通装着して給湯熱交換器２と成し、同じくフィンプレート４に追い焚き側の管路を貫通装着して追い焚き熱交換器３と成している。
【０００３】
これら一体化された熱交換器の下方側には給湯熱交換器２と追い焚き熱交換器３を共通に加熱するバーナ５が配置されており、このバーナ５の燃焼の給排気を行う燃焼ファン６が下側に配置されている。バーナ５にはガス通路19が接続されており、このガス通路19には通路の開閉を行う電磁弁７，８とガスの供給量（バーナの燃焼熱量）を開弁量によって制御する比例弁10が介設されている。なお、前記比例弁10の開弁量制御は、具体的には、比例弁10に印加される電流（開弁駆動電流）の可変制御によって行われている。
【０００４】
前記給湯熱交換器２の入側には給水管11が接続されており、この給水管11には給水温度を検出する給水温度検出センサ12と、給水流量（湯張りの場合には湯張り流量）を検出する流量検出センサ13が設けられている。なお、給水管11の入口側は水道管に接続されている。
【０００５】
前記給湯熱交換器２の出側には給湯管14が接続されており、この給湯管14は外部配管を介して台所等の所望の給湯場所に導かれている。前記給湯熱交換器２の出側の流路には給湯温度を検出する給湯温度センサ15が設けられている。
【０００６】
前記追い焚き熱交換器３の入側には管路16の一端側が接続され、管路16の他端側は循環ポンプ17の吐出側に接続されている。そして、循環ポンプ17の吸込側と浴槽18は戻り管20によって接続されており、この戻り管20には浴槽18の循環湯水の温度を風呂温度として検出する風呂温度センサ21と循環水流を検出する流水センサ（流水スイッチ）９が設けられている。前記追い焚き熱交換器３の出側には往管22の一端側が接続され、往管22の他端側は浴槽18に接続されており、浴槽18から戻り管20を介して循環ポンプ17、管路16、追い焚き熱交換器３および往管22を介して浴槽18に至る通路は追い焚き循環通路23を構成している。
【０００７】
前記給湯熱交換器２の給湯管14は給湯通路として機能し、この給湯管14と追い焚き循環通路23（図７においては管路16）は湯張り通路24によって連通接続されており、この湯張り通路24には通路の開閉を行う電磁弁等により構成される注湯弁25が介設され、この注湯弁25の下流側の湯張り通路24には浴槽18の水位を水圧によって検出する水位センサ（圧力センサ）26が設けられている。
【０００８】
流水センサ９、前記流量検出センサ13、温度センサ12，15，21、水位センサ26等のセンサ検出信号は制御装置27に加えられており、この制御装置27にはリモコン28が接続されている。このリモコン28には給湯温度を設定する給湯温度設定手段や、風呂温度を設定する風呂温度設定手段や、湯張り運転を指令するボタンや、湯張りから追い焚きを経て保温に至る一連の動作を指令する自動ボタンや、必要な情報を表示する表示部等が設けられている。
【０００９】
前記制御装置27は各種センサ検出信号とリモコン28の情報を取り込み、内部に与えられているシーケンスプログラムに従い、給湯運転と、湯張り運転と、追い焚き運転と、保温運転を次のように制御する。
【００１０】
例えば、台所等に導かれた給湯通路の水栓30が開けられ、流量検出センサ13により作動流量が検出されると、燃焼ファン６の回転が行われ、電磁弁７，８の開動作が行われてバーナ５に燃料ガスが供給されると共に、図示されていない点着火手段によりバーナ５の燃焼が行われ、給湯温度センサ15で検出される給湯温度がリモコン28で設定される給湯設定温度に一致するように比例弁10への開弁駆動電流を制御し、給湯熱交換器２を通る水をバーナ５の火炎により加熱して設定温度の湯を作り出し、この湯を給湯管14を介して給湯場所へ給湯する。
【００１１】
そして、水栓30が閉められて、流量検出センサ13からオフ信号が出力されたときに、バーナ燃焼を停止し、給湯運転モードの動作を終了する。
【００１２】
また、リモコン28により湯張り運転モードが指令されると、注湯弁25が開けられる。そして、流量検出センサ13により作動流量が検出されると、給湯運転の場合と同様にバーナ５の燃焼が開始し、給湯熱交換器２で作り出された湯は給湯管14、湯張り通路24を通り、さらに分岐して管路16から追い焚き熱交換器３を経て往管22を通る通路と戻り管20を通る通路の両側から浴槽18に湯が落とし込まれる。そして、設定水位までの湯の水量が落とし込まれたとき、又は水位センサ26により設定水位が検出されたときに注湯電磁弁25が閉じられバーナ５の燃焼が停止して湯張り運転モードの動作が終了する。
【００１３】
追い焚き運転モードの動作においては、注湯弁25が閉じられている状態で、循環ポンプ17が回転駆動され、浴槽18内の湯水の循環が追い焚き循環通路23を介して行われ、風呂温度センサ21により浴槽の風呂温度が検出される。そして、風呂検出温度が風呂設定温度よりも低いときには、バーナ５の燃焼が行われ、追い焚き循環通路23を通して循環する浴槽湯水を追い焚き熱交換器３で加熱する。風呂温度センサ21により浴槽湯水の温度が風呂設定温度に達したことが検出されたときに、循環ポンプ17の停止とバーナ５の燃焼停止が行われて追い焚き運転モードの動作が終了する。
【００１４】
保温モードの動作では、追い焚き後、予め与えられる保温時間（例えば３時間）の間、所定のインターバル時間（例えば30分）毎にバーナ５を燃焼させないで循環ポンプ17を駆動して浴槽湯水を追い焚き循環通路を循環させて浴槽内湯温を風呂温度センサ21で検出し、その検出温度が風呂設定温度よりも予め与えられる許容範囲を越えて低下していたときには、バーナ５を燃焼させて追い焚きを行い、浴槽内湯温を風呂設定温度に維持し、保温モードの時間はいつでも浴槽18に入浴可能状態に浴槽湯温を保温する。
【００１５】
上記の如く、一缶二水路風呂給湯器は、共通のバーナ５を用いて一体化された給湯熱交換器２と追い焚き熱交換器３を加熱する方式なので、別体に設けられた給湯熱交換器と追い焚き熱交換器をそれぞれ別個のバーナを用いて燃焼加熱する方式に比べ、装置構成の簡易化が図れ、これに伴い、装置（器具）の小型化とコスト低減が図れることになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一缶二水路風呂給湯器においては、浴槽18への湯張りを行う場合、給湯熱交換器２で風呂設定温度の湯を作り出して浴槽18へ落とし込むと、湯張り通路24を通った湯の一部が管路16側から追い焚き熱交換器３を経由して浴槽18に落とし込まれるために、この追い焚き熱交換器３を通るときに再びバーナ５の燃焼火炎でもって再加熱されて浴槽18に落とし込まれる結果、浴槽内湯水の温度は風呂設定温度よりも高くなってしまい、浴槽の湯張り温度が目標温度からずれてしまうという問題が生じる。
【００１７】
このような浴槽湯張り温度のずれを解消するものとして、特開平６−１５９７９８号公報や、特開平６−２０１１８５号公報の装置が提案されている。これらの提案装置は、給湯熱交換器２から出た湯が追い焚き熱交換器３を通るときに再加熱される吸熱量を見込んだ分だけ給湯熱交換器２での燃焼熱量を低く設定し、その低く設定した熱量に対応する出湯温度が得られるようにバーナ５の燃焼熱量を制御して湯張りを行うものである。
【００１８】
しかしながら、追い焚き循環通路側での再加熱による吸熱量の大きさは、追い焚き熱交換器３を通る流量の違いや、給湯熱交換器２側から追い焚き循環通路23を介して浴槽18に至る配管管路の長さや、熱交換器の構造等の違いにより異なるため、風呂設定温度の湯を正確に張ることは困難であった。もちろん、追い焚き循環通路23側の再加熱による吸熱量に影響を与える流量、配管管路の長さ、熱交換器の構造等の違いにより吸熱量がどのように変化するかのデータを予め実験等により求めて記憶しておくことにより、湯張り温度の制御精度を高めることは可能であるが、そのようにすると、膨大な記憶データが必要となり、湯張りの制御構成が極めて複雑化し、器具のコストも高価になってしまうという新たな問題が生じる。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な制御構成のもとで、湯張り温度の制御精度を十分に高めることが可能な一缶二水路風呂給湯器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。すなわち、第１の発明は、給水通路から供給される水を加熱して給湯通路へ送出する給湯熱交換器と、浴槽湯水の追い焚き循環通路に組み込まれ循環湯水の追い焚きを行う追い焚き熱交換器とが一体化され、この一体化された給湯熱交換器と追い焚き熱交換器を加熱する共通のバーナを備え、前記給湯通路と追い焚き循環通路は注湯弁を介して湯張り通路によって連通接続され、給湯モードと湯張りモードの運転制御が可能な一缶二水路風呂給湯器において、フィードフォワード熱量とフィードバック熱量とのトータル熱量による給湯モードの単独定常運転時にフィードフォワード熱量のずれを学習補正するフィードフォワード熱量学習補正手段と、湯張りモードの単独運転時には前記給湯モードの単独定常運転時に学習補正されたフィードフォワード熱量のみの熱量制御によって湯張り単独運転を制御するフィードフォワード湯張り制御手段とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
また、第２の発明は、前記第１の発明の構成を備えたものにおいて、フィードフォワード熱量学習補正手段は、フィードバック熱量の変動許容範囲とフィードフォワード熱量の補正係数と補正係数の補正値とが与えられているデータ格納部と、前記フィードバック熱量が変動許容範囲をプラス側に越えたときには補正係数を補正値だけ増加する方向に更新補正しフィードバック熱量が変動許容範囲をマイナス側に越えたときには補正係数を補正値だけ減少する方向に更新補正する補正係数更新補正部と、給水温度を給湯設定温度に高めるのに要する熱量として演算設定されるフィードフォワード熱量に前記更新補正された補正係数を乗算してフィードフォワード熱量を補正するフィードフォワード熱量補正部とを有して構成されていることをもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
上記構成の発明において、給湯モードの単独定常運転においては、フィードフォワード熱量とフィードバック熱量とのトータル熱量によって熱量制御、つまり、バーナの燃焼熱量が制御されるが、この給湯モードの単独定常運転中に、フィードフォワード熱量のずれがフィードフォワード熱量学習補正手段によって学習補正される。このフィードフォワード熱量の学習補正は給湯モードの単独定常運転が行われる毎に行われ、フィードフォワード熱量はずれのない正しい値に収束していく。
【００２３】
湯張りモードの単独運転時には、給湯モードの前記単独定常運転によって学習補正されたフィードフォワード熱量のみの熱量制御によって湯張り単独運転がフィードフォワード湯張り制御手段により制御されることで、給水温度を湯張り設定温度に高めるのに要する正確なフィードフォワード熱量が給湯熱交換器での吸熱量と追い焚き熱交換器での再加熱の吸熱量とのトータル熱量として与えられる結果、浴槽に落とし込まれる湯の温度は正確な風呂設定温度の湯となり、風呂設定温度の湯を正確に張ることが可能となり、湯張り温度の制御精度を格段に高めることが可能となるものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。なお、本実施形態例における一缶二水路風呂給湯器のシステムは前記図７に示したものと同様であり、同一部分には同一符号を用い、その重複説明は省略する。本実施形態例において特徴的なことは、給湯モードの単独定常運転時にフィードフォワード熱量のずれを学習補正し、湯張りモードの単独運転時にはその学習補正された正しいフィードフォワード熱量を用いて湯張り単独運転を制御する構成としたことである。この特徴的な構成は制御装置27に設けられており、そのブロック構成が図１に示されている。
【００２５】
本実施形態例の制御構成部分は、フィードフォワード熱量設定手段31と、フィードバック熱量設定手段32とを有する他に、フィードフォワード熱量学習補正手段33と燃焼制御部34と運転モード判別部42とを有し、燃焼制御部34はフィードフォワード湯張り制御手段35と、給湯制御手段36と、制御モード切り替え部とを有して構成されていることを特徴とする。
【００２６】
前記フィードフォワード熱量設定手段31は、給水温度ＴW を設定温度ＴS に高めるのに要する理論熱量をフィードフォワード熱量ＰFFとして次の（１）式によって設定する。
【００２７】
ＰFF＝｛（ＴS −ＴW ）×Ｑ｝／η・・・・・（１）
【００２８】
なお、この（１）式でＱは給水流量（給湯流量）であり、ηは熱効率である。
【００２９】
フィードバック熱量設定手段32は給湯の設定温度ＴS に対する出湯温度ＴOUT の偏差を相殺して零に補正するフィードバック熱量ＰFBを設定する。
【００３０】
ところで、一般的には、給湯モードでの定常運転時にはフィードフォワード熱量設定手段31で設定されたフィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量設定手段32で設定されたフィードバック熱量ＰFBとを加算したトータル熱量ＰT （ＰT ＝ＰFF＋ＰFB）の熱量を発生するようにバーナ５の燃焼熱量を制御する。具体的には、燃焼熱量ＰT を発生するのに要するガス量をバーナ５に供給すべく比例弁10の開弁駆動電流を制御する。
【００３１】
このフィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量ＰFBを用いた燃焼制御においては、理想的には、フィードバック熱量ＰFBが零となり、フィードフォワード熱量ＰFFのみによって燃焼制御されることが望ましい。しかしながら、給湯流量Ｑを検出する流量検出センサ13や、給水温度ＴW を検出する給水温度検出センサ12に検出誤差があり、また熱効率ηも時間的に変動することから、フィードフォワード熱量ＰFFに誤差が生じ、フィードフォワード熱量ＰFFのみによっては設定温度の湯を出湯させることは困難となり、フィードバック熱量ＰFBが必要となる。しかし、フィードバック熱量ＰFBが大きくなると、そのフィードバック熱量ＰFBの変化に伴う出湯温度制御の時間遅れが生じ、出湯温度が不安定となり、出湯温度の制御精度が低下するという問題が生じる。
【００３２】
このような問題を解消するために、本実施形態例ではフィードフォワード熱量ＰFFの学習補正手段33を設けている。なお、給湯モードの運転に際しては、バーナ５の点着火時はフィードフォワード熱量ＰFFによって燃焼量を制御し、出湯湯温（給湯湯温）が給湯設定温度に近づいて出湯湯温が安定した以降の給湯定常運転時には、フィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量ＰFBとのトータル熱量ＰT によって給湯運転を制御する。
【００３３】
前記フィードフォワード熱量学習補正手段33は図２に示すように、フィードフォワード熱量補正部37と、補正係数更新補正部38と、データ格納部40とを有して構成されている。前記データ格納部40には、フィードバック熱量の変動許容範囲と、フィードフォワード熱量の補正係数Ｋの初期値と、補正係数Ｋの補正値αの値と、補正係数Ｋの上限値ＫMAX および下限値ＫMIN の値がそれぞれ格納されている。前記フィードバック熱量の変動許容範囲は、例えば、±ａ（ａは正の有理数）の値として与えられる。また、補正係数Ｋの初期値として例えば1.0 の値が格納される。
【００３４】
データ格納部40に格納される補正係数Ｋの補正値αの値は、例えば、図４に示すようなパターンのデータで与えられる。図４の（ａ）は、フィードフォワード熱量の大きさにかかわらず、補正値αを例えば、0.01〜0.02の範囲内の固定値（微小固定値）で与えるものである。図４の（ｂ）は補正値αをフィードフォワード熱量設定手段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFの大きさに比例した値で与えるものである。
【００３５】
フィードバック熱量ＰFBの大きさはフィードフォワード熱量ＰFFの大きさとほぼ比例した傾向となり、フィードフォワード熱量ＰFFが大きくなるにつれフィードバック熱量ＰFBも大きくなり、フィードフォワード熱量ＰFFに対するフィードバック熱量ＰFBの割合がほぼ一定の関係となる。つまり、フィードフォワード熱量ＰFFが大きくなるにつれ、フィードバック熱量ＰFBも大きくなるので、フィードフォワード熱量ＰFFが大きくなるに伴い、フィードフォワード熱量ＰFFの補正量を大きくすることで、フィードフォワード熱量ＰFFに対するフィードバック熱量ＰFBの割合を小さくできる。この点に着目し、図４の（ｂ）では、フィードフォワード熱量ＰFFの値に比例した補正値αを与えるものである。
【００３６】
図４の（ｃ）はフィードフォワード熱量設定段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFが小さい区間、つまり、フィードフォワード熱量ＰFFが補正可否基準値ＰFFL よりも小さい範囲では補正値αを零としフィードフォワード熱量ＰFFが補正可否基準値ＰFFL 以上の範囲で補正値αを破線で示すように一定の固定値で与えるか、あるいは実線で示すようにフィードフォワード熱量ＰFFに対して比例する値で与えるものである。フィードフォワード熱量ＰFFが小さい範囲では、フィードバック熱量ＰFBの大きさも小さくなり、フィードフォワード熱量ＰFFの補正量も極めて小さな値となり、フィードフォワード熱量ＰFFの補正量がフィードフォワード熱量ＰFFの演算の誤差範囲となる場合が想定され、このような微小のフィードフォワード熱量ＰFFの区間でフィードフォワード熱量ＰFFの補正を行うことは殆ど意味がなく、この点を考慮し、図４の（ｃ）では、フィードフォワード熱量ＰFFが補正可否基準値ＰFFL よりも小さい範囲では補正値零としてフィードフォワード熱量ＰFFの補正を行わないようにするものである。
【００３７】
補正係数更新補正部38は、フィードバック熱量設定手段32で設定されるフィードバック熱量ＰFBをモニタし、そのフィードバック熱量ＰFBがデータ格納部40に与えられているフィードバック熱量の変動許容範囲内にあるか否かを判断し、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲から外れたときには補正係数Ｋの更新補正動作を行う。すなわち、補正値αのデータが図４の（ａ）に示すようなパターンで与えられている場合には、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲を＋側に越えて外れたときには、データ格納部20に格納されている補正係数Ｋに補正値αを加算して、補正係数ＫをＫ＋αに更新補正する。また、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲を−側に越えて外れたときには、補正係数Ｋから補正値αを減算し、補正係数ＫをＫ−αの値に更新補正する。
【００３８】
また、補正係数Ｋが図４の（ｂ）や（ｃ）のパターンで与えられている場合には、フィードフォワード熱量設定手段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFの値を取り込み、このフィードフォワード熱量ＰFFに対応する補正値αを図４の（ｂ）や（ｃ）のグラフデータから読み取り、同様に補正係数Ｋを更新補正する。なお、補正係数の更新補正動作は、出湯温度が安定した状態、つまり、設定温度に対する出湯温度の偏差が予め与えられている許容範囲に入っているときに行われるが、その更新補正のタイミングは、予め与えられるインターバル期間（例えば30秒あるいは１分）毎に行うか、あるいは１回の燃焼運転につき１回行う。インターバル期間毎に更新補正動作を行う場合は、例えば、出湯温が設定温度に対して許容範囲に入ったときに第１回目の更新補正動作を行い、この１回目の更新補正動作時にタイマを駆動し、次のインターバル期間が経過するときに、２回目の更新補正動作を行うという如く、タイマがインターバル期間のタイプアップ信号を出力する毎に補正係数の更新補正動作を行えばよい。
【００３９】
図５は補正係数の更新補正動作をより具体的に示すものである。１の区間では、フィードバック熱量ＰFBは、±ａの変動許容範囲内に入っているので、補正係数Ｋの初期値1.0 は補正されない。２の区間では、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲の上限値＋ａを越えているので、補正係数Ｋは初期値の1.0 にデータ格納部40から得られる補正値αの0.01だけ加算した1.01に更新補正される。３、４の区間では、フィードバック熱量ＰFBは変動許容範囲内に入っているので補正係数Ｋの補正動作は行われない。５の区間では、フィードバック熱量ＰFBは変動許容範囲を−側に越えているので、補正係数Ｋ＝1.01は補正値の0.01が差し引かれてＫ＝1.00に更新補正される。また、６の区間においても、フィードバック熱量ＰFBは変動許容範囲を−側に越えているので、補正係数Ｋ＝1.00は補正値の0.01が差し引かれてＫ＝0.99に更新補正される。なお、補正係数Ｋの値として上限値ＫMAX と下限値ＫMIN が与えられており、更新補正された補正係数Ｋの値が上限値ＫMAX を越えるときには、その上限値ＫMAX の値が採用され、更新補正された補正係数Ｋが下限値ＫMIN を下側に越えたときには、その下限値ＫMIN が採用され、補正係数Ｋは上限値ＫMAX と下限値ＫMIN の範囲から外れないようにしてある。
【００４０】
フィードフォワード熱量補正部37は補正係数更新補正部38で更新補正された補正係数を用いてフィードフォワード熱量設定手段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFを補正する。この補正は、フィードフォワード熱量設定手段31で設定されたフィードフォワード熱量ＰFFに補正係数更新補正部38で更新補正された補正係数を乗算することにより行われる。このフィードフォワード熱量補正部37の補正動作は、前記補正係数更新補正部38により所定のインターバル期間毎に補正係数が求められる場合は、その補正係数が更新補正される毎にその更新補正された補正係数を用いて行われるが、補正係数更新補正部38により１回の燃焼運転で１回補正係数の更新補正が行われる場合には、その更新補正された補正係数を用いてのフィードフォワード熱量の補正は次回の燃焼運転で行われ、今回のフィードフォワード熱量補正は、前回の燃焼運転において更新補正された補正係数を用いてフィードフォワード熱量の補正が行われるようにしている。
【００４１】
運転モード判別部42は、給湯単独運転状態と、湯張り単独運転状態を区別判別する。例えば、注湯弁25に閉信号が出力されている状態でバーナ５の燃焼運転が行われる場合は給湯単独運転状態と判断し、注湯弁25に開信号が出力されている状態でバーナ５の燃焼運転が行われる場合は湯張りの単独運転状態と判別する。そして、この運転モードの判別信号は燃焼制御部34の制御モード切り替え部41へ加えられる。
【００４２】
制御モード切り替え部41は前記運転モード判別部42からの運転モード判別信号を受け、給湯の単独運転状態のときには給湯制御手段36を動作させて燃焼運転を行わせ、湯張りの単独運転動作状態の場合にはフィードフォワード湯張り制御手段35を動作させて湯張り単独運転の燃焼制御を行わせる。
【００４３】
給湯制御手段36はフィードバック熱量設定手段32で設定されるフィードバック熱量ＰFBと前記フィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFとのトータル熱量ＰT によって給湯の運転（給湯の定常運転）を制御する。より詳しく説明すれば、バーナの点着火時にはフィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFを発生すべく比例弁10の開弁駆動電流を供給してバーナ５の燃焼熱量を制御し、出湯温度（給湯温度）が給湯設定温度に近づいた以降の定常給湯運転時には、フィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量ＰFBとのトータル熱量ＰT の熱量を発生すべく比例弁10の開弁駆動電流を制御し給湯モードの定常運転の燃焼量制御を行う。
【００４４】
フィードフォワード湯張り制御手段35は前記フィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFのみの熱量でもって湯張り単独運転の燃焼制御を行う。すなわち、フィードフォワード熱量設定手段31で設定されたフィードフォワード熱量ＰFFに補正係数更新補正部38で更新補正された補正係数Ｋを乗算してフィードフォワード熱量を補正し、この補正されたフィードフォワード熱量ＰFFの熱量を発生すべく比例弁10への開弁駆動電流を制御しバーナ５の燃焼熱量を制御するのである。
【００４５】
本実施形態例は上記のように構成されており、次に、図３のフローチャートに基づきその動作を簡単に説明する。まず、燃焼運転に際し、ステップ101 で運転モードの判別判断が運転モード判別部42により行われる。その判別の結果、燃焼運転が給湯単独運転と判断されたとき（ステップ102 ）には、ステップ103 でフィードフォワード熱量の学習補正が行われ、センサの検出ずれや熱効率の変動等に起因するフィードフォワード熱量のずれが学習補正され、補正されたフィードフォワード熱量ＰFFとフィードバック熱量ＰFBのトータル熱量ＰT でもって給湯モードの定常運転が行われる。
【００４６】
一方、ステップ101 での運転モードの判別判断の結果、燃焼運転が湯張り単独運転と判断されたとき（ステップ105 ）には、ステップ106 で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFのみの熱量制御によって湯張りの単独運転を制御する。前記ステップ104 での給湯運転の終了時およびステップ107 での湯張り運転の終了時には、次の燃焼運転に備え、次の燃焼運転が行われるときにはステップ101 以降の動作を行う。
【００４７】
本実施形態例では、給湯モードの定常運転時には、補正係数を正しい値に更新補正して学習していき、この更新補正された補正係数を用いてフィードフォワード熱量を補正するので、センサの検出誤差や熱効率の変動等に起因するフィードフォワード熱量のずれが修正され、燃焼運転を繰り返し行っていくうちに、そのフィードフォワード熱量のずれがほぼ零になり、フィードフォワード熱量の設定精度を格段に高めることが可能となる。したがって、給湯の定常運転時には、フィードバック熱量ＰFBはほぼ零となる理想的な熱量制御となり、フィードバック熱量が極めて小さくなることで、フィードバック熱量の変動に伴う湯温制御の遅れの影響がなくなり、これにより、給湯湯温の安定化制御精度を十分に高めることが可能となる。
【００４８】
また、湯張りの単独運転時には、フィードフォワード熱量補正部37で補正されたフィードフォワード熱量ＰFFの熱量のみによって、つまり、フィードバック熱量ＰFBを除外して湯張りの単独運転を制御するので、給水温度を風呂設定温度に高めるのに要する理論熱量を正確に燃焼熱量として与えることができ、これにより、浴槽18には風呂設定温度の湯を正しく張ることができ、湯張り温度の制御精度を格段に高めることが可能となるものである。
【００４９】
例えば、風呂設定温度ＴS を42℃、給水温度ＴW を10℃、給水流量（給湯流量）Ｑを15リットル／分、給水温度検出センサ12の検出誤差ΔＴを0.5 ℃、流量検出センサ13の検出誤差ΔＱを1.8 リットル／分とし、計算を簡単にするために熱効率ηを1.0 としたとき、次の（２）式にこれらの値を代入して、実際に浴槽18に張られる風呂温度ＴK を求めると、
【００５０】
（ＴK −ＴW ）Ｑ＝（ＴS −ＴW ＋ΔＴ）（Ｑ＋ΔＱ）・・・・・（２）
【００５１】
ＴK ＝46.4℃となり、風呂設定温度の42℃に対し＋4.4 ℃の誤差が発生する。これに対し、この実施形態例の一缶二水路風呂給湯器においては、給湯運転時に補正係数Ｋが正しい値に更新補正され、湯張り運転時にはこの更新補正された補正係数Ｋを用いて給水温度検出センサ12や流量検出センサ13等の検出誤差の影響がなくなるようにフィードフォワード熱量の補正が行われてその補正されたフィードフォワード熱量のみの燃焼制御によって湯張りが行われるので、リモコン28で設定される風呂設定温度の湯が浴槽18に張られることとなり、上記具体例で示した＋4.4 ℃の湯張りの誤差を生じることなく風呂設定温度の湯を正確に浴槽18に張ることができるのである。
【００５２】
本実施形態例では、図６に示すように、給湯熱交換器２の上段の水管43と追い焚き熱交換器３の下段の水管44は接触させて、互いの水管43，44間の熱交換が自在となるように構成しており、湯張り単独運転時には、給湯熱交換器２側から湯張り通路24を通って管路16に入り込んだ湯のうち、追い焚き熱交換器３を通るときに、給湯側の水管43の熱が追い焚き側の水管44内の湯張りの湯水に吸熱され、その結果、給湯熱交換器２の出湯温度は低下することとなる。
【００５３】
この場合、一般的なフィードバック制御が行われると、出湯温度の低下分だけバーナ５の燃焼熱量を高める方向に制御が行われるので、バーナ５の燃焼熱量が過剰となり、浴槽18に熱い湯が張られてしまうという問題が生じることとなるが、この実施形態例では、補正されたフィードフォワード熱量のみによって湯張りの燃焼熱量を制御するので、たとえ、追い焚き熱交換器を通る湯張りの湯水に給湯熱交換器３側の熱が吸熱されて給湯熱交換器の出湯温度が低下しても、その低下分を補う熱量の追加制御は行われないので、給湯熱交換器２で吸熱される熱量と追い焚き熱交換器３を通るときの吸熱熱量とのトータル熱量が補正されたフィードフォワード熱量に等しくなり、これにより、給水温度は風呂設定温度に高められて浴槽18に落とし込まれることとなり、風呂設定温度の湯を正確に湯張りすることが可能となるのである。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、補正係数Ｋの補正値αを予めデータ格納部40に与えておき、フィードバック熱量ＰFBが変動許容範囲をプラス側あるいはマイナス側に外れたときに、補正値αを増減して補正係数Ｋを更新補正するようにしたが、フィードフォワード熱量学習補正手段33の構成はそれ以外の他の公知の形態、例えば、特公平５−８３３０号公報や、特公平７−１１３６１号公報等に開示されている手段を用いてフィードフォワード熱量設定手段31で設定されるフィードフォワード熱量ＰFFを補正するようにしてもよい。ただ、本実施形態例に示す如く、補正係数Ｋの補正値αを与えて補正係数Ｋを更新補正する構成とする場合には、補正値αを例えば0.01〜0.02という如く微小な範囲の値に設定できるので、補正係数Ｋの１回当たりの補正量が小さくでき、これに伴い、１回当たりのフィードフォワード熱量の補正量も小さくできるので、器具の排気側に逆風が当たる等の外乱が生じ、その外乱によってフィードフォワード熱量の更新補正が行われたとしても、その補正量は十分小さいので、外乱によって補正係数が実状の値から大きくずれてしまうという問題を解消できることとなり、本実施形態例のフィードフォワード熱量学習補正手段33とすることにより、好適な信頼性の高いフィードフォワード熱量の補正特性を得ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は給湯モードの定常運転時にフィードフォワード熱量のずれを学習補正するように構成したものであるから、その学習補正をしていくうちに、フィードフォワード熱量をずれのない正しい値で求めることが可能となり、その分、フィードバック熱量を小さくできるので、フィードバック熱量の変動に伴う湯温制御の時間遅れの影響を解消することができ、これにより、給湯湯温の安定化制御の精度を格段に高めることができるという効果が得られる。
【００５６】
また、湯張りの単独運転時には、前記給湯定常運転時に学習補正された正確なフィードフォワード熱量のみを用いて湯張りの燃焼熱量を制御するようにしたので、湯張り時の流量の違いや、熱交換器の構造の違いや、給湯熱交換器側から浴槽に至る配管管路の長さ等の影響によって浴槽に落とし込まれる湯の温度が大幅に変動してしまうという一缶二水路風呂給湯器特有の問題を効果的に解消することが可能となり、これにより、風呂設定温度の湯を正しく浴槽へ落とし込むことが可能となり、湯張り温度の制御精度を格段に高めることが可能である。
【００５７】
しかも、湯張り単独運転時には、学習補正されたフィードフォワード熱量のみの熱量によって湯張りの燃焼熱量を制御する簡単な構成なので、制御構成も極めて簡易となり、本発明の優れた性能を有する一缶二水路風呂給湯器を安価に提供できるという効果が得られる。
【００５８】
さらに、フィードフォワード熱量学習補正手段を、フィードバック熱量が変動許容範囲をプラス側あるいはマイナス側に越えたときに、補正係数を補正値だけ増減して更新補正し、給水温度を給湯設定温度に高めるのに要する熱量として演算設定されるフィードフォワード熱量に前記更新補正された補正係数を乗算してフィードフォワード熱量を補正する構成とした発明にあっては、補正係数の補正値を例えば0.01〜0.02の範囲内の小さい値に設定することにより、１回当たりのフィードフォワード熱量の補正量を小さくすることができ、これにより、外乱等の影響を受けてフィードフォワード熱量が実状から離れた異常な値に補正されてしまうという現象を防止でき、これにより、フィードフォワード熱量補正の信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１のフィードフォワード熱量学習補正手段の詳細ブロック構成を示す説明図である。
【図３】実施形態例の動作を示すフローチャートである。
【図４】フィードフォワード熱量の学習補正を行うために与えられる補正係数の補正値αの各種パターンデータの説明図である。
【図５】本実施形態例における補正係数の補正動作を示す説明図である。
【図６】本実施形態例における器具の給湯熱交換器の上段の水管と追い焚き熱交換器の下段の水管との接触配置構造を示す説明図である。
【図７】一管二水路風呂給湯器のシステム構成説明図である。
【符号の説明】
31 フィードフォワード熱量設定手段
32 フィードバック熱量設定手段
33 フィードフォワード熱量学習補正手段
35 フィードフォワード湯張り制御手段
37 フィードフォワード熱量補正部
38 補正係数更新補正部
40 データ格納部
41 制御モード切り替え部
42 運転モード判別部
Claims (2)
- 給水通路から供給される水を加熱して給湯通路へ送出する給湯熱交換器と、浴槽湯水の追い焚き循環通路に組み込まれ循環湯水の追い焚きを行う追い焚き熱交換器とが一体化され、この一体化された給湯熱交換器と追い焚き熱交換器を加熱する共通のバーナを備え、前記給湯通路と追い焚き循環通路は注湯弁を介して湯張り通路によって連通接続され、給湯モードと湯張りモードの運転制御が可能な一缶二水路風呂給湯器において、フィードフォワード熱量とフィードバック熱量とのトータル熱量による給湯モードの単独定常運転時にフィードフォワード熱量のずれを学習補正するフィードフォワード熱量学習補正手段と、湯張りモードの単独運転時には前記給湯モードの単独定常運転時に学習補正されたフィードフォワード熱量のみの熱量制御によって湯張り単独運転を制御するフィードフォワード湯張り制御手段とを有する一缶二水路風呂給湯器。
- フィードフォワード熱量学習補正手段は、フィードバック熱量の変動許容範囲とフィードフォワード熱量の補正係数と補正係数の補正値とが与えられているデータ格納部と、前記フィードバック熱量が変動許容範囲をプラス側に越えたときには補正係数を補正値だけ増加する方向に更新補正しフィードバック熱量が変動許容範囲をマイナス側に越えたときには補正係数を補正値だけ減少する方向に更新補正する補正係数更新補正部と、給水温度を給湯設定温度に高めるのに要する熱量として演算設定されるフィードフォワード熱量に前記更新補正された補正係数を乗算してフィードフォワード熱量を補正するフィードフォワード熱量補正部とを有して構成されている請求項１記載の一缶二水路風呂給湯器。
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| JP31129596A JP3811531B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 一缶二水路風呂給湯器 |
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