JP4197089B2 - 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、貯留タンクに貯留した蓄熱用流体と水とを熱交換器で熱交換して給湯する給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、貯留タンクに貯留した蓄熱用流体と水とを熱交換器で熱交換して温水を作成して給湯する給湯器が知られている。
この給湯器では、出湯湯温が設定湯温Ｔｓになる様に温調弁を制御するとともに、湯水通路の熱交換器後湯温Ｔ２ｏが目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる様にポンプを制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この給湯器において、定常的な出湯時や熱交換器が冷えている状態からの出湯では出湯湯温が安定しているが、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期には、図３に示す様に出湯初期に大きく出湯湯温が変動する現象が見られる。
【０００４】
断続使用時の出湯開始時には、給湯停止時のポンプの制御遅れにより熱交換器の内部に熱交換が行われなかった蓄熱用流体が残ることにより、出湯初期に出湯湯温の変動が発生する。
また、長時間放置後の出湯開始時には、貯留タンクからの伝熱・対流により熱交換器内の停留水が加熱されることにより、出湯初期に出湯湯温の変動が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の変動が小さい給湯器の提供にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
熱交換器は、蓄熱用流体を貯留する貯留タンクと、蓄熱用流体が通る蓄熱用流体通路と、蓄熱用流体と熱交換させる水が通る湯水通路とを有する。
蓄熱用流体流路は、貯留タンクと蓄熱用流体通路とを環状に接続し、途中にポンプを介設している。
【００１７】
給水源と湯水通路の入口とを給水管で接続し、温調弁を介設した給湯管で湯水通路の出口と出湯口との間を接続し、温調弁の他方側入口をバイパス管を介して給水管に接続して給湯流路を形成している。
【００１８】
出湯口から出る湯の温度（＝Ｔ３）を湯温設定器が設定し（Ｔｓ）、出湯口から出る湯の温度（＝Ｔ３）を出湯温センサが検出し、給水管を流れる水の温度（＝Ｔ２ｉ）を給水温センサが検出し、貯留タンクの蓄熱用流体の温度（＝Ｔ１ｉ）を蓄熱用流体温センサが検出し、湯水通路を流れる水の流量（＝Ｇ２Ｈ）を給水量センサが検出し、ポンプおよび温調弁を制御回路が制御する。
【００１９】
熱容量算出手段は、熱交換器の湯水通路内に存在する湯の熱容量（Ｑ）を算出する。具体的には、熱交換器の湯水通路の所定部位に設けた温度センサが検出する湯水温度と湯水通路内の湯量（Ｖ２）とに基づいて熱容量（Ｑ）を算出する。なお、熱交換器の湯水通路の複数箇所（例えば、入口側、途中、出口側）に温度センサを設け、これら温度センサが検出する湯水温度の平均値（ＴＨ）と湯水通路内の湯量（Ｖ２）とに基づいて熱容量（Ｑ）を算出する様にすれば、正確に湯水通路内に存在する湯の熱容量（Ｑ）を算出することができる。
【００２０】
制御回路は、給湯開始初期に、給水温度（Ｔ２ｉ）と熱容量算出手段が算出した熱容量（Ｑ）とに基づいて給湯温度（Ｔ３）が設定湯温（Ｔｓ）となる流量比に温調弁をフィードフォワード制御し、且つ、給水温度（Ｔ２ｉ）と検出給水量（Ｇ２Ｈ）と畜熱用流体温（Ｔ１ｉ）とに基づいて熱交換器後湯温（Ｔ２ｏ）が目標熱交換器後湯温（Ｔ２ｓ＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプの回転数をフィードフォワード制御する。
このフィードフォワード制御により、先回りした制御が行われるので、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
【００２１】
〔請求項２について〕
熱交換器は、蓄熱用流体を貯留する貯留タンクと、蓄熱用流体が通る蓄熱用流体通路と、蓄熱用流体と熱交換させる水が通る湯水通路とを有する。
蓄熱用流体流路は、貯留タンクと蓄熱用流体通路とを環状に接続し、途中にポンプを介設している。
給水源と湯水通路の入口とを給水管で接続し、湯水通路の出口と出湯口との間を給湯管で接続し、流調弁を介設したバイパス管を介して給水管と給湯管との間を接続して給湯流路を形成している。
【００２２】
出湯口から出る湯の温度（＝Ｔ３）を湯温設定器で設定し（Ｔｓ）、出湯口から出る湯の温度（＝Ｔ３）を出湯温センサが検出し、給水管を流れる水の温度（＝Ｔ２ｉ）を給水温センサが検出し、貯留タンクの蓄熱用流体の温度（＝Ｔ１ｉ）を蓄熱用流体温センサが検出し、湯水通路を流れる水の流量（Ｇ２Ｈ）を給水量センサが検出し、ポンプおよび流調弁を制御回路が制御する。
【００２３】
熱容量算出手段は、熱交換器の湯水通路内に存在する湯の熱容量（Ｑ）を算出する。具体的には、熱交換器の湯水通路の所定部位に設けた温度センサが検出する湯水温度と湯水通路内の湯量（Ｖ２）とに基づいて熱容量（Ｑ）を算出する。なお、熱交換器の湯水通路の複数箇所（例えば、入口側、途中、出口側）に温度センサを設け、これら温度センサが検出する湯水温度の平均値（ＴＨ）と湯水通路内の湯量（Ｖ２）とに基づいて熱容量（Ｑ）を算出する様にすれば、正確に湯水通路内に存在する湯の熱容量（Ｑ）を算出することができる。
【００２４】
制御回路は、給湯開始初期に、給水温度（Ｔ２ｉ）と熱容量算出手段が算出した熱容量（Ｑ）とに基づいて給湯温度（Ｔ３）が設定湯温（Ｔｓ）となる流量比に流調弁の開度をフィードフォワード制御し、且つ、給水温度（Ｔ２ｉ）と検出給水量（Ｇ２Ｈ）と畜熱用流体温（Ｔ１ｉ）とに基づいて熱交換器後湯温（Ｔ２ｏ）が目標熱交換器後湯温（Ｔ２ｓ＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプの回転数をフィードフォワード制御する。
【００２５】
このフィードフォワード制御により、先回りした制御が行われるので、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
【００２６】
〔請求項３について〕
給湯開始初期段階が終了すると、制御回路は、給湯温度（Ｔ３）が設定湯温（Ｔｓ）になる流量比に、温調弁もしくは流調弁をフィードバック制御するとともに、熱交換器後湯温（Ｔ２ｏ）が目標熱交換器後湯温（Ｔ２ｓ＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプをフィードバック制御する。
これにより、初期状態終了後の定常的な出湯時において、設定湯温（Ｔｓ）の湯を出湯口から吐出することができる。
【００２７】
〔請求項４について〕
上記両方のフィードバック制御をＰＩＤ制御とし、給水量センサが所定流量を検出する毎にＰＩＤ制御を行っている。
このため、湯水通路を流れる水の流量が少ない状態から多い状態まで、ハンチングや応答遅れが無い様にすることができる。
【００２８】
〔請求項５、６について〕
請求項１、３、４の給湯器において、温調弁の一方側入口と湯水通路の出口との間の給湯管に流調弁を介設するとともに、該流調弁が制御回路により制御される構成である。
または、請求項２、３、４の給湯器において、バイパス管を接続する手前の給水管に流調弁を介設するとともに、該流調弁が制御回路により制御される構成である。
これにより、給湯器の温水作製能力を超える量の給水が成されても給湯量が制限されるので、設定湯温（Ｔｓ）の湯を出湯口から吐出することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例を図１に基づいて説明する。
図１に示す様に、給湯器Ａは、貯留タンク１と、熱交換器２と、蓄熱用流体流路３と、給湯流路４と、湯温設定器５１と、出湯温センサ５２、給水温センサ５３、熱交換器後湯温センサ５４、給水量センサ５５、および蓄熱用流体温センサ５６と、熱交換器２の湯水通路２２に設けられる温度センサ６１、６２、６３と、ポンプ３１、流調弁４１および温調弁４２を制御する制御回路５とを備える。
【００３０】
貯留タンク１は、蓄熱用流体（本実施例では温水）を貯留する。
熱交換器２は、対向流式であり、蓄熱用流体通路２１と湯水通路２２とを有する。
蓄熱用流体流路３は、貯留タンク１と蓄熱用流体通路２１とを環状に接続し、途中にポンプ３１を介設している。
【００３１】
給湯流路４は、給水源４０と湯水通路２２の入口２２１とを給水管４３で接続し、流調弁４１および温調弁４２を介設した給湯管４４で湯水通路２２の出口２２２と出湯口４４１との間を接続し、温調弁４２の他方側入口４２１をバイパス管４５を介して給水管４３に接続している。
流調弁４１は、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れない様に抑制するためのものであり、制御回路５により開度が制御される。
【００３２】
湯温設定器５１は、出湯口４４１から出る湯の温度（＝Ｔ３）を設定するためのものである。
出湯温センサ５２は、出湯口４４１の近傍の給湯管４４に配され、出湯口４４１から出る湯の温度（＝Ｔ３）を検出する。
給水温センサ５３は、給水管４３の上流側に配され、給水管４３を流れる水の温度（＝Ｔ２ｉ）を検出する。
【００３３】
熱交換器後湯温センサ５４は、湯水通路２２の出口２２２の近傍に配され、湯水通路２２内を通過する湯の温度（＝Ｔ２ｏ）を検出する。
給水量センサ５５は、バイパス管４５の連結部より下流の給水管４３に配され、その給水管４３を流れる水の流量（＝湯水通路２２を流れる湯水の流量）を検出する。
蓄熱用流体温センサ５６は、貯留タンク１内に配され、貯留タンク１の上部に位置する蓄熱用流体の温度（＝Ｔ１ｉ）を検出する。
【００３４】
温度センサ６１、６２、６３は、それぞれ、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、出口側に設けられている。
【００３５】
つぎに、本実施例の給湯器Ａの作動および効果を述べる。
使用者が給水栓等を開けて給湯流路４に水が流れ、給水量センサ５５が給水を検知すると、制御回路５は、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、および出口側に設けられた温度センサ６１、６２、６３が検出する検出湯温ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３に基づいて、その時点において湯水通路２２内に存在する湯の熱容量Ｑを下記の式に基づいて算出する。
【００３６】
但し、Ｑ…熱容量
ＴＨ１…温度センサ６１が検出する検出湯温
ＴＨ２…温度センサ６２が検出する検出湯温
ＴＨ３…温度センサ６３が検出する検出湯温
Ｖ２…熱交換器２の湯水通路２２内の湯の量
ＴＨ…湯水通路２２の平均湯温
なお、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、出口側に、それぞれ、温度センサ６１、６２、６３を設けているので精度良く湯水通路２２内に存在する湯の熱容量を算出することができる。
【００３７】
制御回路５は、給水温度Ｔ２ｉと算出された熱容量Ｑとに基づき、バイパス管４５を通過する水量Ｇ２Ｗと湯水通路２２を通過する水量Ｇ２Ｈとの流量比が下記に示す比になる様に、温調弁４２を維持時間のあいだフィードフォワード制御して給湯温度Ｔ３を設定湯温Ｔｓにする。
【００３８】
但し、Ｇ２Ｗ…バイパス管４５を通過する単位時間当たりの水量
Ｇ２Ｈ…湯水通路２２を通過する単位時間当たりの水量
Ｔｓ…設定湯温
Ｔ２ｉ…給水温度
ＴＨ…湯水通路２２内の平均湯温
【００３９】
維持時間（分）＝Ｖ２／Ｇ２Ｈ
但し、Ｇ２Ｈ…湯水通路２２を通過する単位時間当たりの水量
Ｖ２…熱交換器２の湯水通路２２の容積
この維持時間をＶ２／Ｇ２Ｈとする替わりに、湯水通路２２を通過する水量Ｇ２Ｈの累積水量が熱交換器２の湯水通路２２の容積Ｖ２に到達するまでとしても良い。
更に、維持時間をＶ２／Ｇ２Ｈとする替わりに、維持時間を所定時間（５秒〜１０秒）としてもある程度の効果がある。
【００４０】
また、温調弁４２の初期開度（初期流量比）を維持時間のあいだフィードフォワード制御すると同時に、給水温度Ｔ２ｉと検出給水量Ｇ２Ｈと畜熱用流体温Ｔ１ｉとに基づいて、熱交換器後湯温Ｔ２ｏが目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプ３１の回転数を保持時間のあいだ下記に示す様にフィードフォワード制御する。つまり、ポンプ流量Ｇ１が得られる通電量をポンプ３１に印加する。
【００４１】
Ｇ１＝｛（Ｔ２ｓ−Ｔ２ｉ）×Ｇ２Ｈ｝／｛Ｔ１ｉ−（Ｔ２ｉ＋ΔＴ）｝
但し、Ｇ１…目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓで出湯するためのポンプ流量
Ｔ２ｓ…目標熱交換器後湯温
Ｔ２ｉ…給水温度
Ｔ１ｉ…畜熱用流体温
ΔＴ…熱交ロスであり、５℃前後
【００４２】
保持時間（分）＝Ｖ１／Ｇ１
但し、Ｇ１…目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓで出湯するためのポンプ流量
Ｖ１…蓄熱用流体流路３の容積
この保持時間をＶ１／Ｇ１とする替わりに、ポンプ３１に印加する通電量を積算し、その積算量が蓄熱用流体流路３の容積Ｖ１に相当する値になったら終了する様にしても良い。
更に、保持時間をＶ１／Ｇ１とする替わりに、保持時間を所定時間（５秒〜１０秒）としてもある程度の効果がある。
【００４３】
上記各フィードフォワード制御により、先回りした制御が行われるので、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
なお、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れる虞がある場合には、流調弁４１の開度が制御回路５により絞られる。
【００４４】
上記維持時間および保持時間が終了すると、制御回路５は、給湯湯温Ｔ３が設定湯温Ｔｓになる流量比に温調弁４２を下記に示すＰＩＤ制御（フィードバック制御）するとともに、熱交換器後湯温Ｔ２ｏが目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が流れる様にポンプ３１を下記に示すＰＩＤ制御（フィードバック制御）する。
【００４５】
なお、給水量センサ５５が一定流量（例えば０．２リットル）を検出する毎に下記に示すＰＩＤ制御（各フィードバック制御）を行う様にしている。
但し、Ｈn …制御入力値
Ｅn 、Ｅn-1 、Ｅn-2 …目標温度との差
Ｋｐ…比例係数
Ｋｉ…積分係数
Ｋｄ…微分係数
【００４６】
この様に一定流量を検出する毎にＰＩＤ制御を行うと、結果として流量の大小に応じて制御時間間隔を変えることができる。
これにより、初期状態終了後の定常的な出湯の際には、小流量（例えば５リットル／分）から大流量（例えば１５リットル／分）まで同様の立ち上がり時間で設定湯温Ｔｓへの温度制御を行うことができる。
なお、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れる虞がある場合には、流調弁４１の開度が制御回路５により絞られる。
【００４７】
つぎに、本発明の第２実施例を図２に基づいて説明する。
図２に示す様に、給湯器Ｂは、下記の点が給湯器Ａと異なる。
給湯流路４は、給水源４０と湯水通路２２の入口２２１とを給水量センサ５５および流調弁４６を介設した給水管４３で接続し、湯水通路２２の出口２２２と出湯口４４１との間を給湯管４４で接続し、流調弁４６より下流に位置する給水管４３と給湯管４４とを流調弁４７を介設したバイパス管４５を介して接続している。
【００４８】
流調弁４６は、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れない様に抑制するためのものであり、制御回路５により開度が制御される。
【００４９】
つぎに、本実施例の給湯器Ｂの作動および効果を述べる。
使用者が給水栓等を開けて給湯流路４に水が流れ、給水量センサ５５が給水を検知すると、制御回路５は、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、および出口側に設けられた温度センサ６１、６２、６３が検出する検出湯温ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３に基づいて、その時点において湯水通路２２内に存在する湯の熱容量Ｑを下記の式に基づいて算出する。
【００５０】
但し、Ｑ…熱容量
ＴＨ１…温度センサ６１が検出する検出湯温
ＴＨ２…温度センサ６２が検出する検出湯温
ＴＨ３…温度センサ６３が検出する検出湯温
Ｖ２…熱交換器２の湯水通路２２内の湯の量
ＴＨ…湯水通路２２の平均湯温
なお、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、出口側に、それぞれ、温度センサ６１、６２、６３を設けているので精度良く湯水通路２２内に存在する湯の熱容量Ｑを算出することができる。
【００５１】
制御回路５は、給水温度（Ｔ２ｉ）と算出された熱容量とに基づき、バイパス管４５を通過する水量Ｇ２Ｗと湯水通路２２を通過する水量Ｇ２Ｈとの流量比が下記に示す比になる様に、維持時間のあいだ流調弁４７の開度をフィードフォワード制御して給湯温度Ｔ３を設定湯温Ｔｓにする。
【００５２】
但し、Ｇ２Ｗ…バイパス管４５を通過する単位時間当たりの水量
Ｇ２Ｈ…湯水通路２２を通過する単位時間当たりの水量
Ｔｓ…設定湯温
Ｔ２ｉ…給水温度
ＴＨ…湯水通路２２内の平均湯温
【００５３】
維持時間（分）＝Ｖ２／Ｇ２Ｈ
但し、Ｇ２Ｈ…湯水通路２２を通過する単位時間当たりの水量
Ｖ２…熱交換器２の湯水通路２２の容積
この維持時間をＶ２／Ｇ２Ｈとする替わりに、湯水通路２２を通過する水量Ｇ２Ｈの累積水量が熱交換器２の湯水通路２２の容積Ｖ２に到達するまでとしても良い。
更に、維持時間をＶ２／Ｇ２Ｈとする替わりに、維持時間を所定時間（５秒〜１０秒）としてもある程度の効果がある。
【００５４】
また同時に、給水温度Ｔ２ｉと検出給水量Ｇ２Ｈと畜熱用流体温Ｔ１ｉとに基づいて、熱交換器後湯温Ｔ２ｏが目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプ３１の回転数を保持時間のあいだ下記に示す様にフィードフォワード制御する。つまり、ポンプ流量Ｇ１が得られる通電量をポンプ３１に印加する。
【００５５】
Ｇ１＝｛（Ｔ２ｓ−Ｔ２ｉ）×Ｇ２Ｈ｝／｛Ｔ１ｉ−（Ｔ２ｉ＋ΔＴ）｝
但し、Ｇ１…目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓで出湯するためのポンプ流量
Ｔ２ｓ…目標熱交換器後湯温
Ｔ２ｉ…給水温度
Ｔ１ｉ…畜熱用流体温
ΔＴ…熱交ロスで、５℃前後
【００５６】
保持時間（分）＝Ｖ１／Ｇ１
但し、Ｇ１…目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓで出湯するためのポンプ流量
Ｖ１…蓄熱用流体流路３の容積
この保持時間をＶ１／Ｇ１とする替わりに、ポンプ３１に印加する通電量を積算し、その積算量が蓄熱用流体流路３の容積Ｖ１になったら終了する様にしても良い。
更に、保持時間をＶ１／Ｇ１とする替わりに、保持時間を所定時間（５秒〜１０秒）としてもある程度の効果がある。
【００５７】
上記各フィードフォワード制御により、先回りした制御が行われるので、断続した出湯時の初期や、長時間放置後の出湯時の初期において、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
なお、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れる虞がある場合には、流調弁４６の開度が制御回路５により絞られる。
【００５８】
上記維持時間および保持時間が終了すると、制御回路５は、給湯湯温Ｔ３が設定湯温Ｔｓになる流量比に流調弁４７を下記に示すＰＩＤ制御（フィードバック制御）するとともに、目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓが熱交換器後湯温Ｔ２ｏ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が流れる様にポンプ３１を下記に示すＰＩＤ制御（フィードバック制御）する。
【００５９】
なお、給水量センサ５５が一定流量（例えば０．２リットル）を検出する毎に下記に示すＰＩＤ制御（各フィードバック制御）を行う様にしている。
但し、Ｈn …制御入力値
Ｅn 、Ｅn-1 、Ｅn-2 …目標温度との差
Ｋｐ…比例係数
Ｋｉ…積分係数
Ｋｄ…微分係数
【００６０】
これにより、初期状態終了後の定常的な出湯の際には、小流量（例えば５リットル／分）から大流量（例えば１５リットル／分）まで、設定湯温Ｔｓの湯を出湯口４４１から吐出することができる。
なお、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れる虞がある場合には、流調弁４６の開度が制御回路５により絞られる。
【００６１】
更に、本実施例では、バイパス管４５を接続する手前の給水管４３中に流調弁４６を介設しているので、第１実施例の給湯器Ａよりも確実に全体給水量を制御できるので温度安定性に優れる。
【００６２】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．図１に示す給湯器Ａにおいて、熱交換器２の湯水通路２２を通過する水が、ガス燃焼器や電気ヒータ等の加熱源によって加熱される構成であっても良い。
【００６３】
ｂ．図２に示す給湯器Ｂにおいて、熱交換器２の湯水通路２２を通過する水が、ガス燃焼器や電気ヒータ等の加熱源によって加熱される構成であっても良い。
【００６４】
ｃ．上記第１、第２実施例では、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、および出口側に設けた温度センサ６１、６２、６３が検出する検出湯温ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３に基づいて、その時点において湯水通路２２内に存在する湯の熱容量Ｑを制御回路５が算出する構成であるが、温度センサの個数や、温度センサを湯水通路２２に取り付ける位置は任意で良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る給湯器の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る給湯器の構成図である。
【図３】断続使用時の出湯開始初期や長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温が大きく変動する現象を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 貯留タンク
２ 熱交換器
３ 蓄熱用流体通路
４ 給湯流路
５ 制御回路（熱容量算出手段）
２２ 湯水通路
２１ 蓄熱用流体流路
３１ ポンプ
４１、４６、４７ 流調弁
４２ 温調弁
４４ 給水管
４５ バイパス管
５１ 湯温設定器
５２ 出湯温センサ
５３ 給水温センサ
５４ 熱交換器後湯温センサ
５５ 給水量センサ
５６ 蓄熱用流体温センサ
２２１ 入口
２２２ 出口
４２１ 他方側入口
４４１ 出湯口
Ａ、Ｂ 給湯器
Ｔ３ 給湯温度
Ｔｓ 設定湯温
Ｔ２ｉ 給水温度
Ｔ１ｉ 畜熱用流体温
Ｔ２ｏ 熱交換器後湯温
Ｔ２ｓ 目標熱交換器後湯温
α 所定温度
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯留タンクに貯留した蓄熱用流体と水とを熱交換器で熱交換して給湯する給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、貯留タンクに貯留した蓄熱用流体と水とを熱交換器で熱交換して温水を作成して給湯する給湯器が知られている。
この給湯器では、出湯湯温が設定湯温Ｔｓになる様に温調弁を制御するとともに、湯水通路の熱交換器後湯温Ｔ２ｏが目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる様にポンプを制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この給湯器において、定常的な出湯時や熱交換器が冷えている状態からの出湯では出湯湯温が安定しているが、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期には、図３に示す様に出湯初期に大きく出湯湯温が変動する現象が見られる。
【０００４】
断続使用時の出湯開始時には、給湯停止時のポンプの制御遅れにより熱交換器の内部に熱交換が行われなかった蓄熱用流体が残ることにより、出湯初期に出湯湯温の変動が発生する。
また、長時間放置後の出湯開始時には、貯留タンクからの伝熱・対流により熱交換器内の停留水が加熱されることにより、出湯初期に出湯湯温の変動が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の変動が小さい給湯器の提供にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
熱交換器は、蓄熱用流体を貯留する貯留タンクと、蓄熱用流体が通る蓄熱用流体通路と、蓄熱用流体と熱交換させる水が通る湯水通路とを有する。
蓄熱用流体流路は、貯留タンクと蓄熱用流体通路とを環状に接続し、途中にポンプを介設している。
【００１７】
給水源と湯水通路の入口とを給水管で接続し、温調弁を介設した給湯管で湯水通路の出口と出湯口との間を接続し、温調弁の他方側入口をバイパス管を介して給水管に接続して給湯流路を形成している。
【００１８】
出湯口から出る湯の温度（＝Ｔ３）を湯温設定器が設定し（Ｔｓ）、出湯口から出る湯の温度（＝Ｔ３）を出湯温センサが検出し、給水管を流れる水の温度（＝Ｔ２ｉ）を給水温センサが検出し、貯留タンクの蓄熱用流体の温度（＝Ｔ１ｉ）を蓄熱用流体温センサが検出し、湯水通路を流れる水の流量（＝Ｇ２Ｈ）を給水量センサが検出し、ポンプおよび温調弁を制御回路が制御する。
【００１９】
熱容量算出手段は、熱交換器の湯水通路内に存在する湯の熱容量（Ｑ）を算出する。具体的には、熱交換器の湯水通路の所定部位に設けた温度センサが検出する湯水温度と湯水通路内の湯量（Ｖ２）とに基づいて熱容量（Ｑ）を算出する。なお、熱交換器の湯水通路の複数箇所（例えば、入口側、途中、出口側）に温度センサを設け、これら温度センサが検出する湯水温度の平均値（ＴＨ）と湯水通路内の湯量（Ｖ２）とに基づいて熱容量（Ｑ）を算出する様にすれば、正確に湯水通路内に存在する湯の熱容量（Ｑ）を算出することができる。
【００２０】
制御回路は、給湯開始初期に、給水温度（Ｔ２ｉ）と熱容量算出手段が算出した熱容量（Ｑ）とに基づいて給湯温度（Ｔ３）が設定湯温（Ｔｓ）となる流量比に温調弁をフィードフォワード制御し、且つ、給水温度（Ｔ２ｉ）と検出給水量（Ｇ２Ｈ）と畜熱用流体温（Ｔ１ｉ）とに基づいて熱交換器後湯温（Ｔ２ｏ）が目標熱交換器後湯温（Ｔ２ｓ＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプの回転数をフィードフォワード制御する。
このフィードフォワード制御により、先回りした制御が行われるので、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
【００２１】
〔請求項２について〕
熱交換器は、蓄熱用流体を貯留する貯留タンクと、蓄熱用流体が通る蓄熱用流体通路と、蓄熱用流体と熱交換させる水が通る湯水通路とを有する。
蓄熱用流体流路は、貯留タンクと蓄熱用流体通路とを環状に接続し、途中にポンプを介設している。
給水源と湯水通路の入口とを給水管で接続し、湯水通路の出口と出湯口との間を給湯管で接続し、流調弁を介設したバイパス管を介して給水管と給湯管との間を接続して給湯流路を形成している。
【００２２】
出湯口から出る湯の温度（＝Ｔ３）を湯温設定器で設定し（Ｔｓ）、出湯口から出る湯の温度（＝Ｔ３）を出湯温センサが検出し、給水管を流れる水の温度（＝Ｔ２ｉ）を給水温センサが検出し、貯留タンクの蓄熱用流体の温度（＝Ｔ１ｉ）を蓄熱用流体温センサが検出し、湯水通路を流れる水の流量（Ｇ２Ｈ）を給水量センサが検出し、ポンプおよび流調弁を制御回路が制御する。
【００２３】
熱容量算出手段は、熱交換器の湯水通路内に存在する湯の熱容量（Ｑ）を算出する。具体的には、熱交換器の湯水通路の所定部位に設けた温度センサが検出する湯水温度と湯水通路内の湯量（Ｖ２）とに基づいて熱容量（Ｑ）を算出する。なお、熱交換器の湯水通路の複数箇所（例えば、入口側、途中、出口側）に温度センサを設け、これら温度センサが検出する湯水温度の平均値（ＴＨ）と湯水通路内の湯量（Ｖ２）とに基づいて熱容量（Ｑ）を算出する様にすれば、正確に湯水通路内に存在する湯の熱容量（Ｑ）を算出することができる。
【００２４】
制御回路は、給湯開始初期に、給水温度（Ｔ２ｉ）と熱容量算出手段が算出した熱容量（Ｑ）とに基づいて給湯温度（Ｔ３）が設定湯温（Ｔｓ）となる流量比に流調弁の開度をフィードフォワード制御し、且つ、給水温度（Ｔ２ｉ）と検出給水量（Ｇ２Ｈ）と畜熱用流体温（Ｔ１ｉ）とに基づいて熱交換器後湯温（Ｔ２ｏ）が目標熱交換器後湯温（Ｔ２ｓ＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプの回転数をフィードフォワード制御する。
【００２５】
このフィードフォワード制御により、先回りした制御が行われるので、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
【００２６】
〔請求項３について〕
給湯開始初期段階が終了すると、制御回路は、給湯温度（Ｔ３）が設定湯温（Ｔｓ）になる流量比に、温調弁もしくは流調弁をフィードバック制御するとともに、熱交換器後湯温（Ｔ２ｏ）が目標熱交換器後湯温（Ｔ２ｓ＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプをフィードバック制御する。
これにより、初期状態終了後の定常的な出湯時において、設定湯温（Ｔｓ）の湯を出湯口から吐出することができる。
【００２７】
〔請求項４について〕
上記両方のフィードバック制御をＰＩＤ制御とし、給水量センサが所定流量を検出する毎にＰＩＤ制御を行っている。
このため、湯水通路を流れる水の流量が少ない状態から多い状態まで、ハンチングや応答遅れが無い様にすることができる。
【００２８】
〔請求項５、６について〕
請求項１、３、４の給湯器において、温調弁の一方側入口と湯水通路の出口との間の給湯管に流調弁を介設するとともに、該流調弁が制御回路により制御される構成である。
または、請求項２、３、４の給湯器において、バイパス管を接続する手前の給水管に流調弁を介設するとともに、該流調弁が制御回路により制御される構成である。
これにより、給湯器の温水作製能力を超える量の給水が成されても給湯量が制限されるので、設定湯温（Ｔｓ）の湯を出湯口から吐出することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例を図１に基づいて説明する。
図１に示す様に、給湯器Ａは、貯留タンク１と、熱交換器２と、蓄熱用流体流路３と、給湯流路４と、湯温設定器５１と、出湯温センサ５２、給水温センサ５３、熱交換器後湯温センサ５４、給水量センサ５５、および蓄熱用流体温センサ５６と、熱交換器２の湯水通路２２に設けられる温度センサ６１、６２、６３と、ポンプ３１、流調弁４１および温調弁４２を制御する制御回路５とを備える。
【００３０】
貯留タンク１は、蓄熱用流体（本実施例では温水）を貯留する。
熱交換器２は、対向流式であり、蓄熱用流体通路２１と湯水通路２２とを有する。
蓄熱用流体流路３は、貯留タンク１と蓄熱用流体通路２１とを環状に接続し、途中にポンプ３１を介設している。
【００３１】
給湯流路４は、給水源４０と湯水通路２２の入口２２１とを給水管４３で接続し、流調弁４１および温調弁４２を介設した給湯管４４で湯水通路２２の出口２２２と出湯口４４１との間を接続し、温調弁４２の他方側入口４２１をバイパス管４５を介して給水管４３に接続している。
流調弁４１は、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れない様に抑制するためのものであり、制御回路５により開度が制御される。
【００３２】
湯温設定器５１は、出湯口４４１から出る湯の温度（＝Ｔ３）を設定するためのものである。
出湯温センサ５２は、出湯口４４１の近傍の給湯管４４に配され、出湯口４４１から出る湯の温度（＝Ｔ３）を検出する。
給水温センサ５３は、給水管４３の上流側に配され、給水管４３を流れる水の温度（＝Ｔ２ｉ）を検出する。
【００３３】
熱交換器後湯温センサ５４は、湯水通路２２の出口２２２の近傍に配され、湯水通路２２内を通過する湯の温度（＝Ｔ２ｏ）を検出する。
給水量センサ５５は、バイパス管４５の連結部より下流の給水管４３に配され、その給水管４３を流れる水の流量（＝湯水通路２２を流れる湯水の流量）を検出する。
蓄熱用流体温センサ５６は、貯留タンク１内に配され、貯留タンク１の上部に位置する蓄熱用流体の温度（＝Ｔ１ｉ）を検出する。
【００３４】
温度センサ６１、６２、６３は、それぞれ、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、出口側に設けられている。
【００３５】
つぎに、本実施例の給湯器Ａの作動および効果を述べる。
使用者が給水栓等を開けて給湯流路４に水が流れ、給水量センサ５５が給水を検知すると、制御回路５は、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、および出口側に設けられた温度センサ６１、６２、６３が検出する検出湯温ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３に基づいて、その時点において湯水通路２２内に存在する湯の熱容量Ｑを下記の式に基づいて算出する。
【００３６】
ＴＨ１…温度センサ６１が検出する検出湯温
ＴＨ２…温度センサ６２が検出する検出湯温
ＴＨ３…温度センサ６３が検出する検出湯温
Ｖ２…熱交換器２の湯水通路２２内の湯の量
ＴＨ…湯水通路２２の平均湯温
なお、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、出口側に、それぞれ、温度センサ６１、６２、６３を設けているので精度良く湯水通路２２内に存在する湯の熱容量を算出することができる。
【００３７】
制御回路５は、給水温度Ｔ２ｉと算出された熱容量Ｑとに基づき、バイパス管４５を通過する水量Ｇ２Ｗと湯水通路２２を通過する水量Ｇ２Ｈとの流量比が下記に示す比になる様に、温調弁４２を維持時間のあいだフィードフォワード制御して給湯温度Ｔ３を設定湯温Ｔｓにする。
【００３８】
Ｇ２Ｈ…湯水通路２２を通過する単位時間当たりの水量
Ｔｓ…設定湯温
Ｔ２ｉ…給水温度
ＴＨ…湯水通路２２内の平均湯温
【００３９】
維持時間（分）＝Ｖ２／Ｇ２Ｈ
但し、Ｇ２Ｈ…湯水通路２２を通過する単位時間当たりの水量
Ｖ２…熱交換器２の湯水通路２２の容積
この維持時間をＶ２／Ｇ２Ｈとする替わりに、湯水通路２２を通過する水量Ｇ２Ｈの累積水量が熱交換器２の湯水通路２２の容積Ｖ２に到達するまでとしても良い。
更に、維持時間をＶ２／Ｇ２Ｈとする替わりに、維持時間を所定時間（５秒〜１０秒）としてもある程度の効果がある。
【００４０】
また、温調弁４２の初期開度（初期流量比）を維持時間のあいだフィードフォワード制御すると同時に、給水温度Ｔ２ｉと検出給水量Ｇ２Ｈと畜熱用流体温Ｔ１ｉとに基づいて、熱交換器後湯温Ｔ２ｏが目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプ３１の回転数を保持時間のあいだ下記に示す様にフィードフォワード制御する。つまり、ポンプ流量Ｇ１が得られる通電量をポンプ３１に印加する。
【００４１】
Ｇ１＝｛（Ｔ２ｓ−Ｔ２ｉ）×Ｇ２Ｈ｝／｛Ｔ１ｉ−（Ｔ２ｉ＋ΔＴ）｝
但し、Ｇ１…目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓで出湯するためのポンプ流量
Ｔ２ｓ…目標熱交換器後湯温
Ｔ２ｉ…給水温度
Ｔ１ｉ…畜熱用流体温
ΔＴ…熱交ロスであり、５℃前後
【００４２】
保持時間（分）＝Ｖ１／Ｇ１
但し、Ｇ１…目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓで出湯するためのポンプ流量
Ｖ１…蓄熱用流体流路３の容積
この保持時間をＶ１／Ｇ１とする替わりに、ポンプ３１に印加する通電量を積算し、その積算量が蓄熱用流体流路３の容積Ｖ１に相当する値になったら終了する様にしても良い。
更に、保持時間をＶ１／Ｇ１とする替わりに、保持時間を所定時間（５秒〜１０秒）としてもある程度の効果がある。
【００４３】
上記各フィードフォワード制御により、先回りした制御が行われるので、断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
なお、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れる虞がある場合には、流調弁４１の開度が制御回路５により絞られる。
【００４４】
上記維持時間および保持時間が終了すると、制御回路５は、給湯湯温Ｔ３が設定湯温Ｔｓになる流量比に温調弁４２を下記に示すＰＩＤ制御（フィードバック制御）するとともに、熱交換器後湯温Ｔ２ｏが目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が流れる様にポンプ３１を下記に示すＰＩＤ制御（フィードバック制御）する。
【００４５】
なお、給水量センサ５５が一定流量（例えば０．２リットル）を検出する毎に下記に示すＰＩＤ制御（各フィードバック制御）を行う様にしている。
Ｅn 、Ｅn-1 、Ｅn-2 …目標温度との差
Ｋｐ…比例係数
Ｋｉ…積分係数
Ｋｄ…微分係数
【００４６】
この様に一定流量を検出する毎にＰＩＤ制御を行うと、結果として流量の大小に応じて制御時間間隔を変えることができる。
これにより、初期状態終了後の定常的な出湯の際には、小流量（例えば５リットル／分）から大流量（例えば１５リットル／分）まで同様の立ち上がり時間で設定湯温Ｔｓへの温度制御を行うことができる。
なお、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れる虞がある場合には、流調弁４１の開度が制御回路５により絞られる。
【００４７】
つぎに、本発明の第２実施例を図２に基づいて説明する。
図２に示す様に、給湯器Ｂは、下記の点が給湯器Ａと異なる。
給湯流路４は、給水源４０と湯水通路２２の入口２２１とを給水量センサ５５および流調弁４６を介設した給水管４３で接続し、湯水通路２２の出口２２２と出湯口４４１との間を給湯管４４で接続し、流調弁４６より下流に位置する給水管４３と給湯管４４とを流調弁４７を介設したバイパス管４５を介して接続している。
【００４８】
流調弁４６は、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れない様に抑制するためのものであり、制御回路５により開度が制御される。
【００４９】
つぎに、本実施例の給湯器Ｂの作動および効果を述べる。
使用者が給水栓等を開けて給湯流路４に水が流れ、給水量センサ５５が給水を検知すると、制御回路５は、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、および出口側に設けられた温度センサ６１、６２、６３が検出する検出湯温ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３に基づいて、その時点において湯水通路２２内に存在する湯の熱容量Ｑを下記の式に基づいて算出する。
【００５０】
ＴＨ１…温度センサ６１が検出する検出湯温
ＴＨ２…温度センサ６２が検出する検出湯温
ＴＨ３…温度センサ６３が検出する検出湯温
Ｖ２…熱交換器２の湯水通路２２内の湯の量
ＴＨ…湯水通路２２の平均湯温
なお、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、出口側に、それぞれ、温度センサ６１、６２、６３を設けているので精度良く湯水通路２２内に存在する湯の熱容量Ｑを算出することができる。
【００５１】
制御回路５は、給水温度（Ｔ２ｉ）と算出された熱容量とに基づき、バイパス管４５を通過する水量Ｇ２Ｗと湯水通路２２を通過する水量Ｇ２Ｈとの流量比が下記に示す比になる様に、維持時間のあいだ流調弁４７の開度をフィードフォワード制御して給湯温度Ｔ３を設定湯温Ｔｓにする。
【００５２】
Ｇ２Ｈ…湯水通路２２を通過する単位時間当たりの水量
Ｔｓ…設定湯温
Ｔ２ｉ…給水温度
ＴＨ…湯水通路２２内の平均湯温
【００５３】
維持時間（分）＝Ｖ２／Ｇ２Ｈ
但し、Ｇ２Ｈ…湯水通路２２を通過する単位時間当たりの水量
Ｖ２…熱交換器２の湯水通路２２の容積
この維持時間をＶ２／Ｇ２Ｈとする替わりに、湯水通路２２を通過する水量Ｇ２Ｈの累積水量が熱交換器２の湯水通路２２の容積Ｖ２に到達するまでとしても良い。
更に、維持時間をＶ２／Ｇ２Ｈとする替わりに、維持時間を所定時間（５秒〜１０秒）としてもある程度の効果がある。
【００５４】
また同時に、給水温度Ｔ２ｉと検出給水量Ｇ２Ｈと畜熱用流体温Ｔ１ｉとに基づいて、熱交換器後湯温Ｔ２ｏが目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が得られる様にポンプ３１の回転数を保持時間のあいだ下記に示す様にフィードフォワード制御する。つまり、ポンプ流量Ｇ１が得られる通電量をポンプ３１に印加する。
【００５５】
Ｇ１＝｛（Ｔ２ｓ−Ｔ２ｉ）×Ｇ２Ｈ｝／｛Ｔ１ｉ−（Ｔ２ｉ＋ΔＴ）｝
但し、Ｇ１…目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓで出湯するためのポンプ流量
Ｔ２ｓ…目標熱交換器後湯温
Ｔ２ｉ…給水温度
Ｔ１ｉ…畜熱用流体温
ΔＴ…熱交ロスで、５℃前後
【００５６】
保持時間（分）＝Ｖ１／Ｇ１
但し、Ｇ１…目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓで出湯するためのポンプ流量
Ｖ１…蓄熱用流体流路３の容積
この保持時間をＶ１／Ｇ１とする替わりに、ポンプ３１に印加する通電量を積算し、その積算量が蓄熱用流体流路３の容積Ｖ１になったら終了する様にしても良い。
更に、保持時間をＶ１／Ｇ１とする替わりに、保持時間を所定時間（５秒〜１０秒）としてもある程度の効果がある。
【００５７】
上記各フィードフォワード制御により、先回りした制御が行われるので、断続した出湯時の初期や、長時間放置後の出湯時の初期において、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
なお、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れる虞がある場合には、流調弁４６の開度が制御回路５により絞られる。
【００５８】
上記維持時間および保持時間が終了すると、制御回路５は、給湯湯温Ｔ３が設定湯温Ｔｓになる流量比に流調弁４７を下記に示すＰＩＤ制御（フィードバック制御）するとともに、目標熱交換器後湯温Ｔ２ｓが熱交換器後湯温Ｔ２ｏ（＝設定湯温Ｔｓ＋所定温度α）となる循環流量が流れる様にポンプ３１を下記に示すＰＩＤ制御（フィードバック制御）する。
【００５９】
なお、給水量センサ５５が一定流量（例えば０．２リットル）を検出する毎に下記に示すＰＩＤ制御（各フィードバック制御）を行う様にしている。
Ｅn 、Ｅn-1 、Ｅn-2 …目標温度との差
Ｋｐ…比例係数
Ｋｉ…積分係数
Ｋｄ…微分係数
【００６０】
これにより、初期状態終了後の定常的な出湯の際には、小流量（例えば５リットル／分）から大流量（例えば１５リットル／分）まで、設定湯温Ｔｓの湯を出湯口４４１から吐出することができる。
なお、熱交換器２による温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路４内を流れる虞がある場合には、流調弁４６の開度が制御回路５により絞られる。
【００６１】
更に、本実施例では、バイパス管４５を接続する手前の給水管４３中に流調弁４６を介設しているので、第１実施例の給湯器Ａよりも確実に全体給水量を制御できるので温度安定性に優れる。
【００６２】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．図１に示す給湯器Ａにおいて、熱交換器２の湯水通路２２を通過する水が、ガス燃焼器や電気ヒータ等の加熱源によって加熱される構成であっても良い。
【００６３】
ｂ．図２に示す給湯器Ｂにおいて、熱交換器２の湯水通路２２を通過する水が、ガス燃焼器や電気ヒータ等の加熱源によって加熱される構成であっても良い。
【００６４】
ｃ．上記第１、第２実施例では、熱交換器２の湯水通路２２の、入口側、途中、および出口側に設けた温度センサ６１、６２、６３が検出する検出湯温ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３に基づいて、その時点において湯水通路２２内に存在する湯の熱容量Ｑを制御回路５が算出する構成であるが、温度センサの個数や、温度センサを湯水通路２２に取り付ける位置は任意で良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る給湯器の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る給湯器の構成図である。
【図３】断続使用時の出湯開始初期や長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温が大きく変動する現象を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 貯留タンク
２ 熱交換器
３ 蓄熱用流体通路
４ 給湯流路
５ 制御回路（熱容量算出手段）
２２ 湯水通路
２１ 蓄熱用流体流路
３１ ポンプ
４１、４６、４７ 流調弁
４２ 温調弁
４４ 給水管
４５ バイパス管
５１ 湯温設定器
５２ 出湯温センサ
５３ 給水温センサ
５４ 熱交換器後湯温センサ
５５ 給水量センサ
５６ 蓄熱用流体温センサ
２２１ 入口
２２２ 出口
４２１ 他方側入口
４４１ 出湯口
Ａ、Ｂ 給湯器
Ｔ３ 給湯温度
Ｔｓ 設定湯温
Ｔ２ｉ 給水温度
Ｔ１ｉ 畜熱用流体温
Ｔ２ｏ 熱交換器後湯温
Ｔ２ｓ 目標熱交換器後湯温
α 所定温度
Claims (6)
- 蓄熱用流体を貯留する貯留タンクと、
前記蓄熱用流体が通る蓄熱用流体通路と、前記蓄熱用流体と熱交換させる水が通る湯水通路とを有する熱交換器と、
前記貯留タンクと前記蓄熱用流体通路とを環状に接続し、途中にポンプを介設した蓄熱用流体流路と、
給水源と前記湯水通路の入口とを給水管で接続し、温調弁を介設した給湯管で前記湯水通路の出口と出湯口との間を接続し、前記温調弁の他方側入口をバイパス管を介して前記給水管に接続した給湯流路と、
前記出湯口から出る湯の温度を設定する湯温設定器と、
前記出湯口から出る湯の温度を検出する出湯温センサと、
前記給水管を流れる水の温度を検出する給水温センサと、
前記湯水通路の出口を流れる湯の温度を検出する熱交換器後湯温センサと、
前記貯留タンクの前記蓄熱用流体の温度を検出する蓄熱用流体温センサと、
前記湯水通路を流れる水の流量を検出する給水量センサと、
前記ポンプおよび前記温調弁を制御する制御回路とを備える給湯器において、
湯水通路内に存在する湯の熱容量を算出する熱容量算出手段を設け、
前記制御回路は、給湯開始初期に、給水温度と前記熱容量算出手段が算出した熱容量とに基づいて給湯温度が設定湯温となる流量比に前記温調弁をフィードフォワード制御し、且つ、給水温度と検出給水量と蓄熱用流体温とに基づいて熱交換器後湯温が目標熱交換器後湯温となる循環流量が得られる様に前記ポンプの回転数をフィードフォワード制御することを特徴とする給湯器。 - 蓄熱用流体を貯留する貯留タンクと、
前記蓄熱用流体が通る蓄熱用流体通路と、前記蓄熱用流体と熱交換させる水が通る湯水通路とを有する熱交換器と、
前記貯留タンクと前記蓄熱用流体通路とを環状に接続し、途中にポンプを介設した蓄熱用流体流路と、
給水源と前記湯水通路の入口とを給水管で接続し、前記湯水通路の出口と出湯口との間を給湯管で接続し、流調弁を介設したバイパス管を介して前記給水管と前記給湯管との間を接続した給湯流路と、
前記出湯口から出る湯の温度を設定する湯温設定器と、
前記出湯口から出る湯の温度を検出する出湯温センサと、
前記給水管を流れる水の温度を検出する給水温センサと、
前記湯水通路の出口を流れる湯の温度を検出する熱交換器後温度センサと、
前記貯留タンクの前記蓄熱用流体の温度を検出する蓄熱用流体温センサと、
前記湯水通路を流れる水の流量を検出する給水量センサと、
前記ポンプおよび前記流調弁を制御する制御回路とを備える給湯器において、
湯水通路内に存在する湯の熱容量を算出する熱容量算出手段を設け、
前記制御回路は、給湯開始初期に、給水温度と前記熱容量算出手段が算出した熱容量とに基づいて給湯温度が設定湯温となる流量比に前記流調弁の開度をフィードフォワード制御し、且つ、給水温度と検出給水量と蓄熱用流体温とに基づいて熱交換器後湯温が目標熱交換器後湯温となる循環流量が得られる様に前記ポンプの回転数をフィードフォワード制御することを特徴とする給湯器。 - 給湯開始初期段階が終了すると、
前記制御回路は、給湯温度が設定湯温になる流量比に、前記温調弁もしくは前記流調弁をフィードバック制御するとともに、
熱交換器後湯温が目標熱交換器後湯温となる循環流量が得られる様に前記ポンプをフィードバック制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載の給湯器。 - 上記両方のフィードバック制御をＰＩＤ制御とし、
前記給水量センサが所定流量を検出する毎に前記ＰＩＤ制御を行うことを特徴とする請 求項３記載の給湯器。 - 前記温調弁の一方側入口と前記湯水通路の出口との間の給湯管に流調弁を介設するとともに、該流調弁が前記制御回路により制御されることを特徴とする請求項１、３、４の何れかに記載の給湯器。
- 前記バイパス管を接続する手前の前記給水管に流調弁を介設するとともに、該流調弁が前記制御回路により制御されることを特徴とする請求項２ないし４の何れかに記載の給湯器。
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| JP2000313538A JP4197089B2 (ja) | 2000-10-13 | 2000-10-13 | 給湯器 |
Publications (2)
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