JP4529801B2

JP4529801B2 - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP4529801B2
Application number: JP2005165120A
Authority: JP
Inventors: 博石原; 弘司古市; 孝二伊藤; 順一服部; 村上　　茂
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2025-06-06
Also published as: JP2006336991A

Description

本発明は、貯湯式給湯装置に関するものであり、特に、電動式混合弁を用いた湯水混合制御に関するものである。

従来、この種の貯湯式給湯装置は、ヒートポンプ回路で加熱された湯水を貯湯タンクの上部から成層状態で貯湯し、その貯湯された湯水を上部出湯管より取り出し給水管から供給される水と混合して所定の湯温に調節して給湯端末等の負荷側に供給するようにしていた。また、近年、この貯湯水を用いて風呂の追い焚きや暖房に利用する機能を有した貯湯式給湯装置が注目されるようになってきた。しかし、この場合、風呂の追い焚きや暖房に利用した後の温度の低下した湯水は再度貯湯タンク内に回収されるため、貯湯タンク内部には上部の高温水の下方に中温水と呼ばれる中途半端な温度の湯水が多量に蓄えられることになる。この中温水が蓄えられた状態で全量沸き上げ動作が行われると、ヒートポンプ回路への入水温度が高い状態でヒートポンプサイクルの加熱動作が行われるため、効率の悪い、いわゆるＣＯＰの低い沸き上げ動作となる。

そこで、この対策として特許文献１に開示されているように、貯湯タンクの中間部に中温水の取り出し口を設け、この取り出し口より取り出された中温水と上部出湯管より取り出された高温水を混合して所定の湯温を確保し、さらに、この混合水と給水管より供給される水を混合することで設定温度の湯水を精度よく得るようにしていた。この方法によれば中温水を積極的に取り出すことができるため、貯湯タンク下方には低温水を確保することができるとともに、貯湯タンク上方の高温水の使用を最小限に抑えることができ、高ＣＯＰの沸き上げ動作と湯切れ現象の抑制を図ることができるものである。

しかし、上記特許文献１に開示された構成において具体的に複数の混合弁を制御する場合、その制御方法によって種々の課題を有している。

その制御方法の一例として特許文献２に開示されたようなものがある。この特許文献２
に開示された制御方法は図４に示すように、貯湯タンク２の上部からの出湯と、貯湯タンク２の中間部からの出湯と、給水管２９からの水とを、上流側の中間混合弁２５および下流側の給湯混合弁２８により混合し、中間混合弁２５の出口温度を混合目標温度になるよう弁開度をフィードバック制御し、給湯混合弁２８の出口温度を給湯設定温度になるよう弁開度をフィードバック制御して、給湯設定温度の湯水を給湯する貯湯式給湯装置において、中間混合弁２５のフィードバック制御の制御応答速度を給湯混合弁２８のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたものである。
特開２００３−２４０３４２号公報特開２００４−３４０４６１号公報

上記特許文献２の制御方法によれば、中間混合弁と給湯混合弁を同じ制御応答速度で制御した場合の、中間混合弁からの湯水の温度変化に給湯混合弁のフィードバック制御が追いつかず、湯温のオーバーシュート現象またはアンダーシュート現象が発生するという課題を、中間混合弁からの湯水の温度変化に給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度が勝るように、中間混合弁の応答速度＜給湯混合弁の応答速度の関係で制御することで、給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減し、従来の課題を解決したというものであります。

つまり、この制御方法はカラン等で使用する流量が多い領域において、中間混合弁の高温水と中温水の混合バランスはカラン等の流量変動の影響を受けにくく、給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを抑制して良好に制御を行うことができるものであります。例えば、カランで１０Ｌの流量で湯を使用しているときにカランを絞って７Ｌの流量に変化させた場合、この流量変動により貯湯タンク側に圧力変動として伝達され中間混合弁の混合バランスに影響を及ぼすことになるが、中間混合弁の流量が多い場合はこの影響度合いは少なく、混合バランスが大きく崩れるという現象は発生せず、中間混合弁の応答速度＜給湯混合弁の応答速度の関係で制御することで、所定の混合湯温を安定して確保することができるというものであります。

しかし、上記制御方法はカラン等で使用する流量が少ない領域になると、中間混合弁の高温水と中温水の混合バランスはカラン等の流量変動の影響を大きく受けることになり、中間混合弁の混合湯温が変動する。そして、中間混合弁の混合湯温が変動すると、この変動を吸収するために給湯混合弁は混合水と給水管から供給される水の混合バランスを調節して設定温度になるように制御する。この給湯混合弁の制御によって水側開度が調整されると給水圧が変動することになり、貯湯タンク側に圧力変動として伝達され中間混合弁の混合バランスに影響を及ぼすことになる。この圧力変動による中間混合弁の混合バランスへの影響は流量が少ない場合に大きく、かつ中間混合弁の応答速度を遅く設定しているため、混合バランスの修正に時間を要することになる。これにより中間混合弁からの混合水は変動するようになり、この変動が高速で応答する給湯混合弁により増幅され更に変動幅が大きくなる。この繰り返しにより、中間混合弁と給湯混合弁は安定域に収束することなく変動を継続するため、所定の混合湯温を安定して供給することができないという課題を有するものであった。例えば、カランで１０Ｌの流量で湯を使用しているときにカランを絞って２Ｌの流量に変化させた場合、この低流領域への流量変動により上記高流量域での流量変動に比べ貯湯タンク側に大きな圧力変動として伝達され中間混合弁の混合バランスに大きく影響を及ぼすことになる。さらに流量が２Ｌと少ないため、混合バランスが少しでも崩れると大きな湯温変動として現れる。そこで、この変動を修正しようとして中間混合弁を制御するが、中間混合弁の応答速度＜給湯混合弁の応答速度の関係で制御するようにしているため、上記のような中間混合弁と給湯混合弁との間で変動の繰り返し現象が発生し、安定した湯温供給ができないものであった。

さらに、上記課題は中間混合弁の目標出湯温度を設定温度に近づけるほど発生しやすく、中温水を優先的に使用する目的で中間混合弁の目標温度を極力低く設定するということもできにくいものであった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、使用流量域に関係なく所定の湯温を安定して供給するとともに、中間混合弁の目標出湯温度を極力低く設定して中温水を優先的に使用可能な湯水混合制御方法を提供し、使い勝手とＣＯＰの向上を図るものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯装置は、タンク上部の湯水を取り出す出湯管と、タンクの略中間部の湯水を取り出す中温出湯管と、前記出湯管と前記中温出湯管からの湯水を混合する第１混合弁と、前記第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合し所定温度の湯水を端末側に供給する負荷側混合弁と、前記第１混合弁と前記負荷側混合弁の弁開度制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記第１混合弁と前記負荷側混合弁とを、前記第１混合弁の弁開閉速度を前記負荷側混合弁の弁開閉速度より遅く設定した弁開閉速度で混合制御を行う第１混合制御モードと、前記第１混合制御モードにおける第１混合弁と負荷側混合弁の弁開閉速度の関係を逆転させて混合制御を行う第２混合制御モードを有し、前記第１混合制御モードから前記第２混合制御モードへの切り替えは、前記第１混合弁及び前記負荷側混合弁の出口温度と目標温度の偏差が所定値以内となり、かつ、所定時間継続したとき行うようにしたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、第１混合弁と負荷側混合弁の弁開閉速度を所定条件で切り替えるようにしているため、第１混合弁の混合バランスが崩れ湯温変動が発生する恐れが有るような条件になったときは、第１混合弁の混合バランスの崩れを素早く修正可能な弁開閉速度に切り替え第１混合弁が優先的に混合制御を行うことで、第１混合弁からの混合水の湯温の安定化を図りつつ、負荷側混合弁の弁開閉速度を第１混合弁の弁開閉速度より遅い設定に切り替えることで、給水圧の変動を緩和し、貯湯タンクへの圧力変動の伝達を抑え、第１混合弁の混合バランスへの影響を低減させることができる。これにより、第１混合弁と負荷側混合弁の間の湯温変動の増幅作用を防止し、変動幅の少ない安定した湯温を確保することができる。

また、第１混合弁の混合バランスが崩れる恐れがない条件下では、負荷側混合弁が優先的に混合制御を行う弁開閉速度に設定し、第１混合弁の弁開閉速度を負荷側混合弁より遅い設定とすることで、設定温度に対して精度よく制御することができる。

さらに、第１混合弁が優先的に混合制御を行う条件下では、第１混合弁からの目標出湯温度を設定温度に対して極力近づけて設定することが可能となるため、中温水を積極的に取り出すことができ、貯湯タンク下方には低温水を確保することができるとともに、貯湯タンク上方の高温水の使用を最小限に抑えることができ、高ＣＯＰの沸き上げ動作と湯切れ現象の抑制を図ることができるものである。

本発明の貯湯式給湯装置は、使用条件に関係なく所定の湯温を安定して供給することができるとともに、中温水を積極的に取り出すことが可能となり、貯湯タンク下方には低温水を確保することができるとともに、貯湯タンク上方の高温水の使用を最小限に抑えることができ、高ＣＯＰの沸き上げ動作と湯切れ現象の抑制を図ることができるものである。

第１の発明は、ヒートポンプ回路を用いて加熱した湯水をタンク上部から成層状態で貯
湯しその湯水を利用して端末側に所望の湯水を供給する貯湯式給湯装置であって、
タンク上部の湯水を取り出す出湯管と、タンクの略中間部の湯水を取り出す中温出湯管と、前記出湯管と前記中温出湯管からの湯水を混合する第１混合弁と、前記第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合し所定温度の湯水を端末側に供給する負荷側混合弁と、前記第１混合弁と前記負荷側混合弁の弁開度制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１混合弁と前記負荷側混合弁とを、前記第１混合弁の弁開閉速度を前記負荷側混合弁の弁開閉速度より遅く設定した弁開閉速度で混合制御を行う第１混合制御モードと、前記第１混合制御モードにおける第１混合弁と負荷側混合弁の弁開閉速度の関係を逆転させて混合制御を行う第２混合制御モードを有し、前記第１混合制御モードから前記第２混合制御モードへの切り替えは、前記第１混合弁及び前記負荷側混合弁の出口温度と目標温度の偏差が所定値以内となり、かつ、所定時間継続したとき行うようにしたことを特徴とするものである。

そして、第１混合弁と負荷側混合弁の弁開閉速度を所定条件で切り替えるようにしているため、第１混合弁の混合バランスが崩れ湯温変動が発生する恐れが有るような条件になったときは、第１混合弁の混合バランスの崩れを素早く修正可能な弁開閉速度に切り替え第１混合弁が優先的に混合制御を行うことで、第１混合弁からの混合水の湯温の安定化を図りつつ、負荷側混合弁の弁開閉速度を第１混合弁の弁開閉速度より遅い設定に切り替えることで、給水圧の変動を緩和し、貯湯タンクへの圧力変動の伝達を抑え、第１混合弁の混合バランスへの影響を低減させることができる。

これにより、第１混合弁と負荷側混合弁の間の湯温変動の増幅作用を防止し、変動幅の少ない安定した湯温を確保することができる。

そして、第１混合弁の混合バランスが崩れる恐れがない条件下では、第１混合弁の弁開閉速度を負荷側混合弁の弁開閉速度より遅く設定し負荷側混合弁が優先的に混合制御を行う第１混合制御モードとすることで、設定温度に対して精度よく制御することができる。

また、第１混合弁の混合バランスが崩れ湯温変動が発生する恐れが有るような条件になったときは、第１混合弁の弁開閉速度を負荷側混合弁の弁開閉速度より速く設定し第１混合弁が優先的に混合制御を行う第２混合制御モードとすることで、第１混合弁の混合バランスの崩れを素早く修正し、第１混合弁からの混合水の湯温の安定化を図りつつ、負荷側混合弁の弁開閉速度を第１混合弁の弁開閉速度より遅い設定に切り替えることで、給水圧の変動を緩和し、貯湯タンクへの圧力変動の伝達を抑え、第１混合弁の混合バランスへの影響を低減させることができ、第１混合弁と負荷側混合弁の間の湯温変動の増幅作用を防止し、変動幅の少ない安定した湯温を確保することができる。

そして、第１混合弁の混合バランスが崩れ湯温変動が発生する恐れが有る条件として、第１混合弁の出口温度が目標温度に近づき第１混合弁が混合制御範囲内に入るとともに、負荷側混合弁が目標温度である設定温度に近づき負荷側混合弁が混合制御範囲に入り、か
つ、その状態が所定時間継続したとき、第１混合弁が優先的に混合制御を行う第２混合制御モードに切り替えるようにしているため、湯温変動が発生する前に最適な混合制御モードに切り替えることができ、変動幅の少ない安定した湯温を確保することができる。

第２の発明は、第１混合制御モードにおける第１混合弁と負荷側混合弁の弁開閉速度は、前記各混合弁の出口温度と目標温度の偏差に応じて変更するようにしたことを特徴としたものである。

そして、第１混合弁及び負荷側混合弁の出口温度が目標温度に近づくにつれて弁開閉速度を遅く設定することで、目標温度に対する制御精度を高めることができる。

第３の発明は、第２混合制御モードにおける第１混合弁の弁開閉速度は出口温度と目標温度の偏差に応じて変更するようにし、負荷側混合弁の弁開閉速度は出口温度と目標温度の偏差に関係なく低速で固定値としたことを特徴とするものである。

そして、第１混合弁が優先的に混合制御を行う第２混合制御モードでは、負荷側混合弁の弁開閉速度を低速の固定値とし、第１混合弁の弁開閉速度を負荷側混合弁の弁開閉速度より速く、かつ出口温度が目標温度に近づくにつれて弁開閉速度を徐々に遅く設定したものであり、目標温度に対する制御精度を高めるとともに、中間混合弁と負荷側混合弁が干渉しないようにして変動幅の少ない安定した湯温を確保するようにしたものである。

第４の発明は、ヒートポンプ回路を用いて加熱した湯水をタンク上部から成層状態で貯湯しその湯水を利用して複数の端末側に所望の湯水を供給する貯湯式給湯装置であって、タンク上部の湯水を取り出す出湯管と、タンクの略中間部の湯水を取り出す中温出湯管と、前記出湯管と前記中温出湯管からの湯水を混合する第１混合弁と、前記第１混合弁からの混合湯水の温度を検出する第１温度検出器と、前記第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合し所定温度の湯水を給湯端末に供給する給湯混合弁と、前記給湯混合弁からの混合湯水の温度を検出する給湯温度検出器と、前記第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合し所定温度の湯水を風呂端末に供給する風呂混合弁と、前記風呂混合弁からの混合湯水の温度を検出する風呂温度検出器と、前記給湯端末及び風呂端末に供給する湯温を設定する温度設定手段と、前記第１混合弁、給湯混合弁、風呂混合弁の弁開度を調節して設定温度の湯水に制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第１温度検出器の検出温度と設定温度の偏差が所定値以上か、前記給湯温度検出器または風呂温度検出器の検出温度と設定温度の偏差が所定範囲外のとき、前記第１混合弁の弁開閉速度を目標温度と出湯温度の偏差に応じて予め設定した低速パターンに基づき設定するとともに前記給湯混合弁または風呂混合弁の弁開閉速度を目標温度と出湯温度の偏差に応じて予め設定した高速パターンに基づき設定して混合制御を行い、前記第１温度検出器の検出温度と設定温度の偏差が所定値以下で、かつ前記給湯温度検出器または風呂温度検出器の検出温度と設定温度の偏差が所定範囲内のとき、前記第１混合弁の弁開閉速度を目標温度と出湯温度の偏差に応じて予め設定した高速パターンに基づき設定するとともに前記給湯混合弁または風呂混合弁の弁開閉速度を予め設定した低速の固定値で混合制御を行うようにしたことを特徴とするものである。

そして、負荷側混合弁として給湯混合弁と風呂混合弁で構成し、第１混合弁と給湯混合弁または風呂混合弁の弁開閉速度を目標温度と出湯温度の偏差に応じてそれぞれ低速パターン及び高速パターンとして設定し、所定の条件に応じて低速パターンと高速パターンを選択して用いることで、給湯利用または風呂利用において、使用条件に関係なく所定の湯温を安定して供給することができるとともに、中温水を積極的に取り出すことが可能となり、貯湯タンク下方には低温水を確保することができるとともに、貯湯タンク上方の高温水の使用を最小限に抑えることができ、高ＣＯＰの沸き上げ動作と湯切れ現象の抑制を図
ることができるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における貯湯式給湯装置の構成図である。

貯湯タンク１０１には下部と上部を連通させた沸き上げ配管１０２を設け、その途中に沸き上げポンプ１０３と熱交換器１０４を配設している。この沸き上げ経路によって貯湯タンク１０１下部の水は、沸き上げポンプ１０３によって熱交換器１０４に導かれ、その熱交換器１０４を通過する過程で加熱されて湯となり、貯湯タンク１０１上部に導かれる。貯湯タンク１０１に供給された湯は貯湯タンク１０１内でその比重差から湯が上部、水が下部に分離し、湯が押し下げられる形で層を成して蓄積される。貯湯タンク１０１内の湯が使用されると、それに伴い給水管１０５から貯湯タンク１０１内に水が給水され、貯湯タンク１０１内には使用状況に応じて減量した高温の湯が上部に、給水管１０５より供給された水が下部に分離した状態で貯留される。

また、熱交換器１０４の熱源となるヒートポンプ回路１０６は、圧縮機１０７、膨張弁１０８、ファン１０９による強制空冷式の蒸発器１１０で構成され、冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することで９０℃に近い高温水を貯湯することができるとともに、レジオネラ菌などを考慮した６５℃程度の温水の貯湯は高いＣＯＰで行うことができるものである。

次に、貯湯タンク１０１内の湯水を負荷側に供給するための利用側回路構成について説明すると、貯湯タンク１０１の上部には高温水を取り出す出湯管１１１を設け、この出湯管１１１と給水管１０５の略中間部には中温水を取り出す中間出湯管１１２を設けている。

出湯管１１１からは浴槽１１３の湯水と熱交換して追い焚き動作を行うための風呂熱交換器１１４と接続し循環ポンプ１１５を介して貯湯タンク１０１の下部に接続した風呂利用回路１１６が設けられており、前記風呂熱交換器１１４の二次側には浴槽１１３の風呂アダプター１１７と接続し風呂ポンプ１１８により浴槽水を循環させるための風呂循環回路１１９が構成されている。上記構成により、貯湯タンク１０１の上部より供給された高温水は風呂熱交換器１１４で風呂循環回路１１９を流れる浴槽水と熱交換され温度低下した後、中温水となって貯湯タンク１０１に戻される。この風呂追い焚き動作が継続すると貯湯タンク１０１内は上部の高温水の量が減少しその下方に蓄積される中温水の量が増大する。この中温水の増大現象は種々の弊害を招き、大きくは沸き上げ動作時におけるヒートポンプ回路１０６の運転効率（ＣＯＰ）の低下に関与する。すなわち、貯湯タンク１０１の下部に中温水が増加すると沸き上げ時の熱交換器１０４の入水温度が高い状態でヒートポンプ回路１０６の冷媒と熱交換することになり、冷媒と温水との温度差が減少して加熱能力が低下する。特に、冷媒として二酸化炭素を用いたヒートポンプサイクルにあっては、ヒートポンプの高圧側圧力が高いため入水温度が高くなるとヒートポンプの運転効率（ＣＯＰ）の低下度合いが顕著となる。

さらに、中温水が増加することは、貯湯タンク１０１の上部高温水が減少することであり、全体として貯湯能力が低下することになり、湯量不足につながるものでもある。

そこで、本実施の形態ではこの中温水対策として、貯湯タンク１０１の略中間部に中間出湯管１１２を設け、この中間出湯管１１２と上部出湯管１１１より供給される湯水を混
合し所定の混合水を得るための第１混合弁１２０を設け、第１温度検出器１２１で検出される湯温をフィードバックすることで弁開度の調節を行い所定の目標温度を確保するようにしている。この第１混合弁１２０を設けたことにより、使用目的に応じた湯温を中温水を優先的に取り出すことが可能となり、貯湯タンク１０１内の中温水を減少させることができる。

前記第１混合弁１２０の出力側には用途に応じた負荷側回路が構成され、まず給湯利用として、第１混合弁１２０からの混合水と給水管１０５からの水とを混合し設定温度の湯水を得るための負荷側混合弁の１つである給湯混合弁１２２を設け、カラン１２４に供給するようにしている。この給湯混合弁１２２の出力側には給湯温度検出器１２３が取り付けられ、給湯温度検出器１２３で検出される湯温をフィードバックすることで弁開度の調節を行い設定温度を確保するようにしている。

また、風呂利用としては、第１混合弁１２０からの混合水と給水管１０５からの水とを混合し設定温度の湯水を得るための負荷側混合弁の１つである風呂混合弁１２５を設け、注湯弁１２６を介して風呂循環回路１１９に接続し浴槽１１３への湯張りを行うようにしている。この風呂混合弁１２５の出力側には風呂温度検出器１２７が取り付けられ、風呂温度検出器１２７で検出される湯温をフィードバックすることで弁開度の調節を行い設定温度を確保するようにしている。

なお、第１混合弁１２０の高温水側供給経路には逆止弁１２８を設け、中間出湯管１１２からの中温水の逆流を防止するようにしている。また、給湯混合弁１２２及び風呂混合弁１２５の湯側供給経路にも逆止弁１２９、１３０を設けるとともに、給湯混合弁１２２の出力側には逆止弁１３１を設けている。

また、カラン１２４の近傍には給湯リモコン１３２、浴室には風呂リモコン１３３が設けられている。この給湯リモコン１３２または風呂リモコン１３３からの運転指示は機器本体側に設けられた制御部１３４に無線または有線で送られ、送信された条件に従って制御部１３４で予め規定された制御動作に基づいて各種動作を行うようにしている。

本実施の形態における貯湯式給湯装置は、図２に示すような沸き上げ回路１０２により深夜電力時間帯（例えば、２３時〜７時）に予め設定された沸き上げモードに従って貯湯タンク１０１の全量沸き上げ動作を行い、昼間時間帯（７時〜２３時）に貯湯タンク１０１の壁面に取り付けられた残湯湯温検出器１３５、１３６、１３７で検出される温度に基づいて残湯量が減少し湯量不足が発生すると思われる場合は追加沸き上げ動作を行い、貯湯タンク１０１の上部に必要な高温水湯量を確保するようにしている。以上のような沸き上げ動作によって、貯湯タンク１０１には上部から高温水、中温水、低温水の順で層をなして蓄積されることになる。

このように蓄積された貯湯水は、給湯リモコン１３２または風呂リモコン１３３からの要求により制御部１３４が利用側回路の負荷側混合弁を制御して所望の湯水を利用側端末に供給するようにしている。

以上のように構成された貯湯式給湯装置において、本実施の形態における利用側回路の動作を説明すると、まず、給湯リモコン１３２により所望の給湯温度が設定されカラン１２４が開栓されると、給水管１０５から貯湯タンク１０１に給水が開始され、その給水圧により貯湯タンク１０１内の高温水及び中温水は出湯管１１１及び中間出湯管１１２より排出され、第１混合弁１２０の湯側ａ及び水側ｂに供給される。このとき、第１混合弁１２０の初期設定として水側ｂを略全開状態にしておくと貯湯タンク１０１内の中温水が優先的に排出され、混合出口側ｃより次段に供給される。この湯温を第１温度検出器１２１
で検出し、検出された湯温が給湯リモコン１３２で設定された温度より所定温度（例えば２℃）以上ある場合は、第１混合弁１２０の弁開閉速度を（表１）に示すように目標温度と検出温度の関係で予め定めた低速パターンに基づき目標温度になるように湯側と水側の弁開度を調節する。

上記の場合は、図３に示すように中間出湯管１１２まで略高温水が貯湯されている貯湯形態における場合で、水側ｂが略全開状態であるため検出温度を目標温度に合わそうとしても、これ以上水側に弁開度を調節することができないが、例えば、上記初期設定として、湯側と水側が所定の開度で停止している状態とし、この状態においてカラン１２４が開栓された場合、そのときの検出温度が４８℃とし、設定温度が４０℃とすると、その差が８℃となり基準の温度差２℃より大きいため、第１混合弁１２０は水側開度を開いて中温水の量を増加させて出力側ｃの出口温度を目標温度に合わすように制御する。このときの第１混合弁１２０の弁開閉速度は検出温度と設定温度の差が所定温度よりも大きいため（表１）の低速パターンに基づき設定されることになる。（表１）に基づき説明すると、目標温度と検出温度の差が４℃未満になるまでは３０ｐｐｓの速度で水側を開くように制御し、温度差が４℃未満になると１５ｐｐｓの速度に切り替え、２℃未満になると５ｐｐｓの速度に切り替えて弁開度の制御を行うようにし、低速パターンの中にあっても温度差が大きいときは速く、温度差が小さくなると遅くなるように設定している。なお、このときの目標温度は給湯リモコン１３２の設定温度より所定温度高い温度を設定し、上記の場合であれば設定温度４０℃に対して目標温度は４１℃としている。この目標温度は極力設定温度に近づけて低く設定する方が中温水の寄与度を高めることができるため中温水を優先的に使用することができる点で望ましい。

このように第１混合弁１２０の出口温度と設定温度の差が大きい領域では、第１混合弁１２０の混合制御は弁開閉速度を遅く設定した低速パターンを用いて行う。

そして、第１混合弁１２０で確保した設定温度より少し高めの湯水を給湯リモコン１３２で設定した給湯温度に合わすための負荷側混合弁である給湯混合弁１２２は、給湯温度検出器１２３の検出温度を制御部１３４にフィードバックすることで設定温度になるように湯側開度と水側開度を調節する。このときの弁開閉速度は（表２）に示すように設定温度と検出温度の関係で予め定めた高速パターンに基づき設定するようにしている。

また、上記高速パターンに基づく弁開閉速度は（表３）に示すようにカラン１２４の給湯流量に応じてそのゲインを変更するようにしている。例えば、給湯流量が多い場合は高ゲインとして設定温度と検出温度の関係で定めた弁開閉速度を速く設定し、給湯流量が中位の場合は中ゲインとして設定温度と検出温度の関係で定めた弁開閉速度を高ゲインより遅く設定し、給湯流量が少ない場合は低ゲインとして設定温度と検出温度の関係で定めた弁開閉速度を中ゲインよりさらに遅く設定している。

この給湯流量の違いにより高速パターンにおける弁開閉速度のパターンを変更することで、給湯混合弁１２２の応答性を最適化するとともに、第１混合弁１２０との干渉を防止するようにしている。

（表２）を用いて具体的動作について説明すると、第１混合弁１２０から給湯混合弁１２２の湯側ｄに混合水が供給されると、そのときの湯側開度と水側開度の状況で水側ｅより供給される水と混合されて出力側ｆにある温度の混合水が出湯される。この湯温を給湯温度検出器１２３が検出し混合水湯温が低い場合は水側ｅを閉めて湯側ｄを開くように制御する。このときの弁開閉速度は給湯流量が多く高ゲインが選択されているときは、高ゲインの設定温度と検出温度との関係で設定されたパターンに基づいて設定され、例えば、温度差が１０℃ある場合は１００ｐｐｓの高速で弁開度が制御され、温度差が４℃未満になってくると５０ｐｐｓの速度に切り替え、温度差がさらに設定温度に近づいて２℃未満になると１８ｐｐｓに切り替えて最終目標である設定温度になるように弁開度を制御する。このときも給湯混合弁１２２の弁開閉速度は第１混合弁１２０の弁開閉速度より速くして給湯混合弁１２２と第１混合弁１２０が相互に干渉しないようにしているとともに、給湯混合弁１２２の弁開閉速度を速くすることで設定温度に対する応答性と精度を確保するようにしている。

以上のように、第１混合弁１２０の出口温度と目標温度の温度偏差が予め設定した所定温度以上あるときは、第１混合弁１２０の弁開閉速度を負荷側混合弁である給湯混合弁１２２の弁開閉速度より遅く設定した低速パターンを用いて混合制御し、給湯混合弁１２２を第１混合弁１２０の弁開閉速度より速く設定した高速パターンを用いて混合制御するよ
うにしている。この制御モードを第１制御モードと定義している。

次に、第１混合弁１２０の出口温度が目標温度に近づき、その温度差が予め設定した所定温度以下になり、給湯混合弁１２２の出口温度が設定温度に近づいて所定温度範囲内になり、かつ、この状態が所定時間継続した場合は、第１混合弁１２０が制御域に入ったと判断して、従来の弁開閉速度の関係を逆転させて制御を行うようにし、この制御モードを第２制御モードと定義している。

つまり、従来第１混合弁１２０の弁開閉速度を低速パターンに基づいて設定していたものを、高速パターンに基づいて設定するようにし、給湯混合弁１２２の弁開閉速度を給湯流量に関係なく低速の固定値としたもので、第１混合弁１２０が制御域に入って給水圧の変動等で混合バランスの影響を受けやすい状況になったときは、第１混合弁１２０に混合制御の優先権を与えるように弁開閉速度の応答性を高めた高速パターンを用いるようにしたものである。この第１混合弁１２０と給湯混合弁１２２の弁開閉速度のパターン切り替えは給湯動作が停止するまで保持し、給湯動作が停止されると解除する。

上記動作を図４の貯湯形態において具体的に説明すると、例えば、設定温度を４０℃とすると、第１混合弁１２０の目標温度は４１℃となり、この目標温度を確保すべく中間出湯管１１２から供給される中温水と高温出湯管１１１から供給される高温水を混合するわけであるが、このとき、図３に示すように中温水の温度が目標温度より高い場合は第１混合弁１２０は高温水を混合する必要がないため水側が全開状態となって中温水が優先的に供給され、混合バランスの影響も受けないため、給湯混合弁１２２が優先権を持って設定温度に対して速い応答速度で対応する第１制御モードで制御を行うことになる。

ここで、図４に示すように中温水の温度が低下し設定温度を下回るような状況になると第１温度検出器１２１からの信号により第１混合弁１２０は湯側開度を開き高温出湯管１１１からの高温水を取り入れ中温水と混合して目標温度になるように弁開度の制御を開始する（太線で示す経路で湯水が流れる）。この制御により第１混合弁１２０の出口温度は徐々に目標温度に近づくことになる。そして、第１混合弁１２０の出口温度と設定温度の差が予め設定した２℃以下になり、給湯混合弁１２２の出口温度、すなわちカラン１２４からの出湯温度が設定温度に対して所定温度範囲内（±２℃以内）になって、第１混合弁１２０と給湯混合弁１２２が共に目標温度あるいは設定温度に対して微調節を行う制御域に入ると、第１混合弁１２０の弁開閉速度を図３に示す高速パターンを用いて設定し、給湯混合弁１２２の弁開閉速度を給湯流量に関係なく、例えば５ｐｐｓの低速の固定値として設定する。この第１制御モードから第２制御モードへの切り替えによって、第１混合弁１２０の弁開閉速度は、給湯流量が５Ｌとすると、５ｐｐｓから１８ｐｐｓに切り替わることになり、第１混合弁１２０が高速、給湯混合弁１２２が低速の関係で混合制御が行われることになり、従来のように一定の関係で制御を行っていたときの課題である、給湯混合弁１２２と第１混合弁１２０の干渉、すなわち給湯混合弁１２２の高速制御による第１混合弁１２０の混合バランスへの影響を回避することができ、第１混合弁１２０の優先制御による湯温変動を抑えた混合制御が可能となる。

以上の動作は負荷側混合弁として給湯混合弁１２２を用いて場合について説明したが、負荷側混合弁として風呂混合弁１２５を用いた場合も同様の制御を行うことで安定して所望の湯水を確保することができ、注湯弁１２６の開閉制御により風呂循環回路１１９を介して浴槽１１３に注湯することができる。具体的な制御動作は給湯利用の場合と同様であるため説明は省略する。

以上のように本発明の給湯装置は、第１混合弁と負荷側混合弁である給湯混合弁１２０または風呂混合弁１２２の弁開閉速度を所定条件で切り替えるようにしているため、第１
混合弁１２０の混合バランスが崩れ湯温変動が発生する恐れが有るような条件になったときは、第１混合弁１２０の混合バランスの崩れを素早く修正可能な高速パターンの弁開閉速度に切り替え第１混合弁１２０が優先的に混合制御を行うことで、第１混合弁１２０からの混合水の湯温の安定化を図りつつ、負荷側混合弁である給湯混合弁１２０または風呂混合弁１２２の弁開閉速度を第１混合弁１２０の弁開閉速度より遅い低速パターンの設定に切り替えることで、給水圧の変動を緩和し、貯湯タンク１０１への圧力変動の伝達を抑え、第１混合弁１２０の混合バランスへの影響を低減させることができる。この第２制御モードによる混合制御により、第１混合弁１２０と負荷側混合弁である給湯混合弁１２０または風呂混合弁１２２の間の湯温変動の増幅作用を防止し、変動幅の少ない安定した湯温を確保することができる。

また、第１混合弁の混合バランスが崩れる恐れがない条件下では、負荷側混合弁である給湯混合弁１２０または風呂混合弁１２２が優先的に混合制御を行う第１制御モードの弁開閉速度に設定し、第１混合弁１２０の弁開閉速度を負荷側混合弁である給湯混合弁１２０または風呂混合弁１２２より遅い設定とすることで、設定温度に対して精度よく制御することができる。

さらに、第１混合弁１２０が優先的に混合制御を行う第２制御モードの条件下では、第１混合弁１２０からの目標出湯温度を設定温度に対して極力近づけて設定することが可能となるため、中温水を積極的に取り出すことができ、貯湯タンク１０１下方には低温水を確保することができるとともに、貯湯タンク１０１上方の高温水の使用を最小限に抑えることができ、高ＣＯＰの沸き上げ動作と湯切れ現象の抑制を図ることができるものである。

以上のように本発明の給湯装置は、使用流量域に関係なく所定の湯温を安定して供給するとともに、中間混合弁の目標出湯温度を極力低く設定して中温水を優先的に使用可能な湯水混合制御方法を提供し、使い勝手と効率の向上を図るものであり、給湯風呂暖房装置における混合制御全般に適用できる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯装置の構成図同貯湯式給湯装置における沸き上げ動作を示す図同貯湯式給湯装置における第１制御モードの動作を示す図同貯湯式給湯装置における第２制御モードの動作を示す図従来の貯湯式給湯装置の構成図

１０１貯湯タンク
１０５給水管
１０６ヒートポンプ回路
１１１出湯管
１１２中温出湯管
１２０第１混合弁
１２２給湯混合弁（負荷側混合弁）
１２５風呂混合弁（負荷側混合弁）
１３４制御部

Claims

ヒートポンプ回路を用いて加熱した湯水をタンク上部から成層状態で貯湯しその湯水を利用して端末側に所望の湯水を供給する貯湯式給湯装置であって、
タンク上部の湯水を取り出す出湯管と、タンクの略中間部の湯水を取り出す中温出湯管と、前記出湯管と前記中温出湯管からの湯水を混合する第１混合弁と、前記第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合し所定温度の湯水を端末側に供給する負荷側混合弁と、前記第１混合弁と前記負荷側混合弁の弁開度制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１混合弁と前記負荷側混合弁とを、前記第１混合弁の弁開閉速度を前記負荷側混合弁の弁開閉速度より遅く設定した弁開閉速度で混合制御を行う第１混合制御モードと、前記第１混合制御モードにおける第１混合弁と負荷側混合弁の弁開閉速度の関係を逆転させて混合制御を行う第２混合制御モードを有し、
前記第１混合制御モードから前記第２混合制御モードへの切り替えは、前記第１混合弁及び前記負荷側混合弁の出口温度と目標温度の偏差が所定値以内となり、かつ、所定時間継続したとき行うようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
第１混合制御モードにおける第１混合弁と負荷側混合弁の弁開閉速度は、前記各混合弁の出口温度と目標温度の偏差に応じて変更するようにした請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
第２混合制御モードにおける第１混合弁の弁開閉速度は、出口温度と目標温度の偏差に応じて変更するようにし、負荷側混合弁の弁開閉速度は、出口温度と目標温度の偏差に関係なく低速で固定値とした請求項１または２に記載の貯湯式給湯装置。
ヒートポンプ回路を用いて加熱した湯水をタンク上部から成層状態で貯湯しその湯水を利用して複数の端末側に所望の湯水を供給する貯湯式給湯装置であって、
タンク上部の湯水を取り出す出湯管と、タンクの略中間部の湯水を取り出す中温出湯管と、前記出湯管と前記中温出湯管からの湯水を混合する第１混合弁と、前記第１混合弁からの混合湯水の温度を検出する第１温度検出器と、前記第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合し所定温度の湯水を給湯端末に供給する給湯混合弁と、前記給湯混合弁からの混合湯水の温度を検出する給湯温度検出器と、前記第１混合弁からの湯水と給水管からの
水を混合し所定温度の湯水を風呂端末に供給する風呂混合弁と、前記風呂混合弁からの混合湯水の温度を検出する風呂温度検出器と、前記給湯端末及び風呂端末に供給する湯温を設定する温度設定手段と、前記第１混合弁、給湯混合弁、風呂混合弁の弁開度を調節して設定温度の湯水に制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１温度検出器の検出温度と設定温度の偏差が所定値以上か、前記給湯温度検出器または風呂温度検出器の検出温度と設定温度の偏差が所定範囲外のとき、前記第１混合弁の弁開閉速度を目標温度と出湯温度の偏差に応じて予め設定した低速パターンに基づき設定するとともに前記給湯混合弁または風呂混合弁の弁開閉速度を目標温度と出湯温度の偏差に応じて予め設定した高速パターンに基づき設定して混合制御を行い、
前記第１温度検出器の検出温度と設定温度の偏差が所定値以下で、かつ前記給湯温度検出器または風呂温度検出器の検出温度と設定温度の偏差が所定範囲内のとき、前記第１混合弁の弁開閉速度を目標温度と出湯温度の偏差に応じて予め設定した高速パターンに基づき設定するとともに前記給湯混合弁または風呂混合弁の弁開閉速度を予め設定した低速の固定値で混合制御を行うようにした貯湯式給湯装置。