JP4641277B2 - 連結給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、複数台の給湯装置を並列に接続し、これらの給湯装置を連動させて運転する連結給湯システムに関する。

連結給湯システムとしては、例えば下記特許文献１に示されるように、複数台の給湯装置を外部機器である１台のシステムコントローラ（連結ユニットと称する）に通信可能に接続し、この連結ユニットにより複数台の給湯装置を連結運転するようにしたものが知られている。

この連結給湯システムでは、比較的小型の給湯装置を並列に接続して２台以上で連結運転可能に構成することにより、全体の製造コストを下げることができ、且つ最小給湯量を下げることによって給湯量の幅を拡げることができる。

しかしながら、１台の給湯装置の能力には、熱量と水量の点で限界があるため、熱量については、最大熱量に対して所定の割合（例えば、９０％）のところで、また水量についても、最大水量に対して所定の割合（例えば、６０％）のところで、給湯装置の運転台数を増加させるように連結ユニットの制御条件を設定している。

上記のような連結給湯システムにおいて、給湯装置の運転台数を増加させる場合は、本来、熱量の条件だけで台数増加を判断することが望ましいが、供給水圧が低い場合には最大熱量を出すことが困難になるため、水量の条件も判断することが必要である。また、近年は給水温度の高いシステムが使用されるようになってきたため、供給水量の条件を判断する必要性が高まっている。
特開２００２−３５７３６１号公報

このような状況下で、熱交換器をバイパスして給水管と給湯管を連通するバイパス管と、熱交換器に供給される水の流量に対するバイパス管に供給される水の流量の割合（バイパス比）を調節するためのバイパスサーボ弁とを備えた給湯装置が提供されている。この場合、供給水圧が同じでもバイパス比が変化すると、熱交換器に供給される水の流量も変わることになるため、水量の条件により給湯装置の限界を見極めて台数増加を判断することはできないという問題がある。

本発明は、上記のようなバイパス管を備えた給湯装置を複数台並列に接続し、これらの給湯装置を連動させて運転する場合において、供給水圧が低いとき又は供給水温が高いときでも使用する給湯装置の運転台数を適切に制御できる連結給湯システムを提供することを目的とする。

本発明は、システムコントローラに複数台の給湯装置を並列に接続し、該給湯装置を連動させて運転する連結給湯システムにおいて、前記給湯装置は、給水管から供給される水を加熱して給湯管に出湯する熱交換器と、該熱交換器を加熱するバーナと、前記給水管から供給される水の流量を検知する供給水量検知手段と、前記熱交換器をバイパスして前記給水管と前記給湯管とを連通するバイパス管と、前記熱交換器に供給される水の流量に対する前記バイパス管に供給される水の流量の割合で表されるバイパス比を調節するバイパス比調節手段と、前記供給水量検知手段で検知された供給水量と前記バイパス比に応じて決定される流量との比較結果に基づいて、前記システムコントローラに対して前記給湯装置の増加を要求する運転台数要求手段とを備え、前記システムコントローラは、前記給湯装置からの運転台数の増加の要求の有無に応じて、前記給湯装置の運転台数の増減を判断することを特徴とする（第１発明）。

この第１発明では、給湯装置に備えられたコントローラ（例えば、後述の制御ユニット５）により、上記運転台数制御手段の機能が実現される。
また、前記バイパス比に応じて決定される流量としては、例えば、バイパス比が０のときの流量にバイパス比の値に応じて決定される流量比を掛けて得られる値が用いられる。

また、本発明は、システムコントローラに複数台の給湯装置を並列に接続し、該給湯装置を連動させて運転する連結給湯システムにおいて、前記給湯装置は、給水管から供給される水を加熱して給湯管に出湯する熱交換器と、該熱交換器を加熱するバーナと、前記給水管から供給される水の流量を検知する供給水量検知手段と、前記熱交換器をバイパスして前記給水管と前記給湯管とを連通するバイパス管と、前記熱交換器に供給される水の流量に対する前記バイパス管に供給される水の流量の割合で表されるバイパス比を調節するバイパス比調節手段とを備え、前記システムコントローラは、前記供給水量検知手段で検知された供給水量を、前記バイパス比が０のときの流量にバイパス比の値に応じて決定される流量比を掛けて得られる流量と比較することによって前記給湯装置の運転台数の増減を判断することを特徴とする（第２発明）。

この第２発明では、システムコントローラ（例えば、後述の連結ユニット８）により、上記運転台数増減の判断の機能が実現される。

本発明の連結給湯システムによれば、供給水圧が一定でもバイパス比が変化することで熱交換器への供給水量が変化する給湯装置において、供給水量検知手段で検知された供給水量とバイパス比に応じて決定される流量との比較結果に基づいて給湯装置の運転台数の増減を判断するので、供給水圧が低いとき又は供給水温が高いときでも、供給水量の条件によって給湯装置の能力限界を把握し、運転台数の増減を的確に判断することができる。これにより、連結給湯システムを構成する給湯装置の運転台数を適切に制御して、給湯装置全体の寿命を延ばすことができる。

図１は、給湯装置の運転台数制御を行う本発明に係る連結給湯システムの構成図である。このシステムは、複数台の給湯装置１をシステムコントローラとしての連結ユニット８に接続して構成されている。連結ユニット８は、複数の給湯装置１の中から１台を親機として設定し、残りの給湯装置１を子機に設定する。図示のように、複数台の給湯装置１のうち、リモコン６が接続されている給湯装置１がある場合には、その給湯装置１が優先的に親機として設定される。また、複数の給湯装置１にリモコン６が各々接続されている場合、或いはいずれの給湯装置１にもリモコン６が接続されていない場合には、連結ユニット８の接続ポートにシリアルナンバーを設定し、一番小さなシリアルナンバーの接続ポートに接続された給湯装置１を親機として設定する。

上記のように連結ユニット８に接続された複数の給湯装置１は、大型の１台の給湯装置と同様の作動を行う。なお、図示のシステムでは、１台の給湯装置１にリモコン６を接続すると共に、連結ユニット８にもリモコン８１を接続している。ただし、必ずしも双方にリモコンを取り付ける必要はなく、連結ユニット８と親機である給湯装置１とのいずれか一方にリモコンを取り付けるようにしてもよい。

給湯装置１は、後で詳しく説明するように、ガス供給管４に接続されるバーナと、このバーナで加熱される熱交換器とを内蔵している。熱交換器に接続された給水管２から供給された水は、熱交換器を循環する間に加熱されて温水となり、給湯管３から出湯される。

この給湯装置１の作動は、マイクロコンピュータ等により構成されたコントローラとしての制御ユニット５によって制御される。

なお、本実施形態では、連結ユニット８を給湯装置１とは別体のものとして備えているが、連結ユニット８の機能をいずれかの給湯装置１の制御ユニット５に含める構成としてもよい。

図２に示すように、給湯装置１は、給水管２及び給湯管３と連通した熱交換器１０、これを加熱するバーナ１１、このバーナ１１を点火するための点火プラグ１２、これに高電圧を印加するイグナイタ１３、上記バーナ１１の燃焼炎の有無を検知するフレームロッド１４、上記バーナ１１に燃焼用空気を供給する燃焼ファン１５、及び熱交換器１０から出湯される湯の温度を検出する熱交温度センサ１６を備えている。
なお、この給湯装置１においては、バーナ１１は第１〜第３バーナブロック１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより構成されている。
給水管２には、供給水量を検出する給水流量センサ２０、給水温度を検出する給水温度センサ２１、供給水量を調節する給水サーボ弁２２が備えられると共に、熱交換器１０の給水側には、熱交電磁弁２３が設けられている。
また、熱交換器１０をバイパスして給水管２と給湯管３を連通するバイパス管３０に、バイパス管３０の開度を調節するバイパス比調節手段としてのバイパスサーボ弁３１が備えられ、給湯管３とバイパス管３０との合流箇所の下流に、給湯温度を検出する給湯温度センサ３２が設けられている。
給湯装置１が１台単独で使用される場合、すなわち制御ユニット５が単独運転モードで作動している間は、給水サーボ弁２２及びバイパスサーボ弁３１は開弁状態のままであり、閉弁することはない。

更に、燃料ガスが供給されるガス供給管４を開閉する元電磁弁４１、ガス供給管４から延びた給湯ガス管４２の開度を調節するガス比例弁４３、給湯ガス管４２からそれぞれ第１〜第３バーナブロック１１ａ、１１ｂ、１１ｃへの燃料ガスの供給／遮断を切換える第１切換電磁弁４４ａ、第２切換電磁弁４４ｂ及び第３切換電磁弁４４ｃが備えられている。

上記のように構成された給湯装置１においては、給水サーボ弁２２及びバイパスサーボ弁３１が開弁された状態で、給水流量センサ２０によって検出される供給水量が予め設定された最低流量以上になると、燃焼ファン１５によりバーナ１１に燃焼用空気を供給し、イグナイタ１３により点火プラグ１２に高電圧を印加して火花放電を生じさせた状態で、元電磁弁４１及び第１〜第３切換電磁弁４４ａ〜４４ｃを開弁して、バーナ１１に点火する。
また、給湯管３には温度センサ３２が取り付けられており、給湯管３から出湯される湯温が設定された温度になるように第１〜第３切換電磁弁４４ａ〜４４ｃの開閉とガス比例弁４３の開度が調節される。給湯管３の先端に取り付けられている蛇口７が閉じられて給湯管３内の流量が最低流量より下がると、上記切換電磁弁が閉じてバーナ１１が消火される。

これら一連の制御は、給湯装置１に内蔵された制御ユニット５によって行われる。制御ユニット５には、給湯装置１の運転／停止の指示や運転条件の設定を行うと共に給湯装置１の運転状況等を表示するリモコン６が接続され、リモコン６からの各種の指示信号と、上記フレームロッド１４、熱交温度センサ１６、給水流量センサ２０、給水温度センサ２１及び給湯温度センサ３２からの検出信号とが入力される。

また、制御ユニット５から出力される制御信号によって、イグナイタ１３、燃焼ファン１５、給水サーボ弁２２、熱交電磁弁２３、バイパスサーボ弁３１、元電磁弁４１、ガス比例弁４３、第１〜第３切換電磁弁４４ａ、４４ｂ、４４ｃの作動が制御される。更に、制御ユニット５は、第１〜第３切換電磁弁４４ａ、４４ｂ、４４ｃの開閉作動状況及びガス比例弁４３の開度からバーナ１１による供給熱量を検知する。

図１においていずれかの蛇口７が開かれて給湯管３内を湯が流れると、各給湯装置１の制御ユニット５は、連結ユニット８に対して、給水流量センサ２０によって検出された供給水量を送信する。各給湯装置１の給湯量、すなわち給水流量センサ２０が検出する流量の範囲は、例えば「低」「中」「高」の３段階に設定されている。図１のシステム構成において、連結ユニット８に５台の給湯装置１が接続されており、このうち３台の給湯装置１の給水サーボ弁２２及びバイパスサーボ弁３１が開弁され、残り２台の給湯装置１の給水サーボ弁２２及びバイパスサーボ弁３１が閉じられているとすれば、開弁されている３台の給湯装置１が作動している状態になる。その作動している３台の流量が全て「中」の範囲内であるとすると、３台が作動している状態を維持する。

蛇口７からの給湯量が減少し、３台の給湯装置１の供給水量の何れかが減少して「低」の範囲に入ると、連結ユニット８は、作動している３台の給湯装置１の中からいずれか１台を停止させ、２台の給湯装置１が作動している状態にする。その２台の給湯装置１の流量が双方とも「中」の場合には２台が作動している状態を維持するが、更に１台の流量が「低」の範囲まで減少すると、更にいずれか一方を停止させ、１台の給湯装置１のみが作動する状態にする。

逆に一部の給湯装置１が作動している状態で、作動中の給湯装置１のいずれかの流量が「高」に増加すると、休止している給湯装置１の中から１台を作動させる。このような給湯装置１の作動や停止は、給水サーボ弁２２及びバイパスサーボ弁３１の開閉によって行う。すなわち、給水サーボ弁２２及びバイパスサーボ弁３１が開弁すると、その給湯装置１は作動状態になり、給水サーボ弁２２及びバイパスサーボ弁３１を閉弁させると、その給湯装置１は作動を停止する。

このように、複数台の給湯装置１のうち運転台数すなわち作動している台数は変化するが、連結ユニット８は、各給湯装置１の作動時間を累積し、一部の給湯装置１だけが作動し続けて劣化することを防止するため、累積作動時間が各給湯装置毎にほぼ一定になるように、作動する給湯装置１の台数を管理する。すなわち、累積作動時間の短い給湯装置１は積極的に作動させ、累積作動時間の長い給湯装置１は優先的に作動を停止させるように制御する。

本発明によれば、上記のように熱交換器をバイパスした給湯装置において、供給水圧に対する熱交換器側及びバイパス管側の通水量はバイパス比によって変化することから、水量を条件とする運転台数増減の判断はバイパス比に応じた値によって行われる。ここで、供給水量の条件は、給水温度に関係なく判断することとしてもよく、或いは給水温度が高いときにのみ判断するようにしてもよい。

具体的には、作動中の給湯装置において、制御ユニット５により、バイパス比が０のときの流量（基準値）にバイパス比を考慮した定数（流量比）を掛けて得られる流量によって給湯装置の台数増減を判断し、その判断結果を連結ユニット８に送る。

ここで、バイパス比とは、熱交換器側の通水量（熱交換器に供給される水の流量）に対するバイパス管側の通水量（バイパス管に供給される水の流量）の割合で表される。従って、バイパス比が０のときの流量とは、バイパスサーボ弁３１を閉弁することでバイパス管３０に水が供給されないとき熱交換器１０に供給される水の流量であり、これを流量の基準値とする。この流量は、給水サーボ弁２２で調節される。
また、流量比とは、バイパス比が０のときの流量（基準値）を１として、バイパス比が０でない場合の流量の比率である。流量比αは、例えば、バイパス比λを用いた以下の近似式で算出することができる。

α＝−0.1042λ^２＋0.3854λ＋1
この式によれば、λ＝０のときα＝1である。
また、流量Ｘは、バイパス比λ＝０のときの流量（以下の例では、16）に流量比αを掛けた値（Ｘ＝16α）である。

（例）供給水圧が60 kPaのときの給湯装置の水量特性：
バイパス比λ 流量Ｘ 流量比α
1.2 21.0 1.3125
0.6 19.1 1.19375
0 16 1
水圧が60 kPaでも、確実に給湯装置の運転台数を増やすためには、台数増加の判断条件を、バイパス比が０のときの流量＝ 16 L/minとしなければならない。しかしながら、バイパス比λ＝1.2 の場合には、給湯装置の能力限界ではなく、余力がある。ここで、バイパス比λを考慮した定数（流量比）αを条件に加えて判断すると、給湯装置の能力限界が的確に判断され、連結ユニット８に台数増加を知らせることができる。

以下、図１の連結給湯システムにおける給湯装置１の運転台数の制御動作について説明する。図３は、運転中の給湯装置１の制御ユニット５による制御動作の手順を示すフローチャートである。

制御ユニット５は、ＳＴＥＰ１で、第１〜第３切換電磁弁４４ａ、４４ｂ、４４ｃの作動状況から供給熱量を検知するとともに、給水流量センサ２０からの信号によって供給水量のデータを検知する。これにより、制御ユニット５は、本発明における供給水量検知手段としての機能を実現している。そして、これらのデータのうち供給熱量が所定の値（例えば、最大熱量の９０％）以上か否かを判定し（ＳＴＥＰ２）、“ＹＥＳ”であれば、運転台数すなわち作動させる給湯装置１の台数を増加するように要求する信号を連結ユニット８に送る（ＳＴＥＰ４）。

一方、“ＮＯ”であれば、次のＳＴＥＰ３で、供給水量が上記バイパス比に応じた流量Ｘ（上記の例では、Ｘ＝16α）以上か否かを判定し、“ＹＥＳ”であれば、運転台数すなわち作動させる給湯装置１の台数を増加するように要求する信号を連結ユニット８に送る（本発明の給湯装置の増加の要求に相当する）。これにより、制御ユニット５は、本発明における運転台数要求手段としての機能を実現している。そして、この場合、連結ユニット８は、給湯装置１の運転台数を増加させる（ＳＴＥＰ４）。

一方、ＳＴＥＰ３で“ＮＯ”であれば、制御ユニット５は、給湯装置１の台数を増加するように要求する信号を連結ユニット８に送らない。そして、この場合には、連結ユニット８は、現状の運転台数を維持する（ＳＴＥＰ５）。このように、連結ユニット８は、各給湯装置１の制御ユニット５から送られる給湯装置１の増加を要求する信号の有無により、給湯装置１の運転台数の増減を判断する。

上記実施形態においては、運転中の給湯装置１の制御ユニット５から連結ユニット８に対して運転台数の増加を要求し、該要求の有無に応じて連結ユニット８が給湯装置１の運転台数の増減を判断するようにしているが、他の実施形態として、各給湯装置１の制御ユニット５から連結ユニット８に各給湯装置１の運転状況（供給熱量、供給水量）を示す信号を送り、該信号により各給湯装置１の運転状況を認識した連結ユニット８が、各給湯装置１の運転状況に応じて給湯装置１の運転台数の増減を判断するようにしてもよい。

本発明の連結給湯システムの構成例を示す図。 給湯装置の構成を示す図。 連結ユニット又は給湯装置の制御ユニットによる運転制御動作を示すフローチャート。

符号の説明

１…給湯装置、２…給水管、３…給湯管、４…ガス供給管、５…制御ユニット、６…リモコン、８…連結ユニット、１０…熱交換器、１１…バーナ、１５…燃焼ファン、１６…熱交温度センサ、３０…バイパス管、３１…バイパスサーボ弁、４１…元電磁弁、４３…ガス比例弁、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ…第１〜第３切換電磁弁

Claims (3)

1. システムコントローラに複数台の給湯装置を並列に接続し、該給湯装置を連動させて運転する連結給湯システムにおいて、前記給湯装置は、
   給水管から供給される水を加熱して給湯管に出湯する熱交換器と、
   該熱交換器を加熱するバーナと、
   前記給水管から供給される水の流量を検知する供給水量検知手段と、
   前記熱交換器をバイパスして前記給水管と前記給湯管とを連通するバイパス管と、
   前記熱交換器に供給される水の流量に対する前記バイパス管に供給される水の流量の割合で表されるバイパス比を調節するバイパス比調節手段と、
   前記供給水量検知手段で検知された供給水量と前記バイパス比に応じて決定される流量との比較結果に基づいて、前記システムコントローラに対して前記給湯装置の増加を要求する運転台数要求手段とを備え、
   前記システムコントローラは、前記給湯装置からの運転台数の増加の要求の有無に応じて、前記給湯装置の運転台数の増減を判断することを特徴とする連結給湯システム。
2. 前記バイパス比に応じて決定される流量は、前記バイパス比が０のときの流量に前記バイパス比の値に応じて決定される流量比を掛けて得られる値であることを特徴とする請求項１記載の連結給湯システム。
3. システムコントローラに複数台の給湯装置を並列に接続し、該給湯装置を連動させて運転する連結給湯システムにおいて、前記給湯装置は、
   給水管から供給される水を加熱して給湯管に出湯する熱交換器と、
   該熱交換器を加熱するバーナと、
   前記給水管から供給される水の流量を検知する供給水量検知手段と、
   前記熱交換器をバイパスして前記給水管と前記給湯管とを連通するバイパス管と、
   前記熱交換器に供給される水の流量に対する前記バイパス管に供給される水の流量の割合で表されるバイパス比を調節するバイパス比調節手段とを備え、
   前記システムコントローラは、前記供給水量検知手段で検知された供給水量を、前記バイパス比が０のときの流量に前記バイパス比の値に応じて決定される流量比を掛けて得られる流量と比較することによって、前記給湯装置の運転台数の増減を判断することを特徴とする連結給湯システム。

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