JP5455958B2 - 自動給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、湯と水を混合弁にて所望の温度に混合し、風呂や台所等に給湯を行う自動給湯装置に関するものである。

従来の自動給湯装置としては、例えば「高温差し湯開始直後に浴槽温度センサ３２が検出した温度Ｔ２＝４０℃であれば、設定８０℃との偏差ΔＴ２＞１０℃であるので、浴槽混合弁６１の開度θ２が大きくなるように駆動速度ｖ２＝１５［開度％／ｓ］で高速駆動を行う。この動作によって、浴槽湯流路１への湯流路１から供給される湯量が急激に増加していくので、一般蛇口給湯路６へ供給される湯量が急激に減少する。しかし、同時に、蛇口混合弁６１の開度θ１も大きくなるように駆動しているので、蛇口混合弁６１で混ぜ合わせる湯と水の比率は湯側が大きくなってきており、湯流路１より一般蛇口給湯路６へ供給される湯量が急激に減少していくことによって発生する一般蛇口湯流路１の給湯温度のアンダーシュートを防止もしくは、そのアンダーシュートの絶対量を低減、および発生時間の短縮を実現することができる。ここで、蛇口混合弁６１の駆動速度ｖ１’は浴槽混合弁３１の駆動速度ｖ１に応じて決定し、その絶対値は実験的に求めるが、例えば、浴槽混合弁３１の１／２の速度で駆動するというように、浴槽混合弁３１の駆動速度より遅くするのが好ましい。」（例えば特許文献１参照）というものが提案されている。

特開２００５−１７２２５７号公報（段落番号００３６，００３７、図１）

例えば特許文献１では、影響度の高い混合弁（例えば、シャワーと風呂給湯があるとき、給湯流量が大きい風呂側が影響度の高い混合弁となる）の駆動速度を、影響度の低い混合弁（例えばシャワー）の駆動速度に反映させる方法によって、２以上の混合弁が同時に作動（同時給湯）するときの給湯温度のオーバーシュート、アンダーシュート、又はハンチングといった不都合の解消に努めているが、混合弁を制御する制御時間周期については考慮されていない。同時給湯開始後又は同時給湯終了後の給湯温度の変化は非常に早く、制御時間周期が遅いと給湯温度のオーバーシュート等の不都合が解消できないという問題点があった。さらに、影響度の高い混合弁の駆動速度を影響度の低い混合弁に反映させるため、影響度の低い混合弁の制御性の方が重要な場合（シャワーなど人体に直接給湯するため、温度変化を極力抑える必要がある場合など）、つまり影響度の低い混合弁の方が優先度が高い場合に、優先度が高い混合弁からの給湯温度のオーバーシュート等の不都合が長く続くことがあった。

また、例えば特許文献１では、影響度が低い混合弁の駆動速度を実験的に求める必要がある。したがって、湯温、水温、及び設定温度などの条件の組み合わせによっては駆動速度が不適切となり、給湯温度のオーバーシュート等の不都合が発生するという問題点があった。また、想定されうる全ての条件をカバーした試験を実施するためには多大な時間を要し、開発負荷・コストが高くなるという問題点があった。さらに、影響度の高い混合弁の駆動速度を影響度の低い混合弁に反映させるため、影響度の低い混合弁の制御性の方が重要な場合（シャワーなど人体に直接給湯するため、温度変化を極力抑える必要がある場合など）、つまり影響度の低い混合弁の方が優先度が高い場合に適切に制御されない可能性があった。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、優先度の高い混合弁（例えばシャワー）の駆動条件が変化した場合でも、優先度の高い混合弁（例えばシャワー）からの給湯温度を安定して制御することができる自動給湯装置を得るものである。

この発明に係る自動給湯装置は、湯流路からの湯と水流路からの水とを混合して給湯路から給湯する複数の混合弁と、前記湯流路の流体温度、前記水流路の流体温度、及び前記給湯路の流体温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、前記給湯路の流体温度が設定温度となるように、前記混合弁の開度を補正する制御手段とを備えた自動給湯装置において、前記制御手段は、前記給湯路の流体温度が前記設定温度となるように前記混合弁の開度を制御する際、前記混合弁の現在の開度と前記混合弁から給湯される流体の現在の温水流量比との関係から、前記混合弁の開度の変化量と前記混合弁から給湯される流体の温水流量比の変化量との比率を推定し、前記推定した比率に基づいて、前記混合弁の開度の補正量を求め、該補正量で前記混合弁の開度を補正するものである。

この発明においては、給湯路の流体温度が設定温度となるように混合弁の開度を制御する際、混合弁の現在の開度と混合弁から給湯される流体の現在の温水流量比との関係から、混合弁の開度の変化量と混合弁から給湯される流体の温水流量比の変化量との比率を推定し、推定した比率に基づいて、混合弁の開度の補正量を求め、該補正量で混合弁の開度を補正するので、優先度の高い混合弁からの給湯温度を安定して制御することができる。

この発明の実施形態における自動給湯装置の構成図である。 この発明の実施形態における自動給湯装置の制御構成図である。 この発明の実施形態における同時給湯開始時の制御フローである。 この発明の実施形態における同時給湯終了時の制御フローである。 この発明の実施形態における理論弁開度と温水流量比の関係図である。 この発明の実施形態における一般給湯側混合弁２ａの開度と温水流量比の関係図である。 この発明の実施形態における同時給湯開始時の一般給湯温度の変化率と経過時間の関係図である。 この発明の実施形態における風呂給湯側混合弁２ｂの同時給湯補正係数Ｋｍと一般給湯側混合弁２ａのｅｎとの関係図である。 この発明の実施形態における一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの開度と一般給湯温度及び風呂給湯温度との関係図（Ｋｍの適用なし）である。 この発明の実施形態における一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの開度と一般給湯温度及び風呂給湯温度との関係図（Ｋｍの適用あり）である。

実施の形態
図１は、この発明の実施形態における自動給湯装置の構成図である。この自動給湯装置は、貯湯ユニットＡ及び熱源ユニットＢから構成されている。
貯湯ユニットＡは、貯湯タンク１、一般給湯側混合弁２ａ、風呂側混合弁２ｂ、減圧弁３、電磁弁４、及び本発明の制御手段に相当する制御部１０にて構成されている。貯湯タンク１は例えばステンレスなどの金属製の缶体であり、周囲には断熱材（図示せず）が設けられていて、熱源ユニットＢにて加熱された高温湯を長時間にわたって保温することができる。Ｂは熱源ユニットであり、市水等の水を目標の貯湯温度まで昇温加熱する熱交換器などの加熱器（図示せず）が内蔵されている。熱源ユニットは、例えば二酸化炭素などを冷媒としたヒートポンプである。また、ヒートポンプに換えて、加熱源を電気ヒーターなどに置き換えても良いし、加熱源を貯湯タンク１に内蔵する構成としてもよい。

また、図１に示す５は風呂側混合弁２ｂから給湯される湯を貯留する浴槽であり、６は一般給湯側混合弁２ａから給湯される湯と水源から供給される水とを混合して給湯する混合栓である。混合栓６は、シャワー（図示せず）が接続されている場合などもある。７は自動給湯装置と情報の入出力（例えば給湯温度の設定や、浴槽への給湯の開始又は停止操作等）が可能なリモコンである。リモコン７は、風呂用や台所用など複数個設置してもよい。

水源から供給された水は配管を通り、貯湯タンク１下部、一般給湯側混合弁２ａ、風呂側混合弁２ｂ、及び混合栓６にそれぞれ分岐して送られる。水源から一般給湯側混合弁２ａ及び風呂側混合弁２ｂへ供給される水は、途中まで同一の配管を流れ、その後分岐して一般給湯側混合弁２ａ及び風呂側混合弁２ｂに送られる。貯湯タンク１下部と熱源ユニットＢは、配管により接続されており、貯湯タンク１下部に貯えられた水は、この配管を通って熱源ユニットＢに送られる。熱源ユニットＢに送られた水は、目標温度まで加熱昇温された後、熱源ユニットＢから貯湯タンク１の上部へと接続された配管を経て貯湯タンク１上部に戻される。また、貯湯タンク１上部には一般給湯側混合弁２ａと風呂側混合弁２ｂへ配管が接続されており、貯湯タンク１上部に貯えられた高温湯は２分岐して一般給湯側混合弁２ａと風呂側混合弁２ｂへ送られる。

一般給湯側混合弁２ａ及び風呂側混合弁２ｂは、例えばサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動する混合弁である。弁体を動かし混合弁の開度を調整することで高温湯と水の混合比率を調整し、給湯温度を制御する。水源から送られてきた水と貯湯タンク１から送られてきた高温湯は一般給湯側混合弁２ａ及び風呂側混合弁２ｂにて混合され、所定温度の湯となってそれぞれ混合栓６及び浴槽５へ給湯される。風呂側混合弁２ｂと浴槽５を接続する配管には電磁弁４が設けられている。この電磁弁４が開くことにより、風呂側混合弁２ｂから給湯された湯が浴槽に溜まる構成となっている。混合栓６では、一般給湯側混合弁２ａから給湯された湯と水源から送られる水とを混合し、所望温度の湯を使用する。

なお、本実施形態は混合栓６が１つの構成となっているが、混合栓は例えば台所や洗面所の蛇口、浴室のカラン兼シャワーなどに接続されるものであり、複数の混合栓を設けてもよい。また、貯湯タンク１は１本の構成としたが、２本以上の貯湯タンクを直列もしくは並列に接続する構成としてもよい。

貯湯ユニットＡの各構成要素を接続する配管には、本発明の温度検出手段に相当する温度センサ１２ａ〜１２ｄ及び流量センサ１１ａ，１１ｂが設けられている。温度センサ１２ａは、一般給湯側混合弁２ａから混合栓６へ給湯される湯の給湯温度を検出する。温度センサ１２ｂは、風呂側混合弁２ｂから浴槽５へ給湯される湯の給湯温度を検出する。温度センサ１２ｃは、水源から一般給湯側混合弁２ａ及び風呂側混合弁２ｂへ送られる水の温度を検出する。温度センサ１２ｄは、貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａ及び風呂側混合弁２ｂへ送られる高温湯の温度を検出する。また、流量センサ１１ａは一般給湯側混合弁２ａから混合栓６へ送られる湯の流量を検出し、流量センサ１１ｂは風呂側混合弁２ｂから浴槽５へ送られる湯の流量を検出する。

なお、本実施形態において温度センサ１２ｄは貯湯タンク１上部の配管に設けられているが、貯湯タンク１の缶体表面に設ける構成としてもよい。貯湯タンク１内部に貯えられた高温湯の温度を直接検出する構成としてもよい。また、温度センサ１２ａ〜１２ｄの配管への設置方法としては、配管表面にロー付け、溶接、又はフォルダ固定するなどの方法や、水温を直接測るように配管内部にセンサを内没させる設置方法など種々の方法が可能である。

図２は、本実施形態における自動給湯装置の制御構成図である。熱源ユニットＢ、一般給湯側混合弁２ａ、風呂側混合弁２ｂ、電磁弁４、リモコン７、流量センサ１１ａ，１１ｂ、及び温度センサ１２ａ〜１２ｄは制御部１０と通信ケーブルにより有線接続されており、信号の授受が可能になっている。なお、制御部１０と前記センサ類などの通信は、無線経由としてもよい。

制御部１０は貯湯ユニットＡに内蔵されており、演算部、駆動部、送受信部、記憶部、出力部、及び入力部により構成されている。演算部は、流量センサ１１ａ，１１ｂ、及び温度センサ１２ａ〜１２ｄにより検出された各箇所の流量及び水温に基づき演算、比較、及び判定などを行う。駆動部は、演算部によって得られた演算結果に基づき一般給湯側混合弁２ａ、風呂側混合弁２ｂ、及び電磁弁４を駆動する。送受信部は、熱源ユニットへ運転指令などを送信する。演算部、駆動部での処理は制御部１０に備えられたマイコンにより処理される。記憶部は、例えば制御部１０に備えられた半導体メモリー等である。演算部によって得られた結果や、一般給湯側混合弁２ａ、風呂側混合弁２ｂ、及び電磁弁４を駆動する駆動条件等を計算する関数やテーブル等や、リモコン７により入力されたデータはこの記憶部に記憶されている。これら記憶部に記憶されている内容は、必要に応じて参照したり、又は書き換えることが可能となっている。

出力部では、マイコンによる処理結果をＬＥＤやモニター等に表示したり、警告音等を発したりする。また、電話回線、ＬＡＮ回線、又は無線等の通信手段（図示せず）により遠隔地へマイコンによる処理結果等を出力する。入力部では、リモコン７等からのデータ情報を記憶部へ入力する。また、電話回線、ＬＡＮ回線、無線などの通信手段（図示せず）からのデータ情報を記憶部へ入力する。

なお、本実施形態では制御部１０を貯湯ユニットＡに内蔵したが、貯湯ユニットＡにメイン制御部を、熱源ユニットＢに制御部の機能の一部を持つサブ制御部を設けて、メイン制御部とサブ制御部との間でデータ通信を行うことにより連携処理を行う構成としてもよい。リモコン７に制御部１０の一部の機能を持たせる構成や、外部に制御部１０を別置きする構成としてもよい。

次に給湯動作について説明する。貯湯タンク１に貯える高温湯の温度はリモコン７で予め設定することが可能である。深夜時間帯に熱源ユニットＢが設定温度まで沸き上げた高温湯は、貯湯タンク１に貯えられる。また、混合栓６への給湯温度及び浴槽５への給湯温度等も予めリモコン７にて設定することが可能である。

まずは、一般給湯（混合栓６への給湯）動作について説明する。混合栓６を開くと、制御部１０は、温度センサ１２ａで一般給湯側（混合栓６）へ給湯される湯の温度を検出する。制御部１０は、この温度センサ１２ａで検出される温度が設定されている給湯温度となるように一般給湯側混合弁２ａの開度を制御し、貯湯タンク１上部から送られる湯と水源から送られる水を適温に混合する。

続いて、風呂給湯（浴槽５への給湯）動作について説明する。風呂給湯動作としては、湯張り、高温差し湯、足し湯、及び注水の４つのパターンがある。
以下それぞれの給湯動作について説明する。

湯張りを行うには、リモコン７の湯張りスイッチ（図示せず）を押す。リモコン７から湯張りの指令を受けた制御部１０は、温度センサ１２ｂの検出温度が設定されている浴槽への給湯温度となるように風呂給湯側混合弁２ｂの開度を制御するとともに、電磁弁４を開いて浴槽５への湯張りを開始する。浴槽５への湯張り開始後、流量センサ１１ｂにより積算流量をカウントし、リモコン７であらかじめ設定された浴槽湯量に到達するまで、湯張りを継続する。積算流量が設定された浴槽湯量に到達すると、電磁弁４を閉じて湯張りを完了する。

浴槽５内のお湯の温度が下がったときに高温差し湯を行うためには、リモコン７の高温差し湯スイッチ（図示せず）を押す。リモコン７から高温差し湯の指令を受けた制御部１０は、温度センサ１２ｂの検出温度が高温（例えば６０℃）になるように風呂給湯側混合弁２ｂの開度を制御するとともに、電磁弁４を開いて浴槽５への高温差し湯を開始する。浴槽５への高温差し湯開始後、流量センサ１１ｂにより積算流量をカウントし、一定量（例えば２０Ｌ）に到達すると電磁弁９を閉じて高温差し湯を完了する。

浴槽５内のお湯の量が減った時に足し湯を行うためには、リモコン７で、足し湯スイッチ（図示せず）を押す。リモコン７から足し湯の指令を受けた制御部１０は、温度センサ１２ｂの検出温度が設定されている浴槽への給湯温度となるように風呂給湯側混合弁２ｂの開度を制御するとともに、電磁弁４を開いて浴槽５への足し湯を開始する。浴槽５への足し湯開始後、流量センサ１１ｂにより積算流量をカウントし、一定量（例えば２０Ｌ）に到達すると電磁弁４を閉じて足し湯を完了する。

注水を行うためには、リモコン７の注水スイッチを押す。リモコン７から注水の指令を受けた制御部１０は、温度センサ１２ｂの検出温度が水温となるように風呂給湯側混合弁２ｂの開度を制御するとともに、電磁弁４を開いて浴槽５への注水を開始する。浴槽５への注水開始後、流量センサ１１ｂにより積算流量をカウントし、一定量（例えば２０Ｌ）に到達すると電磁弁４を閉じて注水を完了する。

自動給湯装置の使用条件によっては、一般給湯と風呂給湯が同時に行われることがある。このときの同時給湯開始時の制御フローを図３に示す。また、同時給湯終了時の制御フローを図４に示す。
図３は、同時給湯開始時の制御フローである。この図の初期状態は一般給湯のみの単独給湯状態である。ＳＴ１では、温度センサ１２ａで検出される給湯温度が設定温度となるように一般給湯側混合弁２ａの開度を制御する。一般給湯側混合弁２ａの開度制御は、現在の給湯温度と設定温度との偏差量に応じたフィードバック制御（詳細後述）により行われる。ＳＴ２では、風呂給湯があるか否かの判定を行う。なお、一般給湯および風呂給湯の給湯有無は、流量センサ１１ａ，１１ｂにより検出される流量から判定することができる。ＳＴ２で風呂給湯ありと判定した場合には、ＳＴ３に進む。

ＳＴ３では、風呂給湯が開始された直後か否かを判定する。判定方法としては、例えば一定の制御時間周期ΔＴで図３に示す制御フローにしたがってＳＴ１からＳＴ５までの判定を行う。前回の判定では風呂給湯なし（流量センサ１１ｂ出力＝０）であり、今回の判定で風呂給湯あり（流量センサ１１ｂ出力＞０）となった場合に風呂給湯が開始された直後と判定する。ＳＴ３で、風呂給湯が開始された直後と判定した場合には、ＳＴ４で、風呂給湯側混合弁２ｂの開度を指定された初期開度に設定する。ＳＴ３で、風呂給湯が開始された直後ではないと判定した場合（風呂給湯側混合弁２ｂの開度を指定された初期開度に設定終了した後）は、ＳＴ５にて、温度センサ１２ｂで検出される温度が設定温度となるように風呂給湯側混合弁２ｂの開度を制御する。風呂給湯側混合弁２ｂの開度制御は、一般給湯側混合弁２ａの開度制御と同様に、現在の給湯温度と設定温度との偏差量に応じたフィードバック制御（詳細後述）により行われる。

ここで、ＳＴ４の指定初期開度とは、同時給湯が開始又は終了した場合でも、極力一般給湯側（優先度が高い）の給湯温度に変化が生じない風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い）の開度のことであり、風呂給湯側混合弁２ｂの開度の中心（開度５０％）付近であることが多い。風呂給湯が開始された直後（同時給湯開始直後）に風呂給湯側混合弁２ｂの開度を指定初期開度に設定することで、風呂給湯が開始された直後の（同時給湯開始直後）一般給湯側混合弁２ａの給湯温度のハンチング、オーバーシュート、又はアンダーシュートを防止することができる。貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂまでの配管取り回し等による配管圧損と、水源から一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂまでの配管取り回し等による配管圧損のバランスによっては、指定初期開度が風呂給湯側混合弁２ｂの開度の中心付近ではない場合もある。この場合には予め試験により風呂給湯側混合弁２ｂの指定初期開度を定めてもよい。また、指定初期開度が、一般給湯と風呂給湯の絶対流量、流量比、又は設定温度等に対して依存性がある場合には、これらの関数として指定初期開度を設定してもよい。なお、優先度の定義については、後述する。

図４は、同時給湯終了時の制御フローである。この図の初期状態は一般給湯と風呂給湯が同時に行われている状態である。ＳＴ６では、温度センサ１２ａで検出される給湯温度が設定温度となるように一般給湯側混合弁２ａの開度を制御する。一般給湯側混合弁２ａの開度制御は、現在の給湯温度と設定温度との偏差量に応じたフィードバック制御（詳細後述）により行われる。ＳＴ７では、風呂給湯が終了したか否かの判定を行う。判定方法としては、例えば一定の制御時間周期ΔＴで図４に示す制御フローにしたがってＳＴ６からＳＴ１０までの判定を行う。前回の判定では風呂給湯あり（流量センサ１１ｂ出力＞０）であり、今回の判定で風呂給湯なし（流量センサ１１ｂ出力＝０）となった場合に風呂給湯が終了したと判定する。風呂給湯が終了していない場合にはＳＴ１０へ進み、温度センサ１２ｂで検出される給湯温度が設定温度となるように風呂給湯側混合弁２ｂの開度を制御する。風呂給湯が終了した場合にはＳＴ８へ移り、風呂側の電磁弁４を閉じる。なお、このとき風呂給湯側混合弁２ｂの開度はそのままでもよいし、予め定められた規定の開度にしてもよい。そして、ＳＴ９で一般給湯側混合弁２ａの開度を以下に示す設定温度に対する理論弁開度に設定する。一般給湯側混合弁２ａの開度を理論弁開度に設定した後、再びＳＴ６に戻り、一般給湯温度は設定温度に制御される。

一般給湯側混合弁２ａの理論弁開度ＳＴｒは次式で求められる。
ＳＴｒ＝（Ｔｓ−Ｔｗ）／（Ｔｈ−Ｔｗ）…（１）
ここで、Ｔｓ［℃］は設定温度（リモコン７にて設定された一般給湯温度）、Ｔｈ［℃］は温度センサ１２ｄで検出される貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａへ送られる高温湯の温度、及びＴｗ［℃］は温度センサ１２ｃで検出される水源から一般給湯側混合弁２ａ送られる水の温度である。なお、理論弁開度ＳＴｒの値は０（開度０％）〜１（開度１００％）の範囲となる。理論弁開度ＳＴｒの値が０（開度０％）の状態は、水源側のポートが全開（つまり、水源からの水が給湯される）状態である。理論弁開度ＳＴｒの値が１（開度１００％）の状態は、貯湯タンク１側のポートが全開（つまり、貯湯タンク１からの高温湯が給湯される）状態である。

理論弁開度とは、設定温度と水源から一般給湯側混合弁２ａに供給される水との熱エネルギー差と、貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａに供給される高温湯と水源から一般給湯側混合弁２ａに供給される水との熱エネルギー差との比である。実際には、水は高温になるほど密度は減少し、また温度によって比熱も変化する。混合弁も個々の特性により開度と流量比の関係は比例しない。この理論開度ＳＴｒは、水の温度の違いによる密度及び比熱の差異や混合弁特性を考慮しない理論的な開度である。この場合、理論弁開度ＳＴｒは次式に示す温水流量比ＸＨｒに等しくなる。図５に理論弁開度ＳＴｒと温水流量比ＸＨｒの関係を示す。
ＸＨｒ＝Ｑｑ／（Ｑｑ＋Ｑｗ）…（２）
ここで、Ｑｑは貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａへ送られる高温湯の流量、及びＱｗは水源から一般給湯側混合弁２ａへ送られる水の流量である。

なお、本実施形態では、一般給湯の単独給湯状態から風呂給湯が開始される同時運転開始動作、及び一般給湯と風呂給湯が同時に行われている状態から風呂給湯のみが停止する同時運転終了動作について説明したが、一般給湯と風呂給湯の関係が逆の場合でも同様に制御することが可能である。

次に、本実施形態における一般給湯側混合弁２ａの開度制御方法を説明する。なお、風呂給湯側混合弁２ｂも同様の制御方法により制御している。本実施形態における一般給湯側混合弁２ａの開度制御方法は、次式に示すように、設定温度（リモコン７にて設定された一般給湯温度）と実際の給湯温度との偏差量に比例係数を乗じたフィードバック制御を基本としている。
ＭＶ（ｎ）＝ＭＶ（ｎ−１）＋ｄＭＶ…（３）
ここで、ＭＶ（ｎ）は今回設定する一般給湯側混合弁２ａの開度、及びＭＶ（ｎ−１）は前回設定した一般給湯側混合弁２ａの開度を示す。また、ｄＭＶは一般給湯側混合弁２ａの補正開度、つまりフィードバック量を示す。

この補正開度ｄＭＶは次式となる。
ｄＭＶ＝Ｚ・Ｋｉ・Ｋｍ・ｅｎ…（４）
ｅｎ＝Ｔｓ−Ｔｑ［℃］…（５）
ここで、ｅｎは設定温度と実際の給湯温度との偏差量、Ｋｉは制御ゲイン、Ｋｍは同時給湯補正係数、及びＴｑは実際の給湯温度を示す。

続いて、一般給湯の設定温度に対する温度追従性を向上させた一般給湯側混合弁２ａの開度制御方法の特徴について説明する。同時給湯が開始又は終了した時に、優先度が高い一般給湯温度のハンチング、オーバーシュート、又はアンダーシュートが問題となる。したがって、優先度の高い一般給湯の設定温度に対する温度追従性を向上させるために、一般給湯側混合弁２ａの駆動条件の変化に対する高追従性、一般給湯の温度変化への早期対処、及び一般給湯と風呂給湯の同時給湯開始時における一般給湯側混合弁２ａの開度と風呂給湯側混合弁２ｂの開度連動制御の向上を図った。

一般給湯側混合弁２ａの駆動条件の変化に対する高追従性の向上を図った制御方法について以下説明する。
図６は、実際の一般給湯側混合弁２ａの開度ＳＴｎと温水流量比ＸＨｎとの関係を示す。図６中には、あわせて図５の理論弁開度ＳＴｒと温水流量比ＸＨｒの関係も示す。なお、温水流量比ＸＨｎは、式（１）及び式（２）より求められる次式を用いて求めた。
ＸＨｎ＝（Ｔｑ−Ｔｗ）／（Ｔｈ−Ｔｗ）…（６）
ここで、Ｔｑ［℃］は温度センサ１２ａで検出される一般給湯温度である。

一般給湯側混合弁２ａの開度ＳＴｎに対し、実際の温水流量比ＸＨｎは、傾きγ（＝１）のライン（図中ＸＨｓの位置）から外れてしまい、理論上の温水流量比ＸＨｓから偏差ｄＸＨだけずれてしまう。一般給湯側混合弁２ａの開度ＳＴｎと温水流量比ＸＨｎとの関係は、様々な一般給湯側混合弁２ａの駆動条件に影響を受けるからである。例えば、水の温度の違いによる密度及び比熱の差異、一般給湯側混合弁２ａの特性（開度と流量比の関係が比例しない等）、又は貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａに供給される高温湯と水源から一般給湯側混合弁２ａに供給される水の圧力差などである。これら一般給湯側混合弁２ａの駆動条件の中では、特に貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａに供給される高温湯と水源から一般給湯側混合弁２ａに供給される水の圧力差が大きい。例えば、一般給湯中に風呂給湯の高温差し湯動作が行われると、貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａに供給される高温湯の圧力が低下する。このため、高温湯の流量が低下し、温水流量比はゼロに近づき、一般給湯温度は水源から供給される水の温度に近くなってしまう。

そこで、本実施形態における一般給湯側混合弁２ａの開度制御方法では、実際の一般給湯側混合弁２ａの開度と温水流量比ＸＨｎの関係から、「混合弁開度−温水流量比」座標平面（図６）において、そのときの運転条件に適した補正傾き（図６のα，β）を求めて、一般給湯側混合弁２ａの補正開度ｄＭＶ’（フィードバック量）を求める。具体的には、図６に示すように実際の温水流量比ＸＨｎが理論上の温水流量比ＸＨｓより小さい場合、つまり一般給湯温度が設定温度より低い場合は、一般給湯側混合弁２ａの補正開度ｄＭＶ’は補正傾きαを利用して求める。一般給湯側混合弁２ａの補正開度ｄＭＶ’は次式となる。
ｄＭＶ’＝Ａ・ｄＸＨ／α＝Ｋｉ／α・ｅｎ＝Ｚ・Ｋｉ・ｅｎ…（７）
ここで
ｄＸＨ＝（Ｔｓ−Ｔｑ）／（Ｔｈ−Ｔｗ）＝ｅｎ／（Ｔｈ−Ｔｗ）…（８）
Ｋｉ＝Ａ／（Ｔｈ−Ｔｗ）…（９）
Ｚ ＝ １／α＝（１−ＳＴｎ）／（１−ＸＨｎ）…（１０）
である。また、式（７）のＡは定数、ｅｎは式（５）の設定温度と実際の給湯温度との偏差量を示す。なお、一般給湯側混合弁２ａの補正開度ｄＭＶ’の同時給湯補正係数（式（４）に示すＫｍ）は１である。

補正傾きα、βはｅｎの正負により、現在の弁特性に基づいて使い分ける。ｅｎ≧０のとき、つまり一般給湯温度が設定温度より低い場合は、一般給湯側混合弁２ａの開度をＳＴｎより大きくする（開く）補正を行うので、補正傾きαを用いる。ｅｎ＜０のとき、つまり一般給湯温度が設定温度より高い場合は、一般給湯側混合弁２ａの開度をＳＴｎより小さくする（閉じる）補正を行うので、補正傾きβを用いる。したがって、ｅｎ＜０のとき、式（１０）は次式となる。
Ｚ＝１／β＝（ＳＴｎ−０）／（ＸＨｎ−０）…（１１）

このように制御された自動給湯装置においては、実際の一般給湯側混合弁２ａの開度ＳＴｎと温水流量比ＸＨｎとの関係から一般給湯側混合弁２ａの駆動条件に合わせた補正開度ｄＭＶ’（フィードバック量）を求め、式（３）の補正開度（ｄＭＶ）に代入することによって、一般給湯側混合弁２ａの駆動条件の変化に対する高追従性の向上を図ることができる。したがって、同時給湯が開始又は終了した時の、優先度が高い一般給湯温度のハンチング、オーバーシュート、又はアンダーシュートを極力抑え、正確に一般給湯温度を制御することが可能となる。また、一般給湯側混合弁２ａの種類が変更となったり、貯湯ユニットＡ内の配管取り回しが変更になるなどの設計変更が生じた場合でも制御ソフトを変更せず対応することができる。

さらに、一般給湯側混合弁２ａの補正開度ｄＭＶ’を求めるにあたり、貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａへ送られる高温湯の温度Ｔｈ及び水源から一般給湯側混合弁２ａ送られる水の温度Ｔｗを用いているので、補正開度ｄＭＶ’を大きくすると優先度が高い一般給湯温度がハンチング等を起こしてしまう場合や、また逆に補正開度ｄＭＶ’を大きくしても優先度が高い一般給湯温度に影響しない場合など、一般給湯側混合弁２ａの駆動条件に対応して迅速に一般給湯側混合弁２ａの開度を制御可能な補正開度ｄＭＶ’を求めることができる。

なお、一般給湯の単独給湯の場合、給湯温度が設定温度となる一般給湯側混合弁２ａの開度は理論弁開度ＳＴｒに近いので、同時給湯終了時に一般給湯側混合弁２ａの開度を理論弁開度ＳＴｒに一旦戻す制御を入れることにより、同時給湯終了時の一般給湯温度の過渡変化においても一般給湯温度を安定して保つことができる。

一般給湯の温度変化への早期対処を図った制御方法について以下説明する。
図７は、この発明の実施形態における同時給湯開始時の一般給湯温度の変化率と経過時間の関係図である。この図は、一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの双方の開度を固定した状態で、一般給湯の単独給湯から一般給湯と風呂給湯の同時給湯を開始したときの一般給湯温度の経時変化を示している。横軸は経過時間であり０［ｓｅｃ］の時点で同時給湯を開始する（０［ｓｅｃ］より前は一般給湯単独の安定給湯状態）。縦軸は一般給湯温度の変化率を表し、０［ｓｅｃ］を変化率０の基準（０％）として、同時給湯後に一般給湯温度が安定した状態を変化率１００％としている。同時給湯開始後の一般給湯温度の変化は非常に早く、変化率が安定状態の６３．２％に達するまでの時間は約０．１〜０．３［ｓｅｃ］となる。この一般給湯温度の変化に追従した一般給湯側混合弁２ａの開度制御を行うために、制御時間周期ΔＴを少なくとも０．１〜０．３［ｓｅｃ］以下にする必要がある。

このように制御された自動給湯装置においては、制御時間周期ΔＴを少なくとも０．１〜０．３［ｓｅｃ］以下で一般給湯側混合弁２ａの開度制御をすることにより、同時給湯開始時の一般給湯温度の過渡変化や、給湯流量の急激な変化等の外乱にも迅速に対応することができる。したがって、優先度が高い一般給湯温度のオーバーシュート、アンダーシュートを極力抑え、正確に一般給湯温度を制御することが可能となる。
また同様に、制御時間周期ΔＴを少なくとも０．１〜０．３［ｓｅｃ］以下で風呂給湯側混合弁２ｂの開度制御をすることにより、同時給湯開始時の風呂給湯温度の過渡変化や、給湯流量の急激な変化等の外乱にも迅速に対応することができる。したがって、優先度が低い風呂給湯温度についてもオーバーシュート、アンダーシュートを極力抑え、正確に一般給湯温度を制御することが可能となる。

同時給湯開始時における一般給湯側混合弁２ａと風呂給湯側混合弁２ｂの連動制御の向上を図った制御方法について以下説明する。
一般給湯と風呂給湯の同時給湯においては、一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂ双方の開度がお互いの給湯温度の制御性に影響を及ぼし合う。一般給湯と風呂給湯の同時給湯においては、それぞれの給湯温度の安定性の要求度合いが異なり、シャワーや手洗いなど、使用中に給湯温度が急変した場合に危険や不快感が発生する可能性がある一般給湯の方が優先度が高い。風呂給湯の場合は、湯が浴槽内に給湯されるため、温度の安定までに多少時間を要しても危険や不快感が生じる可能性が低く、優先度は低くなる。このような場合には、優先度が低い風呂給湯側混合弁２ｂの給湯温度制御性を多少犠牲にしても、優先度が高い一般給湯側混合弁２ａの給湯温度制御性を重視して、一般給湯温度の変化を最小にすることが可能となる方が制御として望ましい。

また、同時給湯開始時と終了時とでは、同時給湯終了時は一般給湯（又は風呂給湯）の単独給湯に戻るため一般給湯側混合弁２ａ（又は風呂給湯側混合弁２ｂ）の開度が理論弁開度ＳＴｒに近く、開度の予測がしやすい。しかし、同時給湯開始時は、貯湯タンク１から一般給湯側混合弁２ａに供給される高温湯及び水源から一般給湯側混合弁２ａに供給される水の流量が急変するため、開度の予測が難しい。したがって、同時給湯開始時は、一般給湯及び風呂給湯それぞれの給湯温度がバランスする一般給湯側混合弁２ａの開度及び風呂給湯側混合弁２ｂの開度に安定するまでに、給湯温度のオーバーシュートやアンダーシュートが発生しやすく、一般給湯側混合弁２ａの開度及び風呂給湯側混合弁２ｂ双方の混合弁の影響を加味しながら制御を行うことが望ましい。

図８は、本実施形態における風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の同時給湯補正係数Ｋｍ（式（４））と一般給湯側混合弁２ａ（優先度が高い方）のｅｎ（設定温度と実際の給湯温度との偏差量）との関係図である。横軸は一般給湯側混合弁２ａ（優先度が高い方）のｅｎの絶対値、縦軸は風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の同時給湯補正係数Ｋｍである。一般給湯側混合弁２ａ（優先度が高い方）のｅｎの絶対値がゼロに近く、ほぼ一般給湯温度が設定温度に制御できている場合には、同時給湯補正係数Ｋｍは１（補正なしに等しい）に近い値をとる。一般給湯側混合弁２ａ（優先度が高い方）のｅｎの絶対値が大きくなるにつれて、風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の同時給湯補正係数Ｋｍは０に近づく（優先度が低い風呂給湯側混合弁２ｂの開度調整量は小さくなる）。一般給湯側混合弁２ａ（優先度が高い方）のｅｎの絶対値が予め設定した値Ｆ（例えばＦ＝５℃など）以上では、風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の同時給湯補正係数Ｋｍは０になる（優先度が低い風呂給湯側混合弁２ｂの開度調整を停止する）。

このように制御された自動給湯装置においては、一般給湯側混合弁２ａ（優先度が高い方）の偏差量ｅｎが拡大する場合には、風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の開度調整量を規制することで、一般給湯側混合弁２ａ（優先度が高い方）の給湯温度のオーバーシュート、アンダーシュート量を小さく抑えることが可能となる。また、一般給湯側混合弁２ａ（優先度が高い方）の偏差量ｅｎが小さい場合には、風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の開度調整量の規制を行わないように制御するため、風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の開度制御を迅速に行うことが可能となる。つまり、風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の給湯温度を迅速に目標温度に制御することができる。

図９は、風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の開度制御に同時給湯補正係数Ｋｍを適用しない場合における、一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの開度と一般給湯温度及び風呂給湯温度との関係図であり、（ａ）は一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの開度と経過時間との関係図、また（ｂ）は一般給湯温度及び風呂給湯温度と経過時間との関係図を示す。また、図１０は、風呂給湯側混合弁２ｂ（優先度が低い方）の開度制御に同時給湯補正係数Ｋｍを適用する場合における、一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの開度と一般給湯温度及び風呂給湯温度との関係図であり、（ａ）は一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの開度と経過時間との関係図、また（ｂ）は一般給湯温度及び風呂給湯温度と経過時間との関係図を示す。

同時給湯補正係数Ｋｍを適用しない場合は、一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの開度は無関係に制御されるため、風呂給湯側混合弁２ｂの開度が大きすぎて、一般給湯温度のアンダーシュート量が大きくなっている。しかし、同時給湯補正係数Ｋｍを適用する場合は、一般給湯のｅｎ（設定温度と実際の給湯温度との偏差量）が拡大するにつれて風呂給湯側混合弁２ｂの開度変化量が小さくなっており、一般給湯温度のアンダーシュート量が小さくなっている。なお、同時給湯補正係数Ｋｍを適用する場合は風呂給湯温度が安定に達するまでの時間が若干長くなるが、前記説明のように優先度が高い一般給湯の給湯温度安定性確保の方が重要であり、また風呂側の安定までの時間短縮は重要な要素ではないため問題はない。

なお、本実施形態では、一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの弁体の駆動速度を変更しなかったが、目標設定温度と実際の給湯温度との偏差量ｅｎの大きさに応じて、駆動速度を制御してもよい。例えば、偏差量ｅｎが大きいときには駆動速度を速くして、目標設定温度までの収束速度を速め、偏差量ｅｎが小さいときには駆動速度を遅くして、ハンチング等を防止する。

また、本実施形態における一般給湯側混合弁２ａ及び風呂給湯側混合弁２ｂの開度制御に加えて、各混合弁の設定温度、水源から供給される水の温度、又は流量などの駆動条件に応じて、同時給湯開始や終了の際に、予め所定の弁開度に移動させる方法（フィードフォワード制御）を併用してもよい。ここで、所定の弁開度は、試験や詳細なシミュレーション結果などに基づき予め値を定め、制御部１０の記憶手段に記憶させておく。また、このフィードフォワード制御は、一部の条件に限定して用いる方法としてもよい。

１ 貯湯タンク、２ａ 一般給湯側混合弁、２ｂ 風呂給湯側混合弁、３ 減圧弁、４ 電磁弁、５ 浴槽、６ 混合栓、７ リモコン、１０ 制御部、１１ａ，ｂ 流量センサ、１２ａ〜１２ｄ 温度センサ、Ａ 貯湯ユニット、Ｂ 熱源ユニット。

Claims (7)

1. 湯流路からの湯と水流路からの水とを混合して給湯路から給湯する複数の混合弁と、
   前記湯流路の流体温度、前記水流路の流体温度、及び前記給湯路の流体温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
   前記給湯路の流体温度が設定温度となるように、前記混合弁の開度を補正する制御手段とを備えた自動給湯装置において、
   前記制御手段は、
   前記給湯路の流体温度が前記設定温度となるように前記混合弁の開度を制御する際、
   前記混合弁の現在の開度と前記混合弁から給湯される流体の現在の温水流量比との関係から、
   前記混合弁の開度の変化量と前記混合弁から給湯される流体の温水流量比の変化量との比率を推定し、
   前記推定した比率に基づいて、前記混合弁の開度の補正量を求め、該補正量で前記混合弁の開度を補正することを特徴とする自動給湯装置。
2. 前記温水流量比とは、
   少なくとも前記湯流路、前記水流路、及び前記給湯路の流体温度から計算される、前記給湯路を流通する流体における前記湯流路を流通する流体と前記水流路を流通する流体との混合温度割合であることを特徴とする請求項１に記載の自動給湯装置。
3. 前記給湯路を流通する流体の流量を検出する流量検出手段を備え、
   前記給湯路の流量に応じて前記混合弁の開度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動給湯装置。
4. 前記制御手段は、
   前記混合弁の開度の前記補正量を、
   少なくとも前記湯流路の流体温度及び前記水流路の流体温度に基づいて求めることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の自動給湯装置。
5. 前記制御手段は、目標給湯温度と実際の給湯温度の偏差量に応じて前記混合弁の駆動速度を制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の自動給湯装置。
6. 前記制御手段は、
   前記湯流路の流体温度、前記水流路の流体温度、及び前記設定温度に基づいて、
   前記混合弁が２つ以上同時に作動するときの同時作動開始時又は終了時における前記混合弁の初期開度を所定の開度に制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の自動給湯装置。
7. 湯流路からの湯と水流路からの水とを混合して給湯路から給湯する複数の混合弁と、
   前記湯流路の流体温度、前記水流路の流体温度、及び前記給湯路の流体温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
   前記給湯路の流体温度が設定温度となるように、前記混合弁の開度を補正する制御手段とを備えた自動給湯装置において、
   前記制御手段は、
   前記給湯路の流体温度が前記設定温度となるように前記混合弁の開度を制御する際、
   前記混合弁の現在の開度と、前記湯流路の現在の流体温度、前記水流路の現在の流体温度、前記給湯路の現在の流体温度及び前記設定温度との関係から、
   前記混合弁の開度の変化量と前記混合弁から給湯される流体の温水流量比又は前記給湯路の流体温度の変化量との比率を推定し、
   前記推定した比率に基づいて、前記混合弁の開度の補正量を求め、該補正量で前記混合弁の開度を補正することを特徴とする自動給湯装置。

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