JP5975427B2 - Hot water supply device and hot water storage type hot water supply system provided with the same - Google Patents
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Description
本発明は、ガス給湯装置などの給湯装置、およびこれを備えた貯湯式給湯システムに関する。 The present invention relates to a hot water supply device such as a gas hot water supply device, and a hot water storage hot water supply system including the same.
従来、図4に示すような構造の給湯装置9が広く知られている。この給湯装置9は、バーナ90により発生させた燃焼ガスから熱交換器91を利用して熱を回収し、湯水加熱を行なうものである。熱交換器91の上流側および下流側には、入水温度センサSa、流量センサSb、および出湯温度センサScが設けられている。
このような給湯装置9において、出湯温度を所望の目標出湯温度とするための手段として、バーナ90の燃焼量制御が実行されるが、従来においては、図5のブロック線図に示すような制御系とされている。
この制御系においては、入水温度θin(t)、目標出湯温度θsv(t)、および流量q(t)から定められるフィード・フォワード燃焼量(FF燃焼量)(t)と、出湯温度θout(t)を目標出湯温度θsv(t)に合わせるためのフィードバック燃焼量(FB燃焼量)(t)との和が算出される。
(FF燃焼量)(t)は、(FF燃焼量)(t)=(θsv(t)−θin(t))・q(t)とされている。
ここで、前記した制御系では、バーナ90の燃焼量の殆どが、FF燃焼量によって占められている。したがって、このFF燃焼量の値を適正なものとすることが、前記した制御系を適切に機能させる上で重要となる。
Conventionally, a
In such a hot
In this control system, the feed forward combustion amount (FF combustion amount) (t) determined from the incoming water temperature θ in (t), the target outgoing hot water temperature θ sv (t), and the flow rate q (t), and the outgoing hot water temperature θ The sum of feedback combustion amount (FB combustion amount) (t) for adjusting out (t) to the target hot water temperature θ sv (t) is calculated.
(FF combustion amount) (t) is (FF combustion amount) (t) = (θ sv (t) −θ in (t)) · q (t).
Here, in the control system described above, most of the combustion amount of the
しかしながら、従来においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。 However, in the past, as described below, there is still room for improvement.
入水温度センサSaは、熱交換器91に対し、通水方向上流側に離れて設けられる。このため、入水温度センサSaの位置で温度検出がなされた湯水が、熱交換器91に到達してその加熱が開始される迄には時間を要することとなり、タイムラグを生じる。潜熱回収型の給湯装置においては、バーナによって強く加熱される顕熱回収用の熱交換部の前段に、潜熱回収用の熱交換部が設けられるために、前記のタイムラグは大きいものとなる。
ところが、従来においては、FF燃焼量を算定する場合に、前記したようなタイムラグをなんら考慮していない。このため、FF燃焼量の値は、出湯温度を目標温度に制御するための値として、最適であるとは断言できず、タイムラグが大きい場合には、入水温度が大きく変化した際に、出湯温度も大きく変化する現象を生じていた。
一方、給湯装置9への入水を水道管から行なわせる場合には、入水温度が急変することは余りないものの、たとえば貯湯タンクから給湯装置9に入水を行なわせる場合には、給湯装置9への入水温度が急変する場合が比較的多くある。したがって、このような場合には、前記した現象を防止する必要性がとくに大きい。
The incoming water temperature sensor Sa is provided away from the
However, conventionally, when calculating the FF combustion amount, the time lag as described above is not taken into consideration at all. For this reason, the value of the FF combustion amount cannot be asserted as the optimum value for controlling the tapping temperature to the target temperature. If the time lag is large, the tapping temperature is changed when the incoming water temperature changes greatly. The phenomenon that changed greatly.
On the other hand, when water is introduced into the hot
前記した不具合を抑制するための手段としては、前記したタイムラグに対応すべく、入水温度の経時的変化のデータをメモリに順次記憶させていき、FF燃焼量の算定を行なう際には、前記メモリに記憶されたデータの中から、所定の対応データを読み出すようにすることが考えられる。ところが、このような手段を採用したのでは、メモリを多く消費する不利が生じる。 As a means for suppressing the above-mentioned problems, data of a change in the incoming water over time is sequentially stored in a memory so as to correspond to the time lag described above, and when calculating the FF combustion amount, the memory It is conceivable that predetermined correspondence data is read from the data stored in. However, if such a means is adopted, there is a disadvantage that a large amount of memory is consumed.
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、メモリを多く消費するといった不具合を生じさせることなく、入水温度が大きく変化した際の出湯温度の変化量を小さくし、出湯温度の安定化を促進することが可能な給湯装置、およびこれを備えた貯湯式給湯システムを提供することを、その課題としている。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and reduces the amount of change in the hot water temperature when the incoming water temperature changes greatly without causing a problem of consuming a large amount of memory. An object of the present invention is to provide a hot water supply device capable of promoting stabilization of the hot water temperature and a hot water storage type hot water supply system including the hot water supply device.
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本発明の第1の側面により提供される給湯装置は、バーナと、このバーナにより発生された燃焼ガスから熱回収を行なう熱交換器と、を備えており、前記熱交換器に対する入水流量、入水温度、および目標出湯温度に基づいて前記バーナの燃焼量を算出する処理を周期的に実行し、前記バーナの駆動制御を行なうように構成された給湯装置であって、前記燃焼量の算出に用いる入水温度として、フィルタード入水温度が用いられ、このフィルタード入水温度は、入水温度センサを用いて検出された実入水温度と、前回の燃焼量算出時に用いられたフィルタード入水温度とに基づいて算出される温度であって、前記入水流量に対応してその値が変化するように規定された温度であることを特徴としている。
好ましくは、前記熱交換器は、前記バーナにより加熱される顕熱回収用の熱交換部と、この熱交換部の通水方向上流側に位置する潜熱回収用の熱交換部とを備えた構成とされる。
The hot water supply apparatus provided by the first aspect of the present invention includes a burner and a heat exchanger that recovers heat from the combustion gas generated by the burner, and the water flow rate and water input to the heat exchanger are provided. A hot water supply apparatus configured to periodically execute a process of calculating a combustion amount of the burner based on a temperature and a target hot water temperature, and to perform drive control of the burner, and is used for calculating the combustion amount As the incoming water temperature, a filtered incoming water temperature is used, and this filtered incoming water temperature is based on the actual incoming water temperature detected using the incoming water temperature sensor and the filtered incoming water temperature used in the previous combustion amount calculation. It is the temperature calculated, Comprising: It is the temperature prescribed | regulated so that the value may change corresponding to the said water flow rate.
Preferably, the heat exchanger includes a sensible heat recovery heat exchange section heated by the burner, and a latent heat recovery heat exchange section located upstream of the heat exchange section in the water flow direction. It is said.
本発明の第2の側面により提供される貯湯式給湯システムは、貯湯タンクと、この貯湯タンクから所定の出湯口に送られる湯水をその途中で加熱することが可能な補助熱源機と、を備えている、貯湯式給湯システムであって、前記補助熱源機として、本発明の第1の側面により提供される給湯装置が用いられていることを特徴としている。 The hot water storage type hot water supply system provided by the second aspect of the present invention includes a hot water storage tank and an auxiliary heat source device capable of heating hot water sent from the hot water storage tank to a predetermined outlet. In the hot water storage type hot water supply system, the hot water supply device provided by the first aspect of the present invention is used as the auxiliary heat source machine.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1に示す貯湯式給湯システムSYは、貯湯タンク1、補助熱源機としての給湯装置WH、および制御部2を備えている。貯湯タンク1は、たとえば主熱源機としてのヒートポンプ(図示略)によって加熱された湯水を貯留させるものであり、循環ポンプP1を駆動させると、貯湯タンク1内の湯水が配管部30aを介してヒートポンプに送られて加熱されてから、配管部30bを介して貯湯タンク1内の上部に戻されて流入する。貯湯タンク1の下部および上部には、入水管31および出湯管32も接続されており、出湯管32の出湯口32aに配管接続された給湯栓(図示略)が開けられると、入水口31aへの入水
圧により、貯湯タンク1内の湯水が出湯口32aに向けて流出し、給湯栓に供給される。
A hot water storage type hot water supply system SY shown in FIG. 1 includes a hot
給湯装置WHは、たとえば貯湯タンク1内の湯水温度が目標給湯温度よりも低い場合などにおいて、貯湯タンク1から流出する湯水を加熱するのに利用されるものである。この給湯装置WHは、たとえば既存のガス瞬間湯沸器と同様な構造であり、バーナ40、ファン41、およびバーナ40を用いて発生させた燃焼ガスから熱回収を行なう熱交換器42を有している。熱交換器42は、顕熱回収用および潜熱回収用の熱交換部42a,42bを有するいわゆる潜熱回収型である。熱交換器42への入水用および出湯用の配管部33a,33bは、貯湯タンク1の出湯管32に接続されており、三方弁V1を切り替えることにより、貯湯タンク1内の湯水を熱交換器42に送り込んで加熱させてから出湯口32aに向かわせることが可能である。なお、入水温度センサSa、流量センサSb、および出湯温度センサScを有する点は、図4で説明した給湯装置9と同様である。
The hot water supply device WH is used to heat hot water flowing out of the hot
制御部2は、たとえばマイクロコンピュータを用いて構成されており、貯湯式給湯システムSYの各部の動作制御を実行することに加え、給湯装置WHの出湯温度制御も実行する。この出湯温度制御においては、入水温度センサSaならびに流量センサSbからのデータ、およびリモコンなどを用いて設定された給湯装置WHの目標出湯温度のデータに基づき、バーナ40の燃焼量(背景技術で述べたFF燃焼量に対応する燃焼量であり、以下適宜FF燃焼量と指称する)を算出する処理を実行する。この処理の具体的な内容を、以下に説明する。
The
制御部2は、所定の周期nで、前記した各種のデータをサンプリングし、動作制御を行なう。周期nは、たとえば0.1秒である。実際の制御における場合を鑑み、以降の説明では、時間tの関数に代えて、制御周期nの関数を用いることとする。
The
まず、目標出湯温度θsv(n)、実入水温度データθin(n)、熱交換器42の入水流量q(n)のデータについては、周期nでサンプリングし、制御部2に取得させる。前記の実入水温度データθin(n)とは、入水温度センサSaを用いて検出された最新の入水温度データである。
これに伴い、タイムラグLを、入水流量q(n)の関数L(q(n))として定める。ここで、タイムラグLは、背景技術の欄で述べたタイムラグに対応するものであり、給湯装置WHに供給される湯水が入水温度センサSaを通過した時点から熱交換器42の入り口に到達するまでの所要時間に相当する。したがって、タイムラグLは、入水流量q(n)と密接に関連しており、基本的には、入水流量q(n)が大きくなれば、L(q(n))は小さくなる。タイムラグLを定める手法としては、タイムラグLの算出式を予め作成しておいてから演算によって求める手法、あるいは予め試験を行なうことによりタイムラグLと入水流量q(n)との関係を示すデータテーブルを作成しておくといった手法を採用することができる。タイムラグLの算出式の一例としては、L=A(q(n)2)+B(q(n))+C(ただし、A〜Cは、定数)が挙げられる。この式は、タイムラグLが入水流量q(n)の変化に対して2次関数的に変化すると捉えたものである。同式において、A〜Cの値については、適切な値となるように実験により求めておけばよい。
First, the target hot water temperature θ sv (n), the actual incoming water temperature data θ in (n), and the data of the incoming water flow rate q (n) of the
Accordingly, the time lag L is determined as a function L (q (n)) of the incoming water flow rate q (n). Here, the time lag L corresponds to the time lag described in the section of the background art, and until the hot water supplied to the hot water supply device WH passes through the incoming water temperature sensor Sa and reaches the entrance of the
次いで、フィルタード入水温度θ'in(n)を、次の式1を用いて求める。
θ'in(n)=(L/L+1)・θ'in(n-1)+(1/L+1)・θin(n) …式1
ここで、θ'in(n-1)は、前回の燃焼量算出時に用いられたフィルタード入水温度である。θin(n)は、先に述べた実入水温度データである。
Next, the filtered incoming water temperature θ ′ in (n) is obtained using the
θ ′ in (n) = (L / L + 1) · θ ′ in (n−1) + (1 / L + 1) · θ in (n)
Here, θ ′ in (n−1) is the filtered incoming water temperature used in the previous calculation of the combustion amount. θ in (n) is the actual incoming water temperature data described above.
前記したフィルタード入水温度θ'in(n)を求めた後には、次の式2を用いてバーナ40
のFF燃焼量(n)を求める。
FF燃焼量(n)=(θsv(n)−θ'in(n))・q(n) …式2
After obtaining the filtered water inlet temperature θ ′ in (n), the
FF combustion amount (n) is obtained.
FF combustion amount (n) = (θ sv (n) −θ ′ in (n)) · q (n)
給湯装置WHの出湯温度の制御に際しては、式2により求めたFF燃焼量(n)の値を用いて出湯温度制御が実行される。給湯装置WHの出湯温度の制御系は、図5に示した制御系において、同図の伝達関数GFF(s)に代えて、式2により算出されるFF燃焼量(n)に相当するデータを出力する伝達関数に置き換えられた構成となる。
At the time of controlling the hot water temperature of the hot water supply device WH, the hot water temperature control is executed using the value of the FF combustion amount (n) obtained by
次に、前記した貯湯式給湯システムSYの作用について説明する。 Next, the operation of the hot water storage type hot water supply system SY will be described.
まず、バーナ40のFF燃焼量は、既述したように、式2を用いて算出されるが、この式2には、フィルタード入水温度θ'in(n)がパラメータとして含まれている。ここで、フィルタード入水温度θ'in(n)は、式1に示したように、前回値θ'in(n-1)をパラメータとするものである。また、タイムラグLもパラメータに含んでおり、タイムラグLが大きい場合ほど、フィルタード入水温度θ'in(n)の値が大きくなるように規定されている。したがって、入水流量が少なく、タイムラグLが大きい場合には、その分だけ、フィルタード入水温度θ'in(n)は、過去の入水温度の影響を大きく受ける値となる。
このようなことにより、実入水温度が大きな幅で変化した際に、これに伴って出湯温度が大きな幅で変化することは抑制される。加えて、実入水温度の変化に対応してFF燃焼量が急激に変化することが緩和される作用も得られることとなる。このような効果は、出湯温度の安定化を図る上で、好ましいものとなる。
First, as described above, the FF combustion amount of the
By such a thing, when the actual incoming water temperature changes with a big width | variety, it is suppressed that the tapping water temperature changes with a big width | variety in connection with this. In addition, an effect of mitigating the sudden change in the FF combustion amount corresponding to the change in the actual incoming water temperature can be obtained. Such an effect is preferable in stabilizing the tapping temperature.
さらに、式1においては、実入水温度データθin(n)の係数が(1/L+1)であるのに対し、フィルタード入水温度θ'in(n)の係数は、それよりも大きい(L/L+1)であり、実入水温度データθin(n)よりもフィルタード入水温度θ'in(n)の方が、大きな重み付けとされている。このため、実入水温度データθin(n)が変化しても、これに起因してフィルタード入水温度θ'in(n)の値が大きく変動することは、より抑制されることとなる。
Further, in
図2は、式1を用いて算出されたフィルタード入水温度θ'in(n)と実入水温度との関係の具体例を示している。同図において、入水流量q(n)やタイムラグLは、一定である。同図では、符号a1で示す部分において、実入水温度に大きな変化を生じている。これに対し、タイムラグLが10,30のいずれの場合においても、フィルタード入水温度θ'in(n)は、実入水温度の変化に遅れて変化し、かつその変化が緩やかなものとなる。
FIG. 2 shows a specific example of the relationship between the filtered incoming water temperature θ ′ in (n) calculated using
図3は、式1,式2により求めたFF燃焼量を用いた場合の実入水温度と出湯温度とのシミュレーション結果を示すものであり、タイムラグLが、0,10,20,30の場合が示されている。ただし、タイムラグL=0の場合は、従来例に相当する。流量q(n)やタイムラグLは、一定である。
同図では、実入水温度が急激に変化しており、これに対応して出湯温度にも変化を生じている。ただし、タイムラグL=0の場合のオーバシュートH0およびアンダシュートD0に比べて、タイムラグL=10,20,30の場合には、オーバシュートH1〜H3およびアンダシュートD1〜D3がいずれも小さくなっている。また、急激な変化が緩和される「なまし効果」も得られている。このようなデータからも、本発明では、出湯特性が大きく改善されることが理解できる。
FIG. 3 shows a simulation result of the actual incoming water temperature and the outgoing hot water temperature when the FF combustion amount obtained by
In the figure, the actual incoming water temperature is changing rapidly, and the hot water temperature is changing accordingly. However, overshoot H1 and H3 and undershoots D1 to D3 are smaller when time lag L = 10, 20, and 30, compared to overshoot H0 and undershoot D0 when time lag L = 0. Yes. In addition, an “annealing effect” is obtained in which sudden changes are alleviated. From such data, it can be understood that the tapping characteristics are greatly improved in the present invention.
本実施形態の給湯装置WHは、潜熱回収型であるために、既述したように、タイムラグLは大きいものとなる。また、給湯装置WHには、貯湯タンク1から湯水が供給されるよ
うに構成されているために、実入水温度が急変する可能性は高い。したがって、このような給湯装置WHに対して、前記した制御を適用することは、出湯特性を良好にする上で、甚だ有意義である。
また、前記した制御によれば、演算によりFF燃焼量を求めるために、メモリが多く消費されるといった不具合を回避することも可能である。
Since the hot water supply device WH of the present embodiment is a latent heat recovery type, as described above, the time lag L is large. Moreover, since hot water is supplied from the hot
In addition, according to the control described above, it is possible to avoid a problem that a large amount of memory is consumed in order to obtain the FF combustion amount by calculation.
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る給湯装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment. The specific configuration of each part of the hot water supply apparatus according to the present invention can be variously modified within the intended scope of the present invention.
フィルタード入水温度の算出式、および燃焼量の算出式としては、式1、式2とは異なる式を用いることが可能である。フィルタード入水温度は、要は、入水温度センサを用いて検出された実入水温度と、前回の燃焼量算出時に用いられたフィルタード入水温度とに基づいて算出される温度であって、熱交換器への入水流量に対応してその値が変化するように規定された温度であればよい。したがって、たとえば式1中の係数(L/L+1),(1/L+1)を、これとは異なる内容にすることができる。燃焼量については、たとえば式2を用いて算出した後に、さらに補正を加えるといったことも可能である。
As the calculation formula for the filtered water temperature and the calculation formula for the combustion amount, different formulas from
本発明に係る給湯装置は、潜熱回収型以外のものとすることが可能である。バーナは、ガスバーナに代えて、オイルバーナとすることもできる。本発明に係る貯湯式給湯システムは、ヒートポンプ方式のものに代えて、たとえば燃料電池の排熱を利用して加熱された湯水を貯湯タンクに貯留させるタイプとすることも可能である。 The hot water supply apparatus according to the present invention can be other than the latent heat recovery type. The burner may be an oil burner instead of the gas burner. The hot water storage type hot water supply system according to the present invention may be of a type in which hot water heated by using exhaust heat of a fuel cell is stored in a hot water storage tank, for example, instead of the heat pump type.
以上のように、本発明によれば、入水温度検出時期と熱交換器への入水時期との間に生じるタイムラグによる悪影響を少なくし、入水温度が大きな変動幅で急変した際に、出湯温度の変動幅を小さくするとともに、急激な変化を緩和する作用が得られる。その結果、安定した出湯特性が得られる。
このような効果は、たとえば貯湯タンクから給湯装置への入水が行なわれることにより入水温度が急変し易い条件下、および給湯装置が潜熱回収型とされていることによりタイムラグが大きくなるような条件下において、とくに有効である。
As described above, according to the present invention, the adverse effect due to the time lag occurring between the incoming water temperature detection time and the incoming time to the heat exchanger is reduced, and when the incoming water temperature changes suddenly with a large fluctuation range, The effect of reducing the fluctuation range and mitigating rapid changes can be obtained. As a result, stable tapping characteristics can be obtained.
Such effects are, for example, a condition in which the temperature of the incoming water is likely to change suddenly when water is supplied from the hot water storage tank to the hot water supply device, and a condition in which the time lag is increased by the hot water supply device being a latent heat recovery type. Is particularly effective.
SY 貯湯式給湯システム
WH 給湯装置
Sa 入水温度センサ
θ'in(n) フィルタード入水温度
1 貯湯タンク
2 制御部
42 熱交換器
SY Hot water storage hot water system WH Hot water supply system Sa Water temperature sensor θ ' in (n) Filtered
Claims (3)
前記熱交換器に対する入水流量、入水温度、および目標出湯温度に基づいて前記バーナの燃焼量を算出する処理を周期的に実行し、前記バーナの駆動制御を行なうように構成された給湯装置であって、
前記燃焼量の算出に用いる入水温度として、フィルタード入水温度が用いられ、
このフィルタード入水温度は、入水温度センサを用いて検出された実入水温度と、前回の燃焼量算出時に用いられたフィルタード入水温度とに基づいて算出される温度であって、前記入水流量に対応してその値が変化するように規定された温度であることを特徴とする、給湯装置。 A burner and a heat exchanger for recovering heat from the combustion gas generated by the burner,
A hot water supply apparatus configured to periodically execute a process of calculating a combustion amount of the burner based on an incoming water flow rate, an incoming water temperature, and a target hot water temperature to the heat exchanger, and to perform drive control of the burner. And
As the incoming water temperature used to calculate the combustion amount, a filtered incoming water temperature is used,
This filtered incoming water temperature is a temperature calculated based on the actual incoming water temperature detected using the incoming water temperature sensor and the filtered incoming water temperature used at the time of the previous combustion amount calculation. The hot water supply apparatus is characterized in that the temperature is defined such that the value thereof changes in response to.
前記熱交換器は、前記バーナにより加熱される顕熱回収用の熱交換部と、この熱交換部の通水方向上流側に位置する潜熱回収用の熱交換部とを備えている、給湯装置。 The hot water supply device according to claim 1,
The heat exchanger includes a heat exchange unit for recovering sensible heat that is heated by the burner, and a heat exchange unit for recovering latent heat that is located upstream of the heat exchange unit in the direction of water flow. .
この貯湯タンクから所定の出湯口に送られる湯水をその途中で加熱することが可能な補助熱源機と、
を備えている、貯湯式給湯システムであって、
前記補助熱源機として、請求項1または2に記載の給湯装置が用いられていることを特徴とする、貯湯式給湯システム。 A hot water storage tank,
An auxiliary heat source machine capable of heating hot water sent from the hot water storage tank to a predetermined outlet,
A hot water storage hot water system comprising:
A hot water storage hot water supply system, wherein the hot water supply device according to claim 1 or 2 is used as the auxiliary heat source machine.
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