JP6979433B2 - 給湯機および給湯機制御方法 - Google Patents

Description

本発明は給湯機および給湯機制御方法に関する。

近年の給湯機の多くは、使用者が設定した湯量に対応する水位まで自動で湯張りや足し湯を行うために、浴槽内の水位を検出する水位センサを備えている。水位センサの検出水位は、雰囲気温度等の影響によって変化し得るため、補正されることが望ましい。しかし、例えば、検出時に浴槽内に子供が入り込む等の外乱があった場合の水位に基づいて補正を行えば、補正精度が低下してしまう。

検出水位の補正精度を向上させる技術として、例えば特許文献１には、検出基準水位に安定性があると判定され、かつ、設定基準水位と検出基準水位との差が所定の基準を超える場合に、最新の検出基準水位の値を補正する給湯システムが開示されている。

特開２０１２−１２７５５６号公報

浴槽内において、一定量の注湯に対する水位の上昇が略一定であるのなら、特許文献１のように実測水位を補正することで、湯張りや足し湯に必要な湯量の算出精度を向上させることができる。

しかしながら、浴槽内の水位を一定の高さ上昇させるのに必要な湯量（以降、単位湯量とも言う）は一定とは限らない。単位湯量が浴槽内で変化する原因としては、例えば浴槽の形状が挙げられる。近年、多くの家庭ではユニバーサルデザインの浴槽が選択されている。このような浴槽の側壁は、人間工学に基づく傾斜等を備えており、単位湯量は浴槽内において変化する。また、水位測定は水温によって影響を受けるため、設定水温によっても単位湯量は変化する。

このように、単位湯量は一定とは限らず、実測水位を補正するだけでは、湯張りや足し湯に必要な湯量を正確に算出することは困難である。必要な湯量が正確に算出されず、設定湯量に対する湯張りや足し湯の水位が安定しないことは、使用者の製品に対する不信感を惹起する恐れがある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、浴槽形状、設定水温等の条件が変化した場合でも、使用者の設定に即した湯量で湯張りや足し湯を行うことができる給湯機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、第１の発明の給湯機は、浴槽に注湯された湯量を測定するフローメータと、前記浴槽の実測水位を測定する水位センサと、制御部と、を備え、前記制御部は、前記注湯によって上昇した水位と前記湯量とに基づいて前記浴槽の高さあたりの単位湯量を算出し、設定湯量と前記単位湯量とに基づいて予測水位を算出し、前記実測水位と前記予測水位との差分が所定値以内の場合は、前記実測水位の値を足し湯における目標水位として設定し、前記差分が所定値を超えた場合は、前記予測水位の値を前記目標水位として設定し、所定回数連続で前記差分が所定値を超えた場合は、前記差分が小さくなるように前記単位湯量の更新を行う。

本発明によれば、浴槽形状、設定水温等の条件が変化した場合でも、使用者の設定に即した湯量で湯張りや足し湯を行うことができる。

本実施形態に係る給湯機の構成図である。 比較例に係る給湯機の初期設定の処理を示すフローチャートである。 比較例に係る給湯機の湯張りの処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る給湯機の初期設定の処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る給湯機の湯張りにおける３パターンの処理の分岐と、当該処理の一つである浴槽に残水がある場合の処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る給湯機の湯張りにおける、湯張り回数が５回を超えている場合の処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る給湯機の湯張りにおける、湯張り回数が５回以内の場合の処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態の給湯機制御方法を実施する給湯機について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎない。よって本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

＜給湯機Ｓ＞
まず、本実施形態に係る給湯機Ｓの構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る給湯機Ｓの構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る給湯機Ｓは、タンクユニットＴＵと、ヒートポンプユニットＨＰＵと、リモコンＲＣと、を備えており、循環アダプタ４９を介して配管４１，４８で浴槽Ｂと接続されている。

［タンクユニット］
タンクユニットＴＵは、タンク１と、ストレーナ２と、減圧弁３と、給湯用混合弁４と、湯張り用混合弁５と、湯張り用開閉弁６と、浴槽汚水のタンクへの逆流を防止するための逆流防止装置７と、循環調整弁８と、風呂循環ポンプ９と、追焚き用熱交換器１０と、ヒートポンプの沸き上げ制御に用いる三方弁１１と、排水弁１２と、逃し弁１３と、逆止弁ＣＶ１〜７と、制御部２０と、温度センサ２１〜２９と、フローメータ３１，３２と、水位センサ３３と、を備えている。

タンク１は、ヒートポンプユニットＨＰＵで沸き上げられた高温水を貯留する。なお、タンク１には、タンク１に貯留されている高温水量を検出するための温度センサ２１〜２５が設けられている。

給水源（水道管）からの水道水は、ストレーナ２、逆止弁ＣＶ１を通り、減圧弁３で減圧される。減圧された水道水は、タンク１の下部、逆止弁ＣＶ２を介して給湯用混合弁４の第１入口、逆止弁ＣＶ３を介して湯張り用混合弁５の第１入口へ供給される。なお、タンクユニットＴＵに流入する水道水の温度を検出するための温度センサ２６が設けられている。

また、タンク１の下部から水道水が供給されることにより、タンク１内に貯留された高温水が押し上げられ、タンク１の上部の配管から流出し、逆止弁ＣＶ４を介して給湯用混合弁４の第２入口、逆止弁ＣＶ５を介して湯張り用混合弁５の第２入口へ供給される。

給湯用混合弁４は、逆止弁ＣＶ２を介して流入した低温水（水道水）と、逆止弁ＣＶ４を介して流入した高温水とを、所定の給湯温度となるように混合し、蛇口（図示せず）などの給湯端末（図示せず）に供給する。制御部２０は、フローメータ３１で給湯端末（図示せず）への給湯を検知する。また、制御部２０は、温度センサ２８で検出した給湯温度が所定の温度となるように、給湯用混合弁４の開度を制御する。

湯張り用混合弁５は、逆止弁ＣＶ３を介して流入した低温水（水道水）と、逆止弁ＣＶ５を介して流入した高温水とを、所定の湯張り温度となるように混合し、逆止弁ＣＶ６，７を介して、浴槽Ｂに供給する。湯張り用開閉弁６は、制御部２０により弁の開閉が制御され、注湯の指令を受けると湯張り用開閉弁６が開弁し、注湯が終了すると湯張り用開閉弁６が閉弁する。また、制御部２０は、温度センサ２８で検出した湯張り温度が所定の温度となるように、湯張り用混合弁５の開度を制御する。また、制御部２０は、水位センサ３３で浴槽Ｂの水位を検知する。

逆流防止装置７は、浴槽Ｂ内の湯水が、湯張り用開閉弁６の上流側に逆流することを防止する装置であり、逆流防止装置７の排水口から逆流した湯水を排水する。

図１に示すように、浴槽Ｂから、配管４１、配管４２、水流検出スイッチ３４、風呂循環ポンプ９、配管４３、循環調整弁８、配管４４、追焚き用熱交換器１０、配管４５、配管４７、配管４８を通り、再び浴槽Ｂに戻る追焚き循環回路（循環回路）が設けられている。また、追焚き循環回路（循環回路）は、循環調整弁８で分岐して配管４６を通り、配管４７と接続するようになっている。

風呂循環ポンプ９は、追焚き循環回路に設けられ、浴槽Ｂに貯留された湯水を、配管４１，４２を介して吸い上げ、配管４４を介して、循環調整弁８へと送る。

循環調整弁８は、入口に配管４４が接続され、第１出口に配管４４が接続され、第２出
口に配管４６が接続されている。

追焚き用熱交換器１０は、タンク１の内側上部に配置されており、タンク１の上部に貯留された高温水で配管４４から流入した湯水を加熱して、配管４５へと送る。

配管４５から加熱された湯水と、配管４６から加熱されていない湯水とを混合し、適温な湯水として、配管４７，配管４８を介して、浴槽Ｂに戻すようになっている。制御部２０は、温度センサ２８で検出した浴槽Ｂの湯水温度と、温度センサ３０で検出した追焚き用熱交換器１０で加熱された湯水温度とに基づいて、浴槽Ｂに戻す湯水が適温となるように循環調整弁８の開度を調整する。

三方弁１１は、タンクユニットＴＵとヒートポンプユニットＨＰＵを接続する配管が凍結することを防止する運転時に使用されるものであり、ヒートポンプユニットＨＰＵで加熱された高温水を再びヒートポンプユニットＨＰＵに戻すことにより、高温水を循環させて配管の凍結を防止する。排水弁１２は、手動で開閉する弁であり、メンテナンス時にタンク１内の水を排水する際に使用する排水口と、タンク１内の水を非常用水として使用する際の排水口と、を備えている。逃し弁１３は、タンク１の耐圧を超えない所定圧になったときに開弁して大気（外気）に開放するようになっている。

［ヒートポンプユニット］
ヒートポンプユニットＨＰＵは、圧縮機５１と、液冷媒熱交換器５２と、膨張弁５３と、空気熱交換器５４と、送風ファン５５と、循環ポンプ５６と、制御部５７と、温度センサ５８〜６０と、を備えている。

ヒートポンプユニットＨＰＵは、タンクユニットＴＵのタンク１から取り出した水を沸き上げる際や沸き増しの際に用いられるものであり、圧縮機５１、液冷媒熱交換器５２、膨張弁５３、空気熱交換器５４からなり冷媒が循環するヒートポンプサイクルを備えている。送風ファン５５は、空気熱交換器５４に外気を送風し、熱交換を促進させるものである。循環ポンプ５６は、タンク１の下部から液冷媒熱交換器５２へと接続する管路上に配置されており、タンク１の下部から水を取り出し、液冷媒熱交換器５２を通り、タンク１の上部へと戻すことができるようになっている。

制御部５７は、タンクユニットＴＵの制御部２０と通信可能に接続されている。例えば、制御部２０から沸き上げ運転の指令を受けると、タンク１から液冷媒熱交換器５２へ流入する水の温度を計測する温度センサ５８と、液冷媒熱交換器５２からタンク１へ流入する湯の温度を計測する温度センサ５９と、外気温度を計測する温度センサ６０とに基づいて、圧縮機５１、送風ファン５５、および、循環ポンプ５６を制御して、タンク１の水を沸き上げる運転を行う。

［リモコン］
リモコンＲＣは、浴槽Ｂの近くに設置されるふろリモコンＲＣ１と、給湯端末（図示せず）の近くに設置される台所リモコンＲＣ２と、を備えている。使用者はリモコンＲＣ（ＲＣ１，ＲＣ２）の操作部（図示せず）を操作することにより、各種の運転を指令したり、給湯温度、湯張り温度、追焚き温度等を設定したりすることができる。

＜給湯機の制御方法＞
以降、給湯機Ｓが足し湯の際の注湯量等を制御する方法について、比較例と本発明の実施形態とを対比して説明する。

［比較例］
まず、比較例の制御方法について説明する。比較例の制御方法では、予め、浴槽Ｂにおけるレベル１からレベルＮ（Ｎは正の整数）までの複数段階の水位を定義しておく。そして初期設定において、制御部２０は単位湯量ΔＱを算出し、単位湯量ΔＱに基づいて各水位レベルの水位に対応する湯量を算出してテーブルに記憶する。このテーブルを、以降、水位テーブルとも称する。初期設定の後の湯張りや足し湯の処理においては、水位テーブルに記憶された水位から湯張りの設定水位Ｈｓを選択し、設定水位Ｈｓに対応する湯量を注湯する。この設定水位Ｈｓが、足し湯の目標水位Ｈｄとなる。これらの処理について、図２，図３を用いて説明する。

図２は比較例に係る給湯機Ｓの初期設定の処理を示すフローチャートである。比較例の初期設定は、給湯機Ｓの設置完了後、リフォーム等で浴槽Ｂを変更した後等における最初の使用の前に、水を用いて行われる。比較例の初期設定では、浴槽Ｂの条件に即した水位テーブルが作成される。なお、初期設定の開始時点で、風呂循環ポンプ９には稼働に十分な呼び水が供給されているものとする。

ステップＳ１０１において、制御部２０は、浴槽Ｂ内に残水がないことの確認を行う。残水がないことの確認とは、すなわち、浴槽Ｂ内の水位が循環アダプタ４９より下であり、浴槽Ｂ内の水が循環回路を循環しないことの確認である。浴槽Ｂ内に残水が検出された場合は正しく初期設定が行えないため（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、初期設定を中断する。

浴槽Ｂ内に残水が検出されず初期設定が可能な場合は（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２において、浴槽Ｂ内の水が検知可能な水位、つまり循環アダプタ４９が水に浸る程度の水量で第１初期注水を行う（ステップＳ１０２）。第１初期注水の注水量は、一般家庭の浴槽であれば例えば６０Ｌ程度である。注水量は、フローメータ３２によって管理される。以降、所定量の注水や注湯を行う場合は、全てフローメータ３２によって流量を管理されているものとする。

ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２の第１注水によって浴槽Ｂに水が張られていること、すなわち浴槽Ｂ内の水が循環回路を循環することの確認を行う。水の循環が確認できなかった場合は（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、注水量が足らず、水位が循環アダプタ４９に達していないと考えられるため、ステップＳ１０４において第２初期注水を行った後、再びステップＳ１０３に戻って水の循環の確認（残水確認）を行う。なお、残水確認は、風呂循環ポンプ９の回転数を判定することにより行うか、または、水流検出スイッチ３４を用いて行う。このとき、第２初期注水量は、第１初期注水量より少ない。

浴槽Ｂ内の水の循環が確認できるようになった場合は（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５において、さらに第３初期注水を１０Ｌ程度行い、循環アダプタ４９が確実に水に浸るようにする。ステップＳ１０６において、水位が循環アダプタ４９の上に達するまでの注水量の合計を、循環可能湯量Ｑ０として記憶する。ステップＳ１０７において、循環アダプタ４９が水に浸った状態における水位を水位センサ３３で実測し、循環可能水位Ｈ０として記憶する。

ステップＳ１０８ａにおいて、制御部２０は第４初期注水を行い、注水を完了する。第４初期注水の注水量は、一般家庭の浴槽であれば例えば８０Ｌ程度である。制御部２０は注水を完了した後、ステップＳ１１２〜Ｓ１１４において、第４初期注水による水位の上昇高さから、浴槽Ｂ内の水位を一定の高さ上昇させるのに必要な湯量、すなわち単位湯量ΔＱを算出し、単位湯量ΔＱに基づいて各水位レベルの必要湯量を算出して記憶する。比較例、および、この後で説明する本発明の実施形態における単位湯量ΔＱの「一定の高さ」は、１ｍｍとする。以下に各水位レベルの必要湯量を算出する処理の詳細を述べる。

ステップＳ１１２において、制御部２０は注水完了時の水位を水位センサ３３で実測し、初期設定完了水位Ｈ２として記憶する。ステップＳ１１３ａにおいて、制御部２０は式１のように、第４初期注水の注水量を、第４初期注水による水位上昇高さ、つまり初期設定完了水位Ｈ２と循環可能水位Ｈ０との差分で除算することにより、単位湯量ΔＱを算出する。

ステップＳ１１４において、制御部２０はＮ段階の水位レベルについて、各水位レベルに達するために必要な湯量を算出し、水位テーブルに記憶し、初期設定を完了する。具体的には、例えば、水位レベル０の水位をＨ０とし、Ｈ０から３０ｍｍ刻みで水位レベルを定義してもよい。この場合、水位レベル０の水位はＨ０、必要湯量はＱ０である。水位レベル１の水位は（Ｈ０＋３０）ｍｍ、必要湯量は（Ｑ０＋ΔＱ×３０）Ｌである。水位レベル２の水位は（Ｈ０＋６０）ｍｍ、必要湯量は（Ｑ０＋ΔＱ×６０）Ｌである。

図３は比較例に係る給湯機Ｓの湯張りの処理を示すフローチャートである。比較例の湯張りにおいて、使用者は湯張り完了時の水位レベルＨｎを設定する。水位レベルＨｎに対応する水位が、比較例における設定水位Ｈｓである。給湯機Ｓは、初期設定で記憶した水位テーブルに基づいて、水位レベルＨｎに対応する必要な湯量Ｑｎを注湯する。以下に、湯張りにおける湯の流れについて説明する。

＜湯張り＞
湯張り用開閉弁６が開くと、水道圧により、ストレーナ２から浴槽Ｂへと向かう湯の流れが発生する。ストレーナ２を経由して逆止弁ＣＶ３から流入した水と、ストレーナ２，タンク１を順に経由して逆止弁ＣＶ５から流入した湯は、湯張り用混合弁５で設定温度に混合される。混合された湯は、湯張り用開閉弁６，配管４２，配管４１を順に経由し、循環アダプタ４９を通って浴槽Ｂに注湯される。

湯張り処理の流れについて詳細を述べる。なお、湯張りの開始時点で、風呂循環ポンプ９には稼働に十分な呼び水が供給されているものとする。ステップＳ２０１において、浴槽Ｂ内に残水がないことの確認を行う。残水がないことの確認とは、すなわち、浴槽Ｂ内の水位が循環アダプタ４９より下であり、浴槽Ｂ内の水が循環回路を循環しないことの確認である。浴槽Ｂ内に残水が検出された場合は（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ステップＳ２０５において、残水の実測水位Ｈｒを測定し、記憶する。ステップＳ２０６において、制御部２０は設定水位Ｈｓと残水の実測水位Ｈｒとの差分と単位湯量ΔＱを乗算することにより、不足湯量を注湯量として算出し、ステップＳ２０７へと進む。

浴槽Ｂ内に残水が検出されなかった場合は（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２において、初期設定で記憶した循環可能湯量Ｑ０を注湯する。ステップＳ２０３において、浴槽Ｂに栓がされており、ステップＳ２０２の注湯によって湯が張られていること、すなわち循環回路を湯が循環することを確認する。

湯の循環が検出されなかった場合は（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、浴槽Ｂに栓がされていない疑いがあるため、湯張りを中断する。湯の循環が検出された場合は（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０４において、水位レベルＨｎに対応する湯量Ｑｎから循環可能湯量Ｑ０を減算することにより、注湯量を算出する。ステップＳ２０７において、制御部２０は算出しておいた注湯量分を注湯して湯張りを行う。ステップＳ２０８ａにおいて、制御部２０は足し湯の際に注湯の目標とする目標水位Ｈｄとして、設定水位Ｈｓの値を設定し、湯張りを完了する。

水位の自動維持機能が有効である場合、湯張り処理の後、給湯機Ｓは、一定量以上の水位低下を検知すると足し湯を自動で行う。以下に、足し湯における湯の流れについて説明する。

＜足し湯＞
給湯機Ｓは、目標水位Ｈｄと現在の実測水位Ｈｍとの差分に単位湯量ΔＱを乗算して算出した湯量を消費された湯量と判断する。この消費された湯量分の湯を注湯することにより、目標水位Ｈｄまで足し湯を行う。足し湯の際の湯の流れは以下である。逆止弁ＣＶ５から流入した湯とストレーナ２から流入した水とが足され、湯張り用混合弁５，湯張り用開閉弁６，フローメータ３２，配管４２，配管４１を順に経由し、循環アダプタ４９を通って浴槽Ｂに注湯される。

［本発明の実施形態］
次に、本発明の実施形態の制御方法について説明する。本実施形態の制御方法では、比較例の制御方法とは異なり、水位テーブルを用いない。本実施形態の制御方法は、初期設定で算出した単位湯量ΔＱを湯張りにおいて最適化することにより、使用者の設定と実際に湯張りや足し湯において注湯される水位との関係を一定化させるものである。以降、本実施形態の制御方法について、図４〜７を用いて説明する。

＜初期設定＞
図４は本実施形態に係る給湯機Ｓの初期設定の処理を示すフローチャートである。初期設定の開始時点で、風呂循環ポンプ９には稼働に十分な呼び水が供給されているものとする。本実施形態の初期設定は、給湯機Ｓの設置工程の一部として行われることが好ましい。すなわち、本実施形態の初期設定は、リモコンＲＣを最初に起動したときに、リモコンＲＣの初期画面から実行されることが好ましい。このように初期設定が実行されることにより、使用者が初期設定の実行前に湯張りを行ってしまい、湯張りや足し湯において設定と異なる注湯がなされてしまう問題を防止できる。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０７までにおいて、水位を循環アダプタ４９より上に到達させ、循環可能湯量Ｑ０および循環可能水位Ｈ０を記憶する処理については、本実施形態の初期設定と比較例の初期設定は同一である。ステップＳ１０８において、本実施形態では比較例よりも少ない量の第４初期注水を行う。比較例とは異なり、本実施形態の初期設定の注水は、第４初期注水で完了しない。

ステップＳ１０９において、制御部２０は第４初期注水の完了したときの合計注水量を基準湯量Ｑ１として記憶する。ステップＳ１１０において、制御部２０は第４初期注水の完了したときの水位を基準水位Ｈ１として記憶する。このように、第４初期注水が完了した状態を基準と定める理由は以下である。すなわち、一般に、ユニバーサルデザインの浴槽Ｂは循環アダプタ４９よりやや上方に肘置き状の構造を備えている。この肘置き状の構造の面積分だけ浴槽Ｂの壁面が外側に押しやられることにより、肘置き状の構造より上方の浴槽断面積が下方よりも大きくなる傾向にある。つまり、単位湯量ΔＱは、肘置き状の構造の上下で大きく異なる傾向にある。よって、肘置き状の構造の上下にまたがる範囲において、注水量と水位の上昇高さとの関係を取得し、単位湯量ΔＱを算出することは、単位湯量ΔＱの精度を低下させるおそれがある。

そこで、本実施形態では、ステップＳ１０８で第４初期注水を行い、水位を上記の肘置き状の構造よりも上だと考えられる高さまで上昇させる。このときの水位が基準水位Ｈ１であり、基準水位Ｈ１に対応する注水量が基準湯量Ｑ１である。浴槽Ｂの基準水位Ｈ１より上方の位置で単位湯量ΔＱを取得することにより、精度の高い単位湯量ΔＱを取得することができる。ステップＳ１０８の第４初期注水は、水位を循環可能水位Ｈ０から基準水位Ｈ１まで上昇させるための注水であり、その注水量は、一般家庭の浴槽であれば例えば２０Ｌ程度である。これに対し、前記の比較例における第４初期注水は、水位を循環可能水位Ｈ０から初期設定完了水位Ｈ２まで上昇させるための注水であり、その注水量は、一般家庭の浴槽であれば例えば８０Ｌ程度である。

ステップＳ１１１において、制御部２０は第５初期注水を行い、注水を完了する。第５初期注水の注水量は、一般家庭の浴槽であれば例えば６０Ｌ程度である。注水を完了した後は、比較例と同じくステップＳ１１２において初期設定完了水位Ｈ２を記憶する。ステップＳ１１３において、制御部２０は式２のように、第５初期注水の注水量を、第５初期注水による水位上昇高さ、つまり初期設定完了水位Ｈ２と基準水位Ｈ１との差分で除算することにより、単位湯量ΔＱを算出する。

＜通常湯張り＞
図５〜８を用いて、本実施形態の湯張りの処理を説明する。本実施形態においては、使用者は水位レベルではなく設定湯量Ｑｓを設定する。後述するように、水位センサ３３で取得される水位は様々な影響を受け得るため、湯量で設定を行うことにより、使用者の設定に対して実際に注湯される湯の水位を、水位レベルで設定した場合よりも均一化させることができる。

図５は本実施形態に係る給湯機Ｓの湯張りにおける３パターンの処理の分岐と、当該処理の一つである浴槽Ｂに残水がある場合の処理を示すフローチャートである。

ステップＳ２００において、制御部２０は、式３に基づいて予測水位Ｈｐを算出する。予測水位Ｈｐとは、単位湯量ΔＱと、使用者が設定した設定湯量Ｑｓとから予測される、湯張り完了時の水位である。

ステップＳ２０１において、浴槽Ｂ内に残水がないことの確認を行う。前記のとおり、残水がないことの確認とは、すなわち、浴槽Ｂ内の水位が循環アダプタ４９より下であり、浴槽Ｂ内の水が循環回路を循環しないことの確認である。浴槽Ｂ内に残水が検出された場合は（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、比較例と同様に、ステップＳ２０５〜Ｓ２０７において湯張りを行う。ステップＳ２０８において、本実施形態では、足し湯の際に注湯の目標とする目標水位ＨｄとしてステップＳ２００で算出した予測水位Ｈｐの値を設定し、湯張りを終了する。湯張り終了後、足し湯の際には、足し湯を行うときの残水の実測水位Ｈｍと目標水位Ｈｄとの差分に単位湯量ΔＱを乗算することにより、注湯量を算出する。

このように浴槽Ｂ内に残水が検出された場合に湯張りを完了したときは、制御部２０は湯張りの回数をカウントアップしない。一方、浴槽Ｂ内に残水が検出されない場合に（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）湯張りを完了したときは、制御部２０は湯張りの回数をカウントアップする。これは、浴槽Ｂ内に残水が検出された場合は基準水位Ｈ１を測定できないためである。湯張りの回数が所定値以下の場合における基準水位Ｈ１の測定と、当該測定に基づく基準水位Ｈ１の補正については、図７を用いて後述する。

浴槽Ｂ内に残水が検出されなかった場合は（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２１０において、初期設定を行った後に湯張りが何回行われたかを判定する。今回の湯張りの回数が所定の回数を超えていた場合は（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、結合子（Ａ）に従って図６のステップＳ２０２へと進む。初期設定を行った後の湯張りの回数が所定の回数以内だった場合は（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、結合子（Ｂ）に従って図７のステップＳ２２０へと進む。所定の回数としては任意の値を設定可能であり、本実施形態では５回と設定する。なお、１日に１回湯張りをすると仮定すれば、回数と日数は同義であるといえる。

図６は、本実施形態に係る給湯機Ｓの湯張りにおける、湯張り回数が５回を超えている場合の処理を示すフローチャートである。ステップＳ２０２で循環可能湯量Ｑ０を給湯し、ステップＳ２０３で湯の循環を判定するまでの処理については、本実施形態の湯張りは比較例の湯張りと同一である。

ステップＳ２１１において、制御部２０は設定湯量Ｑｓから循環可能湯量Ｑ０を減算することにより、注湯量を算出する。ステップＳ２１２において、制御部２０は算出しておいた注湯量分を注湯して湯張りを行い、ステップＳ２１３において、水位センサ３３で実測水位Ｈｍを測定して記憶する。ステップＳ２１４０において、実測水位Ｈｍと予測水位Ｈｐの差分である水位差分ΔＨを算出し、ステップＳ２１４において、水位差分ΔＨが閾値以内であるか否かを判定する。

水位差分の閾値は任意に設定可能だが、例えば±３ｃｍ程度に設定することが可能である。これは、同一の湯量設定に対して実際に湯張りされる水位に３ｃｍを超えるズレが発生すると、使用者が不快感を覚える懸念が大きくなるためである。本実施形態では、水位差分の閾値を±２ｃｍに設定する。

水位差分ΔＨが±２ｃｍ以内だった場合は（ステップＳ２１４：Ｙｅｓ）、外乱のない環境で正常な実測水位Ｈｍが取得できたと考えられる。よって、ステップＳ２１５において、制御部２０は足し湯の際に注湯の目標とする目標水位Ｈｄとして、実測水位Ｈｍの値を設定し、湯張りを終了する。このように、実際に測定された実測水位Ｈｍの値を目標水位Ｈｄとして設定することにより、足し湯の水位を安定化させることができる。

水位差分ΔＨが±２ｃｍを超えていた場合は（ステップＳ２１４：Ｎｏ）、実測水位Ｈｍとして異常値が取得された可能性がある。よって、ステップＳ２１６において、目標水位Ｈｄとして実測水位Ｈｍではなく予測水位Ｈｐの値を暫定値として設定する。ここで予測水位Ｈｐの方が正しいと仮定するのは、予測水位Ｈｐには湯張りにおいて６回以上、実測水位Ｈｄの値として使用されてきた実績があるためである。

ステップＳ２１７において、水位差分ΔＨの増大が一過性か恒常的かを判断するため、直前の所定の回数の湯張り、または期間の湯張りで取得された水位差分ΔＨが全て±２ｃｍを超えているか否かを判定する。本実施形態では湯張り３回の間に取得された水位差分ΔＨをステップＳ２１７の判定に用いる。

過去３回の湯張りで取得された全ての水位差分ΔＨが±２ｃｍ以内であれば（ステップＳ２１７：Ｎｏ）、今回の水位差分ΔＨの増大は湯張り中の外乱によって実測水位Ｈｍを正しく取得できなかったことによる一過性の異常と考えられるため、単位湯量ΔＱの更新を行うことなく湯張りを終了する。湯張り中の外乱とは、例えば、湯張りの途中で湯を使用してしまった、湯張りの完了前に入浴が開始されてしまった等の現象である。

過去３回の湯張りで取得された全ての水位差分ΔＨが±２ｃｍを超えているのであれば（ステップＳ２１７：Ｙｅｓ）、水位差分ΔＨの増大の原因は一過性ではなく、記憶された単位湯量ΔＱと実際の単位湯量ΔＱとが乖離しており、予測水位Ｈｐが正確に算出されていないおそれがある。よってステップＳ２１８において、制御部２０は水位差分ΔＨを減少させるように、更新単位湯量ΔＱ’で単位湯量ΔＱを更新し、湯張りを終了する。湯張り終了後、足し湯の際には、足し湯を行うときの残水の実測水位Ｈｍと目標水位Ｈｄとの差分に単位湯量ΔＱを乗算することにより、注湯量を算出する。

更新単位湯量ΔＱ’の算出は、更新単位湯量ΔＱ’から算出される新たな予測水位Ｈｐ’と実測水位Ｈｍとの新たな水位差分ΔＨ’が０にならないように行う。新たな水位差分ΔＨ’を０にする更新は、実測水位Ｈｍが正確であると仮定して新たな予測水位Ｈｐ’を実測水位Ｈｍと同値にすることを意味するが、実際には３回連続して外乱が生じており実測水位Ｈｍが正常でない可能性もある。不正確な実測水位Ｈｍと新たな予測水位Ｈｐ’が同値になるように更新単位湯量ΔＱ’を算出すれば、目標水位Ｈｄの設定が不正確になってしまう。よって本実施形態では、新たな水位差分ΔＨ’を一度の更新で０にせず、一定の減算値ずつ縮めて行くように、更新単位湯量ΔＱ’算出し、単位湯量ΔＱを更新する。

このように更新単位湯量ΔＱ’を算出することで、実測水位Ｈｍとして連続して異常値が取得された場合にも、設定湯量Ｑｓと大きく乖離しない目標水位Ｈｄを設定して足し湯を行うことができる。新たな水位差分ΔＨ’の減算値の設定は、水位差分ΔＨの閾値より小さい値であれば特に限定されず、本実施形態では１ｃｍとする。

更新単位湯量ΔＱ’は、具体的には、予測水位Ｈｐが実測水位Ｈｍより２ｃｍを超えて大きかった場合は式４のように、予測水位Ｈｐが実測水位Ｈｍより２ｃｍを超えて小さかった場合は式５のように算出される。

以上のように、水位差分ΔＨが大きくなった原因としては、実測水位Ｈｍの異常が原因の可能性、および、単位湯量ΔＱの変化が原因の可能性がある。本実施形態の制御方法では、水位差分ΔＨが閾値を３回超えた場合には、単位湯量ΔＱの変化が原因の可能性が高いとして単位湯量ΔＱの更新を行うことにより、目標水位Ｈｄを正確に設定し、足し湯を安定的に行うことを可能にする。なお、水位差分ΔＨが閾値を超えた場合であっても、閾値を超えた回数が３回未満の場合には、単位湯量ΔＱの更新は行わない。

水位センサ３３は水圧から水位を検出するため、湯温設定の上昇による湯の比重の低下を、水位の低下として検出し得る。このような場合、単位湯量ΔＱは湯温設定によって変化する可能性があり、水で行った初期設定で算出した単位湯量ΔＱと、実際の注湯時の単位湯量ΔＱは異なってしまうおそれがある。また、壁面に傾斜を設けられた浴槽Ｂにおいては、上方に向かうほど開口部が広がっていくため、湯張り時に初期設定と異なる湯量を設定するだけでも、単位湯量ΔＱは初期設定から変化し得る。本実施形態の制御方法によれば、初期設定で単位湯量ΔＱを設定するだけでなく、湯張りの際に単位湯量ΔＱを更新することによって、実際に即した単位湯量ΔＱに基づいて目標水位Ｈｄを設定して足し湯を安定的に行うことができる。

また、単位湯量ΔＱは、リフォーム等による浴槽Ｂの形状変更によって大きく変化する。本実施形態の制御方法によれば、湯張り時に自動で単位湯量ΔＱを更新することにより、使用者をリフォームや設定湯温の変更の度に手動で初期設定を実行する手間から解放することができる。また、初期設定の実行忘れが原因の水位異常によるトラブルを防止することもできる。

図７は、本実施形態に係る給湯機Ｓの湯張りにおける、湯張り回数が５回以内の場合の処理を示すフローチャートである。図６でも説明したように、初期設定で算出した単位湯量ΔＱと、湯張りの単位湯量ΔＱとは乖離しているおそれがある。また、水位センサ３３は湯温の影響を受ける可能性があるため、基準水位Ｈ１についても初期設定と湯張りとで乖離するおそれがある。よって、図７の処理により、初期設定の後の５回分の湯張りのデータの中央値に基づいて、単位湯量ΔＱと基準水位Ｈ１を更新することが好ましい。

ステップＳ２２０において、制御部２０は基準湯量Ｑ１の注湯を行う。ステップＳ２２１において、浴槽Ｂに栓がされておりステップＳ２２０の注湯によって湯が張られていること、すなわち循環回路を湯が循環することを確認する。

湯の循環が検出されなかった場合は（ステップＳ２２１：Ｎｏ）、浴槽Ｂに栓がされていない疑いがあるため、湯張りを中断する。湯の循環が検出された場合は（ステップＳ２２１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２２２において、今回の基準水位Ｈ１（Ｎ）を記憶する。Ｎは湯張り回数を表す正の整数である。

ステップＳ２２３において、制御部２０は設定湯量Ｑｓから基準湯量Ｑ１を減算することにより、注湯量を算出する。ステップＳ２２４において、制御部２０は算出しておいた注湯量分を注湯して湯張りを行う。ステップＳ２２５において、制御部２０は水位センサ３３で実測水位Ｈｍを測定して記憶する。ステップＳ２２６において、制御部２０は足し湯の際に注湯の目標とする目標水位Ｈｄとして、予測水位Ｈｐの値を設定する。

ステップＳ２２７において、制御部２０は式６のように、ステップＳ２２３で算出した注湯量を、実測水位Ｈｍと今回測定した基準水位Ｈ１（Ｎ）との差分で除算することにより、今回の単位湯量ΔＱ（Ｎ）を算出し、記憶する。

ステップＳ２２８において、今回の湯張りが５回目であるか否かを判定する。湯張り回数が４回以下だった場合は（ステップＳ２２８：Ｎｏ）、湯張りを終了する。このとき、制御部２０は湯張りの回数をカウントアップする。浴槽Ｂ内に残水が検出されない場合に湯張りを行ったとき、制御部２０は湯張りの回数をカウントアップする。一方、浴槽Ｂ内に残水が検出された場合に湯張りを行ったとき、制御部２０は湯張りの回数をカウントアップしない。

湯張りが５回目だった場合は（ステップＳ２２８：Ｙｅｓ）、ステップＳ２２９において、これまでに記憶した単位湯量ΔＱ（１）〜ΔＱ（５）の中央値である更新単位湯量ΔＱ’で単位湯量ΔＱを更新し、基準湯量Ｈ１（１）〜Ｈ１（５）の中央値である更新基準湯量Ｈ１’で基準湯量Ｈ１を更新する。さらに、更新基準湯量Ｈ１’から、初期設定で記憶した基準水位Ｈ１と循環可能水位Ｈ０の差分を減算することで更新循環可能水位Ｈ０’を算出し、更新循環可能水位Ｈ０’で循環可能水位Ｈ０を更新した後に、湯張りを終了する。このように浴槽Ｂ内に残水が検出されない場合に湯張りを行ったとき、制御部２０は湯張りの回数をカウントアップする。一方、浴槽Ｂ内に残水が検出された場合に湯張りを行ったとき、制御部２０は湯張りの回数をカウントアップしない。湯張り終了後、足し湯の際には、足し湯を行うときの残水の実測水位Ｈｍと目標水位Ｈｄとの差分に単位湯量ΔＱを乗算することにより、注湯量を算出する。

図７の処理によれば、初期設置と実際の湯張りにおける単位湯量ΔＱのずれを、より確実に修正することができる。また、単位湯量ΔＱだけでなく、注湯の基準となる基準水位Ｈ１が初期設定で正しく取得できていなかった場合であっても、湯張りにおいて基準水位Ｈ１を修正することができる。単位湯量ΔＱと基準水位Ｈ１とを修正することによって、より安定した水位で足し湯を行うことができる。

以上の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

Ｂ 浴槽
Ｓ 給湯機
９ 風呂循環ポンプ（循環ポンプ）
２０ 制御部（制御手段、判定手段）
３２ フローメータ
３３ 水位センサ
４１〜４８ 配管（循環回路）
４９ 循環アダプタ
Ｓ１１３ 単位湯量算出処理
Ｓ２００ 予測水位算出処理
Ｓ２１３ 実測水位測定処理
Ｓ２１４０ 水位差分算出処理
Ｓ２０８ａ，Ｓ２０８，Ｓ２１５，Ｓ２１６，Ｓ２２６ 目標水位設定処理
Ｓ２１８ 単位湯量更新処理

Claims (3)

1. 浴槽に注湯された湯量を測定するフローメータと、
   前記浴槽の実測水位を測定する水位センサと、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記注湯によって上昇した水位と前記湯量とに基づいて前記浴槽の高さあたりの単位湯量を算出し、
   設定湯量と前記単位湯量とに基づいて予測水位を算出し、
   前記実測水位と前記予測水位との差分が所定値以内の場合は、前記実測水位の値を足し湯における目標水位として設定し、
   前記差分が所定値を超えた場合は、前記予測水位の値を前記目標水位として設定し、
   所定回数連続で前記差分が所定値を超えた場合は、前記差分が小さくなるように前記単位湯量の更新を行う給湯機。
2. 前記制御部が、前記差分が０にならないように前記単位湯量を更新することを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
3. 初期設定ステップと、湯張りステップと、を含む給湯機制御方法であって、
   前記初期設定ステップは、注水の水量と当該注水によって上昇した水位に基づいて浴槽の高さあたりの単位湯量を算出する単位湯量算出処理を行い、
   前記湯張りステップは、
   設定湯量と前記単位湯量とに基づいて予測水位を算出する予測水位算出処理を行い、
   前記設定湯量の注湯が完了した後、実測水位を測定する実測水位測定処理を行い、
   前記実測水位と前記予測水位との差分を算出する水位差分算出処理を行い、
   前記差分が所定値以内の場合は、前記実測水位の値を足し湯における目標水位として設定する目標水位設定処理を行い、
   前記差分が所定値を超えた場合は、前記予測水位の値を前記目標水位として設定する目標水位設定処理を行い、
   所定回数連続で前記差分が所定値を超えた場合は、前記差分が小さくなるように前記単位湯量を更新する単位湯量更新処理を行う、給湯機制御方法。

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