給湯システム
【課題】貯湯タンクユニットと給湯器を直列に接続した給湯システムにおいて、混合温調制御を行って給湯温度を制御するときに、温調精度を高めることができると共に、給湯開始時の給湯温度の上昇速度を高めることができる給湯システムを提供する。
【解決手段】出湯管２の出口６付近に設けられて、出湯管２から供給される湯水の温度を検出する給湯出口サーミスタ３９を備え、タンクコントローラ５０は、一般給湯モードにおいて、貯湯タンク３１の湯切れが生じていないときは、給湯器１０による加熱を禁止して、給湯出口サーミスタ３９の検出温度が給湯設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５により貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と給水管１から出湯管２に供給される水との混合比をフィードバック制御する。
【解決手段】出湯管２の出口６付近に設けられて、出湯管２から供給される湯水の温度を検出する給湯出口サーミスタ３９を備え、タンクコントローラ５０は、一般給湯モードにおいて、貯湯タンク３１の湯切れが生じていないときは、給湯器１０による加熱を禁止して、給湯出口サーミスタ３９の検出温度が給湯設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５により貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と給水管１から出湯管２に供給される水との混合比をフィードバック制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯タンクユニットの下流側に、瞬間加熱式の給湯器を直列に接続した給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、貯湯タンク内の湯水をヒートポンプにより加熱する貯湯タンクユニットの下流側に、瞬間加熱式のガス給湯器を直列に接続した給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、貯湯タンクユニットと瞬間加熱式のガス給湯器を並列に接続し、貯湯タンクユニット側から給湯を行うときには、貯湯タンクから出湯管に供給される湯と給水管から出湯管に供給される水との混合比を、出湯管と給水管との接続箇所の下流側の付近に設けられた温度センサの検出温度が目標給湯温度となるように調節するようにした給湯システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
このように、貯湯タンクユニットと瞬間加熱式のガス給湯器を組み合わせることにより、貯湯タンクの湯切れが生じたときに、ガス給湯器において出湯管を流通する湯水を目標給湯温度まで加熱する加熱温調制御を行うことができる。そして、これにより、貯湯タンクの湯切れが生じても、目標給湯温度での給湯を継続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３２９４０１号公報
【特許文献２】特開２００１−１６５４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１記載の貯湯タンクユニットと給湯器を直列に接続した給湯システムにおいては、貯湯タンクユニットから給湯器を経由して給湯システムの出口に至るまでの湯の流通経路が長くなる。そして、給湯器を流通する際の放熱等によって湯の温度が低下する。
【０００７】
そのため、上述した特許文献２記載の給湯システムと同様に、貯湯タンクから出湯管に供給される湯と給水管から出湯管に供給される水との混合比を、混合箇所付近に設けられた温度センサの検出温度が目標給湯温度となるように調節する混合温調制御を行うと、実際に出湯管の出口から供給される湯の温度が目標給湯温度よりも低くなってしまい、精度の良い温調を行うことができないという不都合がある。
【０００８】
また、給湯を開始するときに、給湯器による放熱の影響を受けて、給湯温度の上昇速度が低くなるという不都合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、貯湯タンクユニットと給湯器を直列に接続した給湯システムにおいて、混合温調制御を行って給湯温度を制御するときに、温調精度を高めることができると共に、給湯開始時の給湯温度の上昇速度を高めることができる給湯システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、貯湯タンクと、前記貯湯タンクに接続された出湯管と、前記貯湯タンク及び前記出湯管と接続された給水管と、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記給水管への通水を検出する通水センサと、前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯水と、前記給水管から前記出湯管に供給される水との混合比を変更する混合比変更手段と、前記貯湯タンク内の湯水の温度を検出する貯湯温度センサと、前記出湯管と前記給水管との接続部の下流側で前記出湯管の途中に設けられ、前記出湯管を流通する湯水を加熱する給湯器と、目標給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、前記通水センサにより通水が検出され、且つ、前記貯湯温度センサの検出温度が前記目標給湯温度に応じて設定された湯切れ判定温度よりも高いときは、前記給湯器による加熱を禁止して、前記出湯管から前記目標給湯温度の湯が供給されるように、前記混合比変更手段により前記混合比を変更調節する混合温調制御を実行し、前記通水センサにより通水が検出され、且つ、前記貯湯温度センサの検出温度が前記湯切れ判定温度以下であるときには、前記出湯管から前記目標給湯温度の湯が供給されるように、前記給湯器による加熱を行う加熱温調制御を実行する温調制御手段とを備えた給湯システムに関する。
【００１１】
そして、前記出湯管の出口付近に設けられて、前記出湯管から供給される湯水の温度を検出する給湯出口温度センサを備え、前記温調制御手段は、前記混合温調制御において、前記給湯出口温度センサの検出温度が前記目標給湯温度となるように、前記混合比変更手段により前記混合比を調節することを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記温調制御手段は、前記給湯出口温度センサの検出温度が前記目標給湯温度となるように、前記混合比変更手段により前記混合比を調節して、前記混合温調制御を実行する。そして、このように、前記給湯出口温度センサにより検出される前記出湯管の出口から供給される湯の温度に基づいて前記混合温調制御を実行することにより、前記貯湯タンクから供給される湯と前記給水管から供給される水の混合箇所から、前記出湯管の出口までの経路が長いことに起因して、前記目標給湯温度と前記出湯管から実際に供給される湯の温度との差が大きくなることを抑制することができる。また、前記混合温調制御を開始したときの出湯温度の上昇率を高めることができる。
【００１３】
また、前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯の温度を検出する入湯温度センサと、前記給水管から前記出湯管に供給される水の温度を検出する入水温度センサとを備え、前記温調制御手段は、前記混合温調制御において、前記目標給湯温度に対する前記給湯出口温度センサの検出温度の偏差に、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差に反比例させて設定した比例定数を乗じた値と、前記偏差に前記温度差に反比例させて設定した積分定数を乗じた値の積分値とのうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記混合比を決定することを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記比例定数及び前記積分定数を、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差に反比例させて設定することによって、該温度差が変化したときに該温度差の変化の影響を抑制するように、前記比例定数及び前記積分定数が設定される。そのため、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差が大きいときに、前期出湯管から供給される湯の温度がハンチングすることを抑制することができる。また、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差が小さいときに、前記出湯管から供給される湯の温度が前記目標給湯温度に収束する速度が遅くなることを抑制することができる。
【００１５】
また、前記給湯器をバイパスして、前記給湯器の上流側と下流側で前記出湯管を連通する出湯バイパス管と、前記バイパス管を開閉するバイパス弁とを備え、前記給湯出口温度センサは、前記出湯バイパス管と前記出湯管の下流側の接続部と、前記出湯管の出口との間に設けられて、前記温調制御手段は、前記混合温調制御を実行するときは前記バイパス弁を開弁し、前記加熱温調制御を実行するときには前記バイパス弁を閉弁することを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明によれば、前記バイパス弁が開弁された状態で前記混同温調制御が実行される。そのため、前記貯湯タンクから前記出湯管に供給された湯は、前記給水管から前記出湯管に供給された水と混合された後に、前記バイパス管側と前記給湯器側に分岐する。そして、分岐した湯は、前記バイパス管と前記出湯管の下流側の接続箇所で合流するが、前記給湯器側を流通した湯は、前記給湯器を流通する際に冷却されるため、該接続箇所で合流して前記出湯管の出口から供給される湯の温度と、分岐する前の湯の温度との差が大きくなる。
【００１７】
そこで、前記混合温調制御において、前記給湯出口温度センサの検出温度が前記目標給湯温度となるように、前記混合比変更手段により前記混合比を調節することによって、前記目標給湯温度と前記出湯管の出口から実際に供給される湯の温度との差が大きくなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の給湯システムの構成図。
【図２】図１に示したタンクユニットの作動フローチャート。
【図３】図１に示したタンクユニットの一般給湯モードでの作動フローチャート。
【図４】図１に示したタンクユニットの湯張りモードでの作動フローチャート。
【図５】湯量可変弁と水量可変弁の開度と制御ステップ数との関係を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１を参照して、本実施の形態の給湯システムは、瞬間加熱式の給湯器１０と、タンクユニット３０と、ヒートポンプユニット６０とにより構成されている。
【００２０】
ヒートポンプユニット６０は、圧縮機７１、凝縮器７２、減圧器７３、及び蒸発器７４を、冷媒循環路７５で接続して構成されたヒートポンプ７０（本発明の加熱手段に相当する）を備えている。凝縮器７２は、貯湯タンク３１の上部及び下部に接続されたタンク循環路６４と接続され、冷媒循環路７５内の冷媒とタンク循環路６４内の湯水とを熱交換させることによって、タンク循環路６４内の湯水を加熱する。
【００２１】
タンク循環路６４には、貯湯タンク３１に貯められた湯水をタンク循環路６４内に循環させるための循環ポンプ６５と、凝縮器７２から貯湯タンク３１に供給される湯水の温度を検出する往きサーミスタ６６と、貯湯タンク３１から凝縮器７２に供給される湯水の温度を検出する戻りサーミスタ４１とが設けられている。
【００２２】
そして、マイクロコンピュータ等により構成された電子ユニットであるヒートポンプコントローラ８０に、往きサーミスタ６６による温度検出信号が入力される。また、ヒートポンプコントローラ８０から出力される制御信号によって、ヒートポンプ７０と循環ポンプ６５の作動が制御される。
【００２３】
ヒートポンプコントローラ８０は、タンクコントローラ５０と通信可能に接続され、タンクコントローラ５０から貯湯加熱指示信号を受信したときに、タンクコントローラ５０から送信される貯湯上限温度及び戻りサーミスタ４１の検出温度のデータを用いて、往きサーミスタ６６の検出温度及び戻りサーミスタ４１の検出温度と、貯湯上限温度とに基づいて、循環ポンプ６５とヒートポンプ７０を作動させて貯湯タンク３１内の湯水を貯湯上限温度まで加熱する。
【００２４】
次に、タンクユニット３０は、貯湯タンク３１と、貯湯タンク３１の上部に接続された出湯管２と、貯湯タンク３１の下部及び出湯管２に接続された給水管１と、給湯器１０をバイパスして出湯管２を給湯器１０の上流側と下流側で連通する出湯バイパス管３７とを備えている。
【００２５】
さらに、タンクユニット３０は、貯湯タンク３１からヒートポンプユニット６０に供給される湯水の温度を検出する戻りサーミスタ４１、貯湯タンク３１に貯められた湯水の温度を検出する貯湯サーミスタ４２（本発明の貯湯温度センサに相当する）と、出湯管２の給水管１との接続箇所Ｘの上流側の付近に設けられた入湯サーミスタ３３（本発明の入湯温度センサに相当する）と、給水管１の通水流量を検出するタンク水量センサ４３（本発明の通水センサに相当する）と、給水管１に設けられた入水サーミスタ４４（本発明の入水温度センサに相当する）と、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯水の流量を変更する湯量可変弁３４と、給水管１から出湯管２に供給される水の流量を変更する水量可変弁３５と、給水管１に設けられた逆止弁付きの減圧弁４０と、出湯管２と給水管１との接続箇所Ｘと出湯バイパス管３７との間に設けられた混合サーミスタ３６と、出湯バイパス管３７を開閉するバイパス弁３８と、出湯バイパス管３７と出湯管２との接続箇所Ｙの下流側に供給される湯水の温度を検出する給湯出口サーミスタ３９（本発明の給湯出口温度センサに相当する）とを備えている。
【００２６】
なお、湯量可変弁３４と水量可変弁３５とにより、本発明の混合比変更手段が構成されている。
【００２７】
そして、マイクロコンピュータ等により構成された電子ユニットであるタンクコントローラ５０に、貯湯サーミスタ４２、入湯サーミスタ３３と、入水サーミスタ４４、混合サーミスタ３６、給湯サーミスタ３９、及び戻りサーミスタ４１による温度検出信号と、タンク水量センサ４３による給水管１の通水流量の検出信号が入力される。また、タンクコントローラ５０から出力される制御信号によって、湯量可変弁３４と、水量可変弁３５と、バイパス弁３８の作動が制御される。
【００２８】
タンクコントローラ５０は、貯湯サーミスタ４２の検出温度を監視し、貯湯サーミスタ４２の検出温度が予め設定された貯湯下限温度以下になったときに、ヒートポンプコントローラ８０に対して、上述した貯湯加熱指示信号を送信する。そして、これにより、貯湯タンク３１内の湯水が、ヒートポンプユニット６０によって貯湯上限温度まで加熱される。
【００２９】
また、タンクコントローラ５０には、使用者の操作に応じて、希望する給湯温度（出湯管２の出口から供給される湯の温度）と風呂温度（後述する湯張り管１８を経由して浴槽に供給される湯の温度）を設定するための温度スイッチ（図示しない）や、一般給湯モード（後述する湯張り弁１９を閉弁して出湯管２の出口から湯を供給するモード）と、湯張りモード（湯張り弁１９を開弁して湯張り管１８から浴槽に湯を供給するモード）とを切換えるためのモード切換スイッチ（図示しない）等を備えたリモコン５１（本発明の目標給湯温度設定手段の機能を含む）が接続されている。
【００３０】
ここで、出湯管２は貯湯タンク３１の上部に接続され、給水管１は貯湯タンク３１の下部に接続されている。そのため、貯湯タンク３１から出湯管２に湯水が供給されると、それに応じて、貯湯タンク３１の下部に給水管１から水が供給される。そして、貯湯タンク３１内では、上部に高温の湯の層ができると共に下部に水の層ができる。貯湯タンク３１から湯を供給するに従って上部の高温の湯の層が減少していき、貯湯サーミスタ４２の検出温度が、リモコン５１により設定された目標給湯温度（一般給湯モードではリモコン５１により設定された給湯設定温度、湯張りモードではリモコン５１により設定された風呂設定温度）以下となった湯切れ状態となる。
【００３１】
なお、貯湯タンク３１が湯切れ状態であるか否かの判断は、貯湯サーミスタ４２の検出温度が目標給湯温度付近に設定された湯切れ判定温度以下であるときに、貯湯タンク３１が湯切れ状態であると判断すればよい。本実施の形態では、目標給湯温度が湯切れ判定温度に設定されている。
【００３２】
タンクコントローラ５０は、貯湯サーミスタ４２の検出温度が目標給湯温度よりも高いとき（湯切れが生じていない状態）に、タンク水量センサ４３により所定の下限流量以上の通水が検出されたときには、混合サーミスタ３６又は給湯出口サーミスタ３９の検出温度が目標温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を制御する混合温調制御を行う。このとき、タンクコントローラ５０は、一般給湯モードではバイパス弁３８を開弁し、湯張りモードではバイパス弁３８を閉弁する。
【００３３】
一方、貯湯サーミスタ４２の検出温度が目標給湯温度以下であるとき（湯切れが生じている状態）に、タンク水量センサ４３により下限水量以上の通水が検出されたときには、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を閉弁して、貯湯タンク３１及び給水管１からの湯水を全て給湯器１０に供給する。この場合には、給湯器１０において、後述する加熱温調制御が実行される。
【００３４】
次に、給湯器１０は、出湯管２の途中に設けられた熱交換器１１と、熱交換器１１を加熱するバーナ１２と、熱交換器１１をバイパスして、出湯管２を熱交換器１１の上流側と下流側で連通する給湯バイパス管１３と、出湯管２と給湯バイパス管１３の接続箇所Ｚの下流側で、浴槽（図示しない）と出湯管２を接続した湯張り管１８とを備えている。
【００３５】
出湯管２には、熱交換器１１側に供給される湯水の流量と給湯バイパス管側に供給される湯水の流量との分配比を変更するバイパスサーボ１４と、給湯器１０に供給される湯水の流量を調節する水量サーボ１５と、熱交換器１１及び給湯バイパス管１３に供給される湯水の流量を検出する給湯水量センサ２１と、出湯管２と給湯バイパス管１３の接続箇所Ｚの下流側に供給される湯の温度を検出する給湯器サーミスタ１６と、逆止弁１７とが設けられている。また、湯張り管１８には、湯張り管１８の通水流量を検出する湯張り水量センサ２２と、湯張り管１８を開閉する湯張り弁１９とが備えられている。
【００３６】
そして、マイクロコンピュータ等により構成された電子ユニットである給湯コントローラ２０に、給湯器サーミスタ１６による温度検出信号と、給湯水量センサ２１による通水流量の検出信号と、湯張り水量センサ２２による通水流量の検出信号とが入力される。また、給湯コントローラ２０から出力される制御信号によって、バイパスサーボ１４と、水量サーボ１５と、バーナ１２と、湯張り弁１９の作動が制御される。
【００３７】
給湯コントローラ２０は、タンクコントローラ５０と通信可能に接続され、タンクコントローラ５０から加熱許可を指示する信号を受信したときに加熱許可状態となる。そして、給湯水量センサ２１により所定の下限流量以上の通水が検出されているときに、給湯器サーミスタ１６の検出温度が目標給湯温度となるように、バーナ１２の燃焼量を制御する加熱温調制御を実行する。また、タンクコントローラ５０から加熱禁止を指示する信号を受信したときに加熱禁止状態となり、加熱温調制御の実行が禁止される。
【００３８】
また、給湯コントローラ２０は、浴槽（図示しない）に所定量の湯を供給する湯張り運転を行なうとき（湯張りモード）には、湯張り弁１９を開弁して、湯張り水量センサ２２により検出される浴槽への湯の供給量を累積する。そして、浴槽への湯の供給量の累積値が前記所定量に達したときに、湯張り弁１９を閉弁して湯張り運転を終了する。
【００３９】
次に、図２〜図４に示したフローチャートに従って、タンクコントローラ５０の作動について説明する。
【００４０】
図２のＳＴＥＰ１でタンクユニット３０の電源がＯＮされるとＳＴＥＰ２に進み、タンクコントローラ５０は、湯量可変弁３４を全閉にし、次のＳＴＥＰ３で水量可変弁３５を全開にする。そして、タンクコントローラ５０は、続くＳＴＥＰ４でバイパス弁３８を開弁する。また、タンクコントローラ５０は、ＳＴＥＰ５で給湯コントローラ２０に対して加熱禁止を指示する信号を送信し、これにより給湯器１０による加熱温調制御の実行が禁止される。
【００４１】
次のＳＴＥＰ６で、タンクコントローラ５０は、タンク水量センサ４３により下限流量以上の通水が検出される通水状態となるのを待つ。そして、通水状態となったときにＳＴＥＰ６からＳＴＥＰ７に進み、タンクコントローラ５０は、ＳＴＥＰ９で、タンク水量センサ４３により下限流量以上の通水が検出されていない止水状態となるまで、ＳＴＥＰ７，ＳＴＥＰ８及びＳＴＥＰ２０からなるループを繰り返し実行する。
【００４２】
ＳＴＥＰ７で、タンクコントローラ５０は、湯張りモードに設定されているか否かを判断する。そして、湯張りモードに設定されているときはＳＴＥＰ２０に分岐し、タンクコントローラ５０は、図４に示した「湯張りモードでの温調処理」のサブルーチン（ＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ５６及びＳＴＥＰ６０〜ＳＴＥＰ６３）を実行する。
【００４３】
一方、ＳＴＥＰ７で湯張りモードに設定されていないとき（一般給湯モードに設定されているとき）にはＳＴＥＰ８に進み、タンクコントローラ５０は、図３に示した「一般給湯モードでの温調制御（ＳＴＥＰ３０〜ＳＴＥＰ３６及びＳＴＥＰ４０〜ＳＴＥＰ４３）のサブルーチンを実行する。
【００４４】
そして、ＳＴＥＰ９で止水状態となったときにＳＴＥＰ１０に進み、タンクコントローラ５０は、湯量可変弁３４を停止（その時点の開度を保持）し、ＳＴＥＰ１１で水量可変弁３５を停止（その時点の開度を保持）する。また、続くＳＴＥＰ１２でバイパス弁３８を開弁し、ＳＴＥＰ１３で給湯コントローラ２０に対して加熱禁止を指示する信号を送信して、ＳＴＥＰ６に戻る。
【００４５】
なお、ＳＴＥＰ８で「一般給湯モードでの温調制御」を行い、また、ＳＴＥＰ２０で「湯張りモードでの温調制御」を行う構成が、本発明の温調制御手段に相当する。
【００４６】
次に、図３を参照して、「一般給湯モードでの温調制御」の処理について説明する。タンクコントローラ５０は、ＳＴＥＰ３１で、貯湯タンク３１が湯切れ状態（貯湯サーミスタ４２の検出温度が給湯設定温度以下である状態）であるか否かを判断する。そして、貯湯タンク３１が湯切れ状態であるときはＳＴＥＰ４０に分岐し、貯湯タンク３１が湯切れ状態でないときにはＳＴＥＰ３２に進む。
【００４７】
ＳＴＥＰ３２〜ＳＴＥＰ３５は、一般給湯モードで混合温調制御を実行する場合の処理である。ＳＴＥＰ３２で、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を開弁し、続くＳＴＥＰ３３で給湯コントローラ２０に対して加熱禁止を指示する信号を送信する。また、次のＳＴＥＰ３４で、タンクコントローラ５０は、給湯設定温度を混合設定温度とする。
【００４８】
そして、続くＳＴＥＰ３５で、タンクコントローラ５０は、給湯出口サーミスタ３９の検出温度が混合設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を変更して、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と給水管１から出湯管２に供給される水との混合比をＦＢ（feedback）制御する。
【００４９】
ここで、湯量可変弁３４と水量可変弁３５は、ステッピングモータ（図示しない）により駆動される。図５は、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度とステッピングモータの制御ステップ数との関係を、縦軸を弁の開度に設定し、横軸を制御ステップ数に設定して示したものである。図中ａは湯量可変弁３４の開度と制御ステップ数との関係を示し、図中ｂは水量可変弁３５の開度と制御ステップ数との関係を示している。
【００５０】
図５に示したように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５は、一方の開度が大きくなると他方の開度が小さくなる関係をもって連動して駆動される。湯量可変弁３４の開度は制御ステップ数が多くなるに従って大きくなり、水量可変弁３５の開度は制御ステップ数が多くなるに従って小さくなる。
【００５１】
そして、タンクコントローラ５０は、以下の式（１）〜式（３）により、湯量可変弁３４の制御ステップ数を算出して、湯量可変弁３４の開度を決定する。
【００５２】
【数１】
【００５３】
【数２】
【００５４】
但し、Ｋp：定数（例えば、1200ステップ）、入湯温度：入湯サーミスタ３３の検出温度、入水温度：入水サーミスタ４４の検出温度、目標給湯温度：一般給湯モードでは給湯設定温度，湯張りモードでは風呂設定温度、給湯温度：給湯出口サーミスタ３９の検出温度、Ｋp／（入湯温度−入水温度）：入湯温度と入水温度の温度差に反比例させて設定した比例定数。
【００５５】
また、上記式（１）の積分ステップ数は、所定周期（例えば200msec）毎に、以下の式（３）により算出される。
【００５６】
【数３】
【００５７】
但し、Ｋi：定数（例えば、200ステップ）、入湯温度：入湯サーミスタ３３の検出温度、入水温度：入水サーミスタ４４の検出温度、目標給湯温度：一般給湯モードでは給湯設定温度，湯張りモードでは風呂設定温度、実給湯温度：給湯出口サーミスタ３９の検出温度、Ｋi／（入湯温度−入水温度）：入湯温度と入水温度の温度差に反比例させて設定した積分定数。
【００５８】
また、水量可変弁３５は、湯量可変弁３４と連動するため、湯量可変弁３４の制御ステップ数が算出されれば、それに応じて水量可変弁４３の制御ステップ数も定まる。
【００５９】
このようにして、タンクコントローラ５０は、上記式（２）で算出した比例ステップ数と、上記式（３）で算出した積分ステップ数とを用いて、上記式（１）により湯量可変弁３４の制御ステップを算出し、また、湯量可変弁３４と連動する水量可変弁３５の制御ステップを算出する。
【００６０】
そして、これにより、タンクコントローラ５０は、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯の温度と、給水管１から出湯管２に供給される水の温度との温度差の大小の影響により、目標給湯温度に対して出湯管２の出口６から供給される実際の湯の温度のハンチングが生じたり、目標給湯温度に対する出湯管２の出口６から供給される実際の湯の温度の収束性が悪化することを抑制している。
【００６１】
そして、ＳＴＥＰ３６に進み、タンクコントローラ５０は、一般給湯モードでの混合温調制御を終了して、図２のＳＴＥＰ９に戻る。
【００６２】
一方、ＳＴＥＰ４０〜ＳＴＥＰ４３は、一般給湯モードで加熱温調制御を実行する場合の処理である。ＳＴＥＰ４０で、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を閉弁し、続くＳＴＥＰ４１で給湯コントローラ２０に対して加熱許可を指示する信号を送信する。また、次のＳＴＥＰ４２で、タンクコントローラ５０は、給湯設定温度から最小能力温度を減じた温度を混合設定温度とする。
【００６３】
ここで、最小能力温度とは、現水量（給湯水量センサ２１により検出されている現在の通水流量）の湯量を、給湯器１０により最小能力で加熱したときの湯水の上昇温度である。
【００６４】
そして、次のＳＴＥＰ４３で、タンクコントローラ５０は、混合サーミスタ３６の検出温度が混同設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を調節して、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と、給水管１から出湯管２に供給される水の混合比をＦＢ（feedback）制御する。
【００６５】
この場合は、給湯器１０側で、給湯器サーミスタ１６の検出温度が給湯設定温度となるように、バーナ１２の燃焼量が制御される（加熱温調制御）。そして、ＳＴＥＰ３６に進み、タンクコントローラ５０は、一般給湯モードでの加熱温調制御を終了して、図２のＳＴＥＰ９に戻る。
【００６６】
次に、図４を参照して、「湯張りモードでの温調制御」の処理について説明する。タンクコントローラ５０は、ＳＴＥＰ５１で、貯湯タンク３１が湯切れ状態（貯湯サーミスタ４２の検出温度が風呂設定温度以下である状態）であるか否かを判断する。そして、貯湯タンク３１が湯切れ状態であるときはＳＴＥＰ６０に分岐し、貯湯タンク３１が湯切れ状態でないときにはＳＴＥＰ５２に進む。
【００６７】
ＳＴＥＰ５２〜ＳＴＥＰ５５は、湯張りモードで混合温調制御を実行する場合の処理である。ＳＴＥＰ５２で、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を閉弁し、続くＳＴＥＰ５３で給湯コントローラ２０に対して加熱禁止を指示する信号を送信する。また、次のＳＴＥＰ５４で、タンクコントローラ５０は、風呂設定温度を混合設定温度とする。
【００６８】
そして、続くＳＴＥＰ５５で、タンクコントローラ５０は、混合サーミスタ３６の検出温度が混合設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を変更して、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と給水管１から出湯管２に供給される水との混合比をＦＢ（feedback）制御する。
【００６９】
湯張りモードにおいては、給湯コントローラ２０により湯張り弁１９が開弁されるため、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と給水管１から出湯管２に供給される水が全て給湯器１０側に供給されて、湯張り管１８を経由して浴槽に供給される。そして、ＳＴＥＰ５６に進み、タンクコントローラ５０は、湯張りモードでの混合温調制御を終了して、図２のＳＴＥＰ９に戻る。
【００７０】
一方、ＳＴＥＰ６０〜ＳＴＥＰ６３は、湯張りモードで加熱温調制御を実行する場合の処理である。ＳＴＥＰ６０で、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を閉弁し、続くＳＴＥＰ６１で給湯コントローラ２０に対して加熱許可を指示する信号を送信する。また、次のＳＴＥＰ６２で、タンクコントローラ５０は、風呂設定温度から最小能力温度を減じた温度を混合設定温度とする。
【００７１】
そして、次のＳＴＥＰ６３で、タンクコントローラ５０は、混合サーミスタ３６の検出温度が混合設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を調節して、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と、給水管１から出湯管２に供給される水の混合比をＦＢ（feedback）制御する。
【００７２】
この場合は、給湯器１０側で、給湯器サーミスタ１６の検出温度が風呂設定温度となるように、バーナ１２の燃焼量が制御される（加熱温調制御）。そして、ＳＴＥＰ５６に進み、タンクコントローラ５０は、湯張りモードでの加熱温調制御を終了して、図２のＳＴＥＰ９に戻る。
【００７３】
なお、本実施の形態では、給湯器１０をバイパスする出湯バイパス管３７と出湯バイパス管３７を開閉するバイパス弁３８を備えた給湯システムを示したが、出湯バイパス管及びこれを開閉するバイパス弁を備えていない給湯システムに対しても、本発明を適用してその効果を得ることができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、上記式（１）〜式（３）により、入湯サーミスタ３３の検出温度と入水サーミスタ４４の検出温度との温度差に反比例した比例定数と積分定数を設定したが、比例定数と積分定数とのうちの一方のみについて、該温度差に反比例した設定としてもよい。また、比例定数と積分定数について、入湯サーミスタ３３の検出温度と入水サーミスタ４４の検出温度との温度差に反比例した設定としない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、湯張り管１８と湯張り弁１９を備えて、一般給湯モード及び湯張りモードでの給湯を行う給湯システムを示したが、湯張り管を備えずに一般給湯モードによる給湯のみを行う場合にも、本発明の適用が可能である。
【００７６】
また、本実施の形態では、貯湯タンク内の湯水の加熱手段としてヒートポンプを使用する給湯システムを示したが、ソーラーシステム等の他の加熱手段を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…給水管、２…出湯管、１０…給湯器、２０…給湯コントローラ、３０…タンクユニット、３１…貯湯タンク、３４…湯量可変弁、３５…水量可変弁、３６…混合サーミスタ、３７…出湯バイパス管、３８…バイパス弁、４２…貯湯サーミスタ、５０…タンクコントローラ、５１…リモコン、６０…ヒートポンプユニット、７０…ヒートポンプ、８０…ヒートポンプコントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯タンクユニットの下流側に、瞬間加熱式の給湯器を直列に接続した給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、貯湯タンク内の湯水をヒートポンプにより加熱する貯湯タンクユニットの下流側に、瞬間加熱式のガス給湯器を直列に接続した給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、貯湯タンクユニットと瞬間加熱式のガス給湯器を並列に接続し、貯湯タンクユニット側から給湯を行うときには、貯湯タンクから出湯管に供給される湯と給水管から出湯管に供給される水との混合比を、出湯管と給水管との接続箇所の下流側の付近に設けられた温度センサの検出温度が目標給湯温度となるように調節するようにした給湯システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
このように、貯湯タンクユニットと瞬間加熱式のガス給湯器を組み合わせることにより、貯湯タンクの湯切れが生じたときに、ガス給湯器において出湯管を流通する湯水を目標給湯温度まで加熱する加熱温調制御を行うことができる。そして、これにより、貯湯タンクの湯切れが生じても、目標給湯温度での給湯を継続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３２９４０１号公報
【特許文献２】特開２００１−１６５４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１記載の貯湯タンクユニットと給湯器を直列に接続した給湯システムにおいては、貯湯タンクユニットから給湯器を経由して給湯システムの出口に至るまでの湯の流通経路が長くなる。そして、給湯器を流通する際の放熱等によって湯の温度が低下する。
【０００７】
そのため、上述した特許文献２記載の給湯システムと同様に、貯湯タンクから出湯管に供給される湯と給水管から出湯管に供給される水との混合比を、混合箇所付近に設けられた温度センサの検出温度が目標給湯温度となるように調節する混合温調制御を行うと、実際に出湯管の出口から供給される湯の温度が目標給湯温度よりも低くなってしまい、精度の良い温調を行うことができないという不都合がある。
【０００８】
また、給湯を開始するときに、給湯器による放熱の影響を受けて、給湯温度の上昇速度が低くなるという不都合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、貯湯タンクユニットと給湯器を直列に接続した給湯システムにおいて、混合温調制御を行って給湯温度を制御するときに、温調精度を高めることができると共に、給湯開始時の給湯温度の上昇速度を高めることができる給湯システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、貯湯タンクと、前記貯湯タンクに接続された出湯管と、前記貯湯タンク及び前記出湯管と接続された給水管と、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記給水管への通水を検出する通水センサと、前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯水と、前記給水管から前記出湯管に供給される水との混合比を変更する混合比変更手段と、前記貯湯タンク内の湯水の温度を検出する貯湯温度センサと、前記出湯管と前記給水管との接続部の下流側で前記出湯管の途中に設けられ、前記出湯管を流通する湯水を加熱する給湯器と、目標給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、前記通水センサにより通水が検出され、且つ、前記貯湯温度センサの検出温度が前記目標給湯温度に応じて設定された湯切れ判定温度よりも高いときは、前記給湯器による加熱を禁止して、前記出湯管から前記目標給湯温度の湯が供給されるように、前記混合比変更手段により前記混合比を変更調節する混合温調制御を実行し、前記通水センサにより通水が検出され、且つ、前記貯湯温度センサの検出温度が前記湯切れ判定温度以下であるときには、前記出湯管から前記目標給湯温度の湯が供給されるように、前記給湯器による加熱を行う加熱温調制御を実行する温調制御手段とを備えた給湯システムに関する。
【００１１】
そして、前記出湯管の出口付近に設けられて、前記出湯管から供給される湯水の温度を検出する給湯出口温度センサを備え、前記温調制御手段は、前記混合温調制御において、前記給湯出口温度センサの検出温度が前記目標給湯温度となるように、前記混合比変更手段により前記混合比を調節することを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記温調制御手段は、前記給湯出口温度センサの検出温度が前記目標給湯温度となるように、前記混合比変更手段により前記混合比を調節して、前記混合温調制御を実行する。そして、このように、前記給湯出口温度センサにより検出される前記出湯管の出口から供給される湯の温度に基づいて前記混合温調制御を実行することにより、前記貯湯タンクから供給される湯と前記給水管から供給される水の混合箇所から、前記出湯管の出口までの経路が長いことに起因して、前記目標給湯温度と前記出湯管から実際に供給される湯の温度との差が大きくなることを抑制することができる。また、前記混合温調制御を開始したときの出湯温度の上昇率を高めることができる。
【００１３】
また、前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯の温度を検出する入湯温度センサと、前記給水管から前記出湯管に供給される水の温度を検出する入水温度センサとを備え、前記温調制御手段は、前記混合温調制御において、前記目標給湯温度に対する前記給湯出口温度センサの検出温度の偏差に、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差に反比例させて設定した比例定数を乗じた値と、前記偏差に前記温度差に反比例させて設定した積分定数を乗じた値の積分値とのうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記混合比を決定することを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記比例定数及び前記積分定数を、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差に反比例させて設定することによって、該温度差が変化したときに該温度差の変化の影響を抑制するように、前記比例定数及び前記積分定数が設定される。そのため、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差が大きいときに、前期出湯管から供給される湯の温度がハンチングすることを抑制することができる。また、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差が小さいときに、前記出湯管から供給される湯の温度が前記目標給湯温度に収束する速度が遅くなることを抑制することができる。
【００１５】
また、前記給湯器をバイパスして、前記給湯器の上流側と下流側で前記出湯管を連通する出湯バイパス管と、前記バイパス管を開閉するバイパス弁とを備え、前記給湯出口温度センサは、前記出湯バイパス管と前記出湯管の下流側の接続部と、前記出湯管の出口との間に設けられて、前記温調制御手段は、前記混合温調制御を実行するときは前記バイパス弁を開弁し、前記加熱温調制御を実行するときには前記バイパス弁を閉弁することを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明によれば、前記バイパス弁が開弁された状態で前記混同温調制御が実行される。そのため、前記貯湯タンクから前記出湯管に供給された湯は、前記給水管から前記出湯管に供給された水と混合された後に、前記バイパス管側と前記給湯器側に分岐する。そして、分岐した湯は、前記バイパス管と前記出湯管の下流側の接続箇所で合流するが、前記給湯器側を流通した湯は、前記給湯器を流通する際に冷却されるため、該接続箇所で合流して前記出湯管の出口から供給される湯の温度と、分岐する前の湯の温度との差が大きくなる。
【００１７】
そこで、前記混合温調制御において、前記給湯出口温度センサの検出温度が前記目標給湯温度となるように、前記混合比変更手段により前記混合比を調節することによって、前記目標給湯温度と前記出湯管の出口から実際に供給される湯の温度との差が大きくなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の給湯システムの構成図。
【図２】図１に示したタンクユニットの作動フローチャート。
【図３】図１に示したタンクユニットの一般給湯モードでの作動フローチャート。
【図４】図１に示したタンクユニットの湯張りモードでの作動フローチャート。
【図５】湯量可変弁と水量可変弁の開度と制御ステップ数との関係を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１を参照して、本実施の形態の給湯システムは、瞬間加熱式の給湯器１０と、タンクユニット３０と、ヒートポンプユニット６０とにより構成されている。
【００２０】
ヒートポンプユニット６０は、圧縮機７１、凝縮器７２、減圧器７３、及び蒸発器７４を、冷媒循環路７５で接続して構成されたヒートポンプ７０（本発明の加熱手段に相当する）を備えている。凝縮器７２は、貯湯タンク３１の上部及び下部に接続されたタンク循環路６４と接続され、冷媒循環路７５内の冷媒とタンク循環路６４内の湯水とを熱交換させることによって、タンク循環路６４内の湯水を加熱する。
【００２１】
タンク循環路６４には、貯湯タンク３１に貯められた湯水をタンク循環路６４内に循環させるための循環ポンプ６５と、凝縮器７２から貯湯タンク３１に供給される湯水の温度を検出する往きサーミスタ６６と、貯湯タンク３１から凝縮器７２に供給される湯水の温度を検出する戻りサーミスタ４１とが設けられている。
【００２２】
そして、マイクロコンピュータ等により構成された電子ユニットであるヒートポンプコントローラ８０に、往きサーミスタ６６による温度検出信号が入力される。また、ヒートポンプコントローラ８０から出力される制御信号によって、ヒートポンプ７０と循環ポンプ６５の作動が制御される。
【００２３】
ヒートポンプコントローラ８０は、タンクコントローラ５０と通信可能に接続され、タンクコントローラ５０から貯湯加熱指示信号を受信したときに、タンクコントローラ５０から送信される貯湯上限温度及び戻りサーミスタ４１の検出温度のデータを用いて、往きサーミスタ６６の検出温度及び戻りサーミスタ４１の検出温度と、貯湯上限温度とに基づいて、循環ポンプ６５とヒートポンプ７０を作動させて貯湯タンク３１内の湯水を貯湯上限温度まで加熱する。
【００２４】
次に、タンクユニット３０は、貯湯タンク３１と、貯湯タンク３１の上部に接続された出湯管２と、貯湯タンク３１の下部及び出湯管２に接続された給水管１と、給湯器１０をバイパスして出湯管２を給湯器１０の上流側と下流側で連通する出湯バイパス管３７とを備えている。
【００２５】
さらに、タンクユニット３０は、貯湯タンク３１からヒートポンプユニット６０に供給される湯水の温度を検出する戻りサーミスタ４１、貯湯タンク３１に貯められた湯水の温度を検出する貯湯サーミスタ４２（本発明の貯湯温度センサに相当する）と、出湯管２の給水管１との接続箇所Ｘの上流側の付近に設けられた入湯サーミスタ３３（本発明の入湯温度センサに相当する）と、給水管１の通水流量を検出するタンク水量センサ４３（本発明の通水センサに相当する）と、給水管１に設けられた入水サーミスタ４４（本発明の入水温度センサに相当する）と、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯水の流量を変更する湯量可変弁３４と、給水管１から出湯管２に供給される水の流量を変更する水量可変弁３５と、給水管１に設けられた逆止弁付きの減圧弁４０と、出湯管２と給水管１との接続箇所Ｘと出湯バイパス管３７との間に設けられた混合サーミスタ３６と、出湯バイパス管３７を開閉するバイパス弁３８と、出湯バイパス管３７と出湯管２との接続箇所Ｙの下流側に供給される湯水の温度を検出する給湯出口サーミスタ３９（本発明の給湯出口温度センサに相当する）とを備えている。
【００２６】
なお、湯量可変弁３４と水量可変弁３５とにより、本発明の混合比変更手段が構成されている。
【００２７】
そして、マイクロコンピュータ等により構成された電子ユニットであるタンクコントローラ５０に、貯湯サーミスタ４２、入湯サーミスタ３３と、入水サーミスタ４４、混合サーミスタ３６、給湯サーミスタ３９、及び戻りサーミスタ４１による温度検出信号と、タンク水量センサ４３による給水管１の通水流量の検出信号が入力される。また、タンクコントローラ５０から出力される制御信号によって、湯量可変弁３４と、水量可変弁３５と、バイパス弁３８の作動が制御される。
【００２８】
タンクコントローラ５０は、貯湯サーミスタ４２の検出温度を監視し、貯湯サーミスタ４２の検出温度が予め設定された貯湯下限温度以下になったときに、ヒートポンプコントローラ８０に対して、上述した貯湯加熱指示信号を送信する。そして、これにより、貯湯タンク３１内の湯水が、ヒートポンプユニット６０によって貯湯上限温度まで加熱される。
【００２９】
また、タンクコントローラ５０には、使用者の操作に応じて、希望する給湯温度（出湯管２の出口から供給される湯の温度）と風呂温度（後述する湯張り管１８を経由して浴槽に供給される湯の温度）を設定するための温度スイッチ（図示しない）や、一般給湯モード（後述する湯張り弁１９を閉弁して出湯管２の出口から湯を供給するモード）と、湯張りモード（湯張り弁１９を開弁して湯張り管１８から浴槽に湯を供給するモード）とを切換えるためのモード切換スイッチ（図示しない）等を備えたリモコン５１（本発明の目標給湯温度設定手段の機能を含む）が接続されている。
【００３０】
ここで、出湯管２は貯湯タンク３１の上部に接続され、給水管１は貯湯タンク３１の下部に接続されている。そのため、貯湯タンク３１から出湯管２に湯水が供給されると、それに応じて、貯湯タンク３１の下部に給水管１から水が供給される。そして、貯湯タンク３１内では、上部に高温の湯の層ができると共に下部に水の層ができる。貯湯タンク３１から湯を供給するに従って上部の高温の湯の層が減少していき、貯湯サーミスタ４２の検出温度が、リモコン５１により設定された目標給湯温度（一般給湯モードではリモコン５１により設定された給湯設定温度、湯張りモードではリモコン５１により設定された風呂設定温度）以下となった湯切れ状態となる。
【００３１】
なお、貯湯タンク３１が湯切れ状態であるか否かの判断は、貯湯サーミスタ４２の検出温度が目標給湯温度付近に設定された湯切れ判定温度以下であるときに、貯湯タンク３１が湯切れ状態であると判断すればよい。本実施の形態では、目標給湯温度が湯切れ判定温度に設定されている。
【００３２】
タンクコントローラ５０は、貯湯サーミスタ４２の検出温度が目標給湯温度よりも高いとき（湯切れが生じていない状態）に、タンク水量センサ４３により所定の下限流量以上の通水が検出されたときには、混合サーミスタ３６又は給湯出口サーミスタ３９の検出温度が目標温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を制御する混合温調制御を行う。このとき、タンクコントローラ５０は、一般給湯モードではバイパス弁３８を開弁し、湯張りモードではバイパス弁３８を閉弁する。
【００３３】
一方、貯湯サーミスタ４２の検出温度が目標給湯温度以下であるとき（湯切れが生じている状態）に、タンク水量センサ４３により下限水量以上の通水が検出されたときには、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を閉弁して、貯湯タンク３１及び給水管１からの湯水を全て給湯器１０に供給する。この場合には、給湯器１０において、後述する加熱温調制御が実行される。
【００３４】
次に、給湯器１０は、出湯管２の途中に設けられた熱交換器１１と、熱交換器１１を加熱するバーナ１２と、熱交換器１１をバイパスして、出湯管２を熱交換器１１の上流側と下流側で連通する給湯バイパス管１３と、出湯管２と給湯バイパス管１３の接続箇所Ｚの下流側で、浴槽（図示しない）と出湯管２を接続した湯張り管１８とを備えている。
【００３５】
出湯管２には、熱交換器１１側に供給される湯水の流量と給湯バイパス管側に供給される湯水の流量との分配比を変更するバイパスサーボ１４と、給湯器１０に供給される湯水の流量を調節する水量サーボ１５と、熱交換器１１及び給湯バイパス管１３に供給される湯水の流量を検出する給湯水量センサ２１と、出湯管２と給湯バイパス管１３の接続箇所Ｚの下流側に供給される湯の温度を検出する給湯器サーミスタ１６と、逆止弁１７とが設けられている。また、湯張り管１８には、湯張り管１８の通水流量を検出する湯張り水量センサ２２と、湯張り管１８を開閉する湯張り弁１９とが備えられている。
【００３６】
そして、マイクロコンピュータ等により構成された電子ユニットである給湯コントローラ２０に、給湯器サーミスタ１６による温度検出信号と、給湯水量センサ２１による通水流量の検出信号と、湯張り水量センサ２２による通水流量の検出信号とが入力される。また、給湯コントローラ２０から出力される制御信号によって、バイパスサーボ１４と、水量サーボ１５と、バーナ１２と、湯張り弁１９の作動が制御される。
【００３７】
給湯コントローラ２０は、タンクコントローラ５０と通信可能に接続され、タンクコントローラ５０から加熱許可を指示する信号を受信したときに加熱許可状態となる。そして、給湯水量センサ２１により所定の下限流量以上の通水が検出されているときに、給湯器サーミスタ１６の検出温度が目標給湯温度となるように、バーナ１２の燃焼量を制御する加熱温調制御を実行する。また、タンクコントローラ５０から加熱禁止を指示する信号を受信したときに加熱禁止状態となり、加熱温調制御の実行が禁止される。
【００３８】
また、給湯コントローラ２０は、浴槽（図示しない）に所定量の湯を供給する湯張り運転を行なうとき（湯張りモード）には、湯張り弁１９を開弁して、湯張り水量センサ２２により検出される浴槽への湯の供給量を累積する。そして、浴槽への湯の供給量の累積値が前記所定量に達したときに、湯張り弁１９を閉弁して湯張り運転を終了する。
【００３９】
次に、図２〜図４に示したフローチャートに従って、タンクコントローラ５０の作動について説明する。
【００４０】
図２のＳＴＥＰ１でタンクユニット３０の電源がＯＮされるとＳＴＥＰ２に進み、タンクコントローラ５０は、湯量可変弁３４を全閉にし、次のＳＴＥＰ３で水量可変弁３５を全開にする。そして、タンクコントローラ５０は、続くＳＴＥＰ４でバイパス弁３８を開弁する。また、タンクコントローラ５０は、ＳＴＥＰ５で給湯コントローラ２０に対して加熱禁止を指示する信号を送信し、これにより給湯器１０による加熱温調制御の実行が禁止される。
【００４１】
次のＳＴＥＰ６で、タンクコントローラ５０は、タンク水量センサ４３により下限流量以上の通水が検出される通水状態となるのを待つ。そして、通水状態となったときにＳＴＥＰ６からＳＴＥＰ７に進み、タンクコントローラ５０は、ＳＴＥＰ９で、タンク水量センサ４３により下限流量以上の通水が検出されていない止水状態となるまで、ＳＴＥＰ７，ＳＴＥＰ８及びＳＴＥＰ２０からなるループを繰り返し実行する。
【００４２】
ＳＴＥＰ７で、タンクコントローラ５０は、湯張りモードに設定されているか否かを判断する。そして、湯張りモードに設定されているときはＳＴＥＰ２０に分岐し、タンクコントローラ５０は、図４に示した「湯張りモードでの温調処理」のサブルーチン（ＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ５６及びＳＴＥＰ６０〜ＳＴＥＰ６３）を実行する。
【００４３】
一方、ＳＴＥＰ７で湯張りモードに設定されていないとき（一般給湯モードに設定されているとき）にはＳＴＥＰ８に進み、タンクコントローラ５０は、図３に示した「一般給湯モードでの温調制御（ＳＴＥＰ３０〜ＳＴＥＰ３６及びＳＴＥＰ４０〜ＳＴＥＰ４３）のサブルーチンを実行する。
【００４４】
そして、ＳＴＥＰ９で止水状態となったときにＳＴＥＰ１０に進み、タンクコントローラ５０は、湯量可変弁３４を停止（その時点の開度を保持）し、ＳＴＥＰ１１で水量可変弁３５を停止（その時点の開度を保持）する。また、続くＳＴＥＰ１２でバイパス弁３８を開弁し、ＳＴＥＰ１３で給湯コントローラ２０に対して加熱禁止を指示する信号を送信して、ＳＴＥＰ６に戻る。
【００４５】
なお、ＳＴＥＰ８で「一般給湯モードでの温調制御」を行い、また、ＳＴＥＰ２０で「湯張りモードでの温調制御」を行う構成が、本発明の温調制御手段に相当する。
【００４６】
次に、図３を参照して、「一般給湯モードでの温調制御」の処理について説明する。タンクコントローラ５０は、ＳＴＥＰ３１で、貯湯タンク３１が湯切れ状態（貯湯サーミスタ４２の検出温度が給湯設定温度以下である状態）であるか否かを判断する。そして、貯湯タンク３１が湯切れ状態であるときはＳＴＥＰ４０に分岐し、貯湯タンク３１が湯切れ状態でないときにはＳＴＥＰ３２に進む。
【００４７】
ＳＴＥＰ３２〜ＳＴＥＰ３５は、一般給湯モードで混合温調制御を実行する場合の処理である。ＳＴＥＰ３２で、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を開弁し、続くＳＴＥＰ３３で給湯コントローラ２０に対して加熱禁止を指示する信号を送信する。また、次のＳＴＥＰ３４で、タンクコントローラ５０は、給湯設定温度を混合設定温度とする。
【００４８】
そして、続くＳＴＥＰ３５で、タンクコントローラ５０は、給湯出口サーミスタ３９の検出温度が混合設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を変更して、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と給水管１から出湯管２に供給される水との混合比をＦＢ（feedback）制御する。
【００４９】
ここで、湯量可変弁３４と水量可変弁３５は、ステッピングモータ（図示しない）により駆動される。図５は、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度とステッピングモータの制御ステップ数との関係を、縦軸を弁の開度に設定し、横軸を制御ステップ数に設定して示したものである。図中ａは湯量可変弁３４の開度と制御ステップ数との関係を示し、図中ｂは水量可変弁３５の開度と制御ステップ数との関係を示している。
【００５０】
図５に示したように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５は、一方の開度が大きくなると他方の開度が小さくなる関係をもって連動して駆動される。湯量可変弁３４の開度は制御ステップ数が多くなるに従って大きくなり、水量可変弁３５の開度は制御ステップ数が多くなるに従って小さくなる。
【００５１】
そして、タンクコントローラ５０は、以下の式（１）〜式（３）により、湯量可変弁３４の制御ステップ数を算出して、湯量可変弁３４の開度を決定する。
【００５２】
【数１】
【００５３】
【数２】
【００５４】
但し、Ｋp：定数（例えば、1200ステップ）、入湯温度：入湯サーミスタ３３の検出温度、入水温度：入水サーミスタ４４の検出温度、目標給湯温度：一般給湯モードでは給湯設定温度，湯張りモードでは風呂設定温度、給湯温度：給湯出口サーミスタ３９の検出温度、Ｋp／（入湯温度−入水温度）：入湯温度と入水温度の温度差に反比例させて設定した比例定数。
【００５５】
また、上記式（１）の積分ステップ数は、所定周期（例えば200msec）毎に、以下の式（３）により算出される。
【００５６】
【数３】
【００５７】
但し、Ｋi：定数（例えば、200ステップ）、入湯温度：入湯サーミスタ３３の検出温度、入水温度：入水サーミスタ４４の検出温度、目標給湯温度：一般給湯モードでは給湯設定温度，湯張りモードでは風呂設定温度、実給湯温度：給湯出口サーミスタ３９の検出温度、Ｋi／（入湯温度−入水温度）：入湯温度と入水温度の温度差に反比例させて設定した積分定数。
【００５８】
また、水量可変弁３５は、湯量可変弁３４と連動するため、湯量可変弁３４の制御ステップ数が算出されれば、それに応じて水量可変弁４３の制御ステップ数も定まる。
【００５９】
このようにして、タンクコントローラ５０は、上記式（２）で算出した比例ステップ数と、上記式（３）で算出した積分ステップ数とを用いて、上記式（１）により湯量可変弁３４の制御ステップを算出し、また、湯量可変弁３４と連動する水量可変弁３５の制御ステップを算出する。
【００６０】
そして、これにより、タンクコントローラ５０は、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯の温度と、給水管１から出湯管２に供給される水の温度との温度差の大小の影響により、目標給湯温度に対して出湯管２の出口６から供給される実際の湯の温度のハンチングが生じたり、目標給湯温度に対する出湯管２の出口６から供給される実際の湯の温度の収束性が悪化することを抑制している。
【００６１】
そして、ＳＴＥＰ３６に進み、タンクコントローラ５０は、一般給湯モードでの混合温調制御を終了して、図２のＳＴＥＰ９に戻る。
【００６２】
一方、ＳＴＥＰ４０〜ＳＴＥＰ４３は、一般給湯モードで加熱温調制御を実行する場合の処理である。ＳＴＥＰ４０で、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を閉弁し、続くＳＴＥＰ４１で給湯コントローラ２０に対して加熱許可を指示する信号を送信する。また、次のＳＴＥＰ４２で、タンクコントローラ５０は、給湯設定温度から最小能力温度を減じた温度を混合設定温度とする。
【００６３】
ここで、最小能力温度とは、現水量（給湯水量センサ２１により検出されている現在の通水流量）の湯量を、給湯器１０により最小能力で加熱したときの湯水の上昇温度である。
【００６４】
そして、次のＳＴＥＰ４３で、タンクコントローラ５０は、混合サーミスタ３６の検出温度が混同設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を調節して、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と、給水管１から出湯管２に供給される水の混合比をＦＢ（feedback）制御する。
【００６５】
この場合は、給湯器１０側で、給湯器サーミスタ１６の検出温度が給湯設定温度となるように、バーナ１２の燃焼量が制御される（加熱温調制御）。そして、ＳＴＥＰ３６に進み、タンクコントローラ５０は、一般給湯モードでの加熱温調制御を終了して、図２のＳＴＥＰ９に戻る。
【００６６】
次に、図４を参照して、「湯張りモードでの温調制御」の処理について説明する。タンクコントローラ５０は、ＳＴＥＰ５１で、貯湯タンク３１が湯切れ状態（貯湯サーミスタ４２の検出温度が風呂設定温度以下である状態）であるか否かを判断する。そして、貯湯タンク３１が湯切れ状態であるときはＳＴＥＰ６０に分岐し、貯湯タンク３１が湯切れ状態でないときにはＳＴＥＰ５２に進む。
【００６７】
ＳＴＥＰ５２〜ＳＴＥＰ５５は、湯張りモードで混合温調制御を実行する場合の処理である。ＳＴＥＰ５２で、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を閉弁し、続くＳＴＥＰ５３で給湯コントローラ２０に対して加熱禁止を指示する信号を送信する。また、次のＳＴＥＰ５４で、タンクコントローラ５０は、風呂設定温度を混合設定温度とする。
【００６８】
そして、続くＳＴＥＰ５５で、タンクコントローラ５０は、混合サーミスタ３６の検出温度が混合設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を変更して、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と給水管１から出湯管２に供給される水との混合比をＦＢ（feedback）制御する。
【００６９】
湯張りモードにおいては、給湯コントローラ２０により湯張り弁１９が開弁されるため、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と給水管１から出湯管２に供給される水が全て給湯器１０側に供給されて、湯張り管１８を経由して浴槽に供給される。そして、ＳＴＥＰ５６に進み、タンクコントローラ５０は、湯張りモードでの混合温調制御を終了して、図２のＳＴＥＰ９に戻る。
【００７０】
一方、ＳＴＥＰ６０〜ＳＴＥＰ６３は、湯張りモードで加熱温調制御を実行する場合の処理である。ＳＴＥＰ６０で、タンクコントローラ５０は、バイパス弁３８を閉弁し、続くＳＴＥＰ６１で給湯コントローラ２０に対して加熱許可を指示する信号を送信する。また、次のＳＴＥＰ６２で、タンクコントローラ５０は、風呂設定温度から最小能力温度を減じた温度を混合設定温度とする。
【００７１】
そして、次のＳＴＥＰ６３で、タンクコントローラ５０は、混合サーミスタ３６の検出温度が混合設定温度となるように、湯量可変弁３４と水量可変弁３５の開度を調節して、貯湯タンク３１から出湯管２に供給される湯と、給水管１から出湯管２に供給される水の混合比をＦＢ（feedback）制御する。
【００７２】
この場合は、給湯器１０側で、給湯器サーミスタ１６の検出温度が風呂設定温度となるように、バーナ１２の燃焼量が制御される（加熱温調制御）。そして、ＳＴＥＰ５６に進み、タンクコントローラ５０は、湯張りモードでの加熱温調制御を終了して、図２のＳＴＥＰ９に戻る。
【００７３】
なお、本実施の形態では、給湯器１０をバイパスする出湯バイパス管３７と出湯バイパス管３７を開閉するバイパス弁３８を備えた給湯システムを示したが、出湯バイパス管及びこれを開閉するバイパス弁を備えていない給湯システムに対しても、本発明を適用してその効果を得ることができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、上記式（１）〜式（３）により、入湯サーミスタ３３の検出温度と入水サーミスタ４４の検出温度との温度差に反比例した比例定数と積分定数を設定したが、比例定数と積分定数とのうちの一方のみについて、該温度差に反比例した設定としてもよい。また、比例定数と積分定数について、入湯サーミスタ３３の検出温度と入水サーミスタ４４の検出温度との温度差に反比例した設定としない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、湯張り管１８と湯張り弁１９を備えて、一般給湯モード及び湯張りモードでの給湯を行う給湯システムを示したが、湯張り管を備えずに一般給湯モードによる給湯のみを行う場合にも、本発明の適用が可能である。
【００７６】
また、本実施の形態では、貯湯タンク内の湯水の加熱手段としてヒートポンプを使用する給湯システムを示したが、ソーラーシステム等の他の加熱手段を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…給水管、２…出湯管、１０…給湯器、２０…給湯コントローラ、３０…タンクユニット、３１…貯湯タンク、３４…湯量可変弁、３５…水量可変弁、３６…混合サーミスタ、３７…出湯バイパス管、３８…バイパス弁、４２…貯湯サーミスタ、５０…タンクコントローラ、５１…リモコン、６０…ヒートポンプユニット、７０…ヒートポンプ、８０…ヒートポンプコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに接続された出湯管と、
前記貯湯タンク及び前記出湯管と接続された給水管と、
前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、
前記給水管への通水を検出する通水センサと、
前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯水と、前記給水管から前記出湯管に供給される水との混合比を変更する混合比変更手段と、
前記貯湯タンク内の湯水の温度を検出する貯湯温度センサと、
前記出湯管と前記給水管との接続部の下流側で前記出湯管の途中に設けられ、前記出湯管を流通する湯水を加熱する給湯器と、
目標給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、
前記通水センサにより通水が検出され、且つ、前記貯湯温度センサの検出温度が前記目標給湯温度に応じて設定された湯切れ判定温度よりも高いときは、前記給湯器による加熱を禁止して、前記出湯管から前記目標給湯温度の湯が供給されるように、前記混合比変更手段により前記混合比を変更調節する混合温調制御を実行し、前記通水センサにより通水が検出され、且つ、前記貯湯温度センサの検出温度が前記湯切れ判定温度以下であるときには、前記出湯管から前記目標給湯温度の湯が供給されるように、前記給湯器による加熱を行う加熱温調制御を実行する温調制御手段とを備えた給湯システムにおいて、
前記出湯管の出口付近に設けられて、前記出湯管から供給される湯水の温度を検出する給湯出口温度センサを備え、
前記温調制御手段は、前記混合温調制御において、前記給湯出口温度センサの検出温度が前記目標給湯温度となるように、前記混合比変更手段により前記混合比を調節することを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
請求項１記載の給湯システムにおいて、
前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯の温度を検出する入湯温度センサと、前記給水管から前記出湯管に供給される水の温度を検出する入水温度センサとを備え、
前記温調制御手段は、前記混合温調制御において、前記目標給湯温度に対する前記給湯出口温度センサの検出温度の偏差に、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差に反比例させて設定した比例定数を乗じた値と、前記偏差に前記温度差に反比例させて設定した積分定数を乗じた値の積分値とのうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記混合比を決定することを特徴とする給湯システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の給湯システムにおいて、
前記給湯器をバイパスして、前記給湯器の上流側と下流側で前記出湯管を連通する出湯バイパス管と、
前記バイパス管を開閉するバイパス弁とを備え、
前記給湯出口温度センサは、前記出湯バイパス管と前記出湯管の下流側の接続部と、前記出湯管の出口との間に設けられて、
前記温調制御手段は、前記混合温調制御を実行するときは前記バイパス弁を開弁し、前記加熱温調制御を実行するときには前記バイパス弁を閉弁することを特徴とする給湯システム。
【請求項１】
貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに接続された出湯管と、
前記貯湯タンク及び前記出湯管と接続された給水管と、
前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、
前記給水管への通水を検出する通水センサと、
前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯水と、前記給水管から前記出湯管に供給される水との混合比を変更する混合比変更手段と、
前記貯湯タンク内の湯水の温度を検出する貯湯温度センサと、
前記出湯管と前記給水管との接続部の下流側で前記出湯管の途中に設けられ、前記出湯管を流通する湯水を加熱する給湯器と、
目標給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、
前記通水センサにより通水が検出され、且つ、前記貯湯温度センサの検出温度が前記目標給湯温度に応じて設定された湯切れ判定温度よりも高いときは、前記給湯器による加熱を禁止して、前記出湯管から前記目標給湯温度の湯が供給されるように、前記混合比変更手段により前記混合比を変更調節する混合温調制御を実行し、前記通水センサにより通水が検出され、且つ、前記貯湯温度センサの検出温度が前記湯切れ判定温度以下であるときには、前記出湯管から前記目標給湯温度の湯が供給されるように、前記給湯器による加熱を行う加熱温調制御を実行する温調制御手段とを備えた給湯システムにおいて、
前記出湯管の出口付近に設けられて、前記出湯管から供給される湯水の温度を検出する給湯出口温度センサを備え、
前記温調制御手段は、前記混合温調制御において、前記給湯出口温度センサの検出温度が前記目標給湯温度となるように、前記混合比変更手段により前記混合比を調節することを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
請求項１記載の給湯システムにおいて、
前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯の温度を検出する入湯温度センサと、前記給水管から前記出湯管に供給される水の温度を検出する入水温度センサとを備え、
前記温調制御手段は、前記混合温調制御において、前記目標給湯温度に対する前記給湯出口温度センサの検出温度の偏差に、前記入湯温度センサの検出温度と前記入水温度センサの検出温度との温度差に反比例させて設定した比例定数を乗じた値と、前記偏差に前記温度差に反比例させて設定した積分定数を乗じた値の積分値とのうちの少なくともいずれか一方を用いて、前記混合比を決定することを特徴とする給湯システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の給湯システムにおいて、
前記給湯器をバイパスして、前記給湯器の上流側と下流側で前記出湯管を連通する出湯バイパス管と、
前記バイパス管を開閉するバイパス弁とを備え、
前記給湯出口温度センサは、前記出湯バイパス管と前記出湯管の下流側の接続部と、前記出湯管の出口との間に設けられて、
前記温調制御手段は、前記混合温調制御を実行するときは前記バイパス弁を開弁し、前記加熱温調制御を実行するときには前記バイパス弁を閉弁することを特徴とする給湯システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２１０１８０（Ｐ２０１０−２１０１８０Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５８２２０（Ｐ２００９−５８２２０）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００１１５８５４）リンナイ株式会社 (1,534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００１１５８５４）リンナイ株式会社 (1,534)
【Ｆターム（参考）】
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