貯湯式給湯装置
【課題】中間混合弁から出湯する湯の温度を最適にフィードフォワード制御する。
【解決手段】給湯の停止を検知すると、中間混合弁５をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、上部貯湯温度センサ３３ａの検出温度および中間貯湯温度センサ３３ｄの検出温度を記憶し、制御手段３９は、給湯の開始を検知した時点で、記憶していた上部貯湯温度センサ３３ａの検出温度および中間貯湯温度センサ３３ｄの検出温度とそれぞれ現在の検出温度とを比較し、何れか一方の温度差が一定値以上であると、中間混合弁５をフィードフォワード開度に移動させる一方、その温度差が一定値以内であると、中間混合弁５をフィードフォワード開度に移動させずにフィードバック制御を行うようにした。
【解決手段】給湯の停止を検知すると、中間混合弁５をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、上部貯湯温度センサ３３ａの検出温度および中間貯湯温度センサ３３ｄの検出温度を記憶し、制御手段３９は、給湯の開始を検知した時点で、記憶していた上部貯湯温度センサ３３ａの検出温度および中間貯湯温度センサ３３ｄの検出温度とそれぞれ現在の検出温度とを比較し、何れか一方の温度差が一定値以上であると、中間混合弁５をフィードフォワード開度に移動させる一方、その温度差が一定値以内であると、中間混合弁５をフィードフォワード開度に移動させずにフィードバック制御を行うようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯タンクの上部からの湯と中間部からの湯とを中間混合弁で混合して給湯する貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の貯湯式給湯装置においては、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、上部出湯管からの湯水と中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、貯湯タンク上部温度を検出する上部貯湯温度センサと、貯湯タンク中間部温度を検出する中間貯湯温度センサとを備え、給湯待機中は、上部温度または中間部温度が所定温度以上変化する毎に、その時の上部温度と中間温度とから中間混合弁のフィードフォワード開度を算出して弁開度を変更して給湯待機するようにしたものがあった（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３０４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、この従来のものでは、所定温度毎の変化毎に待機開度を変更していたため、例えば３℃毎に待機開度を変更するとして、待機中に合計５．５℃の貯湯温度の変化があった場合、３℃変化した時点で待機開度は変更されるものの、最終的に５．５℃の貯湯温度の変化では、２．５℃分が待機開度に反映されず、給湯開始時のフィードフォワード開度が最適な弁開度からずれていて、目標の混合温度から離れてしまう場合が多くあった。
【０００５】
仮に、所定温度を微小温度にして待機時にも常時フィードフォワード制御を実行するようにすると、中間混合弁の弁体が小さな変位で移動させられることが常時繰り返されるため、中間混合弁の寿命が縮まると共に、弁体を駆動するステッピングモータが脱調して温調制御が狂ってしまう可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させるようにし、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁を給湯停止時の開度で次の給湯開始まで待機させるようにした。
【０００７】
また、請求項２では、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間設定温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、給湯中に前記中間給湯温度センサで検出する混合温度が中間設定温度になるように中間混合弁の弁体を移動させるフィードバック制御を行い、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、上部貯湯温度センサの検出温度および中間貯湯温度センサの検出温度を記憶するようにし、さらに、前記制御手段は、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で、記憶していた上部貯湯温度センサの検出温度および中間貯湯温度センサの検出温度とそれぞれ現在の検出温度とを比較し、何れか一方の温度差が一定値以上であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させる一方、その温度差が一定値以内であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させずに前記フィードバック制御を行うようにした。
【０００８】
また、請求項３では、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間設定温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、給湯中に前記中間給湯温度センサで検出する混合温度が中間設定温度になるように中間混合弁の弁体を移動させるフィードバック制御を行い、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、前記フィードバック弁開度を記憶するようにし、さらに、前記制御手段は、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で、記憶していた前記フィードバック弁開度と算出された前記フィードフォワード開度とを比較し、その差が一定値以上であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させる一方、その差が一定値以内であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させずに前記フィードバック制御を行うようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、給湯開始時点での最適な開度に中間混合弁の開度を移動できるので、中間設定温度に近い混合状態での出湯が可能になると共に、中間混合弁の駆動回数が減少するので、中間混合弁の作動寿命を長期化でき、より正確な温調制御を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図
【図２】第１の実施形態の中間混合弁の作動を説明するフローチャート
【図３】第２の実施形態の中間混合弁の作動を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の第１の実施形態のヒートポンプ式貯湯風呂給湯装置を図面に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯するステンレス製の貯湯タンク、２は貯湯タンク１底部に市水を給水する給水管、３は貯湯タンク１上部から出湯する上部出湯管、４は貯湯タンク１中間部から出湯させて出湯管３へ合流させるための中間出湯管、５は上部出湯管３からの湯と中間出湯管４からの湯水を中間設定温度になるように混合する中間混合弁、６は中間混合弁５からの湯水を供給する中間給湯管、７は給水管２から分岐された給水バイパス管、８は中間給湯管６からの湯水と給水バイパス管７からの水とを給湯設定温度になるように混合する給湯混合弁、９は給湯混合弁５で混合された湯が流通する給湯管、１０は給湯管９からの湯を給湯する給湯栓である。なお、中間設定温度は給湯設定温度よりも一定温度もしくは一定温度以上高い温度である。
【００１２】
１１は中間給湯管６途中に設けられ混合温度を検出する中間給湯温度センサ、１２は給湯管９途中に設けられ給湯温度を検出する給湯温度センサ、１３は給湯管９途中に設けられ給湯量を検出することで給湯の開始を検知する給湯検知手段としての給湯流量センサ、１４は給水管２に設けられ市水の給水圧を一定の圧力に減圧する減圧弁、１５は貯湯タンク１内の過圧を逃がす過圧逃がし弁、１６は中間出湯管４に設けられ中間混合弁５側から貯湯タンク１中間部への湯水の逆流を阻止する逆止弁である。
【００１３】
１７は浴槽、１８は貯湯タンク１内の上部に設けられ貯湯タンク１内の湯の熱で浴槽水を加熱するための風呂熱交換器、１９は浴槽１６と風呂熱交換器１８とを浴槽水が循環可能に接続する風呂循環回路、２０は風呂循環回路１９途中に設けられ浴槽水を循環させる風呂循環ポンプ、２１は給湯管９から分岐され風呂循環回路１９に接続された湯張り管、２２は湯張り管２１途中に設けられ湯張り管２１を開閉する湯張り開閉弁、２３は風呂循環回路１９途中に設けられ浴槽１７から風呂熱交換器１８へ流れる浴槽水の温度を検出する風呂温度センサである。ここで、風呂熱交換器１８はステンレス管を螺旋状に巻回した構成としている。
【００１４】
２４はヒートポンプ式加熱手段で、冷媒を圧縮する圧縮機２５と、冷媒と水とを熱交換する冷媒水熱交換器２６と、冷媒の圧力を減圧する減圧器２７と、液冷媒を蒸発させる蒸発器２８とを備え、蒸発器２８で吸熱した冷媒を圧縮機２５で圧縮して冷媒水熱交換器２６を介して水を加熱するようにしている。このヒートポンプ式加熱手段２４には冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられ、高圧側が超臨界状態となることにより水を９０℃の高温まで加熱することができるものである。
【００１５】
２９は貯湯タンク１の下部と冷媒水熱交換器２６の水側と貯湯タンク１の上部とを湯水が循環可能に接続する加熱循環回路、３０は加熱循環回路２９途中に設けられた加熱循環ポンプ、３１は冷媒水熱交換器２６へ流入する水の温度を検出する入水温度センサ、３２は冷媒水熱交換器２６で加熱された湯の温度を検出する沸き上げ温度センサである。
【００１６】
３３は貯湯タンク１の側面の上下方向に複数設けられた貯湯温度センサで、貯湯タンク１内の湯水の温度を検出するためのものであり、上から３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆとし、最上部の貯湯温度センサ３３ａは上部出湯管３から出湯する湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサとして機能し、中間出湯管４の接続高さよりわずかに下方に位置する貯湯温度センサ３３ｄは中間出湯管４から出湯する湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサとして機能するものである。
【００１７】
３４はリモコンで、給湯装置に関する各種の情報（給湯設定温度、風呂設定温度、残湯量、給湯装置の作動状態等）を表示する表示部３５と、給湯設定温度および風呂設定温度を設定操作するための温度設定スイッチ３６と、浴槽１７へ一定量の湯張りを指示する湯張りスイッチ３７と、浴槽水の追焚きを指示する追焚きスイッチ３８とを備えている。
【００１８】
３９は中間給湯温度センサ１１、給湯温度センサ１２、給湯流量センサ１３、風呂温度センサ２３、入水温度センサ３１、沸き上げ温度センサ３２、貯湯温度センサ３３ａ〜３３ｆの検出値が入力され、中間混合弁５、給湯混合弁８、風呂循環ポンプ２０、湯張り開閉弁２２、圧縮機２５、減圧器２７、加熱循環ポンプ３０の作動を制御すると共に、リモコン３４と通信可能に接続された制御手段である。この制御手段３９は、予め給湯装置の作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。
【００１９】
＜沸き上げ動作＞
電力料金単価の安価な所定時間帯の開始時刻になると、制御手段３９はそれまでの給湯負荷量に見合う湯量を沸き上げ開始するべく、圧縮機２４と減圧手段２６と加熱循環ポンプ２９を駆動開始して貯湯タンク１下部から取り出した湯水を冷媒水熱交換器２５で沸き上げ設定温度まで加熱して貯湯タンク１上部へ戻し、貯湯タンク１上部から沸き上げ設定温度の湯を積層状に貯湯し、最下部の貯湯温度センサ３３ｆが所定の沸き上げ終了判定温度を検出すると、沸き上げ運転を終了する。
【００２０】
＜追焚き動作＞
ここで、追焚きスイッチ３８が操作されると、浴槽水の温度を風呂設定温度＋一定温度（例えば２℃）まで追い焚きするように、制御手段３９は風呂循環ポンプ２０を駆動させ、浴槽水を風呂熱交換器１８へ循環させ、風呂熱交換器１８で貯湯タンク１内上部の湯の熱を吸熱して浴槽水を加熱する。そして、風呂温度センサ２３が検出する温度が風呂設定温度＋一定温度を検出すると風呂循環ポンプ２０の駆動を終了して追焚き動作を終了する。
【００２１】
＜沸き増し動作＞
次に、多量に給湯されるなどして貯湯タンク１内の貯湯量が少なくなって湯切れの可能性がある場合は、制御手段３９は、圧縮機２５と減圧手段２７と加熱循環ポンプ３０を駆動開始して貯湯タンク１下部から取り出した湯水を冷媒水熱交換器２６で沸き上げ設定温度まで加熱して貯湯タンク１上部へ戻し、それまで貯湯されていた湯の上部に沸き上げ設定温度の湯を積層状に貯湯し、一定時間の沸き増し動作を行うと沸き増し動作を終了する。
【００２２】
＜給湯動作＞
給湯動作について図２に基づいて説明すると、給湯栓１０が開かれるか、または湯張りスイッチ３７が操作されて湯張り開閉弁２２が開かれると、貯湯タンク１の底部に給水管２から市水が流入すると共に貯湯タンク１の頂部から上部出湯管３および中間出湯管４を介して高温の湯が出湯し、中間混合弁５で混合されて中間給湯管６を流れ、給湯混合弁８で給水バイパス管７からの水と混合されて給湯管９を通過する。
【００２３】
このとき、給湯流量センサ１３が最低作動水量以上を検出して、給湯が開始されたことを検知すると（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御手段３９は、上部貯湯温度センサ３３ａおよび中間温貯湯度センサ３３ｄの検出温度をチェックし（ステップＳ２）、以前に記憶した上部貯湯温度と現在の上部貯湯温度、または以前に記憶した中間貯湯温度と現在の中間貯湯温度とを比較し、少なくとも何れか一方の温度差が一定値以上かどうかを判別する（ステップＳ３）。
【００２４】
ここでは、以前に記憶した値がクリアされて、値がない場合、ステップＳ３でＮｏと判別し、制御手段３９は、現在の上部貯湯温度と中間貯湯温度と中間設定温度とから中間混合弁５のフィードフォワード開度を演算し（ステップＳ４）、このフィードフォーワード開度を給湯待機時の待機開度として一旦記憶すると共に（ステップＳ５）、上部貯湯温度センサ３３ａで検出していた上部貯湯温度と中間貯湯温度センサ３３ｄで検出していた下部貯湯温度とをそれぞれ記憶する（ステップＳ６）。
【００２５】
そして、制御手段３９は、算出されたフィードフォワード開度に中間混合弁５の弁体の位置が一致するように中間混合弁５のモータを駆動して弁体を移動させ（ステップＳ７）、給湯開始初期の中間混合弁５の混合温度を中間設定温度に近づけるようにし、同時に給湯混合弁８の弁開度を給湯温度センサ１２が検出する温度が給湯設定温度と一致するようにフィードバック制御するようにしている。
【００２６】
制御手段３９は、中間混合弁５をフィードフォワード開度に移動させてから一定時間が経過しているかどうかを判別し（ステップＳ８）、一定時間が経過していなければ、給湯流量センサ１３が最低作動水量未満を検出して、給湯が停止されたことを検出しているかどうかを判別し（ステップＳ９）、給湯を継続したまま一定時間が経過すると（ステップＳ８でＹｅｓ）、中間給湯温度センサ１１が検出する混合温度が中間設定温度に一致するようにフィードバック制御する（ステップＳ１０）。
【００２７】
フィードバック制御が開始されて、中間給湯温度センサ１１で検出する混合温度が中間設定温度とほぼ一致した状態が一定時間継続すると、安定状態が検出されたとして、その時の中間混合弁５の開度（フィードバック開度）を給湯待機時の開度として一旦記憶していたフィードフォワード開度に上書きして記憶する（ステップＳ１１）。
【００２８】
そして、給湯栓１０が閉じられるか、湯張りが終わって湯張り開閉弁２２が閉じられ、給湯流量センサ１３が最低作動水量未満を検出して、給湯が停止されたことを検出すると（ステップＳ１２でＹｅｓ）、制御手段３９は、給湯停止時に上部貯湯温度センサ３３ａで検出していた上部貯湯温度と中間貯湯温度センサ３３ｄで検出していた下部貯湯温度とをそれぞれ更新して記憶し（ステップＳ１３）、中間混合弁５を待機開度で固定して、次の給湯開始まで待機するようにしている。
【００２９】
次に、給湯栓１０が開かれるか、または湯張りスイッチ３７が操作されて湯張り開閉弁２２が開かれて、給湯流量センサ１３が最低作動水量以上を検出して、給湯が再開されたことを検知すると（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御手段３９は、上部貯湯温度センサ３３ａおよび中間温貯湯度センサ３３ｄの検出温度をチェックし（ステップＳ２）、記憶している上部貯湯温度と現在の上部貯湯温度、または記憶している中間貯湯温度と現在の中間貯湯温度とを比較し、少なくとも何れか一方の温度差が一定値以上かどうかを判別する（ステップＳ３）。
【００３０】
給湯停止から再給湯開始までの時間が短く、かつ、追焚き動作や沸き増し動作が行われていない場合は、貯湯温度の上昇や低下がほとんどないため、ステップＳ３でＹｅｓとなり、記憶していた待機開度のまま給湯が開始されると共に、中間給湯温度センサ１１が検出する混合温度が中間設定温度に一致するようにフィードバック制御するようにしている（ステップＳ１０）。
【００３１】
また、給湯が再開されたことを検知し、記憶している上部貯湯温度と現在の上部貯湯温度、または記憶している中間貯湯温度と現在の中間貯湯温度とを比較した際に、追焚き動作や沸き増し動作が行われて上部貯湯温度あるいは中間貯湯温度の何れか一方が記憶されていた温度よりも一定値以上変動していた場合は、ステップＳ３でＮｏとなり、現在の上部貯湯温度と中間貯湯温度と中間設定温度とから中間混合弁５のフィードフォワード開度を演算し（ステップＳ４）、このフィードフォワード開度を給湯待機時の待機開度として一旦記憶すると共に（ステップＳ５）、上部貯湯温度センサ３３ａで検出していた上部貯湯温度と中間貯湯温度センサ３３ｄで検出していた下部貯湯温度とをそれぞれ記憶する（ステップＳ６）。
【００３２】
そして、制御手段３９は、算出されたフィードフォワード開度に中間混合弁５の弁体の位置が一致するように中間混合弁５のモータを駆動して弁体を移動させ（ステップＳ７）、給湯開始初期の中間混合弁５の混合温度を中間設定温度に近づけるようにし、同時に給湯混合弁８の弁開度を給湯温度センサ１２が検出する温度が給湯設定温度と一致するようにフィードバック制御するようにしている。
【００３３】
また、中間混合弁５の弁体がフィードフォワード開度位置で出湯している間に給湯停止された場合は、フィードフォワード開度が待機開度として上書き記憶されると共に、上部貯湯温度と中間貯湯温度も更新記憶されるので、次の再給湯時には、貯湯温度がほぼ変わっていない場合にはほぼ最適な開度で給湯開始され、貯湯温度が変わっている場合には最適なフィードフォワード開度が再計算されるので、いつでも中間設定温度での出湯が行える。
【００３４】
このように、記憶していた待機開度のまま給湯が開始されると、給湯開始初期の混合温度が中間設定温度からずれてしまうことが予想される場合には、その時点までの貯湯温度の変化が反映されたフィードフォワード開度での給湯を行うので、給湯開始初期から中間設定温度での出湯が行われると共に、中間混合弁５の過剰な駆動が行われないため、中間混合弁の作動寿命を長期化でき、さらには、給湯待機時の微小な変位での弁体駆動が行われないため、弁体を駆動するステッピングモータが脱調して温調制御が狂ってしまうことを予防できる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態の給湯動作について、図３に基づいて説明する。なお、この第２の実施形態は制御手段３９の中間混合弁５を制御するプログラムの中身が異なるもので、第１の実施形態と同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
＜給湯動作＞
給湯流量センサ１３が最低作動水量以上を検出して、給湯が開始されたことを検知すると（ステップＳ２１でＹｅｓ）、制御手段３９は、上部貯湯温度センサ３３ａおよび中間温貯湯度センサ３３ｄの検出温度をチェックし（ステップＳ２２）、現在の上部貯湯温度と中間貯湯温度と中間設定温度とから中間混合弁５のフィードフォワード開度を算出する（ステップＳ２３）。
【００３７】
そして、算出されたフィードフォワード開度と、以前に記憶した現在の中間混合弁５の待機開度とを比較し、その差が一定値以上かどうかを判別し（ステップＳ２４）、以前に記憶した現在の待機開度がクリアされて、値がない場合、ステップＳ２４でＮｏと判別し、制御手段３９は、算出されたフィードフォワード開度に中間混合弁５の弁体の位置が一致するように中間混合弁５のモータを駆動して弁体を移動させ（ステップＳ２５）、給湯開始初期の中間混合弁５の混合温度を中間設定温度に近づけるようにし、同時に給湯混合弁８の弁開度を給湯温度センサ１２が検出する温度が給湯設定温度と一致するようにフィードバック制御すると共に、このフィードフォーワード開度を給湯待機時の待機開度として一旦記憶する（ステップＳ２６）。
【００３８】
制御手段３９は、中間混合弁５をフィードフォワード開度に移動させてから一定時間が経過しているかどうかを判別し（ステップＳ２７）、一定時間が経過していなければ、給湯流量センサ１３が最低作動水量未満を検出して、給湯が停止されたことを検出しているかどうかを判別し（ステップＳ２８）、給湯を継続したまま一定時間が経過すると（ステップＳ２７でＹｅｓ）、中間給湯温度センサ１１が検出する混合温度が中間設定温度に一致するようにフィードバック制御する（ステップＳ２９）。
【００３９】
フィードバック制御が開始されて、中間給湯温度センサ１１で検出する混合温度が中間設定温度とほぼ一致した状態が一定時間継続すると、安定状態が検出されたとして、その時の中間混合弁５の開度（フィードバック開度）を給湯待機時の開度として一旦記憶していたフィードフォワード開度に上書きして記憶する（ステップＳ３０）。
【００４０】
そして、給湯栓１０が閉じられるか、湯張りが終わって湯張り開閉弁２２が閉じられ、給湯流量センサ１３が最低作動水量未満を検出して、給湯が停止されたことを検出すると（ステップＳ３１でＹｅｓ）、制御手段３９は、中間混合弁５を待機開度で固定して、次の給湯開始まで待機するようにしている。
【００４１】
次に、給湯栓１０が開かれるか、または湯張りスイッチ３７が操作されて湯張り開閉弁２２が開かれて、給湯流量センサ１３が最低作動水量以上を検出して、給湯が再開されたことを検知すると（ステップＳ２１でＹｅｓ）、制御手段３９は、現在の上部貯湯温度と中間貯湯温度と中間設定温度とから中間混合弁５のフィードフォワード開度を算出し（ステップＳ２３）、算出されたフィードフォワード開度と、以前に記憶した現在の中間混合弁５の待機開度とを比較し（ステップＳ２４）、給湯停止から再給湯開始までの時間が短く、かつ、追焚き動作や沸き増し動作が行われていない場合は、貯湯温度の上昇や低下がほとんどないため、ステップＳ２４でＹｅｓとなり、記憶していた待機開度のまま給湯が開始されると共に、中間給湯温度センサ１１が検出する混合温度が中間設定温度に一致するようにフィードバック制御するようにしている（ステップＳ２９）。
【００４２】
また、給湯が再開されたことを検知し、記憶している待機開度と算出されたフィードフォワード開度とを比較した際に、追焚き動作や沸き増し動作が行われて貯湯温度が変わって位いることによって開度に一定値以上の開きがあった場合は、ステップＳ２４でＮｏとなり、制御手段３９は、算出されたフィードフォワード開度に中間混合弁５の弁体の位置が一致するように中間混合弁５のモータを駆動して弁体を移動させ（ステップＳ２５）、給湯開始初期の中間混合弁５の混合温度を中間設定温度に近づけるようにし、同時に給湯混合弁８の弁開度を給湯温度センサ１２が検出する温度が給湯設定温度と一致するようにフィードバック制御すると共に、このフィードフォーワード開度を給湯待機時の待機開度として一旦記憶する（ステップＳ２６）。
【００４３】
また、中間混合弁５の弁体がフィードフォワード開度位置で出湯している間に給湯停止された場合は、フィードフォワード開度が待機開度として上書き記憶されるので、次の再給湯時には、貯湯温度がほぼ変わっていない場合には待機開度のままほぼ最適な開度で給湯開始され、貯湯温度が変わっている場合には最適なフィードフォワード開度が再計算されるので、いつでも中間設定温度での出湯が行える。
【００４４】
このように、記憶していた待機開度のまま給湯が開始されると、給湯開始初期の混合温度が中間設定温度からずれてしまうことが予想される場合には、その時点までの貯湯温度の変化が反映されたフィードフォワード開度での給湯を行うので、給湯開始初期から中間設定温度での出湯が行われると共に、中間混合弁５の過剰な駆動が行われないため、中間混合弁の作動寿命を長期化でき、さらには、給湯待機時の微小な変位での弁体駆動が行われないため、弁体を駆動するステッピングモータが脱調して温調制御が狂ってしまうことを予防できる。
【００４５】
なお、本発明は上記の第１、第２の実施形態に限定されるものではなく、例えば、加熱手段として貯湯タンク１内に配した電熱ヒータを用いてもよく、また、風呂熱交換器として貯湯タンク１の上部から取り出した湯を貯湯タンク１下部に戻す経路の途中に水水熱交換器を配し、これを風呂熱交換器としてもよい。また、風呂熱交換器の代わりに暖房用温水を加熱するための熱交換器を配置してもよいものである。
【００４６】
このように、貯湯タンク１内の貯湯温度は浴槽水の追焚き動作によって温度低下したり、沸き増し動作によって温度上昇したりするが、給湯開始時にその時の貯湯温度に応じたフィードフォワード開度へ中間混合弁５を弁体を移動させるようにしているため、いつ給湯開始されてもその時点での最適なフィードフォワード制御を行え、中間設定温度に近い混合状態での出湯が可能になると共に、中間混合弁５の駆動回数が減少するので、中間混合弁５の作動寿命を長期化でき、より正確な温調制御を実行できる。また、中間混合弁５を小さな変位で移動させる機会が少ないので、弁体を駆動するステッピングモータが脱調して温調制御が狂ってしまう可能性も少なくすることができるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 貯湯タンク
２ 給水管
３ 上部出湯管
４ 中間出湯管
５ 中間混合弁
６ 中間給湯管
７ 給水バイパス管
８ 給湯混合弁
９ 給湯管
１３ 給湯流量センサ（給湯検知手段）
２４ ヒートポンプ式加熱手段（加熱手段）
３３ａ 上部貯湯温度センサ
３３ｄ 中間貯湯温度センサ
３９ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯タンクの上部からの湯と中間部からの湯とを中間混合弁で混合して給湯する貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の貯湯式給湯装置においては、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、上部出湯管からの湯水と中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、貯湯タンク上部温度を検出する上部貯湯温度センサと、貯湯タンク中間部温度を検出する中間貯湯温度センサとを備え、給湯待機中は、上部温度または中間部温度が所定温度以上変化する毎に、その時の上部温度と中間温度とから中間混合弁のフィードフォワード開度を算出して弁開度を変更して給湯待機するようにしたものがあった（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３０４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、この従来のものでは、所定温度毎の変化毎に待機開度を変更していたため、例えば３℃毎に待機開度を変更するとして、待機中に合計５．５℃の貯湯温度の変化があった場合、３℃変化した時点で待機開度は変更されるものの、最終的に５．５℃の貯湯温度の変化では、２．５℃分が待機開度に反映されず、給湯開始時のフィードフォワード開度が最適な弁開度からずれていて、目標の混合温度から離れてしまう場合が多くあった。
【０００５】
仮に、所定温度を微小温度にして待機時にも常時フィードフォワード制御を実行するようにすると、中間混合弁の弁体が小さな変位で移動させられることが常時繰り返されるため、中間混合弁の寿命が縮まると共に、弁体を駆動するステッピングモータが脱調して温調制御が狂ってしまう可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させるようにし、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁を給湯停止時の開度で次の給湯開始まで待機させるようにした。
【０００７】
また、請求項２では、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間設定温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、給湯中に前記中間給湯温度センサで検出する混合温度が中間設定温度になるように中間混合弁の弁体を移動させるフィードバック制御を行い、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、上部貯湯温度センサの検出温度および中間貯湯温度センサの検出温度を記憶するようにし、さらに、前記制御手段は、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で、記憶していた上部貯湯温度センサの検出温度および中間貯湯温度センサの検出温度とそれぞれ現在の検出温度とを比較し、何れか一方の温度差が一定値以上であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させる一方、その温度差が一定値以内であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させずに前記フィードバック制御を行うようにした。
【０００８】
また、請求項３では、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間設定温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、給湯中に前記中間給湯温度センサで検出する混合温度が中間設定温度になるように中間混合弁の弁体を移動させるフィードバック制御を行い、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、前記フィードバック弁開度を記憶するようにし、さらに、前記制御手段は、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で、記憶していた前記フィードバック弁開度と算出された前記フィードフォワード開度とを比較し、その差が一定値以上であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させる一方、その差が一定値以内であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させずに前記フィードバック制御を行うようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、給湯開始時点での最適な開度に中間混合弁の開度を移動できるので、中間設定温度に近い混合状態での出湯が可能になると共に、中間混合弁の駆動回数が減少するので、中間混合弁の作動寿命を長期化でき、より正確な温調制御を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図
【図２】第１の実施形態の中間混合弁の作動を説明するフローチャート
【図３】第２の実施形態の中間混合弁の作動を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の第１の実施形態のヒートポンプ式貯湯風呂給湯装置を図面に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯するステンレス製の貯湯タンク、２は貯湯タンク１底部に市水を給水する給水管、３は貯湯タンク１上部から出湯する上部出湯管、４は貯湯タンク１中間部から出湯させて出湯管３へ合流させるための中間出湯管、５は上部出湯管３からの湯と中間出湯管４からの湯水を中間設定温度になるように混合する中間混合弁、６は中間混合弁５からの湯水を供給する中間給湯管、７は給水管２から分岐された給水バイパス管、８は中間給湯管６からの湯水と給水バイパス管７からの水とを給湯設定温度になるように混合する給湯混合弁、９は給湯混合弁５で混合された湯が流通する給湯管、１０は給湯管９からの湯を給湯する給湯栓である。なお、中間設定温度は給湯設定温度よりも一定温度もしくは一定温度以上高い温度である。
【００１２】
１１は中間給湯管６途中に設けられ混合温度を検出する中間給湯温度センサ、１２は給湯管９途中に設けられ給湯温度を検出する給湯温度センサ、１３は給湯管９途中に設けられ給湯量を検出することで給湯の開始を検知する給湯検知手段としての給湯流量センサ、１４は給水管２に設けられ市水の給水圧を一定の圧力に減圧する減圧弁、１５は貯湯タンク１内の過圧を逃がす過圧逃がし弁、１６は中間出湯管４に設けられ中間混合弁５側から貯湯タンク１中間部への湯水の逆流を阻止する逆止弁である。
【００１３】
１７は浴槽、１８は貯湯タンク１内の上部に設けられ貯湯タンク１内の湯の熱で浴槽水を加熱するための風呂熱交換器、１９は浴槽１６と風呂熱交換器１８とを浴槽水が循環可能に接続する風呂循環回路、２０は風呂循環回路１９途中に設けられ浴槽水を循環させる風呂循環ポンプ、２１は給湯管９から分岐され風呂循環回路１９に接続された湯張り管、２２は湯張り管２１途中に設けられ湯張り管２１を開閉する湯張り開閉弁、２３は風呂循環回路１９途中に設けられ浴槽１７から風呂熱交換器１８へ流れる浴槽水の温度を検出する風呂温度センサである。ここで、風呂熱交換器１８はステンレス管を螺旋状に巻回した構成としている。
【００１４】
２４はヒートポンプ式加熱手段で、冷媒を圧縮する圧縮機２５と、冷媒と水とを熱交換する冷媒水熱交換器２６と、冷媒の圧力を減圧する減圧器２７と、液冷媒を蒸発させる蒸発器２８とを備え、蒸発器２８で吸熱した冷媒を圧縮機２５で圧縮して冷媒水熱交換器２６を介して水を加熱するようにしている。このヒートポンプ式加熱手段２４には冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられ、高圧側が超臨界状態となることにより水を９０℃の高温まで加熱することができるものである。
【００１５】
２９は貯湯タンク１の下部と冷媒水熱交換器２６の水側と貯湯タンク１の上部とを湯水が循環可能に接続する加熱循環回路、３０は加熱循環回路２９途中に設けられた加熱循環ポンプ、３１は冷媒水熱交換器２６へ流入する水の温度を検出する入水温度センサ、３２は冷媒水熱交換器２６で加熱された湯の温度を検出する沸き上げ温度センサである。
【００１６】
３３は貯湯タンク１の側面の上下方向に複数設けられた貯湯温度センサで、貯湯タンク１内の湯水の温度を検出するためのものであり、上から３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆとし、最上部の貯湯温度センサ３３ａは上部出湯管３から出湯する湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサとして機能し、中間出湯管４の接続高さよりわずかに下方に位置する貯湯温度センサ３３ｄは中間出湯管４から出湯する湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサとして機能するものである。
【００１７】
３４はリモコンで、給湯装置に関する各種の情報（給湯設定温度、風呂設定温度、残湯量、給湯装置の作動状態等）を表示する表示部３５と、給湯設定温度および風呂設定温度を設定操作するための温度設定スイッチ３６と、浴槽１７へ一定量の湯張りを指示する湯張りスイッチ３７と、浴槽水の追焚きを指示する追焚きスイッチ３８とを備えている。
【００１８】
３９は中間給湯温度センサ１１、給湯温度センサ１２、給湯流量センサ１３、風呂温度センサ２３、入水温度センサ３１、沸き上げ温度センサ３２、貯湯温度センサ３３ａ〜３３ｆの検出値が入力され、中間混合弁５、給湯混合弁８、風呂循環ポンプ２０、湯張り開閉弁２２、圧縮機２５、減圧器２７、加熱循環ポンプ３０の作動を制御すると共に、リモコン３４と通信可能に接続された制御手段である。この制御手段３９は、予め給湯装置の作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。
【００１９】
＜沸き上げ動作＞
電力料金単価の安価な所定時間帯の開始時刻になると、制御手段３９はそれまでの給湯負荷量に見合う湯量を沸き上げ開始するべく、圧縮機２４と減圧手段２６と加熱循環ポンプ２９を駆動開始して貯湯タンク１下部から取り出した湯水を冷媒水熱交換器２５で沸き上げ設定温度まで加熱して貯湯タンク１上部へ戻し、貯湯タンク１上部から沸き上げ設定温度の湯を積層状に貯湯し、最下部の貯湯温度センサ３３ｆが所定の沸き上げ終了判定温度を検出すると、沸き上げ運転を終了する。
【００２０】
＜追焚き動作＞
ここで、追焚きスイッチ３８が操作されると、浴槽水の温度を風呂設定温度＋一定温度（例えば２℃）まで追い焚きするように、制御手段３９は風呂循環ポンプ２０を駆動させ、浴槽水を風呂熱交換器１８へ循環させ、風呂熱交換器１８で貯湯タンク１内上部の湯の熱を吸熱して浴槽水を加熱する。そして、風呂温度センサ２３が検出する温度が風呂設定温度＋一定温度を検出すると風呂循環ポンプ２０の駆動を終了して追焚き動作を終了する。
【００２１】
＜沸き増し動作＞
次に、多量に給湯されるなどして貯湯タンク１内の貯湯量が少なくなって湯切れの可能性がある場合は、制御手段３９は、圧縮機２５と減圧手段２７と加熱循環ポンプ３０を駆動開始して貯湯タンク１下部から取り出した湯水を冷媒水熱交換器２６で沸き上げ設定温度まで加熱して貯湯タンク１上部へ戻し、それまで貯湯されていた湯の上部に沸き上げ設定温度の湯を積層状に貯湯し、一定時間の沸き増し動作を行うと沸き増し動作を終了する。
【００２２】
＜給湯動作＞
給湯動作について図２に基づいて説明すると、給湯栓１０が開かれるか、または湯張りスイッチ３７が操作されて湯張り開閉弁２２が開かれると、貯湯タンク１の底部に給水管２から市水が流入すると共に貯湯タンク１の頂部から上部出湯管３および中間出湯管４を介して高温の湯が出湯し、中間混合弁５で混合されて中間給湯管６を流れ、給湯混合弁８で給水バイパス管７からの水と混合されて給湯管９を通過する。
【００２３】
このとき、給湯流量センサ１３が最低作動水量以上を検出して、給湯が開始されたことを検知すると（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御手段３９は、上部貯湯温度センサ３３ａおよび中間温貯湯度センサ３３ｄの検出温度をチェックし（ステップＳ２）、以前に記憶した上部貯湯温度と現在の上部貯湯温度、または以前に記憶した中間貯湯温度と現在の中間貯湯温度とを比較し、少なくとも何れか一方の温度差が一定値以上かどうかを判別する（ステップＳ３）。
【００２４】
ここでは、以前に記憶した値がクリアされて、値がない場合、ステップＳ３でＮｏと判別し、制御手段３９は、現在の上部貯湯温度と中間貯湯温度と中間設定温度とから中間混合弁５のフィードフォワード開度を演算し（ステップＳ４）、このフィードフォーワード開度を給湯待機時の待機開度として一旦記憶すると共に（ステップＳ５）、上部貯湯温度センサ３３ａで検出していた上部貯湯温度と中間貯湯温度センサ３３ｄで検出していた下部貯湯温度とをそれぞれ記憶する（ステップＳ６）。
【００２５】
そして、制御手段３９は、算出されたフィードフォワード開度に中間混合弁５の弁体の位置が一致するように中間混合弁５のモータを駆動して弁体を移動させ（ステップＳ７）、給湯開始初期の中間混合弁５の混合温度を中間設定温度に近づけるようにし、同時に給湯混合弁８の弁開度を給湯温度センサ１２が検出する温度が給湯設定温度と一致するようにフィードバック制御するようにしている。
【００２６】
制御手段３９は、中間混合弁５をフィードフォワード開度に移動させてから一定時間が経過しているかどうかを判別し（ステップＳ８）、一定時間が経過していなければ、給湯流量センサ１３が最低作動水量未満を検出して、給湯が停止されたことを検出しているかどうかを判別し（ステップＳ９）、給湯を継続したまま一定時間が経過すると（ステップＳ８でＹｅｓ）、中間給湯温度センサ１１が検出する混合温度が中間設定温度に一致するようにフィードバック制御する（ステップＳ１０）。
【００２７】
フィードバック制御が開始されて、中間給湯温度センサ１１で検出する混合温度が中間設定温度とほぼ一致した状態が一定時間継続すると、安定状態が検出されたとして、その時の中間混合弁５の開度（フィードバック開度）を給湯待機時の開度として一旦記憶していたフィードフォワード開度に上書きして記憶する（ステップＳ１１）。
【００２８】
そして、給湯栓１０が閉じられるか、湯張りが終わって湯張り開閉弁２２が閉じられ、給湯流量センサ１３が最低作動水量未満を検出して、給湯が停止されたことを検出すると（ステップＳ１２でＹｅｓ）、制御手段３９は、給湯停止時に上部貯湯温度センサ３３ａで検出していた上部貯湯温度と中間貯湯温度センサ３３ｄで検出していた下部貯湯温度とをそれぞれ更新して記憶し（ステップＳ１３）、中間混合弁５を待機開度で固定して、次の給湯開始まで待機するようにしている。
【００２９】
次に、給湯栓１０が開かれるか、または湯張りスイッチ３７が操作されて湯張り開閉弁２２が開かれて、給湯流量センサ１３が最低作動水量以上を検出して、給湯が再開されたことを検知すると（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御手段３９は、上部貯湯温度センサ３３ａおよび中間温貯湯度センサ３３ｄの検出温度をチェックし（ステップＳ２）、記憶している上部貯湯温度と現在の上部貯湯温度、または記憶している中間貯湯温度と現在の中間貯湯温度とを比較し、少なくとも何れか一方の温度差が一定値以上かどうかを判別する（ステップＳ３）。
【００３０】
給湯停止から再給湯開始までの時間が短く、かつ、追焚き動作や沸き増し動作が行われていない場合は、貯湯温度の上昇や低下がほとんどないため、ステップＳ３でＹｅｓとなり、記憶していた待機開度のまま給湯が開始されると共に、中間給湯温度センサ１１が検出する混合温度が中間設定温度に一致するようにフィードバック制御するようにしている（ステップＳ１０）。
【００３１】
また、給湯が再開されたことを検知し、記憶している上部貯湯温度と現在の上部貯湯温度、または記憶している中間貯湯温度と現在の中間貯湯温度とを比較した際に、追焚き動作や沸き増し動作が行われて上部貯湯温度あるいは中間貯湯温度の何れか一方が記憶されていた温度よりも一定値以上変動していた場合は、ステップＳ３でＮｏとなり、現在の上部貯湯温度と中間貯湯温度と中間設定温度とから中間混合弁５のフィードフォワード開度を演算し（ステップＳ４）、このフィードフォワード開度を給湯待機時の待機開度として一旦記憶すると共に（ステップＳ５）、上部貯湯温度センサ３３ａで検出していた上部貯湯温度と中間貯湯温度センサ３３ｄで検出していた下部貯湯温度とをそれぞれ記憶する（ステップＳ６）。
【００３２】
そして、制御手段３９は、算出されたフィードフォワード開度に中間混合弁５の弁体の位置が一致するように中間混合弁５のモータを駆動して弁体を移動させ（ステップＳ７）、給湯開始初期の中間混合弁５の混合温度を中間設定温度に近づけるようにし、同時に給湯混合弁８の弁開度を給湯温度センサ１２が検出する温度が給湯設定温度と一致するようにフィードバック制御するようにしている。
【００３３】
また、中間混合弁５の弁体がフィードフォワード開度位置で出湯している間に給湯停止された場合は、フィードフォワード開度が待機開度として上書き記憶されると共に、上部貯湯温度と中間貯湯温度も更新記憶されるので、次の再給湯時には、貯湯温度がほぼ変わっていない場合にはほぼ最適な開度で給湯開始され、貯湯温度が変わっている場合には最適なフィードフォワード開度が再計算されるので、いつでも中間設定温度での出湯が行える。
【００３４】
このように、記憶していた待機開度のまま給湯が開始されると、給湯開始初期の混合温度が中間設定温度からずれてしまうことが予想される場合には、その時点までの貯湯温度の変化が反映されたフィードフォワード開度での給湯を行うので、給湯開始初期から中間設定温度での出湯が行われると共に、中間混合弁５の過剰な駆動が行われないため、中間混合弁の作動寿命を長期化でき、さらには、給湯待機時の微小な変位での弁体駆動が行われないため、弁体を駆動するステッピングモータが脱調して温調制御が狂ってしまうことを予防できる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態の給湯動作について、図３に基づいて説明する。なお、この第２の実施形態は制御手段３９の中間混合弁５を制御するプログラムの中身が異なるもので、第１の実施形態と同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
＜給湯動作＞
給湯流量センサ１３が最低作動水量以上を検出して、給湯が開始されたことを検知すると（ステップＳ２１でＹｅｓ）、制御手段３９は、上部貯湯温度センサ３３ａおよび中間温貯湯度センサ３３ｄの検出温度をチェックし（ステップＳ２２）、現在の上部貯湯温度と中間貯湯温度と中間設定温度とから中間混合弁５のフィードフォワード開度を算出する（ステップＳ２３）。
【００３７】
そして、算出されたフィードフォワード開度と、以前に記憶した現在の中間混合弁５の待機開度とを比較し、その差が一定値以上かどうかを判別し（ステップＳ２４）、以前に記憶した現在の待機開度がクリアされて、値がない場合、ステップＳ２４でＮｏと判別し、制御手段３９は、算出されたフィードフォワード開度に中間混合弁５の弁体の位置が一致するように中間混合弁５のモータを駆動して弁体を移動させ（ステップＳ２５）、給湯開始初期の中間混合弁５の混合温度を中間設定温度に近づけるようにし、同時に給湯混合弁８の弁開度を給湯温度センサ１２が検出する温度が給湯設定温度と一致するようにフィードバック制御すると共に、このフィードフォーワード開度を給湯待機時の待機開度として一旦記憶する（ステップＳ２６）。
【００３８】
制御手段３９は、中間混合弁５をフィードフォワード開度に移動させてから一定時間が経過しているかどうかを判別し（ステップＳ２７）、一定時間が経過していなければ、給湯流量センサ１３が最低作動水量未満を検出して、給湯が停止されたことを検出しているかどうかを判別し（ステップＳ２８）、給湯を継続したまま一定時間が経過すると（ステップＳ２７でＹｅｓ）、中間給湯温度センサ１１が検出する混合温度が中間設定温度に一致するようにフィードバック制御する（ステップＳ２９）。
【００３９】
フィードバック制御が開始されて、中間給湯温度センサ１１で検出する混合温度が中間設定温度とほぼ一致した状態が一定時間継続すると、安定状態が検出されたとして、その時の中間混合弁５の開度（フィードバック開度）を給湯待機時の開度として一旦記憶していたフィードフォワード開度に上書きして記憶する（ステップＳ３０）。
【００４０】
そして、給湯栓１０が閉じられるか、湯張りが終わって湯張り開閉弁２２が閉じられ、給湯流量センサ１３が最低作動水量未満を検出して、給湯が停止されたことを検出すると（ステップＳ３１でＹｅｓ）、制御手段３９は、中間混合弁５を待機開度で固定して、次の給湯開始まで待機するようにしている。
【００４１】
次に、給湯栓１０が開かれるか、または湯張りスイッチ３７が操作されて湯張り開閉弁２２が開かれて、給湯流量センサ１３が最低作動水量以上を検出して、給湯が再開されたことを検知すると（ステップＳ２１でＹｅｓ）、制御手段３９は、現在の上部貯湯温度と中間貯湯温度と中間設定温度とから中間混合弁５のフィードフォワード開度を算出し（ステップＳ２３）、算出されたフィードフォワード開度と、以前に記憶した現在の中間混合弁５の待機開度とを比較し（ステップＳ２４）、給湯停止から再給湯開始までの時間が短く、かつ、追焚き動作や沸き増し動作が行われていない場合は、貯湯温度の上昇や低下がほとんどないため、ステップＳ２４でＹｅｓとなり、記憶していた待機開度のまま給湯が開始されると共に、中間給湯温度センサ１１が検出する混合温度が中間設定温度に一致するようにフィードバック制御するようにしている（ステップＳ２９）。
【００４２】
また、給湯が再開されたことを検知し、記憶している待機開度と算出されたフィードフォワード開度とを比較した際に、追焚き動作や沸き増し動作が行われて貯湯温度が変わって位いることによって開度に一定値以上の開きがあった場合は、ステップＳ２４でＮｏとなり、制御手段３９は、算出されたフィードフォワード開度に中間混合弁５の弁体の位置が一致するように中間混合弁５のモータを駆動して弁体を移動させ（ステップＳ２５）、給湯開始初期の中間混合弁５の混合温度を中間設定温度に近づけるようにし、同時に給湯混合弁８の弁開度を給湯温度センサ１２が検出する温度が給湯設定温度と一致するようにフィードバック制御すると共に、このフィードフォーワード開度を給湯待機時の待機開度として一旦記憶する（ステップＳ２６）。
【００４３】
また、中間混合弁５の弁体がフィードフォワード開度位置で出湯している間に給湯停止された場合は、フィードフォワード開度が待機開度として上書き記憶されるので、次の再給湯時には、貯湯温度がほぼ変わっていない場合には待機開度のままほぼ最適な開度で給湯開始され、貯湯温度が変わっている場合には最適なフィードフォワード開度が再計算されるので、いつでも中間設定温度での出湯が行える。
【００４４】
このように、記憶していた待機開度のまま給湯が開始されると、給湯開始初期の混合温度が中間設定温度からずれてしまうことが予想される場合には、その時点までの貯湯温度の変化が反映されたフィードフォワード開度での給湯を行うので、給湯開始初期から中間設定温度での出湯が行われると共に、中間混合弁５の過剰な駆動が行われないため、中間混合弁の作動寿命を長期化でき、さらには、給湯待機時の微小な変位での弁体駆動が行われないため、弁体を駆動するステッピングモータが脱調して温調制御が狂ってしまうことを予防できる。
【００４５】
なお、本発明は上記の第１、第２の実施形態に限定されるものではなく、例えば、加熱手段として貯湯タンク１内に配した電熱ヒータを用いてもよく、また、風呂熱交換器として貯湯タンク１の上部から取り出した湯を貯湯タンク１下部に戻す経路の途中に水水熱交換器を配し、これを風呂熱交換器としてもよい。また、風呂熱交換器の代わりに暖房用温水を加熱するための熱交換器を配置してもよいものである。
【００４６】
このように、貯湯タンク１内の貯湯温度は浴槽水の追焚き動作によって温度低下したり、沸き増し動作によって温度上昇したりするが、給湯開始時にその時の貯湯温度に応じたフィードフォワード開度へ中間混合弁５を弁体を移動させるようにしているため、いつ給湯開始されてもその時点での最適なフィードフォワード制御を行え、中間設定温度に近い混合状態での出湯が可能になると共に、中間混合弁５の駆動回数が減少するので、中間混合弁５の作動寿命を長期化でき、より正確な温調制御を実行できる。また、中間混合弁５を小さな変位で移動させる機会が少ないので、弁体を駆動するステッピングモータが脱調して温調制御が狂ってしまう可能性も少なくすることができるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 貯湯タンク
２ 給水管
３ 上部出湯管
４ 中間出湯管
５ 中間混合弁
６ 中間給湯管
７ 給水バイパス管
８ 給湯混合弁
９ 給湯管
１３ 給湯流量センサ（給湯検知手段）
２４ ヒートポンプ式加熱手段（加熱手段）
３３ａ 上部貯湯温度センサ
３３ｄ 中間貯湯温度センサ
３９ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させるようにし、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁を給湯停止時の開度で次の給湯開始まで待機させるようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間設定温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、給湯中に前記中間給湯温度センサで検出する混合温度が中間設定温度になるように中間混合弁の弁体を移動させるフィードバック制御を行い、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、上部貯湯温度センサの検出温度および中間貯湯温度センサの検出温度を記憶するようにし、
さらに、前記制御手段は、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で、記憶していた上部貯湯温度センサの検出温度および中間貯湯温度センサの検出温度とそれぞれ現在の検出温度とを比較し、何れか一方の温度差が一定値以上であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させる一方、その温度差が一定値以内であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させずに前記フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項３】
加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間設定温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、給湯中に前記中間給湯温度センサで検出する混合温度が中間設定温度になるように中間混合弁の弁体を移動させるフィードバック制御を行い、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、前記フィードバック弁開度を記憶するようにし、
さらに、前記制御手段は、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で、記憶していた前記フィードバック弁開度と算出された前記フィードフォワード開度とを比較し、その差が一定値以上であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させる一方、その差が一定値以内であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させずに前記フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項１】
加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させるようにし、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁を給湯停止時の開度で次の給湯開始まで待機させるようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間設定温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、給湯中に前記中間給湯温度センサで検出する混合温度が中間設定温度になるように中間混合弁の弁体を移動させるフィードバック制御を行い、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、上部貯湯温度センサの検出温度および中間貯湯温度センサの検出温度を記憶するようにし、
さらに、前記制御手段は、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で、記憶していた上部貯湯温度センサの検出温度および中間貯湯温度センサの検出温度とそれぞれ現在の検出温度とを比較し、何れか一方の温度差が一定値以上であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させる一方、その温度差が一定値以内であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させずに前記フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項３】
加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記貯湯タンク上部から出湯する上部出湯管と、前記貯湯タンク中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記上部出湯管からの湯水と前記中間出湯管からの湯水とを中間設定温度に混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの湯水を給湯する中間給湯管と、この中間給湯管を流れる湯水の温度を検出する中間給湯温度センサと、前記中間給湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁と、この給湯混合弁からの湯水を給湯する給湯管と、給湯の開始を検知する給湯検知手段と、前記貯湯タンク上部の湯水の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の湯水の温度を検出する中間貯湯温度センサと、作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記上部貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間貯湯温度センサで検出する貯湯温度と前記中間設定温度とから前記中間混合弁のフィードフォワード開度を算出すると共に、給湯中に前記中間給湯温度センサで検出する混合温度が中間設定温度になるように中間混合弁の弁体を移動させるフィードバック制御を行い、前記給湯検知手段が給湯の停止を検知すると、前記中間混合弁をその時点のフィードバック弁開度のまま給湯待機させると同時に、前記フィードバック弁開度を記憶するようにし、
さらに、前記制御手段は、前記給湯検知手段が給湯の開始を検知した時点で、記憶していた前記フィードバック弁開度と算出された前記フィードフォワード開度とを比較し、その差が一定値以上であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させる一方、その差が一定値以内であると、前記中間混合弁の弁体を前記フィードフォワード開度に移動させずに前記フィードバック制御を行うようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１６７９０４（Ｐ２０１２−１６７９０４Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３１１６５（Ｐ２０１１−３１１６５）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
【Ｆターム（参考）】
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