(57)【要約】【課題】設定温度に極めて近く、かつ、安定した温度の温水を供給できる電気湯沸器を提供すること。【解決手段】水を加熱する熱源１と、熱源で加熱生成された温水を出湯する吐出部１５と、吐出部１５から出湯される温水の温度を設定する温度設定手段８と、吐出部１５から出湯される温水の温度を検出する温度検出手段９と、制御装置（１０、１１）と、を備え、吐出部１５から温水が出湯中に、制御装置（１０，１１）が、温度設定手段８により設定された設定温度と、温度検出手段９により検出された温度との差分を算出し、差分に基づいてＰＩＤ制御を実行する電気湯沸器において、差分が所定値未満の状態を、所定時間継続した場合には、制御装置（１０，１１）は、熱源１の出力量を固定することを特徴とする電気湯沸器。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱する熱源と、
前記熱源で加熱生成された温水を出湯する吐出部と、
前記吐出部から出湯される温水の温度を設定する温度設定手段と、
前記吐出部から出湯される温水の温度を検出する温度検出手段と、
制御装置と、を備え、
前記吐出部から温水が出湯中に、
前記制御装置が、前記温度設定手段により設定された設定温度と、前記温度検出手段により検出された温度との差分を算出し、前記差分に基づいてＰＩＤ制御を実行する電気湯沸器において、
前記差分が所定値未満の状態を、所定時間継続した場合には、
前記制御装置は、前記熱源の出力量を固定することを特徴とする電気湯沸器。
【請求項２】
前記温度検出手段により検出された温度が、前記設定温度より低い場合において、その温度差が所定値未満の場合には、その温度差が所定値以上の場合よりも、前記ＰＩＤ制御におけるゲインの値は小さいことを特徴とする請求項１に記載の電気湯沸器。
【請求項３】
前記熱源は、複数の電気ヒータから構成されており、前記制御装置は、前記複数の電気ヒータのうち、個々の電気ヒータごとに出力調整を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の電気湯沸器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気湯沸器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気湯沸器は、機器内に熱源としてシーズヒータを有し、電気ヒータで加熱した温水を、シャワーヘッドなどの吐出部から出湯するものであった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２５００１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の電気湯沸器では、出湯温度が設定温度に保たれるように、出湯温度を検出する温度センサを用いて、常時、フィードバック制御しているため、出湯温度が設定温度付近で安定してきても、温度センサによる検出温度は多少なりとも変動するため、これにより、電気ヒータの出力も小刻みに上下変化してしまうという課題を有していた。
【０００５】
また、出湯流量が急に減少した場合等には、それに対応するため電気ヒータの出力も変動するが、出湯流量が少ないときは、その電気ヒータの出力変動に応じた出湯温度の変化が大きくなるため、出湯温度が設定温度に対して不安定になりやすいという課題も有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、設定温度に極めて近く、かつ、安定した温度の温水を供給できる電気湯沸器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】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電気湯沸器は、水を加熱する熱源と、前記熱源で加熱生成された温水を出湯する吐出部と、前記吐出部から出湯される温水の温度を設定する温度設定手段と、前記吐出部から出湯される温水の温度を検出する温度検出手段と、制御装置と、を備え、前記吐出部から温水が出湯中に、前記制御装置が、前記温度設定手段により設定された設定温度と、前記温度検出手段により検出された温度との差分を算出し、前記差分に基づいてＰＩＤ制御を実行する電気湯沸器において、前記差分が所定値未満の状態を、所定時間継続した場合には、前記制御装置は、前記熱源の出力量を固定することを特徴とするものである。
【０００８】
これにより、熱源の出力変動を抑制できるため、熱源の出力変動に伴って生じる出湯温度が上下に変化するハンチング現象を低減でき、その結果、設定温度に極めて近く、かつ、安定した温度の温水を供給できる電気湯沸器を提供できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、設定温度に極めて近く、かつ、安定した温度の温水を供給できる電気湯沸器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における電気湯沸器の構成図
【図２】同電気湯沸器の電気回路の構成図
【図３】同電気湯沸器の制御ブロックを示す図
【図４】同電気湯沸器の熱源の出力の制御フローチャート
【図５】同電気湯沸器の出湯温度と時間との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、水を加熱する熱源と、前記熱源で加熱生成された温水を出湯する吐出部と、前記吐出部から出湯される温水の温度を設定する温度設定手段と、前記吐出部から出湯される温水の温度を検出する温度検出手段と、制御装置と、を備え、前記吐出部から温水が出湯中に、前記制御装置が、前記温度設定手段により設定された設定温度と、前記温度検出手段により検出された温度との差分を算出し、前記差分に基づいてＰＩＤ制御を実行する電気湯沸器において、前記差分が所定値未満の状態を、所定時間継続した場合には、前記制御装置は、前記熱源の出力量を固定することを特徴とする電気湯沸器である。
【００１２】
これにより、熱源の出力変動を抑制できるため、熱源の出力変動に伴って生じる出湯温度が上下に変化するハンチング現象を低減でき、その結果、設定温度に極めて近く、かつ、安定した温度の温水を供給できる電気湯沸器を提供できる。
【００１３】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記温度検出手段により検出された温度が、前記設定温度より低い場合において、その温度差が所定値未満の場合には、その温度差が所定値以上の場合よりも、前記ＰＩＤ制御におけるゲインの値は小さいことを特徴とするものである。
【００１４】
これにより、設定温度より温度が低かった水が、熱源により加熱され温度上昇し、設定温度に近づいたときに、ＰＩＤ制御におけるゲインの値が小さくなることで、熱源により加熱され温度上昇していく温水を、いち早く設定温度に合わせることができ、安定した温度の温水を供給できる電気湯沸器を提供できる。
【００１５】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記熱源は、複数の電気ヒータから構成されており、前記制御装置は、前記複数の電気ヒータのうち、個々の電気ヒータごとに出力調整を実行することを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、熱源が複数の電気ヒータから構成されているため、電気ヒータ１個で構成されている場合と比べて、より細かい精度で熱源の出力を制御できる。
【００１７】
このため、差分が所定値未満の状態を、所定時間以上継続しているか、いないか判定している時間帯においても、出湯温度のハンチングの振れ幅が抑えられ、熱源の出力量を一定値に固定しやすくなり、更なる出湯温度の安定化を図ることができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における電気湯沸器の構成図である。また、図２、本実施の形態１における電気湯沸器の電気回路の構成図である。また、図３は、電気湯沸器の制御ブロックを示す図である。
【００２０】
まず、図１、図２、図３を用いて、本実施の形態１における電気湯沸器の構成について説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態１における電気湯沸器は、水を加熱する熱源であり、複数の電気ヒータから構成されているヒータユニット１を備えている。
【００２２】
すなわち、ヒータユニット１は、電気ヒータである第１のヒータ２と、同じく電気ヒータである第２のヒータ３とから構成されている。
【００２３】
そして、第１のヒータ２の電力制御手段である第１のトライアック４と、第２のヒータ３の電力制御手段である第２のトライアック５とを備えている。
【００２４】
また、本実施の形態１における電気湯沸器は、供給される水の水量を検知する流量スイッチ６、使用者が出湯を希望する際に使用する出湯スイッチ７、使用者が出湯温度を調整する温度設定手段である温度ボリューム８、ヒータユニット１にて加熱された温水の温度を検出する温度検出手段である温度センサ９、第１の制御装置１０、第２の制御装置１１、漏電遮断器１２を備えている。
【００２５】
また、本実施の形態１における電気湯沸器は、加熱用の水が供給される給水口１３、第１のヒータ２と第２のヒータ３にて加熱された温水の出口である給湯口１４、給湯口１４に接続され、温水が吐出される吐出部であるシャワーヘッド１５を備えている。
【００２６】
また、本実施の形態１における電気湯沸器は、図２に示すような電気回路、図３に示すような制御ブロックを備えている。
【００２７】
すなわち、第１の制御装置１０には、マイクロコンピュータが実装されており、マイクロコンピュータは、ＤＣ電源、ゼロクロス信号、出湯スイッチ７の検出信号、流量スイッチ６の信号、温度ボリューム８の信号、温度センサ９からの信号入力を受けている。
【００２８】
そして、マイクロコンピュータは、第１のトライアック４と第２のトライアック５に電力制御信号を出力する。第１のトライアック４と第２のトライアック５を介して、第１のヒータ２と第２のヒータ３とは、それぞれ出力が制御される構成となっている。
【００２９】
また、第２の制御装置１１には、トランスが実装されており、外部ＡＣ電源をＤＣ電源に変換し、マイクロコンピュータや他の制御素子に電源を供給している。
【００３０】
次に、本発明の第１の実施の形態における電気湯沸器の動作・作用について説明する。
【００３１】
使用者が、出湯スイッチ７をＯＮにすると、第１の制御装置１０、第２の制御装置１１が通電状態となり、その後、流量スイッチ６がＯＮ（例えば、１．０Ｌ／ｍｉｎ以上の水が流れたらＯＮ）すると、第１の制御装置１０に実装されているマイクロコンピュータは、温度設定手段である温度ボリューム８の設定温度と、温度検出手段である温度センサ９にて検出した出湯温度とに基づいて、第１のヒータ２と第２のヒータ３のそれぞれに必要な出力量を演算する。
【００３２】
そして、マイクロコンピュータは、第１のトライアック４と第２のトライアック５を介して、第１のヒータ２と第２のヒータ３のそれぞれが、演算した必要な出力量を出力するように制御する。
【００３３】
第１のヒータ２、第２のヒータ３は、第１の制御装置に内蔵されているマイクロコンピュータの演算によって得られた出力量で、給水口１３から供給された水を加熱し、加熱生成されて温水は、給湯口１４及び吐出部であるシャワーヘッド１５を通って、使用者に供給される。
【００３４】
なお、使用者が、シャワーヘッド１５から出る温水の温度を調整したいときは、温度ボリューム８にて設定温度を変更する。
【００３５】
図４は、本実施の形態１における電気湯沸器の熱源の出力の制御フローチャートである。
【００３６】
図４は、第１のヒータ２及び第２のヒータ３とから構成され、熱源であるヒータユニット１の、第１の制御装置１０による出力の制御フローを示したものである。
【００３７】
まず、流量スイッチ６の信号入力から、流量スイッチ６がＯＮであるかどうかを判定する（Ｓ１）。
【００３８】
流量スイッチ６がＯＮであると判定されたら、温度設定手段である温度ボリューム８で設定された温度と、温度検出手段である温度センサ９で検出した出湯温度の差分（温度偏差）を算出する（Ｓ２）。
【００３９】
そして、その温度偏差に基づいてＰＩＤ制御演算を実行し、ヒータユニット１に必要な出力量を算出する（Ｓ３）。
【００４０】
ＰＩＤ演算とは、フィードバック制御の一種であり、現在値と目標値の差分から比例項、微分項、積分項をそれぞれ算出し、合算することで制御量（ここでは、電気ヒータに必要な出力量）を決定する制御である。なお、比例項、微分項、積分項は、それぞれ、比例ゲイン、微分ゲイン、積分ゲインの定数を用いて算出する。
【００４１】
ここで、温度検出手段である温度センサ９で検出した出湯温度が、温度設定手段である温度ボリューム８で設定された温度よりも低い場合において、その温度差が所定値δ未満の場合には、その温度差が所定値δ以上の場合よりも、比例ゲイン、微分ゲイン、積分ゲインのそれぞれの値は小さくなるように、第１の制御装置１０に実装されているマイクロコンピュータに設定されている。
【００４２】
算出された必要な出力量を、ヒータユニット１にフィードバックする前に、ヒータ出力を前回出力時と同一の出力量で固定するか、算出された出力量に更新するかの判定を、マイクロコンピュータにて行う。
【００４３】
すなわち、マイクロコンピュータは、温度偏差が所定値α未満の状態を、所定時間β以上継続しているか、いないかの判定を実行する（Ｓ４）。
【００４４】
温度設定手段である温度ボリューム８で設定された温度と、温度検出手段である温度センサ９で検出した出湯温度の差分である温度偏差が、所定値α未満の状態を、所定時間β以上継続していれば、条件成立であり、フィードバックはせず、ＰＩＤ演算制御にて算出された値を無視して、ヒータユニット１への出力を、前回の出力時と同一の出力量に固定する（Ｓ５）。
【００４５】
なお、この場合には、第１のヒータ２と第２のヒータ３のそれぞれを、前回の出力時と同一の出力量に同時に固定する。
【００４６】
温度設定手段である温度ボリューム８で設定された温度と、温度検出手段である温度センサ９で検出した出湯温度の差分である温度偏差が、所定値α未満の状態を、所定時間β以上継続していなければ、条件不成立であり、ＰＩＤ演算制御にて算出された値を反映して、ヒータユニット１へフィードバックし、そのＰＩＤ演算制御にて算出された値にて出力する（Ｓ６）。
【００４７】
なお、この場合には、第１のヒータ２と第２のヒータ３のそれぞれ個々の電気ヒータごとに出力調整を行う。
【００４８】
そして、その後は、時間計測手段（図示せず）で時間を計測し（Ｓ７）、流量スイッチ６がＯＦＦとなるまで、所定時間γ毎にその制御を繰り返す。
【００４９】
図５は、本実施の形態１における電気湯沸器の出湯温度と時間との関係を示す図である。
【００５０】
すなわち、図５は、出湯温度の時間的変化を示したグラフであり、ヒータユニット１への出力量が一定に固定されるまでの出湯温度の温度変化を示している。
【００５１】
出湯温度は、設定温度に達するまでは上昇していくが、出湯温度が設定温度付近に達しても、温度センサ９による検出温度は多少なりとも変動するため、常時、フィードバック制御を実行していると、出湯温度がハンチング（小刻みに上下変化）してしまうことがある。
【００５２】
しかしながら、出湯温度が設定温度到達直後、湯温が上下に変化していても、図４に示すような、温度設定手段である温度ボリューム８で設定された温度と、温度検出手段である温度センサ９で検出した出湯温度の差分である温度偏差が、所定値α未満であり、かつ、その状態を所定時間β以上継続した場合には、ヒータユニット１への出力量を一定値に固定することで、出湯温度のハンチングを抑えられる。
【００５３】
また、ヒータユニット１は、第１のヒータ２と第２のヒータ３との複数の電気ヒータから構成されているため、電気ヒータ１個で構成されている場合の制御と比べて、より細かい精度でヒータユニット１の出力を制御できる。
【００５４】
このため、温度偏差が所定値α未満の状態を、所定時間β以上継続しているか、いないか判定している（Ｓ４）の時間帯（図５における所定時間βの時間領域）において、出湯温度のハンチングの振れ幅を縮小することができ、ヒータユニット１への出力量を一定値に固定しやすくなる。
【００５５】
このように、本実施の形態１における電気湯沸器は、温度設定手段である温度ボリューム８で設定された温度と、温度検出手段である温度センサ９で検出した出湯温度の差分である温度偏差が、所定値未満の状態を所定時間継続している時は、出湯温度がある程度安定していると判断し、ヒータユニット１への出力量を一定値に固定することで、出湯温度のハンチングを抑え、出湯温度を安定させることができる。
【００５６】
また、本実施の形態１における電気湯沸器は、熱源であるヒータユニット１を複数の電気ヒータで構成することにより、温度偏差が所定値α未満の状態を、所定時間β以上継続しているか、いないか判定している（Ｓ４）の時間帯（図５における所定時間βの時間領域）において、出湯温度のハンチングの振れ幅を抑えられるため、ヒータユニット１への出力量を一定値に固定しやすくなり、更なる出湯温度の安定化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明の電気湯沸器は、設定温度に極めて近く、かつ、安定した温度の温水を供給できるので、電気シャワー、電気温水器、電気ポット等の、熱源として電気ヒータを用いた給湯機に適用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１  ヒータユニット（熱源）
２  第１のヒータ
３  第２のヒータ
４  第１のトライアック
５  第２のトライアック
６  流量スイッチ
７  出湯スイッチ
８  温度ボリューム（温度設定手段）
９  温度センサ（温度検出手段）
１０  第１の制御装置
１１  第２の制御装置
１２  漏電遮断器
１３  給水口
１４  給湯口
１５  シャワーヘッド（吐出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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