(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯器により加熱された湯を浴槽へ給湯する給湯系と、浴槽内の湯を循環加熱して追焚する追焚循環加熱系とを有し、
前記追焚循環加熱系により浴槽内の湯を追焚出力Ｑで初期の残湯温度Ｔ１から湯温Ｔ２に追焚加熱する手段と、
追焚出力をＱ−Ｑ１に変更して浴槽内の湯をＴ３からＴ４に再度追焚加熱する手段と、
これらの手段により少なくとも追焚加熱された浴槽内の湯の上昇温度（Ｔ２−Ｔ１、Ｔ４−Ｔ３）、温度上昇に要する時間（ｔ１，ｔ２）、追焚変更出力（Ｑ１）の情報に基づき浴槽内の残湯量を演算する手段とを備え、その演算手段により求められた残湯量に基づき不足湯量の湯が浴槽内へ足し湯されるように構成したことを特徴とする給湯器付風呂釜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、給湯器により加熱された湯を浴槽へ給湯し、また浴槽内の湯を循環加熱して追い焚きすることのできる給湯器付風呂釜において、浴槽内の湯量を算出し、不足する分量の湯を自動的に給湯して浴槽を所望の湯量とする給湯器付風呂釜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、浴槽に入れた水をポンプにより強制的に循環させ、循環管路途中に設けた熱交換器により加熱する循環加熱回路と、上水道等から取り入れ別の熱交換器により加熱した湯を循環回路を経由して浴槽に供給する給湯回路とを備えた給湯器付風呂釜が使用されている。この種の給湯器付風呂釜には、水温センサを有し、追い焚きしたときの温度上昇から浴槽内の湯量を算出し、不足する分量の湯を自動的に給湯して所望の水位とするものもある。
【０００３】
このような制御を行う例として、特開昭６１−１５０４７号公報に記載されているものが挙げられる。同号公報に開示される制御方法は、浴槽内の湯を一定時間加熱し、そのときの温度上昇から浴槽内の湯量を算出し、その算出値に基づいて湯の給湯量を決定することをその要点とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に示される従来の給湯器制御には、以下の問題点があった。即ち、前記公報の給湯器制御では、基本的に一定時間加熱したときの供給熱量をそのときの温度上昇で除して湯量の算出を行うのであるが、湯に加えられた熱量の算定に当たり熱交換器の熱効率は考慮しても配管や浴槽等各部分で放熱があることを考慮していない。
【０００５】
この放熱量が常に一定であるならば、熱交換器の熱効率にその分を見込んでおけばよいが、実際には同一機種の風呂釜でも設置状況に応じた配管長等により異なり、更に同じ風呂釜でも水温や外気温により異なる。特に問題なのは、季節により外気温に２０℃を超える差があるため冬季と夏期とで放熱量が大きく異なり、その影響が無視できないことである。
【０００６】
例えば夏期には、外気温が３０℃近くある場合があり、その場合湯温と外気温との差は１０℃程度しかない。従って放熱量は少なく、バーナからの供給熱量の大半は水温上昇に使われることとなる。このため水温上昇幅が大きく、浴槽内の湯量が小さめに算出され、多量の給湯がなされることになる。
【０００７】
一方、冬季の夜間には、外気温が０℃程度まで下がり、その場合湯温と外気温との差は４０℃近くに達し、放熱量が多い。従って、バーナからの供給熱量が同じであっても夏期と比較して水温上昇幅が小さく、結果的に浴槽内の湯量が実際よりかなり大きく算出されてしまうので、給湯量が過小となることとなる。即ち、充分な量の湯を必要とする冬季に逆に湯不足になる傾向がある。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、外気温度や浴槽配管等からの放熱の影響を受けることなく浴槽内の残湯量を正確に算出し、それにより適正な量の足し湯を行なうことができるようにした給湯器付風呂釜を提供することを目的とする。これにより過不足のない量の自動給湯が達成され、利用者の使用上の便宜を高めんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明に係る給湯器付風呂釜は、給湯器により加熱された湯を浴槽へ給湯する給湯系と、浴槽内の湯を循環加熱して追焚する追焚循環加熱系とを有し、前記追焚循環加熱系により浴槽内の湯を追焚出力Ｑで初期の残湯温度Ｔ１から湯温Ｔ２に追焚加熱する手段と、追焚出力をＱ−Ｑ１に変更して浴槽内の湯をＴ３からＴ４に再度追焚加熱する手段と、これらの手段により少なくとも追焚加熱された浴槽内の湯の上昇温度（Ｔ２−Ｔ１、Ｔ４−Ｔ３）、温度上昇に要する時間（ｔ１，ｔ２）、追焚変更出力（Ｑ１）の情報に基づき浴槽内の残湯量を演算する手段とを備え、その演算手段により求められた残湯量に基づき不足湯量の湯が浴槽内へ足し湯されるように構成したことを要旨とするものである。
【００１０】
【作用】
上記の構成を有する本発明に係る給湯器付風呂釜によれば、浴槽へ給湯するに際しては、給湯器により加熱された湯が給湯系を介して浴槽へ給湯され、また浴槽内の湯を追焚きするに際しては浴槽内の湯が追焚循環加熱系を介して循環加熱されることにより追焚されるものであるが、その浴槽への自動給湯に際して浴槽内に残湯があれば、次のようなステップにより浴槽内の残湯量が求められる。すなわち、追焚循環加熱系により浴槽内の湯が追焚加熱され、次いで追焚出力を変更して浴槽内の湯が再度追焚加熱され、これらの２回の追焚加熱によって得られる浴槽内の湯の上昇温度、温度上昇に要する時間、追焚変更出力等の情報に基づき浴槽内の残湯量が演算により求められるものである。そしてその演算により求められた残湯量を設定湯量から差し引いた不足湯量の湯が浴槽へ足し湯されることになる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例である給湯器付風呂釜を図面を参照して説明する。図１に給湯器付風呂釜の全体構成を示す。風呂釜１は、浴槽２の水を循環加熱する循環加熱部１０と、水道水等をガス燃焼により加熱して得た湯を循環加熱部１０を経由して浴槽２に供給する給湯器部３０とより構成され、これらの動作を制御するコントローラ５０を有している。
【００１２】
給湯器部３０は、水道水等の冷水が供給される給水路３１と、給水路３１に接続される熱交換器３２と、熱交換器３２の下流側に接続される出湯路３３と、出湯路３３をＡ点で分岐して設けられる風呂給湯路３４、一般給湯路３５とで流路を構成する。給水路３１には水の流れを検出する水流スイッチ３６と、入水温を検出するサーミスタ３７とが、出湯路３３には出湯温を検出するサーミスタ３９がそれぞれ設けられる。熱交換器３２の下方にはバーナ４０が設けられると共に、そのガス導管４１にはガス流路を開閉する元電磁弁４２とガス流量調整用の比例制御弁４３とが設けられる。
【００１３】
出湯路３３から分岐した風呂給湯路３４は、その開閉を行う給水弁（ＢＨＶ）４４と、浴槽２への給湯流量を検出する流量センサ４５と、縁切り弁４６と、循環加熱部１０から給湯器部３０への逆流を防止する逆止弁４７とを備え、循環加熱部１０にＢ点で接続される。一方、出湯路３３から分岐した一般給湯路３５には、洗面所、シャワー等の給湯栓５に通じる外部給湯管４が接続される。
【００１４】
循環加熱部１０は、浴槽２の水を循環させる釜内循環路１１が流路をなし、その途中にバーナ１２により加熱される熱交換器１３を有している。そして、釜内循環路１１の熱交換器１３より上流側には、水流の有無を検知する水流スイッチ（ＢＦＳ）１４、浴槽２の水を釜内循環路１１に循環させる循環ポンプ１５、浴槽２からの入水温を検出するサーミスタ（ＴＨ１）１８が備えられ、釜内循環路１１の熱交換器１３より下流側には、バーナ１２により加熱された湯温を検出するサーミスタ（ＴＨ２）１９が備えられる。バーナ１２のガス導管２０には、元電磁弁２１、主電磁弁２２が設けられている。
【００１５】
前記サーミスタ（ＴＨ１）１８は器具内に設けられており、その器具は屋外設置が多いので外気温度を検知する機能をも有するものである。釜内循環路１１は、往き配管６、戻り配管７に接続され浴槽２と連通される。尚、循環加熱部１０及び給湯器部３０には、図示しないが燃焼用空気を供給するファンや、点火装置、燃焼安全スイッチ等が設けられる。
【００１６】
コントローラ５０は、自動風呂給湯制御、循環加熱制御、一般給湯制御等を司るものであって、公知の論理演算回路を構成するＣＰＵと、各種プログラムを記憶しておくＲＯＭと、データの一時記憶を行うＲＡＭと、各種センサ類からの信号を入力する入力インターフェースと、各種アクチュエータ類に駆動信号を出力する出力インターフェースと等により構成される。そして後述する自動給湯制御を行うためＲＯＭには、浴槽内の湯量算出プログラム、給湯指令プログラムや各種数値等が記憶されている。同様にＲＡＭには、温度メモリエリア、時間メモリエリア等が設けられている。
【００１７】
尚、この給湯器付風呂釜はリモコン操作ができるようになっており、そのリモコンには図示しないが、電源スイッチ、自動運転スイッチ、あつめスイッチ、たっぷりスイッチ、ぬるめスイッチ等が設けられている。
【００１８】
前記構成を有する風呂釜１の基本的な動作を説明する。まず、浴槽２に湯を供給する場合には、ふろリモコンの自動運転スイッチを押すと風呂給湯路３４の給水弁４４が開き水流スイッチ３６により水の流れが検知されると、給湯器部３０の元電磁弁４２が開いてバーナ４０が点火される。すると、熱交換器３２を通過するときにバーナ４０におけるガスの燃焼熱により加熱され所定温度の湯となり、出湯路３３に送出され、Ａ点から風呂給湯路３４を経由してＢ点で釜内循環路１１に流入し、往き配管６及び戻り配管７を通って浴槽２に供給される。
【００１９】
ここで、コントローラ５０により、サーミスタ３９が検出した出湯温度と予め設定された設定温度とに基づくフィードバック制御と、サーミスタ３７が検出した入水温度に基づくフィードフォワード制御との併用で燃焼量（比例制御弁４３）を制御することができる。湯温の調節は湯温切替スイッチ、湯温微調節スイッチの「あつい」を押せば高温に、「ぬるい」を押せば低温になり、任意の湯温が得られる。
【００２０】
尚ここで、ふろリモコンの自動運転スイッチを押すのではなくてかわりに外部の給湯栓５を開けば、熱交換器３２で加熱された湯は、出湯路３３から一般給湯路３５を経由して外部給湯管４へ流れ、洗面所やシャワー等で湯を利用することができる。
【００２１】
一方、浴槽２の水を循環加熱、いわゆる追い焚きする場合は、あつめスイッチを押すと釜内循環路１１の循環ポンプ１５が駆動し、浴槽２の水が戻り配管７から釜内循環路１１に流入し、往き配管６を経由して浴槽２に循環される。ここで、風呂給湯路３４に逆止弁４７が設けられているので、浴槽２の水が給湯器部３０に逆流して給湯栓５に至ることはない。そして、元電磁弁２１、主電磁弁２２が開いてバーナ１２が点火すれば、釜内循環路１１の熱交換器１３を流れる水が燃焼熱により加熱される。前記各動作は手動若しくはコントローラ５０により行われ、使用者は公知のリモコン装置等によりコントローラ５０に種々の指令をすることができる。
【００２２】
次に、前記の構成及び基本動作を有する風呂釜１における、本発明としての特徴であるコントローラ５０により実行される自動給湯制御について説明する。自動給湯制御は、浴槽２に浴槽内の湯がある場合にこれを追い焚きし、その際の放熱を加味した供給熱量と上昇温度とから浴槽内の湯の量を算出して、湯量の不足分を給湯器部３０から給湯して補充し、浴槽２の湯を適温適量にするものである。
【００２３】
次に本発明の実施例に係る自動給湯制御ルーチンについて図２に示した制御フローチャートを参照して説明する。このルーチンでは、電源がＯＮされ（Ｓ２１）、次いで自動給湯スイッチがＯＮされる（Ｓ２２：「ＹＥＳ」）と、釜内循環路１１の循環ポンプ１５がＯＮされる（Ｓ２３）、浴槽２内の残湯の温度が均一になったころを見はからった時点でサーミスタＴＨ１からの検知信号により残湯の温度（Ｔ１）が検出される（Ｓ２４）。このときの残湯の温度（Ｔ１）がコントローラ５０のＲＡＭの温度メモリエリアに記憶され、後述する残湯量の演算にデータとして用いられる。
【００２４】
そして循環加熱部１０のガスバーナ１２が点火されて循環ポンプ１５にて循環されている浴槽２の湯の追焚き燃焼が開始され（Ｓ２５）、サーミスタＴＨ１からの検知信号により浴槽２の温度がＴ２になるまでその燃焼が続けられ、その沸き上がり温度がＴ２に達した時点（Ｓ２６：「ＹＥＳ」）でその燃焼に要した時間（ｔ１）が測定される（Ｓ２７）。しかる後、ガスバーナ１２は消火して追焚き燃焼が停止され（Ｓ２８）、次に追焚き出力がＱ−Ｑ１に変更される（Ｓ２９）。尚、前述のＳ２７における追焚きに要した時間「ｔ１」がコントローラ５０のＲＡＭの時間メモリエリアに記憶され、後述の残湯量を演算するデータとして用いられる。
【００２５】
次いで釜内循環路１１の循環ポンプ１５が再びＯＮされ（Ｓ３０）、浴槽２内の湯温が均一になった状態でサーミスタＴＨ１からの検知信号によりその湯温（Ｔ３）が測定され（Ｓ３１）、しかる後循環加熱部１０のガスバーナ１２が再びＯＮされて前述の出力変更された追焚き出力Ｑ−Ｑ１により浴槽２の湯が再び追焚き燃焼され（Ｓ３２）、このときもサーミスタＴＨ１からの検知信号により浴槽２の湯温がＴ４になるまでその燃焼が続けられる。
【００２６】
そしてその沸き上がり温度がＴ４に達した時点（Ｓ３３：「ＹＥＳ」）でその燃焼に要した時間（ｔ２）が測定される（Ｓ３４）。尚、前述のＳ３１で測定された湯温（Ｔ３）はコントローラ５０のＲＡＭの温度メモリエリアに記憶され、一方Ｓ３４で測定された追焚きに要した時間「ｔ２」はそのＲＡＭの時間メモリエリアに記憶されてそれぞれ後述の残湯量の演算データとして用いられる。
【００２７】
かくしてこれらの温度データ「Ｔ１」、「Ｔ２」、「Ｔ３」、「Ｔ４」、および時間データ「ｔ１」「ｔ２」に基づいて浴槽２内の残湯量（Ｗ１）が算出されて（Ｓ３５）、その算出された残湯量（Ｗ１）から不足湯量が求められ、その不足湯量の給湯が行なわれるものである（Ｓ３６）。
【００２８】
この実施例において残湯量（Ｗ１）の算出は、次の数１、数２の式の連立方程式を解くことにより求められる。すなわち、前述の図２に示した制御フローチャートにおけるＳ２３〜Ｓ２７の操作状態では数１の関係式が成り立ち、Ｓ３０〜Ｓ３５の操作状態では数２の関係式が成り立つ。
【００２９】
【数１】
0003719272.tif 000002
【００３０】
【数２】
0003719272.tif 000003
【００３１】
これらの数１および数２の式において、当初の単位時間当りの追焚き出力を「Ｑ」、変更後の単位時間当りの追焚き出力を「Ｑ−Ｑ１」とする。その他の記号は、比熱を「Ｃ」、浴槽の残湯量を「Ｗ１」、浴槽配管等の放熱量（単位時間当り）を「Ｈ」、温度「Ｔ１」から「Ｔ２」まで沸かし上げる時間を「ｔ１」、途中の給水量を「Ｗ２」、温度「Ｔ３」から「Ｔ４」まで沸かし上げる時間を「ｔ２」とする。
【００３２】
そしてこれらの数１および数２の式をグラフに示すと図３のようになる。横軸にｔ／ΔＴを採り、縦軸に浴槽の残湯量（Ｗ）を採っている。この図３に示されるように、数１の（１）式および数２の（２）式はいずれも原点を通る１次関数となるが、（１）式の傾きを「ａ」、（２）式の傾きを「ｂ」とすると、
【００３３】
ａ＝（Ｑ−Ｈ）／Ｃ、
ｂ＝（Ｑ−Ｑ１−Ｈ）／Ｃ＝ａ−Ｑ１／Ｃ
となる。よって（１）式、（２）式を書き直すと、次の数３、数４のようになる。
【００３４】
【数３】
0003719272.tif 000004
【００３５】
【数４】
0003719272.tif 000005
【００３６】
そして（３）式ではｔ／ΔＴがｔ１／（Ｔ２−Ｔ１）のときに、（４）式ではｔ２／（Ｔ４−Ｔ３）のときに残湯量（Ｗ）がＷ１で等しくなるわけだから、この条件より傾きａが求まり、Ｗ１が得られる。次の数５に示した通りである。
【００３７】
【数５】
0003719272.tif 000006
【００３８】
しかして上記した実施例に示されるように、浴槽へ注湯するに際して予め２度追焚きし、その間に追焚き出力を変更することにより残湯量の測定演算式を２つ提示し、その２つの演算式の連立方程式を解くことにより浴槽の残湯量を算出するものである。
【００３９】
したがってその浴槽の残湯量が、外気温度の変化や浴槽あるいは配管からの放熱量の差異による影響を受けることなく正確に把握されるものであり、必要量の注湯が正しく行なわれることになる。
尚、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明の給湯器付風呂釜によれば、浴槽へ給湯するに際し浴槽内の残湯量を浴槽・配管からの放熱や、外気温度の影響を受けることなく正確に算出し、足し湯量を正確に把握できるものであるから、給湯量が多過ぎたり、少な過ぎたりするといったことが起こらない。したがって利用者は冬場と夏場の季節変動等の影響を受けることなく常に好みの湯量の給湯がでいて大変使い勝手が良いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る給湯器付風呂釜の概略構成を示す図面である。
【図２】  図１に示した給湯器付風呂釜に適用される本発明の実施例に係る制御フローチャートである。
【図３】  図２に示した制御フローチャートに基づき浴槽の残湯量を算出する根拠を説明した図である。
【符号の説明】
１   給湯器付風呂釜
２   浴槽
１０ 循環加熱部
１５ 循環ポンプ
１８ サーミスタ（ＴＨ１）
３０ 給湯器部
４４ 給水弁（ＢＨＶ）
５０ コントローラ
【図１】
0003719272.tif 000007
【図２】
0003719272.tif 000008
【図３】
0003719272.tif 000009