(57)【要約】【課題】出湯流量が減少する際の出湯温度のオーバーシュートを抑制する効果を高めた給湯装置を提供する。【解決手段】給湯制御部５１は、前回以前の所定数の各制御周期において算出した必要加熱力の平均値を算出し、該平均値と今回の制御周期において算出した必要加熱力との相違に基づいて、今回の制御周期における必要加熱力の補正値を決定し、今回の制御周期における必要加熱力を該補正値を用いて補正した補正必要加熱力が、バーナ１２の最小加熱力に基づいて設定された最小加熱力閾値を超える場合は、今回の制御周期における目標加熱力を該補正必要加熱力とし、補正必要加熱力が最小加熱力閾値以下である場合には、今回の制御周期における目標加熱力をゼロにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が上水道に接続されると共に、他端が出湯栓に接続された給湯路と、
前記給湯路を流通する水を加熱する流水加熱部と、
前記上水道から前記給湯路に供給される水の温度を検出する給水温度検出部と、
前記上水道から前記給湯路に供給される水の流量を検出する流量検出部と、
前記流量検出部により所定の下限流量以上の流量が検出されているときに、所定の制御周期毎に、前記給湯路から目標給湯温度の湯を供給するために必要な前記流水加熱部の加熱力である必要加熱力を、前記目標給湯温度と、前記給水温度検出部による検出温度と、前記流量検出部による検出流量とに基づいて算出し、前記必要加熱力に基づく目標加熱力が得られるように、前記流水加熱部の加熱力を制御する給湯制御部と
を備えた給湯装置において、
前回以前の前記制御周期において前記給湯制御部により算出された前記必要加熱力の情報を保持する必要加熱力履歴保持部を備え、
前記給湯制御部は、前記必要加熱力履歴保持部に保持された前記情報と、今回の制御周期において算出した前記必要加熱力とに基づいて、今回の制御周期における前記目標給湯温度と前記給湯路から出湯される湯の温度との差を抑制するための前記必要加熱力の補正値を決定し、今回の制御周期における前記必要加熱力を該補正値を用いて補正した補正必要加熱力が、前記流水加熱部の最小加熱力に基づいて設定された最小加熱力閾値以上である場合は、今回の制御周期における前記目標加熱力を該補正必要加熱力とし、前記補正必要加熱力が前記最小加熱力閾値未満である場合には、今回の制御周期における前記目標加熱力をゼロにすることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の給湯装置において、
前記給湯制御部は、前記必要加熱力履歴保持部に保持された前記情報に基づいて、前回以前の所定数の前記各制御周期において算出した前記必要加熱力の平均値と、今回の制御周期において算出した前記必要加熱力との相違に基づいて、今回の制御周期における前記必要加熱力の補正値を決定することを特徴とする給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィードフォワード制御を用いて給湯温度を制御する給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯装置においては、設定温度と給水温度との差、及び給水流量とに基づいて、設定温度の湯を得るための必要熱量を算出し、算出した必要熱量が得られるように加熱部（ガスバーナ等）で発生させる熱量を決定するフィードフォワード（ＦＦ）制御が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたガス給湯装置においては、ＦＦ制御により決定した現在の必要熱量（バーナの必要燃焼量）を、それまでの必要熱量の変化の割合に応じて補正することにより、給湯温度のオーバーシュート及びアンダーシュートの発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１２９６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された給湯装置によれば、給湯温度のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制することができるが、給湯流量が急激に減少したときには、オーバーシュートの抑制が不十分になる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、給湯流量が減少する際の給湯温度のオーバーシュートを抑制する効果を高めた給湯装置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】
本発明の給湯装置は、
一端が上水道に接続されると共に、他端が出湯栓に接続された給湯路と、
前記給湯路を流通する水を加熱する流水加熱部と、
前記上水道から前記給湯路に供給される水の温度を検出する給水温度検出部と、
前記上水道から前記給湯路に供給される水の流量を検出する流量検出部と、
前記流量検出部により所定の下限流量以上の流量が検出されているときに、所定の制御周期毎に、前記給湯路から目標給湯温度の湯を供給するために必要な前記流水加熱部の加熱力である必要加熱力を、前記目標給湯温度と、前記給水温度検出部による検出温度と、前記流量検出部による検出流量とに基づいて算出し、前記必要加熱力に基づく目標加熱力が得られるように、前記流水加熱部の加熱力を制御する給湯制御部と
を備えた給湯装置において、
前回以前の前記制御周期において前記給湯制御部により算出された前記必要加熱力の情報を保持する必要加熱力履歴保持部を備え、
前記給湯制御部は、前記必要加熱力履歴保持部に保持された前記情報と、今回の制御周期において算出した前記必要加熱力とに基づいて、今回の制御周期における前記目標給湯温度と前記給湯路から出湯される湯の温度との差を抑制するための前記必要加熱力の補正値を決定し、今回の制御周期における前記必要加熱力を該補正値を用いて補正した補正必要加熱力が、前記流水加熱部の最小加熱力に基づいて設定された最小加熱力閾値以上である場合は、今回の制御周期における前記目標加熱力を該補正必要加熱力とし、前記補正必要加熱力が前記最小加熱力閾値未満である場合には、今回の制御周期における前記目標加熱力をゼロにすることを特徴とする。
【０００８】
かかる本発明によれば、給湯制御部は、前回以前の制御周期において算出した必要加熱力の情報と今回の制御周期において算出した必要加熱力とに基づいて、今回の制御周期における目標給湯温度と給湯路から出湯される湯の温度との差を抑制するための必要加熱力の補正値を決定する。そして、今回の制御周期における必要加熱力を補正値を用いて補正した補正必要加熱力が、流水加熱部の最小加熱力に基づいて設定された最小加熱力閾値以上の場合は、今回の制御周期における目標加熱力を該補正必要加熱力とし、これにより、給湯路を流通する水の流量が変化したときに生じ得る給湯温度のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制している。
【０００９】
一方、補正必要加熱力が最小加熱力閾値未満であって、流水加熱部の加熱力を最小加熱力閾値まで減少させても、補正必要加熱力以上にとなるときには、給湯制御部は、目標加熱力をゼロにする（流水加熱部による加熱を停止する）。そして、これにより、給湯路を流通する水の流量が急激に減少したときに、給湯路から出湯される湯の温度が目標給湯温度よりも高くなること（オーバーシュート）を抑制する効果を高めることができる。
【００１０】
また、前記給湯制御部は、前記必要加熱力履歴保持部に保持された前記情報に基づいて、前回以前の所定数の前記各制御周期において算出した前記必要加熱力の平均値と、今回の制御周期において算出した前記必要加熱力との相違に基づいて、今回の制御周期における前記必要加熱力の補正値を決定することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、詳細は後述するが、給湯制御部により今回の制御周期における目標加熱力をゼロにすることで、給湯路を流通する水により流水加熱部が冷却されて流水加熱部の余熱が減少すると共に、次回以降の制御周期において給湯制御部により算出される補正値が減少して、補正必要加熱力が減少する。そして、補正必要加熱力が最小加熱力閾値以上になり、流水加熱部の余熱によるオーバーシュートの影響が少なくなった段階で、流水加熱部による加熱を再開させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】給湯装置の構成図。
【図２】目標加熱力の設定処理のフローチャート。
【図３】必要加熱力の履歴データの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態の一例について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１４】
［１．給湯装置の構成］
図１を参照して、本発明の給湯装置は、筐体１に収容された缶体１０内に、上水道に接続された給水管２０及び出湯栓に接続された給湯管２１に接続された熱交換器１１、熱交換器１１を加熱するバーナ１２、バーナ１２の燃焼炎を検出するフレームロッド１３、及びバーナ１２に点火するための点火プラグ１４を備えている。点火プラグ１４は、イグナイタ１５と接続され、イグナイタ１５から高電圧が印加されたときに火花放電を発生する。
【００１５】
なお、給水管２０及び給湯管２１と、熱交換器１１の通水路とにより、本発明の一端が上水道に接続されると共に、他端が出湯栓（カラン、シャワー等）に接続された給湯路が構成される。また、熱交換器１１とバーナ１２とにより、本発明の流水加熱部が構成される。
【００１６】
バーナ１２は、小バーナブロック１２ａと中バーナブロック１２ｂとからなり、小バーナブロック１２ａはガス供給管４０から分岐した小バーナ分岐管４３に接続され、中バーナブロック１２ｂはガス供給管４０から分岐した中バーナ分岐管４５に接続されている。ガス供給管４０には、上流側から順に、ガス供給管４０を開閉するガス元弁４１と、ガス供給管４０の開度を変更するガス比例弁４２が設けられている。
【００１７】
小バーナ分岐管４３には、小バーナ分岐管４３を開閉する能力切替弁（小）４４が設けられている。中バーナ分岐管４５には、中バーナ分岐管４５を開閉する能力切替弁（中）４６が設けられている。
【００１８】
給水管２０には、給水管２０を流通する水の流量を検出する流量センサ２５（本発明の流量検出部に相当する）と、給水管２０の開度を変更する水量サーボ弁２６と、給水管２０内を流通する水の温度を検出する給水温度センサ２９（本発明の給水温度検出部に相当する）が設けられている。給湯管２１には、給湯管２１から供給される湯の温度を検出する給湯温度センサ２７が設けられている。
【００１９】
熱交換器１１は、バーナ１２の燃焼排ガス中の顕熱を回収する主熱交換器１１ａと、燃焼排ガス中の潜熱を回収する副熱交換器１１ｂとにより構成されて、内部を流通する水を加熱する。主熱交換器１１ａと副熱交換器１１ｂの間の箇所と給湯管２１は、バイパス管２３によって接続されている。主熱交換器１１ａには、過熱を検出する過熱センサ２８が設けられている。
【００２０】
副熱交換器１１ｂで発生するドレンを回収するために、ドレン受け部３０と、ドレン受け部３０に滴下したドレンを中和器３２に導くドレン管３１とが設けられている。
【００２１】
また、給湯装置の作動を制御するコントローラ５０が設けられ、コントローラ５０には、給湯装置を遠隔操作するためのリモコン２が接続されている。
【００２２】
コントローラ５０は、図示しないＣＰＵ、メモリ、各種インターフェース回路等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持された給湯装置の制御用プログラムをＣＰＵで実行することによって、給湯制御部５１、及び必要加熱力（後述するＧＦＦ）履歴保持部５２として機能する。
【００２３】
コントローラ５０には、流量センサ２５の流量検出信号、給水温度センサ２９の温度検出信号、給湯温度センサ２７の温度検出信号、過熱センサ２８の温度検出信号、及びフレームロッド１３の炎検出信号が入力される。
【００２４】
また、コントローラ５０から出力される制御信号により、ファン１６、ガス元弁４１、ガス比例弁４２、能力切替弁（小）４４、能力切替弁（中）４６、イグナイタ１５、及び水量サーボ弁２６の作動が制御される。
【００２５】
さらに、コントローラ５０は、リモコン２との間でデータ通信を行って、リモコン２に備えられたスイッチの操作状況を認識する。また、リモコン２の表示器の表示内容を制御する。
【００２６】
［２．給湯運転］
給湯制御部５１は、給湯管２１から供給される湯の温度が目標給湯温度（リモコン２により設定される）となるように、バーナ１２の燃焼量と給水管２０の通水流量を制御する給湯運転を実行する。
【００２７】
具体的には、コントローラ５０は、流量センサ２５により下限流量以上の通水が検出されたときにバーナ１２に点火し、給湯管２１から供給される湯の温度が目標給湯温度となるように、バーナ１２の目標燃焼量（本発明の目標加熱力に相当する）を決定する。また、給湯制御部５１は、バーナ１２の燃焼量を最大にしても、目標給湯温度の湯が得られないときには、水量サーボ弁２６により給水管２０の通水流量を減少させる。
【００２８】
そして、給湯制御部５１は、ファン１６に供給する電力を調節して、ファン１６の回転速度を目標燃焼量に応じた目標回転速度に制御する。また、給湯制御部５１は、バーナ１２の能力を、能力切替弁（小）４４を開弁して能力切替弁（中）４６を閉弁することで、小バーナブロック１２ａのみを燃焼させる「能力小」、能力切替弁（中）４６を開弁して能力切替弁（小）４４を閉弁することで、中バーナブロック１２ｂのみを燃焼させる「能力中」、及び能力切替弁（小）４４と能力切替弁（中）４６を共に開弁することで、小バーナブロック１２ａと中バーナブロック１２ｂの双方を燃焼させる「能力大」の３段階に切り替える。
【００２９】
次に、給湯制御部５１により実行されるＦＦ（フィードフォワード）制御による給湯運転について、図２に示したフローチャートに従って説明する。給湯制御部５１は、図２に示したフローチャートによる処理を所定の制御周期毎に繰り返し実行して、給湯運転を行う。
【００３０】
給湯制御部５１は、ＳＴＥＰ１で、今回の制御周期（実行中の制御周期）における必要加熱力ＱＦＦ(t)を、以下の式（１）により算出する。必要加熱力ＱＦＦ(t)は、目標給湯温度Ｔcomの湯を得るために必要なバーナ１２の加熱力（理論値）である。
【００３１】
【数１】
2018084360.tif 000003
【００３２】
但し、ＱＦＦ(t)：必要加熱力、ｔは制御周期の時点を示す。ｔは今回の制御周期、ｔ−１は前回、ｔ−２は前々回、…ｔ−ｎはｎ回前の制御周期を示す。Ｔcom：目標給湯温度（リモコン２により設定される）、Ｔw：給水温度（給水温度センサ２９による検出温度）、Ｆw：給水流量（流量センサ２５による検出流量）。
【００３３】
続くＳＴＥＰ２で、給湯制御部５１は、以下の式（２）により、直近の過去１０回分の制御周期（ｔ−１，ｔ−２，…，ｔ−１０）で算出された必要加熱力（ＱＦＦ(t-1)，ＱＦＦ(t-2)，…，ＱＦＦ(t-10)）の平均値ＱＦＦ_avを算出する。
【００３４】
【数２】
2018084360.tif 000004
【００３５】
但し、ＱＦＦ_av：直近の過去１０回分の制御周期で算出された必要加熱力の平均値。
【００３６】
このように、必要加熱力の平均値ＱＦＦ_avを算出するために、必要加熱力履歴保持部５２は、図３Ａに示したように、配列変数ＡＲ[0]，ＡＲ[1]，…，ＡＲ[9]に、１回前、２回前、…、１０回前の制御周期で算出された必要加熱力ＱＦＦ(t-1)，ＱＦＦ(t-2)，…，ＱＦＦ(t-10)を、それぞれ対応させて保持する。
【００３７】
続くＳＴＥＰ３は必要加熱力履歴保持部５２による処理である。必要加熱力履歴保持部５２は、図３Ｂに示したように、ＡＲ[9]に保持された１０回前の制御周期における必要加熱力ＱＦＦ(t-10)のデータを廃棄し、ＡＲ[0]〜ＡＲ[8]に保持されたデータをＡＲ[1]〜ＡＲ[9]にシフトする。そして、ＳＴＥＰ１で算出された今回の制御周期での必要加熱力ＱＦＦ(t)のデータをＡＲ[0]に保持する。
【００３８】
次のＳＴＥＰ４で、給湯制御部５１は、必要加熱力履歴保持部５２により保持された配列変数ＡＲ[0]，ＡＲ[1]，…，ＡＲ[9]の情報に基づいて、以下の式（３）により必要加熱力の補正値ＱＣを算出し、以下の式（４）により補正必要加熱力ＱＦＦ_cを算出する。
【００３９】
【数３】
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【００４０】
但し、ＱＣ：必要加熱力の補正値、Ｋ：補正係数（実験、コンピュータシミュレーション等により決定される）。
【００４１】
【数４】
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【００４２】
必要加熱力の補正値ＱＣは、目標給湯温度に対する出湯温度のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するための補正値であり、直近の過去１０回分の制御周期における必要加熱力ＱＦＦの平均値ＱＦＦ_avと今回の制御周期における必要加熱力ＱＦＦ(t)との差（本発明の相違に相当する）が大きい程、補正値ＱＣが大きくなる。
【００４３】
続くＳＴＥＰ６で、給湯制御部５１は、補正必要加熱力ＱＦＦ_cが最小加熱力閾値Ｑmin以上であるか否かを判断する。ここで、最小加熱力閾値Ｑminは、バーナ１２の最小加熱力（最小燃焼量による加熱力）に基づいて、最小加熱力に余裕分を加えた値に設定される。
【００４４】
そして、補正必要加熱力ＱＦＦ_cが最小加熱力閾値Ｑmin以上であるときはＳＴＥＰ７に進み、給湯制御部５１は、補正必要加熱力ＱＦＦ_cを、今回の制御周期における目標加熱力ＱＦＦ_cmdとする。一方、補正必要加熱力ＱＦＦ_cが最小加熱力閾値Ｑmin未満であるときには、ＳＴＥＰ１０に分岐する。
【００４５】
なお、補正必要加熱力ＱＦＦ_cを目標加熱力ＱＦＦ_cmdとして、バーナ１２の火力を制御したときに、給湯温度センサ２７により検出される給湯管２１から供給される湯の温度（実給湯温度）と目標給湯温度との差が所定レベル以上となるときに、給湯制御部５１は、この差が減少するように目標加熱力ＱＦＦ_cmdを補正する。この場合は、補正後の目標加熱力ＱＦＦ_cmdが、本発明の目標加熱力となる。
【００４６】
ここで、補正必要加熱力ＱＦＦ_cが最小加熱力閾値Ｑmin未満であるときには、バーナ１２の火力を最小にしても、給湯管２１からの給湯温度が目標給湯温度を超えるオーバーシュート状態となる可能性が高い。そこで、給湯制御部５１は、ＳＴＥＰ１０で、今回の制御周期における目標加熱力ＱＦＦ_cmdをゼロ（バーナ１２の燃焼を停止）にする。
【００４７】
これにより、給湯制御部５１は、今回の制御周期においてバーナ１２を消火状態とする。この場合、熱交換器１１を流通する水は、余熱のみよって加熱されることになるため、熱交換器１１から給湯管２１に供給される湯の温度の上昇が抑えられるため、目標給湯温度に対する出湯温度のオーバーシュートを抑制することができる。
【００４８】
また、バーナ１２が消火状態であるため、熱交換器１１内を流通する水によって熱交換器１１が冷却され、熱交換器１１の余熱が次第に減少する。そして、給湯制御部５１は、図２のフローチャートによる処理を繰り返し実行するため、ＳＴＥＰ６で今回の制御周期における補正必要加熱力ＱＦＦ_cが最小加熱力閾値Ｑmin以上となるまで、配列変数ＡＲには、ＳＴＥＰ１で算出される必要加熱力ＱＦＦ(t)が、順次保持されてゆき、ＳＴＥＰ２で算出される必要加熱力平均値ＱＦＦ_avが、今回の制御周期における必要加熱力ＱＦＦ(t)に近づいてゆく。
【００４９】
そして、時間の経過により、熱交換器１１の余熱が減少して、オーバーシュートが生じる可能性がある程度低下したタイミングで、ＳＴＥＰ６において補正必要加熱力ＱＦＦ_cが最小加熱力閾値Ｑmin以上となる。これにより、給湯制御部５１は、バーナ１２に点火してバーナ１２による熱交換器１１の加熱を再開し、給湯温度のオーバーシュートを抑制して給湯運転を継続することができる。
【００５０】
［３．他の実施形態］
上記実施形態では、本発明の流水加熱部として、燃料ガスを熱源とするバーナ１２と熱交換器１１からなる構成を示したが、本発明の流水加熱部はこの構成に限られず、石油バーナや電気ヒータ等を用いた構成であってもよい。
【００５１】
上記実施形態では、必要加熱力の補正値ＱＣを、上記式（３）により算出したが、他の方法により算出してもよい。例えば、今回の制御周期における必要加熱力ＱＦＦ(t)及び直近の過去所定回の制御周期における必要加熱力の平均値ＱＦＦ_avに対して、最適な補正値ＱＣを実験データ等に基づいて求めて、ＱＦＦ(t)及びＱＦＦ_avに対してＱＣを設定するマップを作製し、このマップを用いてＱＣを算出するようにしてもよい。
【００５２】
上記実施形態において、給湯制御部５１は、上記式（２）により、直近の過去１０回分の制御周期で算出した必要加熱力ＧＦＦの平均値を求めたが、１０回以下あるいは１０回以上の前回以前の過去の制御周期で算出した必要加熱力ＧＦＦの平均値を求めてもよい。また、連続する制御周期ではなく、例えば２周期毎の制御周期で算出した必要加熱力ＧＦＦの平均値を求めてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…（給湯装置の）筐体、２…リモコン、１１…熱交換器、１２…バーナ、２０…給水管、２１…給湯管、２５…流量センサ、２７…給湯温度センサ、２９…給水温度センサ、５０…コントローラ、５１…給湯制御部、５２…必要加熱力履歴保持部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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