(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管が底部に連結され、給水と加熱された湯水とを貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクの底部から送出された水を加熱する加熱源と、加熱源と貯湯タンクを接続し加熱された湯を貯湯タンクに送湯する送湯配管と、貯湯タンクに貯留された高温湯又は中温湯を出湯する出湯配管とを備えた給湯システムにおいて、出湯配管からの湯水と給水管からの水を混合する混合弁と、混合弁に接続されて混合湯を送湯する混合送湯配管と、混合送湯配管に配設されて混合湯の湯温を測定する温度センサーと、温度センサーからの情報を取得して混合弁の制御を行う制御部とを備え、制御部は、混合湯の湯温が所定の値上昇した際に、湯温の低下速度が所定の値になるまで混合弁を水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行うことを特徴とする給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電動混合弁を用いて湯水混合制御を行うことができる給湯システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒートポンプにより水を沸かし、貯湯タンクに溜めた湯をカランや食洗機等の湯使用端末に供給する給湯システムが知られている。この給湯システムは、ヒートポンプ回路で加熱された湯水を貯湯タンクに貯湯し、その貯湯された湯水を出湯管より取り出し給水管から供給される水と混合して所定の湯温に調節して給湯端末等の負荷側に供給するものであり、複数の混合弁を制御することによって実現している。
【０００３】
具体的に混合弁を制御する場合、その制御方法によって種々の課題を有している。例えば、手洗いなどの給湯中（混合出湯）に別系統（高温出湯）からの給湯が行われると、給湯圧力の低下により、手洗いの給湯温度が低下する。逆に別系統からの給湯が止められると、給湯圧力の上昇により、手洗いの給湯温度は上昇する。急激な給湯温度の上昇が発生すると手洗いなどを行っている使用者に火傷の恐れがあり危険である。
【０００４】
そこで、従来から、特開２００６−３４３０３２号公報（特許文献１）に示されるように、例えば、風呂の湯張り機能のようなボタン入力などにより、複数の利用側混合弁の単独使用から複数の同時使用になったときの過渡的な湯温変動を予め予測して所定量だけ補正する、いわゆるフィードフォワード制御を行うことで、使用形態が変化する場合の過渡的な変動を抑え、安定した負荷側への湯温供給を行うことができることが知られている。
【特許文献１】特開２００６−３４３０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来例では、予め設定された動作が行われた場合に、外乱の発生を予測して温度変動を抑えるためのフィードフォワード制御を行うものであって、予測できない外乱が発生した場合には、フィードフォワード制御を行うことができず、温度変動を適切に抑制できないという問題があった。
【０００６】
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その目的は、予測不可能な外乱要因に対応して、給湯温度の上昇を最小限に抑えることができる給湯システムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、給水管が底部に連結され、給水と加熱された湯水とを貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクの底部から送出された水を加熱する加熱源と、加熱源と貯湯タンクを接続し加熱された湯を貯湯タンクに送湯する送湯配管と、貯湯タンクに貯留された高温湯又は中温湯を出湯する出湯配管とを備えた給湯システムにおいて、出湯配管からの湯水と給水管からの水を混合する混合弁と、混合弁に接続されて混合湯を送湯する混合送湯配管と、混合送湯配管に配設されて混合湯の湯温を測定する温度センサーと、温度センサーからの情報を取得して混合弁の制御を行う制御部とを備え、制御部は、混合湯の湯温が所定の値上昇した際に、湯温の低下速度が所定の値になるまで混合弁を水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本願請求項１記載の発明の給湯システムにおいては、混合送湯配管に配設されて混合湯の湯温を測定する温度センサーと、温度センサーからの情報を取得して混合弁の制御を行う制御部とを備え、制御部は、混合湯の湯温が所定の値上昇した際に、湯温の低下速度が所定の値になるまで混合弁を水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行うので、上昇した湯温をもとの湯温に戻す制御を実行する場合において、湯温がアンダーシュートすることのない混合弁の駆動時間を予め設定しておくことができる。このことによって、予測できない外乱によって湯温が上昇した場合においても、すぐにもとの湯温に戻すことができるので、予測不可能な外乱要因に対応して、給湯温度の上昇を最小限に抑えることができ、安定した湯温を提供することが可能となる。また、複雑なフィードバック制御やフィードフォワード制御が不要であり、制御部を簡易なものとすることができ、コスト削減が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜図３は、本願発明の第１の実施形態である給湯システムを示している。図１に示すように、給湯システム１は、給水管５が底部に連結され、給水と加熱された湯水とを貯留する貯湯タンク２と、貯湯タンク２の底部から送出された水を加熱する加熱源３と、加熱源３と貯湯タンク２を接続し加熱された湯を貯湯タンク２に送湯する送湯配管５１ｂと、貯湯タンク２に貯留された高温湯を出湯する出湯配管である高温湯出湯配管５２ａと、中温湯を出湯する出湯配管である中温湯出湯配管５２ｂとを備え、出湯配管である高温湯出湯配管５２ａ又は中温湯出湯配管５２ｂからの湯水と給水管５からの水を混合する混合弁６ｅと、混合弁６ｅに接続されて混合湯を送湯する混合送湯配管５４と、混合送湯配管５４に配設されて混合湯の湯温を測定する温度センサー８と、温度センサー８からの情報を取得して混合弁６ｅの制御を行う制御部４とを備え、制御部４は、混合湯の湯温が所定の値上昇した際に、湯温の低下速度が所定の値になるまで混合弁６ｅを水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行うものである。
【００１０】
以下、この実施形態の給湯システムをより具体的詳細に説明する。図１に示すように、給湯システム１は、給水と加熱された湯を貯湯する貯湯タンク２及び増設タンク２１ａ、２１ｂと、給水を加熱するヒートポンプである加熱源３と給湯システム１全体を制御する制御部４とを備えている。貯湯タンク２は、底部において給水管５と繋がり、給水を受けて水を貯留する。加熱源３は貯湯タンク２の底部と配管５１ａによって繋がっており、内蔵する送湯ポンプによって、貯湯タンク２の底部の水を吸引して加熱する。加熱源３の湯取り出し口は配管５１ｂにより、切り替え弁６ａに繋がっている。切り替え弁６ａは、加熱源３からの湯の送湯先を貯湯タンク２の中層部に繋がる配管５１ｃと、高温湯出湯配管５２ａに繋がる配管５１ｄに切り替える。高温湯出湯配管５２ａの一端は切り替え弁６ｂに繋がり、切り替え弁６ｂは高温湯出湯配管５２ａからの湯の送湯先を貯湯タンク２の頂部と、増設タンク２１ａの頂部とに切り替える。そして、増設タンク２１ａの底部と増設タンク２１ｂの頂部とは、配管５１ｆによって繋がっており、増設タンク２１ｂの底部は、配管５１ｇ、５１ａを介して、加熱源３と繋がっている。
【００１１】
高温湯出湯配管５２ａの他端は、高温出湯口に繋がると共に、途中において戻し配管５３と繋がっている。戻し配管５３は、配管中に送湯ポンプ７と止水弁６ｃとを有しており、配管５１ｃを介して貯湯タンク２の中層部に繋がっている。貯湯タンク２の中層部には中温湯出湯配管５２ｂが接続されており、中温湯出湯配管５２ｂは切り替え弁６ｄに繋がっている。切り替え弁６ｄは、高温湯出湯配管５２ａから分岐した配管５１ｈとも繋がっており、貯湯タンク２の頂部からの高温湯と、中層部からの中温湯とを切り替えて混合弁６ｅに送湯する。混合弁６ｅは、切り替え弁６ｄからの配管と、給水管５から分岐した配管５１とに繋がっており、切り替え弁６ｄからの湯と配管５１からの給水とを混合して中温出湯口へ送湯する。
【００１２】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る給湯システム１の動作ついて図面を参照して説明する。図２は、湯の沸上げ時の動作を示す。制御部４は、貯湯タンク２の水を高温に沸上げるときは、切り替え弁６ａを貯湯タンク２の頂部側（配管５１ｄ）に切り替え、切り替え弁６ｂを貯湯タンク２側に切り替える。制御部４は、加熱源３の送湯ポンプを駆動させ、貯湯タンク２の底部の水を加熱源３に吸引し、加熱した湯を配管５１ｂにより切り替え弁６ａへ送る。送られた湯は、切り替え弁６ａを介して配管５１ｄに流れ、高温湯出湯配管５２ａを通り、切り替え弁６ｂを介して貯湯タンク２の頂部へ送られる（矢印Ａ、Ｂ、Ｃ）。
【００１３】
増設タンク２１ａ、２１ｂの水を高温に沸上げるときは、制御部４は、切り替え弁６ａを貯湯タンク２の頂部側（配管５１ｄ側）に切り替え、切り替え弁６ｂを増設タンク２１ａ側（配管５１ｅ）に切り替える。制御部４は、加熱源３の送湯ポンプを駆動させ、増設タンク２１ｂの底部の水を加熱源３に吸引し、加熱した湯を配管５１ｂにより切り替え弁６ａへ送る。送られた湯は、切り替え弁６ａを介して配管５１ｄに流れ、高温湯出湯配管５２ａを通り、切り替え弁６ｂを介して配管５１ｅを通り、増設タンク２１ａの頂部へ送られ、増設タンク２１ａ、２１ｂに送湯される（矢印Ｇ、Ｂ、Ｅ、Ｆ）。
【００１４】
高温に沸上げた湯を貯湯タンク２と増設タンク２１ａ、２１ｂのいずれかに適宜切り替えて送湯することにより、常に、中温湯の領域を中温湯出湯配管５２ｂを中層部に有する貯湯タンク２の中層部に確保することができるので、中温湯の出湯配管を増設タンク２１ａ、２１ｂに設ける必要がなくなる。
【００１５】
貯湯タンク２の水を中温に沸上げるときは、制御部４は、切り替え弁６ａを貯湯タンク
２の中層部側（配管５１ｃ側）に切り替える。制御部４は、加熱した湯を切り替え弁６ａ
を介して、配管５１ｃへ流し、貯湯タンク２の中層部に送湯する（矢印Ａ、Ｄ）。中温湯
を高温水と給水とを混合して作るのでなく、中温に沸上げるので、エネルギー効率を高め
ることができる。
【００１６】
図３は、出湯時の動作を示す。貯湯タンク２の高温湯を出湯するときは、制御部４は、切り替え弁６ｂを貯湯タンク２側に切り替える。高温出湯口が開かれると、給水圧により、給水が給水管５から貯湯タンク２の底部に入り、貯湯タンク２の頂部の高温湯が、切り替え弁６ｂを介して高温湯出湯配管５２ａを通り、高温出湯口へ送湯される（矢印Ｈ、Ｉ、Ｊ）。増設タンク２１ａ、２１ｂの高温湯を出湯するときは、制御部４は、切り替え弁６ｂを増設タンク２１ａ側に切り替える。高温出湯口が開栓されると、給水圧により、給水が給水管５から貯湯タンク２の底部に入り、配管５１ａ、５１ｇを通って増設タンク２１ｂの底部に入る。増設タンク２１ｂの頂部と増設タンク２１ａの底部が配管５１ｆによって連結されているので、給水圧によって増設タンク２１ａの頂部の高温湯が配管５１ｅを通り、切り替え弁６ｂを介して高温湯出湯配管５２ａを通って高温出湯口へ送られる（矢印Ｈ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｊ）。
【００１７】
中温湯を出湯するときは、制御部４は、貯湯タンク２に中温湯がある場合には、切り替え弁６ｄを中温湯出湯配管５２ｂ側に切り替える。また、制御部４は、切り替え弁６ｂを増設タンク２１ａ側に切り替えて、貯湯タンク２の頂部からの出湯を止める。中温出湯口が開栓されると、給水圧により、給水が給水管５から貯湯タンク２の底部に入り、貯湯タンク２の中層部の中温湯が中温湯出湯配管５２ｂへ送られ、切り替え弁６ｄを介して混合弁６ｅへ送られる。制御部４は、中温湯出湯配管５２ｂからの中温湯と、給水管５から分岐した配管５１からの給水とを混合弁６ｅによって混合し、中温出湯口へ送湯する（矢印Ｈ、Ｎ、Ｏ。Ｐ、Ｏ）。
【００１８】
制御部４は、貯湯タンク２に中温湯がない場合には、貯湯タンク２又は増設タンク２１ａの高温湯と給水とを混合弁６ｅにおいて混合して出湯する。貯湯タンク２の高温湯と給水とを混合する場合は、制御部４は、切り替え弁６ｄを配管５１ｈ側に切り替え、切り替え弁６ｂを貯湯タンク２に切り替える。中温出湯口が開栓されると、給水圧により、貯湯タンク２の頂部の高温湯が、切り替え弁６ｂを介して高温湯出湯配管５２ａ、配管５１ｈへ送られ、切り替え弁６ｄを介して混合弁６ｅへ送られ、混合弁６ｅによって給水と混合されて中温出湯口へ送湯される（矢印Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｑ、Ｏ。Ｐ、Ｏ）。増設タンク２１ａの高温湯と給水とを混合する場合は、制御部４は、切り替え弁６ｄを配管５１ｈ側に切り替え、切り替え弁６ｂを増設タンク２１ａ側に切り替えて、出湯する（矢印Ｈ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｊ、Ｑ、Ｏ。Ｐ、Ｏ）。
【００１９】
さらに、制御部４は、混合弁６ｅに接続され中温出湯口へ混合湯を送湯する混合送湯配管５４に配設されて混合送湯配管５４の送湯温度を測定する温度センサー８と電気的に接続されており、混合送湯配管５４の送湯温度の情報を常時又は定期的に取得することができる。また、制御部４は、メモリ部９と接続されており、メモリ部９には、予め送湯温度の所定の変化値と、この変化値に対応した所定の湯温低下速度の値とが保存されている。制御部４は、メモリ部９よりこの変化値及び低下速度の値を取得して混合弁６ｅの制御に用いることができる。
【００２０】
制御部４は、温度センサー８より取得した混合送湯配管５４の送湯温度が、メモリ部９に保存されている所定の変化値だけ上昇した場合に、混合弁６ｅを水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行う。その後も、制御部４は、湯温を検出し続けて湯温の低下速度を算出することができる。
【００２１】
例えば、メモリ部９に、混合送湯配管５ｒの送湯温度が１℃上昇した場合に対応する湯温低下速度として、３０ｍｓで０．７℃の低下である値が保存されている場合、温度センサー８によって、混合送湯配管５ｒの送湯温度の１℃上昇が検知されると、制御部４は、混合弁６ｅを水の混合比率を上げる方向へ駆動していき、その後の温度センサー８によって検出した湯温変化をもとに算出した湯温低下速度が３０ｍｓで０．７℃の低下となった時点で、混合弁６ｅの駆動を停止する。このように、送湯温度をもとの湯温（１℃上昇する前の湯温）に戻すために、水の混合比率を上げるために混合弁６ｅを駆動させるが、湯温がアンダーシュートすることのない湯温の低下速度の値を予めメモリ部９に設定しておくことによって、予測できない外乱によって湯温が上昇した場合においても、すぐにもとの湯温に戻すことができるので、安定した湯温を提供することが可能となる。
【００２２】
したがって、混合送湯配管５ｒに配設されて混合湯の湯温を測定する温度センサー８と、温度センサー８からの情報を取得して混合弁６ｅの制御を行う制御部４とを備え、制御部４は、混合湯の湯温が所定の値上昇した際に、湯温の低下速度が所定の値になるまで混合弁６ｅを水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行うので、上昇した湯温をもとの湯温に戻す制御を実行する場合において、湯温がアンダーシュートすることのない混合弁６ｅの駆動時間を予め設定しておくことができる。このことによって、予測できない外乱によって湯温が上昇した場合においても、すぐにもとの湯温に戻すことができるので、予測不可能な外乱要因に対応して、給湯温度の上昇を最小限に抑えることができ、安定した湯温を提供することが可能となる。また、複雑なフィードバック制御やフィードフォワード制御が不要であり、制御部４を簡易なものとすることができ、コスト削減が可能である。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限らず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。上記実施形態では、貯湯タンク２より、適宜、高温湯又は中温湯を送湯して、給水管５からの水と混合弁６ｅにより混合して混合出湯口へ混合湯を供給する例を示したが、特にこの構成に限定されるものではなく、例えば、貯湯タンク２より高温湯のみを送湯して給水管５からの水と混合弁６ｅにより混合して混合湯を供給する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本願発明の実施形態である給湯システムの構成図である。
【図２】同給湯システムにおける沸上げ動作の説明図である。
【図３】同給湯システムにおける出湯動作の説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  給湯システム
２  貯湯タンク
３  加熱源
４  制御部
５  給水管
５１ｂ  送湯配管
５２ａ  高温湯出湯配管
５２ｂ  中温湯出湯配管
５４  混合送湯配管
６ｅ  混合弁
８  温度センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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