JP3754502B2 - 給湯器付き風呂釜 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス、石油等を燃料とする給湯器付き風呂釜に関し、特に残水量の演算をより正確に行うことができる給湯器付き風呂釜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の給湯器付き風呂釜では、風呂用のバーナーに風呂用の電磁弁を接続し、給湯用のバーナーに給湯用の電磁弁を接続し、両電磁弁に共通に比例弁を接続して、元ガス電磁弁からのガス量を制御している。このように、比較的能力の大きい比例弁を共通に設けることでコストダウンを図ることができると同時に、比例弁の比例制御を利用して所望の温度の給湯を可能にすることができる。また、比例弁のガバナー機能を利用して一定の圧力のガスを風呂バーナーに供給することもできる。
【０００３】
一方、近年においては、給湯器付き風呂釜の多機能化に伴い、設定温度の湯を設定水位まで注湯する自動湯はり機能を持つものが販売されている。このような機能を実現するためには、浴槽に残っている水量を検知した上で残りの水量を演算して注湯する必要がある。その場合、コストアップにつながる圧力センサー等を使用することなく、浴槽の水位、即ち浴槽内の残水量を測定する方法として、風呂バーナーからの追焚を行い残水の温度が所定温度上昇した時の投入熱量を測定し、風呂釜のシステム効率などを参照して演算することが提案されている。
【０００４】
かかる演算式は、
残水量（Ｑｚ）＝（Ｉ×Δｔ）×η／（ΔＴ×ｃ）
Ｑｚ：残水量（リットル） η ：システム効率
Ｉ ：燃焼量（Ｋｃａｌ／ｈ） ΔＴ：上昇温度（℃）
Δｔ：追焚時間（ｈ） ｃ ：水の比熱（Kcal／リットル・℃）
Ｉ×Δｔ：投入熱量
である。
【０００５】
従って、従来の残水量の測定では、一定温度（ΔＴ）上昇するまでの時間（Δｔ）を測定するか、或いは一定時間（Δｔ）の間に上昇する温度（ΔＴ）を測定するかの何れかの方法で行うことができる。そして、上記演算式にあるシステム効率は、風呂バーナーから投入される熱量に対する湯に供給される熱量の割合であり、通常は７５−８０％程度であるが、従来は、製品毎に決められた値が工場出荷の時点で制御部のメモリに画一的に記憶されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このシステム効率は様々な要因で変動するという問題がある。
【０００７】
図５は、浴槽に所定量の残水がある状態から、追焚運転を行ないながら、湯温の温度上昇毎に残水量を演算した図表である。工場出荷時に画一的に決められたシステム効率の７７％を使用して演算すると、演算時の湯温である終了温度によって残水量が異なることが判明した。この理由は必ずしも明確ではないが、風呂用の熱交換器への戻り湯の温度によって、その燃焼効率が異なることが原因の一つと考えられる。尚、図５に示したデータは、所定時間の追焚運転を行い、熱交換器や配管系が十分温まった状態から得たものである。
【０００８】
また、追焚の開始温度によっても画一的なシテスム効率を使用して残水量を演算すると同様に残水量が異なることも本発明者は実験により知得している。即ち、両方のデータから経験的に判明したことは、熱交換器に循環される湯温の温度によってシステム効率が異なることと思われる。
【０００９】
第二に、熱交換器の経年変化によっても熱交換器自体の効率が変化し、従ってシステム効率も異なる。一般には、使用年数が多くなる程効率が低下することが知られている。
【００１０】
第三に、ガス種が同じで比例弁の開度が同じであっても、実際には単位時間当たりの燃焼量Ｉにばらつきがあることも知られている。かかる燃焼量のばらつきは、例えば、風呂釜が設置される地域や使用される時間帯等に依存することも知られている。
【００１１】
従って、上記の如く様々な要因で変化するシステム効率を予め予測、または学習しておくだけでは、時々刻々変化するシステム効率に対応して正確な残水量演算を行なうことは限界がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、システム効率が時々刻々変化する場合でも、その都度システム効率を一旦求め、その効率を利用して残水量の演算を行なうことで、より正確な残水量の演算を行なうことができる給湯器付き風呂釜を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によれば、風呂熱交換器と、該風呂熱交換器に熱量を投入する風呂用熱量投入手段と、給湯熱交換器と、該給湯熱交換器に熱量を投入する給湯用熱量投入手段とを有し、往き管と戻り管を介して浴槽に接続される給湯器付き風呂釜であって、
前記風呂用熱量投入手段から熱量を投入して該浴槽内の残水の温度を上昇させ、残水の上昇温度とその間の投入熱量及びシステム効率から残水量を演算するに際して、該風呂熱交換器の入水温度と出水温度、循環流量及び投入される熱量から求めたシステム効率を利用して当該残水量演算を行なう制御装置を設けたことを特徴とする給湯器付き風呂釜を提供することにより達成される。
【００１４】
即ち、残水量演算を行なう時の風呂熱交換器の入水と出水温度、循環流量、投入熱量からその時の効率を求め、その効率を利用して投入熱量と上昇温度から残水量を求めるようにする。こうすることで、種々の要因により効率が変動しても、演算時の実際の効率を基に演算を行なうことができるので、より正確な残水量を求めることができる。
【００１５】
この循環流量は、例えば、風呂釜が設置された後に、前記制御装置は、追焚運転を行なって該風呂熱交換器の入水温度と出水温度、投入される熱量及び所定の効率から前記循環流量を求めることができる。また、該風呂熱交換器と浴槽とを結ぶ循環路内に循環流量を検出する水量センサを設け、前記残水量演算時に該水量センサから検出される循環流量を利用することもできる。
【００１６】
上記の目的は、更に本発明によれば、風呂熱交換器と、該風呂熱交換器に熱量を投入する風呂用熱量投入手段と、給湯熱交換器と、該給湯熱交換器に熱量を投入する給湯用熱量投入手段とを有し、往き管と戻り管を介して浴槽に接続される給湯器付き風呂釜であって、
前記風呂用熱量投入手段から熱量を投入して該浴槽内の残水の温度を上昇させ、残水の上昇温度とその間の投入熱量及びシステム効率から残水量を演算するに際して、追焚開始時の該風呂熱交換器の入水温度と出水温度の差を基準にしてそれ以降の該温度差に従ってシステム効率を補正し、該補正されたシステム効率を利用して当該残水量演算を行なう制御装置を設けたことを特徴とする給湯器付き風呂釜を提供することにより達成される。
【００１７】
即ち、追焚中に循環する湯温度に応じてダイナミックに変動する効率に対応する為に、熱交換器の入りと出の温度差を監視し、その温度差に従って効率に補正を加えることで、より正確な残水量を求めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲はその実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［実施の形態の全体構成］
図１は、本発明の実施の形態の給湯器付き風呂釜の全体構成図である。給湯器付き風呂釜１００には、風呂燃焼室１と給湯燃焼室２とが設けられている。それぞれの燃焼室には、風呂熱交換器１０と給湯熱交換器２０が設けられている。さらに燃焼室には、熱量投入手段としての風呂バーナー１１と給湯バーナー２１（図１では３口設けられている。）、風呂イグナイター１３と給湯イグナイター２３、風呂フレームロッド１４と給湯フレームロッド２４が設けられている。また両燃焼室１、２に対して共通の燃焼ファン３０が設けられており、それぞれで燃焼した空気は排気口を通じて排気される。
【００２０】
風呂バーナー１１、給湯バーナー２１へのガスの供給をオン・オフ制御する風呂電磁弁１２、給湯電磁弁２２が設けられ、それらの電磁弁１２、２２に対して共通に比例弁３１、元ガス電磁弁３２が設けられている。これらの電磁弁や比例弁、イグナイター、フレームロッド、燃焼ファン、更に後述する各種センサー等は、電送基板４１に搭載されるマイクロコンピュータ等の制御装置により制御される。また、制御装置は浴室や台所のリモコン４０に接続され、メモリに記憶されたプログラムに従って操作信号を受信し制御信号を出力する。
【００２１】
給湯器側の動作の概略は以下の通りである。まず、給湯栓が開かれると水量センサー２５が給水２８の流量を感知し、燃焼ファン３０によるプリパージの後、給湯イグナイター２３の放電と共に元ガス電磁弁３２、比例弁３１、給湯電磁弁２２が開き、所定温度の湯が給湯口２９から供給される。給湯温度を設定温度に保つために、入水サーミスタ２６、出湯サーミスタ２７及び水量センサー２５の出力から演算された値に比例弁３１の電磁弁駆動電流が制御される。
【００２２】
一方、風呂側では、元ガス電磁弁３２、比例弁３１、風呂電磁弁１２を開くことで、風呂バーナー１１を燃焼させ、循環ポンプ１７により浴槽内（図示せず）の湯を循環させながら追焚運転を行っている。また、自動湯はり運転では、給湯側の燃焼で得られた湯を注湯電磁弁３４を開くことで風呂側の循環通路に供給し、設定した温度の設定した量の注湯を浴槽に行い、その後必要に応じて風呂側の燃焼により設定温度まで追焚運転を行っている。尚、１８、１９は浴槽４３までの往管と戻り管であり、浴槽には循環金具４４により取り付けられる。
【００２３】
また、風呂側の循環回路内には、熱交換器１０に入る湯温度を測定する風呂入サーミスタ１６とそれから出る湯温度を測定する風呂出力サーミスタ４７とが設けられ、また循環流量を測定するための風呂水量センサ４８が更に追加される場合もある。
【００２４】
図２は、上記の風呂釜の電装基板４１上に搭載されるマイクロコンピュータ等からなる制御装置４５と各種センサー、駆動弁の関係を示すブロック図である。電装基板４１上には、制御装置４５の他に記憶装置４６としてＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等が搭載され、システム効率等の記憶が行われる。
【００２５】
［第一の実施の形態例］
上記した給湯器付き風呂釜において、自動湯はり運転がリモコンから指令されると、先ず浴槽４３内に循環金具４４を越える残水があるかいなかの判定がなされる。この判定は、循環回路内の循環ポンプ１７を作動させて風呂水流スイッチ１５が残水の循環を感知するか否かにより行なわれる。そして、循環金具４４を越える残水を検知すると、本発明の対象である残水量の演算を行なって、設定水量まで注湯を行なうことで、上記の自動湯はり運転を終了する。
【００２６】
図３は、残水量の演算を行なう度に行なわれる効率ηを求める方法を説明する図である。従来、循環する湯温度、熱交換器の経年変化及びガス種等により効率ηが変化していた問題点を解決する為に、この実施の形態では、図３に示される通り、比例弁３１の開度とガス種から演算により求められる燃焼量Ｉ（Kcal/h）、循環流量Ｖ及び風呂熱交換器１０の入りと出の温度Ｔin，Ｔout から効率ηを残水量の演算を行なう毎に演算により求める。図３中の演算式のＣは水の比熱である。
【００２７】
循環流量Ｖは、風呂釜が設置された後に行なわれる追焚運転時に、図３中に示した演算式に工場出荷時の効率を利用して求めることができる。設置直後に行なわれる学習運転時にかかる演算を行なうことが好ましい。設置後に上記演算をすることで設置環境に応じた循環流量Ｖを得ることができる。
【００２８】
そして、その後通常運転時の残水量演算工程時には、その循環流量Ｖを利用して経年変化やガスの成分の変化等に対応した適正な効率ηを求めることができる。循環流量Ｖ自体は、循環湯温度、熱交換器の経年変化、ガスの成分等によって殆ど変動しないので、最初に求めた循環流量Ｖを利用することでほとんど問題はない。
【００２９】
図１で示した通り、循環路内に風呂水量センサ４８を設ける場合には、残水量の演算時にその都度循環流量Ｖを求めることができる。その場合は、循環流量Ｖ自体もより正確に得ることができる。
【００３０】
図４は、上記の風呂水量センサ４８を利用しない場合で、風呂釜設置後に循環流量Ｖを求める場合についての残水量演算のフローチャート図である。先ず準備として、風呂釜を設置した後に工場出荷時の効率を利用して循環流量Ｖを求めておく（ステップＳ１）。そして、その後の通常運転時に自動湯はり運転等の残水演算開始になると（ステップＳ２）、風呂バーナ１１の燃焼を開始する（ステップＳ３）。
【００３１】
ここのフローチャートでは、浴槽温度が１度（或いはマイクロコンピュータ内の１デジット）上昇する毎に残水量の演算が行なわれる。浴槽温度が１度（或いは１デジット）上昇すると（ステップＳ４）、風呂熱交換器１０の入りと出の温度Ｔin, Ｔout をそれぞれ風呂入サーミスタ１６と風呂出サーミスタ４７とで検出し、図３中に示した演算式に従ってその時の効率ηを求める（ステップＳ５）。この時、効率ηが既存値よりも大きく異なる場合には、循環湯温度、経年変化及びガスの成分等ではない他の要因による可能性が高く、その場合には既存の効率ηを利用して残水量演算を行なう（ステップＳ６，Ｓ８）。この他の要因として考えられるのは、例えば入浴中の人体により循環金具４４部分が塞がれて、循環流量が演算値Ｖよりも大きく減った場合等である。どの程度の変化があった場合にその効率の変化を無視するかについては、経験則により適宜設定される。
【００３２】
更に、上記の効率ηの演算値が既存値から所定の許容範囲内での変化の場合には、効率ηの演算値が既存値と異なる場合にはその演算値で残水量の演算を行なう（ステップＳ９）。また、変化がない場合には既存値の効率で残水量の演算を行なう（ステップＳ８）。
【００３３】
浴槽が所定の温度に上昇するまで上記のステップが繰り返され（ステップＳ１０）、その温度に上昇すると残水演算の工程が終了する。
【００３４】
上記の残水演算工程には幾つかの変形例が考えられる。第一に、風呂水量センサ４８を設けた場合には、循環流量ＶがステップＳ５にて効率ηを求める時に風呂水量センサからの検出流量から求められる。従って、ステップＳ１の工程は省略される。第二に、ステップＳ４を省略して、単純に浴槽温度が所定温度まで上昇した後に、ステップＳ５〜Ｓ９の残水量演算を行なうこともできる。また、同様にステップＳ４を省略して、所定時間経過した後にステップＳ５〜Ｓ９の残水量演算を行なうこともできる。
【００３５】
第三に、例えば給湯器側の運転により比例弁の開度が変化したりして燃焼量Ｉがダイナミックに変化した場合でも対応する為に、ステップＳ４の１デジット上昇の頻度より高い頻度で（短いサンプリング時間で）燃焼量の積分値を求めておくこともできる。その場合、風呂水量センサ４８を利用する場合は、それぞれのサンプリング時毎に効率ηを求めてから燃焼量の積分値を求めることができる。
【００３６】
［第二の実施の形態例］
図５のデータで説明した通り、残水量演算の為の追焚運転を開始した直後と循環湯温度が上昇してからとでは明らかに効率が変化していることが見受けられる。この様に追焚中に急激に変化する効率をより簡便に求める為に、第二の実施の形態では、追焚開始時の効率を基準にして単純に風呂熱交換器１０の入りと出の温度Ｔin, Ｔout の差の変化に従って効率を補正していくようにする。
【００３７】
具体的には、風呂釜設置時に求めた或いは追焚開始時の風呂水量センサ４８から得た循環流量Ｖを利用して、追焚開始時の効率ηを第一の実施の形態と同様にして求める。これにより、熱交換器の経時変化やガスの成分によるバラツキを吸収することができる。次に、その効率ηを基準にして、残水量演算時の追焚中に変化する風呂熱交換器１０の入りと出の湯温度の差（Ｔout −Ｔin）を監視する。そして、その湯温度の差が変化すればそれに伴い基準効率ηにそれに対応する補正をかけるようにする。図５に示したデータから明らかな通り、循環湯温度が上昇すると実際の効率は低下している。なぜなら、効率を一定値で演算すると一定値であるはずの残水量が上昇しているからである。従って、湯温度の上昇に伴い風呂熱交換器１０の入りと出の温度差は少なくなる。この変化を検出して効率に補正をかけるのである。従って、残水量の演算式は次の通りとなる。
【００３８】
残水量（Ｑｚ）＝（Ｉ×Δｔ）×η×ηａ／（ΔＴ×ｃ）
Ｑｚ：残水量（リットル） η ：システム効率
Ｉ ：燃焼量（Ｋｃａｌ／ｈ） ηａ：効率補正値
Δｔ：追焚時間（ｈ） ΔＴ：上昇温度（℃）
Ｉ×Δｔ：投入熱量 ｃ ：水の比熱（Kcal／リットル・℃）
従って、図４で示したフローチャート中のステップＳ５において、風呂熱交換器１０の入りと出の湯温度Ｔin, Ｔout から効率補正値ηａを求めるだけで第二の実施の形態を実現することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、残水量演算を行なう時にその都度システム効率を実測値から演算により求めることができる。従って、システム効率ηを変動させる様々な要因に対して一つ一つ対処することなく、全ての要因を含んだ効率に従って残水量の演算を行なうことができる。従って、より正確な残水量の演算を行なうことができ、自動湯はり運転において正確な設定水量への湯はりを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の給湯器付き風呂釜の全体構成図である。
【図２】風呂釜の電装基板上に搭載されるマイクロコンピュータ等からなる制御装置と各種センサー、駆動弁の関係を示すブロック図である。
【図３】残水量の演算を行なう度に行なわれる効率ηを求める方法を説明する図である。
【図４】残水量演算のフローチャート図である。
【図５】浴槽に所定量の残水がある状態から追焚運転を行ないながら、湯温の温度上昇毎に残水量を演算した図表である。
【符号の説明】
１０ 風呂熱交換器
１１ 風呂バーナー
１６ 風呂入サーミスタ
１７ 循環ポンプ
４７ 風呂出サーミスタ
４８ 風呂水量センサ
２０ 給湯熱交換器
２１ 給湯バーナー
３１ 比例弁
４３ 浴槽
４５ 制御装置

Claims (1)

1. 風呂熱交換器と、該風呂熱交換器に熱量を投入する風呂用熱量投入手段と、給湯熱交換器と、該給湯熱交換器に熱量を投入する給湯用熱量投入手段とを有し、往き管と戻り管を介して浴槽に接続される給湯器付き風呂釜であって、
   風呂釜が設置された後に、追焚運転を行なって該風呂熱交換器の入水温度と出水温度、投入される熱量及び工場出荷時の初期システム効率から前記追焚運転における循環流量を求め、更に、前記風呂用熱量投入手段から熱量を投入して該浴槽内の残水の温度を上昇させ、残水の上昇温度とその間の投入熱量及びシステム効率から残水量を演算するに際して、該風呂熱交換器の入水温度と出水温度、前記求めた循環流量、及び投入される熱量から求めた新たなシステム効率を利用して当該残水量演算を行なう制御装置を設けたことを特徴とする給湯器付き風呂釜。

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