JP7440769B2 - 風呂給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、風呂給湯装置に関する。

特許第３７７７００５号公報（特許文献１）および特許３７３５８９１号公報（特許文献２）には、一缶二水路式の風呂給湯器が開示されている。一缶二水路式の風呂給湯装置は、給湯用の熱交換器と、追焚用の熱交換器とを共通のバーナによって加熱するように構成されている。

特許文献１に記載の風呂給湯器は、浴槽内の湯水を加熱するための循環経路に設けられた、浴槽内の湯水の水位（以下、「浴槽水位」とも称する）を検出するための水位センサをさらに備える。水位センサは、圧力センサによって構成されており、浴槽圧力に基づいて浴槽水位を検出する。

特許第３７７７００５号公報 特許第３７３５８９１号公報

しかしながら、一缶二水路式の風呂給湯装置では、追い焚き用の循環回路上に設けられたポンプを停止した状態で給湯動作を行う給湯単独運転中、循環回路内に滞留している湯水も加熱されて、循環回路内の湯水に動きが生じる。循環回路内の湯水に動きが生じることで、水位センサの出力に多くのノイズ成分が含まれてしまうため、給湯単独運転を行っている間、浴槽の水位を正確に検出できないという問題がある。

特に、燃焼機構の燃焼期間および非燃焼期間が繰り返し設けられる間欠燃焼で給湯単独運転を行っている間は、燃焼機構の駆動開始時に発生する熱量が一時的に大きくなるため、循環回路内の湯水の温度が沸騰に近い温度にまで達していると循環回路内の湯水が沸騰して、多くのノイズが発生するという問題がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、水位センサの出力に含まれるノイズ成分を抑えることができる風呂給湯装置を提供することである。

この発明のある局面によれば、風呂給湯装置は、給湯用熱交換器を有し、低温水を加熱して給湯する給湯回路と、追焚用熱交換器および循環ポンプを有し、浴槽内の湯水を循環加熱する循環回路と、給湯用熱交換器および追焚用熱交換器を共通の熱源により加熱する燃焼機構と、循環回路に接続され、浴槽水の水圧を検出する水位センサと、各部を制御する制御装置とを含む。風呂給湯装置の運転モードは、給湯運転、ならびに循環回路を用いた風呂湯張り運転および循環運転を含む。制御装置は、燃焼機構を連続的に燃焼させる連続燃焼と、燃焼機構の燃焼期間および非燃焼期間が繰り返し設けられる間欠燃焼とで選択的に燃焼機構を制御する。また、風呂湯張り運転および循環運転を停止した状態で給湯運転を行う給湯単独運転中の間欠燃焼時に、制御装置は、熱源によって温められた高温水の温度が予め定められた温度未満である場合に、燃焼期間における発生熱量が第１熱量となる第１パターンで燃焼機構を制御する。給湯単独運転中の間欠燃焼時に、制御装置は、熱源によって温められた高温水の温度が予め定められた温度以上である場合に、燃焼期間における発生熱量を第１熱量よりも小さい第２熱量となる第２パターンで燃焼機構を制御する。そして、給湯単独運転中の間欠燃焼時に、制御装置は、水位センサの検出値に基づいて浴槽水位の変化を検知する。

本発明によれば、間欠燃焼の適用時に、熱源によって温められた高温水の温度が所定温度以上あると判定した場合に、燃焼期間における発生熱量を第１熱量よりも小さい第２熱量となるように燃焼機構を制御するため、循環回路内の湯水の温度が上がり過ぎることを防止できる。その結果、水位センサの出力に含まれるノイズ成分を抑えることができる。

本実施の形態に従う風呂給湯装置１０の概略構成図である。 図１に示した制御装置１００の機能ブロック図である。 第１フィルタ１６２ａの構成例を示す図である。 第２フィルタ１６２ｂの構成例を示す図である。 制御装置１００が実行する要求熱量設定処理を示すフローチャートである。 図５に示す要求熱量設定処理に従って燃焼機構６３を制御したときの制御動作例および缶体温度Ｔｂの経時変化を示す図である。 燃焼期間の設定例を示す図である。 燃焼期間の設定例を示す図である。 入退浴検知部１６４が参照する水位データの選択に関連する風呂給湯装置１０の制御処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

［風呂給湯装置１０］
図１は、本実施の形態に従う風呂給湯装置１０の概略構成図である。

図１を参照して、本実施の形態に係る風呂給湯装置１０は、給湯回路２と、循環回路４と、燃焼機構６３と、風呂給湯装置１０を制御するための制御装置１００とを備える。本実施の形態に係る風呂給湯装置１０は、給湯用熱交換器および追焚用熱交換器を共通の燃焼バーナで加熱する一缶二水路式給湯装置である。

（給湯回路２）
給湯回路２は、カラン１９０またはシャワー等の給湯栓の開栓時に、給湯設定温度に制御された適温の湯水を給湯するための回路である。給湯回路２は、缶体６に格納された給湯用の一次熱交換器６１および二次熱交換器６２と、入水管２１と、缶体配管２２と、バイパス管２３と、出湯管２４と、給湯管２５と、分配部３２と、流量調整弁２８と、流量センサ５１と、温度センサ５２，５３，５４とを備える。

入水管２１は、上流側に上水道などの給水路が接続されており、下流側に分配部３２を経由して缶体配管２２およびバイパス管２３が接続されている。入水管２１には、給水路から低温水が供給される。入水管２１の低温水は、分配部３２を経由して、缶体配管２２およびバイパス管２３へ分配される。

分配部３２は、缶体配管２２へ供給される低温水の流量に対するバイパス管２３へ供給される低温水の流量の比率（以下、「分配率ｋ」とも称する）を調整可能に構成されている。たとえば、分配部３２は、たとえば、弁であって、制御装置１００からの制御指令に従って弁開度を制御することで分配率ｋを調整する。

缶体配管２２は、二次熱交換器６２に接続される。入水管２１から缶体配管２２に導入された低温水は、まず二次熱交換器６２によって予加熱された後、一次熱交換器６１を通過することによって主加熱される。一次熱交換器６１および二次熱交換器６２によって所定温度まで加熱された高温水は出湯管２４から出湯される。

出湯管２４は、合流点２７においてバイパス管２３と接続される。すなわち、合流点２７では、缶体６から出力された高温水と、バイパス管２３からの低温水とが混合される。入水管２１からの低温水のうち、分配部３２により調整された分配率ｋに従う流量の低温水は、合流点２７で高温水と混合される。すなわち、分配率ｋ（０≦ｋ≦１．０）は、高温水を給湯するための出湯管２４に向かう流量（缶体流量ｑ１）に対するバイパス管２３へ供給される流量（以下、「バイパス流量ｑ２」とも称する）であって、ｑ２／ｑ１で表される。分配率ｋは、設定された温度などにより可変に制御される。これにより、設定された温度の湯が、カラン１９０またはシャワー等の給湯栓または浴槽８への注湯配管２６などの所定の給湯箇所に供給される。出湯管２４には、給湯流量を制御するための流量調整弁２８が設けられる。

温度センサ５２は、缶体配管２２に配置され、低温水の温度（以下、「入水温度Ｔｗ」とも称する）を検出する。温度センサ５３は、出湯管２４のうちの合流点２７よりも上流側（一次熱交換器６１側）の部分に配置され、高温水の温度（以下、「缶体温度Ｔｂ」とも称する）を検出する。温度センサ５４は、出湯管２４のうちの合流点２７よりも下流側の部分に配置され、高温水および低温水の混合後の出湯温度（以下、「出湯温度Ｔｈ」とも称する）を検出する。流量センサ５１は、缶体配管２２に配置され、缶体流量ｑ１を検出する。

（燃焼機構６３）
燃焼機構６３は、燃焼バーナを有する。燃焼バーナは、例えば、液体燃料として石油（灯油）を噴霧する噴射ノズル６３０を有するガンタイプバーナによって構成される。燃焼機構６３は、さらに、燃料供給管６３１と、電磁開閉弁６３２と、電磁供給ポンプ６３３と、リターン管６３４と、流量制御弁６３５と、送風ファン６３６と、点火トランス６３７とを有する。

燃料供給管６３１は、図示しない燃料タンクから噴射ノズル６３０へ液体燃料（以下、単に「燃料」とも称する）を導く。電磁開閉弁６３２は、燃料供給管６３１に配置され、制御装置１００からの制御指令に応じて開閉することにより、燃料供給管６３１への燃料供給をオンオフする。電磁供給ポンプ６３３は、燃料供給管６３１に配置され、制御装置１００からの制御指令に応じて、開状態の電磁開閉弁６３２を経由して供給された燃料を昇圧する。昇圧された燃料は、噴射ノズル６３０から霧状に噴射される。

送風ファン６３６は、燃焼バーナに燃焼用空気を供給する。噴射ノズル６３０から噴射された燃料は、送風ファン６３６からの燃焼用空気と混合される。点火トランス６３７によって着火されることにより、噴射ノズル６３０からの燃料が燃焼されて火炎が生じる。燃焼バーナからの火炎によって生じる燃焼熱は、缶体６内で一次熱交換器６０，６１へ与えられる。缶体６の燃焼ガスの流れ方向下流側には、熱交換後の燃焼排ガスを排出処理するための排煙筒６４が設けられている。燃焼排ガスの潜熱は、排煙筒６４内で二次熱交換器６２へ与えられる。

リターン管６３４は、燃料供給管６３１により供給された液体燃料の一部を、燃料供給管６３１に戻すように構成される。リターン管６３４には、リターン油の流量を制御するための流量制御弁６３５が配置される。流量制御弁６３５の弁開度は、制御装置１００からの制御指令に応じて調整される。流量制御弁６３５によってリターン油の流量が調整されることにより、噴射ノズル６３０から噴霧される燃料量が制御される。基本的には、燃焼バーナによる燃焼量は、燃料量に比例する。したがって、流量制御弁６３５の弁開度を制御することによって、燃焼バーナによる燃焼量を制御することができる。

（循環回路４）
循環回路４は、浴槽８内の湯水（以下、「浴槽水」とも称する）を循環するための回路である。循環回路４は、追焚用の一次熱交換器６０と、浴槽水を循環回路４内に循環させるための循環ポンプ３４とを有する。循環回路４は、循環によって浴槽水を風呂設定温度となるまで追い焚きするための追焚循環回路としても機能し得る。一次熱交換器６０は、燃焼機構６３の燃焼熱により通流された浴槽水を加熱する。なお、一次熱交換器６０に加えて二次熱交換器に浴槽水を通流させることにより浴槽水を加熱する構成としてもよい。

循環回路４には、風呂戻り配管８２および風呂往き配管８３が接続される。風呂戻り配管８２の上流端は、浴槽８に設置された循環アダプタ８１の吸込方に接続される。また、風呂往き配管８３の下流端は、循環アダプタ８１の吐出側に接続される。

循環ポンプ３４が作動すると、浴槽水は、循環アダプタ８１の吸込口から、風呂戻り配管８２、一次熱交換器６０および風呂往き配管８３を経由して、循環アダプタ８１の吐出口へ至る経路を循環する。循環回路４を通過する浴槽水が一次熱交換器６０を通流することにより加熱されることにより、追焚機能が実現される。

循環回路４は、水位センサ５５をさらに備える。水位センサ５５は、例えば圧力センサによって構成され、循環回路４の配管にかかる圧力（より特定的には配管内の水圧）に基づいて、浴槽８内の浴槽水の水位（以下、「浴槽水位」とも称する）を検出する。水位センサ５５は、微小な圧力変動を検出するように構成されるため、ノイズの影響を受けやすい特性を有している。そのため、水位センサ５５の検出値からノイズを除去するためのフィルタリング処理が必要となる。フィルタリング処理については後述する。

風呂給湯装置１０は、出湯管２４から分岐して浴槽８へ湯張りするための注湯配管２６をさらに備える。注湯配管２６は、出湯管２４から流量調整弁２８を経由して分岐される。注湯配管２６には、注湯開閉弁２９が設けられる。注湯配管２６は循環回路４と合流点２６Ａで連結される。制御装置１００による注湯開閉弁２９の開閉制御によって、給湯回路２から浴槽８へ湯張りするための経路の形成／遮断を制御することができる。

［風呂給湯装置１０の運転モード］
風呂給湯装置１０の運転モードには、給湯運転、風呂湯張り運転および循環運転が含まれる。運転モードには、さらに、給湯運転、風呂湯張り運転および循環運転のいずれも停止させる停止モードが含まれる。

給湯運転では、入水管２１に供給された低温水が、缶体配管２２を介して二次熱交換器６２、一次熱交換器６１に供給される。二次熱交換器６２に供給された低温水は、燃焼排ガスの潜熱との間で熱交換を行うことで昇温した後、一次熱交換器６１に供給される。一次熱交換器６１に供給された昇温後の低温水は、燃焼機構６３において発生した燃焼熱との間で熱交換を行なうことにより高温水となる。この高温水は、出湯管２４および給湯管２５を経由してカラン１９０等の給湯栓へ供給される。

風呂湯張り運転では、入水管２１に供給された低温水は、缶体配管２２を介して二次熱交換器６２、一次熱交換器６１に供給される。二次熱交換器６２に供給された低温水は、燃焼排ガスの潜熱との間で熱交換を行うことで昇温した後、一次熱交換器６１に供給される。一次熱交換器６１に供給された昇温後の低温水は、燃焼機構６３において発生した燃焼熱との間で熱交換を行なうことにより高温水となる。この高温水は、出湯管２４、注湯配管２６、循環回路４および循環アダプタ８１の吐出口を通じて浴槽８に供給される。

循環運転では、循環ポンプ３４を作動させて、循環回路４を介して浴槽水を循環させる。循環運転では、循環ポンプ３４により、循環アダプタ８１の吸込口から浴槽水が図中の矢印の方向に吸い上げられる。この吸い上げられた浴槽水は、一次熱交換器６０を含む循環回路４を経由して、循環アダプタ８１の吐出口へ至る経路を循環する。一次熱交換器６０に供給された浴槽水を、燃焼機構６３において発生した燃焼熱によって熱交換加熱することにより、追焚運転が実行される。なお、循環運転には、追焚運転以外に、気泡発生運転およびエアパージ運転を含めることができる。気泡発生運転は、循環アダプタ８１が有する気泡発生機能を用いて、浴槽８内に微細気泡を含有する湯水を供給する運転モードである。エアパージ運転は、循環回路４内に浴槽水を循環させることによって、循環回路４内に混入した空気を除去する運転モードである。気泡発生運転およびエアパージ運転では、燃焼機構６３を燃焼させず、循環ポンプ３４を作動させることにより浴槽水を循環回路４内に循環させる。

［制御装置１００の機能］
次に、制御装置１００の機能的構成を説明する。

制御装置１００は、ユーザ操作および各センサによる検出値を受けて、風呂給湯装置１０の運転を制御する。例えば、ユーザ操作は、図示しないリモートコントローラに設けられた運転スイッチの操作によって入力される給湯運転、風呂湯張り運転および追焚運転のオン／オフ指示、給湯設定温度および風呂設定温度の設定を含む。

図２は、図１に示した制御装置１００の機能ブロック図である。図２中の各ブロックの機能は、制御装置１００が予め格納されたプログラムを実行するソフトウェア処理によって実現することができる。あるいは、専用の電子回路を用いたハードウェア処理によって各ブロックの一部または全部を実現することも可能である。図２を参照して、制御装置１００は、運転制御部１２０と、水位検知部１６０とを備える。

（運転制御部１２０）
運転制御部１２０は、運転モード設定部１２２と、要求熱量算出部１２４と、燃焼制御部１２６と、分配率制御部１２８と、を備える。

運転モード設定部１２２は、給湯運転、風呂湯張り運転および循環運転の各運転モードの開始と終了（停止）とを管理する。なお、運転モード設定部１２２は、複数種類の運転モードに並行して制御されるように各運転モードの開始と終了（停止）とを管理可能である。

たとえば、運転モード設定部１２２は、流量センサの出力に基づき、給水路から風呂給湯装置１０への通流水量が最低作動流量（ＭＯＱ）を超えたと判断した場合、給湯運転を開始させる。また、運転モード設定部１２２は、給水路から風呂給湯装置１０への通流水量が最低作動流量（ＭＯＱ）を下回ったと判断した場合、給湯運転を停止させる。

運転モード設定部１２２は、リモートコントローラに設けられた運転スイッチの操作により、風呂湯張り運転のオン指示がされた場合、風呂湯張り運転を開始させる。運転モード設定部１２２は、風呂湯張り運転を開始させた後、浴槽水位が設定水位に達し、かつ、図示しない温度センサによって検出される浴槽水温度が風呂設定温度に達すると、風呂湯張り運転を停止させる。なお、運転モード設定部１２２は、注湯配管２６に配置された流量センサ（図示せず）によって検出された流量（注湯流量）の積算によって、浴槽８への注湯水量（体積）を算出することができる。

運転モード設定部１２２は、リモートコントローラに設けられた運転スイッチの操作により、循環運転のオン指示がされた場合、循環運転を開始する。その他、風呂給湯装置１０は、風呂湯張り運転の終了後、浴槽水温度および浴槽水位を維持する自動モードに設定されることがある。自動モードの設定時には、温度センサによって検出された浴槽水温度が、風呂設定温度に対応されて設定された基準温度（例えば、風呂設定温度よりも２～３℃低く設定）よりも低下すると、運転モード設定部１２２は、追焚運転を開始する。さらに、運転モード設定部１２２は、水位センサ５５によって検出された浴槽水位が設定水位よりも低下すると、風呂給湯装置１０から浴槽８へ追加的に注湯する足し湯運転を開始する。

なお、運転モード設定部１２２は、給湯運転の実行中に循環運転または風呂湯張り運転の開始を決定した場合には、給湯運転と同時に循環運転または風呂湯張り運転を実行する。本明細書では、給湯運転において、循環運転および風呂湯張り運転のいずれも実行されていない場合を「給湯単独運転」と称する。

なお、図示していないものの、運転モード設定部１２２は、各種運転モードの開始／停止に応じて、循環ポンプ３４、流量調整弁２８、注湯開閉弁２９などを制御する。

要求熱量算出部１２４は、制御される運転モード、目標温度Ｔｒ＊（設定温度）、入水温度Ｔｗ、缶体流量ｑ１、分配率ｋなどから、風呂給湯装置１０に対して要求される単位時間あたりの熱量である要求発生熱量Ｑｒｑを算出する。一例として、給湯運転および風呂湯張り運転のうちの少なくとも一方に制御されているときの要求発生熱量Ｑｒｑの算出方法について説明する。

風呂給湯装置１０に対しては、入水管２１から供給される水の流量（以下、「トータル流量ｑｔ」とも称する）について、入水温度Ｔｗを目標温度Ｔｒ＊に昇温するための熱量を発生することが要求される。したがって、給湯運転および風呂湯張り運転のうちの少なくとも一方に制御されているときの要求発生熱量Ｑｒｑは、下記の式（１）に従って算出することができる。

Ｑｒｑ＝ｑｔ・（Ｔｒ＊－Ｔｗ） …（１）
なお、実際には、燃焼機構６３による発生熱量のうちの一次熱交換器６０，６１および二次熱交換器６２での昇温に用いられる熱量の比率（熱効率）を考慮する必要があるが、以下では、説明を簡略化するために、熱効率は１．０であるものとする。また、風呂給湯装置では、要求発生熱量は「号数」を単位として演算されることが一般的である。号数＝１は、ｑｔ＝１（Ｌ／ｍｉｎ）の流量下で湯温を２５℃上昇させるのに必要な熱量に相当する。

トータル流量ｑｔは、分配率ｋおよび缶体流量ｑ１から算出される。そのため、要求熱量算出部１２４は、給湯運転および風呂湯張り運転のうちの少なくとも一方に制御されているときに上記の式（１）に従って、温度センサ５２からの入水温度Ｔｗ、目標温度Ｔｒ＊、流量センサ５１からの缶体流量ｑ１、および分配率制御部１２８によって設定される分配率ｋに基づいて要求発生熱量Ｑｒｑを算出する。なお、トータル流量ｑｔは、入水管２１上に流量センサを設けることで取得してもよい。

燃焼制御部１２６は、要求発生熱量Ｑｒｑに基づいて、燃焼機構６３の作動状態を、燃焼機構６３の燃焼期間が連続的に設けられる連続燃焼と、燃焼機構６３の燃焼期間および非燃焼期間が繰り返し設けられる間欠燃焼とのいずれか一方に設定する。そして、燃焼制御部１２６は、設定した作動状態に従って燃焼機構６３への制御指令を生成する。

燃焼制御部１２６は、要求発生熱量Ｑｒｑが、燃焼機構６３によって連続して安定的に発生可能な熱量（以下、「最小発生熱量Ｑ１」とも称する）を下回る場合に、燃焼機構６３の作動状態を「間欠燃焼」に設定する。ここで、最小発生熱量Ｑ１は、噴射ノズル６３０から噴霧される燃焼量を、安定的な燃焼状態が確保できる下限値とした場合での発生熱量に相当し、燃焼機構６３の能力として予め定められている。

燃焼制御部１２６は、燃焼機構６３の作動状態を連続燃焼に設定した場合、要求熱量算出部１２４が算出した要求発生熱量Ｑｒｑに従った熱量が発生するように燃焼機構６３を連続的に燃焼させる。

燃焼制御部１２６は、燃焼機構６３の作動状態を間欠燃焼に設定した場合、燃焼機構６３の燃焼が間欠的に実行されるように、燃焼機構６３を制御する。すなわち、燃焼期間と非燃焼期間とが繰り返し設けられるように、燃焼機構６３の燃焼バーナは消火および再点火される。給湯単独運転に制御され、かつ、燃焼機構６３の作動状態を間欠燃焼に設定した場合、燃焼制御部１２６は、燃焼機構６３によって温められた高温水の温度に応じて、燃焼期間中に燃焼機構６３に対して要求する発生熱量を設定する。本実施の形態においては、一例として、燃焼制御部１２６は、缶体温度Ｔｂに応じて燃焼期間中に燃焼機構６３に対して要求する発生熱量を設定する。

分配率制御部１２８は、給湯運転および風呂湯張り運転のうちの少なくとも一方に制御されているときに、目標温度Ｔｒ＊と、温度センサ５２からの入水温度Ｔｗと、温度センサ５３からの缶体温度Ｔｂと、温度センサ５４からの出湯温度Ｔｈとに基づいて、出湯温度Ｔｈを目標温度Ｔｒ＊に制御するための分配部３２への制御指令を生成する。

具体的には、缶体流量ｑ１、バイパス流量ｑ２、入水温度Ｔｗ、缶体温度Ｔｂ、および出湯温度Ｔｈの間には下記の式（２）が成立する。したがって、分配率制御部１２８は、式（２）を変形し、かつ、Ｔｈ＝Ｔｒ＊を代入して得られる下記の式（３）に従って、分配率ｋ（ｑ２／ｑ１）を制御することができる。

ｑ２・（Ｔｈ－Ｔｗ）＝ｑ１・（Ｔｂ－Ｔｈ） …（２）
ｋ＝ｑ２／ｑ１＝（Ｔｂ－Ｔｒ＊）／（Ｔｒ＊－Ｔｗ） …（３）
（水位検知部１６０）
水位検知部１６０は、水位センサ５５の検出値に基づいて浴槽水位の変化を検知する。水位センサ５５は、圧力センサによって構成されているため、風呂戻り配管８２内の湯水の動きまで検知し、ノイズの影響を受けやすい特性を有している。そのため、水位検知部１６０は、水位センサ５５の検出値から高周波のノイズ成分を除去する。水位検知部１６０はさらに、検知される浴槽水位の変化に基づいて、浴槽８への人の入退浴を検知する。具体的には、水位検知部１６０は、データベース１６１、ノイズ除去部１６２、および入退浴検知部１６４を有する。

ノイズ除去部１６２は、第１フィルタ１６２ａおよび第２フィルタ１６２ｂを有する。第１フィルタ１６２ａおよび第２フィルタ１６２ｂはいずれも、水位センサ５５の検出値から高周波のノイズ成分を除去するためのノイズフィルタである。後述するように、第１フィルタ１６２ａと第２フィルタ１６２ｂとは、ノイズ除去性能およびリアルタイム性が互いに異なる。具体的には、第２フィルタ１６２ｂは、第１フィルタ１６２ａに比べて、ノイズ除去性能が高い。その一方で、第２フィルタ１６２ｂは、第１フィルタ１６２ａに比べてフィルタ処理に用いるデータ数が多いため、リアルタイム性が低いという性質を有している。

第１フィルタ１６２ａは、水位センサ５５の検出値に重畳したノイズに対してフィルタ処理を施し、ノイズを除去した水位データをデータベースに出力する。図３は、第１フィルタ１６２ａの構成例を示す図である。

図３に示すように、第１フィルタ１６２ａには、例えば、移動平均フィルタを用いることができる。移動平均フィルタは、水位センサ５５の検出値におけるＮ個のサンプリング点ｘ［ｎ］～ｘ［ｎ－（Ｎ－１）］の単純移動平均値ｚ［ｎ］を算出するように構成される。

第２フィルタ１６２ｂは、水位センサ５５の検出値に重畳したノイズに対してフィルタ処理を施し、ノイズ成分を除去した水位データをデータベースに出力する。第２フィルタ１６２ｂには、上述した移動平均フィルタの欠点を解消するものとして、低域の周波数成分を減衰させずに中高域の周波数成分を減衰させる特性をもつローパスフィルタを適用することができる。ただし、第２フィルタ１６２ｂは、第１フィルタ１６２ａに比べて、ノイズ除去性能が高くなるという反面、演算処理に使用するデータ数が多くなるため、リアルタイム性が低い性質を有している。

図４は、第２フィルタ１６２ｂの構成例を示す図である。図４に示すように、第２フィルタ１６２ｂには、例えば、二重移動平均フィルタを用いることができる。二重移動平均フィルタは、Ｍ個の移動平均フィルタにおいてそれぞれ算出されたＭ個の単純移動平均値ｚ［ｎ］～ｚ［ｎ－（Ｍ－１）］を単純移動平均した値ｙ［ｎ］を算出するように構成される。すなわち、二重移動平均フィルタは、単純移動平均を２回適用したものである。

図２に戻って、入退浴検知部１６４は、ノイズ除去部１６２により生成された水位データを用いて、浴槽８への人の入退浴を検知する。具体的には、入退浴検知部１６４は、第１フィルタ１６２ａにより生成された水位データおよび第２フィルタ１６２ｂにより生成された水位データのいずれか一方を選択的に用いて入退浴を検知する。

一缶二水路式の風呂給湯装置１０では、給湯回路２内の水を加熱した場合に、循環回路４内に滞留している湯水（以下、「滞留水」とも称する）も加熱されて、風呂戻り配管８２内の湯水に動きが生じる。そのため、一缶二水路式の風呂給湯装置１０では、循環ポンプ３４の停止中であっても、給湯単独運転中は、給湯運転、風呂湯張り運転および循環運転のいずれも停止させる停止モード中に比べて、水位センサ５５の出力値に多くのノイズがのってしまう。

そこで、入退浴検知部１６４は、風呂給湯装置１０の運転状況に応じて、第１フィルタ１６２ａにより生成された水位データおよび第２フィルタ１６２ｂにより生成された水位データのいずれか一方を選択的に用いる。これにより、入退浴検知部１６４は、ノイズの発生状況に応じたフィルタにより処理された水位データを用いることができる。具体的な選択方法については、後述する。

［給湯単独運転中に間欠燃焼に設定した場合の制御方法］
燃焼制御部１２６は、間欠燃焼に設定した場合、燃焼機構６３によって温められた高温水の温度に応じて、燃焼期間中に燃焼機構６３に対して要求する発生熱量を設定する。

間欠燃焼に設定された場合、燃焼バーナの点火と消火とが繰り返される。燃焼バーナの点火時には、一時的に発生する熱量が大きくなる。そのため、給湯単独運転中であっても（循環ポンプ３４の停止中）、一次熱交換器６０で加熱された循環回路４内の湯水の温度が沸騰に近い温度にまで達していると、一時的に大きく発生した熱量によって、循環回路４内の湯水が沸騰して水位センサ５５の出力に多くのノイズ成分が含まれてしまう。以下では、給湯単独運転中に間欠燃焼に設定したときに発生するノイズを抑える方法について、説明する。

図５は、制御装置１００が実行する要求熱量設定処理を示すフローチャートである。図５に示す要求熱量設定処理は、たとえば、間欠燃焼モードに制御されているときに、所定周期毎に繰り返し実行される。

Ｓ１０において、制御装置１００は、缶体温度Ｔｂが予め定められた基準温度Ｔ１未満であるか否かを判定する。

制御装置１００は、缶体温度Ｔｂが基準温度Ｔ１未満であると判定した場合（Ｓ１０においてＹＥＳ）、風呂給湯装置１０を第１パターンで制御することを決定して（Ｓ１２）、要求熱量設定処理を終了する。第１パターンは、燃焼期間中に燃焼機構６３に対して要求する発生熱量を熱量Ａとする制御パターンである。

制御装置１００は、缶体温度Ｔｂが基準温度Ｔ１未満ではないと判定した場合（Ｓ１０においてＮＯ）、すなわち、缶体温度Ｔｂが基準温度Ｔ１以上であると判定した場合、風呂給湯装置１０を第２パターンで制御することを決定して（Ｓ１４）、要求熱量設定処理を終了する。第２パターンは、燃焼期間中に燃焼機構６３に対して要求する発生熱量を熱量Ａよりも小さい熱量Ｂとする制御モードである。

本実施の形態において、燃焼機構６３によって温められた高温水の温度は、一次熱交換器６１から出湯される出湯水の温度である缶体温度Ｔｂとした。基準温度Ｔ１は、一次熱交換器６０内の滞留水の温度が沸点間近となったときの缶体温度Ｔｂ（以下、「閾値温度Ｔｓ」とも称する）未満であって、たとえば、第２パターンで燃焼機構６３が制御されても、予め定められた期間、缶体温度Ｔｂが閾値温度Ｔｓを超えないような温度である。基準温度Ｔ１は、たとえば、熱量Ａおよび熱量Ｂを決定した後に、実験を行うことで設定される。

熱量Ａおよび熱量Ｂは、最小発生熱量Ｑ１以上である。熱量Ａおよび熱量Ｂは、目標温度Ｔｒ＊に応じて可変させてもよく、また、目標温度Ｔｒ＊に関わらず固定値としてもよい。なお、目標温度Ｔｒ＊に関わらず熱量Ａおよび熱量Ｂを固定値とすることで、基準温度Ｔ１、熱量Ａおよび熱量Ｂの設定にかかる負担を軽減できる。

なお、燃焼機構６３によって温められた高温水の温度は、一次熱交換器６０内の滞留水の温度そのもの、一次熱交換器６０内の滞留水の温度変化に影響を与えるパラメータ、または、一次熱交換器６０内の滞留水の温度変化によって変動するパラメータである。すなわち、制御パターンの切り替えは、缶体温度Ｔｂではなく、他の温度に応じて行われても良い。たとえば、一次熱交換器６０の近傍に温度センサが配置されている場合には当該温度センサによって検出される温度に応じて制御パターンが切り替えられても良い。また、一次熱交換器６０または一次熱交換器６１の出力側の一部（ベンド）に沸騰防止サーミスタが配置されている場合には沸騰防止サーミスタによって検出される温度に応じて制御パターンが切り替えられても良い。

図６は、図５に示す要求熱量設定処理に従って燃焼機構６３を制御したときの制御動作例および缶体温度Ｔｂの経時変化を示す図である。図６の動作例では、時刻ｔ１において、間欠燃焼で給湯単独運転が開始されたものとする。また、図６の動作例では、燃焼期間および非燃焼期間は、第１パターンと第２パターンとで同じであるものとする。

給湯開始時においては、缶体温度Ｔｂは低いため、風呂給湯装置１０は第１パターンで制御される。すなわち、燃焼機構６３により燃焼期間Ｔｏｎ中に熱量Ａが発生するように制御される。要求発生熱量に応じて燃焼バーナが点火すると、缶体温度Ｔｂは上昇する。そして、非燃焼期間Ｔｏｆｆが開始され燃焼バーナが消火すると、缶体温度Ｔｂは下がる。そして、その後、再度、燃焼期間Ｔｏｎが開始されると、要求発生熱量に応じて燃焼バーナが点火し、缶体温度Ｔｂは再度上昇し始める。図６に示す例では、缶体温度Ｔｂの温度変化が燃焼期間Ｔｏｎの方が非燃焼期間Ｔｏｆｆよりも大きいため、缶体温度Ｔｂは、徐々に上昇していく。

時刻ｔ２において缶体温度Ｔｂが基準温度Ｔ１に達すると、制御装置１００は、制御パターンを第２パターンに切り替える。すなわち、燃焼期間Ｔｏｎ中の要求発生熱量が熱量Ａよりも小さい熱量Ｂに設定される。

第２パターンで制御されると、燃焼期間Ｔｏｎ中に燃焼バーナの点火によって発生する熱量が第１パターンで制御されているときに比べて下がるため、燃焼期間Ｔｏｎ中の温度上昇が抑えられる。その結果、缶体温度Ｔｂが閾値温度Ｔｓに達することを抑制でき、給湯単独運転中に間欠燃焼に設定されている場合の水位センサ５５に発生するノイズを抑えることができる。

なお、缶体温度Ｔｂが閾値温度Ｔｓに達することを抑える方法として、燃焼期間中に燃焼機構６３に対して要求する発生熱量を常に低くする方法がある。しかし、要求する発生熱量を下げると、温度の立ち上がりが遅れるため、出湯特性を悪化させてしまう。そこで、本実施の形態においては、缶体温度Ｔｂが基準温度Ｔ１に達するまでは要求する発生熱量を高く設定し、缶体温度Ｔｂが基準温度Ｔ１に達してから要求する発生熱量を下げることで、良好な給湯特性を提供できる。これにより、缶体温度Ｔｂの上昇の抑制と、出湯特性の維持とを両立することができる。

［間欠燃焼中の分配率制御］
上述したように、分配率制御部１２８は、上記の式（３）に従って、分配率ｋ（ｑ２／ｑ１）を制御することができる。入水温度Ｔｗは、上水道から供給される低温水の温度であって、変動幅は小さい。一方、図６に示したように、缶体温度Ｔｂは、給湯開始時から上昇していく。そのため、分配率ｋは、主に、缶体温度Ｔｂの影響を受けて変動する。

図６に示したように、第１パターン中と第２パターン中とでは、缶体温度Ｔｂは、第２パターン中の方が高い。そのため、式（３）に従うと、分配率ｋは、第１パターン中のときよりも第２パターン中の方が大きくなる。

このように、分配率ｋを第１パターン中のときよりも第２パターン中の方が大きくなるようにすることで、要求する発生熱量を変えたとしても、各供給箇所に供給される湯水の温度（出湯温度Ｔｈ）を維持できる。

［燃焼期間と非燃焼期間のその他の例］
上記実施の形態においては、燃焼期間および非燃焼期間は、第１パターンと第２パターンとで同じであるものとした。このように、燃焼期間Ｔｏｎと非燃焼期間Ｔｏｆｆとを変更しないようにすることで、制御装置１００への負担を軽減できる。

なお、燃焼期間および非燃焼期間は、第１パターンと第２パターンとで異なっていてもよい。たとえば、第１パターンと第２パターンとで燃焼期間Ｔｏｎおよび非燃焼期間Ｔｏｆｆのうちの少なくとも一方を変更して、非燃焼期間Ｔｏｆｆに対する燃焼期間Ｔｏｎの比率（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ）を変更してもよい。

図７および図８は、燃焼期間の設定例を示す図である。図７を参照して、第１パターン中の燃焼期間ＴｏｎをＴ１、非燃焼期間ＴｏｆｆをＴ２に設定し、第２パターン中の燃焼期間ＴｏｎをＴ３（＜Ｔ１）、非燃焼期間ＴｏｆｆをＴ２に設定してもよい。このように設定すると、比率（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ）は、第１パターンで燃焼機構６３が制御されているとき（Ｔ１／Ｔ２）の方が、第２パターンで燃焼機構６３が制御されているとき（Ｔ３／Ｔ２）よりも大きくなる。このように設定されると、第２パターン中における缶体温度Ｔｂの温度上昇をさらに抑制できる。

図８を参照して、第１パターン中の燃焼期間ＴｏｎをＴ１、非燃焼期間ＴｏｆｆをＴ２に設定し、第２パターン中の燃焼期間ＴｏｎをＴ１、非燃焼期間ＴｏｆｆをＴ４（＞Ｔ２）に設定してもよい。このように設定すると、比率（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ）は、第１パターンで燃焼機構６３が制御されているとき（Ｔ１／Ｔ２）の方が、第２パターンで燃焼機構６３が制御されているとき（Ｔ１／Ｔ４）よりも大きくなる。このように設定されると、第２パターン中における缶体温度Ｔｂの温度上昇をさらに抑制できる。また、このように設定すると、燃焼期間と非燃焼期間とからなる間欠燃焼周期Ｃは、第１パターンで燃焼機構６３が制御されているとき（Ｃ１）の方が、第２パターンで燃焼機構６３が制御されているとき（Ｃ２）よりも短くなる。このように設定されると、第２パターン中の点火頻度が下がるため、缶体温度Ｔｂが基準温度Ｔ１以上のときに一次熱交換器６０内の滞留水が突発的に温められる頻度を下げることができ、ノイズの発生をさらに抑えることができる。

［水位データの選択方法］
図９は、入退浴検知部１６４が参照する水位データの選択に関連する風呂給湯装置１０の制御処理を説明するためのフローチャートである。図９に示された制御処理は、例えば、制御装置１００によって実行することができる。

図９を参照して、制御装置１００は、ステップＳ０１により水位センサ５５による検出値を取得すると、ステップＳ０２により、第１フィルタ１６２ａを用いたフィルタリング処理を行なうことにより、水位データを生成する。制御装置１００は、さらにステップＳ０３により、第２フィルタ１６２ｂを用いたフィルタリング処理を行なうことにより、水位データを生成する。

第１フィルタ１６２ａ，第２フィルタ１６２ｂによる水位データが生成されると、制御装置１００は、ステップＳ０４～Ｓ０９の処理によって風呂給湯装置１０の運転モードを判定し、その判定した運転モードに応じて、いずれのフィルタによる水位データを使用するか、あるいは水位データを参照しないかを選択する。

具体的には、制御装置１００は、ステップＳ０４により、風呂給湯装置１０が循環運転中であるか否かを判定する。循環運転中であると判定された場合（Ｓ０４のＹＥＳ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ１３に進み、水位データを参照しないこととする。

風呂給湯装置１０が循環運転中でないと判定されると（Ｓ０４のＮＯ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ０５に進み、風呂給湯装置１０が風呂湯張り運転中であるか否かを判定する。風呂湯張り運転中であると判定された場合（Ｓ０５のＹＥＳ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ１３により、水位データを参照しないこととする。

風呂給湯装置１０が風呂湯張り運転中でないと判定されると（Ｓ０５のＮＯ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ０６により、現タイミングが給湯運転の終了時点からＤ秒以内であるか否かを判定する。現タイミングが給湯運転の終了時点からＤ秒以内であれば（Ｓ０６のＹＥＳ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ１３により、水位データを参照不可とする。なお、Ｄ秒は事前実験により定められる。

一方、現タイミングが給湯運転の終了時点からＤ秒以内でない場合には（Ｓ０６のＮＯ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ０７により、風呂給湯装置１０が給湯運転中であるか否かを判定する。風呂給湯装置１０が給湯運転中でない、すなわち、循環運転、風呂湯張り運転および給湯運転のいずれも停止している停止モードであると判定されると（Ｓ０７のＮＯ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ１１に進み、第１フィルタ１６２ａにより生成された水位データを使用することとする。

一方、風呂給湯装置１０が給湯運転中である場合（Ｓ０７のＹＥＳ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ０８に進み、現タイミングが給湯能力段数の切替時であるか否かを判定する。現タイミングが給湯能力段数の切替時である場合（Ｓ０８のＹＥＳ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ１３により、水位データを参照不可とする。

現タイミングが給湯能力段数の切替時でない場合（Ｓ０８のＮＯ判定時）、制御装置１００は、さらにステップＳ０９により、間欠燃焼中であるか否かを判定する。間欠燃焼中であると判定されると（Ｓ０９のＹＥＳ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ１２に進み、第２フィルタ１６２ｂにより生成された水位データを使用することとする。

一方、間欠燃焼中ではない、すなわち、連続燃焼中であると判定される（Ｓ０９のＮＯ判定時）、制御装置１００は、さらにステップ１０により、要求発生熱量Ｑｒｑが熱量Ｃ以下であるか否かを判定する。熱量Ｃは水位データに発生するノイズの大きさによって実験的に設定された判定値である。

要求発生熱量Ｑｒｑが熱量Ｃより大きい場合、制御装置１００は、ステップＳ１０をＮＯ判定としてステップＳ１３に進み、水位データを参照不可とする。

要求発生熱量Ｑｒｑが熱量Ｃ以下である場合（Ｓ１０のＹＥＳ判定時）、制御装置１００は、ステップＳ１２に進み、第２フィルタ１６２ｂにより生成された水位データを使用することとする。

循環運転中、風呂湯張り運転中、給湯使用終了からＤ秒以内、給湯能力段数切り替え中、および要求発生熱量Ｑｒｑが熱量Ｃより大きいときは、ノイズ除去性能が高い第２フィルタ１６２ｂを用いても発生するノイズが多過ぎて、十分にノイズ成分を除去することができない。そのため、制御装置１００は、このように、ノイズ除去性能が高い第２フィルタ１６２ｂを用いても十分にノイズ成分を除去することができないような運転状況では、浴槽水位の誤検知を回避するために、水位データを参照不可とする。

上記の運転状況に比べて水位データのノイズが小さい運転状況には、給湯単独運転における間欠燃焼時、および、給湯単独運転における連続燃焼時であって要求発生熱量Ｑｒｑが熱量Ｃ以下である場合が含まれる。この運転状況では、第２フィルタ１６２ｂを用いて水位データからノイズを除去する。

水位データにノイズがほとんど含まれない運転状況には、給湯単独運転、風呂湯張り運転および循環運転のいずれもが停止される停止モードが含まれる。停止モードでは、第１フィルタ１６２ａを用いて水位データからノイズを除去する。

なお、給湯単独運転における間欠燃焼時に、缶体温度Ｔｂが閾値温度Ｔｓ以上になると、ノイズ除去性能が高い第２フィルタ１６２ｂを用いても発生するノイズが多過ぎて、十分にノイズ成分を除去することができない。本実施の形態においては、給湯単独運転における間欠燃焼時に、缶体温度Ｔｂが閾値温度Ｔｓを超えないように缶体温度Ｔｂが基準温度Ｔ１以上になったときに、燃焼期間中に要求する発生熱量を下げる。これにより、給湯単独運転における間欠燃焼時であっても水位データを参照できる。

以上説明したように、本実施の形態に係る風呂給湯装置は、給湯単独運転における間欠燃焼時に、ノイズ除去性能が高い第２フィルタが用いられる。そのため、浴槽水位の検知の精度を上げることができる。

より、具体的には、本実施の形態に係る風呂給湯装置は、風呂給湯装置の運転モードに応じて、ノイズ除去性能およびリアルタイム性が互いに異なる複数のフィルタのうちの１つを選択的に用いて、水位センサの出力に対するフィルタリング処理を実行する。複数のフィルタは、第１フィルタと、第１フィルタに比べてノイズ除去性能が高い一方で、リアルタイム性が低い第２フィルタとを含んでおり、水位センサの出力に発生するノイズが相対的に小さい運転モードでは第１フィルタが用いられ、ノイズが相対的に大きい運転モードでは第２フィルタが用いられる。このようにノイズの発生状況に応じて２種類のフィルタを使い分けることにより、浴槽水位の検知の精度およびリアルタイム性を両立させることが可能となる。その結果、浴槽水位の変化に基づいた入退浴の検知においても、検知の精度を保ちながらリアルタイム性を確保することができるため、ユーザの使用感の低下を抑制することができる。

［その他の変形例］
なお、上述した実施の形態では、缶体６が石油を燃料とする燃焼機構６３で構成される例を示したが、加熱のためのエネルギ源は任意とすることができる。

なお、本実施の形態において、ノイズを除去した水位データを入退浴の検知に利用する例を示したが、ノイズを除去した水位データを足し湯運転の開始に利用など、他の機能に利用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ 給湯回路、４ 循環回路、１０ 風呂給湯装置、５３ 温度センサ、５５ 水位センサ、６０，６１ 一次熱交換器、６３ 燃焼機構、１００ 制御装置、１２２ 運転モード設定部、１２６ 燃焼制御部、１６２ ノイズ除去部、１６２ａ 第１フィルタ、１６２ｂ 第２フィルタ、１６４ 入退浴検知部。

Claims (5)

1. 風呂給湯装置であって、
   給湯用熱交換器を有し、低温水を加熱して給湯する給湯回路と、
   追焚用熱交換器および循環ポンプを有し、浴槽内の湯水を循環加熱する循環回路と、
   前記給湯用熱交換器および前記追焚用熱交換器を共通の熱源により加熱する燃焼機構と、
   前記循環回路に接続され、浴槽水の水圧を検出する水位センサと、
   各部を制御する制御装置とを備え、
   前記風呂給湯装置の運転モードは、給湯運転、ならびに前記循環回路を用いた風呂湯張り運転および循環運転を含み、
   前記制御装置は、
   前記燃焼機構を連続的に燃焼させる連続燃焼と、前記燃焼機構の燃焼期間および非燃焼期間が繰り返し設けられる間欠燃焼とで選択的に前記燃焼機構を制御し、
   前記風呂湯張り運転および前記循環運転を停止した状態で前記給湯運転を行う給湯単独運転中の前記間欠燃焼時に、前記熱源によって温められた高温水の温度が予め定められた温度未満である場合に、前記燃焼期間における発生熱量が第１熱量となる第１パターンで前記燃焼機構を制御し、
   前記給湯単独運転中の前記間欠燃焼時に、前記高温水の温度が前記予め定められた温度以上である場合に、前記燃焼期間における発生熱量を前記第１熱量よりも小さい第２熱量となる第２パターンで前記燃焼機構を制御し、
   前記給湯単独運転中の前記間欠燃焼時に、前記水位センサの検出値に基づいて浴槽水位の変化を検知する、風呂給湯装置。
2. 前記非燃焼期間に対する前記燃焼期間の比率は、前記第１パターンで前記燃焼機構が制御されているときの方が、前記第２パターンで前記燃焼機構が制御されているときよりも大きい、請求項１に記載の風呂給湯装置。
3. 前記燃焼期間と前記非燃焼期間とからなる間欠燃焼周期は、前記第１パターンで前記燃焼機構が制御されているときの方が、前記第２パターンで前記燃焼機構が制御されているときよりも短い、請求項１または請求項２に記載の風呂給湯装置。
4. 前記給湯用熱交換器から出湯される出湯水の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記高温水の温度は、前記温度センサが検出する前記出湯水の温度である、請求項１～請求項３のうちいずれか１項に記載の風呂給湯装置。
5. 前記制御装置は、
   前記水位センサの検出値にフィルタリング処理を施すことにより水位データを生成し、生成した前記水位データに基づいて前記浴槽内の水位の変化を検知し、
   第１フィルタと、前記第１フィルタに比べてノイズ除去性能が高い第２フィルタとを有しており、前記給湯単独運転中の前記間欠燃焼時には前記第２フィルタを用いてフィルタリング処理を実行する、請求項１～請求項４のうちいずれか１項に記載の風呂給湯装置。

Images