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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024158154
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】給湯システム
(51)【国際特許分類】
   F24H 9/00 20220101AFI20241031BHJP
   F24H 15/10 20220101ALI20241031BHJP
   F24H 15/296 20220101ALI20241031BHJP
   F24H 15/20 20220101ALI20241031BHJP
   F24H 15/429 20220101ALI20241031BHJP
   F24H 1/12 20220101ALI20241031BHJP
   F24H 15/36 20220101ALI20241031BHJP
【FI】
F24H9/00 Z
F24H15/10
F24H15/296
F24H15/20
F24H15/429
F24H1/12 B
F24H15/36
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023073113
(22)【出願日】2023-04-27
(71)【出願人】
【識別番号】000004709
【氏名又は名称】株式会社ノーリツ
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】牛尾 篤史
(72)【発明者】
【氏名】岡本 真一
【テーマコード(参考)】
3L034
3L036
【Fターム(参考)】
3L034BA22
3L034BB02
3L036AE00
(57)【要約】
【課題】複数の給湯器が通信線によって直列に通信接続された給湯システムにて、通信線の取り外しに自動的にかつ速やかに対応した協調制御を実現する。
【解決手段】給湯器100a~100fは、第1通信コネクタ121に接続された通信線9を介して下流側の給湯器と通信する一方で、第2通信コネクタ122に接続された通信線9を介して上流側の給湯器と通信するように構成される。第1通信コネクタ121および第2通信コネクタ122の各々では、ケーブルコネクタ95の装着により通信線9とともにショートピン97が接続されることで、通信線9の接続が検知される。コントローラ110は、第1通信コネクタ121に通信線9が接続される一方で、第2通信コネクタ122に通信線9が接続されていないことが検知されると、通信接続された複数の給湯器による協調制御のための統括制御の機能を実行するように動作する。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
給湯システムであって、
共通の出湯経路に対して並列に連結された複数の給湯器を備え、
前記複数の給湯器の各々は、
通信線および短絡端子が接続可能な第1コネクタおよび第2コネクタと、
前記第1コネクタに接続された前記通信線を介して他の給湯器と通信するための第1通信回路と、
前記第2コネクタに接続された前記通信線を介して他の給湯器と通信するための第2通信回路と、
前記第1コネクタに対する前記通信線の接続有無を、前記第1コネクタに対する前記短絡端子の接続有無によって検知する第1検知回路と、
前記第2コネクタに対する前記通信線の接続有無を、前記第2コネクタに対する前記短絡端子の接続有無によって検知する第2検知回路と、
当該給湯器の動作を制御するコントローラとを有し、
各前記給湯器の前記コントローラは、前記通信線を介して直列に通信接続された給湯器群を協調して動作させるための統括制御の機能を予め有するように構成され、
前記給湯器群は、前記通信接続を構成する直列接続内で隣接する給湯器間で、前記直列接続の予め定められた一端側である上流側の給湯器の前記第1通信回路および前記直列接続の他端側である下流側の給湯器の前記第2通信回路が順次前記通信接続され、
各前記コントローラは、
前記第1検知回路によって前記第1コネクタに対して前記通信線が接続されていることが検知されるとともに、前記第2検知回路によって前記第2コネクタに対して前記通信線が接続されていないことが検知されたときに、当該コントローラが前記統括制御を実行するように動作するリーダーコントローラであると認識する、給湯システム。
【請求項2】
各前記コントローラは、前記第2検知回路によって前記第2コネクタに対して前記通信線が接続されていることが検知されたときに、当該コントローラが、前記リーダーコントローラからの指令を受けて協調的に動作するフォロワコントローラであると認識する、請求項1記載の給湯システム。
【請求項3】
前記フォロワコントローラとして動作する前記コントローラは、
前記第2検知回路によって、前記第2コネクタに対して前記通信線が接続されている状態から、前記第2コネクタに対して前記通信線が接続されていない状態への変化後に、当該通信線が接続されていない状態が第1所定時間継続したことが検知されたとき、または、
前記第2検知回路によって前記第2コネクタに対して前記通信線が接続されている状態が検知されている下で、前記第2通信回路による通信不良が、前記第1所定時間よりも長い第2所定時間継続したときに、
前記フォロワコントローラから前記リーダーコントローラに役割を切替えて動作する、請求項2記載の給湯システム。
【請求項4】
各前記コントローラは、
前記第2検知回路によって前記第2コネクタに対して前記通信線が接続されている状態が検知されている下で、前記第2通信回路による通信不良が第1所定時間継続したとき、または、
前記第2検知回路によって、前記第2コネクタに対して前記通信線が接続されていない状態が前記第1所定時間よりも短い第2所定時間以上継続して検知されたときに、
当該コントローラが前記リーダーコントローラであると認識する、請求項1記載の給湯システム。
【請求項5】
前記第1コネクタおよび前記第2コネクタの各々は、前記通信線および前記短絡端子を一体的に接続するための複数端子用のコネクタハウジングを有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の給湯システム。
【請求項6】
前記第1検知回路および前記第2検知回路の各々は、
前記第1コネクタまたは前記第2コネクタに前記短絡端子が接続されていないときに第1ノードおよび第2ノードの間が開放されるのに応じて第1レベルの検知信号を出力する一方で、前記第1コネクタまたは前記第2コネクタに前記短絡端子が接続されているときに前記第1ノードおよび前記第2ノードの間が短絡されるのに応じて第2レベルの前記検知信号を出力するように構成される、請求項1~4のいずれか1項に記載の給湯システム。
【請求項7】
前記統括制御は、前記給湯器群内での、給湯流量の増加に対応した作動開始順序の指定のローテーション処理を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、給湯システムに関し、より特定的には、出湯経路に対して並列に連結された複数の給湯器を備えた、連結型の給湯システムに関する。
【背景技術】
【0002】
出湯経路に対して並列に連結された複数の給湯器を備えることで、大容量の出湯に対応可能な給湯システムが公知である。
【0003】
例えば、特開2021-116977号公報(特許文献1)には、数珠つなぎ(デイジーチェイン)の態様で直列に通信接続される複数の給湯器の協調制御によって給湯システムを構成することが記載される。
【0004】
特許文献1の給湯システムでは、協調制御における統括制御機能用のプログラムを各給湯器のコントローラに搭載することで、統括制御用の別個のコントローラの設置を不要としている。すなわち、複数の給湯器のうちの1台の給湯器のコントローラが上記統括制御機能用のプログラムを実行することでマスタコントローラとして動作することで協調制御が実現される。
【0005】
特許文献1では、直列の通信接続内で通信不良が発生した場合には、現在のマスタコントローラとの通信が途絶する給湯器群が発生することになる。このため、当該給湯器群の中で新たなマスタコントローラを自動的に決定するための制御処理が、通信途絶の検知に応じて実行されることで、協調制御の対応台数が減少することを回避して、給湯システム全体での給湯能力の低下を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2021-116977号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1の給湯システムでは、各給湯器において、定期的な通信が途切れたときに、マスタコントローラとの通信途絶を検知して、現在のマスタコントローラとの通信が途絶した給湯器群の中で新たなマスタコントローラを自動的に決定するための制御処理が起動される。この際には、誤検知を防止する観点から、上述の定期的な通信が途切れた状態が一定時間継続したことを条件に、通信途絶の検知を確定させることが一般的である。
【0008】
このため、特許文献1の給湯システムでは、点検または修理等の目的で1台の給湯器の通信線を取り外した場合には、それよりも下流側の給湯器群が、マスタコントローラとの通信途絶の検知を確定するまでに上記一定時間の待機が必要となる。これにより、これらの下流側の給湯器群から一時的に給湯できなくなることで、給湯システムの給湯能力が一時的に(例えば、数分間程度)低下することが懸念される。
【0009】
本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、本発明の目的は、複数の給湯器が通信線を用いて直列に通信接続された給湯システムにおいて、通信線の取り外しに自動的にかつ速やかに対応した協調制御を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のある局面では、給湯システムが構成される。給湯システムは、共通の出湯経路に対して並列に連結された複数の給湯器を備える。複数の給湯器の各々は、通信線および短絡端子が接続可能な第1コネクタおよび第2コネクタと、第1通信回路と、第2通信回路と、第1検知回路と、第2検知回路と、給湯器の動作を制御するコントローラとを有する。第1通信回路は、第1コネクタに接続された通信線を介して他の給湯器と通信する。第2通信回路は、第2コネクタに接続された通信線を介して他の給湯器と通信する。第1検知回路は、第1コネクタに対する通信線の接続有無を、第1コネクタに対する短絡端子の接続有無によって検知する。第2検知回路は、第2コネクタに対する通信線の接続有無を、第2コネクタに対する短絡端子の接続有無によって検知する。各給湯器のコントローラは、通信線を介して直列に通信接続された給湯器群を協調して動作させるための統括制御の機能を予め有するように構成される。給湯器群は、通信接続を構成する直列接続内で隣接する給湯器間で、直列接続の予め定められた一端側である上流側の給湯器の前記第1通信回路および直列接続の他端側である下流側の給湯器の第2通信回路が順次通信接続される。各コントローラは、第1検知回路によって第1コネクタに対して通信線が接続されていることが検知されるとともに、第2検知回路によって第2コネクタに対して通信線が接続されていないことが検知されたときに、当該コントローラが統括制御を実行するように動作するリーダーコントローラであると認識する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、複数の給湯器が通信線を用いて直列に通信接続された給湯システムにおいて、通信線の取り外しに自動的にかつ速やかに対応した協調制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本実施の形態に係る給湯システム10の構成を説明する概略図である。
図2図1に示された各給湯器の構成例を説明する概略図である。
図3図1に示された給湯システムでの協調制御を説明する第1の図表である。
図4図1に示された給湯システムでの協調制御を説明する第2の図表である。
図5】各給湯器における通信コネクタへの通信線の接続有無を検知するための構成例を説明する概略図である。
図6】本実施の形態に係る給湯システムにおいて協調制御の役割分担を決定するための制御処理を説明するフローチャートである。
図7図1の構成例に対して図6のフローチャートによる制御処理を適用したときの協調制御の分担決定結果を説明する概念図である。
図8】1台の給湯器を一時的に不使用としたときの協調制御の処理の比較例を説明する概略図である。
図9】本実施の形態に係る給湯システムにおいて1台の給湯器を一時的に不使用としたときの協調制御の処理を説明する概略図である。
図10図9において通信線がコネクタから取り外された給湯器内の状態を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、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又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。
【0014】
(給湯システムの構成)
図1は、本実施の形態に係る給湯システム10の構成を説明する概略図である。
【0015】
図1を参照して、本実施の形態に係る給湯システム10は、入水経路5と、出湯経路6と、出湯経路6に対して並列に連結された複数の給湯器100a~100fとを備える。給湯器100a~100fの各々は、接続順序が隣接する給湯器間で、通信線9によって順次直列に接続されることにより、いわゆる、数珠つなぎ(デイジーチェイン)の態様で通信接続される。なお、図1中では、複数の通信線9が同じ符号で表記されているが、各通信線9は、1台の給湯器100と、他の1台の給湯器100とを1対1で接続するものであり、本実施の形態において、複数の給湯器100を結ぶ同一の通信ラインが構成されるものではない点について、確認的に記載する。通信接続を構成する直列接続において、予め定められた一端側が「上流側」と定義され、その反対の他端側が「下流側」と予め定義される。
【0016】
以下、本実施の形態では、6台の給湯器100a~100fによって、給湯システム10が構成されるものとするが、給湯システム10を構成する、並列に連結された給湯器100の台数は任意である。又、以下では、6個の給湯器の間を区別する記載では、各要素に添字a~fを付す一方で、6個の給湯器に共通する記載では、当該添字a~fを付することなく各要素を表記するものとする。
【0017】
なお、図1の例では、給湯器100a~100fは、入水経路5に対しても並列に連結されているが、給湯システム10内において、入水経路5は、給湯器100a~100fの間で完全に共通でなくてもよい。
【0018】
以下では、順番に配列された給湯器100a~100fに対して、給湯器100a側(図中左側)を上流側、給湯器100f側(図面右側)を下流側とする。通信接続についても、隣接する給湯器間を各通信線9で接続する自然な態様とすることで、給湯器100aを最上流、給湯器100fを最下流とするように直列接続された通信接続が形成されるものとして説明を進める。なお、通信接続での上流および下流は、各給湯器の配置位置ではなく、通信線9による直列接続の順序によって決定されることについて、確認的に記載する。
【0019】
図2には、給湯器100の構成例が示される。
図2を参照して、給湯器100は、入水経路5と連結された入水口32と、出湯経路6と連結された出湯口33と、熱交換器34と、入水路35と、出湯路36と、バイパス路37と、燃焼バーナ38と、流量調整弁42と、コントローラ110と、第1通信回路111と、第2通信回路112と、第1通信コネクタ121と、第2通信コネクタ122とを含む。
【0020】
入水路35は、入水口32から熱交換器34へ低温水を導く。燃焼バーナ38は、作動時(燃焼オン時)に、燃料(代表的には、ガス)の燃焼熱を発生する。熱交換器34は、燃焼バーナ38が発生した熱量を用いて、当該熱交換器34を通流する低温水を加熱する。出湯路36は、熱交換器34を通流した加熱後の高温水を出湯口33へ導く。燃焼バーナ38及び熱交換器34によって「加熱機構」が構成される。
【0021】
バイパス路37は、熱交換器34を迂回して、低温水を直接、出湯路36へ導く。出湯口33からは、熱交換器34からの高温水と、バイパス路37を通過した低温水が混合された、適温の湯が出力される。バイパス路37には、バイパス流量調整弁44が介挿接続されており、バイパス流量調整弁44の開度調整によって、出湯路36における、高温水及び低温水の混合比率を制御することができる。
【0022】
入水路35には給湯要求(例えば、図示しない給湯栓の開放)に応じた入水流量を検出するための流量センサ39と、入水温度を検出する入水温度センサ40とが設けられている。又、出湯路36には、缶体温度センサ41及び出湯温度センサ43が設けられる。缶体温度センサ41は、バイパス路37との合流位置よりも上流側(熱交換器34側)に配置されて、熱交換器34から出力された高温水の温度を検出する。出湯温度センサ43は、上記合流位置よりも下流側(出湯口33側)に配置されて、出湯口33からの出湯温度を検出する。
【0023】
出湯路36の上記合流位置よりも下流側には、出湯流量を調整するための流量調整弁42が介挿接続されている。流量調整弁42は、開度を全閉(流量=0)に制御する機能を有している。即ち、流量調整弁42によって、給湯器100の給湯流量は、Q=0からQ=Qmax(最大開度における流量)まで調整可能である。
【0024】
コントローラ110は、代表的には、マイクロコンピュータによって構成される。コントローラ110は、上述の各センサの検出値を用いて、給湯器100の各要素を制御する。図2の例では、コントローラ110により、流量調整弁42及びバイパス流量調整弁44の開度、並びに、燃焼バーナ38の燃焼オンオフ及び発生熱量を制御することができる。
【0025】
コントローラ110は、流量センサ39の検出値に基づいて、「加熱機構」の通流量が予め定められた最低作動流量(MOQ)以上になったこと(以下、「通水オン」とも称する)が検出されると、燃焼バーナ38での燃焼(即ち、加熱機構の作動)を開始することにより、給湯を開始する。この際には、流量センサ39の検出値(入水流量、即ち、給湯流量)と、バイパス流量調整弁44の開度に基づく混合比率とを用いて、加熱機構の通流量を求めることができる。従って、給湯器100は、流量調整弁42が全閉であるときには、入水流量がMOQを超えないため、給湯を実行しないことになる。
【0026】
なお、流量センサ39は、バイパス路37との接続点よりも下流側に配置されても良い。この場合には、流量センサ39の検出値をそのまま用いて「通水オン」を検出することができる一方で、上記混合比率をさらに用いて、給湯器100への入水流量、即ち、給湯流量を求めることができる。
【0027】
給湯時には、コントローラ110は、給湯温度制御を実行する。例えば、入水流量(流量センサ39)、入水温度(入水温度センサ40)、及び、出湯温度(出湯温度センサ43)の検出値に基づき、出湯温度の検出値が出湯設定温度に一致するように、供給燃料量に依存する燃焼バーナ38の発生熱量と、バイパス流量調整弁44の開度に依存する混合比率とが制御される。
【0028】
さらに、給湯システム10を構成する給湯器100において、コントローラ110は、流量調整弁42による流量制御を実行する。具体的には、各給湯器100は、協調制御の一部として、後述のリーダーコントローラからの制御指令により、待機モード及び通水モードのいずれかに設定される。
【0029】
通水モードの給湯器100では、流量調整弁42は開放されて、基本的には、上述の最大流量Qmaxに対応した最大開度に設定される。これに対して、待機モードの給湯器100では、流量調整弁42は全閉状態に制御される。
【0030】
第1通信回路111は、第1通信コネクタ121に接続された通信線9を経由して、通信接続の下流側に隣接する他の給湯器の第2通信回路112との間でデータを送受信する。同様に、第2通信回路112は、第2通信コネクタ122に接続された通信線9を経由して、通信接続の上流側に隣接する他の給湯器の第1通信回路111との間でデータを送受信する。第1通信回路111および第2通信回路112は、例えば、全二重のシリアル通信によって、データを送受信する。
【0031】
各給湯器100において、第1通信回路111、第1通信コネクタ121、第2通信回路112、および、第2通信コネクタ122は、例えば、コントローラ110が搭載されるプリント基板上に実装することができる。また、図2では、コントローラ110と、第1通信回路111および第2通信回路112とを、個別の要素として記載しているが、コントローラ110の要部がマイクロコンピュータを用いて構成される場合は、第1通信回路111および第2通信回路112のそれぞれの一部機能は、当該マイクロコンピュータによって実現されてもよい。
【0032】
(協調制御の説明)
次に図3および図4を用いて、給湯システム10での協調制御を説明する。
【0033】
図3に示されるように、協調制御は、給湯器100a~100fを、1台の「メイン1給湯器」、1台以上の「メイン2給湯器」および、その他の「サブ給湯器」に分類することで実行される。給湯システム10の給湯待機時には、各サブ給湯器は、待機モードに設定されて、流量調整弁42(図2)は閉止される。一方で、メイン1給湯器およびメイン2給湯器の各々は通水モードとされて、流量調整弁42(図2)は開放される。
【0034】
給湯システム10の給湯が開始されると、流量調整弁42が閉止されたサブ給湯器の各々では、通水は検出されず、燃焼は開始されない。これに対して、流量調整弁42が開放されているメイン1給湯器およびメイン2給湯器の各々では、流量センサ39によってMOQ以上の通水が検出される。
【0035】
メイン1給湯器が、通水の検出に応じて燃焼を開始すると、出湯路36への給湯が開始される。さらに、メイン1給湯器は、給湯を開始すると、メイン2給湯器に対して、待機モードへの移行、すなわち、流量調整弁42の閉止を指示する。これにより、1台分の給湯能力(メイン1給湯器)によって給湯を開始することができるので、給湯待機時に全ての給湯器で流量調整弁42を開放する場合と比較して、給湯可能流量の下限範囲を拡大することができる。
【0036】
その後、メイン1給湯器の給湯流量(燃焼オン中の流量センサ39による検出流量)が、予め定められた第1基準流量を超えると、メイン2給湯器に対して通水モードへの移行要求が生成される。これに応じて、メイン2給湯器の流量調整弁42が開放されると、流量センサ39によって通水が検出されるのに応じて、メイン2給湯器からも給湯されて、2台の給湯器による給湯が開始される。給湯器100a~100fは並列接続されているので、流量調整弁42の開度が同等であれば、この状態でのメイン1給湯器およびメイン2給湯器での流量(給湯流量)は同等である。
【0037】
したがって、メイン2給湯器は、通水検出のバックアップとして位置付けられる。すなわち、メイン2給湯器は、通水オンの検出時に、一定時間が経過しても、メイン1給湯器からの待機モードへの移行指令が受信されない場合には、メイン1給湯器の異常を検知する。この場合には、メイン2給湯器が、当該異常検知に応じて燃焼を開始することで、出湯路36への給湯が開始される。さらに、メイン1給湯器の異常が、協調制御を統括するリーダーコントローラ(後述)に対して送信される。
【0038】
なお、給湯システム10内の2台以上の給湯器が給湯運転を行っている場合、給湯運転を行っている給湯器のうちの最後に給湯運転を開始した1台の給湯器は、流量調整弁42の開度制御を伴って給湯流量が変化する「能力調整用」として給湯運転する一方で、残りの給湯器は、流量調整弁42の開度が固定されることで給湯流量が固定された、「能力固定用」として給湯運転を実行する。この能力調整用として給湯運転している給湯器において、給湯流量が第1基準流量を超えると、その給湯器が能力固定用の給湯器になるとともに、待機中の給湯器のうちの1台が新たに能力調整用として、給湯運転を開始する。例えば、第1基準流量は、能力固定用の給湯器による給湯流量と同等である。これにより、一例として、下流側に向かって給湯器を1台ごとに待機モードから通水モード(能力調整用)へ移行させる態様で、給湯流量の増加に対応する複数の給湯器100a~100fの協調制御が実現される。
【0039】
また、能力調整用として給湯運転している給湯器において、給湯流量が、上記第1基準流量よりも低く設定される第2基準流量を下回ると、当該給湯器は、給湯を停止して待機モードへ移行するとともに、それまで能力固定で給湯運転していた給湯器のうちの1台が新たに能力調整用の給湯器として給湯運転を行う。これにより、一例として、上流側へ向かって給湯器を1台ごとに通水モード(能力調整用)から待機モードへ移行させる態様で、給湯流量の減少に対応する複数の給湯器100a~100fの協調制御が実現される。なお、メイン1給湯器およびメイン2給湯器では、加熱機構の流量がMOQよりも低下して、通水オフが検出されても、燃焼はオフさせる一方で、流量調整弁42の開放は維持される。
【0040】
上記協調制御によれば、給湯運転時には、メイン1給湯器が優先的に給湯し、次に、メイン2給湯器が優先的に給湯する。したがって、図3で説明した、給湯流量の増加に対応した作動(燃焼)開始順序の指定が変わらないと、給湯器100a~100fの一部の給湯器の作動時間(具体的には、燃焼時間)が突出することで、故障が発生し易くなることが懸念される。
【0041】
したがって、図4に示されるローテーションが実行される。
図4に示されるように、状態1では、給湯器100aがメイン1給湯器、給湯器100bがメイン2給湯器に指定され、給湯器100c~100fはサブ給湯器に指定される。給湯器100a~100fの各々は、各自の作動時間(燃焼時間)の積算値を逐次算出する。状態1において、給湯器100aの作動時間(積算値)が予め定められた時間基準値に達すると、状態1から状態2へ遷移するローテーションが行われる。状態2では、メイン1給湯器およびメイン2給湯器の指定が、状態1から1台ずつ上流側から下流側にシフトされる。
【0042】
これにより、給湯器100bがメイン1給湯器、給湯器100cがメイン2給湯器に指定され、給湯器100d~100f,100aはサブ給湯器に指定される。給湯器100aは、サブ給湯器のうちで、給湯開始の順序が最も遅い給湯器に指定することができる。この段階で、時間基準値と比較される、給湯器100aの作動時間(積算値)はクリアされてもよい。
【0043】
状態2において、給湯器100bの作動時間(積算値)が予め定められた時間基準値に達すると、状態2から状態3へ遷移するローテーションが行われる。状態3では、メイン1給湯器およびメイン2給湯器の指定が、状態2から1台ずつ上流側から下流側にシフトされる。
【0044】
これにより、給湯器100cがメイン1給湯器、給湯器100dがメイン2給湯器に指定され、給湯器100e~100f,100a,100bはサブ給湯器に指定される。給湯器100bは、状態1から状態2への遷移時における給湯器100aと同様に扱われる。
【0045】
以降では、メイン1給湯器に指定されている給湯器の作動時間(積算値)が時間基準値に達する毎に、メイン1給湯器およびメイン2給湯器の指定を1台ずつ上流側から下流側にシフトされるローテーションが実行される。最下流側の給湯器100fがメイン1給湯器に指定される場合は、最上流側の給湯器100aがメイン2給湯器に指定され、この状態からローテーションが実行されると、状態1が再び形成される。
【0046】
(協調制御の役割分担の決定)
図3および図4で説明した協調制御の統括機能、特に、メイン1給湯器、メイン2給湯器、および、サブ給湯器を指定する機能は、給湯器100a~100fのうちの1台のコントローラ110が、特許文献1でのマスタコントローラに相当する、当該統括機能を実現するための統括機能プログラムを実行する「リーダーコントローラ」として動作することで実現される。なお、リーダーコントローラによる統括機能は、下流側に通信接続された他の給湯器が存在しないときには、自機単独の制御によって給湯する機能を含む。
【0047】
また、給湯器100a~100fの各々のコントローラ110には、図3で説明したメイン1給湯器、メイン2給湯器、および、サブ給湯器として動作するためのプログラムもそれぞれ格納されている。また、給湯運転の実行時において、「能力調整用」および「能力固定用」の各々として動作するためのプログラムについても同様に、給湯器100a~100fの各々のコントローラ110に予め格納されている。このため、リーダーコントローラからの指定に従ってこれらのプログラムによる処理を選択的に実行することで、メイン1給湯器、メイン2給湯器、および、サブ給湯器のいずれの役割についても、給湯器100a~100fの各々は実行可能である。
【0048】
本実施の形態に係る給湯システムでは、給湯器100a~100fの各々のコントローラ110に当該統括機能プログラムを格納し、その実行(起動)を選択的に行うことで、給湯器100a~100fの各コントローラ110は、いずれもリーダーコントローラとして動作することができる。これにより、特許文献1と同様に、上位の統括コントローラを配置することなく、給湯器100a~100fの協調制御を行うことができる。
【0049】
図5には、各給湯器における通信コネクタへの通信線の接続有無を検知するための構成例が示される。
【0050】
図5に示されるように、各給湯器100には、第1通信コネクタ121に対応する第1検知回路51と、第2通信コネクタ122に対応する第2検知回路52とが配置される。第1検知回路51および第2検知回路52の構成は同様であるので、第1検知回路51の構成について説明する。第1通信コネクタ121および第2通信コネクタ122は、「第1コネクタ」および「第2コネクタ」にそれぞれ相当する。
【0051】
第1検知回路51は、ノードNpとグランド(GND)との間に電気的に接続されたトランジスタ151と、トランジスタ151の制御電極(ベース)と接続されるノードN1と、電源電圧Vccが入力されるノードN2とを有する。ノードNpは、抵抗素子(プルアップ抵抗)を介して、電源電圧Vccが入力されるノードに接続されている。
【0052】
通信線9の両端には、給湯器100の第1通信コネクタ121または第2通信コネクタ122と接続するためのケーブルコネクタ95が設けられる。ケーブルコネクタ95には、第1通信回路111または第2通信回路112に対する通信線9の接続部に加えて、給湯器側が通信線9の接続を検知するためのショートピン97の接続部が設けられる。ショートピン97は、例えば、1~2(cm)程度の短い電装線をケーブルコネクタ95に備えることで実現できる。
【0053】
第1通信コネクタ121および第2通信コネクタ122の各々は、ケーブルコネクタ95との嵌合構造による、通信線9との接続部、および、ショートピン97との接続部とを一体化した、複数端子用のコネクタハウジングとすることができる。通信線9の接続および取り外しと、ショートピン97の接続および取り外しとの連動を確実化できる。すなわち、ショートピン97は「短絡端子」の一実施例に対応する。
【0054】
ショートピン97が第1通信コネクタ121に接続されていない状態では、ノードN1およびノードN2の間が開放されるので、トランジスタ151はオフ状態に維持される。このとき、トランジスタ151のコレクタと接続されたノードNpに生成される第1検知信号SL1は、Hレベル(電源電圧Vcc)に設定される。
【0055】
これに対して、ショートピン97が第1通信コネクタ121に接続されるとノードN1およびN2の間が短絡されるのに応じて、トランジスタ151は、制御電極に電源電圧Vccが印加されるのに応じてオンする。このとき、ノードNpに生成される第1検知信号SL1は、Hレベル(電源電圧Vcc)からLレベル(GND)に変化する。したがって、第1検知信号SL1は、第1通信コネクタ121に通信線9(ケーブルコネクタ95)が接続されていないとき(接続無)にはHレベル(「第1レベル」に対応)に設定される一方で、通信線9(ケーブルコネクタ95)に接続されているとき(接続有)にはLレベル(「第2レベル」に対応)に設定される。
【0056】
第2通信コネクタ122に対応する第2検知回路52においても、トランジスタ151のコレクタと接続されたノードNpに生成される第2検知信号SL2は、第2通信コネクタ122に通信線9(ケーブルコネクタ95)が接続されているとき(接続有)にはLレベルに設定される一方で、通信線9(ケーブルコネクタ95)が接続されていないとき(接続無)にはHレベルに設定される。第1検知信号SL1および第2検知信号SL2は、コントローラ110に入力される。したがって、各給湯器100のコントローラ110は、第1検知信号SL1および第2検知信号SL2に基づいて、第1通信コネクタ121および第2通信コネクタ122のそれぞれに対する通信線9(ケーブルコネクタ95)の接続有無を検知することができる。
【0057】
図5には、図1の構成例における通信接続の態様が示されている。最上流側の給湯器100aでは、第1通信コネクタ121に通信線9が接続される一方で、第2通信コネクタ122には通信線9は接続されていない。すなわち、給湯器100aでは、第1通信回路111による通信のみが実行される。
【0058】
給湯器100bでは、第1通信コネクタ121および第2通信コネクタ122の両方に通信線9(ケーブルコネクタ95)が接続されており(SL1=SL2=Lレベル)、第2通信回路112は、上流側の給湯器100aの第1通信回路111との間で通信線9を経由してデータを送受信することができる。給湯器100bでは、第1通信回路111および第2通信回路112の両方による通信が実行される。
【0059】
最下流側の給湯器100fでは、第2通信コネクタ122に通信線9が接続される一方で、第1通信コネクタ121には通信線9(ケーブルコネクタ95)は接続されていない(SL1=Lレベル、SL2=Hレベル)。すなわち、給湯器100fでは、第2通信回路112による通信のみが実行される。第2通信回路112は、上流側の給湯器(給湯器100e)の第1通信回路111との間で通信線9を経由してデータを送受信することができる。
【0060】
給湯器100bおよび給湯器100fの間に接続される給湯器100c~100e(図1)においても、第1通信コネクタ121および第2通信コネクタ122の両方に通信線9(ケーブルコネクタ95)が接続されて、第2通信回路112が、上流側の給湯器の第1通信回路111との間でデータを送受信するとともに、第1通信回路111が、下流側の給湯器の第2通信回路112との間でデータを送受信する。すなわち、給湯器100bと同様に、第1通信回路111および第2通信回路112の両方による通信が実行される。
【0061】
本実施の形態に係る給湯システムでは、以下に説明するように、第1通信コネクタ121および第2通信コネクタ122に対する通信線9(ケーブルコネクタ95)の接続有無を示す信号を用いた制御処理によって、各給湯器のコンロ-ラがリーダーコントローラとして動作するかを自動的に判断することを伴って、協調制御の役割分担を実行する。
【0062】
図6には、本実施の形態に係る給湯システムにおいて協調制御の役割分担を決定するための制御処理を説明するフローチャートが示される。図6に示された制御処理は、給湯システム10の動作中において、給湯器100a~100fの各コントローラ110によって繰り返し実行される。
【0063】
図6に示されるように、コントローラ110は、ステップ(以下、単に「S」と表記する)110により、第2検知信号SL2がHレベルであるか否かを判定し、Hレベルのときには(S110のYES判定時)、S120により、SL2がLレベルからHレベルに変化したか否かを判定する。
【0064】
S120がNO判定であり、第2検知信号SL2がHレベルである状態、即ち、第2通信コネクタ122に通信線9(ケーブルコネクタ95)が接続されていない状態が継続しているときには、処理は、S130に進められる。
【0065】
コントローラ110は、第2検知信号SL2がLレベルである状態からHレベルに変化したとき(S120のYES判定時)には、S125により、SL2=Hレベルの状態が所定時間T1(例えば、2~3秒程度)継続したか否かを判定する。コントローラ110は、SL2=Hレベルを所定時間T1継続して検知すると(S125のYES判定時)、S130に処理を進める。所定時間T1は、ノイズ等の影響による誤検知を防止するために設定される。これにより、第2検知信号SL2がHレベルである状態が所定時間T1以上継続すると、S130に処理が進められる。
【0066】
一方で、コントローラ110は、第2検知信号SL2がLレベルであるとき(S110のNO判定時)には、S140およびS150により、第2通信回路112が通信不良の状態が所定時間T2(例えば、2~3分程度)継続するか否かを判定する。すなわち、T2>T1である。例えば、通信不良の状態であるか否かは、第2通信回路112と通信線9によって接続された第1通信回路111(上流側の給湯器)からの送信が途絶えているか否かによって判定することができる。
【0067】
コントローラ110は、第2通信回路112が通信不良の状態が所定時間T2継続すると(S140およびS150のYES判定時)、S130に処理を進める。所定時間T2についても、誤検知を防止するために設定される。
【0068】
コントローラ110は、S130では、ケーブルコネクタ95の非接続、または、通信線9の通信不良によって、上流側の給湯器と通信するための第2通信回路112による通信が行われていないことに応じて、自機が「リーダー給湯器」であると認識する。この際に、第2通信コネクタ122にケーブルコネクタ95(通信線9)が接続されていないときには、通信が行われていない状態であることが所定時間T2継続することを待つことなく、早期に「リーダー給湯器」であることを認識できる。なお、上述のように、リーダー給湯器は、下流側に通信接続された他の給湯器が存在しないときには、自機単独の制御によって給湯を行うことができる。
【0069】
コントローラ110は、S140がNO判定とされる場合、すなわち、第2通信コネクタ122に通信線9が接続された状態下で第2通信回路112による通信不良が検知されない場合には、S160により、リーダー給湯器からの指令(例えば、図4で説明したローテーションの指定)に従って協調的に動作する「フォロワ給湯器」に搭載された「フォロワコントローラ」であると認識する。
【0070】
さらに、コントローラ110は、S170により、第1通信回路111での通信有無に応じて、自機が、通信接続の最下流に位置する「末端フォロワ」と、中間に位置する「中間フォロワ」のいずれであるかを判定することができる。たとえば、S170は、第1検知信号SL1に基づく第1通信コネクタ121に対する通信線9(ケーブルコネクタ95)の接続有無、および、第2通信回路112による通信状態(通信有無)の確認により、SL1=Hレベルが所定時間T1継続したとき、または、第1通信回路111による通信が所定時間T2継続して行われていない場合には、YES判定とされる。このとき、コントローラ110は、第1通信回路111による通信が行われていないと判断して、S180により、自機が「末端フォロワ給湯器」であると認識する。
【0071】
反対に、SL1=Lレベルであり、第1通信コネクタ121に通信線9(ケーブルコネクタ95)が接続されているとき、または、第1通信回路111による通信が行われているときは、S170をNO判定として、処理をS190に進める。コントローラ110は、S190では、自機が「中間フォロワ給湯器」であると認識する。
【0072】
図6の処理が、定期的に起動されることにより、直列に通信接続された給湯器100a~100fの各々は、自機が「リーダー給湯器」、「中間フォロワ給湯器」、および、「末端フォロワ給湯器」のいずれとして動作するか、即ち、協調制御による役割分担を、自動的に決定することができる。
【0073】
図7には、図1の構成例に対して図6のフローチャートによる制御処理を適用したときの協調制御の分担決定結果が示される。
【0074】
図7を参照して、第2通信コネクタ122に通信線9(ケーブルコネクタ95)が接続されていない最上流側の給湯器100aでは、SL2=Hレベルが所定時間T1以上継続することにより、「リーダー給湯器」であることが認識される(S130)。
【0075】
また、第1通信コネクタ121に通信線9(ケーブルコネクタ95)が接続されていない給湯器100fでは(SL1=H)、S110のNO判定後、S170がYES判定となることで、「末端フォロワ給湯器」であることが認識される(S180)。
【0076】
同様に、上流側および下流側の給湯器との間で通信する給湯器100b~100eの各々では、S110のNO判定後、S140およびS170がNO判定となることで「中間フォロワ給湯器」であることが認識される(S140)。
【0077】
たとえば、リーダー給湯器(給湯器100a)に搭載されたコントローラ110は、直列に通信接続された給湯器群、すなわち、協調制御を行う給湯器群にて、カウントアップを伴って下流側へ順次送信されるアドレスカウンタ値を用いて、当該給湯器群の各給湯器のアドレス付与、および、給湯器の合計台数の取得を行うことができる。
【0078】
具体的には、図7に例示されるように、給湯器100a(リーダー給湯器)は、初期値「1」に設定されたアドレスカウンタ値を、下流側の給湯器100bに送信する。給湯器100bは、上流側の給湯器100aから受信したアドレスカウンタ値に「1」加算した値を、下流側の給湯器100cへ送信する。これにより、給湯器100bから100cへは、「2」に設定されたアドレスカウンタ値が送信される。以下、フォロワ給湯器のうちの中間フォロワ給湯器である給湯器100c~100eの各々は、給湯器100bと同様に、上流側の給湯器から受信したアドレスカウンタ値に「1」加算した値を、下流側の給湯器100へ送信する。フォロワ給湯器のうちの末端フォロワ給湯器である給湯器100fは、上流側の給湯器から受信したアドレスカウンタ値に「1」加算した値を、上流側の給湯器100eへ送信する。
【0079】
この結果、給湯器100a~100fからの送信されるアドレスカウンタ値は、数珠つなぎの順番に従って「1」~「6」となる。従って、給湯器100a~100fの各々は、自機が送信するアドレスカウンタ値を自機のアドレスとして認識することができる。また、末端フォロワ給湯器である給湯器100fから送信されるアドレスカウンタ値は、数珠つなぎの接続台数、すなわち、協調制御を行う給湯器の合計台数に相当する。
【0080】
給湯器100b~100eの各々は、下流側の給湯器から受信したアドレスカウンタ値については、加算せずにそのままの値で、上流側の給湯器へ順次送信する。これにより、給湯器100aは、給湯器100fから送信されるアドレスカウンタ値を受信することで、上述の合計台数を取得することが可能である。
【0081】
以降では、これにより、リーダー給湯器(給湯器100a)は、アドレスが「♯1」~「♯6」の給湯器に対して、メイン1給湯器、メイン2給湯器、および、4台のサブ給湯器の役割をローテーションさせて協調制御の管理を行うことができる。
【0082】
なお、給湯器100a~100fの各々は、LED(Light Emitting Diode)のセグメント表示等による表示部116を有するように構成されてもよい。この場合には、表示部116によって、上述したアドレスカウンタ値の送受信に応じて、各給湯器が認識した自機アドレスを一定期間表示させることができる。これにより、アドレスが正常に付与されたか否かを、作業員等が容易に確認できる。
【0083】
(通信線取り外し時の処理)
次に、点検またはメンテナンスのためにいずれかの給湯器を一時的に非使用とする場合の協調制御の処理について説明する。
【0084】
図8には、1台の給湯器を一時的に不使用としたときの協調制御の処理の比較例が示される。図8では、比較例として、図6でのS110~S130を含まない制御処理が実行されるものとする。
【0085】
図8に示されるように、給湯システム10において、給湯器100bが、点検またはメンテナンス等の理由で一時的に不使用とされるケースを想定する。この場合には、給湯器100bの第1通信コネクタ121および第2通信コネクタ122(図2)から、通信線9が取り外される。あるいは、給湯器100bの電源がオフされる。
【0086】
これに応じて、給湯器100bと給湯器100aとの間の通信、および、給湯器100bと給湯器100cとの間の通信が行われなくなる。これにより、給湯器100aは、通信接続された給湯器が存在しなくなるので、1台のみの単独運転で給湯を継続する。一方で、給湯器100cは、図6のS140およびS150がYES判定となることで、自機をリーダー給湯器と認識できるようになる(S130)。これに応じて、給湯器100cに搭載された、これまでフォロワコントローラとして動作していたコントローラ110が、リーダーコントローラとして動作することにより、図7で説明したアドレス付与および合計台数の取得を行うことで、給湯器100c~100f(4台)が協調的に動作した給湯を行うことができる。
【0087】
しかしながら、上述の様に、誤検知を防止するための所定時間T2が経過するまでは、給湯器100cは、リーダー給湯器として動作することができない。この期間では、給湯器100c~100fの中にリーダー給湯器がまだ存在しておらずこれらの給湯器からは給湯ができないため、給湯器100aのみで給湯が行われることになる。この結果、給湯システムによる給湯流量が一時的(例えば、数分程度)に低下する虞がある。
【0088】
これに対して、本実施の形態に係る給湯システムでは、図6においてS110~S130の処理が実行される。このため、一時的に不使用とされる給湯器の下流側の給湯器が、速やかにリーダー給湯器として動作することが可能となる。
【0089】
図9を参照して、本実施の形態に係る給湯システム10では、図8と同様に、一時的に不使用とされる給湯器100bにおいて、ケーブルコネクタ95による通信線9の取り外し、または、電源オフが行われるのに加えて、当該給湯器100bの下流側の給湯器100cにおいて、上流側の給湯器100bと通信するための第2通信コネクタ122から通信線9が取り外される。
【0090】
図10には、ケーブルコネクタ95がコネクタから取り外された給湯器100c内の状態を説明する概略図が示される。
【0091】
図10に示されるように、給湯器100bとの間を接続するケーブルコネクタ95が第2通信コネクタ122から取り外される前は、第2検知回路52による第2検知信号SL2はLレベルに設定される。第1検知回路51による第1検知信号SL1についても、給湯器100eとの間を接続するケーブルコネクタ95が第1通信コネクタ121に接続されているのでLレベルに設定される。
【0092】
ケーブルコネクタ95が第2通信コネクタ122から取り外されると、第2検知回路52ではトランジスタ151のオフに応じて、第2検知信号SL2がLレベルからHレベルに変化する。
【0093】
これに応じて、給湯器100cは、図6のS110~S130の処理によって、所定時間T1(T1<T2)が経過した時点で、リーダー給湯器として動作することができる。
【0094】
したがって、本実施の形態によれば、複数の給湯器が通信線9によって直列に通信接続された給湯システム10において、ケーブルコネクタ95による通信線9の取り外しに自動的にかつ速やかに対応した協調制御を実現することができる。これにより、図8の比較例に対して、給湯器100c~100fによる給湯ができない期間が大幅に短縮されるので、給湯システムによる給湯流量の一時的な低下を抑制することができる。
【0095】
なお、図7では、リーダー給湯器で初期化された後、所定値ずつ変化される(例えば、1ずつカウントアップされる)アドレスカウンタ値が、中間フォロワ給湯器および末端フォロワ給湯に順次送信され、末端フォロワ給湯器でのカウントアップ後に、そのままの値でリーダー給湯器まで転送される例を説明したが、このような「カウンタ値」に代えて、任意のデータを、予め定められた規則に従って順次変化させて、中間フォロワ給湯器および末端フォロワ給湯に順次送信する態様としても、同様に、各給湯器のアドレス付与と、数珠つなぎの接続台数の取得とを実現することが可能である。
【0096】
今回開示された実施の形態は全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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0097】
5 入水経路、6 出湯経路、9 通信線、10 給湯システム、32 入水口、33 出湯口、34 熱交換器、35 入水路、36 出湯路、37 バイパス路、38 燃焼バーナ、39 流量センサ、40 入水温度センサ、41 缶体温度センサ、42 流量調整弁、43 出湯温度センサ、44 バイパス流量調整弁、51 第1検知回路、52 第2検知回路、95 ケーブルコネクタ、97 ショートピン、100,100a~100f 給湯器、110 コントローラ、111 第1通信回路、112 第2通信回路、116 表示部、121 第1通信コネクタ、122 第2通信コネクタ、151 トランジスタ、SL1 第1検知信号、SL2 第2検知信号、T1,T2 所定時間、Vcc 電源電圧。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10