(57)【要約】【課題】流量の減少時に給湯装置の出湯温度を適切に制御することである。【解決手段】コントローラ３００は、流量センサ１５０の出力を周期的にサンプリングして検出流量値を取得するとともに、検出流量値の変化量を増幅するように推定流量値を算出する。コントローラ３００は、少なくとも１本のバーナ３０が燃焼する加熱状態において、検出流量値が第１の基準流量値よりも低いときに、バーナ３０の燃焼が停止される加熱停止状態を維持する。さらに、コントローラ３００は、検出流量値が第１の基準流量値よりも高く、かつ、推定流量値が第１の基準流量値よりも低いときには、一時的な加熱停止状態を形成するとともに、一時的な加熱停止状態中における推定流量値の時間積分値が基準水量値を超えると、加熱停止状態から加熱状態への切替を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通流する水を加熱する加熱機構と、
前記加熱機構を通過する水量の変化に応じて流量が変化する通水路の流量を検出するための流量センサと、
前記流量センサによる検出流量値と、前記検出流量値に基づいて前記検出流量値の変化量を増幅するように算出された推定流量値とを用いて、前記加熱機構を加熱状態から加熱停止状態に切替える制御を行なう制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記検出流量値が第１の基準流量値よりも低いときに前記加熱機構を前記加熱停止状態に維持する第１の制御と、
前記検出流量値が前記第１の基準流量値よりも高く、かつ、前記推定流量値が第２の基準流量値よりも低下すると前記加熱機構を一時的な前記加熱停止状態とする第２の制御と、
前記第２の制御による前記加熱停止状態の期間中における前記推定流量値の時間積分値が予め定められた基準水量値を超えると、前記加熱機構を前記加熱停止状態から前記加熱状態へ切替える第３の制御とを実行する、給湯装置。
【請求項２】
前記基準水量値は、前記加熱機構の加熱対象部が保有する水量に対応して定められる、請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】
前記加熱機構は、
燃料の燃焼によって熱量を発生する燃焼機構と、
前記燃焼機構からの熱量によって通流する流体が加熱されるように配置された一次熱交換器と、
前記燃焼機構に対して前記一次熱交換器を間に挟んで配置される二次熱交換器とを含み、
前記流体は、前記二次熱交換器を通過した後に前記一次熱交換器を通流し、
前記基準水量値は、前記一次熱交換器における前記燃焼機構からの受熱部分による前記水の保有体積に対応して定められる、請求項２記載の給湯装置。
【請求項４】
前記加熱機構は、
燃料の燃焼によって熱量を発生する燃焼機構と、
前記燃焼機構からの熱量によって通流する流体が加熱されるように配置される熱交換器とを含み、
前記熱交換器における前記流体の前記燃焼機構からの受熱部分は、前記流体の通流方向の上流側から下流側へ向かって複数の領域に分割され、
前記燃焼機構は、
前記複数の領域の各々に対応させて燃焼をオンオフするための能力切替手段を含み、
前記能力切替手段は、前記加熱機構での要求発生熱量に応じて、前記複数の領域のうちの前記燃焼がオンされる領域の組み合わせが異なる複数の能力段のうちの１つを選択するように制御され、
前記第１の制御は、前記複数の能力段のうちの所定の能力段が選択されている場合において、前記検出流量値が前記第１の基準流量値よりも高く、かつ、前記推定流量値が前記第２の基準流量値よりも低下したときに、前記加熱機構を一時的に前記加熱停止状態とするように実行され、
前記所定の能力段は、前記複数の領域のうちの最も前記上流側に位置する領域および前記複数の領域のうちの前記燃焼オン時における前記流体の受熱量が最大である領域の少なくとも一方において前記燃焼がオンされる能力段を含む、請求項１または２に記載の給湯装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
所定周期ごとに取得された前記検出流量値を用いて、今回取得された第１の検出値と前回取得された第２の検出値との偏差に係数を乗じた値を前記第１の検出値に加算することによって前記所定周期ごとに前記推定流量値を算出し、
前記係数は、前記検出流量値の実流量に対する応答遅れの時定数と、前記所定周期との比率に基づく正の所定値である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は給湯装置に関し、より特定的には、流量センサの検出値を用いて加熱機構を制御する給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給湯装置は、給湯栓（カラン）の開栓等に応じて給湯装置内の通過流量が変化するのに応じて、ガスバーナ等の加熱機構における発生熱量を制御することによって、出湯温度を設定温度に維持するように構成される。特に、通過流量がいわゆる最低作動流量（ＭＯＱ）よりも低い場合には、ガスバーナの燃焼停止等によって、加熱機構での発生熱量が零に制御される。
【０００３】
一方で、流量検出のために主に用いられる羽根車式の流量センサ等では、羽根車の慣性等の機構上の問題により、流量変化時に検出遅れが発生することが避けられない。この結果、加熱機構での発生熱量の制御に遅れが生じることによって、出湯温度が設定温度から外れることが懸念される。
【０００４】
このため、特許文献１（特開２０１４−１３７２０５号公報）では、各種センサの影響によって出湯温度のセンサ検出値に生じた無駄時間遅れを補償したフィードバック制御によって、加熱機構の発生熱量を調整する技術が記載されている。また、特許文献２（特開平１−２４７９４７号公報）には、流量センサを配置することなく、加熱量一定に保持される期間における湯温の勾配に基づいて推定された流量を用いて湯温を制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１３７２０５号公報
【特許文献２】特開平１−２４７９４７号公報
【特許文献３】特許第６０３７１５８号公報
【特許文献４】特許第５９２４５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に、給湯栓の操作等によって急激に流量が絞られた場合には、この流量減少に適切に対応した温度制御が困難になることが懸念される。具体的には、流量センサの検出遅れによって、加熱機構の発生熱量を減少するタイミングが遅れると給湯装置内で過加熱が発生する虞がある。
【０００７】
一方で、過加熱を回避するために、流量センサの検出値の変化を増幅する態様で求められた推定流量を制御に適用すると、過渡的に過小に推定された流量に基づいて加熱を停止することによって、却って出湯温度が設定温度よりも低下することが懸念される。
【０００８】
これらの課題に対して、特許文献１によるフィードバック制御、および、特許文献２のように流量センサを配置しない構成では、出湯温度が変化してからの制御動作となるので、流量の急激な変化に対応して出湯温度を維持することは困難である。
【０００９】
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、流量の減少時に給湯装置の出湯温度を適切に制御することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のある局面では、給湯装置は、通流する水を加熱する加熱機構と、流量センサと、制御装置とを備える。流量センサは、加熱機構を通過する水量の変化に応じて流量が変化する通水路の流量を検出する。制御装置は、流量センサによる検出流量値と、検出流量値に基づいて検出流量値の変化量を増幅するように算出された推定流量値とを用いて、加熱機構を加熱状態から加熱停止状態に切替える制御を行なう。制御装置は、第１から第３の制御を実行する。第１の制御は、検出流量値が第１の基準流量値よりも低いときに加熱機構を加熱停止状態に維持する。第２の制御は、検出流量値が第１の基準流量値よりも高く、かつ、推定流量値が第２の基準流量値よりも低下すると加熱機構を一時的な加熱停止状態とする。第３の制御は、第２の制御による加熱停止状態の期間中における推定流量値の時間積分値が予め定められた基準水量値を超えると、加熱機構を加熱停止状態から加熱状態へ切替える。
【００１１】
上記給湯装置によれば、検出流量に基づく加熱オンオフ制御（第１の制御）に、流量センサでの検出遅れに起因する缶体温度上昇の保護制御（第２の制御）を適用して流量減少時における過加熱を防止することができる。さらに、第３の制御によって一時的な加熱停止状態からの復帰を制御することにより、一時的な加熱停止制御（第２の制御）による一時的な加熱停止に起因する出湯温度のアンダーシュートを抑制することができる。この結果、流量減少時における出湯温度を適切に制御することができる。
【００１２】
たとえば、制御装置は、所定周期ごとに取得された検出流量値を用いて、今回取得された第１の検出値と前回取得された第２の検出値との偏差に係数を乗じた値を第１の検出値に加算することによって所定周期ごとに推定流量値を算出することができる。ここで、係数は、検出流量値の実流量に対する応答遅れの時定数と、所定周期との比率に基づく正の所定値である。
【００１３】
好ましくは、基準水量値は、加熱機構の加熱対象部が保有する水量に対応して定められる。
【００１４】
このように構成すると、一時的な加熱状態の開始時点における加熱機構での加熱済の水量に対応して、一時的な加熱停止によるアンダーシュートを抑制するための適正な基準水量値を定めることができる。
【００１５】
また好ましくは、加熱機構は、燃料の燃焼によって熱量を発生する燃焼機構と、一次熱交換器と、二次熱交換器とを含む。一次熱交換器は、燃焼機構からの熱量によって通流する流体が加熱されるように配置される。二次熱交換器は、燃焼機構に対して一次熱交換器を間に挟んで配置される。流体は、二次熱交換器を通過した後に一次熱交換器を通流する。基準水量値は、一次熱交換器における燃焼機構からの受熱部分による水の保有体積に対応して定められる。
【００１６】
このように構成すると、いわゆる顕熱回収型の熱交換器を備えた給湯装置において、一時的な加熱停止によるアンダーシュートを抑制するための適正な基準水量値を定めることができる。
【００１７】
あるいは好ましくは、加熱機構は、燃料の燃焼によって熱量を発生する燃焼機構と、熱交換器とを含む。熱交換器は、燃焼機構からの熱量によって通流する流体が加熱されるように配置される。熱交換器における流体の燃焼機構からの受熱部分は、流体の通流方向の上流側から下流側へ向かって複数の領域に分割される。燃焼機構は、複数の領域の各々に対応させて燃焼をオンオフするための能力切替手段を含む。能力切替手段は、加熱機構での要求発生熱量に応じて、複数の領域のうちの燃焼がオンされる領域の組み合わせが異なる複数の能力段のうちの１つを選択するように制御される。第１の制御は、複数の能力段のうちの所定の能力段が選択されている場合において、検出流量値が第１の基準流量値よりも高く、かつ、推定流量値が第２の基準流量値よりも低下したときに、加熱機構を一時的に加熱停止状態とするように実行される。所定の能力段は、複数の領域のうちの最も上流側に位置する領域および複数の領域のうちの燃焼オン時における流体の受熱量が最大である領域の少なくとも一方において燃焼がオンされる能力段を含む。
【００１８】
このように構成すると、能力段切替制御との組み合わせにおいて、出湯温度にアンダーシュートが生じる可能性がある缶体温度上昇の保護制御（第２の制御）の適用条件を、能力段切替制御における温度過上昇のリスクが高い状況に限定して定める上記第３の制御によって一時的な加熱停止状態から加熱状態へ復帰することができる。この結果、出湯温度のアンダーシュートをさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、流量の減少時に給湯装置の出湯温度を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に従う給湯装置の概略構成図である。
【図２】図１に示された一次熱交換器の概略的な構造を説明する斜視図である。
【図３】図２の構造を有する一次熱交換器を上部から見た概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に従う給湯装置における出湯温度制御の機能ブロック図である。
【図５】本実施の形態に従う給湯装置における流量センサの検出遅れへ対応するための推定流量値の算出を説明するための波形図である。
【図６】本実施の形態に従う給湯装置における加熱オンオフ制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】実施の形態１に従う加熱オンオフ制御を説明するための状態遷移図である。
【図８】図７の状態遷移図に従う加熱オンオフ制御例を説明する概念的な波形図である。
【図９】実施の形態２に従う燃焼機構の能力段制御による燃焼バーナ本数の切替例を説明する図表である。
【図１０】図９に示した能力段制御におけるガス流量の設定例を説明する概念図である。
【図１１】実施の形態２に従う加熱オンオフ制御を説明するための状態遷移図である。
【図１２】能力段の切替シーケンスの一例を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に従う給湯装置の概略構成図である。
【００２３】
図１を参照して、給湯装置１００は、加熱機構２０等が格納された燃焼缶体（以下、単に「缶体」とも称する）５と、送風ファン４０と、入水管５０と、缶体配管５５と、バイパス管６０と、出湯管７０と、バイパス弁８０と、コントローラ３００とを備える。本実施の形態では、加熱機構２０は、熱交換器１０および複数のバーナ３０を含んで構成される。複数のバーナ３０は「燃焼機構」の一実施例に相当する。
【００２４】
入水管５０は、バイパス弁８０を経由して、缶体配管５５およびバイパス管６０と接続される。入水管５０には、水道水等の低温水が供給される。入水管５０の低温水は、バイパス弁８０を経由して、缶体配管５５およびバイパス管６０へ分配される。
【００２５】
缶体配管５５は、熱交換器１０に接続される。熱交換器１０は、一次熱交換器１１および二次熱交換器１２を有する。入水管５０から缶体配管５５へ導入された低温水は、バーナ３０の発生熱量により、熱交換器１０を通過することによって加熱される。
【００２６】
バーナ３０へのガス供給管３１には、元ガス電磁弁３２、ガス比例弁３３および、能力切替弁３５ａ〜３５ｃが配置される。元ガス電磁弁３２は、バーナ３０への燃料ガスの供給をオンオフする機能を有する。ガス供給管３１のガス流量は、ガス比例弁３３の開度に応じて制御される。
【００２７】
能力切替弁３５ａ〜３５ｃは、複数のバーナ３０のうちの、燃料ガスの供給対象となるバーナ本数を切替えるために開閉制御される。図１の構成例では、１０本のバーナ３０のうち、能力切替弁３５ａの開放により２本のバーナ３０に対して燃料が供給され、能力切替弁３５ｂの開放により３本のバーナ３０に対して燃料が供給され、能力切替弁３５ｃの開放により５本のバーナ３０に対して燃料が供給される。
【００２８】
加熱機構２０での発生熱量は、燃料が供給されて燃焼対象となるバーナ本数（以下、単に「燃焼バーナ本数」とも称する）と、ガス流量との組み合わせによって決まる、バーナ３０全体での燃焼ガス量に比例する。したがって、要求発生熱量に対応させて、能力切替弁３５ａ〜３５ｃの開閉パターン（燃焼バーナ本数）およびガス比例弁３３の開度（ガス流量）の組み合わせを決定することができる。
【００２９】
缶体５において、バーナ３０から出力された燃料ガスは、送風ファン４０からの燃焼用空気と混合される。送風ファン４０による送風量は、バーナ３０全体からの供給ガス量との空燃比が所定値（たとえば、理想空燃比）となるように制御される。送風ファン４０の送風量は、ファン回転数と比例するので、送風ファン４０の回転数は、供給ガス量の変化に応じて設定される目標回転数に従って制御される。送風ファン４０には、ファン回転数を検出するための回転数センサ４５が設けられる。
【００３０】
燃料ガスと燃焼用空気との混合気が、図示しない点火装置によって着火されることにより、燃料ガスが燃焼されて火炎が生じる。バーナ３０からの火炎によって生じる、バーナ３０による燃焼熱は、缶体５内で一次熱交換器１１および二次熱交換器１２へ与えられる。二次熱交換器１２は、バーナ３０（燃焼機構）に対して、一次熱交換器１１を間に挟んで配置される。缶体配管５５を通流する低温水は、二次熱交換器１２の通過後に、さらに一次熱交換器１１を通過されることによって加熱される。
【００３１】
二次熱交換器１２は、主に、バーナ３０での燃焼排ガスの潜熱によって、通流された低温水を熱交換によって予熱する。一次熱交換器１１は、二次熱交換器１２によって予熱された低温水を、バーナ３０での燃焼ガスの顕熱（燃焼熱）による熱交換によってさらに加熱する。これにより、熱交換器１０によって加熱された高温水が、出湯管７０へ出力される。缶体５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気経路１５が設けられる。
【００３２】
図２は、図１に示された一次熱交換器１１の概略的な構造を説明する斜視図である。
図２を参照して、一次熱交換器１１は、枠体１０１と、枠体１０１の内外に亘って延びる流水管１０５とを含む。流水管１０５は、入水管部１０２と、出水管部１０３と、直状管部１１１と、ベンド管部１１２とを有する。入水管部１０２には、二次熱交換器１２を通過した湯水が流入する。直状管部１１１は、枠体１０１の内部で、図示しない複数枚のフィンを貫通して延びるように形成される。ベンド管部１１２は、枠体１０１の外部で屈曲した形状を有することにより、直状管部１１１同士を連結する。枠体１０１、流水管１０５および、フィン（図示せず）は、ロウ付け等によって一体的に形成される。
【００３３】
一次熱交換器１１において、流水管１０５を通流する湯水は、流水管１０５およびフィン（図示せず）に入力されたバーナ３０からの熱量との間での熱交換により加熱されて、出水管部１０３から出力される、すなわち、一次熱交換器１１では、図２に示されたバーナ３０（燃焼機構）からの受熱部分（すなわち、流水管１０５）が、加熱機構２０における「加熱対象部」に対応する。
【００３４】
図３は、図２の構造を有する一次熱交換器１１を上部（図２中のＩＩＩ方向）から見た概念図である。
【００３５】
図３を参照して、流水管１０５は、入水管部１０２および出水管部１０３の間に、複数の直状管部１１１ａ〜１１１ｍおよび複数のベンド管部１１２ａ〜１１２ｌが連結された、蛇行形状を有するように構成される。当該蛇行形状を、上流側の入水管部１０２から下流側の出水管部１０３へ向けて通流する湯水は、複数（図１の例では１０本）のバーナ３０のうちの燃焼バーナからの熱量を受けることで加熱される。このような蛇行形状で流水管１０５を構成することで、燃焼機構（バーナ３０）による発生熱量による被加熱部分、すなわち、加熱機構２０での加熱対象部の体積（加熱対象水量）を増やすことができる。
【００３６】
図１に示されるように、１０本のバーナ３０は、能力切替弁３５ａ〜３５ｃの開閉に応じて、選択的に燃焼バーナとされる。このため、流水管１０５は、能力切替弁３５ａ〜３５ｃにそれぞれ対応する領域Ｚａ〜Ｚｃに分割される。
【００３７】
領域Ｚａは、能力切替弁３５ａの開放によって燃焼バーナとなる２本のバーナ３０によって加熱される領域に相当する。同様に、領域Ｚｂは、能力切替弁３５ｂの開放によって燃焼バーナとなる３本のバーナ３０によって加熱される領域に対応し、領域Ｚｃは、能力切替弁３５ｃの開放によって燃焼バーナとなる５本のバーナ３０によって加熱される領域に対応する。
【００３８】
出水管部１０３は、缶体５の外部に配設された配管７１を経由して、出湯管７０と接続される。このように、一次熱交換器１１では、能力切替弁３５ａ〜３５ｃの開閉によって、実際に加熱される領域が変化する。
【００３９】
再び図１を参照して、バイパス管６０および出湯管７０は、合流点７５において接続される。したがって、給湯装置１００からは、缶体５から出力された高温水と、バイパス管６０からの低温水との混合によって調温された適温の温水が、台所や浴室等の給湯栓１９０や、図示しない風呂への注湯回路などの所定の給湯箇所に供給される。
【００４０】
図１に例示された給湯装置１００は、熱交換器１０を通過した高温水および熱交換器１０をバイパスした低温水を混合する、いわゆるバイパスミキシング方式の構成を有している。すなわち、給湯装置１００からは、缶体５からの高温水と、バイパス管６０からの低温水とを混合した湯が出力される。
【００４１】
バイパス弁８０は、コントローラ３００からの制御指令に従って弁開度が制御されることにより、缶体配管５５の流量およびバイパス管６０の流量の比率、すなわち、高温水および低温水の比率を制御する。たとえば、バイパス弁８０による流量比率は、図示しない弁体を開閉駆動するステッピングモータ（図示せず）によって制御することができる。
【００４２】
温度センサ１１０は、低温水の温度（以下、入水温度Ｔｗとも称する）を検出するために設けられる。温度センサ１１０は、図１に示されたように缶体配管５５に設けることが可能であるが、入水管５０またはバイパス管６０に設けられてもよい。温度センサ１２０は、高温水の温度（以下、缶体温度Ｔｂとも称する）を検出するために、出湯管７０のうちの合流点７５よりも上流側（熱交換器１０側）の部分に配置される。さらに、温度センサ１３０は、高温水および低温水の混合後の出湯温度Ｔｈを検出するために、出湯管７０のうちの合流点７５よりも下流側の部分に配置される。温度センサ１１０によって検出された入水温度Ｔｗ、温度センサ１２０によって検出された缶体温度Ｔｂおよび、温度センサ１３０によって検出された出湯温度Ｔｈは、コントローラ３００へ伝送される。
【００４３】
さらに、出湯管７０には、出湯流量を制御するための流量調整弁９０が設けられる。流量調整弁９０の弁開度は、コントローラ３００によって制御される。たとえば、加熱開始直後の加熱能力が不足する期間中において、出湯流量を絞るように流量調整弁９０の開度が制御されることによって、出湯温度の低下を防止することができる。また、燃焼開始直後以外でも、最大発生熱量で運転する場合や、最大許容流量で運転する場合等において、目標温度に従って出湯するために、流量調整弁９０によって出湯流量を絞る制御を実行することができる。
【００４４】
コントローラ３００は、流量調整弁９０の開度を制御することによって、缶体流量および出湯管７０からの出湯流量（トータル流量）を制御することができる。なお、図１に示された給湯装置１００において、流量は、給水圧力と流量調整弁９０の開度によって決まる。
【００４５】
缶体配管５５には、流量センサ１５０を配置することができる。流量センサ１５０は、代表的には、羽根車式流量センサによって構成することができる。流量センサ１５０によって、缶体流量を検出することができる。また、検出された缶体流量から、バイパス弁８０への制御指令から推定される流量比率を用いて、トータル流量を算出することも可能である。
【００４６】
なお、流量センサ１５０は、トータル流量を検出するように、入水管５０に配置することも可能である。この場合には、上記流量比率を用いて、缶体流量を算出することが可能である。このように、入水管５０および缶体配管５５の各々は「通水路」の一実施例に対応する。
【００４７】
以下では、缶体流量およびトータル流量を包括して、流量センサ１５０による検出対象となる流量を、単に「流量」とも称する。すなわち、以下で説明する、流量センサ１５０による検出流量値、および、検出流量値に基づく推定流量値の各々は、缶体流量およびトータル流量のいずれであってもよい。
【００４８】
コントローラ３００は、たとえば、マイクロコンピュータによって構成することができる。たとえば、コントローラ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１、外部との入出力を制御するインターフェイス３０２、タイマ３０３、および記憶部３０４を備える。ＣＰＵ３０１は、インターフェイス３０２を介して各センサからの出力信号（検出値）およびユーザ操作を受けて、給湯装置１００の全体動作を制御するために、各機器への制御指令を生成し、インターフェイス３０２を介して出力する。
【００４９】
ユーザ操作には、給湯装置１００の運転オン／オフ指令および設定湯温（目標温度Ｔｒ＊）指令が含まれる。制御指令は、バーナ３０の燃焼を制御するための加熱指令が含まれる。加熱指令は、元ガス電磁弁３２への開指令または閉指令、およびガス比例弁３３への開度指令を含む。さらに、制御指令は、バイパス弁８０による流量比率を制御するための指令を含む。
【００５０】
たとえば、コントローラ３００は、図示しない運転スイッチがオンされた運転オン状態において、流量が最小作動流量（ＭＯＱ）を超えると加熱機構２０を加熱オン状態に制御する。一方で、運転オン状態であっても、流量が最小作動流量（ＭＯＱ）よりも低くなると、加熱機構２０は加熱オフ状態に制御される。加熱オフ状態では、全てのバーナ３０が消火される。一方で、加熱オン状態では、一部または全部のバーナ３０が点火される。
【００５１】
次に、コントローラ３００による加熱オン状態での出湯温度制御について説明する。
図４は、本発明の実施の形態に従う給湯装置における出湯温度制御の機能ブロック図である。
【００５２】
図４を参照して、コントローラ３００は、加熱制御部３１０を含む。加熱制御部３１０は、要求熱量算出部３２０と、バーナ制御部３３０とを有する。
【００５３】
給湯装置１００では、トータル流量ｑｔについて、入水温度Ｔｗから出湯温度Ｔｈの目標温度Ｔｒ＊まで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、加熱機構２０で要求される単位時間当たりの熱量（以下、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。
【００５４】
Ｑｒｑ＝ｑｔ・（Ｔｒ＊−Ｔｗ）        …（１）
なお、実際には、燃焼機構（バーナ３０）による発生熱量のうちの熱交換器１０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、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。
【００５５】
要求熱量算出部３２０は、流量センサ１５０による検出流量値ｑｘと、入水温度Ｔｗ（温度センサ１１０）と、目標温度Ｔｒ＊とを用いて、式（１）に従って加熱機構２０への要求発生熱量Ｑｒｑを算出することができる。
【００５６】
バーナ制御部３３０は、要求熱量算出部３２０からの要求発生熱量Ｑｒｑに従って、加熱機構２０での発生熱量を制御するためにバーナ３０の作動状態（燃焼バーナ本数およびガス流量）を決定する。そして、決定されたバーナ３０の作動状態に従って、能力切替弁３５ａ〜３５ｃおよびガス比例弁３３への制御指令が生成される。
【００５７】
なお、バイパスミキシング方式の給湯装置１００では、バイパス弁８０による流量比率の制御をさらに組み合わせて、出湯温度Ｔｈが目標温度Ｔｒ＊に制御される。コントローラ３００は、バイパス弁制御部３４０をさらに含む。
【００５８】
バイパス弁制御部３４０は、目標温度Ｔｒ＊と、温度センサ１１０，１２０による検出温度（Ｔｂ，Ｔｈ，Ｔｗ）とに基づいて、出湯温度Ｔｈを目標温度Ｔｒ＊に制御するためのバイパス弁８０の制御指令を設定する。
【００５９】
具体的には、缶体流量ｑ１およびバイパス流量ｑ２、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、式（２）を変形し、かつ、Ｔｈ＝Ｔｒ＊を代入して得られる式（３）に従って、バイパス弁８０での流量比率ｋ（ｑ２／ｑ１）を制御することができる。
【００６０】
ｑ２・（Ｔｈ−Ｔｗ）＝ｑ１・（Ｔｂ−Ｔｈ）        …（２）
ｋ＝ｑ２／ｑ１＝（Ｔｂ−Ｔｈ＊）／（Ｔｈ＊−Ｔｗ）    …（３）
さらに、式（３）による算出値をフィードフォワード制御項とした上で、出湯温度の温度偏差ΔＴｈ＝（Ｔｒ＊−Ｔｈ）を補償するためのフィードバック制御項を算出し、両者の和に従って、バイパス弁８０での流量比率ｋを制御することができる。バイパス弁制御部３４０は、このように求められた流量比率ｋに対応させて、バイパス弁８０の制御指令（たとえば、ステッピングモータのステップ数）を設定する。
【００６１】
このように、給湯装置１００では、加熱オンオフの制御および加熱オン時の温度制御には、流量センサ１５０による流量検出が必要である。一方で、羽根車式の流量センサでは、羽根車の回転速度に基づいて検出流量値が求められる。したがって、羽根車の慣性によって、実際の流量変化が、羽根車の回転速度の変化に現れるまでには時間遅れが発生する。
【００６２】
図５には、本実施の形態に従う給湯装置における流量センサの検出遅れへ対応するための推定流量値の算出を説明するための波形図が示される。図５には、給湯栓１９０が全閉されたときの流量推移が示される。
【００６３】
図５を参照して、時刻ｔａ以前では、流量一定状態が維持されているため、実流量ｑおよび流量センサ１５０による検出流量値ｑｘは一致している。この状態から、時刻ｔａにおいて、給湯栓１９０が全閉されて実流量ｑは０に変化する。
【００６４】
一方で、検出流量値ｑｘは、羽根車の慣性モーメントにより、一次遅れの態様で徐々に減少する。この結果、検出流量値ｑｘおよびＭＯＱの比較によると、時刻ｔｃまで加熱は停止されない。たとえば、時刻ｔａ〜ｔｃの間は１秒程度である。
【００６５】
この結果、缶体５での過加熱が発生することが懸念される。缶体温度Ｔｂが過上昇すると、機器保護のための強制停止が起動されることにより、再起動操作が必要となることからユーザ利便性が低下することが懸念される。あるいは、温度上昇の状況によっては、機器の耐久性低下が発生することも懸念される。
【００６６】
したがって、所定周期Ｔｓでサンプリングされた流量センサ１５０の出力値（ｑｘ）を用いて、検出流量値ｑｘに生じる一次遅れ（時定数Ｔ）を補償するための推定流量値ｑｙを下記の式（４）に従って算出することができる。式（４）は、第ｎ番目（ｎ：自然数）のサンプリングにおける推定流量値ｑｙの算出式である。
【００６７】
ｑｙ［ｎ］＝ｑｘ［ｎ］＋β・（ｑｘ［ｎ］−ｑｘ［ｎ−１］）  …（４）
式（４）において、β＝０とすると、ｑｙ［ｎ］＝ｑｘ［ｎ］となって、検出流量値ｑｘ［ｎ］をそのまま推定流量値ｑｙ［ｎ］とする状態となる。
【００６８】
これに対して、β＞０とすると、前回および今回のサンプリング間での検出流量値の変化（ｑｘ［ｎ］−ｑｘ［ｎ−１］）を増幅する態様で推定流量値ｑｙ［ｎ］に反映することで、検出遅れを補償することが可能となる。すなわち、式（４）において、ｑｘ［ｎ］は「第１の検出値」に対応し、ｑｘ［ｎ−１］は「第２の検出値」に対応する。
【００６９】
推定流量値ｑｙ［ｎ］は、時定数Ｔの一次遅れ系において、直前のサンプリング周期Ｔｓの間で（ｑｘ［ｎ］−ｑｘ［ｎ−１］）の変化が生じたときの、ｎ→∞としたｑｘ［ｎ］の収束値として求めることができる。ここで、ｅｘｐ（−Ｔｓ／ｔ）に一次のｐａｄｅ近似を適用することによって、推定流量値ｑｙ［ｎ］を算出するための式（４）での係数βは、下記式（５）とすることができる。
【００７０】
β＝（（Ｔ／Ｔｓ）＋１／２）＋１      …（５）
すなわち、係数βは、流量センサ１５０の検出流量値ｑｘ［ｎ］に生じる一次遅れの時定数Ｔと、サンプリング周期Ｔｓとの比に基づいて、βを正の所定値に予め定めることができる（β＞０）。なお、時定数Ｔは、図５のような実機実験時の検出流量値ｑｘの挙動に基づいて、予め求めることができる。
【００７１】
図５に示されるように、推定流量値ｑｙは、一次遅れの補償により時刻ｔａ以降、速やかに低下する。したがって、推定流量値ｑｙおよびＭＯＱを比較すると、時刻ｔｃよりも早い時刻ｔｂにおいて加熱をオフすることができる。この結果、加熱オフの遅れによる缶体温度の過上昇を回避することが期待できる。一方で、式（４）による演算によって、推定流量値ｑｙには、実流量よりも低く算出される期間が発生し得る。
【００７２】
ここで、図５の例とは異なり、実流量ｑが、ｑ＞ＭＯＱの範囲内でＭＯＱ近傍まで低下したケースを考察する。このようなケースでは、上述の缶体温度上昇回避のための制御を実行すると、推定流量値ｑｙ＜ＭＯＱとなることに応じて、加熱は停止される。
【００７３】
しかしながら、本来は、ｑ＞ＭＯＱであることから加熱を継続する必要があるため、加熱を再開しなければ、目標温度Ｔｒ＊に対して、出湯温度Ｔｈがアンダーシュートを生じることが懸念される。一方で、推定流量値ｑｙは、検出流量値ｑｘの変化を増幅する態様で算出されるため、単純に推定流量値ｑｙに基づいて、加熱の再開可否を判定することが困難である。
【００７４】
したがって、本実施の形態に従う給湯装置では、検出流量値ｑｘおよび推定流量値ｑｙを用いて、下記のように加熱機構２０での加熱のオンオフを制御する。
【００７５】
図６は、本実施の形態に従う要求熱量算出部３２０による制御処理を説明するフローチャートである。図６に示された制御処理は、コントローラ３００により、上述のサンプリング周期Ｔｓ毎に繰り返し実行することができる。
【００７６】
図６を参照して、コントローラ３００は、ステップＳ１００により、流量センサ１５０の検出値をサンプリングする。これにより、今回の周期での検出流量値ｑｘ［ｎ］が取得される。
【００７７】
コントローラ３００は、ステップＳ１００で取得されたｑｘ［ｎ］および、前回の周期で取得されたｑｘ［ｎ−１］を用いて、式（４）に従って、今回の周期での推定流量値ｑｙ［ｎ］を算出する。
【００７８】
さらに、コントローラ３００は、ステップＳ１２０により、検出流量値ｑｘ［ｎ］および推定流量値ｑｙ［ｎ］を用いて、加熱機構２０での加熱のオンオフ、より具体的には、燃焼機構（バーナ３０）での燃焼のオンオフを制御する。
【００７９】
図７は、ステップＳ１２０による加熱オンオフ制御を説明するための状態遷移図である。
【００８０】
図７を参照して、加熱オフ状態から、検出流量値ｑｘ［ｎ］が、ＭＯＱに対応する基準流量値Ｑ１＊を超えると、制御Ｃ１＊によって、加熱機構２０は、加熱オフ状態から加熱オン状態へ遷移する。これにより、少なくとも１本のバーナ３０の点火により、燃焼機構での燃焼が開始される。加熱オン時には、図４の要求熱量算出部３２０が要求発生熱量Ｑｒｑをさらに算出することにより、要求発生熱量Ｑｒｑに応じた加熱状態（たとえば、燃焼バーナ本数およびガス流量）が形成される。
【００８１】
一方で、加熱オン状態において、流量低下により検出流量値ｑｘ［ｎ］が基準流量値Ｑ１よりも低下すると、制御Ｃ１によって、加熱機構２０は、加熱オン状態から加熱オフ状態へ遷移する。これにより、全てのバーナ３０が消火されて、燃焼機構での燃焼が停止される。なお、基準流量値Ｑ１も、ＭＯＱに対応して定められるが、加熱オン状態および加熱オフ状態の間で頻繁な切替（チャタリング）が発生しないように、Ｑ１＜Ｑ１＊とするヒステリシスが設けられる。
【００８２】
さらに、制御Ｃ１，Ｃ１＊による加熱オン状態および加熱オフ状態の切替に加えて、推定流量値ｑｔ［ｎ］を用いて、加熱オン状態から加熱一時停止状態への遷移が制御される。具体的には、加熱オン状態において、制御Ｃ１が作動しない（すなわち、ｑｘ［ｎ］≧Ｑ１）で、推定流量値ｑｙ［ｎ］が基準流量値Ｑ２よりも低下すると、制御Ｃ２によって、加熱機構２０は、加熱オン状態から加熱一時停止状態へ遷移する。基準流量値Ｑ２は、基準流量値Ｑ１と同じであっても、異なっていてもよい。あるいは、基準流量値Ｑ２は、入水温度Ｔｗに応じて変化させてもよい。たとえば、入水温度Ｔｗが高くなる程、缶体温度Ｔｂが高くなり易いので、基準流量値Ｑ２を高く設定することができる。
【００８３】
加熱一時停止状態においても、加熱オフ状態と同様に、全てのバーナ３０が消火されて、燃焼機構での燃焼が停止される。ただし、加熱一時停止状態では、加熱オン状態への遷移条件（復帰条件）が、加熱オフ状態とは異なる。一方で、加熱一時停止状態においても、検出流量値ｑｘ［ｎ］が基準流量値Ｑ１よりも低下すると、制御Ｃ１によって、加熱機構２０は、加熱オフ状態へ遷移する。
【００８４】
加熱一時停止状態から加熱オン状態への遷移は、検出流量値ｑｘ［ｎ］ではなく、加熱が一時停止されてからの推定流量値ｑｙの時間積分値（Ｉｑｙ）に基づいて制御される。具体的には、Ｉｑｙ＞Ｖｔが成立すると、制御Ｃ３によって、加熱機構２０は、加熱一時停止状態から加熱オン状態へ遷移（復帰）する。流量の時間積分値Ｉｑｙは、給湯装置１００からの出湯量（水量）に対応する。したがって、制御Ｃ３により、加熱一時停止状態中での出湯量（水量）に基づいて、加熱機構２０では非加熱の湯水が出力されるまでに、加熱機構２０での加熱（すなわち、燃焼機構での燃焼）を再開することができる。
【００８５】
あるいは、制御Ｃ３と併せて、制御Ｃ４により、推定流量値ｑｙ［ｎ］が基準流量値Ｑ２＊よりも高くなったときにも、加熱機構２０は、加熱一時停止状態から加熱オン状態へ遷移（復帰）することが可能である。制御Ｃ４を併用することにより、給湯栓１９０が再び操作されて実流量が増加したときに、時間積分値の増加を待つことなく、速やかに加熱機構２０での加熱を再開することが可能となる。
【００８６】
このように、図６のステップＳ１２０では、前回の周期（ｎ−１）における状態（加熱オン状態／加熱オフ状態／加熱一時停止状態）からの遷移の有無（制御Ｃ１＊，Ｃ１〜Ｃ４の要否）が、今回の周期での検出流量値ｑｘ［ｎ］および推定流量値ｑｙ［ｎ］に基づいて判断される。図７において、加熱オン状態および加熱オフ状態は、加熱機構２０の「加熱状態」および「加熱停止状態」にそれぞれ対応する。また、加熱一時停止状態は、加熱機構２０の「一時的な加熱停止状態」に対応する。さらに、制御Ｃ１は「第１の制御」に対応し、制御Ｃ２は「第２の制御」に対応し、制御Ｃ３は「第３の制御」に対応する。
【００８７】
図８には、図７の状態遷移図に従う加熱オンオフ制御例を説明するための概念的な波形図が示される。
【００８８】
図８を参照して、時刻ｔ０において、給湯栓１９０の開度が絞られることにより、実流量が低下するが、低下後の実流量は、基準流量値Ｑ１よりも大きく、基準流量値Ｑ２と同等である。すなわち、図８の動作例では、Ｑ２＞Ｑ１に設定されているものとする。
【００８９】
流量センサ１５０による検出流量値ｑｘは時間遅れを伴って低下する。一方で、推定流量値ｑｙは、検出流量値ｑｘよりも速やかに低下するが、実流量ｑよりも低い値を示す期間を有する。実流量ｑが一定である下では、最終的には、ｑｙ＝ｑｘに収束する。
【００９０】
図７に示された、推定流量値ｑｙに基づく制御Ｃ２により、流量センサ１５０での検出遅れに起因する缶体温度の過上昇を回避するための保護制御が実現される。これにより、時刻ｔ１では、加熱オン状態から加熱一時停止状態への遷移により、全てのバーナ３０が消火されて加熱機構２０での加熱が停止される。
【００９１】
加熱一時停止状態の開始（時刻ｔ１）に応じて、時間積分値Ｉｑｙは、初期化される（Ｉｑｙ＝０）。そして、時間積分値Ｉｑｙは、加熱一時停止状態の継続期間を通じて、各周期での推定流量値ｑｙの積算によって周期毎に更新される。
【００９２】
そして、時刻ｔ２において、時間積分値Ｉｑｙが基準水量値Ｖｔに達すると、制御Ｃ３によって、加熱機構２０は、加熱オフ状態から加熱オン状態へ遷移する。これにより、加熱の一時停止後における給湯装置１００からの出湯量（水量）が、加熱が一時停止される時点において一次熱交換器１１で加熱済の水量を超えたときに加熱を再開することにより、出湯温度のアンダーシュートを抑制することができる。
【００９３】
基準水量値Ｖｔは、実機実験等により最適値を設定することができるが、基本的には、一次熱交換器１１での燃焼機構（バーナ３０）からの受熱部分（すなわち、加熱機構２０での加熱対象部）が保有する水量、すなわち、流水管１０５（図２）の燃焼機構（バーナ３０）からの受熱部の体積に対応して定めることができる。
【００９４】
なお、図８の動作例において、時刻ｔ０で実流量ｑが基準流量値Ｑ１（ＭＯＱ）よりも低い領域まで低下した場合には、制御Ｃ２による加熱一時停止状態への遷移後において、加熱機構２０は、検出流量値ｑｘ＜Ｑ１となることに応じて制御Ｃ１によって加熱オフ状態へ遷移することにより、加熱機構２０での加熱（すなわち、バーナ３０の燃焼）を継続的に停止することができる。
【００９５】
このように、実施の形態１に従う給湯装置によれば、流量センサ１５０での検出遅れに起因する缶体温度上昇の保護制御（Ｃ２）の適用による流量減少時における過加熱の防止と、保護制御の影響による出湯温度のアンダーシュートの抑制とを両立して、流量減少時における出湯温度を適切に制御することができる。
【００９６】
［実施の形態２］
実施の形態２では、加熱機構での能力段制御と、保護制御（Ｃ２）との組み合わせについて説明する。
【００９７】
図９は、図１に示された給湯装置における実施の形態２に従う能力段制御による燃焼バーナ本数の切替例を示す図表である。
【００９８】
図９を参照して、実施の形態２に従う能力段切替制御では、能力切替弁３５ａ〜３５ｃを用いて、予め設定された能力段Ｓ１〜Ｓ５のうちの１個が、要求発生熱量Ｑｒｑに応じて選択される。すなわち、能力切替弁３５ａ〜３５ｃは「能力切替手段」の一実施例に対応する。図３で説明したように、バーナ３０（燃焼機構）からの受熱部分に相当する流水管１０５は、湯水の通流方向の上流側から下流側へ向かって複数の領域Ｚｃ、ＺａおよびＺｂに分割されている。
【００９９】
能力段Ｓ１では、能力切替弁３５ａのみが開放されて、燃焼バーナ本数が２本となる。流水管１０５のうちの領域Ｚａ（図３）のみが加熱される。同様に、能力段Ｓ２では、能力切替弁３５ｂのみが開放されて、燃焼バーナ本数が３本となる。これにより、流水管１０５のうちの領域Ｚｂ（図３）のみが加熱される。
【０１００】
能力段Ｓ３では、能力切替弁３５ａおよび３５ｂが開放されて、燃焼バーナ本数が５本となる。これにより、流水管１０５のうちの領域ＺａおよびＺｂ（図３）が加熱される。同様に、能力段Ｓ４では、能力切替弁３５ａおよび３５ｃが開放されて、燃焼バーナ本数が７本となる。これにより、流水管１０５のうちの領域ＺａおよびＺｃ（図３）が加熱される。さらに、能力切替弁３５ａ〜３５ｃが開放されて、燃焼バーナ本数が１０本となる。これにより、流水管１０５の領域Ｚａ〜Ｚｃ（図３）全体が加熱される。
【０１０１】
図１０には、図９に示した能力段制御におけるガス流量の設定例を説明する概念図が示される。
【０１０２】
図１０において、横軸には、要求発生熱量Ｑｒｑが号数を単位として示される。縦軸には、ガス流量を制御するためのガス比例弁３３の開度を制御する電流値（比例弁電流値）が示される。比例弁電流値が大きいほど、ガス比例弁３３の開度が大きくなりガス流量が増加する。
【０１０３】
図１０を参照して、能力段Ｓ１〜Ｓ５の各々において、比例弁電流を最小値Ｃｍｉｎ〜最大値Ｃｍａｘの間で変化させることにより、加熱機構２０での発生熱量を調整することができる。
【０１０４】
能力段Ｓ１において、比例弁電流を最小値Ｃｍｉｎとしたときの最小号数Ｍｍｉｎは、加熱機構２０での最小発生熱量に相当する。また、能力段Ｓ５において、比例弁電流を最大値Ｃｍａｘとしたときの最大号数Ｍｍａｘは、加熱機構２０での最大発生熱量に相当する。
【０１０５】
能力段Ｓ２〜Ｓ５において比例弁電流を最小値Ｃｍｉｎとしたときの号数Ｍ１〜Ｍ４は、それぞれの能力段での加熱機構２０での発生熱量の下限値（すなわち、当該能力段での最小号数）に相当する。同様に、能力段Ｓ１〜Ｓ４において比例弁電流を最大値Ｃｍａｘとしたときの号数Ｍ２〜Ｍ５は、それぞれの能力段での加熱機構２０での発生熱量の上限値（すなわち、当該能力段での最大号数）に相当する。
【０１０６】
なお、図１０では、説明を簡略化するために、比例弁電流の最小値Ｃｍｉｎおよび最大値Ｃｍａｘを各能力段Ｓ１〜Ｓ５で共通の値としたが、一部または全部の能力段の間で最小値Ｃｍｉｎおよび最大値Ｃｍａｘは異なっていてもよい。
【０１０７】
また、能力段Ｓ１の最大号数と能力段Ｓ３の最小号数について、同一値とせずに、能力段Ｓ１の最大号数を能力段Ｓ３の最小号数より小さくしてもよい。同様に、能力段Ｓ２の最大号数と能力段Ｓ４の最小号数についても、同一値とせずに、能力段Ｓ２の最大号数を能力段Ｓ４の最小号数より小さくしてもよい。また、能力段Ｓ３の最大号数と能力段Ｓ５の最小号数について、同一値とせずに、能力段Ｓ３の最大号数を能力段Ｓ５の最小号数より小さくしてもよい。
【０１０８】
このように、各能力段Ｓ１〜Ｓ５における号数（要求発生熱量）および比例弁電流の対応関係を規定するテーブル３１３を作成することができ、テーブル３１３を示すデータが、予めコントローラ３００の記憶部３０４に格納される。これにより、コントローラ３００は、周期毎に、算出された要求発生熱量Ｑｒｑを号数に換算した要求号数を用いてテーブル３１３を参照することができる。
【０１０９】
要求号数が、現在の能力段における最小号数から最大号数の範囲内であるときには、能力段を維持するとともに比例弁電流を調整することによって、要求号数に対応する熱量を加熱機構２０で発生することができる。
【０１１０】
これに対して、要求号数が、現在の能力段における最小号数から最大号数の範囲外のときには、能力段の切替が必要である。たとえば、能力段Ｓ５が選択されている下で、流量の減少に応じて要求号数がＭ２に減少すると、能力段Ｓ２への切替えが必要となる。
【０１１１】
図１１には、図９および図１０のような能力段制御と組み合わされた、実施の形態２に従う加熱オンオフ制御を説明するための状態遷移図が示される。
【０１１２】
図１１を図７と比較して、実施の形態２に従う加熱オンオフ制御では、缶体温度の過上昇を回避するための保護制御がＣ２からＣ２♯に変更される。
【０１１３】
制御Ｃ２♯は、加熱オン状態から加熱一時停止状態への遷移を、予め定められた所定の能力段の選択時に限定する。すなわち、制御Ｃ２♯によれば、所定の能力段の選択時に、推定流量値ｑｙ［ｎ］＜Ｑ２が成立すると、当該周期にて、加熱機構２０は、加熱オン状態から加熱一時停止状態へ遷移する。したがって、所定の能力段以外の能力段が選択されている場合には、推定流量値ｑｙ［ｎ］＜Ｑ２が成立しても、加熱機構２０は、加熱オン状態に維持される。
【０１１４】
その他の制御Ｃ１＊，Ｃ１，Ｃ３，Ｃ４の内容は、図７（実施の形態１）と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。すなわち、一旦加熱一時停止状態に遷移した後における、加熱オン状態への復帰条件は、実施の形態１と同様である。
【０１１５】
次に、制御Ｃ２♯での所定の能力段の設定例について説明する。
図１２は、実施の形態２に従う能力段制御での能力段の切替シーケンスの一例を説明する概念図である。
【０１１６】
図１２を参照して、時刻ｔｘ１において、能力段Ｓ５が設定されている状態では、能力切替弁３５ａ〜３５ｃの全てが開放されて、領域Ｚａ〜Ｚｃ（図３）が加熱されている。この状態で、流量減少による要求号数の低下に従って能力段Ｓ５から能力段Ｓ２への切替えが行われる。これにより、時刻ｔｙでは、能力切替弁３５ｂのみが開放されて、領域Ｚｂのみが加熱される状態となる。
【０１１７】
このとき、時刻ｔｘの状態（能力段Ｓ５）から時刻ｔｙの状態（能力段Ｓ２）へ直接的に遷移すると、能力段Ｓ２に対応する必要熱量の下で、上流側の領域Ｚａで加熱された湯水が、下流側の領域Ｚｂでさらに加熱されて一次熱交換器１１から出力される虞がある。これにより、出湯温度が上昇することが懸念される。
【０１１８】
このため、時刻ｔｘ２では、能力切替弁３５ｂを閉成する。時刻ｔｘ３では、さらに能力切替弁３５ｃを閉成して、能力切替弁３５ａのみが開放された状態が形成される。これにより、下流側の領域Ｚｂが非加熱とされる期間が設けられるので、当該期間において、領域Ｚａでの加熱後の湯水を、一次熱交換器１１から出力することができる。
【０１１９】
その後、時刻ｔｘ４では、能力切替弁３５ａに加えて、能力切替弁３５ｂが開放される。これにより、領域Ｚｂを加熱するバーナ３０の火炎が移ることで、領域Ｚｂを加熱するバーナ３０での燃焼が開始される。その後、能力切替弁３５ａが閉成されて、領域Ｚｂのみが加熱される、能力段Ｓ２の状態が実現される。
【０１２０】
このように、時刻ｔｘ１〜ｔｙの間での能力段切替の際に、時刻ｔｘ２〜ｔｘ４の中間段階を設けることで、出湯温度上昇の抑制を図ることができる。しかしながら、低流量時には、能力切替弁３５ｂを一時的に閉成する期間内（時刻ｔｘ２〜ｔｘ４）で、領域Ｚａで加熱済の湯水の出力が完了しないことにより、上記のような段階的な切替制御によって、却って一次熱交換器１１での加熱量が過大となることが懸念される。
【０１２１】
したがって、能力段の段階的な切替制御が採用される場合には、低流量時には、図１２で例示した能力段Ｓ５のような、特定の能力段からの切替時に、缶体温度が上昇することが、特に懸念される。この特定の能力段は、能力切替弁によって燃焼バーナが分割される領域で、（ｉ）最も上流側に位置する領域、および／または、（ｉｉ）燃焼時の加熱能力（受熱量）が最大となる領域に対応するバーナ３０が燃焼される能力段と定義することができる。
【０１２２】
図１の構成例では、（ｉ），（ｉｉ）の両条件とも領域Ｚｃが該当するので、領域Ｚｃに対応する能力切替弁３５ｃが開放される能力段Ｓ４およびＳ５を、本実施の形態での「所定の能力段」に予め定めることができる。
【０１２３】
この結果、図１１に示された制御Ｃ２♯によれば、能力段Ｓ４またはＳ５が選択されている周期において、推定流量値ｑｙ［ｎ］＜Ｑ２が成立すると、缶体温度上昇の保護制御がオンされて、加熱機構２０は加熱オン状態から加熱一時停止状態へ遷移する。一方で、能力段Ｓ１〜Ｓ３のいずれかが選択されている周期では、缶体温度上昇の保護制御はオンされず、加熱機構２０は加熱オン状態に維持される。
【０１２４】
このように、実施の形態２によれば、出湯温度にアンダーシュートが生じる可能性がある缶体温度上昇の保護制御の適用条件を、能力段切替制御における温度過上昇のリスクが高い状況に限定して定めることができる。さらに、保護制御の適用によって加熱が一時的に停止されたときには、実施の形態１と同様に加熱の再開を制御することができる。この結果、実施の形態１と比較して、出湯温度のアンダーシュートをさらに抑制することができる。
【０１２５】
なお、特許第６０３７１５８号公報（特許文献３）および特許第５９２４５３１号公報（特許文献４）においても、図１の構成例とは、能力切替弁およびバーナ本数の対応が異なる構成での能力段切替時の段階的な制御が記載されている。このような構成においても、上記の条件（ｉ），（ｉｉ）に従って「所定の能力段」を定めることにより、同様の缶体温度上昇の保護制御を行うことが可能である。
【０１２６】
また、本実施の形態では、加熱機構２０においてガスを燃料とするバーナ３０によって湯水が加熱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。また、本実施の形態では、バイパスミキシング方式の給湯装置を例示したが、本発明は、バイパスミキシング方式ではない構成の給湯装置についても適用することが可能である。また、本発明において、給湯装置の給湯先は任意である。すなわち、図１に例示した給湯栓１９０とは異なる給湯先（たとえば、暖房装置）を有する給湯装置に対しても、本発明を適用することが可能である。
【０１２７】
なお、本実施の形態では、一次熱交換器１１および二次熱交換器１２を有する、いわゆる潜熱回収型の熱交換器１０を例示したが、本発明は、一次熱交換器のみを有する加熱機構に適用することが可能である。この場合にも、実施の形態１での基準水量値Ｖｔは、当該一次熱交換器の加熱対象部の体積に対応させて定めることができる。
【０１２８】
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。
【符号の説明】
【０１２９】
５  缶体、１０  熱交換器、１１  一次熱交換器、１２  二次熱交換器、１５  排気経路、２０  加熱機構、３０  バーナ、３１  ガス供給管、３２  元ガス電磁弁、３３  ガス比例弁、３５ａ〜３５ｃ  能力切替弁、４０  送風ファン、４５  回転数センサ、５０  入水管、５５  缶体配管、６０  バイパス管、７０  出湯管、７１  配管、７５  合流点、８０  バイパス弁、９０  流量調整弁、１００  給湯装置、１０１  枠体、１０２  入水管部、１０３  出水管部、１０５  流水管、１１０，１２０，１３０  温度センサ、１１１，１１１ａ〜１１１ｍ  直状管部、１１２，１１２ａ〜１１２ｌ  ベンド管部、１５０  流量センサ、１９０  給湯栓、３００  コントローラ、３０２  インターフェイス、３０３  タイマ、３０４  記憶部、３１０  加熱制御部、３１３  テーブル、３２０  要求熱量算出部、３３０  バーナ制御部、３４０  バイパス弁制御部、Ｓ１〜Ｓ５  能力段、Ｉｑｙ  時間積分値（推定流量値）、Ｑ１，Ｑ２  基準流量値、Ｑｒｑ  要求発生熱量、Ｓ１００，Ｓ１２０  ステップ、Ｔ  時定数、Ｔｂ  缶体温度、Ｔｈ  出湯温度、Ｔｒ  目標温度、Ｔｓ  サンプリング周期、Ｔｗ  入水温度、Ｖｔ  基準水量値、Ｚａ〜Ｚｃ  領域、ｑ  実流量、ｑｘ  検出流量値、ｑｙ  推定流量値。
【図１】
2018119749.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018119749.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2018119749.tif 000008
【図７】
2018119749.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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