(57)【要約】【課題】入水量が減少したときに、目標給湯温度に対する給湯温度のオーバーシュートが生じることを抑制した給湯装置を提供する。【解決手段】給湯運転の実行中に、流量センサ１２による検出流量が減少し、給湯制御手段３１によって、ガスバーナ２０の加熱量を第１の加熱量から第２の加熱量に減少する制御がなされたときに、該第１の加熱量と該第２の加熱量との差に応じて熱交換器４における余熱量を推定し、該余熱量による熱交換器４の出湯温度の上昇分を打ち消すように、バイパス比例弁１３により、熱交換器４を流通する水の流量に対するバイパス管５を流通する水の流量の比であるバイパス比を制御するバイパス比制御手段３２を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管及び給湯管と接続されて、該給水管から供給される水を加熱して該給湯管に出湯する熱交換器と、該熱交換器を加熱する加熱手段と、該熱交換器をバイパスして該給水管と該給湯管とを連通するバイパス管と、該熱交換器を流通する水の流量に対する該バイパス管を流通する水の流量の比であるバイパス比を変更するバイパス比変更手段と、前記給水管から前記熱交換器に供給される水の温度を検出する入水温度検出手段と、前記給水管から前記熱交換器及び前記バイパス管に供給される水の総流量を検出する流量検出手段と、
前記給湯管の前記バイパス管との接続箇所の下流側に供給される湯の温度が所定の目標給湯温度となるように、前記入水温度検出手段の検出温度と前記流量検出手段の検出流量とに基づいて、前記加熱手段の加熱量を制御する給湯運転を実行する給湯制御手段とを備えた給湯装置において、
前記給湯運転の実行中に、前記流量検出手段の検出流量が減少し、前記給湯制御手段によって、前記加熱手段の加熱量を第１の加熱量から第２の加熱量に減少する制御がなされたときに、該第１の加熱量と該第２の加熱量との差に応じて前記熱交換器における余熱量を推定し、該余熱量による前記熱交換器の出湯温度の上昇分を打ち消すように、前記バイパス比変更手段を介して前記バイパス比を制御するバイパス比制御手段を備えたことを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記バイパス比制御手段は、前記流量検出手段の検出流量が減少した時点から、該時点において前記熱交換器内に所在していた湯水が前記熱交換器から全て出湯されるまでの間、前記余熱量による前記熱交換器の出湯温度の上昇分を打ち消すように、前記バイパス比変更手段を介して前記バイパス比を制御することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】
前記バイパス比制御手段は、前記バイパス比が予め定められた上限以下となる範囲で、前記余熱量による前記熱交換器の出湯温度の上昇分を打ち消すように、前記バイパス比変更手段を介して前記バイパス比を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器から出湯される湯に該熱交換器をバイパスしたバイパス管から供給される水を混合して、所望温度の湯を供給する給湯装置に関し、特に、入水量の減少時における給湯温度の変動の抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図４に示したように、熱交換器１０２の低温腐食を防止するために、熱交換器１０２をバイパスするバイパス管１０３を設けて、熱交換器１０２の出湯温度を高く維持するようにした給湯装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる給湯装置においては、コントローラ１０８により、入水温度センサ１０４により検出される給水管１００から供給される水の温度と、流量センサ１０７により検出される給水管１００からの入水量と、所定の目標給湯温度とに基づいて、該目標給湯温度の湯を給湯管１０１から供給するために必要となるバーナ１１１の目標燃焼量が決定される。そして、コントローラ１０８は、バーナ１１１の燃焼量を該目標燃焼量に制御して「給湯運転」を実行する。また、コントローラ１０８は、熱交換器１０２の出湯温度が低温腐食を防止するための下限温度以上となるように、バイパス比例弁１０６の開度を制御する。
【０００４】
ここで、「給湯運転」の実行中にカラン１１０が操作されて、給水管１００から入水量が減少すると、それに応じて、コントローラ１０８はバーナ１１１の目標燃焼量を変更して、バーナ１１１の燃焼量を減少させる。しかし、このようにバーナ１１１の燃焼量を減少させても、熱交換器１０２の熱容量による余熱によって、熱交換器１０２における加熱量は直ちには減少しない。
【０００５】
そのため、熱交換器１０２の出湯温度が急激に上昇し、給湯管１０１からカラン１１０に供給される湯の温度が目標給湯温度よりも高くなる、いわゆるオーバーシュートが生じるという不都合があった。
【特許文献１】特開平６−２８８６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記不都合を解消し、入水量が減少したときに、目標給湯温度に対する給湯温度のオーバーシュートが生じることを抑制した給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、給水管及び給湯管と接続されて、該給水管から供給される水を加熱して該給湯管に出湯する熱交換器と、該熱交換器を加熱する加熱手段と、該熱交換器をバイパスして該給水管と該給湯管とを連通するバイパス管と、該熱交換器を流通する水の流量に対する該バイパス管を流通する水の流量の比であるバイパス比を変更するバイパス比変更手段と、前記給水管から前記熱交換器に供給される水の温度を検出する入水温度検出手段と、前記給水管から前記熱交換器及び前記バイパス管に供給される水の総流量を検出する流量検出手段と、前記給湯管の前記バイパス管との接続箇所の下流側に供給される湯の温度が所定の目標給湯温度となるように、前記入水温度検出手段の検出温度と前記流量検出手段の検出流量とに基づいて、前記加熱手段の加熱量を制御する給湯運転を実行する給湯制御手段とを備えた給湯装置の改良に関する。
【０００８】
そして、前記給湯運転の実行中に、前記流量検出手段の検出流量が減少し、前記給湯制御手段によって、前記加熱手段の加熱量を第１の加熱量から第２の加熱量に減少する制御がなされたときに、該第１の加熱量と該第２の加熱量との差に応じて前記熱交換器における余熱量を推定し、該余熱量による前記熱交換器の出湯温度の上昇分を打ち消すように、前記バイパス比変更手段を介して前記バイパス比を制御するバイパス比制御手段を備えたことを特徴とする給湯装置。
【０００９】
かかる本発明においては、前記給湯運転の実行中に前記給水管への入水量が減少して、前記給湯制御手段により、前記加熱手段の加熱量を第１の加熱量から第２の加熱量に減少する制御がなされたときに、前記熱交換器の熱容量の影響により、前記熱交換器における加熱量は該第２の加熱量に該第１の加熱量による余熱分が重畳されたものとなる。そのため、該余熱により熱交換器における水の加熱が過剰なものとなる。
【００１０】
そこで、前記バイパス比制御手段により、第１の加熱量と第２の加熱量との差に応じて前記熱交換器における余熱量を推定し、該余熱量による前記熱交換器の出湯温度の上昇分を打ち消すように、前記バイパス比変更手段により前記バイパス比を制御することで、前記給湯管から供給される湯の温度を前記目標給湯温度付近に維持して、前記目標給湯温度に対するオーバーシュートが生じることを抑制することができる。
【００１１】
また、前記バイパス比制御手段は、前記流量検出手段の検出流量が減少した時点から、該時点において前記熱交換器内に所在していた湯水が前記熱交換器から全て出湯されるまでの間、前記余熱量による前記熱交換器の出湯温度の上昇分を打ち消すように、前記バイパス比変更手段を介して前記バイパス比を制御することを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記流量検出手段の検出流量が減少した時点において、前記熱交換器内に所在していた湯水は、前記第１の加熱量による余熱により加熱されて、前記熱交換器から出湯される。そこで、前記流量検出手段の検出流量が減少した時点から、該時点において前記熱交換器内に所在していた湯水が前記熱交換器から全て出湯されるまでの間、前記余熱量による前記熱交換器の出湯温度の上昇分を打ち消すように、前記バイパス比制御手段により前記バイパス比を制御することで、余熱による給湯温度のオーバーシュートをより確実に抑制することができる。
【００１３】
また、前記バイパス比制御手段は、前記バイパス比が予め定められた上限以下となる範囲で、前記余熱量による前記熱交換器の出湯温度の上昇分を打ち消すように、前記バイパス比変更手段を介して前記バイパス比を制御することを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記バイパス比を大きく設定し過ぎて前記熱交換器を流通する水の流量が極端に少なくなり、前記熱交換器内で沸騰が生じることを防止することができ、該沸騰により前記熱交換器の劣化等が生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の給湯装置の全体構成図、図２は給湯運転のフローチャート、図３は入水量減少時におけるバイパス比の設定の説明図。
【００１６】
図１を参照して、本実施の形態の給湯装置１には、給水管２及び給湯管３と接続された熱交換器４、熱交換器４をバイパスして給水管２と給湯管３を連通するバイパス管５、給水管２に供給される水の温度を検出する入水温度センサ１０（本発明の入水温度検出手段に相当する）、給湯管３のバイパス管５との接続部の下流側に供給される湯の温度を検出する給湯温度センサ１１、給水管２に供給される水の流量を検出する流量センサ１２（本発明の流量検出手段に相当する）、熱交換器４を流通する水の流量とバイパス管５を流通する水の流量との比率を変更するバイパス比例弁１３（本発明のバイパス比変更手段に相当する）、熱交換器４を加熱するガスバーナ２０、ガスバーナ２０への燃料ガスの供給量を調節するガス比例弁２１、ガスバーナ２０への燃料ガスの供給／遮断を切替えるガス元弁２２、ガスバーナ２０に点火するための点火電極２３、ガスバーナ２０への燃焼用空気の供給量を調節する燃焼ファン２４、給湯装置１の全体的な作動を制御するコントローラ３０、及び目標給湯温度の設定等を行うためのリモコン４０が備えられている。
【００１７】
コントローラ３０には、入水温度センサ１０の温度検出信号、給湯温度センサ１１の温度検出信号、及び流量センサ１２の流量検出信号が入力される。また、コントローラ３０から出力される制御信号によって、バイパス比例弁１３、ガス比例弁２１、ガス元弁２２、点火電極２３、及び燃焼ファン２４の作動が制御される。また、リモコン４０はコントローラ３０と通信可能に接続され、リモコン４０からコントローラ３０に対して各種の設定信号が送信されると共に、コントローラ３０からリモコン４０に対して給湯装置１の作動状況を示す信号等が送信される。
【００１８】
そして、コントローラ３０は、給湯管３のバイパス管５との接続箇所の下流側に供給される湯の温度（以下、給湯温度という）が、リモコン４０により設定された目標給湯温度となるように、ガスバーナ２０の加熱量（燃焼量）を制御する「給湯運転」を実行する給湯制御手段３１と、「給湯運転」の実行中に給水管２への入水量が減少したときに、バイパス比例弁１３により、熱交換器４を流通する水の流量に対するバイパス管４を流通する水の流量の比であるバイパス比を変更して、給湯温度のオーバーシュートを抑制する制御を行うバイパス比制御手段３２とを備えている。
【００１９】
以下、図２に示したフローチャートに従って、「給湯運転」の実行手順について説明する。使用者によるリモコン４０の操作によって、給湯装置１が「給湯運転」の実行が可能な運転状態となると、コントローラ３０は、図２のＳＴＥＰ１で、流量センサ１２により給水管２への入水が検知されるのを待つ。
【００２０】
そして、使用者により、給湯管３の先端に接続されたカラン６が開けられて、流量センサ１２により給水管２への入水が検知されると、給湯制御手段３１は、ＳＴＥＰ２に進んでバーナ２０の点火処理を行う。バーナ２０の点火処理は、燃焼ファン２４を作動させた後、点火電極２３に火花放電を生じさせた状態で、ガス元弁２２とガス比例弁２１を開弁して行う。
【００２１】
続くＳＴＥＰ３で、給湯制御手段３１は、給湯温度が目標給湯温度となるように、ガス比例弁２１の開度及び燃焼ファン２４の回転数を調節してガスバーナ２０の燃焼量を制御する。具体的には、例えば、入水温度センサ１０の検出温度が１０℃、目標給湯温度が４０℃、流量センサ１２により検出される入水量が２０l/minであるときは、図３のＸに示したように、ガスバーナ２０の目標加熱量を６００kcal/minとしてガスバーナ２０の燃焼量を制御することで、以下の式（１）に示すように、給湯温度Ｔsを４０℃とする。
【００２２】
Ｔs ＝ ６００(kcal/min)／20(l/min) ＋ １０(℃) ＝ ４０(℃)  ・・・・・（１）
なお、バイパス比は、熱交換器４の出湯温度が低温腐食を防止するために予め設定された下限温度（例えば５０℃）以上となるように設定され、図３のＸでは０．３３に設定されている。また、給湯制御手段３１は、給湯温度センサ１１により検出される実施の給湯温度が目標給湯温度からずれるときには、ガスバーナ２０の目標燃焼量を補正する。
【００２３】
続くＳＴＥＰ４で、給湯制御手段３１は、流量センサ１２により検出される入水量Ｆlが所定レベル（例えば１０％）以上減少したか否かを判断する。そして、入水流量Ｆlが該所定レベル以上減少したときにはＳＴＥＰ１０に分岐する。
【００２４】
ＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１３はバイパス比制御手段３２による処理であり、バイパス比制御手段３２は、ＳＴＥＰ１０で給湯温度を補正するための補正バイパス比Ｂrcを算出する。ここで、入水流量Ｆlが減少すると、それに応じて、給湯制御手段３１はＳＴＥＰ３の温調制御によりガスバーナ２０の加熱量を減少させる。
【００２５】
なお、給湯温度のオーバーシュートは、入水量Ｆlの減少度合いが大きいほど大きくなる。そこで、ＳＴＥＰ４における入水量Ｆlが減少したことの判断条件を、例えば入水量Ｆlが５０％減少した場合のように、入水量Ｆlの減少度合いをさらに大きく設定して行い、これにより、給湯温度の極端なオーバーシュートを抑制するようにしてもよい。
【００２６】
例えば、図３のＹに示したように、Ｘの状態で温調制御が実行された状態で、入水量Ｆlが２０l/minから１０l/minに半減すると、給湯温度を４０℃にするために必要なガスバーナ２０の加熱量も６００kcal/min（本発明の第１の加熱量に相当する）から３００kcal/min（本発明の第２の加熱量に相当する）へと半減する。しかし、このようにガスバーナ２０の加熱量を減少させても、熱交換器２０が有する熱容量による余熱の影響を受けて、熱交換器２０内を流通する水に対する加熱量は、直ちには３００kcal/minまで減少しない。
【００２７】
そのため、熱交換器２０における水の加熱が過剰となり、Ｙに示したように、熱交換器４からの出湯温度は、余熱による加熱量（４０kcal/l・min）分だけ上昇した９０℃となる。その結果、給湯温度は以下の式（２）により約７０℃となり、目標給湯温度の４０℃に対して大きくオーバーシュートする。
【００２８】
Ｔs ＝ １／１．３３×９０(℃）＋０．３３／１．３３×１０(℃)
＝ ７０．１４(℃)  ・・・・・（２）
そこで、バイパス比制御手段３２は、バイパス比例弁１３によりバイパス比を変更して、上記オーバーシュートを抑制する制御を行う。具体的には、先ず、ＳＴＥＰ１０で、給湯温度Ｔsを目標給湯温度付近に維持できる補正バイパス比Ｂrcを算出する。例えば、図３のＸの状態から入水量が半減（２０l/min → １０l/min）したときには、熱交換器４における余熱量を入水量Ｆlが減少する前後のガスバーナ２０の差（６００−３００kcal/min）から、３００kcal/minと推定する。
【００２９】
そして、該余熱量により、熱交換器４の出湯温度ＴHEXが、以下の式（３）により、９０℃になると想定する。
【００３０】
ＴHEX ＝ １０(℃) ＋ ４０(kcal/l・min)（ガスバーナ分）
＋ ４０(kcal/l・min）（余熱分）        ・・・・・・（３）
そして、熱交換器４の出湯温度が９０℃であるときに、給湯温度Ｔsが目標給湯温度である４０℃となる補正バイパス比Ｂrcを、以下の式（４）により算出する。
【００３１】
４０(℃) ＝ １／（１＋Ｂrc) ×９０(℃) ＋ Ｂrc／（１＋Ｂrc)×１０(℃)
・・・・・（４）
上記式（４）から、Ｂr＝１．６７が得られる。また、続くＳＴＥＰ１１で、バイパス比制御手段３２は、バイパス比を補正バイパス比Ｂrcとする補正時間ｔbを、以下の式（５）により算出する。
【００３２】
ｔb ＝ ＶHEX÷｛１０(l/mim)×（１／（１＋Ｂrc)／６０）  ・・・・・（５）
但し、ＶHEX：熱交換器４の保有水量、Ｂrc:補正バイパス比。
【００３３】
この場合、補正時間ｔbは、入水量Ｆlが減少した時において熱交換器４内に所在していた水が全て出湯されるまでに要する時間となる。
【００３４】
そして、バイパス比制御手段３２は、ＳＴＥＰ１２でバイパス比を補正バイパス比Ｂrcとし、ＳＴＥＰ１３とＳＴＥＰ２０からなるループを実行する。そして、ＳＴＥＰ１３で補正時間ｔbが経過した時にＳＴＥＰ３に戻る。また、ＳＴＥＰ２０で流水センサ１２により給水管２への入水が検知されなくなったときには、ＳＴＥＰ６に進む。この場合は、給湯制御手段３１はガスバーナ２０を消火して「給湯運転」を終了する。
【００３５】
このように、バイパス補正時間ｔBが経過するまで、バイパス比を補正バイパス比Ｂrとすることで、入水量Ｆlが減少した時に熱交換器４内に所在し、余熱により過剰に加熱されて熱交換器４から出湯される湯の流量が減少し、給湯温度が目標給湯温度付近に維持される。そのため、目標給湯温度に対する給湯温度のオーバーシュートが生じることを抑制することができる。
【００３６】
なお、熱交換器４内を流通する水の流量の減少により熱交換器４内で沸騰が生じることを防止するため、バイパス比に上限（例えば２．０）を設けて、該上限を超えない範囲で、バイパス比制御手段３２によるバイパス比の制御を行うようにしてもよい。さらに、バイパス比の上限の設定に応じて、バイパス比の制御を行う時間を制限するようにしてもよい。例えば、バイパス比の上限が２．５であるときはバイパス比の制御を行う時間を３秒以内に制限し、バイパス比の上限が２．６であるときはバイパス比の制御を行う時間を２秒以内に制限し、バイパス比の上限が２．８であるときはバイパス比の制御を行う時間を１秒以内に制限してもよい。
【００３７】
また、本実施の形態では、本発明の入水温度検出手段として、入水温度センサ１０を備えたが、給湯温度センサ１１の検出温度とガスバーナ２０の加熱量とから給水管２への入水温度を推定する手段により、本発明の入水温度検出手段を構成してもよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、ガスバーナ２０により熱交換器４を加熱する給湯装置を示したが、石油バーナや電気ヒータ等、他の種類の加熱手段により熱交換器を加熱する給湯装置に対しても本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の給湯装置の全体構成図。
【図２】給湯運転のフローチャート。
【図３】入水量減少時におけるバイパス比の設定の説明図。
【図４】従来の給湯装置の全体構成図。
【符号の説明】
【００４０】
１…給湯装置、２…給水管、３…給湯管、４…熱交換器、５…バイパス管、１０…入水温度センサ（入水温度検出手段）、１２…流量センサ、１３…バイパス比例弁（バイパス比変更手段）、２０…ガスバーナ、３０…コントローラ、３１…給湯制御手段、３２…バイパス比制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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