(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に熱を供給する熱発生部と、この熱発生部での発生熱量を制御する制御部とを備え、この制御部が、通常制御モードで、熱交換部の出口近傍の湯の温度を設定温度に一致させるように上記熱発生部を制御する給湯装置において、
上記制御部は、上記給湯配管を水が流れた時に、上記通常制御モードに先立って初期制御モードを実行し、この初期制御モードにおいて、環境温度が所定温度より高い時には、発生熱量が、熱交換部の出口近傍の湯の温度を設定温度に一致させるために必要とする熱量より、減少するように、上記熱発生部を制御し、この熱量減分を環境温度が高いほど大きくすることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
上記環境温度と比較される所定温度が１５°Ｃであることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
上記制御部は、上記初期制御モードにおいて、上記熱量減分を徐々に小さくし所定時間経過時点でゼロにすることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。
【請求項４】
上記制御部は、上記初期制御モードにおいて、環境温度が高いほど大きくなるようにマイナスの温度シフト分を演算し、この温度シフト分を設定温度に加算して仮の設定温度を得、上記熱交換部の出口近傍の湯の温度をこの仮の設定温度に一致させるように、上記熱発生部を制御することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項５】
上記制御部は、上記初期制御モードにおいて、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて、熱交換部の出口近傍の湯の温度を設定温度に一致させるように、フィードフォワード出力分を演算し、このフィードフォワード出力分を、環境温度が高いほど大きく減少補正し、この補正されたフィードフォワード出力分に基づいて、上記熱発生部を制御することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項６】
設定温度情報を制御部に送るリモートコントローラに環境温度センサを付設し、この環境温度センサで上記環境温度の情報を得ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の給湯装置。
【請求項７】
上記給湯配管に給水温度センサを設け、この給水温度センサで検出される熱交換部へ向かう水の温度を、上記環境温度の情報として用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、給湯装置に関し、特に給湯初期の出湯特性の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガス給湯装置は、熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に燃焼熱を供給するガスバーナ（熱発生部）と、このガスバーナへのガス供給量を調節する電磁比例弁と、この比例弁への供給電流を制御する制御部とを備えている。
上記制御部は、一般に、フィードフォワード演算とフィードバック演算を行って上記供給電流を決定し、出湯温度を設定温度に一致させる制御をしている。詳述すると、制御部は、出湯量（給湯配管を流れる水の量）と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいてフィードフォワード演算を行う。また、熱交換部の出口近傍の温度センサで検出された出湯温度と設定温度に基づいてフィードバック演算を行う。そして、上記フィードフォワード出力分にフィードバック出力分を加算して、上記比例弁への供給電流を制御し、ひいては燃焼により発生する熱量を制御するのである。
【０００３】
上記フィードフォワード演算およびフィードバック演算は、熱交換部の出口近傍を通る湯の温度が設定温度になるように、行われるものであり、この湯の温度が変化せずに、給湯配管の出湯端から吐出されることを前提としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような制御では、給湯初期に熱交換部から出た湯が出湯端までの管路を通る過程で熱を奪われるため、出湯端から吐出される湯の温度が設定温度より低いという不都合があった。特に寒冷時には、給湯配管が冷えているため、出湯温度の低下が著しく、しかも、出湯温度が設定温度に達するのに長時間を必要としていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、熱交換部と、この熱交換部を通る給湯配管と、この熱交換部に熱を供給する熱発生部と、この熱発生部での発生熱量を制御する制御部とを備え、この制御部が、通常制御モードで、熱交換部の出口近傍の湯の温度を設定温度に一致させるように上記熱発生部を制御する給湯装置において、上記制御部は、上記給湯配管を水が流れた時に、上記通常制御モードに先立って初期制御モードを実行し、この初期制御モードにおいて、環境温度が所定温度より高い時には、発生熱量が、熱交換部の出口近傍の湯の温度を設定温度に一致させるために必要とする熱量より、減少するように、上記熱発生部を制御し、この熱量減分を環境温度が高いほど大きくすることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の給湯装置において、上記環境温度と比較される所定温度が１５°Ｃであることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の給湯装置において、上記制御部は、上記初期制御モードにおいて、上記熱量減分を徐々に小さくし所定時間経過時点でゼロにすることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１に記載の給湯装置において、上記制御部は、上記初期制御モードにおいて、環境温度が高いほど大きくなるようにマイナスの温度シフト分を演算し、この温度シフト分を設定温度に加算して仮の設定温度を得、上記熱交換部の出口近傍の湯の温度をこの仮の設定温度に一致させるように、上記熱発生部を制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項５の発明は、請求項１に記載の給湯装置において、上記制御部は、上記初期制御モードにおいて、給湯配管を流れる水の流量と、熱交換部へ向かう水の温度と、設定温度の情報に基づいて、熱交換部の出口近傍の湯の温度を設定温度に一致させるように、フィードフォワード出力分を演算し、このフィードフォワード出力分を、環境温度が高いほど大きく減少補正し、この補正されたフィードフォワード出力分に基づいて、上記熱発生部を制御することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の給湯装置において、設定温度情報を制御部に送るリモートコントローラに環境温度センサを付設し、この環境温度センサで上記環境温度の情報を得ることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の給湯装置において、上記給湯配管に給水温度センサを設け、この給水温度センサで検出される熱交換部へ向かう水の温度を、上記環境温度の情報として用いることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。図１に示すようにガス給湯装置は、ガスバーナ１（熱発生部）と、このガスバーナ１の上方に配置された熱交換部２と、ガスバーナ１に燃焼空気を供給するためのファン（図示せず）とを備えている。また、ガスバーナ１の近傍には、点火機構（図示）が配置されている。上記ガスバーナ１にガスを供給する手段は、ガス管３と、このガス管３に設けられた主電磁開閉弁４および電磁比例弁５とを有している。
【０００９】
ガス給湯装置は、さらに給湯配管１０を備えている。この給湯配管１０は、上記熱交換部２を通る受熱管１１と、この受熱管１１の入口端に接続された給水管１２と、出口端に接続された給湯管１３とを有している。給湯管１３の末端には給湯栓１４（出湯端）が設けられている。給水管１２には給水温度センサＴINと、フローセンサＱが設けられ、給湯管１３には出口近傍温度センサＴOUTと流量制御弁ＧＭが設けられている。
【００１０】
上記ガスバーナ１，点火機構，熱交換部２はケーシング９に収容されており、ファンはケーシング９の底部に設けられている。ガス管３，給水管１２，給湯管１３は、ケーシング９の底部を貫通して外部に導出されている。上記主電磁開閉弁４，電磁比例弁５，温度センサＴIN，ＴOUT，フローセンサＱは、このケーシング９内に配置されている。
【００１１】
ガス給湯装置は、さらに、ケーシング９内に配置された制御部５０とケーシング９外に配置されたリモートコントローラ６０とを備えている。リモートコントローラ６０には、環境温度センサＴEVが設けられている。
上記制御部５０は、リモートコントローラ６０からの設定温度および上述した種々の検出手段、すなわち温度センサＴIN、ＴOUT、ＴEV、フローセンサＱからの情報に基づいて、点火機構，ファン，開閉弁４，比例弁５，流量制御弁ＧＭを制御する。なお、温度センサＴIN，ＴOUT，ＴEV，フローセンサＱの検出値については、それぞれ同符号を付して表すこととする。
【００１２】
上記構成において、ユーザーが給湯栓１４を開くと、フローセンサＱが所定量以上の水流を検出する。制御部５０はこの水流検出に応答して、点火機構およびファンを作動させる。これと同時期に、開閉弁４を開き、ガスをガスバーナ１に供給して燃焼を開始する。給水管１２からの水は受熱管１１を通る過程で燃焼熱を受けて湯となり、給湯管１３を経て給湯栓１４から吐出される。
【００１３】
上記制御部５０は、比例弁５への電流を制御して、この電流と比例関係にある出力側ガス圧を制御し、ひいてはガスバーナ１での燃焼熱量（発生熱量）を制御する。
まず通常制御モードについて詳述する。制御部５０は、給水温度センサＴINで検出された給水温度（給水管１２を通って熱交換部２へ向かう水の温度）と、リモートコントローラ６０で設定される設定温度ＴSと、フローセンサＱで検出された出湯量（熱交換部２，給湯配管１０を流れる水の流量）を下記式に代入して、熱交換部２から出てくる湯の温度を設定温度ＴSにするために必要とする給湯要求熱量Ｇを演算する。
Ｇ＝（ＴS−ＴIN）Ｑ
そして、演算された給湯要求熱量Ｇと、マップないしは演算式の形態で記憶されたデータ（給湯要求熱量Ｇと比例弁電流Ｉとの関係を表すデータ）とからフィードフォワード出力分ＦＦを演算する。
【００１４】
検出信号の誤差や設計誤差等があるため、フィードフォワード出力分だけでは正確な制御ができないので、出口近傍温度センサＴOUTで検出された温度ＴOUTと、設定温度ＴSとの差に基づくＰＩＤ演算に基づいて、フィードバック出力分ＦＢを求める。
次に、上記フィードフォワード出力分ＦＦにフィードバック出力分ＦＢとを加算して、比例弁電流Ｉを決定する。その結果、出口近傍温度ＴOUTを設定温度ＴSにすることができる。
【００１５】
上記温度センサＴOUTは、ハウジング９内に配置されている。換言すれば、熱交換部１１の出口近傍に位置している。この温度センサＴOUTを通過した湯は、ハウジング９を出て給湯栓１４までの管路１３ｘ（図１においてその長さを符号Ｌで示す）を経て吐出されることになる。しかし、給湯初期にはこの管路１３ｘが冷えているので、従来のように通常制御モードの時と同様にして上記検出温度ＴOUTを設定温度ＴSと一致させるように制御すると、湯は管路１３ｘを通る過程で冷やされ、設定温度ＴSより著しく低い温度で長い時間にわたって給湯栓１４から吐出されることになる。
【００１６】
後述する本実施形態の制御と比較するために、従来のように給湯初期から通常制御モードを実行した場合について、図３を参照しながら説明する。図３（Ａ）に破線で示すように、給湯初期から設定温度ＴＳで燃焼制御をするので、出口近傍温度ＴOUTは、一旦設定温度ＴSに達した後、そのまま設定温度ＴSで維持される。しかし、管路１３ｘが冷えているので、湯の温度は管路１３ｘを通過する過程で低下してしまう。その結果、図３（Ｂ）に破線で示すように、給湯栓１４から吐出される湯の温度すなわち出湯温度ＴENDは、著しく低い。この出湯温度ＴENDは、管路１３ｘが徐々に暖まるにつれて徐々に上昇してくるが、出湯温度ＴENDが設定温度ＴSに達するまで、すなわち管路１３ｘの温度がほぼ設定温度ＴSに達するまで、時間がかかる。
【００１７】
本実施形態では、上記通常制御モードに先立って、特殊な燃焼制御すなわち初期制御モードを所定時間ｔ0だけ実行する。詳述すると、リモートコントローラ６０で設定された温度ＴSを上方修正して、仮の設定温度ＴS’を演算する。この上方への温度シフト分ΔＴ（ΔＴ＝ＴS’−ＴS）は、図２に示すように環境温度センサＴEVで検出された環境温度に応じて決定する。詳述すると、環境温度ＴEVが３０°Ｃを越える場合には温度シフト分ΔＴをゼロとし、環境温度ＴEVが低い程大きくする。
そして、上記通常制御モードでの設定温度ＴSの代わりに、上記仮の設定温度ＴS’を用いて、上記フィードフォワード出力分とフィードバック出力分を演算し、上記熱交換部２の出口近傍温度ＴOUTが仮の設定温度ＴS’と一致するように燃焼制御を行う。
【００１８】
上記初期制御モードでは、熱交換部２の出口近傍温度ＴOUTは図３（Ａ）に実線で示すように変化する。詳述すると、ガスバーナ１での燃焼により熱交換部２が加熱されるのに伴い、出口近傍温度ＴOUTの温度は給水温度ＴINから上昇し、上記仮の設定温度ＴS’で安定する。
【００１９】
上記初期制御モードでは、熱交換部２の出口温度ＴOUTを設定温度ＴSにするために必要とする熱量より大きな燃焼熱量を得る。この燃焼熱量の増大分は、冷えた管路１３ｘを暖めて、早く設定温度ＴSに近づけるために役立つ。その結果、図３（Ｂ）に実線で示すように、給湯初期の出湯温度ＴENDを従来に比べて高くできるとともに早く設定温度ＴＳにすることができる。
【００２０】
上記温度シフト分ΔＴすなわち燃焼熱量の増大分は、前述したように、環境温度ＴEVが低くなるほど大きくしている。そのため、初期制御モードから通常制御モードに移行する時点、すなわち、上記所定時間ｔ0に管路１３ｘの長さＬに相当する遅れ時間Δｔを加算した時点で、出湯温度ＴENDを設定温度ＴSと一致するかこれに近い温度にすることができる。その結果、初期制御モードから通常制御モードに移行する際の温度変動が少ないとともに、早く出湯温度ＴENDを設定温度ＴSにすることができる。
【００２１】
比較のために、上記温度シフト分ΔＴが一定の場合を想定すると、環境温度ＴEVが低い場合には、管路１３ｘに付与する熱量が足りず、時間（ｔ0＋Δｔ）が経過時点では、出湯温度ＴENDが設定温度ＴSより低く、設定温度ＴSに達するまでに時間がかかる。また、環境温度ＴEVが高い場合には、管路１３ｘに付与する熱量が多過ぎ、上記時間（ｔ0＋Δｔ）経過した時点では、出湯温度ＴENDが設定温度ＴSより高くなり過ぎ、オ−バ−シュートとなってしまう。
【００２２】
次に本発明の第２の実施形態を示す。この実施形態では、図４に示すように、環境温度ＴEVが所定温度例えば１５°Ｃの時は設定温度ＴSをそのままにして初期制御モードを実行する。すなわち、温度シフト分ΔＴをゼロにする。環境温度ＴEVが１５°Ｃより低い場合には、第１の実施形態と同様に、プラスの温度シフト分ΔＴとし、環境温度が低いほど大きくする。また、環境温度が１５°Ｃより高い場合には、マイナスの温度シフト分ΔＴとし、この温度シフト分の絶対値を環境温度が高いほど大きくする。
【００２３】
上記第２の実施形態では、夏季に初期制御モードを実行すると、出口近傍温度ＴOUTは、図５（Ａ）に実線で示すように設定温度ＴSより低く維持される。その結果、図５（Ｂ）に実線で示すように、出湯温度ＴENDが設定温度ＴSより低く維持され、ユーザーに清涼感を与えることができる。しかも暑ければ暑いほど設定温度ＴSからの低下を大きくするので、清涼感を確実に与えることができる。なお、図５（Ａ），（Ｂ）において、点線は従来の制御方式の場合を示す。
【００２４】
なお、上記第１，第２実施形態において、初期制御モードの開始時点で、図２，図４に示すように温度シフト分を決定し、徐々にこの温度シフト分を小さくし、所定時間経過時点でゼロになるようにしてもよい。
また、上記第１，第２の実施形態において、初期制御モードでは、フィードフォワード出力分，フィードバック出力分のいずれか一方のみを演算するようにしてもよい。
【００２５】
次に、本発明の第３実施形態を示す。この実施形態では、図６に示すように、初期制御モードではフィードフォワード制御だけを行い、通常制御で前述した実施形態と同様にフィードフォワード制御とフィードバック制御を行う。
上記初期制御モードでのフィードフォワード制御では、前述と同様に演算されたフィードフォワード出力分に係数を乗じて上方修正する。この係数は、図７に示すように、環境温度ＴEVが低いほど高くなるようにする。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この係数は、徐々に小さくして、所定時間経過時点でゼロにする。
【００２６】
なお、上記係数は環境温度が所定温度の時は１．０とし、これより低い場合には環境温度が低くなるほど大きくし、所定温度より高い場合には、１．０より小さくし、しかも環境温度が高いほど小さくしてもよい。こうすれば、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００２７】
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用可能である。例えば、上記初期制御モードは、前回の給湯停止から今回の給湯を開始するまでの時間が、一定時間を越える場合にのみ実行し、一定時間を越えない場合には実行せずに、即座に通常制御モードを実行するようにしてもよい。
特許請求の範囲における「熱交換部の出口近傍の温度」とは、管路によって冷却される前の温度を意味する。また、給湯配管が受熱管と並列をなして給水管と給湯管との間に接続されたバイパス管を備えている時には、熱交換部からの湯とバイパス管を経た水との混合の後の湯の温度を意味する。
上記実施形態では環境温度をリモートコントローラ６０に付設した温度センサＴEVで検出し、正確な環境温度を検出できるようにしたが、この環境温度の代わりに、給水温度センサＴINで検出される給水温度を環境温度情報として用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、給湯を行う際に、通常制御モードに先立って初期制御モードを実行することにより、環境温度に応じて出湯温度制御を行うことができる。具体的には、夏季に出湯温度を低下させてユーザーに清涼感を与えることができる。
請求項４の発明によれば、設定温度をシフトするだけの簡単な工夫で、上述した請求項１の効果が得られる。
請求項５の発明によれば、フィードフォワード出力分の補正により、簡単に請求項１の効果が得られる。
請求項６の発明によれば、リモートコントローラに付設された環境温度センサにより、正確に環境温度を得ることができ、上記請求項１の効果を確実に得ることができる。
請求項７の発明によれば、給水温度センサの検出情報を環境温度情報として用いるので、温度センサを増やさずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態をなすガス給湯装置の概略図である。
【図２】初期制御モードでの設定温度のシフト分と環境温度との関係を示す図である。
【図３】（Ａ）は初期制御モードでの熱交換部の出口近傍温度の変化を示す図であり、（Ｂ）は同モードでの出湯温度の変化を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図であり、初期制御モードでの設定温度のシフト分と環境温度との関係を示す。
【図５】（Ａ）は上記第２実施形態において、初期制御モードでの熱交換部の出口近傍温度の変化を示す図であり、（Ｂ）は同モードでの出湯温度の変化を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態となる給湯制御を示す図である。
【図７】上記第３実施形態において、フィードフォワード出力分に乗じるべき係数と環境温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  ガスバーナ（熱発生部）
２  熱交換部
１０  給湯配管
５０  制御部
６０  リモートコントローラ
ＴEV  環境温度センサ
ＴIN  給水温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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