(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱発生部と、この熱発生部からの熱を受ける熱交換部と、給湯配管系と、制御手段とを備え、
上記給湯配管系が、上記熱交換部を通る受熱管と、この受熱管の入口端に接続された給水管と、受熱管の出口端に接続された給湯管と、これら給水管と給湯管の間に接続されるとともに受熱管と並列をなすバイパス管と、このバイパス管に設けられ上記制御手段で制御されるバイパス弁と、給水管からの水の温度を検出する入水温度センサと、上記バイパス管より上流側の給湯管に設けられて受熱管出口からの湯の温度を検出する出口温度センサとを有する給湯装置において、
上記バイパス弁として、開度を変えることによりバイパス管の流量を制御することができる流量制御弁が用いられ、
上記給湯配管系において、上記バイパス管と、上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給水管または給湯管と、上記バイパス管の接続点より熱交換部から遠い給水管または給湯管の、３つの部位のうちの少なくとも２つの部位に、フローセンサが設置され、
上記制御手段は、給湯初期のミキシング制御において、上記出口温度センサで検出された受熱管出口からの湯の温度と、上記入水温度センサで検出された給水管からの水の温度と、設定温度とに基づいて、上記受熱管からの湯と上記バイパス管からの水の目標流量比を決定し、この決定された目標流量比が得られるように、上記少なくとも２つのフローセンサからの検出流量に基づいてバイパス弁の開度を制御することを特徴とするバイパス弁付き給湯装置。
【請求項２】
上記バイパス弁として提供される第１の流量制御弁の他に、上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給湯管または給水管に第２の流量制御弁が設けられ、
上記制御手段は、上記給湯初期のミキシング制御において、第１の流量制御弁の開度を減少させる場合には第２の流量制御弁の開度を増大させ、第１の流量制御弁の開度を増大させる場合には第２の流量制御弁の開度を減少させることを特徴とする請求項１に記載のバイパス弁付き給湯装置。
【請求項３】
上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給水管または給湯管に第１のフローセンサが設けられ、上記バイパス管の接続点より熱交換部から遠い給水管または給湯管に第２フローセンサが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のバイパス弁付き給湯装置。
【請求項４】
上記給湯管には、上記バイパス管との接続点の下流側に風呂への湯張りを行うための注湯管が接続され、上記第１のフローセンサは、上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給水管に設けられ、上記第２のフローセンサは、上記注湯管の接続点より下流側の給湯管に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のバイパス弁付き給湯装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記バイパス弁を全閉にした状態での給湯制御実行中に、第１フローセンサの検出流量と第２フローセンサの検出流量とを比較し、その比較結果に基づいて、以後検出される第１，第２フローセンサのいずれか一方の検出流量または両者の検出流量の比を補正することを特徴とする請求項３または４に記載のバイパス弁付き給湯装置。
【請求項６】
上記制御手段は、上記第１，第２のフローセンサの検出流量の比較結果として、両者の比を演算し、この比を補正定数として、以後検出される第１，第２フローセンサのいずれか一方の検出流量または両者の検出流量の比を補正することを特徴とする請求項５に記載のバイパス弁付き給湯装置。
【請求項７】
上記制御手段は、上記第１，第２のフローセンサの検出流量の比較結果としての比が所定の範囲内にある時には、この比を補正定数とし、この比が所定の範囲の限界値を越える時には、この限界値を補正定数とすることを特徴とする請求項６に記載のバイパス弁付き給湯装置。
【請求項８】
上記熱発生部としてガスバーナが用いられ、上記フローセンサの１つが、上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給水管または給湯管に設けられ、
上記制御手段は、上記ガスバーナの燃焼を、当該フローセンサの検出流量が第１閾値を越えた時に開始し、当該フローセンサの検出流量が第１閾値より小さい第２閾値を下回った時に停止し、
さらに上記制御手段は、給湯初期のミキシング制御において第１，第２流量制御弁の開度を制御している時に、当該フローセンサの検出流量が、上記第２閾値より大きい所定流量に達した時には、それ以上の第２流量制御弁の開度絞りを停止することを特徴とする請求項２に記載のバイパス弁付き給湯装置。
【請求項９】
上記熱交換部を通る他の配管系が装備され、上記制御手段は、当該他の配管系を水が流れ上記給湯配管系を水が流れていない状態で、上記熱発生部から熱交換部に熱が付与されている時に、第１，第２流量制御弁をそれぞれ全開位置および全閉位置から離れた所定開度位置にして待機させ、給湯初期のミキシング制御時に、この所定開度位置から上記第１，第２流量制御弁の開度制御を実行することを特徴とする請求項２に記載のバイパス弁付き給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイパス弁付き給湯装置に関する。
【０００２】
例えば、追焚機能付きの１缶２水路型のガス給湯装置は、１つの缶内に、共通の熱交換部と共通のバーナを収納することによって形成されている。この熱交換部を給湯配管系と追焚配管系の受熱管が貫いている。給湯配管系は、上記受熱管の他に、この受熱管の両端に連なる給水管と給湯管を有している。給湯管の末端には、給湯栓が設けられている。
【０００３】
上記構成の給湯装置は、給湯栓が開いて給湯配管系に水が流れた時に、共通バーナの燃焼を実行して、給湯を行う。また追焚時には、追焚配管系に設けられたポンプを駆動させて風呂の水を循環させるとともに、共通バーナの燃焼を実行する。
【０００４】
上記追焚を単独で実行している時には、給湯配管系の受熱管に滞留している水も共通バーナの燃焼熱を受けて加熱される。そのため、追焚の途中や、追焚終了直後に給湯栓を開いて給湯を開始した時には、上記高温の滞留水が吐出されてユーザーに苦痛を与える不都合が生じる。
【０００５】
上記不都合を防ぐために、実公昭６１−７４５８号に開示されている給湯装置の給湯配管系には、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と、このバイパス管に設けられた電磁弁からなるバイパス弁が装備されている。そして、給湯初期にバイパス弁を開き、給水管からバイパス管を経た低温の水を上記受熱管に滞留していた高温の湯と混ぜることにより、吐出湯の温度を下げるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した１缶２水管型のバイパス弁付き給湯装置では、給湯初期にバイパス弁は全開か全閉の２つの位置しか選択できず、受熱管からの湯温に基づく湯と水の適切な混合を行うことができなかった。すなわち、バイパス弁を全開にすると出湯温度が適切な温度（例えば設定温度）より、大きくアンダーシュートしてしまい、この大きなアンダーシュートを避けるために全閉位置にすると大きくオーバーシュートしてしまうことがあった。
最近、上記湯水混合を適切に行うためにバイパス弁にギアモータ駆動式の流量制御弁を用いたものが開発されたが、この流量制御弁の開度を高精度で制御するために、種々の工夫が待たれている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、熱発生部と、この熱発生部からの熱を受ける熱交換部と、給湯配管系と、制御手段とを備え、上記給湯配管系が、上記熱交換部を通る受熱管と、この受熱管の入口端に接続された給水管と、受熱管の出口端に接続された給湯管と、これら給水管と給湯管の間に接続されるとともに受熱管と並列をなすバイパス管と、このバイパス管に設けられ上記制御手段で制御されるバイパス弁と、給水管からの水の温度を検出する入水温度センサと、上記バイパス管より上流側の給湯管に設けられて受熱管出口からの湯の温度を検出する出口温度センサとを有する給湯装置において、上記バイパス弁として、開度を変えることによりバイパス管の流量を制御することができる流量制御弁が用いられ、上記給湯配管系において、上記バイパス管と、上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給水管または給湯管と、上記バイパス管の接続点より熱交換部から遠い給水管または給湯管の、３つの部位のうちの少なくとも２つの部位に、フローセンサが設置され、上記制御手段は、給湯初期のミキシング制御において、上記出口温度センサで検出された受熱管出口からの湯の温度と、上記入水温度センサで検出された給水管からの水の温度と、設定温度とに基づいて、上記受熱管からの湯と上記バイパス管からの水の目標流量比を決定し、この決定された目標流量比が得られるように、上記少なくとも２つのフローセンサからの検出流量に基づいてバイパス弁の開度を制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のバイパス弁付き給湯装置において、上記バイパス弁として提供される第１の流量制御弁の他に、上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給湯管または給水管に第２の流量制御弁が設けられ、上記制御手段は、上記給湯初期のミキシング制御において、第１の流量制御弁の開度を減少させる場合には第２の流量制御弁の開度を増大させ、第１の流量制御弁の開度を増大させる場合には第２の流量制御弁の開度を減少させることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のバイパス弁付き給湯装置において、上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給水管または給湯管に第１のフローセンサが設けられ、上記バイパス管の接続点より熱交換部から遠い給水管または給湯管に第２フローセンサが設けられていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載のバイパス弁付き給湯装置において、上記給湯管には、上記バイパス管との接続点の下流側に風呂への湯張りを行うための注湯管が接続され、上記第１のフローセンサは、上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給水管に設けられ、上記第２のフローセンサは、上記注湯管の接続点より下流側の給湯管に設けられていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３または４に記載のバイパス弁付き給湯装置において、上記制御手段は、上記バイパス弁を全閉にした状態での給湯制御実行中に、第１フローセンサの検出流量と第２フローセンサの検出流量とを比較し、その比較結果に基づいて、以後検出される第１，第２フローセンサのいずれか一方の検出流量または両者の検出流量の比を補正することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載のバイパス弁付き給湯装置において、上記制御手段は、上記第１，第２のフローセンサの検出流量の比較結果として、両者の比を演算し、この比を補正定数として、以後検出される第１，第２フローセンサのいずれか一方の検出流量または両者の検出流量の比を補正することを特徴とする。
請求項７の発明は、上記制御手段は、請求項６に記載のバイパス弁付き給湯装置において、上記第１，第２のフローセンサの検出流量の比較結果としての比が所定の範囲内にある時には、この比を補正定数とし、この比が所定の範囲の限界値を越える時には、この限界値を補正定数とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項８の発明は、請求項２に記載のバイパス弁付き給湯装置において、上記熱発生部としてガスバーナが用いられ、上記フローセンサの１つが、上記バイパス管の接続点より熱交換部に近い給水管または給湯管に設けられ、上記制御手段は、上記ガスバーナの燃焼を、当該フローセンサの検出流量が第１閾値を越えた時に開始し、当該フローセンサの検出流量が第１閾値より小さい第２閾値を下回った時に停止し、さらに上記制御手段は、給湯初期のミキシング制御において第１，第２流量制御弁の開度を制御している時に、当該フローセンサの検出流量が、上記第２閾値より大きい所定流量に達した時には、それ以上の第２流量制御弁の開度絞りを停止することを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項２に記載のバイパス弁付き給湯装置において、上記熱交換部を通る他の配管系が装備され、上記制御手段は、当該他の配管系を水が流れ上記給湯配管系を水が流れていない状態で、上記熱発生部から熱交換部に熱が付与されている時に、第１，第２流量制御弁をそれぞれ全開位置および全閉位置から離れた所定開度位置にして待機させ、給湯初期のミキシング制御時に、この所定開度位置から上記第１，第２流量制御弁の開度制御を実行することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、給湯と追焚の２つの機能を有する１缶２水管型のガス給湯装置を示す。この給湯装置は、一つの缶の下部に共通のガスバーナ１（燃焼部，熱発生部）を収納し、上部に共通の熱交換部２を収納することにより、構成されている。缶の底部には、燃焼空気を供給するためのファン（図示しない）が設けられている。上記バーナ１へ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と電磁比例弁５とを有している。バーナ１の近傍には点火機構（図示しない）が配置されている。
【００１２】
上記熱交換部２は、多数の薄肉のフィンプレート２ａを有しており、このフィンプレート２ａに、給湯配管系１０の受熱管１１と追焚配管系２０の受熱管２１とが貫通している。
【００１３】
上記給湯配管系１０について詳述する。上記受熱管１１の入口端には、給水管１２が接続され、出口端には給湯管１３が接続されている。給湯管１３の末端には給湯栓１４が設けられている。これら給水管１２と給湯管１３との間には、受熱管１１と並列をなす２本のバイパス管１５，１６が接続されている。図において、バイパス管１５と給水管１２，給湯管１３との接続点を符号Ｐ１，Ｐ２で表し、バイパス管１６と給水管１２，給湯管１３との接続点を符号Ｐ３，Ｐ４で表わす。
熱交換部２に近い方のバイパス管１５は、弁等を装備せず、接続点Ｐ１を通過した水は、所定の割り合い（例えば７０：３０）で受熱管１１とバイパス管１５に別れ、接続点Ｐ２で再び合流するようになっている。
【００１４】
熱交換部２から遠い方のバイパス管１６には、第１の流量制御弁ＧＭ２（バイパス弁）が設けられている。また、給湯管１３にも、接続点Ｐ２，Ｐ４間において第２の流量制御弁ＧＭ１が設けられている。
上記流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２としては、例えばギアモータ駆動式のものが用いられている。すなわち、この流量制御弁は、管内に設けられた環状の弁座と、この弁座に対して移動可能な弁体と、この弁体から延びるシャフトと、このシャフトの端部に減速ギア列を介して接続されたモータとを有している。シャフトの端部は、減速ギア列の最終ギアとスプライン結合されるとともに弁ケースに螺合されている。モータの回転に伴いシャフトが回動すると、このシャフトが上記螺合を介して軸方向に移動し、これにより弁体と弁座との間の開度を変えることができるようになっている。また、流量制御弁ＧＭ２の弁体はゴムでできており、閉止機能を備えているので、バイパス流量を０リットルまで制御できる。これに対して流量制御弁ＧＭ１は、器具の最低作動水量（例えば２リットル）以下にまで制御することはないので、閉止機能を備えていない。
【００１５】
上記給湯配管系１０には２つのフローセンサＦＬ１，ＦＬ２が装備されている。第１のフローセンサＦＬ１は、給水管１２において接続点Ｐ１，Ｐ３間に設けられている。第２のフローセンサＦＬ２は、給湯管１３において接続点Ｐ４と給湯栓１４との間に設けられている。
【００１６】
上記給湯配管系１０には、４つの温度センサＴＨIN，ＴＨZ，ＴＨOUT，ＴＨMIXが装備されている。温度センサＴＨINは、接続点Ｐ３より上流側の給水管１２に設けられている。温度センサＴＨZは、受熱管１１のベンド部に設けられている。温度センサＴＨOUTは、受熱管１１の出口端近傍（給湯管１３において接続点Ｐ２より上流側）に設けられている。温度センサＴＨMIXは、接続点Ｐ４の下流側の給湯管１３に設けられている。
【００１７】
次に、上記追焚配管系２０について説明する。上記受熱管２１の入口端と浴槽６との間には復路管２２が接続され、受熱管２１の出口端と浴槽６との間には往路管２３が接続されている。復路管２２には、ポンプ２４や温度センサＴＨHR，流水スイッチ（図示しない）等が設けられている。
【００１８】
上記給湯配管系１０の給湯管１３と、追焚配管系２０の復路管２２との間には、浴槽６への湯張りのための注湯管３０が接続されており、この注湯管３０には電磁開閉弁からなる注湯弁３１が設けられている。図において注湯管３０と給湯管１３，復路管２２との接続点を符号Ｐ５，Ｐ６で示す。
【００１９】
さらに、給湯装置は、制御ユニット５０（制御手段）とリモートコントローラ６０とを備えている。この制御ユニット５０は、ガス供給手段の主電磁開閉弁４，電磁比例弁５と、点火機構と、ファンと、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２と、ポンプ２４と、注湯弁３１を制御するものである。この制御ユニット５０には、種々の検出手段からの検出信号が入力される。検出手段としては、前述した温度センサＴＨIN，ＴＨZ，ＴＨOUT，ＴＨMIX，ＴＨHRや、フローセンサＦＬ１，ＦＬ２，図示しない流水スイッチがある。リモートコントローラ６０は、運転スイッチ風呂自動運転スイッチ，追焚スイッチ，温度設定部，表示部（いずれも図示せず）を備えており、これらスイッチのオン，オフ情報，設定温度情報を制御ユニット５０に出力し、これら情報を表示部に表示するものである。なお、この表示部には後述するように制御ユニット５０からのエラー情報も表示される。
【００２０】
上記構成の給湯装置において、制御ユニット５０は、追焚，給湯等の制御を実行するが、この制御を流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の制御を中心にして説明する。
流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の制御モードは図２に示すように４つある。なお、図２において、各モードのブロック毎の括弧書きは、バイパス側の流量制御弁ＧＭ２の状態を表している。
【００２１】
まず、追焚（風呂燃焼）を行う場合には、リモコン６０の運転スイッチをオンするとともに追焚スイッチをオンする。これに応答して制御ユニット５０は、ポンプ２４を駆動することにより浴槽６の水を復路管２２，受熱管２１，往路管２３を経て循環させる。また、復路管２２の水流スイッチのオン状態を確認して、主電磁開閉弁５を開くとともに点火動作を行うことにより、バーナ１での燃焼を開始する。その結果、フィンプレート２ａが加熱され、ひいては受熱管２１を通る浴槽６からの水が加熱され、追焚が実行される。温度センサＴＨHRで検出された浴槽６の湯温がユーザー設定温度に達した時に、この追焚を終了する。
【００２２】
上述のように、追焚を単独で実行している状態、すなわち風呂単独燃焼状態は、運転スイッチオンの状態で給湯を実行して停止した後に追焚スイッチをオンした時や、給湯と追焚の同時燃焼から給湯を停止した時にも現れる。
上記風呂単独燃焼時には、給湯配管系１０の受熱管１１は水が滞留した状態にあり、この滞留水にもバーナ１の燃焼熱が付与される。このため、受熱管１１の滞留水が高温になる。追焚燃焼は、受熱管１１のＵベンド部に設けられた温度センサＴＨZでの検出温度（すなわち、受熱管１１の滞留水温度）が上昇して７５°Ｃに達した時には中断し、検出温度が低下して７０°Ｃに達した時に再開される。このようなヒステリシス制御により、受熱管１１の滞留水の沸騰が防止される。
【００２３】
上述したように、風呂単独燃焼中には、給湯配管系１０の受熱管１１の滞留水は沸騰は防止されるものの非常に高い温度になっている。そのため、後述する給湯の初期には、受熱管１１からの湯とバイパス管１６からの水を混合（ミキシング）する必要があり、その準備のために流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２を図２の制御モード１で制御し、それぞれ所定開度位置、すなわち全開位置と全閉位置との間の適度な開度位置（以下、半開位置と称す）にしている。仮に、流量制御弁ＧＭ１が全開で流量制御弁ＧＭ２が全閉であれば、給湯開始の際に、上記受熱管１１からの湯に対してバイパス管１６からの水の量が極端に少なく、ミキシングにより最適の出湯温度になるまでに、オーバーシュートが生じることがあるからである。これは流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２がギアモータ駆動式であるため、適切な開度への変更に時間を要するためである。反対に、流量制御弁ＧＭ１が全閉で流量制御弁ＧＭ２が全開であれば、給湯開始の際に、上記受熱管１１からの湯に対してバイパス管１６からの水の量が極端に多くなり、ミキシングにより最適の出湯温度になるまでに、アンダーシュートが生じることがあるからである。なお、この流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の半開位置での湯と水の混合比は、例えば３０：７０となっている。
【００２４】
上記風呂単独燃焼の最中に運転スイッチをオフにした時には、バーナ１の燃焼を停止し、制御モード４を実行する。すなわち、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２を全開にする。この状態でユーザーが給湯配管系１０に設けた水抜き栓（図示しない）を抜けば、給湯配管系１０から水を抜くことができ、凍結を防止できる。この制御モード４は、風呂単独燃焼終了後、後述するミキシング制御の最中、後述する通常の給湯制御の最中または終了後に、運転スイッチをオフにした時にも実行される。
【００２５】
風呂単独燃焼実行中における上記流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の半開位置（制御モード２）は、運転スイッチをオフにしない限り、風呂単独燃焼終了後もそのまま維持される。なお、風呂単独燃焼終了後に、温度センサＴＨZまたは温度センサＴＨOUTで検出される受熱管１１の温度またはその出口温度が、所定温度例えば５５°Ｃ以上である間は半開状態を維持し、この所定温度を下回った時には、後述する給湯通常制御での制御モード２と同様に、上記流量制御弁ＧＭ１を全開位置にし、流量制御弁ＧＭ２を全閉位置にしてもよい。
【００２６】
次に、給湯制御について説明する。運転スイッチオンの状態で給湯栓１４を開くと、給水管１２，受熱管１１，給湯管１３の順に水が流れる。給水管１２に設けられたフローセンサＦＬ１がこの水流を検出し、この検出信号に応答して制御ユニット５０が、主電磁開閉弁４を開くとともに点火動作を行うことにより、バーナ１での燃焼が開始される。その結果、フィンプレート２ａが加熱され、ひいては受熱管１１を通る水が加熱され、湯となって給湯栓１４から吐出される。
【００２７】
通常の給湯制御では、図２の制御モード２が実行され、流量制御弁ＧＭ２は全閉となっている。制御ユニット５０は、フローセンサＦＬ１で検出された流量と、温度センサＴＨINで検出された入水温度と、リモートコントローラ６０で設定された設定温度に基づいてフィードフォワード制御成分を演算し、温度センサＴＨMIXで検出された出湯温度と上記設定温度に基づいてフィードバック制御成分を演算する。そして、このフィードフォワード制御成分にフィードバック制御成分を加算した制御値に基づいて、電磁比例弁５の開度を制御し、燃焼ガス量を制御する。これにより、出湯温度を高精度で設定温度にすることができる。なお、流量制御弁ＧＭ１は基本的には全開位置にあるが、設定温度が高く給湯栓１４の開度が大きい場合には、器具の最大能力をオーバーすることがあり、この場合には、出湯温度を設定温度にするために、流量制御弁ＧＭ１の開度を小さくして流量を絞ることもある。
上記通常の給湯制御では、バイパス管１６からの水は遮断されているが、受熱管１１の湯は、固定バイパス管１５からの水と混合されて出湯されるので、受熱管１１内の湯の温度を設定温度より高くした状態で燃焼制御を行うことができる。
【００２８】
上述した風呂単独燃焼の最中または終了後に、給湯栓１４が開かれた時には、流水検出に応答して、直接に通常の給湯制御（制御モード２）に移行するのではなく、後述するミキシング制御を実行してから通常の給湯制御に移行する。
【００２９】
次に、ミキシング制御について説明する。この時には、制御モード３を実行し、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度を調節して適切な湯水混合比を得、これにより出湯温度を設定温度にする。この流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の制御には温度センサＴＨMIXで検出される出湯温度情報を用いず、温度センサＴＨINで検出される入水温度ＴINと、温度センサＴＨOUTで検出される受熱管１１の出口温度ＴOUTと、リモートコントローラ６０で設定された設定温度ＴSPと、フローセンサＦＬ１，ＦＬ２からの検出流量Ｑ１，Ｑ２の情報が用いられる。以下、この制御の理論的根拠について説明する。
【００３０】
ミキシングされた後の湯の熱量と、ミキシング前の湯と水の熱量の和が等しいことから、次式が成立する。
ＴMIX・ＱTOTAL＝ＴIN・ＱBP＋ＴOUT’・ＱEX  ・・・（１）
ここでＴMIX，ＱTOTALは、接続点Ｐ４でミキシングされた後に給湯管１３を流れる湯の温度および流量であり、ＴIN，ＱBPは、接続点Ｐ４でミキシングされる前のバイパス管１６からの水の温度と流量である。また、ＴOUT’およびＱEXは、給湯管１３において接続点Ｐ２からＰ４に向かう湯（接続点Ｐ４でミキシングされる前の湯）の温度と流量である。
【００３１】
流量制御弁ＧＭ２の制御対象は、上記流量ＱBPであり、流量制御弁ＧＭ１の制御対象は上記流量ＱEXである。そして、これら流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度制御は、流量比Ｒ＝ＱBP／ＱEX（水と湯の混合比）を目標値に一致させるように行われる。上記（１）式にＱTOTAL＝ＱBP＋ＱEXを代入して上記流量比で表すと、次式のようになる。
Ｒ＝ＱBP／ＱEX＝（ＴOUT’−ＴMIX）／（ＴMIX−ＴIN） ・・・（２）
出湯温度ＴMIXを設定温度ＴSPと一致させるためには、上記（２）式にＴMIX＝ＴSPを代入すればよい。これにより、次式から目標流量比Ｒｉを得ることができる。
Ｒｉ＝（ＴOUT’−ＴSP）／（ＴSP−ＴIN） ・・・（３）
【００３２】
ミキシング制御時の流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度制御に際しては、上記温度情報ＴSP，ＴIN，ＴOUTを（３）式に代入することにより、極めて短い周期で目標流量比Ｒｉを求める。ここで、設定温度ＴSPはリモートコントローラ６０から得られ、入水温度ＴINは温度センサＴＨINで検出される。なお、ＴOUT’は、検出入水温度ＴINと、検出出口温度ＴOUTと、受熱管１１からの湯とバイパス管１５からの水との混合比（ＸEX：ＸBP）から、次式により求められる。
ＴOUT’＝（ＸEX×ＴOUT＋ＸBP×ＴIN）／（ＸEX＋ＸBP）  ・・・（４）
【００３３】
なお、接続点Ｐ２，Ｐ４間の給湯管１３に温度センサを設け、この温度センサから直接上記温度ＴOUT’を求めてもよい。また、バイパス管１５が省かれた給湯配管系の場合には、上記（３）式において、上記の演算されたＴOUT’の代わりに、検出出口温度ＴOUTを用いて目標流量比Ｒｉを演算する。
【００３４】
実際の流量比Ｒｒは、上記（２）式の左辺から得られる。すなわち、上記流量ＱEXは、フローセンサＦＬ１での検出流量Ｑ１と一致するはずである。また、バイパスＱBPは、２つのフローセンサＦＬ１，ＦＬ２の検出流量の差（Ｑ２−Ｑ１）と一致するはずである。したがって、実際の流量比Ｒｒは、次の式から演算される。
Ｒｒ＝（Ｑ２−Ｑ１）／Ｑ１  ・・・（５）
【００３５】
そして、制御ユニット５０は、フローセンサＦＬ１，ＦＬ２の検出流量Ｑ１，Ｑ２から（５）式に基づいて演算された実際の流量比Ｒｒを、温度情報ＴSP，ＴIN，ＴOUTから（３），（４）式に基づいて演算された目標の流量比Ｒｉに一致させるように、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度を制御する。
例えば、実際の流量比Ｒｒが目標の流量比Ｒｉより小さい場合には、バイパス側の流量ＱBP＝（Ｑ２−Ｑ１）を増やすべく流量制御弁ＧＭ２の開度を大きくし、熱交換部２からの流量ＱEX＝Ｑ１を減少させるべく流量制御弁ＧＭ１の開度を小さくする。これとは逆に、実際の流量比Ｒｒが目標の流量比Ｒｉより大きい場合には、バイパス側の流量を減少させるべく流量制御弁ＧＭ２の開度を小さくし、熱交換部２からの流量を増やすべく流量制御弁ＧＭ１の開度を大きくする。
【００３６】
上述したように、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度は、通常１：１の対応関係にあり、例えば流量制御弁ＧＭ２の開度を上記流量比Ｒｒ，Ｒｉの比較の上で決定すると、流量制御弁ＧＭ１の開度は自ずと決定される。例を上げると、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度の合計を１００％にするように制御する。すなわち流量制御弁ＧＭ２を３０％とした時には流量制御弁ＧＭ１の開度を７０％とし、流量制御弁ＧＭ２の開度を３０％とした時には流量制御弁ＧＭ１の開度を７０％とする。
【００３７】
上記のような給湯初期のミキシング制御により、出口温度ＴOUT，設定温度ＴSP，入水温度ＴINに基づいて、湯と水の混合を適切に行い、受熱管１１の滞留湯に起因した出湯温度のオーバーシュートや、バイパス側の水を過剰に混合することに起因したアンダーシュートを抑制して、出湯温度を設定温度にすることができる。
また、このミキシング制御に際しては、バイパス側の流量制御弁ＧＭ２の開度制御のみならず、これと平行して熱交換部２側の流量制御弁ＧＭ１を逆方向に開度制御することにより、湯と水の混合比を迅速に適切な比にすることができ、より一層確実にオーバーシュートやアンダーシュートを抑制できる。
しかも、検出出湯温度ＴMIXによらず、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度変更に即座に応答する２つのフローセンサＦＬ１，ＦＬ２の検出流量Ｑ１，Ｑ２に基づいて、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２を制御するので、迅速かつ適切な開度制御を行うことができ、より一層確実に出湯温度のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制できる。
【００３８】
フローセンサＦＬ１は熱交換部２を通る流量を検出するのでガス燃焼制御（供給ガス量制御）の情報として用いることができ、しかも、給水管１２側に配置されているので、受熱管１１の高温の滞留水に触れずに済み、経年劣化に伴う特性変化の可能性を小さくすることができる。
フローセンサＦＬ２は、接続点Ｐ５より下流側に配置されているので、湯張りが実行されているか否かにかかわらず、給湯配管系１０からの出湯を検出することができる。また、出湯量を検出するフローセンサＦＬ２は、湯に触れるので上記フローセンサＦＬ１に比べれば特性変化の可能性が高くなるが、この湯の温度は混合された後の湯であり比較的低いので、大きな特性変化を免れることができる。
【００３９】
上記給湯初期のミキシング制御は、追焚停止状態でも行われる。この場合には、上記検出入水温度と設定温度とフローセンサＦＬ１，ＦＬ２の検出流量Ｑ１，Ｑ２に基づいて、バーナ１の燃焼が制御される。
上記燃焼は、フローセンサＦＬ１の検出流量Ｑ１が第１閾値（例えば２．５リットル／分）を越えた時に開始され、第２閾値（例えば２．０リットル／分）を下回った時に、停止される。この閾値は、バーナ１での最小燃焼熱量に基づいて決定される。第１，第２閾値を用いてヒステリシス制御をするのは、燃焼開始と停止との間のハンチングを防止するためである。本実施形態では、このハンチングをより一層少なくするために、フローセンサＦＬ１の検出流量Ｑ１が第２閾値より若干大きい所定流量（例えば第１閾値と第２閾値の間の流量２．１リットル／分）に達したら、それ以上は、流量制御弁ＧＭ１の開度の絞りを中止し、検出流量Ｑ１をこの所定流量に維持して第２閾値より下回らないようにする。これにより、燃焼停止を免れ上記ハンチングを防止できる。この際、バイパス側の流量制御弁ＧＭ２の開度は流量制御弁ＧＭ１の開度に対応させて一定に維持してもよいし、単独で変動させてもよい。
【００４０】
なお、上記流量制御弁ＧＭ１の絞り制限は、追焚と平行してミキシング制御している場合にも行われる。この場合、フローセンサＦＬ１での検出流量Ｑ１が上記第２閾値に達するのを防止し、これにより給湯のための燃焼制御を継続することができ、出湯温度を設定温度になるように制御することができる。絞り制限がないと、フローセンサＦＬ１での検出流量Ｑ１が上記第２閾値を下回った時に、給湯のための燃焼制御が停止し、出湯温度の制御ができなくなるのである。
また、１缶２水路型給湯装置の場合、絞り制限がないと、フローセンサＦＬ１での検出流量Ｑ１が上記第２閾値を下回った時でも、追焚のための燃焼制御は継続しているので、追焚側の熱を給湯側が吸熱し、給湯の出湯温度の制御ができなくなるのである。
【００４１】
ちなみに、流量制御弁ＧＭ１の開度を増大させる方向へ制御している際に、この流量制御弁ＧＭ１に設けた全開位置センサ（図示しない）で全開位置を検出した時には、モータへの電流供給を停止してそのロックを防止する。同様に、流量制御弁ＧＭ２の開度を減少させる方向へ制御している際に、この流量制御弁ＧＭ２に設けた全閉位置センサにより全閉位置を検出した時にもモータが停止され、開度を増大させる方向へ制御している時に、全開位置センサにより全開位置を検出した時にも、モータが停止される。
なお、流量制御弁ＧＭ１は、全閉位置でも漏れが生じることがある。この漏れが上記所定流量より多い場合を想定して、流量制御弁ＧＭ１の閉じ方向への制御は、上記フローセンサＦＬ１の検出流量が上記所定流量に達した時、および全閉位置センサによる全閉位置検出がなされた時に、停止できるようにしてもよい。
【００４２】
上記ミキシング制御は、給湯開始から所定時間経過後に終了し、それから前述した通常の給湯制御に移行して、流量制御弁ＧＭ２を全閉にし、流量制御弁ＧＭ１を器具の最大燃焼能力（最大号数）の範囲で全開にし、総流量制御（制御モード２）に移行する。なお、この移行を、出湯温度の安定確認により行ってもよい。
上記ミキシング制御中に、給湯栓１４が閉じられ、流水を検知しなくなった時には、制御モード１に返り、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２を半開状態にする。
【００４３】
給湯配管系１０に装備されるフローセンサＦＬ１，ＦＬ２の特性の経年変化について、前に簡単に説明したが、ここでより詳しく説明することにする。フローセンサＦＬ１，ＦＬ２は、管路内に配置した回転車と、この回転車の回転に伴ってパルスを出力するホールＩＣとを有している。この回転車の摺動抵抗等の変化により、単位時間当たりの出力パスル数と流量との関係が変化する。すなわち、流量を横軸に出力パスル数を縦軸にとった時に、両者の関係を表す線はほぼリニアな状態を維持するものの、その傾きが変化してしまうのである。特に、フローセンサＦＬ２は、湯に晒されるため、経年使用により特性が変化する可能性があることは、前述したとおりである。
【００４４】
上記フローセンサＦＬ２の特性変化による悪影響について、説明する。フローセンサＦＬ２が実際より少ない流量として検出する場合には、ミキシングにおいて、前述した（５）式により得られた混合比Ｒｒが実際の混合比より小さくなる。そのため、流量制御弁ＧＭ２の開度を目標混合比Ｒｉを得るための開度より小さい開度にし、流量制御弁ＧＭ１の開度を目標混合比Ｒｉを得るための開度より大きくしようとする。その結果、出湯温度は、設定温度より高くなってしまう。
これとは逆に、フローセンサＦＬ２が実際より多い流量として検出する場合には、演算された混合比Ｒｒが実際の混合比より大きくなる。そのため、流量制御弁ＧＭ２の開度を目標混合比Ｒｉを得るための開度より大きな開度にし、流量制御弁ＧＭ１の開度を目標混合比Ｒｉを得るための開度より小さくしようとする。その結果、出湯温度は、設定温度より低くなってしまう。
【００４５】
そこで、本実施形態では、フローセンサＦＬ２の検出流量を、バイパス側の流量制御弁ＧＭ２が閉じ、注湯弁３１が閉じた状態で、フローセンサＦＬ１の検出流量と比較し、補正するようにしている。この状態では、フローセンサＦＬ１，ＦＬ２の検出流量Ｑ１，Ｑ２は一致するはずであるが、一致しない時には、補正定数を求め、この補正定数に基づいて上記フローセンサＦＬ２の検出流量を補正する。
【００４６】
次に、補正定数を得るルーチンについて図３を参照しながら、詳述する。このルーチンは、給湯の最中に比較的短い間隔で周期的に実行されるものである。このルーチンの説明から明らかなように、補正定数は、給湯の度に１回だけ演算され、以後、この演算された補正定数を用いてミキシング制御を行う。なお、新しい補正定数を演算するまでは、前回演算した補正定数を用いてミキシング制御を行う。
【００４７】
まず、完了フラグがセットされているか否かを判断する（ステップ１０１）。肯定判断した時には、このルーチンを終了する。この完了フラグは、後述する補正定数演算を終了した時にセットされるものである。したがって、補正定数演算は、給湯毎に１回だけ行われることになる。
ステップ１０１で否定判断した時には、注湯弁３１が閉じた状態か否かを判断する（ステップ１０２）。ここで否定判断した時、すなわち湯張り中であると判断した時には、このルーチンを終了する。ここで肯定判断した時には、バイパス側の流量制御弁ＧＭ２が全閉状態か否かを判断する（ステップ１０３）。ここで否定判断した時には、このルーチンを終了する。このようにして、注湯弁３１の閉じと流量制御弁ＧＭ２の閉じの状態を、補正定数演算の条件とすることができる。
【００４８】
上記ステップ１０３で肯定判断した時には、給湯燃焼中か否かを判断する（ステップ１０４）。すなわち、まだ点火動作中で燃焼を確認できない時には否定判断してこのルーチンを終了する。給湯栓１４が開いて給湯を開始した直後は、検出流量が不安定であり、フローセンサＦＬ１，ＦＬ２の検出流量にタイムラグの影響がでるため、この状態での補正定数演算を避ける必要があるからである。
上記ステップ１０４で肯定判断した時には、検出流量Ｑ１，Ｑ２が閾流量Ｑ0以上か否かを判断する（ステップ１０５）。いずれか一方でも閾流量Ｑ0を下回った時には、このルーチンを終了する。流量が小さい場合には検出流量Ｑ１，Ｑ２が不安定になり、補正定数を正確に演算できないからである。
【００４９】
上記ステップ１０５で肯定判断した時には、流量比Ｒｘ＝Ｑ２／Ｑ１を求め（ステップ１０６）、この流量比Ｒｘを積算し（ステップ１０７）、カウンタをインクリメントして（ステップ１０８）、ステップ１０９に進む。ここでカウンタの計数値が２５５を越えているか否かを判断し、否定判断した時には、このルーチンを終了する。これにより、上記流量比Ｒｘの演算およびその積算が、周期的に２５６回繰り返される。
【００５０】
上記流量比Ｒｘの演算およびその積算が２５６回実行された後、ステップ１０９で肯定判断されると、完了フラグをセットし（ステップ１１０）、上記積算値を２５６で割ることにより、平均流量比ＲAVを求め（ステップ１１１）、ステップ１１２に進む。ここで平均流量比ＲAVが０.５より小さい場合には、フローセンサＦＬ１が明らかに故障しているとして、リモートコントローラ６０の表示部にエラー表示をして（ステップ１１３）、このルーチンを終了する。なお、このエラーの際には、給湯燃焼を禁じるようにしてもよい。
【００５１】
ステップ１１２で否定判断した時には、平均流量比ＲAVが０.９を下回っているか否か判断し（ステップ１１４）、ここで否定判断した時には平均流量比ＲAVが１.２を上回っているか否か判断し（ステップ１１５）、ここで否定判断した時、すなわち平均流量比ＲAVが０.９〜１.２の範囲に入っていると判断した時には、この平均流量比ＲAVを補正定数Ｍとする（ステップ１１６）。また、ステップ１１４で肯定判断した時、すなわち上記所定範囲０.９〜１.２を下回っていると判断した時には、その下限値０.９を、補正定数Ｍとする（ステップ１１７）。ステップ１１５で肯定判断した時、すなわち上記所定範囲０.９〜１．２を上回っていると判断した時には、その上限値１.２を、補正定数Ｍとする（ステップ１１８）。
【００５２】
上述したように所定範囲０.９〜１.２を越えた場合には、この平均流量比ＲAVの信頼性が低いと判断する。この平均流量比ＲAVをそのまま補正定数として用いて後述の補正を実行すると、この補正に起因して出湯温度が著しくオーバーシュートしたりアンダーシュートする不測の事態が生じる可能性があるので、その限界値「０.９」，「１.２」を補正定数Ｍとしたのである。なお、上限を下限より緩やかとしたのは、流量制御弁ＧＭ２の閉じ状態での漏れの可能性を考慮したからである。
なお、給湯終了時点または給湯開始時点で、カウンタをクリアし、フラグをリセットする。
【００５３】
上記補正定数Ｍを用いて、フローセンサＦＬ２の検出流量Ｑ２を補正する。補正検出流量はＱ２／Ｍで表すことができる。この補正検出流量Ｑ２／Ｍを前述の（５）式のＱ２に置き換えることにより、正確な実際の流量比Ｒｒを演算することができる。これにより、フローセンサＦＬ２の特性変化があっても、フローセンサＦＬ１，ＦＬ２の検出流量に基づいて正確な流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度制御を行うことができ、出湯温度のオーバーシュート，アンダーシュートを防止することができる。
【００５４】
なお、（５）式は次のように書き換えることができる。
Ｒｒ＝（Ｑ２／Ｑ１）ー１ ・・・（６）
したがって、この流量比（Ｑ２／Ｑ１）を演算した後、この流量比を補正定数Ｍで割った値から１を差し引くことにより、実際の流量比Ｒｒを求めることもできる。この場合には、流量比（Ｑ２／Ｑ１）を補正することになる。
なお、本実施形態では、上述したように直接または間接的に流量比（Ｑ２／Ｑ１）を補正するため、フローセンサＦＬ１，ＦＬ２の両方に特性変化があった時や、フローセンサＦＬ１に特性変化があった時、または製品出荷時から両者に特性上の相違があった時にも、補正が有効に働く。
【００５５】
上記補正定数のためのルーチンにおいて、平均流量比ＲAVが所定範囲０．９〜１．２を大きく上回っていた時、例えば１．５を越えた時にも、エラー表示をしてもよい。
また、給湯制御が、流量制御弁ＧＭ２を一定開度又はバイパス通路に水ガバナを設けて一定流量（上限制限）にした状態で行われる場合には、この状態で上記補正定数を演算してもよい。ただし、この場合、バイパス側を流れる水の割合を考慮する必要がある。すなわち、フローセンサＦＬ２の検出流量はフローセンサＦＬ１の検出流量より一定割合だけ多くなる状態を正常とする。
【００５６】
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用することができる。例えば、フローセンサＦＬ１の方が特性変化が大きい環境に置かれる場合には、このフローセンサＦＬ１の検出流量を補正してもよい。
給湯初期において、上記受熱管１１のＵベンド部の温度センサＴＨｚの検出温度に基づいて、ミキシング制御をするか否かを選択してもよい。すなわち、ユーザーに苦痛とならない温度である場合には、ミキシング制御を行わず、ユーザーに苦痛となる温度である場合にのみ、ミキシング制御を行う。
図１の流量制御弁ＧＭ１は省略してもよい。また、この流量制御弁ＧＭ１を接続点Ｐ１，Ｐ３間の給水管１２に設けてもよいし、接続点Ｐ３の上流側の給水管１２に設けてもよい。流量制御弁はギアモータ駆動式でないタイプのものを用いてもよい。
フローセンサＦＬ１を接続点Ｐ２，Ｐ４間の給湯管１３に設けてもよい。また、フローセンサＦＬ２を接続点Ｐ３より上流側の給水管１２に設けてもよい。これら２つのフローセンサＦＬ１，ＦＬ２の検出流量から、バイパス流量を求めることができ、また、検出流量，検出流量比の補正も可能である。
フローセンサをバイパス管１６に設けてバイパス管１６の流量を直接検出してもよい。この場合、給水管（接続点Ｐ３の上流，下流のどちらでもよい）と、給湯管（接続点Ｐ４の上流，下流のどちらでもよい）の少なくとも一方に、もうひとつのフローセンサを設け、給湯初期に、これらフローセンサの検出流量に基づいて流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度を制御する。
本発明は、１缶２水路型のみならず、給湯単能型の給湯装置にも適用できる。給湯直後の後沸きにより熱交換部に滞留した水が高温になるからである。また、湯張り機能をもたない給湯装置にも適用できる。１缶２水路型において、追焚配管系の代わりに暖房系や、循環給湯配管系を備えたものであってもよい。
【００５７】
【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、給湯初期に受熱管の出口からの湯の温度情報に基づいて、バイパス弁を制御することにより、湯と水の混合を適切に行い、受熱管の滞留湯に起因した出湯温度のオーバーシュートや、バイパス側の水を過剰に混合することに起因したアンダーシュートを抑制して、適温の湯を供給することができる。しかも、バイパス弁の開度変更に即座に応答する２つのフローセンサの検出流量に基づいて、バイパス弁の開度を制御するので、迅速かつ適切な開度制御を行うことができ、より一層確実に出湯温度のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制できる。また、給湯初期制御における湯水混合比を、受熱管の出口からの検出温度のみならず、給水管からの検出入水温度と設定温度を用いて決定するので、出湯温度を正確に設定温度に一致させることができる。
【００５８】
請求項２の発明によれば、バイパス側の第１流量制御弁の開度制御のみならず、これと平行して第２の流量制御弁を逆方向に開度制御することにより、湯と水の混合比を迅速に適切な比にすることができ、より一層確実にオーバーシュートやアンダーシュートを抑制できる。
請求項３の発明によれば、第１，第２の２つのフローセンサを用いることにより、バイパス管の流量も求めることができる。
請求項４の発明によれば、第１のフローセンサは給水側にあるので高温の湯に晒されず、また第２のフローセンサも水と混合された後の湯に晒されるだけであるので、これらの故障の可能性を低減させることができる。また、第２のフローセンサは湯張りの有無に関係なく、給湯動作を確実に検出することができる。
請求項５の発明によれば、第１，第２のフローセンサの比較結果により、いずれか一方のフローセンサの検出流量または両フローセンサの検出流量の比を補正することができ、フローセンサの特性変化等の影響を受けずに、適切な湯水混合を行うことができる。
請求項６の発明によれば、第１，第２のフローセンサの検出流量の比を補正定数とすることにより、比較的簡単な演算で上記検出流量または検出流量比の補正を行うことができる。
請求項７の発明によれば、比較結果としての流量比が所定範囲を越えた時には、信頼性が低いとしてその限界値を補正定数として用いることにより、補正に起因して出湯温度の著しいオーバーシュートやアンダーシュートが生じる可能性を減じることができる。
請求項８の発明によれば、フローセンサの検出流量が所定流量に達した時に第２流量制御弁の開度の絞りを停止することにより、給湯燃焼制御の開始と停止との間のハンチングを防止することができる。
請求項９の発明によれば、給湯初期に、すでに流量制御弁が所定開度だけ開いているので、短時間で目標混合比に達することができ、これによっても出湯温度のオーバーシュートやアンダーシュートを確実に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる１缶２水路型の追焚機能付き給湯装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】同給湯装置で実行される４つの制御モードの関係を示す図である。
【図３】フローセンサの検出流量を補正するための補正定数を得るルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ガスバーナ（熱発生部）
２  熱交換部
１０  給湯配管系
１１  受熱管
１２  給水管
１３  給湯管
１６  バイパス管
２０  追焚配管系
２１  受熱管
５０  制御ユニット（制御手段）
ＧＭ１  第２流量制御弁
ＧＭ２  第１流量制御弁（バイパス流量制御弁）
ＦＬ１，ＦＬ２  フローセンサ
【図１】
0003862809.tif 000002
【図２】
0003862809.tif 000003
【図３】
0003862809.tif 000004