JP2017075750A

JP2017075750A - 給湯装置

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Publication number: JP2017075750A
Application number: JP2015204437A
Authority: JP
Inventors: 太郎小澤; Taro Ozawa; 篤深谷; Atsushi Fukaya
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: JP6624879B2

Abstract

【課題】熱交出湯温度が異常に昇温する事態を回避可能な給湯装置を提供する。【解決手段】熱交換器と、熱交換器のバイパス通路とを備え、バイパス通路の水の流量をバイパス弁によって制御する給湯装置で、熱交換器で生成された湯の温度（熱交出湯温度）が上限温度を超えた場合には、バイパス弁を閉じる方向に制御することで熱交出湯温度の上昇を抑制する。そして、この上限温度を給湯温度と給湯流量とに基づいて設定する。給湯温度および給湯流量が所定の条件に該当すると、バイパス通路の流量が不安定となって、熱交出湯温度が急に増加する現象が発生し得るようになる。そこで、給湯温度および給湯流量を考慮して上限温度を設定する。こうすれば、上記の現象が発生し得る条件では上限温度を低めに設定することができるので、上記の現象が生じても熱交出湯温度が異常に昇温することを抑制することができる。【選択図】図９

Description

本発明は、湯を生成する熱交換器と、熱交換器をバイパスするバイパス通路とを内蔵して、熱交換器で生成された湯と、バイパス通路から供給される水とを混合して生成した湯を給湯する給湯装置に関する。

出湯カランなどが開栓されると、予め設定されていた温度の湯を生成して給湯する給湯装置は広く用いられている。この給湯装置は、給水通路から水の供給を受けて湯が生成される熱交換器と、熱交換器を加熱するバーナーと,熱交換器で生成された湯が流出する出湯通路とを備えており、出湯通路は出湯カランなどの出湯栓に接続されている。そして、出湯栓が開栓されると、給水通路から熱交換器に水が供給されると共にバーナーでの燃焼が開始されて、熱交換器で湯が生成され、生成された湯が出湯通路を介して出湯栓に供給されて、出湯栓から給湯されるようになっている。また、給湯装置には、給水通路と出湯通路とを短絡することによって熱交換器をバイパスするバイパス通路や、バイパス通路を流れる水の流量を制御するバイパス弁が設けられている。

給湯装置から供給する湯の温度の調整は、基本的には、バーナーでの時間あたりの加熱量を制御することによって行われるが、バイパス弁の開度を調整することで、熱交換器を通過した湯と、熱交換器をバイパスした水との混合比率を制御する方法（いわゆる「バイパスミキシング方式」と呼ばれる）も併用されている。

また、熱交換器の温度が高くなりすぎると熱交換器の寿命が短くなる。そこで、熱交換器で生成される湯の温度（熱交出湯温度）が上限温度を超えるような場合には、バイパス弁を閉じることによって、熱交出湯温度が異常に昇温しないようにする技術も提案されている（特許文献１）。

特開平６−２８８６３２号公報

しかし、上記の提案されている技術では、依然として熱交出湯温度が異常に昇温してしまい、その結果、熱換器の寿命が短くなってしまうことがあるという問題があった。

この発明は従来の技術における上述した課題に対応してなされたものであり、熱交出湯温度が異常に昇温する事態を確実に回避することが可能な給湯装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の給湯装置は次の構成を採用した。すなわち、
バーナーによって加熱される熱交換器と、該熱交換器に給水する給水通路と、前記熱交換器に接続されて該熱交換器で生成された湯が流出する出湯通路と、前記給水通路と前記出湯通路とを短絡することによって前記熱交換器をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を通過する水の流量を増減させるバイパス弁と、前記熱交換器で生成された湯の温度である熱交出湯温度を前記バイパス通路が合流する位置よりも上流側の前記出湯通路で検出する熱交出湯温度センサーと、前記熱交出湯温度が所定の上限温度を超えた場合には前記バイパス弁の開度を閉じる方向に制御する制御部とを備える給湯装置において、
前記給湯装置が外部に供給する湯の温度である給湯温度を前記制御部に対して設定する給湯温度設定部と、
前記給湯装置が外部に供給する湯の流量である給湯流量を検出する給湯流量検出部と、
前記給湯温度と前記給湯流量とに応じて前記上限温度を設定する上限温度設定部と
を備えることを特徴とする。

かかる本発明の給湯装置においては、湯を生成する熱交換器と、熱交換器をバイパスするバイパス通路とを備えており、給水通路から熱交換器に水を給水すると共に、給水する水の一部をバイパス通路に流して熱交換器をバイパスさせる。そして、熱交換器で生成された湯と、バイパス通路を通過した水とを混合させた後、得られた湯を外部に供給する。また、熱交換器で生成された湯の温度（熱交出湯温度）を熱交出湯温度センサーで検出しておき、熱交出湯温度が上限温度を超えていた場合には、バイパス通路に設けられたバイパス弁の開度を閉じる方向に制御する。こうすることで、熱交出湯温度を低下させて、熱交換器の温度が高くなりすぎることを防止する。そして、本発明の給湯装置では、この時に用いられる上限温度が、給湯温度と給湯流量とに基づいて設定されている。

本願の発明者らが新たに見出した知見によれば、給湯温度および給湯流量が所定の条件に該当すると、バイパス通路を通過する水の流量が想定よりも多くなり、その結果、熱交換器で加熱される水の流量が減少して、熱交出湯温度が急に増加する現象が発生し得るようになる。従来、熱交出湯温度センサーを用いて熱交出湯温度を監視しながらバイパス弁の開度を制御しているにも拘わらず、熱交出湯温度が異常に昇温することがあった原因は、この現象が発生したためであると考えられる。そこで、上限温度を設定する際に、給湯温度および給湯流量を考慮して設定する。こうすれば、上記のような現象が発生し得る条件では、上限温度を低めに設定することで、たとえ上記のような現象が生じても、熱交出湯温度が異常に昇温することを抑制することが可能となる。

また、上述した本発明の給湯装置においては、給湯温度を所定の閾値温度と比較した結果と、給湯流量を所定の閾値流量と比較した結果とに基づいて、上限温度を設定することとしてもよい。

こうすれば、給湯温度および給湯流量を、それぞれ閾値温度および閾値流量と比較するだけで、上限温度を簡単に設定することが可能となる。

また、上述した本発明の給湯装置においては、給湯温度が閾値温度よりも高いか、あるいは給湯流量が閾値流量よりも大きい場合には、上限温度を所定の第１上限温度に設定し、それ以外の場合、すなわち、給湯温度が閾値温度よりも低く、且つ、給湯流量が閾値流量よりも小さい場合には、上限温度を第１上限温度よりも低い所定の第２上限温度に設定しても良い。

給湯温度が低く、且つ、給湯流量が小さい条件では、以下の理由から、熱交出湯温度が急に増加する現象が発生し易くなる。先ず、給湯装置の内部でドレンが発生することを回避するためには、熱交出湯温度を高くする必要があり、そのため、給湯温度が低い条件では、バイパス弁の開度が開く方向に制御される。しかし、給湯流量が小さい条件では、熱交換器よりも通路抵抗の小さなバイパス通路の方が水が流れ易くなっている。その結果、バイパス通路を通過する水の流量が想定よりも多くなり、熱交換器への流量が少なくなって、熱交出湯温度が急に増加する現象が発生し易くなる。この点で、上記のように上限温度を設定しておけば、熱交出湯温度が急に増加する現象が発生し易い条件では、上限温度が低い温度に設定されることになる。このため、熱交出湯温度が急に増加しても早期にバイパス弁を閉じることができるので、熱交出湯温度が異常に昇温することを抑制することが可能となる。

また、上述した本発明の給湯装置においては、給水通路を流れる水の温度である給水温度を検出しておき、上限温度を設定するに際しては、給湯温度および給湯流量だけでなく、給水温度も考慮して上限温度を設定することとしても良い。

給湯温度が低く、且つ、給湯流量が小さい条件で、上記の現象（すなわち、熱交出湯温度が急に増加する現象）が発生するし易さは、給水温度によって、異なるものと考えられる。これは、次のような理由による。先ず、給水温度が高くなると熱交換器で加熱する水の量が少なくて済むため、バイパス弁の開度が開く方向に制御される。そして、給湯流量が小さい条件でバイパス弁の開度が開く方向に制御されると、前述したように、熱交換器に流れる水の流量が想定よりも少なくなり易いからである。このことから、上限温度を設定する際に、給水温度も考慮しておけば、よりきめ細かい条件で上限温度を設定することができるので、熱交出湯温度が異常に昇温することを、より一層確実に抑制することが可能となる。

本実施例の給湯装置１の内部構成を示した説明図である。本実施例の給湯装置１がバイパス弁３４の開度を制御するバイパス弁開度制御処理のフローチャートである。給湯設定温度と給水温度とに応じて設定されたバイパス弁の指示開度についての説明図である。給湯設定温度と給水流量に応じて設定された上限温度についての説明図である。バイパス弁３４の開度を小さくすることで熱交出湯温度を低下させる様子を示した説明図である。バイパス弁３４の開度を制御することで熱交出湯温度を一定範囲内に制御する様子を例示した説明図である。バイパス弁３４の開度を制御しているにも拘わらず熱交出湯温度が異常に上昇する様子を例示した説明図である。バイパス弁３４の開度を制御しているにも拘わらず熱交出湯温度が異常に上昇することがある理由についての説明図である。本実施例の給湯装置１で熱交出湯温度が異常に上昇することを回避可能な理由についての説明図である。給水温度も考慮して上限温度を設定する変形例についての説明図である。

図１は、本実施例の給湯装置１の内部構成を示した説明図である。図示されるように給湯装置１は、大まかに言うと、燃焼装置１０と、配管類と、制御部５０とによって構成されている。燃焼装置１０の内部には、湯を生成する熱交換器１１と、熱交換器１１を加熱するバーナー１２とが収納されている。バーナー１２には、ガス通路１３を介して燃料ガスが供給されており、ガス通路１３には、燃料ガスの流量を制御するガス比例弁１４が設けられている。また、燃焼装置１０には燃焼ファン１５が搭載されており、バーナー１２で燃料ガスを燃焼させるための空気は燃焼ファン１５によって供給される。

熱交換器１１の上流側には給水通路２０が接続されており、熱交換器１１の下流側には出湯通路２１が接続されている。また、給水通路２０と出湯通路２１とはバイパス通路２２によって短絡されている。このため、給水通路２０を流れる水の一部は、熱交換器１１に流入する手前でバイパス通路２２に分岐し、残りが熱交換器１１に流入して加熱された後、出湯通路２１から流出する。そして、出湯通路２１から流出した湯は、出湯通路２１にバイパス通路２２が合流する部分で、バイパス通路２２を流れてきた水と混合した後、出湯栓２４に供給される。また、バイパス通路２２にはバイパス弁３４が設けられており、バイパス弁３４の開度を調整することによって、バイパス通路２２を流れる水の流量を制御することができる。尚、以下では、バイパス通路２２の合流位置よりも下流側の出湯通路２１を、給湯通路２３と称して、バイパス通路２２の合流位置よりも上流側の出湯通路２１と区別することにする。従って、以下では、単に出湯通路２１と表記した時は、熱交換器１１の出口からバイパス通路２２の合流位置までの通路を示し、給湯通路２３と表記した時は、バイパス通路２２の合流位置から出湯栓２４までの通路を示すものとする。

給水通路２０には、給湯装置１に給水される水の温度（以下、給水温度）を検出する給水温度センサー３１と、給湯装置１に給水される水の流量（以下、給水流量）を検出する流量センサー３０とが搭載されている。このうち、流量センサー３０については、給水通路２０からバイパス通路２２が分岐する位置よりも上流側の位置に搭載されている。このため、流量センサー３０は、熱交換器１１に流入する水の流量ではなく、熱交換器１１に流入する流量と、バイパス通路２２に分岐した水の流量とを合計した流量（従って、給湯通路２３を通過する給湯流量）を検出していることになる。また、出湯通路２１には、熱交換器１１で生成された湯の温度（以下、熱交出湯温度）を検出する熱交出湯温度センサー３２が搭載されており、更に、給湯通路２３には、出湯通路２１からの湯とバイパス通路２２からの水が混合した後の湯の温度（以下、給湯温度）を検出する給湯温度センサー３３が搭載されている。

制御部５０には操作部５１が接続されており、給湯装置１のユーザーは操作部５１を操作することによって、出湯栓２４から給湯する温度を設定することができる。また、制御部５０には、流量センサー３０や、給水温度センサー３１、熱交出湯温度センサー３２、給湯温度センサー３３が接続されている。

この給湯装置１は次のように動作する。先ず、給湯装置１のユーザーが出湯栓２４を開栓して出湯を開始すると、出湯栓２４から出湯する分の水が給水通路２０から熱交換器１１に向かって流入する。制御部５０は、この時の給水通路２０の給水流量を流量センサー３０によって検出し、更に、操作部５１を用いて設定された給湯温度（以下、給湯設定温度）を取得して、バーナー１２の運転条件を決定する。そして、決定した運転条件に従って、ガス比例弁１４および燃焼ファン１５を制御する。更に、バイパス弁３４の開度も制御する。すると、給水通路２０から供給された水が熱交換器１１を通過する間に加熱されて、高温の湯として出湯通路２１から流出する。この高温の湯は、バイパス通路２２から供給される水と混合することによって給湯設定温度に調温された後、給湯通路２３を経由して出湯栓２４から出湯する。また、制御部５０は、熱交出湯温度センサー３２を用いて熱交出湯温度（熱交換器で生成された高温の湯の温度）を監視しており、熱交出湯温度が高すぎる場合には、熱交換器１１を保護するためにバイパス弁３４の開度を小さくするような制御も行っている。尚、本実施例の操作部５１は本発明における「給湯温度設定部」に対応し、流量センサー３０は本発明における「給湯流量検出部」に対応する。

図２は、本実施例の給湯装置１がバイパス弁３４の開度を制御するバイパス弁開度制御処理のフローチャートである。この処理は、給湯装置１の制御部５０によって実行されている。図示されるように、バイパス弁開度制御処理を開始すると、先ず始めに、給湯設定温度および給水温度を取得する（ＳＴＥＰ１０）。ここで、給湯設定温度とは、出湯栓２４から出湯する湯の温度であり、ユーザーが操作部５１を操作して制御部５０に対して予め設定されている。また、給水温度は、給水温度センサー３１によって取得することができる。

続いて制御部５０は、給湯設定温度および給水温度に応じて、バイパス弁３４の指示開度をメモリーから取得する（ＳＴＥＰ１１）。制御部５０に内蔵されたメモリーには、給湯設定温度および給水温度に応じて、バイパス弁３４の指示開度が記憶されている。図３には、給湯設定温度および給水温度に応じて指示開度が記憶されている様子が例示されている。図示した例では、給湯設定温度は、３０℃から６０℃の範囲で設定することが可能であり、給水温度は、５℃から２５℃の範囲で変動し得るものとして、給湯設定温度と給水温度との組み合わせに応じたバイパス弁３４の指示開度が記憶されている。尚、バイパス弁３４の指示開度は、給湯設定温度、給水温度、および目標とする熱交出湯温度の関数として、メモリーに記憶しておいても良い。

このように、給湯設定温度および給水温度に応じて、バイパス弁３４の指示開度が設定されているのは、以下のような理由による。例えば、給湯設定温度が最高温度（ここでは６０℃）の場合は、バイパス弁３４の指示開度を全閉状態（すなわち、バイパス通路２２に水が流れない状態）とする。これは、高温の湯を生成するために、より高温の湯を熱交換器１１で生成した後、バイパス通路２２からの水を混合して湯の温度を下げるようなことをしたのでは、熱交換器１１で熱交換する際の効率が下がってしまうためである。従って、このような場合は、バイパス弁３４の指示開度を全閉として、全ての水を熱交換器１１で加熱した後、バイパス通路２２からの水と混合することなく、そのまま給湯通路２３を経由して出湯栓２４に供給する。また、給湯設定温度が低くなれば、バーナー１２での燃焼量を減少させて、熱交換器１１で生成する湯の温度を低くすればよい。従って、バイパス弁３４の指示開度は全閉のままとしておけばよい。

ところが、熱交換器１１で生成する湯の温度が低くなり過ぎると、燃焼装置１０の内部が結露して、いわゆるドレンが発生し易くなる。そこで、給湯設定温度がある程度まで低くなったら、バイパス弁３４の指示開度を全閉から少しだけ増加させる。すると、給水通路２０から給水される水の一部がバイパス通路２２を流れるようになり、残りが熱交換器１１に供給される。そして熱交換器１１に供給された水は加熱されて、湯として熱交換器１１から流出した後、出湯通路２１がバイパス通路２２と合流する箇所で、バイパス通路２２を流れてきた水と混合して、給湯設定温度の湯が生成される。こうすれば、熱交換器１１で生成する湯の温度を、ドレンが発生しない温度に保ったまま、低い温度の湯を給湯することが可能となる。

また、給水温度もバイパス弁３４の指示開度に影響を与える。このことは、給湯設定温度が低い場合を考えれば直ちに了解できる。例えば、給湯設定温度が３５℃に設定されていた場合、給水温度が２５℃だったとすると、１０℃だけ温度を上昇させればよいので、熱交換器１１で生成した湯を僅かに加えるだけで給湯設定温度に達する。これに対して、給水温度が５℃だったとすると、上昇させなければならない温度は３０℃に増加するので、加えるべき湯の量は多くなる。従って、バイパス弁３４の指示開度は、給水温度が高くなるほど大きくなり（バイパス弁３４を開く方向）、給水温度が低くなるほど小さくなる（バイパス弁３４を閉じる方向）。

図３に例示したバイパス弁３４の指示開度は、以上のようなことを踏まえて設定されている。そして、制御部５０は、給湯設定温度および給水温度を取得すると（図２のＳＴＥＰ１０）、メモリーを参照することによって、給湯設定温度および給水温度に応じたバイパス弁３４の指示開度を取得する（ＳＴＥＰ１１）。

続いて制御部５０は、給湯装置１が出湯栓２４に給湯する給湯流量を取得する（ＳＴＥＰ１２）。複数の出湯栓２４が給湯装置１に接続されており、複数の出湯栓２４に同時に給湯する場合には、それら複数の出湯栓２４の給湯流量を合計した流量を、給湯流量として取得する。給湯装置１が外部に給湯する給湯流量は、給水通路２０が給湯装置１に給水する流量と一致するから、流量センサー３０で給水の流量を検出することによって、容易に給湯流量を取得することができる。

その後、ＳＴＥＰ１０で取得した給湯設定温度と、ＳＴＥＰ１２で取得した給湯流量とに基づいて、熱交出湯温度の上限温度を設定する（ＳＴＥＰ１３）。ここで、熱交出湯温度の上限温度とは、熱交換器の温度が高くなりすぎて熱交換器の寿命が短くなることを防止する目的で設定された温度である。一般的な給湯装置では、熱交出湯温度の上限温度は一定温度（例えば、７５℃）に設定されているが、本実施例の給湯装置１では、給湯設定温度および給湯流量に基づいて上限温度を設定する。また、制御部５０に内蔵されたメモリーには、給湯設定温度および給湯流量に応じた上限温度が予め記憶されている。尚、本実施例では、制御部５０が本発明における「上限温度設定部」に対応する。

図４は、給湯設定温度および給湯流量に応じて上限温度が設定されている様子を示した説明図である。図示されるように、ほとんどの条件では、上限温度は第１上限温度（例えば、７５℃）に設定されている。しかし、給湯設定温度が閾値温度Ｔｈｔよりも低く、且つ、給湯流量が閾値流量Ｔｈｆよりも小さい条件では、上限温度は第１上限温度よりも低い第２上限温度（例えば、６２℃）に設定されている。従って、図２のＳＴＥＰ１３では、給湯設定温度が閾値温度Ｔｈｔよりも低く、且つ、給湯流量が閾値流量Ｔｈｆよりも小さい条件では、上限温度が低い温度に設定され、それ以外の条件では、上限温度が高い温度に設定されることになる。このように、給湯設定温度および給湯流量に応じて上限温度を変更する理由については、後ほど詳しく説明する。

こうして、熱交出湯温度の上限温度を設定したら、熱交出湯温度センサー３２を用いて熱交出湯温度を取得した後（ＳＴＥＰ１４）、熱交出湯温度が上限温度を超えたか否かを判断する（ＳＴＥＰ１５）。その結果、熱交出湯温度が上限温度を超えていた場合は（ＳＴＥＰ１５：ｙｅｓ）、バイパス弁３４の指示開度を単位開度だけ減少させた後（ＳＴＥＰ１６）、変更後の指示開度をバイパス弁３４に向かって出力する（ＳＴＥＰ１９）。

続いて、給湯設定温度が変更されたか否かを判断して（ＳＴＥＰ２０）、給湯設定温度が変更されていない場合は（ＳＴＥＰ２０：ｎｏ）、再び給湯流量を取得した後（ＳＴＥＰ１２）、給湯設定温度および給湯流量に応じた上限温度を設定し（ＳＴＥＰ１３）、更に熱交出湯温度を取得して（ＳＴＥＰ１４）、熱交出湯温度が上限温度を超えているか否かを判断する（ＳＴＥＰ１５）。その結果、熱交出湯温度が上限温度を超えていた場合は（ＳＴＥＰ１５：ｙｅｓ）、再び、バイパス弁３４の指示開度を単位開度だけ減少させて（ＳＴＥＰ１６）、変更後の指示開度をバイパス弁３４に出力した後（ＳＴＥＰ１９）、給湯設定温度が変更されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ２０）。熱交出湯温度が上限温度を超えている間はこのような処理が行われることによって、バイパス弁３４の開度が少しずつ小さくなっていく。その結果、熱交出湯温度を上限温度以下に抑えることができる。

図５は、バイパス弁３４の開度を小さくすることによって、熱交出湯温度を上限温度以下に抑えることができる理由を示した説明図である。図５（ａ）に示した例では、給水通路２０から供給される水のほぼ半分が熱交換器１１に供給され、残りがバイパス通路２２を通過するものとしている。この時、熱交出湯温度センサー３２で検出した熱交出湯温度が上限温度を超えていた場合には、バイパス弁３４の開度を少しずつ小さくしていく。すると、バイパス通路２２を通過する水の流量は少しずつ減少し、それに伴って、熱交換器１１を通過する水の流量が少しずつ増加する。すると、バーナー１２で発生させる熱量に対して、加熱される水の流量が増加することになるので、熱交出湯温度は少しずつ低下していく。この結果、やがては、図５（ｂ）に示したように、熱交出湯温度を上限温度以下にすることが可能となる。尚、図５（ａ）に示した場合と比べて、図５（ｂ）に示した場合では熱交出湯温度が低くなっているが、図５（ｂ）では図５（ａ）の場合よりも多くの湯を、図５（ａ）の場合よりも少ない水と混合させている。このため、図５（ａ）の場合と、図５（ｂ）の場合とで、給湯通路２３を流れる混合後の湯の温度に変化はなく、従って、出湯栓２４から出湯される湯の温度に変化は生じない。

以上では、熱交出湯温度が上限温度を超えていた場合（図２のＳＴＥＰ１５：ｙｅｓ）について説明した。これに対して、熱交出湯温度が上限温度を超えていない場合は（ＳＴＥＰ１５：ｎｏ）、今度は、熱交出湯温度が下限温度を下回っているか否かを判断する（ＳＴＥＰ１７）。ここで、熱交出湯温度の下限温度とは、熱交換器の温度が低すぎて燃焼装置１０の内部でドレンが発生することを防止する目的で設定された温度である。本実施例の給湯装置１では、下限温度は一定温度（例えば、５０℃）に設定されている。

そして、熱交出湯温度が下限温度を下回っていた場合は（ＳＴＥＰ１７：ｙｅｓ）、バイパス弁３４の指示開度を所定の一定開度だけ増加させた後（ＳＴＥＰ１８）、変更後の指示開度をバイパス弁３４に出力する（ＳＴＥＰ１９）。こうすれば、バイパス弁３４の開度が大きくなってバイパス通路２２を通過する水の流量が増えるので、熱交換器１１に供給される水の流量が減少する。その結果、図５を用いて前述した場合と逆のメカニズムによって、熱交出湯温度を下限温度以上の温度に上昇させることができる。尚、バイパス弁３４の指示開度を増加させる際の一定開度は、指示開度を減少させる際の単位開度と同じ開度とすることもできるが、ドレンの発生を確実に防止する観点からは、一定開度は単位開度よりも大きな値に設定しておくことが望ましい。

また、熱交出湯温度が下限温度を下回っていなかった場合は（ＳＴＥＰ１７：ｎｏ）、熱交出湯温度は下限温度から上限温度の適正な温度範囲内に収まっていることになるので、バイパス弁３４の指示開度を変更したり（ＳＴＥＰ１６，ＳＴＥＰ１８）、指示開度をバイパス弁３４に出力したり（ＳＴＥＰ１９）することなく、給湯設定温度が変更されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ２０）。その結果、給湯設定温度が変更されていない場合は（ＳＴＥＰ２０：ｎｏ）、ＳＴＥＰ１２に戻って再び給湯流量を取得した後、上述した続く一連の処理を繰り返す。これに対して、給湯設定温度が変更されていた場合は（ＳＴＥＰ２０：ｙｅｓ）、ＳＴＥＰ１０に戻って、新たな給湯設定温度および給水温度を取得する。そして、新たな給湯設定温度および給水温度に対応するバイパス弁３４の指示開度を取得した後（ＳＴＥＰ１１）、上述した続く一連の処理を実行する。

図６には、上述したバイパス弁開度制御処理を実行することによって、熱交出湯温度を制御する様子が例示されている。例えば、時刻Ｔａでは、熱交出湯温度が下限温度に達したので、バイパス弁３４の指示開度を一定開度だけ増加させている。その結果、バイパス通路２２を流れる水の流量が増加し、熱交換器１１に供給される水の流量が減少して、熱交出湯温度が上昇していく。その後、時刻Ｔｂで、熱交出湯温度が上限温度を超えたので、バイパス弁３４の指示開度を少しずつ減少させる。その結果、時刻Ｔｃで熱交出湯温度が上限温度よりも小さくなったので、その時点での指示開度が保たれている。図示した例では、熱交出湯温度が上限温度を少しだけオーバーシュートしているが、少しだけ余裕を持たせて上限温度を低めに設定しておけば、熱交出湯温度を適切な温度範囲内に保っておくことができると考えられる。

ところが、実際には、図７に例示したように、熱交出湯温度が上限温度を大きくオーバーシュートしてしまうケースが見出された。図７に示した例では、時刻Ｔｄで熱交出湯温度が下限温度に達したので、バイパス弁３４の指示開度を増加させ、それに伴って、熱交出湯温度が上昇に転じている。ところが、バイパス弁３４の指示開度は変化させていないにも拘わらず、時刻Ｔｅで突然に熱交出湯温度が急激に上昇し、上限温度を超えた時点でバイパス弁３４の指示開度を減少させても間に合わずに、熱交出湯温度が上限温度を大きくオーバーシュートしている。そして、このような現象が起きる原因について調査したところ、以下のようなことが判明した。

図８は、バイパス弁３４の指示開度は変化させていないにも拘わらず、熱交出湯温度が上昇して上限温度を大きくオーバーシュートする現象の発生メカニズムについての説明図である。図８（ａ）には、ユーザーによって設定された給湯設定温度が低く、且つ、出湯栓２４から出湯される湯量も少ない場合が示されている。図３を用いて前述したように、給湯設定温度が低い場合には、給水通路２０から供給される水の中でバイパス通路２２に分流する水の比率を大きくするために、バイパス弁３４の開度が大きな値に設定される。これは、熱交換器１１で生成した湯と、バイパス通路２２を通過した多くの水とを混合して、低い給湯設定温度の湯を生成することによって、熱交換器１１で生成する湯の温度（熱交出湯温度）をドレンが発生する虞のない温度に保つためである。また、このような条件（すなわち、給湯設定温度が低く、且つ、給湯流量が小さい条件）では、バーナー１２は最も小さな燃焼量となる条件で運転されている。

尚、給水通路２０から供給される水の中でバイパス通路２２に流れる水の比率は、「バイパス比」と呼ばれることがある。また、図８（ａ）では、図示の都合から、給水通路２０から供給された水の約半分がバイパス通路２２を通過し（従って、バイパス比は約１／２）、残りの約半分が熱交換器１１に供給されるように表示されている。しかし、これは図示の都合によるものであり、実際のバイパス比（バイパス通路２２を流れる水の比率）は、１／２よりも大きな値となる。

このようにバイパス比が大きな値となるのは、バイパス弁３４の開度が大きな値に設定されているためであるが、給水通路２０から供給された水の流量が小さい場合には、バイパス通路２２を流れる水の流量も小さな値に過ぎない。従って、バイパス通路２２には、バイパス弁３４の開度がそのままでも、より多くの水が流れ得る。このことは次のような事例を考えれば容易に了解することができる。

例えば、図８（ａ）に示した状態で、給水通路２０から供給される水の流量が少しだけ増加したとする。すると、バイパス通路２２を流れる水の流量も、熱交換器１１に供給される水の流量も、どちらも少しずつ増加する。その後、給水通路２０から供給される水の流量が元の流量に戻ったとする。この時、バイパス通路２２を流れる水の流量と、熱交換器１１に供給される水の流量とが同じように、初めの流量まで減少するとは限らない。何故なら、バイパス通路２２にとっては、増加した流量でも、通路抵抗がほとんど生じないほど小さな流量だからである。加えて、バイパス通路２２に比べて熱交換器１１は通路抵抗が大きいから、給水通路２０からの水の流量が減少した時に、通路抵抗が大きい熱交換器１１を流れる水の流量が減少して、バイパス通路２２を流れる水の流量はほとんど減少しないことは十分に起こり得る。すなわち、図８（ａ）に示したように、バイパス比は大きいにも拘わらず、バイパス通路２２を通過する水の流量が小さい状態は、不安定な状態であり、何らかの切っ掛けで、バイパス通路２２を通過する水の流量が急に増加することが起こり得るのである。

そして、バイパス通路２２を通過する水の流量が増加すると、熱交換器１１に供給される水の流量はその分だけ減少する。熱交換器１１に供給される水の流量は元々少なかったところに、更に流量が減少するので、熱交換器１１を通過する水の流量はたいへん小さくなる。このため、図８（ｂ）に示したように、バーナー１２は燃焼量が小さな条件で運転されているにも拘わらず、熱交換器１１で生成する湯の温度（熱交出湯温度）が急激に増加することになる。図７（ｂ）に示した時刻Ｔｅの時点で、バイパス弁３４の指示開度は変化させていないにも拘わらず、熱交出湯温度が異常に上昇したのは、このようなメカニズムによるものと考えられる。

図４を用いて前述したように、本実施例の給湯装置１で、給湯設定温度が低く、且つ、給湯流量が小さい条件では、上限温度を標準の温度（第１上限温度）よりも低い温度（第２上限温度）に設定している理由は、本願の発明者らが新たに見出したこのような知見に基づくものである。すなわち、給湯設定温度が低くなるとバイパス弁の開度は大きな値に設定される（図３参照）。そして、その条件で給湯流量が小さくなると、図８を用いて前述した現象が発生し得る状態となる。そこで、このような条件（給湯設定温度が低く、且つ、給湯流量が小さい条件）では、上限温度を標準の温度よりも低い温度に設定しておき、図８に示すような現象が生じたら、早めにバイパス弁３４の開度を閉じてやる。こうすれば、たとえ図８に示すような現象が生じても、熱交出湯温度の異常な上昇を抑制することが可能となる。

図９は、本実施例の給湯装置１で熱交出湯温度の異常な上昇を回避する様子を例示した説明図である。図９に示した例では、時刻Ｔｆで熱交出湯温度が下限温度に達したので、バイパス弁３４の指示開度を増加させたことに伴って、熱交出湯温度が上昇に転じている。その後、時刻Ｔｇの時点で、給湯設定温度が閾値温度Ｔｈｔよりも低く、且つ、給湯流量が閾値流量Ｔｈｆよりも小さくなったので、上限温度を第１上限温度から第２上限温度に変更している。すると、時刻Ｔｈで突然に熱交出湯温度が上昇を始めたが、上限温度を第２上限温度に変更していたために、上昇開始後から間もなくの時刻Ｔｉの時点で熱交出湯温度が上限温度に達して、バイパス弁３４の指示開度を減少させている。このように、熱交出湯温度がまだ低いタイミングで指示開度を減少させた結果、熱交出湯温度が上限温度をオーバーシュートしても、熱交換器１１の寿命を縮めるほどの異常な高温に上昇することを回避することが可能となる。

尚、上述した本実施例では、図８を用いて前述した現象が発生して熱交出湯温度が異常に上昇することを抑制するために、給湯設定温度および給湯流量に基づいて上限温度を設定するものとして説明した。しかし、図８に示した現象は、バイパス弁３４の開度が大きくなると発生し易くなる。更に、図３に示したように、バイパス弁３４の開度は、給水温度によっても変化する。従って、給湯設定温度および給湯流量に加えて、給水温度も考慮して上限温度を設定することとしてもよい。

図１０（ａ）には、このように給水温度も考慮して上限温度を設定する変形例の一例が示されている。図１０（ａ）に示した例では、給湯設定温度が閾値温度Ｔｈｔより低く、且つ、給湯流量が閾値流量Ｔｈｆよりも少ない条件では、上限温度を通常の温度（第１上限温度）よりも低い第２上限温度に設定するが、給水温度が所定の閾値温度Ｔｈｃよりも高かった場合には、上限温度を第２上限温度よりも低い、所定の第３上限温度に設定する。前述したように、給湯設定温度が低い場合には、給水温度が高くなるほどバイパス弁３４の指示開度が大きくなるため、図８に示した現象が発生し易くなる。従って、給湯設定温度が閾値温度Ｔｈｔより低く、且つ、給湯流量が閾値流量Ｔｈｆよりも少なく、更に、給水温度が閾値温度Ｔｈｃよりも高い場合には上限温度を第２上限温度よりも低い第３上限温度に設定することで、熱交出湯温度が異常に上昇することをより一層確実に抑制することが可能となる。

あるいは、図１０（ｂ）に例示したように、第２上限温度を設定するために用いる閾値と、第３上限温度を設定するための閾値とを異ならせても良い。すなわち、給湯設定温度が閾値温度Ｔｈｔ１より低く、且つ、給湯流量が閾値流量Ｔｈｆ１よりも少ない条件では、上限温度を第２上限温度に設定する。また、給湯設定温度が閾値温度Ｔｈｔ２（＜Ｔｈｔ１）より低く、且つ、給湯流量が閾値流量Ｔｈｆ２（＜Ｔｈｆ１）よりも少ない条件で、給水温度が閾値温度Ｔｈｃよりも高かった場合には、上限温度を第３上限温度に設定してもよい。このようにすれば、図８に示す現象の発生し易さに合わせて、よりきめ細かく上限温度を設定することができるので、熱交出湯温度が異常に上昇することをより一層確実に抑制することが可能となる。

以上、本実施例および変形例の給湯装置１について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

１…給湯装置、１０…燃焼装置、１１…熱交換器、
１２…バーナー、１３…ガス通路、１４…ガス比例弁、
１５…燃焼ファン、２０…給水通路、２１…出湯通路、
２２…バイパス通路、２３…給湯通路、２４…出湯栓、
３０…流量センサー、３１…給水温度センサー、３２…熱交出湯温度センサー、
３３…給湯温度センサー、３４…バイパス弁、５０…制御部、
５１…操作部。

Claims

バーナーによって加熱される熱交換器と、該熱交換器に給水する給水通路と、前記熱交換器に接続されて該熱交換器で生成された湯が流出する出湯通路と、前記給水通路と前記出湯通路とを短絡することによって前記熱交換器をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を通過する水の流量を増減させるバイパス弁と、前記熱交換器で生成された湯の温度である熱交出湯温度を前記バイパス通路が合流する位置よりも上流側の前記出湯通路で検出する熱交出湯温度センサーと、前記熱交出湯温度が所定の上限温度を超えた場合には前記バイパス弁の開度を閉じる方向に制御する制御部とを備える給湯装置において、
前記給湯装置が外部に供給する湯の温度である給湯温度を前記制御部に対して設定する給湯温度設定部と、
前記給湯装置が外部に供給する湯の流量である給湯流量を検出する給湯流量検出部と、
前記給湯温度と前記給湯流量とに応じて前記上限温度を設定する上限温度設定部と
を備えることを特徴とする給湯装置。
請求項１に記載の給湯装置において、
前記上限温度設定部は、前記給湯温度を所定の閾値温度と比較した結果と、前記給湯流量を所定の閾値流量と比較した結果とに基づいて、前記上限温度を設定する
ことを特徴とする給湯装置。
請求項２に記載の給湯装置において、
前記上限温度設定部は、
前記給湯温度が前記閾値温度よりも高いか、あるいは前記給湯流量が前記閾値流量よりも大きい場合には、前記上限温度を所定の第１上限温度に設定し、
前記給湯温度が前記閾値温度よりも低く、且つ、前記給湯流量が前記閾値流量よりも小さい場合には、前記上限温度を前記第１上限温度よりも低い所定の第２上限温度に設定する
ことを特徴とする給湯装置。
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の給湯装置において、
前記給水通路を流れる水の温度である給水温度を検出する給水温度センサーを備え、
前記上限温度設定部は、前記上限温度を設定する際に、前記給水温度も考慮する
ことを特徴とする給湯装置。