JP3628871B2 - 給湯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は給湯装置に関するものであり、さらに詳しくは熱交換器から出湯される湯を所定の給湯場所に供給する給湯管と、熱交換器に水を供給する給水管と、給水管から分岐するバイパス管とを備え、前記給水管により供給される水の一部を該バイパス管を介して、前記給湯管に流入させるようにした給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１示のように、所定流量の水を供給する給水管５と、ガスバーナ６により加熱され、供給された水と熱交換して湯を得る熱交換器７と、熱交換器７から出湯される湯を台所等の給湯場所に供給する給湯管８とを備える給湯装置が知られている。前記給湯装置では、台所等に設けられたカラン２６を開くと、流量センサ１２により流水が検出され、コントローラ４によりガスバーナ６が作動されて給湯運転が開始される。このとき、コントローラ４は、流量センサ１２により検出される流量、給水温度センサ１１により検出される給水温度、給湯温度設定手段５５により設定される給湯設定温度に基づいて、前記給湯設定温度と略一致する温度の湯がカラン２６から供給されるようにガスバーナ６の燃焼量を制御する。
【０００３】
また、図１示の給湯装置では、給水管５から分岐するバイパス管９を備え、給水管５により供給される水の一部をバイパス管９を介して給湯管８に流入させるようになっている。このとき、従来の給湯装置では、熱交換器７に供給される水の流量と、バイパス管９に供給される水の流量との割合は、バイパス管９に設けられたバイパスサーボ１３により制御されるようになっている。前記バイパスサーボ１３による制御は前記給湯設定温度と給水温度とに基づいて、例えば、前記給湯設定温度が変化しても熱交換器７から出湯される湯の温度が変化しないで、所定の出湯温度（例えば給水温度＋５５℃）になるように行われる。
【０００４】
前記給湯装置では、バイパス管９を備えることにより、熱交換器７に供給される水の流量が低減されるので熱交換器７を小型化することができると共に、十分な給湯量が得られ、また、たとえ給湯温度が低く設定されたとしても熱交換器７に供給される水を熱交換器７でドレンが発生しない温度まで昇温することができる。
【０００５】
ここで、前記給水温度を求める手段として、次の２つが考えられている。その１つは前記給水温度センサ１１により給水温度を直接検出するものであり、今１つは、給湯管８に給湯温度を検出する給湯温度センサ１４を設け、該給湯温度センサ１４により検出される出湯温度と、前記流量センサ１２で検出される水の流量と、ガスバーナ６の燃焼による加熱量とから間接的に給水温度を算出するものである。
【０００６】
しかし、前記給水温度センサ１１により給水温度を検出するものでは、給湯運転停止時には給水管内に水が滞留するため、給湯運転開始直後には給水温度を正確に検出することができないという問題がある。また、給水温度センサ１１の検出精度（分解能）が低い場合には給水温度の変化がわずかであっても検出される給水温度が大きく変化する場合が生じるという問題がある。
【０００７】
さらに、間接的に給水温度を算出するものでは、前記給湯温度、流量センサ１２で検出される水の流量、加熱量のそれぞれの誤差が累積し、検出される給水温度の誤差が大きくなるという問題がある。このように、検出される給水温度は頻繁に大きく変動する虞があり、前述したように給水温度に基づいてバイパスサーボ１３を制御するものでは、給水温度の変動によりバイパスサーボ１３の状態が不安定になって、給湯温度がふらついてしまい使用者に不快感を与えることがある。
【０００８】
そこで、前記諸問題を解決するために、まず、前記給水温度センサ１１の検出精度を高くする（例えばマイコンの分解能を高くする）ことが考えられるが、このようにするとコストの上昇が避けられない。
【０００９】
また、給湯温度の変動を防止するために、給水温度に係わらず所定のバイパス比で、熱交換器７に供給される水の流量と、バイパス管９に供給される水の流量との割合を制御することが考えられる。しかしながら、このようにすると給水温度が低下したときには熱交換器７でドレンが発生する虞があり、給水温度が上昇したときには熱交換器７に供給された水が過熱されて異常に高温の湯が出湯される虞があるとの不都合がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、検出される給水温度の変動に伴う給湯温度のふらつきを防止することができると共に、安定した出湯特性を得ることができ熱交換器におけるドレンの発生及び過熱による異常高温の出湯を防止することができる給湯装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の給湯装置は、所定流量の水を供給する給水管と、加熱手段により加熱され供給された水と熱交換して湯を得る熱交換器と、該熱交換器から出湯される湯を所定の給湯場所に供給する給湯管と、該給水管から分岐して該給水管により供給される水の一部を該給湯管に流入させるバイパス管と、該給水管により供給される水の温度を給水温度として検出する給水温度検出手段と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、該給水管の流量、該給水温度、該給湯温度設定手段により設定される給湯設定温度に基づいて該給湯設定温度の湯が得られるように該加熱手段の加熱量を制御する加熱制御手段と、該熱交換器に供給される水の流量と該バイパス管に供給される水の流量との比率を制御する流量制御手段とを備える給湯装置において、給湯運転が行われるときに前記熱交換器に供給される水の流量に対する前記バイパス管に供給される水の流量の比である給水バイパス比を決定するバイパス比決定手段を設け、該バイパス比決定手段は、前記給湯運転中に所定の仮バイパス比に従って前記流量制御手段の制御が行われると仮定したときに、前記給湯設定温度と、前記給水温度と、該仮バイパス比とに基づいて前記熱交換器から出湯される湯の予測出湯温度を算出し、該予測出湯温度が該熱交換器でドレンが発生する温度より高く、前記熱交換器から出湯される湯が異常に高温とされる温度未満の範囲内であるときは、該仮バイパス比を給水バイパス比として決定し、該予測出湯温度が前記範囲外であるときは、前記給湯設定温度と、前記給水温度とに基づいてバイパス比を算出し、該バイパス比を給水バイパス比として決定し、前記流量制御手段は該バイパス比決定手段により決定された給水バイパス比に従って、前記熱交換器に供給される水の流量と前記バイパス管に供給される水の流量との比率を制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明の給湯装置によれば、バイパス比決定手段は、まず、所定の仮バイパス比を用いて、前記熱交換器から出湯される湯の予測出湯温度を算出する。前記バイパス比決定手段は、次に、該予測出湯温度が前記熱交換器でドレンが発生する温度より高く、前記熱交換器から出湯される湯が異常に高温とされる温度未満の範囲内、即ち熱交換器を劣化させない範囲であるときは該仮バイパス比をそのまま給水バイパス比として決定し、該給水バイパス比により前記熱交換器に供給される水の流量と前記該バイパス管に供給される水の流量との割合を制御する。
【００１３】
従って、本発明の給湯装置によれば、前記熱交換器に供給される水の流量と前記該バイパス管に供給される水の流量との割合は、給水温度に関わり無く決定されることになり、給湯温度が給水温度の変動に応じてふらつくことを防止して、該給湯温度を安定したものとすることができる。
【００１４】
また、前記予測出湯温度が前記範囲外であるときは、新たに前記給湯設定温度と、前記給水温度とに基づいてバイパス比を算出し、該バイパス比を給水バイパス比として決定し、該給水バイパス比により前記熱交換器に供給される水の流量と前記該バイパス管に供給される水の流量との割合を制御する。
【００１５】
本発明の給湯装置によれば、前述のように、前記仮バイパス比により前記熱交換器におけるドレンの発生が予測されるか、熱交換器から異常に高温の出湯が予測されるときには、別途バイパス比を算出して該バイパス比を給水バイパス比として決定するので、前記ドレンの発生及び異常高温の出湯を防止することができ、熱交換器の劣化を防止することができる。
【００１６】
前記仮バイパス比は、給湯設定温度により変化し、具体的には給湯設定温度が高いほど仮バイパス比が小さくなるように設定する。
【００１７】
例えば、前記仮バイパス比が固定されたものであると、熱交換器の出湯温度は給湯設定温度が高いほど高くなり、給湯設定温度が低いほど低くなる。そのため、給湯設定温度が高いときには給水温度がわずかに高いだけで、前記熱交換器から出湯される湯が前記異常高温になり、給湯設定温度が低いときには給水温度がわずかに低いだけで、前記熱交換器でドレンが発生してしまう。そこで、本発明では、前記仮バイパス比を給湯設定温度に応じて設定することにより、前記熱交換器でドレンが発生する温度より高く、前記熱交換器から出湯される湯が異常高温とされる温度未満の範囲に対応する給水温度幅を広くすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の給湯装置のシステム構成図であり、図２はバイパス比決定手段の作動を説明するブロック図である。
【００１９】
図１示のように本実施形態の給湯装置１は、給湯部２と追焚き部３とからなり、コントローラ４により給湯部２と追焚き部３とを制御する構成となっている。
【００２０】
給湯部２は、図示しない水道管と接続されて所定流量の水を供給する給水管５、コントローラ４からの制御信号により作動する給湯バーナ６（加熱手段）によって加熱される給湯熱交換器７、給湯熱交換器７で加熱された湯が出湯される給湯管８、給水管５に給水される水の一部を給湯管８に流入させるバイパス管９、コントローラ４からの制御信号により給水管５の開度を制御する水量サーボ１０、給水される水の温度を検出してコントローラ４に出力する給水温度センサ１１、給水管５を通過する水流の有無を検出してコントローラ４に出力する流量センサ１２、コントローラ４からの制御信号によりバイパス管９の開度を調節して熱交換器７に供給される水の流量とバイパス管９に供給される水の流量との割合を制御するバイパスサーボ１３（流量制御手段）、バイパス管９との合流点の下流の給湯管８の中の湯の温度を検出してコントローラ４に出力する給湯温度センサ１４及び給湯熱交換器７の出口付近の湯の温度を検出してコントローラ４に出力する熱交温度センサ１５を備える。
【００２１】
また、ガス供給管１６にはコントローラ４からの制御信号により開閉される元ガス電磁弁１７が備えられ、元ガス電磁弁１７の下流でガス供給管１６から分岐して給湯バーナ６に燃料ガスを供給する給湯ガス供給管１６ａには、給湯ガス電磁弁１８，１９と、コントローラ４からの制御信号によりその開度が調節される給湯ガス比例弁２０とが備えられる。
【００２２】
２１は給湯バーナ６に燃焼用空気を供給する給湯燃焼ファンであり、コントローラ４からの制御信号によりその回転速度が可変される。２２はコントローラ４からの制御信号によりイグナイタ２３を介して高電圧が印加され、給湯バーナ６に点火する給湯点火プラグであり、２４は給湯バーナ６の燃焼状態を検出してコントローラ４に出力する給湯フレームロッドであり、２５は給湯熱交換器７や給湯管８内の水圧が所定圧力以上まで上昇したときに開弁して、過剰圧力を逃がす過圧逃し弁である。給湯管８の先端には、カラン２６が接続されている。
【００２３】
一方、追焚き部３は、コントローラ４からの制御信号により作動する風呂バーナ３１によって加熱される風呂熱交換器３２、コントローラ４からの制御信号により浴槽３３内の湯を循環路３４，風呂熱交換器３２を介して循環させる循環ポンプ３５、浴槽３３内の湯の温度を検出してコントローラ４に出力する風呂温度センサ３６、及び循環路３４中の水流の有無を検出してコントローラ４に出力する水流スイッチ３７を備える。
【００２４】
また、元ガス電磁弁１７の下流でガス供給管１６から分岐して風呂バーナ３１に燃料ガスを供給する風呂ガス供給管１６ｂには、コントローラ４からの制御信号により開閉される風呂ガス電磁弁３８と、コントローラ４からの制御信号によりその開度が調節される風呂ガス比例弁３９とが備えられる。
【００２５】
４０は風呂バーナ３１に燃焼用空気を供給する風呂燃焼ファンであり、コントローラ４からの制御信号によりその回転速度が可変される。４１はコントローラ４からの制御信号によりイグナイタ２３から高電圧が印加されて、風呂バーナ３１に点火する風呂点火プラグであり、４２は風呂バーナ３１の燃焼状態を検出してコントローラ４に出力する風呂フレームロッドである。
【００２６】
また、循環路３４は、コントローラ４からの制御信号により開閉される注湯電磁弁４３，風呂給湯管４４，三方弁４５を介して給湯管８と接続される。これにより、注湯電磁弁４３を開弁することで、給湯部２から浴槽３３への給湯路が形成されて給湯が行われる。尚、４６は浴槽３３への給湯流量を検出してコントローラ４に出力する流量センサ、４７は浴槽４３内の湯の水位を静水圧により検出し、コントローラ４に出力する水位センサである。
【００２７】
コントローラ４は、給湯制御手段５１、追焚き制御手段５２、湯張り制御手段５３、バイパス比決定手段５４とを含んで、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、給湯温度設定手段５５を備えるリモコン５６によって指示される各種運転モードに応じて給湯部２と追焚き部３の制御を行う。
【００２８】
次に、本実施形態の給湯装置１の一般的な作動について説明する。
【００２９】
給湯装置１により給湯運転を行うときには、まず、運転スイッチ（図示せず）を操作することにより、給湯装置１全体が運転待機状態となり、使用者がリモコン５６の給湯温度設定手段５５により給湯温度を設定する。この状態で、使用者が給湯配管２５の先端に接続されたカラン２６を開けると、給水管８への給水が開始され、流量センサ１２で流水が検出される。コントローラ４は、流量センサ１２からの出力により、給水管８への給水の開始を認識したときは給湯燃焼ファン２１を作動させ、元ガス電磁弁１７，給湯ガス比例弁２０，給湯ガス電磁弁１８，１９を開弁し、イグナイタ２３に高電圧を印加して給湯点火プラグ２２に火花放電を生じさせて給湯バーナ６の点火処理を行う。
【００３０】
コントローラ４に備えられた給湯制御手段５１は、給湯フレームロッド２４の出力により、給湯バーナ６の点火がなされたことを認識したときは、給湯温度センサ１４の検出温度と、給湯温度設定手段５５で設定された給湯設定温度とが一致するように、給湯ガス比例弁２０の開度、給湯燃焼ファン２１の回転速度、給湯ガス電磁弁１８，１９の開閉、及び水量サーボ１０の開度を調節する給湯制御を実行する。これにより、使用者が給湯温度設定手段５５で設定した温度と略一致する温度の湯がカラン２６から供給される。
【００３１】
また、使用者が、リモコン５６の自動湯張りスイッチ（図示せず）を操作すると、コントローラ４は自動運転を開始し、湯張り制御手段５３が先ず注湯電磁弁４３を開弁する。注湯電磁弁４３の開弁により給水管５への給水が開始され、上述した使用者がカラン２６を開けたときと同様にして、給湯バーナ６が点火され、給湯管８から、注湯電磁弁４３、風呂給湯管４４、三方弁４５、及び循環路３４を経由して前記給湯設定温度での給湯（湯張り）が実行される。
【００３２】
湯張り制御手段５３は、流量センサ４６からの出力に基づいて浴槽３３への給湯量を累積し、累積値が所定の湯張り量に達すると注湯電磁弁４３を閉弁して浴槽３３への給湯（湯張り）を終了する。
【００３３】
コントローラ４は浴槽３３への湯張り終了後、風呂温度センサ３６の出力により浴槽３３内の湯の温度を検出し、検出温度が所定の沸き上げ温度未満であったときには、追焚き制御手段５２を作動させて、該沸き上げ温度まで浴槽３３内の湯を昇温させる。
【００３４】
この昇温を行うときには、コントローラ４に備えられた追焚き制御手段５２は、風呂ポンプ３５を作動させて浴槽３３内の湯を循環路３４を介して循環させると共に、風呂燃焼ファン４０を作動させ、元ガス電磁弁１７，風呂ガス比例弁３９，風呂ガス電磁弁３８を開弁し、イグナイタ２３を介して風呂点火プラグ４１に高電圧を印加して火花放電を生じさせ、風呂バーナ３１の点火処理を行う。
【００３５】
そして、追焚き制御手段５２は、風呂フレームロッド４２の出力により、風呂バーナ３１の点火がなされたことを認識したときは、風呂温度センサ３６の検出温度が前記沸き上げ温度に達するまで、風呂バーナ３１の燃焼を継続する。これにより、浴槽３３内の湯が前記沸き上げ温度まで昇温される。
【００３６】
尚、追焚き制御手段５２は、浴槽３３内の湯が前記沸き上げ温度となった後、所定時間、例えば４時間の間は、浴槽３３内の湯の温度がほぼ該沸き上げ温度に保たれるように、風呂バーナ３１を断続的に燃焼させる風呂保温動作を行う。
【００３７】
次に、図２を参照して、前記給湯制御手段５１による給湯運転の際のバイパス比決定手段５４の作動について説明する。
【００３８】
本実施形態の給湯装置１では、バイパスサーボ１３は熱交換器７に供給される水の流量とバイパス管９に供給される水の流量との割合を制御する流量制御手段であり、その開度はコントローラ４に備えられたバイパス比決定手段５４により決定される給水バイパス比に従う。
【００３９】
バイパス比決定手段５４は、給湯開始時に、給水管５への給水に伴い給湯バーナ６が点火されると、まず、仮バイパス比ＢＦｔ を算出する。仮バイパス比ＢＦｔ は、給湯装置１で通常用いられるバイパス比の範囲で選択されればよく、例えば、次式（１）で算出される。
【００４０】
【数１】
【００４１】
式（１）は、前記給湯温度設定手段５５により設定される給湯設定温度に従って仮バイパス比ＢＦｔ を算出するものであり、給水管５に給水される水の温度が通常１０〜２５℃の範囲にあるものとしてその代表値を１５℃とするとともに、前記給湯設定温度をＴｓｅｔ として、給湯設定温度Ｔｓｅｔ が５０℃のときに仮バイパス比ＢＦｔ が０になり、給湯設定温度Ｔｓｅｔ が３５℃のときに仮バイパス比ＢＦｔ が１．２５になるように定められている。従って、式（１）を用いると、給水温度の変動に関わることなく、給湯設定温度Ｔｓｅｔ だけに基づいて仮バイパス比ＢＦｔ を算出することができる。
【００４２】
次に、バイパス比決定手段５４は、前記給湯運転中に、式（１）で算出される仮バイパス比ＢＦｔ に従ってバイパスサーボ１３が熱交換器７に供給される水の流量とバイパス管９に供給される水の流量との割合を制御すると仮定したときに、前記給湯設定温度Ｔｓｅｔ と、給水温度センサ１１で検出される給水温度Ｔｉｎと、該仮バイパス比ＢＦｔ とに基づいて、熱交換器７から出湯される湯の予測出湯温度Ｔｈｅｘｂを算出する。
【００４３】
ここで、熱交換器７に供給される水の流量をｖ１ 、バイパス管９に供給される水の流量をｖ２ とすると、
ｖ１ （Ｔｈｅｘｂ−Ｔｓｅｔ ）＝ｖ２ （Ｔｓｅｔ −Ｔｉｎ） ， ＢＦ＝ｖ２ ／ｖ１
の関係があるので、バイパス比ＢＦは、
【００４４】
【数２】
【００４５】
のように表すことができる。（２）式を変形すると、
【００４６】
【数３】
【００４７】
となる。従って、予測出湯温度Ｔｈｅｘｂは次式（３）で表すことができる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
次に、バイパス比決定手段５４は、式（３）により算出される予測出湯温度Ｔｈｅｘｂが熱交換器７でドレンが発生する温度（例えば４９℃）より高く、熱交換器７から出湯される湯が異常高温とされる温度（例えば７１℃）未満の範囲内であるときは、前記仮バイパス比ＢＦｔ を給水バイパス比として決定し、バイパスサーボ１３に出力する。
【００５０】
また、バイパス比決定手段５４は、式（３）により算出される予測出湯温度Ｔｈｅｘｂが熱交換器７でドレンが発生する温度（例えば４９℃）以下であるか、熱交換器７から出湯される湯が異常高温とされる温度（例えば７１℃）以上であるときには、前記給湯設定温度Ｔｓｅｔ と前記給水温度Ｔｉｎとに基づいて、新たなバイパス比ＢＦｎ を算出し、これを給水バイパス比として決定し、バイパスサーボ１３に出力する。
【００５１】
前記新たなバイパス比ＢＦｎ は、式（２）において、ＢＦ＝ＢＦｎ とすることにより、次式（４）で表される。
【００５２】
【数５】
【００５３】
そこで、式（４）を変形すると、次式（５）が得られる。
【００５４】
【数６】
【００５５】
そこで、新たなバイパス比ＢＦｎ は、式（３）により算出される予測出湯温度Ｔｈｅｘｂが熱交換器７でドレンが発生する温度、例えば４９℃以下であるときには式（５）においてＴｈｅｘｂ＝５０とすることにより、次式（６）により算出される。また、前記予測出湯温度Ｔｈｅｘｂが熱交換器７から出湯される湯が異常高温とされる温度、例えば７１℃以上であるときには式（５）においてＴｈｅｘｂ＝７０とすることにより、次式（７）により算出される。
【００５６】
【数７】
【００５７】
前記のようにして、バイパス比決定手段５４により決定された給水バイパス比は、前記給湯運転の間、固定されており、給水温度が変化しても該変化に応じて変更されることがない。
【００５８】
この結果、本実施形態の給湯装置１では、予測出湯温度が所定範囲内のときは給水温度の変化に関係なくバイパス比が決定されるため、給湯温度を安定化することができ、しかも予測出湯温度が所定範囲外のときは給水温度を考慮してバイパス比が決定されるため、ドレンの発生や、前記出湯温度が異常高温となることを防止できる。
【００５９】
尚、本実施形態では、仮バイパス比ＢＦｔ を式（１）により算出しているが、仮バイパス比ＢＦｔ が給湯装置１で通常用いられるバイパス比の範囲となるものであれば他の式により算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の給湯装置のシステム構成図。
【図２】バイパス比決定手段の作動を説明するブロック図。
【符号の説明】
１…給湯装置、 ５…給水管、 ６…加熱手段、 ７…熱交換器、 ８…給湯管、 ９…バイパス管、 １１…給水温度検出手段、 １３…流量制御手段、５１…加熱制御手段、 ５４…バイパス比決定手段、５５…給湯温度設定手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は給湯装置に関するものであり、さらに詳しくは熱交換器から出湯される湯を所定の給湯場所に供給する給湯管と、熱交換器に水を供給する給水管と、給水管から分岐するバイパス管とを備え、前記給水管により供給される水の一部を該バイパス管を介して、前記給湯管に流入させるようにした給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１示のように、所定流量の水を供給する給水管５と、ガスバーナ６により加熱され、供給された水と熱交換して湯を得る熱交換器７と、熱交換器７から出湯される湯を台所等の給湯場所に供給する給湯管８とを備える給湯装置が知られている。前記給湯装置では、台所等に設けられたカラン２６を開くと、流量センサ１２により流水が検出され、コントローラ４によりガスバーナ６が作動されて給湯運転が開始される。このとき、コントローラ４は、流量センサ１２により検出される流量、給水温度センサ１１により検出される給水温度、給湯温度設定手段５５により設定される給湯設定温度に基づいて、前記給湯設定温度と略一致する温度の湯がカラン２６から供給されるようにガスバーナ６の燃焼量を制御する。
【０００３】
また、図１示の給湯装置では、給水管５から分岐するバイパス管９を備え、給水管５により供給される水の一部をバイパス管９を介して給湯管８に流入させるようになっている。このとき、従来の給湯装置では、熱交換器７に供給される水の流量と、バイパス管９に供給される水の流量との割合は、バイパス管９に設けられたバイパスサーボ１３により制御されるようになっている。前記バイパスサーボ１３による制御は前記給湯設定温度と給水温度とに基づいて、例えば、前記給湯設定温度が変化しても熱交換器７から出湯される湯の温度が変化しないで、所定の出湯温度（例えば給水温度＋５５℃）になるように行われる。
【０００４】
前記給湯装置では、バイパス管９を備えることにより、熱交換器７に供給される水の流量が低減されるので熱交換器７を小型化することができると共に、十分な給湯量が得られ、また、たとえ給湯温度が低く設定されたとしても熱交換器７に供給される水を熱交換器７でドレンが発生しない温度まで昇温することができる。
【０００５】
ここで、前記給水温度を求める手段として、次の２つが考えられている。その１つは前記給水温度センサ１１により給水温度を直接検出するものであり、今１つは、給湯管８に給湯温度を検出する給湯温度センサ１４を設け、該給湯温度センサ１４により検出される出湯温度と、前記流量センサ１２で検出される水の流量と、ガスバーナ６の燃焼による加熱量とから間接的に給水温度を算出するものである。
【０００６】
しかし、前記給水温度センサ１１により給水温度を検出するものでは、給湯運転停止時には給水管内に水が滞留するため、給湯運転開始直後には給水温度を正確に検出することができないという問題がある。また、給水温度センサ１１の検出精度（分解能）が低い場合には給水温度の変化がわずかであっても検出される給水温度が大きく変化する場合が生じるという問題がある。
【０００７】
さらに、間接的に給水温度を算出するものでは、前記給湯温度、流量センサ１２で検出される水の流量、加熱量のそれぞれの誤差が累積し、検出される給水温度の誤差が大きくなるという問題がある。このように、検出される給水温度は頻繁に大きく変動する虞があり、前述したように給水温度に基づいてバイパスサーボ１３を制御するものでは、給水温度の変動によりバイパスサーボ１３の状態が不安定になって、給湯温度がふらついてしまい使用者に不快感を与えることがある。
【０００８】
そこで、前記諸問題を解決するために、まず、前記給水温度センサ１１の検出精度を高くする（例えばマイコンの分解能を高くする）ことが考えられるが、このようにするとコストの上昇が避けられない。
【０００９】
また、給湯温度の変動を防止するために、給水温度に係わらず所定のバイパス比で、熱交換器７に供給される水の流量と、バイパス管９に供給される水の流量との割合を制御することが考えられる。しかしながら、このようにすると給水温度が低下したときには熱交換器７でドレンが発生する虞があり、給水温度が上昇したときには熱交換器７に供給された水が過熱されて異常に高温の湯が出湯される虞があるとの不都合がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、検出される給水温度の変動に伴う給湯温度のふらつきを防止することができると共に、安定した出湯特性を得ることができ熱交換器におけるドレンの発生及び過熱による異常高温の出湯を防止することができる給湯装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の給湯装置は、所定流量の水を供給する給水管と、加熱手段により加熱され供給された水と熱交換して湯を得る熱交換器と、該熱交換器から出湯される湯を所定の給湯場所に供給する給湯管と、該給水管から分岐して該給水管により供給される水の一部を該給湯管に流入させるバイパス管と、該給水管により供給される水の温度を給水温度として検出する給水温度検出手段と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、該給水管の流量、該給水温度、該給湯温度設定手段により設定される給湯設定温度に基づいて該給湯設定温度の湯が得られるように該加熱手段の加熱量を制御する加熱制御手段と、該熱交換器に供給される水の流量と該バイパス管に供給される水の流量との比率を制御する流量制御手段とを備える給湯装置において、給湯運転が行われるときに前記熱交換器に供給される水の流量に対する前記バイパス管に供給される水の流量の比である給水バイパス比を決定するバイパス比決定手段を設け、該バイパス比決定手段は、前記給湯運転中に所定の仮バイパス比に従って前記流量制御手段の制御が行われると仮定したときに、前記給湯設定温度と、前記給水温度と、該仮バイパス比とに基づいて前記熱交換器から出湯される湯の予測出湯温度を算出し、該予測出湯温度が該熱交換器でドレンが発生する温度より高く、前記熱交換器から出湯される湯が異常に高温とされる温度未満の範囲内であるときは、該仮バイパス比を給水バイパス比として決定し、該予測出湯温度が前記範囲外であるときは、前記給湯設定温度と、前記給水温度とに基づいてバイパス比を算出し、該バイパス比を給水バイパス比として決定し、前記流量制御手段は該バイパス比決定手段により決定された給水バイパス比に従って、前記熱交換器に供給される水の流量と前記バイパス管に供給される水の流量との比率を制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明の給湯装置によれば、バイパス比決定手段は、まず、所定の仮バイパス比を用いて、前記熱交換器から出湯される湯の予測出湯温度を算出する。前記バイパス比決定手段は、次に、該予測出湯温度が前記熱交換器でドレンが発生する温度より高く、前記熱交換器から出湯される湯が異常に高温とされる温度未満の範囲内、即ち熱交換器を劣化させない範囲であるときは該仮バイパス比をそのまま給水バイパス比として決定し、該給水バイパス比により前記熱交換器に供給される水の流量と前記該バイパス管に供給される水の流量との割合を制御する。
【００１３】
従って、本発明の給湯装置によれば、前記熱交換器に供給される水の流量と前記該バイパス管に供給される水の流量との割合は、給水温度に関わり無く決定されることになり、給湯温度が給水温度の変動に応じてふらつくことを防止して、該給湯温度を安定したものとすることができる。
【００１４】
また、前記予測出湯温度が前記範囲外であるときは、新たに前記給湯設定温度と、前記給水温度とに基づいてバイパス比を算出し、該バイパス比を給水バイパス比として決定し、該給水バイパス比により前記熱交換器に供給される水の流量と前記該バイパス管に供給される水の流量との割合を制御する。
【００１５】
本発明の給湯装置によれば、前述のように、前記仮バイパス比により前記熱交換器におけるドレンの発生が予測されるか、熱交換器から異常に高温の出湯が予測されるときには、別途バイパス比を算出して該バイパス比を給水バイパス比として決定するので、前記ドレンの発生及び異常高温の出湯を防止することができ、熱交換器の劣化を防止することができる。
【００１６】
前記仮バイパス比は、給湯設定温度により変化し、具体的には給湯設定温度が高いほど仮バイパス比が小さくなるように設定する。
【００１７】
例えば、前記仮バイパス比が固定されたものであると、熱交換器の出湯温度は給湯設定温度が高いほど高くなり、給湯設定温度が低いほど低くなる。そのため、給湯設定温度が高いときには給水温度がわずかに高いだけで、前記熱交換器から出湯される湯が前記異常高温になり、給湯設定温度が低いときには給水温度がわずかに低いだけで、前記熱交換器でドレンが発生してしまう。そこで、本発明では、前記仮バイパス比を給湯設定温度に応じて設定することにより、前記熱交換器でドレンが発生する温度より高く、前記熱交換器から出湯される湯が異常高温とされる温度未満の範囲に対応する給水温度幅を広くすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の給湯装置のシステム構成図であり、図２はバイパス比決定手段の作動を説明するブロック図である。
【００１９】
図１示のように本実施形態の給湯装置１は、給湯部２と追焚き部３とからなり、コントローラ４により給湯部２と追焚き部３とを制御する構成となっている。
【００２０】
給湯部２は、図示しない水道管と接続されて所定流量の水を供給する給水管５、コントローラ４からの制御信号により作動する給湯バーナ６（加熱手段）によって加熱される給湯熱交換器７、給湯熱交換器７で加熱された湯が出湯される給湯管８、給水管５に給水される水の一部を給湯管８に流入させるバイパス管９、コントローラ４からの制御信号により給水管５の開度を制御する水量サーボ１０、給水される水の温度を検出してコントローラ４に出力する給水温度センサ１１、給水管５を通過する水流の有無を検出してコントローラ４に出力する流量センサ１２、コントローラ４からの制御信号によりバイパス管９の開度を調節して熱交換器７に供給される水の流量とバイパス管９に供給される水の流量との割合を制御するバイパスサーボ１３（流量制御手段）、バイパス管９との合流点の下流の給湯管８の中の湯の温度を検出してコントローラ４に出力する給湯温度センサ１４及び給湯熱交換器７の出口付近の湯の温度を検出してコントローラ４に出力する熱交温度センサ１５を備える。
【００２１】
また、ガス供給管１６にはコントローラ４からの制御信号により開閉される元ガス電磁弁１７が備えられ、元ガス電磁弁１７の下流でガス供給管１６から分岐して給湯バーナ６に燃料ガスを供給する給湯ガス供給管１６ａには、給湯ガス電磁弁１８，１９と、コントローラ４からの制御信号によりその開度が調節される給湯ガス比例弁２０とが備えられる。
【００２２】
２１は給湯バーナ６に燃焼用空気を供給する給湯燃焼ファンであり、コントローラ４からの制御信号によりその回転速度が可変される。２２はコントローラ４からの制御信号によりイグナイタ２３を介して高電圧が印加され、給湯バーナ６に点火する給湯点火プラグであり、２４は給湯バーナ６の燃焼状態を検出してコントローラ４に出力する給湯フレームロッドであり、２５は給湯熱交換器７や給湯管８内の水圧が所定圧力以上まで上昇したときに開弁して、過剰圧力を逃がす過圧逃し弁である。給湯管８の先端には、カラン２６が接続されている。
【００２３】
一方、追焚き部３は、コントローラ４からの制御信号により作動する風呂バーナ３１によって加熱される風呂熱交換器３２、コントローラ４からの制御信号により浴槽３３内の湯を循環路３４，風呂熱交換器３２を介して循環させる循環ポンプ３５、浴槽３３内の湯の温度を検出してコントローラ４に出力する風呂温度センサ３６、及び循環路３４中の水流の有無を検出してコントローラ４に出力する水流スイッチ３７を備える。
【００２４】
また、元ガス電磁弁１７の下流でガス供給管１６から分岐して風呂バーナ３１に燃料ガスを供給する風呂ガス供給管１６ｂには、コントローラ４からの制御信号により開閉される風呂ガス電磁弁３８と、コントローラ４からの制御信号によりその開度が調節される風呂ガス比例弁３９とが備えられる。
【００２５】
４０は風呂バーナ３１に燃焼用空気を供給する風呂燃焼ファンであり、コントローラ４からの制御信号によりその回転速度が可変される。４１はコントローラ４からの制御信号によりイグナイタ２３から高電圧が印加されて、風呂バーナ３１に点火する風呂点火プラグであり、４２は風呂バーナ３１の燃焼状態を検出してコントローラ４に出力する風呂フレームロッドである。
【００２６】
また、循環路３４は、コントローラ４からの制御信号により開閉される注湯電磁弁４３，風呂給湯管４４，三方弁４５を介して給湯管８と接続される。これにより、注湯電磁弁４３を開弁することで、給湯部２から浴槽３３への給湯路が形成されて給湯が行われる。尚、４６は浴槽３３への給湯流量を検出してコントローラ４に出力する流量センサ、４７は浴槽４３内の湯の水位を静水圧により検出し、コントローラ４に出力する水位センサである。
【００２７】
コントローラ４は、給湯制御手段５１、追焚き制御手段５２、湯張り制御手段５３、バイパス比決定手段５４とを含んで、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、給湯温度設定手段５５を備えるリモコン５６によって指示される各種運転モードに応じて給湯部２と追焚き部３の制御を行う。
【００２８】
次に、本実施形態の給湯装置１の一般的な作動について説明する。
【００２９】
給湯装置１により給湯運転を行うときには、まず、運転スイッチ（図示せず）を操作することにより、給湯装置１全体が運転待機状態となり、使用者がリモコン５６の給湯温度設定手段５５により給湯温度を設定する。この状態で、使用者が給湯配管２５の先端に接続されたカラン２６を開けると、給水管８への給水が開始され、流量センサ１２で流水が検出される。コントローラ４は、流量センサ１２からの出力により、給水管８への給水の開始を認識したときは給湯燃焼ファン２１を作動させ、元ガス電磁弁１７，給湯ガス比例弁２０，給湯ガス電磁弁１８，１９を開弁し、イグナイタ２３に高電圧を印加して給湯点火プラグ２２に火花放電を生じさせて給湯バーナ６の点火処理を行う。
【００３０】
コントローラ４に備えられた給湯制御手段５１は、給湯フレームロッド２４の出力により、給湯バーナ６の点火がなされたことを認識したときは、給湯温度センサ１４の検出温度と、給湯温度設定手段５５で設定された給湯設定温度とが一致するように、給湯ガス比例弁２０の開度、給湯燃焼ファン２１の回転速度、給湯ガス電磁弁１８，１９の開閉、及び水量サーボ１０の開度を調節する給湯制御を実行する。これにより、使用者が給湯温度設定手段５５で設定した温度と略一致する温度の湯がカラン２６から供給される。
【００３１】
また、使用者が、リモコン５６の自動湯張りスイッチ（図示せず）を操作すると、コントローラ４は自動運転を開始し、湯張り制御手段５３が先ず注湯電磁弁４３を開弁する。注湯電磁弁４３の開弁により給水管５への給水が開始され、上述した使用者がカラン２６を開けたときと同様にして、給湯バーナ６が点火され、給湯管８から、注湯電磁弁４３、風呂給湯管４４、三方弁４５、及び循環路３４を経由して前記給湯設定温度での給湯（湯張り）が実行される。
【００３２】
湯張り制御手段５３は、流量センサ４６からの出力に基づいて浴槽３３への給湯量を累積し、累積値が所定の湯張り量に達すると注湯電磁弁４３を閉弁して浴槽３３への給湯（湯張り）を終了する。
【００３３】
コントローラ４は浴槽３３への湯張り終了後、風呂温度センサ３６の出力により浴槽３３内の湯の温度を検出し、検出温度が所定の沸き上げ温度未満であったときには、追焚き制御手段５２を作動させて、該沸き上げ温度まで浴槽３３内の湯を昇温させる。
【００３４】
この昇温を行うときには、コントローラ４に備えられた追焚き制御手段５２は、風呂ポンプ３５を作動させて浴槽３３内の湯を循環路３４を介して循環させると共に、風呂燃焼ファン４０を作動させ、元ガス電磁弁１７，風呂ガス比例弁３９，風呂ガス電磁弁３８を開弁し、イグナイタ２３を介して風呂点火プラグ４１に高電圧を印加して火花放電を生じさせ、風呂バーナ３１の点火処理を行う。
【００３５】
そして、追焚き制御手段５２は、風呂フレームロッド４２の出力により、風呂バーナ３１の点火がなされたことを認識したときは、風呂温度センサ３６の検出温度が前記沸き上げ温度に達するまで、風呂バーナ３１の燃焼を継続する。これにより、浴槽３３内の湯が前記沸き上げ温度まで昇温される。
【００３６】
尚、追焚き制御手段５２は、浴槽３３内の湯が前記沸き上げ温度となった後、所定時間、例えば４時間の間は、浴槽３３内の湯の温度がほぼ該沸き上げ温度に保たれるように、風呂バーナ３１を断続的に燃焼させる風呂保温動作を行う。
【００３７】
次に、図２を参照して、前記給湯制御手段５１による給湯運転の際のバイパス比決定手段５４の作動について説明する。
【００３８】
本実施形態の給湯装置１では、バイパスサーボ１３は熱交換器７に供給される水の流量とバイパス管９に供給される水の流量との割合を制御する流量制御手段であり、その開度はコントローラ４に備えられたバイパス比決定手段５４により決定される給水バイパス比に従う。
【００３９】
バイパス比決定手段５４は、給湯開始時に、給水管５への給水に伴い給湯バーナ６が点火されると、まず、仮バイパス比ＢＦｔ を算出する。仮バイパス比ＢＦｔ は、給湯装置１で通常用いられるバイパス比の範囲で選択されればよく、例えば、次式（１）で算出される。
【００４０】
【数１】
式（１）は、前記給湯温度設定手段５５により設定される給湯設定温度に従って仮バイパス比ＢＦｔ を算出するものであり、給水管５に給水される水の温度が通常１０〜２５℃の範囲にあるものとしてその代表値を１５℃とするとともに、前記給湯設定温度をＴｓｅｔ として、給湯設定温度Ｔｓｅｔ が５０℃のときに仮バイパス比ＢＦｔ が０になり、給湯設定温度Ｔｓｅｔ が３５℃のときに仮バイパス比ＢＦｔ が１．２５になるように定められている。従って、式（１）を用いると、給水温度の変動に関わることなく、給湯設定温度Ｔｓｅｔ だけに基づいて仮バイパス比ＢＦｔ を算出することができる。
【００４２】
次に、バイパス比決定手段５４は、前記給湯運転中に、式（１）で算出される仮バイパス比ＢＦｔ に従ってバイパスサーボ１３が熱交換器７に供給される水の流量とバイパス管９に供給される水の流量との割合を制御すると仮定したときに、前記給湯設定温度Ｔｓｅｔ と、給水温度センサ１１で検出される給水温度Ｔｉｎと、該仮バイパス比ＢＦｔ とに基づいて、熱交換器７から出湯される湯の予測出湯温度Ｔｈｅｘｂを算出する。
【００４３】
ここで、熱交換器７に供給される水の流量をｖ１ 、バイパス管９に供給される水の流量をｖ２ とすると、
ｖ１ （Ｔｈｅｘｂ−Ｔｓｅｔ ）＝ｖ２ （Ｔｓｅｔ −Ｔｉｎ） ， ＢＦ＝ｖ２ ／ｖ１
の関係があるので、バイパス比ＢＦは、
【００４４】
【数２】
のように表すことができる。（２）式を変形すると、
【００４６】
【数３】
となる。従って、予測出湯温度Ｔｈｅｘｂは次式（３）で表すことができる。
【００４８】
【数４】
次に、バイパス比決定手段５４は、式（３）により算出される予測出湯温度Ｔｈｅｘｂが熱交換器７でドレンが発生する温度（例えば４９℃）より高く、熱交換器７から出湯される湯が異常高温とされる温度（例えば７１℃）未満の範囲内であるときは、前記仮バイパス比ＢＦｔ を給水バイパス比として決定し、バイパスサーボ１３に出力する。
【００５０】
また、バイパス比決定手段５４は、式（３）により算出される予測出湯温度Ｔｈｅｘｂが熱交換器７でドレンが発生する温度（例えば４９℃）以下であるか、熱交換器７から出湯される湯が異常高温とされる温度（例えば７１℃）以上であるときには、前記給湯設定温度Ｔｓｅｔ と前記給水温度Ｔｉｎとに基づいて、新たなバイパス比ＢＦｎ を算出し、これを給水バイパス比として決定し、バイパスサーボ１３に出力する。
【００５１】
前記新たなバイパス比ＢＦｎ は、式（２）において、ＢＦ＝ＢＦｎ とすることにより、次式（４）で表される。
【００５２】
【数５】
そこで、式（４）を変形すると、次式（５）が得られる。
【００５４】
【数６】
そこで、新たなバイパス比ＢＦｎ は、式（３）により算出される予測出湯温度Ｔｈｅｘｂが熱交換器７でドレンが発生する温度、例えば４９℃以下であるときには式（５）においてＴｈｅｘｂ＝５０とすることにより、次式（６）により算出される。また、前記予測出湯温度Ｔｈｅｘｂが熱交換器７から出湯される湯が異常高温とされる温度、例えば７１℃以上であるときには式（５）においてＴｈｅｘｂ＝７０とすることにより、次式（７）により算出される。
【００５６】
【数７】
前記のようにして、バイパス比決定手段５４により決定された給水バイパス比は、前記給湯運転の間、固定されており、給水温度が変化しても該変化に応じて変更されることがない。
【００５８】
この結果、本実施形態の給湯装置１では、予測出湯温度が所定範囲内のときは給水温度の変化に関係なくバイパス比が決定されるため、給湯温度を安定化することができ、しかも予測出湯温度が所定範囲外のときは給水温度を考慮してバイパス比が決定されるため、ドレンの発生や、前記出湯温度が異常高温となることを防止できる。
【００５９】
尚、本実施形態では、仮バイパス比ＢＦｔ を式（１）により算出しているが、仮バイパス比ＢＦｔ が給湯装置１で通常用いられるバイパス比の範囲となるものであれば他の式により算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の給湯装置のシステム構成図。
【図２】バイパス比決定手段の作動を説明するブロック図。
【符号の説明】
１…給湯装置、 ５…給水管、 ６…加熱手段、 ７…熱交換器、 ８…給湯管、 ９…バイパス管、 １１…給水温度検出手段、 １３…流量制御手段、５１…加熱制御手段、 ５４…バイパス比決定手段、５５…給湯温度設定手段。
Claims (2)
- 所定流量の水を供給する給水管と、加熱手段により加熱され供給された水と熱交換して湯を得る熱交換器と、該熱交換器から出湯される湯を所定の給湯場所に供給する給湯管と、該給水管から分岐して該給水管により供給される水の一部を該給湯管に流入させるバイパス管と、該給水管により供給される水の温度を給水温度として検出する給水温度検出手段と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段と、該給水管の流量、該給水温度、該給湯温度設定手段により設定される給湯設定温度に基づいて該給湯設定温度の湯が得られるように該加熱手段の加熱量を制御する加熱制御手段と、該熱交換器に供給される水の流量と該バイパス管に供給される水の流量との比率を制御する流量制御手段とを備える給湯装置において、給湯運転が行われるときに前記熱交換器に供給される水の流量に対する前記バイパス管に供給される水の流量の比である給水バイパス比を決定するバイパス比決定手段を設け、
該バイパス比決定手段は、前記給湯運転中に所定の仮バイパス比に従って前記流量制御手段の制御が行われると仮定したときに、前記給湯設定温度と、前記給水温度と、該仮バイパス比とに基づいて前記熱交換器から出湯される湯の予測出湯温度を算出し、
該予測出湯温度が該熱交換器でドレンが発生する温度より高く、前記熱交換器から出湯される湯が異常高温とされる温度未満の範囲内であるときは、該仮バイパス比を給水バイパス比として決定し、
該予測出湯温度が前記範囲外であるときは、前記給湯設定温度と、前記給水温度とに基づいてバイパス比を算出し、該バイパス比を給水バイパス比として決定し、
前記流量制御手段は該バイパス比決定手段により決定された給水バイパス比に従って、前記熱交換器に供給される水の流量と前記バイパス管に供給される水の流量との比率を制御することを特徴とする給湯装置。 - 前記仮バイパス比は前記給湯設定温度に応じて変化することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
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