JP3773706B2 - 給湯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、バイパスミキシング方式の給湯装置であって、バイパス管の開度を制御する給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ガスバーナで加熱される熱交換器によって給水管から該熱交換器に供給される水を加熱して給湯管に出湯すると共に、給水管から供給される水の一部を給湯管に混入させて、給湯管から所定の目標給湯温度の湯を供給するようにしたバイパスミキシング方式のガス給湯装置が知られている。
【０００３】
かかるガス給湯装置においては、給湯管内の流水の有無を検出する流水センサが設けられ、使用者が給水管の先端に設けられたカランを開けて給水管内に流水が生じると、流水センサにより該流水が検出されてガスバーナの燃焼が開始され、所定の目標給湯温度での給湯がなされるようにガスバーナの燃焼量が制御される。
【０００４】
そして、使用者がカランを閉めて給湯が中止されるとガスバーナの燃焼が停止して熱交換器内には湯が滞留した状態となるが、熱交換器の有する余熱により、ガスバーナの燃焼停止後も熱交換器内に滞留した湯の温度は更に上昇する。そしてこの場合、使用者がカランを開けると給湯が再開されるが、ガスバーナが点火されるまでにはある程度の時間遅れが生じる。そのため、給湯が再開されたときには、先ず熱交換器内に滞留していた高温の湯が出湯され、その後ガスバーナで加熱生成された湯が出湯される。
【０００５】
そこで、バイパス管の開度を調節するバイパスサーボを設け、給湯が再開されたときに、熱交換器からの出湯温度とバイパス管からの給水温度とに応じてバイパス管の開度を調節することによって、熱交換器内に滞留していた高温の湯が出湯される間も目標給湯温度での給湯が行われるようにした給湯装置が知られている。
【０００６】
そして、従来の給湯装置においては、バイパス管から給湯管に混入される水の温度は給水管からの給水温度と同一であるとの前提のもとに、バイパス管の開度を調節していた。しかし、本願発明者らは、給湯再開時に、このようにバイパス管から給湯管に混入される水の温度が給水管からの給水温度と同一であるとの前提のもとにバイパス管の開度を調節すると、目標給湯温度よりも高い温度の湯が給湯管から出湯される場合が生じ得ることを知見した。そしてこの場合には、使用者の意図した温度よりも高い温度の湯が給湯管から出湯されるため、使用者に不快感を与えてしまうという不都合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記不都合を解消し、給湯を再開したときに、目標給湯温度よりも高い温度の湯が供給されることを防止した給湯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、給水管から供給された水を加熱手段により加熱する熱交換器と、該熱交換器で加熱生成された湯が出湯される給湯管と、前記給水管から供給される水の一部を前記給湯管に混入させるバイパス管と、該バイパス管の開度を調節する開度調節手段と、前記給水管からの給水温度を把握する給水温把握手段と、前記熱交換器からの出湯温度を検出する熱交温度センサと、前記給水管内の流水の有無を検出する流水センサとを有し、前記流水センサにより前記給水管内の流水が検出されているときに、前記給湯管と前記バイパス管との合流箇所の下流側の温水の温度が所定の目標給湯温度と一致するように、該目標給湯温度と前記給水温把握手段により把握された前記給水管からの給水温度と前記熱交温度センサにより検出された前記熱交換器からの出湯温度とに応じて、前記加熱手段の加熱量を調節すると共に前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節する給湯制御を実行する給湯制御手段を備えた給湯装置の改良に関する。
【０００９】
前記給湯制御手段が前記給湯制御を終了すると、前記熱交換器内には高温の湯が滞留し、前記バイパス管内には前記給水管から供給された水が滞留した状態となる。そして、その後の時間の経過と共に、前記熱交換器内に滞留した高温の湯と前記バイパス管内に滞留した水との間で置換や対流が生じ、前記給湯管と前記バイパス管との合流箇所付近の前記バイパス管内の水の温度が次第に上昇する。そのため、前記給湯制御手段が前記給湯制御を再開したときに、前記熱交温度センサの検出温度と前記給水温把握手段により把握された給水温度とによって、前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節すると、実際に前記バイパス管から前記給湯管に供給される水の温度は該給水温度よりも高いため、前記給湯管からの給湯温度が前記目標給湯温度よりも高くなってしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、前記バイパス管と前記給湯管との合流箇所付近の前記バイパス管内の水の温度であるバイパス温度を把握するバイパス温把握手段を設け、前記給湯制御手段は、前記給湯制御を終了した後に前記給湯制御を再開するときは、前記目標給湯温度と前記バイパス温把握手段により把握された前記バイパス温度と前記熱交温度センサにより検出された前記熱交換器からの出湯温度とに応じて、前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節することを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記給湯制御を再開するときに、前記給湯制御手段は、前記目標給湯温度と、前記バイパス温把握手段により把握された前記バイパス温度、即ち、実際に前記バイパス管から前記給湯管に混入される水の温度と、前記熱交温度センサにより検出される前記熱交換器からの実際の出湯温度とに応じて、前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節する。そのため、前記給湯管からの給湯される湯の温度を前記目標給湯温度に一致させることができ、使用者の意図した給湯温度よりも高い温度での給湯がなされることを防止することができる。
【００１２】
また、前記バイパス温把握手段として、前記バイパス管と前記給湯管との合流箇所付近の前記バイパス管内の水の温度を検出するバイパス温度センサを設けたことを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記バイパス温度センサにより、前記バイパス管から前記給湯管に混入される水の温度を確実に検出することができる。
【００１４】
また、前記開度調節手段は前記バイパス管を常時開状態に保ち、前記給水温把握手段は、前記バイパス温度センサの検出温度により前記給水管からの給水温度を把握することを特徴とする。
【００１５】
かかる本発明によれば、前記開度調節手段により前記バイパス管が常時開状態に保たれるため、前記給水管からの給水が開始されると、給水の一部が必ず前記バイパス管側に供給される。したがって、前記給水温把握手段は前記バイパス温センサの検出温度によって前記給水管からの給水温度を把握することができる。これにより、前記給水温把握手段が温度センサを使用して前記給水管からの給水温度を把握する場合に、前記給水管からの給水温度を検出する温度センサを専用に設けることを不要とし、給湯装置の製品コストを下げることができる。
【００１６】
また、前記バイパス温把握手段は、前記給湯制御の終了時に前記給水温把握手段により把握された前記給水管からの給水温度を基準給水温度とし、該基準給水温度よりも所定温度高いバイパス基準温度を決定して、その後前記給湯制御が再開されたときに、前記給湯制御が再開されてからの時間の経過と共に前記バイパス基準温度を低下させる補正をして算出した補正温度を前記バイパス温度として把握することを特徴とする。
【００１７】
上述したように、前記給湯制御が終了すると、前記バイパス温度は前記給湯制御が終了した時の温度である前記基準給水温度から上昇する。そこで、前記バイパス温把握手段は、前記給湯制御を終了した後に、前記バイパス温度が前記基準給水温度から前記所定温度上昇すると想定して、前記基準給水温度よりも前記所定温度高い温度を前記基準バイパス温度とする。
【００１８】
そして、前記給湯制御が終了して前記バイパス温度が前記基準バイパス温度まで上昇した時点における前記バイパス管内に滞留した水の温度分布は、前記給湯管との合流箇所付近が最も高い前記基準バイパス温度となり、前記給水管からの分岐箇所に近づくにつれて徐々に低下すると想定される。したがって、前記給湯制御が再開されたときに前記バイパス管から前記給湯管に混入される水の温度は前記基準バイパス温度から徐々に低下すると想定できる。
【００１９】
そこで、前記給湯制御が再開されたときに、時間の経過と共に前記バイパス基準温度を低下させる補正を行って算出した前記補正温度を前記バイパス温度として把握することで、前記バイパス温把握手段は、前記バイパス管内に滞留した水の温度分布に即して精度良く前記バイパス温度を把握することができる。さらに、本発明によれば、前記パイパス管の径が小さい場合や、前記バイパス管の配置状況によって上述したバイパス温度センサを設けることが困難である場合であっても、前記バイパス温度を把握することができる。
【００２０】
また、前記バイパス温把握手段は、前記給湯制御が再開されてから前記バイパス管内に滞留していた水が前記給湯管に抜け切るまでに要する時間であるバイパス水抜時間を推定し、前記給湯制御が再開されてから該バイパス水抜時間が経過した時に前記補正温度が前記基準給水温度となるように、前記バイパス基準温度を低下させる補正を行うことを特徴とする。
【００２１】
前記給湯制御が再開されたときに、前記バイパス温度は最終的には前記給水管からの給水温度（前記基準給水温度とほぼ等しいと想定できる）まで低下する。そこで、前記バイパス温把握手段は、前記バイパス水抜時間を推定し、前記給湯制御が再開されてから前記バイパス水抜時間が経過した時に、前記バイパス温度が前記基準給水温度となるように補正して前記バイパス温度を把握することで、より精度良く前記バイパス温度を把握することができる。
【００２２】
また、前記バイパス管を流れる水の流量であるバイパス流量を把握するバイパス流量把握手段を有し、前記バイパス温把握手段は、前記バイパス水抜時間を前記バイパス流量把握手段によって把握されたバイパス流量に応じて推定することを特徴とする。
【００２３】
かかる本発明によれば、前記給水管からの給水流量が変動して、前記バイパス流量が変動する場合であっても、前記バイパス水抜時間を精度良く把握することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図１〜図４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は図１に示した給湯装置に備えられたバイパス管内に滞留した水の温度の推移と該温度の把握方法を説明したグラフ、図３〜図４は図１に示した給湯装置におけるバイパス比の制御フローチャートである。
【００２５】
図１を参照して、給湯装置１はコントローラ２により全体の作動が制御され、コントローラ２からの制御信号により作動するバーナ３（本発明の加熱手段に相当する）、バーナ３により加熱される熱交換器４、図示しない水道管と接続されて熱交換器４に給水する給水管５、コントローラ２からの制御信号により給水管５の開度を調節する水量サーボ６、給水管５を通過する水の流量を検出して検出信号をコントローラ２に出力する水量センサ７（本発明の流水センサの機能を含む）、熱交換器４で加熱された湯が出湯される給湯管８、給水管５に供給される水の一部を給湯管８に混合させるバイパス管９、コントローラ２からの制御信号によりバイパス管９の開度を調節するバイパスサーボ１０（本発明の開度調節手段に相当する）、給湯管８とバイパス管９との合流点Ｘの下流側の湯の温度を検出して検出信号をコントローラ２に出力する給湯温度センサ１１、熱交換器４の出口付近の湯の温度を検出して検出信号をコントローラ２に出力する熱交温度センサ１２、及び熱交換器４の異常過熱を検出して検出信号をコントローラ２に出力する過熱検出センサ１３を備える。
【００２６】
更に、給湯装置１は、コントローラ２からの制御信号によりその回転数が制御される燃焼ファン１４と、コントローラ２からの制御信号により火花放電を生じてバーナ３に点火する点火プラグ１５と、バーナ３の燃焼状態を検出して検出信号をコントローラ２に出力するフレームロッド１６とを備える。
【００２７】
また、バーナ３に燃料ガスを供給するガス供給管１７には、コントローラ２からの制御信号により開閉される元ガス電磁弁１８、及び給湯ガス電磁弁１９，２０と、コントローラ２からの制御信号によりその開度が調節されるガス比例弁２１とが備えられる。
【００２８】
また、３０はコントローラ２と通信可能に接続されたリモコンであり、給湯装置１全体を運転待機状態と運転状態とに切り替える運転スイッチ３１と、給湯管８に連通した給湯配管２２への目標給湯温度を設定する給湯温設定スイッチ３２と、給湯配管２２への実際の給湯温度等を表示する表示部３３とを有する。
【００２９】
次に、給湯装置１の作動について説明する。給湯装置１を商用電源（図示しない）と接続すると、コントローラ２とリモコン３０が作動を開始して給湯装置１は運転待機状態となる。そして、この運転待機状態で使用者がリモコン３０の運転スイッチ３１をＯＮ操作すると、給湯装置１は運転待機状態から運転状態に切り替わり、リモコン３０の給湯温設定スイッチ３２の操作が可能となる。
【００３０】
使用者が給湯温設定スイッチ３２を操作して目標給湯温度を設定した後、給湯配管２２の先端に接続されたカラン２３を開けると、水道管（図示しない）から給水管５への給水が開始され、水量センサ７により給水管５に流れる水量が検出される。
【００３１】
コントローラ２は、水量センサ７から出力された検出信号によって給水管５への給水の開始を認識すると、燃焼ファン１４を作動させて点火プラグ１５に火花放電を生じさせた状態で、元ガス電磁弁１８，給湯ガス電磁弁１９，２０を開弁してバーナ３の点火処理を行う。また、コントローラ２に備えられた給湯制御手段４０は、給湯配管２２にリモコン３０で設定された目標給湯温度の温水が供給されるように、バーナ３の燃焼量と、熱交換器４への給水量に対するバイパス管９への給水量の割合であるバイパス比とを制御する給湯制御の実行を開始する。
【００３２】
また、給水温把握手段４１は給水管５からの給水温度を把握し、バイパス温把握手段４２は給湯管８とバイパス管９の合流箇所Ｘ付近のバイパス管９内の水の温度であるバイパス温度を把握し、バイパス流量把握手段４３はバイパス管９を通過する水量を把握する。
【００３３】
給湯制御手段４０は、給湯温設定スイッチ３２により設定された目標給湯温度ＴA と、給水温把握手段４１により把握された給水管５からの給水温度ＴW と、水量センサ７によって検出された給水管５からの総給水量ＱT とに基づいて、バーナ３による目標加熱量ＨA を以下の式(１)により決定する。
【００３４】
ＨA ＝（ＴA −ＴW ）＊ＱT ／η ・・・・・(１)
ここで、ηは熱交換器４の熱効率である。
【００３５】
そして、給湯制御手段４０は、式（１）により算出した目標加熱量ＨA が得られるように、ガス比例弁２１の開度、燃焼ファン１４の回転速度、及び給湯ガス電磁弁１９，２０の開閉を制御してバーナ３の燃焼量を調節する。また、給湯制御手段４０は、給水管５からの給水温度ＴW として、給湯開始時は前回の給湯制御終了時に保持した給水温度を用い、給湯開始後は、給水温把握手段４１によって把握された給水温度を用いる。
【００３６】
ここで、給水温度把握手段４１は、熱交温度センサ１２により検出される熱交換器４からの出湯温度ＴH と、水量センサ７により検出される給水管５からの給水量とバイパス比とにより算出した熱交換器４への給水量ＱH と、目標加熱量ＨA とに基づいて、以下の式(２)によって給水温度ＴW を把握する。
【００３７】
ＴW ＝｛ＴH ＊ＱH −ＨA ＊η｝／ＱH ・・・・・(２)
また、給湯制御手段４０は、目標給湯温度に応じてバイパス比を決定し（目標給湯温度とバイパス比との対応関係は、予め実験等により決定される）、決定したバイパス比となるようにバイパスサーボ１０によってバイパス管９の開度を調節する。
【００３８】
このように、バーナ３の燃焼量とバイパス管９の開度を調整することで、基本的には給湯配管２２に目標給湯温度での給湯がなされるが、給湯温度センサ１１によって検出される給湯配管２２への実際の給湯温度が目標給湯温度と一致しない場合は、給湯制御手段４０は、更にバーナ３の燃焼量の微調整を行い、また、水量サーボ６により給水管５からの給水量の微調整を行う。
【００３９】
そして、給湯制御手段４０は、使用者によりカラン２３が閉められて、給水管５からの給水が停止したことを水量センサ７の検出信号から認識したときに、元ガス電磁弁１８と給湯電磁弁１９，２０を閉弁し、燃焼ファン１４の作動を停止して給湯制御を終了する。
【００４０】
次に、給湯制御の終了後に、使用者がカラン２３を開けて給水管５からの給水が開始され、給湯制御手段４０が給湯制御を再開するときの給湯装置１の作動について説明する。給湯制御手段４０が給湯制御を終了すると、バーナ３の燃焼が停止して熱交換器４内に湯が滞留した状態となるが、熱交換器４の有する余熱により熱交換器４内に滞留した湯の温度が更に上昇して高温となる。
【００４１】
そして、給湯制御が再開されてから、実際にバーナ３に点火されるまでにはある程度の遅れ時間を生じる。そのため、給湯制御手段４０が給湯制御を再開したときは、先ず熱交換器４内に滞留した高温の湯が給湯管８に出湯され、その後バーナ３で加熱された湯が給湯管８に出湯される。
【００４２】
そこで、給湯制御が再開されたときに、熱交換器４からの出湯温度とバイパス管９から給湯管８に混入される水の温度とに応じて、バイパスサーボ１０の開度を調節してバイパス比を制御することで、熱交換器４に滞留した高温の湯が出湯される間も目標給湯温度の湯を給湯配管２２に供給することができ、これにより給湯制御を再開してから、実際に給湯配管２２に目標給湯温度の温水が供給されるまでに要する時間を短縮することができる。
【００４３】
そして、従来は、バイパス管９から給湯管８に混入される水の温度は給水管５からの給水温度と等しいことを前提として、熱交温度センサ１２により検出した熱交換器４からの出湯温度と、給水温把握手段４１により把握した給水管５からの給水温度とに基づいて、給湯再開時のバイパス比を制御していた。
【００４４】
しかし、実際には、給湯制御手段４０が給湯制御を終了してからの時間の経過と共に、熱交換器４に滞留して熱交換器４の余熱により更に高温となった湯（及び熱交換器４から合流箇所Ｘまでの間の給湯管内に滞留した湯）と、バイパス管９内に滞留した水との間に置換や対流が生じてバイパス管９内に滞留した水の温度は上昇する。
【００４５】
図２（ａ）は、給湯制御が終了したときに、給湯管８とバイパス管９との合流箇所Ｘ付近の、バイパス管９内に滞留した水の温度であるバイパス温度ＴB が変化する様子を示した例であり、縦軸はバイパス温度ＴB 、横軸は給湯制御が終了してからの経過時間ｔである。
【００４６】
図２（ａ）を参照して、給湯制御が終了すると（ｔ＝０）、バイパス温度ＴB は、上述した置換や対流によって急速に上昇するが、その後は徐々に低下して給湯制御終了時の給水温度（１０℃）よりも高い温度（２５℃程度）で安定する。そのため、その後、給湯制御が再開されたときには、バイパス管９から給湯管８に混入される実際の水の温度は、給水管５からの給水温度よりも高くなる。
【００４７】
したがって、バイパス管９から給湯管８に混入される水の温度を給水管５からの給水温度と等しいものとしてバイパス比を制御すると、目標給湯温度よりも高い温度の湯が給湯配管２２に供給され、使用者に不快感を与えてしまう。
【００４８】
そこで、バイパス温把握手段４２は、給湯制御が終了した後にバイパス管９内の水温が給水温度よりも高くなることを考慮してバイパス温度を把握し、給湯制御手段４０はバイパス温把握手段４２によって把握されたバイパス温度に基づいて給湯制御を再開したときのバイパス比を制御する。以下、図３〜図４を参照して、バイパス温把握手段４２によるバイパス温度の把握処理と、給湯制御手段４０によるバイパス比の制御処理について説明する。
【００４９】
図３を参照して、給湯制御を終了すると、バイパス温把握手段４２は、ＳＴＥＰ１で、給湯制御終了時に給水温把握手段４１により把握された給水管５からの給水温度ＴW を基準給水温度ＴW0として保持する。そして、次のＳＴＥＰ２で、水量センサ７により給水管５からの給水を認識すると（この時、給湯制御手段４０は給湯制御を再開する）、バイパス温把握手段４２は、ＳＴＥＰ３以下の処理を行ってバイパス温度ＴB を把握する。
【００５０】
ここで、図２（ａ）を参照して、上述したように、給湯が停止されるとバイパス温度ＴB は急速に上昇した後に給湯制御終了時の給水温度（この場合は１０℃）よりも高い温度（この場合は２５℃程度）で安定する。そしてこの場合、バイパス管９内に滞留した水の温度分布は、図１を参照して、給湯管８とバイパス管９との合流箇所Ｘ付近が最も高くなり、給水管５からバイパス管９が分岐する箇所Ｙに向かって次第に低下すると想定される。そして、Ｙ付近のバイパス管９内に滞留した水の温度は給水管５からの給水温度と等しくなる。
【００５１】
そこで、バイパス温把握手段４２は、給湯制御を終了してからバイパス温度が上昇すると想定した温度（予め実験等で決定する）であるα0 （本発明の所定温度に相当する）を、基準給水温度ＴW0に加えた温度、即ち、基準給水温度ＴWOよりもα0 高い温度を基準バイパス温度ＴB0（ＴB0＝ＴW0＋α0 ）とする。尚、α0 は給湯制御が終了した時に熱交換器４内に滞留した湯の温度が高いほど高くなるため、給湯制御が終了した時の熱交温度センサ１２の検出温度を考慮してα0 を想定するようにしてもよい。
【００５２】
そして、続くＳＴＥＰ４で、給湯制御が再開されたときに、バイパス水量把握手段４３により把握されるバイパス水量ＱB と既知のバイパス管９の容量ＶB とにより、給湯制御が再開されてからバイパス管９に滞留していた湯が給湯管８に抜け切るまでの時間であるバイパス水抜時間ｔB （＝ＶB ／ＱB ）を算出する。ここで、バイパス水量把握手段４３は、水量センサ７によって検出される給水管５への給水量ＱT と、給湯制御を再開した時のバイパス比λにより以下の式（３）によってバイパス水量ＱB を算出する。
【００５３】
ＱB ＝（λ／λ＋１）＊ＱT ・・・・・（３）
次のＳＴＥＰ５で、バイパス温把握手段４３は、以下の式（４）をバイパス温度ＴBを把握するための補正式として決定し、式（４）によって給湯が再開されてからバイパス水抜時間ｔB が経過するまでの間のバイパス温度ＴB を把握する。
【００５４】
ＴB ＝ＴB0−（α0 ／ｔB ）＊ｔ ・・・・・（４）
ここで、α0 は、ＳＴＥＰ３で想定した、給湯終了後にバイパス温度ＴB が基準給水温度ＴW から上昇する温度、ｔは給湯制御が再開されてからの経過時間である。
【００５５】
図２（ｂ）は、式（４）を、バイパス温度ＴB を縦軸、給湯制御終了時からの経過時間ｔを横軸としてグラフに表したものである。
【００５６】
図２（ｂ）を参照して、式（４）によれば、バイパス基準温度ＴBOに対して、給湯制御が再開されてからの時間（ｔ）が経過するにつれて、温度を低下させる補正が行われ、該補正により算出された温度（本発明の補正温度に相当する）がバイパス温度ＴB としてバイパス温把握手段４２により把握される。
【００５７】
そしてこの場合、把握されたバイパス温度ＴB は、給湯制御の再開時（ｔ＝０）の温度であるバイパス基準温度ＴB Oから、時間の経過と共に徐々に低下し、ＳＴＥＰ４で算出したバイパス水抜時間ｔB が経過した時に給水基準温度ＴW0（給湯制御を再開した時の給水管５からの給水温度にほぼ等しいと想定できる）。
【００５８】
そのため、バイパス温把握手段４２は、給湯制御が再開された時にバイパス管９内に滞留した水の実際の温度分布に即して、精度良くバイパス温度ＴB を把握することができる。また、バイパス温把握手段４２によってバイパス温度ＴB を把握することにより、バイパス９の径が小さい場合やバイパス管９の周囲のスペースが少ない場合のように、バイパス管９にバイパス温度を検出する温度センサを設けることが不可能な場合であっても、給湯制御の再開時におけるバイパス温度ＴB を把握することができる。
【００５９】
そして、バイパス温把握手段４２は、次のＳＴＥＰ６でパイパス水抜時間ｔB を設定時間とするタイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ７で前記式(４)によりバイパス温度ＴB を把握する。
【００６０】
次のＳＴＥＰ８は給湯制御手段４０による処理である。給湯制御手段４０は、ＳＴＥＰ８で、熱交温度センサ１２によって検出される熱交換器４からの出湯温度ＴH と、バイパス温把握手段４２によって把握されるバイパス温度ＴB と、目標給湯温度ＴA とに基づいて、バイパス比λを以下の式（５）で算出する。
【００６１】
λ＝（ＴH −ＴA ）／（ＴA −ＴB ） ・・・・・（５）
そして、給湯制御手段４０は、式（５）で算出したバイパス比λが得られるようにバイパスサーボ６によりバイパス管９の開度を調節する。このように、バイパス温把握手段４２によって把握されたバイパス温度ＴB を用いてバイパス比λを算出することで、給湯制御手段４０は、実際にバイパス管９から給湯管８に混入される水の温度に即してバイパス比λを制御することができる。そのため、給湯配管２２から供給される温水の温度が目標給湯温度ＴA よりも高くなることを防止することができる。
【００６２】
続くＳＴＥＰ９でタイマがタイムアップするまで（給湯制御が再開されてからバイパス水抜時間ｔB が経過するまで）、ＳＴＥＰ９からＳＴＥＰ７に分岐してＳＴＥＰ７〜ＳＴＥＰ９の処理が繰り返し実行される。
【００６３】
ＳＴＥＰ９でタイマがタイムアップした後、即ち、給湯制御が再開されてからバイパス水抜時間ｔB が経過して、給湯再開時にバイパス管９内に滞留していた水が全て給湯管８に抜け切った後は、給水管５から供給される水がバイパス管９を介してそのまま給湯管８に混入されるため、バイパス温度ＴB は給水温度と等しくなる。そこで、把握手段４２はバイパス温度ＴB の把握処理を終了する。
【００６４】
次のＳＴＥＰ１０とＳＴＥＰ１１は給湯制御手段４０による処理である。給湯制御手段４０は、目標給湯温度ＴA と、給水温把握手段４１によって把握された給水管５からの給水温度ＴW と、熱交温度センサ１２によって検出された熱交換器４からの出湯温度ＴH とに応じて上記式（５）によってバイパス比λを算出する。そして、給湯制御手段４０は、算出したバイパス比λが得られるようにバイパスサーボ６によりバイパス管９の開度を調節する。
【００６５】
そして、給湯制御手段４０は、ＳＴＥＰ１１で、水量センサ７の検出出力によって給水管５からの給水の有無を認識し、給水が行われている間はＳＴＥＰ１０に分岐してＳＴＥＰ１０を繰り返し実行して給湯制御を継続する。一方、給水管５からの給水が停止したことを認識したときは、給湯制御手段４０は給湯制御を終了してＳＴＥＰ１１からＳＴＥＰ１に進み、ＳＴＥＰ２で給水管５からの給水が再開されるのを待つ状態となる。
【００６６】
尚、本実施の形態では、バイパス温把握手段４２によってバイパス温度ＴB を把握したが、バイパス管９と給湯管８との合流箇所Ｘ付近のバイパス管９内の水の温度を直接検出する温度センサ（バイパス温度センサ）を設け、該温度センサの検出出力から直接バイパス温度ＴB を把握するようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態では、給水温度把握手段４１により前記式（２）によって給水管５からの給水温度ＴW を算出したが、サーミスタ等の温度センサを設け、該温度センサの検出出力から直接給水温度ＴW を把握するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、このように温度センサによって給水温度ＴW を把握する場合には、水量サーボ６によりバイパス管９を常時開状態（給水管５から水が供給されたときに、バイパス管９側にも必ず水が供給される状態）に保つことで、給水温度ＴW を前記バイパス温度センサにより把握（検出）することができる。そしてこの場合には、１個の温度センサによって、バイパス温度ＴB と給水温度ＴW を検出することができるため、給湯装置の製品コストを抑制することができる。
【００６９】
また、本実施の形態では、バイパス温把握手段４２は、前記式（３）によって算出したバイパス水量ＱB とバイパス比λとに基づいてバイパス水抜時間ｔB を算出したが、給水管５からの総給水量ＱT が既知であり、大きな水量変動もない場合は、総給水量ＱT を予め想定してバイパス比λのみに基づいてバイパス水抜時間ｔB を算出してもよい。更に、バイパス比λの制御範囲が狭いと想定できる場合には、バイパス水抜時間ｔB を固定値としてもよい。
【００７０】
尚、本実施の形態では、バイパス開度調節手段としてバイパスサーボを用いたが、比例電磁弁を用いてもよい。
【００７１】
また、本実施の形態では、加熱手段としてガスバーナを用いた給湯装置を示したが、灯油バーナや電気ヒータ等を加熱手段とした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】
【図１】本発明の給湯装置の全体構成図。
【図２】図１に示した給湯装置のバイパス管内に滞留した水の温度の推移と該温度の把握方法を説明したグラフ。
【図３】図１に示した給湯装置のバイパス比の制御フローチャート。
【図４】図１に示した給湯装置のバイパス比の制御フローチャート。
【符号の説明】
１…給湯装置、２…コントローラ、３…バーナ、４…熱交換器、５…給水管、６…水量サーボ、８…給湯管、９…バイパス管、１０…バイパスサーボ、１１…給湯温度センサ、１２…熱交温度センサ、１３…過熱検出センサ、１４…燃焼ファン、１５…点火プラグ、１６…フレームロッド、１７…ガス供給管、１８…元ガス電磁弁、１９，２０…給湯ガス電磁弁、２１…ガス比例弁、３０…リモコン、４０…給湯制御手段、４１…給水温把握手段、４２…バイパス温把握手段、４３…バイパス流量把握手段
【発明の属する技術の分野】
本発明は、バイパスミキシング方式の給湯装置であって、バイパス管の開度を制御する給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ガスバーナで加熱される熱交換器によって給水管から該熱交換器に供給される水を加熱して給湯管に出湯すると共に、給水管から供給される水の一部を給湯管に混入させて、給湯管から所定の目標給湯温度の湯を供給するようにしたバイパスミキシング方式のガス給湯装置が知られている。
【０００３】
かかるガス給湯装置においては、給湯管内の流水の有無を検出する流水センサが設けられ、使用者が給水管の先端に設けられたカランを開けて給水管内に流水が生じると、流水センサにより該流水が検出されてガスバーナの燃焼が開始され、所定の目標給湯温度での給湯がなされるようにガスバーナの燃焼量が制御される。
【０００４】
そして、使用者がカランを閉めて給湯が中止されるとガスバーナの燃焼が停止して熱交換器内には湯が滞留した状態となるが、熱交換器の有する余熱により、ガスバーナの燃焼停止後も熱交換器内に滞留した湯の温度は更に上昇する。そしてこの場合、使用者がカランを開けると給湯が再開されるが、ガスバーナが点火されるまでにはある程度の時間遅れが生じる。そのため、給湯が再開されたときには、先ず熱交換器内に滞留していた高温の湯が出湯され、その後ガスバーナで加熱生成された湯が出湯される。
【０００５】
そこで、バイパス管の開度を調節するバイパスサーボを設け、給湯が再開されたときに、熱交換器からの出湯温度とバイパス管からの給水温度とに応じてバイパス管の開度を調節することによって、熱交換器内に滞留していた高温の湯が出湯される間も目標給湯温度での給湯が行われるようにした給湯装置が知られている。
【０００６】
そして、従来の給湯装置においては、バイパス管から給湯管に混入される水の温度は給水管からの給水温度と同一であるとの前提のもとに、バイパス管の開度を調節していた。しかし、本願発明者らは、給湯再開時に、このようにバイパス管から給湯管に混入される水の温度が給水管からの給水温度と同一であるとの前提のもとにバイパス管の開度を調節すると、目標給湯温度よりも高い温度の湯が給湯管から出湯される場合が生じ得ることを知見した。そしてこの場合には、使用者の意図した温度よりも高い温度の湯が給湯管から出湯されるため、使用者に不快感を与えてしまうという不都合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記不都合を解消し、給湯を再開したときに、目標給湯温度よりも高い温度の湯が供給されることを防止した給湯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、給水管から供給された水を加熱手段により加熱する熱交換器と、該熱交換器で加熱生成された湯が出湯される給湯管と、前記給水管から供給される水の一部を前記給湯管に混入させるバイパス管と、該バイパス管の開度を調節する開度調節手段と、前記給水管からの給水温度を把握する給水温把握手段と、前記熱交換器からの出湯温度を検出する熱交温度センサと、前記給水管内の流水の有無を検出する流水センサとを有し、前記流水センサにより前記給水管内の流水が検出されているときに、前記給湯管と前記バイパス管との合流箇所の下流側の温水の温度が所定の目標給湯温度と一致するように、該目標給湯温度と前記給水温把握手段により把握された前記給水管からの給水温度と前記熱交温度センサにより検出された前記熱交換器からの出湯温度とに応じて、前記加熱手段の加熱量を調節すると共に前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節する給湯制御を実行する給湯制御手段を備えた給湯装置の改良に関する。
【０００９】
前記給湯制御手段が前記給湯制御を終了すると、前記熱交換器内には高温の湯が滞留し、前記バイパス管内には前記給水管から供給された水が滞留した状態となる。そして、その後の時間の経過と共に、前記熱交換器内に滞留した高温の湯と前記バイパス管内に滞留した水との間で置換や対流が生じ、前記給湯管と前記バイパス管との合流箇所付近の前記バイパス管内の水の温度が次第に上昇する。そのため、前記給湯制御手段が前記給湯制御を再開したときに、前記熱交温度センサの検出温度と前記給水温把握手段により把握された給水温度とによって、前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節すると、実際に前記バイパス管から前記給湯管に供給される水の温度は該給水温度よりも高いため、前記給湯管からの給湯温度が前記目標給湯温度よりも高くなってしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、前記バイパス管と前記給湯管との合流箇所付近の前記バイパス管内の水の温度であるバイパス温度を把握するバイパス温把握手段を設け、前記給湯制御手段は、前記給湯制御を終了した後に前記給湯制御を再開するときは、前記目標給湯温度と前記バイパス温把握手段により把握された前記バイパス温度と前記熱交温度センサにより検出された前記熱交換器からの出湯温度とに応じて、前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節することを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記給湯制御を再開するときに、前記給湯制御手段は、前記目標給湯温度と、前記バイパス温把握手段により把握された前記バイパス温度、即ち、実際に前記バイパス管から前記給湯管に混入される水の温度と、前記熱交温度センサにより検出される前記熱交換器からの実際の出湯温度とに応じて、前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節する。そのため、前記給湯管からの給湯される湯の温度を前記目標給湯温度に一致させることができ、使用者の意図した給湯温度よりも高い温度での給湯がなされることを防止することができる。
【００１２】
また、前記バイパス温把握手段として、前記バイパス管と前記給湯管との合流箇所付近の前記バイパス管内の水の温度を検出するバイパス温度センサを設けたことを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記バイパス温度センサにより、前記バイパス管から前記給湯管に混入される水の温度を確実に検出することができる。
【００１４】
また、前記開度調節手段は前記バイパス管を常時開状態に保ち、前記給水温把握手段は、前記バイパス温度センサの検出温度により前記給水管からの給水温度を把握することを特徴とする。
【００１５】
かかる本発明によれば、前記開度調節手段により前記バイパス管が常時開状態に保たれるため、前記給水管からの給水が開始されると、給水の一部が必ず前記バイパス管側に供給される。したがって、前記給水温把握手段は前記バイパス温センサの検出温度によって前記給水管からの給水温度を把握することができる。これにより、前記給水温把握手段が温度センサを使用して前記給水管からの給水温度を把握する場合に、前記給水管からの給水温度を検出する温度センサを専用に設けることを不要とし、給湯装置の製品コストを下げることができる。
【００１６】
また、前記バイパス温把握手段は、前記給湯制御の終了時に前記給水温把握手段により把握された前記給水管からの給水温度を基準給水温度とし、該基準給水温度よりも所定温度高いバイパス基準温度を決定して、その後前記給湯制御が再開されたときに、前記給湯制御が再開されてからの時間の経過と共に前記バイパス基準温度を低下させる補正をして算出した補正温度を前記バイパス温度として把握することを特徴とする。
【００１７】
上述したように、前記給湯制御が終了すると、前記バイパス温度は前記給湯制御が終了した時の温度である前記基準給水温度から上昇する。そこで、前記バイパス温把握手段は、前記給湯制御を終了した後に、前記バイパス温度が前記基準給水温度から前記所定温度上昇すると想定して、前記基準給水温度よりも前記所定温度高い温度を前記基準バイパス温度とする。
【００１８】
そして、前記給湯制御が終了して前記バイパス温度が前記基準バイパス温度まで上昇した時点における前記バイパス管内に滞留した水の温度分布は、前記給湯管との合流箇所付近が最も高い前記基準バイパス温度となり、前記給水管からの分岐箇所に近づくにつれて徐々に低下すると想定される。したがって、前記給湯制御が再開されたときに前記バイパス管から前記給湯管に混入される水の温度は前記基準バイパス温度から徐々に低下すると想定できる。
【００１９】
そこで、前記給湯制御が再開されたときに、時間の経過と共に前記バイパス基準温度を低下させる補正を行って算出した前記補正温度を前記バイパス温度として把握することで、前記バイパス温把握手段は、前記バイパス管内に滞留した水の温度分布に即して精度良く前記バイパス温度を把握することができる。さらに、本発明によれば、前記パイパス管の径が小さい場合や、前記バイパス管の配置状況によって上述したバイパス温度センサを設けることが困難である場合であっても、前記バイパス温度を把握することができる。
【００２０】
また、前記バイパス温把握手段は、前記給湯制御が再開されてから前記バイパス管内に滞留していた水が前記給湯管に抜け切るまでに要する時間であるバイパス水抜時間を推定し、前記給湯制御が再開されてから該バイパス水抜時間が経過した時に前記補正温度が前記基準給水温度となるように、前記バイパス基準温度を低下させる補正を行うことを特徴とする。
【００２１】
前記給湯制御が再開されたときに、前記バイパス温度は最終的には前記給水管からの給水温度（前記基準給水温度とほぼ等しいと想定できる）まで低下する。そこで、前記バイパス温把握手段は、前記バイパス水抜時間を推定し、前記給湯制御が再開されてから前記バイパス水抜時間が経過した時に、前記バイパス温度が前記基準給水温度となるように補正して前記バイパス温度を把握することで、より精度良く前記バイパス温度を把握することができる。
【００２２】
また、前記バイパス管を流れる水の流量であるバイパス流量を把握するバイパス流量把握手段を有し、前記バイパス温把握手段は、前記バイパス水抜時間を前記バイパス流量把握手段によって把握されたバイパス流量に応じて推定することを特徴とする。
【００２３】
かかる本発明によれば、前記給水管からの給水流量が変動して、前記バイパス流量が変動する場合であっても、前記バイパス水抜時間を精度良く把握することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図１〜図４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は図１に示した給湯装置に備えられたバイパス管内に滞留した水の温度の推移と該温度の把握方法を説明したグラフ、図３〜図４は図１に示した給湯装置におけるバイパス比の制御フローチャートである。
【００２５】
図１を参照して、給湯装置１はコントローラ２により全体の作動が制御され、コントローラ２からの制御信号により作動するバーナ３（本発明の加熱手段に相当する）、バーナ３により加熱される熱交換器４、図示しない水道管と接続されて熱交換器４に給水する給水管５、コントローラ２からの制御信号により給水管５の開度を調節する水量サーボ６、給水管５を通過する水の流量を検出して検出信号をコントローラ２に出力する水量センサ７（本発明の流水センサの機能を含む）、熱交換器４で加熱された湯が出湯される給湯管８、給水管５に供給される水の一部を給湯管８に混合させるバイパス管９、コントローラ２からの制御信号によりバイパス管９の開度を調節するバイパスサーボ１０（本発明の開度調節手段に相当する）、給湯管８とバイパス管９との合流点Ｘの下流側の湯の温度を検出して検出信号をコントローラ２に出力する給湯温度センサ１１、熱交換器４の出口付近の湯の温度を検出して検出信号をコントローラ２に出力する熱交温度センサ１２、及び熱交換器４の異常過熱を検出して検出信号をコントローラ２に出力する過熱検出センサ１３を備える。
【００２６】
更に、給湯装置１は、コントローラ２からの制御信号によりその回転数が制御される燃焼ファン１４と、コントローラ２からの制御信号により火花放電を生じてバーナ３に点火する点火プラグ１５と、バーナ３の燃焼状態を検出して検出信号をコントローラ２に出力するフレームロッド１６とを備える。
【００２７】
また、バーナ３に燃料ガスを供給するガス供給管１７には、コントローラ２からの制御信号により開閉される元ガス電磁弁１８、及び給湯ガス電磁弁１９，２０と、コントローラ２からの制御信号によりその開度が調節されるガス比例弁２１とが備えられる。
【００２８】
また、３０はコントローラ２と通信可能に接続されたリモコンであり、給湯装置１全体を運転待機状態と運転状態とに切り替える運転スイッチ３１と、給湯管８に連通した給湯配管２２への目標給湯温度を設定する給湯温設定スイッチ３２と、給湯配管２２への実際の給湯温度等を表示する表示部３３とを有する。
【００２９】
次に、給湯装置１の作動について説明する。給湯装置１を商用電源（図示しない）と接続すると、コントローラ２とリモコン３０が作動を開始して給湯装置１は運転待機状態となる。そして、この運転待機状態で使用者がリモコン３０の運転スイッチ３１をＯＮ操作すると、給湯装置１は運転待機状態から運転状態に切り替わり、リモコン３０の給湯温設定スイッチ３２の操作が可能となる。
【００３０】
使用者が給湯温設定スイッチ３２を操作して目標給湯温度を設定した後、給湯配管２２の先端に接続されたカラン２３を開けると、水道管（図示しない）から給水管５への給水が開始され、水量センサ７により給水管５に流れる水量が検出される。
【００３１】
コントローラ２は、水量センサ７から出力された検出信号によって給水管５への給水の開始を認識すると、燃焼ファン１４を作動させて点火プラグ１５に火花放電を生じさせた状態で、元ガス電磁弁１８，給湯ガス電磁弁１９，２０を開弁してバーナ３の点火処理を行う。また、コントローラ２に備えられた給湯制御手段４０は、給湯配管２２にリモコン３０で設定された目標給湯温度の温水が供給されるように、バーナ３の燃焼量と、熱交換器４への給水量に対するバイパス管９への給水量の割合であるバイパス比とを制御する給湯制御の実行を開始する。
【００３２】
また、給水温把握手段４１は給水管５からの給水温度を把握し、バイパス温把握手段４２は給湯管８とバイパス管９の合流箇所Ｘ付近のバイパス管９内の水の温度であるバイパス温度を把握し、バイパス流量把握手段４３はバイパス管９を通過する水量を把握する。
【００３３】
給湯制御手段４０は、給湯温設定スイッチ３２により設定された目標給湯温度ＴA と、給水温把握手段４１により把握された給水管５からの給水温度ＴW と、水量センサ７によって検出された給水管５からの総給水量ＱT とに基づいて、バーナ３による目標加熱量ＨA を以下の式(１)により決定する。
【００３４】
ＨA ＝（ＴA −ＴW ）＊ＱT ／η ・・・・・(１)
ここで、ηは熱交換器４の熱効率である。
【００３５】
そして、給湯制御手段４０は、式（１）により算出した目標加熱量ＨA が得られるように、ガス比例弁２１の開度、燃焼ファン１４の回転速度、及び給湯ガス電磁弁１９，２０の開閉を制御してバーナ３の燃焼量を調節する。また、給湯制御手段４０は、給水管５からの給水温度ＴW として、給湯開始時は前回の給湯制御終了時に保持した給水温度を用い、給湯開始後は、給水温把握手段４１によって把握された給水温度を用いる。
【００３６】
ここで、給水温度把握手段４１は、熱交温度センサ１２により検出される熱交換器４からの出湯温度ＴH と、水量センサ７により検出される給水管５からの給水量とバイパス比とにより算出した熱交換器４への給水量ＱH と、目標加熱量ＨA とに基づいて、以下の式(２)によって給水温度ＴW を把握する。
【００３７】
ＴW ＝｛ＴH ＊ＱH −ＨA ＊η｝／ＱH ・・・・・(２)
また、給湯制御手段４０は、目標給湯温度に応じてバイパス比を決定し（目標給湯温度とバイパス比との対応関係は、予め実験等により決定される）、決定したバイパス比となるようにバイパスサーボ１０によってバイパス管９の開度を調節する。
【００３８】
このように、バーナ３の燃焼量とバイパス管９の開度を調整することで、基本的には給湯配管２２に目標給湯温度での給湯がなされるが、給湯温度センサ１１によって検出される給湯配管２２への実際の給湯温度が目標給湯温度と一致しない場合は、給湯制御手段４０は、更にバーナ３の燃焼量の微調整を行い、また、水量サーボ６により給水管５からの給水量の微調整を行う。
【００３９】
そして、給湯制御手段４０は、使用者によりカラン２３が閉められて、給水管５からの給水が停止したことを水量センサ７の検出信号から認識したときに、元ガス電磁弁１８と給湯電磁弁１９，２０を閉弁し、燃焼ファン１４の作動を停止して給湯制御を終了する。
【００４０】
次に、給湯制御の終了後に、使用者がカラン２３を開けて給水管５からの給水が開始され、給湯制御手段４０が給湯制御を再開するときの給湯装置１の作動について説明する。給湯制御手段４０が給湯制御を終了すると、バーナ３の燃焼が停止して熱交換器４内に湯が滞留した状態となるが、熱交換器４の有する余熱により熱交換器４内に滞留した湯の温度が更に上昇して高温となる。
【００４１】
そして、給湯制御が再開されてから、実際にバーナ３に点火されるまでにはある程度の遅れ時間を生じる。そのため、給湯制御手段４０が給湯制御を再開したときは、先ず熱交換器４内に滞留した高温の湯が給湯管８に出湯され、その後バーナ３で加熱された湯が給湯管８に出湯される。
【００４２】
そこで、給湯制御が再開されたときに、熱交換器４からの出湯温度とバイパス管９から給湯管８に混入される水の温度とに応じて、バイパスサーボ１０の開度を調節してバイパス比を制御することで、熱交換器４に滞留した高温の湯が出湯される間も目標給湯温度の湯を給湯配管２２に供給することができ、これにより給湯制御を再開してから、実際に給湯配管２２に目標給湯温度の温水が供給されるまでに要する時間を短縮することができる。
【００４３】
そして、従来は、バイパス管９から給湯管８に混入される水の温度は給水管５からの給水温度と等しいことを前提として、熱交温度センサ１２により検出した熱交換器４からの出湯温度と、給水温把握手段４１により把握した給水管５からの給水温度とに基づいて、給湯再開時のバイパス比を制御していた。
【００４４】
しかし、実際には、給湯制御手段４０が給湯制御を終了してからの時間の経過と共に、熱交換器４に滞留して熱交換器４の余熱により更に高温となった湯（及び熱交換器４から合流箇所Ｘまでの間の給湯管内に滞留した湯）と、バイパス管９内に滞留した水との間に置換や対流が生じてバイパス管９内に滞留した水の温度は上昇する。
【００４５】
図２（ａ）は、給湯制御が終了したときに、給湯管８とバイパス管９との合流箇所Ｘ付近の、バイパス管９内に滞留した水の温度であるバイパス温度ＴB が変化する様子を示した例であり、縦軸はバイパス温度ＴB 、横軸は給湯制御が終了してからの経過時間ｔである。
【００４６】
図２（ａ）を参照して、給湯制御が終了すると（ｔ＝０）、バイパス温度ＴB は、上述した置換や対流によって急速に上昇するが、その後は徐々に低下して給湯制御終了時の給水温度（１０℃）よりも高い温度（２５℃程度）で安定する。そのため、その後、給湯制御が再開されたときには、バイパス管９から給湯管８に混入される実際の水の温度は、給水管５からの給水温度よりも高くなる。
【００４７】
したがって、バイパス管９から給湯管８に混入される水の温度を給水管５からの給水温度と等しいものとしてバイパス比を制御すると、目標給湯温度よりも高い温度の湯が給湯配管２２に供給され、使用者に不快感を与えてしまう。
【００４８】
そこで、バイパス温把握手段４２は、給湯制御が終了した後にバイパス管９内の水温が給水温度よりも高くなることを考慮してバイパス温度を把握し、給湯制御手段４０はバイパス温把握手段４２によって把握されたバイパス温度に基づいて給湯制御を再開したときのバイパス比を制御する。以下、図３〜図４を参照して、バイパス温把握手段４２によるバイパス温度の把握処理と、給湯制御手段４０によるバイパス比の制御処理について説明する。
【００４９】
図３を参照して、給湯制御を終了すると、バイパス温把握手段４２は、ＳＴＥＰ１で、給湯制御終了時に給水温把握手段４１により把握された給水管５からの給水温度ＴW を基準給水温度ＴW0として保持する。そして、次のＳＴＥＰ２で、水量センサ７により給水管５からの給水を認識すると（この時、給湯制御手段４０は給湯制御を再開する）、バイパス温把握手段４２は、ＳＴＥＰ３以下の処理を行ってバイパス温度ＴB を把握する。
【００５０】
ここで、図２（ａ）を参照して、上述したように、給湯が停止されるとバイパス温度ＴB は急速に上昇した後に給湯制御終了時の給水温度（この場合は１０℃）よりも高い温度（この場合は２５℃程度）で安定する。そしてこの場合、バイパス管９内に滞留した水の温度分布は、図１を参照して、給湯管８とバイパス管９との合流箇所Ｘ付近が最も高くなり、給水管５からバイパス管９が分岐する箇所Ｙに向かって次第に低下すると想定される。そして、Ｙ付近のバイパス管９内に滞留した水の温度は給水管５からの給水温度と等しくなる。
【００５１】
そこで、バイパス温把握手段４２は、給湯制御を終了してからバイパス温度が上昇すると想定した温度（予め実験等で決定する）であるα0 （本発明の所定温度に相当する）を、基準給水温度ＴW0に加えた温度、即ち、基準給水温度ＴWOよりもα0 高い温度を基準バイパス温度ＴB0（ＴB0＝ＴW0＋α0 ）とする。尚、α0 は給湯制御が終了した時に熱交換器４内に滞留した湯の温度が高いほど高くなるため、給湯制御が終了した時の熱交温度センサ１２の検出温度を考慮してα0 を想定するようにしてもよい。
【００５２】
そして、続くＳＴＥＰ４で、給湯制御が再開されたときに、バイパス水量把握手段４３により把握されるバイパス水量ＱB と既知のバイパス管９の容量ＶB とにより、給湯制御が再開されてからバイパス管９に滞留していた湯が給湯管８に抜け切るまでの時間であるバイパス水抜時間ｔB （＝ＶB ／ＱB ）を算出する。ここで、バイパス水量把握手段４３は、水量センサ７によって検出される給水管５への給水量ＱT と、給湯制御を再開した時のバイパス比λにより以下の式（３）によってバイパス水量ＱB を算出する。
【００５３】
ＱB ＝（λ／λ＋１）＊ＱT ・・・・・（３）
次のＳＴＥＰ５で、バイパス温把握手段４３は、以下の式（４）をバイパス温度ＴBを把握するための補正式として決定し、式（４）によって給湯が再開されてからバイパス水抜時間ｔB が経過するまでの間のバイパス温度ＴB を把握する。
【００５４】
ＴB ＝ＴB0−（α0 ／ｔB ）＊ｔ ・・・・・（４）
ここで、α0 は、ＳＴＥＰ３で想定した、給湯終了後にバイパス温度ＴB が基準給水温度ＴW から上昇する温度、ｔは給湯制御が再開されてからの経過時間である。
【００５５】
図２（ｂ）は、式（４）を、バイパス温度ＴB を縦軸、給湯制御終了時からの経過時間ｔを横軸としてグラフに表したものである。
【００５６】
図２（ｂ）を参照して、式（４）によれば、バイパス基準温度ＴBOに対して、給湯制御が再開されてからの時間（ｔ）が経過するにつれて、温度を低下させる補正が行われ、該補正により算出された温度（本発明の補正温度に相当する）がバイパス温度ＴB としてバイパス温把握手段４２により把握される。
【００５７】
そしてこの場合、把握されたバイパス温度ＴB は、給湯制御の再開時（ｔ＝０）の温度であるバイパス基準温度ＴB Oから、時間の経過と共に徐々に低下し、ＳＴＥＰ４で算出したバイパス水抜時間ｔB が経過した時に給水基準温度ＴW0（給湯制御を再開した時の給水管５からの給水温度にほぼ等しいと想定できる）。
【００５８】
そのため、バイパス温把握手段４２は、給湯制御が再開された時にバイパス管９内に滞留した水の実際の温度分布に即して、精度良くバイパス温度ＴB を把握することができる。また、バイパス温把握手段４２によってバイパス温度ＴB を把握することにより、バイパス９の径が小さい場合やバイパス管９の周囲のスペースが少ない場合のように、バイパス管９にバイパス温度を検出する温度センサを設けることが不可能な場合であっても、給湯制御の再開時におけるバイパス温度ＴB を把握することができる。
【００５９】
そして、バイパス温把握手段４２は、次のＳＴＥＰ６でパイパス水抜時間ｔB を設定時間とするタイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ７で前記式(４)によりバイパス温度ＴB を把握する。
【００６０】
次のＳＴＥＰ８は給湯制御手段４０による処理である。給湯制御手段４０は、ＳＴＥＰ８で、熱交温度センサ１２によって検出される熱交換器４からの出湯温度ＴH と、バイパス温把握手段４２によって把握されるバイパス温度ＴB と、目標給湯温度ＴA とに基づいて、バイパス比λを以下の式（５）で算出する。
【００６１】
λ＝（ＴH −ＴA ）／（ＴA −ＴB ） ・・・・・（５）
そして、給湯制御手段４０は、式（５）で算出したバイパス比λが得られるようにバイパスサーボ６によりバイパス管９の開度を調節する。このように、バイパス温把握手段４２によって把握されたバイパス温度ＴB を用いてバイパス比λを算出することで、給湯制御手段４０は、実際にバイパス管９から給湯管８に混入される水の温度に即してバイパス比λを制御することができる。そのため、給湯配管２２から供給される温水の温度が目標給湯温度ＴA よりも高くなることを防止することができる。
【００６２】
続くＳＴＥＰ９でタイマがタイムアップするまで（給湯制御が再開されてからバイパス水抜時間ｔB が経過するまで）、ＳＴＥＰ９からＳＴＥＰ７に分岐してＳＴＥＰ７〜ＳＴＥＰ９の処理が繰り返し実行される。
【００６３】
ＳＴＥＰ９でタイマがタイムアップした後、即ち、給湯制御が再開されてからバイパス水抜時間ｔB が経過して、給湯再開時にバイパス管９内に滞留していた水が全て給湯管８に抜け切った後は、給水管５から供給される水がバイパス管９を介してそのまま給湯管８に混入されるため、バイパス温度ＴB は給水温度と等しくなる。そこで、把握手段４２はバイパス温度ＴB の把握処理を終了する。
【００６４】
次のＳＴＥＰ１０とＳＴＥＰ１１は給湯制御手段４０による処理である。給湯制御手段４０は、目標給湯温度ＴA と、給水温把握手段４１によって把握された給水管５からの給水温度ＴW と、熱交温度センサ１２によって検出された熱交換器４からの出湯温度ＴH とに応じて上記式（５）によってバイパス比λを算出する。そして、給湯制御手段４０は、算出したバイパス比λが得られるようにバイパスサーボ６によりバイパス管９の開度を調節する。
【００６５】
そして、給湯制御手段４０は、ＳＴＥＰ１１で、水量センサ７の検出出力によって給水管５からの給水の有無を認識し、給水が行われている間はＳＴＥＰ１０に分岐してＳＴＥＰ１０を繰り返し実行して給湯制御を継続する。一方、給水管５からの給水が停止したことを認識したときは、給湯制御手段４０は給湯制御を終了してＳＴＥＰ１１からＳＴＥＰ１に進み、ＳＴＥＰ２で給水管５からの給水が再開されるのを待つ状態となる。
【００６６】
尚、本実施の形態では、バイパス温把握手段４２によってバイパス温度ＴB を把握したが、バイパス管９と給湯管８との合流箇所Ｘ付近のバイパス管９内の水の温度を直接検出する温度センサ（バイパス温度センサ）を設け、該温度センサの検出出力から直接バイパス温度ＴB を把握するようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態では、給水温度把握手段４１により前記式（２）によって給水管５からの給水温度ＴW を算出したが、サーミスタ等の温度センサを設け、該温度センサの検出出力から直接給水温度ＴW を把握するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、このように温度センサによって給水温度ＴW を把握する場合には、水量サーボ６によりバイパス管９を常時開状態（給水管５から水が供給されたときに、バイパス管９側にも必ず水が供給される状態）に保つことで、給水温度ＴW を前記バイパス温度センサにより把握（検出）することができる。そしてこの場合には、１個の温度センサによって、バイパス温度ＴB と給水温度ＴW を検出することができるため、給湯装置の製品コストを抑制することができる。
【００６９】
また、本実施の形態では、バイパス温把握手段４２は、前記式（３）によって算出したバイパス水量ＱB とバイパス比λとに基づいてバイパス水抜時間ｔB を算出したが、給水管５からの総給水量ＱT が既知であり、大きな水量変動もない場合は、総給水量ＱT を予め想定してバイパス比λのみに基づいてバイパス水抜時間ｔB を算出してもよい。更に、バイパス比λの制御範囲が狭いと想定できる場合には、バイパス水抜時間ｔB を固定値としてもよい。
【００７０】
尚、本実施の形態では、バイパス開度調節手段としてバイパスサーボを用いたが、比例電磁弁を用いてもよい。
【００７１】
また、本実施の形態では、加熱手段としてガスバーナを用いた給湯装置を示したが、灯油バーナや電気ヒータ等を加熱手段とした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】
【図１】本発明の給湯装置の全体構成図。
【図２】図１に示した給湯装置のバイパス管内に滞留した水の温度の推移と該温度の把握方法を説明したグラフ。
【図３】図１に示した給湯装置のバイパス比の制御フローチャート。
【図４】図１に示した給湯装置のバイパス比の制御フローチャート。
【符号の説明】
１…給湯装置、２…コントローラ、３…バーナ、４…熱交換器、５…給水管、６…水量サーボ、８…給湯管、９…バイパス管、１０…バイパスサーボ、１１…給湯温度センサ、１２…熱交温度センサ、１３…過熱検出センサ、１４…燃焼ファン、１５…点火プラグ、１６…フレームロッド、１７…ガス供給管、１８…元ガス電磁弁、１９，２０…給湯ガス電磁弁、２１…ガス比例弁、３０…リモコン、４０…給湯制御手段、４１…給水温把握手段、４２…バイパス温把握手段、４３…バイパス流量把握手段
Claims (6)
- 給水管から供給された水を加熱手段により加熱する熱交換器と、該熱交換器で加熱生成された湯が出湯される給湯管と、前記給水管から供給される水の一部を前記給湯管に混入させるバイパス管と、該バイパス管の開度を調節する開度調節手段と、前記給水管からの給水温度を把握する給水温把握手段と、前記熱交換器からの出湯温度を検出する熱交温度センサと、前記給水管内の流水の有無を検出する流水センサとを有し、
前記流水センサにより前記給水管内の流水が検出されているときに、前記給湯管と前記バイパス管との合流箇所の下流側の温水の温度が所定の目標給湯温度と一致するように、該目標給湯温度と前記給水温把握手段により把握された前記給水管からの給水温度と前記熱交温度センサにより検出された前記熱交換器からの出湯温度とに応じて、前記加熱手段の加熱量を調節すると共に前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節する給湯制御を実行する給湯制御手段を備えた給湯装置において、
前記バイパス管と前記給湯管との合流箇所付近の前記バイパス管内の水の温度であるバイパス温度を把握するバイパス温把握手段を設け、前記給湯制御手段は、前記給湯制御を終了した後に前記給湯制御を再開するときは、前記目標給湯温度と前記バイパス温把握手段により把握された前記バイパス温度と前記熱交温度センサにより検出された前記熱交換器からの出湯温度とに応じて、前記給湯管と前記バイパス管との合流箇所の下流側の温水の温度が所定の目標給湯温度と一致するように、前記開度調節手段により前記バイパス管の開度を調節することを特徴とする給湯装置。 - 前記バイパス温把握手段として、前記バイパス管と前記給湯管との合流箇所付近の前記バイパス管内の水の温度を検出するバイパス温度センサを設けたことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
- 前記開度調節手段は前記バイパス管を常時開状態に保ち、前記給水温把握手段は、前記バイパス温度センサの検出温度により前記給水管からの給水温度を把握することを特徴とする請求項２記載の給湯装置。
- 前記バイパス温把握手段は、前記給湯制御の終了時に前記給水温把握手段により把握された前記給水管からの給水温度を基準給水温度とし、該基準給水温度よりも所定温度高いバイパス基準温度を決定して、その後前記給湯制御が再開されたときに、前記給湯制御が再開されてからの時間の経過と共に前記バイパス基準温度を低下させる補正をして算出した補正温度を前記バイパス温度として把握することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
- 前記バイパス温把握手段は、前記給湯制御が再開されてから前記バイパス管内に滞留していた水が前記給湯管に抜け切るまでに要する時間であるバイパス水抜時間を推定し、前記給湯制御が再開されてから該バイパス水抜時間が経過した時に前記補正温度が前記基準給水温度となるように、前記バイパス基準温度を低下させる補正を行うことを特徴とする請求項４載の給湯装置。
- 前記バイパス管を流れる水の流量であるバイパス流量を把握するバイパス流量把握手段を有し、前記バイパス温把握手段は、前記バイパス水抜時間を前記バイパス流量把握手段によって把握されたバイパス流量に応じて推定することを特徴とする請求項５記載の給湯装置。
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