JP6848335B2 - 給湯装置および給湯装置の制御方法 - Google Patents

Description

この開示は、給湯装置および給湯装置の制御方法に関し、特に、予測流量に基づき燃焼を制御する給湯装置および給湯装置の制御方法に関する。

従来、ガス給湯装置は、給湯装置内の湯水の流量を測定し、測定した流量に基づきガスバーナの燃焼を制御することで、湯温を設定温度に維持する。しかし、流量が変動した場合には設定湯温の安定維持が困難となる。この要因は、主に、給湯流量を羽根車式の流量センサ等を用いて測定している場合に、検出信号のサンプリング周期を除いたとしても、羽根車の慣性により流量センサの検出信号に基づき給湯装置が認識する流量に遅れが生じ、その結果、ガスバーナを制御するための必要号数の指示に遅れが生じるためである。この明細書において、給湯装置では、ガスバーナの燃焼により発生する熱量（Kcal）を「号数」により示す。号数＝１は、１（Ｌ/ｍｉｎ）の流量下で湯温を２５℃上昇させるのに必要な熱量に相当する。

このような課題に対して、特許文献１（特開２０１４−１３７２０５号公報）では、出湯温度を予測し、予測した温度に従い燃焼を制御する。また、特許文献２（特開平１−２４７９４７号公報）では、流量を予測し、予測流量に基づき燃焼を制御する。

特開２０１４−１３７２０５号公報 特開平１−２４７９４７号公報

流量の予測機能は、一般に増幅器としてのフィルタ機能を含むために、予測された流量は、実際の流量に比較して過剰気味に計算されるので、例えば、給湯停止操作がされると、予測流量は実際の流量よりも少ない値を示すことになる。このような予測流量に基づき必要号数が算出されるとすれば、早い段階で予測流量がＭＯＱ（最低作動流量）以下となり燃焼が停止する。このように早めに燃焼停止がなされると、直後の給湯開始操作（燃焼開始）時において、高温の出湯となる（設定温度からのオーバーシュート）事態を防止することができるが、予測流量がＭＯＱ以上となるまでに時間を要する、すなわちバーナの着火遅れとなって低温の出湯（設定温度からのアンダーシュート）となり得る。したがって、予測流量に基づき燃焼を制御する場合に、出湯温度のアンダーシュートを防止する機能の提供が望まれていた。

それゆえに、本開示の目的は、適切な出湯温度となるように予測流量に基づく燃焼制御を行う給湯装置および給湯装置の制御方法を提供することである。

本開示のある局面に係る給湯装置は、熱交換器と当該熱交換器を加熱するバーナを含む加熱部と、加熱部を通過する流路における湯水の流量を測定する流量センサと、給湯装置を制御する制御部と、を備え、制御部は、流量センサによる測定流量値に基づき、流量センサの応答遅れを補正した推定流量値を算出する推定流量値算出部と、バーナを制御するための燃焼処理部と、を備え、燃焼処理部は、バーナが燃焼する場合に、推定流量値が最低作動流量未満であり且つ測定流量値が最低作動流量以上であるときは、所定熱量を発生して燃焼を継続するようにバーナを制御する。

好ましくは、燃焼処理部は、加熱部を加熱する熱量を決定する熱量決定部を含み、熱量決定部は、所定熱量として、バーナの燃焼により発生可能な最小熱量を決定する。

好ましくは、燃焼処理部は、加熱部を加熱する熱量を決定する熱量決定部を含み、熱量決定部は、最低作動流量および出湯温度と入水温度との差から所定熱量を決定する。

好ましくは、燃焼処理部は、さらに、バーナが燃焼する場合に、推定流量値が最低作動流量未満であり且つ測定流量値が最低作動流量以上であるときは、所定基準に従い、バーナの燃焼継続または燃焼停止のいずれを実施するかを判断する。

好ましくは、給湯装置は、複数のバーナを含み、所定基準は、推定流量値が最低作動流量未満であり且つ測定流量値が最低作動流量以上であるときに燃焼状態であるバーナの数が閾値以上であるとの基準を含み、バーナの数が閾値以上であるときバーナを燃焼停止させ、バーナの数が閾値未満であるときバーナを燃焼継続させる。

好ましくは、給湯装置は、給湯栓につながる配管と、給湯装置への全体給水量の一部を配管へ分流させるための分配弁と、をさらに備え、分配弁の開度は、全体給水量に対する配管への分流の割合を示し、所定基準は、開度が閾値以上であるとの基準を含み、開度が閾値以上であるときバーナを燃焼継続させ、開度が閾値未満であるときバーナを燃焼停止させる。

好ましくは、所定基準は、給湯装置の周囲温度が閾値以上であるとの基準を含み、周囲温度が閾値以上であるときバーナを燃焼停止させ、周囲温度が閾値未満であるときバーナを燃焼継続させる。

好ましくは、燃焼処理部は、加熱部を加熱する熱量を決定する熱量決定部を含み、熱量決定部は、バーナが燃焼する場合に、測定流量値が最低作動流量以上であり且つ推定流量値が最低作動流量以上であるとき、測定流量値に基づき取得される熱量および推定流量値に基づき取得される熱量のうちの一方を、加熱部を加熱する熱量として決定する手段を含み、決定する手段は、測定流量値に基づき取得される熱量が推定流量値に基づき取得される熱量以上であるときは、推定流量値に基づき取得される熱量の方を、加熱部を加熱する熱量として決定する。

この開示の他の局面に従うと、給湯装置の制御方法が提供される。給湯装置は、熱交換器と当該熱交換器を加熱するバーナを含む加熱部と、加熱部を通過する流路における湯水の流量を測定する流量センサと、を備える。制御方法は、流量センサによる測定流量値に基づき、流量センサの応答遅れを補正した推定流量値を算出するステップと、バーナが燃焼する場合に、算出するステップにおいて算出された推定流量値が最低作動流量未満であり且つ測定流量値が最低作動流量以上であるときは、所定熱量を発生して燃焼を継続するようにバーナを制御するステップと、を備える。

本開示によれば、バーナが燃焼する場合に、推定流量値が最低作動流量未満であり且つ測定流量値が最低作動流量以上であるときは、燃焼停止させずに、所定熱量を発生して燃焼を継続するようにバーナが制御される。これにより、その後に、燃焼停止したとしても、出湯時には、出湯温度のアンダーシュートが防止され得る。

実施の形態１に係る給湯装置の概略構成図である。 コントローラ３００の機能構成を概略的に示すブロック図である。 缶体流量の応答遅れを補正した例を説明するための波形図である。 トータル流量の応答遅れを補正した例を説明するための波形図である。 実施の形態１に係る給湯停止操作した場合のガスバーナ３０の制御を説明する図である。 実施の形態１に係るテーブル３１３のデータの一例を模式的に示すグラフである。 実施の形態１に係る給湯停止操作における燃焼制御の概略処理フローチャートである。 実施の形態１に係る熱量決定の処理フローチャートである。 実施の形態２に係る熱量決定の処理フローチャートである。 実施の形態２に係る条件２における燃焼継続/停止を判断する基準を説明する図である。

本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
（給湯装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に従う給湯装置の概略構成図である。図１を参照して、給湯装置１００は、加熱部２０と、ガスバーナ３０と、加熱部２０を格納する燃焼缶体（以下、単に「缶体」とも称する）１０と、送風ファン４０と、入水管５０と、バイパス管６０と、出湯管７０と、コントローラ３００とを含む。加熱部２０は、水を加熱して湯にする部分であり、一次熱交換器１１および二次熱交換器２１を含む。

入水管５０および出湯管７０の間にはバイパス管６０が配置される。入水管５０には、バイパス管６０への分流を制御するための分配弁８０が介挿接続される。さらに、入水管５０には、温度センサ１１０および流量センサ１５０が配置される。温度センサ１１０は、入水温度Ｔｗを検出する。入水管５０には、水道水等が給水される。分配弁８０の開度に応じて、給水量の一部が入水管５０からバイパス管６０へ分流される。全体給水量に対する分流の割合は、分配弁８０の開度に応じて制御される。

入水管５０の水は、まず二次熱交換器２１によって予熱された後、一次熱交換器１１において主加熱される。一次熱交換器１１および二次熱交換器２１によって所定温度まで加熱された湯は、出湯管７０から出湯される。

出湯管７０は、合流点７５においてバイパス管６０と接続される。したがって、給湯装置１００からは、缶体１０から出力された高温湯と、バイパス管６０からの水を混合した適温の湯が、台所および浴室等の給湯栓１９０などの所定の給湯箇所に供給される。

出湯管７０には、流量調整弁９０および温度センサ１２０，１３０が設けられる。温度センサ１２０は、出湯管７０のバイパス管６０との合流点７５よりも上流側（缶体側）に配置されて、缶体１０からの出力湯温（以下、缶体温度）を検出する。温度センサ１３０は、合流点７５よりも下流側（出湯側）に設けられて、バイパス管６０からの水が混合された後の出湯温度Ｔｈを検出する。流量調整弁９０は、出湯流量を制御するために設けられる。

ガスバーナ３０から送出された燃料ガスは、送風ファン４０からの燃焼用空気と混合される。図示しない点火装置によって混合気が着火されることにより、燃料ガスが燃焼されて火炎が生じる。ガスバーナ３０からの火炎によって生じる燃焼熱は、缶体１０内で一次熱交換器１１および二次熱交換器２１へ与えられる。

一次熱交換器１１は、ガスバーナ３０による燃焼ガスの顕熱（燃焼熱）により入水を熱交換によって加熱する。二次熱交換器２１は、ガスバーナ３０からの燃焼排ガスの潜熱によって通流された水を熱交換によって加熱する。缶体１０の燃焼ガスの流れ方向下流側には熱交換後の燃焼排ガスを排出処理するための排気経路１５が設けられる。このように、缶体１０では、ガスバーナ３０での燃焼による発生熱量により、一次熱交換器１１および二次熱交換器２１で、入水管５０から供給された水を加熱する。

ガスバーナ３０へのガス供給管３１には、元ガス電磁弁３２、ガス比例弁３３および、能力切換弁３５ａ〜３５ｃが配置される。元ガス電磁弁３２は、ガスバーナ３０への燃料ガスの供給をオンオフする機能を有する。ガス供給管３１のガス流量は、ガス比例弁３３の開度に応じて制御される。

コントローラ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１、外部との入出力を制御するインターフェイス３０２、タイマ３０３、および記憶部３０４を備える。ＣＰＵ３０１は、インターフェイス３０２を介して各センサからの出力信号（検出値）およびユーザ操作を受けて、給湯装置１００の全体動作を制御するために、各機器への制御指令を生成し、インターフェイス３０２を介して出力する。ユーザ操作には、給湯装置１００の運転オン／オフ指令および設定湯温（Ｔｒ）指令が含まれる。制御指令は、ガスバーナ３０の燃焼を制御するための加熱指令が含まれる。加熱指令は、元ガス電磁弁３２への開指令または閉指令、およびガス比例弁３３への開度指令を含む。

また、給湯装置１００では、合流点７５よりも下流側（出湯側）に配置された流量調整弁９０からは、缶体１０からの加熱水（温度Ｔｗ＋ΔＴ）と、バイパス管６０からの非加熱水（温度Ｔｗ）とを混合した湯が出力される。

コントローラ３００は、流量調整弁９０の開度を制御することによって、流量Ｑ（缶体流量）および出湯管７０からの出湯流量を制御することができる。なお、図１に示された給湯装置１００において、流量Ｑは、給水圧力と流量調整弁９０の開度によって決まる。

流量センサ１５０は、分配弁８０よりも下流側（缶体側）に配置される。したがって、流量センサ１５０によって検出される流量Ｑは、缶体１０に格納された加熱部２０を通過する流量（缶体流量）を示している。流量センサ１５０は、代表的には、羽根車式流量センサによって構成される。

コントローラ３００は、給湯装置１００の運転指令がオンされると、流量センサ１５０によって検出される流量ＱがＭＯＱ（最低作動流量）を超えるのに応じて、缶体１０での燃焼動作をオンする。燃焼動作がオンされると、元ガス電磁弁３２が開放されて、ガスバーナ３０への燃料ガスの供給が開始される。

図１から理解されるように、流量調整弁９０は、入水管５０から缶体１０を通過して出湯管７０へ至る通水路に介挿接続される。そして、流量センサ１５０は、当該通水路における「水」の流量を検出することができる。なお、図１のように、バイパス管６０が設けられた構成によっても、分配弁８０の開度によって決まる分流比を用いて、流量センサ１５０による検出値によって、流量調整弁９０からの出力流量を検出することができる。

（コントローラ３００の機能構成）
図２は、コントローラ３００の機能構成を概略的に示すブロック図である。図２の各部は、ＣＰＵ３０１が実行するソフトウェアプログラム、または専用のハードウェア（電子回路）、またはソフトウェアプログラムと回路の組合せにより構成され得る。

図２を参照して、コントローラ３００は、流量測定値算出部３０５と、推定流量値算出部３０６と、加熱処理部３１０と、加熱指令部３１１とを含む。加熱処理部３１０は、ガスバーナ３０を制御するための処理を実施する。具体的には、ガスバーナ３０の燃焼を停止させるための加熱停止の判断機能、ガスバーナ３０の燃焼を開始させるための加熱開始の判断機能、および加熱部２０を加熱するための熱量を決定する熱量決定部３０９を含む。加熱指令部３１１は、加熱処理部３１０からの出力に基づき加熱指令を生成して出力する。

実施の形態では、加熱部２０をガスバーナ３０により加熱するための熱量は、後述する「必要号数」に対応する。また、当該熱量は、ガスバーナ３０が燃焼したときの発熱により生じる。ガスバーナ３０はガス比例弁３３の開度に応じたガス量が供給されて燃焼し、ガス比例弁３３の開度は開度指令により可変に調整される。したがって、加熱部２０を加熱するための熱量を、開度指令が指示する弁開度に従い変更することができる。

流量測定値算出部３０５は、流量センサ１５０の出力Ｓｑを受けてマップ等を参照したり、近似式を用いたりして、羽根車の回転数を流量の測定値ｙ［ｎ］（測定流量値に相当）に変換する。なお、流量測定値算出部３０５は、流量センサ１５０の出力のサンプリング周期に同期して周期的に変換を行なっている。たとえば、測定値ｙ［ｎ］は今回サンプリングの測定値であり、前回のサンプリング測定値はｙ［ｎ−１］、次回のサンプリング測定値はｙ［ｎ＋１］である。

推定流量値算出部３０６は、測定値ｙ［ｎ］から推定流量値ｘ［ｎ］を算出する。具体的には、推定流量値算出部３０６は、所定周期ごとに流量センサ１５０の出力信号から測定値ｙ［ｎ］を取得し、今回取得された測定値ｙ［ｎ］と前回取得された測定値ｙ［ｎ−１］との偏差（ｙ［ｎ］−ｙ［ｎ−１］）を算出する。そして推定流量値算出部３０６は、偏差に係数βを乗じた値を今回取得された測定値ｙ［ｎ］に対して加算して、推定流量値ｘ［ｎ］を算出する。上記の係数βは、測定値ｙ［ｎ］の実流量に対する応答遅れの時定数Ｔと、所定周期Ｔｓとの比率に基づいて所定値である。これらの関係を数式で表すと以下のとおりである。

ｘ［ｎ］＝ｙ［ｎ］＋β・（ｙ［ｎ］−ｙ［ｎ−１］）
なお、推定流量値の算出方法は、上記の方法に限定されない。

熱量決定部３０９は、燃焼状態であるときは、加熱部２０を加熱するための熱量を決定するために、記憶部３０４に格納されたテーブル３１３を検索し、検索の結果に基づき、ガス比例弁３３の開度を制御する電流値を決定する。テーブル３１３は、後述する必要号数ＲＷに関連づけて、ガス比例弁３３に供給するべき電流値（単位：ｍＡ）が格納されている。テーブル３１３のデータは、実験により取得される。

熱量決定部３０９は、必要号数ＲＷに基づき、テーブル３１３を検索し、検索の結果に基づき、関連付けられている電流値をテーブル３１３から読出し、加熱指令部３１１に出力する。

加熱指令部３１１は、熱量決定部３０９からの電流値を示す開度指令をガス比例弁３３に供給する。ガス比例弁３３は、ガスバーナ３０が燃焼状態であるとき、開度指令の電流値に従う開度となるように制御される。これにより、当該開度に応じたガスバーナ３０の燃焼に伴う発熱量により一次熱交換器１１および二次熱交換器２１で、入水管５０から供給された水が加熱される。

また、加熱指令部３１１は、加熱処理部３１０によって加熱停止の判断が行われたときには、加熱処理部３１０からの出力に基づき閉指令を元ガス電磁弁３２に出力する。元ガス電磁弁３２が閉指令に従い弁を閉じるとガスバーナ３０へのガス供給は遮断されて、燃焼状態から燃焼停止に移行する。また、加熱指令部３１１は、加熱処理部３１０によって加熱開始の判断が行われたときには、加熱処理部３１０からの出力に基づき開指令を元ガス電磁弁３２に出力する。元ガス電磁弁３２が開指令に従い弁を開くとガスバーナ３０へのガス供給が開始されて、燃焼停止から燃焼状態に移行する。

実施の形態では、給湯栓１９０の開操作等の給湯開始操作に伴う加熱開始の判断に関し、実施の形態の背景として、ユーザは、給湯開始操作をした場合に、設定温度よりも低い温度の湯が最初に給湯栓１９０から出てくることには慣れている。そこで、給湯開始操作時には流量センサ１５０の応答遅れは許容されることに鑑みて、加熱処理部３１０は加熱開始の判断においては、測定値ｙ［ｎ］を使用することによって測定値ｙ[ｎ]が増加し、（ＭＯＱ≦測定値ｙ[ｎ]）の条件が成立したとき、加熱開始と判断する。なお、給湯栓１９０の閉操作等の給湯停止操作に伴う加熱停止の判断は、後述するように（測定値ｙ[ｎ]＜ＭＯＱ）の条件が成立したときに実施される。

（測定値ｙ[ｎ]と推定流量値ｘ[ｎ]の関係）
流量測定値算出部３０５により算出された測定値ｙ[ｎ]と、推定流量値算出部３０６により算出される推定流量値ｘ[ｎ]の関係を、ガスバーナ３０の燃焼停止の動作と関連付けて説明する。図３は、缶体流量の応答遅れを補正した例を説明するための波形図である。流量センサ１５０は、図１に示すように缶体１０の加熱部２０を通過する流量を測定している。図３の縦軸は缶体流量が示され、横軸には時間が示されている。この例では、缶体流量９（Ｌ／ｍｉｎ）、入水圧２００（ｋＰａ）等とした場合の結果が例示されている。

時刻ｔ１において、給湯停止操作によって流量の真値は９（Ｌ／ｍｉｎ）から０（Ｌ／ｍｉｎ）にステップ状に変化している。この場合に、測定値ｙ［ｎ］は流量センサ１５０の慣性により時刻ｔ２で真値となる。この応答遅れを補正した推定流量値ｘ[ｎ]は、時刻ｔ２よりも早い時刻ｔ２Ａで真値となる。

また、流量センサ１５０は、加熱部２０を通過する流量（缶体流量）を計測するために入水管５０に設けられているが、バイパス管６０を通過する流量を計測するものであってもよく、缶体流量とバイパス管６０の流量の合計流量（トータル流量）を計測するものであってもよい。トータル流量を検出するためには、流量センサ１５０の位置を合流点７５から下流に設けるように移動すればよい。

図４は、トータル流量の応答遅れを補正した例を説明するための波形図である。図４の場合も図３の場合と同様に、給湯停止操作がなされた場合には、応答遅れを補正した推定流量値ｘ[ｎ]は、測定値ｙ［ｎ］よりも早い時刻で真値となる。

図４に示したように、加熱部２０の加熱制御に用いる流量センサ１５０は、加熱部２０を通過する水の流量を直接検出するものでなくても良い。加熱部２０を通過する水の流量の増減に伴って、水の流量が増減する通水路（入水管５０、バイパス管６０、給湯栓１９０等）に設けた流量センサであってもよい。したがって、流量センサの配置の自由度が増し、給湯装置の設計の自由度が増す。

図３と図４では、給湯停止操作時には、推定流量値ｘ［ｎ］がほぼ真値に達したときであっても、実測値である測定値ｙ［ｎ］は真値に達していない、すなわち加熱部２０内において湯水が残留していることがわかる。したがって、（推定流量値ｘ［ｎ］＜ＭＯＱ）となったときにガスバーナ３０の燃焼停止を実施すると、次の給湯開始操作時には加熱部２０内に残留していた湯水の量または燃焼停止からの経過時間等によっては、給湯開始時の出湯温度のアンダーシュートが発生しやすくなる。

このアンダーシュートの発生を防止するために、実施の形態では、給湯停止操作がなされた場合に、加熱処理部３１０は、（推定流量値ｘ［ｎ］＜ＭＯＱ）の条件が成立したとしても（測定値ｙ［ｎ］≧ＭＯＱ）であれば、燃焼を停止させずに、燃焼を継続するようガスバーナ３０を制御する。この制御を、図５を参照して説明する。図５は、実施の形態に係る給湯停止操作した場合のガスバーナ３０の制御を説明する図である。

（ガスバーナ３０の制御の概念）
図５は、縦軸に缶体流量を示し、横軸に給湯停止操作が開始されてからの時間の経過を示す。また、当該時間の経過に関連づけてガスバーナ３０の状態（燃焼状態/燃焼停止）が模式的に示される。図５の経過時間は、説明のために、測定値ｙ［ｎ］と推定流量値ｘ［ｎ］とＭＯＱの大小関係に従って条件１、条件２および条件３に区分されている。なお、図５の缶体流量は、上記に述べたトータル流量であってもよい。

図６は、実施の形態１に係るテーブル３１３のデータの一例を模式的に示すグラフである。図６には号数に関連づけてガス比例弁３３の開度の関係が示される。具体的には、グラフの縦軸には、ガス比例弁３３の開度、すなわちガス比例弁３３に供給するべき電流値がとられて、横軸には号数がとられている。また、グラフには、ガスバーナ３０の燃焼段数（２本、３本、５本、８本、１０本）も示される。

例えば、燃焼段数が１０本である場合には、号数はＭ（ｊ）〜Ｍ（ｍａｘ）の間で可変であり、ガス比例弁３３は、号数Ｍ（ｊ）〜Ｍ（ｍａｘ）に関連づけられた開度の範囲で可変である。

実施の形態１では、まず、給湯停止操作がなされると、熱量決定部３０９は、推定流量値ｘ［ｎ］と測定値ｙ［ｎ］の両方を用いて、ガスバーナ３０を制御するための必要号数ＲＷを計算する。また、熱量決定部３０９は、必要号数ＲＷの計算のために、測定値ｙ［ｎ］に従う実号数Ｗと推定流量値ｘ［ｎ］に従う予測号数Ｗ１を、以下の式に従い算出する。

実号数Ｗ＝測定値ｙ［ｎ］×（出湯温度Ｔｈ−入水温度Ｔｗ）
予測号数Ｗ１＝推定流量値ｘ［ｎ］×（出湯温度Ｔｈ−入水温度Ｔｗ）
なお、実号数Ｗと予測号数Ｗ１の決定方法は、上記の算出式に従う方法に限定されず、テーブルを、流量値（測定値ｙ[ｎ]または推定流量値ｘ[ｎ]）、出湯温度Ｔｈおよび入水温度Ｔｗで検索して、対応する号数（実号数Ｗまたは予測号数Ｗ１）をテーブルから読出す方法であってもよい。

加熱処理部３１０は、流量測定値算出部３０５からの測定値ｙ［ｎ］と、推定流量値算出部３０６からの推定流量値ｘ［ｎ］と、ＭＯＱとの大小関係に従って各条件が成立するかを判断し、成立が判断された各条件において必要号数ＲＷを以下のように算出する。

〈条件１：測定値ｙ［ｎ］≧ＭＯＱかつ推定流量値ｘ［ｎ］≧ＭＯＱ〉
条件１が成立すると判断された場合、熱量決定部３０９は、（Ｗ≧Ｗ１）のとき必要号数ＲＷ＝Ｗ１と決定し、（Ｗ≦Ｗ１）のとき必要号数ＲＷ＝Ｗと決定する。熱量決定部３０９は、決定された必要号数ＲＷに基づきテーブル３１３からガスバーナ３０に供給するべき電流値を読出し、読出された電流値を示す開度指令が、加熱指令部３１１を介してガス比例弁３３に出力される。

たとえば、条件１が成立した場合においてガスバーナ３０の燃焼段数が１０本であるとき、図６のテーブル３１３を必要号数ＲＷに基づき検索することにより、燃焼段数１０本に対応した号数Ｍ（ｊ）・・・Ｍ（ｋ）・・・Ｍ（ｍａｘ）のうちの必要号数ＲＷに一致する号数Ｍ（ｋ）に関連付けられた電流値が読出される。

これにより、条件１においては、熱量決定部３０９は、ＷとＷ１のうちの一方を、加熱部２０を加熱する熱量として決定する。さらに、熱量決定部３０９は、（Ｗ≧Ｗ１）のときは、推定流量値ｘ［ｎ］に基づく号数（Ｗ１）を加熱のための熱量として決定する。これにより、号数（Ｗ１）となるようにガス比例弁３３の開度は小さくなるが燃焼は維持するようにガスバーナ３０が制御される。また、（Ｗ≦Ｗ１）のときは、測定値ｙ［ｎ］に基づく号数（Ｗ）となるようにガス比例弁３３の開度が維持されて、ガスバーナ３０の燃焼状態が維持される。

〈条件２：測定値ｙ［ｎ］≧ＭＯＱかつ推定流量値ｘ［ｎ］＜ＭＯＱ〉
条件２が成立すると判断された場合、熱量決定部３０９は、ガスバーナ３０が燃焼停止することがないように、必要号数ＲＷを所定値に決定する。このような「所定号数での燃焼継続」の詳細については、後述する。

〈条件３：測定値ｙ［ｎ］＜ＭＯＱ〉
条件３が成立すると判断された場合、加熱処理部３１０は、推定流量値ｘ［ｎ］の値にかかわらず、燃焼を停止させるために閉指令を、加熱指令部３１１を介して元ガス電磁弁３２に出力する。これにより、元ガス電磁弁３２は全閉となり、ガスバーナ３０へのガス供給は遮断されて、燃焼状態から燃焼停止に移行する。

（ガスバーナ３０の制御のフローチャート）
図７は、実施の形態１に係る給湯停止操作における燃焼制御の概略処理フローチャートである。図８は、実施の形態１に係る熱量決定の処理フローチャートである。これらフローチャートは、プログラムとして記憶部３０４に格納される。ＣＰＵ３０１は、記憶部３０４からプログラムを読出し実行することにより、処理が実現される。図７のフローチャートのプログラムは、一定時間ごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図７を参照して、流量測定値算出部３０５は、流量センサ１５０からの測定値ｙ［ｎ］を取得する（ステップＳ１）。ＣＰＵ３０１は、前回取得した測定値ｙ［ｎ−１］と今回取得した測定値ｙ［ｎ］とを比較して、流量が減少しているか否かを判断する（ステップＳ２）。すなわち、給湯停止操作がなされたか否かを判断する。

ＣＰＵ３０１は、上記の比較に基づき、ｙ［ｎ］≦ｙ［ｎ−１］が成立したと判断した場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、すなわち給湯停止操作がなされたと判断した場合は、ステップＳ３に処理が進められ、推定流量値算出部３０６は、推定流量値ｘ[ｎ]を算出する処理を実行する。一方、ＣＰＵ３０１は、ｙ［ｎ］≦ｙ［ｎ−１］が成立しないと判断した場合（ステップＳ２でＮＯ）、すなわち給湯停止操作がなされていないと判断した場合は、ステップＳ７に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。

ステップＳ３では、推定流量値算出部３０６は測定値ｙ［ｎ］から、上記に述べた算出式に従い、推定流量値ｘ［ｎ］を算出する（ステップＳ３）。その後、ステップＳ６の熱量決定処理に進められる。

図８を参照して、熱量決定処理（図７のステップＳ６）を説明する。熱量決定部３０９は、まず、出湯温度Ｔｈと入水温度Ｔｗを取得する（ステップＳ６１）。そして、熱量決定部３０９は、上記の出湯温度Ｔｈおよび入水温度ＴｗとステップＳ１で算出した測定値ｙ［ｎ］とステップＳ３で算出した推定流量値ｘ［ｎ］に基づき、実号数Ｗと予測号数Ｗ１を算出する（ステップＳ６３）。

加熱処理部３１０は、測定値ｙ［ｎ］と推定流量値ｘ［ｎ］とＭＯＱに基づき、図５で示された条件１、条件２および条件３のいずれが成立するかを判断する（ステップＳ６５）。条件１が成立したときは（ステップＳ６７で“条件１”）、熱量決定部３０９は、ステップＳ６９において、上記の〈条件１：測定値ｙ［ｎ］≧ＭＯＱかつ推定流量値ｘ［ｎ］≧ＭＯＱ〉の処理を実施する。また、条件２が成立したときは（ステップＳ６７で“条件２”）、熱量決定部３０９は、ステップＳ７１において、上記の〈条件２：測定値ｙ［ｎ］≧ＭＯＱかつ推定流量値ｘ［ｎ］＜ＭＯＱ〉の「所定号数での燃焼継続」の処理を実施する。また、条件３が成立したときは（ステップＳ６７で“条件３”）、加熱処理部３１０は、ステップＳ７３において、〈条件３：測定値ｙ［ｎ］＜ＭＯＱ〉の燃焼停止の処理を実施する。その後、元の処理（図６のステップＳ６）に戻る。

（「所定号数での燃焼継続」の処理）
条件２では、「所定号数での燃焼継続」の処理が実施される。この処理においては、熱量決定部３０９は、所定号数でガスバーナ３０の燃焼を継続させる。この所定号数は、たとえば、条件２が成立したときの燃焼段数におけるガスバーナ３０の燃焼により発生可能な最小熱量である最小号数に決定される。たとえば条件２が成立したときの燃焼段数が１０本であるときは、熱量決定部３０９は、図６のテーブル３１３を検索し、燃焼段数１０本に対応した号数Ｍ（ｊ）〜Ｍ（ｍａｘ）のうち最小の号数（号数Ｍ（ｊ））を読出し、号数Ｍ（ｊ）を所定号数として決定する。そして、熱量決定部３０９は、テーブル３１３を号数Ｍ（ｊ）に基づき検索して、号数Ｍ（ｊ）に関連付けされた電流値Ｃ１をテーブル３１３から読出す。加熱指令部３１１からは、当該電流値Ｃ１に基づく開度指令がガス比例弁３３に出力される。これにより、条件２においては、ガスバーナ３０は、燃焼段数の最小号数の熱量で加熱部２０を加熱するように、燃焼状態を継続することができる。なお、ここでは燃焼段数は１０本としているが、他の段数であっても同様に所定号数を決定し、決定された所定号数に従いガスバーナ３０の燃焼状態を継続させることができる。

また、別の方法として、条件２では、推定流量値ｘ[ｎ]および測定値ｙ[ｎ]にかかわらず、必要号数ＲＷを、ＭＯＱを用いて算出してもよい。たとえば、ＲＷ＝ＭＯＱ×（出湯温度Ｔｈ−入水温度Ｔｗ）と算出し、算出した必要号数ＲＷに基づきテーブル３１３を検索して、ガス比例弁３３の開度（電流値）に対応した燃焼量でガスバーナ３０の燃焼状態を継続させるとしてもよい。また、所定号数として、上記の最小熱量とＲＷ＝ＭＯＱ×（出湯温度Ｔｈ−入水温度Ｔｗ）のうちの小さい方（または大きい方）、または平均値としてしてもよい。

上記に述べた実施の形態１によれば、推定流量値ｘ[ｎ]に従い必要号数ＲＷを決定する給湯装置であって、給湯停止操作時において（推定流量値ｘ[ｎ]＜ＭＯＱ）となった場合であっても、ガスバーナ３０の燃焼を継続させることができるので、その後の給湯開始操作時の出湯温度のアンダーシュートを防止することができる。また、この燃焼の継続は、上記の燃焼段数の最小号数、またはＭＯＱに応じた号数に従い実施されるので、その後の給湯開始操作時の出湯温度が高温になる（出湯温度のオーバーシュート）事態を防止することもできる。

[実施の形態２]
実施の形態２は、実施の形態１の変形例を示す。実施の形態１では、条件２においては、「所定号数での燃焼継続」を実施したが、実施の形態２では、条件２において、所定基準に従い、「所定号数での燃焼継続」または燃焼停止の一方を実施するとの判断がなされる。

図９は、実施の形態２に係る熱量決定の処理フローチャートである。図９のフローチャートは、図７のフローチャートの“条件２”の処理に、ステップＳ６８とステップＳ７０が追加されているものであり、ここでは追加処理のみを説明する。図９の他の処理は、図７と同様であるから説明は繰返さない。

図９を参照して、“条件２”が成立すると判断されると、加熱処理部３１０は、ガスバーナ３０の燃焼状態を継続する、または燃焼停止とするかを所定基準に従い判断する（ステップＳ６８）。この判断の詳細は、後述する。判断の結果が燃焼継続である場合には（ステップＳ７０で“継続”）、上述した「所定号数での燃焼継続」が実施される（ステップＳ７１）。

一方、判断の結果が燃焼停止である場合には（ステップＳ７０で“停止”）、加熱処理部３１０は、推定流量値ｘ[ｎ]および測定値ｙ［ｎ］の値にかかわらず、燃焼を停止させるために閉指令を、加熱指令部３１１を介して元ガス電磁弁３２に出力する。これにより、ガスバーナ３０は燃焼状態から燃焼停止に移行する（ステップＳ７３）。ステップＳ６８の判断処理の例を以下に説明する。

（燃焼継続/停止の判断の例）
この例では、所定基準はガスバーナ３０の燃焼段数が閾値以上であることを含む。加熱処理部３１０は、ガスバーナ３０の燃焼段数が閾値以上であるか否かに基づき燃焼継続または燃焼停止を判断する。図１０は、実施の形態２に係る条件２における燃焼継続/停止を判断する基準を説明する図である。図１０では、一次熱交換器１１内の複数の配管１１１と１０本（１０段）のガスバーナ３０とが配置された状態が示される。図１０の燃焼段数Ｂ２、燃焼段数Ｂ３、燃焼段数Ｂ５、燃焼段数Ｂ７および燃焼段数Ｂ１０は、ガスバーナ３０が２本、３本、５本、７本および１０本が燃焼している状態をそれぞれ示す。

ステップＳ６８では、加熱処理部３１０は、ガスバーナ３０の燃焼段数に応じて燃焼継続または燃焼停止のいずれを実施するかを判断する。例えば、条件２が成立すると判断されたときのガスバーナ３０が燃焼段数Ｂ１０である場合は、全ての配管１１１がガスバーナ３０からの発熱により加熱されている。その結果、加熱部２０内の媒体（湯水など）は多くの蓄熱量を有した状態となり得る。したがって、条件２においてガスバーナ３０を燃焼停止させても、全ての配管１１１内の湯水の温度を維持しやすく、その後の給湯開始操作時における出湯温度の低下（アンダーシュート）を防止することができる。

これに対して、条件２が成立すると判断されたときのガスバーナ３０が燃焼段数Ｂ２であるときは、多くの配管１１１は加熱されていない状態であり、加熱部２０内の媒体（湯水など）が有する蓄熱量は少ない。したがって、条件２においてガスバーナ３０を燃焼停止させると、配管１１１内の湯水の温度が低下しやすく、その後の給湯開始操作時における出湯温度のアンダーシュートが発生しやすくなる。

したがって、ステップＳ６８では、加熱処理部３１０は、ガスバーナ３０の燃焼段数（燃焼本数）と閾値を比較し、（燃焼段数≧閾値）であると判断したときは、ガスバーナ３０の燃焼停止と判断し、そうでないときは燃焼継続と判断する。

（燃焼継続/停止の判断の他の例）
この例では、所定基準は分配弁８０の開度が閾値以上であることを含む。加熱処理部３１０は、分配弁８０の開度が閾値以上であるか否かに基づき、燃焼継続または燃焼停止のいずれを実施するかを判断する。分配弁８０の開度は、全体給水量に対するバイパス管６０への分流の割合を示す。分流の割合が大きい場合には、給湯開始操作時にバイパス管６０からの多くの給水により給湯栓１９０からの出湯温度が低下（アンダーシュート）する可能性が高い。したがって、加熱処理部３１０は、ステップＳ６８において、分配弁８０の開度（分配割合）と閾値とを比較し、（分配弁８０の開度≧閾値）であると判断したときは、燃焼継続と判断し、そうでないときは燃焼停止と判断する。

（燃焼継続/停止の判断の更なる他の例）
この例では、所定基準は給湯装置１００の周囲温度が閾値以上であることを含む。加熱処理部３１０は、給湯装置１００の周囲温度が閾値以上であるか否かに基づき燃焼継続または燃焼停止のいずれを実施するかを判断する。具体的には、周囲温度が低い場合には、温度が高い場合に比べて、その後の給湯開始操作時には出湯温度のアンダーシュートが発生する可能性が高くなる。この周囲温度として例えば水道等からの入水温度Ｔｗ等を用いることができる。したがって、加熱処理部３１０は、ステップＳ６８において、入水温度Ｔｗと閾値を比較し、（入水温度Ｔｗ＜閾値）であると判断したときは、燃焼継続と判断し、（入水温度Ｔｗ≧閾値）であるときは燃焼停止と判断する。

なお、上記に述べた燃焼継続/停止を判断するための各閾値は、実験等により取得することができる。また、燃焼継続/停止の判断は、２つ以上の基準（燃焼段数、分配弁８０の分割合および周囲温度のうちの２つ以上の基準）を組合わせて実施してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２０ 加熱部、３０ ガスバーナ、３２ 元ガス電磁弁、３３ ガス比例弁、５０ 入水管、６０ バイパス管、７０ 出湯管、７５ 合流点、８０ 分配弁、９０ 流量調整弁、１００ 給湯装置、１１０，１２０，１３０ 温度センサ、１１１ 配管、１５０ 流量センサ、１９０ 給湯栓、３００ コントローラ、３０５ 流量測定値算出部、３０６ 推定流量値算出部、３０９ 熱量決定部、３１０ 加熱処理部、３１１ 加熱指令部、３１３ テーブル。

Claims (9)

1. 給湯装置であって、
   熱交換器と当該熱交換器を加熱するバーナを含む加熱部と、
   前記加熱部を通過する流路における湯水の流量を測定する流量センサと、
   前記給湯装置を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記流量センサによる測定流量値に基づき、前記流量センサの応答遅れを補正した推定流量値を算出する推定流量値算出部と、
   前記バーナを制御するための燃焼処理部と、を備え、
   前記燃焼処理部は、
   前記バーナが燃焼する場合に、前記推定流量値が最低作動流量未満であり且つ前記測定流量値が最低作動流量以上であるときは、所定熱量を発生して燃焼を継続するように前記バーナを制御する手段を含む、給湯装置。
2. 前記燃焼処理部は、
   前記加熱部を加熱する熱量を決定する熱量決定部を含み、
   前記熱量決定部は、
   前記所定熱量として、前記バーナの燃焼により発生可能な最小熱量を決定する手段、および、最低作動流量および出湯温度と入水温度との差から前記所定熱量を決定する手段の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記燃焼処理部は、
   前記加熱部を加熱する熱量を決定する熱量決定部を含み、
   前記熱量決定部は、
   最低作動流量および出湯温度と入水温度との差から取得される熱量、および、前記バーナの燃焼により発生可能な最小熱量の両方のうちの一方を、または、両方の平均値を、前記所定熱量として決定する手段を含む、請求項１に記載の給湯装置。
4. 前記燃焼処理部は、さらに、
   所定基準に従い、前記バーナの燃焼継続または燃焼停止のいずれを実施するかを判断する手段を有し、
   前記制御する手段は、
   前記バーナが燃焼する場合に、前記推定流量値が最低作動流量未満であり且つ前記測定流量値が最低作動流量以上であるときに、前記判断する手段によって前記バーナの燃焼継続を実施すると判断されたときは、前記所定熱量を発生して燃焼を継続するように前記バーナを制御する手段を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の給湯装置。
5. 前記給湯装置は、
   複数の前記バーナを含み、
   前記所定基準は、前記推定流量値が最低作動流量未満であり且つ前記測定流量値が最低作動流量以上であるときに燃焼状態である前記バーナの数が閾値以上であるとの基準を含み、
   前記判断する手段は、
   前記バーナの数が閾値以上であるとき前記バーナを燃焼停止させ、前記バーナの数が閾値未満であるとき前記バーナを燃焼継続させると判断する、請求項４に記載の給湯装置。
6. 前記給湯装置は、
   給湯栓につながる配管と、
   前記給湯装置への全体給水量の一部を前記配管へ分流させるための分配弁と、をさらに備え、
   前記分配弁の開度は、前記全体給水量に対する前記配管への分流の割合を示し、
   前記所定基準は、前記開度が閾値以上であるとの基準を含み、
   前記判断する手段は、
   前記開度が閾値以上であるとき前記バーナを燃焼継続させ、前記開度が閾値未満であるとき前記バーナを燃焼停止させると判断する、請求項４に記載の給湯装置。
7. 前記所定基準は、前記給湯装置の周囲温度が閾値以上であるとの基準を含み、
   前記判断する手段は、
   前記周囲温度が閾値以上であるとき前記バーナを燃焼停止させ、前記周囲温度が閾値未満であるとき前記バーナを燃焼継続させると判断する、請求項４に記載の給湯装置。
8. 前記燃焼処理部は、
   前記加熱部を加熱する熱量を決定する熱量決定部を含み、
   前記熱量決定部は、
   前記バーナが燃焼する場合に、前記測定流量値が最低作動流量以上であり且つ前記推定流量値が最低作動流量以上であるとき、前記測定流量値に基づき取得される熱量および前記推定流量値に基づき取得される熱量のうちの一方を、前記加熱部を加熱する熱量として決定する手段を含み、
   前記一方を、前記加熱部を加熱する熱量として決定する手段は、
   前記測定流量値に基づき取得される熱量が前記推定流量値に基づき取得される熱量以上であるときは、前記推定流量値に基づき取得される熱量の方を、前記加熱部を加熱する熱量として決定する、請求項１から７のいずれか１項に記載の給湯装置。
9. 給湯装置の制御方法であって、
   前記給湯装置は、
   熱交換器と当該熱交換器を加熱するバーナを含む加熱部と、
   前記加熱部を通過する流路における湯水の流量を測定する流量センサと、を備え、
   前記制御方法は、
   前記流量センサによる測定流量値に基づき、前記流量センサの応答遅れを補正した推定流量値を算出するステップと、
   前記バーナが燃焼する場合に、算出するステップにおいて算出された前記推定流量値が最低作動流量未満であり且つ前記測定流量値が最低作動流量以上であるときは、所定熱量を発生して燃焼を継続するように前記バーナを制御するステップと、を備える、給湯装置の制御方法。

Images