JPH1163665A

JPH1163665A - バイパス路付き給湯装置

Info

Publication number: JPH1163665A
Application number: JP9243450A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Sato; 徹哉佐藤; Hisayasu Watanabe; 久恭渡辺; Toshihisa Saito; 寿久斉藤
Original assignee: Gastar Co Ltd
Current assignee: Gastar Co Ltd
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】給湯初期に、受熱路の滞留湯とバイパス路の
水とを混合してミキシング制御を行った後、通常の給湯
制御に移行する際、出湯温度を安定して維持できるよう
にした給湯装置を提供する。【解決手段】給湯配管系１０は、熱交換部２を通る受
熱路１９とバイパス路１６とからなる並列回路を有して
いる。受熱路１９にはメイン流量制御弁ＧＭ１が設けら
れ、バイパス路１６にはバイパス流量制御弁ＧＭ２が設
けられている。追焚の最中に給湯栓１４が開かれると、
流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２を使って、受熱路１９の滞留
湯とバイパス路１６からの水のミキシング制御が行われ
る。このミキシングから通常給湯制御へ移行する過程で
は、流量制御弁ＧＭ２の開度が全閉に向かって減少さ
れ、この過程で流量制御弁ＧＭ１の開度は、出湯温度が
設定温度から外れないように制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイパス路付きの
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構成されている。この熱
交換部を給湯配管系と追焚配管系が貫いている。給湯配
管系の末端には、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、熱
交換部において給湯配管系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、追焚の最中
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。なお、この不都合は、１缶２水路の給湯装置にお
いて追焚終了直後に給湯を開始する場合や、給湯単能機
において、給湯終了後に短時間で給湯を再開する場合に
も、程度の差はあれ生じる。

【０００５】上記不都合を防ぐために、実公昭６１−７
４５８号に開示されている給湯装置の給湯配管系の中途
部は、熱交換部を通る受熱路とバイパス路からなる並列
回路となっている。このバイパス路には電磁弁が設けら
れている。そして、給湯初期に電磁弁を開き、バイパス
路を経た低温の水を上記受熱路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】上述したバイパス路付
きの給湯装置では、給湯初期に電磁弁が全開か全閉の２
つの位置しか選択できず、熱交換部からの湯と水の適切
な混合を行うことができなかった。すなわち、電磁弁を
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。

【０００７】本発明者らは、上記湯水混合を適切に行う
ためにバイパス路にバイパス流量制御弁を設けるととも
に受熱路にもメイン流量制御弁を設け、これら２つの流
量制御弁の開度を同時に制御することにより、適切にミ
キシング制御を行なって出湯温度を安定させるようにし
た給湯装置を、最近開発している。このミキシング制御
の過程で、熱交換部に滞留していた湯が次第に排出さ
れ、やがて出湯温度を設定温度にするためにバイパス路
からの水の混合を必要としなくなる。ところで、ある状
況では、バイパス流量制御弁の開度が全閉でなくバイパ
ス路から少量ではあるが水が流れ、メイン流量制御弁の
開度が全開より若干絞られた状態で安定してしまうこと
がある。そのため、ミキシング制御を、所定の条件を満
足した時に強制的に終了させ、通常制御に移行させてい
る。この移行の過程では、バイパス流量制御弁の開度を
全閉まで減少させる。

【０００８】上述したように、ミキシング制御から通常
給湯制御に移行するために、バイパス流量制御弁を全閉
まで一方的に閉じ動作する過程で、このバイパス路を通
る水の量が、ゼロにまで減少する。この水流量減少過程
でメイン流量制御弁の開度制御が停止したままである
と、出湯温度が設定温度より一時的に上昇することにな
る。そこで、本発明の目的は、ミキシング制御から通常
給湯制御に移行する過程でも、出湯温度の変動を抑制で
きるバイパス路付き給湯装置を提供することにある。

【０００９】

【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、制御手段とを備えた給湯装置において、上
記給湯配管系が、上記熱交換部を通る受熱路とバイパス
路からなる並列回路を中途部に有し、この受熱路にメイ
ン流量制御弁を設け、バイパス路にバイパス流量制御弁
を設け、上記制御手段は、給湯初期に、受熱路からの湯
とバイパス路からの水を混合させて出湯温度が設定温度
になるように、上記メイン流量制御弁とバイパス流量制
御弁の両方の開度を制御するミキシング制御を実行し、
このミキシング制御終了後にバイパス流量制御弁を全閉
した状態での通常給湯制御を実行し、上記ミキシング制
御では、メイン流量制御弁とバイパス流量制御弁のうち
一方の開度を減少させる場合には他方の開度を増大さ
せ、一方の開度を増大させる場合には他方の開度を減少
させるようにし、上記ミキシング制御から通常給湯制御
に移行する際には、バイパス流量制御弁の開度を全閉に
なるまで減少させ、この過程で、上記メイン流量制御弁
を、出湯温度が設定温度になるように開度制御すること
を特徴とする。請求項２の発明は、請求項１に記載のバ
イパス路付き給湯装置において、上記給湯配管系には少
なくとも２つのフローセンサが設けられ、一方のフロー
センサは、上記バイパス路，受熱路のうちの一方に設け
られ、他方のフローセンサは、上記バイパス路，受熱路
のうちの他方、上記並列回路の上流側，下流側のいずれ
かに設けられ、上記受熱路には熱交換部の下流側に温度
センサが設けられており、上記制御手段は、ミキシング
制御において、上記フローセンサでの検出流量に基づい
て、受熱路からの流量とバイパス路からの流量の実際の
混合比を演算し、少なくとも上記温度センサでの検出温
度と設定温度情報に基づいて、出湯温度が設定温度にな
るように目標混合比を演算し、上記実際の混合比が目標
混合比になるように上記メイン流量制御弁とバイパス流
量制御弁の開度を制御し、このミキシング制御から通常
給湯制御に移行する過程では、上記実際の混合比が上記
目標混合比になるように、メイン流量制御弁の開度を制
御することを特徴とする。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１に記載のバイ
パス路付き給湯装置において、上記給湯配管系には上記
並列回路の下流側において温度センサが設けられ、上記
制御手段は、ミキシング制御において、上記温度センサ
での検出温度が設定温度になるように上記メイン流量制
御弁とバイパス流量制御弁の開度を制御し、上記ミキシ
ング制御から通常給湯制御に移行する過程では、上記検
出温度が設定温度になるように、メイン流量制御弁の開
度を制御することを特徴とする。請求項４の発明は、請
求項１に記載のバイパス路付き給湯装置において、上記
制御手段は、ミキシング制御から通常給湯制御に移行す
る過程において、メイン流量制御弁の開度を、バイパス
流量制御弁の開度の減少速度に対応した速度で増大させ
ることを特徴とする。請求項５の発明は、請求項１〜４
のいずれかに記載のバイパス路付き給湯装置において、
上記バイパス流量制御弁では、弁座とこれに接離する弁
体のうちの少なくとも一方に弾性シール材が設けられ、
上記ミキシング制御から通常制御に移行する過程では、
この弁体を弁座に向かって移動させて、両者の間に介在
された上記弾性シール材を押圧することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のバ
イパス路付き給湯装置において、上記ミキシング制御
は、バイパス路を流れる流量が閾流量以下になること、
バイパス流量制御弁に設けた位置センサが、全閉状態に
近く少量の漏れがある仮全閉位置を検出すること、ミキ
シング制御の開始から所定時間が経過すること、熱交換
部を通る流量の積算値が閾値を越えることの少なくとも
いずれか一つの条件を満たす時に、終了することを特徴
とする。請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに
記載のバイパス路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、上記熱発生部から熱交換部に熱が
付与されている状態において、給湯が開始された時に、
上記ミキシング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水路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１
２，給湯管１３との接続点を符号Ｐ３，Ｐ４で表わす。
なお、接続点Ｐ３より上流側の給水管１２と、受熱管１
１と、接続点Ｐ４より上流側の給湯管１３により、特許
請求の範囲の受熱路１９が構成されている。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７０：３
０）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。このバイパス管１５
は省略してもよい。

【００１４】給湯管１３には、接続点Ｐ２，Ｐ４間にお
いてメイン流量制御弁ＧＭ１が設けられている。また、
熱交換部２から遠い方のバイパス管１６（バイパス路）
にも、バイパス流量制御弁ＧＭ２が設けられている。

【００１５】上記バイパス流量制御弁ＧＭ２の構造を、
図２を参照しながら説明する。流量制御弁ＧＭ２は、給
湯管１３内に組み込まれた弁ケース４０を備えている。
この弁ケース４０には、環状の弁座４１が形成されてい
る。弁ケース４０には、支持スリーブ４２が収納固定さ
れており、この支持スリーブ４２にはシャフト４３が螺
合状態で挿入されている。シャフト４３の内端部には弁
体４４が固定されており、シャフト４３の軸方向移動に
伴って、弁体４４が弁座４１に対して接離するようにな
っている。なお、弁体４４には弾性シール材すなわちゴ
ムシート４９が取り付けられている。

【００１６】上記シャフト４３の外端部は、減速ギア列
４５を介してモータ４６に接続されている。図２には減
速ギア列４５の第１段を構成するウォーム４５ａと、最
終段の平歯車４５ｂのみ示し、中間の歯車の図示を省い
ている。ウォーム４５ａはモータ４６の出力軸に連結さ
れている。平歯車４５ｂは、シャフト４３の外端部とス
プライン結合されている。モータ４６の回転に伴いシャ
フト４３が回動すると、このシャフト４３が上記支持ス
リーブ４２との螺合を介して軸方向に移動し、これによ
り弁体４４と弁座４１との間の開度を変えることができ
るようになっている。

【００１７】平歯車４５ｂにはマグネット４７が埋め込
まれており、このマグネット４７が、ホールＩＣからな
る２つの位置センサ４８ａ，４８ｂにより、検出される
ようになっている。すなわち、弁体４４が弁座４１から
最大限近く離れた状態（仮全開位置）で、マグネット４
７が位置センサ４８ａに検出されるようになっている。
また、弁体４４に設けられたゴムシート４９が弁座４１
に接近した状態（仮全閉位置）で、マグネット４７が位
置センサ４８ｂに検出されるようになっている。

【００１８】上記位置センサ４８ａ，４８ｂで検出可能
な仮全開位置，仮全閉位置で区画された流量制御弁ＧＭ
２の正常動作範囲は、前述した理由により、弁体４４の
実際の移動可能範囲より若干狭くなっている。すなわ
ち、弁体４４は、検出可能な仮全開位置から、シャフト
４３が平歯車４５ｂに当たる位置まで、弁座４１から離
れる方向に移動可能である。また、検出可能な仮全閉位
置では弁体４４と弁座４１との間に若干の隙間があっ
て、水漏れが見込まれ、弁体４４はさらに弁座４１方向
に移動可能である。

【００１９】メイン流量制御弁ＧＭ１の構造も上述した
流量制御弁ＧＭ２の構造と同様であるので省略するが、
この流量制御弁ＧＭ１では、弁体４４にゴムシート４９
を取り付けていない。

【００２０】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。一方のフローセ
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。他方のフローセンサ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。

【００２１】上記給湯配管系１０には、４つの温度セン
サＴＨ_IN，ＴＨ_Z，ＴＨ_OUT，ＴＨ_MIXが装備されてい
る。温度センサＴＨ_IN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ＴＨ_Zは、受熱管
１１のベンド部に設けられている。温度センサＴＨ_OUT
は、受熱管１１（熱交換部２）の出口端近傍（給湯管１
３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ＴＨ_MIXは、接続点Ｐ４の下流側の給湯管１
３に設けられている。

【００２２】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ＴＨ_HR，流水スイッチ２５等が設け
られている。

【００２３】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。

【００２４】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、マイクロプロセッサを内
蔵し、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ＴＨ_IN，ＴＨ_Z，ＴＨ_OUT，ＴＨ_MIX，ＴＨ_HRや、フ
ローセンサＦＬ１，ＦＬ２，流水スイッチ２５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
する。

【００２５】上記構成の１缶２水路型給湯装置におい
て、まず給湯単独制御について説明する。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。

【００２６】給湯単独制御では、流量制御弁ＧＭ２は全
閉となっている。すなわち、弁体４３は上述した仮全閉
位置から、弁体４３を弁座４１方向に移動させて、ゴム
シート４９を押圧し、水漏れをゼロにした状態となって
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、接続点Ｐ１における受熱管１１とバイパ
ス管１５への分配比と、温度センサＴＨ_IN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ＴＨ_MIX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。

【００２７】次に、追焚単独燃焼について説明する。リ
モコン６０の追焚スイッチのオン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２５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２
１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ＴＨ_HR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。

【００２８】上記追焚単独燃焼時には、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１
１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ＴＨ_Z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。このような制御により、受
熱管１１の滞留水の沸騰が防止される。

【００２９】上述したように、追焚単独燃焼中には、給
湯配管系１０の受熱管１１の滞留水は沸騰を防止される
ものの非常に高い温度になっている。そのため、この追
焚単独燃焼中に給湯が実行された時には、特にその初期
において、受熱管１１から非常に高い温度の湯が吐出さ
れる。そこで、この湯とバイパス管１６からの水を混合
（ミキシング）する必要がある。

【００３０】そのため、追焚単独燃焼中には、上記ミキ
シングの準備のために流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２を、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の半開位置状態で、接続
点Ｐ４での湯と水の混合比は、例えば３０：７０となっ
ている。

【００３１】上述したように、追焚単独燃焼の最中に給
湯栓１４が開かれた時には、フローセンサＦＬ１での流
水検出に応答して、ミキシング制御を実行してから上述
した通常の給湯制御に移行する。

【００３２】次に、ミキシング制御について詳述する。
この制御では、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ＴＨ_MIXで検出される出湯温度情報を用い
ず、温度センサＴＨ_INで検出される入水温度Ｔ_INと、温
度センサＴＨ_OUTで検出される受熱管１１の出口温度Ｔ
_OUTと、リモートコントローラ６０で設定された設定温
度Ｔ_SP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。

【００３３】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。Ｔ_MIX・Ｑ_TOTAL＝Ｔ_IN・Ｑ_BP＋Ｔ_OUT’・Ｑ_EX ・・・（１）ここでＴ_MIX，Ｑ_TOTAＬ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、Ｔ_IN，Ｑ_BP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、Ｔ
_OUT’およびＱ_EX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。

【００３４】上記流量制御弁ＧＭ１の制御対象は上記流
量Ｑ_EXであり、流量制御弁ＧＭ２の制御対象は上記流量
Ｑ_BP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＝Ｑ_BP／Ｑ_EX（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Ｑ_TOTAL＝Ｑ_BP＋Ｑ_EXを代入して上記流量比で表す
と、次式のようになる。Ｒ＝Ｑ_BP／Ｑ_EX＝（Ｔ_OUT’−Ｔ_MIX）／（Ｔ_MIX−Ｔ_IN）・・・（２）出湯温度Ｔ_MIXを設定温度Ｔ_Sと一致させるためには、上
記（２）式にＴ_MIX＝Ｔ_S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＝（Ｔ_OUT’−Ｔ_SP）／（Ｔ_SP−Ｔ_IN）・・・（３）

【００３５】ミキシング制御時の流量制御弁ＧＭ１，Ｇ
Ｍ２の開度制御に際しては、上記温度情報Ｔ_SP，Ｔ_IN，
Ｔ_OUT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Ｔ_SPは
リモートコントローラ６０から得られ、入水温度Ｔ_INは
温度センサＴＨ_INで検出される。なお、Ｔ_OUT’は、検
出入水温度Ｔ_INと、検出出口温度Ｔ_OUT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（Ｘ_EX：
Ｘ_BP）から、次式により求められる。Ｔ_OUT’＝（Ｘ_EX×Ｔ_OUT＋Ｘ_BP×Ｔ_IN）／（Ｘ_EX＋Ｘ_BP）・・・（４）

【００３６】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Ｔ
_OUT’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Ｔ_OUT’の代わりに、検出出口温度Ｔ_OUTを
用いて目標流量比Ｒｉを演算する。さらに、上記（３）
式において、ユーザー設定温度Ｔ_SPの代わりに所定の設
定温度例えば「４０°Ｃ」を用いてもよいし、検出入水
温度Ｔ_INの代わりに、年間平均入水温度例えば「２０°
Ｃ」を用いてもよい。

【００３７】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Ｑ_EX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、バイパス流量Ｑ_BP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）

【００３８】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
Ｔ_SP，Ｔ_IN，Ｔ_OUT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。すなわち、目標
流量比Ｒｉと実際の流量比Ｒｒの差に基づく比例演算に
よって、開度制御を行う。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Ｑ_BP＝（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Ｑ_EX＝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。

【００３９】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３
０％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。

【００４０】なお、このミキシング制御の際には、前述
した通常給湯制御の時のフィードバック制御成分を用い
ず、フィードフォワード制御成分だけを用いてバーナ１
を燃焼制御する。すなわち、入水温度Ｔ_INと設定温度Ｔ
_SPとフローセンサＦＬ１での検出流量Ｑ１と、接続点Ｐ
１における受熱管１１とバイパス管１５への分配比に基
づき、出口温度が設定温度になるように付与すべき熱量
を演算し、この熱量に追焚に必要な熱量を加算した燃焼
熱量となるようにガス比例弁５を制御する。

【００４１】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Ｔ_OUT，設定温度Ｔ_SP，入水温度Ｔ_IN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Ｔ
_MIX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，ＧＭ
２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。

【００４２】上記ミキシング制御により、受熱管１１の
高温の滞留湯が水と混合されて排出されると、受熱管１
１の出口温度は、通常給湯制御の場合とほとんど変わら
ない温度になり、バイパス管１６からの水の混合が不要
になる。この時、ミキシング制御を強制終了し、通常の
給湯制御に移行する。この強制終了の必要性について詳
しく論じる。

【００４３】ミキシング時間が長くなり滞留湯が排出さ
れた後は、熱交換部２の出口温度Ｔ_OUTも安定し、流量
制御弁ＧＭ１の開度が大きく、流量制御弁ＧＭ２の開度
が小さくなっており、その開度変化はほとんどなくな
る。他方、上記ミキシングの際のバーナ１の燃焼制御
は、前述したようにフローセンサＦＬ１での検出流量Ｑ
１（受熱管１１を通る流量に対応する）に基づいて行わ
れる。流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度変化がほとんど
なくなり、検出流量Ｑ１が安定すれば、燃焼熱量も安定
し、ひいては熱交換部２の出口温度Ｔ_OUTも安定する。
そして、この出口温度Ｔ_OUTの安定は流量制御弁ＧＭ
１，ＧＭ２の開度の安定をもたらす。このようにして、
流量制御弁ＧＭ１が全開に至らず，流量制御弁ＧＭ２が
全閉に至らない状態で、両流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の
開度が収束し、燃焼熱量も収束してしまう可能性があ
る。上記の開度収束状況，燃焼熱量収束状況では、総流
量ではなく、総流量からバイパス流量を差し引いた流量
に対応してバーナ１の燃焼熱量が決定されるので、最大
燃焼能力を発揮できない。しかも、出湯温度Ｔ_MIXに基
づくフィードバック制御を含まず、単なるフィードフォ
ワード制御であるので、出湯温度を高精度で安定させる
ことができない。このような理由によりミキシング制御
の強制終了が必要となるのである。

【００４４】上記ミキシング制御は、例えば、バイパス
制御開始から所定時間ｔ₂経過したこと、バイパス流量
Ｑ_BPが閾流量Ｇ₀以下になったこと、バイパス流量制御
弁ＧＭ２の仮全閉位置が位置センサ４８ｂで検出された
こと、バイパス制御の過程での検出流量Ｑ１の流量の積
分値が閾値を越えたこと等の条件の少なくとも一つを満
足した時に、強制終了する。これら条件は、受熱管１１
から高温滞留湯が排出されるのに必要とされる条件をそ
れぞれ表している。

【００４５】上記ミキシング制御の強制終了時点から、
流量制御弁ＧＭ２のモータ４６を駆動させて、弁体４３
を一定速度で弁座４３に向かわせ、ゴムシート４９を押
圧し、このゴムシート４９によるシール作用により、水
漏れをなくし、全閉にする。以下の説明ではこれを押し
込み動作と称する。

【００４６】ミキシング制御の強制終了時点で、流量制
御弁ＧＭ２の開度はかなり絞られており、少量の水の流
れを許容しているが、上記押し込み動作により、水の流
れがゼロになるのである。このように、流量制御弁ＧＭ
２の押し込み動作の過程で、バイパス管１６を流れる水
の量が減少してゼロに向かうので、流量制御弁ＧＭ１の
開度が上記ミキシング制御終了時点のまま維持されてい
ると、出湯温度が設定温度から外れて一時的に上昇する
可能性がある。すなわち、熱交換部２からの湯の温度が
一定であると仮定した場合、混合される水の量が減少す
るにも拘わらず湯の量が一定であると、水に対する湯の
割合が適切な割合よりも増加することになり、出湯温度
が上昇するのである。

【００４７】そこで、本実施形態では、流量制御弁ＧＭ
２の押し込み動作の過程で、流量制御弁ＧＭ１だけを、
上述したミキシング制御と同様に、実際の混合比Ｒｒが
目標混合比Ｒｉと一致するように（すなわち、出湯温度
が設定温度に一致するように）、開度制御する。これに
より、流量制御弁ＧＭ２の開度減少に伴い流量制御弁Ｇ
Ｍ１の開度が減少し、出湯温度を設定温度に維持するこ
とができる。そして、流量制御弁ＧＭ２の押し込み動作
が終了した時点で、流量制御弁ＧＭ１を、上記ミキシン
グ制御と同様の開度制御から解放し、器具の最大燃焼能
力（最大号数）の範囲で全開にし、通常給湯時の総流量
制御に移行する。

【００４８】次に、制御ユニット５０で実行される給湯
時の流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の制御について、図３を
参照して説明する。まず、フローセンサＦＬ１での検出
流量が閾値に達しているか否か、換言すれば給湯栓１４
が開いて給湯が開始されたか否かを判断する（ステップ
１０１）。肯定判断した時には、追焚燃焼中か否かを判
断する（ステップ１０２）。

【００４９】ステップ１０２で肯定判断した時、すなわ
ち追焚燃焼中に給湯が開始されたと判断した時には、前
述したように、受熱路１９の流量とバイパス路１６の流
量とから実際の混合比Ｒｒを求める（ステップ１０
３）。次に設定温度，入水温度，熱交換部２の出口温
度，常時バイパス比（固定バイパス路１５と受熱管１１
の流量比）から目標流量混合比Ｒｉを求める（ステップ
１０４）。次に、実際の混合比Ｒｒが目標混合比Ｒｉと
なるように、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の開度を制御し
てミキシング制御を実行する（ステップ１０５）。次
に、ミキシング制御開始から、所定時間ｔ₁（例えば８
秒）経過したか否かを判断する（ステップ１０６）。所
定時間ｔ₁経過するまでは、無条件でステップ１０３〜
１０５のミキシング制御を継続する。次に、ミキシング
制御開始から所定時間ｔ₂（ｔ₂＞ｔ₁であり、例えば５
０秒）経過したか否かを判断する（ステップ１０７）。
ここで否定判断した時には、バイパス管１６を通る水の
流量Ｑ_BPが所定流量Ｑ₀以下になったか否かを判断する
（ステップ１０８）。この所定流量Ｑ₀は少量であり、
例えば０.５リットル／分である。ここで否定判断した
時には、流量制御弁ＧＭ２の位置センサ４８ｂが仮全閉
位置を検出したか否かを判断する（ステップ１０９）。
ここで否定判断した時には、ステップ１０３〜１０５の
ミキシング制御を継続する。

【００５０】上記ステップ１０７，１０８，１０９のい
ずれかで肯定判断した時、換言すれば、ミキシング制御
開始から所定時間ｔ₂経過、バイパス管１６を通る水の
流量Ｑ_BPが所定流量Ｑ₀以下、流量制御弁ＧＭ２の位置
センサ４８ｂが仮全閉位置を検出、のいずれかの条件が
整った時、ミキシング制御の必要性がなくなったとし
て、ステップ１１０に進む。このステップ１１０では、
前述したように、流量制御弁ＧＭ２の押し込み動作と、
ステップ１０３，１０４と同様にして得られた目標混合
比と実際の混合比に基づいて、実際の混合比が目標混合
比になるように流量制御弁ＧＭ１の単独開度制御を実行
し、出湯温度の一時上昇を防ぎつつ通常給湯制御の準備
をする。

【００５１】次に流量制御弁ＧＭ１の押し込み動作が完
了したかどうか、すなわち、押し込み動作開始から所定
時間経過したか否かを判断する（ステップ１１１）。こ
こで肯定判断した時には、ステップ１１２に進み、通常
給湯制御を行う。ここでは、流量制御弁ＧＭ２の全閉状
態を維持したまま、流量制御弁ＧＭ１による出湯量制御
がなされる。なお、ステップ１０２で否定判断した時に
は、他のステップをパスして、このステップ１１２を実
行する。

【００５２】次に、本発明の他の実施形態を図４を参照
して説明する。この実施形態では、混合比によるフィー
ドフォワードを用いず、検出された出湯温度Ｔ_MIXに基
づくフィードバック制御により、ミキシング制御および
ミキシング制御から通常給湯制御への移行の過程での制
御を行ってもよい。以下、詳述する。ステップ１０２の
後で出湯温度Ｔ_MIXを検出し（ステップ１０３ａ）、こ
の出湯温度Ｔ_MIXが設定温度Ｔ_SPになるように、その温
度偏差に基づくＰＩＤ制御を行うことにより、流量制御
弁ＧＭ１，ＧＭ２をミキシング制御する（ステップ１０
５ａ）。同様に、ステップ１１０ａでは、ミキシング制
御から通常給湯制御に移行する過程において、検出され
た出湯温度が設定温度になるように流量制御弁ＧＭ１を
制御する。他のステップは図３の実施形態と同じである
ので説明を省略する。

【００５３】また、ミキシング制御では、上述した第１
実施形態と同様に混合比に基づく流量制御弁ＧＭ１，Ｇ
Ｍ２の制御を行ない、移行制御では、第２実施形態と同
様に出湯温度に基づく流量制御弁ＧＭ１の制御を行なっ
てもよい。さらに、これとは逆にミキシング制御では第
２実施形態と同様に出湯温度に基づく流量制御弁ＧＭ
１，ＧＭ２の制御を行ない、移行制御では、第１実施形
態と同様に混合比に基づく流量制御弁ＧＭ１の制御を行
なってもよい。

【００５４】給湯単独燃焼の場合には、原則としてミキ
シング制御を行わないが、このミキシング制御を、追焚
単独燃焼終了直後に、給湯が再開された時にも行うよう
にしてもよい。この場合、追焚単独燃焼実行中における
上記流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２の半開位置は、追焚単独
燃焼終了後も所定時間そのまま維持される。さらに、ミ
キシング制御は、給湯終了直後に給湯単独制御を再開す
る場合にも適用してもよい。熱交換部に蓄えられた残留
熱量による後沸きに対処するためである。追焚単独燃焼
の最中の給湯開始の場合であっても、受熱管１１の温度
が低い場合には、ミキシング制御を行わなくてもよい。

【００５５】また、流量制御弁ＧＭ２の押し込み動作中
に、流量制御弁ＧＭ１の開度制御を検出情報によらずに
行ってもよい。すなわち、流量制御弁ＧＭ２の開度減少
速度に対応した速度で流量制御弁ＧＭ１の開度を増大さ
せるようにしてもよい。この場合、流量制御弁ＧＭ２の
開度減少速度が一定であれば、流量制御弁ＧＭ１の開度
増大速度も一定になる。流量制御弁ＧＭ２の弁体の移動
速度は、一定でなくてもよい。例えば、バイパス流量Ｑ
_BPが所定量以下になった時に所定速度で押し込みを開始
し、仮全閉位置を検出した時に、これより低い所定速度
で押し込みを行ってもよい。この場合流量制御弁ＧＭ１
の開度増大速度も２段階にするのが好ましい。

【００５６】流量制御弁はギアモータ駆動式でないタイ
プの開度制御可能な弁を用いてもよい。フローセンサＦ
Ｌ１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、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。ミキシング制御
中には、流量制御弁ＧＭ１，ＧＭ２を同時に開き方向，
同時に閉じ方向にする制御例えばファジー制御としても
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、ミキシング制御から通常給湯制御に移行する過
程で、バイパス流量制御弁の開度を全閉に向かって減少
させる際に、メイン流量制御弁を出湯温度が設定温度に
なるように開度制御するので、この移行の際に出湯温度
が設定温度から外れて一時的に上昇するのを抑制するこ
とができる。請求項２の発明によれば、ミキシング制御
の際に、熱交換部からの湯の検出温度と設定温度に基づ
いて演算された湯水の目標混合比に、実際の混合比が近
づくように、両流量制御弁を制御することにより、湯と
水の混合を迅速かつ適切に行い、適温の湯を供給するこ
とができる。しかも、上記ミキシング制御から通常給湯
制御へと移行する際にも、目標混合比に実際の混合比が
近づくように、メイン流量制御弁だけを制御することに
より、出湯温度が設定温度から外れて一時的に上昇する
のを確実に防止できる。請求項３の発明によれば、上記
ミキシングの際や、上記移行の際に、出湯温度に基づい
て流量制御弁をフィードバック制御するので、簡易な制
御となる。請求項４の発明によれば、ミキシング制御か
ら通常給湯制御へと移行する際にメイン流量制御弁の開
度を、検出情報に基づかずに、バイパス流量制御弁の開
度減少速度に合わせて増大させるので、簡単な制御で出
湯温度の一時的上昇を抑制できる。請求項５の発明によ
れば、バイパス流量制御弁の水漏れを確実に防止し、通
常給湯制御を良好に行うことができる。請求項６の発明
によれば、ミキシング制御の必要性がないことを、具体
的な制御条件から確実に検知でき、これによって通常給
湯制御への移行を円滑に行うことができる。請求項７の
発明によれば、他の配管系のための燃焼の最中に給湯を
開始することにより熱交換部から高温の湯が出てくる状
況で、上記ミキシング制御とその後の通常制御への移行
制御を実行するため、その効果を一層際立たせることが
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】バイパス流量制御弁の拡大断面図である。

【図３】給湯の際に実行される流量制御弁の制御ルーチ
ンを示すフローチャートである。

【図４】給湯の際に実行される流量制御弁の制御ルーチ
ンの他の態様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１６バイパス管（バイパス路）１９受熱路２０追焚配管系５０制御ユニット（制御手段）ＧＭ１メイン流量制御弁ＧＭ２バイパス流量制御弁ＦＬ１，ＦＬ２フローセンサＴＨ_OUT 温度センサ

Claims

【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、制御手段とを備えた給湯
装置において、上記給湯配管系が、上記熱交換部を通る受熱路とバイパ
ス路からなる並列回路を中途部に有し、この受熱路にメ
イン流量制御弁を設け、バイパス路にバイパス流量制御
弁を設け、上記制御手段は、給湯初期に、受熱路からの湯とバイパ
ス路からの水を混合させて出湯温度が設定温度になるよ
うに、上記メイン流量制御弁とバイパス流量制御弁の両
方の開度を制御するミキシング制御を実行し、このミキ
シング制御終了後にバイパス流量制御弁を全閉した状態
での通常給湯制御を実行し、上記ミキシング制御から通常給湯制御に移行する際に
は、バイパス流量制御弁の開度を全閉になるまで減少さ
せ、この過程で、上記メイン流量制御弁を、出湯温度が
設定温度になるように開度制御することを特徴とするバ
イパス路付き給湯装置。
【請求項２】上記給湯配管系には少なくとも２つのフロ
ーセンサが設けられ、一方のフローセンサは、上記バイ
パス路，受熱路のうちの一方に設けられ、他方のフロー
センサは、上記バイパス路，受熱路のうちの他方、上記
並列回路の上流側，下流側のいずれかに設けられ、上記
受熱路には熱交換部の下流側に温度センサが設けられて
おり、上記制御手段は、ミキシング制御において、上記フロー
センサでの検出流量に基づいて、受熱路からの流量とバ
イパス路からの流量の実際の混合比を演算し、少なくと
も上記温度センサでの検出温度と設定温度情報に基づい
て、出湯温度が設定温度になるように目標混合比を演算
し、上記実際の混合比が目標混合比になるように上記メ
イン流量制御弁とバイパス流量制御弁の開度を制御し、
このミキシング制御から通常給湯制御に移行する過程で
は、上記実際の混合比が上記目標混合比になるように、
メイン流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請
求項１に記載のバイパス路付き給湯装置。
【請求項３】上記給湯配管系には上記並列回路の下流側
において温度センサが設けられ、上記制御手段は、ミキ
シング制御において、上記温度センサでの検出温度が設
定温度になるように上記メイン流量制御弁とバイパス流
量制御弁の開度を制御し、上記ミキシング制御から通常
給湯制御に移行する過程では、上記検出温度が設定温度
になるように、メイン流量制御弁の開度を制御すること
を特徴とする請求項１に記載のバイパス路付き給湯装
置。
【請求項４】上記制御手段は、ミキシング制御から通常
給湯制御に移行する過程において、メイン流量制御弁の
開度を、バイパス流量制御弁の開度の減少速度に対応し
た速度で増大させることを特徴とする請求項１に記載の
バイパス路付き給湯装置。
【請求項５】上記バイパス流量制御弁では、弁座とこれ
に接離する弁体のうちの少なくとも一方に弾性シール材
が設けられ、上記ミキシング制御から通常制御に移行す
る過程では、この弁体を弁座に向かって移動させて、両
者の間に介在された上記弾性シール材を押圧することを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバイパス路
付き給湯装置。
【請求項６】上記ミキシング制御は、バイパス路を流れ
る流量が閾流量以下になること、バイパス流量制御弁に
設けた位置センサが、全閉状態に近く少量の漏れがある
仮全閉位置を検出すること、ミキシング制御の開始から
所定時間が経過すること、熱交換部を通る流量の積算値
が閾値を越えることの少なくともいずれか一つの条件を
満たす時に、終了することを特徴とする請求項１〜５の
いずれかに記載のバイパス路付き給湯装置。
【請求項７】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
熱発生部から熱交換部に熱が付与されている状態におい
て、給湯が開始された時に、上記ミキシング制御を実行
することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の
バイパス路付き給湯装置。