特開 2024-177810 温水調温装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024177810

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】温水調温装置

(51)【国際特許分類】

   F24D 17/00 20220101AFI20241217BHJP

   F24H 1/14 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/174 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/215 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/219 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/281 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/238 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/315 20220101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

F24D17/00 L

F24H1/14 C

F24H15/174

F24H15/215

F24H15/219

F24H15/281

F24H15/238

F24H15/315

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096156

(22)【出願日】2023-06-12

(71)【出願人】

【識別番号】000004709

【氏名又は名称】株式会社ノーリツ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】跡部 嘉史

(72)【発明者】

【氏名】上林 道弘

(72)【発明者】

【氏名】岩波 慶一朗

【テーマコード（参考）】

3L034

3L073

【Ｆターム（参考）】

3L034BA22

3L034BB03

3L073AA02

3L073AA15

3L073AC01

3L073AD01

3L073AD02

3L073AD05

3L073AD06

3L073AD07

3L073AD08

3L073AE06

(57)【要約】

【課題】バイパスミキシング方式の温水調温装置における温度制御精度を高める。
【解決手段】ハイブリッドバルブ８０は、入水路５０に導入された低温水を、熱交換器１０への缶体配管５５と、バイパス配管６０とに分配する。ハイブリッドバルブ８０は、開度制御値に対して、トータル流量Ｑｔに影響を与えず流量Ｑ１および流量Ｑ２の流量比が変化する第１領域と、当該流量比が固定される一方でトータル流量Ｑｔが変化する第２領域とを有するように構成される。コントローラ２００は、ハイブリッドバルブ８０の現在の開度制御値から逆算された第１流量比と、温度センサ１１０，１２０，１３０の検出温度Ｔｗ，Ｔｂ，Ｔｈから算出された第２流量比との誤差に基づく補正量が反映された補正後の流量比を用いて分配弁を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

低温水および高温水を混合する温水調温装置であって、
前記高温水を出力する加熱部に前記低温水を通流するための第１流路と、
前記加熱部を通過させることなく前記低温水を通流する第２流路と、
前記低温水の温度を検出するための第１温度検出器と、
前記高温水の温度を検出するための第２温度検出器と、
前記低温水および前記高温水の混合後の出湯温度を検出するための第３温度検出器と、
前記第１流路および前記第２流路と接続されて、前記第１流路および前記第２流路の流量を制御するための制御弁と、
前記第１温度検出器、前記第２温度検出器、および、前記第３温度検出器のそれぞれによる第１検出温度、第２検出温度、および、第３検出温度と、前記出湯温度の設定温度とを入力されて、前記出湯温度を前記設定温度に制御するための前記制御弁の制御値を設定する制御装置とを備え、
前記制御弁は、前記制御値の変化に対して、前記第１流路および前記第２流路のトータル流量に影響を与えずに前記第１流路および前記第２流路の流量比が変化する第１領域と、前記流量比が固定される一方で前記トータル流量が減少する第２領域とを有するように構成され、
前記制御装置は、
前記第１領域および前記第２領域を通じて予め定められた前記制御弁の前記制御値と前記流量比との間の基準特性関係に照らして、前記制御弁の現在の制御値から求められる第１流量比と、前記第１検出温度、前記第２検出温度、および、前記第３検出温度から求められる第２流量比との偏差に基づいて、前記流量比の補正量を時系列に更新する処理を、前記制御値が前記第１領域内であるとき、および前記第２領域内であるときを通じて実行するとともに、前記補正量が反映された補正後の流量比を用いて前記制御弁の制御値を設定する、温水調温装置。

【請求項2】

前記第１流路または前記第２流路に配置された流量検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記流量検出器による検出流量と前記補正後の流量比とを用いて算出された前記トータル流量と前記第１検出温度および前記設定温度の温度差との積に従う必要加熱量が、前記加熱部の出力値が最大値のときにおける最大加熱量以下であるときには、前記制御弁の前記制御値を前記第１領域内に設定する一方で、前記必要加熱量が前記最大加熱量より大きいときには、前記制御弁の前記制御値を前記第２領域内に設定する、請求項１記載の温水調温装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記必要加熱量が前記最大加熱量以上のときには、前記トータル流量を、前記最大加熱量を前記温度差で除算して求められた最大流量以下に設定される目標流量に制御するように、前記第２領域内での前記制御弁の前記制御値を算出する、請求項２記載の温水調温装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記必要加熱量が前記最大加熱量より小さいときには、前記基準特性関係に照らして、出湯温度を設定温度に制御するために算出された目標流量比に対して補正量が反映された補正後の流量比から、制御弁の制御値を設定する、請求項２記載の温水調温装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記必要加熱量が前記最大加熱量より小さいときには、前記設定温度および前記第１検出温度の温度差と、前記第２検出温度および前記設定温度の温度差との比に従って、前記目標流量比を算出する、請求項４記載の温水調温装置。

【請求項6】

前記第２流量比は、前記第３検出温度および前記第１検出温度の温度差と、前記第２検出温度および前記第３検出温度の温度差との比に従って算出される、請求項１記載の温水調温装置。

【請求項7】

前記補正量は、前記偏差の推移を時間軸方向に平滑化することによって算出される、請求項１～６のいずれか１項記載の温水調温装置。

【請求項8】

前記補正量は、前記偏差の指数平滑演算によって算出される、請求項７記載の温水調温装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温水調温装置に関し、より特定的には、高温水および低温水を混合するバイパスミキシング方式の温水調温装置に関する。

【背景技術】

【0002】

熱交換器を経由した高温水と、熱交換器をバイパスした低温水との流量比率の制御によって出湯温度を調整する、バイパスミキシング方式の温水調温装置が給湯器等に適用されている。

【0003】

特許第３０６７４９８号公報（特許文献１）には、高温水および低温水の流量比を制御するためのバイパス弁（分配弁）の弁開度を、ステッピングモータのステップ数によって制御する構成が記載されている。特許文献１には、バイパス弁におけるステップ数（弁開度）および流量比の間の予め求められた基準特性関係に従って、目標流量比から逆算された目標ステップ数を、補正ステップ数を用いて補正することによって、ステッピングモータのステップ数を設定することが記載されている。補正ステップ数は、検出温度から算出される実績流量比と目標流量比との偏差に基づいて算出される。

【0004】

また、特許４８２３１４９号公報（特許文献２）には、湯と水を混合して温水を出力する混合弁の一態様として、水導入口を全閉にした状態で湯量のみを絞る機能を併有するものが記載されている。具体的には、特許文献２の混合弁は、混合弁の弁開度に応じて、水導入口および湯導入口の開口面積が連動してそれぞれ漸減および漸増する第１領域と、水導入口を全閉にした状態で湯導入口の開口面積を最大値から最小値まで変化する第２領域とが存在する特性を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許３０６７４９８号公報

【特許文献2】特許４８２３１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２に記載された混合弁では、混合弁からの出力流量（即ち、水および湯の合計流量）には影響を与えずに流量比（混合比）が弁開度に応じて変化する第１領域と、水および湯の混合比が固定された下（全量が湯）で、混合弁からの出力流量が弁開度に応じて変化する第２領域とが存在することが理解される。

【0007】

ここで、特許文献２の混合弁を、特許文献１の給湯装置のバイパス弁に適用する構成を想定すると、上記第１の領域では、補正ステップ数を用いてバイパス弁の弁開度を制御することにより、バイパス弁の特性誤差を補償して高温水および低温水の流量比率を正確に設定することで、温度制御精度を高めることが期待できる。

【0008】

しかしながら、特許文献２の混合弁は、第２の領域では、弁開度、即ち、バイパス弁のステップ数に対して混合比が変化しないので、当該領域でのバイパス弁の特性誤差の補償が困難となることが懸念される。

【0009】

特に、特許文献２の混合弁について、水導入口の開度最小値を全閉よりも大きく設定することで、第２の領域では、水および湯の流量比（混合比）を０ではない一定値に固定する変形例を想定すると、当該第２領域でのバイパス弁の特性誤差の補償が不十分となることに起因して、温度制御精度が低下する虞がある。

【0010】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、制御値の変化に対して流量比が変化しない領域を有する制御弁が適用されたバイパスミキシング方式の温水調温装置における温度制御精度を高めることである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明のある局面では、温水調温装置が提供される。低温水および高温水を混合する温水調温装置は、第１流路と、第２流路と、第１温度検出器と、第２温度検出器と、第３温度検出器と、制御弁と、制御装置とを備える。第１流路は、高温水を出力する加熱部に低温水を通流する。第２流路は、加熱部を通過させることなく低温水を通流する。第１温度検出器は、低温水の温度を検出する。第２温度検出器は、高温水の温度を検出する。第３温度検出器は、低温水および高温水の混合後の出湯温度を検出する。制御弁は、第１流路および第２流路と接続されて、第１流路および第２流路の流量を制御する。制御装置は、第１温度検出器、第２温度検出器、および、第３温度検出器のそれぞれによる第１検出温度、第２検出温度、および、第３検出温度と、出湯温度の設定温度とを入力されて、出湯温度を設定温度に制御するための制御弁の制御値を設定する。制御弁は、制御値の変化に対して、第１流路および第２流路のトータル流量に影響を与えずに第１流路および第２流路の流量比が変化する第１領域と、流量比が固定される一方でトータル流量が減少する第２領域とを有するように構成される。制御装置は、第１領域および第２領域を通じて予め定められた制御弁の制御値と流量比との間の基準特性関係に照らして、制御弁の現在の制御値から求められる第１流量比と、第１検出温度、第２検出温度、および、第３検出温度から求められる第２流量比との偏差に基づいて、流量比の補正量を時系列に更新する処理を、制御値が第１領域内であるとき、および第２領域内であるときを通じて実行するとともに、補正量が反映された補正後の流量比を用いて制御弁の制御値を設定する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、制御値の変化に対して流量比が変化しない領域を有する制御弁が適用されたバイパスミキシング方式の温水調温装置において、制御弁の現在の制御値から逆算された流量比と、実績温度から算出された流量比との誤差に基づく補正量を用いて制御弁を制御することによって温度制御精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態に従う温水調温装置の代表例として示される給湯装置の概略構成図である。

【図2】図１の給湯装置に適用されるハイブリッドバルブの入出力を説明する概念図である。

【図3】図１の給湯装置に適用されるハイブリッドバルブの特性を示す概念図である。

【図4】ハイブリッドバルブのオフセット学習の比較例を説明する概念図である。

【図5】本発明の実施の形態に従うハイブリッドバルブのオフセット学習を説明する概念図である。

【図6】図１の給湯装置におけるハイブリッドバルブの制御処理を説明するフローチャートである。

【図7】図１の給湯装置における燃焼バーナでの燃焼制御を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

【0015】

図１は、本発明の実施の形態に従う温水調温装置の代表例として示される給湯装置１００の概略構成図である。

【0016】

図１を参照して、給湯装置１００は、熱交換器１０および燃焼バーナ３０等が格納された燃焼缶体（以下、単に「缶体」とも称する）５と、送風ファン４０と、入水路５０と、缶体配管５５と、バイパス配管６０と、出湯路７０と、ハイブリッドバルブ８０と、コントローラ２００とを備える。

【0017】

入水路５０は、ハイブリッドバルブ８０を経由して、缶体配管５５およびバイパス配管６０と接続される。入水路５０には、水道水等の低温水が供給される。入水路５０の低温水は、ハイブリッドバルブ８０を経由して、缶体配管５５およびバイパス配管６０へ分配される。本実施の形態では、バイパスミキシング方式において高温水および低温水の流量比を制御するための「制御弁」が、後述する特性を有するハイブリッドバルブ８０を用いて構成される。

【0018】

缶体配管５５は、熱交換器１０に低温水を通流させる。入水路５０から缶体配管５５へ導入された低温水は、燃焼バーナ３０の発生熱量により、熱交換器１０を通過することによって加熱される。これにより、熱交換器１０からは、高温水が出力される。

【0019】

燃焼バーナ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、燃焼バーナ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。

【0020】

能力切換弁３５ａ～３５ｃは、複数の燃焼バーナ３０のうちの、燃料ガスの供給対象となるバーナ本数を切換えるために開閉制御される。缶体５での発生熱量は、バーナ本数およびガス流量の組み合わせによって決まる、燃焼バーナ３０全体からの供給ガス量に比例する。したがって、燃焼バーナ３０に要求される加熱量に対応させて、能力切換弁３５ａ～３５ｃの開閉パターン（バーナ本数）およびガス比例弁３３の開度（ガス流量）の組み合わせを決定する設定マップを予め作成することができる。

【0021】

缶体５において、燃焼バーナ３０から出力された燃料ガスは、送風ファン４０からの燃焼用空気と混合される。送風ファン４０による送風量は、燃焼バーナ３０全体からの供給ガス量との空燃比が所定値（例えば、理想空燃比）となるように制御される。送風ファン４０の送風量は、ファン回転数と比例するので、送風ファン４０の回転数は、供給ガス量の変化に応じて設定される目標回転数に従って制御される。送風ファン４０には、ファン回転数を検出するための回転数センサ４５が設けられる。

【0022】

燃料ガスと燃焼用空気との混合気が、図示しない点火装置によって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。燃焼バーナ３０からの火炎によって生じる燃焼熱は、缶体５内で熱交換器１０へ与えられる。

【0023】

熱交換器１０によって加熱された高温水は、出湯路７０へ向けて出力される。缶体５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。なお、熱交換器１０は、一次熱交換器および二次熱交換器の両方が設けられるように構成されてもよい。

【0024】

バイパス配管６０および缶体配管５５は、合流点７５において接続される。合流点７５より下流側の出湯路７０には、缶体配管５５からの高温水と、バイパス配管６０からの低温水の混合によって調温された適温の温水が供給される。出湯路７０の温水は、台所や浴室等の給湯栓（図示せず）、図示しない風呂への注湯回路などの所定の給湯箇所に供給される。

【0025】

このように、給湯装置１００は、ハイブリッドバルブ８０を経由して、熱交換器１０を通過した高温水および熱交換器１０をバイパスした低温水を混合する、いわゆるバイパスミキシング方式の温水調温装置を含んで構成されている。後述するように、高温水および低温水の流量比（混合比）は、コントローラ２００からのハイブリッドバルブ８０の開度制御値（後述）によって制御される。

【0026】

したがって、図１の構成例では、缶体配管５５によって「第１流路」が形成されるとともに、バイパス配管６０によって「第２流路」が形成される。さらに、燃焼バーナ３０から受熱する熱交換器１０によって「加熱部」の一実施例が構成される。

【0027】

なお、以下では、缶体配管５５（第１流路）の流量をＱ１と表記し、バイパス配管６０（第２流路）の流量をＱ２と表記する。また、出湯路７０からの出湯流量は、流量Ｑ１および流量Ｑ２の和による、給湯装置１００のトータル流量Ｑｔ（Ｑｔ＝Ｑ１＋Ｑ２）に相当する。各流量は、単位時間当たりの流量であって、その単位は、例えば、リットル／分である。

【0028】

温度センサ１１０は、缶体配管５５の熱交換器１０よりも上流側に、低温水の温度を検出するために設けられる。温度センサ１１０は、入水路５０またはバイパス配管６０に設けられてもよい。

【0029】

温度センサ１２０は、缶体配管５５の熱交換器１０よりも下流側に、高温水の温度を検出するために配置される。即ち、温度センサ１２０は、合流点７５よりも上流側に配置される。温度センサ１３０は、高温水および低温水の混合後の出湯温度を検出するために、合流点７５よりも下流側の出湯路７０に配置される。

【0030】

以下では、温度センサ１１０による検出温度を入水温度Ｔｗと表記し、温度センサ１２０による検出温度を缶体温度Ｔｂと表記し、温度センサ１３０による検出温度を出湯温度Ｔｈと表記する。温度センサ１１０は「第１温度検出器」に対応し、温度センサ１２０は「第２温度検出器」に対応し、温度センサ１３０は「第３温度検出器」に対応する。また、入水温度Ｔｗ、缶体温度Ｔｂおよび出湯温度Ｔｈは、それぞれ、「第１検出温度」、「第２検出温度」および「第３検出温度」に相当する。

【0031】

缶体配管５５には、流量センサ１５０がさらに配置される。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することができる。流量センサ１５０は、缶体配管５５の流量Ｑ１を検出する。

【0032】

コントローラ２００は、例えば、マイクロコンピュータによって構成することができる。コントローラ２００は、各センサによる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発生する。ユーザ操作には、給湯装置１００の運転スイッチのオン／オフ指令および、出湯温度の目標値に相当する設定温度Ｔｒの指定が含まれる。

【0033】

コントローラ２００は、給湯装置１００の運転スイッチがオンされると、流量センサ１５０によって検出される流量Ｑ１が最低作動流量（ＭＯＱ）を超えるのに応じて、缶体５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、燃焼バーナ３０への燃料ガスの供給が開始され、図示しない点火装置により点火される。これに応じて、給湯装置１００による給湯運転が開始される。給湯運転時において、コントローラ２００は、設定温度Ｔｒに従って出湯温度を制御する。

【0034】

給湯装置１００の運転スイッチがオフされたとき、または、給湯運転中に流量Ｑ１が最低作動流量（ＭＯＱ）よりも低下したときには、燃焼バーナ３０への燃料ガスの供給が停止されることにより、給湯運転が終了される。

【0035】

次に、本実施の形態に係る温水調温装置（給湯装置１００）に適用されるハイブリッドバルブ８０の特性について詳細に説明する。

【0036】

図２に示されるように、ハイブリッドバルブ８０は、缶体配管５５と接続される第１ポート８１と、バイパス配管６０と接続される第２ポート８２と、入水路５０と接続される第３ポート８３とを有する。ハイブリッドバルブ８０は、コントローラ２００からの開度制御値Ｘに従って、図示しない１又は複数の弁体の開度が制御されることによって、第１ポート８１、第２ポート８２、および、第３ポート８３の少なくとも一部の開口面積が変化することで、流量Ｑ１およびＱ２を制御するように構成される。例えば、弁体は、ステッピングモータ（図示せず）によって開閉駆動される。この場合には、開度制御値Ｘは、当該ステッピングモータのステップ数で示される。

【0037】

一例として、第１ポート８１および第２ポート８２の開口面積は、第１の弁体（図示せず）の開度に応じて、それぞれ変化する一方で、両者の和は一定値を維持するように制御される。一方で、第３ポート８３の開口面積は、第２の弁体（図示せず）の開度に応じて制御される。

【0038】

缶体配管５５の流量Ｑ１が第１ポート８１の開口面積に従って変化し、バイパス配管６０の流量Ｑ２が第２ポート８２の開口面積に従って変化する一方で、第１ポート８１および第２ポート８２の開口面積の和が一定であるため、上述した第１弁体の開度に応じて、流量Ｑ１および流量Ｑ２の流量比ｋ（ｋ＝Ｑ２／Ｑ１と定義する）が変化する。

【0039】

さらに、トータル流量Ｑｔ（Ｑ１＋Ｑ２）は、第１ポート８１および第２ポート８２の開口面積の和が一定であるため、上述した第２弁体の開度に従う第３ポート８３の開口面積に従って変化する。

【0040】

図３には、開度制御値Ｘに対するハイブリッドバルブ８０の特性図が示される。
図３に示されるように、ハイブリッドバルブ８０は、最小値Ｘ１から最大値Ｘ２までの間で変化する開度制御値Ｘに対して、トータル流量Ｑｔに影響を与えることなく流量比ｋが変化する第１領域（Ｘ＝Ｘ１～Ｘｔ）と、流量比ｋが一定値とされた下でトータル流量Ｑｔが変化する領域（Ｘ＝Ｘｔ～Ｘ２）とを有するように構成される。以下では、第１領域を「温度制御領域９１」とも称し、第２領域を「流量制御領域９２」とも称する。

【0041】

トータル流量Ｑｔは、温度制御領域９１（Ｘ＝Ｘ１～Ｘｔ）では最大流量Ｑｍａｘに維持される一方で、流量制御領域９２（Ｘ＝Ｘｔ～Ｘ２）では開度制御値Ｘの増加に応じて最大流量Ｑｍａｘから最小流量Ｑｍｉｎまで減少するように制御される。

【0042】

これに対して、流量比ｋは、温度制御領域９１（Ｘ＝Ｘ１～Ｘｔ）では開度制御値Ｘの増加に応じて、最大値ｋｍａｘから最小値ｋｍｉｎまで漸減するように制御される一方で、流量制御領域９２（Ｘ＝Ｘｔ～Ｘ２）では、Ｘ＝Ｘｔでの最小値ｋｍｉｎに維持される。

【0043】

例えば、温度制御領域９１では、開度制御値Ｘが最小値Ｘ１から境界値Ｘｔまで増加するのに応じて、第１ポート８１の開口面積が漸増する一方で第２ポート８２の開口面積が漸減するように、第１ポート８１および第２ポート８２の開口面積を連動して変化させる一方で、第３ポート８３の開口面積が、温度制御領域９１では開度制御値Ｘに依存せず最大値に維持するように、ハイブリッドバルブ８０を構成することができる。これにより、図３に示された、温度制御領域９１での開度制御値Ｘに対する流量比ｋおよびトータル流量Ｑｔの特性が実現される。なお、最大流量Ｑｍａｘは、入水路５０に導入される低温水の圧力（例えば、上水道の水圧）および、給湯先の図示しない給湯栓の開度等によって決まる。

【0044】

また、流量制御領域９２では、開度制御値Ｘが境界値Ｘｔから最大値Ｘ２まで増加するのに応じて、第３ポート８３の開口面積が漸減する一方で、第１ポート８１および第２ポート８２の開口面積はＸ＝Ｘｔのときの状態に維持されるように、ハイブリッドバルブ８０を構成することができる。これにより、図３に示された、流量制御領域９２での開度制御値Ｘに対する流量比ｋおよびトータル流量Ｑｔの特性が実現される。ハイブリッドバルブ８０は、図３に示された流量比（Ｑ２／Ｑ１）およびトータル流量（Ｑ１＋Ｑ２）の特性に従って、流量Ｑ１（高温水）および流量Ｑ２（低温水）を制御することになる。

【0045】

なお、以下では、流量比ｋｍｉｎ＞０、即ち、流量制御領域９２でもバイパス配管６０に流量が生じるケース（Ｑ２＞０）を想定するが、Ｘ＝Ｘ２にて第２ポート８２を全閉状態とすることで、流量制御領域９２での流量比ｋｍｉｎ＝０（即ち、Ｑ２＝０）とすることも可能である。

【0046】

また、開度制御値Ｘの最大値Ｘ２におけるトータル流量Ｑｔの最小流量Ｑｍｉｎは、第３ポート８３を全閉状態とすることで、Ｑｍｉｎ＝０とすることができる。一方で、Ｘ＝Ｘ２において、第３ポート８３を全閉状態としないことで、Ｑｍｉｎ＞０とすることも可能である。ただし、上述のように、流量Ｑ１が最低作動流量（ＭＯＱ）よりも低下したときには、燃焼バーナ３０での燃焼は停止される。

【0047】

したがって、給湯装置１００は、温度制御領域９１では、ハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘによって流量比ｋを調整することで、出湯温度Ｔｈを設定温度Ｔｒに制御することができる。給湯装置１００における、「加熱部」、すなわち、燃焼バーナ３０の発生熱量を最大値（例えば、ガス流量最大値および全バーナで燃焼）としたときの最大加熱量が、トータル流量Ｑｔおよび昇温量ΔＴ＝Ｔｒ－Ｔｗの積に従う必要加熱量以上のときには、温度制御領域９１での流量比ｋの調整による出湯温度制御が可能であることが理解される。

【0048】

一方で、必要加熱量が最大加熱量よりも大きくなると、トータル流量Ｑｔを最大流量Ｑｍａｘから絞らなければ、出湯温度Ｔｈを設定温度Ｔｒまで上昇させることができなくなる。このため、流量制御領域９２でのトータル流量Ｑｔの調整による出湯温度制御が必要となる。また、缶体配管５５の流量Ｑ１が熱交換器１０の耐久性能上の上限流量（缶体最大流量Ｑ１ｍａｘ）となる場合も、流量制御領域９２にて、Ｑ１≦Ｑ１ｍａｘとなるように流量制御が行われる。

【0049】

缶体配管５５の流量Ｑ１、バイパス配管６０の流量Ｑ２、缶体温度Ｔｂ、入水温度Ｔｗおよび、出湯温度Ｔｈの間には、下記の式（１）の関係が成立する。
Ｑ２・（Ｔｈ－Ｔｗ）＝Ｑ１・（Ｔｂ－Ｔｈ） …（１）

【0050】

式（１）から、流量比ｋ（ｋ＝Ｑ２／Ｑ１）は、缶体温度Ｔｂ、入水温度Ｔｗおよび、出湯温度Ｔｈから、式（２）で示すことができる。
ｋ＝Ｑ２／Ｑ１＝（Ｔｂ－Ｔｈ）／（Ｔｈ－Ｔｗ） …（２）

【0051】

したがって、給湯運転中に、温度センサ１１０，１２０，１３０の検出温度を式（２）に代入することで、温度実績値から逆算された実際の流量比ｋを逐次算出することができる。以下では、このように求めた流量比を実績流量比ｋｔｍと表記する。

【0052】

一方で、出湯温度Ｔｈを設定温度Ｔｒに制御するための流量比ｋ＊は、式（２）において、出湯温度Ｔｈを設定温度Ｔｒに置換した下記の式（３）によって算出することができる。
ｋ＊＝Ｑ２／Ｑ１＝（Ｔｂ－Ｔｒ）／（Ｔｒ－Ｔｗ） …（３）

【0053】

理論的には、式（３）によって算出された流量比ｋ＊に従って、ハイブリッドバルブ８０による流量比が設定されることで、出湯温度Ｔｈを設定温度Ｔｒに制御することができる。

【0054】

例えば、事前の実機試験結果等によって、ハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘに対する実績流量比ｋｔｍを測定することで、ハイブリッドバルブ８０における、開度制御値Ｘ（ステップ数）と流量比ｋの対応関係を求めることできる。これにより、ハイブリッドバルブ８０について、開度制御値Ｘおよび流量比ｋの間の基準となる対応関係を、基準特性線として予め定めることができる。

【0055】

そして、コントローラ２００は、当該基準特性線に従って、缶体温度Ｔｂおよび入水温度Ｔｗの検出温度と、設定温度Ｔｒとを式（３）に代入して求められた流量比ｋ＊から、開度制御値Ｘを逆算してハイブリッドバルブ８０を制御することで、出湯温度制御を実行することができる。

【0056】

しかしながら、ハイブリッドバルブ８０の実際の開度特性（Ｘ－ｋ）は、部品ばらつきによる個体差や稼働環境の差異等によって、上述の基準特性線とは異なるものとなる可能性がある。このような場合には、当該基準特性線からの開度特性のずれによって、式（３）で算出された流量比ｋ＊を正確に実現することが困難になる。これにより、実際の流量比と、流量比ｋ＊との誤差に起因して、設定温度Ｔｒからの出湯温度Ｔｈに誤差が生じることで、温度制御精度が低下することが懸念される。

【0057】

このため、特許文献１では、上述した流量比ｋ＊に対応する目標流量比率から基準特性線に従って求められた目標ステップ数を、補正ステップ数を用いて補正することによって、ステッピングモータのステップ数を設定することが記載されている。補正ステップ数は、上記実績流量比ｋｔｍに対応するステップ数と、実際のステップ数との偏差に基づいて算出される。

【0058】

図４には、特許文献１に記載された補正ステップ数によるハイブリッドバルブ８０のオフセット学習の態様が比較例として示される。

【0059】

図４を参照して、基準特性線３００は、上述したように、ハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘおよび流量比ｋの間の基準となる対応関係として予め定められる。これに対して、温度制御領域９１内でのハイブリッドバルブ８０での実際の特性線３０５が、基準特性線３００からずれている場合には、このずれ量（オフセット量）によって、ハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘを補正することで、温度制御精度を向上することができる。

【0060】

図４に示されるように、比較例（特許文献１）では、実際の開度制御値（ステップ数）と、実績流量比ｋｔｍから逆算された開度制御値（ステップ数）との誤差ΔＸに基づいて開度制御値Ｘの補正量Ｘｃが求められる。補正量Ｘｃは、上記誤差が算出される毎に更新される、いわゆる、学習処理によって求められる。

【0061】

しかしながら、本実施の形態で適用されるハイブリッドバルブ８０では、開度制御値Ｘの変化に対して流量比ｋが変化しない領域（図３での流量制御領域９２）が存在するので、当該領域では、開度制御値Ｘの補正量Ｘｃを更新することができなくなる。このため、実際の特性線３０５と基準特性線３００との差を補正量Ｘｃに反映することができない。

【0062】

この結果、流量制御領域９２内でハイブリッドバルブ８０の開度が制御される期間、および、流量制御領域９２から温度制御領域９１へハイブリッドバルブ８０の開度が変化した直後の期間において、実際の特性線３０５と基準特性線３００との差に起因して、ハイブリッドバルブ８０による流量比ｋが意図通りに設定できないことによって、温度制御精度が低下することが懸念される。

【0063】

これに対して、図５には、本発明の実施の形態に従うハイブリッドバルブのオフセット学習を説明する概念図が示される。

【0064】

図５に示されるように、本実施の形態では、実際の特性線３０５と基準特性線３００との差について、流量比ｋの誤差Δｋとして学習して、ハイブリッドバルブ８０の開度制御値に反映する。これにより、特許文献１のように開度制御値（ステップ数）の誤差を直接的に学習する手法とは異なり、流量制御領域９２内でも、ハイブリッドバルブ８０によって設定された流量比ｋの誤差（オフセット値）に相当する流量比補正量ｋｃを時系列に更新することができる。この結果、流量制御領域９２内でも、実際の特性線３０５と基準特性線３００との差を学習することで、上述した温度制御精度の低下を抑制することができる。

【0065】

なお、図示は省略しているが、流量制御領域９２において、ハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘと、トータル流量Ｑｔとの対応関係、即ち、トータル流量の基準特性線についても、実機試験等の結果に基づいて予め作成されている。

【0066】

図６は、図１の給湯装置におけるハイブリッドバルブの制御処理を説明するフローチャートである。図６に示されるフローチャートの処理は、給湯運転中にコントローラ２００によって周期的に実行することができる。なお、図６中には記載を省略しているが、コントローラ２００は、図６に示される処理が実行される制御周期毎に、各センサによる検出値（Ｔｗ，Ｔｂ，Ｔｗ，Ｑ１）を取得することができる。

【0067】

図６を参照して、コントローラ２００は、ステップ（以下、単に「Ｓ」とも表記する）１００により、流量センサ１５０によって検出された流量Ｑ１から、トータル流量Ｑｔを算出する。この際には、後述する、制御周期毎に更新される補正後の流量比ｋ［ｉ］を用いて、第ｉ番目（ｉ：自然数）の制御周期において、トータル流量Ｑｔ［ｉ］は、Ｑ２＝ｋ・Ｑ１で示されることから、当該制御周期での流量Ｑ１の検出値Ｑ１［ｉ］を用いて、下記の式（４）に従って算出される。なお、ｉ＝１の制御周期は、給湯運転開始時の制御周期に対応し、ｉ＝０に対応する初期値は、予め定められたゼロを含む固定値、または、前回の給湯運転終了時の値を用いて、適宜設定することができる。
Ｑｔ［ｉ］＝Ｑ１＋Ｑ２＝（１＋ｋ［ｉ］）・Ｑ１［ｉ］ …（４）

【0068】

コントローラ２００は、Ｓ２００により、Ｓ１００で求められたトータル流量Ｑｔと、昇温量ΔＴ＝Ｔｒ－Ｔｗとの積に従って、必要加熱量Ｐｒｑを算出する。さらに、コントローラ２００は、Ｓ３００により、Ｓ２００で算出された必要加熱量Ｐｒｑと、燃焼バーナ３０による発生熱量の最大値に対応して予め定められる最大加熱量Ｐｍａｘとを比較する。

【0069】

コントローラ２００は、最大加熱量Ｐｍａｘが必要加熱量Ｐｒｑ以上のとき（Ｓ３００のＹＥＳ判定時）には、処理をＳ４００に進めて、当該制御周期では、ハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘが温度制御領域９１（図３）内に設定されることによる温度制御を実行する。一方で、必要加熱量Ｐｒｑが必要加熱量Ｐｒｑより大きいとき（Ｓ３００のＮＯ判定時）には、処理をＳ５００に進めて、当該制御周期では、ハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘが流量制御領域９２（図３）内に設定されることによる流量制御を実行する。

【0070】

あるいは、Ｓ３００では、缶体の流量Ｑ１と缶体最大流量Ｑ１ｍａｘとの比較をさらに組み合わせて、「最大加熱量Ｐｍａｘが必要加熱量Ｐｒｑ以上であり」、かつ、「流量Ｑ１が缶体最大流量Ｑ１ｍａｘ以下」であるときにＹＥＳ判定として温度制御を実行する一方で、「必要加熱量Ｐｒｑが必要加熱量Ｐｒｑより大きい」または「流量Ｑ１が缶体最大流量Ｑ１ｍａｘより大きい」ときにＮＯ判定として流量制御を実行するように判定することも可能である。

【0071】

コントローラ２００は、温度制御の実行時（Ｓ４００）には、Ｓ４０５により、上述の式（３）での流量比ｋ＊に従って、当該制御周期での入水温度Ｔｗおよび缶体温度Ｔｂの検出値と、設定温度Ｔｒとを用いて、温度制御のための流量比ｋの目標値である目標流量比ｋｓｔを算出する。即ち、ｋｓｔ＝ｋ＊＝（Ｔｂ－Ｔｒ）／（Ｔｒ－Ｔｗ）に設定される。

【0072】

コントローラ２００は、Ｓ４１０では、式（２）に従って、当該制御周期での入水温度Ｔｗ、缶体温度Ｔｂ、および、出湯温度Ｔｈの検出値から、実績流量比ｋｔｍを算出する。

【0073】

コントローラ２００は、ハイブリッドバルブ８０の現在の開度制御値Ｘ、即ち、前回の第（ｉ－１）番目の制御周期に設定された開度制御値Ｘを、図５に示した基準特性線３００に従って、開度流量比ｋｐｓに逆算する（Ｓ４２０）。さらに、Ｓ４３０により、基準特性線３００に対する流量比の誤差（オフセット）Δｋが算出される。具体的には、第ｉ番目の制御周期における流量比誤差Δｋ［ｉ］は、当該制御周期においてＳ４１０，Ｓ４２０で算出された、実績流量比ｋｔｍ及び開度流量比ｋｐｓを用いて、下記の式（５）によって算出される。即ち、開度流量比ｋｐｓは「第１流量比」の一実施例に対応し、実績流量比ｋｔｍは「第２流量比」の一実施例に対応する。
Δｋ［ｉ］＝ｋｐｓ－ｋｔｍ …（５）

【0074】

コントローラ２００は、Ｓ４４０により、流量比誤差Δｋを用いて、流量比補正量ｋｃを時系列に更新する、流量比ｋの学習処理を実行する。例えば、第ｉ番目の制御周期での流量比誤差Δｋ［ｉ］を、下記の式（６）によって反映することで、次の制御周期で用いられる流量比補正量ｋｃ［ｉ＋１］を、現在の流量比補正量ｋｃ［ｉ］から更新することができる。
ｋｃ［ｉ＋１］＝α・ｋｃ［ｉ］＋β・Δｋ［ｉ］ …（６）
α＝Ｌ／（Ｌ＋１），β＝１／（Ｌ＋１）

【0075】

式（６）は、各制御周期での流量比誤差Δｋの指数移動平均によって平滑化することで、流量比補正量ｋｃを時系列に更新するものである。

【0076】

なお、式（６）において、α＋β＝１．０であり、α，βを決めるＬは、平滑化の速度を調整するためのパラメータ値である。Ｌの値が大きいほど、流量比誤差Δｋの変化を反映した流量比補正量ｋｃの更新が緩やかとなる。反対に、Ｌの値が小さいほど、流量比補正量ｋｃの更新は急峻になる。なお、パラメータ値Ｌは、固定値であってもよいが、トータル流量Ｑｔに応じて変化する様に、流量が大きい程小さい値に設定することも可能である。このように、指数移動平均に代表される平滑化処理を伴って、流量比誤差Δｋから流量比補正量ｋｃを算出することにより、流量比補正量ｋｃの急変を抑制して、制御を安定化することができる。

【0077】

コントローラ２００は、Ｓ４５０により、Ｓ４０５で算出された目標流量比ｋｓｔと、前回の制御周期のＳ４４０で算出された流量比補正量ｋｃ［ｉ］とを加算して、今回の制御周期での流量比ｋ［ｉ］を算出する。即ち、温度制御（Ｓ４００）において、目標流量比ｋｓｔは「目標流量比」に対応し、流量比ｋ［ｉ］は「補正後流量比」に対応する。

【0078】

続いてコントローラ２００は、Ｓ６００により、基準特性線３００（図５）に従って、Ｓ４５０で算出された流量比ｋ［ｉ］から、第ｉ番目の制御周期でのハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘ［ｉ］を設定する。この結果、温度制御領域では、ハイブリッドバルブ８０によって設定される流量比ｋの誤差（オフセット）を抑制することで、温度制御精度を向上することができる。

【0079】

一方で、コントローラ２００は、流量制御の実行時（Ｓ５００）には、Ｓ５０５により、流量制御での目標トータル流量Ｑｓｔを設定する。Ｓ５０５での目標トータル流量Ｑｓｔは、上述の最大加熱量Ｐｍａｘを、必要な昇温量（Ｔｒ－Ｔｗ）によって除算することで算出される最大流量Ｑｍａｘ以下に設定される。また、目標トータル流量Ｑｓｔは、流量制御領域９２での流量比ｋｍｉｎ（図３）下で、流量Ｑ１が上述の缶体最大流量以下の範囲で設定されるようにリミット処理される。

【0080】

コントローラ２００は、流量制御の実行時（Ｓ５００）においても、Ｓ４１０～Ｓ４５０と同様のＳ５１０～Ｓ５５０を実行して、各制御周期での流量比誤差Δｋを用いて流量比補正量ｋｃを時系列に更新する、流量比ｋの誤差（オフセット）の学習処理を継続的に実行する。

【0081】

コントローラ２００は、流量比ｋが一定である流量制御時には、Ｓ６１０により、流量比補正量ｋｃを反映せずに、第ｉ番目の制御周期でのハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘ［ｉ］を設定する。具体的には、Ｓ５０５で設定された目標トータル流量Ｑｓｔと、上述した流量制御領域でのハイブリッドバルブ８０の基準特性線とに従って、Ｓ６１０での開度制御値Ｘ［ｉ］を設定することができる。

【0082】

なお、ハイブリッドバルブ８０による流量比ｋが一定である流量制御領域では、出湯温度は、燃焼バーナ３０での加熱量によって制御されてもよい。図７には、給湯装置１００における燃焼バーナでの燃焼制御を説明するフローチャートが示される。

【0083】

図７を参照して、コントローラ２００は、Ｓ７００により、ハイブリッドバルブ（ＨＶ）８０が温度制御および流量制御のいずれを行うかに従って、燃焼制御の処理を分岐させる。Ｓ７００の判定は、図６のＳ３００と同様に実行することができる。

【0084】

コントローラ２００は、温度制御が実行される場合（Ｓ７００のＹＥＳ判定時）には、缶体温度Ｔｂの目標温度Ｔｂ＊を設定して、温度センサ１２０による缶体温度Ｔｂの検出値を目標温度Ｔｂ＊とするように、燃焼バーナ３０による加熱量を調整する燃焼制御を実行する（Ｓ７１０）。

【0085】

上述のように、燃焼バーナ３０による加熱量は、能力切換弁３５ａ～３５ｃの開閉パターン（バーナ本数）およびガス比例弁３３の開度（ガス流量）の組み合わせによって調整することができる。

【0086】

一方で、コントローラ２００は、流量制御が実行される場合（Ｓ７００のＮＯ判定時）には、Ｓ７２０により、出湯温度Ｔｈの検出値（温度センサ１３０）と、設定温度Ｔｒとの比較に従って、燃焼バーナ３０による加熱量（即ち、ガス量）を調整するように燃焼制御を実行する。これにより、ハイブリッドバルブ８０による流量比ｋが一定の下でも、出湯温度Ｔｈを設定温度Ｔｒとするための燃焼制御を実行することができる。

【0087】

また、流量Ｑ１が缶体最大流量Ｑ１ｍａｘより大きくなる場合には、流量制御領域９２において、流量比ｋｍｉｎ（図３）の下でＱ１≦Ｑ１ｍａｘとなる様に流量制御しつつ、燃焼バーナ３０での加熱量が最大加熱量Ｐｍａｘ以下の範囲内で、出湯温度Ｔｈが設定温度Ｔｒとなる様に、燃焼バーナ３０による加熱量を制御することができる。

【0088】

なお、流量制御領域では、Ｓ５５０によって時系列で更新される、補正後の流量比ｋ［ｉ］を用いてＳ１００でのトータル流量Ｑｔの算出精度が向上することにより、Ｓ３００による温度制御及び流量制御の分岐判定、並びに、流量制御時におけるＳ６１０での流量目標値の設定が高精度化されることで、温度制御精度を高めることができる。

【0089】

以上説明したように、本実施の形態によれば、開度制御値Ｘの変化に対して流量比ｋが変化しない領域（図３での流量制御領域９２）が存在するハイブリッドバルブ８０が適用されたバイパスミキシングの構成において、温度制御領域９１及び流量制御領域９２を通じて、流量比ｋの誤差（オフセット）の学習処理を継続的に実行することができる。これにより、実際の特性線３０５と基準特性線３００との差に起因した、ハイブリッドバルブ８０による流量比ｋの誤差の影響による温度制御精度の低下を抑制できる。

【0090】

特に、図４の比較例に対して、流量制御領域９２内でハイブリッドバルブ８０の開度が制御される期間、および、流量制御領域９２から温度制御領域９１へハイブリッドバルブ８０の開度が変化した直後の期間における、温度制御精度を向上することができる。

【0091】

なお、図１では、流量センサ１５０が缶体配管５５に配置されて、流量Ｑ１を検出する構成例を説明したが、流量センサ１５０がバイパス配管６０に配置されて、流量Ｑ２を検出する構成においても、本実施の形態に係る図６及び図７の制御処理を同様に適用することが可能である。あるいは、流量センサ１５０が入水路５０に配置されて、トータル流量Ｑｔ（Ｑ１＋Ｑ２）を検出する構成においても、同様に学習処理された流量比ｋを用いて、流量Ｑ１，Ｑ２を算出することによって、同様の制御処理を適用することが可能である。

【0092】

また、図１では、「加熱部」の熱源がガスに代表される燃料の燃焼熱である例を示したが、任意の熱源（例えば、ヒートポンプ、あるいは、排熱）を用いた「加熱部」によって高温水が生成される構成に対して、本実施の形態に係る温水調温装置を適用することが可能である点について、確認的に記載する。

【0093】

なお、本実施の形態では、ハイブリッドバルブ８０が、入水路５０と、缶体配管５５およびバイパス配管６０との間に接続されることで、入水路５０から缶体配管５５およびバイパス配管６０への低温水の分配比を制御する構成例を説明したが、ハイブリッドバルブ８０は、合流点７５に配置されて、出湯路７０と、缶体配管５５およびバイパス配管６０との間に接続されてもよい。この場合には、図２の合流点７５において、第３ポート８３は出湯路７０と接続されるとともに、各ポートでの流れ方向が反対になる。そして、図３に示された、流量比（Ｑ２／Ｑ１）およびトータル流量（Ｑ１＋Ｑ２）に従う流量Ｑ１及び流量Ｑ２の制御によって、缶体配管５５の高温水とバイパス配管６０の低温水との混合比が制御される。

【0094】

今回開示された実施の形態は全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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0095】

５ 缶体、１０ 熱交換器、１５ 排気経路、３０ 燃焼バーナ、３１ ガス供給管、３２ 元ガス電磁弁、３３ ガス比例弁、３５ａ～３５ｃ 能力切換弁、４０ 送風ファン、４５ 回転数センサ、５０ 入水路、５５ 缶体配管、６０ バイパス配管、７０ 出湯路、７５ 合流点、８０ ハイブリッドバルブ、８１ 第１ポート、８２ 第２ポート、８３ 第３ポート、９１ 温度制御領域、９２ 流量制御領域、１００ 給湯装置、１１０，１２０，１３０ 温度センサ、１５０ 流量センサ、２００ コントローラ、３００ 基準特性線、３０５ 特性線、Ｐｍａｘ 最大加熱量、Ｐｒｑ 必要加熱量、Ｑ１ 流量（缶体配管）、Ｑ２ 流量（バイパス配管）、Ｑｍａｘ 最大流量、Ｑｓｔ 目標流量、Ｑｔ トータル流量、Ｔｂ 缶体温度、Ｔｂ＊ 目標温度（缶体温度）、Ｔｈ 出湯温度、Ｔｒ 設定温度、Ｔｗ 入水温度、Ｘ 開度制御値（ハイブリッドバルブ）、ｋ 流量比、ｋｃ 流量比補正量、ｋｐｓ 開度流量比、ｋｓｔ 目標流量比、ｋｔｍ 実績流量比。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】