特開 2024-177813 給湯装置

(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】P2024177813

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】給湯装置

(51)【国際特許分類】

   F24D 17/00 20220101AFI20241217BHJP

   F24H 1/14 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/174 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/219 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/238 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/281 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/315 20220101ALI20241217BHJP

   F24H 15/365 20220101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

F24D17/00 M

F24H1/14 C

F24H15/174

F24H15/219

F24H15/238

F24H15/281

F24H15/315

F24H15/365

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096159

(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】岩波 慶一朗

(72)【発明者】

【氏名】跡部 嘉史

(72)【発明者】

【氏名】中山 賢一

【テーマコード（参考）】

3L034

3L073

【Ｆターム（参考）】

3L034BA22

3L034BB03

3L073AA02

3L073AA15

3L073AC01

3L073AC02

3L073AD01

3L073AD02

3L073AD05

3L073AD07

3L073AD08

3L073AE01

3L073AE06

(57)【要約】

【課題】バイパスミキシング方式の給湯装置における温度制御精度を高める。
【解決手段】缶体配管５５を通流する高温水と、バイパス配管６０を通流する低温水とが混合されて給湯される。ハイブリッドバルブ８０は、開度制御値に対して、高温水の流量Ｑ１および低温水の流量Ｑ２の流量比が変化する第１区間と、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区間とが存在するように構成される。トータル流量Ｑｔが制限流量以下の場合には、ハイブリッドバルブ８０が第１区間で動作する温度制御が実行される。トータル流量Ｑｔが制限流量より大きい場合には、ハイブリッドバルブ８０が第２区間で動作する流量制御が実行される。温度制御時には、燃焼バーナ３０による加熱量は、缶体温度Ｔｂを、トータル流量Ｑｔの増加に従って低下するように設定される缶体設定温度に制御するために調整される。
【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給湯装置であって、
前記低温水を加熱して高温水を出力する加熱部と、
前記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、
前記第１流路または前記第２流路に配置された流量検出器と、
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、
前記低温水および前記高温水の混合後の出湯温度を給湯設定温度に制御するために、前記制御弁の制御値および前記加熱部による加熱量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区間と、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区間とが存在するように構成され、
前記制御装置は、
前記流量検出器の検出流量に基づいて取得される前記トータル流量が前記加熱部の最大加熱量に対応して設定される制限流量より大きい場合には、前記トータル流量が前記制限流量以下となるように前記制御弁の前記制御値を前記第２区間内に設定するとともに、前記出湯温度を前記給湯設定温度に制御するように前記加熱部の前記加熱量を制御する一方で、
前記流量検出器の検出流量に基づいて取得される前記トータル流量が、前記制限流量以下である場合には、前記高温水の温度を缶体設定温度に制御するように前記加熱部の前記加熱量を制御するとともに、前記出湯温度を前記給湯設定温度に制御するための前記流量比に対応させて前記制御弁の前記制御値を前記第１区間内に設定し、かつ、
前記缶体設定温度は、前記トータル流量が増加して前記制限流量に近付くのに従って前記缶体設定温度が低下する流量域が存在するように設定される、給湯装置。

【請求項2】

前記缶体設定温度は、前記制限流量よりも低く設定された境界流量より低流量側の第１流量域では、給湯設定温度よりも高い一定値に設定される一方で、前記境界流量および前記制限流量の間の第２流量域では、前記トータル流量の増加に従って前記一定値から低下するように設定される、請求項１記載の給湯装置。

【請求項3】

前記第２流量域で設定される前記缶体設定温度は、前記トータル流量の増加に従って、前記一定値から、前記制御弁の前記第２区間での前記流量比の下で前記出湯温度を前記給湯設定温度とするための前記高温水の温度に対応する下限設定値まで徐々に減少するように設定される、請求項２記載の給湯装置。

【請求項4】

前記一定値は、前記給湯設定温度と予め定められた固定値との和に従って設定される、請求項２記載の給湯装置。

【請求項5】

前記制限流量は、前記加熱部の前記最大加熱量の発生時に前記出湯温度を前記給湯設定温度とできる前記トータル流量に対応する第１の値よりも、前記制御弁の前記第２区間での前記流量比の下で前記第１流路の流量が前記加熱部の許容最大流量となるときの前記トータル流量に対応する第２の値が小さいときには、当該第２の値に従って設定される、請求項１～４のいずれか１項に記載の給湯装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、給湯装置に関し、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給湯装置に関する。

【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給湯装置が用いられている。

【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区間と、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区間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区間と、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区間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、混合弁が第１区間で動作するときの温度制御では、流量比の調整によって出湯温度を制御できるので、高温水の温度は、直接期には出湯温度に影響しない。これに対して、混合弁が第２区間で動作するときの温度制御では、流量比が固定されるため、高温水の温度が直接的に、出湯温度に影響することになる。これにより、混合弁が第１区間で動作する温度制御から、混合弁が第２区間で動作する温度制御への切替時において、温度制御精度が低下することが懸念される。

【0008】

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給湯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】

【0009】

本発明のある局面では、給湯装置が提供される。低温水および高温水を混合する給湯装置は、加熱部と、第１流路と、第２流路と、流量検出器と、制御弁と、制御装置とを備える。加熱部は、低温水を加熱して高温水を出力する。第１流路は、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。流量検出器は、第１流路または第２流路に配置される。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、低温水および高温水の混合後の出湯温度を給湯設定温度に制御するために、制御弁の制御値および加熱部による加熱量を設定する。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区間と、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区間とが存在するように構成される。制御装置は、流量検出器の検出流量に基づいて取得されるトータル流量が加熱部の最大加熱量に対応して設定される制限流量より大きい場合には、トータル流量が制限流量以下となるように制御弁の制御値を第２区間内に設定するとともに、出湯温度を給湯設定温度に制御するように加熱部の加熱量を制御する一方で、流量検出器の検出流量に基づいて取得されるトータル流量が、制限流量以下である場合には、高温水の温度を缶体設定温度に制御するように加熱部の加熱量を制御するとともに、出湯温度を給湯設定温度に制御するための流量比に対応させて制御弁の制御値を第１区間内に設定する。缶体設定温度は、トータル流量が増加して制限流量に近付くのに従って缶体設定温度が低下する流量域が存在するように設定される。

【発明の効果】

【0010】

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給湯装置における温度制御精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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】本発明の実施の形態に従う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5】本発明の実施の形態に従う給湯装置における加熱部の燃焼制御を説明するフローチャートである。

【図6】缶体設定温度の設定の比較例を説明する概念図である。

【図7】本発明の実施の形態に従う缶体設定温度の設定例を説明する概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

図１は、本発明の実施の形態に係る給湯装置１００の概略構成図である。
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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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構成を有する。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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。流量センサ１５０は、「流量検出器」の一実施例に対応する。

【0029】

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給湯設定温度Ｔｒの指定が含まれる。

【0030】

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、給湯設定温度Ｔｒに従って出湯温度を制御する。

【0031】

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。

【0032】

次に、本実施の形態に係る給湯装置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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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区間（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が変化する第２区間（Ｘ＝Ｘｔ～Ｘ２）とが存在するように構成される。以下では、第１区間を「温度制御領域９１」とも称し、第２区間を「流量制御領域９２」とも称する。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

なお、流量比ｋｍｉｎは、流量制御領域９２でもバイパス配管６０に流量が生じるように設定してもよく（Ｑ２＞０，ｋｍｉｎ＞０）、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）としてもよい。

【0043】

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。

【0044】

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を給湯設定温度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Ｐｍａｘ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Ｐｒｑ（Ｐｒｑ＝Ｑｔ・ΔＴ）以上のときには（Ｐｒｑ≦Ｐｍａｘ）、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。

【0045】

一方で、必要加熱量Ｐｒｑが最大加熱量Ｐｍａｘよりも大きくなると（Ｐｒｑ＞Ｐｍａｘ）、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を給湯設定温度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。

【0046】

上述した、必要加熱量Ｐｒｑおよび最大加熱量Ｐｍａｘの関係は、トータル流量Ｑｔによっても表現することができる。ここで、最大加熱量Ｐｍａｘが発生された下で、入水温度Ｔｗを給湯設定温度Ｔｒまで上昇可能なトータル流量Ｑｔの最大値を制限流量Ｑｌｍと定義すると、制限流量Ｑｌｍは、熱効率η（η≦１．０）を用いて、下記の式（１）で示すことができる。なお、以下では、説明を簡略化するために、η＝１．０として取り扱うこととする。
Ｑｌｍ＝η・Ｐｍａｘ／（Ｔｒ－Ｔｗ） …（１）

【0047】

したがって、当該制限流量Ｑｌｍをトータル流量Ｑｔと比較して、Ｑｔ≦Ｑｌｍのときに、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を行う一方で、Ｑｔ＞Ｑｌｍのときに、流量制御領域９２でのトータル流量Ｑｔの調整（Ｑｔ≦Ｑｌｍ）による出湯温度制御を行うように判定することができる。すなわち、制限流量Ｑｌｍおよびトータル流量Ｑｔの比較による判定は、必要加熱量Ｐｒｑおよび最大加熱量Ｐｍａｘの比較による判定と等価であることが理解される。

【0048】

なお、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、ハイブリッドバルブ８０を流量制御領域９２で動作させて、Ｑ１≦Ｑ１ｍａｘとするための流量制御をさらに組み合わせることも可能である。この場合には、流量比ｋを用いて缶体最大流量Ｑ１ｍａｘをトータル流量に換算した流量値が、上述の式（１）によって求められた流量値よりも小さいときに、缶体最大流量Ｑ１ｍａｘから換算された流量値を制限流量Ｑｌｍに設定することで、Ｑ１≦Ｑ１ｍａｘに制限する流量制御を行うことができる。

【0049】

ここで、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（２）の関係が成立する。
Ｑ２・（Ｔｈ－Ｔｗ）＝Ｑ１・（Ｔｂ－Ｔｈ） …（２）

【0050】

式（２）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によって、式（３）で示すことができる。
ｋ＝Ｑ２／Ｑ１＝（Ｔｂ－Ｔｈ）／（Ｔｈ－Ｔｗ） …（３）

【0051】

したがって、出湯温度Ｔｈを給湯設定温度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を給湯設定温度Ｔｒに置換した下記の式（４）によって算出することができる。
ｋ＊＝Ｑ２／Ｑ１＝（Ｔｂ－Ｔｒ）／（Ｔｒ－Ｔｗ） …（４）

【0052】

理論的には、式（４）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を給湯設定温度Ｔｒに制御することができる。

【0053】

一方で、給湯運転中に、温度センサ１１０，１２０，１３０の検出温度を式（３）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。

【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ができる。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、流量比についての基準特性線（Ｘ－ｋ）として予め定めることができる。

【0055】

したがって、コントローラ２００は、式（４）によって算出された流量比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】

同様に、ハイブリッドバルブ８０の開度制御値Ｘを流量制御領域９２で変化させたときの流量センサ１５０による流量検出値を用いて、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、流量制御領域９２でのトータル流量Ｑｔについての基準特性線（Ｘ－Ｑｔ）を、実機試験等の結果に基づいて予め定めることができる。

【0057】

図４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４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４中には記載を省略しているが、コントローラ２００は、図４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。

【0058】

図４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、ハイブリッドバルブ８０の現在の開度制御値Ｘから、上記基準特性線（Ｘ－ｋ）に従って逆算された流量比ｋを用いて、式（５）に従って算出することができる。
Ｑｔ＝Ｑ１＋Ｑ２＝（１＋ｋ）・Ｑ１ …（５）

【0059】

コントローラ２００は、Ｓ２００により、入水温度Ｔｗの検出値（温度センサ１１０）および給湯設定温度Ｔｒと、給湯装置１００のスペック値である最大加熱量Ｐｍａｘとを用いて、式（１）に従って、制限流量Ｑｌｍを設定する。あるいは、Ｓ２００では、上述した様に、制限流量Ｑｌｍを缶体最大流量Ｑ１ｍａｘ以下に制限する流量制御をさらに組み合わせる態様で、制限流量Ｑｌｍを設定してもよい。

【0060】

コントローラ２００は、Ｓ３００により、Ｓ１００で算出されたトータル流量Ｑｔと、Ｓ２００で算出された制限流量Ｑｌｍとを比較する。コントローラ２００は、トータル流量Ｑｔが制限流量Ｑｌｍ以下のとき（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。

【0061】

一方で、コントローラ２００は、トータル流量Ｑｔが制限流量Ｑｌｍ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。

【0062】

コントローラ２００は、温度制御の実行時（Ｓ４００）には、Ｓ４１０により、上述の式（４）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、給湯設定温度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。

【0063】

コントローラ２００は、Ｓ４２０では、Ｓ４１０で算出された目標流量比ｋｓｔに従って、今回の制御周期での流量比ｋ［ｉ］を算出する。Ｓ４２０では、目標流量比ｋｓｔが、そのまま流量比ｋ［ｉ］に設定されてもよく、あるいは、出湯温度Ｔｈおよび給湯設定温度Ｔｒの偏差に基づくフィードバック制御項をさらに反映して、流量比ｋ［ｉ］が設定されてもよい。

【0064】

さらに、コントローラ２００は、Ｓ４３０により、流量比ｋについての基準特性線（Ｘ－ｋ）に従って、Ｓ４２０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、温度制御領域９１内に設定する。

【0065】

一方で、コントローラ２００は、流量制御の実行時（Ｓ５００）には、Ｓ５１０により、流量制御での目標トータル流量Ｑｓｔを設定する。Ｓ５１０での目標トータル流量Ｑｓｔは、制限流量Ｑｌｍ以下に設定される。これにより、加熱部（燃焼バーナ３０）による加熱量を、最大加熱量Ｐｍａｘ以下の範囲内に設定することができる。また、缶体最大流量Ｑ１ｍａｘを反映して制限流量Ｑｌｍを設定することで、流量制御領域９２での流量比ｋｍｉｎ（図３）下で、流量Ｑ１を缶体最大流量Ｑ１ｍａｘ以下に制限することができる。

【0066】

コントローラ２００は、Ｓ５２０により、Ｓ５１０で設定された目標トータル流量Ｑｓｔに従って、今回の制御周期でのトータル流量Ｑｔ［ｉ］を算出する。例えば、Ｓ５２０では、目標トータル流量Ｑｓｔを、そのままトータル流量Ｑｔ［ｉ］に設定することができる。

【0067】

さらに、コントローラ２００は、Ｓ５３０により、トータル流量Ｑｔについての基準特性線（Ｘ－Ｑｔ）に従って、Ｓ５２０で算出されたトータル流量Ｑｔ［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、流量制御領域９２内に設定する。

【0068】

出湯温度制御は、図４に示されたハイブリッドバルブ８０の制御と、加熱部（燃焼バーナ３０）による加熱量の制御との組み合わせで実行される。

【0069】

図５には、給湯装置１００における燃焼バーナの燃焼制御を説明するフローチャートが示される。

【0070】

図５を参照して、コントローラ２００は、Ｓ６００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。Ｓ６００の判定は、図４のＳ３００と同様に実行することができる。

【0071】

コントローラ２００は、温度制御が実行される場合（Ｓ６００のＹＥＳ判定時）には、Ｓ６１０により、缶体温度Ｔｂの目標温度である缶体設定温度Ｔｂ＊を設定する。そして、Ｓ６２０では、缶体温度Ｔｂ（温度センサ１２０）を缶体設定温度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が実行される。

【0072】

例えば、Ｓ６２０では、缶体設定温度Ｔｂ＊と入水温度Ｔｗとの温度差と、トータル流量Ｑｔ（Ｓ１００）との積に従って、燃焼バーナ３０による加熱量を設定することができる。あるいは、缶体温度Ｔｂ（温度センサ１２０）と缶体設定温度Ｔｂ＊との偏差を補償するためのフィードバック制御項をさらに反映して、燃焼バーナ３０による加熱量を設定することも可能である。

【0073】

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。

【0074】

一方で、コントローラ２００は、流量制御が実行される場合（Ｓ６００のＮＯ判定時）には、Ｓ６３０により、出湯温度Ｔｈ（温度センサ１３０）と、給湯設定温度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を給湯設定温度Ｔｒとするための温度制御を実行することができる。

【0075】

なお、上述の様に、流量Ｑ１が缶体最大流量Ｑ１ｍａｘ以下となる様に制限流量Ｑｌｍを設定すると、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が給湯設定温度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。

【0076】

次に、ハイブリッドバルブ８０の温度制御時における缶体設定温度Ｔｂ＊の設定について説明する。図６には、缶体設定温度Ｔｂ＊の設定の比較例が示され、図７には、本実施の形態に従う缶体設定温度Ｔｂ＊の設定例が示される。

【0077】

缶体温度Ｔｂについて考察すると、缶体温度Ｔｂが低いと、熱交換器１０の表面に結露が生じ易くなる。また、流量増加時に出湯温度Ｔｈを維持する場面を想定すると、流量比ｋの調整によって出湯温度Ｔｈを維持する方が、加熱量の増加によって出湯温度Ｔｈを維持するよりも制御応答性が高くなることが理解される。

【0078】

したがって、ハイブリッドバルブ８０が温度制御領域９１内で動作する場面（温度制御時）では、缶体温度Ｔｂについては高めに設定した上で、流量比ｋの調整によって出湯温度Ｔｈを給湯設定温度Ｔｒに制御する。

【0079】

一方で、ハイブリッドバルブ８０が流量制御領域９２内で動作する場面（温度制御時）では、流量比ｋが図３中のｋｍｉｎに固定された下で、燃焼バーナ３０での加熱量の調整を伴って出湯温度Ｔｈが給湯設定温度Ｔｒに制御される。したがって、缶体温度Ｔｂは、出湯温度Ｔｈおよび流量比ｋｍｉｎから定まることになるので、燃焼制御によって直接制御されなくなる。

【0080】

このため、図６の比較例では、Ｑｔ≦Ｑｌｍの温度制御時には、缶体設定温度Ｔｂ＊は、給湯設定温度Ｔｒに固定値α（例えば、α＝１５～２０［℃］程度）を加算した温度Ｔ１（Ｔ１＝Ｔｒ＋α）に設定される。この場合には、トータル流量Ｑｔの変化に対して、缶体設定温度Ｔｂ＊は一定値（Ｔ１）に設定される。

【0081】

これに対して、Ｑｔ＞Ｑｌｍの流量制御には、缶体設定温度Ｔｂ＊は設定されず、実際の缶体温度Ｔｂが、出湯温度Ｔｈおよび流量制御領域９２での流量比ｋｍｉｎから定まる温度Ｔ２となる（Ｔｂ＝Ｔ２）。

【0082】

しかしながら、図６の比較例に従って温度制御時の缶体設定温度Ｔｂ＊が設定された場合には、トータル流量Ｑｔの増加に応じて、温度制御から流量制御に切り替わる際に、出湯温度Ｔｈの制御に以下のような問題が生じることが懸念される。

【0083】

温度制御時には、流量比ｋは、式（２），（３）で説明したように、トータル流量Ｑｔには直接依存せず、缶体温度Ｔｂ（缶体設定温度Ｔｂ＊）、出湯温度Ｔｈ（給湯設定温度Ｔｒ）、および、入水温度Ｔｗの関係によって制御される。このため、温度制御時における流量比ｋと流量制御領域９２での流量比（最小値ｋｍｉｎ）との差が比較的大きい状態となる可能性がある。

【0084】

この様な状態で、温度制御から流量制御にそのまま切り替えると、缶体設定温度Ｔｂ＊に制御された缶体温度Ｔｂと、流量制御時の缶体温度（Ｔ２）との差に起因して、出湯温度Ｔｈが給湯設定温度Ｔｒよりも高くなる虞がある。このため、トータル流量Ｑｔの制限を即座に開始することができず、流量比ｋによる温度制御を継続しつつ燃焼バーナ３０の加熱量を調整して缶体温度Ｔｂを低下させる移行期間を設けた後に、トータル流量Ｑｔを制限するための流量制御を開始することが必要となる。このような移行期間では、制限流量Ｑｌｍより大きいトータル流量Ｑｔが生じることで、出湯温度Ｔｈの低下により温度制御精度が一時的に低下することとなる。

【0085】

これに対して、本発明の実施の形態に従う缶体設定温度の設定例では、温度制御が適用されるＱｔ＜Ｑｌｍの流量域のうち、制限流量Ｑｌｍの近傍に、トータル流量Ｑｔの増加に従って缶体設定温度Ｔｂ＊が低下する流量域が設けられる。

【0086】

図７に示されるように、制限流量Ｑｌｍに係数β（０＜β＜１．０）を乗算することで、境界流量Ｑｘが設定されるとともに、Ｑｔ≦Ｑｘの第１流量域１０１では、缶体設定温度Ｔｂ＊は、図６の比較例と同様に、Ｔｂ＊＝Ｔ１（Ｔ１＝Ｔｒ＋α）に設定される。即ち、第１流量域１０１では、トータル流量Ｑｔの変化に対して、缶体設定温度Ｔｂ＊は一定である。

【0087】

これに対して、Ｑｘ＜Ｑｔ≦Ｑｌｍの第２流量域１０２では、缶体設定温度Ｔｂ＊は、トータル流量Ｑｔの増加に従って一定値Ｔ１から低下するように設定される。

【0088】

例えば、給湯設定温度Ｔｒと、流量制御領域９２での流量比ｋｍｉｎとを用いて、流量制御時の缶体温度Ｔｂの計算温度Ｔ２ｒを算出することができる。したがって、Ｑｔ＝ＱｘにおいてＴｂ＊＝Ｔ１、かつ、Ｑｔ＝ＱｌｍにおいてＱｂ＊＝Ｔ２ｒとなり、Ｑｘ＜Ｑｔ＜Ｑｌｍの間では、トータル流量Ｑｔの増加に対して、一定レートで低下するように、第２流量域１０２における缶体設定温度Ｔｂ＊を設定することができる。

【0089】

計算温度Ｔ２ｒは、例えば、流量Ｑ１，Ｑ２と、給湯設定温度Ｔｒと、入水温度Ｔｗ（検出温度）とを用いた下記の式（６）を変形し、かつ、流量比ｋ（ｋ＝Ｑ２／Ｑ１）＝ｋｍｉｎ（流量制御領域９２）とした、式（７）に従って設定することができる。計算温度Ｔ２ｒは、缶体設定温度Ｔｂ＊の「下限設定値」に対応する。
Ｑ１・Ｔ２ｒ＋Ｑ２・Ｔｗ＝（Ｑ１＋Ｑ２）・Ｔｒ …（６）
Ｔ２ｒ＝Ｔｒ＋ｋｍｉｎ・（Ｔｒ－Ｔｗ） …（７）

【0090】

即ち、本実施の形態では、図５のＳ６１０における、温度制御時の缶体設定温度Ｔｂ＊の設定を、図７に従って実行することができる。なお、図７中の境界流量Ｑｘは、制限流量Ｑｌｍからの予め定められた流量の差分に従って設定されてもよい。このようにすると、トータル流量Ｑｔの増加に対して缶体設定温度Ｔｂ＊が変化するレートを固定することができる。いずれにしても、第１流量域１０１（Ｑｔ≦Ｑｘ）は、第２流量域１０２（Ｑｘ＜Ｑｔ≦Ｑｌｍ）よりも低流量側に位置する。

【0091】

これにより、本実施の形態に係る給湯装置では、トータル流量Ｑｔの増加に伴って温度制御から流量制御へ移行する際に、当該移行前の温度制御時の缶体温度Ｔｂと、流量制御への移行後における缶体温度Ｔｂ（図６のＴ２相当）との温度差を抑制することができる。この結果、トータル流量Ｑｔの増加に応じて、トータル流量Ｑｔを制限流量Ｑｌｍ以下に制限する流量制御を、図６で説明した「移行期間」を設けることなく開始できる。したがって、温度制御から流量制御への切替えの際の一時的な温度制御精度の低下を抑制することによって、温度制御精度を向上することができる。

【0092】

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４及び図５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、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。

【0093】

また、図１では、「加熱部」の熱源がガスの燃料の燃焼熱である例を示したが、燃料はガスに限定されることはなく、任意の燃料の燃焼熱を発生する機構によって「加熱部」が構成された給湯装置に対して、本実施の形態に係る出湯温度制御を適用することができる。

【0094】

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。

【0095】

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】

【0096】

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、１０１ 第１流量域、１０２ 第２流量域、１１０，１２０，１３０ 温度センサ、１５０ 流量センサ、２００ コントローラ、Ｑ１，Ｑ２ 流量、Ｑ１ｍａｘ 缶体最大流量、Ｑｌｍ 制限流量、Ｑｍａｘ 最大流量、Ｑｓｔ 目標トータル流量、Ｑｔ トータル流量、Ｑｘ 境界流量、Ｔ１ 一定値、Ｔ２ｒ 計算温度（缶体温度）、Ｔｂ 缶体温度、Ｔｂ＊ 缶体設定温度、Ｔｈ 出湯温度、Ｔｒ 給湯設定温度、Ｔｗ 入水温度、Ｘ 開度制御値（ハイブリッドバルブ）、Ｘ１ 最小値（開度制御値）、Ｘ２ 最大値（開度制御値）、Ｘｔ 境界値（開度制御値）、ｋ 流量比、ｋｓｔ 目標流量比

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】