JP5418824B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯装置に関するもので、特にはエロージョン・コロージョン現象における耐腐食性を確保しつつ、給湯能力を最大限に発揮させることができる給湯装置に関する。

従来より、貯留タンク及び循環回路（熱交換器含む）を備えた業務用給湯装置が知られている。この種の給湯装置は、ホテルや銭湯などに用いられ、業務開始時に貯留タンク内の湯水が焚き上げられる。そのため、湯水を焚き上げて貯留するまでに時間を長時間要していると、ホテルや銭湯などでは、営業に支障を来す。
そこで、業務用給湯装置においては、貯留タンク内の湯水の焚き上げ時間を少しでも短縮したいという要望がある。

ところで、従来技術の業務用給湯装置では、エロージョン・コロージョン現象を防止するために、熱交換器を通過する単位時間当たりの水量（以下、単に水量と称する）が制限されていた。
即ち、従来技術の業務用給湯装置では、加熱能力や加熱前の湯水の温度、出湯設定温度等の条件に関わらず、熱交換器を通過する水量に上限が設定されており、その上限以上の水量が流れない構造となっていた。

なお、エロージョン・コロージョンとは、物理的要因による浸食と、化学的要因による腐食との相互作用によって起きる配管の減肉現象である。エロージョン・コロージョン現象が発生するか否かは物理的には、流速、管径、管の形状、管の断面変化などが要因となり、化学的要因としては、ｐＨ（水素イオン濃度を示す指数）、炭酸成分、陰イオン、塩成分の飽和度等の水質に関する項目が挙げられる。

特許３９９７３７３号公報

前記したように、業務用給湯装置においては、貯留タンク内の湯水の焚き上げ時間を短縮したいという要望がある。
従来技術の業務用給湯装置は、未だにこの要求を満足するものではなく、さらなる改良が望まれている。

そこで、本発明では、エロージョン・コロージョン現象における耐腐食性を確保しつつ、給湯能力を最大限に発揮させることで、使用者の利便性を向上させる給湯装置を提供させることを課題とする。

ところで、業務用給湯装置は、営業用設備の一つであるから、突発的な故障は厳に避けなければならない。そのため、業務用給湯装置は、定期的に点検が行われる場合が多い。
また、家庭用の給湯装置は、故障するまで使用される場合が多いが、業務用給湯装置は、突発的な故障が発生した場合の営業機会損失が甚大であるため、一定期間毎に全体を取り替える場合が多い。例えば、業務用給湯装置に積算タイマーを設け、稼働時間が、例えば３〜９万時間を超えるとそれまで使用していた業務用給湯装置を廃棄して、新しい給湯装置に置き換えるといった行為が行われる。

従って、業務用給湯装置には、いわゆる限界設計的な設計思想が要求される。
要するに、限界設計的な設計思想とは、前記した例で説明すると、設計寿命を３〜９万時間と仮定して、３〜９万時間が経過するまではいずれの部材にも故障や不具合が起こらず、３〜９万時間を境として、各部材の寿命が尽きて故障の修理に掛かるコストが、新たに給湯装置を購入するコストを上回るように各部材を設計することである。

この観点から、従来技術の業務用給湯装置を見ると、他部材の耐用時間に比べて熱交換器の耐用時間に余裕があると言える。

即ち、従来技術の業務用給湯装置は、エロージョン・コロージョン現象を防ぐために、図５に示すように、熱交換器を通過する水量に上限（以下、耐久上の上限流量とも称する）が設定されていた。なお、この耐久上の上限流量は、温度の条件に基づいて算出されている。
しかしながら、実際上、業務用給湯装置の熱交換器に、常に耐久上の上限流量が通過するわけではない。換言すると、業務用給湯装置は、他の制御機能の影響で、耐久上の上限流量未満の水量で運転される時間も長い。

即ち、一般に業務用給湯装置には、設定温度の湯水を出湯させる出湯温度調節機能がある。そのため、熱交換器に入る湯水の温度が低い場合には、バーナ等の熱源を最大出力にしても、設定された出湯温度を維持できない場合があり、そのような場合には、前記した出湯温度調節機能によって、熱交換器に導入される水量が絞られる。これにより、熱交換器に入る湯水の温度が低い場合には、耐久上の上限流量よりも、はるかに少ない水量が熱交換器に導入される。

貯留タンク及び循環回路（熱交換器含む）を備えた業務用給湯装置を例に説明すると、業務用給湯装置の運転開始時は、貯留タンク内の湯水の温度が低いため、出湯温度調節機能によって熱交換器に導入される水量が絞られる。そのため、図５に示すように、運転開始からしばらくの間は、出湯温度調節機能ｘ₁によって耐久上の上限流量Ｂよりも少ない通水量で運転される（図５では、耐久上の上限流量Ｂより下部）。
そして、時間の経過と共に、貯留タンク内の湯水の温度が上昇し、熱交換器に導入される湯水の温度が上昇すると、バーナ等の熱源に余裕が生じ、より多くの湯水を設定温度まで上昇させることができることとなる。そのため、出湯温度調整機能ｘ₁による水量制限が緩和され、より多くの湯水が熱交換器を通過することとなる。
そして、図５に示すように、さらに貯留タンク内の湯水の温度が上昇し、出湯温度調節機能ｘ₁による通水可能量が、エロージョン・コロージョン現象を防ぐための上限流量Ｂに至る（図５では、出湯温度調整機能ｘ₁と上限流量Ｂとの交点よりも右側（入水温度の高温側））。

ここで、従来技術においては、出湯温度調節機能ｘ₁による通水可能量が、エロージョン・コロージョン現象を防ぐための上限流量Ｂに至ると、図６に示すように、通水量が頭打ち状態となり、入水温度が高くて加熱能力の観点上は、より多くの湯水を設定温度まで昇温する能力を持つにも関わらず、通水量が上限値を超えないように弁等の開度が制御されていた。

そこで本発明は、上記した実際上の運転状況に鑑み、運転開始初期における熱交換器に対する通過水量の少ない使用時間の耐久時間分を、エロージョン・コロージョン現象を発生し得る通過水量で使用・消費することとし、より設計寿命に近い時間で最大の能力を発揮させることとした。
また、エロージョン・コロージョン現象による減肉の程度は、流量の増加に対して加速度的に増大する性質を有することと、さらに水温によっても加速度的に増大することを考慮し、熱交換器に導入される湯水の温度が一定温度以上となる場合には、入水温度の上昇に伴って熱交換器に通水される湯水の量を減少させることとした。

即ち、エロージョン・コロージョン現象による減肉の程度は、流量の増加に対して加速度的に増大するため、無制限に流量を増大させることは過度に熱交換器の寿命を短縮することとなる。そのため、流量には上限を設けるべきである。さらに、熱交換器に導入される湯水の温度が一定以上となる場合は、熱交換器の湯水導入口から湯水排出口に至る全体が相当の高温に晒され続けることとなる。
そのため、熱交換器に導入される湯水の温度が一定温度以上となった場合には、熱交換器に導入される湯水の温度の上昇に伴ってエロージョン・コロージョン現象による減肉が加速度的に増加する。そのため、入水温度の上昇に伴って熱交換器に通水される湯水の量を減少させる方が合理的である。

このような思想の下で完成された上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、熱交換器と、熱交換器を加熱する加熱手段と、前記熱交換器に流出する湯水の温度を検知する入水温度検知手段とを有し、入水された湯水を所定の熱交換器出湯温度に加熱して熱交換器から出湯させる機能を備え、循環回路に接続されて循環回路の湯水を時間を掛けて次第に昇温させる給湯装置において、熱交換器に通水される湯水の量を制限する入水制御手段を備え、当該入水制御手段は、前記入水温度検知手段の検知温度に基づいて熱交換器から出湯される湯水が前記所定の熱交換器出湯温度となるように熱交換器に通水される湯水の量を増減するものであり、前記入水温度検知手段で検知された湯水の入水温度が一定の温度以下である場合には、入水温度の上昇と共に熱交換器に通水される湯水の量を増加させ、前記入水温度検知手段で検知された湯水の入水温度が一定の温度を超える場合には、入水温度の上昇に伴って熱交換器に通水される湯水の量を減少させることを特徴とする給湯装置である。

また、請求項２に記載の発明は、熱交換器と、熱交換器を加熱する加熱手段と、前記熱交換器に流入する湯水の温度を検知する入水温度検知手段とを有し、入水された湯水を所定の熱交換器出湯温度に加熱して熱交換器から出湯させる機能を備えた給湯装置において、熱交換器に通水される湯水の量を制限する入水制御手段を備え、当該入水制御手段は、前記入水温度検知手段の検知温度に基づいて熱交換器から出湯される湯水が前記熱交換器出湯温度となるように熱交換器に通水される湯水の量を増減するものであり、前記入水温度検知手段で検知された入水温度が一定の温度以下である場合には、前記入水制御手段は、熱交換器出湯温度の湯水を出湯し得る通水量の上限又はその近傍の流量の湯水を通水させ、前記入水温度検知手段で検知された入水温度が一定の温度を超える場合には、前記入水制御手段は、熱交換器出湯温度の湯水を出湯し得る通水量の上限よりも少ない流量であって、且つ入水温度が高いほど少ない流量の湯水を通水させることを特徴とする給湯装置である。

本発明の給湯装置では、入水温度検知手段により検知される熱交換器に流入する湯水の温度に基づいて入水制御手段が制御され、その入水制御手段により熱交換器に通水される湯水の量の増減が制限される構成とされている。即ち、熱交換器に流入する湯水の入水温度が一定温度以下の場合は、入水温度の上昇と共に熱交換器に通水される湯水の量を増加させる。

ここで、先にも説明したように、従来技術の給湯装置では、熱交換器への入水温度がエロージョン・コロージョン現象を発生し得る上限流量に達すると、熱交換器に通水される流量が頭打ちとなり、入水温度が上昇しても上限流量を超えた流量を熱交換器に通水させることがなかった。

そこで、本発明の給湯装置では、入水温度が一定温度以下においては、前記上限流量を超える通水量を通水させる制御を可能とした。
即ち、入水温度が一定温度以下においては、前記したように、運転開始初期における熱交換器に対する通過水量の少ない使用時間の耐久時間分を、エロージョン・コロージョン現象を発生し得る通過水量で使用・消費させることができるため、熱交換器に導入される湯水の入水温度が高い使用時に給湯能力を最大限に発揮できる。即ち、本発明の給湯装置によれば、入水温度が一定温度以下においては、熱交換器の通過水量を、耐久上の上限流量を超えて通水させることが可能であるため、湯水の焚き上げ時間を短縮することができる。

一方、入水温度が一定の温度を超える場合には、前記したように、熱交換器に導入される湯水の温度上昇に伴って、エロージョン・コロージョン現象による配管の減肉が加速度的に増加するため、入水温度の上昇に伴って熱交換器に通水される湯水の量をエロージョン・コロージョン現象が起き得ない上限流量まで強制的に減少させる。これにより、無制限に流量が増大され、過度に熱交換器の寿命が短縮することを避けることができるため、結果的にエロージョン・コロージョン現象による耐腐食性を確保することが可能である。
従って、本発明の給湯装置は、入水温度の基準点を設け、その基準点の前後において、熱交換器を通過させる流量を増減させる制御をしているため、エロージョン・コロージョン現象における耐腐食性を確保しつつ、給湯能力を最大限に発揮させて、使用者の利便性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明は、入水温度が前記一定温度に対する熱交換器に通水される流量を上限流量とすると、入水温度が前記一定温度を超える領域において、入水温度検知手段の検知温度と、入水制御手段が通水する通水量との関係は、検知温度が１℃上昇する毎に、前記上限流量に対して５〜３０％の範囲で減少されることを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置は、入水温度が一定温度を超えると、エロージョン・コロージョン現象が加速度的に増大するため、入水温度が増加すると共に、通水する流量を確実に減少させるように制限することで、前記した限界設計の許容範囲内でエロージョン・コロージョン現象による耐腐食性を確保できる。

請求項４に記載の発明は、入水温度が前記一定温度を超える領域においては、熱交換器に通水される流量は所定値未満に制限されないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給湯装置である。

本発明の給湯装置は、入水温度が一定温度を超える領域において、熱交換器に通水される流量が強制的に減少されても、所定値未満に制限されない。これにより、本発明の給湯装置は、給湯能力が極端に低下することがないため、熱交換器に通水される流量が強制的に減少される制御が実行されても、使用者の利便性を損なわせることがない。

本発明の給湯装置は、熱交換器に入水する湯水の温度に基づいて、熱交換器に通水される湯水の流量の増減を制御するもので、入水温度が一定温度に達するまでは入水温度の上昇と共に通水量を増加させ、入水温度が一定温度を超えると入水温度の上昇に伴って水量を減少させる。これにより、エロージョン・コロージョン現象における耐腐食性を確保しつつ、給湯能力を最大限に発揮させることで、使用者の利便性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る給湯装置を示す作動原理図である。 図１の給湯装置における熱交換器の入水温度と熱交通水流量の関係を示すグラフである。 熱交通水流量が一定温度αを超える領域において上限流量Ｂに制限される制御を示すグラフである。 貯留タンクを有さない給湯装置における熱交換器の入水温度と熱交通水流量の関係を示すグラフで、（ａ）は上限流量Ｃが採用された場合のグラフで、（ｂ）は上限流量Ｃ’が採用された場合のグラフである。 従来技術の給湯装置における熱交換器の入水温度と熱交通水流量の関係を示すグラフで、給湯装置本来の給湯能力を示すグラフである。 従来技術の給湯装置における熱交換器の入水温度と熱交通水流量の関係を示すグラフで、給湯装置の給湯能力が上限流量に制限されたグラフである。

以下、本発明の実施形態の給湯装置について説明する。

図１に示す給湯装置１は、熱源部２と、給湯部３と、貯留タンク４と、湯水を通水可能な配管により構成された循環回路５（熱源側循環回路５ａと給湯側循環回路５ｂ）と、図示しない制御装置とで構成されており、当該制御装置により、熱源部２における湯水の加熱温度を制御して、循環回路５を介して外部に出湯するものである。

熱源部２は、３基の熱源装置６（請求項２における給湯装置）と、湯水を熱源装置６に送水可能な熱源側循環ポンプ１７とを有し、それらを接続する熱源側循環回路５ａとにより構成されている。熱源側循環回路５ａには、図示しない給水源に接続された給水管２４が接続されており、当該給湯管２４の接続部は熱源側循環ポンプ１７の位置より湯水の流れ方向上流側に接続されている。なお、給水管２４は、図示しない給水源側に逆止弁２２が設けられ循環回路５内を循環する湯水が逆流することが防止されている。さらに、給水管２４の中途においては、２方向に分岐しており、分岐管の一方向が熱源側循環回路５ａに接続され、分岐管の他方向が給湯側循環回路５ｂに接続されている。

各熱源装置６は、供給される燃料ガスを燃焼する燃焼部７と、高温の燃焼ガスと湯水とを熱交換させる熱交換器８と、熱交換器８に通水される湯水の温度を検知する入水温度センサ（入水温度検知手段）１０と、熱交換器８に通水される湯水の流量を検知する流量センサ１１と、入水温度センサ１０の検知温度に基づいて熱交換器８に通水される湯水の流量を増減させる流量調整弁（入水制御手段）１２と、熱交換器８により加熱された湯水の温度を検知する熱交出口温度センサ１３と、出湯温度センサ２１と、出湯温度センサ２１の検知温度に基づいて出湯温度を所望の温度に調整するために低温湯水を混合可能なバイパス水量調整弁１５とによりなるものである。

熱源装置６は、熱交換器８に熱源側循環回路５ａが接続されており、熱交換器８に湯水が流入する側（熱交換器８を基準に湯水の流れ方向上流側）に上流側から順番に、入水温度センサ１０、流量調整弁１２が配され、熱交換器８から湯水が流出する側（熱交換器８を基準に湯水の流れ方向下流側）に上流側から順に流量センサ１１、熱交出口温度センサ１３、出湯温度センサ２１が配されている。また、バイパス水量調整弁１５は、熱交換器８と並列に接続されたバイパス経路１６に配されている。なお、バイパス経路１６は、上流側が入水温度センサ１０と流量調整弁１２との間に接続され、下流側が熱交出口温度センサ１３と出湯温度センサ２１との間に接続されている。
また、燃焼部７には、図示しないガス供給源に接続されたガス供給管２３が接続されている。

給湯部３は、３箇所の給湯栓２６と、各給湯栓２６近傍に設けられた出湯する湯水の流量を調整する図示しない湯水混合弁と、貯留タンク４の湯水を送水可能な給湯側循環ポンプ２０とを有し、それらを接続する給湯側循環回路５ｂとにより構成されている。

貯留タンク４は、タンク温度センサ３１を備えており、タンク温度センサ３１により貯留タンク４内の湯水の温度が常に検知されている。

次に、本実施形態の給湯装置１の動作について説明する。

本実施形態の給湯装置１は、予め貯留タンク４内に湯水が溜められており、図示しない制御装置に備えられたタイマが、予め設定した時刻（例えば、午前８時）に至ると、貯留タンク４内の湯水を熱源側循環回路５ａ内で循環させ、熱源装置６で加熱した高温の湯水を再び貯留タンク４に貯留するものである。なお、本実施形態の給湯装置１は、業務用のものであり、貯留タンク４内には高温の湯水（本実施形態では８０℃）が貯留される。
また、本実施形態の給湯装置１は、貯留タンク４内の湯水を、前記設定した時刻又は別のタイミング（例えば、貯留タンク４内の湯水が設定温度に達した時）で、給湯側循環回路５ｂ内で循環させ、各給湯栓２６側を開くと、給湯側循環回路５ｂを循環する湯水が開かれた給湯栓２６に流れ込み、所望の温度に調節されて出湯されるものである。

貯留動作について、より詳細に説明すると、貯留動作が開始されると、熱源装置６を運転すると共に、熱源側循環ポンプ１７を起動して、熱源側循環回路５内に貯留タンク４内の湯水を通水させ、熱源装置６に湯水を送る。そして、熱源装置６に流れが生ずると、入水温度センサ１０により、熱交換器８に通水される湯水の入水温度が検知される。流量調整弁１２は、入水温度センサ１０により検知された湯水の入水温度及び設定された出湯温度に基づいて、熱交換器８に通水させる湯水の流量を増減させる。
本実施形態では、熱交換器８による湯水の加熱温度（８０℃）を予め設定しており、熱交換器８に通水させる流量は、設定温度と入水温度により決定される。

また、１基の熱源装置６が加熱できる能力には限界があり、その熱源装置６の最大の熱エネルギーによって設定温度まで加熱できる流量は、熱交換器５に入水される湯水の温度の関数となる。即ち、熱交換器８に通水させる流量は、熱源装置６の最大熱エネルギー及び湯水の加熱設定温度と入水温度とによって決定される。なお、このときの熱交換器８に通水される流量は、流量センサ１１により検知される。

そして、所望の温度に調整された湯水が貯留タンク４に導入されて、貯留タンク４内の湯水と攪拌される。上記したように、貯留タンク４内の湯水の温度は、タンク温度センサ３１により検知されているため、貯留モードは貯留タンク４内の湯水の温度が設定温度に達するまで継続される。

次に、出湯動作について、より詳細に説明すると、図示しない制御装置に設定された時刻又は別のタイミング（例えば、貯留タンク４内の湯水が設定温度に達した時）で給湯側循環ポンプ１７を起動して、貯留タンク４内の湯水を給湯側循環回路５ｂ内で循環させる。即ち、この状態は出湯要求待機状態であり、この状態から、いずれかの給湯栓２６のカランが開方向に回されるなどすると、図示しない湯水混合弁により湯水の出湯量が調整されて、外部に出湯される。なお、出湯される湯水は、図示しない給湯源と接続された給水管２４から低温の湯水が混合されて、所望の温度に調整される。

次に、上記した貯留動作における本実施形態の給湯装置１の特徴的な制御について、図面を用いて説明する。なお、図２，３のグラフに示すｘ₁を出湯温度調節機能による調節流量、ｚ₁を強制的に減少される流量とする。

本実施形態の給湯装置１では、入水温度センサ１０に検知される温度が、一定温度α（本実施形態では、温度αを４０〜５０℃としている）に達するまでは、図２の太い実線に示すように、入水温度が上昇するに従い、熱交換器８に通水させる流量（以下、熱交通水流量とも言う）を増加させる。逆を言えば、入水温度が降下するに従い、流量調整弁１２の開度を小さくして熱交通水流量を減少させる。これは、本実施形態の給湯装置１が有する本来の給湯能力であり、図２の太い実線に示す出湯温度調節機能による調節流量ｘ₁である。即ち、図２のグラフに示すように、熱交換器８に入水される湯水の入水温度が一定温度αに達すると、出湯温度調節機能による調節流量ｘ₁は上限流量Ａに達する。ここで、上記したように、エロージョン・コロージョン現象が起き得ない湯水の入水温度等の条件により算出される耐久上の流量を上限流量Ｂとしている。即ち、本実施形態の給湯装置１では、上限流量Ａに至るまで、上限流量Ｂの流量値を超えての制御が可能である。

ここで、従来の給湯装置では、図５に示すように、入水温度センサ１０及び流量調整弁１２による熱交換器８への通水可能流量（出湯温度調節機能による調節流量ｘ₁）が、エロージョン・コロージョン現象を防ぐための耐久上の上限流量Ｂに至ると、熱交換器５への通水量が頭打ち状態となる。これにより、入水温度が高い場合に、入水温度が低い場合に比べるとより多くの湯水を設定温度まで昇温可能な能力を持つにも関わらず、通水量が上限流量Ｂを超えないように流量調整弁１２の開度が制御されていた。

ところが、先に説明したように、業務用の給湯装置においては、他の制御機能の影響で、上限流量Ｂ未満の水量で運転される時間が長いため、限界設計的な設計思想の下では、他部材の耐用時間に比べて熱交換器８の耐用時間には余裕があると言える。そこで、本実施形態の給湯装置１においては、このような実際上の運転状況に鑑み、運転開始初期における熱交換器８に対する通過水量の少ない使用時間の耐久時間分を、エロージョン・コロージョン現象を発生し得る通過水量で使用・消費させるとし、より設計寿命に近い時間にしつつも、給湯能力を最大限に発揮させることとした。

即ち、本実施形態の給湯装置１では、図２のグラフに示すように、熱交換器８に入水される湯水の入水温度が一定温度α（熱交換器８を通過させる熱交通水流量が上限流量Ａ）に達するまでは、給湯装置の通水能力（出湯温度調節機能による調節流量ｘ₁）が、エロージョン・コロージョン現象を防ぐための耐久上の上限流量Ｂに達しても頭打ちに制限することなく、熱交通水流量を増加させる制御を実行させる。これにより、本実施形態の給湯装置１は、従来の給湯装置よりも給湯能力を向上させることができるため、貯留タンク４内に加熱した湯水を貯留する時間が短縮される。即ち、本発明の給湯装置１によれば、使用者の利便性を向上させることができる。なお、本実施形態では、耐久上の上限流量Ｂに達する入水温度を２０〜３５℃としている。

一方、先に説明したように、エロージョン・コロージョン現象による減肉の程度は、流量の増加に対して加速度的に増大し、さらに水温によっても加速度的に増大するため、熱交換器８に導入される湯水の温度が一定温度α以上となる場合には、入水温度の上昇に伴って熱交換器８に通水される湯水の量を減少させることとした。

即ち、本実施形態の給湯装置１では、図２のグラフに示すように、熱交換器８に入水される湯水の入水温度が一定温度αを超える場合は、給湯能力の通水能力（出湯温度調節機能による調節流量ｘ₁）が入水温度の昇温と共に熱交換器８に通水させる流量を増加させることができても、流量の増加と水温の上昇によりエロージョン・コロージョンが加速度的に増大することを避けるために、強制的に熱交通水流量を減少させる（図２の細い実線ｚ₁）。即ち、本実施形態の給湯装置１では、上限流量Ａが頭打ちの流量となる。なお、本実施形態では、上限流量Ａは、エロージョン・コロージョンを防ぐための耐久上の上限流量Ｂよりも流量が大きいものであり、上限流量Ａは耐久上の上限流量Ｂに対して２０％以上増加した流量値、好ましくは３０％以上増加した流量値である。

従って、本発明の給湯装置は、一定温度αにおける熱交換器８に通水させる通水量を、熱交換器８に設定されたエロージョン・コロージョン現象が起き得ない上限流量Ｂを２０パーセント以上超えるように制御できるため、従来の給湯装置において熱交換器に設定されたエロージョン・コロージョン現象が起き得ない上限流量Ｂに制限されていた領域で、給湯装置１本来の給湯能力に応じた流量を熱交換器８に通水させることができる。これにより、多量の湯水の焚き上げ時間を短縮することができるため、使用者の利便性をより向上させることができる。

ここで、熱交換器８に入水される湯水の入水温度が一定温度αを超える場合について、さらに具体的に説明する。
本実施形態の給湯装置は、前記したように、入水温度が「一定温度」となった時を境に、それ以上入水温度が上昇すれば、熱交換器８に導入される水量を所定の割合で減少させていくものである。

ここで、前記した「一定温度」及び減少させる際の流量曲線は、図２のグラフに示すように、エロージョン・コロージョン上の上限流量の関数と、出湯温度調節機能による調節流量の関数に囲まれる領域の面積に注目し、エロージョン・コロージョン上の上限流量の関数より下方に位置する領域の面積と、エロージョン・コロージョン上の上限流量の関数より上方に位置する領域の面積とがほぼ等しくなるように決定することが推奨される。以下にこの理由を説明する。

エロージョン・コロージョン現象による配管の減肉は、前記したように、熱交換器８に流入する湯水の温度と、流量とに正の相関があるが、実際の減肉量は、時間の関数となる。即ち、高温の湯水を早い流速で長時間流すと、大きな減肉が生じ、高温の湯水を早い流速で流しても、その時間が短ければ減肉の程度は小さい。

従って、エロージョン・コロージョン現象による減肉の量は、熱交換器に流入する水の温度と、流量とに相関するが、減肉の量は時間の関数となる。
ここで、前記した図２に注目すると、図２は入水温度と流量との関数であり、時間が考慮された関数ではない。
しかしながら、図１に示すような、給湯タンク４を有する給湯装置１では、加熱開始時の入水温度が低く、時間の経過と共に入水温度が上昇していく。そして、図２のグラフは、右上がりの曲線であるため、図２は近似的に時間の経過と、流量との関数であるとも言える。従って、前記した面積比率は、近似的に積算流量の比率であると言える。

そこで、本実施形態の給湯装置１では、上記した考えに基づいて、図２に示す強制的に減少される流量は、一定温度αから１℃上昇する毎に、上限流量Ａに対して５〜３０％の範囲で減少されるように設定した。以下、これについて具体的に説明する。
前記したように、本実施形態の給湯装置１では、図２のグラフに示すように、運転開始初期における熱交換器８に対する通過水量は少なく、当該通過水量がエロージョン・コロージョン現象が起き得ない上限流量Ｂに達するまでには暫く時間が掛かる。即ち、運転開始初期から上限流量Ｂに達するまでの給湯装置１の使用時間帯における耐久時間分の積算流量は、図２に示す斜線部の領域で示すことができる。本発明においては、この耐久時間分の積算流量を、先に説明したように、限界設計思想に基づいた熱交換器８の耐久余力としており、この耐久余力分をエロージョン・コロージョン現象を発生し得る通過水量で使用・消費させることで、より設計寿命に近い時間で最大の能力を発揮させることとしている。従って、耐久時間分の積算流量を消化する消化積算流量は、図３に示す網掛部の領域で示すことができる。このように、消化積算流量は、エロージョン・コロージョン上の上限流量Ｂと、出湯温度調節機能による調節流量と、強制的に減少される流量と、使用時間によって算出される。即ち、強制的に減少される流量は、網掛部の領域（図２）が、斜線部の領域（図２）とほぼ同じ面積となるように調整され、一定温度αと上限流量Ａにより決定される。

また、入水温度が一定温度αを超える領域では、熱交換器８に通水される流量が、耐久上の上限流量Ｂ以下に制限されることはない。これは、限界設計思想の下、給湯装置１の給湯能力を最大限に活用することにより、使用者の利便性を損なわせないためである。即ち、図３に示すように、入水温度が一定温度αを超えた場合は、熱交換器８に通水される流量が、上限流量Ｂに達すると、入水温度が上昇しても、その上限流量Ｂを維持する。即ち、熱交換器８に通水される流量は、上限流量Ｂ未満となることがないため、入水温度が上昇するに従って、極端に給湯能力が低下することがない。

従って、本実施形態の給湯装置１は、前記したように、入水温度が一定温度αに達するまでは、運転開始初期における熱交換器に対する通過水量の少ない使用時間帯の耐久時間分を、より設計寿命に近い時間で最大の能力を発揮させ、入水温度が一定温度αに達すると強制的に熱交通水流量を減少させるため、エロージョン・コロージョン現象における耐腐食性を確保しつつ、給湯能力を最大限に発揮させることで、使用者の利便性を向上できる。

上記実施形態では、給湯装置１は、熱交換器８で加熱された湯水を、一旦貯留タンク４に溜めて所望の温度で出湯する構成を示したが、本発明は、これに限定されず、熱交換器８で加熱された湯水を直接給湯栓２６に供給して、所望の温度で出湯する構成であっても構わない。この場合、熱交換器８における湯水の加熱設定温度を、上記実施例で示した８０℃より低くすることが望ましい。
ところで、前述したように、貯留タンク４を備えた給湯装置１では、入水温度と流量との関係を示すグラフが、近似的に使用時間と流量とを表すこととなる。

しかしながら、貯留タンク４を備えない本構成の給湯装置では、時間と共に入水温度が上昇するというような現象が生じないことと、熱交換器８における湯水の加熱設定温度を、上記実施形態で示した温度（８０℃）より低くすることが望ましいということを考慮して、「一定温度」及び強制的に減少される流量曲線に補正を加えることが望ましい。

具体的には、貯留タンク４を備えない給湯装置に、前記した図２のグラフの「一定温度α」及び強制的に減少される際の流量曲線を適用すると、給湯能力を最大限に発揮できる入水温度の範囲が狭いものとなってしまう。
もっとも、貯留タンク４を備えない給湯装置では、図示しない給湯源から湯水が直接、熱交換器８に導入されるため、入水温度が極端に高くなることはないが、入水温度が摂氏３５度程度となる場合もある。そのため、入水温度が摂氏３５度程度であっても、給湯装置の能力を最大限に発揮させ得ることが望ましい。そして、入水温度が摂氏３５度程度を超えた場合には、熱交換器８に導入される水量を絞る。
即ち、貯留タンク４を備えない給湯装置では、「一定温度」を３０〜４０℃程度に設定し、それを超える温度の湯水が熱交換器８に導入された場合には、先に実施形態の場合に比べて急峻に水量を絞る。

より具体的に図面を用いて説明する。なお、図４に示すｘ₂を図２に示すｘ₁のグラフの設定温度より低くした場合の出湯温度調節機能による調節流量、ｚ₂を貯留タンクを用いない場合の強制的に減少される流量とする。
即ち、湯水の加熱設定温度を上記実施形態の設定温度より低くすると、図４（ａ）のグラフに示すように、給湯装置の出湯温度調節機能による調節流量ｘ₂は、上記実施形態の調節流量ｘ₁よりも通水可能な熱交通水流量が全体的に増加し、且つ入水温度の上昇に伴う熱交通水流量の増加幅が大きくなる。さらにエロージョン・コロージョン現象を防ぐための耐久上の上限流量Ｃは、前記上限流量Ｂより上方（図４）にシフトする。これにより、出湯温度調節機能による調節流量ｘ₂は、入水温度が上昇するにつれて上限流量Ｃとの流量差が極端に大きくなる傾向となる。

これにより、給湯能力を最大限に発揮できる条件（主に入水温度）が厳しくなり、使用者の利便性を損なわせる懸念が生じる。具体的には、運転開始初期から上限流量Ｃに達するまでの、給湯装置の使用時間における耐久時間分の積算流量ｓと、その積算流量ｓに対するエロージョン・コロージョン現象を発生し得る領域での消化積算流量ｍを考えた場合、給湯能力を最大限に発揮できる入水温度（一定温度β）の条件が、実際に熱交換器８に通過し得る湯水の入水温度（５〜３５℃程度）を満足することができない。換言すると、一定温度βは、３５℃未満となる。

そこで、本発明においては、貯留タンク４を用いず給湯する場合、エロージョン・コロージョン現象を防ぐための耐久上の上限流量Ｃより上方（図４）に上限をシフト（上限流量Ｃ’）して、この問題を解消している。即ち、熱交換器８への湯水の入水温度が、３５℃を超えることが想定し難いため、上記実施形態で設定された熱交換器８の耐久余力よりも加算して算出して決定されている。

これにより、図４（ｂ）のグラフに示すように、耐久時間分の積算流量は、積算流量ｓから積算流量ｔ（積算流量ｓ＜積算流量ｔ）になると共に、消化積算流量が消化積算流量ｍから消化積算流量ｎ（消化積算流量ｍ＜消化積算流量ｎ）となる。従って、消化積算流量が増加することで、一定温度βより入水温度（一定温度β’）を高温側に移動させることが可能となり、実際に熱交換器８において通過し得る湯水の入水温度（５〜３５℃程度）を満足することができる。これにより、使用者の利便性を損なわせることを防止することができる。なお、貯留タンクを具備しない給湯装置の場合、上記実施形態の給湯装置１のように、湯水が循環回路５内を循環することがないため、入水温度が一定温度β’に至ると熱交通水流量は、上限流量Ｃ’に制限される。

上記実施形態では、貯留タンク４に貯留する湯水の加熱設定温度を８０℃としているが、本発明はこれに限定されず、８０℃以上であっても８０℃以下であっても構わない。

１ 給湯装置
５ 循環回路
７ 燃焼部（燃焼手段）
８ 熱交換器
１０ 入水温度センサ（入水温度検知手段）
１２ 流量調整弁（入試制御手段）
α 一定温度
Ｂ 上限流量

Claims (4)

1. 熱交換器と、熱交換器を加熱する加熱手段と、前記熱交換器に流出する湯水の温度を検知する入水温度検知手段とを有し、入水された湯水を所定の熱交換器出湯温度に加熱して熱交換器から出湯させる機能を備え、循環回路に接続されて循環回路の湯水を時間を掛けて次第に昇温させる給湯装置において、
   熱交換器に通水される湯水の量を制限する入水制御手段を備え、当該入水制御手段は、前記入水温度検知手段の検知温度に基づいて熱交換器から出湯される湯水が前記所定の熱交換器出湯温度となるように熱交換器に通水される湯水の量を増減するものであり、
   前記入水温度検知手段で検知された湯水の入水温度が一定の温度以下である場合には、入水温度の上昇と共に熱交換器に通水される湯水の量を増加させ、
   前記入水温度検知手段で検知された湯水の入水温度が一定の温度を超える場合には、入水温度の上昇に伴って熱交換器に通水される湯水の量を減少させることを特徴とする給湯装置。
2. 熱交換器と、熱交換器を加熱する加熱手段と、前記熱交換器に流入する湯水の温度を検知する入水温度検知手段とを有し、入水された湯水を所定の熱交換器出湯温度に加熱して熱交換器から出湯させる機能を備えた給湯装置において、
   熱交換器に通水される湯水の量を制限する入水制御手段を備え、当該入水制御手段は、前記入水温度検知手段の検知温度に基づいて熱交換器から出湯される湯水が前記熱交換器出湯温度となるように熱交換器に通水される湯水の量を増減するものであり、
   前記入水温度検知手段で検知された入水温度が一定の温度以下である場合には、前記入水制御手段は、熱交換器出湯温度の湯水を出湯し得る通水量の上限又はその近傍の流量の湯水を通水させ、
   前記入水温度検知手段で検知された入水温度が一定の温度を超える場合には、前記入水制御手段は、熱交換器出湯温度の湯水を出湯し得る通水量の上限よりも少ない流量であって、且つ入水温度が高いほど少ない流量の湯水を通水させることを特徴とする給湯装置。
3. 入水温度が前記一定温度に対する熱交換器に通水される流量を上限流量とすると、
   入水温度が前記一定温度を超える領域において、入水温度検知手段の検知温度と、入水制御手段が通水する通水量との関係は、検知温度が１℃上昇する毎に、前記上限流量に対して５〜３０％の範囲で減少されることを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯装置。
4. 入水温度が前記一定温度を超える領域においては、熱交換器に通水される流量は所定値未満とならないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給湯装置。

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