以下、本発明の実施の形態を図面に基づき実施例によって説明する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
図1には、本発明に係る熱源装置の第1実施例のシステム構成が、熱源装置に接続される負荷(暖房装置や浴槽)と共に模式的に示されている。同図に示されるように、熱源装置は器具ケース80を有し、熱源装置を操作するためのリモコン装置(図示せず)に接続されている。また、バーナ2と、バーナ2により発生された燃焼ガスの顕熱を回収するメインの給湯熱交換器3と前記燃焼ガスの潜熱を回収する潜熱回収用給湯熱交換器4とを有する給湯回路5とを有しており、この例において、潜熱回収用給湯熱交換器4はメインの給湯熱交換器3と間隔を介した位置に設けられている。
給湯回路5は、潜熱回収用給湯熱交換器4の入水側に設けられた給水通路6とメインの給湯熱交換器3の出水側に設けられた給湯通路7とを有し、給水通路6から導入されて潜熱回収用給湯熱交換器4を通って加熱された水をメインの給湯熱交換器3に導入した後、該メインの給湯熱交換器3を通って加熱された水を、給湯通路7を介して給湯先に導く回路である。給水通路6には、該給水通路6を通る水の水量を検出する給水量検出手段としての水量センサ19と、給水温度を検出する入水温検出センサ47が設けられ、給湯通路7には、メインの給湯熱交換器3の出側の温度を検出する給湯熱交換器側温度検出手段としての熱交出側サーミスタ23と、サーミスタ58と、給湯温度を検出する出湯サーミスタ24とが設けられている。
また、この熱源装置は、暖房装置70,71に外部通路72,73を介して供給される液体の熱媒体(例えば水)を循環する機能を備えた暖房用液体循環回路8を有しており、同図においては、液体の熱媒体の循環経路を分かりやすくするために、暖房用液体循環回路8を形成する器具ケース80内の液体通路に斜線を記している。暖房用液体循環回路8には、液体を循環させる暖房用循環ポンプ9と、シスターン10と、暖房用熱交換器11と、低温能力制御弁36、暖房高温サーミスタ40、暖房ハイリミットスイッチ77、暖房低温サーミスタ41が設けられている。
暖房高温サーミスタ40は、暖房用熱交換器11の出側の熱媒体の温度を検出する暖房出側液体温度検出手段として機能するものであり、暖房低温サーミスタ41は、暖房用熱交換器11の入側の熱媒体の温度を検出する暖房入側液体温度検出手段として機能するものである。シスターンの容量は例えば1800ccであり、シスターン10には水位電極44とオーバーフロー通路66とが設けられ、また、シスターン10は、補給水電磁弁42と水補給用の通路65を介して給水通路6に接続されている。
本実施例において、暖房用熱交換器11と前記メインの給湯熱交換器3とはフィン43を介して一体化された一缶二水路型の熱交換器1と成して、バーナ2の燃焼ガスの顕熱を回収する熱交換器と成しており、この一缶二水路型の熱交換器1において、暖房用熱交換器11の液体流通管路12がメインの給湯熱交換器3の通水管路13を上下に挟む態様で互いに接して設けられている(図3(a)の断面図および図3(b)の斜視説明図も参照)。そして、暖房用熱交換器11の液体流通管路12内の液体とメインの給湯熱交換器3の通水管路13内の水とが共にバーナ2により加熱される構成と成している。
本実施例では、このように、暖房用の熱交換器側はバーナ2の顕熱を回収する暖房用熱交換器11のみを設けて形成し、潜熱回収用の暖房用の熱交換器は設けず、温かい熱媒体(例えば温水)が戻ってくる暖房系統を潜熱回収スペース(潜熱回収用給湯熱交換器4が配設されている領域やその近傍領域)に入れない点も特色の一つとしている。つまり、潜熱回収スペースを、回収効率の低い潜熱回収用暖房用熱交換器に代えて回収効率の高い潜熱回収用給湯熱交換器4で占めることで、高効率化、小型化、低コスト化している。
なお、潜熱回収熱交換器は、熱交換器内を通過する液体の温度と熱交換器の外を通過する気体との温度差によって回収効率が変わり、この温度差の大きい方が潜熱の回収効率が高くなる。そして、潜熱回収用給湯熱交換器に導入される液体である水の入水温度と暖房用液体循環回路を循環して潜熱回収用暖房用熱交換器に導入される(戻ってくる)液体の戻り温度とを比較した場合、潜熱回収用給湯熱交換器への入水温度の方が潜熱回収用暖房用熱交換器への戻り温度よりも低いため潜熱の回収効率が高く、潜熱回収用暖房用熱交換器よりも潜熱回収用給湯熱交換器を設ける方が高効率化を実現できる。
また、一缶二水路型の熱交換器1において、図3に示したように、上下方向に配設される3つの管路(暖房用熱交換器11の液体流通管路12とメインの給湯熱交換器3の通水管路13)のうち、真ん中の管路を、低温の水が導入される通水管路13としたことも特色としている。つまり、以下に述べるように、一缶二水路型の熱交換器1における暖房用熱交換器11の液体流通管路12とメインの給湯熱交換器3の通水管路13の配列態様によって、暖房用熱交換器11側の吸熱量とメインの給湯熱交換器3側の吸熱量とに違いが生じ、一缶二水路型の熱交換器1において上下方向の真ん中の管路を通水管路13として互いに接する態様で設けることにより、通水管路13の1本あたりの吸熱量は高くできる。
例えば図4(a)、(b)に示されるように、一缶二水路型の熱交換器1を形成する3つの管路のそれぞれと潜熱回収用給湯熱交換器4の管路との吸熱比が例えば9:8:7:4であるとする(一缶二水路型の熱交換器1を形成する3つの管路については配列の下から順に吸熱比を示している)。この場合、図4(a)に示されるように、一缶二水路型の熱交換器1を形成する中央の管路を暖房用熱交換器11の液体流通管路12とすると、液体流通管路12からメインの給湯熱交換器3の通水管路13に、比率にして1.15の熱が移動することから(矢印、参照)、この熱移動を考慮した吸熱比は、10.15:5.70:8.15:4.00となる。
したがって、図4(a)に示される一缶二水路型の熱交換器1におけるメインの給湯熱交換器3の通水管路13の1本当たりの吸熱量は、38.13%となる((10.15+8.15)÷(10.15+5.7+8.15)÷2×100≒38.13)。なお、従来のように、暖房用熱交換器11の液体流通管路12の代わりに追い焚き用の管路を設けた場合(図19、参照)も同様である。
それに対し、本実施例のように、一缶二水路型の熱交換器1を形成する中央の管路をメインの給湯熱交換器3の通水管路13とすると(図4(b)、参照)、液体流通管路12からメインの給湯熱交換器3の通水管路13への前記熱移動によって(矢印、参照)、この熱移動を考慮した吸熱比は、7.70:10.30:6.00:4.00となることから、一缶二水路型の熱交換器1におけるメインの給湯熱交換器3の通水管路13の1本当たりの吸熱量は42.92%(10.3÷(7.7+10.3+6)×100≒42.92)となり、高い吸熱を示す。
つまり、この場合、メインの給湯熱交換器3の通水管路13の1本当たりの吸熱量は、上下2本の通水管路13を設ける従来例等の構成(図4(a)のような構成)に比べて高くできるものであり、発想を逆転させて、この高い吸熱量を示す、図4(b)のような通水管路13を1本とする構成を使用していることにより、2本の通水管路13を設ける場合に比べて給湯能力が極端に小さくはならないようにしたことも本実施例の特徴(つまり、本発明の特徴の一つ)である。
なお、図4(b)の構成において、全体の能力を28号とおいた場合、潜熱回収用熱交換器4とメインの給湯熱交換器3の通水管路13の吸熱量から給湯の号数は約14号(4+10.3=14.3号)となるものであり、このような能力設定は、特に後述する節湯水栓が取り付けられている新築等で好ましく、本実施例では、このように各管路の吸熱量が設定されている。
また、本実施例では、図1に示されるように、前記潜熱回収用給湯熱交換器4とメインの給湯熱交換器3との間には、潜熱回収用給湯熱交換器4からメインの給湯熱交換器3に導入される水の流通管路と暖房用液体循環回路8の液体流通管路とを熱的に接続する液−水熱交換器33が設けられている。
この液−水熱交換器33には、暖房用循環ポンプ9の駆動によって、暖房用熱交換器11の液体流通管路12から出た熱い熱媒体(液体)が液−水熱交換器33の液体流通管路に導入されて図1の矢印Bに示すように流通し、給湯動作時に、潜熱回収用給湯熱交換器4から液−水熱交換器33における水の流通管路に導入される水が熱媒体の出口から流入して矢印Bとは逆方向に流通する。つまり、液体流通管路12側から液−水熱交換器33に導入される熱媒体は液−水熱交換器33の給水側出口から流入し、潜熱回収用給湯熱交換器4から液−水熱交換器33に導入される水は液−水熱交換器33の熱媒体出口から流入して、この水と前記熱媒体とが互いに逆方向に流通するという対向熱交換器により形成されている。
また、暖房用液体循環回路8には、暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通さずに循環させるためのバイパス通路34と、バイパス通路34側へと液−水熱交換器33側への液体流量可変可能な流量可変制御弁としての流路切り替え制御弁35とが設けられている
なお、流路切り替え制御弁35による液体流量可変動作は、例えば液−水熱交換器33側への液体流量を例えばほぼ100%として、通路を閉塞しなくても実質上バイパス通路34側への液体流量をほぼ0とするか、その逆に、液−水熱交換器33側への液体流量を例えばほぼ0としてバイパス通路34側への液体流量をほぼ100%とするかの切り替え(液体の流れの有無の切り替え)でもよいが、本実施例においては、液−水熱交換器33側への液体流量とバイパス通路34側への液体流量の比率を0〜100%との間で適宜、連続的に可変できる構成を有している。
また、第1実施例の熱源装置において、暖房用液体循環回路8は、液−水熱交換器により形成された風呂熱交換器25を介して風呂の追い焚き循環通路26と熱的に接続されている。追い焚き循環通路26には、追い焚き循環ポンプ27と風呂サーミスタ28、流水スイッチ29、水位センサ30、風呂往きサーミスタ31が設けられており、追い焚き循環通路26は、循環金具74を介して浴槽75に接続されている。暖房用液体循環回路8には、風呂熱交換器25において追い焚き循環通路26を循環する水と熱交換を行う際に暖房用液体循環回路8から風呂熱交換器25側に通す液体流量を制御する追い焚き用液体流量制御弁32が設けられており、この追い焚き用液体流量制御弁32の制御と追い焚き循環ポンプ27の制御とによって風呂の追い焚きが制御される。
なお、図1の図中、符号14は燃焼室、符号15はバーナ2の給排気を行う燃焼ファン、符号16はバーナ2に供給される燃料ガスの通路、符号17はガス電磁弁、符号18はガス比例弁、符号20は給湯回路5を通って給湯される給湯の総水量を可変調節するための水量サーボ、符号21はバイパスサーボ、符号22は給湯バイパス路、符号49は注湯通路、符号50は注湯電磁弁、符号79は注湯量センサ、符号37はドレン回収手段、符号38はドレン通路、符号39はドレン中和器、符号76は熱動弁をそれぞれ示している。
また、図1にはリモコン装置が図示されていないが、前記の如く、熱源装置の制御装置にはリモコン装置が信号接続されており、以下の説明において、リモコン装置には、適宜、符号46を付して説明する。また、家庭等の住居において、給湯を行う台所や浴室には、給湯温度設定、追い焚きスイッチ、自動スイッチ(自動湯張りのための操作スイッチ)等の付いたリモコン装置46が設けられ、洗面所には浴室乾燥(暖房装置)を行うスイッチ等の付いたリモコン装置46が設けられ、居間には床暖房(暖房装置)スイッチ等の付いたリモコン装置46が設けられる等、異なる機能をもったリモコンが複数設けられることが多いが、それらを総称してリモコン装置46と称する。
本実施例において、給湯動作は例えば以下のようにして行われる。つまり、前記リモコン装置46の運転がオンの状態において、例えば熱源装置の利用者によって、給湯通路7の先端側に設けられている給湯栓(図示せず)が開かれると、給水通路6から導入される水が、潜熱回収用給湯熱交換器4とメインの給湯熱交換器3とを通って給湯通路7に導入され、水量センサ19が予め定められている給湯の作動流量に達するとバーナ2の燃焼制御および燃焼ファン15の回転制御等が制御手段によって適宜行われ、予めリモコン装置46に設定されている給湯設定温度の湯が形成されて給湯先に供給される。
また、リモコン装置46に設けられている自動スイッチがオンとなると、前記給湯動作時と同様にして、予めリモコン装置46に設定されている給湯設定温度の湯が形成され、その湯が、注湯電磁弁50が開かれることにより、給湯通路7から注湯通路49を通して浴槽75への注湯による湯張りが行われる。
一方、給湯は行わずに、暖房用液体循環回路8から暖房装置70、71に暖房用の熱媒体(液体)を供給する際(例えば衣類乾燥機、浴室暖房乾燥機、床暖房等の運転による暖房単独動作モード時)には、暖房用液体循環ポンプ9の駆動によって、液体(例えば温水)を循環させるものであり、暖房用液体循環ポンプ9の吐出側から吐出される液体が、図1の矢印Aに示されるように、通路59を通って暖房用熱交換器11に導入される。このときにもバーナ2の燃焼および燃焼ファン15の回転制御等が適宜行われて液体の加熱が行われる。
暖房用熱交換器11で加熱された液体は、流路切り替え制御弁35の制御に応じ、矢印Bに示されるように液−水熱交換器33に導入されたり、矢印B’に示されるようにバイパス通路34に導入されたりする。なお、このように、暖房用熱交換器11で加熱された液体のバイパス通路34と液−水熱交換器33への導入を適宜行うことは本実施例の特徴的な構成であり、その制御の詳細については後述する。
バイパス通路34または液−水熱交換器33を通った液体は、その後、矢印Cに示されるように、通路60を通り、その後、分岐して、その一方は、矢印Dに示されるように、例えば暖房用液体循環回路8に接続されている高温側の暖房装置70が作動する際には高温側の暖房装置に供給され、高温側の暖房装置70を通った後に、矢印D’に示されるように通路61側に戻ってくる。このとき、例えば浴室暖房乾燥機の暖房スイッチ(SW)がオン(ON)されると、それに対応する高温側の暖房装置70内の熱動弁76が開弁され、高温側の暖房装置10内の制御装置からの信号を受けて暖房用の熱媒体の往き温度は(例えば80℃といった)高温に維持される。
なお、高温側の暖房装置が作動していないときには、高温側の暖房装置70内の熱動弁76が閉弁され、矢印D、D’に示されるような液体の流れは停止される。また、例えば浴室で追い焚きスイッチ(SW)がオン(ON)されると、それに対応する追い焚き用液体流量制御弁32が開状態となり、通路60を通った後に分岐された他方は、矢印Eに示されるように風呂熱交換器25を通り、矢印E’に示されるように通路61側に向かう。このように、高温に維持される液体を風呂熱交換器25に通しながら、追い焚き循環通路26において浴槽の湯水を循環させることにより、風呂の追い焚きが適宜行われる。
また、前記通路61を通った液体はシスターン10を通り、矢印Gに示されるように通路62を通って暖房用液体循環ポンプ9の吸入側に戻ってくる。なお、暖房用液体循環ポンプ9の吐出側には、例えば温水マット等の低温側の暖房装置71に液体を供給するための通路63も接続されており、例えば居室にあるリモコン装置46で床暖房がONされると、それに対応する熱動弁ヘッダ48の開閉に応じて適宜の低温側暖房装置71(例えば温水マット等)に暖房用の(例えば往き温度60℃といった)低温に維持された液体が供給される。また、通路60と通路61とは通路64を介して接続されており、低温能力制御弁36が開状態に制御されると、矢印Hに示されるように、通路60から通路64を通して通路61に高温の液体が積極的に(低温能力制御弁36が閉じられているときに比べて多くの流量で)導入される。
なお、高温側の暖房装置70に液体を供給する際の温度制御と低温側の暖房装置71に液体を供給する際の温度制御、暖房用液体循環回路8の通路が冷えている状態で作動するコールドスタート時の温度制御、風呂の追い焚き時の制御等、必要に応じてバーナ2の燃焼制御や燃焼ファン15の回転制御等の適宜の制御が行われ、これらの制御方法については公知であるために、その詳細説明は省略するが、本発明においては、公知の適宜の制御方法および、今後提案される適宜の制御方法が適用されるものである。
図2には、本実施例の熱源装置の特徴的な制御構成がブロック図により示されている。同図に示されるように、熱源装置の制御手段45は、給湯能力不足有無判断手段51、給湯能力不足量検出手段52、動作モード切り替え手段90、能力不足補充手段56、燃焼制御手段57、液体循環経路切り替え手段53、ポンプ駆動制御手段55、沸騰防止制御手段54を有しており、リモコン装置46と、出湯サーミスタ24、水量センサ(流量センサ)19、入水温検出センサ47、ガス電磁弁17、ガス比例弁18、燃焼ファン15、流路切り替え制御弁35、暖房用循環ポンプ9、熱交出側サーミスタ23、暖房高温サーミスタ40、暖房低温サーミスタ41に信号接続されている。
本実施例では、熱源装置の制御構成において、暖房単独動作モード、給湯単独動作モード、給湯能力不足補充モード、同時使用動作モード、自動暖房同時モードの複数の動作モードを有しており、動作モード切り替え手段90が、これらの複数の動作モードを適宜切り替える手段と成している。なお、各動作モードの詳細については後述する。
給湯能力不足有無判断手段51は、給湯の単独運転時(給湯単独動作モード時;給湯単独モードの動作時)に、例えば入水温検出センサ47の検出温度と水量センサ19の検出流量、出湯サーミスタ24の検出温度、リモコン装置46に設定されている給湯設定温度、バーナ2の燃焼能力のデータ等に基づき、予め定められている給湯能力算出方法にしたがって給湯能力が不足するか否か(つまり、給湯設定温度の湯を例えば利用者による給湯栓開度に応じた水量(単位時間当たりの流量)だけ給湯可能かどうかや、例えば給湯栓閉栓時において、湯張り用の注湯量(単位時間当たりの流量)を確保でき、浴槽に注湯可能かどうか)を判断し、給湯能力が不足すると判断したときには、給湯能力不足判断信号を動作モード切り替え手段90と給湯能力不足量検出手段52に加える。なお、給湯能力不足有無判断手段51の判断に必要なバーナ2の燃焼能力のデータや給湯能力算出方法等のデータは、給湯能力不足有無判断手段51に設けられているメモリ部(図示せず)に格納されている。
また、熱源装置の給湯能力設定は適宜行われるものではあるが、本実施例においては、図4(b)を用いて前述したように、給湯熱交換器側の能力が通常は約14号となるように熱源装置の能力設定を行っており、給水温度が極端に低くはない状態で、例えば台所(流量が5〜6リットル/分程度)や浴室のシャワー使用(8.5〜10リットル/分程度)の給湯使用が例えば一カ所で行われる場合の給湯能力は14号未満となって、給湯能力が不足しないような能力設定としている。なお、この能力設定においては、例えば浴槽75への自動湯張りが行われるときに、湯張り用の湯を給湯側の熱交換器(潜熱回収用給湯熱交換器4およびメインの給湯熱交換器3)で形成して注湯するには能力が不足するが、後述するように、この給湯能力の不足を補充できる構成を有している。
動作モード切り替え手段90は、給湯能力不足有無判断手段51から加えられる給湯能力不足判断信号を受けて、熱源装置の動作モードを給湯単独動作モードから給湯能力不足補充モードに切り替え、そのモード切り替え信号を能力不足補充手段56に加える。
また、給湯能力不足量検出手段52は、給湯能力不足有無判断手段51から給湯能力不足有無判断信号が加えられたとき(つまり、給湯能力不足有無判断手段51により給湯単独運転時に給湯能力が不足すると判断されて熱源装置の動作モードが給湯能力不足補充モードに切り替えられたとき)には、その給湯能力の不足量を求める。
この給湯能力の不足量は、例えば入水温検出センサ47の検出温度と水量センサ19の検出流量、出湯サーミスタ24の検出温度、リモコン装置46に設定されている給湯設定温度、バーナ2の燃焼能力のデータ等に基づき、予め定められている給湯能力算出方法にしたがって求められるものであり、バーナ2の燃焼能力のデータや給湯能力算出方法等の必要なデータは、給湯能力不足量検出手段51に設けられているメモリ部(図示せず)に格納されている。給湯能力不足量検出手段52により求められた給湯能力の不足量の値は、能力不足補充手段56に加えられる。
能力不足補充手段56は、給湯能力不足有無判断手段51により給湯能力が不足すると判断されて、動作モード切り替え手段90によって熱源装置の動作モードが給湯能力不足補充モードに切り替えられたときに、ポンプ駆動制御手段55に指令を加えて暖房用液体循環ポンプ9を駆動させるとともに、燃焼制御手段57に指令を加え、ガス電磁弁17の開閉制御やガス比例弁18の開閉量制御、燃焼ファン15の制御等によりバーナ2の燃焼量を増大させる燃焼制御を行い、また、液体循環経路切り替え手段53に指令を加えて流路切り替え制御弁35を開き、暖房用液体循環回路8を循環する液体を前記液−水熱交換器33の液体流通管路に通して循環させて前記給湯能力の不足を補充させる。
なお、本実施例では、熱源装置の動作モードが給湯能力不足補充モードに切り替えられてから、流路切り替え制御弁35を開いて暖房用液体循環回路8を循環する液体を前記液−水熱交換器33の液体流通管路に通して循環させる動作を行う際、この流路切り替え制御弁35を開くタイミングや開き方は、前記給湯能力不足補充モードに切り替えられたときの熱源装置の状態に応じて可変するようにしている。
例えば暖房運転停止からの時間が短く、暖房用液体循環回路8内の液体(熱媒体)の温度が高いときに給湯単独運転が行われ、その際、出湯開始と共に、あるいは、その直後に、給湯能力不足有無判断手段51により給湯単独運転時に給湯能力が不足すると判断されて、熱源装置の動作モードが給湯能力不足補充モードに切り替えられる場合においては、その切り替え直後に流路切り替え制御弁35を全開として液−水熱交換器33側への液体流量を100%方向にいきなり開くことが好ましい。
なお、暖房用熱交換器11から導出される液体は例えば図1の矢印B’、C、H、Dのように流体が流れるが、その暖房用熱交換器11の出側の温度が高く、暖房高温サーミスタ40により検出される検出温度が70℃よりも低下していない状態のときが、暖房用液体循環回路8内の液体(熱媒体)の温度が高いときである。また、暖房用熱交換器11に導入される液体は例えば図1の矢印矢印D’、F、G、Aのように液体が流れるが、その暖房用熱交換器11の入側の温度が高く、暖房低温サーミスタ41により検出される検出温度が50℃よりも低下していない状態のときも、暖房用液体循環回路8内の液体(熱媒体)の温度が高いときである。
そこで、本実施例において、能力不足補充手段56は、例えば暖房低温サーミスタ41の温度を取り込み、例えばこの温度が50度以上の場合、つまり、予め定められている制御弁切り替え用基準温度(例えば50℃)以上のときに、前記給湯能力不足補充モードへの切り替え直後に流路切り替え制御弁35を全開にするように、液体循環経路切り替え手段53に指示を加える。
一方、暖房用液体循環回路8内の液体の温度が低下した状態での給湯単独運転時に給湯能力が不足すると判断されたときには、以下に述べるように、暖房用液体循環回路8内の液体を温める動作を事前に行ってから(暖房回路内液体加熱行程を経てから)流路切り替え制御弁35を開くことが望ましく、本実施例では、能力不足補充手段56による流路切り替え制御弁35を開く動作を以下に述べるように行うようにしている。
つまり、例えば、給湯単独動作モードの動作が継続して暖房用液体循環回路8内の液体の温度が低下して、暖房低温サーミスタ41により検出される検出温度が前記制御弁切り替え用基準温度(例えば50℃)未満に低下した状態で、例えばシャワーの混合水栓温度をごくわずかに上げるような操作が行なわれ、この操作によって給湯能力が不足し、熱源装置の動作モードが給湯単独動作モードから給湯能力不足モードに移行するような場合には、以下に述べるように、暖房用液体循環回路8内の液体を温める動作を事前に行ってから流路切り替え制御弁35を開くことが望ましい。
以下、暖房回路内液体加熱行程について説明するが、まず、暖房回路内液体加熱行程を行わずに流路切り替え制御弁35を一気に100%開く場合の暖房用液体循環回路8内の液体(熱媒体)の温度等について図9〜図12を参照しながら説明し、その後、図13〜図16を参照して暖房回路内液体加熱行程について説明する。
なお、図9〜図16においてはいずれも、暖房用液体循環回路8内を通る液体(熱媒体)の温度を、図9に示されるような温度区分によって、斜線等を用いて模式的に示している。つまり、温度区分A〜Dにおいて、温度区分Aが最も温度が高く(例えば80℃)、次に温度区分Bが高く、温度区分C、Dの順に低い温度区分になるものであるが、温度区分Eは、温度区分A〜Dとは別に給湯設定温度または給湯設定温度近傍の温度であることを示しており、温度区分Eの領域は給湯通路6における給湯バイパス路22との合流部から下流側になる。
図9に示されるように、例えば、給湯単独動作モードにおいて、例えば給水温が15℃の場合には、その水が潜熱回収用給湯熱交換器4で吸熱してから液−水熱交換器33に流入するので、液−水熱交換器33に導入される水の温度は例えば18℃となっており、また、暖房用液体循環ポンプ9が駆動していないので、液−水熱交換器33に熱媒体の流れは生じおらず、液−水熱交換器33内の熱媒体も18℃である(温度区分D、参照)。なお、前記の如く、液−水熱交換器33に導入される水が流れる方向と液−水熱交換器33に導入される熱媒体の流れる方向とは互いに逆方向であり、熱媒体の流れる方向は図の矢印B方向で水の流れる方向は図の矢印B方向とは逆方向である。
また、図9の破線枠cに示されるように、暖房用液体循環回路8におけるその他の通路やシスターン10内の熱媒体の往き温度(暖房用熱交換器11側から出て流れる熱媒体の温度)は、暖房運転停止直後であれば例えば50℃、暖房運転していない夏場であれば30℃であり、暖房運転していない冬場であっても、例えば凍結予防ヒータによる凍結予防のための加熱が行われることから、例えば20℃のごとく給水温より高い(図9の温度区分C、参照)。
そして、給湯単独動作モードから給湯能力不足モードに移行すると暖房用液体循環ポンプ9が駆動するが、このとき、液−水熱交換器33側への液体流量が100%となるように一気に流路切り替え制御弁35を開くと、液−水熱交換器33内の例えば900ccといった量の18℃の熱媒体が一気に出て行って、図10の矢印C、Hに示されるように、一気にシスターン10に向かって行き、これと共に、図9の破線枠cにあった、やや温かい熱媒体(20〜50℃の熱媒体であり、温度区分Cの液体)が暖房用熱交換器11側に移動して液体流通管路12に流入する(図10のc部、参照)。
このとき、制御装置45側は、液体流通管路12の通水(液体の流通)ありの時の制御テーブル等の制御情報に基づくFF制御で燃焼量(ガス量)を増やすようにしており、液体流通管路12の通水管路13内の液体を給湯単独動作モードと略同じ温度にまで加熱することができるので、給湯の出湯温度にはまだ影響はでない(給湯設定温度またはその近傍温度の湯が給湯される)。
ところが、前記のように一気に液−水熱交換器33から出て行った18℃の熱媒体は、図11に示されるように、シスターン10を通り越して暖房用液体循環ポンプ9に向かい、シスターン10内で少し温度が上昇するものの、図12に示されるように、略冷たい水隗のまま暖房用熱交換器11の液体流通管路12に流入することになる(図12のd部、参照)。そして、このように、冷たい液体が液体流通管路12に導入されると、メインの給湯熱交換器3内の水の熱が奪われてしまう(液体流通管路12から通水管路13への伝熱による熱移動量が例えばプラスからマイナスのように大きく変わってしまう)。
つまり、図12においては、メインの給湯熱交換器3の出側の湯の温度が温度区分Aで示す高温の状態であることを示しているが、図12のd部の水が暖房用熱交換器11の液体流通管路12を通って加熱されて導出される際にメインの給湯熱交換器3内の水の熱を奪うことによって、メインの給湯熱交換器3内の湯が冷やされ、メインの給湯熱交換器3の出側の温度が例えば温度区分Bに示すような、温度区分Aよりも低めの温度の湯となってしまうことから、その水が給湯通路7に導入されると給湯側の出湯温度が低下してしまうといった不具合が生じることがある(アンダーシュートの発生)。
もちろん、本実施例の熱源装置においては、給湯温度を安定化するために、給湯側の出湯温度の低下を熱交出側サーミスタ23で検知し、その検知情報に基づいて制御装置によってバイパスサーボ21を用いた補正を行うようにするが、補正しきれない場合には出湯温度影響が出る。つまり、図9〜図12を用いての説明は給水温度を15℃として温度区分Dとして説明したが、特に、給水温度が5〜10℃のような場合には、温度区分Dの温度はさらに低くなり、出湯温度(給湯温度)に影響が出やすい。
そこで、暖房用液体循環回路8内の液体の温度が低下した状態で給湯単独動作モードから給湯能力不足モードに移行するときには、液−水熱交換器33側への液体流量を例えばほぼ0%として暖房用液体循環回路8内の液(熱媒体)の温度を高める暖房回路内液体加熱行程を事前に行って、熱媒体を温めてから液−水熱交換器33側への液体流量を徐々に100%方向に開くようにすることで、前記のように暖房回路内液体加熱行程を事前に行わずに流路切り替え制御弁35を開いて一気に液−水熱交換器33側へ液体を100%流した場合に発生する給湯のアンダーシュートを防止できるような、給湯能力不足モードへの移行を行なうようにすることが好ましい。
詳述すると、流路切り替え制御弁35を怖じたまま(熱媒体がバイパス通路34側を通るようにして)暖房用循環ポンプ9を駆動して燃焼量を上げると、図13に示されるように、暖房用熱交換器11の液体流通管路12を出た熱い熱媒体は、液−水熱交換器33を素通りしてシスターン10に向い、これと共に、やや温かい熱媒体(20〜50℃の熱媒体であり、温度区分C、参照)が暖房用熱交換器11の液体流通管路12に流入する。ここで、制御装置は、液体流通管路12の通水あり時テーブルに基づくFF制御で燃焼量(ガス量)を増やしているので、液体流通管路12の通水管路13内で給湯単独動作モードと略同じ温度にまで加熱でき、出湯温度(給湯温度)には影響はでない(給湯温度は給湯設定温度またはその近傍の温度にできる)。
また、図14に示されるように、液−水熱交換器33を素通りした熱い熱媒体(温度区分Aであり、例えば80℃の熱媒体)は、シスターン10内で少し温度が下がり(温度区分B、参照)、暖房用熱交換器11の液体流通管路12に流入するが、暖房用熱交換器11の液体流通管路12に流入する熱媒体の温度は温度区分Bの高めの温度であり、メインの給湯熱交換器3側から熱が奪われることはない。
その後、流路切り替え制御弁35を所定時間(例えば予め定められる設定時間)かけてゆっくり開いていき、液−水熱交換器33側へ流入する液体流量をゆっくり0%から増やすことにより、図15に示されるように、液−水熱交換器33の出口とバイパス通路34の出口で18℃の熱媒体と熱い熱媒体が合流し、温かい熱媒体(温度区分B、参照)となってシスターン10に向かうことになり、また、暖房用熱交換器11の液体流通管路12に流入する熱媒体も温かいので出湯温度には影響はでない。
なお、液−水熱交換器33側へ流入する液体流量が少ない時には(例えば25%以下のときには)、その液体が潜熱回収用給湯熱交換器4から流入する18℃の給水と充分に熱交換されて、液−水熱交換器33の出口からは18℃の熱媒体が出るが、その熱媒体の液体流量は少ないので、液−水熱交換器33の出口とバイパス通路34の出口との合流部でバイパス通路34からの熱い熱媒体と合流することによって、合流後の熱媒体はすぐに温かくなり、温かくなった状態で暖房用液体循環回路8内を循環することになる。
つまり、暖房回路内液体加熱行程を事前に行う場合は、流路切り替え制御弁35を開く前にバイパス通路34内の熱媒体の温度が高められるために、バイパス通路34からの熱媒体の温度が高いことから、流路切り替え制御弁35を開くことにより液−水熱交換器33から導出される冷たい熱媒体が液−水熱交換器33から導出されても、その冷たい熱媒体がバイパス通路34からの熱い熱媒体と液−水熱交換器33の出口で合流して混じり合うため、暖房回路内液体加熱行程を事前に行わずに流路切り替え制御弁35を開いた場合のように液−水熱交換器33内の冷たい熱媒体が冷たい水塊のようになって暖房用液体循環回路8内に流入することはない。
ただし、暖房回路内液体加熱行程後に流路切り替え制御弁35を開く際に、急激に流路切り替え弁35を開くと、液−水熱交換器33から導出される冷たい液体がバイパス通路34からの液体に対して多くの流量で一気に合流することから、たとえ暖房回路内液体加熱行程後であっても、熱媒体の温度をある程度急激に低下させることになる。そこで、暖房回路内液体加熱行程後に流路切り替え制御弁35を開く際に、その開度を徐々に上げていって所定時間かけてゆっくり開いていくことにより、流路切り替え弁35を開く前に液−水熱交換器33内に滞留していた冷たい熱媒体がバイパス通路34からの熱媒体と合流する量を徐々に増やしていって、液−水熱交換器33の出口とバイパス通路34の出口との合流部でバイパス通路34からの熱い熱媒体と合流した熱媒体の温度変化を緩やかにし、それにより、暖房用液体循環回路8内を循環する熱媒体の温度変動を緩やかにできるようにしている。
また、例えば液−水熱交換器33内に滞留していた冷たい熱媒体が導出された後には、暖房用熱交換器11の液体流通管路12側から液−水熱交換器33内に導入される熱い熱媒体と、潜熱回収用給湯熱交換器4側から液−水熱交換器33内に導入される水との熱交換が行われて水が温められるが、液−水熱交換器33側へ流入する熱媒体(液体)の流量がやや多い時には(例えば50%とすると)、その液体と潜熱回収用給湯熱交換器4から流入する18℃の給水とが充分に熱交換されなくなり、液体が保有している熱の方が給水により奪われる熱より多いことから、液−水熱交換器33の出口から出る熱媒体の温度が一時的に高めとなる現象が生じる。
つまり、液−水熱交換器33においては、潜熱回収要求棟熱交換器4側からメインの給湯熱交換器3側に流れる水が、暖房用熱交換器11から導出されて液−水熱交換器33に導入される熱媒体の周りの管路を通って行くことになるが、液−水熱交換器33側へ流入する液体流量が多めのときには、その液体が潜熱回収用給湯熱交換器4から流入する18℃の給水と充分に熱交換されないままで(液−水熱交換器33を通る水に熱があまり奪われずに)、例えば図17に示されるように、熱いまま液−水熱交換器33の出口までたどり着いてしまい(液−水熱交換器33の中央部に示されている管路内が温度区分Bになっていることを参照)、液−水熱交換器33の出口から出る熱媒体の温度が一時的に高めとなる。
そのため、流路切り替え制御弁35の切り替えを一気に行って、例えば液−水熱交換器33から導出される液体流量を例えば25%以下の少ない流量から例えば50%といったやや多めの流量に一気に可変すると(あるいは段階的に変化させると)、暖房用熱交換器11側から液−水熱交換器33に導入される熱媒体と潜熱回収用給湯熱交換器4側から液−水熱交換器33に導入される水との熱交換が十分に行われずに、暖房用熱交換器11側から液−水熱交換器33に導入される熱媒体が熱いまま液−水熱交換器33の出口から出て熱媒体の温度は一時的に上がり、その後、潜熱回収用給湯熱交換器4側から液−水熱交換器33に導入される水との熱交換が十分に行われた温度が低めの熱媒体が液−水熱交換器33から導出されて、液−水熱交換器33の出口から出て暖房用液体循環回路8に通される熱媒体の温度が下がる。
つまり、潜熱回収用給湯熱交換器4側から液−水熱交換器33に導入される水との熱交換のタイミングと、熱交換されて液−水熱交換器33から液体が導出されるタイミングとではタイムラグがあり、それゆえ、前記の如く熱媒体の温度が一時的に上がった後、下がるといった温度変動が生じる。
それに対し、本実施例のように、能力不足補充手段56の制御によって、暖房回路内液体加熱行程を事前に行った後に、流路切り替え制御弁35を徐々に開いていく動作を行うことにより、このような温度変動現象が生じず(生じにくく)、液−水熱交換器33の出口から出て暖房用液体循環回路8に通される熱媒体の温度が安定する。
つまり、流路切り替え制御弁35の開度に応じて液−水熱交換器33の出口から出る流量とバイパス通路の34出口から出る流量の比が変わるものの、前記のように事前に暖房回路内液体加熱行程を行ってから流路切り替え制御弁35を徐々に開いて液−水熱交換器33側に液体(熱媒体)を通すことにより、液−水熱交換器33とバイパス通路34との合流部での熱媒体温度にはあまり影響がないようにできる。
そして、液−水熱交換器33側への液体流量が100%になるまで所定時間をかけて流路切り替え制御弁35を開くと、液−水熱交換器33の出口から出て来る熱媒体の温度はさらに上がり(熱媒体温度=温度区分Cを参照)、図16に示されるように、その熱媒体がやがて暖房用熱交換器11の液体流通管路12に流入することから(熱媒体の温度が上がっている状態で液体流通管路12に流入することから)給湯側の出湯温度には影響はでない。
以上のように、本実施例では、暖房用熱交換器11の液体流通管路12から出た熱い熱媒体が液−水熱交換器33の給水側出口から流入し、潜熱回収用給湯熱交換器4から出た給水が液−水熱交換器33の熱媒体出口から流入するという対向熱交換器を用い、さらに、流路切り替え制御弁35を、液−水熱交換器33側への流量を0%と100%との切り替える(オン−オフ)態様の制御弁としたり流量を例えば0%−33%−66%−100%といったように段階的に切り替える態様の制御弁としたりせずに、前記流量を連続的に(無段階に)可変制御できる制御弁として連続的に流量制御することにより液−水熱交換器33から出た熱媒体がバイパス通路34を出た熱媒体と合流して適温化できるようにしている。
つまり、本実施例では、事前に暖房回路内液体加熱行程を行って、暖房低温サーミスタ41の検出温度が制御弁切り替え用基準温度(例えば本実施例では50℃)以上になってから徐々に流路切り替え制御弁35を開いていくことで(流路切り替え制御弁35の開度に応じて液−水熱交換器33の出口から出る流量とバイパス通路の34出口から出る流量の比が変わっても、液−水熱交換器33とバイパス通路34との合流部での熱媒体温度が急激に変動したり熱媒体の温度が一時的に上昇した後に低下したりするといった温度変化がないように流路切り替え弁35の開度を調節することにより)、暖房回路内液体加熱行程を行わずにいきなり液体流量を100%方向に開いた場合に発生する給湯のアンダーシュートを防止できるようにしている。
なお、本実施例において、前記給湯能力不足有無判断手段51による前記給湯能力判断動作時に、給湯能力が不足しないと判断されたときには流路切り替え制御弁35を開く動作を行わず、暖房用液体循環ポンプ9の駆動自体を行わない。また、給湯能力不足有無判断手段51により給湯能力不足が判断された後、不足しない状態になったときや、給湯が停止されたときには暖房用液体循環ポンプ9の駆動を停止させて流路切り替え制御弁35を閉じる。また、例えば通常の暖房運転時(暖房単独動作モード時)には、暖房用液体循環ポンプ9を駆動させるとともに流路切り替え制御弁35を閉じて暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通さずに前記バイパス通路34を通して循環が行われる。
また、前記のように給湯能力不足補充モードの動作において、暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通して循環させる動作によって液−水熱交換器33から導出される熱媒体は、潜熱回収用給湯熱交換器4を通ってきた(わずかに加熱されてはいるものの、ほぼ)水に熱を奪われるので温度が低下するため、その熱媒体がバイパス通路34側の熱を奪われていない液体流量と合流することにより多少は温度が低下することになり、液−水熱交換器33から導出される熱媒体によってシスターン10等の暖房用液体循環回路8内の熱媒体を無駄に加熱することがない。
また、本実施例においては、給湯と暖房(暖房装置の駆動)、給湯と風呂の追い焚き、または給湯と暖房と風呂の追い焚き等のような、同時使用時には、動作モード切り替え手段90により同時使用動作モードへの動作モードの切り替えが行われる。そして、このときには、潜熱回収用給湯熱交換器4とメインの給湯熱交換器3への通水と暖房用熱交換器11への液体(ここでは水)の流通を共に行いながらの動作が行われるが、給湯側や暖房側(風呂の追い焚きも含む)の能力不足が生じた場合は、能力不足補充手段56は、湯能力不足量検出手段52により検出される前記給湯能力の不足量と、図示されていない暖房能力不足量検出手段により検出される暖房能力不足量とに応じて、これら両方の熱量不足量のバランスを取るように、暖房用液体循環回路8の液体を液−水熱交換器33側へ流す流量とバイパス通路34側へ流す流量とを制御して能力不足補充動作を行う。
つまり、能力不足補充手段56は、液体循環経路切り替え手段53に指令を加えて流路切り替え制御弁35の開度を制御することによって、暖房用液体循環回路8の液体を液−水熱交換器33側へ流す流量とバイパス通路34側へ流す流量のバランスを取るように、暖房用液体循環回路8を循環する液体の液−水熱交換器33の液体流通管路への流通割合とバイパス通路34側への流通割合とを連続的に可変する液体流通割合可変機能を有している(熱量不足量のバランスを取る流路切り替え制御弁開度制御)。
沸騰防止制御手段54は、給湯運転が行われずに暖房運転が行われているとき(暖房単独動作モード時)に熱交出側サーミスタ23により検出される検出温度が予め定められた沸騰抑制基準温度(例えば85℃)以上になったときには燃焼制御手段57に指令を加えてバーナ2の加熱量を減らすか、燃焼を停止したまま、ポンプ駆動制御手段55に指令を加えて暖房用液体循環ポンプ9の運転を続けて高温側、または低温側の暖房装置70,71からの放熱により熱媒体温度が下がるのを待つことにより、メインの給湯熱交換器3内の水の沸騰を防止する。
また、沸騰防止制御手段54は、暖房運転が行われずに給湯運転が行われているとき(給湯単独動作モード時)に暖房高温サーミスタ40により検出される検出温度が予め定められた沸騰抑制基準温度(例えば85℃)以上になったときには、ポンプ駆動制御手段55に指令を加えて暖房用液体循環ポンプ9を瞬時(例えば1秒間)運転させ、液体循環経路切り替え手段53に指令を加えて流路切り替え制御弁35を制御することにより、例えば液−水熱交換器33側への液体流量が例えばほぼ0%となるようにし、バイパス通路34に熱媒体を逃がすことで暖房用熱交換器11内の熱媒体の沸騰を防止するポンプ短時間駆動沸騰防止動作を行う。
なお、沸騰防止制御手段54は、このように、給湯単独動作モード時に暖房高温サーミスタ40の検出温度が前記沸騰抑制基準温度以上になったときには暖房低温サーミスタ41の検出温度も確認し、暖房低温サーミスタ41の検出温度が暖房回路内高温判断基準温度(例えば50℃)以上でないことを確認してから前記ポンプ短時間駆動沸騰防止動作を行うとよい。つまり、暖房低温サーミスタ41の検出温度が暖房回路内高温判断基準温度以上で暖房用液体循環回路8内の液体(熱媒体)の温度が高いと、ポンプ短時間駆動沸騰防止動作を行っても暖房用熱交換器11内の熱媒体の沸騰防止を適切に行えない可能性がある。そのため、暖房低温サーミスタ41の検出温度が暖房回路内高温判断基準温度以上でないことを確認してからポンプ短時間駆動沸騰防止動作を行うとよい。また、沸騰防止制御手段54は、ポンプ短時間駆動沸騰防止動作後に、暖房高温サーミスタ40の検出温度が前記沸騰抑制基準温度未満に低下したことを適宜確認するようにしてもよい。
また、給湯単独運転が長く続くと、ポンプ短時間駆動沸騰防止動作を何度か繰り返し行うことになり、それにより、暖房用液体循環回路8の液体の温度が全体的に上昇して行くので、暖房用液体循環回路8内の液体の温度が上昇していき、暖房用液体循環ポンプ9を連続運転させても沸騰抑制基準温度(例えば85℃)以上になる場合がある。
そこで、沸騰防止制御手段54は、例えば暖房低温サーミスタ41の検出温度を取り込み、この検出温度が暖房回路内高温判断基準温度(例えば50℃)以上になったときに、流路切り替え制御弁35を制御して、暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通して循環させることにより暖房用熱交換器11内の熱媒体の沸騰を防止する液−水熱交換器利用沸騰防止動作を行う。
このように、本実施例では、給湯単独動作モード時における沸騰防止制御手段54による暖房用熱交換器11の液体流通管路12内の液体沸騰防止動作時にも、暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通して循環させる動作を行うことがある。そのとき、液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通す動作の前に、例えば液−水熱交換器33側への液体流量が例えばほぼ0%となるように流路切り替え制御弁35を閉じた状態として、バイパス通路34に熱媒体を逃がすことで熱媒体の沸騰を防止するポンプ短時間駆動沸騰防止動作を1回以上行うことによって、暖房用液体循環回路8内の液体(熱媒体)の温度を全体的に高めた状態として、流路切り替え制御弁35を開いて、暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通して循環させるようにしている。
つまり、暖房高温サーミスタ40の検出温度が前記沸騰抑制基準温度以上になったときに、ポンプ短時間駆動沸騰防止動作を行わずに、いきなり流路切り替え制御弁35を開いて暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通して循環させると、液−水熱交換器33に滞留していた例えば900ccといった量の冷たい液体が暖房用液体循環回路8内に導入されることから、給湯能力不足補充モードの動作時に暖房用液体循環回路8内の液体温度が低い状態で暖房回路内液体加熱行程を行わずに流路切り替え制御弁35を100%開いたときと同様に(図10〜図12、参照)、給湯側のアンダーシュートが発生する可能性がある。
それに対し、本実施例では、ポンプ短時間駆動沸騰防止動作を1回以上行って暖房用液体循環回路8内の熱媒体を温めてから暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通すことにより、暖房回路内液体加熱行程を事前に行ったような状態にできることから、給湯側のアンダーシュートを発生させずに、暖房用熱交換器11内の熱媒体の沸騰を防止することができる。
なお、図5〜図7には、本実施例の動作例を示すフローチャートが示されており、以下に、その動作について詳細に述べる。本実施例では、図5のステップS1でリモコン装置46の運転スイッチがオンされると、熱源装置は、ステップS2でリモコン装置46の暖房スイッチがオンか否かを判断し、オンの時にはステップS3で暖房フラグをオンとする。なお、リモコン装置46には、暖房スイッチと運転スイッチが共通で連動しているものもあり、その場合、運転スイッチがオンされると暖房スイッチもオンとなるので、暖房フラグがオンとなる。
また、ステップS2でリモコン装置46の暖房スイッチがオフであると判断されたときには、ステップS4で暖房フラグをオフとしてステップS5に進む。ステップS5では、リモコン装置46の自動スイッチがオンか否かが判断され、オンのときにはステップS6で注湯電磁弁50がオンされてステップS7に進み、オフの時にはステップS5から直接ステップS7に進む。
ステップS7では、水量センサ19による検出流量が給湯機能の最低作動流量以上か否かを確認し、水量センサ19による検出流量が最低作動流量以上のときには図6のステップS19に進み、水量センサ19による検出流量が最低作動流量未満の時には図5のステップS8に進む。このステップS8では暖房フラグがオンか否かを判断し、暖房フラグがオフの時にはステップS2に戻り、暖房フラグがオンの時にはステップS9に進んで暖房単独モードの動作が行われる。
なお、低温側の暖房装置71(例えば温水マット等)は例えば居室等にあるリモコン装置46を操作することによって運転が開始されるものであり(暖房SW ON)、熱源装置が例えば暖房単独動作モードで作動し、熱源装置が熱源装置内にある熱動弁ヘッダ48(図1等、参照)の開閉を指示すると共に、例えば60℃の暖房熱媒体が供給される。
一方、高温側の暖房装置70(例えば浴室暖房乾燥機等)は例えば脱衣室等にあるリモコン装置46を操作することによって(暖房SW ON)、熱源装置が例えば暖房単独動作モードで作動し、高温側の暖房装置70が高温側の暖房装置70内にある熱動弁76の開閉を指示すると共に、熱源装置に対して例えば80℃の暖房熱媒体の供給を指示する。なお、熱源装置と高温側の暖房装置70とは製造メーカが異なる場合が少なくないので、お互いに干渉しあって不測の事態をまねかないように、必要最低限の命令、指示、依頼のみが行なわれるようになっており、例えば、熱源装置から高温側の暖房装置70に対して高温側の暖房装置70内にある熱動弁76の開閉を指示することはできない場合が多い。
図5のステップS9で暖房単独モードの動作が開始されると、暖房用液体循環ポンプ9を駆動し、バーナ2の燃焼を開始し、燃焼ファン15を駆動し、ステップS10で、高温側の暖房装置70がオンか否かを確認する。高温側の暖房装置70がオンの時には、ステップS11で、暖房高温サーミスタ40を用いて暖房用液体循環回路8に通す暖房用熱媒体の温度が80℃になるように、燃焼制御手段57によりバーナ2の燃焼制御を行い、このとき、低温能力制御弁36はオフ(閉じた状態)にする。なお、高温側の暖房装置70の設定温度が低く設定されている等、設定温度が引き下げられている場合には修正温度に基づき暖房用熱媒体の温度制御(バーナ2の燃焼量制御)を行う。また、高温側の暖房装置70がオンの時には、低温側の暖房装置71がオンであっても、低温能力制御弁36はオフにする。
一方、ステップS10で、高温側の暖房装置70がオフ(オンでない)と判断されたときには、ステップS12で、暖房低温サーミスタ41を用いて暖房用液体循環回路8に通す暖房用熱媒体の温度が60℃になるように、燃焼制御手段57によりバーナ2の燃焼制御を行い、このとき、低温能力制御弁36はオン(開いた状態)にする。なお、低温側の暖房装置71の設定温度が低く設定されている等、設定温度が引き下げられている場合には修正温度に基づき暖房用熱媒体の温度制御(バーナ2の燃焼量制御)を行う。また、リモコン装置46で暖房を指定された箇所に対応する熱動弁ヘッダ48はオンにする。そして、ステップS13で、流路切り替え制御弁35を全閉として、液−水熱交換器33側への液体流量を0%とする。
次に、ステップS14で、暖房燃焼量input(インプット)が例えば12500kcal/hを超えているか否かを判断し、暖房燃焼量inputが12500kcal/h以下の時には、ステップS16に進み、暖房燃焼量inputが12500kcal/hより大きいときには、ステップS15に進む。ステップS15では、暖房用熱媒体温度の修正演算を行うものであり、暖房燃焼量が12500kcal/h以下になるように暖房用熱媒体温度を演算する。なお、この演算に関し、高温側の暖房装置70の運転時には暖房用熱媒体温度の上限値を80℃とし、高温側の暖房装置70の運転が行われていないときには暖房用熱媒体温度の上限値を60℃とする。そして、演算により求めた修正温度に基づき燃焼量を制御し、ステップS2に戻り、前記の動作を繰り返すことになる。これにより、燃焼量を所定の範囲(例えば12500kcal/h)に収めるようにしている。
ステップS16では、前回の暖房用熱媒体温度修正から5分以上経過したか否かを判断し、5分経過していたら再度ステップS15に戻り、5分経過していなかったら、ステップS17でリモコン装置46の暖房スイッチがオンかどうかを確認する。そして、暖房スイッチがオンのときにはステップS2に戻り、前記の動作を繰り返すことになる。また、ステップS17で、暖房スイッチがオフであることが確認されたら、ステップS18で、暖房用液体循環ポンプ9、バーナ2の燃焼、燃焼ファン15、暖房フラグ、低温能力制御弁36、熱動弁ヘッダ48を全てオフし、その後、ステップS2に戻る。
また、前記ステップS7で、水量センサ19による検出流量が最低作動流量以上で、図6のステップS19に進んだときには、ステップS19で暖房フラグがオンか否かが判断され、暖房フラグがオンの時には図7のステップS35へ進み、オフの時には、図6のステップS20に進んで給湯単独動作モードの動作が行われる。この給湯単独動作モードでは、まず、ステップS20で、バーナ2の燃焼を開始し、燃焼ファン15を駆動させる。
そして、ステップS21で、給湯能力不足有無判断手段51によって、給湯能力不足か否かの判断が行われる。この判断は、本実施例では例えば要求される給湯能力が14号(給湯最大能力24号に対して58%)以上かどうかの判断としている。なお、節湯の普及により、台所では流量が6リットル/分の使用から5リットル/分以下の使用が大多数を占めるようになり、浴室のシャワー使用では、流量が10リットル/分の使用から8.5リットル/分以下の使用が大多数を占めるようになると考えられるので、通常は、「自動湯張り」を除く通常の給湯使用状況では14号以下の給湯能力で充分まかなえると考えられる。
そして、給湯能力が不足していないと判断されたときには、ステップS22で、リモコン装置46により設定されている給湯設定温度となるように、出湯温度制御が行われる。この制御は、入水温検出センサ47の検出温度と水量センサ19の検出流量とリモコン装置46の給湯設定温度とに基づくFF(フィードフォワード)制御と、出湯サーミスタ24の検出温度に基づくFB(フィードバック)制御(バーナ2の燃焼量制御)に加え、暖房高温サーミスタ40の検出温度と暖房用熱交換器11の液体流通管路12に通水が無い状態でバーナ2の燃焼を行うときの予め与えられているFF制御データ(例えばFF制御テーブル等)とに基づくFF制御を合わせて行われるものであり、液体流通管路12を温めるために余分に加熱が行われる。
その後、ステップS23で水量センサ19の検出流量が最低作動流量未満になるまで、ステップS19〜ステップS22の動作が繰り返し行われ、水量センサ19の検出流量が最低作動流量未満になったら、ステップS24でバーナ2の燃焼をオフし、燃焼ファン15の駆動もオフする。
また、ステップS21で、給湯能力不足有無判断手段51によって、給湯単独運転時に給湯能力が不足すると判断されたとき(例えば複数箇所での給湯が同時に行われたり、給水温度が極端に低かったり、自動湯張り動作時の注湯のための給湯時等)には、動作モード切り替え手段90による動作モードの切り替えによって、以下のように給湯能力不足補充モードの動作が行われる。
まず、ステップS27で、暖房用液体循環ポンプ9を駆動し、暖房用の熱媒体の温度が80℃になるように温度制御(バーナ2の燃焼量制御)が行われ、このとき、低温能力制御弁36はオンされる。なお、このとき、流路切り替え制御弁35は閉じられており、暖房用液体循環回路8内を流通する液体は液−水熱交換器33側には流れずに、100%バイパス通路34側を通って流れる。
そして、ステップS28で、リモコン装置46により設定されている給湯設定温度となるように、出湯温度制御が行われる。この制御は、入水温検出センサ47の検出温度と水量センサ19の検出流量とリモコン装置46の給湯設定温度とに基づくFF(フィードフォワード)制御と、出湯サーミスタ24の検出温度に基づくFB(フィードバック)制御(バーナ2の燃焼量制御)と、暖房高温サーミスタ40の検出温度と暖房用熱交換器11の液体流通管路12に通水が有る状態でバーナ2の燃焼を行うときの予め与えられているFF制御データ(例えばFF制御テーブル等)とに基づくFF制御を合わせて行われるものである。なお、バーナ2の燃焼量の上限値は、給湯能力不足補充モード時には24号とする。
そして、例えば低温暖房サーミスタ41の温度が50℃以上のとき(暖房用液体循環回路8内の液体の加熱によってその温度以上になったときを含む)に、ステップS29で、流路切り替え制御弁35を全開(液−水熱交換器33側への液体流量ほぼ100%)とすることで、液−水熱交換器33を介して暖房用液体循環回路8の熱を給湯側に伝えて給湯能力の不足を補充し、かつ、水量サーボ20を絞って給湯能力を14号以下に抑える制御を行い、一時的に水量サーボ20を絞ってサーミスタ58の温度が速くリモコン装置46の給湯設定温度を超えるようにする。
その後、ステップS30では、サーミスタ58の検出温度がリモコン装置46の給湯設定温度より高くなって出湯温が安定したかどうかの判断が行われ、サーミスタ58がリモコン装置46の給湯設定温度を超えた時に、バイパスサーボ21を開けてリモコン装置46の給湯設定温度と出湯サーミスタ24の検出温度とが等しくなるように温度制御を水量制御により行う。なお、ステップS30で、出湯温が安定しないとき(サーミスタ58がリモコン装置46の給湯設定温度をなかなか超えないときや出湯サーミスタ24の検出温度がリモコン装置46の給湯設定温度と等しい温度または略等しい温度にならないとき)には、ステップS31で、水量サーボ20の追加絞りを行って、給湯の総水量を減らすことで速く出湯温度を立ち上げる(給湯設定温度に近づける)。
出湯温が安定したら、ステップS32で暖房フラグがオンかどうかを確認し、暖房フラグがオンの時には図7のステップS43に進み、動作モード切り替え手段90によって同時使用動作モードに切り替える。一方、図6のステップS32で暖房フラグがオフと判断されたときには、ステップS33で入水温検出センサ47の検出温度、サーミスタ58の検出温度、リモコン装置46に設定されている給湯設定温度、出湯サーミスタ24の検出温度に基づき、水量サーボ20の絞り量のFF、FB制御を行う。この水量サーボ20の絞り量の制御は、燃焼能力が14号以下に抑えられている制御から要求号数に上げるために、水量サーボ20の絞りを開く(絞り量を小さくする)制御(水量制御)である。なお、給湯能力が要求号数に達したら(ただし、最大で24号に至った時点で)開制御を停止する。
その後、ステップS34で、リモコン装置46の自動スイッチがオンで自動湯張り中または自動保水中かどうかが再び判断され、自動湯張り中または自動保水中の時には、図7のステップS43に進み、同時使用動作モードに移行する。なお、ステップS34で、自動湯張り中でもなく自動注水中でもないと判断されたときは、図6のステップS23に進み、前記と同様の動作を行う。
また、前記図6のステップS19で、暖房フラグがオンと判断されて、図7のステップS35に進んだときには、自動湯張りを除く給湯と暖房、自動湯張りを除く給湯と風呂の追い焚き、または、自動湯張りを除く給湯と暖房と風呂の追い焚き等を行う同時使用動作モードの動作に移行し、その動作を行う。この場合、まず、ステップS35で、暖房用液体循環ポンプ9を駆動し、バーナ2の燃焼を開始し、燃焼ファン15を駆動させる。そして、ステップS36で高温側の暖房装置70がオンか否かの判断を行う。
ここで、高温側の暖房装置70がオンと判断したときには図7のステップS37に進み、暖房用の熱媒体の温度を80℃であるところを70℃に温度を下げ変更する暖房能力セーブ温度制御(バーナ2の燃焼量制御)を行い、低温能力制御弁36はオフにする。一方、ステップS37で、高温側の暖房装置70がオフと判断されたときにはステップS38に進み、暖房用の熱媒体の温度を60℃であるところを55℃に温度を下げ変更する暖房能力セーブ温度制御(バーナ2の燃焼量制御)を行い、低温能力制御弁36はオンにする(熱量不足量のバランスを取る暖房能力セーブ温度制御)。
そして、ステップS37およびステップS38の動作後には、ステップS39に進み、リモコン装置46により設定されている給湯設定温度となるように、出湯温度制御が行われる。この制御は、入水温検出センサ47の検出温度と水量センサ19の検出流量とリモコン装置46の給湯設定温度とに基づくFF(フィードフォワード)制御と、出湯サーミスタ24の検出温度に基づくFB(フィードバック)制御(バーナ2の燃焼量制御)と、暖房高温サーミスタ40または暖房低温サーミスタ41の温度(ステップS36でYESのときには暖房高温サーミスタ40の検出温度、ステップSS36でNoのときには暖房低温サーミスタ41の検出温度)と暖房用熱交換器11の液体流通管路12に通水が有る状態でバーナ2の燃焼を行うときの予め与えられているFF制御データ(例えばFF制御テーブル等)とに基づくFF制御を合わせて行われるものである。
なお、この同時使用動作モードのときのバーナ2の燃焼量の上限値は、22号とする。また、このとき、給湯能力や暖房能力が不足したときには、例えば給湯能力の不足量と暖房能力不足量とに応じて、これら両方の不足量のバランスを取るように、流路切り替え制御弁35を調節して暖房用液体循環回路8の液体を液−水熱交換器33側へ流す流量とバイパス通路34側へ流す流量とを制御する。
そして、ステップS40で、水量サーボ20を絞って給湯能力を14号以下に抑える制御を行い、一時的に水量サーボ20を絞ってサーミスタ58の温度が早くリモコン装置46の給湯設定温度を超えるようにする。その後、ステップS41で、サーミスタ58の検出温度がリモコン装置46の給湯設定温度より高くなって出湯温が安定したかどうかの判断が行われ、サーミスタ58がリモコン装置46の給湯設定温度を超えた時に、バイパスサーボ21を開けてリモコン装置46の給湯設定温度と出湯サーミスタ24の検出温度とが等しくなるように温度制御を水量制御により行い、ステップS43に進む。なお、同図には図示されていないが、ステップS41からステップS43に進む際に暖房フラグオンを確認して進み、暖房フラグがオフのときには図6のステップS33に進むとよい。また、ステップS41で、出湯温が安定しないとき(サーミスタ58がリモコン装置46の給湯設定温度をなかなか超えないときや出湯サーミスタ24の検出温度がリモコン装置46の給湯設定温度と等しい温度または略等しい温度にならないとき)には、ステップS42で、水量サーボ20の追加絞りを行って、給湯の総水量を減らすことで速く出湯温度を立ち上げる(給湯設定温度に近づける)。
また、図7のステップS41または図6のステップS32、ステップS34から図7のステップS43に進んだときには、リモコン装置46の自動スイッチがオンで自動湯張り中または自動保水中(保水のための自動注水中)か否かを判断して、これらの動作が行われていないことを確認し、ステップS44に進む。
ステップS44では、入水温検出センサ47の検出温度、サーミスタ58の検出温度、リモコン装置46に設定されている給湯設定温度、出湯サーミスタ24の検出温度に基づく、水量サーボ20の絞り量のFF、FB制御を行う。この水量サーボ20の絞り量の制御は、給湯能力が14号以下に抑えられている制御から給湯の要求号数に上げるために、水量サーボ20の絞りを開く(絞り量を小さくする)制御(水量制御)であり、給湯能力が22号を超えた時点で水量サーボ20の開制御を停止、または給湯能力が22号以下になるように水量サーボ20の開閉制御を行う給湯能力セーブ制御である。
そして、ステップS45で、液体循環経路切り替え手段53により流路切り替え制御弁35を全開の状態から半開の状態とし、例えば高温側の暖房装置70の運転が行われていれば、暖房用の熱媒体の温度を80℃から70℃に暖房能力セーブする制御を行い、高温側の暖房装置70の運転が行われていないときには暖房用の熱媒体の温度を60℃から55℃に暖房能力セーブするようにし(このような温度制御となるように)流路切り替え制御弁35の開度を制御する。なお、このとき、液−水熱交換器33側への液体流量を例えば3分位かけてゆっくり100%から減らす方向にコントロールする。そして、暖房用熱媒体の温度が前記暖房能力セーブの設定温度(高温側の暖房装置70の運転が行われているときは70℃、行われていないときは55℃)に到達したら流路切り替え制御弁35の開度変更を中止し、図8(a)のステップS51に進む。
一方、前記ステップS43で、リモコン装置46の自動スイッチがオンで自動湯張り中または自動保水中であると判断されたときにはステップS46に進み、自動暖房同時モード(自動湯張りと暖房の同時運転モード)Aに切り替え、まず、他栓開が5分以内かどうかの判断が行われる。この他栓開の判断とは、自動湯張り以外の給湯が行われているかどうかの判断であり、例えば水量センサ19が最低作動流量以上であって、注湯通路49の注湯電磁弁50の下流に設けられた湯量センサ79の検出流量と水量センサ19の検出流量との差が例えば予め定められている許容範囲(誤差範囲)以上であれば蛇口(他栓)が開かれて出湯が行われていると判断する。
ステップS46で、他栓開での出湯があり、その出湯が5分以内と判断されたときにはステップS48で、自動保留フラグをオンとし、自動スイッチをONとしたまま、内部的(実質的)に自動を保留するために注湯電磁弁50をオフし、前記ステップS44に進む(熱量不足量のバランスを取る自動保留制御)。また、自動スイッチONの状態で、出湯(他栓)が開かれていないときや、自動スイッチONの状態で出湯(他栓開)5分以上のときには、ステップS46で「NO」側に進み、ステップS47で自動保留フラグをオフしてステップS49に進む。
ステップS49では、入水温検出センサ47の検出温度、サーミスタ58の検出温度、リモコン装置46に設定されている給湯設定温度、出湯サーミスタ24の検出温度に基づく、水量サーボ20の絞り量のFF、FB制御を行う。この水量サーボ20の絞り量の制御は、燃焼能力が14号以下に抑えられている制御から要求号数に上げるために、水量サーボ20の絞りを開く(絞り量を小さくする)制御(水量制御)であり、給湯能力が20号を超えた時点で開制御を停止、または給湯能力が20号以下になるようにする給湯能力セーブ制御である。この制御は、暖房能力の最大能力を出すために給湯能力を20号以内としなければならないための制御であり、逆に言えば、給湯能力20号以内ならば暖房能力は最大能力output10000kcal/hを出せる。
次に、ステップS50で、流路切り替え制御弁35を全開の状態から全閉の状態として、例えば高温側の暖房装置70の運転が行われていれば、暖房用の熱媒体の温度を80℃にする制御を行い、高温側の暖房装置70の運転が行われていないときには暖房用の熱媒体の温度を60℃にするように(このような温度制御となるように)流路切り替え制御弁35の開度を制御する。すなわち、暖房能力をセーブする制御が行われていた場合には、このセーブする制御を中止して通常制御に戻す。
なお、この液−水熱交換器33側への液体流量の制御に関しては、暖房能力セーブをしないで給湯能力のみ制限するので、流路切り替え制御弁35の開度を100%から0%方向へ減らす方向にコントロールする際、その速度を例えば30秒以内の速めの速度に制御する。そして、熱媒体の温度が設定温度に到達したら流路切り替え制御弁35の開度変更を中止する。つまり、流路切り替え制御弁35の開度コントロールで熱媒体設定温度を維持する。すなわち、暖房優先で制御し(例えば暖房input上限12500kcal/h)、あまった能力で給湯を行う。そして、図8(a)のステップS57に進む。
その後、図8(a)のステップS57では、浴槽水位が設定水位に達したかどうかが判断され、設定水位に達したら、ステップS58で注湯電磁弁50をオフしてステップS53に進む。
また、前記図7のステップS45から図8(a)のステップS51に進んだ際、ステップS51では、自動保留フラグがオンか否かが判断され、オンの時にはステップS55に進み、ステップS55で、出湯(他栓開)が終了したかどうかが判断される。終了したときには、ステップS56で自動保留フラグをオフし、注湯電磁弁50をオンしてステップS53に進む。
また、ステップS51で、自動保留フラグがオフと判断されたときにはステップS52に進んで、他栓開での出湯が5分以内かどうかが判断され、YESのときには前記図7のステップS49に進み、NOのときには図8(a)のステップS53に進む。なお、ステップS52でYESと判断されたときには(又は、図7のステップS46でNOと判断された時も)、例えば浴室のシャワーを大流量で長時間使用している可能性があると考えられ、この場合、暖房能力が要求される能力よりも小さくなって、少し寒く感じる程度に室温が低下する可能性があるので、暖房能力の回復を図るためにシャワーの使用湯量を規制すること(熱量不足量のバランスを取る暖房能力回復制御)が行われる。
図8(a)のステップS53では、暖房スイッチがオフか否かが判断され、暖房スイッチがオンのときには図6のステップS23に戻り、暖房スイッチがオフのときには、ステップS54で暖房フラグをオフし、低温能力制御弁36をオンする。その後、図5のステップS2に戻る。
本実施例によれば、以上説明したように、図1に示したような特徴的なシステム構成と図2に示したような特徴的な制御構成を有しており、給湯能力不足有無判断手段51によって、給湯単独運転時に前記給湯能力が不足すると判断されたときに、給湯能力不足補充モードの動作によって、暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通して循環させて前記給湯能力の不足を補充させることにより、給湯能力の不足を補充することができる。
なお、給湯能力不足有無判断手段51が前記給湯能力は不足しないと判断したときには、流路切り替え制御弁35を開く動作を行わない。また、給湯能力不足有無判断手段51により給湯能力不足が判断された後、不足しない状態になったときや、給湯が停止されたときには流路切り替え制御弁35を閉じる。そのため、例えば通常の暖房運転時には、暖房用液体循環回路8を循環する液体を液−水熱交換器33の液体流通管路に通さずに前記バイパス通路34を通して循環が行われ、暖房用液体循環回路8内を循環する熱媒体の熱を暖房側にのみ有効利用できる。
また、本実施例では、給湯能力不足有無判断手段51により給湯単独運転時に給湯能力が不足すると判断されたときには、給湯能力不足補充モードに移行し、能力不足量検出手段52が給湯能力の不足量を求め、該給湯能力不足量検出手段52により検出される前記給湯能力の不足量に応じ、例えばその不足量が多くなるにつれて液−水熱交換器33側へ流す液体の流量を多くしてバイパス通路34側へ流す液体の流量を少なくするように、暖房用液体循環回路8を循環する液体の液−水熱交換器33の液体流通管路への流通割合とバイパス通路34側への流通割合とを可変することにより、給湯能力不足の補充を、よりきめ細やかに適切に行うことができる。
さらに、本実施例では、給湯単独燃焼を行う際、給湯能力が足りないと判断された時のみ暖房用液体循環ポンプ9を駆動させるので、消費電力を低く抑えることができると共に、液体流通管路12から出た熱媒体がすぐに、主に液−水熱交換器33を通じて給湯側に熱を受け渡すので、通路60側を通じて、シスターン10等の器具内熱媒体(液体流通管路12内熱媒体以外)を不必要に加温せず、熱効率が高くなる。
さらに、本実施例では、給湯用の湯を作るのに、燃焼ガスから直接熱を取る水管を用い、かつ、必要に応じて、液−水熱交換器33から暖房用液体循環回路8側からの熱を給湯側に伝えたり、水量サーボ20を用いて水量を調整したりすることによって、給湯用の湯温の立ち上がり特性を良好にしている点も特色の一つとしている。つまり、給湯能力不足補充モード時にも、まず、図3の3つ管路(暖房用熱交換器11の液体流通管路12とメインの給湯熱交換器3の通水管路13であり、実施例においてはいずれも水管)のうちの真ん中の水管(通水管路13)で燃焼ガスから直接熱を取り、急速に給湯側の湯温を立ち上げる。
また、その上下の2つの液体流通管路12も燃焼ガスから直接熱を取って急速に熱媒体温度(ここでは湯温)を立ち上げ、その熱媒体を暖房用液体循環ポンプ9を駆動により液−水熱交換器33に送り込み、液−水熱交換器33が温まると共に、熱媒体の熱を液−水熱交換器33を介して給湯側に伝熱するが、この伝熱による加熱が進むまでには時間を要するので、必要ならば、水量サーボ20を用いて(絞って)湯温の立ち上げをサポートする構成を有している。つまり、この2つの湯温の立ち上がりの差を、水量サーボ20を用いて2つの湯温の立ち上がりの段差(の湯温変化)に対応させて湯量を変化させることにより(例えば一度絞っておいて、その後、開いて)給湯側の湯温を急速に立ち上げ、給湯側で湯温が低い場合に生じる不快感を低減することができる。
さらに、水量サーボ20のスムーズな湯量変化を実現させるために、液−水熱交換器33を介して給湯側に伝熱する熱量を平均的に増やす必要があり、そのために流路切り替え制御弁35の開度調整にあたり、液−水熱交換器33とバイパス通路34との合流部での熱媒体温度に前記のような急激な温度変化がないように流路切り替え制御弁35を開くようにしている。つまり、給水温度が低い時にシャワーのような大流量を使用しても、まず、給湯単独動作モードと同じくメインの給湯熱交換器3で燃焼ガスから直接熱を取り、急速に給湯側の湯温を立ち上げると共に、徐々に暖房側から給湯側に供給する熱量(流路切り替え制御弁35の開度調整)を増やし、徐々に流量(水量サーボ20の開度調整量)を増やすようにして大流量を使用可能としている。
さらに、本実施例では、流路切り替え制御弁35は、液−水熱交換器33側への液体流量とバイパス通路34側への液体流量の比率を0〜100%との間で適宜、連続的に可変できる点も特色の一つとしている。燃料ガスの燃焼を行う機能を有するガス器具は、型式申請時にその能力を申請すると共に、器具(熱源装置)にその能力(input:インプット)を例えば、例えば給湯(input)38000kcal/h、暖房12500kcal/h、同時44500kcal/h等のように記さなければならない(例えば本実施例の場合には、給湯単独input38000kcal/h output(出力:アウトプット)36000 kcal/h 効率95% 24号、暖房単独input12500kcal/h output10000 kcal/h 効率80%、同時(給湯+暖房)input44333kcal/h 同時給湯input31667kcal/h output30000 kcal/h 効率95% 20号 同時暖房input12667kcal/h output12000 kcal/h 効率95%を想定)し、その能力範囲内で燃焼させなければならない。
また、熱源装置には図1に示されるように複数の暖房装置が接続されている場合があり、暖房装置をいくつ動作させるかについては、熱源装置側では事前に判断できないが、利用状況に応じて熱を供給できるようにしなければならない。例えば自動湯張り中(給湯38000kcal/h使用中)に暖房装置(6500kcal/h)を使用している状態から、次の瞬間には、自動SWをOFF、台所の蛇口開(給湯7500kcal/h使用)、暖房装置10500kcal/hを使用という状態にただちに移行できるようにしなければならない。
そして、例えば前記暖房装置の暖房動作開始により、暖房の使用端末数が多く使用されると暖房機外管路の抵抗が減るために流れる流量が多くなり、使用熱量が増える。この使用熱量増加に伴ってガス燃焼量も増やさなければならないが、例えば給湯使用量(熱量)が変わらないのにガス燃焼量を増やせば、本実施例のように、一缶二水路型の熱交換器を設けて給湯と暖房を共通のバーナ2で加熱する熱交換器としている場合には、出湯温度(給湯温度)が上がるというような影響を受ける。そこで、本実施例では、流路切り替え制御弁35を用いて、申請時能力を超えないように(つまり、給湯の温度が高くなりすぎないように)し、かつ、無段階で給湯と暖房との熱量分配比を変えられるようにして、前記暖房装置の使用量増減によって出湯温度が変わらないようにしている点にも特色がある。
さらに、本実施例では、給湯用の湯を作るのに、燃焼ガスから直接熱を取る水管は最下段ではない点も特色の一つとしている。つまり、前記の如く、暖房用熱交換器11の液体流通管路12がメインの給湯熱交換器3の通水管路13を上下に挟む態様と成し、図3に示されるように、3つの水管が接触しているような構成において、本実施例では3つの水管のうち、真ん中を低温が導入される通水管路13とした点を特色の一つとしている。
なお、図3では、3つの水管が接触しているが、接触している水管が2つの場合には、下段(燃焼方向上流側)が給湯熱交換器で上段が暖房用熱交換器または追い焚き用熱交換器の場合:a’と、下段(燃焼方向上流側)が暖房用熱交換器または追い焚き用熱交換器で上段が給湯熱交換器の場合:b’と、の2つのパターンが考えられる。a’のパターンでは給湯1本当たりの吸熱量は59.71%( (9+1.15)÷(9+1.15+8−1.15)×100≒59.71)、b’のパターンでは給湯1本当たりの吸熱量は53.82%( (8+1.15)÷(9−1.15+8+1.15)×100≒53.82)となるので、a’のパターン(下段(燃焼方向上流側))の方が好ましい。なお、ここで述べている追い焚き用熱交換器とは、従来例(図19、参照)のように、一缶二水路型の熱交換器1を給湯熱交換器と追い焚き用熱交換器とを同一のバーナで加熱する構成とした例について述べており、本実施例における追い焚きとは異なる。
また、図4(c)、(d)に示されるように、暖房用熱交換器11の液体流通管路12とメインの給湯熱交換器3の通水管路13とを接触させる部分と非接触の部分との組み合わせたパターンが考えられるが、図4(c)に示すような、下段(燃焼方向上流側)が給湯用熱交換器、中段が暖房用熱交換器または追い焚き用熱交換器の場合で、離れて上段が給湯用熱交換器の場合:a”と、図4(d)に示すような、下段(燃焼方向上流側)が暖房用熱交換器または追い焚き用熱交換器、中段が給湯用熱交換器の場合で、離れて上段が給湯用熱交換器の場合:b”との2つのパターンが考えられる。なお、ここで述べている追い焚き用熱交換器も前記と同様に、従来例のような給湯熱交換器と追い焚き用熱交換器とを同一のバーナで加熱する一缶二水路型の熱交換器1に適用される熱交換器である。
これらの場合には、a”のパターンでは給湯1本当たりの吸熱量は35.73%(((9+1.15+7)÷(9+1.15+8−1.15+7))÷2×100≒35.73)、b”のパターンでは給湯1本当たりの吸熱量は33.96%(((8+1.15+7)÷(9−1.15+8+1.15+7))÷2×100≒33.96)となるので、a”のパターン(下段(燃焼方向上流側))の方が好ましい。つまり、本実施例では、前記の如く、一缶二水路型の熱交換器1を形成する中央の管路をメインの給湯熱交換器3の通水管路13とし、その上下両方から暖房用熱交換器11の液体流通管路12で挟む態様としているが、このような配列態様で、かつ、3つの管路12,13,12が接触しているような構成においてのみ、真ん中を低温が導入される通水管路13とすると高い吸熱を示すものであり、本実施例は、このような優れた特徴を有している。
さらに、本実施例では、台所やシャワーを使用する場合の「給湯単独動作モード」と主に自動湯張り時に使用される「給湯能力不足補充モード」の2つの給湯制御体系をもつことも、特色の一つとしている。つまり、本実施例は、現在、「エネルギーの使用の合理化に関する法律(省エネ法)」や「都市の低炭素化の促進に関する法律(エコまち法)」等の影響により、省エネ法等に対応する節湯水栓が普及しつつあることにも考慮している。
なお、この節湯水栓の威力は絶大であり、台所では、流量が従来の6リットル/分使用(例えば約6号)から5リットル/分以下の使用(例えば約5号)の方向へと進むと考えられ、浴室のシャワー使用では、従来の流量が10リットル/分使用(例えば約10号)から8.5リットル/分以下の使用(例えば約8.5号)が大多数を占めるようになると考えられる(最近では、平成24年度省エネ大賞受賞のエアインシャワー(「エアイン」は登録商標)のように、流量を6.5リットル/分とするモデルも出てきている)。
他方、「自動湯張り」を早く済ませるために、給湯器の最大号数は16号から20号へ、さらには24号へと大型化の道を歩んでいる。自動湯張りは各給湯器の最大号数で行われるため、例えば16号給湯器における自動湯張りの流量は16号であり、湯張り号数(16号)に対して従来の通常のシャワー使用号数は10号であるので湯張り号数との差は6号あったが、シャワー使用時であっても給水温が低く(例えば5℃)、かつ、流量が数%(例えば8.1%)多いと16号に達してしまうため、台所、浴室(シャワー)使用時における動作制御と湯張り時の動作制御とを別の制御体系とせず、同一の制御体系とし、それにより低コスト化していた。
しかしながら、節水の普及によって、浴室のシャワー使用の流量が10号→8.5号→6.5号のように少なくなってきている結果、このシャワー使用時の号数と湯張り号数(16号給湯器の場合には16号)との差が6号→7.5号→9.5号のように開いてきており、同一の制御体系とすることには無理が生じてきた(実施例では、例えば24号給湯器を想定しており、その場合、17.5号の差がでる)。そこで、本実施例では台所、浴室(シャワー)と、湯張りを同一の制御体系とはせずに、給湯単独動作モードと給湯能力不足補充モード、同時使用動作モード、自動暖房同時モードといった互いに異なる動作モード(制御体系)を持たせ、その動作モード間で移行可能としたことも特徴的な構成であり、このように、モードを切り替えることによって省エネと給湯や暖房の温度安定化との両立を図ることができる。
なお、本実施例では、前記同時使用モード時に、前記のように、流路切り替え制御弁35の開度を調節して液−水熱交換器33側へ流す液体流量とバイパス通路34側へ流す液体流量との液体流通割合をもって、バーナ2から供給される熱量を給湯能力と暖房能力とに分配しているが、本実施例の変形例として、以下の構成を挙げることもできる。
つまり、流路切り替え制御弁35を開閉弁とする、または、流路切り替え制御弁35の開閉制御は弁の開閉割合を調節せずに開閉制御のみとして(つまり、液−水熱交換器33側かバイパス通路34側かのいずれかにのみ選択的に液体を流通するようにして)、前記熱量の分配を水量サーボ20の開度調整による給湯流量と、暖房用液体循環ポンプ9による熱媒体流量のどちらか一方、または、両方をコントロールしてバーナ2から供給される熱量を給湯能力と暖房能力とに分配するようにしてもよい。
この場合、図8(b)に示されている自動暖房同時モードBのようにする。つまり、図6のステップS32から図7のステップS43に進む代わりに図8(b)のステップS59に進んだり、図7のステップS47、ステップS52からステップS49に進む代わりに図8(b)のステップS59に進んだりするものである。そして、ステップS59では、暖房低温サーミスタ41の検出温度の値を参考入力して流量を演算しながら、暖房高温サーミスタ40の検出温度に基づいてバーナ2の燃焼量のFB制御を行い、サーミスタ58の検出温度、リモコン装置46に設定されている給湯設定温度、出湯サーミスタ24の検出温度に基づく、バイパスサーボ21の水量FB制御(暖房側による燃焼量決定により、出湯される湯温を水量制御のみでリモコン装置46の給湯設定温度にする)を行う。
その後、ステップS60で、流路切り替え制御弁35を全開から全閉の状態として、例えば高温側の暖房装置70の運転が行われていれば、暖房用の熱媒体の温度を80℃から70℃に暖房能力セーブする制御を行い、高温側の暖房装置70の運転が行われていないときには暖房用の熱媒体の温度を60℃から55℃に暖房能力セーブするように(このような温度制御となるように)流路切り替え制御弁35の開度を制御する。なお、この液−水熱交換器33側への液体流量の制御に関しては、暖房能力セーブをしないで給湯能力のみ制限するので、例えば30秒以内の速めの制御で100%から0%方向へ減らす方向にコントロールする。
そして、暖房用熱媒体の温度が前記暖房能力セーブの設定温度(高温側の暖房装置70の運転が行われているときは70℃、行われていないときは55℃)に到達したら流路切り替え制御弁35の開度変更を中止する。つまり、流路切り替え制御弁35の開度コントロールで熱媒体設定温度維持する。その後、図8(a)のステップS57に進むようにするものである。