JP6329031B2

JP6329031B2 - 給湯装置

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Publication number: JP6329031B2
Application number: JP2014171996A
Authority: JP
Inventors: 幸祐中島; 景介奥備; 村瀬　裕一; 裕一村瀬; 一久井川
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP2016044954A

Description

本発明は、給湯装置に関し、詳しくは、ドレン配管が不要な給湯装置に関する。

特許文献１には、従来の給湯装置が開示されている。この特許文献１記載の給湯装置（特許文献１では給湯器）は、燃焼排気の顕熱を回収する主熱交換器と、燃焼排気の潜熱を回収する副熱交換器とを備えている。副熱交換器は、給水管の下流側に接続されている。また、主熱交換器は、副熱交換器の下流側に接続されている。この主熱交換器の下流側には出湯管が接続されている。

給水管に供給された水は、副熱交換器で燃焼排気と熱交換することで温度上昇し、さらにその後、主熱交換器で燃焼排気と熱交換することで温度上昇する。主熱交換器によって高温となった水は、出湯管を介して出湯する。

このとき、燃焼排気は、主熱交換器によって顕熱が回収された後、副熱交換器によって潜熱が回収されるため、凝縮してドレンに状態変化する。

特許文献１記載の給湯器は、副熱交換器の下方にドレン蒸発器が設けられている。ドレン蒸発器は、副熱交換器によって生じたドレンを受け、燃焼排気によって加熱されるように構成されている。これにより、特許文献１記載の給湯器は、副熱交換器において発生したドレンを装置外に排出するためのドレン配管を不要とした構造となっている。

特開２００２−９８４１３号公報

ところで、この特許文献１記載の給湯器は、ドレン蒸発器を加熱することによってドレンを蒸発させ、これによりドレン配管を不要とした構造を実現したものである。しかしながら、ユーザーによっては給湯器を長時間に亙って継続して使用する場合もあり、この場合、ドレン蒸発器によるドレンの蒸発量よりも、副熱交換器から生ずるドレン発生量が上回ることもある。この場合に、給湯器の運転を継続すると、ドレンは、ドレン蒸発器から溢れてしまい、この結果、給湯器から漏れてしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼排気の顕熱と潜熱とを回収し、ドレン配管を不要とした給湯装置において、長時間、継続使用する場合であってもドレンの漏れを抑制することができる給湯装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、上流側の端部に水供給口が設けられた供給管と、この供給管に接続された第１の熱交換器と、この第１の熱交換器の下流側に接続された第２の熱交換器と、この第２の熱交換器の下流側に接続され、その下流側の端部に出湯口が設けられた出湯管と、前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器と燃焼排気によって熱交換を行わせるバーナとを備え、前記第２の熱交換器によって燃焼排気の顕熱を回収し、前記第１の熱交換器によって前記第２の熱交換器と熱交換した後の燃焼排気の潜熱を回収するように構成された給湯装置であって、前記供給管と前記第２の熱交換器の上流側との間に設けられ前記第１の熱交換器をバイパスするバイパス管と、前記水供給口から供給された水について、前記第１の熱交換器を通すか、あるいは前記バイパス管を通して前記第１の熱交換器をバイパスさせるかのいずれかに切り替える切替弁と、この切替弁を切り替える制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１の熱交換器と熱交換した燃焼排気から生ずるドレンの発生推定量と、発生したドレンの蒸発推定量とを比較し、前記発生推定量が前記蒸発推定量を超えると判断すると、前記第１の熱交換器をバイパスさせるように切り替えることを特徴とする。

このように請求項１に係る発明は、ドレンの発生推定量および蒸発推定量に基づいて切替弁を切り替える。このため、ドレンの発生推定量が多い場合には、供給した水について第１の熱交換器をバイパスさせることで、ドレンの発生を抑制できる。また、ドレンの発生推定量が少ない場合には、供給した水について第１の熱交換器を通すことで、燃焼排気から効果的に熱を回収できる。この結果、できる限り熱回収率を高めながら、長時間、継続使用する場合であってもドレンの漏れを抑制することができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記水供給口から供給される水の温度を検知する温度検知部と、前記第１の熱交換器の流量を検知する流量検知部と、前記バーナの直近の燃焼が停止してからの時間を計測するタイマーと、前記バーナに供給されるガス量を検知するガス量検知部と、をさらに備え、前記制御装置は、前記温度検知部により検知された温度値と、前記流量検知部により検知された流量値と、前記タイマーにより計測された時間値と、前記ガス量検知部により検知されたガス量値と、に基いて、ドレンの前記発生推定量を算出する。

このように請求項２に係る発明によれば、発生推定量を水の温度値と湯量値と時間とガス量値とに基いて算出するため、発生推定量を精度よく算出することができる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記バーナの直近の燃焼が停止してからの時間を計測するタイマーと、ドレン蒸発装置と、外気温を検知する外気温検知部と、をさらに備え、前記制御装置は、前記タイマーにより計測された時間値に基いて決定される自然蒸発量と、前記ドレン蒸発装置によるドレンの蒸発量と、前記外気温検知部により検知された外気温とから、ドレンの前記蒸発推定量を算出する。

このように請求項３に係る発明によれば、蒸発推定量を時間値に基いて決定される自然蒸発量とドレン蒸発装置によるドレンの蒸発量から算出するため、蒸発推定量を精度よく算出することができる。

本発明の給湯装置によれば、燃焼排気の顕熱と潜熱とを回収し、ドレン配管を不要とした給湯装置において、長時間、継続使用する場合であってもドレンの漏れを抑制することができる。

本実施形態の給湯器の断面図である。本実施形態の給湯器の要部拡大断面図である。本実施形態の制御装置および制御装置と関係する機器のブロック図である。本実施形態の発生推定量を算出するフロー図を示し、（ａ）は一例を示すフロー図であり、（ｂ）は他例を示すフロー図である。蒸発推定量を算出するフロー図である。他の実施形態の制御装置および制御装置と関係する機器のブロック図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。

図１には、本実施形態の給湯装置の断面図が記載されている。本実施形態の給湯装置は、２つの熱交換器（第１の熱交換器２５と第２の熱交換器２６）を内蔵しており、バーナ２４から発生する燃焼排気の顕熱だけでなく、潜熱も回収して、効率よく高温の湯を生成するものである。一方で、潜熱を回収すると、燃焼排気は凝縮してドレンに変化するが、本実施形態の給湯装置は、このドレンの発生量が多くなると、潜熱の回収を制限してドレンの発生量を抑制する。本実施形態の給湯装置は、水を湯に変えて当該湯を台所や浴室等の水栓に吐出させる給湯器である（以下、本実施形態の給湯装置を給湯器という）。給湯器は、図１に示すように、筐体１と、燃焼室２と、制御装置７とを備えている。

筐体１は、箱形状に形成されている。筐体１は、給湯器の外郭を形成する。筐体１の下部には、外気を内部に取り込むための給気口１１が設けられている。また、筐体１の上部には、バーナ２４により生成された燃焼排気を外部に排出するための排気口１２が設けられている。

燃焼室２は、筐体１内に設けられている。燃焼室２は、給水源から供給された水を加熱して湯を生成する。燃焼室２には、流入口２１と、流出口２２と、流通路２３とが設けられている。流入口２１は、燃焼室２の下部に設けられている。流出口２２は燃焼室２の上部に設けられている。流出口２２は、筐体１の排気口１２に通じる。流通路２３は、流入口２１と流出口２２とを連通する。また、燃焼室２は、バーナ２４と、第１の熱交換器２５と、第２の熱交換器２６と、ファン２７とを備えている。

ファン２７は、流入口２１の下方に設けられている。ファン２７は、外気（燃焼用の二次空気）をバーナ２４に供給する。ファン２７が駆動すると、給気口１１から筐体１内に空気が取り込まれ、この取り込まれた空気は、流入口２１を介して燃焼室２内に流入する。ファン２７は、図３に示すように、制御装置７に電気的に接続されており、当該制御装置７の制御本体部７０に駆動制御される。制御装置７は、マイクロコンピュータを備え、付設される記憶媒体に格納されている制御プログラムに基いて、制御を実行するもので、様々な既存のものが適宜利用され、特に限定されない。

バーナ２４は、燃焼室２内に収容配置されている。バーナ２４には、予混合ガスが供給され、これにより燃焼して燃焼排気を生成する。燃焼排気は、流通路２３に沿って流通し、流出口２２を介して排出される。バーナ２４は、様々な既存のものが適宜利用され、特に限定されないものであり、バーナ２４へのガス流路（不図示）に設けられる電磁弁および比例弁等からなる周辺機器２４ａ（図１、図３参照）に電気的に接続されて、当該制御装置７の制御本体部７０に燃焼が制御される。なお、予混合ガスは、バーナ２４の燃焼前において、燃料ガス（生ガス）と一次空気とが混合されて生成される。

ガス流路には、図３に示すように、ガス量（バーナ２４に供給されるガスの単位時間当たりの流量ｍ^３／ｈ）を検知するガス量検知部２４ｂが設けられる。ガス量検知部２４ｂは、ガス流路内のガス量を検知すると、そのガス量値を制御装置７（特に後述する発生量推定部７１）に出力する。

ガス量検知部２４ｂの一例として、ガス流路に設けられる弁（例えば比例弁）の開度等からガス量を推定して検知するものが利用可能である。さらに説明を加えると、同一流路においては、弁の上流側のガスの圧力が一定であれば、弁の開度が大きくなるに従ってガス量が大きくなる。そこで、予め、理論的にあるいは実験的に、弁の開度とガス量との関係を求めておく。そして、マイクロコンピュータを備えた演算部、および、弁の開度を検知する開度検知部を設け、演算部において、開度検知部により検知された弁の開度を、弁の開度とガス量との関係にあてはめることにより、ガス量を推定することができる。

また、ガス量検知部２４ｂの他例として、供給管２８および出湯管３１を流れる湯水の流量Ｑｗ（ｍ^３／ｈ）、入温度（供給管２８を流れる水の温度）Ｔｉｎ（℃）、出温度（出湯管３１を流れる湯の温度）Ｔｏｕｔ（℃）からガス量を推定して検知するものが利用可能である。さらに説明を加えると、水の比熱をＣ（ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｋ）、密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）とすると、単位時間当たりに供給管２８および出湯管３１を流れる湯水が熱交換器（第１の熱交換器２５と第２の熱交換器２６）において与えられる熱量ｑ１（ｋｃａｌ／ｈ）は、
ｑ１＝Ｑｗ・（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）・ρ・Ｃ（式１）
により算出される。

そして、バーナ２４における燃焼により発生した熱量に対する、熱交換器において湯水に吸収された熱量の比率（熱効率）をηとすると、単位時間当たりにバーナ２４における燃焼により発生した熱量ｑ（ｋｃａｌ／ｈ）は、
ｑ＝ｑ１／η （式２）
により算出される。そこで、マイクロコンピュータを備えた演算部、供給管２８および出湯管３１を流れる湯水の流量Ｑｗの検知部、入温度Ｔｉｎの検知部（後述する温度検知部２８ａ）および出温度Ｔｏｕｔの検知部を設け、演算部において、各検知部により検知された流量Ｑｗ、入温度Ｔｉｎおよび出温度Ｔｏｕｔを、（式１）および（式２）に代入することにより、ガス量を推定することができる。

なお、ガス量検知部２４ｂとしては、上記例の他に既存の様々なものが利用可能であり、特に限定されない。

バーナ２４の上方には第１の熱交換器２５と第２の熱交換器２６とが配置されている。第１の熱交換器２５及び第２の熱交換器２６は、バーナ２４から発生する燃焼排気に接触するようにして設けられる。

第１の熱交換器２５は、例えば、蛇行したステンレス管に放熱フィンが設けられて構成されている。第１の熱交換器２５の流入口には、供給管２８が連通接続されている。この供給管２８の上流側の端部には水供給口３２が設けられている。水供給口３２から水が供給されると、当該水は、第１の熱交換器２５に流入する。この第１の熱交換器２５の下流側には、第２の熱交換器２６が接続される。供給管２８には、水供給口３２から供給される水の温度を検知する温度検知部２８ａが設けられる。温度検知部２８ａは、サーモカップルやサーミスタ等、様々な既存のものが適宜利用され、特に限定されない。温度検知部２８ａは、供給管２８内の水の温度を検知すると、その温度値を制御装置７（特に後述する発生量推定部７１）に出力する。

供給管２８には、第１の熱交換器２５の流量を検知する流量検知部２８ｂが設けられる。流量検知部２８ｂは、様々な既存のものが適宜利用され、特に限定されない。流量検知部２８ｂは、流量を検知すると、その流量値を制御装置７（特に後述する発生量推定部７１）に出力する。

第２の熱交換器２６は、第１の熱交換器２５の下方に離れて設けられており、燃焼室２の内部に収容配置されている。第２の熱交換器２６は、第１の熱交換器２５に、接続管３０を介して連通接続される。接続管３０は、上流側端部が第１の熱交換器２５の流出口に接続され、下流側端部が第２の熱交換器２６の流入口に接続される。

第２の熱交換器２６は、例えば、蛇行した銅管に放熱フィンが設けられて構成されている。第２の熱交換器２６の下流側の端部には、出湯管３１が接続されている。出湯管３１の途中には開閉弁２９が設けられており、開閉弁２９の開閉駆動によって、給湯器に供給された水の流通状態（つまり吐水と止水）が切り替えられる。開閉弁２９は、図３に示すように、制御装置７に電気的に接続されており、制御装置７の制御本体部７０によって開閉制御がなされる。出湯管３１の下流側の端部には、出湯口３３が設けられている。

この出湯口３３と、供給管２８の水供給口３２とは、筐体１より露出して設けられる。水供給口３２には、給水源（例えば、水道管）に連通する給水管が接続される。また、出湯口３３には、例えば、混合水栓等の給湯口に接続される。

水供給口３２から水が供給された状態でバーナ２４が燃焼すると、バーナ２４によって発生する燃焼排気が、第２の熱交換器２６に接触し、第２の熱交換器２６を通過した燃焼排気が第１の熱交換器２５に接触する。すると、供給管２８を流通する水は、第１の熱交換器２５に流入し、燃焼排気と熱交換して温度上昇する。この後、温度上昇した水は、第２の熱交換器２６に流入し、燃焼排気と熱交換して、さらに温度上昇する。そして、第２の熱交換器２６を通過した水は、出湯口３３を介して出湯する。

このとき、燃焼排気は、第２の熱交換器２６によって顕熱が回収され、この後、第１の熱交換器２５によって潜熱が回収される。この結果、給湯器は、水供給口３２から供給された水を効果的に加熱することができる。なお、実際には、第１の熱交換器２５によって潜熱のみならず顕熱も回収されるが、以下において、第１の熱交換器２５によって回収されるのは「潜熱」とのみ記載するものとする。

燃焼排気は、第１の熱交換器２５によって潜熱が回収されると、凝縮してドレンに変化する。従って、第１の熱交換器２５にはドレンが付着する。このドレンは、燃焼室２に設けられたドレン受け４に受けられる。

ドレン受け４は、導水部４１と、容器部４２とを備えている。導水部４１は、第１の熱交換器２５の下方に配置されている。導水部４１は、容器部４２に向かうほど下方に位置するように傾斜している。導水部４１上に落下したドレンは、傾斜に従って流下し、容器部４２に集水される。

容器部４２は、上方に開口した有底箱形状をしている。容器部４２には、第１の熱交換器２５によって発生したドレンが集められる。給湯器には、容器部４２に受けられたドレンを蒸発させるドレン蒸発装置５が設けられている。

ドレン蒸発装置５は、ドレン受け４に受けられたドレンを蒸発させる。ドレン蒸発装置５は、多孔質体５１を備えている。多孔質体５１の上端は、燃焼室２の上端に当接または近接対向している。これにより、多孔質体５１は、流通路２３内に配置される。多孔質体５１は、例えば、全面に亙って微細な孔が形成されたセラミックによって構成される。多孔質体５１は、毛細管現象によって容器部４２に集水されたドレンを吸い上げる。

容器部４２のドレンを吸い上げた多孔質体５１は、流通路２３内に配置されているため、第１の熱交換器２５を通過した燃焼排気に晒される。このため、多孔質体５１に吸い上げられたドレンは、燃焼排気によって気化する。これにより、本実施形態のドレン蒸発装置５によれば、容器部４２に集水されたドレンを蒸発させることができる。

また、本実施形態のドレン蒸発装置５は、ドレン受け４に多孔質体５１を設けることで、ドレン受け４に集水されたドレンの蒸発を促進するが、これに加えて、ドレン受け４をヒータによって加熱してもよい。ヒータは、例えば、ドレン受け４の容器部４２の底面の裏側から容器部４２を加熱するようにして取り付けられる。これにより、ドレン受け４に溜められたドレンは、気化が一層促進される。

なお、このヒータは、多孔質体５１に追加的に設けられてもよいし、多孔質体５１に替えて設けられてもよい。つまり、ドレン蒸発装置５は、多孔質体５１とヒータとを備えてもよいし、いずれか一方だけであってもよい。

本実施形態の給湯器は、ドレンを効果的に蒸発させることができるのに加えて、ドレンの発生を抑制する機能を有しており、これによってドレンが溢れるのを防止する。本実施形態の給湯器は、後述する発生推定量と蒸発推定量とに基づいて、供給管２８を流通する水について、第１の熱交換器２５を通さないか、或いは第１の熱交換器２５を通すかを切り替えることができる。

給湯器は、図１に示すように、接続管３０と供給管２８との間に架け渡されたバイパス管６を有している。バイパス管６は、供給管２８の途中と接続管３０の途中との間に設けられており、言い換えると、供給管２８と第２の熱交換器２６の上流側との間に設けられる。供給管２８を通る水がバイパス管６を流通すると、第１の熱交換器２５をバイパスして第２の熱交換器２６に流入する。

このバイパス管６には、流路を切り替える切替弁６１が設けられる。切替弁６１は、水供給口３２から供給された水を、第１の熱交換器２５を通すか、あるいはバイパス管６を通して第１の熱交換器２５をバイパスするかのいずれかに切り替える。本実施形態の切替弁６１は、三方弁によって構成されている。なお、切替弁６１として、例えば、複数の電磁弁を用いて、流路を切り替えるものであってもよい。切替弁６１は、図３に示すように、制御装置７に電気的に接続されており、制御装置７の制御本体部７０によって流路の切り替え制御がなされる。

本実施形態の給湯器は、図３に示すように、第１の熱交換器２５と熱交換した燃焼排気から生ずるドレンの発生推定量を算出する発生量推定部７１を備えている。発生量推定部７１は、マイクロコンピュータを備え、付設される記憶媒体に格納されている制御プログラムに基いて実行するもので、様々な既存のものが適宜利用され、特に限定されない。本実施形態では、制御装置７がその一部として発生量推定部７１を備えているが、別に設けられてもよい。

また本実施形態の給湯器は、バーナ２４の直近の燃焼が停止してからの時間を計測するタイマー７４を備えている。タイマー７４は、本実施形態では、制御装置７がその一部として備えているが、別に設けられてもよい。

発生量推定部７１は、水供給口３２から供給される水の温度値（本実施形態では温度検知部２８ａで検知された温度値）と、第１の熱交換器２５の流量（本実施形態では流量検知部２８ｂで検知された流量値）と、バーナ２４の直近の燃焼が停止してからの時間（本実施形態ではタイマー７４で計測された時間値）と、バーナ２４に供給されるガス量（本実施形態ではガス量検知部２４ｂで検知されたガス量値）と、に基いて、単位時間当たりのドレンの発生推定量を算出する。発生量推定部７１は、算出したドレンの発生推定量を、後述する比較部７３に出力する。

温度値と流量値と時間値とガス量とからの発生推定量の算出については、予め、実験や、理論計算や、実験と理論計算の組み合わせ等により、関係を求めておく。例えば、ガス量値Ｆが所定の値Ｆ１について、温度値ＴがＴ１℃（例えば１５℃）で、且つ、時間値ｔがｔ１秒（例えば６０秒）の場合の流量値Ｌリットル／秒と発生推定量の関係〔Ｌ−発生推定量：Ｔ１、ｔ１〕を求め、以下、〔Ｌ−発生推定量：Ｔ１、ｔ２〕・・・〔Ｌ−発生推定量：Ｔ１、ｔｎ〕（但しｎは整数）、〔Ｌ−発生推定量：Ｔ２、ｔ１〕・・・〔Ｌ−発生推定量：Ｔ２、ｔｎ〕、・・・、〔Ｌ−発生推定量：Ｔｍ、ｔｎ〕（但しｍは整数）を実験により求める（予備実験とする）。そして、温度値Ｔ、時間値ｔ、流量値Ｌ、をそれぞれ複数段階に区切り、温度値Ｔ、時間値ｔ、流量値Ｌそれぞれの任意の段階の組合せに対応する発生推定量を予備実験の結果から設定する。これを、別の所定のガス量値Ｆ２についても同様に行い、温度値Ｔ、時間値ｔ、流量値Ｌ、ガス量値Ｆと発生推定量の関係のテーブルを用意する。

そして、図４（ａ）のフローに示すように、計測された温度値Ｔ、時間値ｔ、流量値Ｌ、ガス量値Ｆを読み込み（Ｓ１１）、読み込んだ温度値Ｔ、時間値ｔ、流量値Ｌ、ガス量値Ｆより対応する発生推定量をテーブルに基いて求める（Ｓ１２）。これにより、発生推定量を算出する。

また、上記とは別の発生推定量の算出方法の例として、上記例のようにテーブルを用意するのではなく、上記予備実験の結果に基いて、温度値Ｔ、時間値ｔ、流量値Ｌ、ガス量値Ｆより対応する発生推定量（あるいはその近似値）を求める関係式を用意する。そして、図４（ｂ）のフローに示すように、計測された温度値Ｔ、時間値ｔ、流量値Ｌ、ガス量値Ｆを読み込み（Ｓ１１）、読み込んだ温度値Ｔ、時間値ｔ、流量値Ｌ、ガス量値Ｆを関係式に代入して発生推定量を算出する（Ｓ１３）。また、さらに他の発生推定量の算出方法であってもよい。

なお、本実施形態では、発生推定量は、温度値と流量値と時間値とガス量値とから算出しているが、温度値と流量値から、または、温度値と時間値とから、または、流量値と時間値とから、または、温度値とガス量値とから、または、流量値とガス量値とから、または、時間値とガス量値とから算出してもよい。また、温度値と流量値と時間値とから、または、温度値と流量値とガス量値とから、または、温度値と時間値とガス量値とから、または、流量値と時間値とガス量値とから算出してもよく、前記各場合において発生推定量との関係は予め適宜求められる。また、前記各場合において、温度値と流量値と時間値とガス量値以外の他の要素が加味されてもよい。

本実施形態の給湯器は、図３に示すように、発生したドレンの蒸発推定量を算出する蒸発量推定部７２を備えている。蒸発量推定部７２は、マイクロコンピュータを備え、付設される記憶媒体に格納されている制御プログラムに基いて実行するもので、様々な既存のものが適宜利用され、特に限定されない。本実施形態では、制御装置７がその一部として蒸発量推定部７２を備えているが、別に設けられてもよい。

蒸発量推定部７２は、タイマー７４により計測された時間値に基いて決定される、ドレン蒸発装置５によらない自然蒸発量と、ドレン蒸発装置５による蒸発量（強制蒸発量）から、単位時間当たりのドレンの蒸発推定量を算出する。蒸発量推定部７２は、算出したドレンの蒸発推定量を、後述する比較部７３に出力する。

タイマー７４により計測された時間値に基いて決定される自然蒸発量と、ドレン蒸発装置５による強制蒸発量とからの蒸発推定量の算出については、予め、実験や、理論計算や、実験と理論計算の組み合わせ等により、関係を求めておく。

例えば、自然蒸発量については、時間値ｔと、自然蒸発量の関係を実験により求め、テーブルまたは関係式を用意する。

また、強制蒸発量は、送風量検知部２７ａ（図３参照）により検知されるファン２７の送風量Ｑと、強制蒸発量との関係を実験により求め、テーブルまたは関係式を用意する。また、強制蒸発量を算出する別の例として、ドレン蒸発装置５がヒータを備えるときには、ヒータを作動させる場合、ヒータを作動させない場合、ヒータを一部時間（例えば６００秒）のみ作動させる場合等、様々な場合におけるヒータの作動状況およびファン２７の送風量Ｑと強制蒸発量との関係を求め、テーブルまたは関係式を用意する。

そして、図５のフローに示すように、計測された時間値ｔ、送風量Ｑ（さらに場合によってはヒータの熱量（ｃａｌ））を読み込み（Ｓ２１）、読み込んだ時間値ｔ、送風量Ｑ等より対応する自然蒸発量をテーブルまたは関係式より算出し（Ｓ２２）、強制蒸発量をテーブルまたは関係式より算出し（Ｓ２３）、自然蒸発量、強制蒸発量を加算して、蒸発推定量を求める（Ｓ２４）。また、蒸発推定量の算出方法として、上記以外の蒸発推定量の算出方法であってもよい。

本実施形態の給湯器は、図３に示すように、発生推定量が蒸発推定量を超えるか否かを判断する比較部７３を備えている。比較部７３は、マイクロコンピュータを備え、付設される記憶媒体に格納されている制御プログラムに基いて実行するもので、様々な既存のものが適宜利用され、特に限定されない。本実施形態では、制御装置７がその一部として比較部７３を備えているが、別に設けられてもよい。

比較部７３は、発生推定量と蒸発推定量とを比較して、発生推定量が蒸発推定量を超えるか否かの判断結果を制御本体部７０に出力する。

制御本体部７０は、比較部７３にて「発生推定量が蒸発推定量を超える」との判断がなされた場合には、バイパス管６を通して第１の熱交換器２５をバイパスするように切替弁６１を切り替える。これにより、第１の熱交換器２５に温度の低い水が通らないようにでき、この結果、潜熱の回収を抑制してドレンの発生を抑制することができる。

また制御本体部７０は、比較部７３にて「発生推定量が蒸発推定量を超えない」との判断がなされた場合には、バイパス管６を通さず、第１の熱交換器２５を通すように切替弁６１を切り替える。これにより、第１の熱交換器２５により潜熱も回収して、効率よく高温の湯を生成することができる。

なお、発生推定量と蒸発推定量とが一致する場合、本実施形態では、制御装置７が、バイパス管６を通さず第１の熱交換器２５を通すように切替弁６１を切り替えているが、バイパス管６を通して第１の熱交換器２５をバイパスするように切替弁６１を切り替えてもよい。

なお、本実施形態では、蒸発推定量を、自然蒸発量と強制蒸発量とから算出しているのに対し、他の実施形態として、蒸発推定量を、自然蒸発量と強制蒸発量に加え外気温から算出してもよい。この場合、図６に示すように、外気温を検知する外気温検知部３４を備え、外気温検知部は、外気温を検知すると、その温度値を制御装置７（蒸発量推定部７２）に出力する。

そして、例えば外気温の温度値ＴｏがＴｏ１℃（例えば１５℃）の場合の時間値ｔと自然蒸発量の関係を実験により求め、テーブルまたは関係式を用意し、これを温度値ＴｏがＴｏ１℃、Ｔｏ２℃・・・Ｔｏｊ℃（但しｊは整数）について行う。

また、外気温の温度値Ｔｏと強制蒸発量の関係を実験により求め、テーブルまたは関係式を用意する。そして、計測された温度値Ｔｏ、時間値ｔより対応する蒸発推定量を求める、という算出方法が考えられるが、別の算出方法であってもよい。

また、上記実施形態では、バーナ２４で燃焼が行われている場合、制御装置７は、常に、発生推定量が蒸発推定量を超えているか否かの比較部７３による判断結果に基いて切替弁６１を上記のように切り替えている。これに対し、さらに他の実施形態として、図示しないが、バーナ２４で燃焼が開始されてから継続して所定時間が経過した後に、比較部７３による判断結果に基く上記の切り替えを行うようにしてもよい。

この場合、前記所定時間として、１０秒、１５秒、２０秒、２５秒、３０秒、４０秒、４５秒、５０秒、６０秒等が適宜設定される。これにより、所定時間が経過するまでは無条件に、すなわち、比較部７３にて「発生推定量が蒸発推定量を超える」との判断がなされるような場合でも、バイパス管６を通すのではなく、第１の熱交換器２５を通すように切替弁６１を切り替えて、潜熱の回収により熱の回収効率を向上させることができる。特に、多くのユーザーは、このような給湯器を利用する際、バーナ２４での燃焼時間が１０秒以内といった短時間の利用が大多数を占めるため、上記所定時間を設定することで、バイパス管６を通して第１の熱交換器２５をバイパスするのを極力抑えることができて、熱の回収効率がより一層向上する。

ところで、温度の低い水が第１の熱交換器２５をバイパスする状態で運転を続けると、燃焼排気は第１の熱交換器２５を加熱し続け、第１の熱交換器２５内の水が加熱され続けるため、過熱状態となる場合がある。この場合、第１の熱交換器２５内の水が膨張して、配管内の圧力が上がり過ぎてしまう。

これを防止するため、本実施形態の給湯器は、加圧防止手段を備えている。加圧防止手段は、第１の熱交換器２５内の水の温度を検知する温度検知部（図示せず）と、切替弁６１と、制御装置７とにより構成される。

温度検知部は、例えば、第１の熱交換器２５内に挿入された温度センサーによって構成される。温度検知部は、第１の熱交換器２５内の水の温度を検知すると、その温度値を制御装置７に出力する。

制御装置７は、温度検知部から温度値が入力されると、その温度値が所定の温度以上であるか否かを判定する。制御装置７は、温度値が所定の温度以上であると判定すると、切替弁６１を一定時間（例えば、５秒程度）、供給管２８を通る水が第１の熱交換器２５を通るように切替弁６１を切り替える。

すると、過熱状態の第１の熱交換器２５内の水は、流通し始めて第２の熱交換器２６に送り込まれ、これにより、配管内の圧力が開放される。

なお、加圧防止手段は、上記構成に限らず、例えば、第１の熱交換器２５に連通接続された圧力逃し弁によって構成されてもよい。

このような構成の給湯器は、次のように動作する。

水供給口３２から供給された水が、第１の熱交換器２５および第２の熱交換器２６を流通すると、これら熱交換器２５，２６内の水とバーナ２４から発生する燃焼排気とで熱交換する。燃焼排気から熱を受け取った水は、温度が上昇して出湯口３３から出湯する。

このとき、第１の熱交換器２５にはドレンが発生する。ドレンは、導水部４１に落下し、容器部４２に集水される。容器部４２に集水されたドレンは、大部分が多孔質体５１に吸い上げられるが、多孔質体５１に吸い上げられないドレンは、容器部４２に溜められる。

多孔質体５１に吸い上げられたドレンは、燃焼排気によって蒸発する。多孔質体５１は、蒸発した分だけ、さらにドレンを容器部４２から吸い上げる。この多孔質体５１に吸い上げられるドレンの蒸発量（つまり、吸い上げ量）が、ドレンの発生量よりも多い場合には、ドレンが容器部４２に溜まらない。一方、多孔質体５１に吸い上げられるドレンの蒸発量が、ドレンの発生量よりも少ない場合には、運転の継続に伴って容器部４２のドレン量が増えてゆく。この場合、比較部７３にて「発生推定量が蒸発推定量を超える」との判断がなされるため、制御装置７は、切替弁６１を駆動制御し、供給管２８を流通する水が、バイパス管６を通して第１の熱交換器２５をバイパスするように流通する。

これにより、第１の熱交換器２５に温度の低い水が流入しないので、第１の熱交換器２５による燃焼排気の潜熱の回収が抑制される。この結果、ドレンの発生が抑制され、多孔質体５１に吸い上げられるドレンの蒸発量が、ドレンの発生量よりも多くなる。すると、比較部７３にて「発生推定量が蒸発推定量を超えない」との判断がなされることになり、制御装置７は、供給管２８を流通する水が第１の熱交換器２５を通るように、切替弁６１を切り替える。これによって、給湯器は、再び、熱回収率の高い状態となる。

以上、説明したように、本実施形態の給湯器（給湯装置）は、供給管２８と、第１の熱交換器２５と、第２の熱交換器２６と、出湯管３１と、バーナ２４とを備えている。供給管２８は、上流側の端部に水供給口３２が設けられている。第１の熱交換器２５は、この供給管２８に接続されている。第２の熱交換器２６は、第１の熱交換器２５の下流側に接続されている。出湯管３１は、第２の熱交換器２６の下流側に接続されており、その下流側の端部に出湯口３３が設けられている。バーナ２４は、第１の熱交換器２５および第２の熱交換器２６と燃焼排気との間で熱交換を行わせる。この給湯器は、第２の熱交換器２６によって燃焼排気の顕熱を回収し、第１の熱交換器２５によって第２の熱交換器２６と熱交換した後の燃焼排気の潜熱を回収するように構成されている。この給湯器は、バイパス管６と、切替弁６１と、この切替弁６１を制御する制御装置７とを備えている。バイパス管６は、供給管２８と第２の熱交換器２６の上流側との間に設けられている。切替弁６１は、水供給口３２から供給された水を、第１の熱交換器２５を通すか、あるいはバイパス管６を通して第１の熱交換器２５をバイパスさせるかを切り替える。

本実施形態の給湯器は、ドレンの発生推定量および蒸発推定量に基づいて切替弁６１を切り替える。このため、ドレンの発生推定量が蒸発推定量を超えると判断した場合には、供給した水について第１の熱交換器２５をバイパスさせることで、ドレンの発生を抑制できる。また、ドレンの発生推定量が蒸発推定量を超えないと判断した場合には、供給した水について第１の熱交換器２５を通すことで、燃焼排気から効果的に熱を回収できる。この結果、できる限り熱回収率を高めながら、長時間、継続使用する場合であってもドレンの漏れを防止することができる。

また、本実施形態の発生量推定部７１は、水供給口３２から供給される水の温度値と、第１の熱交換器２５の流量と、バーナ２４の直近の燃焼が停止してからの時間と、ガス量値とに基いて、ドレンの発生推定量を算出する。このため、ドレンの発生推定量を精度よく算出することができる。

また、本実施形態の蒸発量推定部７２は、タイマー７４により計測された時間値に基いて決定される自然蒸発量と、ドレン蒸発装置５によるドレンの蒸発量と、外気温とから、ドレンの蒸発推定量を算出する。このため、ドレンの蒸発推定量を精度よく算出することができる。

また、本実施形態の給湯装置はいわゆる給湯器であったが、本発明の「給湯装置」としては、上述した給湯機能を有する給湯器のほか、湯を熱源とする床暖房や浴室暖房乾燥機に湯を循環させる機能を併せ持つ温水暖房熱源機や、浴槽内の湯を循環させて追い焚きする機能を併せ持つ風呂給湯器でもよい。

また、本実施形態の給湯器は、開閉弁２９の駆動によって、湯の供給と止水とを切り替えていたが、開閉弁２９を設けずに、給湯器内の水の流通の有無を検知する水流センサーを給湯器に設け、この水流センサーの検知信号に基づいて制御装置７がバーナの燃焼を制御してもよい。これによって、湯の供給先のカランをユーザーが開閉することで、水流センサーが給湯器内の水の流通を検知し、これに伴ってバーナの燃焼が制御される。

また、本実施形態の切替弁６１は、水供給口３２から供給された水を、第１の熱交換器２５を通すか、あるいはバイパス管６を通して第１の熱交換器２５をバイパスするかのいずれかに切り替えている。これに対し、流量調整機能を有する弁を用いて、第１の熱交換器２５を通す水量と、バイパス管６を通して第１の熱交換器２５をバイパスする水量の比率を調節するものでもよい。

また、図示しないが、供給管２８と出湯管３１との間に流量調整機能を有する弁を備えたバイパス流路を設け、出湯口３３より出湯する湯温を調節するようにしてもよい。

１筐体
１１給気口
１２排気口
２燃焼室
２１流入口
２２流出口
２３流通路
２４バーナ
２５第１の熱交換器
２６第２の熱交換器
２７ファン
２８供給管
２９開閉弁
３０接続管
３１出湯管
３２水供給口
３３出湯口
３４外気温検知部
４ドレン受け
４１導水部
４２容器部
５ドレン蒸発装置
５１多孔質体
６バイパス管
６１切替弁
７制御装置
７０制御本体部
７１発生量推定部
７２蒸発量推定部
７３比較部
７４タイマー

Claims

上流側の端部に水供給口が設けられた供給管と、
この供給管に接続された第１の熱交換器と、
この第１の熱交換器の下流側に接続された第２の熱交換器と、
この第２の熱交換器の下流側に接続され、その下流側の端部に出湯口が設けられた出湯管と、
前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器と燃焼排気によって熱交換を行わせるバーナと
を備え、
前記第２の熱交換器によって燃焼排気の顕熱を回収し、前記第１の熱交換器によって前記第２の熱交換器と熱交換した後の燃焼排気の潜熱を回収するように構成された給湯装置であって、
前記供給管と前記第２の熱交換器の上流側との間に設けられ前記第１の熱交換器をバイパスするバイパス管と、
前記水供給口から供給された水について、前記第１の熱交換器を通すか、あるいは前記バイパス管を通して前記第１の熱交換器をバイパスさせるかのいずれかに切り替える切替弁と、
この切替弁を切り替える制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記第１の熱交換器と熱交換した燃焼排気から生ずるドレンの発生推定量と、発生したドレンの蒸発推定量とを比較し、前記発生推定量が前記蒸発推定量を超えると判断すると、前記第１の熱交換器をバイパスさせるように切り替える
ことを特徴とする給湯装置。
前記水供給口から供給される水の温度を検知する温度検知部と、
前記第１の熱交換器の流量を検知する流量検知部と、
前記バーナの直近の燃焼が停止してからの時間を計測するタイマーと、
前記バーナに供給されるガス量を検知するガス量検知部と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記温度検知部により検知された温度値と、前記流量検知部により検知された流量値と、前記タイマーにより計測された時間値と、前記ガス量検知部により検知されたガス量値と、に基いて、ドレンの前記発生推定量を算出することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
前記バーナの直近の燃焼が停止してからの時間を計測するタイマーと、
ドレン蒸発装置と、
外気温を検知する外気温検知部と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記タイマーにより計測された時間値に基いて決定される自然蒸発量と、前記ドレン蒸発装置によるドレンの蒸発量と、前記外気温検知部により検知された外気温とから、ドレンの前記蒸発推定量を算出することを特徴とする請求項１または２記載の給湯装置。