JP5920410B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯装置に関し、特に、燃焼ガスの潜熱を回収することで湯水を加熱可能な潜熱回収型の給湯装置に関するものである。

潜熱回収型の給湯装置は、燃焼ガスの主に顕熱を回収する一次熱交換器に加え、主に潜熱を回収する二次熱交換器を具備しており、燃焼ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて凝縮熱（潜熱）を得ることができるため、高い熱変換効率を達成することができる。

このような潜熱回収型の給湯装置では、二次熱交換器内で燃焼ガス中の水蒸気が結露することによりドレン（結露水）が発生する。このとき、燃焼ガスには、燃焼によって空気中の窒素と酸素とが反応することで生成する窒素酸化物や、燃焼によって燃料の硫黄分が酸素と反応することで生成する硫黄酸化物等が含まれている。そのため、発生したドレンは、これら窒素酸化物や硫黄酸化物によって強酸性を呈する。

二次熱交換器で発生したドレンは、通常、ドレン排出経路に配された中和器で中和された後に、ドレン排出経路を介して外部に排出される。このようなドレン排出経路を備えた給湯装置では、燃焼ガスの流路とドレン排出経路が連通する構成となっている。

このため、ファンによって外気を押込むことで燃焼ガスを外部に排出させる排気押込み方式の給湯装置が室内に設置された場合、二次熱交換器内が正圧になり、本来は排気筒を介して室外に排出されるべき燃焼ガスが、ドレン排出経路を介して給湯装置の設置された室内に排出されてしまう懸念がある。

また、たとえば特許文献１（特開昭６０−１８６６１７号公報）および特許文献２（特公平６−３５８９７号公報）に開示されるような排気吸引方式の潜熱回収型の給湯装置の場合、二次熱交換器よりも下流側にファンが設置されるため、ファンの吸込み圧により二次熱交換器内が負圧になり、ドレン排出経路を介して外気が二次熱交換器内に逆流し、二次熱交換器からドレンが排出され難くなる恐れがある。

そこで、このような給湯装置においては、例えば、ドレン排出経路に設けられたドレンタンク内に複数の部屋を設け、その部屋間を連通する孔をドレンで満たして水封することで、上記の問題を解消する方策が採用されている。このような潜熱回収型の給湯装置におけるドレン排出経路の水封構造は、例えば、特許文献３（特開２００８−２９８３６７号公報）および特許文献４（特開２０１３−１６０４５３号公報）に開示されている。

特開昭６０−１８６６１７号公報 特公平６−３５８９７号公報 特開２００８−２９８３６７号公報 特開２０１３−１６０４５３号公報

しかしながら、水封機構を有するドレン排出経路を備えた給湯装置であっても、新品の給湯装置の試運転や、長期間使用されていなかった給湯装置、メンテナンスや凍結防止のためにドレンを抜き取った給湯装置などの再稼働の際には、稼働開始からドレン排出経路が水封されるまでの間において、上述の排気押込み方式の潜熱回収型給湯装置における燃焼ガスの室内への排出や、排気吸引方式の潜熱回収型給湯装置における二次熱交換器からドレンが排出され難くなるといった問題等が生じてしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水封機構を有するドレン排出経路を備え、ドレン排出経路が水封されるまでの期間においても、燃焼ガスの室内への排出や二次熱交換器からドレンが排出され難くなるといった問題が起こらない、潜熱回収型の給湯装置を提供することである。

本発明の給湯装置は、燃焼ガスの潜熱を回収することで湯水を加熱可能な潜熱回収型の給湯装置であって、燃焼領域において燃料ガスを燃焼させることにより前記燃焼ガスを発生させるバーナと、前記バーナで発生した前記燃焼ガスとの熱交換によって内部を流れる湯水を加熱する熱交換器と、前記バーナに空気を供給するファンと、前記熱交換器で潜熱が回収されることにより発生したドレンを前記熱交換器の前記外部へ排出するために、前記熱交換器に接続されたドレン排出経路とを備える。前記ドレン排出経路は、前記ドレンによって水封される水封構造を有している。なお、バーナに空気を供給するファンとは、ファンが空気を引き込むことによりバーナに空気が供給されるタイプと、ファンが空気を押し込むことによりバーナに空気が供給されるタイプとの両者を含む概念である。

さらに、本発明の給湯装置は、前記ドレン排出経路が水封されて前記給湯装置が通常モードで作動することの許可判定を行う水封判定部を含み、かつ前記水封判定部が前記許可判定を行うまでの間は、前記バーナが間欠作動を行うように指令を出す制御部とを備えている。このようにドレン排出経路が水封されるまでの期間において、バーナを間欠作動させることにより、燃焼ガスの室内への排出や二次熱交換器からドレンが排出され難くなるといった問題を抑制することができる。

前記バーナにおいて、要求される給湯能力に応じて前記燃焼ガスの発生量を変更できるように、前記燃焼領域は、独立して制御可能な複数の単位領域からなり、前記制御部は、前記水封判定部が前記許可判定を行うまでの間は、前記単位領域の全てが燃焼するように前記バーナに指令を出すことが好ましい。このように、全本の燃焼管による燃焼状態を維持することで、ドレンの発生量が最大となるため、迅速にドレン排出経路を水封することが可能となる。すなわち、ドレン排出経路の水封が解除されてしまった場合でも、迅速に通常どおりの所望の給湯能力を発揮することが可能となる。

前記バーナは、前記燃焼領域への前記燃料ガスの供給量を調整可能に構成されており、前記制御部は、前記水封判定部が前記許可判定を行うまでの間は、前記燃料ガスの供給量が最大となるように前記バーナに指令を出すことが好ましい。このように、最大能力での燃焼状態を維持することで、ドレンの発生量が最大となるため、迅速にドレン排出経路を水封することが可能となる。すなわち、ドレン排出経路の水封が解除されてしまった場合でも、迅速に通常どおりの所望の給湯能力を発揮することが可能となる。

前記水封判定部は、前記燃焼領域への前記燃料ガスの供給量、前記給湯装置に供給される水温、および、前記給湯装置から出湯される湯温からなる群から選択される少なくとも１つを用いて演算された推定ドレン排出量が所定の閾値以上に達したことを条件に、前記許可判定を行うことが好ましい。これにより、自動的に水封判定部によって許可判定を実施することが可能となる。

前記ファンは、前記熱交換器よりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側に配置されて前記バーナ内に空気を引き込むように構成されており、前記熱交換器よりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側に、前記燃焼ガスの温度を計測する排気温度検出部をさらに備え、前記水封判定部は、前記排気温度検出部で計測された前記燃焼ガスの温度が所定の閾値以上の増加傾向を示したことを条件に、前記許可判定を行うことが好ましい。このような排気吸引方式の給湯装置では、ドレン排出経路が水封されるまでの期間において、バーナを間欠作動させることにより、二次熱交換器からドレンが排出され難くなるといった問題を抑制することができる。また、自動的に水封判定部によって許可判定を実施することが可能となる。

前記ファンは、前記熱交換器よりも前記燃焼ガスの流れ方向上流側に配置されて前記バーナ内に空気を押し込むように構成されていてもよい。この場合、ドレン排出経路が水封されるまでの期間において、バーナを間欠作動させることにより、燃焼ガスの外部（例えば室内）への排出の問題を抑制することができる。

本発明によれば、水封機構を有するドレン排出経路を備え、ドレン排出経路が水封されるまでの期間においても、燃焼ガスの室内への排出や二次熱交換器からドレンが排出され難くなるといった問題が起こらない、潜熱回収型の給湯装置を提供することができる。

実施形態１における給湯装置の構成を概略的に示す正面図である。 図１に示す給湯装置の構成を概略的に示す部分断面側面図である。 実施形態２における給湯装置の構成を概略的に示す正面図である。 実施形態１におけるドレンタンクの構成を模式的に示す断面図である。 実施形態１におけるバーナの構成を概略的に示す斜視図であって、バーナケースの壁面を取り外して示す分解斜視図である。 図６の分解斜視図から、さらに一部の燃焼管を取り外して示す分解斜視図である。 実施形態１における燃焼管の構成の一例を概略的に示す斜視図である。 実施形態１における制御部の構成を説明するためのブロック図である。 実施形態１におけるバーナの作動を説明するためのフローチャートである。 実施形態１におけるバーナの作動を説明するためのタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１における給湯装置の構成について図１、２、４〜１０を参照して説明する。

主に図１および図２を参照して、本実施形態の給湯装置１００は、排気吸引燃焼方式の潜熱回収型の給湯装置である。この給湯装置１００は、筐体１と、バーナ２と、一次熱交換器３と、二次熱交換器４と、排気ボックス５と、ファン６と、排気管７と、ドレンタンク８と、配管９〜１５とを主に有している。なお、本実施形態の給湯装置１００は排気吸引燃焼方式であるため、燃焼ガスの流れの上流側から下流側に向かって、バーナ２、一次熱交換器３、二次熱交換器４およびファン６がこの順で配置されている。

（バーナ）
主に図１および図２を参照して、バーナ２は、燃料ガスを燃焼させることにより燃焼ガスを生じさせるための装置であり、複数の炎孔部２４を有する燃焼管２２を含んでいる。燃焼管２２にはガス供給配管１０が接続されている。このガス供給配管１０は燃焼管２２に燃料ガスを供給するためのものである。このガス供給配管１０には、たとえば電磁弁および比例弁（図示せず）が取り付けられている。また、バーナ２には、燃焼管２２を収容するバーナケース２１の底部の開口部２１ａから空気も供給される。

燃焼管２２の上方には点火プラグ２ａが配置されている。この点火プラグ２ａは、点火装置（イグナイタ）の作動により、燃焼管２２に設けられたターゲット（図示せず）との間で点火スパークを生じさせることによって、燃焼管２２の炎孔部２４から噴き出された燃料空気混合気に火炎を生じさせるためのものである。バーナ２は、ガス供給配管１０から供給された燃料ガスを燃焼することによって熱量を発生する（これを、燃焼動作という）。

主に図５および図６を参照して、バーナ２は、バーナケース２１と、複数の燃焼管２２と、点火プラグ２ａとを主に有している。

バーナケース２１は、空気を内部に取り込むための開口部２１ａが底板に設けられている。またバーナケース２１は、開口部２１ａから入った空気の通路と燃焼管２２の格納部とを仕切るための仕切り板２１ｂを有している。仕切り板２１ｂには複数の貫通孔２１ｃが設けられており、この貫通孔２１ｃにより、開口部２１ａからバーナケース２１内に入った空気の通路と複数の燃焼管２２の格納部とが繋がっている。

複数の燃焼管２２の各々は、仕切り板２１ｂに支持されて、バーナケース２１内に格納されている。複数の燃焼管２２の各々のガス流入口２３ａ、２３ｂは、それぞれバーナケース２１の壁面に設けられた開口部２１ｄ、２１ｅに接続されている（図６）。

複数の燃焼管２２の上方には、バーナケース２１の壁面２１Ｂに取り付けられた点火プラグ２ａが配置されている。

主に図７を参照して、燃焼管２２は、本体ユニット２３と、左右１対のバーナユニット２２ａ、２２ｂと、炎孔部２４とを主に有している。なお、本体ユニット２３が、ガス流入口２３ａ，２３ｂを有している。また、本体ユニット２３の左右の各々に１対のバーナユニット２２ａ、２２ｂが取り付けられており、バーナユニット２２ａ、２２ｂの内側に炎孔部２４が設けられている。

主に図２および図６を参照して、この給湯装置１００においては、給湯装置１００の周囲の空気がバーナケース２１の底板に設けられた開口部２１ａを通じてバーナケース２１内に取り込まれる。バーナケース２１内に入った空気の一部は、バーナケース２１内に配置された複数の燃焼管２２の各々のガス流入口２３ａ、２３ｂの各々から一次空気として燃料ガスと混合され、燃料空気混合気として燃焼管２２内に供給される。またバーナケース２１内に入った空気の残りの部分は、空気の通路と燃焼管２２の格納部とを仕切る仕切り板２１ｂに設けられた貫通孔２１ｃから燃焼管２２の格納部へ二次空気として供給される。

なお、燃焼管２２の炎孔部２４は、バーナケース２１内の燃焼領域に相当し、燃焼領域は、要求される給湯能力に応じて燃焼ガスの発生量を変更できるように、独立して制御可能な複数の単位領域から構成されている。例えば、各々の単位領域には、異なる数の燃焼管２２が収容されており、各単位領域ごとに設けられた複数の電磁弁の開閉状態を各々独立に制御することで、燃焼に使用される燃焼管２２の本数（給湯装置の段数）を調節することが可能である。また、ガス供給配管１０に設けられた比例弁によって、燃焼管２２に供給されるガスの量を定格量の範囲内で無段階に調節することが可能である。

（一次熱交換器）
主に図２を参照して、一次熱交換器３は顕熱回収型の熱交換器である。この一次熱交換器３は、複数の板状のフィン３ｂと、その複数の板状のフィン３ｂを貫通する伝熱管３ａと、フィン３ｂおよび伝熱管３ａを内部に収容するケース３ｃとを主に有している。一次熱交換器３は、バーナ２で発生する燃焼ガスとの間で熱交換を行なうものであり、具体的にはバーナ２の燃焼動作により発生した熱量によって一次熱交換器３の伝熱管３ａ内を流れる湯水を加熱するためのものである。

（二次熱交換器）
主に図２を参照して、二次熱交換器４は潜熱回収型の熱交換器である。この二次熱交換器４は、一次熱交換器３よりも燃焼ガスの流れの下流側に位置し、一次熱交換器３と互いに直列に接続されている。このように本実施形態の給湯装置１００は潜熱回収型の二次熱交換器４を有しているため潜熱回収型の給湯装置となっている。

二次熱交換器４は、ドレン排出口４ａと、伝熱管４ｂと、側壁４ｃと、底壁４ｄと、上壁４ｇとを主に有している。伝熱管４ｂは、螺旋状に巻き回されることによって積層されている。側壁４ｃ、底壁４ｄおよび上壁４ｇは、伝熱管４ｂの周囲を取り囲むように配置されている。

二次熱交換器４においては、一次熱交換器３で熱交換された後の燃焼ガスとの熱交換によって伝熱管４ｂ内を流れる湯水が予熱（加熱）される。この過程で燃焼ガスの温度が６０℃程度まで下がることで、燃焼ガス中に含まれる水分が凝縮して潜熱を得ることができる。また二次熱交換器４で潜熱が回収されて燃焼ガス中に含まれる水分が凝縮することによりドレンが発生する。

底壁４ｄは一次熱交換器３と二次熱交換器４との間を区画するためのものであり、一次熱交換器３の上壁でもある。この底壁４ｄには開口部４ｅが設けられており、この開口部４ｅにより一次熱交換器３の伝熱管３ａが配置された空間と二次熱交換器４の伝熱管４ｂが配置された空間とが連通している。

図２の白矢印で示すように、開口部４ｅを通じて燃焼ガスは一次熱交換器３から二次熱交換器４へ流れることが可能である。この実施形態では簡単化のために二次熱交換器４の底壁４ｄと一次熱交換器３の上壁とを共通のものとしたが、一次熱交換器３と二次熱交換器４の間に排気集合部材を接続してもよい。

また上壁４ｇには開口部４ｈが設けられており、この開口部４ｈにより二次熱交換器４の伝熱管４ｂが配置された空間と排気ボックス５の内部空間とが連通している。図２の白矢印で示すように、開口部４ｈを通じて燃焼ガスは二次熱交換器４から排気ボックス５の内部空間内へ流れることが可能である。

ドレン排出口４ａは側壁４ｃまたは底壁４ｄに設けられている。このドレン排出口４ａは、側壁４ｃ、底壁４ｄおよび上壁４ｇによって取り囲まれた空間の最も低い位置（給湯装置の設置状態において鉛直方向の最も下側の位置）であって伝熱管４ｂの最下端部よりも下側に開口している。これにより二次熱交換器４で生じたドレンを、図２において黒矢印で示すように底壁４ｄおよび側壁４ｃを伝ってドレン排出口４ａに導くことが可能である。

（排気ボックス）
主に図２を参照して、排気ボックス５は二次熱交換器４とファン６との間の燃焼ガスの流れの経路を構成している。この排気ボックス５により、二次熱交換器４で熱交換された後の燃焼ガスをファン６へ導くことが可能である。排気ボックス５は、二次熱交換器４に取り付けられており、二次熱交換器４よりも燃焼ガスの流れの下流側に位置している。

排気ボックス５は、ボックス本体５ａと、ファン接続部５ｂとを主に有している。ボックス本体５ａの内部空間は、二次熱交換器４の開口部４ｈを通じて二次熱交換器４の伝熱管４ｂが配置された内部空間に連通している。ファン接続部５ｂは、ボックス本体５ａの上部から突き出すように設けられている。このファン接続部５ｂはたとえば筒形状を有しており、その内部空間５ｂａはボックス本体５ａの内部空間と連通している。

（ファン）
主に図１および図２を参照して、ファン６は、ファンケース６１と、羽根車６２と、駆動源６３と、回転軸６４とを主に有している。駆動源６３は、ファンケース６１の外部に設けられており、回転軸６４は、ファンケース６１内に収容される羽根車６２と、ファンケース６１の外部に設けられる駆動源６３とを連結する。これにより、羽根車６２は駆動源６３から駆動力を与えられることにより回転軸６４を中心として回転可能である。

ファン６は、熱交換器（１次熱交換器および２次熱交換器）よりも燃焼ガスの流れ方向下流側に配置されてバーナ２内に空気を引き込むように構成されている。また、ファン６は、二次熱交換器４を経由した（二次熱交換器４で熱交換された）後の燃焼ガスを吸引して給湯装置１００の外部へ排出するために、給湯装置１００の外部に位置する排気管７に接続されている。排気管７は給湯装置１００の外部に配置されており、かつファンケース６１の外周側に接続されている。このため、羽根車６２の外周側へ排出された燃焼ガスを、排気管７を通じて給湯装置１００の外部へ排出することが可能である。

このように、ファン６は、排気ボックス５および二次熱交換器４よりも燃焼ガスの流れの下流側に位置している。つまり給湯装置１００においては、バーナ２で生じた燃焼ガスの流れの上流側から下流側に沿って、バーナ２、一次熱交換器３、二次熱交換器４、排気ボックス５およびファン６の順で並んでいる。この配置において上記のとおりファン６で燃焼ガスを吸引して排気するため、本実施形態の給湯装置１００は排気吸引燃焼方式の給湯装置となっている。

（ドレン排出経路）
主に図１および図４を参照して、本実施形態の給湯装置におけるドレン排出経路は、ドレン排出口４ａ、配管９、ドレンタンク８およびドレン排出用配管１４から構成されている。ドレンタンク８は、二次熱交換器４で生じたドレンを貯留するためのものである。このドレンタンク８は、ドレン貯留部８ａと、壁部８ｂと、ドレン導入部８ｄと、ドレン排出部８ｅと、ドレン抜き口８ｆとを主に有している。

ドレン貯留部８ａの内部空間は、壁部８ｂによって空間８Ａおよび８Ｂに区画されている。空間８Ａと空間８Ｂとは壁部８ｂで区画されており、かつ壁部８ｂの下側に設けられた孔８ｃにより互いに連通している。ドレン導入部８ｄは空間８Ａに通じるようにドレン貯留部８ａの上側に設けられており、ドレン排出部８ｅは空間８Ｂに通じるようにドレン貯留部８ａの所定高さ位置に設けられている。

二次熱交換器４内のドレンを外部へ排出するために、二次熱交換器４のドレン排出口４ａとドレンタンク８のドレン導入部８ｄ（図４）とは、配管９により接続されている。また、ドレン排出用配管１４は、ドレンタンク８のドレン排出部８ｅ（図４）に接続され、かつ給湯装置１００の外部に通じている（図１）。ドレンタンク８に貯留された酸性のドレンは、ドレンタンク８の内部空間内に一時的に貯留された後に、通常はドレン排出用配管１４から給湯装置１００の外部に排出される。

そして、このドレンタンク８は水封構造を有している。つまりドレンタンク８は、空間８Ａおよび空間８Ｂの各々の下部に貯留されたドレンの水位が図中二点鎖線で示すように孔８ｃの上端よりも高くなると、ドレン排出部８ｅからドレンタンク８内に入った外気（給湯装置１００の外部の空気）がドレン導入部８ｄ側へ入らないように構成されている。このドレンタンク８の水封構造により、図中白矢印で示すように外気がドレンタンク８を抜けて給湯装置１００の内部に入ることが防止されている。

なお、ドレンタンク８（空間８Ｂ）の下部にはドレン抜き口８ｆ（図４）が設けられている。ドレン抜き用配管１５は、このドレン抜き口８ｆに接続され、かつ給湯装置１００の外部に通じている（図１）。ドレン抜き用配管１５（通常は閉じられている）は、メンテナンスや凍結防止などのために、ドレン抜き用配管１５を開くことで、ドレン排出用配管１４からは排出できないドレンタンク８内のドレンを排出することができるように設計されている。またドレンタンク８の内部空間内には、酸性のドレンを中和するための中和剤（図示せず）が充填されていてもよい。

（配管）
主に図１および図２を参照して、給水配管１１は二次熱交換器４の伝熱管４ｂの一方端に接続されており、出湯配管１２は一次熱交換器３の伝熱管３ａの一方端に接続されている。また、一次熱交換器３の伝熱管３ａの他方端と二次熱交換器４の伝熱管４ｂの他方端とは接続配管１３により相互に接続されている。上記のガス供給配管１０、給水配管１１および出湯配管１２の各々は、たとえば給湯装置１００の上部において外部に通じている。またバーナ２、一次熱交換器３、二次熱交換器４、排気ボックス５、ファン６、ドレンタンク８などは、筺体１内に配置されている。

主に図１を参照して、ガス供給配管１０はバーナ２に接続されている。給水配管１１は二次熱交換器４の伝熱管４ｂ（図２参照）に接続されており、出湯配管１２は一次熱交換器３の伝熱管３ａ（図２参照）に接続されている。また、一次熱交換器３の伝熱管３ａと二次熱交換器４の伝熱管４ｂとは接続配管１３により相互に接続されている。上記のガス供給配管１０、給水配管１１および出湯配管１２の各々は、たとえば給湯装置１００の上部において外部に通じている。

（制御部）
図８を参照して、本実施形態の給湯装置１００は、さらに、バーナ２の燃焼領域で生じる火炎を制御するための制御部２００を備えている。制御部２００は、たとえばマイコンおよびＨＩＣ（Hybrid Integrated Circuit）で構成されている。

制御部２００の演算部２０１は、給水サーミスタ１１ａ、出湯サーミスタ１２ａおよび比例弁１０ｂに接続されており、給水サーミスタ１１ａで計測された水温、出湯サーミスタ１２ａで計測された湯温、および、比例弁１０ｂへの供給電流値を検知可能である。演算部２０１は、記憶部２０２に接続されており、演算部２０１で処理されたデータや水封判定（許可判定）に必要な閾値のデータ等を記憶可能である。水封判定部２０３は、これらの演算部２０１および記憶部２０２から構成される。

制御部２００の指令部２０４は、ファン６と、点火プラグ２ａと、元電磁弁１０ａ、比例弁１０ｂおよび電磁弁１０ｃとに接続されている。制御部２００は、指令部２０４からの指令を通じて、指令部２０４に接続された各部の作動や、ファン６の回転数、比例弁１０ｂの開度などを制御可能に構成されている。

このようにして、制御部２００は、ファン６の回転数を上げて燃焼領域２５（燃焼管２２）に燃焼用空気を送風するとともに、元電磁弁１０ａ、比例弁１０ｂおよび電磁弁１０ｃを開いて燃料ガスを含む混合気をバーナ２に供給することができる。また、制御部２００は点火プラグ２ａを点火可能であり、これにより燃料空気混合気を燃焼させてバーナ２に火炎を生じさせることができる。また、制御部２００は、元電磁弁１０ａ、比例弁１０ｂおよび電磁弁１０ｃを閉じて燃料ガスのバーナ２への供給を停止することでバーナ２に生じた火炎を消火可能に構成されている。

元電磁弁１０ａはバーナ２に対して燃料ガスを供給および停止可能であり、比例弁１０ｂは供給電流量に応じて燃料ガスの供給量を調節可能である。複数の電磁弁１０ｃは、バーナケース２１内の燃焼領域２５を構成する単位領域２６のそれぞれに接続されている。各々の単位領域２６には、異なる数の燃焼管２２が収容されており、複数の電磁弁１０ｃの開閉状態を各々独立に制御することで、燃焼に使用される燃焼管２２の本数を調節することが可能である。

さらに、給水配管１１は、給水の温度を計測する給水サーミスタ１１ａを有しており、出湯配管１２は、出湯の温度を計測する出湯サーミスタ１２ａを有している。給水サーミスタ１１ａおよび出湯サーミスタ１２ａは、制御部２００の演算部２０１に接続されている。また、比例弁１０ｂも演算部２０１に接続されており、演算部２０１では、比例弁１０ｂに供給される電流量から燃焼領域への燃料ガスの供給量を検知することができる。

水封判定部２０３は、演算部２０１に接続された各部の計測値に基づいて推定ドレン排出量を演算し、演算された推定ドレン排出量が所定の閾値以上に達したことを条件に、ドレン排出経路が水封状態であり、給湯装置が通常モードで作動することを許可できると判定（許可判定）するように構成されている。

具体的には、例えば、演算部２０１は、出湯サーミスタ１２ａで計測された出湯の温度と、給水サーミスタ１１ａで測定された給水の温度と、比例弁１０ｂから検知した燃料ガスの供給量と用いて、所定の演算テーブルに基づいて推定ドレン排出量を演算可能であり、演算された推定ドレン排出量と、記憶部２０２に予め記憶された所定の閾値とを比較することにより、推定ドレン排出量が所定の閾値以上に達したことを条件に、許可判定することが可能なように構成されている。これにより、自動的に水封判定部２０３によって許可判定を実施することが可能となる。なお、ここでは、出湯の温度、給水の温度および燃料ガスの供給量を用いて、推定ドレン排出量を演算する場合について説明したが、必ずしも全ての検出値を用いて推定ドレン排出量を演算する必要はなく、出湯の温度、給水の温度および燃料ガスの供給量のうちの少なくとも１つを用いて、概略の推定ドレン排出量を演算してもよい。

また、熱交換器よりも燃焼ガスの流れ方下流側に位置する排気管７は、排気（燃焼ガス）の温度を計測する排気温度検出部７ａを有していてもよい。排気温度検出部７ａは、制御部２００の演算部２０１に接続されている。水封判定部２０３は、排気温度検出部７ａで計測された排気の温度が、比例弁電流から検知されたガス供給量から所定の演算テーブルに基づいて算出された排気温度（燃焼ガスの温度）が、記憶部２０２に予め記憶された所定の閾値よりも低くなっている場合は許可判定を行わず、所定の閾値以上に達したことを条件に許可判定を行うように、排気温度等を演算可能に構成されている。これにより、自動的に水封判定部２０３によって許可判定を実施することが可能となる。なお、この排気温度を用いた水封判定方法は、ドレン排出経路が水封状態の場合は、燃焼ガスの温度がガス供給量から所定の演算テーブルに基づいて算出された排気温度とほぼ一致するのに対して、ドレン排出経路が水封されていない場合、ドレン排出経路から燃焼ガスよりも低い温度の外気が給湯装置内部に取り込まれるため、排気される燃焼ガスの温度が低下することを利用している。なお、排気温度を演算して閾値と比較するものに代えて、水封判定モードの間は排気温度検出部７ａで検出される温度変化を常時監視し、あるタイミングで検出温度が急激に上昇したことをもってドレン水封と判断（許可判定）してもよい。

なお、上記の給水サーミスタ１１ａおよび出湯サーミスタ１２ａ等を用いた水封判定を行う場合は、排気温度検出部７ａは必ずしも水封判定に用いる必要はなく、逆もまた同様である。また、これ以外にも、給湯装置１００の内部（燃焼ガスの流路内）に設けられた圧力センサによって給湯装置の内圧を検知し、該内圧が所定の閾値以下になったときに、水封判定部２０３が許可判定を行うようにすることも考えられる。

〔バーナの作動〕
次に、主に図９に示すフローチャートおよび図１０に示すタイミングチャートを参照して、本実施形態の給湯装置１００におけるバーナ２の作動について説明する。

本実施形態の給湯装置では、ドレン排出経路が水封されて給湯装置が下記の「通常モード」で作動することの許可判定を水封判定部２０３が行うまでの間、制御部は、バーナが間欠作動を行うように、下記の「水封判定モード」で給湯装置を運転するように指令を出す。

なお、新品の給湯装置の試運転や、長期間使用されていなかった給湯装置、メンテナンスや凍結防止のためにドレンを抜き取った給湯装置などの再稼働の際に、前回の使用時からの経過時間や給湯装置内の圧力、ドレンタンク内の水量などに基づいて、自動的に水封判定モードでの運転が開始されるようにしてもよく、図示しないリモコン等を通じて警告を表示することで、使用者に水封判定モードでの運転開始を選択させるようにしてもよい。

（水封判定モード）
水封判定モードでは、バーナが間欠作動を行う。ここで、給水配管に設けられた水量センサ（図示せず）が最低作動水量以上を検出すると、給湯装置１００のバーナ２のＯＮ／ＯＦＦ制御がＯＮとなるが、間欠作動とは、バーナのＯＮ／ＯＦＦ制御がＯＮの状態において、バーナが作動と停止を繰り返すことをいう（図１０）。なお、バーナの作動とは、バーナでの燃焼動作だけでなく、燃焼動作に必要な一連の動作を含んでいてもよく、バーナの作動に連携してファンの作動と停止を繰り返すことを含んでいてもよい。

図９を参照して、例えば、使用する給湯栓を開き、給水配管に設けられた水量センサ（図示せず）が最低作動水量以上を検出すると、バーナ２の作動が開始される（ステップＳ１）。

バーナ２の作動開始の際は、まずプリパージ（点火前にファンの作動を開始して燃焼室内の残留ガスを排除する操作）を一定時間行った後、元電磁弁を開放し、比例弁の開度を点火に必要な開度とし、全ての燃焼管に通じる電磁弁を順次開放して、点火装置（イグナイタ）を作動させて点火プラグから点火スパークを発生させ、燃焼管に点火する。このようにして、バーナの作動が開始される。

バーナの作動中は、元電磁弁を開放し、比例弁の開度を最大とし、全ての電磁弁を開放した状態で、全本の燃焼管に最大量の燃料ガスを供給する最大能力での燃焼状態を維持する。このように、最大能力での燃焼状態を維持することで、ドレンの発生量が最大となるため、迅速にドレン排出経路を水封することが可能となる。すなわち、ドレン排出経路の水封が解除されてしまった場合でも、迅速に通常どおりの所望の給湯能力を発揮することが可能となる。

次に、バーナを作動させた状態（燃焼状態）で一定時間経過した後、自動的に元ガス電磁弁、ガス比例弁およびガス電磁弁（分配弁）の全てを閉じて消火し、ポストパージ（消火後にファンを停止せずに燃焼室内の残留ガスを排除する操作）を一定時間行った後、バーナの作動を終了する（ステップＳ２）。

次に、上述の水封判定部２０３（図８）において、ドレン排出経路が水封されて給湯装置が下記の「通常モード」で作動することを許可できるかどうかを判定（許可判定）する（ステップＳ３）。

ステップＳ３で許可判定がなされなかった場合は、ステップＳ１に戻り、バーナの作動終了から一定時間経過後に、再びプリパージを一定時間行った後、元ガス電磁弁、ガス比例弁およびガス電磁弁を開き、燃焼管に点火する。以後、ドレン排出経路が水封されて許可判定を水封判定部２０３が行うまでは、図１０のタイミングチャートに示すように、以上の操作を繰り返して、バーナを間欠的に作動させる。

なお、本実施形態においては、ステップＳ２のバーナの停止およびファンの停止後に、ファンが作動していない一定の休止期間を設けることで、この間に、ドレン排出経路からの外気の吸引が停止するため、二次熱交換器４に発生したドレンをドレンタンク８等に貯留させることができる。

一方、ステップＳ３において、ドレン排出経路が水封されて水封判定部２０３が許可判定を行うと、以下の通常モードに変更される（ステップＳ４）。なお、図９および図１０では、バーナが作動していない状態で水封判定部２０３での許可判定が行われる場合を示しているが、バーナの作動中に水封判定部２０３での許可判定が行われてもよく、その場合、許可判定が行われた後は、通常モードのバーナの作動中の状態に移行すればよい。

（通常モード）
給水配管に設けられた水量センサ（図示せず）が最低作動水量以上を検出すると、給湯装置１００のバーナ２のＯＮ／ＯＦＦ制御がＯＮとなるが、通常モードで給湯装置（バーナ）が作動するとは、バーナのＯＮ／ＯＦＦ制御がＯＮの状態において、給湯装置に異常がない限りバーナが連続的に作動できることをいう。すなわち、バーナの作動はバーナのＯＮ／ＯＦＦ制御がＯＦＦになるまで継続され、バーナのＯＮ／ＯＦＦ制御がＯＦＦになったときにバーナが停止される。バーナの作動とは、バーナでの燃焼動作だけでなく、バーナの作動に連携したファンの作動などの燃焼動作に必要な一連の動作を含んでいてもよい。

図９を参照して、ステップＳ４で通常モードに変更された後、直前のステップＳ２でのバーナの作動終了から一定時間経過後に、自動的に給湯装置１００のバーナ２の作動が開始される（ステップＳ５）。

図１０を参照して、バーナ２の作動開始の際は、まずプリパージを一定時間行った後、元電磁弁、比例弁および電磁弁（少なくとも点火プラグ２ａが設けられた単位領域に接続された電磁弁）を開き、点火装置（イグナイタ）を作動させて点火プラグ２ａから点火スパークを発生させ、燃焼管に点火する。

バーナ２の作動開始後（作動中）は、給水サーミスタ１１ａでの水温検知、給水量センサ（図示せず）での水量検知、および、出湯サーミスタ１２ａでの湯温検知などを行いながら、出湯湯温が設定温度となるように、複数の電磁弁の開閉によって燃焼管の本数（給湯装置の段数）を調節し、比例弁で燃料ガスの燃焼管への供給量を調節する（ステップＳ６）。

次に、例えば、使用していた給湯栓を閉じ、水量センサが最低作動水量未満を検出すると、バーナ２のＯＮ／ＯＦＦ制御がＯＦＦとなり、バーナ２の作動が終了される（ステップＳ７）。図１０を参照して、バーナ２の作動終了の際は、まず元ガス電磁弁、ガス比例弁およびガス電磁弁の全てを閉じて消火し、ポストパージを一定時間行った後、ファンを停止する。

＜実施形態２＞
本発明の実施形態２における給湯装置の構成について図３〜１０を参照して説明する。本実施形態の給湯装置は、ファン６が前記熱交換器よりも前記燃焼ガスの流れ方向上流側に配置されて前記バーナ内に空気を押し込むように構成されており、ファン６が熱交換器を経由した後の燃焼ガスを空気を押し込むことで給湯装置の外部へ排出するように構成された排気押込み方式の給湯装置である。このため、燃焼ガスの流れの上流側から下流側に向かって、ファン６、バーナ２、一次熱交換器３および二次熱交換器４がこの順で配置されている。本実施形態は、この点で実施形態１とは異なるが、その他の点は基本的に実施形態１と同様であるため、実施形態１と重複する説明については省略する。

排気吸引方式の実施形態１の給湯装置１００においては、ドレンタンク８の水封構造により、外気がドレンタンク８を抜けて給湯装置１００の内部に入ることが防止されていたが、排気押込み方式の本実施形態では、ドレンタンク８の水封構造により、特に給湯装置が室内に設置されている場合において、給湯装置１００の内部で発生した燃焼ガスがドレンタンク８を抜けて給湯装置１００の外部（室内空間）に漏れ出すことが防止されている。

本実施形態においては、ドレン排出経路が水封されるまでの期間においても、実施形態１と同様にバーナ２を間欠的に作動させることにより、燃焼ガスが室内等へ連続的に排出されることを防止することができる。

なお、排気押し出し方式の本実施形態の給湯装置１００においては、ドレン排出経路からの外気の吸引がないため、水封判定モードでのバーナの作動における上記ステップＳ２のバーナの停止およびファンの停止後に、ファンが作動していない一定の休止期間を必ずしも設ける必要はなく、ファンが作動し続けていたとしても、二次熱交換器４に発生したドレンをドレンタンク８等に貯留させることは可能である。

今回開示された実施形態はすべ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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 給湯装置、１ 筐体、２ バーナ、２ａ 点火プラグ、２１ バーナケース、２１ａ 開口部、２２ 燃焼管、２２ａ，２２ｂ バーナユニット、２３ 本体ユニット、２３ａ，２３ｂ ガス流入口、２４ 炎孔部、２５ 燃焼領域、２６ 単位領域、２００ 制御部、２０１ 演算部、２０２ 記憶部、２０３ 水封判定部、２０４ 指令部、３ 一次熱交換器、３ａ，４ｂ 伝熱管、３ｂ フィン、３ｃ ケース、４ 二次熱交換器、４ａ ドレン排出口、４ｃ 側壁、４ｄ 底壁、４ｅ，４ｈ 開口部、４ｇ 上壁、５ 排気ボックス、５ａ ボックス本体、５ｂ ファン接続部、５ｂａ 内部空間、６ ファン、７ 排気管、７ａ 排気温度検出部、８ ドレンタンク、９ 配管、１０ ガス供給配管、１０ａ 元電磁弁、比例弁 １０ｂ、１０ｃ 電磁弁、１１ 給水配管、１１ａ 吸水サーミスタ、１２ 出湯配管、１２ａ 出湯サーミスタ、１３ 接続配管、１４ ドレン排出用配管、１５ ドレン抜き用配管、６１ ファンケース、６２ 羽根車、６３ モータ、６４ 回転軸。

Claims (6)

1. 燃焼ガスの潜熱を回収することで湯水を加熱可能な潜熱回収型の給湯装置であって、
   燃焼領域において燃料ガスを燃焼させることにより前記燃焼ガスを発生させるバーナと、
   前記バーナで発生した前記燃焼ガスとの熱交換によって内部を流れる湯水を加熱する熱交換器と、
   前記バーナに空気を供給するファンと、
   前記熱交換器で潜熱が回収されることにより発生したドレンを前記熱交換器の前記外部へ排出するために、前記熱交換器に接続されたドレン排出経路とを備え、
   前記ドレン排出経路は、前記ドレンによって水封される水封構造を有し、さらに、
   前記ドレン排出経路が水封されて前記給湯装置が通常モードで作動することの許可判定を行う水封判定部を含み、かつ前記水封判定部が前記許可判定を行うまでの間は、前記バーナのＯＮ／ＯＦＦ制御がＯＮの状態において、前記バーナが作動と停止を繰り返すように指令を出す制御部とを備えた、給湯装置。
2. 前記バーナにおいて、要求される給湯能力に応じて前記燃焼ガスの発生量を変更できるように、前記燃焼領域は、独立して制御可能な複数の単位領域からなり、
   前記制御部は、前記水封判定部が前記許可判定を行うまでの間は、前記単位領域の全てが燃焼するように前記バーナに指令を出す、請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記バーナは、前記燃焼領域への前記燃料ガスの供給量を調整可能に構成されており、
   前記制御部は、前記水封判定部が前記許可判定を行うまでの間は、前記燃料ガスの供給量が最大となるように前記バーナに指令を出す、請求項１または２に記載の給湯装置。
4. 前記水封判定部は、前記燃焼領域への前記燃料ガスの供給量、前記給湯装置に供給される水温、および、前記給湯装置から出湯される湯温からなる群から選択される少なくとも１つを用いて演算された推定ドレン排出量が所定の閾値以上に達したことを条件に、前記許可判定を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯装置。
5. 前記ファンは、前記熱交換器よりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側に配置されて前記バーナ内に空気を引き込むように構成されており、
   前記熱交換器よりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側に、前記燃焼ガスの温度を計測する排気温度検出部をさらに備え、
   前記水封判定部は、前記排気温度検出部で計測された前記燃焼ガスの温度が所定の閾値以上の増加傾向を示したことを条件に、前記許可判定を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯装置。
6. 前記ファンは、前記熱交換器よりも前記燃焼ガスの流れ方向上流側に配置されて前記バーナ内に空気を押し込むように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯装置。

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