JP6281357B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯装置に関し、特に複数の燃焼領域を有し燃焼能力を小から大まで複数段階に切り換え得る給湯装置を対象とした、結露防止のための技術に係る。

特許文献１では、潜熱回収型熱源機の排気筒における結露防止対策として、バーナの燃焼領域を普段は広範囲に固定して燃焼量の出力を可変制御する一方、バーナがオン・オフ制御される間欠運転が一定時間継続すると、燃焼領域を狭い範囲にして燃焼量を最大出力とする結露乾燥モード運転に切り換えることが提案されている。
又、特許文献２では、潜熱回収型燃焼装置のフィンアンドチューブ型のもので構成された特に潜熱回収用熱交換器の隣接するフィン間における凝縮水（ドレン）の付着防止対策として、所定の排気閉塞発生条件が検出されれば、バーナへの燃焼用空気を供給するための送風手段の送風量又は送風圧を増大させることが提案されている。
さらに、特許文献３では、燃焼装置で熱交換加熱した温水を熱交換器から放熱器に循環させる温水循環式ボイラーの前記熱交換器における結露防止対策として、放熱器で放熱後の温水の戻り温度が所定温度以下の状態を一定時間継続して検出すれば、燃焼装置の燃焼量を増加させることが提案されている。

特開２０１０−１１７１００号公報 特開２００４−４４９１２号公報 特開２００１−２０１０６３号公報

ところで、熱交換器内に通される流体を熱交換加熱するための燃焼装置が選択的に切換可能な複数の燃焼領域を有し、いずれの燃焼領域を燃焼させるかで燃焼能力を小から大まで複数段に切換可能とされた給湯装置においては、特に燃焼領域と非燃焼領域との境界付近に対応する部分の熱交換器に結露が生じ易くなる。結露が発生すると、それに起因して硫酸銅の析出や堆積の原因になり易く、最終的に熱交換器が特に多数のフィンにより構成されている場合には相隣接するフィン間の閉塞を招くおそれがある。閉塞回避のために一部のフィンを削除するなどの回避策を採ると、逆に燃焼効率の悪化を招くおそれが生じることになる。又、結露防止のために燃焼量を増大させると、給湯温度の変動を招き易くなってユーザーの使い勝手を損なうことになる。

本発明は、このような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、燃焼効率の悪化を招くことなく、加えて、給湯温度を維持しながらも、結露防止を図り得る給湯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、熱交換器内に通水される水を燃焼加熱部の燃焼により熱交換加熱した上で給湯するように構成され、前記燃焼加熱部が複数の独立燃焼可能な燃焼領域を備え、各燃焼領域が独立して又は組み合わされて選択的に燃焼されることにより燃焼能力が複数段にわたり変更切換可能とされ、燃焼能力段数の切換制御及び各燃焼能力段数での燃焼能力の変更調整制御を実行する燃焼能力切換制御により所定の給湯温度での給湯運転が行われるように構成されている給湯装置を対象にして次の特定事項を備えることとした。すなわち、結露発生防止のために前記燃焼加熱部に対する前記燃焼能力切換制御による燃焼状態を変更する結露防止制御手段を備えることとする。そして、前記結露防止制御手段として、特定の燃焼能力段数での燃焼状態が一定時間継続されることを含む結露発生防止のための判定条件の成立により、前記特定の燃焼能力段数を低燃焼能力段数側に段数切換制御する構成とした（請求項１）。

本発明の場合、結露発生防止のための判定条件が成立すると、現在燃焼されている特定の燃焼能力段数から低燃焼能力段数側の燃焼能力段数に切換制御されることになり、これにより、結露発生防止が図られる。

本発明における特定の燃焼能力段数として、熱交換器の上流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼停止となり、熱交換器の上流側範囲に隣接する下流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼されることになる燃焼能力段数とし、低燃焼能力段数側の燃焼能力段数として、熱交換器の上流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼されることになる燃焼能力段数とすることができる（請求項２）。このようにすることにより、結露発生防止の技術的意義がより明確になる。すなわち、特定の燃焼能力段数での燃焼状態では、熱交換器の上流側範囲に対応する燃焼領域が非燃焼状態であるため、この上流側範囲には冷たい水が流れる一方、これに隣接する熱交換器の下流側範囲の燃焼領域は燃焼状態にあるため、その下流側範囲に流れる水は加熱されることになる。このため、両者の境界部分の熱交換器に大きい温度差が生じることになり、この結果、この境界部分に結露が生じ易くなる。これが一定時間継続されて前記判定条件が成立すれば、低燃焼能力段数側への段数切換が実行され、前記熱交換器の上流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼状態に切り換えられるため、上流側範囲の熱交換器内の水も加熱され熱交換器内で大きい温度差の生じる部分の存在がなくなることになる。これにより、結露発生のおそれを確実に防止し得ることになる。

又、本発明の結露防止制御手段として、低燃焼能力段数側に段数切換制御する際に、その段数切換の前後で、それまでの特定燃焼能力段数での燃焼能力を維持するよう段数切換制御する構成とすることができる（請求項３）。このようにすることにより、給湯温度を確実に維持しながらも、結露防止のための段数切換制御を行い得ることになる。燃焼能力として例えば燃焼号数を用いた場合には、燃焼号数を段数切換前後で同じに維持させるように制御すればよい。

さらに、その場合には、熱交換器から給湯される給湯流量を変更するための給湯流量変更手段を備えることとし、結露防止制御手段として、低燃焼能力段数側に段数切換制御する際に、段数切換前の特定燃焼能力段数の燃焼能力が段数切換後の低燃焼能力段数側の燃焼能力段数に設定された燃焼能力範囲よりも大きいとき、給湯流量変更手段により給湯流量を絞り側に変更した上で段数切換制御を実行する構成とすることができる（請求項４）。このようにすることにより、特定燃焼能力段数から低燃焼能力段数への切換が、それまでの燃焼能力が低燃焼能力段数の燃焼能力範囲よりも大側であっても、給湯流量変更手段により給湯流量を絞ることで、必要な燃焼能力を低減させ得るため、特定燃焼能力段数から低燃焼能力段数への段数切換を適正に行い得るようになる。これにより、特定燃焼能力段数における結露発生のおそれのある燃焼能力範囲を、大側により広く拡大させたとしても、それまでの給湯温度を維持しながら、低燃焼能力段数への段数切換を適正に実行し得ることになり、これにより、結露発生防止をより広くかつ確実に図り得ることになる。

以上、説明したように、本発明の給湯装置によれば、結露発生防止のための判定条件が成立すれば、現在燃焼されている特定の燃焼能力段数から低燃焼能力段数側の燃焼能力段数に切換制御することにより、結露発生防止を図ることができる。

特に請求項２の給湯装置によれば、特定の燃焼能力段数として、熱交換器の上流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼停止となり、熱交換器の上流側範囲に隣接する下流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼されることになる燃焼能力段数とし、低燃焼能力段数側の燃焼能力段数として、熱交換器の上流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼されることになる燃焼能力段数とすることにより、結露発生防止の技術的意義をより明確にすることができる。すなわち、特定の燃焼能力段数での燃焼状態では、非燃焼状態になる熱交換器の上流側範囲に流れる水と、燃焼状態になる下流側範囲の熱交換器に流れる湯との両者の境界部分の熱交換器に大きい温度差が生じる結果、その境界部分に結露が生じ易くなるところ、低燃焼能力段数側への段数切換により、上流側範囲の熱交換器内の水も加熱され熱交換器内で大きい温度差の生じる部分の存在をなくすことができるようになる。これにより、結露発生のおそれを確実に防止することができるようになる。

又、請求項３の給湯装置によれば、結露防止制御手段として、低燃焼能力段数側に段数切換制御する際に、その段数切換の前後で、それまでの特定燃焼能力段数での燃焼能力を維持するよう段数切換制御する構成とすることにより、給湯温度を確実に維持しながらも、結露防止のための段数切換制御を行うことができるようになる。

加えて、請求項４の給湯装置によれば、熱交換器から給湯される給湯流量を変更するための給湯流量変更手段をさらに備えることとし、結露防止制御手段として、低燃焼能力段数側に段数切換制御する際に、段数切換前の特定燃焼能力段数の燃焼能力が段数切換後の低燃焼能力段数側の燃焼能力段数に設定された燃焼能力範囲よりも大きいとき、給湯流量変更手段により給湯流量を絞り側に変更した上で段数切換制御を実行する構成とすることにより、特定燃焼能力段数から低燃焼能力段数への切換が、それまでの燃焼能力が低燃焼能力段数の燃焼能力範囲よりも大側であっても、給湯流量変更手段により給湯流量を絞ることで、必要な燃焼能力を低減させることが可能となるため、特定燃焼能力段数から低燃焼能力段数への段数切換を適正に行うことができるようになる。これにより、特定燃焼能力段数における結露発生のおそれのある燃焼能力範囲を、大側により広く拡大させたとしても、それまでの給湯温度を維持しながら、低燃焼能力段数への段数切換を適正に実行することができるようになり、これにより、結露発生防止をより広くかつ確実に図ることができるようになる。

本発明の実施形態に係る給湯装置の模式図である。 燃焼能力の切換段数毎の燃焼状況の例を示すものであり、図２（ａ）は燃焼能力１段の例、図２（ｂ）は燃焼能力２段の例、図２（ｃ）は燃焼能力３段の例である。 燃焼能力の変更切換の組み合わせ例における燃焼能力段数毎の燃焼管の本数、能力切換弁の切換状況、必要能力等の設定例を示す表である。 図２と同様に、図４（ａ）は燃焼能力４段の例であり、図４（ｂ）は燃焼能力５段の例である。 １段〜５段のそれぞれの燃焼段における燃焼号数と供給ガス圧との関係図である。 第１実施形態における結露防止制御のフローチャートである。 結露発生のおそれのある４段燃焼状態と熱交換器との関係を示す説明図である。 結露発生防止のために３段燃焼状態に切り換えたときの熱交換器との関係を示す説明図である。 第２実施形態における結露防止制御のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る給湯装置の模式図である。この給湯装置は、給湯機能を実現する給湯回路２、追い焚き機能を実現する追焚回路３、給湯回路２から追焚回路３へ湯張り等のために湯又は水を供給する注水・注湯回路４、及び、これらの作動制御を行うコントローラ５を備えたものである。なお、図例のものは１缶２水タイプのものを図示しているが、これに限らず、２缶２水タイプのものでも本発明を実施することができる。又、給湯や追い焚き等の複数の機能を実現するものでなくて、給湯機能のみの単機能の給湯装置であっても本発明を実施することができる。さらに、図例のものは、熱交換器として、燃焼ガスの顕熱を吸熱する一次熱交換器に加え燃焼排ガスからの潜熱を回収する二次熱交換器を組み合わせた潜熱回収型に構成されたものを図示しているが、これに限らず、二次熱交換器を有しないものでも本発明を実施することができ、潜熱回収型であることは必須ではない。以下の説明では、一次熱交換器と二次熱交換器とを合わせて、単に給湯用熱交換器又は追い焚き用熱交換器ということもある。

給湯装置２は、水道水等の給水を給水路２１に受けて給湯用熱交換器２２において燃焼加熱部２３の燃焼熱との熱交換加熱により所定温度まで加熱した湯を給湯路２４に出湯させ、この湯を台所や洗面所等の各所の給湯栓２５まで給湯するようになっている。給水路２１と給湯路２４との間には、給湯用熱交換器２２をバイパスして給水路２１からの給水を給湯路２４に流入させるバイパス路２６が設けられ、バイパス弁２６ａを開にすれば連通するようになっている。給水路２１には流量センサ２７や給水温度を検出する給水温度センサ２８が介装され、給湯路２４には給湯用熱交換器２２で加熱された直後の出湯の温度を検出する缶体出口温度センサ２９が介装され、バイパス路２６との合流部の下流側にサーボ弁により構成された水量調整弁２４ａが介装されている。前記の給湯用熱交換器２２での熱交換加熱として、給水路２１を通して給水された水は先ず二次熱交換器２２ｂに通されて予熱され、次に、接続路２０を通して一次熱交換器２２ａに通されて加熱されて給湯路２４に出湯されることになる。ここで、水量調整弁２４ａと燃焼加熱部２３との関係について説明すると、例えば水量調整弁２４ａが絞られて給湯栓２５への給湯流量が絞られると、給湯用熱交換器２２でそれまでと同じ燃焼量で熱交換加熱された場合、出湯される湯の温度は高くなるため、同じ給湯温度に維持するためには燃焼量を低減すればよいことになる。この水量調整弁２４ａが給湯流量変更手段を構成する。一次熱交換器２２ａはフィンアンドチューブ式のもので構成され、二次熱交換２２ｂは多管式のもので構成されている。又、前記の燃焼加熱部２３は、複数（図例では３つ）の独立かつ選択的に燃焼可能な燃焼領域を備え、各燃焼領域を選択的に個別に燃焼させたり、あるいは、選択的に組み合わせて燃焼させたりすることで、燃焼能力が複数段（本実施形態では５段）にわたり段数切換可能となっている。この燃焼加熱部２３の詳細については後述する。

追焚回路３は、追い焚き機能を実現するために、浴槽６の循環アダプタ６１との間に配管された戻り路３０ａ及び往き路３０ｂからなる追焚循環路３０を備え、浴槽６内に湯張りされた浴槽湯水を所定温度まで追い焚き加熱し得るようになっている。すなわち、循環ポンプ３１の作動により浴槽６から戻り路３０ａを通して追焚用熱交換器３２において燃焼加熱部３３の燃焼熱により熱交換加熱されて追い焚きされ、追い焚き後の浴槽湯水が往き路３０ｂを通して浴槽６に供給されるというように循環され、所定の沸き上がり温度まで追い焚きされるようになっている。循環ポンプ３１は戻り路３０ａ及び往き路３０ｂのいずれか一方(図例では戻り路３０ａ)に介装されている。戻り路３０ａには流れを検知して後述のコントローラ５に出力する水流スイッチ３４や戻り路３０ａにより戻される浴槽６内の浴槽湯水の温度を検出する戻り温度センサ３５が介装され、又、往き路３０ｂには追い焚き後の浴槽湯水の温度を検出する往き温度センサ３６が介装されている。なお、図１中の符号３７は、前記の給湯用燃焼バーナ２３や追焚用燃焼バーナ３３に燃料ガスを供給するためのガス供給系である。又、追焚用熱交換器３２も、給湯用熱交換器２２の例と同様に、燃焼ガスの顕熱を吸熱する一次熱交換器３２ａと、燃焼排ガスから潜熱を回収するための二次熱交換器３２ｂとで構成されている。燃焼加熱部３３も給湯回路２の側の燃焼加熱部２３と同様に複数（図例では２つ）の燃焼領域を備えて燃焼能力が２段にわたり段数切換可能となっている。

注水・注湯回路４は、給湯路２４の途中から分岐して追い焚き循環路３０の戻り路３０ａに連通接続される注湯路４１を備えており、この注湯路４１を通して給湯路２４の湯（又は水）が戻り路３０ａに流入され、これが両側に分流して戻り路３０ａ及び往き路３０ｂのそれぞれを通す両搬送形式で浴槽６に注湯（又は注水）されて浴槽６内に湯張りし得るようになっている。前記の注湯路４１には、給湯路２４の側である上流側から順に流量センサ４２，注湯電磁弁４３，逆流防止用の一対の逆止弁４４，上流側での負圧発生時に逆流発生を防止する縁切り弁４５がそれぞれ介装され、加えて、追焚循環路３０との合流点近傍には浴槽６内の水位を検出する圧力式の水位センサ４６が介装されている。

なお、図１中の符号７は外気温センサであり、この外気温センサ７はケース内の雰囲気温度を検出することにより外気温を検出するようになっている。又、符号８はドレン処理回路であり、このドレン処理回路８は、給湯用熱交換器２２や追焚用熱交換器３２に含まれる二次熱交換器において燃焼排ガスが潜熱回収のための熱交換により冷やされて凝縮することにより生じたドレンを集水し、例えば中和処理した上で排水させるために設置されたものである。すなわち、図例のドレン処理回路８は、中和槽８１と、前記給湯用熱交換器２２及び追焚用熱交換器３２に含まれる二次熱交換器２２ｂ，３２ｂからドレンを集水して中和槽８１に導く集水路８２と、中和槽８１から中和処理済みのドレンを系外に排水させるための排水路８３とを備えて構成されている。

次に、前記の燃焼加熱部２３について詳細に説明する。燃焼加熱部２３は、複数かつ規模の異なる燃焼領域を備え、かかる燃焼領域の選択的な燃焼作動により幅広い燃焼能力の変更調整が可能となっている。すなわち、燃焼加熱部２３は、缶体１の下側位置において左右方向の一側から他側にかけて並べられた複数本（例えば図２（ａ）の図例では合計１０本）の燃焼管２３１，２３１，…を備え、これら燃焼管２３１，２３１，…が所定本数毎にグループ分けされ、グループ分けされた所定本数の燃焼管２３１，２３１，…毎に個別に燃料ガスが供給されて燃焼可能とされることで、複数かつ規模の異なる燃焼領域が形成されている。例えば、左右方向中央部の２本の燃焼管２３１，２３１により第１の燃焼領域Ｆ１が形成され、右側の３本の燃焼管２３１，２３１，…により第２の燃焼領域Ｆ２が形成され、左側の５本の燃焼管２３１，２３１，…により第３の燃焼領域Ｆ３が形成されている。そして、各燃焼管２３１は各燃焼領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３毎に区画されたガスマニホールド３７１に接続され、元ガス電磁弁ＳＶ０（図１参照）及びガス比例弁ＳＶＬを開けば、ガス供給系３７からの燃料ガスが第１〜第３の能力切換弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３を介してガスマニホールド３７１の対応する各区画に選択的に供給されるようになっている。例えば、能力切換弁ＳＶ１を開けば（図２（ａ）参照）２本の燃焼管２３１，２３１により形成される第１の燃焼領域Ｆ１が燃焼され、能力切換弁ＳＶ２を開けば（図２（ｂ）参照）３本の燃焼管２３１，２３１，２３１により形成される第２の燃焼領域Ｆ２が燃焼され、というように燃焼領域を切換し得るようになっている。なお、前記の「燃焼管」とは燃焼バーナと同義である。

元ガス電磁弁ＳＶ０や、各能力切換弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３は、要求される熱量（要求熱量）に相当する燃焼号数（燃焼量）に応じてコントローラ５の燃焼能力切換制御部によって選択的開閉切換制御が実行され、これにより、対応する燃焼領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が選択的に燃焼されて燃焼能力が段階的・連続的に変更切換されるようになっている。なお、本実施形態ではガス比例弁ＳＶＬを別途設けているが、これを排して前記能力切換弁ＳＶ１〜ＳＶ３自体を流量制御弁又は圧力制御弁とすることもできる。

前記の選択的開閉切換制御の例として、例えば図３に示すように各燃焼領域Ｆ１〜Ｆ３を個別に又は選択的に組み合わせて燃焼作動させることで、５段（５段階）の燃焼能力段数の切換を可能としている。すなわち、能力切換弁ＳＶ１のみを開いて第１燃焼領域Ｆ１（図２（ａ）も併せて参照）を燃焼させることで２本の燃焼管２３１，２３１に相当する燃焼能力段数が１段の燃焼作動が可能となり、能力切換弁ＳＶ２のみを開いて第２燃焼領域Ｆ２（図２（ｂ）も併せて参照）を燃焼させることで３本の燃焼管２３１，２３１，２３１に相当する燃焼能力段数が２段の燃焼作動が可能となり、能力切換弁ＳＶ１，ＳＶ２を開いて第１及び第２の燃焼領域Ｆ１，Ｆ２（図２（ｃ）も併せて参照）を燃焼させることで５本の燃焼管２３１，２３１，…に相当する燃焼能力段数が３段の燃焼作動が可能となり、能力切換弁ＳＶ１，ＳＶ３を開いて第１及び第３の燃焼領域Ｆ１，Ｆ３（図４（ａ）も併せて参照）を燃焼させることで７本の燃焼管２３１，２３１，…に相当する燃焼能力段数が４段の燃焼作動が可能となり、全ての能力切換弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３を開いて第１〜第３の燃焼領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３（図４（ｂ）も併せて参照）を燃焼させることで１０本の燃焼管２３１，２３１，…に相当する燃焼能力段数が５段の燃焼作動が可能となる。

又、前記の燃焼加熱部２３は、ガス比例弁ＳＶＬが前記の燃焼能力切換制御部による開度制御を受けて、各燃焼段数（燃焼能力の段数）での燃焼号数を変更調整可能となっている。例えば、図３及び図５に示すように、燃焼能力段数が１段では２．５号〜５．０号の燃焼範囲で変更調整可能であり、以下同様に、燃焼能力段数が２段では３．５号〜７．５号の燃焼範囲、燃焼能力段数が３段では６．１号〜１１．０号の燃焼範囲、燃焼能力段数が４段では８．５号〜１５．３号の燃焼範囲、燃焼能力段数が５段では１３．２号〜２４．０号の燃焼範囲、においてそれぞれ変更調整可能である。

以上の給湯回路２，追焚回路３及び注水・注湯回路４等は、ＭＰＵ、メモリ等を備え各種の制御用プログラムが格納されたコントローラ５によって、給湯運転、追焚運転、注水・注湯による湯張り運転、湯張り・追焚・保温までを自動制御するふろ自動運転、又は、配管洗浄制御等の各種の運転制御が、リモコン５１からの出力及び前記の各種センサからの出力等に基づいて行われるようになっている。すなわち、前記コントローラ５は、給湯運転制御部や、ふろ自動運転制御部等を備えている。そして、給湯運転制御部による給湯運転制御の際に、設定給湯温度の給湯を実現するために前記の燃焼能力切換制御部により燃焼加熱部２３の燃焼段数の切換制御や、各燃焼段数での燃焼量調整制御が実行される。

給湯運転制御部による給湯運転制御、及び、ふろ自動運転制御部によるふろ自動制御について簡単に説明する。給湯運転制御は、ユーザーが給湯栓２５を開いて最低作動流量以上の流れを流量センサ２７が検出すると開始され、まず給湯用燃焼加熱部２３及びガス供給系３７からなる給湯燃焼系を制御して所定の燃焼段で、所定の燃焼量にすることで、その燃焼熱を受けて給湯用熱交換器２２を通る給水が熱交換加熱され、設定給湯温度まで加熱・温調された湯が給湯路２４を通して給湯栓２５に給湯されることになる。又、ふろ自動制御は、リモコン５１のふろ自動スイッチをユーザーがＯＮ操作することで開始され、まず、注水・注湯回路４及び追焚循環路３０を通して給湯装置２からの湯が浴槽６に湯張りされる。この際の湯張り量は水位センサ４６又は注湯流量センサ４２の積分等により把握・特定されて、浴槽６内には所定水位まで湯張りされることになる。次に、追焚回路３の追焚用燃焼加熱部３３及びガス供給系３７からなる追焚燃焼系や循環ポンプ３１が作動制御され、追焚用燃焼加熱部３３の燃焼熱を受けて追焚用熱交換器３２を通る浴槽６内の湯水が熱交換加熱され、所定の沸き上げ温度まで追焚加熱されることになる。追焚加熱が終了すれば、引き続いて、浴槽６内の湯水温度を一定に維持させるために間欠的に追焚制御を実行する保温運転を、設定時間が経過するまで、又は、ユーザーにより風呂自動スイッチがＯＦＦされるまで行う。

前記の給湯運転制御においては、設定給湯温度の如何に応じて必要な燃焼号数（要求号数）のＦＦ号数（フィードフォワード制御用の号数）が定められ、そのＦＦ号数に基づいて燃焼段数が定められ（図３，図５参照）、以後、要求号数の変動に応じて燃焼段数の段数切換や燃焼量の変更調整が行われることにより、設定給湯温度の給湯が行われることになる。又、その際には、給水路２１から給湯用熱交換器２２に入水する水の温度や流量の検出値に応じて、バイパス路２６からの水との混水による温度調整や、水量調整弁２４ａの開度調整を行うことにより、給湯栓２５に対する給湯が設定給湯温度になるように制御される。

＜第１実施形態＞
次に特徴部分である結露防止制御について、燃焼加熱部２３を対象にして、給湯用熱交換器２２のフィンアンドチューブ式に構成された一次熱交換器２２ａのフィン間閉塞発生を回避することを目的にした第１実施形態について、図６〜図８を参照しつつ説明する。前記のコントローラ５には第１実施形態の結露防止制御部（結露防止制御手段）が備えられ、この結露防止制御部による結露防止制御が、前記の燃焼能力切換制御部による燃焼段数の切換制御と燃焼量の変更調整とに併行して以下に説明する如く実行される。もちろん、同様な制御を追焚回路３側の燃焼加熱部３３を対象にして実施することも可能である。

まず、前記燃焼能力切換制御部による燃焼段数の切換制御により設定されている現在の燃焼能力の段数は４段であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。４段で燃焼していれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、その燃焼号数が予め定めた結露発生防止のための燃焼号数範囲Ｇ１内か否かを判定し（ステップＳ１２）、その燃焼号数範囲Ｇ１内での燃焼であれば、燃焼が継続される時間を積算する（ステップＳ１３）。ステップＳ１１で燃焼段が４ではなければ、又は、燃焼号数が所定の燃焼号数範囲Ｇ１ではなければ、それぞれリターンしてステップＳ１１以降を繰り返す。第１実施形態における燃焼号数範囲Ｇ１（図５参照）は次のように定められる。すなわち、４段での燃焼で可能な燃焼号数範囲（８．５〜１５．３号）の内の小側燃焼号数範囲であって、かつ、３段での燃焼で可能な燃焼号数範囲（６．１〜１１．０号）と重複する燃焼号数範囲（８．５〜１１．０号）、つまり、４段での最小燃焼号数（８．５号）〜３段での最大燃焼号数（１１．０号）の範囲を基本として、この範囲の最大側を所定値α（例えば０．８号）分だけ減じた範囲（８．５〜１０．２号）を燃焼号数範囲Ｇ１として定めている。

これは、４段の燃焼領域での燃焼状態で、かつ、その４段の燃焼号数の小側範囲での燃焼状態が最も結露を生じ易いと考えられる点が基本にあり、これを解消するために低段数側の３段の燃焼領域に切換制御する上で、出湯温度を維持したままで段数切換が可能な燃焼号数範囲（３段での燃焼号数範囲との重複範囲）を切換制御上の判定範囲Ｇ１として定めたのである。又、その燃焼号数範囲Ｇ１の最大側を前記の所定値α分だけ減じたのは、あまり最大側の境界ぎりぎりであると、結露防止制御により４段から３段に切換制御したにも拘わらず、些細な変動（例えばガス供給圧のハンチングによるずれ変動等）の発生に起因して本来の燃焼能力切換制御の実行により３段から４段へ再度切換制御されてしまい、又さらに結露防止制御により４段から３段へと段数切換が繰り返されるなどの不都合を回避するためにα分の余裕代を設定したものである。これにより、結露防止を安定した制御の下で実現させることができる。

そして、ステップＳ１３で積算していった積算時間が所定の設定時間を超えれば（ステップＳ１４でＹＥＳ）、結露発生防止のために３段への段数切換が必要と判断し、同等の燃焼号数を維持したまま、それまでの４段の燃焼段を３段に切換制御する（ステップＳ１５）。４段での燃焼段で例えばａ（図５参照）で示す燃焼号数で燃焼していたとすると、このａと同じ燃焼号数のｂ（図５参照）で示す燃焼号数での３段の燃焼に切り換えるようにするのである。これにより、段数切換したとしても、同じ給湯温度を維持しながら、結露発生防止を図ることができるようになる。以上において、結露発生防止のための判定条件としては、燃焼能力段数が４段であること、燃焼号数がその４段の所定の小側範囲であること、その燃焼状態が継続する積算時間が一定時間以上になること、が設定されている。

図７は、燃焼加熱部２３（正面断面図状態）が４段の燃焼段で燃焼しているときの熱交換器２２ａ（平面断面図状態）内を移動する湯水の状態を示すものである。なお、図７では、燃焼加熱部２３を正面断面図状態にて表し、熱交換器２２ａを平面断面図状態にて表している。図７の如く、４段の燃焼段では熱交換器２２ａの下流側範囲の燃焼領域Ｆ１，Ｆ３が燃焼作動され、熱交換器２２ａの上流側範囲の燃焼領域Ｆ２が燃焼停止状態となっている。このため、接続路２０（給水路２１）を通して熱交換器２２ａに入水されて燃焼停止状態の燃焼領域Ｆ２の上方範囲の熱交換器２２ａ内に流される冷たい水と、燃焼状態の燃焼領域Ｆ１，Ｆ３の上方範囲の熱交換器２２ａ内で加熱された湯との境界部分Ｋで結露が生じ易くなる。これを前記結露防止制御により３段に段数切換することにより、図８に示すように結露発生のおそれを解消し得ることになる。すなわち、３段の燃焼段では熱交換器２２ａの上流側範囲の燃焼領域Ｆ１，Ｆ２が燃焼作動され、熱交換器２２ａの下流側範囲の燃焼領域Ｆ３が燃焼停止状態となっている。このため、接続路２０（給水路２１）を通して入水した冷たい水は熱交換器２２ａに入水したとたんに加熱され、下流側に移動しながらさらに加熱され、所定温度まで高温になった湯が給湯路２４に出湯されることになる。つまり、熱交換器２２ａ内は上流側から下流側まで加熱された湯が流れることになるため、結露発生のおそれはない。そして、入水側の冷たい水と加熱された湯との境界は外側から缶体１内に入る入口部分となり、たとえ結露が生じたとしても熱交換器２２ａのフィン間閉塞を発生させるおそれはない状態とすることができる。しかも、３段に切換制御されても、段数切換前の４段での燃焼号数と同等の燃焼号数で燃焼継続されるため、それまでと同じ温度を維持したまま出湯させることができ、給湯使用中のユーザーに対し不都合を与えることもない。

＜第２実施形態＞
図９は第２実施形態に係る結露防止制御のフローチャートである。第２実施形態は段数切換判定のための燃焼号数範囲Ｇ２が第１実施形態の燃焼号数範囲Ｇ１よりも最大側に拡大されている点、結露防止のために３段に段数切換するために水量調整弁２４ａを絞り側に変更制御する点で異なる。

第２実施形態の結露防止制御部（結露防止制御手段）による結露防止制御では、まず、現在の燃焼能力の段数が４段であるか否かを判定し（ステップＳ２１）、４段で燃焼していれば（ステップＳ２１でＹＥＳ）、その燃焼号数が予め定めた結露発生防止のための燃焼号数範囲Ｇ２内か否かを判定し（ステップＳ２２）、その燃焼号数範囲Ｇ２内での燃焼であれば、燃焼が継続される時間を積算する（ステップＳ２３）。ステップＳ２１で燃焼段が４ではなければ、又は、燃焼号数が所定の燃焼号数範囲Ｇ２ではなければ、それぞれリターンしてステップＳ２１以降を繰り返す。この第２実施形態における燃焼号数範囲Ｇ２（図５参照）は次のように定められる。すなわち、４段での燃焼で可能な燃焼号数範囲（８．５〜１５．３号）の内の結露発生のおそれがあると考えられる小側燃焼号数範囲（例えば８．０〜１２．０号）が、燃焼号数範囲Ｇ２として定められている。つまり、第１実施形態の燃焼号数範囲Ｇ１が３段での燃焼に段数切換が可能な範囲との重複範囲に制限されているのに対し、第２実施形態の燃焼号数範囲Ｇ２は４段燃焼状態のなかでも結露が生じ易いと考えられている小燃焼号数範囲、それ自体が設定されている。これにより、第２実施形態では、結露防止制御による低段数側への段数切換を、第１実施形態よりも広い燃焼号数範囲で行うことができ、より確実な結露防止制御を実現することができるようになる。

そして、ステップＳ２３で積算していった積算時間が所定の設定時間を超えれば（ステップＳ２４でＹＥＳ）、結露発生防止のために３段への段数切換が必要と判断し、同じ出湯温度を維持したまま３段への段数切換が可能か否かをチェックするために、現在の燃焼号数が３段への段数切換可能な号数範囲Ｇ１（８．５〜１０．２号）にあるか否かを判定する（ステップＳ２５）。もしも、前記号数範囲Ｇ１よりも大側であれば（ステップＳ２５でＮＯ）、水量調整弁２４ａを絞り側に開度変更制御する（ステップＳ２６）。この水量調整弁２４ａの絞り側への開度変更により、給湯路２４に流れる給湯流量が少なくなって同じ燃焼号数（燃焼量）だと出湯温度がそれまでよりも高くなる。このため、同じ出湯温度に維持するように、流量低減分だけ燃焼加熱部２３の燃焼号数も小側になるように、給湯制御によって自動的に比例制御されることになる。そして、再度、現在の燃焼量（燃焼号数）は３段への段数切換可能な号数範囲Ｇ１（８．５〜１０．２号）にあるか否かを判定し、この号数範囲Ｇ１内であれば（ステップＳ２５でＹＥＳ）、同等の燃焼号数を維持したまま、それまでの４段の燃焼段を３段に切換制御する（ステップＳ２７）。例えば、それまでの燃焼号数がｃ（図５参照）で示す燃焼号数で燃焼していた場合、この燃焼号数ｃを維持したままでは３段への段数切換は不能であるところ、水量調整弁２４ａを絞ることで必要な燃焼号数をｄ（例えばｄ≦１０．２号；図５参照）まで下げれば、燃焼号数ｄと同じ燃焼号数ｅ（図５参照）での３段への段数切換が可能になる。なお、前記のステップＳ２５による当初のチェックにおいて、そのときの燃焼量（燃焼号数）が３段への段数切換可能な号数範囲Ｇ１（８．５〜１０．２号）にあれば（ステップＳ２５でＹＥＳ）、水量調整弁２４ａの絞り側への変更調整（ステップＳ２６）を経ることなく、同等の燃焼号数を維持したまま、燃焼段を３段に切換制御する（ステップＳ２７）。

この第２実施形態の場合、結露が発生すると考えられる燃焼段数（燃焼領域）・燃焼号数範囲での燃焼が長時間継続することが確実に防止され、結露発生防止を確実に実現させることができるようになる。具体的には、現在の燃焼が、第１実施形態の場合の所定の結露発生防止のための成立条件の内の即座に低段数への段数切換が可能な燃焼号数範囲での燃焼ではなくて、それよりも広い燃焼号数範囲での燃焼であったとしても、低段数への段数切換を可能とするための処理制御（水量調整弁２４ａの絞り側への変更調整）を付加することにより、第１実施形態と同様の低段数への段数切換を行うことができるようになる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態における燃焼領域の数（３つ）や、それぞれ燃焼領域での燃焼管２３１の本数、燃焼能力段数（５段）等については例示であり、これら以外に設定することもできる。

前記実施形態では、潜熱回収型の給湯装置を示したが、これに限らず、複数の燃焼領域の選択的燃焼により複数段の燃焼能力の変更切換が可能に構成された給湯装置であれば、本発明を適用することができる。

５ コントローラ（結露防止制御手段）
２２ａ 一次熱交換器（熱交換器）
２３ 燃焼加熱部
２４ａ 水量調整弁（給湯流量変更手段）
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 燃焼領域

Claims (4)

1. 熱交換器内に通水される水を燃焼加熱部の燃焼により熱交換加熱した上で給湯するように構成され、前記燃焼加熱部が複数の独立燃焼可能な燃焼領域を備え、各燃焼領域が独立して又は組み合わされて選択的に燃焼されることにより燃焼能力が複数段にわたり変更切換可能とされ、燃焼能力段数の切換制御及び各燃焼能力段数での燃焼能力の変更調整制御を実行する燃焼能力切換制御により所定の給湯温度での給湯運転が行われるように構成されている給湯装置において、
   結露発生防止のために前記燃焼加熱部に対する前記燃焼能力切換制御による燃焼状態を変更する結露防止制御手段を備え、
   前記結露防止制御手段は、特定の燃焼能力段数での燃焼状態が一定時間継続されることを含む結露発生防止のための判定条件の成立により、前記特定の燃焼能力段数を低燃焼能力段数側に段数切換制御するように構成されている、
   ことを特徴とする給湯装置。
2. 請求項１に記載の給湯装置であって、
   前記特定の燃焼能力段数は、前記熱交換器の上流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼停止となり、前記熱交換器の上流側範囲に隣接する下流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼されることになる燃焼能力段数であり、
   前記低燃焼能力段数側の燃焼能力段数は、前記熱交換器の上流側範囲に対応する燃焼領域が燃焼されることになる燃焼能力段数である、給湯装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の給湯装置であって、
   前記結露防止制御手段は、前記低燃焼能力段数側に段数切換制御する際に、その段数切換の前後で、それまでの前記特定燃焼能力段数での燃焼能力を維持するよう段数切換制御するように構成されている、給湯装置。
4. 請求項３に記載の給湯装置であって、
   前記熱交換器から給湯される給湯流量を変更するための給湯流量変更手段を備え、
   前記結露防止制御手段は、前記低燃焼能力段数側に段数切換制御する際に、段数切換前の前記特定燃焼能力段数の燃焼能力が段数切換後の前記低燃焼能力段数側の燃焼能力段数に設定された燃焼能力範囲よりも大きいとき、前記給湯流量変更手段により前記給湯流量を絞り側に変更した上で前記段数切換制御を実行するように構成されている、給湯装置。

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