(57)【要約】【課題】本発明は通水しない場合でも熱交換器を加熱する時給湯装置を実現する。【解決手段】給湯加熱回路１２と循環水加熱回路１３を互いに伝熱的に接合させ、通水しない時に加熱手段１６で給湯加熱回路１２を加熱し、所定圧力以上になった場合に循環水加熱回路１３に水圧を逃がすように構成した減圧手段３１を備えることにより、伝熱的に接合された給湯加熱回路と循環水加熱回路により熱容量が大きく出湯量が多い場合でも早く適温の湯を供給できる即時給湯装置を実現できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯加熱回路と循環水加熱回路を有する主熱交換装置と、前記主熱交換装置を加熱する加熱手段とを有し、前記給湯加熱回路と前記循環水加熱回路は互いに伝熱的に接合され、前記給湯加熱回路に通水されない場合にも前記加熱手段を作動させる即時給湯装置。
【請求項２】
給湯加熱回路が所定圧力以上になった場合に循環水加熱回路に水圧を逃がす減圧手段を備えた請求項１記載の即時給湯装置。
【請求項３】
加熱手段の加熱能力を制御する加熱制御手段を設け、給湯加熱回路が通水されない場合には通水時と異なる方式で前記加熱手段を制御する請求項１または２記載の即時給湯装置。
【請求項４】
給湯加熱回路の特定の位置に給湯温度検出手段を設け、前記給湯加熱回路に通水されない場合には通水時と異なる温度になるように加熱手段を作動させる請求項１〜３いずれか１項に記載の即時給湯装置。
【請求項５】
給湯加熱回路へ供給される水の温度を検出する水温検出手段を備え、前記水温検出手段で検出される温度を通水されない場合の加熱制御手段の制御に利用した請求項１〜４いずれか１項に記載の即時給湯装置。
【請求項６】
循環水加熱回路に接続された循環ポンプと、前記循環水加熱回路に循環水を循環させる循環回路を有し、給湯加熱回路に通水されない時に、加熱手段と前記循環ポンプを作動させる請求項１〜５いずれか１項に記載の即時給湯装置。
【請求項７】
出湯温度検知手段が所定温度以上の場合は加熱手段と循環ポンプを停止させる請求項１〜６いずれか１項に記載の即時給湯装置。
【請求項８】
任意に設定できる所定時間内は出湯温度検知手段で検出される温度が所定範囲内となるよう制御する請求項１〜７いずれか１項に記載の即時給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる１缶２水式などの複合管式熱交換器を有し、給湯用加熱回路と風呂温水や暖房温水の循環水加熱回路を利用した加熱方式により短時間で機器からお湯が出る即時給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の即時給湯装置は図８に示すように、給湯管１が接続された熱交換器２と、この熱交換器２を加熱する加熱手段３と、加熱手段３の加熱能力を調節する加熱能力調節手段４と、熱交換器２からの出湯温度を検出する出湯温度検出器５と、出湯温度を設定する出湯温度設定手段６と、熱交換器２への水の流動を検出する流量検出手段７と、水の流動を流量検出手段７で検出し出湯温度検出器５と出湯温度設定手段６の温度を比較して加熱能力調節手段４を制御するとともに、流量検出手段７で水の流動を検出していない時は水の流動時とは異なった条件で加熱能力調節手段４を制御して熱交換器２を加熱する制御器８を備えた構成となっている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
そして給湯停止時に熱交換器２への水の流動が停止していることを流量検出手段７で検出して、給湯の行われている時と異なった条件で加熱能力調節手段４を制御して熱交換器２を加熱することにより、給湯停止時に熱交換器２が冷却されることを防止し、再給湯時に熱交換器２内の保有水を加熱する時間を節約して湯の供給を早く行えるようにしているものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１２４２１７号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の即時給湯装置では、給湯停止時に熱交換器２を加熱手段１で加熱するため給湯管１が繰り返し通常よりも高温となるので耐久性を保証するために給湯管１の肉厚を厚くしたり、熱膨張を吸収する特別な構造が必要となり大幅なコストアップとなる。また給湯管１内の内圧が上昇し、通常安全装置として設けられている過圧逃がし弁（図示せず）が作動して給湯装置の機外に少量の湯を毎回排出することになり、そのため排水工事が新たに必要となる。また、この新たな排水工事を不要とするためには加熱能力調整手段４で加熱手段３の加熱能力を大きくすることは出来ず、その分保有水の温度も低くなり所定の出湯温度までの到達時間も大幅な短縮は望めないという課題を有していた。
【０００６】
本発明は上記課題を解決し、大幅なコストアップなしに耐久性を保証し、新たな排水工事なしで熱源である給湯装置自体が所定の出湯温度までの到達時間を短縮し、初期から一定温度の出湯が可能な即時給湯装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の即時給湯装置は、一つの加熱手段で少なくとも給湯主回路と循環加熱回路を同時に加熱する主熱交換装置を設け、給湯主回路と循環加熱回路を伝熱的に接合させ、通水されない場合に加熱手段で加熱を受けた場合には循環水加熱回路に給湯加熱回路の熱を逃がし過熱状態を防止する即時給湯装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１における即時給湯装置は、少なくとも給湯加熱回路と循環水加熱回路を有する主熱交換装置と、前記主熱交換装置を加熱する加熱手段と、前記給湯加熱回路と前記循環水加熱回路は互いに伝熱的に接合され、前記給湯加熱回路に通水されない場合にも前記加熱手段を作動させる構成としてある。
【０００９】
上記構成によって、通水されない場合に加熱手段で加熱を受けた場合には循環水加熱回路に給湯加熱回路の熱を逃がし過熱状態を防止し耐久性に優れた即時給湯装置を実現できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の即時給湯装置の給湯加熱回路が所定圧力以上になった場合に循環水加熱回路に水圧を逃がすように構成した減圧手段を備えた構成としている。
【００１１】
上記構成によって、加熱能力調整手段で加熱手段の加熱能力を大きくすることが出来、その分保有水の温度も高く出来るので所定の出湯温度までの到達時間を大幅に短縮することができる。また、減圧手段によって循環水加熱回路に過圧水を放出することにより排水工事を不要とすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１〜２に記載の即時給湯装置において、加熱手段の加熱能力を制御す加熱制御手段を設け、給湯加熱回路が通水されない場合には通水時と異なる方式で前記加熱手段を制御する構成としたものである。
【００１３】
上記構成によって、通水がない場合には給湯装置の周辺条件に応じて通水時と異なって加熱手段をきめ細かく制御できるので出湯初期から温度変化の少ない快適な即時給湯装置を実現できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に記載の即時給湯装置において、給湯加熱回路の特定の位置に給湯温度検出手段を設け、前記給湯加熱回路に通水されない場合には通水時と異なる温度になるように加熱手段を作動させる構成としたものである。
【００１５】
上記構成によって、出湯温度検出手段で確実に給湯加熱回路の温度を検知できるのでさまざまな状態にある循環水加熱回路の温度の影響を受けずバラツキがない給湯加熱回路の保有水の加熱ができ、さまざまな状況にある循環水加熱回路の循環水の影響を受けることなく出湯初期から温度変化の少ない快適な即時給湯装置を実現できる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の即時給湯装置において、給湯加熱回路へ供給される水の温度を検出する水温検出手段を備え、前記水温検出手段で検出される温度を通水されない場合の加熱制御手段の制御に利用した構成としてある。
【００１７】
上記構成によって、季節による水温変化に応じて主熱交換装置の放熱ロスが少なく、熱歪が少ない加熱方式となるように加熱手段を加熱制御手段で変更することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は特に、請求項１〜５に記載の即時給湯装において、循環水加熱回路に接続された循環ポンプと、前記循環水加熱回路に循環水を循環させる循環回路を有し、給湯加熱回路に通水されない時に、加熱手段と前記循環ポンプを作動させる構成としてある。
【００１９】
上記構成によって、給湯加熱回路は加熱手段の加熱を受けると同時に循環ポンプにより循環水加熱回路を流動する循環水の影響を受けることになり加熱手段の加熱方式や主熱交換装置の構成により給湯加熱回路内の保有水に温度分布がある場合にも伝熱的に接合されている循環水加熱回路を流れる循環水で緩和されることになるので、局部的に高温となってスケールが発生したり熱歪が発生するなどの現象を抑制でき耐久性や信頼性を向上させることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は特に、請求項１〜６に記載の即時給湯装において、給湯温度検知手段が所定温度以上の場合は加熱手段と循環ポンプを停止させる構成としてある。
【００２１】
上記構成によって、加熱手段と循環水加熱回路を流れる循環水とで比較的均一に加熱される給湯加熱回路内の保有水が所定温度以上になることを防止し再出湯時には短時間で安定した適温の湯を供給することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は特に、請求項１〜７に記載の即時給湯装において、任意に設定できる所定時間内は給湯温度検知手段で検出される温度が所定範囲内となるよう制御する構成としてある。
【００２３】
上記構成によって、任意に設定できる時間内のみ給湯加熱回路内の保有水を所定の範囲内に設定して即時給湯が出来るとともに、それ以外の時間は保有水の保温を停止して使用エネルギーを最小に抑制できる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１は実施例１の即時給湯装置のシステム構成図であり、図２は同熱源部の斜視図および図３は主熱交換装置の腰部拡大断面図である。図１と図２において、１０は屋外等に設置した風呂機能付給湯機であり、その熱源部１１には給湯加熱回路１２と循環水加熱回路１３が伝熱的に接合されるよう密接して一体で構成された主熱交換装置１４を有している。主熱交換装置１４の上流側には、燃焼用空気を供給するファン１５が加熱手段１６であるバーナに接続されている。加熱手段１６に接続された燃料供給系１７には、ガス等の燃料供給量を上流側で制御する比例弁１８と、その下流側で加熱能力ごとにブロック化されたそれぞれのバーナに接続される燃料供給系１７に切り替え弁１９が設けられた加熱制御手段２０を構成している。ここで熱源部１１は図２に示すように加熱手段１６の下流側に燃焼室２１を設けその下流側に主熱交換装置１４を設ける構成となっている。
【００２６】
そして、図３に示すように主熱交換装置１４の断面はハート型管の給湯加熱回路１２に円管の循環水加熱回路１３が広い接合面２２を有して接合され一体化されたペア管２３となって多数の伝熱フィン２４に上流側と下流側の２段に挿入されている。また、主熱交換装置１４を構成している給湯加熱回路１２の上流側には給水される流量を検知する流量センサ２５と水温検出手段２６が設けられ、下流側の特定の位置に給湯温度検出手段２７が設けられている。
【００２７】
一方の循環水加熱回路１３には循環ポンプ２８と循環回路２９である浴槽に接続された風呂回路を有している。そして給湯加熱回路１２と循環水加熱回路１３を接続する接続回路３０には逆止弁などから構成される減圧手段３１が設けられている。また風呂機能付給湯機１０の給湯回路の端末にはカランやシャワーヘッドなどの給湯端末器３２が接続されている。さらに風呂機能付給湯機１０にはリモコン３３が接続され即湯モード切替スイッチ３４や即湯時間設定手段３５及び出湯温度設定手段３６が設けられている。
【００２８】
上記構成において即時給湯装置の動作を説明する。通常の使用ではリモコン３３の出湯温度設定手段３６で希望の湯温を設定し、給湯端末器３２を開栓する。これにより風呂機能付給湯機１０に給水され、流量センサ２５が給水を検知してファン１５を作動させ燃焼室２１内のプリパージを行った後、水温検出手段２６と湯温度設定手段３６から加熱量を演算し、加熱制御手段２０で演算結果に基づく所定の燃料を加熱手段１６に供給する。加熱手段１６ではファン１５で供給された空気と燃料供給系１７から供給された所定の燃料を混合し、燃焼室２１内で燃焼させ主熱交換装置１４の給湯加熱回路１２を加熱し、所定の湯温となって給湯端末器３２から出湯する。このとき主熱交換装置１４が加熱手段１６で加熱され給湯加熱回路１２を流れる水が所定の温度に達するまでに通常十数秒を要する。
【００２９】
次にリモコン３３の即湯モード切替スイッチ３４を入れ即時給湯状態に設定する。給湯加熱回路１２に通水されない状態で加熱手段１６は燃焼を行い、主熱交換装置１４を加熱する。このとき給湯加熱回路１２内の保有水は加熱されるとともに、大きな接合面２２を有し伝熱的に接合されペア管２３となっている循環水加熱回路１３に熱移動し、熱容量を大きくして燃焼停止後の放熱時間を大きくするとともに、燃焼中に過熱されスケールの発生を抑制する。また給湯加熱回路１３に通水のない状態で加熱手段１６で加熱するため保有水は体積膨張し給湯加熱回路１３内の管内圧が上昇する。このとき、減圧手段３１が作動して接続回路３０から循環水加熱回路１４に少量の湯を注入することによって給湯加熱回路１２内の異常な過圧状態になることが防止され、安全でかつ耐久性も向上する。
【００３０】
以上のように構成した風呂機能付給湯機１０の即時給湯装置において、給湯加熱回路１２の熱容量を増やすことや、過圧状態を防止することが出来るため、通水がない場合の加熱手段１６の加熱能力を大きく設定でき、給湯加熱回路１２内の保有水の温度を比較的高温に維持しておくことが出来るため、使用時は設定水温にすぐに到達すると共に、適温水が即座に出湯させることが出来る。
【００３１】
なお、本実施例では給湯加熱回路１２を断面がハート管型としたが、図４に示すようにＤ型としてもよい。あるいはまた図５に示すように給湯加熱回路１２の管内に循環水加熱回路１３を設けた構成であってもよく、要は給湯加熱回路１２と循環水加熱回路１３が互いに熱移動が容易で伝熱的に接合された状態の構成であればよい。
【００３２】
また、本実施例では即時給湯装置の循環水加熱回路１３を風呂水加熱回路で構成した風呂機能付給湯機１０の例で説明したが、床暖房用の温水を循環させる給湯暖房機の暖房水加熱回路で構成しても同様の効果を発揮できるものである。
【００３３】
（実施例２）
図６は即湯モード運転時の即時給湯装置のシステム構成図であり、図７はその動作を説明するフローチャートである。図６と図７において、実施例１の構成と異なるところは、給湯加熱回路１２に通水がない場合には通水時とは異なる加熱制御を行うことである。すなわち、図７に示すようにステップ１０１で通水がある場合には、ステップ１０２でリモコン３３の出湯温度設定手段３６で設定された設定温度と、水温検出手段２６で検出された入水温度との温度差と流量センサ２５の流量からこの給湯負荷に応じた加熱量が算出され、ステップ１０３で算出された加熱量になるように比例弁１８や切り替え弁１９により構成される加熱制御手段２０の状態が設定され、燃料供給系１７から所定の燃料が加熱手段１６に供給される。供給された燃料はファン１５で供給された空気によって燃焼室２１で燃焼し主熱交換装置１４の給湯加熱回路１２内を通水している供給水を加熱する。そしてステップ１０４で出湯温度検出手段２７により例えば６０℃一定の所定温度に達しているかを判定し補正が必要な場合はステップ１０２にフィードバックする。そしてステップ１０５において、出湯温度検出手段３７で検出される湯温が所定の温度になるようにバイパス回路３８に設けられた流量調節弁３９でバイパス回路の給水流量を調節し、６０℃の湯と混合して所定温度に達した後ステップ１０６で給湯端末器３２から給湯される。
【００３４】
一方、流量センサ２５で給湯加熱回路１２に通水がないと判断された場合には、ステップ２０１でリモコン３３の即湯モード切替スイッチ３４が入っているかを判定する。即湯モードに設定されていれば、ステップ２０２で前回給湯時に記憶している水温検出手段２６の水温を基準に加熱量を決め、ステップ２０３で加熱制御手段により通水時とは異なる加熱量に燃料供給系１７の燃料流量を設定し、加熱手段１６に供給し燃焼させる。そしてステップ２０４で一定時間後に燃焼を停止し、ステップ２０５で給湯温度検出手段２７が通水時の温度（本実施例では６０℃一定）とは異なる温度、例えば春や秋の中間季には５０℃に、冬季は５５℃に達したかを判定する。達していない場合にはステップ２０４に戻り、一定時間再度加熱する。所定温度に達しておれば、ステップ２０６で燃料供給系１７を閉止し、加熱を停止する。そして給湯加熱回路１２内の保有水は即湯モードの間常に状況に応じた高温に保たれているため、熱源部１１では従来の十数秒から数秒に加熱時間が短縮され、給湯開始時は給湯端末器３２からより早く出湯することが出来る。
【００３５】
このように通水がない場合には即時給湯装置の季節による水温変化などの周辺状況に応じて、通水時と異なった加熱手段１６をきめ細かく加熱制御手段２０で制御できるので、出湯初期から温度変化の少ない快適な即時給湯装置を実現できる。また給湯温度検出手段２７で確実に給湯加熱回路１２の温度を検知できるので、使用状態によってさまざまな状態にある循環水加熱回路１３の温度の影響を受けずバラツキがない給湯加熱回路１２の保有水の加熱ができ、出湯初期から温度変化の少ない快適な即時給湯装置を実現できる。
【００３６】
さらに通水がない場合には即時給湯装置の季節による水温変化などの周辺状況に応じて、加熱手段１６の加熱方式をきめ細かく制御できるので、給湯加熱回路１２内の保有水の温度を適切に設定することができ、主熱交換装置１４の放熱ロスが少なく、また局部的な熱歪が少ない加熱方式となるように加熱制御手段２０を設定することができる。
【００３７】
なお、本実施例の図７では前回給湯した時の給水温度を基に加熱量を決定した例を示したが、他の情報に基づいて仮決定し、ステップ２０５で加熱量や加熱時間を変更してステップ２０３にフィードバックしてもよい。要は通水された場合と加熱条件を変更し適切な条件を設定できるようになっておればよい。
【００３８】
（実施例３）
本実施例は図１において、実施例１、及び実施例２の構成と異なるところは、循環ポンプ２８を作動させ、循環回路２９の循環水を循環水加熱回路１３に循環させる構成とし、給湯温度検出手段２７が所定温度以上になった場合は加熱手段１６と循環ポンプ２８を停止し、所定温度範囲内となるようにした点である。
【００３９】
このように構成した即時給湯装置において、給湯加熱回路１２に通水がない場合に加熱手段１６で主熱交換装置１４が加熱されると、給湯加熱回路１２内の保有水だけでなく循環水加熱回路１３内の循環水も加熱を受ける。そして循環ポンプ２８を作動させるため、高温となった循環水が循環水加熱回路１３を循環し、伝熱的に接合されている給湯加熱回路１２内の保有水と熱の授受をおこなう。従って図６に示すように主熱交換装置１４の一部が加熱手段１６で加熱され給湯加熱回路１２内の保有水に温度分布が生じた場合でも、伝熱的に接合されている循環水加熱回路１３を流れる循環水で温度分布が緩和されることになるので、局部的に高温となってスケールが発生したり主熱交換装置１４の一部に大きな熱歪が発生するなどの現象を抑制でき耐久性や信頼性を向上させることができる。
【００４０】
また循環水を循環させ給湯温度検出手段２７で検出される保有水の温度が所定温度以上となった場合は加熱手段１６と循環ポンプ２８を停止するので、図３に示す２段に設けられたペア管２３構成の給湯加熱回路１２内の保有水はいずれもほぼ高温限界の同じ温度に設定することになる。従って再出湯時には充分に保有している給湯加熱回路１２内の高温の保有水を供給することによって短時間で安定した湯を供給することができる。
【００４１】
さらにリモコン３３の時間設定手段３５で即湯モードを利用する時間帯を任意に設定できる。そして設定された所定時間内は給湯温度検知手段２７で検出される温度が所定範囲内となるよう加熱手段１６の加熱量や、循環ポンプ２８の作動と停止時間、及び循環流量を制御する構成としてある。従って設定できる時間内のみ給湯加熱回路１２内の保有水を所定の範囲内に設定して即時給湯が出来るとともに、それ以外の時間は保有水の保温を停止することによって使用エネルギーを最小に抑制できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の即時給湯装置によれば、伝熱的に接合された給湯加熱回路と循環水加熱回路により熱容量が大きく出湯量が多い場合でも早く適温の湯を供給できる即時給湯装置を実現できる。
【００４３】
また、大幅なコストアップなしに耐久性を保証し、新たな排水工事なしで熱源である給湯装置自体が所定の出湯温度までの到達時間を短縮し、初期から一定温度の出湯が可能な即時給湯装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における即時給湯装置のシステム構成図
【図２】同装置の熱源部の斜視図
【図３】主熱交換装置の要部拡大断面図
【図４】本発明の実施例１における他の主熱交換装置の要部拡大断面図
【図５】本発明の実施例１における他の主熱交換装置の要部拡大断面図
【図６】本発明の実施例２における即時給湯装置のシステム構成図
【図７】本発明の実施例２における即時給湯装置のフローチャート
【図８】従来の即時給湯装置のシステム構成図
【符号の説明】
１２  給湯加熱回路
１３  循環水加熱回路
１４  主熱交換装置
１６  加熱手段
２０  加熱制御手段
２６  水温検出手段
２７  給湯温度検出手段
２８  循環ポンプ
２９  循環回路
３１  減圧手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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