瞬間湯沸器
瞬間湯沸器は水を貯めず、使用時にだけ燃焼または電気加熱で瞬時に加熱する給湯機器である。貯湯式に比べ待機損失がほぼ無く、需要変動に追随しやすいことが特徴である。熱設計の基本はエネルギー保存で、必要熱量は水の質量流量と比熱、目標昇温の積で与えられる。換言すれば、機器の定格出力Pで得られる流量Qは温度上昇ΔTに反比例する（例：P=24kWならΔT=25Kで約13.7L/min）。キッチン用の小型タイプから住宅全体の給湯を担う高出力タイプまで構成は共通し、熱交換器、流量検出、温度制御、安全機構が中核をなす。
原理と熱収支
瞬間湯沸器の出湯は、P＝ṁ·c·ΔT（P[kW], ṁ[kg/s], c≈4.19kJ/(kg·K)）で記述できる。実務では体積流量Q[L/min]と温度上昇ΔT[K]から概算し、Q≈14.3×P/ΔTの近似が便利である。例えば冬期に入口15°Cから40°Cへ（ΔT=25K）温水10L/minを得るなら、P≈(Q·ΔT)/14.3≈(10×25)/14.3≒17.5kWが必要となる。したがって同一機で高温・大流量を同時に満たすことは困難で、制御は設定温度を優先し出力を可変に保つのが要点である。
主要構成
- 熱交換器：ガス燃焼熱や電気ヒータ熱を水側へ伝える中空フィンチューブや板式が用いられる。スケール付着は伝熱劣化と圧損増大を招く。
- 燃焼部／電気ヒータ：ガス機はバーナ＋点火電極＋送風ファン、電気機は高出力ヒータと半導体スイッチで構成する。
- 流量センサ：タービン式や差圧式で流れを検出し、最低作動流量を確保する。
- 温度センサ：入口・出口にサーミスタ等を配置し、過昇温検知と目標温度制御に用いる。
- 制御基板：マイクロコントローラがガス比例弁、ファン回転、点火、電磁弁を統合制御する。
- 安全装置：立ち消え検知、過熱防止、過圧・凍結保護、不完全燃焼対策、逆止弁などを備える。
燃焼・出力制御
ガス式の瞬間湯沸器は比例弁とファンの協調で当量比を維持しつつ、PID制御で出湯温度を一定化する。発停を頻発させず連続可変で追従させることで、燃焼効率と快適性を両立する。電気式はヒータの段調整や位相制御／PWMで出力を連続的に変化させるが、系統容量制約（200V・大電流）がボトルネックになりやすい。
種類と呼称の整理
瞬間湯沸器は狭義には台所用の小型ガス機を指し、住宅全体の給湯を担う中〜大出力機は「ガス給湯器」と慣用的に呼ばれる。屋内開放型は換気条件が厳しく、現行主流は屋外設置・強制給排気型である。電気式は構造が単純でメンテ性に優れる一方、同時大流量には不向きで、局所給湯や温度安定性を重視する用途で選ばれる。
号数の目安
日本市場のガス瞬間湯沸器では「号数」がしばしば使われ、これはΔT=25K条件での毎分出湯量[L/min]にほぼ等しい（例：24号≒24L/min）。実際の出湯は季節・配管損失・入口温度で変動するため、設計では余裕をみる。
効率と排熱回収
燃焼式では高効率化の鍵は排ガス熱の回収である。凝縮回収型は水蒸気の潜熱まで利用し、低温出湯時に効率が高い。凝縮水は弱酸性となるため、排水材質や中和処理の配慮が必要である。待機損失が小さいのは瞬間湯沸器の本質的長所で、貯湯容量を持たないため夜間の放熱ロスがほぼ無い。
安全・法規と設置留意
屋内設置の瞬間湯沸器は換気量の確保、給排気経路の気密、可燃物離隔、ガス種適合（都市ガス/LPG）を満たさねばならない。CO中毒防止のため不完全燃焼検知や立ち消え安全装置は必須で、給排気が不良な環境では使用しない。配管は逆止・減圧・逃し弁を適所に設け、凍結地域ではヒータ/ヒータ線や自動凍結防止運転を備える。
水圧・混合と快適性
最低作動流量・最低作動圧力を下回ると、瞬間湯沸器は着火せず水温が不安定になる。サーモ混合栓の絞り過ぎは流量低下を招くため、機器側で温度制御を行い、栓側は必要最低限の混合に留める設計が望ましい。低圧地域ではブースタポンプの併用が有効である。
保守と寿命
熱交換器のスケール、ストレーナの詰まり、電極の劣化は昇温不足や失火の原因となる。定期的な清掃と、硬水域では薬液洗浄（除スケール）を実施する。電子部品の熱疲労やファン軸受の磨耗を考慮し、家庭用ガス瞬間湯沸器の設計寿命は概ね10〜15年が目安である。異常燃焼臭、黒い排気跡、エラーコード表示などは点検のサインである。
代表的な故障モード
- 点火不良：電極汚れ、点火トランス不良、ガス圧低下。
- 温度ハンチング：流量センサ誤差、比例弁スティックスリップ、過度な混合栓絞り。
- 昇温不足：熱交換器スケール、入口温度低下、燃焼空気不足。
- 燃焼停止：排気閉塞、過熱サーミスタ作動、立ち消え検知。
簡易計算例と設計指針
冬期に入口10°C→出湯40°C（ΔT=30K）で8L/minを確保したい場合、P≈(8×30)/14.3≒16.8kWが必要となる。配管放熱や混合栓の損失、着火遅れによる初期冷水栓返りを見込み、20kW級を用意すれば実使用の揺らぎに耐えやすい。設置計画では給排気ルート、ドレン（凝縮型）、電源容量、凍結対策、サービススペースを事前に確保するのが瞬間湯沸器の安定運用に資する。