JP2014199161A - 熱源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給湯のコールドスタート時等に貯湯槽から出湯される湯を追い加熱する初回追い加熱動作時の給湯温度の安定化を図る。【解決手段】貯湯槽の出湯通路から合流部に流れる湯水流量と給水通路から合流部に流れる水流量を制御して、混合設定温度の混合湯水を合流部で形成されるようする。給湯のコールドスタート時等に混合湯水を給湯器で追い加熱する初回追い加熱動作時には、給湯開始から設定期間経過時の混合湯水の温度が給湯器の最小燃焼号数で設定温度の湯を作り出すために必要な最小燃焼号数入水温度よりも低い温度になるように、混合湯水の温度を予め定められる第１の設定温度勾配で上昇し、設定期間が経過してから最小燃焼号数対応入水温度に達するまでは前記第１の設定温度勾配よりも大きい予め定められる第２の設定温度勾配で上昇するように、混合設定温度を混合設定温度設定手段３６により設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯槽と、貯湯槽から出湯される湯をさらに加熱する機能を備えた補助熱源装置とを備えた熱源装置に関するものである。

貯湯槽を備えた熱源装置が用いられており（例えば、特許文献１、２、参照）、図５には、開発中の熱源装置が模式的なシステム構成図により示されている。同図において、貯湯槽２と出湯通路９とを備えた主熱源装置としてのタンクユニット４が、熱回収用通路３を介して燃料電池（ＦＣ）１と熱的に接続されている。燃料電池１は、例えば固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等により形成されており、水の電気分解の逆反応で、都市ガス等の燃料から取り出された水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電装置である。

熱回収用通路３は、燃料電池１と貯湯槽２との間で液体（ここでは湯水）を図の矢印Ａおよび矢印Ａ’に示されるように循環させる通路であり、熱回収用通路３には、熱回収用通路３内に液体を循環させる図示されていないポンプが介設されている。そして、該ポンプの駆動により、貯湯槽２内の水を図の矢印Ａ’に示すように熱回収用通路３を通して燃料電池１に導入して冷却水とし、この水を燃料電池１の発電時に生じる廃熱によって加熱した後、図の矢印Ａに示すように熱回収用通路３を通し、例えば６０℃といった温度の湯として貯湯槽２に蓄積する。なお、熱回収用通路３には、三方弁６を介してバイパス通路７が設けられ、燃料電池１側から貯湯槽２側へ流れる液体を、必要に応じて貯湯槽２を通さずに燃料電池１に戻すことができるように形成されている。

貯湯槽２には、貯湯槽２内または貯湯槽２の外側壁に、貯湯槽２内の湯水の温度を検出する貯湯槽内湯水温検出手段５が、貯湯槽２の上下方向に互いに間隔を介して複数（図５では５個）設けられている。なお、最上位に設けられている貯湯槽内湯水温検出手段５ａは、貯湯槽２の上端よりも予め定められた設定長さだけ下側の位置、つまり、例えば貯湯槽２の上端まで湯が満たされた場合よりも２０リットル少ない湯量の湯が貯湯槽２内に導入された場合の湯面の位置に設けられている。

貯湯槽２の上部側に接続されている出湯通路９は、貯湯槽２で形成された湯を出湯送水する通路と成しており、出湯通路９には、出湯通路９を通る湯の温度を検出する貯湯槽出湯水温検出手段１１と、出湯通路９を通して送水される湯の量を可変するタンク湯水混合器１２と、出湯通路９を通しての湯の送水の有無を弁の開閉により切り替える貯湯槽出側湯水電磁弁としてのパイロット方式のタンク側電磁弁１３とが介設されている。なお、同図には図示されていないが、貯湯槽２を備えた熱源装置には、貯湯槽２内の圧力が許容圧力を超えたときに該圧力を外部に逃がすための過圧逃がし弁が適宜の位置（例えば出湯通路９に接続された圧力逃がし用の通路等）に設けられている。

また、この熱源装置への給水通路８は給水通路８ａと給水通路８ｂとに分岐され、一方側の給水通路８（８ａ）が貯湯槽２の下部側に接続されて、他方側の給水通路８（８ｂ）は、合流部１０で出湯通路９に合流するように形成されている。給水通路８ｂには、給水通路８ｂから合流部１０側へ流れる水の量を可変するための水混合器１４が介設されている。

合流部１０には、補助熱源装置としての給湯器１６の湯水導入側が、湯水導入通路１５を介して接続されており、湯水導入通路１５には混合湯水温検出手段としての混合サーミスタ２８（２８ａ，２８ｂ）が介設されている。給湯器１６は、通水する水を例えばガスバーナ（給湯バーナ）の燃焼熱により加熱する加熱手段としての給湯熱交換器１７を備え、図の矢印Ｂに示されるように貯湯槽２から出湯通路９を通して送水される（タンクユニット４から送水される）湯を、図の矢印Ｂ”に示されるように、湯水導入通路１５を介して給湯器１６に導入して給湯熱交換器１７で加熱する追い加熱の機能を有している。

この追い加熱機能により加熱された湯は、通路１８と給湯通路１９とを順に通って一つ以上の給湯先に給湯される。なお、同図には図示されていないが、給湯通路１９の先端側には給湯栓が設けられており、この給湯栓を開くことにより、貯湯槽２に蓄えられていた湯が給水圧を受けて出湯通路９を通り、前記の如く、給水通路８ｂからの水と混合されたり、給湯器１６により追い加熱されたり,あるいは水の混合や追い加熱なしにそのまま給湯される。また、周知の如く、給湯器１６には、給湯熱交換器１７を加熱する給湯バーナや給湯バーナへの空気の給排気を行う燃焼ファン等の適宜の構成要素（図示せず）が設けられ、その構成要素を制御することにより前記追い加熱機能の動作が行われるものである。

なお、図５の図中、符号２５は入水温度サーミスタ、符号２６は燃料電池１から貯湯槽２へ導入される湯水温検出用のＦＣ高温サーミスタ、符号２７は貯湯槽２から燃料電池１側へ導出される湯水温検出用のＦＣ低温サーミスタをそれぞれ示し、符号２９は給水流量センサ、符号３０は給湯器１６から浴槽３１への注湯通路、符号３２は暖房装置と給湯器１６とを接続する暖房用通路、符号４２は通路１８と給湯通路１９を通して給湯される給湯流量を検出する流量検出手段をそれぞれ示している。

図６には、図５に示したシステム構成における配管および構成要素の一部を省略または破線で示したシステム構成図が示されており、図６に示されるように、前記通路１８には分岐継手２０を介して接続通路２１の一端側が接続され、接続通路２１の他端側は、熱回収用通路３において湯水を燃料電池１側から貯湯槽２側に通す通路の途中部に接続されている。また、熱回収用通路３において湯水を貯湯槽２側から燃料電池１側に通す通路の途中部と前記出湯通路９の先端側とを接続する接続通路２２が設けられ、接続通路２２には、湯水を循環させる循環ポンプ２３と、水電磁弁２４とが介設されている。

そして、通路１８、接続通路２１、熱回収用通路３のうちの通路３ａ、３ｂ（接続通路２１との接続部および接続通路２２との接続部よりも貯湯槽２側の領域の一部）と、バイパス通路７、接続通路２２、湯水導入通路１５を有して、同図の矢印Ｃに示されるように湯水を循環させる湯水循環通路４０が形成されている。水電磁弁２４は、循環ポンプ２３の駆動による湯水循環通路４０への水の循環の有無を弁の開閉により切り替える電磁弁であり、水電磁弁２４を開いた状態で循環ポンプ２３を駆動させて湯水循環通路４０を循環する湯水を、給湯器１６が給湯熱交換器１７により加熱する循環湯水加熱機能を有している。この循環湯水加熱機能の動作も、給湯器１６の前記構成要素を制御することにより行われる。

なお、図５、図６において、加熱により温められた湯水が主に通る通路部分にはドットを記しており、湯水循環通路４０においては温められた湯の温度が湯水循環通路４０内を通るときに徐々に冷めていくが、湯水循環通路４０のうち給湯器１６の湯水導出側の通路１８からバイパス通路７の入口までの領域にドットを記している。

また、図５、図６に示す熱源装置には、図示されていない制御装置が設けられており、制御装置には、タンク湯水混合器１２を制御して出湯通路９から合流部１０側に流れる湯の流量を制御すると共に、水混合器１４を制御して給水通路８ｂから合流部１０側に流れる水の流量を制御し、合流部１０で適宜の温度の混合湯水が形成されるようにするミキシング流量制御手段が設けられている。

このミキシング流量制御手段は、給湯停止時にはタンク側電磁弁１３を閉じて出湯通路９から合流部１０側に流れる湯（貯湯槽２からの出湯湯水）の流量がゼロとなる状態にする。また、給湯通路１９の先端側に設けられている給湯栓が開かれて給水流量センサ２９がオン流量を検知すると、ミキシング流量制御手段はタンク電磁弁１３を開き、タンク湯水混合器１２を制御して図５の矢印Ｂに示されるように出湯通路９から合流部１０側に流れる湯の流量を調節すると共に、水混合器１４を制御して図５の矢印Ｂ’に示されるように給水通路８ｂから合流部１０側に流れる水の流量を調節し、合流部１０で形成される混合湯水の温度が、例えば給湯設定温度と同等に設定される混合設定温度になるようにする。

なお、貯湯槽２内には、例えば図７の模式図に示されるような湯や水の温度層Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃが形成されるものであり、貯湯槽２の上部側の層（高温層）Ｗａには燃料電池１の発電時に生じる廃熱によって加熱された高温Ｔａ（例えば６０℃）の湯が貯湯され、貯湯槽２の下部側の層（低温層）Ｗｃには貯湯槽２内に給水される給水温度と同じ温度Ｔｃ（例えば１５℃）の水が貯水されており、その間に、温度Ｔａから温度Ｔｃまでの急な温度勾配を持つ層（温度中間層）Ｗｂがある。したがって、出湯通路９からの送水時に貯湯槽２内の温度の層Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃがどのように形成されているかによって例えば６０℃の湯が送水されたり給水温度に近い温度の水が送水されたりするが、説明の都合上、特に断らない限り、出湯通路９からは湯が出湯されて前記合流部１０に合流されるという表現を用いる。

例えば図７に示されるように、例えば層Ｗａと層Ｗｂとの境界が貯湯槽内湯水温検出手段５ａの配設領域よりも下にあり、貯湯槽内湯水温検出手段５ａの検出温度が給湯設定温度より例えば２℃高く設定される閾値より高い温度のときには、貯湯槽２から出湯される湯の温度は例えば６０℃といったほぼ一定の値である。そこで、前記ミキシング流量制御手段は、予め与えられている制御データに基づき、タンク湯水混合器１２と水混合器１４を制御することによって、出湯通路９から合流部１０側に流れる湯（例えば６０℃の湯）の流量と給水通路８ｂから合流部１０側に流れる水の流量とを調節するミキシング流量フィードフォワード制御を行う。

その後、混合サーミスタ２８（２８ａ，２８ｂ）の検出温度と混合設定温度との差に基づいて、混合サーミスタ２８（２８ａ，２８ｂ）の検出温度が混合設定温度になるように、タンク湯水混合器１２と水混合器１４を制御して出湯通路９から合流部１０側に流れる湯の流量と給水通路８ｂから合流部１０側に流れる水の流量とを調節するミキシング流量フィードバック制御を行うことにより、合流部１０で形成される混合湯水の温度調節を行う。なお、ミキシング流量フィードフォワード制御を行わずにミキシング流量フィードバック制御のみを行うようにしてもよい。

そして、このようなキシング流量制御手段による制御によって、合流部１０で形成される混合湯水の温度が混合設定温度（例えば給湯設定温度と同じ温度またはその近傍温度）とされると、その混合湯水は、図５の矢印Ｂ”に示されるように、合流部１０から湯水導入通路１５を通して給湯器１６に導入されるが、このとき、給湯器１６において給湯熱交換器１７による加熱は行われずに、通路１８と給湯通路１９を通して給湯先に給湯される。

一方、貯湯槽内湯水温検出手段５ａの検出温度が前記閾値以下であり、ミキシング流量制御手段による流量制御のみでは、給湯設定温度と同等の温度に設定される混合設定温度の湯を給湯することができない場合等には、混合設定温度を、給湯設定温度から給湯器１６のmin号数（最小燃焼号数）で給湯流量の水を加熱したときに上昇する温度分を差し引いた値まで下げる。そして、混合湯水が給湯器１６の前記追い加熱機能の動作によって給湯熱交換器１７により加熱されて給湯設定温度の湯が作り出され、この湯が通路１８と給湯通路１９を通して給湯先に給湯される。

なお、従来は、タンクユニット４と給湯器１６とが隣接配置されたタイプ（一体型）の熱源装置が用いられていたが、開発中の熱源装置は、従来のような前記一体型の熱源装置だけでなく、タンクユニット４と給湯器１６と燃料電池１とをそれぞれ個別に配置し、互いに配管により接続する個別配置型の熱源装置も可能とするものである。このようにすると、例えば複数種あるタンクユニット４のうち、利用者が必要な容量の貯湯槽２を備えたタンクユニット４を選択し、そのタンクユニット４と、複数種ある給湯器１６のうち選択された給湯器１６と、複数種ある燃料電池１のうち選択された燃料電池１とを組み合わせるといったことができ、バリエーションを増やすことができる。

また、前記のような個別配置型の熱源装置は、既設の給湯器１６にタンクユニット４等を接続して熱源装置を形成することもできるといったメリットもある。この場合、例えば給湯器１６は建物の北側に配置されてタンクユニット４は建物の東側や西側に配置されるといったように、タンクユニット４と給湯器１６とが離れて配置されることも想定されるが、そのような場合には、冬場等に、湯水導入通路１５および接続通路２１内の水が、給湯停止中に凍結することを防止するため等に、水電磁弁２４を開いて循環ポンプ２３を駆動させ、図６の矢印Ｃに示したように、湯水循環通路４０に湯水を循環させながら給湯熱交換器１７により加熱する前記循環湯水加熱機能の動作が適宜行われるような構成が必要になると考えられる。

特許第４３５９３３９号公報 特開平８−２０１１３号公報

ところで、湯水導入通路１５や給湯器１６内の通路が冷えていて通路内の水が該通路の配設空間温度に近い低温状態のときに給湯が開始されることがある。このような給湯のコールドスタート時には、給湯器１６の給湯熱交換器１７も冷えているために、合流部１０で形成される混合湯水の設定温度を給湯設定温度として給湯器１６に導入しても、混合湯水が給湯器１６を通過する時に給湯熱交換器１７により熱を奪われてしまう。そこで、このようなときに、混合湯水が給湯器１６を通過する時に給湯熱交換器１７により奪われる熱を燃焼によって補填する制御（初回追い加熱動作）が行われる。

また、従来のような前記一体型の熱源装置においては、合流部１０と給湯器１６とが近接していたが、前記個別配置型の熱源装置においては、タンクユニット４と給湯器１６とが離れて配設される場合もあり、合流部１０と給湯器１６とを接続する湯水導入通路１５の長さが長いと、湯水導入通路１５内に入っていた冷たい水が給湯器１６を通り過ぎるまでの期間が長くなる。そのため、本願発明者は、タンクユニット４と給湯器１６とが離れて配設される（湯水導入通路１５の長さが長い）場合の初回追い加熱動作において、安定した給湯温度の湯を給湯できるようにするためには、特有の制御構成が必要であると考えた。

なお、特許文献２に記載されているように、給湯器１６に、入水温度をリアルタイムで検出せずに演算によって求める方式の給湯器を適用すると、その演算により求めた入水温度に基づいて給湯器１８の燃焼量を制御することになるため、実際の入水温度に基づく燃焼量制御方式に比べると入水温度に対応する燃焼量制御が遅れるために、その遅れを考慮した制御構成が重要となる。また、給湯時に、給湯設定温度よりも例えば８℃も高めの湯が出湯されると、利用者は不快な思いをすることになり、場合によっては軽い火傷の心配もあるため、給湯温度の安定化制御において、特にこのようなオーバーシュートの発生を防止することは重要な課題である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、貯湯槽を有する主熱源装置と貯湯槽から出湯される湯の追い加熱機能を備えた補助熱源装置を有する構成の熱源装置において、初回追い加熱動作が行われるときの給湯温度の安定化を図ることができる熱源装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、次の構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、貯湯槽を備えて該貯湯槽からの湯を出湯通路を通して出湯送水する機能を有する主熱源装置と、該主熱源装置から出湯送水される湯を導入して給湯熱交換器で加熱する追い加熱機能を有する補助熱源装置とを備え、該補助熱源装置の湯水導入部側には前記出湯通路と給水通路とが合流する合流部が湯水導入通路を介して接続され、前記出湯通路から前記合流部側に流れる湯の流量と前記給水通路から前記合流部側に流れる水の流量を制御して前記合流部で混合湯水が形成されるようにするミキシング流量制御手段と、該ミキシング流量制御手段により形成される混合湯水の設定温度を設定する混合設定温度設定手段とを有し、前記混合湯水の前記補助熱源装置による追い加熱動作が行われるときには、給湯開始から予め定められる設定期間経過時の前記混合湯水の温度が前記補助熱源装置の予め定められる設定加熱号数で設定温度の湯を作り出すために必要な補助熱源装置の加熱号数対応入水温度よりも低い温度になるように、前記混合湯水の温度が予め定められる第１の設定温度勾配で上昇して前記設定期間が経過してから前記加熱号数対応入水温度に達するまでは前記第１の設定温度勾配よりも大きい予め定められる第２の設定温度勾配で上昇するように前記混合設定温度設定手段により混合湯水の設定温度が設定される構成をもって課題を解決するための手段としている。

また、第２の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記設定期間は出湯通路と給水通路との合流部から補助熱源装置の湯水導入部までの湯水導入通路内の湯水容量が流れる期間としたことを特徴とする。

さらに、第３の発明は、前記第２の発明の構成に加え、前記補助熱源装置は燃料の燃焼熱により給湯熱交換器を加熱するバーナ装置が設けられ、該バーナ装置の燃焼開始時に該バーナ装置に供給される燃焼燃料供給量の立ち上げ開始時からその立ち上げ燃焼燃料供給量が安定するまでの期間よりも出湯通路と給水通路との合流部から前記補助熱源装置の湯水導入部までの湯水導入通路内の湯水容量が流れる期間が短いときには、給湯開始から予め定められる設定待機時間は給水通路からの水を補助熱源装置側に送水し、前記設定待機時間経過した後さらに設定期間が経過した時の混合湯水の温度が前記補助熱源装置加熱号数対応入水温度よりも低い温度になるように前記混合湯水の設定温度が前記設定待機時間経過時から第１の設定温度勾配で上昇するように混合設定温度設定手段による混合設定温度の設定が行われることを特徴とする。

さらに、第４の発明は、前記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記補助熱源装置は、追い加熱機能の動作時に給湯温度と給湯流量と給湯熱交換器の加熱量とに基づいて補助熱源装置に導入される湯水の温度を演算により求める構成を有することを特徴とする。

本発明によれば、貯湯槽から出湯通路を通して出湯送水される湯と給湯通路からの水とを合流部に導く構成を有して、ミキシング流量制御手段によって、前記出湯通路から前記合流部側に流れる湯水の流量と前記給水通路から前記合流部側に流れる水の流量を制御して前記合流部で混合湯水が形成されるようにするが、例えば給湯のコールドスタート時の追い加熱動作（初回追い加熱動作）のとき等、適宜のタイミングで前記混合湯水の前記補助熱源装置による追い加熱動作が行われるときには、ミキシング流量制御手段により形成される混合湯水の温度を設定する混合設定温度設定手段が、前記混合湯水の温度の設定を以下に述べるように特徴的な設定とすることにより、給湯温度の安定化を図ることができる。

つまり、例えば給湯のコールドスタート時には、給湯開始から湯水導入通路内の水が給湯器を通り過ぎるまでの期間は補助熱源装置には冷たい水が導入されるので、補助熱源装置によって例えば最小加熱号数よりも加熱量を大きくして迅速に給湯設定温度の湯を形成する動作が行われ、その後、合流部で形成された混合湯水が補助熱源装置に到達して、順次、補助熱源装置に導入され、補助熱源装置は導入される混合湯水に対応させて加熱量を小さくするように制御することになるが、例えば給湯熱交換器の加熱を燃料の燃焼熱により行う補助熱源装置の場合等、加熱量（例えば燃焼量）を一気に下げることは難しいため、導入される混合湯水の温度が急上昇すると、その上昇に対応させて加熱量を急降下させることは難しい。

それに対し、本発明においては、例えば給湯のコールドスタート時に前記混合湯水の前記補助熱源装置による追い加熱動作が行われるとき等に、給湯開始から予め定められる設定期間経過時の前記混合湯水の温度が前記補助熱源装置の予め定められる設定加熱号数で設定温度の湯を作り出すために必要な補助熱源装置の加熱号数対応入水温度よりも低い温度になるように、前記混合湯水の温度が予め定められる第１の設定温度勾配で上昇させることにより、合流部で形成された混合湯水の温度上昇勾配が緩やかであり、このように徐々に温度上昇する混合湯水の温度に対応させて補助熱源装置の加熱量を徐々に低下させることができ、給湯温度の安定化を図ることができる。

また、本発明においては、前記設定期間が経過してから前記加熱号数対応入水温度に達するまでは前記第１の設定温度勾配よりも大きい予め定められる第２の設定温度勾配で上昇するように前記混合設定温度設定手段により混合湯水の設定温度が設定されるが、この設定温度勾配の切り替え時には補助熱源装置の加熱量も給湯開始後の湯水導入通路からの水を加熱する時の加熱量に比べると小さくなっていることから、給湯開始時に合流部にあった湯水が補助熱源装置に到達したときに加熱量を設定加熱号数（例えば最小加熱号数）に下げる場合よりはその下げ幅が小さく、加熱量を設定加熱号数の加熱量に下げるための傾きも小さくできるため、加熱量低下制御を適切に行うことができる。

また、貯湯槽の出湯通路と給水通路との合流部から補助熱源装置の湯水導入部までの湯水導入通路が長いということは、主熱源装置と補助熱源装置との距離が離れており、例えば補助熱源装置が西側に配置されている等の可能性があり、補助熱源装置の加熱量制御において想定されるフィードバックで補正できる加熱量と実際の補正できる加熱量とに差異が生じ、思ったように温度が下がらないといった場合があるが、前記設定期間を貯湯槽の出湯通路と給水通路との合流部から補助熱源装置の湯水導入部までの湯水導入通路内の湯水容量が流れる期間として、例えば湯水導入通路が長いときには混合湯水の温度を緩やかに上昇させることにより、その混合湯水の補助熱源装置の加熱量を徐々に低下させることができ、給湯温度の安定化を図ることができる。

さらに、本発明において、補助熱源装置を燃料の燃焼熱により給湯熱交換器を加熱するバーナ装置を設けて形成し、該バーナ装置の燃焼開始時に該バーナ装置に供給される燃焼燃料供給量の立ち上げ開始時からその立ち上げ燃焼燃料供給量が安定するまでの期間よりも出湯通路と給水通路との合流部から前記補助熱源装置の湯水導入部までの湯水導入通路内の湯水容量が流れる期間が短いときには、給湯開始から予め定められる設定待機時間は給水通路からの水を補助熱源装置側に送水してから混合湯水温を第１の温度勾配で上昇させることにより、以下の効果を奏することができる。

つまり、合流部で形成される混合湯水温が補助熱源装置に到達して、その温度が上昇するタイミングが、補助熱源装置側のバーナ装置の前記立ち上げ燃焼燃料供給量が安定するまでの期間内であると、バーナの燃焼制御が主にフィードフォワード制御により行われるため、その期間に補助熱源装置に供給される湯水温が上昇すると、混合湯水の湯水温と給湯設定温度との差を補償するための補助熱源装置の燃焼量の制御が安定しないために、補償を適切に行えずに給湯温度のオーバーシュートが発生しやすくなるが、設定待機時間中は給水通路からの水を補助熱源装置側に送水してから混合湯水温を第１の温度勾配で上昇させることにより、補助熱源装置の燃焼制御が安定した状態のときに、混合湯水を導入して徐々に温度上昇させることができるので、その湯水温を適切に補償することができ、給湯温度の安定化を図ることができる。

なお、混合設定温度の設定と補助熱源装置の加熱量と給湯温度に関しては、その時系列変化を示す模式的なグラフを用いて実施例において詳細を後述し、あわせて効果についても詳述する。

また、補助熱源装置を、追い加熱機能の動作時に給湯温度と給湯流量と給湯熱交換器の加熱量とに基づいて補助熱源装置に導入される湯水の温度を演算により求める構成とすると、演算により求めた入水温度に基づいて加熱量を制御する際に、実際の入水温度とのずれ（検出タイミングの遅れ）が生じるために、導入される混合湯水の温度変化が大きいと、前記のように、給湯温度のオーバーシュート等が発生しやすくなるが、本発明を適用することにより、適切に給湯温度のオーバーシュートの発生を抑制することができる。

本発明に係る熱源装置の一実施例の制御構成を示すブロック図である。 実施例の熱源装置による初回追い加熱動作開始時の制御特性及び温度特性を示すグラフである。 別の実施例の熱源装置による初回追い加熱動作開始時の制御特性及び温度特性を示すグラフである。 初回追い加熱動作開始時の制御特性と温度特性との関係の別の例を示すグラフである。 実施例の熱源装置のシステム構成例を説明するための説明図である。 実施例の熱源装置に設けられている湯水循環通路と貯湯槽の出湯通路とを説明するために、図５の一部構成を簡略化して示すシステム構成図である。 貯湯槽内の温度層の分布例を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本実施例の説明において、これまでの説明と同一構成要素には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

図１には、本発明に係る熱源装置の一実施例のシステム構成が模式的に示されている。本実施例は、図５に示した熱源装置と同様のシステム構成を有し、さらに、図１に示されるように、タンクユニット６０内の制御装置３３に、ミキシング流量制御手段３５、混合設定温度設定手段３６、メモリ部３７、積算流量検出手段３８を設けている。また、制御装置３３には給湯器１６の制御装置４６とリモコン装置４３とが信号接続され、リモコン装置４３には給湯設定温度設定操作手段４５が設けられ、給湯器１６の制御装置４６には給湯燃焼制御手段４７が設けられている。なお、リモコン装置４３は、屋内において、リビングや、浴室、台所、洗面所等の適宜の場所に設置されている。

給湯設定温度設定操作手段４５は、利用者等により給湯設定温度を設定するための操作手段であり、例えばリモコン装置４３の表面側に設けられている操作ボタン等により形成されている。この給湯設定温度設定操作手段４５により設定された給湯設定温度の値は、制御装置３３の混合設定温度設定手段３６と給湯器１６の燃焼制御手段４７とに加えられる。

混合設定温度設定手段３６は、混合湯水の設定温度（混合設定温度）を設定するものであり、本実施例においては、以下のような特徴的な制御を行う。つまり、給湯のコールドスタート時に混合湯水の給湯器１６による追い加熱動作が行われるとき（初回追い加熱動作時）には、例えば図２（ｂ）のAの領域に示されるように、給湯開始から予め定められる設定期間（Δｔ）経過時の前記混合湯水の温度が、給湯器１６の予め定められる設定加熱号数である最小燃焼号数（min号数）で設定温度の湯を作り出すために必要な補助熱源装置加熱号数対応入水温度（min号数対応入水温度）よりも低い温度になるように、混合湯水の温度が予め定められる第１の設定温度勾配で上昇するように設定する。

なお、min号数対応入水温度は、給湯器１６の給湯バーナをmin号数で燃焼させて給湯流量の水を加熱したときに上昇する温度を給湯設定温度から差し引いた温度である。給湯器１６のmin号数は例えば3号であり、この燃焼により給湯流量（蛇口開度）が１０リットル/分の時には7.5[deg]温度が上昇する （7.5[deg]＝3[号] ×25÷10[リットル/分]）ので、給湯設定温度が４２℃で給湯流量が１０リットル／分のときには、min号数対応入水温度は３４．５℃となる（34.5[℃]＝42[℃] −7.5 [deg]）。

そこで、前記設定期間経過時の混合湯水の温度が例えばmin号数対応入水温度よりも１０℃低い温度である２４．５℃に上昇するように第１の温度勾配を設定し、前記設定期間が経過してからmin号数対応入水温度に達するまでは、前記第１の設定温度勾配よりも大きい予め定められる第２の設定温度勾配で上昇するように設定する（同図のＡ’、参照）。なお、これら第１、第２の設定温度勾配の設定等についての詳しい説明は後述する。

また、本実施例において、前記設定期間Δｔは、出湯通路９と給水通路８ｂとの合流部１０から給湯器１６の湯水導入部までの湯水導入通路１５内の湯水容量が流れる期間（積算流量対応期間）としており、この積算流量対応期間は、積算流量検出手段３８により検出される。

積算流量検出手段３８は、まず、メモリ部３７に格納されている湯水導入通路１５の長さと管路径とから湯水導入通路１５の容量を求める。なお、熱源装置の施工時に、施工業者は貯湯槽２から給湯器１６間を接続するために指定された管径の配管材で工事すると共に、例えば貯湯槽２から給湯器１６間の配管距離（湯水導入通路１５の長さ）を制御装置３３の基板に入力する入力設定操作を行っており、入力された湯水導入通路１５の長さがメモリ部３７に格納されている。積算流量検出手段３８は、前記のように求めた湯水導入通路１５の容量と、流量検出手段４２により検出される流量とから前記積算流量対応期間（合流部１０から給湯器１６の湯水導入部までの湯水導入通路１５内の湯水容量が流れる期間）を求め、その値を混合設定温度設定手段３６に加える。

混合設定温度設定手段３６は、積算流量検出手段３８から加えられる積算流量対応期間の値を受けて、混合設定温度を設定し、混合設定温度設定手段３６によって設定された混合設定温度（混合設定温度情報）は、ミキシング流量制御手段３５に加えられる。

ミキシング流量制御手段３５は、合流部１０側に出湯通路９から流れる湯の流量と給水通路８ｂから合流部１０側に流れる水の流量を制御し、混合設定温度設定手段３６により設定される設定混合温度の混合湯水が合流部１０で形成されるようにするものである。ミキシング流量制御手段３５は、前記の如く、タンク側電磁弁１３の開閉制御を行い、かつ、タンク湯水混合器１２および水混合器１４の制御による湯流量と水流量とを制御して、合流部１０で形成される混合湯水の温度が混合設定温度設定手段３６により設定される混合設定温度となるように制御する。

給湯器１６の燃焼制御手段４７は、給湯が開始されて給水流量センサ２９がオン流量を検出すると、給湯器１６に設けられているバーナ装置を燃焼させ、また、その燃焼量を制御して、混合湯水の追い加熱動作の制御を行う。

ところで、貯湯槽２から出湯される湯と必要に応じて給水通路８ｂからの水と混合して形成される混合湯水を、給湯器１６において給湯熱交換器１７による加熱を行わずに給湯する非追い加熱給湯時には、出湯通路９と給水通路８ｂとの合流部１０で形成される混合湯水の温度は、給湯設定温度対応の混合設定温度（例えば給湯設定温度と同じ温度）とされて、給湯が行われる。

また、このような給湯が行われた後、前回の給湯停止時からの時間が予め定められている設定基準時間以上経過したとき（例えば８分３０秒後）と、熱源装置の運転のオンオフを操作する操作部の操作によって運転オフにされた後に再び運転オンにされたとき（リモコン装置４３を一度OFFして再度ＯＮした場合）には、合流部１０で形成される混合湯水の温度が低めになるように、例えばタンク湯水混合器１２のから導入される湯の量が０％で水混合器１４から導入される水の量が１００％となるように（湯側を０％、水側を１００％として）タンク湯水混合器１２と水混合器１４の開弁量を設定した状態で待機する。

そして、このように湯水導入通路１５や給湯器１６内が冷えている状態で行われる給湯のコールドスタート時に、合流部１０で形成される混合湯水を給湯器１６により追い加熱する初回追い加熱動作時には、本実施例では、図２（ｂ）に示したような混合設定温度となるように制御が行われて形成される混合湯水が給湯器１６に導入され、初回追い加熱動作が行われる。

この初回追い加熱動作は給湯開始（図２（ａ）、参照）とほぼ同時に開始されるが（図２（ｃ）、参照）、合流部１０と給湯器１６の湯水導入部との間には湯水導入通路１５が介設されており、初回追い加熱動作の開始直後は、図２（ｅ）に示されるように、湯水導入通路１５内の冷たい水（例えば外気温と同じ１０℃の水）が給湯器１６に導入される（同図のＣ、参照）。なお、湯水導入通路１５を、例えば内径１６．２ｍｍの１６Ａ架橋ポリエチレン管で長１５ｍとし、通水の流量を例えば１０リットル/分とすると、その水が給湯器１６に導入されるのに例えば約１８．５秒かかる。

また、合流部１０で形成される混合湯水は、給湯が開始された図２（ａ）の点ａの時点では、前記のように湯側を０％、水側を１００％として待機した場合には給水温であるが、その混合湯水（給水温の水）は、前記と同様の条件の場合には、湯水導入通路１５を通って約１８．５秒後に給湯器１６に到達する。

給湯器１６側では、図２（ｄ）に示されるように、燃焼制御手段４７によって、初回追い加熱動作の開始時の燃焼熱を、湯水導入通路１５内の冷たい水を加熱して給湯設定温度の湯を形成できるような値として制御される。つまり、給湯器１６に導入される水の温度（図２（ｅ）のＣ、参照）に給湯器１６での燃焼熱量分の温度（図２（ｄ）の時点ｔ１までのＢ、参照）が加算される結果（温度がＣ+Ｂとなるために）、給湯器１６からは安定した給湯設定温度の湯が出湯される。

そして、合流部１０で形成される混合湯水が給湯器１６に至ると、給湯器１６は混合湯水の温度に対応させて、図２（ｄ）に示されるように、燃焼制御手段４７が給湯バーナの燃焼量を小さくする方向に変化させる制御を行うことになる（時点ｔ１以降のＢ、参照）。

なお、タンクユニット４の制御装置３３と給湯器１６の制御装置４６とは通信を行っているので、初回追い加熱動作の開始時と給湯器１６の燃焼量を変化させたタイミング（ｔ１）とのタイムラグを検出し、このタイムラグの時間（０〜ｔ１間での時間）と流量検出手段４２により検出される単位時間あたりの流量とから、このタイムラグの間に流れる湯水の積算流量を求めて、貯湯槽２から給湯器１６間の配管容量（配管距離）を測定することもできる。

また、本実施例において、給湯器１６には、導入される湯水の温度を検出するためのセンサを省略し、入水温度をリアルタイムで検出せずに給湯温度に基づいて演算によって求める方式の給湯器を適用しており、このような給湯器１６においては、入水温度の算出は、その水が給湯熱交換器１７を通って、給湯温度を検出するための出湯温度検出手段（出湯サーミスタ）に至ったときに行われるため、リアルタイムで入水温度を検出する場合に比べて、その分だけ（水が給湯熱交換器１７を通るのに要する時間分）遅れて入水温度が算出により検出される。

例えば、給湯器１６に設けられている給湯熱交換器１７が潜熱熱交換器と顕熱熱交換器を備えており、例えば潜熱熱交換器水量が200ccで顕熱熱交換器水量が300ccの場合には、１０リットル／分で流れる水が給湯器１６に入水してから、その水の出湯温度を出湯サーミスタで確認するのに例えば３秒を要する。そのため、給湯器１６の燃焼制御におけるフィードフォワード制御に反映される入水温度は常に例えば３秒前の入水温度であり、その間に温度変化があった場合には、フィードフォワード制御のみで制御を行うと出湯温度に影響が出る。

なお、図２（ｄ）に示される給湯器１６の燃焼量制御は、燃焼開始時にはフィードフォワード制御のみで給湯温度を急速に上昇させる制御が行われ、その後、給湯温度が設定温度に近づくとフィードバック制御も加えて、フィードフォワード制御の誤差を修正し、給湯器１６に導入される水の温度が設定温度となるように行われる。前記誤差の修正としては、例えば、設定温度を過ぎるほど急加速で温度が上昇している場合には加速を和らげるようにガス量をマイナス補正したり、設定温度になかなか至らないと考えられる場合には、温度上昇を加速するようにガス量をプラス補正したりする制御である（例えばPID制御）。

また、前記のように、バーナ装置の燃焼開始時に、バーナ装置に供給される燃焼燃料供給量の立ち上げ開始時からその立ち上げ燃焼燃料供給量が安定するまでの期間（フィードバック制御による誤差の修正が十分に反映されるまでの期間）を、以下、過渡期、または、給湯開始の過渡期と称する。

なお、前記のような給水温度の学習は、給湯器１６の燃焼開始と同時に行われるが、給水温度の学習が例えば０．１秒毎に行われても、この学習によって算出により検出される入水温度は、前記のように、水が給湯熱交換器１７を通るのに要する時間分（前記例では３秒）のタイムラグが生じる。そのため、この学習により検出される入水温度に基づいて行われるフィードフォワード燃焼制御のみでは、例えば2.3deg/sec以上の上昇速度（温度勾配）で上昇していく混合湯水を給湯器１６により追い加熱すると、入水温度の学習の遅れ（前記タイムラグ）によって、給湯設定温度より７℃（7[deg]＝2.3[deg/sec]×3[秒]）以上高い温度の湯が給湯器１６から出湯（給湯）されるおそれが生じる。

したがって、給湯器１６における前記過渡期に2.3deg/sec（2.3deg／秒）以上の上昇速度で上昇していく混合湯水を給湯器１６に導入し、その混合湯水を給湯器１６により追い加熱すると、給湯設定温度より７℃度以上高い温度の湯が給湯される可能性がある。

なお、前記給湯開始の過渡期を過ぎれば、余裕のできたフィードバック制御を行うことができるので、前記のような７℃程度の温度差まではフィードバック制御によって供給燃焼ガス量を補正して燃焼量を補正することにより給湯設定温度の湯を給湯することが可能となる。

本実施例では、給湯流量を10リットル／分とした場合に、混合湯水が給湯器１６のバーナ燃焼開始から約18.5秒後に給湯器１６に到達する場合は、前記過渡期を過ぎてから混合湯水が給湯器１６に導入されることになるため、前記第１の温度勾配を例えば7deg/sec以下に設定して混合湯水を形成することにより、給湯器１６での追い加熱動作によって給湯設定温度の湯を安定して給湯することができる。つまり、図２（ｅ）、図２（ｆ）のＡの領域に示されるように、時点ｔ１から前記設定期間（積算流量対応期間Δｔ）が経過するまでの期間は第１の温度勾配で上昇する混合湯水の温度に給湯器１６での燃焼熱量（図２（ｄ）の時点ｔ１以降のＢ）分が加算される結果、給湯器１６の出口温度（給湯温度）は図２（ｆ）のＡ+Ｂのようになり、給湯器１６から安定した設定温度の湯が出湯（給湯）される。

また、本実施例において、混合設定温度設定手段３６により設定される混合設定温度は、設定期間（積算流量対応期間Δｔ）が経過した後は、給湯器１６がmin号数で燃焼したときの熱量で給湯設定温度の湯を形成できる入水温度（min号数対応入水温度）に上昇させる（図２（ｂ）のΔｔ経過以降を参照）。一方、給湯器１６は、急速に燃焼量を下げ、min号数対応入水温度の湯水が導入されると燃焼量をmin号数とするが、実際には急激に燃焼量を低下させることはできないので、min号数とする制御後、少し遅れてから燃焼量がmin号数となり、このタイムラグに起因して、図２（ｆ）のＥに示されるように、給湯温度のオーバーシュートが生じるが、その値は例えば３℃であり、許容範囲となる。

なお、以下に、前記混合設定温度の設定値、燃焼制御方法等について、さらに具体的に例を述べる。例えば、前記のように、長さが１５ｍ、内径１６．２ｍｍの１６Ａの架橋ポリエチレン管の湯水導入通路１５で合流部１０と給湯器１６とが接続されている場合には、前記積算流量は3090ccとなる。湯水導入通路１５の配管内の水の温度が１０℃で設定温度４２℃の場合に給湯流量１０リットル/分（つまり給湯流量が１０リットル／分）で給湯を開始した場合、給湯器１６では12.8号（12.8[号]＝（42[℃]-10[℃]）×10[リットル/分]÷25）で燃焼を開始する。

そして、給湯開始時に湯水導入通路１５内に滞留していた水が給湯器１６に導入されて、この１２．８号の燃焼量で加熱される。また、給湯開始時に合流部１０にあった湯水は湯水導入通路１５を通り、18.54秒後（18.54[sec]＝3090[cc]×60[sec]÷10[リットル/分]÷1000）に給湯器１６に到達する。

なお、前記の如く、給湯器１６のmin号数は例えば3号であり、この燃焼により給湯流量が１０リットル/分の時には7.5[deg]温度が上昇するので、min号数対応入水温度は３４．５℃であり、設定期間である積算流量対応期間Δｔ経過後の温度がmin号数対応入水温度よりも例えば１０℃低い２４．５℃になるように、タンクユニット４側では合流部１０で形成される混合湯水の温度を出湯開始時の１０℃から徐々に上げていく。

つまり、その温度上昇開始（混合湯水の出湯開始）からの積算流量が3090ccとなる18.54秒後に混合湯水の温度が２４．５℃になるように7deg/sec以内の値、例えば0.78deg/secの制御速度（（42[℃]-10[deg]）-10[℃] -7.5 [deg]）÷（（（16.2[mm]/2）×（16.2[mm]/2）×3.14×15[m]÷1000）×60[sec]÷10[リットル/分]）に第１の設定温度勾配を設定して、その設定温度になるように湯と水の混合（ミキシング）を行う。

そして、その後、一気にmin号数対応入水温度である３４．５℃になるように第２の設定温度勾配を設定して、その設定温度になるようにミキシング制御を行う。例えば10 deg温度を上昇させるのに約1秒を要するので、第２の設定温度勾配は10deg/secとして、その制御速度で34.5℃にする。

なお、第１の温度勾配を7deg/sec以内の値のうち、例えば0.78deg/secに設定する理由の詳細は後述するが、例えば湯水導入通路１５の長さが長くなって給湯器１６と貯湯槽２が離れれば離れるほど外気温の差等の様々な条件が大きく異なる可能性があるため、外気条件により給湯器１６の加熱や減熱速速度、すなわち、フィードバックで補正できる熱量が変わることを考慮して設定される。

また、給湯器１６では、給湯開始後、18.54秒たってから（ｔ１、参照）、徐々に給水温度が上昇するものの、給水温度学習の結果が反映される3秒後の、給湯開始から21.54秒後（21.54[秒]＝18.54[秒]＋3[秒]）でないとフィードフォワードガス量の制御に反映されない。しかし、実際の21.54秒後の出湯温度がフィードフォワードガス量の入水温度変化補正に比して異常な上昇であることを出湯サーミスタで感知して直ちにフィードバック制御でガス量を補正することで、略設定温度の出湯が給湯器１６から行われる。

なお、本実施例においては、給湯開始から37.08秒後には、タンクユニット４側で混合湯水温の設定上昇勾配を第１の温度勾配から第２の設定温度勾配に切り替えたときの混合湯水が導入される（37.08 [sec]＝（3090[cc]＋K×3090[cc]）×60[sec]÷10[リットル/分]÷1000、 Kは定数であり、ここでは１としている）。そのため、給湯開始から37.08秒後には、給湯器１６に導入される混合湯水の温度が一気に上昇し、給湯器１６側のフィードバック制御でガス量を補正しきれないほど給湯器１６の入水温度（混合湯水温）が上昇してくる。この結果、例えばオーバーシュートが３deg発生するが、一般に出湯温度が±3℃までは許容できる範囲内とされていることから、３degのオーバーシュートは許容できるものとして、給湯器１６の燃焼量を最小に抑えた、出湯熱量の貯湯槽２切り替えを優先させる。

この結果、貯湯槽２からの34.5℃の湯が給湯器１６に供給され（図２（ｅ）のＡ’、参照）、これに給湯器１６での温度上昇7.5 deg（図２（ｄ）のＢ’、参照）分が加算される結果、図２（ｆ）に示されるように、給湯器１６からは42℃（42[℃]＝34.5[℃]+ 7.5[deg]）の湯（Ａ’+Ｂ’）が蛇口から出湯される。

なお、以上の説明は、貯湯槽２と給湯器１６とを別置として長さの長い湯水導入通路１５によって接続したが、湯水導入通路１５の長さは特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、湯水導入通路１５の長さが短く形成される場合には、配管内の水量が少なくて（配管距離が短くて）給湯開始の過渡期を過ぎる前に貯湯槽２からの湯水が給湯器１６に至る場合がある。

このような場合には、合流部１０で形成される混合湯水が前記過渡期を過ぎてから給湯器１６に導入されるように、図３（ｂ）に示されるように、給湯開始から予め定められる設定待機時間（Δｔｗ）は給水通路８ｂからの水を給湯器１６に送水するようにする（図３（ｂ）のＤ、参照）。そして、混合設定温度設定手段３６は、設定待機時間が経過した後さらに設定期間Δｔが経過した時の混合湯水の温度がmin号数対応入水温度よりも低い温度になるように、設定待機時間経過後に混合湯水の設定温度が第１の設定温度勾配（例えば7deg/sec以内の値）で上昇するように設定する。

例えば１６Ａ架橋ポリエチレン管で、長さ２ｍ（給湯器１６の横幅が50cm、給湯器１６を高さ1.5ｍの所に設置したとすると、ほぼ真横に近接設置した場合）で貯湯槽２と給湯器１６結ばれている場合には、配管内水量は412ccとなる。

この場合、配管内の水の温度が10℃で給湯設定温度が42℃の場合で、給湯流量10リットル/分で出湯を開始した場合、給湯器１６では12.8号で燃焼を開始する。例えば給湯流量が10リットル/分の時には、給湯開始の過渡期として例えば4.5秒の時間が記憶されており、4.5秒間に750 ccが給湯器１６に流入する。配管内水量は412ccなので、給湯器１６には約２．５秒で到達し（図３（ｅ）、（ｆ）のＣ、参照）、タンクユニット４側で混合湯水の温度をすぐに上げてしまうと、合流部１０で形成した混合湯水が、給湯器１６の給湯開始の過渡期に給湯器１６へ流入してしまい、過渡期と給湯器１６に導入される混合湯水の温度上昇時期とがラップしてしまうことから、給湯温度が不安定になり、オーバーシュートが発生してしまうことになる。

そこで、混合設定温度設定手段３６による混合設定温度の設定は、合流部１０で形成される混合湯水の設定温度を給湯開始直後に上昇させるのではなく、前記設定待機時間（Δｔｗ）としての２秒間は給水通路８ｂからの給水温度として338 cc（338 [cc]＝750[cc]-412[cc]）の市水（給水通路８ｂを通して供給される例えば１０℃の水）を給湯器１６側に送った後（図３（ｂ）のＤ、参照）、設定待機時間経過後に混合設定温度を10℃から徐々に上げていくように設定する。

また、この温度上昇開始からの積算流量が345ccとなる2.1秒後（出湯開始から4.1秒後）の混合設定温度が、前記と同様にmin号数対応入水温度よりも１０℃低い24.5℃になるように、給湯器１６のフィードバック制御でガス量を補正できる範囲の7deg/sec（2.1秒＝（（42[℃]-10[deg]）-10[℃] -7.5 [deg]）÷7[deg/sec]）以下の第１の温度上昇勾配を設定する（図３（ｂ）のＡの領域、参照）。そして、その後、一気にmin号数対応入水温度である34.5℃になるように第２の温度勾配を10deg/secに設定する（図３（ｂ）のＡ’の領域、参照）。

そして、このように設定された混合設定温度となるようにミキシング流量制御手段３５が湯と水の流量制御を行い、34.5℃の混合湯水に給湯器１６でのmin号数で形成される温度上昇分の7.5 deg（図３（ｄ）のＢ’）が加算され、給湯温度はＡ’＋Ｂ’となって、42℃の湯が蛇口から出湯される。

また、配管長さ４ｍの場合の例において、給湯流量10リットル/分ではなく、5リットル/分で給湯を開始した場合、給湯器１６では6.4号で燃焼を開始する。例えば給湯流量が5リットル/分の時には、給湯開始の過渡期として例えば9秒の時間が記憶されており、9秒間に750 ccが給湯器１６に流入する。配管内水量は824ccなので、貯湯槽２側がすぐに温度を上げても、給湯器１６の給湯開始の過渡期にはかからない。

そこで、この場合には、例えば合流部１０で形成される混合湯水の設定温度上昇開始時からの積算流量が824ccとなる約9秒後に混合湯水の温度が17℃になるように、7deg/sec以内の、配管内水量を勘案した0.7deg/secを第１の設定温度勾配として設定して混合湯水を形成し、その後、一気に27℃になるように第２の設定温度勾配を設定して混合湯水を形成する。この結果、27℃の混合湯水に給湯器１６でのmin燃焼での温度上昇15 deg分が加算され、42℃の湯が蛇口から出湯される。

なお、ここで、第１の設定温度勾配は、以下の式（１）により求めたものである。式（１）において、Kは定数であり、ここでは１としている。また、16.2[mm]は施工業者への指定管径である。

（（42[℃]−10[deg]）−10[℃]−15 [deg]）÷（（（16.2[mm]/2）×（16.2[mm]/2）×3.14×K× 4 [m]÷1000）×60[sec]÷5 [リットル/分] ）・・・（１）

以上のように、前記給湯開始の過渡期と前記積算流量対応期間とを比較し、積算流量対応期間の方が短いときには、給湯開始から予め定められる設定待機時間は給水通路８ｂからの水を給湯器１６に送水し、設定待機時間経過した後、さらに積算流量対応期間（設定期間）が経過した時の混合湯水の温度がmin号数対応入水温度よりも低い温度になるように、設定待機時間経過後に混合湯水の設定温度が第１の設定温度勾配で上昇するように設定することにより、給湯温度の安定化を図ることができる。

ところで、前記のように、設定期間を積算流量対応期間（合流部１０から給湯器１６の湯水導入部までの湯水導入通路１５内の湯水容量が流れる期間）とすると、図２（ｂ）と図３（ｂ）とを比較すると明らかなように、湯水導入通路１５の長さ（配管距離）が長い場合には給湯開始からの混合設定温度上昇を緩やかにし、給湯器１６に導入される湯水温度が緩やかに変化するように制御しているとも言える。このような混合設定温度の設定および制御には、以下に述べるような意義があり、それゆえ、本実施例を始めとする本発明は、以下に述べるような優れた効果を奏することができる。

例えば、本実施例のように、タンクユニット４と給湯器１６とを個別に配置して配管によって接続するタイプの熱源装置においては、例えば既設の給湯器１６と貯湯槽２を備えたタンクユニット４を組み合わせることもできるが、既設の給湯器１６が家屋の北側の浴室近傍の壁に取り付けられており、北側の隣地境界が迫っている場合には、大型の貯湯槽２を既設の給湯器１６の近傍に取付けできず、貯湯槽２は南側の庭に設置する等の対応が必要となる。その場合、給湯器１６と貯湯槽２との間の長い距離を配管（湯水導入通路１５の配管）で接続しなければならない場合がある。

一方、マンションのような場合には、タンクユニット４の各種配管が事前に施工されている必要性から、タンクユニット４と給湯器１６とがマンション新築時に同時に設置される場合がある。タンクユニット４は設置面積を大きくとるため、通常北側の通路側にあるパイプシャフト近辺に設置すると居室面積が少なくなるので、例えば、通常、南側のベランダに設置される。他方、給湯器１６は、従来の潜熱回収用熱交換器を搭載しない給湯器は、ガス配管や水道管と直結しやすいパイプシャフトに設置しているケースが多かったが、ベランダに設置する場合もあった。

なお、従来の潜熱回収用熱交換器を搭載しない給湯器１６の場合には排気温度が高く、従って排気口から出る排気ガスは比重差により排気は上昇する傾向がある。その結果、ベランダの壁側に設置された給湯器１６から出た排気ガスは、ベランダの日の当たる洗濯物近辺に至る間に上昇し、物干し竿の上部を通過することが多く、また、排気ガス自体が乾いている（湿度が低い）ので、今まで特に問題が発生していなかった。

しかしながら、潜熱回収用熱交換器を搭載する給湯器１６が普及するにつれ、給湯器１６をベランダに設置した場合の不具合点が指摘されるようになった。すなわち、潜熱回収用熱交換器を搭載する給湯器１６においては、排気温度が低く、湿度１００％の排気ガスは排気口から出ると直進しやすい傾向があり、この結果、ベランダの壁側に設置された給湯器１６から出た湿度１００％の排気ガスが、ベランダの日の当たる洗濯物を直撃して洗濯物が湿気ってしまう。

そこで、タンクユニット４と潜熱回収用熱交換器を搭載する給湯器１６とのマンション新築時に同時に設置される場合の組み合わせとしては、例えばタンクユニット４は通常南側のベランダに設置され、例えば潜熱回収用熱交換器を搭載する給湯器１６は通常北側の通路側にあるパイプシャフト近辺に設置されることがある。このような場合も、給湯器１６と貯湯槽２との間の長い距離を配管（湯水導入通路１５の配管）で接続しなければならない場合がある。

給湯器１６の加熱速度は給湯器１６が配設されている場所の外気条件により変わるものであるが、例えば南側の庭に設置された貯湯槽２を備えたタンクユニット４側で、例えば北側の浴室近傍の壁に取り付けられた給湯器１６の給気温度等の給気条件を検出することはできないため、たとえ、市販等されている様々な給湯器１６の中から利用者が使用している給湯器１６がどの給湯器なのかを把握して、その給湯器１６の固有の加熱速度をタンクユニット４側の制御装置３３に入力しても、外気条件による給湯器１６の加熱速度の変化についてタンクユニット４側で判断することはできない。

つまり、タンクユニット４側の制御装置３３において、販売されている複数の種類の給湯器１６の中から指定された給湯器１６の想定される加熱速度を求める際には、例えば貯湯槽２の配設領域周囲の外気温を参考として求めるが、実際の加熱速度は給湯器１６の周囲の外気温で左右され、貯湯槽２の周囲の外気温と給湯器１６の周囲の外気温の差は、給湯器１６と貯湯槽２が離れれば離れるほど大きくなる可能性があるため、正確な値を求めることはできない。すなわち、外気条件により給湯器１６の加熱や減熱速速度、すなわち、フィードバックで補正できる熱量も変わる。

なお、外気条件による給湯器１６の加熱速度の変化の例として、以下のようなことがある。例えば、給湯器１６として、潜熱を回収する熱交換器を搭載した、潜熱回収式給湯暖房機を使用した場合、夏場の給気が湿度が高くて３５℃の場合であっても、冬場の給気が湿度が低くて５℃の場合であっても、給水温度が同じならば、排気温度がほぼ同じになるがごとく、熱効率は（例えば給気が湿度80％35℃の場合と湿度50％5℃の場合では効率が3％近く違う等）給気する外気条件に大きく左右される。

なお、潜熱回収熱交換器を搭載した場合には、顕熱熱交から出た排気ガスの熱を潜熱回収熱交換器で回収するために吸熱最終段が潜熱回収熱交換器であるのに対し（排気温度や熱効率は給水温度に大きく左右されるのに対し）、顕熱熱交換器のみの場合には、吸熱最終段が出湯部であるために、排気温度や熱効率は出湯温度に大きく左右される。

また、タンクユニット４の合流部１０と給湯器１６との間の距離が離れれば離れるほど（給湯器１６に西日が当たる確立が高くなればなるほど）、給湯器１６の想定されるフィードバックで補正できるアウトプット熱量（フィードバックで補正できるアウトプット熱量＝フィードバックで補正できるインプット熱量×効率、インプット熱量＝ガス量に比例）と実際の補正できるアウトプット熱量とに差異が生じる。例えば西日が当たることによって効率が上がり、フィードバック制御でガス量を補正しても思ったように温度が下がらないといった場合がある。

本願発明者は、このような外気条件による給湯器１６の加熱速度への影響により、給湯器１６と貯湯槽２との間の距離が離れれば離れるほど、給湯器１６の想定される加熱速度と実際の加熱速度とに差異が生じる点にも着目し、合流部１０と給湯器１６との間の配管距離に相当する流量（積算流量）が貯湯槽２から流れ出る間（前記積算流量対応期間）に渡って、混合設定温度を徐々に上げるようにして（配管が長ければ長いほど給湯器１６の効率が高くなっている場合が考えられるので、配管距離に応じてミキシング上昇速度を緩やかにするようにして）、給湯器１６の加減熱速度誤差（効率変動）に対応している。

つまり、給湯器１６と合流部１０との距離が離れれば離れるほど（湯水導入通路１５の長さが長ければ長いほど）給湯器１６が寒場所に配設されている可能性や暖かい場所に配設されている可能性があり、寒い場所に配設されている場合には、フィードバック制御によってガス量を補正すると、思った以上に温度が下がるものの、下げ具合をコントロールすることで余裕を持って下げられるのに対し（アンダーシュートはコントロールできるのに対し）、暖かい場所に配設されている場合には、フィードバック制御によりガス量を補正すると思った以上に温度が下がらず、そのような場合には給水温の上げ速度をゆるめなければオーバーシュートが発生してしまう（給湯器１６のフィードバックで補正できるのはガス量であって、効率は補正できない）。

そこで、本実施例では、湯水導入通路１５の長さ（配管距離）に応じて変化する積算流量対応期間が長くなるほど、混合設定温度の上昇勾配（ミキシング上昇速度）を緩やかにするようにして、合流部１０と給湯器１６との間の距離に応じた効率誤差に対応（貯湯槽２側で効率を補正）できるようにしている。

ところで、前記式（１）に示した定数Kは、日向と日陰の温度の差によっても異なる値であり、例えば沖縄のように寒暖の差があまり無い温暖な気候のような条件のような場所に設置する場合には、K＝0.2とし、関西はK＝0.4、関東はK＝0.5、北海道はK＝1のように地域により定数を設定してもよい。また、例えば初期値をK＝1とした上で、1年間に渡り外気温（寒暖の差）を計測して、もっとも適切な定数に変えるという学習機能を持たせてもよい。

なお、ここで、湯水導入通路１５を、例えば長さが５０ｍの１６Ａ架橋ポリエチレン管により形成した場合を考えてみる。この長さ５０ｍとは、通常の設置では、湯水導入通路１５の長さをこれ以上長くすることは想定されない限界長さであり、この場合、前記積算流量（配管内水量）は約10リットル（限界配管内水量）となる。また、図６に示したように、開発中の熱源装置には湯水循環通路４０を設けており、外気温が低い場合には凍結予防運転を行うことにより、湯水導入通路１５内の水も加熱循環されて、その温度は約7℃以下には下がらないので、7℃が最も低い水温（限界水温）となる。

また、給湯利用において、その温度を最も敏感に感じるのは、シャワーとして用いる設定温度42℃（最敏感温度）と考えられる。給水栓口径13mmで接続されるサーモ水栓のシャワーヘッドから出る流量範囲は、最大流量（限界最大流量）としての17リットル/分（出典：名古屋市上下水道局 給水工事施行基準 第２章 表６−３、参照）から、給湯器１６の最低作動流量としての最小流量（限界最小流量）の例えば3リットル/分の範囲（限界時流量範囲）までと考えられる。また、給湯器１６の能力範囲は24号（24 [号]＝（42[℃]-7[℃]）×17[リットル/分]÷25）からmin号数としての例えば3号までの範囲を想定（限界時給湯器１６能力範囲）する。

上述のような限界の条件を想定した場合には、タンクユニット４側では給湯開始時に、混合設定温度を７℃（限界水温）から徐々に上昇させるように設定して、混合湯水の温度を徐々に上げるが、この時の制御速度（温度勾配）は限界最大流量の時が最も速く、その制御速度Ｘは、次式（２）により表すことができる。

Ｘ[deg/sec]＝最敏感温度[℃]− 限界水温[℃]）−10[deg]−（min号数[号] ×25÷限界最大流量[リットル/分]） [deg]）÷（（（16.2[mm]/2）×（16.2[mm]/2）×3.14×限界長さ[m]÷1000）×60[sec]÷限界最大流量[リットル/分]・・・（２）

一方、最も遅い制御速度は限界最小流量の時で、その制御速度Ｙは、次式（３）により表すことができる。

Ｙ[deg/sec]＝最敏感温度[℃]− 限界水温[℃]）−10[deg] −（min号数[号] ×25÷限界最小流量[リットル/分]） [deg]）÷（（（16.2[mm]/2）×（16.2[mm]/2）×3.14×限界長さ[m]÷1000）×60[sec]÷限界最小流量[リットル/分]・・・（３）

これらの式（２）、（３）のように、制御速度は流量の関数として表される。すなわち、配管長さが例えば2ｍ〜50ｍのごとく変化しても、例えば配管長さとして限界長さを用いれば、流量の関数として求められる制御速度は最小値となるので、タンクユニット４側で給湯流量さえ知ることができれば、その給湯流量に対応させて混合設定温度を設定することにより、湯水導入通路１５の長さ（配管長さ）が判らなくても給湯温度のオーバーシュートを防止できる。

ところで、給水温度学習の結果が反映されるまで、フィードフォワードガス量の入水温度変化補正に比して異常な上昇であることを出湯サーミスタで感知してフィードバック制御でガス量を補正することで略設定温度の出湯が給湯器１６から行われるとしていたが、このようなフィードバック制御に頼った出湯温度安定ではなく、配管長さとして限界長さを用いた最小値としての制御速度を用いると、入水温度変化を反映したフィードフォワードガス量のからも出湯温度安定が図られ、２重の安全対策とすることができる。

つまり、例えば17リットル/分の時の給水温度学習の結果が反映されるまでの時間は1.765秒なので、限界長さとして50m、流量として17リットル/分を用いた時の制御速度は0.566 deg/secとなり、この速度を第１の設定温度勾配として設定して混合湯水を形成すれば、たとえフィードバック制御でガス量を補正することなくても、オーバーシュートは1.029 degしか生じない。この上昇幅は、一般に言われる出湯温度が±3℃までの許容範囲内となるので、２重安全対策とすることができる。

以上のように、限界長さと流量から求められる制御速度を第１の温度勾配とすると、この値は制御速度の中で最も最小値であり、この温度勾配で温度を上げながら限界配管内水量（１０リットル）に相当する流量が流れ出ると、min号数対応入水温度から１０degを除した温度である27.6℃まで上昇する。

なお、min号数対応入水温度は、前記の如く給湯器１６の最小燃焼号数（min号数）で設定温度の湯を作り出すために必要な温度であるから、給湯設定温度から給湯器１６のmin号数である例えば3号で燃焼したときの温度上昇分の温度を引いた値となる。給湯器１６を3号で燃焼したときの温度上昇分は、温度上昇[deg]＝３[号]×25÷流量[リットル/分]であるから、給湯流量が１７リットル／分の場合には4.4 [deg]となり、よって、前記限界配管内水量（１０リットル）に相当する流量が流れ出たときの温度は、その温度上昇分と、一気に混合湯水の温度を上げてもオーバーシュートが３[deg]以内に収まる温度である１０degを給湯設定温度から差し引いた温度となり、27.6[℃]＝42[℃] -4.4 [deg]−10[deg]の式から、前記の如く27.6℃となる。

そして、その後、混合湯水の温度が一気にmin号数対応入水温度である37.6℃（37.6[℃]＝42[℃] -4.4 [deg]）になるように第２の設定温度勾配を設定し、その温度勾配で混合湯水の温度が上昇するようにミキシング制御を行う。この結果、貯湯槽２からの37.6℃の湯に給湯器１６での温度上昇4.4 deg分が加算され、42℃の湯が蛇口から出湯される。この結果、貯湯槽２からの37.6℃の湯に給湯器１６での温度上昇4.4 deg分が加算され、42℃の湯が蛇口から出湯される。

なお、このような限界長さを用いて第１の温度勾配を決定するようにすると、配管内水量を求めるために湯水導入通路１５の配管距離を施工業者に入力を依頼することや、給湯器１６の燃焼開始から燃焼量切り替えまでのタイムラグ等の計測により、湯水導入通路１５の配管容量（配管距離）を測定する複雑なシーケンスを省略することができる。つまり、実際の湯水導入通路１５の配管流量の代わりに限界配管内水量を適用し、その値と給湯流量とから、限界配管内水量の水が流れる期間を設定期間として設定することもできる（前記制御速度も前記温度上昇も流量の関数として求められるので、流量が判れば制御が可能となる）。

すなわち、合流部１０と給湯器１６間の湯水導入通路１５内の配管容量（配管距離）が極端に長い場合を想定して、第１の温度勾配の最小値（最小傾き）を求め、施工業者が配管距離を入力していない場合等は配管容量（配管距離）に関係なく最小傾きとしてもよい（最小傾きとすれば施工業者への入力依頼を無くすことができる）。

なお、表１には、前記各実施例をはじめとする制御例と、その制御に伴う特性例が示されており、表１において、給湯流量の単位はリットル/分、min号数で上昇する温度とは、給湯器１６をmin号数で燃焼させたときに給湯流量の水の温度を上昇させることができる温度であり、その単位は℃である。また、オーバーシュートは、図２（ｆ）のＥ、図３（ｆ）のEに示されるように、給湯器１６に導入された混合湯水の温度上昇勾配が第１の設定温度勾配から第２の設定温度勾配に切り替わるときに発生するオーバーシュートであり、その単位は℃であり、給水温度学習の遅れの単位と給湯開始の過渡期の単位は秒である。

この表１に示されるように、給湯流量が３リットル／分の場合に、限界長さを用いた最小値としての制御速度を用いると、第１の温度勾配が０deg/secとなる場合がある。このような場合には、第１の温度勾配で混合湯水の温度を上昇させる設定期間を０として、図４に示されるように、混合設定温度をいきなり一気に例えば10 deg上げて（図のＡ’、参照）、給湯器１６での温度上昇25 deg分が加算されることにより42℃の湯が蛇口から出湯されるようにしてもよい。

また、表２には、設定期間を湯水導入通路１５の容量分の水が流れる積算流量期間とする代わりに、限界容量である１０リットルの水が流れる積算流量期間とした場合の、給湯流量毎の前記オーバーシュートの発生温度（℃）が示されており、設定期間をこのように設定するとオーバーシュートの発生温度をより小さくできる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。例えば、前記実施例では、給湯器１６は、導入される湯水の温度を検出するためのセンサを省略し、入水温度をリアルタイムで検出せずに出湯温度に基づいて演算によって求める方式の給湯器を適用したが、給湯器１６は入水温度をリアルタイムで検出してその入水温度に基づいて燃焼制御を行う給湯器としてもよい。

また、本発明の熱源装置の詳細なシステム構成は適宜設定されるものであり、貯湯槽２と出湯通路９と、該出湯通路９と給水通路８ｂとが合流する合流部１０とを備え、ミキシング流量制御手段によって出湯通路９と給水通路８ｂとから合流部１０側に流れる湯水や水の流量を制御して設定混合温度の混合湯水が合流部１０で形成されるようにし、かつ、合流部１０を通った混合湯水を必要に応じて給湯器１６等の補助熱源装置で追い加熱する構成を有していればよい。したがって、給湯器１６は、給湯熱交換器１７を例えば石油燃焼式のバーナ装置により加熱するタイプの給湯器としてもよいし、電気ヒータにより加熱するタイプの給湯器としてもよい。

さらに、前記実施例では、追い加熱動作を「給湯のコールドスタート時」に行うようにしたが、前回の追い加熱動作で出湯した直後には追い加熱して出湯するのに最適な温度の湯水が湯水導入通路１５に充満しており、このような場合で再度出湯される場合や、今回の給湯時に給湯設定温度が前回よりも高い温度に設定された場合には、ホットスタートであっても追い加熱動作を行ってもよく、特に、追い加熱動作を行うタイミングは限定されるものではない。

さらに、前記実施例では、貯湯槽２は燃料電池１に熱的に接続されていたが、燃料電池１の代わりに、太陽熱の集熱機やヒートポンプ等を接続してもよい。

さらに、前記実施例では、設定加熱号数を最小燃焼号数としたが、最小燃焼号数以外の号数を設定してもよい。ただし、通常は、最小燃焼号数を設定加熱号数として設定する。

本発明の熱源装置は、貯湯槽を有する主熱源装置の貯湯槽から出湯される湯と給水通路からの水との混合湯水の初回追い加熱動作時の給湯温度を安定化できるので、例えば家庭用の熱源装置として利用できる。

１ 燃料電池
２ 貯湯槽
３ 熱回収用通路
４ タンクユニット
５ 貯湯槽内湯水温検出手段
６ 三方弁
７ バイパス通路
８，８ａ，８ｂ 給水通路
９ 出湯通路
１０ 合流部
１１ 貯湯槽出湯水温検出手段
１２ タンク湯水混合器
１３ タンク電磁弁
１４ 水混合器
１５ 湯水導入通路
１６ 給湯器
１７ 給湯熱交換器
２３ 循環ポンプ
２４ 電磁弁
２６ ＦＣ高温サーミスタ
２７ ＦＣ低温サーミスタ
２８ 混合サーミスタ
３３ 制御装置
３５ ミキシング流量制御手段
３６ 混合設定温度設定手段
３７ メモリ部
３８ 積算流量検出手段
４０ 湯水循環通路
４２ 流量検出手段
４５ 給湯設定温度設定操作手段
４７ 燃焼制御手段

Claims (4)

1. 貯湯槽を備えて該貯湯槽からの湯を出湯通路を通して出湯送水する機能を有する主熱源装置と、該主熱源装置から出湯送水される湯を導入して給湯熱交換器で加熱する追い加熱機能を有する補助熱源装置とを備え、該補助熱源装置の湯水導入部側には前記出湯通路と給水通路とが合流する合流部が湯水導入通路を介して接続され、前記出湯通路から前記合流部側に流れる湯の流量と前記給水通路から前記合流部側に流れる水の流量を制御して前記合流部で混合湯水が形成されるようにするミキシング流量制御手段と、該ミキシング流量制御手段により形成される混合湯水の設定温度を設定する混合設定温度設定手段とを有し、前記混合湯水の前記補助熱源装置による追い加熱動作が行われるときには、給湯開始から予め定められる設定期間経過時の前記混合湯水の温度が前記補助熱源装置の予め定められる設定加熱号数で設定温度の湯を作り出すために必要な補助熱源装置の加熱号数対応入水温度よりも低い温度になるように、前記混合湯水の温度が予め定められる第１の設定温度勾配で上昇して前記設定期間が経過してから前記加熱号数対応入水温度に達するまでは前記第１の設定温度勾配よりも大きい予め定められる第２の設定温度勾配で上昇するように前記混合設定温度設定手段により混合湯水の設定温度が設定されることを特徴とする熱源装置。
2. 設定期間は貯湯槽の出湯通路と給水通路との合流部から補助熱源装置の湯水導入部までの湯水導入通路内の湯水容量が流れる期間としたことを特徴とする請求項１記載の熱源装置。
3. 補助熱源装置は燃料の燃焼熱により給湯熱交換器を加熱するバーナ装置が設けられ、該バーナ装置の燃焼開始時に該バーナ装置に供給される燃焼燃料供給量の立ち上げ開始時からその立ち上げ燃焼燃料供給量が安定するまでの期間よりも出湯通路と給水通路との合流部から前記補助熱源装置の湯水導入部までの湯水導入通路内の湯水容量が流れる期間が短いときには、給湯開始から予め定められる設定待機時間は給水通路からの水を補助熱源装置側に送水し、前記設定待機時間経過した後さらに設定期間が経過した時の混合湯水の温度が前記補助熱源装置加熱号数対応入水温度よりも低い温度になるように前記混合湯水の設定温度が前記設定待機時間経過時から第１の設定温度勾配で上昇するように混合設定温度設定手段による混合設定温度の設定が行われることを特徴とする請求項２記載の熱源装置。
4. 補助熱源装置は、追い加熱機能の動作時に給湯設定温度と給湯流量と給湯熱交換器の加熱量とに基づいて補助熱源装置に導入される湯水の温度を演算により求める構成を有することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の熱源装置。

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