JP2015222142A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】 たとえ配管長が長大化したとしても出湯温度に多大な変動を生じさせないようにし得る給湯システムを提供する。
【解決手段】 貯湯タンク内に所定量の高温湯があれば補助熱源機の燃焼を禁止し（Ｓ１でＹＥＳ，Ｓ２）、接続配管内が冷えていれば、燃焼禁止を解除して燃焼可能とする（Ｓ３でＹＥＳ，Ｓ４）。ＭＯＱがＯＮして給湯運転が開始されれば（Ｓ５でＹＥＳ）、接続配管の設定配管容量Ｐ分の湯水量が通過した時点で、燃焼禁止に切換え（Ｓ６でＹＥＳ，Ｓ７）、出湯温度に＋・−α℃の変動が生じるか否か監視する（Ｓ８）。＋側に変動が生じれば、設定配管容量Ｐから減分補正量ＳΔ１を減じる補正をし（Ｓ９）、−側に変動が生じれば、設定配管容量Ｐから増分補正量ＳΔ２を加える補正をする（Ｓ１０）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、貯湯タンクを備えた給湯システムに関し、貯湯タンクに貯留した湯を給湯に使用する際に補助熱源機としての給湯器を介して給湯先に給湯するようにした給湯システムに係る。

従来、貯湯タンクと、貯湯タンク内から供給される湯水に対し必要に応じて上水を混合する給湯接続ユニットと、この給湯接続ユニットを通した湯水が入水側に供給される給湯器とを備えた給湯システムにおいて、貯湯タンク内の湯水温度が設定給湯温度に比して低い場合には給湯器を燃焼させて加熱する必要があるため給湯器に燃焼開始指令を出力する一方、貯湯タンク内の湯水温度が設定給湯温度に比して高い場合には給湯器を燃焼させる必要がないため給湯器に燃焼停止指令を出力することを基本としつつ、給湯栓に対する給湯温度を一定に保持することを目的にして、次のような制御を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、初期運転段階において配管容量の計測を行って記憶・設定し、以後、貯湯タンクから取り出される湯水の温度が設定給湯温度に比して低から高に変化し始めた場合には、それまで燃焼している給湯器に対し配管容量分の量の湯水が流れた時点で燃焼停止指令を出力し、逆に、前記の温水温度が設定給湯温度に比して高から低に変化し始めた場合には、それまで燃焼停止していた給湯器に対し配管容量分の量の湯水が流れた時点で燃焼開始指令を出力する。つまり、前者では配管容量分の湯水が給湯器に送出し終わるまで給湯器の燃焼停止タイミングを遅らせることで配管内にあった低温の湯水を加熱した上で給湯させたり、後者では配管容量分の湯水が給湯器に送出し終わるまで燃焼開始タイミングを遅らせることで配管内にあった高温の湯水を加熱することなく給湯させたりし得るようにしている（同文献の段落００６５〜００７４、段落００３５，００４１，００４７参照）。

特許第４６１３４５９号公報

ところで、太陽熱や燃料電池等の排熱を主熱源として加熱した湯を貯湯タンク内に貯留することで蓄熱し、この貯湯タンクに対し、貯湯タンク内の湯水が低温である場合に補助加熱するための補助熱源機として給湯器を組み合わせて給湯システムを構成する場合、貯湯タンクや湯水混合のための設備に給湯器をまとめてユニット化して一体型に構成したり、一体型に組み込まなくても貯湯タンクや給湯器等を組み合わせて配置したりすることが行われている。これらの場合には、配管長も例えば数メートルとそれほど長くなることはなく、考慮すべき配管容量もそれほど大きくなることもない。

しかしながら、近年、特に住宅に既に設置されている給湯器を、前記給湯システムの補助熱源機として活用しようとする試みがなされ、この場合、給湯器とは別に、貯湯タンクや湯水混合のための設備を一体にしてタンクユニットを構成し、このタンクユニットを住宅に設置して既設の給湯器に組み合わせることになる。例えば図５に示すように、既に給湯器３００がパイプシャフト等の空間に設置されて供用されている住宅Ｈに対し、ベランダもしくはテラスに前記のタンクユニット２００や、主熱源として例えば燃料電池ユニット１００を設置するケースが考えられている。このケースでは、タンクユニット２００から給湯器３００まで貯湯タンクからの湯水を供給するための接続配管３１０を設置する必要があり、配管長やその配管容量は飛躍的に長大化（例えば配管長１０ｍ以上）してしまったり、屋内配管ではなくて外部配管にせざるを得なくなったりすることになる。又、給湯器自体も年々進歩しており、潜熱をも回収する高効率型の給湯器も既に設置されている。

このため、配管容量の計測誤差による悪影響や、季節変化に伴う外気温変動による悪影響がより拡大する他、接続配管以外の例えば給湯器内の配管容量や、給湯器の熱交換器の熱特性等に起因して、制御結果に多大な誤差を生じさせて給湯温度に多大な変動を招く結果となることが考えられる。

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、たとえ配管長が長大化したとしても給湯温度に多大な変動を生じさせないようにし得る給湯システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明では、貯湯タンクと、この貯湯タンクから流出される湯水に対し必要に応じて上水を混合する湯水混合部と、湯水混合部からの湯水が接続配管を通して供給される補助熱源機とを備え、貯湯タンクから流出した湯水が前記湯水混合部及び補助熱源機を介して給湯栓に出湯されるように構成された給湯システムを対象にして、次の特定事項を備えることとした。すなわち、前記貯湯タンクから流出する湯水の温度が設定給湯温度以上の場合に、給湯運転が開始されたとき、前記補助熱源機の燃焼開始を許容しつつ、前記湯水混合部から前記補助熱源機に対し、前記接続配管の配管容量として予め設定された設定配管容量に相当する湯水量が入水した時点で前記補助熱源機の燃焼を禁止するように切換える一方、この燃焼禁止への切換タイミングを、前記補助熱源機からの出湯温度が一定に保持されるように補正する制御手段を備えることとする。そして、前記制御手段として、前記燃焼禁止への切換時点から前記補助熱源機からの出湯温度を監視し、この出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したとき、前記設定配管容量を補正する構成とした（請求項１）。

本発明の場合、燃焼禁止への切換時点から補助熱源機からの出湯温度を監視し、この出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したとき、設定配管容量を補正するようにしているため、この補正後の設定配管容量を用いれば補助熱源機の燃焼禁止への切換タイミングが変更されて、前記出湯温度の変動が抑制・解消されることになる。これにより、たとえ接続配管の配管長が長大化したとしても、出湯温度の変動発生を抑制して出湯温度に多大な変動を生じさせないようにして、給湯栓からの出湯温度をより一定に保持することができるようになる。特に、前記制御手段として、出湯温度の変動発生が上昇側であるとき、設定配管容量を減側に補正する構成とすることにより（請求項２）、その減側補正の分だけ燃焼禁止への切換タイミングがより早められ、補助熱源機の燃焼による加熱をより早くに停止させることができ、その分、出湯温度の上昇側への変動発生を回避させることができる。これにより、出湯温度の変動発生を確実に抑制・解消させ得ることになる。あるいは、前記制御手段として、出湯温度の変動発生が下降側であるとき、設定配管容量を増側に補正する構成とすることにより（請求項３）、その増側補正の分だけ燃焼禁止への切換タイミングがより遅らされ、より遅くまで補助熱源機の燃焼による加熱を与えることができるようになり、その分、出湯温度の下降側への変動発生を回避させることができる。これにより、出湯温度の変動発生を確実に抑制・解消させ得ることになる。

又、第２の発明では、貯湯タンクと、この貯湯タンクから流出される湯水に対し必要に応じて上水を混合する湯水混合部と、湯水混合部からの湯水が接続配管を通して供給される補助熱源機とを備え、貯湯タンクから流出した湯水が前記湯水混合部及び補助熱源機を介して給湯栓に出湯されるように構成された給湯システムを対象にして、次の特定事項を備えることとした。すなわち、前記貯湯タンクから流出する湯水の温度が設定給湯温度よりも低温である一方、前記接続配管内の滞留水は設定給湯温度と略等しい場合に、給湯運転が開始されたとき、前記補助熱源機の燃焼を禁止しつつ、前記湯水混合部から前記補助熱源機に対し、前記接続配管の配管容量として予め設定された設定配管容量に相当する湯水量が入水した時点で前記補助熱源機の燃焼禁止状態を解除して燃焼可能に切換える一方、この燃焼禁止状態を解除する切換タイミングを、前記補助熱源機からの出湯温度が一定に保持されるように補正する制御手段を備えることとする。そして、前記制御手段として、前記燃焼禁止状態を解除する切換時点から前記補助熱源機からの出湯温度を監視し、この出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したとき、前記設定配管容量を補正する構成とした（請求項４）。

本発明の場合、燃焼禁止状態を解除して燃焼可能への切換時点から補助熱源機からの出湯温度を監視し、この出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したとき、設定配管容量を補正するようにしているため、この補正後の設定配管容量を用いれば補助熱源機の燃焼可能状態への切換タイミングが変更されて、前記出湯温度の変動が抑制・解消されることになる。これにより、たとえ接続配管の配管長が長大化したとしても、出湯温度の変動発生を抑制して出湯温度に多大な変動を生じさせないようにして、給湯栓からの出湯温度をより一定に保持することができるようになる。特に、前記制御手段として、出湯温度の変動発生が上昇側であるとき、設定配管容量を増側に補正する構成とすることにより（請求項５）、その増側補正の分だけ燃焼禁止解除による燃焼可能状態への切換タイミングがより遅らされ、より遅くまで補助熱源機の燃焼停止状態を維持して湯水に対する加熱をより遅らせることができ、その分、出湯温度の上昇側への変動発生を回避させることができるようになる。これにより、出湯温度の変動発生を確実に抑制・解消させ得ることになる。あるいは、前記制御手段として、出湯温度の変動発生が下降側であるとき、設定配管容量を減側に補正する構成とすることにより（請求項６）、その減側補正の分だけ燃焼禁止状態から燃焼可能状態への切換タイミングがより早められ、湯水に対する補助熱源機の燃焼による加熱をより早くに開始させることができ、その分、出湯温度の下降側への変動発生を回避することができるようになる。これにより、出湯温度の変動発生を確実に抑制・解消させ得ることになる。

本発明の給湯システムにおいて、制御手段として、出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したか否かを、複数回の給湯運転で検出された出湯温度の変動幅に基づいて決定する構成とすることができる（請求項７）。このようにすることにより、過剰な補正に伴い、より大きな変動が発生するおそれを回避することが可能となる。

本発明の給湯システムにおいて、制御手段として、設定配管容量の補正処理が複数回生じたことを条件に、その後の給湯運転から補正後の設定配管容量を用いた燃焼状態の切換を実行する構成とすることができる（請求項８）。このようにすることにより、前記と同様に、過剰な補正に伴い、より大きな変動が発生するおそれを回避することが可能となる。

本発明の給湯システムにおいて、制御手段として、出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したときの補正対象として、設定配管容量に代えて、その設定配管容量に相当する湯水量が補助熱源機に入水する時点までの時間値として予め設定された設定時間値を用いる構成とすることができる（請求項９）。このようにすることにより、設定配管容量とは異なる対象である設定時間値を用いて、本発明による作用を得ることが可能となる。

以上、説明したように、第１の発明の給湯システムによれば、燃焼禁止への切換時点から補助熱源機からの出湯温度を監視し、この出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したとき、設定配管容量を補正するようにしているため、この補正後の設定配管容量を用いれば補助熱源機の燃焼禁止への切換タイミングを変更することができ、出湯温度の変動を抑制・解消させることができるようになる。これにより、たとえ接続配管の配管長が長大化したとしても、出湯温度の変動発生を抑制して出湯温度に多大な変動を生じさせないようにすることができ、給湯栓からの出湯温度をより一定に保持することができるようになる。特に、請求項２の給湯システムによれば、制御手段として、出湯温度の変動発生が上昇側であるとき、設定配管容量を減側に補正する構成とすることにより、その減側補正の分だけ燃焼禁止への切換タイミングをより早めることができ、補助熱源機の燃焼による加熱をより早くに停止させることができ、その分、出湯温度の上昇側への変動発生を回避させることができる。これにより、出湯温度の変動発生を確実に抑制・解消させることができるようになる。又、請求項３の給湯システムによれば、制御手段として、出湯温度の変動発生が下降側であるとき、設定配管容量を増側に補正する構成とすることにより、その増側補正の分だけ燃焼禁止への切換タイミングをより遅らせることができ、より遅くまで補助熱源機の燃焼による加熱を与えることができるようになり、その分、出湯温度の下降側への変動発生を回避させることができる。これにより、出湯温度の変動発生を確実に抑制・解消させることができるようになる。

又、第２の発明の給湯システムによれば、燃焼禁止状態を解除して燃焼可能への切換時点から補助熱源機からの出湯温度を監視し、この出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したとき、設定配管容量を補正するようにしているため、この補正後の設定配管容量を用いれば補助熱源機の燃焼可能状態への切換タイミングを変更することができ、出湯温度の変動を抑制・解消させることができるようになる。これにより、たとえ接続配管の配管長が長大化したとしても、出湯温度の変動発生を抑制して出湯温度に多大な変動を生じさせないようにすることができ、給湯栓からの出湯温度をより一定に保持することができるようになる。特に、請求項５の給湯システムによれば、制御手段として、出湯温度の変動発生が上昇側であるとき、設定配管容量を増側に補正する構成とすることにより、その増側補正の分だけ燃焼禁止解除による燃焼可能状態への切換タイミングをより遅らせることができ、より遅くまで補助熱源機の燃焼停止状態を維持して湯水に対する加熱をより遅らせることができ、その分、出湯温度の上昇側への変動発生を回避させることができるようになる。これにより、出湯温度の変動発生を確実に抑制・解消させることができるようになる。又、請求項６の給湯システムによれば、制御手段として、出湯温度の変動発生が下降側であるとき、設定配管容量を減側に補正する構成とすることにより、その減側補正の分だけ燃焼禁止状態から燃焼可能状態への切換タイミングをより早めることができ、湯水に対する補助熱源機の燃焼による加熱をより早くに開始させることができ、その分、出湯温度の下降側への変動発生を回避することができるようになる。これにより、出湯温度の変動発生を確実に抑制・解消させることができるようになる。

又、請求項７の給湯システムによれば、制御手段として、出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したか否かを、複数回の給湯運転で検出された出湯温度の変動幅に基づいて決定する構成とすることにより、過剰な補正に伴い、より大きな変動が発生するおそれを回避することができる。

請求項８の給湯システムによれば、制御手段として、設定配管容量の補正処理が複数回生じことを条件に、その後の給湯運転から補正後の設定配管容量を用いた燃焼状態の切換を実行する構成とすることにより、前記と同様に、過剰な補正に伴い、より大きな変動が発生するおそれを回避することができるようになる。

請求項９の給湯システムによれば、制御手段として、出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したときの補正対象として、設定配管容量に代えて、その設定配管容量に相当する湯水量が補助熱源機に入水する時点までの時間値として予め設定された設定時間値を用いる構成とすることにより、設定配管容量とは異なる対象である設定時間値を用いて、本発明による効果を得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システムの模式図である。 実施形態の制御構成を示すブロック図である。 実施形態の給湯最適化処理に係る制御フローチャートである。 図３の制御フローチャートの続きの制御フローチャートである。 本発明の課題を説明するための給湯システムの設置状況例を示す平面説明図である。

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システムを模式的に示したものである。この給湯システムは、主熱源装置１と、貯湯タンク２１を含み給湯システムの主機能部分がユニット化されたタンクユニット２と、補助熱源機３とを組み合わせたものである。そして、タンクユニット２は、主熱源装置１によって加熱された湯を貯湯する貯湯タンク２１と、貯湯タンク２１内の湯水を底部から取り出して頂部に戻す間に前記主熱源装置１によって加熱するための蓄熱循環回路２２と、外部から水道水等を給水する給水回路２３と、貯湯タンク２１から供給される湯を用いて給湯栓Ｋに給湯する給湯回路２４と、給湯回路２４からの高温出湯を回避するための高温回避部２５と、補助熱源機３に対する制御指令を含みタンクユニット２の作動制御を行うマイコン等からなるタンクコントローラ５とを備えている。つまり、タンクユニット２として、前記の各構成要素が１つのハウジング内に内蔵されてユニット化した装置として構成されている。

主熱源装置１としては、燃料電池（例えばＳＯＦＣ；固体酸化物型燃料電池）やガスエンジン等の作動に伴い発生する排熱を用いるもの、ヒートポンプを用いるもの、集熱パネルにより集熱した太陽熱を用いるもの等の適宜の熱源を採用することができる。又、熱源の利用手法としては、前記の燃料電池等の外部の主熱源装置に貯湯タンク内の水を循環させつつ加熱する手法の他に、外部の主熱源装置により加熱した熱媒を貯湯タンク内の熱交換器に導き、この熱交換器により貯湯タンク内の水を加熱する手法を採用することができる。さらに、貯湯タンク２１の内外に付設した電気ヒーター等を主熱源装置として用いることもできる。図例では、主熱源装置１として燃料電池の排熱を利用するものを示している。すなわち、主熱源装置１として、図示省略のガス供給系から供給されるガスを燃料として発電する燃料電池１１と、燃料電池１１から発生する排熱を熱源として供給される排熱回収用熱交換器１２とを備え、蓄熱循環回路２２により供給される貯湯タンク２１の底部からの湯水が熱交換加熱対象として前記排熱回収用熱交換器１２に供給されるようになっている。なお、符号１０は燃料電池１１の作動制御を行う燃料電池コントローラである。

補助熱源機３は、バックアップ給湯器として機能するものであり、新設の給湯器を用いたり、あるいは、給湯システムの設置対象の住宅に既に設置されている給湯器を活用したりして組み合わされる。かかる補助熱源機３は、タンクユニット２の後述の湯水混合部２７から供給される湯水の給湯温度が設定給湯温度に満たない場合には、補助熱源機３によって設定給湯温度にまで補助加熱できるように構成されている。かかる補助熱源機３は、後述の接続配管４１の下流端が接続された入水接続口３１１から入水した湯水が入水路３１を通して熱交換器３２に導かれ、主として燃焼バーナ３３の燃焼熱との熱交換により加熱された湯水が出湯路３４に出湯され、出湯接続口３４１から給湯配管４２を通して給湯栓Ｋ等に給湯されるようになっている。熱交換器３２は、燃焼バーナ３３の燃焼ガスの有する顕熱との熱交換を行う熱交換器と、この熱交換器を通過した後の排ガスから潜熱を回収するための熱交換器との２種類を備えて構成されている。入水路３１には入水温度センサ３５や入水流量センサ３６が介装され、出湯路３４には出湯温度センサ３７が介装されている。この補助熱源機３はその作動制御のために独自の給湯器コントローラ６を備えており、この給湯器コントローラ６はタンクコントローラ５と相互に通信し得るように接続されている。給湯器コントローラ６は燃焼バーナ３３の燃焼制御を主とする給湯制御部を備えており、この給湯制御部により独自の作動制御を実行する一方、タンクコントローラ５からの各種指令や情報の出力を通信により受け、これら指令に基づき独自の作動制御が制限されるようになっている。この給湯制御部は、ユーザーにより給湯栓Ｋが開かれることにより入水流量センサ３６が最低作動流量（ＭＯＱ）以上の流量を検出すれば、燃焼バーナ３３の燃焼を開始して入水される湯水を設定給湯温度まで加熱して給湯栓Ｋに給湯する他、後述の如く、タンクユニット５から燃焼禁止指令の出力を受けると、たとえＭＯＱ以上の流量を検出していたとしても、燃焼禁止の解除指令が出力されるまで燃焼停止状態を維持するようになっている。

以下、タンクユニット２の構成について詳細に説明すると、貯湯タンク２１は密閉式に構成されている。貯湯タンク２１の側部には少なくとも頂部位置を含む高さ方向の複数箇所に配設された複数の温度センサからなる残湯水量センサ２１１が設けられ、この残湯水量センサ２１１により各高さ位置における貯湯の湯温を検出できるように構成されており、これにより、貯湯タンク２１内の上部側から貯湯される所定温度以上（例えば６５℃以上）の高温湯の残湯量を検出できるようになっている。

蓄熱循環回路２２は、蓄熱用循環ポンプ２２１が作動されると、貯湯タンク２１の底部から貯湯タンク２１内の比較的低温の湯水を取り出し、主熱源装置１を通過することにより加熱された湯水を貯湯タンク２１の頂部に戻すことになるように配設されている。そして、タンクコントローラ５の蓄熱運転制御部５２（図２参照）により蓄熱運転制御が開始されると、蓄熱用循環ポンプ２２１が作動され、これにより、貯湯タンク２１の底部から取り出された湯水が、排熱回収用熱交換器１２において燃料電池１１からの排熱により熱交換加熱され、熱交換加熱後の湯水が貯湯タンク２１の頂部に戻されて、貯湯タンク２１内で温度成層を形成しつつ所定温度（例えば６５℃以上）の湯として蓄熱されることになる。なお、貯湯タンク２１と主熱源装置１との間の蓄熱循環回路２２には、三方切換弁２２２を介したバイパス路２２３が設けられており、主熱源装置１の作動開始直後に主熱源装置１から供給される比較的低温の湯を、流路切換した三方切換弁２２２及びバイパス路２２３を通して主熱源装置１に循環させて、貯湯タンク２１の頂部には戻さないようにし得るようになっている。

給水回路２３は、その上流端が外部の水道管等に接続され、主給水路２３１と混水用給水路２３２とに分岐されている。主給水路２３１は、下流端が貯湯タンク２１の底部に 接続されており、貯湯タンク２１内の湯が頂部から出湯されるに伴い貯湯タンク２１の底部に対し水道水が給水されるように構成されている。混水用給水路２３２の下流端は、後述の湯水混合部２７に対し水側流量調整弁２３３を介して給水可能に接続されている。なお、主給水路２３１と混水用給水路２３２との分岐部よりも上流側位置の給水回路２３には、給水温度センサ２３０や、例えば図示省略の減圧弁，逆止弁等が設けられている。

給湯回路２４は、上流端が貯湯タンク２１の頂部に接続されて下流端側がタンクユニット２の接続口２０１に接続された給湯路２４１と、この給湯路２４１の途中位置において湯側流量調整弁２４２を介して設けられた湯水混合部２７と、湯水混合部２７の下流側位置に配設された給湯温度センサ２４３及び給湯水量センサ２４４と、湯水混合部２７の上流側位置に配設されて貯湯タンク２１から出湯された直後の湯温を検出する貯湯温度センサ２４５とを備えている。湯水混合部２７では、給湯路２４１の上流側から供給されて湯側流量調整弁２４２を通して流量調整された湯と、混水用給水路２３２から供給されて水側流量調整弁２３３を通して流量調整された給水とを所定の混合割合で混水させることにより、ユーザーがリモコン５１等に設定した設定給湯温度に温調した上で、補助熱源機３及び給湯栓Ｋの側に給湯するものである。このような湯水混合部２７での混水制御はタンクユニット５のタンク給湯運転制御部５４（図２参照）により実行されるようになっている。すなわち、前記の給湯温度センサ２４３により検出された温調後の給湯温度がタンクコントローラ５に出力され、この給湯温度センサ２４３からの出力に基づいて湯水混合部２７に対する湯側流量調整弁２４２及び／又は水側流量調整弁２３３の開度がタンク給湯運転制御部５４によりフィードバック制御される。

なお、図例では、前記の湯水混合部２７を挟んで設けた湯側流量調整弁２４２及び／又は水側流量調整弁２３３の２つの流量調整弁によって湯水混合手段を構成した例を示しているが、これらに代えて、湯側と水側との流入口を有し、内部で湯と水とを所定の混合割合で混合させ得る混合制御弁２７１を湯水混合部２７の合流部位に設けることで湯水混合手段を構成するようにすることもできる。

そして、前記の接続口２０１と、補助熱源機３の入水接続口３１１との両者間が接続配管４１で互いに接続され、この接続配管４１を通してタンクユニット２から給湯される湯水が補助熱源機３の入水路３１に入水し、熱交換器３２を通って、最終的に給湯栓Ｋまで給湯されることになる。接続配管４１は屋内に敷設されることが好ましいが、屋外に敷設することができ、その長さ（配管長）も例えば１０ｍを超えるものとすることができる。以上の給湯路２４１、接続配管４１、入水路３１、出湯路３４及び給湯配管４２によって、貯湯タンク２１から給湯栓Ｋまでの給湯のための流路が構成され、本実施形態の給湯システムは補助熱源機３が前記給湯のための流路であって湯水混合部２７よりも下流側位置の流路に介装されている。

また、混水用給水路２３２と湯水混合部２７の下流側の給湯路２４１とを接続するバイパス流路２５１と、このバイパス流路２５１を開閉する電磁開閉弁からなる高温回避弁２５２とからなる高温回避部２５が設けられており、常時は閉状態に維持される高温回避弁２５２がタンクコントローラ５により開切換制御されて湯水混合部２７からの給湯に対し高温出湯回避に十分な量の水を供給して混水することができるようになっている。

以上の給湯システムは、リモコン５１からの設定給湯温度等の入力設定信号や操作信号の出力や、種々の温度センサや水量センサ等からの検出信号の出力を受けて、タンクコントローラ５により総合的に作動制御されるようになっている。以下、本発明の特徴的な給湯最適化運転制御部５５による制御や、その前提となる配管容量取得処理部５３及びタンク給湯運転制御部５４による制御について詳細に説明する。なお、給湯最適化運転制御部５５による制御とは、特にタンクユニット２と補助熱源機３とを接続するための接続配管４１の存在に伴い給湯栓Ｋからの出湯温度が変動することを回避して一定に保持されるよう給湯を最適化するための運転制御をいう。

まず、前提となる配管容量取得処理部５３による接続配管４１の配管容量の取得処理について説明する。この取得処理は貯湯タンク２１からの給湯運転の初期段階に行われる。その取得処理の原理は、タンクユニット２から出た湯水が接続配管４１を通って補助熱源機３に入水するまでの到達時間の間に流量積算を行い、得られた流量積算値を接続配管４１の配管容量とし、これを配管容量の初期値として設定し記憶する。あるいは、前記の到達時間内では大きな流量変動は無いと仮定して、到達時間と、代表的な流量（又は平均流量）とを計測し、両者を乗じて得られる容量を配管容量とすることができる。詳細には、例えば、貯湯タンク２１内に設定給湯温度以上の高温湯（例えば６５℃以上の湯）が所定量以上ある場合には、給湯栓Ｋが開かれてＭＯＱが検出されたとき、その高温湯が給湯路２４１を流れて湯水混合部２７で混水処理されて設定給湯温度（例えば４０℃）に温調されて給湯温度センサ２４３に至ることになる。このため、給湯温度センサ２４３の検出温度を監視し、その検出温度が設定給湯温度まで上昇した時点から、その同じ検出温度を補助熱源機３の入水温度センサ３５が検出する時点までの時間値の範囲で入水流量センサ３６又は給湯流量センサ２４４による検出流量を積算する。得られた流量積算値を接続配管４１の配管容量の初期設定値として設定し記憶する。なお、かかる接続配管４１の配管容量は、現場施工した接続配管４１の配管容量の実測値又は演算値を、設定配管容量Ｐとして、供用開始前の試験運転の際に予め記憶・設定させるようにすることもできる。

次に、給湯最適化運転制御部５５による給湯最適化処理について、図３及び図４を参照しつつ説明する。まず、貯湯タンク２１内に所定温度以上の高温湯（例えば６５℃以上の湯）が所定量以上有るか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、残湯水量センサ２１１により所定温度以上の高温湯の存在と、その高温湯の残湯量との検出の有無に基づいて行う。もしも、その高温湯が無ければ後述の図４の各処理を実行する一方（ステップＳ１でＮＯ）、その高温湯が所定量以上有れば給湯器コントローラ６に対し燃焼禁止指令を出力する（ステップＳ１でＹＥＳ，Ｓ２）。次に、接続配管４１内は冷えているか否かについて判定する（ステップＳ３）。接続配管４１内が冷えているか否かは、補助熱源機３の入水温度センサ３５の検出温度が［設定給湯温度−β℃］（例えばβ＝２℃）より低いか高いかで判定し、低ければ冷えていると判定する。接続配管４１内が冷えていると判定されれば（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ２で出力した燃焼禁止指令を解除するための解除指令を給湯器コントローラ６に出力して（ステップＳ４）、入水流量センサ３６によりＭＯＱがＯＮ検出されるか否かを給湯器コントローラ６から送信される検出情報に基づいて監視する（ステップＳ５）。

燃焼禁止が解除された状態では、入水流量センサ３６によりＭＯＱがＯＮ検出されれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、給湯器コントローラ６の本来の給湯制御に基づき燃焼バーナ３３が燃焼開始され、熱交換器３２で設定給湯温度まで熱交換加熱された湯が出湯路３４及び給湯配管４２を通して給湯栓Ｋに向けて給湯される。この給湯の際に、入水流量センサ３６又は給湯流量センサ２４４により通過する湯水の流量を積算し、この積算流量との対比で設定配管容量Ｐ分の湯水が通過したか否かの監視をＭＯＱがＯＮ検出されている限り継続する（ステップＳ６でＮＯ，Ｓ５でＹＥＳ）。そして、積算流量が設定配管容量Ｐに到達して設定配管容量Ｐ分の湯水量が通過すれば（ステップＳ６でＹＥＳ）、燃焼禁止指令を給湯器コントローラ６に出力する（ステップＳ７）。これにより、補助熱源機３では燃焼バーナ３３の燃焼が強制的に停止され、以後、タンクユニット２側から接続配管４１を通して給湯される湯水が非燃焼状態の補助熱源機３を素通りして給湯栓Ｋに給湯されることになる。

すなわち、貯湯タンク２１内に所定の高温湯が有り（ステップＳ１でＹＥＳ）、この高温湯が出湯されて湯水混合部２７で設定給湯温度に温調された湯が接続配管４１を通して補助熱源機３に供給されることになる。この供給前に、接続配管４１内の既に冷えている滞留湯水（ステップＳ３でＹＥＳ）が補助熱源機３に先に入水され、これがステップＳ４で燃焼禁止が解除されて燃焼開始された燃焼バーナ３３により熱交換加熱されて給湯栓Ｋに送られることになる。そして、接続配管４１内の滞留湯水が通過してしまえば（ステップＳ６でＹＥＳ）、続いてタンクユニット２から設定給湯温度に温調された湯が補助熱源機３に入水し、これがステップＳ７で燃焼禁止されて非燃焼状態の補助熱源機３を素通りして給湯栓Ｋに送られることになるのである。

しかしながら、初期設定された設定配管容量Ｐに基づいて燃焼禁止指令（ステップＳ６でＹＥＳ，Ｓ７）のタイミングを定めているため、例えば入水流量センサ３６（又は入水温度センサ３５）から熱交換器３２までの入水路３１内の配管容量分の存在、燃焼禁止が解除された後に実際に燃焼が開始されるまでのラグタイムの存在、あるいは、熱交換器３２を構成する特に潜熱回収用の熱交換器の熱特性等に基づき、ステップＳ７の燃焼禁止指令のタイミングが必ずしも最適ではない場合が生じ、その燃焼禁止解除状態から燃焼禁止する切換タイミングにおいて補助熱源機３から給湯栓Ｋへの出湯温度に変動が発生するおそれがある。このため、燃焼禁止指令の出力後から所定時間が経過するまで、出湯温度センサ３７の検出温度を監視し、出湯温度にプラス・マイナスα℃（例えばα＝３℃）以上の変動があるか否かを監視する（ステップＳ８）。この変動は瞬時変化の発生を監視するのではなくて、所定時間の範囲内での変動（例えば平均変化量）がプラス・マイナスα℃以上有るか無いかで判定する。

出湯温度に前記のプラス側にα℃以上の変動が生じる場合には、それまで設定されていた配管容量Ｐに対し所定の減分補正量ＳΔ１を減じたものを補正後の新たな配管容量Ｐとして更新設定する（ステップＳ９）。逆に、出湯温度にマイナス側にα℃以上の変動が生じる場合には、初期設定の配管容量Ｐに対し所定の増分補正量ＳΔ２を加えたものを補正後の新たな配管容量Ｐとして更新設定する（ステップＳ１０）。そして、リターンして、以後の給湯運転が生じれば更新設定された配管容量Ｐを用いて、給湯最適化処理を実行する。これにより、配管容量Ｐが減側に補正された場合には、その減側補正の分だけステップＳ７の燃焼禁止指令の出力タイミングがより早められ、入水される湯水に対する燃焼バーナ３３による加熱をより早くに停止させることができ、その分、出湯温度のプラス側への変動発生を回避させることができる。逆に、配管容量Ｐが増側に補正された場合には、その増側補正の分だけステップＳ７の燃焼禁止指令の出力タイミングがより遅らされ、入水される湯水に対し、より遅くまで燃焼バーナ３３による加熱を与えることができるようになり、その分、出湯温度のマイナス側への変動発生を回避させることができる。これにより、出湯温度の変動発生を抑制して、給湯栓Ｋからの出湯温度をより一定に保持することができるようになる。

前記の減分補正量ＳΔ１及び増分補正量ＳΔ２としては、なるべく僅かずつの補正量、例えば更新前の配管容量Ｐの１〜２％に相当する量を設定することができ、さらに、減分補正量ＳΔ１と増分補正量ＳΔ２とで互いに異なる補正量を設定することもできる。前記の更新設定は、前記の変動が生じれば即座に実行し、次回の給湯から更新設定後の配管容量Ｐを用いるようにすることができるし、ステップＳ９又はＳ１０の補正による更新設定自体を、所定時間範囲での出湯温度の変動が１回生じたら即座に実行するのではなくて、そのような変動が複数回の給湯運転でいずれも変動が生じたことを条件に、前記のステップＳ９又はＳ１０の補正による更新設定を実行し、その複数回の給湯運転の次の給湯運転のときから更新後の配管容量Ｐを適用するようにすることができる。これにより、過剰な補正に伴い、より大きな変動が発生するおそれを回避することができる。

前記のステップＳ３で配管内が冷えていないと判定された場合（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ５でＭＯＱのＯＮ検出がないと判定された場合（ステップＳ５でＮＯ）、又は、ステップＳ８で出湯温度にプラス・マイナスα℃以上の変動はないと判定された場合（ステップＳ８でＮＯ）、いずれもリターンしてステップＳ１からの処理を繰り返す。ステップＳ３で配管内が冷えていないと判定された場合とは、前回の給湯運転の終了からそれほど時間が経過していなくて、接続配管４１内に設定給湯温度に近似する温度の湯が滞留している状態であり、次に給湯運転が再開されたとしても、その設定給湯温度に近い温度の湯が補助熱源機３に即座に入水するため、これを燃焼加熱すると設定給湯温度以上の高温となって出湯されてしまうため、リターンすることにより、給湯器コントローラ６に対する燃焼禁止指令（ステップＳ２）が維持されることになる。

一方、ステップＳ１で貯湯タンク２１内に所定温度以上の高温湯が所定量ない、つまり、高温湯が貯留されていない、あるいは、高温湯が残り少なくてまもなく湯切れを生じると判定された場合には（ステップＳ１でＮＯ）、まず、接続配管４１内は冷えているか否かについて判定する（ステップＳ１１；図４参照）。接続配管４１内が冷えているか否かは、ステップＳ３と同様に、補助熱源機３の入水温度センサ３５の検出温度が［設定給湯温度−β℃］（例えばβ＝２℃）より低いか高いかで判定し、低ければ冷えていると判定する。接続配管４１内が冷えていると判定されれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、それまでに出力されているかも知れない燃焼禁止指令を解除するための解除指令を給湯器コントローラ６に出力して（ステップＳ１２）、以後の給湯制御（補助熱源機３の燃焼バーナ３３を燃焼させるか否か等）は給湯器コントローラ６の独自の給湯制御に委ねる。これにより、タンクユニット２の側から補助熱源機３の側に低温水が供給されたとしても、その低温水は給湯器コントローラ６による独自の給湯制御に基づいて設定給湯温度まで加熱された上で給湯されることになる。逆に、接続配管４１内は冷えていないと判定されれば（ステップＳ１１でＮＯ）、燃焼禁止指令を給湯器コントローラ６に出力し（ステップＳ１３）、入水流量センサ３６によりＭＯＱがＯＮ検出されるか否かを給湯器コントローラ６から送信される検出情報に基づいて監視する（ステップＳ１４）。つまり、前回の給湯運転の終了からそれほど時間が経過していなくて、接続配管４１内に設定給湯温度に近似する温度の湯が滞留している状態であり、次に給湯運転が再開されたとしても、その設定給湯温度に近い温度の湯が補助熱源機３に即座に入水するため、これを燃焼加熱すると設定給湯温度以上の高温となって出湯されてしまうため、給湯器コントローラ６に対し燃焼禁止指令を出力しておくのである。

そして、入水流量センサ３６によりＭＯＱがＯＮ検出されれば（ステップＳ１４でＹＥＳ）、接続配管４１内に滞留していた設定給湯温度近くの湯が補助熱源機３に入水されるため、入水流量センサ３６又は給湯流量センサ２４４により通過する湯水の流量を積算し、この積算流量との対比で設定配管容量Ｐ分の湯水が通過したか否かの監視をＭＯＱがＯＮ検出されている限り継続する（ステップＳ１５でＮＯ，Ｓ１４でＹＥＳ）。そして、積算流量が設定配管容量Ｐに到達して設定配管容量Ｐ分の湯水量が通過すれば（ステップＳ１５でＹＥＳ）、次はタンクユニット２からの低温の湯水が入水されることになるため、ステップＳ１３の燃焼禁止指令を解除するための解除指令を給湯器コントローラ６に出力する（ステップＳ１６）。これにより、補助熱源機３では本来の給湯制御に基づき燃焼バーナ３３の燃焼が開始され、以後、タンクユニット３側から接続配管４１を通して給湯される低温の湯水が燃焼状態の補助熱源機３により設定給湯温度まで加熱された上で給湯栓Ｋに給湯されることになる。

この場合も、初期設定された設定配管容量Ｐに基づいて燃焼禁止の解除指令（ステップＳ１５でＹＥＳ，Ｓ１６）のタイミングを定めているため、ステップＳ８〜Ｓ１０（図３参照）の処理が必要になる前述の理由と同様に、例えば入水流量センサ３６（又は入水温度センサ３５）から熱交換器３２までの入水路３１内の配管容量分の存在、燃焼禁止が解除された後に実際に燃焼が開始されるまでのラグタイムの存在、あるいは、熱交換器３２を構成する特に潜熱回収用の熱交換器の熱特性等に基づき、ステップＳ１６の燃焼禁止の解除指令のタイミングが必ずしも最適ではない場合が生じ、その燃焼禁止状態からそれを解除する切換タイミングにおいて補助熱源機３から給湯栓Ｋへの出湯温度に変動が発生するおそれがある。このため、燃焼禁止の解除指令の出力後から所定時間が経過するまで、出湯温度センサ３７の検出温度を監視し、出湯温度にプラス・マイナスγ℃以上の変動があるか否かを監視する（ステップＳ１７）。この変動は瞬時変化の発生を監視するのではなくて、所定時間の範囲内での変動（例えば平均変化量）がプラス・マイナスγ℃以上有るか無いかで判定する。γ℃としては、ステップＳ８のα℃と同様に、例えばγ＝３℃とすることができ、ステップＳ８の燃焼禁止の解除状態から燃焼禁止する場合と、このステップＳ１７の燃焼禁止状態からそれを解除する場合とでは、特性が異なるため前記のα℃とは互いに異なる変動判定量を設定するようにすることもできる。

出湯温度に前記のプラス側にγ℃以上の変動が生じる場合には、それまで設定されていた配管容量Ｐに対し所定の増分補正量ＦΔ１を加えたものを補正後の新たな配管容量Ｐとして更新設定する（ステップＳ１８）。逆に、出湯温度にマイナス側にγ℃以上の変動が生じる場合には、初期設定の配管容量Ｐに対し所定の減分補正量ＦΔ２を減じたものを補正後の新たな配管容量Ｐとして更新設定する（ステップＳ１９）。そして、リターンして、以後の給湯運転が生じれば更新設定された配管容量Ｐを用いて、給湯最適化処理を実行する。これにより、配管容量Ｐが増側に補正された場合には、その増側補正の分だけステップＳ１６の燃焼禁止の解除指令の出力タイミングがより遅らされ、より遅くまで燃焼バーナ３３の燃焼停止状態を維持して入水される湯水に対する加熱をより遅らせることができ、その分、出湯温度のプラス側への変動発生を回避させることができるようになる。逆に、配管容量Ｐが減側に補正された場合には、その減側補正の分だけステップＳ１６の燃焼禁止の解除指令の出力タイミングがより早められ、入水される湯水に対する燃焼バーナ３３による加熱をより早くに開始させることができ、その分、出湯温度のマイナス側への変動発生を回避することができるようになる。これにより、出湯温度の変動発生を抑制して、給湯栓Ｋからの出湯温度をより一定に保持することができるようになる。

前記の増分補正量ＦΔ１及び減分補正量ＦΔ２としては、なるべく僅かずつの補正量、例えば更新前の配管容量Ｐの１〜２％に相当する量を設定することができ、さらに、増分補正量ＦΔ１と減分補正量ＦΔ２とで互いに異なる補正量を設定することもできる。又、前記の更新設定は、ステップＳ９やＳ１０の場合（図３参照）の更新設定と同様に、前記の変動が生じれば即座に実行し、次回の給湯から更新設定後の配管容量Ｐを用いるようにすることができるし、ステップＳ１８又はＳ１９の補正による更新設定自体を、所定時間範囲での出湯温度の変動が１回生じたら即座に実行するのではなくて、そのような変動が複数回の給湯運転でいずれも変動が生じたことを条件に、前記のステップＳ１８又はＳ１９の補正による更新設定を実行し、その複数回の給湯運転の次の給湯運転のときから更新後の配管容量Ｐを適用するようにすることができる。これにより、過剰な補正に伴いより大きな変動が発生するおそれを回避することができる。

前記のステップＳ１４でＭＯＱのＯＮ検出がないと判定された場合（ステップＳ１４でＮＯ）、又は、ステップＳ１７で出湯温度にプラス・マイナスγ℃以上の変動はないと判定された場合（ステップＳ１７でＮＯ）、いずれもリターンしてステップＳ１からの処理を繰り返す。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は前記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、前記実施形態では、予め設定された配管容量Ｐ分の湯水量が通過した時点で燃焼禁止指令（ステップＳ７）又は燃焼禁止の解除指令（ステップＳ１６）を出力するようにしているが、これに限らず、ステップＳ６又はステップＳ１５の配管容量Ｐに代えて、その配管容量Ｐ分に相当する湯水量が接続配管４１を通過するのに要する時間値を設定し、ＭＯＱのＯＮ検出（ステップＳ５又はステップＳ１４でＹＥＳ）により給湯動作が開始された時点からその設定時間値が経過した時点で燃焼禁止指令（ステップＳ７）又は燃焼禁止の解除指令（ステップＳ１６）を出力するようにすることができる。前記の時間値の設定は、例えば平均流量を定め、この平均流量で前記の配管容量Ｐ分の湯水量が接続配管４１を流れると仮定して演算により定めることができる。

３ 補助熱源機
５ タンクコントローラ（制御手段）
２１ 貯湯タンク
２７ 湯水混合部
４１ 接続配管
５４ タンク給湯運転制御部（制御手段）
５５ 給湯最適化運転制御部（制御手段）
Ｋ 給湯栓

Claims (9)

1. 貯湯タンクと、この貯湯タンクから流出される湯水に対し必要に応じて上水を混合する湯水混合部と、湯水混合部からの湯水が接続配管を通して供給される補助熱源機とを備え、貯湯タンクから流出した湯水が前記湯水混合部及び補助熱源機を介して給湯栓に出湯されるように構成された給湯システムであって、
   前記貯湯タンクから流出する湯水の温度が設定給湯温度以上の場合に、給湯運転が開始されたとき、前記補助熱源機の燃焼開始を許容しつつ、前記湯水混合部から前記補助熱源機に対し、前記接続配管の配管容量として予め設定された設定配管容量に相当する湯水量が入水した時点で前記補助熱源機の燃焼を禁止するように切換える一方、この燃焼禁止への切換タイミングを、前記補助熱源機からの出湯温度が一定に保持されるように補正する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記燃焼禁止への切換時点から前記補助熱源機からの出湯温度を監視し、この出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したとき、前記設定配管容量を補正するように構成されている、
   ことを特徴とする給湯システム。
2. 請求項１に記載の給湯システムであって、
   前記制御手段は、前記出湯温度の変動発生が上昇側であるとき、前記設定配管容量を減側に補正するように構成されている、給湯システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の給湯システムであって、
   前記制御手段は、前記出湯温度の変動発生が下降側であるとき、前記設定配管容量を増側に補正するように構成されている、給湯システム。
4. 貯湯タンクと、この貯湯タンクから流出される湯水に対し必要に応じて上水を混合する湯水混合部と、湯水混合部からの湯水が接続配管を通して供給される補助熱源機とを備え、貯湯タンクから流出した湯水が前記湯水混合部及び補助熱源機を介して給湯栓に出湯されるように構成された給湯システムであって、
   前記貯湯タンクから流出する湯水の温度が設定給湯温度よりも低温である一方、前記接続配管内の滞留水は設定給湯温度と略等しい場合に、給湯運転が開始されたとき、前記補助熱源機の燃焼を禁止しつつ、前記湯水混合部から前記補助熱源機に対し、前記接続配管の配管容量として予め設定された設定配管容量に相当する湯水量が入水した時点で前記補助熱源機の燃焼禁止状態を解除して燃焼可能に切換える一方、この燃焼禁止状態を解除する切換タイミングを、前記補助熱源機からの出湯温度が一定に保持されるように補正する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記燃焼禁止状態を解除するための切換時点から前記補助熱源機からの出湯温度を監視し、この出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したとき、前記設定配管容量を補正するように構成されている、
   ことを特徴とする給湯システム。
5. 請求項４に記載の給湯システムであって、
   前記制御手段は、前記出湯温度の変動発生が上昇側であるとき、前記設定配管容量を増側に補正するように構成されている、給湯システム。
6. 請求項４又は請求項５に記載の給湯システムであって、
   前記制御手段は、前記出湯温度の変動発生が下降側であるとき、前記設定配管容量を減側に補正するように構成されている、給湯システム。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の給湯システムであって、
   前記制御手段は、前記出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したか否かを、複数回の給湯運転で検出された前記出湯温度の変動幅に基づいて決定するように構成されている、給湯システム。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の給湯システムであって、
   前記制御手段は、前記設定配管容量の補正処理が複数回生じたことを条件に、その後の給湯運転から補正後の設定配管容量を用いた燃焼状態の切換を実行するように構成されている、給湯システム。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の給湯システムであって、
   前記制御手段は、出湯温度に設定幅以上の変動発生を検出したときの補正対象として、前記設定配管容量に代えて、その設定配管容量に相当する湯水量が前記補助熱源機に入水する時点までの時間値として予め設定された設定時間値を用いるように構成されている、給湯システム。

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