JP2016044949A - 貯湯給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】 熱源分離型のタンクユニットと、補助熱源機としての給湯器とを接続配管で互いに接続して組み合わせた貯湯給湯システムにおいて、貯湯タンク内の湯切れ発生時における出湯温度変動を抑制し得る貯湯給湯システムを提供する。【解決手段】 貯湯タンク内の頂部にある湯水温度を第１タンク温度センサで検出し、もしも高温（６０℃）から急低下すれば、もうすぐ湯切れ発生と予測して、湯水混合部での温調の目標温度を、設定給湯温度（４０℃）から、給湯器の加熱開始温度Ｔよりも低温側の移行時設定温度Ｔｖに変更し、給湯器に対し燃焼禁止解除指令を出力する。【選択図】 図５

Description

本発明は、貯湯タンクを備えた貯湯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貯湯給湯システムに係る。

従来、貯湯タンクを有しこの貯湯タンクから出湯される湯水に対し必要に応じて上水を混合した上で供給するタンクユニットと、このタンクユニットからの湯水が入水側に供給される給湯器とを組み合わせた貯湯給湯システムにおいて、下記の特許文献１では、タンクユニットと給湯器との間の接続配管の配管容量に基づいて、給湯器の加熱タイミングを制御することが提案されている。

又、特許文献２では、貯湯タンクから出湯される湯水の温度が設定給湯温度以上の温度として予め設定された基準温度よりも高ければ、給湯器のバーナを燃焼停止状態にさせる一方、前記湯水の温度が基準温度未満であれば、給湯器のバーナを燃焼状態にさせることが提案されている。

特許第４６１３４５９号公報 特許第３４８０２４５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する場合、貯湯タンクへの蓄熱は、貯湯タンク内の貯湯の有効利用の促進を図るために、主熱源により加熱した湯を貯湯タンクの上部（頂部）から内部撹拌が生じないように注ぎ込むことで、上部の加熱後の高温水と、下部の非加熱の低温水とが境界をなして貯湯されるという、いわゆる温度成層が形成されるように行われる。そして、貯湯が給湯等に使用される際には貯湯タンクの上部から高温水が出湯されて、給湯器の入水側に供給されることになる。

しかしながら、温度成層の内の高温水が徐々に出湯されると、その出湯に応じて下部から給水が流入し高温水と低温水との境界が徐々に上方に移動することになり、そして、貯湯タンク内の高温水が全て使用されて前記境界が貯湯タンクの上部に至って湯切れが生じると、貯湯タンクの上部から給湯器の入水側に供給される湯水は高温水から低温水に一気に変化することになる。このため、貯湯タンクから高温水が出湯されている間は、給湯器を非燃焼状態に維持し高温水に上水を混水する混合制御により設定給湯温度に温調し、湯切れ発生に伴い給湯器を燃焼させて加熱制御することで設定給湯温度に温調するというように切換えると、前記の高温水から低温水への急激な温度変化に対し給湯器の燃焼による加熱が遅れる結果、一時的に給湯温度の変動を招くおそれがある。すなわち、温度変化が急激過ぎて、温度変化を検知するための制御周期が追い付かず、この結果、検知遅れに伴う加熱の開始遅れを招くことになる。

又、近年、特に住宅に既に設置されている既設給湯器を、前記貯湯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、熱源である給湯器とは分離して、貯湯タンクや湯水混合のための設備を一体にした、いわゆる熱源分離型のタンクユニットとして構成し、このタンクユニットを住宅に設置して既設給湯器に組み合わせることが行われている。この場合、タンクユニットから給湯器まで貯湯タンクからの湯水を供給するための接続配管を設置することが必要となり、配管長やその配管容量は長大化（例えば配管長１０ｍ以上）することになる。この結果、前記の湯切れが生じたときに低温水が給湯器の入水側に到達するタイミングをタンクユニット側で的確に検知することはできず、前記の給湯温度の変動を助長することにもなる。

例えば、図８に示すように、貯湯タンクのタンク出口温度センサが高温水の存在（例えば６０℃）を検出しているときには、設定給湯温度（例えば４０℃）を目標にして湯水混合制御を行って４０℃（タンクユニット側給湯温度センサ）に温調して給湯器側に供給しつつ給湯器には燃焼禁止指令を出力して燃焼ＯＦＦ状態にしておく一方、湯切れが発生してタンク出口温度センサによる検出対象が高温から低下して所定温度（例えばＢ℃）未満まで低下することで、燃焼禁止解除指令を出力する場合を考える。タンク出口温度センサによる検出温度が高温（６０℃）から給水温度の低温（例えば２０℃）まで一気に低下し、この低下が接続配管を通過して給湯器の入水温度センサにより検出されるまでタイムラグがあり、入水温度センサの検出温度が加熱開始温度Ｔより低くなれば給湯器本来の燃焼制御に基づき燃焼がＯＮされる。ところが、温度の低下勾配が急で一気に低下するため、温度検出のための制御周期の間に検出遅れが生じてしまい、この結果、燃焼遅れを招いて給湯器からの出湯温度（出湯温度センサの検出温度）が設定給湯温度から落ち込んで上下変動を生じてしまうことになる（同図のＦ参照）。

以上の不都合に対処するために、既設給湯器の活用促進を図る上でも、既設給湯器側の制御構成を変更することなく、湯切れ時の対応制御を含め貯湯給湯システムとして作動させるための制御構成をタンクユニット側に予め搭載しておくことが要請される。

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、熱源分離型のタンクユニットと、補助熱源機としての給湯器とを接続配管で互いに接続して組み合わせた貯湯給湯システムにおいて、貯湯タンク内の湯切れ発生時における出湯温度変動を抑制し得る貯湯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、貯湯タンクを備えたタンクユニットと、このタンクユニットの下流側に配管で接続された給湯器とを備えた貯湯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、前記給湯器として、加熱開始温度よりも低い温度の入水を受けるとこの給湯器による湯水加熱運転を開始する給湯器制御部を備えたものとし、前記タンクユニットとして、このタンクユニットの作動を制御するタンクユニット制御部と、前記貯湯タンク内の湯水温度を検出するための温度センサと、前記貯湯タンクの出湯を必要に応じて上水と混合して温調した上で前記給湯器側に出湯させる湯水混合部とを備えたものとする。そして、前記タンクユニット制御部として、前記温度センサにより前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上あることが検出されている間は、前記湯水混合部で設定給湯温度に温調して出湯させる一方、前記温度センサにより前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことが検出されると、前記湯水混合部で前記給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯する構成とした（請求項１）。

この第１の発明の場合、貯湯タンクから出湯された後に湯水混合部に供給される湯水温度ではなくて、貯湯タンク内の湯水温度を温度センサにより検出し、この湯水温度に基づいて貯湯タンク内の所定温度以上の高温水の残湯量が規定量以上か否かを判断しているため、近い将来に湯切れが発生することを的確に予測することが可能となる。そして、湯切れ発生が予測された時点で、湯水混合部での温調を設定給湯温度から給湯器の加熱開始温度よりも低い温度を目標にするように切換えて、給湯器による湯水加熱運転の禁止解除指令を出力しているため、給湯器の湯水加熱運転を早期に開始させることが可能になって、給湯器による加熱遅れに伴う出湯温度の一時的な上下変動を小さく抑制し得ることとなる。しかも、湯水加熱運転の対象は、低温水の温度まで低下した湯水ではなくて、給湯器の加熱開始温度よりも低い温度を目標に湯水混合部で温調した湯水となるため、出湯温度の上下変動がたとえ生じたとしても、その変動幅をより小さく抑制し得ることになる。以上により、貯湯タンク内の湯切れ発生時における給湯栓等へ出湯される出湯温度の変動を可及的に抑制することが可能となる。

又、第２の発明では、貯湯タンクを備えたタンクユニットと、このタンクユニットとは別体に構成され、タンクユニットの下流側に配管で接続された給湯器とを備えた貯湯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、前記給湯器として、加熱開始温度よりも低い温度の入水を受けるとこの給湯器による湯水加熱運転を開始する給湯器制御部を備えたものとし、前記タンクユニットとして、このタンクユニットの作動を制御するタンクユニット制御部と、前記貯湯タンク内の湯水温度を検出するための温度センサと、前記貯湯タンクの出湯を必要に応じて上水と混合して温調した上で前記給湯器側に出湯させる湯水混合部と、前記給湯器制御部に対し、前記給湯器による湯水加熱運転の禁止指令又はこの禁止指令を解除するための禁止解除指令を出力する加熱許否指令出力部とを備えたものとする。そして、前記タンクユニット制御部として、前記温度センサにより前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上あることが検出されている間は、前記湯水混合部で設定給湯温度に温調して出湯させるとともに、前記加熱許否指令出力部から前記禁止指令を出力する一方、前記温度センサにより前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことが検出されると、前記湯水混合部で前記給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯するとともに、前記禁止解除指令を出力する構成とした（請求項２）。

この第２の発明の場合、第１の発明と同様に、貯湯タンクから出湯された後に湯水混合部に供給される湯水温度ではなくて、貯湯タンク内の湯水温度を温度センサにより検出し、この湯水温度に基づいて貯湯タンク内の所定温度以上の高温水の残湯量が規定量以上か否かを判断しているため、近い将来に湯切れが発生することを的確に予測することが可能となる。そして、湯切れ発生が予測された時点で、湯水混合部での温調を設定給湯温度から給湯器の加熱開始温度よりも低い温度を目標にするように切換えて、給湯器による湯水加熱運転の禁止解除指令を出力しているため、給湯器の湯水加熱運転を早期に開始させることが可能になって、給湯器による加熱遅れに伴う出湯温度の一時的な上下変動を小さく抑制し得ることとなる。しかも、湯水加熱運転の対象は、低温水の温度まで低下した湯水ではなくて、給湯器の加熱開始温度よりも低い温度を目標に湯水混合部で温調した湯水となるため、出湯温度の上下変動がたとえ生じたとしても、その変動幅をより小さく抑制し得ることになる。以上により、貯湯タンク内の湯切れ発生時における給湯栓等へ出湯される出湯温度の変動を可及的に抑制することが可能となる。さらに、加熱許否指令出力部により、給湯器による湯水加熱運転の禁止指令又はこの禁止指令を解除するための禁止解除指令を出力するようにしているため、既設の給湯器をそのまま用いてタンクユニットと組み合わせて貯湯給湯システムを構築することが可能となり、既設の給湯器の給湯器制御部への制御構成の変更を行う必要がなく、変更を加える場合と比べコスト低減を図り得る。

第２の発明の貯湯給湯システムにおいて、タンクユニット制御部として、給湯器制御部との通信により給湯器の機種に関する情報を取得する機種情報取得処理部を備え、この機種情報取得処理部により取得される情報に基づいて、給湯器の加熱開始温度を設定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、既設の給湯器の機種が予め不明な場合であっても、試運転時等に機種情報を取得することで、適切に貯湯給湯システムを構築し得ることになる。例えば機種毎に最小号数で燃焼させ得る加熱開始温度の値が異なるため、組み合わせる既設の給湯器の特性に合致させた貯湯給湯システムを構築し得ることになる。

第１又は第２の発明の貯湯給湯システムにおいて、タンクユニット制御部として、貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことを検出したとき、湯水混合部で、給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯しつつ、その後に時間差を設けて禁止解除指令を出力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、タンクユニットと、給湯器とを互いに接続する配管の延長がかなり長くても、その配管延長に起因するタイムラグを考慮して貯湯給湯システムを適切に構築し得ることになる。

あるいは、第１又は第２の発明の貯湯給湯システムにおいて、タンクユニット制御部として、給湯器の入水温度に関する情報を取得する温度情報取得処理部をさらに備え、貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことを検出したとき、湯水混合部で、給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯しつつ、その後に温度情報取得処理部により取得した情報に基づき給湯器の入水温度が温調後の温度へ変化したことを検知したとき、禁止解除指令を出力する構成とすることができる（請求項５）。このようにすることにより、給湯器制御部からの温度情報を取得し得るように制御構成を変更する必要はあるものの、前記の配管延長に起因するタイムラグを的確に考慮して、貯湯給湯システムをより適切に構築し得ることになる。

以上、説明したように、第１の発明の貯湯給湯システムによれば、貯湯タンクから出湯された後に湯水混合部に供給される湯水温度ではなくて、貯湯タンク内の湯水温度を温度センサにより検出し、この湯水温度に基づいて貯湯タンク内の所定温度以上の高温水の残湯量が規定量以上か否かを判断しているため、近い将来に湯切れ発生することを的確に予測することができるようになる。そして、湯切れ発生が予測された時点で、湯水混合部での温調を設定給湯温度から給湯器の加熱開始温度よりも低い温度を目標にするように切換えて、給湯器による湯水加熱運転の禁止解除指令を出力しているため、給湯器の湯水加熱運転を早期に開始させることができ、給湯器による加熱遅れに伴う出湯温度の一時的な上下変動を小さく抑制することができるようになる。しかも、湯水加熱運転の対象は、低温水の温度まで低下した湯水ではなくて、給湯器の加熱開始温度よりも低い温度を目標に湯水混合部で温調した湯水となるため、出湯温度の上下変動がたとえ生じたとしても、その変動幅をより小さく抑制することができるようになる。以上により、貯湯タンク内の湯切れ発生時における給湯栓等へ出湯される出湯温度の変動を可及的に抑制することができる。

又、第２の発明の貯湯給湯システムによれば、第１の発明と同様に、貯湯タンクから出湯された後に湯水混合部に供給される湯水温度ではなくて、貯湯タンク内の湯水温度を温度センサにより検出し、この湯水温度に基づいて貯湯タンク内の所定温度以上の高温水の残湯量が規定量以上か否かを判断しているため、近い将来に湯切れ発生することを的確に予測することができるようになる。そして、湯切れ発生が予測された時点で、湯水混合部での温調を設定給湯温度から給湯器の加熱開始温度よりも低い温度を目標にするように切換えて、給湯器による湯水加熱運転の禁止解除指令を出力しているため、給湯器の湯水加熱運転を早期に開始させることができ、給湯器による加熱遅れに伴う出湯温度の一時的な上下変動を小さく抑制することができるようになる。しかも、湯水加熱運転の対象は、低温水の温度まで低下した湯水ではなくて、給湯器の加熱開始温度よりも低い温度を目標に湯水混合部で温調した湯水となるため、出湯温度の上下変動がたとえ生じたとしても、その変動幅をより小さく抑制することができるようになる。以上により、貯湯タンク内の湯切れ発生時における給湯栓等へ出湯される出湯温度の変動を可及的に抑制することができる。さらに、加熱許否指令出力部により、給湯器による湯水加熱運転の禁止指令又はこの禁止指令を解除するための禁止解除指令を出力するようにしているため、既設の給湯器をそのまま用いてタンクユニットと組み合わせて貯湯給湯システムを構築することができ、既設の給湯器の給湯器制御部への制御構成の変更を行う必要がなく、変更を加える場合と比べコスト低減を図ることができるようになる。

特に、請求項３の貯湯給湯システムによれば、タンクユニット制御部として、給湯器制御部との通信により給湯器の機種に関する情報を取得する機種情報取得処理部を備え、この機種情報取得処理部により取得される情報に基づいて、給湯器の加熱開始温度を設定する構成とすることにより、既設の給湯器の機種が予め不明な場合であっても、試運転時等に機種情報を取得することで、適切に貯湯給湯システムを構築し得ることになる。例えば機種毎に最小号数で燃焼させ得る加熱開始温度の値が異なるため、組み合わせる既設の給湯器の特性に合致させた貯湯給湯システムを構築することができるようになる。

請求項４の貯湯給湯システムによれば、タンクユニット制御部として、貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことを検出したとき、湯水混合部で、給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯しつつ、その後に時間差を設けて禁止解除指令を出力する構成とすることにより、タンクユニットと、給湯器とを互いに接続する配管の延長がかなり長くても、その配管延長に起因するタイムラグを考慮して貯湯給湯システムを適切に構築することができるようになる。

請求項５の貯湯給湯システムによれば、タンクユニット制御部として、給湯器の入水温度に関する情報を取得する温度情報取得処理部をさらに備え、貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことを検出したとき、湯水混合部で、給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯しつつ、その後に温度情報取得処理部により取得した情報に基づき給湯器の入水温度が温調後の温度へ変化したことを検知したとき、禁止解除指令を出力する構成とすることにより、給湯器制御部からの温度情報を取得し得るように制御構成を変更する必要はあるものの、前記の配管延長に起因するタイムラグを的確に考慮して、貯湯給湯システムをより適切に構築することができるようになる。

本発明の実施形態に係る貯湯給湯システムの模式図である。 実施形態の特にタンク給湯運転制御を考慮した制御要素を示す制御ブロック構成図である。 貯湯タンク内の温度成層の状況と、湯切れ予測検知の手法を説明するための貯湯タンクの断面模式図である。 実施形態の湯切れ時切換制御を含むタンク給湯運転制御に係る制御フローチャートである。 各種検出温度の変化と関連付けて給湯器の燃焼状況を示すタイムチャートである。 湯切れ予測検知の一例を示す制御フローチャートである。 図４とは異なる他の実施形態における湯切れ時切換制御を含むタンク給湯運転制御に係る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図５対応図である。

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貯湯給湯システムを模式的に示したものである。この貯湯給湯システムは、主熱源装置１と、貯湯タンク２１を含み貯湯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、補助熱源装置としての給湯器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Ｋ１，Ｋ２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、給湯器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ユニット制御部としての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り、燃料電池コントローラ１０はタンクコントローラ５と相互に通信可能に接続されている。

給湯器３は、補助熱源、すなわち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、貯湯給湯システムの設置対象の住宅に既に設置されている既設の給湯器を活用したりして組み合わされる。本実施形態では、既設の給湯器を活用してタンクユニット２と組み合わせた場合を説明する。かかる給湯器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、給湯器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。かかる給湯器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Ｋ１，Ｋ２（以下、「給湯栓Ｋ１等」ともいう）に給湯されるようになっている。ここで、給湯栓Ｋ１は例えば台所の給湯栓、給湯栓Ｋ２は例えばシャワー栓である。あるいは、注湯電磁弁４３１を開制御すれば、出湯路３４に出湯された湯水が注湯接続口３４２及び注湯路４３を通して浴槽４４に注湯可能となっている。熱交換器３２としては、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たものを例示している。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。

この給湯器３はその作動制御のために独自の給湯器制御部として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からの燃焼禁止指令や燃焼禁止解除指令の出力を受けて燃焼開始を制限して禁止したり、その禁止を解除して独自制御に基づく燃焼開始を許容したり、し得るようになっている。給湯器コントローラ６の給湯制御部は、ユーザーにより例えば給湯栓Ｋ１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ると、入水温度センサ３５により検出される入水温度（タンクユニット２から供給される湯水の温度）が所定の加熱開始温度Ｔより低ければ燃焼バーナ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例えば給湯栓Ｋ１に給湯し、あるいは、加熱開始温度Ｔ以上であれば、燃焼させずにそのまま例えば給湯栓Ｋ１に給湯する。又、前記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、給湯器３の給湯器制御部の独自の作動制御が制限されて、燃焼禁止解除指令が出力されるまで燃焼停止状態を維持して、タンクユニット２から供給される湯水をそのまま給湯栓Ｋ１の側に出湯するようになっている。なお、入水流量センサは、熱交換器３２を通過する湯水の流量を検出する位置に配設するようにすることができる。

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から底部側にかけて高さ方向の複数箇所（図例では５箇所）にそれぞれ配設されたタンク温度センサからなる残湯水量センサ２１１〜２１５が設けられ、この残湯水量センサ２１１〜２１５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６０℃以上）の高温水の残湯量を検出できるようになっている。例えば、図３に例示するように、第４残湯水量センサ２１４と第５残湯水量センサ２１５との間の境界レベル位置Ｈｂから上方に６０℃以上の高温水がある場合、第４残湯水量センサ２１４と第５残湯水量センサ２１５との検出温度の対比により少なくとも高温水が第４残湯水量センサ２１４の位置よりも上方空間の容量分だけ貯湯されていることが検出することができる。これを利用して、本実施形態では、少なくとも第１残湯水量センサ２１１が例えば６０℃以上を検出していれば、他の第２〜第５残湯水量センサ２１２〜２１５が低温水として例えば２０℃（給水温度）を検出しているときでも、高温水の境界レベル位置は少なくともＨ１の位置であり、例えば６０℃以上の高温水の残湯量は第１残湯水量センサ２１１の位置から上方空間の容量Ｚ分（例えばＺ＝２０Ｌ）は少なくともある、つまり規定量以上あると判定・検知し、この第１残湯水量センサ２１１の検出温度が例えば６０℃から２０℃に変化した時点で、高温水の残湯量は規定量未満に減ってしまい、もうすぐ湯切れが生じると判定して湯切れ予測検知を行うようにしている。これが図２の湯切れ予測検知部５３３による検知処理の内容である。

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６０℃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の混合制御弁２７１の水側流入口に対し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を備え、この給湯路２４１には、混合制御弁２７１を有する湯水混合部２７と、前記貯湯タンク２１の頂部又はこの頂部に接続された給湯路２４１の基端位置に配設されて前記頂部の貯湯の温度又は給湯路２４１に出湯された直後の貯湯の温度を検出するタンク出口温度センサ２４２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から出湯されて混合制御弁２７１のタンク側流入口に流入する湯温を検出する貯湯出湯温度センサ２４３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２４４及び給湯流量センサ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タンク側流入口から流入する湯と、混水用給水路２３２から供給されて水側流入口から流入する給水とを所定の混合比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、給湯器３及び給湯栓Ｋ１等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コントローラ５のタンク給湯運転制御部５３により実行されるようになっている。具体的には、前記の給湯温度センサ２４４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２４４からの出力に基づいて混合制御弁２７１のタンク側流入口及び水側流入口の各開度がタンク給湯運転制御部５３によりフィードバック制御されて、設定給湯温度への温調が実現されるようになっている。

なお、図例では、前記の湯水混合部２７を混合制御弁２７１により構成したものを示しているが、これに限らず、湯水混合部を挟んで設けた湯側流量調整弁及び水側流量調整弁の２つの流量調整弁によって湯水混合部を構成することができる。又、給湯流量センサを、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に対し配設するようにすることができる。

そして、前記の接続口２０１と、給湯器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給湯器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Ｋ１，Ｋ２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Ｋ１等までの給湯のための流路が構成され、本実施形態の貯湯給湯システムは給湯器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。

以上の貯湯給湯システムは、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。又、リモコン５１にユーザーが設定した例えば設定給湯温度等の入力設定情報はタンクコントローラ５から給湯器コントローラ６に対し送出可能となっており、給湯器コントローラ６の給湯制御部はそれらの情報に基づいて独自の給湯制御を実行するようになっている。なお、タンクコントローラ５，給湯器コントローラ６及び燃料電池コントローラ１０は、それぞれ、ＣＰＵ、書き換え可能メモリや入出力インタフェース等を備えるマイコンによって主構成されており、メモリに記憶されたプログラム及び各種データに基づいて前記の各種の作動制御を行うようになっている。又、リモコンは、タンクコントローラ５に接続させる他、燃料電池コントローラ１０に接続させるようにすることができる。以下、本発明の特徴的な湯切れ時切換制御部５３２を含むタンク給湯運転制御部５３によるタンク給湯運転制御について、図４及び図５を参照しつつ詳細に説明する。

ユーザーが給湯栓Ｋ１等を開くことで給湯要求（例えば給湯流量センサ２４５がＭＯＱ以上を検知）があれば、まず、湯切れ予測検知部５３３による湯切れ予測検知が有るか否かを判定する（ステップＳ１１）。まだ湯切れ予測検知が無ければ（ステップＳ１１でＮＯ）、貯湯タンク２１内に高温水が十分に有るものとして、燃焼許否指令出力部５３１から給湯器コントローラ６に対し燃焼禁止指令を出力（ステップＳ１２）するとともに、混合制御弁２７１による湯水混合制御の目標温度として前記設定給湯温度を設定し、高温水に対し混水することにより設定給湯温度に温調して給湯する（ステップＳ１３）。これにより、温調後の湯水は、接続配管４１、非燃焼状態の給湯器３及び給湯配管４２を通して給湯栓Ｋ１等に給湯される。例えば図５に例示するように、第１残湯水量センサ（第１タンク温度センサ）２１１が高温水の温度（例えば６０℃）を検出している間は、設定給湯温度（例えば４０℃）を目標温度として湯水混合制御が実行される結果、給湯温度センサ２４４の検出温度は設定給湯温度である４０℃を維持し、この温度の湯が非燃焼状態の給湯器３を通過して、そのまま給湯されることになる。

一方、貯湯タンク２１内の高温水が徐々に減少し、ついに湯切れ予測検知部５３３により湯切れ予測検知有りと判定されると（ステップＳ１１でＹＥＳ）、あと少しの量（例えばＺ＝２０Ｌ）の高温水が残るだけで湯切れがまもなく生じると予測された段階では、混合制御弁２７１による湯水混合制御の目標温度として移行時設定温度Ｔｖを設定し、混合制御弁２７１に出湯されてくる高温水に対し混水することによりに移行時設定温度Ｔｖに温調して給湯し（ステップＳ１４）、燃焼許否指令出力部５３１から給湯器コントローラ６に対し燃焼禁止解除指令を出力（ステップＳ１５）する。図５に示すように、第１残湯水量センサ（第１タンク温度センサ）２１１による検出温度が高温水の温度（例えば６０℃）から給水温度である例えば２０℃まで一気に低下するようになると、湯水混合制御の目標温度として移行時設定温度Ｔｖ（例えば３５℃）を設定し、かつ、第１残湯水量センサ（第１タンク温度センサ）２１１が所定温度Ｂ℃より低下したことを検出すれば、前記の燃焼禁止解除指令を出力する。移行時設定温度Ｔｖを湯水混合制御の目標温度として設定することで、混水後に給湯温度センサ２４４により検出される湯水温度は移行時設定温度Ｔｖとなり、この移行時設定温度Ｔｖの湯水が接続配管４１を通して給湯器３に供給されて入水温度センサ３５もやや遅れて移行時設定温度Ｔｖを検出することになる。それまでの設定給湯温度（例えば４０℃）から移行時設定温度Ｔｖ（例えば３５℃）への低下を検出する際に、入水温度センサ３５の検出温度が加熱開始温度Ｔより低くなるため、給湯器３の燃焼制御部の本来の燃焼制御に基づき燃焼がＯＮされる。この燃焼加熱により、給湯器３の出湯路３４には設定給湯温度（４０℃）まで加熱された湯が出湯され、これが給湯栓Ｋ１等に給湯されることになる。以上のステップＳ１１でＹＥＳ，ステップＳ１４及びＳ１５が図２の湯切れ時切換制御部５３２の制御内容を構成する。

前記の移行時設定温度Ｔｖは次のように設定することができる。すなわち、移行時設定温度Ｔｖとして、設定給湯温度（例えば４０℃）と湯切れ後の低温水の温度（例えば２０℃）との間の温度であって、給湯器３の給湯制御部による独自の燃焼制御における加熱開始温度Ｔよりも低温側の温度を設定する。この際、所定範囲に属する内、できるだけ高温側の温度を設定する。つまり、加熱開始温度Ｔよりも低温側にして給湯器３での燃焼加熱による温調を可能とさせるものの、設定給湯温度とあまり差がない温度を設定する。これにより、出湯温度（出湯温度センサ３７の検出温度）に上下変動（例えば落ち込み変動Ｆｖ）がたとえ生じたとしても、その落ち込み変動Ｆｖを可及的に小さく抑制することができる。

以上の実施形態の場合、湯切れ時の切換制御により、貯湯タンク２１内の湯切れ発生時における給湯栓Ｋ１等の側へ出湯される出湯温度の変動を可及的に抑制することができる。しかも、既設の給湯器３をそのまま用いてタンクユニット２と組み合わせて貯湯給湯システムを構築することができる。これにより、既設の給湯器３の給湯器コントローラ６への制御構成の変更を行う必要がなく、変更を加える場合と比べコスト低減を図ることができる。

＜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、湯切れ予測検知部５３３として、第１残湯水量センサ（第１タンク温度センサ）２１１の検出温度が高温水温度（例えば６０℃）から低温水温度（例えば２０℃）への変化を検出した時点で湯切れ予測検知有りと判定するようにしているが、これに限らず、さらに、その時点から所定量の高温水が出湯されて消費された時点をもって湯切れ予測検知有りと判定するようにすることができる。具体的には、図６に示すようにタンク頂部側温度、つまり第１残湯水量センサ（第１タンク温度センサ）２１１の検出温度が高温水温度（例えば６０℃）から低温水温度（例えば２０℃）への変化を検出した時点（ステップＳ２１でＹＥＳ）の残湯量（例えばＺ＝２０Ｌ；図３参照）から、さらに所定量αＬ（例えばα＝１０Ｌ）の高温水が使用された時点（ステップＳ２２でＹＥＳ，例えば境界レベル位置Ｈ２，Ｚ＝１０Ｌ；図３参照）で、湯切れ予測検知有りと判定し、湯切れ予測検知を出力するようにすることができる（ステップＳ２３）。あるいは、湯切れ予測検知部５３３として、タンク出口温度センサ２４２の検出温度が高温水温度（例えば６０℃）から低温水温度（例えば２０℃）への変化を検出した時点で湯切れ予測検知有りと判定するようにすることができる。

又、前記の移行時設定温度Ｔｖとして、既設の給湯器３の機種に応じて予め定められた温度値を設定するようにすることができる。この場合、既設の給湯器３に対し新規にタンクユニット２を設置する際に、その既設の給湯器３の機種を作業者が確認し、この機種に応じて定められている温度値をタンクコントローラ５に対し入力設定（例えばディップスイッチを用いて入力設定）することができる。あるいは、既設の給湯器３との通信接続により機種情報（例えば型番等）を自動取得するようにすることができる。この場合には、タンクコントローラ５に機種情報取得処理部を備え、給湯器コントローラ６との通信接続により給湯器コントローラ６から自己の識別情報（型番等）を取得し、機種情報取得処理部が取得した型番等に基づいて移行時設定温度Ｔｖを設定することができる。このために、型番等の情報と移行時設定温度Ｔｖとの関係を定めたテーブルを記憶させるようにすればよい。機種に応じて移行時設定温度Ｔｖを変化させるのは、機種によって最小号数で燃焼させ得る加熱開始温度Ｔの値が異なるため、これに対応させる必要があるからである。

湯水混合部２７における湯水混合制御の目標温度の設定給湯温度への変更タイミング（図４のステップＳ１３）と、燃焼禁止指令の出力タイミング（図４のステップＳ１２）とは、いずれが先であってもよいし、あるいは、同時であってもよい。又、湯水混合制御の目標温度の移行時設定温度への変更タイミング（図４のステップＳ１４）と、燃焼禁止解除指令の出力タイミング（図４のステップＳ１５）とは、いずれが先であってもよいし、あるいは、同時であってもよい。

さらに、前記実施形態では、給湯器３として既設給湯器を活用した場合、つまり、給湯器コントローラ６の制御構成に変更を加えないで、貯湯給湯システムを構成したものを示したが、これに限らず、既設給湯器の給湯器コントローラ６の制御構成に対し最小限の変更を加える、あるいは、給湯器コントローラ６の制御構成に予め変更を加えた給湯器とタンクユニット２とを組み合わせて貯湯給湯システムを構成することができる。例えば、給湯器コントローラ６として、タンクコントローラ５から出力される燃焼禁止指令又は燃焼禁止解除指令に基づく燃焼禁止や燃焼許容の制限を受けるものの、燃焼バーナ３３の燃焼制御について独自の作動制御を実行する給湯制御部に加えて、タンクコントローラ５に温度情報取得処理部５３４（図２参照）を備え、この温度情報取得処理部５３４からの温度情報要求指令の出力を通信により受け、これらの指令出力に基づき例えば入力温度センサ３５による温度検出情報をタンクコントローラ５に出力する制御構成を備えるようにする。このようにすることにより、湯切れ時切換制御として、図７に示すようなものを採用することができる。

すなわち、ユーザーが給湯栓Ｋ１等を開くことで給湯流量センサ２４５がＭＯＱ以上を検知すれば、まず、湯切れ予測検知部５３３による湯切れ予測検知が有るか否かを判定する（ステップＳ３１）。まだ湯切れ予測検知が無ければ（ステップＳ３１でＮＯ）、貯湯タンク２１内に高温水が十分に有るものとして、燃焼許否指令出力部５３１から給湯器コントローラ６に対し燃焼禁止指令を出力（ステップＳ３２）するとともに、混合制御弁２７１による湯水混合制御の目標温度として前記設定給湯温度を設定し、高温水に対し混水することにより設定給湯温度に温調して給湯する（ステップＳ３３）。以上は図４のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の処理と同様である。一方、貯湯タンク２１内の高温水が徐々に減少し、ついに湯切れ予測検知部５３３により湯切れ予測検知有りと判定されると（ステップＳ３１でＹＥＳ）、図４のステップＳ１４と同様に、混合制御弁２７１による湯水混合制御の目標温度として移行時設定温度Ｔｖを設定し、混合制御弁２７１に出湯されてくる高温水に対し混水することによりに移行時設定温度Ｔｖに温調して給湯する（ステップＳ３４）。そして、この給湯が接続配管４１を通して給湯器３まで供給され、給湯器３の入水温度センサ３５が前記の移行時設定温度Ｔｖを検出するまで待ち（ステップＳ３５でＮＯ）、入水温度が移行時設定温度Ｔｖに変化すれば（ステップＳ３５でＹＥＳ）、燃焼許否指令出力部５３１から給湯器コントローラ６に対し燃焼禁止解除指令を出力（ステップＳ３６）する。すなわち、ステップＳ３４の処理と、ステップＳ３６の処理とを同じに実行させるのではなくて、燃焼禁止解除指令の出力を接続配管４１の配管長に基づくタイムラグ分だけ遅らせるようにしてもよい。なお、ステップＳ３５において、入水温度センサ３５が前記の移行時設定温度Ｔｖを検出するまで待った上で（ステップＳ３５でＹＥＳ）、燃焼禁止解除指令を出力（ステップＳ３６）するようにしているが、これに限らず、入水温度センサ３５が必ずしも移行時設定温度Ｔｖと同じ温度を検出するまで待つ必要はなく、入水温度センサ３５が加熱開始温度以下の温度を検出すれば燃焼禁止解除指令を出力するようにすることができる。これは、湯水混合部２７で移行時設定温度Ｔｖに温調されたとしても、例えば接続配管４１がそれよりも高温になっている場合、給湯器３の入水口に到達するまでに移行時設定温度Ｔｖよりも若干昇温してしまうからである。

２ タンクユニット
３ 給湯器
５ タンクコントローラ（タンクユニット制御部）
６ 給湯器コントローラ（給湯器制御部）
２１ 貯湯タンク
２７ 湯水混合部
３５ 入水温度センサ
４１ 接続配管（配管）
２１１ 第１残湯水量センサ（温度センサ）
２４２ タンク出口温度センサ（温度センサ）
５３１ 燃焼許否指令出力部（加熱許否指令出力部）
５３２ 湯切れ時切換制御部
５３３ 湯切れ予測検知部
５３４ 温度情報取得処理部
Ｋ１，Ｋ２ 給湯栓

Claims (5)

1. 貯湯タンクを備えたタンクユニットと、このタンクユニットの下流側に配管で接続された給湯器とを備えた貯湯給湯システムにおいて、
   前記給湯器は、加熱開始温度よりも低い温度の入水を受けるとこの給湯器による湯水加熱運転を開始する給湯器制御部を備え、
   前記タンクユニットは、このタンクユニットの作動を制御するタンクユニット制御部と、前記貯湯タンク内の湯水温度を検出するための温度センサと、前記貯湯タンクの出湯を必要に応じて上水と混合して温調した上で前記給湯器側に出湯させる湯水混合部とを備え、
   前記タンクユニット制御部は、
   前記温度センサにより前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上あることが検出されている間は、前記湯水混合部で設定給湯温度に温調して出湯させる一方、
   前記温度センサにより前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことが検出されると、前記湯水混合部で前記給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯するように構成されている、
   ことを特徴とする貯湯給湯システム。
2. 貯湯タンクを備えたタンクユニットと、このタンクユニットとは別体に構成され、タンクユニットの下流側に配管で接続された給湯器とを備えた貯湯給湯システムにおいて、
   前記給湯器は、加熱開始温度よりも低い温度の入水を受けるとこの給湯器による湯水加熱運転を開始する給湯器制御部を備え、
   前記タンクユニットは、このタンクユニットの作動を制御するタンクユニット制御部と、前記貯湯タンク内の湯水温度を検出するための温度センサと、前記貯湯タンクの出湯を必要に応じて上水と混合して温調した上で前記給湯器側に出湯させる湯水混合部と、前記給湯器制御部に対し、前記給湯器による湯水加熱運転の禁止指令又はこの禁止指令を解除するための禁止解除指令を出力する加熱許否指令出力部とを備え、
   前記タンクユニット制御部は、
   前記温度センサにより前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上あることが検出されている間は、前記湯水混合部で設定給湯温度に温調して出湯させるとともに、前記加熱許否指令出力部から前記禁止指令を出力する一方、
   前記温度センサにより前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことが検出されると、前記湯水混合部で前記給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯するとともに、前記禁止解除指令を出力するように構成されている、
   ことを特徴とする貯湯給湯システム。
3. 請求項２に記載の貯湯給湯システムであって、
   前記タンクユニット制御部は、前記給湯器制御部との通信により前記給湯器の機種に関する情報を取得する機種情報取得処理部を備え、この機種情報取得処理部により取得される情報に基づいて、前記給湯器の加熱開始温度を設定するように構成されている、貯湯給湯システム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の貯湯給湯システムであって、
   前記タンクユニット制御部は、前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことを検出したとき、前記湯水混合部で、前記給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯しつつ、その後に時間差を設けて前記禁止解除指令を出力するように構成されている、貯湯給湯システム。
5. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の貯湯給湯システムであって、
   前記タンクユニット制御部は、前記給湯器の入水温度に関する情報を取得する温度情報取得処理部をさらに備え、
   前記貯湯タンク内に所定温度以上の湯水が規定量以上ないことを検出したとき、前記湯水混合部で、前記給湯器の加熱開始温度よりも低い温度に温調して出湯しつつ、その後に前記温度情報取得処理部により取得した情報に基づき前記給湯器の入水温度が前記温調後の温度へ変化したことを検知したとき、前記禁止解除指令を出力するように構成されている、貯湯給湯システム。

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