JP2016138678A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱源分離型の貯湯タンクと、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給湯システムにおいて、接続配管の存在に起因する不都合を解消して出湯特性を良好にし得る給湯システムを提供する。【解決手段】貯湯タンク内の蓄熱量が満蓄近くなって満蓄回避のための強制排水が必要と判定されると（Ｓ１でＹＥＳ）、レジオネラ菌繁殖のおそれがない等の衛生条件が満足することを条件に（Ｓ２でＹＥＳ）、貯湯タンクからの湯を接続配管、補助熱源機内及び補助熱源機内から分岐した注湯路からなる熱源機側排水路を通して浴槽に排水する（Ｓ３）。衛生条件を満足しないときは、貯湯タンクから直接に排水し得るタンク側排水路に切換制御する。【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、ガスエンジンや燃料電池等の発電装置からの排熱回収により加熱した湯を貯湯タンクに貯湯（蓄熱）し、この貯湯を給湯や浴槽への湯張り等に利用することが行われている。このシステムでは、貯湯タンク内の蓄熱が不足する場合もあることから、ガス給湯器等の補助熱源機を同システム内に設置し、この補助熱源機により不足分を加熱した上で給湯等の用に供することが行われている。
このようなシステムにおいて、発電装置を常時駆動（発電運転継続）させるために、貯湯タンクが満蓄状態（所定温度以上の高温湯で満タン状態となって、さらなる排熱回収が不能になる状態）になる前に、貯湯タンク内の湯を強制排水することが行われている。すなわち、前記発電装置は運転に伴い高温になった冷却水を冷やして循環させることが発電運転継続の条件となるため、その冷却水からの排熱回収を継続させるべく、貯湯タンクが満蓄状態になる前に貯湯タンク内の高温湯を強制排水して排熱回収可能な冷水を貯湯タンク内に導入する必要がある。このような強制排水として、例えば特許文献１では、貯湯タンクから浴槽への落とし込み回路を通して浴槽内に排水する点、及び、その際の落とし込み流量を５０〜７０％に絞り込む点、が開示されている。
又、貯湯タンクと補助熱源機とを同じシステム内に組み込むのではなくて、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に設置した補助熱源機とで、システムを構成することも行われている。このようなシステムにおいて、例えば特許文献２には、貯湯タンク内に長期間滞留した水がある場合に、これを排水するための排水管を前記タンクユニットに設けたものが開示されている。

特開２００９−２０４２３９号公報 特開２０１３−１３３９９５号公報

ところで、前記の如く、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に設置した補助熱源機とで給湯システムを構成する際に、その補助熱源機として、既に住宅に設置されている既設給湯器を活用しようとする試みが近年行われている。この場合には、給湯器を除い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を形成し、このタンクユニットを住宅の既設給湯器に接続することで貯湯タンクと給湯器とを組み合わせて給湯システムを構成することが考えられている。

しかしながら、このように組み合わせる場合には、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、特に、ユーザーが給湯栓を開いても、給湯温度の立ち上がりが遅く設定給湯温度の湯が出てくるまでかなりの時間を要する事態が発生してしまうおそれがある。すなわち、貯湯タンク内に所定の高温湯が貯湯され、タンクユニット側の湯水混合により設定給湯温度の湯が供給されたとしても、前記接続配管が冷えた状態にあると、給湯栓に湯が到達するまでの間に接続配管に熱を奪われてしまい、給湯栓に到達した段階では設定給湯温度よりもかなり低温の湯になってしまうおそれがある。つまり、タンクユニット側から供給される湯により接続配管が所定量暖められてからでないと、給湯栓には設定給湯温度の湯が到達しないことになり、ユーザーが設定給湯温度の湯を得られるまでに一定の時間経過を要することになる、という問題発生のおそれがある。

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、熱源分離型の貯湯タンクと、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給湯システムにおいて、接続配管の存在に起因する不都合を解消して出湯特性を良好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、本発明は、貯湯タンクと、この貯湯タンクから出湯される湯が接続配管を通して供給される補助熱源機とを備え、前記貯湯タンクから給湯先までの給湯流路が前記接続配管及び前記補助熱源機を通る流路により構成されている給湯システムを対象として、次の技術的手段を講じた。すなわち、前記接続配管の上流側位置の給湯流路から分岐するタンク側排水路と、前記接続配管の下流側位置の給湯流路から分岐する熱源機側排水路と、所定条件の成立により前記貯湯タンクからの湯を前記タンク側排水路か前記熱源機側排水路かのいずれかに切り換えて流すように排水制御する排水制御手段と、を備えることとした（請求項１）。

この発明の場合、所定条件の成立により貯湯タンクからの湯を熱源機側排水路に流すと、その湯は接続配管を通るため、その湯によって特に接続配管が加温・加熱されることになる。このため、特に冬期等に気温が低下したことにより接続配管等が冷えた状態になったとしても、その接続配管等が加温・加熱される。これにより、接続配管が外部に配管されていたり、あるいは、長く配管されていたりしたとしても、前記の接続配管等の加温・加熱によって、貯湯タンクから給湯先に給湯する際に、接続配管等に奪われる熱量を低減させることが可能となる分、給湯先から設定給湯温度の湯を早期に出湯させることが可能になる。このため、特に貯湯タンクと補助熱源機とを連通させるための接続配管の存在に起因する不都合を解消して出湯特性を良好にし得ることになる。

本発明において、貯湯タンクとして、外部の主熱源装置の運転駆動により生じる排熱の回収により加熱された湯が貯湯されて蓄熱されるものとし、前記所定条件として、貯湯タンク内の蓄熱量が排熱の回収が不能となる満蓄状態に至る事態を回避するために貯湯タンクからの強制排水が必要と判定されることとし、排水制御手段として、強制排水が必要と判定されたとき、貯湯タンクからの湯を熱源機側排水路を通して流すように排水制御する構成とすることができる（請求項２）。このようにすることにより、前記の如く接続配管の加熱・加温による出湯特性の改善が図られるとともに、満蓄回避のために単に捨てられていた貯湯タンクの蓄熱を、接続配管等の加熱・加温のために有効利用することが可能になる。

本発明において、前記所定条件として、接続配管が所定温度まで低下したことが検知されることとし、排水制御手段として、接続配管が所定温度まで低下したことが検知されたとき、貯湯タンクからの湯を熱源機側排水路を通して流すように排水制御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、接続配管の加熱・加温が実現するため、前記の所定温度として凍結予防温度に基づく温度とした場合には凍結予防が図られる上に、従来設けていた凍結予防ヒータ等の機器類を省略することが可能になる。又、前記の所定温度として接続配管の保温を目的とする温度とした場合には、接続配管を一定温度以下に冷えないように保温することが可能となり、それに伴う出湯特性の改善が図られることになる。

本発明において、前記所定条件として、ユーザーによる制御実行のための予約時刻になることとし、排水制御手段として、予約時刻になれば、貯湯タンクからの湯を熱源機側排水路を通して流すように排水制御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、ユーザーの意図に基づく接続配管の加温又は保温が可能となる。

又、本発明において、排水制御手段として、前記所定条件の成立により排水制御を実行する前に、これから流す貯湯タンク内の湯が所定の衛生条件を満たすか否かについて判定し、その衛生条件を満たすことを条件に熱源機側排水路を通るように排水制御する一方、前記衛生条件を満たさないとき、貯湯タンクからの湯をタンク側排水路を通して流すように排水制御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、衛生条件を満たさない湯が接続配管から下流側の熱源機等に流れることを回避して、その湯をタンク側排水路から直接に排水することが可能になる。

本発明において、貯湯タンクから出湯される湯及び上水の双方が流入可能とされて必要に応じて混合する湯水混合部をさらに備え、この湯水混合部からの湯が接続配管を通して供給される構成とすることができる（請求項６）。このようにすることにより、排水制御手段が排水制御を実行するための条件である所定条件成立の内容に応じて、接続配管等を加温又は保温するための湯の温度を変更調整することが可能となる。このため、貯湯タンクの蓄熱量の有効利用や、放熱ロスの抑制を図ることが可能となる。

さらに本発明において、貯湯タンクをタンク側排水路と共に筐体の内部に設ける一方、補助熱源機を筐体の外部に設けるようにすることができる（請求項７）。このような場合に、接続配管が筐体の外部に配管されて放熱や気温変動等の影響を受け易くなるため、以上の排水制御による接続配管の加温・保温によるメリットが最大に得られることになる。

以上説明したように、本発明の給湯システムによれば、所定条件の成立により貯湯タンクからの湯を熱源機側排水路に流すと、その湯は接続配管を通るため、その湯によって特に接続配管を加温・加熱することができるようになる。このため、特に冬期等に気温が低下したことにより接続配管等が冷えた状態になったとしても、あるいは、接続配管が外部に配管されていたり、あるいは、長く配管されていたりして冷えの程度が厳しくなったとしても、接続配管を加温・加熱することができ、貯湯タンクから給湯先に給湯する際に接続配管等に奪われる熱量を低減させることが可能となる分、給湯先から設定給湯温度の湯を早期に出湯させることができるようになる。このため、特に貯湯タンクと補助熱源機とを連通させるための接続配管の存在に起因する不都合を解消して出湯特性を良好に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、貯湯タンクとして、外部の主熱源装置の運転駆動により生じる排熱の回収により加熱された湯が貯湯されて蓄熱されるものとし、前記所定条件として、貯湯タンク内の蓄熱量が排熱の回収が不能となる満蓄状態に至る事態を回避するために貯湯タンクからの強制排水が必要と判定されることとし、排水制御手段として、強制排水が必要と判定されたとき、貯湯タンクからの湯を熱源機側排水路を通して流すように排水制御する構成とすることにより、前記の如く接続配管の加熱・加温による出湯特性の改善を図ることができるとともに、満蓄回避のために単に捨てられていた貯湯タンクの蓄熱を、接続配管等の加熱・加温のために有効利用することができる。

請求項３の給湯システムによれば、前記所定条件として、接続配管が所定温度まで低下したことが検知されることとし、排水制御手段として、接続配管が所定温度まで低下したことが検知されたとき、貯湯タンクからの湯を熱源機側排水路を通して流すように排水制御する構成とすることにより、接続配管の加熱・加温が実現するため、前記の所定温度として凍結予防温度に基づく温度とした場合には凍結予防を図ることができる上に、従来設けていた凍結予防ヒータ等の機器類を省略することができる。又、前記の所定温度として接続配管の保温を目的とする温度とした場合には、接続配管を一定温度以下に冷えないように保温することができるようになり、それに伴う出湯特性の改善を図ることができるようになる。

請求項４の給湯システムによれば、前記所定条件として、ユーザーによる制御実行のための予約時刻になることとし、排水制御手段として、予約時刻になれば、貯湯タンクからの湯を熱源機側排水路を通して流すように排水制御する構成とすることことにより、ユーザーの意図に基づく接続配管の加温又は保温を行うことができるようになる。

請求項５の給湯システムによれば、排水制御手段として、前記所定条件の成立により排水制御を実行する前に、これから流す貯湯タンク内の湯が所定の衛生条件を満たすか否かについて判定し、その衛生条件を満たすことを条件に熱源機側排水路を通るように排水制御する一方、前記衛生条件を満たさないとき、貯湯タンクからの湯をタンク側排水路を通して流すように排水制御する構成とすることにより、衛生条件を満たさない湯が接続配管から下流側の熱源機等に流れることを回避することができる上に、その湯をタンク側排水路から直接に排水することができるようになる。

請求項６の給湯システムによれば、貯湯タンクから出湯される湯及び上水の双方が流入可能とされて必要に応じて混合する湯水混合部をさらに備え、この湯水混合部からの湯が接続配管を通して供給される構成とすることにより、排水制御手段が排水制御を実行するための条件である所定条件成立の内容に応じて、接続配管等を加温又は保温するための湯の温度を変更調整することができるようになり、貯湯タンクの蓄熱量の有効利用や、放熱ロスの抑制を図ることができるようになる。

請求項７の給湯システムによれば、貯湯タンクをタンク側排水路と共に筐体の内部に設ける一方、補助熱源機を筐体の外部に設けるようにすることにより、接続配管が筐体の外部に配管されて放熱や気温変動等の影響を受け易くなるため、以上の排水制御による接続配管の加温・保温によるメリットを最大に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。 実施形態の制御要素を示す制御ブロック構成図である。 満蓄時排水制御に係る制御フローチャートである。 保温時排水制御に係る制御フローチャートである。 予約時排水制御に係る制御フローチャートである。

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Ｋ等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、貯湯タンク２１内の貯湯を直接に排水するためにタンクユニット２に設けられた排水回路２６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つの筐体２０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排熱との熱交換により加熱する手法の他に、外部の主熱源装置により加熱され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。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、タンクユニット２と連携するように構成された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。その場合、給湯器３では、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に給湯されるようになっている。ここで、給湯栓Ｋは例えば台所の給湯栓やシャワー栓であり、１つに限らず、２以上のものを備えるようにすることができる。又、前記出湯接続口３４１よりも上流側位置の出湯路３４から分岐して浴槽４４まで延びる注湯路４３が設けられており、出湯路３４に出湯された湯は、注湯電磁弁４３１を開制御すれば、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。浴槽４４には自動排水栓４４１が設けられ、後述の給湯器コントローラ６からの制御信号により開閉切換制御が行われる。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が、本発明の適用においては潜熱を回収するための熱交換器を備えることは必須ではない。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を備えている。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、ユーザーがリモコン５１に入力操作した各種情報や操作指令に係る情報をタンクコントローラ５から受けるようになっている。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６１（図２参照）を備えており、この給湯制御部６１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６１は、ユーザーにより例えば給湯栓Ｋが開かれることにより入水流量センサ３６又はタンクユニット側給湯流量センサ２４５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給湯栓Ｋに給湯し、あるいは、加熱開始温度以上であれば、燃焼させずにそのまま給湯栓Ｋに給湯する。なお、入水流量センサ３６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。

又、給湯器コントローラ６は、前記の給湯制御部６１の他に、浴槽４４に対し注湯（湯張りや足し湯）するためのふろ制御部６２を備えている。このふろ制御部６２による注湯制御は、リモコン５１の例えばふろ自動スイッチ（又は足し湯スイッチ等）をユーザーがＯＮ操作して、その操作指令信号を受けたタンクコントローラ５から注湯運転ＯＮ指令が給湯器コントローラ６に出力されることで開始される他、湯張りのためのタイマー予約をユーザーが設定していた場合にはそのタイマー予約時刻に出力される指令信号が同様にタンクコントローラ５から給湯器コントローラ６に出力されることで開始される。この注湯制御は、注湯電磁弁４３１を開切換制御し自動排水栓４４１を閉切換制御することで開始され、注湯電磁弁４３１を閉切換制御することで終了する。なお、注湯の際には、燃焼バーナ３３は原則として非燃焼（燃焼禁止）とされるが、例外的に、貯湯タンク２１内の湯切れを考慮してタンクユニット２の側から給湯器３の入水路３１に入水する湯の温度が設定注湯温度よりも低いときには燃焼禁止状態を解除して設定注湯温度まで燃焼加熱可能とするという制御仕様が本来的な制御構成として備えられている。

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２１１〜２１５からなる残湯水量センサが設けられ、この残湯水量センサ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。この検出される残湯量に基づいて、満蓄状態を回避するための強制的な排水運転制御の要否及び開始タイミングが判定される。

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の排熱回収用熱交換器１２を通過することにより熱交換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内で上から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。なお、三方切換弁２２２は、バイパス路２２３の入口側〜出口側のいずれの位置に対しても介装することができる。

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や設定注湯温度等に温調した上で、給湯器３の側に給湯するものである。このような湯水混合部２７での湯水混合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、設定給湯温度や設定注湯温度等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２４５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。

また、混水用給水路２３２の途中と、湯水混合部２７の下流側であって給湯温度センサ２４４の介装位置よりも上流側位置の給湯路２４１とを接続するためのバイパス流路２５１と、このバイパス流路２５１を開閉するための電磁開閉弁である高温回避弁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。

さらに、前記排水回路２６は、排水路２６１と、この排水路２６１に介装された排水電磁弁２６２及び排水流量センサ２６３とを備えている。排水路２６１は、上流端が前記接続口２０１の上流側位置の給湯路２４１から分岐し、下流端が筐体２０の外部に向けて排水可能に設けられている。排水電磁弁２６２は常閉とされ、後述の如くタンクコントローラ５により開閉切換制御が行われる。この排水電磁弁２６２を含む排水路２６１がタンクユニット２に専用の排水路として設けられたタンク側排水路Ａを構成する。

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Ｋまで給湯されたり、浴槽４４まで注湯されたり、することになる。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、熱交換器３２内、出湯路３４、及び、給湯配管４２によって、貯湯タンク２１から給湯先である給湯栓Ｋまで給湯のための流路である給湯流路が構成されている。このような給湯流路において、前記タンク側排水路Ａが接続配管４１の上流側位置のタンクユニット２内で分岐する一方、熱源機側排水路Ｂが接続配管４１よりも下流側位置の給湯器３内で分岐している。具体的には、タンク側排水路Ａは接続口２０１手前位置の給湯路２４１の下流側位置から分岐する排水路２６１及び排水電磁弁２６２により構成され、熱源機側排水路Ｂは給湯器３の出湯路３４から分岐する注湯路４３及び注湯電磁弁４３１により構成されている。ここで、排水電磁弁２６２及び注湯電磁弁４３１が貯湯タンク２１から供給される湯をいずれを通して排水するかを切換える切換制御弁を構成し，注湯路４３及び浴槽４４の自動排水栓までが排水路を構成する。なお、以下の実施形態では、以上のようにタンク側排水路Ａ及び熱源機側排水路Ｂが構成された場合について説明するが、これに限らず、次のような排水路によりタンク側排水路Ａ及び熱源機側排水路Ｂを構成することができる。すなわち、タンク側排水路Ａとしては、接続配管４１の上流側位置から分岐させればよく、例えば接続口２０１の近傍位置の接続配管４１から分岐させた排水路により構成することもできる。又、熱源機側排水路Ｂとしては、接続配管４１の下流側位置から分岐させればよく、例えば入水接続口３１１の近傍位置の接続配管４１から分岐させた排水路、入水路３１もしくは出湯路３４の適宜位置から分岐させた排水路、あるいは、出湯接続口３４１の近傍を含む給湯配管４２の適宜位置から分岐させた排水路等により構成することもできる。

以上の給湯システムは、リモコン５１からの設定給湯温度や設定注湯温度等の入力設定信号や操作指令信号の出力や、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、図例の如く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、本発明の特徴的な排水制御手段としての排水運転制御部５４による排水運転制御について、第１〜第３実施形態に分けて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図３は第１実施形態の排水運転制御に係るフローチャートを示す。この第１実施形態は、貯湯タンク２１が満蓄状態になって排熱回収が続行不能となることに起因して主熱源装置１（燃料電池）の発電運転継続に支障が生じる事態の発生を回避して主熱源装置１の発電運転継続を担保するために行う貯湯タンク２１からの強制排水を２つの排水路（タンク側排水路Ａか、熱源機側排水路Ｂか）のいずれに流すかの切換制御を実行するものである。

まず、満蓄回避のための強制排水が必要か否かの判定を貯湯タンク２１内の残湯量の検出に基づいて行う（ステップＳ１）。タンク温度センサ２１１〜２１５の全てが所定の高温（例えば６０℃）以上の高温残湯を検出すると、それは満蓄状態に至り、もはや蓄熱循環回路２２を作動させたとしても排熱回収用熱交換器１２での排熱回収は不能に至り、主熱源装置１である燃料電池による発電運転の継続が困難になるため、このような事態に至る前の段階に満蓄回避のために強制排水を開始することが必要となる。この強制排水が必要となるタイミングは、満蓄状態に至る前の段階の所定タイミングであり、例えば最下層の残湯量を検出するタンク温度センサ２１５が満蓄回避のための設定温度を検出したタイミングとすることができる。

ステップＳ１で強制排水が必要と判定されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、次に、これから排水される貯湯タンク２１内の頂部の湯は衛生条件を満足するものであるか否かについての判定を行う（ステップＳ２）。この判定としては、例えばレジオネラ菌が繁殖しているおそれがあるか否かについての判定とすることができる。貯湯タンク２１の頂部から前回出湯した時点から今回の強制排水時点である現時点までの経過時間が所定の判定時間よりも長ければ、繁殖のおそれがあり衛生条件は満足していないと判定する一方、短ければ繁殖のおそれはなく衛生条件は満足していると判定する。

ステップＳ２で衛生条件は満足していると判定された場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、熱源機側排水路Ｂを通して貯湯タンク２１から排水するように切換制御を実行し（ステップＳ３）、逆に、衛生条件は満足しないと判定された場合には（ステップＳ２でＮＯ）、タンク側排水路Ａを通して貯湯タンク２１から排水するように切換制御を実行する（ステップＳ４）。貯湯タンク２１から熱源機側排水路Ｂを通して排水するように切換制御を行うには（ステップＳ３）、注湯電磁弁４３１を開切換制御するとともに、貯湯タンク２１の頂部から排水される高温湯の温度をできるだけ温度を低下させず熱量を保持しつつ安全な温度（排水としての法規制や外部に支障を与えない上限温度；例えば４０℃程度）に温調させるように湯水混合部２７の混合制御弁２７１での湯水混合制御を行う。この切換制御と並行してユーザーの使用意図が生じないか否かについて監視し（ステップＳ３−１）、使用意図は無いと判定されれば燃焼許否指令出力部５４１から給湯器コントローラ６に対し燃焼バーナ３３の燃焼禁止指令を出力し（ステップＳ３−１でＹＥＳ，ステップＳ３−２）、使用意図が有ると判定されれば燃焼許否指令出力部５４１から給湯器コントローラ６に対し燃焼バーナ３３の燃焼許可指令を出力する、又は、既に出力した燃焼禁止指令を解除して燃焼許可指令を出力する（ステップＳ３−１でＮＯ，ステップＳ３−３）。燃焼禁止指令を出力するのは、給湯器コントローラ６のふろ制御部６２による独自制御により燃焼作動が許容されてしまうことになるのを回避するためである。以上の強制排水は、貯湯タンク２１から所定の出湯量（例えば、主熱源装置１の発電運転継続のために排熱回収が継続可能になる程度の新たな給水が貯湯タンク２１の底部に供給される程度の出湯量）だけ排水されれば、終了させることができる。

前記のユーザーの使用意図としては、ユーザーが給湯栓Ｋを開いて給湯使用が開始されたとき、ユーザーが設定していた湯張りのためのタイマー予約時刻になって指令信号が出力されたとき、ユーザーがリモコンの自動スイッチもしくは足し湯スイッチ等をＯＮ操作してＯＮ操作信号が出力されたとき、あるいは、湯張り等の制御開始に伴い自動排水栓４４１が閉切換制御されたとき等がある。そして、これらが検知されたときにユーザーの使用意図が有ると判定し、検知されなければユーザーの使用意図は無いと判定することができる。

一方、貯湯タンク２１からタンク側排水路Ａを通して排水するように切換制御を行うには（ステップＳ４）、排水電磁弁２６２を開切換制御するとともに、前記と同様に貯湯タンク２１の頂部から排水される高温湯の温度を安全な温度（排水としての法規制や外部に支障を与えない温度；例えば４０℃程度）に低下させるように湯水混合部２７の混合制御弁２７１での湯水混合制御を行う。これにより、衛生条件を満足しない湯を貯湯タンク２１からタンク側排水路Ａを通して直接に排水させることができ、給湯流路を構成する接続配管４１、給湯器３及び給湯配管４２等を清浄な状態に維持することができる。この場合の強制排水は、衛生条件が満足しないと判定されているため、貯湯タンク２１内の貯湯全量が排水されて新たな給水で置換されるまで排水してから終了させるようにすることができる。

この第１実施形態において、熱源機側排水路Ｂを通して強制排水が行われた場合には、前記の所定の熱量を保持した湯が接続配管４１、給湯器３内の流路（入水路３１，熱交換器３２，出湯路３４）及び注湯路４３を通して浴槽４４に流れ、開状態の自動排水栓４４１から外部の排水施設に排水されることになる。この際、特に接続配管４１や給湯器３内の流路が冬期等に一定時間未通流であることに起因してかなり冷えた状態になっていたとしても、前記強制排水により流れる湯からの熱伝達により加熱・加温されて、接続配管４１や給湯器３内の流路を暖められた状態にすることができる。このため、以後、給湯使用が生じた際に，接続配管４１がたとえ長くてもあるいはたとえ外部に配管されたものであっても、タンクユニット２の側からの設定給湯温度の湯を給湯栓Ｋに給湯する際に、接続配管４１等に奪われる熱量を低減させることができる分、給湯栓Ｋから早期に出湯させることができるようになる。このため、特にタンクユニット２と給湯器３とを連通させるための接続配管４１の存在に起因する不都合を解消して出湯特性を良好にすることができる。しかも、満蓄回避のために単に捨てられていた貯湯タンク２１の蓄熱を、前記の接続配管４１等の加熱・加温のために有効利用することができるようになる。

＜第２実施形態＞
図４は第２実施形態の排水運転制御に係るフローチャートを示す。この第２実施形態は、特に接続配管４１等が保温のための所定温度以下になった場合に、貯湯タンク２１からの湯を熱源機側排水路Ｂを通して排水して接続配管４１等を加熱・加温（保温）するものであり、その際、衛生条件が満足しない場合には排水経路を熱源機側排水路Ｂからタンク側排水路Ａに切換制御するものである。前記の所定温度としては、加熱・加温が凍結予防を目的とする場合と、出湯特性を良好にすることを目的とする場合との２つのケースに対応して設定することができる。接続配管４１の温度は、例えばタンクユニット側給湯温度センサ２４４又は給湯器３の入水温度センサ３５等から推測して検出することができる。凍結予防の場合であると、筐体２０内にあるタンクユニット側給湯温度センサ２４４が例えば３〜５℃以下を検出すれば、筐体２０の外部に配管されている接続配管４１はさらに低温になっており、凍結予防の必要があると判定して、本実施形態の排水制御を実行する。あるいは、出湯特性向上の場合であると、前記タンクユニット側給湯温度センサ２４４が例えば２５℃以下を検出すれば、筐体２０の外部に配管されている接続配管４１はさらに低温になっており、保温の必要があると判定して、本実施形態の排水制御を実行する。

従って、まず、ステップＳ１１で、接続配管４１の温度が例えば凍結予防が必要とされる前記温度以下になれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、排水の実行が必要と判定して、次に、これから排水される貯湯タンク２１内の頂部の湯は衛生条件を満足するものであるか否かについての判定を行う（ステップＳ２）。そして、ステップＳ２で衛生条件は満足していると判定された場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、熱源機側排水路Ｂを通して貯湯タンク２１から排水するように切換制御を実行し（ステップＳ３）、逆に、衛生条件は満足しないと判定された場合には（ステップＳ２でＮＯ）、タンク側排水路Ａを通して貯湯タンク２１から排水するように切換制御を実行する（ステップＳ４）。以上のステップＳ２の判定、ステップＳ３及びステップＳ４の各制御については、第１実施形態で説明した同じステップ番号のものと同じであるため、繰り返しの説明を省略する。

この第２実施形態においては、衛生条件を満足すれば、貯湯タンク２１の頂部からの湯が熱源機側排水路Ｂ、すなわち、接続配管４１、給湯器３内の流路（入水路３１，熱交換器３２，出湯路３４）及び注湯路４３を通して浴槽４４に流れ、開状態の自動排水栓４４１から外部の排水施設に排水されることになる。このため、流れる湯によって、特に接続配管４１や給湯器３内の流路を加熱・加温することができ、凍結予防を確実に図ることができることになる。これに伴い、接続配管４１や給湯器３内の流路に対し凍結予防のために従来設けられていた凍結予防ヒータを省略することも可能となる。又、凍結予防のためには、湯水混合部２７での温調温度を第１実施形態の如く例えば４０℃にしなくてもよく、さらに低温の温調温度にすることができ、このようにすることにより凍結予防を図ることができつつも、貯湯タンク２１の貯湯から使用量も節約することができるようになる。

一方、前記のステップＳ１１で、接続配管４１の温度が例えば保温の必要があると判定される前記温度以下になれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、排水の実行が必要と判定して、ステップＳ２〜Ｓ４の制御を行う場合には、タンク側排水路Ｂに流される湯によって、特に接続配管４１や給湯器３内の流路を加熱・加温して保温することができ、第１実施形態で説明したものと同様に、タンクユニット２と給湯器３とを連通させるための接続配管４１の存在に起因する不都合を解消して出湯特性を良好にすることができるようになる。

＜第３実施形態＞
図５は第３実施形態の排水運転制御に係るフローチャートを示す。この第３実施形態は、特にユーザー自身が接続配管４１等の保温のためにタンク側排水路Ｂを通した排水を実行させるという意図に基づいて、排水制御の実行のためのタイマー予約を例えばリモコン５１を用いて行った場合に実行される排水制御である。タイマー予約を行うケースとしては、次のようなものが想定される。例えば、昼間留守をして帰宅した後に、夜の入浴に備えて予め接続配管４１等を保温もしくは加温しておくために、夕方の４〜５時頃に熱源機側排水路Ｂを通しての排水が実行されるようにタイマー予約を行うようなケースが想定される。このようなタイマー予約の場合には、第１のタイマー予約時刻に熱源機側排水路Ｂを通しての排水を実行した後に、さらに例えば１時間経過後に同様の排水を実行させるように予めプログラムすることができる。

従って、まず、ステップＳ２１で、タイマー予約時刻になったと判定されれば（ステップＳ２１でＹＥＳ）、排水の実行が必要と判定して、次に、これから排水される貯湯タンク２１内の頂部の湯は衛生条件を満足するものであるか否かについての判定を行う（ステップＳ２）。そして、ステップＳ２で衛生条件は満足していると判定された場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、熱源機側排水路Ｂを通して貯湯タンク２１から排水するように切換制御を実行し（ステップＳ３）、逆に、衛生条件は満足しないと判定された場合には（ステップＳ２でＮＯ）、タンク側排水路Ａを通して貯湯タンク２１から排水するように切換制御を実行する（ステップＳ４）。以上のステップＳ２の判定、ステップＳ３及びステップＳ４の各制御については、第１実施形態で説明した同じステップ番号のものと同じであるため、繰り返しの説明を省略する。

この第３実施形態においては、衛生条件を満足すれば、貯湯タンク２１の頂部からの湯が熱源機側排水路Ｂ、すなわち、接続配管４１、給湯器３内の流路（入水路３１，熱交換器３２，出湯路３４）及び注湯路４３を通して浴槽４４に流れ、開状態の自動排水栓４４１から外部の排水施設に排水されることになる。このため、流れる湯によって、特に接続配管４１や給湯器３内の流路を予め加熱・加温することができ、この後に実行される浴槽４４への湯張り時や給湯栓Ｋ使用時に放熱ロスを最小限に抑えて、入浴のために貯湯タンク２１内の蓄熱を有効に利用することができる。

１ 主熱源装置
３ 給湯器（補助熱源機）
２０ 筐体
２１ 貯湯タンク
２７ 湯水混合部
４１ 接続配管
５４ 排水運転制御部（排水制御手段）
Ａ タンク側排水路
Ｂ 熱源機側排水路

Claims (7)

1. 貯湯タンクと、この貯湯タンクから出湯される湯が接続配管を通して供給される補助熱源機とを備え、前記貯湯タンクから給湯先までの給湯流路が前記接続配管及び前記補助熱源機を通る流路により構成されている給湯システムであって、
   前記接続配管の上流側位置の給湯流路から分岐するタンク側排水路と、
   前記接続配管の下流側位置の給湯流路から分岐する熱源機側排水路と、
   所定条件の成立により前記貯湯タンクからの湯を前記タンク側排水路か前記熱源機側排水路かのいずれかに切り換えて流すように排水制御する排水制御手段と、
   を備えている
   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、
   前記貯湯タンクは、外部の主熱源装置の運転駆動により生じる排熱の回収により加熱された湯が貯湯されて蓄熱されるものであり、
   前記所定条件は、前記貯湯タンク内の蓄熱量が前記排熱の回収が不能となる満蓄状態に至る事態を回避するために貯湯タンクからの強制排水が必要と判定されることであり、
   前記排水制御手段は、前記強制排水が必要と判定されたとき、前記貯湯タンクからの湯を前記熱源機側排水路を通して流すように排水制御するように構成されている、給湯システム。
3. 請求項１に記載の給湯システムであって、
   前記所定条件は、前記接続配管が所定温度まで低下したことが検知されることであり、
   前記排水制御手段は、前記接続配管が所定温度まで低下したことが検知されたとき、前記貯湯タンクからの湯を前記熱源機側排水路を通して流すように排水制御するように構成されている、給湯システム。
4. 請求項１に記載の給湯システムであって、
   前記所定条件は、ユーザーによる制御実行のための予約時刻になることであり、
   前記排水制御手段は、前記予約時刻になれば、前記貯湯タンクからの湯を前記熱源機側排水路を通して流すように排水制御するように構成されている、給湯システム。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の給湯システムであって、
   前記排水制御手段は、前記所定条件の成立により排水制御を実行する前に、これから流す貯湯タンク内の湯が所定の衛生条件を満たすか否かについて判定し、前記衛生条件を満たすことを条件に前記熱源機側排水路を通るように排水制御する一方、前記衛生条件を満たさないとき、前記貯湯タンクからの湯を前記タンク側排水路を通して流すように排水制御するように構成されている、給湯システム。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の給湯システムであって、
   前記貯湯タンクから出湯される湯及び上水の双方が流入可能とされて必要に応じて混合する湯水混合部をさらに備え、この湯水混合部からの湯が前記接続配管を通して供給され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、
   前記貯湯タンクはタンク側排水路と共に筐体の内部に設けられる一方、前記補助熱源機は前記筐体の外部に設けられている、給湯システム。

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