JP5829492B2 - 貯湯式給湯システム及びその運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、湯水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯水を貯留する貯湯槽と、浴槽の浴槽水を浴槽水循環路に循環させる浴槽水循環ポンプと、前記加熱手段により加熱された湯水との熱交換により前記浴槽水循環路を循環する浴槽水を加熱する追焚手段と、前記浴槽水循環路を循環する浴槽水の保有熱を前記加熱手段に供給される給水との熱交換により回収する浴槽水熱回収手段とを備え、前記浴槽水循環ポンプ及び前記追焚手段を作動させて浴槽水の追焚を行う追焚運転と、前記浴槽水循環ポンプ及び前記浴槽水熱回収手段を作動させて浴槽水の熱回収を行う浴槽水熱回収運転とを行う運転制御手段を備えた貯湯式給湯システム及びその運転制御方法に関する。

上記のような貯湯式給湯システムとして、ヒートポンプの排熱により貯湯槽に貯留される湯水を加熱するにあたり、浴槽水循環ポンプを作動させて浴槽水循環路に浴槽水を循環させることで、浴槽水の保有熱をヒートポンプに供給される給水との熱交換により回収する浴槽水熱回収運転を行うように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。
このような浴槽水熱回収運転を行うことで、入浴後に浴槽に残っている比較的高温の浴槽水の保有熱をヒートポンプに供給され加熱される給水の余熱用として回収して、高い省エネ性を実現することができる。

上記浴槽水熱回収運転を行う貯湯式給湯システムでは、浴槽水熱回収運転の開始時などにおいて、ヒートポンプへ供給される給水の温度（以下「給水温度」）が高すぎると、ヒートポンプの成績係数が低下し、システム全体の省エネ性が損なわれてしまうことがある。
そこで、特許文献１に記載の貯湯式給湯システムでは、浴槽水熱回収運転の開始時等において浴槽水温度が高い場合に、浴槽水循環ポンプを間欠的に作動させて、浴槽水循環路における浴槽水の単位時間あたりの流量を減少させることで、給水温度が所定温度を超えないようにして、ヒートポンプの成績係数の低下を抑制するように構成されている。
尚、このシステムでは、浴槽水熱回収運転において浴槽水循環路における浴槽水の単位時間あたりの流量を減少させるにあたり、浴槽水循環ポンプを間欠的に作動させるために、浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量は、浴槽水循環ポンプを通常どおり作動したときの瞬時流量、即ち追焚運転時における瞬時流量まで上昇することになる。

かかる貯湯式給湯システムでは、追焚運転時において浴槽の浴槽水の温度をムラなく徐々に上昇させるために、浴槽水循環ポンプが作動したときの浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量は比較的高く設定されている。即ち、追焚手段により加熱された浴槽水が浴槽の浴槽水に対して勢い良く流入するので、浴槽の浴槽水が十分に撹拌され、浴槽の浴槽水の温度が全体的に均一に上昇することになる。
一方、このように構成された従来の貯湯式給湯システムでは、浴槽水熱回収運転においても、その開始時から浴槽水循環ポンプを追焚運転時と同等の出力で作動させるので、浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量は追焚運転時と同様まで上昇し、浴槽水熱回収手段により冷却された浴槽水が、浴槽の浴槽水に対して勢い良く流入する。よって、浴槽水熱回収運転の時間経過に伴って、浴槽の浴槽水の温度はムラなく徐々に低下することになる。

特開２００８−１１１５７４号公報（段落００３０−００３２、図２） 特開平１０−３１８６０４号公報（段落００２０、００２５、００２６、図１、図４）

従来の貯湯式給湯システムでは、浴槽水熱回収運転の時間経過に伴って、浴槽水が十分に撹拌された状態でその温度がムラなく徐々に低下するので、浴槽水循環路を介して浴槽水熱回収手段に供給される浴槽水の温度も徐々に低下する。すると、浴槽水熱回収手段における浴槽水と給水との温度差が徐々に小さくなって、浴槽水熱回収手段における熱交換効率が徐々に悪化してしまう。結果、浴槽水の保有熱を十分に回収するために必要な時間、即ち浴槽水循環ポンプの作動時間が長くなり、浴槽水の熱回収による省エネ効果が浴槽水循環ポンプのエネルギ消費によって相殺されてしまうという問題があった。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、浴槽水の保有熱を効率良く回収し、システム全体で高い省エネ性を実現可能な貯湯式給湯システム及びその運転制御方法を提供する点にある。

この目的を達成するための本発明に係る貯湯式給湯システムは、湯水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯水を貯留する貯湯槽と、浴槽の浴槽水を浴槽水循環路に循環させる浴槽水循環ポンプと、前記加熱手段により加熱された湯水との熱交換により前記浴槽水循環路を循環する浴槽水を加熱する追焚手段と、前記浴槽水循環路を循環する浴槽水の保有熱を前記加熱手段に供給される給水との熱交換により回収する浴槽水熱回収手段とを備え、前記浴槽水循環ポンプ及び前記追焚手段を作動させて浴槽水の追焚を行う追焚運転と、前記浴槽水循環ポンプ及び前記浴槽水熱回収手段を作動させて浴槽水の熱回収を行う浴槽水熱回収運転とを行う運転制御手段を備えた貯湯式給湯システムであって、
その特徴構成は、前記運転制御手段は、前記浴槽水熱回収運転の開始時から、前記浴槽水循環ポンプの出力を低下させて前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を前記追焚運転時よりも低く維持する瞬時流量抑制制御を実行し、前記運転制御手段は、前記浴槽水熱回収運転の途中で、前記瞬時流量抑制制御を終了し前記浴槽水循環ポンプの出力を増加させて前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を前記追焚運転時と同等に設定する点にある。

また、上記目的を達成するための本発明に係る貯湯式給湯システムの運転制御方法は、湯水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯水を貯留する貯湯槽と、
浴槽の浴槽水を浴槽水循環路に循環させる浴槽水循環ポンプと、前記加熱手段により加熱された湯水との熱交換により前記浴槽水循環路を循環する浴槽水を加熱する追焚手段と、前記浴槽水循環路を循環する浴槽水の保有熱を前記加熱手段に供給される給水との熱交換により回収する浴槽水熱回収手段とを備え、前記浴槽水循環ポンプ及び前記追焚手段を作動させて浴槽水の追焚を行う追焚運転と、前記浴槽水循環ポンプ及び浴槽水熱回収手段を作動させて浴槽水の熱回収を行う浴槽水熱回収運転とを行う運転制御手段を備えた貯湯式給湯システムにおいて、
前記浴槽水循環ポンプ及び前記追焚手段を作動させて浴槽水の追焚を行う追焚運転と、前記浴槽水循環ポンプ及び前記浴槽水熱回収手段を作動させて浴槽水の熱回収を行う浴槽水熱回収運転とを行う貯湯式給湯システムの運転制御方法であって、
その特徴構成は、前記浴槽水熱回収運転の開始時から、前記浴槽水循環ポンプの出力を低下させて前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を前記追焚運転時よりも低く維持する瞬時流量抑制制御を実行し、前記浴槽水熱回収運転の途中で、前記瞬時流量抑制制御を終了し前記浴槽水循環ポンプの出力を増加させて前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を前記追焚運転時と同等に設定する点にある。

本特徴構成によれば、浴槽水熱回収運転の開始時から上記瞬時流量抑制制御が実行され、浴槽水熱回収手段にて熱が回収された後の比較的低温の浴槽水が、浴槽にある比較的高温の浴槽水に対して、追焚運転時よりも小さい流速で流入するので、浴槽の浴槽水の撹拌が抑制された状態となる。また、浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量が低いため、浴槽水熱回収手段では浴槽水が比較的大幅に冷却されることになる。
よって、浴槽では、比較的高温の浴槽水に対し比較的大幅に冷却された浴槽水が浴槽水の撹拌が抑制された状態で静かに流入することになるので、それらの比重差により、下方に比較的低温の浴槽水の層が存在し上方に比較的高温の浴槽水の層が存在する、所謂温度成層が形成されることになる。
尚、浴槽から浴槽水循環路へ浴槽水を取り出す浴槽水取出口が浴槽の底面に対して一定間隔上方に形成されていることで、浴槽に形成される温度成層の境界面は、浴槽の浴槽水取出口よりも下方側に形成され、浴槽への低温の浴槽水の供給に伴って上昇する。そして、その温度成層の境界面の高さが浴槽水取出口に到達したときには、浴槽から浴槽水熱回収手段へ供給される浴槽水の温度が一定幅で低下するが、それに伴って浴槽水熱回収手段から浴槽へ戻される浴槽水の温度も一定幅で低下するので、浴槽の底面付近に新たな温度成層の境界面が形成されることになる。

このように浴槽において浴槽水取出口の下方に温度成層が形成された状態で浴槽水が貯留されることになるので、浴槽から浴槽水熱回収手段へは、浴槽において温度成層を形成せずに均一化した浴槽水の温度に対して、常に高温の浴槽水を供給することができるので、浴槽水熱回収手段における当該浴槽水と給水との熱交換効率の悪化を抑制することができる。
したがって、浴槽水熱回収運転時において、浴槽水循環ポンプの出力を低下してエネルギ消費量を削減しながらも、浴槽水熱回収手段における浴槽水と給水との熱交換効率の悪化を抑制して、浴槽水の保有熱を十分に回収するために必要な時間、即ち浴槽水循環ポンプの作動時間をできるだけ短くすることができるので、結果、浴槽水の熱回収による省エネ効果を浴槽水循環ポンプのエネルギ消費で相殺することなく、システム全体で高い省エネ性を実現可能な貯湯式給湯システムを提供することができる。
また、上述したように、浴槽に形成された温度成層の境界面は浴槽の浴槽水取出口の下方に形成されるので、その浴槽水取出口の上方に滞留する比較的高温の浴槽水を浴槽水循環路に取り込むことができない場合がある。また、浴槽水熱回収運転の時間経過に伴って、浴槽に形成される温度成層の境界面が上昇し浴槽水取出口に到達し浴槽の底面付近に新たな温度成層の境界面が形成される毎に、浴槽水循環路に取り込まれる浴槽水の温度は段階的に低下し、浴槽水熱回収手段における熱交換効率は段階的に悪化する。
そこで、本特徴構成のごとく、浴槽水熱回収運転の途中で、前記瞬時流量抑制制御を終了して、浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を追焚運転時と同程度に上昇させることで、浴槽水熱回収手段から浴槽へ戻される浴槽水が浴槽の浴槽水に対して勢い良く流入するので、浴槽の浴槽水の温度成層が解消され、浴槽の浴槽水が、十分に撹拌されて全体的に均一の温度となる。
すると、浴槽から浴槽水循環路に取り込まれる浴槽水の温度は、温度成層を維持しながら浴槽水回収運転を行うことで段階的に温度低下した後の浴槽水の温度よりも若干高くなるので、浴槽水熱回収手段における熱交換効率を若干改善させることができ、省エネ性を更に向上させることができる。

本発明に係る貯湯式給湯システムの更なる特徴構成は、燃料電池を備えると共に、前記加熱手段が、前記燃料電池の排熱により湯水を加熱する手段である点にある。

本発明に係る貯湯式給湯システムを、電気と熱とを発生する熱電併給装置を備えたコジェネレーションシステムとして構成し、更にその熱電併給装置が、発生熱量が比較的小さい燃料電池である場合には、燃料電池の排熱だけでは冬場等の熱消費を賄い切れないことがある。
しかし、このような燃料電池を備えた貯湯式給湯システムにおいても、本発明の特徴構成を備えることで、システム全体で高い省エネ性を実現しながら、入浴後で比較的高温の浴槽水から保有熱を回収して、貯湯槽に湯水として蓄える熱を増加させることができる。

本発明に係る貯湯式給湯システムの更なる特徴構成は、前記運転制御手段が、前記瞬時流量抑制制御において、前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を２．５Ｌ／分以下に維持する点にある。

本特徴構成によれば、浴槽水熱回収運転において瞬時流量抑制制御を実行し、浴槽水の瞬時流量を２．５Ｌ／分以下に維持することで、浴槽水熱回収手段で冷却され浴槽に戻される浴槽水の温度を、浴槽に貯留されている比較的高温の浴槽水の温度に対し、十分に低いものとすることができ、浴槽での温度成層を良好な状態で維持することができる。

本発明に係る貯湯式給湯システムの更なる特徴構成は、電気と熱を発生する熱電併給装置を備えると共に、前記加熱手段が前記熱電併給装置の排熱により湯水を加熱する手段であり、前記熱電併給装置の発電電力を蓄える蓄電装置を備え、前記運転制御手段が、前記浴槽水熱回収運転時には、前記熱電併給装置を定格出力で運転する点にある。

本特徴構成によれば、本発明に係る貯湯式給湯システムを、電気と熱とを発生する熱電併給装置を備えたコジェネレーションシステムとして構成する場合でも、電力需要に関係なく熱電併給装置を定格出力で運転してもその発電電力の余剰分を蓄電装置に蓄えておくことができる。よって、浴槽の浴槽水が比較的高い状態で維持されているが電力需要は比較的小さい入浴後の夜間において、熱電併給装置を定格出力で運転しつつ熱回収運転を行って、浴槽水から回収した熱と定格出力で運転される熱電併給装置の十分な排熱とによって、多くの湯水を所望の温度に加熱し貯湯槽に貯留させることができる。

本発明の第１実施形態に係る貯湯式給湯システムの概略構成及び追焚運転の状態を示す図 本発明の第１実施形態に係る貯湯式給湯システムの概略構成及び浴槽水熱回収運転の状態を示す図 浴槽の浴槽水における温度状態の変化を示す説明図 浴槽水熱回収運転字の取出浴槽水温度と浴槽水の瞬時流速との時系列変化を示すグラフ図

〔第１の実施形態〕
本発明に係る貯湯式給湯システムをコジェネレーションシステム１００に適用した場合の実施形態を説明する。
このコジェネレーションシステム１００は、図１及び図２に示すように、熱電併給装置としての燃料電池１を備え、その燃料電池１の排熱を利用しながら、貯湯、給湯及び暖房を行う貯湯ユニット２や、燃料電池１と貯湯ユニット２の運転を制御する運転制御部５５などから構成されている。

前記貯湯ユニット２は、湯水を加熱する加熱手段Ｈと、当該加熱手段Ｈで加熱された湯水を、給湯路１２を通じて給湯する前に一旦貯留する貯湯槽３とを備え、更に、前記貯湯槽３内の湯水を循環するための貯湯用循環路５、暖房機器７０に供給する熱媒を加熱させる暖房用熱交換器４０、浴槽６０の浴槽水を加熱させる浴槽水用熱交換器３０などを備えて構成されている。
尚、この加熱手段Ｈは、燃料電池１の冷却水との熱交換により貯湯用循環路５を通流する湯水を加熱する加熱用熱交換器１０と、給湯路１２を通流する湯水を加熱する補助加熱部１１とから構成されている。

前記貯湯槽３内には、その湯温を検出することにより貯湯量を検出する貯湯用サーミスタＳ１が複数設けられ、貯湯槽３には、その底部から貯湯槽３に水道水の供給圧を用いて給水する給水路１３が接続され、その上部から給湯するための給湯路１２が接続され、使用された量だけの給水を給水路１３から貯湯槽３に給水するように構成されている。

前記給湯路１２には、給水路１３から分岐された混合用給水路１４が接続され、その接続箇所に給湯路１２からの湯水と混合用給水路１４からの水との混合比を調整自在なミキシングバルブ１５が設けられている。
前記給水路１３と混合用給水路１４との分岐箇所には、給水温度を検出する給水サーミスタＳ４が設けられている。

また、給湯路１２におけるミキシングバルブ１５よりも上流側の補助加熱部１１の出口には、貯湯槽３の上部から給湯路１２に給湯された湯水の温度を検出する温水サーミスタＳ２が設けられ、給湯路１２におけるミキシングバルブ１５よりも下流側には、ミキシングバルブ１５にて混合された湯水の温度を検出するミキシングサーミスタＳ３が設けられている。

図示は省略するが、前記給湯路１２におけるミキシングサーミスタＳ３の配設箇所よりも下流側が、台所や洗面所などの図外の給湯栓に給湯する一般給湯路と、浴槽６０に湯水を供給するための湯張り路とに分岐されている。
給湯温度設定手段が、温水サーミスタＳ２、給水サーミスタＳ４、ミキシングバルブ１５、ミキシングサーミスタＳ３などで構成され、給湯栓に供給される湯水に対する給水の混合比調整し、給湯栓へ供給される湯水の供給湯水温度を設定するように構成されている。

前記貯湯用循環路５と貯湯槽３とが、貯湯用循環路５を通流する湯水を貯湯槽３内に戻す、又は、貯湯槽３内の湯水を貯湯用循環路５に取り出すために、貯湯槽３の上部と底部の合計２箇所で連通接続されている。

貯湯用循環路５には、湯水の循環方向の順に、貯湯用循環路５の湯水の循環量を検出する循環流量センサ７、貯湯用循環ポンプ６、加熱用熱交換器１０、加熱用熱交換器１０にて加熱された湯水の温度を検出する温水サーミスタＳ８が設けられている。そして、加熱手段Ｈが、燃料電池１を作動させた状態で貯湯用循環ポンプ６を作動させて、貯湯槽３から取り出した湯水を加熱用熱交換器１０にて加熱し、その加熱した湯水を貯湯槽３に貯湯する手段として構成されている。

給湯路１２には、給湯路１２を通流する湯水を加熱する補助加熱部１１が設けられている。この補助加熱部１１は、図示はしないが、ガス燃焼式のバーナ及びこのバーナに燃焼用空気を供給するファンなどが設けられ、バーナの燃焼により給湯路１２を通流する湯水を加熱するように構成されている。尚、この補助加熱部１１は、電気ヒータなど別の熱源により湯水を加熱するものとしても構わない。

前記給湯路１２には、補助加熱部１１の下流側と上流側とに接続され、補助加熱部１１を含む循環回路を形成する放熱用循環路１６、１７の夫々が設けられている。これら放熱用循環路１６、１７には、補助加熱部１１の下流側から取り出した湯水を上流側に戻す状態で湯水を送出する共通の放熱追焚用循環ポンプ１８が設けられている。
また、一方の放熱用循環路１６には、放熱用循環路１６を循環する湯水と浴槽６０に接続された浴槽水循環路Ｒ１を循環する浴槽水との熱交換を行う浴槽水用熱交換器３０が設けられており、他方の放熱用循環路１７には、放熱用循環路１７を循環する湯水と暖房機器７０に接続された熱媒用循環路Ｒ２を循環する熱媒との間で熱交換を行う暖房用熱交換器４０が設けられている。

前記暖房用熱交換器４０には、熱媒用循環路Ｒ２を構成する暖房戻り路４１及び暖房往き路４２が接続され、暖房用ポンプ４３を作動させることにより、暖房戻り路４１及び暖房往き路４２を通して循環する熱媒を通過させて、補助加熱部１１にて加熱された湯水にて暖房機器７０用の熱媒を加熱させるように構成されている。
前記暖房戻り路４１には、熱媒の循環方向の上流側から順に、暖房戻り路４１の熱媒の温度を検出する暖房戻りサーミスタＳ６、暖房用ポンプ４３が設けられ、暖房往き路４２には、暖房往き路４２の熱媒の温度を検出する暖房往きサーミスタＳ７が設けられている。
また、暖房機器７０は、詳述はしないが、床暖房装置や浴室乾燥暖房装置など供給される熱媒にて暖房を行う機器として構成されている。

前記浴槽水用熱交換器３０には、浴槽水循環路Ｒ１を構成する浴槽水取出路３１及び浴槽水流入路３２が接続されている。
そして、浴槽水循環ポンプ３３が作動し、浴槽水取出路３１及び浴槽水流入路３２で構成される浴槽水循環路Ｒ１を通して浴槽水用熱交換器３０と浴槽６０と間で浴槽水が循環している状態で、放熱追焚用循環ポンプ１８が作動し、補助加熱部１１にて加熱された湯水が浴槽水用熱交換器３０に循環供給されることで、浴槽水用熱交換器３０において浴槽水が高温の湯水との熱交換により加熱される。このように、浴槽水循環路Ｒ１を循環する浴槽水を加熱する手段を追焚手段Ｘと呼ぶ。
前記浴槽水取出路３１には、浴槽水の循環方向の上流側から順に、浴槽６０の水位を検出する圧力検出式の水位センサ３４、浴槽水取出路３１の浴槽水の温度を検出する取出浴槽水サーミスタＳ５、浴槽水循環ポンプ３３が設けられている。

また、浴槽６０の側壁において、浴槽水流入路３２から浴槽６０へ浴槽水を流入させる流入口３２ａは、浴槽６０の底面付近に形成されており、一方、浴槽６０から浴槽水取出路３１へ浴槽水を取り出す取出口３１ａは流入口３２ａよりも上方で且つ浴槽６０において最低限貯留される浴槽水の液面よりも若干低い位置に形成されている。

更に、このコジェネレーションシステム１００には、貯湯用循環路５における貯湯槽３の底部から加熱用熱交換器１０の入口部までの領域の経路を、浴槽水用熱交換器３０を通過する経路に切り換えるための給水取出路５０、給水戻り路５１、及び三方切換弁５２、５３が設けられている。
そして、入浴後等において浴槽６０に比較的高温の浴槽水が残っているときに、浴槽水循環ポンプ３３が作動し、浴槽水取出路３１及び浴槽水流入路３２で構成される浴槽水循環路Ｒ１を通して浴槽水用熱交換器３０と浴槽６０と間で浴槽水が循環している状態で、上記三方切換弁５２、５３を切り換えて、貯湯槽３の底部から取り出した給水が給水取出路５０を通じて浴槽水用熱交換器３０に供給されることで、浴槽水用熱交換器３０において浴槽水の保有熱が給水戻り路５１を通じて加熱用熱交換器１０に供給される給水との熱交換により回収される。このように、浴槽水循環路Ｒ１を循環する浴槽水の保有熱を加熱手段Ｈとしての加熱用熱交換器１０に供給される給水との熱交換により回収する手段を浴槽水熱回収手段Ｙと呼ぶ。

燃料電池１は、作動温度が比較的高くその排熱を有効利用することができる周知の固体酸化物形燃料電池であり、原燃料ガスの供給量調整により発電電力を変更可能に構成されている。燃料電池１の電力出力側には、図示しない系統連系用のインバータが設けられており、燃料電池１の発電電力がそのインバータにより商用電力と同じ電圧及び同じ周波数に変換された後に、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷に供給される。
更に、燃料電池１の電力出力側には、蓄電装置５６が設けられており、燃料電池１に発電電力が定格出力よりも小さい場合に、蓄電装置５６を充電制御することで、燃料電池１の発電電力を増加させることができる。

前記運転制御部５５は、図２に示すように、リモコンの指令などに基づいて、貯湯ユニット２の給湯温度設定手段、加熱手段Ｈ、追焚手段Ｘ、浴槽水熱回収手段Ｙなどの各種手段の作動を制御することにより、燃料電池１の運転制御、貯湯ユニット２の貯湯運転、給湯運転、暖房運転、追焚運転、浴槽水熱回収運転などの各種運転を行うように構成されている。

以下、上記運転制御部５５により実行される各種運転制御について説明を加える。
前記貯湯運転は、貯湯用循環ポンプ６を作動させて、貯湯槽３の底部から湯水を貯湯用循環路５に取り出し、加熱用熱交換器１０にて所望の温度に加熱したのち、貯湯槽３の上部に供給する運転である。
そして、この貯湯運転は、燃料電池１の運転中に行われ、燃料電池１の排熱を利用して、加熱用熱交換器１０にて加熱された湯水を貯湯槽３に貯湯するように構成されている。
また、この貯湯運転では、温水サーミスタＳ８で検出される湯水の温度が、例えば、６５〜７０℃になるように、貯湯用循環ポンプ６の出力が調整される。

前記給湯運転は、給湯栓が開操作されたり、湯張り要求が指令されたりすると開始され、貯湯槽３内に貯湯されている湯水を取り出して、その湯水に水を混合させて所望の温度の湯水を給湯栓や浴槽６０に供給する運転である。また、貯湯槽３内に湯水が貯湯されていない場合などには、補助加熱部１１を作動させ、補助加熱部１１にて加熱された湯水に水を混合させて所望の設定供給湯水温度の湯水を給湯栓や浴槽６０に供給するように構成されている。

前記暖房運転は、放熱追焚用循環ポンプ１８を作動させて、補助加熱部１１にて加熱された湯水を暖房用熱交換器４０に通過させると共に、暖房用ポンプ４３を作動させて、熱媒を暖房用熱交換器４０に通過させる状態で、暖房往き路４２及び暖房戻り路４１を通して暖房機器７０に加熱された熱媒を循環供給するように構成されている。
また、この暖房運転では、温水サーミスタＳ２で検出される湯水の温度が、例えば、６５〜７０℃になるように、補助加熱部１１の出力が調整される。

前記追焚運転は、リモコン等の追焚開始を指令するためのボタンが押されたとき、リモコン等において予め予約設定されていた追焚開始時間となったとき、又は上記浴槽６０の水温が予めリモコン等において設定された湯張り目標水温に満たないときなどに、浴槽水循環ポンプ３３及び追焚手段Ｘを作動させて浴槽水の追焚を行う状態で実行される。
即ち、この追焚運転では、放熱追焚用循環ポンプ１８を作動させて、補助加熱部１１にて加熱された湯水を浴槽水用熱交換器３０に通過させると共に、浴槽水循環ポンプ３３を作動させて、浴槽６０の湯水を浴槽水用熱交換器３０に通過させることで、取出浴槽水サーミスタＳ５で検出される浴槽水の温度が上記湯張り目標水位と同様に予め設定された目標湯張り水温となるまで、浴槽水循環路Ｒ１を循環する浴槽水を加熱する。また、この追焚運転では、温水サーミスタＳ２で検出される湯水の温度が、例えば、６５〜７０℃になるように、補助加熱部１１の出力が調整される。

尚、この追焚運転では、浴槽水循環路Ｒ１における浴槽水の瞬時流量が比較的高い流量（例えば約８Ｌ／ｍｉｎ）となるように、浴槽水循環ポンプ３３の出力が設定される。
すると、追焚手段Ｘで加熱された高温の浴槽水が浴槽水流入路３２を通じて浴槽６０の浴槽水に対して勢い良く流入するので、浴槽６０の浴槽水が十分に撹拌され、浴槽６０の浴槽水の温度が全体的に均一に上昇することになる。

前記浴槽水熱回収運転は、リモコン等の浴槽水熱回収運転開始を指令するためのボタンが押されたとき、リモコン等において予め予約設定されていた浴槽水熱回収運転開始時間となったときなどに、浴槽水循環ポンプ３３及び浴槽水熱回収手段Ｙを作動させて浴槽水の熱回収を行う状態で実行される。
即ち、この浴槽水熱回収運転では、上記三方切換弁５２、５３を切り換えて、貯湯槽３の底部から加熱用熱交換器１０に供給される給水を浴槽水用熱交換器３０に通過させると共に、浴槽水循環ポンプ３３を作動させて、浴槽６０の湯水を浴槽水用熱交換器３０に通過させることで、取出浴槽水サーミスタＳ５で検出される浴槽水の温度が略常温になるまで、浴槽水の保有熱を給水との熱交換により回収する。また、この浴槽水熱回収運転では、加熱用熱交換器１０に供給される給水が予熱されることになるので、燃料電池１の排熱が比較的小さい場合でも、多くの給水を所望温度まで加熱し貯湯槽３に貯留させることができる。

更に、本実施形態のコジェネレーションシステム１００では、運転制御部５５は、上記浴槽水熱回収運転の開始時から、浴槽水循環ポンプ３３の出力を低下させて浴槽水循環路Ｒ１における浴槽水の瞬時流量を上記追焚運転時よりも低く維持する瞬時流量抑制制御を実行する。
以下、浴槽水熱回収運転の詳細について、瞬時流量抑制制御の実行状態や浴槽６０での温度状態の変化とあわせて、図３及び図４に基づいて説明する。
この浴槽水回収運転開始時から実行される瞬時流量抑制制御では、浴槽水循環路Ｒ１における浴槽水の瞬時流量が、追焚運転時の瞬時流量ｆｏ（例えば約８Ｌ／ｍｉｎ）より十分比較的低い瞬時流量ｆｋ（例えば約１Ｌ／ｍｉｎ）に維持されるように、浴槽水循環ポンプ３３の出力が設定されるので、浴槽水熱回収手段Ｙにて熱が回収された後の比較的低温の浴槽水が、浴槽水流入路３２の流入口３２ａを通じて浴槽６０にある比較的高温の浴槽水に対して、追焚運転時よりも小さい流速で流入し、浴槽６０の浴槽水の撹拌が抑制された状態となる。また、浴槽水循環路Ｒ１における浴槽水の瞬時流量が低いため、浴槽水熱回収手段Ｙでは浴槽水が保有する熱が十分に給水との熱交換により回収されるので、浴槽水流入路３２の流入口３２ａを通じて浴槽６０に流入する浴槽水の温度である流入浴槽水温度は、浴槽６０にある浴槽水の温度に対して、比較的大幅に低いものとなる。

具体的には、浴槽水熱回収運転を開始して瞬時流量抑制制御を実行した直後は、図３（ａ）及び図４に示すように、浴槽６０では、入浴直後で比較的高温の温度ｔ１（例えば約４０℃）の浴槽水に対し、比較的大幅に冷却された温度ｔ２（例えば約３２℃）の浴槽水が底面付近に形成された流入口３２ａから浴槽水の撹拌が抑制された状態で静かに流入する。すると、それらの比重差により、下方に比較的低温の浴槽水の層が存在し上方に比較的高温の浴槽水の層が存在する、所謂温度成層が形成されることになる。
また、取出口３１ａが浴槽６０の底面及び流入口３２ａに対して一定間隔上方に形成されていることで、浴槽６０に形成される温度成層の境界面Ｂ１は、浴槽６０の取出口３１ａよりも下方側に形成され、流入口３２ａから浴槽６０への低温の浴槽水の供給に伴って上昇する。

本実施形態では、上記浴槽水熱回収運転の瞬時流量抑制制御実行時に設定される浴槽水循環路Ｒ１における浴槽水の瞬時流量ｆｋは、本実施形態では追焚運転時の瞬時流量ｆｏである約８Ｌ／ｍｉｎよりも十分に低い約１Ｌ／ｍｉｎに設定しているが、適宜変更可能である。尚、この瞬時流量抑制制御時の瞬時流量ｆｋは、２．５Ｌ／ｍｉｎよりも大きく設定すると、取出浴槽水温度が約４０℃程度のときには流入浴槽水温度が約３７℃程度と比較的高くなって、上記温度成層が良好な状態で維持できない場合があるため、２．５Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが望ましい。

次に、図３（ｂ）及び図４に示すように、その温度成層の境界面Ｂ１の高さが取出口３１ａに到達したときには、境界面Ｂ１の下方にある浴槽水が取出口３１ａから取り出されるようになるので、浴槽６０から浴槽水熱回収手段Ｙへ供給される浴槽水の温度である取出浴槽水温度がｔ１からｔ２に低下すると共に、境界面Ｂ１の上昇が停止する。それに伴って流入浴槽水温度もｔ３（例えば約２７℃）に低下するので、浴槽６０の底面付近に新たな温度成層の境界面Ｂ２が形成されることになる。

そして、この境界面Ｂ２も、流入口３２ａから浴槽６０への低温の浴槽水の供給に伴って上昇し、その高さが取出口３１ａに到達したときには、上記の境界面Ｂ１と同様に、図３（ｃ）及び図４に示すように、境界面Ｂ２の下方にある浴槽水が取出口３１ａから取り出されるようになるので、取出浴槽水温度がｔ２からｔ３に低下すると共に、境界面Ｂ２の上昇が停止する。それに伴って流入浴槽水温度もｔ４（例えば約２２℃）に低下し、浴槽６０の底面付近に新たな温度成層の境界面Ｂ３が形成されることになる。
ここで、停止した境界面Ｂ２は、すでに停止していた境界面Ｂ１と一体となって、下方に温度ｔ３の浴槽水の層が存在し上方に温度ｔ１の浴槽水の層が存在する温度成層の境界面となる。

更に、運転制御部５５は、浴槽水熱回収運転の途中で、上記流速低下制御を終了し、浴槽水循環ポンプ３３の出力を増加させて、浴槽水循環路Ｒ１における浴槽水の瞬時流量を追焚運転時と同等の瞬時流量ｆｏ（例えば約８Ｌ／ｍｉｎ）に設定する。
具体的には、取出口３１ａの上方には比較的高温である温度ｔ１の浴槽水が残っているのにもかかわらず、取出浴槽水温度が段階的に低下して、浴槽水熱回収手段Ｙにおける熱交換効率の悪化を招く程度の温度ｔ３まで低下したことを取出浴槽水サーミスタＳ５により検出した場合には、図３（ｄ）及び図４に示すように、浴槽水循環ポンプ３３の出力を増加させて浴槽水循環路Ｒ１における浴槽水の瞬時流量をｆｏに増加させる。
すると、浴槽６０では、浴槽水熱回収手段Ｙにて熱が回収され冷却された浴槽水が流入口３２ａから浴槽水に対して勢い良く流入するので、浴槽６０の浴槽水が十分に撹拌されることになる。そして、取出口３１ａの上方にある比較的高温の温度ｔ１の浴槽水が、それ以下の温度ｔ３の浴槽水と撹拌されることで、浴槽６０の浴槽水の温度は、温度ｔ３よりも少し高い温度ｔｍｉｘまで上昇して均一な状態となる。よって、その温度ｔｍｉｘの浴槽水が取出口３１ａを通じて浴槽水熱回収手段Ｙ側へ供給されるので、浴槽水熱回収手段における熱交換効率が改善されることになる。

そして、上記流速低下制御を終了した後に浴槽水熱回収運転を継続すると、図４に示すように、浴槽６０の浴槽水の温度が全体的に均一に低下するので、取出浴槽水温度が徐々に低下し、運転制御部５５は、取出浴槽水サーミスタＳ５で検出される取出浴槽水温度が例えば常温に近い温度ｔｅ（例えば約２２℃）まで低下した場合に、浴槽水熱回収運転を終了する。

また、運転制御部５５は、上述したような浴槽水熱回収運転を実行している際は、燃料電池１を定格出力で運転することで、燃料電池１から十分な排熱を発生させ、加熱手段Ｈにより浴槽水熱回収手段Ｙで予熱された給水を用いて多くの湯水を加熱し貯湯槽３に貯留させるように構成されている。
また、蓄電装置５６に蓄えられた電力は、電力需要が多い昼間などにおいて、電力負荷に供給され消費される。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、夫々単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
〈１〉上記実施形態では、熱電併給装置として燃料電池１を備えた例を示したが、別に、燃料電池１の代わりにガスエンジン発電機などの別の熱電併給装置を備えても構わない。また、上記実施形態では、本発明に係る貯湯式給湯システムを、熱電併給装置としての燃料電池１を備えたコジェネレーションシステム１００に適用した例を示したが、熱電併給装置ではなく、ヒートポンプなどのように熱のみを発生する熱供給装置を備えた貯湯式給湯システムに適用することもできる。

〈２〉上記実施形態では、浴槽６０の側壁において、流入口３２ａは浴槽６０の底面付近に形成し、一方、取出口３１ａは流入口３２ａよりも上方で且つ浴槽水の液面よりも若干低い位置に形成したが、それらの形成位置は、浴槽水熱回収運転時の瞬時流量抑制制御時に、流入口３２ａから浴槽６０に流入した低温の浴槽水が、浴槽６０の底面に向けて移動する際に、そのまま取出口３１ａから取り出されることが回避できる範囲で、適宜変更しても構わない。例えば、流入口３２ａを、浴槽水の液面よりも若干低めにある取出口３１ａに対し、その直下に形成したり、その横に形成したりすることができる。
また、浴槽水熱回収運転時の瞬時流量抑制制御時に、流入口３２ａから浴槽６０に流入する低温の浴槽水が積極的に浴槽６０の底面に移動するために、流入口３２ａを下向きに形成することもできる。

本発明は、湯水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯水を貯留する貯湯槽と、浴槽の浴槽水を浴槽水循環路に循環させる浴槽水循環ポンプと、前記加熱手段により加熱された湯水との熱交換により前記浴槽水循環路を循環する浴槽水を加熱する追焚手段と、前記浴槽水循環路を循環する浴槽水の保有熱を前記加熱手段に供給される給水との熱交換により回収する浴槽水熱回収手段とを備え、前記浴槽水循環ポンプ及び前記追焚手段を作動させて浴槽水の追焚を行う追焚運転と、前記浴槽水循環ポンプ及び浴槽水熱回収手段を作動させて浴槽水の熱回収を行う浴槽水熱回収運転とを行う運転制御手段を備えた貯湯式給湯システムにおいて、浴槽水の保有熱を効率良く回収し、システム全体で高い省エネ性を実現可能な貯湯式給湯システム及びその運転制御方法として適法可能である。

１：燃料電池（熱電併給装置）
３：貯湯槽
１０：加熱用熱交換器
１１：補助加熱部
１２：給湯路
１３：給水路
３０：浴槽水用熱交換器
３１：取出口
３２ａ：流入口
３３：浴槽水循環ポンプ
５０：運転制御部（運転制御手段）
５６：蓄電装置
６０：浴槽
１００：コジェネレーションシステム（貯湯式給湯システム）
Ｈ：加熱手段
Ｘ：追焚手段
Ｙ：浴槽水熱回収手段
Ｒ１：浴槽水循環路

Claims (5)

1. 湯水を加熱する加熱手段と、
   加熱手段により加熱された湯水を貯留する貯湯槽と、
   浴槽の浴槽水を浴槽水循環路に循環させる浴槽水循環ポンプと、
   前記加熱手段により加熱された湯水との熱交換により前記浴槽水循環路を循環する浴槽水を加熱する追焚手段と、
   前記浴槽水循環路を循環する浴槽水の保有熱を前記加熱手段に供給される給水との熱交換により回収する浴槽水熱回収手段とを備え、
   前記浴槽水循環ポンプ及び前記追焚手段を作動させて浴槽水の追焚を行う追焚運転と、前記浴槽水循環ポンプ及び前記浴槽水熱回収手段を作動させて浴槽水の熱回収を行う浴槽水熱回収運転とを行う運転制御手段を備えた貯湯式給湯システムであって、
   前記運転制御手段は、前記浴槽水熱回収運転の開始時から、前記浴槽水循環ポンプの出力を低下させて前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を前記追焚運転時よりも低く維持する瞬時流量抑制制御を実行し、
   前記運転制御手段は、前記浴槽水熱回収運転の途中で、前記瞬時流量抑制制御を終了し前記浴槽水循環ポンプの出力を増加させて前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を前記追焚運転時と同等に設定する貯湯式給湯システム。
2. 燃料電池を備える共に、前記加熱手段が、前記燃料電池の排熱により湯水を加熱する手段である請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
3. 前記運転制御手段が、前記瞬時流量抑制制御において、前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を２．５Ｌ／分以下に維持する請求項１又は２に記載の貯湯式給湯システム。
4. 電気と熱を発生する熱電併給装置を備えると共に、前記加熱手段が前記熱電併給装置の排熱により湯水を加熱する手段であり、
   前記熱電併給装置の発電電力を蓄える蓄電装置を備え、
   前記運転制御手段が、前記浴槽水熱回収運転時には、前記熱電併給装置を定格出力で運転する請求項１〜３の何れか１項に記載の貯湯式給湯システム。
5. 湯水を加熱する加熱手段と、
   加熱手段により加熱された湯水を貯留する貯湯槽と、
   浴槽の浴槽水を浴槽水循環路に循環させる浴槽水循環ポンプと、
   前記加熱手段により加熱された湯水との熱交換により前記浴槽水循環路を循環する浴槽水を加熱する追焚手段と、
   前記浴槽水循環路を循環する浴槽水の保有熱を前記加熱手段に供給される給水との熱交換により回収する浴槽水熱回収手段とを備えた貯湯式給湯システムにおいて、
   前記浴槽水循環ポンプ及び前記追焚手段を作動させて浴槽水の追焚を行う追焚運転と、前記浴槽水循環ポンプ及び前記浴槽水熱回収手段を作動させて浴槽水の熱回収を行う浴槽水熱回収運転とを行う運転制御方法であって、
   前記浴槽水熱回収運転の開始時から、前記浴槽水循環ポンプの出力を低下させて前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を前記追焚運転時よりも低く維持する瞬時流量抑制制御を実行し、
   前記浴槽水熱回収運転の途中で、前記瞬時流量抑制制御を終了し前記浴槽水循環ポンプの出力を増加させて前記浴槽水循環路における浴槽水の瞬時流量を前記追焚運転時と同等に設定する貯湯式給湯システムの運転制御方法。

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