JP5904722B2 - 貯湯システム - Google Patents

Description

本発明は、出湯に供される貯湯タンク内の水を、太陽熱の集熱装置と貯湯タンク内の水を加熱するための熱交換器とを経由する循環経路内で熱媒体を循環させて加熱する貯湯システムに関する。

太陽熱を利用する集熱装置で熱媒体を加熱し、その熱媒体の熱を熱交換器で放出させて貯湯タンク内の水を昇温する貯湯システムでは、通常、集熱装置内の熱媒体の温度が熱交換器周辺の水温をより所定温度以上高い場合に、熱媒体の循環ポンプを駆動して集熱運転を開始させ、その温度差が一定以下になると集熱運転を停止させるといった制御が行われる。

また、夜間は集熱効果に乏しくまた循環ポンプの駆動音が問題になりやすいので、日照センサを使用して日中と夜間とを判別し、前述の温度差が集熱運転の開始条件を充足しても、夜間は集熱運転を禁止するようにしたシステムがある（たとえば、特許文献１参照。）。

特開平１−３０２０７０号公報

夜間は、集熱装置内の熱媒体は外気温度の低下に伴って冷却される。一方、貯湯タンクは断熱材が巻きつけられているので、日中の集熱運転で加熱された湯が使用されなければ、貯湯タンク内の水は高温のまま維持された状態にある。

ところで、夜間は集熱運転を停止あるいは禁止するように制御するため、循環ポンプを停止させているが、それにもかかわらず、何らかのきっかけで熱媒体が循環を始める場合がある。そして、一度循環が始まると、前述したように、集熱装置は冷たく貯湯タンク内の湯は高温なので、貯湯タンク内の暖かい湯はドラフト力（比重差）で上昇して集熱装置内に至り、一方、集熱装置で冷やされた熱媒体は下方の貯湯タンクを目指して流れて循環が止まらなくなり、翌朝には、貯湯タンク内の湯がすっかり冷えてしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、夜間に自然発生した熱媒体の循環によって貯湯タンク内の湯が冷めてしまうことを防止できる貯湯システムを提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。

［１］太陽熱の集熱装置と、
出湯に供される湯を蓄えると共に給水路から水が補給される貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の水を加熱するための熱交換器と、
前記熱交換器と前記集熱装置とを経由して熱媒体を循環させるための熱媒体循環経路と、
前記熱媒体循環経路内に設けられた流量センサと、
前記熱媒体循環経路内で熱媒体を循環させる循環ポンプと、
前記熱媒体循環経路に設けられて前記集熱装置と前記熱交換器との間の経路を遮断した状態と開通した状態とに切り替える切替弁と、
前記切替弁を前記開通した状態に設定して前記循環ポンプを作動させることで、熱媒体を前記熱媒体循環経路内で循環させ、その循環する熱媒体が前記集熱装置で得た熱を前記熱交換器で放出させて前記貯湯タンク内の水を加熱する集熱運転を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記集熱運転の終了後、前記循環ポンプを停止させても前記熱媒体循環経路内で熱媒体が自然に循環して前記貯湯タンク側の熱が冷えた前記集熱装置で放出される放熱現象を防止するために、前記循環ポンプの停止中に前記流量センサが熱媒体の循環を検出したとき、前記切替弁を、前記遮断した状態に切り替える
ことを特徴とする貯湯システム。

上記発明では、集熱運転の終了後、循環ポンプを停止させても熱媒体循環経路内で熱媒体が自然に循環して貯湯タンク側の熱が集熱装置で放出される放熱現象を防止するために、切替弁を、遮断状態に切り替える。切り替えは、放熱現象の発生する状況を検知可能な任意の事項を検知して行えばよい。たとえば、日照状況や時刻に基づいて夜間を検出して切り替えてもよいし、集熱装置側の温度が貯湯タンク側の水温より低温となるなどの温度条件により切り替えてもよいし、自然循環の発生を流量センサなどで実際に検出した場合に遮断状態に切り替えるなどでもよく任意でよい。放熱現象の発生する期間をカバーできれば、それ以外の期間が遮断する期間に含まれてもよい。なお、集熱運転は、少なくとも集熱装置内の熱媒体の温度が貯湯タンクの熱交換器周囲の水温より高い場合に行われる。

上記発明では、実際に自然循環が発生したことを検知した場合に切替弁を遮断状態に切り替える。これにより、必要時のみ切り替えが行われるので、頻繁な切り替えによる切替弁の劣化が防止される。

［２］前記制御部は、時計部の示す時刻が予め定めた集熱運転の許可時間帯にないときは、前記集熱運転を禁止する
ことを特徴とする［１］に記載の貯湯システム。

上記発明では、集熱運転を禁止すべき状態か否かを、時計部が計時する時刻に基づいて判断する。たとえば、４時から１９時を許可時間帯とし、時計部の時刻がその時間帯外にあれば、集熱運転を禁止する。なお、集熱運転を禁止する時間帯には切替弁を遮断状態に切り替えるようにしもよい。

［３］前記制御部は、時計部が設定されていないもしくは時計部の示す時刻が前記許可時間帯にないときであっても、前記集熱装置内の熱媒体の温度が所定温度以上であれば、前記集熱運転を開始する
ことを特徴とする［２］に記載の貯湯システム。

上記発明では、時計部に時刻が設定されていない場合、もしくは時刻が狂っている場合があるので、そのような場合を想定し、許可時間帯以外においても、集熱に好適な温度条件（例えば高温センサの温度から確実に日射があると判断できる温度条件）が成立すれば、集熱運転を開始させる。

［４］前記熱媒体循環経路は架橋ポリエチレン管の部分を備えており、
前記制御部は、前記集熱装置内の熱媒体の温度が前記架橋ポリエチレン管の耐熱温度以上である間は、前記集熱運転を禁止する
ことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の貯湯システム。

上記発明では、集熱装置内の熱媒体が架橋ポリエチレン管の耐熱温度を超える場合は、その高温の熱媒体が架橋ポリエチレン管の部分に至らないように、集熱運転を禁止（循環ポンプを停止）する。

［５］前記切替弁は、前記熱媒体循環経路を、前記集熱装置を迂回した循環経路に切り替えることで、前記遮断した状態を形成する
ことを特徴とする［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の貯湯システム。

上記発明では、遮断は、集熱装置をバイパスするように熱媒体循環経路を切り替えることで行う。

本発明に係る貯湯システムによれば、日中の集熱運転で暖めた貯湯タンク内の湯が、夜間に自然発生した熱媒体の循環によって冷めることが防止される。

本発明の貯湯システムを含む給湯システムの構成を示す説明図である。 補助熱源機としての給湯器の概略構成を示す説明図である。 集熱運転の概略動作を示す説明図である。 集熱運転終了後の遮断状態を示す説明図である。 給湯運転の概略動作を示す説明図である。 ソーラー追い焚き運転の概略動作を示す説明図である。 風呂熱回収運転の概略動作を示す説明図である。 貯湯出湯禁止中の運転状態を示す説明図である。 開始判断を含む集熱運転全体の動作を示す流れ図である。 集熱運転中の動作を示す流れ図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の貯湯システムを含む給湯システム１０の構成を示している。給湯システム１０は、貯湯システム１１と、補助熱源機としての給湯器１２とを有する。

貯湯システム１１は、太陽光を利用して加熱した湯を蓄える貯湯タンク１４を備えており、該貯湯タンク１４からの湯水に給水を混合したものを給湯器１２の入水口へ供給する。補助熱源機である給湯器１２は、貯湯システム１１から供給される水を必要に応じて設定温度に加熱して給湯配管１３へ出湯する機能を果たす。貯湯システム１１は、太陽光を利用して加熱した湯を優先的に利用することで給湯器１２による加熱（これを以下、「追い加熱」とする。）を少なく抑えて、省エネルギでの給湯を可能にする。

貯湯システム１１の詳細構成を説明する。貯湯タンク１４は、中空略円柱状のタンクであり、底部と天井部のそれぞれに配管接続口が設けてある。底部の配管接続口には給水管１５の終端が接続されている。天井部の配管接続口には接続配管１６の一端が接続され、この接続配管１６の他端は給湯器１２の入水口に接続されている。

接続配管１６の途中には、貯湯タンク１４からの湯と給水とを混合する混合弁１７が設けてある。ここでは、混合弁１７は、第１バルブ１７ａと第２バルブ１７ｂの２つで構成される。第１バルブ１７ａは接続配管１６に介挿されている。第２バルブ１７ｂは、給水管１５の途中から分岐して第１バルブ１７ａの給湯器１２側で接続配管１６に合流する分岐給水管１５ａの途中に介挿されている。第１バルブ１７ａと第２バルブ１７ｂは開度（通水量）をそれぞれ０％から１００％まで調整可能な水量調整弁である。第１バルブ１７ａと第２バルブ１７ｂの開度により、貯湯タンク１４からの湯と給水との混合比が調整される。

貯湯タンク１４は、たとえば、容量１００リットルを有し、底から２０リットルの水位の箇所に、その箇所の水温を検出する第１温度センサ４１が、底から４０リットルの水位の箇所に、その箇所の水温を検出する第２温度センサ４２が、底から６０リットルの水位の箇所に、その箇所の水温を検出する第３温度センサ４３が、底から８０リットルの水位の箇所に、その箇所の水温を検出する第４温度センサ４４がそれぞれ設けてある。

また、貯湯タンク１４の天井部の配管接続口の近傍の接続配管１６には、貯湯タンク１４から出てくる湯水の温度を検出するタンク出湯温度センサ４６が設けてある。給水管１５の途中には給水温度を検出する給水温度センサ４７が設けてある。さらに混合弁１７の出側（給湯器１２側）の接続配管１６には、水量センサ４８が、さらにその下流側（給湯器１２側）には、混合弁１７で混合後の湯水の温度を検出する混合温度センサ４９が設けてある。

貯湯タンク１４内の下部には、熱媒体循環経路２２の一部をなす熱交換用配管１８が挿通されている。熱媒体循環経路２２は、この熱交換用配管１８と、シスターン１９と、水-水熱交換器２０と、太陽熱の集熱装置２１とを経由して熱媒体（ここでは、水）を循環させる経路である。

詳細には、熱媒体循環経路２２は、熱交換用配管１８の出側からシスターン１９の入り側へ至る第１熱媒配管２２ａと、シスターン１９の出側から水-水熱交換器２０の入り側に至る第２熱媒配管２２ｂと、水-水熱交換器２０の出側から集熱装置２１の入り側に至る第３熱媒配管２２ｃと、集熱装置２１の出側から熱交換用配管１８の入り側へ至る第４熱媒配管２２ｄとからなる。図中、集熱装置２１は、貯湯システム１１の構成要素であるが、外付け機器としてもよい。

シスターン１９は、熱媒体循環経路２２を循環する熱媒体を蓄えるためのタンクである。また、シスターン１９は大気圧に開放されたタンクであり、熱媒体の膨張・収縮による体積変動を吸収する。シスターン１９は内部の水位を検出する水位センサ１９ａを備えている。本例の水位センサ１９ａは低水位検出用電極、高水位検出用電極および共通電極で構成される。

水-水熱交換器２０は２つの管路を所定の長さに渡って密に接触させたものであり、高温側の管路から低温側の管路へ熱を移動させる役割を果たす。熱媒体循環経路２２は、水-水熱交換器２０の一方の管路（図中は内側管路２０ａ）の入り側および出側に接続されている。

水-水熱交換器２０（内側管路２０ａ）の出側から集熱装置２１の入り側に至る第３熱媒配管２２ｃの途中には、循環ポンプ２４が設けてある。循環ポンプ２４は、第３熱媒配管２２ｃ内の熱媒体を集熱装置２１側へ送出する。この循環ポンプ２４の下流側の第３熱媒配管２２ｃには、切替弁２５が介挿されている。切替弁２５の第１接続口２５ａには、循環ポンプ２４側からの第３熱媒配管２２ｃが接続され、切替弁２５の第２接続口２５ｂには集熱装置２１側へ至る第３熱媒配管２２ｃが接続されている。切替弁２５の第３接続口２５ｃには連結管２６の一端が接続されており、連結管２６の他端は、集熱装置２１から熱交換用配管１８の入り側へ至る第４熱媒配管２２ｄの途中に合流して接続されている。

貯湯タンク１４など貯湯システム１１の本体は地上に設置され、集熱装置２１は貯湯システム１１の本体より上方の屋根上などに設置される。第３熱媒配管２２ｃのうち貯湯システム１１の本体側との接続部２７ａから集熱装置２１へ向かう部分の連絡配管および集熱装置２１から貯湯システム１１の本体側との接続部２７ｂへ戻る部分の連絡配管には架橋ポリエチレン管を使用している。架橋ポリエチレン管の耐熱温度は、水圧、設定耐用年数によるが、９０℃〜９５℃である。

集熱装置２１には、集熱装置２１内の湯水の温度を検出する高温センサ５１が設けてある。また、連結管２６の合流接続箇所より熱交換用配管１８側の第４熱媒配管２２ｄの途中には、その箇所を通る熱媒体の温度を検出する熱媒温度センサ５２が設けてある。

給湯器１２は、入水口から供給される湯水を設定温度に加熱して給湯配管１３へ出湯するほか、入水口から供給される水を風呂の設定温度に加熱して浴槽３へ注湯する湯張り機能および、浴槽３内の湯水を追い焚きする追い焚き機能を備えている。

追い焚き時に湯水を循環させる追い焚き循環経路は、浴槽３から湯水を給湯器１２へ取り込むための風呂戻り管３２と、給湯器１２内の熱交換器を通る配管と、熱交換器を経て昇温された湯水を浴槽３へ送り出す風呂往き管３１などで構成される。風呂往き管３１は、途中で水-水熱交換器２０の他方の管路（図中、外側管路２０ｂ）を経由して浴槽３へ至る。

給湯器１２と水-水熱交換器２０との間には、浴槽３から取り込んだ湯水の温度を検出するための風呂温度センサ５３が設けてある。

このほか、タンク出湯温度センサ４６と混合弁１７（第１バルブ１７ａ）との間の接続配管１６には、接続配管１６の閉鎖・開通を切り替える出湯禁止電磁弁５４が設けてある。また、出湯禁止電磁弁５４とタンク出湯温度センサ４６との間で接続配管１６から分岐した２つの分岐配管が設けてあり、その一方の先端には排水電磁弁５５が、他方の分岐配管の先端には圧力逃がし弁５６が設けてある。また、給水管１５には、水フィルタ、減圧弁、逆止弁などが介挿されている。

貯湯システム１１は、当該貯湯システム１１の動作を統括制御する制御ユニット６０を備えている。制御ユニット６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、該ＣＰＵが実行するプログラムや固定データなどが記憶されたフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵがプログラムを実行する際に各種情報を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、各種の信号を入出力するＩ／Ｆ部などを主要部とする回路で構成されている。制御ユニット６０には、貯湯システム１１の各種センサからの検出信号が入力されている。また制御ユニット６０から各弁、循環ポンプ２４などの制御対象へ制御信号が出力される。

貯湯システム１１の制御ユニット６０は給湯器１２の制御基盤７０との間で必要な情報の授受を行う。ここでは、制御ユニット６０は、給湯器１２側で設定されている設定温度の情報や、給湯器１２が追い焚き動作中か否かを示す情報、給湯器１２の時計部の時刻情報などを給湯器１２から取得する。また、燃焼禁止・許可を指示する信号、バーナ７３を燃焼させずに風呂循環ポンプ８５（図２参照）を駆動させる信号（風呂ポンプ駆動信号）を制御ユニット６０から給湯器１２の制御基盤７０へ送信する。

図２は、給湯器１２の概略構成を示している。給湯器１２は、入り側に入水管７１が出側に給湯配管１３がそれぞれ接続された給湯用水管７２ａと、出側に風呂往き管３１が入り側に風呂戻り管３２がそれぞれ接続された追い焚き用水管７２ｂとを備えた一缶二水路型の熱交換器７２を備えている。入水管７１の始端は貯湯システム１１側からの接続配管１６が接続される入水口となっている。

熱交換器７２は下方に配置されたバーナ７３からの熱を受熱するための多数のフィン７２ｃを備えている。バーナ７３にはガス供給管７４が接続されている。ガス供給管７４の途中には、ガスの供給／遮断を切り替えるガス弁７５や供給ガス量を調整する比例弁７６などが設けてある。

給湯配管１３と風呂戻り管３２とは、連結管７７によって接続されており、該連結管７７の途中には、連結管７７の閉鎖／開通を切り替える注湯電磁弁７８が設けてある。また、連結管７７の接続箇所より上流側の給湯配管１３の途中には、閉鎖状態から全開状態まで開度を調整可能な水量サーボ７９が出湯水量を調整するために設けてある。水量サーボ７９の下流側には、出湯温度を検出する出湯温度センサ８０が設けてある。

さらに、入水管７１から分岐し、水量サーボ７９より給湯用水管７２ａ側の所定箇所で給湯配管１３に合流・接続されたバイパス管８１を備え、このバイパス管８１の途中に、閉鎖から全開まで開度を調整可能なバイパス調整弁８２を備えている。バイパス管８１の分岐箇所より上流側の入水管７１には、入水管７１内の水の流量を検出する流量センサ８３および入水温度を検知する入水温度センサ８４が設けてある。なお演算で入水温度を推定するようにした器具にあっては入水温度センサ８４を設けない場合もある。

風呂戻り管３２の途中には、浴槽３内の水を、追い焚き循環経路（風呂戻り管３２、追い焚き用水管７２ｂ、風呂往き管３１）を通じて循環させるための風呂循環ポンプ８５が設けてある。風呂戻り管３２に設けた流水スイッチ８６は、風呂循環ポンプ８５を作動させたとき、追い焚き循環経路に実際に水が循環しているか否かを検出する。

このほか、風呂往き管３１および風呂戻り管３２には、それぞれ管内の温度を検出する風呂往き温度センサ８７、風呂戻り温度センサ８８が設けてある。

制御基盤７０は、ＣＰＵと、該ＣＰＵが実行するプログラムや固定データなどが記憶されたフラッシュＲＯＭと、ＣＰＵがプログラムを実行する際に各種情報を一時記憶するＲＡＭなどを主要部とする回路で構成されている。制御基盤７０には、給湯器１２が有する各種センサ、弁、風呂循環ポンプ８５などが接続されている。

さらに、制御基盤７０には、配線を介して操作パネル(リモコン)８９が接続されている。操作パネル８９は、給湯の設定温度や風呂の設定温度の指定、湯張り動作や追い焚き動作の開始・終了指示、電源のオン／オフなど各種の操作をユーザから受けるスイッチ類、および動作状態や設定温度などを表示する表示部などで構成される。また、操作パネル８９は時間を計時する時計部８９ａを備えている。時計部８９ａが計時する時刻は、操作パネル８９の表示部に表示される。また、時計部８９ａが計時する時刻情報は貯湯システム１１の制御ユニット６０へ通知される。

給湯器１２の制御基盤７０は、給湯配管１３から出湯する給湯動作では、操作パネル８９でユーザが設定した給湯設定温度の湯が出湯されるようにバーナ７３の燃焼量やバイパス調整弁８２の開度などを制御する。

浴槽３へ注湯する湯張り動作では、制御基盤７０は、バーナ７３を燃焼させた状態で注湯電磁弁７８および水量サーボ７９を開くことにより、熱交換器７２の給湯用水管７２ａを通じて加熱した湯を、給湯配管１３から連結管７７へ送り出し、風呂戻り管３２および風呂往き管３１の双方を通じて浴槽３へ流し込む。この際、制御基盤７０は、操作パネル８９でユーザが設定した風呂設定温度の湯が注湯されるようにバーナ７３の燃焼量やバイパス調整弁８２の開度などを制御する。さらに浴槽３内の水位が設定水位に達すると注湯動作を停止して、追い焚き動作を行う。

追い焚き動作では、注湯電磁弁７８を閉鎖し、風呂循環ポンプ８５を作動させた状態でバーナ７３を燃焼させる。これにより浴槽３内の湯水が風呂戻り管３２を通じて給湯器１２内に取り込まれて加熱され、過熱後の湯水が風呂往き管３１を通じて浴槽３へ送り出される。

給湯器１２のバーナ７３は所定の最低加熱量（最低号数）以下では燃焼させることができない。そのため、給湯器１２の制御基盤７０は、設定温度の湯を出すために必要な加熱量が最低加熱量より少ない場合は、バーナ７３を燃焼オフしたままの状態に制御する。必要な加熱量は、設定温度と入水温度センサ８４で検出される入水温度との温度差、流量センサ８３で検出される流量、熱効率などに基づいて算出する。

次に、貯湯システム１１の各種動作について説明する。

＜集熱運転＞
図３は、貯湯システム１１が行う集熱運転の概略動作を示している。集熱運転は集熱装置２１で太陽光から得た熱を利用して貯湯タンク１４内の水を加熱する動作である。集熱運転は、集熱装置２１の高温センサ５１の検出温度が貯湯タンク１４内の水温より一定温度以上高いなどの運転条件を満たす場合に行われる。

貯湯タンク１４は、底部の配管接続口に接続された給水管１５から給水の供給を受けて、通常は満水の状態にある。集熱運転時、制御ユニット６０は、切替弁２５を第１接続口２５ａと第２接続口２５ｂとが連通し第３接続口２５ｃを閉鎖した状態（集熱側）に設定した上で、循環ポンプ２４を駆動する。

図３では、集熱運転において熱媒体（水）が循環する経路を太線で示してある。また各部において熱媒体が流れる方向を矢印で示してある。詳細には、シスターン１９内の熱媒体は、循環ポンプ２４の作用により、第３熱媒配管２２ｃ等を通じて集熱装置２１に向かって流れ、集熱装置２１を通る際に加熱されて昇温し、第４熱媒配管２２ｄから貯湯タンク１４内の熱交換用配管１８を経てシスターン１９へ戻るように循環する。熱交換用配管１８を通る熱媒体より貯湯タンク１４内の水温が低い場合、熱交換用配管１８にて熱媒体の熱が貯湯タンク１４内の水へ移動して貯湯タンク１４内の水が加熱される。

熱交換用配管１８は貯湯タンク１４の下部にあり、また、貯湯タンク１４の底部から給水が供給され、貯湯タンク１４の天井部から接続配管１６へ湯水が流出するので、貯湯タンク１４内の水温は底部が低く天井部ほど高い温度勾配になっている。

貯湯システム１１の制御ユニット６０は、１日の集熱運転が終了すると、切替弁２５を第１接続口２５ａと第３接続口２５ｃとが連通し第２接続口２５ｂを閉鎖した遮断状態に設定する。図４は、遮断状態を示している。遮断状態では、熱媒体循環経路２２は、集熱装置２１を迂回して熱媒体を循環させる循環経路に切り替えられ、第３熱媒配管２２ｃのうち、切替弁２５の第２接続口２５ｂから集熱装置２１へ至る部分は、上記循環経路から切り離されている。これにより、遮断状態では、切替弁２５の第２接続口２５ｂから集熱装置２１を経由して連結管２６との合流接続箇所に至るまでの配管部分（図中破線で示した部分）において熱媒体の流れは生じない。

遮断状態にすることで、日中の集熱運転で暖めた貯湯タンク１４内の湯が、夜間に自然発生した熱媒体の循環によって集熱装置２１で冷やされてしまう放熱現象が防止される。

すなわち、夜間、集熱装置２１内の熱媒体は、外気温度の低下に伴って冷却されるが、貯湯タンクは断熱材が巻きつけられているので、日中の集熱運転で加熱された湯があまり使用されなければ、貯湯タンク内の水は高温のまま維持されている。夜間は、集熱運転を停止あるいは禁止して循環ポンプ２４を停止させるが、それにもかかわらず、何らかのきっかけで熱媒体が自然に循環を始めることがある。そして、一度循環が始まると、貯湯タンク１４内の暖かい湯はドラフト力（比重差）で上昇して集熱装置２１内に至り、冷たい集熱装置２１での放熱により冷やされた熱媒体は下方の貯湯タンク１４を目指して流れるので、循環が止まらなくなるという放熱現象が生じる。その結果、翌朝には、貯湯タンク１４内の湯がすっかり冷えてしまう。

本発明の貯湯システム１１では、１日の集熱運転終了後、切替弁２５を切り替えて遮断状態にすることで、上記放熱現象の発生を阻止している。なお、集熱運転の詳細制御については後述する。

＜給湯運転＞
図５は、給湯運転の概略動作を示している。図５では、給湯運転において湯水が流れる経路を太線で示してある。また各部において湯水が流れる方向を矢印で示してある。給湯運転では、貯湯タンク１４からの湯水と分岐給水管１５ａからの給水とが混合弁１７で混合されて給湯器１２の入水口(入水管７１)へ供給される。給湯器１２は設定温度で出湯されるように、供給された水を必要に応じて加熱して給湯配管１３へ出湯する。

＜ソーラー追い焚き運転＞
図６は、ソーラー追い焚き運転の概略動作を示している。ソーラー追い焚き運転は集熱装置２１で太陽光から得た熱を利用して浴槽３内の湯水を補助的に追い焚きする動作である。

ソーラー追い焚き運転では、制御ユニット６０は、切替弁２５を第１接続口２５ａと第２接続口２５ｂとが連通し第３接続口２５ｃを閉鎖した状態に設定した上で、循環ポンプ２４を駆動する。すなわち、集熱運転と同じように熱媒体を循環させ、熱媒体を集熱装置２１で加熱する。さらに、ソーラー追い焚き運転では、制御ユニット６０は、給湯器１２に対して燃焼（加熱動作）を停止させた状態で風呂循環ポンプ８５を駆動するように指示する。

図６では、ソーラー追い焚き運転において熱媒体（水）が循環する経路を太線で示してある。また、浴槽水の循環経路を太破線で示してある。さらに、各部において熱媒体が流れる方向および浴槽水の流れる方向をそれぞれ矢印で示してある。ソーラー追い焚き運転は、熱媒体循環経路２２を循環する熱媒体の温度が浴槽水の温度より高いことなどが運転条件となっており、水-水熱交換器２０において、内側管路２０ａを通る熱媒体から外側管路２０ｂを通る浴槽水へ熱が移動することで、浴槽水が加熱される。

＜風呂熱回収運転＞
図７は、風呂熱回収運転の概略動作を示している。風呂熱回収運転は、風呂の残り湯の熱を利用して貯湯タンク１４内の湯水を加熱する動作である。

風呂熱回収運転では、制御ユニット６０は、切替弁２５を第１接続口２５ａと第３接続口２５ｃとが連通し第２接続口２５ｂを閉鎖する前述の遮断状態に設定した上で、循環ポンプ２４を駆動する。これにより、集熱装置２１を通らずに、水-水熱交換器２０と貯湯タンク１４とを通って熱媒体が循環する。また、給湯器１２に対して燃焼（加熱動作）を停止させた状態で風呂循環ポンプ８５を駆動するように指示する。これにより、浴槽水が、水-水熱交換器２０の外側管路２０ｂを含む追い焚き循環経路を循環する。

図７では、風呂熱回収運転において熱媒体（水）が循環する経路と浴槽水の循環経路を太線で示してある。また、浴槽水の循環経路を太破線で示してある。さらに各部において熱媒体が流れる方向および浴槽水の流れる方向をそれぞれ矢印で示してある。風呂熱回収運転は貯湯タンク１４内の水温（第１温度センサ４１）が浴槽３の水温より低いことなどが運転条件となっており、水-水熱交換器２０において、外側管路２０ｂを通る浴槽水から内側管路２０ａを通る浴槽水へ熱が移動し、この熱が熱交換用配管１８にて貯湯タンク１４内の水へ移動することで、貯湯タンク１４内の水が加熱される。これにより、集熱運転の負担が軽減される。

風呂熱回収運転は、たとえば、風呂の風呂リモコンの運転（電源）スイッチがオフされたとき、あるいは、設定された時刻（たとえば、夜の１０時）になったとき又は専用の風呂熱回収運転ボタンが押されたとき、などに行われる。風呂熱回収運転では、その開始時にまず、風呂循環ポンプ８５を一時的に作動させ、浴槽水があるか否かを確認する。そして、浴槽水があり、かつ、浴槽水の温度が第１温度センサ４１の検出温度より所定温度（たとえば、１５℃）以上高い場合に風呂熱回収運転を行い、差が１０℃以下もしくは１時間を越えると運転を停止するようになっている。時間的制限は、風呂循環ポンプ８５の耐久性を考慮したものである。

＜貯湯出湯禁止運転＞
貯湯タンク１４内の湯水が１００時間以上停留すると、レジオネラ菌の繁殖による問題があり、その対策のため、殺菌を行う。貯湯出湯禁止運転では、貯湯タンク１４からの出湯を禁止し、貯湯タンク１４内の水を６０度以上にした状態を１５分以上継続させることで殺菌を行う。

図８は、貯湯出湯禁止中の運転状態を示している。９８時間以内に貯湯タンク１４内の湯の大半（ここでは、１００リットル中の９３リットル）が使用されなかった場合、貯湯出湯禁止運転に入る。貯湯出湯禁止運転では、制御ユニット６０は、出湯禁止電磁弁５４を閉じる。これにより、分岐給水管１５ａからの給水のみが接続配管１６を通じて給湯器１２の入水口へ供給される。

貯湯出湯禁止運転に入ってから１００時間以内に、集熱運転（太陽熱）により貯湯タンク１４内の湯水全体（第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３、第４温度センサ４４のすべての検出温度）が６０度以上の状態で１５分以上継続（殺菌完了）したか否かを監視し、殺菌完了したら、出湯禁止電磁弁５４を開いて、貯湯出湯禁止運転を終了する。

１００時間以内に殺菌完了しなかった場合は、排水電磁弁５５を開き、タンク下部から給水される新鮮な水により貯湯タンク１４内の湯水をすべて排水し、新しい水を貯湯タンク１４に充填した後、出湯禁止電磁弁５４を開いて貯湯出湯禁止運転を終了する。

<集熱運転の詳細制御＞
図９は、集熱運転全体の流れを示している。貯湯システム１１の電源がＯＮされると、制御ユニット６０は、切替弁２５を遮断状態に設定する（ステップＳ１０１）。次に、給湯器１２の制御基盤７０と通信して、給湯器１２側の時計部８９ａの時刻情報を入手する。時計部８９ａの時刻が設定されていれば(ステップＳ１０２；Ｙｅｓ)、入手した時刻情報の示す時刻が予め設定した集熱運転の許容時間帯（本例では４時から１９時の間）にあるか否かを判断する(ステップＳ１０３)。

集熱運転の許容時間帯にあれば（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、集熱装置２１に設けた高温センサ５１の検出温度が、貯湯タンク１４の底部寄りに設けた第１温度センサ４１（ＴＨ１）の検出温度より所定温度（本例では７℃）以上高いか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

高温センサ５１の検出温度が第１温度センサ４１（ＴＨ１）の検出温度より所定温度（本例では７℃）以上高くない場合は（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、集熱装置２１内と熱交換用配管１８周辺の水温との温度差が少なく、加熱効果を得にくいので、ステップＳ１０２へ戻って、集熱運転の開始条件の検査を行う。

高温センサ５１の検出温度が第１温度センサ４１（ＴＨ１）の検出温度より所定温度（本例では７℃）以上高い場合は（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、高温センサ５１が８５℃以上か否かを判断する（ステップＳ１０７）。８５℃以上の場合は(ステップＳ１０７；Ｎｏ)、架橋ポリエチレン管からなる連絡配管の耐熱温度の問題から集熱運転はできないので、ステップＳ１０２へ戻って、集熱運転の開始条件の検査を行う。

高温センサ５１が８５℃未満ならば（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、集熱運転を実施し（ステップＳ１０８）、集熱運転が終了すると、ステップＳ１０２へ戻って、集熱運転の開始条件の検査を行う。なお、集熱運転の実施中の制御は図１０で説明する。

時計が設定されていない場合は（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、もしくは、時計部８９ａから入手した時刻情報の示す時刻が集熱運転の許容時間帯にない場合は（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、高温センサ５１の検出温度が８０℃以上か否かを判断する。８０℃以上なければ(ステップＳ１０５；Ｎｏ)、切替弁２５が集熱側にあればそれを遮断状態に切り替えて（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０２へ移行する。すなわち、現在時刻が集熱運転の許容時間帯にない場合は、切替弁２５を遮断状態に切り替えることで熱媒体が自然に循環することを阻止する。

高温センサ５１の検出温度が８０℃以上ある場合は（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、時刻に関わらず集熱運転を許容できると判断してステップＳ１０７へ移行する。すなわち、時計部８９ａが未設定あるいは設定されていても時刻が大きく狂っている可能性があるので、高温センサ５１の検出温度が８０℃以上の場合は、集熱運転すべきか否かを時刻条件でなく温度条件で判断する。

ステップＳ１０７では前述したように、高温センサ５１が８５℃以上か否かを判断し（ステップＳ１０７）、８５℃以上の場合は(ステップＳ１０７；Ｎｏ)、ステップＳ１０２へ戻って、集熱運転の開始条件の検査を行う。高温センサ５１が８５℃未満ならば（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、集熱運転を実施する（ステップＳ１０８）。

このように、貯湯システム１１は、１日の集熱運転が終了して集熱運転の許容時間帯外となったとき（１９時以降になったとき）、切替弁２５を遮断状態に切り替えるので、夜間の集熱運転停止中に熱媒体が集熱装置２１を経由して自然に循環することがなく、夜間の放熱現象の発生を防止することができる。

また、時計部８９ａの時刻が設定されていない、あるいは狂っている場合は、高温センサ５１の温度を基準に集熱運転を開始するか否かを判断するので、時計部８９ａの時刻が設定されていない、あるいは狂っている場合でも、適正な時期に集熱運転を開始させることができる。

図１０は、集熱運転の実行開始から終了までの制御（図９のステップＳ１０８）の詳細を示している。

制御ユニット６０は、集熱運転の実行開始に際して、切替弁２５を集熱側（開通状態）に切り替える。また、回転数を予め定めた回転数（集熱Ａとする）に設定して循環ポンプ２４を作動させる(ステップＳ２０１)。

熱媒体循環経路２２での熱媒体の循環を開始してから２分の経過を待つ（ステップＳ２０２；Ｎｏ）。２分は、集熱装置２１にあった熱媒体が貯湯タンク１４近傍の熱媒温度センサ５２の設置箇所へ戻るのに十分な時間として設定したものである（集熱装置内のエア抜きのため）。

２分経過したら（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、高温センサ５１の検出温度と熱媒温度センサ５２の検出温度との温度差が１０℃以下になったか否かを判断し(ステップＳ２０３)、１０℃以下でなければ(ステップＳ２０３；Ｎｏ)、高温センサ５１と熱媒温度センサ５２のいずれかの温度センサの故障と判断してエラー処理を行う（ステップＳ２０４）。

温度差が１０℃以下ならば（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、循環ポンプ２４の回転数を所定の回転数（集熱２とする）に設定する（ステップＳ２０５）。

その後、３分の経過を待ってから(ステップＳ２０６；Ｙｅｓ)、集熱装置２１の高温センサ５１が８５℃以上か否かを調べる。８５℃未満であれば（ステップＳ２０７；Ｎｏ）、各部の温度差が適正な集熱運転状態（熱媒制御温度範囲）にあるか否かを判断する(ステップＳ２１２)。詳細には、高温センサ５１の検出温度が貯湯タンク１４底部寄りの第１温度センサ４１の検出温度に対して＋５℃から＋１５℃の範囲にあり、かつ、熱媒温度センサ５２の検出温度が第１温度センサ４１の検出温度より３℃以上高温である場合は、熱媒制御温度範囲内にあると判断し、それ以外は熱媒制御温度範囲外と判断する。

熱媒制御温度範囲にあれば（ステップＳ２１２；Ｙｅｓ）、適正な集熱運転が行われているので、ステップＳ２０７へ移行し、そのまま集熱運転を継続する。

熱媒制御温度範囲になければ(ステップＳ２１２；Ｎｏ)、熱媒制御温度範囲未満（ここでは、高温センサ５１の検出温度が第１温度センサ４１の検出温度に対して＋５℃未満または、熱媒温度センサ５２の検出温度が第１温度センサ４１の検出温度に対して＋３℃未満）か否かを判断する(ステップＳ２１３)。熱媒制御温度範囲未満ならば（ステップＳ２１３；Ｙｅｓ）、循環ポンプ２４の現在の回転数が最小回転数（集熱１とする）か否かを調べ（ステップＳ２１４）、最小回転数でなければ（ステップＳ２１４；Ｎｏ）、集熱装置２１での受熱をより効率的に行うために、循環ポンプ２４の回転数を１段下げて（ステップＳ２１５）、ステップＳ２０６へ戻って運転を継続する。

循環ポンプ２４の現在の回転数が最小回転数の場合は（ステップＳ２１４；Ｙｅｓ）、空が曇ってきたなどの要因で効率的に集熱できない状態にあると判断し、循環ポンプ２４を停止させて（ステップＳ２１６）集熱運転の実行を終了する（リターン）。

一方、熱媒制御温度範囲未満でない場合（ここでは、高温センサ５１の検出温度が第１温度センサ４１の検出温度に対して＋１５℃を超える場合）は（ステップＳ２１３；Ｎｏ）、循環ポンプ２４の回転数が最大回転数（集熱４とする）か否かを調べ（ステップＳ２０８）、最大回転数でなければ（ステップＳ２０８；Ｎｏ）、循環ポンプ２４の回転数を１段アップさせて（ステップＳ２０９）、ステップＳ２０６へ移行して運転を継続する。

循環ポンプ２４の回転数が最大回転数の場合は（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）、集熱装置２１の高温センサ５１が８０℃未満であれば（ステップＳ２１０；Ｎｏ）、ステップＳ２０７に戻って運転を継続する。８０℃以上９０℃未満の範囲にあれば（ステップＳ２１０；Ｙｅｓ、Ｓ２１１；Ｎｏ）そのまま、温度監視を継続し、９０℃以上になった場合は(ステップＳ２１１；Ｙｅｓ)、循環ポンプ２４を停止させて（ステップＳ２１６）集熱運転の実行を終了する（リターン）。これは、熱媒体の温度が架橋ポリエチレン管の耐熱温度に達したので、この高温の熱媒体を集熱装置２１内に留めて、架橋ポリエチレン管内へ循環しないようにして、架橋ポリエチレン管を保護するものである。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

実施の形態では、１９時以降を夜間として切替弁２５を遮断状態に切り替えるようにしたが、夜間と判定する時刻はこれに限定されず任意でよい。

また、切替弁２５を遮断状態とするか開通状態（集熱側）とするかの切り替えは時刻を基準にする場合に限定されない。集熱装置２１側と貯湯タンク１４内の水温との温度の逆転（集熱装置２１側が貯湯タンク１４側より低くなる）によって熱媒体がドラフト力で自然に循環するような事態を何らかの方法で検出し、そのような事態が生じる場合に遮断状態に切り替えればよい。

たとえば、貯湯タンク１４内の水温（好ましくは、熱交換用配管１８の設置位置に近い第１温度センサ４１の検出温度）が高温センサ５１の検出温度より所定温度以上高い場合は、遮断状態にするように制御してもよい。また、熱媒体循環経路２２に流量センサを設け、切替弁２５を開通状態に設定しかつ循環ポンプ２４を停止させている状態で流量センサによって熱媒体の流れが検出されたとき、遮断状態に切り替えるように制御してもよい。

実施の形態では、給湯器１２で追い加熱する場合のシステム構成を示したが、追い加熱用の熱源はガス給湯器に限定されるものではない。さらには、給湯器１２など追い加熱用の熱源機を設けない構成でもかまわない。すなわち、貯湯タンク１４からの湯に給水を混合した湯水を出湯するといったシステム構成でもかまわない。また、実施の形態では、ソーラー追い焚き運転や風呂熱回収運転等のために水-水熱交換器２０を設けたが、水-水熱交換器２０を具備しない構成でもよい。この場合、集熱装置２１を連結管２６でバイパスさせる経路は不用になるため、切替弁２５は、熱媒体循環経路２２を単に開通状態と閉鎖状態とに切り替えるものでよい。

給湯器１２は、最低加熱量以下の加熱動作はできないので、最低加熱量の加熱を行った場合に出湯温度が設定温度を超える場合はバーナ７３を燃焼させないようにしたが、例えば、浴槽への湯張り時には燃焼させないようにするが、シャワーや給湯使用時には燃焼させるようにしても良い。なぜならば、浴槽には「どぼん」と入る人がいる（熱い湯をよけるのに時間がかかる）のに対し、シャワーや給湯使用時にはシャワーをよけたり、手をどかせば熱い湯をよけることができるからである。さらにシャワーを浴びる温度は例えば４５度以下と考えられるので、浴槽への湯張り時には所定温度以下の給湯使用時には燃焼させないようにするが、所定温度以上の給湯使用時には燃焼させるようにしても良い。

３…浴槽
１０…給湯システム
１１…貯湯システム
１２…給湯器
１３…給湯配管
１４…貯湯タンク
１５…給水管
１５ａ…分岐給水管
１６…接続配管
１７…混合弁
１７ａ…第１バルブ
１７ｂ…第２バルブ
１８…熱交換用配管
１９…シスターン
１９ａ…水位センサ
２０…水-水熱交換器
２０ａ…内側管路
２０ｂ…外側管路
２１…集熱装置
２２…熱媒体循環経路
２２ａ…第１熱媒配管
２２ｂ…第２熱媒配管
２２ｃ…第３熱媒配管
２２ｄ…第４熱媒配管
２４…循環ポンプ
２５…切替弁
２５ａ…第１接続口
２５ｂ…第２接続口
２５ｃ…第３接続口
２６…連結管
２７ａ…本体側との接続部（往き）
２７ｂ…本体側との接続部（戻り）
３１…風呂往き管
３２…風呂戻り管
４１…第１温度センサ
４２…第２温度センサ
４３…第３温度センサ
４４…第４温度センサ
４６…タンク出湯温度センサ
４７…給水温度センサ
４８…水量センサ
４９…混合温度センサ
５１…高温センサ
５２…熱媒温度センサ
５３…風呂温度センサ
５４…出湯禁止電磁弁
５５…排水電磁弁
５６…圧力逃がし弁
６０…制御ユニット
７０…制御基盤
７１…入水管
７２…熱交換器
７２ａ…給湯用水管
７２ｂ…追い焚き用水管
７２ｃ…フィン
７３…バーナ
７４…ガス供給管
７５…ガス弁
７６…比例弁
７７…連結管
７８…注湯電磁弁
７９…水量サーボ
８０…出湯温度センサ
８１…バイパス管
８２…バイパス調整弁
８３…流量センサ
８４…入水温度センサ
８５…風呂循環ポンプ
８６…流水スイッチ
８７…風呂往き温度センサ
８８…風呂戻り温度センサ
８９…操作パネル（リモコン）
８９ａ…時計部

Claims (5)

1. 太陽熱の集熱装置と、
   出湯に供される湯を蓄えると共に給水路から水が補給される貯湯タンクと、
   前記貯湯タンク内の水を加熱するための熱交換器と、
   前記熱交換器と前記集熱装置とを経由して熱媒体を循環させるための熱媒体循環経路と、
   前記熱媒体循環経路内に設けられた流量センサと、
   前記熱媒体循環経路内で熱媒体を循環させる循環ポンプと、
   前記熱媒体循環経路に設けられて前記集熱装置と前記熱交換器との間の経路を遮断した状態と開通した状態とに切り替える切替弁と、
   前記切替弁を前記開通した状態に設定して前記循環ポンプを作動させることで、熱媒体を前記熱媒体循環経路内で循環させ、その循環する熱媒体が前記集熱装置で得た熱を前記熱交換器で放出させて前記貯湯タンク内の水を加熱する集熱運転を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記集熱運転の終了後、前記循環ポンプを停止させても前記熱媒体循環経路内で熱媒体が自然に循環して前記貯湯タンク側の熱が冷えた前記集熱装置で放出される放熱現象を防止するために、前記循環ポンプの停止中に前記流量センサが熱媒体の循環を検出したとき、前記切替弁を、前記遮断した状態に切り替える
   ことを特徴とする貯湯システム。
2. 前記制御部は、時計部の示す時刻が予め定めた集熱運転の許可時間帯にないときは、前記集熱運転を禁止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の貯湯システム。
3. 前記制御部は、時計部が設定されていないもしくは時計部の示す時刻が前記許可時間帯にないときであっても、前記集熱装置内の熱媒体の温度が所定温度以上であれば、前記集熱運転を開始する
   ことを特徴とする請求項２に記載の貯湯システム。
4. 前記熱媒体循環経路は架橋ポリエチレン管の部分を備えており、
   前記制御部は、前記集熱装置内の熱媒体の温度が前記架橋ポリエチレン管の耐熱温度以上である間は、前記集熱運転を禁止する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の貯湯システム。
5. 前記切替弁は、前記熱媒体循環経路を、前記集熱装置を迂回した循環経路に切り替えることで、前記遮断した状態を形成する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の貯湯システム。

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