JP6125877B2

JP6125877B2 - 熱源装置

Info

Publication number: JP6125877B2
Application number: JP2013075106A
Authority: JP
Inventors: 翼内山; 正和寺嶋
Original assignee: 株式会社ガスター
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014199159A

Description

本発明は、貯湯槽と、貯湯槽から出湯される湯をさらに加熱する機能を有する補助熱源装置とを備えた熱源装置に関するものである。

貯湯槽を備えた熱源装置が用いられており（例えば、特許文献１参照）、図３には、開発中の熱源装置が模式的なシステム構成図により示されている。同図において、貯湯槽２と出湯通路９とを備えた主熱源装置としてのタンクユニット４が、熱回収用通路３を介して熱発生装置としての燃料電池（ＦＣ）１と熱的に接続されている。燃料電池１は、例えば固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等により形成されており、水の電気分解の逆反応で、都市ガス等の燃料ガスから取り出された水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電装置である。

熱回収用通路３は、燃料電池１と貯湯槽２との間で液体（ここでは湯水）を図の矢印Ａおよび矢印Ａ’に示されるように循環させる通路であり、熱回収用通路３には、熱回収用通路３内に液体を循環させる図示されていないポンプが介設されている。そして、該ポンプの駆動により、貯湯槽２内の水を図の矢印Ａ’に示すように熱回収用通路３を通して燃料電池１に導入して冷却水とし、この水を燃料電池１の発電時に生じる廃熱によって加熱した後、図の矢印Ａに示すように熱回収用通路３を通し、例えば６０℃といった温度の湯として貯湯槽２に蓄積する。なお、熱回収用通路３には、三方弁６を介してバイパス通路７が設けられ、燃料電池１側から貯湯槽２側へ流れる液体を、必要に応じて貯湯槽２を通さずに燃料電池１に戻すことができるように形成されている。

貯湯槽２には、貯湯槽２内または貯湯槽２の外側壁に、貯湯槽２内の湯水の温度を検出する貯湯槽内湯水温検出手段５が、貯湯槽２の上下方向に互いに間隔を介して複数（図３では５個）設けられている。なお、最上位に設けられている貯湯槽内湯水温検出手段５ａは、貯湯槽２の上端よりも予め定められた設定長さだけ下側の位置、つまり、例えば貯湯槽２の上端まで湯が満たされた場合よりも２０リットル少ない湯量の湯が貯湯槽２内に導入された場合の湯面の位置に設けられている。

貯湯槽２の上部側に接続されている出湯通路９は、貯湯槽２で形成された湯を出湯する（送水する）通路と成しており、出湯通路９には、出湯通路９を通る湯の温度を検出する貯湯槽出湯水温検出手段１１と、出湯通路９を通して送水される湯の量を可変する貯湯槽出湯量調節器としてのタンク湯水混合器１２と、出湯通路９を通しての湯の送水の有無を弁の開閉により切り替える貯湯槽出側湯水電磁弁としてのパイロット方式のタンク側電磁弁１３とが介設されている。なお、同図には図示されていないが、貯湯槽２を備えた熱源装置には、貯湯槽２内の圧力が許容圧力を超えたときに該圧力を外部に逃がすための過圧逃がし弁が適宜の位置（例えば出湯通路９に接続された圧力逃がし用の通路等）に設けられている。

また、この熱源装置への給水通路８は給水通路８ａと給水通路８ｂとに分岐され、一方側の給水通路８（８ａ）が貯湯槽２の下部側に接続されて、他方側の給水通路８（８ｂ）は、合流部１０で出湯通路９に合流するように形成されている。給水通路８ｂには、給水通路８ｂから合流部１０側へ流れる水の量を（例えば弁開度により）可変するための給水量調節器としての水混合器１４が介設されている。

合流部１０には、補助熱源装置としての給湯器１６の湯水導入側が、湯水導入通路１５を介して接続されており、湯水導入通路１５には混合湯水温検出手段としての混合サーミスタ２８（２８ａ，２８ｂ）が介設されている。給湯器１６は、通水する水を加熱手段により給湯熱交換器１７を備え、図の矢印Ｂに示されるように貯湯槽２から出湯通路９を通して送水される（タンクユニット４から送水される）湯水を、図の矢印Ｂ”に示されるように、湯水導入通路１５を介して給湯器１６に導入して給湯熱交換器１７で加熱する追い加熱の機能を有している。

この追い加熱機能により加熱された湯は、通路１８と給湯通路１９とを順に通って一つ以上の給湯先に給湯される。なお、同図には図示されていないが、給湯通路１９の先端側には給湯栓が設けられており、この給湯栓を開くことにより、貯湯槽２に蓄えられていた湯が給水圧を受けて前記のように出湯通路９を通り、前記の如く、給水通路８ｂからの水と混合されたり、給湯器１６により追い加熱されたりして給湯される。

また、給湯器１６に設けられている加熱手段は、例えば燃料ガスの燃焼により加熱を行うガス燃焼装置（給湯バーナ）により形成され、給湯器１６には、周知の如く、給湯バーナへの空気の給排気を行う燃焼ファン等の適宜の構成要素（図示せず）が設けられ、その構成要素を制御することにより前記追い加熱機能の動作が行われる。熱源装置には、燃料ガスの供給源から給湯バーナや前記燃料電池１に燃料ガスを供給するガス通路（図示せず）が設けられており、そのガス通路にはガスメータが介設されている。

なお、図３の図中、符号２５は入水温度サーミスタ、符号２６は燃料電池１から貯湯槽２へ導入される湯水温検出用のＦＣ高温サーミスタ、符号２７は貯湯槽２の下側から導出される水の温度を検出する貯湯槽導出水温検出手段としてのＦＣ低温サーミスタをそれぞれ示し、符号２９は給水流量センサ、符号５０は減圧弁、符号３０は給湯器１６から浴槽３１への注湯通路、符号３２は暖房装置と給湯器１６とを接続する暖房用通路、符号４２は通路１８と給湯通路１９を通して給湯される給湯流量を検出する流量検出手段をそれぞれ示している。

図４には、図３に示したシステム構成における配管および構成要素の一部を省略または破線で示したシステム構成図が示されており、図４に示されるように、前記通路１８には分岐継手２０を介して接続通路２１の一端側が接続され、接続通路２１の他端側は、熱回収用通路３において湯水を燃料電池１側から貯湯槽２側に通す通路の途中部に接続されている。また、熱回収用通路３において湯水を貯湯槽２側から燃料電池１側に通す通路の途中部と前記出湯通路９の先端側とを接続する接続通路２２が設けられ、接続通路２２には、湯水を循環させる循環ポンプ２３と、水電磁弁２４とが介設されている。

そして、通路１８、接続通路２１、熱回収用通路３のうちの通路３ａ、３ｂ（接続通路２１との接続部および接続通路２２との接続部よりも貯湯槽２側の領域）と、接続通路２２、湯水導入通路１５を有して、同図の矢印Ｃに示されるように、貯湯槽２の下部側から導出される水を加熱しながら循環させて貯湯槽２に戻す湯水循環通路４０が形成されている（なお、接続通路２１と通路３ａとで、給湯器１６の湯水導出側と貯湯槽２の上部側とを接続する補助熱源装置出側通路が形成されている）。水電磁弁２４は、循環ポンプ２３の駆動による湯水循環通路４０への水の循環の有無を弁の開閉により切り替える電磁弁であり、水電磁弁２４を開いた状態で循環ポンプ２３を駆動させて湯水循環通路４０を循環する湯水を、給湯器１６が給湯熱交換器１７により加熱する循環湯水加熱機能を有している。この循環湯水加熱機能の動作も、給湯器１６の前記構成要素を制御することにより行われる。

なお、図３、図４において、加熱により温められた湯水が主に通る通路部分にはドットを記しており、湯水循環通路４０においては温められた湯水の温度が湯水循環通路４０内を通るときに徐々に冷めていくが、湯水循環通路４０のうち給湯器１６の湯水導出側の通路１８からバイパス通路７の入口までの領域にドットを記している。

また、図３、図４に示す熱源装置には、図示されていない制御装置が設けられており、制御装置には、タンク湯水混合器１２を制御して出湯通路９から合流部１０側に流れる湯の流量を制御すると共に、水混合器１４を制御して給水通路８ｂから合流部１０側に流れる水の流量を制御し、合流部１０で適宜の温度の混合湯水が形成されるようにするミキシング流量制御手段が設けられている。

このミキシング流量制御手段は、給湯停止時にはタンク側電磁弁１３を閉じて出湯通路９から合流部１０側に流れる湯（貯湯槽２からの出湯湯水）の流量がゼロとなる状態にする。また、給湯通路１９の先端側に設けられている給湯栓が開かれて、給水流量センサ２９がオン流量を検知すると、ミキシング流量制御手段は、タンク電磁弁１３を開き、タンク湯水混合器１２の制御により、図３の矢印Ｂに示されるように出湯通路９から合流部１０側に流れる湯の流量を調節すると共に、水混合器１４の制御により、図３の矢印Ｂ’に示されるように給水通路８ｂから合流部１０側に流れる水の流量を調節し、合流部１０で形成される混合湯水の温度が混合設定温度になるようにする。

なお、貯湯槽２内には、例えば図５の模式図に示されるような湯や水の温度層Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃが形成されるものであり、貯湯槽２の上部側の層（高温層）Ｗａには燃料電池１の発電時に生じる廃熱によって加熱された高温Ｔａ（例えば６０℃）の湯が貯湯され、貯湯槽２の下部側の層（低温層）Ｗｃには貯湯槽２内に給水される給水温度と同じ温度Ｔｃ（例えば１５℃）の水が貯水されており、その間に、温度Ｔａから温度Ｔｃまでの急な温度勾配を持つ層（温度中間層）Ｗｂがある。したがって、層Ｗａの湯が無くなると湯の代わりに冷たい水が出湯通路９から送水されることがあるが、説明の都合上、特に断らない限り、出湯通路９からは湯が出湯されて前記合流部１０に合流されるという表現を用いる。

また、例えば図５に示されるように、貯湯槽２内の湯水において、例えば層Ｗａと層Ｗｂとの境界が貯湯槽内湯水温検出手段５ａの配設領域よりも下にあり、貯湯槽内湯水温検出手段５ａの検出温度が給湯設定温度より例えば２℃高く設定される閾値より高い温度のときには、貯湯槽２から出湯される湯の温度は例えば６０℃といったほぼ一定の値である。そこで、前記ミキシング流量制御手段は、例えば予め与えられている制御データに基づき、混合設定温度の混合湯水を形成するために、タンク湯水混合器１２と水混合器１４を制御して、出湯通路９から合流部１０側に流れる湯の流量と給水通路８ｂから合流部１０側に流れる水の流量とを調節するミキシング流量フィードフォワード制御を行う。

その後、混合サーミスタ２８（２８ａ，２８ｂ）の検出温度と混合設定温度との差に基づいて、混合サーミスタ２８（２８ａ，２８ｂ）の検出温度が混合設定温度になるように、タンク湯水混合器１２と水混合器１４を制御して出湯通路９から合流部１０側に流れる湯の流量と給水通路８ｂから合流部１０側に流れる水の流量とを調節するミキシング流量フィードバック制御を行うことにより、合流部１０で形成される混合湯水の温度調節を行う。なお、ミキシング流量フィードフォワード制御を行わずにミキシング流量フィードバック制御のみを行うようにしてもよい。

そして、このようなキシング流量制御手段による制御によって、合流部１０で形成される混合湯水の温度が混合設定温度（例えば給湯設定温度と同じ温度）またはその近傍温度とされると、その混合湯水は、図３の矢印Ｂ”に示されるように、合流部１０から湯水導入通路１５を通して給湯器１６に導入されるが、このとき、給湯器１６において給湯熱交換器１７による加熱は行われずに、通路１８と給湯通路１９を通して給湯先に給湯される。

一方、貯湯槽内湯水温検出手段５ａの検出温度が前記閾値以下であり、ミキシング流量制御手段による流量制御のみでは、給湯設定温度と同等の温度に設定される混合設定温度の湯を給湯することができない場合には、その混合湯水を給湯器１６の前記追い加熱機能の動作によって給湯熱交換器１７により加熱する、または、タンク電磁弁１３を閉じて水のみを給湯器１６に供給して追い加熱動作を行う。そして、追い加熱動作により給湯設定温度となった湯は、通路１８と給湯通路１９を通して給湯先に給湯される。

なお、従来は、タンクユニット４と給湯器１６とが隣接配置されたタイプ（一体型）の熱源装置が用いられていたが、開発中の熱源装置は、タンクユニット４と給湯器１６と燃料電池１とをそれぞれ個別に配置し、互いに配管により接続する個別配置型の熱源装置も可能とするものである。このようにすると、例えば複数種あるタンクユニット４のうち、利用者が必要な容量の貯湯槽２を備えたタンクユニット４を選択し、そのタンクユニット４と、複数種ある給湯器１６のうち選択された給湯器１６と、複数種ある燃料電池１のうち選択された燃料電池１とを組み合わせるといったことができ、バリエーションを増やすことができるし、既設の給湯器１６にタンクユニット４等を接続して熱源装置を形成することもできるといったメリットもある。

特許第４３５９３３９号公報特開平８−２０１１３号公報

ところで、開発中の熱源装置において、燃料ガスを燃料ガスの供給源から燃料電池１と給湯器１６とに供給するガス通路には、前記のようにガスメータ（マイコンメータ）が介設されており、ガスメータは、燃料電池１に供給される燃料ガスの供給量と給湯器１６に供給される燃料ガスの供給量とを合わせた燃料ガス総供給量を検出する機能を有している。

また、ガスメータは、検出される燃料ガス総供給量が予め定められる基準量以下でゼロより大きい状態が、例えば８時間３０分といった予め定められるガス漏れ判断用設定時間以上継続したときには、燃料電池１と給湯器１６への燃料ガスの供給を遮断するガス遮断機能を有している。なお、燃料ガスの消費量が前記基準量以下でゼロより大きい状態が継続しているときには、燃料ガスのガス漏れが生じている可能性があるため、もしもガス漏れが生じた場合に、そのガス漏れが継続されることを防ぐ安全策として、前記のようなガス遮断機能を設け、燃料電池１と給湯器１６への燃料ガスの供給を遮断するようにしている。

しかしながら、燃料ガスの燃料電池１を備えた熱源装置においては、燃料電池１が長い間継続して稼働していることが多く、その間、燃料電池１には前記基準量以下の小さい値の燃料ガスが継続して供給されることになる。そのため、燃料電池１の稼働が継続して行われている間に給湯器１６の使用が無く、給湯器１６のガスバーナの燃焼が行われないと、燃料ガス総供給量が前記基準量以下でゼロより大きい状態が前記ガス漏れ判断用設定時間以上継続してしまい、ガスメータのガス遮断機能が働いて、燃料電池１への燃料ガスの供給が遮断されてしまうことになる。

そこで、本発明者は、給湯器１６が稼働されずに燃料電池１が稼働することによって、例えば図６の特性線ｇに示されるように、燃料ガス総供給量が前記基準量（図のＧｓ）以下でゼロより大きい状態が前記ガス漏れ判断用設定時間以上継続することにより、ガスメータのガス遮断機能が不要に働くことを防ぐために、以下の構成を考えた。

この構成は、熱源装置に、前記のように給湯器１６を介設した湯水循環通路４０を設け、前記ガス漏れ判断用設定時間未満の予め定められる設定間隔（例えば図６のｔｓ）毎に、予め定められるガス遮断回避用設定時間（例えば図６のｔｋ）だけ給湯器１６の燃焼装置による燃料ガスの燃焼動作を実行させる構成である。この給湯器１６の燃焼装置による燃料ガスの燃焼動作によって、図６の特性線ｇに示されるように、設定期間ごとに燃料ガス総供給量が基準量を超えることになるため、ガスメータのガス遮断動作を回避できる。なお、このときには、図４の矢印Ｃに示すように、湯水循環通路４０を通して循環させる。

また、このような湯水循環機能とその湯水の加熱機能とを設けて、その一部である湯水導入通路１５を貯湯槽２からの湯の出湯通路９と給湯器１６とを接続する通路と兼用させることにより、例えば給湯器１６は建物の北側に配置されてタンクユニット４は建物の東側や西側に配置されるといったように、タンクユニット４と給湯器１６とが離れて配置されて、冬場等に湯水導入通路１５および接続通路２１内の水が、給湯停止中に凍結する可能性があっても、給湯熱交換器１７により加熱した湯水を、前記のように循環させることにより、凍結防止も図ることができる。

しかしながら、燃料電池１の稼働が長い間継続して行われると、貯湯槽２内には多くの湯が貯湯されることになるため、図５に示したような高温の湯の層Ｗａが多くなって水の層Ｗｃが少なくなると、例えば貯湯槽２の下側から湯水循環通路４０（熱回収用通路３ｂ側）に導出される水の温度が３５℃といった高い温度になることがある。そして、その水を燃料ガス遮断回避のために給湯器１６で加熱している途中に給湯通路１８の給湯栓が開かれて給湯が行われると、熱い湯が給湯されてしまうという問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、貯湯槽から導出される水を補助熱源装置により加熱して貯湯槽に戻す湯水循環通路とを備え、かつ、湯水循環通路からの補助熱源装置を介しての給湯も行うことができる熱源装置において、給湯使用時に熱い湯が給湯されてしまうことを防ぐことができる熱源装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、次の構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、貯湯槽と、該貯湯槽に熱回収用通路を介して熱的に接続された熱発生装置とを備え、該熱発生装置で発生させた熱により加熱形成される湯を前記貯湯槽に貯湯する構成を有し、前記貯湯槽の下部側から導出される水を循環させて前記貯湯槽に戻す機能を備えた湯水循環通路が接続され、該湯水循環通路には該湯水循環路に湯水を循環させる循環ポンプと、前記湯水循環通路を循環する湯水を加熱手段により加熱する循環湯水加熱機能を備えた補助熱源装置とが設けられて、前記循環ポンプの駆動により前記貯湯槽の下部側から導出される水が前記補助熱源装置に通されて該補助熱源装置により加熱され該補助熱源装置の湯水導出側と前記貯湯槽の上部側とを接続する補助熱源装置出側通路を通して前記貯湯槽の上部側から前記循環する湯水が該貯湯槽に戻される構成と成しており、前記補助熱源装置出側通路には該補助熱源装置出側通路から給湯先に湯水を導く給湯通路が分岐形成され、前記給湯先側に設けられる給湯栓が開かれたときに前記補助熱源装置出側通路側から前記給湯通路側に湯水が流れ該給湯通路を通して給湯先に給湯される構成と成しており、前記補助熱源装置の出側から前記給湯先に至る前記補助熱源装置出側通路と前記給湯通路にはいずれも当該通路を流れる湯水に水を混合する手段が設けられておらず前記補助熱源装置により加熱形成された湯は水の混合無しに給湯先に給湯される構成と成しており、前記湯水循環通路における前記貯湯槽の下部側と前記補助熱源装置への湯水導入側との間には前記貯湯槽から導出される水の温度を検出する貯湯槽導出水温検出手段が設けられ、前記循環ポンプの駆動による前記湯水循環通路の湯水循環流量を制御する循環流量制御手段を有し、該循環流量制御手段は、前記補助熱源装置による前記循環湯水加熱機能の動作時に、前記貯湯槽導出水温検出手段の検出温度と前記補助熱源装置の加熱熱量情報とに基づき該補助熱源装置による加熱後の湯水の温度が予め定められる高温給湯回避用設定温度より高い温度または予め定められる給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えた高い温度にならないように前記湯水循環流量を制御することを特徴とする構成をもって課題を解決する手段としている。

また、第２の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記補助熱源装置による循環湯水加熱機能の動作時に、貯湯槽導出水温検出手段の検出温度と前記補助熱源装置の加熱熱量情報とに基づき該補助熱源装置による加熱後の湯水の温度が予め定められる高温給湯回避用設定温度より高い温度または予め定められる給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えた高い温度にならないように前記補助熱源装置による加熱後の湯水の温度が前記高温給湯回避用設定温度より高い温度または前記給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えた高い温度になるときには循環流量制御手段によって循環ポンプの駆動による湯水循環通路の湯水循環流量を大きくする方向に制御されることを特徴とする。

さらに、第３の発明は、貯湯槽と、該貯湯槽に熱回収用通路を介して熱的に接続された熱発生装置とを備え、該熱発生装置で発生させた熱により加熱形成される湯を前記貯湯槽に貯湯する構成を有し、前記貯湯槽の下部側から導出される水を循環させて前記貯湯槽に戻す機能を備えた湯水循環通路が接続され、該湯水循環通路には該湯水循環路に湯水を循環させる循環ポンプと、前記湯水循環通路を循環する湯水を加熱手段により加熱する循環湯水加熱機能を備えた補助熱源装置とが設けられ、前記湯水循環通路には前記補助熱源装置の出側に該補助熱源装置で加熱された湯を給湯先に給湯する給湯通路が接続され、前記湯水循環通路における前記補助熱源装置の介設部と前記貯湯槽の下部側との間には前記貯湯槽から導出される水の温度を検出する貯湯槽導出水温検出手段が設けられ、前記循環ポンプの駆動による前記湯水循環通路の湯水循環流量を制御する循環流量制御手段を有し、該循環流量制御手段は、前記補助熱源装置による前記循環湯水加熱機能の動作時に、前記貯湯槽導出水温検出手段の検出温度と前記補助熱源装置の加熱熱量情報とに基づき該補助熱源装置による加熱後の湯水の温度が予め定められる高温給湯回避用設定温度より高い温度または予め定められる給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えた高い温度にならないように前記湯水循環流量を制御する構成を有し、前記熱発生装置は燃料電池により形成されて燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電装置であり、該発電装置稼働時の廃熱を前記熱回収用通路で回収して前記貯湯槽に貯湯する構成と成しており、前記補助熱源装置の加熱手段は燃料ガスの燃焼により加熱を行うガス燃焼装置により形成されており、前記燃料ガスの供給源から該燃料ガスを前記発電装置と前記補助熱源装置とに供給するガス通路にガスメータが介設されて、該ガスメータは、前記発電装置に供給される前記燃料ガスの供給量と前記補助熱源装置に供給される前記燃料ガスの供給量とを合わせた燃料ガス総供給量を検出する機能と、該燃料ガス総供給量の検出機能により検出された燃料ガス総供給量が予め定められる基準量以下でゼロより大きい状態が予め定められるガス漏れ判断用設定時間以上継続したときには前記発電装置と前記補助熱源装置への前記燃料ガスの供給を遮断するガス遮断機能とを有し、前記ガス漏れ判断用設定時間未満の予め定められる設定間隔毎に予め定められるガス遮断回避用設定時間だけ前記補助熱源装置の燃焼装置によって前記燃料ガスを燃焼させるガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段を有する構成をもって課題を解決する手段としている。さらに、第４の発明は、前記第１または第２の発明の構成に加え、前記熱発生装置は燃料電池により形成されて燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電装置であり、該発電装置稼働時の廃熱を熱回収用通路で回収して貯湯槽に貯湯する構成と成しており、補助熱源装置の加熱手段は燃料ガスの燃焼により加熱を行うガス燃焼装置により形成されており、前記燃料ガスの供給源から該燃料ガスを前記発電装置と前記補助熱源装置とに供給するガス通路にガスメータが介設されて、該ガスメータは、前記発電装置に供給される前記燃料ガスの供給量と前記補助熱源装置に供給される前記燃料ガスの供給量とを合わせた燃料ガス総供給量を検出する機能と、該燃料ガス総供給量の検出機能により検出された燃料ガス総供給量が予め定められる基準量以下でゼロより大きい状態が予め定められるガス漏れ判断用設定時間以上継続したときには前記発電装置と前記補助熱源装置への前記燃料ガスの供給を遮断するガス遮断機能とを有し、前記ガス漏れ判断用設定時間未満の予め定められる設定間隔毎に予め定められるガス遮断回避用設定時間だけ前記補助熱源装置の燃焼装置によって前記燃料ガスを燃焼させるガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段を有することを特徴とする。さらに、第５の発明は、前記第１乃至第４の発明のいずれか一つの構成に加え、前記貯湯槽には該貯湯槽からの湯を出湯する出湯通路が接続されて、該出湯通路の送水先端側が湯水循環通路に接続され、該湯水循環通路を循環する湯水が該湯水循環通路における貯湯槽導出水温検出手段の配設箇所を通ってから前記出湯通路の接続部を通り補助熱源装置に導入される構成と成し、該補助熱源装置は前記貯湯槽から前記出湯通路を通して出湯される湯を追い加熱する機能も有していることを特徴とする。

本発明によれば、熱発生装置で発生させた熱により加熱形成される湯を貯湯槽に貯湯し、また、必要に応じて貯湯槽の下部側から導出される水を循環させる湯水循環通路に介設した補助熱源装置により加熱して、補助熱源装置の出側に接続された（例えば補助熱源装置の湯水導出側と前記貯湯槽の上部側とを接続する補助熱源装置出側通路から分岐形成された）給湯通路を通して給湯先への給湯を行うことができるし、湯水循環通路を循環する湯水を補助熱源装置の加熱手段により加熱することもできる。なお、このような構成において、例えば貯湯槽の下側から湯水循環通路側に導出される水の温度が３５℃といった高い温度のときに、湯水循環通路の循環湯水を補助熱源装置により加熱し、そのときに給湯通路からの給湯が行われると、熱い湯が給湯されてしまうという問題が生じる可能性があるが、本発明は、そのような問題の発生を防止することができる。

つまり、本発明においては、湯水循環通路における補助熱源装置への湯水導入側と貯湯槽の下部側との間には貯湯槽から導出される水の温度を検出する貯湯槽導出水温検出手段が設けられており、前記補助熱源装置による前記循環湯水加熱機能の動作時に、前記貯湯槽導出水温検出手段の検出温度と前記補助熱源装置の加熱熱量情報とに基づき、該補助熱源装置による加熱後の湯水の温度が予め定められる高温給湯回避用設定温度より高い温度または予め定められる給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えて高い温度にならないように、前記循環ポンプの駆動による前記湯水循環通路の湯水循環流量を制御するので、高い温度の湯が循環することを抑制でき、給湯が行われてもそのような高温の湯が給湯されることを防止できる。

また、貯湯槽からの湯を出湯する出湯通路の送水先端側を湯水循環通路に接続し、補助熱源装置が貯湯槽から出湯通路を通して出湯される湯を追い加熱する機能も有している構成とすると、貯湯槽の湯を必要に応じて補助熱源装置により追い加熱して給湯設定温度の湯を給湯できる。

さらに、熱発生装置を燃料電池により形成して燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電装置とし、該発電装置稼働時の廃熱を熱回収用通路で回収して貯湯槽に貯湯する構成と成すことにより、廃熱を利用した省エネタイプの熱源装置を実現できる。

また、このような燃料ガスを要する熱発生装置と、燃料ガスの燃焼により加熱を行うガス燃焼装置により形成された加熱手段を備えた補助熱源装置とを設けて熱源装置を形成し、燃料ガスの供給源から該燃料ガスを前記発電装置と前記補助熱源装置とに供給するガス通路に介設するガスメータに、前記発電装置に供給される前記燃料ガスの供給量と前記補助熱源装置に供給される前記燃料ガスの供給量とを合わせた燃料ガス総供給量を検出する機能と、該燃料ガス総供給量の検出機能により検出された燃料ガス総供給量が予め定められる基準量以下でゼロより大きい状態が予め定められるガス漏れ判断用設定時間以上継続したときには前記発電装置と前記補助熱源装置への前記燃料ガスの供給を遮断するガス遮断機能とを設けると、以下のようなことが起きる可能性がある。

つまり、補助熱源装置が稼働されずに前記発電装置が稼働することによって前記燃料ガス総供給量が前記基準量以下でゼロより大きい状態が前記ガス漏れ判断用設定時間以上継続することにより、ガスメータの前記ガス遮断機能によって発電装置（熱発生装置）への燃料ガス供給が遮断されてしまい、貯湯槽への蓄熱ができなくなってしまうことが起きる可能性がある。そこで、本発明において、前記ガス漏れ判断用設定時間未満の予め定められる設定間隔毎に予め定められるガス遮断回避用設定時間だけ、前記補助熱源装置の燃焼装置によって前記燃料ガスを燃焼させるガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段を有することにより、このような問題を防ぐことができる。

そして、このように、設定間隔毎に補助熱源装置の燃焼装置による燃料ガスの燃焼を実行すると、この燃焼時に、補助熱源装置の給湯通路からの給湯が行われると、湯水循環通路の湯水循環流量によっては前記のような高温給湯が生じる可能性があるが、本発明は、前記のように湯水循環通路の湯水循環流量を制御することによって、高い温度の湯が循環することを抑制でき、高温の湯が給湯されることを防止できる。

本発明に係る熱源装置の一実施例の制御構成を示すブロック図である。湯水循環流量と給湯温度との関係例を示すグラフである。実施例および開発中の熱源装置のシステム構成例を説明するための説明図である。図３に示す熱源装置に設けられている湯水循環通路と貯湯槽の出湯通路とを説明するために、図３の一部構成を簡略化して示すシステム構成図である。貯湯槽内の温度層の分布例を模式的に示す説明図である。ガスメータの燃料ガス遮断を回避するための動作を説明するための燃料ガスの総供給量のタイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本実施例の説明において、これまでの説明の例と同一構成要素には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

図１には、本発明に係る熱源装置の一実施例の制御構成が模式的に示されている。本実施例は、図３に示した熱源装置と同様のシステム構成を有し、さらに、図１に示されるように、タンクユニット６０内の制御装置３３に、メモリ部３７、循環流量制御手段３８を設け、燃料電池１の制御装置３６にガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段３６を設けている。また、制御装置３３，３６には給湯器１６の制御装置４６とリモコン装置４３とが信号接続され、リモコン装置４３には給湯設定温度設定操作手段４５が設けられ、給湯器１６の制御装置４６には給湯燃焼制御手段４７が設けられている。なお、リモコン装置４３は、屋内において、リビングや、浴室、台所、洗面所等の適宜の場所に設置されている。

給湯設定温度設定操作手段４５は、利用者等により給湯設定温度を設定するための操作手段であり、例えばリモコン装置４３の表面側に設けられている操作ボタン等により形成されている。この給湯設定温度設定操作手段４５により設定された給湯設定温度の値は、制御装置３３の循環流量制御手段３８と給湯器１６の燃焼制御手段４７とに加えられる。

なお、本実施例の熱源装置も開発中の熱源装置と同様に、熱発生装置は燃料電池１により形成され、給湯器１６の加熱手段は燃料ガスの燃焼により加熱を行うガス燃焼装置（給湯バーナ）により形成されており、また、給湯バーナと燃料電池１に燃料ガスを供給するガス通路に介設されたガスメータは、給湯バーナと燃料電池１に供給される燃料ガス総供給量の検出機能と、検出される燃料ガス総供給量が予め定められる基準量以下でゼロより大きい状態が予め定められるガス漏れ判断用設定時間以上継続したときに、燃料電池１と給湯器１６（の給湯バーナ）への燃料ガスの供給を遮断するガス遮断機能とを有している。

そこで、本実施例では、給湯器１６が稼働されずに燃料電池１が稼働することによって、前記燃料ガス総供給量が前記基準量以下でゼロより大きい状態が前記ガス漏れ判断用設定時間以上継続することにより、ガスメータのガス遮断機能によって燃料電池１への燃料ガスの供給が遮断されることを防ぐために、燃料電池１にガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段３９を設けている。

つまり、ガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段３９は、燃焼制御手段４７に給湯バーナの強制燃焼指令を加え、前記ガス漏れ判断用設定時間未満の予め定められる設定間隔（例えば８．５時間）毎に、予め定められるガス遮断回避用設定時間（例えば９０〜１５０秒）だけ、給湯器１６の給湯バーナによって燃料ガスを燃焼させるようにし、燃焼制御手段４７は、前記給湯バーナの強制燃焼指令に従って給湯バーナを燃焼させて、給湯器１６による循環湯水加熱機能の動作を制御する。なお、ガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段３９は、給湯バーナの強制燃焼指令を加えたときには、この指令発信を知らせる信号を循環流量制御手段３８に加える。

循環流量制御手段３８は、循環ポンプ２３の駆動による湯水循環通路４０の湯水循環流量を制御するものであり、ガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段３９から給湯バーナの強制燃焼指令の発信を知らせる信号が加えられたときには、循環ポンプ２３を駆動させると共に、その回転数を制御して湯水循環通路４０の湯水循環流量を以下のように制御する。

つまり、例えば湯水循環流量制御時の循環ポンプ２３の回転数は特に限定されるものではないが、貯湯槽２には、図５に示したような温度層Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃが形成されていて、この温度層を崩さないために、できれば湯水循環流量は小さい方が好ましいため、湯水循環流量が例えば３リットル／分といった値となるように制御するが、循環流量制御手段３８は、給湯器１６による前記循環湯水加熱機能の動作時に、ＦＣ低温サーミスタ２７の検出温度と給湯器１６の加熱熱量情報（例えば燃焼号数）とを取り込み、これらの情報に基づいて、給湯器１６による加熱後の湯水の温度が給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲（例えば３℃）を超えて高い温度にならないように、循環ポンプ２３の駆動制御を行い、湯水循環流量を制御する。

つまり、前記の如く、例えば３リットル／分の湯水循環流量としても、給湯器１６による加熱後の湯水の温度が給湯設定温度（例えば４２℃）よりも例えば３℃高い４５℃を超えない場合には、湯水循環流量を３リットル／分とするが、例えばＦＣ低温サーミスタ２７の検出温度が３５℃であり、その水を３リットル／分の湯水循環流量で給湯器１６に導入し、給湯器１６の最小燃焼号数での燃焼を行うと、図２の特性線ａに示されるように、加熱後の温度が６０℃になってしまうようなときには、湯水循環流量を例えば７．５リットル／分として、加熱後の湯の温度が４５℃を超えないようにする。なお、このような制御に関するデータは、メモリ部３７に格納されている。

このような構成により、本実施例では、たとえ給湯器１６による前記循環湯水加熱機能の動作時に給湯が行われても、高温の湯の給湯が行われてしまうことを防ぐことができる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。例えば、前記実施例では、循環流量制御手段３８は、給湯器１６による前記循環湯水加熱機能の動作時に、給湯器１６による加熱後の湯水の温度が給湯設定温度よりも許容範囲を超えて高い温度にならないように、湯水循環流量を制御したが、その代わりに、予め定められる高温給湯回避用設定温度（例えば火傷するおそれが生じる最低温度）より高い温度にならないように湯水循環流量を制御してもよい。

また、本発明の熱源装置の詳細なシステム構成は適宜設定されるものであり、貯湯槽２と湯水循環通路４０とを有して、湯水循環通路４０に給湯器１６等の補助熱源装置を設け、循環流量制御手段３８が給湯器１６等による循環湯水加熱機能の動作時に、貯湯槽導出水温検出手段（ＦＣ低温サーミスタ２７）の検出温度と給湯器１６等の加熱熱量情報とに基づき、給湯器１６等による加熱後の湯水の温度が予め定められる給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えて高い温度にならないように前記湯水循環流量を制御する構成を有していればよい。

つまり、例えば貯湯槽２の出湯通路９を湯水循環通路４０に接続せずに直接給湯先に導く構成としてもよいし、給湯器１６も例えば石油燃焼式のバーナ装置により給湯熱交換器１７を加熱するタイプの給湯器としてもよいし、電気ヒータにより加熱するタイプの給湯器としてもよい。

さらに、前記実施例では、貯湯槽２は燃料電池１に熱的に接続されていたが、燃料電池１の代わりに、太陽熱の集熱機やヒートポンプ等を接続してもよい。

本発明の熱源装置は、例えば貯湯槽に貯えられている湯水の温度が高いときに、その水を加熱しながら循環させていて、その循環湯水を給湯することになっても高温の湯の給湯を防止できるので、安全で使い勝手が良好であり、例えば家庭用の熱源装置として利用できる。

１燃料電池
２貯湯槽
３熱回収用通路
４タンクユニット
５貯湯槽内湯水温検出手段
６三方弁
７バイパス通路
８，８ａ，８ｂ給水通路
９出湯通路
１０合流部
１１貯湯槽出湯水温検出手段
１２タンク湯水混合器
１３タンク電磁弁
１４水混合器
１５湯水導入通路
１６給湯器
１７給湯熱交換器
２３循環ポンプ
２４電磁弁
２６ＦＣ高温サーミスタ
２７ＦＣ低温サーミスタ
２８混合サーミスタ
３３制御装置
３７メモリ部
３８循環流量制御手段
３９ガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段
４０湯水循環通路
４２流量検出手段
４５給湯設定温度設定操作手段
４７燃焼制御手段

Claims

貯湯槽と、該貯湯槽に熱回収用通路を介して熱的に接続された熱発生装置とを備え、該熱発生装置で発生させた熱により加熱形成される湯を前記貯湯槽に貯湯する構成を有し、前記貯湯槽の下部側から導出される水を循環させて前記貯湯槽に戻す機能を備えた湯水循環通路が接続され、該湯水循環通路には該湯水循環路に湯水を循環させる循環ポンプと、前記湯水循環通路を循環する湯水を加熱手段により加熱する循環湯水加熱機能を備えた補助熱源装置とが設けられて、前記循環ポンプの駆動により前記貯湯槽の下部側から導出される水が前記補助熱源装置に通されて該補助熱源装置により加熱され該補助熱源装置の湯水導出側と前記貯湯槽の上部側とを接続する補助熱源装置出側通路を通して前記貯湯槽の上部側から前記循環する湯水が該貯湯槽に戻される構成と成しており、前記補助熱源装置出側通路には該補助熱源装置出側通路から給湯先に湯水を導く給湯通路が分岐形成され、前記給湯先側に設けられる給湯栓が開かれたときに前記補助熱源装置出側通路側から前記給湯通路側に湯水が流れ該給湯通路を通して給湯先に給湯される構成と成しており、前記補助熱源装置の出側から前記給湯先に至る前記補助熱源装置出側通路と前記給湯通路にはいずれも当該通路を流れる湯水に水を混合する手段が設けられておらず前記補助熱源装置により加熱形成された湯は水の混合無しに給湯先に給湯される構成と成しており、前記湯水循環通路における前記貯湯槽の下部側と前記補助熱源装置への湯水導入側との間には前記貯湯槽から導出される水の温度を検出する貯湯槽導出水温検出手段が設けられ、前記循環ポンプの駆動による前記湯水循環通路の湯水循環流量を制御する循環流量制御手段を有し、該循環流量制御手段は、前記補助熱源装置による前記循環湯水加熱機能の動作時に、前記貯湯槽導出水温検出手段の検出温度と前記補助熱源装置の加熱熱量情報とに基づき該補助熱源装置による加熱後の湯水の温度が予め定められる高温給湯回避用設定温度より高い温度または予め定められる給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えた高い温度にならないように前記湯水循環流量を制御することを特徴とする熱源装置。
補助熱源装置による循環湯水加熱機能の動作時に、貯湯槽導出水温検出手段の検出温度と前記補助熱源装置の加熱熱量情報とに基づき該補助熱源装置による加熱後の湯水の温度が予め定められる高温給湯回避用設定温度より高い温度または予め定められる給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えた高い温度にならないように前記補助熱源装置による加熱後の湯水の温度が前記高温給湯回避用設定温度より高い温度または前記給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えた高い温度になるときには循環流量制御手段によって循環ポンプの駆動による湯水循環通路の湯水循環流量を大きくする方向に制御されることを特徴とする請求項１記載の熱源装置。
貯湯槽と、該貯湯槽に熱回収用通路を介して熱的に接続された熱発生装置とを備え、該熱発生装置で発生させた熱により加熱形成される湯を前記貯湯槽に貯湯する構成を有し、前記貯湯槽の下部側から導出される水を循環させて前記貯湯槽に戻す機能を備えた湯水循環通路が接続され、該湯水循環通路には該湯水循環路に湯水を循環させる循環ポンプと、前記湯水循環通路を循環する湯水を加熱手段により加熱する循環湯水加熱機能を備えた補助熱源装置とが設けられ、前記湯水循環通路には前記補助熱源装置の出側に該補助熱源装置で加熱された湯を給湯先に給湯する給湯通路が接続され、前記湯水循環通路における前記補助熱源装置の介設部と前記貯湯槽の下部側との間には前記貯湯槽から導出される水の温度を検出する貯湯槽導出水温検出手段が設けられ、前記循環ポンプの駆動による前記湯水循環通路の湯水循環流量を制御する循環流量制御手段を有し、該循環流量制御手段は、前記補助熱源装置による前記循環湯水加熱機能の動作時に、前記貯湯槽導出水温検出手段の検出温度と前記補助熱源装置の加熱熱量情報とに基づき該補助熱源装置による加熱後の湯水の温度が予め定められる高温給湯回避用設定温度より高い温度または予め定められる給湯設定温度よりも予め定められる許容範囲を超えた高い温度にならないように前記湯水循環流量を制御する構成を有し、前記熱発生装置は燃料電池により形成されて燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電装置であり、該発電装置稼働時の廃熱を前記熱回収用通路で回収して前記貯湯槽に貯湯する構成と成しており、前記補助熱源装置の加熱手段は燃料ガスの燃焼により加熱を行うガス燃焼装置により形成されており、前記燃料ガスの供給源から該燃料ガスを前記発電装置と前記補助熱源装置とに供給するガス通路にガスメータが介設されて、該ガスメータは、前記発電装置に供給される前記燃料ガスの供給量と前記補助熱源装置に供給される前記燃料ガスの供給量とを合わせた燃料ガス総供給量を検出する機能と、該燃料ガス総供給量の検出機能により検出された燃料ガス総供給量が予め定められる基準量以下でゼロより大きい状態が予め定められるガス漏れ判断用設定時間以上継続したときには前記発電装置と前記補助熱源装置への前記燃料ガスの供給を遮断するガス遮断機能とを有し、前記ガス漏れ判断用設定時間未満の予め定められる設定間隔毎に予め定められるガス遮断回避用設定時間だけ前記補助熱源装置の燃焼装置によって前記燃料ガスを燃焼させるガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段を有することを特徴とする熱源装置。
熱発生装置は燃料電池により形成されて燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電装置であり、該発電装置稼働時の廃熱を熱回収用通路で回収して貯湯槽に貯湯する構成と成しており、補助熱源装置の加熱手段は燃料ガスの燃焼により加熱を行うガス燃焼装置により形成されており、前記燃料ガスの供給源から該燃料ガスを前記発電装置と前記補助熱源装置とに供給するガス通路にガスメータが介設されて、該ガスメータは、前記発電装置に供給される前記燃料ガスの供給量と前記補助熱源装置に供給される前記燃料ガスの供給量とを合わせた燃料ガス総供給量を検出する機能と、該燃料ガス総供給量の検出機能により検出された燃料ガス総供給量が予め定められる基準量以下でゼロより大きい状態が予め定められるガス漏れ判断用設定時間以上継続したときには前記発電装置と前記補助熱源装置への前記燃料ガスの供給を遮断するガス遮断機能とを有し、前記ガス漏れ判断用設定時間未満の予め定められる設定間隔毎に予め定められるガス遮断回避用設定時間だけ前記補助熱源装置の燃焼装置によって前記燃料ガスを燃焼させるガス遮断回避用ガス強制燃焼指令手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱源装置。
貯湯槽には該貯湯槽からの湯を出湯する出湯通路が接続されて、該出湯通路の送水先端側が湯水循環通路に接続され、該湯水循環通路を循環する湯水が該湯水循環通路における貯湯槽導出水温検出手段の配設箇所を通ってから前記出湯通路の接続部を通り補助熱源装置に導入される構成と成し、該補助熱源装置は前記貯湯槽から前記出湯通路を通して出湯される湯を追い加熱する機能も有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の熱源装置。