JP6138549B2

JP6138549B2 - 送液装置および熱源装置

Info

Publication number: JP6138549B2
Application number: JP2013075102A
Authority: JP
Inventors: 正和寺嶋; 翼内山
Original assignee: 株式会社ガスター
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014199158A

Description

本発明は、通路を通して液体を送液する機能を有する送液装置および、その送液装置と貯湯槽と補助熱源装置とを備えた熱源装置に関するものである。

貯湯槽を備えて、該貯湯槽内の湯水を、燃料電池の排熱を利用して加熱したり、太陽熱を利用して加熱したりする熱源装置が用いられている（例えば、特許文献１、参照）。

図４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４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を通る湯水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を通しての湯水の送水の有無を弁の開閉により切り替えるタンク側電磁弁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いる。給湯器１６は通水される水を例えばガスバーナ（給湯バーナ）の燃焼熱により加熱する加熱手段としての給湯熱交換器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、給湯器１６には、給湯熱交換器１７を加熱する給湯バーナや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。

また、図４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から燃料電池１側へ導出される湯水温検出用のＦＣ低温サーミスタ、符号２８（２８ａ，２８ｂ）は混合湯水温検出用の混合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、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をそれぞれ示している。

図５には、図４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５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、パイロット方式の水電磁弁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側の領域の一部）と、バイパス通路７、接続通路２２、湯水導入通路１５を有して、同図の矢印Ｃに示されるように湯水を循環させる湯水循環通路４０が形成されている。

この湯水循環通路４０は、通路を通して液体としての湯水を送液する機能を有する送液通路として機能するものであり、循環ポンプ２３は送液用ポンプとして機能し、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（液体の送液の有無）を弁の開閉により切り替える電磁弁である。この熱源装置は、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。前記流量検出手段４２は、この湯水循環通路４０を通して循環する水（湯水）の流量を検出する機能も有している。給湯器１６は、湯水循環通路４０を通して循環する湯水を給湯熱交換器１７により加熱する循環湯水加熱機能を有しており、この循環湯水加熱機能における給湯熱交換器１７による加熱動作も、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4、図５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４、図５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側に流れる湯水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、タンク湯水混合器１２とタンク電磁弁１３を制御して出湯通路９から合流部１０側に流れる湯水（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ると、ミキシング流量制御手段は、タンク湯水混合器１２とタンク電磁弁１３の制御により、図４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４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給湯設定温度または給湯設定温度に近い温度となるようにする。

この温度調節は、例えば以下のようにして行われる。つまり、貯湯槽内湯水温検出手段５ａの検出温度が予め定められる閾値（例えば給湯設定温度、あるいは給湯設定温度＋２℃）より高い場合には、まず、例えば貯湯槽出湯水温検出手段１１の検出温度と、混合設定温度と、給湯流量と、入水温度サーミスタ２５の検出温度と、これらの値に対応させて予め与えられている混合流量調節データに基づき、タンク湯水混合器１２と水混合器１４を制御することによって出湯通路９から合流部１０側に流れる湯水の流量と給水通路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側に流れる湯水の流量と給水通路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、ミキシング流量制御手段は、前記ミキシング流量フィードフォワード制御を行う代わりに、給湯開始時には、給湯設定温度に対応させて、予め設定された流量の湯水が出湯通路９側からと給水通路８ｂ側からそれぞれ合流部１０に流れるように、タンク湯水混合器１２と水混合器１４を制御し（例えばタンク湯水混合器１２と水混合器１４の流量調節が、段階的に設定されている調節レベルのうちの混合比に対応するレベルを選択することにより行われる場合には、タンク湯水混合器１２と水混合器１４のレベルを混合比に対応させて合わせ）、その後、前記ミキシング流量フィードバック制御を行うようにしてもよい。また、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給湯設定温度または給湯設定温度に近い温度とされると、その給湯設定温度または給湯設定温度付近の温度の混合湯水は、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、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、その混合湯水が給湯器１６の前記追い加熱機能の動作によって給湯熱交換器１７により加熱されて給湯設定温度の湯が作り出され、この湯が通路１８と給湯通路１９を通して給湯先に給湯される。

なお、図４、図５において、給湯通路１８に設けられている前記給湯栓を開くことにより、貯湯槽２に蓄えられていた湯水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。

特許第４３５９３３９号公報

ところで、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。

また、個別配置型の熱源装置は、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。この場合、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ることも想定されるが、そのような場合には、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ことを防止するため等に、水電磁弁２４を開いて循環ポンプ２３を駆動させ、図５の矢印Ｃに示したように、湯水循環通路４０に湯水を循環させながら給湯熱交換器１７により加熱する前記循環湯水加熱機能の動作が適宜行われるような構成が必要となる。

しかしながら、湯水循環通路４０に設けられた水電磁弁２４が故障する等の異常が生じると、湯水循環通路４０を通しての循環湯水加熱機能の動作を適切に行うことができなくなり、湯水循環通路４０の一部が凍結する等といった問題が生じてしまうことになり、熱源装置の利用が行えなくなる可能性もあるため、問題であった。

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、例えば湯水循環通路等の液体を送液する機能を有する送液通路に設けられた送液用ポンプや開閉弁（湯水循環ポンプや水電磁弁）の異常に対応できる使い勝手が良好な送液装置および熱源装置を提供し、熱源装置においては、その異常対応により必要に応じた湯水循環通路の凍結防止も可能とすることにある。

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の発明の送液装置は、通路を通して液体を送液する機能を有する送液通路を有し、該送液通路には、回転駆動により該送液通路に前記液体を送液する送液用ポンプと、該送液用ポンプの駆動による送液の有無を弁の開閉により切り替える開閉弁と、前記送液通路を通して送られる液体の流量を検出する流量検出手段とが設けられており、前記開閉弁を閉じた状態で前記送液用ポンプを予め定められた設定高回転数で回転させる初期動作後予め定められた予備回転時間が経過した後に前記開閉弁を開き、予め定められた設定高回転継続時間経過後、予め定められる設定流量に対応する設定回転数で前記送液用ポンプを回転させ、該送液用ポンプの回転時に前記流量検出手段により検出される検出流量と前記設定流量との差が予め定められる許容流量範囲外のときには前記開閉弁と前記送液用ポンプの少なくとも一方の送液関連要素の異常を判断する送液関連要素異常判断手段と、該送液関連要素異常判断手段により前記送液関連要素の異常が判断されたときには該送液関連要素の異常を報知する送液関連要素異常報知手段とを有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の発明の熱源装置は、貯湯槽を備えて該貯湯槽からの湯を出湯通路を通して送水する機能を有する主熱源装置を有し、該主熱源装置の前記出湯通路の送水先端側は前記貯湯槽の外部に設けられた湯水循環通路に接続され、該湯水循環通路には、回転駆動により該湯水循環通路に湯水を循環させる循環ポンプと、該循環ポンプの回転駆動による前記湯水循環通路への水の循環の有無を弁の開閉により切り替える水電磁弁と、前記湯水循環通路を通して循環する水の流量を検出する流量検出手段と、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と前記主熱源装置から前記出湯通路と前記湯水循環通路を介して導入される湯水を前記加熱手段により加熱する追い加熱機能とを有する補助熱源装置とが設けられており、前記水電磁弁と前記循環ポンプの少なくとも一方の循環関連要素の異常を検出するために、前記水電磁弁を閉じた状態で前記循環ポンプを予め定められた設定高回転数で回転させる初期動作後予め定められた予備回転時間が経過した後に前記水電磁弁を開き、予め定められた設定高回転継続時間経過後、予め定められる設定循環流量に対応する設定回転数で前記循環ポンプを回転させ、該循環ポンプの回転時に前記流量検出手段により検出される検出循環流量が前記設定循環流量よりも小さいときには前記循環ポンプの回転数を段階的または連続的に大きくしていくポンプ回転数アップ制御動作を行い、該ポンプ回転数アップ制御動作によって前記設定循環流量と前記検出循環流量との差が予め定められる許容流量以下となる前に前記循環ポンプの回転数が予め定められた上限値に達したときには前記水電磁弁を閉じて前記初期動作から前記回転数アップ制御動作までの一連の動作を繰り返す循環関連要素異常検出モードの制御手段と、該循環関連要素異常検出モードの動作の繰り返し回数が予め定められた設定回数に達したときには前記循環関連要素の異常を判断する循環関連要素異常判断手段と、該循環関連要素異常判断手段により前記循環関連要素の異常が判断されたときには該循環関連要素の異常を報知する循環関連要素異常報知手段と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３の発明は、前記第２の発明の構成に加え、前記水電磁弁はパイロット方式の電磁弁としたことを特徴とする。

本発明の送液装置によれば、送液関連要素異常判断手段が、送液通路に設けられた開閉弁を閉じた状態で送液用ポンプを予め定められた設定高回転数で回転させる初期動作後予め定められた予備回転時間が経過した後に前記開閉弁を開き、予め定められた設定高回転継続時間経過後、予め定められる設定流量に対応する設定回転数で前記送液用ポンプを回転させ、該送液用ポンプの回転時に前記流量検出手段により検出される検出流量と前記設定流量との差が予め定められる許容流量範囲外のときに、前記開閉弁と前記送液用ポンプの少なくとも一方の送液関連要素の異常を判断することにより、送液関連要素の異常を適切に判断できる。

そして、送液関連要素異常判断手段により前記送液関連要素の異常が判断されたときには、送液関連要素異常報知手段が送液関連要素の異常を報知することにより、送液関連要素の異常を利用者等に適切に知らせることができる。

また、本発明の熱源装置によれば、貯湯槽を備えて該貯湯槽からの湯を出湯通路を通して送水する機能を有する主熱源装置の前記出湯通路の送水先端側が、前記貯湯槽の外部に設けられた湯水循環通路に接続されており、該湯水循環通路に介設された補助熱源装置の加熱手段によって湯水循環通路を循環する湯水を加熱する循環湯水加熱機能を有するので、たとえ寒冷地において主熱源装置と補助熱源装置とが離れて配置されても、湯水循環通路の冬場における凍結防止を図ることができ、湯水循環通路のうち出湯通路と補助熱源装置との間の通路を通って補助熱源装置に導入される湯水の追い加熱機能の動作も支障なく行うことができる。

さらに、本発明の熱源装置によれば、循環関連要素異常検出モードの制御手段を有し、循環関連要素異常検出モードの動作の繰り返し回数が予め定められた設定回数に達したときには、湯水循環通路に設けられている水電磁弁と循環ポンプの少なくとも一方の循環関連要素の異常を循環関連要素異常判断手段が判断し、循環関連要素異常報知手段が循環関連要素の異常を報知するので、利用者等に循環関連要素（水電磁弁や循環ポンプ）の異常を知らせることができる。そのため、水電磁弁や循環ポンプを修理したり交換したりするといった対応をすることができ、それにより、湯水循環通路を通しての湯水の循環を適切に行うことができるので、前記のような湯水循環通路の凍結防止を良好に行うことができる。

さらに、水電磁弁はパイロット方式の電磁弁とすると、パイロット方式の電磁弁は流量が小さいと開きにくく、流量を大きくすることによって開きやすくなるので、循環流量制御手段による循環関連要素異常検出モードの機能の動作時に、水電磁弁を閉じた状態で前記循環ポンプを予め定められた設定高回転数で回転させる初期動作後、予め定められた予備回転時間が経過した後に前記水電磁弁を開くことにより、水電磁弁と循環ポンプが正常であれば、水電磁弁を適切に開いて湯水循環通路に湯水を循環させることができるので、循環関連要素異常検出モードの機能の動作を適切に行うことができる。

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。実施例の熱源装置において循環関連要素が正常な場合の循環関連要素異常検出モードの機能の動作例を示すタイムチャートである。実施例の熱源装置において水電磁弁に異常がある場合の循環関連要素異常検出モードの機能の動作例を示すタイムチャートである。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４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４の一部構成を簡略化して示すシステム構成図である。

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ブロック図により示されている。本実施例は、図４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４内の制御装置３３に、循環関連要素異常検出モードの制御手段３７、循環流量制御手段５７、循環関連要素異常判断手段３８、メモリ部３９を設けており、また、制御装置３３に信号接続されたリモコン装置４３に、循環関連要素異常報知手段４１と循環流量設定操作手段４４を設けて構成されている。なお、循環流量設定操作手段４４はタンクユニット４内の制御装置３３等に設けてもよい。また、循環流量設定操作手段４４によって設定される循環流量設定値は利用者等によって適宜可変できる値としてもよいし、予め定められる固定値としてもよい。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。

循環流量制御手段５７は、循環ポンプ２３の回転制御により、湯水循環通路４０を通して循環させる水の循環流量を制御する手段であり、循環関連要素異常検出モードの制御手段３７の指令に基づき、循環ポンプ２３の回転制御を適宜行う。

循環関連要素異常検出モードの制御手段３７は、湯水循環通路４０に湯水を循環させるときの流量検出手段４２により検出される検出流量を取り込みながら、水電磁弁２４の開閉動作制御を行ったり、循環流量制御手段３７に指令を加えて循環ポンプ２３の回転制御を行ったりすることによって、以下に述べる特徴的な循環関連要素異常検出モードの動作を制御するものである。

循環関連要素異常検出モードの機能の動作は、例えば、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、まず、水電磁弁２４を閉じた状態（オフ）で循環ポンプ２３を予め定められた設定高回転数（Ｒ_０）で回転させる（つまり、循環ポンプ２３を回転させるための周波数をここでは１４０Ｈｚとする）初期動作後、予め定められた予備回転時間Ｔ１（例えば１秒）が経過した後に水電磁弁２４を開き（オン）、予め定められた設定高回転継続時間Ｔ２（例えば１．５秒）経過させる。

その後、例えばリモコン装置４３の循環流量設定操作手段４４の操作によって予め定められる設定循環流量Ｑｓ（図２（ｃ）、参照）に対応する設定回転数で循環ポンプ２３を回転させるために、図２（ａ）、図３（ａ）に示されるように、循環ポンプ２３を回転させるための周波数を、設定循環流量Ｑｓに対応させて設定した設定周波数Ｈｓとして回転させる。

この設定周波数は、本実施例においては、例えば設定循環流量が３．５リットル／分のときには９０Ｈｚ、設定循環流量が５．０リットル／分のときには１００Ｈｚ、設定循環流量が７．０リットル／分のときには１１０Ｈｚに設定されている。そして、これらの循環ポンプ２３の回転制御時に、給湯器１６に設けられている流量検出手段４２により検出される検出循環流量を例えば予め定められた設定間隔毎に取り込み、その値が設定循環流量Ｑｓよりも小さいときには循環ポンプ２３の回転数を設定間隔毎に段階的に時間に比例して大きくしていくポンプ回転数アップ制御動作を行う。

このポンプ回転数アップ制御動作を行うと、水電磁弁２４が正常である場合には、図２（ｃ）に示されるように、前記設定循環流量Ｑｓと前記検出循環流量Ｑｔとが等しく（またはほぼ等しく）なり、設定循環流量Ｑｓと検出循環流量Ｑｔとの差が予め定められる許容流量以下となるので、その状態でポンプ回転数を維持する（そのときの周波数で循環ポンプ２３を回転させるようにする）ことで、設定循環流量Ｑｓの湯水を湯水循環通路４に循環させる。

一方、例えば水電磁弁２４に異常が生じている場合には、例えば図３（ｃ）に示されるように検出循環流量Ｑｔが０のままであるといったように、検出循環流量Ｑｔと設定循環流量Ｑｓとの差が前記許容流量以下とならないので、ポンプ回転数アップ制御動作が継続して行われていく。そして、このポンプ回転数アップ制御動作によって循環ポンプ２３の回転数が予め定められた上限値（ここでは循環ポンプ２３を回転させるための周波数が１６０Ｈｚ）に達したときには、水電磁弁２４を閉じて、前記初期動作から前記回転数アップ制御動作までの一連の動作を繰り返す。なお、前記上限値は、例えば１５５Ｈｚ〜１６０Ｈｚの間の範囲内の値とするといったように、予め定めた範囲内の値としてもよい。

そして、循環関連要素異常検出モードの制御手段３７は、この循環関連要素異常検出モードの機能による前記初期動作から前記回転数アップ制御動作までの一連の動作が１回行われる毎に、循環関連要素異常判断手段３８に循環関連要素異常検出動作終了信号を加える。

循環関連要素異常判断手段３８は、循環関連要素異常検出モードの制御手段３７からの循環関連要素異常検出動作終了信号を受けて、その受信回数をカウントし、この受信回数、つまり、前記循環関連要素異常検出モードの機能の動作の繰り返し回数が予め定められた設定回数（例えば４回）に達したときには、循環関連要素の異常を判断し、循環関連要素異常判断信号を出力し、リモコン装置３９に加える。

リモコン装置３９の循環関連要素異常報知手段４１は、循環関連要素異常判断手段３８により循環関連要素の異常が判断されたときには、循環関連要素異常判断信号を受けて、循環関連要素の異常を、表示や音声等の適宜の方法で報知する。

なお、外気温が下がり、配管等の凍結予防のため、燃料電池1の廃熱（湯）や、給湯器１６を燃焼させて得た湯等を循環させる凍結予防運転開始時に、循環関連要素異常検出モードの制御手段３７による異常検出モードの機能の動作によって循環関連要素の異常が検出されたときは、湯水循環通路４０を通しての湯水循環を正常に行うことができず、例えば給湯器１６で加熱した湯水が湯水循環通路４０を流動して凍結予防ができないことを意味するので、循環による凍結予防をあきらめ、排水動作を行なって凍結予防を行う。

ところで、通路を通して送液する機能を有する送液通路（本実施例では、湯水を循環する湯水循環通路４０に対応）は、例えば架橋ポリエチレン管を使用する場合がある。この管は管径毎に最小曲げ半径が規定されているが、工事の途中で引っ張る場合があり、見えない所で最小曲げ半径を割り込み、引っ張った時や、後日、湯が通って管が軟らかくなった時に挫屈する場合がある。本実施例では、湯水循環通路４０に架橋ポリエチレン管を使用しており、その長さは貯湯槽２と給湯器１６とがどれだけ離れて設置されるかで決まる。

本実施例で用いた循環ポンプ２３等の送液用ポンプには、モータ回転軸と送液部内にあるエンペラ回転軸とを水封部を貫通させて直結したメカニカルタイプと、モータ回転軸とエンペラ回転軸とを磁力で連結させることで水封部に貫通がないマグネットタイプの２種類が存在する。メカニカルタイプは水漏れの可能性がある代わりに、モータが回転すれば（回転軸が折れない限り）エンペラも回転する。マグネットタイプは水漏れの可能性がない代わりに、例えばいきなり大流量を出そうとしてモータを高回転で起動させるような制御を行うと、モータ回転軸を回してもエンペラが回転しにくい状況が発生することがあり、そのような場合には、磁力の連結が外れ、モータが回転してもエンペラが回転しなくなる現象が発生する場合がある。

さらに、モータには、ＡＣモータとＤＣブラシレスモータがあり、ＡＣモータでは一度起動させないと位相制御で低回転とすることができないという性質があるが、ＤＣブラシレスモータは低回転でも高トルクが出せるのでそのような制御が不要という性質があり、本実施例では、ＤＣブラシレスモータを用いたマグネットタイプの送液用ポンプを循環ポンプ２３として用いている。

また、送液の有無を弁の開閉により切り替える開閉弁（本実施例では湯水循環の有無を弁の開閉により切り替える水電磁弁２４）には、構造が簡単でゆっくり開くバタフライバルブや構造が簡単で開動作が素早い直動電磁弁等と、細孔を多用した複雑な構造のパイロット方式の電磁弁（開動作はすばやい）が存在する。バタフライバルブや直動電磁弁等は、構造は簡単なものの、弁の両端の差圧が大きいほど開弁に要する力を要するために高価となる。一方、細孔を多用した複雑な構造のパイロット方式の電磁弁は、弁の両端の差圧が大きいほど開弁しやすい（差圧が大きい状態が所定時間維持できると開弁状態を確実とすることができる）が、弁の両端の差圧が大きくないと開弁せず、また、ゴミ等が細孔に詰まり故障が発生しやすい。

なお、固体に力を徐々に加えていくと、物体に作用する力Ｆの大きさがμＮを超えるとき、固体は動き始める。物体が動き始めると、その瞬間に摩擦力ｆは変化し、固体は動き始める直前の力より小さい摩擦力ｆ’以上で動かし続けることができる。固体が接触面に対して運動していない場合、摩擦力の最大値をｆｍａｘ＝μＮ（μ：静止摩擦係数、：Ｎ垂直抗力）とすると、ｆ’＝μ’Ｎ＜ｆｍａｘで表記できる（μ’：定数）従って、固体を動かす時の摩擦力（ｆ、ｆｍａｘ、ｆ’）は垂直抗力（重さ）に比例する。一方、液体や気体の場合には、固体とは異なり形が変形するのでｆｍａｘは存在せず、ｆ’は変形してずれる場合の抵抗（粘性抵抗）から求められる。そして、この抵抗力は物体の速度νに比例して大きくなることから、粘性抵抗の大きさｆ’は比例定数ｋを用いてｆ’＝ｋνのように表される。

ところが、液体であるにもかかわらず、固体と同じように、ポンプが動かそうとする管内の液体容量（重さ）が大きいとなかなか管内の液体が動きにくく（流動開始には大型のポンプが必要だが）、ただし、一度動き始めると弱い力でも（小型のポンプでも）液体を送ることができる。さらに、この動き始めに、いきなり大流量で液体を流そうとすると、その加速のために大きな力（大型のポンプ）を要する。

そこで、本実施例では、循環ポンプ２３の力を貯める水電磁弁２４を循環ポンプ２３の後流側に配置し、水電磁弁２４を閉じた状態で循環ポンプ２３を予め定められた設定高回転数で回転させて力を貯め、初期動作後予め定められた予備回転時間（力を貯める時間）が経過した後に開閉弁を開いて貯めた力を一気に放出するとともに、湯水循環通路４０の管内の液体が動き始める時間としての予め定められた設定高回転継続時間経過後には、循環ポンプ２３を前記設定周波数Ｈｓにて回転させて（例えばνが３．５リットル／分に対応するｆ’としての、回転数が９０Ｈｚとなる電圧、電流を印加して設定回転数（９０Ｈｚ、２７０ｒｐｍ）でポンプを回転させて）、いきなり大流量で液体（湯水）が流れないようにし、その後、徐々にポンプ回転数をアップしていく（ポンプ回転のための周波数をアップしていく）ようにしている。

そして、循環ポンプ２３の回転時に流量検出手段により検出される検出流量と設定流量との差が予め定められる許容流量範囲外のとき（具体的には、前記のように、ポンプ回転数アップ制御動作によって循環ポンプ２３の回転数が予め定められた上限値に達しても、前記検出流量と前記設定流量との差が許容流量範囲にならない状態が設定回数に達したとき）には、水電磁弁２４と循環ポンプ２３の少なくとも一方の循環関連要素に異常があると判断する。

上記のように循環関連要素異常検出モードの動作を行うことにより、循環ポンプ２３の急加速を制限でき、もって循環ポンプ２３を小型化できると共に、複数回の衝撃流（水電磁弁２４を閉じて循環ポンプ２３を駆動させて循環ポンプ２３の送液力を貯め、その後、水電磁弁２４を開いて貯めた力を一気に放出したことで生じる水流）で、例えば水電磁弁２４を形成しているパイロット電磁弁のパイロット通路（細孔）のごみ詰まりが取れて、故障状態から正常状態に復帰できる機会を与えることができ、循環関連要素の異常を適切に検出することができる。

なお、水電磁弁２４の異常とは、具体的には、例えば水電磁弁２４を形成しているパイロット電磁弁のパイロット通路（細孔）の目詰まりや、例えばエア噛みによる例えば1秒以上の空転により（例えば９０Ｈｚとなる電圧、電流を印加して９０Ｈｚでポンプが回転していたにもかかわらず、一瞬８３３Ｈｚ、２５００ｒｐｍに跳ね上がる空転が1秒以上続き、摩擦により）モータ回転軸を回してもエンペラが回転しにくい状況が発生している等の異常が考えられる。

また、本実施例のような熱源装置の施工に際しては、施工業者に、タンクユニット４と給湯器１６とを接続する配管を指定された管径の配管材で工事を依頼すると共に、例えば貯湯槽２と給湯器１６との間の配管距離をタンクユニット４の制御装置３３の基板に入力、設定するように依頼が行われるが、必ずしも施工業者が依頼通りに行動するとは限らない。つまり、例えば指定通りの配管材管径が用いられるとは限らず、前記配管距離の入力、設定が行われずに、制御装置３３に予め定められたイニシャル値のままとされる場合もあり、さらに、配管距離が異常に長く配管される場合もある。このような状況においては、水電磁弁２４が正常であっても設定循環流量Ｑｓと検出循環流量Ｑｔとの差が予め定められる許容流量以下とならない場合がある。

そして、このような場合には、水電磁弁２４に異常が生じていないにもかかわらず、前記設定高回転継続時間後に、図２（ａ）、図３（ａ）にしたように、循環ポンプ２３を回転させるための周波数を設定循環流量Ｑｓに対応させて設定した設定周波数Ｈｓとして回転させても、そのときの検出循環流量Ｑｔと設定循環流量Ｑｓとの差は前記許容流量以下とならないが、前記のようなポンプ回転数アップ制御動作を行うと、循環ポンプ２３の回転数が前記上限値に至る前に検出循環流量Ｑｔと設定循環流量Ｑｓとの差は前記許容流量以下となる場合がある（例えば前記設定周波数Ｈｓで循環ポンプ２３の回転させても循環しなかった湯水が、ポンプ回転数アップ制御動作によって前記上限値に至る前に循環し始め、検出循環流量Ｑｔと設定循環流量Ｑｓとの差が前記許容流量以下となる場合がある）。

そこで、このように、検出循環流量Ｑｔと設定循環流量Ｑｓとの差がポンプ回転数アップ制御動作をしていくうちに、途中で前記許容流量以下となる状況が起きた場合には、前記工事状況が想定外であるが使用可能状況と判断して、前記設定循環流量Ｑｓと前記検出循環流量Ｑｔとの関係を見直す（学習する）とともに、次回のポンプ回転数アップ制御動作時において、設定循環流量Ｑｓに対応する循環ポンプ２３の設定回転数Ｈｓを前記学習した関係に基づいて変更した値としてもよい。

例えば、前記学習した関係に基づいて、湯水の循環が開始されたときの循環ポンプ２３の周波数（循環ポンプ２３を回転させる周波数）が、図３に示される周波数Ｈｎであった場合に、その一段下の周波数Ｈｍに設定周波数を変更する。そして、次回のポンプ回転数アップ制御動作においては、循環流量設定操作手段４４の操作によって定められる設定循環流量Ｑｓに変更がない場合には、設定高回転継続時間Ｔ２の経過後に循環ポンプ２３を回転させるときの回転周波数を、前記設定周波数Ｈｓの代わりに周波数Ｈｍとして回転させ、その後、適宜、ポンプ回転数アップ動作を行うようにしてもよい。このようにすると、循環関連要素の異常検出時間を短縮することができる。

さらに、水を含む液体の粘度等が季節等による温度の要因によっても変わることから、例えば冬場等で液体の温度が低いときには、検出循環流量Ｑｔと設定循環流量Ｑｓとの差が前記許容流量以下となる循環ポンプ２３の回転数（つまり、このときの周波数）が、液体の温度が高いときよりも大きくなることがある。そこで、前記のような設定周波数の変更は、季節要因での変動であった場合等に対応するために行えるようにしてもよく、このようなことを考慮し、設定周波数の変更後に、また、元の値に戻したり、さらに他の値に変更したりできるような、設定周波数の可変手段等の構成を設けてもよい。

さらに、水電磁弁２４や循環ポンプ２３に異常がなくても、例えば配管が異常に長く設置されたりして例えば送液通路としての管の挫屈がある場合には、前記循環関連要素異常検出モードの動作を行ったときに異常が検出される可能性もある。そこで、例えば循環関連要素の異常報知の初回時には、念のため、管の挫屈がないかどうかを確認し、その上で、水電磁弁２４と循環ポンプ２３の点検等の対応をとるように促す報知を行ってもよい。

そして、２回目以降の循環関連要素の異常報知時には、配管の異常の確認メッセージを出さずに、水電磁弁２４や循環ポンプ２３の異常を報知すれば、例えば試運転時に循環関連要素の異常報知が行われた場合には、管の挫屈等の確認によって、例えば配管が異常に長い、挫屈がある等設計範囲外の施工がされているかどうかを見極めることができ、この対応によって試運転時に施工業者による前記配管の異常が無いことを確認した上で、その後の使用において循環関連要素の異常が報知された場合には、例えば水電磁弁２４の異常、循環ポンプ２３の損傷等の異常が生じたと利用者が判断できるので、メンテナンスの向上が図れる。

いずれの場合であっても、循環関連要素異常検出モードの動作と循環関連要素異常の報知によって、各異常に対して対応をとることにより、湯水循環通路４０を通しての湯水循環を常に適切に行えるようにできるので、たとえ寒冷地においてタンクユニット４と給湯器１６とが離れて配置されても、湯水循環通路４０の冬場における凍結防止を図ることができ、それにより、湯水循環通路４０のうち、出湯通路９との接続部と給湯器１６との間の通路を通って給湯器１６に導入される湯水の追い加熱機能の動作も支障なく行うことができる。

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、循環関連要素異常検出モードの制御手段３７は、前記循環関連要素異常検出モードの機能において、設定高回転継続時間（Ｔ２）の経過後に前記設定循環流量Ｑｓに対応する設定回転数で循環ポンプ２３を回転させたときに、流量検出手段４２により検出される検出循環流量Ｑｔが設定循環流量Ｑｓよりも小さかったときには、循環ポンプ２３の回転数を段階的に大きくしていくポンプ回転数アップ制御動作を行うようにしたが、このポンプ回転数アップ制御動作時に循環ポンプ２３の回転数を段階的に大きくしていくのではなく、連続的に大きくする（循環ポンプ２３の回転数制御の周波数を連続的に大きくしていく）ようにしてもよい。

また、循環関連要素異常検出モードの制御手段３７は、前記循環関連要素異常検出モードの機能において、設定高回転継続時間（Ｔ２）の経過後に前記設定循環流量に対応する設定回転数で循環ポンプ２３を回転させたときに流量検出手段４２により検出される検出循環流量Ｑｔが設定循環流量Ｑｓよりも大きいときには循環ポンプ２３の回転数を段階的または連続的に小さくしていく（循環ポンプ２３の回転数制御の周波数を段階的または連続的に小さくしていく）ポンプ回転数ダウン制御動作を行うようにしてもよい。そして、該ポンプ回転数ダウン制御動作によって設定循環流量Ｑｓと検出循環流量Ｑｔとの差が予め定められる許容流量以下となる前に循環ポンプ２３の回転数が予め定められた下限値に達したとき（例えば循環ポンプ２３の回転周波数が７７Ｈｚに達したとき）には、水電磁弁２４を閉じて前記初期動作から前記ポンプ回転数ダウン制御動作までの一連の動作を繰り返す構成を有していてもよい。なお、この場合も、前記下限値は、例えば７７Ｈｚ〜８２Ｈｚの間の範囲内の値とするといったように、予め定めた範囲内の値としてもよい。

また、このように、循環関連要素異常検出モードの制御手段３７が循環関連要素異常検出モードの機能においてポンプ回転数ダウン制御動作も行うようにする場合には、循環関連要素異常判断手段３８は、前記一連の動作の繰り返し回数が予め定められた設定回数に達したときにも、循環関連要素の異常を判断するようにし、循環関連要素異常判断手段３８により循環関連要素の異常が判断されたときには、循環関連要素異常報知手段４１による報知を行うようにする。

さらに、前記実施例では、水電磁弁２４はパイロット方式の電磁弁としたが、水電磁弁２４はパイロット方式以外の電磁弁としてもよい。

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、太陽熱を集熱する集熱機等を接続してもよい。

さらに、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と出湯通路９と湯水循環通路４０とを有して、湯水循環通路４０に水循環ポンプ２３、水電磁弁２４、給湯器（補助熱源装置）１６、流量検出手段４２を設け、給湯器１６による前記追い加熱機能の動作と前記循環湯水加熱機能の動作とが行えるように適宜形成される。例えば給湯器１６は、給湯熱交換器１７を例えば石油燃焼式のバーナ装置により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、本発明は、前記実施例の熱源装置に設けられていた湯水循環通路４０や湯水循環通路４０に設けられている循環関連要素の異常検出構成（図１、参照）とほぼ同様の構成を有して、送液通路に液体を送液する送液用ポンプと、該送液用ポンプの駆動による送液の有無を弁の開閉により切り替える開閉弁と、前記送液通路を通して送られる液体の流量を検出する流量検出手段とが設けられている送液装置にも適用されるものである。

この場合、この送液装置には、前記開閉弁を閉じた状態で前記送液用ポンプを予め定められた設定高回転数で回転させる初期動作後予め定められた予備回転時間が経過した後に前記開閉弁を開き、予め定められた設定高回転継続時間経過後、予め定められる設定流量に対応する設定回転数で前記送液用ポンプを回転させ、該送液用ポンプの回転時に前記流量検出手段により検出される検出流量と前記設定流量との差が予め定められる許容流量範囲外のときには前記開閉弁と前記送液用ポンプの少なくとも一方の送液関連要素の異常を判断する送液関連要素異常判断手段とを設ける。そして、該送液関連要素異常判断手段により前記送液関連要素異の異常が判断されたときには該送液関連要素異の異常を報知する送液関連要素異常報知手段とを設けることになる。なお、送液装置により送液する液体は水以外の液体でもよいし、加熱されていな液体でもよく、この場合、前記実施例に設けた給湯器１６のような加熱手段は省略できる。

本発明の熱源装置は、貯湯槽の出湯通路に湯水循環通路と補助熱源装置とを接続し、湯水循環通路に設けられる水電磁弁の異常を容易に検出することができるので、異常時に迅速に対応して湯水循環通路を循環させる湯水を補助熱源装置で加熱することにより湯水循環通路内の湯水の凍結防止を適切に行うことができ、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循環関連要素異常検出モードの制御手段
３８循環関連要素異常判断手段
３９リモコン装置
４０湯水循環通路
４１循環関連要素異常報知手段
４２流量検出手段
５７循環流量制御手段

Claims

通路を通して液体を送液する機能を有する送液通路を有し、該送液通路には、回転駆動により該送液通路に前記液体を送液する送液用ポンプと、該送液用ポンプの駆動による送液の有無を弁の開閉により切り替える開閉弁と、前記送液通路を通して送られる液体の流量を検出する流量検出手段とが設けられており、前記開閉弁を閉じた状態で前記送液用ポンプを予め定められた設定高回転数で回転させる初期動作後予め定められた予備回転時間が経過した後に前記開閉弁を開き、予め定められた設定高回転継続時間経過後、予め定められる設定流量に対応する設定回転数で前記送液用ポンプを回転させ、該送液用ポンプの回転時に前記流量検出手段により検出される検出流量と前記設定流量との差が予め定められる許容流量範囲外のときには前記開閉弁と前記送液用ポンプの少なくとも一方の送液関連要素の異常を判断する送液関連要素異常判断手段と、該送液関連要素異常判断手段により前記送液関連要素の異常が判断されたときには該送液関連要素の異常を報知する送液関連要素異常報知手段とを有することを特徴とする送液装置。
貯湯槽を備えて該貯湯槽からの湯水を出湯通路を通して送水する機能を有する主熱源装置を有し、該主熱源装置の前記出湯通路の送水先端側は前記貯湯槽の外部に設けられた湯水循環通路に接続され、該湯水循環通路には、回転駆動により該湯水循環通路に湯水を循環させる循環ポンプと、該循環ポンプの回転駆動による前記湯水循環通路への水の循環の有無を弁の開閉により切り替える水電磁弁と、前記湯水循環通路を通して循環する水の流量を検出する流量検出手段と、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と前記主熱源装置から前記出湯通路と前記湯水循環通路を介して導入される湯水を前記加熱手段により加熱する追い加熱機能とを有する補助熱源装置とが設けられており、前記水電磁弁と前記循環ポンプの少なくとも一方の循環関連要素の異常を検出するために、前記水電磁弁を閉じた状態で前記循環ポンプを予め定められた設定高回転数で回転させる初期動作後予め定められた予備回転時間が経過した後に前記水電磁弁を開き、予め定められた設定高回転継続時間経過後、予め定められる設定循環流量に対応する設定回転数で前記循環ポンプを回転させ、該循環ポンプの回転時に前記流量検出手段により検出される検出循環流量が前記設定循環流量よりも小さいときには前記循環ポンプの回転数を段階的または連続的に大きくしていくポンプ回転数アップ制御動作を行い、該ポンプ回転数アップ制御動作によって前記設定循環流量と前記検出循環流量との差が予め定められる許容流量以下となる前に前記循環ポンプの回転数が予め定められた上限値に達したときには前記水電磁弁を閉じて前記初期動作から前記回転数アップ制御動作までの一連の動作を繰り返す循環関連要素異常検出モードの制御手段と、該循環関連要素異常検出モードの動作の繰り返し回数が予め定められた設定回数に達したときには前記循環関連要素の異常を判断する循環関連要素異常判断手段と、該循環関連要素異常判断手段により前記循環関連要素の異常が判断されたときには該循環関連要素の異常を報知する循環関連要素異常報知手段とを有することを特徴とする熱源装置。
水電磁弁はパイロット方式の電磁弁とした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。