JP6449353B2 - 給湯装置、給湯制御方法および給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンクに溜められた湯を給湯に用いる給湯装置、給湯制御方法および給湯システムに関する。

給湯装置には、たとえば太陽熱や、エンジンまたは燃料電池などの排熱を回収して貯湯タンク内の水を加熱し、その加熱によって得られた湯を給湯要求があった場合に供給することで、熱の有効利用を図るものがある。このような貯湯式の給湯装置では、貯められた湯が要求温度と一致しないので、補助加熱手段である外部給湯器を通じて加熱するなど、温度調整してから給湯するものが知られている。

このような貯湯式の給湯装置に関し、外部熱源である集熱器を介して温められた湯を貯める貯湯タンクを備えた温水器の下流側に補助熱源器が接続され、この補助熱源器に対し、ミキシング装置によって温度を下げた湯が供給されるものが知られている（たとえば、特許文献１）。

特開２００３−１６１５１３号公報

ところで、貯湯式の給湯装置では、接続される外部熱源の種類や、使用条件または設置状態によってタンク内の湯の温度が異なる。そして給湯装置では、要求温度での給湯を行うために、貯湯タンクから供給された湯を外部給湯器で加熱する場合、タンク内の湯の温度に応じて加熱条件が異なる。外部給湯器では、たとえば貯湯タンクから供給される湯の温度が高く、要求温度との温度差が小さい条件で加熱させる場合、燃焼制御が適正に行えない、または燃焼処理が実行できなくなる場合がある。そのため給湯装置では、要求温度に応じた給湯が行えなくなるという課題がある。

さらに、外部給湯器として、燃焼ガスからの熱回収能力を向上させた潜熱回収型給湯器を利用する場合、給水される湯または水の温度が一定値以上の場合には、潜熱の回収が行えなくなり、高効率での給湯能力を発揮させることができなくなるという課題がある。

このような給水温度などによる加熱条件に対し、特許文献１に示す給湯装置では、タンク側から供給される湯に冷水を混ぜることで燃焼可能な温度に調整している。しかし、外部給湯器を燃焼させるために湯を冷ますのでは、外部熱源から回収した熱の全てを有効利用することができない。また、タンク内の湯の温度に対する要求給湯温度の条件により、タンク内の湯の利用率が低下し、またタンク内に湯を長期間貯留させることで、放熱などによって温度が低下するなど回収した熱が無駄になるという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、貯湯タンクに貯留する湯を無駄なく利用して設定温度の給湯を実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明の給湯装置の一側面によれば、給湯に用いる湯が溜められる貯湯タンクと、バーナを燃焼させその燃焼排気から顕熱または熱交換後の前記燃焼排気から潜熱を給水に熱交換して給湯する給湯機能と、前記バーナを燃焼させることなく前記給湯に代えて給水する給水機能を有する給湯・給水手段と、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であれば、前記給湯・給水手段の前記給湯機能を選択し、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記給湯・給水手段の給水機能を選択するとともに、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給水との混合比率、または前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給湯との混合比率を変更する制御手段と、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給水を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度より高ければ、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給湯を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度以下であれば、前記給湯・給水手段からの給湯のみを通水させる混合手段とを備える。

上記給湯装置において、さらに、前記貯湯タンクの前記湯温を検出する温度センサと、前記混合手段からの給湯温度を検出する温度センサと、前記貯湯タンクに対する給水温度を検出する温度センサ、または前記給湯・給水手段に対する給水温度を検出する温度センサとを備え、前記制御手段は、前記貯湯タンクに対する給水温度に対し、前記貯湯タンクの湯温が低い場合、前記貯湯タンクから前記混合手段への給湯を停止してよい。

上記目的を達成するため、本発明の給湯制御方法の一側面によれば、貯湯タンクの湯を給湯に用いる給湯装置の給湯制御方法であって、バーナを燃焼させその燃焼排気から顕熱または熱交換後の前記燃焼排気から潜熱を給水に熱交換する給湯機能により給湯する工程、または前記バーナを燃焼させることなく前記給湯機能に代えて給水機能により給水する工程と、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であれば、前記給湯機能による給湯を選択し、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記給水機能による給水を選択する工程と、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記貯湯タンクからの給湯と前記給水機能による給水を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度より高ければ、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯機能による給湯を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度以下であれば、前記給湯機能による給湯のみを通水させる工程とを含む。

上記目的を達成するため、本発明の給湯システムの一側面によれば、貯湯タンクの湯を給湯に用いる給湯システムであって、前記貯湯タンクを備えるタンクユニットと、バーナを燃焼させその燃焼排気から顕熱または熱交換後の前記燃焼排気から潜熱を給水に熱交換して給湯する給湯機能と、前記バーナを燃焼させることなく前記給湯に代えて給水する給水機能とを有する給湯・給水手段と、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であれば、前記給湯・給水手段の前記給湯機能を選択し、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記給湯・給水手段の給水機能を選択するとともに、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給水との混合比率、または前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給湯との混合比率を変更する制御装置と、前記タンクユニットまたは前記給湯・給水手段に備えられ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給水を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度より高ければ、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給湯を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度以下であれば、前記給湯・給水手段からの給湯のみを通水させる混合手段とを備える。

本発明によれば、以下のいずれかの効果が得られる。

(1) 貯湯タンクの湯を優先的に用いて設定温度の湯を生成し貯湯するので、貯湯タンクの湯を無駄にせず利用することができる。

(2) 外部給湯手段から高温の湯を流入させることなく、設定された加熱処理の実行や、潜熱回収型の給湯器を利用する場合の燃焼ガスからの熱回収が可能になり、外部給湯手段の給湯機能を発揮させることが可能となる。

(3) 給湯開始時に、貯湯タンク側からの湯を直接出湯させることで、一定温度での出湯応答性を高めることができる。

(4) 給湯システムでは、給湯手段から高温の湯を貯湯タンクに流入させず、低温の水を供給することで、温度調整の処理の容易化や専用機器を不要化でき、たとえば既存の給湯器を流用することができ、利便性を高めることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

第１の実施の形態に係る給湯システムの構成例を示す図である。 ソーラパネルを利用した外部熱源の構成例を示す図である。 発電ユニットを利用した外部熱源の構成例を示す図である。 給湯システムの制御構成例を示す図である。 給湯制御処理の一例を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る給湯システムの構成例を示す図である。 給湯制御処理の一例を示すフローチャートである。

〔第１の実施の形態〕

図１は、本発明の第１の実施の形態を示す給湯システムの構成例を示している。図１に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。

図１に示す給湯システム２は、たとえば外部熱源４と、貯湯タンク６を備えるタンクユニット８と、給湯器１０が含まれており、貯湯タンク６に貯められた湯水１２を利用し、要求温度に調整してタンクユニット８から出湯させる。この給湯システム２は、上水Ｗを供給する給水管路をタンクユニット８と給湯器１０とに分岐させ、所謂並列状態に配置している。

そして、給湯システム２の給湯では、タンクユニット８の貯湯タンク６からの湯水１２と給湯器１０からの湯１４または水をミキシング装置１６で所定の割合に混合して出湯させる。給湯処理では、給湯要求温度に対し、貯湯タンク６内の湯水１２の温度に基づいて給湯器１０側からの給湯または給水によって温度調整を行う。

＜外部熱源４の構成例について＞

外部熱源４は、発熱し、またはたとえば太陽熱などから熱エネルギーを回収して、貯湯タンク６内の水または湯を加熱して湯水１２を生成する手段の一例である。外部熱源４は、たとえば集熱器などの熱回収手段が含まれる。そして、外部熱源４は、たとえばこれらの熱回収手段との間に熱回路１８を設置し、この熱回路１８内に流れる熱媒を介して貯湯タンク６側に伝熱させる。

外部熱源４は、たとえば図２に示すように、太陽光からその熱を回収する太陽熱集熱装置１９としてソーラパネル２０を備えており、このソーラパネル２０に、熱回路１８として熱媒を内部に通す熱媒循環路２２が設置される。この熱媒循環路２２は、たとえば熱媒として、水や不凍液などを循環させており、ソーラパネル２０内部を通過時に回収した太陽熱によって昇温した熱媒が循環する。また、熱媒循環路２２は、一部を貯湯タンク６内に挿通させ、または外周側に接触させて貯湯タンク６内の水または湯と熱交換させる熱交換部２４が形成される。そのほか熱媒循環路２２には、熱媒を循環させる循環ポンプ２６などが含まれる。

また、外部熱源４として、たとえば図３に示すように発電ユニット２８を用いてもよい。この発電ユニット２８には、たとえば駆動によって熱が発生するエンジン３０を備えている。エンジン３０には、たとえば発生した熱を回収することでエンジン３０を冷却させるための冷却回路３２や、エンジン３０から出た排気を通す排気管路３６が設置されている。また、発電ユニット２８は、貯湯タンク６との間で伝熱させる循環路３８を備えている。この循環路３８は、冷却回路３２および排気管路３６に対する熱回収手段である熱交換器４０、４２に接続されており、この熱交換器４０、４２との熱交換により、循環する湯水１２が加熱される。

循環路３８には、たとえば貯湯タンク６に対して湯水１２をバイパスさせる切替弁４４およびバイパス管路４６や、循環路３８内に水または湯水１２を循環させるポンプ４８を備えてもよい。

そのほか、給湯システム２は、外部熱源４としてたとえば、燃料電池装置などを備え、発電時に発生した排熱を回収して、貯湯タンク６内の湯を加熱してもよい。

＜貯湯タンク６を含むタンクユニット８について＞

貯湯タンク６は、加熱された湯を給湯要求があるまで湯水１２を貯める貯湯手段であるとともに、外部熱源４で回収した熱エネルギーを湯に変換して貯める蓄熱手段の一例である。この貯湯タンク６は、外部熱源４と合わせてコージェネレーションシステムの一部として機能する。そして、タンクユニット８では、貯湯タンク６に貯められた湯水１２を給湯に利用する。貯湯タンク６には、たとえば内部に水道などの入水管路から上水Ｗが供給され、外部熱源４によって加熱された一定量の湯水１２が貯められている。貯湯タンク６内部には、たとえば熱回路１８の一部に形成された熱交換器が設置され、タンク内に溜められた水または湯水１２を熱交換して加熱する。

タンクユニット８は、本発明のタンク給湯装置の一例であり、貯湯タンク６に貯められた湯水１２を利用して給湯する。タンクユニット８には、たとえばミキシング装置１６と貯湯タンク６とが接続されるタンク側供給管路５０が設置される。このタンク側供給管路５０には、たとえば貯湯タンク６から流れる湯水１２の流量を検出する流量センサ５２やタンク出温センサ５４が設置される。このタンク出温センサ５４は、貯湯タンク６内の湯水１２の温度を検出する給湯温度センサの一例であり、たとえばサーミスタ温度計などを利用すればよい。

ミキシング装置１６は、貯湯タンク６側の湯水１２と給湯器１０から供給される湯１４の混合手段の一例であり、たとえば混合弁として３方弁などを含んで形成されている。ミキシング装置１６には、たとえばタンク側供給管路５０と、給湯器１０側から湯１４が供給される給湯管路の一例である給湯器側供給管５６、および混合した湯をタンクユニット８外に出湯させる出湯管路５８が接続される。この出湯管路５８には、たとえば湯水１２と湯１４の混合によって生成された湯ＨＷの温度を検出する混合温度検出手段として、混合温センサ５５が設置される。

また、タンクユニット８には、たとえばタンクユニット８の給湯制御や接続される給湯器１０側への動作指示などを行うコントローラ６０や、このコントローラ６０に接続されたリモートコントローラ６２を備える。コントローラ６０は、タンクユニット８の給湯制御手段の一例であり、タンクユニット８から出湯させる湯の出湯温度管理およびミキシング装置１６の開閉指示、または、給湯器１０側への給湯や給水指示を含む動作指示などを行う。流量センサ５２、タンク出温センサ５４および混合温センサ５５による検出情報は、タンクユニット８のコントローラ６０に通知される。リモートコントローラ６２は、たとえばユーザインターフェースの一例であり、操作入力によって要求給湯温度などが入力され、コントローラ６０側に伝達する。

＜給湯器１０について＞

給湯器１０は、本発明のタンク給湯装置に対する外部給湯手段の一例であり、要求給湯温度での給湯を行うためのタンクユニット８に対する補助熱源として機能する。給湯器１０は、たとえばタンクユニット８側のコントローラ６０側からの給湯指示または給水指示に基づき、貯湯タンク６内の湯水１２の温度を要求給湯温度まで加温するのに必要な温度の出湯を行う。

給湯器１０は、潜熱回収型の給湯器であり、燃焼室７０内には、バーナ７２の燃焼排気経路の下流側に向けて一次熱交換器７４と二次熱交換器７６が配置される。水道などに接続された給水管路７８は、その一部が二次熱交換器７６側に接続され、また他の一部がバイパス管路８０側に分岐されて出湯側の混合弁８２に接続される。給水された上水Ｗは、二次熱交換器７６において、燃焼排気から潜熱を回収して熱交換された後、一次熱交換器７４側で加熱され、混合弁８２側に流される。

混合弁８２は、熱交換器で加熱された湯とバイパス管路８０を通過した水とを混合して、要求された給湯温度に湯１４の温度を調整する。この温度調整は、たとえば給水管路７８に設置された流量センサ８４、出湯側の給湯器側供給管路５６に設置された出湯温センサ８６の検出情報に基づき、制御基板９０が混合調整やバーナ７２の燃焼制御などを実行する。温度調整は、たとえば検出情報に基づくフィードバック制御によって行われればよい。

給湯器１０の出湯側は、給湯器側供給管５６に接続されており、加熱された湯１４がタンクユニット８のミキシング装置１６側に供給される。この給湯システム２は、たとえば住宅や会社施設などの給湯対象に対し、予め設置されている給湯器を利用してもよい。既存の給湯器を利用する場合、給湯器の出湯側に対し、給湯器側供給管５６の長さを調整してタンクユニット８に接続させるとともに、コントローラ６０を給湯器の制御基板に接続させればよい。また、既存の外部熱源４を備えている施設の場合には、タンクユニット８は、熱回路１８によって設置位置を調整してもよい。これにより、給湯システム２は、たとえば既存の給湯器１０や外部熱源４の設置位置を基準に、タンクユニット８の設置位置を自由に設定できる。

タンクユニット８および給湯器１０に対する上水Ｗの供給量の制御は、湯の出湯を制御するミキシング装置１６によって設定される。貯湯タンク６には、たとえば下部側に上水Ｗの給水管路９２が接続されており、水道などの給水圧または図示しないポンプなどの圧力負荷により、貯湯タンク６からの給湯量に応じて上水Ｗが供給される。また、上水Ｗの供給側およびタンクユニット８の出湯側に対して、タンクユニット８と給湯器１０の流路を閉回路とすることで、タンクユニット８からの出湯量が貯湯タンク６および給湯器１０への入水量と一致する。従って、上水Ｗに対し、給水管路７８、９２に対する流量の割合は、混合割合を決めるミキシング装置１６の開度によって設定される。

これにより給湯システム２のタンクユニット８に対する湯水１２と給湯器１０に対する湯１４との供給制御は、たとえばミキシング装置１６の弁開度調整によって行われる。そして、給湯器１０に対する補助加熱用の出湯要求は、設定されたミキシング装置１６の弁開度に応じて流入した上水Ｗの検出流量に基づいて、制御基板９０により燃焼制御や混合制御などが行われる。この検出流量は、流量センサ８４による検出情報を利用すればよい。

＜給湯システムの制御機能について＞

図４は、給湯システムの制御部の構成例を示している。図４に示す機能部品および接続状態は一例である。

＜コントローラ６０について＞

タンクユニット８のコントローラ６０は、リモートコントローラ６２と給湯器１０の制御基板９０に対して、たとえば通信ケーブルなどの有線や無線通信信号などを介して電気的に接続されている。コントローラ６０は、リモートコントローラ６２および制御基板９０から設定情報や検出情報などを取り込み、給湯器１０側に対して燃焼の許可または禁止などの指示情報を出力することで、給湯システム２全体の給湯制御を行う。この給湯制御では、貯湯タンク６内の湯水１２を基準にして、要求温度での給湯を可能にする弁開度の調整や給湯器１０側の給湯または給水の調整処理が行われる。

コントローラ６０は、たとえば図４に示すように、コンピュータを構成する機能部品として、プロセッサ１００、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０４などを含んでいる。プロセッサ１００は、たとえばＲＯＭ１０４に格納されたＯＳ（Operating System）に基づき、給湯制御プログラムを実行するための演算手段の一例である。プロセッサ１００は、給湯制御プログラムの演算処理により、リモートコントローラ６２や給湯器１０との間で動作連係制御や給湯器１０側による給湯が必要か否かの判断などを実行する。ＲＡＭ１０２は、給湯制御プログラムを実行するためのワークエリアとして機能するとともに、リモートコントローラ６２から取り込んだ設定情報や、制御基板９０から取り込んだ温度情報、流量情報などが格納される。ＲＯＭ１０４は、たとえばフラッシュメモリなどを備える記憶手段として機能する。ＲＯＭ１０４には、たとえばＯＳや燃焼制御プログラムなどが記憶される。

そのほか、コントローラ６０は、たとえば図示しない通信部を備える。通信部は、給湯器１０側で検出した入水温度や湯の温度などの検出温度情報、検出水量などの検出データ、給湯制御プログラムの実行途上のデータ、通信データなどをリモートコントローラ６２や給湯器１０との間で通信する。

コントローラ６０は、たとえば給湯制御を行うために、流量センサ５２から流量情報、タンク出温センサ５４から貯湯タンク６内の湯水１２の温度情報、混合温センサ５５からタンクユニット８の出湯温度情報を取り込む。そのほかタンクユニット８には、たとえば貯湯タンク６内に供給される上水Ｗの温度を監視する入水温センサ１１０などを備えてもよい。タンクユニット８は、たとえばこの入水温センサ１１０の検出温度情報を取り込んで、給湯制御に利用してもよい。また、コントローラ６０は、リモートコントローラ６２から要求給湯温度情報を取得する。

そして、コントローラ６０は、たとえば要求給湯温度と貯湯タンク６内の湯水１２の温度などを判断し、給湯指示として、ミキシング装置１６に対して弁開度設定指示を出力するとともに、給湯器１０側に供給温度を指定した給湯要求を出力する。また、コントローラ６０は、給湯状態情報や湯水１２の温度情報、その他エラー情報などを報知情報として、リモートコントローラ６２側に通知してもよい。

＜リモートコントローラ６２について＞

リモートコントローラ６２は、たとえば制御部１２０、操作部１２２、表示部１２４を含んで形成されており、給湯要求を行うユーザに対し、温度設定の入力手段や表示手段として機能する。制御部１２０は、タンクユニット８との間でデータ送受信などを行って入力指示や表示制御などを行う手段の一例であって、たとえばプロセッサ１２６やＲＡＭ１２８、ＲＯＭ１３０などを備えている。プロセッサ１２６は、操作部１２２に対して入力された給湯要求指示や要求温度などの操作の有無の判断処理や指示情報の解析やタンクユニット８との通信処理、表示部１２４への表示処理などを実行する。ＲＡＭ１２８は、入力された要求温度情報やタンクユニット８側から通知された情報などを格納する。ＲＯＭ１３０は、プロセッサ１２６で実行する制御プログラム、または過去の設定温度情報などを格納する。

操作部１２２は、給湯の要求温度などを入力するインターフェースの一例であり、キーボードやカーソルキーなどを備えている。表示部１２４は、たとえばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などのモニタ装置などを備えており、設定された要求温度情報や、給湯情報、またはタンクユニット８の動作情報、貯湯タンク６内の湯水１２の温度情報などを表示する。

＜制御基板９０について＞

制御基板９０は、タンクユニット８からの給湯要求を契機に給湯処理を実行する制御手段の一例であり、たとえばプロセッサ１４０、ＲＡＭ１４２、ＲＯＭ１４４などが含まれる。プロセッサ１４０は、ＲＯＭ１４４に格納されたＯＳや燃焼制御プログラム、タンクユニット８と連係するための動作制御プログラムなどを実行する演算手段の一例である。ＲＡＭ１４２は、給湯制御プログラムを実行するためのワークエリアとして機能し、たとえばタンクユニット８からの給湯要求指示や出湯温センサ８６による検出情報、流量センサ８４で検出した温度情報、検出した流量情報、入水温センサ１５０による入水温度などの情報を格納する手段である。ＲＯＭ１４４は、給湯器１０を動作させる給湯制御プログラムやその他の検出情報などを記憶する手段である。

制御基板９０は、たとえば燃焼制御を行うための情報として、流量センサ８４から入水側の流量情報や、出湯温センサ８６から出湯側の給湯器側供給管５６内の湯１４の温度情報などを取り込む。また、給湯器１０には、たとえば入水側の管路上に入水温度情報を取り込む入水温センサ１５０を備えてもよい。制御基板９０は、たとえばタンクユニット８から給湯指示を取り込み、この給湯指示に一致する温度の湯の生成処理として、混合弁８２を開弁させる。また、バーナ７２に対する燃焼制御として、たとえば燃料ガスＧの供給量を制御する元ガス電磁弁１５２に対して燃焼指示を出力する。

＜給湯制御処理について＞

図５は、給湯制御処理の一例を示している。図５に示す処理内容、処理手順は一例である。

図５に示す給湯制御処理は、給湯システム２またはタンクユニット８による給湯制御方法、または給湯制御プログラムの一例である。この給湯制御では、貯湯タンク６内の湯水１２の温度に基づき、タンクユニット８からの出湯温度を要求給湯温度に調整するために、給湯器１０側から湯１４または水の供給を要求する。

コントローラ６０は、リモートコントローラ６２から設定温度（Ｔｓｅｔ）の情報を取得し、ＲＡＭ１０２やＲＯＭ１０６に記憶させる（Ｓ１）。そして、タンクユニット８に対して出湯要求の有無を監視する（Ｓ２）。給湯要求の有無は、たとえば流量センサ５２を利用して行えばよい。すなわち、タンクユニット８は、たとえば図示しない出湯バルブを開状態にすると、出湯管路５８に生じる流水に連動して、貯湯タンク６からタンク側供給管路５０に湯水１２が流れる。この湯水１２の流れを流量センサ５２で検出することで出湯要求があるか否かを判断すればよい。

出湯要求が発生すると（Ｓ２のＹＥＳ）、貯湯タンク６内の湯温（Ｔｈ）が設定温度（Ｔｓｅｔ）以上か否かを対比して判断する（Ｓ３）。この対比判断は、タンク出温センサ５４の検出温度情報を利用して行われればよい。貯湯タンク６内の湯温（Ｔｈ）がリモートコントローラ６２の設定温度（Ｔｓｅｔ）以上の場合（Ｓ３のＹＥＳ）、コントローラ６０は、給湯器１０側に燃焼禁止の指示を出すほか、出湯温度を調整するために給水を要求する（Ｓ４）。給水の要求流量は、たとえばタンク内湯温（Ｔｈ）と設定温度（Ｔｓｅｔ）との温度差とともに、タンクユニット８からの湯ＨＷの出湯流量に基づいて設定されればよい。

そしてコントローラ６０は、たとえばタンク内湯温（Ｔｈ）、設定温度（Ｔｓｅｔ）、出湯流量の情報に基づき、ミキシング装置１６を作動させて、その開度を設定する（Ｓ５）。これにより、タンクユニット８では、混合温センサ５５によって検出された混合湯の温度（Ｔｍｉｘ）が設定温度（Ｔｓｅｔ）と一致または所定範囲内になるように、貯湯タンク６から供給される湯水１２と給湯器側供給管５６を通じて供給される湯１４を混合させる。

また、貯湯タンク６内の湯温（Ｔｈ）がリモコン６２の設定温度（Ｔｓｅｔ）未満の場合（Ｓ３のＮＯ）、コントローラ６０は、給湯器１０に対して所定の出湯温として、設定温度（Ｔｓｅｔ）に対して加熱温度（Ａ）分だけ高い温度での給湯指示を出力する（Ｓ６）。この給湯器１０に要求する湯１４の出湯温は、貯湯タンク６内の湯温（Ｔｈ）に対して設定温度（Ｔｓｅｔ）の湯を生成可能に混合するための高い温度が設定される。そこで、給湯器１０の出湯温の設定では、たとえば流量センサ５２、８４の流量情報、貯湯タンク６内の湯温（Ｔｈ）、設定温度（Ｔｓｅｔ）から算出すればよい。この算出処理では、たとえば貯湯タンク６側からの流量が多くなれば、それに比例して加熱分の給湯器１０側からの給湯量が少なくなるので、出湯温の加熱温度（Ａ）が大きい値となる。そして、コントローラ６０は、給湯器１０に対して燃焼動作の許可を出力する（Ｓ７）。

給湯器１０は、燃焼許可を受けると、制御回路９０による給湯制御および燃焼制御により、給湯処理を行う。制御回路９０は、コントローラ６０から要求された出湯温に対し、たとえば給湯器１０に流入する上水Ｗの流量、入水温に基づいてバーナ７２の燃焼制御や混合弁８２の開度制御による二次熱交換器７６側とバイパス管路８０側への流入制御などを行う。そして、制御回路９０は、たとえばフィードバック制御により、出湯温センサ８６の温度がコントローラ６０から要求された出湯温と一致するようにバーナ７２の燃焼制御や混合弁８２の開度制御を行う。

そしてコントローラ６０は、たとえばタンク内湯温（Ｔｈ）、設定温度（Ｔｓｅｔ）、給湯器１０側からの出湯温とその出湯流量の情報に基づき、ミキシング装置１６を動作させて、その開度を設定する（Ｓ５）。

斯かる構成によれば、以下のような効果が得られる。

(1) 貯湯タンク６内の湯水１２に対し、給湯器１０側から湯１４または水を混合させて要求給湯温度の湯ＨＷを生成することにより、貯湯タンク６内の湯水１２を優先的に利用することで、外部熱源４で回収した熱の有効利用が図れる。

(2) 給湯器１０に高温の湯を流入させないことで、設定温度にするための加熱処理の実行が可能になるとともに、潜熱回収型の給湯器を利用する場合に、燃焼ガスからの潜熱回収が可能になり、給湯器１０の機能を有効に発揮させることが可能となる。

(3) 給湯開始時に、タンクユニット８の湯を給湯器１０側に流さず、直接出湯管路５８側に出湯させることができるので、一定温度での出湯応答性を高めることができる。

(4) 給湯システム２では、給湯器１０側にタンクユニット８の湯水１２を流入させず、低温の上水Ｗが供給され、給湯器１０側への給水温度の調整が不要であるので、導入コストやランニングコストが抑えられ、利便性を高めることができる。

(5) 貯湯タンク６内の湯水１２と給湯器１０側から供給される湯１４とをミキシング装置１６側まで流して混合させる構造により、タンクユニット８と給湯器１０とを近接させる必要がなく、設置の自由度がある。

(6) 既存の給湯器１０に対してタンクユニット８を設置すればよく、また、タンクユニット８は、給湯器１０に対して要求温度を指示し、給湯器１０側が独立して燃焼制御、給湯制御を行うので、タンクユニット８の設置が容易である。

〔第２の実施の形態〕

図６は、第２の実施の形態に係る給湯システムを示している。図６に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。図６において、図１と同等な構成には同一符号を付し、その説明を省略する。

図６に示す給湯システム２では、たとえばタンクユニット８および給湯器１０の入水側にて、供給される上水Ｗの水温を監視し、この上水Ｗの水温と貯湯タンク６内の湯水１２の温度とを比較してミキシング装置１６の弁開度が設定される。そこで、タンクユニット８には、たとえば貯湯タンク６の入水側の直前の給水管路９２上に入水温を検出する入水温センサ１１０が設置される。また、給湯器１０には、たとえば給水管路７８上に入水温センサ１５０が設置され、上水Ｗの温度が監視される。

入水温センサ１１０の検出温度情報は、コントローラ６０に取り込まれる。また、入水温センサ１５０の検出温度情報は、制御基板９０に取り込まれるとともに、制御基板９０を介してコントローラ６０に通知される。

タンクユニット８のコントローラ６０は、取り込んだ検出温度情報を利用し、貯湯タンク６内に貯められた湯水１２との温度比較を行って、貯湯タンク６内の湯水１２を利用するか否かの決定し、湯水１２を利用する場合、ミキシング装置１６の弁開度を決定する。

＜給湯制御について＞

図７は、給湯制御処理の一例を示すフローチャートである。図７に示す処理手順、処理内容は一例である。図７の処理内容において、図５に示す処理と同等の内容については、説明を省略する。

給湯制御として、コントローラ６０は、リモートコントローラ６２で設定された設定温度（Ｔｓｅｔ）の情報を取得し、ＲＡＭ１０２やＲＯＭ１０６に記憶させる（Ｓ１１）とともに、出湯要求を監視する（Ｓ１２）。出湯要求が発生すると（Ｓ１２のＹＥＳ）、貯湯タンク６内の湯温（Ｔｈ）が設定温度（Ｔｓｅｔ）以上か否かを対比して判断する（Ｓ１３）。貯湯タンク６内の湯温（Ｔｈ）がリモートコントローラ６２の設定温度（Ｔｓｅｔ）以上の場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、コントローラ６０は、給湯器１０側に燃焼禁止の指示を出すほか、出湯温度を調整するために給水を要求する（Ｓ１４）。

コントローラ６０は、たとえばミキシング装置１６の作動モード１として、混合温センサ５５で検出された出湯側の混合温度（Ｔｍｉｘ）がＴｓｅｔに等しくなるように、ミキシング装置１６の混合弁を一定の開度に設定して通水させる（Ｓ１５）。これによりミキシング装置１６では、貯湯タンク６内の湯と上水Ｗとが一定の割合で混合され、要求温度に調整される。

また、貯湯タンク６内の湯温（Ｔｈ）が設定温度（Ｔｓｅｔ）よりも低い場合、給湯器１０側への給湯要求に移行する。そこで、貯湯タンク６内の湯水１２の温度（Ｔｈ）が貯湯タンク６へ供給される上水Ｗの入水温度（Ｔｗ）よりも高温か否かを判断する（Ｓ１６）。コントローラ６０は、入水温センサ１１０、１５０から取り込んだ水温とタンク出温センサ５４の検出温度を取り込んで温度を対比する。この対比結果から、貯湯タンク６内に溜められた湯水１２の温度が供給される上水Ｗの温度（Ｔｗ）以下の場合、貯湯タンク６内の湯水１２を利用しない処理に移行する。すなわち、このような温度条件では、貯められた湯水１２を利用すると、給湯器１０側がより高温の湯を生成しなければならなくなり燃焼効率が悪くなる。

そこで、貯湯タンク６内の湯水１２の温度が入水温（Ｔｗ）よりも高い場合（Ｓ１６のＹＥＳ）、貯湯タンク６を利用した給湯処理として、コントローラ６０は、給湯器１０に対して所定の出湯温として、設定温度（Ｔｓｅｔ）に対して加熱温度（Ａ）分だけ高い温度での給湯指示を出力する（Ｓ１７）。そして、コントローラ６０は、給湯器１０の燃焼を許可する（Ｓ１８）。また、ミキシング装置作動モード２として、コントローラ６０は、出湯側の混合温度（Ｔｍｉｘ）が設定温度（Ｔｓｅｔ）に等しくなるように、ミキシング装置１６の混合弁を一定の開度に設定して湯水１２と湯１４とを通水させる（Ｓ１９）。

また、貯湯タンク６内の湯水１２の温度（Ｔｈ）が入水温（Ｔｗ）以下の場合（Ｓ１６のＮＯ）、コントローラ６０は、給湯器１０に対して設定温度（Ｔｓｅｔ）での出湯を指示する（Ｓ２０）。このときの指示温度は、給湯器１０側のみから出湯させるため、設定温度（Ｔｓｅｔ）と同等に設定される。

そしてコントローラ６０は、給湯器１０に対して燃焼を許可する指示を出力する（Ｓ２１）とともに、ミキシング装置１６に対して作動指示を出力する（Ｓ２２）。このときのミキシング装置１６では、貯湯タンク６側を全閉状態とし、給湯器１０側を全開状態とすることで、貯湯タンク６内の湯水１２を利用しない状態とする。

斯かる構成によれば、貯湯タンク６内の湯水１２の温度と上水Ｗの温度とを対比し、たとえば湯水１２が冷えた場合や、天候状態などによって加熱されない場合に、低温の湯水１２を利用させないことで、給湯器１０に対する負荷の増大や無駄な燃焼処理を回避できる。

以上説明した実施の形態について、その特徴事項や変形例を以下に列挙する。

(1) 上記実施の形態では、給湯器１０として燃焼排気の潜熱を回収する二次熱交換器７６を備えたものを示したがこれに限られない。給湯器１０は、たとえば燃焼排気の顕熱のみを回収する一次熱交換器７４のみを備えたものであってもよい。

(2) タンクユニット８または給湯システム２の給湯制御では、たとえば給湯実行中に貯湯タンク６内の湯水１２の温度を一定間隔または連続して監視し、その温度状態に応じて給湯器１０への給湯指示やミキシング装置１６の開度調整を行えばよい。そして、給湯制御では、たとえば貯湯タンク６内に貯められた湯水１２が一定温度以下となったことを契機に、ミキシング装置１６の弁開度について貯湯タンク６側を全閉とし、給湯器１０側を全開状態に切替えればよい。斯かる構成によれば、給湯実行中の温度監視により、貯湯タンク６内の湯水１２を優先的に利用することで回収した熱を無駄にしないとともに、給湯器１０による燃焼の無駄を防止することができる。

(3) 上記実施の形態では、貯湯タンク６内の湯水１２の温度が要求給湯温度よりも高いか、または低いかのみを判断したが、これに限られず、たとえばその温度差に応じてミキシング装置１６の弁開度による供給量の割合を調整してもよい。この給湯制御では、たとえば要求給湯温度に対する湯水１２の温度差に対し、給湯器１０の燃焼効率が最もよくなるように給湯器１０側からの給湯量を設定してもよい。また、この給湯制御では、温度差に加えて、要求温度、入水温度、気温などを参照してミキシング装置１６の弁開度調整を行ってもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明の給湯装置、給湯制御方法および給湯システムは、外部熱源から回収した熱で加熱した貯湯タンク内の湯に、給湯手段から供給された湯を混合して、要求温度で出湯させることにより、回収した熱の有効利用が図れる。

２ 給湯システム
４ 外部熱源
６ 貯湯タンク
８ タンクユニット
１０ 給湯器
１２ 湯水
１４ 湯
１６ ミキシング装置
１８ 熱回路
２０ ソーラパネル
２４ 熱交換部
２８ 発電ユニット
３０ エンジン
４０、４２ 熱交換器
４４ 切替弁
４６、８０ バイパス管路
５０ タンク側供給管路
５２、８４ 流量センサ
５４ タンク出温センサ
５５ 混合温センサ
５６ 給湯器側供給管
５８ 出湯管路
６０ コントローラ
６２ リモートコントローラ
７２ バーナ
７４ 一次熱交換器
７６ 二次熱交換器
７８、９２ 給水管路
８２ 混合弁
８６ 出湯温センサ
９０ 制御基板
１１０、１５０ 入水温センサ
１２０ 制御部
１２２ 操作部
１５２ 元ガス電磁弁

Claims (4)

1. 給湯に用いる湯が溜められる貯湯タンクと、
   バーナを燃焼させその燃焼排気から顕熱または熱交換後の前記燃焼排気から潜熱を給水に熱交換して給湯する給湯機能と、前記バーナを燃焼させることなく前記給湯に代えて給水する給水機能を有する給湯・給水手段と、
   前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であれば、前記給湯・給水手段の前記給湯機能を選択し、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記給湯・給水手段の給水機能を選択するとともに、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給水との混合比率、または前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給湯との混合比率を変更する制御手段と、
   前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給水を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度より高ければ、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給湯を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度以下であれば、前記給湯・給水手段からの給湯のみを通水させる混合手段と、
   を備えることを特徴とする給湯装置。
2. さらに、前記貯湯タンクの前記湯温を検出する温度センサと、
   前記混合手段からの給湯温度を検出する温度センサと、
   前記貯湯タンクに対する給水温度を検出する温度センサ、または前記給湯・給水手段に対する給水温度を検出する温度センサと、
   を備え、
   前記制御手段は、前記貯湯タンクに対する給水温度に対し、前記貯湯タンクの湯温が低い場合、前記貯湯タンクから前記混合手段への給湯を停止することを特徴とする、請求項１に記載の給湯装置。
3. 貯湯タンクの湯を給湯に用いる給湯装置の給湯制御方法であって、
   バーナを燃焼させその燃焼排気から顕熱または熱交換後の前記燃焼排気から潜熱を給水に熱交換する給湯機能により給湯する工程、または前記バーナを燃焼させることなく前記給湯機能に代えて給水機能により給水する工程と、
   前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であれば、前記給湯機能による給湯を選択し、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記給水機能による給水を選択する工程と、
   前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記貯湯タンクからの給湯と前記給水機能による給水を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度より高ければ、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯機能による給湯を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度以下であれば、前記給湯機能による給湯のみを通水させる工程と、
   を含むことを特徴とする給湯制御方法。
4. 貯湯タンクの湯を給湯に用いる給湯システムであって、
   前記貯湯タンクを備えるタンクユニットと、
   バーナを燃焼させその燃焼排気から顕熱または熱交換後の前記燃焼排気から潜熱を給水に熱交換して給湯する給湯機能と、前記バーナを燃焼させることなく前記給湯に代えて給水する給水機能とを有する給湯・給水手段と、
   前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であれば、前記給湯・給水手段の前記給湯機能を選択し、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記給湯・給水手段の給水機能を選択するとともに、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給水との混合比率、または前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給湯との混合比率を変更する制御装置と、
   前記タンクユニットまたは前記給湯・給水手段に備えられ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度以上であれば、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給水を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度より高ければ、前記貯湯タンクからの給湯と前記給湯・給水手段からの給湯を混合して通水させ、前記貯湯タンクの湯温が設定温度未満であり且つ前記貯湯タンクに対する給水温度以下であれば、前記給湯・給水手段からの給湯のみを通水させる混合手段と、
   を備えることを特徴とする給湯システム。

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