JP6508966B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、相対的に高温の湯水を貯える貯湯槽、及び、相対的に低温の湯水を供給する給水路を有し、貯湯槽から供給される湯水及び給水路から供給される湯水の少なくとも何れか一方を外部に供給する水源部と、水源部から供給される湯水が流れる湯水供給路と、湯水供給路の途中に設けられ、水源部から供給される湯水を加熱可能な補助加熱部とを備える貯湯式給湯装置に関する。

特許文献１には、相対的に高温の湯水を貯える貯湯槽、及び、相対的に低温の湯水を供給する給水路を有し、貯湯槽から供給される湯水及び給水路から供給される湯水の少なくとも何れか一方を外部に供給する水源部と、水源部と給湯栓との間に接続され、水源部から供給される湯水が流れる湯水供給路と、湯水供給路の途中に設けられ、水源部から供給される湯水を加熱可能な補助加熱部とを備える貯湯式給湯装置が記載されている。つまり、給湯栓から見ると、水源部は補助加熱部よりも遠い位置にある。
このような貯湯式給湯装置では、貯湯槽から供給できる湯水の温度に応じて、貯湯槽に貯えられている湯水を湯水供給路に流しながら給湯栓から湯水を給湯する第１給湯運転（即ち、補助加熱部を加熱作動させない給湯）と、貯湯槽に貯えられている湯水を使わずに、給水路から供給される湯水を湯水供給路に流しながら給湯栓から湯水を給湯する第２給湯運転（即ち、補助加熱部を加熱作動させる給湯）とを切り換えながら行う。

特開２０１０−１１２６７７号公報

従来、第１給湯運転を行うとき、水源部からは目標給湯温度に調整された湯水が、湯水供給路へと供給されていた。この場合、前回の給湯から時間が経過した等の理由により、給湯栓からの湯水の給湯開始時点で渡り配管部に滞留している滞留湯水の温度が相対的に低くなっている、即ち、渡り配管部の温度も低くなっていることがある。そして、今回の給湯時に、水源部から供給された湯水の温度が渡り配管部を流れたとき、湯水が渡り配管部を流れる間に湯水の温度低下が発生することもある。
特に、貯湯式給湯装置を実現するにあたり、上記補助加熱部として家庭用の給湯器が設けられる家庭において、上記貯湯槽や熱電併給装置を含むコージェネレーションシステムを後付けする場合がある。そのような場合、家庭にあっては、補助加熱部（家庭用の給湯器）の設置個所の近傍にコージェネレーションシステムを設置するスペースがない場合が多い。そのため、コージェネレーションシステム（貯湯槽、熱電併給装置など）を補助加熱部（家庭用の給湯器）の設置場所から離れた場所に設置して、貯湯槽から補助加熱部（家庭用の給湯器）までの渡り配管部を長くせざるを得なくなる。その結果、渡り配管部での湯水の温度低下が特に顕著に現れる可能性が高くなる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、適切な温度の湯水が給湯栓から給湯されるようにした貯湯式給湯装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る貯湯式給湯装置の特徴構成は、相対的に高温の湯水を貯える貯湯槽、及び、相対的に低温の湯水を供給する給水路を有し、前記貯湯槽から供給される湯水及び前記給水路から供給される湯水の少なくとも何れか一方を外部に供給する水源部と、前記水源部と給湯栓との間に接続され、前記水源部から供給される湯水が流れる湯水供給路と、前記湯水供給路の途中に設けられ、前記水源部から供給される湯水を加熱可能な補助加熱部と、前記貯湯槽に貯えられている湯水を前記湯水供給路に流しながら前記給湯栓から湯水を給湯する第１給湯運転と、前記貯湯槽に貯えられている湯水を使わずに、前記給水路から供給される湯水を前記湯水供給路に流しながら前記給湯栓から湯水を給湯する第２給湯運転とを切り換えながら行う制御手段とを備える貯湯式給湯装置であって、
前記制御手段は、前記給湯栓からの湯水の給湯を要求する給湯指令に応じて前記第１給湯運転を行うとき、前記給湯栓からの湯水の給湯開始から所定の過渡期間の間は、前記水源部から供給される湯水の温度を目標給湯温度よりも所定の過渡温度差だけ高い温度に調節し、及び、前記所定の過渡期間の経過後、前記給湯栓からの湯水の給湯停止に至るまでの間は、前記水源部から供給される湯水の温度を前記目標給湯温度に調節し、前記給湯指令に応じて前記第２給湯運転を行うとき、前記給湯栓からの湯水の給湯開始から給湯停止に至るまでの間、前記補助加熱部で加熱された後の湯水の温度が前記目標給湯温度となるように前記補助加熱部を加熱作動させ、
前記制御手段は、前記給湯栓からの湯水の給湯開始の時点で前記湯水供給路の途中の前記水源部と前記補助加熱部との間の渡り配管部内に滞留している滞留湯水の温度又はその予測温度と前記目標給湯温度との温度差を、前記所定の過渡温度差として導出する点にある。

上記特徴構成によれば、制御手段は、給湯栓からの湯水の給湯を要求する給湯指令に応じて第１給湯運転を行うとき、給湯栓からの湯水の給湯開始から所定の過渡期間の間は、水源部から供給される湯水の温度を目標給湯温度よりも所定の過渡温度差だけ高い温度に調節し、及び、所定の過渡期間の経過後、給湯栓からの湯水の給湯停止に至るまでの間は、水源部から供給される湯水の温度を目標給湯温度に調節する。
つまり、給湯栓からの湯水の給湯開始時点で渡り配管部に滞留している滞留湯水の温度が相対的に低くなっていることで（即ち、渡り配管部の温度も低くなっていることで）、水源部から供給された湯水の温度が渡り配管部を流れる間に低下するとしても、給湯栓からの湯水の給湯開始から所定の過渡期間の間は、その温度低下分を見越して、水源部から供給される湯水の温度を目標給湯温度よりも所定の過渡温度差だけ高い温度に調節して供給する。その結果、給湯栓から出湯される湯水の温度を目標給湯温度に近付けることができる。
加えて、制御手段が上記所定の過渡温度差を導出するとき、給湯栓からの湯水の給湯開始の時点で湯水供給路の途中の水源部と補助加熱部との間の渡り配管部内に滞留している滞留湯水の温度又はその予測温度を目標給湯温度と比較した上で上記所定の過渡温度差が導出される。つまり、滞留湯水の温度又はその予測温度と目標給湯温度との温度差が大きいとき、水源部から供給された湯水の温度が渡り配管部を流れる間に大きな温度低下が発生するとしても、上記所定の過渡温度差が大きく設定されるため、給湯栓から給湯される湯水の温度が目標給湯温度から大きく逸脱することを回避できる。また、滞留湯水の温度又はその予測温度と前記目標給湯温度との温度差が小さいとき、水源部から供給された湯水の温度が渡り配管部を流れる間に小さな温度低下が発生するとしても、上記所定の過渡温度差が小さく設定されるため、給湯栓から給湯される湯水の温度が目標給湯温度から大きく逸脱することを回避できる。
従って、適切な温度の湯水が給湯栓から給湯されるようにした貯湯式給湯装置を提供することができる。

本発明に係る貯湯式給湯装置の別の特徴構成は、前記制御手段は、前記貯湯槽から供給できる湯水の温度が基準温度以上のときに前記第１給湯運転を行い、前記貯湯槽から供給できる湯水の温度が前記基準温度未満のときに前記第２給湯運転を行う点にある。

上記特徴構成によれば、前記貯湯槽から供給できる湯水の温度が基準温度以上のときに前記第１給湯運転を行って、貯湯槽に貯えられている相対的に高温の湯水を使用した給湯が行われる。その結果、貯湯槽に蓄えられている熱を有効に利用できる。

本発明に係る貯湯式給湯装置の更に別の特徴構成は、前記制御手段は、前記第１給湯運転を行うとき、前記貯湯槽から供給される湯水と前記給水路から供給される湯水との混合量を制御して、前記水源部から供給される湯水の温度を調節する点にある。

上記特徴構成によれば、貯湯槽に貯えられている湯水を適切な温度に調節した上で給湯栓から供給することができる。

第１実施形態の貯湯式給湯装置の構成を説明する図であり、第１給湯運転が行われている状態を示す図である。 第１実施形態の貯湯式給湯装置の構成を説明する図であり、第２給湯運転が行われている状態を示す図である。 水源部から供給する湯水の温度推移を説明する図である。 貯湯式給湯装置において経過時間の導出過程を示すグラフである。 第２実施形態の貯湯式給湯装置の構成を説明する図である。 貯湯式給湯装置において差分時間の導出過程を示すグラフである。

以下に図面を参照して本発明の貯湯式給湯装置について説明する。
図１及び図２は、本発明の貯湯式給湯装置が設けられるシステムの構成を説明する図である。このうち、図１は後述する第１給湯運転が行われている状態を示す図であり、図２は後述する第２給湯運転が行われている状態を示す図である。尚、図１及び図２には、家庭用の給湯器としての補助加熱部３０を含む給湯暖房設備４０と、熱電併給装置１１と、その熱電併給装置１１の排熱にて加熱された湯水を貯湯可能な貯湯槽１０とを含むコージェネレーションシステム２０とを備えるシステムを記載しており、このシステム内に、本発明に係る貯湯式給湯装置が設けられている。熱電併給装置１１は、熱と電気とを併せて発生させることのできる装置であれば、どのような構成のものでも構わない。例えば、燃料電池や、エンジンとそのエンジンによって駆動される発電機とを備えてエンジンの排熱と発電機の発電電力とを利用するような装置などを、熱電併給装置１１として利用できる。
以下に、図１及び図２を参照して、コージェネレーションシステム２０の構成及び給湯暖房設備４０の構成について説明する。

〔コージェネレーションシステム２０〕
コージェネレーションシステム２０は、熱電併給装置１１で発生した電気と熱とを共に利用するシステムである。熱電併給装置１１で発電された電力は、商用電力系統から受電する電力と同一電圧及び同一周波数の電力に、インバータ（図示せず）等にて変換された後、電力消費装置（図示せず）に供給される。熱電併給装置１１で発生した熱は、蓄熱装置としての貯湯槽１０に貯えられる。具体的には、コージェネレーションシステム２０は、湯水を貯湯可能な貯湯槽１０と、貯湯槽１０の下部に貯湯される湯水を加熱した後に貯湯槽１０の上部へ導く状態で循環させる湯水循環路Ｃ１を備える。湯水循環路Ｃ１には、湯水循環路Ｃ１の湯水を貯湯槽１０の下部から上部へと圧送する第１循環ポンプＰ１と、湯水循環路Ｃ１を循環する湯水を熱媒と熱交換する形態で加熱する第１熱交換器ＨＥ１と、第１熱交換器ＨＥ１にて加熱された後で貯湯槽１０の上部へ流入する湯水の温度を検出する第５温度センサ２６とが設けられている。

第１熱交換器ＨＥ１と熱電併給装置１１との間には、双方の間で熱媒を循環させる熱媒循環路Ｃ２と、熱媒循環路Ｃ２を循環する熱媒を圧送する第２循環ポンプＰ２とを備えている。第２循環ポンプＰ２は、第１熱交換器ＨＥ１にて加熱された後で第５温度センサ２６にて検出される湯水の温度が目標貯湯温度となるように、その回転速度が制御される。また、第２循環ポンプＰ２は、貯湯槽１０の下部に貯湯される湯水温度を検出する第４温度センサ２５の検出温度が満杯貯湯温度に到達した場合（貯湯槽１０の蓄熱量が最大となった場合）、その回転が停止されると共に、熱電併給装置１１の運転は停止される。ここで、熱電併給装置１１が電主運転で作動している場合で、電力が供給される電力負荷が重要負荷である場合には、ファン等の他の冷却装置（図示せず）を起動させる形態で、熱電併給装置１１の電主運転を継続する。

貯湯槽１０の下部には、貯湯槽１０へ給水を供給する給水配管Ｌ６が接続される。給水配管Ｌ６には、通流する給水流量を測定する流量センサＦが設けられている。貯湯槽１０の上部には、貯湯槽１０の上部に貯留される湯水を吐出可能な湯水吐出配管Ｌ８が設けられている。尚、湯水吐出配管Ｌ８は、貯湯槽１０の上方部位を上流端とすると共にコージェネレーションシステム２０の筐体（図示せず）と外部との境界部位（出湯部位２１）を下流端とする配管を含む概念である。そして、本願では、湯水吐出配管Ｌ８の下流端を出湯部位２１とし、その出湯部位２１に渡り配管部Ｌ２の上流端が接続される。渡り配管部Ｌ２は、湯水吐出配管Ｌ８から吐出された湯水をコージェネレーションシステム２０の側から給湯暖房設備４０の側へ導く形態で、配設されている。

更に、コージェネレーションシステム２０は、給水配管Ｌ６を通流する相対的に低温の水（給水）を、貯湯槽１０をバイパスする状態で、湯水吐出配管Ｌ８の合流部位２２に導く貯湯槽迂回給水配管Ｌ１（本発明の「給水路」）を備える。湯水吐出配管Ｌ８と貯湯槽迂回給水配管Ｌ１との合流部位２２よりも上流側の湯水吐出配管Ｌ８には、貯湯槽１０からの湯水流量を調整可能な第１流量調整弁Ｖ１が設けられる。湯水吐出配管Ｌ８と貯湯槽迂回給水配管Ｌ１との合流部位２２よりも上流側の貯湯槽迂回給水配管Ｌ１には、貯湯槽迂回給水配管Ｌ１を通流する給水流量を調整可能な第２流量調整弁Ｖ２が設けられる。第１流量調整弁Ｖ１の開度調整及び第２流量調整弁Ｖ２の開度調整は制御装置５０が制御する。

制御装置５０は、貯湯槽１０から供給できる湯水の温度が基準温度以上のときに第１給湯運転を行い、貯湯槽１０から供給できる湯水の温度が基準温度未満のときに第２給湯運転を行う。
具体的には、制御装置５０は、操作部６０にて給湯運転の操作指令が目標給湯温度と共に入力された場合、貯湯槽１０の上部の貯湯温度を検出する第３温度センサ２４の検出温度が基準温度（＞目標給湯温度）以上のときには、図１に示すように、第１流量調整弁Ｖ１を開状態とすると共に第２流量調整弁Ｖ２を開状態として合流部位２２での貯湯槽１０から供給される湯水と給水路Ｌ１から供給される湯水との混合量を制御して、水源部から供給される湯水の温度を上記目標給湯温度に調節する。このとき、制御装置５０は、合流部位２２よりも下流側にある第２温度センサ２３で検出した湯水の温度が上記目標給湯温度になるように、第１流量調整弁Ｖ１の開度と第２流量調整弁Ｖ２の開度とを制御することができる。
これに対して、制御装置５０は、貯湯槽１０の上部の貯湯温度を検出する第３温度センサ２４の検出温度が上記基準温度未満のときには、図２に示すように、第１流量調整弁Ｖ１を閉状態とすると共に第２流量調整弁Ｖ２を開状態として、給水配管Ｌ６からの給水を貯湯槽迂回給水配管Ｌ１を通流する形態で、給水を湯水吐出配管Ｌ８を介して渡り配管部Ｌ２へ導く。

〔給湯暖房設備の構成〕
給湯暖房設備４０は、給湯栓３１から目標給湯温度の湯水を出湯する給湯運転、床暖房パネルや浴室暖房乾燥機等の暖房負荷端末３２に熱を供給する暖房運転、浴槽３３の湯水を追焚する追焚運転等を実行可能に構成されている。
具体的には、給湯暖房設備４０は、給湯運転を実行すべく、渡り配管部Ｌ２が接続される補助加熱部３０と、補助加熱部３０にて加熱された湯水を給湯栓３１まで導く湯水配管Ｌ３と、補助加熱部３０の出口の湯水温度を検出する第１温度センサ３４とを備える。本実施形態では、補助加熱部３０は、燃焼用空気と燃料ガスとを混合して燃焼するバーナ３０ｂと、バーナ３０ｂの燃焼排ガスと湯水とを熱交換させる補助加熱用熱交換器３０ｃと、バーナ３０ｂに燃焼用空気を送るファン３０ａとを備える。このような構成により、相対的に低温の湯水（給水）が低温のままで補助加熱部３０に供給されたとしても、補助加熱部３０を加熱作動させることで、給湯の用を果たすことができる。

給湯暖房設備４０は、暖房運転を実行すべく、補助加熱部３０の下流側の湯水配管Ｌ３に接続される暖房用湯水配管Ｌ４と、暖房用湯水配管Ｌ４を通流する湯水と熱媒とを熱交換する第２熱交換器ＨＥ２と、暖房用湯水配管Ｌ４を開閉する第３開閉弁Ｖ３と、暖房用湯水配管Ｌ４を通流した後の湯水を貯湯槽１０の下部に戻す戻り配管Ｌ７と、戻り配管Ｌ７に設けられ暖房用湯水配管Ｌ４を通流する湯水流量を調整可能な第５循環ポンプＰ５とを備える。第２熱交換器ＨＥ２と暖房負荷端末３２との間には、熱媒を循環可能な第３循環路Ｃ３と、第３循環路Ｃ３の熱媒を圧送する第３循環ポンプＰ３とが設けられている。

このような構成により、操作部６０にて暖房運転の操作指令が要求暖房温度と共に入力される場合、第３循環ポンプＰ３と第５循環ポンプＰ５とを作動させると共に、第１流量調整弁Ｖ１と第３開閉弁Ｖ３とを開状態とし、貯湯槽１０に貯湯される湯水を、渡り配管部Ｌ２、湯水配管Ｌ３の一部、暖房用湯水配管Ｌ４、戻り配管Ｌ７、及び貯湯槽１０にて構成される回路に循環させると共に、第３循環路Ｃ３に熱媒を循環させる。このとき、貯湯槽１０の上部から吐出される湯水温度（第３温度センサ２４の検出温度）が要求暖房温度以下の場合、補助加熱部３０の出口の湯水温度（第１温度センサ３４の検出温度）が要求暖房温度となるように、補助加熱部３０の燃焼状態を制御して、暖房運転を実行する。

給湯暖房設備４０は、浴槽３３の湯水を追焚する追焚運転を実行すべく、補助加熱部３０の下流側の湯水配管Ｌ３に接続される追焚用湯水配管Ｌ５と、追焚用湯水配管Ｌ５を通流する湯水と熱媒とを熱交換する第３熱交換器ＨＥ３と、追焚用湯水配管Ｌ５を開閉する第４開閉弁Ｖ４とを備え、追焚用湯水配管Ｌ５を通流した後の湯水は、戻り配管Ｌ７にて貯湯槽１０の下部に戻される。尚、追焚用湯水配管Ｌ５を通流する湯水流量は、戻り配管Ｌ７に設けられる第５循環ポンプＰ５にて調整される。第３熱交換器ＨＥ３と浴槽３３との間には、熱媒を循環可能な第４循環路Ｃ４と、第４循環路Ｃ４の熱媒を圧送する第４循環ポンプＰ４とが設けられている。

このような構成により、操作部６０にて追焚運転の操作指令が要求追焚温度と共に入力される場合、第４循環ポンプＰ４と第５循環ポンプＰ５とを作動させると共に、第１流量調整弁Ｖ１と第４開閉弁Ｖ４とを開状態とし、貯湯槽１０に貯湯される湯水を、渡り配管部Ｌ２、湯水配管Ｌ３の一部、追焚用湯水配管Ｌ５、戻り配管Ｌ７、及び貯湯槽１０にて構成される回路に循環させると共に、第４循環路Ｃ４に熱媒を循環させる。このとき、貯湯槽１０の上部から吐出される湯水温度（第３温度センサ２４の検出温度）が要求追焚温度以下の場合、補助加熱部３０の出口の湯水温度（第１温度センサ３４の検出温度）が要求追焚温度となるように、補助加熱部３０の燃焼状態を制御して、追焚運転を実行する。

次に、本発明の貯湯式給湯装置の構成について説明する。
本発明の貯湯式給湯装置は、水源部Ｓと、湯水供給路Ｌｓと、補助加熱部３０と、制御装置５０とを備える。

水源部Ｓは、相対的に高温の湯水を貯える貯湯槽１０、及び、相対的に低温の湯水を供給する給水路（貯湯槽迂回給水配管Ｌ１）を有する。上述したように、貯湯槽１０から出湯された相対的に高温の湯水が流れる湯水吐出配管Ｌ８と、相対的に低温の湯水が流れる貯湯槽迂回給水配管Ｌ１とは、合流部位２２で合流される。加えて、合流部位２２よりも上流側の湯水吐出配管Ｌ８には第１流量調整弁Ｖ１が設けられ、合流部位２２よりも上流側の貯湯槽迂回給水配管Ｌ１には第２流量調整弁Ｖ２が設けられる。そして、制御装置５０が第１流量調整弁Ｖ１及び第２流量調整弁Ｖ２の開度を調整することで、水源部Ｓから（即ち、出湯部位２１から）外部に出湯される湯水の温度が制御される。このように、水源部Ｓは、前記貯湯槽から供給される湯水及び前記給水路から供給される湯水の少なくとも何れか一方を外部に供給する。

湯水供給路Ｌｓは、水源部Ｓと給湯栓３１との間に接続され、水源部Ｓから供給される湯水が流れる。本実施形態では、湯水供給路Ｌｓは、コージェネレーションシステム２０の出湯部位２１と給湯暖房設備４０との間を接続する渡り配管部Ｌ２、及び、給湯暖房設備４０の内部で湯水を給湯栓３１まで供給する湯水配管Ｌ３とを有する。
上述した補助加熱部３０は、湯水供給路Ｌｓの途中、特に、給湯暖房設備４０の内部の湯水配管Ｌ３の途中に設けられ、水源部Ｓから供給される湯水を加熱可能である。

制御装置５０は、貯湯槽１０に貯えられている湯水を湯水供給路Ｌｓに流しながら給湯栓３１から湯水を給湯する第１給湯運転と、貯湯槽１０に貯えられている湯水を使わずに、給水路（貯湯槽迂回給水配管Ｌ１）から供給される湯水を湯水供給路Ｌｓに流しながら給湯栓３１から湯水を給湯する第２給湯運転とを切り換えながら行わせることができる。

以上が、本願に係るコージェネレーションシステム２０と給湯暖房設備４０との接続関係であるが、以下、第１給湯運転が行われるときに適切な温度の湯水が給湯栓から給湯されるようにした本願独特の構成について説明する。尚、本願では、目標給湯温度未満の湯水の給湯栓３１からの供給、即ち、給湯栓３１が開栓された直後で配管内に残留している低温の湯水の供給は「出湯」とせず、目標給湯温度の湯水の給湯栓３１からの供給を「出湯」とする。

上述のように、給湯暖房設備４０に対しコージェネレーションシステム２０を後付けする場合等にあっては、設置空間との関係で、給湯暖房設備４０からコージェネレーションシステム２０を離間させて設けなければならず、コージェネレーションシステム２０から給湯暖房設備４０へ湯水を導く渡り配管部Ｌ２の配管長が長くなることがある。そして、前回の給湯から時間が経過した等の理由により、給湯栓３１からの湯水の給湯開始時点で渡り配管部Ｌ２に滞留している滞留湯水の温度が相対的に低くなっている、即ち、渡り配管部Ｌ２の温度も低くなっていることがある。このような場合、第１給湯運転を行って水源部Ｓから供給された湯水の温度が渡り配管部Ｌ２を流れたとき、湯水が渡り配管部Ｌ２を流れる間に湯水の温度低下が発生することもある。特に、上述のように渡り配管部Ｌ２の配管長が長くなった場合には、渡り配管部Ｌ２での湯水の温度低下が特に顕著に現れる可能性が高くなる。

そこで、図３に示すように、本願の貯湯式給湯装置にあっては、上記問題を解消すべく、制御装置５０は、給湯栓３１からの湯水の給湯を要求する給湯指令に応じて第１給湯運転を行うとき、給湯栓３１からの湯水の給湯開始から所定の過渡期間（Δｔ）の間は、水源部Ｓから供給される湯水の温度を目標給湯温度よりも所定の過渡温度差（ΔＴ）だけ高い温度に調節し、及び、所定の過渡期間（Δｔ）の経過後、給湯栓３１からの湯水の給湯停止に至るまでの間は、水源部Ｓから供給される湯水の温度を目標給湯温度に調節する。
これに対して、制御装置５０は、給湯指令に応じて第２給湯運転を行うとき、給湯栓３１からの湯水の給湯開始から給湯停止に至るまでの間、補助加熱部３０で加熱された後の湯水の温度が目標給湯温度となるように補助加熱部３０を加熱作動させる。
以下に「過渡温度差（ΔＴ）」及び「過渡期間（Δｔ）」の導出手法について説明する。

〔過渡温度差〕
制御装置５０は、給湯栓３１からの湯水の給湯開始の時点で湯水供給路Ｌｓの途中の水源部Ｓと補助加熱部３０との間の渡り配管部Ｌ２内に滞留している滞留湯水の温度又はその予測温度と目標給湯温度との温度差を、過渡温度差として導出する。具体的には、制御装置５０は、今回の給湯指令があった時点で、渡り配管部Ｌ２に滞留している湯水の温度或いは渡り配管部Ｌ２自体の温度：Ｔ１を推定或いは実測し、その温度：Ｔ１と今回の給湯指令における目標給湯温度：Ｔ０との温度差に基づいて、以下の数式１で表す上記過渡温度差：ΔＴを導出する。ここで、目標給湯温度：Ｔ０は、操作部６０にて使用者から指定された温度値である。

ΔＴ＝Ｔ０−Ｔ１［℃］ ・・・・・（数式１）

制御装置５０は、前回に給湯栓３１から給湯が行われた後、今回の給湯指令があるまでの間に、渡り配管部Ｌ２に滞留している湯水及び渡り配管部Ｌ２自体は放熱によって温度が低下することを考慮して、今回の給湯指令があった時点での渡り配管部Ｌ２に滞留している湯水或いは渡り配管部Ｌ２自体の予測温度：Ｔ１は以下のようにして導出する。尚、今回の給湯指令があった時点での渡り配管部Ｌ２に滞留している湯水或いは渡り配管部Ｌ２自体の温度を実測する場合、この予測温度の導出手法は不要である。

先ず、微小時間ｄｔに、単位配管長につきＲの熱抵抗を持った配管に留まり、渡り配管部Ｌ２の周囲の雰囲気温度：Ｔ２から渡り配管内の体積Ｖの水に伝わる熱量は、水の温度がｄＴだけ下降したとすれば単位長さの放熱量に等しいことから以下の数式２で表される。ここで、Ｒ（Ｋ・ｓｅｃ・ｍ／Ｊ）は渡り配管部Ｌ２の熱抵抗であり、ρは密度［ｋｇ／ｍ³］であり、ｃ（Ｊ／ｇ・Ｋ）は渡り配管部Ｌ２の比熱である。また、渡り配管部Ｌ２の周囲の雰囲気温度：Ｔ２は、図示しない温度センサ（例えば、熱電併給装置１１が利用している外気温度計や凍結防止用途で利用されている温度計など）によって検知できる。

ｃ×ρ×Ｖ×ｄＴ＝１／Ｒ×（Ｔ２−Ｔ１）×ｄｔ ・・・・・（数式２）

熱抵抗Ｒは、渡り配管部Ｌ２の管内面の熱抵抗：Ｒ１、渡り配管部Ｌ２の管材の熱抵抗：Ｒ２、渡り配管部Ｌ２の管外面の熱抵抗：Ｒ３の直列合成であるのでＲ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）とする。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、管内面の熱伝達率：α１（Ｊ／Ｋ・ｓｅｃ・ｍ³）、管材の熱伝達率：α２（Ｊ／Ｋ・ｓｅｃ・ｍ³）、管外面の熱伝達率：α３（Ｊ／Ｋ・ｓｅｃ・ｍ³）、管内面の半径：ｒ１（ｍ）、管外面の半径：ｒ２（ｍ）、渡り配管部Ｌ２の熱伝導率：λ［Ｊ／（Ｋ・ｓｅｃ・ｍ）］を用いて以下のように表される

Ｒ１＝１／（２×π×ｒ１×α１） ［Ｋ・ｓｅｃ・ｍ／Ｊ］ ・・・・・（数式３）
Ｒ２＝１／（２×π×λ）×ｌｎ（ｒ２／ｒ１） ［Ｋ・ｓｅｃ・ｍ／Ｊ］ （数式４）
Ｒ３＝１／（２×π×ｒ２×α２） ［Ｋ・ｓｅｃ・ｍ／Ｊ］ ・・・・・（数式５）

そして、上記数式２を変形すると、以下の数式６が得られる。

ｄＴ＝（Ｔ２−Ｔ１）／（ｃ×ρ×Ｖ×Ｒ）×ｄｔ ・・・・・（数式６）

以上のことより、以下の数式７が得られる。

Ｔ１＝前回の目標給湯温度−ｄＴ ・・・・・（数式７）

従って、制御装置５０は、このＴ１の値を用いて、数式１から過渡温度差：ΔＴを導出することができる。そして、制御装置５０は、今回の給湯指令があった時点で、今回の給湯指令における目標給湯温度：Ｔ０に対して上記過渡温度差：ΔＴを加算して得られる温度の湯水が水源部Ｓから供給されるような制御を行う。

〔過渡期間〕
上記過渡期間は、給湯栓３１からの湯水の給湯開始の時点で湯水供給路Ｌｓの途中の水源部Ｓと補助加熱部３０との間の渡り配管部Ｌ２内に滞留していた滞留湯水が補助加熱部３０の通過を完了したと見なすことができる期間である。過渡期間：ｔ（秒）と、滞留湯水の量：Ｌ（リットル）と、給湯栓３１からの湯水の給湯中の単位時間当たりの湯水流量：Ｑ（リットル／秒）との関係は、以下の数式８で表すことができる。

ｔ＝Ｌ／Ｑ ・・・・・（数式８）

上記数式８において、給湯栓３１からの湯水の給湯中の単位時間当たりの湯水流量：Ｑは、流量計測手段としての流量センサＦが計測する湯水流量を利用できる。
また、上記数式８において、給湯栓３１からの湯水の給湯開始の時点で湯水供給路Ｌｓの途中の水源部Ｓと補助加熱部３０との間の渡り配管部Ｌ２内に滞留していた滞留湯水の量：Ｌは、以下に記載する渡り配管部Ｌ２の配管容量（滞留湯水の量：Ｌ）の推定手法を用いて推定できる。

〔渡り配管部の配管容量の推定手法１〕
以下に説明するように、本実施形態の貯湯式給湯装置は、渡り配管部Ｌ２の上流端の湯水の温度に変化を与える温度変化付与操作を実行する温度変化付与手段（弁開度制御部５０ｃ、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２）と、その温度変化付与操作が実行されたときに、渡り配管部Ｌ２の下流端の湯水の温度変化を検出する第１温度センサ３４と、上記温度変化付与手段（５０ｃ，Ｖ１，Ｖ２）が湯水に温度変化を与えてから第１温度センサ３４が温度変化を検出するまでの経過時間ｔ１と、その経過時間ｔ１に流量計測手段（流量センサＦ）が測定した測定流量とに基づいて渡り配管部Ｌ２の配管容量（滞留湯水の量：Ｌ）を推定する配管容量推定手段５０ｂとを備えている。

図１及び図２に示すように、制御装置５０は、加熱タイミング設定手段５０ａと配管容量推定手段５０ｂと弁開度制御部５０ｃとを備える。
弁開度制御部５０ｃは、渡り配管部Ｌ２の上流端から流入する湯水に温度変化を与えるべく、湯水吐出配管Ｌ８から吐出される湯水流量を調整する第１流量調整弁Ｖ１の弁開度と、湯水吐出配管Ｌ８に接続して給水を供給する貯湯槽迂回給水配管Ｌ１（第１給水配管の一例）を通流する給水流量を調整する第２流量調整弁Ｖ２の弁開度を制御する。説明を追加すると、弁開度制御部５０ｃは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第２流量調整弁Ｖ２を一定の開度に維持している状態で、第１流量調整弁Ｖ１を所定期間開状態に制御する。これにより、渡り配管部Ｌ２の上流端の湯水温度を、例えば、所定時間幅だけ高温にさせる温度変化を付与することができる。即ち、弁開度制御部５０ｃ、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２が、温度変化付与手段として働く。
ここで、温度変化付与手段にて付与される温度変化は、その温度変化の付与後、ただちに渡り配管部Ｌ２の上流端へ流入するものとする。
温度変化付与手段にて付与された温度変化は、渡り配管部Ｌ２の下流端にて、図４（ｃ）に示されるように、所定時間幅より幅広で、徐々に昇温して徐々に降温する形態の温度ピークを有する高温波として検出される。高温波の検出は、例えば、渡り配管部Ｌ２の下流端の近傍で、補助加熱部３０の出口温度を検出する第１温度センサ３４にて検出される。本実施形態では、図４（ｃ）に示すように、第１温度センサ３４が検出する湯水温度が判定温度閾値Ｔαを超えたとき、又は湯水温度の温度上昇率が判定温度上昇率αを超えたときに、湯水の温度変化として検出される。

そして、配管容量推定手段５０ｂは、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように、渡り配管部Ｌ２の上流端にて温度変化が付与されたタイミングから第１温度センサ３４が温度変化を検出するタイミングまでの経過時間ｔ１に亘って、経過時間ｔ１に流量センサＦが測定した測定流量を積分することで、配管容量（滞留湯水の量：Ｌ）を導出する。
このように、渡り配管部Ｌ２の配管容量は、例えば、機器の設置時等の試運転時に推定された後、制御装置５０の記憶部（図示せず）に記憶され、必要に応じて、加熱タイミング設定手段５０ａから呼び出し可能に構成される。

加熱タイミング設定手段５０ａは、上述の如く、推定された渡り配管部Ｌ２の配管容量（滞留湯水の量：Ｌ）に、第１給湯運転時に流量センサＦにて測定される単位時間あたりの湯水流量：Ｑにて除算して上記過渡期間ｔ＝Ｌ／Ｑを導出して、その過渡期間の間を、水源部Ｓから供給される湯水の温度を目標給湯温度よりも所定の過渡温度差だけ高い温度に調節する期間に設定する。
尚、第１給湯運転時における流量センサＦにて測定される単位時間あたりの湯水流量：Ｑは、給湯毎に異なることが想定されるので、複数回の第１給湯運転時において測定される単位時間あたりの湯水流量：Ｑの平均値が、好適に使用できる。

以上のように、制御装置５０は、給湯栓３１からの湯水の給湯を要求する給湯指令に応じて第１給湯運転を行うとき、給湯栓３１からの湯水の給湯開始から所定の過渡期間の間は、水源部Ｓから供給される湯水の温度を目標給湯温度よりも所定の過渡温度差だけ高い温度に調節し、及び、所定の過渡期間の経過後、給湯栓３１からの湯水の給湯停止に至るまでの間は、水源部Ｓから供給される湯水の温度を目標給湯温度に調節する。つまり、給湯栓３１からの湯水の給湯開始時点で渡り配管部Ｌ２に滞留している滞留湯水の温度が相対的に低くなっていても（即ち、渡り配管部Ｌ２の温度も低くなっていることで、水源部Ｓから供給された湯水の温度が渡り配管部Ｌ２を流れる間に低下するとしても）、給湯栓３１からの湯水の給湯開始から所定の過渡期間の間は、水源部Ｓから供給される湯水の温度を目標給湯温度よりも所定の過渡温度差だけ高い温度に調節して供給することで、給湯栓３１から出湯される湯水の温度を目標給湯温度に近付けることができる。

また、制御装置５０は、過渡期間の間での補助加熱部３０の出力状態、即ち、滞留湯水を目標給湯温度まで昇温するのに要するガス量：ｑ（ｍ³）を以下の数式９のように導出すればよい。尚、数式９では、滞留湯水の量：Ｌ（ｍ³）、給湯栓３１から給湯する目標給湯温度：Ｔ０（Ｋ）、滞留湯水の温度：Ｔ１（Ｋ）、比熱：ｃ（Ｊ／ｇ・Ｋ）としている。また、１（ｍ³）当たりのガスの熱量を４５（ＭＪ）としている。ここで、給湯栓３１から給湯する目標給湯温度：Ｔ０（Ｋ）は、操作部６０にて使用者から指定された温度値であり、滞留湯水の温度：Ｔ１（Ｋ）は、上記数式７で導出した値を利用できる。

ｑ＝４．２×Ｖ×（Ｔ０−Ｔ１）／４５００ ・・・・・（数式９）

従って、制御装置５０は、過渡期間：ｔの間にガス量：ｑの燃焼を行わせればよいので、給湯栓３１からの湯水の給湯中の単位時間当たりの湯水流量が一定である場合には単位時間当たりにｑ／ｔのガス量を補助加熱部３０で燃焼させればよい。

加えて、制御装置５０は、第１給湯運転で補助加熱部３０を加熱作動させるのは、給湯栓３１からの湯水の給湯開始から過渡期間、即ち、給湯栓３１からの湯水の給湯開始の時点で湯水供給路Ｌｓの途中の水源部Ｓと補助加熱部３０との間の渡り配管部Ｌ２内に滞留していた滞留湯水が補助加熱部３０の通過を完了したと見なすことができる期間の間だけであり、その過渡期間の経過後、給湯栓３１からの湯水の給湯停止に至るまでの間は、補助加熱部３０を加熱作動させない。つまり、第１給湯運転では、補助加熱部３０による加熱が行われる期間を上記過渡期間に限定したことで、その過渡期間の経過後（即ち、湯水が渡り配管部Ｌ２を流れる間に温度低下が発生しないと見なすことができる期間）は補助加熱部３０による加熱が行われないようにできる。その結果、給湯栓３１から給湯される湯水の温度が不意に高くなることを避けることができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の貯湯式給湯装置は、渡り配管部Ｌ２の配管容量（滞留湯水の量：Ｌ）の推定手法が上記第１実施形態と異なっている。以下に第２実施形態の貯湯式給湯装置について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

〔渡り配管部の配管容量の推定手法２〕
図５に示すように、湯水吐出配管Ｌ８の下流端で渡り配管部Ｌ２の上流側にあたる部位の湯水温度を検出する第２温度センサ２３を設けてある。
弁開度制御部５０ｃは、第１流量調整弁Ｖ１の弁開度と、第２流量調整弁Ｖ２の弁開度との双方を変化させた後、双方の弁開度を一定に維持する。これにより、例えば、渡り配管部Ｌ２の上流端で第２温度センサ２３にて検出される湯水温度は、図６（ａ）に示すように、所定の時間幅で経時的に変化すると共に、渡り配管部Ｌ２の下流端で第１温度センサ３４にて検出される湯水温度は、図６（ｂ）に示すように、第２温度センサ２３にて検出される湯水温度の経時変化に略近い状態の経時変化を、湯水が渡り配管部Ｌ２を通流する時間経過した後に検出する。
差分時間導出手段５０ｄは、第１温度センサ３４にて検出された湯水温度の経時変化と、第２温度センサ２３にて検出された湯水温度の経時変化との相関が最も高くなる両者の差分時間ｔ２を導出する。当該差分時間ｔ２は、湯水が渡り配管部Ｌ２を通過する時間であるので、配管容量推定手段５０ｂは、図６（ｃ）に示すように、当該差分時間ｔ２に亘って、差分時間ｔ２の導出時に流量センサＦにて測定される単位時間あたりの湯水流量：Ｑを積分する形態で、渡り配管部Ｌ２の配管容量（滞留湯水の量：Ｌ）を導出する。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、本発明の貯湯式給湯装置が設けられるシステムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、流量計測手段としての流量センサＦは、給湯運転時に、貯湯槽１０への給水を通流する給水配管Ｌ６を通流する湯水流量を測定する例を示した。しかしながら、当該流量センサＦは、給湯栓３１からの湯水の給湯中の単位時間当たりの湯水流量を計測する目的で設けているものであるから、渡り配管部Ｌ２を通流する湯水流量を測定できれば良い。この意味で、当該流量センサＦは、渡り配管部Ｌ２又は湯水配管Ｌ３に設けても構わない。

他にも、熱電併給装置１１を貯湯槽１０の熱源として利用するシステムを例示したが、例えば、ガスエンジン等の熱のみを供給可能な熱源装置を貯湯槽１０の熱源として利用することもできる。

＜２＞
上記実施形態では、渡り配管部Ｌ２の配管容量（即ち、滞留湯水の量：Ｌ）を推定する手法について説明したが、渡り配管部Ｌ２の配管径及び配管長が測定できる場合には、制御装置５０が、それらの値から渡り配管部Ｌ２の配管容量を導出してもよい。

＜３＞
上記実施形態において、温度変化の付与及び温度変化の検出に関しては、渡り配管部Ｌ２の容量を測定可能な形態であれば、どのような温度変化の付与形態及び温度変化の検出形態を採用しても構わない。例えば、第２流量調整弁Ｖ２を一定の開度に維持している状態で第１流量調整弁Ｖ１の弁開度を徐々に増加させた後に徐々に減少させて温度変化を付与すると共に、渡り配管部Ｌ２の下流端での湯水温度（第１温度センサ３４にて検出される湯水温度）が昇温から降温への変化を、温度変化として検出する形態を採用することもできる。

＜４＞
上記実施形態では、図３に例示したように、過渡温度差（ΔＴ）が過渡期間（Δｔ）の間で一定である場合を説明したが、例えば、過渡温度差を過渡期間の間で徐々に減少させてもよい。つまり、制御装置５０は、数式１に基づいて導出する温度（ΔＴ）を過渡温度差の初期値とし、過渡期間が経過するとともに過渡温度差を減少させてもよい。

本発明は、適切な温度の湯水が給湯栓から給湯されるようにした貯湯式給湯装置に利用できる。

１０ ：貯湯槽
３０ ：補助加熱部
３１ ：給湯栓
５０ ：制御装置（制御手段）
Ｆ ：流量センサ（流量計測手段）
Ｌ１ ：貯湯槽迂回給水配管（給水路）
Ｌ２ ：渡り配管部
Ｌ６ ：給水配管（給水路）
Ｌｓ ：湯水供給路
Ｓ ：水源部

Claims (3)

1. 相対的に高温の湯水を貯える貯湯槽、及び、相対的に低温の湯水を供給する給水路を有し、前記貯湯槽から供給される湯水及び前記給水路から供給される湯水の少なくとも何れか一方を外部に供給する水源部と、前記水源部と給湯栓との間に接続され、前記水源部から供給される湯水が流れる湯水供給路と、前記湯水供給路の途中に設けられ、前記水源部から供給される湯水を加熱可能な補助加熱部と、前記貯湯槽に貯えられている湯水を前記湯水供給路に流しながら前記給湯栓から湯水を給湯する第１給湯運転と、前記貯湯槽に貯えられている湯水を使わずに、前記給水路から供給される湯水を前記湯水供給路に流しながら前記給湯栓から湯水を給湯する第２給湯運転とを切り換えながら行う制御手段とを備える貯湯式給湯装置であって、
   前記制御手段は、
   前記給湯栓からの湯水の給湯を要求する給湯指令に応じて前記第１給湯運転を行うとき、前記給湯栓からの湯水の給湯開始から所定の過渡期間の間は、前記水源部から供給される湯水の温度を目標給湯温度よりも所定の過渡温度差だけ高い温度に調節し、及び、前記所定の過渡期間の経過後、前記給湯栓からの湯水の給湯停止に至るまでの間は、前記水源部から供給される湯水の温度を前記目標給湯温度に調節し、
   前記給湯指令に応じて前記第２給湯運転を行うとき、前記給湯栓からの湯水の給湯開始から給湯停止に至るまでの間、前記補助加熱部で加熱された後の湯水の温度が前記目標給湯温度となるように前記補助加熱部を加熱作動させ、
   前記制御手段は、前記給湯栓からの湯水の給湯開始の時点で前記湯水供給路の途中の前記水源部と前記補助加熱部との間の渡り配管部内に滞留している滞留湯水の温度又はその予測温度と前記目標給湯温度との温度差を、前記所定の過渡温度差として導出する貯湯式給湯装置。
2. 前記制御手段は、前記貯湯槽から供給できる湯水の温度が基準温度以上のときに前記第１給湯運転を行い、前記貯湯槽から供給できる湯水の温度が前記基準温度未満のときに前記第２給湯運転を行う請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記制御手段は、前記第１給湯運転を行うとき、前記貯湯槽から供給される湯水と前記給水路から供給される湯水との混合量を制御して、前記水源部から供給される湯水の温度を調節する請求項１又は２に記載の貯湯式給湯装置。

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