(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯える貯湯槽と、
貯湯槽からの温水を水道水と混合して目標混合温度に調温するミキシングユニットと、
ミキシングユニットからの温水を必要に応じて加熱して温水利用箇所へ送る熱源機と、
温水利用箇所での給湯設定温度を取得する給湯温度設定手段と、
貯湯槽内の温水の温度を検出する貯湯温度検出手段と、
熱源機が着火したか否かを検出する着火検出手段と、
熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度を検出する給湯温度検出手段と、
ミキシングユニットと熱源機の動作を制御するコントローラを備え、
その熱源機は、燃焼運転中に、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度が給湯上限温度を超える場合に、消火するように構成されており、
そのコントローラは、給湯設定温度が給湯上限温度である場合に、貯湯槽内の温水の温度が給湯設定温度に基づく基準温度を下回ると、先ず給湯設定温度よりも低い第１目標混合温度でミキシングユニットに調温させ、その後に熱源機に着火させ、熱源機の着火が検出された後に、第１目標混合温度よりも低い第２目標混合温度でミキシングユニットに調温させることを特徴とする貯湯式給湯システム。
【請求項２】
熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量を検出する流量検出手段をさらに備え、
前記第１目標混合温度は、給湯設定温度と、熱源機が着火する際の燃焼量と、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量から算出されることを特徴とする、請求項１の貯湯式給湯システム。
【請求項３】
前記第２目標混合温度は、給湯設定温度と、熱源機が着火する際の燃焼量より大きな燃焼量と、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量から算出されることを特徴とする、請求項２の貯湯式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電熱や太陽熱等で加熱された温水を貯湯槽に貯湯しておき、貯湯槽に貯湯しておいた温水を利用して必要時に給湯する貯湯式給湯システムに関する。特に、給湯設定温度が給湯上限温度であるときの給湯温度を安定させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電熱や太陽熱等で加熱された温水を貯湯しておいて給湯する給湯システムが知られている。発電熱や太陽熱等で加熱された温水は貯湯槽に貯湯される。給湯運転時には、温水利用箇所で必要とする温水温度（給湯設定温度）よりも高温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、貯湯槽から送り出される温水と水道水（冷水）をミキシングユニットで混合することによって必要温度に冷却して給湯する（非燃焼給湯運転）。温水利用箇所で必要とする温水温度（給湯設定温度）よりも低温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、給湯器（熱源機）等で加熱して給湯する（燃焼給湯運転）必要があるが、水道水を給湯器等で加熱して給湯するときに比して必要な熱量は少なくてすむ。貯湯式給湯システムは、総合的なエネルギー効率が高い。
【０００３】
貯湯式給湯システムでは、給湯中に給湯温度が変動すると使用者に不快感を与えるため、給湯温度の変動をできるだけ抑制する技術が求められている。
例えば特許文献１の給湯システムでは、燃焼給湯運転時に、ミキシングユニットで給湯設定温度より低温の所定の目標混合温度に調温される。調温された温水は熱源機に送り出され、熱源機で給湯設定温度まで加熱され、給湯される。熱源機の点火や消火のタイミングは、ミキシングユニットと熱源機を接続する配管の容量に応じて決定される。この制御によれば、非燃焼給湯運転と燃焼給湯運転との切換時の給湯温度の変動を抑制することができるとしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４２５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に給湯システムでは、給湯上限温度（例えば６０℃）を超える温水が給湯されることを防止するための安全対策が採られている。このような安全対策として、例えば熱源機の下流に取付けられている温度検出手段が給湯上限温度を超える温度を検出すると、直ちに熱源機を消火するように作動する構成が用いられる。さらに、熱源機による加熱を行うことによって給湯上限温度を超える温水が給湯される可能性がある場合に、熱源機の着火を禁止する構成とされることもある。従って、給湯設定温度が給湯上限温度であるときに、給湯設定温度以上の温水、つまり６０℃以上の温水が給湯されると、安全面での配慮から熱源機が消火される。熱源機が消火されてしまうと、再度点火動作を開始して着火するまでには、少なからず時間がかかる。熱源機が着火するまでの間に、熱源機によって加熱されるはずの温水が加熱されることなく給湯される。この間、給湯温度が急激に低下し、しばらく低温水が給湯され続けることとなる。このような事情から、給湯上限温度の温水を給湯する場合、それより低い温度の温水を給湯する場合にくらべて、湯温を安定させることが困難となる。
【０００６】
特許文献１の給湯システムでは、燃焼給湯運転を行っている間も、給湯される流量に関係なくミキシングユニットでの目標混合温度を設定している。燃焼給湯運転を行っている間に給湯流量が減少すれば、熱源機が同じ燃焼量で加熱している場合でも、温水の温度上昇幅は大きくなる。従って、燃焼給湯運転を行っているときに、急激な流量の減少が生じると、目標混合温度の温水が熱源機によって過大な燃焼量で過熱され、給湯設定温度以上の温水が給湯される可能性がある。給湯設定温度以上の温水、つまり給湯上限温度以上の温水が給湯されると、安全面での配慮から熱源機が消火される。熱源機が消火され、その後に再度着火がなされることで、実際に給湯される温水の温度は大きく変動してしまう。このように、特許文献１の給湯システムの技術では、給湯設定温度が給湯上限温度であるとき、安全対策の作用によって熱源機が消えたり点いたりしてしまい、給湯される温水の温度を安定させることが困難となる。
【０００７】
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものである。本発明では、給湯設定温度が給湯上限温度であるときに、給湯温度の大きな変動を抑制することができる貯湯式給湯システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の貯湯式給湯システムは、温水を貯える貯湯槽と、貯湯槽からの温水を水道水と混合して目標混合温度に調温するミキシングユニットと、ミキシングユニットからの温水を必要に応じて加熱して温水利用箇所へ送る熱源機と、温水利用箇所での給湯設定温度を取得する給湯温度設定手段と、貯湯槽内の温水の温度を検出する貯湯温度検出手段と、熱源機が着火したか否かを検出する着火検出手段と、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度を検出する給湯温度検出手段と、ミキシングユニットと熱源機の動作を制御するコントローラを備えている。その熱源機は、燃焼運転中に、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度が給湯上限温度を超える場合に、消火するように構成されている。そのコントローラは、給湯設定温度が給湯上限温度である場合に、貯湯槽内の温水の温度が給湯設定温度に基づく基準温度を下回ると、先ず給湯設定温度より低い第１目標混合温度でミキシングユニットに調温させ、その後に熱源機に着火させ、熱源機の着火が検出された後に、第１目標混合温度よりも低い第２目標混合温度でミキシングユニットに調温させる。
【０００９】
上記の貯湯式給湯システムは、貯湯槽からの温水を水道水と混合するミキシングユニットと、必要に応じてミキシングユニットからの温水を加熱する熱源機を備えている。従って、貯湯槽内の温水の温度に応じて、貯湯槽からの温水を加熱することなく給湯設定温度に調温して温水利用箇所へ供給する非燃焼給湯運転を行うこともできるし、貯湯槽からの温水を給湯設定温度まで加熱して温水利用箇所へ供給する燃焼給湯運転を行うこともできる。
上記の貯湯式給湯システムでは、給湯設定温度が給湯上限温度である場合、非燃焼給湯運転から燃焼給湯運転への切換えを以下の手順によって行う。すなわち、非燃焼給湯運転を行っている際に、貯湯槽内の温水の温度が低下していって、給湯設定温度に基づく基準温度を下回ると、コントローラは非燃焼給湯運転から燃焼給湯運転に切換える。この場合に、先ず給湯設定温度よりも低い第１目標混合温度でミキシングユニットに調温させ、その後に熱源機に着火させる。これによって、ミキシングユニットで給湯設定温度よりも低い温度に調温された温水が熱源機で着火されることになり、熱源機から送り出される温水の温度が給湯上限温度を超える事態が防止される。さらにその後、熱源機の着火を検知すると、第１目標混合温度よりもさらに低い第２目標混合温度でミキシングユニットに調温させる。この結果、ミキシングユニットから熱源機へは低めの温度に調温された温水が流入するため、熱源機の着火が検知された後は、熱源機は着火時の燃焼量に比べて大きな燃焼量で温水を加熱し、給湯設定温度の温水を送り出す。このような燃焼給湯運転を行っている間に、給湯される流量が急激に減少した場合でも、もともとミキシングユニットから熱源機へ送られる温水の温度は低めに調温されているから、熱源機の燃焼量を下げることによって、熱源機から送り出される温水の温度が給湯上限温度を超える事態を防ぐことができる。
【００１０】
上記のように、本発明の貯湯式給湯システムでは、給湯設定温度が給湯上限温度である場合でも、非燃焼給湯運転から燃焼給湯運転への切換わりにおいて、熱源機から送り出される温水の温度が給湯上限温度を超えることがない。従って、上記の貯湯式給湯システムによれば、給湯上限温度を超える温水が給湯されることを防止する安全対策が採られている場合であっても、熱源機が消火したり再着火したりすることがない。給湯設定温度として給湯上限温度が設定されている場合でも、安定した湯温で給湯を行うことができる。
【００１１】
なお本発明の貯湯式給湯システムでは、ミキシングユニットで調温される温水の温度を段階的に下げる構成としており、熱源機の着火が検知されるまではミキシングユニットで調温される温水の温度を第２目標混合温度まで下げることがない。このような構成とすることによって、制御の遅れによって熱源機の点火タイミングが遅れてしまう場合であっても、熱源機の着火が検知されるまではミキシングユニットから第１目標混合温度に調温された温水が供給されるので、給湯温度の大幅なアンダーシュートが抑止される。
【００１２】
本発明の貯湯式給湯システムでは、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量を検出する流量検出手段をさらに備えており、第１目標混合温度が、給湯設定温度と、熱源機が着火する際の燃焼量と、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量から算出されることが好ましい。
【００１３】
本発明では第１目標混合温度を、熱源機が着火する際の燃焼量で加熱されることによって給湯設定温度となる温水の温度としている。このような第１目標混合温度は、第１目標混合温度＝給湯設定温度−着火の際の燃焼量／（流量×温水の比熱）として算出される。第１目標混合温度をこのように設定することによって、熱源機の着火直後においても、熱源機から送り出される温水の温度が給湯設定温度を超えることがない。また、第１目標混合温度を必要以上に低い温度としてしまうことがないから、貯湯槽内の蓄熱を最大限に利用した給湯運転を行うことができる。
なお熱源機の着火の際の燃焼量は、熱源機の最小燃焼量としてもよいし、熱源機を緩点火する際の燃焼量としてもよい。
【００１４】
本発明の貯湯式給湯システムでは、第２目標混合温度が、給湯設定温度と、熱源機が着火する際の燃焼量より大きな燃焼量と、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量から算出されることがさらに好ましい。
上記のように第２目標混合温度を設定することによって、給湯上限温度を超える温水が給湯される事態を確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の貯湯式給湯システムによれば、給湯設定温度が給湯上限温度であるときに、給湯温度の大きな変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度を検出する給湯温度検出手段を備えており、熱源機の燃焼量は給湯温度検出手段で検出される温度と給湯設定温度が一致するように調整される。
（形態２）熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度が給湯上限温度を超える場合に、熱源機は消火される。
（形態３）給湯設定温度が給湯上限温度よりも低温であるときには、熱源機の着火を検出してもミキシングユニットでの目標混合温度は低下させない。
【実施例】
【００１７】
本発明の貯湯式給湯システムを具現化した一実施例を図面を参照しながら説明する。本実施例は、本発明の貯湯式給湯システムを組込んだコージェネレーションシステムである。
本実施例のコージェネレーションシステムは、図１に示すように、発電ユニット１１０と給湯システム１０等を備えている。
発電ユニット１１０は、改質器１１２、燃料電池１１４、熱交換器１１６、１１８、熱媒放熱器１２０、熱媒三方弁１２２、それらを接続する経路等を備えている。
改質器１１２には、バーナ１３１が設けられている。バーナ１３１が作動して熱を発生すると、改質器１１２は炭化水素系のガスから水素ガスを生成する。バーナ１３１で燃焼した高温の燃焼ガスは燃焼ガス経路１２６に導かれる。燃焼ガス経路１２６は、改質器１１２から熱交換器１１６を通過して外部に開放されている。熱交換器１１６には、循環経路１２８も通過している。燃焼ガス経路１２６は、バーナ１３１で発生した高温の燃焼ガスを熱交換器１１６に導き、循環経路１２８を流れる水を加熱し、熱交換によって温度が低下した燃焼ガスを外部に排出する。
循環経路１２８は、循環復路１２８ａと、循環往路１２８ｂから構成されており、給湯システム１０と接続されている。循環経路１２８が給湯システム１０にどのように接続されているのかについては、後で詳細に説明する。循環経路１２８は温水を流通させる。循環経路１２８を流れる温水は、熱交換器１１６を通過することによって燃焼ガス経路１２６を流れる燃焼ガスによって加熱され、温度が上昇する。
【００１８】
燃料電池１１４は、固体高分子型の燃料電池であり、複数のセルを有している。燃料電池１１４と改質器１１２は水素ガス供給経路１２１によって接続されている。改質器１１２で生成された水素ガスは、水素ガス供給経路１２１を流れて燃料電池１１４に供給される。燃料電池１１４は、改質器１１２から供給された水素ガスと、空気中の酸素とを反応させて発電を行う。燃料電池１１４は発電すると発電熱を発生する。
熱媒循環経路１２４は、燃料電池１１４、熱交換器１１８、リザーブタンク１２５、熱媒ポンプ１２７、熱媒三方弁１２２を通って燃料電池１１４に戻る循環経路を形成している。熱媒循環経路１２４の燃料電池１１４の下流側には、熱媒温度センサ１１７と凍結防止用ヒータ１２３が装着されている。熱媒温度センサ１１７は、熱媒循環経路１２４を流れる熱媒の温度を検出する。熱媒温度センサ１１７の検出信号は、給湯システム１０に装着されているコントローラ２１に出力される。凍結防止用ヒータ１２３は熱媒循環経路１２４を加熱する電気ヒータである。
熱媒三方弁１２２は、１つの入口１２２ａと、２つの出口１２２ｂ，１２２ｃを備えている。熱媒三方弁１２２は、入口１２２ａと出口１２２ｂを連通させるか、入口１２２ａと出口１２２ｃを連通させるかを切換える。
熱媒三方弁１２２の出口１２２ｂと、熱媒循環経路１２４の熱媒三方弁１２２の出口１２２ｃの下流側とを接続する冷却経路１２９が設けられている。熱媒循環経路１２４と冷却経路１２９は熱媒としての純水を流通させる。冷却経路１２９の途中には熱媒放熱器１２０が装着されている。熱媒放熱器１２０に隣接して熱媒冷却ファン１１９が設けられている。熱媒冷却ファン１１９を運転すると、空気が熱媒放熱器１２０に吹付けられ、冷却経路１２９を流れる熱媒が冷却される。
改質器１１２、燃料電池１１４、バーナ１３１、熱媒ポンプ１２７、凍結防止用ヒータ１２３、熱媒三方弁１２２、熱媒冷却ファン１１９は、コントローラ２１によって制御される。
【００１９】
燃料電池１１４が作動すると、熱媒三方弁１２２の入口１２２ａと出口１２２ｃが連通されるとともに、熱媒ポンプ１２７が運転される。熱媒ポンプ１２７が運転されると、熱媒循環経路１２４を熱媒が循環する。熱媒循環経路１２４を熱媒が循環することにより、燃料電池１１４から発電熱が回収される。熱媒によって回収された発電熱は、熱媒とともに熱交換器１１８まで運ばれ、循環経路１２８を流れる温水を加熱する。循環経路１２８については後述する。
熱媒温度センサ１１７が検出した熱媒温度が高くなりすぎると、発電熱の回収が不十分となってしまうため、発電熱の放熱を行う。熱媒三方弁１２２の入口１２２ａと出口１２２ｂが連通され、同時に熱媒冷却ファン１１９が運転される。熱媒三方弁１２２の入口１２２ａと出口１２２ｂが連通されると、熱媒は冷却経路１２９に流入し、熱媒放熱器１２０を通過する。熱媒は、熱媒放熱器１２０を通過することによって冷却される。熱媒放熱器１２０は、熱媒冷却ファン１１９から空気が吹付けられることにより、高い効率で熱を放熱する。熱媒の温度が低下すると、熱媒三方弁１２２の入口１２２ａと出口１２２ｃが再び連通される。このような熱媒三方弁１２２の切換えが繰返されることにより、熱媒の温度は、所定範囲内に維持される。
【００２０】
給湯システム１０は、貯湯槽２０、給湯器（熱源機）２２、ミキシングユニット（混合器）２４、これらを連通する複数の経路、コントローラ２１等を備えている。
貯湯槽２０の底部には、貯湯槽２０に水道水を給水する給水経路２６が接続されている。給水経路２６の入口２６ａの近傍には、減圧弁２８が装着されている。給水経路２６の減圧弁２８の下流側とミキシングユニット２４の給水入口２４ａは、ミキシングユニット給水経路３０によって接続されている。減圧弁２８は、貯湯槽２０とミキシングユニット２４への給水圧力を調整する。貯湯槽２０内の温水が減少したり、ミキシングユニット２４の給水入口２４ａが開いたりすると、減圧弁２８の下流側圧力が低下する。減圧弁２８は、下流側圧力が低下すると開き、その圧力を所定の調圧値に維持しようとする。このため、貯湯槽２０内の温水が減少したり、ミキシングユニット２４の給水入口２４ａが開いたりすると、それらに水道水が給水される。
貯湯槽２０には、調圧値に調圧された水が貯められる。貯湯槽２０は、調圧値に耐えられる耐圧容器で形成されている。貯湯槽２０の上部には出口部２０ａが設けられており、さらにその上にリリーフ弁３１が装着されている。リリーフ弁３１の開弁圧力は、減圧弁２８の調圧値よりも僅かに大きく設定されている。減圧弁２８の調圧が不能になった場合には、リリーフ弁３１が開き、貯湯槽２０内の圧力が耐圧圧力を超えるのを防止する。リリーフ弁３１には、圧力開放経路３２の一端３２ａが接続されている。圧力開放経路３２の他端３２ｂは貯湯槽２０の外部に開放されている。
貯湯槽２０の底部と、圧力開放経路３２の他端３２ｂ近傍を接続する排水経路３３が設けられている。排水経路３３の途中には排水弁３４が装着されている。排水弁３４は手動で開閉することができる。排水弁３４を開くと、貯湯槽２０内の水が排水経路３３と開放経路３２を通って外部に排水される。
【００２１】
貯湯槽２０は、発電ユニット１１０の循環経路１２８（循環復路１２８ａ、循環往路１２８ｂ）と接続されている。詳しくは、循環復路１２８ａが貯湯槽２０の上部に接続され、循環往路１２８ｂが貯湯槽２０の下部に接続されている。これによって、貯湯槽２０と発電ユニット１１０との間の循環経路１２８が形成されている。循環往路１２８ｂの途中には循環ポンプ４０が装着されている。循環ポンプ４０の駆動はコントローラ２１によって制御される。循環復路１２８ａに復路サーミスタ４５が取付けられ、循環往路１２８ｂに往路サーミスタ４４が取付けられている。復路サーミスタ４５は循環復路１２８ａ内の温水の温度を検出し、往路サーミスタ４４は循環往路１２８ｂ内の温水の温度を検出する。復路サーミスタ４５と往路サーミスタ４４の検出信号はコントローラ２１に出力される。
【００２２】
発電運転が開始されると、循環経路１２８内の温水温度が上昇する。この循環経路１２８内の熱を回収するため、熱回収運転が行われる。熱回収運転では、まず循環ポンプ４０が作動する。循環ポンプ４０が作動すると、貯湯槽２０の底部から温水が吸出される。貯湯槽２０から吸出された温水は、循環往路１２８ｂを流れてから発電ユニット１１０内に導入される。発電ユニット１１０内に導入された温水は、熱交換器１１８、１１６を通過することによって加熱されて温度が上昇する。温度が上昇した温水は、循環復路１２８ａを流れて貯湯槽２０の上部に戻される。このような循環が行われることにより、貯湯槽２０に高温の温水が貯えられていく。
貯湯槽２０内の温水温度が低い状態であるときに、発電ユニット１１０からの高温の温水が貯湯槽２０の上部に戻されると、低温水層の上部に高温水層が積層されることとなる。以下では、この状態を温度成層と言う。発電運転中に、貯湯槽２０の底部から低温の温水が吸出され、上部に高温の温水が戻され続けると、低温水層の厚さ（深さ）は次第に小さくなり、高温水層の厚さ（深さ）は次第に大きくなる。この間、高温水層と低温水層は交じり合わない。貯湯槽２０の全体に高温の温水が貯められると、貯湯槽２０にフルに蓄熱されたこととなる。
【００２３】
温度成層が形成されているときに貯湯槽２０の温水が利用されると、貯湯槽２０の上部の高温の温水が吸出され、底部から水道水が入水するため、高温水層の厚さ（深さ）は次第に小さくなり、低温水層の厚さ（深さ）は次第に大きくなる。貯湯槽２０内の温水を使い切ると、貯湯槽２０内は水道水で満たされた状態となる。
貯湯槽２０内に温度成層が形成されることにより、貯湯槽２０にフルに蓄熱が行われていなくても、貯湯槽２０の最上部に設けられている出口部２０ａからは、高温の温水が送り出される。しかし、さらに貯湯槽２０内の温水が利用され、上層の高温水が出湯し尽くす（湯切れする）と、すぐ下層の冷水が出水する。このため、湯切れ時の貯湯槽２０からの出湯（出水）温度は急激に低下する。
【００２４】
コントローラ２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている制御プログラムを処理することによって、発電ユニット１１０と給湯システム１０を制御する。ＲＡＭには、コントローラ２１に入力される各種信号や、ＣＰＵが処理を実行する過程で生成される種々のデータが一時的に記憶される。コントローラ２１にはリモコン２３が接続されている。
リモコン２３には、発電ユニット１１０と給湯システム１０を操作するためのスイッチやボタン、発電ユニット１１０と給湯システム１０の動作状態を表示するとともに後記する運用方法を表示する液晶表示器等が設けられている。給湯システム１０の利用者は、リモコン２３のスイッチを操作することによって、給湯栓６４における給湯設定温度を設定することができる。給湯設定温度として、３７℃から４８℃までの温度を１℃刻みで設定することができるほか、５０℃あるいは６０℃のいずれかの温度を設定することもできる。給湯設定温度は６０℃が上限値であり、それ以上の温度を設定することはできない。
【００２５】
貯湯槽２０内には、４つの貯湯槽サーミスタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが取付けられている。貯湯槽サーミスタ３５ａは、貯湯槽２０の上部から５リットルの箇所に取付けられており、貯湯槽サーミスタ３５ｂは、貯湯槽サーミスタ３５ａから４０リットルの箇所（貯湯槽２０の上部から４５リットルの箇所）に取付けられており、貯湯槽サーミスタ３５ｃは、貯湯槽サーミスタ３５ｂから４０リットルの箇所（貯湯槽２０の上部から８５リットルの箇所）に取付けられており、貯湯槽サーミスタ３５ｄは、貯湯槽サーミスタ３５ｃから４０リットルの箇所（貯湯槽２０の上部から１２５リットルの箇所）に取付けられている。４つの貯湯槽サーミスタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの検出信号は、それぞれコントローラ２１に出力される。４つの貯湯槽サーミスタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの検出温度は、湯温制御に利用される他、蓄熱量の算出に利用される。算出される蓄熱量は、コントローラ２１に用意されている記憶部に経時的に記憶される。
【００２６】
ミキシングユニット２４は、温水入口２４ｃ、混合水出口２４ｂ、第１流量センサ６７、温水サーミスタ５０、給水サーミスタ４８、混合水サーミスタ５４、ハイカットサーミスタ５５、および既に説明した給水入口２４ａを有している。貯湯槽２０の出口部２０ａとミキシングユニット２４の温水入口２４ｃは、温水経路４２によって接続されている。温水経路４２には温水流量センサ４６と温水経路開閉弁４３が設けられている。温水流量センサ４６は、貯湯槽２０から送り出される温水の流量を検出する。第１流量センサ６７は、混合水出口２４ｂから流出する混合水の流量を検出する。温水サーミスタ５０は、温水入口２４ｃに流入する温水の温度を検出する。給水サーミスタ４８は、給水入口２４ａに流入する水道水の温度を検出する。混合水サーミスタ５４とハイカットサーミスタ５５は、混合水出口２４ｂから流出する混合水の温度を検出する。温水流量センサ４６、温水経路開閉弁４３、第１流量センサ６７、温水サーミスタ５０、給水サーミスタ４８、混合水サーミスタ５４、ハイカットサーミスタ５５の検出信号は、コントローラ２１に出力される。
【００２７】
コントローラ２１は、混合水サーミスタ５４の検出信号を用いて、温水入口２４ｃ側の開度と、給水入口２４ａ側の開度を変化させる。温水入口２４ｃが開かれている間は、温水経路開閉弁４３も開かれる。温水入口２４ｃが閉じられている間は、温水経路開閉弁４３も閉じられる。温水入口２４ｃ側の開度と、給水入口２４ａ側の開度を変化させると、貯湯槽２０からの温水と、水道水（冷水）とのミキシング割合が調整される。貯湯槽２０からの温水と水道水とのミキシング割合が調整されると、混合水出口２４ｂから流出する温水の温度が所定値に維持される。コントローラ２１とミキシングユニット２４を組合せて用いることによって、混合水サーミスタ５４で計測される混合水の温度は、コントローラ２１が指令する温度に調整される。
コントローラ２１は、ハイカットサーミスタ５５によって温水が前記所定値を大きくオーバーしたことが検出された場合（すなわち、混合水サーミスタ５４、あるいはミキシングユニット２４が故障した可能性が高い場合）に、温水入口２４ｃを閉じる。温水入口２４ｃが閉じると、前記所定値を大きくオーバーした温度の温水が、給湯器２２に供給されてしまう事態が防止される。
ミキシングユニット２４の混合水出口２４ｂと給湯器２２のバーナ熱交換器５２（後述する）は、混合水経路５１によって接続されている。混合水経路５１には、第２流量センサ４７が装着されている。第２流量センサ４７の検出信号は、コントローラ２１に出力される。
【００２８】
給湯器２２は、バーナ熱交換器５２，６０、バーナ５６，５７、追焚き熱交換器５８、補給水弁５９、シスターン６１等を備えている。バーナ熱交換器５２には、混合水経路５１を経由してミキシングユニット２４から温水が流入する。ガス燃焼式のバーナ５６はバーナ熱交換器５２を加熱する。バーナ５６は、コントローラ２１から点火の指示を受けると、プリパージ動作を行った後に燃焼を開始する。プリパージに要する時間は、燃焼用ファンのサイズや回転数、バーナ５６，５７の燃焼ガスがバーナ熱交換器５２，６０を通過して装置外へ排気される部分の容量等から設定され、予めコントローラ２１に記憶されている。プリパージには通常数秒を要し、本実施例のバーナ５６では、プリパージに係る時間は１．５秒である。バーナ５６には着火検知センサ５６ａが取り付けられている。着火検知センサ５６ａは、バーナ５６の着火を検知すると、コントローラ２１へ着火検知信号を送信する。
バーナ熱交換器５２の下流側と給湯栓６４は給湯栓経路６３によって接続されている。給湯栓６４は、浴室、洗面所、台所等に配置されている（図１では、これら複数の給湯栓６４を１つで代表している）。給湯栓経路６３には給湯サーミスタ６５が装着されている。給湯サーミスタ６５はバーナ熱交換器５２から流出する温水の温度を検出する。給湯サーミスタ６５の検出信号はコントローラ２１に出力される。
【００２９】
混合水経路５１には、バーナ熱交換器５２をバイパスするバイパス管３７が形成されている。バイパス管３７にはバイパスサーボ３８が設けられている。バイパスサーボ３８の開度はコントローラ２１によって制御され、内蔵しているステッピングモータが駆動されることによって開度が調整される。バイパスサーボ３８が開かれると、混合水経路５１のバーナ熱交換器５２の上流側から分岐し、バイパス管３７を通り、混合水経路５１のバーナ熱交換器５２の下流側に合流するバイパス経路が形成される。コントローラ２１によってバイパスサーボ３８の開度を制御することによって、バーナ熱交換器５２への流量に対するバイパス管３７への流量の割合であるバイパス比が制御される。
【００３０】
給湯システム１０では、給湯要求があったとき、貯湯槽２０内に給湯設定温度以上の温水が貯えられていれば、貯湯槽２０の温水がミキシングユニット２４に送り出され、給湯設定温度になるように水道水と混合されて給湯される。以下ではこのような給湯システム１０の運転を非燃焼給湯運転という。また、貯湯槽２０内に給湯設定温度以上の温水が貯えられていなければ、貯湯槽２０の温水が給湯設定温度になるようにバーナ５６で加熱されて給湯される。以下ではこのような給湯システム１０の運転を燃焼給湯運転という。
【００３１】
コントローラ２１は、燃焼給湯運転を行っている間に、給湯サーミスタ６５で検出される温度が６０℃を超えると、利用者の安全を確保するためにバーナ５６の燃焼を停止させる。またコントローラ２１は、非燃焼給湯運転から燃焼給湯運転へ切換える際に、バーナ５６を点火して燃焼を開始させるとバーナ５６から６０℃を超える温水が出湯される可能性があると、バーナ５６の点火を禁止する。バーナ５６の燃焼を開始させるとバーナ５６から６０℃を超える温水が出湯される可能があるか否かは、非燃焼給湯運転において給湯サーミスタ６５で検出される出水温度と、バーナ５６を着火する際の燃焼量と、第２流量センサ４７で検出される流量から推定される。本実施例では、バーナ５６を着火する際の燃焼量を、バーナ５６の最小燃焼量とする。以下の条件式が満たされる場合、コントローラ２１は、バーナ５６を点火して燃焼を開始させるとバーナ５６から６０℃を超える温水が出湯される可能性があると推定して、バーナ５６の点火を禁止する。
【００３２】
（条件式）
出水温度[℃]＋最小燃焼量［ｋＪ／ｍｉｎ］／（流量［リットル／ｍｉｎ］×温水の比熱［ｋＪ／リットル・℃］）＞６０[℃]
【００３３】
上記のようにコントローラ２１がバーナ５６の点火や消火を制御することによって、給湯システム１０では６０℃を超える温水が給湯される事態を防止している。言い換えれば、給湯サーミスタ６５と第２流量センサ４７とコントローラ２１は、利用者の安全を確保するためにバーナ５６の点火や消火を制御する、給湯システム１０に組み込まれた安全装置として機能する。
【００３４】
給湯器２２内の混合水経路５１の途中から、シスターン入水経路６２が分岐している。シスターン入水経路６２の開放端はシスターン６１の上部に差し込まれている。シスターン入水経路６２の途中には補給水弁５９が設けられている。補給水弁５９はコントローラ２１によって制御され、内蔵しているソレノイドが駆動されることによって開閉する。補給水弁５９が開かれると、ミキシングユニット２４からの温水がシスターン６１に供給される。
シスターン６１内には水位電極６６が装着されている。水位電極６６は、棒状のハイレベルスイッチ６６ａとローレベルスイッチ６６ｂを有している。ハイレベルスイッチ６６ａの下端はシスターン６１のハイレベル水位に位置している。ローレベルスイッチ６６ｂの下端はシスターン６１のローレベル水位に位置している。ハイレベルスイッチ６６ａとローレベルスイッチ６６ｂは、水に触れていると検出信号をコントローラ２１に出力する。コントローラ２１は、水位電極６６からの検出信号によって、シスターン６１の水位がハイレベル水位を超えているか、ハイレベル水位とローレベル水位の間にあるか、ローレベル水位よりも低いかを判別する。シスターン６１として適正なのは、水位がハイレベルとローレベルの間に位置している状態である。コントローラ２１は、水位電極６６からの水位検出信号に基づいて補給水弁５９を開閉制御し、シスターン６１の水位を適正範囲に維持する。
【００３５】
シスターン６１の底部には、シスターン出水経路６８の一端が接続されている。シスターン出水経路６８の途中には暖房ポンプ６９が装着されている。暖房ポンプ６９はコントローラ２１によって制御される。シスターン出水経路６８の他端はバーナ上流経路７１と低温水経路７０とに分岐している。バーナ上流経路７１はシスターン出水経路６８とバーナ熱交換器６０の上流側とを接続している。バーナ上流経路７１には、内部を流れる温水の温度を検出する暖房低温サーミスタ７２が装着されている。暖房低温サーミスタ７２の検出信号はコントローラ２１に出力される。
ガス燃焼式のバーナ５７はバーナ熱交換器６０を加熱する。バーナ熱交換器６０の下流とシスターン６１は高温水経路７３によって接続されている。高温水経路７３には、上流側から順に、暖房高温サーミスタ７４、暖房端末熱動弁７５、暖房端末機７６が装着されている。
暖房高温サーミスタ７４は、高温水経路７３を流れる温水の温度を検出する。暖房高温サーミスタ７４の検出信号はコントローラ２１に出力される。
【００３６】
暖房端末機７６は、熱交換器７６ｂと、操作スイッチ７６ａと、電動ファン（図示省略）を備えている。熱交換器７６ｂは、高温水経路７３を流れる温水と空気との間で熱交換を行う。操作スイッチ７６ａは暖房端末熱動弁７５とコントローラ２１に接続されている。
暖房端末熱動弁７５は、膨張エレメントと、膨張エレメントと機械的に連結された開閉弁を内蔵している。暖房端末機７６の操作スイッチ７６ａがオンにされると、暖房端末熱動弁７５の膨張エレメントに通電が行われる。通電された膨張エレメントは高温になって膨張する。膨張した膨張エレメントは開閉弁を駆動し、これによって暖房端末熱動弁７５が開かれる。また、操作スイッチ７６ａがオンにされると、コントローラ２１は、暖房ポンプ６９を作動させる。このように、操作スイッチ７６ａがオンにされたことによって、暖房端末熱動弁７５が開かれるとともに、暖房ポンプ６９が作動すると、シスターン６１から温水が吸出される。コントローラ２１は、暖房低温サーミスタ７２と暖房高温サーミスタ７４が検出した温水温度に基づいて、バーナ５７を制御し、バーナ熱交換器６０から流出する温水の温度を所定範囲に維持する。暖房端末機７６の電動ファンは、操作スイッチ７６ａがオンにされると回転し、熱交換器７６ｂに空気を吹付ける。熱交換器７６ｂに吹付けられた空気は、熱交換器７６ｂを介して温水と熱交換を行って暖められる。暖められた空気は暖房端末機７６から吹出し、部屋を暖房する。熱交換器７６ｂで空気と熱交換を行うことによって、温水の温度は低下する。温度が低下した温水は高温水経路７３を流れてシスターン６１に戻る。
【００３７】
高温水経路７３の暖房高温サーミスタ７４の下流側と、高温水経路７３のシスターン６１への入口部の上流側とは追焚き経路７７によって接続されている。追焚き経路７７は追焚き熱交換器５８を通過している。追焚き経路７７の追焚き熱交換器５８の上流側には追焚き熱動弁７８が装着されている。追焚き熱動弁７８はコントローラ２１によって制御される。
浴槽７９には吸出口７９ａと供給口７９ｂが設けられている。吸出口７９ａと供給口７９ｂは風呂循環経路８０によって接続されている。風呂循環経路８０は追焚き熱交換器５８を通過している。上述したように、追焚き経路７７も追焚き熱交換器５８を通過している。このため、追焚き熱交換器５８では、風呂循環経路８０と追焚き経路７７との間で熱交換が行われる。風呂循環経路８０の追焚き熱交換器５８の上流側には、風呂水位センサ８１、風呂循環ポンプ８２、風呂水流スイッチ８４が装着されている。風呂循環ポンプ８２はコントローラ２１によって制御される。風呂水位センサ８１、風呂水流スイッチ８４は、コントローラ２１に検出信号を出力する。風呂水位センサ８１は水圧を検出する。コントローラ２１は、風呂水位センサ８１が検出した水圧から、浴槽７９に張られている湯の水位を推定する。風呂水流スイッチ８４は風呂循環経路８０を水が流れるとオンになる。
風呂循環経路８０の風呂水位センサ８１の上流側には、浴槽７９から吸出された温水の温度を検出する風呂サーミスタ８５が装着されている。風呂サーミスタ８５の検出信号はコントローラ２１に出力される。
【００３８】
バーナ５７と暖房ポンプ６９が作動している状態で追焚き熱動弁７８が開くと、温水が追焚き経路７７に流入して追焚き熱交換器５８を通過する。風呂循環ポンプ８２が作動すると、温水が浴槽７９の吸出口７９ａから吸出され、風呂循環経路８０を流れて再び供給口７９ｂから浴槽７９に戻る循環が行われる。風呂循環経路８０を流れる温水は、追焚き熱交換器５８で追焚き経路７７を流れる温水によって加熱され、浴槽７９の湯が追焚きされる。
【００３９】
給湯栓経路６３の途中と、風呂循環経路８０の風呂循環ポンプ８２の下流側とを接続する湯張り経路２５が設けられている。湯張り経路２５には、ソレノイド駆動タイプの注湯弁２７と、湯張り量センサ８３が装着されている。注湯弁２７は、コントローラ２１によって制御され、湯張り経路２５を開閉する。湯張り量センサ８３は、湯張り経路２５を流れる水量を検出することにより、浴槽７９への湯張り運転の際に、それがどの程度行われたかを推定する。湯張り量センサ８３はコントローラ２１に検出信号を出力する。
浴槽７９に湯を張るときには、注湯弁２７が開かれる。注湯弁２７が開かれると、温水が給湯栓経路６３から湯張り経路２５を経て風呂循環経路８０に流入する。風呂循環経路８０に流入した温水は、吸出口７９ａと供給口７９ｂから浴槽７９に供給され、浴槽７９に湯張りされる。このときには、風呂循環ポンプ８２は駆動されず、湯張り経路２５に加わっている水圧によって浴槽７９への湯張り運転が行われる。
【００４０】
低温水経路７０の途中には、低温サーミスタ９４、床暖房熱動弁９０、床暖房機９１が設けられている。床暖房機９１は、低温水経路７０を流れる温水によって床を暖める。床暖房を行う場合には、床暖房熱動弁９０が開かれ、温水が床暖房機９１に導かれる。導かれた温水は、床暖房機９１を暖める。床暖房を行わない場合には、床暖房熱動弁９０が閉じられる。低温サーミスタ９４は、低温水経路７０を流れる温水の温度を検出する。低温サーミスタ９４の検出信号はコントローラ２１に出力される。床暖房熱動弁９０はコントローラ２１によって制御される。
高温水経路７３の暖房端末熱動弁７５の上流側と、低温水経路７０の床暖房機９１の下流側とは、バイパス経路９２によって接続されている。暖房端末熱動弁７５と床暖房熱動弁９０が閉じた状態で、暖房ポンプ６９が作動すると、シスターン６１内の温水が順に、バーナ上流経路７１、バーナ熱交換器６０、高温水経路７３、バイパス経路９２、低温水経路７０、高温水経路７３と流れ、シスターン６１へ戻る経路が形成される。
【００４１】
給湯システム１０における給湯運転の湯温制御について説明する。
図２に示すように、ステップＳ２０２で第２流量センサ４７の検出流量が２．７リットル／ｍｉｎ以上であることが判別されると（ＹＥＳとなると）、処理はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、給湯設定温度が６０℃であるか否かが判別される。
給湯システム１０では、６０℃を超える温度の温水が給湯されないように、バーナ熱交換器５２の下流に取付けられている給湯サーミスタ６５の検出温度が６０℃より高温であると判別すると、バーナ５６を消火するように作動する。またバーナ５６を点火して燃焼を開始させるとバーナ５６から６０℃を超える温水が出湯される可能性があると、バーナ５６の点火を禁止する。このように利用者の安全性を確保した給湯システム１０においては、給湯上限温度で給湯する際の湯温を安定化させるために、給湯設定温度が６０℃であるときと、それ以外のときとでは、湯温制御の処理が異なっている。
【００４２】
給湯設定温度が６０℃でないとき（ステップＳ２０４でＮＯであるとき）、処理はステップＳ２０６へ進む。ステップＳ２０６では、貯湯槽サーミスタ３５ａで検出される貯湯槽２０の上部の水温が、給湯設定温度に１℃を加えた温度以上であるか否かが判別される。給湯設定温度に１℃を加えた温度を基準として用いるのは、本実施例の給湯システム１０では貯湯槽２０の上部に蓄えられた温水が給湯栓６４まで流れる間の自然な放熱による温度下降幅を１℃と想定しているためである。貯湯槽２０の上部の水温が給湯設定温度に１℃を加えた温度以上であれば（ステップＳ２０６でＹＥＳであれば）、貯湯槽２０からの温水を加熱することなく給湯設定温度で給湯することが可能である。従って、処理はステップＳ２０８に進み、非燃焼給湯運転を開始させる。図３はこの非燃焼給湯運転の詳細を示している。非燃焼給湯運転を開始させると、ステップＳ３０２で、ミキシングユニット２４の出口に取付けられた混合水サーミスタ５４の検出温度が給湯設定温度となるように、ミキシングユニット２４が制御される。ステップＳ３０２の後、処理は図２のステップＳ２１８へ進む。
【００４３】
図２のステップＳ２０６で、貯湯槽２０の上部の水温が給湯設定温度に１℃を加えた温度を下回っていれば（ＮＯであれば）、貯湯槽２０からの温水を加熱することなく給湯設定温度で給湯することはできない。従って、処理はステップＳ２１０に進み、燃焼給湯運転を開始させる。図４はこの燃焼給湯運転の詳細を示している。燃焼給湯運転を開始させると、ステップＳ４０２で、ミキシングユニット２４での目標混合温度を算出し、混合水サーミスタ５４の検出温度が、算出された目標混合温度となるようにミキシングユニット２４を制御する。ステップＳ４０２で算出する目標混合温度は、バーナ５６の最小燃焼量で加熱すると給湯設定温度となる混合水の温度であり、以下では第１目標混合温度という。本実施例の給湯システム１０では、発電ユニット１１０から貯湯槽２０に回収した熱を最大限に活用するために、通常の燃焼給湯運転ではバーナ５６を最小燃焼量で動作させる。バーナ５６の最小燃焼量で加熱されるときの温水の温度上昇幅は、以下の計算式１によって算出できる。
【００４４】
（計算式１）
温度上昇幅[℃]＝最小燃焼量［ｋＪ／ｍｉｎ］／（流量［リットル／ｍｉｎ］×温水の比熱［ｋＪ／リットル・℃］）
【００４５】
従って、ミキシングユニット２４での目標混合温度は、以下の計算式２によって算出できる。
【００４６】
（計算式２）
目標混合温度［℃］＝給湯設定温度［℃］−最小燃焼量［ｋＪ／ｍｉｎ］／（流量［リットル／ｍｉｎ］×温水の比熱［ｋＪ／リットル・℃］）
【００４７】
本実施例の給湯システム１０では、バーナ５６の実際の最小燃焼量を３号（水量が３リットルの場合に１分間で２５℃温度上昇させることができる燃焼量であり、２５×４．１８６８×３≒３１４ｋＪ／ｍｉｎ）とする。ステップＳ４０４では、第２流量センサ４７の検出流量の積算を開始する。ステップＳ４０６では、積算流量が切換準備水量に達するまで第２流量センサ４７の検出流量の積算を行う。切換準備水量とは、混合水サーミスタ５４から給湯サーミスタ６５までの配管容量からプリパージ相当容量を減じることで算出される。プリパージ相当容量は、バーナ５６のプリパージ動作中にバーナ熱交換器５２を通過する温水量である。ステップＳ４０６で積算流量が切換準備水量に達したことが判別されると（ＹＥＳとなると）、ステップＳ４０８へ進む。これによって、ステップＳ４０２でミキシングユニット２４によって第１目標混合温度に調温された温水が、バーナ熱交換器５２を通過するタイミングで、ステップＳ４０８以降の処理を行うことになる。ステップＳ４０８では、バーナ５６の点火を許可するか否かが判別される。バーナ５６を点火して燃焼を開始させるとバーナ５６から６０℃を超える温水が出湯される可能性がある場合には、バーナ５６の点火は禁止され、そうでない場合には、バーナ５６の点火は許可される。バーナ５６の燃焼を開始させるとバーナ５６から６０℃を超える温水が出湯される可能があるか否かは、給湯サーミスタ６５で検出される出水温度と、バーナ５６を着火する際の燃焼量と、第２流量センサ４７で検出される流量から推定される。バーナ５６の点火が許可されると（ステップＳ４０８でＹＥＳとなると）、処理はステップＳ４１０へ進んで、バーナ５６の点火動作が開始される。ステップＳ４１２では、着火検知センサ５６ａでバーナ５６の着火が検知されるまで待機する。バーナ５６の着火が検出されると（ステップＳ４１２でＹＥＳとなると）、ステップＳ４１４に進み、給湯サーミスタ６５の検出温度が給湯設定温度となるように、バーナ５６の燃焼量が制御される。ステップＳ４１６では、給湯サーミスタ６５の検出温度が６０℃を超えているか否かが判別される。給湯サーミスタ６５の検出温度が６０℃以下であれば（ステップＳ４１６でＮＯであれば）、処理は図２のステップＳ２１８へ進む。図４のステップＳ４１６で、給湯サーミスタ６５の検出温度が６０℃を超えると（ＹＥＳとなると）、利用者の安全を確保するため、ステップＳ４１８でバーナ５６を消火して、処理は図２のステップＳ２１８へ進む。
【００４８】
図２のステップＳ２０４で、給湯設定温度が６０℃であるとき（ＹＥＳであるとき）、処理はステップＳ２１２に進む。ステップＳ２１２では、貯湯槽サーミスタ３５ａで検出される貯湯槽２０の上部の水温が５８℃以上であるか否かが判別される。本実施例の給湯システム１０では、給湯設定温度が給湯上限温度である６０℃の場合、給湯栓６４での湯温を５７℃から６０℃の範囲に維持する。従って、貯湯槽２０の上部に蓄えられた温水が給湯栓６４まで流れる間の自然な放熱による温度下降幅を１℃とすると、貯湯槽２０の上部の水温が５８℃以上であれば（ステップＳ１４でＹＥＳであれば）、貯湯槽２０からの温水を加熱することなく、５７℃から６０℃の温度範囲で給湯することが可能である。この場合、処理はステップＳ２１４に進み、給湯設定温度が６０℃の場合の非燃焼給湯運転を開始させる。図５は、給湯設定温度が６０℃の場合の非燃焼給湯運転の詳細を示している。非燃焼給湯運転が開始されると、ステップＳ５０２で、ミキシングユニット２４の出口に取付けられた混合水サーミスタ５４の検出温度が５７℃から６０℃の温度範囲となるように、ミキシングユニット２４が制御される。ステップＳ５０２の後、処理は図２のステップＳ２１８へ進む。
【００４９】
図２のステップＳ２１２で、貯湯槽２０の上部の水温が５８℃を下回っていれば（ＮＯであれば）、貯湯槽２０からの温水を加熱することなく５７℃から６０℃の範囲で給湯することはできない。この場合、処理はステップＳ２１６へ進み、給湯設定温度が６０℃の場合の燃焼給湯運転を開始させる。図６は給湯設定温度が６０℃の場合の燃焼給湯運転の詳細を示している。燃焼給湯運転を開始させると、ステップＳ６０２で、ミキシングユニット２４の目標混合温度を算出し、混合水サーミスタ５４の検出温度が、算出された目標混合温度となるようにミキシングユニット２４を制御する。ステップＳ６０２で算出する目標混合温度は、バーナ５６を着火する際の燃焼量（本実施例ではバーナ５６の最小燃焼量）で加熱すると給湯設定温度となる混合水の温度（第１目標混合温度）である。バーナ５６の最小燃焼量は３号（≒３１４ｋＪ／ｍｉｎ）である。ステップＳ６０４では、第２流量センサ４７の検出流量の積算を開始する。ステップＳ６０６では、積算流量が切換準備水量に達するまで第２流量センサ４７の検出流量の積算を行う。ステップＳ６０６で積算流量が切換準備水量に達したことが判別されると（ＹＥＳとなると）、ステップＳ６０８へ進み、バーナ５６の点火を許可するか否かが判別される。バーナ５６を点火して燃焼を開始させるとバーナ５６から６０℃を超える温水が出湯される可能性がある場合には、バーナ５６の点火は禁止され、そうでない場合には、バーナ５６の点火は許可される。バーナ５６の点火が許可されると（ステップＳ６０８でＹＥＳとなると）、処理はステップＳ６１０へ進んで、バーナ５６の点火動作が開始される。ステップＳ６１２では、着火検知センサ５６ａでバーナ５６の着火が検知されるまで待機する。バーナ５６の着火が検出されると（ステップＳ６１２でＹＥＳとなると）、処理はステップＳ６１４に進む。ステップＳ６１４では、バーナ５６の燃焼量を６号（水量６リットルの場合に１分間で２５℃温度上昇させることができる燃焼量であり、２５×４．１８６８×６≒６２８ｋＪ／ｍｉｎ）とした場合のミキシングユニット２４の目標混合温度（第２目標混合温度）が算出され、混合水サーミスタ５４の検出温度が、算出された第２目標混合温度となるようにミキシングユニット２４を制御する。ステップＳ６１６では、給湯サーミスタ６５の検出温度が給湯設定温度である６０℃となるように、バーナ５６の燃焼量が制御される。ステップＳ６１８では、給湯サーミスタ６５の検出温度が６０℃を超えているか否かが判別される。給湯サーミスタ６５の検出温度が６０℃以下であれば（ステップＳ６１８でＮＯであれば）、処理は図２のステップＳ２１８へ進む。図６のステップＳ６１８で、給湯サーミスタ６５の検出温度が６０℃を超えると（ＹＥＳとなると）、利用者の安全を確保するため、ステップＳ６２０でバーナ５６を消火して、処理は図２のステップＳ２１８へ進む。
【００５０】
給湯システム１０の給湯運転の湯温制御では、図２のステップＳ２１８で第２流量センサの検出流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となるまで（ＹＥＳとなるまで）上記の処理が繰返される。第２流量センサの検出流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となったことが判別されれば（ステップＳ２１８でＹＥＳとなれば）、給湯運転を終了する。
【００５１】
給湯設定温度が６０℃であるときの、ミキシングユニット２４における湯温制御について図７を用いて以下に説明する。
貯湯槽２０の上部に高温の温水が貯められており、貯湯槽２０からの温水の温度が５８℃以上である間は、上述した図５の非燃焼給湯運転を行う。この場合、ミキシングユニット２４では、混合水サーミスタ５４の検出温度が５７℃から６０℃の範囲内となるように湯温制御される。これによって、給湯設定温度である６０℃の近傍である５７℃から６０℃の温度範囲の温水が給湯される。
貯湯槽２０の上部の高温の温水が減少していき、貯湯槽２０からの温水の温度が５８℃を下回る時刻ｔ１からは、上述した図６の燃焼給湯運転を行う。ミキシングユニット２４では、まず、混合水サーミスタ５４の検出温度が第１目標混合温度Ｔ１（最小燃焼量３号相当）となるように湯温制御される。ミキシングユニット２４によって第１目標混合温度Ｔ１に調温された温水がバーナ５６に到達すると、バーナ５６の点火動作を開始する。点火の際のバーナ５６の燃焼量は最小燃焼量である３号とされる。バーナ５６が点火した時点では、ミキシングユニット２４からバーナ５６へ第１目標混合温度（最小燃焼量３号相当）の温水が供給されているため、バーナ５６が点火した直後であっても、６０℃を越える温度の温水が給湯されることはない。
バーナ５６の着火が検出される時刻ｔ２以降は、ミキシングユニット２４で、混合水サーミスタ５４の検出温度が第２目標混合温度Ｔ２（燃焼量６号相当）となるように湯温制御される。バーナ５６の燃焼量は、給湯サーミスタ６５の検出温度が給湯設定温度である６０℃となるように制御される。これによって、給湯設定温度である６０℃の温水が給湯される。
【００５２】
図８に燃焼給湯運転を行っているときの、第２流量センサ４７で検出される流量と、ミキシングユニット２４の目標混合温度の関係を示す。図８では、第１目標混合温度Ｔ１を一点鎖線で示し、第２目標混合温度Ｔ２を実線で示す。第１目標混合温度Ｔ１および第２目標混合温度Ｔ２は、流量の増加とともに高温となり、流量の低減とともに低温となる。これは、バーナ５６の加熱による温水の温度上昇幅が、流量が小さいほど高く、流量が大きいほど低いためである。
【００５３】
もし、給湯設定温度が６０℃であるときに流量が急激に減少し、万が一、ミキシングユニット２４での湯温制御が遅れたとすると、減少前の流量から算出された目標混合温度に調温された温水がバーナ熱交換器５２に送り出される。仮に、バーナ５６の着火後の燃焼給湯運転におけるミキシングユニット２４の目標混合温度が、バーナ５６の最小燃焼量である３号に相当する第１目標混合温度で調温されていると、流量の減少によってバーナ熱交換器５２における温度上昇幅は増加するため、バーナ５６から送り出される温水の温度は給湯設定温度である６０℃より高温となってしまう。
【００５４】
例えば、給湯設定温度が６０℃であるとき、流量が１０リットル／ｍｉｎから５リットル／ｍｉｎに低下したとする。温水の比熱を４．１９ｋＪ／リットル・℃とする。バーナ５６の最小燃焼量が３号（≒３１４ｋＪ／ｍｉｎ）であり、流量が１０リットル／ｍｉｎであるときの目標混合温度は、６０−３１４／（１０×４．１９）≒５２．５℃である。バーナ５６の最小燃焼量が３号であり、流量が５リットル／ｍｉｎであるときの目標混合温度は、６０−３１４／（５×４．１９）≒４５．０℃である。バーナ５６の最小燃焼量が３号であるときに温水が加熱されて上昇する温度は、３１４／（５×４．１９）≒１５．０℃である。従って、ミキシングユニット２４での湯温制御が遅れたとすると、流量が５リットルに減少した直後では、約５２．５℃の温水がバーナ熱交換器５２において加熱されて約１５．０℃温度上昇するため、約６７．５℃の温水が給湯されることとなる。給湯サーミスタ６５の検出温度が６０℃を超えると、給湯システム１０は利用者の安全を確保するために、バーナ５６を消火する。バーナ５６が消火されれば、給湯温度が急激に低下する。給湯温度が低下して、給湯サーミスタ６５の検出温度が低下すれば、再びバーナ５６が点火され、給湯温度が急激に上昇する。このように、給湯設定温度が６０℃であるときに、ミキシングユニット２４において、バーナ５６の最小燃焼量から算出される第１目標混合温度で調温していると、流量が変化する度に、バーナ５６が消火されたり点火されたりする可能性がある。バーナ５６が点火と消火を繰返すようなことがあれば、給湯温度の変動が激しくなり、使用者に不快感を与えてしまう。
【００５５】
本実施例の給湯システム１０では、バーナ５６の着火が検出された後は、ミキシングユニット２４の目標混合温度を、バーナ５６の燃焼量を最小燃焼量である３号ではなく６号として算出する。燃焼量が３号（≒３１４ｋＪ／ｍｉｎ）であるときよりも、６号（≒６２８ｋＪ／ｍｉｎ）であるときの方が、バーナ５６で加熱されたときの温水の温度上昇幅は大きい。従って、図８に示すように、燃焼量を３号として算出する目標混合温度（第１目標混合温度）に比して、６号として算出する目標混合温度（第２目標混合温度）の方が低い。従って、本実施例の給湯システム１０では、バーナ５６の着火後において、第１目標混合温度よりも低温である第２目標混合温度の温水がバーナ熱交換器５２に送り出される。ミキシングユニット２４での湯温制御が低めになされる分、バーナ５６の燃焼量を大きくすれば、給湯設定温度の６０℃で給湯することはできる。本実施例によれば、もし給湯設定温度が６０℃である燃焼給湯運転を行っているときに流量が急激に減少した場合でも、流量が減少する前の目標混合温度が低めに設定されているため、給湯温度が６０℃を超えてしまう事態を防止することができる。
【００５６】
例えば、給湯設定温度が６０℃であるとき、流量が１０リットル／ｍｉｎから５リットル／ｍｉｎに低下したとする。バーナ５６の燃焼量が６号であり、流量が１０リットル／ｍｉｎであるときの目標混合温度は、６０−６２８／（１０×４．１９）≒４５．０℃である。バーナ５６の燃焼量が６号であり、流量が５リットル／ｍｉｎであるとして算出される第２目標混合温度は、６０−６２８／（５×４．１９）≒３０．０℃である。実際のバーナ５６の最小燃焼量は３号であるから、流量が低下した直後にこの温水が加熱されて上昇する温度は、３１４／（５×４．１９）≒１５．０℃である。ミキシングユニット２４での湯温制御が遅れたとしても、流量が５リットルに減少した直後では、約４５．０℃の温水がバーナ熱交換器５２において加熱されて約１５．０℃温度上昇して約６０．０℃となり、給湯設定温度を超える温水は給湯されない。
このように、本実施例では、給湯設定温度が６０℃であるとき、バーナ５６の着火後は、ミキシングユニット２４において、バーナ５６の最小燃焼量より大きい燃焼量から算出される第２目標混合温度に調温する。ミキシングユニット２４での湯温制御を低めに行うことで、急激な流量の変化があっても給湯温度を６０℃以下に抑えることができる。万が一、流量の変化に対してミキシングユニット２４の湯温制御が遅れたとしても、バーナ５６の消火や再点火を防ぎ、安定した湯温で給湯を続けることができる。
【００５７】
なお図８に示すように、本実施例の給湯システム１０では、第２目標混合温度の下限値は２２．５℃とされており、それよりも低い温度を第２目標混合温度とすることはない。これは以下の理由による。給湯システム１０では最少の流量が２．０リットル／ｍｉｎであり、燃焼給湯運転をしているときにどれだけ急激に流量が減少する場合であっても、減少後の流量は２．０リットル／ｍｉｎを下回ることはない。従って、ミキシングユニット２４の目標混合温度を、バーナ５６の最小燃焼量が３号であり、流量が２．０リットル／ｍｉｎであるときに、バーナ５６の加熱によって６０℃となる温度としておけば、どれだけ急激に流量が減少しても、６０℃を超える温度の温水が給湯されることはない。バーナ５６の最小燃焼量が３号であり、流量が２．０リットル／ｍｉｎであるときの目標混合温度は、６０−３１４／（２．０×４．１９）≒２２．５℃である。即ち、第２目標混合温度は、この２２．５℃よりも低い温度とする必要がない。流量が４リットル／ｍｉｎ未満であるときの第２目標混合温度を算出すると２２．５℃以下となるが、この場合には目標混合温度の下限値である２２．５℃を用いて、ミキシングユニット２４を制御する。このように第２目標混合温度に下限値を設けることで、ミキシングユニット２４において不必要に温水温度を低減させる必要がなくなり、貯湯槽２０内の蓄熱を有効利用することができる。
【００５８】
本実施例では、給湯設定温度が給湯上限温度である６０℃である場合に、バーナ５６の着火後の目標混合温度を低めに設定するため、それだけバーナ５６で必要とされる燃焼量が増加し、エネルギー効率はわずかに低下する。しかしながら、ミキシングユニット２４での湯温制御にゆとりを持たせることができるため、流量が変動しても給湯温度が６０℃を超えにくくなり、バーナ５６の消火や再点火が起こりにくく、給湯温度の変動を抑制することができる。
【００５９】
なお本実施例では、バーナ５６を着火する際の燃焼量をバーナ５６の最小燃焼量とする場合について説明したが、バーナ５６を着火する際の燃焼量は最小燃焼量よりも大きな燃焼量であってもよい。例えば、バーナ５６が緩点火を行う場合には、着火の際の燃焼量は最小燃焼量よりも大きい。このような場合には、最小燃焼量の代わりに、着火の際の燃焼量を用いて第１目標混合温度を算出すればよい。
【００６０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は本実施例のコージェネレーションシステムの系統図である。
【図２】図２は給湯温度の湯温制御の処理を示すフローチャートである。
【図３】図３は非燃焼給湯運転の詳細を示すフローチャートである。
【図４】図４は燃焼給湯運転の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図５は給湯設定温度が６０℃である場合の、非燃焼給湯運転の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図６は給湯設定温度が６０℃である場合の、燃焼給湯運転の詳細を示すフローチャートである。
【図７】図７は給湯設定温度が６０℃である場合の、混合水サーミスタの検出温度の推移を示すグラフである。
【図８】図８は給湯設定温度が６０℃である場合の、目標混合温度と流量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１０：給湯システム
２０：貯湯槽
２１：コントローラ
２３：リモコン
２４：ミキシングユニット
３５ａ：貯湯槽サーミスタ
４７：第２流量センサ
５２：バーナ熱交換器
５４：混合水サーミスタ
５６：バーナ
５６ａ：着火検知センサ
６４：給湯栓
６５：給湯サーミスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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