(57)【要約】【課題】  給湯器の入水温度を検出するための検出センサを不要化し、それでも、貯湯槽の温水を利用して給水している状態から給湯器で加熱して給水する状態に切換える際に生じる給湯温度の変動を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】  給湯ユニット１０では、通水が検知されて、熱交換器内通過時間ｔｘ〔（４）の破線部分〕の経過を待って入水温度Ｔｉの更新を開始する。蓄熱利用運転中〔（４）の一点鎖線部分〕は、給湯温度Ｔｏを入水温度Ｔｉとし、加熱量Ｑが０（ゼロ）に演算されるようにする。給湯器利用運転を開始すると〔（４）の直線部分〕、給湯温度Ｔｏと流量Ｗから入水温度Ｔｉを演算し、温水を設定給湯温度Ｔｓまで昇温させるのに要する加熱量Ｑを演算する。蓄熱利用運転中から加熱量Ｑを演算しているため、バーナ熱交換器５２に流入する温水の温度が急激に低下するときであっても、加熱量Ｑの演算をスムーズに追随させることができる。【選択図】  図３
2005249340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯える温度成層式の貯湯槽と、
貯湯槽からの温水と水道水を混合する、混合比が調整可能なミキシングユニットと、
貯湯槽からの温水の温度を検出する温水温度検出手段と、
水道水の温度を検出する水道水温度検出手段と、
設定された給湯温度を記憶している手段と、
検出された温水温度と検出された水道水温度と設定されている給湯温度に基づいて、混合温水温度が設定給湯温度となる混合比にミキシングユニットを調整する手段と、
ミキシングユニットを通過した混合温水を必要に応じて加熱する給湯器と、
給湯器を通過した温水の温度を検出する給湯温度検出手段と、
給湯器を通過する温水の流量を検出する給湯流量検出手段と、
給湯器の加熱量と検出された給湯温度と検出された給湯流量に基づいて、ミキシングユニットから給湯器に送込まれた水の温度を推定する入水温度推定手段と、
入水温度推定手段による推定値を記憶している入水温度記憶手段と、
混合温水温度が設定給湯温度に一致している間は給湯器の加熱運転を禁止し、混合温水温度が設定給湯温度未満となると給湯器の加熱運転を開始する制御手段と、
入水温度記憶手段の記憶値と設定給湯温度と検出された給湯流量に基づいて、給湯器の加熱量を調整する手段と、
給湯開始時から給湯開始時に給湯器の入水側にあった水が給湯温度検出手段の存在部位に移動するまでの間は、入水温度記憶手段に記憶されている入水温度を入水温度推定手段で推定された入水温度に更新することを禁止する更新禁止手段と、
を備えている給湯システム。
【請求項２】
給湯器は、通過する混合温水または水道水を加熱する熱交換器と、その熱交換器をバイパスするバイパス経路と、バイパス経路を開閉する開閉手段と、ミキシングユニットで混合された混合温水の温度が設定給湯温度に維持されている間はバイパス経路を全開する開度調整手段を備えていることを特徴とする請求項１の給湯システム。
【請求項３】
ミキシングユニットからの混合温水温度が設定給湯温度未満となると、混合温水温度が設定給湯温度から着火時上昇温度を減じた温度となる混合比にミキシングユニットを調整する手段が付加されていることを特徴とする請求項２の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯システムに関する。詳しくは、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システムに関する。
【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システムによると、総合的なエネルギー効率が高まり、給湯のためのランニングコストが低減できる。
給湯システムの場合、予め操作者が設定しておく温度（以下では設定給湯温度という）の温水を給湯する。貯湯槽に貯湯しておいて給湯する場合、貯湯槽に貯湯されている温水温度が設定給湯温度よりも高ければ水道水と混合して設定給湯温度に調温してから給湯する必要があり、貯湯槽からの温水と水道水を混合するミキシングユニットが利用される。ミキシングユニットの混合比は調整可能であり、ミキシングユニットで混合された混合温水温度が設定給湯温度となる混合比に調整する。貯湯槽に貯められている温水を利用し尽くしてしまうと、貯湯槽からの温水量を増加させて混合する水道水の量を減少させても、混合温水温度を設定給湯温度に維持できなくなり、混合温水温度が設定給湯温度よりも低下してしまう。そうなっても、設定給湯温度の温水が給湯できるように、ミキシングユニットの下流に加熱機能を有する給湯器が組込まれる。
ミキシングユニットで混合された混合温水温度が設定給湯温度に維持できる間は、混合温水が給湯器を単に通過するだけであり、給湯器の加熱機能は利用されない。混合温水温度が設定給湯温度に維持できなくなり、混合温水温度が設定給湯温度よりも低下してしまう場合には、給湯器の加熱機能を活用して設定給湯温度に加熱する。給湯器の加熱量は、給湯器に送込まれる水（正確にいうと貯湯槽に温水が残っている間は混合温水であり、貯湯槽から温水がなくなると水道水になる）の温度と給湯器を通過する水の流量と設定給湯温度に基づいて調整され、給湯器で加熱されると設定給湯温度に調温されるように制御する。
【０００３】
給湯システムの場合、随所で温度を検出する必要がある。検出する必要がある箇所毎に温度検出センサを設けると、その数が増大し、給湯システムの製造コストを押上げる。他の温度検出値から推定計算できる温度については、推定計算することによって温度検出センサの必要数を減少させる技術が必要とされる。
給湯器の加熱量を調整するためには、給湯器に送込まれる水の温度と給湯器を通過した水の温度を検出し、給湯器を通過した水の温度が設定給湯温度に一致するように制御する必要がある。普通にすると、給湯器に送込まれる水の温度と給湯器を通過した水の温度が検出できるように、２個の温度検出センサを利用することなる。普通のやり方では、温度検出センサの数が増大してしまう。
そこで、特許文献１の技術が開発されている。この技術では、給湯器を通過する水の流量と給湯器の加熱量が判明すれば、給湯器で加熱されることによって水温が上昇する幅を計算できるというロジックを採用する。水温上昇幅が判明すれば、給湯器を通過した水の温度から、給湯器に送込まれる水の温度を推定計算することができることになり、給湯器に送込まれる水の温度を検出するセンサを不要化することができる。
【０００４】
特許文献１の技術では、給湯器の加熱開始時に給湯器の入水側（上流側）にあった水が給湯器の下流に設置されている給湯温度検出手段の存在部位に移動するまで間は、給湯器に送込まれた水の温度を推定することができない。
給湯器が加熱運転していなければ、給湯器の下流に設置されている給湯温度検出手段で検出される温度が給湯器に送込まれる水の温度に等しいとしてもよいように思われる。実際、加熱運転が終了して相当時間が経過すれば、給湯器の上流側の水の温度と下流側の水の温度は等しくなり、給湯温度検出手段で検出される水の温度が給湯器に送込まれる水の温度に等しくなる。しかしながら、加熱運転が終了した直後には、給湯器の下流側の水は給湯器によって加熱されており、給湯器の上流側の水の温度に一致していない。加熱運転されていないからといって、給湯器の上流側の水の温度と下流側の水の温度が等しいとすることはできない。特許文献１の技術では、給湯器の加熱開始時には給湯器の上流側にあった水が給湯器で加熱され、給湯器の下流側に設置されている給湯温度検出手段の存在部位に移動するまで間は、給湯器に送込まれた水の温度を推定することができない。
【０００５】
そこで、特許文献１の技術では、前回の加熱運転の終了時に推定された給湯器に送込まれた水の温度を記憶し、次回の加熱運転の開始時には、記憶された温度の水が給湯器に送込まれるものとして給湯器の加熱量を調整する。
これをデータ処理からみると次の処理を実行することに相当する。
・給湯器を通過する水の流量と給湯器の加熱量から、給湯器に送込まれる水の温度を推定計算する入水温度推定計算を実施することによって、入水温度センサを不要とする。
・入水温度推定計算結果を記憶しておく。
・記憶された入水温度の推定値に基づいて給湯器の加熱量を調整する。
・給湯器の加熱開始時に給湯器の上流側にあった水が給湯温度検出手段の存在部位に移動するまでの間は、記憶されている入水推定温度を、入水温度推定計算結果で更新しない。その間は、推定ロジックが成立しない可能性があるからである。
・加熱開始時に給湯器の上流側にあった水が給湯温度検出手段の存在部位に移動した後は、時々刻々と推定される入水温度で、記憶されている入水推定温度を更新する。
この技術は信頼性が高く、入水温度検出センサを不要化し、しかも実際の給湯温度を設定給湯温度によく一致させる。
【特許文献１】特開平６−２５７８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の給湯器は、水道水が送込まれることを前提としており、水道水が流れはじめれば加熱するロジックを採用している。加熱開始に先立って給湯を開始していることはない。給湯箇所から給湯される温水は、最初は水であり、徐々に設定給湯温度の温水に変化していく。変化に要する時間を短縮することが望まれているが、給湯開始時には冷水が供給さされ、それが温水に変わるまでの間の給湯温度が設定給湯温度に維持されないことは当然のことであり、そのことは需要者によって受入れられている。
しかしながら、貯湯槽とミキシングユニットと給湯器を利用して給湯するシステムでは、給湯器で加熱し始めるのに先立って給湯を開始していることが多い。貯湯槽とミキシングユニットで調温した混合温水を給湯している間に貯湯槽から温水がなくなったために、給湯器で加熱し始めることが多い。
給湯開始時に冷水から温水に変わるまでの間の給湯温度が設定給湯温度に維持されないことは需要者によって受入れられており、例えばシャワーを利用する場合でも給湯温度が設定給湯温度にまで上昇するのを待ってシャワーを利用する。しかしながら、給湯中に貯湯槽の温水がなくなったために給湯器で加熱し始めたときの給湯温度が設定給湯温度からずれると、既に給湯を利用し始めているシャワー利用者等は大変に不快な思いをすることになる。
【０００７】
従来の技術では、給湯器の前回の加熱運転終了時に推定された入水温度が、給湯器の次回の加熱運転開始時の入水温度に等しいとする。
水道水温度は季節によって緩やかに変動するものであり、給湯器に水道水が送込まれる限り、前回の加熱運転終了時の入水温度と次回の加熱運転開始時の入水温度がほぼ等しいとすることができる。従来の技術で、全く問題はない。
しかしながら、ミキシングユニットで設定給湯温度に維持できる間は給湯器で加熱せずに給湯し、ミキシングユニットで設定給湯温度に維持できなくなったら給湯器で加熱して給湯を続ける場合には、前回の加熱運転終了時の入水温度と次回の加熱運転開始時の入水温度がほぼ等しいとすることはできない。前回の加熱運転終了時の入水温度は多くの場合には水道水温度であるのに対し（前日にも貯湯槽の温水を使いきれば水道水のみを入水して加熱した状態で給湯器の運転は終了している。発電熱や太陽熱を有効に活用するシステムを安価に構成するためには、使いきらないで翌日に残る温水量がほぼゼロになるように設定する必要があり、貯湯槽の温水が使いきられることはむしろ常態である）、次回の加熱運転開始時の入水温度は設定給湯温度よりも僅かに低い値であり（設定給湯温度に維持できなくなった直後に加熱運転を開始する）、前回の加熱運転終了時の入水温度と次回の加熱運転開始時の入水温度がほぼ等しいとすることはできない。
【０００８】
貯湯槽とミキシングユニットと給湯器を利用して給湯するシステムでは、前回の加熱運転終了時の入水温度と次回の加熱運転開始時の入水温度がほぼ等しいとして加熱量を調整すると、貯湯槽の温水を利用して給水している状態から給湯器で加熱して給水する状態に切換える際に給湯温度が一時的に大きく変動する問題が生じてしまう。しかもこの間も利用者は給湯を継続して利用しており、一時的な給湯温度の変動が利用者に大きな不快感を与える。
【０００９】
本発明は、給湯器の入水温度を検出するための検出センサを不要化し、それでも、貯湯槽の温水を利用して給水している状態から給湯器で加熱して給水する状態に切換える際に生じる給湯温度の変動を抑制することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明で創作された給湯システムは、温水を貯える温度成層式の貯湯槽と、貯湯槽からの温水と水道水を混合する混合比が調整可能なミキシングユニットと、ミキシングユニットを通過した混合温水を必要に応じて加熱する給湯器を備えている。操作者が設定した給湯温度を記憶している手段を備えており、ミキシングユニットで混合された混合温水の温度が設定給湯温度に維持できる間は、ミキシングユニットで設定給湯温度に調温し、給湯器では加熱しない。ミキシングユニットで設定給湯温度に調温するために、貯湯槽からの温水の温度を検出する温水温度検出手段と、水道水の温度を検出する水道水温度検出手段と、検出された温水温度と検出された水道水温度と設定されている給湯温度に基づいて混合温水温度が設定給湯温度となる混合比にミキシングユニットを調整する手段を備えている。
ミキシングユニットで混合された混合温水の温度が設定給湯温度に維持できなくなると、ミキシングユニットを通過した混合温水（貯湯槽から温水がなくなれば水道水となる）を給湯器で加熱して設定給湯温度に調温する。給湯器で設定給湯温度に調温できるようにするために、給湯器を通過した温水の温度を検出する給湯温度検出手段と、給湯器を通過する温水の流量を検出する給湯流量検出手段と、給湯器の加熱量と検出された給湯温度と検出された給湯流量に基づいて給湯器に送込まれた水の温度を推定する入水温度推定手段を備えている。入水温度推定手段による推定値は、入水温度記憶手段に記憶される。
給湯器を制御するために、混合温水温度が設定給湯温度に一致している間は給湯器の加熱運転を禁止し、混合温水温度が設定給湯温度未満となると給湯器の加熱運転を開始する制御手段と、入水温度記憶手段の記憶値と設定給湯温度と検出された給湯流量に基づいて給湯器の加熱量を調整する手段が用意されている。
入水温度が誤って更新されることを禁止するために、給湯開始時から給湯開始時に給湯器の入水（上流）側にあった水が給湯温度検出手段の存在部位に移動するまで間は、入水温度記憶手段に記憶されている入水温度を入水温度推定手段で推定された入水温度に更新することを禁止する更新禁止手段を備えている。更新禁止手段は、給水開始時に給湯器の入水側にあった水が給湯温度検出手段の存在部位に移動した後は更新を許可するために、給湯器が加熱しない場合にも更新処理が実行される。給湯器で加熱しない場合は加熱量がゼロであり、給湯温度検出手段で検出された給湯温度が入水温度であると推定される。
【００１１】
従来の給湯器では、給湯器の加熱開始時から加熱開始時に給湯器の入水側にあった水が給湯温度検出手段の存在部位に移動するまで間は、入水温度記憶手段に記憶されている入水温度を更新しない。加熱開始時に給湯器の入水側にあった水が給湯温度検出手段の存在部位に移動するのを待って入水温度を更新し始める。入水温度は加熱量の調整に必要とされる量であるために、加熱運転中に更新することが理にかなっている。
しかしながら、ミキシングユニットで混合された混合温水の温度が設定給湯温度に維持できる間は給湯器で加熱せず、その間はミキシングユニットで混合された混合温水が給湯器を通過するだけの運転が行われるようになると、給湯器の下流に設けられている給湯温度検出手段の検出値で入水温度を推定する機会が増える。加熱されていなくても、給湯開始時に給湯器の入水側にあった水が給湯温度検出手段の存在部位に移動すれば、給湯温度検出手段で検出される検出値が入水温度に等しいと推定することが可能となる。
本給湯システムでは、加熱量の調整のために入水温度を推定する必要があり、ミキシングユニットで混合された混合温水が給湯器を単に通過するだけで給湯器で加熱しない間は加熱量を調整する必要がなく、従って入水温度を推定する必要がないのにもかかわらず、あえて、その状態でも入水温度を推定して入水温度記憶手段に記憶されている入水温度を更新（学習）する。
更新（学習）を進める結果、ミキシングユニットで混合された混合温水の温度が設定給湯温度に維持できる間に、入水温度記憶手段に記憶されている入水温度は、設定給湯温度に調温された混合温水の温度に更新される。
ミキシングユニットで混合された混合温水の温度が設定給湯温度に維持できなくなると給湯器が加熱し始める。設定給湯温度に維持できなくなった直後の混合温水が給湯温度検出手段の存在部位に到達すると、入水温度は設定給湯温度よりも僅かに低い温度に更新され、それによって加熱量が調整される。ミキシングユニットで混合された混合温水の温度がさらに低下すると、給湯温度検出手段の検出値が下がり、それを補償するために加熱量が増大され、その増大した加熱量で入水温度を推定するために、推定された入水温度は混合温水の温度低下によく追従する。
本給湯システムによっても、ミキシングユニットで混合された混合温水の温度が設定給湯温度に維持できなくなるために給湯器で加熱し始めるときに、給湯温度が変動することは避けられない。しかしながらその変動温度幅が小さく抑制され、短時間で収束することが確認されている。
ミキシングユニットで混合された混合温水が給湯器を単に通過するだけで給湯器で加熱しない間は入水温度を推定する必要がないのにもかかわらず、あえて推定して入水温度記憶手段に記憶されている入水温度を更新するようにすると、給湯器で加熱し始めるときの給湯温度の変動幅を小さく抑制することができ、短時間で収束できるようになる。
【００１２】
給湯器には、通過する混合温水または水道水を加熱する熱交換器と、その熱交換器をバイパスするバイパス経路と、バイパス経路を開閉する開閉手段を備えているものがある。この場合、ミキシングユニットで混合された混合温水の温度が設定給湯温度に維持されている間はバイパス経路を全開する開度調整手段を備えていることが好ましい。
給湯器が内蔵する熱交換器は、加熱空気と水の間で熱交換するものであり、空気が加熱されておらないで水が加熱されていれば、温水を冷却することになる。ミキシングユニットで設定給湯温度に調温しても、加熱運転しない給湯器の熱交換器を通過する間に冷却されてしまう。
ミキシングユニットで混合された混合温水の温度が設定給湯温度に維持されている間は熱交換器をバイパスするバイパス経路を全開することによって、設定給湯温度に調温された混合温水が給湯器で冷却されることを抑制することができる。
【００１３】
ミキシングユニットからの混合温水温度が設定給湯温度未満となると、混合温水温度が設定給湯温度から着火時上昇温度を減じた温度となる混合比にミキシングユニットを調整する手段が付加されていることをが好ましい。
給湯器の加熱量は連続的には調整できず、段階的に調整できるに過ぎないことが多い。このときにはミキシングユニットからの混合温水温度が設定給湯温度未満となると、加熱量を最小として燃焼を開始させる。最少の加熱量で加熱開始したときに給湯器で加熱される温度上昇幅を着火時上昇温度という。
ミキシングユニットからの混合温水温度が設定給湯温度に維持できなくなれば、速やかに設定給湯温度から着火時上昇温度を減じた温度に調温することによって、最少の加熱量で加熱開始した給湯器で加熱された温水が設定給湯温度に調温されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）
貯湯槽から送り出される温水の温度が設定給湯温度より高温であるときは、貯湯槽から送り出される温水をミキシングユニットで水道水と混合して設定給湯温度に調温して給湯する。貯湯槽から送り出される温水の温度が設定給湯温度より低温であるときは、貯湯槽から送り出される温水を給湯器のバーナによって設定給湯温度まで加熱して給湯する。
（形態２）
給湯器へ流入する入水温度は、サーミスタ等で直接検出せず、給湯器から流出する給湯温度と、給湯流量と、給湯器の加熱量から推定される。給湯器の加熱量は、給湯器のバーナに供給されるガス流量から求められる。
（形態３）
ミキシングユニットと給湯器の間の配管容量と、その時の流量から、ミキシングユニットで設定給湯温度から着火時上昇温度を差し引いた温度に調温された温水が、給湯器に流入するタイミングを演算する。このタイミングで給湯器のバーナが着火するようにする。
【実施例】
【００１５】
本発明の給湯システムをコージェネレーションシステムに組込んだ実施例を図面を参照しながら説明する。図１は本実施例に係る給湯システムが組込まれたコージェネレーションシステムの系統図である。
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と給湯ユニット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。熱交換器１１６を燃焼ガス経路１２６が通過している。燃焼ガス経路１２６の一端は改質器１１２に接続され、他端は外部に開放されている。燃焼ガス経路１２６は、熱交換器１１６にバーナ１３１が発生する燃焼ガスを導き、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。熱交換器１１６には、循環経路１２８も通過している。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、給湯ユニット１０に接続されている。循環経路１２８が給湯ユニット１０にどのように接続されているのかについては、後述にて詳細に説明する。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を流れる燃焼ガスで加熱され、温度が上昇する。
【００１６】
燃料電池１１４は、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、給湯ユニット１０に装着されているコントローラ２１に出力される。
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、熱媒三方弁１２２、熱媒ポンプ１２７、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。
【００１７】
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、熱媒三方弁１２２の入口１２２ａと出口１２２ｂが連通される。また、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。
【００１８】
給湯ユニット１０は、貯湯槽２０、給湯器２２、ミキシングユニット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内の圧力が耐圧々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。
【００１９】
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。
循環ポンプ４０が作動すると、貯湯槽２０の底部から冷水が吸出される。貯湯槽２０から吸出された冷水は、循環往路１２８ｂを流れてから発電ユニット１１０の熱交換器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。このように、貯湯槽２０の底部から吸出された冷水が、発電ユニット１１０の熱交換器１１８、１１６によって加熱されて高温になり、貯湯槽２０の上部に戻される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る。貯湯槽２０内の温度が低い状態から、貯湯槽２０に発電ユニット１１０から高温の温水が供給されると、その供給が貯湯槽２０の上部に行われることから、貯湯槽２０に貯められている冷水の上部に、高温の温水層（以下、「温度成層」と言う）が形成される。温度成層よりも深くなると、温水の温度は急激に低下する。貯湯槽２０に高温の温水が供給され続けると、温度成層の厚さ（深さ）は次第に大きくなり、貯湯槽２０にフルに蓄熱された状態では、貯湯槽２０の全体に高温の温水が貯まった状態になる。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。
【００２０】
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り、給湯ユニット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、給湯ユニット１０を操作するためのスイッチやボタン、給湯ユニット１０の動作状態を表示する液晶表示器等が設けられている。リモコン２３には、操作者が給湯温度を入力するために操作する操作部が設けられており、操作者は給湯温度を指定する。操作者が設定した給湯温度は、コントローラ２１に記憶される。
【００２１】
貯湯槽２０の上部から３０リットルの箇所に上部サーミスタ３５が取付けられ、下部に下部サーミスタ３６が取付けられている。上部サーミスタ３５と下部サーミスタ３６は、貯湯槽２０内の温度を検出する。上部サーミスタ３５と下部サーミスタ３６の検出信号は、コントローラ２１に出力される。
ミキシングユニット２４は、温水入口２４ｃ、混合温水出口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、混合温水サーミスタ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。第１流量センサ６７は、混合温水出口２４ｂから流出する混合温水の流量を検出する。温水サーミスタ５０（特許請求の範囲でいう温水温度検出手段に相当）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（特許請求の範囲でいう水道水温度検出手段に相当）は、給水入口２４ａに流入する水道水の温度を検出する。混合温水サーミスタ５４とハイカットサーミスタ５５は、混合温水出口２４ｂから流出する混合温水の温度を検出する。第１流量センサ６７、温水サーミスタ５０、給水サーミスタ４８、混合温水サーミスタ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。
【００２２】
コントローラ２１は、混合温水サーミスタ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、混合温水出口２４ｂから流出する混合温水の温度が所定値に維持される。コントローラ２１は、ハイカットサーミスタ５５によって混合温水の温度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、混合温水サーミスタ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、混合温水出口２４ｂを閉じる。混合温水出口２４ｂが閉じると、前記所定値を大きくオーバーした温度の混合温水が、給湯器２２に供給されてしまうのが防止される。
ミキシングユニット２４の混合温水出口２４ｂと給湯器２２のバーナ熱交換器５２（後述する）は、温水経路５１によって接続されている。
【００２３】
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、温水経路５１を経由してミキシングユニット２４から混合温水が流入する。バーナ熱交換器５２には、熱交換器サーミスタ５３が装着されている。熱交換器サーミスタ５３は、バーナ熱交換器５２内の温水の温度を検出する。熱交換器サーミスタ５３の検出信号は、コントローラ２１に出力される。温水経路５１には、第２流量センサ４７（特許請求の範囲でいう給湯流量検出手段に相当）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。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を給湯栓６４によって代表している）。給湯栓経路６３には、給湯サーミスタ６５（特許請求の範囲でいう給湯温度検出手段に相当）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。
【００２４】
温水経路５１には、バーナ熱交換器５２をバイパスするバイパス管３７（特許請求の範囲でいうバイパス経路に相当）が形成されている。バイパス管３７にはバイパスサーボ３８（特許請求の範囲でいう開閉手段に相当）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、温水経路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、温水経路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。
【００２５】
ここで、バイパス比を制御する場合について説明する。給湯が停止されたとき、バーナ５６によって加熱された温水がバーナ熱交換器５２内に滞留する。バーナ５６が消火されても、熱交換器内の温水は余熱によってさらに加熱されるため、設定給湯温度より高温となる。もし、この状態で再給湯要求があると、設定給湯温度より高温の温水が給湯されてしまい、使用者に不快感を与えてしまう。従って、再給湯時に、バーナ熱交換器５２から給湯栓経路６３へ流出する高温水に、バイパス管３７からの低温水を混合して給湯するようにする。まず、熱交換器サーミスタ５３によってバーナ熱交換器５２内の温水の温度を把握し、混合温水サーミスタ５４によってバイパス管３７内の温水の温度を把握する。給湯が停止された後、給湯栓経路６３内の温水と、バイパス管３７内の温水との間で熱の置換が起こるため、バイパス管３７内の温水温度を把握する際には、この置換による温度上昇も考慮に入れられる。そして、バーナ熱交換器５２から流出する高温水に、バイパス管３７から加熱前の低温水を混合して、給湯温度が設定給湯温度となるようにバイパスサーボ３８の開度を制御する。これによって、再給湯時に、設定給湯温度より高温の温水が給湯されて使用者に不快感を与えてしまう不具合は解消される。
【００２６】
給湯器２２内の温水経路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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、湯張り量センサ８３、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、湯張り量センサ８３、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。湯張り量センサ８３は、風呂循環経路８０を流れる流量を検出することにより、浴槽７９への湯張りの際に、それがどの程度行われたかを推定する。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
浴槽７９に湯を張るときには、注湯弁２７が開かれ、補給水弁５９が閉じられる。注湯弁２７が開かれ、補給水弁５９が閉じられると、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を湯張りする。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への湯張りが行われる。
【００３２】
三方弁８６は、Ａポート８６ａ、Ｂポート８６ｂ、Ｃポート８６ｃを備えている。三方弁８６は、コントローラ２１に制御されて、Ａポート８６ａとＣポート８６ｃを連通させるか、Ｂポート８６ｂとＣポート８６ｃを連通させるかを切換える。
シスターン出水経路６８と三方弁８６のＣポート８６ｃは、低温水経路７０によって接続されている。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。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。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。
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。バイパス経路９２の途中には、バイパス熱動弁９３が装着されている。バイパス熱動弁９３は、コントローラ２１によって開閉制御される。
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。
低温水戻り経路８７が設けられており、三方弁８６のＢポート８６ｂと、高温水経路７３の暖房端末機７６の下流側とを接続している。低温水戻り経路８７には、低温戻りサーミスタ８９が装着されている。低温戻りサーミスタ８９は、低温水戻り経路８７を流れる温水の温度を検出する。低温戻りサーミスタ８９の検出信号は、コントローラ２１に出力される。
三方弁８６のＡポート８６ａと、低温水戻り経路８７の途中とを接続する貯湯槽経路８８が設けられている。貯湯槽経路８８には、貯湯槽２０の上部を通過する熱交換部８８ａが形成されている。
【００３３】
コントローラ２１は、低温サーミスタ９４と上部サーミスタ３５が検出した温度を比較し、その結果によって三方弁８６を切換える。具体的には、低温サーミスタ９４が検出した温度よりも上部サーミスタ３５が検出した温度の方が低い場合には、三方弁８６のＢポート８６ｂとＣポート８６ｃが連通するように切換える。Ｂポート８６ｂとＣポート８６ｃを連通すると、低温水経路７０からの温水は、貯湯槽経路８８をバイパスし、低温水戻り経路８７と高温水経路７３を流れてシスターン６１に戻る。シスターン６１に戻った温水は、再びシスターン出水経路６８に吸込まれる。低温サーミスタ９４が検出した温度よりも上部サーミスタ３５が検出した温度の方が高い場合には、三方弁８６のＡポート８６ａとＣポート８６ｃが連通される。Ａポート８６ａとＣポート８６ｃが連通すると、低温水経路７０からの温水は、貯湯槽経路８８を流れる。貯湯槽経路８８を流れる温水は、熱交換部８８ａで貯湯槽２０の上部に貯められている温水によって加熱され、温度が上昇する。温度が上昇した温水は、低温水戻り経路８７と高温水経路７３を流れてシスターン６１に戻される。すなわち、貯湯槽２０の上部に貯められている温水が貯湯槽経路８８の熱交換部８８ａを加熱することができる場合にのみ、貯湯槽経路８８に温水が導かれる。
【００３４】
給湯ユニット１０における温水の調温制御処理について説明する。まず、給湯器２２のバーナ５６の火力の調整に係る演算方法について説明する。なお、以下で用いる符号は図１で用いた符合に準ずる。
給湯が開始されると、コントローラ２１は、単位時間Δｔ毎に、バーナ熱交換器５２に流入する温水の流量Ｗと、バーナ熱交換器５２から流出する温水の給湯温度Ｔｏを検出し、流量Ｗを時系列的に流量記憶部に記憶保持する。流量Ｗは第２流量センサ４７によって検出され、給湯温度Ｔｏは給湯サーミスタ６５によって検出される。
【００３５】
バーナ熱交換器５２の出口で給湯温度Ｔｏが検出された温水は、時間ｔｘ前にバーナ熱交換器５２に流入しており、その時の流量Ｗ１は既に記憶保持されている。記憶保持されている流量Ｗ１と、給湯温度Ｔｏが検出された時の温水の流量Ｗｎとの間で検出された流量Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，・・・，Ｗｎを累積加算すると、バーナ熱交換器５２の容量Ｃとなる。即ち、〔Ｃ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋・・・＋Ｗｎ〕となる。Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，・・・，Ｗｎはそれぞれ単位時間Δｔ毎に検出されたものであるから、〔ｔｘ＝Δｔ×ｎ〕で求められる時間ｔｘは、バーナ熱交換器５２での加熱時間ｔｘとなる。
また、コントローラ２１は、後述する演算によって求められる加熱量Ｑを時系列的に加熱量記憶部に記憶保持している。記憶保持されている加熱量Ｑ１（給湯温度Ｔｏが検出された温水がバーナ熱交換器５２に流入した時に演算された加熱量）と、給湯温度Ｔｏが検出された時に演算された加熱量Ｑｎとの間で演算された加熱量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，・・・，Ｑｎを累積加算すると、給湯温度Ｔｏが検出された温水がバーナ熱交換器５２内を通過する間の総加熱量Ｑｔとなる。即ち〔Ｑｔ＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋・・・＋Ｑｎ〕となる。
【００３６】
総加熱量Ｑｔと、給湯温度Ｔｏが検出された時の流量Ｗｎによって、給湯温度Ｔｏが検出された温水が、バーナ熱交換器５２において加熱されたことによって上昇した上昇温度ΔＴが求められる。即ち、上昇温度ΔＴは、〔ΔＴ＝Ｑｔ／Ｗｎ〕の式によって求められる。
上昇温度ΔＴが求められれば、給湯温度Ｔｏと上昇温度ΔＴから、給湯温度Ｔｏが時間ｔｘ前にバーナ熱交換器５２に流入した時の入水温度Ｔｉが求められる。即ち、入水温度Ｔｉは、〔Ｔｉ＝Ｔｏ−ΔＴ〕によって求められる。
入水温度Ｔｉが求められれば、設定給湯温度Ｔｓと、入水温度Ｔｉと、最新の流量Ｗによって、これからバーナ熱交換器５２に流入しようとしている温水を設定給湯温度Ｔｓまで温度上昇させるのに必要な加熱量Ｑを求めることができる。即ち、加熱量Ｑは、〔Ｑ＝Ｗ（Ｔｓ−Ｔｉ）〕によって求められる。
なお、前述のように求められる入水温度Ｔｉは、バーナ熱交換器５２から流出した温水がバーナ熱交換器５２に流入したときの入水温度であって、厳密に言えば、これからバーナ熱交換器５２に流入しようとしている温水の入水温度ではない。従って、真の入水温度に対し、演算される加熱量の値には、温水がバーナ熱交換器５２を通過するのに要する時間ｔｘ分、即ち加熱時間ｔｘ分の遅れが生じる。しかしながら、入水温度Ｔｉは給湯温度Ｔｏや流量Ｗを利用して演算しており、バーナ５６の火力調整の元となる加熱量Ｑはこの入水温度Ｔｉを利用して演算しているため、精度よく、円滑に、給湯温度Ｔｏを設定給湯温度Ｔｓに一致させることができる。
【００３７】
次に、給湯ユニット１０における温水の調温制御処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
図２に示すように、最初のステップＳ１０で給湯器２２内の第２流量センサ４７が検出する流量Ｗ（リットル／ｍｉｎ）が２（リットル／ｍｉｎ）以上となると、給湯栓６４が開かれたとみなされ、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、バーナ熱交換器５２の下流にある給湯サーミスタ６５の検出温度Ｔｏがそのまま入水温度Ｔｉであるとし、記憶されている入水温度Ｔｉの更新を行う。ステップＳ１２の処理は、ステップＳ１０で通水を開始してから第２流量センサ４７によって検出された流量を累積した流量が、通水開始時にはバーナ熱交換器５２の上流にあった水が給湯サーミスタ６５の存在箇所にまで移動するだけの流量に等しくなるまでの間は実行されず、その条件が成立してから実行される。ステップＳ１０で通水を開始したときにバーナ熱交換器５２の上流にあった水が給湯サーミスタ６５の存在箇所にまで移動するまでの時間（熱交換器通過時間ｔｘとする）の加熱量はゼロであり、給湯サーミスタ６５で検出される温度Ｔｏが入水温度Ｔｉに等しいとするロジックを採用する。
給湯停止してから短時間経過した時点では、給湯器２２を湯が流れておらず加熱もされていないにもかかわらず、停止前の給湯時にバーナ熱交換器５２で加熱された温水の温度が給湯サーミスタ６５で検出されており、そのまま入水温度Ｔｉに等しいとすることができないことがある。給湯停止してから短時間経過した時点で再度給湯を開始する場合も同様であり、再度の給湯の開始直後には、停止前の給湯時にバーナ熱交換器５２で加熱された温水の温度が給湯サーミスタ６５で検出されており、そのまま入水温度Ｔｉに等しいとすることができないことがある。それに対し、ステップＳ１０で通水を開始してから第２流量センサ４７によって検出された流量を累積した流量が、通水開始時にはバーナ熱交換器５２の上流にあった水が給湯サーミスタ６５の存在箇所にまで移動するだけの流量に等しくなるまで（熱交換器通過時間ｔｘが経過するまで）待てば、既に加熱されている温水温度を入水温度Ｔｉとする心配がない。
ステップＳ１０で流量Ｗが検出されたとき、バイパスサーボ３８は全開され、ミキシングユニット２４からの温水は、バーナ熱交換器５２とバイパス管３７の両方の経路を通過して給湯栓経路６３に流入する。これによって、バーナ熱交換器５２を通過する時の圧力損失を抑えて給湯量を確保するとともに、バーナ熱交換器５２で冷却されることを抑えることができる。
【００３８】
ステップＳ１４に進み、温水サーミスタ５０が検出する温度Ｔｈが、リモコン２３によって設定された設定給湯温度Ｔｓ以下であるか否かが判別される。温水サーミスタ５０の検出温度Ｔｈが設定給湯温度Ｔｓ以上であれば（ＮＯであれば）、貯湯槽２０内の温水によって設定給湯温度の温水を給湯することができる。しかし、温水サーミスタ５０の検出温度Ｔｈが設定給湯温度Ｔｓ以下であれば（ＹＥＳであれば）、貯湯槽２０内の温水では、設定給湯温度Ｔｓの温水を給湯することができないため、給湯器２２によって設定給湯温度Ｔｓまで加熱して給湯する必要がある。
温水サーミスタ５０の検出温度Ｔｈが設定給湯温度Ｔｓ以下であれば（ＹＥＳであれば）、ステップＳ１６に進み、点火動作に先立って、まず着火時上昇温度Ｔｕを演算する。着火時上昇温度Ｔｕとは、給湯器２２のバーナ５６を最小給湯能力で燃焼させたときに、バーナ熱交換器５２を通過する温水が加熱されて上昇する温度である。着火時上昇温度Ｔｕは、〔最小加熱量（ｋＪ／ｈ）／その時の流量Ｗ（リットル／ｍｉｎ）〕の式によって求められる。そして、混合温水サーミスタ５４が検出する温度Ｔｍが、設定給湯温度Ｔｓから着火時上昇温度Ｔｕだけ低い温度（Ｔｓ−Ｔｕ）となるように調温する。なお、図３に示す、着火時の入水温度Ｔｉの温度低下幅は、着火時上昇温度Ｔｕ分である。混合温水サーミスタ検出温度Ｔｍを調温し、調温した温水がバーナ熱交換器５２内を通過する時にバーナ５６が点火するようにすれば、温水を設定給湯温度Ｔｓに加熱して給湯することができる。
【００３９】
ステップＳ１８に進み、バーナ５６を点火動作させるまでの時間ｔを演算する。温水サーミスタ５０が配設されている箇所から、バーナ熱交換器５２の入口までの配管容量を予め求めておく。温水が、温水サーミスタ５０からバーナ熱交換器５２の入口まで流れるのにかかる時間ｔ１は、〔配管容量（リットル）／その時の流量Ｗ（リットル／ｍｉｎ）〕の式によって求められる。時間ｔ１経過後にバーナ５６が着火するように、点火動作を行う。なお、バーナ５６の着火に先立ってプリパージを行って、残留ガスを追出す。プリパージに要する時間ｔ２を考慮して、バーナ５６の点火動作を行うまでの時間ｔは〔ｔ１−ｔ２〕の式によって求められる。タイマの計測を開始し、ステップＳ２０で時間ｔの経過が計測されたら（ＹＥＳとなったら）、ステップＳ２２に進んでバーナ５６の点火動作を行う。
【００４０】
ステップＳ２２のバーナ５６の点火動作では、着火に先立ってプリパージが行われ、プリパージ終了後、バーナ５６が着火され、最小給湯能力で燃焼するように制御される。
バーナ５６が着火されると、ステップＳ２４に進み、給湯サーミスタ６５検出温度Ｔｏと第２流量センサ４７の検出流量Ｗから入水温度Ｔｉを推定する演算を開始する。演算されて更新されていく入水温度Ｔｉを用いてバーナ５６の加熱量Ｑが演算される。また、全開されていたバイパスサーボ３８が閉じられ、ミキシングユニット２４からの温水の全量がバーナ熱交換器５２を通過してバーナ５６に加熱されるようになる。
ステップＳ２６に進んで、演算された加熱量Ｑに基づいてバーナ５６の火力が制御される。なお、バーナ５６の火力の調整は、混合ガスの供給量を調整する比例弁（図示省略）の開度や燃焼ファンの回転速度を調整することによって行われる。
ステップＳ２８に進み、第２流量センサ検出流量Ｗが２（リットル／ｍｉｎ）を下回ったことが判別されると（ＹＥＳとなると）、給湯栓６４が閉じられたとみなされ、ステップＳ３０に進んでバーナ５６の消火動作を行う。バーナ５６の消火動作では、混合ガスの供給量を調整する比例弁を閉じ、燃焼ファンの駆動を停止させる。バーナ５６の消火後は、ステップＳ３２に進んで、入水温度Ｔｉの演算と蓄積を終了し、処理を終了する。
【００４１】
図３に、給湯ユニット１０において給湯を行ったときの、給湯器２２における、通水状態と、バーナ５６の燃焼状態と、バーナ熱交換器５２への入水温度の変化との関係を示す。横軸は時間である。図３は、蓄熱利用運転から給湯器利用運転へ切換わるときの様子を示している。
本実施例のような、コージェネレーションシステムに組込まれている給湯ユニット１０では、貯湯槽２０内に給湯に利用できる温水がある場合、バーナ５６による加熱を行わず、貯湯槽２０内の温水を利用する（蓄熱利用運転）。一方、貯湯槽２０内に給湯に利用できる温水がない場合、貯湯槽２０内の温水や水道水をバーナ５６によって加熱して利用する（給湯器利用運転）。
図３の（１）は、給湯器２２の通水状態を示している。先述のように、図２のステップＳ１０で、第２流量センサ検出流量Ｗが２リットル／ｍｉｎを超えたとき（ＹＥＳであるとき）、通水が検知される。
図３の（２）は、バーナ５６の燃焼状態を示している。通水があっても貯湯槽２０から送られる温水の温度によってバーナ５６による加熱を行う場合と行わない場合とがあるため、通水検知と点火動作は連動していない。
図３の（３）は、ミキシングユニット２４を経て給湯器２２のバーナ熱交換器５２に流入しようとする温水の実際の温度変化を示している。縦軸は温度である。本実施例の給湯ユニット１０では、バーナ熱交換器５２に流入しようとする温水の温度は直接検知せず、入水温度Ｔｉを演算して求めている。
図３の（４）は、入水温度Ｔｉの演算について示している。入水温度Ｔｉの演算開始は通水検知と連動しており、点火動作には連動していない。通水が検知されから少し遅れて入水温度Ｔｉの推定演算が開始される。図３の（４）に、一点鎖線で示す。この遅れ時間は、通水開始時にはバーナ熱交換器５２の上流にあった水が給湯サーミスタ６５の存在箇所にまで移動するのに要する時間、即ち、熱交換器通過時間ｔｘに等しい。
通水検知から着火までの間、即ち蓄熱利用運転中は、入水温度Ｔｉ＝給湯温度Ｔｏとして入水温度Ｔｉを推定する。加熱量がゼロであるから入水温度Ｔｉ＝給湯温度Ｔｏとしてよいし、入水温度Ｔｉ＝給湯温度Ｔｏであるから加熱量がゼロに計算される。
【００４２】
図３の（２）における点火動作は、貯湯槽２０内の温水の温度低下による。温水サーミスタ検出温度Ｔｈが設定給湯温度Ｔｓ以下となったとき（図２のステップＳ１４でＹＥＳとなったとき）、まず、〔混合温水サーミスタ検出温度Ｔｍ＝設定給湯温度Ｔｓ−着火時上昇温度Ｔｕ〕となるように調温する（ステップＳ１６）。図３の（３）の温度低下開始時の温度低下幅は、着火時上昇温度Ｔｕ分となっている。そして、このように調温した温水が、バーナ熱交換器５２に流入したときにバーナ５６が着火するように、点火動作のタイミングを計る（図２のステップＳ１８からステップＳ２２）。なお、図３の（２）の点火動作と着火の時間差は、プリパージに要する時間ｔ２を示している。
図３の（４）に、直線で示す、着火以降、即ち給湯器利用運転中は、先述の演算方法に基づいて入水温度Ｔｉを演算する。加熱量Ｑの演算は、蓄熱利用運転から給湯器利用運転に切換わった後も継続して行われる。実際には、バーナ熱交換器５２に流入しようとしている温水がバーナ熱交換器５２を通過して給湯サーミスタ６５に温度検出されるまでの時間ｔｘだけ、バーナ５６の火力制御に遅れが生じる。しかしながら、演算される入水温度Ｔｉは、実際の入水温度を精度よく捉えた値となっており、着火以前からのデータが保持されている。この入水温度Ｔｉを用いて加熱量Ｑを演算することから、この加熱量Ｑに基づいて制御されるバーナ５７の火力を、実際の入水温度の変化にスムーズに追随させることができる。湯切れ時の湯温変動も最小限に抑え、その後、速やかに湯温を安定化することができる。
【００４３】
本実施例の給湯ユニット１０では、通水している間中入水温度Ｔｉと加熱量Ｑの演算を行う。即ち、給湯要求があって通水が開始されたら、通水中に入水温度Ｔｉの推定演算を開始する。加熱運転が停止している間は、貯湯槽２０内の温水を加熱することなく利用できる状態であるから、給湯温度Ｔｏを入水温度Ｔｉとし、加熱量Ｑが０（ゼロ）に演算されるようにする。貯湯槽２０内の温水が温度低下し、給湯器２２が加熱運転を開始すると、給湯器２２による加熱が必要な状態であるから、給湯温度Ｔｏと流量Ｗから入水温度Ｔｉを演算し、演算された入水温度Ｔｉを利用して、温水を設定給湯温度Ｔｓまで昇温させるのに要する加熱量Ｑを演算する。このとき演算される入水温度Ｔｉは、実際にはバーナ熱交換器５２から流出した温水がバーナ熱交換器５２へ流入したときの温度をさかのぼって演算したものである。また、この入水温度Ｔｉを利用して演算される加熱量Ｑは、バーナ熱交換器５２から流出した温水がバーナ熱交換器５２内で加熱された加熱量である。このように、演算される加熱量Ｑには若干の遅れはあるが、蓄熱利用運転中から継続的に加熱量Ｑを演算しているため、貯湯槽２０内の温水の温度が低下し、バーナ熱交換器５２に流入する温水の温度が急激に低下するときであっても、この温度変化に対して加熱量Ｑの演算をスムーズに追随させることができる。蓄熱利用運転から給湯器利用運転に切替わる時であっても給湯温度Ｔｏを速やかに安定化することができ、使用者に不快感を与えない。
【００４４】
また、本実施例の給湯ユニット１０は、給湯器２２の給湯能力と、その時の流量Ｗによって、着火時に加熱されて上昇する温水の着火時上昇温度Ｔｕを演算する。バーナ５６の着火直後にバーナ熱交換器５２を通過する温水がミキシングユニット２４を通過する際に、ミキシングユニット２４において設定給湯温度Ｔｓから着火時上昇温度Ｔｕ分を差し引いた温度に調温する。そして、ミキシングユニット２４とバーナ熱交換器５２の入口までの配管容量を予め求めておき、この配管容量と、その時に第２流量センサ４７によって検出される流量Ｗによって、調温した温水がバーナ熱交換器５２へ流入するまでの時間ｔ１を演算し、バーナ５６のプリパージに要する時間ｔ２を考慮して、時間〔ｔ１−ｔ２〕後に点火動作を行うことによって、調温した温水がバーナ熱交換器５２へ流入するタイミングとバーナ５６の着火のタイミングを合わせることができる。このことによって、蓄熱利用運転から給湯器利用運転へ切換わる時の給湯温度をさらに安定化することができる。
【００４５】
本実施例の給湯ユニット１０は、給湯器２２のバーナ熱交換器５２をバイパスするバイパス管３７と、バイパス管３７を開閉するバイパスサーボ３８を備えている。バイパス管３７と、バイパスサーボ３８は、再給湯時に、バーナ熱交換器５２の余熱によって過熱された設定給湯温度より高温の温水が給湯されることを防止するために配設されている。蓄熱利用運転中、バイパスサーボ３８を全開とし、バーナ熱交換器５２をバイパスする温水量を最大限することによって、バーナ熱交換器５２からの放熱を最小限に抑制して給湯温度の低下を抑制することができる。
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】
【００４６】
【図１】本実施例の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の系統図。
【図２】本実施例の調温制御処理のフローチャート。
【図３】本実施例の給湯システムの蓄熱利用運転から熱源機利用運転に切換わる時の、通水状態と、バーナの燃焼状態と、熱交換器への入水温度の変化と、入水温度の演算との関係を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０：給湯システム
２０：貯湯槽、２０ａ：出口部
２１：コントローラ
２２：給湯器
２３：リモコン
２４：ミキシングユニット、２４ａ：給水入口、２４ｂ：温水出口２４ｃ：温水入口
２５：湯張り経路
２６：給水経路、２６ａ：入口
２７：注湯弁
２８：減圧弁
３０：ミキシングユニット給水経路
３１：リリーフ弁
３２：圧力開放経路、３２ａ：一端、３２ｂ：他端
３３：排水経路
３４：排水弁
３５：上部サーミスタ
３６：下部サーミスタ
３７：バイパス管
３８：バイパスサーボ
４０：循環ポンプ
４２：温水経路
４４：往路サーミスタ
４５：復路サーミスタ
４７：第２流量センサ
４８：給水サーミスタ
５０：温水サーミスタ
５１：温水経路
５２：バーナ熱交換器
５３：熱交換器サーミスタ
５４：混合温水サーミスタ
５５：ハイカットサーミスタ
５６、５７：バーナ
５８：追焚き熱交換器
５９：補給水弁
６０：バーナ熱交換器
６１：シスターン
６２：シスターン入水経路
６３：給湯栓経路
６４：給湯栓
６５：給湯サーミスタ
６６：水位電極、６６ａ：ハイレベルスイッチ、６６ｂ：ローレベルスイッチ
６７：第１流量センサ
６８：シスターン出水経路
６９：暖房ポンプ
７０：低温水経路
７１：バーナ上流経路
７２：暖房低温サーミスタ
７３：高温水経路
７４：暖房高温サーミスタ
７５：暖房端末熱動弁
７６：暖房端末機、７６ａ：操作スイッチ、７６ｂ：熱交換器
７７：追焚き経路
７８：追焚き熱動弁
７９：浴槽、７９ａ：吸出口、７９ｂ：供給口
８０：風呂循環経路
８１：風呂水位センサ
８２：風呂循環ポンプ
８３：湯張り量センサ
８４：風呂水流スイッチ
８５：風呂サーミスタ
８６：三方弁、８６ａ：Ａポート、８６ｂ：Ｂポート、８６ｃ：Ｃポート
８７：低温水戻り経路
８８：貯湯槽経路、８８ａ：熱交換部
８９：低温戻りサーミスタ
９０：床暖房熱動弁
９１：床暖房機
９２：バイパス経路
９３：バイパス熱動弁
９４：低温サーミスタ
１１０：発電ユニット
１１２：改質器
１１４：燃料電池
１１６：熱交換器
１１７：熱媒温度センサ
１１８：熱交換器
１１９：熱媒冷却ファン
１２０：熱媒放熱器
１２１：水素ガス供給経路
１２２：熱媒三方弁、１２２ａ：入口、１２２ｂ：出口、１２２ｃ：出口
１２４：熱媒循環経路
１２５：リザーブタンク
１２６：燃焼ガス経路
１２７：熱媒ポンプ
１２８：循環経路、１２８ａ：循環復路、１２８ｂ：循環往路
１２９：冷却経路
１３１：バーナ
【図１】
2005249340.tif 000003
【図２】
2005249340.tif 000004
【図３】
2005249340.tif 000005