(57)【要約】【課題】  貯湯式太陽熱温水装置の貯湯タンクの容量の選定には、余裕を見込み過ぎれば、貯湯タンクが大きすぎることにより設置上の問題が発生し、余裕が少なすぎれば集熱可能な場合でも太陽熱エネルギーを集熱できないという問題があった。【解決手段】  太陽熱利用温水システム１は、計時部５１と、湯張り制御部５２と、貯湯タンク温度センサー２２で蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部５４と、湯張り予約時刻に到達する前であっても、早期に湯張り運転を湯張り制御部５２に指示する早期湯張り指示部５３とを有した制御装置５０が備えられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクを有した太陽熱温水装置と、前記貯湯タンクに設けられ、前記貯湯タンク内の温度を測定する貯湯タンク温度センサーと、前記貯湯タンクの湯水を、湯張り電磁弁を開くことで浴槽に湯張りする湯張り水量センサーを有した自動湯張り装置において、前記自動湯張り装置は、湯張り時刻と湯張り水量が予め設定されているかまたは、設定可能で、ふろ湯張り運転を設定した場合には前記湯張り時刻になると前記湯張り電磁弁を開き、前記湯張り水量センサーの検出結果を基に、前記湯張り水量で前記浴槽に湯張りをする湯張り制御部と、蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部とを有し、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には、前記ふろ湯張り運転の湯張り時刻に到達する前であっても前記湯張り制御部に、前記湯張り水量以下で湯張りするよう指示する早期湯張り指示部と、を有した制御装置を備えている太陽熱利用温水システム。
【請求項２】
貯湯タンクを有した太陽熱温水装置と、前記貯湯タンクに設けられ、前記貯湯タンク内の温度を測定する貯湯タンク温度センサーと、前記貯湯タンクの下流側で前記貯湯タンクから出る温水を水と混合して所定温度に調整する湯水混合装置と、前記湯水混合装置を通過した湯水を、湯張り電磁弁を開くことで浴槽に湯張りする湯張り水量センサーおよび湯張り温度センサーを有した自動湯張り装置において、前記自動湯張り装置は、計時部と、湯張り時刻、湯張り温度および湯張り水量が予め設定されているかまたは、設定可能で、ふろ予約運転を設定した場合には前記計時部に基づき前記湯張り時刻に前記湯張り電磁弁を開き、前記湯張り水量センサーおよび前記湯張り温度センサーの検出結果を基に、前記湯張り温度および前記湯張り水量で前記浴槽に湯張りをする湯張り制御部と、前記貯湯タンク温度センサーが前記湯張り温度以上となっていることで蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部とを有し、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には前記湯張り時刻に到達する前であっても前記湯張り制御部に、前記湯張り温度または前記湯張り温度に所定温度を加えた温度を目標温度とした前記湯張り水量で湯張りするよう指示する早期湯張り指示部とを有した制御装置を備えている太陽熱利用温水システム。
【請求項３】
貯湯タンクを有した太陽熱温水装置と、前記貯湯タンクに設けられ、前記貯湯タンク内の温度を測定する貯湯タンク温度センサーと、前記貯湯タンクの下流側で前記貯湯タンクから出る温水を水と混合して所定温度に調整する湯水混合装置と、前記湯水混合手段を通過した湯水を、湯張り電磁弁を開くことで浴槽に湯張りする湯張り水量センサーおよび湯張り温度センサーを有した自動湯張り装置と、前記浴槽内の温度を検知する浴槽温度センサーからなる太陽熱利用温水システムにおいて、前記太陽熱利用温水システムは、計時部と、湯張り時刻、湯張り温度および湯張り水量が予め設定されているかまたは、設定可能で、ふろ予約運転を設定した場合には前記計時部に基づき前記湯張り時刻に前記湯張り電磁弁を開き、前記湯張り水量センサーおよび前記湯張り温度センサーの検出結果を基に、前記湯張り温度および前記湯張り水量で前記浴槽に湯張りをする湯張り制御部と、前記貯湯タンク温度センサーが前記湯張り温度以上となっていることで蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部と、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には前記湯張り時刻に到達する前であっても前記自動湯張り手段に前記湯張り温度または前記湯張り温度に所定温度を加えた温度を目標温度とした前記湯張り水量で湯張りする早期湯張り制御部と、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には前記湯張り時刻に到達する前であっても前記湯張り制御部に前記湯張り温度を目標温度として前記湯張り水量未満の一部水量での早期湯張りを実施させ、前記湯張り時刻には、前記湯張り温度または前記湯張り温度に所定温度を加えた温度を目標温度とし、前記湯張り水量から前記早期湯張りで湯張りした水量を引いた残量での湯張りとなる調整湯張りを行うよう指示する早期湯張り指示部と、を有した制御装置を備えている太陽熱利用温水システム。
【請求項４】
前記早期湯張り指示部には、前記湯張り温度センサーで測定した前記早期湯張り時の温度と、前記湯張り時刻に湯張りを開始する前に前記浴槽温度センサーで測定した温度を比較して前記浴槽内の温度の降下温度を記憶する放熱温度記憶部を有しており、前記早期湯張り指示部は、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定して前記早期湯張りが行われる時刻から前記湯張り時刻までの時間の経過により前記放熱温度記憶部が記憶する前記降下温度から予測される前記浴槽内の湯の放熱温度と、前記湯張り時刻での前記調整湯張りでの湯張り温度が所定温度であるものとして計算し、前記早期湯張りでの水量を計算する請求項３記載の太陽熱利用温水システム。
【請求項５】
前記蓄熱完了判定部には、蓄熱完了と判定できる場合であっても前記計時部の現在時刻と、前記設定されている湯張り時刻の関係を考慮して蓄熱完了と判定しない手段を有している請求項２乃至請求項４記載の太陽熱利用温水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱を集熱して温水として貯湯タンクに蓄熱する太陽熱温水器を利用し、貯湯タンク内に蓄熱された温水を、設定された予約時刻で浴槽に自動的に湯張りする手段を備えた太陽熱利用温水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従前から問題となっている二酸化炭素の排出による地球温暖化や、２０１１年３月１１日の東日本大震災を契機として始まったエネルギー政策の見直しなどから、再生可能エネルギーである自然熱エネルギーを有効に利用する必要性が高まっている。自然エネルギーの一つである太陽熱エネルギーは地球上に広汎に存在しており、利用し易いエネルギーではあるが、広汎な熱エネルギーであるが故に熱の密度としては粗く、集熱すると同時に蓄熱して利用する必要がある。一般的には使用用途の広い温水として蓄熱する場合が多く太陽熱温水装置と呼ばれている。
【０００３】
太陽熱温水装置には、汲み置き式、自然循環式、強制循環式等の様々な方式がある。この中で、強制循環式の太陽熱温水装置は、貯湯タンクとコレクタ（集熱板）を分離することができ、貯湯タンクの容量とコレクタの枚数（集熱面積）の組み合わせが変えられことにより様々なシステムが組めること、並びに、屋根にコレクタだけが設置されることから見た目が良いこと、および屋根に集中荷重がかからない等の利点を有している。
【０００４】
強制循環式の太陽熱温水装置では、分離された貯湯タンクはシステムとしての接続やメンテナンス等の利便性より温水を供給する場所の近くの地面等に設置するのが一般的である。このため貯湯タンクは設置面積が小さく出来るように、縦長の形状となっている。なお、強制循環式の太陽熱温水装置では、コレクタに循環させる液体を凍結防止のためプロピレングリコールを一定の割合に水と混合させた、所謂不凍液を熱媒体とし、貯湯タンク内の下部に熱媒体が循環する熱交換器を設けて熱交換させる構成となっている。
（旧段落「０００５」は削除しました。）
【０００５】
家庭で温水が利用される用途は、台所での食器等の洗いや、洗面所での洗顔等への用途もあるが、その大部分は入浴するために浴槽への湯張りである場合が多い。そして、我が国の一般的な生活習慣では、入浴に温水を利用する場合の時間帯は、夕方から夜間にかけて行う場合が多い。そのため、日中に太陽熱温水装置のコレクタで集熱して貯湯タンクに蓄熱された温水を、その日の内の夕方から夜にかけての時間帯に一気に貯湯タンクから、外部の浴槽に湯張りをして使用していた。
【０００６】
家庭で使用される温水の温度は入浴を主体に考えるならば、４０〜４５℃であり、温水に水を混ぜて温度を下げることは容易であるので、貯湯タンクに蓄熱する温水の温度は６０℃〜７５℃が好ましいものとなる。７５℃を超える高温にすることは貯湯タンクに対するコレクタの面積を増加させることで可能であるが、コレクタを通過する熱媒体を高温にする必要があり熱媒体が沸騰することや、高温にすると熱移動のための温度差が得にくくなることで熱交換率が低下する等の問題があり好ましくないものであった。そこで、過去の季節に対応する日射量のデータを基にして適切な、貯湯タンクとコレクタの組み合わせで太陽熱温水装置は設計されている。
【０００７】
強制循環式の太陽熱温水装置を他の機器と組み合わせて、この強制循環式の太陽熱温水装置が蓄熱した温水に利便性を追加して給湯等にシステムとして利用されていた。この給湯システムでは単に温水を蛇口や浴槽等に供給して利用するものや、さらには、蓄熱された熱量を利用して浴槽内の湯の追焚きや暖房に利用するものが本件出願人において、特許文献１および特許文献２の太陽熱温水装置として提案している。特許文献１および特許文献２では強制循環式太陽熱温水装置の下流側に補助熱源機が設けられ、給湯および湯張りが可能な太陽熱利用温水システムとなっている。これらの太陽熱利用温水システムでは、混合弁を設けて補助熱源の無駄な使用を少なくすることを目的としていたが、貯湯タンクの容量や貯湯タンクに蓄熱された温水の利用する時間的な方法については従来技術を踏襲したものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−０８５０１８号
【特許文献２】特開２０１０−２８６２３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の強制循環式太陽熱温水装置の貯湯タンクの容量の選定は、家族構成等から考え得る一日の使用量を予測して選定するのが一般的であるが、強制循環式太陽熱温水装置の集熱量は、加熱源が季節や天候により変化する日射量であることや、家族構成等から考えられる使用量も予測値であるため、使用者が使用勝手の良いものにしようとすると、貯湯タンクの容量に余裕を見込む必要があるという問題があった。また、貯湯タンクの余裕が少なすぎれば、時間的に集熱が可能な場合でも、貯湯タンクに蓄熱が出来ずに集熱を放棄することになるという問題があった。
【００１０】
また、余裕を見込んだ貯湯タンクの容量を選定すれば、当然貯湯タンクの容量を大きくすることになり、費用的な面は元より、貯湯タンクの設置スペースが大きくなることや、貯湯タンク及び内部の貯留される湯水との総重量に耐え得る基礎工事が必要なことから、可能であれば貯湯タンクの容量はできるだけ少なくする方が良い。なお、自然循環式太陽熱温水装置の場合でも、屋根等の高所に貯湯タンクを設置するため、余り大きな容量の大きな貯湯タンクとすることができず、時間的に集熱が可能な場合でも、貯湯タンクに蓄熱が出来ずに集熱を放棄することになるという問題があった。
【００１１】
さらには、我が国は地震の多発地帯であることは知られており、特に東日本大震災やその後の各地に発生した震度の大きな余震により、地震の揺れに対する機器の強度についても見直しが必要とされている。特に太陽熱温水装置の貯湯タンクは前述のように縦長の形状としているので、所定の容量の温水を内部に貯蔵した貯湯タンクという重量物を上部に少ない設置面積で支える必要があり、貯湯タンクの支持脚には地震に対する揺れに対して大きな力が加わるものとなる。そのため、貯湯タンクの容量に余裕を持たせることは貯湯タンクを支える脚の強度面からも得策ではないものであった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１３】
第１発明の太陽熱利用温水システムは、貯湯タンクを有した太陽熱温水装置と、前記貯湯タンクに設けられ、前記貯湯タンク内の温度を測定する貯湯タンク温度センサーと、前記貯湯タンクの湯水を、湯張り電磁弁を開くことで浴槽に湯張りする湯張り水量センサーを有した自動湯張り装置において、前記自動湯張り装置は、湯張り時刻と湯張り水量が予め設定されているかまたは、設定可能で、ふろ湯張り運転を設定した場合には前記湯張り時刻になると前記湯張り電磁弁を開き、前記湯張り水量センサーの検出結果を基に、前記湯張り水量で前記浴槽に湯張りをする湯張り制御部と、蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部とを有し、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には、前記ふろ湯張り運転の湯張り時刻に到達する前であっても前記湯張り制御部に、前記湯張り水量以下で湯張りするよう指示する早期湯張り指示部と、を有した制御装置を備えている。
【００１４】
第２発明の太陽熱利用温水システムは、貯湯タンクを有した太陽熱温水装置と、前記貯湯タンクに設けられ、前記貯湯タンク内の温度を測定する貯湯タンク温度センサーと、前記貯湯タンクの下流側で前記貯湯タンクから出る温水を冷水（常温の水道水など）と混合して所定温度に調整する湯水混合装置と、前記湯水混合装置を通過した湯水を、湯張り電磁弁を開くことで浴槽に湯張りする湯張り水量センサーおよび湯張り温度センサーを有した自動湯張り装置において、前記自動湯張り装置は、計時部と、湯張り時刻、湯張り温度および湯張り水量が予め設定されているかまたは、設定可能で、ふろ予約運転を設定した場合には前記計時部に基づき前記湯張り時刻に前記湯張り電磁弁を開き、前記湯張り水量センサーおよび前記湯張り温度センサーの検出結果を基に、前記湯張り温度および前記湯張り水量で前記浴槽に湯張りをする湯張り制御部と、前記貯湯タンク温度センサーが前記湯張り温度以上となっていることで蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部とを有し、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には前記湯張り時刻に到達する前であっても前記湯張り制御部に、前記湯張り温度または前記湯張り温度に所定温度を加えた温度を目標温度とした前記湯張り水量で湯張りするよう指示する早期湯張り指示部とを有した制御装置を備えている。
【００１５】
第３発明の太陽熱利用温水システムは、貯湯タンクを有した太陽熱温水装置と、前記貯湯タンクに設けられ、前記貯湯タンク内の温度を測定する貯湯タンク温度センサーと、前記貯湯タンクの下流側で前記貯湯タンクから出る温水を水と混合して所定温度に調整する湯水混合装置と、前記湯水混合手段を通過した湯水を、湯張り電磁弁を開くことで浴槽に湯張りする湯張り水量センサーおよび湯張り温度センサーを有した自動湯張り装置と、前記浴槽内の温度を検知する浴槽温度センサーからなる太陽熱利用温水システムにおいて、前記太陽熱利用温水システムは、計時部と、湯張り時刻、湯張り温度および湯張り水量が予め設定されているかまたは、設定可能で、ふろ予約運転を設定した場合には前記計時部に基づき前記湯張り時刻に前記湯張り電磁弁を開き、前記湯張り水量センサーおよび前記湯張り温度センサーの検出結果を基に、前記湯張り温度および前記湯張り水量で前記浴槽に湯張りをする湯張り制御部と、前記貯湯タンク温度センサーが前記湯張り温度以上となっていることで蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部と、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には前記湯張り時刻に到達する前であっても前記自動湯張り手段に前記湯張り温度または前記湯張り温度に所定温度を加えた温度を目標温度とした前記湯張り水量で湯張りする早期湯張り制御部と、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には前記湯張り時刻に到達する前であっても前記湯張り制御部に前記湯張り温度を目標温度として前記湯張り水量未満の一部水量での早期湯張りを実施させ、前記湯張り時刻には、前記湯張り温度または前記湯張り温度に所定温度を加えた温度を目標温度とし、前記湯張り水量から前記早期湯張りで湯張りした水量を引いた残量での湯張りとなる調整湯張りを行うよう指示する早期湯張り指示部と、を有した制御装置を備えている。
【００１６】
第４発明の太陽熱利用温水システムは、第３発明において、前記早期湯張り指示部には、前記湯張り温度センサーで測定した前記早期湯張り時の温度と、前記湯張り時刻に湯張りを開始する前に前記浴槽温度センサーで測定した温度を比較して前記浴槽内の温度の降下温度を記憶する放熱温度記憶部を有しており、前記早期湯張り指示部は、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定して前記早期湯張りが行われる時刻から前記湯張り時刻までの時間の経過により前記放熱温度記憶部が記憶する前記降下温度から予測される前記浴槽内の湯の放熱温度と、前記湯張り時刻での前記調整湯張りでの湯張り温度が所定温度であるものとして計算し、前記早期湯張りでの水量を計算する。
【００１７】
第５発明の太陽熱利用温水システムは、第２発明乃至第４発明において、前記蓄熱完了判定部には、蓄熱完了と判定できる場合であっても前記計時部の現在時刻と、前記設定されている湯張り時刻の関係を考慮して蓄熱完了と判定しない手段を有している。
【発明の効果】
【００１８】
以上のような、技術的手段を有することにより、以下の効果を有する。
【００１９】
第１発明によれば、自動湯張り装置は、湯張り時刻と湯張り水量が予め設定されているかまたは、設定可能で、ふろ湯張り運転を設定した場合には前記湯張り時刻になると前記湯張り電磁弁を開き、前記湯張り水量センサーの検出結果を基に、前記湯張り水量以下で前記浴槽に湯張りをする湯張り制御部と、蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部と、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には、前記ふろ湯張り運転の湯張り時刻に到達する前であっても前記湯張り制御部に、前記湯張り水量以下で湯張りするよう指示する早期湯張り指示部と、を有した制御装置を備えているので、貯湯タンクの温度上昇により貯湯タンクに蓄熱ができなくなった場合には早期湯張りを行い貯湯タンクの温度を下げることで、さらに集熱を行うことが可能となり太陽熱の有効利用が図れる。これにより、貯湯タンクの容量に余裕を持たせる必要がなく、貯湯タンクを小さくすることもできる。
【００２０】
第２発明によれば、自動湯張り装置は、計時部と、湯張り時刻、湯張り温度および湯張り水量が予め設定されているかまたは、設定可能で、ふろ予約運転を設定した場合には前記計時部に基づき前記湯張り時刻に前記湯張り電磁弁を開き、前記湯張り水量センサーおよび前記湯張り温度センサーの検出結果を基に、前記湯張り温度および前記湯張り水量で前記浴槽に湯張りをする湯張り制御部と、前記貯湯タンク温度センサーが前記湯張り温度以上となっていることで蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部と、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には前記湯張り時刻に到達する前であっても前記湯張り制御部に、前記湯張り温度または前記湯張り温度に所定温度を加えた温度を目標温度とした前記湯張り水量で湯張りするよう指示する早期湯張り指示部とを有した制御装置を備えているので、貯湯タンクの温度上昇により貯湯タンクに蓄熱ができなくなった場合には湯張り温度または湯張り温度に近い温度での早期湯張りを行い貯湯タンクの温度を下げることで、さらに集熱を行うことが可能となり太陽熱の有効利用が図れる。これにより、貯湯タンクの容量に余裕を持たせる必要がなく、貯湯タンクを小さくすることもできる。
【００２１】
第３発明によれば、太陽熱利用温水システムは、計時部と、湯張り時刻、湯張り温度および湯張り水量が予め設定されているかまたは、設定可能で、ふろ予約運転を希望した場合には前記計時部に基づき前記湯張り時刻に前記湯張り電磁弁を開き、前記湯張り水量センサーおよび前記湯張り温度センサーの検出結果を基に、前記湯張り温度および前記湯張り水量で前記浴槽に湯張りをする湯張り制御部と、前記貯湯タンク温度センサーが前記湯張り温度以上となっていることで蓄熱完了を判定する蓄熱完了判定部と、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には前記湯張り時刻に到達する前であっても前記自動湯張り手段に前記湯張り温度または前記湯張り温度に所定温度を加えた温度を目標温度とした前記湯張り水量で湯張りする早期湯張り制御部と、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定した場合には前記湯張り時刻に到達する前であっても前記湯張り制御部に前記湯張り温度を目標温度として前記湯張り水量未満の一部水量での早期湯張りを実施させ、前記湯張り時刻には、前記湯張り温度または前記湯張り温度に所定温度を加えた温度を目標温度とし、前記湯張り水量から前記早期湯張りで湯張りした水量を引いた残量での湯張りとなる調整湯張りを行うよう指示する早期湯張り指示部と、を有した制御装置を備えていることで、貯湯タンクの温度上昇により貯湯タンクに蓄熱ができなくなった場合には早期湯張りを行い貯湯タンクの温度を下げることで、さらに集熱を行うことが可能となり太陽熱の有効利用が図れる。これにより、貯湯タンクの容量に余裕を持たせる必要がなく、貯湯タンクを小さくすることもできる。さらに、前記早期湯張りを行ったことによる浴槽での放熱を考慮して、調整湯張りを行うことができるので使用者が設定した浴槽内の温度に出来る太陽熱利用温水システムを提供できる。
【００２２】
第４発明によれば、第３発明の効果に加えて、前記早期湯張り指示部には、前記湯張り温度センサーで測定した前記早期湯張り時の温度と、前記湯張り時刻に湯張りを開始する前に前記浴槽温度センサーで測定した温度を比較して前記浴槽内の温度の降下温度を記憶する放熱温度記憶部を有しており、前記早期湯張り指示部は、前記蓄熱完了判定部が蓄熱完了を判定して前記早期湯張りが行われる時刻から前記湯張り時刻までの時間の経過により前記放熱温度記憶部が記憶する前記降下温度から予測される前記浴槽内の湯の放熱温度と、前記湯張り時刻での前記調整湯張りでの湯張り温度が所定温度として計算し、前記早期湯張りでの水量を計算するようになっているので、所定温度を余り高温とならない温度範囲で選択して制御すると同時に、前記早期湯張りの湯張り水量を出来るだけ多く見込むことができる太陽熱利用温水システムを提供できる。
【００２３】
第５発明によれば、第２発明から第４発明何れかの効果に加え、前記蓄熱完了判定部には、蓄熱完了と判定できる場合であっても前記計時部の現在時刻と、前記設定されている湯張り時刻の関係を考慮して蓄熱完了と判定しない手段を有しているので、早期湯張りを早く実行することによる、浴槽からの過大な放熱損失を防ぐことができ、湯張り時刻や日没の時刻との関係を考慮して、早期湯張りを行った後の有効な集熱が予測できる太陽熱利用温水システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る太陽熱利用温水システムの概略説明図である。
【図２】本発明に係る実施例１の太陽熱利用温水システムの制御装置と関連する部分の概略説明図である。
【図３】本発明に係る実施例１の太陽熱利用温水システムの早期湯張りの制御方法のフローチャートである。
【図４】本発明に係る実施例２の太陽熱利用温水システムの制御装置と関連する部分の概略説明図である。
【図５】本発明に係る実施例２の太陽熱利用温水システムの早期湯張りおよび調整湯張りに関する制御方法のフローチャートである。
【図６】本発明に係る実施例３の太陽熱利用温水システムの制御装置と関連する部分の概略説明図である。
【図７】本発明に係る実施例３の太陽熱利用温水システムの早期湯張りおよび調整湯張りに関する制御方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
発明を実施する形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【００２６】
（システムの概略）
図１は本発明に係る太陽熱利用温水システム１の概略説明図である。太陽熱利用温水システム１は浴槽６に使用者が給湯栓８の開閉を行うことなく、設定された予約時刻に自動的に直接浴槽６にお湯張りを行うことができるシステムとなっている。太陽熱利用温水システム１は、強制循環式太陽熱温水装置１０と、湯水混合装置３０と、自動湯張り装置３１ａと、浴槽温度センサー４０と、補助熱源装置７と、補助熱源装置７を利用した追焚き装置４１ａと、これらを制御するＣＰＵ（中央処理装置）の処理装置、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置を有した制御装置５０と、使用者が自動お湯張りを設定するリモコン（遠隔操作盤）６０からなる。
【００２７】
なお、本発明に関しては、補助熱源装置７と補助熱源装置７を利用した追焚き装置４１ａについては、発明が強制循環式太陽熱温水装置１０を効率良く使用し、強制循環式太陽熱温水装置１０のみで湯張りが行える場合が前提であるため、必須の構成ではないが、強制循環式太陽熱温水装置１０は太陽光を集熱して温水にするという性質上、天候に左右されるため、通常補助熱源装置７を備えて、強制循環式太陽熱温水装置１０の湯切れや浴槽６内にお湯張りしたお湯が冷めた場合に追焚きできるシステムとする場合が多いため、組み合わせた場合の例として図示している。また、浴槽温度センサー４０に関しても、浴槽６内に直接感温部を設ける構成としても良いが、追焚き装置４１ａを図示していることから、追焚き装置４１ａに浴槽温度センサー４０が設けられた場合の例として説明する。
【００２８】
（補助熱源装置）
補助熱源装置７は、ＬＰＧやＬＮＧ等の気体燃料、灯油や重油等の液体燃料、ヒートポンプ式や電熱式等の電力等による加熱部と、この加熱部の熱を受けて内部を通過する水等の液体の温度を上昇させる熱交換部とを有している。熱交換部は、強制循環式太陽熱温水装置１０の下流側に直列または強制循環式太陽熱温水装置１０と並列に接続されており、強制循環式太陽熱温水装置１０での集熱が不十分で温水が不足する場合に、足りない温水を補充させることができる。
【００２９】
強制循環式太陽熱温水装置１０を通過した湯水は常時、補助熱源装置７に通過させるのではなく、補助熱源切換え弁７４で、補助熱源装置７を通過させる場合と通過させない場合を選択できる構成となっている。補助熱源装置７を通過させる場合は、補助熱源切換え弁７４に連接する補助熱源配管７７、７７ａで補助熱源装置７を通過させ、湯水混合装置３０の上流側の温水用の配管である給湯管７３ａに合流する。
【００３０】
強制循環式太陽熱温水装置１０で充分に集熱されて後述の貯湯タンク２０に十分蓄熱がされている場合は、補助熱源装置７を通過させない様に補助熱源切換え弁７４は切換えられる。なお、補助熱源装置７は一般的なガス給湯器、灯油給湯器、ヒートポンプ式給湯機等と同等の機能を有しており、熱交換部に通水されると設定温度以下であれば加熱部による加熱を行う機能を有している。
【００３１】
追焚き装置４１ａについては、補助熱源装置７の加熱部の熱を利用して浴槽６内部に満たされた温水の追焚きを行っている。衛生上から追焚き熱交換器４２と補助熱源熱交換器４６との間で熱交換して間接的に加熱する構成となっている。浴槽６には浴槽接続口４１が設けられており、浴槽接続口４１には追焚き往き配管４４と追焚き戻り配管４５が連接され、反対側の端を追焚き熱交換器４２と連接し、追焚き戻り配管４５の途中に設けられた追焚き循環ポンプ４３を循環手段として追焚き循環回路が形成されている。追焚き循環回路に設けられている水流スイッチ４９は、追焚き循環回路に湯水が満たされてないことによる追焚き循環ポンプ４３の空運転を防止するためのものである。
【００３２】
また、補助熱源熱交換器４６と補助熱源装置７の加熱部で加熱される追焚き用の熱交換部は補助熱源循環管４８で連接されており、補助熱源循環管４８の途中にある補助熱源循環ポンプ４７を循環手段として補助熱源側の循環回路が形成されている。なお、強制循環式太陽熱温水装置１０で蓄熱された温水を利用して間接的に追焚きを行うという構成としても良い。補助熱源装置７と同様に追焚き装置４１ａについては、特に言及する場合を除き、これについて組み合わせた場合の説明は省略する。
【００３３】
浴槽６と浴槽接続口４１を介して連通する追焚き往き配管４４には後述する自動湯張り装置３１ａが設けられた湯張り管７６が連接されている。また、浴槽６内部に張られた湯水の温度を測定する手段として、追焚き循環ポンプ４３を駆動させ所定時間経過した後に追焚き戻り配管４５に設けた浴槽温度センサー４０により浴槽６内の温度を測定すると、浴槽６内部の湯水が撹拌された状態で正確に測定可能となる。
【００３４】
（強制循環式太陽熱温水装置）
強制循環式太陽熱温水装置１０は、大きくはコレクタ１１の部分と貯湯タンク２０部分よりなる。貯湯タンク２０内の下部にはタンク熱交換器２１が設けられており、コレクタ１１の内部を循環する不凍液等の熱媒体で集熱された太陽熱エネルギーをタンク熱交換器２１まで循環させて貯湯タンク２０の内部に貯められた水を加熱する。このため、熱媒体の循環手段として太陽熱循環ポンプ１４が設けられており、コレクタ１１とタンク熱交換器２１をコレクタ往き配管１２、１２ａとコレクタ戻り配管１３、１３ａとで結び、熱媒体の第一の循環回路が形成されている。
【００３５】
なお、コレクタ往き配管１２とコレクタ往き配管１２ａの途中にはアキュームタンク１５が設けられている。このアキュームタンク１５は熱媒体の補充や、熱媒体が太陽熱により温められ膨張した場合に膨張分を吸収する目的で設けられている。図示されてないが、アキュームタンク１５には熱媒体の量が適切かどうかを検知する熱媒体水位検知手段が設けられている。
【００３６】
また、コレクタ戻り配管１３とコレクタ戻り配管１３ａの途中には三方弁１８が設けられており、三方弁１８を切換えることで、コレクタ１１からコレクタ戻り配管１３、アキュームタンク１５を経由してコレクタ往き配管１２でコレクタ１１に戻る第二の循環回路が形成されている。コレクタ往き配管１２の途中には往き温度センサー１６が設けられており、コレクタ戻り配管１３の途中には戻り温度センサー１７が設けられている。
【００３７】
貯湯タンク２０は略円筒状の形状で密閉されており内部に湯水を貯める構造となっている。貯湯タンク２０の下部には給水管７１が接続され、貯湯タンク２０の上部には給湯管７３が接続されている。給水管７１には減圧した水道配管が接続されており、水道圧よりも減圧した給水圧が貯湯タンク２０に加わっており、給湯管７３から貯湯タンク２０内部に貯留する湯水を貯湯タンク２０の外部に押し出すことができる。
【００３８】
貯湯タンク２０内に貯えられた湯水の温度を検出する手段として、貯湯タンク２０の下部に貯湯タンク温度センサー２２が設けられている。また、貯湯タンク２０には貯湯タンク温度センサー２２以外にも、貯湯タンク温度センサー２２の上部方向に上部貯湯タンク温度センサー２３〜２６が高さ方向において異なった位置に複数個設けられている。貯湯タンク温度センサー２２および上部貯湯タンク温度センサー２３〜２６は、これらが設けられている貯湯タンク２０の内部にある液体の温度を電圧値として検出し、制御装置５０に出力することで、制御装置５０で貯湯タンク２０の内部の温度を判断することができる。
【００３９】
太陽熱循環ポンプ１４は交流電動機または直流電動機等の駆動部と、駆動部で回転する羽根車を内部に有するポンプ部からなり、この駆動部が制御装置５０からの出力を受けることでポンプ部を駆動させ、ポンプ部内部に満たされた熱媒体を一方向に移動させる。三方弁１８は電気的な駆動部が、制御装置５０からの出力を受けることで第一の循環回路と第二の循環回路を切換える。往き温度センサー１６および戻り温度センサー１７は、これらが設けられているコレクタ往き配管１２およびコレクタ戻り配管１３の熱媒体の温度を電圧値として検出し、制御装置５０に出力することで、制御装置５０で熱媒体の温度を判断することができる。
【００４０】
（湯水混合装置）
湯水混合装置３０は、上流側から配管で所定の水圧を有した温水と冷水の供給を受けると、湯水混合装置３０の内部で適当な割合に混合させて下流側の配管に、温水の温度から冷水の温度の範囲で、適当な温度の湯水にして供給できる装置である。制御装置５０は、湯水混合装置３０に内蔵するまたは湯水混合装置３０の出口側に連なる配管上に設けられた温度センサー（図示せず）からの検出値とリモコン６０で設定された希望温度を基に、湯水混合装置３０が有する電気的な駆動部を駆動させることで湯水混合装置３０の内部の温水および冷水の通過面積の割合を変化させて希望の温度に混合する。湯水混合装置３０の上流側の冷水用の配管としては、給水管７１から分離した給水管７２が連接されており、上流側の温水用の配管としては、給湯管７３に連なる給湯管７３ａが連接されている。また、下流側の配管としては給湯管７５が連接されている。
【００４１】
（自動湯張り装置）
自動湯張り装置３１ａは、湯張り電磁弁３１、湯張り水量センサー３２と湯張り温度センサー３３からなる。湯張り電磁弁３１、湯張り水量センサー３２と湯張り温度センサー３３は給湯管７５から分岐した湯張り管７６に設けられている。湯張り電磁弁３１は制御装置５０からの出力を受けることで湯張り管７６の流路を開弁する。湯張り水量センサー３２は、湯張り管７６の内部を通過する液体の通過状況をパルス信号として検出し、制御装置５０に出力することで、制御装置５０で湯張り管７６を通過する流量を判断することがきる。湯張り温度センサー３３は湯張り管７６の内部を通過する液体の温度を電圧値として検出し、制御装置５０に出力することで、制御装置５０で湯張り管７６を通過する温度を判断することができる。
【００４２】
（太陽熱利用温水システムの自動湯張りの構成）
湯張り電磁弁３１が開くと、強制循環式太陽熱温水装置１０での集熱運転により貯湯タンク２０に蓄熱された温水は、給水管７１からの給水圧により、給湯管７３へと流れる。補助熱源切換え弁７４は通常給湯管７３ａ側に連通しており、湯水混合装置３０へと流れる。湯水混合装置３０には給水管７１から分岐した給水管７２が連接されており、湯水混合装置３０の内部で貯湯タンク２０からの温水と、給水管７２からの冷水は、制御装置５０が制御する適切な湯水の温度に混合される。適切な温度となった湯水は、給湯管７５から分岐する湯張り管７６に流がれ、湯張り電磁弁３１を通過して、湯張り管７６が連接する追焚き往き配管４４に流れ、浴槽接続口４１から浴槽６に湯張りされる。なお、湯張り管７６から追焚き往き配管４４、追焚き熱交換器４２、追焚き戻り配管４５を経由して浴槽接続口４１から浴槽６へと流れる湯張り流路もある。
【００４３】
太陽熱利用温水システム１における本発明の自動湯張りに関する部分について図２を用いて説明する。図２は制御装置５０と、リモコン６０と、貯湯タンク温度センサー２２と、湯張り水量センサー３２と、湯張り温度センサー３３と、湯水混合装置３０と、湯張り電磁弁３１との構成（関係）について示している。
【００４４】
（リモコン）
リモコン６０には、強制循環式太陽熱温水装置１０や補助熱源装置７を遠隔で制御するためのスイッチ以外に、少なくとも湯張り時刻設定部６１、湯張り温度設定部６２、湯張り水量設定部６３およびふろ予約運転受付部６４が設けられている。
【００４５】
湯張り時刻設定部６１には、自動湯張り運転を開始したい時刻を設定するためのスイッチ（図示せず）があり、制御装置５０の計時部５１を受けて、またはリモコン６０に備わっている現在時刻を認識する機能に連動して、使用者は好みの時間単位または分単位等で自動湯張り運転を開始したい時刻を設定できる。なお、使用者が実際に使用する場合の分かり易さからは、自動湯張り運転が終了して浴槽６への入浴が可能になる時刻が設定できる方が良いとの考え方もあり、入浴が可能になる時刻を設定できるようにする方法もあるが、自動湯張り運転が終了する時刻は、湯張り流量と湯張り予約水量を考慮した時刻となり、本実施例の説明においては、説明が複雑となるので、予約できる時刻とは自動湯張り運転が開始する時刻として説明している。
【００４６】
湯張り温度設定部６２には、使用者が自動湯張り運転がされる場合の湯張り温度を設定するためのスイッチ（図示せず）があり、使用者が好みの湯張り温度を設定することができる。浴槽６へ使用者が入浴できる温度であるので、一般には３８〜４５℃程度の温度範囲で設定できるようになっている。湯張り水量設定部６３には、使用者が自動湯張り運転がされる場合の浴槽６への湯張り水量を設定するためのスイッチ（図示せず）がある。家庭用であるため、１５０〜２５０リットル程度の範囲を所定の水量単位（例えば、１０リットルや５リットル等）で設定できる。
【００４７】
使用者が、湯張り時刻設定部６１、湯張り温度設定部６２および湯張り水量設定部６３で所望の設定を行った後に、ふろ予約運転受付部６４に設けられた自動湯張り運転を選択するスイッチ（図示せず）により選択すると、リモコン６０から、制御装置５０に対して設定や選択された内容が伝達される。リモコン６０から制御装置５０へは、この伝達を電気的な信号で行うための有線または無線等の伝達手段を有している。なお、制御装置５０からリモコン６０に対して時刻情報等を伝達する場合は双方向の伝達手段となる。
【００４８】
（制御装置の構成）
制御装置５０には、計時部５１、湯張り制御部５２、早期湯張り指示部５３、蓄熱完了判定部５４を有している。制御装置５０には、集熱制御部も有しているが図示および説明を省略する。計時部５１は内部に現在時刻を認識することができる計時機能を有している。湯張り制御部５２は、湯張り水量センサー３２と湯張り温度センサー３３の検出結果を基に、湯水混合装置３０と湯張り電磁弁３１を制御している。早期湯張り指示部５３には放熱温度記憶部５５と湯張り計算部５６とを有している。
【００４９】
次に以上のように構成された太陽熱利用温水システム１の動作について説明する。
【００５０】
（強制循環式太陽熱温水装置の集熱動作）
まず、強制循環式太陽熱温水装置１０の集熱動作について説明する。太陽光の集熱はコレクタ１１の内部に満たされた熱媒体の温度が、貯湯タンク２０の内部に満たされたタンク熱交換器２１の外部を覆う部分の温度より高ければ、熱媒体から貯湯タンク２０の内部に貯えられた水への熱の移動が可能となる。本発明では、コレクタ１１の上部に直接温度センサーを設けないことで工事が容易に行える構成としているため、以下の集熱動作を行っている。
【００５１】
制御装置５０の内部には計時部５１（図２参照）を有しており、日射の見込める時刻（例えば、午前７時）になると、制御装置５０は三方弁１８を切換えて、タンク熱交換器２１を循環させない第二の循環回路にし、その状態で太陽熱循環ポンプ１４を駆動させる。制御装置５０は戻り温度センサー１７と貯湯タンク温度センサー２２による測定を開始し、戻り温度センサー１７で検知した温度が貯湯タンク温度センサー２２で検知した温度より所定温度以上（例えば、５℃以上）となったことを判断すると、三方弁１８を切換えて、タンク熱交換器２１を循環させる第一の循環回路にする。タンク熱交換器２１をコレクタ１１で加熱された熱媒体が循環することで、貯湯タンク２０の内部に貯留する水が加熱される。
【００５２】
制御装置５０は戻り温度センサー１７と貯湯タンク温度センサー２２の測定を継続しており、戻り温度センサー１７で検知した温度が貯湯タンク温度センサー２２で検知した温度より所定温度未満（例えば、５℃未満）となったことを判断すると、三方弁１８を切換えて、タンク熱交換器２１を循環させない第二の循環回路にする。コレクタ戻り配管１３の熱媒体の温度が、タンク熱交換器２１の外部を覆う部分付近の貯湯タンク２０内部の温度との温度差が小さくなることにより、熱移動の効率が悪くなることや、貯湯タンク２０内部に貯留する温水から逆に循環回路に熱が移行するのを防止するためである。
【００５３】
再度、制御装置５０は戻り温度センサー１７で検知した温度が貯湯タンク温度センサー２２で検知した温度より所定温度以上となったことを判断すると、三方弁１８を切換えて、タンク熱交換器２１を循環させる第一の循環回路にして貯湯タンク２０内部に貯留する水の加熱を行い、これを繰り返すことで集熱を行う。なお、制御装置５０の内部には計時部５１を有しているので、日射の見込めない時刻（例えば、午後５時）以降になると、制御装置５０は三方弁１８を切換えて、タンク熱交換器２１を循環させない第二の循環回路にし、太陽熱循環ポンプ１４の駆動を停止し、翌日の日射の見込める時刻まで待つ。以上の集熱動作により、貯湯タンク２０の内部に蓄熱される。
【００５４】
（制御装置の動作）
次に制御装置５０の動作について説明する。放熱温度記憶部５５には浴槽６の単位時間当たりの放熱分見込み温度Δｔｍが予め記憶されており、湯張り計算部５６がこの放熱分見込み温度Δｔｍと、計時部５１で計時している現在時刻と、湯張り時刻設定部６１で設定されている予約時刻とから、早期湯張り温度Ｔｓを算出する。蓄熱完了判定部５４は貯湯タンク温度センサー２２から検出結果を基に貯湯タンク２０の蓄熱が完了したことを判定する。
【００５５】
蓄熱完了判定部５４は早期湯張り指示部５３に判定結果を伝達する。早期湯張り指示部５３は、放熱温度記憶部５５の記憶値から湯張り計算部５６で計算した早期湯張り温度Ｔｓでの早期湯張りをするように、湯張り制御部５２に伝達する。また、計時部５１は現在時刻を湯張り制御部５２および早期湯張り指示部５３に伝達する。
【００５６】
（制御方法）
早期湯張りの制御方法について図３に基づいて説明する。使用者がリモコン６０のふろ予約運転受付部６４のふろ予約運転を選択する（ステップ１）。制御装置５０の蓄熱完了判定部５４が、貯湯タンク温度センサー２２でリモコン６０の湯張り温度設定部６２で設定されている湯張り予約温度（以下、「予約温度Ｔ」と略す。）以上となることで貯湯タンク２０内の蓄熱は完了したと判定する（ステップ２）。
【００５７】
蓄熱完了判定部５４の判定を受けて早期湯張り指示部５３は、放熱温度記憶部５５に予め記憶してある単位時間当たりの放熱分見込み温度Δｔｍと、計時部５１で計時している現在時刻および湯張り時刻設定部６１で設定されている予約時刻（以下、「予約時刻」と略す。）から算出される早期湯張り温度Ｔｓを湯張り計算部５６で算出させる。早期湯張り指示部５３は湯張り制御部５２に対して予約時刻でなくても、早期湯張り温度Ｔｓでの湯張りを開始するように指示する（ステップ３）。
【００５８】
湯張り制御部５２は、湯張り電磁弁３１を開けて、湯張りを開始し、湯張り水量センサー３２で湯張り水量設定部６３で設定された予約水量（以下、「予約水量Ｗ」と略す。）になるまで積算流量を計算し、同時に湯張り温度センサー３３で早期湯張り温度Ｔｓになるように湯水混合装置３０を制御する（ステップ４）。湯張り制御部５２は、湯張り水量センサー３２で積算した水量が、予約水量Ｗになったと判断すると湯張り電磁弁３１を閉じ、早期湯張り運転を終了する。早期湯張り指示部５３は湯張り制御部５２に対して、予約時刻での湯張り運転を中止するように指示する（ステップ５）。
【００５９】
なお、早期湯張り指示部５３の湯張り計算部５６が早期湯張り温度Ｔｓを計算する場合に、浴槽６からの放熱がほとんどない場合には放熱分見込み温度Δｔｍを零として、早期湯張り温度Ｔｓを予約温度Ｔと等しいものとしても良い。また、放熱分見込み温度Δｔｍを経過時間とは無関係に一定の温度（例えば２℃）として予め記憶しておいても良い。
【実施例２】
【００６０】
実施例２は、実施例１の太陽熱利用温水システム１の概略を説明する図１と一部を除き同一の構成であるので、同一の符号を付けて説明を省略する。実施例２で異なる部分は、制御方法が異なることにより制御装置５０が制御装置５０ａとなる。よって、制御装置５０ａに関する部分について、図４および図５を用いて説明する。
【００６１】
図４は制御装置５０ａと、リモコン６０と、貯湯タンク温度センサー２２と、湯張り水量センサー３２と、湯張り温度センサー３３と、湯水混合装置３０と、湯張り電磁弁３１と、浴槽温度センサー４０と、追焚き循環ポンプ４３と、水流スイッチ４９との構成について示している。なお、リモコン６０については実施例１と同一であるので同一の符号を付けて説明を省略する。
【００６２】
（制御装置）
制御装置５０ａには、計時部５１、湯張り制御部５２ａ、早期湯張り指示部５３ａ、蓄熱完了判定部５４を有している。計時部５１は内部に現在時刻を認識することができる計時機能を有している。湯張り制御部５２ａは、湯張り水量センサー３２と湯張り温度センサー３３の検出結果を基に、湯水混合装置３０と湯張り電磁弁３１を制御している。早期湯張り指示部５３ａには湯張り計算部５６ａを有しており、湯張り計算部５６ａの算出する値での湯張りを早期湯張り指示部５３ａは指示する。
【００６３】
早期湯張り指示部５３ａは追焚き循環ポンプ４３を駆動させ、水流スイッチ４９および浴槽温度センサー４０の情報より浴槽６内部の現在温度Ｔｇを検出する。湯張り計算部５６ａは記憶している割合より早期湯張り水量Ｗｓの量を算出し、現在温度Ｔｇから後述の調整湯張り温度Ｔｃの値を算出する。蓄熱完了判定部５４は貯湯タンク温度センサー２２の検出結果を基に貯湯タンク２０の蓄熱が完了したことを判定する。
【００６４】
蓄熱完了判定部５４は早期湯張り指示部５３ａに判定結果を伝達する。湯張り計算部５６ａがした早期湯張り水量Ｗｓと調整湯張り温度Ｔｃから後述の調整湯張り水量Ｗｃでの湯張りをするように、早期湯張り指示部５３ａは湯張り制御部５２ａに伝達する。また、計時部５１は現在時刻を湯張り制御部５２ａに伝達する。
【００６５】
（制御方法）
早期湯張りの制御方法について図５に基づいて説明する。使用者がリモコン６０のふろ予約運転受付部６４のふろ予約運転を選択する（ステップ１１）。制御装置５０ａの蓄熱完了判定部５４が、貯湯タンク温度センサー２２で予約温度Ｔ以上となることで貯湯タンク２０内の蓄熱は完了したと判定する（ステップ１２）。
【００６６】
蓄熱完了判定部５４の判定を受けて早期湯張り指示部５３ａは、湯張り制御部５２ａに対して予約時刻になっていなくても、湯張りを開始するように指示する。同時に早期湯張り指示部５３ａは湯張り制御部５２ａに対して湯張り計算部５６ａに予め設定されている一定の割合としての数値８０％を予約水量Ｗに掛けた早期湯張り水量Ｗｓで、湯張りするよう指示する（ステップ１３）。
【００６７】
なお、一定の割合を８０％として説明しているが、追焚き循環回路での循環が確認できる（５０〜９０％）範囲の内の適当な数値を選択しても良い。湯張り制御部５２ａは、湯張り電磁弁３１を開けて、湯張りを開始し、湯張り水量センサー３２で早期湯張り水量Ｗｓになるまで積算流量を計算し、同時に湯張り温度センサー３３で予約温度Ｔになるように湯水混合装置３０を制御する。（ステップ１２）。湯張り制御部５２ａは、湯張り水量センサー３２で積算した水量が、早期湯張り水量Ｗｓになったと判断すると湯張り電磁弁３１を閉じ、早期湯張り運転を終了する（ステップ１４）。
【００６８】
予約時刻になると（ステップ１５）、早期湯張り指示部５３ａは追焚き循環ポンプ４３を駆動させ、水流スイッチ４９で追焚き循環回路での循環が正常に行われていることを確認した後に、浴槽温度センサー４０で浴槽６内部の現在温度Ｔｇを検出する（ステップ１６）。
次に早期湯張り指示部５３ａは湯張り制御部５２ａに対して湯張り計算部５６ａが有している予約水量Ｗの残りの水量である調整湯張り水量Ｗｃ（予約水量Ｗ−早期湯張り水量Ｗｓ）での湯張りを指示する（ステップ１７）。
【００６９】
同時に湯張り計算部５６ａは早期湯張り水量Ｗｓに調整湯張り水量Ｗｃを加えて混合された時の全体水量（予約水量Ｗ）の温度が予約温度Ｔになるように、調整湯張り水量Ｗｃの温度（調整湯張り温度Ｔｃ）を計算して指示する（ステップ１８）。張り制御部５２ａは湯張り電磁弁３１を開けて湯張りを開始し、湯張り水量センサー３２で調整湯張り水量Ｗｃになるまで積算流量を計算し、同時に湯張り温度センサー３３で調整湯張り温度Ｔｃになるように湯水混合装置３０を制御する。湯張り制御部５２ａは、湯張り水量センサー３２で積算した水量が、調整湯張り水量Ｗｃになったと判断すると湯張り電磁弁３１を閉じ、調整湯張り運転を終了する（ステップ１９）。
【００７０】
調整湯張り温度Ｔｃについて、例を挙げて説明する。例えば、湯張り予約水量Ｗが２００リットル、早期湯張り水量Ｗｓが１６０リットル、湯張り予約温度Ｔが４２℃、予約時刻に浴槽温度センサー４０が検知した浴槽６の現在温度Ｔｇが４０℃であったとする。
調整湯張り温度Ｔｃ＝（ＴＷ−ＴｇＷｓ）÷Ｔｇ
＝（４２×２００−４０×１６０）÷４０
＝５０℃
よって、予約時刻では、５０℃で４０リットルの湯張りを行えば、最終的に４２℃で２００リットルのお湯張りをしたことになる。
【実施例３】
【００７１】
実施例３は、実施例１の太陽熱利用温水システム１の概略を説明する図１と一部を除き同一の構成であるので、同一の符号を付けて説明を省略する。実施例３で異なる部分は、制御方法が異なることにより制御装置５０が制御装置５０ｂとなる。よって、制御装置５０ｂに関する部分について、図６および図７を用いて説明する。
【００７２】
図６は制御装置５０ｂと、リモコン６０と、貯湯タンク温度センサー２２と、湯張り水量センサー３２と、湯張り温度センサー３３と、湯水混合装置３０と、湯張り電磁弁３１と、浴槽温度センサー４０と、追焚き循環ポンプ４３と、水流スイッチ４９との構成について示している。なお、リモコン６０については実施例１と同一であるので同一の符号を付けて説明を省略する。
【００７３】
（制御装置）
制御装置５０ｂには、計時部５１、湯張り制御部５２ｂ、早期湯張り指示部５３ｂ、蓄熱完了判定部５４を有している。計時部５１は内部に現在時刻を認識することができる計時機能を有している。湯張り制御部５２ｂは、湯張り水量センサー３２と湯張り温度センサー３３の検出結果を基に、湯水混合装置３０と湯張り電磁弁３１を制御している。早期湯張り指示部５３ｂには放熱温度記憶部５５ａと湯張り計算部５６ｂを有しており、湯張り計算部５６ｂの算出する値での湯張りを早期湯張り指示部５３ｂは指示する。早期湯張り指示部５３ｂは追焚き循環ポンプ４３を駆動させ、水流スイッチ４９および浴槽温度センサー４０の情報より浴槽６内部の現在温度Ｔｇを検出する。湯張り計算部５６ｂは放熱温度記憶部５５ａで記憶している値から早期湯張り水量Ｗｓの量を算出し、記憶している６０℃での湯温から調整湯張り温度Ｔｃの値を算出する。蓄熱完了判定部５４は貯湯タンク温度センサー２２の検出結果を基に貯湯タンク２０の蓄熱が完了したことを判定する。
【００７４】
蓄熱完了判定部５４は早期湯張り指示部５３ｂに判定結果を伝達する。湯張り計算部５６ｂがした早期湯張り水量Ｗｓとの調整湯張り水量Ｗｃでの湯張りをするように、早期湯張り指示部５３ｂは湯張り制御部５２ｂに伝達する。また、計時部５１は現在時刻を湯張り制御部５２ｂと早期湯張り指示部５３ｂに伝達する。
【００７５】
（制御方法）
早期湯張りの制御方法について図７に基づいて説明する。使用者がリモコン６０のふろ予約運転受付部６４のふろ予約運転を選択する（ステップ２１）。制御装置５０ｂの蓄熱完了判定部５４が、貯湯タンク温度センサー２２で予約温度Ｔ以上となっていることで貯湯タンク２０内の蓄熱は完了したと判定する（ステップ２２）。
【００７６】
蓄熱完了判定部５４の判定を受けて早期湯張り指示部５３ｂは、湯張り制御部５２ｂに対して予約時刻になっていなくても湯張りを開始するように指示する。同時に早期湯張り指示部５３ｂは、湯張り制御部５２ａに対して湯張り計算部５６ｂが有している以下の算出式で求められる水量での湯張りするよう指示する（ステップ２３）。
Ｗｓ＝Ｗ×（６０−Ｔ）÷｛６０−（Ｔ−Δｔｈ）｝
この式において、
Ｗｓ  ：早期湯張り水量
Ｗ    ：予約水量
Ｔ    ：予約温度
Δｔｈ：記憶されている放熱温度
【００７７】
ここで、「記憶されている放熱温度Δｔｈ」とは予約温度から後述する調整湯張り運転時に浴槽温度センサー４０が計測した温度を引いて求められる値で、前回求められた放熱温度Δｔｈは、放熱温度記憶部５５ａに記憶される。記憶値を有してない最初の回に関しては、初期値として例えば、２℃等の放熱温度として妥当と思われる値を放熱温度記憶部５５ａに記憶させておき、その値を用いる。
【００７８】
湯張り制御部５２ｂは、湯張り電磁弁３１を開けて、湯張りを開始し、湯張り水量センサー３２で上記の算出式で求められた水量になるまで積算流量を計算し、同時に湯張り温度センサー３３で湯張り温度設定部６２で設定された温度になるように湯水混合装置３０を制御する。湯張り制御部５２ｂは、湯張り水量センサー３２で湯張りされる水量を積算し（ステップ２４）、湯張り水量センサー３２で積算した水量が、早期湯張り水量Ｗｓになったと判断すると（ステップ２５）湯張り電磁弁３１を閉じ、早期湯張り運転を終了する（ステップ２６）。
【００７９】
なお、前記早期湯張り水量Ｗｓを求める式の中で「６０」の定数を使用しているのは、後述する調整湯張り水量Ｗｃの湯張りの際に６０℃での湯張りを予定しているからである。つまり、調整湯張り水量Ｗｃでは、６０℃の温度で湯張りすることを前提として、早期湯張り水量Ｗｓ求めるように計算している。また、６０℃の温度としたのは、使用者の安全を考慮して余り高温とならない温度で調整湯張りをしたいためである。そのため、調整湯張りの温度については６０℃に限られるのではなく、４８〜６５℃の範囲の適当な温度を選択しても良い。
【００８０】
リモコン６０の湯張り時刻設定部６１で設定された予約時刻になると（ステップ２７）、早期湯張り指示部５３ｂは追焚き循環ポンプ４３を駆動させ、水流スイッチ４９で追焚き循環回路での循環が正常に行われていることを確認した後に、浴槽温度センサー４０で浴槽６内の現在温度Ｔｇを測定する（ステップ２８）。同時に予約温度Ｔから、現在温度Ｔｇを引いた値を浴槽での放熱温度Δｔｈとして放熱温度記憶部５５ａに記憶する（ステップ２９）。なお、放熱温度Δｔｈについては、前回の１回だけ記憶したものをそのまま用いても良いが、誤差を少なくするため、複数回記憶してその平均値を採ることが好ましい。
【００８１】
次に早期湯張り指示部５３ｂは湯張り制御部５２ｂに対して湯張り計算部５６ｂが有している以下の式で算出される調整湯張り水量Ｗｃで、湯張り温度を６０℃として湯張りを行う（ステップ３０）。
Ｗｃ＝（Ｔ×Ｗ−Ｔｇ×Ｗｓ）÷６０
この式において、
Ｗｃ：調整湯張り水量
Ｔ  ：予約温度
Ｗ  ：予約水量
Ｔｇ：現在温度
Ｗｓ：早期湯張り水量
湯張り制御部５２ａは、湯張り電磁弁３１を開けて、湯張りを開始し、湯張り水量センサー３２で調整湯張り水量Ｗｃになるまで積算流量を計算し、同時に湯張り温度センサー３３で６０℃の湯張り温度となるよう湯水混合装置３０を制御する。湯張り制御部５２は、湯張り水量センサー３２で積算した水量が、調整湯張り水量Ｗｃの水量になったと判断すると湯張り電磁弁３１を閉じ、調整湯張り運転を終了する（ステップ３１）。
【００８２】
早期湯張り水量Ｗｓと調整湯張り水量Ｗｃの算出方法について、例を上げて説明する。例えば、湯張り予約水量Ｗが２００リットル、湯張り予約温度Ｔが４２℃、予約時刻に浴槽温度センサー４０が検知した浴槽６の現在温度Ｔｇが４０℃であったとする。
すると、
放熱温度Δｔｈ＝Ｔ−Ｔｇ
＝４２−４０
＝２ｄｅｇ
早期湯張り水量Ｗｓ＝Ｗ×（６０−Ｔ）÷｛６０−（Ｔ−Δｔｈ）｝
＝２００×（６０−４２）÷｛６０−（４２−２）｝
＝１８０リットル
調整湯張り水量Ｗｃ＝（Ｔ×Ｗ−Ｔｇ×Ｗｓ）÷６０
＝（４２×２００−４０×１８０）÷６０
＝２０リットル
従って早期湯張り水量を１８０リットル、調整湯張り水量を２０リットルとすれば良い。
【実施例４】
【００８３】
実施例１〜実施例３において、蓄熱完了判定部５４で行う蓄熱の判定については、貯湯タンク温度センサー２２が検知した温度が予約温度Ｔ以上となっていることで貯湯タンク２０内の蓄熱は完了したと判定する例を説明している。しかしながら、貯湯タンク２０内部への蓄熱の判定については様々な方法が考えられるので、以下においてまとめて説明する。なお、実施例１〜実施例３とは蓄熱完了判定部５４で行う判定方法が異なるだけであり、同じ符号を付けて説明を省略する。
【００８４】
（蓄熱完了判定の方法）
蓄熱完了判定部５４で行う蓄熱の判定のその他の方法について説明する。強制循環式太陽熱温水装置１０での蓄熱の完了を字義通り解釈すると貯湯タンク２０内部に温水としての蓄熱が完全にできなくなることになる。前述の強制循環式太陽熱温水装置１０の集熱動作の説明のように、戻り温度センサー１７で検知した温度が貯湯タンク温度センサー２２で検知した温度より所定温度以上（例えば、５℃以上）である時は、集熱が可能であるので、厳密に言えば貯湯タンク温度センサー２２で予約温度Ｔ以上（通常の入浴温度から考えると４２℃程度）となっている時点では、まだ貯湯タンク２０への蓄熱の可能性はあると考えられ蓄熱が完全に完了したとは言えないことになる。
【００８５】
そこで、できるだけ貯湯タンク２０への蓄熱量を増加させて蓄熱量を完了したと判断するのであれば、貯湯タンク温度センサー２２で検知する温度をリモコン６０の湯張り温度設定部６２で設定されている湯張り予約温度ではなくもっと高温（例えば５０℃）にすることや、集熱動作に着目して、集熱動作が一定時間以上行えないことをもって集熱が完了したと判断する方法も考えられる。なお、太陽熱温水装置の性質上、貯湯タンク２０への蓄熱の完全な完了にできるだけ近づけることは可能であるが、貯湯タンク２０への蓄熱が完全に完了したとの予測は、未来の日射量を予測できないと不可能であるから、現実にはできないし、蓄熱が完了することを余り長い時間をかけて行うことは、前述の早期湯張り運転が行い難くなるので、発明の効果が発揮され難くなることになる。
【００８６】
一方早期湯張りに必要な熱量だけに着目すると、貯湯タンク２０の内部に貯められた温水が湯水混合装置３０で水を混合して早期湯張りが可能な熱量があると判断できる時点、つまり、予約温度Ｔで予約水量Ｗが行えるだけの蓄熱量が貯湯タンク２０に蓄熱されたと判断できる時点で蓄熱が完了したと判断した方が良いことになる。
【００８７】
具体的な方法としては、給水管７１、７２に給水温度センサーを設け、前記給水温度センサーで得られた温度の水道水が湯水混合装置３０で混合できることを前提として、予約温度Ｔと予約水量Ｗから計算される早期湯張りに必要な熱量を算出し、貯湯タンク２０の内部形状から割り出される、上部貯湯タンク温度センサー２３〜２６の設けられた各部位置を基準とした上側の貯湯タンク２０のタンク各部の容量と、上部貯湯タンク温度センサー２３〜２６各部で検出される温度により求められる貯湯タンク２０の蓄熱された熱量の合計を判断し、必要な熱量まで蓄熱された熱量が有ると判断できれば蓄熱が完了したと判断する方法である。できるだけ早めに湯張りを開始することで、貯湯タンク２０に可能な蓄熱量の上限を確保できることから早期湯張りに必要な熱量に着目した方法の方が好ましい。
【００８８】
しかしながら、早期湯張りを行うことは、早期湯張りにより、貯湯タンク２０の下部からは水道水が給水されることでもあり、貯湯タンク２０内部の温水が水により押し出される際の温水と水の境界部分では温水が早めに冷まされることにより、貯湯タンク２０上部の温度が低下し、その後に集熱が行えるかどうかは天候まかせとなり、貯湯タンク２０内の温水が湯張り以外には利用し難くなる可能性が発生する。また、予約時間までの時間が長すぎることで、浴槽６からの放熱量が増大することも考えられる。すると、必ずしも早期湯張りに必要な熱量が蓄熱されたことを以て、蓄熱が完了すると判断することが良いものとも限らないことになる。
【００８９】
そこで、強制循環式太陽熱温水装置１０のコレクタ１１の集熱量や使用者の温水の使用量の予測より求められた貯湯タンク２０の容量は求められているのであるから、その貯湯タンク２０の底部に設けられている貯湯タンク温度センサー２２で検知する温度が、湯張り予約温度Ｔ以上とすることにより、前述からの貯湯タンク２０への蓄熱の方法から考えて、貯湯タンク温度センサー２２より上部に貯えられた温度の方が必ず湯張り予約温度Ｔ以上の高い温度になっているはずであるから、最も直接的で簡単な方法により必要な熱量を確保されているし、まだ、貯湯タンク２０の底部には蓄熱が可能な余裕も有しているので、蓄熱の完了を予測した状態で早期湯張り運転を開始することが可能となる。
【００９０】
（蓄熱完了の判定に時間的な条件を設ける方法）
蓄熱完了判定部５４において、制御装置５０、５０ａ、５０ｂの有する計時部５１での時刻の条件を追加して、温度としての条件では蓄熱が完了したと判定しても良い場合でも、この蓄熱完了判定に時間的な条件を設けて判定する実施例も考えられる。具体的には、前述からの貯湯タンク２０での蓄熱の完了と判定しても良い条件となった場合でも、蓄熱完了を判定した時点が予約時刻に余りに近い場合や、蓄熱を完了した時点の時刻より後の時間帯において、日没の時間に近いため日射量が見込めない時間帯である場合などである。さらには、蓄熱完了時刻から湯張り予定時刻までの時間が余りに長い場合も浴槽６での放熱量が多くなりすぎ、却って蓄熱した熱量を無駄に損失することも考えられるのでこのような場合も蓄熱完了の判定は行わず、適切な時間帯になるまで蓄熱完了判定を待つという方法もある。
【００９１】
一例としては、蓄熱完了判定を許可する時間帯を１３時から１４時の間だけ許可するという方法である。この場合には、１３時にならない前の時間では、蓄熱が完了しても待ちの状態となり、１３時になった時点で蓄熱完了判定部５４は蓄熱が完了したと判定する。また、１４時を経過した後の時点で蓄熱が完了した場合には、蓄熱完了判定部５４は蓄熱が完了したとは判定せず、湯張り予定時刻になって湯張りを行う。この場合には早期の湯張り運転は行われないものとなる。
【００９２】
以上、本発明について、実施例に基づき説明してきたが、本発明は何らこれらの実施例の構成に限定するものではない。例えば、実施例１乃至実施例３は強制循環式太陽熱温水装置１０をシステにして組んだ場合で説明しているが、強制循環式太陽熱温水装置１０に限らず、自然循環式太陽熱温水装置で自動湯張り装置３１ａを組み合わせてシステムとした場合でも実施は可能であり、自然循環式太陽熱温水装置の貯湯タンクの限られた貯湯量を有効に利用して集熱することが可能となる。また、自動湯張り装置３１ａで設定可能な湯張り条件が、湯張り時刻と湯張り水量だけである場合でも、湯張り温度とは無関係に早期に湯張りをし、浴槽６の温度は使用者が水を加えることで調整するようにすれば実施は可能である。また、強制循環式太陽熱温水装置１０や自然循環式太陽熱温水装置の貯湯タンク内の水温が、所定温度以下に下がった時点で早期湯張り水量以下の水量で湯張りを一旦中止する場合であっても、貯湯タンク内の水温が下がるので、下がった分だけ太陽熱温水装置の利用率を改善することができる
【００９３】
さらには、実施例１においての湯張りは１回であり、実施例２および実施例３においての湯張りは２回に分けて行っているが、この湯張りを３回や複数回に分けて実施しても同様な効果が得られる。また、早期湯張りを行ったことにより、浴槽６での放熱に対応するため、湯張りの温度を予約温度Ｔよりも所定温度上昇させ、最終的に湯張りだけで予約温度Ｔに近づける例を説明しているが、太陽熱利用温水システム１の有している追焚き装置４１ａを用いて予約温度Ｔになるまで沸かしあげる方法を組み合わせても良い。さらには、補助熱源装置７を組み合わせた場合等の実施も可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１：太陽熱利用温水システム
６：浴槽
７：補助熱源装置
８：給湯栓
１０：強制循環式太陽熱温水装置
１１：コレクタ
１２、１２ａ：コレクタ往き配管
１３、１３ａ：コレクタ戻り配管
１４：太陽熱循環ポンプ
１５：アキュームタンク
１６：往き温度センサー
１７：戻り温度センサー
１８：三方弁
２０：貯湯タンク
２１：タンク熱交換器
２２：貯湯タンク温度センサー
２３、２４、２５、２６：上部貯湯タンク温度センサー
３０：湯水混合装置
３１ａ：自動湯張り装置
３１：湯張り電磁弁
３２：湯張り水量センサー
３３：湯張り温度センサー
４０：浴槽温度センサー
４１ａ：追焚き装置
４１：浴槽接続口
４２：追焚き熱交換器
４３：追焚き循環ポンプ
４４：追焚き往き配管
４５：追焚き戻り配管
４６：補助熱源熱交換器
４７：補助熱源循環ポンプ
４８：補助熱源循環管
４９：水流スイッチ
５０、５０ａ、５０ｂ：制御装置
５１：計時部
５２、５２ａ、５２ｂ：湯張り制御部
５３、５３ａ、５３ｂ：早期湯張り指示部
５４：蓄熱完了判定部
５５、５５ａ：放熱温度記憶部
５６、５６ａ、５６ｂ：湯張り計算部
６０：リモコン
６１：湯張り時刻設定部
６２：湯張り温度設定部
６３：湯張り水量設定部
６４：ふろ予約運転受付部
７１、７２：給水管
７３、７３ａ、７５：給湯管
７４：補助熱源切換え弁
７６：湯張り管
７７、７７ａ：補助熱源配管
【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月15日(2011.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
湯張り制御部５２ｂは、湯張り電磁弁３１を開けて、湯張りを開始し、湯張り水量センサー３２で上記の算出式で求められた水量になるまで積算流量を計算し、同時に湯張り温度センサー３３で湯張り温度設定部６２で設定された温度になるように湯水混合装置３０を制御する（ステップ２４）。湯張り制御部５２ｂは、湯張り水量センサー３２で湯張りされる水量を積算し、湯張り水量センサー３２で積算した水量が、早期湯張り水量Ｗｓになったと判断すると（ステップ２５）湯張り電磁弁３１を閉じ、早期湯張り運転を終了する（ステップ２６）。