給湯システム
【課題】 貯湯槽からの温水を利用して給湯するコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮することができるとともに、安価に製造することができる給湯システムを提供する。
【解決手段】 給湯開始時（時間ｔ１）のミキシングユニット２４で調温する混合水温度を、給湯設定温度より温度α分高く設定し、給湯経路の配管内温度の上昇速度を速める。すると、混合水が給湯配管内を通過するときの放熱ロスが抑制され、給湯温度の上昇速度も速まる。積算流量が切替準備流量に達した時（時間ｔ２）に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を給湯設定温度まで下げ、給湯温度が給湯設定温度を超えて温度上昇しないようにする。この湯温制御によれば、コールドスタート時で給湯配管内が低温であって、しかも、蓄熱を利用して給湯するために給湯経路が長く放熱ロスが大きいときであっても、立ち上がり時間を短縮することができ、使い勝手を向上させることができる。
【解決手段】 給湯開始時（時間ｔ１）のミキシングユニット２４で調温する混合水温度を、給湯設定温度より温度α分高く設定し、給湯経路の配管内温度の上昇速度を速める。すると、混合水が給湯配管内を通過するときの放熱ロスが抑制され、給湯温度の上昇速度も速まる。積算流量が切替準備流量に達した時（時間ｔ２）に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を給湯設定温度まで下げ、給湯温度が給湯設定温度を超えて温度上昇しないようにする。この湯温制御によれば、コールドスタート時で給湯配管内が低温であって、しかも、蓄熱を利用して給湯するために給湯経路が長く放熱ロスが大きいときであっても、立ち上がり時間を短縮することができ、使い勝手を向上させることができる。
【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給湯システムに関する。特に、貯湯式の給湯システムにおいて、給湯利用箇所に給湯設定温度に調温された温水が給湯され始めるまでの時間を短縮する技術に関する。
【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では、発電熱や太陽熱等で加熱した温水を貯湯しておく貯湯槽と、貯湯槽に貯湯しておいた温水と水道水（冷水）を混合する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水を必要に応じて加熱する加熱器を有する給湯器等を備えている。このような貯湯式の給湯システムでは、貯湯槽に貯湯しておいた温水を、必要時に適温に調温して温水利用箇所（給湯栓、浴槽、シャワー、床暖房システム等）に給湯する。温水利用箇所で必要とする温水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。温水利用箇所で必要とする温水温度よりも低温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、加熱器で加熱して給湯する。加熱器で加熱する場合でも、水道水を加熱する場合に比して、必要な熱量は少なくて済む。貯湯式の給湯システムは、総合的なエネルギー効率が高く、給湯のためのランニングコストを低減することができる。
【０００３】
給湯停止後の給湯経路内の混合水温度は、時間の経過とともに低下する。次回の給湯までにある程度以上の時間が経過すれば、次回の給湯開始時には給湯経路内で冷えた低温水が出水する。また、ミキシングユニットで給湯設定温度に調温された温水は、冷えた配管を通過する間に熱を奪われ、温度低下する。従って、前回の給湯からある程度以上の時間が経過してしまうと、次回の給湯開始時には給湯設定温度に満たない低温水が給湯され、給湯設定温度に調温された温水が給湯され始めるまでに時間を要する。本明細書では、給湯経路の配管や配管内の混合水の温度が低下している状態で給湯を開始することをコールドスタートということがある。また、給湯を開始してから給湯設定温度に調温された温水が給湯され始めるまでを立ち上がりといい、給湯設定温度に調温された温水が給湯される状態となることを立ち上がるということがある。
コールドスタート時では、給湯栓を開いてから希望の湯温に調温された混合水が出湯し始めるまでに（立ち上がるまでに）時間が掛る。
加熱器で加熱して給湯する場合にも、給湯栓を開いてから希望の湯温に調温された温水が出湯し始めるまでには時間が掛る。しかしながら、加熱器から給湯栓までの配管容量が小さいことから、その時間は比較的短い。それに比して、ミキシングユニットから給湯栓までの配管容量は大きいことから、加熱器で加熱しないで給湯する場合の立ち上がり時間は長くなってしまう。特に、加熱器内部の配管容量による影響が大きく、内部に凝縮器を配置することによって熱効率の効率向上を図っている潜熱回収型給湯器では加熱器内部の配管容量が特に大きいことから、加熱器で加熱しないで給湯する場合の立ち上がり時間と加熱器で加熱して給湯する場合の立ち上がり時間の差が大きくなってしまう。
本発明では、加熱器で加熱しないで給湯する場合の立ち上がり時間と加熱器で加熱して給湯する場合の立ち上がり時間の差を小さくする技術を提供する。
【０００４】
特許文献１に、コールドスタート時の立ち上がり時間を短縮しようとする技術が開示されている。特許文献１の給湯装置は、給湯配管を加熱する手段を備えており、給湯配管の温度が低いときには、加熱手段によって給湯配管を加熱する。この技術によれば、貯湯槽からの温水が給湯配管を流れる間に配管に熱を奪われることを抑制することができ、立ち上がり時間を短縮することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３００２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
貯湯式の給湯システムでは、貯湯槽内に給湯設定温度以上の温水が貯湯されているときには、加熱器を利用せず、貯湯槽内の温水を利用して給湯する。貯湯槽内に温水が貯湯されていないときや、貯湯されている温水の温度が低い場合には、加熱器で加熱して給湯する。
貯湯槽からの温水を利用して給湯する場合の給湯経路は、貯湯槽から給湯栓までであり、加熱器を利用して給湯する場合の給湯経路と比べると、貯湯槽からの配管長さ分だけ長い。よって、その分コールドスタート時の放熱ロスは大きい。また、貯湯槽からの温水を加熱器で加熱することなく給湯する場合であっても、ミキシングユニットで調温された混合水が加熱器の熱交換器を通過する。加熱器の熱交換器での放熱量は大きい。また、コールドスタート時には、加熱器の熱交換器内に低温水が滞留しており、調温された混合水が熱交換器を通過するときに熱を多く奪われる。従って、貯湯槽内の温水を利用してコールドスタートする場合、加熱器を利用してコールドスタートする場合に比して、立ち上がり時間が長くなり、使用感が悪い。
【０００７】
図６のグラフは、コールドスタート時の、ミキシングユニットの出口で測定した混合水温度（破線で示す）と、給湯栓から給湯される給湯温度（実線で示す）の推移を示している。混合水温度の温度上昇から遅れて、給湯温度が上昇する。給湯開始時に、混合水温度は迅速に上昇するが、給湯温度は、ミキシングユニットと給湯栓との間の冷えた配管や加熱器の熱交換器内に滞留している低温水等に熱を奪われ、図示Ａのように温度上昇が停滞する。混合水温度が給湯設定温度まで上昇していても、給湯温度は給湯設定温度にまでなかなか上昇せず、立ち上がり時間が長くなってしまう。
【０００８】
特許文献１の技術では、貯湯槽の出口近傍に給湯配管を加熱する加熱手段を設けて加熱し、貯湯槽内の温水を利用して給湯する場合のコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮する。しかし、別途加熱手段を設ける必要があることから、システムの製造コストをアップさせてしまう。
【０００９】
本発明では、貯湯槽からの温水を利用して給湯するコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮することができるとともに、安価に製造することができる給湯システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の給湯システムは、温水を貯える貯湯槽と、貯湯槽からの温水と水道水を混合するとともにその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より上流の温水温度を検出する温水温度検出手段と、ミキシングユニットより下流の混合水温度を検出する混合水温度検出手段と、給湯設定温度を記憶している給湯設定温度記憶手段と、ミキシングユニットに混合水温度を指示する混合水温度指示手段と、混合水の流動開始後の混合水流量を積算する混合水流量積算手段を備えている。
本発明の混合水温度指示手段は、混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が第１所定温度以下であり、温水温度検出手段によって検出される温水温度が第２所定温度以上であり、混合水流量積算手段によって積算された積算流量が所定積算流量以下であるときには、給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示し、積算流量が前記した所定積算流量以上であるときには、給湯設定温度を指示する。
【００１１】
この発明では、ミキシングユニットより下流の混合水温度が第１所定温度（例えば、実施例で例示するような２５℃）以下であると、コールドスタートであると判別する。またミキシングユニットより上流の温水温度が第２所定温度（通常は給湯設定温度）以上であると、貯湯槽内の温水を利用することによって加熱しないで給湯可能であると判別する。コールドスタートであり、且つ貯湯槽内の温水を利用して加熱しないで給湯するときには、ミキシングユニットに給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示する。加熱器で加熱しないコールドスタート時には、ミキシングユニットで給湯設定温度より高い温度で調温することによって、給湯配管内温度の上昇速度を速めることができる。給湯配管内温度が速く上昇すれば、混合水が給湯配管内を通過するときの放熱ロスが抑制されるため、給湯栓から給湯される温水温度の上昇速度を速めることができる。このことから、加熱器で加熱しないコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
混合水の積算流量が所定積算流量に達したら、ミキシングユニットに給湯設定温度を指示する。給湯設定温度より高温に調温された混合水が給湯箇所から給湯され始める前に、ミキシングユニットから送り出される混合水の温度が給湯設定温度に切換えられるため、給湯設定温度より高温の温水が給湯箇所から給湯されることを防止することができる。
【００１２】
本発明の別の給湯システムでは、混合水温度指示手段が、前記混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が第１所定温度以下であり、前記温水温度検出手段によって検出される温水温度が第２所定温度以上であるときには、給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示し、混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が給湯設定温度より所定温度だけ高い温度となった時以降には、給湯設定温度に加える温度を徐々にゼロにまで縮小する。
【００１３】
この発明でも、ミキシングユニットより下流の混合水温度が第１所定温度以下であるとにはコールドスタートであると判別する。またミキシングユニットより上流の温水温度が第２所定温度以上であると、貯湯槽内の温水を利用することによって加熱しないで給湯可能であると判別する。コールドスタートであり、且つ貯湯槽内の温水を利用して加熱しないで給湯するときには、ミキシングユニットに給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示する。加熱器で加熱しないコールドスタート時には、ミキシングユニットで給湯設定温度より高い温度で調温することによって、給湯配管内温度の上昇速度を速めることができる。給湯配管内温度が速く上昇すれば、混合水が給湯配管内を通過するときの放熱ロスが抑制されるため、給湯栓から給湯される温水温度の上昇速度を速めることができる。加熱器で加熱しないコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
本発明では、混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が給湯設定温度より所定温度だけ高い温度となった時以降には、給湯設定温度に加える温度を徐々にゼロにまで縮小する。
ミキシングユニットで混合された混合水温度が給湯設定温度より所定温度だけ高い温度に達すれば、ミキシングユニットより下流の配管内温度も上昇している。従って、この時点以降にミキシングユニットから送り出される混合水温度を徐々に低下させていっても、給湯箇所で給湯される温水温度が給湯設定温度まで上昇する時間を長くしない。ミキシングユニットから送り出される混合水温度を徐々に低下させていくために、給湯栓から給湯される温水温度が急激に変動することを防止することができる。
【００１４】
本発明の給湯システムでは、コールドスタート時に給湯設定温度に加える温度を、給湯設定温度と混合水温度検出手段で検出する混合水温度との温度差によって決定することが好ましい。
ミキシングユニットの下流側温度がそれほど低くないときに、ミキシングユニットより下流の配管内温度の上昇速度が速すぎると、給湯設定温度より高温の温水が給湯されてしまうことがある。一方、下流側温度がかなり低いときに、ミキシングユニットより下流の配管内温度の上昇速度が遅すぎると、立ち上がり時間が長く掛かってしまうことがある。下流側温度が高いほど給湯設定温度に加える温度を小さくし、下流側温度が低いほど給湯設定温度に加える温度を大きくすることによって、ミキシングユニットより下流の配管内温度の上昇速度を適切に調整することができ、立ち上がりに要する時間を短縮しながら給湯温度の変化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】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） ミキシングユニットの下流に設置されているセンサが検出する温度と給湯器の下流に設置されているセンサが検出する温度の双方が第１所定温度以下であるときに、コールドスタートであると判定する。
（形態２） 第２所定温度は、給湯設定温度より所定温度だけ高い温度である。
（形態３） 混合水温度について多段階の温度領域が設定されており、それぞれの混合水温度の温度領域に対して給湯設定温度に加える温度が段階的に設定されている。
（形態４） 所定積算流量は、ミキシングユニットより下流の配管容量（切換準備流量）である。
（形態５） 積算流量が切換準備流量に達するときに給湯設定温度に加える温度がゼロとなるように、給湯設定温度に加える温度を段階的に減少させる。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
本発明の給湯システムを具現化した第１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。
【００１７】
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１１４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なう。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。
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。
【００１８】
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、発電熱の放熱を行なう。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。
【００１９】
給湯システム１０は、貯湯槽２０、給湯器（加熱器）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。
【００２０】
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温水が、発電ユニット１１０の熱交換器１１８、１１６によって加熱されてさらに高温になり、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からの高温の温水が戻されると、貯湯槽２０の上部に高温の温水が戻されることから、冷水層の上部に高温層が積層した状態（以下、「温度成層」と言う）が形成される。高温層よりも深い部分の水の温度は急激に低下する。発電中に、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、高温層は低温層と交じり合うことなく、低温層の厚さ（深さ）は次第に小さくなり、高温層の厚さ（深さ）は次第に大きくなる。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。一方、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と、高温層の厚さ（深さ）は次第に小さくなり、低温層の厚さ（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。
【００２１】
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。
【００２２】
貯湯槽２０の上部から５リットルの箇所に上部サーミスタ３５が取付けられている。上部サーミスタ３５は貯湯槽２０内の温度を検出する。上部サーミスタ３５の検出信号は、コントローラ２１に出力される。上部サーミスタ３５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。
【００２３】
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。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。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。
【００２４】
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のが防止される。
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、温水経路５１によって接続されている。温水経路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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。バーナ熱交換器５２にはバイパスサーボ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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なう。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なうことによって、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。床暖房を行なう場合には、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。床暖房を行なわない場合には、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。
【００３４】
本実施例のコージェネレーションシステムでは、発電ユニット１１０において発電時に発生する発電熱を利用して水を加熱して貯湯し、貯湯しておいた温水を必要な時に利用することができる。温水が貯湯されていないときや貯湯されている温水の温度が低い場合、給湯器２２のバーナ５６，６０によって加熱して利用する。
給湯停止後の給湯経路の配管および配管内の温水は、時間の経過とともに温度低下する。次の給湯までにある程度以上の時間が経過すれば温度低下し、給湯を再開してもすぐには給湯設定温度に調温された温水が出湯せず、低温水が出水する（コールドスタートという）。
本明細書では、給湯を開始してから給湯設定温度に調温された温水が給湯されるまでの状態を「立ち上がり」といい、給湯設定温度に調温された温水が給湯される状態になることを「立ち上がる」ということがある。
【００３５】
給湯器２２のバーナ５６で水道水を加熱して給湯する場合では、コールドスタート時、バーナ５６で加熱された温水が出湯する前に、バーナ熱交換器５２の下流側から給湯栓６４までの配管容量分の低温水が出水する。また、バーナ５６で加熱された温水は、給湯配管内を通過する間に、冷えた給湯配管に熱を奪われて温度低下する。従って、バーナ熱交換器５２の下流側から給湯栓６４までの配管容量分の低温水が出水した後も、給湯配管内温度が上昇するまでの間は、給湯設定温度に満たない温度の温水が出湯する。このコールドスタート時の現象は使用者に容認されており、給湯設定温度に調温された温水が給湯されるまでに（立ち上がるまでに）出水する低温水量や、立ち上がりに要する時間（立ち上がり時間ともいう）については、ある程度使用者に了承されている。
【００３６】
貯湯槽２０内の温水をバーナ５６で加熱することなく利用して給湯する場合、即ち蓄熱を利用して給湯する場合では、コールドスタート時、ミキシングユニット２４で調温された混合水が出湯する前に、貯湯槽２０から給湯栓６４までの配管容量分の低温水が出水する。このとき出水する低温水の量は、給湯器２２を利用して給湯するときと比べると、貯湯槽２０からバーナ熱交換器５２の下流側までの配管容量分多い。また、調温後の混合水の給湯経路は、給湯器２２を利用して給湯する場合、バーナ熱交換器５２の下流側から給湯栓６４までであるのに対し、蓄熱を利用して給湯する場合、ミキシングユニット２２から給湯栓６４までである。調温後の混合水の給湯経路は、蓄熱を利用して給湯する場合、給湯器を利用して給湯する場合に比べ、ミキシングユニット２２からバーナ熱交換器５２の下流側までの配管長さ分だけ長い。また、ミキシングユニット２２から給湯栓６４までの間にはバーナ熱交換器５２があり、バーナ熱交換器５２内には低温水が滞留している。蓄熱を利用して給湯する場合、給湯器２２を利用して給湯する場合に比べて、コールドスタート時に冷えた給湯配管や、バーナ熱交換器５２内に滞留している低温水に奪われる熱量が多くなり、放熱ロスも大きくなってしまう。
【００３７】
本実施例のコージェネレーションシステムでは、給湯経路である温水経路５１に、バーナ熱交換器５２をバイパスするバイパス管３７が形成されており、バイパス管３７にはバイパスサーボ３８が設けられている。仮に、給湯器２２を利用していないときに限り、バイパスサーボ３８の開度を調節し、バイパス管３７側を全開としてバーナ熱交換器５２側を全閉とすれば、コールドスタート時に、バーナ熱交換器５２内に滞留している低温水に熱を奪われることはなくなる。しかしながら、バーナ熱交換器５２側が全閉である状態で、万が一バーナ５６が着火してしまうようなことがあれば、バーナ熱交換器５２部分が空焚き状態となってしまう。このため、本実施例のコージェネレーションシステムでは、安全面を考慮して、バーナ熱交換器５２側を全閉とする制御は行なわない。
【００３８】
本実施例のコージェネレーションシステムでは、以下のように給湯温度制御を行なうことによって、蓄熱を利用して給湯する場合のコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮している。
図２に示すように、ステップＳ１０で第２流量センサ４７が検出する流量が２．７リットル／ｍｉｎ以上であるか否かが判別される。第２流量センサ４７が検出する流量が２．７リットル／ｍｉｎ以上となると（ステップＳ１０でＹＥＳとなると）、給湯要求があったものとみなし、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、第２流量センサ４７が検出する流量の積算を開始する。
ステップＳ１４に進み、ミキシングユニット２４の下流側の混合水サーミスタ５４が検出する温度が２５℃以下か否かが判別される。混合水サーミスタの検出温度が２５℃以下であれば（ステップＳ１４でＹＥＳであれば）、さらにステップＳ１６に進み、バーナ熱交換器５２の下流側の給湯サーミスタ６５が検出する温度が２５℃以下か否かが判別される。給湯サーミスタの検出温度が２５℃以下であれば（ステップＳ１６でＹＥＳであれば）、ステップＳ１８に進む。混合水サーミスタの検出温度と給湯サーミスタの検出温度がいずれも２５℃以下であるとき、コールドスタートであるとみなし、ステップＳ１８に進む。
【００３９】
コールドスタート時は、ミキシングユニット２４より下流側の給湯配管および給湯配管内の温水の温度が低温であるほど、冷えた給湯配管に奪われる熱量が多くなるため、給湯設定温度に調温された温水が出湯するまでに時間が掛る。蓄熱を利用して給湯する場合、給湯経路が貯湯槽２０から給湯栓６４まであって長いため、この現象が特に顕著となる。
本実施例では、蓄熱を利用して給湯する場合、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を温度αだけ高めに行なうことによって、給湯経路の配管の温度を速やかに上昇させ、立ち上がり時間を短縮する。ステップＳ１８では温度αを決定する。温度αは混合水サーミスタ５４の検出温度によって決定される。ミキシングユニット２４より下流側の給湯配管内の温水温度によって３段階の温度領域に分け、低い温度領域ほど温度αが高く設定されている。混合水サーミスタ５４の検出温度が５℃以下であれば、αは１５℃に設定されている。混合水サーミスタ５４の検出温度が５℃を超えて１５℃以下であれば、αは１０℃に設定されている。混合水サーミスタ５４の検出温度が１５℃を超えて２５℃以下であれば、αは５℃に設定されている。給湯配管内の温水温度が低いときの温度αを大きくすることによって、冷えた給湯配管の温度をより早く上昇させることができる。給湯配管内の温水温度があまり低くないときの温度αを小さくすることによって、給湯配管内温度の上昇速度が速すぎて、ミキシングユニット２４での温度制御に遅れが生じてしまい、給湯温度より高温の混合水が給湯されてしまうことを防止することができる。
【００４０】
ステップＳ２０に進み、貯湯槽２０の上部の温水温度を検出するための上部サーミスタ３５が検出する温度が、給湯設定温度にα＋１℃加えた温度以上であるか否かが判別される。このときの＋１℃分は放熱分を考慮したものである。上部サーミスタ３５の検出温度が〔給湯設定温度＋α＋１℃〕以上であれば（ステップＳ２０でＹＥＳであれば）、貯湯槽２０内の温水を給湯に利用できるとみなされ、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、ミキシングユニット２４において、混合水サーミスタ５４の検出温度が、〔給湯設定温度＋α〕となるように、温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度が制御される。
ステップＳ２４に進み、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したか否かが判別される。切替準備流量とは、ミキシングユニット２４の下流側の混合水サーミスタ５４からバーナ熱交換器５２の下流側の給湯サーミスタ６５までの間の配管容量である。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達すれば（ステップＳ２４でＹＥＳとなれば）、ミキシングユニット２４で〔給湯設定温度＋α〕に調温した混合水が、給湯サーミスタ６５に到達したとみなされ、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２４で、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達する前であっても（ＮＯであっても）、ステップＳ２６において、給湯サーミスタ６５の検出温度が給湯設定温度に達していれば（ＹＥＳとなれば）、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、ミキシングユニット２４において、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、温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度が制御されて給湯される。以降、ステップＳ３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された混合水が給湯される。
【００４１】
ステップＳ２０で、上部サーミスタ３５の検出温度が、〔給湯設定温度＋α＋１℃〕を下回れば（ＮＯであれば）、貯湯槽２０内の温水温度が低く、給湯に利用することができないとみなされ、給湯器２２を利用した給湯を行なう。ステップＳ３２で、バーナ５６を点火させ、ステップＳ３４で、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調温されて給湯される。以降、ステップＳ３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された温水が給湯される。
【００４２】
ステップＳ１４で、混合水サーミスタ５４の検出温度が２５℃を上回っているか（ＮＯであるか）、ステップＳ１６で給湯サーミスタ６５の検出温度が２５℃を上回っていれば（ＮＯであれば）、配管内温度が高めであり、ミキシングユニット２４での調温の際に、温度α分高い温度で調温する必要がないとみなされる。従って、ステップＳ３６に進み、上部サーミスタ３５が検出する温度が、給湯設定温度に１℃加えた温度以上であるか否かが判別される。上部サーミスタ３５の検出温度が〔給湯設定温度＋１℃〕以上であれば（ステップＳ３６でＹＥＳであれば）、貯湯槽２０内の温水を給湯に利用できるとみなされ、ステップＳ３８に進む。ステップＳ３８では、ミキシングユニット２４において、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、温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度が制御されて給湯される。以降、ステップＳ３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された混合水が給湯される。
【００４３】
ステップＳ３６で、上部サーミスタ３５の検出温度が〔給湯設定温度＋１℃〕を下回れば（ＮＯであれば）、貯湯槽２０内の温水温度が低く、給湯に利用することができないとみなされ、給湯器２２を利用した給湯を行なう。ステップＳ３２で、バーナ５６を点火させ、ステップＳ３４で、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調温されて給湯される。以降、ステップＳ３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された温水が給湯される。
【００４４】
図６のグラフは、コールドスタート時に、従来通り、ミキシングユニット２４において給湯設定温度で調温したときの混合水温度（破線で示す）と、給湯温度（実線で示す）の推移を示しており、図３のグラフは、本実施例のコージェネレーションシステムにおいて図２の湯温制御処理を行なったときの混合水温度（破線で示す）と、給湯温度（実線で示す）の推移を示している。給湯サーミスタ６５は、混合水サーミスタ５４より下流側にあるため、混合水サーミスタ５４が検出する温度（混合水温度）の温度上昇から遅れて、給湯サーミスタ６５が検出する温度（給湯温度）の温度上昇が起こる。
図６に示すように、ミキシングユニット２４において給湯設定温度で調温したとき、給湯開始時の混合水温度は迅速に上昇するが、給湯栓６４から給湯される給湯温度は、ミキシングユニット２４と給湯栓６４との間の給湯配管やバーナ熱交換器５２内に滞留している低温水等に熱を奪われ、図示Ａのように温度上昇が停滞する。混合水温度が給湯設定温度となっていても、給湯温度は給湯設定温度にまでなかなか上昇せず、立ち上がり時間が長くなって使用感が悪い。
【００４５】
図３に示す時間ｔ１は、給湯が開始されて、第２流量センサ４７が検出する流量の積算が開始された時（図２のステップＳ１２）を示しており、時間ｔ２は、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達した時（ステップＳ２４でＹＥＳ）を示している。図３に示すように、図２の湯温制御処理では、給湯開始時（時間ｔ１）のミキシングユニット２４での混合水温度を、給湯設定温度より温度α分高くしている（図３では、図の明瞭化のため、放熱を考慮した＋１℃分の図示を省略している）。従って、給湯経路の配管内温度の上昇速度を速めることができる。給湯配管内温度が速く上昇すれば、混合水が給湯配管内を通過するときの放熱ロスが抑制されるため、給湯される混合水温度の上昇速度も速めることができる。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達した時（時間ｔ２）に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を給湯設定温度まで下げることによって、給湯温度が給湯設定温度を超えて温度上昇しないようにしている。このとき、既に給湯配管内温度は上昇しており、バーナ熱交換器５２内の温度も上昇している。このため、時間ｔ２でミキシングユニット２４で調温する混合水温度を給湯設定温度に切換えても、給湯温度の温度上昇の妨げとはならない。
【００４６】
本実施例のコージェネレーションシステムによれば、コールドスタート時で給湯配管内が低温であって、しかも、蓄熱を利用して給湯するために給湯経路が長く放熱ロスが大きいときであっても、立ち上がり時間を短縮することができ、使い勝手を向上させることができる。
【００４７】
（実施例２）
本発明を具現化した第２実施例を図面を参照しながら説明する。本実施例のコージェネレーションシステムの構成は第１実施例のコージェネレーションシステムの構成と同様である。本実施例でも第１実施例と同様に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を、給湯設定温度よりも高めで行なうことで、コールドスタート時の立ち上がり時間の短縮を図っている。しかし、本実施例では、給湯温度制御の一部の処理について第１実施例とは異なっている。ここでは、第１実施例と同様の部分についての説明を省略し、異なっている部分についてのみ説明する。
【００４８】
図４に示す、本実施例のコージェネレーションシステムの給湯温度制御では、ステップＳ１１０からステップＳ１２２の処理については、図２を用いて先に説明した、第１実施例のステップＳ１０からステップＳ２２の処理と同様であるため、説明を省略する。
ステップＳ１２２で混合水サーミスタ５４の検出温度は徐々に上昇するように調温され、ステップＳ１２３で、混合水サーミスタ５４の検出温度が〔給湯設定温度＋α℃〕に達すれば（ＹＥＳとなれば）、ステップＳ１２４に進む。
【００４９】
ステップＳ１２４では、温度αｎ＋１を〔αｎ−｛第２流量センサ４７の検出流量の積算流量／（切替準備流量−第２流量センサ４７の検出流量の積算流量）｝×αｎ〕として、混合水サーミスタ５４の検出温度が〔給湯設定温度＋α〕となるように調温する。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に近づくに従って温度αは小さくなり、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したとき、温度αは０℃となる。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に近づくに従って、混合水サーミスタ５４の検出温度は徐々に低下し、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したとき、混合水サーミスタ５４の検出温度は給湯設定温度となる。
ステップＳ１２５で、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したか否かが判別される。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したとき（ステップＳ１２５でＹＥＳとなったとき）、ミキシングユニット２４で〔給湯設定温度＋α〕に調温した混合水が、給湯サーミスタ６５に到達したとみなされ、ステップＳ１２８に進む。ステップＳ１２５で、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達する前であっても（ＮＯであっても）、ステップＳ１２６において、給湯サーミスタ６５の検出温度が給湯設定温度に達していれば（ＹＥＳとなれば）、ステップＳ１２８に進む。ステップＳ１２８では、ミキシングユニット２４において、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、温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度が制御されて給湯される。以降、ステップＳ１３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された混合水が給湯される。
【００５０】
図５に示す時間ｔ１は、給湯が開始されて、第２流量センサ４７が検出する流量の積算が開始された時（図４のステップＳ１１２）を示しており、時間ｔ２は、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達した時（ステップＳ１２５でＹＥＳ）を示している。また、時間ｔ３は、混合水サーミスタ５４の検出温度が〔給湯設定温度＋α〕に達した時（図４のステップＳ１２３でＹＥＳ）を示している。図５に示すように、図４の湯温制御処理では、図２の湯温制御処理と同様に、給湯開始時（時間ｔ１）のミキシングユニット２４で調温する混合水温度を、給湯設定温度より温度α分高くしている（図５でも、図の明瞭化のため、放熱を考慮した＋１℃分の図示を省略している）。従って、給湯経路の配管内温度の上昇速度を速めることができる。混合水サーミスタ５４の検出温度が〔給湯設定温度＋α〕に達した時（時間ｔ３）に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を徐々に下げ始め、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達した時（時間ｔ２）に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度がちょうど給湯設定温度となるように温度低下させる。このことによって、給湯温度が給湯設定温度を超えて温度上昇しないようにしている。また、第１実施例のように、時間ｔ２に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を一度に下げるのに比べ、給湯温度を安定化させることができる。時間ｔ３では、既に給湯配管内温度は上昇しており、バーナ熱交換器５２内の温度も上昇している。このため、時間ｔ３から時間ｔ２にかけてミキシングユニット２４で調温する混合水温度を給湯設定温度まで徐々に低下させていっても、時間ｔ３以降の給湯温度の温度上昇を遅くすることにはならない。
【００５１】
本実施例のコージェネレーションシステムによれば、コールドスタート時で給湯配管内が低温であって、しかも、蓄熱を利用して給湯するために給湯経路が長く放熱ロスが大きいときであっても、立ち上がり時間を短縮することができ、給湯温度を安定化させることができる。
【００５２】
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】
【００５３】
【図１】第１実施例に係るコージェネレーションシステムの系統図。
【図２】第１実施例における給湯開始時の給湯温度制御処理を示すフローチャート。
【図３】第１実施例における混合水温度と給湯温度の変化を示すグラフ。
【図４】第２実施例における給湯開始時の給湯温度制御処理を示すフローチャート
【図５】第２実施例における混合水温度と給湯温度の変化を示すグラフ。
【図６】従来例における混合水温度と給湯温度の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５４】
１０：給湯システム
２０：貯湯槽
２２：給湯器
２４：ミキシングユニット
３５：上部サーミスタ
４７：第２流量センサ
５４：混合水サーミスタ
６５：給湯サーミスタ
１１０：発電ユニット
【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給湯システムに関する。特に、貯湯式の給湯システムにおいて、給湯利用箇所に給湯設定温度に調温された温水が給湯され始めるまでの時間を短縮する技術に関する。
【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では、発電熱や太陽熱等で加熱した温水を貯湯しておく貯湯槽と、貯湯槽に貯湯しておいた温水と水道水（冷水）を混合する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水を必要に応じて加熱する加熱器を有する給湯器等を備えている。このような貯湯式の給湯システムでは、貯湯槽に貯湯しておいた温水を、必要時に適温に調温して温水利用箇所（給湯栓、浴槽、シャワー、床暖房システム等）に給湯する。温水利用箇所で必要とする温水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。温水利用箇所で必要とする温水温度よりも低温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、加熱器で加熱して給湯する。加熱器で加熱する場合でも、水道水を加熱する場合に比して、必要な熱量は少なくて済む。貯湯式の給湯システムは、総合的なエネルギー効率が高く、給湯のためのランニングコストを低減することができる。
【０００３】
給湯停止後の給湯経路内の混合水温度は、時間の経過とともに低下する。次回の給湯までにある程度以上の時間が経過すれば、次回の給湯開始時には給湯経路内で冷えた低温水が出水する。また、ミキシングユニットで給湯設定温度に調温された温水は、冷えた配管を通過する間に熱を奪われ、温度低下する。従って、前回の給湯からある程度以上の時間が経過してしまうと、次回の給湯開始時には給湯設定温度に満たない低温水が給湯され、給湯設定温度に調温された温水が給湯され始めるまでに時間を要する。本明細書では、給湯経路の配管や配管内の混合水の温度が低下している状態で給湯を開始することをコールドスタートということがある。また、給湯を開始してから給湯設定温度に調温された温水が給湯され始めるまでを立ち上がりといい、給湯設定温度に調温された温水が給湯される状態となることを立ち上がるということがある。
コールドスタート時では、給湯栓を開いてから希望の湯温に調温された混合水が出湯し始めるまでに（立ち上がるまでに）時間が掛る。
加熱器で加熱して給湯する場合にも、給湯栓を開いてから希望の湯温に調温された温水が出湯し始めるまでには時間が掛る。しかしながら、加熱器から給湯栓までの配管容量が小さいことから、その時間は比較的短い。それに比して、ミキシングユニットから給湯栓までの配管容量は大きいことから、加熱器で加熱しないで給湯する場合の立ち上がり時間は長くなってしまう。特に、加熱器内部の配管容量による影響が大きく、内部に凝縮器を配置することによって熱効率の効率向上を図っている潜熱回収型給湯器では加熱器内部の配管容量が特に大きいことから、加熱器で加熱しないで給湯する場合の立ち上がり時間と加熱器で加熱して給湯する場合の立ち上がり時間の差が大きくなってしまう。
本発明では、加熱器で加熱しないで給湯する場合の立ち上がり時間と加熱器で加熱して給湯する場合の立ち上がり時間の差を小さくする技術を提供する。
【０００４】
特許文献１に、コールドスタート時の立ち上がり時間を短縮しようとする技術が開示されている。特許文献１の給湯装置は、給湯配管を加熱する手段を備えており、給湯配管の温度が低いときには、加熱手段によって給湯配管を加熱する。この技術によれば、貯湯槽からの温水が給湯配管を流れる間に配管に熱を奪われることを抑制することができ、立ち上がり時間を短縮することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３００２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
貯湯式の給湯システムでは、貯湯槽内に給湯設定温度以上の温水が貯湯されているときには、加熱器を利用せず、貯湯槽内の温水を利用して給湯する。貯湯槽内に温水が貯湯されていないときや、貯湯されている温水の温度が低い場合には、加熱器で加熱して給湯する。
貯湯槽からの温水を利用して給湯する場合の給湯経路は、貯湯槽から給湯栓までであり、加熱器を利用して給湯する場合の給湯経路と比べると、貯湯槽からの配管長さ分だけ長い。よって、その分コールドスタート時の放熱ロスは大きい。また、貯湯槽からの温水を加熱器で加熱することなく給湯する場合であっても、ミキシングユニットで調温された混合水が加熱器の熱交換器を通過する。加熱器の熱交換器での放熱量は大きい。また、コールドスタート時には、加熱器の熱交換器内に低温水が滞留しており、調温された混合水が熱交換器を通過するときに熱を多く奪われる。従って、貯湯槽内の温水を利用してコールドスタートする場合、加熱器を利用してコールドスタートする場合に比して、立ち上がり時間が長くなり、使用感が悪い。
【０００７】
図６のグラフは、コールドスタート時の、ミキシングユニットの出口で測定した混合水温度（破線で示す）と、給湯栓から給湯される給湯温度（実線で示す）の推移を示している。混合水温度の温度上昇から遅れて、給湯温度が上昇する。給湯開始時に、混合水温度は迅速に上昇するが、給湯温度は、ミキシングユニットと給湯栓との間の冷えた配管や加熱器の熱交換器内に滞留している低温水等に熱を奪われ、図示Ａのように温度上昇が停滞する。混合水温度が給湯設定温度まで上昇していても、給湯温度は給湯設定温度にまでなかなか上昇せず、立ち上がり時間が長くなってしまう。
【０００８】
特許文献１の技術では、貯湯槽の出口近傍に給湯配管を加熱する加熱手段を設けて加熱し、貯湯槽内の温水を利用して給湯する場合のコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮する。しかし、別途加熱手段を設ける必要があることから、システムの製造コストをアップさせてしまう。
【０００９】
本発明では、貯湯槽からの温水を利用して給湯するコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮することができるとともに、安価に製造することができる給湯システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の給湯システムは、温水を貯える貯湯槽と、貯湯槽からの温水と水道水を混合するとともにその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より上流の温水温度を検出する温水温度検出手段と、ミキシングユニットより下流の混合水温度を検出する混合水温度検出手段と、給湯設定温度を記憶している給湯設定温度記憶手段と、ミキシングユニットに混合水温度を指示する混合水温度指示手段と、混合水の流動開始後の混合水流量を積算する混合水流量積算手段を備えている。
本発明の混合水温度指示手段は、混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が第１所定温度以下であり、温水温度検出手段によって検出される温水温度が第２所定温度以上であり、混合水流量積算手段によって積算された積算流量が所定積算流量以下であるときには、給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示し、積算流量が前記した所定積算流量以上であるときには、給湯設定温度を指示する。
【００１１】
この発明では、ミキシングユニットより下流の混合水温度が第１所定温度（例えば、実施例で例示するような２５℃）以下であると、コールドスタートであると判別する。またミキシングユニットより上流の温水温度が第２所定温度（通常は給湯設定温度）以上であると、貯湯槽内の温水を利用することによって加熱しないで給湯可能であると判別する。コールドスタートであり、且つ貯湯槽内の温水を利用して加熱しないで給湯するときには、ミキシングユニットに給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示する。加熱器で加熱しないコールドスタート時には、ミキシングユニットで給湯設定温度より高い温度で調温することによって、給湯配管内温度の上昇速度を速めることができる。給湯配管内温度が速く上昇すれば、混合水が給湯配管内を通過するときの放熱ロスが抑制されるため、給湯栓から給湯される温水温度の上昇速度を速めることができる。このことから、加熱器で加熱しないコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
混合水の積算流量が所定積算流量に達したら、ミキシングユニットに給湯設定温度を指示する。給湯設定温度より高温に調温された混合水が給湯箇所から給湯され始める前に、ミキシングユニットから送り出される混合水の温度が給湯設定温度に切換えられるため、給湯設定温度より高温の温水が給湯箇所から給湯されることを防止することができる。
【００１２】
本発明の別の給湯システムでは、混合水温度指示手段が、前記混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が第１所定温度以下であり、前記温水温度検出手段によって検出される温水温度が第２所定温度以上であるときには、給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示し、混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が給湯設定温度より所定温度だけ高い温度となった時以降には、給湯設定温度に加える温度を徐々にゼロにまで縮小する。
【００１３】
この発明でも、ミキシングユニットより下流の混合水温度が第１所定温度以下であるとにはコールドスタートであると判別する。またミキシングユニットより上流の温水温度が第２所定温度以上であると、貯湯槽内の温水を利用することによって加熱しないで給湯可能であると判別する。コールドスタートであり、且つ貯湯槽内の温水を利用して加熱しないで給湯するときには、ミキシングユニットに給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示する。加熱器で加熱しないコールドスタート時には、ミキシングユニットで給湯設定温度より高い温度で調温することによって、給湯配管内温度の上昇速度を速めることができる。給湯配管内温度が速く上昇すれば、混合水が給湯配管内を通過するときの放熱ロスが抑制されるため、給湯栓から給湯される温水温度の上昇速度を速めることができる。加熱器で加熱しないコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
本発明では、混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が給湯設定温度より所定温度だけ高い温度となった時以降には、給湯設定温度に加える温度を徐々にゼロにまで縮小する。
ミキシングユニットで混合された混合水温度が給湯設定温度より所定温度だけ高い温度に達すれば、ミキシングユニットより下流の配管内温度も上昇している。従って、この時点以降にミキシングユニットから送り出される混合水温度を徐々に低下させていっても、給湯箇所で給湯される温水温度が給湯設定温度まで上昇する時間を長くしない。ミキシングユニットから送り出される混合水温度を徐々に低下させていくために、給湯栓から給湯される温水温度が急激に変動することを防止することができる。
【００１４】
本発明の給湯システムでは、コールドスタート時に給湯設定温度に加える温度を、給湯設定温度と混合水温度検出手段で検出する混合水温度との温度差によって決定することが好ましい。
ミキシングユニットの下流側温度がそれほど低くないときに、ミキシングユニットより下流の配管内温度の上昇速度が速すぎると、給湯設定温度より高温の温水が給湯されてしまうことがある。一方、下流側温度がかなり低いときに、ミキシングユニットより下流の配管内温度の上昇速度が遅すぎると、立ち上がり時間が長く掛かってしまうことがある。下流側温度が高いほど給湯設定温度に加える温度を小さくし、下流側温度が低いほど給湯設定温度に加える温度を大きくすることによって、ミキシングユニットより下流の配管内温度の上昇速度を適切に調整することができ、立ち上がりに要する時間を短縮しながら給湯温度の変化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】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） ミキシングユニットの下流に設置されているセンサが検出する温度と給湯器の下流に設置されているセンサが検出する温度の双方が第１所定温度以下であるときに、コールドスタートであると判定する。
（形態２） 第２所定温度は、給湯設定温度より所定温度だけ高い温度である。
（形態３） 混合水温度について多段階の温度領域が設定されており、それぞれの混合水温度の温度領域に対して給湯設定温度に加える温度が段階的に設定されている。
（形態４） 所定積算流量は、ミキシングユニットより下流の配管容量（切換準備流量）である。
（形態５） 積算流量が切換準備流量に達するときに給湯設定温度に加える温度がゼロとなるように、給湯設定温度に加える温度を段階的に減少させる。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
本発明の給湯システムを具現化した第１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。
【００１７】
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１１４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なう。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。
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。
【００１８】
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、発電熱の放熱を行なう。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。
【００１９】
給湯システム１０は、貯湯槽２０、給湯器（加熱器）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。
【００２０】
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温水が、発電ユニット１１０の熱交換器１１８、１１６によって加熱されてさらに高温になり、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からの高温の温水が戻されると、貯湯槽２０の上部に高温の温水が戻されることから、冷水層の上部に高温層が積層した状態（以下、「温度成層」と言う）が形成される。高温層よりも深い部分の水の温度は急激に低下する。発電中に、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、高温層は低温層と交じり合うことなく、低温層の厚さ（深さ）は次第に小さくなり、高温層の厚さ（深さ）は次第に大きくなる。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。一方、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と、高温層の厚さ（深さ）は次第に小さくなり、低温層の厚さ（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。
【００２１】
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。
【００２２】
貯湯槽２０の上部から５リットルの箇所に上部サーミスタ３５が取付けられている。上部サーミスタ３５は貯湯槽２０内の温度を検出する。上部サーミスタ３５の検出信号は、コントローラ２１に出力される。上部サーミスタ３５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。
【００２３】
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。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。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。
【００２４】
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のが防止される。
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、温水経路５１によって接続されている。温水経路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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。バーナ熱交換器５２にはバイパスサーボ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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なう。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なうことによって、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。床暖房を行なう場合には、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。床暖房を行なわない場合には、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。
【００３４】
本実施例のコージェネレーションシステムでは、発電ユニット１１０において発電時に発生する発電熱を利用して水を加熱して貯湯し、貯湯しておいた温水を必要な時に利用することができる。温水が貯湯されていないときや貯湯されている温水の温度が低い場合、給湯器２２のバーナ５６，６０によって加熱して利用する。
給湯停止後の給湯経路の配管および配管内の温水は、時間の経過とともに温度低下する。次の給湯までにある程度以上の時間が経過すれば温度低下し、給湯を再開してもすぐには給湯設定温度に調温された温水が出湯せず、低温水が出水する（コールドスタートという）。
本明細書では、給湯を開始してから給湯設定温度に調温された温水が給湯されるまでの状態を「立ち上がり」といい、給湯設定温度に調温された温水が給湯される状態になることを「立ち上がる」ということがある。
【００３５】
給湯器２２のバーナ５６で水道水を加熱して給湯する場合では、コールドスタート時、バーナ５６で加熱された温水が出湯する前に、バーナ熱交換器５２の下流側から給湯栓６４までの配管容量分の低温水が出水する。また、バーナ５６で加熱された温水は、給湯配管内を通過する間に、冷えた給湯配管に熱を奪われて温度低下する。従って、バーナ熱交換器５２の下流側から給湯栓６４までの配管容量分の低温水が出水した後も、給湯配管内温度が上昇するまでの間は、給湯設定温度に満たない温度の温水が出湯する。このコールドスタート時の現象は使用者に容認されており、給湯設定温度に調温された温水が給湯されるまでに（立ち上がるまでに）出水する低温水量や、立ち上がりに要する時間（立ち上がり時間ともいう）については、ある程度使用者に了承されている。
【００３６】
貯湯槽２０内の温水をバーナ５６で加熱することなく利用して給湯する場合、即ち蓄熱を利用して給湯する場合では、コールドスタート時、ミキシングユニット２４で調温された混合水が出湯する前に、貯湯槽２０から給湯栓６４までの配管容量分の低温水が出水する。このとき出水する低温水の量は、給湯器２２を利用して給湯するときと比べると、貯湯槽２０からバーナ熱交換器５２の下流側までの配管容量分多い。また、調温後の混合水の給湯経路は、給湯器２２を利用して給湯する場合、バーナ熱交換器５２の下流側から給湯栓６４までであるのに対し、蓄熱を利用して給湯する場合、ミキシングユニット２２から給湯栓６４までである。調温後の混合水の給湯経路は、蓄熱を利用して給湯する場合、給湯器を利用して給湯する場合に比べ、ミキシングユニット２２からバーナ熱交換器５２の下流側までの配管長さ分だけ長い。また、ミキシングユニット２２から給湯栓６４までの間にはバーナ熱交換器５２があり、バーナ熱交換器５２内には低温水が滞留している。蓄熱を利用して給湯する場合、給湯器２２を利用して給湯する場合に比べて、コールドスタート時に冷えた給湯配管や、バーナ熱交換器５２内に滞留している低温水に奪われる熱量が多くなり、放熱ロスも大きくなってしまう。
【００３７】
本実施例のコージェネレーションシステムでは、給湯経路である温水経路５１に、バーナ熱交換器５２をバイパスするバイパス管３７が形成されており、バイパス管３７にはバイパスサーボ３８が設けられている。仮に、給湯器２２を利用していないときに限り、バイパスサーボ３８の開度を調節し、バイパス管３７側を全開としてバーナ熱交換器５２側を全閉とすれば、コールドスタート時に、バーナ熱交換器５２内に滞留している低温水に熱を奪われることはなくなる。しかしながら、バーナ熱交換器５２側が全閉である状態で、万が一バーナ５６が着火してしまうようなことがあれば、バーナ熱交換器５２部分が空焚き状態となってしまう。このため、本実施例のコージェネレーションシステムでは、安全面を考慮して、バーナ熱交換器５２側を全閉とする制御は行なわない。
【００３８】
本実施例のコージェネレーションシステムでは、以下のように給湯温度制御を行なうことによって、蓄熱を利用して給湯する場合のコールドスタート時の立ち上がり時間を短縮している。
図２に示すように、ステップＳ１０で第２流量センサ４７が検出する流量が２．７リットル／ｍｉｎ以上であるか否かが判別される。第２流量センサ４７が検出する流量が２．７リットル／ｍｉｎ以上となると（ステップＳ１０でＹＥＳとなると）、給湯要求があったものとみなし、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、第２流量センサ４７が検出する流量の積算を開始する。
ステップＳ１４に進み、ミキシングユニット２４の下流側の混合水サーミスタ５４が検出する温度が２５℃以下か否かが判別される。混合水サーミスタの検出温度が２５℃以下であれば（ステップＳ１４でＹＥＳであれば）、さらにステップＳ１６に進み、バーナ熱交換器５２の下流側の給湯サーミスタ６５が検出する温度が２５℃以下か否かが判別される。給湯サーミスタの検出温度が２５℃以下であれば（ステップＳ１６でＹＥＳであれば）、ステップＳ１８に進む。混合水サーミスタの検出温度と給湯サーミスタの検出温度がいずれも２５℃以下であるとき、コールドスタートであるとみなし、ステップＳ１８に進む。
【００３９】
コールドスタート時は、ミキシングユニット２４より下流側の給湯配管および給湯配管内の温水の温度が低温であるほど、冷えた給湯配管に奪われる熱量が多くなるため、給湯設定温度に調温された温水が出湯するまでに時間が掛る。蓄熱を利用して給湯する場合、給湯経路が貯湯槽２０から給湯栓６４まであって長いため、この現象が特に顕著となる。
本実施例では、蓄熱を利用して給湯する場合、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を温度αだけ高めに行なうことによって、給湯経路の配管の温度を速やかに上昇させ、立ち上がり時間を短縮する。ステップＳ１８では温度αを決定する。温度αは混合水サーミスタ５４の検出温度によって決定される。ミキシングユニット２４より下流側の給湯配管内の温水温度によって３段階の温度領域に分け、低い温度領域ほど温度αが高く設定されている。混合水サーミスタ５４の検出温度が５℃以下であれば、αは１５℃に設定されている。混合水サーミスタ５４の検出温度が５℃を超えて１５℃以下であれば、αは１０℃に設定されている。混合水サーミスタ５４の検出温度が１５℃を超えて２５℃以下であれば、αは５℃に設定されている。給湯配管内の温水温度が低いときの温度αを大きくすることによって、冷えた給湯配管の温度をより早く上昇させることができる。給湯配管内の温水温度があまり低くないときの温度αを小さくすることによって、給湯配管内温度の上昇速度が速すぎて、ミキシングユニット２４での温度制御に遅れが生じてしまい、給湯温度より高温の混合水が給湯されてしまうことを防止することができる。
【００４０】
ステップＳ２０に進み、貯湯槽２０の上部の温水温度を検出するための上部サーミスタ３５が検出する温度が、給湯設定温度にα＋１℃加えた温度以上であるか否かが判別される。このときの＋１℃分は放熱分を考慮したものである。上部サーミスタ３５の検出温度が〔給湯設定温度＋α＋１℃〕以上であれば（ステップＳ２０でＹＥＳであれば）、貯湯槽２０内の温水を給湯に利用できるとみなされ、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、ミキシングユニット２４において、混合水サーミスタ５４の検出温度が、〔給湯設定温度＋α〕となるように、温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度が制御される。
ステップＳ２４に進み、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したか否かが判別される。切替準備流量とは、ミキシングユニット２４の下流側の混合水サーミスタ５４からバーナ熱交換器５２の下流側の給湯サーミスタ６５までの間の配管容量である。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達すれば（ステップＳ２４でＹＥＳとなれば）、ミキシングユニット２４で〔給湯設定温度＋α〕に調温した混合水が、給湯サーミスタ６５に到達したとみなされ、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２４で、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達する前であっても（ＮＯであっても）、ステップＳ２６において、給湯サーミスタ６５の検出温度が給湯設定温度に達していれば（ＹＥＳとなれば）、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、ミキシングユニット２４において、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、温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度が制御されて給湯される。以降、ステップＳ３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された混合水が給湯される。
【００４１】
ステップＳ２０で、上部サーミスタ３５の検出温度が、〔給湯設定温度＋α＋１℃〕を下回れば（ＮＯであれば）、貯湯槽２０内の温水温度が低く、給湯に利用することができないとみなされ、給湯器２２を利用した給湯を行なう。ステップＳ３２で、バーナ５６を点火させ、ステップＳ３４で、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調温されて給湯される。以降、ステップＳ３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された温水が給湯される。
【００４２】
ステップＳ１４で、混合水サーミスタ５４の検出温度が２５℃を上回っているか（ＮＯであるか）、ステップＳ１６で給湯サーミスタ６５の検出温度が２５℃を上回っていれば（ＮＯであれば）、配管内温度が高めであり、ミキシングユニット２４での調温の際に、温度α分高い温度で調温する必要がないとみなされる。従って、ステップＳ３６に進み、上部サーミスタ３５が検出する温度が、給湯設定温度に１℃加えた温度以上であるか否かが判別される。上部サーミスタ３５の検出温度が〔給湯設定温度＋１℃〕以上であれば（ステップＳ３６でＹＥＳであれば）、貯湯槽２０内の温水を給湯に利用できるとみなされ、ステップＳ３８に進む。ステップＳ３８では、ミキシングユニット２４において、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、温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度が制御されて給湯される。以降、ステップＳ３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された混合水が給湯される。
【００４３】
ステップＳ３６で、上部サーミスタ３５の検出温度が〔給湯設定温度＋１℃〕を下回れば（ＮＯであれば）、貯湯槽２０内の温水温度が低く、給湯に利用することができないとみなされ、給湯器２２を利用した給湯を行なう。ステップＳ３２で、バーナ５６を点火させ、ステップＳ３４で、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調温されて給湯される。以降、ステップＳ３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された温水が給湯される。
【００４４】
図６のグラフは、コールドスタート時に、従来通り、ミキシングユニット２４において給湯設定温度で調温したときの混合水温度（破線で示す）と、給湯温度（実線で示す）の推移を示しており、図３のグラフは、本実施例のコージェネレーションシステムにおいて図２の湯温制御処理を行なったときの混合水温度（破線で示す）と、給湯温度（実線で示す）の推移を示している。給湯サーミスタ６５は、混合水サーミスタ５４より下流側にあるため、混合水サーミスタ５４が検出する温度（混合水温度）の温度上昇から遅れて、給湯サーミスタ６５が検出する温度（給湯温度）の温度上昇が起こる。
図６に示すように、ミキシングユニット２４において給湯設定温度で調温したとき、給湯開始時の混合水温度は迅速に上昇するが、給湯栓６４から給湯される給湯温度は、ミキシングユニット２４と給湯栓６４との間の給湯配管やバーナ熱交換器５２内に滞留している低温水等に熱を奪われ、図示Ａのように温度上昇が停滞する。混合水温度が給湯設定温度となっていても、給湯温度は給湯設定温度にまでなかなか上昇せず、立ち上がり時間が長くなって使用感が悪い。
【００４５】
図３に示す時間ｔ１は、給湯が開始されて、第２流量センサ４７が検出する流量の積算が開始された時（図２のステップＳ１２）を示しており、時間ｔ２は、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達した時（ステップＳ２４でＹＥＳ）を示している。図３に示すように、図２の湯温制御処理では、給湯開始時（時間ｔ１）のミキシングユニット２４での混合水温度を、給湯設定温度より温度α分高くしている（図３では、図の明瞭化のため、放熱を考慮した＋１℃分の図示を省略している）。従って、給湯経路の配管内温度の上昇速度を速めることができる。給湯配管内温度が速く上昇すれば、混合水が給湯配管内を通過するときの放熱ロスが抑制されるため、給湯される混合水温度の上昇速度も速めることができる。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達した時（時間ｔ２）に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を給湯設定温度まで下げることによって、給湯温度が給湯設定温度を超えて温度上昇しないようにしている。このとき、既に給湯配管内温度は上昇しており、バーナ熱交換器５２内の温度も上昇している。このため、時間ｔ２でミキシングユニット２４で調温する混合水温度を給湯設定温度に切換えても、給湯温度の温度上昇の妨げとはならない。
【００４６】
本実施例のコージェネレーションシステムによれば、コールドスタート時で給湯配管内が低温であって、しかも、蓄熱を利用して給湯するために給湯経路が長く放熱ロスが大きいときであっても、立ち上がり時間を短縮することができ、使い勝手を向上させることができる。
【００４７】
（実施例２）
本発明を具現化した第２実施例を図面を参照しながら説明する。本実施例のコージェネレーションシステムの構成は第１実施例のコージェネレーションシステムの構成と同様である。本実施例でも第１実施例と同様に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を、給湯設定温度よりも高めで行なうことで、コールドスタート時の立ち上がり時間の短縮を図っている。しかし、本実施例では、給湯温度制御の一部の処理について第１実施例とは異なっている。ここでは、第１実施例と同様の部分についての説明を省略し、異なっている部分についてのみ説明する。
【００４８】
図４に示す、本実施例のコージェネレーションシステムの給湯温度制御では、ステップＳ１１０からステップＳ１２２の処理については、図２を用いて先に説明した、第１実施例のステップＳ１０からステップＳ２２の処理と同様であるため、説明を省略する。
ステップＳ１２２で混合水サーミスタ５４の検出温度は徐々に上昇するように調温され、ステップＳ１２３で、混合水サーミスタ５４の検出温度が〔給湯設定温度＋α℃〕に達すれば（ＹＥＳとなれば）、ステップＳ１２４に進む。
【００４９】
ステップＳ１２４では、温度αｎ＋１を〔αｎ−｛第２流量センサ４７の検出流量の積算流量／（切替準備流量−第２流量センサ４７の検出流量の積算流量）｝×αｎ〕として、混合水サーミスタ５４の検出温度が〔給湯設定温度＋α〕となるように調温する。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に近づくに従って温度αは小さくなり、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したとき、温度αは０℃となる。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に近づくに従って、混合水サーミスタ５４の検出温度は徐々に低下し、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したとき、混合水サーミスタ５４の検出温度は給湯設定温度となる。
ステップＳ１２５で、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したか否かが判別される。第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達したとき（ステップＳ１２５でＹＥＳとなったとき）、ミキシングユニット２４で〔給湯設定温度＋α〕に調温した混合水が、給湯サーミスタ６５に到達したとみなされ、ステップＳ１２８に進む。ステップＳ１２５で、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達する前であっても（ＮＯであっても）、ステップＳ１２６において、給湯サーミスタ６５の検出温度が給湯設定温度に達していれば（ＹＥＳとなれば）、ステップＳ１２８に進む。ステップＳ１２８では、ミキシングユニット２４において、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、温水入口２４ｃの開度と給水入口２４ａの開度が制御されて給湯される。以降、ステップＳ１３０で、第２流量センサ４７が検出する流量が２．０リットル／ｍｉｎ以下となって（ＹＥＳとなって）給湯が停止されたとみなされるまで、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調温された混合水が給湯される。
【００５０】
図５に示す時間ｔ１は、給湯が開始されて、第２流量センサ４７が検出する流量の積算が開始された時（図４のステップＳ１１２）を示しており、時間ｔ２は、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達した時（ステップＳ１２５でＹＥＳ）を示している。また、時間ｔ３は、混合水サーミスタ５４の検出温度が〔給湯設定温度＋α〕に達した時（図４のステップＳ１２３でＹＥＳ）を示している。図５に示すように、図４の湯温制御処理では、図２の湯温制御処理と同様に、給湯開始時（時間ｔ１）のミキシングユニット２４で調温する混合水温度を、給湯設定温度より温度α分高くしている（図５でも、図の明瞭化のため、放熱を考慮した＋１℃分の図示を省略している）。従って、給湯経路の配管内温度の上昇速度を速めることができる。混合水サーミスタ５４の検出温度が〔給湯設定温度＋α〕に達した時（時間ｔ３）に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を徐々に下げ始め、第２流量センサ４７の検出流量の積算流量が切替準備流量に達した時（時間ｔ２）に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度がちょうど給湯設定温度となるように温度低下させる。このことによって、給湯温度が給湯設定温度を超えて温度上昇しないようにしている。また、第１実施例のように、時間ｔ２に、ミキシングユニット２４で調温する混合水温度を一度に下げるのに比べ、給湯温度を安定化させることができる。時間ｔ３では、既に給湯配管内温度は上昇しており、バーナ熱交換器５２内の温度も上昇している。このため、時間ｔ３から時間ｔ２にかけてミキシングユニット２４で調温する混合水温度を給湯設定温度まで徐々に低下させていっても、時間ｔ３以降の給湯温度の温度上昇を遅くすることにはならない。
【００５１】
本実施例のコージェネレーションシステムによれば、コールドスタート時で給湯配管内が低温であって、しかも、蓄熱を利用して給湯するために給湯経路が長く放熱ロスが大きいときであっても、立ち上がり時間を短縮することができ、給湯温度を安定化させることができる。
【００５２】
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】
【００５３】
【図１】第１実施例に係るコージェネレーションシステムの系統図。
【図２】第１実施例における給湯開始時の給湯温度制御処理を示すフローチャート。
【図３】第１実施例における混合水温度と給湯温度の変化を示すグラフ。
【図４】第２実施例における給湯開始時の給湯温度制御処理を示すフローチャート
【図５】第２実施例における混合水温度と給湯温度の変化を示すグラフ。
【図６】従来例における混合水温度と給湯温度の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５４】
１０：給湯システム
２０：貯湯槽
２２：給湯器
２４：ミキシングユニット
３５：上部サーミスタ
４７：第２流量センサ
５４：混合水サーミスタ
６５：給湯サーミスタ
１１０：発電ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯える貯湯槽と、
貯湯槽からの温水と水道水を混合するとともにその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より上流の温水温度を検出する温水温度検出手段と、
ミキシングユニットより下流の混合水温度を検出する混合水温度検出手段と、
給湯設定温度を記憶している給湯設定温度記憶手段と、
ミキシングユニットに混合水温度を指示する混合水温度指示手段と、
混合水の流動開始後の混合水流量を積算する混合水流量積算手段を備え、
混合水温度指示手段は、前記混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が第１所定温度以下であり、前記温水温度検出手段によって検出される温水温度が第２所定温度以上であり、前記混合水流量積算手段によって積算された積算流量が所定積算流量以下であるときには、給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示し、前記積算流量が前記所定積算流量以上であるときには、給湯設定温度を指示することを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
温水を貯える貯湯槽と、
貯湯槽からの温水と水道水を混合するとともにその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より上流の温水温度を検出する温水温度検出手段と、
ミキシングユニットより下流の混合水温度を検出する混合水温度検出手段と、
給湯設定温度を記憶している給湯設定温度記憶手段と、
ミキシングユニットに混合水温度を指示する混合水温度指示手段と、
混合水の流動開始後の混合水流量を積算する混合水流量積算手段を備え、
混合水温度指示手段は、前記混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が第１所定温度以下であり、前記温水温度検出手段によって検出される温水温度が第２所定温度以上であるときには、給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示し、前記混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が給湯設定温度より所定温度だけ高い温度となった時以降には、給湯設定温度に加える前記所定温度を徐々にゼロにまで縮小することを特徴とする給湯システム。
【請求項３】
給湯設定温度に加える前記所定温度が、給湯設定温度と前記混合水温度検出手段が検出する混合水温度との温度差によって決定されることを特徴とする請求項１又は２の給湯システム。
【請求項１】
温水を貯える貯湯槽と、
貯湯槽からの温水と水道水を混合するとともにその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より上流の温水温度を検出する温水温度検出手段と、
ミキシングユニットより下流の混合水温度を検出する混合水温度検出手段と、
給湯設定温度を記憶している給湯設定温度記憶手段と、
ミキシングユニットに混合水温度を指示する混合水温度指示手段と、
混合水の流動開始後の混合水流量を積算する混合水流量積算手段を備え、
混合水温度指示手段は、前記混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が第１所定温度以下であり、前記温水温度検出手段によって検出される温水温度が第２所定温度以上であり、前記混合水流量積算手段によって積算された積算流量が所定積算流量以下であるときには、給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示し、前記積算流量が前記所定積算流量以上であるときには、給湯設定温度を指示することを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
温水を貯える貯湯槽と、
貯湯槽からの温水と水道水を混合するとともにその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より上流の温水温度を検出する温水温度検出手段と、
ミキシングユニットより下流の混合水温度を検出する混合水温度検出手段と、
給湯設定温度を記憶している給湯設定温度記憶手段と、
ミキシングユニットに混合水温度を指示する混合水温度指示手段と、
混合水の流動開始後の混合水流量を積算する混合水流量積算手段を備え、
混合水温度指示手段は、前記混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が第１所定温度以下であり、前記温水温度検出手段によって検出される温水温度が第２所定温度以上であるときには、給湯設定温度より所定温度だけ高い混合水温度を指示し、前記混合水温度検出手段によって検出される混合水温度が給湯設定温度より所定温度だけ高い温度となった時以降には、給湯設定温度に加える前記所定温度を徐々にゼロにまで縮小することを特徴とする給湯システム。
【請求項３】
給湯設定温度に加える前記所定温度が、給湯設定温度と前記混合水温度検出手段が検出する混合水温度との温度差によって決定されることを特徴とする請求項１又は２の給湯システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１７０５４４（Ｐ２００６−１７０５４４Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６５１１０（Ｐ２００４−３６５１１０）
【出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（０００１１５８５４）リンナイ株式会社 (1,534)
【出願人】（０００１２９２３１）株式会社ガスター (277)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（０００１１５８５４）リンナイ株式会社 (1,534)
【出願人】（０００１２９２３１）株式会社ガスター (277)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]