JP4523809B2 - 給湯装置 - Google Patents
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Description
貯湯槽に貯湯している温水の温度が、給湯設定温度記憶手段に記憶している給湯設定温度よりも高い場合は、ミキシングユニットで低温の水道水と混合する。ミキシングユニットは、給湯設定温度に調温された混合温水を送り出す。
貯湯槽に貯湯している温水の温度が給湯設定温度以下となっても給湯を持続できるようにするために、給湯装置に補助熱源機を組込むことが多い。
通常は、貯湯槽、ミキシングユニット、補助熱源機の順で配置されている。貯湯槽に貯湯している温水の温度が給湯設定温度よりも高い場合は、ミキシングユニットで水道水と混合することによって給湯設定温度に調温された混合温水を送り出す。この場合は、給湯設定温度に調温された混合温水が補助熱源機を素通りし、給湯設定温度に調温された混合温水が温水利用箇所に供給される。貯湯槽に貯湯している温水の温度が給湯設定温度よりも低くなると、ミキシングユニットから送り出される温水(冷水であることもある)を補助熱源機で加熱し、補助熱源機で給湯設定温度に加熱した温水を温水利用箇所に供給する。
しかしながら利用者は、より直接的に、貯湯槽に貯湯している温水を利用することによって、どれだけの湯量の混合温水を利用できるのか、あるいはどれだけの時間だけ利用できるのかを知りたいという要求も持っている。貯湯槽に蓄熱している蓄熱量が同じであっても、給湯設定温度を下げれば多量の混合温水が利用可能であり、水道水温度が高ければ多量の混合温水が利用できる。利用者は、しばしば熱量という抽象的次元の量でなく、水量または継続使用可能時間という時間の単位で蓄熱量を知りたいという要求がある。水量または時間の単位で蓄熱量を知ることができれば、蓄熱量の範囲内で混合温水を有効に利用する方法を検討しやすくなり、省エネルギに有用な混合温水の利用方法を立案しやすくなる。
本発明の給湯装置は、温水を貯湯しておく貯湯槽と、貯湯槽に蓄熱している蓄熱量を所定時間間隔で算出する蓄熱量算出手段と、シャワーと風呂の浴槽に給湯する給湯栓と少なくとも1つのその他の給湯栓を含む温水利用箇所に給湯する混合温水の設定温度を記憶している給湯設定温度記憶手段と、貯湯槽からの温水と水道水を混合して給湯設定温度記憶手段に記憶している給湯設定温度に調温した混合温水を送り出すミキシングユニットと、水道水の温度を検知する水道水温度検知手段と、蓄熱量算出手段が所定時間間隔で算出した蓄熱量と給湯設定温度記憶手段に記憶している給湯設定温度と水道水温度検知手段で検知した水道水温度に基づいて、温水利用箇所で利用可能な混合温水量を所定時間間隔で算出する利用可能混合温水量算出手段と、シャワーに給湯するときの混合温水の流量とその他の給湯栓に給湯するときの混合温水の流量を記憶している給湯流量記憶手段と、利用可能混合温水量算出手段が所定時間間隔で算出した利用可能混合温水量と、給湯流量記憶手段に記憶しているシャワーの混合温水の流量とその他の給湯栓の混合温水の流量から、給湯設定温度に調温した混合温水をシャワーに給湯可能な時間とその他の給湯栓に給湯可能な時間を所定時間間隔で算出する利用可能時間算出手段と、利用可能混合温水量算出手段が所定時間間隔で算出した利用可能混合温水量と、利用可能時間算出手段が所定時間間隔で算出したシャワーの利用可能時間とその他の給湯栓の利用可能時間を併せて表示するとともに、利用可能混合温水量が風呂の浴槽の容積を越えないときは、風呂の浴槽に給湯可能な風呂の水位を表示し、風呂の浴槽の容積を越えるときは、風呂の浴槽の容積を減じた値でシャワーの利用可能時間とその他の給湯栓の利用可能時間を併せて表示する表示手段とを備える。
蓄熱量算出手段は、様々な手法で構成することができ、例えば貯湯槽の深さ方向の複数箇所に温水温度計測手段が用意されていれば、各温水温度計測手段に対応する深さにおける貯湯容積に温水温度を乗じて得た蓄熱量を深さ方向に合計することで貯湯槽全体の蓄熱量を算出することができる。あるいは、ある時点で算出した蓄熱量と、その後に貯湯槽から送り出した温水温度と温水量から、残されている蓄熱量を算出してもよい。
貯湯槽には、発電熱や太陽熱等で加熱した温水が貯湯され、温水の熱量が蓄熱されている。
貯湯槽の蓄熱量は、種々の手法で算出できる。最も単純な一例を挙げれば、容積が30リットルの貯湯槽に平均温度が70℃の温水が貯湯されており、水道水温度が10℃であれば、(70−10)×30=1800(リットル×℃)の量が、水道水温度から加熱されて蓄えられた蓄熱量として算出することができる。蓄熱量が算出されていれば、水道水温度と給湯設定温度から、給湯可能な混合温水量を算出することができる。
例えば、水道水温度が10℃であり、給湯設定温度が40℃であれば、ミキシングユニットでは、貯湯槽からの温水と、それと同量の水道水を混合することができ、60リットルの混合温水を給湯可能であることが判明する。すなわち、水道水温度と給湯設定温度の差が30℃の場合、上記蓄熱量からは、1800÷(40−10)=60リットルが給湯可能であることが判明する。水道水温度が10℃であり、給湯設定温度が50℃であれば、ミキシングユニットでは、貯湯槽からの温水と、それと半量の水道水を混合することができ、45リットルの混合温水を給湯可能であることが判明する。すなわち、水道水温度と給湯設定温度の差が40℃の場合、上記蓄熱量からは、1800÷(50−10)=45リットルが給湯可能であることが判明する。水道水温度が10℃であり、給湯設定温度が30℃であればミキシングユニットでは、貯湯槽からの温水と、それと倍量の水道水を混合することができ、90リットルの混合温水を給湯可能であることが判明する。すなわち、水道水温度と給湯設定温度の差が20℃の場合、上記蓄熱量からは、1800÷(30−10)=90リットルが給湯可能であることが判明する。
本発明の給湯装置では、算出された給湯可能な混合温水量が表示される。先に例示した場合、給湯設定温度が30℃であれば90リットル給湯可能であることが表示され、給湯設定温度が40℃であれば60リットル給湯可能であることが表示され、給湯設定温度が50℃であれば45リットル給湯可能であることが表示される。給湯設定温度が設定され直せば、利用可能な混合温水量が算出されなおし、新たに算出された利用可能量が表示される。
本発明の給湯装置によると、現に利用している給湯設定温度で給湯を継続する場合に利用可能な混合温水量を直接的に知ることができる。利用者は、すでに蓄熱済みの範囲内で給湯を必要とする仕事を終えるため方法を立案することが可能となる。
また、本発明の給湯装置では、例えばシャワーで給湯する混合温水の流量が10(リットル/分)と記憶されている場合、利用可能混合温水量が60(リットル)であれば、60÷10=6(分)がシャワーで給湯可能な利用可能時間と算出される。給湯栓で給湯する混合温水の流量が6(リットル/分)と記憶されている場合、利用可能混合温水量が90(リットル)であれば、90÷6=15(分)が給湯栓で給湯可能な利用可能時間と算出される。表示器ではシャワーの利用可能時間と給湯栓の利用可能時間が併せて表示される。このため、利用者はシャワーを6分以内、または給湯栓の利用を15分以内にとどめておく等、省エネルギ対策をとりやすくなる。
また、例えば風呂の水位が浴槽容積が150(リットル)である場合、利用可能混合温水量が35.0(リットル)であれば、35.0÷150×10=2.3が風呂の水位と算出され、利用可能混合温水量が150(リットル)であれば、風呂の水位は最高水位(満杯の水位)10と算出される。利用可能混合温水量が150(リットル)を越えるときは、利用可能な混合温水量から150(リットル)を減じた値に基づいて、シャワーに給湯可能な時間とその他の給湯栓に給湯可能な時間が算出され、シャワーの利用可能時間とその他の給湯栓の利用可能時間が併せて表示される。これらの表示から、利用者は、省エネルギ効果を損ねることなく温水を利用することが可能となる。
また、貯湯槽に蓄えられている蓄熱量は、例えば回収熱量が加えられると増加し、混合温水が利用されると減少する。本発明の給湯装置によると、蓄熱量算出手段が、例えば秒単位や分単位の所定の時間間隔で蓄熱量を算出し、利用可能混合温水量算出手段がその蓄熱量に基づいて利用可能混合温水量を算出すれば、表示手段では、刻々と変化する蓄熱量に伴って変化する利用可能混合温水量を表示することができる。また、蓄熱量算出手段が、所定の時間間隔で蓄熱量を算出し、利用可能時間算出手段がその蓄熱量に基づいて利用可能時間を算出すれば、表示手段では、刻々と変化する蓄熱量に伴って変化するシャワーの利用可能時間と給湯栓の利用可能時間を併せて表示することができる。
(形態1) 表示器は、利用可能混合温水量が風呂の浴槽容積を超えるときは、浴槽容積を減じた値で、その他の給湯利用箇所の利用可能時間を併せて表示する。
最初に、発電ユニット110について説明する。図1に示されているように、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は、バーナ131を備えている。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。改質器112には、燃焼ガス経路126の一端が接続されている。燃焼ガス経路126の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を通過している。バーナ131が発生する燃焼ガスは、燃焼ガス経路126を流れ、熱交換器116で温度が低下してから外部に排出される。循環経路128も熱交換器116を通過している。循環経路128は、循環復路128aと、循環往路128bから構成され、給湯装置10と接続されている。循環経路128と給湯装置10の接続状態については、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を通過すると燃焼ガス経路126を流れる燃焼ガスによって加熱され、温度が上昇する。
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を経て燃料電池114に戻る経路を形成している。熱媒循環経路124を流れる熱媒としては、例えば、純水を用いることができる。燃料電池114の下流側の熱媒循環経路124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、給湯装置10に設けられているコントローラ21(後述する)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、その内部流路を切替えることによって、入口122aと出口122bを連通させたり、入口122aと出口122cを連通させたりする。
熱媒三方弁122の出口122bと、出口122cの下流側の熱媒循環経路124とを接続する冷却経路129が設けられている。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が回転すると、空気が熱媒放熱器120に吹付けられ、冷却経路129を流れる熱媒を冷却する。
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。
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が回転する。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。熱媒冷却ファン119が熱媒放熱器120に空気を吹付けているので、熱媒放熱器120は高い効率で放熱する。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。このようにして熱媒三方弁122の内部流路の切替えが繰返され、熱媒の温度は所定範囲内に維持される。
図1に示されているように、給湯装置10は、貯湯槽20、ミキシングユニット24、補助熱源機22、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。減圧弁28の下流側の給水経路26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への給水圧力を所定の調圧値に調整する。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内の温水が減少すると、貯湯槽20に水道水が給水される。ミキシングユニット24の給水入口24aが開くと、ミキシングユニット24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てしまうのを防止する。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近傍は、排水経路33によって接続されている。排水経路33の途中には、手動で開閉可能な排水弁34が装着されている。排水弁34を開くと、貯湯槽20内の水が排水経路33と圧力開放経路32を通って外部に排水される。
コントローラ21には、リモコン23が接続されている。図4等に示すように、リモコン23には、給湯装置10を操作するためのスイッチやボタン、液晶の表示器23a等が設けられている。表示器23aで表示される情報については、後に詳述する。
循環ポンプ40が作動すると、貯湯槽20の底部から温水が吸出される。貯湯槽20から吸出された温水は、循環往路128bを流れてから発電ユニット110の熱交換器116、118を通過する。熱交換器116、118を通過した温水は、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116、118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(貯湯槽20がフルに蓄熱されていない状態)で、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に貯められている温水の上部に、高温の温水層(温度成層)が形成される。貯湯槽20の深さ方向に沿った温水の温度は、温度成層よりも深くなると急激に低下する。貯湯槽20に高温の温水の供給が継続されると、温度成層の厚さ(深さ)は次第に大きくなり、貯湯槽20が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。
循環往路128bの途中には、貯湯槽20から吸出された温水の温度を検出する往路サーミスタ44が装着されている。循環復路128aの途中には、貯湯槽20に戻される温水の温度を検出する復路サーミスタ45が装着されている。往路サーミスタ44と復路サーミスタ45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水量センサ67、温水入口サーミスタ50、給水サーミスタ48、混合温水出口サーミスタ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水量センサ67は、混合温水出口24bから流出する温水の流量を検出する。温水入口サーミスタ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。混合温水出口サーミスタ54とハイカットサーミスタ55は、混合温水出口24bから流出する温水の温度を検出する。第1水量センサ67、温水入口サーミスタ50、給水サーミスタ48、混合温水出口サーミスタ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。
ミキシングユニット24の混合温水出口24bと補助熱源機22のバーナ熱交換器52(後述する)は、混合温水経路51によって接続されている。混合温水経路51には、第2水量センサ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。
バーナ熱交換器52には、混合温水経路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。給湯バーナ56は、ガスを燃焼することによって、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64を1つで代表して図示している)。浴室に配置されている給湯栓64の1つには、シャワーが接続されている。給湯栓経路63には、出湯サーミスタ65が装着されている。出湯サーミスタ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。出湯サーミスタ65の検出信号は、コントローラ21に出力される。コントローラ21は、出湯サーミスタ65が検出した温水温度に基づいて、給湯バーナ56の動作を制御する。どのような場合に給湯バーナ56が動作するかについては、後述する。
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。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の水位をハイレベル水位とローレベル水位の間に維持する。
暖房バーナ57は、ガスを燃焼してバーナ熱交換器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、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。
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。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。
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が開く。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がオンにされて、暖房端末熱動弁75が開くとともに、暖房ポンプ69が作動すると、シスターン61から温水が吸い出される。コントローラ21は、暖房サーミスタ72と高温サーミスタ74が検出した温水温度に基づいて暖房バーナ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して加熱される。加熱されて温度が高くなった空気は、暖房端末機76から吹き出し、部屋を暖房する。熱交換器76bを通過した温水の温度は、空気によって熱を奪われて(熱交換して)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。
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を流れる温水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の検出信号は、風呂循環経路80に水流があるか否かの判別に用いられる。
風呂循環経路80の追焚き熱交換器58の下流側には、風呂入口サーミスタ97が設けられている。風呂入口サーミスタ97は、浴槽79に湯張りされる温水の温度を検出する。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出口サーミスタ85が装着されている。風呂入口サーミスタ97と風呂出口サーミスタ85の検出信号は、コントローラ21に出力される。
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、ミキシングバルブ24からの温水が給湯栓経路63から湯張り経路25を経て風呂循環経路80に流入する。ミキシングバルブ24からの温水の温度が低い場合には、給湯バーナ56が作動する。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。
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の上流部には、床暖房サーミスタ94が装着されている。床暖房サーミスタ94は、低温水経路70を流れる温水の温度を検出する。床暖房サーミスタ94の検出信号は、コントローラ21に出力される。低温水経路70は、途中で2つの低温水分岐経路70a、70bに分岐している。低温水分岐経路70a、70bは、床暖房機91を通過している。低温水分岐路70a、70bの床暖房機91の上流側には、それぞれ床暖房熱動弁95、96が設けられている。床暖房熱動弁95、96は、コントローラ21によって制御される。低温水分岐経路70a、70bは、床暖房機91の下流側で合流して、再び低温水経路70になる。
床暖房を行う場合には、リモコン23を操作する。すると、床暖房熱動弁95、96が開き、低温水分岐経路70a、70bを通って温水が床暖房機91に導かれ、床が暖められる。リモコン23を操作して、床暖房熱動弁95、96のいずれを開くかを選択することにより、床を部分的に暖めることもできる。
三方弁86のBポート86bと、高温水経路73の暖房端末機76の下流側は、低温水戻り経路87によって接続されている。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。低温水戻りサーミスタ89は、低温水戻り経路87を流れる温水の温度を検出する。低温水戻りサーミスタ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コイル部88aが形成されている。
温水需要が発生して貯湯槽20の温水が消費され、その積算温水需要量が蓄熱量の増加を上回ると、貯湯槽20の蓄熱量は減少する。例えば、図2では、蓄熱量はc4の時点でピークに達している。このとき、温水需要152が発生して蓄熱量は減少するが、温水需要152の積算量が小さいので、貯湯槽20の蓄熱量は温水需要152を上回ったまま残存する。また、c5の時点では、温水需要154が発生して蓄熱量は減少し、さらにc6の時点で新たに温水需要155が発生して蓄熱量が減少し続ける。
図3は、図2のグラフを、具体的な時刻と数値で表した対応表である。ここでは、温水需要が発生した時間帯のみが抽出されて示されている。時間帯毎の積算温水需要量(kJ)と、その時間帯において発電熱から回収して貯湯槽20に蓄えられた回収熱量(kJ)と、蓄熱量(kJ)が示されている。例えば、最初に温水需要が発生した時間帯(5:52(c1の時点)から5:58)では、その間の積算温水需要量が3117(kJ)であり、回収熱量が184(kJ)であり、蓄熱量が5:52では2933(kJ)であったものが5:58では0(kJ)に減少したことが示されている。
風呂での温水需要量=浴槽容積×(設定温度−給水温度)×4.19;
シャワーでの温水需要量=単位時間当りシャワー給水量×利用時間×(設定温度−給水温度)×4.19;
給湯栓での温水需要量=単位時間当り給湯栓給水量×利用時間×(設定温度−給水温度)×4.19;
上式の内の「4.19」は、水の比熱(kJ/(リットル・K))である。
本実施例では、「浴槽容積」は150(リットル)、「単位時間当りシャワー給水量」は10(リットル/分)、「単位時間当り給湯栓給水量」は6(リットル/分)である。これらの値は予め記憶されている。
蓄熱量={(上部サーミスタ検出値−給水温度)×貯湯槽上部容積
+(中間部サーミスタ検出値−給水温度)×貯湯槽中間部容積
+(下部サーミスタ検出値−給水温度)×貯湯槽下部容積}×4.19;
この蓄熱量は時々刻々と計算されて記憶されていく。
以下では、(1)5:52(c1の時点)から5:58と、(2)6:41(c2の時点)から6:50と、(3)19:39(c5の時点)から20:00の3つの時間帯を取上げて説明する。
図2に示すように、5:52(c1の時点)では最初の温水需要が発生する。このとき、利用者は洗顔のためにリモコン23の給湯運転スイッチをONしており、表示器23aの画面がONとなる。利用者は、貯湯槽20に貯湯されている温水を利用できるか否かを、表示器23aで確認する。
貯湯槽20に蓄えられている蓄熱量から設定温度で利用可能な混合温水量は、下式から求めることができる。
利用可能混合温水量=蓄熱量÷4.19÷(設定温度−給水温度);
図3から5:52(c1の時点)での蓄熱量は2933(kJ)であり、図4に示すように、利用者が設定温度を40℃とし、このときの給水温度が20℃であれば、利用可能な混合温水量は次の値になる。
利用可能混合温水量=2933÷4.19÷(40−20)=35.0(リットル);
図4では、35(リットル)の湯が利用可能であることが表示されている。
図4に示すように、表示器23aでは、利用可能な混合温水量で貯められる風呂の水位と、シャワーの利用可能時間と、給湯栓の利用可能時間が、それぞれ文字とグラフィックで表示される。利用可能な温水量で貯められる風呂の水位と、シャワーの利用可能時間と、給湯栓の利用可能時間は、それぞれ下式から求めることができる。
風呂水位=利用可能混合温水量÷浴槽容積×10
シャワー利用可能時間=利用可能混合温水量÷単位時間当りシャワー給水量;
給湯栓利用可能時間=利用可能混合温水量÷単位時間当り給湯栓給水量;
上記の利用可能混合温水量からは、それぞれ次のような値が求められる。
風呂水位=35.0÷150×10=2.3;
シャワー利用可能時間=35.0÷10=3.5(分);
給湯栓利用可能時間=35.0÷6=5.8(分);
図4では、35(リットル)の湯では、風呂が水位2まで貯められ、シャワーが4分利用可能であり、給湯栓が6分利用可能であることが示されている。給湯栓を利用する洗顔では、6分までなら貯湯槽20の湯を利用可能であることがわかる。
以下でも同様に、表示器23aでの表示は、蓄熱量の変動に伴って時々刻々と変化する。
例えば5:52から5:55までの3分間は4(リットル/分)で利用され、5:55から5:56までの1分間は8(リットル/分)で利用されたとすると、5:55において計算され表示される給湯栓利用可能時間は、
給湯栓利用可能時間=(35−4×3)÷4=5.8(分)
であり、5:56において計算され表示される給湯栓利用可能時間は、
給湯栓利用可能時間=(35−4×3−8)÷8=1.9(分)
となる。
給湯栓での温水需要量=4×3.1×(40−20)×4.19
+8×3.1×(40−20)×4.19
≒3117(kJ);
この値が図3に示されている。
これに対し、5:52での貯湯槽20での蓄熱量は2933(kJ)であり、5:52から5:58までは回収熱量が184(kJ)だけ発生したため、蓄熱量は「2933+184=3177(kJ)」まで増加するはずである。しかしながら、温水需要量(3117(kJ))が増加した蓄熱量(3117(kJ))と同じ値であるため、5:58に蓄熱量は使い切られて一旦0となる。
図3に示すように、6:41(c2の時点)では、貯湯槽20での蓄熱量が2514(kJ)に回復している。このとき利用者が朝食の後片付けのために、リモコン23の給湯運転スイッチをONし、貯湯槽20に貯湯されている温水を利用できるか否かを、表示器23aで確認する。
図5に示すように設定温度を38℃とし、このときの給水温度が20℃であれば、利用可能な混合温水量は次の値になる。
利用可能混合温水量=2514÷4.19÷(38−20)≒33.3(リットル);
図5では、33(リットル)の湯が利用可能であることが表示されている。
また、利用可能な混合温水量で貯められる風呂の水位と、シャワーの利用可能時間と、給湯栓の利用可能時間は、それぞれ次の値になる。
風呂水位=33.3÷150×10≒2.2;
シャワー利用可能時間=33.3÷10≒3.3(分);
給湯栓利用可能時間=33.3÷6≒5.6(分);
図5では、33(リットル)の湯では、風呂が水位2まで貯められ、シャワーが3分利用可能であり、給湯栓が約6分利用可能であることが示されている。給湯栓を利用する後片付けでは、貯湯槽20の湯を約6分利用可能なことがわかる。
給湯栓での温水需要量=6×8.9×(38−20)×4.19≒4027(kJ);
この値が図3に示されている。
6:41での貯湯槽20での蓄熱量は2514(kJ)であり、6:41(c2の時点)から6:50までは回収熱量が282(kJ)だけ発生したため、蓄熱量は「2514+282=2796(kJ)」まで増加する。一方、温水需要量は4027(kJ)であり、増加した蓄熱量(2796(kJ))を上回る。したがって6:50では蓄熱量は使い切られて0となる。
このとき蓄熱量は「4027−2796=1231(kJ)」だけ不足する。このように蓄熱量の不足が起こるときは、コントローラ21が給湯バーナ56を作動させてバーナ熱交換器52を加熱し、設定温度を維持する。
19:39(c5の時点)では、利用者は風呂の湯張りを開始するため、リモコン23の給湯運転スイッチをONする。図3に示すように、この時刻での蓄熱量は36000(kJ)である。
図6に示すように設定温度を42℃とし、このときの給水温度が20℃であれば、利用可能な混合温水量は次の値になる。
利用可能混合温水量=36000÷4.19÷(42−20)≒390.5(リットル);
図6に示すように、表示器23aでは391(リットル)の湯が利用可能であることが表示される。
また、利用可能な混合温水量で貯められる風呂の水位と、シャワーの利用可能時間と、給湯栓の利用可能時間は、それぞれ次の値になる。
風呂水位=390.5÷150×10≒26.0;
シャワー利用可能時間=390.5÷10≒39.1(分);
給湯栓利用可能時間=390.5÷6≒65.1(分);
なお、風呂水位は計算上25.8であるが、最高水位(満杯の水位)は10であるため、10に補正される。
また、風呂水位が計算上10を超える場合は、シャワーと給湯栓については、風呂の湯張りをした後にどれくらい利用可能であるかも併せて表示される。
図6では、利用可能な混合温水量の391(リットル)のうち、150(リットル)を浴槽に利用すると、残りの241(リットル)からシャワーを24分利用可能であり、給湯栓を41分利用可能であることが示されている。
利用可能混合温水量=36000÷4.19÷(40−20)≒429.6(リットル);
図7に示すように、表示器23aでは430(リットル)の湯が利用可能であることが表示される。
また、利用可能な混合温水量で貯められる風呂の水位と、シャワーの利用可能時間と、給湯栓の利用可能時間は、それぞれ次の値になる。
風呂水位=429.6÷150×10≒28.6;
シャワー利用可能時間=429.6÷10≒43.0(分);
給湯栓利用可能時間=429.6÷6≒71.6(分);
図7では、430(リットル)の貯湯では、風呂が水位10まで貯められ、シャワーが43分(湯張り後28分)利用可能であり、給湯栓が72分(湯張り後47分)利用可能であることが示されている。
このように利用者が設定温度を変更すると、利用可能混合温水量が変化する。それと共に、各温水利用箇所での利用可能時間も変化する。
風呂での温水需要量=150×(42−20)×4.19≒13827(kJ);
この値が図3に示されている。
19:39(c5の時点)での蓄熱量は36000(kJ)であり、19:39の時点)から20:00までは回収熱量が645(kJ)だけ発生したため、蓄熱量は「36000+645=36645(kJ)」まで増加する。この蓄熱量は、温水需要量(13827(kJ))を上回る。したがって、図2及び図3に示すように、蓄熱量は減少するものの、まだ残存している。
これらの表示から、利用者は、省エネルギ効果を損ねることなく温水を利用することが可能となる。
・本実施例では、発電ユニットとして燃料電池方式を採用していたが、これに限られるものではない。例えばエンジン駆動形式、太陽光発電方式等、どのような発電ユニットを採用してもよい。
・本実施例では、蓄熱量は、サーミスタ検出値と給水温度と貯湯槽容積に基づいて算出していたが、これに限られるものではない。例えば発電ユニットの運転状態から得られる発熱量(回収熱量)と熱使用量との差分として求める等、どのような算出方式を採ってもよい。
・本実施例では、表示器での文字表示とイメージ表示を採用していたが、これらに限られるものではない。例えばランプ表示や音声表示等、どのような表示形態を採ってもよい。
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。
20:蓄熱槽、20a:出口部
21:コントローラ
22:補助熱源機
23:リモコン
24:ミキシングユニット、24a:給水入口、24b:混合温水出口、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
39:中間部サーミスタ
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水量センサ
48:給水サーミスタ
50:温水入口サーミスタ
51:温水経路
52:バーナ熱交換器
54:混合温水出口サーミスタ
55:ハイカットサーミスタ
56:給湯バーナ
57:暖房バーナ
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:出湯サーミスタ
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水量センサ
68:シスターン出水経路
69:暖房ポンプ
70:低温水経路
70a、70b:低温水分岐経路
71:バーナ上流経路
72:暖房サーミスタ
73:高温水経路
74: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:風呂出口サーミスタ
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:蓄熱槽経路、88a:熱交換コイル部
89:低温水戻りサーミスタ
91:床暖房機
94:床暖房サーミスタ
95、96:床暖房熱動弁
97:風呂入口サーミスタ
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:循環復路
129:冷却経路
131:バーナ
Claims (1)
- 温水を貯湯しておく貯湯槽と、
貯湯槽に蓄熱している蓄熱量を所定時間間隔で算出する蓄熱量算出手段と、
シャワーと風呂の浴槽に給湯する給湯栓と少なくとも1つのその他の給湯栓を含む温水利用箇所に給湯する混合温水の設定温度を記憶している給湯設定温度記憶手段と、
貯湯槽からの温水と水道水を混合し、給湯設定温度記憶手段に記憶している給湯設定温度に調温した混合温水を送り出すミキシングユニットと、
水道水の温度を検知する水道水温度検知手段と、
蓄熱量算出手段が所定時間間隔で算出した蓄熱量と、給湯設定温度記憶手段に記憶している給湯設定温度と、水道水温度検知手段で検知した水道水温度に基づいて、温水利用箇所で利用可能な混合温水量を所定時間間隔で算出する利用可能混合温水量算出手段と、
シャワーに給湯するときの混合温水の流量とその他の給湯栓に給湯するときの混合温水の流量を記憶している給湯流量記憶手段と、
利用可能混合温水量算出手段が所定時間間隔で算出した利用可能混合温水量と、給湯流量記憶手段に記憶しているシャワーの混合温水の流量とその他の給湯栓の混合温水の流量から、給湯設定温度に調温した混合温水をシャワーに給湯可能な時間とその他の給湯栓に給湯可能な時間を所定時間間隔で算出する利用可能時間算出手段と、
利用可能混合温水量算出手段が所定時間間隔で算出した利用可能混合温水量と、利用可能時間算出手段が所定時間間隔で算出したシャワーの利用可能時間とその他の給湯栓の利用可能時間を併せて表示するとともに、利用可能混合温水量が風呂の浴槽の容積を越えないときは、風呂の浴槽に給湯可能な風呂の水位を表示し、風呂の浴槽の容積を越えるときは、風呂の浴槽の容積を減じた値でシャワーの利用可能時間とその他の給湯栓の利用可能時間を併せて表示する表示手段と、
を備える給湯装置。
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