JP4712608B2 - Hot water storage hot water supply system - Google Patents
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Description
本発明は、発電熱や太陽熱等で加熱された温水を貯湯槽に貯湯しておき、貯湯槽に貯湯しておいた温水を利用して必要時に給湯する貯湯式給湯システムに関する。特に、給湯設定温度が給湯上限温度であるときの給湯温度を安定させる技術に関する。 The present invention relates to a hot water storage hot water supply system that stores hot water heated by power generation heat, solar heat, or the like in a hot water storage tank and supplies hot water as needed using the hot water stored in the hot water storage tank. In particular, the present invention relates to a technique for stabilizing the hot water supply temperature when the hot water supply set temperature is the hot water supply upper limit temperature.
発電熱や太陽熱等で加熱された温水を貯湯しておいて給湯する給湯システムが知られている。発電熱や太陽熱等で加熱された温水は貯湯槽に貯湯される。給湯運転時には、温水利用箇所で必要とする温水温度(給湯設定温度)よりも高温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、貯湯槽から送り出される温水と水道水(冷水)をミキシングユニットで混合することによって必要温度に冷却して給湯する(非燃焼給湯運転)。温水利用箇所で必要とする温水温度(給湯設定温度)よりも低温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、給湯器(熱源機)等で加熱して給湯する(燃焼給湯運転)必要があるが、水道水を給湯器等で加熱して給湯するときに比して必要な熱量は少なくてすむ。貯湯式給湯システムは、総合的なエネルギー効率が高い。 2. Description of the Related Art A hot water supply system is known that stores hot water heated by power generation heat, solar heat, or the like to supply hot water. Hot water heated by generated heat or solar heat is stored in a hot water tank. During hot water supply operation, if hot water that is hotter than the hot water temperature (hot water set temperature) required at the location where hot water is used is stored in the hot water tank, the hot water sent from the hot water tank and tap water (cold water) are mixed in the mixing unit. By doing so, the hot water is cooled to the required temperature and supplied (non-combustion hot water supply operation). If hot water at a temperature lower than the hot water temperature (hot water set temperature) required at the location where hot water is used is stored in a hot water storage tank, it is necessary to supply hot water by heating it with a hot water heater (heat source) (combustion hot water operation). However, less heat is required than when hot water is supplied by heating tap water with a water heater or the like. The hot water storage system is highly energy efficient.
貯湯式給湯システムでは、給湯中に給湯温度が変動すると使用者に不快感を与えるため、給湯温度の変動をできるだけ抑制する技術が求められている。
例えば特許文献1の給湯システムでは、燃焼給湯運転時に、ミキシングユニットで給湯設定温度より低温の所定の目標混合温度に調温される。調温された温水は熱源機に送り出され、熱源機で給湯設定温度まで加熱され、給湯される。熱源機の点火や消火のタイミングは、ミキシングユニットと熱源機を接続する配管の容量に応じて決定される。この制御によれば、非燃焼給湯運転と燃焼給湯運転との切換時の給湯温度の変動を抑制することができるとしている。
In the hot water storage type hot water supply system, if the hot water supply temperature fluctuates during hot water supply, the user feels uncomfortable. Therefore, a technique for suppressing the fluctuation of the hot water supply temperature as much as possible is required.
For example, in the hot water supply system of Patent Document 1, the temperature is adjusted to a predetermined target mixing temperature lower than the hot water supply set temperature by the mixing unit during the combustion hot water supply operation. The temperature-controlled hot water is sent to the heat source machine, heated to the hot water supply set temperature by the heat source machine, and hot water is supplied. The timing of ignition and extinguishing of the heat source machine is determined according to the capacity of the pipe connecting the mixing unit and the heat source machine. According to this control, it is possible to suppress fluctuations in the hot water supply temperature when switching between the non-combustion hot water supply operation and the combustion hot water supply operation.
一般に給湯システムでは、給湯上限温度(例えば60℃)を超える温水が給湯されることを防止するための安全対策が採られている。このような安全対策として、例えば熱源機の下流に取付けられている温度検出手段が給湯上限温度を超える温度を検出すると、直ちに熱源機を消火するように作動する構成が用いられる。さらに、熱源機による加熱を行うことによって給湯上限温度を超える温水が給湯される可能性がある場合に、熱源機の着火を禁止する構成とされることもある。従って、給湯設定温度が給湯上限温度であるときに、給湯設定温度以上の温水、つまり60℃以上の温水が給湯されると、安全面での配慮から熱源機が消火される。熱源機が消火されてしまうと、再度点火動作を開始して着火するまでには、少なからず時間がかかる。熱源機が着火するまでの間に、熱源機によって加熱されるはずの温水が加熱されることなく給湯される。この間、給湯温度が急激に低下し、しばらく低温水が給湯され続けることとなる。このような事情から、給湯上限温度の温水を給湯する場合、それより低い温度の温水を給湯する場合にくらべて、湯温を安定させることが困難となる。 In general, in a hot water supply system, safety measures are taken to prevent hot water exceeding hot water supply upper limit temperature (for example, 60 ° C.) from being supplied. As such a safety measure, for example, when a temperature detection unit attached downstream of the heat source unit detects a temperature exceeding the hot water supply upper limit temperature, a configuration that immediately operates to extinguish the heat source unit is used. Further, when there is a possibility that hot water exceeding the hot water supply upper limit temperature may be supplied by heating with the heat source device, the heat source device may be configured to prohibit ignition. Therefore, when the hot water supply set temperature is the hot water supply upper limit temperature, if hot water of the hot water supply set temperature or higher, that is, hot water of 60 ° C. or higher is supplied, the heat source machine is extinguished for safety considerations. When the heat source machine is extinguished, it takes time to start the ignition operation again and ignite. Until the heat source machine ignites, hot water that should be heated by the heat source machine is heated without being heated. During this time, the hot water supply temperature rapidly decreases, and low temperature water continues to be supplied for a while. Under such circumstances, when hot water having a hot water supply upper limit temperature is supplied, it is difficult to stabilize the hot water temperature, compared to supplying hot water having a temperature lower than that.
特許文献1の給湯システムでは、燃焼給湯運転を行っている間も、給湯される流量に関係なくミキシングユニットでの目標混合温度を設定している。燃焼給湯運転を行っている間に給湯流量が減少すれば、熱源機が同じ燃焼量で加熱している場合でも、温水の温度上昇幅は大きくなる。従って、燃焼給湯運転を行っているときに、急激な流量の減少が生じると、目標混合温度の温水が熱源機によって過大な燃焼量で過熱され、給湯設定温度以上の温水が給湯される可能性がある。給湯設定温度以上の温水、つまり給湯上限温度以上の温水が給湯されると、安全面での配慮から熱源機が消火される。熱源機が消火され、その後に再度着火がなされることで、実際に給湯される温水の温度は大きく変動してしまう。このように、特許文献1の給湯システムの技術では、給湯設定温度が給湯上限温度であるとき、安全対策の作用によって熱源機が消えたり点いたりしてしまい、給湯される温水の温度を安定させることが困難となる。 In the hot water supply system of Patent Document 1, the target mixing temperature in the mixing unit is set regardless of the flow rate of hot water supply even during the combustion hot water supply operation. If the hot water supply flow rate is reduced during the combustion hot water supply operation, even if the heat source device is heated at the same combustion amount, the temperature rise width of the hot water becomes large. Therefore, when a rapid decrease in the flow rate occurs during combustion hot water supply operation, hot water at the target mixing temperature may be overheated by the heat source device with an excessive combustion amount, and hot water at or above the hot water supply set temperature may be supplied. There is. When hot water above the hot water supply set temperature, that is, hot water above the hot water supply upper limit temperature is supplied, the heat source machine is extinguished for safety considerations. When the heat source is extinguished and then ignited again, the temperature of the hot water actually supplied varies greatly. Thus, in the technology of the hot water supply system of Patent Document 1, when the hot water supply set temperature is the hot water supply upper limit temperature, the heat source device disappears or turns on due to the action of safety measures, and the temperature of the hot water supplied is stabilized. It becomes difficult.
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものである。本発明では、給湯設定温度が給湯上限温度であるときに、給湯温度の大きな変動を抑制することができる貯湯式給湯システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems. An object of the present invention is to provide a hot water storage type hot water supply system capable of suppressing large fluctuations in the hot water supply temperature when the hot water supply set temperature is the hot water supply upper limit temperature.
本発明の貯湯式給湯システムは、温水を貯える貯湯槽と、貯湯槽からの温水を水道水と混合して目標混合温度に調温するミキシングユニットと、ミキシングユニットからの温水を必要に応じて加熱して温水利用箇所へ送る熱源機と、温水利用箇所での給湯設定温度を取得する給湯温度設定手段と、貯湯槽内の温水の温度を検出する貯湯温度検出手段と、熱源機が着火したか否かを検出する着火検出手段と、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度を検出する給湯温度検出手段と、ミキシングユニットと熱源機の動作を制御するコントローラを備えている。その熱源機は、燃焼運転中に、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度が給湯上限温度を超える場合に、消火するように構成されている。そのコントローラは、給湯設定温度が給湯上限温度である場合に、貯湯槽内の温水の温度が給湯設定温度に基づく基準温度を下回ると、先ず給湯設定温度より低い第1目標混合温度でミキシングユニットに調温させ、その後に熱源機に着火させ、熱源機の着火が検出された後に、第1目標混合温度よりも低い第2目標混合温度でミキシングユニットに調温させる。 The hot water storage hot water supply system of the present invention includes a hot water storage tank for storing hot water, a mixing unit that mixes hot water from the hot water storage tank with tap water to adjust the temperature to a target mixing temperature, and heats the hot water from the mixing unit as necessary. The hot water source to be sent to the hot water use location, the hot water temperature setting means for obtaining the hot water set temperature at the hot water use location, the hot water storage temperature detection means for detecting the temperature of the hot water in the hot water tank, and whether the heat source device has ignited There are provided ignition detection means for detecting whether or not, hot water supply temperature detection means for detecting the temperature of hot water sent from the heat source machine to the hot water use location, and a controller for controlling the operation of the mixing unit and the heat source machine. The heat source unit is configured to extinguish the fire when the temperature of the hot water sent from the heat source unit to the hot water use location exceeds the hot water supply upper limit temperature during the combustion operation. When the temperature of the hot water in the hot water storage tank falls below the reference temperature based on the hot water supply set temperature when the hot water supply set temperature is the hot water supply upper limit temperature, the controller first sets the mixing unit at the first target mixing temperature lower than the hot water supply set temperature. The temperature is adjusted, and then the heat source device is ignited. After the ignition of the heat source device is detected, the mixing unit is conditioned at a second target mixing temperature lower than the first target mixing temperature.
上記の貯湯式給湯システムは、貯湯槽からの温水を水道水と混合するミキシングユニットと、必要に応じてミキシングユニットからの温水を加熱する熱源機を備えている。従って、貯湯槽内の温水の温度に応じて、貯湯槽からの温水を加熱することなく給湯設定温度に調温して温水利用箇所へ供給する非燃焼給湯運転を行うこともできるし、貯湯槽からの温水を給湯設定温度まで加熱して温水利用箇所へ供給する燃焼給湯運転を行うこともできる。
上記の貯湯式給湯システムでは、給湯設定温度が給湯上限温度である場合、非燃焼給湯運転から燃焼給湯運転への切換えを以下の手順によって行う。すなわち、非燃焼給湯運転を行っている際に、貯湯槽内の温水の温度が低下していって、給湯設定温度に基づく基準温度を下回ると、コントローラは非燃焼給湯運転から燃焼給湯運転に切換える。この場合に、先ず給湯設定温度よりも低い第1目標混合温度でミキシングユニットに調温させ、その後に熱源機に着火させる。これによって、ミキシングユニットで給湯設定温度よりも低い温度に調温された温水が熱源機で着火されることになり、熱源機から送り出される温水の温度が給湯上限温度を超える事態が防止される。さらにその後、熱源機の着火を検知すると、第1目標混合温度よりもさらに低い第2目標混合温度でミキシングユニットに調温させる。この結果、ミキシングユニットから熱源機へは低めの温度に調温された温水が流入するため、熱源機の着火が検知された後は、熱源機は着火時の燃焼量に比べて大きな燃焼量で温水を加熱し、給湯設定温度の温水を送り出す。このような燃焼給湯運転を行っている間に、給湯される流量が急激に減少した場合でも、もともとミキシングユニットから熱源機へ送られる温水の温度は低めに調温されているから、熱源機の燃焼量を下げることによって、熱源機から送り出される温水の温度が給湯上限温度を超える事態を防ぐことができる。
The hot water storage hot water supply system includes a mixing unit that mixes hot water from the hot water storage tank with tap water, and a heat source device that heats the hot water from the mixing unit as necessary. Therefore, according to the temperature of the hot water in the hot water tank, it is possible to perform a non-combustion hot water supply operation in which the hot water from the hot water tank is adjusted to a hot water supply set temperature without being heated and supplied to the hot water use location. It is also possible to perform a combustion hot water supply operation in which the hot water from is heated to the hot water supply set temperature and supplied to the hot water use location.
In the hot water storage type hot water supply system, when the hot water supply set temperature is the hot water supply upper limit temperature, switching from the non-combustion hot water supply operation to the combustion hot water supply operation is performed according to the following procedure. That is, when performing the non-combustion hot water supply operation, if the temperature of the hot water in the hot water storage tank decreases and falls below the reference temperature based on the hot water set temperature, the controller switches from the non-combustion hot water supply operation to the combustion hot water supply operation. . In this case, first, the mixing unit is conditioned at a first target mixing temperature lower than the hot water supply set temperature, and then the heat source machine is ignited. As a result, the hot water adjusted to a temperature lower than the hot water supply set temperature by the mixing unit is ignited by the heat source machine, and the situation where the temperature of the hot water sent from the heat source machine exceeds the hot water supply upper limit temperature is prevented. Then, when ignition of the heat source device is detected, the mixing unit is adjusted to a temperature at a second target mixing temperature that is lower than the first target mixing temperature. As a result, since warm water adjusted to a lower temperature flows from the mixing unit to the heat source unit, after the ignition of the heat source unit is detected, the heat source unit has a larger combustion amount than the combustion amount at the time of ignition. Hot water is heated and hot water at the hot water supply set temperature is sent out. Even if the flow rate of hot water supply decreases suddenly during such a hot water supply operation, the temperature of the hot water sent from the mixing unit to the heat source unit is originally adjusted to a lower temperature. By reducing the amount of combustion, it is possible to prevent a situation in which the temperature of the hot water delivered from the heat source machine exceeds the hot water supply upper limit temperature.
上記のように、本発明の貯湯式給湯システムでは、給湯設定温度が給湯上限温度である場合でも、非燃焼給湯運転から燃焼給湯運転への切換わりにおいて、熱源機から送り出される温水の温度が給湯上限温度を超えることがない。従って、上記の貯湯式給湯システムによれば、給湯上限温度を超える温水が給湯されることを防止する安全対策が採られている場合であっても、熱源機が消火したり再着火したりすることがない。給湯設定温度として給湯上限温度が設定されている場合でも、安定した湯温で給湯を行うことができる。 As described above, in the hot water storage type hot water supply system of the present invention, even when the hot water supply set temperature is the hot water supply upper limit temperature, the temperature of the hot water sent from the heat source machine is changed in switching from the non-combustion hot water supply operation to the combustion hot water supply operation. The maximum temperature is not exceeded. Therefore, according to the hot water storage type hot water supply system described above, even when safety measures are taken to prevent hot water exceeding the hot water supply upper limit temperature from being supplied, the heat source device extinguishes or reignites. There is nothing. Even when the hot water supply upper limit temperature is set as the hot water supply set temperature, hot water can be supplied at a stable hot water temperature.
なお本発明の貯湯式給湯システムでは、ミキシングユニットで調温される温水の温度を段階的に下げる構成としており、熱源機の着火が検知されるまではミキシングユニットで調温される温水の温度を第2目標混合温度まで下げることがない。このような構成とすることによって、制御の遅れによって熱源機の点火タイミングが遅れてしまう場合であっても、熱源機の着火が検知されるまではミキシングユニットから第1目標混合温度に調温された温水が供給されるので、給湯温度の大幅なアンダーシュートが抑止される。 In the hot water storage type hot water supply system of the present invention, the temperature of the hot water regulated by the mixing unit is lowered stepwise, and the temperature of the hot water regulated by the mixing unit is detected until the ignition of the heat source unit is detected. There is no reduction to the second target mixing temperature. By adopting such a configuration, even when the ignition timing of the heat source machine is delayed due to a delay in control, the temperature is adjusted from the mixing unit to the first target mixed temperature until the ignition of the heat source machine is detected. Therefore, a large undershoot of the hot water supply temperature is suppressed.
本発明の貯湯式給湯システムでは、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量を検出する流量検出手段をさらに備えており、第1目標混合温度が、給湯設定温度と、熱源機が着火する際の燃焼量と、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量から算出されることが好ましい。 The hot water storage type hot water supply system of the present invention further includes a flow rate detecting means for detecting the flow rate of the hot water sent from the heat source device to the hot water use location, and the first target mixed temperature is the hot water supply set temperature and the heat source device ignites. It is preferable to calculate from the amount of combustion at the time and the flow rate of hot water sent from the heat source machine to the hot water use location.
本発明では第1目標混合温度を、熱源機が着火する際の燃焼量で加熱されることによって給湯設定温度となる温水の温度としている。このような第1目標混合温度は、第1目標混合温度=給湯設定温度−着火の際の燃焼量/(流量×温水の比熱)として算出される。第1目標混合温度をこのように設定することによって、熱源機の着火直後においても、熱源機から送り出される温水の温度が給湯設定温度を超えることがない。また、第1目標混合温度を必要以上に低い温度としてしまうことがないから、貯湯槽内の蓄熱を最大限に利用した給湯運転を行うことができる。
なお熱源機の着火の際の燃焼量は、熱源機の最小燃焼量としてもよいし、熱源機を緩点火する際の燃焼量としてもよい。
In this invention, the 1st target mixing temperature is made into the temperature of the hot water used as hot-water supply preset temperature by being heated by the combustion amount at the time of a heat source machine being ignited. Such a first target mixing temperature is calculated as: first target mixing temperature = hot water supply set temperature−combustion amount at ignition / (flow rate × specific heat of hot water). By setting the first target mixing temperature in this way, the temperature of the hot water delivered from the heat source device does not exceed the hot water supply set temperature even immediately after ignition of the heat source device. In addition, since the first target mixing temperature is not set lower than necessary, the hot water supply operation using the heat storage in the hot water tank to the maximum can be performed.
The amount of combustion when the heat source unit is ignited may be the minimum amount of combustion of the heat source unit or the amount of combustion when the heat source unit is lightly ignited.
本発明の貯湯式給湯システムでは、第2目標混合温度が、給湯設定温度と、熱源機が着火する際の燃焼量より大きな燃焼量と、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量から算出されることがさらに好ましい。
上記のように第2目標混合温度を設定することによって、給湯上限温度を超える温水が給湯される事態を確実に防ぐことができる。
In the hot water storage hot water supply system of the present invention, the second target mixing temperature is calculated from the hot water supply set temperature, the combustion amount larger than the combustion amount when the heat source device ignites, and the flow rate of hot water sent from the heat source device to the hot water use location. More preferably.
By setting the second target mixing temperature as described above, it is possible to reliably prevent a situation where hot water exceeding the hot water supply upper limit temperature is supplied.
本発明の貯湯式給湯システムによれば、給湯設定温度が給湯上限温度であるときに、給湯温度の大きな変動を抑制することができる。 According to the hot water storage type hot water supply system of the present invention, when the hot water supply set temperature is the hot water supply upper limit temperature, large fluctuations in the hot water supply temperature can be suppressed.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
(形態1)熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度を検出する給湯温度検出手段を備えており、熱源機の燃焼量は給湯温度検出手段で検出される温度と給湯設定温度が一致するように調整される。
(形態2)熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度が給湯上限温度を超える場合に、熱源機は消火される。
(形態3)給湯設定温度が給湯上限温度よりも低温であるときには、熱源機の着火を検出してもミキシングユニットでの目標混合温度は低下させない。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
(Embodiment 1) Hot water supply temperature detection means for detecting the temperature of hot water sent from the heat source machine to the hot water use location is provided, and the combustion amount of the heat source machine matches the temperature detected by the hot water supply temperature detection means and the hot water supply set temperature. To be adjusted.
(Mode 2) When the temperature of the hot water sent from the heat source machine to the hot water use location exceeds the hot water supply upper limit temperature, the heat source machine is extinguished.
(Mode 3) When the hot water supply set temperature is lower than the hot water supply upper limit temperature, the target mixing temperature in the mixing unit is not lowered even if the ignition of the heat source device is detected.
本発明の貯湯式給湯システムを具現化した一実施例を図面を参照しながら説明する。本実施例は、本発明の貯湯式給湯システムを組込んだコージェネレーションシステムである。
本実施例のコージェネレーションシステムは、図1に示すように、発電ユニット110と給湯システム10等を備えている。
発電ユニット110は、改質器112、燃料電池114、熱交換器116、118、熱媒放熱器120、熱媒三方弁122、それらを接続する経路等を備えている。
改質器112には、バーナ131が設けられている。バーナ131が作動して熱を発生すると、改質器112は炭化水素系のガスから水素ガスを生成する。バーナ131で燃焼した高温の燃焼ガスは燃焼ガス経路126に導かれる。燃焼ガス経路126は、改質器112から熱交換器116を通過して外部に開放されている。熱交換器116には、循環経路128も通過している。燃焼ガス経路126は、バーナ131で発生した高温の燃焼ガスを熱交換器116に導き、循環経路128を流れる水を加熱し、熱交換によって温度が低下した燃焼ガスを外部に排出する。
循環経路128は、循環復路128aと、循環往路128bから構成されており、給湯システム10と接続されている。循環経路128が給湯システム10にどのように接続されているのかについては、後で詳細に説明する。循環経路128は温水を流通させる。循環経路128を流れる温水は、熱交換器116を通過することによって燃焼ガス経路126を流れる燃焼ガスによって加熱され、温度が上昇する。
An embodiment embodying the hot water storage type hot water supply system of the present invention will be described with reference to the drawings. A present Example is a cogeneration system incorporating the hot water storage type hot-water supply system of this invention.
As shown in FIG. 1, the cogeneration system of the present embodiment includes a
The
The
The
燃料電池114は、固体高分子型の燃料電池であり、複数のセルを有している。燃料電池114と改質器112は水素ガス供給経路121によって接続されている。改質器112で生成された水素ガスは、水素ガス供給経路121を流れて燃料電池114に供給される。燃料電池114は、改質器112から供給された水素ガスと、空気中の酸素とを反応させて発電を行う。燃料電池114は発電すると発電熱を発生する。
熱媒循環経路124は、燃料電池114、熱交換器118、リザーブタンク125、熱媒ポンプ127、熱媒三方弁122を通って燃料電池114に戻る循環経路を形成している。熱媒循環経路124の燃料電池114の下流側には、熱媒温度センサ117と凍結防止用ヒータ123が装着されている。熱媒温度センサ117は、熱媒循環経路124を流れる熱媒の温度を検出する。熱媒温度センサ117の検出信号は、給湯システム10に装着されているコントローラ21に出力される。凍結防止用ヒータ123は熱媒循環経路124を加熱する電気ヒータである。
熱媒三方弁122は、1つの入口122aと、2つの出口122b,122cを備えている。熱媒三方弁122は、入口122aと出口122bを連通させるか、入口122aと出口122cを連通させるかを切換える。
熱媒三方弁122の出口122bと、熱媒循環経路124の熱媒三方弁122の出口122cの下流側とを接続する冷却経路129が設けられている。熱媒循環経路124と冷却経路129は熱媒としての純水を流通させる。冷却経路129の途中には熱媒放熱器120が装着されている。熱媒放熱器120に隣接して熱媒冷却ファン119が設けられている。熱媒冷却ファン119を運転すると、空気が熱媒放熱器120に吹付けられ、冷却経路129を流れる熱媒が冷却される。
改質器112、燃料電池114、バーナ131、熱媒ポンプ127、凍結防止用ヒータ123、熱媒三方弁122、熱媒冷却ファン119は、コントローラ21によって制御される。
The
The heat medium circulation path 124 forms a circulation path that returns to the
The heat medium three-
A
The
燃料電池114が作動すると、熱媒三方弁122の入口122aと出口122cが連通されるとともに、熱媒ポンプ127が運転される。熱媒ポンプ127が運転されると、熱媒循環経路124を熱媒が循環する。熱媒循環経路124を熱媒が循環することにより、燃料電池114から発電熱が回収される。熱媒によって回収された発電熱は、熱媒とともに熱交換器118まで運ばれ、循環経路128を流れる温水を加熱する。循環経路128については後述する。
熱媒温度センサ117が検出した熱媒温度が高くなりすぎると、発電熱の回収が不十分となってしまうため、発電熱の放熱を行う。熱媒三方弁122の入口122aと出口122bが連通され、同時に熱媒冷却ファン119が運転される。熱媒三方弁122の入口122aと出口122bが連通されると、熱媒は冷却経路129に流入し、熱媒放熱器120を通過する。熱媒は、熱媒放熱器120を通過することによって冷却される。熱媒放熱器120は、熱媒冷却ファン119から空気が吹付けられることにより、高い効率で熱を放熱する。熱媒の温度が低下すると、熱媒三方弁122の入口122aと出口122cが再び連通される。このような熱媒三方弁122の切換えが繰返されることにより、熱媒の温度は、所定範囲内に維持される。
When the
If the temperature of the heat medium detected by the heat
給湯システム10は、貯湯槽20、給湯器(熱源機)22、ミキシングユニット(混合器)24、これらを連通する複数の経路、コントローラ21等を備えている。
貯湯槽20の底部には、貯湯槽20に水道水を給水する給水経路26が接続されている。給水経路26の入口26aの近傍には、減圧弁28が装着されている。給水経路26の減圧弁28の下流側とミキシングユニット24の給水入口24aは、ミキシングユニット給水経路30によって接続されている。減圧弁28は、貯湯槽20とミキシングユニット24への給水圧力を調整する。貯湯槽20内の温水が減少したり、ミキシングユニット24の給水入口24aが開いたりすると、減圧弁28の下流側圧力が低下する。減圧弁28は、下流側圧力が低下すると開き、その圧力を所定の調圧値に維持しようとする。このため、貯湯槽20内の温水が減少したり、ミキシングユニット24の給水入口24aが開いたりすると、それらに水道水が給水される。
貯湯槽20には、調圧値に調圧された水が貯められる。貯湯槽20は、調圧値に耐えられる耐圧容器で形成されている。貯湯槽20の上部には出口部20aが設けられており、さらにその上にリリーフ弁31が装着されている。リリーフ弁31の開弁圧力は、減圧弁28の調圧値よりも僅かに大きく設定されている。減圧弁28の調圧が不能になった場合には、リリーフ弁31が開き、貯湯槽20内の圧力が耐圧圧力を超えるのを防止する。リリーフ弁31には、圧力開放経路32の一端32aが接続されている。圧力開放経路32の他端32bは貯湯槽20の外部に開放されている。
貯湯槽20の底部と、圧力開放経路32の他端32b近傍を接続する排水経路33が設けられている。排水経路33の途中には排水弁34が装着されている。排水弁34は手動で開閉することができる。排水弁34を開くと、貯湯槽20内の水が排水経路33と開放経路32を通って外部に排水される。
The hot
A
The hot
A
貯湯槽20は、発電ユニット110の循環経路128(循環復路128a、循環往路128b)と接続されている。詳しくは、循環復路128aが貯湯槽20の上部に接続され、循環往路128bが貯湯槽20の下部に接続されている。これによって、貯湯槽20と発電ユニット110との間の循環経路128が形成されている。循環往路128bの途中には循環ポンプ40が装着されている。循環ポンプ40の駆動はコントローラ21によって制御される。循環復路128aに復路サーミスタ45が取付けられ、循環往路128bに往路サーミスタ44が取付けられている。復路サーミスタ45は循環復路128a内の温水の温度を検出し、往路サーミスタ44は循環往路128b内の温水の温度を検出する。復路サーミスタ45と往路サーミスタ44の検出信号はコントローラ21に出力される。
The
発電運転が開始されると、循環経路128内の温水温度が上昇する。この循環経路128内の熱を回収するため、熱回収運転が行われる。熱回収運転では、まず循環ポンプ40が作動する。循環ポンプ40が作動すると、貯湯槽20の底部から温水が吸出される。貯湯槽20から吸出された温水は、循環往路128bを流れてから発電ユニット110内に導入される。発電ユニット110内に導入された温水は、熱交換器118、116を通過することによって加熱されて温度が上昇する。温度が上昇した温水は、循環復路128aを流れて貯湯槽20の上部に戻される。このような循環が行われることにより、貯湯槽20に高温の温水が貯えられていく。
貯湯槽20内の温水温度が低い状態であるときに、発電ユニット110からの高温の温水が貯湯槽20の上部に戻されると、低温水層の上部に高温水層が積層されることとなる。以下では、この状態を温度成層と言う。発電運転中に、貯湯槽20の底部から低温の温水が吸出され、上部に高温の温水が戻され続けると、低温水層の厚さ(深さ)は次第に小さくなり、高温水層の厚さ(深さ)は次第に大きくなる。この間、高温水層と低温水層は交じり合わない。貯湯槽20の全体に高温の温水が貯められると、貯湯槽20にフルに蓄熱されたこととなる。
When the power generation operation is started, the temperature of the hot water in the
If the hot water from the
温度成層が形成されているときに貯湯槽20の温水が利用されると、貯湯槽20の上部の高温の温水が吸出され、底部から水道水が入水するため、高温水層の厚さ(深さ)は次第に小さくなり、低温水層の厚さ(深さ)は次第に大きくなる。貯湯槽20内の温水を使い切ると、貯湯槽20内は水道水で満たされた状態となる。
貯湯槽20内に温度成層が形成されることにより、貯湯槽20にフルに蓄熱が行われていなくても、貯湯槽20の最上部に設けられている出口部20aからは、高温の温水が送り出される。しかし、さらに貯湯槽20内の温水が利用され、上層の高温水が出湯し尽くす(湯切れする)と、すぐ下層の冷水が出水する。このため、湯切れ時の貯湯槽20からの出湯(出水)温度は急激に低下する。
If the hot water of the
By forming temperature stratification in the hot
コントローラ21は、CPU、ROM、RAM等を備えており、CPUがROMに格納されている制御プログラムを処理することによって、発電ユニット110と給湯システム10を制御する。RAMには、コントローラ21に入力される各種信号や、CPUが処理を実行する過程で生成される種々のデータが一時的に記憶される。コントローラ21にはリモコン23が接続されている。
リモコン23には、発電ユニット110と給湯システム10を操作するためのスイッチやボタン、発電ユニット110と給湯システム10の動作状態を表示するとともに後記する運用方法を表示する液晶表示器等が設けられている。給湯システム10の利用者は、リモコン23のスイッチを操作することによって、給湯栓64における給湯設定温度を設定することができる。給湯設定温度として、37℃から48℃までの温度を1℃刻みで設定することができるほか、50℃あるいは60℃のいずれかの温度を設定することもできる。給湯設定温度は60℃が上限値であり、それ以上の温度を設定することはできない。
The
The
貯湯槽20内には、4つの貯湯槽サーミスタ35a,35b,35c,35dが取付けられている。貯湯槽サーミスタ35aは、貯湯槽20の上部から5リットルの箇所に取付けられており、貯湯槽サーミスタ35bは、貯湯槽サーミスタ35aから40リットルの箇所(貯湯槽20の上部から45リットルの箇所)に取付けられており、貯湯槽サーミスタ35cは、貯湯槽サーミスタ35bから40リットルの箇所(貯湯槽20の上部から85リットルの箇所)に取付けられており、貯湯槽サーミスタ35dは、貯湯槽サーミスタ35cから40リットルの箇所(貯湯槽20の上部から125リットルの箇所)に取付けられている。4つの貯湯槽サーミスタ35a,35b,35c,35dの検出信号は、それぞれコントローラ21に出力される。4つの貯湯槽サーミスタ35a,35b,35c,35dの検出温度は、湯温制御に利用される他、蓄熱量の算出に利用される。算出される蓄熱量は、コントローラ21に用意されている記憶部に経時的に記憶される。
In the
ミキシングユニット24は、温水入口24c、混合水出口24b、第1流量センサ67、温水サーミスタ50、給水サーミスタ48、混合水サーミスタ54、ハイカットサーミスタ55、および既に説明した給水入口24aを有している。貯湯槽20の出口部20aとミキシングユニット24の温水入口24cは、温水経路42によって接続されている。温水経路42には温水流量センサ46と温水経路開閉弁43が設けられている。温水流量センサ46は、貯湯槽20から送り出される温水の流量を検出する。第1流量センサ67は、混合水出口24bから流出する混合水の流量を検出する。温水サーミスタ50は、温水入口24cに流入する温水の温度を検出する。給水サーミスタ48は、給水入口24aに流入する水道水の温度を検出する。混合水サーミスタ54とハイカットサーミスタ55は、混合水出口24bから流出する混合水の温度を検出する。温水流量センサ46、温水経路開閉弁43、第1流量センサ67、温水サーミスタ50、給水サーミスタ48、混合水サーミスタ54、ハイカットサーミスタ55の検出信号は、コントローラ21に出力される。
The mixing unit 24 includes a
コントローラ21は、混合水サーミスタ54の検出信号を用いて、温水入口24c側の開度と、給水入口24a側の開度を変化させる。温水入口24cが開かれている間は、温水経路開閉弁43も開かれる。温水入口24cが閉じられている間は、温水経路開閉弁43も閉じられる。温水入口24c側の開度と、給水入口24a側の開度を変化させると、貯湯槽20からの温水と、水道水(冷水)とのミキシング割合が調整される。貯湯槽20からの温水と水道水とのミキシング割合が調整されると、混合水出口24bから流出する温水の温度が所定値に維持される。コントローラ21とミキシングユニット24を組合せて用いることによって、混合水サーミスタ54で計測される混合水の温度は、コントローラ21が指令する温度に調整される。
コントローラ21は、ハイカットサーミスタ55によって温水が前記所定値を大きくオーバーしたことが検出された場合(すなわち、混合水サーミスタ54、あるいはミキシングユニット24が故障した可能性が高い場合)に、温水入口24cを閉じる。温水入口24cが閉じると、前記所定値を大きくオーバーした温度の温水が、給湯器22に供給されてしまう事態が防止される。
ミキシングユニット24の混合水出口24bと給湯器22のバーナ熱交換器52(後述する)は、混合水経路51によって接続されている。混合水経路51には、第2流量センサ47が装着されている。第2流量センサ47の検出信号は、コントローラ21に出力される。
The
When it is detected by the high-
A
給湯器22は、バーナ熱交換器52,60、バーナ56,57、追焚き熱交換器58、補給水弁59、シスターン61等を備えている。バーナ熱交換器52には、混合水経路51を経由してミキシングユニット24から温水が流入する。ガス燃焼式のバーナ56はバーナ熱交換器52を加熱する。バーナ56は、コントローラ21から点火の指示を受けると、プリパージ動作を行った後に燃焼を開始する。プリパージに要する時間は、燃焼用ファンのサイズや回転数、バーナ56,57の燃焼ガスがバーナ熱交換器52,60を通過して装置外へ排気される部分の容量等から設定され、予めコントローラ21に記憶されている。プリパージには通常数秒を要し、本実施例のバーナ56では、プリパージに係る時間は1.5秒である。バーナ56には着火検知センサ56aが取り付けられている。着火検知センサ56aは、バーナ56の着火を検知すると、コントローラ21へ着火検知信号を送信する。
バーナ熱交換器52の下流側と給湯栓64は給湯栓経路63によって接続されている。給湯栓64は、浴室、洗面所、台所等に配置されている(図1では、これら複数の給湯栓64を1つで代表している)。給湯栓経路63には給湯サーミスタ65が装着されている。給湯サーミスタ65はバーナ熱交換器52から流出する温水の温度を検出する。給湯サーミスタ65の検出信号はコントローラ21に出力される。
The
The downstream side of the
混合水経路51には、バーナ熱交換器52をバイパスするバイパス管37が形成されている。バイパス管37にはバイパスサーボ38が設けられている。バイパスサーボ38の開度はコントローラ21によって制御され、内蔵しているステッピングモータが駆動されることによって開度が調整される。バイパスサーボ38が開かれると、混合水経路51のバーナ熱交換器52の上流側から分岐し、バイパス管37を通り、混合水経路51のバーナ熱交換器52の下流側に合流するバイパス経路が形成される。コントローラ21によってバイパスサーボ38の開度を制御することによって、バーナ熱交換器52への流量に対するバイパス管37への流量の割合であるバイパス比が制御される。
A
給湯システム10では、給湯要求があったとき、貯湯槽20内に給湯設定温度以上の温水が貯えられていれば、貯湯槽20の温水がミキシングユニット24に送り出され、給湯設定温度になるように水道水と混合されて給湯される。以下ではこのような給湯システム10の運転を非燃焼給湯運転という。また、貯湯槽20内に給湯設定温度以上の温水が貯えられていなければ、貯湯槽20の温水が給湯設定温度になるようにバーナ56で加熱されて給湯される。以下ではこのような給湯システム10の運転を燃焼給湯運転という。
In the hot
コントローラ21は、燃焼給湯運転を行っている間に、給湯サーミスタ65で検出される温度が60℃を超えると、利用者の安全を確保するためにバーナ56の燃焼を停止させる。またコントローラ21は、非燃焼給湯運転から燃焼給湯運転へ切換える際に、バーナ56を点火して燃焼を開始させるとバーナ56から60℃を超える温水が出湯される可能性があると、バーナ56の点火を禁止する。バーナ56の燃焼を開始させるとバーナ56から60℃を超える温水が出湯される可能があるか否かは、非燃焼給湯運転において給湯サーミスタ65で検出される出水温度と、バーナ56を着火する際の燃焼量と、第2流量センサ47で検出される流量から推定される。本実施例では、バーナ56を着火する際の燃焼量を、バーナ56の最小燃焼量とする。以下の条件式が満たされる場合、コントローラ21は、バーナ56を点火して燃焼を開始させるとバーナ56から60℃を超える温水が出湯される可能性があると推定して、バーナ56の点火を禁止する。
If the temperature detected by the hot
(条件式)
出水温度[℃]+最小燃焼量[kJ/min]/(流量[リットル/min]×温水の比熱[kJ/リットル・℃])>60[℃]
(Conditional expression)
Outlet temperature [° C.] + Minimum combustion amount [kJ / min] / (flow rate [liter / min] × specific heat of hot water [kJ / liter · ° C.])> 60 [° C.]
上記のようにコントローラ21がバーナ56の点火や消火を制御することによって、給湯システム10では60℃を超える温水が給湯される事態を防止している。言い換えれば、給湯サーミスタ65と第2流量センサ47とコントローラ21は、利用者の安全を確保するためにバーナ56の点火や消火を制御する、給湯システム10に組み込まれた安全装置として機能する。
As described above, the
給湯器22内の混合水経路51の途中から、シスターン入水経路62が分岐している。シスターン入水経路62の開放端はシスターン61の上部に差し込まれている。シスターン入水経路62の途中には補給水弁59が設けられている。補給水弁59はコントローラ21によって制御され、内蔵しているソレノイドが駆動されることによって開閉する。補給水弁59が開かれると、ミキシングユニット24からの温水がシスターン61に供給される。
シスターン61内には水位電極66が装着されている。水位電極66は、棒状のハイレベルスイッチ66aとローレベルスイッチ66bを有している。ハイレベルスイッチ66aの下端はシスターン61のハイレベル水位に位置している。ローレベルスイッチ66bの下端はシスターン61のローレベル水位に位置している。ハイレベルスイッチ66aとローレベルスイッチ66bは、水に触れていると検出信号をコントローラ21に出力する。コントローラ21は、水位電極66からの検出信号によって、シスターン61の水位がハイレベル水位を超えているか、ハイレベル水位とローレベル水位の間にあるか、ローレベル水位よりも低いかを判別する。シスターン61として適正なのは、水位がハイレベルとローレベルの間に位置している状態である。コントローラ21は、水位電極66からの水位検出信号に基づいて補給水弁59を開閉制御し、シスターン61の水位を適正範囲に維持する。
From the middle of the
A
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。
One end of a cistern
The gas combustion type burner 57 heats the
The heating
暖房端末機76は、熱交換器76bと、操作スイッチ76aと、電動ファン(図示省略)を備えている。熱交換器76bは、高温水経路73を流れる温水と空気との間で熱交換を行う。操作スイッチ76aは暖房端末熱動弁75とコントローラ21に接続されている。
暖房端末熱動弁75は、膨張エレメントと、膨張エレメントと機械的に連結された開閉弁を内蔵している。暖房端末機76の操作スイッチ76aがオンにされると、暖房端末熱動弁75の膨張エレメントに通電が行われる。通電された膨張エレメントは高温になって膨張する。膨張した膨張エレメントは開閉弁を駆動し、これによって暖房端末熱動弁75が開かれる。また、操作スイッチ76aがオンにされると、コントローラ21は、暖房ポンプ69を作動させる。このように、操作スイッチ76aがオンにされたことによって、暖房端末熱動弁75が開かれるとともに、暖房ポンプ69が作動すると、シスターン61から温水が吸出される。コントローラ21は、暖房低温サーミスタ72と暖房高温サーミスタ74が検出した温水温度に基づいて、バーナ57を制御し、バーナ熱交換器60から流出する温水の温度を所定範囲に維持する。暖房端末機76の電動ファンは、操作スイッチ76aがオンにされると回転し、熱交換器76bに空気を吹付ける。熱交換器76bに吹付けられた空気は、熱交換器76bを介して温水と熱交換を行って暖められる。暖められた空気は暖房端末機76から吹出し、部屋を暖房する。熱交換器76bで空気と熱交換を行うことによって、温水の温度は低下する。温度が低下した温水は高温水経路73を流れてシスターン61に戻る。
The
The heating terminal
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。
The downstream side of the heating
The
On the upstream side of the bath
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。
When the reheating
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。
A hot
When hot water is filled in the
低温水経路70の途中には、低温サーミスタ94、床暖房熱動弁90、床暖房機91が設けられている。床暖房機91は、低温水経路70を流れる温水によって床を暖める。床暖房を行う場合には、床暖房熱動弁90が開かれ、温水が床暖房機91に導かれる。導かれた温水は、床暖房機91を暖める。床暖房を行わない場合には、床暖房熱動弁90が閉じられる。低温サーミスタ94は、低温水経路70を流れる温水の温度を検出する。低温サーミスタ94の検出信号はコントローラ21に出力される。床暖房熱動弁90はコントローラ21によって制御される。
高温水経路73の暖房端末熱動弁75の上流側と、低温水経路70の床暖房機91の下流側とは、バイパス経路92によって接続されている。暖房端末熱動弁75と床暖房熱動弁90が閉じた状態で、暖房ポンプ69が作動すると、シスターン61内の温水が順に、バーナ上流経路71、バーナ熱交換器60、高温水経路73、バイパス経路92、低温水経路70、高温水経路73と流れ、シスターン61へ戻る経路が形成される。
In the middle of the low-
The upstream side of the heating terminal
給湯システム10における給湯運転の湯温制御について説明する。
図2に示すように、ステップS202で第2流量センサ47の検出流量が2.7リットル/min以上であることが判別されると(YESとなると)、処理はステップS204に進む。ステップS204では、給湯設定温度が60℃であるか否かが判別される。
給湯システム10では、60℃を超える温度の温水が給湯されないように、バーナ熱交換器52の下流に取付けられている給湯サーミスタ65の検出温度が60℃より高温であると判別すると、バーナ56を消火するように作動する。またバーナ56を点火して燃焼を開始させるとバーナ56から60℃を超える温水が出湯される可能性があると、バーナ56の点火を禁止する。このように利用者の安全性を確保した給湯システム10においては、給湯上限温度で給湯する際の湯温を安定化させるために、給湯設定温度が60℃であるときと、それ以外のときとでは、湯温制御の処理が異なっている。
The hot water temperature control of the hot water supply operation in the hot
As shown in FIG. 2, when it is determined in step S202 that the detected flow rate of the
In the hot
給湯設定温度が60℃でないとき(ステップS204でNOであるとき)、処理はステップS206へ進む。ステップS206では、貯湯槽サーミスタ35aで検出される貯湯槽20の上部の水温が、給湯設定温度に1℃を加えた温度以上であるか否かが判別される。給湯設定温度に1℃を加えた温度を基準として用いるのは、本実施例の給湯システム10では貯湯槽20の上部に蓄えられた温水が給湯栓64まで流れる間の自然な放熱による温度下降幅を1℃と想定しているためである。貯湯槽20の上部の水温が給湯設定温度に1℃を加えた温度以上であれば(ステップS206でYESであれば)、貯湯槽20からの温水を加熱することなく給湯設定温度で給湯することが可能である。従って、処理はステップS208に進み、非燃焼給湯運転を開始させる。図3はこの非燃焼給湯運転の詳細を示している。非燃焼給湯運転を開始させると、ステップS302で、ミキシングユニット24の出口に取付けられた混合水サーミスタ54の検出温度が給湯設定温度となるように、ミキシングユニット24が制御される。ステップS302の後、処理は図2のステップS218へ進む。
When the hot water supply set temperature is not 60 ° C. (NO in step S204), the process proceeds to step S206. In step S206, it is determined whether or not the water temperature of the upper part of the
図2のステップS206で、貯湯槽20の上部の水温が給湯設定温度に1℃を加えた温度を下回っていれば(NOであれば)、貯湯槽20からの温水を加熱することなく給湯設定温度で給湯することはできない。従って、処理はステップS210に進み、燃焼給湯運転を開始させる。図4はこの燃焼給湯運転の詳細を示している。燃焼給湯運転を開始させると、ステップS402で、ミキシングユニット24での目標混合温度を算出し、混合水サーミスタ54の検出温度が、算出された目標混合温度となるようにミキシングユニット24を制御する。ステップS402で算出する目標混合温度は、バーナ56の最小燃焼量で加熱すると給湯設定温度となる混合水の温度であり、以下では第1目標混合温度という。本実施例の給湯システム10では、発電ユニット110から貯湯槽20に回収した熱を最大限に活用するために、通常の燃焼給湯運転ではバーナ56を最小燃焼量で動作させる。バーナ56の最小燃焼量で加熱されるときの温水の温度上昇幅は、以下の計算式1によって算出できる。
If the water temperature at the upper part of the hot
(計算式1)
温度上昇幅[℃]=最小燃焼量[kJ/min]/(流量[リットル/min]×温水の比熱[kJ/リットル・℃])
(Calculation formula 1)
Temperature rise [° C.] = Minimum combustion amount [kJ / min] / (flow rate [liter / min] × specific heat of hot water [kJ / liter · ° C.])
従って、ミキシングユニット24での目標混合温度は、以下の計算式2によって算出できる。
Therefore, the target mixing temperature in the mixing unit 24 can be calculated by the following
(計算式2)
目標混合温度[℃]=給湯設定温度[℃]−最小燃焼量[kJ/min]/(流量[リットル/min]×温水の比熱[kJ/リットル・℃])
(Calculation formula 2)
Target mixing temperature [° C.] = Hot water supply set temperature [° C.] − Minimum combustion amount [kJ / min] / (flow rate [liter / min] × specific heat of hot water [kJ / liter · ° C.])
本実施例の給湯システム10では、バーナ56の実際の最小燃焼量を3号(水量が3リットルの場合に1分間で25℃温度上昇させることができる燃焼量であり、25×4.1868×3≒314kJ/min)とする。ステップS404では、第2流量センサ47の検出流量の積算を開始する。ステップS406では、積算流量が切換準備水量に達するまで第2流量センサ47の検出流量の積算を行う。切換準備水量とは、混合水サーミスタ54から給湯サーミスタ65までの配管容量からプリパージ相当容量を減じることで算出される。プリパージ相当容量は、バーナ56のプリパージ動作中にバーナ熱交換器52を通過する温水量である。ステップS406で積算流量が切換準備水量に達したことが判別されると(YESとなると)、ステップS408へ進む。これによって、ステップS402でミキシングユニット24によって第1目標混合温度に調温された温水が、バーナ熱交換器52を通過するタイミングで、ステップS408以降の処理を行うことになる。ステップS408では、バーナ56の点火を許可するか否かが判別される。バーナ56を点火して燃焼を開始させるとバーナ56から60℃を超える温水が出湯される可能性がある場合には、バーナ56の点火は禁止され、そうでない場合には、バーナ56の点火は許可される。バーナ56の燃焼を開始させるとバーナ56から60℃を超える温水が出湯される可能があるか否かは、給湯サーミスタ65で検出される出水温度と、バーナ56を着火する際の燃焼量と、第2流量センサ47で検出される流量から推定される。バーナ56の点火が許可されると(ステップS408でYESとなると)、処理はステップS410へ進んで、バーナ56の点火動作が開始される。ステップS412では、着火検知センサ56aでバーナ56の着火が検知されるまで待機する。バーナ56の着火が検出されると(ステップS412でYESとなると)、ステップS414に進み、給湯サーミスタ65の検出温度が給湯設定温度となるように、バーナ56の燃焼量が制御される。ステップS416では、給湯サーミスタ65の検出温度が60℃を超えているか否かが判別される。給湯サーミスタ65の検出温度が60℃以下であれば(ステップS416でNOであれば)、処理は図2のステップS218へ進む。図4のステップS416で、給湯サーミスタ65の検出温度が60℃を超えると(YESとなると)、利用者の安全を確保するため、ステップS418でバーナ56を消火して、処理は図2のステップS218へ進む。
In the hot
図2のステップS204で、給湯設定温度が60℃であるとき(YESであるとき)、処理はステップS212に進む。ステップS212では、貯湯槽サーミスタ35aで検出される貯湯槽20の上部の水温が58℃以上であるか否かが判別される。本実施例の給湯システム10では、給湯設定温度が給湯上限温度である60℃の場合、給湯栓64での湯温を57℃から60℃の範囲に維持する。従って、貯湯槽20の上部に蓄えられた温水が給湯栓64まで流れる間の自然な放熱による温度下降幅を1℃とすると、貯湯槽20の上部の水温が58℃以上であれば(ステップS14でYESであれば)、貯湯槽20からの温水を加熱することなく、57℃から60℃の温度範囲で給湯することが可能である。この場合、処理はステップS214に進み、給湯設定温度が60℃の場合の非燃焼給湯運転を開始させる。図5は、給湯設定温度が60℃の場合の非燃焼給湯運転の詳細を示している。非燃焼給湯運転が開始されると、ステップS502で、ミキシングユニット24の出口に取付けられた混合水サーミスタ54の検出温度が57℃から60℃の温度範囲となるように、ミキシングユニット24が制御される。ステップS502の後、処理は図2のステップS218へ進む。
If the hot water supply set temperature is 60 ° C. in step S204 of FIG. 2 (YES), the process proceeds to step S212. In step S212, it is determined whether or not the water temperature at the top of the
図2のステップS212で、貯湯槽20の上部の水温が58℃を下回っていれば(NOであれば)、貯湯槽20からの温水を加熱することなく57℃から60℃の範囲で給湯することはできない。この場合、処理はステップS216へ進み、給湯設定温度が60℃の場合の燃焼給湯運転を開始させる。図6は給湯設定温度が60℃の場合の燃焼給湯運転の詳細を示している。燃焼給湯運転を開始させると、ステップS602で、ミキシングユニット24の目標混合温度を算出し、混合水サーミスタ54の検出温度が、算出された目標混合温度となるようにミキシングユニット24を制御する。ステップS602で算出する目標混合温度は、バーナ56を着火する際の燃焼量(本実施例ではバーナ56の最小燃焼量)で加熱すると給湯設定温度となる混合水の温度(第1目標混合温度)である。バーナ56の最小燃焼量は3号(≒314kJ/min)である。ステップS604では、第2流量センサ47の検出流量の積算を開始する。ステップS606では、積算流量が切換準備水量に達するまで第2流量センサ47の検出流量の積算を行う。ステップS606で積算流量が切換準備水量に達したことが判別されると(YESとなると)、ステップS608へ進み、バーナ56の点火を許可するか否かが判別される。バーナ56を点火して燃焼を開始させるとバーナ56から60℃を超える温水が出湯される可能性がある場合には、バーナ56の点火は禁止され、そうでない場合には、バーナ56の点火は許可される。バーナ56の点火が許可されると(ステップS608でYESとなると)、処理はステップS610へ進んで、バーナ56の点火動作が開始される。ステップS612では、着火検知センサ56aでバーナ56の着火が検知されるまで待機する。バーナ56の着火が検出されると(ステップS612でYESとなると)、処理はステップS614に進む。ステップS614では、バーナ56の燃焼量を6号(水量6リットルの場合に1分間で25℃温度上昇させることができる燃焼量であり、25×4.1868×6≒628kJ/min)とした場合のミキシングユニット24の目標混合温度(第2目標混合温度)が算出され、混合水サーミスタ54の検出温度が、算出された第2目標混合温度となるようにミキシングユニット24を制御する。ステップS616では、給湯サーミスタ65の検出温度が給湯設定温度である60℃となるように、バーナ56の燃焼量が制御される。ステップS618では、給湯サーミスタ65の検出温度が60℃を超えているか否かが判別される。給湯サーミスタ65の検出温度が60℃以下であれば(ステップS618でNOであれば)、処理は図2のステップS218へ進む。図6のステップS618で、給湯サーミスタ65の検出温度が60℃を超えると(YESとなると)、利用者の安全を確保するため、ステップS620でバーナ56を消火して、処理は図2のステップS218へ進む。
If the water temperature in the upper part of the
給湯システム10の給湯運転の湯温制御では、図2のステップS218で第2流量センサの検出流量が2.0リットル/min以下となるまで(YESとなるまで)上記の処理が繰返される。第2流量センサの検出流量が2.0リットル/min以下となったことが判別されれば(ステップS218でYESとなれば)、給湯運転を終了する。
In the hot water temperature control of the hot water supply operation of the hot
給湯設定温度が60℃であるときの、ミキシングユニット24における湯温制御について図7を用いて以下に説明する。
貯湯槽20の上部に高温の温水が貯められており、貯湯槽20からの温水の温度が58℃以上である間は、上述した図5の非燃焼給湯運転を行う。この場合、ミキシングユニット24では、混合水サーミスタ54の検出温度が57℃から60℃の範囲内となるように湯温制御される。これによって、給湯設定温度である60℃の近傍である57℃から60℃の温度範囲の温水が給湯される。
貯湯槽20の上部の高温の温水が減少していき、貯湯槽20からの温水の温度が58℃を下回る時刻t1からは、上述した図6の燃焼給湯運転を行う。ミキシングユニット24では、まず、混合水サーミスタ54の検出温度が第1目標混合温度T1(最小燃焼量3号相当)となるように湯温制御される。ミキシングユニット24によって第1目標混合温度T1に調温された温水がバーナ56に到達すると、バーナ56の点火動作を開始する。点火の際のバーナ56の燃焼量は最小燃焼量である3号とされる。バーナ56が点火した時点では、ミキシングユニット24からバーナ56へ第1目標混合温度(最小燃焼量3号相当)の温水が供給されているため、バーナ56が点火した直後であっても、60℃を越える温度の温水が給湯されることはない。
バーナ56の着火が検出される時刻t2以降は、ミキシングユニット24で、混合水サーミスタ54の検出温度が第2目標混合温度T2(燃焼量6号相当)となるように湯温制御される。バーナ56の燃焼量は、給湯サーミスタ65の検出温度が給湯設定温度である60℃となるように制御される。これによって、給湯設定温度である60℃の温水が給湯される。
The hot water temperature control in the mixing unit 24 when the hot water supply set temperature is 60 ° C. will be described below with reference to FIG.
Hot water of high temperature is stored in the upper part of the
From the time t1 when the hot water at the upper part of the
After time t2 when ignition of the
図8に燃焼給湯運転を行っているときの、第2流量センサ47で検出される流量と、ミキシングユニット24の目標混合温度の関係を示す。図8では、第1目標混合温度T1を一点鎖線で示し、第2目標混合温度T2を実線で示す。第1目標混合温度T1および第2目標混合温度T2は、流量の増加とともに高温となり、流量の低減とともに低温となる。これは、バーナ56の加熱による温水の温度上昇幅が、流量が小さいほど高く、流量が大きいほど低いためである。
FIG. 8 shows the relationship between the flow rate detected by the second
もし、給湯設定温度が60℃であるときに流量が急激に減少し、万が一、ミキシングユニット24での湯温制御が遅れたとすると、減少前の流量から算出された目標混合温度に調温された温水がバーナ熱交換器52に送り出される。仮に、バーナ56の着火後の燃焼給湯運転におけるミキシングユニット24の目標混合温度が、バーナ56の最小燃焼量である3号に相当する第1目標混合温度で調温されていると、流量の減少によってバーナ熱交換器52における温度上昇幅は増加するため、バーナ56から送り出される温水の温度は給湯設定温度である60℃より高温となってしまう。
If the hot water supply set temperature is 60 ° C., the flow rate suddenly decreases, and if the hot water temperature control in the mixing unit 24 is delayed, the temperature is adjusted to the target mixing temperature calculated from the flow rate before the decrease. Hot water is sent to the
例えば、給湯設定温度が60℃であるとき、流量が10リットル/minから5リットル/minに低下したとする。温水の比熱を4.19kJ/リットル・℃とする。バーナ56の最小燃焼量が3号(≒314kJ/min)であり、流量が10リットル/minであるときの目標混合温度は、60−314/(10×4.19)≒52.5℃である。バーナ56の最小燃焼量が3号であり、流量が5リットル/minであるときの目標混合温度は、60−314/(5×4.19)≒45.0℃である。バーナ56の最小燃焼量が3号であるときに温水が加熱されて上昇する温度は、314/(5×4.19)≒15.0℃である。従って、ミキシングユニット24での湯温制御が遅れたとすると、流量が5リットルに減少した直後では、約52.5℃の温水がバーナ熱交換器52において加熱されて約15.0℃温度上昇するため、約67.5℃の温水が給湯されることとなる。給湯サーミスタ65の検出温度が60℃を超えると、給湯システム10は利用者の安全を確保するために、バーナ56を消火する。バーナ56が消火されれば、給湯温度が急激に低下する。給湯温度が低下して、給湯サーミスタ65の検出温度が低下すれば、再びバーナ56が点火され、給湯温度が急激に上昇する。このように、給湯設定温度が60℃であるときに、ミキシングユニット24において、バーナ56の最小燃焼量から算出される第1目標混合温度で調温していると、流量が変化する度に、バーナ56が消火されたり点火されたりする可能性がある。バーナ56が点火と消火を繰返すようなことがあれば、給湯温度の変動が激しくなり、使用者に不快感を与えてしまう。
For example, it is assumed that when the hot water supply set temperature is 60 ° C., the flow rate is reduced from 10 liter / min to 5 liter / min. The specific heat of warm water is 4.19 kJ / liter · ° C. When the minimum combustion amount of the
本実施例の給湯システム10では、バーナ56の着火が検出された後は、ミキシングユニット24の目標混合温度を、バーナ56の燃焼量を最小燃焼量である3号ではなく6号として算出する。燃焼量が3号(≒314kJ/min)であるときよりも、6号(≒628kJ/min)であるときの方が、バーナ56で加熱されたときの温水の温度上昇幅は大きい。従って、図8に示すように、燃焼量を3号として算出する目標混合温度(第1目標混合温度)に比して、6号として算出する目標混合温度(第2目標混合温度)の方が低い。従って、本実施例の給湯システム10では、バーナ56の着火後において、第1目標混合温度よりも低温である第2目標混合温度の温水がバーナ熱交換器52に送り出される。ミキシングユニット24での湯温制御が低めになされる分、バーナ56の燃焼量を大きくすれば、給湯設定温度の60℃で給湯することはできる。本実施例によれば、もし給湯設定温度が60℃である燃焼給湯運転を行っているときに流量が急激に減少した場合でも、流量が減少する前の目標混合温度が低めに設定されているため、給湯温度が60℃を超えてしまう事態を防止することができる。
In the hot
例えば、給湯設定温度が60℃であるとき、流量が10リットル/minから5リットル/minに低下したとする。バーナ56の燃焼量が6号であり、流量が10リットル/minであるときの目標混合温度は、60−628/(10×4.19)≒45.0℃である。バーナ56の燃焼量が6号であり、流量が5リットル/minであるとして算出される第2目標混合温度は、60−628/(5×4.19)≒30.0℃である。実際のバーナ56の最小燃焼量は3号であるから、流量が低下した直後にこの温水が加熱されて上昇する温度は、314/(5×4.19)≒15.0℃である。ミキシングユニット24での湯温制御が遅れたとしても、流量が5リットルに減少した直後では、約45.0℃の温水がバーナ熱交換器52において加熱されて約15.0℃温度上昇して約60.0℃となり、給湯設定温度を超える温水は給湯されない。
このように、本実施例では、給湯設定温度が60℃であるとき、バーナ56の着火後は、ミキシングユニット24において、バーナ56の最小燃焼量より大きい燃焼量から算出される第2目標混合温度に調温する。ミキシングユニット24での湯温制御を低めに行うことで、急激な流量の変化があっても給湯温度を60℃以下に抑えることができる。万が一、流量の変化に対してミキシングユニット24の湯温制御が遅れたとしても、バーナ56の消火や再点火を防ぎ、安定した湯温で給湯を続けることができる。
For example, it is assumed that when the hot water supply set temperature is 60 ° C., the flow rate is reduced from 10 liter / min to 5 liter / min. When the combustion amount of the
Thus, in this embodiment, when the hot water supply set temperature is 60 ° C., the second target mixed temperature calculated from the combustion amount larger than the minimum combustion amount of the
なお図8に示すように、本実施例の給湯システム10では、第2目標混合温度の下限値は22.5℃とされており、それよりも低い温度を第2目標混合温度とすることはない。これは以下の理由による。給湯システム10では最少の流量が2.0リットル/minであり、燃焼給湯運転をしているときにどれだけ急激に流量が減少する場合であっても、減少後の流量は2.0リットル/minを下回ることはない。従って、ミキシングユニット24の目標混合温度を、バーナ56の最小燃焼量が3号であり、流量が2.0リットル/minであるときに、バーナ56の加熱によって60℃となる温度としておけば、どれだけ急激に流量が減少しても、60℃を超える温度の温水が給湯されることはない。バーナ56の最小燃焼量が3号であり、流量が2.0リットル/minであるときの目標混合温度は、60−314/(2.0×4.19)≒22.5℃である。即ち、第2目標混合温度は、この22.5℃よりも低い温度とする必要がない。流量が4リットル/min未満であるときの第2目標混合温度を算出すると22.5℃以下となるが、この場合には目標混合温度の下限値である22.5℃を用いて、ミキシングユニット24を制御する。このように第2目標混合温度に下限値を設けることで、ミキシングユニット24において不必要に温水温度を低減させる必要がなくなり、貯湯槽20内の蓄熱を有効利用することができる。
As shown in FIG. 8, in the hot
本実施例では、給湯設定温度が給湯上限温度である60℃である場合に、バーナ56の着火後の目標混合温度を低めに設定するため、それだけバーナ56で必要とされる燃焼量が増加し、エネルギー効率はわずかに低下する。しかしながら、ミキシングユニット24での湯温制御にゆとりを持たせることができるため、流量が変動しても給湯温度が60℃を超えにくくなり、バーナ56の消火や再点火が起こりにくく、給湯温度の変動を抑制することができる。
In this embodiment, when the hot water supply set temperature is 60 ° C. which is the hot water supply upper limit temperature, the target mixing temperature after ignition of the
なお本実施例では、バーナ56を着火する際の燃焼量をバーナ56の最小燃焼量とする場合について説明したが、バーナ56を着火する際の燃焼量は最小燃焼量よりも大きな燃焼量であってもよい。例えば、バーナ56が緩点火を行う場合には、着火の際の燃焼量は最小燃焼量よりも大きい。このような場合には、最小燃焼量の代わりに、着火の際の燃焼量を用いて第1目標混合温度を算出すればよい。
In this embodiment, the combustion amount when the
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。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:給湯システム
20:貯湯槽
21:コントローラ
23:リモコン
24:ミキシングユニット
35a:貯湯槽サーミスタ
47:第2流量センサ
52:バーナ熱交換器
54:混合水サーミスタ
56:バーナ
56a:着火検知センサ
64:給湯栓
65:給湯サーミスタ
10: Hot water supply system 20: Hot water storage tank 21: Controller 23: Remote control 24: Mixing
Claims (3)
貯湯槽からの温水を水道水と混合して目標混合温度に調温するミキシングユニットと、
ミキシングユニットからの温水を必要に応じて加熱して温水利用箇所へ送る熱源機と、
温水利用箇所での給湯設定温度を取得する給湯温度設定手段と、
貯湯槽内の温水の温度を検出する貯湯温度検出手段と、
熱源機が着火したか否かを検出する着火検出手段と、
熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度を検出する給湯温度検出手段と、
ミキシングユニットと熱源機の動作を制御するコントローラを備え、
その熱源機は、燃焼運転中に、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の温度が給湯上限温度を超える場合に、消火するように構成されており、
そのコントローラは、給湯設定温度が給湯上限温度である場合に、貯湯槽内の温水の温度が給湯設定温度に基づく基準温度を下回ると、先ず給湯設定温度よりも低い第1目標混合温度でミキシングユニットに調温させ、その後に熱源機に着火させ、熱源機の着火が検出された後に、第1目標混合温度よりも低い第2目標混合温度でミキシングユニットに調温させることを特徴とする貯湯式給湯システム。 A hot water tank for storing hot water,
A mixing unit that mixes hot water from the hot water tank with tap water to adjust the temperature to the target mixing temperature;
A heat source machine that heats the hot water from the mixing unit as needed and sends it to the hot water use point,
Hot water supply temperature setting means for obtaining a hot water supply set temperature at a hot water use location;
Hot water storage temperature detecting means for detecting the temperature of hot water in the hot water storage tank;
Ignition detection means for detecting whether the heat source machine has ignited,
Hot water supply temperature detection means for detecting the temperature of hot water sent from the heat source machine to the hot water use location;
It has a controller that controls the operation of the mixing unit and heat source machine,
The heat source unit is configured to extinguish the fire when the temperature of the hot water sent from the heat source unit to the hot water use point exceeds the hot water supply upper limit temperature during the combustion operation,
When the hot water set temperature is the hot water supply upper limit temperature, the controller first mixes at a first target mixed temperature lower than the hot water set temperature when the temperature of the hot water in the hot water storage tank falls below a reference temperature based on the hot water set temperature. The temperature of the heat source device is ignited, and then the heat source device is ignited, and after the ignition of the heat source device is detected, the mixing unit is conditioned at a second target mixing temperature lower than the first target mixing temperature. Hot water system.
前記第1目標混合温度は、給湯設定温度と、熱源機が着火する際の燃焼量と、熱源機から温水利用箇所へ送られる温水の流量から算出されることを特徴とする、請求項1の貯湯式給湯システム。 It further comprises a flow rate detection means for detecting the flow rate of the hot water sent from the heat source machine to the hot water use location,
The first target mixing temperature is calculated from a hot water supply set temperature, a combustion amount when the heat source unit ignites, and a flow rate of hot water sent from the heat source unit to the hot water use location. Hot water storage hot water system.
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