特許 5901312 貯湯システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5901312

(24)【登録日】2016年3月18日

(45)【発行日】2016年4月6日

(54)【発明の名称】貯湯システム

(51)【国際特許分類】

   F24H 1/18 20060101AFI20160324BHJP

   F24D 17/00 20060101ALI20160324BHJP

   F24H 1/00 20060101ALI20160324BHJP

【ＦＩ】

   F24H1/18 301Z

   F24H1/18 Q

   F24D17/00 M

   F24H1/00 631A

【請求項の数】5

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2012-15585(P2012-15585)

(22)【出願日】2012年1月27日

(65)【公開番号】特開2013-155904(P2013-155904A)

(43)【公開日】2013年8月15日

【審査請求日】2015年1月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000129231

【氏名又は名称】株式会社ガスター

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121599

【弁理士】

【氏名又は名称】長石 富夫

(72)【発明者】

【氏名】小津 努

(72)【発明者】

【氏名】勢山 雄広

(72)【発明者】

【氏名】寺嶋 正和

(72)【発明者】

【氏名】松尾 滋人

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 崇之

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 裕介

【審査官】 吉村 俊厚

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１３３６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１２８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６３３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５７１３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｈ １／００ − ９／２０

Ｆ２４Ｄ １／００ − １９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

給水が供給される貯湯タンクと、所定の熱源から熱を回収して前記貯湯タンク内の水を加熱する加熱装置とを備え、前記貯湯タンク内の蓄熱が設定温度の給湯に不足する場合にその不足分の加熱をバックアップ熱源機で行う貯湯システムであって、
前記加熱装置は、前記熱源から熱回収するための熱交換器と、前記貯湯タンクから前記熱交換器の入側に至る往き熱回収配管と、前記熱交換器の出側から前記貯湯タンクに至る戻り熱回収配管と、前記貯湯タンクから前記往き熱回収配管、前記熱交換器、前記戻り熱回収配管を経由して前記貯湯タンクに戻る熱回収循環経路の湯水を循環させる熱回収ポンプとを備えて構成され、
さらに、前記熱回収循環経路を、前記貯湯タンクをバイパスする迂回循環経路に切り替える経路変更部と、
前記バックアップ熱源機の給湯口に接続され、給湯栓に通じる第１配管から分岐し、前記迂回循環経路を成す部分の前記戻り熱回収配管に合流する分岐管と、
前記迂回循環経路を成す部分の前記往き熱回収配管から分岐し、前記バックアップ熱源機の給水口に通じる第２配管に合流する合流管と、
前記合流管に設けられて、前記第２配管側に向けて送水する循環ポンプと、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記熱源の熱を回収して貯湯タンク内の水を加熱するときは、前記熱回収ポンプを作動させて前記貯湯タンク内の水を前記熱回収循環経路に循環させ、
前記熱回収配管に熱を供給するときは、前記熱回収循環経路を前記迂回循環経路に切り替えて、前記熱回収ポンプおよび前記循環ポンプを作動させ、さらに前記バックアップ熱源機で加熱するように制御し、
前記給湯口が前記分岐管に通じた状態と前記分岐管の分岐箇所より先の前記第１配管に通じた状態とに切り替えることはぜず、前記熱回収配管に熱を供給するときは前記バックアップ熱源機の給湯口が前記分岐管と該分岐管の分岐箇所より先の前記第１配管の双方に通じた状態である
ことを特徴とする貯湯システム。

【請求項2】

前記分岐管に、前記戻り熱回収配管側から前記第１配管側への流れを阻止する逆止弁を設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の貯湯システム。

【請求項3】

前記第１配管を通じて流入する前記バックアップ熱源機の給湯口からの湯水と、前記貯湯タンクからの湯水と、給水とを設定された混合比で混合して給湯する混合器をさらに有し、
前記バックアップ熱源機の給水口には前記第２配管を通じて給水が供給され、
前記制御部は、前記混合器から設定温度の湯が給湯されるように、前記バックアップ熱源機による加熱および前記混合器の混合比を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯システム。

【請求項4】

前記貯湯タンクの出湯口からの湯水と給水とを設定された混合比で混合すると共に、前記バックアップ熱源機の給水口に通じる前記第２配管が出側に接続された混合器をさらに有し、
前記制御部は、前記バックアップ熱源機による追加の加熱無しにもしくは前記バックアップ熱源機による加熱を足して前記バックアップ熱源機から設定温度の給湯が行われるように前記混合器の混合比を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯システム。

【請求項5】

前記経路変更部は、前記戻り熱回収配管側から流入する湯水の温度が所定温度未満の場合は前記熱回収循環経路を前記迂回循環経路に切り替える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の貯湯システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池などの熱源（ガスエンジン発電機、燃料処理装置（改質器）等）から熱回収して貯湯タンク内の湯を加熱し給湯する貯湯システムに係り、特に、貯湯タンクの蓄熱が不足する場合にその不足分をバックアップ熱源機で補って給湯する貯湯システムに関する。

【背景技術】

【0002】

図１２は、燃料電池の排熱を利用する従来の貯湯システム１００の構成例を示している。貯湯システム１００は、貯湯タンクユニット１０１と、燃料電池１３０の排熱を回収する排熱回収装置１１０と、バックアップ熱源機としてのガス給湯器１２０とを備えている。排熱回収装置１１０は、排熱回収熱交換器１１１と排熱回収ポンプ１１２とから構成される。

【0003】

貯湯タンク１０２の下部の給水口１０３には給水管１０４が接続され、上部の出湯口１０５には出湯管１０６が接続されている。出湯管１０６の途中には、貯湯タンク１０２からの湯と給水管１０４からの水とを設定された混合比で混合する混合器１０７が設けてあり、混合器１０７の出側は、接続配管１２１を通じて、ガス給湯器１２０の給水接続口１２２に配管されている。

【0004】

ガス給湯器１２０は、給湯もしくは浴槽への注湯の際に給水接続口１２２から流入する給水（または湯）を加熱する熱交換器１２３および第１バーナ１２４などを備えている。

【0005】

上記構成の貯湯システム１００では、燃料電池１３０の排熱を回収して貯湯タンク１０２内の湯水を加熱する際に排熱回収ポンプ１１２を作動させる。これにより、貯湯タンク１０２内の湯水は、貯湯タンク１０２の下部から熱回収配管（低温）１１４、排熱回収熱交換器１１１、熱回収配管（高温）１１５を経由して貯湯タンク１０２の上部に戻る経路を循環し、排熱回収熱交換器１１１を通る際に加熱される。

【0006】

給湯動作では、貯湯タンク１０２に十分蓄熱されている場合には、貯湯タンク１０２の湯と給水とを混合器１０７で混合して設定温度の湯を作ってガス給湯器１２０へ送り、ガス給湯器１２０は追加の加熱を行わずにそのまま給湯する。また、貯湯タンク１０２に蓄熱がない場合には、貯湯タンク１０２内にある設定温度より低い温度の湯または水をガス給湯器１２０に送り、ガス給湯器１２０で設定温度に加熱して給湯する。貯湯タンク１０２内の湯が設定温度よりわずかに低く、そのままガス給湯器１２０に送るとガス給湯器１２０を最小能力で作動させても給湯温度が設定温度を超えてしまう場合には、混合器１０７で貯湯タンク１０２からの湯に給水を混合して温度を意図的に下げた湯水をガス給湯器１２０に送り、ガス給湯器１２０で設定温度に加熱して給湯する、といったことが行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−２３６７１３号公報

【特許文献2】特開２００７−１０２４４号公報

【特許文献3】特許第４５５９３０７号公報

【特許文献4】特許第３９３５４１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

貯湯タンクユニットと燃料電池などの熱源とは別体に設けられることが多く、これらの間を結ぶ熱回収配管は、屋外に配管される。そのため、寒冷地では、燃焼電池１３０の運転を停止させている間に、熱回収配管が凍結する恐れがある。凍結対策には、たとえば、施工時に熱回収配管にヒータを巻く、または燃料電池ユニット内の排熱回収ポンプを運転しながら燃料電池ユニット内に設けた電気ヒータなどの加熱装置で熱回収配管内の水を循環加熱する、といった方法が想定される。しかし、これらの方法では、施工時の作業工数が増えたり、ヒータなどを付加したりするので、システムコストが高くなってしまう。

【0009】

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、配管にヒータを巻きつけたりすることなく熱回収配管の凍結を防止することのできる貯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】

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。

【0011】

［１］給水が供給される貯湯タンクと、所定の熱源から熱を回収して前記貯湯タンク内の水を加熱する加熱装置とを備え、前記貯湯タンク内の蓄熱が設定温度の給湯に不足する場合にその不足分の加熱をバックアップ熱源機で行う貯湯システムであって、
前記加熱装置は、前記熱源から熱回収するための熱交換器と、前記貯湯タンクから前記熱交換器の入側に至る往き熱回収配管と、前記熱交換器の出側から前記貯湯タンクに至る戻り熱回収配管と、前記貯湯タンクから前記往き熱回収配管、前記熱交換器、前記戻り熱回収配管を経由して前記貯湯タンクに戻る熱回収循環経路の湯水を循環させる熱回収ポンプとを備えて構成され、
さらに、前記熱回収循環経路を、前記貯湯タンクをバイパスする迂回循環経路に切り替える経路変更部と、
前記バックアップ熱源機の給湯口に接続され、給湯栓に通じる第１配管から分岐し、前記迂回循環経路を成す部分の前記戻り熱回収配管に合流する分岐管と、
前記迂回循環経路を成す部分の前記往き熱回収配管から分岐し、前記バックアップ熱源機の給水口に通じる第２配管に合流する合流管と、
前記合流管に設けられて、前記第２配管側に向けて送水する循環ポンプと、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記熱源の熱を回収して貯湯タンク内の水を加熱するときは、前記熱回収ポンプを作動させて前記貯湯タンク内の水を前記熱回収循環経路に循環させ、
前記熱回収配管に熱を供給するときは、前記熱回収循環経路を前記迂回循環経路に切り替えて、前記熱回収ポンプおよび前記循環ポンプを作動させ、さらに前記バックアップ熱源機で加熱するように制御し、
前記給湯口が前記分岐管に通じた状態と前記分岐管の分岐箇所より先の前記第１配管に通じた状態とに切り替えることはぜず、前記熱回収配管に熱を供給するときは前記バックアップ熱源機の給湯口が前記分岐管と該分岐管の分岐箇所より先の前記第１配管の双方に通じた状態である
ことを特徴とする貯湯システム。

【0012】

上記発明では、貯湯タンクと排熱回収装置との間を結ぶ熱回収循環経路を、貯湯タンクをバイパスさせた迂回循環経路に切り替える経路変更部と、迂回循環経路の戻り熱回収配管から分岐してバックアップ熱源機を経由して迂回循環経路に戻る分岐経路（往き熱回収配管から分岐し、合流管、第２配管、バックアップ熱源機、第１配管、分岐管を経て戻り熱回収配管に戻る経路）と、分岐経路に湯水を循環させる循環ポンプとを備える。凍結を防止するなどのために熱回収配管に熱を供給する際には、熱回収循環経路を、貯湯タンクをバイパスした迂回循環経路に切り替え、排熱回収装置の熱回収ポンプと循環ポンプを運転し、さらにバックアップ熱源機で加熱する。これにより、迂回循環経路を循環する水の一部が、分岐経路側に流れ、バックアップ熱源機で加熱されて、迂回循環経路に戻るようになり、迂回循環経路内の水温が上昇し、凍結が防止される。
［２］前記分岐管に、前記戻り熱回収配管側から前記第１配管側への流れを阻止する逆止弁を設けた
ことを特徴とする［１］に記載の貯湯システム。

【0013】

［３］前記第１配管を通じて流入する前記バックアップ熱源機の給湯口からの湯水と、前記貯湯タンクからの湯水と、給水とを設定された混合比で混合して給湯する混合器をさらに有し、
前記バックアップ熱源機の給水口には前記第２配管を通じて給水が供給され、
前記制御部は、前記混合器から設定温度の湯が給湯されるように、前記バックアップ熱源機による加熱および前記混合器の混合比を制御する
ことを特徴とする［１］または［２］に記載の貯湯システム。

【0014】

上記発明では、バックアップ熱源機からの湯と貯湯タンクからの湯と給水管からの給水とを混合器で混合して設定温度の給湯を行う方式（後混合方式）を採用している。

【0015】

［４］前記貯湯タンクの出湯口からの湯水と給水とを設定された混合比で混合すると共に、前記バックアップ熱源機の給水口に通じる前記第２配管が出側に接続された混合器をさらに有し、
前記制御部は、前記バックアップ熱源機による追加の加熱無しにもしくは前記バックアップ熱源機による加熱を足して前記バックアップ熱源機から設定温度の給湯が行われるように前記混合器の混合比を制御する
ことを特徴とする［１］または［２］に記載の貯湯システム。

【0016】

上記発明では、貯湯タンクからの湯と給水管からの給水とを混合器で混合した湯水をバックアップ熱源機に送り、バックアップ熱源機で不足分を加熱して給湯する方式（給水予熱方式）を採用している。

【0017】

［５］前記経路変更部は、前記戻り熱回収配管側から流入する湯水の温度が所定温度未満の場合は前記熱回収循環経路を前記迂回循環経路に切り替える
ことを特徴とする［１］乃至［５］のいずれか１項に記載の貯湯システム。

【0018】

上記発明では、熱回収やバックアップ熱源機によって十分加熱された湯のみ貯湯タンクに戻り、水または加熱不足の湯水が貯湯タンクに戻ることが防止される。なお、凍結防止が可能な程度に加熱した湯水の温度では、経路変更部は迂回循環経路になる。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係る貯湯システムによれば、配管にヒータを巻きつけたりすることなく熱回収配管の凍結を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る風呂給湯システムの構成を示す図である。

【図2】風呂給湯器の概略構成を示す図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態に係る風呂給湯システムの排熱回収動作における湯水の流れを示す説明図である。

【図4】第１の実施の形態に係る風呂給湯システムの給湯動作における湯水の流れを示す説明図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係る風呂給湯システムの熱回収配管の凍結防止動作における湯水の流れを示す説明図である。

【図6】本発明の第２の実施の形態に係る風呂給湯システムの構成を示す図である。

【図7】本発明の第２の実施の形態に係る風呂給湯システムの排熱回収動作における湯水の流れを示す説明図である。

【図8】本発明の第２の実施の形態に係る風呂給湯システムの第１モードの給湯動作における湯水の流れを示す説明図である。

【図9】本発明の第２の実施の形態に係る風呂給湯システムの第２モードの給湯動作における湯水の流れを示す説明図である。

【図10】本発明の第２の実施の形態に係る風呂給湯システムの第３モードの給湯動作における湯水の流れを示す説明図である。

【図11】本発明の第２の実施の形態に係る風呂給湯システムの熱回収配管の凍結防止動作における湯水の流れを示す説明図である。

【図12】従来の貯湯システムの概略構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

【0022】

本発明の基本概念を説明する。

【0023】

本発明に係る貯湯システムは、貯湯タンクと排熱回収装置との間を結ぶ熱回収循環経路を、貯湯タンクをバイパスした迂回循環経路に切り替える経路変更部と、この迂回循環経路の途中から分岐しバックアップ熱源機を経由して迂回循環経路に戻る分岐経路と、この分岐経路に湯水を循環させる循環ポンプとを備える。熱回収配管の凍結を防止する際には、熱回収循環経路を迂回循環経路に切り替え、排熱回収装置の熱回収ポンプと循環ポンプとを作動させ、さらにバックアップ熱源機で加熱する。これにより、迂回循環経路を循環する水の一部が、分岐経路側に流れ、バックアップ熱源機で加熱されて、迂回循環経路に戻るようになり、迂回循環経路内の水温が上昇させられ、凍結が防止される。

【0024】

以下、上記本発明の凍結防止技術を給水予熱方式の貯湯システムに適用した第１の実施の形態と、後混合方式の貯湯システムに適用した第２の実施の形態について説明する。

【0025】

まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。

【0026】

図１は、本発明の貯湯システムを適用した第１の実施の形態に係る風呂給湯システム１０の構成を示している。風呂給湯システム１０は、貯湯タンクユニット１１と、熱源機４と、熱源機４の排熱を回収する排熱回収装置５０と、バックアップ熱源機としての風呂給湯器７０とを備えて構成される。風呂給湯システム１０は、貯湯タンク１３からの湯と給水管１２からの給水とを混合器２３で混合した湯水を風呂給湯器７０に送り、風呂給湯器７０で不足分を加熱して給湯する給水予熱方式を採用している。なお、図中、装置間の配管や外部配管は２重の矢印で示してある。また、熱源機４として本例では燃料電池を使用する。

【0027】

貯湯タンクユニット１１は、給水管１２から供給される給水を蓄える貯湯タンク１３を備えている。貯湯タンク１３は中空略円柱状のタンクであり、下部には給水口１４が設けてあり、上部には出湯口１５が設けてある。さらに貯湯タンク１３の下部には取水口１６が、上部には戻り口１７が設けてある。

【0028】

貯湯タンク１３は、たとえば、容量１００リットル程度を有し、底から２０リットルの水位の箇所に、その箇所の水温を検出する第１温度センサ１８ａが、底から４０リットルの水位の箇所に、その箇所の水温を検出する第２温度センサ１８ｂが、底から６０リットルの水位の箇所に、その箇所の水温を検出する第３温度センサ１８ｃが、底から８０リットルの水位の箇所に、その箇所の水温を検出する湯切れ温度センサ１８ｄが、さらに貯湯タンク１３内のほぼ最上部に、その箇所の水温を検出するタンク上部温度センサ１８ｅがそれぞれ設けてある。

【0029】

排熱回収装置５０は、熱源機４の内部などに設けられて熱源機４の排熱を回収する。排熱回収装置５０は排熱回収熱交換器５１と、排熱回収ポンプ５２とを有する。貯湯タンク１３と排熱回収装置５０の排熱回収熱交換器５１は、これらの間に貯湯タンク１３の水を循環させる熱回収循環経路が構成されるように熱回収配管５３（５３ａ、５３ｂ）で接続されている。詳細には、貯湯タンク１３の取水口１６には熱回収配管（低温）５３ａの一端が接続され、排熱回収熱交換器５１の入り側に熱回収配管（低温）５３ａの他端が接続されている。排熱回収ポンプ５２は、排熱回収熱交換器５１の入り側近傍の熱回収配管（低温）５３ａに介挿されており、排熱回収ポンプ５２は熱回収配管（低温）５３ａ内の水を貯湯タンク１３の取水口１６側から排熱回収熱交換器５１の入り側に向けて送水する。

【0030】

排熱回収熱交換器５１の出側には熱回収配管（高温）５３ｂの一端が接続され、熱回収配管（高温）５３ｂの他端は貯湯タンクユニット１１内で第１三方弁２１の第１接続口２１ａに接続されている。

【0031】

第１三方弁２１は、前述の第１接続口２１ａと、第２接続口２１ｂと第３接続口２１ｃとを備え、第１接続口２１ａと第２接続口２１ｂとを接続し第３接続口２１ｃを閉鎖するＡ方向と、第１接続口２１ａと第３接続口２１ｃとを接続し第２接続口２１ｂを閉鎖するＢ方向とに接続状態を切り替え可能に構成されている。なお、第１三方弁２１は第１接続口２１ａから流入する水の温度が所定温度以上ならばＡ方向となり、所定温度未満ならばＢ方向に切り替わるように制御部２０により制御される。

【0032】

第１三方弁２１の第２接続口２１ｂは貯湯タンク１３の戻り口１７に配管されている。第１三方弁２１の第３接続口２１ｃにはバイパス管５４の一端が接続され、バイパス管５４の他端は貯湯タンクユニット１１内で熱回収配管（低温）５３ａに合流している。

【0033】

第１三方弁２１の第１接続口２１ａ近傍の熱回収配管（高温）５３ｂには熱回収配管高温側温度センサ２２ａが設けてあり、貯湯タンク１３の取水口１６からバイパス管５４との合流箇所までの間の熱回収配管（低温）５３ａに熱回収配管低温側温度センサ２２ｂが設けてある。

【0034】

貯湯タンクユニット１１は、貯湯タンク１３の出湯口１５からの湯と、給水とを混合する混合器２３を備えている。この混合器２３は、実際には、貯湯タンク１３の出湯口１５からの湯の混合量を調整する第１混合器２３ａと、給水管１２からの給水の混合量を調整する第２混合器２３ｂとを有して構成される。

【0035】

第１混合器２３ａの入り側は貯湯タンク１３の出湯口１５に配管で接続されており、この配管の途中には、過圧逃がし弁２４、吸気弁２５、タンク出口温度センサ２６が設けてある。第２混合器２３ｂの入り側には給水管１２が接続されている。

【0036】

第１混合器２３ａの出側と第２混合器２３ｂの出側は合流して混合器２３の出口に通じている。混合器２３の出口には、風呂給湯器７０の給水接続口へ通じる接続配管６１が接続されている。混合器２３の出側近傍の接続配管６１には出湯温度センサ３２およびハイカット温度センサ３３が設けてある。

【0037】

貯湯タンクユニット１１内部の給水管１２には流量センサ３４、給水温度センサ３５、減圧弁３６が設けられている。給水管１２は、これらの下流で２つに分岐し、その一方は逆止弁３７ａを介して第２混合器２３ｂの入り側に接続され、他方は逆止弁３７ｂを介して貯湯タンク１３の給水口１４に接続されている。

【0038】

さらに貯湯タンク１３の取水口１６には所定の排水箇所に通じる排水管４１が接続されており、排水管４１の途中にはこの管路を開閉する排水栓４２が設けてある。

【0039】

風呂給湯器７０の給湯接続口には給湯栓などに通じる給湯配管６２が接続されている。また、給湯配管６２の途中で分岐した分岐管４３は貯湯タンクユニット１１に向けて配管され、貯湯タンクユニット１１内部にて熱回収配管（高温）５３ｂに合流している。貯湯タンクユニット１１内部の分岐管４３には、戻り配管温度センサ２８および熱回収配管（高温）５３ｂ側からの逆流を防止する逆止弁４４が設けてある。

【0040】

また、貯湯タンクユニット１１の内部において熱回収配管（低温）５３ａから分岐し接続配管６１に合流する合流管４５が設けてある。合流管４５の途中には、熱回収配管（低温）５３ａから接続配管６１側へ送水する循環ポンプ４６とポンプ電磁弁４７を備えている。ポンプ電磁弁４７は、合流管４５を開閉する。ポンプ電磁弁４７は接続配管６１から湯水が逆流して貯湯タンク１３に流入することを防止する。またポンプ電磁弁４７は、後述する給湯動作の際に貯湯タンク１３下部の水が取水口１６から出て接続配管６１を通じて風呂給湯器７０の給水接続口へ流出することを防止する。

【0041】

また、貯湯タンクユニット１１には、雰囲気温度（外気温度）を計測する雰囲気温度センサ４９が設けてある。

【0042】

貯湯タンクユニット１１は、当該貯湯タンクユニット１１の動作を統括制御する制御部２０を備えている。制御部２０はＣＰＵ（Central Processing Unit）と、該ＣＰＵが実行するプログラムや固定データなどが記憶されたフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵがプログラムを実行する際に各種情報を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、各種の信号を入出力するＩ／Ｆ（Interface）部などを主要部とする回路で構成されている。制御部２０には、貯湯タンクユニット１１の各種センサからの検出信号が入力されている。また制御部２０からは各弁やその他の制御対象に対して制御信号が出力される。制御部２０はさらに熱源機４や風呂給湯器７０と各種の情報や指令を授受するようになっている。

【0043】

次に、バックアップ熱源機としての風呂給湯器７０の構成例を説明する。風呂給湯器７０は給水接続口から流入する水を加熱して出湯する機能、風呂（浴槽）２へ注湯（湯張り）する機能、風呂（浴槽）２内の湯水を追い焚きする機能などを備えたガス燃焼式の風呂給湯器である。

【0044】

図２に示すように、風呂給湯器７０は、第１熱交換水管７２ａと第２熱交換水管７２ｂとが通る一缶二水路型の熱交換器７２と、この熱交換器７２を加熱するバーナ７３を備える。バーナ７３にはガス供給管７３ａが接続され、このガス供給管７３ａの途中には、ガスの供給／遮断を切り替えるガス弁や供給ガス量を調整する比例弁などが設けてある。

【0045】

第１熱交換水管７２ａの入り側は入水管７４により給水接続口に接続され、第１熱交換水管７２ａの出側は出湯管７５により給湯接続口に接続されている。また、第２熱交換水管７２ｂの入り側には風呂（浴槽）２へ通じる風呂戻り管７６が、第２熱交換水管７２ｂの出側には同じく風呂（浴槽）２へ通じる風呂往き管７７がそれぞれ接続されている。

【0046】

出湯管７５と風呂戻り管７６とは、連結管７８によって接続されており、該連結管７８の途中には、連結管７８の閉鎖／開通を切り替える注湯電磁弁７９が設けてある。また、連結管７８の接続箇所より上流側の出湯管７５の途中には、略閉鎖状態から全開状態まで開度を調整可能な水量サーボ８１が出湯水量を調整するために設けてある。水量サーボ８１の下流側には、出湯温度を検出する出湯温度センサ８２が設けてある。

【0047】

さらに、入水管７４から分岐し、水量サーボ８１より第１熱交換水管７２ａ側の所定箇所で出湯管７５に合流・接続されたバイパス管８３を備え、このバイパス管８３の途中に、略閉鎖から全開まで開度を調整可能なバイパス調整弁８４を備えている。第１熱交換水管７２ａからの湯とバイパス管８３を経由した水とを混合して設定温度の湯になるようにバイパス調整弁８４が調整される。バイパス管８３の分岐箇所より上流側の入水管７４には、入水管７４内の流量を検出する流量センサ８５および入水温度を検知する入水温度センサ８６が設けてある。

【0048】

風呂戻り管７６の途中には、風呂（浴槽）２内の水を、追い焚き循環経路（風呂戻り管７６、第２熱交換水管７２ｂ、風呂往き管７７）を通じて循環させるための風呂循環ポンプ８７が設けてある。風呂戻り管７６に設けた流水スイッチ８８は、風呂循環ポンプ８７を作動させたとき、追い焚き循環経路に実際に水が循環しているか否かを検出する。

【0049】

このほか、風呂戻り管７６および風呂往き管７７には、それぞれ管内の温度を検出する風呂往き温度センサ８９ａ、風呂戻り温度センサ８９ｂが設けてある。

【0050】

制御部９１は、ＣＰＵと、該ＣＰＵが実行するプログラムや固定データなどが記憶されたフラッシュＲＯＭと、ＣＰＵがプログラムを実行する際に各種情報を一時記憶するＲＡＭなどを主要部とする回路で構成されている。制御部９１には、風呂給湯器７０が有する各種センサ、弁、風呂循環ポンプ８７などが接続されている。

【0051】

さらに、通常は、制御部９１には、配線を介してリモコン９２が直接接続されるが、ここでは、風呂給湯器７０を貯湯タンクユニット１１側の制御部２０の制御下で動作させるために、制御部９１を配線を介して制御部２０に接続し、制御部２０に配線を介してリモコン(貯湯タンクユニット１１側と風呂給湯器７０の共通のリモコン)９２が接続されている。共通リモコン９２は、給湯設定温度や風呂設定温度の指定、湯張り動作や追い焚き動作の開始・終了指示、電源のオン／オフなど各種の操作をユーザから受けるスイッチ類、および動作状態や設定温度などを表示する表示部などで構成される。

【0052】

風呂給湯器７０の制御部９１は、給湯配管６２へ給湯する給湯動作では、貯湯タンクユニット１１に接続される共通リモコン９２で設定された給湯設定温度の湯が出湯されるようにバーナ７３のＯＮ／ＯＦＦやその燃焼量、バイパス調整弁８４の開度などを制御する。詳細には、貯湯タンクユニット１１側から接続配管６１を通じて供給される湯水の温度が給湯設定温度以上ならば、自装置のバーナ７３を燃焼させることなくそのまま給湯配管６２へ給湯する。貯湯タンクユニット１１側から供給された湯水の温度が給湯設定温度未満ならば、給湯設定温度になるように自装置内にある図示されない燃焼用空気送風用のファンを駆動させると共にバーナ７３を燃焼させ、その燃焼量やバイパス調整弁８４の開度を制御する。

【0053】

風呂（浴槽）２へ注湯（湯張り）する動作では、注湯電磁弁７９を開けてバーナ７３を燃焼させた状態で水量サーボ８１の開度を調整することにより、給水接続口から流入する湯水が熱交換器７２の第１熱交換水管７２ａを通って加熱され、さらに出湯管７５から連結管７８、風呂戻り管７６および風呂往き管７７の双方（もしくは一方）を通じて風呂（浴槽）２へ流れ込む（この経路を注湯回路とする）。この際、共通リモコン９２でユーザが設定した風呂設定温度の湯が注湯されるようにバーナ７３の燃焼量やバイパス調整弁８４の開度などを制御する。なお、貯湯タンクユニット１１側から接続配管６１を通じて供給された湯が既に風呂設定温度に達しており風呂給湯器７０で追加の加熱が不要な場合は、バーナ７３を燃焼させずに注湯動作を行う。風呂給湯器７０は風呂（浴槽）２内の水位をチェックし、設定水位に達すると注湯動作は終了する。

【0054】

追い焚き動作では、注湯電磁弁７９を閉鎖し、風呂循環ポンプ８７を作動させた状態でバーナ７３を燃焼させる。これにより風呂（浴槽）２内の湯水が風呂戻り管７６を通じて風呂給湯器７０に取り込まれ熱交換器７２の第２熱交換水管７２ｂを通る間に加熱され、加熱後の湯水が風呂往き管７７を通じて風呂（浴槽）２へ戻される。

【0055】

次に、風呂給湯システム１０の各種動作について説明する。

【0056】

＜排熱回収動作＞
図３は、排熱回収動作における湯水の流れを表している。排熱回収動作において湯水の流れる経路を太線で示してある。熱源機４の排熱を回収して貯湯タンク１３内の湯水を加熱する排熱回収動作では、制御部２０は熱源機４に指示して排熱回収ポンプ５２を作動させる。これにより、貯湯タンク１３内の湯水は、取水口１６から出て、熱回収配管（低温）５３ａ、排熱回収熱交換器５１、熱回収配管（高温）５３ｂ、Ａ方向の第１三方弁２１を経由して戻り口１７から貯湯タンク１３の上部に戻る熱回収循環経路を循環する。なお、排熱回収動作において、排熱回収装置５０からの戻り温度が低いときは第１三方弁２１は制御部２０によりＢ方向にされ、戻り温度が一定以上になると第１三方弁２１は制御部２０によりＡ方向に切り替えられる。これにより、低温の水が貯湯タンク１３の上部に戻されることが防止される。

【0057】

給水は貯湯タンク１３の下部の給水口１４から供給され、排熱回収動作で加熱された湯は貯湯タンク１３の上部に戻されるので、貯湯タンク１３内には下部が低温で上部が高温となるような温度勾配が形成される。そして排熱回収動作を続けることで上部に溜まる高温の湯量が次第に増加する。

【0058】

＜給湯動作＞
給湯は以下の（１）または（２）の制御モードで行われる。

【0059】

（１）燃焼オフモード
燃焼オフモードは、貯湯タンク１３に十分蓄熱されている場合の給湯動作である。図４は、給湯動作における湯水の流れを表している。図中、湯水の流れる経路を太線で示してある。燃焼オフモードでは、混合器２３で貯湯タンク１３からの湯と給水とを混合して給湯設定温度＋α℃（α℃は接続配管６１での温度低下分を考慮した温度で、たとえば、２℃）の湯を作り、接続配管６１を通じて風呂給湯器７０へ供給する。風呂給湯器７０は、給湯設定温度の湯が供給されたので自装置での追加の加熱は行わず、バーナ７３をオフにし、貯湯タンクユニット１１側から供給された湯をそのまま給湯配管６２へ給湯する。

【0060】

（２）追い加熱モード
貯湯タンク１３内の蓄熱量が不足して上記燃焼オフモードで給湯設定温度の湯を給湯できない場合の給湯動作であり、風呂給湯器７０で追加の加熱が行われる。追い加熱モードの給湯動作における湯水の流れは図４と同様である。ただし、風呂給湯器７０は燃焼オンになる。

【0061】

詳細には、貯湯タンク１３内の湯が給湯設定温度よりわずかに低く、そのまま風呂給湯器７０に送ると風呂給湯器７０を最小能力で作動させても給湯温度が給湯設定温度を超えてしまう場合は、混合器２３で貯湯タンク１３からの湯に給水を混合して温度を意図的に下げた湯水を風呂給湯器７０に送り、風呂給湯器７０で給湯設定温度に加熱して給湯する。貯湯タンク１３内の湯の温度が給湯設定温度より十分低く、上記の意図的な温度低下が不要な場合は、貯湯タンク１３内にある給湯設定温度より低い温度の湯（または水）を風呂給湯器７０に送り、風呂給湯器７０で給湯設定温度に加熱して給湯する。

【0062】

＜熱回収配管の凍結防止動作＞
制御部２０は、貯湯タンクユニット１１の雰囲気温度センサ４９が凍結の可能性のある温度を検知した場合、もしくは雰囲気温度センサ４９の検出温度から熱回収配管５３が凍結する恐れがあると判断した場合に熱回収配管５３の凍結防止動作を行う。凍結防止動作を行うとき、貯湯タンクユニット１１の制御部２０は、第１三方弁２１をＢ方向にし、ポンプ電磁弁４７を開き、循環ポンプ４６および排熱回収装置５０の排熱回収ポンプ５２を運転する。

【0063】

図５は、熱回収配管５３の凍結防止動作における水の流れを太線および太破線で表している。第１三方弁２１をＢ方向に設定することで、熱回収循環経路は貯湯タンク１３を迂回してバイパス管５４を通る迂回循環経路（図５の太実線で示す経路）に切り替えられる。迂回循環経路は、排熱回収熱交換器５１から熱回収配管（高温）５３ｂ、Ｂ方向の第１三方弁２１、バイパス管５４、熱回収配管（低温）５３ａを経由して排熱回収熱交換器５１に戻る循環経路である。排熱回収ポンプ５２を作動させることで迂回循環経路内を水が循環する。

【0064】

また、ポンプ電磁弁４７を開いて循環ポンプ４６を運転することで、上記迂回循環経路内の水の一部が分岐経路（図５の太破線で示す経路）を循環する。すなわち、熱回収配管（低温）５３ａを流れる水の一部は、循環ポンプ４６の作用により合流管４５側へと引き込まれ、合流管４５から接続配管６１、風呂給湯器７０、給湯配管６２、分岐管４３を経由して熱回収配管（高温）５３ｂ内に戻るように流れ、風呂給湯器７０を通過する際に加熱される。戻り配管温度センサ２８の検出する温度に基づいて風呂給湯器７０の燃焼ＯＮ／ＯＦＦを制御することで、熱回収配管５３内の水を一定温度以上に加熱して、熱回収配管５３の凍結を防止する。なお、第１三方弁２１は、熱回収配管５３の凍結防止が可能な程度に風呂給湯器７０で加熱した温度ではＡ方向にならず、Ｂ方向を維持する。

【0065】

上記の凍結防止動作では、熱回収循環経路を迂回循環経路に設定して貯湯タンク１３をバイパスさせるので、凍結防止動作によって冷たい水が貯湯タンク１３の上部に流入することはない。また、貯湯タンク１３をバイパスさせると貯湯タンク１３を経由する場合に比べて循環する総水量が少なくなるので、熱回収配管５３全体を風呂給湯器７０での加熱により短時間で昇温することができ、凍結防止のための加熱量を少なく抑えることができる。

【0066】

なお、熱源機４が雰囲気温度（外気温度）を検出する温度センサを有する場合には、雰囲気温度センサ４９に代えてその温度センサを上記凍結防止動作の開始制御に利用してもよい。

【0067】

このような凍結防止動作によって、熱回収配管５３の凍結を防止することができるので、寒冷地の屋外配管でも、施工時に熱回収配管５３にヒータを巻くなどの措置が必要なくなる。また、熱回収配管５３内の水を循環加熱するために熱源機４側に電気ヒータなどの加熱装置を設ける必要もない。

【0068】

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

【0069】

図６は、本発明の貯湯システムを適用した第２の実施の形態に係る風呂給湯システム１０Ｂの構成を示している。第２の実施の形態に係る風呂給湯システム１０Ｂは、風呂給湯器７０で給水を加熱して得た湯と貯湯タンク１３からの湯水と給水とを混合器２３で混合して給湯設定温度の湯を作って給湯する方式（後混合方式）を採用している。

【0070】

貯湯タンクを使用する風呂給湯システムでは、ガス給湯器などから直接給湯する場合に比べて、貯湯タンク内の圧損や接続配管の圧損が加わるので、システム全体の圧損が大きくなる。また、施工条件によっては貯湯タンクユニットとバックアップ熱源機であるガス給湯器とを離して設置しなければならず、貯湯タンクユニットからガス給湯器までの接続配管が長くなるとさらに圧損が増えてしまう。

【0071】

第１の実施の形態で示した給水予熱方式の風呂給湯システム１０の場合、給湯する全量の湯が必ず接続配管６１および風呂給湯器７０内を経由するので、圧損の影響を受けやすい。第２の実施の形態に示す後混合方式では上記の圧損を低減する。これにより、低水圧地域での給湯量低下が防止される。

【0072】

図６に示すように、第２の実施の形態に係る風呂給湯システム１０Ｂは、貯湯タンクユニット１１Ｂと、熱源機４と、排熱回収装置５０と、バックアップ熱源機としての風呂給湯器７０とを備えて構成される。本例では、熱源機４は燃料電池である。なお、第１の実施の形態と同一箇所には同一の符号を付してある。また、図中、装置間の配管や外部配管は２重の矢印で示してある。

【0073】

貯湯タンクユニット１１Ｂは、給水管１２から供給される給水を蓄える貯湯タンク１３を備えている。なお、貯湯タンク１３の構造および内部の温度センサ１８ａ〜１８ｅは第１の実施の形態と同様であり、その説明は省略する。また、排熱回収装置５０、および排熱回収装置５０と貯湯タンク１３とを接続する熱回収配管５３などは第１の実施の形態と同様であり、それらの説明も省略する。

【0074】

貯湯タンクユニット１１Ｂは、貯湯タンク１３の出湯口１５からの湯と、風呂給湯器７０からの湯と、給水とを混合する混合器３０を備えている。この混合器３０は、実際には、貯湯タンク１３の出湯口１５からの湯の混合量を調整する第１混合器３０ａと、風呂給湯器７０からの湯の混合量を調整する第２混合器３０ｂと、給水管１２からの給水の混合量を調整する第３混合器３０ｃとを有して構成される。

【0075】

第１混合器３０ａの入り側は貯湯タンク１３の出湯口１５に配管で接続されており、この配管の途中には、過圧逃がし弁２４、吸気弁２５、タンク出口温度センサ２６が設けてある。第２混合器３０ｂの入り側は風呂給湯器７０の給湯接続口に接続配管（高温）６５で接続されている。接続配管（高温）６５のうち貯湯タンクユニット１１Ｂ内の所定箇所には接続配管（高温）６５内の湯水の温度を検出する戻り配管温度センサ２８が設けてある。第３混合器３０ｃの入り側には給水管１２が接続されている。

【0076】

第１混合器３０ａの出側と第２混合器３０ｂの出側は合流し、給湯高温温度センサ２９の設けられた配管を経た後、第３混合器３０ｃの出側からの配管と合流して混合器３０の出口に通じている。混合器３０の出口には給湯配管３１が接続されている。混合器３０の出側近傍の給湯配管３１には出湯温度センサ３２およびハイカット温度センサ３３が設けてある。

【0077】

貯湯タンクユニット１１Ｂ内部の給水管１２には流量センサ３４、給水温度センサ３５、減圧弁３６が設けられている。給水管１２は、これらの下流で３つに分岐し、その１つは逆止弁３７ａを介して第３混合器３０ｃの入り側に接続され、他の１つは逆止弁３７ｂを介して貯湯タンク１３の給水口１４に接続され、他の１つは逆止弁３７ｃを介して第２三方弁３８の第２接続口３８ｂに配管１２ｂを通じて接続されている。

【0078】

第２三方弁３８は、第１接続口３８ａと第２接続口３８ｂと第３接続口３８ｃとを備え、第１接続口３８ａと第２接続口３８ｂとを接続し第３接続口３８ｃを閉鎖したＣ方向と、第１接続口３８ａと第３接続口３８ｃとを接続し第２接続口３８ｂを閉鎖したＤ方向とに接続状態を切り替え可能になっている。第３接続口３８ｃには、ハイカット温度センサ３３の下流側で給湯配管３１から分岐した配管３１ｂが接続されている。この配管３１ｂの途中には逆止弁３９が設けてある。第２三方弁３８の第１接続口３８ａは風呂給湯器７０の給水接続口に接続配管（低温）６６を通じて接続されている。

【0079】

さらに貯湯タンク１３の取水口１６には所定の排水箇所に通じる排水管４１が接続されており、排水管４１の途中にはこの管路を開閉する排水栓４２が設けてある。

【0080】

また、貯湯タンクユニット１１Ｂ内において、接続配管（高温）６５の戻り配管温度センサ２８より混合器３０寄りの箇所から分岐した分岐管４３は熱回収配管（高温）５３ｂに合流している。貯湯タンクユニット１１Ｂ内部の分岐管４３には熱回収配管（高温）５３ｂ側からの逆流を防止する逆止弁４４が設けてある。

【0081】

また、貯湯タンクユニット１１Ｂの内部において熱回収配管（低温）５３ａから分岐し、第２三方弁３８の第２接続口３８ｂの近傍で配管１２ｂに合流する合流管４５が設けてある。合流管４５の途中には、熱回収配管（低温）５３ａから配管１２ｂ側へ送水する循環ポンプ４６とポンプ電磁弁４７を備えている。ポンプ電磁弁４７は、合流管４５を開閉する。ポンプ電磁弁４７は配管１２ｂからの給水が循環ポンプ４６を逆流して取水口１６から貯湯タンク１３の下部に流入することを防止する。またポンプ電磁弁４７は、後述する給湯動作の際に貯湯タンク１３下部の水が取水口１６から出てＣ方向の第２三方弁３８および接続配管（低温）６６を経由して風呂給湯器７０の給水接続口の方向へ流出することを防止する。

【0082】

制御部２０の構成および信号の授受については第１の実施の形態と同様であり、その説明は省略する。

【0083】

バックアップ熱源機としての風呂給湯器７０は第１の実施の形態と同様の構成を備える。ただし、第２の実施の形態の風呂給湯器７０の制御部９１は、給湯接続口から接続配管（高温）６５へ出湯する動作では、貯湯タンクユニット１１Ｂ側の制御部２０から指示された温度の湯が接続配管（高温）６５へ出湯されるようにバーナ７３の燃焼量やバイパス調整弁８４の開度などを制御する。

【0084】

風呂（浴槽）２へ注湯（湯張り）する動作では、共通リモコン９２でユーザが設定した風呂設定温度の湯が注湯されるようにバーナ７３の燃焼量やバイパス調整弁８４の開度などを制御する。なお、貯湯タンクユニット１１Ｂ側から接続配管（低温）６６を通じて供給された湯が既に風呂設定温度に達しており風呂給湯器７０で追加の加熱が不要な場合は、バーナ７３を燃焼させずに注湯動作を行う。風呂給湯器７０は風呂（浴槽）２内の水位をチェックし、設定水位に達すると注湯動作は終了する。追い焚き動作は第１の実施の形態と同様である。

【0085】

次に、風呂給湯システム１０Ｂの各種動作について説明する。

【0086】

＜排熱回収動作＞
図７は、排熱回収動作における湯水の流れを表している。排熱回収動作において湯水の流れる経路を太線で示してある。排熱回収動作の制御、動作は第１の実施の形態と同一であり、その説明は省略する。

【0087】

＜給湯動作＞
貯湯タンクユニット１１Ｂは風呂給湯器７０の近くに設置される場合もあれば、遠く離れて設置される場合もある。たとえば、２階に風呂があるような家屋では、風呂給湯器７０は２階の外壁に設置され貯湯タンクユニット１１Ｂおよび熱源機４は１階に設置されるといったケースがあり、このような場合には装置間を結ぶ接続配管（高温）６５および接続配管（低温）６６の配管長が長くなって圧損の大きい設置状況になる。本発明の第２の実施の形態に係る風呂給湯システム１０Ｂでは、低水圧地域において、配管が長くて圧損が大きい設置状況になっても、出湯量を十分確保できるように、圧損の増加を抑えた給湯を行うようになっている。

【0088】

給湯は以下の３つの制御モードのいずれかで行われる。

【0089】

（１）第１モード（タンク出湯モード）
第１モードは、貯湯タンク１３に十分蓄熱されている場合の給湯動作である。図８は、第１モードの給湯動作における湯水の流れを表している。図中、湯水の流れる経路を太線で示してある。第１モードでは、混合器３０で貯湯タンク１３からの湯と給水とを混合して給湯設定温度の湯を作り、給湯する。風呂給湯器７０には給水は送らず、風呂給湯器７０での加熱はなく燃焼運転しない。

【0090】

詳細には、混合器３０の第２混合器３０ｂは閉じ、第１混合器３０ａと第３混合器３０ｃの開度を調整して、出湯温度センサ３２によって検出される混合器３０の出側の湯の温度が給湯設定温度になるように制御する。ここでは、たとえば、貯湯タンク１３に設けた湯切れ温度センサ１８ｄの検出温度が、給湯設定温度（実際には、給湯配管などでの温度低下を考慮してたとえば給湯設定温度＋１℃とする）以上の場合は第１モードでの給湯を行う。

【0091】

（２）第２モード（給湯器出湯モード）
第２モードは、貯湯タンク１３に利用可能な湯がない場合の給湯動作である。図９は、第２モードの給湯動作における湯水の流れを表している。図中、湯水の流れる経路を太線で示してある。第２モードでは、給水を風呂給湯器７０で給湯設定温度より高い温度に加熱した湯と給水とを混合器３０で混合して給湯設定温度の湯を給湯する。

【0092】

詳細には、第２三方弁３８をＣ方向に設定し、風呂給湯器７０に給水を供給する。また、混合器３０の第１混合器３０ａは閉じ、第２混合器３０ｂと第３混合器３０ｃの開度を調整して、出湯温度センサ３２によって検出される混合器３０の出側の湯の温度が給湯設定温度になるように制御する。

【0093】

なお、制御部２０は、風呂給湯器７０の出湯温度が給湯設定温度より十分高くなるように風呂給湯器７０に対して出湯温度を指示する。これにより、給水と混ぜて給湯設定温度を得るために必要な風呂給湯器７０からの湯の量が少なくなり、接続配管（低温）６６、風呂給湯器７０および接続配管（高温）６５を経由することにより生じる圧損を小さく抑えることができる。たとえば、給湯設定温度が４０℃ならば風呂給湯器７０から５５℃の湯をもらう。また給湯設定温度が６０℃ならば風呂給湯器７０から７５℃の湯をもらう、というようにする。

【0094】

［効果の算定］
給水温度１５℃、給湯設定温度４０℃、給湯流量８L/minのとき、風呂給湯器７０から４０℃の湯をもらう場合は、給湯流量の全量を風呂給湯器７０からもらうので、接続配管（高温）６５および接続配管（低温）６６を湯水が８L/minで流れることになる。これに対し風呂給湯器７０から５５℃の湯をもらう場合は、接続配管（高温）６５、接続配管（低温）６６を流れる流量は５L/minでよく、貯湯タンクユニット１１Ｂ内で給水３L/minと混合して４０℃の湯８L/minが作られる。流速（配管径が同じ場合は流量に比例）が大きいほど圧損は大きくなるので、流量を下げられることは圧損低減に大きく寄与する。

【0095】

給水予熱方式の場合は、貯湯タンクに蓄熱がある場合でも、貯湯タンクユニットで４０℃、８L/minの湯を作って、全量をバックアップ熱源機としての給湯器の給水接続口への配管および給湯器に流すことになる。貯湯タンクに蓄熱がない場合も、貯湯ユニットから８L/minの給水を給湯器に送って４０℃まで加熱する。いずれにしても、給湯器への配管および給湯器に８L/min流さなければならない。

【0096】

内径１６mmの架橋ポリエチレン配管を使った実験結果では、配管長が２５mの時（配管往復で２５mとすると、風呂給湯器７０と貯湯タンクユニット１１Ｂとを１２．５m離して設置するケースに相当する）、風呂給湯器７０への接続配管の流量が８L/minで配管圧損は１１kPa、５L/minで５kPaという結果であり、５５%の圧損低減を実現している。

【0097】

（３）第３モード（後混合出湯モード）
第３モードは、貯湯タンク１３内に蓄熱はあるが、温度が低く、貯湯タンク１３内の湯だけでは不十分な場合の給湯動作である。図１０は、第３モードの給湯動作における湯水の流れを表している。図中、湯水の流れる経路を太線で示してある。第３モードは、たとえば、貯湯タンク１３の湯切れ温度センサ１８ｄの検出温度が給湯設定温度より低いが給湯設定温度より所定温度（たとえば１０℃）以上は低くないような場合に選択される。

【0098】

第３モードでは、給水を風呂給湯器７０で加熱した湯と貯湯タンク１３からの湯と給水とを混合して給湯設定温度の湯を作る。詳細には、第２三方弁３８をＣ方向とし、給水を風呂給湯器７０で加熱して作った湯と、給水と、貯湯タンク１３からの湯とを混合器３０で混合して給湯設定温度の湯を作り、給湯する。貯湯タンク１３内の湯の温度が低くても、風呂給湯器７０からもらった高温の湯と混ぜて使うことにより、貯湯タンク１３に貯めた蓄熱をより使い切ることができるため、第１、第２モードのみで制御する場合よりも省エネ性が増す。

【0099】

なお、制御部２０は第１モードを優先選択し、第１モードで設定温度の湯を給湯できない場合であって給湯設定温度より所定温度（たとえば、１０℃）以上低くない湯を貯湯タンク１３から供給可能な場合は第３モードを選択し、第３モードを選択できない場合に第２モードを選択する。

【0100】

＜熱回収配管の凍結防止動作＞
制御部２０は、貯湯タンクユニット１１Ｂの雰囲気温度センサ４９が凍結の可能性のある温度を検知した場合、もしくは雰囲気温度センサ４９の検出温度から熱回収配管５３が凍結する恐れがあると判断した場合に熱回収配管５３の凍結防止動作を行う。凍結防止動作を行うとき、貯湯タンクユニット１１Ｂの制御部２０は、第１三方弁２１をＢ方向にし、第２三方弁３８をＣ方向にし、ポンプ電磁弁４７を開き、循環ポンプ４６および排熱回収装置５０の排熱回収ポンプ５２を運転する。

【0101】

図１１は、熱回収配管５３の凍結防止動作における水の流れを太線および太破線で表している。第１三方弁２１をＢ方向に設定することで、熱回収循環経路は貯湯タンク１３を迂回してバイパス管５４を通る迂回循環経路（図中、太実線で示す経路）に切り替えられる。迂回循環経路は、排熱回収熱交換器５１から熱回収配管（高温）５３ｂ、Ｂ方向の第１三方弁２１、バイパス管５４、熱回収配管（低温）５３ａを経由して排熱回収熱交換器５１に戻る循環経路である。排熱回収ポンプ５２を作動させることで迂回循環経路内を水が循環する。

【0102】

また、第２三方弁３８をＣ方向にして、ポンプ電磁弁４７を開き、循環ポンプ４６を運転することで、上記迂回循環経路内の水の一部が分岐経路（図５の太破線で示す経路）を循環する。すなわち、熱回収配管（低温）５３ａを流れる水の一部は、循環ポンプ４６の作用により合流管４５側へと引き込まれ、合流管４５から、配管１２ｂの一部、Ｃ方向の第２三方弁３８、接続配管（低温）６６、風呂給湯器７０、接続配管（高温）６５、分岐管４３を経由して熱回収配管（高温）５３ｂ内に戻るように流れ、風呂給湯器７０を通過する際に加熱される。戻り配管温度センサ２８の検出する温度に基づいて風呂給湯器７０の燃焼ＯＮ／ＯＦＦを制御することで、熱回収配管５３内の水を一定温度以上に加熱して、熱回収配管５３の凍結を防止する。なお、第１三方弁２１は、熱回収配管５３の凍結防止が可能な程度に風呂給湯器７０で加熱した温度ではＡ方向にならず、Ｂ方向を維持する。

【0103】

上記の凍結防止動作では、熱回収循環経路を迂回循環経路に設定して貯湯タンク１３をバイパスさせるので、凍結防止動作によって冷たい水が貯湯タンク１３の上部に流入することはない。また、貯湯タンク１３をバイパスさせると貯湯タンク１３を経由する場合に比べて循環する総水量が少なくなるので、熱回収配管５３全体を風呂給湯器７０での加熱により短時間で昇温することができ、凍結防止のための加熱量を少なく抑えることができる。

【0104】

なお、熱源機４が雰囲気温度（外気温度）を検出する温度センサを有する場合には、雰囲気温度センサ４９に代えてその温度センサを上記凍結防止動作の開始制御に利用してもよい。

【0105】

このような凍結防止動作によって、熱回収配管５３の凍結を防止することができるので、寒冷地の屋外配管でも、施工時に熱回収配管５３にヒータを巻くなどの措置が必要なくなる。また、熱回収配管５３内の水を循環加熱するために熱源機４側に電気ヒータなどの加熱装置を設ける必要もない。

【0106】

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0107】

本発明の貯湯システムは、風呂給湯システム１０（１０Ｂ）のうちの貯湯タンクユニット１１（または１１Ｂ）を備えれば、排熱回収装置５０や風呂給湯器７０、熱源機４は含まれても含まれなくてもよく、たとえば、排熱回収装置５０は熱源機４に含まれる構成でもよいし、風呂給湯器７０は既存のものを使用してもよい。

【0108】

第２の実施の形態では、給湯の制御モードとして第１モード、第２モード、第３モードを有する好適例を示したが、少なくとも第１、第２モードがあれば、第３モードのない構成でもかまわない。

【0109】

第２モードにおいて、給湯設定温度よりどの程度高温の湯を風呂給湯器７０でつくるかは、適宜に定めればよいが、接続配管６１（高温）、接続配管６２（低温）、風呂給湯器７０を流れる水量を減らして圧損を低減するためには、給水と混合して給湯設定温度の湯が得られる範囲内で十分高い温度にすることが望ましい。なお、実施の形態の風呂給湯器７０では、入水温度を検出する入水温度センサ８６を備える構成を示したが、入水温度センサ８６を設けずに入水温度を演算で推定するようにしてもよい。すなわち、前回出湯温度安定時に測定された出湯温度Ｔｏ、流量Ｗ、ガス量(加熱量)Ｑと、このときの効率ηとから、入水温度Ｔｉの推定値を、Ｔｉ＝Ｔｏ−（ηＱ／Ｗ）、などの演算で逆算して求めるようにしてもよい。なお、効率ηは、出湯温度と流量とを様々に変化させてそれぞれの条件での値（効率η）を予め測定して記憶しておく。そして、演算時は、この記憶を参照して、その演算に代入する出湯温度および流量に対応する効率ηを取得し、使用すればよい。

【0110】

実施の形態では、燃料電池の排熱を回収して貯湯タンク１３内の水を加熱したが、熱源は燃料電池に限定されず、たとえば、ガスエンジン発電機、燃料処理装置（改質器）等でもよい。

【0111】

なお、実施の形態では、風呂給湯器７０を一缶二水路型としたが風呂の追い焚きと給湯とを別々の熱交換器で行うタイプの給湯器であってもかまわない。

【0112】

次に、本発明の第１の実施の形態の変形例について説明する。

【0113】

図５において、熱源機４は低温状態では正常に動作しない場合が考えられる。このように凍結を防止する温度以上に熱を与えなければならない事情、タイミングが存在する場合には以下のようにする。

【0114】

すなわち、第１の実施の形態と同じにポンプ電磁弁４７を開いて循環ポンプ４６を運転しつつ、第１三方弁２１をＢ方向に設定して排熱回収ポンプ５２を作動させる。第１の実施の形態と異なる点は、風呂給湯器７０の燃焼ＯＮ／ＯＦＦ制御によって熱回収配管５３内の水を一定温度に加熱する際の該一定温度の値が、凍結防止の場合は例えば２〜７℃であったが、この一定温度の値を熱源機４側事情温度（例えば３０〜４０℃）にする点のみである（以下第１の実施の形態の変形例Ａ）。熱源機４側事情に最適な設定温度と、戻り配管温度センサ２８の検出する温度に基づいて風呂給湯器７０の燃焼ＯＮ／ＯＦＦを制御することで、熱源機４側事情の要件を満たすようにしても良い。

【0115】

ただし、上記本発明の第１の実施の形態の変形例Ａにおいては、以下の問題点が新たに発生する。すなわち、凍結を防止しながら熱源機４側事情温度の要件を満たすようにすると、本来熱源機４側事情要件に関係のない分岐管４３や接続配管６１までが（例えば図６〜図１１においては、接続配管（高温）６５や接続配管（低温）６６までが）凍結の防止には不必要な位に高温となる点である。

【0116】

そこで、ポンプ電磁弁４７を開かず、循環ポンプ４６の運転をＯＦＦにし、第１三方弁２１をＡ方向に設定して排熱回収ポンプ５２を逆転作動させても良い（以下制御例Ｂ）。この場合、熱回収配管高温側温度センサ２２ａで検出する温度に応じて、排熱回収ポンプ５２の逆流流量をコントロールしても良いし、熱回収配管低温側温度センサ２２ｂで検出する温度が一定温度（例えば２０〜３０℃）となるように排熱回収ポンプ５２の逆回転数を制御することで、分岐管４３や接続配管６１に湯水を循環させないで、熱源機４側事情の要件を満たすようにしても良い。

【0117】

そして凍結を防止しながら熱源機４側事情温度の要件を満たすようにしなければならない場合には、例えば、第１三方弁２１をＢ方向に設定して分岐管４３や接続配管６１に湯水を循環させる（風呂給湯器７０の燃焼熱を利用した）凍結の防止（第１の実施の形態、又は、第１の実施の形態の変形例Ａ）と、第１三方弁２１をＡ方向に設定して分岐管４３や接続配管６１に湯水を循環させない制御で熱源機４側事情による送熱運転（制御例Ｂ、貯湯タンク１３内の蓄熱送熱運転）を適宜入替ながら、分岐管４３や接続配管６１が凍結の防止には不必要な位に高温となる不具合を防止して、放熱ロスを防ぐようにしても良い。

【0118】

特に、第１の実施の形態の変形例Ａと制御例Ｂの交互運転（例えば制御例Ｂ運転中に時々短時間ポンプ電磁弁４７を開いて循環ポンプ４６を運転して分岐管４３内温度を戻り配管温度センサ２８で監視し、２℃に近くなったら（７℃以下になったら）、逆転していた排熱回収ポンプ５２の作動を停止して、変形例Ａに切替（変形例Ａ運転開始時は例えば排熱回収ポンプ５２の起動を遅延させて切替）を行い、変形例Ａ運転により分岐管４３や接続配管６１が例えば３０〜４０℃に上昇して安定したことを例えば戻り配管温度センサ２８、熱回収配管高温側温度センサ２２ａ等で確認したならば制御例Ｂ運転に戻すといった交互運転）を行うと、分岐管４３や接続配管６１での放熱が多くなるが、熱源機４側事情温度の要件を連続的に満たすことができる。なお、第１の実施の形態の変形例Ａと制御例Ｂの交互運転中において、第１の実施の形態の変形例Ａの運転再開時には、制御例Ｂを行っていた結果冷えた分岐管４３内の水（例えば２〜７℃）が熱回収配管５３内の湯（例えば３０〜４０℃）と混ざって熱源機４側に送られるので、一時的に熱源機４側事情温度を満たさなくなる場合がある。このような場合には風呂給湯器７０で作られた湯が合流管４５に至るまで（例えば熱回収配管高温側温度センサ２２ａで湯が来たことを確認してから所定時間後まで）排熱回収ポンプ５２の起動を遅延させれば、より一層熱源機４側事情温度の要件を確実に連続的に満たしつつ（熱源機４を常時例えば３０〜４０℃に加温しつつ）凍結を予防（分岐管４３、接続配管６１を常時例えば２〜４０℃に保温）することができる。

【符号の説明】

【0119】

２…風呂（浴槽）
４…熱源機（燃料電池）
１０、１０Ｂ…風呂給湯システム
１１、１１Ｂ…貯湯タンクユニット
１２…給水管
１２ｂ…給水管から分岐した配管
１３…貯湯タンク
１４…給水口
１５…出湯口
１６…取水口
１７…戻り口
１８ａ…第１温度センサ
１８ｂ…第２温度センサ
１８ｃ…第３温度センサ
１８ｄ…湯切れ温度センサ
１８ｅ…タンク上部温度センサ
２０…制御部
２１…第１三方弁
２１ａ…第１接続口
２１ｂ…第２接続口
２１ｃ…第３接続口
２２ａ…熱回収配管高温側温度センサ
２２ｂ…熱回収配管低温側温度センサ
２３…混合器
２３ａ…第１混合器
２３ｂ…第２混合器
２４…過圧逃がし弁
２５…吸気弁
２６…タンク出口温度センサ
２８…戻り配管温度センサ
２９…給湯高温温度センサ
３０…混合器
３０ａ…第１混合器
３０ｂ…第２混合器
３０ｃ…第３混合器
３１…給湯配管
３１ｂ…配管
３２…出湯温度センサ
３３…ハイカット温度センサ
３４…流量センサ
３５…給水温度センサ
３６…減圧弁
３７ａ…逆止弁
３７ｂ…逆止弁
３７ｃ…逆止弁
３８…第２三方弁
３８ａ…第１接続口
３８ｂ…第２接続口
３８ｃ…第３接続口
３９…逆止弁
４１…排水管
４２…排水栓
４３…分岐管
４４…逆止弁
４５…合流管
４６…循環ポンプ
４７…ポンプ電磁弁
４９…雰囲気温度センサ
５０…排熱回収装置
５１…排熱回収熱交換器
５２…排熱回収ポンプ
５３…熱回収配管
５３ａ…熱回収配管（低温）
５３ｂ…熱回収配管（高温）
５４…バイパス管
６１…接続配管
６２…給湯配管
６５…接続配管（高温）
６６…接続配管（低温）
７０…風呂給湯器
７２…熱交換器
７２ａ…第１熱交換水管
７２ｂ…第２熱交換水管
７３…バーナ
７３ａ…ガス供給管
７４…入水管
７５…出湯管
７６…風呂戻り管
７７…風呂往き管
７８…連結管
７９…注湯電磁弁
８１…水量サーボ
８２…出湯温度センサ
８３…バイパス管
８４…バイパス調整弁
８５…流量センサ
８６…入水温度センサ
８７…風呂循環ポンプ
８８…流水スイッチ
８９ａ…風呂往き温度センサ
８９ｂ…風呂戻り温度センサ
９１…制御部
９２…共通リモコン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】