JP2008025914A - 給湯システムの制御方法及びこれに用いる給湯システム用コントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 タンク内の給湯熱量に着目し、正確な残湯熱量を把握して、低コストで使用できる夜間電力により、無駄のない熱源機による必要な分だけの貯湯運転を行って、省エネルギーを実現できる給湯システムの制御方法及びこれに用いる給湯システム用コントローラを提供する。
【解決手段】 熱源機によりタンク内に貯湯する給湯システムの制御方法において、上記タンク内の残湯熱量を把握するための残湯熱量演算工程と、過去に使用した給湯熱量から翌日に使用する給湯熱量を予測する予測給湯熱量演算工程と、上記予測給湯熱量から上記残湯熱量を差し引いて、不足する給湯熱量を算出する必要給湯熱量演算工程とを有し、上記各工程により、上記熱源機の運転制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプを用いた給湯システムの制御方法及びこれに用いる給湯システム用コントローラに関するものである。

給湯システムが特許文献１に開示されている。この給湯システムは、ランニングコスト面での経済的な負担を抑制するために、貯湯タンクのそれぞれに温度センサを装着し、この出力に基づいて電気ヒータを制御するものである。しかし、ヒートポンプからなる給湯システムにおいて、タンク内の温度をもとに制御することは、本来、コスト面、省エネルギーの観点から好ましいことではない。以下に説明する。

ヒートポンプを用いた給湯システムにおいて、給湯を使用した場合にタンク内の給湯温度が下がる。温度制御の場合、この下がった温度を補うために熱源機により貯湯運転を開始する。給湯を使用するのは通常昼間であるため、タンク内の給湯温度が下がるのも昼間となる。そうなると、貯湯運転は必ず昼間に行われることになる。したがって、低コストの夜間電力を効率よく使用できない。

また、このような制御では、あるタンク内の給湯の温度が所定温度になるように設定されるので、当日に不要な貯湯運転を行うことになる。すなわち、タンク内には当日使用するのに十分な給湯があるにもかかわらず、タンク内を設定温度に保つため、当日に使用しない分まで貯湯運転を行うことになる。したがって、タンク内の給湯を有効に利用できず、無駄なエネルギーを消費し、地球環境保全の面からも好ましくない。

このように、温度制御の場合はタンク内の貯湯量が正確に把握できないため、コストが高く、無駄な運転を繰返すことになる。

特開平６−３２３６２７号公報

本発明は上記従来技術を考慮したものであって、タンク内の給湯熱量に着目し、正確な残湯熱量を把握して、低コストで使用できる夜間電力により、無駄のない熱源機による必要な分だけの貯湯運転を行って、省エネルギーを実現できる給湯システムの制御方法及びこれに用いる給湯システム用コントローラの提供を目的とするものである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、熱源機によりタンク内に貯湯する給湯システムの制御方法において、上記タンク内の残湯熱量を把握するための残湯熱量演算工程と、過去に使用した給湯熱量から翌日に使用する給湯熱量を予測する予測給湯熱量演算工程と、上記予測給湯熱量から上記残湯熱量を差し引いて、不足する給湯熱量を算出する必要給湯熱量演算工程とを有し、上記各工程により、上記熱源機の運転制御を行うことを特徴とする給湯システムの制御方法を提供する。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記残湯熱量は、前日の生産熱量と、前日に使用した給湯熱量との熱収支により求めることを特徴としている。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記必要給湯熱量の生産に必要な時間を演算し、夜間電力時間帯を最大限に使用するように、上記必要給湯熱量を給湯使用開始時刻の直前に熱源機の運転を終了するように生産開始時刻を演算し設定する必要給湯熱量生産時刻決定工程を有することを特徴としている。

請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれかの発明において、実際の使用給湯熱量を監視し、当該使用給湯熱量が上記予測給湯熱量を超える場合に、上記熱源機を追掛運転させて給湯熱量を補充する追掛運転判断工程を有することを特徴としている。

さらに、請求項５の発明では、請求項１〜４に記載の給湯システムの制御方法に用いる給湯システム用コントローラを提供する。

請求項１の発明によれば、残湯熱量演算工程によりタンク内に残った給湯量を把握し、予測給湯熱量演算工程により翌日の使用給湯量を把握し、必要給湯熱量演算工程により翌日に必要な分だけ生産すべき給湯量を把握できるため、効率よく必要な分だけ貯湯運転の制御を行うことができる。このように、給湯システムにおいて従来用いられていない熱量による制御を行うことにより、タンク内の正確な残湯量を把握して翌日に必要な分だけ給湯を生産することができるので、タンク内の給湯を使い切ることができ、無駄な熱源機の運転を防止でき、省エネルギーを図ることができる。

また、請求項２の発明によれば、残湯熱量を、前日の生産熱量と使用熱量との熱収支により求めるため、タンク内の温度制御では実現できなかったタンク内の給湯量を正確に把握できる。

また、請求項３の発明によれば、生産すべき給湯量の生産にかかる時間を把握して、当該生産を夜間電力で行うように生産開始時刻を設定するため、コスト面で優れた貯湯運転を実現できる。また、必要給湯熱量を給湯使用開始時刻の直前に熱源機の運転を終了するように生産開始時刻を演算し設定するので、生産した給湯をすぐに使用することになり、自然放熱による熱量の消費を最大限に抑制できる。

また、請求項４の発明によれば、実際の使用給湯熱量を監視し、これが予測給湯熱量を超える場合、すなわち残湯熱量がなくなる場合に、熱源機を追掛運転させて給湯熱量を補充するため、給湯が不足することを防止できる。

また、請求項５の発明によれば、請求項１〜４に記載の給湯システムの制御方法に用いる給湯システム用コントローラを熱源機とタンクからなる給湯システムに組み込むことにより、省エネルギーとコスト面に優れた給湯運転を実現できる。

本発明は、熱源機によりタンク内に貯湯する給湯システムの制御方法において、上記タンク内の残湯熱量を把握するための残湯熱量演算工程と、過去に使用した給湯熱量から翌日に使用する給湯熱量を予測する予測給湯熱量演算工程と、上記予測給湯熱量から上記残湯熱量を差し引いて、不足する給湯熱量を算出する必要給湯熱量演算工程とを有し、上記各工程により、上記熱源機の運転制御を行うことを特徴とする給湯システムの制御方法である。

図１は本発明に係る給湯システムの制御方法のフローチャート図である。

ステップＳ１：
残湯熱量を演算する（残湯熱量演算工程）。この演算は、前日に生産した熱量から前日に使用した熱量との差（熱収支）により求める。なお、前日に残湯熱量があった場合にはそれも勘案して算出する。すなわち、前日に残湯熱量があった場合、前日に生産した熱量から前日に使用した熱量との差に、前日の残湯熱量を足して現在の残湯熱量を算出する。本発明では、後述するように、翌日の使用給湯熱量を予測してその分だけ給湯熱量を生産する。このため、通常であれば給湯熱量を使い切ることになるが、季節等の状況により使用熱量が変化するので、この工程により、確実かつ正確に残湯熱量を把握できる。また、タンク内の給湯の自然放熱量も勘案される。これは、予め所定の係数を演算に組み込むことにより可能である。

ステップＳ２：
過去の給湯熱量使用量のデータから、翌日に使用する給湯熱量を演算する（予測給湯熱量演算工程）。この演算は、例えば過去２週間分の使用給湯熱量を参考に翌日の使用給湯熱量を予測して算出する。データが蓄積されれば、前年の同時期の使用量等を用いてもよい。これに加えて、曜日あるいは祝祭日により給湯熱量使用量が異なることを考慮して、カレンダーの概念を演算に取り入れてもよい。また、予め給湯使用者が翌日の使用量をある程度把握しているときは、その使用量、あるいは予測使用量に対して何倍である等を手動で設定することも可能である。この工程により、翌日の給湯熱量使用量を精度よく予測できる。

ステップＳ３：
残湯熱量と予測給湯熱量を比較して、不足する給湯熱量を算出する（必要給湯熱量演算工程）。この演算は、ステップＳ２で予測した予測給湯熱量からステップＳ１で求めた残湯熱量を差し引くことにより行われる。この工程により、翌日のために生産すべき正確な生産給湯熱量を把握できる。したがって、翌日に給湯熱量を使い切るだけ生産することができるので、無駄な給湯熱量を生産することを防止でき、資源を節約して省エネルギーを図ることができる。

ステップＳ４：
ステップＳ３で求めた必要給湯熱量の生産時間、すなわち現在の給湯システム（熱源機）を用いてどの程度の時間で生産できるかを算出する。この後、翌日の運転開始時刻、すなわち給湯を使用する時刻に間に合うように生産開始時刻を決定する。このとき、生産時間が夜間電力を使用する時間帯となるように生産開始時刻を設定する（必要給湯熱量生産時刻決定工程）。この工程により、積極的に夜間電力を利用でき、低コストで給湯熱量を生産できる。

ステップＳ５：
ステップＳ４で設定した時刻になったら、熱源機を運転させて給湯熱量を生産する。

ステップＳ６：
翌日になり、給湯が使用されると、実際の使用給湯熱量を監視する。この監視は例えば毎分あるいは毎秒行い、ステップＳ２で予測した予測給湯熱量と対比しながら行われる。

ステップＳ７：
実際の使用給湯熱量がステップＳ２で予測した予測給湯熱量を超える場合に、熱源機を追掛運転させて給湯熱量を補充する（追掛運転判断工程）。この工程により、給湯熱量が不足することを防止できる。なお、実際の使用給湯熱量がステップＳ２で予測した予測給湯熱量を超えない場合は、本ステップＳ７は省略する。所定時刻になると再びステップＳ１に戻る。

なお、上述したフローチャートは、すべて給湯の熱量という概念で説明している。これは、本発明が給湯システムにおいて温度ではなく熱量に着目してなされたものだからである。ただし、本発明の制御方法を補完するためであれば、タンクに温度計を設けて監視してもよい。この温度計は、例えば装置破損防止のために用いられる。

図２は本発明に係る給湯システム用コントローラを備えた給湯システムの概略構成図である。

給湯システム１は、熱源機２と、複数（図では６個）のタンク３ａ〜３ｆを収容したタンクユニット４と、コントローラ５、及び専用リモートコントローラ６で構成される。７ａ、７ｂは流量計、８ａ〜８ｅは温度計、９は手動バルブ、１０は自動切り替えバルブである。熱源機２、流量計７ａ・７ｂ及び温度計８ａ〜８ｅはコントローラ５に接続され、制御及び監視される。また、自動切り替えバルブ１０もコントローラ５により自動制御される。なお、図では１台の熱源機２及びタンクユニット４を示したが、複数台の熱源機２及びタンクユニット４を設けて、台数制御を行うことも可能である。

給湯が使用されると、タンク３ｆから矢印Ｂ方向に給湯される。この使用量に応じてタンク３ａ内に矢印Ａ方向から冷水が流入する。タンク３ａ内の冷水は、熱源機２により所定温度まで温められて、タンク３ｆ内に流入する。したがって、直列接続されたタンク３ａ〜３ｆのタンク内の給湯は、タンク３ｆの温度が一番高く、タンク３ｄ、タンク３ｃ、タンク３ｂ、タンク３ａの順に徐々に温度が低くなる。熱源機２はヒートポンプであり、特にＣＯ２コンプレッサーを備えたものが好ましい。

コントローラ５は、上述した本発明に係る給湯システムの制御を使用できる制御回路を有し（図示省略）、タンク３ａ〜３ｆ内の給湯を熱量の観点から制御する。以下に図１のステップごとに給湯システムの制御について説明する。

ステップＳ１は、前日のタンク３ｆから矢印Ｂ方向に給湯された給湯熱量と、熱源機２での生産熱量の差からタンクユニット４内の残湯熱量を求める。

ステップＳ２は、過去のデータを蓄積したパソコン１１や、専用リモートコントローラ６、あるいは内蔵されたカレンダー機能等から翌日に使用する予測給湯熱量を求める。専用リモートコントローラ６には、例えば「多め」、「通常」、「少なめ」等のスイッチを設けておけば、使用者にとって分かりやすい。「多め」であれば、例えば前日より１．２倍とするような係数設定機能により給湯熱量を生産する。

ステップＳ３及びステップＳ４は、コントローラ５内で必要給湯熱量を演算し、熱源機２による生産時刻を決定する。なお、熱源機２による生産熱量は、温度計８ｃによる入口温度、温度計８ｄによる出口温度、流量計７ｂによる入口流量を監視することにより、そのデータを用いて算出される。このとき、熱源機２の外気温度による能力変化の影響を考慮して、温度計８ｅの吸い込み空気温度も勘案される。

ステップＳ５は、生産時刻になったら、熱源機２を運転させて給湯熱量を生産する。

ステップＳ６は、温度計８ａによる給水温度、温度計８ｂによる給湯温度、流量計７ａによる給水流量により実際の使用給湯熱量を監視する。

ステップＳ７は、給湯熱量が不足した場合に、コントローラ５により不足分を熱源機２により追掛運転させる。

本発明は、給湯システムの制御方法及びコントローラに適用できる。

本発明に係る給湯システムの制御方法のフローチャート図である。 本発明に係る給湯システム用コントローラを備えた給湯システムの概略構成図である。

符号の説明

１：給湯システム、２：熱源機、３ａ〜３ｆ：タンク、４：タンクユニット、５：コントローラ、６：専用リモートコントローラ、７ａ，７ｂ：流量計、８ａ〜８ｅ：温度計、９：手動バルブ、１０：自動切り替えバルブ、１１：パソコン

Claims (5)

1. 熱源機によりタンク内に貯湯する給湯システムの制御方法において、
   上記タンク内の残湯熱量を把握するための残湯熱量演算工程と、
   過去に使用した給湯熱量から翌日に使用する給湯熱量を予測する予測給湯熱量演算工程と、
   上記予測給湯熱量から上記残湯熱量を差し引いて、不足する給湯熱量を算出する必要給湯熱量演算工程とを有し、
   上記各工程により、上記熱源機の運転制御を行うことを特徴とする給湯システムの制御方法。
2. 上記残湯熱量は、前日の生産熱量と、前日に使用した給湯熱量との熱収支により求めることを特徴とする請求項１に記載の給湯システムの制御方法。
3. 上記必要給湯熱量の生産に必要な時間を演算し、夜間電力時間帯を最大限に使用するように、上記必要給湯熱量を給湯使用開始時刻の直前に熱源機の運転を終了するように生産開始時刻を演算し設定する必要給湯熱量生産時刻決定工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯システムの制御方法。
4. 実際の使用給湯熱量を監視し、当該使用給湯熱量が上記予測給湯熱量を超える場合に、上記熱源機を追掛運転させて給湯熱量を補充する追掛運転判断工程を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の給湯システムの制御方法。
5. 請求項１〜４に記載の給湯システムの制御方法に用いる給湯システム用コントローラ。
   

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