JP2010091183A - 貯湯式給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプユニットとバーナユニットを備える貯湯式給湯システムであって、全体としてエネルギー消費を低減させることが可能な貯湯式給湯システムを提供する。
【解決手段】第１の時間帯内では、貯湯槽１１内の湯水が開始温度ＴＳ未満になったとき、ヒートポンプユニット３が貯湯槽１１内の湯水を開始温度ＴＳより高温の目標温度ＴＬまで沸かし上げ、第２の時間帯の開始時にヒートポンプユニット３が貯湯槽１１内の湯水を目標温度ＴＬより高温の目標温度ＴＨまで沸かし上げ、その後、第２の時間帯内で、貯湯槽１１内の湯水が開始温度ＴＳ未満になったとき、ヒートポンプユニット３に貯湯槽１１内の湯水を目標温度ＴＨまで沸かし上げる貯湯式給湯システム１。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯式給湯システムに関し、特に、ヒートポンプユニットとバーナユニットを備える貯湯式給湯システムに関する。

従来、内部に湯水を貯える貯湯槽と、貯湯槽内に水を供給する給水管と、貯湯槽内に貯えられた湯水を供給する給湯管と、貯湯槽内から湯水を導き出して加熱し沸き上げた湯を貯湯槽内に戻すヒートポンプユニットと、瞬間式補助熱源であるバーナユニットとを備える貯湯式給湯システムが知られている。ヒートポンプユニットは、エネルギー効率は非常に高いが、単位時間当たりの加熱能力が低いので、突発的な給湯に対応することができない。そこで、湯切れを防止するため、貯湯切れ時に運転するバーナユニットを瞬間式補助熱源として備えている。これにより、貯湯槽の小型化も可能となる。

このような貯湯式給湯システムとして、特許文献１には、貯湯槽内の湯温が予め設定された所定温度（４０〜４５度）以上の場合、貯湯槽内から湯を供給し、貯湯槽内の湯温が前記所定温度未満の場合、バーナユニットを用いて湯を供給することが開示されている。貯湯槽内の湯温が前記所定温度未満になると、ヒートポンプを運転させて所定温度（５０〜５５度）まで沸かし上げている。

また、特許文献２には、安価な夜間電力を用いるため夜間に自動的にヒートポンプユニットを運転させ沸かし上げることが開示されている。

なお、特許文献３には、ヒートポンプユニットとソーラ集熱器を備えた貯湯式給湯システムが開示されている。この貯湯式給湯システムにおいては、朝方から夕刻までの日中の時間帯を３つに区分し、各時間帯毎に運転を許容するものを異ならせている。
特開２００１−４１５７０号公報 特開２００４−１２５２２６号公報 特開平１１−１４８７３１号公報

特許文献１に開示された貯湯式給湯システムにおいては、貯湯槽内の湯温が所定温度（４０〜４５度）未満になる毎に、ヒートポンプユニットを運転させて所定温度（５０〜５５度）まで沸かし上げている。しかしながら、ヒートポンプユニットは、運転開始から定常運転状態になるまでの立ち上がり時に、大きなエネルギー損失が発生する。そのため、発停回数が多いとエネルギー消費が大きくなる。また、高温（５０〜５５度）の湯を貯えると貯湯槽からの放熱ロスにより、エネルギー損失が大きくなる。そのため、全体としてエネルギー消費が大きくなるという問題がある。

また、特許文献２に開示された貯湯式給湯システムにおいては、夜間に自動的にヒートポンプユニットを運転させ沸かし上げている。しかしながら、朝方や昼間には湯張りなど大量の給湯を必要とすることは稀であり、夜間にヒートポンプユニットにより沸かし上げても、大量の給湯を必要とする夕方から夜間には、放熱ロスにより貯湯槽内の湯温は低くなる。そのため、全体としてエネルギー消費が大きくなるという問題がある。

また、特許文献３に開示された貯湯式給湯システムにおいては、ソーラ集熱器が太陽エネルギーを必要とする特性のため運転の許容を時間帯毎に異ならせているのであり、バーナユニットとの組み合わせにおいてエネルギー消費を考慮したものではない。

本発明は、上記事情に鑑み、ヒートポンプユニットとバーナユニットを備える貯湯式給湯システムであって、全体としてエネルギー消費を低減させることが可能な貯湯式給湯システムを提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯システムは、内部に湯水を貯える貯湯槽と、該貯湯槽内に水を供給する給水管と、前記貯湯槽内に貯えられた湯水を供給する給湯管と、前記貯湯槽内から湯水を導き出して加熱し、該加熱した湯を前記貯湯槽内に戻すヒートポンプユニットと、前記給湯管に供給される湯水が開始温度未満のときに当該湯水を加熱するバーナユニットと、第１の時間帯内では、前記貯湯槽内の湯水が前記開始温度未満になったとき、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記開始温度より高温の第１の温度まで沸かし上げさせ、第２の時間帯の開始時に前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第１の温度より高温の第２の温度まで沸かし上げさせ、その後、前記第２の時間帯内では、前記貯湯槽内の湯水が前記開始温度未満になったとき、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第２の温度まで沸かし上げさせる制御手段とを備えることを特徴とする。

この貯湯式給湯システムは、第１の時間帯内では、貯湯槽内の湯水が開始温度未満になったとき、ヒートポンプユニットが貯湯槽内の湯水を第２の温度より低温の第１の温度まで沸かし上げる。つまり、第１の時間帯内では、給湯を行う際にバーナユニットを運転させる必要が生じる開始温度未満になるまで、ヒートポンプユニットが運転しない。そのため、貯湯槽内の湯を一定温度に保持し給湯のたびに沸かし上げを行うものに比べて、ヒートポンプユニットの発停回数が抑制され、発停に伴うエネルギー損失を低減させることが可能となる。また、貯湯槽内の湯水を第２の温度より低温の第１の温度までしか沸かし上げないので、貯湯槽からの放熱ロスによるエネルギー損失を低減させることが可能となる。また、第１の時間帯を浴槽への湯張りなど大量の給湯が行わる可能性が稀な時間帯とすることにより、貯湯槽内の湯水の温度が開始温度未満となり、バーナユニットによって大量の湯水を加熱する必要が生じることは非常に稀となる。そして、第２の時間帯の開始時に、ヒートポンプユニットが貯湯槽内の湯水を第１の温度より高温の第２の温度まで沸かし上げる。そのため、第２の時間帯を浴槽への湯張りなど大量の給湯が行わる可能性が高い時間帯と当該時間帯前のヒートポンプユニットによる沸かし上げに必要な時間帯とを合わせた時間帯とすることにより、大量の給湯をヒートポンプユニットによる貯湯によってまかない得る可能性が高くなる。従って、予想した給湯状況に応じてヒートポンプユニットの運転制御を替えることができ、全体としてエネルギー消費を低減させることが可能となる。

また、本発明に係る貯湯式給湯システムは、内部に湯水を貯える貯湯槽と、該貯湯槽内に水を供給する給水管と、前記貯湯槽内に貯えられた湯水を供給する給湯管と、前記貯湯槽内から湯水を導き出して加熱し、該加熱した湯を前記貯湯槽内に戻すヒートポンプユニットと、前記給湯管に供給される湯水が第１の開始温度未満のときに当該湯水を加熱するバーナユニットと、第１の時間帯内では、前記貯湯槽内の湯水が第１の開始温度未満になったとき、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第１の開始温度より高温の第１の温度まで沸かし上げさせ、第２の時間帯の開始時に前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第１の温度より高温の第２の温度まで沸かし上げさせ、その後、前記第２の時間帯内では、前記貯湯槽内の湯水が前記第１の開始温度より高温の第２の開始温度未満になったとき、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第２の温度まで沸かし上げさせる制御手段とを備えることを特徴とする。

この貯湯式給湯システムは、第１の時間帯内では、貯湯槽内の湯水が第１の開始温度未満になったとき、ヒートポンプユニットが貯湯槽内の湯水を第２の温度より低温の第１の温度まで沸かし上げる。そのため、第１の時間帯内では、給湯を行う際にバーナユニットを運転させる必要が生じる開始温度未満になるまで、ヒートポンプユニットが運転しないので、ヒートポンプユニットの発停回数が抑制され、発停に伴うエネルギー損失を低減させることが可能となる。また、貯湯槽内の湯水を第２の温度より低温の第１の温度までしか沸かし上げないので、貯湯槽からの放熱ロスによるエネルギー損失を低減させることが可能となる。また、第１の時間帯を浴槽への湯張りなど大量の給湯が行わる可能性が稀な時間帯とすることにより、貯湯槽内の湯水の温度が第１の開始温度未満となり、バーナユニットによって大量の湯水を加熱する必要が生じることは非常に稀となる。そして、第２の時間帯の開始時に、ヒートポンプユニットが貯湯槽内の湯水を第１の温度より高温の第２の温度まで沸かし上げる。そのため、第２の時間帯を浴槽への湯張りなど大量の給湯が行わる可能性が高い時間帯と当該時間帯前のヒートポンプユニットによる沸かし上げに必要な時間帯とを合わせた時間帯とすることにより、大量の給湯をヒートポンプユニットによる貯湯によってまかない得る可能性が高くなる。そして、この場合、貯湯槽内の湯水が第１の開始温度未満になったときヒートポンプユニットが沸かし上げる場合に比べて、大量の給湯をヒートポンプユニットによる貯湯によってまかない得る可能性がより高くなる。従って、予想した給湯状況に応じてヒートポンプユニットの運転制御を替えることができ、全体としてエネルギー消費を低減させることが可能となる。

本発明に係る貯湯式給湯システムにおいて、前記制御手段は、前記第１の時間帯において、前記第２の時間帯の開始時点までの時間が所定時間以下になったとき、前記ヒートポンプユニットによる沸かし上げを禁止させることが好ましい。

この場合、第１の時間帯内であっても、第２の時間帯の開始時点までの時間が所定時間以下になったときには、ヒートポンプユニットは沸かし上げを行わない。よって、ヒートポンプユニットが第１の温度まで沸かし上げを行ってから短時間後に、ヒートポンプユニットがさらに第２の温度まで沸かし上げを行うことを防止できる。そのため、ヒートポンプユニットの発停回数が減少して、発停に伴うエネルギー損失を低減させることが可能となる。従って、全体としてエネルギー消費を低減させることが可能となる。

また、本発明に係る貯湯式給湯システムにおいて、前記第１の時間帯内であっても、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第２の温度まで沸かし上げさせる強制沸上手段を備えることが好ましい。

この場合、第１の時間帯内であっても、必要に応じてヒートポンプユニットにより沸かし上げることができるので、大量の給湯が予測されるときに、予め強制沸上手段によりヒートポンプユニットに沸かし上げを行わせることによって、その給湯をヒートポンプユニットによる貯湯によりまかない得る可能性が高くなる。従って、全体としてエネルギー消費を低減させることが可能となる。

また、本発明に係る貯湯式給湯システムにおいて、前記貯湯槽内の湯水を前記第２の温度まで沸かし上げる時刻を設定する時刻設定手段を備え、前記強制沸上手段は、前記時刻設定手段にて設定された時刻の所定時間前に前記ヒートポンプユニットに沸かし上げを開始させることが好ましい。

この場合、使用者等が時刻設定手段に時刻を設定することによって、当該時刻の所定時間前にヒートポンプユニットが沸かし上げを開始する。そのため、使用者等が大量の給湯が必要な時刻を設定すれば、その給湯をヒートポンプユニットによる貯湯によりまかない得る可能性が高くなる。従って、全体としてエネルギー消費を低減させることが可能となる。

また、本発明に係る貯湯式給湯システムにおいて、沸かし上げ温度を前記第１又は第２の温度に設定する温度設定手段を備え、前記強制沸上手段は、前記温度設定手段にて設定された温度が前記第１の温度から前記第２の温度に設定が変更されたとき、前記ヒートポンプユニットに沸かし上げを開始させることが好ましい。

ここで、使用者が温度設定手段にて第１の温度から第２の温度に設定を変更したときには、その変更後に相当量の湯が使用されることが想定される。そこで、第２の温度への変更が温度設定手段から設定されたとき、ヒートポンプユニットが沸かし上げを開始することによって、その後の給湯をヒートポンプユニットによる貯湯によりまかない得る可能性が高くなる。従って、全体としてエネルギー消費を低減させることが可能となる。

また、本発明に係る貯湯式給湯システムにおいて、前記給湯管は浴槽に接続されており、前記給湯管を介して前記浴槽への湯張りが開始されたことを検出する検出手段を備え、前記強制沸上手段は、前記検出手段が前記浴槽への湯張りが開始されたことを検出したとき、前記ヒートポンプユニットに沸かし上げを開始させることが好ましい。

浴槽への湯張りには大量の給湯が必要であるので、貯湯槽内の湯水の温度が大幅に低下する。そこで、浴槽への湯張りが開始されたとき、ヒートポンプユニットが沸かし上げを開始することによって、その後の給湯をヒートポンプユニットによる貯湯によりまかない得る可能性が高くなる。従って、全体としてエネルギー消費を低減させることが可能となる。さらに、湯張り後、シャワー等によって大量の湯が使用されることが予想されるので、第２の温度まで沸かし上げことが好ましい。

本発明の実施形態に係る貯湯式給湯システムを、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る貯湯式給湯システム１は、図１に概略全体構成図を示すように、貯湯ユニット２、ヒートポンプユニット３、バーナユニット４、及びリモコン５を備えている。

貯湯ユニット２は、貯湯槽１１、給水管１２、給湯管１３、貯湯コントローラ１４等を備えている。

貯湯槽１１は、その内部に湯水を保温して貯え、その容量は、１日間に最低限必要な湯を貯蓄可能な程度、例えば５０から２００リットルと小規模である。貯湯槽１１内の下部及び上部には、それぞれ湯水の温度を検出する下湯温度センサ１５、上湯温度センサ１６が設けられている。さらに、貯湯槽１１の上部には、安全弁１７が設けられており、貯湯槽１１の内圧が耐圧を超えることを防止している。さらに、貯湯槽１１の底部には、排水弁１８が設けられており、排水弁１８を作業者が手動で開弁することにより、貯湯槽１１内の湯水が排水可能となっている。

給水管１２は、一端が給水口１９を介して水道に、他端が貯湯槽１１の下部にそれぞれ連通しており、貯湯槽１１内の下部に水を供給する。給水管１２には、減圧弁２０が設けられており、貯湯槽１１の内圧が過大になることを防止している。また、給水管１２は水制御弁２１を介して給湯管１３に連通しており、水制御弁２１は給湯管１３への水の供給を調整している。給湯管１３に供給される水は、その流量が水量センサ２２によって、その水温が水温センサ２３によって、それぞれ計測される。給湯管１３は、一端が給湯口２４に、他端が貯湯槽１１の上部にそれぞれ連通しており、貯湯槽１１内の上部に貯えられている湯水が湯制御弁２５によって流量調整され給湯口２４を介してキッチン、洗面所、浴室内のシャワー等に供給される。給湯管１３に供給される湯水は、その流量が湯水量センサ２６によって、その湯水温が湯水温センサ２７によって、それぞれ計測される。さらに、給湯管１３には、給水管１２の分岐管との接続部より下流側でバーナユニット４を循環するバイパス管２８（２８ａ，２８ｂ）が介設されている。バイパス往管２８ａの直上流側、及びバイパス還管２８ｂの下流を流れる湯水の温度が、それぞれ湯温センサ２９、混合湯温センサ３０によって計測される。また、給湯管１３には、バイパス往管２８ａ及びバイパス還管２８ｂとの接続部の間にバイパス制御弁３１が設けられており、バイパス制御弁３１はバイパス往管２８ａに供給される湯水量を調整している。

貯湯コントローラ１４は、時計３２を内蔵するリモコン５と後記するバーナコントローラ７９に接続されている。貯湯コントローラ１４は、リモコン５に入力設定された設定情報、貯湯式給湯システム１内の各種センサからの計測情報、及び時計３２からの現在時刻情報等に基づいて、水制御弁２１、湯制御弁２５及びバイパス制御弁３１等の運転制御を行う。

ヒートポンプユニット３は、貯湯槽１１内から湯水を導き出して加熱し、加熱した湯を貯湯槽１１内に戻すものであり、蒸発器４１、熱媒体循環管４２、圧縮機４３、膨張弁４４、凝縮器４５、湯循環管４６、循環ポンプ４７、ヒートポンプコントローラ４８等を備えている。

蒸発器４１は、電動モータ４９の駆動により回転するファン５０を有しており、ファン５０の回転により供給された空気と蒸発器４１内の熱媒体循環管４２を通過する熱媒体との間で熱交換が行われる。ここでは、熱媒体として、代替フロンであるハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）を用いているが、他の熱媒体、例えばＨＦＣ以外の代替フロンや二酸化炭素等を用いてもよい。圧縮機４３は、熱媒体循環管４２の蒸発器４１より下流側に設けられており、蒸発器４１から吐出されて熱媒体を圧縮し高圧・高温として、凝縮器４５に送り込む。膨張弁４４は、熱媒体循環管４２の蒸発器４１より上流側に設けられており、圧縮機４３で加圧された熱媒体の圧力を解放する。除霜弁５１は、熱媒体循環管４２のバイパス管５２に設けられており、圧縮機４３から吐出される熱媒体で蒸発器４１を除霜する。なお、熱媒体循環管４２の膨張弁４４の上流側及び下流側、圧縮機４３の上流側及び下流側には、それぞれ熱媒体循環管４２内を流れる熱媒体の温度を計測する熱媒体温度センサ５３，５４，５５，５６が設けられている。なお、熱媒体温度センサ５３は必ずしも必要ではない。また、蒸発器４１には、蒸発器４１に吸い込まれる空気温度を計測する空気温度センサ５７が設けられている。

凝縮器４５は、蒸発器４１で高圧・高温とされた熱媒体が湯循環管４６を通過する湯を熱交換加熱する。貯湯槽１１内の下部に貯えられた温度の低い湯又は水は、循環ポンプ４７によって湯循環管４６を介して凝縮器４５に導かれ、凝縮器４５で熱交換加熱されて高温の湯となって貯湯槽１１内の上部に戻される。これにより、貯湯槽１１の上部には、高温の湯が貯えられる。なお、湯循環管４６の凝縮器４５の上流側及び下流側には、それぞれ湯循環管４６内を流れる湯水の温度を計測する湯温センサ５８，５９が設けられている。また、凝縮器４５には、その内部の雰囲気温度を計測する雰囲気温度センサ６０が設けられている。なお、雰囲気温度センサ６０は必ずしも必要ではない。

ヒートポンプコントローラ４８は、貯湯コントローラ１４に接続されている。ヒートポンプコントローラ４８は、貯湯コントローラ１４からの入力情報、及びヒートポンプユニット３内の各種センサからの計測情報等に基づいて、圧縮機４３、循環ポンプ４７、電動モータ５０等の運転制御を行う。また、ヒートポンプコントローラ４８は、ヒートポンプユニット３内の各種センサからの計測情報等を貯湯コントローラ１４に送信する。

バーナユニット４は、バイパス管２８から供給される湯水を加熱するものであって、バーナ７１、缶体７２、燃料ガス供給管７３、給湯熱交換器７４、追焚熱交換器７５、給水管７６、給湯管７７、追焚循環管７８、バーナコントローラ７９等を備えている。

バーナ７１は、それぞれ燃焼量が異なる複数の給湯バーナ７１ａと追焚バーナ７１ｂから構成されている。燃焼する給湯バーナ７１ａの組み合わせによって給湯バーナ７１ａ全体の燃焼量を調節することができる。バーナ７１は缶体７２内に収容されており、バーナ７１の燃焼による排気は排気路を介して缶体７２の上端の開口から排気される。また、缶体７２内には、バーナ７１に点火するための点火プラグ８１が設けられており、点火プラグ８１はイグナイタ８２により運転される。

バーナ７１には、燃料ガス供給管７３を介して燃料ガスが供給される。燃料ガス供給管７３には、その上流側から順に元ガス開閉弁８３及びガス比例弁８４が設けられている。さらに、燃料ガス供給管７３には、ガス比例弁８４の下流で複数の経路に分岐し、それぞれの経路がガス開閉弁８５を介して給湯バーナ７１ａ、追焚バーナ７１ｂに接続されている。

給湯熱交換器７４は、給水管７６及び給湯管７７に連通しており、給湯バーナ７１ａが発生する熱によって給水管７６から供給される水を熱交換加熱して、給湯管７７から湯を供給する。給水管７６は、一端が貯湯ユニット２のバイパス往管２８ａに接続されており、このバイパス往管２８ａを介して水が供給される。給湯管７７は、一端が貯湯ユニット２のバイパス還管２８ｂに接続されており、バイパス還管２８ｂを介して給湯口２４から湯水を供給する。給水管７６には、その上流側から順に止水弁８６及び水量センサ８７が設けられている。給水管７６と給湯管７７とはバイパス管８８によって連通されており、バイパス管８８にはバイパス管８８内を流れる水量を調整する水量調整弁８９が設けられている。給湯管７７の給湯熱交換器７４の下流側及びバイパス管８８との接続部分の下流側には、それぞれ給湯管７７内を流れる湯水の温度を計測する給湯温センサ９０，９１が設けられている。このように、貯湯槽１１内に湯が無いとき、バイパス往管２８ａを介して給水管７６から供給される水が給湯熱交換器７４により熱交換加熱されて湯となり、バイパス管８８からの水と混ざり、給湯管７７及びバイパス還管２８ｂを介して給湯口２４から供給されるようになっている。

追焚熱交換器７５は、追焚循環管７８の途中に設けられており、追焚バーナ７１ｂが発生する熱によって追焚循環管７８を流れる湯水を熱交換加熱する。追焚循環管７８は、両端が浴槽６に接続され、風呂ポンプ９２により一端から浴槽６内の湯水を吸入して他端から再び浴槽６に戻すように構成されている。追焚循環管７８の追焚熱交換器７５の下流側には、追焚循環管７８内を流れる湯水の温度を計測する湯温センサ９３が設けられている。また、追焚循環管７８の両端付近には、それぞれ追焚循環管７８内を流れる湯水量を計測する湯水流量センサ９４，９５が設けられている。さらに、給湯温センサ９１の下流の給湯管７７には、湯水を浴槽６に導く注湯管９６が接続されている。注湯管９６は、給湯管７７から供給される湯水を追焚循環管７８を介して浴槽６内に導く。注湯管９６には、注湯電磁弁９７、注湯量センサ９８、及び逆止弁９９が設けられている。注湯電磁弁９６は注湯量を調整し、注湯量センサ９８は注湯管９６を流れる湯水量を計測し、逆止弁９９は注湯管９６内を湯水が逆流することを防止する。このように、貯湯槽１１内に湯があるとき、バイパス往管２８ａ、給水管７６、バイパス管８８、注湯管９６及び追焚循環管７８を介して浴槽６へ湯が供給されて湯張りが行われるようになっている。

バーナコントローラ７９は、貯湯コントローラ１４とリモコン５に接続されている。バーナコントローラ７９は、貯湯コントローラ１４やリモコン５からの入力情報、及びバーナユニット４内の各種センサからの計測情報等に基づいて、イグナイタ８２、元ガス開閉弁８３、ガス比例弁８４、ガス開閉弁８５、止水弁８６、水量調整弁８９、風呂ポンプ９２、注湯電磁弁９７等の運転制御を行う。また、ヒートポンプコントローラ４９は、バーナユニット４内の各種センサからの計測情報等を貯湯コントローラ１４やリモコン５に送信する。

リモコン５は、貯湯コントローラ１４とバーナコントローラ７９とに相互通信可能に接続されており、貯湯式給湯システム１のＯＮ・ＯＦＦが操作入力される運転スイッチ５ａ、ヒートポンプユニット３により貯湯槽１１内の湯水を沸かし上げる目標温度ＴＬ，ＴＨの切り替えが操作入力される温度設定スイッチ５ｂ等を備えている。

貯湯式給湯システム１において、ヒートポンプユニット３とバーナユニット４との運転を時間帯に応じて異ならせている。この運転制御は、貯湯コントローラ１４が、時計３２が計時する現在時刻に応じて、ヒートポンプコントローラ４８又はバーナコントローラ７９を介して、ヒートポンプユニット３、バーナユニット４を運転させることにより行われる。

一日を、第１の時間帯と第２の時間帯と２つの時間帯に区分されている。第１の時間帯は、例えば０時から１６時までの時間帯であり、浴槽６への湯張りが想定されない時間帯である。第１の時間帯内では、断続的な少量の給湯が行われ、浴槽６への湯張りなど大量の給湯が行わることが稀である。第１の時間帯は、低温時間帯と禁止時間帯と２つの時間帯に区分される。第２の時間帯は、例えば１６時から２４時までの時間帯であり、浴槽６への湯張りが想定される時間帯と、該時間帯の前にヒートポンプユニット３による沸かし上げに必要な時間とを加えた高温時間帯である。第２の時間帯内では、浴槽６への湯張りなど大量の給湯が行わる可能性が高い。なお、低温時間帯、禁止時間帯及び高温時間帯は、所定の設定値に設定されていても、学習等により変化しても、使用者等により適宜設定されてもよい。また、曜日、季節、気温、家族構成等によって適宜選択されてもよい。

低温時間帯（例えば０時から１２時）内では、貯湯槽１１内に貯えられた湯を使い切る（以下、貯湯切れという）まで、すなわち、貯湯槽１１内の湯水の温度が開始温度ＴＳ、例えば４０度未満になるまで、ヒートポンプユニット３を運転させない。貯湯切れ後、ヒートポンプユニット３の運転を開始させ、低温（第１の温度）、例えば４５度の目標温度ＴＬまで沸かし上げを行う。貯湯切れ時に給湯が必要な場合には、バーナユニット４を運転させる。低温の湯が貯湯されているので、貯湯槽１１からの放熱ロスによるエネルギー損失が少ない。また、貯湯切れ後にヒートポンプユニット３を運転させるので、ヒートポンプユニット３の発停回数を抑制することができ、発停に伴うエネルギー損失が低減する。また、貯湯切れ時に大量の給湯が必要となってバーナユニット４を運転させることは稀である。そのため、全体としてエネルギー消費を削減することが可能となる。

禁止時間帯（例えば１２時から１６時）内では、ヒートポンプユニット３を一切運転させない。貯湯切れ時に給湯が必要な場合には、バーナユニット４を運転させる。そして、禁止時間帯の終了時刻、即ち高温時間帯の開始時刻、例えば１６時に、ヒートポンプユニット３を運転させ高温、例えば６０度の目標温度ＴＨまで沸かし上げを行う。そのため、禁止時間帯内では、ヒートポンプユニット３の発停に伴うエネルギー損失、及びヒートポンプユニット３による沸き増しに伴うエネルギー損失を考慮して、貯湯槽１１内の湯水の温度が開始温度ＴＳ未満になっても、ヒートポンプユニット３を運転させないようにしている。

高温時間帯の開始時刻（例えば１６時）に、ヒートポンプユニット３を運転させ目標温度ＴＨまで沸かし上げを行う。高温時間帯の開始時は、浴槽６への湯張り等、大量の給湯が行われる可能性が高い時間帯（例えば１７時から２４時）よりヒートポンプユニット３による沸かし上げに必要な時間（例えば１時間）前の時刻である。また、高温時間帯内では、貯湯槽１１内の湯水の温度が開始温度ＴＳ未満になったときに、ヒートポンプユニット３を運転させ、目標温度ＴＨまで沸かし上げを行う。そのため、大量の給湯を確実にヒートポンプユニット３による貯湯によりまかなうことができ、エネルギー消費を削減することができる。

なお、貯湯コントローラ１４は、貯湯槽１１内の温水の温度が目標温度ＴＬ，ＴＨとなったことを、下湯温度センサ１５及び上湯温度センサ１６が計測した湯温に基づいて判断する。具体的には、貯湯コントローラ１４は、上湯温度センサ１５が目標温度ＴＬ，ＴＨ以上の温度を計測し、且つ下湯温度センサ１５が４０度以上の温度を計測したときに、貯湯の温度が目標温度ＴＬ，ＴＨになったと判断する。これは、貯湯槽１１の保温性能から下部の湯を高温に保持することが困難なためである。また、貯湯コントローラ１４は、上湯温度センサ１５が開始温度ＴＳ未満の温度を計測しているとき、貯湯切れであると判断する。

次に、貯湯ユニットコントローラ１４による貯湯式給湯システム１の制御動作について、図２のフローチャートを参照して、説明する。なお、ヒートポンプユニット３及びバーナユニット４の制御動作は、それぞれヒートポンプコントローラ４８、バーナコントローラ７９を介して行われる。

使用者が運転スイッチ５ａをＯＮ操作すると（ＳＴＥＰ１：ＹＥＳ）、現在時刻が禁止時間帯内であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ２）。現在時刻が禁止時間帯内であると判断した場合（ＳＴＥＰ２：ＹＥＳ）、給湯が必要なときには、バーナユニット４を運転させる。一方、現在時刻が禁止時間帯内でないと判断した場合（ＳＴＥＰ２：ＮＯ）、現在時刻が低温時間帯であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ３）。現在時刻が低温時間帯内であると判断した場合（ＳＴＥＰ３：ＹＥＳ）、貯湯切れであるか否か、即ち、貯湯槽１１内の湯水の温度が開始温度ＴＳ未満であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ４）。貯湯槽１１内の湯水の温度が開始温度ＴＳ未満であると判断した場合（ＳＴＥＰ４：ＹＥＳ）、ヒートポンプユニット３の運転を開始させ（ＳＴＥＰ５）、目標温度ＴＬまで沸かし上げを行い（ＳＴＥＰ６：ＹＥＳ）、その後、ヒートポンプユニット３の運転を停止させる（ＳＴＥＰ７）。

一方、現在時刻が低温時間帯内で無いと判断した場合（ＳＴＥＰ３：ＮＯ）、現在時刻が高温時間帯内であるので、貯湯槽１１内の湯水の温度が目標温度ＴＨ未満であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ８）。貯湯槽１１内の湯水の温度が目標温度ＴＨ未満であると判断した場合（ＳＴＥＰ８：ＹＥＳ）、ヒートポンプユニット３の運転を開始させ（ＳＴＥＰ９）、目標温度ＴＨまで沸かし上げを行い（ＳＴＥＰ１０：ＹＥＳ）、その後、ヒートポンプユニット３の運転を停止させる（ＳＴＥＰ１１）。そして、高温時間帯内に（ＳＴＥＰ１２：ＹＥＳ）、貯湯槽１１内の湯水の温度が開始温度ＴＳ未満になったと判断した場合（ＳＴＥＰ１３：ＹＥＳ）、ヒートポンプユニット３の運転を開始させる（ＳＴＥＰ９）。

以上のように、３つの時間帯に応じて、ヒートポンプユニット３を運転させているので、貯湯式給湯システム１におけるエネルギー消費を全体として抑えることができる。

なお、上述した貯湯式給湯システム１においては、３つの時間帯に応じて、ヒートポンプユニット３の運転を異ならせる場合について説明した。しかしながら、時間帯の区分はこれに限定されない。例えば、低温時間帯と高温時間帯の２つの時間帯に区分して、低温時間帯から高温時間帯への切替時刻にヒートポンプユニット３を運転させ目標温度ＴＨまで沸かし上げを行ってもよい。また、４つ以上の時間帯に区分して、目標温度ＴＨ，ＴＬ以外の目標温度を設定してもよい。

また、低温時間帯及び禁止時間帯内ではヒートポンプユニット３が目標温度ＴＨまで沸かし上げることは無い場合について説明した。しかしながら、低温時間帯内や禁止時間帯内であっても、ヒートポンプユニット３に目標温度ＴＨまで沸かし上げさせる強制沸上手段を備えるものであってもよい。例えば、浴槽６への湯張り希望時刻がリモコン５から設定された場合、希望時刻の１時間前が低温時間帯内や禁止時間帯内であっても、該１時間前にヒートポンプユニット３を運転させて目標温度ＴＨまで沸かし上げてもよい。また、リモコン５で低温貯湯から高温貯湯への切り替えが設定された場合や、リモコン５で高温貯湯が設定された場合、低温時間帯内や禁止時間帯内であっても、直ちにヒートポンプユニット３を運転させ目標温度ＴＨまで沸かし上げてもよい。また、浴槽６への湯張りを開始した場合、低温時間帯内や禁止時間帯内であっても、直ちにヒートポンプユニット３を運転させ目標温度ＴＨまで沸かし上げてもよい。なお、浴槽６への湯張り開始は注湯量センサ９８によって検出される。

さらに、低温時間帯内では貯湯切れ時のみヒートポンプユニット３を運転させる場合について説明した。しかしながら、低温時間帯ではヒートポンプユニット３の発停が行われ難ければよい。例えば、低温時間帯では、貯湯切れと判断される開始温度ＴＳ（例えば、４０度）より低い温度（第１の開始温度）（例えば、３５度）を上湯温度センサ１５が計測したときに、ヒートポンプユニット３を運転させ目標温度ＴＬ（例えば、４５度）まで沸かし上げてもよい。

また、高温時間帯では給湯を行う毎にヒートポンプユニット３を運転させる場合について説明した。しかしながら、高温時間帯ではヒートポンプユニット３の発停が低温時間帯より行われ易いものであればよい。例えば、高温時間帯では、貯湯切れであると判断される開始温度ＴＳ（例えば、４０度）より高い温度（第２の開始温度）（例えば、４５度）を上湯温度センサ１５が計測したときに、ヒートポンプユニット３を運転させ目標温度ＴＨ（例えば、６０度）まで沸かし上げてもよい。

本発明の実施形態に係る貯湯式給湯システムの概略全体構成図。 貯湯式給湯システムの動作フローチャート。

符号の説明

１…貯湯式給湯システム、２…貯湯ユニット、３…ヒートポンプユニット、４…バーナユニット、５…リモコン（時刻設定手段、温度設定手段）、５ａ…運転スイッチ、５ｂ…温度設定スイッチ（温度設定手段）、６…浴槽、１１…貯湯槽、１２…給水管、１３…給湯管、１４…貯湯コントローラ（制御手段、強制沸上手段）、１５…下湯温度センサ、１６…上湯温度センサ、２８（２８ａ，２８ｂ）…バイパス管、３２…時計、４１…蒸発器、４２…熱媒体循環管、４３…圧縮機、４４…膨張弁、４５…凝縮器、４６…湯循環管、４８…ヒートポンプコントローラ（制御手段）、７１（７１ａ，７１ｂ）…バーナ、７２…缶体、７３…燃料ガス供給管、７４…給湯熱交換器、７６…給水管、７７…給湯管、７９…バーナコントローラ（制御手段）、９８…注湯量センサ（検出手段）。

Claims (7)

1. 内部に湯水を貯える貯湯槽と、
   該貯湯槽内に水を供給する給水管と、
   前記貯湯槽内に貯えられた湯水を供給する給湯管と、
   前記貯湯槽内から湯水を導き出して加熱し、該加熱した湯を前記貯湯槽内に戻すヒートポンプユニットと、
   前記給湯管に供給される湯水が開始温度未満のときに当該湯水を加熱するバーナユニットと、
   第１の時間帯内では、前記貯湯槽内の湯水が前記開始温度未満になったとき、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記開始温度より高温の第１の温度まで沸かし上げさせ、第２の時間帯の開始時に前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第１の温度より高温の第２の温度まで沸かし上げさせ、その後、前記第２の時間帯内では、前記貯湯槽内の湯水が前記開始温度未満になったとき、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第２の温度まで沸かし上げさせる制御手段とを備えることを特徴とする貯湯式給湯システム。
2. 内部に湯水を貯える貯湯槽と、
   該貯湯槽内に水を供給する給水管と、
   前記貯湯槽内に貯えられた湯水を供給する給湯管と、
   前記貯湯槽内から湯水を導き出して加熱し、該加熱した湯を前記貯湯槽内に戻すヒートポンプユニットと、
   前記給湯管に供給される湯水が第１の開始温度未満のときに当該湯水を加熱するバーナユニットと、
   第１の時間帯内では、前記貯湯槽内の湯水が第１の開始温度未満になったとき、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第１の開始温度より高温の第１の温度まで沸かし上げさせ、第２の時間帯の開始時に前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第１の温度より高温の第２の温度まで沸かし上げさせ、その後、前記第２の時間帯内では、前記貯湯槽内の湯水が前記第１の開始温度より高温の第２の開始温度未満になったとき、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第２の温度まで沸かし上げさせる制御手段とを備えることを特徴とする貯湯式給湯システム。
3. 前記制御手段は、前記第１の時間帯において、前記第２の時間帯の開始時点までの時間が所定時間以下になったとき、前記ヒートポンプユニットによる沸かし上げを禁止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯式給湯システム。
4. 前記第１の時間帯内であっても、前記ヒートポンプユニットに前記貯湯槽内の湯水を前記第２の温度まで沸かし上げさせる強制沸上手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯システム。
5. 前記貯湯槽内の湯水を前記第２の温度まで沸かし上げる時刻を設定する時刻設定手段を備え、
   前記強制沸上手段は、前記時刻設定手段にて設定された時刻の所定時間前に前記ヒートポンプユニットに沸かし上げを開始させることを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯システム。
6. 沸かし上げ温度を前記第１又は第２の温度に設定する温度設定手段を備え、
   前記強制沸上手段は、前記温度設定手段にて設定された温度が前記第１の温度から前記第２の温度に設定が変更されたとき、前記ヒートポンプユニットに沸かし上げを開始させることを特徴とする請求項４又は５に記載の貯湯式給湯システム。
7. 前記給湯管は浴槽に接続されており、
   前記給湯管を介して前記浴槽への湯張りが開始されたことを検出する検出手段を備え、
   前記強制沸上手段は、前記検出手段が前記浴槽への湯張りが開始されたことを検出したとき、前記ヒートポンプユニットに沸かし上げを開始させることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の貯湯式給湯システム。

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