JP2012013413A - 貯湯式給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクにおける湯切れを抑えつつ、貯湯タンクからの放熱ロスを抑えることができる貯湯式給湯システムを得る。
【解決手段】現時刻から単位期間が終了するまでの間の各々の予測給湯負荷に対しても、現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間の予測給湯負荷の積算値より、起動時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間に加熱手段２によって沸上げ可能な熱量と、起動時刻における貯湯タンク１の蓄熱量との和が大きくなるように、起動時刻を求めるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯式給湯システムに関し、特に加熱手段の制御に関するものである。

貯湯式給湯システムは、瞬間式給湯システムなどと比べて、加熱手段の加熱能力が比較的小さい場合や、加熱手段の起動時の能力の立ち上りが遅い場合に適用されるシステムである。
また、給湯負荷の発生に対して湯切れの生じることのないように、事前に加熱手段により沸上げられた給湯用の湯を貯湯タンクに溜めておき、当該貯湯タンクから給湯を行うシステムである。

従来の技術においては、例えば給湯装置として「…所定期間内に前記貯湯タンクから給湯した給湯量から所定期間内に使用した熱量を算出してデータを蓄積する使用熱量算出手段と、上記蓄積データに基づいて沸き上げ目標熱量を算出する沸き上げ目標熱量算出手段と、該沸き上げ目標熱量算出手段が算出した沸き上げ目標熱量に基づいて沸き上げ目標温度を算出する沸き上げ目標温度算出手段と、前記沸き上げ目標温度算出手段が算出した沸き上げ目標温度に基づいて必要量沸き上げる沸き上げ手段とを備える」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば貯湯式給湯装置として「…前記出湯量記憶手段（２４６）で記憶されたデータから学習制御を行うことによって大出湯を予測する出湯予測手段（２０２）と、前記出湯予測手段（２０２）で予測された大出湯を出湯する前に、前記加熱手段（２）を作動させて前記必要貯湯量算出手段（２０５）で求めた必要貯湯量の給湯用の湯を前記貯湯タンク（１）の貯湯側に貯える沸き増し運転を行う第１沸き増し手段（２３３）とを有する」ものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１６８５２４号公報（請求項１） 特開２００７−２８５６０７号公報（請求項１）

特許文献１に記載の技術は、過去の給湯実績に基づいて、当日の必要熱量を予測し、その必要熱量に相当する湯を、例えば電気料金の安価な夜間に貯湯タンクに沸上げ、給湯に使用する。

しかしながら、貯湯タンク内に湯を沸上げてから使用されるまでの時間が長くなる場合、貯湯タンクからの放熱ロスが増加してシステムの効率が悪化する、という問題点があった。

また、１日分の必要熱量に相当する湯を貯湯タンクに溜めるためには、貯湯タンクに要求されるサイズが大きくなってしまう、という問題点があった。

また、特許文献２に記載の技術は、連続した出湯であって積算給湯負荷が所定量以上となる出湯（以下「大出湯」ともいう。）の発生時刻と、積算給湯負荷の過去の実績とに基づいて、当日の大出湯の発生時刻と必要熱量を予測する。そして、それぞれの大出湯に必要な湯を沸上げるための加熱手段の起動時刻を、その大出湯の発生が予測される時刻から、その大出湯に要する熱量を加熱手段で沸上げるのに要する時間を減算した時刻を基準に定める。
これにより、大出湯に要する湯の沸上げを、その大出湯の発生時間に近づけることにより、貯湯タンクからの放熱ロスが減少し、システムの効率が改善する。

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、湯の沸上げ開始タイミングは、現時刻から直近の大出湯に基づいて決定されると共に、その出湯が終わってから次の大出湯に備える方法となっている。このため、例えば二つの大出湯が近い時間間隔で発生した場合に、初めの大出湯には湯が足りても、次の大出湯の際に湯切れが発生する、という問題点があった。

また、一般に、加熱手段の起動後、暫くの間は加熱手段による沸上げ温度が目標値に届かず、目標値に届くまでに入力したエネルギーを無駄にしたり、温度の低い湯が過去に沸上げられた湯に混ぜられてエネルギーの無駄を生じさせたりする。このため、加熱手段の起動・停止を行うと、これに起因して無駄なエネルギー消費が増加する、という問題点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、貯湯タンクにおける湯切れを抑えつつ、貯湯タンクからの放熱ロスを抑えることができる貯湯式給湯システムを得るものである。

また、第２の目的は、貯湯タンクにおける湯切れを抑えつつ、加熱手段の起動・停止に起因する無駄なエネルギー消費を抑えることができる貯湯式給湯システムを得るものである。

本発明に係る貯湯式給湯システムは、水を加熱して湯にする加熱手段と、前記湯を蓄える貯湯タンクと、前記貯湯タンクに蓄えられた湯を負荷側へ供給する給湯管路と、前記加熱手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記貯湯タンク内の蓄熱量を求める蓄熱量算出手段と、単位時間当たりに負荷側へ供給された熱量である給湯負荷の実績を求める給湯負荷算出手段と、前記給湯負荷算出手段が求めた前記給湯負荷に関する情報を記憶する給湯負荷記憶手段と、前記給湯負荷記憶手段に記憶された過去の給湯負荷の実績に基づいて、現時刻以降の給湯負荷を予測する給湯負荷予測手段と、前記給湯負荷予測手段によって予測された予測給湯負荷に基づいて、前記加熱手段の起動時刻を求める加熱制御手段とを有し、前記加熱制御手段は、現時刻から単位期間が終了するまでの間の各々の前記予測給湯負荷に対しても、現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間の前記予測給湯負荷の積算値より、起動時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間に前記加熱手段によって沸上げ可能な熱量と、起動時刻における前記貯湯タンクの蓄熱量との和が大きくなるように、前記起動時刻を求め、前記加熱手段の稼働中において、現時刻に前記加熱手段を停止した場合に予測される次回の起動時刻と、現時刻との時間間隔が所定時間以下である場合、前記加熱手段の稼動を継続するものである。

本発明は、現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間の予測給湯負荷の積算値より、起動時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間に加熱手段によって沸上げ可能な熱量と、起動時刻における貯湯タンクの蓄熱量との和が大きくなるように、起動時刻を求める。
このため、貯湯タンクにおける湯切れを抑えつつ、貯湯タンクからの放熱ロスを抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムの構成図である。 本発明の実施の形態１に係る信号の流れを表すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る給湯負荷の検出、分析、整理、記憶の流れを表したタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る記憶された過去の給湯実績から、当日の給湯負荷を予測する流れを表した概要図である。 本発明の実施の形態１に係る加熱手段２の起動方法を表したタイムチャートである。 本発明の実施の形態２に係る加熱手段２の起動・停止方法を表したタイムチャートである。 本発明の実施の形態２に係る加熱手段２の起動・停止方法を表したタイムチャートである。 本発明の実施の形態３に係る加熱手段２の能力制御方法を表したタイムチャートである。 本発明の実施の形態４に係る加熱手段２の停止方法を表したタイムチャートである。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムの構成図である。
本実施の形態における貯湯式給湯システムは、貯湯タンク１、加熱手段２、循環ポンプ３、混合手段４、加熱用配管３０１、給水用配管３０２、導出用配管３０３、混合用配管３０４、給湯用配管３０５、及び制御手段１００を備えている。

貯湯タンク１は、湯が溜められる。
加熱手段２は、加熱用配管３０１の途中に接続される。この加熱手段２は、例えばヒートポンプサイクルを用いて構成される。
循環ポンプ３は、加熱用配管３０１の途中に接続される。
混合手段４は、導出用配管３０３に接続される。
加熱用配管３０１は、貯湯タンク１の下部と上部とを接続する。
給水用配管３０２は、貯湯タンク１の下部に接続される。
導出用配管３０３は、貯湯タンク１の上部に接続される。
混合用配管３０４は、給水用配管３０２から分岐して混合手段４に接続される。
給湯用配管３０５は、混合手段４にて混合された湯を、使用される負荷側に供給する。
制御手段１００は、加熱手段２、循環ポンプ３、及び混合手段４の動作を制御する。

なお、導出用配管３０３、混合用配管３０４、給湯用配管３０５、及び混合手段４は、本発明における給湯管路に相当する。

また、貯湯タンク１には、高さ方向に間隔をおいて、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆが設けられている。
なお、ここでは、貯湯温度センサーの個数が６個の場合を説明するが、本発明はこれに限るものではなく、貯湯タンク１の内部の温度分布を測るのに充分な数の温度センサーを設けるようにしても良い。

加熱用配管３０１には、加熱手段２の下流側にて加熱後の湯温を検出するための沸上げ温度センサー５０２が設けられている。
給水用配管３０２には、給水温度を検出するための給水温度センサー５０４が設けられている。なお、この給水温度センサー５０４は、混合用配管３０４に設けても良い。
導出用配管３０３には、貯湯タンクから導出される湯温を検出するための導出温度センサー５０３が設けられている。
給湯用配管３０５には、負荷側で使用される湯温を検出するための給湯温度センサー５０５が設けられている。
給湯用配管３０５には、負荷側で使用される湯量を検出する給湯流量センサー６０１が設けられる。

図２は本発明の実施の形態１に係る信号の流れを表すブロック図である。
図２に示すように、制御手段１００は、蓄熱量算出手段１０１、給湯負荷算出手段１０２、給湯負荷記憶手段１０３、給湯負荷予測手段１０４、及び加熱制御手段１０５を有する。

制御手段１００には、時刻検出手段であるタイマー、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆ、沸上げ温度センサー５０２、導出温度センサー５０３、給水温度センサー５０４、給湯温度センサー５０５、及び給湯流量センサー６０１からの情報が入力される。
この制御手段１００は、入力されたこれらの情報に基づいて、加熱手段２、循環ポンプ３、及び混合手段４を制御する。詳細は後述する。

蓄熱量算出手段１０１は、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの情報に基づいて、貯湯タンク内の蓄熱量を算出する。
なお、図示しない給湯温度指定手段により指定される給湯温度に基づいて、貯湯タンク１内の給湯に利用可能な蓄熱量を算出するようにしても良い。

給湯負荷算出手段１０２は、タイマーと、給湯温度センサー５０５と、給湯流量センサー６０１との出力に基づいて、負荷側への出湯の有無を検知する。
また、給湯負荷算出手段１０２は、単位時間（例えば１秒）当たりに負荷側に供給された熱量（給湯負荷）の実績と、連続出湯中の積算給湯負荷と、単位期間（例えば１日）分の積算給湯負荷とを算出する。

給湯負荷記憶手段１０３は、給湯負荷算出手段１０２の算出結果を分析、整理、取捨選択して情報を記憶する。

給湯負荷予測手段１０４は、給湯負荷記憶手段１０３に記憶された過去の給湯負荷の実績に基づいて、現時刻以降の給湯負荷を予測する。

加熱制御手段１０５は、給湯負荷予測手段１０４によって予測された給湯負荷（以下「予測給湯負荷」という。）に基づいて、加熱手段２の起動時刻を求める。

以上、本実施の形態における貯湯式給湯システムの構成を説明した。
次に、本実施の形態における貯湯式給湯システムの動作について説明する。

なお、以下の説明においては、具体的な数値を示して動作を説明するが、本発明はこれに限るものではない。

［基本的な動作］
まず、本実施の形態における貯湯式給湯システムの基本的な動作を説明する。
貯湯タンク１の下部に、給水用配管３０２を通じて低温の水が流入して溜められる。
貯湯タンク１の下部から溜められた低温の水は、循環ポンプ３によって加熱用配管３０１に引き込まれ、加熱手段２に導かれる。
加熱手段２は、導かれた低温の水を加熱して、高温の湯に沸上げる。
沸上げられた高温の湯は、加熱用配管３０１を通じて貯湯タンク１の上部から流入し、溜められる。

貯湯タンク１の上部に溜められた湯は、湯が使用される負荷側の要求に応じて、導出用配管３０３から流出し、混合手段４に導かれる。
混合手段４は、給水用配管３０２から分岐させた混合用配管３０４を通じて水を導き、貯湯タンク１から導いた湯と混合させ、給湯用配管３０５を通じて負荷側へ供給する。

これにより、低温の水を加熱手段２で沸上げ、高温の湯を貯湯タンク１に蓄えられると共に、貯湯タンク１に蓄えられた湯を、使用される負荷側へ送ることができる。

［給湯負荷の予測］
次に、過去の給湯負荷の実績に基づいて、現時刻以降の給湯負荷を予測する動作について説明する。

まず、過去の給湯負荷の実績を取得する動作について、図３を用いて説明する。

図３は本発明の実施の形態１に係る給湯負荷の検出、分析、整理、記憶の流れを表したタイムチャートである。
なお、以下の説明においては、給湯負荷は、平均的な給湯温度（例えば４２℃）での湯量に換算した値を示す。
また、図３においては、給湯負荷を［Ｌ／分］の単位で、積算給湯負荷を［Ｌ］の単位で表す。また、時間帯の例として、１８：００〜２４：００を示した。

図３（ａ）は、給湯負荷算出手段１０２が算出した給付負荷の実績を示している。
給湯負荷算出手段１０２は、常時又は定期的に、給湯流量センサー６０１の出力と、給湯温度センサー５０５の出力とを監視する。
そして、給湯負荷算出手段１０２は、給湯温度センサー５０５の出力と、給湯流量センサー６０１との出力に基づいて、単位時間（例えば１秒）当たりに負荷側に供給される給湯負荷を算出する。

図３（ｂ）は、給湯負荷算出手段１０２が算出した連続出湯中の積算給湯負荷を示している。
給湯負荷算出手段１０２は、給湯負荷が連続する１回の出湯（以下「連続出湯」ともいう。）における給湯負荷の積算値である「連続出湯中の積算給湯負荷」を算出する。
給湯負荷算出手段１０２は、逐次、「連続出湯中の積算給湯負荷」を算出して、現時刻の給湯を含む「連続出湯中の積算給湯負荷」を更新する。

図３（ｃ）は、給湯負荷算出手段１０２が算出した単位期間（例えば１日）分の積算給湯負荷を示している。
給湯負荷算出手段１０２は、単位期間（例えば１日）分の給湯負荷の積算値の実績である積算給湯負荷実績として「単位期間分の積算給湯負荷」を算出する。
給湯負荷算出手段１０２は、逐次、この「単位期間分の積算給湯負荷」を算出して、現時刻の給湯を含む「単位期間分の積算給湯負荷」を更新する。
なお、図３においては、単位期間を１日とした場合を示している。
なお、単位期間は１日に限るものではなく、任意の期間とすることができる。例えば、半日や２日としても良い。

図３（ｃ）は、給湯負荷記憶手段１０３に記憶される情報を示している。
給湯負荷記憶手段１０３は、「単位期間分の積算給湯負荷」の情報を記憶する。
図３の例では、１日の積算給湯負荷［Ｌ］として、６００Ｌを記憶する。

また、給湯負荷記憶手段１０３は、給湯負荷が連続する１回の出湯のうち、給湯負荷の積算値が所定の値以上となる出湯（以下「大出湯」という。）の開始時刻、終了時刻、及び当該大出湯の積算給湯負荷の情報を記憶する。
図３の例では、連続出湯の積算給湯負荷が３０Ｌ以上の出湯を大出湯とし、各大出湯について、１回の連続出湯の積算給湯負荷、連続出湯の開始時刻及び終了時刻の情報を、それぞれ記憶する。

なお、給湯負荷記憶手段１０３は、給湯負荷が連続する出湯のうち、出湯の終了時刻と、次回の出湯の開始時刻との時間間隔が所定時間以下である場合、当該複数の出湯を、給湯負荷が連続する１回の出湯とみなしても良い。
例えば、給湯負荷記憶手段１０３は、出湯の終了時刻と次回の出湯開始時刻との時間間隔が、５分以内といった短い時間の場合、これらの出湯を連続した１回の出湯とみなして記憶しても良い。
これにより、例えば１人当たりのシャワーのような、断続的であるが大きい積算給湯負荷を１回の給湯として把握することができる。

なお、給湯負荷記憶手段１０３は、一つ一つの大出湯に対して、大出湯の積算給湯負荷、出湯開始時刻、及び出湯終了時刻を特定するのに必要な情報であれば、別の量を記憶しても良い。
例えば出湯終了時刻の代わりに、出湯の連続時間や、単位時間当たりの給湯負荷の平均値を記憶しても良い。

次に、現時刻以降の給湯負荷を予測する動作について、図４を用いて説明する。

図４は本発明の実施の形態１に係る記憶された過去の給湯実績から、当日の給湯負荷を予測する流れを表した概要図である。
給湯負荷予測手段１０４は、給湯負荷記憶手段１０３に記憶された過去の積算給湯負荷実績に基づいて、現時刻を含む単位期間における積算給湯負荷を予測する。
また、給湯負荷予測手段１０４は、給湯負荷記憶手段１０３の情報に基づいて、現時刻以降の大出湯についての積算給湯負荷、出湯開始時刻、及び出湯終了時刻を予測する。

なお、給湯負荷予測手段１０４は、例えば単位期間の開始時、又は任意の時刻に単位期間中の給湯負荷を予測する。
なお、給湯負荷を予測する期間はこれに限らず、任意の期間における給湯負荷を予測しても良い。例えば、半日又は２日分の給湯負荷を予測するようにしても良い。

図４の例では、１日を単位期間として、現時刻を含む当日における１日の積算給湯負荷と、大出湯の積算給湯負荷、各大出湯の開始時刻と終了時刻とを、過去１週間分の記憶情報に基づいて予測する方法の１例を示している。
各大出湯の開始時刻として、過去の各大出湯のうち開始時刻が最も早い時刻を採用して、予測値とする。
各大出湯の１回の積算給湯負荷として、過去の積算給湯負荷のうち最も大きい値を採用して、予測値とする。
各大出湯の終了時刻としては、連続出湯の時間間隔（終了時刻から開始時刻を減算した時間間隔）が最も長いものを採用して、上記予測した開始時刻に連続出湯の時間を加算した時刻を予測値とする。
また、１日分の積算給湯負荷として、過去の実績のうち１日の積算給湯負荷が採用して、予測値とする。

なお、給湯負荷の終了時刻の予測については、過去の実績に基づかない方法でも良い。
例えば、出湯量を一般的な値（例えば８〜１５Ｌ／分）として仮定する方法や、開始時刻にて即座に出湯が完了する（つまり、出湯量無限大）と仮定する方法もある。
この場合、給湯負荷記憶手段１０３にて、給湯の終了時刻を特定するのに必要な情報は記憶しなくても良い。これにより、制御の簡易化を図ることができる。

［起動時刻の算出］
次に、予測された給湯負荷（以下「予測給湯負荷」ともいう。）に基づいて、加熱手段２の起動時刻を算出する動作について説明する。

図５は本発明の実施の形態１に係る加熱手段２の起動方法を表したタイムチャートである。
図５（ａ）は、給湯負荷予測手段１０４によって予測された給湯負荷（大出湯）を示している。
図５（ｂ）は、予測された給湯負荷に対して、従来技術に基づいて加熱手段２を起動した場合の貯湯タンク１の蓄熱量を示している。
図５（ｃ）は、本実施の形態１における動作により加熱手段２を起動した場合の積算給湯負荷、及び貯湯タンク１の蓄熱量と加熱手段２による沸上げ熱量との加算値を示している。

まず、従来技術（例えば、特許文献２）における動作について説明する。
一般的に、１日で最大の出湯となる風呂の湯張りと、湯張り後の最初のシャワーとの時間間隔は、短時間であることが多い。
しかし、従来技術（例えば特許文献２）では、直近に予測される大出湯への対応を終えてから次の大出湯の予測を行う（例えば特許文献２段落［０１４１］参照）。
このため、例えば図５（ｂ）に示すように、大出湯同士の時間間隔が短い場合に、直近の大出湯では湯切れが起きなくても、次の大出湯の間に湯切れが発生する可能性がある。
このような、湯切れを防止する本実施の形態１における、起動時刻の算出動作について説明する。

本実施の形態１においては、どの予測給湯負荷に対しても湯切れが発生しないように、加熱手段２の起動時刻を算出する。
つまり、加熱制御手段１０５は、現時刻から単位期間が終了するまでの間の各々の予測給湯負荷に対しても、現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間の予測給湯負荷の積算値より、起動時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間に加熱手段２によって沸上げ可能な熱量と、起動時刻における貯湯タンク１の蓄熱量との和が大きくなるように、起動時刻を求める。そして、制御手段１００は、求めた起動時刻に加熱手段２を起動する。
なお、この起動時刻の算出動作は、単位期間開始時、任意の時刻、又は逐次行うようにしても良い。

図５（ａ）の予測給湯負荷を例にして具体例を、図５（ｃ）を用いて説明する。
なお、図５（ｃ）においては、加熱手段２の加熱能力（単位時間当たりに沸上げ可能な熱量）が２［Ｌ／分］の場合を示している。

例えば、１６時００分に起動時刻の算出動作を行う場合を考える。
まず、加熱制御手段１０５は、大出湯１の終了時刻（１９時０５分）までの予測給湯負荷の積算値を求める。ここでは２００Ｌである。
加熱制御手段１０５は、大出湯１に対して湯切れが発生しない起動時刻を求める。ここでは、２００Ｌから貯湯タンク１の熱量である５０Ｌを減算した１５０Ｌが、大出湯１までに加熱手段２が沸き上げる熱量となる。
よって、この場合、１５０［Ｌ］を２［Ｌ／分］で割った値である７５分が、大出湯１に対して沸き上げるのに必要な時間となる。
したがって、大出湯１に対して湯切れが発生しない時刻は、大出湯１の終了時刻（１９時０５分）から７５分を引いた１７時５０分以前の時刻となる。

次に、加熱制御手段１０５は、大出湯２の終了時刻（１９時３２分３０秒）までの予測給湯負荷の積算値を求める。ここでは３２５Ｌである。
加熱制御手段１０５は、大出湯２より前の全ての大出湯、即ち大出湯１及び大出湯２に対して湯切れが発生しない起動時刻を求める。ここでは、３２５Ｌから貯湯タンク１の熱量である５０Ｌを減算した２７５Ｌが、大出湯２の終了時刻までに加熱手段２が沸き上げる熱量となる。
よって、この場合、３２５［Ｌ］を２［Ｌ／分］で割った値である１６２分３０秒が、大出湯１及び大出湯２に対して沸き上げるのに必要な時間となる。
したがって、湯切れが発生しない時刻は、大出湯２の終了時刻（１９時３２分３０秒）から１６２分３０秒を引いた１７時５０分以前の時刻となる。

同様に、大出湯３に対して湯切れが発生しない時刻は、１７時１２分３０秒以前の時刻となる。
また、同様に、大出湯４に対して湯切れが発生しない時刻は、１８時００分以前の時刻となる。

以上により、図５の例では、大出湯１〜４の全ての予測給湯負荷に対して、湯切れが発生しない時刻は、１７時１２分３０秒以前の時刻であることが求まる。

次に、加熱制御手段１０５は、各大出湯に対する湯切れが発生しない時刻を基準にして、起動時刻を定める。
図５の例では、例えば加熱手段２の起動時のエネルギーロスを考慮して所定時間を減算した時刻を、起動時刻とする。ここでは、１７時５分を起動時刻としている。
なお、これに限らず、各大出湯に対する湯切れが発生しない時刻を起動時刻としても良い。

以上のように本実施の形態においては、現時刻から単位期間が終了するまでの間の各々の予測給湯負荷に対しても、現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間の予測給湯負荷の積算値より、起動時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間に加熱手段２によって沸上げ可能な熱量と、起動時刻における貯湯タンク１の蓄熱量との和が大きくなるように、起動時刻を求める。
本実施の形態によれば、直近に予測される大出湯だけでなく、単位期間中（例えば１日）の現時刻以降に予測される全ての大出湯を考慮して加熱手段２の起動時刻を定めることができる。
このため、時間間隔の短い複数の大出湯が予測される場合でも、湯切れを起こす可能性を低減させることができる。
また、貯湯タンク１における蓄熱量を最小限に抑えて放熱ロスを最小限とすることができる。
これにより、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムを実現することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２においては、加熱手段２の起動・停止によるエネルギーロスを低減させる動作について説明する。
なお、本実施の形態２における貯湯式給湯システムの構成は、上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一符号を付する。

［放熱ロスの最小化］
まず、貯湯タンク１の蓄熱量を最小化して、貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスを低減する、加熱手段２の起動・停止の動作について説明する。

図６は本発明の実施の形態２に係る加熱手段２の起動・停止方法を表したタイムチャートである。
図６（ａ）は、給湯負荷予測手段１０４によって予測された給湯負荷（大出湯）を示している。ここでは、上記実施の形態１と同様の予測給湯負荷を採用している。
図６（ｂ）は、貯湯タンク１の蓄熱量（上段）と、加熱手段２の加熱能力（下段）とを示している。なお、加熱能力ゼロは加熱手段２が停止していることを示す。

まず、制御手段１００の加熱制御手段１０５は、上記実施の形態１と同様の動作により、現時刻以降の各々の予測給湯負荷に対しても湯切れすることがない時刻に、加熱手段２を起動する。

加熱制御手段１０５は、加熱手段２の稼働中において、現時刻に加熱手段２の稼動を一旦停止してから再起動しても、単位期間中（例えば１日）の現時刻以降に予測される大出湯に対して湯切れを起こさない場合、加熱手段２の稼働を一旦停止させる。

図６（ａ）の予測給湯負荷を例にして、その具体例を、図６（ｂ）を用いて説明する。
例えば、大出湯３の終了時点（２０時３２分３０秒）を現時刻とした場合を考える。
上述したように、加熱手段２は、１７時０５分に起動される。
ここで、加熱手段２の起動（１７時０５分）から現時刻（２０時３２分３０秒）までに、加熱手段２によって沸上げられた熱量は、２０７分３０秒に２［Ｌ／分］を乗じた値である４１４．５［Ｌ］である。
そして、この熱量と、起動前の貯湯タンク１の蓄熱量５０Ｌとの加算値は４６４．５［Ｌ］である。
一方、大出湯３終了までの積算給湯負荷は４５０Ｌである。
即ち、大出湯３終了時点での貯湯タンク１の蓄熱量は、４．５Ｌとなる。

ここで、現時刻である大出湯３の終了時点（２０時３２分３０秒）に、加熱手段２の稼働を一旦停止した場合、上記貯湯タンク１の蓄熱量を用いて、大出湯４に対して湯切れが発生しない時刻を求める。

加熱制御手段１０５は、大出湯３の終了時点から大出湯４の終了時刻（２２時１０分）までの予測給湯負荷の積算値を求める。ここでは１００Ｌである。
加熱制御手段１０５は、大出湯４に対して湯切れが発生しない起動時刻を求める。ここでは、１００Ｌから貯湯タンク１の熱量である４．５Ｌを減算した９５．５Ｌが、大出湯４までに加熱手段２が沸き上げる熱量となる。
よって、この場合、９５．５［Ｌ］を２［Ｌ／分］で割った値である４７分４５秒が、大出湯４に対して沸き上げるのに必要な時間となる。
したがって、大出湯４に対して湯切れが発生しない時刻は、大出湯４の終了時刻（２２時１０分）から４７分４５秒を引いた２１時２２分１５秒となる。

加熱制御手段１０５は、大出湯３の終了時点（２０時３２分３０秒）に、加熱手段２の稼動を一旦停止してから再起動しても、現時刻以降に予測される大出湯４に対して湯切れを起こさないので、加熱手段２の稼働を一旦停止させる。
そして、加熱制御手段１０５は、上記２１時２２分１５秒を基準にして、加熱手段２を再び起動させる時刻を定める。ここでは、２１時２０分を起動時刻としている。

このように、加熱手段２の稼働中において、現時刻に加熱手段２の稼動を一旦停止してから再起動しても、単位期間中（例えば１日）の現時刻以降に予測される大出湯に対して湯切れを起こさない場合、加熱手段２の稼働を一旦停止させることにより、貯湯タンク１の蓄熱量は最小化され、貯湯タンク１からの放熱エネルギーロスを低減することができる。

一方、上記のような加熱手段２の起動・停止を行うことにより、これに起因するエネルギーロスが生じることとなる。
即ち、加熱手段２の起動後、暫くの間は加熱手段２による沸上げ温度が目標値に届かず、目標値に届くまでに入力したエネルギーが無駄になる場合がある。
また、温度の低い湯が過去に沸上げられた湯に混ぜられてエネルギーの無駄が生じる場合がある。

本実施の形態においては、貯湯タンク１からの放熱エネルギーロスと、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスとを比較し、よりエネルギーロスが小さくなるように、加熱手段２を動作させる。

ここで、貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスは、湯が貯湯される時間に比例して増加する。
即ち、加熱手段２の稼働を一旦停止して再起動するまでの時間が、ある一定時間を超えると、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスより、貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスが大きくなる。
このため、加熱手段２の稼働を一旦停止した場合に想定される再起動するまでの時間間隔に応じて、加熱手段２の稼働を停止するか又は稼働を継続するかを判断することができる。
このような動作の詳細を、図７を用いて説明する。

［加熱手段２の発停回数の最小化］
図７は本発明の実施の形態２に係る加熱手段２の起動・停止方法を表したタイムチャートである。
図７（ａ）は、給湯負荷予測手段１０４によって予測された給湯負荷（大出湯）を示している。ここでは、上記実施の形態１と同様の予測給湯負荷を採用している。
図７（ｂ）は、貯湯タンク１の蓄熱量（上段）と、加熱手段２の加熱能力（下段）とを示している。なお、加熱能力ゼロは加熱手段２が停止していることを示す。

加熱制御手段１０５は、上述したように、加熱手段２の稼働中において、現時刻に加熱手段２を停止した場合に予測される次回の起動時刻を求める。
図７の例では、現時刻を大出湯３の終了時点（２０時３２分３０分）とすると、上述したとおり、次回の起動時刻となる大出湯４の起動時刻は２１時２０分である。

次に、加熱制御手段１０５は、現時刻に加熱手段２を停止した場合に予測される次回の起動時刻と、現時刻との時間間隔を求める。
そして、当該時間間隔が、所定時間以下である場合、加熱手段２の稼動を継続する。
一方、当該時間間隔が、所定時間以上である場合、上述したように、加熱手段２の稼動を停止する。

この所定時間は、例えば、貯湯タンク１から放熱される単位時間当たりの熱量に応じて、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスより、貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスが大きくなる時間を、予め設定する。
図７の例では、次回の起動時刻と想定される大出湯４の起動時刻は２１時２０分と、現時刻（２０時３２分３０秒）との時間間隔は、４７分３０秒となる。
そして、図７（ｂ）の下段に示すように、この時間間隔（４７分３０秒）が、所定時間（例えば６０分）以下である場合、加熱手段２の稼動を継続する。

次に、加熱制御手段１０５は、加熱手段２の稼働中において、現時刻に加熱手段２の稼動を停止しても、単位期間中（例えば１日）の現時刻以降に予測される大出湯に対して湯切れを起こさない場合、加熱手段２の稼働を停止させる。
図７の例では、現時点以降に予測される大出湯４に対して、湯切れを起こさない蓄熱量を貯湯タンク１に沸き上げたとき、加熱手段２を停止する。

なお、上記説明では、次回の起動時刻と、現時刻との時間間隔に応じて、加熱手段２を停止又は継続を判断したが、本発明はこれに限らず、エネルギーロスを算出するようにしても良い。
例えば、予め記憶された、貯湯タンク１から放熱される単位時間当たりの熱量に、当該時間間隔を乗ずることにより、貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスを求めることができる。
そして、算出した貯湯タンク１からの放熱エネルギーロスと、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスとを比較し、貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスより、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスが小さい場合、加熱手段２の稼動を停止する。一方、貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスより、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスが大きい場合、加熱手段２の稼動を継続する。
なお、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスは、予め記憶するようにしても良いし、加熱手段２の加熱能力や給水温度などに応じて算出しても良い。

以上のように本実施の形態においては、貯湯タンク１からの放熱エネルギーロスと、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスとを比較し、よりエネルギーロスが小さくなるように、加熱手段２を動作させる。
このため、貯湯タンクにおける湯切れを抑えつつ、加熱手段の起動・停止に起因する無駄なエネルギー消費を抑えることができる。

また、次回の起動時刻と、現時刻との時間間隔に応じて、加熱手段２を停止又は継続する。
このため、早期に沸上げた湯が貯湯タンク１から外界へ放熱するエネルギーロス、又は加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスのうち、よりエネルギーロスの小さい方を選択することができ、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムを実現することができる。

なお、加熱手段２の起動・停止によるエネルギーロスは、加熱手段２がヒートポンプサイクルによって構成される場合に特に大きい。
したがって、本実施の形態における効果は加熱手段２がヒートポンプサイクルの場合に特に顕著である。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、貯湯タンク１からの放熱エネルギーロスと、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスとを比較して、よりエネルギーロスが小さくなるように、加熱手段２を動作させた。
本実施の形態３では、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスを回避すると共に、貯湯タンク１からの放熱エネルギーロスを抑制する動作について説明する。
なお、本実施の形態における貯湯式給湯システムの構成は、上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一符号を付する。

図８は本発明の実施の形態３に係る加熱手段２の能力制御方法を表したタイムチャートである。
図８（ａ）は、給湯負荷予測手段１０４によって予測された給湯負荷（大出湯）を示している。ここでは、上記実施の形態１と同様の予測給湯負荷を採用している。
図８（ｂ）は、貯湯タンク１の蓄熱量（上段）と、加熱手段２の加熱能力（下段）とを示している。なお、加熱能力ゼロは加熱手段２が停止していることを示す。
また、加熱能力ＱＬは、能力減少時の加熱手段２の加熱能力を示している。
例えば、加熱能力ＱＬは、単位時間当たりに沸上げ可能な熱量が０．５［Ｌ／分］の場合を示している。
また、加熱能力ＱＨは、能力増加時の加熱手段２の加熱能力を示している。
例えば、加熱能力ＱＨは、単位時間当たりに沸上げ可能な熱量が２［Ｌ／分］の場合を示している。

加熱制御手段１０５は、上記実施の形態２と同様に、加熱手段２の稼働中において、現時刻に加熱手段２を停止した場合に予測される次回の起動時刻を求め、現時刻に加熱手段２を停止した場合に予測される次回の起動時刻と、現時刻との時間間隔を求める。
そして、当該時間間隔が所定時間以上である場合、加熱手段２の加熱能力を減少させる。
図８の例では、上記実施の形態２と同様に、現時刻を大出湯３の終了時点（２０時３２分３０秒）とすると、次回の起動時刻と想定される大出湯４の起動時刻と現時刻との時間間隔（４７分３０秒）が、所定時間以上である場合、加熱手段２の加熱能力をＱＬに減少させる。

次に、加熱制御手段１０５は、当該減少させた加熱手段２の加熱能力によって、現時刻以降の何れかの予測給湯負荷に対して、湯切れが発生するか否かを判断する。
即ち、現時刻から単位期間が終了するまでの間の何れかの予測給湯負荷に対して、現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間の予測給湯負荷の積算値より、現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間に、加熱手段２の現時刻における加熱能力によって沸上げ可能な熱量と、現時刻における貯湯タンク１の蓄熱量との和が小さい場合、湯切れが生じると判断する。

図８の例では、現時刻を大出湯３の終了時点（２０時３２分３０秒）と大出湯４の終了時刻（２２時１０分）の時間間隔（９７分３０秒）において、加熱能力ＱＬによって沸上げ可能な熱量は、９７分３０秒に０．５［Ｌ／分］を乗じた値である４８．７５［Ｌ］である。
そして、大出湯３終了時点での貯湯タンク１の蓄熱量（４．５Ｌ）との和は、５３．２５Ｌである。
一方、大出湯３の終了時点から大出湯４の終了時刻（２２時１０分）までの予測給湯負荷の積算値は、１００Ｌである。
よって、加熱制御手段１０５は、減少させた加熱能力ＱＬによって、現時刻以降の大出湯４に対して、湯切れが発生すると判断する。

加熱制御手段１０５は、湯切れが生じると判断した場合、現時刻から単位期間が終了するまでの間の各々の予測給湯負荷に対しても、現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間の予測給湯負荷の積算値より、能力増加時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間に、能力増加された加熱手段２によって沸上げ可能な熱量と、能力増加時刻における貯湯タンク１の蓄熱量との和が大きくなるように、能力増加時刻を求める。

図８の例では、大出湯４に対して湯切れすることのないタイミングである２１時３５分に加熱手段２の能力を加熱能力ＱＨに増加させる。
これにより、加熱手段２の一旦停止・再起動を回避しつつ、貯湯タンク１の蓄熱量を抑制することが可能となる。

なお、上記説明では、次回の起動時刻と、現時刻との時間間隔に応じて、加熱手段２の能力を減少させた。本発明はこれに限らず、エネルギーロスを算出するようにしても良い。
例えば、予め記憶された、貯湯タンク１から放熱される単位時間当たりの熱量に、当該時間間隔を乗ずることにより、貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスを求めることができる。
そして、算出した貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスより、加熱手段２を停止及び再起動した場合に生じるエネルギーロスが大きい場合、加熱手段２の加熱能力を減少させるようにしても良い。
なお、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスは、予め記憶するようにしても良いし、加熱手段２の加熱能力や給水温度などに応じて算出しても良い。

以上のように本実施の形態においては、加熱手段２の稼働中において、貯湯タンク１から放熱されるエネルギーロスより、加熱手段２を停止及び再起動した場合に生じるエネルギーロスが大きい場合、加熱手段２の加熱能力を減少させて稼動を継続する。
また、当該減少させた加熱手段２の加熱能力によって、現時刻以降の何れかの予測給湯負荷に対して、湯切れが発生する場合、現時刻から単位期間が終了するまでの間の各々の予測給湯負荷に対しても、現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間の予測給湯負荷の積算値より、能力増加時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間に、能力増加された加熱手段２によって沸上げ可能な熱量と、能力増加時刻における貯湯タンク１の蓄熱量との和が大きくなるように、能力増加時刻を求める。
このため、貯湯タンクにおける湯切れを抑えつつ、加熱手段の起動・停止に起因する無駄なエネルギー消費を抑えることができる。
また、加熱手段２の起動・停止に起因するエネルギーロスを回避できると共に、加熱手段２の加熱能力を一定とした場合よりも貯湯タンク１から外界への放熱によるエネルギーロスを低減することができる。
したがって、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムを実現することができる。

また、本実施の形態によれば、直近に予測される大出湯だけでなく、単位期間中（例えば１日）の現時刻以降に予測される全ての大出湯を考慮して加熱手段２の能力増加時刻を定めるため、時間間隔の短い複数の大出湯が予測される場合でも、湯切れを起こす可能性が低減できると共に、貯湯タンク１における蓄熱量を最小限に抑えて放熱エネルギーロスを低減することができ、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムを実現することができる。

実施の形態４．
本実施の形態４においては、単位期間における積算給湯負荷の予測値に基づいて、加熱手段２による沸上げが不要になる時刻に、加熱手段２の稼働を停止させる動作について説明する。
なお、本実施の形態４における貯湯式給湯システムの構成は、上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一符号を付する。

図９は本発明の実施の形態４に係る加熱手段２の停止方法を表したタイムチャートである。
図９（ａ）は、給湯負荷算出手段１０２によって算出された給湯負荷（大出湯）の実績を示している。
図９（ｂ）は、貯湯タンク１の蓄熱量（実線）と、給湯負荷予測手段１０４によって予測された積算給湯負荷から、現時刻までの積算給湯負荷の実績値を減算した値（一点鎖線）とを示している。
図９（ｃ）は、加熱手段２の加熱能力を示している。なお、加熱能力ゼロは加熱手段２が停止していることを示す。

上記実施の形態１で説明したように、給湯負荷記憶手段１０３は、単位期間（１日）における給湯負荷の積算値の実績である積算給湯負荷実績を記憶する。
給湯負荷予測手段１０４は、給湯負荷記憶手段１０３に記憶された過去の積算給湯負荷実績に基づいて、現時刻を含む単位期間における積算給湯負荷を予測する。

また、給湯負荷算出手段１０２は、上記実施の形態１で説明したように、逐次、当日の「連続出湯中の積算給湯負荷」を算出する。

加熱制御手段１０５は、給湯負荷予測手段１０４により予測された積算給湯負荷から、単位期間開始から現時刻までの積算給湯負荷の実績値を減算する。
そして、加熱制御手段１０５は、当該減算した値が、現時刻の貯湯タンク１内の蓄熱量以下となるとき、加熱手段２の稼動を停止させる。

図９の例では、１６時以降に予測された積算給湯負荷（１日の積算給湯負荷）が、６００Ｌである。
そして、この６００Ｌから、大出湯３終了までの積算給湯負荷の実績値は４５０Ｌを減算した値は１５０Ｌである。
加熱制御手段１０５は、逐次、現時刻の貯湯タンク１内の蓄熱量を監視して、蓄熱量が１５０Ｌを超えた時刻を基準として、加熱手段２の稼働を停止させる。

以上のように本実施の形態においては、予測された積算給湯負荷から、単位期間（例えば１日）開始から現時刻までの積算給湯負荷の実績値を減算した値が、現時刻の貯湯タンク１内の蓄熱量以下となるとき、加熱手段２の稼動を停止させる。

本実施の形態によれば、単位期間中に使われない湯の沸上げを最小限にすることができ、貯湯タンク１から外界への放熱によるエネルギーロスを最小限とすることができる。
したがって、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムを実現することができる。

１ 貯湯タンク、２ 加熱手段、３ 循環ポンプ、４ 混合手段、１００ 制御手段、１０１ 蓄熱量算出手段、１０２ 給湯負荷算出手段、１０３ 給湯負荷記憶手段、１０４ 給湯負荷予測手段、１０５ 加熱制御手段、３０１ 加熱用配管、３０２ 給水用配管、３０３ 導出用配管、３０４ 混合用配管、３０５ 給湯用配管、５０１ａ〜５０１ｆ 貯湯温度センサー、５０２ 沸上げ温度センサー、５０３ 導出温度センサー、５０４ 給水温度センサー、５０５ 給湯温度センサー、６０１ 給湯流量センサー。

Claims (2)

1. 水を加熱して湯にする加熱手段と、
   前記湯を蓄える貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに蓄えられた湯を負荷側へ供給する給湯管路と、
   前記加熱手段の動作を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記貯湯タンク内の蓄熱量を求める蓄熱量算出手段と、
   単位時間当たりに負荷側へ供給された熱量である給湯負荷の実績を求める給湯負荷算出手段と、
   前記給湯負荷算出手段が求めた前記給湯負荷に関する情報を記憶する給湯負荷記憶手段と、
   前記給湯負荷記憶手段に記憶された過去の給湯負荷の実績に基づいて、現時刻以降の給湯負荷を予測する給湯負荷予測手段と、
   前記給湯負荷予測手段によって予測された予測給湯負荷に基づいて、前記加熱手段の起動時刻を求める加熱制御手段と
   を有し、
   前記加熱制御手段は、
   現時刻から単位期間が終了するまでの間の各々の前記予測給湯負荷に対しても、
   現時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間の前記予測給湯負荷の積算値より、
   起動時刻から当該予測給湯負荷が終了するまでの間に前記加熱手段によって沸上げ可能な熱量と、起動時刻における前記貯湯タンクの蓄熱量との和が大きくなるように、前記起動時刻を求め、
   前記加熱手段の稼働中において、
   現時刻に前記加熱手段を停止した場合に予測される次回の起動時刻と、現時刻との時間間隔が所定時間以下である場合、前記加熱手段の稼動を継続する
   ことを特徴とする貯湯式給湯システム。
2. 前記加熱制御手段は、
   前記加熱手段の稼働中において、
   現時刻に前記加熱手段を停止した場合に予測される次回の起動時刻と現時刻との時間間隔における前記貯湯タンクから放熱されるエネルギーロスと、前記加熱手段を停止及び再起動した場合に生じるエネルギーロスとを比較し、
   前記貯湯タンクから放熱されるエネルギーロスより、前記加熱手段を停止及び再起動した場合に生じるエネルギーロスが大きい場合、前記加熱手段の加熱能力を減少させて稼動を継続する
   ことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯システム。

Images