JP2015068539A - 給湯システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保温運転開始時、貯湯タンク内の温度成層および熱源機のＣＯＰに及ぼす影響を最小限に抑え、安定的に高温水を出湯できるとともに、熱源機の高ＣＯＰを維持できる給湯システムを提供することを目的とする。
【解決手段】熱源機２で製造された高温水を貯湯タンク１１の上部側から温度成層を形成して順次貯湯し、設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能とされている給湯システム１において、熱源機２からの高温水配管１５と低温水系との間に、貯湯タンク１１内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、熱源機２から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁２５により低温水系にバイパスするバイパス回路２６を設け、当該バイパス回路２６にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標として貯湯タンク１１側に切換える弁制御部２７を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱源機により製造された高温水をその上部側から温度成層を形成しつつ順次貯湯する少なくとも１以上の貯湯タンクを備えた給湯システムおよびその制御方法に関するものである。

上記の如く、熱源機に対して低温水配管および高温水配管を介して接続され、その熱源機で製造された高温水を上部側から温度成層を形成して順次貯湯する少なくとも１以上の貯湯タンクを備えている給湯システムにおいては、貯湯タンク内に１００％貯湯が完了した後、貯湯タンク内の温水を一定温度に維持するために保温運転（沸き増し運転）が行われる。しかし、この保温運転（沸き増し運転）の開始時、起動中の熱源機から十分に加熱されていない低温の温水が出湯されることがあり、それが貯湯タンクの上部から高温水中に混合されることによって、温度成層が乱される場合がある。

かかる問題に対処するため、保温運転の開始時、熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁によって系外に排出あるいはバイパス回路を介して低温水系にバイパスさせ、熱源機から出湯される温水が設定温度以上に上昇したとき、切換え弁を切換え、熱源機からの高温水を貯湯タンクの上部に流し込むようにしたシステムが特許文献１により提供されている。

一方、温度成層を形成して蓄熱槽内に水を媒体として蓄熱する際、蓄熱槽に戻る水のアルキメデス数Ａｒを演算し、そのアルキメデス数Ａｒを予め設定した基準アルキメデス数に近付けるように、空調機に対する送水ポンプによる送水量を制御することにより、蓄熱槽内における水の温度成層の乱れを防止して蓄熱できるようにしたシステムが特許文献２により提供されている。

特許第５０６９９５５号公報 特開平１０−１４８３７４号公報

上記の如く、保温運転（沸き増し運転）の開始時、熱源機から出湯される温水の温度が設定温度以上になったとき、切換え弁を切換え、熱源機からの高温水を貯湯タンクの上部に流し込むようにすることにより、温度成層の乱れを防止し、貯湯タンク上部の温水温度の低下を防ぐことができる。しかし、この場合、熱源機からの温水温度が設定温度以上になるまでの間、バイパス回路を介して低温水系側に設定温度近くまで温度上昇された温水がバイパスされることになる。

その結果、バイパス回路を貯湯タンクへの給水系や貯湯タンク下部あるいは貯湯タンクから熱源機への低温水配管等に接続している構成のシステムの場合、温度上昇した低温水が熱源機に供給されることになり、これによって、ヒートポンプ式熱源機側では、効率が低下し、ＣＯＰ（成績係数）が低下する等の課題が生ずる。
このため、貯湯タンクの温度成層の乱れや熱源機のＣＯＰの低下に与える影響を最小限に抑え、負荷側への安定的な高温水の出湯と熱源機の高ＣＯＰの維持とを両立できる技術が求められていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、保温運転（沸き増し運転）の開始時、貯湯タンク内の温度成層および熱源機のＣＯＰに及ぼす影響を各々最小限に抑制し、安定的に高温水を出湯できるとともに、熱源機の高ＣＯＰを維持できる給湯システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の給湯システムおよびその制御方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる給湯システムは、低温水を加熱して高温水を製造する熱源機と、その熱源機に低温水配管および高温水配管を介して接続され、当該熱源機で製造された高温水をその上部側から温度成層を形成して順次貯湯する少なくとも１以上の貯湯タンクと、を備え、前記貯湯タンク内に設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能に構成されている給湯システムにおいて、前記高温水配管と前記貯湯タンクへの給水配管を含む低温水系との間に、前記貯湯タンク内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、前記熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁により前記低温水系にバイパスするバイパス回路を設け、前記バイパス回路にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標として前記貯湯タンク側に切換える弁制御部を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、熱源機で製造された高温水を貯湯タンクの上部側から温度成層を形成して順次貯湯し、設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能とされている給湯システムにおいて、熱源機からの高温水配管と貯湯タンクへの給水配管を含む低温水系との間に、貯湯タンク内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁により低温水系にバイパスするバイパス回路を設け、当該バイパス回路にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標として貯湯タンク側に切換える弁制御部を備えているため、保温運転（沸き増し運転）の開始時、熱源機から出湯された温度の低い温水をバイパス回路により低温水系にバイパスさせ、それをＲ値の大きい領域で層を形成させずに低温水系の低温水と混合させることにより、低温水系の温度上昇を抑えるとともに、貯湯タンク上部の高温水中への低温の温水の混合を阻止して温度成層の乱れを防ぐ一方、バイパス回路側にバイパスされていた温水を、温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標（Ｒ値が所定値以下の小さい領域）に貯湯タンク側に切換えることによって、貯湯タンク上部の高温水による温度成層を維持し、出湯時、負荷側に常に一定温度以上の高温水を出湯することができる。従って、保温運転（沸き増し運転）の開始時、貯湯タンク内の温度成層および熱源機のＣＯＰに及ぼす影響を各々最小限に抑制して、安定的に高温水を負荷側に出湯することができるとともに、熱源機における高ＣＯＰを維持することができる。

また、本発明の給湯システムは、上記の給湯システムにおいて、前記バイパス回路は、前記低温水系である前記貯湯タンクへの給水配管、前記貯湯タンク下部の低温水域、前記貯湯タンクから前記熱源機への前記低温水配管のいずれかに接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、バイパス回路が、低温水系である貯湯タンクへの給水配管、貯湯タンク下部の低温水域、貯湯タンクから熱源機への低温水配管のいずれかに対して接続されているため、熱源機から出湯された低温の温水を貯湯タンクへの給水配管、貯湯タンク下部の低温水域、貯湯タンク下部からの低温水配管のいずれかの低温水中に注入して混合することにより、低温水系の温度上昇を抑制することができる。従って、熱源機、特にヒートポンプ式の熱源機において、水／冷媒熱交換器に温度の高い低温水が供給されることによる効率の低下を抑制し、熱源機における高ＣＯＰを維持することができる。

さらに、本発明の給湯システムは、上述のいずれかの給湯システムにおいて、前記切替え弁は、貯湯タンク内の下部に低温水、上部に設定温度の高温水が貯湯されている状態下において、前記熱源機から出湯された低温の温水を前記貯湯タンクの下部から流入させた場合のＲ値と、上部から流入させた場合のＲ値とが交わるポイントで前記貯湯タンク側に切換えられる構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、切換え弁が、貯湯タンク内の下部に低温水、上部に設定温度の高温水が貯湯されている状態下において、熱源機から出湯された低温の温水を貯湯タンクの下部から流入させた場合のＲ値と、上部から流入させた場合のＲ値とが交わるポイントで貯湯タンク側に切換えられる構成とされているため、保温運転（沸き増し運転）の開始時、熱源機から出湯される温水の温度が低く、Ｒ値が大きい領域では熱源機からの低温の温水と低温水系の低温水とが層を形成せずに混合されることから、低温水系の温度上昇を最小限に抑えることができる一方、そのＲ値と、熱源機から出湯される温水の温度が上昇し、貯湯タンク内の高温水と混合せずに温度成層を形成できるＲ値とが交差するポイントで切換え弁を切換え、熱源機からの出湯温水を貯湯タンクの上部に流入させることにより、温度成層の乱れを防ぐことができる。従って、保温運転（沸き増し運転）の開始時、熱源機から出湯される低温の温水を貯湯タンクの上部から流入させた場合の影響および貯湯タンクの下部から流入させた場合の影響を最も少なくできるタイミングで切換え弁を切換えできることから、貯湯タンク上部の高温水の温度成層を維持し、安定的に高温水を負荷側に出湯することができるとともに、熱源機における高ＣＯＰを維持することができる。

さらに、本発明にかかる給湯システムの制御方法は、低温水を加熱して高温水を製造する熱源機と、その熱源機に低温水配管および高温水配管を介して接続され、当該熱源機で製造された高温水をその上部側から温度成層を形成して順次貯湯する少なくとも１以上の貯湯タンクと、を備え、前記貯湯タンク内に設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能に構成されている給湯システムの制御方法において、前記高温水配管と前記貯湯タンクへの給水配管を含む低温水系との間に、前記貯湯タンク内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、前記熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁により前記低温水系にバイパスするバイパス回路を設け、前記バイパス回路にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標として前記貯湯タンク側に切換えることを特徴とする。

本発明によれば、熱源機で製造された高温水を貯湯タンクの上部側から温度成層を形成して順次貯湯し、設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能とされている給湯システムの制御方法において、熱源機からの高温水配管と貯湯タンクへの給水配管を含む低温水系との間に、貯湯タンク内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁により低温水系にバイパスするバイパス回路を設け、そのバイパス回路にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標として貯湯タンク側に切換えるようにしているため、保温運転（沸き増し運転）の開始時、熱源機から出湯された温度の低い温水をバイパス回路により低温水系にバイパスさせ、それをＲ値の大きい領域で層を形成させずに低温水系の低温水と混合させることにより、低温水系の温度上昇を抑えるとともに、貯湯タンク上部の高温水中への低温の温水の混合を阻止して温度成層の乱れを防ぐ一方、バイパス回路側にバイパスされていた温水を、温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標（Ｒ値が所定値以下の小さい領域）に貯湯タンク側に切換えることによって、貯湯タンク上部の高温水による温度成層を維持し、出湯時、負荷側に常に一定温度以上の高温水を出湯することができる。従って、保温運転（沸き増し運転）の開始時、貯湯タンク内の温度成層および熱源機のＣＯＰに及ぼす影響を各々最小限に抑制して、安定的に高温水を負荷側に出湯することができるとともに、熱源機における高ＣＯＰを維持することができる。

本発明の給湯システムおよびその制御方法によると、保温運転の開始時、熱源機から出湯された温度の低い温水をバイパス回路により低温水系にバイパスさせ、それをＲ値の大きい領域で層を形成させずに低温水系の低温水と混合させることにより、低温水系の温度上昇を抑えるとともに、貯湯タンク上部の高温水中への低温の温水の混合を阻止して温度成層の乱れを防ぐ一方、バイパス回路側にバイパスされていた温水を、温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標（Ｒ値が所定値以下の小さい領域）に貯湯タンク側に切換えることにより、貯湯タンク上部の高温水による温度成層を維持し、出湯時、負荷側に常に一定温度以上の高温水を出湯することができるため、保温運転の開始時、貯湯タンク内の温度成層および熱源機のＣＯＰに及ぼす影響を各々最小限に抑制して、安定的に高温水を負荷側に出湯することができるとともに、熱源機における高ＣＯＰを維持することができる。

本発明の一実施形態に係る給湯システムのシステム構成図である。 上記給湯システムの起動時の状態を示す説明図である。 貯湯タンクの水中に温水を流入した時の特性を示す説明図である。 上部の高温水、下部に低温水を貯湯した貯湯タンク中に、起動時、熱源機からの出湯水を上から流入した場合と下から流入した場合の流入温度とＲ値との関係を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る給湯システムのシステム構成図が示されている。
本実施形態の給湯システム１において、熱源機２としてＣＯ２冷媒を使用した超臨界サイクルのヒートポンプを用いたものが例示されている。熱源機２は、本実施形態のヒートポンプに限定されるものではなく、ボイラ、燃料電池等、他の構成機器としてもよいことはもちろんである。

ヒートポンプ式熱源機（熱源機）２は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、ガスクーラとして機能し、冷媒と水とを熱交換させる水／冷媒熱交換器（ガスクーラ）４と、冷媒を減圧する電子膨張弁等からなる減圧手段５と、ファン６により通風される外気との熱交換により冷媒を蒸発させる蒸発器７とが順次冷媒配管８を介して接続された閉サイクルの冷媒循環回路９を備えている。ここでのヒートポンプ式熱源機２は、作動媒体としてＣＯ２冷媒を充填した超臨界サイクルのヒートポンプとされているが、それ自体は、公知のものであってよい。

また、水／冷媒熱交換器（ガスクーラ）４は、その冷媒流路４Ａ側を流れる高温高圧の冷媒ガスと、水流路４Ｂ側を流れる水とを熱交換させて高温水を生成するものであり、冷媒流路４Ａ側を流通する冷媒ガスと、水流路４Ｂ側を流通する水とが対向流により熱交換される構成とされている。

一方、給湯ユニット１０は、ヒートポンプ式熱源機２により製造された温水を貯える所要容量の貯湯タンク１１と、この貯湯タンク１１を介してヒートポンプ式熱源機２の水／冷媒熱交換器４の水流路４Ｂ側に水を循環とする水回路１２とを備えている。この貯湯タンク１１は、その底部から低温水を抜いて熱源機２に供給し、ヒートポンプ式熱源機２により製造された高温水をタンク上部から順次供給することにより、温度成層を形成するように貯湯する構成とされているものである。

なお、貯湯タンク１１は、比較的小型の小容量の複数のタンクを接続管により互いに直列に接続した構成としてもよく、この場合、熱源機２からの高温水配管が接続される貯湯タンクを最上流のタンクとし、その貯湯タンクの上部に負荷側への出湯配管を接続するとともに、当該貯湯タンクの底部と下流側の貯湯タンクの上部を接続管で接続して順次複数の貯湯タンクを直列に接続し、最下流の貯湯タンクの底部に熱源機２への低温水配管と給水配管とを接続した構成とされる。かかる貯湯タンク１１は、公知のものであってよい。

水回路１２は、貯湯タンク１１の底部からの低温水を水／冷媒熱交換器４の水流路４Ｂに供給する低温水配管１３と、低温水配管１３中に設けられた水ポンプ１４と、水／冷媒熱交換器４で生成された高温水を貯湯タンク１１の上部に供給する高温水配管１５と、貯湯タンク１１に水を供給するための給水配管１６と、貯湯タンク１１に貯湯されている高温水を負荷側に出湯する出湯配管１７と、給水配管１６と出湯配管１７との間に設けられたバスパス配管１８と、バイパス配管１８からの水と貯湯タンク１１からの高温水とを混合して所定温度の温水となし、負荷側に供給する感温式ミキシング弁１９と、水回路１２内に混入した空気を外部に排出するエアベント２０等から構成されている。

また、貯湯タンク１１には、その上下方向に沿って複数個の温度センサ２１Ａ，２１Ｂおよび２１Ｎが設けられている。この複数個の温度センサ２１Ａ，２１Ｂおよび２１Ｎのうち、温度センサ２１Ａは、１００％貯湯位置に設けられた第１温度センサ、温度センサ２１Ｂは、例えば６０％貯湯位置に設けられた第２温度センサ、温度センサ２１Ｎは、例えば２０％貯湯位置に設けられた第３温度センサとされており、各温度センサ２１Ａ，２１Ｂおよび２１Ｎの検出値は制御部２２に入力されるようになっている。なお、この温度センサは、３個である必要はなく、２個以上Ｎ個の温度センサを適宜の間隔で設けた構成とすることができる。

制御部２２は、給湯システム１の運転時、低温水配管１３および高温水配管１５に設置されている温度センサ２３，２４の検出値に基づいて、ヒートポンプ式熱源機２の圧縮機３および水ポンプ１４の回転数を制御して温水製造能力を制御し、設定温度の高温水を製造するとともに、温度センサ２１Ａ，２１Ｂおよび２１Ｎの検出値に基づいて、給湯システム１の運転時、ヒートポンプ式熱源機２および水ポンプ１４の運転停止を制御し、いわゆる沸き上げ運転および沸き増し運転等を行うものである。

かかる給湯システム１は、一般に安価な深夜電力を利用し、夜間に沸き上げ運転を行うことにより、貯湯タンク１１内に設定温度の高温水を１００％貯湯位置まで貯湯し、その高温水を消費期間中に出湯配管１７を介して負荷側に出湯することにより消費するようにしている。しかし、沸き上げ運転完了後にそのまま放置されることにより、自然放熱や熱移動等で貯湯タンク１１内の高温水の温度が低下したり、あるいは高温水の消費によってその量が不足状態となったりした場合、必要に応じて保温運転（沸き増し運転）が行われるようになっている。

さらに、上記給湯システム１は、運転開始時（起動時）、図２（Ａ）に示すように、まず水ポンプ１４を起動してその回転数を徐々に上昇させ、水回路１２内の水を外部に排出した後、図２（Ｂ）に示すように、ヒートポンプ式熱源機２の圧縮機を遅延起動し、その回転数を目標値まで上昇させるようにしており、これによって、ヒートポンプ式熱源機２からの出湯温度が、図２（Ｃ）に示すように、徐々に上昇され、目標温度とされるようになっている。保温運転（沸き増し運転）の開始直後に、上記の如く、ヒートポンプ式熱源機２から出湯される低温の温水がそのまま貯湯タンク１１に流入されると、貯湯されている高温水の温度成層が乱されることになる。

そこで、熱源機２からの高温水配管１５中に三方切換え弁（切換え弁）２５を設け、熱源機２から出湯される低温の温水を、三方切換え弁（切替え弁）２５およびバイパス回路２６を介して給水配管１６にバイパスさせることができる構成としている。なお、このバイパス回路２６は、貯湯タンク１１下部の低温水域、あるいは貯湯タンク１１から熱源機２への低温水配管１３における水ポンプ１４の上流側に接続してもよい。

上記三方切換え弁２５のバイパス回路２６側から貯湯タンク１１側への切換えは、単に温水温度が設定温度に達したことを検知して切換えるのではなく、制御部２２に弁制御部２７を設けた構成とすることにより、温度成層型貯湯タンク１１内において温度成層の形成を決定する混合特性値であるＲ値を指標として貯湯タンク１１側に切換えられるようにしている。

つまり、Ｒ値は、図３に示されるように、タンク内の水中に上部から湯を流入させた時の特性値であり、温度成層型貯湯タンク１１の深さＬｏに対する完全混合域深さＬの比率である下記（１）式により算出され、その完全混合域深さＬは、下記（２）式によって算出される。
Ｒ＝Ｌ／Ｌｏ （１）
Ｌ＝ｍ・Ａｒ^−０．５・ｄｓ （２）
ただし、（２）式において、ｍ：配管接続構造によるパラメータ（例えば、円管水平接続方式の場合、０．７、円管垂直接続方式の場合、１．３、水平円盤（じゃま板）方式の場合、１．８となる。）、Ａｒ：アルキメデス数、ｄｓ：配管径もしくは円盤間距離を示す。

なお、アルキメデス数Ａｒは、下記（３）式で表される。
Ａｒ＝ｄｓ・ｇ・｜ρｏ−ρ｜／ρ・１／ｕ^２ （３）
ただし、上記（３）式において、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ^２］、ρ：流入低温水密度［ｋｇ／ｍ^３］、ρｏ：貯湯タンク内水温密度［ｋｇ／ｍ^３］、ｕ：入水流速［ｍ／ｓ］（ｕ＝ｆ／Ａ（ｆ：流量［ｍ^３／ｓ］、Ａ：タンク入口断面積［ｍ^２］）を示す。
ここで、Ｒ値が大きいと、流入水がタンク内の水と混合し、Ｒ値が小さく、０．４以下であると、流入水がタンク内の水と混合せずに温度成層を形成する。

本実施形態では、図４に示されるように、貯湯タンク１１の上部に、例えば８０℃の高温水を貯湯し、その下部に、例えば１０℃の低温水が貯えられている状態下において、保温運転（沸き増し運転）の開始時、下部の低温水を熱源機２に供給し、熱源機２から出湯される温水の温度が低温の場合、まずバイパス回路２６を介して貯湯タンク１１の下部からその低温水域に流入させ、熱源機２から出湯される温水温度に基づく温度成層型貯湯タンク１１の混合特性値であるＲ値を指標とし、図４（Ｂ）に示されるように、貯湯タンク１１の下部から流入させた場合のＲ値と、上部から流入させた場合のＲ値とが交差するポイントで三方切換え弁２５を切換える構成とされている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記の給湯システム１およびその制御方法において、ヒートポンプ式熱源機２および水ポンプ１４を運転し、水／冷媒熱交換器（ガスクーラ）４の冷媒流路４Ａ側に高温高圧の冷媒ガスを流通させるとともに、水流路４Ｂ側に貯湯タンク１１からの低温水を流通させて互いに熱交換させ、高温高圧の冷媒ガスで低温水を加熱することにより、高温水を生成することができる。この高温水を貯湯タンク１１の上部に供給し、温度成層を形成して順次貯湯することにより、所要量の高温水を貯湯することができる。

高温水の貯湯量は、貯湯タンク１１の上下方向に沿って設けられている複数個の温度センサ２１Ｎ，２１Ｂ，２１Ａが、順次設定温度（例えば、８０℃）の温度を検知したことを以って、当該温度センサの設置位置まで設定温度（８０℃）の温水が貯湯された判断することができ、１００％貯湯位置に設けられている第１温度センサ２１Ａが設定温度を検知することにより、沸き上げ完了と判断し、ヒートポンプ式熱源機２および水ポンプ１４の運転を停止するようにしている。

沸き上げ完了後、保温状態となるが、自然放熱やタンク上部から下部への熱移動等によって温水温度が設定温度まで低下すると、保温運転（沸き増し運転）が実施されることになる。この際、制御部２２の弁制御部２７は、図２に示す如く、保温運転の開始時、熱源機２の圧縮機３が遅延起動され、目標回転数に到達されるまでの間、熱源機２から出湯される温水の温度が低いことから、この低温の温水を低温水系にバイパスさせるため、三方切換え弁２５をバイパス回路２６側に切換え、給水配管１６を経由して貯湯タンク１１下部の低温水域にバイパスさせる。これによって、低温の温水が貯湯タンク１１上部の高温水中に流入されないようにしている。

貯湯タンク１１下部の低温水域にバイパスさせた低温の温水は、温度が低く、Ｒ値が大きいことから、層を形成することはなく、貯湯タンク１１内の水とよく混合し、低温水域の温度上昇を極力抑制する。一方、熱源機２から出湯される温水の温度は、図２（Ｃ）に示されるように、運転開始後、時間の経過とともに温度上昇する。本実施形態では、温水温度に基づく温度成層型貯湯タンク１１の混合特性値であるＲ値を指標とし、図４（Ｂ）に示す如く、貯湯タンク１１の下部から流入させた場合のＲ値と、上部から流入させた場合のＲ値とが交差するポイントで三方切換え弁２５を貯湯タンク１１側に切換え、熱源機２から出湯される温水を貯湯タンク１１の上部に流入させるようにしている。なお、三方切換え弁２５の切換えは、図２に示されるように、出湯温度制御開始前とされることが望ましいが、これに限らず、出湯温度制御開始後となる場合もある。

このように、本実施形態では、保温運転（沸き増し運転）の開始時、熱源機２から出湯された温度の低い温水をバイパス回路２６により低温水系にバイパスさせ、それをＲ値の大きい領域で層を形成させずに低温水系の低温水と混合させることにより、低温水系の温度上昇を抑えるとともに、貯湯タンク１１上部の高温水中への低温の温水の混合を阻止して温度成層の乱れを防いでいる。一方、三方切換え弁２５によりバイパス回路２６側にバイパスされていた温水を、温度成層型貯湯タンク１１の混合特性値であるＲ値を指標（Ｒ値が所定値以下の小さい領域）に貯湯タンク１１側に切換えることによって、貯湯タンク１１上部の高温水による温度成層を維持し、出湯時、負荷側に常に一定温度以上の高温水を安定的に出湯できるようにしている。

つまり、保温運転（沸き増し運転）の開始直後は、ヒートポンプ式熱源機２から出湯される温水の温度が低く、Ｒ値が大きい領域では熱源機２からの低温の温水と低温水系の低温水とが層を形成せずに混合されることから、低温水系の温度上昇を最小限に抑えることができる。一方、かかるＲ値と、熱源機２から出湯される温水の温度が上昇し、貯湯タンク１１内の高温水と混合せずに温度成層を形成できるＲ値とが互いに交差するポイントで切換え弁２５を切換え、熱源機２からの出湯温水を貯湯タンク１１の上部に流入させることにより、温度成層の乱れを防ぐことができる。

従って、保温運転（沸き増し運転）の開始時、熱源機２から出湯される低温の温水を貯湯タンク１１の上部から流入させた場合の影響および貯湯タンク１１の下部から流入させた場合の影響を最も少なくできるタイミングで切換え弁２５を切換えられるため、貯湯タンク１１上部の高温水の温度成層を維持し、安定的に高温水を負荷側に出湯することができるとともに、温度上昇した低温水が熱源機２に供給されることによる熱源機側の効率が低下を防止し、熱源機２における高ＣＯＰを維持することができる。

また、三方切換え弁２５からのバイパス回路２６を、低温水系である貯湯タンク１１への給水配管１６、貯湯タンク１１下部の低温水域、貯湯タンク１１から熱源機２への低温水配管１３のいずれかに対して接続し、熱源機２から出湯された低温の温水を貯湯タンク１１への給水配管１６、貯湯タンク１１下部の低温水域、貯湯タンク１１下部からの低温水配管１３のいずれかの低温水中に注入して混合するようにしているため、低温水系の温度上昇を抑制することができる。従って、熱源機２、特にヒートポンプ式の熱源機２において、水／冷媒熱交換器４に対し温度の高い低温水が供給されることによる効率の低下を抑制し、熱源機２における高ＣＯＰを維持することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態において、ヒートポンプ式熱源機２を２段圧縮方式のヒートポンプ機とし、高能力化を図るとともに、給湯ユニット１０を即時給湯方式のユニットとしてもよい。また、上記実施形態では、切換え弁２５として、三方切換え弁を用いた例を説明しているが、切換え弁２５は、これに限定されるものではなく、２個の電磁弁によって代替してもよい。

１ 給湯システム
２ ヒートポンプ式熱源機（熱源機）
１０ 給湯ユニット
１１ 貯湯タンク
１２ 水回路
１３ 低温水配管
１４ 水ポンプ
１５ 高温水配管
１６ 給水配管
２２ 制御部
２５ 切換え弁
２６ バイパス回路
２７ 弁制御部

Claims (4)

1. 低温水を加熱して高温水を製造する熱源機と、
   その熱源機に低温水配管および高温水配管を介して接続され、当該熱源機で製造された高温水をその上部側から温度成層を形成して順次貯湯する少なくとも１以上の貯湯タンクと、を備え、
   前記貯湯タンク内に設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能に構成されている給湯システムにおいて、
   前記高温水配管と前記貯湯タンクへの給水配管を含む低温水系との間に、前記貯湯タンク内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、前記熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁により前記低温水系にバイパスするバイパス回路を設け、
   前記バイパス回路にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標として前記貯湯タンク側に切換える弁制御部を備えていることを特徴とする給湯システム。
2. 前記バイパス回路は、前記低温水系である前記貯湯タンクへの給水配管、前記貯湯タンク下部の低温水域、前記貯湯タンクから前記熱源機への前記低温水配管のいずれかに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
3. 前記切替え弁は、貯湯タンク内の下部に低温水、上部に設定温度の高温水が貯湯されている状態下において、前記熱源機から出湯された低温の温水を前記貯湯タンクの下部から流入させた場合のＲ値と、上部から流入させた場合のＲ値とが交わるポイントで前記貯湯タンク側に切換えられる構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯システム。
4. 低温水を加熱して高温水を製造する熱源機と、
   その熱源機に低温水配管および高温水配管を介して接続され、当該熱源機で製造された高温水をその上部側から温度成層を形成して順次貯湯する少なくとも１以上の貯湯タンクと、を備え、
   前記貯湯タンク内に設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能に構成されている給湯システムの制御方法において、
   前記高温水配管と前記貯湯タンクへの給水配管を含む低温水系との間に、前記貯湯タンク内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、前記熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁により前記低温水系にバイパスするバイパス回路を設け、
   前記バイパス回路にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるＲ値を指標として前記貯湯タンク側に切換えることを特徴とする給湯システムの制御方法。
   

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