JP2016050717A - ハイブリッド給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】システム全体でのエネルギー効率を高めることが可能なハイブリッド給湯システムを提供する。
【解決手段】ハイブリッド給湯システム１は、タンク８の水を第一加熱手段（ヒートポンプ装置２）で加熱する第一加熱運転と、タンク８の水を第二加熱手段（ボイラ３）で加熱する第二加熱運転と、タンク８の水を第一加熱手段及び第二加熱手段で加熱する併用加熱運転とのうちのいずれかを選択する制御手段３０と、タンク８にある水の温度及び量を検知する水温・水量検知手段と、を備え、第一加熱手段は、入水温度が高くなるにつれてエネルギー効率が低下し、かつ、起動から定格運転状態になるまでに要する時間が第二加熱手段に比べて長く、制御手段３０は、第一加熱運転、第二加熱運転、及び併用加熱運転のうちのいずれかを選択するときに、水温・水量検知手段の検知結果に基づいた判断を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、第一加熱手段及び第二加熱手段を備えるハイブリッド給湯システムに関する。

下記特許文献１に開示された従来のハイブリッド給湯システムは、ボイラ及びヒートポンプ装置を備え、ヒートポンプ装置への入水温度と外気温とに基づいてヒートポンプ装置のＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を算定し、目標ＣＯＰとの比較結果に応じて、ヒートポンプ装置の運転制御を行う。

特開２０１０−１１７０８３号公報

上記特許文献１のシステムによれば、ヒートポンプ装置への入水温度と外気温とに応じて、ヒートポンプ装置が発停する。ヒートポンプ装置は、圧縮機を用いた冷凍サイクルで構成されるため、その構造上、停止状態から起動した場合に、定格出力が得られる状態になるまでに時間がかかる。その時間の間は、本来の高効率な加熱能力を享受できるわけではない。貯湯タンクから給湯負荷へ給湯中のときには、給水源からの水がヒートポンプ装置へ入る。給湯負荷へ給湯中でないときは、貯湯タンクの下部の水がヒートポンプ装置へ入る。このため、給湯負荷への給湯の開始時及び終了時に、ヒートポンプ装置への入水温度が大きく変化する場合がある。特許文献１のシステムでは、そのような入水温度の大きな変化に伴い、ヒートポンプ装置の発停が短期間のうちに繰り返されるおそれがある。その結果、効率の悪い状態でヒートポンプ装置が動作する時間が増え、結果としてＣＯＰが極端に低下してしまうおそれがある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、システム全体でのエネルギー効率を高めることが可能なハイブリッド給湯システムを提供することを目的とする。

本発明に係るハイブリッド給湯システムは、給湯負荷に接続されるタンクと、タンクの下部及び上部に接続され、水を加熱する第一加熱手段と、タンクの下部及び上部に接続され、水を加熱する第二加熱手段と、タンクの下部から取り出された水を第二加熱手段で加熱せずに第一加熱手段で加熱してタンクの上部に戻す第一加熱運転と、タンクの下部から取り出された水を第一加熱手段で加熱せずに第二加熱手段で加熱してタンクの上部に戻す第二加熱運転と、タンクの下部から取り出された水を第一加熱手段及び第二加熱手段で加熱してタンクの上部に戻す併用加熱運転とのうちのいずれかを選択する制御手段と、タンクにある水の温度及び量を検知する水温・水量検知手段と、を備え、第一加熱手段は、入水温度が高くなるにつれてエネルギー効率が低下し、かつ、起動から定格運転状態になるまでに要する時間が第二加熱手段に比べて長く、制御手段は、第一加熱運転、第二加熱運転、及び併用加熱運転のうちのいずれかを選択するときに、水温・水量検知手段の検知結果に基づいた判断を行うものである。

本発明のハイブリッド給湯システムによれば、システム全体でのエネルギー効率を高めることが可能となる。

本発明の実施の形態１のハイブリッド給湯システムを示す構成図である。 本発明の実施の形態１の制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、本明細書で「水」とは、冷水に限らず、温水、湯など、あらゆる温度の水を含む概念である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のハイブリッド給湯システムを示す構成図である。図１に示すように、本実施の形態１のハイブリッド給湯システム１は、ヒートポンプ装置２（第一加熱手段）、ボイラ３（第二加熱手段）、タンク８、制御手段３０、及び操作手段３１を備える。制御手段３０は、例えばマイクロコンピュータ等を用いて構成される。制御手段３０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を含む記憶部と、記憶部に記憶されたプログラムに基いて演算処理を実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、演算処理装置に対して外部の信号を入出力する入出力ポートとを有する。ハイブリッド給湯システム１が備えるアクチュエータ類及びセンサ類は、制御手段３０に電気的に接続される。操作手段３１は、制御手段３０と通信可能に接続される。使用者は、操作手段３１を操作することで、給湯温度、加熱温度、貯湯温度、貯湯量などに関する設定を行うことができる。制御手段３０は、センサ類の検知値及び操作手段３１からの信号などに基づいて、ハイブリッド給湯システム１の動作を制御する。

タンク８内には、水が貯留される。タンク８は、ヒートポンプ装置２及びボイラ３にそれぞれ接続される。タンク８内には、温度による水の密度差により、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成できる。タンク８には、タンク温度センサ８ａが取り付けられている。タンク温度センサ８ａは、高さが異なる位置に配置された複数の温度センサを含む。タンク温度センサ８ａにより、タンク８内の高さ方向の温度分布を検知できる。制御手段３０は、タンク温度センサ８ａで検知される温度分布に基づいて、タンク８の貯湯量（残湯量）、貯湯温度、蓄熱量、加熱前の水の量等を演算できる。本実施の形態１では、タンク温度センサ８ａ及び制御手段３０により、タンク８にある水の温度及び量を検知する水温・水量検知手段が構成される。

給水流路４の一端は、水道等の給水源に接続される。給水流路４の他端は、タンク８の下部に接続される。給水源からの水は、給水流路４を通って、タンク８の下部に流入する。タンク８は、給湯流路５を介して、給湯負荷６に接続される。給湯負荷６は、例えば、蛇口、シャワーなどの出湯端末である。給湯流路５は、タンク８の上部と、給湯負荷６との間を接続する。図示を省略するが、給湯流路５の途中に、給水流路４から分岐させた給水分岐管からの水を給湯流路５内の湯水と混合する混合弁を設けても良い。

ハイブリッド給湯システム１は、タンク８の水を加熱する運転として、ヒートポンプ単独運転（第一加熱運転）、ボイラ単独運転（第二加熱運転）、及び、ヒートポンプ・ボイラ併用運転（併用加熱運転）のうちのいずれかを選択できる。ヒートポンプ単独運転は、タンク８の下部から取り出された水を、ボイラ３で加熱せずに、ヒートポンプ装置２で加熱してタンク８の上部に戻す運転である。ボイラ単独運転は、タンク８の下部から取り出された水を、ヒートポンプ装置２で加熱せずに、ボイラ３で加熱してタンク８の上部に戻す運転である。ヒートポンプ・ボイラ併用運転は、タンク８の下部から取り出された水を、ヒートポンプ装置２及びボイラ３で加熱してタンク８の上部に戻す運転である。

図示を省略するが、ヒートポンプ装置２は、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒と水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器、冷媒を減圧させる減圧装置、及び、低温熱源（本実施の形態１では外気）の熱を冷媒に吸収させる低温側熱交換器（蒸発器）を含む冷媒回路を備える。ヒートポンプ装置２は、この冷媒回路でヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）の運転を行うことで水を加熱する。本実施の形態１のヒートポンプ装置２は、低温熱源である外気を利用するために、屋外など、外気の流出入が可能な場所に設置される。ヒートポンプ装置２には、吸入する外気の温度を検知する外気温センサ２ａ（外気温検知手段）が備えられている。

ヒートポンプ入流路１０は、タンク８の下部とヒートポンプ装置２（水−冷媒熱交換器）の水入口との間を接続する。ヒートポンプ入流路１０の途中にはヒートポンプ循環ポンプ１３が配置されている。流路切替弁１８は、ａポート、ｂポート、及びｃポートを有する。流路切替弁１８は、ａポートとｂポートとを導通させてｃポートを遮断する状態と、ａポートとｃポートとを導通させてｂポートを遮断する状態とに切り替え可能である。ヒートポンプ出流路１１は、ヒートポンプ装置２（水−冷媒熱交換器）の水出口と、流路切替弁１８のａポートとの間を接続する。タンク上部流路１２は、流路切替弁１８のｂポートと、タンク８の上部との間を接続する。タンク上部流路１２とタンク８の上部との接続部の近傍には、タンク上部流路１２からタンク８の上部に流入する湯の温度を検知する加熱温度センサ２０が設けられている。

ヒートポンプ単独運転では、流路切替弁１８のａポートとｂポートとを導通させてｃポートを遮断する状態とし、ヒートポンプ装置２及びヒートポンプ循環ポンプ１３を働かせる。ヒートポンプ単独運転では、タンク８の下部から取り出された水がヒートポンプ入流路１０を通ってヒートポンプ装置２に導かれ、ヒートポンプ装置２で加熱された湯がヒートポンプ出流路１１、流路切替弁１８、及びタンク上部流路１２を通ってタンク８の上部に流入する。これにより、タンク８内の貯湯量及び蓄熱量が増加する。制御手段３０は、ヒートポンプ単独運転のとき、ヒートポンプ装置２及びヒートポンプ循環ポンプ１３の動作を制御することで、ヒートポンプ装置２による加熱温度及びタンク８の貯湯量を制御できる。

ボイラ３は、例えばガス、灯油、重油、石炭、または、その他の燃料を燃焼させることで、水を加熱する。ボイラ入流路１５は、タンク８の下部からボイラ３の水入口との間を接続する。ボイラ入流路１５の途中にはボイラ循環ポンプ１７が配置されている。ボイラ出流路１６は、ボイラ３の水出口とタンク８の上部との間を接続する。本実施の形態１では、ボイラ出流路１６のタンク８側の一部分と、タンク上部流路１２のタンク８側の一部分とが共通の流路になっており、その共通部分に前述した加熱温度センサ２０が配置されている。このため、ボイラ出流路１６からからタンク８の上部に流入する湯の温度を加熱温度センサ２０で検知できる。このような構成と異なり、ボイラ出流路１６をタンク上部流路１２とは別個にタンク８の上部に接続し、ボイラ出流路１６からからタンク８の上部に流入する湯の温度を検知する加熱温度センサを別個に設けても良い。

ボイラ単独運転では、ボイラ３及びボイラ循環ポンプ１７を働かせる。この場合、ボイラ単独運転では、タンク８の下部から取り出された水がボイラ入流路１５を通ってボイラ３に導かれ、ボイラ３で加熱された湯がボイラ出流路１６を通ってタンク８の上部に流入する。これにより、タンク８内の貯湯量及び蓄熱量が増加する。制御手段３０は、ヒートポンプ単独運転のとき、ボイラ３及びボイラ循環ポンプ１７の動作を制御することで、ボイラ３による加熱温度及びタンク８の貯湯量を制御できる。

本実施の形態１では、ヒートポンプ入流路１０のタンク８側の一部分と、ボイラ入流路１５のタンク８側の一部分とが共通の流路になっている。その共通部分に入水温度センサ１９が配置される。入水温度センサ１９は、タンク８の下部から取り出された水の温度を検知する。本実施の形態１では、ヒートポンプ装置２またはボイラ３で加熱される前の水の温度、すなわち入水温度を、入水温度センサ１９により検知できる。ボイラ経由流路１４の一端は流路切替弁１８のｃポートに接続され、ボイラ経由流路１４の他端はボイラ循環ポンプ１７とボイラ３との間のボイラ入流路１５の途中に合流する。流路切替弁１８は、ａポート（ヒートポンプ出流路１１）から流入する水を、ｂポート（タンク上部流路１２）とｃポート（ボイラ経由流路１４）とに配分する配分比率を調整できるように構成されていても良い。

ヒートポンプ・ボイラ併用運転では、流路切替弁１８のａポートとｃポートとを導通させてｂポートを遮断する状態とし、ヒートポンプ装置２、ヒートポンプ循環ポンプ１３、及びボイラ３を働かせる。ヒートポンプ・ボイラ併用運転では、タンク８の下部から取り出された水がヒートポンプ入流路１０を通ってヒートポンプ装置２に導かれ、ヒートポンプ装置２で加熱された湯がヒートポンプ出流路１１、流路切替弁１８、及びボイラ経由流路１４を通ってボイラ３に導かれる。この湯は、ボイラ３でさらに加熱された後、ボイラ出流路１６を通ってタンク８の上部に流入する。これにより、タンク８内の貯湯量及び蓄熱量が増加する。制御手段３０は、ヒートポンプ・ボイラ併用運転のとき、ヒートポンプ装置２、ヒートポンプ循環ポンプ１３、及び、ボイラ３の動作を制御することで、加熱温度及びタンク８の貯湯量を制御できる。

次に、本実施の形態１のハイブリッド給湯システム１の動作についてさらに説明する。本実施の形態１では、ヒートポンプ装置２で加熱した湯と、ボイラ３で加熱した湯との双方をタンク８に貯えることができる。そのため、ヒートポンプ装置２で加熱した湯と、ボイラ３で加熱した湯との双方を給湯負荷６に供給できる。ヒートポンプ装置２及びボイラ３には、以下のような特徴がある。

ヒートポンプ装置２は、外気の熱を吸収して水を加熱できることから、消費エネルギーよりも大きい加熱能力を得ることが可能となる。ボイラ３は、消費エネルギーよりも大きい加熱能力を得ることはできない。このため、ヒートポンプ装置２は、ボイラ３より高いエネルギー効率を得られる場合が多い。

ヒートポンプ装置２のエネルギー効率は、例えば、ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）で表すことができる。ヒートポンプ装置２は、入水温度が高くなるにつれてエネルギー効率が低下するという特性がある。これに対し、ボイラ３のエネルギー効率（ボイラ効率）は、入水温度にほとんど依存しない。

ヒートポンプ装置２は、停止状態から起動した場合、起動から定格運転状態（定格出力が安定して得られる状態）になるまでに、ある程度長い時間を要する。以下の説明では、ヒートポンプ装置２の起動から定格運転状態になるまでに要する時間を「立ち上げ所要時間」と称し、立ち上げ所要時間が１０分間であると仮定する。ボイラ３は、起動から定格運転状態になるまでに、ほとんど時間がかからない。ヒートポンプ装置２の起動から定格運転状態になるまでの間のヒートポンプ装置２のエネルギー効率は、定格運転状態でのエネルギー効率に比べて、低くなる。

本実施の形態１のヒートポンプ装置２は、外気を低温熱源として利用することから、外気温が低くなるにつれてエネルギー効率が低下するという特性がある。これに対し、ボイラ３のエネルギー効率は、外気温にほとんど依存しない。

以上のようなヒートポンプ装置２及びボイラ３の特徴の違いに鑑みて、本実施の形態１のハイブリッド給湯システム１では、制御手段３０がヒートポンプ単独運転、ボイラ単独運転、及び、ヒートポンプ・ボイラ併用運転のうちのいずれかを以下のようにして自動的に選択することで、システム全体としてのエネルギー効率を十分に向上できる。

入水温度が高くなるにつれてヒートポンプ装置２のエネルギー効率が低下する一方でボイラ３のエネルギー効率はほとんど変化しない。ボイラ３は、入水温度が高い方が、エネルギー消費が少なくて済む。入水温度が、ある閾値より高い場合には、ヒートポンプ装置２を使用せずにボイラ３で水を加熱した方が、システム全体でのエネルギー効率を向上する上で有利になる。そのような閾値を以下「水温閾値」と称する。本実施の形態１では、水温閾値を３０℃と仮定する。制御手段３０は、入水温度センサ１９で検知される入水温度Ｔｉｎが水温閾値（３０℃）を超える場合には、ボイラ単独運転を選択する。これにより、入水温度が高い場合にシステム全体としてのエネルギー効率を向上できる。

水温閾値以下（３０℃以下）の温度の水を以下「低温水」と称する。低温水は、ヒートポンプ装置２が高効率に加熱できる温度の水に相当する。入水温度センサ１９で検知される入水温度Ｔｉｎが水温閾値以下（３０℃以下）である場合には、制御手段３０は、タンク温度センサ８ａの検知温度に基づいて、タンク８内の低温水の量を算出する。制御手段３０は、タンク８内の低温水の量を水量閾値と比較する。ヒートポンプ装置２の起動から定格運転状態になるまでの間のヒートポンプ装置２のエネルギー効率の平均値は、定格運転状態でのエネルギー効率に比べて、大きく低下する。タンク８内の低温水の量が水量閾値以上である場合には、ヒートポンプ装置２が高効率に加熱できる水の量が十分に多くなるので、ボイラ３を使用せずにヒートポンプ装置２で水を加熱した方が、システム全体でのエネルギー効率を向上する上で有利になる。逆に、タンク８内の低温水の量が水量閾値に満たない場合には、ヒートポンプ装置２が高効率に加熱できる水の量が少なくなるので、ヒートポンプ装置２及びボイラ３を併用した方が、システム全体でのエネルギー効率を向上する上で有利になる。

上述した水量閾値の決め方の一例を以下に説明する。以下の説明では、各種の値を例示として以下のように仮定する。定格運転状態でのヒートポンプ装置２のＣＯＰを３と仮定する。ヒートポンプ装置２の起動から定格運転状態になるまでの間のヒートポンプ装置２のＣＯＰの平均値は定格運転状態でのＣＯＰの０．２倍であると仮定する。ヒートポンプ装置２で１分間当たりに加熱される水の量を１リットルと仮定する。ボイラ３のエネルギー効率（ボイラ効率）を１と仮定する。

上述した仮定によれば、ヒートポンプ装置２の起動後、立ち上げ所要時間（１０分間）の間に加熱される湯量は、１０リットルとなる。この１０リットルを加熱する効率は、定格運転状態でのヒートポンプ装置２のＣＯＰの０．２倍になる。タンク８内の低温水の量から、立ち上げ所要時間（１０分間）の間に加熱される湯量（１０リットル）を差し引いた量をＡリットルとする。このＡリットルは、定格運転状態のヒートポンプ装置２で加熱される。よって、Ａリットルを加熱する効率は、定格運転状態でのヒートポンプ装置２のＣＯＰになる。タンク８内の低温水の量は、（１０＋Ａ）リットルである。

タンク８内の（１０＋Ａ）リットルの低温水の全量をヒートポンプ装置２で加熱するときの効率が、タンク８内の（１０＋Ａ）リットルの低温水の全量をボイラ３で加熱するときの効率以上になる条件は、次式で表される。
（１０リットル×０．２＋Ａリットル×１．０）×ＣＯＰ≧（１０＋Ａリットル）×ボイラ効率

上記式において、ＣＯＰ＝３、ボイラ効率＝１とすると、Ａ≧２となる。すなわち、タンク８内の低温水の量が１２リットル以上であれば、上記式の条件が満足される。この場合、水量閾値を１２リットルと定めることができる。

また、入水温度センサ１９で検知される入水温度Ｔｉｎが水温閾値以下（３０℃以下）である場合には、制御手段３０は、外気温センサ２ａで検知される外気温Ｔｏを外気温閾値と比較する。外気温Ｔｏが外気温閾値以上である場合には、ヒートポンプ装置２が十分に高い効率で運転可能である。外気温Ｔｏが外気温閾値未満である場合には、ヒートポンプ装置２が十分に高い効率で運転できない可能性がある。外気温閾値は、例えば５℃程度である。

本実施の形態１では、制御手段３０は、タンク８内の低温水の量が水量閾値以上であり、かつ、外気温Ｔｏが外気温閾値以上である場合には、ヒートポンプ単独運転を選択する。タンク８内の低温水の量が水量閾値以上であり、かつ、外気温Ｔｏが外気温閾値以上である場合には、ヒートポンプ装置２が十分に多い量の水を高効率に加熱できることが確実に期待できる。このため、このような場合にヒートポンプ単独運転を選択することで、システム全体でのエネルギー効率を十分に向上できる。

これに対し、制御手段３０は、タンク８内の低温水の量が水量閾値に満たない場合、または外気温Ｔｏが外気温閾値に満たない場合、あるいはその両方に該当する場合には、ヒートポンプ・ボイラ併用運転を選択する。タンク８内の低温水の量が水量閾値に満たない場合には、ヒートポンプ装置２が高効率に加熱できる水の量が十分でない可能性がある。外気温Ｔｏが外気温閾値に満たない場合には、ヒートポンプ装置２が十分に高い効率で運転できない可能性がある。これらの場合には、タンク８に貯えるべき所要湯温及び所要湯量をヒートポンプ装置２のみの加熱によって達成しようとすると、システム全体でのエネルギー効率を十分に向上できない可能性がある。このような場合には、ヒートポンプ・ボイラ併用運転を選択することで、システム全体でのエネルギー効率を十分に向上できる。

ヒートポンプ・ボイラ併用運転を実施するとき、制御手段３０は、そのときの入水温度Ｔｉｎと外気温Ｔｏとに基づいて決定される効率の良い運転条件でヒートポンプ装置２を運転することが望ましい。このとき、ヒートポンプ装置２での出湯温度（加熱温度）を、ヒートポンプ単独運転時の出湯温度（タンク８に貯えるべき所要湯温）よりも低い温度としてよく、効率を優先して出湯温度（加熱温度）を低めに設定してよい。さらに、制御手段３０は、ヒートポンプ装置２から出た湯の温度が、タンク８に貯えるべき所要湯温に対して不足する分を、ボイラ３で昇温するようにボイラ３を動作させることが望ましい。このようにすることで、タンク８内の低温水の量または外気温Ｔｏが、ヒートポンプ装置２を高効率で運転できる最適条件の範囲外のときでも、ヒートポンプ装置２で省エネルギー性の高い加熱を行いながら、ヒートポンプ装置２の加熱温度の所要湯温に対する不足分をボイラ３での加熱で補うことができる。そのため、システム全体としての省エネルギーな運転が可能となる。

図２は、上述した本実施の形態１の制御動作を示すフローチャートである。制御手段３０は、図２のフローチャートの処理を実施する。図２のステップＳ１で、制御手段３０は、入水温度センサ１９で検知される入水温度Ｔｉｎが水温閾値を超えるかどうかを判断し、入水温度Ｔｉｎが水温閾値を超える場合にはステップＳ２に進み、そうでない場合にはステップＳ３に進む。

ステップＳ２では、制御手段３０は、ボイラ単独運転を選択し、その後、本フローチャートの処理を終了する。ステップＳ３では、制御手段３０は、タンク温度センサ８ａの検知温度に基づいてタンク８内の低温水の量を算出する。ステップＳ３では、さらに、制御手段３０は、タンク８内の低温水の量が水量閾値以上であるという第一条件と、外気温センサ２ａで検知される外気温Ｔｏが外気温閾値以上であるという第二条件との双方が成立しているかどうかを判断する。制御手段３０は、第一条件及び第二条件の両方が成立している場合にはステップＳ４に進み、第一条件及び第二条件の一方または両方が不成立である場合にはステップＳ５に進む。

ステップＳ４では、制御手段３０は、ヒートポンプ単独運転を選択し、その後、本フローチャートの処理を終了する。ステップＳ５では、制御手段３０は、ヒートポンプ・ボイラ併用運転を選択し、その後、本フローチャートの処理を終了する。

なお、給湯負荷６からの出湯が短時間に集中した場合など、タンク８の残湯量が不足した場合は、制御手段３０は、給湯負荷６からの出湯要求を満足させるために、図２のフローチャートにかかわらず、ヒートポンプ・ボイラ併用運転を実施しても良い。ヒートポンプ・ボイラ併用運転は、ボイラ３とヒートポンプ装置２とのいずれか一方を動作させる運転に比べて、単位時間当たりの湯の生成量を多くできる。そのため、タンク８の残湯量が不足した場合には、ヒートポンプ・ボイラ併用運転を実施することで、給湯負荷６からの出湯要求に対して確実に対応することが可能となる。この場合のヒートポンプ・ボイラ併用運転は、前述した運転（ヒートポンプ・ボイラ直列運転）と同様でも良いが、次のような運転（ヒートポンプ・ボイラ並列運転）でも良い。ヒートポンプ・ボイラ並列運転では、制御手段３０は、流路切替弁１８のａポートとｂポートとを導通させてｃポートを遮断する状態とし、ヒートポンプ装置２、ヒートポンプ循環ポンプ１３、ボイラ３、及びボイラ循環ポンプ１７を働かせる。ヒートポンプ・ボイラ並列運転では、ヒートポンプ装置２で加熱された湯と、ボイラ３で加熱された湯とが合流してタンク８の上部に流入する。ヒートポンプ・ボイラ並列運転は、ヒートポンプ・ボイラ直列運転に比べ、単位時間当たりの湯の供給能力をさらに大きくできる。ヒートポンプ・ボイラ並列運転では、制御手段３０は、ヒートポンプ装置２で生成される湯量が所要湯量に対して不足する分の湯量をボイラ３で生成するようにボイラ３及びボイラ循環ポンプ１７を制御することが望ましい。

本実施の形態１では、図２のステップＳ３で、上述した第一条件及び第二条件の成否を判断しているが、外気温に関する判断を行わず、タンク８内の低温水の量に基づいた判断だけにしても良い。特に、気候の温暖な地域では、外気温が外気温閾値以下になる可能性が低いので、外気温に関する判断が不要である。

本実施の形態１では、第一加熱手段はヒートポンプ装置２を用いた構成とし、第二加熱手段はボイラ３を用いた構成としているが、本発明における第一加熱手段及び第二加熱手段はこのような構成に限定されるものではない。本発明における第一加熱手段は、入水温度が高くなるにつれてエネルギー効率が低下し、かつ、起動から定格運転状態になるまでに要する時間が第二加熱手段に比べて長いものであれば良い。第二加熱手段は、入水温度の変化に対するエネルギー効率の変動が第一加熱手段に比べて小さいものであれば良い。また、本発明において、第二加熱手段は、第一加熱手段に比べて、加熱能力（時間当たりの加熱量）が高いものであることが望ましい。また、第一加熱手段は、第二加熱手段に比べて、エネルギー効率が高いか、またはエネルギーコストが低いものであることが望ましい。

１ ハイブリッド給湯システム、２ ヒートポンプ装置、２ａ 外気温センサ、３ ボイラ、４ 給水流路、５ 給湯流路、６ 給湯負荷、８ タンク、８ａ タンク温度センサ、１０ ヒートポンプ入流路、１１ ヒートポンプ出流路、１２ タンク上部流路、１３ ヒートポンプ循環ポンプ、１４ ボイラ経由流路、１５ ボイラ入流路、１６ ボイラ出流路、１７ ボイラ循環ポンプ、１８ 流路切替弁、１９ 入水温度センサ、２０ 加熱温度センサ、３０ 制御手段、３１ 操作手段

Claims (6)

1. 給湯負荷に接続されるタンクと、
   前記タンクの下部及び上部に接続され、水を加熱する第一加熱手段と、
   前記タンクの下部及び上部に接続され、水を加熱する第二加熱手段と、
   前記タンクの下部から取り出された水を前記第二加熱手段で加熱せずに前記第一加熱手段で加熱して前記タンクの上部に戻す第一加熱運転と、前記タンクの下部から取り出された水を前記第一加熱手段で加熱せずに前記第二加熱手段で加熱して前記タンクの上部に戻す第二加熱運転と、前記タンクの下部から取り出された水を前記第一加熱手段及び前記第二加熱手段で加熱して前記タンクの上部に戻す併用加熱運転とのうちのいずれかを選択する制御手段と、
   前記タンクにある水の温度及び量を検知する水温・水量検知手段と、
   を備え、
   前記第一加熱手段は、入水温度が高くなるにつれてエネルギー効率が低下し、かつ、起動から定格運転状態になるまでに要する時間が前記第二加熱手段に比べて長く、
   前記制御手段は、前記第一加熱運転、前記第二加熱運転、及び前記併用加熱運転のうちのいずれかを選択するときに、前記水温・水量検知手段の検知結果に基づいた判断を行うハイブリッド給湯システム。
2. 前記制御手段は、加熱前の水の温度が水温閾値より高い場合には前記第二加熱運転を選択し、前記タンクにある前記水温閾値以下の温度の水の量が水量閾値以上である場合には前記第一加熱運転を選択する請求項１に記載のハイブリッド給湯システム。
3. 外気温を検知する外気温検知手段をさらに備え、
   前記第一加熱手段は、外気温が低くなるにつれてエネルギー効率が低下し、
   前記制御手段は、加熱前の水の温度が水温閾値より高い場合には前記第二加熱運転を選択し、前記タンクにある前記水温閾値以下の温度の水の量が水量閾値以上で、かつ、前記外気温検知手段で検知された温度が外気温閾値以上である場合には前記第一加熱運転を選択する請求項１に記載のハイブリッド給湯システム。
4. 前記制御手段は、前記第一加熱運転を選択する条件及び前記第二加熱運転を選択する条件が成立しない場合には前記併用加熱運転を選択する請求項２または請求項３に記載のハイブリッド給湯システム。
5. 前記制御手段は、前記併用加熱運転を実施するときに、所要湯温または所要湯量に対して、前記第一加熱手段で生成された湯の温度または量が不足する分を、前記第二加熱手段の稼動で補うように制御する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド給湯システム。
6. 前記第一加熱手段の水出口と前記タンクの上部とを前記第二加熱手段を介さずに接続する流路と、前記第一加熱手段の水出口を前記第二加熱手段の水入口に接続する流路とを切り替える流路切替手段を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のハイブリッド給湯システム。

Images