JP2017146060A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクの湯切れを伴う多量の給湯に要するトータルのランニングコストを低減することができる作動条件を、容易に設定できるハイブリッド方式の給湯システムを提供する。【解決手段】目標沸き上げ温度設定部１２５は、事前沸き上げ運転が開始される前に、湯張り運転の実行途中に貯湯タンク１１の湯切れが生じると仮定して、事前沸き上げ運転に要するコストである第１ランニングコストと、貯湯タンク１１の湯切れが生じ、残りの湯張り運転が加熱温調制御により実行される場合に要するコストである第２ランニングコストとのトータルのランニングコストを想定し、トータルのランニングコストが低くなるように目標沸き上げ温度を設定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱源として、貯湯タンク内の水を沸き上げるヒートポンプと瞬間加熱式の補助熱源機とを備えたハイブリッド方式の給湯システムに関する。

従来、貯湯タンク内の湯水をヒートポンプにより所定温度まで加熱して、貯湯タンクから出湯管に供給される湯と給水管から供給される水とを混合して、目標給湯温度の湯を給湯栓に供給するようにした貯湯式の給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された給湯システムでは、使用者による過去の給湯使用熱量を測定して、当日の給湯タンク内の湯水の沸き上げ熱量を算出してしている。そして、これにより、湯の利用パターンに即した効率の良い沸き上げを貯湯タンクの湯切れを防止して行うようにしている。

しかしながら、湯張り等の多量の給湯が行われた場合であっても貯湯タンクの湯切れが生じないようにするためには、ある程度容量の大きい貯湯タンクを設置して、余裕を持たせた沸き上げ熱量を設定する必要がある。そこで、比較的容量が小さい貯湯タンクと出湯管を流通する湯水を加熱する補助熱源機とを備えることによって、貯湯タンクの湯切れが生じたときに補助熱源機を作動させて、目標給湯温度での給湯を維持できるようにしたいわゆるハイブリッド方式の給湯システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ハイブリッド方式の給湯システムによれば、貯湯タンクの湯切れが生じても補助熱源機の作動によって給湯を継続することができるため、貯湯タンクの小型化を図ることができると共に、貯湯タンクに多量の湯を貯めることによる放熱ロスを低減することができる。

特開２０１０−２４９３７２号公報 特開２０１３−２２４７６２号公報

ハイブリッド方式の給湯システムにおいて、浴槽への湯張りのように貯湯タンクの湯切れを伴う多量の給湯を行うときには、湯張り前の貯湯タンク内の水の沸き上げに要するヒートポンプのランニングコストと、湯切れが生じた後の補助熱源機のランニングコストとを合わせたトータルのランニングコストを低減することが望まれる。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、貯湯タンクの湯切れを伴う多量の給湯に要するトータルのランニングコストを低減することができる作動条件を、容易に設定することができるハイブリッド方式の給湯システムを提供することを目的とする。

本発明の給湯システムは、下部に給水管が接続されると共に上部に出湯管が接続され、前記給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の水を加熱するヒートポンプと、
前記給水管から分岐して前記出湯管に連通した給水分岐管と、
前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯と前記給水分岐管から前記出湯管に供給される水との混合比を変更する湯水混合弁と、
前記給水分岐管との接続箇所よりも下流側の前記出湯管の途中に設けられて、前記出湯管を流通する湯水を加熱する補助熱源機と、
前記給水管から前記貯湯タンクに水が供給されているときに、前記貯湯タンクの湯切れが生じていないときは、前記出湯管から目標給湯温度の湯が供給されるように、前記湯水混合弁により前記混合比を変更する混合温調制御を行い、前記貯湯タンクの湯切れが生じているときには、前記出湯管から目標給湯温度の湯が供給されるように、前記補助熱源機の加熱量を変更する加熱温調制御を実行する給湯制御部と、
前記混合温調制御又は前記加熱温調制御により、所定量以上の前記目標給湯温度の湯を前記出湯管から供給する多量給湯運転が開始される前に、前記ヒートポンプにより、前記貯湯タンク内の水を目標沸き上げ温度まで加熱する事前沸き上げ運転を実行する沸き上げ制御部と、
前記事前沸き上げ運転が開始される前に、前記多量給湯運転の実行途中に前記貯湯タンクの湯切れが生じると仮定して、前記事前沸き上げ運転に要するコストである第１ランニングコストと、前記多量給湯運転の実行途中で前記貯湯タンクの湯切れが生じ、残りの前記多量給湯運転が前記加熱温調制御により実行される場合に要するコストである第２ランニングコストとのトータルのランニングコストを想定し、該トータルのランニングコストが低くなるように、前記目標沸き上げ温度を設定する目標沸き上げ温度設定部と
を備えることを特徴とする。

本発明の給湯システムは、貯湯タンク内の水を加熱するヒートポンプと、出湯管を流通する湯水を加熱する補助熱源機とを備えたハイブリッド方式の給湯システムであり、給湯制御部による混合温調制御又は加熱温調制御によって、目標給湯温度の湯が出湯管から供給される。

また、沸き上げ制御部により、多量給湯運転が開始される前に、ヒートポンプによって貯湯タンク内の水を目標沸き上げ温度まで加熱する事前沸き上げ運転が実行される。そして、事前沸き上げ運転における目標沸き上げ温度が、目標沸き上げ温度設定部により、事前沸き上げ運転に要するコストである第１ランニングコストと、多量給湯運転の実行途中で給湯タンクの湯切れが生じて、残りの多量給湯運転を加熱温調制御により実行する場合に要するコストである第２ランニングコストとが想定されて、第１ランニングコストと第２ランニングコストとのトータルのランニングコストが、低くなるように設定される。

そのため、ハイブリッド方式の給湯システムにおいて、貯湯タンクの湯切れが想定される多量給湯運転を実行する際のトータルのランニングコストを低減させるヒートポンプ及び補助熱源機の作動条件を容易に設定することができる。

また、前記目標沸き上げ温度設定部は、予め設定された複数の目標沸き上げ温度について、前記第１ランニングコストと前記第２ランニングコストとを算出して前記トータルのランニングコストを想定し、想定したランニングコストが最少となる目標沸き上げ温度を、前記事前沸き上げ運転における目標沸き上げ温度として設定することを特徴とする。

この構成によれば、複数の目標沸き上げ温度について想定したトータルのランニングコストを比較するという簡易な処理により、多量給湯運転を実行する際のトータルのランニングコストを低くすることができる目標沸き上げ温度を設定することができる。

また、前記ヒートポンプは屋外に設置されて大気から吸熱し、
外気温度を検出する外気温度センサを備えて、
前記目標沸き上げ温度設定部は、前記外気温度センサの検出温度に基づいて、前記第１ランニングコストを算出することを特徴とする。

この構成によれば、外気温度が低いほど、貯湯タンク内の水を目標沸き上げ温度まで加熱する際のヒートポンプの消費電力が増加する。そのため、外気温度センサの検出温度に基づいて第１ランニングコスト算出することによって、第１ランニングコストをより精度良く算出することができる。

また、前記給水管から前記貯湯タンクに供給される水の温度を検出する給水温度センサを備え、
前記目標沸き上げ温度設定部は、前記給水温度センサの検出温度に基づいて、前記第１ランニングコストを算出することを特徴とする。

この構成によれば、給水管から給湯タンクに供給される水の温度が低いほど、貯湯タンク内の水を目標沸き上げ温度まで加熱する際のヒートポンプの消費電力が増加する。そのため、給水温度センサの検出温度に基づいて第１ランニングコストを算出することによって、第１ランニングコストをより精度良く算出することができる。

給湯システムの構成図。 コントローラの作動フローチャート。 沸き上げ温度毎のヒートポンプのＣＯＰが割り当てられたＣＯＰマップの説明図。 図４Ａは、湯張り運転を実行したときの貯湯タンクの沸き上げ温度と補助熱源機のガス消費量とを対応付けたガス消費量マップの説明図。図４Ｂは、貯湯タンクの沸き上げ温度と貯湯タンク内の水の沸き上げに要する時間との対応付けた沸き上げ所要時間マップの説明図である。

本発明の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

［１．給湯システムの構成］
図１を参照して、本実施形態の給湯システム１は、貯湯ユニット１０、ヒートポンプユニット５０、補助熱源機８０、及び、給湯システム１の全体的な作動を制御するコントローラ１２０を備えて構成されたハイブリッド方式の給湯システムである。

なお、図１では、給湯システム１のコントローラとして一つのコントローラ１２０を示したが、貯湯ユニット１０のコントローラと、ヒートポンプユニット５０のコントローラと、補助熱源機８０のコントローラを個別に備え、各コントローラ間の通信によって、給湯システム１の全体的な作動を制御する構成としてもよい。

貯湯ユニット１０は、貯湯タンク１１、給水管１２、出湯管１３等を備えている。貯湯タンク１１は内部に湯を保温して貯め、高さ方向に略等間隔で配置されて、各高さでの貯湯タンク１１内の湯水の温度ｔh2〜ｔh5を検出するタンク表面温度センサ１４〜１７と、貯湯タンク１１の上部に配置されて貯湯タンク１１から出湯管１３に供給される湯の温度ｔh1を検出するタンク中温度センサ２６が設けられている。

また、貯湯タンク１１の上部と下部を接続するタンク循環路４１の貯湯タンク１１の下部との接続箇所の付近には、貯湯タンク１１の下部に貯められた湯水の温度ｔh6を検出するタンク下部温度センサ４２が設けられている。さらに、貯湯タンク１１の底部には、作業者の手動操作により開弁される排水弁１８が設けられている。

給水管１２は、一端が給水口３０を介して図示しない上水道に接続され、他端が貯湯タンク１１の下部に接続されて、貯湯タンク１１内の下部に水を供給する。給水管１２には、貯湯タンク１１の内圧が過大になることを防止するための減圧弁１９と、給水管１２から貯湯タンク１１への方向のみの通水を可能にして、貯湯タンク１１から給水管１２側への湯水の流出を阻止する第１湯側逆止弁２０が設けられている。

給水管１２から分岐した給水分岐管３４は、湯水混合弁２１を介して接続箇所Ｘで出湯管１３に連通しており、湯水混合弁２１によって貯湯タンク１１から出湯管１３に供給される湯水と給水分岐管３４から出湯管１３に供給される水との混合比が変更される。

給水分岐管３４には、給水分岐管３４に供給される水の温度Ｔw（以下、給水温度Ｔｗという）を検出する給水温度センサ２２と、給水分岐管３４を流通する水の流量Ｆwを検出する水側流量センサ２３と、給水分岐管３４から出湯管１３への方向のみの通水を可能にして、出湯管１３から給水分岐管３４側への湯水の流出を阻止する水側逆止弁２４とが設けられている。

出湯管１３は、一端が給湯口３１に接続され、他端が貯湯タンク１１の上部に接続されている。貯湯タンク１１の上部に貯められた湯水は、出湯管１３から給湯口３１を介して図示しない給湯栓（台所、洗面所、浴室のカランやシャワー等）に供給される。出湯管１３には、貯湯タンク１１から出湯管１３への方向のみの通水を可能にして、出湯管１３から貯湯タンク１１側への湯水の流入を阻止する第２湯側逆止弁２５と、貯湯タンク１１から出湯管１３に供給される湯水の流量Ｆhを検出する湯側流量センサ２７とが設けられている。

補助熱源機８０は、出湯管１３の給水分岐管３４との接続箇所Ｘよりも下流側の途中に設けられ、貯湯ユニット１０には、補助熱源機８０をバイパスして、補助熱源機８０の下流側と上流側の出湯管１３を連通する出湯バイパス管３３と、出湯バイパス管３３を開閉する出湯バイパス弁２９とが設けられている。

出湯管１３の出湯バイパス管３３との分岐箇所Ｙと湯水混合弁２１との間に、湯水混合弁２１を介して出湯管１３に供給される湯水の温度Ｔmを検出する混合温度センサ２８が設けられ、出湯管１３の出湯バイパス管３３との合流箇所Ｚと給湯口３１との間に、給湯口３１から出湯される湯水の温度を検出する給湯温度センサ３２が設けられている。

貯湯ユニット１０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１２０に入力される。また、コントローラ１２０から出力される制御信号によって、湯水混合弁２１と出湯バイパス弁２９の作動が制御される。

次に、ヒートポンプユニット５０は、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させて加熱するものであり、屋外に設置されている。ヒートポンプユニット５０は、熱媒体（ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）等の代替フロン、二酸化炭素等）が封入されたヒートポンプ循環路５２により接続された蒸発器５３、圧縮機５４、ヒートポンプ熱交換器５５（凝縮器）、及び膨張弁５６により構成されたヒートポンプ５１を有している。

蒸発器５３は、ファン６０の回転により供給される空気（外気、大気）から吸熱してヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体との間で熱交換を行う。圧縮機５４は、蒸発器５３から吐出された熱媒体を圧縮して高圧・高温とし、ヒートポンプ熱交換器５５に送出する。膨張弁５６は、圧縮機５４で加圧された熱媒体の圧力を開放する。

除霜弁６１は膨張弁５６をバイパスして設けられており、圧縮機５４から送出される熱媒体により蒸発器５３を除霜する。ヒートポンプ循環路５２の膨張弁５６の上流側及び下流側、圧縮機５４の上流側及び下流側には、ヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサ６２，６３，６４，６５が、それぞれ設けられている。また、蒸発器５３には、蒸発器５３に吸入される空気（外気）の温度Ｔoutを検出する外気温度センサ６７が設けられている。

ヒートポンプ熱交換器５５はタンク循環路４１と接続され、圧縮機５４により高圧・高温とされた熱媒体と、タンク循環路４１内を流通する湯水との熱交換により、タンク循環路４１内を流通する湯水を加熱する。タンク循環路４１には、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させるためのタンク循環ポンプ６６が設けられている。

貯湯タンク１１内の下部に貯まった湯水は、タンク循環ポンプ６６によりタンク循環路４１に導かれ、ヒートポンプ熱交換器５５で所定温度（沸き上げ温度）まで加熱されて貯湯タンク１１の上部に戻される。これにより、所定温度の湯が、貯湯タンク１１の上部から順次積層して貯められる。

なお、タンク循環路４１のヒートポンプ熱交換器５５の上流側及び下流側には、タンク循環路４１内を流通する湯水の温度を検出する湯温度センサ６８，６９が設けられている。また、ヒートポンプ熱交換器５５には、その内部の雰囲気温度を検出する雰囲気温度センサ５７が設けられている。

ヒートポンプユニット５０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１２０に入力される。また、コントローラ１２０から出力される制御信号によって、圧縮機５４、タンク循環ポンプ６６、及びファン６０の作動が制御される。

次に、補助熱源機８０は、出湯管１３を流通する湯水を加熱するものであり、缶体８７内に収容された給湯バーナ８１及び給湯バーナ８１により加熱される給湯熱交換器８２等を備えている。

出湯管１３の給湯熱交換器８２の配置箇所よりも下流側の箇所に、浴槽１０５に連通した湯張り管１００が接続されている。湯張り管１００には、湯張り管１００を開閉する湯張り弁１０３が設けられており、コントローラ１２０は、湯張り弁１０３を開弁することによって、出湯管１３から湯張り管１００を介して浴槽１０５に湯を供給する。

給湯バーナ８１には、図示しないガス供給管から燃料ガスが供給されると共に、図示しない燃焼ファンにより燃焼用空気が供給される。コントローラ１２０は、給湯バーナ８１に供給する燃料ガスと燃焼用空気の流量を調節して、給湯バーナ８１の燃焼量を制御する。

給湯熱交換器８２は、出湯管１３の途中に接続されており、給湯バーナ８１の燃焼熱によって、内部を流通する湯水を加熱する。出湯管１３には、上流側から順に、止水弁９３と水量センサ８８が設けられている。給湯熱交換器８２の上流側と下流側は、熱源バイパス管８９により連通されており、熱源バイパス管８９には、熱源バイパス管８９の開度を調節するための熱源バイパス弁９０が設けられている。出湯管１３の給湯熱交換器８２の出口付近には熱交出湯温度センサ９１が設けられ、出湯管１３の熱源バイパス管８９との接続箇所の下流側には熱源出湯温度センサ９２が設けられている。

この構成により、貯湯タンク１１内に湯が無いとき（湯切れ状態であるとき）に、給水管１２から貯湯タンク１１及び給水分岐管３４を介して出湯管１３に供給される水が、給湯熱交換器８２により加熱されて湯となり、熱源バイパス管８９からの水と混合されて、目標給湯温度の湯が給湯口３１から供給されるようになっている。

補助熱源機８０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１２０に入力される。また、コントローラ１２０から出力される制御信号によって、給湯バーナ８１、熱源バイパス弁９０、及び湯張り弁１０３の作動が制御される。

コントローラ１２０は、図示しないＣＰＵ，メモリ等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持された給湯システム１の制御用プログラムを、ＣＰＵで実行することによって、給湯制御部１２１、湯張り制御部１２２、沸き上げ制御部１２３、湯張り開始想定時刻設定部１２４、及び目標沸き上げ温度設定部１２５として機能する。

また、メモリには、後述するＣＯＰ（Coefficient Of Performance、消費電力１kWあたりの加熱能力を表す成績係数）マップＭａ、ガス消費量マップＭｂ、及び沸き上げ所要時間マップＭｃのデータを含む条件マップデータ１２６が保持されている。

コントローラ１２０は、通信ケーブル１３０によりリモコン１４０と接続されている。リモコン１４０は、給湯システム１の運転状況や運転条件の設定等を表示するための表示器１４１と、各種スイッチが設けられたスイッチ部１４２とを備えている。給湯システム１の使用者は、リモコン１４０のスイッチ部１４２を操作することによって、給湯口３１から供給される湯の温度（目標給湯温度）の設定や、湯張り運転における浴槽１０５への給湯温度（目標湯張り温度）及び湯張り量（目標湯張り量）の設定等を行うことができる。

給湯制御部１２１は、貯湯タンク１１の湯切れが生じていない状態で、水側流量センサ２３により下限流量以上の通水が検出されている場合には、混合温度センサ２８又は給湯温度センサ３２の検出温度が目標給湯温度となるように、湯水混合弁２１の分配比を調節する混合温調制御を行う。このとき、給湯制御部１２１は、湯張り弁１０３が開弁して浴槽１０５への給湯が行われているときは出湯バイパス弁２９を閉弁し、湯張り弁１０３が閉弁しているときには出湯バイパス弁２９を開弁する。

また、給湯制御部１２１は、貯湯タンク１１の湯切れが生じている状態で、水側流量センサ２３により下限流量以上の通水が検出されている場合には、出湯バイパス弁２９を閉弁する。そして、水量センサ８８により下限流量以上の通水が検出されているときに、熱源出湯温度センサ９２の検出温度が目標給湯温度となるように、給湯バーナ８１の燃焼量（加熱量）を調節する加熱温調制御を実行する。

湯張り制御部１２２は、リモコン１４０のスイッチ部１４２により、湯張りを指示する操作（湯張り開始操作）がなされたとき、或は予め設定された予約時刻に浴槽１０５への湯張りが終了するように、湯張り弁１０３を開弁して出湯管１３から湯張り管１００を介して浴槽１０５に目標湯張り量分の湯を供給する湯張り運転を実行する。湯張り制御部１２２は、目標湯張り温度を目標給湯温度に設定して、湯張り運転を実行する。

沸き上げ制御部１２３は、タンク中温度センサ２６及びタンク表面温度センサ１４〜１７の検出温度を監視することによって、貯湯タンク１１に貯められた湯の量（貯湯量）を認識する。そして、貯湯タンク１１内の湯の残量が下限量以下になったときに、タンク循環ポンプ６６とヒートポンプ５１を作動させて、貯湯タンク１１内の水を複数の目標沸き上げ温度（８６℃、７６℃、６６℃、５６℃、４６℃）のうちのいずれかまで加熱する沸き上げ運転を実行する。

また、沸き上げ制御部１２３は、多量の湯が使用される湯張り運転（本発明の多量給湯運転に相当する）の実行前に、貯湯タンク１１内の貯湯量を確保するために、計画的な貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げ（事前沸き上げ運転）を実行する。

［２．目標沸き上げ温度設定部及び沸き上げ制御部による処理］
次に、図２に示したフローチャートに従って、湯張り運転に伴って実行される目標沸き上げ温度設定部と沸き上げ制御部とによる処理について説明する。

図２を参照して、沸き上げ制御部１２３は、ＳＴＥＰ１で、湯張り開始想定時刻設定部１２４により設定された湯張り開始想定時刻Ｂtを取得する。湯張り開始想定時刻設定部１２４は、過去数日（例えば、１週間）における湯張り運転の開始時刻のデータを保持しており、このデータから当日の湯張り開始想定時刻Ｂtを設定する。また、湯張りの予約が設定されているときには、湯張り開始想定時刻設定部１２４は、湯張りの予約時刻を湯張り開始想定時刻Ｂtに設定する。

ＳＴＥＰ１の処理の前提となる湯張り開始想定時刻設定部１２４による処理は、湯張りが開始される時刻までに、貯湯タンク１１内の水の沸き上げが完了するように余裕をもって設定された時刻に実行される。

続くＳＴＥＰ２は、目標沸き上げ温度設定部１２５による処理である。目標沸き上げ温度設定部１２５は、外気温度センサ６７の検出温度Ｔout（以下、外気温度Ｔoutという）と、給水温度センサ２２の検出温度Ｔw（以下、給水温度という）とを、図３に示したＣＯＰマップＭａに適用して、各目標沸き上げ温度で貯湯タンク１１内の水の沸き上げを行う場合のヒートポンプ５１のＣＯＰを求める。

ＣＯＰマップＭａは、目標沸き上げ温度４６℃（標準沸き上げ温度）用のＣＯＰマップＭａ-1、目標沸き上げ温度５６℃用のＣＯＰマップＭａ-2、目標沸き上げ温度６６℃用のＣＯＰマップＭａー3、目標沸き上げ温度７６℃用のＣＯＰマップＭａ-4、及び目標沸き上げ温度８６℃用のＣＯＰマップＭａ-5とからなる。

例えば、外気温度が１６℃で給水温度が１７℃であるときに、目標沸き上げ温度４６℃による貯湯タンク１１内の水の沸き上げを行うときには、ＣＯＰマップＭａ-1から、矢印で示したようにヒートポンプ５１のＣＯＰとして５．３１を得ることができる。

目標沸き上げ温度設定部１２５は、このようにして、各ＣＯＰマップＭａ-1〜Ｍａ-5に外気温度Ｔoutと給水温度Ｔwとを適用して、目標沸き上げ温度を４６℃（標準沸き上げ温度）に設定した時のＣＯＰであるＣＯＰ（４６）、目標沸き上げ温度を５６℃にした時のＣＯＰであるＣＯＰ（５６）、目標沸き上げ温度を６６℃にした時のＣＯＰであるＣＯＰ（６６）、目標沸き上げ温度を７６℃にした時のＣＯＰであるＣＯＰ（７６）、及び目標沸き上げ温度を８６℃にした時のＣＯＰであるＣＯＰ（８６）を取得する。

また、外気温度ＴoutがＣＯＰマップＭａ-1〜Ｍａ-5の４点の温度（２℃，７℃，１６℃，２５℃）以外であるときには、４点を補間する外気温度の２次式等によって、ＣＯＰを算出する。給水温度Ｔwについても同様である。

そして、目標沸き上げ温度設定部１２５は、以下の式（１）〜式（４）により、目標沸き上げ温度を、標準沸き上げ温度（４６℃）から、他の温度（５６℃，６６℃，７６℃，８６℃）に変更したときの貯湯タンク１１内の水の沸き上げに要する消費電力の増減量ΔＷ（５６）〜ΔＷ（８６）を算出する。

ΔＷ（５６）＝Ｗ（４６）×｛ＣＯＰ（４６）／ＣＯＰ（５６）−１｝・・・・・（１）
ΔＷ（６６）＝Ｗ（４６）×｛ＣＯＰ（４６）／ＣＯＰ（６６）−１｝・・・・・（２）
ΔＷ（７６）＝Ｗ（４６）×｛ＣＯＰ（４６）／ＣＯＰ（７６）−１｝・・・・・（３）
ΔＷ（８６）＝Ｗ（４６）×｛ＣＯＰ（４６）／ＣＯＰ（８６）−１｝・・・・・（４）
但し、Ｗ（４６）：目標沸き上げ温度を４６℃（標準沸き上げ温度）とした沸き上げ運転に要する消費電力（ワット）、ΔＷ（５６）：目標沸き上げ温度を５６℃とした沸き上げ運転に要する消費電力のＷ（４６）に対する増減値、ΔＷ（６６）：目標沸き上げ温度を６６℃とした沸き上げ運転に要する消費電力のＷ（４６）に対する増減値、ΔＷ（７６）：目標沸き上げ温度を７６℃とした沸き上げ運転に要する消費電力のＷ（４６）に対する増減値、ΔＷ（８６）：目標沸き上げ温度を８６℃とした沸き上げ運転に要する消費電力のＷ（４６）に対する増減値。

さらに、目標沸き上げ温度設定部１２５は、以下の式（５）〜（８）により、目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から変更した場合の、沸き上げ運転に要するヒートポンプ５１のランニングコスト（第１ランニングコスト）の増減費を算出する。

ΔＲc1（５６）＝ΔＷ（５６）×Ｎe ・・・・・（５）
ΔＲc1（６６）＝ΔＷ（６６）×Ｎe ・・・・・（６）
ΔＲc1（７６）＝ΔＷ（７６）×Ｎe ・・・・・（７）
ΔＲc1（８６）＝ΔＷ（８６）×Ｎe ・・・・・（８）
但し、Ｎe：電気単価（円／ワット）、ΔＲc1（５６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から５６℃に変更したときの第１ランニングコストの増減費、ΔＲc1（６６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から６６℃に変更したときの第１ランニングコストの増減費、ΔＲc1（７６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から７６℃に変更したときの第１ランニングコストの増減費、ΔＲc1（８６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から８６℃に変更したときの第１ランニングコストの増減費。

次に、図４Ａは、沸き上げ運転の実行により貯湯タンク１１内に目標沸き上げ温度の湯が貯められた状態（満蓄状態）で、湯張り運転を開始したときに、湯張り運転が終了するまでの間に補助熱源機８０で消費される燃料ガスの消費量を、給水温度と目標沸き上げ温度毎に示したガス消費量マップＭｂである。

ここで、ガス消費量マップＭbにおける燃料ガスの消費量は、湯張り運転（多量運転）における湯張り量に応じて変更される。

湯張り運転の実行中に貯湯タンク１１の湯切れが生じると、補助熱源機８０が作動して燃料ガスが消費されるため、貯湯タンク１１の湯切れが早く生じるほど燃料ガスの消費量が多くなる。また、湯張り運転が完了するまでに貯湯タンク１１の湯切れが生じなかったときには、燃料ガスの消費量がゼロになる。

ガス消費量マップＭｂでは、夏季の給水温度の代表値として２４℃、春・秋季の給水温度の代表値として１７℃、冬季の給水温度の代表値として９℃を設定している。目標沸き上げ温度設定部１２５は、給水温度Ｔwと目標沸き上げ温度（４６℃，５６℃，６６℃，７６℃，８６℃）をガス消費量マップＭｂに適用して、対応する燃料ガスの消費量を取得する。

例えば、給水温度Ｔwが２４℃で目標沸き上げ温度が６６であるときには、矢印で示したように、対応する燃料ガスの消費量として０．２７（ｍ³）が選択される。また、給水温度Ｔwがガス消費量マップＭbの３点（２４℃，１７℃，９℃）の給水温度以外であるときには、目標沸き上げ温度設定部１２５は、３点を補間する給水温度の２次式等によって対応する燃料ガスの消費量を算出する。

目標沸き上げ温度設定部１２５は、以下の式（９）〜式（１２）により、目標沸き上げ温度を標準温度から変更した場合に、湯張り運転が完了するまでの間に補助熱源機８０で消費される燃料ガスの消費量の増減値を算出する。

ΔＧ（５６）＝Ｇ（４６）−Ｇ（５６） ・・・・・（９）
ΔＧ（６６）＝Ｇ（４６）−Ｇ（６６） ・・・・・（１０）
ΔＧ（７６）＝Ｇ（４６）−Ｇ（７６） ・・・・・（１１）
ΔＧ（８６）＝Ｇ（４６）−Ｇ（８６） ・・・・・（１２）
但し、Ｇ（４６）：目標沸き上げ温度を４６℃とした沸き上げ運転を行った後に湯張り運転を行ったときに、湯張り運転が完了するまでの間に補助熱源機で消費された燃料ガスの消費量、ΔＧ（５６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から５６℃に変更したときの燃料ガスの消費量の増減値、ΔＧ（６６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げから６６℃に変更したときにの燃料ガスの消費量の増減値、ΔＧ（７６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から７６℃に変更したときの燃料ガスの増減値、ΔＧ（８６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から８６℃に変更したときの燃料ガスの増減値。

さらに、目標沸き上げ温度設定部１２５は、以下の式（１３）〜式（１６）により、目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から変更変更した場合の、湯張り運転完了までに要する補助熱源機８０のランニングコスト（第２ランニングコスト）の増減費を算出する。

ΔＲc2（５６）＝ΔＧ（５６）×Ｎg ・・・・・（１３）
ΔＲc2（６６）＝ΔＧ（６６）×Ｎg ・・・・・（１４）
ΔＲc2（７６）＝ΔＧ（７６）×Ｎg ・・・・・（１５）
ΔＲc2（８６）＝ΔＧ（８６）×Ｎg ・・・・・（１６）
但し、Ｎg：燃料ガスの単価（円／ｍ³）、ΔＲc2（５６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から５６℃に変更したときの第２ランニングコストの増減費、ΔＲc2（６６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から６６℃に変更したときの第２ランニングコストの増減費、ΔＲc2（７６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から７６℃に変更したときの第２ランニングコストの増減費、ΔＲc2（８６）：目標沸き上げ温度を標準沸き上げ温度から８６℃に変更したときの第２ランニングコストの増減費。

そして、目標沸き上げ温度設定部１２５は、上記式（５）〜式（８）により算出した目標沸き上げ温度を変更したときの第１ランニングコストの増減費と、上記式（１３）〜式（１６）により算出した目標沸き上げ温度を変更したときの第２ランニングコストの増減費とにより、以下の式（１７）〜式（２０）によってトータルのランニングコストの増減費を算出（想定）する。

ΔＲc12（５６）＝ΔＲc1（５６）−ΔＲc2（５６） ・・・・・（１７）
ΔＲc12（６６）＝ΔＲc1（６６）−ΔＲc2（６６） ・・・・・（１８）
ΔＲc12（７６）＝ΔＲc1（７６）−ΔＲc2（７６） ・・・・・（１９）
ΔＲc12（８６）＝ΔＲc1（８６）−ΔＲc2（８６） ・・・・・（２０）
目標沸き上げ温度設定部１２５は、ΔＲc12（５６）、ΔＲc12（６６）、ΔＲc12（７６）、及びΔＲc12（８６）の値が全て０よりも大きいときは、標準沸き上げ温度（４６℃）を目標沸き上げ温度Ｔaとして設定する。また、ΔＲc12（５６）、ΔＲc12（６６）、ΔＲc12（７６）、及びΔＲc12（８６）の中に、０以下の値になったものがあるときには、目標沸き上げ温度設定部１２５は、値が最少となったものを選択することによって、ランニングコストが最少となる目標沸き上げ温度Ｔaを設定する。

例えば、ΔＲc12（６６）が最少となったときには、目標沸き上げ温度Ｔaとして６６℃が設定される。これにより、湯張り運転に要するトータルのランニングコストを低減するように、目標沸き上げ温度Ｔaが設定される。

このようにして、図２のＳＴＥＰ２で目標沸き上げ温度Ｔaが設定された後にＳＴＥＰ３に進む。ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ１０は、沸き上げ制御部１２３による処理である。沸き上げ制御部１２３は、ＳＴＥＰ３で、図４Ｂに示した沸き上げ所要時間マップＭｃに、目標沸き上げ温度Ｔaと給水温度Ｔwが属する季節（夏、春・秋、冬）とを適用して、貯湯タンク１１内の水の沸き上げに要する時間（沸き上げ所要時間）αを取得する。

ここで、給水温度Ｔwが１７℃よりも高いときは夏季、給水温度Ｔwが９℃よりも高く１７℃以下であるときは春・秋季、給水温度Ｔwが９℃以下であるときは冬季とされる。例えば、給水温度Ｔwが１５℃であって、目標沸き上げ温度Ｔaが６６℃であるときには、図４Ｂの矢印で示したように、１１０分が沸き上げ所要時間αとして設定される。

次のＳＴＥＰ４で、現在時刻が湯張り開始想定時刻Ｂｔ−α−β（βは余裕時間）になった時にＳＴＥＰ５に進み、沸き上げ制御部１２３は、目標沸き上げ温度Ｔaによる沸き上げ運転を開始する。これにより、湯張り開始想定時刻Ｂｔの直前に沸き上げ運転が完了して、貯湯タンク１１内に目標沸き上げ温度Ｔaの湯が満たされた状態（満蓄状態）となる。

続くＳＴＥＰ６で湯張り運転が開始されたときにＳＴＥＰ７に進み、沸き上げ制御部１２３は、標準沸き上げ温度での沸き上げ運転を開始する。そして、次のＳＴＥＰ８で、湯張り運転が終了したときにＳＴＥＰ９に進む。

ＳＴＥＰ９で、沸き上げ制御部１２３は、タンク中温度センサ２６及びタンク表面温度センサ１４〜１７の検出温度から、貯湯タンク１１の貯湯量を認識する。そして、貯湯量が所定量を超えたときにＳＴＥＰ１０に進み、沸き上げ制御部１２３は、沸き上げ運転を終了する。

ここで、ＳＴＥＰ９における所定量は、過去（例えば、前日から１週間前まで）の湯の使用実績に基づいて設定される。

［３．他の実施形態］
上記実施形態では、図３に示したＣＯＰマップＭａ-1〜Ｍａ-5により、外気温度と給水温度とに基づいて、沸き上げ運転を実行する際のヒートポンプ５１のＣＯＰを求めたが、外気温度と給水温度のうちのいずれか一方に基づいてＣＯＰを求めるようにしてもよい。また、カレンダー機能を有している場合には、外気温度又は給水温度によらずに、季節或は月毎等に、予め設定したＣＯＰを選択するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図４Ａに示したガス消費量マップＭｂにより、給水温度に基づいて湯張り運転の実行途中で貯湯タンク１１の湯切れが生じた場合のガス消費量を求めたが、外気温度に基づいてガス消費量を求めるようにしてもよい。また、カレンダー機能を有している場合には、外気温度又は給水温度によらずに、季節或は月毎等に、予め設定したＣＯＰを選択するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の補助熱源機として燃料ガスを燃焼させる給湯バーナ８１を加熱源とする補助熱源機８０を示したが、石油バーナ等を加熱源とする瞬間加熱式の補助熱源機を用いてもよい。

１…給湯システム、１０…貯湯ユニット、１１…貯湯タンク、１２…給水管、１３…出湯管、２２…給水温度センサ、３４…給水分岐管、４１…タンク循環路、５０…ヒートポンプユニット、５１…ヒートポンプ、６６…タンク循環ポンプ、６７…外気温度センサ、８０…補助熱源機、１００…湯張り管、１０３…湯張り弁、１０５…浴槽、１２０…コントローラ、１２１…給湯制御部、１２２…湯張り制御部、１２３…沸き上げ制御部、１２４…湯張り開始想定時刻設定部、１２５…目標沸き上げ温度設定部、１２６…条件マップデータ。

Claims (4)

1. 下部に給水管が接続されると共に上部に出湯管が接続され、前記給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
   前記貯湯タンク内の水を加熱するヒートポンプと、
   前記給水管から分岐して前記出湯管に連通した給水分岐管と、
   前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯と前記給水分岐管から前記出湯管に供給される水との混合比を変更する湯水混合弁と、
   前記給水分岐管との接続箇所よりも下流側の前記出湯管の途中に設けられて、前記出湯管を流通する湯水を加熱する補助熱源機と、
   前記給水管から前記貯湯タンクに水が供給されているときに、前記貯湯タンクの湯切れが生じていないときは、前記出湯管から目標給湯温度の湯が供給されるように、前記湯水混合弁により前記混合比を変更する混合温調制御を行い、前記貯湯タンクの湯切れが生じているときには、前記出湯管から目標給湯温度の湯が供給されるように、前記補助熱源機の加熱量を変更する加熱温調制御を実行する給湯制御部と、
   前記混合温調制御又は前記加熱温調制御により、所定量以上の前記目標給湯温度の湯を前記出湯管から供給する多量給湯運転が開始される前に、前記ヒートポンプにより、前記貯湯タンク内の水を目標沸き上げ温度まで加熱する事前沸き上げ運転を実行する沸き上げ制御部と、
   前記事前沸き上げ運転が開始される前に、前記多量給湯運転の実行途中に前記貯湯タンクの湯切れが生じると仮定して、前記事前沸き上げ運転に要するコストである第１ランニングコストと、前記多量給湯運転の実行途中で前記貯湯タンクの湯切れが生じ、残りの前記多量給湯運転が前記加熱温調制御により実行される場合に要するコストである第２ランニングコストとのトータルのランニングコストを想定し、該トータルのランニングコストが低くなるように、前記目標沸き上げ温度を設定する目標沸き上げ温度設定部と
   を備えることを特徴とする給湯システム。
2. 請求項１に記載の給湯システムにおいて、
   前記目標沸き上げ温度設定部は、予め設定された複数の目標沸き上げ温度について、前記第１ランニングコストと前記第２ランニングコストとを算出して前記トータルのランニングコストを想定し、想定したランニングコストが最少となる目標沸き上げ温度を、前記事前沸き上げ運転における目標沸き上げ温度として設定することを特徴とする給湯システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の給湯システムにおいて、
   前記ヒートポンプは屋外に設置されて大気から吸熱し、
   外気温度を検出する外気温度センサを備えて、
   前記目標沸き上げ温度設定部は、前記外気温度センサの検出温度に基づいて、前記第１ランニングコストを算出することを特徴とする給湯システム。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の給湯システムにおいて、
   前記給水管から前記貯湯タンクに供給される水の温度を検出する給水温度センサを備え、
   前記目標沸き上げ温度設定部は、前記給水温度センサの検出温度に基づいて、前記第１ランニングコストを算出することを特徴とする給湯システム。