JP2017194213A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御手段の演算処理負担を小さくしながらも、貯湯運転終了時から熱需要が発生する迄の待機時間を短くし、貯湯タンクからの放熱によるエネルギ損失を少なくすることが可能な貯湯式給湯装置を提供する。【解決手段】加熱した湯水を貯湯タンクに貯留させる貯湯運転が可能な外部熱源機１と、過去の給湯運転実績に基づいて今後の熱需要を予測し、かつこの予測された熱需要に基づいて、外部熱源機１の貯湯運転の開始時期を求める制御手段４と、を備えている、貯湯式給湯装置Ａであって、制御手段４は、前記貯湯運転の開始時期が到来したときには、この貯湯運転の開始時期を遅延させることが可能であるか否かを判断し、かつ可能であると判断した場合には前記貯湯運転の開始時期を遅延させる制御を実行する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯装置などの貯湯式給湯装置に関する。

ヒートポンプ給湯装置としては、過去の熱需要に基づく学習能力をもち、今後の熱需要の発生時期や熱需要量を比較的細かく予測し、予測された熱需要に対応した熱量の湯水をヒートポンプの運転により生成して貯湯タンクに貯留させる動作を、できる限り熱需要の発生時期の直前に行なわせるようにしたものがある（たとえば、特許文献１）。従来においては、このような方式とは異なり、たとえば夜間電力を利用してヒートポンプを運転させることにより１日分の熱需要に対応した湯水を一括して貯湯タンクに貯留させるようにしたものもあるが、このようなものと比較すると、前者のものは、貯湯タンクからの放熱ロスを少なくすることができる。また、貯湯タンクに貯留される湯水の熱量を実際の熱需要に対して、より的確に対応させることができる。したがって、湯余りや湯不足が生じることを抑制する上で好ましい。さらに、貯湯タンクとしては、１日分の熱需要に対応する湯水を貯留可能なサイズのものを用いる必要がなく、小型の貯湯タンクを用いればよいこととなり、設備コストを廉価にすることもできる。

しかしながら、前記したようなヒートポンプ給湯装置においては、次のように、未だ改善すべき余地があった。

すなわち、ヒートポンプ給湯装置では、予測される熱需要の発生時期に対し、貯湯タンクへの蓄熱動作が間に合うように、ヒートポンプの貯湯運転の開始時期を求める処理が実行される。このような処理は、できる限り短い周期で繰り返し実行されることが望まれる。したがって、貯湯運転の開始時期を、分・秒などの細かい時間単位まで求めようとすると、マイクロコンピュータなどの制御手段の演算処理負担は過大となり、合理的ではない。
一方、従来においては、貯湯運転の開始時期を、たとえば６時、７時、８時…のいずれかにするように、１時間単位で求める手段もある。このような手段によれば、貯湯運転の開始時期を求めるための演算処理の簡素化を図り、制御手段の演算処理負担を小さくすることが可能である。ただし、このような手段を採用した場合には、貯湯運転が終了してから熱需要が発生する迄の待機時間が、たとえば最大で１時間に近い時間になるなど、比較的長い時間となる虞がある。これでは、待機時間中における貯湯タンクから外部への放熱に起因するエネルギ損失が多くなる。

特開２０１５−１０７７４号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、制御手段の演算処理負担を小さくしながらも、貯湯運転終了時から熱需要が発生する迄の待機時間を短くし、貯湯タンクからの放熱によるエネルギ損失を少なくすることが可能な貯湯式給湯装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される貯湯式給湯装置は、加熱した湯水を貯湯タンクに貯留させる貯湯運転が可能な外部熱源機と、 過去の給湯運転実績に基づいて今後の熱需要を予測し、かつこの予測された熱需要に基づいて、前記外部熱源機の貯湯運転の開始時期を求める制御手段と、を備えている、貯湯式給湯装置であって、前記制御手段は、前記貯湯運転の開始時期が到来したときには、この貯湯運転の開始時期を遅延させることが可能であるか否かを判断し、かつ可能であると判断した場合には前記貯湯運転の開始時期を遅延させる制御を実行するように構成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、外部熱源機による貯湯運転の開始時期を、たとえば１時間単位で求めるなど、長い時間単位で求めたとしても、貯湯運転の開始時期が到来したときには、貯湯運転の開始時期を遅延させることが可能であるか否かが判断され、かつ可能である場合には貯湯運転の開始時期が遅延されるため、貯湯運転が終了してから熱需要が発生する迄の待機時間を短くすることが可能である。したがって、前記待機時間が長くなることに起因して貯湯タンクからの放熱量が多くなることを解消し、エネルギ損失を少なくすることができる。一方、貯湯運転の開始時期を求めるための通常の処理においては、貯湯運転の開始時期を、前記したようにたとえば１時間単位で求めるなど、長い時間単位で求めてもよいこととなるため、全体の演算処理量を少なくし、制御手段の演算処理負担を小さくすることができる。

本発明において、好ましくは、前記制御手段は、前記貯湯運転の開始時期については、第１の所定時間単位で求め、かつ前記遅延の時間については、前記第１の所定時間単位よりも短い第２の所定時間単位で求めるように構成されている。
「第１の所定時間単位」および「第２の所定時間単位」の具体例として、前者が「１時間単位」、後者が「３０分単位」の例を挙げることができる。

このような構成によれば、貯湯運転の開始時期を求めるための演算処理量を少なくしつつ、外部熱源機による貯湯運転終了時から熱需要が発生する迄の待機時間を短くすることを、的確に実現することができる。

本発明において、好ましくは、前記貯湯タンクから所定の出湯口または熱負荷に送られる湯水をその途中で加熱することが可能な補助熱源機を、さらに備えている。

このような構成によれば、貯湯タンク内の蓄熱量に不足を生じた場合には、補助熱源機を利用して湯水加熱を行なうことにより、いわゆる湯切れを生じないようにすることができる。このことは、外部熱源機による貯湯運転の開始時期を余り緻密に求める必要をなくし、または少なくし、貯湯運転の開始時期の演算処理をより簡易なものとすることを可能とする。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る貯湯式給湯装置の一例を示す概略説明図である。 （ａ），（ｂ）は、熱需要と貯湯運転の開始時期との関係の一例を示すタイムチャートである。 図１に示す貯湯式給湯装置におけるデータ処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１に示す貯湯式給湯装置Ａは、ヒートポンプ給湯装置であり、外部熱源機としてのヒートポンプ１と、貯湯タンクユニットＵとを組み合わせて構成されている。これら各部のハード構成は、特許文献１に記載されたヒートポンプ給湯装置と同様であるため、その説明は簡単に行なうこととする。

ヒートポンプ１は、たとえばＣＯ₂などの冷媒の循環路に、ファン１０ａを利用して取り込まれる空気から熱を吸収する蒸発器１０、圧縮器１１、凝縮器としての湯水加熱用の熱交換器１２、および膨張弁１３が設けられた構成である。

貯湯タンクユニットＵは、貯湯タンク２、補助熱源機３、および制御部４を具備している。貯湯タンク２の下部および上部は、ヒートポンプ１の熱交換器１２に往き戻り管５０ａ，５０ｂを介して接続されており、往き管５０ａの循環ポンプＰ１を駆動することにより、ヒートポンプ１によって沸き上げた湯水を貯湯タンク２に貯留させる貯湯運転が可能である。この貯湯運転では、矢印Ｎ１１〜Ｎ１３で示す経路で湯水が流通し、貯湯タンク２の下部から流出した湯水は熱交換器１２によって加熱されてから、貯湯タンク２内の上部に戻される。

貯湯タンク２の下部および上部には、入水口６１ａを有する入水管６１および出湯口６２ａを有する出湯管６２が接続されている。出湯口６２ａに配管接続された給湯栓９０が開状態にされると、貯湯タンク２内への入水圧によって貯湯タンク２内の湯水は出湯管６２に流出し、出湯口６２ａから給湯栓９０に向けて供給される。

補助熱源機３は、貯湯タンク２に湯量不足が生じた場合などにおいて、湯水加熱を行なうのに利用されるものであり、その構成は、たとえばガス瞬間式湯沸器と同様に、バーナ３０および熱交換器３１が缶体３２内に収容され、熱交換器３１に供給された湯水をバーナ３０によって迅速に加熱し得る構成である。補助熱源機３の入水側配管部７０ａは、ポンプＰ２および三方弁Ｖ１を介して貯湯タンク２の上部に繋がっている。補助熱源機３の出湯側配管部７０ｂは、三方弁Ｖ２を介して出湯管６２に繋がっている。このため、出湯口６２ａから給湯栓９０に向けて出湯が行なわれる場合に、三方弁Ｖ２を切り替えることによって、矢印Ｎ２１，Ｎ２２に示すように、補助熱源機３によって加熱された湯水を出湯口６２ａに供給することが可能である。

補助熱源機３の出湯側配管部７０ｂに分岐接続された配管部７１には、熱交換器９２が設けられている。この熱交換器９２は、熱負荷の１つであり、たとえば床暖房装置などの暖房端末９１用の熱媒を加熱するためのものである。ポンプＰ３の駆動によって熱交換器９２と暖房端末９１との間を熱媒が循環流通可能である。三方弁Ｖ１，Ｖ３間は、配管部６３を介して接続されており、熱交換器９２を通過して三方弁Ｖ３に到達した湯水を、貯湯タンク２を介することなく補助熱源機３に再度送り込んで加熱することが可能となっている。

制御部４は、本発明でいう制御手段の一例に相当し、マイクロコンピュータなどを用いて構成されている。この制御部４は、貯湯タンクユニットＵの各部の動作制御やデータ処理を実行するとともに、ヒートポンプ１の制御部（図示略）と協働して貯湯式給湯装置Ａの全体の動作制御も実行する。制御部４には、リモコン８が通信接続されている。リモコン８は、データ用の表示部８０、および複数の操作スイッチ８１を有しており、これらの操作スイッチ８１を操作することによって、たとえば給湯温度や、暖房端末９１の運転開始時刻の設定などが可能である。

制御部４は、過去の熱需要（給湯運転実績）や、リモコン８を利用した各種の給湯予約設定内容などに基づき、たとえば今後９時間の範囲における熱需要を予測する学習能力を有している。熱需要の予測は、具体的には、熱需要の発生時間帯、およびその時間における需要熱量を予測する処理であり、熱需要の発生時間帯は、たとえば１７時〜１８時迄、１８時〜１９時迄など、１時間毎に区分される。

熱需要が予測される場合、この熱需要に対して、ヒートポンプ１の運転により対応する場合と、補助熱源機３の運転により対応する場合とのいずれの方がエネルギ効率がよいかが判断され、エネルギ効率がよい方の湯水加熱手段が選択されるように構成されている。ヒートポンプ１が選択される場合には、熱需要の発生予測時期に近いタイミングでヒートポンプ１の運転を開始させ、かつ熱需要が実際に発生する迄にこの熱需要に対応した熱量の湯水が貯湯タンク２に貯留されるように、ヒートポンプ１の貯湯運転の開始時期を求める処理が実行される。この処理の具体的な内容については、後述する。

次に、前記した貯湯式給湯装置Ａの作用について、図２に示したタイムチャート、および図３に示したフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、制御部４は、前記した今後の熱需要の予測処理を継続的に実行しており、かつこれに伴い、予測される熱需要に対応するためのヒートポンプ１の貯湯運転の開始時期を算出する処理も実行している（Ｓ１，Ｓ２）。ここで、貯湯運転の開始時期は、たとえば１時間単位（本発明でいう第１の所定時間単位の一例）で求められる。具体例を挙げると、図２（ａ）に示すように、１７時から２１時までの期間に一群の熱需要Ｄが発生することが予測される場合、貯湯運転の開始時刻ｔ１は、１時間単位で求められるため、たとえば１４時、１５時、１６時のうち、１５時が開始時刻ｔ１とされる。開始時刻ｔ１を分秒の単位まで求めないため、開始時刻ｔ１を算出するための制御部４のデータ処理負担を小さくすることが可能である。

次いで、貯湯運転の開始時刻ｔ１が到来すると、その時点で貯湯運転の開始時期を、たとえば３０分間（本発明でいう第２の所定時間単位の一例）遅延させることが可能であるか否かの判断がなされる（Ｓ３：ＹＥＳ，Ｓ４）。この判断において、開始時期を遅延させると、熱需要が発生する時刻までにヒートポンプ１による湯水の沸き上げが間に合わない場合には、遅延不可能とされ、直ちにヒートポンプ１の貯湯運転が開始される（Ｓ５：ＮＯ，Ｓ７）。

これに対し、前記とは異なり、貯湯運転の開始時期を遅延させることが可能であると判断された場合には、貯湯運転の開始時期が３０分間遅延され、図２（ｂ）に示すように、前記遅延時間が経過した時刻ｔ２になった時点で貯湯運転が開始される（Ｓ５：ＹＥＳ，Ｓ６：ＹＥＳ，Ｓ７）。このように貯湯運転の開始時期が遅延されれば、この遅延時間分だけ、貯湯運転終了時から熱需要が発生する迄の待機時間が短くなるため、貯湯タンク２からの放熱ロスを少なくし、エネルギ効率を高めることが可能である。貯湯運転の開始時期を遅延させることが可能であるか否かの判断に際し、その遅延時間の単位を３０分としているために、この判断処理は、ステップＳ２の処理と比較すると、やや煩雑なデータ処理となるが、この処理は、貯湯運転の開始時期が到来したときにのみ一時的に実行されるに過ぎないため、制御部４に多大なデータ処理負担を生じさせることはない。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る貯湯式給湯装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

本発明における第１の所定時間単位、および第２の所定時間単位は、１時間単位、３０
分単位に限定されず、これ以外の値とすることが可能である。
外部熱源機としては、ヒートポンプ以外の装置を用いることも可能である。
本発明に係る貯湯式給湯装置は、補助熱源機を具備しないものとして構成することも可能である。なお、補助熱源機を具備させる場合、補助熱源機としては、ガス燃焼方式のものに限らず、オイル燃焼方式のもの、あるいは電熱ヒータなどとすることもできる。

Ａ 貯湯式給湯装置
１ ヒートポンプ
２ 貯湯タンク
３ 補助熱源機
４ 制御部（制御手段）

Claims (3)

1. 加熱した湯水を貯湯タンクに貯留させる貯湯運転が可能な外部熱源機と、
   過去の給湯運転実績に基づいて今後の熱需要を予測し、かつこの予測された熱需要に基づいて、前記外部熱源機の貯湯運転の開始時期を求める制御手段と、
   を備えている、貯湯式給湯装置であって、
   前記制御手段は、前記貯湯運転の開始時期が到来したときには、この貯湯運転の開始時期を遅延させることが可能であるか否かを判断し、かつ可能であると判断した場合には前記貯湯運転の開始時期を遅延させる制御を実行するように構成されていることを特徴とする、貯湯式給湯装置。
2. 請求項１に記載の貯湯式給湯装置であって、
   前記制御手段は、前記貯湯運転の開始時期については、第１の所定時間単位で求め、かつ前記遅延の時間については、前記第１の所定時間単位よりも短い第２の所定時間単位で求めるように構成されている、貯湯式給湯装置。
3. 請求項１または２に記載の貯湯式給湯装置であって、
   前記貯湯タンクから所定の出湯口または熱負荷に送られる湯水をその途中で加熱することが可能な補助熱源機を、さらに備えている、貯湯式給湯装置。

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