JP2018028411A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】昼夜問わず、適切な時にヒートポンプユニットを稼働させることが可能な給湯システムを提供する。【解決手段】内部に貯溜された熱媒体を介して熱を蓄える貯湯槽と、発生させた熱を用いて貯湯槽に貯溜される熱媒体を温めるヒートポンプユニットと、現在から所定時間後までの給湯需要である部分給湯需要を算出し、現在の貯湯槽の蓄熱量及び前記部分給湯需要に基づいて、ヒートポンプユニットを稼働させる第一の制御を行う制御装置と、を具備した。【選択図】図４

Description

本発明は、熱を蓄えると共に、当該熱を用いて給湯を行う給湯システムの技術に関する。

従来、熱を蓄えると共に、当該熱を用いて給湯を行う給湯システムの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１には、貯湯タンクと、貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱装置（具体的には、ヒートポンプ等）と、夜間時間帯に加熱装置を作動させる制御装置とを具備する給湯システムが記載されている。制御装置は、翌日の予測天候情報、及び翌日の貯湯タンクの湯の予測使用熱量に基づいて、加熱装置を夜間時間帯に適宜作動させる。このように、夜間に加熱装置を作動させることで、深夜電力（安価な電力）を用いて加熱することができるという利点がある。

特許第５４６３１１４号公報

しかしながら、加熱装置を夜間に作動させると、低外気温によるＣＯＰ（成績係数：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の低下や、貯湯損失の増加などにより、省エネ性が損なわれる場合もある。このため、昼夜問わずに効率的な時に加熱装置を作動させることが望ましい。しかし、特許文献１に記載の技術では、加熱装置を夜間に作動させることしか考慮されていない。

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、昼夜問わず、適切な時にヒートポンプユニットを稼働させることが可能な給湯システムを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、内部に貯溜された熱媒体を介して熱を蓄える蓄熱槽と、発生させた熱を用いて前記蓄熱槽に貯溜される熱媒体を温めるヒートポンプユニットと、現在から所定時間後までの給湯需要である部分給湯需要を算出し、現在の前記蓄熱槽の蓄熱量及び前記部分給湯需要に基づいて、前記ヒートポンプユニットを稼働させる第一の制御を行う制御装置と、を具備するものである。

請求項２においては、前記制御装置は、現在の前記蓄熱槽の蓄熱量が所定の値未満になった場合、前記ヒートポンプユニットを稼働させる第二の制御を行うものである。

請求項３においては、前記制御装置は、前記ヒートポンプユニットを稼働させて前記蓄熱槽の蓄熱量が最大蓄熱量となるまでに必要な時間を、前記所定時間として設定するものである。

請求項４においては、前記制御装置は、前記第一の制御において、前記部分給湯需要が、現在の前記蓄熱槽の蓄熱量を超える場合、前記ヒートポンプユニットを稼働させるものである。

請求項５においては、前記制御装置は、前記第一の制御において、前記部分給湯需要が、前記最大蓄熱量以上である場合、前記蓄熱槽に蓄えられる熱媒体の設定温度を増加させることにより、前記最大蓄熱量を増加させるものである。

請求項６においては、前記制御装置は、前記第一の制御において、前記部分給湯需要と前記所定の値とを加算して目標熱量を算出し、現在の前記蓄熱槽の蓄熱量が前記目標熱量以下である場合、前記ヒートポンプユニットを稼働させるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、昼夜問わず、適切な時にヒートポンプユニットを稼働させることができる。

請求項２においては、蓄熱槽に、ある程度の熱量を常時確保することができる。

請求項３においては、適切なタイミングで、ヒートポンプユニットを稼働させるか否かを判定することができる。

請求項４においては、蓄熱槽の蓄熱量が不足するのを防止することができる。

請求項５においては、蓄熱槽の蓄熱量が不足するのを防止することができる。

請求項６においては、蓄熱槽の蓄熱量が不足するのを防止することができる。

第一実施形態に係る給湯システムの全体的な構成を示した模式図。 給湯システムの制御に関する構成を示したブロック図。 制御装置が予測した１日の給湯需要の一例を示した図。 第一の運転方法に関する処理を示したフローチャート。 第二の運転方法に関する処理を示したフローチャート。 第三の運転方法に関する処理を示したフローチャート。 第二実施形態に係る給湯需要の一例を示した図。 第三実施形態に係る給湯需要の一例を示した図。

以下では、図１及び図２を用いて、第一実施形態に係る給湯システム１の構成について説明する。

給湯システム１は、ヒートポンプを用いて発生させた熱を蓄えると共に、当該熱を用いて沸かされた湯を供給するものである。給湯システム１は、住宅その他の建物や施設に適宜設けられる。給湯システム１は、主として貯湯槽２０、ヒートポンプユニット３０、給湯機構４０及び制御装置５０を具備する。

図１に示す貯湯槽２０は、内部に貯溜された熱媒体を介して熱を蓄えるものである。具体的には、貯湯槽２０内には、熱媒体として水（湯）が満たされる。貯湯槽２０は、平面視における断面形状が略円形である略円柱状に形成される。

ヒートポンプユニット３０は、電力を消費して熱を発生させる（製造する）ものである。ヒートポンプユニット３０は、主として第一配管３１、圧縮機３２、熱交換器３３、膨張弁３４、蒸発器３５、ファン３６、第二配管３７及びポンプ３８を具備する。

第一配管３１は、熱媒体（冷媒）が循環するための流路を形成するものである。第一配管３１は環状に形成される。第一配管３１内には、熱媒体（冷媒）が満たされる。

圧縮機３２は、電力を消費して、第一配管３１を流通する熱媒体を圧縮するものである。圧縮機３２は、第一配管３１の中途部に配置される。

熱交換器３３は、温度差のある流体間で熱（熱エネルギー）を交換するものである。熱交換器３３は、第一配管３１の中途部に配置される。より具体的には、熱交換器３３は、第一配管３１を流通する熱媒体の流通方向において、圧縮機３２の下流側に配置される。

膨張弁３４は、第一配管３１を流通する熱媒体を膨張させるものである。膨張弁３４は、第一配管３１の中途部に配置される。より具体的には、膨張弁３４は、第一配管３１を流通する熱媒体の流通方向において、熱交換器３３の下流側に配置される。

蒸発器３５は、熱媒体を蒸発させるための熱交換器である。蒸発器３５は、第一配管３１の中途部に配置される。より具体的には、蒸発器３５は、第一配管３１を流通する熱媒体の流通方向において、膨張弁３４の下流側に配置される。

ファン３６は、蒸発器３５へと風（外気）を送るためのものである。

第二配管３７は、熱交換器３３と貯湯槽２０との間で水が循環するための流路を形成するものである。第二配管３７の一端は、貯湯槽２０における下部に接続される。第二配管３７の中途部は、熱交換器３３の内部を通るように配置される。第二配管３７の他端は、貯湯槽２０における上部に接続される。

ポンプ３８は、第二配管３７内の水を循環させるものである。ポンプ３８は、第二配管３７の中途部に配置される。ポンプ３８が駆動すると、第二配管３７内の水は、当該第二配管３７の一端（貯湯槽２０の下部側）から他端（貯湯槽２０の上部側）に向かって流通する。

このように構成されたヒートポンプユニット３０において、圧縮機３２によって圧縮された熱媒体は、高温の気体となる。当該高温の熱媒体は、第一配管３１を介して熱交換器３３を流通する。熱交換器３３を流通する熱媒体の熱は、第二配管３７を流通する熱媒体（水）に移動する。これによって、熱交換器３３を流通する熱媒体の温度は低下し、当該熱媒体は液体になる。熱交換器３３を流通した第一配管３１内の熱媒体は、膨張弁３４において膨張することで、低温の液体（又は気体）になる。膨張弁３４を流通した低温の熱媒体は、蒸発器３５において外気から熱を受け取って蒸発し、再び気体になる。外気から熱を受け取った熱媒体は、再び圧縮機３２へと供給される。

また第二配管３７を流通する水は、熱交換器３３を通過することで、ヒートポンプユニット３０で発生した熱を受け取り、温度が上昇する。このように温度が上昇した水を貯湯槽２０に戻すことで、ヒートポンプユニット３０で得られた熱を貯湯槽２０に集めることができる。

給湯機構４０は、貯湯槽２０に貯溜された水（高温水又は中温水）を適宜の設備へと供給するものである。給湯機構４０は、主として注水配管４１、給湯配管４２及び混合配管４３を具備する。

注水配管４１は、上水を貯湯槽２０へと案内する配管である。注水配管４１の一端は、貯湯槽２０における下部に接続される。

給湯配管４２は、貯湯槽２０における上部に貯溜された水（湯）を取り出し、適宜の設備へと供給する配管である。給湯配管４２の一端は、貯湯槽２０における上部に接続される。給湯配管４２の他端は、湯が用いられる適宜の設備（例えば、浴室や洗面台等）に接続される（不図示）。

混合配管４３は、給湯配管４２を流通する水（湯）に上水を混合させるための配管である。混合配管４３の一端は、注水配管４１の中途部に接続される。混合配管４３の他端は、給湯配管４２の中途部に接続される。

このように構成された給湯機構４０において、浴室等の設備から湯が要求されると、図示せぬポンプが駆動され、貯湯槽２０から給湯配管４２を介して取り出された水（湯）に、混合配管４３を介して供給される上水が混合される。このように、貯湯槽２０からの水（湯）と上水を適宜混合することで、要求に応じた温度の水（湯）を得ることができる。このように混合された水（湯）は、給湯配管４２を介して浴室等の設備へと供給される。この場合、給湯配管４２を介して貯湯槽２０に貯溜された水が取り出されると共に、注水配管４１を介して上水が貯湯槽２０に供給される。このようにして、貯湯槽２０内は常に水で満たされる。

図２に示す制御装置５０は、給湯システム１の動作を制御するものである。制御装置５０は、主としてＣＰＵ等の演算処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、Ｉ／Ｏ等の入出力装置、並びにモニター等の表示装置等により構成される。制御装置５０には、給湯システム１の動作を制御するための種々の情報やプログラム等が予め記憶される。制御装置５０は、上部温度センサ５１、下部温度センサ５２及び上水温度センサ５３に接続される。

上部温度センサ５１は、貯湯槽２０における上部に貯溜された水（高温水）の温度を検出するものである。上部温度センサ５１は、貯湯槽２０内の上部に配置される。

下部温度センサ５２は、貯湯槽２０における下部に貯溜された水（低温水）の温度を検出するものである。下部温度センサ５２は、貯湯槽２０内の下部に配置される。

上水温度センサ５３は、給湯機構４０を介して貯湯槽２０へと供給される上水の温度（以下、単に「水温」と称する）を検出するものである。上水温度センサ５３は、注水配管４１の中途部に配置される。

また、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０（圧縮機３２等）に接続され、当該ヒートポンプユニット３０の動作を制御することができる。具体的には、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０を稼働（運転）又は停止させることができる。

また制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０を運転させることで得られる水（具体的には、第二配管３７を流通することによって、熱交換器３３で温められる水）の温度の目標値（設定温度）を制御することができる。本実施形態においては、制御装置５０は、設定温度を段階的に制御することができる。具体的には、本実施形態に係る制御装置５０は、設定温度の最低値を４５℃として、当該設定温度を５℃ずつ（すなわち、５０℃、５５℃、６０℃・・・等）段階的に変更することが可能である。なお、設定温度の最低値は、給湯機構４０による給湯温度以上の値に設定することが可能である。

また、制御装置５０は、給湯機構４０（当該給湯機構４０のポンプ等）に接続され、当該給湯機構４０の動作を制御することができる。具体的には、制御装置５０は、給湯機構４０を稼働（運転）又は停止させることができる。

以下では、上述の如く構成された給湯システム１において、ヒートポンプユニット３０を稼働させるための２つの運転方法（第一の運転方法及び第二の運転方法）について、それぞれ説明する。

まず、図３及び図４を用いて、第一の運転方法において制御装置５０が行う処理について説明する。

給湯システム１の運転の前提として、制御装置５０は、１日（２４時間）の給湯需要の予測を行っている。ここで、給湯需要とは、給湯機構４０によって貯湯槽２０の水（湯）が供給される適宜の設備において、使用される熱量を意味する。

制御装置５０は、所定の時刻（例えば、毎日午前０時）に、当該時刻から２４時間後までの給湯需要を予測する。本実施形態においては、制御装置５０は、１時間ごと（０時から１時まで、１時から２時まで等）の給湯需要を予測するものとする。制御装置５０は、過去のデータ等に基づいて給湯需要を予測することができる。例えば、給湯需要は、過去の所定期間（例えば、過去一週間）における給湯需要を学習し、当該学習した給湯需要の傾向から予測することができる。

図３には、制御装置５０が予測した１日（２４時間）の給湯需要の一例を示している。図３の例では、制御装置５０は、７時から９時まで、１３時から１４時まで、１８時から２２時まで、の各時間帯において給湯需要が発生すると予測している。なお、図３（並びに、後述する図７及び図８）において縦軸で示した熱量は、１目盛りが１０ＭＪに相当する。

制御装置５０は、１日（２４時間）の給湯需要の予測を行った上で、図４に示す処理（第一の運転方法に関する処理）を行う。

図４のステップＳ１０１において、制御装置５０は、現在の貯湯熱量が最低貯湯熱量以上であるか否かを判定する。ここで、貯湯熱量とは、貯湯槽２０に蓄えられている熱量（蓄熱量）を意味する。貯湯熱量は、上部温度センサ５１及び下部温度センサ５２の検出値や貯湯槽２０の容量等に基づいて算出することができる。また、最低貯湯熱量とは、予め定められる値であり、貯湯槽２０に最低限確保すべき熱量が設定される。例えば、最低貯湯熱量として、湯張りを１回行うのに必要な熱量等が設定される。

制御装置５０は、現在の貯湯熱量が最低貯湯熱量以上であると判定した場合（ステップＳ１０１においてＹｅｓ）、ステップＳ１０２に移行する。
一方、制御装置５０は、現在の貯湯熱量が最低貯湯熱量未満であると判定した場合（ステップＳ１０１においてＮｏ）、ステップＳ１０９に移行する。

ステップＳ１０２において、制御装置５０は、最大貯湯熱量を算出する。ここで、最大貯湯熱量とは、現在の設定温度で貯湯槽２０に蓄えることができる最大の熱量（最大蓄熱量）を意味する。設定温度は、初期状態では最低値（本実施形態では、４５℃）に設定されている。最大貯湯熱量は、以下の数１を用いて算出することができる。
最大貯湯熱量＝（設定温度−水温）×貯湯槽容量×比熱 （数１）

ここで、貯湯槽容量とは、貯湯槽２０の容量を意味するものであり、予め定まった値である。また比熱とは、貯湯槽２０に貯溜された熱媒体（すなわち水）の比熱を意味するものであり、予め定まった値である。

制御装置５０は、ステップＳ１０２の処理を行った後、ステップＳ１０３に移行する。

ステップＳ１０３において、制御装置５０は、貯湯槽２０の蓄熱量を最大貯湯熱量にするために必要な時間（以下、単に「必要時間」と称する）を算出する。必要時間は、以下の数２を用いて算出することができる。
必要時間＝（最大貯湯熱量−現在の貯湯熱量）／加熱能力 （数２）

ここで、加熱能力とは、ヒートポンプユニット３０が貯湯槽２０内の水を温める能力であり、より具体的には、ヒートポンプユニット３０が単位時間あたりに貯湯槽２０に蓄えることができる熱量である。

制御装置５０は、ステップＳ１０３の処理を行った後、ステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４において、制御装置５０は、現在から必要時間が経過するまでに発生する給湯需要の合計値（以下、単に「第一部分給湯需要」と称する）を算出する。

例えば、必要時間が３時間である場合、制御装置５０は、現在から３時間経過するまでに発生すると予測される給湯需要の合計値を算出する。この際、制御装置５０は、最初に予測した１日（２４時間）の給湯需要（図３参照）を用いて第一部分給湯需要を算出することができる。

制御装置５０は、ステップＳ１０４の処理を行った後、ステップＳ１０５に移行する。

ステップＳ１０５において、制御装置５０は、第一部分給湯需要が最大貯湯熱量未満であるか否かを判定する。
制御装置５０は、第一部分給湯需要が最大貯湯熱量以上であると判定した場合（ステップＳ１０５でＮｏ）、ステップＳ１０６に移行する。
一方、制御装置５０は、第一部分給湯需要が最大貯湯熱量未満であると判定した場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、ステップＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０６において、制御装置５０は、現在の設定温度が最大値（設定できる最大の値）であるか否かを判定する。
制御装置５０は、現在の設定温度が最大値でないと判定した場合（ステップＳ１０６でＮｏ）、ステップＳ１０７に移行する。
一方、制御装置５０は、現在の設定温度が最大値であると判定した場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、ステップＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０７において、制御装置５０は、設定温度を１段階上げる。例えば、現在の設定温度が最低値（４５℃）である場合、制御装置５０は設定温度を５０℃に変更する。

制御装置５０は、ステップＳ１０７の処理を行った後、ステップＳ１０２に移行する。

ステップＳ１０５から移行したステップＳ１０８において、制御装置５０は、第一部分給湯需要が現在の貯湯熱量を超えているか否かを判定する。
制御装置５０は、第一部分給湯需要が現在の貯湯熱量を超えていると判定した場合、ステップＳ１０９に移行する。
一方、制御装置５０は、第一部分給湯需要が現在の貯湯熱量を超えていないと判定した場合、第一の運転方法に関する処理を終了する。

ステップＳ１０９において、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０を稼働させる。これによって、貯湯槽２０に熱が蓄えられる。

制御装置５０は、ステップＳ１０９の処理を行った後、第一の運転方法に関する処理を終了する。

制御装置５０は、第一の運転方法に関する処理（図４参照）を、常時繰り返して行う。

以上のように、制御装置５０は、現在の貯湯熱量が最低貯湯熱量未満である場合には、ヒートポンプユニット３０を稼働させる（ステップＳ１０１でＮｏ、ステップＳ１０９）。これによって、貯湯槽２０に最低限の貯湯熱量（最低貯湯熱量）を常時確保することができ、突発的な給湯需要（予測できなかった給湯需要）にも対応することができる。

また、制御装置５０は、第一部分給湯需要が最大貯湯熱量以上である場合、ヒートポンプユニット３０を稼働させたとしても貯湯熱量が不足する（湯切れが発生する）ため、設定温度を１段階上げる（ステップＳ１０５でＮｏ、ステップＳ１０６でＮｏ、ステップＳ１０７）。このように設定温度を上げることで、最大貯湯熱量を増加させることができる。

なお、制御装置５０は、湯切れを防止できるようになるまで（第一部分給湯需要が最大貯湯熱量未満になるまで）、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０７の処理を繰り返す。但し、設定温度が最大値になった場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）には、それ以上設定温度を上げることができないため、制御装置５０はステップＳ１０８に移行する。

このように、制御装置５０は、必要な場合（湯切れが発生する場合）にだけ設定温度を上げるため、設定温度を極力低い値に抑えることができる。これによって、ＣＯＰの向上や貯湯損失の抑制を図ることができる。

また、制御装置５０は、第一部分給湯需要が現在の貯湯熱量を超えている場合には、ヒートポンプユニット３０を稼働させる（ステップＳ１０８でＹｅｓ、ステップＳ１０９）。これによって、貯湯熱量が不足することが予測される場合には、給湯需要が発生する直前（必要時間前）にヒートポンプユニット３０の稼働を開始し、貯湯熱量を増加させることができる。

図３には、一例として、給湯需要が発生する直前にヒートポンプユニット３０が稼働を開始する例を示している。図３の例では、制御装置５０は、時間帯Ｔ１、時間帯Ｔ２及び時間帯Ｔ３にヒートポンプユニット３０を稼働させている。このように、給湯需要が発生する直前から貯湯熱量を増加させる（湯を沸かす）ことには種々の利点がある。以下では、一般的な給湯システムの運転と比較して、当該利点について説明する。

一般的に、ヒートポンプユニットを有する給湯システムは、単価の安い深夜電力で（すなわち、深夜に）１日に必要な湯を沸かし、給湯需要が発生するまで当該湯を貯湯槽に貯めている。このため、給湯需要が発生する時間帯まで湯を長時間貯めておく必要がある。貯湯槽に湯を長時間貯めておくと、当該貯湯槽からの放熱による貯湯損失が増加するという問題がある。
これに対して本実施形態の給湯システム１は、給湯需要が発生する直前からヒートポンプユニット３０の稼働を開始するため、沸かした湯を長時間貯めておく必要がなくなり、貯湯損失を抑制することができる。

また、一般的な給湯システムでは外気温が低い深夜に湯が沸かされるため、ヒートポンプユニットの効率であるＣＯＰが低下する。
これに対して本実施形態の給湯システム１は、深夜に限らず、必要な時間（給湯需要が発生する直前）にヒートポンプユニット３０を稼働させるため、ＣＯＰの向上を図ることができる。

また、一般的な給湯システムでは、１日の給湯需要を賄えるだけの熱量を貯湯槽に貯める必要があるため、当該貯湯槽内の熱媒体（湯）の温度（貯湯温度）を高温に設定する必要がある。貯湯温度を高温に設定すると、ヒートポンプユニットのＣＯＰが低下する。また、外気温と貯湯温度との差も大きくなるため、貯湯損失が増加する。
これに対して本実施形態の給湯システム１は、給湯需要が発生する直前に、必要な場合（貯湯熱量が不足する場合）にだけヒートポンプユニット３０を稼働させるため、貯湯温度（設定温度）を低く抑えることができる。これによって、ＣＯＰの向上や貯湯損失の抑制を図ることができる。

次に、図３及び図５を用いて、第二の運転方法において制御装置５０が行う処理について説明する。

第二の運転方法においても、第一の運転方法と同様に、前提として、制御装置５０は１日（２４時間）の給湯需要の予測を行っている（図３参照）。制御装置５０は、１日（２４時間）の給湯需要の予測を行った上で、図５に示す処理（第二の運転方法に関する処理）を行う。

図５のステップＳ２０１において、制御装置５０は、現在の貯湯熱量が最低貯湯熱量以上であるか否かを判定する。
制御装置５０は、現在の貯湯熱量が最低貯湯熱量以上であると判定した場合（ステップＳ２０１においてＹｅｓ）、ステップＳ２０２に移行する。
一方、制御装置５０は、現在の貯湯熱量が最低貯湯熱量未満であると判定した場合（ステップＳ２０１においてＮｏ）、ステップＳ２０６に移行する。

ステップＳ２０２において、制御装置５０は、現在から規定時間が経過するまでに発生する給湯需要の合計値（以下、単に「第二部分給湯需要」と称する）を算出する。

ここで、規定時間とは、予め定められた時間である。規定時間の値としては、給湯需要が発生する直前にヒートポンプユニット３０の稼働を開始させることができるように、適宜の値が設定される。例えば規定時間としては、４時間など、２４時間（一般的な給湯システムがヒートポンプユニット３０を稼働させる時間間隔）よりも十分に小さい値が設定される。

例えば、規定時間が４時間である場合、制御装置５０は、現在から４時間経過するまでに発生すると予測される給湯需要の合計値を算出する。この際、制御装置５０は、最初に予測した１日（２４時間）の給湯需要（図３参照）を用いて第二部分給湯需要を算出することができる。

制御装置５０は、ステップＳ２０２の処理を行った後、ステップＳ２０３に移行する。

ステップＳ２０３において、制御装置５０は、第二部分給湯需要を蓄えることが可能な設定温度を算出する。当該設定温度は、以下の数３を用いて算出することができる。
設定温度＝
（第二部分給湯需要＋最低貯湯熱量）／（比熱×貯湯槽容量）＋水温 （数３）

制御装置５０は、ステップＳ２０３において算出された値を、ヒートポンプユニット３０の設定温度として設定する。

制御装置５０は、ステップＳ２０３の処理を行った後、ステップＳ２０４に移行する。

ステップＳ２０４において、制御装置５０は、目標熱量を算出する。ここで、目標熱量とは、貯湯熱量の目標となる値である。目標熱量は、以下の数４を用いて算出される。
目標熱量＝第二部分給湯需要＋最低貯湯熱量 （数４）

制御装置５０は、ステップＳ２０４の処理を行った後、ステップＳ２０５に移行する。

ステップＳ２０５において、制御装置５０は、現在の貯湯熱量が目標熱量以下であるか否かを判定する。
制御装置５０は、現在の貯湯熱量が目標熱量以下であると判定した場合（ステップＳ２０５においてＹｅｓ）、ステップＳ２０６に移行する。
制御装置５０は、現在の貯湯熱量が目標熱量より大きいと判定した場合（ステップＳ２０５においてＮｏ）、第二の運転方法に関する処理を終了する。

ステップＳ２０６において、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０を稼働させる。この際のヒートポンプユニット３０の設定温度は、ステップＳ２０３で算出された値である。これによって、貯湯槽２０に熱が蓄えられる。

制御装置５０は、ステップＳ２０６の処理を行った後、第二の運転方法に関する処理を終了する。

制御装置５０は、第二の運転方法に関する処理（図５参照）を、常時繰り返して行う。

以上のように、制御装置５０は、現在の貯湯熱量が最低貯湯熱量未満である場合には、ヒートポンプユニット３０を稼働させる（ステップＳ２０１でＮｏ、ステップＳ２０６）。これによって、貯湯槽２０に最低限の貯湯熱量（最低貯湯熱量）を常時確保することができ、突発的な給湯需要（予測できなかった給湯需要）にも対応することができる。

また、制御装置５０は、第二部分給湯需要に応じて設定温度を決定する（ステップＳ２０２、ステップＳ２０３）。これによって、設定温度を極力低い値に抑えることができ、ＣＯＰの向上や貯湯損失の抑制を図ることができる。

また、制御装置５０は、現在の貯湯熱量が目標熱量以下である場合には、ヒートポンプユニット３０を稼働させる（ステップＳ２０５でＹｅｓ、ステップＳ２０６）。これによって、貯湯熱量が不足することが予想される場合には、給湯需要が発生する直前（規定時間前）にヒートポンプユニット３０の稼働を開始し、貯湯熱量を増加させることができる。また、なんらかの事情で貯湯熱量が減少した場合（例えば、突発的な給湯需要が発生した場合や、放熱により貯湯熱量が減少した場合等）にも、ヒートポンプユニット３０を稼働させ、貯湯熱量を増加させることができる。

以下では、給湯システム１において、給湯需要が発生した際の運転方法の一例について説明する。

上述の第一の運転方法及び第二の運転方法によれば、給湯システム１は、設定温度を極力低い値に抑えることができる。すなわち、貯湯槽２０内に貯められた湯の温度が極力低い値になるように抑えられる。

ここで、貯湯槽２０内の湯の温度が低いと、給湯需要が発生した設備へと必要な熱量を供給するのに時間がかかる場合がある。例えば、浴槽に貯められた湯の追い焚きを行う場合、当該浴槽の湯と、貯湯槽２０内の湯の温度差が小さいと、追い焚きに時間がかかる場合がある。

そこで本実施形態に係る給湯システム１では、図６に示すように運転することで、熱量の供給を速やかに行うことができる。以下、当該運転方法（以下、単に「第三の運転方法」と称する）において制御装置５０が行う処理について具体的に説明する。

図６のステップＳ３０１において、制御装置５０は、給湯需要が発生したか否かを判定する。当該判定は、例えば貯湯槽２０の湯が供給される適宜の設備からの信号等に基づいて行われる。
制御装置５０は、給湯需要が発生したと判定した場合（ステップＳ３０１でＹｅｓ）、ステップＳ３０２に移行する。
一方、制御装置５０は、給湯需要が発生していないと判定した場合（ステップＳ３０１でＮｏ）、第三の運転方法に関する処理を終了する。

ステップＳ３０２において、制御装置５０は、現在の貯湯温度（貯湯槽２０内の湯の温度）が低いか否かを判定する。
ここで、貯湯温度が低いか否かを判定する基準は任意に設定することができる。例えば、追い焚きを行う場合には、浴槽の湯の温度と貯湯温度との差が小さい（差が所定の値以下である）場合には、貯湯温度が低いと判定することができる。また、貯湯温度が予め定められた閾値以下である場合に、貯湯温度が低いと判定することも可能である。

制御装置５０は、現在の貯湯温度が低いと判定した場合、ステップＳ３０３に移行する。
一方、制御装置５０は、現在の貯湯温度が低くないと判定した場合、第三の運転方法に関する処理を終了する。

ステップＳ３０３において、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０を稼働させる。この際、制御装置５０は、当該ヒートポンプユニット３０を、予め設定された設定温度よりも高い温度（例えば、設定可能な最大の温度）で稼働させる。ヒートポンプユニット３０を稼働させると、熱交換器３３を通過して温度が上昇した湯が、第二配管３７を介して貯湯槽２０の上部に供給される（図１参照）。

制御装置５０は、ステップＳ３０３の処理を行った後、ステップＳ３０４に移行する。

ステップＳ３０４において、制御装置５０は、給湯機構４０を稼働させる。給湯機構４０を稼働させると、貯湯槽２０の上部に溜まった湯が、給湯配管４２を介して取り出され、適宜の設備へと供給される。すなわち、ヒートポンプユニット３０によって加熱された比較的高温の湯が、給湯機構４０を介して適宜の設備へと供給されることになる。

制御装置５０は、ステップＳ３０４の処理を行った後、第三の運転方法に関する処理を終了する。

以上のように、制御装置５０は、給湯需要が発生した際に、貯湯温度が低い場合には、ヒートポンプユニット３０を稼働させ、高温になった湯を適宜の設備へと供給する（ステップＳ３０１でＹｅｓ、ステップＳ３０２でＹｅｓ、ステップＳ３０３、ステップＳ３０４）。このように、高温の湯を給湯需要が発生した設備へと供給することができるため、必要な熱量を速やかに供給することができる。これによって、例えば追い焚きを行う場合には、当該追い焚きにかかる時間を短縮することができる。

以上の如く、本実施形態に係る給湯システム１は、
内部に貯溜された熱媒体を介して熱を蓄える貯湯槽２０（蓄熱槽）と、
発生させた熱を用いて貯湯槽２０に貯溜される熱媒体を温めるヒートポンプユニット３０と、
現在から所定時間（必要時間又は規定時間）後までの給湯需要である部分給湯需要（第一部分給湯需要又は第二部分給湯需要）を算出し、
現在の貯湯槽２０の蓄熱量及び前記部分給湯需要に基づいて、ヒートポンプユニット３０を稼働させる第一の制御（図４のステップＳ１０２からステップＳ１０９まで、並びに図５のステップＳ２０２からステップＳ２０６まで参照）を行う制御装置５０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、昼夜問わず、適切な時にヒートポンプユニット３０を稼働させることができる。

また、制御装置５０は、
現在の貯湯槽２０の蓄熱量が最低貯湯熱量（所定の値）未満になった場合、ヒートポンプユニット３０を稼働させる第二の制御（図４のステップＳ１０１及びステップＳ１０９、並びに図５のステップＳ２０１及びステップＳ２０６参照）を行うものである。
このように構成することにより、貯湯槽２０に、ある程度の熱量を常時確保することができる。これによって、突発的な給湯需要にも対応することができる。

また、制御装置５０は、
ヒートポンプユニット３０を稼働させて貯湯槽２０の蓄熱量が最大貯湯熱量（最大蓄熱量）となるまでに必要な時間（必要時間）を、前記所定時間として設定するものである（図４のステップＳ１０３及びステップＳ１０４参照）。
このように構成することにより、適切なタイミングで、ヒートポンプユニット３０を稼働させるか否かを判定することができる。すなわち、必要時間を所定時間として設定することで、貯湯槽２０の蓄熱量を増加させるための時間を十分に確保することができる。

また、制御装置５０は、
前記第一の制御（図４のステップＳ１０２からステップＳ１０９まで参照）において、第一部分給湯需要が、現在の貯湯槽２０の蓄熱量を超える場合、ヒートポンプユニット３０を稼働させるものである（図４のステップＳ１０８及びステップＳ１０９参照）。
このように構成することにより、貯湯槽２０の貯湯熱量が不足するのを防止することができる。

また、制御装置５０は、
前記第一の制御（図４のステップＳ１０２からステップＳ１０９まで参照）において、第一部分給湯需要が、最大貯湯熱量以上である場合、貯湯槽２０に蓄えられる熱媒体の設定温度を増加させることにより、最大貯湯熱量を増加させるものである（図４のステップＳ１０５からステップＳ１０７まで参照）。
このように構成することにより、貯湯槽２０の貯湯熱量が不足するのを防止することができる。また、必要な場合にだけ設定温度を増加させるため、当該設定温度を極力低く抑えることができる。これによって、ＣＯＰの向上や貯湯損失の抑制を図ることができる。

また、制御装置５０は、
前記第一の制御（図５のステップＳ２０２からステップＳ２０６まで参照）において、第二部分給湯需要と最低貯湯熱量（前記所定の値）とを加算して目標熱量を算出し、現在の貯湯槽２０の蓄熱量が前記目標熱量以下である場合、ヒートポンプユニット３０を稼働させるものである（図５のステップＳ２０２からステップＳ２０６まで参照）。
このように構成することにより、貯湯槽２０の貯湯熱量が不足するのを防止することができる。すなわち、給湯需要（第二部分給湯需要）が発生し、かつ突発的な給湯需要が発生しても、当該給湯需要に応じて熱を供給することができる。

なお、本実施形態に係る貯湯槽２０は、本発明に係る蓄熱槽の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る必要時間及び規定時間は、本発明に係る所定時間の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る第一部分給湯需要及び第二部分給湯需要は、本発明に係る部分給湯需要の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る最大貯湯熱量は、本発明に係る最大蓄熱量の実施の一形態である。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、熱媒体として水を用いるものとしたが、熱媒体は任意に選択することが可能である。

また、本実施形態においては、ヒートポンプユニット３０は電力を消費して運転されるものとしたが、例えばガスや石油等のその他のエネルギーを消費して運転する構成とすることも可能である。

また、給湯需要を予測する方法は限定するものではなく、任意の方法で予測することが可能である。

また、最大貯湯熱量の算出方法は限定するものではなく、例えば季節や時間帯に応じて変更してもよい。また、最低貯湯熱量は一定の値ではなく、例えば季節や時間帯に応じて変更してもよい。

また、ヒートポンプユニット３０の加熱能力を変更することも可能である。例えば、ヒートポンプユニット３０の加熱能力を一定（例えば、定格）とした場合、上水の温度（水温）と貯湯温度の関係によっては当該ヒートポンプユニット３０の効率が悪化する場合がある。したがって、このような場合には、ヒートポンプユニット３０の加熱能力を、水温と貯湯温度との関係に応じて予め定められた適切な加熱能力となるように変更することが望ましい。

また、第一の運転方法（図４参照）においては、必要に応じて設定温度を上げる処理を行うものとしたが（図４のステップＳ１０５からステップＳ１０７まで参照）、これに加えて、設定温度を下げる処理を行ってもよい。例えば、制御装置５０は、一定時間ごと（例えば、１時間ごと）に、設定温度を最低値に下げるように構成してもよい。設定温度が最低値に下げられた場合、必要に応じて、ステップＳ１０５からステップＳ１０７の処理によって、適切な設定温度まで上げられる。このように、第一の運転方法に、設定温度を下げる処理を含ませることによって、設定温度をさらに低く抑えることができるようになる。

なお、設定温度を下げるタイミングは一定時間ごとに限らず、任意に設定することができる。また設定温度は、最低値に下げるだけでなく、１段階ずつ下げるようにしてもよい。

以下では、本発明の他の実施形態（第二実施形態及び第三実施形態）について説明する。

まず、第二実施形態について説明する。第二実施形態は、設定温度の決定方法が第一実施形態と異なっている。

第一実施形態の第一の運転方法（図４参照）においては、第一部分給湯需要が最大貯湯熱量以上である場合に、設定温度を１段階ずつ上げるものとした（図４のステップＳ１０５からステップＳ１０７まで参照）が、第二実施形態においては、設定温度は１日（２４時間）の給湯需要に基づいて定められる。

具体的には、制御装置５０は、予測した１日（２４時間）の給湯需要に基づいて、給湯需要が連続して発生する時間帯を抽出する。例えば、図７に示した例では、７時から９時まで（時間帯Ｔ４）、１３時から１４時まで（時間帯Ｔ５）、１８時から２２時まで（時間帯Ｔ６）、の３つの時間帯において給湯需要が連続して発生しており、当該時間帯が制御装置５０によって抽出される。

なお、「給湯需要が連続して発生」しているとは、予測された１日の給湯需要（例えば、図７参照）において、給湯需要が途切れることなく発生していることを意味している。但し、図７の例では１時間ごとの給湯需要を予測しているが、同じ１日の給湯需要を予測したとしても、例えば１時間ごとではなく１５分ごとの給湯需要を予測するなど、予測の時間間隔が異なれば、給湯需要の連続性（連続しているか否か）も変わる場合がある。従って、給湯需要に連続性がない場合（多少途切れている場合等）であっても、概ね連続していると見なすことができる場合や、連続していると見なす方が好ましい場合等には、当該給湯需要は「連続して発生」しているものとしてもよい。

次に、制御装置５０は、抽出した時間帯の中で、最も給湯需要が大きい時間帯を１つ抽出する。例えば、図７に示した例では、３つの時間帯のうち、１８時から２２時までの時間帯（時間帯Ｔ６）の給湯需要が最も大きいため、当該時間帯が制御装置５０によって抽出される。

次に、制御装置５０は、抽出した１つの時間帯（最も給湯需要が大きい時間帯）の給湯需要を貯湯槽２０に蓄えることができるように、設定温度を決定する。具体的には、当該給湯需要、貯湯槽容量及び比熱等から、設定温度を算出することができる。

このように、最も給湯需要が大きい時間帯を抽出し、当該時間帯の給湯需要に基づいて設定温度を決定することで、貯湯槽２０に必要な熱量を確実に蓄えることができる。

次に、第三実施形態について説明する。第三実施形態は、第一部分給湯需要の決定方法が第一実施形態と異なっている。

第一実施形態の第一の運転方法（図４参照）においては、現在から必要時間が経過するまでに発生する給湯需要の合計値を第一部分給湯需要とした（図４のステップＳ１０４参照）。

これに対し、第三実施形態においては、まず、制御装置５０は、現在から必要時間が経過するまでに給湯需要が発生するか否かを判定する。図８を用いて、一例を挙げて説明する。図８に示す例では、例えば現在の時刻が５時であり、必要時間が３時間であるものとする。

次に、制御装置５０は、当該必要時間が経過するまでに給湯需要が発生するか否かを判定する。図８に示す例では、７時から給湯需要が発生しているため、必要時間が経過するまで（現在（５時）から３時間が経過するまで）に給湯需要が発生している。

次に、制御装置５０は、当該給湯需要が複数時間に亘って連続して発生している場合、当該給湯需要（連続して発生している給湯需要）の合計値を第一部分給湯需要とする。図８に示す例では、７時から９時まで連続して給湯需要が発生しているため、制御装置５０は、当該給湯需要の合計値を第一部分給湯需要とする。

このように、第三実施形態においては、給湯需要が複数時間に亘って連続して発生している場合には、当該給湯需要の合計値を第一部分給湯需要とする。制御装置５０は、当該第一部分給湯需要が現在の貯湯熱量を超えているか否かを判定する（図４のステップＳ１０８参照）ことで、ヒートポンプユニット３０を早めに稼働させることができ、より確実に湯切れの発生を防止することができる。

なお、第三実施形態の説明では、第一の運転方法における第一部分給湯需要の決定方法を例に挙げて説明したが、第二の運転方法における第二部分給湯需要の決定に関しても同様に行うことができる。

１ 給湯システム
２０ 貯湯槽
３０ ヒートポンプユニット
４０ 給湯機構
５０ 制御装置

Claims (6)

1. 内部に貯溜された熱媒体を介して熱を蓄える蓄熱槽と、
   発生させた熱を用いて前記蓄熱槽に貯溜される熱媒体を温めるヒートポンプユニットと、
   現在から所定時間後までの給湯需要である部分給湯需要を算出し、
   現在の前記蓄熱槽の蓄熱量及び前記部分給湯需要に基づいて、前記ヒートポンプユニットを稼働させる第一の制御を行う制御装置と、
   を具備する給湯システム。
2. 前記制御装置は、
   現在の前記蓄熱槽の蓄熱量が所定の値未満になった場合、前記ヒートポンプユニットを稼働させる第二の制御を行う、
   請求項１に記載の給湯システム。
3. 前記制御装置は、
   前記ヒートポンプユニットを稼働させて前記蓄熱槽の蓄熱量が最大蓄熱量となるまでに必要な時間を、前記所定時間として設定する、
   請求項１又は請求項２に記載の給湯システム。
4. 前記制御装置は、
   前記第一の制御において、前記部分給湯需要が、現在の前記蓄熱槽の蓄熱量を超える場合、前記ヒートポンプユニットを稼働させる、
   請求項３に記載の給湯システム。
5. 前記制御装置は、
   前記第一の制御において、前記部分給湯需要が、前記最大蓄熱量以上である場合、前記蓄熱槽に蓄えられる熱媒体の設定温度を増加させることにより、前記最大蓄熱量を増加させる、
   請求項３又は請求項４に記載の給湯システム。
6. 前記制御装置は、
   前記第一の制御において、前記部分給湯需要と前記所定の値とを加算して目標熱量を算出し、現在の前記蓄熱槽の蓄熱量が前記目標熱量以下である場合、前記ヒートポンプユニットを稼働させる、
   請求項２に記載の給湯システム。

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