JP5126345B2 - 貯湯式給湯システム - Google Patents
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[本実施の形態の構成]
図1は、本発明の実施の形態1における貯湯式給湯システムの構成図である。図1に示す貯湯式給湯システム10は、貯湯タンクユニット1と、ヒートポンプサイクルを利用するように構成されたヒートポンプユニット2とを備えている。2つのユニット1、2は、加熱用往き配管301aと加熱用戻り配管301bとによって接続されている。また、貯湯タンクユニット1には、制御部100が内蔵されている。貯湯タンクユニット1およびヒートポンプユニット2が備える各種の弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御部100により制御される。以下、貯湯式給湯システム10の各構成要素について説明する。
次に、図4乃至図6を適宜参照して、以上説明した構成を備える本実施形態の貯湯式給
湯システム10の各種の基本動作について説明する。
まず、本実施の形態1における貯湯式給湯システム10の沸き上げ動作について説明する。図4は、本実施の形態1における貯湯式給湯システムの沸き上げ動作について説明するための図である。沸き上げ動作とは、貯湯タンク3内の水をヒートポンプユニット2に導入して加熱することにより、貯湯タンク3内の水を所定温度に高める動作である。具体的には、図4に示すとおり、給水用配管302から給水された市水は、減圧弁(図示せず)によって所定圧に減圧され貯湯タンク3に給水される。ここで、貯湯タンク3は常に満水状態となっている。沸き上げ動作を実行すべき所定の条件が成立すると、貯湯タンク3内の低温の水が加熱用ポンプ4によって加熱用往き配管301aに引き込まれ、ヒートポンプユニット(加熱手段)2へ導かれる。ヒートポンプユニット2では、低温の水と冷媒との間で熱交換が行われ、高温(例えば80℃)に沸き上げられた湯が、加熱用戻り配管301bを通じて貯湯タンク3の上部からタンク内へ戻される。これにより、貯湯タンク3の上部より高温の湯が少量ずつ貯湯されていく。ヒートポンプ方式による沸き上げは、例えば、貯湯温度センサ501aの温度が所定温度(例えば60℃)以上になったら、貯湯タンク3が全量沸き上がったと判断して、その動作を終了する。上記沸き上げの動作は、システムの電力消費量の大部分(例えば80%)が電気料金の低い深夜時間帯(一般に23時から翌朝7時)に消費されることを狙い、係る深夜時間帯に一括して行われる。以下、このような深夜電力時間帯における沸き上げ動作を「一括沸き上げ動作」と称することとする。
次に、本実施の形態1における貯湯式給湯システム10の第1の給湯運転動作について説明する。図5は、本実施の形態1における貯湯式給湯システムの第1の給湯運転動作について説明するための図である。この図に示すとおり、本実施の形態の貯湯式給湯システム10では、負荷側からの給湯要求に応じて、貯湯タンク3内の湯を給湯端末に供給する第1の給湯運転が行われる。第1の給湯運転では、具体的には、上述した沸き上げ動作によって沸き上げられた貯湯タンク3内の湯が、導出用配管303から流出して混合弁9に導かれる。混合弁9は、給水用配管302から分岐した混合用配管304を通じて水を導き、貯湯タンク3から導いた湯と混合させ、給湯用配管305を通じて適正な温度(例えば42℃)の湯が浴槽6等の負荷側へ供給される。
次に、本実施の形態1における貯湯式給湯システム10の追加沸き上げ動作について説明する。本実施の形態の貯湯式給湯システム10では、湯切れを回避するため、貯湯タンク3内の蓄熱量Lqが必要蓄熱量予測手段104によって予測される必要蓄熱量Lreqより小さくなった場合に、深夜時間帯か否かにかかわらず、追加で沸き上げ動作を実行する追加沸き上げ運転を実施する。尚、この追加沸き上げ動作は、貯湯タンク3内の蓄熱量が必要蓄熱量Lreqより所定量(例えば42℃換算30L)以上大きくなると停止する。
次に、本実施の形態1における貯湯式給湯システム10の第2の給湯運転の一例として追焚き運転動作について説明する。図6は、本実施の形態1における貯湯式給湯システムの追焚運転動作について説明するための図である。この図に示すとおり、浴槽6には入浴用の40℃前後の湯が溜められる。本実施の形態の貯湯式給湯システム10では、この浴槽6内の湯が放熱によって冷めた時に、ユーザの操作により強制的に、或いは、浴槽戻り温度センサ506によって検出される浴槽温度が所定の保温開始温度よりも小さいときに自動的に、浴槽6の追焚運転が開始される。この時、ヒートポンプユニット2と加熱用ポンプ4とが起動されるとともに、追焚往き配管307bと加熱用往き配管301aとが連通するように運転切替弁8が切り替えられる。これにより、ヒートポンプユニット2によって加熱された湯が、加熱用戻り配管301b、追焚往き配管307b、追焚熱交換器5、追焚戻り配管307a、加熱用往き配管301a、ヒートポンプユニット2の順に循環される。またこのタイミングと概ね同時に、浴槽用ポンプ7が停止していれば起動し、浴槽の冷めた湯が浴槽戻り配管306bおよび浴槽往き配管306aを介して追焚熱交換器5に循環される。
次に、図7を参照して、本実施の形態の貯湯式給湯システム10の特徴的動作について説明する。本実施の形態の貯湯式給湯システム10は、第1および第2の給湯負荷情報に基づいて、深夜時間帯に行われる一括沸き上げ動作の沸き上げ量を決定する点、および第1の給湯負荷情報に基づいて、追加沸き上げ動作の沸き上げ停止時期を決定する点に特徴がある。以下、これらの特徴について順に説明する。
蓄熱量L=(Q1_pre+Q2_pre)×80% ・・・(1)
蓄熱量L=(Q1_pre+Q2_pre/第2の給湯運転に対する効率×第1の給湯運転に対する効率)×80% ・・・(2)
蓄熱量=(Q1_pre+Q2_pre/第2の給湯運転に対する効率×第1の給湯運転に対する効率)×80%+最低限維持する蓄熱量 ・・・(3)
蓄熱量=(Q1_pre×放熱ロス補正(例えば1.2)+Q2_pre/第2の給湯運転に対する効率×第1の給湯運転に対する効率)×80%+最低限維持する蓄熱量 ・・・(4)
次に、図8を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図8は、制御部100が、追加沸き上げ動作を行う際に実行するルーチンのフローチャートである。図8に示すルーチンでは、先ず、追加沸き上げ動作の開始判定が実行される(ステップ100)。ここでは、具体的には、42℃の湯量に換算した貯湯タンク3内の蓄熱量Lqが必要蓄熱量Lreq以下となったか否かが判定される。その結果、Lq≦Lreqの成立が認められない場合には、後述するステップ104に移行する。
42℃の湯量に換算した貯湯タンク3内の蓄熱量Lqが必要蓄熱量Lreqよりも所定量(例えば30L)以上大きいか否かが判定される。その結果、Lq≧Lreq+30L(42℃換算)の成立が認められた場合には、湯切れのおそれはないと判断されて、次のステップに移行し、追加沸き上げ動作が終了される(ステップ108)。
[実施の形態2の特徴]
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成および図2に示す制御構成を用いて、制御部100に後述する図9に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
次に、図9を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図9は、制御部100が、追加沸き上げ動作を行う際に実行するルーチンのフローチャートである。図9に示すルーチンにおけるステップ200〜208では、図8に示すステップ100〜108と同様の処理が実行される。
[実施の形態3の特徴]
次に、図10を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成および図2に示す制御構成を用いて、制御部100に後述する図10に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
次に、図10を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図10は、制御部100が、追加沸き上げ動作を行う際に実行するルーチンのフローチャートである。先ず、図10に示すルーチンにおけるステップ300〜306では、図8に示すステップ100〜106と同様の処理が実行される。
2 ヒートポンプユニット
3 貯湯タンク
4 加熱用ポンプ
5 追焚熱交換器
6 浴槽
7 浴槽用ポンプ
8 運転切替弁
9 混合弁
10 貯湯式給湯システム
100 制御部
301a 加熱用往き配管
301b 加熱用戻り配管
302 給水用配管
303 導出用配管
304 混合用配管
305 給湯用配管
306a 浴槽往き配管
306b 浴槽戻り配管
307a 追焚戻り配管
307b 追焚往き配管
501 貯湯温度センサ
502 沸き上げ温度センサ
503 導出温度センサ
504 給水温度センサ
505 給湯温度センサ
506 浴槽戻り温度センサ
601 給湯流量センサ
Claims (6)
- 貯湯タンク内の水を加熱手段により加熱して湯にする沸き上げ動作と、前記沸き上げ動作により前記貯湯タンク内に蓄えられた熱量を給湯端末に供給する第1の給湯運転と、前記加熱手段により加熱された湯の熱量を前記貯湯タンクに蓄えることなく前記給湯端末に供給する第2の給湯運転と、を行う貯湯式給湯システムであって、
前記沸き上げ動作により所定の蓄熱量を前記貯湯タンク内に一括して蓄える一括沸き上げ手段と、
前記貯湯タンク内の蓄熱量が所定の必要蓄熱量を下回った場合に、前記沸き上げ動作により追加で熱量を蓄える追加沸き上げ動作を実行する追加沸き上げ手段と、
前記第1の給湯運転による1日の給湯負荷(以下、第1の給湯負荷)の過去の実績に関する情報と、前記第2の給湯運転による1日の給湯負荷(以下、第2の給湯負荷)の過去の実績に関する情報とを、それぞれ記憶する記憶手段と、
前記第1,第2の給湯負荷の記憶情報に基づいて、当日に必要とされる第1,第2の給湯負荷を第1,第2の給湯負荷予測値としてそれぞれ予測する予測手段と、を備え、
前記一括沸き上げ手段は、前記第1,第2の給湯負荷予測値に基づいて、前記所定の蓄熱量を設定し、
前記追加沸き上げ手段は、前記第1の給湯負荷予測値と前記第1の給湯負荷の現時点までの当日の実績値との差分値が前記貯湯タンク内の現時点での蓄熱量よりも所定量以上大きい場合に、前記追加沸き上げ動作を停止する停止動作を実行することを特徴とする貯湯式給湯システム。 - 前記停止動作を実行した後は、前記追加沸き上げ手段による当日の追加沸き上げ動作の実行を制限する制限手段を更に備えることを特徴とする請求項1記載の貯湯式給湯システム。
- 前記第2の給湯負荷予測値が前記第2の給湯負荷の現時点までの当日の実績値よりも大きい場合に、前記追加沸き上げ動作における前記加熱手段の加熱能力を増大させる加熱能力増大手段を更に備えることを特徴とする請求項1または2記載の貯湯式給湯システム。
- 前記第2の給湯負荷予測値が前記第2の給湯負荷の現時点までの当日の実績値よりも大きい場合に、前記必要蓄熱量を大蓄熱量側へ補正する補正手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の貯湯式給湯システム。
- 前記給湯端末は浴槽を含み、
前記浴槽内の湯の温度が所定の保温開始温度を下回った場合に、前記第2の給湯運転により前記浴槽内の湯に熱量を供給する保温運転動作を実行する保温運転手段と、
前記追加沸き上げ動作の停止時に、前記浴槽の湯温が前記所定の保温開始温度よりも大きい所定の温度以下である場合に、前記加熱手段を停止することなく前記沸き上げ動作から前記保温運転動作への切り替えを行う切替手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の貯湯式給湯システム。 - 前記切替手段は、前記追加沸き上げ動作の停止時に、前記浴槽の湯温が前記所定の保温開始温度よりも大きい所定の温度以下であり、且つ前記第2の給湯負荷予測値が前記第2の給湯負荷の現時点までの当日の実績値よりも大きい場合に、前記加熱手段を停止することなく前記沸き上げ動作から前記保温運転動作への切り替えを行うことを特徴とする請求項5記載の貯湯式給湯システム。
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