JP5343839B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents
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Description
本発明は、給湯用の湯を貯湯タンク内に貯える貯湯式給湯装置に関する。
従来技術として、下記特許文献1に開示された貯湯式給湯装置がある。この貯湯式給湯装置では、過去の給湯実績に基づいて学習した1日の給湯に必要な給湯用熱量に加え、熱交換による浴槽内の浴水加熱に必要な1日の浴水加熱用熱量が、貯湯タンク内に貯えられるように、電力コストが比較的安価な深夜時間帯にヒートポンプ装置を運転するようになっている。
しかしながら、上記従来技術の貯湯式給湯装置では、熱交換によって浴水加熱を行うためには高温の湯(例えば75℃以上の湯)を必要とするため、深夜時間帯に貯湯タンク内に高温の貯湯を行わねばならず、一般的に浴水の保温や追い焚きのために浴水加熱が行われることが多い夕方以降の時間帯までに貯湯タンクからの放熱によるロスが多いという問題がある。
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、放熱ロスによる効率の低下を抑止することが可能な貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、
内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク(1)と、
水を加熱して沸き上げ貯湯タンク(1)内に貯える湯とする沸き上げ加熱手段(2)と、
貯湯タンク(1)内の湯と熱交換によって浴水を加熱する浴水加熱手段(30、34)と、
沸き上げ加熱手段(2)の沸き上げ運転を制御する制御手段(100)とを備え、
制御手段(100)は、
電力コストに応じて定まる所定時間帯に、過去の給湯実績に基づく1日の給湯に必要な給湯用熱量(Q)を貯湯タンク(1)内に貯えるように沸き上げ加熱手段(2)の第1運転(S116)を行い、
所定時間帯が終了した後浴水加熱手段(30、34)により浴水の加熱を完了する前に、浴水加熱手段(30、34)による1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)を、浴水加熱手段(30、34)の熱交換特性に基づいて定まる所定温度の湯が有する熱量に加えて貯湯タンク(1)内に貯えるように沸き上げ加熱手段(2)の第2運転(S125、S135)を行うことを特徴としている。
内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク(1)と、
水を加熱して沸き上げ貯湯タンク(1)内に貯える湯とする沸き上げ加熱手段(2)と、
貯湯タンク(1)内の湯と熱交換によって浴水を加熱する浴水加熱手段(30、34)と、
沸き上げ加熱手段(2)の沸き上げ運転を制御する制御手段(100)とを備え、
制御手段(100)は、
電力コストに応じて定まる所定時間帯に、過去の給湯実績に基づく1日の給湯に必要な給湯用熱量(Q)を貯湯タンク(1)内に貯えるように沸き上げ加熱手段(2)の第1運転(S116)を行い、
所定時間帯が終了した後浴水加熱手段(30、34)により浴水の加熱を完了する前に、浴水加熱手段(30、34)による1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)を、浴水加熱手段(30、34)の熱交換特性に基づいて定まる所定温度の湯が有する熱量に加えて貯湯タンク(1)内に貯えるように沸き上げ加熱手段(2)の第2運転(S125、S135)を行うことを特徴としている。
これによると、電力コストに応じて定まる所定時間帯に沸き上げ加熱手段(2)の第1運転(S116)を行って、1日の給湯に必要な給湯用熱量(Q)を貯湯タンク(1)内に貯え、所定時間帯が終了した後、浴水の加熱を完了する前に沸き上げ加熱手段(2)の第2運転(S125、S135)を行って、1日の浴水の加熱に必要な高温の浴水加熱用熱量(Q1)を貯湯タンク(1)内に貯えることができる。このように、比較的高温の湯を沸き上げる第2運転(S125、S135)を所定時間帯が終了した後に行うので、浴水加熱手段(30、34)により浴水の加熱を行うまでの貯湯タンク(1)からの放熱ロスを低減し効率の低下を抑止することができる。
また、請求項2に記載の発明では、制御手段(100)は、過去の浴水加熱実績に基づいて1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)を決定し、決定した1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)を、浴水加熱手段(30、34)の熱交換特性に基づいて定まる所定温度の湯が有する熱量に加えて貯湯タンク(1)内に貯えるように第2運転(S125、S135)を行うことを特徴としている。
これによると、沸き上げ加熱手段(2)の第2運転(S125、S135)では、過去の浴水加熱実績に基づいて決定した1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)を高温湯で沸き上げるので、過剰な沸き上げを抑制して、残湯ロスを低減し効率の低下を抑止することができる。
また、請求項3に記載の発明では、制御手段(100)は、第2運転の開始時刻(Tes2)を、第2運転における沸き上げ熱量(Q1−Q2)が少ないときのほうが遅くなるように、第2運転における沸き上げ熱量に応じて変更することを特徴としている。
これによると、沸き上げ加熱手段(2)の第2運転(S125、S135)の終了を、浴水加熱手段(30、34)により浴水の加熱を行う時刻に対応させることが可能である。したがって、第2運転(S125、S135)で沸き上げた湯が長時間貯留されることを防止でき、一層放熱ロスを低減し効率の低下を抑止することができる。
また、請求項4に記載の発明では、
制御手段(100)は、
過去の給湯実績に基づく所定時間帯終了時から浴水加熱開始時までの給湯用熱量の第1推定使用熱量に対し、当日の給湯実績に基づく所定時間帯終了時から浴水加熱開始時までの給湯用熱量の第2推定使用熱量が少なく、かつ、第1推定使用熱量と第2推定使用熱量と差分の湯の温度が浴水加熱手段(30、34)による浴水加熱が可能な温度である場合には、
決定した1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)から第1推定使用熱量と第2推定使用熱量との差分(Q2)を減じた熱量を沸き上げるように第2運転(S135)を行うことを特徴としている。
制御手段(100)は、
過去の給湯実績に基づく所定時間帯終了時から浴水加熱開始時までの給湯用熱量の第1推定使用熱量に対し、当日の給湯実績に基づく所定時間帯終了時から浴水加熱開始時までの給湯用熱量の第2推定使用熱量が少なく、かつ、第1推定使用熱量と第2推定使用熱量と差分の湯の温度が浴水加熱手段(30、34)による浴水加熱が可能な温度である場合には、
決定した1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)から第1推定使用熱量と第2推定使用熱量との差分(Q2)を減じた熱量を沸き上げるように第2運転(S135)を行うことを特徴としている。
これによると、浴水加熱手段(30、34)による浴水加熱を開始する時点における給湯用熱量が余剰であると推定され浴水加熱手段(30、34)での熱交換に利用可能である場合には、余剰熱量である第1推定使用熱量と第2推定使用熱量との差分(Q2)を差し引いて沸き上げ加熱手段(2)の第2運転(S135)を行うことができる。したがって、過剰な沸き上げを抑制して、一層残湯ロスを低減し効率の低下を抑止することができる。
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1の実施形態)
図1は、本発明を適用した第1の実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。
図1は、本発明を適用した第1の実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。
符号1を付した構成は、耐食性に優れた金属製(例えばステンレス製)の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。貯湯タンク1は縦長形状であり、その底面には導入口11が設けられ、この導入口11には貯湯タンク1内に水道水を導入する給水経路である導入管12が接続されている。
一方、貯湯タンク1の上部には上部導出口13が設けられ、上部導出口13には貯湯タンク1内の湯を導出するための給湯経路である導出管14が接続されている。導出管14には、図示を省略しているがサーミスタと流量カウンタとが設けられており、サーミスタは導出管14を流れる高温の湯の温度情報を、流量カウンタは導出管14を流れる高温の湯の流量情報を後述する制御装置100に出力するようになっている。
導出管14には、流量カウンタより下流側部に、導入管12から分岐した給水配管28の下流端が接続しており、この接続点には、導出管14を流れる湯の量と給水配管28を介して供給される水の量の比率を制御し、下流側にあるカラン、シャワー、風呂等の使用側端末に送る湯の温度を設定温度とするための混合バルブ29が設けられている。
貯湯タンク1の下部には、貯湯タンク1内の水を吸入するための吸入口18が設けられ、貯湯タンク1の上部には、貯湯タンク1内に湯を吐出する吐出口19が設けられている。吸入口18と吐出口19とは循環回路20で接続されており、循環回路20の一部はヒートポンプ装置2内に配置されている。
循環回路20のヒートポンプ装置2内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口18から吸入した貯湯タンク1内の下部の水を高温冷媒との熱交換により加熱し、吐出口19から貯湯タンク1内に戻すことにより貯湯タンク1内の水を沸き上げることができるようになっている。ヒートポンプ装置2は、本実施形態における沸き上げ加熱手段に相当する。
循環回路20のヒートポンプ装置2の上流側および下流側には図示を省略したサーミスタが設けられ、貯湯タンク1内からヒートポンプ装置2へ流入する水の温度情報およびヒートポンプ装置2から貯湯タンク1内へ戻る湯の温度情報を後述する制御装置100に出力するようになっている。
一方、浴槽4には、浴槽4内の浴水を循環する浴水循環回路30が接続している。浴水循環回路30は、貯湯タンク1内の上部に配設された熱交換器31と、この熱交換器31の上下両端と浴槽4とを接続する2本の配管32、33とからなっている。熱交換器31は、本例では、螺旋形状の蛇管により構成されている。
浴水循環回路30の上流側の配管32には、循環ポンプ34が配設され、循環ポンプ34が作動すると、浴槽4内の浴水が熱交換器31内を下部より上部に向かって流れ、貯湯タンク1内の湯と熱交換して加温されるようになっている。熱交換器31を含む浴水循環回路30および循環ポンプ34からなる構成が、本実施形態における浴水加熱手段に相当する。そして、熱交換器31が実質的な浴水加熱手段である。
貯湯タンク1の外壁面には、複数のサーミスタ6a〜6fが縦方向に間隔をあけて配置され、貯湯タンク1内の各水位レベルにおける温度情報を後述する制御装置100に出力するようになっている。
本例では、貯湯容量370Lの貯湯タンク1の頂部より、サーミスタ6aは10L、サーミスタ6bは50L、サーミスタ6cは100L、サーミスタ6dは180L、サーミスタ6eは270L、サーミスタ6fは330Lの水位レベルの温度情報を検出するものであり、サーミスタ6cは、熱交換器31の略下端位置の温度情報を検出するようになっている。
また、図1中の符号100を付した構成は制御手段である制御装置であり、制御装置100は、サーミスタ6a〜6fや図示を省略した他のサーミスタからの温度情報、図示を省略した流量カウンタからの流量情報および図示を省略した操作盤に設けられた操作スイッチからの信号等に基づいて、後述する手順にしたがってヒートポンプ装置2、混合バルブ29、循環ポンプ34等を制御するように構成されている。
次に、上記構成に基づき貯湯式給湯装置の作動について説明する。
図2は、制御装置100の沸き上げ制御の概略制御動作を示すフローチャートであり、図3は、図2に示すステップS110の給湯用熱量の沸き上げ制御の概略制御動作を示すフローチャート、図4は、図2に示すステップS120の浴水加熱用熱量の沸き上げ制御の概略制御動作を示すフローチャートである。
図2に示すように、制御装置100は、電力供給元との契約に基づく電力コストが安価な深夜時間帯(本発明における電力コストに基づいて定まる所定時間帯に相当)に、過去の給湯実績に基づいて学習した1日の給湯に必要な給湯用の熱量を貯湯タンク1内に貯えるように沸き上げる制御を実行し(ステップS110)、深夜時間帯以外の時間帯に、過去の浴水加熱実績に基づいて学習した1日の浴水加熱に必要な給湯用の熱量を貯湯タンク1内に貯えるように沸き上げる制御を実行する(ステップS120)。
図3に示すように、給湯用熱量沸き上げ制御を行うときには、制御装置100は、時刻が23時になったか否か、すなわち深夜時間帯になったか否か監視し(ステップS111)、深夜時間帯となったときには、過去の給湯実績に基づいて学習した1日の給湯に必要な熱量Qを算出する(ステップS112)。
具体的には、直近1日の給湯使用熱量の実績値(導出管14に設けた図示しないサーミスタおよび流量カウンタからの情報に基づく実績値)を学習値に反映するとともに、8日前となった実績値を削除し、過去直近7日の平均給湯熱量に標準偏差熱量(例えばσ)を加えた学習熱量Qを算出する。
そして、使用給湯熱量実績値に基づく学習値は、1日あたりの熱量ばかりでなく、1日の時間経過に応じた使用給湯熱量実績値も学習値に反映している。すなわち、制御装置100は、貯湯タンク1内への1日あたりの目標給湯用蓄熱量および時間経過に対する使用給湯熱量を学習している。
制御装置100は、ステップS112を実行したら、貯湯タンク1の容量と給水温度(もしくは外気温度)とに基づいて学習熱量Qをヒートポンプ装置2で沸き上げる際の沸き上げ温度Aを算出する(ステップS113)。このとき、サーミスタ6a〜6fの温度情報に基づいて現時点における貯湯タンク1内に貯えられている残湯の熱量を算出し、これも加味して学習熱量Qを蓄熱するものであればよい。また、学習熱量Qには、貯湯タンク1からの放熱量等を加味することが好ましい。
ステップS113を実行したら、学習熱量Qに基づいて、深夜時間帯におけるヒートポンプ装置2の沸き上げ運転開始時刻Tst(深夜時間帯が終了する7時もしくは7時の若干前に沸き上げ運転が終了するための運転開始時刻)を算出する(ステップS114)。そして、時刻が沸き上げ運転開始時刻Tstになったか否か監視し(ステップS115)、沸き上げ運転開始時刻Tstになったら、ヒートポンプ装置2の運転を開始して沸き上げ温度Aでの沸き上げを行う(ステップS116)。
ヒートポンプ装置2の運転を継続し、沸き上げが完了もしくは深夜時間帯の終了時刻である7時となったら(ステップS117)、ヒートポンプ装置2の沸き上げ運転を停止する(ステップS118)。ステップS117における沸き上げ完了の判定は、貯湯タンク1下部のサーミスタ(例えばサーミスタ6f)の検出温度で行ってもよいし、例えば、サーミスタ6a〜6fの検出値に基づいて、学習熱量Qを蓄熱した時点で沸き上げ完了を判定してもよい。
ステップS118で沸き上げ運転を停止するまで継続するステップS116のヒートポンプ装置2の沸き上げ運転が、本発明で言うところの沸き上げ加熱手段の第1運転に相当する。
以上のように、深夜時間帯における給湯用熱量の沸き上げ制御を完了したら、制御装置100は、次に、図4に示す浴水加熱用熱量の沸き上げ制御を行う。
図4に示すように、浴水加熱用熱量沸き上げ制御を行うときには、制御装置100は、過去の浴水加熱実績に基づいて学習した浴水加熱開始時刻Tesを算出する(ステップS121)。
具体的には、直近1日の浴水保温や追い焚き等の浴水加熱を行った時間(例えば循環ポンプ34が運転された時間)および浴水加熱に用いた熱量の実績値(例えば循環ポンプ34運転中における浴水循環回路30に設けた図示しないサーミスタからの情報もしくはサーミスタ6a〜6fからの情報に基づく実績値)を学習値に反映するとともに、8日前となった実績値を削除し、過去直近7日の浴水加熱開始時刻のうち最も早い浴水加熱開始時刻Tesを算出する。ただし、浴水加熱時間のバラツキが大きい場合(例えば、2時間以上浴水加熱の時間が変動している場合)は、風呂湯張り開始時刻を浴水加熱開始時刻Tesとしてもよい。
ステップS121を実行したら、浴水加熱開始時刻Tesの所定時間前(本例では1時間前)になったか否か監視する(ステップS122)。浴水加熱開始時刻Tesの所定時間前になったら、深夜時間帯終了時からその時点までの給湯用熱量の使用実績値(すなわち実績給湯熱量)を求め、実績給湯熱量が図3のステップS112で学習した時間経過に対する使用給湯熱量(すなわち予想使用給湯熱量)よりも小さいか否か判断する(ステップS123)。
実績給湯熱量が予想使用給湯熱量以上である場合(ステップ123においてNOと判断した場合)には、給湯用に蓄熱した熱量に余剰が発生していないということであるので、ステップS124へ進み、浴水加熱開始時刻Tesになったか否か監視する。
浴水加熱開始時刻Tesになったら、ヒートポンプ装置2の運転を開始して、浴水循環回路30に浴水を循環して熱交換器31で浴水を加熱可能な基準温度(例えば、効率よく熱交換可能な下限温度)である所定温度B以上かつ所定容量(熱交換に用いることが可能な貯湯タンク内の湯の容積)での1日の浴水加熱に必要な熱量Q1から沸き上げ温度Cを算出し、沸き上げ温度Cで沸き上げを行う(ステップS125)。ここでは、1日の浴水加熱に必要な熱量Q1を、例えば、ステップ121で学習した過去直近7日の平均浴水加熱用熱量に標準偏差熱量(例えばσ)を加えた熱量とし、この熱量Q1を貯湯タンク1内の上部の所定容積(例えば、熱交換器31の下端より上方部の容積である100L)に蓄熱するものとして、この上部所定容積と浴水を加熱可能な基準温度である所定温度B(例えば75℃)とに基づいて沸き上げ温度Cを決定している。
換言すれば、貯湯タンク1内の上部所定容積に、浴水循環回路30に浴水を循環して熱交換器31で浴水を加熱する際の熱交換特性に基づいて定まる基準温度である所定温度Bの湯が有する熱量に1日の浴水加熱に必要な熱量Q1を加えた熱量を貯えるように、沸き上げ温度Cを決定する。
沸き上げ温度Cを決定する際の所定容積は、熱交換器31の下端より上方部の容積に限定されるものではなく、例えば、浴水加熱用の学習熱量Q1が非常に大きく、上記所定容量では沸き上げ可能温度(例えば、90℃)を超えてしまう場合には、容量を増大させてもかまわない。また、例えば、予想給湯熱量が非常に小さい場合には、容量を減少させてもかまわない。
なお、ステップS125の実行は、浴水加熱開始時刻Tesになったときに限定されず、例えば、浴水加熱開始時刻Tesより所定時間前であってもかまわない。また、例えば、浴槽4内への給湯、すなわち湯張り動作に基づいて判断するものであってもよい。また、給湯使用量が比較的多い所謂ピーク時間帯(例えば、17時〜23時)の開始時刻(すなわち17時)としてもかまわない。
また、ステップS125でヒートポンプ装置2を運転する際の沸き上げ温度Cは、蓄熱容積と熱交換器31での浴水加熱特性に基づく所定温度Bとに基づいて決定するものに限定されず、例えば、蓄熱容積のみで決定してもかまわない。また、沸き上げ温度Cは、例えば予め定めた一定温度としてもかまわない。なお、予め定めた温度を外気温度で補正するものであってもよい。
ヒートポンプ装置2の運転を継続し、沸き上げが完了したら(ステップS129)、ヒートポンプ装置2の沸き上げ運転を停止する(ステップS140)。ステップS129における沸き上げ完了の判定は、貯湯タンク1上部のサーミスタ(例えばサーミスタ6c)の検出温度で行ってもよいし、例えば、サーミスタ6a〜6cの検出値に基づいて、学習熱量Q1を蓄熱した時点で沸き上げ完了を判定してもよい。また、ヒートポンプ装置2の沸き上げ運転が一定時間経過した時点で完了してもかまわない。
ステップS123において、実績給湯熱量が予想給湯熱量未満である場合(ステップ123においてYESと判断した場合)には、給湯用に蓄熱した熱量に余剰が発生しているということであるので、この余剰の熱量を有する湯が熱交換器31において浴水を熱交換加熱できる温度であるか否か判断する(ステップS130)。浴水を熱交換で加熱できる温度未満であると判断した場合(ステップS130においてNOと判断した場合)には、ステップS124へ進む。
一方、ステップS130において、浴水を熱交換で加熱できる温度以上であると判断した場合には、1時間後(すなわち浴水加熱開始時刻Tes)における浴水加熱可能熱量Q2を推定算出する(ステップS131)。具体的には、深夜時間帯終了時から浴水加熱開始時刻Tesまでの給湯用熱量の使用実績値(本発明で言うところの第2推定使用熱量に相当)を推定し、図3のステップS112で学習した時間経過に対する使用給湯熱量から求められる深夜時間帯終了時から浴水加熱開始時刻Tesまでの給湯用熱量の使用学習値(本発明で言うところの第1推定使用熱量に相当)から減算して、浴水加熱可能熱量Q2を推定算出する。
ステップS131を実行したら、貯湯タンク1内上部の所定容量と熱交換器31での浴水加熱特性に基づく所定温度Bから沸き上げ温度Cを算出し、1日の浴水加熱に必要な熱量Q1から浴水加熱可能熱量Q2を減じた熱量Q1−Q2を算出した沸き上げ温度Cで沸き上げる沸き上げ開始時刻Tes2を算出する(ステップS132)。ここでは、ヒートポンプ装置2で沸き上げる浴水加熱用の熱量を熱量Q1よりもQ2だけ少なくできるので、ヒートポンプ装置2で沸き上げる浴水加熱用の湯の貯留時間を極力短くするために、沸き上げ熱量が少ないときほど沸き上げ運転の開始を遅らせるように、前述の沸き上げ開始時刻Tesよりも遅い沸き上げ開始時刻Tes2を算出して設定する。
ステップS132を実行したら、浴水加熱開始時刻Tes2になったか否か監視する(ステップS134)。浴水加熱開始時刻Tes2になったら、ヒートポンプ装置2の運転を開始して、沸き上げ温度Cで1日の浴水加熱に必要な熱量Q1を蓄熱するために熱量Q1−Q2の沸き上げを行う(ステップS135)。ステップS135における沸き上げ温度Cは、前述のステップS125と同様の考え方で決定することができる。
ヒートポンプ装置2の運転を継続し、沸き上げが完了したら(ステップS139)、ヒートポンプ装置2の沸き上げ運転を停止する(ステップS140)。ステップS139における沸き上げ完了の判定は、貯湯タンク1上部のサーミスタ(例えばサーミスタ6bもしくは6c)の検出温度で行ってもよいし、例えば、サーミスタ6a〜6cの検出値に基づいて、学習熱量Q1を蓄熱した時点で沸き上げ完了を判定してもよい。また、ヒートポンプ装置2の沸き上げ運転が一定時間経過した時点で完了してもかまわない。
ステップS129で沸き上げ運転を停止するまで継続するステップS125のヒートポンプ装置2の沸き上げ運転、および、ステップS139で沸き上げ運転を停止するまで継続するステップS135のヒートポンプ装置2の沸き上げ運転が、本発明で言うところの沸き上げ加熱手段の第2運転に相当する。
したがって、制御手段である制御装置100は、過去の給湯実績に基づく所定時間帯終了時から浴水加熱開始時までの給湯用熱量の第1推定使用熱量に対し、当日の給湯実績に基づく所定時間帯終了時から浴水加熱開始時までの給湯用熱量の第2推定使用熱量が少なく、かつ、第1推定使用熱量と第2推定使用熱量と差分の湯の温度が浴水加熱手段の熱交換器31による浴水加熱が可能な温度である場合には、1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量から第1推定使用熱量と第2推定使用熱量との差分を減じた熱量Q1−Q2を沸き上げるように、ステップS135を実行して第2運転を行うと言える。
また、ステップS135を実行する前に、ステップS132、S134を実行することで、制御装置100は、ステップS135の第2運転の開始時刻Tes2を、第2運転における沸き上げ熱量が少ないときのほうが遅くなるように、第2運転における沸き上げ熱量に応じて変更すると言える。
上述の構成および作動によれば、制御装置100は、電力コストが比較的安価な深夜時間帯に、1日の給湯に必要な給湯用熱量の学習値Qを貯湯タンク1内に貯えるようにヒートポンプ装置2を運転し、深夜時間帯以外の時間帯に、保温や追い焚き等の浴水加熱に合わせて、1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量の学習値Q1を貯湯タンク1内に貯えるようにヒートポンプ装置2を運転する。
図5に本実施形態の貯湯式給湯装置の作動例を示す。図5下段の給湯・湯張り出湯熱量を確保するように、上段左方部に示す23時から7時までの深夜時間帯にヒートポンプ装置2を運転して給湯・湯張り分の蓄熱を行い、中段の浴槽保温・追い焚き熱量を確保するように、上段右方部に示す17時以降のピーク時間帯にヒートポンプ装置2を運転して保温・追い焚き分の蓄熱を行うことができる。
したがって、給湯用の湯に比較して高温の湯を必要とする浴水加熱用の熱量を確保するヒートポンプ装置2の沸き上げ運転(第2運転)を、深夜時間帯以外に浴水加熱に合わせて行うことができる。このように、浴水加熱用熱量の確保を深夜時間帯以外で行うことで、ピーク時間帯に行われることが多い浴水加熱までの貯湯タンク1からの放熱ロスを低減して、給湯装置の効率の低下を抑止することができる。
この場合、沸き上げ運転は、貯湯タンク1下部のほぼ給水温度である水を貯湯タンク1上部へ所定温度B以上となるように沸き上げるため、浴水加熱に利用できなかった温度以下(例えば60℃以下)の湯は余分な沸き上げと見えるが、深夜時間帯に給湯用の熱量Qを沸き上げる際、この熱量分を含んだ残熱量は、深夜時間帯に沸き上げられる熱量Qから差し引かれるし、浴水加熱を実行した以降から深夜時間帯間での放熱ロスは、残湯量も少なく時間も短いので熱ロスは少なくなる。
また、浴水加熱用の熱量の蓄熱も、過去の浴水加熱実績に基づく1日の浴水の加熱に必要な学習値を貯えるようにしているので、過剰な沸き上げを抑制して、残湯ロスを低減することができる。
さらに、浴水加熱用の熱量の蓄熱する際に、給湯用として蓄熱した熱量のうち利用可能な余剰熱量がある場合には、この余剰熱量分を差し引いてヒートポンプ装置2の沸き上げ運転を行うことができる。したがって、これによっても過剰な沸き上げを抑制して、一層残湯ロスを低減することができる。
また、浴水加熱用の熱量の蓄熱するためのヒートポンプ装置2の運転開始時刻を、沸き上げ熱量が少ないときのほうが遅くなるように、沸き上げ熱量に応じて変更している。したがって、浴水加熱用熱量を蓄熱するために沸き上げた湯が長時間貯留されることを防止でき、一層放熱ロスを低減して、一層効率の低下を抑止することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について図6および図7に基づいて説明する。
次に、第2の実施形態について図6および図7に基づいて説明する。
本第2の実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、貯湯タンク1の中間部からも給湯用水を出湯可能とした点が異なる。なお、第1の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
図6に示すように、本実施形態では、貯湯タンク1の中間部には中間部導出口21が設けられおり、中間部導出口21には貯湯タンク1内の湯を導出するための給湯経路である導出管22(中間出湯配管)が接続されている。導出管22は、上部導出口20に接続する導出管14に混合バルブ29よりも上流側で合流しており、その合流点には、上部導出口13から導出される高温の湯の量(出湯量)と中間部導出口21から導出される中温の湯の量(出湯量)との比率を制御するための混合バルブ23が設けられている。
混合バルブ23に代えて、貯湯タンク1からの出湯経路を上部導出口13から経路と中間部導出口21からの経路との間で選択的に切り替える切替バルブを採用することもできる。図6では図示を省略した制御装置100は、混合バルブ23も制御するようになっている。なお、本実施形態の給湯装置では、貯湯タンク1に設けられた複数のサーミスタのうちの1つ(例えばサーミスタ6c)が、中間部導出口21とほぼ同じ高さに配設され、導出管22からの出湯温度を検出できるようになっている。
次に、上記構成の本実施形態の貯湯式給湯装置の作動について説明する。図7は、浴水加熱用熱量の沸き上げ制御の概略制御動作の一部を示すフローチャートである。
図7に示すように、制御装置100は、ステップS125を実行すると、給湯経路を導出管22側(中間出湯側)に切り替える(ステップS126)。そして、図示しない操作盤等が操作されて浴槽4への湯張りの要求があるか否か監視する(ステップS127)。湯張りの要求があった場合には、貯湯タンク1の中間部から導出管22を介して、上部の高温の湯よりも温度が低い低温の湯(中温の湯)を優先的に出湯する(ステップS128)。ステップS129で沸き上げを完了するまでステップS127で監視を継続し、湯張りの要求があった場合にはステップS128を実行する。
また、制御装置100は、ステップS135を実行すると、ステップS125を実行した後のステップS126、S127、S128と同様に、ステップS136、S137、S138を実行する。
ステップS128、S138において貯湯タンク1の中間部から優先的に出湯して浴槽4内に湯張りする際に、出湯温度が湯張り温度に満たない場合には、混合バルブ23の開度比を調節して上部導出口13からも出湯し湯張り温度を調整することも可能であるが、貯湯タンク1の中間部導出口21のみから湯張り温度に満たない湯を出湯して湯張りを行い、湯張り完了後に、追い焚きによって設定温度まで昇温するものであってもよい。バルブが混合バルブ22ではなく切替バルブの場合も同様の制御を行うことができる。
ステップS126、S136を実行して出湯前に予め給湯用水の出湯経路を導出管22側に切り替えておくのは、浴槽4への湯張り以外のカランやシャワー等からの出湯時に、導出管14から高温の湯が出湯されて高温の湯が減少してしまったり、給湯温度が不安定になってしまったりすることを防止するためである。カランやシャワー等の端末からの出湯は、ユーザによる端末側での操作により行われ、端末側操作により出湯が開始された後に、制御装置100が出湯経路を導出管14側から導出管22側に切り替える場合には、切替時間の過渡期には上記のような不具合を防止することができない。
また、本実施形態の貯湯式給湯装置では、浴水加熱用熱量を沸き上げる際の沸き上げ温度Cを決定する際の所定容積は、中間部導出口21よりも上方の容積とすることが好ましい。
上述の構成および作動によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、深夜時間帯に給湯用熱量と浴水加熱用熱量を蓄熱するようにヒートポンプ装置2を運転し、貯湯タンク1内の上部に浴水加熱用の高温の湯を貯留し、中間部導出口21よりも下部に給湯用の中温の湯を貯留した場合には、給湯量が予想より大きいときに浴水加熱用の高温の湯が使用されてしまい、追い焚きや保温の機能が十分に発揮できないという問題があるが、本実施形態の貯湯式給湯装置によれば、このような不具合を防止することが可能である。
(他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
上記各実施形態では、ステップS125およびステップS135で行うヒートポンプ装置2による浴水加熱用熱量の沸き上げ運転を、ステップS121で求めた最も早いと予想される浴水加熱開始時刻Tesから、もしくは沸き上げ熱量に応じて補正した浴水加熱開始時刻Tes以降の補正時刻から行っていたが、これに限定されるものではない。ヒートポンプ装置2による浴水加熱用熱量の沸き上げ運転は、深夜時間帯が終了した後、保温や追い焚き等の浴水加熱が終了する前に行うものであればよい。
また、上記各実施形態では、1日に必要な浴水加熱用熱量Q1を学習して決定していたが、これに限定されるものではなく、例えば、季節ごとに設定した所定熱量としてもかまわない。
また、上記各実施形態では、貯湯タンク1内の湯との熱交換により浴水を加熱するための熱交換器31は、貯湯タンク1内に配設されていたが、これに限定されるものではない。例えば、図8に示すように、熱交換器231を貯湯タンク1の外部に設け、貯湯タンク1の上部から中間部へ貯湯タンク1外部を循環する循環回路230を流れる湯と、浴水循環回路30を流れる浴水との間で熱交換するものであってもよい。図8に示した貯湯式給湯装置は、上記第2の実施形態の変形例であるが、上記第1の実施形態の貯湯式給湯装置であっても、熱交換器231を採用することができる。
また、上記各実施形態では、沸き上げ加熱手段はヒートポンプ装置2であったが、これに限定されるものではなく、例えば、電気ヒータ等であってもかまわない。
1 貯湯タンク
2 ヒートポンプ装置(沸き上げ加熱手段)
4 浴槽
30 浴水循環回路(浴水加熱手段の一部)
31 熱交換器
34 循環ポンプ(浴水加熱手段の一部)
100 制御装置(制御手段)
2 ヒートポンプ装置(沸き上げ加熱手段)
4 浴槽
30 浴水循環回路(浴水加熱手段の一部)
31 熱交換器
34 循環ポンプ(浴水加熱手段の一部)
100 制御装置(制御手段)
Claims (4)
- 内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク(1)と、
水を加熱して沸き上げ前記湯とする沸き上げ加熱手段(2)と、
前記貯湯タンク(1)内の湯と熱交換によって浴水を加熱する浴水加熱手段(30、34)と、
前記沸き上げ加熱手段(2)の沸き上げ運転を制御する制御手段(100)とを備え、
前記制御手段(100)は、
電力コストに応じて定まる所定時間帯に、過去の給湯実績に基づく1日の給湯に必要な給湯用熱量(Q)を前記貯湯タンク(1)内に貯えるように前記沸き上げ加熱手段(2)の第1運転(S116)を行い、
前記所定時間帯が終了した後前記浴水加熱手段(30、34)により浴水の加熱を完了する前に、前記浴水加熱手段(30、34)による1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)を、前記浴水加熱手段(30、34)の熱交換特性に基づいて定まる所定温度の湯が有する熱量に加えて前記貯湯タンク(1)内に貯えるように前記沸き上げ加熱手段(2)の第2運転(S125、S135)を行うことを特徴とする貯湯式給湯装置。 - 前記制御手段(100)は、過去の浴水加熱実績に基づいて前記1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)を決定し、決定した前記1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)を、前記浴水加熱手段(30、34)の熱交換特性に基づいて定まる所定温度の湯が有する熱量に加えて前記貯湯タンク(1)内に貯えるように前記第2運転(S125、S135)を行うことを特徴とする請求項1に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記制御手段(100)は、前記第2運転の開始時刻(Tes2)を、前記第2運転における沸き上げ熱量(Q1−Q2)が少ないときのほうが遅くなるように、前記第2運転における沸き上げ熱量に応じて変更することを特徴とする請求項2に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記制御手段(100)は、
過去の給湯実績に基づく前記所定時間帯終了時から浴水加熱開始時までの給湯用熱量の第1推定使用熱量に対し、当日の給湯実績に基づく前記所定時間帯終了時から浴水加熱開始時までの給湯用熱量の第2推定使用熱量が少なく、かつ、前記第1推定使用熱量と前記第2推定使用熱量と差分の湯の温度が前記浴水加熱手段による浴水加熱が可能な温度である場合には、
前記決定した前記1日の浴水の加熱に必要な浴水加熱用熱量(Q1)から前記第1推定使用熱量と前記第2推定使用熱量との差分(Q2)を減じた熱量を沸き上げるように前記第2運転(S135)を行うことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の貯湯式給湯装置。
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