JP5353497B2 - ハイブリッド給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯器の補助熱源器として燃焼式給湯器を備えるハイブリッド給湯システムに関するものである。

近年、ランニングコストの低減、エネルギーの有効利用（省エネルギー）、および温室効果ガスであるＣＯ_２排出量削減の観点から、業務用および一般家庭用ともにヒートポンプ式給湯器の普及が進んでいる。ヒートポンプ式給湯器は、液体が気化するときに周囲の熱を吸収し、気体が凝縮して液化するときに熱を発する性質を利用している。これにより、ヒートポンプ式給湯器は、燃焼式給湯器に比べて、一次エネルギー消費量を約４０％、ＣＯ_２排出量を約５８％程度削減することができ、ランニングコストも大幅に抑えることが可能であるとされている。

しかし、ヒートポンプ式給湯器は、急速に大量の湯（高温水）を生成する用途には不向きである。そこで、ヒートポンプ式給湯器の出湯能力を補うために、ヒートポンプ式給湯器に補助熱源器として燃焼式給湯器を併設したいわゆるハイブリッド給湯システムも繁用されている。これに付随して、ハイブリッド給湯システムに関する様々な技術の提案、開示もなされてきている。

例えば特許文献１には、夜間は主にヒートポンプ式給湯器を稼働させ、昼間は貯湯量が第１貯湯量を下回る場合にヒートポンプ式給湯器だけを稼働させ、さらに少ない第２貯湯量を下回る場合にのみ燃焼式給湯器を併せて稼働させる技術が記載されている。かかる構成によれば、高いエネルギー効率で必要な貯湯能力を得ることができるとされている。

特許第４１３９８２６号公報

しかしながら、特許文献１では、燃焼式給湯器が貯湯タンクに対して出湯を行うか否かを制御するために、ある特定の値である第２貯湯量を閾値として用いている。このような閾値（第２貯湯量）は、概して湯切れを回避するために最も過酷な条件となる最厳冬期を勘案して設定される。そのため、最厳冬期以外の時期においては、燃焼式給湯器を稼動させずともヒートポンプ式給湯器のみで対応できるところを、両方を稼動させてしまうおそれがあった。

また、特許文献１では、総給湯量の予測を反映して燃焼式給湯器の稼動を判断することができなかった。具体的には、それほどの総給湯量を要しないと予測される場合には、浴槽の湯張り等によって貯湯タンクの貯湯量が一時的に第２貯湯量を下回ったとしてもヒートポンプ式給湯器のみを稼動させれば対応できるところを、両方を稼動させてしまっていた。

当然ながら、ヒートポンプ式給湯器のみで対応できるところを燃焼式給湯器も併せて稼動させることは、ランニングコスト、省エネルギー、ＣＯ_２排出量の観点から無駄が生じることとなる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ヒートポンプ式給湯器の出湯能力に影響を及ぼす給水温度や外気温度、また予測される総給湯量等を考慮して、燃焼式給湯器の稼動を制御することにより、さらなるランニングコストの低減、エネルギー消費量の改善、ＣＯ_２排出量の削減を図り得るハイブリッド給湯システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の代表的な構成は、ヒートポンプ式給湯器の補助熱源器として燃焼式給湯器を備えるハイブリッド給湯システムであって、貯湯タンクと、貯湯タンクに対して出湯するヒートポンプ式給湯器と、貯湯タンクの貯湯量が所定貯湯量以上であるかどうかを判断する貯湯量判断手段と、貯湯量判断手段が所定貯湯量未満であると判断した場合に、貯湯タンクに対して出湯する燃焼式給湯器と、給水温度を取得する給水温度取得手段と、外気温度を取得する外気温度取得手段と、ヒートポンプ式給湯器の加熱能力と外気温度の対応関係が記憶されたヒートポンプ特性テーブルと、ヒートポンプ特性テーブルを参照して、取得された外気温度に対応する加熱能力を取得する加熱能力取得部と、少なくとも取得された給水温度および加熱能力、並びにヒートポンプ式給湯器の貯湯タンクに対しての出湯温度に基づいて、ヒートポンプ式給湯器が単位時間当たりに出湯可能な出湯流量を算出する演算部と、算出された出湯流量と予め設定されたこの出湯流量の基準値との差を求め、この差に基づき所定貯湯量を増減して補正する補正部と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、ヒートポンプ式給湯器の出湯能力に影響を及ぼす給水温度や外気温度を考慮して、燃焼式給湯器の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を増減して補正することができる。これにより、不必要な燃焼式給湯器の稼動を排除することができ、さらなるランニングコストの低減、エネルギー消費量の改善（エネルギー消費量の低減）、ＣＯ_２排出量の削減を図り得る。

上記課題を解決するために本発明の他の代表的な構成は、ヒートポンプ式給湯器の補助熱源器として燃焼式給湯器を備えるハイブリッド給湯システムであって、貯湯タンクと、貯湯タンクに対して出湯するヒートポンプ式給湯器と、貯湯タンクの貯湯量が所定貯湯量以上であるかどうかを判断する貯湯量判断手段と、貯湯量判断手段が所定貯湯量未満であると判断した場合に、貯湯タンクに対して出湯する燃焼式給湯器と、当該ハイブリッド給湯システムを利用すると予測される人数情報を入出力可能な人数管理システムと、所定時間における１人当たりの給湯使用量を求める原単位割出部と、少なくとも予測される人数情報および１人当たりの給湯使用量に基づいて、必要となる総給湯量を算出する演算部と、算出された総給湯量と予め設定されたこの総給湯量の基準値との差を求め、この差に基づき所定貯湯量を増減して補正する補正部と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、少なくとも人数管理システムから出力される人数情報および１人当たりの給湯使用量に基づき予測（算出）される総給湯量等を考慮して、燃焼式給湯器の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を増減して補正することができる。これにより、不必要な燃焼式給湯器の稼動を排除することができ、さらなるランニングコストの低減、エネルギー消費量の改善、ＣＯ_２排出量の削減を図り得る。

当該ハイブリッド給湯システムは、過去の人数情報と給湯使用量の実績データを関連づけて記憶する原単位割出データテーブルをさらに備え、上記原単位割出部は、過去の人数情報と実績データに基づき、１人当たりの給湯使用量を求めるとよい。これにより、現場に則した総給湯量の予測（算出）が可能となる。

上記課題を解決するために本発明の他の代表的な構成は、ヒートポンプ式給湯器の補助熱源器として燃焼式給湯器を備えるハイブリッド給湯システムであって、貯湯タンクと、貯湯タンクに対して出湯するヒートポンプ式給湯器と、貯湯タンクの貯湯量が所定貯湯量以上であるかどうかを判断する貯湯量判断手段と、貯湯量判断手段が所定貯湯量未満であると判断した場合に、貯湯タンクに対して出湯する燃焼式給湯器と、給水温度を取得する給水温度取得手段もしくは外気温度を取得する外気温度取得手段、または暦情報を取得する暦情報取得手段と、取得された給水温度もしくは外気温度、または暦情報から使用者のおおよその利用温度を予測する利用温度予測部と、少なくとも予測される利用温度に基づいて、必要となる総給湯量を算出する演算部と、算出された総給湯量と予め設定されたこの総給湯量の基準値との差を求め、この差に基づき所定貯湯量を増減して補正する補正部と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、使用者のおおよその利用温度に基づき予測（算出）される総給湯量等を考慮して、燃焼式給湯器の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を増減して補正することができる。これにより、不必要な燃焼式給湯器の稼動を排除することができ、さらなるランニングコストの低減、エネルギー消費量の改善、ＣＯ_２排出量の削減を図り得る。

上記補正部は、求められた差を貯湯タンクに貯湯された場合の高さに換算して、この高さ分閾値（所定貯湯量）を増減して補正するとよい。これにより、燃焼式給湯器の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を好適に補正することができる。

上記貯湯タンクは密閉式であって、貯湯量判断手段として異なる高さに配置された複数の温度センサーが備えられており、所定貯湯量を判断する温度センサーを選択することにより、補正部による補正を行うとよい。これにより、密閉式の貯湯タンクを利用する当該ハイブリッド給湯システムを好適に構成することができる。

上記温度センサーは、貯湯タンクの内側に配置、またはこの貯湯タンクの外面に貼付されるとよい。すなわち、温度センサーを貯湯タンクの内側に配置して貯湯温度を直接測定することが望ましいが、既存の貯湯タンクの外面に複数の温度センサーを貼付して当該ハイブリッド給湯システムを導入することもできる。

上記貯湯タンクは開放式であって、貯湯量判断手段は、水位検知センサーであってもよい。すなわち、利用する貯湯タンクの形式を問わず、当該ハイブリッド給湯システムを適用可能である。

本発明によれば、ヒートポンプ式給湯器の出湯能力に影響を及ぼす給水温度や外気温度、また予測される総給湯量等を考慮して、燃焼式給湯器の稼動条件を可変させることにより、さらなるランニングコストの低減、エネルギー消費量の改善、ＣＯ_２排出量の削減を図り得るハイブリッド給湯システムを提供することができる。

第１実施形態にかかるハイブリッド給湯システムの概略的な構成を示す図である。 第１実施形態にかかる制御装置の機能ブロック図である。 第１実施形態にかかる基準値データテーブルの詳細を示す図である。 第１実施形態を適用した実施例１について説明する図である。 第１実施形態に関連する給水温度、外気温度の地域別の実測データを示す図である。 第２実施形態にかかるハイブリッド給湯システムの概略的な構成を示す図である。 第２実施形態にかかる制御装置の機能ブロック図である。 第２実施形態にかかる基準値データテーブルの詳細を示す図である。 第２実施形態にかかる原単位割出データテーブルを例示的に示す図である。 第２実施形態を適用した実施例２について説明する図である。 第３実施形態にかかるハイブリッド給湯システムの概略的な構成を示す図である。 第３実施形態にかかる制御装置の機能ブロック図である。 第３実施形態にかかる基準値データテーブルの詳細を示す図である。 第３実施形態を適用した実施例３について説明する図である。 他の実施形態におけるハイブリッド給湯システムを例示する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

[第１実施形態]
図１は、第１実施形態にかかるハイブリッド給湯システム１００の概略的な構成を示す図である。ハイブリッド給湯システム１００は、給水手段１０２、給水配管１０４、給水温度取得手段としての温度センサー（以下、給水温度センサー１０６と称する）、貯湯タンク１１０、貯湯量判断手段としての温度センサー（以下、貯湯温度センサー１１２と称する）、入水配管１２０、ヒートポンプ式給湯器１２２、出湯配管１２４、第２入水配管１３０、燃焼式給湯器１３２、第２出湯配管１３４、給湯配管１４０、給湯温度取得手段としての温度センサー（以下、給湯温度センサー１４４と称する）、外気温度取得手段としての温度センサー（以下、外気温度センサー１５０と称する）、制御装置１６０を包含する。なお、図１は、概略的な構成を示すものであって、実際には各配管に、開閉弁、逆止弁、減圧弁、定流量弁、安全弁、自動空気抜き弁、ポンプ等のうち、適宜必要なものが取り付けられる。

給水手段１０２は、受水槽、高架水槽、水道管等であって、貯湯タンク１１０に貯留された湯水が使用されると給水配管１０４を介して貯湯タンク１１０へ給水を行う。給水配管１０４には給水温度センサー１０６が備えられていて、かかる給水温度センサー１０６は、測定した給水温度を制御装置１６０へ伝達する。

貯湯タンク１１０は、密閉式であって、それぞれが異なる高さ位置に配置された複数の貯湯温度センサー１１２を備えている。貯湯温度センサー１１２は、本実施形態では貯湯タンク１１０の内側に配置されるが、外面に貼付されてもよい。既存の貯湯タンクでは、内部に複数の貯湯温度センサー１１２を配置（追加）するのに難を有するが、外面に貼付することで簡潔かつ容易にハイブリッド給湯システム１００を導入することができる。

それぞれの貯湯温度センサー１１２は、貯湯タンク１１０の貯湯温度を測定して、制御装置１６０へ伝達する。制御装置１６０は、伝達されたこれら貯湯温度の中から、対象とする貯湯温度センサー１１２ａが測定した貯湯温度を参照して燃焼式給湯器１３２の稼動可否を判断（制御）する。例えば、貯湯温度５５℃以下で燃焼式給湯器１３２を稼動し、貯湯温度６０℃以上で燃焼式給湯器１３２の稼動を停止する。なお、図１中、標準時において制御装置１６０が対象とする貯湯温度センサー１１２ａを黒丸で示す（図１中の貯湯温度センサー１１２ｂについては後程説明する）。

貯湯温度に基づいて燃焼式給湯器１３２が制御されるのは、貯湯温度が貯湯タンク１１０の貯湯量を示す指標だからである。詳述すると、貯湯タンク１１０の下部においては給水配管１０４より低温水が給水され、上部においては出湯配管１２４、第２出湯配管１３４より高温水が出湯されるため、貯湯タンク１１０の貯湯温度は概して図１中点線で記す位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃにおいてそれぞれ差異を生じる。正確ではないが、貯湯タンク１１０の下部と上部にそれぞれ水と湯が分離して貯留されているようなイメージとなる。

そのため、貯湯温度によって、その温度が測定された高さ位置において貯留されているのが湯か水かを判断することができる。すなわち、各貯湯温度センサー１１２は、貯湯タンク１１０の貯湯量がそれぞれの高さ位置に応じて定められる閾値（所定貯湯量）以上か未満かを判断することができる。

入水配管１２０は、貯湯タンク１１０の下部から低温水を抜き出し、ヒートポンプ式給湯器１２２へ入水する。ヒートポンプ式給湯器１２２のＣＯＰ（成績係数：coefficient of performance）は、入水温度や外気温度に依存する。具体的には、入水温度が低く、外気温度が高い方がＣＯＰの値は向上する。

ヒートポンプ式給湯器１２２は、圧縮器、凝縮器、膨張弁、蒸発器、空冷ファン等からなり、いわゆるヒートポンプサイクルによって入水した低温水を加熱し、高温水を生成する。特に近年では、自然冷媒であるＣＯ_２を熱媒体として循環させるエコキュート（登録商標）が注目を集めている。

出湯配管１２４は、ヒートポンプ式給湯器１２２によって生成された高温水を貯湯タンク１１０上部へと出湯する。このときの出湯温度（ヒートポンプ式給湯器１２２の出湯温度）は、概して４０℃から９０℃の範囲内で定められる。なお、出湯温度は概して設備導入時に初期設定値として定められる。

第２入水配管１３０は、貯湯タンク１１０から中温水または低温水を抜き出し、燃焼式給湯器１３２へ入水する。燃焼式給湯器１３２は、ヒートポンプ式給湯器１２２のように入水温度や外気温度といった外界条件によってＣＯＰが変化するわけではなく、かかる燃焼式給湯器１３２には通常いかなる温度の湯水をも入水可能である。ただし、全体的に、燃焼式給湯器１３２のＣＯＰはヒートポンプ式給湯器１２２よりも低めである。

燃焼式給湯器１３２は、ヒーターやボイラー等による給湯器であって、ヒートポンプ式給湯器１２２の補助熱源器として利用される。かかる燃焼式給湯器１３２の稼動可否は、制御装置１６０によって制御される。燃焼式給湯器１３２によって生成された高温水は、第２出湯配管１３４によって貯湯タンク１１０上部へと出湯される。

給湯配管１４０は、給湯温度センサー１４４を備え、給湯負荷１４２へ給湯を行う。かかる給湯温度センサー１４４により測定された温度は、制御装置１６０へと伝達される。

外気温度センサー１５０は、外気温度を測定する。測定された温度は、制御装置１６０へと伝達される。

制御装置１６０は、給水温度、外気温度に基づいて、標準時の貯湯温度センサー１１２ａから、他の貯湯温度センサー１１２ｂへと貯湯温度を参照する対象を変更する。換言すれば、燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を増減して補正する。そして、この閾値（所定貯湯量）を基準として、燃焼式給湯器１３２の稼動を制御する。

図２は、第１実施形態にかかる制御装置１６０の機能ブロック図である。制御装置１６０は、制御部２００、温度データ取得部２１０、装置メモリ２１２、加熱能力取得部２１８、演算部２２０、補正部２２２から構成される。

制御部２００は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成され、制御装置１６０全体を制御する。また、燃焼式給湯器１３２の稼動可否を判断する。

温度データ取得部２１０は、給水温度センサー１０６、貯湯温度センサー１１２、給湯温度センサー１４４、外気温度センサー１５０からそれぞれの測定温度を取得（受信）する。

装置メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等からなる記録媒体である。装置メモリ２１２は、基準値データテーブル２１４、ヒートポンプ特性テーブル２１６を記憶している。

図３は、第１実施形態にかかる基準値データテーブル２１４の詳細を示す図である。図３に示すように、基準値データテーブル２１４には給水温度、出湯温度、外気温度を含む種々の初期設定値（自動計算値）、すなわち基準値が記憶されている。特に、給水温度や外気温度は、最も過酷な条件となる最厳冬期を勘案し設定される。具体的には、最厳冬期におけるアメダス気象データの観測値が自動入力される。

ヒートポンプ特性テーブル２１６（詳細は不図示）には、外気温度別にヒートポンプ式給湯器１２２の加熱能力（ｋＷ／ｈ）すなわち対応関係が記憶される。そして、加熱能力取得部２１８は、ヒートポンプ特性テーブル２１６を参照して、温度データ取得部２１０が受信した外気温度に対応する加熱能力を取得する。

演算部２２０は、温度データ取得部２１０が受信した給水温度と、加熱能力取得部２１８が取得した加熱能力と、ヒートポンプ式給湯器１２２の出湯温度に基づいて、ヒートポンプ式給湯器１２２が単位時間当たりに出湯可能な出湯流量を算出する。

補正部２２２は、演算部２２０によって単位時間当たりの算出された出湯流量と、基準値データテーブル２１４に記憶された単位時間当たりの出湯流量の基準値との差を求め、この差に基づいて燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を増減して補正する。具体的には、求められた差を貯湯タンク１１０に貯湯された場合の高さに換算する。そして、この高さ分、標準時の貯湯温度センサー１１２ａから離れた位置にある他の貯湯温度センサー１１２ｂに貯湯温度を参照する対象を変更する。

図４は、第１実施形態を適用した実施例１について説明する図である。特に図４（ａ）は燃焼式給湯器１３２の稼動条件を可変させる（補正する）フローを例示する図、図４（ｂ）は実施例１にかかる測定（算出）データを示す図である。以下、実施例１として具体的な数値を示し、燃焼式給湯器１３２の稼動条件の補正について詳細に説明する。

まず、温度データ取得部２１０が給水温度、外気温度を取得する（Ｓ２３０）。ここで図４（ｂ）に示すように、給水温度が２０℃、外気温度が２４℃であったとする。次に、加熱能力取得部２１８がヒートポンプ特性テーブル２１６を参照して、外気温度が２４℃のときのヒートポンプ式給湯器１２２の加熱能力を取得する（Ｓ２３２）。ここで、２４℃のときの加熱能力を４０ｋＷとする。

次に、演算部２２０がヒートポンプ式給湯器１２２の給水温度と、出湯温度の温度差を求める（Ｓ２３４）。ここで、出湯温度は概して初期設定値として設定されるので、基準値と同一の値（６５℃）を用いることができる。よって、温度差は４５℃となる。なおＳ２３２とＳ２３４は順不同である。

次に、演算部２２０がＳ２３２で取得した加熱能力、Ｓ２３４で求めた温度差から単位時間当たりの出湯流量を算出する（Ｓ２３６）。すなわち、加熱能力４０ｋＷ、温度差４５℃であるので、単位時間当たりの出湯流量は以下のように算出される。
４０ｋＷ×８６０ｋｃａｌ／ｈ・ｋＷ÷４５℃＝７６４Ｌ／ｈ
ここで、８６０ｋｃａｌ／ｈは、１ｋＷの電力から１時間当たりに発生する熱量である。

なお、ここでは１時間当たりの出湯流量を算出しているが、これに限定されるわけではない。単位時間としては、貯湯タンク１１０の容量などに応じて、１日当たりの出湯流量等都合のよいものを採用してよい。

次に、補正部２２２が単位時間当たりの出湯流量７６４Ｌ／ｈ（算出値）と、基準値データテーブル２１６に記憶されたその基準値５９１Ｌ／ｈとの差（算出値−基準値）、１７３Ｌ／ｈを求める（Ｓ２３８）。次に、補正部２２２が求められた差１７３Ｌ／ｈを基準値データテーブル２１６に記憶された貯湯タンク１１０の底面積１．５ｍ^２で割って、貯湯タンク１１０に貯湯された場合の高さ１１６ｍｍに換算する（Ｓ２４０）。

次に、図１に示すように、補正部２２２が標準時の貯湯温度センサー１１２ａから、１１６ｍｍの高さにある他の貯湯温度センサー１１２ｂに測定温度を参照する対象を変更する（Ｓ２４２）。これにより、燃焼式給湯器１３２は、貯湯温度センサー１１２ｂが測定した貯湯温度に基づいて、その稼動可否が判断される。

以上、本発明の第１実施形態について詳述した。かかる第１実施形態によれば、ヒートポンプ式給湯器１２２の出湯能力に影響を及ぼす給水温度や外気温度を考慮して、燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される貯湯タンク１１０の閾値（所定貯湯量）を増減して補正することができる。このようにヒートポンプ式給湯器１２２の出湯能力が増えた分だけ燃焼式給湯器１３２の稼働を遅らせることにより、不必要な燃焼式給湯器１３２の稼動を排除することができ、さらなるランニングコストの低減、エネルギー消費量の改善、ＣＯ_２排出量の削減を図り得る。

なお、図５は、第１実施形態に関連する給水温度、外気温度の地域ごとの月別実測データを示す図である。図５に示すように、給水温度では最大２４．７℃、外気温度では最大２７．１℃もの差異を生じ得る。これより、本実施形態が極めて多大な効果を奏し得ることは明らかである。

[第２実施形態]
図６は、第２実施形態にかかるハイブリッド給湯システム３００の概略的な構成を示す図である。また、図７は、第２実施形態にかかる制御装置３６０の機能ブロック図である。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態では、給水温度および外気温度等に基づいて、燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される貯湯タンク１１０の閾値（所定貯湯量）を増減して補正した。第２実施形態では、予測される総給湯量等に基づいて、燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される貯湯タンク１１０の閾値（所定貯湯量）を増減して補正する。すなわち、第２実施形態の第１実施形態との違いは、流量計３４２、人数管理システム３５８を更に備え、制御装置３６０が異なっている点である。

流量計３４２は、給水配管１０４に備えられ、給水の流量すなわち給湯使用量を測定する。そして、測定された流量は、制御装置３６０に伝達される。なお、本実施形態では、流量計３４２を給水配管１０４に配置しているが、給湯配管１４０に配置してもよい。

人数管理システム３５８は、ホテルの宿泊管理システムや病院の入院者等管理システム、他の顧客情報管理システムといったハイブリッド給湯システム１００を利用すると予測される人数情報を入出力可能なものを利用（転用）できる。人数管理システム３５８に入力された人数情報は、随時、制御装置３６０に伝達される。

制御装置３６０は、制御部２００、人数情報取得部４０８、温度データ取得部２１０、流量データ取得部４１０、装置メモリ４１２、原単位割出部４１８、演算部４２０、補正部４２２から構成される。そして、装置メモリ４１２は、基準値データテーブル４１４、原単位割出データテーブル４１６を有する。

人数情報取得部４０８は、人数管理システム３５８から人数情報を取得する。また、流量データ取得部４１０は、流量計３４２から測定された流量（給湯使用量）を取得（受信）する。

図８は、第２実施形態にかかる基準値データテーブル４１４の詳細を示す図である。図８（ａ）に示すように、基準値データテーブル４１４には少なくとも、業種、計測原単位、人数情報、１日当たりの総給湯量の初期設定値が記憶されている。特に計測原単位の初期設定値は、図８（ｂ）に例示的に示される業種ごとの計測原単位を勘案して設定される。

図９は、第２実施形態にかかる原単位割出データテーブル４１６を例示的に示す図である。図９に示すように、原単位割出データテーブル４１６は、少なくとも人数情報取得部４０８が取得した人数情報と、流量データ取得部４１０が取得した流量すなわち給湯使用量の実績データを関連づけて記憶している。本実施形態においては、原単位割出データテーブル４１６には、過去の人数情報と給湯使用量の実績データが日付や曜日等を踏まえて関連づけられ記憶されている。そして、さらに原単位割出部４１８が割り出した所定時間における１人当たりの給湯使用量（以下、計測原単位と称する）が原単位割出データテーブル４１６に記憶される。

原単位割出部４１８は、原単位割出データテーブル４１６に記憶される過去の人数情報と給湯使用量の実績データを参照して、計測原単位を求める。この計測原単位は、種々（任意）の方式に基づき割り出される。そして、上述したように、原単位割出データテーブル４１６にその割り出された値が記憶される。

種々（任意）の方式を具体的に例示すると、図９に示すように、単純に年間平均値としたり、曜日ごとの平均値として計測原単位を割り出したりしてよい。また、Ａ、Ｂ、Ｃにランク分けをして、Ａを年間平均値の１．２倍、Ｂを年間平均値の１．０倍、Ｃを年間平均値の０．８倍として計測原単位を割り出し、原単位割出データテーブル４１６に記憶させていてもよい。このように使用者の所望の方式で計測原単位を割出可能としたことにより、現場に則した総給湯量の予測（算出）が可能となる。なお、これらの平均値の割出において突飛なデータが存在した場合には、そのデータを計測原単位の割出から除外可能であると好適である。

演算部４２０は、人数情報取得部４０８が取得した人数情報と、原単位割出データテーブル４１６が割り出した計測原単位に基づいて、必要となる総給湯量を算出する。このとき、例えば年間平均値や曜日ごとの平均値を計測原単位として利用する場合には、演算部４２０が自動的に（曜日ごとに割り出された計測原単位を利用する場合には対応する曜日の）原単位割出データテーブル４１６を参照するように構築することができる。また、Ａを１．２倍、Ｂを１．０倍、Ｃを０．８倍とランク分けされた計測原単位を利用する場合には、予測する日の計測原単位をどのランクにするか使用者がボタン等によって外部から入力可能であると好ましい。

補正部４２２は、演算部４２０によって１日当たりの算出された総給湯量（予測値）と、基準値データテーブル４１４に記憶された１日当たりの総給湯量の基準値の差を求め、この差に基づいて燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を増減して補正する。具体的には、総給湯量の差を貯湯タンク１１０に貯湯された場合の高さに換算する。そして、この高さ分、標準時の貯湯温度センサー１１２ａから離れた位置にある他の貯湯温度センサー１１２ｂに貯湯温度を参照する対象を変更する。

図１０は、第２実施形態を適用した実施例２について説明する図である。特に図１０（ａ）は燃焼式給湯器１３２の稼動条件を可変させる（補正する）フローを例示する図、図１０（ｂ）は実施例２にかかる測定（算出）データを示す図である。以下、実施例２として具体的な数値を示し、燃焼式給湯器１３２の稼動条件の補正について詳細に説明する。

まず、人数情報取得部４０８が、人数管理システム３５８から翌日予測される人数情報を取得する（Ｓ４３０）。ここで、図１０（ｂ）に示すように、人数情報が８８人であったとする。

次に、演算部４２０が、原単位割出データテーブル４１６に記憶された過去の人数情報と給湯使用量の実績データから、計測原単位を求める（Ｓ４３２）。ここで、計測原単位として、過去の人数情報と給湯使用量の実績データから割り出された年間平均値２０６Ｌ／人・日を利用するものとする。なおＳ４３０とＳ４３２は順不同である。

次に、演算部４２０がＳ４３０で取得した人数情報、Ｓ４３２で求めた計測原単位から、翌日必要となる総給湯量を算出する（Ｓ４３４）。すなわち、人数情報が８８人、計測原単位が２０６Ｌ／人・日であるので、翌日必要な総給湯量はこれらを乗じることにより、１８１１１Ｌ／日と算出される。

次に、補正部４２２が、翌日必要となる総給湯量１８１１１Ｌ（予測値）と、基準値データテーブル４１６に記憶された総給湯量の基準値２００００Ｌ／日との差（基準値−予測値）、１８８９Ｌ／日を求める（Ｓ４３６）。次に、補正部４２２が求められた差１８８９Ｌ／日を基準値データテーブル４１６に記憶された貯湯タンク１１０の底面積１．５ｍ^２で割って、貯湯タンク１１０に貯湯された場合の高さ１２５９ｍｍに換算する（Ｓ４３８）。

次に、図６に示すように、補正部４２２が、標準時の貯湯温度センサー１１２ａから１２５９ｍｍの高さにある他の貯湯温度センサー１１２ｂに測定温度を参照する対象を変更する（Ｓ４４０）。すなわち、燃焼式給湯器１３２は、貯湯温度センサー１１２ｂが測定した貯湯温度に基づいて、その稼動可否が判断される。

以上、本発明の第２実施形態について詳述した。かかる第２実施形態によれば、少なくとも人数管理システム３５８から出力される人数情報および計測原単位に基づき予測（算出）される総給湯量等を考慮して、燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を増減して補正することができる。これにより、不必要な燃焼式給湯器１３２の稼動を排除することができ、さらなるランニングコストの低減、エネルギー消費量の改善、ＣＯ_２排出量の削減を図り得る。

[第３実施形態]
図１１は、第３実施形態にかかるハイブリッド給湯システム５００の概略的な構成を示す図である。また、図１２は、第３実施形態にかかる制御装置５６０の機能ブロック図である。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態では、給水温度および外気温度等に基づいて、燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される貯湯タンク１１０の閾値（所定貯湯量）を増減して補正した。第３実施形態では、使用者のおおよその利用温度から予測（算出）される総給湯量等に基づいて、燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される貯湯タンク１１０の閾値（所定貯湯量）を増減して補正する。すなわち、第３実施形態は、第２給水手段５４０、第２給水配管５４２、混合弁５４４をさらに備え、制御装置５６０が異なっている点で第１実施形態と違いがある。

第２給水手段５４０は、制御装置５６０に制御されるものではなく、使用者が手元のカラン（給湯負荷１４２）を操作することによって混合弁５４４を調整し、湯水を混合して所望の温度に調整する。すなわち、使用者の手元までは給湯配管１４０と第２給水配管５４２が並行して配設されており、使用者が任意に給湯（高温水）と給水（低温水）を混合させる。繰り返しになるが、第３実施形態は、この使用者の所望の温度、すなわち使用者のおおよその利用温度が季節や気温によって異なることに着目したものである。

制御装置５６０は、制御部２００、温度データ取得部２１０、暦情報取得手段としてのカレンダー６１０、装置メモリ６１２、利用温度予測部６１８、演算部６２０、補正部６２２から構成される。そして、装置メモリ６１２は、基準値データテーブル６１４を有する。

カレンダー６１０は、暦情報を保持している。そして、総給湯量が予測される日の暦情報を利用温度予測部６１８に受け渡す。暦情報とは、日付であってもよいが、季節単位、月単位、もしくは週単位などに区分してもよい。さらに、春夏秋冬の間の時期である中間期、梅雨、ゴールデンウィーク、盆暮れ正月などの風習上の特別な時期などを区分してもよい。本実施形態においては、季節単位を例示して説明する。

図１３は、第３実施形態にかかる基準値データテーブル６１４の詳細を示す図である。図１３に示すように、基準値データテーブル６１４には基準利用温度の初期設定値および季節（夏期、中間期、冬期）ごとの利用温度等が記憶されている。基準利用温度の初期設定値は、最も過酷な条件となる最厳冬期を想定して設定される。また、図示していないが、給水温度、外気温度ごとの利用温度が基準値データテーブル６１４に記憶されていてもよい。なお、本実施形態においては、１日当たりの総給湯量は６０℃換算値（６０℃の湯の場合に必要となる給湯量）を用いている。

利用温度予測部６１８は、季節（夏期、中間期、冬期）ごとの利用温度等が記憶されている基準値データテーブル６１４を参照して、温度データ取得部２１０が取得（受信）した給水温度もしくは外気温度、またはカレンダー６１０の暦情報から、使用者のおおよその利用温度を予測する。

演算部６２０は、予測される利用温度に基づいて、必要となる総給湯量を算出する。また、補正部６２２は、演算部６２０によって１日当たりの総給湯量（予測値）と、基準値データデーブル６１４に記憶された１日当たりの総給湯量の基準値の差を求め、この差に基づいて燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を増減して補正する。具体的には、総給湯量の差を貯湯タンク１１０に貯湯された場合の高さに換算する。そして、この高さ分、標準時の貯湯温度センサー１１２ａから離れた位置にある他の貯湯温度センサー１１２ｂに貯湯温度を参照する対象を変更する。

図１４は、第３実施形態を適用した実施例３について説明する図である。特に図１４（ａ）は燃焼式給湯器１３２の稼動条件を可変させる（補正する）フローを例示する図、図１４（ｂ）は実施例３にかかる測定（算出）データを示す図である。以下、実施例３として具体的な数値を示し、燃焼式給湯器１３２の稼動条件の補正について詳細に説明する。

まず、利用温度予測部６１８が給水温度もしくは外気温度、または暦情報から使用者のおおよその利用温度を予測する（Ｓ６３０）。ここで、図１４（ｂ）に示すように、利用温度を３８℃とする。

次に、演算部６２０が、予測された利用温度と、基準値データテーブル６１４に記憶された１日当たりの総給湯量（基準値）および基準利用温度から、必要となる総給湯量を算出する（Ｓ６３２）。すなわち、予測された利用温度３８℃、１日当たりの総給湯量（基準値）２００００Ｌ／日、基準利用温度４２℃であるので、必要となる総給湯量は以下のように算出される。
２００００Ｌ／日×３８℃／４２℃＝１８０９５Ｌ／日

次に、補正部６２２が、必要となる総給湯量１８０９５Ｌ／日（予測値）と、基準値データテーブル４１６に記憶された総給湯量の基準値２００００Ｌ／日との差（基準値−予測値）、１９０５Ｌ／日を求める（Ｓ６３４）。次に、補正部６２２が、求められた差１９０５Ｌ／日を基準値データテーブル４１６に記憶された貯湯タンク１１０の底面積１．５ｍ^２で割って、貯湯タンク１１０に貯湯された場合の高さ１２７０ｍｍに換算する（Ｓ６３６）。

次に、図１１に示すように、補正部６２２が標準時の貯湯温度センサー１１２ａから、１２７０ｍｍの高さにある他の貯湯温度センサー１１２ｂに測定温度を参照する対象を変更する（Ｓ６３８）。すなわち、燃焼式給湯器１３２は、貯湯温度センサー１１２ｂが測定した貯湯温度に基づいて、その稼動可否が判断される。

以上、本発明の第３実施形態について詳述した。かかる第３実施形態によれば、使用者のおおよその利用温度に基づき予測（算出）される総給湯量等を考慮して、燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される閾値（所定貯湯量）を増減して補正することができる。これにより、不必要な燃焼式給湯器１３２の稼動を排除することができ、さらなるランニングコストの低減、エネルギー消費量の改善、ＣＯ_２排出量の削減を図り得る。

[他の実施形態]
図１５は、他の実施形態におけるハイブリッド給湯システム７００を例示する図である。上記第１実施形態から第３実施形態では、密閉式の貯湯タンク１１０を用いる構成を説明した。本実施形態では、開放式の貯湯タンク７１０を採用するハイブリッド給湯システム７００について説明する。なお、上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

ハイブリッド給湯システム７００は、給水手段１０２、給水温度センサー１０６、入水配管７２０、ヒートポンプ式給湯器１２２、燃焼式給湯器１３２、出湯配管７２４、貯湯タンク７１０、貯湯量判断手段としての水位検知センサー７１２、給湯配管１４０、給湯温度センサー１４４、外気温度センサー１５０、制御装置１６０を包含する。

入水配管７２０は、給水手段１０２より流入した水をヒートポンプ式給湯器１２２または燃焼式給湯器１３２に入水する。出湯配管７２４は、ヒートポンプ式給湯器１２２や燃焼式給湯器１３２で生成された高温水を貯湯タンク７１０に対して出湯する。

貯湯タンク７１０は、開放式であって、内部にはヒートポンプ式給湯器１２２や燃焼式給湯器１３２で生成された高温水が貯湯される。すなわち、貯湯タンク７１０は、密閉式の貯湯タンク１１０のように直接低温水の給水がなされるわけではない。

そのため、開放式の貯湯タンク７１０では、水位検知センサー７１２が水位（水面７２６の高さ）を検知することにより、その貯湯量が判断される。そして、検知された貯湯量に基づきヒートポンプ式給湯器１２２や燃焼式給湯器１３２の稼動を制御する。なお、水圧センサーを給湯配管１４０の高さに挿入し、水圧を検知することによって貯湯タンク７１０の貯湯量を判断してもよい。

よって、第１実施形態から第３実施形態において上述した燃焼式給湯器１３２の稼動条件を可変させる手法については、本実施形態におけるハイブリッド給等システム７００（開放式の貯湯タンク７１０）においても、燃焼式給湯器１３２の稼動可否が判断される水位の閾値（所定貯湯量）を切り替えることにより、同様に適用することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ヒートポンプ式給湯器の補助熱源器として燃焼式給湯器を備えるハイブリッド給湯システムに利用できる。

１００、３００、５００、７００…ハイブリッド給湯システム、１０２…給水手段、１０４…給水配管、１０６…給水温度センサー、１１０、７１０…貯湯タンク、１１２…貯湯温度センサー、１２０…入水配管、１２２…ヒートポンプ式給湯器、１２４、７２４…出湯配管、１３０…第２入水配管、１３２…燃焼式給湯器、１３４…第２出湯配管、１４０…給湯配管、１４２…給湯負荷、１４４…給湯温度センサー、１５０…外気温度センサー、１６０、３６０、５６０…制御装置、２００…制御部、２１０…温度データ取得部、２１２、４１２、６１２…装置メモリ、２１４、４１４、６１４…基準値データテーブル、２１６…ヒートポンプ特性テーブル、２１８…加熱能力取得部、２２０、４２０、６２０…演算部、２２２、４２２、６２２…補正部、３４２…流量計、３５８…人数管理システム、４０８…人数情報取得部、４１０…流量データ取得部、４１６…原単位割出データテーブル、４１８…原単位割出部、５４０…第２給水手段、５４２…第２給水配管、５４４…混合弁、６１０…カレンダー、６１８…利用温度予測部、７１２…水位検知センサー、７２０…入水配管、７２６…水面

Claims (8)

1. ヒートポンプ式給湯器の補助熱源器として燃焼式給湯器を備えるハイブリッド給湯システムであって、
   貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに対して出湯するヒートポンプ式給湯器と、
   前記貯湯タンクの貯湯量が所定貯湯量以上であるかどうかを判断する貯湯量判断手段と、
   前記貯湯量判断手段が前記所定貯湯量未満であると判断した場合に、前記貯湯タンクに対して出湯する燃焼式給湯器と、
   給水温度を取得する給水温度取得手段と、
   外気温度を取得する外気温度取得手段と、
   前記ヒートポンプ式給湯器の加熱能力と前記外気温度の対応関係が記憶されたヒートポンプ特性テーブルと、
   前記ヒートポンプ特性テーブルを参照して、前記取得された外気温度に対応する前記加熱能力を取得する加熱能力取得部と、
   少なくとも前記取得された給水温度および加熱能力、並びに前記ヒートポンプ式給湯器の前記貯湯タンクに対しての出湯温度に基づいて、前記ヒートポンプ式給湯器が単位時間当たりに出湯可能な出湯流量を算出する演算部と、
   前記算出された出湯流量と予め設定された出湯流量の基準値との差を求め、該差に基づき前記所定貯湯量を増減して補正する補正部と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド給湯システム。
2. ヒートポンプ式給湯器の補助熱源器として燃焼式給湯器を備えるハイブリッド給湯システムであって、
   貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに対して出湯するヒートポンプ式給湯器と、
   前記貯湯タンクの貯湯量が所定貯湯量以上であるかどうかを判断する貯湯量判断手段と、
   前記貯湯量判断手段が前記所定貯湯量未満であると判断した場合に、前記貯湯タンクに対して出湯する燃焼式給湯器と、
   当該ハイブリッド給湯システムを利用すると予測される人数情報を入出力可能な人数管理システムと、
   所定時間における１人当たりの給湯使用量を求める原単位割出部と、
   少なくとも前記予測される人数情報および前記１人当たりの給湯使用量に基づいて、必要となる総給湯量を算出する演算部と、
   前記算出された総給湯量と予め設定された総給湯量の基準値との差を求め、該差に基づき前記所定貯湯量を増減して補正する補正部と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド給湯システム。
3. 過去の人数情報と給湯使用量の実績データを関連づけて記憶する原単位割出データテーブルをさらに備え、
   前記原単位割出部は、前記過去の人数情報と前記実績データに基づき、前記１人当たりの給湯使用量を求めることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド給湯システム。
4. ヒートポンプ式給湯器の補助熱源器として燃焼式給湯器を備えるハイブリッド給湯システムであって、
   貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに対して出湯するヒートポンプ式給湯器と、
   前記貯湯タンクの貯湯量が所定貯湯量以上であるかどうかを判断する貯湯量判断手段と、
   前記貯湯量判断手段が前記所定貯湯量未満であると判断した場合に、前記貯湯タンクに対して出湯する燃焼式給湯器と、
   給水温度を取得する給水温度取得手段もしくは外気温度を取得する外気温度取得手段、または暦情報を取得する暦情報取得手段と、
   前記取得された給水温度もしくは外気温度、または前記暦情報から使用者のおおよその利用温度を予測する利用温度予測部と、
   少なくとも前記予測される利用温度に基づいて、必要となる総給湯量を算出する演算部と、
   前記算出された総給湯量と予め設定された総給湯量の基準値との差を求め、該差に基づき前記所定貯湯量を増減して補正する補正部と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド給湯システム。
5. 前記補正部は、前記求められた差を前記貯湯タンクに貯湯された場合の高さに換算して、該高さ分前記所定貯湯量を増減することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のハイブリッド給湯システム。
6. 前記貯湯タンクは密閉式であって、
   前記貯湯量判断手段として異なる高さに配置された複数の温度センサーが備えられており、
   前記所定貯湯量を判断する前記温度センサーを選択することにより、前記補正部による補正を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のハイブリッド給湯システム。
7. 前記温度センサーは、前記貯湯タンクの内側に配置、または該貯湯タンクの外面に貼付されることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド給湯システム。
8. 前記貯湯タンクは開放式であって、
   前記貯湯量判断手段は、水位検知センサーであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のハイブリッド給湯システム。

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