JP7110730B2

JP7110730B2 - 貯湯給湯装置

Info

Publication number: JP7110730B2
Application number: JP2018102086A
Authority: JP
Inventors: 和久丸山; 兼造大西
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2038-05-29
Also published as: JP2019207058A

Description

本発明は、ヒートポンプ熱源機と補助熱源機と貯湯タンクを備えた貯湯給湯装置に関し、特に給湯使用履歴に基づいて将来の給湯使用の予測を行い、その給湯使用予測に基づいて貯湯タンクに貯湯する貯湯給湯装置に関する。

従来から、運転効率が高いヒートポンプ熱源機によって加熱した湯水を貯湯タンクに貯湯し、この貯湯した湯水を給湯等に使用する貯湯給湯装置が広く利用されている。このような貯湯給湯装置として、例えば、特許文献１のような貯湯タンクに所定の熱量を常に貯湯タンクに蓄えておくように貯湯運転を行う貯湯給湯装置が知られている。

特許文献１の貯湯給湯装置は、給湯時にヒートポンプ熱源機を駆動して加熱した湯水を給湯に使用するが、給湯開始からヒートポンプ熱源機が給湯設定温度の湯水を供給できるまで貯湯タンクの湯水を給湯に使用する。そして給湯終了後、所定の熱量が貯湯された状態になるようにヒートポンプ熱源機によって貯湯運転を行う。貯湯の温度は、ヒートポンプ熱源機が給湯設定温度の湯水を供給できるまで時間を要する冬季には貯湯熱量が不足しないように高温に、それ以外では低温に設定される。

貯湯運転中に給湯使用が開始されると、ヒートポンプ熱源機で加熱した貯湯設定温度の湯水を給湯設定温度に調整して給湯する。また、貯湯の温度が低温の場合には、ヒートポンプ熱源機の加熱後の温度を給湯設定温度より少し高い温度に変更し、給湯が終わると元の貯湯の温度に戻して貯湯運転を行う。このように特許文献１の貯湯給湯装置は、貯湯タンクに給湯に使用されずに放熱して無駄になる虞がある湯水を常に蓄えているので、運転効率の向上が困難である。

一方、過去の給湯使用履歴に基づいて将来の給湯使用の予測を行い、予測した給湯使用時刻よりも前にヒートポンプ熱源機を駆動して予測した給湯使用量に相当する熱量（予測熱量）の湯水を貯湯タンクに貯湯する貯湯運転を行うように構成された貯湯給湯装置も広く利用されている。このような貯湯給湯装置は、ヒートポンプ熱源機を定格出力（仕様上の上限出力）で駆動して予測熱量の貯湯を予測した給湯使用時刻の直前に完了する。それ故、貯湯タンクに貯湯されても使用されずに無駄になる湯水が少なく、運転効率が優れた貯湯給湯装置になっている。

特許第４９５８４６０号公報

しかし、貯湯運転中に、予測外の給湯使用のために貯湯タンクから出湯された場合、予測した給湯使用時刻に貯湯されている熱量が予測熱量に対して不足する。この不足分をヒートポンプ熱源機よりも運転効率が低い補助熱源機で補うことがあるので、貯湯給湯装置の運転効率が低下するという課題がある。

本発明の目的は、ヒートポンプ熱源機を低出力で駆動すると共に補助熱源機の使用機会を減らして運転効率を向上させることができる貯湯給湯装置を提供することである。

請求項１の発明は、貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機と、補助熱源機と、給湯使用履歴に基づいて予測した将来の給湯使用の予測熱量を予測した給湯使用時刻の前に前記ヒートポンプ熱源機を駆動して前記貯湯タンクに貯湯する貯湯運転を制御する制御手段を備えた貯湯給湯装置において、前記ヒートポンプ熱源機は所定の出力範囲内に出力を調整可能であり、前記制御手段は、前記ヒートポンプ熱源機を前記出力範囲内の下限近傍の出力で駆動して貯湯運転を開始すると共に、この貯湯運転中に前記貯湯タンクから予測外の出湯があった場合には、前記ヒートポンプ熱源機の出力を前記出力範囲内で増加させて貯湯運転を継続すると共に、前記予測外の出湯における出湯熱量が多い程、前記ヒートポンプ熱源機の出力を大きく増加させることを特徴としている。

上記構成によれば、ヒートポンプ熱源機を下限近傍の低出力で駆動して貯湯運転を開始する。この貯湯運転中に貯湯タンクから予測外の出湯があっても、予測した給湯使用時刻までに予測熱量を貯湯タンクに貯湯するようにヒートポンプ熱源機の出力を増加させて貯湯運転を行う。従って、出力が低い程向上するヒートポンプ熱源機の運転効率が高い状態で貯湯運転を行うと共に、給湯使用中の湯切れを回避して補助熱源機の使用機会を減らすことができるので、貯湯給湯装置の運転効率を向上させることができる。

そして、予測外の出湯における出湯熱量が多い程給湯使用時刻において多量に不足する貯湯熱量を補うために、予測外の出湯における出湯熱量に応じてヒートポンプ熱源機の出力を増加させて貯湯運転を行う。従って、予測した給湯使用時刻までに予測熱量を貯湯して給湯使用中の湯切れを回避できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御手段は、前記予測外の出湯が完了した後の前記貯湯運転の残り時間が少ない程、前記ヒートポンプ熱源機の出力を大きく増加させることを特徴としている。

上記構成によれば、予測外の出湯によって給湯使用時刻において不足する貯湯熱量を補うための貯湯運転の残り時間が少ない程、ヒートポンプ熱源機の出力を大きく増加させて貯湯運転を行う。従って、予測した給湯使用時刻までに予測熱量を貯湯して給湯使用中の湯切れを回避できる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記制御手段は、前記ヒートポンプ熱源機の出力を、前記予測外の出湯における出湯熱量を前記貯湯運転の残り時間で除した値以上増加させることを特徴としている。

上記構成によれば、ヒートポンプ熱源機の出力を、予測外の出湯によって給湯使用時刻において不足する貯湯熱量を貯湯運転の残り時間で補うことができる出力に増加させて貯湯運転を行う。従って、予測した給湯使用時刻までに予測熱量を貯湯して給湯使用中の湯切れを回避できる。

本発明の貯湯給湯装置によれば、ヒートポンプ熱源機を低出力で駆動すると共に補助熱源機の使用機会を減らして運転効率を向上させることができる。

本発明の実施例に係る貯湯給湯装置の全体構成を示す図である。実施例に係るヒートポンプ熱源機の貯湯運転のフローチャートである。実施例１に係るヒートポンプ熱源機の貯湯運転中の出力変更制御のフローチャートである。実施例２に係るヒートポンプ熱源機の貯湯運転中の出力変更制御のフローチャートである。算定出力の説明図である。貯湯運転中に予測外の出湯があったときに行う出力変更の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に、本発明の貯湯給湯装置１の全体構成について、図１に基づいて説明する。
貯湯給湯装置１は、ヒートポンプ熱源機２と、貯湯給湯ユニット３を備えている。貯湯給湯ユニット３は、例えば燃焼式の補助熱源機４と、ヒートポンプ熱源機２により加熱された湯水を貯湯する貯湯タンク５と、給湯使用履歴に基づいて給湯使用予測を行うと共に予測した給湯使用量に相当する予測熱量を予測した給湯使用時刻（給湯予測時刻）の前に貯湯タンク５に貯湯するように貯湯運転を制御する制御部７（制御手段）等を備えている。

ヒートポンプ熱源機２は、外気から吸熱した熱により湯水を目標貯湯温度に加熱して貯湯タンク５に貯湯する。このヒートポンプ熱源機２の貯湯運転により貯湯タンク５に貯湯された湯水が給湯や浴槽１９の湯張りに使用される。貯湯タンク５の湯水では給湯設定温度で給湯できない場合には、補助熱源機４において燃料を燃焼させて加熱した湯水を給湯に使用する。尚、給湯設定温度は図示外の操作端末からユーザが所望の温度に設定可能であり、目標貯湯温度は制御部７によって給湯設定温度よりも高温に設定される。

貯湯タンク５の上部には、貯湯タンク５に貯湯した湯水を出湯するための出湯通路１１が接続されている。出湯通路１１には、出湯通路１１を流通して湯水混合弁１２に供給される湯水の出湯温度を検知するための出湯温度センサ１１ａが配設されている。また、貯湯タンク５の下部には、貯湯タンク５に上水源から上水を供給するための給水通路１３が接続されている。給水通路１３には給水温度を検知するための給水温度センサ１３ａが配設されている。

給水バイパス通路１４は、給水通路１３から分岐して湯水混合弁１２に接続されている。湯水混合弁１２は、給湯設定温度の給湯のために出湯通路１１の湯水と給水バイパス通路１４の上水との混合比率を調整して混合する。湯水混合弁１２には給湯通路１６が接続され、湯水混合弁１２で混合されて給湯設定温度に調整された湯水は、給湯通路１６を流通して図示外の給湯栓等に給湯可能である。

湯水混合弁１２で混合された湯水は、給湯通路１６から分岐して追焚回路１７に接続する湯張り通路１８を介して浴槽１９に湯張り可能である。給湯通路１６には、給湯温度を検知するための給湯温度センサ１６ａと給湯流量を検知する給湯流量センサ１６ｂが配設され、湯張り通路１８は湯張りのときに開弁する開閉弁１８ａを備えている。

貯湯タンク５の下部にはヒートポンプ熱源機２に湯水を供給する上流加熱通路２１ａが接続され、ヒートポンプ熱源機２で加熱された湯水を貯湯タンク５に供給する下流加熱通路２１ｂが貯湯タンク５の上部に接続されて、貯湯タンク５とヒートポンプ熱源機２の間で循環ポンプ２２により湯水が循環可能な循環加熱回路２１が形成されている。貯湯運転時には、下流加熱通路２１ｂに配設された温度センサ２１ｃの検知温度が、制御部７が設定した目標貯湯温度となるように制御される。

貯湯タンク５の外周には、貯湯された湯水の温度を検知する複数の貯湯温度センサ５ａ～５ｅが上下方向に所定の間隔を空けて配設されている。貯湯温度センサ５ａ～５ｅによって貯湯されている湯水の温度及びその温度の湯水量を検知可能である。貯湯温度センサ５ａ～５ｅ及び貯湯タンク５は、貯湯された湯水の放熱を低減する図示外の保温材により覆われている。

貯湯タンク５の湯水を補助熱源機４で加熱するための補助加熱通路２３が、出湯通路１１から分岐されて補助熱源機４に接続されている。補助熱源機４で加熱した湯水を出湯するための補助出湯通路２４は、補助加熱通路２３の分岐部より下流側の出湯通路１１に接続されている。補助出湯通路２４に配設された調整弁２５は、補助出湯通路２４から出湯通路１１に供給される湯水量を調整する。補助加熱通路２３には、三方弁２６と補助熱源機４に湯水を送るためのポンプ２７が配設されている。

補助出湯通路２４から分岐した熱交換器通路２８は、三方弁２６に接続されている。三方弁２６は、補助熱源機４に貯湯タンク５の湯水又は熱交換器通路２８の湯水を供給可能となるように切換えられる。熱交換器通路２８には熱交換器２８ａと開閉弁２８ｂが配設されている。この熱交換器２８ａは、追焚ポンプ２９の作動により追焚回路１７を流れる浴槽１９の湯水を補助熱源機４で加熱した湯水との熱交換により加熱する追焚運転に使用される。また、熱交換器通路２８には、給水通路１３から分岐した分岐通路部１３ｂが熱交換器通路２８に上水を供給可能なように接続されている。

ヒートポンプ熱源機２は、圧縮機３２、凝縮熱交換器３３、膨張弁３４、蒸発熱交換器３５を冷媒回路３６により接続して構成されている。このヒートポンプ熱源機２は、冷媒回路３６に封入された冷媒を圧縮機３２で圧縮して高温にし、循環ポンプ２２によって循環加熱回路２１を流通する湯水を凝縮熱交換器３３において高温の冷媒との熱交換により加熱する。熱交換後の冷媒は、膨張弁３４で膨張して外気より低温になり、蒸発熱交換器３５で外気から吸熱した後、再び圧縮機３２に導入される。

ヒートポンプ熱源機２の出力は、圧縮機３２の回転数等の駆動条件の変更によって所定の出力範囲内に調整可能である。また、循環ポンプ２２による湯水の循環流量を調整して湯水の加熱後の温度を調整可能である。一般的にヒートポンプ熱源機２の運転効率は成績係数（Coefficient Of Performance：ＣＯＰ）で表され、ヒートポンプ熱源機２の出力を低く抑える程、また加熱後の湯水の温度を低くする程、ＣＯＰが向上する。

蒸発熱交換器３５は外気温度を検知する外気温度センサ３５ａと送風機３５ｂを備えている。また、ヒートポンプ熱源機２は、圧縮機３２、膨張弁３４、送風機３５ｂ等を制御するヒートポンプ制御部３７を備えている。ヒートポンプ制御部３７は、貯湯給湯装置１の主たる制御手段である制御部７に通信可能に接続され、制御部７の指令に従ってヒートポンプ熱源機２を出力調整して駆動する。

ヒートポンプ熱源機２の調整可能な出力範囲の上限出力と下限出力は、圧縮機３２を安定駆動可能な範囲と外気温度によって定まり、外気温度が低い程、上限出力と下限出力は低くなる。所定条件における上限出力が定格出力である。尚、ヒートポンプ熱源機２は起動後や運転条件変更後にヒートポンプサイクルが安定するまで、最大で１０分程度の時間を要する。

制御部７は、各種センサの検知信号等に基づいて給湯等の制御を行うと共に、給湯使用量や給湯使用時刻、そのときの各種温度等の給湯使用状況を学習記憶している。この学習記憶した給湯使用状況の履歴（給湯使用履歴）に基づいて、制御部７は所定期間毎（例えば５分毎）に周期的に将来の給湯使用を予測する。給湯使用予測において、予測される次回の給湯使用時刻（給湯予測時刻）、予測熱量等が設定される。そして、制御部７は、給湯使用予測に基づいて給湯予測時刻の前に予測熱量の貯湯が完了するようにヒートポンプ熱源機２の出力を算定する。この出力算定を図２のフローチャートに基づいて説明する。図中のＳｉ（ｉ＝１，２，・・・）はステップを表す。

最初にＳ１において、給湯使用予測を行う時刻ｔ０における貯湯タンク５に貯湯されている湯水の温度及びその湯水量から現在の貯湯熱量Ａ［Ｊ］を算出してＳ２に進む。現在の貯湯熱量Ａは、給湯使用履歴と放熱損失から演算することもできる。

次にＳ２において、給湯使用履歴に基づいて将来の給湯使用予測を行ってＳ３に進む。この給湯使用予測で給湯予測時刻ｔ１と予測熱量Ｂ［Ｊ］を設定する。

次にＳ３において、時刻ｔ０から給湯予測時刻ｔ１までの貯湯期間Ｔ［ｓ］を算出してＳ４に進む。このとき、貯湯期間Ｔにおける放熱損失量Ｈ［Ｊ］も算出する。放熱損失量Ｈは、例えば貯湯期間Ｔと損失係数と貯湯量に基づいて算出される。

次にＳ４において、ヒートポンプ熱源機２の起動から出力が安定するまでの所要時間α［ｓ］を設定してＳ５に進む。この所要時間αは、予め設定した一定値でもよく、給湯使用履歴に基づく実績値を使用してもよい。

次にＳ５において、時刻ｔ０における貯湯熱量Ａと、予測熱量Ｂと、貯湯期間Ｔと、所要時間αに基づく演算によってヒートポンプ熱源機２の出力（算定出力Ｐ［Ｗ］）を算定してＳ６に進む。算定出力Ｐは、これから貯湯する熱量の貯湯を給湯予測時刻ｔ１に完了するときの出力であり、具体的には、Ｐ＝（Ｂ－Ａ）／（Ｔ－α）である。予測熱量Ｂに貯湯期間Ｔにおける放熱損失量Ｈを加算して、即ちＰ＝（Ｂ＋Ｈ－Ａ）／（Ｔ－α）として放熱損失を考慮した算定出力Ｐを演算してもよく、この場合、貯湯期間Ｔが長くても湯切れの発生が抑えられる。尚、以下では、理解が容易なように予測熱量Ｂを貯湯することとするが、放熱損失を考慮した熱量を貯湯する場合にも容易に適用できる。

次にＳ６において、算定出力Ｐがヒートポンプ熱源機２の所定の出力範囲の下限出力よりも小さいか否か判定する。下限出力は外気温度によって変動するので、外気温度センサ３５ａの検知温度に基づいて下限出力を補正してもよい。判定がＹｅｓの場合はＳ７に進んでヒートポンプ熱源機２の駆動を開始せずに次回の出力算定まで待機してＳ１に戻る。判定がＮｏの場合はＳ８に進む。

次にＳ８において、算定出力Ｐがヒートポンプ熱源機２の出力範囲の上限出力よりも大きいか否か判定する。外気温度に基づいて上限出力を補正してもよい。判定がＹｅｓの場合はＳ９に進んで、ヒートポンプ熱源機２を上限出力で駆動する運転を開始してＳ１１に進む。判定がＮｏの場合、即ち算定出力Ｐが下限出力以上且つ上限出力以下の場合はＳ１０に進んで、ヒートポンプ熱源機２を算定出力Ｐで駆動する運転を開始してＳ１１に進む。そしてＳ１１において、貯湯タンク５に予測熱量Ｂが貯湯されるまで貯湯運転を実行してリターンする。

ヒートポンプ熱源機２の貯湯運転を開始する際には、これから貯湯する熱量（Ｂ－Ａ）の貯湯における目標貯湯温度、循環ポンプ２２の回転数等の他の運転条件も設定する。目標貯湯温度が低い程ヒートポンプ熱源機２のＣＯＰが向上するが、現在貯湯されている貯湯タンク５の湯水温度よりも低くすると貯湯タンク５内に形成されている温度成層が乱されるため、貯湯タンク５の貯湯された湯水温度より低温には設定しない。

貯湯運転中の時刻ｔ２に予測外の給湯使用によって貯湯タンク５から出湯されると、予測熱量Ｂまでの貯湯が給湯予測時刻ｔ１までに完了できない。ここで、ヒートポンプ熱源機２は、その出力範囲の下限近傍の算定出力Ｐで貯湯運転を行っている場合に、その出力を増加させることができる。それ故、給湯予測時刻ｔ１までの貯湯運転の残り時間で予測熱量Ｂまでの貯湯を完了できるように、ヒートポンプ熱源機２の出力を増加させる。この貯湯運転中のヒートポンプ熱源機２の出力変更制御について、図３のフローチャートに基づいて説明する。図中のＳｉ（ｉ＝２１，２２，・・・）はステップを表す。

Ｓ２１において、貯湯運転によって貯湯タンク５に予測熱量Ｂまで貯湯されて貯湯が完了したか否か判定し、判定がＹｅｓの場合はＳ２２に進んで貯湯運転を終了してリターンする。判定がＮｏの場合はＳ２３に進み、貯湯運転中の時刻ｔ２で給湯使用予測では予測されていない貯湯タンク５からの予測外の出湯があったか否か判定する。このＳ２３の判定がＹｅｓの場合はＳ２４に進み、判定がＮｏの場合はＳ２１に戻る。

Ｓ２４において、時刻ｔ２における予測外の出湯が完了した後の貯湯タンク５に貯湯されている貯湯熱量Ａ’［Ｊ］を算出してＳ２５に進む。貯湯熱量Ａ’は、時刻ｔ０における貯湯熱量Ａと貯湯運転開始から時刻ｔ２までに貯湯した熱量から予測外の出湯における出湯熱量を減じて算出する。出湯熱量は、例えば出湯温度センサ１１ａが検知した出湯温度と、給水温度センサ１３ａが検知した給水温度と、給湯流量センサ１６ｂが検知した給湯流量に基づく給湯量から算出できる。

次にＳ２５において、時刻ｔ２から給湯予測時刻ｔ１までの貯湯運転の残り時間Ｒ［ｓ］を算出してＳ２６に進む。そしてＳ２６において、貯湯運転の残り時間Ｒで予測熱量Ｂまで貯湯するためのヒートポンプ熱源機２の運転出力（変更算定出力Ｐ’［Ｗ］）を算定してＳ２６に進む。この変更算定出力Ｐ’は、Ｐ’＝（Ｂ－Ａ’）／Ｒのように演算される。

次にＳ２７において、変更算定出力Ｐ’がヒートポンプ熱源機２の出力範囲の上限出力を超えたか否か判定する。判定がＹｅｓの場合はＳ２８に進んで、ヒートポンプ熱源機２の上限出力で貯湯運転を行ってＳ２１に戻る。判定がＮｏの場合はＳ２９に進んで、ヒートポンプ熱源機２の出力を変更算定出力Ｐ’にして貯湯運転を行ってＳ２１に戻る。

実施例１を部分的に変更した貯湯給湯装置１の例を説明する。ヒートポンプ熱源機２の出力の調整が段階的であること以外は、実施例１と同様であり説明を省略する。

貯湯給湯装置１の制御部７は、給湯使用予測に基づいて、ヒートポンプ熱源機２の調整可能な出力として算定出力Ｐ、又は算定出力Ｐに最も近く且つ算定出力Ｐより大きい出力に調整して貯湯運転を開始する。予測外の出湯が無ければ、この貯湯運転によって給湯予測時刻ｔ１の前に予測熱量Ｂの貯湯が完了する。

貯湯運転中の時刻ｔ２で予測外の出湯があると、制御部７はヒートポンプ熱源機２の出力を１段階（Δ［Ｗ］）増加させて貯湯運転を行う。そして貯湯運転の残り時間Ｒで増加させた出力Δによって予測外の出湯における出湯熱量Ｕを貯湯できるか否か判定し、出力増加が不十分であればさらに１段階増加させる。この貯湯運転中のヒートポンプ熱源機２の出力変更制御について、図４のフローチャートに基づいて説明する。図中のＳｉ（ｉ＝３１，３２，・・・）はステップを表す。

Ｓ３１において、貯湯運転によって貯湯タンク５に予測熱量Ｂが貯湯されて貯湯が完了したか否か判定し、判定がＹｅｓの場合はＳ３２に進んで貯湯運転を終了してリターンする。判定がＮｏの場合はＳ３３に進み、貯湯運転中の時刻ｔ２において給湯使用予測では予測されていない貯湯タンク５からの予測外の出湯があったか否か判定する。このＳ３３の判定がＹｅｓの場合はＳ３４に進み、判定がＮｏの場合はＳ３１に戻る。

Ｓ３４において、時刻ｔ２における予測外の出湯における出湯熱量Ｕ［Ｊ］を算出してＳ３５に進む。出湯熱量Ｕは、例えば出湯温度センサ１１ａが検知した出湯温度と、給水温度センサ１３ａが検知した給水温度と、給湯流量センサ１６ｂが検知した給湯流量に基づく給湯量から算出できる。

次にＳ３５において、時刻ｔ２から給湯予測時刻ｔ１までの貯湯運転の残り時間Ｒ［ｓ］を算出してＳ３６に進む。Ｓ３６では、ヒートポンプ熱源機２の出力増加回数をカウントする出力増加段数ｎをゼロに初期化してＳ３７に進む。

次にＳ３７において、ヒートポンプ熱源機２の現在の出力が既に上限出力になっているか否か判定し、判定がＹｅｓの場合はＳ３１に戻り、判定がＮｏの場合はＳ３８に進む。そしてＳ３８において、ヒートポンプ熱源機２の出力を１段階（Δ［Ｗ］）増加させてＳ３９に進む。次にＳ３９において、出力増加段数ｎを１増加させてＳ４０に進む。

次にＳ４０において、ヒートポンプ熱源機２の増加分の出力により、貯湯運転の残り時間Ｒで少なくとも出湯熱量Ｕを貯湯可能か否か判定する。貯湯運転の残り時間Ｒで出湯熱量Ｕを貯湯するために必要な増加分の出力はＵ／Ｒ［Ｊ／ｓ］であり、増加させた出力はｎΔ［Ｗ］なので、ｎΔ≧Ｕ／Ｒであれば貯湯運転の残り時間Ｒで出湯熱量Ｕ以上の熱量を貯湯できる。判定がＹｅｓの場合はＳ３１に戻り、判定がＮｏの場合は出力増加のためにＳ３７に戻る。尚、ｎ≧Ｕ／ＲΔとなる最小の整数ｎを求めてヒートポンプ熱源機２の出力を変更前の出力からｎ段階増加させるようにしてもよい。

次に、本発明の貯湯給湯装置１の作用、効果について説明する。
図５に示すように、時刻ｔ０において、貯湯熱量Ａを算出し、給湯使用予測を行って給湯予測時刻ｔ１と予測熱量Ｂを設定する。また、時刻ｔ０から給湯予測時刻ｔ１までの貯湯期間Ｔを算出し、ヒートポンプ熱源機２の安定運転までの所要時間αを設定する。そして、貯湯熱量Ａと予測熱量Ｂと貯湯期間Ｔと所要時間αに基づく演算によって算定出力Ｐを算定する。ヒートポンプ熱源機２の安定した運転によって貯湯される熱量が直線Ｌ１で表され、直線Ｌ１の傾きが算定出力Ｐに相当する。

算定出力Ｐが下限出力よりも小さい場合には、ヒートポンプ熱源機２を駆動せずに次回の出力算定まで待機する。算定出力Ｐが上限出力よりも大きい場合には、ヒートポンプ熱源機２の貯湯運転を上限出力で開始する。算定出力Ｐが下限出力以上且つ上限出力未満の場合には、ヒートポンプ熱源機２の貯湯運転を算定出力Ｐで開始する。

所定期間毎にヒートポンプ熱源機２の出力を算定して貯湯運転を開始するため、貯湯運転を下限近傍の出力で行う機会が多くなるので、貯湯給湯装置１の運転効率を向上させることができる。出力算定は、給湯使用予測と独立に、所定期間として例えば１分毎に出力算定を行って、できるだけ低出力の貯湯運転の機会を逃さないようにすることもできる。

図６は、貯湯運転中の時刻ｔ２において予測外の出湯があった場合に、ヒートポンプ熱源機２の出力を増加させた例を示している。ヒートポンプ熱源機２の出力範囲内の下限近傍の算定出力Ｐで貯湯運転が開始された後、直線Ｌ１に沿って貯湯熱量が増加していく。

貯湯運転中の時刻ｔ２で貯湯タンク５から予測外の出湯があると、その予測外の出湯における出湯熱量Ｕだけ貯湯熱量が減少して貯湯熱量Ａ’になる。算定出力Ｐのまま貯湯運転を継続すると直線Ｌ１に平行な直線Ｌ１’で示すように貯湯熱量が増加していき、給湯予測時刻ｔ１で予測熱量Ｂに対して出湯熱量Ｕだけ不足することになる。

この出湯熱量Ｕを含めて時刻ｔ２から給湯予測時刻ｔ１までの貯湯運転の残り時間Ｒで予測熱量Ｂまで貯湯するためには、直線Ｌ２で示すように貯湯する。直線Ｌ２の傾きがヒートポンプ熱源機２の変更算定出力Ｐ’である。貯湯運転の残り時間Ｒで貯湯タンク５に予測熱量Ｂまで貯湯できるように、制御部７がヒートポンプ熱源機２の出力を変更算定出力Ｐ’に増加させて貯湯運転を行う。従って、予測した給湯予測時刻ｔ１の前に予測熱量Ｂを貯湯タンク５に貯湯して給湯使用中の湯切れを回避できる。尚、変更算定出力Ｐ’がヒートポンプ熱源機２の上限出力を超える場合には上限出力で貯湯運転を行って、給湯予測時刻ｔ１における不足熱量を最小にして補助熱源機４の使用を極力抑える。

直線Ｌ２の傾きは変更算定出力Ｐ’であり、Ｐ’＝（Ｂ－Ａ’）／Ｒである（実施例１参照）。これによれば、予測外の出湯における出湯熱量が多い程時刻ｔ２における貯湯熱量Ａ’が小さくなるので、予測外の出湯熱量が多い程変更算定出力Ｐ’を大きく増加させる。また、予測外の出湯完了後の貯湯運転の残り時間Ｒが少ない程、変更算定出力Ｐ’を大きく増加させる。

一方、元の出力Ｐに相当する直線Ｌ１’の傾きは、Ｐ＝（Ｂ－Ａ’－Ｕ）／Ｒなので、直線Ｌ２の傾きは、Ｐ’＝Ｐ＋Ｕ／Ｒのようにも表すことができる。従って元の出力Ｐに対して少なくともＵ／Ｒだけ、即ち予測外の出湯における出湯熱量Ｕを貯湯運転の残り時間Ｒで除した値以上出力を増加させている（実施例２参照）。尚、出力を増加させた後の貯湯運転中に再度貯湯タンク５からの出湯があった場合にも、上記実施例と同様に出力を増加させて貯湯運転を継続させる。

以上のように、貯湯給湯装置１は、予測外の出湯によって不足する出湯熱量Ｕを貯湯運転の残り時間Ｒで補うことができるようにヒートポンプ熱源機２の出力を増加させて貯湯運転を行う。従って、給湯予測時刻ｔ１の前に予測熱量Ｂを貯湯タンク５に貯湯して、給湯使用中の湯切れを回避して補助熱源機４の使用機会を減らすことができるので、貯湯給湯装置１の運転効率を向上させることができる。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく上記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１：貯湯給湯装置
２：ヒートポンプ熱源機
５：貯湯タンク
７：制御部（制御手段）
２１：循環加熱回路
２２：循環ポンプ
３２：圧縮機
３３：凝縮熱交換器
３４：膨張弁
３５：蒸発熱交換器
３６：冷媒回路
３７：ヒートポンプ制御部

Claims

貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機と、補助熱源機と、給湯使用履歴に基づいて予測した将来の給湯使用の予測熱量を予測した給湯使用時刻の前に前記ヒートポンプ熱源機を駆動して前記貯湯タンクに貯湯する貯湯運転を制御する制御手段を備えた貯湯給湯装置において、
前記ヒートポンプ熱源機は所定の出力範囲内に出力を調整可能であり、
前記制御手段は、前記ヒートポンプ熱源機を前記出力範囲内の下限近傍の出力で駆動して貯湯運転を開始すると共に、この貯湯運転中に前記貯湯タンクから予測外の出湯があった場合には、前記ヒートポンプ熱源機の出力を前記出力範囲内で増加させて貯湯運転を継続すると共に、前記予測外の出湯における出湯熱量が多い程、前記ヒートポンプ熱源機の出力を大きく増加させることを特徴とする貯湯給湯装置。
前記制御手段は、前記予測外の出湯が完了した後の前記貯湯運転の残り時間が少ない程、前記ヒートポンプ熱源機の出力を大きく増加させることを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。
前記制御手段は、前記ヒートポンプ熱源機の出力を、前記予測外の出湯における出湯熱量を前記貯湯運転の残り時間で除した値以上増加させることを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。