JPWO2015033435A1 - 蓄熱システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、高温の熱を利用する用途に対する蓄熱量の枯渇と、中温の熱を利用する用途に対する蓄熱量の枯渇との双方を確実に回避しつつ、省エネルギーを図ることのできる蓄熱システムを提供することを目的とする。本発明の蓄熱システムは、タンク内の上側の第１領域の蓄熱を利用する第１熱利用経路と、タンク内の第１領域の下側の第２領域の蓄熱を主として利用する第２熱利用経路と、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足し且つ第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りると予測される場合に、タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して液体を加熱手段へ送る中部送り経路により液体を加熱手段へ送るとともに、加熱手段で加熱された液体をタンクの上部に接続された配管を通してタンク内へ戻す第１領域加熱運転を行う制御手段と、を備える。

Description

本発明は、蓄熱システムに関する。
高温の液体をタンクに貯えることにより蓄熱する蓄熱システムが広く用いられている。蓄熱システムの一種に、貯湯式給湯システムがある。貯湯式給湯システムは、瞬間式給湯システムと比べて、加熱手段の加熱能力が比較的小さい場合、あるいは加熱手段の起動時における能力の立ち上りが遅い場合に適用されるシステムである。貯湯式給湯システムは、給湯負荷の発生に対してタンクの湯が枯渇することのないように、事前に加熱手段により湯を生成し、タンクに溜めておく。そして、このタンクの湯を用いて給湯負荷を賄う。
また、貯湯式給湯システムは、湯栓から湯を直接放出するための給湯を行う機能のほかに、温度低下した浴槽の湯を、タンク内の高温の湯との熱交換により、昇温させる追焚き機能を持つものがある。このようなシステムでは、追焚きの熱負荷に対しても熱量不足にならないように、事前にタンクに蓄熱しておく必要がある。
特許文献１には、タンク内の温度分布に基づいて、給湯有効蓄熱量および追焚き有効蓄熱量を算出し、予測される給湯負荷および追焚き負荷と比較して不足する場合には、加熱手段を起動し、タンク下部の冷水を加熱手段に送って加熱し、その加熱した湯をタンク上部に戻すことにより、タンク内の蓄熱量を増加させる貯湯式給湯システムが開示されている。
日本特許第５１０６５６７号公報 日本特開２０１１−２１２１号公報
追焚きは、給湯に比べて、高温の熱を必要とする。このため、追焚きに有効な温度に達しない中温の蓄熱がタンク内にあっても、追焚きに使える蓄熱にはならない。従来の貯湯式給湯システムでは、追焚きに使える蓄熱量は不足するが給湯用の蓄熱量は足りるという場合に、追焚きに使える蓄熱量を増加するために加熱運転を行うと、追焚きに無効な給湯用の熱量まで不要に増加することになる。この点は、省エネルギーの観点から、改善の余地がある。
また、従来の貯湯式給湯システムでは、追焚きに使える蓄熱量を増加するために加熱運転を行った後に、追焚きより先に給湯が行われた場合には、本来は中温の蓄熱で賄える給湯負荷を高温の蓄熱で賄うことになる。この点においても、省エネルギーの観点から、改善の余地がある。また、同様の場合において、追焚き用の高温の蓄熱量が給湯によって減少することにより、追焚き用の蓄熱量が再び不足し易くなる。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高温の熱を利用する用途に対する蓄熱量の枯渇と、中温の熱を利用する用途に対する蓄熱量の枯渇との双方を確実に回避しつつ、省エネルギーを図ることのできる蓄熱システムを提供することを目的とする。
本発明に係る蓄熱システムは、上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して液体を貯留するタンクと、液体を加熱する加熱手段と、タンク内の上側の一部分である第１領域の蓄熱を利用する第１熱利用経路と、タンク内の第１領域より下側にある第２領域の蓄熱を主として利用する第２熱利用経路と、タンクの下部に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を加熱手段へ送る下部送り経路と、タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を加熱手段へ送る中部送り経路と、下部送り経路と中部送り経路とを切り替える送り経路切替手段と、加熱手段で加熱された液体を、タンクの上部に接続された配管を通して、タンク内へ戻す上部戻し経路と、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りるか不足するかを予測し、第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りるか不足するかを予測し、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足し且つ第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りると予測される場合には、中部送り経路により液体を加熱手段へ送るとともに加熱手段で加熱された液体を上部戻し経路によりタンク内へ戻す第１領域加熱運転を行う制御手段と、を備えるものである。
本発明に係る蓄熱システムによれば、タンク内の第１領域の蓄熱を利用する第１熱利用経路と、タンク内の第１領域の下側にある第２領域の蓄熱を利用する第２熱利用経路とを分け、第１領域の蓄熱量が不足し且つ第２領域の蓄熱量が足りると予測される場合には、第１領域加熱運転を行う。これにより、第２領域の蓄熱量を増加させず、第１領域の蓄熱量のみを増加させるので、省エネルギーとなる。また、高温が必要でない用途には、第２熱利用経路を用いることにより、第１熱利用経路で用いる高温の蓄熱量を低下させずに済むので、エクセルギー効率が向上し、また、第１熱利用経路で用いる高温の蓄熱量の枯渇を確実に回避することが可能となる。
本発明の実施の形態１の蓄熱システムである貯湯式給湯システムの構成図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける信号の流れを表すブロック図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける制御手段が追加の加熱運転を制御するときの処理を示すフローチャートである。 比較例の貯湯式給湯システムにおけるタンク内の高さ方向の温度分布を模式的に示す図である。 比較例の貯湯式給湯システムにおけるタンク内の高さ方向の温度分布を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯システムにおいて第１領域加熱運転を行った場合のタンク内の温度分布の変化を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯システムにおいて第２領域加熱運転を行った場合のタンク内の温度分布の変化を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯システムにおいて通常加熱運転を行った場合のタンク内の温度分布の変化を模式的に示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の蓄熱システムである貯湯式給湯システムの構成図である。図１に示すように、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１は、タンク１０、加熱手段１２、送水ポンプ３１、送水ポンプ３２、浴槽ポンプ３３、混合弁４１、混合弁４２、送り経路切替弁７１、戻し経路切替弁７２、追焚き熱交換器５、後述する配管類、および制御手段１００等を備えている。
タンク１０内には、上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して、湯水が貯留される。タンク１０内は、満水状態に維持される。タンク１０の容積は、特に限定されるものではないが、例えば３００Ｌ〜６００Ｌ程度が一般的である。タンク１０は、上から順に、上部、中間高さ部分、および下部を有する。タンク１０の下部には、下部送り配管３０１ａの一端と、給水配管３０２の一端とが接続されている。下部送り配管３０１ａの他端は、送り経路切替弁７１に接続されている。給水配管３０２の他端は、水道設備等の水源に接続されている。水源から供給される低温水は、給水配管３０２を通ってタンク１０内に流入する。給水配管３０２の途中には、減圧弁（図示省略）が設けられている。水源の圧力は、この減圧弁で所定圧力に減圧された上で、タンク１０内に作用する。
タンク１０の中間高さ部分には、中部配管３０８ｃの一端と、中温水配管３０３ｂの一端とが接続されている。中部配管３０８ｃの他端側は、中部送り配管３０８ａと、中部戻し配管３０８ｂとに分岐している。中部送り配管３０８ａは、送り経路切替弁７１に接続されている。中部戻し配管３０８ｂは、戻し経路切替弁７２に接続されている。中温水配管３０３ｂの他端は、混合弁４２に接続されている。中温水配管３０３ｂとタンク１０との接続位置の高さは、中部配管３０８ｃとタンク１０との接続位置の高さ以下が好ましい。あるいは、中温水配管３０３ｂとタンク１０との接続位置の高さが、中部配管３０８ｃとタンク１０との接続位置の高さより上でもよいが、その場合には、中部配管３０８ｃとタンク１０との接続位置の高さに近い高さであることが好ましい。本実施の形態１では、中部配管３０８ｃおよび中温水配管３０３ｂは、何れも、タンク１０の丁度半分の高さよりやや上側に接続されている。以下の説明では、便宜上、タンク１０から中部配管３０８ｃを通って取り出される湯およびタンク１０から中温水配管３０３ｂを通って取り出される湯を「中温水」と称する。
タンク１０の上部には、上部戻し配管３０１ｄの一端と、高温水配管３０３ａの一端と、追焚き送り配管３０７ａの一端と、追焚き戻し配管３０７ｂの一端とが接続されている。上部戻し配管３０１ｄの他端は、戻し経路切替弁７２に接続されている。高温水配管３０３ａの他端は、混合弁４２に接続されている。以下の説明では、便宜上、タンク１０から高温水配管３０３ａを通って取り出される湯を「高温水」と称し、タンク１０から追焚き送り配管３０７ａを通って取り出される湯を「熱源水」と称する。追焚き送り配管３０７ａの他端は、追焚き熱交換器５の熱源水入口に接続されている。追焚き戻し配管３０７ｂの他端は、追焚き熱交換器５の熱源水出口に接続されている。追焚き送り配管３０７ａに比べて低温の追焚き戻し配管３０７ｂの途中に、送水ポンプ３２が接続されている。
加熱手段１２は、水を加熱する機能を有する。加熱手段１２は、例えば、ヒートポンプすなわち冷凍サイクルを用いて構成される。ヒートポンプを用いる場合、低圧側の冷媒と熱交換する流体は、例えば、屋外の空気、地下水、太陽熱温水など、いかなるものでもよい。加熱手段１２は、加熱能力を可変に設定できることが望ましい。ヒートポンプを用いる場合には、例えばインバータ制御により圧縮機の回転速度を可変にすることにより、加熱能力を可変に設定できる。また、ヒートポンプに用いられる冷媒は、高温出湯に適したＣＯ２でもよいが、本発明に特徴的な運転において運転効率をより高めるために、冷媒の超臨界状態を用いない冷媒が望ましく、例えば、一般的なフロン系冷媒のほか、プロパン、イソブタンなどの冷媒が望ましい。以下の説明では、便宜上、加熱手段１２で加熱された湯を「加熱水」と称する。
送り経路切替弁７１と、加熱手段１２の入口とは、送り配管３０１ｂにより接続されている。後述する戻し配管３０１ｃに比べて低温の送り配管３０１ｂの途中に、送水ポンプ３１が接続されている。送り経路切替弁７１は、下部送り配管３０１ａと中部送り配管３０８ａとを、選択的に、送り配管３０１ｂに接続するように切り替えられる。図１は、送り経路切替弁７１が中部送り配管３０８ａを送り配管３０１ｂに接続する状態を示している。この状態で送水ポンプ３１を駆動すると、タンク１０から中部配管３０８ｃを通って中温水が取り出され、この中温水が中部送り配管３０８ａ、送り経路切替弁７１、および送り配管３０１ｂを通って加熱手段１２へ送られる。このような経路が中部送り経路に相当する。一方、送り経路切替弁７１が下部送り配管３０１ａを送り配管３０１ｂに接続する状態に切り替えて送水ポンプ３１を駆動すると、タンク１０から下部送り配管３０１ａを通って低温水が取り出され、この低温水が送り経路切替弁７１および送り配管３０１ｂを通って加熱手段１２へ送られる。このような経路が下部送り経路に相当する。送り経路切替弁７１は、下部送り経路と中部送り経路とを切り替える送り経路切替手段に相当する。
加熱手段１２の出口と、戻し経路切替弁７２とは、戻し配管３０１ｃにより接続されている。戻し経路切替弁７２は、上部戻し配管３０１ｄと中部戻し配管３０８ｂとを、選択的に、戻し配管３０１ｃに接続するように切り替えられる。図１は、戻し経路切替弁７２が上部戻し配管３０１ｄを戻し配管３０１ｃに接続する状態を示している。この状態で送水ポンプ３１を駆動すると、加熱手段１２で加熱された加熱水は、戻し配管３０１ｃ、戻し経路切替弁７２、および上部戻し配管３０１ｄを通って、タンク１０内へ戻される。このような経路が上部戻し経路に相当する。一方、戻し経路切替弁７２が中部戻し配管３０８ｂを戻し配管３０１ｃに接続する状態に切り替えて送水ポンプ３１を駆動すると、加熱手段１２で加熱された加熱水は、戻し配管３０１ｃ、戻し経路切替弁７２、中部戻し配管３０８ｂ、および中部配管３０８ｃを通って、タンク１０内へ戻される。このような経路が中部戻し経路に相当する。戻し経路切替弁７２は、上部戻し経路と中部戻し経路とを切り替える戻し経路切替手段に相当する。
混合弁４２には、給湯配管３０５ａの一端が更に接続されている。混合弁４２は、中温水配管３０３ｂから流入する中温水と、高温水配管３０３ａから流入する高温水とを混合し、その混合した湯を給湯配管３０５ａへ流出させる。混合弁４２は、中温水と高温水との混合比を調整可能である。また、混合弁４２は、高温水を混合せずに中温水のみを給湯配管３０５ａへ流出させること、および、中温水を混合せずに高温水のみを給湯配管３０５ａへ流出させることも可能である。
給湯配管３０５ａの他端は、混合弁４１に接続されている。混合弁４１には、給水配管３０２の減圧弁の下流側から分岐した給水分岐管３０４と、給湯配管３０５ｂの一端とが更に接続されている。給湯配管３０５ｂの他端は、シャワー等の湯栓および浴槽６に接続されている。混合弁４１は、給湯配管３０５ａから流入する湯と、給水分岐管３０４から流入する低温水との混合比を調整することにより、給湯温度を調節する。混合弁４１で温度調節された湯は、給湯配管３０５ｂを通って、シャワー等の湯栓から放出され、または浴槽６内へ放出されて溜められる。浴槽６には、入浴用の約４０℃の湯が溜められる。以下の説明では、便宜上、浴槽６に溜められた湯を「浴槽水」と称する。
浴槽水配管３０６ｂは、浴槽６から浴槽水を取り出し、その浴槽水を追焚き熱交換器５へ送る。追焚き熱交換器５は、タンク１０の上部から取り出される熱源水と浴槽６の湯を熱交換する。浴槽水配管３０６ａは、追焚き熱交換器５で昇温された浴槽水を浴槽６へ戻す。浴槽ポンプ３３は、浴槽水配管３０６ａに比べて低温の浴槽水配管３０６ｂの途中に接続されている。浴槽６を追焚きする運転を行う場合には、送水ポンプ３２および浴槽ポンプ３３を駆動する。これにより、タンク１０から取り出される高温の熱源水が追焚き送り配管３０７ａを通って追焚き熱交換器５に送られる。また、浴槽６から取り出される浴槽水が浴槽水配管３０６ｂを通って追焚き熱交換器５に送られる。追焚き熱交換器５では、熱源水と浴槽水とが熱交換する。熱源水は、浴槽水に熱を奪われることで温度低下し、追焚き戻し配管３０７ｂを通って、タンク１０内に戻される。浴槽水は、熱源水の熱を受け取ることで昇温し、浴槽水配管３０６ａを通って浴槽６内に戻される。
制御手段１００は、加熱手段１２、送水ポンプ３１、送水ポンプ３２、浴槽ポンプ３３、混合弁４１、混合弁４２、送り経路切替弁７１、および戻し経路切替弁７２の動作をそれぞれ制御する。また、タンク１０には、高さ方向に間隔をおいて、貯湯温度センサ５０１ａ〜５０１ｆが設けられている。図示の構成では、貯湯温度センサ５０１ａ〜５０１ｆの個数を６個としているが、タンク１０の内部の温度分布をより高精度に測定するのに充分な数の温度センサを設けるようにしてもよい。
戻し配管３０１ｃには、加熱手段１２にて加熱された加熱水の温度を検出する加熱温度センサ５０２が設けられている。給水配管３０２には、水源から供給される低温水の温度、すなわち給水温度を検出する給水温度センサ５０４が設けられている。タンク１０の上部には、タンク１０の上部から取り出される高温水および熱源水の温度を検出する高温水温度センサ５０３ａが設けられている。中温水配管３０３ｂとタンク１０との接続部分には、タンク１０から中温水配管３０３ｂへ取り出される中温水の温度を検出する中温水温度センサ５０３ｂが設けられている。給湯配管３０５ｂには、湯栓および浴槽６へ供給される湯の温度を検出する給湯温度センサ５０５が設けられている。浴槽水配管３０６ｂには、浴槽６から追焚き熱交換器５へ送られる浴槽水の温度を検出する浴槽水温度センサ５０６が設けられている。この浴槽水温度センサ５０６は、定期的に浴槽ポンプ３３を運転させることにより、浴槽６の温度を検出する手段としても利用可能である。追焚き戻し配管３０７ｂには、追焚き熱交換器５からタンク１０へ戻る熱源水の温度を検出する熱源水戻り温度センサ５０７が設けられている。なお、熱源水戻り温度を熱源水戻り温度センサ５０７で直接検出して求める構成に代えて、高温水温度センサ５０３ａで検出される熱交換前の熱源水の温度、浴槽水温度センサ５０６で検出される熱交換前の浴槽水の温度、送水ポンプ３２の回転速度、および浴槽ポンプ３３の回転速度などに基づき、熱源水戻り温度を推定によって求めてもよい。給湯配管３０５ｂには、湯栓および浴槽６へ供給される湯の量を検出する給湯流量センサ６０１が設けられている。
図２は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯システム１における信号の流れを表すブロック図である。図２に示すように、制御手段１００は、蓄熱量算出手段１０１、必要熱量予測手段１０４、加熱運転制御手段１０５、弁制御手段１０６、目標温度設定手段１０７、ポンプ制御手段１０８等を有する。
制御手段１００には、時刻検出手段であるタイマー７０１、貯湯温度センサ５０１ａ〜５０１ｆ、加熱温度センサ５０２、高温水温度センサ５０３ａ、中温水温度センサ５０３ｂ、給水温度センサ５０４、給湯温度センサ５０５、浴槽水温度センサ５０６、熱源水戻り温度センサ５０７、および給湯流量センサ６０１からの情報が入力される。制御手段１００は、入力されたこれらの情報に基づいて、加熱手段１２、送水ポンプ３１、送水ポンプ３２、浴槽ポンプ３３、混合弁４１、混合弁４２、送り経路切替弁７１、および戻し経路切替弁７２を制御する。また、制御手段１００は、例えば浴室または台所に設置されるリモコン装置などのユーザーインターフェース装置（図示省略）と相互に通信可能に接続される。
目標温度設定手段１０７は、ユーザーインターフェース装置に入力されるユーザーの指示などに基づいて、給湯配管３０５ｂから湯栓および浴槽６へ供給する湯の目標温度である目標給湯温度と、浴槽６を追焚きして昇温する際の目標温度である目標浴槽温度とを設定する。
蓄熱量算出手段１０１は、貯湯温度センサ５０１ａ〜５０１ｆで検出される温度分布情報に基づいて、タンク１０内の湯の有する蓄熱量の内で、湯栓および浴槽６への給湯に有効な蓄熱量である給湯有効蓄熱量を算出する。例えば、蓄熱量算出手段１０１は、熱エネルギーの基準温度を給水温度とし、タンク１０内の各部の貯湯温度と基準温度との差に水の密度と比熱とを乗じた値をタンク１０の容積に関して積分することにより、給湯有効蓄熱量を算出することができる。ここで、蓄熱量算出手段１０１は、タンク１０内の所定温度（例えば４５℃）以上の湯の領域のみに関して、給湯有効蓄熱量を算出しても良い。
また、蓄熱量算出手段１０１は、貯湯温度センサ５０１ａ〜５０１ｆで検出される温度分布情報と、目標温度設定手段１０７で設定された目標浴槽温度とに基づいて、タンク１０内の湯の有する蓄熱量の内で、追焚きに有効な蓄熱量である追焚き有効蓄熱量を算出する。追焚き運転において、追焚き熱交換器５に送られた高温の熱源水は、追焚き熱交換器５にて浴槽水に熱を奪われることで温度が低下した後、追焚き戻し配管３０７ｂを通ってタンク１０へ戻る。従って、タンク１０内の湯の有する熱エネルギーの内、追焚きに有効に利用される熱エネルギーは、貯湯温度から熱源水戻り温度を減算した部分である。このため、蓄熱量算出手段１０１は、熱エネルギーの基準温度を熱源水戻り温度とし、タンク１０内の各部の貯湯温度と熱源水戻り温度との差に水の密度と比熱とを乗じた値をタンク１０の容積に関して積分することにより、追焚き有効蓄熱量を算出することができる。ここで、熱源水戻り温度は、目標温度設定手段１０７で設定された目標浴槽温度と、浴槽水温度センサ５０６で検出される浴槽水温度とに基づいて、予測される。例えば、浴槽６の温度が目標浴槽温度で一定であると仮定し、これに追焚き熱交換器５の性能に依存した所定の温度差を加えることで、熱源水戻り温度を予測してもよい。また、浴槽６の温度が、現在の浴槽６の温度と目標浴槽温度との平均値で一定であると仮定し、これに上記所定の温度差を加えることで熱源水戻り温度を予測してもよい。
後述するように、本実施の形態１では、湯栓および浴槽６への給湯には、タンク１０と中温水配管３０３ｂとの接続位置より下側のタンク１０内の蓄熱量を利用する。また、浴槽６の追焚きには、タンク１０と中温水配管３０３ｂとの接続位置より上側のタンク１０内の蓄熱量を利用する。この点に鑑みて、蓄熱量算出手段１０１は、タンク１０と中温水配管３０３ｂとの接続位置より下側の領域にて給湯有効蓄熱量を算出し、タンク１０と中温水配管３０３ｂとの接続位置より上側の領域にて追焚き有効蓄熱量を算出するようにしてもよい。
必要熱量予測手段１０４は、タンク１０内の蓄熱量の枯渇を回避するために必要な蓄熱量を以下のようにして予測する。まず、必要熱量予測手段１０４は、給湯配管３０５ｂから湯栓および浴槽６へ給湯する負荷である給湯負荷に対して必要な蓄熱量である給湯必要蓄熱量を予測する。必要熱量予測手段１０４は、ユーザーの過去の給湯使用実績の情報、あるいは所定の設計値に基づいて、給湯必要蓄熱量を予測する。ユーザーの過去の給湯使用実績の情報に基づく場合には、例えば、タイマー７０１、給湯温度センサ５０５、および給湯流量センサ６０１からの情報に基づいて、時間帯ごとの給湯負荷実績を日々記憶して学習し、この学習した給湯負荷実績に対して、所定の加熱能力による加熱運転を同時に行う場合も考慮して、タンク１０内の蓄熱量の枯渇が発生しないように、必要熱量を予測する方法がある。ここで必要熱量は、所定の時間間隔における合計負荷から、その時間間隔において加熱手段１２で加熱可能な熱量を減算することによって求めることができる。また、所定の時間間隔の開始時刻および終了時刻として設定可能なすべての場合に対して必要熱量を算出し、その最大値をもって必要熱量を定める場合に、最も信頼性の高い必要熱量が求まる。また、所定の設計値に基づいて必要熱量を定める場合には、例えば、一般的に多量の給湯負荷が予測される時間帯（例えば１７時〜２３時）については必要熱量を大きく設計し（例えば４２℃換算で３００Ｌ）、それ以外の時間帯については必要熱量を小さく設計する（例えば４２℃で換算５０Ｌ）方法などがある。
また、必要熱量予測手段１０４は、ユーザーの過去の追焚き使用実績の情報、または現在の浴槽６の温度および湯量の状況、あるいはその両方の情報に基づいて、浴槽６を追焚きする負荷である追焚き負荷に対して必要な蓄熱量である追焚き必要蓄熱量を予測する。追焚き負荷は、浴槽６の温度を現時点の温度から目標浴槽温度まで上昇させるのに必要な熱量である。この追焚き負荷は、浴槽６の湯量（例えば２００Ｌ）に、目標浴槽温度（例えば４０℃）と現時点の浴槽６の温度（例えば３０℃）との差と、水の密度と、水の比熱とを乗じることで算出される。
ここで、浴槽６の湯量の値は、例えば、一般的な値（例えば２００Ｌ）を使用してもよいし、あるいは、ユーザーがユーザーインターフェース装置で設定する値を使用してもよい。また、浴槽６に湯を溜める際に給湯流量センサ６０１で検出される流量を積分することで浴槽６の湯量を求めてもよい。また、浴槽水配管３０６ａ，３０６ｂ内に、圧力センサなどによる水位検出手段を設け、この水位検出手段で検出される水位から浴槽６の湯量を求めてもよい。浴槽６の湯量と水位との関係は、浴槽６に湯を溜める際に、給湯流量センサ６０１で検出される湯量と水位との関係を初期学習してもよいし、浴槽６のサイズの情報を制御手段１００に入力するようにしてもよい。
また、過去の追焚き負荷を学習して記憶するシステムの場合は、その学習結果の過去所定期間内の最大値または平均値などに基づいて、当日の追焚き負荷を予測してもよい。ここで、追焚き負荷の学習は、浴槽６の湯量と、追焚き運転の開始時と終了時の温度差とに基づいて算出される値を用いて学習してもよい。または、浴槽水配管３０６ａ，３０６ｂを循環する流量と、追焚き熱交換器５の浴槽水の出口と入口との温度差とに基づいて算出される値を用いて学習してもよい。浴槽水配管３０６ａ，３０６ｂを循環する流量は、流量センサ（図示省略）を設けて検出してもよいし、あるいは、浴槽ポンプ３３への制御信号から間接的に求めても良い。
必要熱量予測手段１０４は、追焚き負荷そのものを追焚き必要蓄熱量としても良いし、あるいは、追焚き運転中に加熱手段１２が加熱可能な熱量を追焚き負荷から減算した値を追焚き必要蓄熱量としても良い。
加熱運転制御手段１０５は、予測される給湯負荷および追焚き負荷に対して、タンク１０内の蓄熱量が枯渇にいたることがないように、後述する加熱運転を制御する。
弁制御手段１０６は、給湯温度センサ５０５で検出される給湯温度が、目標温度設定手段１０７で設定された目標給湯温度に近づくように、混合弁４１の動作を制御する。また、弁制御手段１０６は、混合弁４２から混合弁４１へ送られる湯の温度が、目標給湯温度以上になるように、混合弁４２の動作を制御する。なお、図１の例では、中温水と高温水とを混合または択一した後に低温水と混合または択一する流路構成としているが、このような構成に限定されるものではない。中温水と低温水とを混合または択一した後に高温水と混合または択一する流路構成でもよいし、高温水と低温水とを混合または択一した後に中温水と混合または択一する流路構成でもよい。
また、弁制御手段１０６は、タンク１０から加熱手段１２へ送る水を、下部送り配管３０１ａから取り出すか、中部配管３０８ｃおよび中部送り配管３０８ａから取り出すかを、送り経路切替弁７１によって切り替える制御を行う。更に、弁制御手段１０６は、加熱手段１２からタンク１０へ戻る加熱水を、上部戻し配管３０１ｄからタンク１０内に流入させるか、中部戻し配管３０８ｂおよび中部配管３０８ｃからタンク１０内に流入させるかを、戻し経路切替弁７２によって切り替える制御を行う。
ポンプ制御手段１０８は、送水ポンプ３１、送水ポンプ３２、および浴槽ポンプ３３の回転速度をそれぞれ制御し、各ポンプによる循環量を調節する。
以上、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１の機器構成を説明した。次に、貯湯式給湯システム１の動作について説明する。
（通常加熱運転）
ここでは、送り経路切替弁７１は下部送り配管３０１ａ側に切り替えられ、戻し経路切替弁７２は上部戻し配管３０１ｄ側に切り替えられた状態での加熱運転について説明する。この状態における加熱運転は、従来の一般的な貯湯式給湯システムと同じである。後述する第１領域加熱運転および第２領域加熱運転と区別するための便宜上、この状態における加熱運転を「通常加熱運転」と称する。タンク１０の下部には、給水配管３０２から供給された低温水が溜められている。通常加熱運転では、この低温水が、送水ポンプ３１により、下部送り配管３０１ａおよび送り配管３０１ｂを通って加熱手段１２へ送られる。加熱手段１２は、水を加熱し、加熱水を生成する。この加熱水は、戻し配管３０１ｃおよび上部戻し配管３０１ｄを通って、タンク１０内の上部へ流入する。
（追焚き運転）
浴槽６を追焚きする追焚き運転の動作は、前述した通りである。追焚き運転は、ユーザーの操作により、強制的に開始される。また、浴槽６を自動で保温する設定がなされている場合には、定期的に浴槽ポンプ３３を駆動するとともに浴槽水温度センサ５０６により浴槽６の温度を検出し、その検出温度が目標浴槽温度に比べて所定量以上小さくなったときに自動的に追焚き運転が開始される。そして、浴槽水温度センサ５０６によって検出される浴槽６の温度が浴槽目標温度に比べて所定量以上大きくなったときに、追焚き運転が自動的に終了する。追焚き運転では、タンク１０の上部に接続された追焚き送り配管３０７ａから取り出された高温の熱源水が追焚き熱交換器５へ送られる。よって、追焚き運転では、タンク１０内の上側の一部分の蓄熱が利用されることとなる。以下の説明では、この追焚き運転で利用されるタンク１０内の上側の一部分を「第１領域」と称する。本実施の形態１では、追焚き送り配管３０７ａ、追焚き熱交換器５、追焚き戻し配管３０７ｂ、および送水ポンプ３２は、タンク１０内の第１領域の蓄熱を利用する第１熱利用経路に相当する。
（給湯動作）
湯栓および浴槽６へ湯を供給する給湯動作では、混合弁４２から混合弁４１へ送られる湯の温度が目標給湯温度以上になるように、混合弁４２での中温水と高温水との混合比が制御される。また、給湯温度センサ５０５で検出される給湯温度が目標給湯温度に近づくように、混合弁４１での湯と低温水との混合比が制御される。給湯動作では、高温水配管３０３ａを流れる高温水と中温水配管３０３ｂを流れる中温水との合計に等しい量の低温水が、給水配管３０２を通ってタンク１０内の下部に流入する。省エネルギーのために、給湯動作では、高温水配管３０３ａからの高温水をなるべく使用せず、中温水配管３０３ｂからの中温水を優先して供給することが望ましい。このため、弁制御手段１０６は、中温水温度センサ５０３ｂで検出される中温水の温度が目標給湯温度以上である場合には、高温水を混合せず、中温水のみが混合弁４１へ送られるように、混合弁４２を制御することが望ましい。また、中温水温度センサ５０３ｂで検出される中温水の温度が目標給湯温度より低い場合には、高温水配管３０３ａからの高温水を混合するが、高温水の混合比をなるべく抑制することが望ましい。
目標給湯温度は、ユーザーにより設定されるが、ほとんどの場合は４０〜４５℃程度である。中温水配管３０３ｂが接続されたタンク１０の中間高さ部分の内部の温度は、４５℃以上であることが多い。このため、給湯動作では、タンク１０から中温水配管３０３ｂを通って取り出される中温水が主に利用されることとなり、タンク１０から高温水配管３０３ａを通って取り出される高温水を利用する割合は小さい。タンク１０から中温水配管３０３ｂを通って取り出される中温水は、タンク１０内の、中温水配管３０３ｂとの接続位置から下の領域にある中温水である。以下の説明では、この領域を「第２領域」と称する。給湯動作では、第２領域の蓄熱が主として利用されることとなる。タンク１０と中温水配管３０３ｂとの接続位置は、第１熱利用経路が利用する第１領域より下にある。したがって、給湯動作で主に利用する第２領域は、第１熱利用経路が利用する第１領域より下側に存在する。本実施の形態１では、中温水配管３０３ｂ、高温水配管３０３ａ、混合弁４１，４２、給湯配管３０５ａ，３０５ｂ、および給水分岐管３０４は、タンク１０内の第２領域の蓄熱を主として利用する第２熱利用経路に相当する。
（深夜の加熱運転）
貯湯式給湯システム１は、深夜時間帯の安価な電気料金を活用すること、あるいは、ユーザー世帯が起床後に湯を使用することに備えることを目的として、深夜時間帯にタンク１０内に蓄熱する加熱運転を行う。この深夜の加熱運転は、通常加熱運転で行われる。深夜の加熱運転で生成する蓄熱量は、予測される一日の給湯負荷および追焚き負荷のすべてに対応する量としても良いし、省エネルギーとのバランスを考慮してその８割程度に減らしてもよい。また、レジオネラ菌を確実に殺菌できる範囲で比較的低い温度である６５℃程度で、タンク１０内の全体に蓄熱しても良い。また、電気料金が時間帯によらずに一律である場合には、省エネルギーを最優先するように、蓄熱量の枯渇を回避できる最低限の蓄熱量をタンク１０内に生成するだけでも良い。また、レジオネラ菌の殺菌は毎日でなくても良いので、５５℃程度でタンク１０内の全体に蓄熱しても良い。
（追加の加熱運転）
予測される一日の給湯負荷および追焚き負荷のすべてに対応する蓄熱量を深夜の加熱運転で生成しない場合には、昼間の時間帯に、追加の加熱運転を行う必要がある。また、予測される一日の給湯負荷および追焚き負荷のすべてに対応する蓄熱量を深夜の加熱運転で生成した場合であっても、昼間時間帯の給湯負荷または追焚き負荷が予測より多かった場合には、追加の加熱運転が必要になることもある。また、タンク１０内に残った湯が長時間経過した場合、放熱により温度低下することで蓄熱量が減少する結果、追加の加熱運転が必要になる場合もある。
本実施の形態１では、追加の加熱運転を行う場合、上述した通常加熱運転以外に、以下に説明する第１領域加熱運転および第２領域加熱運転を行うことができる。
（第１領域加熱運転）
第１領域加熱運転では、送り経路切替弁７１は中部送り配管３０８ａ側に切り替えられ、戻し経路切替弁７２は上部戻し配管３０１ｄ側に切り替えられる。この状態で、送水ポンプ３１および加熱手段１２が運転される。これにより、タンク１０から中部配管３０８ｃを通って中温水が取り出され、この中温水が中部送り配管３０８ａ、送り経路切替弁７１、および送り配管３０１ｂを通って加熱手段１２へ送られる。加熱手段１２は、この中温水を加熱し、加熱水を生成する。この加熱水は、戻し配管３０１ｃ、戻し経路切替弁７２、および上部戻し配管３０１ｄを通って、タンク１０内へ流入する。
（第２領域加熱運転）
第２領域加熱運転では、送り経路切替弁７１は下部送り配管３０１ａ側に切り替えられ、戻し経路切替弁７２は中部戻し配管３０８ｂ側に切り替えられる。この状態で、送水ポンプ３１および加熱手段１２が運転される。これにより、タンク１０から下部送り配管３０１ａを通って低温水が取り出され、この低温水が送り経路切替弁７１および送り配管３０１ｂを通って加熱手段１２へ送られる。加熱手段１２は、この低温水を加熱し、加熱水を生成する。この加熱水は、戻し配管３０１ｃ、戻し経路切替弁７２、中部戻し配管３０８ｂ、および中部配管３０８ｃを通って、タンク１０内へ流入する。
図３は、本実施の形態１において制御手段１００が追加の加熱運転を制御するときの処理を示すフローチャートである。図３のステップＳ１で、制御手段１００は、まず、給湯有効蓄熱量が足りるか不足するかを予測する。このステップＳ１では、蓄熱量算出手段１０１により算出される給湯有効蓄熱量と、必要熱量予測手段１０４により予測される給湯必要蓄熱量とを比較する。その結果、給湯有効蓄熱量が給湯必要蓄熱量以上である場合には、給湯有効蓄熱量は足りると予測される。この場合にはステップＳ２へ進む。一方、給湯有効蓄熱量が給湯必要蓄熱量未満である場合には、給湯有効蓄熱量は不足すると予測される。この場合にはステップＳ３へ進む。なお、ステップＳ１で給湯有効蓄熱量が足りるか不足するかを予測することは、第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りるか不足するかを予測することに相当する。
ステップＳ２では、追焚き有効蓄熱量が足りるか不足するかを予測する。このステップＳ２では、蓄熱量算出手段１０１により算出される追焚き有効蓄熱量と、必要熱量予測手段１０４により予測される追焚き必要蓄熱量とを比較する。その結果、追焚き有効蓄熱量が追焚き必要蓄熱量以上である場合には、追焚き有効蓄熱量は足りると予測される。この場合には、給湯有効蓄熱量と追焚き有効蓄熱量との双方が足りているため、加熱運転を行う必要はないので、本フローチャートの処理を終了する。一方、ステップＳ２で追焚き有効蓄熱量が追焚き必要蓄熱量未満である場合には、追焚き有効蓄熱量は不足すると予測される。この場合には、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、第１領域加熱運転を実行する。このように、給湯有効蓄熱量は足りるが追焚き有効蓄熱量が不足する場合には、第１領域加熱運転を行う。
また、ステップＳ３では、ステップＳ２と同様にして、追焚き有効蓄熱量が足りるか不足するかを予測する。その結果、追焚き有効蓄熱量が足りると予測された場合には、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、第２領域加熱運転を実行する。このように、追焚き有効蓄熱量は足りるが給湯有効蓄熱量が不足する場合には、第２領域加熱運転を行う。一方、ステップＳ３で追焚き有効蓄熱量が不足すると予測された場合には、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、通常加熱運転を実行する。このように、給湯有効蓄熱量と追焚き有効蓄熱量との双方が不足する場合には、通常加熱運転を実行する。なお、ステップＳ２，Ｓ３で追焚き有効蓄熱量が足りるか不足するかを予測することは、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りるか不足するかを予測することに相当する。
次に、本実施の形態１の効果を理解し易くするため、まず、比較例について説明する。なお、以下では、説明を簡単にするため、タンク１０内の温度分布を実際よりも単純化して説明する。
図４および図５は、比較例である従来の貯湯式給湯システムにおけるタンク１０内の高さ方向の温度分布を模式的に示す図である。図４および図５中の横軸は、タンク１０内の温度を表す。図４および図５中のタンク１０に描かれた太い線は、タンク１０内の高さ方向の温度分布を示す。図４に示すように、比較例の貯湯式給湯システムでは、タンク１０の上部に上部配管４０１が接続されている。湯栓および浴槽６へ給湯するための湯と、浴槽６の追焚きを行うための熱源水としての湯は、何れも、上部配管４０１を通ってタンク１０から取り出される。図５は、図４に示す状態から加熱運転を行った後の状態を示している。図５に示すように、比較例の貯湯式給湯システムでは、タンク１０の下部と加熱手段１２の入口とが下部配管４０２により接続され、加熱手段１２の出口とタンク１０の上部とが上部配管４０３により接続されている。比較例の貯湯式給湯システムの加熱運転は、１種類のみである。すなわち、比較例の貯湯式給湯システムの加熱運転では、タンク１０から下部配管４０２を通って取り出された低温水が加熱手段１２へ送られ、加熱手段１２で加熱された加熱水が上部配管４０３からタンク１０内に流入する。
給水配管３０２の給水温度は、外気温等に応じて変化する。以下の説明では、給水温度をα℃とする。図４は、タンク１０内のほぼ上半分に５０℃の湯があり、タンク１０内のほぼ下半分には給水配管３０２から流入した給水温度α℃の低温水がある状態を表している。このような状態は、例えば、タンク１０内に残った湯が長時間経過することにより、放熱して温度低下した状態に相当する。図４の状態では、タンク１０内に５０℃の湯が１００Ｌ以上残っている。このような場合、給湯負荷に関しては、例えば、一般的な一人分のシャワーを充分まかなうことができる。したがって、図４の状態で、この時点以降に発生すると予測される給湯負荷が、一人分のシャワーの量と同程度であれば、給湯負荷に対する蓄熱量は十分に足りる。しかしながら、図４の状態で、この時点以降に追焚き負荷が発生すると予測される場合、追焚き負荷に対する蓄熱量は不足する場合がある。前述したように、タンク１０内の湯の有する熱エネルギーの内、追焚きに有効に利用できる熱エネルギーは、貯湯温度から熱源水戻り温度を減算した部分である。熱源水戻り温度は、浴槽６の温度より高くなる。ここでは、熱源水戻り温度を４５℃とする。そうすると、図４の状態では、貯湯温度５０℃と熱源水戻り温度４５℃との差の５℃の分の熱エネルギーしか、追焚きに利用できない。このため、追焚き熱交換器５でロスがあること、および追焚きを合理的な時間内に完了することも考慮すると、図４の蓄熱量では、追焚き負荷に対応することは困難である。
以上説明した場合のように、給湯負荷に対する蓄熱量は足りているが追焚き負荷に対する蓄熱量が不足しているという状況があり得る。このような場合には、追焚き負荷の発生に備えて、加熱運転を行う必要がある。図４の状態から加熱運転を行うと、図５に示す状態となる。この例の加熱運転では、タンク１０の下部から取り出されたα℃の低温水が加熱手段１２で加熱され、６５℃の加熱水となり、タンク１０の上部に戻されたものとする。このため、図５の状態では、タンク１０内の上部に６５℃の湯が生成している。この６５℃の湯によって、追焚き負荷をまかなうことが可能となる。一方、タンク１０内の５０℃の領域は、加熱運転で循環した水の量に相当する分だけ、下方に移動する。
上述した比較例の貯湯式給湯システムの場合、次の（１）および（２）の課題がある。
（１）加熱手段１２では、α℃の低温水を６５℃まで加熱している。このため、（６５−α）℃に相当する熱エネルギーを加えている。しかしながら、追焚きに有効に利用できる熱エネルギーは、貯湯温度から熱源水戻り温度を減算した部分であるので、（６５−４５）℃の部分しかない。したがって、追焚き負荷に対応するために加熱運転で加えた熱エネルギーのうち、図５中にＡで示す範囲の熱エネルギーは、追焚きに利用することができず、無効になる。その結果、エネルギー効率が悪くなる。
（２）図５の状態から、追焚きより先に給湯が行われた場合には、追焚きのために貯えた６５℃の湯が上部配管４０１を通ってタンク１０から取り出されてしまう。このため、追焚き負荷に対応可能な高温の蓄熱量が減少してしまい、追焚き負荷に対する蓄熱量が再び不足するおそれがある。また、タンク１０内にある５０℃の中温の湯で給湯をまかなえるにもかかわらず、６５℃の高温の湯が消費されてしまうので、５０℃の中温の湯が利用されずに残存し、エネルギー効率が悪くなる。
これに対し、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１によれば、上記（１）および（２）の課題を以下のようにして解決することができる。図３のフローチャートに基づいて説明したように、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１では、給湯有効蓄熱量は足りるが追焚き有効蓄熱量が不足すると予測された場合には、第１領域加熱運転を行う。図６は、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１において、図４と同様の蓄熱状態から第１領域加熱運転を行った場合のタンク１０内の温度分布の変化を模式的に示す図である。図６中のタンク１０に描かれた太い実線は第１領域加熱運転を行う前の温度分布を示し、太い破線は第１領域加熱運転を行った後の温度分布を示す。
図６に示す例の第１領域加熱運転では、タンク１０から中部配管３０８ｃを通って取り出された５０℃の中温水が加熱手段１２で加熱され、６５℃の加熱水となり、上部戻し配管３０１ｄを通ってタンク１０内へ戻されるものとする。このため、タンク１０内に上部から６５℃の湯が生成していくので、タンク１０内の第１領域の蓄熱量が増加する。この第１領域加熱運転で加えた熱エネルギーは、図６中のＢで示すように、（６５−５０）℃の部分に相当する。したがって、この第１領域加熱運転で加えた熱エネルギーは、すべて有効に、追焚きに利用することができる。このように、第１領域加熱運転によれば、追焚きに利用できない無効な熱量を生成することがなく、追焚きに利用できる有効な熱量のみを生成できる。このようにして、上記（１）の課題を解決することができ、省エネルギーが図れる。
図６の第１領域加熱運転後の状態から、追焚きより先に給湯が行われた場合には、タンク１０内の５０℃の中温水が中温水配管３０３ｂを通って外部へ供給される。したがって、第１領域加熱運転後に、追焚きより先に給湯が行われた場合にも、追焚きのために貯えた６５℃の高温の湯が消費されることがないので、高温の需要である追焚きに利用するための蓄熱量が再び不足におちいることを確実に防止することができる。また、中温の需要である給湯に対して、６５℃の高温の湯を消費することを回避し、タンク１０内に残っている５０℃の中温水を有効に利用できる。このため、エクセルギー効率が向上し、省エネルギーとなる。このようにして、上記（２）の課題を解決することができる。
更に、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１では、追焚き有効蓄熱量は足りるが給湯有効蓄熱量が不足すると予測された場合には、第２領域加熱運転を行う。これにより、以下のような効果が得られる。以下の説明では、まず、図４と同様の蓄熱状態において、この時点以降に、追焚き負荷が発生しないと予測され且つ多くの給湯負荷が発生すると予測されることにより、追焚き有効蓄熱量は足りるが給湯有効蓄熱量が不足すると予測されたものとする。その結果、図４と同様の蓄熱状態から、第２領域加熱運転が行われたものとする。図７は、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１において、図４と同様の蓄熱状態から第２領域加熱運転を行った場合のタンク１０内の温度分布の変化を模式的に示す図である。図７中のタンク１０に描かれた太い実線は第２領域加熱運転を行う前の温度分布を示し、太い破線は第２領域加熱運転を行った後の温度分布を示す。
図７に示す例の第２領域加熱運転では、タンク１０から下部送り配管３０１ａを通って取り出されたα℃の低温水が加熱手段１２で加熱され、５０℃の加熱水となり、中部配管３０８ｃを通ってタンク１０内へ戻されるものとする。このため、タンク１０内の５０℃の領域が下方へ拡大し、タンク１０内の第２領域の蓄熱量が増加する。図７中のＣで示す範囲が、第２領域加熱運転で加えた熱エネルギーに相当する。このように、本実施の形態１では、追焚き有効蓄熱量は足りるが給湯有効蓄熱量が不足する場合には、第２領域加熱運転を行うことより、給湯動作で利用する第２領域の蓄熱量を重点的に増加させることができる。このため、第２領域加熱運転で加えた熱エネルギーを無駄なく給湯に利用することができるので、エネルギー効率が向上する。
また、上記の例において、第１領域加熱運転での加熱温度は６５℃であるが、第２領域加熱運転での加熱温度は５０℃としている。一般に、給湯で必要とされる貯湯温度は、追焚きに必要な貯湯温度に比べて低いので、第２領域加熱運転で生成する湯はそれほど高温である必要はない。そして、加熱温度が低いほど、加熱運転のエネルギー効率は高くなる。このため、上記の例のように、第２領域加熱運転での加熱温度を、第１領域加熱運転での加熱温度より低くすることが望ましい。これにより、第２領域加熱運転のエネルギー効率が向上し、更に省エネルギーが図れる。
また、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１では、追焚き有効蓄熱量と給湯有効蓄熱量との双方が不足すると予測された場合には、通常加熱運転を行う。以下の説明では、図４と同様の蓄熱状態から、通常加熱運転が行われたものとする。図８は、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１において、図４と同様の蓄熱状態から通常加熱運転を行った場合のタンク１０内の温度分布の変化を模式的に示す図である。図８中のタンク１０に描かれた太い実線は通常加熱運転を行う前の温度分布を示し、太い破線は通常加熱運転を行った後の温度分布を示す。
図８に示す例の通常加熱運転では、タンク１０から下部送り配管３０１ａを通って取り出されたα℃の低温水が加熱手段１２で加熱され、６５℃の加熱水となり、上部戻し配管３０１ｄを通ってタンク１０内へ戻されるものとする。このため、タンク１０内に上部から６５℃の湯が生成していくので、タンク１０内の第１領域の蓄熱量が増加する。図８中のＤで示す範囲が、第１領域の蓄熱量が増加した部分に相当する。また、タンク１０内の５０℃の領域は、この通常加熱運転で循環した水の量に相当する分だけ、下方に移動する。これにより、タンク１０内の第２領域の蓄熱量が増加する。図８中のＥで示す範囲が、第２領域の蓄熱量が増加した部分に相当する。このように、本実施の形態１では、追焚き有効蓄熱量と給湯有効蓄熱量との双方が不足する場合には、通常加熱運転を行うことにより、第１領域の蓄熱量と第２領域の蓄熱量との双方を同時に増加させることができる。このため、追焚き負荷に対する蓄熱量と、給湯負荷に対する蓄熱量との双方を同時に増加させることができるので、両者の不足を同時に解消することができる。
加熱手段１２がヒートポンプである場合には、ヒートポンプに用いられる冷媒は、高圧側冷媒の圧力が臨界圧力未満になるものが好ましく、例えば、一般的なフロン系冷媒のほか、プロパン、イソブタンなどが好ましい。このような冷媒を用いることにより、高圧側の圧力が臨界圧力を超えるＣＯ２のような冷媒を用いる場合に比べて、第１領域加熱運転の効率が向上するので、全体としてのエネルギー効率を更に向上することができる。
（最低蓄熱量を確保する加熱運転）
一日に予測される給湯負荷および追焚き負荷に対応する蓄熱を終えた後は、理想的には、加熱運転を行わなくても、蓄熱量が枯渇することはない。ただし、ユーザーの利用量が予測を超える場合にも蓄熱量の枯渇を確実に防止するために、次のようにして、所定の最低蓄熱量を確保するための加熱運転を行うようにしてもよい。最低蓄熱量は、例えば、４２℃で５０Ｌの給湯が可能な蓄熱量、あるいは湯量が１８０Ｌの浴槽６を３℃昇温する追焚きが可能な蓄熱量などとすることができる。制御手段１００は、タンク１０内の蓄熱量が最低蓄熱量を下回った場合に、最低蓄熱量を確保するための通常加熱運転を開始し、タンク１０内の蓄熱量が最低蓄熱量以上まで回復した後、この通常加熱運転を終了する。
本実施の形態１では、中部配管３０８ｃが、中部送り経路と、中部戻し経路とに共用になっている。このため、中部送り経路とタンク１０との接続部と、中部戻し経路とタンク１０との接続部とを別々に設ける必要がなく、両者を共通化できるので、構造が簡単になり、コストが低減する。ただし、本発明では、中部送り経路とタンク１０との接続部と、中部戻し経路とタンク１０との接続部とを別々に設けるようにしてもよい。
以上説明した本実施の形態１では、本発明の蓄熱システムを貯湯式給湯システムに適用した例について説明したが、本発明は、貯湯式給湯システムに限らず、例えば暖房用の蓄熱システムなどにも適用可能である。また、本実施の形態１では、タンク１０に貯留する液体が水である例について説明したが、本発明は、例えば不凍液などの水以外の液体を熱媒体としてタンク内に貯留する蓄熱システムにも適用可能である。また、本実施の形態１では、追焚き熱交換器５がタンク１０の外部にある例について説明したが、本発明では、第１熱利用経路の熱交換器がタンク内に設置されていてもよい。また、本実施の形態１では、追焚き熱交換器５で加熱する対象物質が浴槽水である例について説明したが、本発明では、第１熱利用経路の熱交換器で加熱する対象物質は、浴槽水に限定されるものではなく、例えば、暖房用循環液などでもよい。また、第１熱利用経路は、熱交換器を利用するものに限らず、タンク内の液体を外部へ供給するものでもよい。また、本実施の形態１では、第２熱利用経路がタンク１０内の湯を外部へ供給するように構成されている例について説明したが、本発明では、第２熱利用経路は、タンク内の液体と対象物質とを熱交換する熱交換器を備えたものでもよい。また、本実施の形態１では、加熱手段１２がヒートポンプを用いるものであるものとしたが、本発明における加熱手段は、ヒートポンプに限定されるものではなく、電気ヒータ、ボイラ、太陽熱集熱器などでもよい。
１ 貯湯式給湯システム、５ 追焚き熱交換器、６ 浴槽、１０ タンク、１２ 加熱手段、３１，３２ 送水ポンプ、３３ 浴槽ポンプ、４１，４２ 混合弁、７１ 送り経路切替弁、７２ 戻し経路切替弁、１００ 制御手段、１０１ 蓄熱量算出手段、１０４ 必要熱量予測手段、１０５ 加熱運転制御手段、１０６ 弁制御手段、１０７ 目標温度設定手段、１０８ ポンプ制御手段、３０１ａ 下部送り配管、３０１ｂ 送り配管、３０１ｃ 戻し配管、３０１ｄ 上部戻し配管、３０２ 給水配管、３０３ａ 高温水配管、３０３ｂ 中温水配管、３０４ 給水分岐管、３０５ａ，３０５ｂ 給湯配管、３０６ａ，３０６ｂ 浴槽水配管、３０７ａ 追焚き送り配管、３０７ｂ 追焚き戻し配管、３０８ａ 中部送り配管、３０８ｂ 中部戻し配管、３０８ｃ 中部配管、４０１，４０３ 上部配管、４０２ 下部配管、５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ，５０１ｄ，５０１ｅ，５０１ｆ 貯湯温度センサ、５０２ 加熱温度センサ、５０３ａ 高温水温度センサ、５０３ｂ 中温水温度センサ、５０４ 給水温度センサ、５０５ 給湯温度センサ、５０６ 浴槽水温度センサ、５０７ 熱源水戻り温度センサ、６０１ 給湯流量センサ、７０１ タイマー
本発明に係る蓄熱システムは、上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して液体を貯留するタンクと、液体を加熱する加熱手段と、タンク内の上側の一部分である第１領域の蓄熱を利用する第１熱利用経路と、タンク内の第１領域より下側にある第２領域の蓄熱を主として利用する第２熱利用経路と、タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を加熱手段へ送る中部送り経路と、加熱手段で加熱された液体を、タンクの上部に接続された配管を通して、タンク内へ戻す上部戻し経路と、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量に基づいて、中部送り経路により液体を加熱手段へ送るとともに加熱手段で加熱された液体を上部戻し経路によりタンク内へ戻す第１領域加熱運転を行う制御手段と、を備えるものである。
本発明に係る蓄熱システムは、上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して液体を貯留するタンクと、液体を加熱する加熱手段と、タンク内の上側の一部分である第１領域の蓄熱を利用する第１熱利用経路と、タンク内の第１領域より下側にある第２領域の蓄熱を主として利用する第２熱利用経路と、タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を加熱手段へ送る中部送り経路と、加熱手段で加熱された液体を、タンクの上部に接続された配管を通して、タンク内へ戻す上部戻し経路と、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量に基づいて、中部送り経路により液体を加熱手段へ送るとともに加熱手段で加熱された液体を上部戻し経路によりタンク内へ戻す第１領域加熱運転を行う制御手段と、を備え、制御手段は、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りるか不足するかを予測し、第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りるか不足するかを予測し、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足し且つ第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りると予測される場合には、第１領域加熱運転を行うものである。
また、本発明に係る蓄熱システムは、上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して液体を貯留するタンクと、液体を加熱する加熱手段と、タンク内の上側の一部分である第１領域の蓄熱を利用する第１熱利用経路と、タンク内の第１領域より下側にある第２領域の蓄熱を主として利用する第２熱利用経路と、タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を加熱手段へ送る中部送り経路と、加熱手段で加熱された液体を、タンクの上部に接続された配管を通して、タンク内へ戻す上部戻し経路と、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量に基づいて、中部送り経路により液体を加熱手段へ送るとともに加熱手段で加熱された液体を上部戻し経路によりタンク内へ戻す第１領域加熱運転を行う制御手段と、タンクの下部に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を加熱手段へ送る下部送り経路と、下部送り経路と中部送り経路とを切り替える送り経路切替手段と、加熱手段で加熱された液体を、タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して、タンク内へ戻す中部戻し経路と、上部戻し経路と中部戻し経路とを切り替える戻し経路切替手段と、を備え、制御手段は、第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足し且つ第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りると予測される場合には、下部送り経路により液体を加熱手段へ送るとともに加熱手段で加熱された液体を中部戻し経路によりタンク内へ戻す第２領域加熱運転を行うものである。
また、本発明に係る蓄熱システムは、上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して液体を貯留するタンクと、液体を加熱する加熱手段と、タンク内の上側の一部分である第１領域の蓄熱を利用する第１熱利用経路と、タンク内の第１領域より下側にある第２領域の蓄熱を主として利用する第２熱利用経路と、タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を加熱手段へ送る中部送り経路と、加熱手段で加熱された液体を、タンクの上部に接続された配管を通して、タンク内へ戻す上部戻し経路と、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量に基づいて、中部送り経路により液体を加熱手段へ送るとともに加熱手段で加熱された液体を上部戻し経路によりタンク内へ戻す第１領域加熱運転を行う制御手段と、タンクの下部に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を加熱手段へ送る下部送り経路と、下部送り経路と中部送り経路とを切り替える送り経路切替手段と、を備え、制御手段は、第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足し且つ第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足すると予測される場合には、下部送り経路により液体を加熱手段へ送るとともに加熱手段で加熱された液体を上部戻し経路によりタンク内へ戻す加熱運転を行うものである。

Claims (9)

  1. 上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して液体を貯留するタンクと、
    液体を加熱する加熱手段と、
    前記タンク内の上側の一部分である第１領域の蓄熱を利用する第１熱利用経路と、
    前記タンク内の前記第１領域より下側にある第２領域の蓄熱を主として利用する第２熱利用経路と、
    前記タンクの下部に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を前記加熱手段へ送る下部送り経路と、
    前記タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を前記加熱手段へ送る中部送り経路と、
    前記下部送り経路と前記中部送り経路とを切り替える送り経路切替手段と、
    前記加熱手段で加熱された液体を、前記タンクの上部に接続された配管を通して、前記タンク内へ戻す上部戻し経路と、
    前記第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りるか不足するかを予測し、前記第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りるか不足するかを予測し、前記第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足し且つ前記第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りると予測される場合には、前記中部送り経路により液体を前記加熱手段へ送るとともに前記加熱手段で加熱された液体を前記上部戻し経路により前記タンク内へ戻す第１領域加熱運転を行う制御手段と、
    を備える蓄熱システム。
  2. 前記加熱手段で加熱された液体を、前記タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して、前記タンク内へ戻す中部戻し経路と、
    前記上部戻し経路と前記中部戻し経路とを切り替える戻し経路切替手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足し且つ前記第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が足りると予測される場合には、前記下部送り経路により液体を前記加熱手段へ送るとともに前記加熱手段で加熱された液体を前記中部戻し経路により前記タンク内へ戻す第２領域加熱運転を行う請求項１記載の蓄熱システム。
  3. 前記第２領域加熱運転での前記加熱手段による加熱温度が、前記第１領域加熱運転での前記加熱手段による加熱温度より低い請求項２記載の蓄熱システム。
  4. 前記中部送り経路の前記配管と、前記中部戻し経路の前記配管とが共用である請求項２または３記載の蓄熱システム。
  5. 前記制御手段は、前記第１熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足し且つ前記第２熱利用経路の需要に対する蓄熱量が不足すると予測される場合には、前記下部送り経路により液体を前記加熱手段へ送るとともに前記加熱手段で加熱された液体を前記上部戻し経路により前記タンク内へ戻す加熱運転を行う請求項１乃至４の何れか１項記載の蓄熱システム。
  6. 前記第１熱利用経路は、前記第１領域の液体の熱により対象物質を加熱する熱交換器を備える請求項１乃至５の何れか１項記載の蓄熱システム。
  7. 前記第２熱利用経路は、前記タンクの中間高さ部分に接続された配管を通して液体を取り出し、該液体を外部へ供給する経路を有する請求項１乃至６の何れか１項記載の蓄熱システム。
  8. 前記加熱手段は、ヒートポンプであり、該ヒートポンプの高圧側の冷媒圧力が臨界圧力未満である請求項１乃至７の何れか１項記載の蓄熱システム。
  9. 前記液体が水であり、貯湯式給湯システムとして用いられる請求項１乃至８の何れか１項記載の蓄熱システム。
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