JP6628643B2 - 給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、加熱源として、貯湯タンク内の水を沸き上げるヒートポンプと瞬間加熱式の補助熱源機とを備えたハイブリッド方式の給湯システムに関する。

従来、貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプと、貯湯タンクに接続された出湯管を流通する湯水を加熱する瞬間加熱式の補助熱源機とを備えたいわゆるハイブリッド方式の給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された給湯システムにおいては、１日（０時〜２４時）単位の過去の湯の使用状況に基づいて、貯湯タンク内の水の沸き上げをこれから行う当日における、最初の湯の供給が開始される時刻（給湯開始時刻）、浴槽への湯張りが開始される時刻（湯張り開始時刻）、及び最後の湯の供給が終了する時刻（給湯終了時刻）を想定している。

そして、このようにして想定した給湯開始時刻及び湯張り開始時刻に貯湯タンク内の水の沸き上げが終了するように、ヒートポンプによる貯湯タンク内の水の加熱を開始すると共に、給湯終了時刻よりも所定時間前の時刻以降はヒートポンプを停止させている。

特開２０１３−２２４７６２号公報

特許文献１に記載された給湯システムによれば、過去の湯の使用状況に基づく比較的簡単な制御方法によって、貯湯タンク内の水を適切なタイミングで沸き上げて給湯を行うことが期待できるが、ハイブリッド方式の給湯システムにおいては、ヒートポンプ及び補助熱源機の組合せによって、よりランニングコストが低い給湯を行うことが望まれている。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、ヒートポンプ及び補助熱源機の組合せによって、よりランニングコストが低い給湯を行うことができる給湯システムを提供することを目的とする。

本発明の給湯システムは、
下部に給水管が接続されると共に上部に出湯管が接続され、前記給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
前記貯湯タンクの下部に貯まった湯水を、前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
前記タンク循環路を流通する湯水を加熱するヒートポンプと、
前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通を検出する水量センサと、
前記出湯管から供給される湯水の温度を検出する出湯温度センサと、
前記出湯管を流通する湯水を加熱する瞬間加熱式の補助熱源機と、
前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出され、且つ、前記出湯温度センサの検出温度が所定の目標給湯温度よりも低いときに、前記補助熱源機を作動させる補助熱源機制御部と、
当日の湯の使用が開始される想定時刻である給湯開始想定時刻を設定する給湯開始想定時刻設定部と、
前記給湯開始想定時刻よりも第１所定時間前に、前記タンク循環ポンプを作動させると共に、前記ヒートポンプを第１能力で作動させて、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する第１沸き上げ運転を開始し、該第１沸き上げ運転の実行中に、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときには、前記タンク循環ポンプを作動させると共に、前記ヒートポンプを前記第１能力よりも前記タンク循環路を流通する湯水に対する加熱量が多い第２能力で作動させる第２沸き上げ運転に切り替える沸き上げ制御部とを備え、
前記沸き上げ制御部は、前記第１沸き上げ運転の実行中であって、前記第１沸き上げ運転の開始から第３所定時間以内に、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときに限定して、前記第２沸き上げ運転への切り替えを行い、前記第１沸き上げ運転の開始から前記第３所定時間が経過した後に、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときには、前記第２沸き上げ運転への切り替えを行わずに、前記第１沸き上げ運転を継続することを特徴とする。

かかる本発明の給湯システムにおいては、貯湯タンク内の湯水がヒートポンプにより加熱されて沸き上げられ、貯湯タンクの湯切れが生じても補助熱源機の作動によって出湯管からの給湯を継続することができる。

また、給湯開始想定時刻設定部により、当日の湯の使用が開始される時刻である給湯開始想定時刻が設定され、沸き上げ制御部は、給湯開始想定時刻よりも第１所定時間前から第１沸き上げ運転を実行する。そして、第１沸き上げ運転を実行しているときに、水量センサにより貯湯タンクから出湯管への湯水の流通が検出されたときに、沸き上げ制御部が、第１沸き上げ運転よりも出湯管を流通する湯水に対する加熱量が多くなる第２沸き上げ運転に切り替えることによって、貯湯タンク内の湯水を速やかに加熱して湯の使用に対応することができる。これにより、補助熱源機の作動を抑制して、給湯のランニングコストの低減を図ることができる。

また、第２沸き上げ運転の第３所定時間の実行により、貯湯タンク内にある程度の湯が貯められた後は、第２沸き上げ運転への切り替えを行わずに第１沸き上げ運転を継続することによって、第２沸き上げ運転への切り替えと第２沸き上げ運転の短時間の実行によるヒートポンプのエネルギー効率の低下を防止することができる。
なお、本発明における当日は、湯張り開始想定時刻及び給湯開始想定時刻に基づく貯湯タンク内の湯水の計画的な沸き上げがこれから行われる日を意味する。

また、前記沸き上げ制御部は、前記第１沸き上げ運転の実行中に前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されて、前記第２沸き上げ運転に切り替えた後、第２所定時間が経過した時点で、前記第１沸き上げ運転に戻すことを特徴とする。

この構成によれば、第２沸き上げ運転の第２所定時間の実行により、貯湯タンク内の貯湯量がある程度増加した後は、第１沸き上げ運転に戻される。これにより、ヒートポンプのエネルギー効率が第１沸き上げ運転よりも低い第２沸き上げ運転の実行時間を短縮して、ランニングコストの低減を図ることができる。

また、前記貯湯タンク内の貯湯量を認識する貯湯量認識部を備え、
前記沸き上げ制御部は、前記第１沸き上げ運転の実行中に前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されて、前記第２沸き上げ運転に切り替えた後、前記貯湯量認識部により認識される前記貯湯タンク内の貯湯量が第１所定量以上になった時点で、前記第１沸き上げ運転に戻すことを特徴とする。

この構成によれば、第沸き上げ運転の実行により、貯湯タンク内の貯湯量が第１所定量以上になった後は、第１沸き上げ運転に戻される。これにより、ヒートポンプのエネルギー効率が第１沸き上げ運転よりも低い第２沸き上げ運転の実行時間を短縮して、ランニングコストの低減を図ることができる。

本発明の給湯システムは、
下部に給水管が接続されると共に上部に出湯管が接続され、前記給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
前記貯湯タンクの下部に貯まった湯水を、前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
前記タンク循環路を流通する湯水を加熱するヒートポンプと、
前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通を検出する水量センサと、
前記出湯管から供給される湯水の温度を検出する出湯温度センサと、
前記出湯管を流通する湯水を加熱する瞬間加熱式の補助熱源機と、
前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出され、且つ、前記出湯温度センサの検出温度が所定の目標給湯温度よりも低いときに、前記補助熱源機を作動させる補助熱源機制御部と、
当日の湯の使用が開始される想定時刻である給湯開始想定時刻を設定する給湯開始想定時刻設定部と、
前記給湯開始想定時刻よりも第１所定時間前に、前記タンク循環ポンプを作動させると共に、前記ヒートポンプを第１能力で作動させて、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する第１沸き上げ運転を開始し、該第１沸き上げ運転の実行中に、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときには、前記タンク循環ポンプを作動させると共に、前記ヒートポンプを前記第１能力よりも前記タンク循環路を流通する湯水に対する加熱量が多い第２能力で作動させる第２沸き上げ運転に切り替える沸き上げ制御部と、
前記貯湯タンク内の貯湯量を認識する貯湯量認識部とを備え、
前記沸き上げ制御部は、
前記第１沸き上げ運転の実行中に前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されて、前記第２沸き上げ運転に切り替えた後、前記貯湯量認識部により認識される前記貯湯タンク内の貯湯量が第１所定量以上になった時点で、前記第１沸き上げ運転に戻し、
前記第１沸き上げ運転の実行中であって、前記貯湯量認識部により認識される前記貯湯タンク内の貯湯量が第２所定量以下である状態で、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときに限定して、前記第２沸き上げ運転への切り替えを行い、前記貯湯量認識部により認識される前記貯湯タンク内の貯湯量が前記第２所定量よりも多い状態で、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときには、前記第２沸き上げ運転への切り替えを行わずに、前記第１沸き上げ運転を継続することを特徴とする。

この構成によれば、第２沸き上げ運転の第３所定時間の実行により、貯湯タンク内にある程度の湯が貯めれた後は、第２沸き上げ運転への切り替えを行わずに第１沸き上げ運転を継続することによって、第２沸き上げ運転への切り替えと第２沸き上げ運転の短時間の実行によるヒートポンプのエネルギー効率の低下を防止することができる。

また、第１沸き上げ運転の実行により、貯湯タンク内の貯湯量が既に第２所定量よりも多くなっているときには、第２沸き上げ運転への切り替えを行わずに第１沸き上げ運転を継続することによって、第２沸き上げ運転への切り替えと第２沸き上げ運転の短時間の実行によるヒートポンプのエネルギー効率の低下を防止することができる。

給湯システムの構成図。 沸き上げ運転のフローチャート。 湯張り運転中の沸き上げ運転のフローチャート。 給湯開始想定時刻に基づく沸き上げ運転のフローチャート。 沸き上げ運転の実行タイミングと、湯の使用状況を示した第１の説明図。 沸き上げ運転の実行タイミングと、湯の使用状況を示した第２の説明図。 沸き上げ運転の実行タイミングと、湯の使用状況を示した第３の説明図。

本発明の実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。

［１．給湯システムの構成］
図１を参照して、本実施形態の給湯システム１は、貯湯ユニット１０、ヒートポンプユニット５０、補助熱源機８０、及び、給湯システム１の全体的な作動を制御するコントローラ１２０を備えて構成されたハイブリッド方式の給湯システムである。

なお、図１では、給湯システム１のコントローラとして一つのコントローラ１２０を示したが、貯湯ユニット１０のコントローラと、ヒートポンプユニット５０のコントローラと、補助熱源機８０のコントローラを個別に備え、各コントローラ間の通信によって、給湯システム１の全体的な作動を制御する構成としてもよい。

貯湯ユニット１０は、貯湯タンク１１、給水管１２、出湯管１３等を備えている。貯湯タンク１１は内部に湯を保温して貯め、高さ方向に略等間隔で配置されて、各高さでの貯湯タンク１１内の湯水の温度ｔh2〜ｔh5を検出するタンク表面温度センサ１４〜１７と、貯湯タンク１１の上部に配置されて貯湯タンク１１から出湯管１３に供給される湯水の温度ｔh1を検出するタンク中温度センサ２６が設けられている。

また、貯湯タンク１１の上部と下部を接続するタンク循環路４１の貯湯タンク１１の下部との接続箇所の付近には、貯湯タンク１１の下部に貯められた湯水の温度ｔh6を検出するタンク下部温度センサ４２が設けられている。また、貯湯タンク１１の底部には、作業者の手動操作により開弁される排水弁１８が設けられている。

給水管１２は、一端が給水口３０を介して図示しない上水道に接続され、他端が貯湯タンク１１の下部に接続されて、貯湯タンク１１内の下部に水を供給する。給水管１２には、貯湯タンク１１の内圧が過大になることを防止するための減圧弁１９と、給水管１２から貯湯タンク１１への方向のみの通水を可能にして、貯湯タンク１１から給水管１２側への湯水の流出を阻止する第１湯側逆止弁２０が設けられている。

給水管１２から分岐した給水バイパス管３４は、給湯混合弁２１を介して接続箇所Ｘで出湯管１３に連通しており、給湯混合弁２１によって貯湯タンク１１から出湯管１３に供給される湯水と給水バイパス管３４から出湯管１３に供給される水との混合比が変更される。

給水バイパス管３４には、給水バイパス管３４に供給される水の温度Ｔw（以下、給水温度Ｔｗという）を検出する給水温度センサ２２と、給水バイパス管３４を流通する水の流量Ｆwを検出する水側流量センサ２３と、給水バイパス管３４から出湯管１３への方向のみの通水を可能にして、出湯管１３から給水バイパス管３４側への湯水の流出を阻止する水側逆止弁２４とが設けられている。

出湯管１３は、一端が給湯口３１に接続され、他端が貯湯タンク１１の上部に接続されている。貯湯タンク１１の上部に貯められた湯水は、出湯管１３から給湯口３１を介して図示しない給湯栓（台所、洗面所、浴室のカランやシャワー等）に供給される。出湯管１３には、貯湯タンク１１から出湯管１３への方向のみの通水を可能にして、出湯管１３から貯湯タンク１１側への湯水の流入を阻止する第２湯側逆止弁２５と、貯湯タンク１１から出湯管１３に供給される湯水の流量Ｆhを検出する湯側流量センサ２７とが設けられている。

補助熱源機８０は、出湯管１３の給水バイパス管３４との接続箇所Ｘよりも下流側の途中に設けられ、貯湯ユニット１０には、補助熱源機８０をバイパスして、補助熱源機８０の下流側と上流側の出湯管１３を連通する出湯バイパス管３３と、出湯バイパス管３３を開閉する出湯バイパス弁２９とが設けられている。

出湯管１３の出湯バイパス管３３との分岐箇所Ｙと給湯混合弁２１との間に、給湯混合弁２１を介して出湯管１３に供給される湯水の温度Ｔmを検出する混合温度センサ２８が設けられ、出湯管１３の出湯バイパス管３３との合流箇所Ｚと給湯口３１との間に、給湯口３１から出湯される湯水の温度を検出する給湯温度センサ３２が設けられている。

貯湯ユニット１０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１２０に入力される。また、コントローラ１２０から出力される制御信号によって、給湯混合弁２１と出湯バイパス弁２９の作動が制御される。

次に、ヒートポンプユニット５０は、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させて加熱するものであり、屋外に設置されている。ヒートポンプユニット５０は、熱媒体（ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）等の代替フロン、二酸化炭素等）が封入されたヒートポンプ循環路５２により接続された蒸発器５３、圧縮機５４、ヒートポンプ熱交換器５５（凝縮器）、及び膨張弁５６により構成されたヒートポンプ５１を有している。

蒸発器５３は、ファン６０の回転により供給される空気（外気）とヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体との間で熱交換を行う。圧縮機５４は、蒸発器５３から吐出された熱媒体を圧縮して高圧・高温とし、ヒートポンプ熱交換器５５に送出する。膨張弁５６は、圧縮機５４で加圧された熱媒体の圧力を開放する。

除霜弁６１は膨張弁５６をバイパスして設けられており、圧縮機５４から送出される熱媒体により蒸発器５３を除霜する。ヒートポンプ循環路５２の膨張弁５６の上流側及び下流側、圧縮機５４の上流側及び下流側には、ヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサ６２，６３，６４，６５が、それぞれ設けられている。また、蒸発器５３には、蒸発器５３に吸入される空気の温度Ｔoutを検出する周囲温度センサ６７が設けられている。

ヒートポンプ熱交換器５５はタンク循環路４１と接続され、圧縮機５４により高圧・高温とされた熱媒体と、タンク循環路４１内を流通する湯水との熱交換により、タンク循環路４１内を流通する湯水を加熱する。タンク循環路４１には、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させるためのタンク循環ポンプ６６が設けられている。

貯湯タンク１１内の下部に貯まった湯水は、タンク循環ポンプ６６によりタンク循環路４１に導かれ、ヒートポンプ熱交換器５５で所定温度（沸き上げ温度）まで加熱されて貯湯タンク１１の上部に戻される。これにより、所定温度の湯が、貯湯タンク１１の上部から順次積層して貯められる。

なお、タンク循環路４１のヒートポンプ熱交換器５５の上流側及び下流側には、タンク循環路４１内を流通する湯水の温度を検出する湯温度センサ６８，６９が設けられている。また、ヒートポンプ熱交換器５５には、その内部で凝縮する熱媒体の凝縮温度を検出する凝縮温度センサ５７が設けられている。

ヒートポンプユニット５０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１２０に入力される。また、コントローラ１２０から出力される制御信号によって、圧縮機５４、膨張弁５６、タンク循環ポンプ６６、及びファン６０の作動が制御される。

次に、補助熱源機８０は、出湯管１３を流通する湯水を加熱するものであり、缶体８７内に収容された給湯バーナ８１及び給湯バーナ８１により加熱される給湯熱交換器８２等を備えている。

出湯管１３の給湯熱交換器８２の配置箇所よりも下流側の箇所に、浴槽１０５に連通した湯張り管１００が接続されている。湯張り管１００には、湯張り管１００を開閉する湯張り弁１０３が設けられており、コントローラ１２０は、湯張り弁１０３を開弁することによって、出湯管１３から湯張り管１００を介して浴槽１０５に湯を供給する。

給湯バーナ８１には、図示しないガス供給管から燃料ガスが供給されると共に、図示しない燃焼ファンにより燃焼用空気が供給される。コントローラ１２０は、給湯バーナ８１に供給する燃料ガスと燃焼用空気の流量を調節して、給湯バーナ８１の燃焼量を制御する。

給湯熱交換器８２は、出湯管１３の途中に接続されており、給湯バーナ８１の燃焼熱によって、内部を流通する湯水を加熱する。出湯管１３には、上流側から順に、止水弁９３と水量センサ８８が設けられている。給湯熱交換器８２の上流側と下流側は、熱源バイパス管８９により連通されており、熱源バイパス管８９には、熱源バイパス管８９の開度を調節するための熱源バイパス弁９０が設けられている。出湯管１３の給湯熱交換器８２の出口付近には熱交出湯温度センサ９１が設けられ、出湯管１３の熱源バイパス管８９との接続箇所の下流側には熱源出湯温度センサ９２（本発明の出湯温度センサに相当する）が設けられている。

この構成により、貯湯タンク１１内に湯が無いとき（湯切れ状態であるとき）に、給水管１２から貯湯タンク１１及び給水バイパス管３４を介して出湯管１３に供給される水が、給湯熱交換器８２により加熱されて湯となり、熱源バイパス管８９からの水と混合されて、目標給湯温度の湯が給湯口３１から供給されるようになっている。

補助熱源機８０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１２０に入力される。また、コントローラ１２０から出力される制御信号によって、給湯バーナ８１、熱源バイパス弁９０、及び湯張り弁１０３の作動が制御される。

コントローラ１２０は、図示しないＣＰＵ，メモリ等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持された給湯システム１の制御用プログラムを、ＣＰＵで実行することによって、給湯制御部１２１、湯張り制御部１２２、沸き上げ制御部１２３、貯湯量認識部１２４、給湯開始想定時刻設定部１２５、湯張り開始想定時刻設定部１２６、及び給湯終了想定時刻設定部１２７として機能する。

コントローラ１２０は、通信ケーブル１３０によりリモコン１４０と接続されている。リモコン１４０は、給湯システム１の運転状況や運転条件の設定等を表示するための表示器１４１と、各種スイッチが設けられたスイッチ部１４２とを備えている。給湯システム１の使用者は、リモコン１４０のスイッチ部１４２を操作することによって、給湯口３１からの給湯温度（目標給湯温度）の設定や、湯張り運転における浴槽１０５への給湯温度（目標湯張り温度）及び湯張り量（目標湯張り量）の設定等を行う。

給湯制御部１２１は、貯湯タンク１１の湯切れが生じていない状態で、水側流量センサ２３により下限流量以上の通水が検出されている場合には、混合温度センサ２８又は給湯温度センサ３２の検出温度が目標給湯温度となるように、給湯混合弁２１の分配比を調節する混合温調制御を行う。このとき、給湯制御部１２１は、湯張り弁１０３が開弁して浴槽１０５への給湯が行われているときは出湯バイパス弁２９を閉弁し、湯張り弁１０３が閉弁しているときには出湯バイパス弁２９を開弁する。

また、給湯制御部１２１は、貯湯タンク１１の湯切れが生じている状態で、水側流量センサ２３により下限流量以上の通水が検出されている場合には、出湯バイパス弁２９を閉弁する。そして、水量センサ８８により下限流量以上の通水が検出されているときに、熱源出湯温度センサ９２の検出温度が目標給湯温度となるように、給湯バーナ８１の燃焼量を調節する加熱温調制御を実行する。給湯制御部１２１が、このように加熱温調制御を実行する構成は、本発明の補助熱源機制御部に相当する。

湯張り制御部１２２は、リモコン１４０のスイッチ部１４２により、湯張りを指示する操作（湯張り開始操作）がなされたとき、或は予め設定された予約時刻に浴槽１０５への湯張りが終了するように、湯張り弁１０３を開弁して出湯管１３から湯張り管１００を介して浴槽１０５に目標湯張り量分の湯を供給する湯張り運転を実行する。湯張り制御部１２２は、目標湯張り温度を目標給湯温度に設定して、湯張り運転を実行する。

貯湯量認識部１２４は、タンク中温度センサ２６及びタンク表面温度センサ１４〜１７の検出温度を監視することによって、貯湯タンク１１に貯められた湯の量（貯湯量）を認識する。なお、貯湯タンク１１の沸き上げが終了した状態（満蓄状態）での貯湯タンク１１内の総湯量（＝貯湯タンク１１の容量）から、貯湯タンク１１から出湯管１３への湯の供給流量（湯側流量センサ２７により検出される）の積算値を減算することによって、或は貯湯タンク１１から出湯管への給湯時間から想定される給湯量を減算することによって貯湯量を認識する構成としてもよい。

沸き上げ制御部１２３は、貯湯量認識部１２４により認識される貯湯タンク１１内の湯の残量が下限量以下になったときに、タンク循環ポンプ６６とヒートポンプ５１を作動させて、貯湯タンク１１内の湯水を、設定された給湯温度に応じた例えば４５℃まで加熱する沸き上げ運転を実行する。

また、沸き上げ制御部１２３は、湯の使用が想定される時間帯に備えて貯湯タンク１１内の貯湯量を確保するために、計画的な貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げを実行する。

［２．計画的な貯湯タンク内の湯水の沸き上げ］
次に、図２〜図４に示したフローチャートに従って、貯湯タンク１１内の湯水の計画的な沸き上げの実行について説明する。

図２を参照して、コントローラ１２０は、ＳＴＥＰ１で現在時刻（図示しない計時回路により認識される）が日付更新タイミング（２時）になったか否かを判断する。そして、現在時刻が日付更新タイミングになったときにＳＴＥＰ２に進む。

ＳＴＥＰ２は、給湯開始想定時刻設定部１２５、湯張り開始想定時刻設定部１２６、及び給湯終了想定時刻設定部１２７による処理である。コントローラ１２０は、過去の湯の使用状況のデータ（給湯状況データ）を１日（０時〜２４時）単位で記憶しており、給湯開始想定時刻設定部１２５は、給湯状況データに基づいて、当日（これから計画的な沸き上げ運転を実行する日）における湯の使用が開始されると想定される時刻である、給湯開始想定時刻Ｓ１を設定する。

同様に、湯張り開始想定時刻設定部１２６は、給湯状況データに基づいて、当日において湯張り運転が開始されると想定される時刻である、湯張り開始想定時刻Ｂ１を設定する。また、給湯終了想定時刻設定部１２７は、給湯状況データに基づいて、当日において湯の使用が終了すると想定される時刻である給湯終了想定時刻Ｇ１を設定する。

ここで、図５は、横軸を共通の時間軸として、上段に縦軸をヒートポンプ５１の能力に設定して、１日（０時〜２４時）の時間帯における沸き上げ運転の実行タイミングを示し、下段に縦軸を給湯流量（水量センサ８８により検出される）に設定して、１日（０時〜２４時）の時間帯における湯の使用量（給湯流量）を例示したものである。図５の例では、２時が日付の更新タイミングに設定され、給湯開始想定時刻Ｓ１が６時、湯張り開始想定時刻Ｂ１が２０時、給湯終了想定時刻Ｇ１が２４時に設定されている。

図２のＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ８は、沸き上げ制御部１２３による処理である。沸き上げ制御部１２３は、ＳＴＥＰ３で、現在時刻が給湯開始想定時刻Ｓ１よりもα（本発明の第１所定時間に相当する）だけ前の時刻Ｓ０（図５参照）になるのを待ってＳＴＥＰ４に進み、第１沸き上げ運転を実行して貯湯タンク１１内の湯水を沸き上げる。

ここで、第１沸き上げ運転は、タンク循環ポンプ６６を作動させると共に、ヒートポンプ５１を第１能力Ａ１（本発明の第１能力に相当する）で作動させることによって、貯湯タンク１１内の湯水を加熱する。この場合、タンク循環ポンプ６６による湯水の循環流量は、湯温度センサ６９の検出温度が沸き上げ温度となるように調節される。また、αは給湯開始想定時刻Ｓ１に貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げが完了するように設定される。

なお、本実施形態では、ＳＴＥＰ４で実行される給湯開始想定時刻Ｓ１に基づく沸き上げと、後述するＳＴＥＰ６で実行される湯張り開始想定時刻Ｂ１に基づく沸き上げとを、共にヒートポンプ５１の能力を第１能力Ａ１とする第１沸き上げ運転により行っているが、ヒートポンプ５１の能力を異ならせてもよい。

ＳＴＥＰ４で第１沸き上げ運転による貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げが終了するとＳＴＥＰ５に進む。そして、沸き上げ制御部１２３は、ＳＴＥＰ５で現在時刻が湯張り開始想定時刻Ｂ１よりもβだけ前の時刻Ｂ０（図５参照）になるのを待ってＳＴＥＰ６に進み、第１沸き上げ運転を実行して貯湯タンク１１内の湯水を沸き上げる。ここで、βは湯張り開始想定時刻Ｂ１に貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げが完了するように設定される。

次のＳＴＥＰ７で、現在時刻が給湯終了想定時刻Ｇ１よりもγだけ前の時刻Ｇ０（沸き上げ運転終了時刻）になるのを待ってＳＴＥＰ８に進み、沸き上げ制御部１２３は、翌日までヒートポンプ５１を停止状態に維持する。

図５に示した例では、６時頃（起床〜朝食の時間帯）、１２時前後（昼食の時間帯）、２０時頃（湯張り〜入浴の時間帯）、２４時頃（就寝前の時間帯）に湯が使用されている。

［３．湯張り運転に伴う貯湯タンク内の湯水の沸き上げ］
次に、図３に示したフローチャートに従って、湯張り運転に伴って沸き上げ制御部１２３により実行される貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げの処理について説明する。

沸き上げ制御部１２３は、図３のＳＴＥＰ１０で、湯張り運転中であるか否かを判断する。そして、湯張り運転中であるときにＳＴＥＰ１１に進み、沸き上げ制御部１２３は、貯湯量認識部１２４により認識される貯湯タンク１１内の貯湯量が第１貯湯量以下であるか否かを判断する。貯湯タンク１１内の貯湯量が第１貯湯量以下であるときはＳＴＥＰ１２に進み、貯湯タンク１１内の貯湯量が第１貯湯量よりも多いときにはＳＴＥＰ１０に戻る。

ここで、第１貯湯量は、貯湯タンク１１から出湯管１３への湯の供給に応じて、貯湯タンク１１の下部に給水管１２が水が供給されて、ヒートポンプ５１による沸き上げのエネルギー効率が所定レベル以上になる状況を想定して設定される。

ＳＴＥＰ１２で、沸き上げ制御部１２３は、現在時刻が沸き上げ運転終了時刻Ｇ０よりもｅ以前であるか否かを判断する。そして、現在時刻が沸き上げ運転終了時刻Ｇ０よりもｅ以前であるときはＳＴＥＰ１３に進み、現在時刻が沸き上げ運転終了時刻Ｇ０よりもｅ以前でないときにはＳＴＥＰ２０に分岐する。

ＳＴＥＰ１３で、沸き上げ制御部１２３は、タンク循環ポンプ６６を作動させると共に、ヒートポンプ５１を第２能力Ａ２で作動させて、貯湯タンク１１内の湯水を沸き上げる第２沸き上げ運転を実行する。ここで、第２能力Ａ２は、第１能力Ａ１よりもタンク循環路４１を流通する湯水に付与する加熱量が多く、且つヒートポンプ５１のエネルギー効率が低くなる。

なお、ヒートポンプ５１のエネルギー効率は、例えば成績係数ＣＯＰ（加熱量／消費電力）により表される。

このように、湯張り運転中に貯湯タンク１１の湯切れが生じたときに、ヒートポンプ５１を第１能力Ａ１よりも加熱量が多い第２能力Ａ２で作動させる第２沸き上げ運転を実行することによって、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げ速度を速くして、補助熱源機８０が作動する時間の短縮を図ることができる。そして、これにより、ヒートポンプ５１よりもランニングコストが高い補助熱源機８０の作動時間を短縮して、湯張り運転に要するランニングコストを低減することができる。

図５は、第１沸き上げ運転により貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げが完了した後に、湯張り運転が開始され、貯湯タンク１１内の貯湯量が第１貯湯量以下になって第２沸き上げ運転が実行された場合を示している。図５の例では、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げが完了するまで、ヒートポンプ５１の能力を第２能力Ａ２とした第２沸き上げ運転を継続している。

それに対して、図３のフローチャートでは、ＳＴＥＰ１３で第２沸き上げ運転を開始した後、沸き上げ制御部１２３は、ＳＴＥＰ１４でＴ１の経過を待ってＳＴＥＰ１５に進み、第２沸き上げ運転から第１沸き上げ運転に切り替えて貯湯タンク１１内の湯水を沸き上げ、ＳＴＥＰ１６に進んで処理を終了する。

図６は、このように湯張り運転に伴う沸き上げを、最初のＴ１の期間（２０時の直後〜ｔ３）は第２沸き上げ運転を実行し、Ｔ１が経過した後は第１沸き上げ運転に切り替えて行う場合を示している。第２沸き上げ運転を、最初のＴ１の期間に限定して実行することによって、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げを速やかに行うと共に、湯張りがある程度進み、或は湯張りが終了して貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げを速やかに行う必要がなくなった後は、ヒートポンプ５１のエネルギー効率を上げて貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げに要するランニングコストの低減を図ることができる。

また、ＳＴＥＰ１２からＳＴＥＰ２０に分岐した場合には、沸き上げ制御部１２３は、第１沸き上げ運転を実行して貯湯タンク内の湯水を沸き上げ、ＳＴＥＰ１６に進んで処理をする。この場合は、第２沸き上げ運転は実行されない。

図７は、このように湯張り運転に伴う沸き上げを、第１沸き上げ運転のみによって行った場合を示している。図７の例では、湯張り運転が開始された時刻ｔ５が、沸き上げ運転終了時刻Ｇ０よりもｅ以前ではないので、ヒートポンプ５１を第１能力Ａ１で作動させる第１沸き上げ運転が短時間だけ実行され、沸き上げ運転終了時刻Ｇ０で第１沸き上げ運転が終了している。この場合は、ヒートポンプ５１を作動させて沸き上げ運転を行う時間が短いため、湯張り運転により貯湯タンク１１の湯切れが生じるタイミングが速くなり、補助熱源機８０を作動させて湯張り運転を行う時間が長くなる。

このように、補助熱源機８０を作動させて湯張り運転を行う時間が長くなる場合に、第２沸き上げ運転を短時間実行しても、ヒートポンプ５１の加熱量アップにより得られる効果は低い。そこで、第１沸き上げ運転を行うことで、給湯のトータルのランニングコストの低減を図ることができる。

［４．給湯開始想定時刻に基づく貯湯タンク内の湯水の沸き上げ］
次に、図４に示したフローチャートに従って、沸き上げ制御部１２３により実行される給湯開始想定時刻Ｓ１に基づく貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げの処理について説明する。

図４のＳＴＥＰ３０で、沸き上げ制御部１２３は、給湯開始想定時刻Ｓ１に基づく第１沸き上げ運転の実行中であるか否かを判断し、第１沸き上げ運転の実行中であるときはＳＴＥＰ３１に進む。ＳＴＥＰ３１で、沸き上げ制御部１２３は、水量センサ８８の検出流量Ｆｍが下限流量以上であるか否か（貯湯タンク１１から出湯管１３への湯水の流通が検出されているか否か）を判断し、検出流量Ｆｍが下限流量以上であるときはＳＴＥＰ３２に進み、検出流量Ｆｍが下限流量未満であるときにはＳＴＥＰ３０に戻る。

ＳＴＥＰ３２で、沸き上げ制御部１２３は、第１沸き上げ運転を開始した時刻Ｓ０から、ｄ（本発明の第３所定時間に相当する）以上経過しているか否かを判断する。そして、第１沸き上げ運転を開始した時刻Ｓ０からｄ以上経過しておらず、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げがあまり進んでいないと判断できるときはＳＴＥＰ３３に進み、第２沸き上げ運転に切り替える。

続くＳＴＥＰ３４でＴ２（本発明の第２所定時間に相当する）が経過するのを待ってＳＴＥＰ３５に進み、沸き上げ制御部１２３は、第２沸き上げ運転から第１沸き上げ運転に戻して貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げを完了させ、ＳＴＥＰ３６に進んで処理を終了する。

図６は、このように、Ｓ０でヒートポンプ５１を第１能力Ａ１で作動させる第１沸き上げ運転が開始された後、Ｓ０からｄが経過する前のｔ１で湯の使用が開始された場合を例示している。図６では、ｔ１でヒートポンプ５１を第２能力Ａ２で作動させる第２沸き上げ運転に切り替えられ、ｔ１からＴ２が経過したｔ２で第１沸き上げ運転に戻されている。

このように、Ｓ０で第１沸き上げ運転を開始した後、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げが完了する前に湯の使用が開始されたときに、第２沸き上げ運転に切り替えることによって、貯湯タンク１１内の湯水を速やかに加熱することによって、補助熱源機８０が作動することを抑制して、給湯のランニングコストの低減を図ることができる。

また、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げがある程度進んだｔ２で、第２沸き上げ運転から第１沸き上げ運転に戻すことにより、ヒートポンプ５１のエネルギー効率を上げて、貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げのランニングコストの低減を図ることができる。

一方、ＳＴＥＰ３２で、第１沸き上げ運転を開始した時刻Ｓ０からｄ以上経過しているときにはＳＴＥＰ４０に分岐し、沸き上げ制御部１２３は、第１沸き上げ運転を継続して貯湯タンク１１内の湯水を沸き上げを完了させ、ＳＴＥＰ３６に進んで処理を終了する。

図７は、このように、Ｓ０でヒートポンプ５１を第１能力Ａ１で作動させる第１沸き上げ運転が開始された後、Ｓ０からｄ以上経過したｔ４で湯の使用が開始された場合を例示している。図７では、ｔ４で湯の使用が開始されても第２沸き上げ運転に切り替わらず、第１沸き上げ運転が継続して実行されている。

このように、Ｓ０で第１沸き上げ運転を開始した後、ｄ以上経過して貯湯タンク１１内の湯水の沸き上げがある程度進んだ状態で、湯の使用が開始されたときには、既に沸き上げられた貯湯タンク１１の湯で給湯に対応することが可能であると想定される。そこで、この場合は、第２沸き上げ運転への切り替えを行わずに、第１沸き上げ運転を継続することによって、第２沸き上げ運転への切り替えに伴うヒートポンプ５１のエネルギー効率の低下を回避して、給湯のランニングコストを低減することができる。

なお、本実施形態では、図３のＳＴＥＰ１２〜ＳＴＥＰ１３における湯張り運転中の沸き上げと、図４のＳＴＥＰ３２〜ＳＴＥＰ３３における給湯開始想定時刻Ｓ１に基づく沸き上げ中に湯の使用が開始された場合の沸き上げとを、共にヒートポンプ５１の能力を第２能力Ａ２とする第２沸き上げ運転により行っているが、ヒートポンプ５１の能力を異ならせてもよい。

［５．他の実施形態］
上記実施形態では、図４のＳＴＥＰ３２で、第１沸き上げ運転の開始時刻Ｓ０からｄが経過する前に湯の使用が開始されたときに、第２沸き上げ運転に切り替えるようにしたが、貯湯量認識部１２４により認識される貯湯タンク１１内の貯湯量が第２所定量以上になる前に湯の使用が開始されたたときに、第２沸き上げ運転に切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図４のＳＴＥＰ３４で、第２沸き上げ運転の実行時間がＴ２以上になった時点で、第１沸き上げ運転に戻すようにしたが、貯湯量認識部１２４により認識される貯湯タンク１１内の貯湯量が第１所定量以上になった時点で、第１沸き上げ運転に戻すようにしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の補助熱源機として燃料ガスを燃焼させる給湯バーナ８１を加熱源とする補助熱源機８０を示したが、石油バーナ、電気ヒータ等を加熱源とする瞬間加熱式の補助熱源機を用いてもよい。

また、上記実施形態では、本発明のヒートポンプとしてヒートポンプユニット５０を示したが、この構成に限らず、タンク循環路に流通させた水を加熱するヒートポンプユニットであって、可変能力式のヒートポンプユニットであれば、本発明の適用が可能である。

１…給湯システム、１０…貯湯ユニット、１１…貯湯タンク、１２…給水管、１３…出湯管、４１…タンク循環路、５０…ヒートポンプユニット、５１…ヒートポンプ、６６…タンク循環ポンプ、８０…補助熱源機、８８…水量センサ、１００…湯張り管、１０３…湯張り弁、１０５…浴槽、１２０…コントローラ、１２１…給湯制御部、１２２…湯張り制御部、１２３…沸き上げ制御部、１２４…貯湯量認識部、１２５…給湯開始想定時刻設定部、１２６…湯張り開始想定時刻設定部、１２７…給湯終了想定時刻設定部。

Claims (4)

1. 下部に給水管が接続されると共に上部に出湯管が接続され、前記給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
   前記貯湯タンクの下部に貯まった湯水を、前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
   前記タンク循環路を流通する湯水を加熱するヒートポンプと、
   前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通を検出する水量センサと、
   前記出湯管から供給される湯水の温度を検出する出湯温度センサと、
   前記出湯管を流通する湯水を加熱する瞬間加熱式の補助熱源機と、
   前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出され、且つ、前記出湯温度センサの検出温度が所定の目標給湯温度よりも低いときに、前記補助熱源機を作動させる補助熱源機制御部と、
   当日の湯の使用が開始される想定時刻である給湯開始想定時刻を設定する給湯開始想定時刻設定部と、
   前記給湯開始想定時刻よりも第１所定時間前に、前記タンク循環ポンプを作動させると共に、前記ヒートポンプを第１能力で作動させて、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する第１沸き上げ運転を開始し、該第１沸き上げ運転の実行中に、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときには、前記タンク循環ポンプを作動させると共に、前記ヒートポンプを前記第１能力よりも前記タンク循環路を流通する湯水に対する加熱量が多い第２能力で作動させる第２沸き上げ運転に切り替える沸き上げ制御部とを備え、
   前記沸き上げ制御部は、前記第１沸き上げ運転の実行中であって、前記第１沸き上げ運転の開始から第３所定時間以内に、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときに限定して、前記第２沸き上げ運転への切り替えを行い、前記第１沸き上げ運転の開始から前記第３所定時間が経過した後に、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときには、前記第２沸き上げ運転への切り替えを行わずに、前記第１沸き上げ運転を継続することを特徴とする給湯システム。
2. 請求項１に記載の給湯システムにおいて、
   前記沸き上げ制御部は、前記第１沸き上げ運転の実行中に前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されて、前記第２沸き上げ運転に切り替えた後、第２所定時間が経過した時点に、前記第１沸き上げ運転に戻すことを特徴とする給湯システム。
3. 請求項１に記載の給湯システムにおいて、
   前記貯湯タンク内の貯湯量を認識する貯湯量認識部を備え、
   前記沸き上げ制御部は、前記第１沸き上げ運転の実行中に前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されて、前記第２ 沸き上げ運転に切り替えた後、前記貯湯量認識部により認識される前記貯湯タンク内の貯湯量が第１ 所定量以上になった時点で、前記第１ 沸き上げ運転に戻すことを特徴とする給湯システム。
4. 下部に給水管が接続されると共に上部に出湯管が接続され、前記給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
   前記貯湯タンクの下部に貯まった湯水を、前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
   前記タンク循環路を流通する湯水を加熱するヒートポンプと、
   前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通を検出する水量センサと、
   前記出湯管から供給される湯水の温度を検出する出湯温度センサと、
   前記出湯管を流通する湯水を加熱する瞬間加熱式の補助熱源機と、
   前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出され、且つ、前記出湯温度センサの検出温度が所定の目標給湯温度よりも低いときに、前記補助熱源機を作動させる補助熱源機制御部と、
   当日の湯の使用が開始される想定時刻である給湯開始想定時刻を設定する給湯開始想定時刻設定部と、
   前記給湯開始想定時刻よりも第１所定時間前に、前記タンク循環ポンプを作動させると共に、前記ヒートポンプを第１能力で作動させて、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する第１沸き上げ運転を開始し、該第１沸き上げ運転の実行中に、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときには、前記タンク循環ポンプを作動させると共に、前記ヒートポンプを前記第１能力よりも前記タンク循環路を流通する湯水に対する加熱量が多い第２能力で作動させる第２沸き上げ運転に切り替える沸き上げ制御部と、
   前記貯湯タンク内の貯湯量を認識する貯湯量認識部とを備え、
   前記沸き上げ制御部は、前記第１沸き上げ運転の実行中に前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されて、前記第２沸き上げ運転に切り替えた後、前記貯湯量認識部により認識される前記貯湯タンク内の貯湯量が第１所定量以上になった時点で、前記第１沸き上げ運転に戻し、
   前記第１沸き上げ運転の実行中であって、前記貯湯量認識部により認識される前記貯湯タンク内の貯湯量が第２所定量以下である状態で、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときに限定して、前記第２沸き上げ運転への切り替えを行い、前記貯湯量認識部により認識される前記貯湯タンク内の貯湯量が前記第２所定量よりも多い状態で、前記水量センサにより前記貯湯タンクから前記出湯管への湯水の流通が検出されたときには、前記第２沸き上げ運転への切り替えを行わずに、前記第１沸き上げ運転を継続することを特徴とする給湯システム。