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1. (WO2019026801) HOT WATER SUPPLY SYSTEM
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明 細 書

発明の名称 給湯システム

技術分野

0001  

背景技術

0002  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0003   0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021  

図面の簡単な説明

0022  

発明を実施するための形態

0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096  

産業上の利用可能性

0097  

符号の説明

0098  

先行技術文献

特許文献

0099  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

明 細 書

発明の名称 : 給湯システム

技術分野

[0001]
 本発明は、貯湯タンクに対して温水を供給可能なヒートポンプ式加熱部を備えた給湯システムに関する。

背景技術

[0002]
 従来、ヒートポンプ式加熱部により生成された温水を貯湯タンクに貯留し、貯湯タンクから給湯端末に供給される温水をガス加熱器によってさらに加熱することが可能な給湯システムが知られている。例えば、特許文献1(特開2013-113495号公報)に開示されている給湯システムでは、貯湯タンクが湯切れした場合、ヒートポンプ式加熱部による貯湯タンクの温水の沸き上げに加え、前記ガス加熱器による加熱運転が行われる。これにより、貯湯タンクが湯切れした場合にも、給湯端末への温水の供給が確保される。

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0003]
 ところで、ヒートポンプ式加熱部は、必要熱量にかかわらず、外気温度に応じて、ヒートポンプ効率(COP)が最大となる加熱能力(周波数)で運転されるのが一般的である。つまり、ヒートポンプ式加熱部による沸き上げ運転だけで十分な熱量を確保できる場合であっても、大量出湯等により熱量不足となりガス加熱器による加熱が必要となる場合であっても、ヒートポンプ式加熱部は一律にCOPが最大となる加熱能力(周波数)で運転される。
[0004]
 一方、ヒートポンプ式加熱部のCOPを1次エネルギー効率に換算し、ガス加熱器のような補助加熱部の1次エネルギー効率と比較した場合には、ヒートポンプ式加熱部の効率の方が高くなる場合が多い。そのため、上記のような加熱能力でヒートポンプ式加熱部による沸き上げを行って、熱量不足となった場合、例えば、貯湯タンクが湯切れした場合に、補助加熱部による加熱を併せて行う運転では、ヒートポンプ式加熱部および補助加熱部を含めたシステムの総合的なエネルギー効率としては最適と言えない場合がある。
[0005]
 本発明の目的は、ヒートポンプ式加熱部および補助加熱部を含めたシステムの総合的なエネルギー効率を最適にできる給湯システムを提供することである。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明の給湯システムは、温水を貯留する貯湯タンクと、 貯湯タンクの温水を利用側へ供給する出湯部と、貯湯タンクの温水の沸き上げを行うヒートポンプ式加熱部と、貯湯タンクから出湯部に供給される温水を加熱可能な補助加熱部とを備える。ヒートポンプ式加熱部によって貯湯タンクの温水の沸き上げが行われるヒートポンプ単独運転と、ヒートポンプ式加熱部による貯湯タンクの温水の沸き上げだけでは熱量不足となる場合に、貯湯タンクの温水の沸き上げおよび補助加熱部による温水の加熱が同時に行われる補助加熱併用運転とが可能に構成されている。ヒートポンプ単独運転は、互いに加熱能力が異なる、第1のモードでの沸き上げ、および、第2のモードでの沸き上げを含む。第1モードでの沸き上げの加熱能力は、第2のモードでの沸き上げの加熱能力よりも高く、かつ、第1のモードでの沸き上げのヒートポンプ効率は第2のモードでの沸き上げのヒートポンプ効率よりも低い。また、第1のモードでの沸き上げは、大量出湯が見込まれる、あるいは、大量出湯が生じていることにより、前記第2のモードでの沸き上げでは熱量不足が生じ易い所定の条件下で行われる。
[0007]
 この構成によれば、システム全体の加熱量に占める補助加熱部による加熱量の比率を減少させることができるため、給湯システム全体の総合的なエネルギー効率を最適にできる。
[0008]
 上記給湯システムにおいて、第1のモードでの沸き上げの加熱能力が、そのときの外気温度においてCOPが最大となる加熱能力よりも大きく、かつ、第1のモードでの沸き上げの1次エネルギー効率が補助加熱部を単独で運転させたときの1次エネルギー効率以上としてもよい。
[0009]
 この構成によれば、ヒートポンプ式加熱部の1次エネルギー効率が補助加熱部の1次エネルギー効率より低くなるのを抑制でき、給湯システム全体のエネルギー効率が低下することを抑制できる。
[0010]
 上記給湯システムにおいて、貯湯タンクの貯湯量を検出する貯湯量検出部をさらに備え、貯湯量検出部によって検出された貯湯量が第1貯湯量よりも小さくなった場合に第2のモードでの沸き上げが開始され、第1貯湯量よりもさらに小さい第2貯湯量となった場合に、第2のモードでの沸き上げから第1のモードでの沸き上げを行うよう構成してもよい。
[0011]
 この構成によれば、貯湯タンクの湯量が少なくなって補助加熱部が動作することを抑制できるため、給湯システムの総合的なエネルギー効率を最適にできる。
[0012]
 上記給湯システムにおいて、出湯部から温水が供給される浴槽10aをさらに備え、浴槽10aに目標温度の湯を供給する湯張り指示があった場合に、第1のモードでの沸き上げを行うよう構成してもよい。
[0013]
 この構成によれば、湯張りによる大量出湯により貯湯タンクの湯量が少なくなって補助加熱部が動作することを抑制できるため、給湯システムの総合的なエネルギー効率を最適にできる。
[0014]
 上記給湯システムにおいて、貯湯タンクから出湯部へ供給される出湯量を検出する出湯量検出部と、出湯量検出部により検出された出湯量と出湯時刻の履歴情報を記憶する履歴情報記憶部と、履歴情報記憶部の履歴情報に基づき出湯予定量と出湯予定時刻を予測する出湯予測部とをさらに備えてもよい。この場合、出湯予測部により予測された出湯予定量が出湯予定時刻までに貯湯タンクに貯湯されるようにヒートポンプ式加熱部の動作させるときに、出湯予測部により予測されていない出湯があった場合に、前記第1のモードでの沸き上げを行うよう構成される。
[0015]
 この構成によれば、貯湯タンクの湯量が少なくなって補助加熱部が動作することを抑制できるため、給湯システムの総合的なエネルギー効率を最適にできる。
[0016]
 上記給湯システムにおいて、貯湯タンクの貯湯量を検出する貯湯量検出部と、貯湯タンクから出湯部へ供給される出湯量を検出する出湯量検出部と、出湯量検出部により検出された出湯量と出湯時刻の履歴情報を記憶する履歴情報記憶部と、履歴情報記憶部の履歴情報に基づき出湯予定量と出湯予定時刻を予測する出湯予測部とをさらに備えてもよい。この場合、出湯予定量が、貯湯量検出部によって検出された貯湯量と、第2のモードでの沸き上げで運転した場合の出湯予定時刻における貯湯予定量との合計値よりも大きい場合に、第1のモードでの沸き上げを行うよう構成される。
[0017]
 この構成によれば、貯湯タンクの湯量が少なくなって補助加熱部が動作することを抑制できるため、給湯システムの総合的なエネルギー効率を最適にできる。
[0018]
 上記給湯システムにおいて、ヒートポンプ式加熱部は、圧縮機、放熱器、膨張機構、および、蒸発器が接続され、冷媒が循環する冷媒回路を有し、第1のモードでの沸き上げは、外気温度が同一である場合において、第2のモードでの沸き上げよりも圧縮機の周波数が大きくなるよう構成してもよい。
[0019]
 この構成によれば、圧縮機の周波数を大きくすることによって、第1のモードでの沸き上げに必要な加熱能力をまかなうことができる。
[0020]
 上記給湯システムにおいて、ヒートポンプ式加熱部は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張機構、および、利用側熱交換器が接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、熱源側熱交換器に送風して熱交換させるファンを有していてもよい。この場合、第1のモードでの沸き上げにおけるファン回転数は、外気温度が同一である場合において、第2のモードでの沸き上げにおけるファンの回転数よりも大きくなるよう構成してもよい。
[0021]
 この構成によれば、ファンの回転数を大きくすることによって、第1のモードでの沸き上げに必要な加熱能力をまかなうことができる。

図面の簡単な説明

[0022]
[図1] 本発明の一実施形態に係る給湯システムの構成図。
[図2] 図1の給湯システムの制御部の構成図。
[図3] ヒートポンプ部の加熱能力が変化したときのCOPの変化を示す図。
[図4] ヒートポンプ部の加熱能力が変化したときの1次エネルギー効率の変化を示す図。
[図5] 図1の給湯システムの動作を説明するフローチャート。
[図6] 図1の給湯システムの動作を説明するタイムチャート。
[図7] 変形例Aに係る給湯システムの動作を説明するフローチャート。
[図8] 変形例Bに係る給湯システムの動作を説明するフローチャート。
[図9] ヒートポンプ部の加熱能力が変化したときの単位能力あたりの使用料金の変化を示す図。
[図10] ヒートポンプ部の加熱能力が変化したときの単位能力あたりの炭素排出量の変化を示す図。

発明を実施するための形態

[0023]
 (1)給湯システム1の構成
 図1は、本発明の実施形態の給湯システム1の構成図を示している。給湯システム1は、ヒートポンプ部2(ヒートポンプ式加熱部)、貯湯タンク5を有する温水回路部3、および、ガス加熱器6(補助加熱部の一例)を有する。ヒートポンプ部2は貯湯タンク5に貯留する温水を生成する。給湯端末10(出湯部の一例)は貯湯タンク5の温水を出湯する。貯湯タンク5の温水は、必要に応じて、出湯される前にガス加熱器6によりさらに加熱される。
[0024]
 (1-1)ヒートポンプ部2の構成
 ヒートポンプ部2は、冷媒が循環する冷媒回路41を有する。冷媒回路41は、圧縮機11と室外熱交換器(熱源側熱交換器)12と膨張弁(膨張機構の一例)13と給湯用熱交換器(利用側熱交換器)16とが冷媒配管40によって接続されることで構成されている。ファン15は、室外熱交換器12に対向するように配置されている。外気温度センサ21は、外気温度を検知する。
[0025]
 貯湯タンク5に温水を貯留する沸き上げ運転では、図1中矢印R1で示すように、圧縮機11から吐出される冷媒が給湯用熱交換器16、膨張弁13、室外熱交換器12へと順に流れ、室外熱交換器12を経た冷媒が圧縮機11に戻る加熱サイクルが形成される。この場合、給湯用熱交換器16が凝縮器、室外熱交換器12が蒸発器として機能する。この沸き上げ運転では、給湯用熱交換器16において圧縮機11の吐出側から流入した高温の冷媒と給湯用温水との間で熱交換されることによって、給湯用温水が加熱される。
[0026]
 (1-2)温水回路部3の構成
 温水回路部3は、前記給湯用熱交換器16に接続されている。温水回路部3は、貯湯タンク5とポンプ17と給湯用熱交換器16とが水配管45により接続されて、温水が循環するように構成されている。この温水回路部3において、ポンプ17の吐出側が給湯用熱交換器16の温水流入口に接続され、ポンプ17の吸入側が貯湯タンク5の一端に接続されている。給湯用熱交換器16の温水流出口は貯湯タンク5の他端に接続されている。
[0027]
 温水回路部3では、給湯用熱交換器16を流れる冷媒と熱交換する温水が循環する。具体的には、沸き上げ運転が実行されるときに、ポンプ17によって貯湯タンク5から流出した温水が給湯用熱交換器16に供給され、給湯用熱交換器16で加熱された温水が貯湯タンク5に戻される。
[0028]
 給湯用熱交換器16の温水流出口の近傍には、出湯温度センサ22が配置されており、給湯用熱交換器16から流出した温水の温度を検知する。貯湯タンク5には複数の貯湯温度センサ5a~5d(貯湯量検出部)が設けられており、それぞれの貯湯温度センサ5a~5dが検出する水温によって貯湯量を検出する。なお、前述の外気温度センサ21、出湯温度センサ22および貯湯温度センサ5a~5dは、検知した温度を制御部30に出力することが可能であれば、どのようなものであってもよい。
[0029]
 (1-3)給湯端末10およびガス加熱器6の構成
 貯湯タンク5の温水は給湯端末10を介して出湯できるように構成されている。ガス加熱器6は貯湯タンク5と給湯端末10との間に配置され、加熱部6aを有している。貯湯タンク5、ガス加熱器6および給湯端末10は水配管47により接続されている。ガス加熱器6は、貯湯タンク5から供給された温水が給湯端末10に供給される前に加熱できる。給湯端末10は、貯湯タンク5内の温水をユーザーに使用可能とし、浴槽10aへも出湯可能となっている。
[0030]
 水配管46には流量センサ23(流量検出部)が設けられており、貯湯タンク5から給湯端末10へ供給される温水の流量を検知する。なお、流量センサ23は貯湯タンク5から供給される湯量を検出することが可能であれば、水配管46以外の他の水配管に設けてもよい。
[0031]
 以上説明したように、給湯システム1は、貯湯タンク5に対して温水を供給可能なヒートポンプ部2(ヒートポンプ式加熱部)と、貯湯タンク5から給湯端末10へ供給される温水を加熱可能なガス加熱器6(補助加熱部)とを有している。給湯システム1は、ヒートポンプ部2によって貯湯タンク5内に温水を貯留する沸き上げ運転と、貯湯タンク5の温水を給湯端末10に供給する際に、必要に応じて貯湯タンク5から供給された温水を、ガス加熱器6によって加熱する追加加熱運転とが可能であり、給湯システム1の運転としては、沸き上げ運転のみを行うヒートポンプ単独運転、追加加熱運転のみを行う補助加熱単独運転、および沸き上げ運転と追加加熱運転を同時に行う補助加熱併用運転に分けられる。
[0032]
 (1-4)給湯システム1の制御部30の構成
 給湯システム1の制御部30は、CPU、ROMおよびRAM(いずれも図示省略)等から構成されている。図2に示すように、給湯システム1の制御部30は、湯切れ判断部31と、COPカーブ記憶部32と、COPカーブ算出部33と、効率算出部34aと、能力導出部35と、沸き上げ制御部36と、出湯制御部37と、履歴情報記憶部38と、出湯予測部39とを有している。制御部30の入力側は、貯湯タンク5の側面に取り付けられた貯湯温度センサ5a~5dと、リモートコントローラ20と、外気温度センサ21と、出湯温度センサ22と、流量センサ23とに接続されている。制御部30の出力側は、圧縮機11と、ファン15と、加熱部6aと、ポンプ17等のアクチュエーターとに接続されている。なお、リモートコントローラ20からの入力は、ヒートポンプ部2と温水回路部3のそれぞれに送信される。
[0033]
 湯切れ判断部31は、貯湯タンク5内の貯湯量が減少し(貯湯タンク5内の湯の比率が減少し)、湯切れしたか否か(沸き上げ運転を行う必要があるか否か)を判断する。本実施形態では、湯切れ判断部31は、貯湯タンク5の側面に取り付けられた貯湯温度センサ5bで検出された温度が、貯湯目標温度より所定温度以上低い場合に、貯湯タンク5内の湯の比率が減少し、湯切れした(貯湯量が所定値以下となった)として、沸き上げ運転を行う必要があると判断する。出湯目標温度は、ユーザーによってリモートコントローラ20が操作されることにより入力される。
[0034]
 COPカーブ記憶部32は、複数のCOPカーブを記憶し、その複数のCOPカーブは、それぞれ、種々の外気温度や出湯目標温度に対応する。COPカーブは、図3に示すように、横軸を加熱能力(圧縮機周波数)、縦軸をCOPとし、ヒートポンプ部2の加熱能力と、その加熱能力でのCOPとを示している。ヒートポンプ部2のCOPは、図3に示すように、加熱能力a1において最大値bとなる。
[0035]
 COPカーブ算出部33は、沸き上げ運転を行う必要があると判断された場合に、そのときの外気温度や出湯目標温度に基づいたCOPカーブを算出する。本実施形態では、COPカーブ記憶部32が複数のCOPカーブを記憶していることから、COPカーブ算出部33は、COPカーブ記憶部32に記憶されたCOPカーブのなかから、そのときの外気温度や出湯目標温度に基づいたCOPカーブを取得する。外気温度は、外気温度センサ21で検出された温度であって、出湯目標温度は、リモートコントローラ20により入力された温度である。
[0036]
 効率算出部34aは、COPカーブ算出部33で取得されたCOPカーブに基づいて、ヒートポンプ部2の1次エネルギー効率を算出する。本実施形態では、効率算出部34aは、それぞれのCOPカーブに対し、1次エネルギー換算係数0.369を使用し、1次エネルギー効率を算出する。したがって、COPカーブに基づいて算出した1次エネルギー効率のカーブは、図4に示すように、横軸を加熱能力、縦軸を1次エネルギー効率とし、ヒートポンプ部2の加熱能力と、その加熱能力での1次エネルギー効率とを示している。図4に示すように、COPカーブに基づいて算出した1次エネルギー効率のカーブは、加熱能力a1において最大値cとなる。図4において、ガス加熱器6の1次エネルギー効率をdとして図示している。
[0037]
 能力導出部35は、図3のCOPカーブに基づいて、ヒートポンプ部2の加熱能力を導出する。能力導出部35は、後述する所定時刻までに沸き上げ可能な湯量と予測出湯量、あるいは、その他の運転状況に応じて沸き上げ運転の加熱能力を設定する。補助加熱併用運転が行われる場合のガス加熱器6の加熱能力は、貯湯タンク5から供給される温水の温度と、給湯端末10から出湯される際に求められる温水の温度との差分から導出した後、ヒートポンプ部2の加熱能力で足りない分の加熱能力に基づいて導出される。
[0038]
 沸き上げ制御部36は、圧縮機11の周波数、ポンプ17の回転数および、ファン15の回転数を制御する。具体的には沸き上げ制御部36は、能力導出部35で導出されたヒートポンプ部2の加熱能力に基づいて、沸き上げ運転時の圧縮機11の周波数やファン15の回転数を制御する。沸き上げ制御部36は、圧縮機11の周波数を一定に維持し、出湯目標温度になるようにポンプ17の回転数を制御する。
[0039]
 出湯制御部37は、能力導出部35で導出されたガス加熱器6の加熱能力に基づいて、出湯の際に追加加熱運転が行われる場合のガス加熱器6の加熱部6aを制御する。
[0040]
 履歴情報記憶部38は、流量センサ23により検出される単位時間あたりの出湯量を、計測時刻に関連付けて履歴情報として記憶する。履歴情報記憶部38は、例えば1日(または1週間の各曜日)のうちの出湯量の時間帯毎の変動傾向および総出湯量を、履歴情報として記憶している。
[0041]
 出湯予測部39は、上述の履歴情報記憶部38の履歴情報により、使用者が多量に出湯する時間帯と出湯量をパターンとして解析する。この出湯パターンに基づいて、出湯量および出湯時刻を予測する。制御部30は、所定時間間隔(例えば10分毎)で、貯湯タンク5の貯湯温度センサ5a~5dによって検出される貯湯量と、出湯予測部に38よって予測される現在時刻から所定時間(例えば、2時間)以内の出湯量とを比較する。ここで、予測出湯量が貯湯量よりも多い場合には、制御部30は沸き上げ運転の開始を指示する。
[0042]
 (2)給湯システム1による加熱運転の説明
 給湯システム1は、上述した通り、ヒートポンプ部2単独で貯湯タンク5の沸き上げ運転を行うヒートポンプ単独運転、ガス加熱器6単独で貯湯タンク5から給湯端末10へ供給される温水を加熱する補助加熱単独運転、およびヒートポンプ部2による沸き上げ運転とガス加熱器6による追加加熱運転を同時に実行する補助加熱併用運転が可能に構成されている。
[0043]
 貯湯タンク5の貯湯量が少なくなった場合や、出湯予測部39により大量出湯が予測される場合には、沸き上げ運転が行われる。沸き上げ運転のうち、ヒートポンプ単独運転には、後述する通常沸き上げモードでの運転(第2のモードでの沸き上げの一例)と急速沸き上げモードでの運転(第1のモードでの沸き上げの一例)とがある。貯湯タンク5の貯湯量を上回るような大量出湯があった場合等、沸き上げ運転を行ってもユーザーへ所望の温度の温水を供給するためには熱量不足が生じる場合に、補助加熱併用運転が行われる。この場合、沸き上げ運転と並行して、貯湯タンク5から供給される温水が加熱部6aによってさらに加熱される追加加熱運転が行われる。これにより、貯湯タンク5の貯湯量が少ない場合でも、所望の温度の温水がユーザーへ供給される。
[0044]
 (2-1)通常沸き上げモード(第2のモードでの沸き上げの一例)の説明
 本実施形態において、貯湯タンク5の貯湯量が所定値(例えば、貯湯タンク5のタンク容量100Lに対して、40L)以下となったとき、あるいは長時間出湯が見込まれず電気料金が安価な夜間時間帯には、通常沸き上げモードでの運転が行われる。また、現在の貯湯量が、出湯予測部に38よって予測される現在時刻から2時間以内の出湯量を下回る場合にも、通常沸き上げモードでの運転が実行される。
[0045]
 通常沸き上げモードでの運転が行われる場合、能力導出部35は、図3のCOPカーブにおいて、COPが最大となる加熱能力となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力をa1と導出する。そして、沸き上げ制御部36は、加熱能力a1に基づき、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度になるまで、圧縮機11の周波数およびポンプ17の回転数を制御する。通常沸き上げモードでの運転では、ヒートポンプ効率が最大となる能力でヒートポンプ部が動作する。
[0046]
 (2-2)急速沸き上げモード(第1のモードでの沸き上げの一例)の説明
 一方で、貯湯量を急速に増加させる必要がある場合には、急速沸き上げモードでの運転が行われる。本実施形態においては、通常沸き上げモードでの運転では十分な貯湯量を確保できない場合、急速沸き上げモードでの運転が実行される。例えば、現在の貯湯量が、現在時刻から2時間以内の出湯予定量を下回って通常沸き上げモードでの運転が開始された後、出湯予測部39により予測されていない出湯があって、通常沸き上げモードでの運転では所定の時刻までに沸き上げが完了しないときに、急速沸き上げモードでの運転が実行される。
[0047]
 急速沸き上げモードでの運転が行われる場合には、能力導出部35は、ヒートポンプ部2の1次エネルギー効率がガス加熱器6の1次エネルギー効率と同一となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力を導出する。したがって、能力導出部35は、図4に示すように、COPカーブに基づいて算出した1次エネルギー効率のカーブに基づいて、ヒートポンプ部2の1次エネルギー効率がガス加熱器6の1次エネルギー効率dと同一となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力をa2と導出する。そして、沸き上げ制御部36は加熱能力a2に基づき、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度になるように、圧縮機11の周波数およびポンプ17の回転数を制御する。
[0048]
 出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度に到達した後において、通常沸き上げモードでの運転時の周波数(加熱能力a1に基づく周波数)より大きい周波数(加熱能力a2に基づく周波数)で圧縮機11が制御され、また通常沸き上げモードでの運転時のポンプ17の回転数より大きい回転数でポンプ17が制御される。このように、急速沸き上げモードでの運転時にはポンプ17が大きい回転数で駆動されるため、温水回路部3を循環する温水の流量が多くなり、出湯温度を一定に維持しつつ、通常沸き上げモードでの運転時と比べて単位時間あたりに貯湯タンク5に貯留される温水の量を多くすることができる。
[0049]
 (2-3)補助加熱併用運転の説明
 本実施形態においては、貯湯タンク5の貯湯量が不足し、貯湯タンク5から給湯端末10へ供給される湯の温度が、ユーザーの要求する温度よりも低くなった場合に、補助加熱併用運転が行われる。
[0050]
 補助加熱併用運転が行われる場合、まず、能力導出部35は、図3のCOPカーブにおいて、COPが最大となる加熱能力となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力をa1と導出する。そして、沸き上げ制御部36は、加熱能力a1に基づき、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度になるように、圧縮機11の周波数およびポンプ17の回転数を制御する。ガス加熱器6の加熱能力は、ヒートポンプ部2の加熱能力が導出された後、ヒートポンプ部2の加熱能力で足りない分の加熱能力に基づいて導出され、出湯制御部37によりガス加熱器6が運転される。補助加熱併用運転においても、ヒートポンプ部2は、通常沸き上げモードでの運転と同様に、ヒートポンプ効率が最大となる能力で運転される。
[0051]
 (3)フローチャートを用いたヒートポンプ単独運転の説明
 本実施形態の給湯システム1の動作を図5に基づいて説明する。図5のフローチャートは、制御部30によるヒートポンプ単独運転の処理の流れを説明するものであり、Sはステップを表し、これに続く数字はステップの番号を表している。
[0052]
 ステップS1では、貯湯タンク5の側面底部に設置された貯湯温度センサ5dの検出温度により、貯湯タンク5の貯湯量が追加沸き上げ運転可能かを判断する。貯湯温度センサ5dの温度がx度(例えば、60度)よりも低い場合には追加沸き上げが可能であると判断する。
[0053]
 次に、ステップS2では、貯湯タンク5の貯湯温度センサ5a~5dによって検出される現在の貯湯量と、出湯予測部39によって予測される現在時刻から2時間後までの出湯予定量とを比較する。出湯予定量は、現在時刻における、給水温度、およびリモートコントローラ20からユーザーが設定した給湯設定温度あるいは湯張り設定温度から算出する。ここで、現在の貯湯量が2時間以内の出湯予定量よりも小さい場合には、現在時刻から2時間後の時刻Tおよび出湯予定量を制御部30に記憶し(ステップS3)、ヒートポンプ部2による通常沸き上げモードでの運転を開始する(ステップS4)。能力導出部35は、COPカーブにおいて、COPが最大となる加熱能力となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力をa1と導出する。そして、沸き上げ制御部36は、加熱能力a1となるように圧縮機11の周波数およびポンプ17の回転数を制御し、沸き上げ運転を行う。一方で、ステップS2において、現在の貯湯量が2時間以内の出湯予定量よりも大きい場合には、現在時刻から2時間以内の出湯予定量は、現在の貯湯量で十分にまかなうことができると考えられるため、ステップS1へ戻り、追加沸き上げ運転が可能かの判断を継続して行う。
[0054]
 ステップS4で、通常沸き上げモードでの運転が開始された場合、ステップS5では、流量センサ23によって給湯端末10からの出湯の有無を確認する。出湯がなければ、通常沸き上げモードでの運転を継続し(ステップS6)、貯湯タンク5の貯湯量が追加沸き上げ運転可能かの判断する(ステップS7)。貯湯温度センサ5dの検出温度が60度以上であり、追加沸き上げが不可能な場合には、沸き上げ運転を終了する。貯湯温度センサ5dの検出温度が60度未満であり、追加沸き上げが可能な場合には、ステップS8へ進み、2時間以内の出湯予想量と現在の貯湯量の比較を行う。ステップS8で、現在の貯湯量が2時間以内の出湯予定量よりも大きい場合には、沸き上げ運転を終了する。現在の貯湯量が2時間以内の出湯予定量よりも小さい場合には、ステップS5まで戻って、出湯の有無を確認する。
[0055]
 一方で、ステップS5で出湯があった場合には、ステップS9に進む。ステップS9では、ステップS3で記憶した時刻Tまでの予測出湯量を、通常沸き上げで沸き上げ可能かを確認する。つまり、現在の不足湯量を算出し、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能な湯量との比較を行う。不足湯量(時刻Tまでの予測出湯量)は、給水温度、およびリモートコントローラ20からユーザーが設定した給湯設定温度あるいは湯張り設定温度に基づいて算出する。現在の不足湯量が、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能な湯量より小さい場合には、ステップS6へ進み、通常沸き上げモードでの運転による沸き上げ運転を継続し、前述のステップS7~ステップS8の判断を行う。一方で、現在の不足湯量が、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能な湯量より大きい場合には、時刻Tにおいて貯湯量が不足することが予測されるため、急速沸き上げモードでの運転による沸き上げ運転に変更する(ステップS10)。この場合、能力導出部35は、ヒートポンプ部2の加熱能力をa2に決定し、沸き上げ制御部36は、加熱能力a2となるように圧縮機11の周波数およびポンプ17の回転数を制御し、沸き上げ運転を行う。
[0056]
 急速沸き上げモードでの運転開始後は、貯湯温度センサ5dの検出温度から追加沸き上げ運転が可能かの確認を行う(ステップS11)。貯湯温度センサ5dの検出温度が60度以上であれば、沸き上げ運転を終了する。貯湯温度センサ5dの検出温度が60度未満であれば、ステップS12へ進み、2時間以内の出湯予定量と現在の貯湯量の比較を行う。2時間以内の出湯予定量が現在の貯湯量より小さければ、十分な貯湯量が確保できているため、沸き上げ運転を終了する。2時間以内の出湯予定量が現在の貯湯量より大きければ、ステップS5へ戻り、再び現在の不足湯量と、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能な湯量の比較を行う。
[0057]
 (4)タイムチャートを用いたヒートポンプ単独運転の説明
 次に、図5のフローチャートを用いて説明した給湯システム1の動作を、図6の出湯状況に当てはめて説明する。図6は、一般的に1日のうちで出湯が多く沸き上げ運転が発生しやすい夕方から夜の時間帯における出湯状況および沸き上げ状況の一例を示した図であり、縦軸は貯湯タンク5内の貯湯量(左軸)と出湯量(右軸)を示し、横軸は時刻を示している。実線は実際の貯湯量の変化を、破線は時刻t0で予測されていた貯湯量の変化を示す。
[0058]
 貯湯タンク5は全量で100Lの温水を貯湯可能であり、ヒートポンプ部2は、通常沸き上げモードでの運転で30L/H、急速沸き上げモードでの運転で45L/Hの温水を沸き上げ可能とする。出湯および貯湯量の確認は10分毎に行われる。時刻t0(18時00分)では、貯湯タンク5内の貯湯量は50Lである。時刻t4~t5(19時10分~19時30分)の間に10Lの出湯、および時刻t7(20時00分)から97.5Lの出湯(図示省略)が、出湯予測部39により予測されている。それ以降の時刻においては出湯が予測されていないものとする。
[0059]
 時刻t0では、図5のフローチャートにおいて、ステップS1のとおり、貯湯タンク5が追加沸き上げ運転可能か判断される。時刻t0においては、貯湯温度センサ5dの温度は60度よりも低く、追加沸き上げが可能であると判断されるため、ステップS2へ進み、現在の貯湯量(50L)と、出湯予測部39によって予測される現在時刻から2時間以内の出湯予定量とを比較する(ステップS2)。ここで、2時間以内、つまり20時(時刻t7)までに、上述したとおり10Lの出湯と、97.5Lの出湯の2度の出湯があり、合計107.5Lの出湯が予測されている。したがって、現在の貯湯量が時刻t7までの出湯予定量よりも小さいため、時刻t7と出湯予定量107.5Lを記憶して(ステップS3)、通常沸き上げモードでの運転が開始される(ステップS4)。
[0060]
 通常沸き上げモードでの運転が開始されると、流量センサ23によって給湯端末10からの出湯の有無が確認される(ステップS5)。時刻t1までは出湯がないため、通常沸き上げモードでの運転による沸き上げ運転が継続され(ステップS6)、時刻t0~t1の間は、通常沸き上げモードでの運転が継続されるとともに、ステップS5~ステップS8の判断が繰り返される。
[0061]
 次に、時刻t1(18時40分)において、出湯が確認される(ステップS5)。そして、ステップS9に進み、通常沸き上げモードでの運転による沸き上げ運転で時刻t7(20時)までに予測出湯量(107.5L)を沸き上げ可能かの確認が行われる。時刻t1における貯湯量は62.5Lであり、不足湯量は45Lとなる。時刻t7までの間に通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能な湯量は、40L(30L/H×1時間20分)である。つまり、現在の不足湯量は、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能な湯量より大きくなるため、急速沸き上げモードでの運転に変更される(ステップS10)。
[0062]
 急速沸き上げモードでの運転開始後は、図5のフローチャートのステップS11、S12の判断が行われるが、2時間以内の出湯予定量(107.5L)が現在の貯湯量(62.5L)より大きいため、急速沸き上げモードでの運転が継続される。時刻t2~t5においても、ステップS9~S12が繰り返され、急速沸き上げモードでの運転が継続される。
[0063]
 時刻t6(19時50分)においては、ステップS9において、不足湯量が5Lとなり、時刻t7までに通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能な湯量も5L(30L/H×10分)となる。つまり、現在の不足湯量は、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能な湯量以下となる。よって、通常沸き上げモードでの運転で十分な貯湯量を確保できると予測されるため、ステップS6へ進み、急速沸き上げモードでの運転から通常沸き上げモードでの運転へ変更される。続いてステップS7およびステップS8へ進むが、通常沸き上げモードでの運転は継続される。
[0064]
 そして、時刻t7(20時00分)においても、ステップS5において出湯が確認されず、通常沸き上げモードでの運転が継続する(ステップS6)。続いて、ステップS7では追加沸き上げ可能と判断されるが、ステップS8では、2時間以内(22時00分まで)の出湯予定量97.5L(出湯は20時00分の一度のみ)に対し、貯湯量が97.5Lであり、貯湯量が出湯予定量以上となり、沸き上げ運転(通常沸き上げモードでの運転)は終了する。
[0065]
 以上説明したように、本実施形態の給湯システム1によれば、大量出湯が見込まれる、あるいは大量出湯が生じていることにより、通常沸き上げモードでの運転では熱量不足が生じ易い定の条件の一例として、現在の貯湯量が、出湯予測部39によって予測される現在時刻から所定時間以内の出湯量を下回り、通常沸き上げ運転による沸き上げ運転では十分な貯湯量を確保できなくなったことを条件として、急速沸き上げ運転が行われる。これにより、急速沸き上げモードでの運転によって急速沸き上げを行うことによって、補助加熱併用運転による加熱比率を減少させることができるため、給湯システム1全体の総合的なエネルギー効率を向上できる。
[0066]
 (5)変形例
 以下、種々の変形例を説明する。なお、以下の変形例の構成については、特に説明したもの以外は上述の実施形態と同様であるため、説明を省略し、以下では上述の実施形態と異なる部分のみについて説明する。
[0067]
 (5-1)変形例A
 変形例Aでは、大量出湯が見込まれる、あるいは、大量出湯が生じていることにより、前記通常沸き上げ運転での沸き上げでは熱量不足が生じ易い所定の条件の一例として、貯湯タンク5の貯湯量が所定値よりも少なくなって湯切れと判断され、通常沸き上げモードでの運転による沸き上げを開始したにもかかわらず、貯湯量がさらに減少した場合に、急速沸き上げモードでの運転が行われる。貯湯量の確認は、貯湯タンク5の側面に取り付けられた貯湯温度センサ5a~5dで検出された温度によって行う。この例によれば、貯湯温度センサ5bで検出された温度が貯湯目標温度より所定温度以上低くなり、貯湯量が第1貯湯量(例えば、貯湯タンク5のタンク容量100Lに対して、40L)が以下となって、通常沸き上げモードでの運転が開始された後、貯湯温度センサ5bよりも貯湯タンク5の上部に設けられた貯湯温度センサ5aが貯湯目標温度より所定温度以上低くなり、第1貯湯量よりも小さい第2貯湯量(例えば、20L)となった場合に急速沸き上げモードでの運転が行われる。
[0068]
 図7は、本変形例のフローチャートを示している。ステップS101では、貯湯温度センサ5bの検出温度がy度(例えば60度)より低いか判断する。貯湯温度センサ5bの検出温度がy度よりも低い場合は、貯湯量が所定値(第1所定値、例えば40L)以下であり、湯切れをしていると判断され、通常沸き上げモードでの運転を開始する(ステップS102)。通常沸き上げモードでの運転開始後は、給湯端末10からの出湯の有無を確認する(ステップS103)。出湯がなければ、貯湯温度センサ5bの検出温度がy度以上になるまで、ステップS103およびステップS105の判断を繰り返しながら通常沸き上げモードでの運転を行う。貯湯温度センサ5bの検出温度がy度以上になれば、貯湯タンク5の貯湯量が十分であると判断され、沸き上げ運転を終了する。
[0069]
 一方で、ステップS103で出湯が確認された場合は、ステップS104へ進み、貯湯タンク5において貯湯温度センサ5bよりも上部に配置される貯湯温度センサ5aの検出温度がz度(例えば60度)より低いかを判断する。ここでは、貯湯量が、湯切れ判断をされた第1所定値よりもさらに低い第2所定値(例えば20L)になっているかの判断をしている。検出温度がz度以上であれば、ステップ105へ進み、貯湯温度センサ5bの検出温度がy度以上になるまで、ステップS103およびステップS105の判断を繰り返しながら通常沸き上げモードでの運転を行う。
[0070]
 検出温度がz度よりも低い場合には、貯湯量は第2所定値以下であるため、通常沸き上げモードでの運転では貯湯量の増加が不十分であると判断され、急速沸き上げモードでの運転が開始される(ステップS106)。急速沸き上げモードでの運転開始後は、貯湯温度センサ5aの検出温度を測定し(ステップS107)、検出温度がz度以上になるまで急速沸き上げモードでの運転が継続される。検出温度がz度以上になれば、通常沸き上げモードでの運転に変更し(ステップS108)、沸き上げ運転を継続する。そして、貯湯温度センサ5bの検出温度によって、湯切れが継続しているかを確認し、検出温度がy度以上となって、湯切れ状態が解消されれば沸き上げ運転を終了する。
[0071]
 このような構成にすることで、電源投入後すぐ等、履歴情報記憶部38に履歴情報が蓄積されておらず、出湯予測部39による出湯パターンの解析が不可能な場合であっても、補助加熱併用運転の動作頻度を減らすことができ、給湯システム1全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、貯湯タンク5に備え付けられた貯湯温度センサ5a~5dによる貯湯量から、補助加熱併用運転が予測するため、簡易な制御によって給湯システム1全体のエネルギー効率を向上させることができる。
[0072]
 (5-2)変形例B
 変形Bでは、大量出湯が見込まれる、あるいは、大量出湯が生じていることにより、前記通常沸き上げ運転での沸き上げでは熱量不足が生じ易い所定の条件の一例として、使用者からリモートコントローラ20によって、浴槽10aに目標温度の湯を供給する湯張り指示があった場合に、急速沸き上げモードでの運転が行われる。
[0073]
 図8は、本変形例のフローチャートを示している。ステップS201では、湯張り指示の有無を確認する。湯張り指示があった場合には、ステップS202へ進み、制御部30のタイマT1の計測を開始し、ステップS203でタイマT1がα分(例えば5分)になるまでタイマT1の確認を継続する。タイマT1がα分になれば、タイマT1をリセットし(ステップS204)、湯張りが継続しているかの確認を行う(ステップS205)。この時点で湯張り指示が継続していなければ、ステップS201に戻り、次の湯張り指示があるまで待機する。湯張り指示が継続している場合には、急速沸き上げモードでの沸き上げ運転を開始する(ステップS206)。このタイマT1によって、湯張り指示受信から沸き上げ運転開始まで所定時間あけることにより、貯湯タンク5の下部に給水されたと推定される。
[0074]
 急速沸き上げモードでの運転が開始されると、湯張りが完了しているかの確認を行う(ステップS207)。なお、湯張りの完了は、浴槽10aへ供給される温水の量が湯張り設定湯量に到達したと判定されるか、あるいは、リモートコントローラ20からの終了指示により判定される。ステップS207で湯張りが完了したと判断されると、タイマT2の計測を開始する(ステップS208)。そして、貯湯タンク5の側面底部に設置された貯湯温度センサ5dの検出温度x度(例えば、60度)以上となる(ステップS209)、あるいは、タイマT2の測定時間がβ分(例えば20分)となる(ステップS210)まで、ステップS209およびS210の判定を繰り返しながら、急速沸き上げモードでの運転が継続する。貯湯温度センサ5dの検出温度x度以上となる、あるいは、β分が経過すれば、タイマT2をリセットして(ステップS211)沸き上げ運転を終了させる。
[0075]
 このような構成とすることで、電源投入後すぐ等、履歴情報記憶部38に履歴情報が蓄積されておらず、出湯予測部39による出湯パターンの解析が不可能な場合であっても、補助加熱併用運転の動作頻度を減らすことができ、給湯システム1全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、特に、貯湯タンク5の容量が比較的小さい場合には、湯張りによって貯湯タンク5が湯切れしてガス加熱器(補助加熱部)6の運転が必要となる可能性が高い。そのため、湯張り指示があった段階で急速沸き上げモードでの運転を開始することによって、より早くから急速沸き上げを開始することができるため、補助加熱併用運転の動作頻度を減らし、給湯システム1全体のエネルギー効率を向上させることができる。湯張り完了後には、入浴が予想され、シャワーによる大量出湯が予測される。継続して急速沸き上げモードによる運転を行うことで、湯張り完了後に大量出湯が予測されるような場合であっても、補助加熱併用運転の動作頻度を減らすことができ、給湯システム1全体のエネルギー効率を向上させることができる。
[0076]
 なお、本変形例では、湯張り指示受信からα分後に急速沸き上げモードでの運転を開始したが、指示受信後ただちに急速沸き上げモードでの運転を開始してもよい。指示受信後ただちに急速沸き上げモードでの運転を開始すれば、より多くの湯を沸き上げることができ、結果として補助加熱併用運転の動作頻度を減らすことができる。
[0077]
 (5-3)変形例C
 本実施形態では、通常沸き上げモードでの運転中に出湯があった場合に、時刻Tまでの予測出湯量を、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能かの確認を行った。しかし、出湯の有無に代えて、外気温度センサ21により検出された外気温度が所定温度以下となった場合、あるいは所定温度以上低下した場合に、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能かの確認を行ってもよい。こうすることで、通常沸き上げモードでの運転中に外気温度が低下して、通常沸き上げモードでの運転によって沸き上げ可能な湯量が減少した場合であっても、補助加熱併用運転の動作頻度を減らすことができ、給湯システム1全体のエネルギー効率を向上させることができる。
[0078]
 また、出湯の有無に代えて、給湯端末10へ貯湯タンク5の湯が供給される際に混合される水の温度(給水温度)が所定温度以下となった場合、あるいは所定温度以上低下した場合に、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能かの確認を行ってもよい。ユーザーが設定した給湯設定温度あるいは湯張り設定温度が所定温度以上となった場合、あるいは所定温度以上上昇した場合に、通常沸き上げモードでの運転で沸き上げ可能かの確認を行ってもよい。こうすることで、通常沸き上げモードでの運転中に、所定時刻Tまでに必要な予測出湯量が増加した場合であっても、補助加熱併用運転の動作頻度を減らすことができ、給湯システム1全体のエネルギー効率を向上させることができる。
[0079]
 (5-4)変形例D
 上述の実施形態では、効率算出部34aは、COPカーブ算出部33で取得されたCOPカーブに基づいて、ヒートポンプ部2の1次エネルギー効率を導出し、ガス加熱器6の1次エネルギー効率との比較により急速沸き上げモードでの運転の加熱能力を算出した。しかし、COPカーブ算出部33で取得されたCOPカーブに基づいて、ヒートポンプ部2の使用料金使用料金を算出し、ガス加熱器6の使用料金使用料金との比較により、急速沸き上げモードでの運転の加熱能力を導出してもよい。
[0080]
 図9は、ヒートポンプ部2およびガス加熱器6について、加熱能力(横軸)と単位加熱能力あたりの使用料金(縦軸)の関係を示している。変形例Eでは、制御部30は使用料金算出部34bを有しており、使用料金算出部34bは、COPカーブ算出部33で取得されたCOPカーブに基づいて、単位加熱能力あたりの使用料金を算出する。それぞれの使用料金は、単位時間当たりの消費量に使用料金単価を掛け合わせることで求められる。ヒートポンプ部2の電力消費量は、加熱能力をCOPで割って算出されるため、図9に示す通り、単位能力あたりの使用料金は加熱能力により変化し、加熱能力a1において最小値eとなる。一方で、ガス加熱器6では、単位能力あたりの使用料金は加熱能力にかかわらず一定の使用料金fとなる。
[0081]
 通常沸き上げモードでの運転が行われる場合、能力導出部35は、図3のCOPカーブにおいて、COPが最大となる加熱能力となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力をa1と導出する。そして、沸き上げ制御部36は、加熱能力a1に基づき、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度になるまで、圧縮機11の周波数およびポンプ17の回転数を制御する。つまり、通常沸き上げモードでの運転では、ヒートポンプ効率が最大となる能力でヒートポンプ部2が動作する。
[0082]
 一方で、急速沸き上げモードでの運転が行われる場合には、能力導出部35は、ヒートポンプ部2の使用料金がガス加熱器6の使用料金と同一となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力を導出する。したがって、能力導出部35は、図9に示すように、COPカーブに基づいて算出した使用料金のカーブに基づいて、ヒートポンプ部2の使用料金がガス加熱器6の使用料金fと同一となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力をa3と導出する。そして、沸き上げ制御部36は加熱能力a3に基づき、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度になるまで、圧縮機11の周波数およびポンプ17の回転数を制御する。
[0083]
 このような構成とすることで、ヒートポンプ部2の使用料金がガス加熱器6の使用料金より高くなるのを抑制でき、給湯システム1全体で使用料金が増加することを抑制できる。
[0084]
 (5-5)変形例E
 また、COPカーブ算出部33で取得されたCOPカーブに基づいて、ヒートポンプ部2の炭素排出量を算出し、ガス加熱器6の炭素排出量との比較により、急速沸き上げモードでの運転の加熱能力を導出してもよい。
[0085]
 図10は、ヒートポンプ部2およびガス加熱器6について、加熱能力(横軸)と単位加熱能力あたりの炭素排出量(縦軸)の関係を示している。変形例Fでは、制御部30は炭素排出量算出部34cを有しており、炭素排出量算出部34cは、COPカーブ算出部33で取得されたCOPカーブに基づいて、単位加熱能力あたりの炭素排出量を算出する。それぞれの炭素排出量は、単位能力当たりの二酸化炭素排出係数を機器効率で割ることで求められる。ヒートポンプ部2は電力によって駆動される。したがって、ヒートポンプ部2の単位能力あたりの炭素排出量は、発電における単位能力あたりの二酸化炭素排出量をCOPで割ることで算出され、図10に示す通り、単位能力あたりの炭素排出量は加熱能力により変化し、加熱能力a1において最小値gとなる。一方で、ガス加熱器6では、単位能力あたりの炭素排出量は加熱能力にかかわらず一定の炭素排出量hとなる。
[0086]
 通常沸き上げモードでの運転が行われる場合、能力導出部35は、図3のCOPカーブにおいて、COPが最大となる加熱能力となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力をa1と導出する。そして、沸き上げ制御部36は、加熱能力a1に基づき、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度になるまで、圧縮機11の周波数およびポンプ17の回転数を制御する。つまり、通常沸き上げモードでの運転では、ヒートポンプ効率が最大となる能力でヒートポンプ部2が動作する。
[0087]
 一方で、急速沸き上げモードでの運転が行われる場合には、能力導出部35は、ヒートポンプ部2の炭素排出量がガス加熱器6の炭素排出量と同一となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力を導出する。したがって、能力導出部35は、図10に示すように、COPカーブに基づいて算出した炭素排出量のカーブに基づいて、ヒートポンプ部2の炭素排出量がガス加熱器6の炭素排出量hと同一となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力をa4と導出する。そして、沸き上げ制御部36は加熱能力a4に基づき、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度になるまで、圧縮機11の周波数およびポンプ17の回転数を制御する。
[0088]
 このような構成とすることで、ヒートポンプ部2の炭素排出量がガス加熱器6の炭素排出量より高くなるのを抑制でき、給湯システム1全体の炭素排出量が増加することを抑制できる。
[0089]
 (5-6)変形例F
 上述の実施形態では、急速沸き上げモードでの運転時の加熱能力(a2)における1次エネルギー効率がガス加熱器6の1次エネルギー効率dと同一になるようにヒートポンプ部2の加熱能力を導出した。しかし、加熱能力の設定については、これに限定されず、外気温度が同一である場合において、急速沸き上げモードでの運転時のヒートポンプ部2の加熱能力が、通常沸き上げモードでの運転時の加熱能力(a1)より大きく、かつ、急速沸き上げモードでの運転時のヒートポンプ部2のヒートポンプ効率が、通常沸き上げモードでの運転時のヒートポンプ部2のヒートポンプ効率より低いようにする限り、種々の設定が可能である。
[0090]
 同様に、上述の変形例Dおよび変形例Fでは、急速沸き上げモードでの運転時の加熱能力(a3あるいはa4)における単位能力あたりの使用料金あるいは、単位能力あたりの炭素排出量がガス加熱器6と同一となるようにヒートポンプ部2の加熱能力を導出した。しかし、加熱能力の設定については、これに限定されず、外気温度が同一である場合において、急速沸き上げモードでの運転時のヒートポンプ部2の加熱能力が、通常沸き上げモードでの運転時の加熱能力(a1)より大きく、かつ、急速沸き上げモードでの運転時のヒートポンプ部2のヒートポンプ効率が、通常沸き上げモードでの運転時のヒートポンプ部2のヒートポンプ効率より高くなるようにする限り、種々の設定が可能である。
[0091]
 変形例Dについては、急速沸き上げモードでの加熱能力は、そのときの外気温度においてCOPが最大となる加熱能力よりも大きく、かつ、急速沸き上げモードでの単位能力あたりの使用料金が、ガス加熱器6の単位能力あたりの使用料金以下であればよい。また、変形例Eについては、急速沸き上げモードでの加熱能力は、そのときの外気温度においてCOPが最大となる加熱能力よりも大きく、かつ、急速沸き上げモードでの単位能力あたりの炭素排出量が、ガス加熱器6の単位能力あたりの炭素排出量以下であればよい。
[0092]
 また、通常沸き上げモードでの運転時の加熱能力についても、COPカーブにおいて、COPが最大となる加熱能力となるように、ヒートポンプ部2の加熱能力をa1と導出したが、これに限定されず、通常沸き上げモードでの運転時の加熱能力は比較的COPが高くなる範囲で種々設定可能である。
[0093]
 (5-7)変形例G
 上述の実施形態では、急速沸き上げモードでの運転において、沸き上げ制御部36は加熱能力a2に基づき、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度になるまで、圧縮機11の周波数を制御した。しかし、加熱能力の設定方法としては、これに代えて、あるいは、これに加えて、沸き上げ制御部36は加熱能力a2に基づき、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度になるように、室外熱交換器12と対向して配置されるファン15の回転数を制御してもよい。
[0094]
 この場合、出湯温度センサ22で検知される出湯温度が目標出湯温度に到達した後において、通常沸き上げモードでの運転時の回転数(加熱能力a1に基づく回転数)より大きい回転数(加熱能力a2に基づく回転数)でファン15が制御され、また通常沸き上げモードでの運転時のポンプ17の回転数より大きい回転数でポンプ17が制御される。このように、急速沸き上げモードでの運転時にはポンプ17が大きい回転数で駆動されるため、温水回路部3を循環する温水の流量が多くなり、出湯温度を一定に維持しつつ、通常沸き上げモードでの運転時と比べて単位時間あたりに貯湯タンク5に貯留される温水の量を多くすることができる。
[0095]
 以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
[0096]
 例えば、上述の実施形態および変形例では、給湯システム1が、補助加熱部として、ガス加熱器6を有する場合を説明したが、補助加熱部は、ガス加熱器6に限られない。従って、給湯システム1が、補助加熱部として、電気ヒータ等のその他の加熱部を有していてもよい。補助加熱部としては、ヒートポンプ部2以外の加熱手段であって、一次エネルギー効率がヒートポンプ部2より低いものであれば、本発明を適用可能である。より具体的には、ヒートポンプ部2のCOPが最大となる加熱能力で比較したとき、補助加熱部の一次エネルギー効率は、ヒートポンプ部2の一次エネルギー効率よりも低くなる。電気ヒータやガス等の燃焼式の加熱手段がこれにあたる。

産業上の利用可能性

[0097]
 本発明を利用すれば、システム全体の加熱量に占める補助加熱部による加熱量の比率を減少させることにより、給湯システム全体の総合的なエネルギー効率を向上できる。

符号の説明

[0098]
2       ヒートポンプ部(ヒートポンプ式加熱部)
5       貯湯タンク
5a~5d   貯湯温度センサ(貯湯量検出部)
6       ガス加熱器(補助加熱部)
10      給湯端末(出湯部)
10a     浴槽
11      圧縮機
12      室外熱交換器(熱源側熱交換器)
13      膨張弁(膨張機構)
15      ファン
16      給湯用熱交換器(利用側熱交換器)
23      流量センサ(出湯量検出部)
30      制御部
38      履歴情報記憶部
39      出湯予測部
41      冷媒回路

先行技術文献

特許文献

[0099]
特許文献1 : 特開2013-113495号公報

請求の範囲

[請求項1]
 温水を貯留する貯湯タンク(5)と、
 前記貯湯タンク(5)の温水を利用側へ供給する出湯部(10)と、
 前記貯湯タンク(5)の温水の沸き上げを行うヒートポンプ式加熱部(2)と、
 前記貯湯タンク(5)から前記出湯部(10)に供給される温水を加熱可能な補助加熱部(6)と、
を備え、
 前記ヒートポンプ式加熱部(2)によって前記貯湯タンク(5)の温水の沸き上げが行われるヒートポンプ単独運転と、
 前記ヒートポンプ式加熱部(2)による前記貯湯タンク(5)の温水の沸き上げだけでは熱量不足となる場合に、前記貯湯タンク(5)の温水の沸き上げおよび前記補助加熱部(6)による温水の加熱が同時に行われる補助加熱併用運転と、
が可能であって、
 前記ヒートポンプ単独運転は、互いに加熱能力が異なる、第1のモードでの沸き上げ、および、第2のモードでの沸き上げを含み、
 前記第1のモードでの沸き上げの加熱能力は、前記第2のモードでの沸き上げの加熱能力よりも高く、かつ、前記第1のモードでの沸き上げのヒートポンプ効率は前記第2のモードでの沸き上げのヒートポンプ効率よりも低く、
 大量出湯が見込まれる、あるいは、大量出湯が生じていることにより、前記第2のモードでの沸き上げでは熱量不足が生じ易い所定の条件下では、前記第1のモードでの沸き上げが行われる、
給湯システム。
[請求項2]
 前記第1のモードでの沸き上げの加熱能力は、そのときの外気温度においてCOPが最大となる加熱能力よりも大きく、かつ、前記第1のモードでの沸き上げの1次エネルギー効率が前記補助加熱部(6)を単独で運転させたときの1次エネルギー効率以上である、
請求項1に記載の給湯システム。
[請求項3]
 前記貯湯タンク(5)の貯湯量を検出する貯湯量検出部(5a~5d)をさらに備え、
 前記貯湯量検出部(5a~5d)によって検出された前記貯湯量が第1貯湯量よりも小さくなった場合に前記第2のモードでの沸き上げが開始され、
 前記第1貯湯量よりもさらに小さい第2貯湯量となった場合に、前記第2のモードでの沸き上げから前記第1のモードでの沸き上げを行う、
請求項1または請求項2に記載の給湯システム。
[請求項4]
 前記出湯部(10)から温水が供給される浴槽(10a)をさらに備え、
 前記浴槽(10a)に目標温度の湯を供給する湯張り指示があった場合に、前記第1のモードでの沸き上げを行う、
請求項1または請求項2に記載の給湯システム。
[請求項5]
 前記貯湯タンク(5)から前記出湯部へ供給される出湯量を検出する出湯量検出部(23)と、
 前記出湯量検出部により検出された出湯量と出湯時刻の履歴情報を記憶する履歴情報記憶部(38)と、
 前記履歴情報記憶部(38)の前記履歴情報に基づき出湯予定量と出湯予定時刻を予測する出湯予測部(39)とをさらに備え、
 前記出湯予測部(39)により予測された前記出湯予定量が前記出湯予定時刻までに前記貯湯タンク(5)に貯湯されるように前記ヒートポンプ式加熱部(2)の動作させるとき、前記出湯予測部(39)により予測されていない出湯があった場合に、前記第1のモードでの沸き上げを行う、
請求項1または請求項2に記載の給湯システム。
[請求項6]
 前記貯湯タンク(5)の貯湯量を検出する貯湯量検出部(5a~5d)と、
 前記貯湯タンク(5)から前記出湯部(10)へ供給される出湯量を検出する出湯量検出部(23)と、
 前記出湯量検出部(23)により検出された出湯量と出湯時刻の履歴情報を記憶する履歴情報記憶部(38)と、
 前記履歴情報記憶部(38)の前記履歴情報に基づき出湯予定量と出湯予定時刻を予測する出湯予測部(39)と、
をさらに備え、
 前記出湯予定量が、前記貯湯量検出部(5a~5d)によって検出された前記貯湯量と、前記第2のモードでの沸き上げで運転した場合の前記出湯予定時刻における貯湯予定量との合計値よりも大きい場合に、前記第1のモードでの沸き上げを行う、
請求項1または請求項2に記載の給湯システム。
[請求項7]
 前記ヒートポンプ式加熱部(2)は、圧縮機(11)、熱源側熱交換器(12)、膨張機構(13)、および、利用側熱交換器(16)が接続され、冷媒が循環する冷媒回路(41)を有し、
 前記利用側熱交換器(16)を用いて前記貯湯タンク(5)へ温水を供給しており、
 前記第1のモードでの沸き上げは、外気温度が同一である場合において、前記第2のモードでの沸き上げよりも前記圧縮機(11)の周波数が大きい、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の給湯システム。
[請求項8]
 前記ヒートポンプ式加熱部(2)は、圧縮機(11)、熱源側熱交換器(12)、膨張機構(13)、および、利用側熱交換器(16)が接続され、冷媒が循環する冷媒回路(41)と、前記熱源側熱交換器(12)に送風して熱交換させるファン(15)とを有し、
 前記利用側熱交換器(16)を用いて前記貯湯タンク(5)へ温水を供給しており、
 前記第1のモードでの沸き上げは、外気温度が同一である場合において、前記第2のモードでの沸き上げよりも前記ファン(15)の回転数が大きい、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の給湯システム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]