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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024135510
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】ヒートポンプ式給湯システム
(51)【国際特許分類】
F24H 4/02 20220101AFI20240927BHJP
F24H 1/18 20220101ALI20240927BHJP
F24H 15/156 20220101ALI20240927BHJP
F24H 15/219 20220101ALI20240927BHJP
F24H 15/225 20220101ALI20240927BHJP
F24H 15/375 20220101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
F24H4/02 F
F24H1/18 G
F24H15/156
F24H15/219
F24H15/225
F24H15/375
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023046228
(22)【出願日】2023-03-23
(71)【出願人】
【識別番号】000004709
【氏名又は名称】株式会社ノーリツ
(74)【代理人】
【識別番号】100120514
【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 雅人
(72)【発明者】
【氏名】西村 和裕
(72)【発明者】
【氏名】大西 兼造
【テーマコード（参考）】
3L122
【Ｆターム（参考）】
3L122AA04
3L122AA12
3L122AA23
3L122AA54
3L122AA62
3L122AB22
3L122AB33
3L122BA23
3L122BB03
3L122BB14
3L122CA14
3L122DA21
3L122EA42
3L122EA52
3L122EA64
3L122FA02
3L122FA08
3L122FA13
3L122FA24
3L122GA01
3L122GA03
(57)【要約】
【課題】貯湯温度が過剰に高くならないようにしてシステム全体のエネルギ効率を良好にしつつ、湯不足を生じ難くすることが可能なヒートポンプ式給湯システムを提供する。
【解決手段】ヒートポンプ式給湯システムＡの制御手段４は、ヒートポンプ１に貯湯運転を行なわせるときには、過去の複数日にわたる熱需要に基づき、前記複数日のそれぞれにおいて、貯湯タンク２に湯不足を生じないために必要な貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａを求め、かつこの湯不足回避温度Ｔａに基づいて当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定し、この貯湯温度上限値Ｔmaxを超えないようにヒートポンプ１の貯湯運転を制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】ヒートポンプ式給湯システムＡの制御手段４は、ヒートポンプ１に貯湯運転を行なわせるときには、過去の複数日にわたる熱需要に基づき、前記複数日のそれぞれにおいて、貯湯タンク２に湯不足を生じないために必要な貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａを求め、かつこの湯不足回避温度Ｔａに基づいて当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定し、この貯湯温度上限値Ｔmaxを超えないようにヒートポンプ１の貯湯運転を制御する。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒートポンプと、
このヒートポンプによって加熱された湯水を貯留する貯湯タンクを有し、かつこの湯水を所定の給湯先または熱負荷に供給可能な貯湯タンクユニットと、
過去の熱需要に基づく学習能力をもち、今後の熱需要の発生時期および熱需要量を予測し、かつ予測される熱需要の発生前に前記ヒートポンプを運転させて熱需要に対応する熱量の湯水を前記貯湯タンクに貯留させる制御を実行する制御手段と、
を備えている、ヒートポンプ式給湯システムであって、
前記制御手段は、前記ヒートポンプに貯湯運転を行なわせるときには、過去の複数日にわたる熱需要に基づき、前記複数日のそれぞれにおいて、前記貯湯タンクに湯不足を生じないために必要な貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａを求め、かつこの湯不足回避温度Ｔａに基づいて当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定し、この貯湯温度上限値Ｔmaxを超えないように前記ヒートポンプの貯湯運転を制御する構成とされていることを特徴とする、ヒートポンプ式給湯システム。
このヒートポンプによって加熱された湯水を貯留する貯湯タンクを有し、かつこの湯水を所定の給湯先または熱負荷に供給可能な貯湯タンクユニットと、
過去の熱需要に基づく学習能力をもち、今後の熱需要の発生時期および熱需要量を予測し、かつ予測される熱需要の発生前に前記ヒートポンプを運転させて熱需要に対応する熱量の湯水を前記貯湯タンクに貯留させる制御を実行する制御手段と、
を備えている、ヒートポンプ式給湯システムであって、
前記制御手段は、前記ヒートポンプに貯湯運転を行なわせるときには、過去の複数日にわたる熱需要に基づき、前記複数日のそれぞれにおいて、前記貯湯タンクに湯不足を生じないために必要な貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａを求め、かつこの湯不足回避温度Ｔａに基づいて当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定し、この貯湯温度上限値Ｔmaxを超えないように前記ヒートポンプの貯湯運転を制御する構成とされていることを特徴とする、ヒートポンプ式給湯システム。
【請求項2】
請求項１に記載のヒートポンプ式給湯システムであって、
外部から前記貯湯タンクへの入水温度に対応して定められた貯湯温度の通常用上限値Ｔｇのデータが、前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxが、前記通常用上限値Ｔｇを超える場合には、前記通常用上限値Ｔｇを超えないように前記ヒートポンプの貯湯運転を制御する構成とされている、ヒートポンプ式給湯システム。
外部から前記貯湯タンクへの入水温度に対応して定められた貯湯温度の通常用上限値Ｔｇのデータが、前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxが、前記通常用上限値Ｔｇを超える場合には、前記通常用上限値Ｔｇを超えないように前記ヒートポンプの貯湯運転を制御する構成とされている、ヒートポンプ式給湯システム。
【請求項3】
請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯システムであって、
前記湯不足回避温度Ｔａを求める処理は、
前記過去の複数日にわたる熱需要のデータを、２４時間毎の複数のグループに分ける第１の処理と、
前記複数のグループのそれぞれにおける所定の単位時間毎の熱需要量のデータに基づき、熱需要量がピークとなる単位時間を含み、かつ前記熱需要量の累計値が前記各グループ内において最大となる時間帯を特定する第２の処理と、
この第２の処理において特定された前記時間帯の累計の熱需要量に対し、湯不足を生じない熱量の湯水を前記貯湯タンクに貯湯させるのに必要な貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａを求める第３の処理と、
を含む構成とされている、ヒートポンプ式給湯システム。
前記湯不足回避温度Ｔａを求める処理は、
前記過去の複数日にわたる熱需要のデータを、２４時間毎の複数のグループに分ける第１の処理と、
前記複数のグループのそれぞれにおける所定の単位時間毎の熱需要量のデータに基づき、熱需要量がピークとなる単位時間を含み、かつ前記熱需要量の累計値が前記各グループ内において最大となる時間帯を特定する第２の処理と、
この第２の処理において特定された前記時間帯の累計の熱需要量に対し、湯不足を生じない熱量の湯水を前記貯湯タンクに貯湯させるのに必要な貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａを求める第３の処理と、
を含む構成とされている、ヒートポンプ式給湯システム。
【請求項4】
請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯システムであって、
前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定する処理は、
複数の前記湯不足回避温度Ｔａの中から予め定められた条件に合致するいずれか１つを選択し、かつこの選択された湯不足回避温度Ｔａを前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとする処理である、ヒートポンプ式給湯システム。
前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定する処理は、
複数の前記湯不足回避温度Ｔａの中から予め定められた条件に合致するいずれか１つを選択し、かつこの選択された湯不足回避温度Ｔａを前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとする処理である、ヒートポンプ式給湯システム。
【請求項5】
請求項４に記載のヒートポンプ式給湯システムであって、
前記予め定められた条件とは、
複数の前記湯不足回避温度Ｔａの中央値であること、温度の高さの順番が所定の順番であること、または前記過去の複数日にわたって前記貯湯温度上限値Ｔmaxとして用いられた場合に熱損失が最も小さくなる温度に相当することである、ヒートポンプ式給湯システム。
前記予め定められた条件とは、
複数の前記湯不足回避温度Ｔａの中央値であること、温度の高さの順番が所定の順番であること、または前記過去の複数日にわたって前記貯湯温度上限値Ｔmaxとして用いられた場合に熱損失が最も小さくなる温度に相当することである、ヒートポンプ式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒートポンプ式給湯システムに関する。
【背景技術】
【0002】
ヒートポンプ式給湯システムとしては、過去の熱需要に基づく学習能力をもち、今後の熱需要の発生時期や熱需要量を比較的細かく予測し、予測された熱需要に対応した熱量の湯水をヒートポンプの運転により生成して貯湯タンクに貯留させる動作を、できる限り熱需要の発生時期の直前に行なわせるようにしたものがある。従来においては、このような方式とは異なり、たとえば夜間電力を利用してヒートポンプを運転させることにより１日分の熱需要に対応した湯水を一括して生成させてから貯湯タンクに貯留させるようにしたものもあるが、このようなものと比較すると、前者のものは、貯湯タンクからの放熱ロスを少なくできる。また、貯湯タンクに貯留される湯水の熱量を実際の熱需要に対して、より的確に対応させることが可能である。したがって、湯余りや湯不足が生じることを抑制する上で好ましい。さらに、貯湯タンクとしては、１日分の熱需要に対応する湯水を貯留可能なサイズのものを用いる必要がなく、小型の貯湯タンクを用いることが可能となり、設備コストを廉価にすることもできる。
【0003】
一方、ヒートポンプのＣＯＰ（成績係数）を高くし、システム全体のエネルギ効率をよくするには、ヒートポンプによる加熱湯水温度（貯湯温度に相当）をなるべく低めの温度とすることが好ましい。
そこで、従来においては、たとえば外部から貯湯タンクへの入水温度に応じて貯湯温度の上限値（通常用上限値Ｔｇ）を設定しておき、ヒートポンプの運転時には、この通常用上限値Ｔｇを超えないように制御することが試みられている。たとえば、入水温度が２℃～９℃の範囲であると、その際の貯湯温度の通常用上限値Ｔｇは６０℃とされている。
このような手段によれば、貯湯温度が前記通常用上限値Ｔｇを超えた高温とされることは防止されているため、ヒートポンプのＣＯＰを高くすることが可能である。
そこで、従来においては、たとえば外部から貯湯タンクへの入水温度に応じて貯湯温度の上限値（通常用上限値Ｔｇ）を設定しておき、ヒートポンプの運転時には、この通常用上限値Ｔｇを超えないように制御することが試みられている。たとえば、入水温度が２℃～９℃の範囲であると、その際の貯湯温度の通常用上限値Ｔｇは６０℃とされている。
このような手段によれば、貯湯温度が前記通常用上限値Ｔｇを超えた高温とされることは防止されているため、ヒートポンプのＣＯＰを高くすることが可能である。
【0004】
しかしながら、前記従来技術においては、前記貯湯温度の通常用上限値Ｔｇは、入水温度に対応して一律に設定された値に過ぎない。このため、ヒートポンプ式給湯システムにおける様々な運転状況下においては、必ずしもそのような値が常に適切であるとはいえず、改善の余地がある。また、前記した通常用上限値Ｔｇは、ヒートポンプ式給湯システムの試験運転の繰り返しなどによって求められるのが一般的であるため、ヒートポンプ式給湯システムの各部の仕様が変更された場合には、それに対応して前記通常用上限値Ｔｇを決め直す必要があり、煩雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２１－１３４９７０号公報
【特許文献2】特許第４５２５７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、貯湯温度が過剰に高くならないようにしてシステム全体のエネルギ効率を良好にしつつ、湯不足を生じ難くすることが可能なヒートポンプ式給湯システムを提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【0008】
本発明により提供されるヒートポンプ式給湯システムは、ヒートポンプと、このヒートポンプによって加熱された湯水を貯留する貯湯タンクを有し、かつこの湯水を所定の給湯先または熱負荷に供給可能な貯湯タンクユニットと、過去の熱需要に基づく学習能力をもち、今後の熱需要の発生時期および熱需要量を予測し、かつ予測される熱需要の発生前に前記ヒートポンプを運転させて熱需要に対応する熱量の湯水を前記貯湯タンクに貯留させる制御を実行する制御手段と、を備えている、ヒートポンプ式給湯システムであって、前記制御手段は、前記ヒートポンプに貯湯運転を行なわせるときには、過去の複数日にわたる熱需要に基づき、前記複数日のそれぞれにおいて、前記貯湯タンクに湯不足を生じないために必要な貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａを求め、かつこの湯不足回避温度Ｔａに基づいて当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定し、この貯湯温度上限値Ｔmaxを超えないように前記ヒートポンプの貯湯運転を制御する構成とされていることを特徴としている。
【0009】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、ヒートポンプの貯湯運転時においては、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを超えないように制御されるが、この当日の貯湯温度上限値Ｔmaxは、過去の複数日にわたる熱需要に基づいて求められた複数の湯不足回避温度Ｔａに基づき決定される値である。したがって、この当日の貯湯温度上限値Ｔmaxは、過去の実情を的確に反映した妥当な値とすることが可能である。当日の貯湯温度上限値Ｔmaxが過度に低い温度であると、湯不足を生じる可能性が高くなるが、本発明によれば、そのようなことを適切に回避することが可能である。また、貯湯温度が過剰に高くならないようにできるため、ヒートポンプのＣＯＰを高くし、システム全体のエネルギ効率を高めることも可能である。
すなわち、ヒートポンプの貯湯運転時においては、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを超えないように制御されるが、この当日の貯湯温度上限値Ｔmaxは、過去の複数日にわたる熱需要に基づいて求められた複数の湯不足回避温度Ｔａに基づき決定される値である。したがって、この当日の貯湯温度上限値Ｔmaxは、過去の実情を的確に反映した妥当な値とすることが可能である。当日の貯湯温度上限値Ｔmaxが過度に低い温度であると、湯不足を生じる可能性が高くなるが、本発明によれば、そのようなことを適切に回避することが可能である。また、貯湯温度が過剰に高くならないようにできるため、ヒートポンプのＣＯＰを高くし、システム全体のエネルギ効率を高めることも可能である。
【0010】
本発明において、好ましくは、外部から前記貯湯タンクへの入水温度に対応して定められた貯湯温度の通常用上限値Ｔｇのデータが、前記制御手段に記憶されており、前記制御手段は、前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxが、前記通常用上限値Ｔｇを超える場合には、前記通常用上限値Ｔｇを超えないように前記ヒートポンプの貯湯運転を制御する構成とされている。
【0011】
このような構成によれば、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxが高く、貯湯温度の通常用上限値Ｔｇを超える場合には、貯湯温度が通常用上限値Ｔｇを超えないように抑制される。したがって、ヒートポンプのＣＯＰが大幅に低下する虞をなくすことが可能である。
【0012】
本発明において、好ましくは、前記湯不足回避温度Ｔａを求める処理は、前記過去の複数日にわたる熱需要のデータを、２４時間毎の複数のグループに分ける第１の処理と、前記複数のグループのそれぞれにおける所定の単位時間毎の熱需要量のデータに基づき、熱需要量がピークとなる単位時間を含み、かつ前記熱需要量の累計値が前記各グループ内において最大となる時間帯を特定する第２の処理と、この第２の処理において特定された前記時間帯の累計の熱需要量に対し、湯不足を生じない熱量の湯水を前記貯湯タンクに貯湯させるのに必要な貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａを求める第３の処理と、を含む構成とされている。
【0013】
このような構成によれば、過去の複数日にわたる熱需要のデータに基づき、湯不足を生じない範囲にある貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａを簡易かつ適切に求めることができる。
【0014】
本発明において、好ましくは、前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定する処理は、複数の前記湯不足回避温度Ｔａの中から予め定められた条件に合致するいずれか１つを選択
し、かつこの選択された湯不足回避温度Ｔａを前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとする処理である。
し、かつこの選択された湯不足回避温度Ｔａを前記当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとする処理である。
【0015】
このような構成によれば、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定する処理が容易であり、かつその値を妥当なものとすることが可能である。
【0016】
本発明において、好ましくは、前記予め定められた条件とは、複数の前記湯不足回避温度Ｔａの中央値であること、温度の高さの順番が所定の順番であること、または前記過去の複数日にわたって前記貯湯温度上限値Ｔmaxとして用いられた場合に熱損失が最も小さくなる温度に相当することである。
【0017】
このような構成によれば、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを、実際の熱需要に対して適切に対応したものとする上でより好ましい。
【0018】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明に係るヒートポンプ式給湯システムの一例を示す概略説明図である。
【図4】過去の熱需要のデータから湯不足回避温度Ｔａを求める処理の一例を概念的に示す説明図である。
【図5】熱需要の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【0021】
図１に示すヒートポンプ式給湯システムＡは、ヒートポンプ１と、貯湯タンクユニットＵとを組み合わせて構成されている。
【0022】
ヒートポンプ１は、そのハード構成が従来既知のものと同様である。すなわち、たとえばＣＯ2などの冷媒の循環路に、ファン１０ａを利用して取り込まれる空気から熱を吸収する蒸発器１０、圧縮器１１、凝縮器としての湯水加熱用の熱交換器１２、および膨張弁１３が設けられたものである。
また、このヒートポンプ１には、制御部４（４ｂ）、および熱交換器１２の出口温度（湯水加熱温度であり、貯湯温度に相当）を検出するための温度センサＳｂが具備されている。制御部４（４ｂ）については、後述する。
また、このヒートポンプ１には、制御部４（４ｂ）、および熱交換器１２の出口温度（湯水加熱温度であり、貯湯温度に相当）を検出するための温度センサＳｂが具備されている。制御部４（４ｂ）については、後述する。
【0023】
貯湯タンクユニットＵも、そのハード構成は従来既知のものと同様であり、貯湯タンク２、補助熱源機３、および制御部４（４ａ）を具備している。そのため、そのハード構成については、簡単に説明する。
【0024】
貯湯タンク２の下部および上部は、ヒートポンプ１の熱交換器１２に対し、配管部５０ａ，５０ｂを介して接続されている。配管部５０ａに設けられた循環ポンプＰ１が駆動されると、矢印Ｎ１１～Ｎ１３で示す経路で湯水が流通し、貯湯タンク２の下部から流出した湯水は熱交換器１２によって加熱されてから、貯湯タンク２内の上部に戻され、貯湯さ
れる。貯湯タンク２には、複数の温度センサＳａが装着され、これら温度センサＳａからの検出信号に基づいて貯湯タンク２内の貯湯量（蓄熱量）を制御部４（４ａ）において判断可能である。
れる。貯湯タンク２には、複数の温度センサＳａが装着され、これら温度センサＳａからの検出信号に基づいて貯湯タンク２内の貯湯量（蓄熱量）を制御部４（４ａ）において判断可能である。
【0025】
貯湯タンク２の下部および上部には、入水口６１ａを有する入水管６１および出湯口６２ａを有する出湯管６２が接続されている。出湯口６２ａに配管接続された給湯栓９０が開状態にされると、貯湯タンク２内への入水圧によって貯湯タンク２内の湯水は出湯管６２に流出し、流出口６２ａから給湯栓９０に向けて供給される。図面では省略しているが、本実施形態のヒートポンプ式給湯システムＡにおいては、浴槽への湯張り給湯機能も可能とされている。
【0026】
補助熱源機３は、貯湯タンク２に湯不足が生じた場合などにおいて、湯水加熱を行なうのに利用され、たとえばガス瞬間式湯沸器が用いられている。具体的には、この補助熱源機３は、バーナ３０および熱交換器３１が缶体３２内に収容され、熱交換器３１に供給された湯水をバーナ３０によって迅速に加熱できるように構成されている。補助熱源機３の入水側配管部７０ａは、ポンプＰ２および三方弁Ｖ１を介して貯湯タンク２の上部に繋がり、かつ出湯側配管部７０ｂは、三方弁Ｖ２を介して出湯管６２に繋がっている。このため、出湯口６２ａから給湯栓９０に向けて出湯が行なわれる場合に、三方弁Ｖ２を切り替えることによって、矢印Ｎ２１，Ｎ２２に示すように、補助熱源機３によって加熱された湯水を出湯口６２ａに供給可能である。
【0027】
補助熱源機３の出湯側配管部７０ｂに分岐接続された配管部７１には、熱交換器９２が設けられている。この熱交換器９２は、熱負荷の１つであり、たとえば床暖房装置などの暖房端末９１用の熱媒を加熱するためのものである。ポンプＰ３の駆動によって熱交換器９２と暖房端末９１との間を熱媒が循環流通可能である。なお、図１に示す三方弁Ｖ１，Ｖ３間は、配管部６３を介して接続されており、熱交換器９２を通過して三方弁Ｖ３に到達した湯水を、貯湯タンク２を介することなく補助熱源機３に再度送り込んで加熱することが可能となっている。
【0028】
制御部４（４ａ，４ｂ）は、マイクロコンピュータなどを用いて構成されており、制御部４ａは、貯湯タンクユニットＵの各部の動作制御やデータ処理を実行するのに対し、制御部４ｂは、ヒートポンプ１の各部の動作制御やデータ処理を実行する。
ただし、これら制御部４（４ａ，４ｂ）は、本発明でいう制御手段の一例に相当し、これらが協働してヒートポンプ式給湯システムＡの全体の動作制御を実行し、後述する貯湯運転を制御する。制御部４ａには、リモコン８が通信接続されている。リモコン８は、データ用の表示部８０、および複数の操作スイッチ８１を有しており、これらの操作スイッチ８１を操作することによって、ヒートポンプ式給湯システムＡにおける各種の設定や動作のオン・オフなどが可能である。
ただし、これら制御部４（４ａ，４ｂ）は、本発明でいう制御手段の一例に相当し、これらが協働してヒートポンプ式給湯システムＡの全体の動作制御を実行し、後述する貯湯運転を制御する。制御部４ａには、リモコン８が通信接続されている。リモコン８は、データ用の表示部８０、および複数の操作スイッチ８１を有しており、これらの操作スイッチ８１を操作することによって、ヒートポンプ式給湯システムＡにおける各種の設定や動作のオン・オフなどが可能である。
【0029】
制御部４は、過去の熱需要（給湯運転実績）に基づき、今後の熱需要を予測する学習能力を有している。このような学習能力自体は、既知であるため、省略する。なお、本実施形態における熱需要の予測は、たとえば１時間などの比較的短い時間を単位として行なわれ（１０時～１１時，１１時～１２時など）、熱需要が発生する場合にはその熱需要量も予測される。この予測に際しては、風呂給湯予約や暖房運転予約などの事情も考慮される。予測対象期間は、たとえば現時刻から４時間先までの期間であるなど、基本的には現時刻から所定時間内に限定されている。制御部４は、熱需要が予測される場合には、この熱需要が発生すると予測される時期までに貯湯タンク２への貯湯動作が間に合うように、できる限り熱需要の発生予測時期に近いタイミングでヒートポンプ１の運転を開始させて、前記熱需要に対応した熱量の湯水を貯湯タンク２に貯留させる制御を実行する。
詳細は後述するが、制御部４には、貯湯温度が過剰に高くなることを防止するためのデ
ータとして、当日の貯湯温度上限値Ｔmax、および貯湯温度の通常用上限値ＴｇのデータＤ１，Ｄ２が記憶されている。
詳細は後述するが、制御部４には、貯湯温度が過剰に高くなることを防止するためのデ
ータとして、当日の貯湯温度上限値Ｔmax、および貯湯温度の通常用上限値ＴｇのデータＤ１，Ｄ２が記憶されている。
【0030】
【0031】
まず、ヒートポンプ式給湯システムＡの全体の大まかな動作制御は、次のとおりである。
すなわち、制御部４は、過去の熱需要に基づき、今後の熱需要を予測する処理を短周期で繰り返し実行している（Ｓ１）。この熱需要の予測は、現時刻からたとえば４時間程度先までの熱需要の発生を予測するものであって、具体的には、今後の熱需要の発生時刻およびその熱需要量を予測する。
すなわち、制御部４は、過去の熱需要に基づき、今後の熱需要を予測する処理を短周期で繰り返し実行している（Ｓ１）。この熱需要の予測は、現時刻からたとえば４時間程度先までの熱需要の発生を予測するものであって、具体的には、今後の熱需要の発生時刻およびその熱需要量を予測する。
【0032】
制御部４は、今後の熱需要が予測される場合には、過去の複数日（たとえば、１４日分）の熱需要に基づき、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定する（Ｓ２：ＹＥＳ，Ｓ３）。この貯湯温度上限値Ｔmaxを決定するための具体的な手順については後述する。次いで、ヒートポンプ１は、前記した今後の熱需要に対応して運転され、湯不足を生じないように前記熱需要を賄えるだけの熱量が貯湯タンク２に貯湯される（Ｓ４）。
ただし、その際には、ヒートポンプ１は、後述する当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを超えないように運転される。このため、貯湯温度が過剰な高温になることは適切に防止され、ヒートポンプ１のＣＯＰを高くすることが可能である。
ただし、その際には、ヒートポンプ１は、後述する当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを超えないように運転される。このため、貯湯温度が過剰な高温になることは適切に防止され、ヒートポンプ１のＣＯＰを高くすることが可能である。
【0033】
また、ヒートポンプ１は、貯湯温度が通常用上限値Ｔｇをも超えないように制御される。ここで、通常用上限値Ｔｇは、背景技術の欄においても触れているとおり、たとえば外部から貯湯タンクへの入水温度に対応して予め設定された貯湯温度の上限値である。入水温度が低いほど、外気温も低く、貯湯タンク２内に貯湯された湯水の放熱量が多くなるため、入水温度が低いほど、通常用上限値Ｔｇは高く設定される。
前記した動作制御によれば、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxが、通常用上限値Ｔｇよりも高温である場合には、貯湯温度は当日の貯湯温度上限値Ｔmaxまで上昇することはなく、通常用上限値Ｔｇを超えないようにヒートポンプ１の運転が制御される。したがって、貯湯温度が過剰な高温となることはより確実に防止される。
前記した動作制御によれば、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxが、通常用上限値Ｔｇよりも高温である場合には、貯湯温度は当日の貯湯温度上限値Ｔmaxまで上昇することはなく、通常用上限値Ｔｇを超えないようにヒートポンプ１の運転が制御される。したがって、貯湯温度が過剰な高温となることはより確実に防止される。
【0034】
前記した当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定する処理は、たとえば次のような手順で行なわれる。
すなわち、制御部４には、過去の熱需要に関するデータが記憶されている。制御部４は、これらのデータのうちから、たとえば現時刻の１時間前などの適当な時刻を基準時として、この基準時よりも過去の複数日（たとえば、１４日分）の熱需要に関するデータを読み出し、これを２４時間毎の複数のグループＧに分ける（Ｓ１１）。このグループ分けは、概念的には、図４において、過去の１４日分の熱需要のデータを、１日前のデータのグループＧ（Ｇ１）、２日前のデータのグループＧ（Ｇ２）、以下同様に、１４日前のデータのグループＧ（Ｇ１４）に区分する処理である。なお、グループＧの具体的な数は、１４に限定されず、グループＧ（Ｇｎ）、ｎは２以上の整数、とすることができる。
すなわち、制御部４には、過去の熱需要に関するデータが記憶されている。制御部４は、これらのデータのうちから、たとえば現時刻の１時間前などの適当な時刻を基準時として、この基準時よりも過去の複数日（たとえば、１４日分）の熱需要に関するデータを読み出し、これを２４時間毎の複数のグループＧに分ける（Ｓ１１）。このグループ分けは、概念的には、図４において、過去の１４日分の熱需要のデータを、１日前のデータのグループＧ（Ｇ１）、２日前のデータのグループＧ（Ｇ２）、以下同様に、１４日前のデータのグループＧ（Ｇ１４）に区分する処理である。なお、グループＧの具体的な数は、１４に限定されず、グループＧ（Ｇｎ）、ｎは２以上の整数、とすることができる。
【0035】
次いで、前記した複数のグループＧ（Ｇ１～Ｇ１４）のそれぞれにおいて、熱需要がピークになる時間を含み、かつ熱需要の累計値が前記各グループＧ内で最大となる時間帯を特定する（Ｓ１２）。なお、熱需要量は、１時間（本発明でいう「単位時間」の一例に相当）ごとの量であり、前記時間帯の幅は、たとえば４時間である。
この処理においては、たとえば図５に示すような熱量Ｑ１～Ｑ４〔kcal〕の熱需要の時間帯Ｐａ（時刻ｔ～時刻ｔ＋４までの計４時間の時間帯）が特定される。同図に示す時間
帯Ｐａの熱需要は、いずれか１つのグループＧに相当する１日のうち、１時間当たりの熱需要量Ｑ２がピークである時間（時刻（ｔ＋１）から（時刻ｔ＋２）まで）を含み、かつその時間に前後する時刻ｔから時刻（ｔ＋４）までの計４時間の時間帯Ｐａの累計の熱需要は、前記１日の中で最大の熱需要に相当している。
この処理においては、たとえば図５に示すような熱量Ｑ１～Ｑ４〔kcal〕の熱需要の時間帯Ｐａ（時刻ｔ～時刻ｔ＋４までの計４時間の時間帯）が特定される。同図に示す時間
帯Ｐａの熱需要は、いずれか１つのグループＧに相当する１日のうち、１時間当たりの熱需要量Ｑ２がピークである時間（時刻（ｔ＋１）から（時刻ｔ＋２）まで）を含み、かつその時間に前後する時刻ｔから時刻（ｔ＋４）までの計４時間の時間帯Ｐａの累計の熱需要は、前記１日の中で最大の熱需要に相当している。
【0036】
制御部４おいては、前記した図５の時間帯Ｐａを特定した後には、この特定された時間帯Ｐａの累計の熱需要に対して、湯不足を生じない熱量の湯水を貯湯タンク２に貯湯させるのに必要な貯湯温度の下限域である湯不足回避温度Ｔａ（Ｔａ１～Ｔａ１４）を求める処理が実行される（Ｓ１３）。この処理においては、ヒートポンプ１は、熱重要が発生している時間帯Ｐａ中においても運転されることを前提とする。
ここで、ヒートポンプ１を１時間運転させた際の熱量を、熱量Ｑhp〔kcal〕とする。また、図６に示すように、時間帯Ｐａの１時間ごとの熱需要の熱量Ｑ１～Ｑ４と、熱量Ｑhpとの差分をΔＱ１～ΔＱ４とする。
ここで、ヒートポンプ１を１時間運転させた際の熱量を、熱量Ｑhp〔kcal〕とする。また、図６に示すように、時間帯Ｐａの１時間ごとの熱需要の熱量Ｑ１～Ｑ４と、熱量Ｑhpとの差分をΔＱ１～ΔＱ４とする。
【0037】
この場合、時間帯Ｐａの熱需要の熱量Ｑ１～Ｑ４の全量を賄うのに必要な貯湯温度、つまり湯不足回避温度Ｔａ〔℃〕は、次の式１で求められる。
Ｔａ＝〔Ｑhp＋（ΔＱ１＋ΔＱ２…＋ΔＱ４）〕／Ｖ＋Ｔin …式１
ここで、
Ｖ：貯湯タンク２の容量〔Ｌ〕
Ｔin：保持入水温度〔℃〕（貯湯タンク２内の最下部の湯水温度、あるいは貯湯タンク２内の最下部に近い入水配管部内の湯水温度）
Ｔａ＝〔Ｑhp＋（ΔＱ１＋ΔＱ２…＋ΔＱ４）〕／Ｖ＋Ｔin …式１
ここで、
Ｖ：貯湯タンク２の容量〔Ｌ〕
Ｔin：保持入水温度〔℃〕（貯湯タンク２内の最下部の湯水温度、あるいは貯湯タンク２内の最下部に近い入水配管部内の湯水温度）
【0038】
図６に示すように、時間帯Ｐａ以前の所定の対象時刻ｔａまでに〔Ｑhp＋（ΔＱ１＋ΔＱ２…＋ΔＱ４）〕の熱量を予め貯湯させる。ただし、ヒートポンプ１については、時間帯Ｐａ中のたとえば３時間にわたって運転させ、貯湯タンク２への熱補充を行なうことを前提としている（時間帯Ｐａの全期間に相当する４時間運転も可）。このようなことにより、湯不足を回避することが可能である。その際の貯湯温度は、式１で求められる。この貯湯温度は、貯湯タンク２に湯不足を生じないために必要な貯湯温度の下限域としての湯不足回避温度Ｔａである。
このようにして湯不足回避温度Ｔａを求める処理は、複数のグループＧごとに行なう。このことにより、図４に示すように、グループＧ１～Ｇ１４にそれぞれ対応する湯不足回避温度Ｔａ（Ｔａ１～Ｔａ１４）のデータを得る。
このようにして湯不足回避温度Ｔａを求める処理は、複数のグループＧごとに行なう。このことにより、図４に示すように、グループＧ１～Ｇ１４にそれぞれ対応する湯不足回避温度Ｔａ（Ｔａ１～Ｔａ１４）のデータを得る。
【0039】
前記したように湯不足回避温度Ｔａ（Ｔａ１～Ｔａ１４）のデータを得た後には、これらのデータに基づき、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定する（Ｓ１４）。
この処理においては、たとえば複数の湯不足回避温度Ｔａ１～Ｔａ１４の中から予め定められた条件に合致するいずれか１つが選択され、かつこの選択されたものが当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとされる。
前記条件の具体例としては、「複数の前記湯不足回避温度Ｔａの中央値であること」が挙げられる。中央値に相当する湯不足回避温度Ｔａを、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxにすれば、この当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを過去の需要に合致した妥当な値とすることが可能である。また、前記以外として、たとえば湯不足回避温度Ｔａ１～Ｔａ１４を、温度が高い順序で並べた場合に、その温度の高さが所定の順番に該当するものを当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとすることもできる。このようなことによっても、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxの値を妥当な値にすることが可能である。さらに、前記過去の複数日にわたって前記貯湯温度上限値Ｔmaxとして用いられた場合の熱損失を演算し、この演算の結果、熱損失が最も小さくなる温度に相当するものを、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとすることもできる。
この処理においては、たとえば複数の湯不足回避温度Ｔａ１～Ｔａ１４の中から予め定められた条件に合致するいずれか１つが選択され、かつこの選択されたものが当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとされる。
前記条件の具体例としては、「複数の前記湯不足回避温度Ｔａの中央値であること」が挙げられる。中央値に相当する湯不足回避温度Ｔａを、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxにすれば、この当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを過去の需要に合致した妥当な値とすることが可能である。また、前記以外として、たとえば湯不足回避温度Ｔａ１～Ｔａ１４を、温度が高い順序で並べた場合に、その温度の高さが所定の順番に該当するものを当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとすることもできる。このようなことによっても、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxの値を妥当な値にすることが可能である。さらに、前記過去の複数日にわたって前記貯湯温度上限値Ｔmaxとして用いられた場合の熱損失を演算し、この演算の結果、熱損失が最も小さくなる温度に相当するものを、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとすることもできる。
【0040】
このように、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを、複数の湯不足回避温度Ｔａ（Ｔａ１～Ｔ
ａ１４）に基づき決定すれば、その値を過去の熱需要に合致した妥当なものとすることができる。したがって、貯湯温度の過剰な上昇防止、および湯不足防止を図る上で一層好ましいものとなる。
なお、複数の湯不足回避温度Ｔａ１～Ｔａ１４のいずれか１つを、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとすることに代えて、複数の湯不足回避温度Ｔａ１～Ｔａ１４の平均値を算出するなどして、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定してもよい。
ａ１４）に基づき決定すれば、その値を過去の熱需要に合致した妥当なものとすることができる。したがって、貯湯温度の過剰な上昇防止、および湯不足防止を図る上で一層好ましいものとなる。
なお、複数の湯不足回避温度Ｔａ１～Ｔａ１４のいずれか１つを、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxとすることに代えて、複数の湯不足回避温度Ｔａ１～Ｔａ１４の平均値を算出するなどして、当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを決定してもよい。
【0041】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るヒートポンプ式給湯システムの各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
【0042】
上述の実施形態においては、湯不足回避温度Ｔａや当日の貯湯温度上限値Ｔmaxを求めるための過去の熱需要のデータとして、過去の１４日間の熱需要のデータが用いられているが、本発明はこれに限定されない。本発明においては、過去の複数日のデータであればよく、具体的な日数は限定されない。
また、本発明においては、１日は、２４時間と同義であり、時刻０時から２４時までの時間帯に限定されない。
また、本発明においては、１日は、２４時間と同義であり、時刻０時から２４時までの時間帯に限定されない。
【0043】
さらに本発明においては、貯湯温度の下限値Ｔminを設定しておき、実際の貯湯温度がこの温度を下回らないように制御する構成とすることも可能である。下限値Ｔminは、たとえば、入水温度などには関係なく設定される一定値（たとえば、４３℃）である。このような構成によれば、貯湯温度が不適切な低温になることは防止される。
【符号の説明】
【0044】
Ａ ヒートポンプ式給湯システム
Ｕ 貯湯タンクユニット
１ ヒートポンプ
２ 貯湯タンク
４（４ａ，４ｂ） 制御部（制御手段）
Ｕ 貯湯タンクユニット
１ ヒートポンプ
２ 貯湯タンク
４（４ａ，４ｂ） 制御部（制御手段）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
