(57)【要約】  【課題】  貯留動作と、暖房動作とが重複して行われても、給湯動作の開始時刻までに給湯動作に必要な湯水を貯留手段に貯留可能な熱源装置の提供を目的とする。  【解決手段】  熱源装置１は、加熱手段２４において加熱された湯水を貯留タンク２に対して貯留する貯湯動作と、加熱手段２４において加熱された湯水を熱負荷装置３０に供給する暖房動作と、貯留タンク２に貯留されている湯水を外部に排出する給湯動作とを行うことができる。制御装置６は、熱源装置１の過去の動作履歴に基づいて将来における各動作の時期や各動作によって消費される熱エネルギー量を予測する。制御装置６は、貯湯動作と暖房動作とが重複して行われる際に、貯湯動作を単独で行うために必要な通常貯湯所要時間Ｌ１よりも先行貯湯時間Ｌａだけ長く加熱手段２４を動作させ、暖房動作に伴って消費される熱エネルギーを補填する。【選択図】  図１
2006250401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を加熱する一又は複数の加熱手段と、液体を介して熱エネルギーを貯留する貯留手段と、熱負荷装置と、制御手段とを具備し、
加熱手段において加熱された液体を貯留手段に貯留する貯留動作モードと、
貯留手段に貯留されている液体を外部に排出する排出動作モードと、
加熱手段において加熱された液体を熱負荷装置に供給する負荷動作モードとを含む複数の動作モードから一又は複数の動作モードを選択して動作可能であり、
制御手段が、過去における熱負荷の変動に基づいて将来の熱負荷の変動を予測する予測動作を行うものであり、
貯留動作モードが単独で行われると想定される場合に、所定温度の湯水を貯留手段に所定の貯留量だけ貯留するのに要する貯留単独時所要時間を導出し、所定の貯留完了予定時刻よりも貯留単独時所要時間以上前の単独時貯留開始時刻から液体の貯留動作を開始させるものであり、
貯留動作モードと負荷動作モードとが同時に行われると想定される場合に、前記単独時貯留開始時刻よりも先行貯留時間だけ早い併用時貯留開始時刻に貯留動作モードによる液体の貯留を開始させるものであり、前記先行貯留時間が負荷動作モードでの動作に伴う貯留動作モードによる液体の貯留能力の低下の予測に基づいて設定されることを特徴とする熱源装置。
【請求項２】
液体を加熱する一又は複数の加熱手段と、液体を介して熱エネルギーを貯留する貯留手段と、熱負荷装置と、制御手段とを具備し、
加熱手段において加熱された液体を貯留手段に貯留する貯留動作モードと、
貯留手段に貯留されている液体を外部に排出する排出動作モードと、
加熱手段において加熱された液体を熱負荷装置に供給する負荷動作モードとを含む複数の動作モードから一又は複数の動作モードを選択して動作可能であり、
制御手段が、過去における熱負荷の変動に基づいて将来の熱負荷の変動を予測する予測動作を行うものであり、
貯留動作モードが単独で行われると想定される場合に、所定温度の湯水を貯留手段に所定の貯留量だけ貯留するのに要する貯留単独時所要時間を導出し、所定の貯留完了予定時刻よりも貯留単独時所要時間以上前の単独時貯留開始時刻から液体の貯留動作を開始させるものであり、
貯留動作モードと負荷動作モードとが同時に行われると想定される場合に、負荷動作モードに伴って消費されると想定されるエネルギー量と、加熱手段の加熱能力とに基づいて先行貯湯時間を導出し、前記単独時貯留開始時刻から先行貯湯時間に相当する時間だけ繰り上げた併用時貯留開始時刻に液体の貯留動作モードを開始させるものであることを特徴とする熱源装置。
【請求項３】
制御手段が、動作モード毎に予測動作を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱源装置。
【請求項４】
制御手段が、貯留動作モードに伴って消費されるエネルギー量の変動と、他の動作モードに伴って消費されるエネルギー量の変動とを独立的に予測するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱源装置。
【請求項５】
貯留完了時刻が、実質的に排出動作モードの開始時刻と同一であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱源装置。
【請求項６】
貯留完了時刻が、貯留完了時刻に貯留手段に貯留されている液体の温度を加熱手段において発生する熱エネルギーによる加熱を伴うことなく排出動作モードにおける液体の排出温度に維持可能な時刻に設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱源装置。
【請求項７】
加熱手段のうち少なくとも一つが、排熱を利用して湯水を加熱するものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の熱源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湯水を貯留する貯留タンクを具備した熱源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下記特許文献１に開示されている熱源装置のように、湯水（液体）を貯留する貯留手段を有し、この貯留手段に加熱手段において加熱された湯水を貯留する貯留型熱源装置がある。この種の熱源装置の多くは、熱源において加熱され貯留手段に貯留された湯水を外部に供給する給湯系統と、熱源において加熱された湯水を暖房等の熱負荷装置に供給する負荷系統とを備えた構成とされている。
【特許文献１】特開２００３−１３０４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術の熱源装置の多くは、上記特許文献１に開示されているように貯留手段に貯留される湯水の加熱源と、熱負荷装置に供給される湯水の加熱源とを共用した構成とされている。そのため、このような構成の熱源装置では、貯留手段に加熱された湯水を貯留する貯留動作と熱負荷装置に加熱された湯水を供給する動作とが重複して行われると、加熱源において発生した熱エネルギーの一部が熱負荷装置に供給される湯水の加熱に使用されてしまい、熱負荷装置への貯留手段への湯水の貯留能力が低下してしまうという問題があった。
【０００４】
上記したように貯留手段への湯水の貯留速度が低下すると、給湯動作の開始時に給湯動作に必要とされる高温の湯水が貯留手段に貯留されておらず、いわゆる湯切れと称される出湯不良が発生してしまうという可能性があった。そのため、従来技術の熱源装置では、給湯動作に先立って必要以上の湯水を貯留手段に貯留しておいたり、湯切れを防止すべく補助的に設けられた補助熱源を頻繁に作動させねばならず、熱エネルギーを有効利用できていないという問題があった。
【０００５】
そこで、上記した問題を解決すべく、本発明は、貯留手段に加熱された液体を貯留する貯留動作と、熱負荷装置に加熱された液体を供給する動作とが重複して行われても、貯留手段に貯留された湯水を外部に排出する排出動作までにこれに必要な高温の液体を貯留手段に貯留しておくことが可能な熱源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、液体を加熱する一又は複数の加熱手段と、液体を介して熱エネルギーを貯留する貯留手段と、熱負荷装置と、制御手段とを具備し、加熱手段において加熱された液体を貯留手段に貯留する貯留動作モードと、貯留手段に貯留されている液体を外部に排出する排出動作モードと、加熱手段において加熱された液体を熱負荷装置に供給する負荷動作モードとを含む複数の動作モードから一又は複数の動作モードを選択して動作可能であり、制御手段が、過去における熱負荷の変動に基づいて将来の熱負荷の変動を予測する予測動作を行うものであり、貯留動作モードが単独で行われると想定される場合に、所定温度の湯水を貯留手段に所定の貯留量だけ貯留するのに要する貯留単独時所要時間を導出し、所定の貯留完了予定時刻よりも貯留単独時所要時間以上前の単独時貯留開始時刻から液体の貯留動作を開始させるものであり、貯留動作モードと負荷動作モードとが同時に行われると想定される場合に、前記単独時貯留開始時刻よりも先行貯留時間だけ早い併用時貯留開始時刻に貯留動作モードによる液体の貯留を開始させるものであり、前記先行貯留時間が負荷動作モードでの動作に伴う貯留動作モードによる液体の貯留能力の低下の予測に基づいて設定されることを特徴とする熱源装置である。
【０００７】
本発明の熱源装置は、制御装置によって熱負荷の変動を予測しておき、貯留動作モードと負荷動作モードとが同時に行われると想定される場合に、負荷動作モードによる運転に伴う貯留能力の低下を予測し、これを補うために必要と想定される先行貯留時間を設定する。そして、本発明の熱源装置は、貯留動作モードが単独で行うと想定した場合の貯留動作の開始時刻である単独時貯留開始時刻よりも先行貯留時間だけ早い併用時貯留開始時刻に貯留動作モードによる液体の貯留を開始させる構成とされている。従って、本発明の熱源装置は、貯留動作モードと負荷動作モードとが重複して行われる場合であっても排出動作モードの開始時に必要とされる量の高温の液体を貯留しておくことができる。
【０００８】
また、同様の課題を解決すべく提供される請求項２に記載の発明は、液体を加熱する一又は複数の加熱手段と、液体を介して熱エネルギーを貯留する貯留手段と、熱負荷装置と、制御手段とを具備し、加熱手段において加熱された液体を貯留手段に貯留する貯留動作モードと、貯留手段に貯留されている液体を外部に排出する排出動作モードと、加熱手段において加熱された液体を熱負荷装置に供給する負荷動作モードとを含む複数の動作モードから一又は複数の動作モードを選択して動作可能であり、制御手段が、過去における熱負荷の変動に基づいて将来の熱負荷の変動を予測する予測動作を行うものであり、貯留動作モードが単独で行われると想定される場合に、所定温度の湯水を貯留手段に所定の貯留量だけ貯留するのに要する貯留単独時所要時間を導出し、所定の貯留完了予定時刻よりも貯留単独時所要時間以上前の単独時貯留開始時刻から液体の貯留動作を開始させるものであり、貯留動作モードと負荷動作モードとが同時に行われると想定される場合に、負荷動作モードに伴って消費されると想定されるエネルギー量と、加熱手段の加熱能力とに基づいて先行貯湯時間を導出し、前記単独時貯留開始時刻から先行貯湯時間に相当する時間だけ繰り上げた併用時貯留開始時刻に液体の貯留動作モードを開始させるものであることを特徴とする熱源装置である。
【０００９】
本発明の熱源装置のように加熱手段により加熱された液体を貯留手段に貯留すると共に、熱負荷装置に供給する構成とした場合、貯留動作モードと負荷動作モードとが同時に行われると、負荷動作モードに伴って熱負荷装置に供給される液体に付与される熱エネルギー分だけ貯留手段に加熱された液体を貯留するための貯留能力が低下してしまう。かかる知見に基づき、本発明の熱源装置では、貯留動作モードと負荷動作モードとが重複して行われると想定される場合に、負荷動作モードに伴って消費されると想定されるエネルギー量と加熱手段の加熱能力とに基づいて先行貯湯時間を求めると共に、貯留動作モードを単独で行うと仮定した場合に液体の貯留を開始すべき単独時貯留開始時刻を求め、この単独時貯留開始時刻よりも先行貯湯時間だけ早い併用時貯留開始時刻に貯留動作モードを開始させる構成としている。そのため、本発明の熱源装置は、貯留動作モードと負荷動作モードとが重複して行われる場合であっても排出動作モードの開始時に必要とされる量の高温の液体を貯留しておくことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、制御手段が、動作モード毎に予測動作を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱源装置である。
【００１１】
かかる構成によれば将来の動作モードの変動を精度良く予測することができ、単独時貯留開始時刻や併用時貯留開始時刻を的確に設定することができる。従って、本発明によれば、いかなる動作モードで動作する場合であっても排出動作モードにおいて必要とされる量の高温の液体を排出動作モードの開始時までに貯留可能な熱源装置を提供できる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、制御手段が、貯留動作モードに伴って消費されるエネルギー量の変動と、他の動作モードに伴って消費されるエネルギー量の変動とを独立的に予測するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱源装置である。
【００１３】
かかる構成によれば、貯留動作モードと他の動作モードとが重複して行われると想定される際に他の動作モードによって消費されるエネルギー量の変動を予測し、このエネルギー量に基づいて先行貯留時間を的確に設定できる。
【００１４】
本発明の熱源装置は、貯留動作モード以外の動作モードによって消費されるエネルギー量の変動を纏めて予測するものであるため、予測動作や先行貯留時間等を設定するのに要する制御手段の負担が小さい。
【００１５】
ここで、上記した熱源装置は、排出動作モードに備えて高温に加熱された液体を貯留手段に貯留しておくものであるため、放熱に伴うエネルギーロスを勘案すると貯留手段に高温の液体が貯留されてから排出動作モードが開始するまでの期間はなるべく短いことが望ましい。
【００１６】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項５に記載の発明は、貯留完了時刻が、実質的に排出動作モードの開始時刻と同一であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱源装置である。
【００１７】
本発明の熱源装置では、貯留完了時間が実質的に排出動作モードの開始時刻と同一となるように設定されるため、貯留手段に高温の液体が滞留している時間が短い。そのため、本発明の熱源装置は、貯留手段に貯留された高温の液体の放熱に伴うエネルギーロスが少なく、熱エネルギーを有効利用することができる。
【００１８】
なお、本発明において、「貯留完了時刻が、実質的に排出動作モードの開始時刻と同一である」とは、貯留完了時刻が排出動作モードの開始時刻と一致する場合に加えて、貯留完了時刻が排出動作モードの開始時刻に対してある程度前後する場合を含む概念である。さらに具体的には、「貯留完了時刻が、実質的に排出動作モードの開始時刻と同一である」とは、貯留完了時刻が、貯留手段に貯留されている高温の液体を排出動作モードにおいて排出すべき液体の温度に維持可能な程度の時間だけ貯留完了時刻が排出動作モードの開始時刻よりも早い時刻から、排出動作モード中に排出すべき高温の湯水が不足してしまう、いわゆる湯切れが起こらない程度の時間だけ貯留完了時刻が排出動作モードの開始時刻よりも遅い時刻の範囲内にあることを意味する。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、貯留完了時刻が、貯留完了時刻に貯留手段に貯留されている液体の温度を加熱手段において発生する熱エネルギーによる加熱を伴うことなく排出動作モードにおける液体の排出温度に維持可能な時刻に設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱源装置である。
【００２０】
かかる構成によれば、貯留動作モードにおいて加熱された液体を加熱手段において発生する熱エネルギーによって加熱あるいは保温しなくても貯留手段に貯留されている液体を排出動作モードにおいて排出すべき温度に維持することができる。従って、本発明の熱源装置は、エネルギー消費量が少なく、エネルギー効率が高い。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、加熱手段のうち少なくとも一つが、排熱を利用して湯水を加熱するものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の熱源装置である。
【００２２】
かかる構成によれば、熱エネルギーを有効利用可能な熱源装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、貯留手段に加熱された液体を貯留する貯留動作と、熱負荷装置に加熱された液体を供給する動作とが重複して行われても、貯留手段に貯留された湯水を外部に排出するのに必要な高温の液体を貯留手段に貯留しておくことが可能な熱源装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
続いて、本発明の一実施形態である熱源装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１において、１は本実施形態の熱源装置である。熱源装置１は、湯水を貯留する貯留タンク２（貯留手段）を備えた貯留型の熱源装置であり、貯留タンク２に、給水・給湯系統３および貯留・暖房系統５を接続した構成となっている。また、貯留型熱源装置１は、湯水や熱媒体の加熱制御等の一連の動作を制御する制御手段６を具備している。
【００２５】
貯留タンク２は、湯水や不凍液等の熱媒体を貯留可能なものであり、本実施形態では湯水が貯留されている。貯留タンク２は、内径がＤで高さがＡの円筒形状をした筒体である。貯留タンク２は、熱媒体を介して熱エネルギーを貯留する熱エネルギーの貯留手段として機能する。貯留タンク２の側方には、内部に貯留されている熱媒体の温度を直接的あるいは間接的に検知する温度センサ４（温度検知手段）が上下方向に４つ設置されている。温度センサ４は、貯留タンク２に貯留されている熱媒体の温度を所定容量毎に検知可能な位置に設置されており、熱媒体の温度を検知する温度検知手段として機能すると共に、貯留タンク２内に貯留されている所定の温度の熱媒体の容量を検知する容量検知手段としても機能する。貯留タンク２は、底部側に入水口１０と出水口１８とを有し、頂部側に出水口１２と入水口１９を有する。入水口１０および出水口１２には、給水・給湯系統３が接続されており、出水口１８および入水口１９には貯留・暖房系統５が接続されている。
【００２６】
給水・給湯系統３は、図１に示すように、給水配管７と、貯留タンク２の頂部側に接続された給湯配管８とから構成されている。給水配管７は、外部の給水源から湯水を供給するものであり、貯留タンク２の底部側に設けられた入水口１０に接続されている。給水配管７の中途には、入水温度検知手段１１が設置されている。また、給湯配管８は、貯留タンク２の頂部に設けられた出水口１２に接続された配管である。給湯配管８は、貯留タンク２内に貯留されている湯水を給湯栓１３に向けて供給するための配管である。給湯配管８の中途には、給湯栓１３における出湯量を検知するための給湯量検知センサ１５が設けられている。
【００２７】
貯留・暖房系統５は、貯留循環流路１６と負荷循環流路１７とによって構成されている。貯留循環流路１６は、貯留タンク２の底部に設けられた出水口１８と頂部に設けられた入水口１９とを繋ぐ配管であり、出水口１８から吸い出した湯水を入水口１９側に戻す循環流路である。すなわち、貯留循環流路１６は、出水口１８側から入水口１９側に向けて湯水が流れる流路である。貯留循環流路１６は、湯水の流れ方向上流側、すなわち出水口１８側から順に循環ポンプ２０、加熱手段２４、補助熱源２１、貯湯温度センサ２２、分配弁２３、加熱手段２４および貯湯流量センサ２５が配された構成を有する。貯留循環流路１６は、出水口１８から循環ポンプ２０に至る貯留上流管路２６と、循環ポンプ２０から分配弁２３に至る貯留中流管路２７と、分配弁２３から貯留タンク２の入水口１９に至る貯留下流管路２８とに大別される。
【００２８】
循環ポンプ２０は、湯水を貯留循環流路１６の上流側から吸い込み、下流側（補助熱源２１側）に向けて湯水を排出するポンプである。また、補助熱源２１は、貯留循環流路１６内を流れる湯水を加熱するためのものであり、例えば従来公知の給湯装置等を採用することができる。補助熱源２１は、湯水の加熱能力が加熱手段２４よりも高く、主として貯留タンク２に貯留されている高温の湯水の量が必要量よりも多い場合に使用されるものである。
【００２９】
加熱手段２４は、ガスエンジンや燃料電池等のような発電デバイス等の作動に伴って発生する排熱を利用して湯水を加熱するものやヒートポンプ等が採用されている。加熱手段２４は、貯留タンク２に高温の湯水が所定量以上貯留されていることを条件として動作を停止する構成とされている。すなわち、貯留タンク２内に高温の湯水が十分貯留されている場合は、加熱手段２４の動作に伴って排熱が発生し、この排熱により湯水を加熱しても、この湯水を貯留タンク２に貯留することができない。そのため、本実施形態の熱源装置１は、貯留タンク２に高温の湯水が所定量以上貯留されている場合は、加熱手段２４の動作を停止させる構成とされている。
【００３０】
貯湯温度センサ２２は、補助熱源２１および加熱手段２４において加熱された湯水の温度を検知するものである。また、分配弁２３は、貯留循環流路１６内を流れる湯水を貯留タンク２側に戻る湯水と、負荷循環流路１７側に向かう湯水とに分配するためのものである。貯湯流量センサ２５は、分配弁２３よりも湯水の流れ方向下流側に配されている。貯湯流量センサ２５は、分配弁２３を通過し、貯留タンク２側に戻る湯水の量を検知するために設置されたものである。
【００３１】
負荷循環流路１７は、負荷往き管路３１と、負荷戻り管路３２とを有し、貯留循環流路１６を構成する貯留中流管路２７と組み合わさって循環流路を形成したものである。負荷往き管路３１は、熱負荷装置３０に対して湯水を供給する管路であり、貯留中流管路２７の下流側に配された分配弁２３に接続されている。負荷戻り管路３２は、負荷戻り管路３２は、熱負荷装置３０から排出される湯水が流れる管路であり、貯留中流管路２７の循環ポンプ２０よりも上流側に接続されている。負荷循環流路１７は、貯留中流管路２７内を流れ、分配弁２３において分配された湯水が流れ、熱負荷装置３０において熱エネルギーを放出した湯水を貯留中流管路２７に配された循環ポンプ２０よりも上流側に戻す循環流路である。
【００３２】
制御手段６は、熱源装置１の動作全般を司るものであり、ＣＰＵを中心として構成される。制御手段６は、ＣＰＵに加えて、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏポート、および、アナログのセンサ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、あるいは、生成されたデジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するＤ／Ａ変換回路などを備えている。制御手段６は、温度センサ４（４ａ〜４ｄ）や入水温度検知手段１１、貯湯温度センサ２２の検知温度や、給湯量検知センサ１５や貯湯流量センサ２５の検知流量、スイッチの切換信号等を参照し、循環ポンプ２０や補助熱源２１を動作させるものである。制御手段６は、制御に用いる各種の判別基準値を予めＲＯＭに格納しており、ＣＰＵで上記した各検知手段の検知信号を随時参照し、所定のプログラムに従って処理を行う。
【００３３】
熱源装置１は、貯留タンク２内に高温の湯水を貯留する貯留動作（貯留動作モード）と、給湯栓１３から湯水を排出する給湯動作（排出動作モード）と、熱負荷装置３０に対して湯水を供給する暖房動作（負荷動作モード）とを行うことができる。熱源装置１は、貯留動作、給湯動作、暖房動作の各動作を単独で行うことも、複合させて行うこともできる。以下、熱源装置１が貯留動作、給湯動作、暖房動作を行う場合の湯水の流れについて説明する。
【００３４】
熱源装置１が貯留動作を単独で行う場合、制御手段６は、分配弁２３により貯留循環流路１６内を流れる湯水の分配比を調整し、貯留目標温度が得られる所定流量の湯水を貯留循環流路１６から貯留下流管路２８側に流入させる。制御手段６は、分配弁２３の開度調整とほぼ同時に循環ポンプ２０を起動し、貯留タンク２内の湯水を底部に設けられた出水口１８から貯留循環流路１６の貯留上流管路２６に吸い出すと共に加熱手段２４を起動する。これに伴い、貯留タンク２底部から吸い出された湯水は、加熱手段２４において貯留目標温度に加熱された後、所定の流量で貯留タンク２の頂部側に戻される。
【００３５】
ここで、貯留動作において貯留循環流路１６における湯水の流れは緩やかである。さらに、加熱手段２４において加熱された湯水は、貯留タンク２内の湯水に対して十分高温であり、温度差を有する。そのため、貯留動作を行うと、加熱手段２４において加熱された高温の湯水によって構成される高温層Ｈと、貯留タンク２内に残留している低温の湯水によって構成される低温層Ｌとがごく僅かな混合層Ｍを挟んで上下方向に層状に蓄積される。これにより、貯留タンク２の内部には、底部から頂部に向けて高温になる温度成層が形成される。
【００３６】
貯留動作が進行すると、貯留タンク２の頂部側に蓄積される高温層Ｈの容量が徐々に増加していく。制御手段６は、貯留タンク２に設置された温度センサ４ａ〜４ｄの検知温度に基づいて高温層Ｈの容量が所定量Ｑに達したかを確認する。さらに具体的には、例えば貯留タンク２の頂部から温度センサ４ｂが設置された位置までの空間に貯留される湯水の量が所定量Ｑに相当する場合、制御手段６は、温度センサ４ｂの検知温度が高温層Ｈの湯水の温度であることを条件として貯留タンク２内に高温の湯水が所定量Ｑだけ貯留されたものと判断する。制御手段６は、貯留タンク２内における高温層Ｈの蓄積量が所定量Ｑに達すると循環ポンプ２０および補助熱源２１の動作を順次停止し、貯留動作を完了する。
【００３７】
続いて、熱源装置１が給湯動作を行う場合の動作について説明する。熱源装置１が給湯動作を行う場合は、上記した貯留動作によって予め貯留タンク２内に貯留されている湯水が排出される。さらに具体的には、給湯動作を行う場合、熱源装置１には給水配管７および入水口１０を介して外部の給水源から貯留タンク２の底部に低温の湯水が供給される。これに伴い、貯留タンク２内に貯留されている湯水が上方側に押し上げられ、頂部側に貯留されている高温層Ｈを構成する湯水が出水口１２を介して給湯配管８側に排出される。貯留タンク２から排出された高温の湯水は、給湯配管８を通過し、給湯栓１３から排出される。
【００３８】
熱源装置１が暖房動作を単独で行う場合、制御手段６は、分配弁２３により、貯留下流管路２８側に湯水が流れ込まないように負荷循環流路１７内を流れる湯水の分配比を調整する。これにより、負荷往き管路３１、負荷戻り管路３２および貯留中流管路２７からなる循環流路にのみ湯水が流れる。
【００３９】
分配弁２３の開度調整が完了すると、制御手段６は、循環ポンプ２０を起動して負荷循環流路１７内に湯水を流す。その後、制御手段６は、加熱手段２４を起動する。負荷循環流路１７内を流れる湯水は、加熱手段２４において加熱され、熱負荷装置３０に供給される。
【００４０】
熱源装置１は、上記した貯湯動作、給湯動作および暖房動作をそれぞれ単独で行うことができると共に、必要に応じてこれらの動作を複合させて行うことができる。さらに具体的には、熱源装置１は、貯湯動作と給湯動作を組み合わせて行う貯・給複合動作、貯湯動作と暖房動作とを複合的に行う貯・暖複合動作、給湯動作と暖房動作とを複合させて行う給・暖複合動作、貯湯動作と給湯動作と暖房動作とを複合させて行う貯・給・暖複合動作を行うことも可能である。
【００４１】
貯・給複合動作を行う場合、熱源装置１は、上記した貯湯動作と給湯動作とを平行して行う。すなわち、貯・給複合動作を行う場合、貯留タンク２には、給水配管７を介して外部の給水源から低温の湯水が導入される。貯留タンク２の頂部側に貯留されている高温の湯水は、貯留タンク２の底部から湯水が導入されることによって出水口１２から押し出される。出水口１２から押し出された高温の湯水は、給湯配管８を介して給湯栓１３に供給され排出される。
【００４２】
一方、貯・給複合動作が開始されると、制御手段６は、貯留目標温度が得られる所定流量の湯水が貯留循環流路１６から貯留下流管路２８側に流入するように分配弁２３の開度調整を行う。その後、制御手段６は、循環ポンプ２０と加熱手段２４とを起動する。これにより、貯留タンク２の底部に存在する低温の湯水が吸い出され、加熱手段２４において貯留目標温度に加熱された後、所定の流量で貯留タンク２の頂部側に戻される。
【００４３】
熱源装置１が貯・暖複合動作を行う場合、制御手段６は、上記した貯留動作や暖房動作を単独で行う場合と同様に循環ポンプ２０と加熱手段２４を起動して湯水の加熱を行う。ここで、貯・暖複合動作を行う場合は、分配弁２３による湯水の分配比の調整が貯留動作や暖房動作を単独で行う場合と異なる。すなわち、貯・暖複合動作を行う場合、制御手段６は、分配弁２３を調整することにより、補助熱源２１において加熱された高温の湯水の一部を負荷往き管路３１を介して熱負荷装置３０に供給し、残部を貯留下流管路２８を介して貯留タンク２に供給する。
【００４４】
また、給・暖複合動作では、上記した給湯動作と暖房動作とが平行して行われる。すなわち、給・暖複合動作では、給水配管７を介して貯留タンク２の底部側に低温の湯水が導入される。貯留タンク２の頂部側に存在する高温の湯水は、貯留タンク２の底部側に流入した低温の湯水によって押し上げられ、頂部側に設けられた出水口１２から排出される。
【００４５】
給・暖複合動作では、高温の湯水が貯留タンク２内に十分な量だけ貯留されていることを条件として、上記した暖房動作の場合と同様に貯留下流管路２８側に湯水が流れ込まないように分配弁２３の開度調整を行う。その後、循環ポンプ２０および補助熱源２１が起動される。これにより、熱負荷装置３０に補助熱源２１において加熱された高温の湯水が供給される。
【００４６】
一方、給・暖複合動作において貯留タンク２内に高温の湯水が十分な量だけ蓄えられていない場合には、上記した貯・暖複合動作の場合と同様に、制御手段６が分配弁２３を調整し、補助熱源２１において加熱された高温の湯水の一部を負荷往き管路３１を介して熱負荷装置３０に供給すると共に、残部を貯留下流管路２８を介して貯留タンク２に供給する。
【００４７】
貯・給・暖複合動作では、上記した貯湯動作、給湯動作、暖房動作が平行して行われる。貯・給・暖複合動作では、給水配管７を介して外部の給水源から貯留タンク２の底部に湯水が導入された低温の湯水により貯留タンク２の頂部に蓄積された高温の湯水が押し出され、給湯栓１３から排出される。一方、貯・給・暖複合動作が開始されると、制御手段６は、循環ポンプ２０および加熱手段２４を起動する。これと平行して、制御手段６は、分配弁２３により、貯留中流管路２７から貯留下流管路２８側および負荷往き管路３１側に流入する湯水の分配比を調整する。これにより、補助熱源２１において加熱された湯水の一部が熱負荷装置３０に供給されると共に、残部が貯留タンク２側に供給される。
【００４８】
熱源装置１は、制御手段６が過去における動作モードの推移に基づいて将来における動作状況を予測する予測動作を行い、予測動作によって将来の給湯動作において必要になると想定される量の高温の湯水を貯留タンク２に貯留しておく。さらに具体的に説明すると、制御手段６は、過去における熱源装置１の動作状況に基づき、所定の日における熱源装置１の動作状況を給湯動作と暖房動作と貯留動作とに分けて予測する。
【００４９】
本実施形態の熱源装置１が、図２の区間Ａや区間Ｄのように給湯動作が単独で行われると予測される場合、制御手段６は、給湯動作の開始時刻ｔｑを予測すると共に、給湯動作において必要とされる高温の湯水の量Ｑｑと、給湯動作に必要とされる量の湯水を所定の温度まで加熱するのに必要とされる通常貯湯所要時間Ｌ１とを導出する。制御手段６は、図３に示すように開始時刻ｔｑよりも通常貯湯所要時間Ｌ１に相当する時間だけ早い時刻ｔｃ１（以下、給湯単独時貯湯開始予定時刻ｔｃ１と称す）になると加熱手段２４を起動し、貯湯動作を行う。熱源装置１は、給湯動作が開始されると、給水配管７を介して外部の給水源から貯留タンク２の底部に低温の湯水を導入し、貯留タンク２の頂部側に貯留されている高温の湯水を給湯配管８および給湯栓１３を介して排出する。
【００５０】
熱源装置１が図２の区間Ｂのように暖房動作が単独で行うと予測される場合、制御手段６は、暖房動作の開始時刻になると、貯留中流管路２７を流れる湯水が負荷往き管路３１にのみ流れ込むように分配弁２３の開度調整を行い、循環ポンプ２０と加熱手段２４とを起動する。これにより、加熱手段２４において加熱された湯水が貯留・暖房系統５を循環し、熱負荷装置３０に高温の湯水が供給される。
【００５１】
熱源装置１は、図２の区間Ｃ，Ｄや区間Ｅ，Ｆに示すように給湯動作が行われる直前に給湯動作に必要とされる量の高温の湯水の貯留が完了するように貯湯動作を行う。図２の区間Ｄのように貯湯動作が単独で行われると想定される場合、制御手段６は、貯湯動作の開始時刻になると貯留目標温度が得られる所定流量の湯水が貯留循環流路１６から貯留下流管路２８側に流入するように分配弁２３の開度調整を行う。これとほぼ同時に、制御手段６は、循環ポンプ２０と加熱手段２４とを起動する。これにより、貯留タンク２の底部側に存在する低温の湯水が吸い出され、加熱手段２４において加熱されて貯留タンク２の頂部側に戻される。このようにして加熱手段２４による湯水の加熱を継続すると、貯留タンク２の頂部側から徐々に高温の湯水が貯留されていく。
【００５２】
図２の区間Ｅのように貯湯動作と暖房動作とが平行して行われると想定される場合は、区間Ｆにおける給湯動作に要する湯水の量が区間Ａや区間Ｃにおいて行われる給湯動作に要する湯水の量と同様にＱｑであっても、Ｑｑに相当する量の湯水を所定の温度まで加熱するのに必要とされる時間（以下、併用時貯湯所要時間Ｌ２と称す）は通常貯湯所要時間Ｌ１よりも長くなる。すなわち、区間Ｅのように給湯動作と暖房動作とが平行して行われる場合は、加熱手段２４において発生する熱量の一部が暖房動作によって消費され、その熱エネルギー分だけ貯留動作の能力が低下する。
【００５３】
さらに具体的に説明すると、例えば図４のように給湯開始時刻ｔｑよりも前の時刻ｔｄにおいて暖房動作が開始される予定である場合、時刻ｔｄから時刻ｔｑまでの間において暖房に伴う熱エネルギーの消費があり、貯留タンク２への湯水の貯留速度が低下するものと想定される。すなわち、図４においてハッチングで示した領域Ｘ１分の熱エネルギーが暖房に使用され、その分だけ貯湯能力が低下する。
【００５４】
そこで、図２の区間Ｃや図４に示すように貯湯動作と暖房動作とが重複して行われる場合、暖房動作に伴う貯湯能力の低下を補うべく、制御手段６は、併用時貯湯所要時間Ｌ２を通常貯湯所要時間Ｌ１よりも長く設定する。
【００５５】
さらに具体的には、制御手段６は、暖房動作によって消費される消費エネルギー量Ｅｄを下記（数式１）に基づいて導出する。ここで、Ｐ（ｔ）は暖房動作に使用される熱エネルギー量の経時変化を示す数式であり、図４のハッチングで示す領域Ｘ１の面積に相当する。図４に示す例では、説明の簡略化のため、時刻ｔｄから時刻ｔｑに至るまで、暖房動作に伴う熱エネルギー消費量が一定値Ｐであるものとしている。そのため、図３に示す例では、Ｅｄ＝Ｐ・（ｔｑ−ｔｄ）となる。
【００５６】
Ｅｄ＝∫Ｐ（ｔ）ｄｔ  ・・・  （数式１）
【００５７】
上記したようにして暖房動作に伴う消費エネルギー量Ｅｄが導出されると、制御手段６は、加熱手段２４を動作させて消費エネルギー量Ｅｄを達成するために必要とされる所要時間（先行貯湯時間Ｌａ）を導出する。すなわち、加熱手段２４の加熱能力をＰｍａｘとした場合、制御手段６は、下記（数式２）に基づいて先行貯湯時間Ｌａを導出する。
【００５８】
Ｌａ＝Ｅｄ／Ｐｍａｘ  ・・・  （数式２）
【００５９】
制御手段６は、給湯単独時貯湯開始予定時刻ｔｃ１よりも先行貯湯時間Ｌａ分だけ前に相当する時刻（給・暖併用時貯湯開始時刻ｔｃ２）に貯湯動作を開始させる。これにより、図４にハッチングで示す領域Ｘ２に相当する熱エネルギー量が暖房動作に先駆けて貯留タンク２に蓄積される。すなわち、給湯単独時貯湯開始予定時刻ｔｃ１よりも前に貯湯動作を開始することにより、暖房動作が行われることによる貯湯能力の低下分が補われる。従って、熱源装置１は、暖房動作を行いつつ、給湯開始予定時刻ｔｑまでに給湯に必要となる貯湯量Ｑの湯水が貯留タンク２に蓄積される。そのため、熱源装置１は、給湯動作に先駆けて行われる貯留動作と暖房動作とが同時に行われる場合であっても、暖房動作に伴う貯留能力の低下を補い、給湯動作の開始までに所定温度の湯水を所定量だけ貯留することができる。
【００６０】
本実施形態の熱源装置１は、上記したように給湯動作や暖房動作の開始時刻を予測し、必要な湯水を貯留タンク２に貯留しておくものである。しかし、突発的に湯水の使用状態が変動し、必要とされる湯水の量に対して貯留タンク２に貯留されている湯水の量が不足する場合が想定される。このような場合、制御手段６は、補助熱源２１を一時的に作動させることにより、湯水の不足を補うことができる。
【００６１】
上記したように、本実施形態の熱源装置１は、制御手段６が予測動作を行い、これに基づいて将来の給湯動作において必要になると想定される量の高温の湯水を貯留タンク２に貯留しておく構成とされている。熱源装置１は、貯留動作と暖房動作とが同時に行われると想定される場合に、制御手段６によって暖房動作に伴う貯留能力の低下を見越して先行貯湯時間Ｌａを導出するとともに、貯留動作を単独で行う場合に所定量の湯水を貯留するのに要する通常貯湯所要時間Ｌ１を導出し、これらから導出される併用時貯湯所要時間Ｌ２に渡って加熱手段２４によって湯水を加熱する構成とされている。従って、熱源装置１は、貯留動作と暖房動作とが重複して行われる場合であっても給湯動作の開始時までに給湯動作に必要な量の高温の湯水を貯留することができる。
【００６２】
上記したように、制御手段６は、貯留動作、暖房動作および給湯動作のそれぞれについて予測動作を行う。そのため、制御手段６は、各動作が行われる時期や動作時の負荷変動を精度良く予測することができる。従って、熱源装置１は、制御手段６によって動作状態の経時変化を的確に捉え、給湯動作において必要とされる量の高温の湯水を過不足無く貯留することができる。
【００６３】
上記実施形態では、制御手段６は、貯留動作、暖房動作および給湯動作の行われる時期や各動作において消費されるエネルギー量をそれぞれ独立的に予測するものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的に説明すると、制御手段６は、貯留動作に伴って消費されるエネルギー量の変動と、他の動作に伴って消費されるエネルギー量の変動とを独立的に予測するものであってもよい。かかる構成とした場合は、貯留動作と貯留動作以外の動作とが重複して行われることによって消費されるエネルギー量の変動を予測でき、この予測に基づいて先行貯湯時間Ｌａを設定することにより貯留タンク２に給湯動作に必要な高温の湯水を過不足無く貯留することができる。
【００６４】
また、上記したように制御手段６によって貯留動作によるエネルギー消費量の変動とこれ以外の動作によって消費されるエネルギー量の変動を纏めて予測する構成とすれば、予測動作により制御手段６にかかる負担を軽減することができる。
【００６５】
上記実施形態の熱源装置１は、熱負荷装置３０に加熱手段２４で加熱された湯水を供給して暖房を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば負荷往き管路３１や負荷戻り管路３２を熱負荷装置３０に代わって浴槽に接続し、浴槽内の湯水を負荷循環流路１７において循環させて追い焚きする構成等としたり、熱負荷装置３０として浴槽内の湯水等を加熱（追い焚き）するための熱交換器を採用した構成としてもよい。また、熱源装置１は、熱負荷装置３０に繋がる負荷循環流路１７に加えて浴槽内の湯水を循環する流路を設けたり、他の熱負荷装置を別途設け、この熱負荷装置に対して湯水を循環させる流路をさらに付加した構成としてもよい。このように、熱負荷装置３０に代わって別の負荷系統を設けた場合や、熱負荷装置３０に加えて別の負荷系統を付け加えた場合は、この負荷系統におけるエネルギー消費の変遷を制御手段６によって予測すると共に、このエネルギー消費の影響による貯湯能力の低下を予測し、これに基づいて先行貯湯時間Ｌａを設定することが望ましい。
【００６６】
上記したように多数の熱負荷装置や追い焚き用の加熱系統を設ける場合は、制御手段６によって各熱負荷装置や追い焚き運転毎にエネルギー消費を予測する構成とすることが可能である。かかる構成とした場合は、各熱負荷装置や追い焚き運転におけるエネルギー消費、すなわちこれらの端末の動作に伴う貯湯能力の低下を精度良く予測でき、先行貯湯時間Ｌａを的確に設定できる。
【００６７】
また、多数の熱負荷装置や追い焚き用の加熱系統を設ける場合は、熱負荷装置３０や他の熱負荷装置、追い焚き運転等のような貯湯動作と同時に行われることにより貯湯能力を低下させる可能性のある動作全体のエネルギー消費を制御手段６によって予測し、先行貯湯時間Ｌａを設定する構成としてもよい。かかる構成とした場合であっても、熱負荷装置３０や他の熱負荷装置の運転や、追い焚き運転に伴う貯湯能力の低下を精度良く予測でき、先行貯湯時間Ｌａを的確に設定できる。
【００６８】
上記したように、熱源装置１は、給湯動作の開始予定時刻の直前に貯留動作が完了するように通常貯湯所要時間Ｌ１や併用時貯湯所要時間Ｌ２が設定される。そのため、貯湯動作の完了から給湯動作の開始までの間隔が極めて短く、この間における貯留タンク２に貯留されている湯水の放熱量が極めて少ない。従って、熱源装置１は、貯留動作において貯留タンク２に蓄えられた湯水の放熱に伴うエネルギーロスが最小限で済み、加熱手段２４から回収された熱エネルギーを最大限有効利用できる。
【００６９】
上記実施形態では、貯湯動作が給湯動作の開始予定時刻とほぼ同時に完了するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、貯湯動作が給湯開始予定時刻に対して多少前後してもよい。さらに、貯留タンク２に蓄えられた熱エネルギーを有効利用するためには、熱源装置１において、貯湯動作の完了時刻は、貯留タンク２に貯留されている高温の湯水を給湯動作において排出すべき湯水の温度に維持可能な程度の時間だけ給湯動作の開始予定時刻よりも遅く設定されることが望ましい。すなわち、貯湯動作の完了時刻は、貯留タンク２に貯留されている湯水が放熱しても加熱手段２４や補助熱源２１を用いて保温したり、給湯動作時に再加熱する必要がない程度の時刻に設定されることが望ましい。また、貯湯動作の完了時刻が給湯開始時刻よりも遅れる場合、この遅延時間は、給湯動作による湯水の排出速度と貯留動作による貯留タンク２への湯水の供給速度とを勘案して給湯動作に必要とされる高温の湯水が不足しない程度とされることが望ましい。
【００７０】
上記実施形態では、エンジンや燃料電池等において発生する排熱を利用して湯水を加熱する排熱加熱手段や電気ヒータ等によって構成される加熱手段２４に加えて、従来公知の給湯器のように湯水を素早く加熱可能な補助熱源２１を設けた例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば補助熱源２１を具備しない構成としたり、加熱手段２４をエンジンや燃料電池、電気ヒータ等の適宜の熱源を複数組み合わせて構成されるものとしてもよい。
【００７１】
また、上記した熱源装置１は、貯留タンク２の底部側から取り出された低温の湯水を外部に配された加熱手段２４に供給して加熱し、貯留タンク２の頂部に戻すものであり、貯留タンク２の内部に湯水の温度成層が形成されるものであった。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば前記したような湯水の循環系統を形成せず、外部において所定温度に加熱された湯水を単に貯留タンク２に貯留する構成であったり、貯留タンク２内に加熱手段２４において加熱された湯水によって熱交換加熱する熱交換器を配した構成としてもよい。
【００７２】
上記した熱源装置１は、湯水の加熱手段として排熱加熱手段２４に加えて補助熱源２１を設けた例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、補助熱源２１を備えていない構成としたり、排熱加熱手段２４や補助熱源２１に相当する加熱手段をさらに多数設けた構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態である熱源装置の作動原理図である。
【図２】図１に示す熱源装置の動作予測を模式的に示す概念図である。
【図３】図１に示す熱源装置において貯湯動作が単独で行われる場合に排熱加熱手段において発生する熱エネルギー量と貯湯量の経時変化を模式的に示す概念図である。
【図４】図１に示す熱源装置において貯湯動作と暖房動作とが重複して行われる場合に排熱加熱手段において発生する熱エネルギー量と貯湯動作および暖房動作に伴って消費される熱エネルギー量と貯湯量の経時変化を模式的に示す概念図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  熱源装置
２  貯留タンク（貯留手段）
３  給水・給湯系統
５  貯留・暖房系統
６  制御手段
【図１】
2006250401.tif 000003
【図２】
2006250401.tif 000004
【図３】
2006250401.tif 000005
【図４】
2006250401.tif 000006