(57)【要約】【課題】昼夜問わず、効率的にヒートポンプユニットを運転させることが可能な給湯システムを提供する。【解決手段】内部に水が貯溜される貯湯槽２０と、発生させた熱を用いて前記貯湯槽２０に貯溜される水を温めることで、前記貯湯槽２０に設定貯湯熱量を蓄えることが可能なヒートポンプユニットと、前記貯湯槽２０に、前記設定貯湯熱量よりも小さい制限貯湯熱量だけ蓄える制限湯沸し動作を行うように、前記ヒートポンプユニットの動作を制御する制御装置と、を具備した。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱媒体が貯溜される蓄熱槽と、
発生させた熱を用いて前記蓄熱槽に貯溜される熱媒体を温めることで、前記蓄熱槽に設定貯湯熱量を蓄えることが可能なヒートポンプユニットと、
前記蓄熱槽に、前記設定貯湯熱量よりも小さい制限貯湯熱量だけ蓄える制限湯沸し動作を行うように、前記ヒートポンプユニットの動作を制御する制御装置と、
を具備する給湯システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
１日当たりに必要とされる熱量である必要給湯需要を予測し、
前記制限貯湯熱量が前記必要給湯需要未満である場合、前記ヒートポンプユニットに前記制限湯沸し動作を１日あたり複数回実行させる、
請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
複数回の前記制限湯沸し動作を実行することによる効率の低下が、前記制限湯沸し動作において前記蓄熱槽に前記制限貯湯熱量だけ蓄えることによる効率の増加よりも大きい場合、前記制限貯湯熱量の値を増加させる、
請求項２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記制御装置は、
複数回の前記制限湯沸し動作のうち最初の前記制限湯沸し動作を、昼間の時間帯に行う、
請求項２又は請求項３に記載の給湯システム。
【請求項５】
前記制御装置は、
複数回の前記制限湯沸し動作のうち最初の前記制限湯沸し動作において、前記必要給湯需要又は前記制限貯湯熱量のうち、少ない方の熱量だけ前記蓄熱槽に蓄える、
請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱を蓄えると共に、当該熱を用いて給湯を行う給湯システムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱を蓄えると共に、当該熱を用いて給湯を行う給湯システムの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
特許文献１には、貯湯タンクと、貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱装置（具体的には、ヒートポンプ等）と、夜間時間帯に加熱装置を作動させる制御装置とを具備する給湯システムが記載されている。制御装置は、翌日の予測天候情報、及び翌日の貯湯タンクの湯の予測使用熱量に基づいて、加熱装置を夜間時間帯に適宜作動させる。このように、夜間に加熱装置を作動させることで、深夜電力（安価な電力）を用いて加熱することができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４６３１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加熱装置を夜間に作動させると、低外気温によるＣＯＰ（成績係数：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の低下や、貯湯損失の増加などにより、省エネ性が損なわれる場合もある。このため、昼夜問わずに効率的に加熱装置を作動させることが望ましい。しかし、特許文献１に記載の技術では、加熱装置を夜間に作動させることしか考慮されていない。
【０００６】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、昼夜問わず、効率的にヒートポンプユニットを運転させることが可能な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】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、内部に熱媒体が貯溜される蓄熱槽と、発生させた熱を用いて前記蓄熱槽に貯溜される熱媒体を温めることで、前記蓄熱槽に設定貯湯熱量を蓄えることが可能なヒートポンプユニットと、前記蓄熱槽に、前記設定貯湯熱量よりも小さい制限貯湯熱量だけ蓄える制限湯沸し動作を行うように、前記ヒートポンプユニットの動作を制御する制御装置と、を具備するものである。
【０００９】
請求項２においては、前記制御装置は、１日当たりに必要とされる熱量である必要給湯需要を予測し、前記制限貯湯熱量が前記必要給湯需要未満である場合、前記ヒートポンプユニットに前記制限湯沸し動作を１日あたり複数回実行させるものである。
【００１０】
請求項３においては、前記制御装置は、複数回の前記制限湯沸し動作を実行することによる効率の低下が、前記制限湯沸し動作において前記蓄熱槽に前記制限貯湯熱量だけ蓄えることによる効率の増加よりも大きい場合、前記制限貯湯熱量の値を増加させるものである。
【００１１】
請求項４においては、前記制御装置は、複数回の前記制限湯沸し動作のうち最初の前記制限湯沸し動作を、昼間の時間帯に行うものである。
【００１２】
請求項５においては、前記制御装置は、複数回の前記制限湯沸し動作のうち最初の前記制限湯沸し動作において、前記必要給湯需要又は前記制限貯湯熱量のうち、少ない方の熱量だけ前記蓄熱槽に蓄えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１４】
請求項１においては、昼夜問わず、効率的にヒートポンプユニットを運転させることができる。
【００１５】
請求項２においては、貯湯槽に蓄えられる熱量を制限しながらも、１日当たりに必要とされる熱量（必要給湯需要）を賄うことができる。
【００１６】
請求項３においては、より効率的にヒートポンプユニットを運転させることができる。
【００１７】
請求項４においては、より効率的にヒートポンプユニットを運転させることができる。
【００１８】
請求項５においては、より効率的にヒートポンプユニットを運転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る給湯システムの全体的な構成を示した模式図。
【図２】給湯システムの制御に関する構成を示したブロック図。
【図３】ヒートポンプユニットの運転パターンの決定方法を示したフローチャート。
【図４】ヒートポンプユニットの効率が低下する様子を示した図。
【図５】実際にヒートポンプユニットの運転を制御した様子の一例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、図１及び図２を用いて、第一実施形態に係る給湯システム１の構成について説明する。
【００２１】
給湯システム１は、ヒートポンプを用いて発生させた熱を蓄えると共に、当該熱を用いて沸かされた湯を供給するものである。給湯システム１は、住宅その他の建物や施設に適宜設けられる。給湯システム１は、主として貯湯槽２０、ヒートポンプユニット３０、給湯機構４０及び制御装置５０を具備する。
【００２２】
図１に示す貯湯槽２０は、内部に貯溜された熱媒体を介して熱を蓄えるものである。具体的には、貯湯槽２０内には、熱媒体として水（湯）が満たされる。貯湯槽２０は、平面視における断面形状が略円形である略円柱状に形成される。
【００２３】
ヒートポンプユニット３０は、電力を消費して熱を発生させる（製造する）ものである。ヒートポンプユニット３０は、主として第一配管３１、圧縮機３２、熱交換器３３、膨張弁３４、蒸発器３５、ファン３６、第二配管３７及びポンプ３８を具備する。
【００２４】
第一配管３１は、熱媒体（冷媒）が循環するための流路を形成するものである。第一配管３１は環状に形成される。第一配管３１内には、熱媒体（冷媒）が満たされる。
【００２５】
圧縮機３２は、電力を消費して、第一配管３１を流通する熱媒体を圧縮するものである。圧縮機３２は、第一配管３１の中途部に配置される。
【００２６】
熱交換器３３は、温度差のある流体間で熱（熱エネルギー）を交換するものである。熱交換器３３は、第一配管３１の中途部に配置される。より具体的には、熱交換器３３は、第一配管３１を流通する熱媒体の流通方向において、圧縮機３２の下流側に配置される。
【００２７】
膨張弁３４は、第一配管３１を流通する熱媒体を膨張させるものである。膨張弁３４は、第一配管３１の中途部に配置される。より具体的には、膨張弁３４は、第一配管３１を流通する熱媒体の流通方向において、熱交換器３３の下流側に配置される。
【００２８】
蒸発器３５は、熱媒体を蒸発させるための熱交換器である。蒸発器３５は、第一配管３１の中途部に配置される。より具体的には、蒸発器３５は、第一配管３１を流通する熱媒体の流通方向において、膨張弁３４の下流側に配置される。
【００２９】
ファン３６は、蒸発器３５へと風（外気）を送るためのものである。
【００３０】
第二配管３７は、熱交換器３３と貯湯槽２０との間で水が循環するための流路を形成するものである。第二配管３７の一端は、貯湯槽２０における下部に接続される。第二配管３７の中途部は、熱交換器３３の内部を通るように配置される。第二配管３７の他端は、貯湯槽２０における上部に接続される。
【００３１】
ポンプ３８は、第二配管３７内の水を循環させるものである。ポンプ３８は、第二配管３７の中途部に配置される。ポンプ３８が駆動すると、第二配管３７内の水は、当該第二配管３７の一端（貯湯槽２０の下部側）から他端（貯湯槽２０の上部側）に向かって流通する。
【００３２】
このように構成されたヒートポンプユニット３０において、圧縮機３２によって圧縮された熱媒体は、高温の気体となる。当該高温の熱媒体は、第一配管３１を介して熱交換器３３を流通する。熱交換器３３を流通する熱媒体の熱は、第二配管３７を流通する熱媒体（水）に移動する。これによって、熱交換器３３を流通する熱媒体の温度は低下し、当該熱媒体は液体になる。熱交換器３３を流通した第一配管３１内の熱媒体は、膨張弁３４において膨張することで、低温の液体（又は気体）になる。膨張弁３４を流通した低温の熱媒体は、蒸発器３５において外気から熱を受け取って蒸発し、再び気体になる。外気から熱を受け取った熱媒体は、再び圧縮機３２へと供給される。
【００３３】
また第二配管３７を流通する水は、熱交換器３３を通過することで、ヒートポンプユニット３０で発生した熱を受け取り、温度が上昇する。このように温度が上昇した水を貯湯槽２０に戻すことで、ヒートポンプユニット３０で得られた熱を貯湯槽２０に集めることができる。
【００３４】
給湯機構４０は、貯湯槽２０に貯溜された水（高温水又は中温水）を適宜の設備へと供給するものである。給湯機構４０は、主として注水配管４１、給湯配管４２及び混合配管４３を具備する。
【００３５】
注水配管４１は、上水を貯湯槽２０へと案内する配管である。注水配管４１の一端は、貯湯槽２０における下部に接続される。
【００３６】
給湯配管４２は、貯湯槽２０における上部に貯溜された水（湯）を取り出し、適宜の設備へと供給する配管である。給湯配管４２の一端は、貯湯槽２０における上部に接続される。給湯配管４２の他端は、湯が用いられる適宜の設備（例えば、浴室や洗面台等）に接続される（不図示）。
【００３７】
混合配管４３は、給湯配管４２を流通する水（湯）に上水を混合させるための配管である。混合配管４３の一端は、注水配管４１の中途部に接続される。混合配管４３の他端は、給湯配管４２の中途部に接続される。
【００３８】
このように構成された給湯機構４０において、浴室等の設備から湯が要求されると、図示せぬポンプが駆動され、貯湯槽２０から給湯配管４２を介して取り出された水（湯）に、混合配管４３を介して供給される上水が混合される。このように、貯湯槽２０からの水（湯）と上水を適宜混合することで、要求に応じた温度の水（湯）を得ることができる。このように混合された水（湯）は、給湯配管４２を介して浴室等の設備へと供給される。この場合、給湯配管４２を介して貯湯槽２０に貯溜された水が取り出されると共に、注水配管４１を介して上水が貯湯槽２０に供給される。このようにして、貯湯槽２０内は常に水で満たされる。
【００３９】
図２に示す制御装置５０は、給湯システム１の動作を制御するものである。制御装置５０は、主としてＣＰＵ等の演算処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、Ｉ／Ｏ等の入出力装置、並びにモニター等の表示装置等により構成される。制御装置５０には、給湯システム１の動作を制御するための種々の情報やプログラム等が予め記憶される。制御装置５０は、上部温度センサ５１、下部温度センサ５２及び入水温度センサ５３に接続される。
【００４０】
図１及び図２に示す上部温度センサ５１は、貯湯槽２０における上部に貯溜された水（高温水）の温度を検出するものである。上部温度センサ５１は、貯湯槽２０内の上部に配置される。
【００４１】
下部温度センサ５２は、貯湯槽２０における下部に貯溜された水（低温水）の温度を検出するものである。下部温度センサ５２は、貯湯槽２０内の下部に配置される。
【００４２】
入水温度センサ５３は、第二配管３７を介して貯湯槽２０の下部からヒートポンプユニット３０の熱交換器３３へと供給される水の温度（以下、単に「入水温度」と称する）を検出するものである。入水温度センサ５３は、第二配管３７の中途部（熱交換器３３より上流側）に配置される。
【００４３】
また、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０（圧縮機３２等）に接続され、当該ヒートポンプユニット３０の動作を制御することができる。具体的には、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０を稼働（運転）又は停止させることができる。
【００４４】
また制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０を運転させることで得られる水（具体的には、第二配管３７を流通することによって、熱交換器３３で温められる水）の温度の目標値（以下、単に「設定温度」と称する）を制御することができる。本実施形態においては、制御装置５０は、設定温度を段階的に制御することができる。具体的には、本実施形態に係る制御装置５０は、設定温度の最低値を４５℃として、当該設定温度を５℃ずつ（すなわち、５０℃、５５℃、６０℃・・・等）段階的に変更することが可能である。なお、設定温度の最低値は、給湯機構４０による給湯温度以上の値に設定することが可能である。
【００４５】
また、制御装置５０は、給湯機構４０（当該給湯機構４０のポンプ等）に接続され、当該給湯機構４０の動作を制御することができる。具体的には、制御装置５０は、給湯機構４０を稼働（運転）又は停止させることができる。
【００４６】
以下では、図３及び図４を用いて、ある１日における、ヒートポンプユニット３０の運転パターンの決定方法について説明する。
【００４７】
図３のステップＳ１０１において、制御装置５０は、１日（２４時間）の給湯需要（給湯需要Ｑｄａｙ）の予測を行う。ここで、給湯需要Ｑｄａｙとは、給湯機構４０によって貯湯槽２０の水（湯）が供給される適宜の設備において、１日に使用される（必要とされる）熱量を意味する。
【００４８】
制御装置５０は、所定の時刻（例えば、午前０時）に、当該時刻から２４時間後までの給湯需要Ｑｄａｙを予測する。制御装置５０は、過去のデータ等に基づいて給湯需要Ｑｄａｙを予測することができる。例えば、制御装置５０は、過去の所定期間（例えば、過去一週間）における給湯需要を学習し、当該学習した給湯需要の傾向から給湯需要Ｑｄａｙを予測することができる。
【００４９】
制御装置５０は、ステップＳ１０１の処理（１日の給湯需要Ｑｄａｙの予測）を行った後、ステップＳ１０２に移行する。
【００５０】
ステップＳ１０２において、制御装置５０は、１日の給湯需要Ｑｄａｙが、当該１日の間に貯湯槽２０に蓄えることが可能な熱量（以下、単に「貯湯可能熱量」と称する）よりも大きいか否かを判定する。貯湯可能熱量は、以下の数１を用いて算出することができる。
貯湯可能熱量＝Ｃ×（Ｔｔａｎｋ−Ｔｗａｔｅｒ）×Ｖｔａｎｋ×α×Ｎ    （数１）
【００５１】
ここで、Ｃは、貯湯槽２０に貯溜された熱媒体（すなわち水）の比熱である。また、Ｔｔａｎｋは設定温度、Ｔｗａｔｅｒは入水温度、Ｖｔａｎｋは貯湯槽２０の容量である。また、αは有効利用率（有効利用率αの詳細については、後述する）、Ｎは１日におけるヒートポンプユニット３０の運転回数である。なお、設定温度Ｔｔａｎｋ及び運転回数Ｎには、予め初期値が設定されている。例えば、本実施形態においては、設定温度Ｔｔａｎｋの初期値として５０℃、運転回数Ｎの初期値として１が設定されているものとする。
【００５２】
ここで、上記数１の有効利用率αについて詳細に説明する。
【００５３】
図４には、ヒートポンプユニット３０を運転させ、貯湯槽２０に蓄えられた水の全量を沸き上げた場合（すなわち、水全体が設定温度Ｔｔａｎｋになるまでヒートポンプユニット３０を運転させた場合）における、加熱量、消費電力及び入水温度の時間変化を示している。
【００５４】
図４から分かるように、時刻ｔ１においてヒートポンプユニット３０を運転させ、しばらくの間は、加熱量（貯湯槽２０に蓄える熱量）、消費電力及び入水温度は略一定である。しかし、ある程度時間が経過すると（図４の時刻ｔ２近辺）、入水温度が上昇し、これに伴って加熱量が低下する。これは、ヒートポンプユニット３０が運転してある程度時間が経過すると、貯湯槽２０内の水の温度が全体的に（すなわち、貯湯槽２０の上部から下部に亘って全体的に）上昇し、当該貯湯槽２０の下部から温められた水がヒートポンプユニット３０の熱交換器３３へと供給されていることを示している。このように温められた水が熱交換器３３へと供給されると、当該供給される水の温度と設定温度の温度差が小さくなり、加熱量が減少（すなわち、ヒートポンプユニット３０の効率が低下）してしまう。
【００５５】
そこで本実施形態においては、上記数１において、有効利用率αを乗算して貯湯可能熱量を算出することで、貯湯槽２０に蓄えられる水の温度（貯湯温度）を低減させ、貯湯槽２０に蓄えられる熱量を制限することとしている。このように、貯湯槽２０に蓄えられる熱量を制限することで、図４に示すような時刻ｔ２以降の入水温度の上昇が発生する前にヒートポンプユニット３０の運転を停止させ、当該ヒートポンプユニット３０の効率の低下を抑制することができる。
【００５６】
なお、上述の如く貯湯槽２０に蓄えられる熱量を制限するために、有効利用率αは０＜α＜１００（％）の値に設定される。より具体的には、有効利用率αは、７５＜α＜９０（％）の値に設定されることが好ましい。有効利用率αを当該範囲内の値に設定することで、ヒートポンプユニット３０を比較的効率の良い状態で、比較的長時間運転させることができる。
【００５７】
制御装置５０は、給湯需要Ｑｄａｙが貯湯可能熱量より大きいと判定した場合（ステップＳ１０２においてＹｅｓ）、ステップＳ１０３に移行する。
一方、制御装置５０は、給湯需要Ｑｄａｙが貯湯可能熱量以下であると判定した場合（ステップＳ１０２においてＮｏ）、ステップＳ１０６に移行する。
【００５８】
ステップＳ１０３において、制御装置５０は、１日におけるヒートポンプユニット３０の運転回数Ｎの値を１つ増加させる。例えば、運転回数Ｎが初期値（すなわち、１）である場合には、制御装置５０は当該運転回数Ｎを２に変更する。
【００５９】
ステップＳ１０２において給湯需要Ｑｄａｙが貯湯可能熱量より大きいと判定された場合（ステップＳ１０２においてＹｅｓ）、このままでは貯湯槽２０に蓄えられる熱量（貯湯可能熱量）で１日の給湯需要Ｑｄａｙを賄うことができないと予想される。この場合、制御装置５０は、ステップＳ１０３においてヒートポンプユニット３０の運転回数Ｎを増加させることで、貯湯可能熱量を増加させる（上記数１参照）。このように本実施形態においては、運転回数Ｎを適宜増加させることで、給湯需要Ｑｄａｙを賄うことができるように貯湯可能熱量の増加を図っている。
【００６０】
制御装置５０は、ステップＳ１０３の処理を行った後、ステップＳ１０４に移行する。
【００６１】
ステップＳ１０４において、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０の立ち上がりに伴う損失（効率の低下）が、貯湯槽２０の貯湯温度の低減による効果（効率の増加）よりも大きいか否かを判定する。以下、詳細に説明する。
【００６２】
ヒートポンプユニット３０は、立ち上がりの際（運転開始させる際）に一定の損失が発生する。当該損失は、ヒートポンプユニット３０を運転させるたびに発生するため、その合計（すなわち、ヒートポンプユニット３０の立ち上がりに伴う損失）は、ヒートポンプユニット３０の運転１回当たりの損失に運転回数Ｎを乗算することで算出することができる。
【００６３】
また、前述の如く、貯湯槽２０の貯湯温度（ひいては、貯湯可能熱量）を低減させることで、ヒートポンプユニット３０の効率の低下（図４に示す例では、時刻ｔ２以降における効率の低下）を抑制することができる。言い換えれば、貯湯槽２０の貯湯温度を低減させることで、ヒートポンプユニット３０の効率を向上させることができる。
【００６４】
この両者、すなわちヒートポンプユニット３０の立ち上がりに伴う損失（効率の低下）と、貯湯槽２０の貯湯温度の低減による効果（効率の増加）とは、相反する関係にある。すなわち、貯湯温度を低減してヒートポンプユニット３０の効率の増加を図ろうとすると、貯湯可能熱量が低下するため、ヒートポンプユニット３０の運転回数Ｎを増加させる必要があり、ひいてはヒートポンプユニット３０の立ち上がりに伴う損失が増加することになる。
【００６５】
そこで本実施形態においては、制御装置５０は、ステップＳ１０４において、この両者、すなわちヒートポンプユニット３０の立ち上がりに伴う損失と、貯湯槽２０の貯湯温度（貯湯可能熱量）の低減による効果と、を比較している。これによって、ヒートポンプユニット３０の運転回数Ｎの低減と、貯湯温度（貯湯可能熱量）の低減のどちらを優先したほうが効率的であるかを判定することができる。
【００６６】
制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０の立ち上がりに伴う損失（効率の低下）が、貯湯槽２０の貯湯温度の低減による効果（効率の増加）よりも大きいと判定した場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、ステップＳ１０５に移行する。
一方、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０の立ち上がりに伴う損失（効率の低下）が、貯湯槽２０の貯湯温度の低減による効果（効率の増加）以下であると判定した場合（ステップＳ１０４でＮｏ）、再度ステップＳ１０２に移行する。
【００６７】
ステップＳ１０５において、制御装置５０は、設定温度Ｔｔａｎｋを１段階上昇させると共に、ヒートポンプユニット３０の運転回数Ｎを１とする（１回に戻す）。
【００６８】
このように、ヒートポンプユニット３０の立ち上がりに伴う損失が、貯湯槽２０の貯湯温度の低減による効果よりも大きい場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）には、運転回数Ｎを増加させるよりも設定温度Ｔｔａｎｋを上昇させるほうが効率的（経済的）であるため、制御装置５０は設定温度Ｔｔａｎｋを１段階上昇させる。この際、制御装置５０は、設定温度Ｔｔａｎｋを所定の値β（例えば、５℃）だけ上昇させる。また制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０の運転回数Ｎを１回に戻す（リセットする）。
【００６９】
制御装置５０は、ステップＳ１０５の処理を行った後、再度ステップＳ１０２に移行する。すなわち、制御装置５０は、ステップＳ１０５において設定温度Ｔｔａｎｋを上昇させると共に運転回数Ｎをリセットした状態で、再度運転回数Ｎ及び設定温度Ｔｔａｎｋを決定するための処理（ステップＳ１０２からステップＳ１０５まで）を行う。
【００７０】
なお、制御装置５０は、ステップＳ１０４において、ヒートポンプユニット３０の立ち上がりに伴う損失が、貯湯槽２０の貯湯温度の低減による効果（効率の増加）以下であると判定した場合（ステップＳ１０４でＮｏ）、当該設定温度Ｔｔａｎｋのまま、再度運転回数Ｎ及び設定温度Ｔｔａｎｋを決定するための処理（ステップＳ１０２からステップＳ１０５まで）を行う。
【００７１】
上述のようなステップＳ１０２からステップＳ１０５までの処理を適宜繰り返すことで、ヒートポンプユニット３０を効率的に運転させることが可能な設定温度Ｔｔａｎｋ及び運転回数Ｎを決定することができる。制御装置５０は、当該設定温度Ｔｔａｎｋ及び運転回数Ｎを決定することができた場合（すなわち、ステップＳ１０２でＮｏの場合）、ステップＳ１０６に移行することになる。
【００７２】
ステップＳ１０６において、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０の１回目の運転において製造する熱量Ｑ１を決定する。当該熱量Ｑ１は、以下の数２を用いて算出される。
Ｑ１＝ｍｉｎ（Ｑｄａｙ  ，  Ｃ×（Ｔｔａｎｋ−Ｔｗａｔｅｒ）×Ｖｔａｎｋ×α    （数２）
【００７３】
上記数２で示したように、制御装置５０は、給湯需要Ｑｄａｙと、ヒートポンプユニット３０の１回の運転で貯湯槽２０に蓄えることが可能な熱量（Ｃ×（Ｔｔａｎｋ−Ｔｗａｔｅｒ）×Ｖｔａｎｋ×α）のうち、小さいほうの熱量を、熱量Ｑ１として決定する。
【００７４】
制御装置５０は、ステップＳ１０６の処理を行った後、ステップＳ１０７に移行する。
【００７５】
ステップＳ１０７において、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０の１回目の運転の開始時間（開始時刻）ｔｓｔａｒｔを決定する。
【００７６】
ここで、ヒートポンプユニット３０の１回目の運転の終了時間（終了時刻）ｔｅｎｄは、予め定められている。具体的には、当該終了時間ｔｅｎｄは、ヒートポンプユニット３０を比較的外気温の高い昼間に運転させることができるような時間（例えば、１６時）に設定されている。このように、ヒートポンプユニット３０を昼間に運転させることで、ヒートポンプユニット３０の効率であるＣＯＰの向上を図ることができる。
【００７７】
なお、本実施形態において、昼間とは日射によって比較的外気温が高くなる時間帯を意味しており、具体的には日の出から日の入りまでを意味している。
【００７８】
制御装置５０は、上記終了時間ｔｅｎｄから逆算して、当該終了時間ｔｅｎｄに熱量Ｑ１の製造が完了できるように、ヒートポンプユニット３０の１回目の運転の開始時間ｔｓｔａｒｔを決定する。具体的には、当該開始時間ｔｓｔａｒｔは、以下の数３を用いて算出される。
ｔｓｔａｒｔ＝ｔｅｎｄ−Ｑ１／ＨＨＰ    （数３）
【００７９】
ここで、ＨＨＰは、ヒートポンプユニット３０が貯湯槽２０内の水を温める能力（加熱能力）であり、より具体的には、ヒートポンプユニット３０が単位時間（１時間）あたりに貯湯槽２０に蓄えることができる熱量である。
【００８０】
制御装置５０は、ステップＳ１０７の処理を行った後、ステップＳ１０８に移行する。
【００８１】
ステップＳ１０８において、制御装置５０は、運転回数Ｎ（ステップＳ１０２からステップＳ１０５までの処理によって決定された運転回数Ｎ）が１より大きいか否かを判定する。
【００８２】
制御装置５０は、運転回数Ｎが１より大きい（すなわち、２以上である）と判定した場合（ステップＳ１０８においてＹｅｓ）、ステップＳ１０９に移行する。
一方、制御装置５０は、運転回数Ｎが１であると判定した場合（ステップＳ１０８においてＮｏ）、図３に示す処理を終了する。
【００８３】
ステップＳ１０９において、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０の２回目以降の運転において製造する熱量Ｑｎを決定する。当該熱量Ｑｎは、以下の数４を用いて算出される。
Ｑｎ＝（Ｑｄａｙ−Ｑ１）／（Ｎ−１）    （数４）
【００８４】
上記数４で示したように、制御装置５０は、１回目の運転で製造しきれなかった熱量（Ｑｄａｙ−Ｑ１）を残りの運転回数（Ｎ−１）で等分して、２回目以降の運転において１回当たりに製造する熱量Ｑｎを決定する。
【００８５】
制御装置５０は、ステップＳ１０９の処理を行った後、図３に示す処理を終了する。
【００８６】
以上のように、制御装置５０は、ステップＳ１０２からステップＳ１０５までの処理によって、ヒートポンプユニット３０の運転回数Ｎ及び設定温度Ｔｔａｎｋを決定する。また制御装置５０は、決定した運転回数Ｎ及び設定温度Ｔｔａｎｋに基づいて、ステップＳ１０６からステップＳ１０９までの処理によって、ヒートポンプユニット３０の１回目の運転において製造する熱量Ｑ１、ヒートポンプユニット３０の１回目の運転の開始時間ｔｓｔａｒｔ、及びヒートポンプユニット３０の２回目以降の運転において製造する熱量Ｑｎをそれぞれ決定する。
【００８７】
なお、上述の如く、制御装置５０は、ヒートポンプユニット３０の１回目の運転の開始時間ｔｓｔａｒｔは決定するが、２回目以降の運転の開始時間は特に決定していない。ヒートポンプユニット３０の２回目以降の運転は、前回のヒートポンプユニット３０の運転により貯湯槽２０に蓄えられた熱量が、熱量Ｑｎ（２回目以降の運転で製造される熱量）だけ消費された時点で開始される。例えば、ヒートポンプユニット３０の１回目の運転によって熱量Ｑ１が製造された（貯湯槽２０に熱量Ｑ１だけ蓄えられた）場合、制御装置５０は、当該貯湯槽２０に蓄えられた熱量が消費され、Ｑ１−Ｑｎまで減少した時点でヒートポンプユニット３０の２回目の運転を開始する。
【００８８】
以下では、図５を用いて、上述の如く決定された運転パターンに基づいて、実際に制御装置５０がヒートポンプユニット３０の運転を制御する様子の一例を説明する。
【００８９】
なお、図５に示す一例では、図３の処理（ヒートポンプユニット３０の運転パターンの決定方法）によって、ヒートポンプユニット３０の運転回数Ｎが２回に決定されているものとする。また、ヒートポンプユニット３０の１回目の運転の終了時間（終了時刻）ｔｅｎｄは、予め１６時に設定されているものとする。また、有効利用率αは、予め８０％に設定されているものとする。
【００９０】
また図５には、所定の時刻において貯湯槽２０に蓄えられている熱量を模式図（斜線）で示している。当該模式図には、設定温度Ｔｔａｎｋで貯湯槽２０に蓄えることが可能な最大熱量に対して、実際に蓄えられている熱量の割合（％）を数値で示している。
【００９１】
図５に示すように、貯湯槽２０には、予め所定の熱量（２０％）が蓄えられている（図５の０時参照）。これは、急な給湯需要が発生した場合に備えて、最低限の熱量（湯量）を蓄えておくためである。図５には２０％の熱量を蓄えている例を示しているが、例えば湯張り１回分の熱量等を蓄えておいてもよい。
【００９２】
終了時間（終了時刻）ｔｅｎｄから逆算された開始時間（開始時刻）ｔｓｔａｒｔになると、制御装置５０はヒートポンプユニット３０の１回目の運転を開始する。図５には、開始時間ｔｓｔａｒｔとして１２時が設定された例を示している。ヒートポンプユニット３０の１回目の運転により、１６時の時点で、貯湯槽２０には熱量Ｑ１（上記数２参照）が蓄えられる。当該熱量Ｑ１は、具体的には、最大熱量に有効利用率α（すなわち、８０％）を乗じた値となる。
【００９３】
その後、給湯需要によって貯湯槽２０に蓄えられた熱量が消費され、当該貯湯槽２０の熱量が、熱量Ｑｎ（上記数４参照）だけ消費されると、制御装置５０はヒートポンプユニット３０の２回目の運転を開始する。図５には、熱量Ｑｎが消費され、２１時の時点で貯湯槽２０の熱量が最大熱量の３０％まで減少した例を示している。また図５には、２１時に当該２回目の運転が開始する様子を示している。
【００９４】
なお、消費された熱量は、例えば上部温度センサ５１及び下部温度センサ５２の検出結果や、給湯機構４０を介して貯湯槽２０から取り出された水（湯）の量から算出することができる。
【００９５】
このように給湯システム１（制御装置５０）は、設定温度Ｔｔａｎｋで貯湯槽２０に蓄えることが可能な熱量（設定貯湯熱量）に対して制限を加えた熱量、すなわち設定貯湯熱量よりも小さい制限貯湯熱量（熱量Ｑ１又は熱量Ｑｎ）だけを当該貯湯槽２０に蓄えるように、ヒートポンプユニット３０の動作を制御する。このような動作（制限湯沸し動作）によって、貯湯槽２０に蓄えられる熱量（すなわち、水の温度）を制限することで、当該貯湯槽２０の貯湯損失を抑制している。これによって、年間給湯保温効率の向上を図ることができる。また、電力の料金プランによっては、給湯システム１のランニングコストの低減を図ることができる場合がある。
【００９６】
以上の如く、本実施形態に係る給湯システム１は、
内部に水（熱媒体）が貯溜される貯湯槽２０（蓄熱槽）と、
発生させた熱を用いて前記貯湯槽２０に貯溜される水を温めることで、前記貯湯槽２０に設定貯湯熱量（Ｃ×（Ｔｔａｎｋ−Ｔｗａｔｅｒ）×Ｖｔａｎｋ）を蓄えることが可能なヒートポンプユニット３０と、
前記貯湯槽２０に、前記設定貯湯熱量よりも小さい制限貯湯熱量だけ蓄える制限湯沸し動作を行うように、前記ヒートポンプユニット３０の動作を制御する（図５参照）制御装置５０と、
を具備するものである。
このように構成することにより、昼夜問わず、効率的にヒートポンプユニット３０を運転させることができる。すなわち、貯湯槽２０に、設定貯湯熱量よりも小さい制限貯湯熱量だけ蓄えるようにヒートポンプユニット３０の動作を制御することで、当該ヒートポンプユニット３０の運転を深夜の時間帯に限らなくても、貯湯損失の抑制、年間給湯保温効率の向上及びランニングコストの低減等を図ることができる。
【００９７】
また、前記制御装置５０は、
１日当たりに必要とされる熱量である必要給湯需要（給湯需要Ｑｄａｙ）を予測し、
前記制限貯湯熱量が前記必要給湯需要未満である場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）、前記ヒートポンプユニットに前記制限湯沸し動作を１日あたり複数回実行させる（ステップＳ１０３）ものである。
このように構成することにより、貯湯槽２０に蓄えられる熱量を制限しながらも、１日当たりに必要とされる熱量（必要給湯需要）を賄うことができる。
【００９８】
また、前記制御装置５０は、
複数回の前記制限湯沸し動作を実行することによる効率の低下が、前記制限湯沸し動作において前記貯湯槽２０に前記制限貯湯熱量だけ蓄えることによる効率の増加よりも大きい場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、前記制限貯湯熱量の値を増加させる（ステップＳ１０５）ものである。
このように構成することにより、より効率的にヒートポンプユニット３０を運転させることができる。すなわち、貯湯槽２０に蓄えられる熱量を制限しながらも、効率を考慮して適宜当該熱量を増加させることができる。
【００９９】
また、前記制御装置５０は、
複数回の前記制限湯沸し動作のうち最初の前記制限湯沸し動作を、昼間の時間帯に行う（ステップＳ１０７）ものである。
このように構成することにより、より効率的にヒートポンプユニット３０を運転させることができる。すなわち、昼間にヒートポンプユニット３０の運転を行うことで、貯湯損失の低下を効果的に抑制することができる。
【０１００】
また、前記制御装置５０は、
複数回の前記制限湯沸し動作のうち最初の前記制限湯沸し動作において、前記給湯需要Ｑｄａｙ又は前記制限貯湯熱量のうち、少ない方の熱量だけ前記貯湯槽２０に蓄える（ステップＳ１０６）ものである。
このように構成することにより、より効率的にヒートポンプユニット３０を運転させることができる。すなわち、必要最低限の熱量だけを貯湯槽２０に蓄えることで、ヒートポンプユニット３０を効率的に運転させることができる。
【０１０１】
なお、本実施形態に係る貯湯槽２０は、本発明の蓄熱槽の実施の一形態である。
【０１０２】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【０１０３】
例えば、本実施形態においては、熱媒体として水を用いるものとしたが、熱媒体は任意に選択することが可能である。
【０１０４】
また、本実施形態においては、ヒートポンプユニット３０は電力を消費して運転されるものとしたが、例えばガスや石油等のその他のエネルギーを消費して運転する構成とすることも可能である。
【０１０５】
また、給湯需要を予測する方法は限定するものではなく、任意の方法で予測することが可能である。
【０１０６】
また、本実施形態においては、ステップＳ１０９において、ヒートポンプユニット３０の２回目以降の運転において製造する熱量Ｑｎは、１回目の運転で製造しきれなかった熱量を残りの運転回数で等分して決定するものとしたが、本発明はこれに限るものではなく、２回目以降の熱量Ｑｎは任意の方法で決定することが可能である。例えば、２回目以降も１回目と同じ熱量（最大熱量に有効利用率αを乗じた値）だけ製造することも可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１    給湯システム
２０  貯湯槽
３０  ヒートポンプユニット
４０  給湯機構
５０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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