(57)【要約】【課題】追焚熱量に対して必要最小限のタンク蓄熱量を簡易かつ高精度に算出し、その算出値に基づいて加熱手段を制御して貯湯タンクの蓄熱量を抑制する貯湯式給湯システムを提供する。【解決手段】貯湯タンク１からの水を高温の湯にする加熱手段２と、貯湯タンク１内の貯湯温度を検出する貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆと、制御回路１００と、貯湯タンク１からの高温の湯で浴槽６内の湯を追い炊きする追焚熱交換器５とを備え、制御回路１００は、追焚熱交換器５を介して貯湯タンク１へ戻る湯の追焚戻り温度を予測し、その追焚戻り温度と貯湯温度とに基づいて貯湯タンク１内の湯の有する蓄熱量のうちで追い焚きに有効な追焚有効蓄熱量を算出し、追い焚きにより浴槽６に供給される湯の熱量である追焚負荷を予測し、算出した追焚有効蓄熱量が予測の追焚負荷より大きくなるように加熱手段２を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱して湯にする加熱手段と、
前記加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の湯の温度（以下、「貯湯温度」という）を検出する貯湯温度検出手段と、
前記加熱手段の加熱動作を制御する制御手段と、
前記貯湯タンクから導出される湯の熱量を利用して浴槽内の湯を追い焚きする追焚熱交換器とを備え、
前記制御手段は、
前記追焚熱交換器を通過して前記貯湯タンクへ戻る湯の追焚戻り温度を予測する追焚戻り温度予測手段と、
前記追焚戻り温度予測手段により予測された追焚戻り温度と前記貯湯温度検出手段により検出された貯湯温度とに基づいて、前記貯湯タンク内の湯の有する蓄熱量のうちで追い焚きに有効な追焚有効蓄熱量を算出する追焚有効蓄熱量算出手段と、
追い焚きによって浴槽に供給される湯の熱量である追焚負荷を予測する追焚負荷予測手段とを有し、
前記追焚有効蓄熱量算出手段により算出された追焚有効蓄熱量が前記追焚負荷予測手段により予測された追焚負荷より大きくなるように前記加熱手段の加熱動作を制御することを特徴とする貯湯式給湯システム。
【請求項２】
追焚時の前記浴槽の湯温の目標値である目標浴槽温度を設定する目標浴槽温度設定手段を備え、
前記追焚戻り温度予測手段は、その目標浴槽温度を基に追焚戻り温度を予測することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯システム。
【請求項３】
前記浴槽内の湯の温度である浴槽温度を検出する浴槽温度検出手段を備え、
前記追焚戻り温度予測手段は、目標浴槽温度設定手段に設定された目標浴槽温度と前記浴槽温度検出手段により検出された浴槽温度とに基づいて追焚戻り温度を予測することを特徴とする請求項２記載の貯湯式給湯システム。
【請求項４】
前記追焚有効蓄熱量算出手段は、前記追焚戻り温度予測手段により予測された追焚戻り温度を基準温度とし、前記貯湯温度検出手段により検出された貯湯温度が基準温度以上となる前記貯湯タンク内の領域に亘って、その基準温度をゼロ点とする熱エネルギーを積算した値を追焚有効蓄熱量とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の貯湯式給湯システム。
【請求項５】
前記追焚有効蓄熱量算出手段は、前記貯湯温度が前記基準温度以上となる前記貯湯タンク内の領域のうち、前記追焚熱交換器を通過した湯を前記貯湯タンクへ戻す位置よりも下部の領域を除いて、追焚有効蓄熱量を算出することを特徴とする請求項４記載の貯湯式給湯システム。
【請求項６】
前記貯湯タンク内の湯を直接放出である給湯によって負荷側へ供給する湯栓を備え、
前記制御手段は、
前記貯湯温度検出手段により検出された貯湯温度に基づいて、前記貯湯タンク内の湯の有する蓄熱量のうちで給湯に有効な給湯有効蓄熱量を算出する給湯有効蓄熱量算出手段と、
前記湯栓から直接放出される給湯負荷に対して湯切れ回避のために必要な給湯用必要蓄熱量を予測する給湯用必要蓄熱量予測手段とを有し、
前記追焚有効蓄熱量算出手段は、前記給湯有効蓄熱量算出手段により算出された給湯有効蓄熱量が、少なくとも前記給湯用必要蓄熱量予測手段の予測した給湯用必要蓄熱量と等しくなる位置までの領域を除いて、追焚有効蓄熱量を算出することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の貯湯式給湯システム。
【請求項７】
前記給湯有効蓄熱量算出手段は、前記貯湯タンクに供給される市水の温度を基準温度とし、前記貯湯温度検出手段により検出された貯湯温度に基づいて、その基準温度をゼロ点とする熱エネルギーを前記貯湯タンクの上部から積算した値を給湯有効蓄熱量とすることを特徴とする請求項６記載の貯湯式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱手段により加熱された貯湯タンク内の高温の湯を利用して浴槽内の湯を追い焚きする貯湯式給湯システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
貯湯式給湯システムは、瞬間式給湯システム等と比べて、加熱手段の加熱能力が比較的小さい場合や、加熱手段の起動時における能力の立ち上りが遅い場合に適用されるシステムである。
また、貯湯式給湯システムは、給湯負荷の発生に対して湯切れの生じることのないように、事前に加熱手段により沸き上げられた給湯用の湯を貯湯タンクに溜めておき、当該貯湯タンクから給湯を行うシステムである。
また、貯湯式給湯システムは、湯栓からの湯の直接放出による給湯だけでなく、貯湯タンク内の高温の湯を用いて風呂浴槽の冷めた湯を、熱交換による追焚運転によって昇温させる機能を持ち、このような熱負荷に対しても熱量不足のないように、事前に加熱手段により貯湯タンクに熱を溜めておくシステムである。
【０００３】
このような従来の貯湯式給湯システムとして、例えば、貯湯タンク内に、浴槽内に張られた湯の追い焚きが可能な熱量の湯以上ある場合に限り、追い焚きを実行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、このような従来の貯湯式給湯システムとして、例えば、追い焚き熱量演算手段により求められた追い焚き熱量相当分を貯湯タンク内に蓄熱するように加熱手段を沸き上げ運転させるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許２６８９０２８号公報（請求項２、図５）
【特許文献２】特許３８６８９０８号公報（請求項６、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の貯湯式給湯システムは、貯湯タンク内に、浴槽内に張られた湯の追い焚きが可能な熱量の湯が貯められている場合に限り、貯湯タンク内の高温の湯を浴槽内へ循環させ、浴槽内で熱交換を行って浴槽内の湯の追い焚きを行うことで、熱や水の無駄を防ぎ、入浴が繰り返し行われる場合でも浴槽内の湯温を一定に保つことができる。これにより、追焚を行った後で貯湯タンク内の熱量がなくなってしまうという状況を回避することができる。
【０００７】
また、特許文献２に記載の貯湯式給湯システムは、追い焚き熱量演算手段により求められた追い焚き熱量相当分を貯湯タンク内に蓄熱するように加熱手段を沸き上げ運転させることにより、追い焚き中に給湯水の湯切れを起こすことなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。
【０００８】
しかしながら、前述した特許文献１、２ともに、「追い焚き熱量相当分」の貯湯タンクに必要な蓄熱量の具体的な算出方法に関してはまったく記載がなく、実際には経験則に基づいた蓄熱量や、単に追い焚き熱量の何倍かの蓄熱量を貯湯タンクに溜めるように制御されるケースも多かった。そのため、貯湯タンクの蓄熱量が本来の必要最小限の値より多く維持されており、省エネルギー性が損なわれてきたという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、追焚熱量に対して必要最小限のタンク蓄熱量を、追焚熱量、タンク温度分布、浴槽温度、浴槽目標温度から簡易かつ高精度に算出し、その算出値に基づいて加熱手段を制御することにより、貯湯タンクの蓄熱量をできるだけ少なく抑制して、従来よりも高い省エネルギー性を有する貯湯式給湯システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る貯湯式給湯システムは、水を加熱して湯にする加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンク内の湯の温度（以下、「貯湯温度」という）を検出する貯湯温度検出手段と、加熱手段の加熱動作を制御する制御手段と、貯湯タンクから導出される湯の熱量を利用して浴槽内の湯を追い焚きする追焚熱交換器とを備え、制御手段は、追焚熱交換器を通過して貯湯タンクへ戻る湯の追焚戻り温度を予測する追焚戻り温度予測手段と、追焚戻り温度予測手段により予測された追焚戻り温度と貯湯温度検出手段により検出された貯湯温度とに基づいて、貯湯タンク内の湯の有する蓄熱量のうちで追い焚きに有効な追焚有効蓄熱量を算出する追焚有効蓄熱量算出手段と、追い焚きによって浴槽に供給される湯の熱量である追焚負荷を予測する追焚負荷予測手段とを有し、追焚有効蓄熱量算出手段により算出された追焚有効蓄熱量が追焚負荷予測手段により予測された追焚負荷より大きくなるように加熱手段の加熱動作を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、追焚熱交換器を通過して貯湯タンクへ戻る湯の追焚戻り温度を予測し、予測した追焚戻り温度と貯湯温度検出手段により検出された貯湯温度とに基づいて、貯湯タンク内の湯の有する蓄熱量のうちで追い焚きに有効な追焚有効蓄熱量を算出する。そして、追い焚きによって浴槽に供給される湯の熱量である追焚負荷を予測し、算出した追焚有効蓄熱量が予測の追焚負荷より大きくなるように加熱手段の加熱動作を制御する。これにより、貯湯タンクの蓄熱量をできるだけ少なく抑制することが可能になり、システム効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムの回路構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムにおける追焚有効蓄熱量の算出モデルを示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムにおける別の追焚有効蓄熱量の算出モデルを示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムにおける追焚戻り温度の予測方法を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムにおける別の追焚有効蓄熱量の算出モデルを示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯システムの構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯システムの回路構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯システムにおける追焚有効蓄熱量の算出モデルを示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯システムの利点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムの構成を示す模式図である。
実施の形態１における貯湯式給湯システムは、湯を溜めるための貯湯タンク１、加熱手段２、加熱用ポンプ３１、追焚用ポンプ３２、浴槽用ポンプ３３、追焚熱交換器５、入浴用の４０℃前後の湯を溜めるための浴槽６、加熱用配管３０１、給水用配管３０２、浴槽往き配管３０６ａ、浴槽戻り配管３０６ｂ、追焚往き配管３０７ａ、追焚戻り配管３０７ｂ、制御回路１００等を備えている。
【００１４】
貯湯タンク１は、高さ方向に所定間隔で配置された貯湯温度検出手段である例えば６個の貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆが取り付けられている。なお、その貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの個数を６個としているが、これに限定されるものではなく、貯湯タンク１の内部の温度分布を測るのに充分な数の温度センサーを設けるようにしてもよい。加熱手段２は、例えばヒートポンプサイクル装置により構成され、貯湯タンク１の下部と上部を接続する加熱用配管３０１の途中に設けられている。加熱用ポンプ３１は、貯湯タンク１と加熱手段２の間の加熱用配管３０１に挿入されている。追焚用ポンプ３２は、追焚熱交換器５と貯湯タンク１の側部を接続する追焚戻り配管３０７ｂの途中に設けられている。浴槽用ポンプ３３は、追焚熱交換器５と浴槽６を接続する浴槽戻り配管３０６ｂの途中に設けられている。
【００１５】
浴槽往き配管３０６ａは追焚熱交換器５と浴槽６を接続し、追焚往き配管３０７ａは貯湯タンク１の上部と追焚熱交換器５を接続している。給水用配管３０２は、市水を貯湯タンク１の下部から供給する配管である。追焚熱交換器５は、追焚用ポンプ３２の運転により追焚往き配管３０７ａ内を流れる貯湯タンク１の湯と浴槽用ポンプ３３の運転により浴槽戻り配管３０６ｂ内を流れる浴槽６の湯を熱交換する。制御回路１００は、加熱手段２の加熱動作の制御、加熱用ポンプ３１、追焚用ポンプ３２および浴槽用ポンプ３３の運転を制御する。
【００１６】
加熱用配管３０１には、加熱手段２により加熱された湯の温度を検出する沸上温度センサー５０２が設けられている。給水用配管３０２には、流入する水の温度を検出する給水温度センサー５０４が設けられている。また、貯湯タンク１の最上部には、貯湯タンク１から導出される湯の温度を検出する導出温度センサー５０３が設けられている。浴槽戻り配管３０６ｂには、浴槽６から追焚熱交換器５に流れ込む湯の温度を検出する浴槽戻り温度センサー５０６が設けられている。なお、浴槽戻り温度センサー５０６は、定期的に浴槽用ポンプ３３を運転させることにより、浴槽温度を検出する手段としても利用されている。
【００１７】
図２は本発明の実施の形態１に係る貯湯式給湯システムの回路構成を示すブロック図である。
図２において、制御回路１００は、追焚有効蓄熱量算出手段１０１ａ、追焚負荷予測手段１０４ａ、加熱制御手段１０５、追焚戻り温度予測手段１０６、目標浴槽温度設定手段１０７等を有している。制御回路１００には、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆ、沸上温度センサー５０２、導出温度センサー５０３、給水温度センサー５０４および浴槽戻り温度センサー５０６によりそれぞれ検出された温度情報が入力される。この制御回路１００は、入力された各温度情報に基づいて、加熱手段２、加熱用ポンプ３１、追焚用ポンプ３２、浴槽用ポンプ３３を制御する。この制御については後述する。
【００１８】
追焚負荷予測手段１０４ａは、ユーザーの過去の追焚使用実績または現在の浴槽６の湯温や湯量の状況、あるいはその両方の情報に基づいて追焚負荷を予測する。目標浴槽温度設定手段１０７は、ユーザーのマニュアル操作により入力された温度値を追焚運転時における浴槽６の湯の目標浴槽温度として設定する。追焚戻り温度予測手段１０６は、追焚運転が行われた際に、目標浴槽温度設定手段１０７により設定された目標浴槽温度と浴槽戻り温度センサー５０６（浴槽温度検出手段）により検出された浴槽戻り温度とに基づいて、追焚熱交換器５から貯湯タンク１に戻る追焚戻り温度を予測する。
【００１９】
追焚有効蓄熱量算出手段１０１ａは、追焚戻り温度予測手段１０６により予測された追焚戻り温度と貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆにより検出された貯湯タンク１の高さ方向の各位置の貯湯温度とに基づいて、貯湯タンク１内の湯の有する蓄熱量のうちで追焚に有効な追焚有効蓄熱量を算出する。加熱制御手段１０５は、算出された追焚有効蓄熱量が追焚負荷予測手段１０４ａにより予測された測追焚負荷より大きくなるように加熱手段２の加熱動作を制御する。
【００２０】
次に、実施の形態１における貯湯式給湯システムの動作について説明する。なお、以下の説明においては、具体的な数値を示して動作を説明するが、それに限定されるものではない。
【００２１】
［基本的な動作］
まず、実施の形態１における貯湯式給湯システムの基本的な動作を説明する。
貯湯タンク１には、給水用配管３０２を通って流入する低温の水（市水）が溜められる。貯湯タンク１の下部から溜められた低温の水は、加熱用ポンプ３１によって加熱用配管３０１に引き込まれ、加熱手段２に導かれる。導かれた低温の水は、加熱手段２により加熱され、高温の湯に沸き上がる。そして、その高温の湯は、加熱用配管３０１を通って貯湯タンク１の上部から流入し溜められる。一方、浴槽６には、入浴用の４０℃前後の湯が溜められる。浴槽６内の湯は、貯湯タンク１に溜められた湯を給湯用配管（図示せず）を通じて供給して溜めてもよいし、燃焼式の給湯装置（図示せず）によって生成される湯を使用して溜めるようにしてもよい。
【００２２】
貯湯タンク１の上部に溜められた湯は、ユーザーの操作により強制的に、あるいは浴槽戻り温度センサー５０６によって定期的に検出される浴槽温度が、目標浴槽温度設定手段１０７に設定された目標浴槽温度よりも所定値以上低くなったときに、自動的に追焚運転が行われる。この場合、浴槽温度を上昇させるために、貯湯タンク１内の湯が追焚用ポンプ３２により追焚往き配管３０７ａを通って追焚熱交換器５に導かれ、このタイミングと概ね同時に、浴槽６内の湯が浴槽用ポンプ３３により浴槽戻り配管３０６ｂを通って追焚熱交換器５に導かれる。
【００２３】
追焚熱交換器５で浴槽系統へ熱を与えて温度の低下したタンク系統の湯は、追焚戻り配管３０７ｂを通って貯湯タンク１に戻る。この時、追焚熱交換器５で熱を受け取って温度の上昇した浴槽系統の湯は、浴槽往き配管３０６ａを通って浴槽６内に戻る。また、ユーザーの操作により強制的に、あるいは浴槽戻り温度センサー５０６によって検出された浴槽温度が、目標浴槽温度設定手段１０７に設定された目標浴槽温度よりも所定値以上高くなったときには、自動的に追焚運転が終了する。
【００２４】
これにより、低温の水を加熱手段２で沸上げ、高温の湯を貯湯タンク１に蓄えられると共に、貯湯タンク１に蓄えられた湯熱を利用して浴槽６内の湯を追い焚きすることができる。
【００２５】
［追焚負荷の予測］
次に、追焚負荷を予測する動作について説明する。
追焚負荷は、浴槽６の湯温（浴槽温度）を現時点の湯温（以下、「現浴槽温度」という）から目標浴槽温度まで上昇させるのに必要な熱量である。追焚負荷は、浴槽６の湯量（例えば２００Ｌ）に、目標浴槽温度（例えば４０℃）と現浴槽湯温（例えば３０℃）との温度差を積算し、さらに、密度（例えば１ｋｇ／Ｌ）と比熱（例えば１ｋｃａｌ／ｇ℃）を積算して算出される。
【００２６】
ここで、浴槽６の湯量は、例えば一般的な値（例えば２００Ｌ）を使用してもよいし、ユーザーがリモコンの操作で設定される値を使用してもよい。また、貯湯タンク１から浴槽６に湯を直接放出するシステムの場合は、放出経路に流量計を設置し、流量の積算値を以って浴槽６の湯量としてもよい。また、そのシステムにおいて、例えば、浴槽戻り配管３０６ｂ内に圧力センサーなどによる水位検出手段を設け、貯湯タンク１から浴槽６への湯の直接放出の際に、積算流量と水位の相間を初期学習しておき、その後は逆に水位から推定される浴槽６の湯量を使用してもよい。
【００２７】
また、過去の追焚負荷を学習して記憶するようなシステムの場合は、その学習結果である過去の所定期間内の最大値や平均値といった形で当日予測される追焚負荷を予測するようにしてもよい。追焚負荷の学習は、浴槽６の湯量と追焚運転の開始時と終了時の温度差から算出される値を以って学習してもよいし、浴槽戻り配管３０６ｂあるいは浴槽往き配管３０６ａを循環する流量を、流量計で直接的にあるいは浴槽用ポンプ３３への制御信号から間接的に算出する手段と、追焚熱交換器５の浴槽６側の系統の出入り口の温度差から算出される値を以って学習してもよい。
【００２８】
［追焚有効蓄熱量の算出および加熱手段の制御］
次に、貯湯タンク１内における追焚に有効な追焚有効蓄熱量の算出方法、その結果に基づいた加熱手段２の制御について説明する。
貯湯タンク１から追焚往き配管３０７ａを通って追焚熱交換器５に導かれた高温の湯は、追焚熱交換器５において浴槽系統に熱を供給して温度が低下し、追焚戻り配管３０７ｂから貯湯タンク１に戻される。従って、貯湯タンク１内の湯の有する熱エネルギーのうち追焚で有効に利用できる熱エネルギーは、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆによって検出された各貯湯温度をそれぞれ追焚戻り温度で減算して得られる部分だけである。
【００２９】
つまり、追焚に有効な熱エネルギーのゼロ点（追焚エネルギー基準温度）は、追焚熱交換器５から貯湯タンク１に戻る追焚戻り温度である。従って、追焚運転時の追焚戻り温度がわかれば、その温度を熱エネルギーのゼロ点として、図３に示すように、貯湯タンク１の容積に関して積分することにより追焚有効蓄熱量（斜線部分）が算出される。なお、図中に示す給水温度９℃〜追焚戻り温度Ｔｂｋの間は、給湯には有効だが追焚には無効な熱量である。
【００３０】
追焚戻り温度は、前述したように追焚戻り温度予測手段１０６によって予測される。
以下、追焚戻り温度の予測方法およびその際の追焚有効蓄熱量の算出方法について、図４および図５を用いて説明する。
【００３１】
追焚戻り温度は、同じ貯湯温度分布に対する追焚有効蓄熱量ができるだけ大きくなるように、できるだけ低い値に制御することが望ましい。この場合、追焚戻り温度は、浴槽温度に追焚熱交換器５の熱交換性能に依存した所定の温度差ΔＴｐ１（例えば５℃）を加えた値に略一致する。従って、追焚戻り温度は、図４（ｂ）に示すように追焚運転中に変化し、追焚有効蓄熱量は図４（ａ）に示す斜線部分の領域で表される。なお、追焚有効蓄熱量を大きくするためには、その温度差ΔＴｐ１が小さいほどよい（図４（ｂ）参照）。
【００３２】
例えば図５（ａ）に示すように、浴槽温度を目標浴槽温度として一定と仮定し、その目標浴槽温度に追焚熱交換器５の性能に依存した所定の温度差ΔＴｐ１を加えて追焚戻り温度とした場合、追焚有効蓄熱量を簡易に、かつ、湯切れ安全のため若干小さめに見積もることができる。
【００３３】
次いで、加熱手段２は、予測される追焚負荷に所定の余裕度を加えた値と現在の追焚有効蓄熱量を比較し、追焚有効蓄熱量の方が小さいときに起動される。ここで、追焚運転中に加熱手段２が加熱する熱量を考慮して、予測される追焚負荷に所定の余裕度を加えた値から追焚運転中に加熱手段２が増加させることができる追焚有効蓄熱量を減算した値と、現在の追焚有効蓄熱量とを比較してもよい。
【００３４】
また、追焚戻り温度の予測方法は、前述した例に限らず、例えば図５（ｂ）に示すように、現浴槽温度と目標浴槽温度の平均値を求めて一定と仮定し、その平均値に追焚熱交換器５の性能に依存した所定の温度差ΔＴｐ１を加えて得られる値を予測の追焚戻り温度としてもよい。この方法によると、図５（ｂ）からわかるように、貯湯タンク１内で追焚による湯の使用が想定される領域に限っては、追焚有効蓄熱量をより正確に見積もることができる。また、より正確に追焚有効蓄熱量を見積もる場合は、浴槽６の温度変化が指数関数の逆数の形となることを利用して追焚戻り温度を予測してもよい。
【００３５】
また、貯湯タンク１に追焚戻り配管３０７ｂが接続される位置である追焚戻し位置が、貯湯タンク１の最下部でない場合、図６に示すように、その追焚戻し位置より下の領域は、追焚有効蓄熱量から除いてもよい。これは以下の理由による。
【００３６】
追焚戻し位置より下の領域の追焚有効蓄熱量は、追焚熱交換器５から戻る中低温の湯を混合によって昇温し、昇温された湯が循環によって再び貯湯タンク１の最上部へ到達し、追焚熱交換器５に送られて浴槽６側へ放熱する、という形でのみ浴槽６側へ伝達される。しかし、昇温された湯の温度は一般的に高くなく、この時の追焚能力は小さい値を示すので、追焚戻し位置より下の領域を追焚有効蓄熱量から除くことにより、追焚運転中の追焚能力の維持を図ることができる。
【００３７】
以上のように実施の形態１においては、予測される追焚負荷に対して有効な貯湯タンク１の追焚有効蓄熱量をタンク温度分布（貯湯温度）、浴槽温度、浴槽目標温度に基づいて算出し、その算出値が予測される追焚負荷よりも大きくなるように加熱手段２の加熱動作を制御する。これにより、予測される追焚負荷に対して貯湯タンク１内に必要な追焚有効蓄熱量を高精度に算出することができ、できるだけ少ない追焚有効蓄熱量で湯切れを回避することが可能になり、放熱ロスを最小限とすることができる。従って、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムを実現することができる。
【００３８】
また、実施の形態１においては、追焚戻り温度を目標浴槽温度に所定の温度差ΔＴｐ１を加えた値として算出するようにしている。これにより、予測される追焚負荷に対して貯湯タンク１内に必要な追焚有効蓄熱量を簡易に算出することができ、できるだけ少ない追焚有効蓄熱量で湯切れを回避することが可能になり、放熱ロスを最小限とすることができる。従って、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムをより簡易に実現することができる。
【００３９】
また、実施の形態１においては、追焚戻り温度を目標浴槽温度と現浴槽温度の平均値に所定の温度差ΔＴｐ１を加えた値として算出するようにしている。これにより、予測される追焚負荷に対して貯湯タンク１内に必要な追焚有効蓄熱量を簡易、かつ高精度に算出することができ、できるだけ少ない追焚有効蓄熱量で湯切れを回避することが可能になり、放熱ロスを最小限とすることができる。従って、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムをより簡易かつ高精度に実現することができる。
【００４０】
さらに、実施の形態１においては、貯湯タンク１内の追焚戻し位置より下の領域の蓄熱量を除くようにしているので、高い追焚能力を維持しつつ、極力少ない蓄熱量で湯切れを回避することができ、放熱ロスを最小限とすることができる。従って、よりユーザー満足度が高く、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムを実現することができる。
【００４１】
実施の形態２．
実施の形態２においては、追焚負荷だけでなく給湯負荷も予測される状況において、貯湯タンク内の追焚有効蓄熱量の算出およびその算出値に基づく加熱手段の制御について説明する。なお、実施の形態２における貯湯式給湯システムの構成のうち、前述した実施の形態１と同様の部分には同じ符号を付している。
【００４２】
図７は本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯システムの構成を示す模式図である。
実施の形態２における貯湯式給湯システムは、実施の形態１における貯湯式給湯システムの備える構成部品に加えて、混合手段４、導出用配管３０３、混合用配管３０４、給湯用配管３０５等を備えている。
【００４３】
混合手段４は、例えば電動式の三方混合弁よりなり、一方の流入口に貯湯タンク１の上部に接続された導出用配管３０３が接続され、他方の流入口に給水用配管３０２から分岐された混合用配管３０４が接続されている。また、流出口には給湯用配管３０５が接続されている。その混合手段４は、制御回路１００からの制御に基づいて湯量と水量の混合比を調整する。給湯用配管３０５は、混合手段４にて混合された湯を、使用される負荷側（浴槽６）に給湯するための配管で、先端側に湯栓（図示せず）が設けられている。給湯用配管３０５には、負荷側で使用される湯温を検出する給湯温度センサー５０５が取り付けられ、また、負荷側で使用される湯量を検出する給湯流量センサー６０１が設けられている。
【００４４】
図８は本発明の実施の形態２に係る貯湯式給湯システムの回路構成を示すブロック図である。
図８において、制御回路１００は、給湯有効蓄熱量算出手段１０１ｂ、給湯用必要蓄熱量予測手段１０４ｂ等を有している。制御回路１００は、時刻検出手段６０２（タイマー）からの時刻情報、給湯温度センサー５０５により検出された給湯温度および給湯流量センサー６０１により検出された給湯量に基づいて混合手段４の弁の開度を制御する。
【００４５】
給湯有効蓄熱量算出手段１０１ｂは、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆにより検出された各貯湯温度に基づいて、貯湯タンク１内の湯の有する蓄熱量のうちで給湯に有効な給湯有効蓄熱量を算出する。給湯用必要蓄熱量予測手段１０４ｂは、過去のユーザーの給湯使用実績または所定の設計値に基づいて、予測される給湯負荷に対して湯切れを回避のために必要な給湯用必要蓄熱量を予測する。
【００４６】
次に、実施の形態２における貯湯式給湯システムの動作について説明する。なお、以下の説明においては、具体的な数値を示して動作を説明するが、それに限定されるものではない。なお、実施の形態２における貯湯式給湯システムの基本的な動作のうち実施の形態１と異なる部分について説明する。
［基本的な動作］
貯湯タンク１の上部に溜められた湯は、負荷側からの湯の直接放出の要求に応じて導出用配管３０３から流出し、混合手段４に導かれる。混合手段４は、給水用配管３０２から分岐された混合用配管３０４を通じて水を導き、貯湯タンク１から導かれた湯と混合させ、給湯用配管３０５を通じて負荷側へ適正な温度（例えば４２℃）の湯を供給する。
【００４７】
［給湯用必要蓄熱量の予測］
次に、給湯用必要蓄熱量を予測する動作について説明する。
給湯用必要蓄熱量は、ユーザーの過去の給湯使用実績または所定の設計値に基づいて予測される。ユーザーの過去の給湯使用実績に基づく場合、例えば、時刻検出手段６０２、給湯温度センサー５０５および給湯流量センサー６０１からの各情報に基づいて、時間帯ごとの給湯負荷実績を日々記憶し、記憶した給湯負荷に基づいて当日の給湯負荷を予測し、予測される給湯負荷に対して湯切れが発生しないように給湯用必要蓄熱量を予測する方法がある。また、所定の設計値に基づく場合、例えば、一般的に多量の給湯が予測される時間帯（例えば午後６時〜午後１１時）は、給湯用必要蓄熱量を大きく設計（例えば４２℃換算３００Ｌ）し、それ以外の時間帯は小さく設計（例えば４２℃換算８０Ｌ）する方法がある。
【００４８】
［給湯有効蓄熱量の算出］
給湯においては、貯湯タンク１内の湯の有する熱エネルギーを混合によって市水に与えて使用するため、給湯に有効な熱エネルギーのゼロ点（給湯エネルギー基準温度）は市水の給水温度である。従って、給水温度を熱エネルギーのゼロ点としてタンク容積に関して積分することにより給湯有効蓄熱量が算出される。
【００４９】
［追焚有効蓄熱量の算出］
以下、給湯負荷が予測される場合での追焚有効蓄熱量の算出方法について図９を用いて説明する。
追焚有効蓄熱量算出手段１０１ａは、給湯有効蓄熱量算出手段１０１ｂにより算出された給湯有効蓄熱量が、少なくとも給湯用必要蓄熱量予測手段１０４ｂにより予測された給湯用必要蓄熱量と等しくなる位置までの領域を除いて、追焚有効蓄熱量を算出する。
【００５０】
図９に示すように、給湯用の使用を想定する領域を追焚用の使用を想定する領域より上に配置するのは、給湯エネルギー基準温度より追焚エネルギー基準温度の方が高いこと、および貯湯タンク１内の下部より上部の方が貯湯温度が高いことに起因しているからである。仮に、逆に配置した場合は、図１０に示すように、給湯有効蓄熱量と追焚有効蓄熱量がそれぞれ給湯用必要蓄熱量と予測される追焚負荷以上だったとしても、蓄熱量が不足して湯切れが発生する可能性がある。
【００５１】
以上のように実施の形態２によれば、貯湯タンク１の上部から下方に向かって給湯有効蓄熱量を積算し、その値が少なくとも給湯用必要蓄熱量予測手段１０４ｂにより予測された給湯用必要蓄熱量と等しくなる位置までの領域は給湯用の使用を想定した領域とし、その領域を除いて追焚有効蓄熱量を算出するようにしている。これにより、追焚負荷に加えて給湯負荷が想定される状況においても、最小限の蓄熱量で湯切れを回避することができ、放熱ロスを最小限とすることができる。従って、省エネルギー性の高い貯湯式給湯システムを実現することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  貯湯タンク、２  加熱手段、３１  加熱用ポンプ、３２  追焚用ポンプ、３３  浴槽用ポンプ、４  混合手段、５  追焚熱交換器、６  浴槽、１００  制御回路、１０１ａ  追焚有効蓄熱量算出手段、１０１ｂ  給湯有効蓄熱量算出手段、１０４ａ  追焚負荷予測手段、１０４ｂ  給湯用必要蓄熱量予測手段、１０５  加熱制御手段、１０６  追焚戻り温度予測手段、１０７  目標浴槽温度設定手段、３０１  加熱用配管、３０２  給水用配管、３０３  導出用配管、３０４  混合用配管、３０５  給湯用配管、３０６ａ  浴槽往き配管、３０６ｂ  浴槽戻り配管、３０７ａ  追焚往き配管、３０７ｂ  追焚戻り配管、５０１ａ〜５０１ｆ  貯湯温度センサー、５０２  沸上げ温度センサー、５０３  導出温度センサー、５０４  給水温度センサー、５０５  給湯温度センサー、５０６  浴槽戻り温度センサー、６０１  給湯流量センサー、６０２  時刻検出手段。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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