(57)【要約】【課題】給湯ユニット全体の給湯効率からみて適切な送水温度を設定することのできる制御装置、貯湯タンクユニット及び給湯ユニットを提案する。【解決手段】貯湯タンク１から給湯器２に送る湯水の送水温度θＷ１を制御する制御装置５は、給湯効率算出部５１と、記憶部５３と、比較更新部５５を備える。給湯効率算出部５１は、給湯ユニット９の一日単位の給湯効率を算出する。記憶部５３は、過去の代表日で算出された給湯効率を、代表給湯効率として記憶する。比較更新部５５は、給湯効率の比較に基づいて、代表日と送水温度の更新を繰り返し試みる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと給湯器を具備する給湯ユニットで用いられ、前記貯湯タンクから前記給湯器に送る湯水の送水温度を制御するように構成された制御装置であって、
前記給湯ユニットの一日単位の給湯効率を算出する給湯効率算出部と、
前記送水温度が所定温度に設定された過去の代表日において算出された前記給湯効率を、代表給湯効率として記憶する記憶部と、
前記送水温度を前記所定温度とは別の温度に変更した後日の前記給湯効率と、前記代表給湯効率との比較に基づいて、前記代表日と前記送水温度の更新を繰り返し試みる比較更新部を備える
ことを特徴とする給湯ユニット用の制御装置。
【請求項２】
前記比較更新部は、
前記代表日と前記送水温度の更新を試みる試行工程を、繰り返し行うように構成され、
前記試行工程は、
前記送水温度を変更した後日のうち、前記代表日との給湯負荷の差が既定の許容範囲内にある日を、比較対象日として選定し、
前記比較対象日において算出された前記給湯効率を、前記代表給湯効率と比較し、
前記比較対象日の前記給湯効率が前記代表給湯効率よりも高効率である場合には、前記比較対象日が新たな代表日となるように前記代表日の更新を行い、前記送水温度の温度変更を継続し、
前記比較対象日の前記給湯効率が前記代表給湯効率よりも低効率である場合には、前記代表日の更新を行わず、前記送水温度の温度変更を取り消す工程である
ことを特徴とする請求項１に記載の給湯ユニット用の制御装置。
【請求項３】
前記許容範囲は、
前記比較対象日の前記給湯負荷が、前記代表日の前記給湯負荷を超えないように設定され、
前記比較更新部は、
前記比較対象日と前記代表日の前記給湯負荷の差を最小化するための出湯を、前記給湯器に行わせるように構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の給湯ユニット用の制御装置。
【請求項４】
前記過去の代表日は、
前記送水温度が前記所定温度に設定された過去の複数日のうち、その給湯負荷が、前記過去の複数日の平均給湯負荷に最も近い日である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の給湯ユニット用の制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置と、
前記貯湯タンクを具備する
ことを特徴とする給湯ユニット用の貯湯タンクユニット。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置と、
前記貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから前記湯水が送られる前記給湯器を具備する
ことを特徴とする給湯ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯ユニット用の制御装置、給湯ユニット用の貯湯タンクユニット、及び給湯ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、給湯ユニットを備えるコージェネレーションシステムが記載されている。給湯ユニットは、発電の排熱で加熱された湯水が貯められる貯湯タンクと、この貯湯タンクから送られた湯水を加熱して供給する給湯器を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２５６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、排熱を利用して給湯を行うシステムを構成するために、貯湯タンクと給湯器を備える給湯ユニットが用いられる。ここでの給湯ユニットは、貯湯タンクと給湯器が水回路的に接続され、貯湯タンクの湯水を、給湯器への給水として利用できるように構成されたユニットである。
【０００５】
上記した給湯ユニットにおいては、貯湯タンクから給湯器に送る送水の温度（以下「送水温度」という。）をどのように設定するかが、給湯ユニット全体の給湯効率に影響を与える。
【０００６】
ここで、給湯ユニットのなかでも貯湯タンクの単体で考えると、一般的に送水温度が低ければ、その分だけ貯湯タンクに蓄えた熱を使いきれずに外部に放出してしまう可能性が高まるので、送水温度が低いほど効率が低下し、送水温度が高いほど効率が高くなるという傾向がある。
【０００７】
給湯ユニットのなかでも給湯器の単体で考えると、一般的に送水温度が高いほど給湯負荷が小さくなって給湯効率が低下し、送水温度が低いほど給湯負荷が大きくなって給湯効率は高くなる傾向がある。しかも、給湯器における給湯負荷と給湯効率の関係は二次関数的な複雑な関係にあり、送水温度と給湯効率も複雑な関係にある。
【０００８】
加えて、適切な送水温度を判断するにあたっては、貯湯タンクと給湯器の機器的な特性、使用状況の変化、季節等も考慮する必要がある。そのため、給湯ユニット全体の給湯効率からみて送水温度を適切に設定することは、容易なことでない。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、給湯ユニット全体の給湯効率からみて適切な送水温度を設定することのできる給湯ユニット用の制御装置、給湯ユニット用の貯湯タンクユニット、及び給湯ユニットを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、貯湯タンクと給湯器を具備する給湯ユニットで用いられ、前記貯湯タンクから前記給湯器に送る湯水の送水温度を制御するように構成された制御装置であって、給湯効率算出部と、記憶部と、比較更新部を備える。前記給湯効率算出部は、前記給湯ユニットの一日単位の給湯効率を算出する。前記記憶部は、前記送水温度が所定温度に設定された過去の代表日において算出された前記給湯効率を、代表給湯効率として記憶する。前記比較更新部は、前記送水温度を前記所定温度とは別の温度に変更した後日の前記給湯効率と、前記代表給湯効率との比較に基づいて、前記代表日と前記送水温度の更新を繰り返し試みる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記比較更新部は、前記代表日と前記送水温度の更新を試みる試行工程を、繰り返し行うように構成される。前記試行工程は、前記送水温度を変更した後日のうち、前記代表日との給湯負荷の差が既定の許容範囲内にある日を、比較対象日として選定し、前記比較対象日において算出された前記給湯効率を、前記代表給湯効率と比較し、前記比較対象日の前記給湯効率が前記代表給湯効率よりも高効率である場合には、前記比較対象日が新たな代表日となるように前記代表日の更新を行い、前記送水温度の温度変更を継続し、前記比較対象日の前記給湯効率が前記代表給湯効率よりも低効率である場合には、前記代表日の更新を行わず、前記送水温度の温度変更を取り消す工程である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記許容範囲は、前記比較対象日の前記給湯負荷が、前記代表日の前記給湯負荷を超えないように設定されている。前記比較更新部は、前記比較対象日と前記代表日の前記給湯負荷の差を最小化するための出湯を、前記給湯器に行わせるように構成されている。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか一項に係る発明において、前記過去の代表日は、前記送水温度が前記所定温度に設定された過去の複数日のうち、その給湯負荷が、前記過去の複数日の平均給湯負荷に最も近い日である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか一項の制御装置と、前記貯湯タンクを具備する給湯ユニット用の貯湯タンクユニットである。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１から４のいずれか一項の制御装置と、前記貯湯タンクと、前記貯湯タンクから前記湯水が送られる前記給湯器を具備する給湯ユニットである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明にあっては、給湯ユニットの送水温度を、その設置環境での実際の使用状況に基づいて繰り返し更新し、給湯ユニット全体の給湯効率からみて適切な温度に近づけていくことができる。
【００１７】
請求項２に係る発明にあっては、試行工程を繰り返し実行することによって、給湯ユニットの送水温度を、その設置環境での実際の使用状況に基づいて繰り返し更新し、給湯ユニット全体の給湯効率からみて適切な温度に近づけていくことができる。
【００１８】
請求項３に係る発明にあっては、比較対象日と代表日で給湯負荷を揃えたうえで、給湯効率をより正確に比較することができ、ひいては、送水温度をより適切な温度に近づけていくことができる。
【００１９】
請求項４に係る発明にあっては、その設置環境での代表的な一日を、代表日として適切に選定することができる。
【００２０】
請求項５に係る発明にあっては、貯湯タンクユニットが備える制御装置によって、給湯ユニットの送水温度を、その設置環境での実際の使用状況に基づいて繰り返し更新し、給湯ユニット全体の給湯効率からみて適切な温度に近づけていくことができる。
【００２１】
請求項６に係る発明にあっては、給湯ユニットが備える制御装置によって、給湯ユニットの送水温度を、その設置環境での実際の使用状況に基づいて繰り返し更新し、給湯ユニット全体の給湯効率からみて適切な温度に近づけていくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施形態の給湯ユニットの全体構成図である。
【図２】図２Ａは、同上の給湯ユニットでの送水温度変更前の給湯負荷の変遷を示すグラフ図であり、図２Ｂは、同上の給湯ユニットでの送水温度変更後の給湯負荷の変遷を示すグラフ図である。
【図３】図３は、同上の給湯ユニットの変形例での送水温度変更後の給湯負荷の変遷を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に示すように、一実施形態の給湯ユニット９は、貯湯タンクユニット７と給湯器２を具備する。貯湯タンクユニット７には、貯湯タンク１と制御装置５が一体に組み込まれている。
【００２４】
貯湯タンク１には、図示略の発電ユニットの排熱で市水（水道水）を加熱して生成された湯水が、貯められている。発電ユニットとしては、ガスエンジン、燃料電池等を利用した適宜の発電ユニットが利用される。また、発電ユニット以外に、工場の排熱や太陽熱を利用して市水を加熱し、加熱後の湯水を貯湯タンク１に貯めることも可能である。
【００２５】
貯湯タンク１からは、貯めていた湯水の一部を、所定の送水温度θＷ１となるように市水を混合させたうえで、給湯器２に送り出すことができる。
【００２６】
給湯器２は、貯湯タンク１から送り出された湯水を加熱する加熱部２５を有する。加熱部２５は、外部から供給される燃焼ガスを燃焼させるバーナ２５１と、バーナ２５１の火炎で加熱されるフィン構造２５３を備える。給湯器２は、所定の出湯温度θＷ２となるように、送水温度θＷ１で送られてきた湯水を、加熱部２５を通じて加熱する。
【００２７】
制御装置５は、貯湯タンク１から送り出された湯水に混合させる市水の量を調整することで、貯湯タンク１から給湯器２に送る湯水の温度を、所定の送水温度θＷ１となるように制御する。制御装置５は、マイクロコンピュータを備えたプログラム制御方式のコントローラで構成されている。
【００２８】
制御装置５は、給湯ユニット９の全体としての給湯効率ηを一日単位で算出し、これを利用して送水温度θＷ１として適切な温度を学習する機能を有する。学習機能を有する制御装置５は、送水温度θＷ１の試行を繰り返して給湯効率ηの改善を行うことができる。
【００２９】
給湯ユニット９の全体としての給湯効率ηの値は、給湯ユニット９の全体からアウトプットされる熱量ＱＯＵＴを、給湯ユニット９の全体にインプットされる熱量ＱＩＮで除した値である。
【００３０】
給湯ユニット９からアウトプットされる熱量ＱＯＵＴは、給湯器２からの給湯量と、給湯器２からの出湯温度θＷ２と、市水温度θ０に基づいて算出可能である。市水温度θ０は、貯湯タンク１からの送水の基となる市水の温度である。
【００３１】
給湯ユニット９にインプットされる熱量ＱＩＮは、貯湯タンク１に供給される熱量ＱＩＮ１と、給湯器２に供給される熱量ＱＩＮ２の和である。即ち、給湯効率η＝ＱＯＵＴ／（ＱＩＮ１＋ＱＩＮ２）である。
【００３２】
この実施形態において、貯湯タンク１に供給される熱量ＱＩＮ１は、発電ユニットの排熱を回収して供給される熱量である。給湯器２に供給される熱量ＱＩＮ２は、加熱部２５に供給される燃焼ガスの持つ熱量であり、具体的には、供給されるガス量に、そのガスが持つ単位体積当たりの熱量を乗じた値である。
【００３３】
このように、給湯ユニット９の全体の給湯効率ηは、一日単位で算出可能である。
【００３４】
制御装置５は、給湯ユニット９の一日単位の給湯効率ηを算出する給湯効率算出部５１と、算出した過去の給湯効率ηを日付と共に記憶することのできる記憶部５３を備えている。
【００３５】
更に、制御装置５は、送水温度θＷ１の更新を繰り返し試みる比較更新部５５を備えている。比較更新部５５は、記憶部５３に記憶された給湯効率ηを利用し、給湯効率ηの比較に基づいて送水温度θＷ１の更新を繰り返し試みる。
【００３６】
具体的には、比較更新部５５は、以下に説明する試行工程を繰り返すことによって、送水温度θＷ１の更新を試みる。
【００３７】
試行工程では、過去の複数日（たとえば過去の７日間）の一日単位の給湯負荷に基づいて、その複数日のうち一日を、代表日として選択する。一実施形態において、一日単位の給湯負荷は、給湯ユニット９からアウトプットされる一日単位の熱量ＱＯＵＴである。
【００３８】
過去の複数日において、送水温度θＷ１は所定温度（たとえば２５℃）で設定している。以下、この所定温度を「第一温度」という。
【００３９】
代表日は、過去の複数日のうち、最も代表的な給湯負荷の一日として選択される日であり、一実施形態における代表日の選択は、過去の複数日の平均給湯負荷を算出し、給湯負荷がこの平均給湯負荷に一番近い日を選択することで行う。
【００４０】
図２Ａに示す例では、２月１日から２月７日までの一週間において、２月５日の給湯負荷が最も平均給湯負荷に近いため、２月５日を代表日として選択する。
【００４１】
次いで、試行工程では、代表日の給湯負荷と給湯効率ηを、記憶部５３に記憶させる。以下において、代表日の給湯負荷を「代表給湯負荷」といい、代表日の給湯効率ηを「代表給湯効率ηＲ」という。
【００４２】
次いで、試行工程では、送水温度θＷ１を第一温度とは異なる温度（たとえば２６℃）に変更したうえで、変更後の一日単位の給湯負荷を、継続的にモニタリングする。送水温度θＷ１の変更後の温度を、以下においては「第二温度」という。
【００４３】
比較更新部５５は、これら後日の給湯負荷のなかで、代表給湯負荷との差が既定の許容範囲に収まる日を探し、該当する日があればその日を比較対象日として選択する。
【００４４】
図２Ｂに示す例では、２月８日以降の各日の給湯負荷のうち、２月１３日の給湯負荷が代表給湯負荷に最も近く、かつその差が許容範囲内にあるため、２月１３日を比較対象日に選定する。
【００４５】
次いで、試行工程では、比較対象日において算出された給湯効率ηを、代表給湯効率ηＲと比較する。
【００４６】
比較の結果、比較対象日の給湯効率ηが代表給湯効率ηＲよりも高効率である場合には、給湯負荷が略同一の条件下において、送水温度θＷ１が第一温度の場合よりも第二温度の場合のほうが給湯ユニット９の全体の給湯効率ηが高くなると判断できる。そのため、この場合には、比較対象日が新たな代表日となるように代表日の更新を行い、送水温度θＷ１の第二温度への変更を継続する。
【００４７】
比較の結果、比較対象日の給湯効率ηが代表給湯効率ηＲよりも低効率である場合には、給湯負荷が略同一の条件下において、送水温度θＷ１が第一温度の場合よりも第二温度の場合のほうが給湯ユニット９の全体の給湯効率ηが低くなると判断できる。そのため、この場合には、代表日の更新を行わず（つまり過去の代表日をそのまま維持し）、送水温度θＷ１の温度変更の試行は取り消して、送水温度θＷ１を第二温度から第一温度に戻す。
【００４８】
以上の試行工程を、比較更新部５５が繰り返し行うことで、送水温度θＷ１は、給湯ユニット９全体の給湯効率ηからみて適切な温度に近づいてゆく。繰り返し行う試行工程の各々において、送水温度θＷ１をどのように変更していくかは、狙いの収束形態に基づいて適宜に設定することが可能である。
【００４９】
このように、一実施形態の給湯ユニット９が備える制御装置５によれば、給湯ユニット９の全体の給湯効率ηからみて適切な送水温度θＷ１を、その設置環境における実際の使用状況から学習していくことができる。
【００５０】
つまり、給湯ユニット９の全体からみて送水温度θＷ１をどのように設定することが最適であるかは、貯湯タンク１と給湯器２の機器的な特性、使用状況の変化、季節等の多様な要因が存在するため判断が難しい事項であるが、一実施形態の給湯ユニット９（即ち給湯ユニット９が備える制御装置５）によれば、適切な送水温度θＷ１を、実際の使用状況に基づいて学習していくことが可能である。
【００５１】
また、一実施形態の給湯ユニット９においては、貯湯タンクユニット７の側に制御装置５が組み込まれているので、将来的に給湯器２の種類を変えた場合であっても、設置環境に適した送水温度θＷ１を学習によって再度設定することができる。
【００５２】
以上、一実施形態の給湯ユニット９について説明したが、給湯ユニット９は上記の構成に限定されず、以下に述べるように、適宜の設計変更を行うことが可能である。
【００５３】
たとえば、上記の実施形態では、既定の許容範囲を、代表給湯負荷から上下に一定幅の範囲で設定しているが、許容範囲の設定はこれに限定されない。
【００５４】
図３に示す変形例のように、既定の許容範囲を、代表給湯負荷から下の範囲のみで設定し、比較対象日の給湯負荷が代表給湯負荷を超えないように設けることも好ましい。この場合に、制御装置５の比較更新部５５は、比較対象日の給湯負荷と代表給湯負荷の差が最小化する（望ましくは一致する）ように、給湯器２に対して出湯を指示する。
【００５５】
つまり、比較対象日の最終段階において帳尻合わせの出湯を給湯器２に実行させることで、比較対象日の給湯負荷を、代表給湯負荷に極力近づける。帳尻合わせの出湯は、図３の例ではＱｂの部分である。これにより、比較対象日と代表日で給湯負荷が揃うので、適切な送水温度θＷ１の学習がより効率的に行われる。
【００５６】
また、上記の実施形態においては、給湯ユニット９用の制御装置５が、貯湯タンク１を含んだ貯湯タンクユニット７の側に組み込まれているが、制御装置５が設けられる部分はこれに限定されず、制御装置５が給湯器２の側に組み込まれてもよい。この場合には、将来的に貯湯タンクユニット１の種類を変えた場合であっても、設定環境に適した送水温度θＷ１を学習によって再度設定することができる。
【００５７】
また、制御装置５が、貯湯タンクユニット７及び給湯器２とは別の機器として提供され、施工時に貯湯タンクユニット７及び給湯器２と接続されることも有り得る。この場合には、将来的に貯湯タンクユニット１と給湯器２の少なくとも一方の種類を変えた場合であっても、設置環境に適した送水温度θＷ１を学習によって再度設定することができる。
【００５８】
給湯ユニット９の他の構成においても、適切な送水温度θＷ１を学習することのできる範囲内であれば、適宜に設計変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１  貯湯タンク
２  給湯器
５  制御装置
５１  給湯効率算出部
５３  記憶部
５５  比較更新部
７  貯湯タンクユニット
９  給湯ユニット
θＷ１  送水温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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