(57)【要約】【課題】熱電併給装置とヒートポンプ装置と貯湯タンクとを備えた構成において、更なる運転効率の向上を図ることができる貯湯式熱源装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】ヒートポンプ装置２０を働かせて第２熱交換器Ｈ２を加熱し、当該第２熱交換器Ｈ２で加熱された湯水を、第２循環路Ｃ２に循環させ貯湯タンク３０に貯湯する制御部５０を備え、制御部５０は、熱電併給装置１０を電主運転している状態で、給湯利用箇所４０からの１日の給湯熱量が１日の熱電併給装置１０の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、給湯利用箇所４０からの給湯の発生前で、熱電併給装置１０の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、ヒートポンプ装置２０を働かせて第２熱交換器Ｈ２を加熱し、当該第２熱交換器Ｈ２で加熱された湯水を、第２循環路Ｃ２に循環させ貯湯タンク３０に貯湯する。【選択図】図１
2015075321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯利用箇所に供給する湯水を貯湯する貯湯タンクと、
熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第１熱交換器とを湯水が循環する第１循環路と、
ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第２熱交換器とを湯水が循環する第２循環路と、
暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第３熱交換器とを湯水が循環する第３循環路と、
燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と前記第３熱交換器とを湯水が循環する第４循環路と、
給湯利用箇所に貯湯タンクの湯水を導く第５流路とを備えた貯湯式熱源装置であって、
前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯する制御部を備え、
前記制御部は、前記熱電併給装置を電主運転している状態で、前記給湯利用箇所からの１日の給湯熱量が１日の前記熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、
前記給湯利用箇所からの給湯の発生前で、前記熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯し、
給湯要求があったときには、前記貯湯タンクの湯水を前記第５流路に導き、低温暖房負荷が発生したときには、前記ヒートポンプ装置を働かせ前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第３循環路に循環させ前記第３熱交換器を加熱し、高温暖房負荷が発生したときには、前記燃焼装置で前記第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱する貯湯式熱源装置。
【請求項２】
給湯利用箇所に供給する湯水を貯湯する貯湯タンクと、
熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第１熱交換器とを湯水が循環する第１循環路と、
ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第２熱交換器とを湯水が循環する第２循環路と、
暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第３熱交換器とを湯水が循環する第３循環路と、
燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と前記第３熱交換器とを湯水が循環する第４循環路と、
給湯利用箇所に貯湯タンクの湯水を導く第５流路とを備えた貯湯式熱源装置であって、
前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯する制御部を備え、
前記制御部は、前記熱電併給装置を電主運転している状態で、前記給湯利用箇所からの１日の給湯熱量及び一日の低温暖房負荷の合計が１日の前記熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、
前記給湯利用箇所からの給湯又は低温暖房負荷の発生前で、前記熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯し、
給湯要求があったときには、前記貯湯タンクの湯水を前記第５流路に導き、低温暖房負荷が発生したときには、前記貯湯タンクの貯湯熱量又は貯湯温度が要求下限値以上の場合、前記貯湯タンクの湯水を、前記第３循環路に循環させ前記第３熱交換器を加熱し、前記貯湯タンクの貯湯熱量又は貯湯温度が要求下限値未満の場合、前記燃焼装置で第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱すると共に、高温暖房負荷が発生したときには、前記燃焼装置で前記第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱する貯湯式熱源装置。
【請求項３】
前記第１循環路は、前記貯湯タンクの下部を上流端とし上部を下流端とすると共に、前記ヒートポンプ装置の前記第２熱交換器と、前記熱電併給装置の第１熱交換器とに、記載の順に湯水を循環させる流路であり、
前記ヒートポンプ装置が、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記第２熱交換器と、冷媒を膨張させる膨張弁と、第５熱交換器とに、記載の順に冷媒を循環させる冷媒正方向循環状態と、当該冷媒正方向とは逆方向の循環状態である冷媒逆方向循環状態とで冷媒を切り替えて循環可能な冷媒循環路を備え、
前記制御部は、前記貯湯タンクの下部の温度が前記熱電併給装置の運転継続上限閾値を超える場合、前記ヒートポンプ装置を前記冷媒逆方向循環状態で働かせて前記第２熱交換器で湯水を放熱させると共に、前記熱電併給装置の運転を継続させる請求項１又は２に記載の貯湯式熱源装置。
【請求項４】
給湯利用箇所に供給する湯水を貯湯する貯湯タンクと、
熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第１熱交換器とを湯水が循環する第１循環路と、
ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第２熱交換器とを湯水が循環する第２循環路と、
暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第３熱交換器とを湯水が循環する第３循環路と、
燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と前記第３熱交換器とを湯水が循環する第４循環路と、
給湯利用箇所に貯湯タンクの湯水を導く第５流路とを備えた貯湯式熱源装置の運転方法であって、
前記熱電併給装置を電主運転している状態で、前記給湯利用箇所からの１日の給湯熱量が１日の前記熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、
前記給湯利用箇所からの給湯の発生前で、前記熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯し、
給湯要求があったときには、前記貯湯タンクの湯水を前記第５流路に導き、低温暖房負荷が発生したときには、前記ヒートポンプ装置を働かせ前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第３循環路に循環させ前記第３熱交換器を加熱し、高温暖房負荷が発生したときには、前記燃焼装置で前記第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱する貯湯式熱源装置の運転方法。
【請求項５】
給湯利用箇所に供給する湯水を貯湯する貯湯タンクと、
熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第１熱交換器とを湯水が循環する第１循環路と、
ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第２熱交換器とを湯水が循環する第２循環路と、
暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第３熱交換器とを湯水が循環する第３循環路と、
燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と前記第３熱交換器とを湯水が循環する第４循環路と、
給湯利用箇所に貯湯タンクの湯水を導く第５流路とを備えた貯湯式熱源装置の運転方法であって、
前記熱電併給装置を電主運転している状態で、前記給湯利用箇所からの１日の給湯熱量及び一日の低温暖房負荷の合計が１日の前記熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、
前記給湯利用箇所からの給湯又は低温暖房負荷の発生前で、前記熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯し、
給湯要求があったときには、前記貯湯タンクの湯水を前記第５流路に導き、低温暖房負荷が発生したときには、前記貯湯タンクの貯湯熱量又は貯湯温度が要求下限値以上の場合、前記貯湯タンクの湯水を、前記第３循環路に循環させ前記第３熱交換器を加熱し、前記貯湯タンクの貯湯熱量又は貯湯温度が要求下限値未満の場合、前記燃焼装置で第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱すると共に、高温暖房負荷が発生したときには、前記燃焼装置で前記第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱する貯湯式熱源装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯利用箇所に供給する湯水を貯留する貯留タンクと、熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第１熱交換器とを湯水が循環する第１水路と、ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第２熱交換器とを湯水が循環する第２水路と、暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第３熱交換器とを湯水が循環する第３水路と、燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と前記第３熱交換器とを湯水が循環する第４水路と、給湯利用箇所に貯湯タンクの湯水を導く第５流路とを備えた貯湯式熱源装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、貯湯式熱源装置としては、特許文献１の図１１、１９に示される回路構成のものや、特許文献２の図１９、２０に示される回路構成のものが知られており、何れも、給湯利用箇所に供給する湯水を貯湯する貯湯タンクと、熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、貯湯タンクと第１熱交換器とを湯水が循環する第１循環路と、ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、貯湯タンクと第２熱交換器とを湯水が循環する第２循環路と、暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、貯湯タンクと第３熱交換器とを湯水が循環する第３循環路と、燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と第３熱交換器とを湯水が循環する第４循環路とを備え、熱電併給装置にて発生した電力をヒートポンプ装置に供給し、ヒートポンプ装置を駆動可能に構成されている。
また、別の貯湯式熱源装置としては、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と温水とを熱交換する第２熱交換器と、冷媒を膨張する膨張弁と、冷媒と外気とを熱交換する第５熱交換器と、それらを記載順に接続して冷媒を循環させる冷媒循環路と、当該冷媒循環路での冷媒の循環方向を、上述の記載順とする冷媒正方向循環状態と、冷媒正方向循環状態と逆方向の冷媒逆方向循環状態とで切り替える切替手段とを有するヒートポンプ装置を備えると共に、電気と熱とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器とを備え、貯湯タンクの下部を上流端として上部を下流端とする湯水循環路に、第１熱交換器と第２熱交換器とを記載順に備えたものが知られている（特許文献３を参照）。
そして、当該特許文献３に開示の技術には、熱電併給装置の放熱を促進する場合、ヒートポンプ装置を冷媒逆方向循環状態として、ヒートポンプ装置の第２熱交換器により、湯水循環路を通流する湯水の放熱を促進する運転が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４７５６８号公報
【特許文献２】特開２０１２−５７９３２号公報
【特許文献３】特開２００９−０３６４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１、２に開示の技術では、暖房負荷や追焚負荷が大きく、それらをヒートポンプ装置により発生する熱によっても賄おうとすると、暖房負荷や追焚負荷が発生する時間帯は電力負荷も多く、熱電併給装置の余剰電力がないため、商用電力系統から供給される電力によりヒートポンプ装置を働かせていた。
ここで、商用電力系統から供給される電力が、火力発電にて発電されたものである場合、火力発電の発電効率を含めたヒートポンプ装置の運転効率は、火力発電の発電効率「３７％」と、ヒートポンプ装置のＣＯＰ「３」とを乗算したものとなり、その値は１１１％と低く、改善の余地があった。
【０００５】
一方、特許文献３に開示の技術では、ヒートポンプ装置を冷媒逆方向循環状態とし、ヒートポンプ装置の第２熱交換器により、湯水循環路を通流する湯水の放熱を促進する運転を実行する場合、ヒートポンプ装置の第２熱交換器にて放熱された湯水は、貯湯タンクに戻された後に、熱電併給装置の第１熱交換器に導かれるため、貯湯タンクの蓄熱状態が１００％である場合には、熱電併給装置の第１熱交換器には、高い温度の湯水が導かれることを避けられない。特に、熱電併給装置が燃料電池である場合には、その運転を停止せざるを得ない状況となる虞があり、改善の余地があった。
また、貯湯タンクの上部には、ヒートポンプ装置の第２熱交換器にて放熱された後の比較的低温の湯水が戻されるため、貯湯タンク内の湯水の成層貯湯が崩れる虞があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱電併給装置とヒートポンプ装置と貯湯タンクとを備えた構成において、更なる運転効率の向上を図ることができる貯湯式熱源装置及びその運転方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本願に係る貯湯式熱源装置は、
給湯利用箇所に供給する湯水を貯湯する貯湯タンクと、
熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第１熱交換器とを湯水が循環する第１循環路と、
ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第２熱交換器とを湯水が循環する第２循環路と、
暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第３熱交換器とを湯水が循環する第３循環路と、
燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と前記第３熱交換器とを湯水が循環する第４循環路と、
給湯利用箇所に貯湯タンクの湯水を導く第５流路とを備えた貯湯式熱源装置であって、その特徴構成は、
前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯する制御部を備え、
前記制御部は、前記熱電併給装置を電主運転している状態で、前記給湯利用箇所からの１日の給湯熱量が１日の前記熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、
前記給湯利用箇所からの給湯の発生前で、前記熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯し、
給湯要求があったときには、前記貯湯タンクの湯水を前記第５流路に導き、低温暖房負荷が発生したときには、前記ヒートポンプ装置を働かせ前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第３循環路に循環させ前記第３熱交換器を加熱し、高温暖房負荷が発生したときには、前記燃焼装置で前記第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱する点にある。
【０００８】
上記目的を達成するための本願に係る貯湯式熱源装置の運転方法は、
給湯利用箇所に供給する湯水を貯湯する貯湯タンクと、
熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第１熱交換器とを湯水が循環する第１循環路と、
ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第２熱交換器とを湯水が循環する第２循環路と、
暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第３熱交換器とを湯水が循環する第３循環路と、
燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と前記第３熱交換器とを湯水が循環する第４循環路と、
給湯利用箇所に貯湯タンクの湯水を導く第５流路とを備えた貯湯式熱源装置の運転方法であって、その特徴構成は、
前記熱電併給装置を電主運転している状態で、前記給湯利用箇所からの１日の給湯熱量が１日の前記熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、
前記給湯利用箇所からの給湯の発生前で、前記熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯し、
給湯要求があったときには、前記貯湯タンクの湯水を前記第５流路に導き、低温暖房負荷が発生したときには、前記ヒートポンプ装置を働かせ前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第３循環路に循環させ前記第３熱交換器を加熱し、高温暖房負荷が発生したときには、前記燃焼装置で前記第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱する点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、熱電併給装置を電主で運転している状態で、給湯利用箇所からの一日の給湯熱量が一日の熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、給湯利用箇所からの給湯の発生前で、熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、熱電併給装置を部分負荷から定格負荷となるようにヒートポンプ装置を働かせ、ヒートポンプ装置の発生する熱を貯湯タンクに蓄熱するから、その後に発生する給湯熱量を、当該貯湯タンクに蓄熱される熱により賄うことができる。結果、給湯熱量に関しては、熱電併給装置にて発生させた電力でヒートポンプ装置を働かせ効率良く発生させた熱により賄い、総合的な運転効率を向上させることができる。
尚、熱電併給装置の運転効率を含めたヒートポンプ装置の運転効率は、熱電併給装置の発電効率「４０％」とヒートポンプ装置のＣＯＰ「３」とを乗算したものと、熱電併給装置の排熱効率「４０％」とを足し合わせた１６０％となり、火力発電による発電電力にてヒートポンプ装置を働かせた場合の運転効率１１１％に比べ、十分に高いものとなる。
ここで、当該特徴構成では、温水温度が約５０℃未満の低温暖房負荷はヒートポンプ装置の熱にて賄い、温水温度が約５０℃以上の高温暖房負荷は燃焼装置の熱により賄う。
【００１０】
上記目的を達成するための本願に係る貯湯式熱源装置は、
給湯利用箇所に供給する湯水を貯湯する貯湯タンクと、
熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第１熱交換器とを湯水が循環する第１循環路と、
ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第２熱交換器とを湯水が循環する第２循環路と、
暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第３熱交換器とを湯水が循環する第３循環路と、
燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と前記第３熱交換器とを湯水が循環する第４循環路と、
給湯利用箇所に貯湯タンクの湯水を導く第５流路とを備えた貯湯式熱源装置であって、その特徴構成は、
前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯する制御部を備え、
前記制御部は、前記熱電併給装置を電主運転している状態で、前記給湯利用箇所からの１日の給湯熱量及び一日の低温暖房負荷の合計が１日の前記熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、
前記給湯利用箇所からの給湯又は低温暖房負荷の発生前で、前記熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯し、
給湯要求があったときには、前記貯湯タンクの湯水を前記第５流路に導き、低温暖房負荷が発生したときには、前記貯湯タンクの貯湯熱量又は貯湯温度が要求下限値以上の場合、前記貯湯タンクの湯水を、前記第３循環路に循環させ前記第３熱交換器を加熱し、前記貯湯タンクの貯湯熱量又は貯湯温度が要求下限値未満の場合、前記燃焼装置で第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱すると共に、高温暖房負荷が発生したときには、前記燃焼装置で前記第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱する点にある。
【００１１】
上記目的を達成するための本願に係る貯湯式熱源装置の運転方法は、
給湯利用箇所に供給する湯水を貯湯する貯湯タンクと、
熱と電力とを発生する熱電併給装置により湯水を加熱する第１熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第１熱交換器とを湯水が循環する第１循環路と、
ヒートポンプ装置により湯水を加熱する第２熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第２熱交換器とを湯水が循環する第２循環路と、
暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器と、前記貯湯タンクと前記第３熱交換器とを湯水が循環する第３循環路と、
燃焼装置により湯水を加熱する第４熱交換器と、当該第４熱交換器と前記第３熱交換器とを湯水が循環する第４循環路と、
給湯利用箇所に貯湯タンクの湯水を導く第５流路とを備えた貯湯式熱源装置の運転方法であって、その特徴構成は、
前記熱電併給装置を電主運転している状態で、前記給湯利用箇所からの１日の給湯熱量及び一日の低温暖房負荷の合計が１日の前記熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、
前記給湯利用箇所からの給湯又は低温暖房負荷の発生前で、前記熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、前記ヒートポンプ装置を働かせて前記第２熱交換器を加熱し、当該第２熱交換器で加熱された湯水を、前記第２循環路に循環させ前記貯湯タンクに貯湯し、
給湯要求があったときには、前記貯湯タンクの湯水を前記第５流路に導き、低温暖房負荷が発生したときには、前記貯湯タンクの貯湯熱量又は貯湯温度が要求下限値以上の場合、前記貯湯タンクの湯水を、前記第３循環路に循環させ前記第３熱交換器を加熱し、前記貯湯タンクの貯湯熱量又は貯湯温度が要求下限値未満の場合、前記燃焼装置で第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱すると共に、高温暖房負荷が発生したときには、前記燃焼装置で前記第４熱交換器を加熱して前記第４循環路を循環する湯水により前記第３熱交換器を加熱する点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、熱電併給装置の定格発電電力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯、即ち、電力負荷の少ない深夜や日中に優先して、ヒートポンプ装置を働かせ、ヒートポンプ装置により発生した熱を貯湯タンクに蓄熱し、蓄熱された熱により暖房負荷や追焚負荷を賄うことができる。
つまり、当該構成によれば、比較的高い運転効率となる。例えば、できるだけ定格発電状態の燃料電池等の熱電併給装置の余剰電力により、ヒートポンプ装置を働かせて熱を発生させ、その熱を貯湯タンクに一旦蓄熱し、蓄熱された熱で、その後の暖房負荷や追焚負荷を賄うことができるから、暖房負荷や追焚負荷の発生時に、比較的低い運転効率である火力発電等により発電された電力でヒートポンプ装置を働かせる場合に比べ、運転効率を向上できる。
【００１３】
更に、上記特徴構成にあっては、熱電併給装置を電主運転している状態で、給湯利用箇所からの１日の給湯熱量及び一日の低温暖房負荷の合計が１日の熱電併給装置の排熱量よりも大きい場合又は大きくなると予測される場合、給湯利用箇所からの給湯又は低温暖房負荷の発生前で、熱電併給装置の定格発電出力よりも電力負荷が少ない時間帯又は少なくなると予測される時間帯を優先して、当該熱電併給装置が部分負荷から定格負荷となるようにヒートポンプ装置を働かせて熱を発生させ、当該発生させた熱を、１日分の給湯熱量及び１日分の低温暖房負荷の熱量へ回すことができるから、効率の低い火力発電の電力にてヒートポンプ装置を働かせて発生する熱で賄う場合や、同じく効率の低いバーナ式等の燃焼装置により発生する熱で賄う場合に比べ、さらに効率を向上させることができる。
【００１４】
本願に係る貯湯式熱源装置の更なる特徴構成は、
前記第１循環路は、前記貯湯タンクの下部を上流端とし上部を下流端とすると共に、前記ヒートポンプ装置の前記第２熱交換器と、前記熱電併給装置の第１熱交換器とに、記載の順に湯水を循環させる流路であり、
前記ヒートポンプ装置が、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記第２熱交換器と、冷媒を膨張させる膨張弁と、第５熱交換器とに、記載の順に冷媒を循環させる冷媒正方向循環状態と、当該冷媒正方向とは逆方向の循環状態である冷媒逆方向循環状態とで冷媒を切り替えて循環可能な冷媒循環路を備え、
前記制御部は、前記貯湯タンクの下部の温度が前記熱電併給装置の運転継続上限閾値を超える場合、前記ヒートポンプ装置を前記冷媒逆方向循環状態で働かせて前記第２熱交換器で湯水を放熱させると共に、前記熱電併給装置の運転を継続させる点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、貯湯タンクの下部の湯水温度が運転継続上限閾値を超える場合、ヒートポンプ装置を冷媒逆方向循環状態で働かせて第２熱交換器で湯水を放熱させるから、熱電併給装置の運転継続上限閾値未満まで低下させた湯水を、第１循環路にて熱電併給装置の第１熱交換器へ導くことができ、熱電併給装置の運転を継続させることができる。
結果、熱電併給装置の第１熱交換器に導かれる湯水の熱を放熱させるラジエータ等を別途設ける必要がなくなり、構成の簡素化を図ることができる。尚、このようなラジエータ等の放熱設備を別途設ける必要のない簡易な構成の貯湯式熱源装置は、例えば、集合住宅の各戸のベランダ等の比較的小さいスペースに設置する場合に、特に有効な構成となる。
また、上記特徴構成によれば、貯湯タンクの上部に戻される湯水の温度は、燃料電池の排熱を第１熱交換器にて回収したある程度温度の高い湯水を導くことができるから、上述した特許文献３に開示の技術に比べ、貯湯タンク内の湯水の温度成層を維持し易い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ヒートポンプ装置を冷媒正方向循環状態とする貯湯式熱源装置の概略構成図
【図２】ヒートポンプ装置を冷媒逆方向循環状態とする貯湯式熱源装置の概略構成図
【図３】第１実施形態に係る制御フロー図
【図４】第２実施形態に係る制御フロー図
【図５】参考例１での１日のエネルギの発生及び使用過程を示す図表
【図６】参考例２での１日のエネルギの発生及び使用過程を示す図表
【図７】第１実施形態での１日のエネルギの発生及び使用過程を示す図表
【図８】第２実施形態での１日のエネルギの発生及び使用過程を示す図表
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本願の貯湯式熱源装置１００は、特に、熱と電力とを発生する熱電併給装置１０と、ヒートポンプ装置２０と、熱電併給装置１０の排熱及びヒートポンプ装置２０にて発生する熱を蓄熱する貯湯タンク３０とを備えた貯湯式熱源装置１００において、全体としての運転効率を向上させることができるものに関する。
【００１８】
〔第１実施形態〕
本願の貯湯式熱源装置１００を、図１〜３、５〜７に基づいて説明する。
本願の貯湯式熱源装置１００は、図１、２に示すように、給湯利用箇所４０（例えば給湯栓）に供給する湯水を貯湯する貯湯タンク３０と、熱と電力とを発生する熱電併給装置（例えば、燃料電池）１０により湯水を加熱する第１熱交換器Ｈ１と、ヒートポンプ装置２０により湯水を加熱（又は放熱）する第２熱交換器Ｈ２と、暖房負荷と追焚負荷の少なくとも一方で熱を消費する第３熱交換器Ｈ３と、バーナ式の燃焼装置４１により湯水を加熱する第４熱交換器Ｈ４とを備えている。
【００１９】
貯湯タンク３０は、例えば、内部に湯水を貯留可能で、断熱性能を有する密閉型のタンクにて構成されており、内部の湯水は、上方から下方にかけて高温から低温となる温度成層を形成するように構成されている。
ヒートポンプ装置２０は、冷媒を循環させる冷媒循環路Ｃ７と、当該冷媒循環路Ｃ７を循環する冷媒の循環方向を冷媒正方向循環状態（図１に示す循環状態）と冷媒逆方向循環状態（図２に示す循環状態）とで切替自在な四方切替弁２４と、冷媒を圧縮する圧縮機２１と、湯水と冷媒とを熱交換可能な第２熱交換器Ｈ２と、冷媒を膨張する膨張弁２２と、外気と冷媒とを熱交換可能な第５熱交換器Ｈ５とを備えている。当該ヒートポンプ装置２０は、冷媒正方向循環状態（図１に示す状態）では、第２熱交換器Ｈ２が凝縮器として働くと共に第５熱交換器Ｈ５が蒸発器として働くから、第２熱交換器Ｈ２では湯水が加熱される。一方、冷媒逆方向循環状態（図２に示す状態）では、第２熱交換器Ｈ２が蒸発器として働くと共に第５熱交換器Ｈ５が凝縮器として働くから、第２熱交換器Ｈ２では湯水が放熱される。
当該ヒートポンプ装置２０を働かせる電力は、熱電併給装置２０にて発生した電力である場合と、商用電力系統（図示せず）からの電力（以下、買電と略称する場合がある）である場合とがある。
バーナ式の燃焼装置４１は、例えば、ガス燃料等を燃焼させて熱を発生させ、当該熱により第４熱交換器Ｈ４にて湯水を加熱するように構成されている。
【００２０】
第３熱交換器Ｈ３として、暖房負荷に用いられる暖房用第３熱交換器Ｈ３ａと、浴槽４２の追焚負荷に用いられる追焚用第３熱交換器Ｈ３ｂとが設けられている。
また、追焚用第３熱交換器Ｈ３ｂと追焚負荷としての浴槽４２との間で熱媒（浴槽水）を循環自在な第１熱媒循環路Ｃ５が設けられていると共に、当該第１熱媒循環路Ｃ５に熱媒を圧送する第３循環ポンプＰ３が設けられている。これにより、第１熱媒循環路Ｃ５は、追焚用第３熱交換器Ｈ３ｂと浴槽４２との間で、熱媒を循環可能に構成されている。
暖房用第３熱交換器Ｈ３ａと暖房負荷としての暖房端末４３との間で熱媒を循環可能な第２熱媒循環路Ｃ６が設けられると共に、当該第２熱媒循環路Ｃ６には、熱媒を貯留自在な熱媒タンク４４、第２熱媒循環路Ｃ６で熱媒を圧送して循環する第４循環ポンプＰ４が設けられている。これにより、第２熱媒循環路Ｃ６は、循環ポンプＰ４で圧送された熱媒を暖房用第３熱交換器Ｈ３ａと暖房端末４３との間で、熱媒を循環可能に構成されている。ここで、図示は省略するが、暖房端末４３としては、浴室乾燥装置や床暖房装置が適用可能である。
【００２１】
本願の貯湯式熱源装置１００は、これまで説明した第１熱交換器Ｈ１〜第４熱交換器Ｈ４に湯水を循環させる第１循環路Ｃ１〜第４循環路Ｃ４、及び第１流路Ｌ１〜第５流路Ｌ５が備えられている。
【００２２】
第１循環路Ｃ１は、貯湯タンク３０と熱電併給装置１０の第１熱交換器Ｈ１との間で湯水を循環する循環路であり、その上流端が貯湯タンク３０の下部に接続されると共にその下流端が貯湯タンク３０の上部に接続されており、当該第１循環路Ｃ１の湯水を圧送する第１循環ポンプＰ１を第１熱交換器Ｈ１の下流側に備えている。当該第１循環路Ｃ１は、ヒートポンプ装置２０の第２熱交換器Ｈ２が設けられる流路と、第２熱交換器Ｈ２をバイパスする第１流路Ｌ１とが並列状態で設けられた流路を含むものであり、第２熱交換器Ｈ２が設けられる流路と第１流路Ｌ１との上流側の接続部位には、第２熱交換器Ｈ２を通流する流路と第１流路Ｌ１との何れかに湯水を分配して通流させるように調整自在な第１三方弁Ｓ１が設けられている。
即ち、第１循環路Ｃ１には、第１三方弁Ｓ１が第２熱交換器Ｈ２が配設される流路へ湯水を導く状態にある場合、湯水の流れ方向で第２熱交換器Ｈ２と第１熱交換器Ｈ１とが記載の順に配設される。
この場合、ヒートポンプ装置２０を冷媒逆方向循環状態にすることにより、第２熱交換器Ｈ２を通流する湯水を放熱でき、貯湯タンク３０の下部から導かれる湯水の温度が熱電併給装置１０の運転を継続する運転継続上限値（燃料電池の場合は例えば４０℃）を超える場合であっても、当該湯水の熱を適切に放熱させて、熱電併給装置１０の第１熱交換器Ｈ１に導かれる湯水の温度を、運転継続上限値以下にすることができる。
【００２３】
第２循環路Ｃ２は、その流路の一部を第１循環路Ｃ１と共通とするものであり、貯湯タンク３０とヒートポンプ装置２０の第２熱交換器Ｈ２との間で湯水を循環する流路であり、その上流端が貯湯タンク３０の下部に接続されると共にその下流端が貯湯タンク３０の上部に接続されており、当該第２循環路Ｃ２の湯水を圧送する第１循環ポンプＰ１を第２熱交換器Ｈ２の下流側に備えている。当該第２循環路Ｃ２は、熱電併給装置１０の第１熱交換器Ｈ１が設けられる流路と、第１熱交換器Ｈ１をバイパスする第２流路Ｌ２とが並列状態で配設された流路を含むものであり、第１熱交換器Ｈ１を通流する流路と第２流路Ｌ２との上流側の接続部位には、第１熱交換器Ｈ１が設けられる流路と第２流路Ｌ２との何れか一方に湯水を通流させるように切替自在な第２三方弁Ｓ２が設けられている。
【００２４】
第３循環路Ｃ３は、第３熱交換器Ｈ３と貯湯タンク３０との間で湯水を循環する循環路であり、その上流端が貯湯タンク３０の上部に接続されると共にその下流端が貯湯タンク３０の下部に接続されており、当該第３循環路Ｃ３で開度調整自在な第１比例弁Ｖ１、当該第３循環路Ｃ３の湯水を圧送する第２循環ポンプＰ２が湯水の流れ方向で記載の順に設けられている。当該第３循環路Ｃ３は、暖房用第３熱交換器Ｈ３ａに湯水を通流する暖房側第３循環路Ｃ３ａと、追焚用第３熱交換器Ｈ３ｂに湯水を通流する追焚側第３循環路Ｃ３ｂとを含み、暖房側第３循環路Ｃ３ａと追焚側第３循環路Ｃ３ｂとは上流側分岐部及び下流側合流部にて接続されることで、暖房用第３熱交換器Ｈ３ａと追焚用第３熱交換器Ｈ３ｂとが併設状態で設けられる。暖房側第３循環路Ｃ３ａには第３開閉弁Ｖ３が、追焚側第３循環路Ｃ３ｂには第４開閉弁Ｖ４が設けられ、夫々の開閉状態を切り替えることにより、暖房用第３熱交換器Ｈ３ａと追焚用第３熱交換器Ｈ３ｂとの何れに湯水を分配するかを切り替え自在となっている。
また、第３循環路Ｃ３には、貯湯タンク３０の上部と第３熱交換器Ｈ３との間の流路部位に、バーナ式の燃焼装置４１にて加熱される第４熱交換器Ｈ４が設けられており、第３循環路Ｃ３の貯湯タンク３０の下部の近傍の流路部位には、上水を所定の給水圧力にて供給する給水路が、第３三方弁Ｓ３を介して接続されている。
【００２５】
第３循環路Ｃ３の第４熱交換器Ｈ４と第３熱交換器Ｈ３との間の流路部位には、給湯利用箇所４０への湯水を通流する第５流路Ｌ５が接続されると共に、当該第５流路Ｌ５には、第２比例弁Ｖ２が設けられている。これにより、給湯利用箇所４０としての給湯栓が開栓された場合、給水路から供給される上水の圧力により、貯湯タンク３０の上部に貯留された湯水を、第１比例弁Ｖ１、第４熱交換器Ｈ４、及び第２比例弁Ｖ２を介して、第３循環路Ｃ３の一部と第５流路Ｌ５を通流して給湯利用箇所４０へ導く水路を形成する。
尚、第３循環路Ｃ３には、貯湯タンク３０の上部から送出された湯水を、第１比例弁Ｖ１、第４熱交換器Ｈ４、及び第２比例弁Ｖ２をバイパスして第５流路Ｌ５へ導く第３流路Ｌ３が設けられている。
【００２６】
第３循環路Ｃ３において、第１比例弁Ｖ１と第２循環ポンプＰ２との間の流路部位と、第３熱交換器Ｈ３と第３三方弁Ｓ３の間の流路部位とを接続する第４流路Ｌ４が備えられ、当該第４流路Ｌ４には第５比例弁Ｖ５が設けられている。これにより、第１比例弁Ｖ１及び第２比例弁Ｖ２を閉状態とし、第５比例弁Ｖ５を開状態とすることで、第３循環路Ｃ３の一部と第４流路Ｌ４とにより、貯湯タンク３０をバイパスする状態で、第４熱交換器Ｈ４と第３熱交換器Ｈ３とに湯水を循環する第４循環路Ｃ４が形成される。
【００２７】
当該貯湯式熱源装置１００の運転を制御するコンピュータを備えた制御装置５０（制御部の一例）が設けられており、当該制御装置５０は、運転を指令する人為操作式の貯湯式熱源装置用リモコン（図示省略）との間で各種の情報を通信可能に構成されている。当該リモコンは、例えば、台所や浴室等に設けられており、給湯設定温度等を設定可能であると共に、各種スイッチのＯＮ操作により各種運転の運転要求を要求可能に構成されている。また、制御装置５０は、暖房端末４３の運転を指令する人為操作式の暖房端末用リモコン、浴槽４２の追焚運転等を指令する人為操作式の風呂リモコンとの間で各種の情報を通信可能に構成されている。
制御装置５０は、貯湯式熱源装置用リモコンの運転スイッチがＯＮ操作されると制御可能な状態となり、給湯利用箇所４０としての給湯栓が開栓操作されると、給湯利用箇所４０に給湯する給湯運転を実行する。また、制御装置５０は、例えば、貯湯タンク３０の蓄熱量が設定量以下になる、或いは、給湯利用箇所４０へ給湯する給湯時間帯や暖房端末４３での暖房熱負荷が発生する暖房時間帯よりも前の蓄熱時間帯になる等の蓄熱条件が満たされると、蓄熱運転の運転要求があったとして、貯湯タンク３０へ蓄熱する蓄熱運転を実行する。さらに、制御装置５０は、暖房端末用リモコンの暖房運転スイッチがＯＮ操作されて暖房端末４３から運転要求が要求されると暖房運転を実行し、風呂リモコンの追焚スイッチがＯＮ操作されて追焚要求が要求されると追焚運転を実行する。
以下、各運転について説明する。
【００２８】
（蓄熱運転）
制御装置５０は、熱電併給装置１０のみを働かせて第１熱交換器Ｈ１により湯水を加熱する第１蓄熱運転、ヒートポンプ装置２０のみを冷媒正方向循環状態（図１に示す状態）で働かせて第２熱交換器Ｈ２により湯水を加熱する第２蓄熱運転、熱電併給装置１０を働かせると共にヒートポンプ装置２０を冷媒正方向循環状態で働かせて第１熱交換器Ｈ１と第２熱交換器Ｈ２とで湯水を加熱する第３蓄熱運転を実行可能に構成されている。
【００２９】
第１蓄熱運転は、貯湯タンク３０の蓄熱量に比較的余裕がある場合に実行される運転であり、貯湯タンク３０の下部の湯水を第１循環路Ｃ１に通流させ、湯水を熱電併給装置１０の第１熱交換器Ｈ１により加熱し、加熱された湯水を貯湯タンク３０の上部に戻す運転であり、ヒートポンプ装置２０は働かせない。当該第１蓄熱運転では、第１三方弁Ｓ１を貯湯タンク３０からの湯水の全量を第１流路Ｌ１の側へ導く状態とし、第１循環ポンプＰ１を所定の回転速度で駆動させる。
【００３０】
第２蓄熱運転は、電力負荷が少ない場合に実行される運転であり、貯湯タンク３０の下部の湯水を第２循環路Ｃ２に通流させ、湯水をヒートポンプ装置２０の第２熱交換器Ｈ２により加熱し、加熱された湯水を貯湯タンク３０の上部に戻す運転である。当該第２蓄熱運転では、第１三方弁Ｓ１を貯湯タンク３０からの湯水の全量を第２循環路Ｃ２の第２熱交換器Ｈ２が設けられる流路部位へ導く状態とすると共に、第２三方弁Ｓ２を湯水の全量を第２流路Ｌ２へ導く状態とし、第１循環ポンプＰ１を所定の回転速度で駆動させる。尚、熱電併給装置１０が燃料電池である場合、熱電併給装置１０は連続運転を行うことが基本であるため、当該熱電併給装置１０の運転を停止することになる当該第２蓄熱運転を実行しないことが好ましい。
【００３１】
第３蓄熱運転は、貯湯タンク３０の蓄熱量に余裕がない場合に実行される運転であり、貯湯タンク３０の下部の湯水を第１循環路Ｃ１と第２循環路Ｃ２の双方に通流させ、湯水の一部をヒートポンプ装置２０の第２熱交換器Ｈ２で加熱すると共に、湯水の残部を熱電併給装置１０の第１熱交換器Ｈ１で加熱し、加熱された湯水の全量を貯湯タンク３０の上部に戻す運転である。当該第３蓄熱運転では、第１三方弁Ｓ１を貯湯タンク３０からの湯水の一部を第２循環路Ｃ２の第２熱交換器Ｈ２が設けられる流路部位の側へ導くと共に残部を第１流路Ｌ１の側へ導く状態とし、第２三方弁Ｓ２を第２循環路Ｃ２の第２熱交換器Ｈ２が設けられる流路部位からの湯水の全量を第２流路Ｌ２の側へ導く状態とすると共に第１流路Ｌ１に導かれた湯水の全量を熱電併給装置１０の第１熱交換器Ｈ１の側へ導く状態とし、第１循環ポンプＰ１を所定の回転速度で駆動させる。
【００３２】
（給湯運転）
給湯運転では、制御装置５０が、貯湯タンク３０に貯留された湯水を燃焼装置４１にて補助加熱することなく給湯利用箇所４０へ供給する非加熱給湯運転と、貯湯タンク３０に貯留された湯水を燃焼装置４１にて補助加熱をして給湯利用箇所４０へ供給する加熱給湯運転とに切り替え自在に構成されている。
制御装置５０は、貯湯タンク３０の上部に貯留される湯水の温度が給湯利用箇所４０にて要求されている給湯設定温度よりも所定温度だけ高い温度に設定された切り換え設定温度以上である場合、非加熱給湯運転に切り換え、貯湯タンク３０の上部に貯留される湯水の温度が切り換え設定温度未満である場合、加熱給湯運転に切り換える。ここで、図示を省略するが、貯湯タンク３０には、その上部における湯水の温度を検出する温度センサが設けられ、当該温度センサの検出温度を貯湯タンク３０の上部に貯留される湯水の温度としている。
【００３３】
非加熱給湯運転に切り換える場合には、制御装置５０が、第１比例弁Ｖ１及び第２比例弁Ｖ２を閉動作させ、上水の圧力により貯湯タンク３０の上部から取り出した湯水を、第３流路Ｌ３及び第５流路Ｌ５を介して給湯利用箇所４０へ供給する。この場合、貯湯タンク３０の上部に貯留される湯水の温度が給湯設定温度よりも高すぎる場合には、図示しない流路から上水が混合され、給湯設定温度に調整された湯水が給湯利用箇所４０から供給される。
【００３４】
加熱給湯運転に切り換える場合には、制御装置５０が、第１比例弁Ｖ１及び第２比例弁Ｖ２を開動作させ、第２循環ポンプＰ２を駆動し、燃焼装置４１を燃焼させることで、貯湯タンク３０の上部から取り出した湯水を、第３循環路Ｃ３の一部を通流させ、第４熱交換器Ｈ４にて加熱した後に給湯利用箇所４０へ供給する。
【００３５】
（暖房運転）
暖房運転は、制御装置５０により、ヒートポンプ装置２０の第２熱交換器Ｈ２にて加熱された湯水の熱により実行するヒートポンプ暖房運転と、貯湯タンク３０に蓄熱される湯水の熱により実行するタンク暖房運転と、燃焼装置４１を働かせて第４熱交換器Ｈ４にて加熱された湯水の熱により実行するボイラ暖房運転とに切り替え自在に構成されている。
【００３６】
ヒートポンプ暖房運転は、暖房端末４３の低温暖房負荷を賄う運転であり、湯水を第２循環路Ｃ２に通流させ、湯水をヒートポンプ装置２０の第２熱交換器Ｈ２により加熱し、加熱された湯水を貯湯タンク３０の上部を介して第３循環路Ｃ３を暖房側第３循環路Ｃ３ａを介する運転で通流させ、暖房用第３熱交換器Ｈ３ａにて湯水の熱を消費した後の湯水を、貯湯タンク３０の下部を介して第２循環路Ｃ２に戻すものである。当該ヒートポンプ暖房運転では、第１三方弁Ｓ１を貯湯タンク３０からの湯水の全量を第２循環路Ｃ２の第２熱交換器Ｈ２が設けられる流路部位の側へ導く運転とし、第２三方弁Ｓ２を湯水の全量を第２流路Ｌ２の側へ導く運転とし、第１比例弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３を開運転とし、第２比例弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４及び第５比例弁Ｖ５を閉運転とし、第１循環ポンプＰ１及び第２循環ポンプＰ２を所定の回転速度で駆動させる。
【００３７】
タンク暖房運転は、暖房端末４３の低温暖房負荷を賄う運転であり、貯湯タンク３０に蓄熱されている熱にて低温暖房負荷を賄うことができる場合、貯湯タンク３０の上部の湯水を、第３循環路Ｃ３を暖房側第３循環路Ｃ３ａを介する運転で通流させ、暖房用第３熱交換器Ｈ３ａにて湯水の熱を消費した後の湯水を、貯湯タンク３０の下部へ戻すものである。当該タンク暖房運転では、第１比例弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３を開運転とし、第２比例弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４及び第５比例弁Ｖ５を閉運転とし、第２循環ポンプＰ２を所定の回転速度で駆動させる。
【００３８】
ボイラ暖房運転は、暖房端末４３の高温暖房負荷もしくは貯湯タンク３０に蓄熱されている熱では暖房負荷を賄うことができない場合の低温暖房負荷を賄うものであり、第４循環路Ｃ４に暖房側第３循環路Ｃ３ａを介する運転で湯水を循環させ、暖房用第３熱交換器Ｈ３ａにて湯水の熱を消費するものである。当該ボイラ暖房運転では、第３開閉弁Ｖ３及び第５比例弁Ｖ５を開運転とし、第１比例弁Ｖ１及び第２比例弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４を閉運転とし、第２循環ポンプＰ２を所定の回転速度で駆動させる。
【００３９】
（追焚運転）
追焚運転では、第４循環路Ｃ４に追焚側第３循環路Ｃ３ｂを介する運転で湯水を循環させ、追焚用第３熱交換器Ｈ３ｂにて湯水の熱を消費するものである。当該追焚運転では、制御装置５０が、第４開閉弁Ｖ４及び第５比例弁Ｖ５を開運転とし、第１比例弁Ｖ１及び第２比例弁Ｖ２及び第３開閉弁Ｖ３を閉運転とし、燃焼装置４１を第４熱交換器Ｈ４を出た後の湯水の温度が追焚負荷で要求される要求温度以上となるように働かせ、第２循環ポンプＰ２を所定の回転速度で駆動させる。
【００４０】
次に、制御装置５０による熱電併給装置１０、ヒートポンプ装置２０、及び燃焼装置４１の学習運転について説明する。
制御装置５０は、実際の使用状況に基づいて、１日分（２４時間分）の過去負荷データを単位時間毎に記憶するデータ記憶処理を行い、１日分のデータ記憶処理が完了するごとに、記憶されている１日分（又は直近の数日分）の過去負荷データから、その日１日分の予測負荷データを求める予測負荷演算処理を行うように構成されている。
説明を追加すると、制御装置５０は、図５に示すように、予測負荷データとして、電力負荷データ（図５に「電力」で示す列に記載されたデータ）と、給湯熱負荷データ（図５に「給湯」で示す列に記載されたデータ）と、暖房熱負荷データ（図５で「高温暖房」と「低温暖房」で示す列に記載されたデータ）とを求める。
第１実施形態に係る貯湯式熱源装置１００にあっては、制御装置５０は、当該予測負荷データに基づいて、熱電併給装置１０、ヒートポンプ装置２０、及び燃焼装置４１を、図３に示す制御フローに従った学習運転を実行することで、全体としての効率を向上させている。ここで、効率の向上は、図５に示される予測負荷データを満足させる貯湯式熱源装置１００の運転に際し、当該運転に用いられる電気１次エネルギ及びガス１次エネルギとの合計１次エネルギの低減量で評価するものとする。
【００４１】
まず、評価の基準となる合計１次エネルギに関し、予測される電力負荷のすべてを商用電力系統からの買電（火力発電の効率：０．３７）で賄い、予測される給湯負荷のすべてを燃焼装置４１（効率：０．８５）にて賄い、予測される暖房負荷のすべてを燃焼装置４１（効率：０．７５）で賄う場合の１次エネルギの単位時間毎の値、及びその合計を、参考例１として、図５に示す。
例えば、図５で、電気１次エネルギは、予測電力負荷データ（図５で「電力」で示される列に記載されたデータ）を、商用電力系統からの買電の効率（火力発電の効率：０．３７）で除算し単位換算した値であり、ガス１次エネルギは、予測給湯熱負荷データ（図５に「給湯」で示される列に記載されたデータ）を燃焼装置４１の燃焼効率（効率：０．８５）で除算し単位換算したものと、予測暖房負荷データ（図５で「高温暖房」と「低温暖房」で示される列に記載された値の合計のデータ）を燃焼装置４１の燃焼効率（効率：０．７５）で除算したものと、を合計した値である。
この場合の１次エネルギの合計は、３４１ＭＪとなる。
【００４２】
次に、参考例２として、図５に示す予測負荷を、制御装置５０が熱電併給装置１０を電主運転（電力負荷追従）するように制御し、予測される電力負荷を当該熱電併給装置１０にて発生する電力（熱電併給装置が燃料電池である場合の発電効率：０．４）で賄うと共に、不足が発生した場合には商用電力系統からの買電（火力発電の効率：０．３７）で賄い、当該熱電併給装置１０の電主運転にて発生する排熱は貯湯タンク３０に貯湯（熱電併給装置が燃料電池である場合の排熱効率：０．４）し、予測される給湯負荷を貯湯タンク３０に蓄熱された熱で賄うと共に、不足が発生した場合には燃焼装置４１（効率：０．８５）にて賄い、予測される暖房負荷のすべてを燃焼装置４１（効率：０．７５）で賄う場合の１次エネルギの単位時間毎の値、及びその合計を、図６に示す。
図６において、「ＦＣ発電」は、熱電併給装置１０としての燃料電池の発電量を示し、「ＦＣ排熱」は、熱電併給装置１０としての燃料電池の排熱量を示し、「貯湯１」は、その単位時間までに貯湯タンク３０に蓄熱された蓄熱量と、その単位時間に発生した熱電併給装置１０の排熱量とを足し合わせたものを示し、「タンク給湯」は、その単位時間で貯湯タンクから給湯へ利用された熱量を示し、「貯湯２」は、「貯湯１」に示す蓄熱量から「タンク給湯」に示す熱量を減算したものを示している。
尚、図６において、時刻３：００からの単位時間で、「貯湯１」に示される値は、前日からの持越し分である。
当該、参考例２にあっては、電気１次エネルギは、予測電力負荷（図５で「電力」で示される列に記載された値）から、燃料電池の発電量（図６で「ＦＣ発電」で示される列に記載された値）を差し引いた値を、商用電力系統からの買電の効率（火力発電の効率：０．３７）で除算し単位換算した値であり、ガス１次エネルギは、熱電併給装置１０にて発生した電力を発電効率（０．４）で除算し単位換算した値と、予測給湯熱負荷（図５に「給湯」で示される列に記載された値）から、貯湯タンクから給湯へ利用された熱量（図６で「タンク給湯」で示される列に記載された値）を差し引いた値を、燃焼装置４１の燃焼効率（効率：０．８５）で除算し単位換算した値と、予測暖房負荷（図５で「高温暖房」と「低温暖房」で示される列に記載された値の合計値）を燃焼装置４１の燃焼効率（効率：０．７５）で除算し単位換算した値と、を合計した値である。
当該参考例２の１次エネルギの合計は、２８４ＭＪとなり、参考例１に比べて１日当たり、５７ＭＪの１次エネルギが低減できていることがわかる。
【００４３】
上述した参考例２に示した運転では、図６の「ＦＣ発電」の値に示されるように、熱電併給装置１０がその定格発電電力（７００Ｗｈ）未満の部分負荷で運転している時間帯があることがわかる。このような時間帯で、且つ、その後に大きい給湯負荷が発生すると予測される場合、熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷となるように、ヒートポンプ装置２０を働かせて熱を発生し、当該熱を貯湯タンク３０に蓄熱し、後の給湯負荷に利用することで、効率性を向上させることができる。
【００４４】
以下、この場合における貯湯式熱源装置１００の学習運転を第１実施形態として、図３、５、６、７に基づいて説明する。
図３の制御フローに示すように、制御装置５０は、予測した電力負荷（図３で「電力」として示される負荷）を賄うべく、熱電併給装置１０を基本的には電主運転（電力負荷追従）で働かせる。この場合、熱電併給装置１０の排熱は貯湯タンクに蓄熱されることとなり、貯湯式熱源装置１００の各構成機器は上述した第１蓄熱運転と同様の制御がなされる。ここで、予測した電力負荷が、熱電併給装置１０の定格電力出力（本実施形態では７００Ｗ）を超える場合、当該超過分の電力は、商用電力系統からの買電により賄う（♯１１）。
【００４５】
制御装置５０は、１日の予測される給湯負荷の熱量の合計が、１日の予測した電力負荷を賄うように熱電併給装置１０を電主運転した時の排熱量の合計を超える場合（♯１２）、熱電併給装置１０の定格発電電力よりも、予測される電力負荷が少なくなる時間帯（図７の１４：００〜１６：００で示される単位時間に対応する時間帯）を優先して、熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷となるように、ヒートポンプ装置２０を働かせると共に（♯１３）、熱電併給装置１０の排熱とヒートポンプ装置２０にて発生した熱を貯湯タンク３０に蓄熱する（♯１４）。この場合、貯湯式熱源装置１００の各構成機器は上述した第３蓄熱運転と同様の制御がなされる。尚、ここで、熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷へと変更したときに発生する電力は、ヒートポンプ装置２０を働かせることに用いられる。
【００４６】
その後、制御装置５０は、予測される給湯負荷（図５の参考例１で「給湯」に示される負荷）は、貯湯タンク３０に蓄熱された熱（図７の「タンク給湯」）にて賄い、不足分が発生する場合（貯湯タンク３０の貯湯温度が給湯設定温度よりも所定温度だけ高い温度に設定された切り換え設定温度未満の場合）は燃焼装置４１を働かせて賄う。この場合、貯湯式熱源装置１００の各構成機器は上述した給湯運転と同様の制御がなされる（♯１５）。
【００４７】
尚、図７に示す例では、図６に示す参考例２に対し、図７で１４：００〜１６：００で示される単位時間に対応する時間帯において、熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷（図７で（ａ）で示す運転）となるように、ヒートポンプ装置２０を働かせて発生した熱を貯湯タンク３０に蓄熱しているから、その後に発生する給湯負荷は、ほぼすべてをタンク給湯（図７で（ｂ）で示す給湯）にて賄うことができている。
【００４８】
一方、１日の予測される給湯負荷が、１日の予測した電力負荷を賄うように熱電併給装置１０を電主運転した時の排熱量の合計以下の場合（♯１２）、熱電併給装置１０は、予測される電力負荷に追従する電主運転を行い、排熱を貯湯タンク３０に蓄熱する（♯１７）。この場合、貯湯式熱源装置１００の各構成機器は上述した第１蓄熱運転と同様の制御がなされる。
【００４９】
そして、制御装置５０は、予測される高温暖房負荷については、貯湯式熱源装置１００の各構成機器を上述したボイラ暖房運転にて示したものと同様の制御をして、燃焼装置４１の熱にて賄い、予測される低温暖房負荷については、貯湯式熱源装置１００の各構成機器を上述したヒートポンプ暖房運転にて示したものと同様の制御をして、ヒートポンプ装置２０の熱にて賄う（♯１６）。
当該第１実施形態にあっては、制御装置５０が以上の制御を１日を通して実行することで、消費される一次エネルギの合計を２５８ＭＪとし、参考例１に比べて１日当たり、８３ＭＪの１次エネルギを低減できる。
【００５０】
ここで、♯１３の制御に関し、熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷となるように、ヒートポンプ装置２０を働かせる時間帯は、図７で（ｃ）で示される時間帯でも構わない。しかしながら、当該時間帯は、予測される給湯負荷が発生しそれをタンク給湯により賄う時間帯（図７で（ｂ）で示す時間帯）よりもかなり前の時間帯となり、貯湯タンク３０からの放熱ロスが発生する虞がある。当該放熱ロスを低減する観点からは、熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷となるように、ヒートポンプ装置２０を働かせる時間帯は、予測される給湯負荷の直近の時間帯であることが好ましく、図７で（ａ）で示す時間帯が適切であると言える。
【００５１】
〔第２実施形態〕
上述した第１実施形態では、熱電併給装置１０の定格発電出力よりも予測される電力負荷が小さくなる時間帯を優先して、熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷となるように、ヒートポンプ装置２０を働かせて熱を発生させ、発生した熱を貯湯タンク３０に蓄熱し、当該蓄熱した熱にて、予測される給湯負荷を賄う学習運転を示したが、当該第２実施形態は、予測される給湯負荷に加え、予測される低温暖房負荷をも賄うものである。尚、当該第２実施形態の学習運転の制御フローを示す図４では、第１実施形態の学習運転の制御フロー（図３を参照）と略同等の制御フローとなるので、同一のステップ番号を付している。尚、当該第２実施形態にあっても、熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷へと変更したときに発生する電力は、ヒートポンプ装置２０を働かせることに用いられる。
以下、当該第２実施形態に係る制御を、図４〜６、８に基づいて、説明する。
【００５２】
図４の制御フローに示すように、制御装置５０は、予測した電力負荷（図３で「電力」として示される負荷）を賄うべく、熱電併給装置１０を基本的には電主運転（電力負荷追従）で働かせる。この場合、熱電併給装置１０の排熱は貯湯タンクに蓄熱されることとなり、貯湯式熱源装置１００の各構成機器は上述した第１蓄熱運転と同様の制御がなされる。ここで、予測した電力負荷が、熱電併給装置１０の定格電力出力（本実施形態では７００Ｗ）を超える場合、当該超過分の電力は、商用電力系統からの買電により賄う（♯１１）。
【００５３】
制御装置５０は、１日の予測される給湯負荷の熱量と低温暖房負荷の熱量との合計が、１日の予測した電力負荷を賄うように熱電併給装置１０を電主運転した時の排熱量の合計を超える場合（♯１２）、熱電併給装置１０の定格発電電力よりも、予測される電力負荷が少なくなる時間帯（図８で３：００〜６：００、１０：００〜１６：００で示される単位時間に対応する時間帯）を優先して、熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷となるように、ヒートポンプ装置２０を働かせると共に（♯１３）、熱電併給装置１０の排熱とヒートポンプ装置２０にて発生した熱を貯湯タンク３０に蓄熱する（♯１４）。この場合、貯湯式熱源装置１００の各構成機器は上述した第３蓄熱運転と同様の制御がなされる。
尚、上述した熱電併給装置１０を部分負荷から定格負荷となるようにヒートポンプ装置２０を働かせるタイミングは、予測される給湯負荷を貯湯タンク３０の蓄熱で賄う時間帯（図８で（ｄ）で示す時間帯）と、予測される低温暖房負荷を貯湯タンク３０の蓄熱で賄う時間帯（図８で（ｅ）で示す時間帯）よりも前に設定されている。
【００５４】
その後、制御装置５０は、予測される給湯負荷（図５の参考例１で「給湯」に示される負荷）を、貯湯タンク３０に蓄熱された熱（図８の「タンク給湯」）にて賄い、不足分が発生する場合（貯湯タンク３０の貯湯温度が給湯設定温度よりも所定温度だけ高い温度に設定された切り換え設定温度未満の場合）は燃焼装置４１を働かせて賄う。この場合、貯湯式熱源装置１００の各構成機器は上述した給湯運転と同様の制御がなされる。これに加えて、制御装置５０は、予測される低温暖房負荷（図５の参考例１で「低温暖房」に示される負荷）を、貯湯タンク３０に蓄熱された熱（図８の「タンク暖房」）にて賄い、不足分が発生する場合（貯湯タンク３０の貯湯熱量又は貯湯温度が要求下限値未満の場合）は燃焼装置４１を働かせて賄う。この場合、貯湯式熱源装置１００の各構成機器は上述した暖房運転と同様の制御がなされる（♯１５）。
ここで、低温暖房に関し説明を加えると、例えば、冬季等で貯湯タンク３０に給水される湯水の温度が１０℃程度の場合、貯湯タンク３０の蓄熱容量は貯湯温度７０℃と給水温度１０℃との差に貯湯量（７０℃で貯湯された湯水の流量）を積算したものとなるのに対し、低温暖房熱量は暖房往き温度７０℃と暖房戻り温度４０℃との差に熱媒の循環流量を積算したものとなるため、貯湯タンク３０の蓄熱により低温暖房負荷を賄う場合、貯湯タンクに蓄熱された蓄熱量の半分の熱量しか利用できない制約がある。
このため、タンク暖房にあっては、図８の（ｆ）に示す時間帯において、低温暖房負荷（１０８０ｋｃａｌ）のうち一部（貯湯タンク３０に蓄熱される熱量の半分である８９０ｋｃａｌ、及び６８４ｋｃａｌ）のみを貯湯タンク３０の蓄熱にて賄い、残部は、燃焼装置４１にて賄っている。
【００５５】
一方、１日の予測される給湯負荷の熱量と低温暖房負荷の熱量の合計が、１日の予測した電力負荷を賄うように熱電併給装置１０を電主運転した時の排熱量の合計以下の場合（♯１２）、熱電併給装置１０は、予測される電力負荷に追従する電主運転を行い、排熱を貯湯タンク３０に蓄熱する（♯１７）。この場合、貯湯式熱源装置１００の各構成機器は上述した第１蓄熱運転と同様の制御がなされる。
【００５６】
そして、制御装置５０は、予測される高温暖房負荷については、貯湯式熱源装置１００の各構成機器を上述したボイラ暖房運転にて示したものと同様の制御をして、燃焼装置４１の熱にて賄う（♯１６）。
当該第２実施形態にあっては、制御装置５０が以上の制御を１日を通して実行することで、消費される一次エネルギの合計を２４８ＭＪとし、参考例１に比べて１日当たり、９３ＭＪの１次エネルギを低減できる。
【００５７】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態にあっては、熱電併給装置が燃料電池である例を示したが、別に、その軸出力により発電機を駆動するガスエンジンを採用しても構わない。当該構成を採用する場合であっても、貯湯タンク３０の湯水の貯湯量がほぼ満杯で、その下部から、冷却水としてガスエンジンの熱を回収する第１熱交換器Ｈ１へ導かれる湯水の温度が、ガスエンジンの入水限界温度を超えるときには、ヒートポンプ装置２０を冷媒逆方向循環状態（図２に示す状態）で働かせ、第１熱交換器Ｈ１の上流側に配設される第２熱交換器Ｈ２により湯水の熱を放熱する構成を採用することができる。
【００５８】
（２）上記実施形態では、熱電併給装置１０の運転に関し、過去の電力負荷実績に基づいて、電力負荷がその定格発電出力よりも少なくなると予測される時間帯を優先して運転したが、現状の電力負荷がその定格発電出力よりも少ない時間帯を優先して運転するように構成しても構わない。
【００５９】
（３）制御装置５０は、貯湯式熱源装置１００の各構成機器を制御することにより、これまで説明した蓄熱運転、給湯運転、暖房運転、及び追焚運転の夫々を各別に実行することができるが、これらを組み合わせて実行することもできる。
【００６０】
（４）本願の貯湯式熱源装置１００の構成は、図１、２に示した構成に限定されず、本願の目的を達成し得る範囲内で、適宜変更することができる。
例えば、熱電併給装置１０とヒートポンプ装置２０に関連する構成以外に関して言うと、特許文献１の第１、３、５実施形態に示すような構成を採用することができる。
【００６１】
（５）上記実施形態での追焚運転では、ボイラによる追焚運転のみとしたが、暖房運転と同様に、ヒートポンプ追焚運転と、タンク追焚運転と、ボイラ追焚運転とに切り替え自在に構成することもできる。
（６）上記実施形態での学習制御においては、追焚運転に関しては特に説明していないが、追焚運転も合わせて実行できるように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の貯湯式熱源装置及びその運転方法は、熱電併給装置とヒートポンプ装置と貯湯タンクとを備えた構成において、更なる運転効率の向上を図ることができる貯湯式熱源装置及びその運転方法として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０      ：熱電併給装置
２０      ：ヒートポンプ装置
２１      ：圧縮機
２２      ：膨張弁
３０      ：貯湯タンク
４０      ：給湯利用箇所
４１      ：燃焼装置
４２      ：浴槽
５０      ：制御装置
１００    ：貯湯式熱源装置
Ｃ１      ：第１循環路
Ｃ２      ：第２循環路
Ｃ３      ：第３循環路
Ｃ４      ：第４循環路
Ｃ７      ：冷媒循環路
Ｈ１      ：第１熱交換器
Ｈ２      ：第２熱交換器
Ｈ３      ：第３熱交換器
Ｈ４      ：第４熱交換器
Ｈ５      ：第５熱交換器
Ｌ５      ：第５流路
【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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