(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層側に第１の水流出口、中層側に第２の水流出口を備え、貯湯水を上層側より給湯する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下層側温度を検出する第１の温度センサと、
前記貯湯タンクの上層側温度を検出する第２の温度センサと、
前記下層側温度に基づいて動作を開始し、前記第１の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻す第１の加熱手段と、
前記上層側温度に基づいて動作を開始し、前記第２の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻す第２の加熱手段と、
を備えることを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
さらに、前記貯湯タンクの中層側温度を検出する第３の温度センサと、
を備え、前記第２の加熱手段は、前記中層側温度に基づいて動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記第２の加熱手段は前記第１の加熱手段より加熱能力が高い熱源機であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記第１の加熱手段、前記第２の加熱手段のいずれか一方が燃料の燃焼熱を熱源に用いる給湯機であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかの請求項に記載の給湯システム。
【請求項５】
下層側に第１の水流出口、中層側に第２の水流出口を備え、貯湯水を上層側より給湯する貯湯タンクと、該貯湯タンクの下層側温度を検出する第１の温度センサと、該貯湯タンクの上層側温度を検出する第２の温度センサとを含む給湯システムに搭載されるコンピュータに実行させるための給湯プログラムであって、
前記第１の温度センサより前記下層側温度を取り込み、
前記第２の温度センサより前記上層側温度を取り込み、
前記下層側温度に基づき第１の加熱手段を動作させ、前記第１の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻し、
前記上層側温度に基づき第２の加熱手段を動作させ、前記第２の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻す、
機能を前記コンピュータに実現させるための給湯プログラム。
【請求項６】
下層側に第１の水流出口、中層側に第２の水流出口を備え、貯湯水を上層側より給湯する貯湯タンクを設置し、
前記貯湯タンクの下層側温度を検出し、
前記貯湯タンクの上層側温度を検出し、
前記下層側温度に基づき第１の加熱手段を動作させ、前記第１の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻し、
前記上層側温度に基づき第２の加熱手段を動作させ、前記第２の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻す、
工程を含むことを特徴とする給湯方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はたとえば、電気を利用するヒートポンプや、燃料ガスの燃焼熱を利用する給湯機など、複数の熱源機を用いる給湯技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気式のヒートポンプを熱源とするヒートポンプ給湯手段と、燃焼熱を利用した補助給湯手段とを併用して給湯するハイブリッド給湯システムが知られている。
【０００３】
このハイブリッド給湯システムでは、温水を貯湯し給湯するための貯湯タンクに第１および第２の温度センサを備えるものが知られている（たとえば、特許文献１）。このシステムでは、温水分布を生じる貯湯タンク内の温水温度を異なる位置で検出することにより、第１の温度センサの検出温度で補助給湯手段の発停制御が行われ、第２の温度センサの検出温度でヒートポンプ給湯手段の発停制御が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような給湯システムでは、家庭用と業務用で貯湯タンクの容量が異なる。家庭用では、一日の使用量に相当する容量たとえば、３５０〔リットル〕程度を貯湯する貯湯タンクが使用される。温水加熱には深夜電力を利用するのが一般的である。これに対し、業務用では、給湯需要が膨大であり、不使用時間があるとしても、予め一日の使用量に相当する容量を貯湯する貯湯タンクは大型化することになる。貯湯タンクの大型化は設置面積も大きくなり、実用性に乏しい。給湯需要が増大すれば、ヒートポンプが持つ加熱能力が対応不能となり、温水使用量を充足できないか、設定温度未満の温水供給となるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の第１の目的は、上記課題に鑑み、貯湯タンクの大型化や、給湯需要の変化に影響を受けることなく、効率的な安定給湯を実現することにある。
【０００７】
また、本発明の第２の目的は、上記課題に鑑み、家庭用および業務用を区別することなく、小型の貯湯タンクで給湯の安定化および高効率化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の給湯システムの一側面によれば、下層側に第１の水流出口、中層側に第２の水流出口を備え、貯湯水を上層側より給湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下層側温度を検出する第１の温度センサと、前記貯湯タンクの上層側温度を検出する第２の温度センサと、前記下層側温度に基づいて動作を開始し、前記第１の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻す第１の加熱手段と、前記上層側温度に基づいて動作を開始し、前記第２の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻す第２の加熱手段とを備えればよい。
【０００９】
上記給湯システムにおいて、さらに、前記貯湯タンクの中層側温度を検出する第３の温度センサとを備え、前記第２の加熱手段は、前記中層側温度に基づいて動作を停止してもよい。
【００１０】
上記給湯システムにおいて、前記第２の加熱手段は前記第１の加熱手段より加熱能力が高い熱源機であってもよい。
【００１１】
上記給湯システムにおいて、前記第１の加熱手段、前記第２の加熱手段のいずれか一方が燃料の燃焼熱を熱源に用いる給湯機であってもよい。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の給湯プログラムの一側面によれば、下層側に第１の水流出口、中層側に第２の水流出口を備え、貯湯水を上層側より給湯する貯湯タンクと、該貯湯タンクの下層側温度を検出する第１の温度センサと、該貯湯タンクの上層側温度を検出する第２の温度センサとを含む給湯システムに搭載されるコンピュータに実行させるための給湯プログラムであって、前記第１の温度センサより前記下層側温度を取り込み、前記第２の温度センサより前記上層側温度を取り込み、前記下層側温度に基づき第１の加熱手段を動作させ、前記第１の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻し、前記上層側温度に基づき第２の加熱手段を動作させ、前記第２の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻す機能を前記コンピュータに実現させる。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の給湯方法の一側面によれば、下層側に第１の水流出口、中層側に第２の水流出口を備え、貯湯水を上層側より給湯する貯湯タンクを設置し、前記貯湯タンクの下層側温度を検出し、前記貯湯タンクの上層側温度を検出し、前記下層側温度に基づき第１の加熱手段を動作させ、前記第１の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻し、前記上層側温度に基づき第２の加熱手段を動作させ、前記第２の水流出口から流出させた水を加熱して前記貯湯タンクの上層側に戻す工程を含んでいる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。
【００１５】
(1) 給湯需要を受け、貯湯タンクの温水温度が低下すれば、貯湯タンクの中層部から取り出された水を即座に加熱し、急増する給湯需要に応じることができる。
【００１６】
(2) 給湯需要が変化しても出湯温度が変動することがなく、安定した出湯温度を実現することができる。
【００１７】
(3) 貯湯タンクの温水加熱を第１および第２の加熱手段に分担させ、第１および第２の加熱手段で相補的な加熱動作ができるので、給湯需要に応じた加熱動作を実現でき、貯湯タンクの容量を必要最小容量に抑えることができる。このような第１および第２の加熱手段による相補的な加熱動作で貯湯タンクの大容量化を回避することができる。
【００１８】
(4) 貯湯タンクの温水加熱を第１および第２の加熱手段に分担させているので、第１および第２の加熱手段の各加熱能力を抑制でき、貯湯タンクおよび各加熱手段の小型化を実現でき、給湯システムのコンパクト化を図ることができる。
【００１９】
(5) 第１の加熱手段に加熱効率の高い熱源機、第２の加熱手段に加熱能力の高い熱源機を利用し、効率的な給湯システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施の形態に係るハイブリッド給湯システムを示す図である。
【図２】貯湯タンクの実施例を示す図である。
【図３】ハイブリッド給湯システムの実施例を示す図である。
【図４】ハイブリッド給湯制御部を示す図である。
【図５】給湯制御部およびヒートポンプ制御部の一例を示す図である。
【図６】給湯制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】ヒートポンプ蓄熱制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】給湯機蓄熱制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】貯湯状態に応じた動作パターンを示す図である。
【図１０】貯湯状態に応じた他の動作パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜ハイブリッド給湯システム＞
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド給湯システムを示している。図１に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。
【００２３】
このハイブリッド給湯システム（以下単に「給湯システム」と称する）２には、タンク部４、第１の加熱手段としてヒートポンプ（以下「ＨＰ」と称する）６、第２の加熱手段として給湯機８が含まれる。
【００２４】
タンク部４は、貯湯タンク（以下、単に「タンク」と称する）１０を備え、上水Ｗの給水を受け、ＨＰ６および給湯機８により加熱された温水ＨＷを貯湯するとともに、給湯需要に応じて温水ＨＷを給湯する。
【００２５】
ＨＰ６はタンク１０の下層水を流出させて加熱し、タンク１０の上層側に戻す。これに対し、給湯機８はタンク１０の中層水を流出させて加熱し、タンク１０の上層側に戻す。
【００２６】
係る構成では、ＨＰ６および給湯機８によって加熱された温水ＨＷをタンク１０に貯湯し、給湯需要に応じた給湯が行える。たとえば、タンク１０の下層側温度に基づき、ＨＰ６を動作させ、タンク１０の上層側温度に基づき、給湯機８を動作させれば、次のような動作が可能である。
【００２７】
常時、ＨＰ６の加熱能力に応じてタンク１０の温水ＨＷで蓄熱する。給湯需要が増大し、温水ＨＷの上層側温度が低下した場合には給湯機８を動作させ、給湯機８による加熱によって温水ＨＷの温度を上昇させ、給湯需要に応じる。つまり、ＨＰ６の加熱能力の不足分が給湯機８の加熱能力によって補完される。
【００２８】
また、給湯需要がないため、タンク１０の貯湯水に温度分布を生じ、上層側温度が低下した場合にも給湯機８を動作させ、給湯機８による加熱によって温水ＨＷの温度を上昇させる。これにより、通常時の給湯需要を遙かに凌ぐ急激な給湯需要に対し、即応することができる。この場合も、ＨＰ６の加熱能力の不足分が給湯機８の加熱能力によって補完される。
【００２９】
このような給湯機８の補完機能を利用することで、ＨＰ６の加熱能力を補うことと相まって、タンク１０の貯湯容量を低くできる。換言すれば、タンク１０の貯湯容量を低減した場合の給湯需要の増減に対するＨＰ６の加熱能力の不足を給湯機８の加熱能力により緩衝することができる。
【００３０】
＜タンク１０＞
【００３１】
図２は、タンク１０の一例を示している。このタンク１０はたとえば、長大な円筒状容器であり、タンク容量はたとえば、９０〔リットル〕程度である。この値は一例であり、この値に限定されるものではない。
【００３２】
このタンク１０には、上層側の最上部に出湯ポート１２−１、底部に給水ポート１２−２が備えられ、さらに、底部に水流出ポート１２−３、中部に水流出ポート１２−４、上層側の出湯ポート１２−１と並んで温水戻しポート１２−５、１２−６が備えられる。
【００３３】
出湯ポート１２−１は、タンク１０から温水ＨＷを貯湯水の上層部より出湯させる。この出湯に連動し、タンク１０に給水が行われる。給水ポート１２−２は給水口の一例であり、この給水ポート１２−２からタンク１０内に上水Ｗが給水される。これにより、タンク１０には所定量の貯湯水が維持される。
【００３４】
水流出ポート１２−３は第１の水流出口の一例であり、この水流出ポート１２−３から下層水を流出させ、ＨＰ６で加熱する。このＨＰ６で得られる温水ＨＷは温水戻しポート１２−５よりタンク１０の上層部に戻される。
【００３５】
水流出ポート１２−４は第２の流出口の一例であり、この水流出ポート１２−４から中層水を流出させ、給湯機８で加熱する。この給湯機８で得られた温水ＨＷは温水戻しポート１２−６よりタンク１０の上層部に戻される。
【００３６】
このように、タンク１０の上層側から給湯するとともに下層側から給水し、加熱後の温水ＨＷは上層側に戻されるので、貯湯水の温度分布は下層側から上層側に向かって高温となる複数階層の蓄熱領域が構築される。この実施の形態では、９層の蓄熱領域を想定している。破線は仮想した蓄熱領域Ｉ、II、III ・・・IXを示している。
【００３７】
そして、このタンク１０には、最下層側に第１の邪魔板１４−１、最上層側に第２の邪魔板１４−２が配置されている。邪魔板１４−１は上に凸となる湾曲形状であり、邪魔板１４−２は下に凸となる湾曲形状である。したがって、邪魔板１４−１は蓄熱領域Ｉ側の給水による階層蓄熱の乱れを防止し、邪魔板１４−２は出湯、温水戻しによる蓄熱領域IX側の階層蓄熱の乱れを防止する。つまり、邪魔板１４−１、１４−２は階層蓄熱領域の防護手段であって、これによりタンク１０内に安定した蓄熱領域が確保される。
【００３８】
このタンク１０には複数の温度センサとして４組の温度センサ１６−１、１６−２、１６−３、１６−４が配置されている。温度センサ１６−４は貯湯タンク１０の下層側温度を検出する第１の温度センサの一例であり、温度センサ１６−１はその上層側温度を検出する第２の温度センサの一例であり、温度センサ１６−２はその中層側温度を検出する第３の温度センサの一例である。
【００３９】
温度センサ１６−１は、給湯機８の加熱開始温度を計測する。この温度センサ１６−１では、ＨＰ６や給湯機８からの温水戻しによる温水ＨＷの熱の影響を受けない蓄熱領域VIIIと蓄熱領域IXの境界部温度を計測している。
【００４０】
温度センサ１６−２は給湯機８の加熱停止温度を計測する。この例では、水流出ポート１２−４が蓄熱領域VIと蓄熱領域VII の境界部に配置されている。この温度センサ１６−２では、水流出ポート１２−４より上側としてたとえば、蓄熱領域VIと蓄熱領域VII の境界部より上側温度を計測している。
【００４１】
温度センサ１６−３は蓄熱状態の温度計測を行う。この例ではたとえば、蓄熱領域IVと蓄熱領域Ｖの境界部温度を計測している。
【００４２】
温度センサ１６−４は、ＨＰ６の加熱開始温度を計測する。この例では蓄熱領域III と蓄熱領域IIの境界部温度を計測している。
【００４３】
このタンク１０では邪魔板１４−１、１４−２を備えたことにより、上層部ＤＨの蓄熱領域IXでは給湯機８からの温水戻りによる温水の乱れを考慮し、ある程度の蓄熱量が確保される。下層部ＤＬの蓄熱領域Ｉ、IIでは短時間内でＨＰ６の発停が繰り返されない蓄熱状態が確保されている。また、中上層部ＤＭの蓄熱領域VII 、VIIIは短時間内で給湯機８の発停が繰り返されない蓄熱状態が確保される。
【００４４】
＜貯湯システム２の実施例＞
【００４５】
図３は、貯湯システム２の実施例を示している。
【００４６】
タンク部４は、ＨＰ６または給湯機８と共通の筐体を備えてもよいし、別個の筐体を備えてもよい。この筐体には温度センサ１６−５が備えられる。この温度センサ１６−５は、外気温度を検出する。
【００４７】
タンク１０の出湯ポート１２−１には出湯路１８−１が接続され、この出湯路１８−１からタンク１０の上層水が給湯の需要箇所に給湯される。この需要箇所にはたとえば、給湯栓が備えられ、この給湯栓を開くことにより、出湯が開始される。この出湯路１８−１には、タンク１０側（上流側）より下流側に向かって加圧逃がし弁２０−１、温度センサ１６−６、１６−７、混合水規制弁２０−２が備えられる。この出湯路１８−１にはバイパス路１８−３が分岐され、給水路１８−２側に接続されている。
【００４８】
加圧逃がし弁（バキュームブレーカー内蔵）２０−１は出湯路１８−１を通してタンク１０の加圧状態を外気に放出させるほか、加圧破壊弁の機能を果たす。温度センサ１６−６は、タンク１０からの出湯水の出湯温度を検出する。温度センサ１６−７は、バイパス路１８−３からの上水Ｗと温水ＨＷとの混合水の温度を検出する。混合水規制弁２０−２は、出湯する混合水の流量を開度によって規制する。
【００４９】
タンク１０の給水ポート１２−２には給水路１８−２が接続され、タンク１０からの出湯に応じて上水Ｗが給水される。この給水路１８−２には上水Ｗの上流側より下流側に向かって温度センサ１６−８、減圧弁２０−３、給水逆止弁２０−４、水量センサ２２−１、ミキシング弁２０−５およびタンク逆止弁２０−６が備えられる。温度センサ１６−８は上水Ｗの給水温度を検出する。減圧弁２０−３は上水圧の減圧に用いられる。給水逆止弁２０−４は、上水Ｗの水源側との縁切り手段の一例であり、たとえば断水時、給水上流側が負圧となった場合、貯湯タンク１０が急激な負圧にならないように機能する。水量センサ２２−１は給湯時の水流、給湯または給水流量を検出する。ミキシング弁２０−５は開度に応じてバイパス路１８−３側に流す上水量を調整する。このバイパス路１８−３側への上水量の調整により混合水温度が所定の出湯温度に調整される。タンク逆止弁２０−６はタンク１０から上水Ｗ側への逆流を阻止する。
【００５０】
水流出ポート１２−３および温水戻しポート１２−５には第１の循環路としてヒートポンプ循環路（以下、単に「循環路」と称する）２４が接続され、ＨＰ６が接続されている。この循環路２４の往き管２４−１側にＨＰポンプ２６−１および温度センサ１６−９、その戻り管２４−２に温度センサ１６−１０および加熱水切替弁２０−７が備えられる。往き管２４−１と戻り管２４−２には加熱水切替弁２０−７を介してバイパス路２４−３が形成されている。タンク１０の貯湯水を加熱する際、ＨＰポンプ２６−１を駆動し、タンク１０の下層水を流出させて循環路２４からＨＰ６に循環させる。往き管２４−１、戻り管２４−２に付された矢印は循環水の循環方向を示している。
【００５１】
温度センサ１６−９はタンク１０から流出した下層水の温度を検出する。温度センサ１６−１０はＨＰ６で加熱された温水ＨＷの温度を検出する。加熱水切替弁２０−７は、タンク１０の貯留水の加熱時、戻り管２４−２の温水ＨＷを温水戻しポート１２−５に流し、タンク１０の貯留水の非加熱時、戻り管２４−２の温水ＨＷを往き管２４−１側に切り替える。
【００５２】
水流出ポート１２−４と温水戻しポート１２−６には第２の循環路として給湯機循環路（以下、単に「循環路」と称する）２８が接続され、給湯機８が接続されている。この循環路２８の往き管２８−１側に給湯ポンプ２６−２が備えられる。タンク１０の貯湯水を加熱する際、給湯ポンプ２６−２を駆動し、タンク１０の中層水を流出させて給湯機８に循環させる。
【００５３】
ＨＰ６にはＨＰ回路３０、ＨＰ熱交換器３２および温度センサ１６−１１が含まれる。ＨＰ回路３０にはＨＰ６の冷媒としてＣＯ2を循環させる。ＨＰ熱交換器３２は、ＨＰ回路３０に循環する冷媒と循環路２４の循環水との熱交換を行い、冷媒の熱で循環水を加熱する。温度センサ１６−１１は、熱交換後の循環水の温度を検出する。ＨＰ回路３０にはＨＰ熱交換機３２のほか、膨張弁、空気熱交換機、圧縮機を含むたとえば、ＣＯ2冷媒サイクルが用いられる。空気熱交換機では冷媒に大気からの吸熱を行い、圧縮機では電力により冷媒の圧縮を行う。
【００５４】
給湯機８には循環路２８の循環水を加熱する熱交換器３４が備えられる。熱交換器３４は、バーナ３６の燃焼熱と循環路２８の循環水との熱交換を行い、循環水を加熱する。バーナ３６には燃料ガスを燃焼させるバーナを用いればよいが、燃料に灯油などの液体燃料や固体燃料を用いるバーナを用いてもよい。
【００５５】
この熱交換器３４の入り側には循環路２８の往き管２８−１、その出側に戻り管２８−２が接続されている。給湯ポンプ２６−２を動作させることにより、タンク１０の中層水を熱交換器３４に循環させる。往き管２８−１、戻り管２８−２に付された矢印は循環水の循環方向を示している。
【００５６】
往き管２８−１側には温度センサ１６−１２、水量センサ２２−２、ミキシング弁２０−８が備えられている。温度センサ１６−１２はタンク１０から熱交換器３４に入る循環水の温度を検出する。水量センサ２２−２は循環水の有無、循環流量を検出する。ミキシング弁２０−８は、開度に応じて往き管２８−１からバイパス路２８−３から戻り管２０−２に循環水を循環させる。バイパス路２８−３は戻り管２８−２を分岐し、ミキシング弁２０−８を介して往き管２８−１に接続されている。
【００５７】
戻り管２８−２側には温度センサ１６−１３、混合水規制弁２０−９および温度センサ１６−１４が備えられている。温度センサ１６−１３は熱交換後の循環水の温度を検出する。混合水規制弁２０−９は熱交換前後の混合による循環水の流量を開度によって規制する。温度センサ１６−１４は、熱交換前後の混合水である戻り管２８−２側の循環水の温度を検出する。
【００５８】
＜ハイブリッド制御部＞
【００５９】
この給湯システム２にはハイブリッド制御部３８が備えられる。図４および図５は、このハイブリッド制御部３８の一例を示している。
【００６０】
このハイブリッド制御部３８にはタンク制御部３８−１、ＨＰ制御部３８−２、給湯機制御部３８−３およびリモコン制御部３８−４が備えられる。タンク制御部３８−１は、タンク部４に備えられ、各部検出温度に基づき、タンク部４のＨＰポンプ２６−１、給湯ポンプ２６−２を含む各機能部を制御する。
【００６１】
ＨＰ制御部３８−２はＨＰ６に備えられ、ＨＰ６の機能部を制御する。給湯機制御部３８−３は給湯機８に備えられ、各部検出温度に基づき、ミキシング弁２０−８を含む各機能部を制御する。リモコン制御部３８−４はリモコン装置４８に備えられ、タンク制御部３８−１、ＨＰ制御部３８−２および給湯機制御部３８−３と連係し、各制御部に対する指示や各制御部からの情報表示などの制御を行う。
【００６２】
タンク制御部３８−１は図４に示すように、コンピュータによって構成され、プロセッサ４０−１、メモリ部４２−１、システム通信部４４−１および入出力部（Ｉ／Ｏ）４６−１が備えられる。プロセッサ４０−１は、メモリ部４２−１に格納されたプログラムを実行し、タンク部４の機能制御、情報表示などの情報処理を行う。メモリ部４２−１にはプログラムや、情報処理によって得られる制御情報が格納される。このメモリ部４２−１にはハードディスクや半導体メモリなどの記録媒体を用いればよく、この記録媒体には不揮発性メモリを用いればよい。このメモリ部４２−１にはＲＯＭ（Read-Only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）が含まれる。
【００６３】
システム通信部４４−１はプロセッサ４０−１の制御により、ＨＰ制御部３８−２、給湯機制御部３８−３およびリモコン制御部３８−４と通信ケーブル５０により連係され、各部間の制御情報の送受を担当する。通信ケーブル５０は単一線で例示しているが実際にはタンク制御部３８−１に対し、ＨＰ制御部３８−２、給湯機制御部３８−３およびリモコン制御部３８−４の３系統の通信回路を構成している。
【００６４】
Ｉ／Ｏ４６−１には複数の温度センサ１６−１、１６−２・・・、水量センサ２２−１から検出信号が取り込まれる。このＩ／Ｏ４６−１から制御出力がＨＰポンプ２６−１、給湯ポンプ２６−２などの機能部に出力される。
【００６５】
ＨＰ制御部３８−２は図５に示すように、コンピュータによって構成され、プロセッサ４０−２、メモリ部４２−２、システム通信部４４−２およびＩ／Ｏ４６−２が備えられる。プロセッサ４０−２は、メモリ部４２−２に格納されたプログラムを実行し、ＨＰ６の機能制御などの情報処理を行う。メモリ部４２−２にはプログラムや、情報処理によって得られる制御情報が格納される。このメモリ部４２−２にはハードディスクや半導体メモリなどの記録媒体を用いればよく、この記録媒体には不揮発性メモリを用いればよい。このメモリ部４２−２にはＲＯＭやＲＡＭが含まれる。
【００６６】
システム通信部４４−２はプロセッサ４０−２の制御により、タンク制御部３８−１、給湯機制御部３８−３およびリモコン制御部３８−４と通信ケーブル５０により連係され、各部間の制御情報の送受を担当する。
【００６７】
Ｉ／Ｏ４６−２には複数の温度センサ１６−１１などから検出信号が取り込まれる。このＩ／Ｏ４６−２から制御出力がＨＰ６の機能部に出力される。
【００６８】
給湯機制御部３８−３はコンピュータによって構成され、プロセッサ４０−３、メモリ部４２−３、システム通信部４４−３およびＩ／Ｏ４６−３が備えられる。プロセッサ４０−３は、メモリ部４２−３に格納されたプログラムを実行し、給湯機８の機能制御などの情報処理を行う。メモリ部４２−３にはプログラムや、情報処理によって得られる制御情報が格納される。このメモリ部４２−３にはハードディスクや半導体メモリなどの記録媒体を用いればよく、この記録媒体には不揮発性メモリを用いればよい。このメモリ部４２−３にはＲＯＭやＲＡＭが含まれる。
【００６９】
システム通信部４４−３はプロセッサ４０−３の制御により、タンク制御部３８−１、ＨＰ制御部３８−２およびリモコン制御部３８−４と通信ケーブル５０により連係され、各部間の制御情報の送受を担当する。
【００７０】
Ｉ／Ｏ４６−３には複数の温度センサ１６−１２・・・や水量センサ２２−２などから検出信号が取り込まれる。このＩ／Ｏ４６−３から制御出力が給湯機８の機能部に出力される。
【００７１】
リモコン制御部３８−４はコンピュータによって構成され、プロセッサ４０−４、メモリ部４２−４、システム通信部４４−４およびＩ／Ｏ４６−４が備えられる。プロセッサ４０−４は、メモリ部４２−４に格納されたプログラムを実行し、リモコン装置４８の機能制御や表示制御などの情報処理を行う。メモリ部４２−４にはプログラムや、情報処理によって得られる制御情報が格納される。このメモリ部４２−４にはハードディスクや半導体メモリなどの記録媒体を用いればよく、この記録媒体には不揮発性メモリを用いればよい。このメモリ部４２−４にはＲＯＭやＲＡＭが含まれる。
【００７２】
システム通信部４４−４はプロセッサ４０−４の制御により、タンク制御部３８−１、ＨＰ制御部３８−２および給湯機制御部３８−３と通信ケーブル５０により連係され、各部間の制御情報の送受を担当する。
【００７３】
Ｉ／Ｏ４６−４には入力スイッチ（ＳＷ）５２、操作表示部５４、ＬＥＤ表示器５６などが接続されている。ＳＷ５２は操作入力部の一例であり、電源投入、設定温度の入力などを行う。操作表示部５４には入力情報や、リモコン装置４８で受けたタンク部４、ＨＰ６または給湯機８から受けた制御情報や警告情報を表示する。この表示はたとえば、画像によって表示される。ＬＥＤ表示器５６は緊急時の表示や、駆動中を点灯によって表示するなどの表示機能を果たす。操作表示部５４にはたとえば、タッチセンサを用いればよい。
【００７４】
＜処理手順＞
【００７５】
この給湯システム２の制御には、給湯制御（図６）、ＨＰ６の蓄熱制御（図７）、給湯機８の蓄熱制御（図８）が含まれる。
【００７６】
図６は、給湯制御の処理手順を示している。この処理手順は給湯プログラムにより実行される処理や、給湯方法の一例である。
【００７７】
給湯時、給水の有無を判定する（Ｓ１０１）。この給水ないし給湯の有無は、水量センサ２２−１の検出により行えばよい。この給水は給湯に連動しており、給湯時、タンク１０に給水が行われる。この給水がなければ（Ｓ１０１のＮＯ）、給水があるまで待機する。
【００７８】
給水があれば（Ｓ１０１のＹＥＳ）、タンク部４ではフィード・フォワード（ＦＦ）制御が実行される（Ｓ１０２）。このＦＦ制御では、温度センサ１６−６、１６−８の検出温度を参照し、給湯設定温度に応じてミキシング弁２０−５の開度比率を調整する。温度センサ１６−６はタンク１０から出湯される温水ＨＷの出湯温度Ｔ６を検出し、温度センサ１６−８はタンク１０に対する上水Ｗの給水温度Ｔ８を検出する。
【００７９】
このＦＦ制御の開始の後、ミキシング弁２０−５の動作の完了を待機する（Ｓ１０３）。このミキシング弁２０−５の動作完了に呼応し、フィード・バック（ＦＢ）制御が実行される（Ｓ１０４）。このＦＢ制御では、温度センサ１６−７の検出温度を参照し、給湯設定温度に応じてミキシング弁２０−５の開度比率を調整する。温度センサ１６−７はタンク１０から出湯される温水ＨＷと水Ｗの混合水温度Ｔ７を検出する。
【００８０】
再び給水の有無を判定する（Ｓ１０５）。給水があれば（Ｓ１０５のＹＥＳ）、給湯需要に応ずるため、ＦＢ制御（Ｓ１０４）の継続と給水の判定を継続して行う。
【００８１】
そして、給水が終了すれば（Ｓ１０５のＮＯ）、給湯終了につき、Ｓ１０１に戻り、Ｓ１０１〜Ｓ１０５の各処理を継続して行う。
【００８２】
図７は、ＨＰ６の蓄熱制御の処理手順を示している。この処理手順では、ＨＰ６の駆動指示を判定する（Ｓ２０１）。駆動指示があれば（Ｓ２０１のＹＥＳ）、温度センサ１６−４の検出温度Ｔ４が下限基準温度ＴＭ未満か（Ｔ４＜ＴＭ）を判定する（Ｓ２０２）。下限基準温度ＴＭとしてＨＰ６がオーバーヒートする温度から一定温度としてたとえば、−３〔℃〕だけ低い温度であり、ＴＭ＝４５〔℃〕を設定している。
【００８３】
Ｔ４＜ＴＭであれば（Ｓ２０２のＹＥＳ）、加熱水切替弁２０−７をリターン（バイパス路２４−３）側に切り替え、ＨＰポンプ２６−１の回転数Ｎｆを一定回転数としてたとえば、Ｎｆ＝２０００〔ｒｐｍ〕に設定し、ＨＰ６を起動する（Ｓ２０３）。
【００８４】
このＨＰ６の起動の後、温度センサ１６−１０の検出温度Ｔ１０が一定温度ＴＬ以上か（Ｔ１０≧ＴＬ）を判定する（Ｓ２０４）。この例では、ＨＰ６がオーバーヒートする温度から一定温度としてたとえば、−５〔℃〕だけ低い温度であり、ＴＬ＝４３〔℃〕を設定している。Ｔ１０≧ＴＬでなければ（Ｓ２０４のＮＯ）、Ｓ２０１に戻り、Ｓ２０１〜Ｓ２０４の処理を実行する。
【００８５】
Ｔ１０≧ＴＬであれば（２０４のＹＥＳ）、加熱水切替弁２０−７をタンク１０側に切り替え（Ｓ２０５）、温度センサ１６−１０の検出温度Ｔ１０または温度センサ１６−１１の検出温度Ｔ１１が一定温度ＴＨ以上か（Ｔ１０≧ＴＨまたはＴ１１≧ＴＨ）を判定する（Ｓ２０６）。この場合、出湯路１８−１の出湯温度であるシステム給湯設定温度が所定温度としてたとえば、６０〔℃〕以下であれば、ＴＨ＝６５〔℃〕に設定し、それ以外の場合には、ＴＨ＝システム給湯設定温度＋５〔℃〕に設定する。この温度判定に用いる温度センサ１６−１０、１６−１１のいずれでもよいが、ＨＰ６の応答重視からすれば、温度センサ１６−１１の検出温度Ｔ１１を使用すればよい。
【００８６】
Ｔ１０≧ＴＨまたはＴ１１≧ＴＨであれば（Ｓ２０６のＹＥＳ）、ＨＰポンプ２６−１の回転数を増加する（Ｓ２０７）。また、Ｔ１０≧ＴＨまたはＴ１１≧ＴＨでなければ（Ｓ２０６のＮＯ）、ＨＰポンプ２６−１の回転数を減少させ、ＨＰポンプ２６−１の回転数を最低回転数たとえば、５００〔ｒｐｍ〕に減少させる（Ｓ２０８）。
【００８７】
このＨＰポンプ２６−１の回転数の増減の後、温度センサ１６−９の検出温度Ｔ９がＴＭ以上か（Ｔ９≧ＴＭ）を判定する（Ｓ２０９）。この場合、ＨＰ６がオーバーヒートする温度より一定温度としてたとえば、−３〔℃〕だけ低い温度であり、ＴＭ＝４５〔℃〕である。
【００８８】
Ｔ９≧ＴＭでなければ（Ｓ２０９のＮＯ）、ＨＰ６の駆動指示があるかを判定する（Ｓ２１０）。ＨＰ６の駆動指示があれば（Ｓ２１０のＹＥＳ）、Ｓ２０６に戻り、Ｓ２０６〜Ｓ２１０の処理を継続する。
【００８９】
そして、Ｓ２０１、Ｓ２１０において、ＨＰ６の駆動指示がなければ（Ｓ２０１のＮＯ、Ｓ２１０のＮＯ）、Ｓ２０２でＴ４＜ＴＭでなければ（Ｓ２０２のＮＯ）、Ｓ２０９でＴ９≧ＴＭであれば（Ｓ２０９のＹＥＳ）、加熱水切替弁２０−７をリターン（バイパス路２４−３）側に切り替え、ＨＰポンプ２６−１を停止し、ＨＰ６を停止させ（Ｓ２１１）、Ｓ２０１に戻る。
【００９０】
図８は、給湯機８の蓄熱制御の処理手順を示している。この処理手順では、リモコン装置４８が動作しているかを判定する（Ｓ３０１）。リモコン装置４８が動作していれば（Ｓ３０１のＹＥＳ）、温度センサ１６−１の検出温度Ｔ１が比較温度ＴＳとしてたとえば、６３〔℃〕未満（Ｔ１＜ＴＳ１）であるか判定する（Ｓ３０２）。
【００９１】
この場合、給湯設定温度がたとえば、６０〔℃〕以下であれば、ＴＳ１＝６３〔℃〕に設定し、それ以外は給湯設定温度より一定温度たとえば、＋３〔℃〕に設定すればよい。給湯機８は給湯設定温度より所定温度たとえば、１０〔℃〕だけ高い温度に加熱し、給湯機８の最大温度は８０〔℃〕とする。
【００９２】
そこで、システム給湯設定温度はたとえば、６０〔℃〕以下、６５〔℃〕、７０〔℃〕、７５〔℃〕の温度設定とする。温度センサ１６−１の検出温度Ｔ１の判定では、システム給湯設定温度が６０〔℃〕以下であれば、ＴＳ１＝６３〔℃〕、システム給湯設定温度が６５〔℃〕であれば、ＴＳ１＝６８〔℃〕、システム給湯設定温度が７０〔℃〕であれば、ＴＳ１＝７３〔℃〕、システム給湯設定温度が７５〔℃〕であれば、ＴＳ１＝７８〔℃〕に設定する。
【００９３】
Ｔ１＜ＴＳ１であれば（Ｓ３０２のＹＥＳ）、タンク１０側に給水が発生したかを判定する（Ｓ３０３）。水量センサ２２−１の検出流量とミキシング弁２０−５の分配比率によりタンク給水の有無を判定することができる。タンク給水が発生していなければ（Ｓ３０３のＮＯ）、給湯ポンプ２６−２を給湯機最小燃焼流量たとえば、３〔リットル／分〕を確保する回転数に低減させる（Ｓ３０４）。これにより、給湯機８の動作時間を確保し、また、給湯機８の燃焼量を最小燃焼量に抑えることができる。
【００９４】
タンク１０側に給水が発生していれば（Ｓ３０３のＹＥＳ）、給湯ポンプ２６−２を設定回転数に制御する（Ｓ３０５）。
【００９５】
給湯ポンプ２６−２の設定回転数は、水量センサ２２−１の検出水量と、ミキシング弁２０−５の分配比率によるタンク１０への給水量を演算して算出すればよい。この演算値を基準とした流量になるように給湯ポンプ２６−２の回転数を制御すればよい。これにより、給湯使用分の流量を確保することができる。
【００９６】
Ｓ３０４またはＳ３０５の処理の後、温度センサ１６−２の検出温度Ｔ２が比較温度ＴＳ２以上であるか（Ｔ２≧ＴＳ２）を判定する（Ｓ３０６）。この場合、既述のシステム給湯設定温度ＴＨはたとえば、６０〔℃〕以下、６５〔℃〕、７０〔℃〕、７５〔℃〕の温度設定とすれば、給湯機８の戻り管２８−２からの出湯設定温度は、ＴＨ＝６０〔℃〕以下：７０〔℃〕、ＴＨ＝６５〔℃〕：７５〔℃〕、ＴＨ＝７０または７５〔℃〕：８０〔℃〕に設定する。これにより、温度センサ１６−２の検出温度Ｔ２の判定では、システム給湯設定温度が６０〔℃〕以下であれば、ＴＳ２＝６３〔℃〕、システム給湯設定温度が６５〔℃〕であれば、ＴＳ２＝６８〔℃〕、システム給湯設定温度が７０〔℃〕であれば、ＴＳ２＝７３〔℃〕、システム給湯設定温度が７５〔℃〕であれば、ＴＳ２＝７８〔℃〕に設定すればよい。この実施例では、ＴＳ１＝ＴＳ２に設定されている。
【００９７】
Ｔ２≧ＴＳ２でなければ（Ｓ３０６のＮＯ）、Ｓ３０３に戻り、Ｓ３０３〜Ｓ３０６の処理を継続する。
【００９８】
そして、Ｔ２≧ＴＳ２であれば（Ｓ３０６のＹＥＳ）、給湯ポンプ２６−２を停止し、Ｓ３０１に戻り、処理を継続する。
【００９９】
＜給湯制御の動作パターン＞
【０１００】
図９のＡは、タンク１０の貯湯水が高温状態にある場合を示している。ＨＰ６による蓄熱制御、給湯機８の蓄熱制御により、タンク１０の貯湯水の全部が高温状態に維持された状態である。
【０１０１】
図９のＢは、給湯の結果、タンク１０の貯湯水が給水によって低温化した状態を示している。図９のＢにおいて、Ｂ１は高温水域、Ｂ２は低温水域を示している。この場合、ＨＰ６を駆動することにより、下層水をＨＰ６で加熱し、高温水域を拡大させる。
【０１０２】
図９のＣは、図９のＡに示す高温状態のタンク１０が放置された結果、タンク１０の温水が低温化した状態を示している。図９のＣにおいて、Ｃ１は高温水域、Ｃ２は中温水域、Ｃ３は低温水域である。この場合、ＨＰ６および給湯機８を駆動する。下層水がＨＰ６により加熱され、中層水が給湯機８で加熱されることにより、高温水域が拡大される。
【０１０３】
図９のＤは、図９のＣの状態から加熱によって、高温水域が拡大した状態を示している。給湯機８はＨＰ６より加熱能力が高く、給湯機８による高温水域が迅速に拡大される。図９のＤにおいて、Ｄ１は高温水域、Ｄ２は中温水域、Ｄ３は低温水域である。高温水域Ｄ１は温度センサ１６−２の検出領域を超えているので、給湯機８の蓄熱制御が停止している。この状態から、ＨＰ６の蓄熱制御のみとなる。
【０１０４】
図１０のＡは、図９のＡの状態から給湯が行われた状態を示している。この場合、図１０のＡにおいて、Ａ１は高温水域、Ａ２は低温水域である。温度センサ１６−４は低温水域を検出しているが、ＨＰ６は動作を停止させた状態である。これにより、ＨＰ６による電力損失を抑制することができる。
【０１０５】
図１０のＢは、図１０のＡに示す状態から放置されたことにより、タンク１０の低温化が進行している状態を示している。図１０のＢにおいて、Ｂ１は高温水域、Ｂ２は中温水域、Ｂ３は低温水域である。この状態では温度センサ１６−２の検出領域に中温水域が到達しているため、給湯機８による蓄熱制御が開始される。つまり、ＨＰ６を停止状態とし、給湯機８のみの蓄熱制御を開始する。
【０１０６】
図１０のＣは、図１０のＢに示す状態から給湯機８による蓄熱制御が行われ、タンク１０の高温化が進行している状態を示している。図１０のＣにおいて、Ｃ１は高温水域、Ｃ２は低温水域である。中温水域（図１０のＢのＢ２）が解消され、高温水域Ｃ１に拡大している。低温水域Ｃ２は給湯機８の守備範囲外であるため、給湯機８の蓄熱制御による加熱が行われない。
【０１０７】
＜実施例の効果＞
【０１０８】
上記実施例によれば、次の効果が得られる。
【０１０９】
(1) 給湯需要により、タンク１０の温水温度が低下すれば、タンク１０の下層水をＨＰ６に循環させて加熱し、ＨＰ６の蓄熱制御によりタンク１０の高温範囲を拡大することができる。また、タンク１０の中層水を給湯機８に循環させて加熱し、給湯機８の蓄熱制御によりタンク１０の高温範囲を拡大させることができる。これにより、給湯および給水によるタンク１０の温度低下を解消し、急増する給湯需要に応じることができる。
【０１１０】
(2) 給湯機８の蓄熱制御により、ＨＰ６の加熱能力を補完することができるので、給湯需要が変化しても出湯温度が変動することがなく、安定した出湯温度を実現することができる。
【０１１１】
(3) タンク１０の温水加熱をＨＰ６と給湯機８に分担させることができ、両者を以て相補的な加熱動作ができる。給湯機８では中層水をタンク１０から流出させて加熱するので、給湯需要に応じた加熱動作を実現でき、タンク１０の容量を必要最小容量に抑えることができ、ＨＰ６および給湯機８の相補的な加熱動作でタンク１０の大容量化を回避できる。
【０１１２】
(4) タンク１０の温水加熱をＨＰ６と給湯機８とに加熱分担させるので、ＨＰ６および給湯機８の各加熱能力を抑制でき、タンク１０、ＨＰ６および給湯機８の小型化および小容量化を実現でき、給湯システム２のコンパクト化を図ることができる。
【０１１３】
(5) 給湯機８はＨＰ６に比較して加熱能力が高く、ＨＰ６は給湯機８に対して加熱効率が高いので、これらの特性を相補的に生かして給湯システム２の高効率化を実現できる。
【０１１４】
(6) 上記実施例では給湯により貯湯タンク１０の上層側温度が急激に下降したり、これに対応するＨＰ６の動作により貯湯タンク１０の上層側温度が変動すると、上層側温度の下降に対応し、給湯機８を動作させ、貯湯タンク１０の上層側温度を上昇させ、これにより安定した給湯温度を実現することができる。この場合、給湯量に対応して貯湯タンク１０に給水し、不足熱量をＨＰ６で補填し、ＨＰ６の加熱不足分を給湯機８による給湯によって補填することができる。つまり、給湯によって不足した熱量がＨＰ６および給湯機８の協調動作によって補填でき給湯温度の安定化を実現できる。
【０１１５】
＜他の実施例および効果＞
【０１１６】
(1) 給湯機８の循環流量量について：
【０１１７】
上記実施の形態では、給湯機８の動作期間を検出温度によって制御しているが、検出温度によって動作を開始した後、給湯機８の循環流量を水量センサ２２−１の検出水量に応じて動作を終了させる制御としてもよい。
【０１１８】
(2) 給湯機８の動作時間について：
【０１１９】
上記実施の形態では、給湯機８の動作期間を検出温度によって制御しているが、検出温度によって動作を開始した後、給湯機８の動作時間をプロセッサ４０−１のタイマー機能を利用し、中層水の循環時間に応じて動作を終了させる制御としてもよい。
【０１２０】
〔他の実施の形態〕
【０１２１】
ａ) 上記実施の形態では、単一のＨＰ６と給湯機８を用いたが、複数の給湯機を併用してもよい。給湯機８には燃焼排気の潜熱を回収する高効率給湯機を用いてもよい。
【０１２２】
ｂ）上記実施の形態のＨＰ６と給湯機８の熱源機に加え、電熱による熱交換器を併用してもよい。
【０１２３】
以上の通り、本発明の技術の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、ヒートポンプなどの熱源機の加熱能力と給湯機などの熱源機の加熱能力の併用により、高効率で安定した給湯能力を持つ給湯システムを実現でき、有用である。
【符号の説明】
【０１２５】
２  ハイブリッド給湯システム
４  タンク部
６  ヒートポンプ（ＨＰ）
８  給湯機
１０  貯湯タンク（タンク）
１２−１  出湯ポート
１２−２  給水ポート
１２−３、１２−４  水流出ポート
１２−５、１２−６  温水戻しポート
１４−１  第１の邪魔板
１４−２  第２の邪魔板
１６−１、１６−２、１６−３、１６−４、１６−５、１６−６、１６−７、１６−８、１６−９、１６−１０、１６−１１、１６−１２、１６−１３、１６−１４  温度センサ
１８−１  出湯路
１８−２  給水路
１８−３  バイパス路
２０−１  加圧逃がし弁
２０−２  混合水規制弁
２０−３  減圧弁
２０−４  給水逆止弁
２０−５  ミキシング弁
２０−６  タンク逆止弁
２０−７  加熱水切替弁
２０−８  ミキシング弁
２０−９  混合水規制弁
２２−１  水量センサ
２４  ヒートポンプ循環路（循環路）
２４−１  往き管
２４−２  戻り管
２４−３  バイパス路
２６−１  ＨＰポンプ
２８  給湯機循環路（循環路）
２８−１  往き管
２８−２  戻り管
２８−３  バイパス路
３０  ＨＰ回路
３２  ＨＰ熱交換器
３４  熱交換器
３６  バーナ
３８  ハイブリッド制御部
３８−１  タンク制御部
３８−２  ＨＰ制御部
３８−３  給湯機制御部
３８−４  リモコン制御部
４０−１、４０−２、４０−３  プロセッサ
４２−１、４２−２、４２−３  メモリ部
４４−１、４４−２、４４−３  システム通信部
４６−１、４６−２、４６−３  入出力部（Ｉ／Ｏ）
４８  リモコン装置
５０  通信ケーブル
５２  入力スイッチ（ＳＷ）
５４  操作表示部
５６  ＬＥＤ表示器
【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】
0006404720.tif 000008
【図８】
0006404720.tif 000009
【図９】
0006404720.tif 000010
【図１０】
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