(57)【要約】【課題】沸き上げ運転期間中の放熱に起因して貯湯タンク内の蓄熱量が不足したり、蓄熱用の湯の温度に大きなばらつきが生じるなどの問題点を解消する。【解決手段】循環路２を流れる湯を加熱する加熱手段３と、貯湯タンク１内の湯に対する沸き上げ所要時間および沸き上げ目標温度のデータに基づいて貯湯タンク１内への蓄熱を行なうための沸き上げ運転を実行可能に加熱手段３による湯の加熱制御を行なう制御手段４と、を備えた貯湯タンク蓄熱装置Ａであって、制御手段４は、前記沸き上げ運転を行なうときには、加熱手段３によって加熱された湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量を一定または不定の周期で求め、この温度降下量に対応した温度を前記沸き上げ目標温度に加算した温度で湯を加熱させるように加熱温度の変更制御を行なう。  【選択図】  図１
2005315524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと、
この貯湯タンク内の湯を取り出してから前記貯湯タンク内に戻す循環路と、
この循環路を流れる湯を加熱する加熱手段と、
前記貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ目標温度および沸き上げ所要時間のデータに基づいて、前記貯湯タンク内への蓄熱を行なうための沸き上げ運転が実行されるように、前記加熱手段による湯の加熱制御を行なう制御手段と、
を備えている、貯湯タンク蓄熱装置であって、
前記制御手段は、前記沸き上げ運転が行なわれるときには、前記加熱手段によって加熱される湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量を一定または不定の周期で求め、かつこの温度降下量に対応した温度を前記沸き上げ目標温度に加算した温度で湯を加熱させるように加熱温度の変更制御を行なう構成とされていることを特徴とする、貯湯タンク蓄熱装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記温度降下量を求めるときには、前記湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了予定時刻までの残り時間、前記貯湯タンクの放熱係数、および前記沸き上げ目標温度と前記貯湯タンクの外部温度との差のデータに基づいて、前記貯湯タンク内における湯の温度降下量を求め、この値を前記湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に含めるように構成されている、請求項１に記載の貯湯タンク蓄熱装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記循環路における湯の温度降下量をさらに求め、この値を前記湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に含めるように構成されている、請求項２に記載の貯湯タンク蓄熱装置。
【請求項４】
前記貯湯タンクとして、複数の貯湯タンクが設けられており、これら複数の貯湯タンクは、それらの内部の湯が前記循環路を介して循環可能に直列に接続されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の貯湯タンク蓄熱装置。
【請求項５】
貯湯タンクと、
この貯湯タンク内の湯を取り出してから前記貯湯タンク内に戻す循環路と、
この循環路を流れる湯を加熱する加熱手段と、
前記貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ目標温度および沸き上げ所要時間のデータに基づいて、前記貯湯タンク内への蓄熱を行なうための沸き上げ運転が実行されるように、前記加熱手段による湯の加熱制御を行なう制御手段と、
を備えている、貯湯タンク蓄熱装置であって、
前記制御手段は、前記沸き上げ運転の開始時には、この運転の開始時に加熱される湯の前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に対応した温度を前記沸き上げ目標温度に加算した温度で前記湯の加熱を行なわせ、かつその後は前記沸き上げ運転の終了予定時刻に近づくにしたがって前記湯の加熱温度を前記沸き上げ目標温度に近づけていく加熱温度制御を行なうように構成されていることを特徴とする、貯湯タンク蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプなどを利用して加熱された湯を貯湯タンクに貯留させることにより蓄熱を行なうタイプの貯湯タンク蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の貯湯タンク蓄熱装置の基本的な構成の一例を図７に示す（たとえば、特許文献１，２を参照）。同図に示された貯湯タンク蓄熱装置Ｂは、貯湯タンク９０内の湯を、循環ポンプ９１を利用して取出口９２ａから循環路９２に流出させ、その後この湯を還元口９２ｂから貯湯タンク９０内に戻すことができるように構成されている。循環路９２は、ヒートポンプ９３の熱交換器（凝縮器）９３ａを通過するように設けられている。
【０００３】
このような構成によれば、貯湯タンク９０内から循環路９２に湯を流出させながら、この湯をヒートポンプ９３によって加熱し、貯湯タンク９０内に戻すことができる。したがって、貯湯タンク９０内には、ヒートポンプ９３によって加熱された湯をこの貯湯タンク９０の上部から下部に向けて順次貯留させてゆき、蓄熱を図ることが可能である。このような蓄熱を図るための沸き上げ運転は、一般的には、電力料金の安い夜間に行なわれ、貯留された湯の使用は昼間に行なわれる。
【０００４】
従来において、前記沸き上げ運転を行なう場合、ヒートポンプ９３による湯の加熱温度は、湯の沸き上げ目標温度と同一とされ、かつその温度は運転開始時から終了時まで一定とされていた。より具体的には、湯の沸き上げ目標温度が、たとえば８０°Ｃであると、ヒートポンプ９３による湯の加熱温度もそれと同一の８０°Ｃであり、その加熱温度は、沸き上げ運転期間中一定のままとされていた。
【０００５】
しかしながら、上記従来技術においては、次に述べるような問題点を生じていた。
【０００６】
第１に、ヒートポンプ９３によって加熱された湯が貯湯タンク９０内に戻された場合、この湯は時間の経過とともに放熱により温度低下を来たす。したがって、従来技術においては、沸き上げ運転の終了直前に加熱された湯については、沸き上げ目標温度またはそれに近い温度とすることはできるものの、沸き上げ運転の初期に加熱された湯は、貯湯タンク９０内において沸き上げ目標温度よりもかなり低い温度になる場合があった。貯湯タンク９０は、たとえば断熱材によって覆われるなどしてその断熱性が高められた構造とされているが、蓄熱を行なうための沸き上げ運転は、たとえば数時間あるいはそれ以上の長時間に及んでなされるのが通常であり、また冬季などにおいては外気温が非常に低くなる場合もあるため、上記したような湯の温度低下を避けることは難しい場合が多い。その結果、従来においては、貯湯タンク９０内の実際の蓄熱量が、予定していた蓄熱量を下回り、使用に際してその蓄熱量に不足を生じる場合があった。
【０００７】
第２に、貯湯タンク９０内に湯を貯留させておく場合、好ましくは、図８（ａ）に示すように、加熱された湯（網点模様の部分）の温度分布が均一であって、この湯と非加熱の低温水との間には、温度の境界層Ｒａが明確に形成されることが望まれる。貯湯タンク９０から出湯を行なわせる場合には、この貯湯タンク９０の下部に接続された入水管９４ａから入水を行なわせ、この水が貯湯タンク９０内の湯を上方に押し上げる作用によって貯湯タンク９０の上部から出湯管９４ｂに出湯を行なわせようにされており、前記図８（ａ）に示した状態であれば、低温水の入水作用により、高温の湯のみを適切に出湯させることが可能である。これに対し、上記従来技術においては、沸き上げ運転の開始時期に近い時期に加熱された湯ほど放熱による温度降下量が大きくなるため、たとえば図８（ｂ）に示すように、加熱された湯（網点模様の部分）の温度は、上部ほど高く、下部ほど低くなる。これでは、それら加熱された湯と非加熱の低温水との間に、それらの混合層Ｒｂが幅広い状態に形成されてしまい、温度の境界層が明確に形成されない。したがって、上記従来技術においては、貯湯タンク９０内から高温の湯のみを適切に、かつ効率よく出湯させることが困難となる場合があった。また、上記したように、貯湯タンク９０内に貯留された湯の温度分布が不均一であると、それらの湯の温度や量を計測して、それらの値を表示させるいわゆる残湯量表示を行なう場合に、その計測誤差が大きくなり、正確な表示が行なえなくなるといった不具合も生じる。
【特許文献１】特開２００２−１７４４５９号公報
【特許文献２】特開２００２−１８１３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、沸き上げ運転期間中の放熱に起因して沸き上げ運転後の貯湯タンク内の蓄熱量が予定量よりも少なくなったり、蓄熱用の湯の温度に大きなばらつきが生じるといった問題点を解消し、または抑制することが可能な貯湯タンク蓄熱装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、湯を沸き上げ目標温度で一律に加熱するのではなく、加熱される湯についてのその後の沸き上げ運転期間中における温度降下量を勘案し、その温度降下量に見合った分だけ沸き上げ目標温度よりも高めの温度で湯を加熱することにより、放熱に起因する蓄熱量の不足や温度分布の不均一化を解消させるという新規な発想のもとになされたものである。本発明は、具体的には、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
本発明の第１の側面により提供される貯湯タンク蓄熱装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯を取り出してから前記貯湯タンク内に戻す循環路と、この循環路を流れる湯を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ目標温度および沸き上げ所要時間のデータに基づいて、前記貯湯タンク内への蓄熱を行なうための沸き上げ運転が実行されるように、前記加熱手段による湯の加熱制御を行なう制御手段と、を備えている貯湯タンク蓄熱装置であって、前記制御手段は、前記沸き上げ運転が行なわれるときには、前記加熱手段によって加熱される湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量を一定または不定の周期で求め、かつこの温度降下量に対応した温度を前記沸き上げ目標温度に加算した温度で湯を加熱させるように加熱温度の変更制御を行なう構成とされていることを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、湯が加熱手段によって加熱されるときには、その加熱時から沸き上げ運転終了時までに放熱により温度低下を来たす量に対応する温度だけ沸き上げ目標温度よりも高めの温度で加熱されるために、沸き上げ運転が終了した時点において、前記加熱された湯が放熱に起因して沸き上げ目標温度よりもかなり低い温度になることはなく、その温度を沸き上げ目標温度と略同一の温度にすることができる。したがって、従来技術とは異なり、貯湯タンクへの蓄熱量が目標となる蓄熱量を大きく下回ることが適切に回避される。また、上記構成によれば、加熱手段により加熱されて貯湯タンク内に貯留された湯の全体が、沸き上げ目標温度またはこれに近い温度に均一化される。したがって、貯湯タンク内においては、加熱がなされた高温の湯と非加熱の低温水との間に温度の境界層を適切に形成することが可能であり、貯湯タンクから外部に出湯を行なわせる際に、高温の湯のみを適切に、かつ効率良く出湯させることもできる。さらに、上記したように加熱された湯の温度の均一化が図られると、出湯温度の安定化も図られ、また湯の温度や貯留量の計測も正確に行なうことが可能となって、いわゆる残湯量表示なども適正に行なうことができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段は、前記温度降下量を求めるときには、前記湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了予定時刻までの残り時間、前記貯湯タンクの放熱係数、および前記沸き上げ目標温度と前記貯湯タンクの外部温度との差のデータに基づいて、前記貯湯タンク内における湯の温度降下量を求め、この値を前記湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に含めるように構成されている。このような構成によれば、加熱された湯が貯湯タンク内に貯留されてから沸き上げ運転終了時までの温度降下量をかなり正確に求めることが可能であり、沸き上げ運転の終了時における湯の実際の温度を沸き上げ目標温度に近づけるのに好適となる。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段は、前記循環路における湯の温度降下量をさらに求め、この値を前記湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に含めるように構成されている。このような構成によれば、湯が貯湯タンク内に貯留された後の温度降下量のみならず、湯が循環路を通過することに起因して生じる温度降下量をも勘案して湯の温度降下量が求められるために、沸き上げ運転の終了時における湯の実際の温度をより正確に沸き上げ目標温度に近づけることが可能となる。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記貯湯タンクとして、複数の貯湯タンクが設けられており、これら複数の貯湯タンクは、それらの内部の湯が前記循環路を介して循環可能に直列に接続されている。このような構成によれば、貯湯タンクが複数設けられていることにより、蓄熱量を増やすことができる。また、それら複数の貯湯タンクは、直列に接続されており、これらの貯湯タンク内に加熱された湯が貯留された後の温度降下量を求める場合には、それら複数の貯湯タンクを１つの貯湯タンクとみなし、温度降下量を求める処理を簡単に行なうこともできる。
【００１５】
本発明の第２の側面により提供される貯湯タンク蓄熱装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯を取り出してから前記貯湯タンク内に戻す循環路と、この循環路を流れる湯を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ目標温度および沸き上げ所要時間のデータに基づいて、前記貯湯タンク内への蓄熱を行なうための沸き上げ運転が実行されるように、前記加熱手段による湯の加熱制御を行なう制御手段と、を備えている貯湯タンク蓄熱装置であって、前記制御手段は、前記沸き上げ運転の開始時には、この運転の開始時に加熱される湯の前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に対応した温度を前記沸き上げ目標温度に加算した温度で前記湯の加熱を行なわせ、かつその後は前記沸き上げ運転の終了予定時刻に近づくにしたがって前記湯の加熱温度を前記沸き上げ目標温度に近づけていく加熱温度制御を行なうように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
このような構成においても、湯が加熱手段によって加熱されるときには、その加熱時から沸き上げ運転終了時までに放熱により温度低下を来たす量に対応する温度だけ沸き上げ目標温度よりも高めの温度で加熱される。したがって、本発明の第１の側面によって提供される貯湯タンク蓄熱装置の場合と同様に、沸き上げ運転が終了した時点において、加熱された湯の温度を沸き上げ目標温度と同一または略同一とし、貯湯タンクへの蓄熱量が目標量を大きく下回らないようにすることができる。また、貯湯タンク内に貯留された湯の温度が沸き上げ目標温度またはこれに近い温度に均一化されることとなって、加熱された湯の出湯を適切に行なわせることができ、さらには出湯時の温度の安定化や、いわゆる残湯量表示の適正化なども図られる。
【００１７】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置の一実施形態を示している。本実施形態の貯湯タンク蓄熱装置Ａは、貯湯タンク１、循環ポンプ２０を備えた循環路２、ヒートポンプ３、および主制御部４を備えている。
【００２０】
貯湯タンク１は、湯を貯留するためのものであり、その周囲が断熱材(図示略)により覆われるなどして放熱ができる限り抑制されるように構成されている。この貯湯タンク１の下部には入水管５０が接続され、また上部には出湯管５１が接続されており、入水管５０から貯湯タンク１内に入水がなされることにより、貯湯タンク１内に貯留されている湯が出湯管５１に流出するようになっている。出湯管５１には、入水管５０の分岐配管５０ａが接続された混合弁５２が設けられており、この混合弁５２の作用により貯湯タンク１からの湯と分岐配管５０ａからの水とが所望の割合で混合され、出湯管５１の下流に供給されるようになっている。
【００２１】
循環路２は、貯湯タンク１の下部の取出口２１ａと上部の還元口２１ｂとに両端が接続され、循環ポンプ２０の駆動により、貯湯タンク１内の湯を一定の経路で循環させることが可能な配管路である。この循環路２の一部はヒートポンプ３の熱交換器（凝縮器）３０を通過しており、この熱交換器３０を介して循環路２を流れる湯が加熱され、その後貯湯タンク１に流入するようになっている。
【００２２】
ヒートポンプ３は、本発明でいう加熱手段の一例に相当する。このヒートポンプ３としては、従来既知のものを用いることが可能であり、その詳細は省略するが、前記した熱交換器（凝縮器）３０に加えて、圧縮機３１、膨張弁３２、蒸発器３３を備えている。このヒートポンプ３は、主制御部４からの指令に応じてこのヒートポンプ３の稼働状態を制御するための補助制御部３４を有している。この補助制御部３４は、熱交換器３０の出口部分における湯の温度を計測するための温度センサＳａ、および外気温を計測するための温度センサＳｂと接続されており、これらの温度センサＳａ，Ｓｂを利用して計測される温度データを主制御部４に送信するようになっている。これらの温度センサＳａ，Ｓｂは、たとえばサーミスタを利用して構成されており、この点については後述する他の温度センサＳｃ〜Ｓｅも同様である。温度センサＳａを利用して計測される温度は、ヒートポンプ３による湯の加熱温度に相当する。
【００２３】
主制御部４は、本発明でいう制御手段の一例に相当するものであり、ＣＰＵやこれに付属するメモリなどを備えたマイクロコンピュータにより構成されている。この主制御部４は、メモリに記録されているプログラムやその他のデータ、およびこの主制御部４に接続されて屋内などの適当な箇所に設置されるリモコン用操作盤４９のスイッチ操作などに応じて、この貯湯タンク蓄熱装置Ａの全体の動作制御や所定の演算処理を実行するように構成されている。この主制御部４には、貯湯タンク１内の複数箇所において湯の温度を計測するための複数の温度センサＳｃ、循環路２の取出口２１ａの近傍において循環路２に導入される湯の温度を計測するための温度センサＳｄ、および還元口２１ｂの近傍において貯湯タンク１内に戻される湯の温度を計測するための温度センサＳｅが接続され、これらを利用して所定の温度を判断できるようになっている。この主制御部４は、たとえば料金の安いいわゆる深夜電力を利用して蓄熱を行なうための沸き上げ運転を実行する際には、循環ポンプ２０およびヒートポンプ３の駆動を制御することにより、沸き上げ目標温度の湯を所定の目標時刻までに目標量蓄える制御を行なうように構成されている。ただし、本実施形態においては、後述するように、この主制御部４は、沸き上げ運転中における放熱による湯の温度降下量を周期的に演算し、その温度降下量に対応させて湯の加熱温度を変更制御するようになっており、この点に特徴を有している。湯の加熱温度の変更は、たとえば循環ポンプ２０の駆動を制御し、循環路２における湯の流量を調整することにより行なわれる。
【００２４】
次に、上記した構成の貯湯タンク蓄熱装置Ａの作用、ならびに主制御部４の動作手順の一例について、図２に示したフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２５】
まず、主制御部４は、蓄熱を行なうための沸き上げ運転がオン設定にされると（Ｓ１：ＹＥＳ）、沸き上げ条件を確認する（Ｓ２）。この沸き上げ条件の項目としては、沸き上げ目標温度Ｔａや、沸き上げ量Ｌなどがあり、これらの条件は、たとえばユーザがリモコン用操作盤４９を操作することにより設定される。また、これに代えて、たとえば主制御部４に学習機能をもたせておき、過去における貯湯タンク蓄熱装置Ａの使用状況に基づいて主制御部４に決定させるようにすることもできる。次いで、主制御部４は、外気温Ｔｂおよび貯湯タンク１内の湯の温度（水温）Ｔｃを検出する（Ｓ３）。この検出処理は、補助制御部３４から温度センサＳｂを利用した外気温のデータを受信することや、複数の温度センサＳｃを利用して貯湯タンク１内の湯の各部の温度を検出してその平均値を演算するなどして行なうことができる。
【００２６】
その後、主制御部４は、前記したデータに基づき、沸き上げ所要時間Ｈ１を計算する（Ｓ４）。ここで、沸き上げ所要時間Ｈ１とは、前記沸き上げ条件を満たす蓄熱を行なうのに必要とされる時間であり、ヒートポンプ３の能力が大きいほど、この時間は短いものとなる。この沸き上げ所要時間Ｈ１の計算は、たとえばＨ１＝（Ｔａ−Ｔｃ）×Ｌ／Ｃの式を用いて行なう。ここで、Ｃは、ヒートポンプ３の仕事量である。具体例を挙げると、沸き上げ目標温度Ｔａが８０°Ｃ、湯の温度Ｔｃが１５°Ｃ、沸き上げ量Ｌが３００リットル、ヒートポンプ３の仕事量Ｃが４．５ＫＷｈ（４．５×８６０Ｋcal）の場合、これらを上記の式に当てはめると、沸き上げ所要時間Ｈ１は、約５時間となる。この沸き上げ所要時間Ｈ１が定まると、沸き上げ運転の終了予定時刻に基づき、沸き上げ運転開始の予定時刻も定まることとなる。沸き上げ運転の終了予定時刻は、スイッチ操作などによって適宜変更することが可能であるが、その具体例を挙げると、深夜電力の終了時刻（たとえば午前７時）、あるいはそれよりもやや早めの時刻とされる。沸き上げ予定時刻が仮に午前７時であるとすると、上記した例においては、午前２時が沸き上げ運転の開始予定時刻となる。ただし、実際には、放熱要因やその他の種々の事情を考慮し、適当な余裕時間をみて開始予定時刻を多少早めに設定してもかまわない。
【００２７】
主制御部４は、沸き上げ運転の開始予定時刻になると（Ｓ５：ＹＥＳ）、ヒートポンプ３や循環ポンプ２０の駆動を開始させて沸き上げ運転を開始するが、その運転中には、後に詳述するように、図２のステップＳ６〜Ｓ８の手順を踏み、加熱された湯の貯湯タンク１内における温度降下量ΔＴ１、および循環路２に起因する温度降下量ΔＴ２を演算し、これらの値に基づいて、ヒートポンプ３による湯の加熱温度Ｔｘを算出する（Ｓ９）。そして、主制御部４は、この算出した加熱温度Ｔｘで湯が加熱されるように、循環ポンプ２０を駆動制御して循環路２の流量調整を行なう（Ｓ１０）。
【００２８】
上記の点を詳細に説明すると、湯の加熱温度Ｔｘを算出するには、予め湯の貯湯タンク１内における温度降下量ΔＴ１、および循環路２における温度降下量ΔＴ２を求めておくが（Ｓ７，Ｓ８）、温度降下量ΔＴ１を求める場合には、それに先立ち、ヒートポンプ３によって加熱される湯の放熱時間Ｈ２を計算しておく（Ｓ６）。この放熱時間Ｈ２は、湯が実際に加熱された時点からこの沸き上げ運転が終了するまでの時間である。すなわち、この放熱時間Ｈ２は、Ｈ２＝Ｈ１−Ｈ３の式で求められる（Ｈ３は、実際の沸き上げ運転時間である）。沸き上げ運転の開始時においては、Ｈ３がゼロであるから、沸き上げ運転の開始時における放熱時間Ｈ２は、沸き上げ所要時間Ｈ１と同一である。この放熱時間Ｈ２は、沸き上げ運転が進み、時間が経過するのにしたがって徐々に減少することとなる。主制御部４は、前記放熱時間Ｈ２に基づき、温度降下量ΔＴ１を計算する。この温度降下量ΔＴ１は、たとえば、ΔＴ１＝（Ｔａ−Ｔｂ）×Ｈ２×γ１の式により求める。ここで、γ１は、放熱係数であり、この貯湯タンク蓄熱装置Ａの貯湯タンク１およびこれと同型式の貯湯タンクに固有の定数である。この値は、たとえば実験などによって求めておくことができる。具体的な数値の一例を挙げると、沸き上げ目標温度Ｔａが８０°Ｃ、外気温Ｔｂが１６°Ｃ、放熱時間Ｈ２が５時間、放熱係数γ１が０．００６であるとすると、温度降下量ΔＴ１は、約１．９ｄｅｇとなる。この値は、沸き上げ運転開始時に加熱された湯が沸き上げ運転終了時刻までに貯湯タンク１内において低下する温度である。
【００２９】
循環路２における温度降下量ΔＴ２は、たとえば、ΔＴ２＝（Ｔａ−Ｔｂ）×γ２の式により求める。ここで、γ２は、γ１と同様に放熱係数であるが、この放熱係数γ２は、循環路２の配管長など、この貯湯タンク蓄熱装置Ａの施工条件に左右されるものであり、この貯湯タンク蓄熱装置Ａに固有の定数である。この放熱係数γ２は、好ましくは、主制御部４の学習機能やリモコン用操作盤４９のスイッチ操作などによって変更可能となっている（この点は、放熱係数γ１についても同様である）。具体的な数値の一例を挙げると、沸き上げ目標温度Ｔａが８０°Ｃ、外気温Ｔｂが１６°Ｃ、放熱係数γ２が０．０２であるとすると、温度降下量ΔＴ２は、約１．２ｄｅｇとなる。この温度降下量ΔＴ２の算出に際しては、放熱時間Ｈ２を考慮する必要はない。
【００３０】
上記した温度降下量ΔＴ１，ΔＴ２の合計値は、加熱された湯が沸き上げ運転終了時までに温度低下する量に相当する。主制御部４は、沸き上げ目標温度Ｔａにそれらの合計値を加えた値を、湯の加熱温度Ｔｘとする。すなわち、Ｔｘ＝Ｔａ＋ΔＴ１＋ΔＴ２の式により、加熱温度Ｔｘを求める。前述した具体例に当てはめてこれを説明すると、沸き上げ目標温度Ｔａが８０°Ｃ、温度降下量ΔＴ１，ΔＴ２がそれぞれ１．９ｄｅｇ、１．２ｄｅｇであると、加熱温度Ｔｘは、８３．１°Ｃとなる。したがって、沸き上げ運転の開始初期においては、その加熱温度Ｔｘで湯を加熱するように制御を行なう。この制御を終えると、主制御部４は、実際の沸き上げ運転時間Ｈ３を積算し（Ｓ１１）、その後上記したような一連の処理を周期的に繰り返し（Ｓ１２：ＮＯ，Ｓ６〜Ｓ１１）、前記積算時間Ｈ３が沸き上げ所要時間Ｈ１になると、計算上は、沸き上げ完了としてその制御を終了する（Ｓ１２：ＹＥＳ）。図２においては省略しているが、所定量（たとえば３００リットル）の湯が実際に沸き上げられていることを確認するステップを設けることが望ましい。沸き上げ量が所定量に達していない場合には、ΔＴ１＝０として、所定量になるまで運転を続ける。所定量沸き上げられているか否かの判断は、貯湯タンクの温度センサＳｃ、あるいは循環路の温度センサＳｄを利用した温度検出により容易に行なうことができる。また、別の判断手法として、加熱能力と加熱源３０の入出口温度差から算出した循環量の積算値から循環加熱量を確認し、これに基づいて判断する手法を用いることもできる。
【００３１】
上記した一連の処理において、主制御部４によって算出される貯湯タンク１内における温度降下量ΔＴ１は、沸き上げ運転が開始されてから時間が経過するにしたがって徐々に少なくなる。たとえば、沸き上げ運転の終了直前においては、加熱される湯の放熱時間Ｈ２がほとんどゼロとなるため、その際に算出される温度降下量ΔＴ１もそれと同様にほとんどゼロとなる。このようなことから、図３に示すように、加熱温度Ｔｘは、たとえば当初８３．１°Ｃであるのに対し、その後時間の経過に伴って徐々に低下し、沸き上げ運転の終了直前には、循環路２における温度降下量ΔＴ２に対応する温度分だけ沸き上げ目標温度Ｔａ（８０°Ｃ）よりも高い温度となる。
【００３２】
上記した沸き上げ運転により貯湯タンク１内に貯留された湯は、いずれも加熱時から沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に対応する温度だけ沸き上げ目標温度Ｔａよりも高い温度で加熱されたものであるため、沸き上げ運転の終了時点においては、その加熱時期を問わず、加熱された湯の全量が沸き上げ目標温度Ｔａと同一または略同一温度に揃うこととなる。したがって、予定された蓄熱量と比較して、実際の蓄熱量に不足を生じる虞れが無くなる。また、加熱された湯の温度が均一化されれば、図８（ａ）に示した好ましい湯の貯留態様またはこれに近い態様となって、加熱された高温の湯と非加熱の低温水との間に温度の境界層が明確に形成されることとなり、出湯を行なうときに高温水と低温水との混合水が多量に出湯されるといった不具合も生じ難いものとなる。
【００３３】
また、本実施形態においては、加熱された湯の温度降下量として、貯湯タンク１内における温度降下量ΔＴ１のみならず、循環路２における温度降下量ΔＴ２をも考慮している。このため、主制御部４によって求める湯の温度降下量の値が、実際の温度降下量にかなり近い正確なものとなり、沸き上げ運転終了時における実際の蓄熱量が目標蓄熱量に対して大きな誤差を生じないようにすることができる。
【００３４】
ただし、本発明においては、循環路２における温度降下量ΔＴ２を考慮することなく、たとえば貯湯タンク１内における温度降下量ΔＴ１のみを湯の温度降下量とみなして加熱温度Ｔｘを決定してもかまわない。この場合、図２に示したステップＳ８の計算処理は行なわれないこととなり、またステップＳ９の加熱温度Ｔｘの演算においては、温度降下量ΔＴ２＝０となる。このような制御によれば、たとえば図４に示すように、沸き上げ運転終了直前の加熱温度Ｔｘが、沸き上げ目標温度Ｔａと同一なり、この点が図３に示した場合とは相違するものの、やはり加熱温度Ｔｘは、貯湯タンク１内における放熱が考慮されてその温度降下量に対応する分だけ沸き上げ目標温度Ｔａに加算されているために、実際の蓄熱量が目標蓄熱量を大きく下回ることが適切に回避される。また、貯湯タンク１内に貯留された高温の湯の温度の均一化なども図られる。
【００３５】
本発明においては、温度降下量ΔＴ１，ΔＴ２の算出処理や、加熱温度Ｔｘの算出処理を周期的に行なう場合、その周期の具体的なスパンはとくに限定されない。そのスパンを比較的長くとると（たとえば数分間〜十数分間のスパン）、たとえば図５に示すように、加熱温度Ｔｘは段階的に制御されることとなる。この場合には、図３および図４に示すように、加熱温度Ｔｘが略直線的に制御される場合と比較すると、その精度は低くなるものの、やはり従来技術と比較すると、蓄熱量の不足抑制ならびに加熱された高温の湯の温度分布の均一化を図ることが可能であり、本発明はこのような制御内容であってもかまわない。また、上記した湯の温度降下量や加熱温度Ｔｘの算出およびこの加熱温度Ｔｘに対応するための制御は、一定の周期で行なうことが好ましいものの、やはりこれに限定されない。たとえば、主制御部４に他の制御処理を実行させる時間を確保するなどの理由により、不定の周期で実行させるようにしてもかまわない。さらに、本発明においては、加熱温度Ｔｘは、必ずしも演算により算出された湯の温度降下量ΔＴ１（またはこれにΔＴ２を加えた値）と沸き上げ目標温度Ｔａとを単純に合計した値とする必要はない。たとえば、貯湯タンク蓄熱装置における湯の加熱温度の調整能力を超える範囲で加熱温度Ｔｘを細かく指定しても、そのような細かな指定に対応した温度制御は困難であるため、加熱温度Ｔｘについては、そのような加熱温度の調整能力などを考慮して、概算的な値とすることもできる。
【００３６】
図６は、本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置の他の実施形態を示している。なお、同図において、図１に示した先の実施形態と同一または類似の要素には、先の実施形態と同一の符号を付している。
【００３７】
図６に示す貯湯タンク蓄熱装置Ａａは、２つの貯湯タンク１Ａ，１Ｂを備えており、貯湯量を多くできるように構成されている。貯湯タンク１Ａの下部と貯湯タンク１Ｂの上部とは、配管部１９を介して接続されており、これら２つの貯湯タンク１Ａ，１Ｂ内の湯が循環路２を介して循環し得る閉ループをなすように構成されている。貯湯タンク１Ａ，１Ｂのそれぞれの内部には、湯の温度を計測するための複数の温度センサＳｃが設けられている。
【００３８】
この貯湯タンク蓄熱装置Ａａにおいては、貯湯タンク１Ｂの下部の取出口２１ａから循環路２に流出した湯がヒートポンプ３によって加熱された後に、貯湯タンク１Ａの上部の還元口２１ｂから貯湯タンク１Ａ内に供給される。したがって、加熱された湯は、貯湯タンク１Ａの上部から下部に向かって貯留されていき、貯湯タンク１Ａが満杯になると、配管部１９を経て貯湯タンク１Ｂに貯留されていくこととなる。このようなことから、本実施形態においては、２つの貯湯タンク１Ａ，１Ｂとこれを連結する配管部１９の全体を１つの貯湯タンクとしてみなして前記した放熱係数γ１の値を決定した上で、それらの内部に湯が貯留された場合の温度降下量を算出し、これに基づいてヒートポンプ３による湯の加熱温度を求めて制御を行なえば、本発明の意図する効果が得られる。これは、貯湯タンクが２つの場合に限らず、３以上設けられている場合も同様である。
【００３９】
本発明の内容は、上述した実施形態に限定されない。本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００４０】
たとえば、上述した実施形態においては、加熱された湯が沸き上げ運転終了時に至るまでの温度降下量を周期的に求めているが、これとは異なる制御を行なうこともできる。すなわち、本発明においては、沸き上げ運転の開始時には、この運転の開始時に加熱された湯の前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に対応した温度と前記沸き上げ目標温度とを加算した温度で前記湯の加熱を行なわせ、その後は温度降下量の算出処理を行なうことなく、前記沸き上げ運転の終了予定時刻に近づくにしたがって前記湯の加熱温度を前記沸き上げ目標温度に近づけていく加熱温度制御を行なうように構成してもかまわない。このような制御を行なった場合であっても、結果的には、湯の加熱温度の変化は、図３および図４に示した湯の加熱温度Ｔｘの変化と同様なものとすることができ、本発明が意図する効果が得られることとなる。
【００４１】
本発明においては、加熱された湯の温度降下量、あるいは湯の加熱温度は、必ずしも演算処理によって求める必要はない。たとえば、種々の沸き上げ運転条件に対応する温度降下量あるいは湯の加熱温度のデータを記憶させたデータテーブルを主制御部４に具備させておき、このデータテーブルを参照することによって湯の温度降下量、あるいは湯の加熱温度を決定するようにしてもかまわない。
【００４２】
上述した実施形態においては、制御手段（主制御部４）が貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ所要時間を演算したが、やはりこれに限定されない。本発明においては、沸き上げ所要時間をユーザがスイッチ操作などによって設定してもよい。沸き上げ所要時間や沸き上げ目標温度のデータは、制御手段が演算により求めたもの、および外部からスイッチ操作などによって入力設定されたもののいずれであってもよい。
【００４３】
加熱手段としては、電力を動力源とするヒートポンプに限らず、それ以外のたとえばガスエンジンを動力源とするものなど、種々の加熱手段を用いることができる。また、本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置は、沸き上げ運転により貯湯タンクに貯留された湯を給湯や暖房用途などに用いることが可能であるものの、その具体的な用途も問うものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置の一実施形態を示す概略説明図である。
【図２】図１に示す貯湯タンク蓄熱装置の主制御部の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】図２に示すフローチャートの動作手順により制御される湯に対する加熱温度の変化を示す説明図である。
【図４】湯に対する加熱温度の変化の他の例を示す説明図である。
【図５】湯に対する加熱温度の変化の他の例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置の他の実施形態を示す概略説明図である。
【図７】従来技術の一例を示す概略説明図である。
【図８】（ａ）は、加熱された湯の好ましい貯留状態を示す説明図であり、（ｂ）は、加熱された湯の好ましくない貯留状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ａ，Ａａ            貯湯タンク蓄熱装置
Ｔａ                沸き上げ目標温度
Ｔｘ                加熱温度
ΔＴ１，ΔＴ２      温度降下量
１，１Ａ，１Ｂ      貯湯タンク
２                  循環路
３                  ヒートポンプ（加熱手段）
４                  主制御部（制御手段）
【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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