貯湯式給湯システム
【課題】断熱性能が劣化した場合に、湯切れを生じさせずに、エネルギー消費量の増加を抑え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と、貯湯タンク１を覆う断熱材５と、貯湯タンク１内の湯水に熱量を加える加熱手段２と、貯湯タンク１内の湯水における蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段１０１と、蓄熱量に基づいて、断熱材５の断熱性能を検出する断熱性能検出手段１０２と、断熱性能検出手段１０２が検出した断熱性能に基づいて、断熱性能が劣化しているかどうかを判定し、判定による断熱性能の劣化に応じて、特定の時間帯に湯水に加える熱量を決定し、加熱手段２の加熱制御を行う制御手段１０３とを備える。
【解決手段】貯湯タンク１と、貯湯タンク１を覆う断熱材５と、貯湯タンク１内の湯水に熱量を加える加熱手段２と、貯湯タンク１内の湯水における蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段１０１と、蓄熱量に基づいて、断熱材５の断熱性能を検出する断熱性能検出手段１０２と、断熱性能検出手段１０２が検出した断熱性能に基づいて、断熱性能が劣化しているかどうかを判定し、判定による断熱性能の劣化に応じて、特定の時間帯に湯水に加える熱量を決定し、加熱手段２の加熱制御を行う制御手段１０３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱手段により沸上げられた給湯用の湯水を貯める貯湯タンクを備える貯湯式給湯システムに関するものである。特に、貯湯タンクを保温する断熱材による断熱性能の劣化に応じて、加熱手段の制御を変化させることを特徴とする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、加熱手段の加熱能力が瞬間式などに比べて比較的小さい場合や、加熱手段の起動時の能力の立ち上りが瞬間式などに比べて遅い場合に適用されるシステムである。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上げられた給湯用の湯水（湯または水）を貯湯タンクに貯めておき、当該貯湯タンクから給湯を行うようにしている。
【０００３】
このようなシステムでは、需要側で給湯が行われる前に湯を沸上げるため、貯湯タンク内の湯を保温しておく必要がある。そこで、貯湯タンクを断熱材によって覆って保温することが一般的である。しかし、経年劣化などによって断熱材の断熱性能が低下すると、貯湯タンクから外界に無駄に放出される熱量が増加する。
【０００４】
これに対しては、例えば断熱性能の劣化を検知して警報を発する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、例えば貯湯タンクから外界への放熱により蓄熱量が不足して需要側で湯切れが生じることを回避するために、断熱性能の劣化を検知して、貯湯タンク内の温度を上昇させる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３２５９９号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１によれば、断熱性能の劣化を検知してからメンテナンスが行われるまでの間、加熱手段側の運転に変更を施さないため、需要側で湯切れが発生する危険性があった。
【０００８】
また、特許文献２によれば、湯切れの危険性は低下されるものの、貯湯タンクから外界へ放出される熱量は大きく増加し、加熱手段は、その分も余分に湯を沸上げる必要があるため、システムの効率が非常に低下するという問題があった。
【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、本発明の目的は、断熱性能が劣化した場合に、湯切れを生じさせずに、エネルギー消費量の増加を抑える貯湯式給湯システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に関わる貯湯式給湯システムは、貯湯タンクと、貯湯タンクを覆う断熱材と、貯湯タンク内の湯水に熱量を加える加熱手段と、貯湯タンク内の湯水における蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段と、蓄熱量に基づいて、断熱材の断熱性能を検出する断熱性能検出手段と、断熱性能検出手段が検出した断熱性能に基づいて、断熱性能が劣化しているかどうかを判定し、判定による断熱性能の劣化に応じて、特定の時間帯に湯水に加える熱量を決定し、加熱手段の加熱制御を行う制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蓄熱量算出手段が算出した蓄熱量に基づいて、断熱性能検出手段が断熱性能を検出し、制御手段が検出結果に基づいて断熱性能が劣化していると判定した場合は、特定の時間帯に前記湯水に加える熱量を決定するようにしたので、例えば深夜時間帯のような給湯負荷の発生より長時間前に沸上げる蓄熱量を減少させ、より給湯負荷の発生に近い時間帯に沸上げる熱量を増加させることができ、貯湯タンクから外界への放熱量を減少することができる。このため、断熱材の断熱性能が劣化しても、湯切れを生じさせず、必要なエネルギー消費量の増加を抑えることができ、省エネルギー性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に関わる貯湯式給湯システムの構成図。
【図２】本発明における、信号の流れを表すブロック図。
【図３】給湯負荷の一例を示したタイムチャート。
【図４】断熱性能が正常な状態での、貯湯タンク熱量のタイムチャート。
【図５】断熱材異常状態での貯湯タンク熱量タイムチャート。
【図６】貯湯タンクから外界への積算放熱量タイムチャート。
【図７】本発明の実施の形態２におけるリモコン４００の概要図。
【図８】本発明の実施の形態２における運転モード選択による制御動作の概要図。
【図９】本発明の実施の形態２における運転モード選択による積算放熱量の概要図。
【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における貯湯式給湯システムの給湯に係る構成を表す図である。本発明に関わる貯湯式給湯システムにおいて、貯湯タンク１は湯水を貯めるためのタンクであり、沸き上げた湯を長時間にわたって有効に保温するために断熱材５で覆っている。加熱用配管３０１は、貯湯タンク１の下部と上部とを接続する配管である。加熱手段２は、加熱用配管３０１の途中において加熱用配管３０１を流れる湯水を加熱する（熱量を加える）。循環ポンプ３は、加熱用配管３０１に流す湯水（以下、湯または水として記載する場合もある）の流れを形成する。
【００１４】
一方、給水用配管３０２は、貯湯タンク１の下部に接続され、外部から水を供給するための配管である。また、導出用配管３０３は、貯湯タンク１の上部に接続され、貯湯タンク１から湯を導出するための配管である。そして、混合用配管３０４は、給水用配管３０２から水を分岐させる配管である。さらに、給湯用配管３０５は、使用される負荷側に湯を供給するための配管である。そして、混合手段４に、導出用配管３０３、混合用配管３０４および給湯用配管３０５を接続して、導出用配管３０３を流れる湯と混合用配管３０４を流れる水とを混合させた湯を給湯用配管３０５に流すようにする。
【００１５】
また、貯湯タンク１には、高さ方向（上下方向。ここでは、特に貯湯タンク１上部から下部に向かっての高さとする）に例えば一定の間隔をおいて、それぞれの位置における温度（湯温）を検出するための複数の貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆが設けられている。ここでは簡易的に、貯湯温度センサーの個数を６としたが、この数に限定するものではない。基本的には、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する。一方、加熱用配管３０１には加熱手段２の下流側にて加熱後の湯温を検出するための沸上げ温度センサー５０２が設けられている。さらに、導出用配管３０３には貯湯タンク１から導出される湯温を検出するための導出温度センサー５０３が設けられ、給水用配管３０２（または混合用配管３０４）には給水温度を検出するための給水温度センサー５０４が設けられている。そして、給湯用配管３０５には負荷側に供給する湯温を検出するための給湯温度センサー５０５が設けられる。また、給湯用配管３０５には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。
【００１６】
図２は貯湯式給湯システムの制御に係る信号の流れを示すブロック図である。図２において、タイマー７０１は時刻検出手段である。タイマー７０１、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆ、および、沸上げ温度センサー５０２、導出温度センサー５０３、給水温度センサー５０４、給湯温度センサー５０５、並びに、給湯流量センサー６０１が検出したデータを含む信号は制御装置１００に送られる。制御装置１００は、これらのデータに基づいて、演算、判定等を行い、加熱手段２、循環ポンプ３および混合手段４を制御する。
【００１７】
制御装置１００は、蓄熱量算出手段１０１、断熱性能検出手段１０２、制御手段１０３および記憶手段１０４を有している。蓄熱量算出手段１０１は、貯湯タンク１内の蓄熱量を算出する。また、断熱性能検出手段１０２は、貯湯タンク１を覆う断熱材の断熱性能を検出する。制御手段１０３は、加熱手段２、循環ポンプ３および混合手段４を制御するための処理を行う。各手段が行う処理の詳細については後述する。また、制御装置１００は、装置内の各手段が処理を行うために必要なデータを一時的にまたは長期的に記憶する記憶手段１０４を有している。ここでは、制御装置１００を各手段を有する装置として構成しているが、例えば、それぞれ異なる専用機器（ハードウェア）に分けて構成することもできる。
【００１８】
次に、本発明に関わる貯湯式給湯システムの基本的な動作を、湯水の流れに基づいて説明する。まず貯湯タンク１の下部から給水用配管３０２を通じて低温の水が流入して貯められる。貯湯タンク１の下部の低温の水は、循環ポンプ３によって加熱用配管３０１に引き込まれて加熱手段２に導かれ、加熱手段２が熱量を付加することで高温の湯に沸上げられる。沸上げられた高温の湯は、加熱用配管３０１を通じて貯湯タンク１の上部から流入して貯められる。
【００１９】
貯湯タンク１の上部に貯められた湯は、湯を使用する負荷側の要求に応じて、導出用配管３０３から流出し、混合手段４に導かれる。給水用配管３０２から分岐されて混合用配管３０４を通過した水と貯湯タンク１から導いた湯とが混合手段４において混合され、給湯用配管３０５を通じて負荷側へ供給される。
【００２０】
これにより、低温の水を加熱手段２で沸上げて貯湯タンク１に高温の湯を貯えると共に、貯湯タンク１に貯えた湯を負荷側へ送ることができる。
【００２１】
図３は一日の給湯負荷（供給熱量）を積算した場合のタイムチャートの一例を表す図である。ここでは熱量を表す単位として、平均的な給湯温度（例えば４２℃）での湯量に換算して［Ｌ］で表すものとする。例えば、図３では、００：００から０７：００までは給湯の需要がなく、一方で、２１：００から２２：００までの間に需要が増大することがわかる。次に、本発明に係り、制御装置１００が行う、所定期間（例えば１日）に必要となる湯を貯湯タンク１に貯めるための加熱手段２の加熱制御について説明する。
【００２２】
まず、蓄熱量算出手段１０１は、貯湯タンク蓄熱量Ｑを例えば給水温度Ｔｓを基準にして次式（１）に示すように算出する。ここで、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの検出に係る温度値をそれぞれＴｗａ〜Ｔｗｆとする。また、各貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆのそれぞれのセンサーの設置位置に基づき、例えば貯湯タンク１上端から各貯湯温度センサーの高さ部分までの貯湯タンク１の内容積をそれぞれＶａ〜Ｖｆとする。内容積Ｖａ〜Ｖｆに係るデータは、あらかじめ記憶手段１０４に記憶されているものとする。
【００２３】
Ｑ＝Ｖａ×（Ｔｗａ−Ｔｓ）×密度×比熱
＋（Ｖｂ−Ｖａ）×｛（Ｔｗａ＋Ｔｗｂ）／２−Ｔｓ｝×密度×比熱
＋…＋（Ｖｆ−Ｖｅ）×｛（Ｔｗｅ＋Ｔｗｆ）／２−Ｔｓ｝×密度×比熱
＋（タンク容量−Ｖｆ）×（Ｔｗｆ−Ｔｓ｝×密度×比熱 …（１）
【００２４】
ここで、貯湯タンク１の高さ方向について、湯温（水温）が急激に変化する温度境界層を含めて（１）式の演算を行った場合、算出精度が低下することが知られている。このため、基本的には温度境界層を含まない部分について、貯湯タンク蓄熱量Ｑを算出することが望ましい。例えば最上部の貯湯温度センサー（例えば５０１ａ）と、所定温度以内の検出値を示す最も低い位置の貯湯温度センサー（例えば５０１ｅ）の高さに至るまでを温度境界層を含まない部分として貯湯タンク蓄熱量Ｑを次式（２）のように算出してもよい。ここでは温度境界層を含まない最も低い位置の貯湯温度センサーを５０１ｅとしているが、温度境界層に対する安全をとって、さらに上の位置にある貯湯温度センサーとして設定してもよい。
【００２５】
Ｑ＝Ｖａ×（Ｔｗａ−Ｔｓ）×密度×比熱
＋（Ｖｂ−Ｖａ）×｛（Ｔｗａ＋Ｔｗｂ）／２−Ｔｓ｝×密度×比熱
＋…＋（Ｖｅ−Ｖｄ）×｛（Ｔｗｄ＋Ｔｗｅ）／２−Ｔｓ｝×密度×比熱…（２）
【００２６】
ここで、給水温度Ｔｓについて、給水温度センサー５０４の検出に係る時々刻々の温度変化を反映させると、現実にはタンク蓄熱量が変化しなくとも、給水温度Ｔｓが変化することによって、貯湯タンク蓄熱量Ｑの算出結果が変化することになる。このため、例えば貯湯タンク蓄熱量Ｑの算出に用いる給水温度Ｔｓは、例えば断熱性能検出手段１０２が断熱性能を検出している途中等の期間中は変化させないようにしても良い。また、貯湯タンク蓄熱量Ｑを算出する際の温度基準を、給水温度Ｔｓではなく、単に固定温度値（例えば０℃）としても良い。
【００２７】
また、貯湯タンク蓄熱量Ｑを算出するのに用いる貯湯温度センサーの選択も、例えば断熱性能検出手段１０２が断熱性能を検出している途中等の期間中は変化させないようにする。
【００２８】
断熱性能検出手段１０２は、例えば需要側への給湯、加熱手段２による沸上げ等がないときに、次式（３）に基づいて断熱性能Ｒを算出して断熱性能の検出を行う。ここで、タイマー７０１からの信号に基づいて得られる、検出に係る開始時刻をｔ１とする。また、開始時刻ｔ１における貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの検出に係る温度値をそれぞれＴｗａ１〜Ｔｗｆ１とする。Ｔｗａ１〜Ｔｗｆ１に基づいて蓄熱量算出手段１０１が算出した貯湯タンク蓄熱量をＱ１とする。そして、貯湯タンク蓄熱量Ｑ１を算出するために用いた温度値の平均値をＴｗ１とし、外気温度検出手段（図示せず）が検出した温度値をＴａ１とする。また、タイマー７０１からの信号に基づいて得られる、検出に係る終了時刻をｔ２としたときの貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの検出に係る温度値をそれぞれＴｗａ２〜Ｔｗｆ２とする。Ｔｗａ２〜Ｔｗｆ２に基づいて蓄熱量算出手段１０１が算出した貯湯タンク蓄熱量をＱ２とする。そして、貯湯タンク蓄熱量Ｑ２を算出するために用いた温度値の平均値をＴｗ２とし、外気温度検出手段が検出した温度値をＴａ２とする。さらに、例えば貯湯タンク１上端から各貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの高さまでの貯湯タンク１の表面積をそれぞれＡａ〜Ａｆとし、貯湯タンク蓄熱量Ｑ１、Ｑ２を算出するために用いた貯湯温度センサー５０１までの表面積ＡをＡａ〜Ａｆから選択する。例えば、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｅを使用した場合、Ａ＝Ａｅとする。表面積Ａａ〜Ａｆに係るデータは、あらかじめ記憶手段１０４に記憶されている。
（１／Ｒ） ＝ ｛（Ｑ１−Ｑ２）／（ｔ２−ｔ１）｝／
Ａ・〔｛（Ｔｗ１−Ｔａ１）＋（Ｔｗ２−Ｔａ２）｝／２〕 …（３）
【００２９】
（３）式に基づけば、断熱性能Ｒは単位時間当たりの給湯タンク１における放熱量を、貯湯タンク１の温度と外気温度との温度差の平均値と貯湯タンク１の表面積との積で割った値の逆数となる。このため、断熱性能Ｒは概して貯湯タンク１内の湯と外気との間の単位面積あたりの熱抵抗を表すことになる。
【００３０】
また、断熱性能検出手段１０２は、需要側への給湯や加熱手段２による沸上げが含まれる時間帯においても断熱性能Ｒを算出することもできる。この場合は上記の各値に加えて、加熱手段２の加熱能力の積算値Ｑｈｐと給湯負荷の積算値Ｑｌｄとを用いて行う。
【００３１】
加熱能力の積算値Ｑｈｐは、次式（４）に基づいて算出する。ここで、Ｗｈｐは加熱手段循環流量検出手段（図示せず）の検出に係る加熱用配管３０１を流れる水の流量（例えば体積流量）である。また、流入温度Ｔｈｐｉは加熱手段入口水温検出手段（図示せず）の検出に係る加熱手段２へ流入する水の温度である。また、流出温度Ｔｈｐｏは、沸上温度センサー５０２の検出に係る温度である。
【００３２】
【数１】
【００３３】
また、給湯負荷の積算値Ｑｌｄは、次式（５）に基づいて算出する。ここで、Ｗｌｄは、給湯流量センサー６０１の検出に係る流量である。また、給水温度Ｔｌｄｉは給水温度センサー５０４の検出に係る温度であり、給湯温度Ｔｌｄｏは給湯温度センサー５０５の検出に係る温度である。
【００３４】
【数２】
【００３５】
需要側への給湯や加熱手段２による沸上げが含まれる場合、単位時間当たりの給湯タンク１における放熱量は、貯湯タンク蓄熱量Ｑ１と加熱能力の積算値Ｑｈｐとの和から、貯湯タンク蓄熱量Ｑ２および給湯負荷の積算値Ｑｌｄを引いたものとなる。そのため、断熱性能Ｒは次式（６）で表される。
（１／Ｒ） ＝ ｛（Ｑ１−Ｑ２＋Ｑｈｐ−Ｑｌｄ）／（ｔ２−ｔ１）｝／
Ａ・〔｛（Ｔｗ１−Ｔａ１）＋（Ｔｗ２−Ｔａ２）｝／２〕 …（６）
【００３６】
制御手段１０３は、断熱性能検出手段１０２の算出により検出した断熱性能Ｒに基づいて、例えば設計段階で定める基準値との関係によって断熱性能が劣化しているかどうかを判定する。例えば断熱材が真空断熱材の場合、断熱性能が劣化していない正常時は０．００２Ｗ／ｍＫ程度の値を示すが、ピンホールなどで真空状態が損なわれた場合、グラスウールなどと同程度の０．０３Ｗ／ｍＫ程度の値まで劣化する。従って、例えば厚さ８ｍｍの真空断熱材で断熱材を構成した場合、正常時の断熱性能Ｒの理論値は０．００８／０．００２＝４［ｍ2 Ｋ／Ｗ］となる。一方、真空状態が損なわれた場合の断熱性能Ｒの理論値は０．００８／０．０３＝０．２６７［ｍ2 Ｋ／Ｗ］となる。この場合、例えば４と０．２６７の間の値を基準値とし、断熱性能Ｒとの大小関係によって、断熱性能の劣化を判定することが出来る。基準値のデータについては、例えば貯湯タンク１を覆う断熱材、貯湯タンク１の大きさ等に応じてあらかじめシステム構成により定めておき、記憶手段１０４に記憶する。
【００３７】
制御手段１０３は、断熱性能の劣化の判定結果に基づいて、加熱手段２を制御する。ここで、最初の判定が行われるまでは劣化していないものと仮定して加熱手段２の制御をしてもよいし、劣化しているものとして加熱手段２の制御をしてもよい。
【００３８】
図４は、断熱材による断熱性能が劣化していない正常な場合の沸上げ制御を表すための図である。制御手段１０３は、深夜時間帯において、加熱手段２に水を加熱させて所定の熱量（一括沸上げ熱量）を加え、一括で沸上げる制御を行う。一括で沸上げる制御を行う場合、料金が低い深夜時間帯に沸き上げて貯湯するというコスト面のメリットおよび加熱手段２の発停回数の増加に伴う機器寿命の低下や低効率運転の増加を回避するメリットがある。
【００３９】
ここで、一括沸上げ熱量は、既定の値を採用してもよいし、一日に必要と推測される積算給湯負荷を基準に定めてもよい。ここで、一日に必要と推測される積算給湯負荷は、既定の値を採用してもよいし、過去の給湯負荷実績から予測するようにしてもよい。図４では、当日に必要な積算給湯負荷を４００Ｌと予測し、一日の終わり時点における貯湯タンク１の蓄熱量が１００Ｌとなるように、深夜時間帯に約５００Ｌ程度まで一括沸上げ熱量を加えて沸上げた場合を示している。
【００４０】
また、例えば、上記の一括沸き上げ時以外の時間帯における貯湯タンク１内の蓄熱量の下限値を起動蓄熱量とし、上限値を停止蓄熱量として定め、記憶手段１０４に記憶させておくようにしてもよい。そして、一括沸き上げ時以外の時間帯において、制御手段１０３は、貯湯タンク蓄熱量Ｑが起動蓄熱量（例えば５０Ｌ）以下となったものと判断すると、加熱手段２、循環ポンプ３を起動させて水を加熱させ、停止蓄熱量（例えば１００Ｌ）以上となったものと判断すると加熱手段２、循環ポンプ３を停止させるように制御してもよい。これによって、貯湯タンク１内に所定の範囲の蓄熱量の湯を貯め、需要に対して湯切れを生じさせない蓄熱量維持制御を行うことができる。一括沸上げは給湯需要に対して不足する場合に対応する。
【００４１】
図５は、断熱性能が劣化したと判定したときの沸上げ制御を表すための図である。図５では、従来技術（断熱材異常時に貯湯タンク温度を増加する特許文献２に関わる技術）による沸上げ制御動作と共に示している。ここで、図５では断熱性能が正常時の値の１／５程度まで劣化した場合を示している。
【００４２】
本発明では、断熱性能が劣化したと判定したときに、一括沸上げ熱量を、正常な場合のときよりも減少させる。そして、その熱量分を蓄熱量維持制御によって沸上げるように制御する。図５では、深夜時間帯における蓄熱量を約１５０Ｌまで減少させている。そして、湯張りや入浴などの給湯の需要が高いと予想される２１：００からの時間帯前の１７：００〜２１：００の時間帯は、蓄熱量が約３００Ｌとなるまで沸き上げる。それ以外の時間帯は、制御手段１０３は起動蓄熱量である５０Ｌ以下となったものと判断すると、加熱手段２、循環ポンプ３を起動させて水を加熱させて熱量を加え、停止蓄熱量である１００Ｌ以上となったものと判断すると加熱手段２、循環ポンプ３を停止させるように制御する。
【００４３】
図６は実施の形態１に関わる貯湯タンク１から外界への積算放熱量のグラフを表す図である。図６では、図４、図５に示す制御について、断熱性能が劣化していない場合の制御、断熱性能が劣化している場合の従来技術における制御、本発明に係る制御の３パターンに対して示している。図６から、本発明に関わる制御装置１００が行った演算、制御等によって、貯湯タンク１からの積算放熱量が従来技術における放熱量よりも減少していることがわかる。
【００４４】
ここで、一括沸上げ熱量を１５０Ｌとして任意の固定値を用いたが、断熱性能の劣化の程度に応じて演算等により定めるようにしても良い。例えば、断熱性能Ｒが基準値のα倍に劣化していると判定したような場合には、基準値における一括沸上げ熱量のα倍にするなど、αの関数として定めるようにしてもよい。
【００４５】
また、制御手段１０３は、本発明にて断熱性能の劣化を判断した場合には、加熱手段２の加熱能力を増加させて、湯切れに対する安全性を高めるように運転しても良い。
【００４６】
さらに、加熱手段２の加熱能力を増加させるとともに、上述した起動蓄熱量、停止蓄熱量の少なくとも一方を減少させるようにしてもよい。これにより、湯切れの安全性を出来るだけ損なうことなく、貯湯タンク１における放熱量を低減することができる。
【００４７】
以上のように、実施の形態１の貯湯式給湯システムによれば、蓄熱量算出手段１０１が算出した貯湯タンク蓄熱量Ｑと貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの検出に係る温度値に基づいて、断熱性能検出手段１０２が断熱性能を検出し、制御手段１０３は、検出結果に基づいて断熱性能が劣化していると判定した場合は、特定の時間帯に前記湯水に加える熱量を決定し、これにより、例えば深夜時間帯のような給湯負荷の発生より長時間前に沸上げる蓄熱量を減少させ、より給湯負荷の発生に近い時間帯に沸上げる熱量を増加させるようにしたので、貯湯タンク１から外界への放熱量を減少することができ、断熱材の断熱性能が劣化によって、必要なエネルギー消費量の増加を抑えることができ、省エネルギー性を向上させることができる。
【００４８】
また、検出した断熱性能に基づいて、前記加熱手段の能力を増加させるようにしたので、湯切れの危険性を低下させると共に、従来発明よりも貯湯タンク１からの放熱量を低減させて省エネルギー性を向上させることが出来る。
【００４９】
さらに、特定の時間帯以外における貯湯タンク１の蓄熱量に関する上限値である停止蓄熱量と下限値である起動蓄熱量とを定めておき、貯湯タンク１の蓄熱量がその範囲内となるように、制御手段１０３が加熱手段２の加熱制御を行うようにしたので、湯切れを起こす可能性を低くして安定した給湯を行うことができる。そして、断熱性能が劣化していると判定した場合は、制御手段１０３は、停止蓄熱量、起動蓄熱量の少なくとも一方の値を下げて制御を行うようにしたので、湯切れの危険性は同等程度に維持したまま、貯湯タンク１からの放熱量を低減し、省エネルギー性を向上させることができる。
【００５０】
実施の形態２．
以下、図７〜図９を用いて本発明の実施の形態２について説明する。ここで実施の形態１と同様の部分は説明を省略する。
【００５１】
図７は実施の形態２における、ユーザーが制御動作を規定するためのリモートコントローラー４００（以下、リモコン４００という）を表す図である。当該リモコン４００は、運転モード選択ボタン４０１を有し、ユーザー側にて２つ以上の運転モードから、所定の運転モードを選択して制御装置１００に指示できるようになっている。ここで、運転モードは、本発明に関わる貯湯式給湯システムにて、トレードオフの関係にある省エネルギー性と省コスト性のどちらを優先するかを、択一的もしくは段階的に設定することができる。例えば、図７（ｂ）においては１：省エネモード 、…、 ｎ：省コストモードとして、選択することができる。
【００５２】
制御手段１０３は、実施の形態１で説明したように、断熱性能が劣化したと判定した場合には、一括沸上げ熱量を減少させるが、その減少量を、ユーザーがリモコン４００を介して選択した運転モードに基づいて変更するようにする。例えば、制御手段１０３が断熱性能が劣化しているものと判定した場合、ユーザーが選択した運転モードが最も省エネルギーを優先させるモードであれば、一括沸上げ熱量を大幅に減少させる。一方、ユーザーが選択した運転モードが最も省コストを優先させるモードであれば一括沸上げ熱量を正常時と同じとするように制御する。
【００５３】
図８は、各運転モードの沸上げ制御を表すための図である。図８に示すように、ユーザーの選択した運転モードが省エネルギーを優先させるモードであるほど、断熱性能が劣化したと判定した場合の一括沸上げ熱量が減少するように設定され、給湯需要が多くなる時間帯での沸上げにおいて加える熱量を増加させる。
【００５４】
図９は実施の形態２に関わる貯湯タンク１から外界への積算放熱量のグラフを表す図である。図９に示すように省エネルギーを優先させるモードであるほど、貯湯タンク１からの積算放熱量が減少していることがわかる。
【００５５】
また、図７のリモコン４００は、ユーザーが運転モードを選択する際の判断材料となるように、貯湯タンク１からの放熱量の程度が表示される放熱レベル表示部４０２を有している。ここで、放熱レベルについては、（３）式、（６）式等に示す放熱量に基づいて決定する。放熱レベルは、単位期間中の沸上げ熱量の何％が外界に放熱しているかという形で示しても良いし、断熱性能から推定して現在の放熱量が正常状態での放熱量の何％になっているかという形で示しても良い。また、放熱レベルではなく、断熱性能の高低を、例えば基準値との比の形で示しても良い。
【００５６】
また、貯湯式給湯システムは、断熱性能検出手段１０２の検出値が所定の範囲を越えて低下したときに、断熱性能の劣化を報知する、報知手段（図示せず）を備えるようにしてもよい。例えば、警報音を用いて加熱手段２の付近に放置する方式としても良いし、リモコン４００から警報音を発する方式としても良い。また、リモコン４００の有する表示部４０３にその旨を表示させる方式としても良い。また、電気通信回線、無線等を用いてサービスセンター等に通報する方式としても良い。
【００５７】
以上のように、実施の形態２に関わる貯湯式給湯システムは、運転モード選択ボタン４０１を有するリモコン４００を介して、例えば、省エネルギー性を優先した運転と省コスト性を優先した運転とを択一的又は段階的にユーザーが選択できるようにしたので、ユーザーの意向に沿った形で省エネルギー性を向上させることができる。
【００５８】
また、放熱レベル表示部４０２、表示部４０３を設けて、ユーザーに向けて表示を行うようにしたので、ユーザーが現在の放熱レベルに基づいて運転モードを選択することができ、よりユーザーの意向に沿った形で省エネルギー性を向上させることができる。
【００５９】
さらに、報知手段を備えるようにしたので、断熱材の性能劣化を検出してから、ユーザーやメンテナンス業者が対策を講じるまでの時間を短期間にすることができる。そのため、貯湯タンク１から外界への放熱によるエネルギーロスを低減することが期待できるので、省エネルギー性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 貯湯タンク、２ 加熱手段、３ 循環ポンプ、４ 混合手段、５ 断熱材、１００ 制御手段、１０１ 蓄熱量算出手段、２０１ 断熱性能検出手段、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、４００ リモコン、４０１ 運転モード選択ボタン、４０２ 放熱レベル表示部、４０３ 表示部、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、６０１ 給湯流量センサー、７０１ タイマー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱手段により沸上げられた給湯用の湯水を貯める貯湯タンクを備える貯湯式給湯システムに関するものである。特に、貯湯タンクを保温する断熱材による断熱性能の劣化に応じて、加熱手段の制御を変化させることを特徴とする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、加熱手段の加熱能力が瞬間式などに比べて比較的小さい場合や、加熱手段の起動時の能力の立ち上りが瞬間式などに比べて遅い場合に適用されるシステムである。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上げられた給湯用の湯水（湯または水）を貯湯タンクに貯めておき、当該貯湯タンクから給湯を行うようにしている。
【０００３】
このようなシステムでは、需要側で給湯が行われる前に湯を沸上げるため、貯湯タンク内の湯を保温しておく必要がある。そこで、貯湯タンクを断熱材によって覆って保温することが一般的である。しかし、経年劣化などによって断熱材の断熱性能が低下すると、貯湯タンクから外界に無駄に放出される熱量が増加する。
【０００４】
これに対しては、例えば断熱性能の劣化を検知して警報を発する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、例えば貯湯タンクから外界への放熱により蓄熱量が不足して需要側で湯切れが生じることを回避するために、断熱性能の劣化を検知して、貯湯タンク内の温度を上昇させる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３２５９９号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１によれば、断熱性能の劣化を検知してからメンテナンスが行われるまでの間、加熱手段側の運転に変更を施さないため、需要側で湯切れが発生する危険性があった。
【０００８】
また、特許文献２によれば、湯切れの危険性は低下されるものの、貯湯タンクから外界へ放出される熱量は大きく増加し、加熱手段は、その分も余分に湯を沸上げる必要があるため、システムの効率が非常に低下するという問題があった。
【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、本発明の目的は、断熱性能が劣化した場合に、湯切れを生じさせずに、エネルギー消費量の増加を抑える貯湯式給湯システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に関わる貯湯式給湯システムは、貯湯タンクと、貯湯タンクを覆う断熱材と、貯湯タンク内の湯水に熱量を加える加熱手段と、貯湯タンク内の湯水における蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段と、蓄熱量に基づいて、断熱材の断熱性能を検出する断熱性能検出手段と、断熱性能検出手段が検出した断熱性能に基づいて、断熱性能が劣化しているかどうかを判定し、判定による断熱性能の劣化に応じて、特定の時間帯に湯水に加える熱量を決定し、加熱手段の加熱制御を行う制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蓄熱量算出手段が算出した蓄熱量に基づいて、断熱性能検出手段が断熱性能を検出し、制御手段が検出結果に基づいて断熱性能が劣化していると判定した場合は、特定の時間帯に前記湯水に加える熱量を決定するようにしたので、例えば深夜時間帯のような給湯負荷の発生より長時間前に沸上げる蓄熱量を減少させ、より給湯負荷の発生に近い時間帯に沸上げる熱量を増加させることができ、貯湯タンクから外界への放熱量を減少することができる。このため、断熱材の断熱性能が劣化しても、湯切れを生じさせず、必要なエネルギー消費量の増加を抑えることができ、省エネルギー性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に関わる貯湯式給湯システムの構成図。
【図２】本発明における、信号の流れを表すブロック図。
【図３】給湯負荷の一例を示したタイムチャート。
【図４】断熱性能が正常な状態での、貯湯タンク熱量のタイムチャート。
【図５】断熱材異常状態での貯湯タンク熱量タイムチャート。
【図６】貯湯タンクから外界への積算放熱量タイムチャート。
【図７】本発明の実施の形態２におけるリモコン４００の概要図。
【図８】本発明の実施の形態２における運転モード選択による制御動作の概要図。
【図９】本発明の実施の形態２における運転モード選択による積算放熱量の概要図。
【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における貯湯式給湯システムの給湯に係る構成を表す図である。本発明に関わる貯湯式給湯システムにおいて、貯湯タンク１は湯水を貯めるためのタンクであり、沸き上げた湯を長時間にわたって有効に保温するために断熱材５で覆っている。加熱用配管３０１は、貯湯タンク１の下部と上部とを接続する配管である。加熱手段２は、加熱用配管３０１の途中において加熱用配管３０１を流れる湯水を加熱する（熱量を加える）。循環ポンプ３は、加熱用配管３０１に流す湯水（以下、湯または水として記載する場合もある）の流れを形成する。
【００１４】
一方、給水用配管３０２は、貯湯タンク１の下部に接続され、外部から水を供給するための配管である。また、導出用配管３０３は、貯湯タンク１の上部に接続され、貯湯タンク１から湯を導出するための配管である。そして、混合用配管３０４は、給水用配管３０２から水を分岐させる配管である。さらに、給湯用配管３０５は、使用される負荷側に湯を供給するための配管である。そして、混合手段４に、導出用配管３０３、混合用配管３０４および給湯用配管３０５を接続して、導出用配管３０３を流れる湯と混合用配管３０４を流れる水とを混合させた湯を給湯用配管３０５に流すようにする。
【００１５】
また、貯湯タンク１には、高さ方向（上下方向。ここでは、特に貯湯タンク１上部から下部に向かっての高さとする）に例えば一定の間隔をおいて、それぞれの位置における温度（湯温）を検出するための複数の貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆが設けられている。ここでは簡易的に、貯湯温度センサーの個数を６としたが、この数に限定するものではない。基本的には、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する。一方、加熱用配管３０１には加熱手段２の下流側にて加熱後の湯温を検出するための沸上げ温度センサー５０２が設けられている。さらに、導出用配管３０３には貯湯タンク１から導出される湯温を検出するための導出温度センサー５０３が設けられ、給水用配管３０２（または混合用配管３０４）には給水温度を検出するための給水温度センサー５０４が設けられている。そして、給湯用配管３０５には負荷側に供給する湯温を検出するための給湯温度センサー５０５が設けられる。また、給湯用配管３０５には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。
【００１６】
図２は貯湯式給湯システムの制御に係る信号の流れを示すブロック図である。図２において、タイマー７０１は時刻検出手段である。タイマー７０１、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆ、および、沸上げ温度センサー５０２、導出温度センサー５０３、給水温度センサー５０４、給湯温度センサー５０５、並びに、給湯流量センサー６０１が検出したデータを含む信号は制御装置１００に送られる。制御装置１００は、これらのデータに基づいて、演算、判定等を行い、加熱手段２、循環ポンプ３および混合手段４を制御する。
【００１７】
制御装置１００は、蓄熱量算出手段１０１、断熱性能検出手段１０２、制御手段１０３および記憶手段１０４を有している。蓄熱量算出手段１０１は、貯湯タンク１内の蓄熱量を算出する。また、断熱性能検出手段１０２は、貯湯タンク１を覆う断熱材の断熱性能を検出する。制御手段１０３は、加熱手段２、循環ポンプ３および混合手段４を制御するための処理を行う。各手段が行う処理の詳細については後述する。また、制御装置１００は、装置内の各手段が処理を行うために必要なデータを一時的にまたは長期的に記憶する記憶手段１０４を有している。ここでは、制御装置１００を各手段を有する装置として構成しているが、例えば、それぞれ異なる専用機器（ハードウェア）に分けて構成することもできる。
【００１８】
次に、本発明に関わる貯湯式給湯システムの基本的な動作を、湯水の流れに基づいて説明する。まず貯湯タンク１の下部から給水用配管３０２を通じて低温の水が流入して貯められる。貯湯タンク１の下部の低温の水は、循環ポンプ３によって加熱用配管３０１に引き込まれて加熱手段２に導かれ、加熱手段２が熱量を付加することで高温の湯に沸上げられる。沸上げられた高温の湯は、加熱用配管３０１を通じて貯湯タンク１の上部から流入して貯められる。
【００１９】
貯湯タンク１の上部に貯められた湯は、湯を使用する負荷側の要求に応じて、導出用配管３０３から流出し、混合手段４に導かれる。給水用配管３０２から分岐されて混合用配管３０４を通過した水と貯湯タンク１から導いた湯とが混合手段４において混合され、給湯用配管３０５を通じて負荷側へ供給される。
【００２０】
これにより、低温の水を加熱手段２で沸上げて貯湯タンク１に高温の湯を貯えると共に、貯湯タンク１に貯えた湯を負荷側へ送ることができる。
【００２１】
図３は一日の給湯負荷（供給熱量）を積算した場合のタイムチャートの一例を表す図である。ここでは熱量を表す単位として、平均的な給湯温度（例えば４２℃）での湯量に換算して［Ｌ］で表すものとする。例えば、図３では、００：００から０７：００までは給湯の需要がなく、一方で、２１：００から２２：００までの間に需要が増大することがわかる。次に、本発明に係り、制御装置１００が行う、所定期間（例えば１日）に必要となる湯を貯湯タンク１に貯めるための加熱手段２の加熱制御について説明する。
【００２２】
まず、蓄熱量算出手段１０１は、貯湯タンク蓄熱量Ｑを例えば給水温度Ｔｓを基準にして次式（１）に示すように算出する。ここで、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの検出に係る温度値をそれぞれＴｗａ〜Ｔｗｆとする。また、各貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆのそれぞれのセンサーの設置位置に基づき、例えば貯湯タンク１上端から各貯湯温度センサーの高さ部分までの貯湯タンク１の内容積をそれぞれＶａ〜Ｖｆとする。内容積Ｖａ〜Ｖｆに係るデータは、あらかじめ記憶手段１０４に記憶されているものとする。
【００２３】
Ｑ＝Ｖａ×（Ｔｗａ−Ｔｓ）×密度×比熱
＋（Ｖｂ−Ｖａ）×｛（Ｔｗａ＋Ｔｗｂ）／２−Ｔｓ｝×密度×比熱
＋…＋（Ｖｆ−Ｖｅ）×｛（Ｔｗｅ＋Ｔｗｆ）／２−Ｔｓ｝×密度×比熱
＋（タンク容量−Ｖｆ）×（Ｔｗｆ−Ｔｓ｝×密度×比熱 …（１）
【００２４】
ここで、貯湯タンク１の高さ方向について、湯温（水温）が急激に変化する温度境界層を含めて（１）式の演算を行った場合、算出精度が低下することが知られている。このため、基本的には温度境界層を含まない部分について、貯湯タンク蓄熱量Ｑを算出することが望ましい。例えば最上部の貯湯温度センサー（例えば５０１ａ）と、所定温度以内の検出値を示す最も低い位置の貯湯温度センサー（例えば５０１ｅ）の高さに至るまでを温度境界層を含まない部分として貯湯タンク蓄熱量Ｑを次式（２）のように算出してもよい。ここでは温度境界層を含まない最も低い位置の貯湯温度センサーを５０１ｅとしているが、温度境界層に対する安全をとって、さらに上の位置にある貯湯温度センサーとして設定してもよい。
【００２５】
Ｑ＝Ｖａ×（Ｔｗａ−Ｔｓ）×密度×比熱
＋（Ｖｂ−Ｖａ）×｛（Ｔｗａ＋Ｔｗｂ）／２−Ｔｓ｝×密度×比熱
＋…＋（Ｖｅ−Ｖｄ）×｛（Ｔｗｄ＋Ｔｗｅ）／２−Ｔｓ｝×密度×比熱…（２）
【００２６】
ここで、給水温度Ｔｓについて、給水温度センサー５０４の検出に係る時々刻々の温度変化を反映させると、現実にはタンク蓄熱量が変化しなくとも、給水温度Ｔｓが変化することによって、貯湯タンク蓄熱量Ｑの算出結果が変化することになる。このため、例えば貯湯タンク蓄熱量Ｑの算出に用いる給水温度Ｔｓは、例えば断熱性能検出手段１０２が断熱性能を検出している途中等の期間中は変化させないようにしても良い。また、貯湯タンク蓄熱量Ｑを算出する際の温度基準を、給水温度Ｔｓではなく、単に固定温度値（例えば０℃）としても良い。
【００２７】
また、貯湯タンク蓄熱量Ｑを算出するのに用いる貯湯温度センサーの選択も、例えば断熱性能検出手段１０２が断熱性能を検出している途中等の期間中は変化させないようにする。
【００２８】
断熱性能検出手段１０２は、例えば需要側への給湯、加熱手段２による沸上げ等がないときに、次式（３）に基づいて断熱性能Ｒを算出して断熱性能の検出を行う。ここで、タイマー７０１からの信号に基づいて得られる、検出に係る開始時刻をｔ１とする。また、開始時刻ｔ１における貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの検出に係る温度値をそれぞれＴｗａ１〜Ｔｗｆ１とする。Ｔｗａ１〜Ｔｗｆ１に基づいて蓄熱量算出手段１０１が算出した貯湯タンク蓄熱量をＱ１とする。そして、貯湯タンク蓄熱量Ｑ１を算出するために用いた温度値の平均値をＴｗ１とし、外気温度検出手段（図示せず）が検出した温度値をＴａ１とする。また、タイマー７０１からの信号に基づいて得られる、検出に係る終了時刻をｔ２としたときの貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの検出に係る温度値をそれぞれＴｗａ２〜Ｔｗｆ２とする。Ｔｗａ２〜Ｔｗｆ２に基づいて蓄熱量算出手段１０１が算出した貯湯タンク蓄熱量をＱ２とする。そして、貯湯タンク蓄熱量Ｑ２を算出するために用いた温度値の平均値をＴｗ２とし、外気温度検出手段が検出した温度値をＴａ２とする。さらに、例えば貯湯タンク１上端から各貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの高さまでの貯湯タンク１の表面積をそれぞれＡａ〜Ａｆとし、貯湯タンク蓄熱量Ｑ１、Ｑ２を算出するために用いた貯湯温度センサー５０１までの表面積ＡをＡａ〜Ａｆから選択する。例えば、貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｅを使用した場合、Ａ＝Ａｅとする。表面積Ａａ〜Ａｆに係るデータは、あらかじめ記憶手段１０４に記憶されている。
（１／Ｒ） ＝ ｛（Ｑ１−Ｑ２）／（ｔ２−ｔ１）｝／
Ａ・〔｛（Ｔｗ１−Ｔａ１）＋（Ｔｗ２−Ｔａ２）｝／２〕 …（３）
【００２９】
（３）式に基づけば、断熱性能Ｒは単位時間当たりの給湯タンク１における放熱量を、貯湯タンク１の温度と外気温度との温度差の平均値と貯湯タンク１の表面積との積で割った値の逆数となる。このため、断熱性能Ｒは概して貯湯タンク１内の湯と外気との間の単位面積あたりの熱抵抗を表すことになる。
【００３０】
また、断熱性能検出手段１０２は、需要側への給湯や加熱手段２による沸上げが含まれる時間帯においても断熱性能Ｒを算出することもできる。この場合は上記の各値に加えて、加熱手段２の加熱能力の積算値Ｑｈｐと給湯負荷の積算値Ｑｌｄとを用いて行う。
【００３１】
加熱能力の積算値Ｑｈｐは、次式（４）に基づいて算出する。ここで、Ｗｈｐは加熱手段循環流量検出手段（図示せず）の検出に係る加熱用配管３０１を流れる水の流量（例えば体積流量）である。また、流入温度Ｔｈｐｉは加熱手段入口水温検出手段（図示せず）の検出に係る加熱手段２へ流入する水の温度である。また、流出温度Ｔｈｐｏは、沸上温度センサー５０２の検出に係る温度である。
【００３２】
【数１】
【００３３】
また、給湯負荷の積算値Ｑｌｄは、次式（５）に基づいて算出する。ここで、Ｗｌｄは、給湯流量センサー６０１の検出に係る流量である。また、給水温度Ｔｌｄｉは給水温度センサー５０４の検出に係る温度であり、給湯温度Ｔｌｄｏは給湯温度センサー５０５の検出に係る温度である。
【００３４】
【数２】
【００３５】
需要側への給湯や加熱手段２による沸上げが含まれる場合、単位時間当たりの給湯タンク１における放熱量は、貯湯タンク蓄熱量Ｑ１と加熱能力の積算値Ｑｈｐとの和から、貯湯タンク蓄熱量Ｑ２および給湯負荷の積算値Ｑｌｄを引いたものとなる。そのため、断熱性能Ｒは次式（６）で表される。
（１／Ｒ） ＝ ｛（Ｑ１−Ｑ２＋Ｑｈｐ−Ｑｌｄ）／（ｔ２−ｔ１）｝／
Ａ・〔｛（Ｔｗ１−Ｔａ１）＋（Ｔｗ２−Ｔａ２）｝／２〕 …（６）
【００３６】
制御手段１０３は、断熱性能検出手段１０２の算出により検出した断熱性能Ｒに基づいて、例えば設計段階で定める基準値との関係によって断熱性能が劣化しているかどうかを判定する。例えば断熱材が真空断熱材の場合、断熱性能が劣化していない正常時は０．００２Ｗ／ｍＫ程度の値を示すが、ピンホールなどで真空状態が損なわれた場合、グラスウールなどと同程度の０．０３Ｗ／ｍＫ程度の値まで劣化する。従って、例えば厚さ８ｍｍの真空断熱材で断熱材を構成した場合、正常時の断熱性能Ｒの理論値は０．００８／０．００２＝４［ｍ2 Ｋ／Ｗ］となる。一方、真空状態が損なわれた場合の断熱性能Ｒの理論値は０．００８／０．０３＝０．２６７［ｍ2 Ｋ／Ｗ］となる。この場合、例えば４と０．２６７の間の値を基準値とし、断熱性能Ｒとの大小関係によって、断熱性能の劣化を判定することが出来る。基準値のデータについては、例えば貯湯タンク１を覆う断熱材、貯湯タンク１の大きさ等に応じてあらかじめシステム構成により定めておき、記憶手段１０４に記憶する。
【００３７】
制御手段１０３は、断熱性能の劣化の判定結果に基づいて、加熱手段２を制御する。ここで、最初の判定が行われるまでは劣化していないものと仮定して加熱手段２の制御をしてもよいし、劣化しているものとして加熱手段２の制御をしてもよい。
【００３８】
図４は、断熱材による断熱性能が劣化していない正常な場合の沸上げ制御を表すための図である。制御手段１０３は、深夜時間帯において、加熱手段２に水を加熱させて所定の熱量（一括沸上げ熱量）を加え、一括で沸上げる制御を行う。一括で沸上げる制御を行う場合、料金が低い深夜時間帯に沸き上げて貯湯するというコスト面のメリットおよび加熱手段２の発停回数の増加に伴う機器寿命の低下や低効率運転の増加を回避するメリットがある。
【００３９】
ここで、一括沸上げ熱量は、既定の値を採用してもよいし、一日に必要と推測される積算給湯負荷を基準に定めてもよい。ここで、一日に必要と推測される積算給湯負荷は、既定の値を採用してもよいし、過去の給湯負荷実績から予測するようにしてもよい。図４では、当日に必要な積算給湯負荷を４００Ｌと予測し、一日の終わり時点における貯湯タンク１の蓄熱量が１００Ｌとなるように、深夜時間帯に約５００Ｌ程度まで一括沸上げ熱量を加えて沸上げた場合を示している。
【００４０】
また、例えば、上記の一括沸き上げ時以外の時間帯における貯湯タンク１内の蓄熱量の下限値を起動蓄熱量とし、上限値を停止蓄熱量として定め、記憶手段１０４に記憶させておくようにしてもよい。そして、一括沸き上げ時以外の時間帯において、制御手段１０３は、貯湯タンク蓄熱量Ｑが起動蓄熱量（例えば５０Ｌ）以下となったものと判断すると、加熱手段２、循環ポンプ３を起動させて水を加熱させ、停止蓄熱量（例えば１００Ｌ）以上となったものと判断すると加熱手段２、循環ポンプ３を停止させるように制御してもよい。これによって、貯湯タンク１内に所定の範囲の蓄熱量の湯を貯め、需要に対して湯切れを生じさせない蓄熱量維持制御を行うことができる。一括沸上げは給湯需要に対して不足する場合に対応する。
【００４１】
図５は、断熱性能が劣化したと判定したときの沸上げ制御を表すための図である。図５では、従来技術（断熱材異常時に貯湯タンク温度を増加する特許文献２に関わる技術）による沸上げ制御動作と共に示している。ここで、図５では断熱性能が正常時の値の１／５程度まで劣化した場合を示している。
【００４２】
本発明では、断熱性能が劣化したと判定したときに、一括沸上げ熱量を、正常な場合のときよりも減少させる。そして、その熱量分を蓄熱量維持制御によって沸上げるように制御する。図５では、深夜時間帯における蓄熱量を約１５０Ｌまで減少させている。そして、湯張りや入浴などの給湯の需要が高いと予想される２１：００からの時間帯前の１７：００〜２１：００の時間帯は、蓄熱量が約３００Ｌとなるまで沸き上げる。それ以外の時間帯は、制御手段１０３は起動蓄熱量である５０Ｌ以下となったものと判断すると、加熱手段２、循環ポンプ３を起動させて水を加熱させて熱量を加え、停止蓄熱量である１００Ｌ以上となったものと判断すると加熱手段２、循環ポンプ３を停止させるように制御する。
【００４３】
図６は実施の形態１に関わる貯湯タンク１から外界への積算放熱量のグラフを表す図である。図６では、図４、図５に示す制御について、断熱性能が劣化していない場合の制御、断熱性能が劣化している場合の従来技術における制御、本発明に係る制御の３パターンに対して示している。図６から、本発明に関わる制御装置１００が行った演算、制御等によって、貯湯タンク１からの積算放熱量が従来技術における放熱量よりも減少していることがわかる。
【００４４】
ここで、一括沸上げ熱量を１５０Ｌとして任意の固定値を用いたが、断熱性能の劣化の程度に応じて演算等により定めるようにしても良い。例えば、断熱性能Ｒが基準値のα倍に劣化していると判定したような場合には、基準値における一括沸上げ熱量のα倍にするなど、αの関数として定めるようにしてもよい。
【００４５】
また、制御手段１０３は、本発明にて断熱性能の劣化を判断した場合には、加熱手段２の加熱能力を増加させて、湯切れに対する安全性を高めるように運転しても良い。
【００４６】
さらに、加熱手段２の加熱能力を増加させるとともに、上述した起動蓄熱量、停止蓄熱量の少なくとも一方を減少させるようにしてもよい。これにより、湯切れの安全性を出来るだけ損なうことなく、貯湯タンク１における放熱量を低減することができる。
【００４７】
以上のように、実施の形態１の貯湯式給湯システムによれば、蓄熱量算出手段１０１が算出した貯湯タンク蓄熱量Ｑと貯湯温度センサー５０１ａ〜５０１ｆの検出に係る温度値に基づいて、断熱性能検出手段１０２が断熱性能を検出し、制御手段１０３は、検出結果に基づいて断熱性能が劣化していると判定した場合は、特定の時間帯に前記湯水に加える熱量を決定し、これにより、例えば深夜時間帯のような給湯負荷の発生より長時間前に沸上げる蓄熱量を減少させ、より給湯負荷の発生に近い時間帯に沸上げる熱量を増加させるようにしたので、貯湯タンク１から外界への放熱量を減少することができ、断熱材の断熱性能が劣化によって、必要なエネルギー消費量の増加を抑えることができ、省エネルギー性を向上させることができる。
【００４８】
また、検出した断熱性能に基づいて、前記加熱手段の能力を増加させるようにしたので、湯切れの危険性を低下させると共に、従来発明よりも貯湯タンク１からの放熱量を低減させて省エネルギー性を向上させることが出来る。
【００４９】
さらに、特定の時間帯以外における貯湯タンク１の蓄熱量に関する上限値である停止蓄熱量と下限値である起動蓄熱量とを定めておき、貯湯タンク１の蓄熱量がその範囲内となるように、制御手段１０３が加熱手段２の加熱制御を行うようにしたので、湯切れを起こす可能性を低くして安定した給湯を行うことができる。そして、断熱性能が劣化していると判定した場合は、制御手段１０３は、停止蓄熱量、起動蓄熱量の少なくとも一方の値を下げて制御を行うようにしたので、湯切れの危険性は同等程度に維持したまま、貯湯タンク１からの放熱量を低減し、省エネルギー性を向上させることができる。
【００５０】
実施の形態２．
以下、図７〜図９を用いて本発明の実施の形態２について説明する。ここで実施の形態１と同様の部分は説明を省略する。
【００５１】
図７は実施の形態２における、ユーザーが制御動作を規定するためのリモートコントローラー４００（以下、リモコン４００という）を表す図である。当該リモコン４００は、運転モード選択ボタン４０１を有し、ユーザー側にて２つ以上の運転モードから、所定の運転モードを選択して制御装置１００に指示できるようになっている。ここで、運転モードは、本発明に関わる貯湯式給湯システムにて、トレードオフの関係にある省エネルギー性と省コスト性のどちらを優先するかを、択一的もしくは段階的に設定することができる。例えば、図７（ｂ）においては１：省エネモード 、…、 ｎ：省コストモードとして、選択することができる。
【００５２】
制御手段１０３は、実施の形態１で説明したように、断熱性能が劣化したと判定した場合には、一括沸上げ熱量を減少させるが、その減少量を、ユーザーがリモコン４００を介して選択した運転モードに基づいて変更するようにする。例えば、制御手段１０３が断熱性能が劣化しているものと判定した場合、ユーザーが選択した運転モードが最も省エネルギーを優先させるモードであれば、一括沸上げ熱量を大幅に減少させる。一方、ユーザーが選択した運転モードが最も省コストを優先させるモードであれば一括沸上げ熱量を正常時と同じとするように制御する。
【００５３】
図８は、各運転モードの沸上げ制御を表すための図である。図８に示すように、ユーザーの選択した運転モードが省エネルギーを優先させるモードであるほど、断熱性能が劣化したと判定した場合の一括沸上げ熱量が減少するように設定され、給湯需要が多くなる時間帯での沸上げにおいて加える熱量を増加させる。
【００５４】
図９は実施の形態２に関わる貯湯タンク１から外界への積算放熱量のグラフを表す図である。図９に示すように省エネルギーを優先させるモードであるほど、貯湯タンク１からの積算放熱量が減少していることがわかる。
【００５５】
また、図７のリモコン４００は、ユーザーが運転モードを選択する際の判断材料となるように、貯湯タンク１からの放熱量の程度が表示される放熱レベル表示部４０２を有している。ここで、放熱レベルについては、（３）式、（６）式等に示す放熱量に基づいて決定する。放熱レベルは、単位期間中の沸上げ熱量の何％が外界に放熱しているかという形で示しても良いし、断熱性能から推定して現在の放熱量が正常状態での放熱量の何％になっているかという形で示しても良い。また、放熱レベルではなく、断熱性能の高低を、例えば基準値との比の形で示しても良い。
【００５６】
また、貯湯式給湯システムは、断熱性能検出手段１０２の検出値が所定の範囲を越えて低下したときに、断熱性能の劣化を報知する、報知手段（図示せず）を備えるようにしてもよい。例えば、警報音を用いて加熱手段２の付近に放置する方式としても良いし、リモコン４００から警報音を発する方式としても良い。また、リモコン４００の有する表示部４０３にその旨を表示させる方式としても良い。また、電気通信回線、無線等を用いてサービスセンター等に通報する方式としても良い。
【００５７】
以上のように、実施の形態２に関わる貯湯式給湯システムは、運転モード選択ボタン４０１を有するリモコン４００を介して、例えば、省エネルギー性を優先した運転と省コスト性を優先した運転とを択一的又は段階的にユーザーが選択できるようにしたので、ユーザーの意向に沿った形で省エネルギー性を向上させることができる。
【００５８】
また、放熱レベル表示部４０２、表示部４０３を設けて、ユーザーに向けて表示を行うようにしたので、ユーザーが現在の放熱レベルに基づいて運転モードを選択することができ、よりユーザーの意向に沿った形で省エネルギー性を向上させることができる。
【００５９】
さらに、報知手段を備えるようにしたので、断熱材の性能劣化を検出してから、ユーザーやメンテナンス業者が対策を講じるまでの時間を短期間にすることができる。そのため、貯湯タンク１から外界への放熱によるエネルギーロスを低減することが期待できるので、省エネルギー性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 貯湯タンク、２ 加熱手段、３ 循環ポンプ、４ 混合手段、５ 断熱材、１００ 制御手段、１０１ 蓄熱量算出手段、２０１ 断熱性能検出手段、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、４００ リモコン、４０１ 運転モード選択ボタン、４０２ 放熱レベル表示部、４０３ 表示部、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、６０１ 給湯流量センサー、７０１ タイマー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと、
該貯湯タンクを覆う断熱材と、
前記貯湯タンク内の湯水に熱量を加える加熱手段と、
前記貯湯タンク内の湯水における蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段と、
前記蓄熱量に基づいて、前記断熱材の断熱性能を検出する断熱性能検出手段と、
該断熱性能検出手段が検出した前記断熱性能に基づいて、断熱性能が劣化しているかどうかを判定し、該判定による前記断熱性能の劣化に応じて、特定の時間帯に前記湯水に加える熱量を決定し、前記加熱手段の加熱制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする貯湯式給湯システム。
【請求項２】
前記断熱性能検出手段が検出した断熱性能に基づいて、前記加熱手段の能力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記特定の時間帯以外の時間帯には、前記蓄熱量があらかじめ定めた下限値以下であると判断すると、前記加熱手段に加熱させ、前記蓄熱量があらかじめ定めた上限値以上であると判断すると、前記加熱手段を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項４】
前記断熱性能検出手段が検出した断熱性能に基づいて、前記下限値、前記上限値の少なくとも一方の値を小さくすることを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項５】
省エネルギー性を重視した運転を行うか、省コスト性を重視した運転を行うかを、択一的または段階的に選択するための可能な運転モード指定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記省エネルギー性重視した運転が選択されたものと判断すると、
該判定による前記断熱性能の劣化に応じて、前記特定の時間帯に前記湯水に加える熱量を決定し、前記加熱手段の加熱制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の貯湯式給湯システム。
【請求項６】
前記運転モード指定手段は、少なくとも指定された運転モード、前記貯湯タンクからの放熱量とを表示するための表示部を有することを特徴とする請求項５に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項７】
報知を行うための報知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記断熱性能検出手段が検出した前記断熱性能に基づいて、前記断熱性能の劣化度合いが所定値以下となったものと判断すると、前記報知手段に報知させることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の貯湯式給湯システム。
【請求項１】
貯湯タンクと、
該貯湯タンクを覆う断熱材と、
前記貯湯タンク内の湯水に熱量を加える加熱手段と、
前記貯湯タンク内の湯水における蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段と、
前記蓄熱量に基づいて、前記断熱材の断熱性能を検出する断熱性能検出手段と、
該断熱性能検出手段が検出した前記断熱性能に基づいて、断熱性能が劣化しているかどうかを判定し、該判定による前記断熱性能の劣化に応じて、特定の時間帯に前記湯水に加える熱量を決定し、前記加熱手段の加熱制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする貯湯式給湯システム。
【請求項２】
前記断熱性能検出手段が検出した断熱性能に基づいて、前記加熱手段の能力を増加させることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記特定の時間帯以外の時間帯には、前記蓄熱量があらかじめ定めた下限値以下であると判断すると、前記加熱手段に加熱させ、前記蓄熱量があらかじめ定めた上限値以上であると判断すると、前記加熱手段を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項４】
前記断熱性能検出手段が検出した断熱性能に基づいて、前記下限値、前記上限値の少なくとも一方の値を小さくすることを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項５】
省エネルギー性を重視した運転を行うか、省コスト性を重視した運転を行うかを、択一的または段階的に選択するための可能な運転モード指定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記省エネルギー性重視した運転が選択されたものと判断すると、
該判定による前記断熱性能の劣化に応じて、前記特定の時間帯に前記湯水に加える熱量を決定し、前記加熱手段の加熱制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の貯湯式給湯システム。
【請求項６】
前記運転モード指定手段は、少なくとも指定された運転モード、前記貯湯タンクからの放熱量とを表示するための表示部を有することを特徴とする請求項５に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項７】
報知を行うための報知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記断熱性能検出手段が検出した前記断熱性能に基づいて、前記断熱性能の劣化度合いが所定値以下となったものと判断すると、前記報知手段に報知させることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の貯湯式給湯システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２４９３６６（Ｐ２０１０−２４９３６６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７６８９（Ｐ２００９−９７６８９）
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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