JP2004177102A

JP2004177102A - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP2004177102A
Application number: JP2003109284A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kamimura; 和也上村; Hideki Ishida; 英樹石田; Kinji Shimizu; 金治清水; Norihide Hakamata; 憲秀袴田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】給湯、浴水の追い焚きに使用する必要熱量を使用前の深夜時間帯に蓄熱運転するように制御手段を配設させることで、維持費が安くしかも湯切れの発生を防止する貯湯式給湯装置を実現する。
【解決手段】熱源装置２０の蓄熱運転を制御する制御装置５０が設けられ、制御装置５０は、給湯の用途に供するための給湯用必要熱量を求める給湯熱量演算手段５２と、浴水を追い焚きするための追い焚き用必要熱量を求める追い焚き熱量演算手段５１とを有し、使用前の深夜時間帯に熱源装置２０を制御して蓄熱運転するときに、給湯熱量演算手段５２により求めた給湯用必要熱量、および追い焚き熱量演算手段５１により求めた追い焚き用必要熱量に応じた蓄熱運転するように制御する。これにより、維持費が安くしかも湯切れの発生を防止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、深夜時間帯に蓄熱運転する熱源装置を備える貯湯式給湯装置に関するものであり、特に、給湯の他に浴水の追い焚きに必要な熱量を貯湯槽内に蓄える制御手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の貯湯式給湯装置では、ヒートポンプサイクルを構成する凝縮器に貯湯槽内の給湯水を循環させて昇温しこの給湯水を貯湯槽内に蓄え、少なくとも浴槽内に給湯可能に構成されるとともに、浴槽内の浴水を循環させて追い焚き可能に構成した追い焚き用熱交換器を貯湯槽内に設け、この貯湯槽内の給湯水の熱を浴水の追い焚きの熱源としている。
【０００３】
また、上記追い焚き用熱交換器を二重管構造として、外管または内管のいずれか一方に上記浴槽内の浴水を循環させ、他方に上記給湯水の熱以外の追い焚きの熱源として、ガスまたは石油を燃料とした熱源機で生成される温水を循環させる構成としている。これにより、冬場などの外気温度の低いときにも、ヒートポンプサイクルを構成する凝縮器以外からの熱源装置によって、浴水の水温を高めることができるので能力不足がなく充分な追い焚きが行なえるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２２６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１によれば、浴水の追い焚きの熱源として、ヒートポンプサイクルを構成する凝縮器以外にガスまたは石油を燃料とした熱源装置を設けることは、給湯装置が複雑、かつ大掛かりとなるとともに、設備費および維持費が高くなる問題がある。
【０００６】
また、上記特許文献１の他にも浴水の追い焚き機能を備える貯湯式給湯装置として、料金設定が昼間よりも低い深夜時間帯の深夜電力を用いて、ヒートポンプサイクルからなる冷媒回路を有する熱源装置を深夜時間帯に蓄熱運転して貯湯槽内に高温の給湯水を蓄えておく給湯装置が知られている。
【０００７】
ところで、この種の貯湯式給湯装置は、蓄熱運転した後のときに、給湯水の使用量が多くなってくると、貯湯槽の下方から水道水が供給されるため蓄えられた給湯水の湯温が低下してくる。すなわち、給湯水の湯温が低下すると給湯および追い焚きするための必要熱量が不足することがある。このときは、深夜時間帯に達する前に蓄熱運転が課せられるため電力の維持費が高くなる。しかも、蓄熱運転が所望する給湯温度に昇温させるのに暫くの時間を要するため、迅速に所望する給湯水が得られず湯切れの問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、給湯および浴水の追い焚きに使用する必要熱量を使用前の深夜時間帯に蓄熱運転するように制御手段を配設させることで、維持費が安くしかも湯切れの発生を防止する貯湯式給湯装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項７に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、給湯水を蓄える貯湯槽（１０）と、この貯湯槽（１０）内の給湯水を循環させて蓄熱運転する熱源装置（２０）と、貯湯槽（１０）内に熱交換器（３１）を配設し、この熱交換器（３１）に浴槽内の浴水を循環させて追い焚きする浴水追い焚き手段（３０）とを備える貯湯式給湯装置において、
熱源装置（２０）を制御する制御手段（５０）が設けられ、この制御手段（５０）は、給湯の用途に供するための給湯用必要熱量を求める給湯熱量演算手段（５２）と、浴水を追い焚きするための追い焚き用必要熱量を求める追い焚き熱量演算手段（５１）とを有し、使用前の深夜時間帯に熱源装置（２０）を制御して蓄熱運転するときに、給湯熱量演算手段（５２）により求めた給湯用必要熱量、および追い焚き熱量演算手段（５１）により求めた追い焚き用必要熱量に応じた蓄熱運転するように制御することを特徴としている。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、制御手段（５０）は、給湯、および浴水の追い焚きするためのそれぞれの必要熱量を求める給湯熱量演算手段（５２）と追い焚き熱量演算手段（５１）とを有し、これらの演算手段（５１、５２）により求めた給湯用および追い焚き用必要熱量に応じた蓄熱運転するように制御することにより、使用前に給湯および追い焚きするため必要熱量相当の蓄熱ができるため蓄熱不足による料金設定の高い昼間時間帯での熱源装置（２０）の蓄熱運転の防止ができる。従って、給湯水の使用に応じた必要熱量の蓄熱が使用前の料金設定の最も低い深夜時間帯に蓄熱運転ができるため熱源装置（２０）の電力の維持費を安くすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、浴水追い焚き手段（３０）には、追い焚き用必要熱量を求めるための温度情報、流量情報および湯量情報を検出する浴水追い焚き検出手段（３３、３４、３５、３７、他）が設けられ、追い焚き熱量演算手段（５１）は、浴水を追い焚きするときに、浴水追い焚き検出手段（３３、３４、３５、３７、他）より検出された温度情報、流量情報、湯量情報および追い焚き設定温度のいずれかに基づいて、単位期間内の追い焚き用必要熱量を求めることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、追い焚き用必要熱量を求めるために、浴水追い焚き検出手段（３３、３４、３５、３７、他）により検出された各種情報、具体的には、後述する請求項５に記載したように浴槽内に給湯される湯量、浴水追い焚き手段（３０）に循環される浴水の流量、浴水の温度、追い焚き温度、および追い焚き時間のいずれかに基づいて、単位期間内の追い焚き用必要熱量を求めることにより、追い焚き用に使用される必要熱量が正確に算出できる。
【００１３】
これにより、追い焚き用必要熱量に応じた熱源装置（２０）の蓄熱運転ができるため、深夜時間帯以外での蓄熱不足による蓄熱運転が低減されることで維持費の安い給湯装置の提供ができる。さらに、蓄熱不足による給湯水の湯切れを防止できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、熱交換器（３１）の熱源側の温度情報を検出する貯湯温度検出手段（１３）と熱交換器（３１）に流通する浴水の温度情報を検出する浴水温度検出手段（３４）とが設けられ、制御手段（５０）には、熱交換器（３１）の熱源側の温度情報および熱交換器（３１）に流通する浴水の温度情報から熱交換器（３１）の追い焚き能力を求める追い焚き能力特性記憶手段（５４）が設けられ、追い焚き熱量演算手段（５１）は、貯湯温度検出手段（１３）および浴水温度検出手段（３４）により検出された温度情報に基づいて追い焚き能力特性記憶手段（５４）により求めることを特徴としている。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、また、追い焚き用必要熱量を求めるために、貯湯温度検出手段（１３）および浴水温度検出手段（３４）により検出された温度情報に基づいて追い焚き能力特性記憶手段（５４）により求めることにより、上記請求項２よりも必要最小限の検出手段を設けるのみで良いため、検出手段を上記請求項２よりも大幅に削減できる。従って、部品点数を少なくすることができるとともに、制御手段（５０）のソフトが簡素化できる。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、制御手段（５０）には、給湯熱量演算手段（５２）により求めた給湯用必要熱量、および追い焚き熱量演算手段（５１）により求められた単位期間内の追い焚き用必要熱量を所定期間内学習して記憶する学習制御手段（５３）が設けられ、追い焚き熱量演算手段（５１）は、学習制御手段（５３）により学習記憶された単位期間内の追い焚き用必要熱量から所定期間内の平均追い焚き用必要熱量であることを特徴としている。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、学習制御手段（５３）により学習記憶された単位期間内の追い焚き用必要熱量から所定期間内の平均追い焚き用必要熱量であることにより、例えば、一日ごとの追い焚き用必要熱量から７日間の平均追い焚き用必要熱量であれば、使用実績に応じた高精度の必要熱量の算出ができる。従って、蓄熱不足による給湯水の湯切れを防止できる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、浴水追い焚き検出手段（３３、３４、３５、３７、他）は、浴槽内に給湯される湯量、浴水追い焚き手段（３０）に循環される浴水の流量、浴水の温度、追い焚き温度および追い焚き時間を検出する検出手段であることを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、これらの検出手段より検出された各種情報により、追い焚き用必要熱量の算出が精度良く容易にできる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、制御手段（５０）は、給湯用必要熱量と追い焚き用必要熱量との和が所定値を超えたときに、熱源装置（２０）が最大能力の運転モードにより蓄熱運転されるように制御することを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、給湯および追い焚きの必要熱量の和が所定値を超えても、最大能力の蓄熱運転させるので若干の蓄熱不足が生ずるが電力の維持費をやや安くすることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、制御手段（５０）は、給湯用必要熱量と追い焚き用必要熱量との和が所定値を超えたときに、熱源装置（２０）が昼間時間帯では蓄熱運転されないように制御することを特徴としている。請求項７に記載の発明によれば、昼間時間帯の蓄熱運転されないように制御することにより電力の維持費を安くすることができる。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を適用した第１実施形態の貯湯式給湯装置を図１および図２に基づいて説明する。図１は、貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の貯湯式給湯装置は、図１に示すように、給湯水を蓄える貯湯槽１０と、ヒートポンプサイクルからなる冷媒回路を有し、料金設定が最も低い深夜時間帯の深夜電力を用いて貯湯槽１０内の給湯水を循環させて蓄熱運転する熱源装置２０と、貯湯槽１０内に熱交換器３１を配設し、この熱交換器３１に浴槽１内の浴水を循環させて追い焚きをする浴水追い焚き手段３０と、台所、洗面所、浴槽１などの給湯対象個所に蓄熱された給湯水を導く給湯水通路４０と、熱源装置２０を制御する制御装置５０から構成されている。
【００２３】
貯湯槽１０は、ステンレスなどの耐食性に優れた金属製のタンクであって、図示しないが断熱部材などでタンクの外郭を覆い保温されるように構成されている。そして、貯湯槽１０の下方部位には水道水が流入する給水通路１１が接続されている。また、貯湯槽１０内には、貯湯槽１０内の温水温度Ｔ_１を検出する貯湯温度検出手段である第１水温センサ１３が上下方向に複数個設けられており、これらの水温センサ１３による温度情報が後述する制御装置５０に入力されている。また、給水通路１１から流入された水道水は、貯湯槽１０の下方から順次上方に導かれて給湯水通路４０に流出されるようになっている。
【００２４】
次に、本実施形態の熱源装置２０は、図示しない圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプ（以下、ヒートポンプと呼ぶ）である。この超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などを冷媒とするヒートポンプサイクルである。
【００２５】
ここで、冷媒機能部品のうち、凝縮器（図示せず）は、圧縮機（図示せず）から吐出される冷媒と給湯水とを熱交換する水熱交換器である。また、１２は、貯湯槽１０内に流入された水道水を凝縮器（図示せず）に導いて、凝縮器（図示せず）により加熱された給湯水を貯湯槽１０の上部から戻して給湯水を循環させる給湯水循環通路である。
【００２６】
また、圧縮機（図示せず）は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構とこの圧縮機構を駆動する電動モータとが一体となった電動圧縮機であって、動力源として交流電力を用い、おもに、料金設定の最も低い深夜時間帯の深夜電力を用いて、貯湯槽１０内の給湯水を循環させて蓄熱運転を行っている。因みに、超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５℃程度）の給湯水を貯湯槽１０内に蓄えられることができる。
【００２７】
次に、浴水追い焚き手段３０は、熱交換器３１、循環ポンプ３２、および浴槽１内の浴水を熱交換器３１に循環させて浴槽１内に戻す浴水循環水通路３０ａから構成されている。この熱交換器３１は、貯湯槽１０内の上方、つまり、給湯水温度が高温となる部位に配設され、熱交換器３１に流通する浴水を加熱するための熱交換器であって、貯湯槽１０内の蓄熱された給湯水が熱源である。
【００２８】
循環ポンプ３２は電動ポンプであり、後述する制御装置５０により制御され、ハウジング内のインペラを回転させることにより浴水を浴槽１から熱交換器３１に圧送して浴槽１内に戻すために用いられている。また、浴水循環水通路３０ａの上流側には、浴槽１に湯張りされた浴水の水圧を検出する水圧スイッチ３３が設けられている。この水圧スイッチ３３は、浴槽１に湯張りされた浴水の湯量、つまり、浴槽１内の浴水の水位レベルを求める検出手段であって、浴水の湯量情報を後述する制御装置５０に入力するように構成している。
【００２９】
また、循環ポンプ３２の下流側には循環ポンプ３２を作動させることで浴槽１内の浴水の温度Ｔ_２を検出する浴水温度検出手段である第２水温センサ３４、および熱交換器３１の下流側には、追い焚き出湯温度Ｔ_３を検出する第３水温センサ３５が設けられ、追い焚き運転が行われるときに、これらの温度情報が後述する制御装置５０に入力されるように構成している。
【００３０】
また、熱交換器３１の上流側にはこの熱交換器３１を迂回するバイパス通路３０ｂが形成され、このバイパス通路３０ｂには、保温バルブ３６が設けられている。この保温バルブ３６は、三方弁ならなるものであり流入側を循環ポンプ３２の下流側に接続させて循環ポンプ３２により浴槽１内の浴水が流入される。そして、流出側の一方が熱交換器３１の上流に接続され、流出側のもう一方が熱交換器１３の下流側に接続されている。
【００３１】
そして、保温バルブ３６は、流入側から流入された浴水を熱交換器３１側に流通させる流量と、熱交換器３１を迂回させる側に流通させる流量とを可変させて浴水の追い焚きの温度調節を行う。例えば、第２水温センサ３４より検出される浴水の温度Ｔ_２と第３水温センサ３５より検出される追い焚き出湯温度Ｔ_３とに基づいて、熱交換器３１側に流れる流量を可変させている。
【００３２】
因みに、熱交換器３１側に流通させる流量が１００％（このときには、熱交換器３１を迂回する流量が０％となる。）、逆に、熱交換器３１を迂回させる流量が１００％（このときには、熱交換器３１側に流通させる流量が０％となる。）および熱交換器３１側に流通させる流量が５０％（このときには、熱交換器３１を迂回する流量が５０％となる。）のいずれかを選択するようにして温度調節を行っている。なお、この保温バルブ３６は、後述する制御装置５０により制御される。
【００３３】
次に、３０ｃは、浴槽１内へのお湯張り、差し湯、たし湯するための給湯水を流入する給湯配管であり、一端が浴水循環水通路３０ａの循環ポンプ３２と保温バルブ３６との間に接続され、他端が給湯水通路４０に接続されている。また、給湯配管３０ｃには、給湯水通路４０に設けられた湯水混合弁４１により適温に調節された給湯水が流入される。
【００３４】
さらに、この給湯配管３０ｃには流量計付き湯張り弁３７が設けられている。この流量計付き湯張り弁３７は給湯水通路４０からの給湯水の流入を開閉するとともに、弁が開いたときに、流入される給湯水の流量を測定する流量計を有している。そして、後述する制御装置５０によって開閉弁が制御されるとともに、浴槽１内へのお湯張り、差し湯、たし湯のときに、流量情報が後述する制御装置５０に入力するようにしている。
【００３５】
給湯水通路４０は、蓄えられた高温の給湯水を水道水と混合させて適温にして給湯対象個所に配る給湯水の通路である。この給湯水通路４０には、給湯水を適温に温度調節する湯水混合弁４１が設けられている。この湯水混合弁４１は、一方が水道水を流入する給水配管１１に接続され、もう一方が貯湯槽１０内の高温の給湯水側に接続された三方弁であり、図示しない給水温度センサより検出される水道水の水温と給湯水の水温（例えば、貯湯槽１０内の温水温度Ｔ_１）との温度情報に基づいて開口面積比を調節することにより、貯湯槽１０から流出された高温の給湯水と給水配管１１から流入された水道水との混合比率を調節して給湯水通路４０に温度調節された給湯水を流通させるようになっている。
【００３６】
例えば、浴槽１へのお湯張りのときは、使用者が設定したお湯張り温度（例えば、４２度）の給湯水が給湯配管３０ｃに流通される。なお、この湯水混合弁４１は制御装置５０によって制御される。
【００３７】
次に、本発明の要部となる制御手段である制御装置５０について説明する。本実施形態では、制御装置５０は、熱源装置２０内に構成される図示しない熱源制御装置に電気的に接続させて熱源装置２０を制御するようにしている。そして、料金設定の最も低い深夜時間帯（例えば、２３：００〜翌朝７：００）に達すると熱源装置２０を蓄熱運転させて、給湯の用途に供するための給湯用必要熱量と浴水を追い焚きするための追い焚き用必要熱量とが加算した必要熱量に応じた蓄熱運転するように制御するものである。
【００３８】
従って、制御装置５０には、第１水温センサ１３、水圧スイッチ３３、第２水温センサ３４、第３水温センサ３５、流量計付き湯張り弁３７および図示しない給水温度センサからの検出された各種入力情報と操作パネル６０からの操作情報とが入力され、これらの入力情報に基づいて、循環ポンプ３２、保温バルブ３６、流量計付き湯張り弁３７、湯水混合弁４１、および熱源装置２０を制御するように構成されている。
【００３９】
さらに、操作パネル６０には、熱源装置２０の蓄熱運転の運転モードを選択する選択スイッチ６１、浴槽１内に給湯水をお湯張りするための湯張りスイッチ６２、浴水を追い焚きするための追い焚きスイッチ６３、お湯張り温度を設定するお湯張り設定温度スイッチ６４、浴水の保温および追い焚きするときの追い焚き温度を設定する追い焚き設定温度スイッチ６５などが設けられている。なお、これらの検出手段のうち、水圧スイッチ３３、浴水温度検出手段である第２水温センサ３４、第３水温センサ３５、流量計付き湯張り弁３７および追い焚き設定温度スイッチ６５を本発明の請求項で称する追い焚き検出手段である。
【００４０】
また、本実施形態では、蓄熱運転の運転モードには、給湯の用途に供するための給湯用熱量の蓄熱運転を実行する通常モード、給湯用熱量の他に、浴水を追い焚きするための追い焚き用必要熱量を加算した必要熱量に相当する蓄熱運転を実行するおまかせモード、および貯湯槽１０内の温水温度Ｔ_１が最大（例えば、約９０℃程度）となる最大蓄熱運転を実行するＭＡＸモードがあって、選択スイッチ６１は、上記３種の運転モードのうち、通常モードとおまかせモードとを選択するようになっている。給湯用および追い焚き用必要熱量に相当する蓄熱運転とは、例えば、貯湯槽１０内の温水温度Ｔ_１を６５〜９０℃に可変させることで蓄熱量を調整できる。
【００４１】
なお、運転モードのうち、通常モードおよびおまかせモードのときは、前日の深夜時間帯の蓄熱運転によって蓄えられた給湯水の温水温度Ｔ_１が所定の温度（例えば、４０℃程度）より低下したときは、深夜時間帯以外の昼間時間帯であっても所定の温水温度Ｔ_１（例えば、６５℃程度）を維持するように制御され、ＭＡＸモードでは、昼間時間帯のときは、蓄熱運転させないように予め設定されている。
【００４２】
そして、制御装置５０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された蓄熱運転制御プログラムが設けられており、この蓄熱運転制御プログラムによって処理される追い焚き熱量演算手段５１、給湯熱量演算手段５２、および学習制御手段５３とが設けられている。
【００４３】
追い焚き熱量演算手段５１は、浴水を追い焚きするための追い焚き用必要熱量Ｑ１を求める演算手段であり、本実施形態では、単位期間（例えば、前日の２３：００〜当日の２３：００までの１日間）内における追い焚きに使用した使用実績から求めるものである。具体的には、浴水を追い焚きするときの第２水温センサ３４より検出された温度情報と、浴槽１へのお湯張りのときに、水圧スイッチ３３より検出される水位レベルと、流量計付き湯張り弁３７より検出される流量とから求められる湯量情報とから下記（数式１）により求める。
【００４４】
【数式１】Ｑ１＝（Ｔ_２１−Ｔ_２）×湯量Ｌ
ここで、Ｔ_２１は追い焚き設定温度に達したときの浴水の水温であり、Ｔ_２は追い焚きスイッチ６３をオンしたときの浴水の水温である。なお、Ｔ_２１はほぼ追い焚き設定温度に近似した水温であるため、追い焚き設定温度スイッチ６５にて設定した設定温度を代用しても良い。また、上記（数式１）に示すＱ１は、単位期間内に追い焚きが１回行なわれたときの追い焚き用必要熱量Ｑ１であるが、数回行なわれたときには追い焚き毎に加算して求める。
【００４５】
また、給湯熱量演算手段５２は、給湯、浴槽１内への湯張りなど給湯の用途に供するための給湯用必要熱量Ｑ０を求める演算手段であって、上述と同様に、単位期間（例えば、前日の２３：００〜当日の２３：００までの１日間）内における給湯に使用した使用実績から求めるものである。具体的には、第１水温センサ１３より検出される貯湯槽１０内の温水温度Ｔ_１が蓄熱運転終了後、すなわち、熱源装置２０の蓄熱運転終了直後の温水温度Ｔ_１と蓄熱運転を開始するときの温水温度Ｔ_１との温度差に貯湯総湯量を求めることで、貯湯槽１０に蓄える給湯水の蓄熱量（Ｑ１＋Ｑ０）が求めることができる。
【００４６】
この蓄熱量（Ｑ１＋Ｑ０）から上記追い焚き用必要熱量Ｑ１を差し引くことにより給湯用必要熱量Ｑ０を求めることができる。なお、本実施形態では、給湯用必要熱量Ｑ０を蓄熱量（Ｑ１＋Ｑ０）から追い焚き用必要熱量Ｑ１を差し引くようにしたが、これに限らず、給湯水通路４０を流出する給湯水の流量を検知する流量カウンタを設け、貯湯槽１０内の給湯水の温水温度Ｔ_１と図示しない給水温度との温度差に流量を乗じて給湯用必要熱量を求めても良い。
【００４７】
学習制御手段５３は、追い焚き熱量演算手段５１および給湯熱量演算手段５２により求めた追い焚き用必要熱量Ｑ１および給湯用必要熱量Ｑ０の単位期間（例えば、前日の２３：００〜当日の２３：００までの１日間）毎のデータを、例えば、ある所定期間（例えば、過去１週間程度）学習して記憶させておいて、所定期間のデータから平均追い焚き用必要熱量と平均給湯用必要熱量とを求めるものである。なお、この学習制御手段５３は、上述した選択スイッチ６１が、おまかせモードを選択されているときに実行されるものである。
【００４８】
次に、以上の構成による貯湯式給湯装置の作動を説明する。まず、本実施形態の貯湯式給湯装置は、蓄熱された高温の給湯水を水道水と混合させて台所、洗面所、浴槽１などの給湯対象個所に給湯するとともに、貯湯槽１０内の給湯水の蓄熱を熱源として浴水を加温させて追い焚きするように構成されている。
【００４９】
ところで、貯湯槽１０内の蓄熱された給湯水は、給湯の用途に供するときと、浴水を追い焚きするときでは各構成部品の作動が異なるため、給湯の用途に供する一例として浴槽１内にお湯張りするときと、浴水を追い焚きするときの作動について述べる。まず、浴槽１内に給湯水をお湯張りするには、湯張りスイッチ６２を操作させることで、流量計付き湯張り弁３７が開弁して、貯湯槽１０内の給湯水が給湯水通路４０、給湯配管３０ｃおよび浴水循環水通路３０ａを介して浴槽１内に給湯水がお湯張りされる。
【００５０】
このお湯張りされる給湯水は、流量計付き湯張り弁３７の開弁とほぼ同時に、湯水混合弁４１の温度制御により、貯湯槽１０から流出された高温の給湯水と給水配管１１から流入された水道水との混合によって、お湯張り設定温度スイッチ６４にて設定された設定温度の給湯水が給湯される。そして、浴槽１内の浴水の水位が予め設定した水位レベルに達すると、この水位レベルを水圧スイッチ３３が検出することにより流量計付き湯張り弁３７を閉弁させて所定量のお湯張りが完了するものである。このときに、流量計付き湯張り弁３７が開弁していることにより、浴槽１内に給湯される湯量がカウントされている。
【００５１】
これにより、貯湯槽１０内の給湯水は、貯湯槽１０の上方から高温の給湯水の一部が流出されて給水配管１１から水道水が貯湯槽１０の下方に流入される。従って、貯湯槽１０内の給湯水が給湯の用途に供した熱量相当分の蓄熱量が低下するとともに、その給湯水の湯温が低下することになる。
【００５２】
一方、浴槽１内の浴水を追い焚きするには、追い焚きスイッチ６３および追い焚き設定温度スイッチ６５を操作することにより、循環ポンプ３２が運転されて、浴槽１内の浴水が浴水循環水通路３０ａを循環するとともに、保温バルブ３６の流量制御により、熱交換器３１を循環させることにより浴水が加温されて追い焚き設定温度に保温されるものである。
【００５３】
なお、保温バルブ３６は、第２水温センサ３４に検出された浴水水温Ｔ_２と第３水温センサ３５より検出される追い焚き出湯温度Ｔ_３とに基づいて熱交換器３１を循環させる流量を制御して浴水温度を制御させる。これにより、貯湯槽１０内の給湯水は、給水配管１１から貯湯槽１０内への水道水の流入はないが、浴水を追い焚きに使用した熱量相当分の蓄熱量が低下するとともに、その給湯水の湯温がやや低下することになる。
【００５４】
そこで、本発明は、給湯および追い焚きにより、貯湯槽１０内の給湯水の蓄熱量が低下したときに熱源装置２０を制御して蓄熱運転する蓄熱運転制御プログラムを制御装置５０に備えたものである。図２は蓄熱運転制御プログラムの制御処理を示すフローチャートであり、このフローチャートに基づいて以下説明する。まず、料金設定の最も低い深夜時間（例えば、２３：００）帯に達すると、電源（図示せず）が投入されて、蓄熱運転制御プログラムの制御処理がスタートするとともに、データ処理用メモリー（ＲＡＭ）の記憶内容などの初期化を行う。
【００５５】
そして、ステップ１００において、運転モードを選択する選択スイッチ６１がおまかせモードに選択されているか否かを判定する。ＮＯであれば、ステップ１１０にて、熱源装置２０に通常モードの蓄熱運転をさせるように制御する。ＹＥＳであれば、ステップ１２０およびステップ１３０にて、単位期間（例えば、前日の２３：００〜当日の２３：００までの１日間）内における追い焚き用および給湯用に使用したそれぞれの熱量を算出してそのデータを記憶する。
【００５６】
そして、次のステップ１４０にて蓄熱運転の運転条件を決定する。ここでは、単位期間内の追い焚き用必要熱量Ｑ１および給湯用必要熱量Ｑ０がデータとして所定期間（７日間）記憶されているので、単位期間内の追い焚き用必要熱量Ｑ１および給湯用必要熱量Ｑ０を所定期間（例えば、７日間）学習させて記憶させ、所定期間（７日間）のデータから平均追い焚き用必要熱量Ｑ１および平均給湯用必要熱量Ｑ０を求める。
【００５７】
なお、ここでは、Ｑ１およびＱ０を所定期間の平均としたが所定期間のデータのうち最大でも良い。そして、単位期間内の追い焚き用必要熱量Ｑ１と単位期間内の給湯用必要熱量Ｑ０とを加算した必要熱量（Ｑ１＋Ｑ０）に応じた運転条件を決定するものである。
【００５８】
次のステップ１５０にて、この必要熱量（Ｑ１＋Ｑ０）が熱源装置２０の最大（ＭＡＸ）能力を超えているか否かを判定する。ここで、必要熱量（Ｑ１＋Ｑ０）が超えているときには、ステップ１６０において、熱源装置２０にＭＡＸモード（最大能力）の蓄熱運転するように制御する。なお、このＭＡＸモード（最大能力）のときは、深夜時間帯（２３：００〜翌朝７：００）のみにおいて熱源装置２０を蓄熱運転させるもので、深夜時間帯以外の時間帯では熱源装置２０を蓄熱運転させないように制御する。
【００５９】
一方、ステップ１５０において、必要熱量（Ｑ１＋Ｑ０）が最大（ＭＡＸ）能力以内であればステップ１７０にて、熱源装置２０をおまかせモードの蓄熱運転するように制御する。具体的には、必要熱量（Ｑ１＋Ｑ０）に応じて給湯水の温水温度Ｔ_１を６５〜９０℃の範囲に可変させるように制御することで蓄熱量の調節ができる。このおまかせモードは、追い焚き用必要熱量Ｑ１と給湯用必要熱量Ｑ０とを加算した必要熱量（Ｑ１＋Ｑ０）に応じた蓄熱運転となる。これにより、給湯用および追い焚き用に使用した熱量に相当する必要熱量が深夜時間帯に蓄熱運転されて貯湯槽１０内に高温の給湯水が蓄えられる。
【００６０】
以上の第１実施形態の貯湯式給湯装置によれば、制御装置５０は、給湯、および浴水の追い焚きするためのそれぞれの必要熱量を求める給湯熱量演算手段５２と追い焚き熱量演算手段５１とを有し、これらの演算手段５１、５２により求めた給湯用および追い焚き用必要熱量に応じた蓄熱運転するように制御することにより、使用前に給湯および追い焚きするため必要熱量相当の蓄熱ができるため蓄熱不足による料金設定の高い昼間時間帯での熱源装置２０の蓄熱運転の防止ができる。従って、給湯水の使用に応じた必要熱量の蓄熱が使用前の料金設定の最も低い深夜時間帯に蓄熱運転ができるため熱源装置２０の電力の維持費を安くすることができる。
【００６１】
また、追い焚き用必要熱量を求めるために、浴水追い焚き検出手段３３、３４、３５、３７により検出された各種情報、具体的には、浴槽１内に給湯される湯量、浴水追い焚き手段３０に循環される浴水の流量、浴水の温度、追い焚き温度、および追い焚き時間のいずれかに基づいて、単位期間内の追い焚き用必要熱量を求めることにより、追い焚き用に使用される必要熱量が正確に算出できる。
【００６２】
これにより、追い焚き用必要熱量に応じた熱源装置２０の蓄熱運転ができるため、深夜時間帯以外での蓄熱不足による蓄熱運転が低減されることで維持費の安い給湯装置の提供ができる。さらに、蓄熱不足による給湯水の湯切れを防止できる。
【００６３】
また、学習制御手段５３により学習記憶された単位期間内の追い焚き用必要熱量から所定期間内の平均追い焚き用必要熱量であることにより、例えば、一日ごとの追い焚き用必要熱量から７日間の平均追い焚き用必要熱量であれば、使用実績に応じた高精度の必要熱量の算出ができる。従って、蓄熱不足による給湯水の湯切れを防止できる。
【００６４】
また、給湯および追い焚きの必要熱量（Ｑ１＋Ｑ０）が超えているときに、熱源装置２０をＭＡＸモード（最大能力）の蓄熱運転をさせるように制御させるとともに、深夜時間帯以外の昼間時間帯においては蓄熱運転が作動しないように制御することにより、最大能力の蓄熱運転させるので若干の蓄熱不足が生ずるが電力の維持費を安くすることができる。
【００６５】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、追い焚き熱量演算手段５１において、追い焚き用必要熱量Ｑ１を求めるために、浴水を追い焚きするときの第２水温センサ３４より検出された温度情報と、浴槽１へのお湯張りのときに、水圧スイッチ３３より検出される水位レベルと、流量計付き湯張り弁３７より検出される流量とから求められる湯量情報とから（数式１）により求めたが、これに限らず、図３に示すように、浴水循環水通路３０ａに追い焚き検出手段である流量カウンタ３８を設け、浴水循環水通路３０ａを循環する浴水の流量を検出しこの流量に上述の第２水温センサ３４より検出された温度情報（Ｔ_２１は追い焚き設定温度に達したときの浴水の水温であり、Ｔ_２は追い焚きスイッチ６３をオンしたときの浴水の水温）、および追い焚き時間を検出して下記（数式２）より求めても良い。
【００６６】
【数式２】Ｑ１＝（Ｔ_２１−Ｔ_２）×流量×追い焚き時間
ここで、追い焚き時間は制御装置５０内にタイマを設け、追い焚きスイッチ６３を投入したときに、そのタイマがカウントされ、追い焚きが完了するまでの時間を検出するものとする。これによれば、第１実施形態よりも追い焚き流量が正確に検出できるため追い焚き用必要熱量Ｑ１が精度良く求めることができる。
【００６７】
（第３実施形態）
以上の実施形態では、追い焚き用必要熱量Ｑ１を求めるために第２水温センサ３４より検出された温度情報に基づいて、浴水温度の温度差を（Ｔ_２１−Ｔ_２）としたが、これに限らず、第３水温センサ３５より検出される追い焚き出湯温度Ｔ_３を用いて下記（数式３）により求めても良い。
【００６８】
【数式３】Ｑ１＝（Ｔ_３−Ｔ_２）×流量×追い焚き時間
ここでは、流量を追い焚き検出手段である流量カウンタ３８から検出したが、循環ポンプ３２の定格流量を電源周波数（例えば、６０／５０Ｈ_Ｚ）毎に予め設定しておいて、例えば、電源周波数を検出する検出手段を制御装置５０内に設け、熱源装置２０に投入される電源の周波数を検出することで定数である流量をもといても良い。これによれば、流量カウンタ３８が不要とすることができる。
【００６９】
（第４実施形態）
以上の実施形態では、追い焚き用必要熱量Ｑ１を求めるために第２水温センサ３４より検出された温度情報に基づいて、浴水温度の温度差を（Ｔ_２１−Ｔ_２）または（Ｔ_３−Ｔ_２）としたが、これに限らず、熱交換器３１の追い焚き能力特性から求めても良い。具体的には、図４および図５に基づいて説明する。
【００７０】
本実施形態では、図４に示すように、熱交換器３１の追い焚き能力を求めるための追い焚き能力特性記憶手段５４を制御装置５０に設けたもので、熱交換器３１の熱源側、つまり、貯湯槽１０内の貯湯温度Ｔ_１と、熱交換器３１に流通する浴水の温度、つまり、第２水温センサ３４より検出された浴水の水温Ｔ_２とから求めたものである。
【００７１】
一例として、図５は熱交換器３１の追い焚き能力特性を示す能力マップであり、貯湯槽１０内の貯湯温度Ｔ_１と浴水の水温Ｔ_２とに応じた追い焚き能力をマトリックスで示したものであり、図中に示す矢印のように、貯湯温度Ｔ_１と浴水の水温Ｔ_２とを検出することにより追い焚き能力が求めることができる。
【００７２】
なお、ここでは、追い焚き能力が１時間あたりであるため追い焚き時間を検出して、この追い焚き時間にて換算することですることで追い焚き用必要熱量Ｑ１を算出することができる。また、本能力マップは電源周波数が６０Ｈ_Ｚにおける能力を示しているが、電源周波数が５０Ｈ_Ｚにおける能力においても同様に制御装置５０に予め記憶させておいて、熱源装置２０に投入される電源の周波数を検出することで選択するようにしても良い。
【００７３】
これにより、以上の実施形態よりも必要最小限の検出手段を設けるのみで良いため、以上の実施形態よりも検出手段の部品点数を削減できる。従って、部品点数を少なくすることができるとともに、制御装置５０のソフトが簡素化できる。
【００７４】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、本発明を圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプからなる熱源装置２０に適用したが、これに限らず、一般のヒートポンプサイクルを構成する熱源装置に適用しても良い。さらに、貯湯槽１０内に電気ヒータが配設され、深夜時間帯の深夜電力を用いて給湯水を蓄える電気温水器に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における制御装置５０の蓄熱運転制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態における貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第４実施形態における貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第４実施形態における熱交換器３１の追い焚き能力特性を示す能力マップである。
【符号の説明】
１０…貯湯槽
１３…第１水温センサ（貯湯温度検出手段）
２０…熱源装置
３０…浴水追い焚き手段
３１…熱交換器
３３…水圧スイッチ（浴水追い焚き検出手段）
３４…第２水温センサ（浴水追い焚き検出手段、浴水温度検出手段）
３５…第３水温センサ（浴水追い焚き検出手段）
３７…流量計付き湯張り弁（浴水追い焚き検出手段）
５０…制御装置（制御手段）
５１…追い焚き熱量演算手段
５２…給湯熱量演算手段
５３…学習制御手段
５４…追い焚き能力特性記憶手段

Claims

給湯水を蓄える貯湯槽（１０）と、
前記貯湯槽（１０）内の給湯水を循環させて蓄熱運転する熱源装置（２０）と、
前記貯湯槽（１０）内に熱交換器（３１）を配設し、前記熱交換器（３１）に浴槽内の浴水を循環させて追い焚きする浴水追い焚き手段（３０）とを備える貯湯式給湯装置において、
前記熱源装置（２０）を制御する制御手段（５０）が設けられ、前記制御手段（５０）は、給湯の用途に供するための給湯用必要熱量を求める給湯熱量演算手段（５２）と、浴水を追い焚きするための追い焚き用必要熱量を求める追い焚き熱量演算手段（５１）とを有し、使用前の深夜時間帯に前記熱源装置（２０）を制御して蓄熱運転するときに、前記給湯熱量演算手段（５２）により求めた給湯用必要熱量、および前記追い焚き熱量演算手段（５１）により求めた追い焚き用必要熱量に応じた蓄熱運転するように制御することを特徴とする貯湯式給湯装置。
前記浴水追い焚き手段（３０）には、追い焚き用必要熱量を求めるための温度情報、流量情報および湯量情報を検出する浴水追い焚き検出手段（３３、３４、３５、３７、他）が設けられ、前記追い焚き熱量演算手段（５１）は、浴水を追い焚きするときに、前記浴水追い焚き検出手段（３３、３４、３５、３７、他）より検出された温度情報、流量情報、湯量情報および追い焚き設定温度のいずれかに基づいて、単位期間内の追い焚き用必要熱量を求めることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
前記熱交換器（３１）の熱源側の温度情報を検出する貯湯温度検出手段（１３）前記熱交換器（３１）に流通する浴水の温度情報を検出する浴水温度検出手段（３４）とが設けられるとともに、前記制御手段（５０）には、前記熱交換器（３１）の熱源側の温度情報および前記熱交換器（３１）に流通する浴水の温度情報から前記熱交換器（３１）の追い焚き能力を求める追い焚き能力特性記憶手段（５４）が設けられ、前記追い焚き熱量演算手段（５１）は、前記貯湯温度検出手段（１３）および前記浴水温度検出手段（３４）により検出された温度情報に基づいて前記追い焚き能力特性記憶手段（５４）により求めることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御手段（５０）には、前記給湯熱量演算手段（５２）により求めた給湯用必要熱量、および前記追い焚き熱量演算手段（５１）により求められた単位期間内の追い焚き用必要熱量を所定期間内学習して記憶する学習制御手段（５３）が設けられ、前記追い焚き熱量演算手段（５１）は、前記学習制御手段（５３）により学習記憶された単位期間内の追い焚き用必要熱量から所定期間内の平均追い焚き用必要熱量であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の貯湯式給湯装置。
前記浴水追い焚き検出手段（３３、３４、３５、３７、他）は、浴槽内に給湯される湯量、浴水追い焚き手段（３０）に循環される浴水の流量、浴水の温度、追い焚き温度および追い焚き時間を検出する検出手段であることを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御手段（５０）は、給湯用必要熱量と追い焚き用必要熱量との和が所定値を超えたときに、前記熱源装置（２０）が最大能力の運転モードにより蓄熱運転されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御手段（５０）は、給湯用必要熱量と追い焚き用必要熱量との和が所定値を超えたときに、前記熱源装置（２０）が昼間時間帯では蓄熱運転されないように制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。