JP2009275932A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザーの使用形態に応じて、出湯用の熱量だけでなく暖房用の高温水を過不足なく確保することができる沸き増し運転を実施する給湯装置を提供する。
【解決手段】本給湯装置の制御装置は１７時になると以下のように処理を行う。すなわち、タンク内の貯湯熱量を算出し、１７時以降に使用される給湯用水の使用熱量を給湯用水の使用実績を用いて推定し、このように得られた貯湯熱量および給湯用水の使用熱量を用いて沸き増しに必要とする第１沸き増し時間Ｔｕを算出する。さらに、タンク内の高温水の貯湯量を算出し、１７時以降に使用される高温水の使用量を高温水の使用実績を用いて推定し、得られた高温水の貯湯量および高温水の使用量を用いて高温水を沸き増しするのに必要な第２沸き増し時間Ｔｕｈを算出する。さらに、当該Ｔｕと当該Ｔｕｈとを比較し、長い方の時間を沸き増し運転時の当該必要な沸き増し時間とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、加熱装置により加熱した温水を暖房装置の加熱用および出湯用端末への出湯用として貯湯タンクに貯える給湯装置に関する。

この種の従来の給湯装置としては特許文献１および特許文献２に記載の装置が知られている。まず特許文献１に記載の給湯装置は、夕方から夜の間の湯を多く使用するピーク時間帯における使用された熱量を記憶し、記憶された使用熱量をピーク時間帯に供給するために沸き増し運転が必要であると判断される場合には、不足分の熱量を確保するための沸き増し時間を算出し、この沸き増し時間ヒートポンプユニットを沸き上げてピーク時の熱量不足を回避する。

特許文献２に記載の給湯装置は、暖房沸き上げモードが設定された場合には沸き上げ温度を所定温度範囲の最高温度になるように沸き上げ動作を行い、暖房能力を向上させるとともに、暖房使用時の給湯での湯切れを生じにくくしている。
特許第３８０７９３０号公報 特開２００４−３６９５８号公報

一般に、給湯用水を暖房の熱源に使用する場合には、風呂、給湯水栓等の出湯に使用する場合よりも高い温度域の給湯用水（以下、高温水という）が必要になる。このため、特許文献１の給湯装置のように、従来の給湯実績に基づいた方法で沸き増し時間を算出し、この沸き増し時間に基づく沸き増し運転によって不足分の熱量を補充しても、暖房に必要な高温水が十分に得られず、必要量確保できない場合がある。

換言すれば、沸き増し運転後に、貯湯タンク内の全貯湯熱量がピーク時間帯の使用に不足しないように確保されていたとしても、出湯に使用可能な中温水が十分にあるが、暖房に使用する高温水が不足していることがある。このような場合には、必要な暖房能力が得られず、沸き増し運転を実施したにもかかわらずユーザーに不快感を与えてしまう。

一方、特許文献２の場合は、沸き増し運転時の沸き上げ温度を最高温度にするため、貯湯タンク内に暖房用の高温水を貯めやすくなる。しかしながら、貯湯タンク内に出湯用の中温水が不足したり、高温水を余分に沸き上げすぎたりすることがある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ユーザーの使用形態に応じて、出湯用の熱量だけでなく暖房用の高温水を過不足なく確保することができる沸き増し運転を実施する給湯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、給湯装置に係る第１の発明は、出湯用端末に出湯される温水として用いられ、さらに暖房装置（２２）の熱源である作動流体と熱交換する熱交換媒体としても用いられる給湯用水を沸き上げる加熱装置（１０）と、
加熱装置（１０）によって沸き上げられた前記給湯用水を内部に貯える貯湯タンク（１２）と、
過去に使用された給湯用水の使用実績、および給湯用水のうち暖房装置の暖房に使用できる温度の高温水が過去に使用された使用実績を記憶するとともに、貯湯タンクに貯える給湯用水を沸き増しする場合に、給湯用水の使用実績および高温水の使用実績を用いて加熱装置を沸き増し運転するのに必要な沸き増し時間を算出し、加熱装置を算出された沸き増し時間運転する制御装置（５０）と、を備えている。

そして制御装置は、深夜電力時間帯以外の予め定めた所定時間帯になると以下のようにして必要な沸き増し時間を求める。

すなわち、貯湯タンクに貯えられている貯湯熱量を算出するとともに、当該所定時間帯以降に使用される給湯用水の使用熱量を給湯用水の使用実績を用いて推定し、このように得られた貯湯熱量および給湯用水の使用熱量を用いて沸き増しに必要とする第１沸き増し時間（Ｔｕ）を算出する。

さらに、貯湯タンクに貯えられている高温水の貯湯量を算出し、所定時間帯以降に使用される高温水の使用量を高温水の使用実績を用いて推定し、このように得られた高温水の貯湯量および高温水の使用量を用いて高温水を沸き増しするのに必要な第２沸き増し時間（Ｔｕｈ）を算出する。

さらに、当該第１沸き増し時間（Ｔｕ）と当該第２沸き増し時間（Ｔｕｈ）とを比較し、長い方の時間を当該必要な沸き増し時間とすることを特徴とする。

この発明によれば、高温水が使用された過去の使用形態を反映させた第２沸き増し時間を算出し、この第２沸き増し時間と全温度域の給湯用水の使用実績により算出した第１沸き増し時間との比較を行うことにより、沸き増し運転に必要な沸き増し時間を決定する。これにより、出湯用、暖房用といった給湯用水の様々な使用形態に対応可能であり、高温水の過不足がなく、ユーザーに不具合を感じさせない沸き増し運転を提供できる。したがって、ユーザーの使用形態に応じて出湯用の熱量だけでなく暖房装置用に必要な熱量を確保する沸き増し運転を実施できる。

また、上記所定時間帯は１日の中で給湯用水の使用量が最も大きくなる給湯ピーク時間帯前の時間帯であり、高温水の使用実績は当該給湯ピーク時間帯における使用実績を含んでいることが好ましい。この発明によれば、給湯ピーク時間帯が到来する前に高温水の不足量を考慮した必要な沸き増し時間を算出するため、給湯ピーク時間帯における高温水の湯切れを防止することができる。

また、過去の高温水の使用量は熱量を所定温度の湯量に換算して算出されるものとする。この発明によれば、第２沸き増し時間を算出するときに使用された熱量を湯量に換算することにより、制御装置における演算のプログラムや制御の仕様を簡単化することができる。

また、高温水の使用実績には風呂の追い焚きに使用された温水の使用実績も含まれることが好ましい。この発明によれば、貯湯タンクの高温水を活用した追い焚き運転の実績を考慮した高温水の使用実績が算出されるので、追い焚きによる高温水の不足も補える沸き増し時間を決定することができる。

また、暖房装置には床暖房装置および浴室暖房装置の少なくともいずれか一方が含まれ、上記高温水の温度は、暖房装置として設けられた当該機器で使用できる温度に設定される。この発明によれば、暖房装置に使用できる高温水の温度は床暖房装置のパネル仕様や浴室暖房装置の能力に応じて設定できるため、対象とする暖房装置に適合した沸き増し運転制御を実施できる。

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一例である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態について図１〜図３にしたがって説明する。図１は本実施形態に係る給湯装置の概略構成を示した模式図である。図２は給湯装置の制御構成の概要を示したブロック図である。図３は給湯装置における沸き増し運転制御の処理を示したフローチャートである。

本実施形態の給湯装置は、貯湯式のヒートポンプ式給湯装置であり、主に一般家庭用として使用されるものである。この給湯装置においては、貯湯タンク１２内に貯えた給湯用水を台所、洗面所、浴室等の出湯用端末（手洗い栓、カラン、浴槽等）に供給するとともに、貯湯タンク１２内の給湯用水を暖房装置２２の熱源である温水（作動流体）と熱交換させて暖房に利用している。

図１および図２に示すように、給湯装置は、加熱装置であるヒートポンプユニット１０と、このヒートポンプユニット１０によって加熱された温水を貯える貯湯タンク１２と、沸き上げ回路１１と、出湯用の給湯配管１４と、給水配管１５と、暖房装置２２と、暖房用熱交換器１９と、熱交換用回路１７と、暖房用熱媒体回路２３と、本給湯装置の作動を制御する制御装置５０と、を備えている。

ヒートポンプユニット１０は、少なくとも圧縮機、蓄熱用熱交換器、膨張弁、蒸発器およびアキュムレータ等の冷凍サイクル機能部品が環状に接続されて構成されており、高温高圧の冷媒と熱交換させて温水を沸き上げる。ヒートポンプユニット１０は、例えば、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素を使用することにより、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上になる超臨界ヒートポンプサイクルを構成する。

このヒートポンプサイクルを超臨界ヒートポンプで構成した場合、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温、例えば、８５℃〜９０℃程度の湯を貯湯タンク１２内に蓄えることができる。ヒートポンプサイクルは、主に、料金設定の安価な深夜電力時間帯の深夜電力を利用して貯湯タンク１２内の湯を沸き上げる沸き上げ運転を行う。

沸き上げ回路１１は、ヒートポンプユニット１０内の加熱用熱交換器である水−冷媒熱交換器の水側通路を含んでおり、水−冷媒熱交換器に供給される水の温度を検出する入水温度サーミスタと、水−冷媒熱交換器出口での沸き上げ温度を検出する沸上げ温度サーミスタと、電動ポンプと、を備えている。そして、各サーミスタが検出する温度信号は制御装置５０に出力される。

貯湯タンク１２は、給湯用水である温水を蓄える縦長形状の容器であり、耐食性に優れた金属製、例えば、ステンレス製からなり、その外周部に断熱材が設けられ、高温水を長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク１２の底部には導入口が設けられ、この導入口には貯湯タンク１２内に水道水を導入する導入配管１３が接続されている。さらに貯湯タンク１２の底部には沸き上げ回路１１に接続されて沸き上げ回路１１に水を供給する流出口が設けられている。貯湯タンク１２の天部には沸き上げ回路１１に接続されてタンク内部に高温水が流入する流入口が設けられている。

沸き上げ回路１１の電動ポンプが作動することにより、貯湯タンク１２内の温水が沸き上げ回路１１を通って循環する。これにより、水−冷媒熱交換器で加熱された貯湯タンク１２内の温水は、沸き上げ回路１１を通って流入口から貯湯タンク１２内上部に送り込まれるので、貯湯タンク１２内の上部側から下部側へ向かって複数の温度層を形成するように順次貯まっていく。

貯湯タンク１２の外壁面には、給湯用水の貯湯量、貯湯温度を検出するための水温センサである複数個の水位サーミスタ３０が設けられている。水位サーミスタ３０は、例えば縦方向にほぼ等間隔で最上部から順に並ぶ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ，３０ｇ，３０ｈの８個のサーミスタからなる。これらのサーミスタの検出温度信号は、それぞれ制御装置５０の入力回路に入力されるようになっており、各水位レベルでの給湯用水の温度や湯量を検出可能である。また、複数個の水位サーミスタ３０のうち、最上部に位置する水位サーミスタ３０ａは、給湯配管１４に流出する温水の温度（例えば高温水温度）を検出することができる。また、水位サーミスタ３０ｄは、中温水配管１６の上流端部と同様に貯湯タンク１２の中間部に配置されており、中温水配管１６に流出する温水の温度（例えば中温水温度）を検出することができる。

給水配管１５には給水温度サーミスタが設けられている。給水温度サーミスタは市水の温度を検出し、検出された流量信号および温度信号は、制御装置５０の入力回路に入力されるようになっている。

給湯配管１４は、貯湯タンク１２の天部と台所、洗面所、浴室等の出湯用端末（手洗い栓、カラン、風呂等）とを接続する配管であり、貯湯タンク１２内の給湯用水を出湯する給湯経路を構成する。給湯配管１４の途中には、貯湯タンク１２内の中間部と接続されている中間水配管１６が接続され、この接続部に混合弁２５が設けられている。混合弁２５は、貯湯タンク１２内の天部から流出される温水の量と、貯湯タンク１２内の中間部から流出される温水の量との比率を制御するバルブである。また混合弁２５は一方から流入する温水を遮断する切替弁としても機能する。

給湯配管１４の混合弁２５よりも下流部には、混合弁２５を通過後の湯の温度を検出する湯温検出手段である湯温サーミスタ３１、および湯の流量を検出する流量検出手段である流量カウンタ４０が設けられている。湯温サーミスタ３１および流量カウンタ４０によって検出された温度信号および流量信号は、制御装置５０の入力回路に入力されるようになっている。

さらに給湯配管１４には、中間水配管１６との合流部よりもさらに下流部に導入配管１３から分岐した給水配管１５の下流端が接続されている。この接続部には、混合弁２６が設けられている。混合弁２６は、給湯配管１４を流れてきた温水の量と、給水配管１５を介して供給される水の量との比率を制御し、下流側にある出湯用端末に送る湯の温度を設定温度とするためのバルブである。また混合弁２６は一方の配管から流入する水を遮断する切替弁としても機能する。

暖房用熱交換器１９は、互いの内部を流れる流体同士が熱交換するように設けられた１次側通路１９ａおよび２次側通路１９ｂを備えている。１次側通路１９ａは、熱交換用回路１７の一部であり、貯湯タンク１２内部に連通し、熱交換用回路１７を流れてきた貯湯タンク１２内の給湯用水が熱交換媒体として流れる流路である。

熱交換用回路１７は、貯湯タンク１２の天部と下部のそれぞれに接続されている。熱交換用回路１７には１次側通路１９ａと循環用ポンプ２７が設けられている。熱交換用回路１７の１次側通路１９ａよりも上流部には、暖房用熱交換器１９に流入する温水の入口温度を検出する１次側入口サーミスタ３２が設けられている。熱交換用回路１７の１次側通路１９ａよりも下流部には、暖房用熱交換器１９から流出した温水の出口温度を検出する１次側出口サーミスタ３３が設けられている。サーミスタ３２，３３は制御装置５０に温度情報を出力するようになっている。

２次側通路１９ｂは、暖房装置２２に熱媒体である温水（作動流体）を供給する暖房用熱媒体回路２３の一部である。さらに２次側通路１９ｂには浴槽２０内の浴水を追い焚き運転時に循環させる追い焚き回路２１の一部としてもよい。１次側通路１９ａおよび２次側通路１９ｂは、各通路を流れる流体間で熱交換が行われる形態であればよい。例えば、１次側通路１９ａおよび２次側通路１９ｂは、一方の通路が内側管の内部に形成され、他方の通路が内側管の外側を覆う外側管内に形成される二重管構造で構成してもよい。つまり、熱交換用回路１７を流れる給湯用水は、暖房用熱媒体回路２３を流れる温水（作動流体）と熱交換可能で、追い焚き回路２１を流れる浴水とも熱交換可能なように構成されている。また、暖房用熱交換器１９は、１次側通路１９ａおよび２次側通路１９ｂのそれぞれを流れる流体の流れ方向が対向する対向式熱交換器であることが好ましい。

暖房用熱媒体回路２３には回路内の温水（作動流体）を強制的に循環させる循環用ポンプ２９が設けられている。暖房用熱媒体回路２３の２次側通路１９ｂよりも上流部には、暖房用熱交換器１９に流入する温水（作動流体）の入口温度を検出する２次側入口サーミスタ３６が設けられている。暖房用熱媒体回路２３の２次側通路１９ｂよりも下流部には、暖房用熱交換器１９から流出した温水（作動流体）の出口温度を検出する２次側出口サーミスタ３７が設けられている。

また、追い焚き回路２１には回路内の浴水を強制的に循環させる循環用ポンプ２８が設けられている。追い焚き回路２１の２次側通路１９ｂよりも上流部には、暖房用熱交換器１９に流入する浴水の入口温度を検出する２次側入口サーミスタ３４が設けられている。追い焚き回路２１の２次側通路１９ｂよりも下流部には、暖房用熱交換器１９から流出した浴水の出口温度を検出する２次側出口サーミスタ３５が設けられている。各サーミスタ３４〜３７は検出した温度情報を制御装置５０に出力するようになっている。

暖房装置２２は、暖房用熱交換器１９で熱交換されて加熱される温水（作動流体）を熱源とする暖房機器である。暖房装置２２は、例えば、温水式の床暖房装置である。暖房装置２２は、その仕様、能力（例えば、温水パネルの仕様、能力）により、装置が能力を発揮できる作動流体の温度が定められており、これに伴い暖房用熱交換器１９で熱交換することができる給湯用水の温度も定められている。このように暖房装置２２の暖房に使用できる温度（例えば６０℃以上）の給湯用水をここでは以下に高温水と称する。

また、各配管経路には、図示しないサーミスタが適宜設けられ、各配管を流れる湯または水の温度情報を制御装置５０に出力するようになっている。

制御装置５０は、リモートコントローラ５１上の各種スイッチからの信号、流量カウンタ４０、各種サーミスタ３０〜３７等からの通信信号が入力される入力回路と、入力回路からの信号を用いて各種演算を実行するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータによる演算に基づいてヒートポンプユニット１０、混合弁２５，２６、循環用ポンプ２７，２８，２９等を制御する通信信号を出力する出力回路と、を備えている。マイクロコンピュータは、記憶手段としてＲＯＭまたはＲＡＭを内蔵し、あらかじめ設定された演算手段としての制御プログラムや更新可能な制御プログラムを有している。

制御装置５０は、ヒートポンプユニット１０を運転して高温水を沸き上げる際には、沸き上げ回路１１の沸上げ温度サーミスタが検出する温度情報に基づいて、ヒートポンプユニット１０が沸き上げる湯温が目標とする値、例えば、貯湯タンク１２の上部に９０℃の湯を貯える場合には、その貯湯温度に基づく９０℃より若干高い目標温度となるように、電動ポンプの回転数等を制御する。また、制御装置５０は、暖房装置２２を運転して暖房を行なうときには、２次側出口サーミスタ３７が検出する温度情報に基づいて、暖房用熱交換器１９により加熱される作動流体の温度が暖房温度設定手段（図示せず）で設定された暖房設定温度に基づく目標温度となるように、循環用ポンプ２９の回転数等を制御する。

制御装置５０は、過去（例えば直近の１週間）に使用された給湯用水の使用実績、および給湯用水のうち暖房装置２２の暖房に使用できる温度の高温水が過去（例えば直近の１週間）に使用された使用実績を記憶する記憶部を備えている。記憶部で記憶される過去の使用実績は最も古いデータが新しいデータに書き換えられることにより、常に更新されるものである。

次に、上記構成における給湯装置の作動について説明する。ユーザーによってリモートコントローラ５１の給湯スイッチがＯＮされている場合には、給湯装置は自動で沸き増し運転を行う。まずステップ１０で、現在の時刻が深夜電力時間帯、すなわち２３時から翌日の７時の間であるか否かを判断する。ここで深夜電力時間帯であると判断されると、ステップ１５に進み、所定の深夜電力時間帯の沸き上げ運転制御を実行する。

深夜電力時間帯の沸き上げ運転制御においては、制御装置５０は電力料金の安価な深夜電力時間帯にヒートポンプユニット１０を運転し、貯湯タンク１２内の給湯用水を加熱し、必要な熱量を蓄える。つまり、制御装置５０は、深夜電力時間帯になると、直近１日に使用した熱量の実績値を学習値に反映する。例えば、過去直近７日間の使用熱量に基づいて学習値を算出している場合には、直近１日の使用熱量の実績値を学習値に反映するとともに、８日前となった実績値を削除する。すなわち、制御装置５０は、貯湯タンク１２内に貯える１日あたりの目標蓄熱量を学習する。

そして、制御装置５０は、水位サーミスタ３０によって貯湯タンク１２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、目標蓄熱量が得られるように、ヒートポンプユニット１０に対して沸き上げ開始を命令し、圧縮機を起動した後に沸き上げ回路１１の電動ポンプを駆動する。さらに、貯湯タンク１２下部から取り出した低温水を水−冷媒熱交換器で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、沸き上げ回路１１を介して貯湯タンク１２の上部からタンク内に戻し、貯湯タンク１２の上部から順次高温水を貯湯していく。

制御装置５０は水位サーミスタ３０によって目標蓄熱量が貯湯されたことを検出すると、ヒートポンプユニット１０に対して沸き上げ停止を命令し、ヒートポンプユニット１０は圧縮機を停止するとともに、電動ポンプも停止して沸き上げ運転を終了する。

次に、現在の時刻が深夜電力時間帯でないときや深夜電力時間帯が経過したときには、ステップ２０に進み、現在の時刻が昼間時間帯、すなわち７時から１７時の間であるか否かを判断する。ここで昼間時間帯であると判断されると、ステップ２５に進み、所定の昼間時間帯の沸き増し運転制御を実行する。

昼間時間帯の沸き増し運転制御においては、制御装置５０は深夜電力時間帯の運転だけでは１日の必要熱量が確保できない場合にさらに沸き増し運転を実施する。１日の必要熱量の学習値から昼間時間帯に不足する熱量を算出し、この不足分の熱量を沸き上げるために必要な沸き増し時間を算出する。制御装置５０は、昼間時間帯の沸き増し運転を開始すると、貯湯タンク１２内の貯湯量が所定量まで減少する毎に沸き増し時間を減算しながらヒートポンプユニット１０を運転する。

次に、現在の時刻が昼間時間帯でないときや昼間時間帯が経過したときには、ステップ３０に進み、１７時になったか否かを判断する。ここで１７時になったと判断されると、ステップ３１に進み、所定の給湯ピーク時間帯前の沸き増し運転制御を実行する。

ここでステップ３０における１７時は、深夜電力時間帯以外の予め定めた所定時間帯の一例を示したにすぎず、１７時以外の時間としてもよい。本実施形態では給湯用水の使用量が最も大きくなる給湯ピーク時間帯が１８時から２３時の間である場合を想定して１７時としている。つまり、この所定時間帯は、夕方から夜にかけての給湯用水の使用量がもっと大きくなる給湯ピーク時間帯になる前の時間帯であればよい。換言すれば、当該所定時間帯はユーザーによって多少前後する時間帯でもある。当該所定時間帯は、制御装置５０のプログラムに予め設定されている時間であるが、ユーザーが手動で変化することが可能な構成にしてもよいし、制御装置５０の判断により自動で変化させてもよい。例えば、制御装置５０が過去の使用実績に基づいてユーザーの給湯使用ピーク時を推定し、この推定したピーク時に応じて最適な所定時間帯を設定するようにしてもよい。

ステップ３１では、制御装置５０は過去の使用実績（例えば１週間の使用実績）から１７時以降に予想される使用熱量Ｑｔを算出する。この過去実績に基づく使用熱量Ｑｔは、出湯等の給湯に使用した熱量、暖房装置２２の暖房に使用した熱量、および浴水の追い焚きに使用した熱量等のすべての使用熱量である。このステップに示す過去の使用実績は、例えば、過去１週間における、１日当たりの使用熱量の最大値を採用してもよいし、使用熱量の１日当たりの平均値を採用してもよい。

次に、制御装置５０は、ステップ３２で現在貯えられている貯湯熱量Ｑ０を水位サーミスタ３０の検出値を用いて算出する。なお、ステップ３１とステップ３２は、処理の順番が逆になってもよい。

ステップ３３で、制御装置５０はステップ３１で算出した使用熱量Ｑｔとステップ３２で算出した貯湯熱量Ｑ０を用いて第１沸き増し時間Ｔｕを算出する。第１沸き増し時間Ｔｕは以下の数式１を演算することにより算出する。
（数式１）
Ｔｕ＝（Ｑｔ−Ｑ０）÷（単位時間当たりのヒートポンプ能力Ｐ）
（Ｑｔ−Ｑ０）は、必要な熱量を確保するために現時点で不足している熱量である。この単位時間当たりのヒートポンプ能力Ｐは、ヒートポンプユニット１０が有する沸き上げ能力である。この一定の能力Ｐで沸き上げ運転を継続した場合に、不足熱量（Ｑｔ−Ｑ０）を獲得するために要する時間がＴｕとなる。このＴｕは、貯湯タンク１２内に貯えられている各温度の湯量（高温水、中温水、低温水の各流量）の状態にかかわらず、不足分の全熱量をトータルで沸き上げるために必要な時間である。

ところで、貯湯タンク１２内に貯えられている給湯用水は、暖房装置２２の暖房に使用できる高温水（例えば６０℃以上の湯）、暖房装置に使用できないが出湯に使用できる中温水（例えば４０℃〜６０℃の範囲の湯）、および出湯に使用できない低温水が層を成すような温度分布を形成している。そしてこの温度分布層はユーザーの使用状況に応じて様々な形態が存在する。例えば、貯湯タンク１２内の全熱量が同じであっても、高温水が十分にあって中温水が少ない場合や、高温水は少ないが中温水が十分にある場合といった形態がある。

一方、この給湯用水は、出湯用端末に出湯される温水として用いられたり、暖房装置２２の熱源である作動流体と熱交換する熱交換媒体として用いられたりすることがある。そして、ユーザーの過去の使用実績において、出湯用が多く暖房用が少ない場合には中温水の使用量が多くなるため、タンク内に中温水を多く貯めておく必要があり、暖房用が多い場合には高温水の使用量が多くなるため、タンク内に中温水よりも高温水を多く貯めておく必要がある。そこで、本給湯装置の所定時間帯以降の沸き増し運転においては、このような様々な使用形態に個別に対応できるように、貯湯タンク１２内の給湯用水の温度分布を形成する必要がある。

本制御フローでは、所定時間帯（ここでは１７時）以降に高温水を多く使用すると予想される状況に対応可能とするため、以下に説明する各ステップを実施する。ステップ３４では、制御装置５０は過去の使用実績（例えば１週間の使用実績）から１７時以降に予想される高温水の使用量Ｇｈを算出する。この過去実績に基づく高温水の使用量Ｇｈは、暖房装置２２の暖房に使用した高温水の使用量、出湯等の給湯に使用した高温水の使用量、および浴水の追い焚きに使用した高温水の使用量等のすべての高温水を使用した量である。このように高温水に係る算出については、高温水を沸き上げるための熱量を算出するのではなく、沸き上げる高温水の水量を算出するものである。また、このステップに示す過去の使用実績は、例えば、過去１週間における、１日当たりの高温水使用量の最大値を採用してもよいし、高温水使用量の１日当たりの平均値を採用してもよい。

本実施形態では、過去の使用実績において高温水が使用されたか否かを各サーミスタの検出値に基づいて判断する。つまり、タンク内から熱交換用回路１７に流出した給湯用水の温度、タンク内から給湯配管１４に流出した給湯用水の温度、タンク内から中温水配管１６に流出した給湯用水の温度等が、暖房装置２２の暖房に使用できる温度（ここでは６０℃）以上であることを検出したときには、制御装置５０は高温水が使用されたと認識し、このときの高温水の使用量を実績として記憶部に記憶する。

例えば、暖房装置２２の暖房に高温水を使用した場合を例に挙げて説明する。この場合には、循環用ポンプ２７が起動され貯湯タンク１２内上部の高温水が熱交換用回路１７を循環し、同様に循環用ポンプ２９が起動され暖房装置２２のパネル内の作動流体が暖房用熱媒体回路２３を循環し、暖房用熱交換器１９で高温水の熱が作動流体に吸熱されて熱交換が行われる。このとき、制御装置５０は、熱交換用回路１７を実際に流れる流量Ｇｈｒを検出し、１次側入口サーミスタ３２によって入口温度（以下、例えば８０℃とする）を検出し、１次側出口サーミスタ３３によって出口温度（以下、例えば４５℃とする）を検出する。高温水が熱交換媒体に与える熱量は、当該入口温度（８０℃）と当該出口温度（４５℃）との差に流量Ｇｈｒをかけることにより求められる。そして制御装置５０はこの熱量を所定温度の湯量に換算する。ここでは一例として、制御装置５０は当該熱量を９０℃の湯量に換算する。具体的には以下の数式２を用いて９０℃換算の湯量Ｇｈ９０を算出する。

（数式２）
（８０−４５）×Ｇｈｒ＝（９０−４５）×Ｇｈ９０
所定温度が９０℃でない場合には、数式２における９０をその所定温度に置き換えて演算すればよい。また、浴水の追い焚きに使用した高温水の使用量についても同様に算出する。

また、出湯等の給湯に高温水を使用した場合には、制御装置５０は、貯湯タンク１２内から流出する高温水の実際の流量Ｇｈｒを検出するとともにその出湯温度（ここでは８０℃）および混合弁２６により混合される市水の給水温度を検出する。例えば、高温水の出湯温度は、当該温度を検出することができる水位サーミスタ３０によって検出し、給水温度は給水配管１５の給水温度サーミスタによって検出する。出湯に使用される高温水の熱量は、出湯温度（以下、例えば８０℃とする）と給水温度（以下、例えば１０℃とする）との差に流量Ｇｈｒをかけることにより求められる。そして制御装置５０はこの熱量を上記と同様に所定温度（９０℃）の湯量に換算する。制御装置５０は、具体的には以下の数式３を用いて９０℃換算の湯量Ｇｈ９０を算出する。

（数式３）
（８０−１０）×Ｇｈｒ＝（９０−１０）×Ｇｈ９０
このようにステップ３４では、制御装置５０は過去の高温水の使用量をその熱量を所定温度の湯量に換算することにより算出する。

次に、制御装置５０は、ステップ３５で、現在貯えられている高温水の貯湯量Ｑｈ０を複数個の水位サーミスタ３０による検出値を用いて算出する。８個の水位サーミスタ３０ａ〜３０ｈのそれぞれは所定の貯湯タンク１２の最上部からどれだけの給湯用水が貯まっているかを検出できるように所定の位置に設けられているため、制御装置５０は各水位サーミスタの検出温度により、タンク内に形成されている高温水の温度層の分布を認識することができる。制御装置５０はこの高温水の温度層の分布を用いて、タンク内の同一温度毎に貯湯量を算出し、さらに温度と貯湯量の積を演算することによりタンク内の高温水の貯湯熱量を算出することができる。そして制御装置５０はこの貯湯熱量を同一温度毎に所定温度の９０℃で除することにより９０℃換算の湯量を求め、さらにすべての温度について合計して湯量Ｇｈ９０を算出する。なお、ステップ３４とステップ３５は、処理の順番が逆になってもよい。

また、各水位サーミスタ３０ａ〜３０ｈにおいて隣り合うサーミスタの検出温度が異なる場合は、異なる検出温度のサーミスタ間については、補間法（１次近似計算）によって１次的な高温水の温度変化を算出し、上記貯湯熱量を算出してもよい。この補間法の演算を用いることにより、サーミスタの検出温度の誤差による演算の精度の低下を抑制でき、貯湯量の演算をより高い精度で実施できる。

ステップ３６で、制御装置５０はステップ３４で算出した高温水の換算済みの使用量Ｇｈ９０とステップ３５で算出した高温水の貯湯量Ｑｈ０を用いて第２沸き増し時間Ｔｕｈを算出する。第２沸き増し時間Ｔｕｈは以下の数式４を演算することにより算出する。
（数式４）
Ｔｕｈ＝（Ｇｈ９０−Ｇｈ０）÷（単位時間当たりの供給可能な高温水量Ｐｈ）
（Ｇｈ９０−Ｇｈ０）は、必要な高温水を確保するために現時点で不足している高温水量である。単位時間当たりの供給可能な高温水量Ｐｈは、ヒートポンプユニット１０が単位時間当たりに沸き上げることができる高温水量である。この一定の能力Ｐｈで沸き上げ運転を継続した場合に、不足水量（Ｇｈ９０−Ｇｈ０）を獲得するために要する時間がＴｕｈとなる。

次に、制御装置５０は、ステップ３３で求めた第１沸き増し時間Ｔｕとステップ３６で求めた第２沸き増し時間Ｔｕｈとを比較し、Ｔｕｈの方が大きいか否かを判断する（ステップ３７）。Ｔｕｈの方が大きくないと判断した場合には、後の給湯ピーク時において高温水が不足することがないと判断し、沸き増し運転を、タンク内の全熱量を沸き上げる時間に相当する第１沸き増し時間Ｔｕ実施する（ステップ３８）。逆に、Ｔｕｈの方が大きいと判断した場合には、後の給湯ピーク時において高温水が不足することが考えられると判断し、沸き増し運転を、タンク内に高温水を重点的に沸き上げるための時間に相当する第２沸き増し時間Ｔｕｈ実施する（ステップ３９）。

このように本制御フローは、給湯ピーク時前の所定時間帯になると、過去の使用実績から、給湯ピーク時に必要な熱量を分析し、その実態に適合する沸き増し時間を決定し、給湯ピーク時に不具合が生じないような処理を行うものである。

本実施形態に係る給湯装置がもたらす作用効果を以下に述べる。本給湯装置の制御装置は、深夜電力時間帯以外の予め定めた所定時間帯になると以下のように必要な沸き増し時間を求める。すなわち、貯湯タンク１２に貯えられている貯湯熱量を算出するとともに、当該所定時間帯以降に使用される給湯用水の使用熱量を給湯用水の使用実績を用いて推定し、このように得られた貯湯熱量および給湯用水の使用熱量を用いて沸き増しに必要とする第１沸き増し時間Ｔｕを算出する。

さらに、貯湯タンク１２に貯えられている高温水の貯湯量を算出し、所定時間帯以降に使用される高温水の使用量を高温水の使用実績を用いて推定し、このように得られた高温水の貯湯量および高温水の使用量を用いて高温水を沸き増しするのに必要な第２沸き増し時間Ｔｕｈを算出する。

さらに、第１沸き増し時間Ｔｕと第２沸き増し時間Ｔｕｈとを比較し、長い方の時間を沸き増し運転時の当該必要な沸き増し時間とする。

この制御によれば、過去の使用実績を用いて、高温水の不足量と、タンク全体の熱量確保とを考慮した沸き増し運転を実施するため、出湯用、暖房用といった給湯用水の様々な使用形態に対応可能であり、また高温水が不足したり、あるいは余分に沸き上げたりすることなく、経済的で、ユーザーに不具合を感じさせない沸き増し運転を提供できる。例えば、沸き増し運転前に貯湯タンク内に暖房装置に使用できない温度の中温水等が多く、当該高温水が不足している状況では、出湯についての湯切れはしないが、暖房や追い焚きができないといった不具合が起こりうるが、高温水を必要量確保する第２沸き増し時間Ｔｕｈが必要であるかどうかの判断がなされるので、後に高温水を使用する各種運転が行われたときの高温水不足による熱量不足を回避することができる。

また、上記所定時間帯は１日の中で給湯用水の使用量が最も大きくなる給湯ピーク時間帯前の時間帯である。高温水の使用実績は当該給湯ピーク時間帯における使用実績を含んでいる。この制御によれば、給湯ピーク時間帯が到来する前に温水の不足量を考慮した必要な沸き増し時間を算出するため、給湯ピーク時間帯における高温水不足による熱量不足を回避することができる。

また、過去の使用実績から求める高温水の使用量は、熱量を所定温度の湯量に換算して算出するようにしている。この制御によれば、第２沸き増し時間Ｔｕｈを算出するときに使用された熱量を所定温度の湯量に換算することにより、湯量の基準が統一でき、制御装置５０における演算のプログラムや制御の仕様を簡単化することができる。

また、高温水の使用実績には浴水の追い焚きに使用された給湯用水の使用実績も含まれるようにしている。この制御によれば、貯湯タンク１２の高温水を活用した追い焚き運転の実績を考慮した高温水の使用実績が算出されるため、暖房の使用だけでなく、追い焚きによる高温水の不足も補える沸き増し時間を決定することができ、よりユーザーの使い勝手が向上する。

また、暖房装置２２には床暖房装置および浴室暖房装置の少なくともいずれか一方が設けられる。さらに上記高温水の温度は、暖房装置２２として設けられた当該機器で使用できる温度に設定されている。この制御によれば、暖房装置２２に使用できる高温水の温度を床暖房装置のパネル仕様や浴室暖房装置の能力に応じて設定することができるため、対象とする暖房装置２２の能力を発揮することができる沸き増し運転が得られる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態では、ＣＯ_２と冷媒回路内に所定量封入し、冷凍サイクルの高圧側圧力を臨界圧力以上としているが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、ＣＯ_２以外の冷媒（例えば、エチレン、エタン、酸化窒素等）を用いる冷凍サイクルであってよいし、高圧側圧力が臨界圧力以下となるものであってもよい。

また、上記実施形態では、制御装置５０の内部に過去の使用実績を記憶する記憶部が設けられているように説明しているが、この形態に限定するものではない。例えば、当該記憶部が制御装置５０とは別個にあって、この記憶部と制御装置５０が一体または別体となり、相互に通信しながら、沸き増し運転時の沸き増し時間を算出するように構成してもよい。

また、上記実施形態の暖房装置２２は、温水式の床暖房装置の他、温水式の浴室暖房装置としてもよい。また、暖房装置２２が備える温水パネルは、温水式パネルコンベクタ、温水式パネルラジエータ等に置き換えることもできる。

第１実施形態に係る給湯装置の概略構成を示した模式図である。 第１実施形態の給湯装置の制御構成の概要を示したブロック図である。 第１実施形態の給湯装置における沸き増し運転制御の処理を示したフローチャートである。

符号の説明

１０…ヒートポンプユニット（加熱装置）
１２…貯湯タンク
２２…暖房装置
５０…制御装置

Claims (5)

1. 出湯用端末に出湯される温水として用いられ、さらに暖房装置（２２）の熱源である作動流体と熱交換する熱交換媒体としても用いられる給湯用水を沸き上げる加熱装置（１０）と、
   前記加熱装置によって沸き上げられた前記給湯用水を内部に貯える貯湯タンク（１２）と、
   過去に使用された前記給湯用水の使用実績、および前記給湯用水のうち前記暖房装置の暖房に使用できる温度の高温水が過去に使用された使用実績を記憶するとともに、前記貯湯タンクに貯える前記給湯用水を沸き増しする場合に、前記給湯用水の使用実績および前記高温水の使用実績を用いて前記加熱装置を沸き増し運転するのに必要な沸き増し時間を算出し、前記加熱装置を前記算出された沸き増し時間運転する制御装置（５０）と、
   を備え、
   前記制御装置は、深夜電力時間帯以外の予め定めた所定時間帯になると、
   前記貯湯タンクに貯えられている貯湯熱量を算出するとともに、前記所定時間帯以降に使用される前記給湯用水の使用熱量を前記給湯用水の使用実績を用いて推定し、前記得られた前記貯湯熱量および前記給湯用水の使用熱量を用いて前記沸き増しに必要とする第１沸き増し時間（Ｔｕ）を算出し、
   前記貯湯タンクに貯えられている前記高温水の貯湯量を算出し、前記所定時間帯以降に使用される前記高温水の使用量を前記高温水の使用実績を用いて推定し、前記得られた前記高温水の貯湯量および前記高温水の使用量を用いて前記高温水を沸き増しするのに必要な第２沸き増し時間（Ｔｕｈ）を算出し、
   さらに、前記第１沸き増し時間（Ｔｕ）と前記第２沸き増し時間（Ｔｕｈ）とを比較し、長い方の時間を前記加熱装置の沸き増し時間とすることを特徴とする給湯装置。
2. 前記所定時間帯は１日の中で前記給湯用水の使用量が最も大きくなる給湯ピーク時間帯前の時間帯であり、
   前記高温水の使用実績は前記給湯ピーク時間帯における使用実績を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記過去の高温水の使用量は熱量を所定温度の湯量に換算して算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。
4. 前記高温水の使用実績には風呂の追い焚きに使用された使用実績も含まれることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の給湯装置。
5. 前記暖房装置は床暖房装置および浴室暖房装置の少なくともいずれか一方が含まれており、
   前記高温水の温度は、前記暖房装置として設けられた機器で使用できる温度に設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の給湯装置。

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