JP2017129327A - 貯湯式給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】沸き上げ温度を低くすることで配管の劣化を抑制することと、貯湯タンクの湯切れを確実に回避することとを両立可能な貯湯式給湯システムを提供する。【解決手段】一日の目標熱量である沸き上げ目標熱量Ｑｏと夜間率とに基づいて、夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを計算する（ステップＳ７）。夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを貯湯タンクに蓄積する場合に要求される第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔを計算する（ステップＳ８）。湯切れ防止目標熱量Ｑ＿ｃｏｎ＿ｍａｘを貯湯タンクに蓄積する場合に要求される第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗを計算する（ステップＳ９）。第一上限温度と、第一上限温度より高い温度である第二上限温度と、第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔと、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗとを比較することで、夜間時間帯に沸き上げ運転を行うときの沸き上げ温度の目標値である夜間沸き上げ目標温度Ｔｐを決定する（ステップＳ１０〜Ｓ１６）。【選択図】図２

Description

本発明は、貯湯式給湯システムに関する。

貯湯式給湯システムにおいて、所定期間内に使用した熱量に基づいて沸き上げ目標熱量を算出し、この沸き上げ目標熱量に基づいて沸き上げ目標温度を算出し、この沸き上げ目標温度で、電気料金単価の割安な夜間時間帯に満タン、または沸き上げ目標熱量まで、沸き上げるようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１６８５２４号公報

ヒートポンプユニットに接続されるヒートポンプ配管を流れる湯の温度が高くなるほど、当該配管の劣化が促進することが知られている。

ヒートポンプ配管の保護のためには、ヒートポンプ配管内を流れる湯の温度を下げることが有効である。すなわち、沸き上げ目標温度を下げることが有効である。

しかしながら、上述した従来の貯湯式給湯システムでは、使用熱量に基づいて算出された沸き上げ目標熱量が大きい場合には、沸き上げ目標温度が高くなってしまう。

その一方で、沸き上げ目標温度を低下させると、夜間時間帯での沸き上げ量が不足し、昼間時間帯での給湯利用によって湯切れが生じる可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、沸き上げ温度を低くすることで配管の劣化を抑制することと、貯湯タンクの湯切れを確実に回避することとを両立可能な貯湯式給湯システムを提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯システムは、水を加熱する加熱手段と、加熱手段で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、使用された熱量を学習する使用熱量学習手段と、使用熱量学習手段により学習された情報に基づいて、一日の目標熱量を計算する第一計算手段と、使用熱量学習手段により学習された情報に基づいて、貯湯タンクの湯切れを防止するために必要な熱量である湯切れ防止目標熱量を計算する第二計算手段と、一日の使用電力量に対する、夜間時間帯での使用電力量の割合の目標値である夜間率を記憶する夜間率記憶手段と、貯湯タンクに熱を蓄積する運転である沸き上げ運転のときに加熱手段から貯湯タンクへ供給される湯の温度である沸き上げ温度を制御可能な沸き上げ制御手段と、を備え、沸き上げ制御手段は、第一計算手段により計算された一日の目標熱量と夜間率とに基づいて夜間目標熱量を計算する手段と、夜間目標熱量を貯湯タンクに蓄積する場合に要求される沸き上げ温度である第一要求温度を計算する手段と、湯切れ防止目標熱量を貯湯タンクに蓄積する場合に要求される沸き上げ温度である第二要求温度を計算する手段と、第一上限温度と、第一上限温度より高い温度である第二上限温度と、第一要求温度と、第二要求温度とを比較することで、夜間時間帯に沸き上げ運転を行うときの沸き上げ温度の目標値である夜間沸き上げ目標温度を決定する手段と、を備えるものである。

本発明の貯湯式給湯システムによれば、沸き上げ温度を低くすることで配管の劣化を抑制することと、貯湯タンクの湯切れを確実に回避することとを両立することが可能となる。

実施の形態１の貯湯式給湯システムを示す図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムが実行する制御ルーチンのフローチャートである。 実施の形態１の貯湯式給湯システムが実行する制御ルーチンのフローチャートである。 実施の形態１及び２の貯湯式給湯システムが備える制御装置のハードウェア構成の例を示す図である。 実施の形態１及び２の貯湯式給湯システムが備える制御装置のハードウェア構成の他の例を示す図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。なお、本開示における装置、器具、及び部品等の、個数、配置、向き、形状、及び大きさは、原則として、図面に示す個数、配置、向き、形状、及び大きさに限定されない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の貯湯式給湯システムを示す図である。図１に示すように、本実施の形態の貯湯式給湯システム１は、ヒートポンプユニット２及び貯湯タンク１０を備える。ヒートポンプユニット２は、水を加熱する加熱手段の例である。ヒートポンプユニット２内には、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び空気熱交換器が冷媒配管により順次接続されて構成されたヒートポンプ回路が備えられている。ヒートポンプユニット２及び貯湯タンク１０は、ヒートポンプ配管３を介して接続されている。ヒートポンプ配管３は、貯湯タンク１０の下部とヒートポンプユニット２とを接続している。また、ヒートポンプ配管３は、貯湯タンク１０の上部とヒートポンプユニット２とを接続している。

貯湯タンク１０内には、温度による水の密度の差により、上側が高温で下側が低温になる温度成層が形成される。ヒートポンプユニット２及び循環ポンプ４を作動させることで、貯湯タンク１０に熱を蓄積する運転、すなわち沸き上げ運転を行うことができる。沸き上げ運転では、以下のようになる。ヒートポンプ配管３の途中に配置された循環ポンプ４により、貯湯タンク１０の下部から取り出された水がヒートポンプ配管３を通ってヒートポンプユニット２内に導かれる。この水はヒートポンプユニット２内で沸き上げられて高温の湯になる。この高温の湯が、ヒートポンプ配管３を通って貯湯タンク１０の上部に戻される。貯湯タンク１０内に上部から高温の湯が蓄積し、下側の低温水との間の温度境界層が下方へ移動する。以下の説明では、沸き上げ運転のときにヒートポンプユニット２から貯湯タンク１０の上部へ供給される湯の温度を「沸き上げ温度」と称する。

貯湯タンク１０の外面には、上から順に第１〜第４の温度センサ５ａ〜５ｄが間隔をあけて設けられている。これらの温度センサ５ａ〜５ｄは、貯湯タンク１０の上部からの内容積がそれぞれ所定の量、例えば、０Ｌ、５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌとなるような高さの位置に配置されている。貯湯タンク１０の下部とヒートポンプユニット２とをつなぐヒートポンプ配管３の途中には、第５の温度センサ５ｅが設けられている。第１〜第５の温度センサ５ａ〜５ｅで検知される温度に基づいて、貯湯タンク１０内の貯湯量及び蓄熱量を計算できる。ヒートポンプ配管３と貯湯タンク１０の上部との接続部分には、沸き上げ温度センサ６が設けられている。この沸き上げ温度センサ６は、沸き上げ温度を検知する。

一般給湯側電動混合弁７は、貯湯タンク１０の上部に接続された給湯管８からの高温湯と、水道管等の水源に接続された給水管９からの水とを混合し、その混合された湯水を、混合給湯管３０を経由して蛇口等に供給する。

給水管９には、給水温度センサ２３が設けられており、給水管９を流れる水の温度を検知することができる。混合給湯管３０には、給湯用流量センサ１９及び給湯用温度センサ２０が設けられており、混合給湯管３０を流れる湯の流量及び温度を検知することができる。

風呂給湯側電動混合弁１１は、給湯管８からの高温湯と給水管９からの水とを混合し、その混合された湯水を、混合風呂管１８及び風呂側循環回路１２を経由して浴槽（図示省略）に供給することにより、湯張りを行う。浴槽内の湯量が適量となったところで混合風呂管１８の途中に設けられた電磁弁１３が閉じ、湯張りが完了する。

混合風呂管１８には、風呂用流量センサ２１及び風呂用温度センサ２２が設けられており、混合風呂管１８を流れる湯の流量及び温度を検知することができる。

風呂側循環回路１２は、風呂循環ポンプ１４により浴槽から浴槽水を引き込み、熱交換器１５を経由して浴槽に戻る経路である。また、タンク側循環回路１６は、貯湯タンク１０の上部から貯湯タンク１０内の湯をタンク循環ポンプ１７で引き込み、熱交換器１５を経由して貯湯タンク１０の下部に繋がる経路である。浴槽内の湯の温度を昇温または保温するための浴槽加熱動作を行う場合には、風呂循環ポンプ１４及びタンク循環ポンプ１７が作動される。これにより、浴槽から風呂側循環回路１２に引き込まれた浴槽水と、貯湯タンク１０の上部からタンク側循環回路１６に引き込まれた高温湯とが、熱交換器１５において熱交換を行う。浴槽内の湯の温度が目標温度に達すると、風呂循環ポンプ１４及びタンク循環ポンプ１７が停止され、浴槽加熱動作が終了する。

本実施の形態の貯湯式給湯システム１は、制御装置２４及びリモコン２５を備える。上述したヒートポンプユニット２、循環ポンプ４、第１〜第５の温度センサ５ａ〜５ｅ、沸き上げ温度センサ６、一般給湯側電動混合弁７、風呂給湯側電動混合弁１１、電磁弁１３、風呂循環ポンプ１４、タンク循環ポンプ１７、給湯用流量センサ１９、給湯用温度センサ２０、風呂用流量センサ２１、風呂用温度センサ２２及び給水温度センサ２３は、制御装置２４に対して、電気的に接続されている。制御装置２４は、貯湯式給湯システム１の各部の動作を制御する。

リモコン２５は、制御装置２４に対し、双方向にデータ通信可能に接続される。リモコン２５は、ユーザーインターフェースの例である。リモコン２５は、例えば、浴室に設置される。浴室以外の場所、例えば台所等に設置される他のリモコン（図示省略）がさらに備えられてもよい。リモコン２５は、例えば液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置などからなる表示部と、ユーザーが操作するスイッチ等の操作部と、スピーカー、マイク等を備える。ユーザーは、リモコン２５の操作部を操作することで、例えば運転動作指令、設定値の変更などの入力操作を行うことができる。リモコン２５は、貯湯式給湯システム１の状態等の情報を表示部に表示することでユーザーに報知できる。また、リモコン２５は、スピーカーから発する音声または音によってユーザーに情報を報知できる。

制御装置２４は、沸き上げ制御部２４ａ、使用熱量学習部２４ｂ、夜間率記憶部２４ｃ、第一計算部２４ｄ、及び第二計算部２４ｅを備える。沸き上げ制御部２４ａは、沸き上げ運転を制御する。使用熱量学習部２４ｂは、ユーザーにより使用された熱量の実績、すなわち貯湯式給湯システム１がユーザー側へ供給した熱量の実績、を学習する。夜間率記憶部２４ｃは、夜間率の値を記憶する。夜間率とは、貯湯式給湯システム１が一日すなわち２４時間で使用する電力量に対する、夜間時間帯での使用電力量の割合の目標値である。

夜間時間帯は、他の時間帯に比べて電気料金単価が割安になる時間帯である。夜間時間帯は、例えば、２３時から翌朝の７時までの時間帯である。夜間時間帯は、例えば、深夜電力、時間帯別電灯契約等の電力会社との契約によって定められるものである。深夜電力とは、電力消費の少ない深夜から朝にかけての電気を使用することによって、電気料金が割安になる契約である。時間帯別電灯契約とは、電力を昼間と夜間の２つの時間帯に分けて、電気料金を計算する契約であり、昼間の電気料金は若干高くなるが、夜間の電気料金は大幅に割引されるものである。以下の説明では、一日のうちで夜間時間帯以外の時間帯を「昼間時間帯」と称する。

夜間率の値は、予め設定されていてもよい。ユーザー等がリモコン２５を操作することで夜間率の値を変更可能にしてもよい。夜間時間帯の開始時刻及び終了時刻の情報を、ユーザー等がリモコン２５を操作することで入力可能にしてもよい。制御装置２４が外部機器（図示省略）と通信することで、当該外部機器から夜間時間帯の開始時刻及び終了時刻の情報を取得可能にしてもよい。

第一計算部２４ｄは、一日の目標熱量である沸き上げ目標熱量Ｑｏを計算する。第二計算部２４ｅは、湯切れ防止目標熱量Ｑ＿ｃｏｎ＿ｍａｘを計算する。湯切れ防止目標熱量Ｑ＿ｃｏｎ＿ｍａｘは、貯湯タンク１０の湯切れを防止するために必要な熱量である。

以下、実施の形態１の動作を、図２及び図３に基づいて、より詳細に説明する。図２及び図３は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１が実行する制御ルーチンのフローチャートである。

図２のステップＳ１では、以下のようにする。使用熱量学習部２４ｂは、給湯用流量センサ１９、給湯用温度センサ２０及び給水温度センサ２３によって検知される流量及び温度に基づいて、給湯に使用された熱量を算出する。また、使用熱量学習部２４ｂは、風呂用流量センサ２１、風呂用温度センサ２２及び給水温度センサ２３によって検知される流量及び温度に基づいて、浴槽の湯張りに使用された熱量を算出する。使用熱量学習部２４ｂは、その両者を合算することにより、貯湯タンク１０から取り出されて使用された湯の熱量、すなわち使用熱量を算出する。使用熱量学習部２４ｂは、一日の使用熱量の積算値を、Ｑ＿ｄａｙ１（一日前の使用熱量の積算値），Ｑ＿ｄａｙ２（二日前の使用熱量の積算値），・・・，Ｑ＿ｄａｙｎ（ｎ日前の使用熱量の積算値）として、過去所定期間分（例えば過去二週間分）を記憶している。

なお、使用熱量学習部２４ｂは、浴槽水の追い焚きが行われた場合に、浴槽水の湯量と、浴槽水の温度上昇値とに基づいて、追い焚きに使用された熱量を算出し、この算出した熱量を上記使用熱量に加算してもよい。追い焚きに使用された熱量は、浴槽水の量（例えば１８０Ｌ）×浴槽水の温度上昇値（例えば１０℃）／換算係数、という計算式によって求めることができる。

ステップＳ１からステップＳ２へ移行する。ステップＳ２で、使用熱量学習部２４ｂは、一日のうちで、時間的に集中して使用された最大の熱量、すなわち集中熱量Ｑ＿ｄａｙｎ＿ｃｏｎを算出する。集中熱量Ｑ＿ｄａｙｎ＿ｃｏｎは、例えば、浴槽の湯張りに使用される熱量に相当する。使用熱量学習部２４ｂは、過去所定期間分（例えば過去二週間分）の集中熱量Ｑ＿ｄａｙｎ＿ｃｏｎの値を記憶している。

ステップＳ２からステップＳ３へ移行する。ステップＳ３で、制御装置２４は、夜間時間帯の開始時刻（例えば２３時）になったかどうかを判断する。まだ夜間時間帯開始時刻になっていない場合には、上記ステップＳ１及びステップＳ２の処理が繰り返される。夜間時間帯開始時刻になった場合には、ステップＳ３からステップＳ４へ移行する。ステップＳ４で、使用熱量学習部２４ｂは、過去所定期間分（例えば過去二週間分）の、一日毎の使用熱量の積算値Ｑ＿ｄａｙ１〜Ｑ＿ｄａｙｎに基づいて、一日の使用熱量の平均値Ｑ＿ａｖｅを算出する。

ステップＳ４からステップＳ５へ移行する。ステップＳ５で、第二計算部２４ｅは、以下のようにして、湯切れ防止目標熱量Ｑ＿ｃｏｎ＿ｍａｘを算出する。使用熱量学習部２４ｂにより学習された過去所定期間分（例えば過去二週間分）の毎日の集中熱量Ｑ＿ｄａｙｎ＿ｃｏｎのうちの最大値を、湯切れ防止目標熱量Ｑ＿ｃｏｎ＿ｍａｘとして算出する。

ステップＳ５からステップＳ６へ移行する。ステップＳ６で、第一計算部２４ｄは、ステップＳ５で算出されたＱ＿ａｖｅを用いて、下記式１により、沸き上げ目標熱量Ｑｏを計算する。
Ｑｏ＝Ｑ＿ａｖｅ×放熱係数＋起動熱量 ・・・式１

ここで、放熱係数とは、沸き上げた熱量に対し、浴槽の湯張りまたは入浴等によって湯が使用されるまでの間に貯湯タンク１０からの放熱によって熱量が減少することを考慮して、予め設定されている値（例えば１．１）である。起動熱量とは、昼間時間帯の沸き上げ運転を開始する貯湯タンク１０内の残湯量から演算されるタンク熱量条件（例えば３５００ｋｃａｌ）である。

なお、第一計算部２４ｄは、Ｑ＿ａｖｅに代えて、過去所定期間（例えば過去二週間）の、一日毎の使用熱量の最大値Ｑ＿ｍａｘ（すなわちＱ＿ｄａｙ１〜Ｑ＿ｄａｙｎのうちの最大値）に基づいて、沸き上げ目標熱量Ｑｏを算出するようにしてもよい。

ステップＳ６からステップＳ７へ移行する。ステップＳ７で、沸き上げ制御部２４ａは、第一計算部２４ｄにより計算された沸き上げ目標熱量Ｑｏと、夜間率記憶部２４ｃに記憶されている夜間率とに基づいて、下記式２により、夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを計算する。夜間率は、１００％より低い値（例えば８０％）に設定されている。夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔは、夜間時間帯に貯湯タンク１０に蓄積する熱量の目標値である。
Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔ＝Ｑｏ×夜間率 ・・・式２

ステップＳ７からステップＳ８へ移行する。ステップＳ８で、沸き上げ制御部２４ａは、ステップＳ７で算出された夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔに基づいて、下記式３により、第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔを計算する。第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔは、夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを貯湯タンク１０に蓄積する場合に要求される沸き上げ温度である。

Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔ＝Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔ／（タンク容量−マージン）＋給水温度 ・・・式３

ここで、タンク容量とは、貯湯タンク１０の容量（例えば３７０Ｌ）である。マージンとは、貯湯タンク１０内の一定量は、放熱して給湯に使用できないことを考慮した値（例えば６０Ｌ）である。給水温度とは、給水温度センサ２３によって検知される給水温度（例えば１０℃）である。

ステップＳ８からステップＳ９へ移行する。ステップＳ９で、沸き上げ制御部２４ａは、ステップＳ５で算出された湯切れ防止目標熱量Ｑ＿ｃｏｎ＿ｍａｘに基づいて、下記式４により、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗを計算する。

Ｔｐ＿ｌｏｗ＝Ｑ＿ｃｏｎ＿ｍａｘ／（タンク容量−マージン）＋給水温度 ・・・式４

式４の「タンク容量」「マージン」「給水温度」は、式３の場合と同じである。第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗは、湯切れ防止目標熱量Ｑ＿ｃｏｎ＿ｍａｘを貯湯タンク１０に蓄積する場合に要求される沸き上げ温度である。

制御装置２４は、沸き上げ温度の上限値として、異なる二つの上限値、すなわち第一上限温度及び第二上限温度を記憶している。第一上限温度は、ヒートポンプ配管３の保護を目的としたものである。第一上限温度は、第二上限温度に比べて温度が低い方の値である。第一上限温度は、例えば、８０℃としてもよい。第二上限温度は、湯切れ防止を目的としたものである。第二上限温度は、第一上限温度に比べて温度が高い方の値である。第二上限温度は、例えば、９０℃としてもよい。

ステップＳ９からステップＳ１０へ移行する。ステップＳ１０で、沸き上げ制御部２４ａは、ステップＳ９で算出された第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗと、第一上限温度（例えば８０℃）とを比較する。第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗが第一上限温度（例えば８０℃）以下である場合には、ステップＳ１０からステップＳ１１へ移行する。ステップＳ１１で、沸き上げ制御部２４ａは、ステップＳ８で算出された第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔと、ステップＳ９で算出された第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗとを比較する。第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔが第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗより高い場合には、ステップＳ１１からステップＳ１２へ移行する。

ステップＳ１２で、沸き上げ制御部２４ａは、第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔと、第一上限温度（例えば８０℃）とのうち、低い方の値を、夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定する。夜間沸き上げ目標温度Ｔｐは、夜間時間帯に沸き上げ運転を行うときの沸き上げ温度の目標値である。

第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔが第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗ以下である場合には、ステップＳ１１からステップＳ１３へ移行する。ステップＳ１３で、沸き上げ制御部２４ａは、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗを夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定する。

第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗが第一上限温度（例えば８０℃）より高い場合には、ステップＳ１０からステップＳ１４へ移行する。ステップＳ１４で、沸き上げ制御部２４ａは、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗと、第二上限温度（例えば９０℃）とを比較する。第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗが第二上限温度（例えば９０℃）より低い場合には、ステップＳ１４からステップＳ１５へ移行する。ステップＳ１５で、沸き上げ制御部２４ａは、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗを夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定する。

第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗが第二上限温度（例えば９０℃）以上の高い場合には、ステップＳ１４からステップＳ１６へ移行する。ステップＳ１６で、沸き上げ制御部２４ａは、第二上限温度（例えば９０℃）を夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定する。

ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１５，またはＳ１６から、図３のステップＳ１７へ移行する。ステップＳ１７で、沸き上げ制御部２４ａは、第２〜第５の温度センサ５ｂ〜５ｅで検知される温度に基づいて、貯湯タンク１０内の現在の蓄熱量Ｑｔを算出する。ステップＳ１７からステップＳ１８へ移行する。ステップＳ１８で、沸き上げ制御部２４ａは、ステップＳ７で算出された夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔと、ステップＳ１７で算出された蓄熱量Ｑｔとに基づいて、下記式５により、夜間時間帯の沸き上げ熱量Ｑｎを算出する。
Ｑｎ＝Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔ−Ｑｔ ・・・式５

ステップＳ１８からステップＳ１９へ移行する。ステップＳ１９で、沸き上げ制御部２４ａは、ステップＳ１８で算出された夜間時間帯の沸き上げ熱量Ｑｎに基づいて、下記式６に従い、夜間時間帯の沸き上げ時間Ｔｗを算出する。
Ｔｗ＝Ｑｎ／８６０［ｃａｌ／Ｗｈ］／Ｈａｃ［ｋＷ］×６０［分］ ・・・式６
ここで、Ｈａｃとは、ヒートポンプユニット２における加熱能力（例えば４．５ｋＷ）である。

ステップＳ１９からステップＳ２０へ移行する。ステップＳ２０で、沸き上げ制御部２４ａは、ステップＳ１９で算出された夜間時間帯の沸き上げ時間Ｔｗに基づいて、下記式７により、夜間時間帯の沸き上げ開始時刻ｔ−ｓｔａｒｔを算出する。
ｔ−ｓｔａｒｔ＝夜間時間帯終了時刻−Ｔｗ ・・・式７

ステップＳ２０からステップＳ２１へ移行する。ステップＳ２１で、沸き上げ制御部２４ａは、夜間時間帯の沸き上げ開始時刻ｔ−ｓｔａｒｔを過ぎたかどうかを判断する。夜間時間帯の沸き上げ開始時刻ｔ−ｓｔａｒｔを過ぎていない場合には、ステップＳ２１からステップＳ１７に戻り、ステップＳ１７〜ステップＳ２１の処理を再び行う。夜間時間帯の沸き上げ開始時刻ｔ−ｓｔａｒｔを過ぎた場合には、ステップＳ２１からステップＳ２２へ移行する。

ステップＳ２２で、沸き上げ制御部２４ａは、沸き上げ運転を開始する、すなわちヒートポンプユニット２及び循環ポンプ４の運転を開始する。沸き上げ運転のとき、沸き上げ制御部２４ａは、沸き上げ温度センサ６で検知される沸き上げ温度が、ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１５，またはＳ１６で決定された夜間沸き上げ目標温度Ｔｐに等しくなるように制御する。例えば、循環ポンプ４による水の循環流量を制御することで、沸き上げ温度センサ６で検知される沸き上げ温度が夜間沸き上げ目標温度Ｔｐに等しくなるように制御できる。

ステップＳ２２からステップＳ２３へ移行する。ステップＳ２３で、沸き上げ制御部２４ａは、貯湯タンク１０内の現在の蓄熱量Ｑｔが夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔに達したかどうかを判断する。蓄熱量Ｑｔがまだ夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔに達していない場合には、ステップＳ２３からステップＳ２２へ戻り、沸き上げ運転を継続する。蓄熱量Ｑｔが夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔに達した場合には、ステップＳ２３からステップＳ２４へ移行する。ステップＳ２３で、沸き上げ制御部２４ａは、沸き上げ運転を停止する。

以下、本実施の形態１の貯湯式給湯システム１の効果について説明する。本実施の形態１であれば、夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔから計算される第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔと、湯切れ防止目標熱量Ｑ＿ｃｏｎ＿ｍａｘから計算される第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗと、ヒートポンプ配管３の保護を目的とした第一上限温度と、湯切れ防止を目的とした第二上限温度とを比較することで、夜間沸き上げ目標温度Ｔｐを決定する。その際、夜間沸き上げ目標温度Ｔｐが、第一上限温度または第二上限温度を超えないようにする。このようにすることで、貯湯タンク１０の湯切れが発生することを確実に防止しつつ、夜間沸き上げ目標温度Ｔｐをなるべく低くできる。夜間沸き上げ目標温度Ｔｐを低くすることで、ヒートポンプ配管３が熱で劣化することを抑制できる。その結果、ヒートポンプ配管３の耐用年数を向上できる。また、夜間沸き上げ目標温度Ｔｐを低くすることで、ユーザーによって湯が使用されるまでの間に、沸き上げた湯の熱が貯湯タンク１０から無駄に放熱してしまう量を少なくできる。

本実施の形態では、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗが第一上限温度（例えば８０℃）以下、かつ、第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔが第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗ以下である場合には、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗを夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定する（ステップＳ１３）。この場合、貯湯タンク１０の湯切れを確実に防止できる第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗを満足しつつ、ヒートポンプ配管３の保護を目的とした第一上限温度以下の温度に夜間沸き上げ目標温度Ｔｐを決定できる。このため、湯切れ防止とヒートポンプ配管３の保護とをより確実に両立できる。

本実施の形態では、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗが第一上限温度（例えば８０℃）以下、かつ、第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔが第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗより高い場合には、第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔと、第一上限温度（例えば８０℃）とのうち、低い方の値を、夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定する（ステップＳ１２）。この場合、以下のようになる。第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔが第一上限温度（例えば８０℃）より低い場合には、第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔが夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定される。よって、夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを確保可能な第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔを満足しつつ、ヒートポンプ配管３の保護を目的とした第一上限温度より低い温度に夜間沸き上げ目標温度Ｔｐを決定できる。第一要求温度Ｔｐ＿ｎｉｇｈｔが第一上限温度（例えば８０℃）より高い場合には、第一上限温度（例えば８０℃）が夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定される。このように、夜間沸き上げ目標温度Ｔｐが第一上限温度（例えば８０℃）を超えることがないので、ヒートポンプ配管３を確実に保護できる。

本実施の形態では、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗが第一上限温度（例えば８０℃）より高く、かつ、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗが第二上限温度（例えば９０℃）より低い場合には、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗを夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定する（ステップＳ１５）。この場合、貯湯タンク１０の湯切れを確実に防止できる第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗを満足しつつ、夜間沸き上げ目標温度Ｔｐを第二上限温度（例えば９０℃）より低い値に決定できる。このため、湯切れを防止しつつ、ヒートポンプ配管３をなるべく保護できる。

本実施の形態では、第二要求温度Ｔｐ＿ｌｏｗが第二上限温度（例えば９０℃）以上の場合には、第二上限温度（例えば９０℃）を夜間沸き上げ目標温度Ｔｐとして決定する（ステップＳ１６）。このため、夜間沸き上げ目標温度Ｔｐが第二上限温度（例えば９０℃）を超えて高くなることを防止できる。このため、ヒートポンプ配管３をなるべく保護できる。

第一上限温度及び第二上限温度の値をユーザー等が設定可能にしてもよい。例えば、リモコン２５をユーザー等が操作することで、第一上限温度及び第二上限温度の値を変更可能でもよい。第一上限温度及び第二上限温度の値をユーザー等が設定可能にすることで、ユーザー毎の使用状況に応じて、第一上限温度及び第二上限温度の値をより適切な値に設定できる。

第一上限温度及び第二上限温度を用いて夜間沸き上げ目標温度Ｔｐが補正されることで、夜間時間帯での沸き上げ運転にて、ステップＳ７で算出した夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを貯湯タンク１０に蓄積できない場合が起こり得る。そのような場合には、夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔに対する不足分の熱量を、夜間時間帯以外での沸き上げ運転で補えばよい。

実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。本実施の形態２の貯湯式給湯システム１の構成は、前述した図１の構成と同じでよい。本実施の形態２の貯湯式給湯システム１は、前述した図２及び図３のルーチンの処理を実行する。

本実施の形態２では、沸き上げ制御部２４ａは、以下のようにする。夜間時間帯の終了時点において、貯湯タンク１０内の現在の蓄熱量Ｑｔと、夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔとを比較することで、追加の沸き上げ運転の要否を判断する。夜間時間帯の終了時点で貯湯タンク１０内の蓄熱量Ｑｔが夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔに達している場合には、追加の沸き上げ運転の必要なしと判断する。夜間時間帯の終了時点で貯湯タンク１０内の蓄熱量Ｑｔが夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを下回っている場合には、追加の沸き上げ運転の必要ありと判断する。夜間時間帯の終了時点で貯湯タンク１０内の蓄熱量Ｑｔが夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを下回っている場合には、貯湯タンク１０内の蓄熱量Ｑｔが夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔに達するまで、沸き上げ運転を継続する。本実施の形態であれば、このようにすることで、例えば、夜間時間帯の給湯負荷の利用により貯湯タンク１０内の熱量が減少した場合であっても、夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを貯湯タンク１０に確保できる。

本実施の形態では、夜間時間帯の終了後に沸き上げ運転を継続している場合に、貯湯量が不足している旨をユーザーに報知してもよい。例えば、使用熱量の大きい追い焚きまたは浴槽保温を行う動作の際に、リモコン２５の表示部へ“湯切れの可能性あり”との旨を表示してもよいし、リモコン２５から音声で報知してもよい。このようにすることで、追加の沸き上げ運転の最中に過大な熱量の使用がなされることを確実に抑制でき、湯切れの可能性を確実に低減できる。

また、本実施の形態では、夜間時間帯の終了後に沸き上げ運転を継続している場合に、使用熱量を抑制する手法として、貯湯式給湯システム１が備える機能の一部を制限または能力低下させるように制御してもよい。当該制御を「使用熱量抑制制御」と称する。使用熱量抑制制御では、例えば、以下のようにしてもよい。貯湯式給湯システム１が備える浴槽保温機能に関して、浴槽加熱動作の開始条件及び終了条件の緩和を行うことで、浴槽加熱動作の頻度を減らすこととしてもよい。具体的には、浴槽加熱動作の開始条件及び終了条件として使用している浴槽温度と、リモコン２５にて設定される浴槽目標温度との差に関して、次のようにする。通常時には、浴槽目標温度に対して浴槽温度が２℃低くなった場合に、浴槽加熱動作を開始する。これに対して、使用熱量抑制制御の実行時には、浴槽目標温度に対して浴槽温度が３℃低くなった場合に、浴槽加熱動作を開始する。これにより、浴槽加熱動作が開始されるタイミングが遅くなるので、使用熱量を抑制できる。通常時には、浴槽目標温度に対して浴槽温度が２℃高くなった場合に、浴槽加熱動作を終了する。これに対して、使用熱量抑制制御の実行時には、浴槽目標温度に対して浴槽温度が１℃高くなった場合に、浴槽加熱動作を終了する。これにより、浴槽加熱動作が終了されるタイミングが早くなるので、使用熱量を抑制できる。

貯湯タンク１０内の蓄熱量Ｑｔが夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔに達し、追加の沸き上げ運転が終了した場合には、使用熱量抑制制御を終了し、通常時の制御に戻す。

追加の沸き上げ運転が継続されているときに、タンク側循環回路１６が動作すると、擬似的に、ヒートポンプユニット２を利用した浴槽加熱回路が形成されることになる。それゆえ、貯湯タンク１０の熱量が減少することを抑制できる。この際に、ヒートポンプユニット２から貯湯タンク１０へ供給される湯の流量と、貯湯タンク１０からタンク側循環回路１６へ供給される湯の流量とのバランスをとるために、循環ポンプ４及びタンク循環ポンプ１７の回転数を変更し、循環流量の調整を行ってもよい。

夜間沸き上げ目標温度Ｔｐに対して設けた第一上限温度及び第二上限温度の影響により、夜間時間帯の終了時点において貯湯タンク１０内の蓄熱量Ｑｔが夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔに対して不足している場合、夜間時間帯以外で追加の沸き上げ運転を行う。追加の沸き上げ運転の最中に、使用熱量の大きい追い焚きまたは浴槽保温が行われた際、湯切れの可能性が生じる可能性がある。これに対し、本実施の形態２によれば、追加の沸き上げ運転により夜間目標熱量Ｑｏ＿ｎｉｇｈｔを確保するまでは、使用熱量を抑制することで、湯切れの可能性を低くすることができる。

図４は、実施の形態１及び２の貯湯式給湯システム１が備える制御装置２４のハードウェア構成の例を示す図である。制御装置２４の各機能は、処理回路により実現される。図４に示す例では、制御装置２４の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ２４１と少なくとも１つのメモリ２４２とを備える。処理回路が少なくとも１つのプロセッサ２４１と少なくとも１つのメモリ２４２とを備える場合、制御装置２４の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ２４２に格納される。少なくとも１つのプロセッサ２４１は、少なくとも１つのメモリ２４２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置２４の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ２４１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ２４２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等である。

図５は、実施の形態１及び２の貯湯式給湯システム１が備える制御装置２４のハードウェア構成の他の例を示す図である。図５に示す例では、制御装置２４の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア２４３を備える。処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア２４３を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。制御装置２４の各部の機能がそれぞれ処理回路で実現されても良い。また、制御装置２４の各部の機能がまとめて処理回路で実現されても良い。

また、制御装置２４の各機能について、一部を専用のハードウェア２４３で実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。処理回路は、ハードウェア２４３、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、制御装置２４の各機能を実現しても良い。

また、単一の制御装置により貯湯式給湯システム１の動作が制御される構成に限定されるものではなく、複数の制御装置が連携することで貯湯式給湯システム１の動作を制御する構成にしても良い。

１ 貯湯式給湯システム、 ２ ヒートポンプユニット、 ３ ヒートポンプ配管、 ４ 循環ポンプ、 ５ａ〜５ｅ 温度センサ、 ６ 沸き上げ温度センサ、 ７ 一般給湯側電動混合弁、 ８ 給湯管、 ９ 給水管、 １０ 貯湯タンク、 １１ 風呂給湯側電動混合弁、 １２ 風呂側循環回路、 １３ 電磁弁、 １４ 風呂循環ポンプ、 １５ 熱交換器、 １６ タンク側循環回路、 １７ タンク循環ポンプ、 １８ 混合風呂管、 １９ 給湯用流量センサ、 ２０ 給湯用温度センサ、 ２１ 風呂用流量センサ、 ２２ 風呂用温度センサ、 ２３ 給水温度センサ、 ２４ 制御装置、 ２４ａ 沸き上げ制御部、 ２４ｂ 使用熱量学習部、 ２４ｃ 夜間率記憶部、 ２４ｄ 第一計算部、 ２４ｅ 第二計算部、 ２５ リモコン、 ３０ 混合給湯管、 ２４１ プロセッサ、 ２４２ メモリ、 ２４３ ハードウェア

Claims (8)

1. 水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段で加熱された湯を貯える貯湯タンクと、
   使用された熱量を学習する使用熱量学習手段と、
   前記使用熱量学習手段により学習された情報に基づいて、一日の目標熱量を計算する第一計算手段と、
   前記使用熱量学習手段により学習された情報に基づいて、前記貯湯タンクの湯切れを防止するために必要な熱量である湯切れ防止目標熱量を計算する第二計算手段と、
   一日の使用電力量に対する、夜間時間帯での使用電力量の割合の目標値である夜間率を記憶する夜間率記憶手段と、
   前記貯湯タンクに熱を蓄積する運転である沸き上げ運転のときに前記加熱手段から前記貯湯タンクへ供給される湯の温度である沸き上げ温度を制御可能な沸き上げ制御手段と、
   を備え、
   前記沸き上げ制御手段は、
   前記第一計算手段により計算された一日の目標熱量と前記夜間率とに基づいて夜間目標熱量を計算する手段と、
   前記夜間目標熱量を前記貯湯タンクに蓄積する場合に要求される沸き上げ温度である第一要求温度を計算する手段と、
   前記湯切れ防止目標熱量を前記貯湯タンクに蓄積する場合に要求される沸き上げ温度である第二要求温度を計算する手段と、
   第一上限温度と、第一上限温度より高い温度である第二上限温度と、前記第一要求温度と、前記第二要求温度とを比較することで、前記夜間時間帯に沸き上げ運転を行うときの沸き上げ温度の目標値である夜間沸き上げ目標温度を決定する手段と、
   を備える貯湯式給湯システム。
2. 前記第二要求温度が前記第一上限温度以下、かつ、前記第一要求温度が前記第二要求温度以下の場合には、前記第二要求温度を前記夜間沸き上げ目標温度として決定し、
   前記第二要求温度が前記第一上限温度以下、かつ、前記第一要求温度が前記第二要求温度より高い場合には、前記第一要求温度及び前記第一上限温度のうちの低い方を前記夜間沸き上げ目標温度として決定する請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
3. 前記第二要求温度が前記第一上限温度より高く、かつ、前記第二要求温度が前記第二上限温度より低い場合には、前記第二要求温度を前記夜間沸き上げ目標温度として決定する請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯システム。
4. 前記第二要求温度が前記第二上限温度以上の場合には、前記第二上限温度を前記夜間沸き上げ目標温度として決定する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯システム。
5. 前記第一上限温度及び前記第二上限温度をユーザーが設定可能な手段を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯システム。
6. 前記沸き上げ制御手段は、前記夜間時間帯の終了時に前記貯湯タンクの蓄熱量が前記夜間目標熱量に到達していない場合には前記貯湯タンクの蓄熱量が前記夜間目標熱量に到達するまで沸き上げ運転を継続する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の貯湯式給湯システム。
7. 前記夜間時間帯の終了後に沸き上げ運転を継続している場合に、貯湯量が不足している旨を報知する手段を備える請求項６に記載の貯湯式給湯システム。
8. 前記夜間時間帯の終了後に沸き上げ運転を継続している場合に、前記貯湯式給湯システムが備える機能の一部を制限または能力低下させる手段を備える請求項６または請求項７に記載の貯湯式給湯システム。

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