JP3807930B2

JP3807930B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP3807930B2
Application number: JP2000367052A
Authority: JP
Inventors: 哲野村; 久介榊原; 英二高橋; 知久吉見; 智明小早川; 和俊草刈; 路之斉川
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Tokyo Electric Power Co Inc; Denso Corp
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Tokyo Electric Power Co Inc; Denso Corp
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: DE10158815B4; DE10158815A1; US6627858B2; JP2002168524A; US20020125242A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気を使って湯を沸かす給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気料金が安い深夜にヒータに通電して貯湯タンクを満タンにする沸き上げを行う給湯装置が知られている｛特許第２８５８７８８号公報（従来技術１）、特公昭６３- ３５９０４号公報（従来技術２）｝。
従来技術１では、時間帯で区切って通電のオン- オフを行っている。また、従来技術２では、深夜時間帯になってから通電を開始している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の給湯装置は、以下の課題を有する。
（課題１）
貯湯タンク内に貯湯できる湯の量は限られているので、朝から深夜迄の間（例えば、７：００〜２３：００）に貯湯量以上の湯を使用する家庭では、深夜に貯湯した湯量では足りなくなる。深夜以外の時間帯に満タンになる様に沸き上げると電気料金が高くなってしまう。
【０００４】
（課題２）
夜間の時間帯（例えば、２３：００〜７：００）に満タンに沸き上げるため、朝から深夜迄の間（例えば、７：００〜２３：００）に使用する湯が少なく、２３：００の時点で多く湯が残る家庭の場合には、夕方以降の未使用期間の放熱が無駄になる。
【０００５】
（課題３）
夜間の時間帯（例えば、２３：００〜７：００）に満タンに沸き上げるため、一日の湯の使用量が少なく、且つ湯を使う時間帯が夕方である家庭の場合には、７：００から夕方迄の未使用期間の放熱が無駄になる。
【０００６】
（課題４）
一日の湯の使用量が多く、夕方迄に貯湯タンク内の湯を、全部或いは殆ど使ってしまう家庭の場合には、夕方や夜の時間帯に湯切れが起きる。
【０００７】
本発明の目的は、湯切れを起こさず、且つ貯湯した湯の無駄な放熱を防止した給湯装置の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
給湯装置は、給水源から水が給水側に供給され、貯湯側に給湯用の湯を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクの給水側から取水し、作製した湯を貯湯側に送り込む電気式給湯器と、この電気式給湯器を制御する制御器とを備える。
【０００９】
制御器は、所定期間内に貯湯タンクから給湯した給湯量から所定期間内に使用した熱量を算出する使用熱量算出手段と、使用熱量算出手段によって算出された使用熱量に基づいて沸き上げ目標熱量を算出する沸き上げ目標熱量算出手段と、この沸き上げ目標熱量算出手段が算出した沸き上げ目標熱量に基づいて沸き上げ目標温度を算出する沸き上げ目標温度算出手段と、目標熱量を得るために必要な沸き上げ時間を算出する沸き上げ時間算出手段と、沸き上げ時間算出手段が算出した沸き上げ時間に基づいて、深夜時間が終了する前に沸き上げが終了する様な沸き上げ開始時刻を算出する沸き上げ開始時刻算出手段とを有し、沸き上げ手段は、沸き上げ目標温度に基づいて必要量を沸き上げるヒートポンプであって、沸き上げ時間算出手段は、沸き上げ手段の沸き上げ能力、沸き上げ目標温度、及び給水側から取水される水の基準水温に基づいて沸き上げ時間を算出する。
給湯装置では、使用熱量に基づいて沸き上げ目標熱量を算出し、必要量だけ湯に沸き上げる構成のため、湯切れを起こさず、且つ貯湯タンク内の湯から無駄な放熱が行われるのを防止することができる。
また、沸き上げ時間算出手段が算出した沸き上げ時間に基づいて、沸き上げ開始時刻算出手段により、各時間帯の中で料金設定が最も安い深夜時間帯（例えば、２３：００〜７：００）が終了する直前の時刻（例えば、６：５９）に沸き上げが終了する様な沸き上げ開始時刻を算出する。このため、給湯装置では、料金設定が最も安い深夜時間帯が終了する直前の時刻に沸き上げを完了させて貯湯タンク内を湯で満たすことができる。
また、沸き上げ時間算出手段を用いて、沸き上げ手段の沸き上げ能力、沸き上げ目標温度、及び貯湯タンクに供給される給水の基準水温に基づいて沸き上げ時間を算出する。このため、沸き上げ時間の算出が正確になり、深夜時間帯が終了する直前の時刻に確実に沸き上げを完了させることができる。
【００１０】
〔請求項２について〕
制御器は、料金設定が異なる複数の時間帯に給湯を行った給湯量からその時間帯に使用した熱量を算出してデータを蓄積する時間帯別使用熱量算出手段と、貯湯タンク内の現在の貯湯熱量を検出するタンク貯湯熱量算出手段と、上記時間帯別の蓄積データと現在の貯湯熱量とに基づいて貯湯量不足か否かを予測し、貯湯量不足が予測される場合には不足量を沸き増しする不足量沸き増し手段とを備える。
給湯装置は、貯湯量不足が予測される場合には不足量が沸き増しされるので、各時間帯において湯切れを起こさない。
【００１１】
〔請求項３について〕
給湯装置は、時間帯別使用熱量算出手段による異なる複数の時間帯に使用した熱量の算出およびデータの蓄積と、タンク貯湯熱量算出手段による貯湯タンク内の現在の貯湯熱量の検出と、貯湯量不足が予測される場合に不足量沸き増し手段による不足量の沸き増しとを、少なくとも、夕方から夜の間に湯を多く使用する給湯ピーク時間帯が到来する前に行う構成である。
このため、給湯装置は、少なくとも、夕方から夜の間に湯を多く使用する給湯ピーク時間帯における湯切れを防止することができる。
【００１２】
〔請求項４について〕
給湯装置は、所定期間を過去一週間とし、沸き上げ目標熱量を過去一週間の最大使用熱量としている。
このため、給湯装置は、湯切れを確実に防止することができる。
【００１３】
〔請求項５について〕
給湯装置は、沸き上げ目標温度算出手段が算出した沸き上げ目標温度が所定値（例えば、９５℃）を越える場合には、各時間帯の中で料金設定が最も安い深夜時間帯以外の時間帯にも沸き上げを行う構成である。
このため、給湯装置は、深夜時間帯以外の時間帯（朝時間帯、晩時間帯、昼時間帯等）における湯切れを確実に防止することができる。
【００１４】
〔請求項６について〕
給湯装置は、深夜時間帯以外の時間帯に沸き増しを行う場合、沸き増し時間算出手段が、沸き上げ目標温度とタンク蓄熱量とにより沸き増し時間を算出する構成である。
このため、必要な沸き増し量で沸き増しが行われるので、給湯装置は、湯切れを起こさず、且つ貯湯した湯の無駄な放熱を防止することができる。
【００１７】
〔請求項７について〕
沸き上げ時間算出手段は、基準沸き上げ能力と、沸き上げ目標温度と、基準水温と、沸き上げ中に給湯によって使用される予定の予定使用熱量とのうち何れか、またはこれらを組み合わせて沸き上げ時の水流量を計算し、沸き上げ時間を算出する構成である。
つまり、給湯装置では、沸き上げ中に給湯によって予定使用熱量の湯が使用されることを考慮して沸き上げ時間を算出するので、深夜時間帯が終了する直前の時刻に一層確実に沸き上げを完了させることができる。
【００１８】
〔請求項８について〕
予定使用熱量は、過去一週間の間に、沸き上げ中に給湯によって使用された最大の使用熱量としている。
このため、給湯装置では、沸き上げ中に給湯によって、過去一週間の間における最大の使用熱量以内の湯を使用しても、深夜時間帯が終了する直前の時刻に確実に沸き上げを完了させることができる。
【００１９】
〔請求項９について〕
給湯装置では、貯湯タンク内の現在の貯湯熱量が沸き上げ目標熱量未満である場合には沸き上げ手段が沸き上げを行う構成である。
このため、給湯装置では、深夜時間帯が終了する直前の時刻に確実に沸き上げを完了させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例（請求項１〜９に対応）を図１〜図１０に基づいて説明する。
図１において、１は沸き上げ手段として設けられたヒートポンプユニット（以後、ＨＰと称す）であり、電動コンプレッサ（図示せず）により冷媒を圧縮し、その凝縮熱で水を加熱して最高９０℃の温水を作製する。冷媒には、環境にやさしく、効率が良い二酸化炭素を採用している。
２、３は二管式の貯湯タンクであり、ヒートポンプユニット１の約６時間の運転により、満タン（３００リットル）に貯湯される。
【００２１】
１１はＨＰ給水温度Ｔｗｉを検出するサーミスタであり、ヒートポンプユニット１の給水側に配設されている。このサーミスタ１１が高温（目標沸き上げ温度−１０℃）のＨＰ給水温度Ｔｗｉを検出すると満タンであると判別される。
２１はＨＰ出湯温度Ｔｔｗｏ検出用サーミスタであり、貯湯タンク２の上部に貯湯された湯の温度（出湯温度）を検出する。
【００２２】
２２〜２４は貯湯量検出用のサーミスタであり、貯湯タンク２の、２０リットル、５０リットル、１００リットルの各位置に配設されている。３１〜３３は貯湯量検出用のサーミスタであり、貯湯タンク３の、１６５リットル、２００リットル、２５０リットルの各位置に配設されている。
３４はＨＰ入水温Ｔｔｈｐを検出するサーミスタであり、２７５リットルの満タンセンサを兼ねる。
【００２３】
４１は給水温度Ｔｔｗｉを検出するサーミスタであり、給水弁４２下流の給水配管４に配設されている。
４３は給湯・風呂温度Ｔｈｗを検出するサーミスタであり、給湯管４４に配設されている。
なお、給湯・風呂温度Ｔｈｗは、使用湯量を検出する給湯流量カウンタ４４１とともに、使用熱量を計算する際にも使用する。
【００２４】
４５は給湯兼風呂用温調弁であり、給湯温度が温度設定器（図示せず）により設定された設定湯温となる様に、制御器５によって下記に示す様に合流割合が制御される。
制御器５は、給水温度ＴｔｗｉとＨＰ出湯温度Ｔｔｗｏとに基づいて合流割合を演算して求め、給湯管４４のカラン４４０やシャワーヘッド（図示せず）から吐出する湯の温度（給湯・風呂温度Ｔｈｗ）を設定湯温に調整する。この際、制御器５がフィードバック制御を行って給湯・風呂温度Ｔｈｗが設定温度になる様に合流割合を微調整する。
制御器５には、後述する使用熱量算出手段、沸き上げ目標熱量算出手段、沸き上げ目標温度算出手段、時間帯別使用熱量算出手段、タンク貯湯熱量算出手段、沸き増し時間算出手段、沸き上げ時間算出手段、沸き上げ開始時刻算出手段および不足量沸き増し手段が含まれるものとする。
【００２５】
つぎに、給湯装置Ｋの沸き上げを、図２〜図４のフローチャートに基づいて説明する。
ステップｓ１００で、過去７日間の最大使用熱量Ｑｏを算出する。
先ず、その日１日（前日２３：００〜当日の２３：００）に使用した１リットル毎の使用熱量を積算した値とする。その１リットルの熱量を求める式を式１に示す。
【００２６】
［式１］
Ｑｓ１Ｌ＝（Ｔｈｗ−ＴＨＷＡ）×比重／放熱ロス係数
但し、Ｑｓ１Ｌ：１リットルの熱量
Ｔｈｗ：給湯・風呂温度
ＴＨＷＡ：平均給水温
放熱ロス係数：０．９
【００２７】
平均給水温度ＴＨＷＡは、前日の２３：００〜当日の２３：００の間に、貯湯タンク３に供給される給水温度Ｔｔｗｉの平均であり、基準水温とする。
具体的には、給湯流量カウンタ４４１で給湯流量を検出し、一定時間毎に給水温度の積算を行い、２３：００を過ぎた時点で平均値を求めている。比重は、温度から熱量への変換の定数であり、式２から求める。放熱ロス係数は、０．９としている。
【００２８】
［式２］
比重＝（−２×１０^-6×Ｔｈｗ²−２．７×１０^-4×Ｔｈｗ＋１．００５８）
但し、Ｔｈｗ：給湯・風呂温度
【００２９】
給湯流量カウンタ４４１が１リットルの流量を検出する毎に式１に当てはめて積算熱量を計算する（使用熱量算出手段）。それが式３である。
［式３］
Ｑｄａｙ＝ΣＱｓ１Ｌ
但し、Ｑｄａｙ：１日の使用熱量、１リットル毎の使用熱量の積算値
（前日の２３：００〜当日の２３：００）
【００３０】
過去１週間前迄の各１日の使用熱量、Ｑｄａｙｎ、Ｑｄａｙｎ−１、Ｑｄａｙｎ−２、……、Ｑｄａｙｎ−５、Ｑｄａｙｎ−６の最大値を最大使用熱量Ｑｏとする（図５参照）。
【００３１】
［式４］
最大使用熱量Ｑｏ＝Ｍａｘ（Ｑｄａｙｎ、Ｑｄａｙｎ−１、Ｑｄａｙｎ−２、Ｑｄａｙｎ−３、Ｑｄａｙｎ−４、Ｑｄａｙｎ−５、Ｑｄａｙｎ−６）
ここでは、使用熱量算出手段で算出された使用熱量に基づいて沸き上げ目標熱量算出手段により沸き上げ目標熱量として求められる目標蓄熱量を、湯切れを起こさない安全側とし、最大使用熱量とする。その他、その週の平均を目標蓄熱量としても良く、また、１週間周期でなくても良い。
【００３２】
次に、ステップｓ１０１において学習貯湯温度Ｔｐｌｎを算出する。学習貯湯温度Ｔｐｌｎは式５より求める。
［式５］
学習貯湯温度Ｔｐｌｎ＝
Ｑｏ／｛（３００−最低湯量）×４．１８×比重｝＋平均給水温度ＴＨＷＡ３００の定数はタンクの最大貯湯量［Ｌ］であり、比重は式２のものと異なり、湯量・熱量より必要な温度を求めるための変換定数である。
【００３３】
本実施例では、比重＝０．９６５としている。更に、式５で求めたＴｐｌｎに６５℃〜９０℃という制限を設けている。これは、６５℃未満であると仕様上の熱湯が作れなくなり、９０℃を越えて１００℃に近いと沸騰の虞が生じるためである。
【００３４】
ステップｓ１０２で、現在のタンク貯湯熱量Ｑｔを式６から算出する（タンク貯湯熱量算出手段）。
［式６］
Ｑｔ＝Ｌｔ×（Ｔａｖｇ−ＴＨＷＡ）×比重×４．１８
但し、Ｑｔ：タンク貯湯熱量
Ｌｔ：タンク貯湯量
Ｔａｖｇ：タンク内平均湯温
ＴＨＷＡ：平均給水温度（基準水温）
【００３５】
先ず、タンク貯湯量Ｌｔを算出する。
図１の貯湯タンク２、３に設置された８個のサーミスタ（貯湯量検出用のサーミスタ２２〜２４、３１〜３３、サーミスタ３４）の中から、貯湯量判定値ＴＳを二点間に含む水位サーミスタの組み合わせを検出する。この境界層の検出は、左側のサーミスタ（Ｔｔｗｏ〜）から行う。
二点間の温度差により下記に示す要領でＬｔを算出する。
【００３６】

【００３７】
｛タンク内平均温度Ｔａｖｇの算出｝
貯湯量判定温度ＴＳより高い温度を検出しているセンサを検出。
対象センサ……Ｔｈ２０、Ｔｈ５０、Ｔｈ１００、Ｔｈ１６５
、Ｔｈ２００、Ｔｈ２５０、Ｔｔｈｐ
つぎに、その平均温度Ｔａｖｇを算出する。
Ｔａｖｇ＝ｆ（Ｔｈ２０、Ｔｈ５０、Ｔｈ１００、Ｔｈ１６５
、Ｔｈ２００、Ｔｈ２５０、Ｔｔｈｐ、ＴＳ）
比重の算出

【００３８】
貯湯量判定値ＴＳ＝０．６×Ｔｐ＋１１
とし、
目標沸き上げ温度Ｔｐ＝Ｔｐ１ｎ＋５とする（沸き上げ目標温度算出手段）。
【００３９】
ステップｓ１０３で、沸き上げ開始時刻ｔ- ｓｔａｒｔ、沸き上げ時間ｔｗを算出する。
｛沸き上げ開始時刻ｔ- ｓｔａｒｔの算出｝
目標蓄熱量Ｑｗの沸き上げがａｍ７：００に終了する沸き上げ開始時刻ｔ- ｓｔａｒｔを算出する（沸き上げ開始時刻算出手段）。
ｔ- ｓｔａｒｔ＝７：００−沸き上げ時間ｔｗ
但し、ｔ- ｓｔａｒｔ時刻は２３：００以降であり、沸き上げ時間ｔｗは、後述する基準沸き上げ能力Ｑａ（以後、沸き上げ能力と称す）を用いて算出する。
【００４０】
｛沸き上げ時間ｔｗ（ｈｒ）の算出｝
ｔｗ＝必要沸き上げ量Ｌｗ／
｛沸き上げ能力Ｑａ／（沸き上げ目標温度Ｔｐ−ＴＨＷＡ）／４．１８／比重｝
・必要沸き上げ量Ｌｗ：Ｌｗ＝３００−貯湯量Ｌｔ
・沸き上げ能力Ｑａ：４．５ｋＷ（深夜運転時）
・比重＝（−２×１０^-6×Ｔｐ²−２．７×１０^-4×Ｔｐ＋１．００５８）×３６００
【００４１】
ステップｓ１００〜ステップｓ１０３においては、２３：００になる前から２３：００になった後（２２：５９→２３：００になった時点）に算出する（沸き上げ時間算出手段）。
【００４２】
２３：００以降に、ステップｓ１０４に進み、深夜時間帯の沸き増し制御を行う。この際、所定の時間帯に使用した熱量を算出してデータを蓄積する時間帯別使用熱量算出手段が用いられる。
ステップｓ１０４において、前回沸き増し中（ＹＥＳ）なら、そのまま沸き増しを停めずに継続させるためステップｓ１０５へ進み、沸き増し中でなければ（ＮＯ）、ステップｓ１０６へ進む。
【００４３】
ステップｓ１０５において、沸き増しを継続するが、沸き上げ終了条件が成立すれば沸き増しを停止させる。
条件としては、ＨＰ給水温度Ｔｗｉ＞Ｔｐ−１０（沸き上げの入水まで高温になった“満タン”）または深夜時間が終了したら沸き上げを終了する。
【００４４】
ステップｓ１０６において、蓄積したデータに基づいて、目標蓄熱量Ｑｗに対してタンク蓄熱量Ｑｔが不足しているのか足りているのかを判別し、足りている場合にはステップｓ１１７に進み、その後の昼間（〜１７：００迄）は沸き上げを行わない（時間帯別使用熱量算出手段）。
不足している場合には、ステップｓ１０７に進み、沸き上げ開始時間ｔ- ｓｔａｒｔが来たらステップｓ１０８で沸き上げを開始する。
【００４５】
その後は、つぎの時間帯の７：００が来る迄、ステップｓ１０４〜ステップｓ１０８を実行し、時刻が７：００になったら、ステップｓ１０９に移行して、一旦沸き上げを終了し、ステップｓ１１０で沸き増し時間ｔｕを算出する（沸き増し時間算出手段）。
【００４６】
｛沸き増し時間ｔｕ（ｈｒ）の算出｝
現在の時刻が、深夜時間帯から深夜時間帯以外になった時に算出する。
深夜時間帯以外の沸き上げ中は、時間を減算（デクリメント）し、沸き上げ停止中は、沸き増し未達成として時間を保持する。
ｔｕ＝Ｌｕ／｛Ｑａ／（Ｔｐ−ＴＨＷＡ）／４．１８／比重｝
比重＝（−２×１０^-6×Ｔｐ²−２．７×１０^-4×Ｔｐ＋１．００５８）×３６００
ｔｕ：沸き増し時間
Ｌｕ：必要沸き増し量
Ｑａ：沸き上げ能力
Ｔｐ：沸き上げ目標温度
ＴＨＷＡ：平均給水温度
【００４７】
必要沸き増し量Ｌｕの算出
Ｌｕ＝Ｑｏ／｛（Ｔｐ＋１０−ＴＨＷＡ）×比重×４．１８｝＋Ｌｓｅｔ−（Ｌｔ＋２５）
比重＝０．９６５
【００４８】
その後、ステップｓ１１１へ進む。一日の使用量は、ステップｓ１００で給湯流量カウンタ４４１の積算値から求める。
一日の使用量が沸き増しが必要な量（３００リットル）以上の場合には、一日にタンク熱量以上を使用する家庭に該当し、沸き増し制御を行う。
【００４９】
一日の使用量≧３００リットルの場合にはステップｓ１１２へ進み、一日の使用量＜３００リットルの場合にはステップｓ１１７へ進む。
昼間に湯を使用しないと沸き増しを行わないため、ステップｓ１１２において、貯湯量が２００リットルを切った時点で沸き増しを開始する。終了時は満タンの手前の２７５リットル（Ｔｔｈｐ検出）で沸き上げを一旦停める。
【００５０】
その時、沸き増し中は、沸き増し時間ｔｕを減算（デクリメント）し、沸き上げ停止中はｔｕを保持する。
ステップｓ１１３において、沸き増し時間ｔｕが０であるか否かを判別し、沸き増し時間が経過していないか、もしくは１７：００前であればステップｓ１１２へ進む。
【００５１】
沸き増しが終了したらステップｓ１１４へ進んで沸き上げを終了させる。１７：００以降はステップｓ１１７に進む。
７：００〜１７：００迄はステップｓ１１１〜ｓ１１４の制御を行う。
【００５２】
１７：００以降の制御を説明する。
ステップｓ１１７で、１７：００から２３：００迄の過去７日間の最大使用熱量ＱｍｎをＱｏと同様の方法で算出する。
ステップｓ１１８において、１７：００から２３：００迄の間に不足する熱量を計算し、不足熱量ΔＱｍｎを求め、その後、ステップｓ１１９に進む。
不足熱量ΔＱｍｎ＝（Ｑ_7-17＋Ｑｍｎ）−（Ｑｏ＋ＱＬｓｅｔ）
但し、Ｑ_7-17：今日の７：００〜１７：００に使用した熱量
ＱＬｓｅｔ：最低貯湯量分の熱量
【００５３】
今日使用した７：００〜１７：００の熱量の積算値をＱ_7-17として求める。また、最低貯湯量分の熱量ＱＬｓｅｔも求める。
ＱＬｓｅｔは、タンク貯湯熱量Ｑｔと同様に下記の様に算出する。
ＱＬｓｅｔ＝Ｌｓｅｔ×（Ｔａｖｇ−ＴＨＷＡ）×比重×４．１８
【００５４】
ステップｓ１１９において、ステップｓ１１８の計算によりΔＱｍｎが０以下なら不足熱量無しと判別してステップｓ１２０に進み、ΔＱｍｎが０を越えていれば不足熱量が有ると予想されるためステップｓ１２４に進む。
【００５５】
ステップｓ１２０〜ステップｓ１２３は、７：００〜１７：００迄の時間帯と同様に作動する。要するに、７：００〜１７：００迄で沸き増し時間ｔｕが余った場合の沸き増しを追加する作動である。
【００５６】
ステップｓ１２４で、沸き増し時間ｔｕを見直す。
沸き増し時間ｔｕ＝ｔｕｎ＋Δｔｍｎ
ｔｕｎは、〜１７：００迄に残った沸き増し時間ｔｕのことであり、Δｔｍｎは不足熱量沸き増し時間となる。要するに、時間がΔｔｍｎ分追加されることになる。
不足熱量分ΔＱｍｎから不足沸き増し量ΔＬｍｎを計算し、不足沸き増し量と沸き上げ能力（昼時間のため５．５ｋＷ）により、Δｔｍｎを下記のように算出することができる（不足量沸き増し手段）。
【００５７】
・過去の使用実績量と今日の７：００〜１７：００の使用量とから、１７：００〜２３：００のピーク時間帯に熱量が不足すると予想される場合には、不足熱量分ΔＱｍｎを沸き増しするために必要な時間Δｔｍｎを沸き増し時間ｔｕに加算する。ｔｕｎは、７：００〜１７：００の残った沸き増し時間ｔｕ
・不足熱量沸き増し時間Δｔｍｎ＝ΔＬｍｎ／｛５．５ｋＷ／（Ｔｐｌｎ−ＴＨＷＡ）／４．１８／比重｝
・不足沸き増し量ΔＬｍｎ＝ΔＱｍｎ／｛５．５ｋＷ／（Ｔｐｌｎ−ＴＨＷＡ）×４．１８×比重｝
【００５８】
ステップｓ１２５において、一度、貯湯表示量Ｌｔｄの満タン（３００Ｌ）迄沸き増す。
ステップｓ１２６で沸き増し時間ｔｕが終了しているか否か判別し、終了している場合にはステップｓ１２３に戻り、沸き上げを終了する。
【００５９】
ステップｓ１２６で沸き増し時間ｔｕが余っている場合、ステップｓ１１２と同様に沸き増し時は沸き増し時間ｔｕを減算（デクリメント）しながら、３００Ｌの満タンまで沸き上げを行う（ステップｓ１２７）。
この様に、１７：００から２３：００迄は、ステップｓ１１９〜ｓ１２７迄の制御を行う。
【００６０】
本実施例の給湯装置Ｋは、以下の利点を有する。
［ア］タンクの最大貯湯量（３００Ｌ）以上の湯を一日に使用する家庭の場合において、給湯装置が深夜時間帯以外の時間帯に常に満タンに沸き増してしまうと電気代が高くなる（不具合１）。
【００６１】
しかし、給湯装置Ｋは、ステップｓ１１０で沸き増し時間ｔｕを算出し、ステップｓ１１１で１日の湯の使用量が３００Ｌ以上であるか否かを判別して越えている場合には、沸き増し（ステップｓ１１２）を昼間時間帯に行う構成である（図９も参照）。
【００６２】
このため、給湯装置Ｋは、タンクの最大貯湯量（３００Ｌ）以上の湯を一日に使用する家庭の場合において、給湯装置が深夜時間帯以外の時間帯に常に満タンに沸き増してしまわないので電気代を節約することができる。
【００６３】
なお、貯湯量が２００Ｌより少なくなった時点で沸き上げを行い、２７５Ｌに到達したら沸き増しを終了する制御（ステップｓ１１２）を行っているので電力を有効に利用することができる。
なお、湯を使用したら沸き増し動作を行い、満タンになったら停止する制御であると、ＯＮ- ＯＦＦが頻繁に行われて電力を多く消費するので不適当である。特に、電動コンプレッサは、起動時に、冷媒圧縮のために大きなトルクが必要であり電力を多く消費する。
【００６４】
［イ］１日に使用する湯の量が少ない（１日の使用熱量が少ない）家庭では、給湯装置が満タンに沸き上げると、未使用分が無駄に放熱される（不具合２）。
しかし、給湯装置Ｋは、図２のステップｓ１０６で目標蓄熱量Ｑｗが有るか否かを判別し、２３：００時点のタンク蓄湯熱量Ｑｔ＞目標蓄熱量Ｑｗであれば、図８に示す様に、深夜時間帯に満タンにしない構成である。
このため、給湯装置Ｋは、１日に使用する湯の量が少ない家庭での使用において、未使用分の満タン沸き上げの放熱ロスを少なくすることができる。
【００６５】
［ウ］深夜時間の途中で満タンになると放熱ロスが生じる（不具合３）。
そこで、給湯装置Ｋは、図２のステップｓ１００〜ｓ１０３、ｓ１０７、ｓ１０８の制御によって深夜時間帯の放熱ロスを少なくしている。
具体的には、２３：００時点での貯湯量Ｌｔが少ない場合｛図７の（ａ）｝には、沸き上げ時間ｔｗは長く、沸き上げ開始時間ｔ- ｓｔａｒｔは早くなる。また、２３：００時点での貯湯量Ｌｔが多い場合｛図７の（ｂ）｝には、沸き上げ時間ｔｗは短く、沸き上げ開始時間ｔ- ｓｔａｒｔは遅くなる。
これにより、深夜時間帯の放熱ロスを最小に抑えることができる。なお、何れの場合も、深夜時間が終了する直前の時刻に満タンになる。
【００６６】
［エ］朝昼に使う湯の熱量が、夜に使う湯の熱量以上であると、１７：００〜２３：００のピーク時間帯の熱量が足らなくなり、湯切れを起こす（不具合４）。しかし、給湯装置Ｋは、１７：００にも沸き増し時間ｔｕを計算し、追加で沸き増しを行っているので湯切れを防止することができる。
【００６７】
具体例を図１０に示す。図１０の（ａ）に示す様に、７：００〜１７：００の使用状況で、Ｑ_7-17１とＱ_7-17２との熱量を使用して、過去７日間の最大使用熱量Ｑｍｎを越えている。この状態で、１７：００〜の時間帯に最大使用熱量を使うと確実に熱量が不足する事態になる。
しかし、給湯装置Ｋは、図１０の（ｂ）に示す様に、１７：００に沸き増し時間ｔｕを計算し、追加で沸き増しを行っているので湯切れを起こさない。
【００６８】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．図１１に示す様に、深夜時間帯に目標蓄熱量Ｑｗが確保できれば、満タンにならなくても沸き上げを停止させる構成であっても良く、不具合２を解決することができる（第２実施例）。
具体的には、図２のステップｓ１０６の判定をステップｓ１０４の前に行う。
【００６９】
ｂ．深夜時間帯の沸き上げ時間ｔｗを目標蓄熱量Ｑｗとタンク貯湯熱量Ｑｔとの差から算出して求める。第１実施例では満タンの沸き上げ時間ｔｗを求めているが、必要分のみ沸き上げても良い（図１２参照；第３実施例）。
なお、第１実施例と区別するため、沸き上げ時間をｔｗ’としている。

【００７０】
ｃ．タンクの最大貯湯量（３００Ｌ）以上の湯を一日に使用する家庭の場合、深夜時間帯に湯を使用すると、７：００に満タンにならない場合がある。
このため、不具合４の対策と同様（ピーク時間帯の使用熱量学習）に、深夜時間帯の使用熱量を過去７日間の最大使用熱量ΔＱｎｔを求めて沸き増し時間ｔｕを計算し、沸き上げ開始時刻ｔ- ｓｔａｒｔを沸き増し時間ｔｕ分だけ早めにしている（第４実施例）。
深夜時間帯学習後沸き上げ開始時刻ｔ- ｓｔａｒｔ’＝沸き上げ開始時刻ｔ- ｓｔａｒｔ＋沸き増し時間ｔｕ
【００７１】
ｄ．上記第１実施例では、時間帯を、深夜（２３：００〜７：００）、昼（７：００〜１７：００）、ピーク（１７：００〜２３：００）の三つに分けているが、更に細かく分けても良い（第５実施例）。
例えば、食事の用意と後かたづけを行う時間帯や風呂を使う時間帯等、詳細に分けて、各時間帯における使用熱量を学習させて沸き増し制御のタイミングを調整しても良い。
【００７２】
ｅ．平日と休日で、別々に使用熱量のデータを取り、熱量計算を行うデータベースを切り替えても良い。この場合、カレンダーデータから平日と休日の情報を取り込んだり、平日と休日の情報をリモコン等で手動設定する（第６実施例）。
【００７３】
ｆ．図１３に示す様に、給水温度により加熱能力が変わるため、沸き上げ時間を見積もり難い。そこで、深夜時間帯の沸き上げ開始時刻ｔ- ｓｔａｒｔを下記の様に決めても良い。
深夜時間帯が終了する直前に、目標沸き上げ温度Ｔｐに沸き上がる様に沸き上げ開始時刻ｔ- ｓｔａｒｔを計算する。
沸き上げ開始時刻ｔ- ｓｔａｒｔ＝
沸き上げ完了時刻ｔ- ｅｎｄ−沸き上げ時間ｔｗ
沸き上げ時間ｔｗ＝沸き上げ熱量Ｑｐ／加熱能力Ｑ
加熱能力Ｑ＝（目標沸き上げ温度Ｔｐ−給水温度Ｔｔｗｉ）×水流量Ｇｗ
沸き上げ熱量Ｑｐ＝（タンク容量Ｌ−タンク貯湯量Ｌｔ）
×（目標沸き上げ温度Ｔｐ−給水温度Ｔｔｗｉ）
つまり、沸き上げ時間ｔｗ＝
（タンク容量Ｌ−タンク貯湯量Ｌｔ）／水流量Ｇｗとなる関係式が得られる。
【００７４】
貯湯タンク２、３内に湯が残っている場合には、運転中に給水温度Ｔｔｗｉが変化するため、図１３に示す様に加熱能力Ｑが変化して正確に沸き上げ時間ｔｗを計算できない。そこで、貯湯タンク２、３に設置されたサーミスタ（貯湯量検出用のサーミスタ２２〜２４、３１〜３３、サーミスタ３４）によりタンク各部の温度を検出して貯湯タンク２、３内の湯温分布を検出し、タンク貯湯量Ｌｔを算出する。
【００７５】
また、ＨＰ給水温度Ｔｗｉを検出するサーミスタ１１により、前の２４時間（前日の２３：００〜当日の２３：００）の平均給水温度ＴＨＷＡを求めて基準水温（一定）として、ヒートポンプユニット１の電動コンプレッサ等を制御することにより加熱能力Ｑを予め定めた基準加熱能力Ｑｓｔｄ（一定）とする予想水流量Ｇｗａが計算できる。
【００７６】
予想水流量Ｑｗａ＝基準加熱能力Ｑｓｔｄ／（目標沸き上げ温度Ｔｐ−基準給水温度ＴＨＷｓｔｄ）この予想水流量Ｑｗａを用いて下式より沸き上げ時間ｔｗを見積もることができる。
沸き上げ時間ｔｗ＝（タンク容量Ｌ−タンク貯湯量Ｌｔ）／予想水流量Ｇｗａ
予想水流量Ｇｗａと沸き上げ時間ｔｗとの関係は図１４の様になる。
【００７７】
深夜時間帯が終了する直前に沸き上がる給湯器の構成としては、ＨＰ給水温度Ｔｗｉによる能力変化に影響されないように、沸き上げ温度、基準加熱能力、および基準水温の内、一つ以上に基づいて水流量を計算し、沸き上げ時間を見積もる。
・前日の給水温度の平均値を基準水温としても良く、貯水タンク内の最低水温を基準水温としても良く、また、外気温から給水温度を推定して基準水温としても良い。
・基準加熱能力は、外気温と電動コンプレッサの回転数、蒸発温度等から見積もっても良い。
・予想水流量は、基準加熱能力および沸き上げ目標温度のみによって見積もっても良い。この場合は、基準加熱能力を、給水温度＝０℃としたときの能力とする。
・基準加熱能力は、外気温から推定される平年水温を想定した能力とすることにより、予想水流量の精度を向上させることができる。
・基準水温を、推定式を用いて外気温から推定しても良い。推定式は地域毎に変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る給湯装置の制御器の作動を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施例に係る給湯装置の制御器の作動を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施例に係る給湯装置の制御器の作動を示すフローチャートである。
【図５】過去７日間の各１日の使用熱量のデータから最大使用熱量を求めるための説明図である。
【図６】タンク貯湯量Ｌｔの計算を行うためのグラフである。
【図７】２３：００時点での貯湯量が多い場合（ｂ）には、少ない場合（ａ）に比べて、沸き上げ開始時刻が遅くなることを説明するためのグラフである。
【図８】不具合２を解決する作動を示すグラフである。
【図９】不具合１を解決する作動を示すグラフである。
【図１０】不具合４を解決する作動を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施例に係る給湯装置の作動を示すグラフである。
【図１２】本発明の第３実施例に係る給湯装置の作動を示すグラフである。
【図１３】給水温度の違いにより加熱能力が異なる様子を説明するための説明図である。
【図１４】沸き上げ時間- 水流量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ヒートポンプユニット（電気式給湯器、沸き上げ手段）
２、３貯湯タンク
５制御器（使用熱量算出手段、沸き上げ目標熱量算出手段、沸き上げ目標温度算出手段、時間帯別使用熱量算出手段、タンク貯湯熱量算出手段、沸き増し時間算出手段、沸き上げ時間算出手段、沸き上げ開始時刻算出手段、不足量沸き増し手段）
Ｋ給湯装置

Claims

給水源から水が給水側に供給され、貯湯側に給湯用の湯を貯湯する貯湯タンクと、
該貯湯タンクの前記給水側から取水した水を沸き上げ、作製した湯を前記貯湯側に送り込む沸き上げ手段と、
前記沸き上げ手段を制御する制御器とを備え、
該制御器は、所定期間内に前記貯湯タンクから給湯した給湯量から所定期間内に使用した熱量を算出する使用熱量算出手段と、
前記使用熱量算出手段によって算出された使用熱量に基づいて沸き上げ目標熱量を算出する沸き上げ目標熱量算出手段と、
該沸き上げ目標熱量算出手段が算出した沸き上げ目標熱量に基づいて沸き上げ目標温度を算出する沸き上げ目標温度算出手段と、
前記目標熱量を得るために必要な沸き上げ時間を算出する沸き上げ時間算出手段と、
該沸き上げ時間算出手段が算出した沸き上げ時間に基づいて、深夜時間帯が終了する前に沸き上げが終了する様な沸き上げ開始時刻を算出する沸き上げ開始時刻算出手段とを有し、
前記沸き上げ手段は、前記沸き上げ目標温度に基づいて必要量を沸き上げるヒートポンプであって、
前記沸き上げ時間算出手段は、前記沸き上げ手段の沸き上げ能力、前記沸き上げ目標温度、及び前記貯湯タンクに供給される給水の基準水温に基づいて沸き上げ時間を算出することを特徴とする給湯装置。
前記制御器は、料金設定が異なる複数の時間帯に給湯を行った給湯量からその時間帯に使用した熱量を算出してデータを蓄積する時間帯別使用熱量算出手段と、
前記貯湯タンク内の現在の貯湯熱量を検出するタンク貯湯熱量算出手段と、
前記時間帯別使用熱量算出手段が蓄積した前記データと現在の貯湯熱量とに基づいて貯湯量不足か否かを予測し、貯湯量不足が予測される場合には不足量を沸き増しする不足量沸き増し手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記時間帯別使用熱量算出手段による異なる複数の時間帯に使用した熱量の算出および前記データの蓄積と、前記タンク貯湯熱量算出手段による前記貯湯タンク内の現在の貯湯熱量の検出と、貯湯量不足が予測される場合に前記不足量沸き増し手段による不足量の沸き増しとを、少なくとも、夕方から夜の間に湯を多く使用する給湯ピーク時間帯が到来する前に行うことを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。
前記所定期間を過去一週間とし、前記沸き上げ目標熱量を過去一週間の最大使用熱量とすることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記沸き上げ目標温度算出手段が算出した沸き上げ目標温度が所定値を越える場合には、各時間帯の中で料金設定が最も安い深夜時間帯以外の時間帯にも沸き上げを行うことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記深夜時間帯以外の時間帯に沸き増しを行う場合、前記沸き上げ目標温度とタンク蓄熱量とにより沸き増し時間を算出する沸き増し時間算出手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の給湯装置。
前記沸き上げ時間算出手段は、前記基準沸き上げ能力と、前記沸き上げ目標温度と、前記基準水温と、沸き上げ中に給湯によって使用される予定の予定使用熱量とのうち何れか、またはこれらを組み合わせて沸き上げ時の水流量を計算し、前記沸き上げ時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記予定使用熱量は、過去一週間の間に、沸き上げ中に給湯によって使用された最大の使用熱量とすることを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。
前記沸き上げ手段は、貯湯タンク内の現在の貯湯熱量が沸き上げ目標熱量未満である場合には沸き上げを行うことを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。