JP4605008B2 - 給湯装置および給湯装置用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯用の湯を貯湯する貯湯式の給湯装置および給湯装置に用いる制御装置に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示された貯湯タンクを備える給湯装置がある。この給湯装置では、過去の使用実績から算出した１日の必要熱量を深夜時間帯に湯を沸かして貯湯タンク内に貯え、不足分は、深夜時間帯以外に一定量貯湯量が減った場合に沸き増すようになっている。
特開２００２−１６８５２４号公報

しかしながら、上記従来技術の給湯装置では、学習した１日分の必要熱量を深夜時間帯に沸かし、不足分を一定量貯湯量が減った時点で略満タンになるまで沸き増しており、貯湯タンク内に熱量を貯えてから使用するまでの時間が長くなる場合がある。このような場合には、貯湯タンクからの放熱量が増加して、エネルギーが無駄に消費されるという問題がある。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、熱量の使用状態に応じた沸き上げを実施して省エネルギー性を向上することが可能な給湯装置およびこの給湯装置に用いる制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
内部に給湯用の熱量を湯として貯える貯湯タンク（１）と、水を沸き上げて湯とする加熱手段（２）と、過去の熱量使用実績に基づく１日あたりの必要熱量を確保するように加熱手段（２）による沸き上げ運転を制御する制御手段（１００）とを備える給湯装置であって、
加熱手段（２）による沸き上げ運転中に使用側端末へ出湯する際には、加熱手段（２）で沸き上げた湯を優先して直接出湯し、加熱手段（２）で沸き上げた湯量が直接出湯の湯量に不足する場合には、不足する分を貯湯タンク（１）内からの出湯で補い、加熱手段（２）で沸き上げた湯量が直接出湯の湯量に対し余剰である場合には、余剰の分を貯湯タンク（１）内へ貯湯するようになっており、
制御手段（１００）は、１日を複数の時間帯に分割し、熱量使用実績に基づく分割時間帯毎の必要熱量を確保するように、当該分割時間帯中に加熱手段（２）の沸き上げ運転制御を行なうことを特徴としている。

これによると、１日を複数に分割した分割時間帯毎に加熱手段（２）を沸き上げ運転して、過去の熱量使用実績に基づいた分割時間帯毎の必要熱量を、その都度貯湯タンク（１）内に貯えることができる。したがって、貯湯タンク（１）内に熱量を貯えてから使用するまでの時間を短くすることができ、貯湯タンク（１）からの放熱量を抑制することができる。このようにして、熱量の使用状態に応じた沸き上げを実施することで、省エネルギー性を向上することが可能である。

また、請求項２に記載の発明では、
貯湯タンク（１）に設けられ、貯湯タンク（１）内の蓄熱量を検出するための複数の温度検出手段（３３）を備え、
制御手段（１００）は、分割時間帯毎の加熱手段（２）の沸き上げ運転制御を行なうときには、複数の温度検出手段（３３）のうち、分割時間帯毎の必要熱量を確保する湯量に対応した温度検出手段（３３ｄ）を選択し、選択した温度検出手段（３３ｄ）の検出温度に基づいて加熱手段（２）の沸き上げ運転を終了することを特徴としている。

これによると、分割時間帯毎の沸き上げ運転を行なうときに、満タン沸き上げを行なうことなく、必要熱量を確保する湯量に対応した温度検出手段（３３ｄ）の検出温度により沸き上げ運転を終了することができる。したがって、分割時間帯毎の必要熱量の確保を比較的過不足なく行なうことが可能である。

また、請求項３に記載の発明では、制御手段（１００）は、運転コストに応じて定まる第１時間帯には、１日あたりの必要熱量に応じた前記加熱手段（２）の沸き上げ運転を行ない、第１時間帯以外の第２時間帯には、第２時間帯を複数に分割して、分割時間帯毎の必要熱量を確保するように分割時間帯毎に加熱手段（２）の沸き上げ運転制御を行なうことを特徴としている。

これによると、運転コストが比較的安価な第１時間帯には、１日あたりの必要熱量に応じた沸き上げ運転を行なって貯湯タンク（１）内に所定熱量を貯え、運転コストが比較的高価な第２時間帯には、分割時間帯毎の必要熱量の不足分を補うように沸き上げ運転を行なうことができる。したがって、省エネルギー性を向上しつつ運転コストを抑制することが可能である。

また、請求項４に記載の発明のように、加熱手段（２）は、ヒートポンプ装置（２）とすることができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、制御手段（１００）は、必要熱量を確保するためのヒートポンプ装置（２）の運転時間が所定時間未満であると判断した分割時間帯には、ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ運転を中止することを特徴としている。

ヒートポンプ装置（２）は、一般的に、始動後効率のよい運転状態に至るまでに比較的時間を要する。請求項５に記載の発明によれば、必要熱量を確保するためのヒートポンプ装置（２）の運転時間が、効率のよい運転を行なうことができない短時間である場合には、ヒートポンプ装置（２）の運転を中止することができる。したがって、省エネルギー性を一層向上することができる。

また、請求項６に記載の発明では、制御装置（１００）は、貯湯タンク（１）内の貯湯状態および必要熱量の少なくともいずれかに応じて、ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ能力を変更することを特徴としている。

これによると、貯湯タンク（１）内の貯湯状態および必要とする熱量の少なくともいずれかに応じてヒートポンプ装置（２）の能力を変更して効率を向上することができる。

また、請求項７に記載の発明では、制御手段（１００）は、貯湯タンク（１）内の貯湯状態および必要熱量の少なくともいずれかに応じて、ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ温度を変更することを特徴としている。

一般的にヒートポンプ装置（２）は沸き上げ温度を低くするほどエネルギー効率が良好となる。したがって、請求項７に記載の発明によれば、貯湯タンク（１）内の貯湯状態および必要とする熱量の少なくともいずれかに応じてヒートポンプ装置（２）の沸き上げ温度を抑制することが可能であり、効率を向上することができる。

また、請求項８に記載の発明では、制御手段（１００）は、ヒートポンプ装置（２）への給水温度もしくは外気温に応じて、ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ温度を変更することを特徴としている。

これによると、季節等によって変化する給水温度もしくは外気温に応じて、必要熱量を精度よく沸き上げ貯えることができる。

また、請求項９に記載の発明では、制御手段（１００）は、貯湯タンク（１）内の貯湯状態およびヒートポンプ装置（２）の沸き上げ温度に応じて、ヒートポンプ装置（２）が沸き上げた湯の貯湯タンク（１）内への貯湯位置を変更することを特徴としている。

これによると、貯湯タンク（１）内に貯えた湯の状態や沸き上げ温度に応じて、貯湯タンク（１）内の温度分布を乱すことがないように沸き上げた湯を貯えることが可能である。

また、請求項１０に記載の発明では、制御手段（１００）は、貯湯タンク（１）内に蓄えられた熱量とヒートポンプ装置（２）の沸き上げ能力に応じた熱量との和が、分割時間帯の必要熱量に不足する場合に、ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ運転を行なうことを特徴としている。

これによると、ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ能力に応じた熱量を加味して貯湯タンク（１）内に熱量を貯えることができる。すなわち、熱量使用時にヒートポンプ装置（２）の沸き上げた熱量を補うことを前提に貯湯タンク（１）内に熱量を貯えることができる。したがって、貯湯熱量を極力抑制することができるので、省エネルギー性をより一層向上することが可能である。

また、請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の発明において、制御手段（１００）は、前記和を算出するためのヒートポンプ装置（２）の沸き上げ能力に応じた熱量を、分割時間帯にヒートポンプ装置（２）を略最大能力で沸き上げ運転した場合に沸き上げ可能な熱量とすることを特徴としている。

これによると、熱量使用時にヒートポンプ装置（２）を沸き上げ運転して補う熱量を極めて大きくすることができる。したがって、貯湯タンク（１）内への貯湯熱量を極力抑制することができるので、省エネルギー性をさらに向上することが可能である。

また、請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の発明において、制御手段（１００）は、ヒートポンプ装置（２）を略最大能力で沸き上げ運転する時間を、当該分割時間帯の時間から、ヒートポンプ装置（２）が起動後所定安定運転状態に至る時間を減じた時間とすることを特徴としている。

これによると、ヒートポンプ装置（２）を起動後、安定して沸き上げ運転を開始できるまでの時間を差し引いて、熱量使用時にヒートポンプ装置（２）を略最大能力で沸き上げ運転して補うことができる熱量を精度よく算出することができる。

請求項１３に記載の発明の給湯装置用制御装置によれば、請求項１に記載の発明と同様に、１日を複数に分割した分割時間帯毎に加熱手段（２）を沸き上げ運転して、過去の熱量使用実績に基づいた分割時間帯毎の必要熱量を、その都度貯湯タンク（１）内に貯えることができる。したがって、貯湯タンク（１）内に熱量を貯えてから使用するまでの時間を短くすることができ、貯湯タンク（１）からの放熱量を抑制することができる。このようにして、熱量の使用状態に応じた沸き上げを実施することで、省エネルギー性を向上することが可能である。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した一実施形態における貯湯式の給湯装置の概略構成を示す模式図である。

１は耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。本実施形態の貯湯タンク１は縦長形状であり、その底面には導入口１１が設けられ、この導入口１１には貯湯タンク１内に水道水を導入する給水経路である導入管１２が接続されている。

貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の水を吸入するための吸入口１３が設けられ、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１内に高温の湯を吐出するための吐出口１４が設けられている。また、貯湯タンク１の前記上部より低い部位をなす中間部の側面部には、貯湯タンク１内に高温の湯より温度が低い中温の湯を吐出するための中間部吐出口２１が設けられている。

吸入口１３と両吐出口１４、２１とは循環回路１６で接続されており、循環回路１６の一部は、循環回路１６を流れる水の加熱手段であるヒートポンプ装置２内に配置されている。

循環回路１６のヒートポンプ装置２内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口１３から吸入した貯湯タンク１内の下部の水を高温冷媒との熱交換により加熱して沸き上げて湯とし、両吐出口１４、２１から貯湯タンク１内に戻すことができるようになっている。

循環回路１６はヒートポンプ装置２の下流側において第１供給配管１８と第２供給配管２４とに分岐しており、第１供給配管１８の下流端は上部吐出口１４に接続され、第２供給配管２４の下流端は中間部吐出口２１に接続されている。そして、循環回路１６の分岐点には、ヒートポンプ装置２で沸き上げた湯の流通経路を第１供給配管１８方向もしくは第２供給配管２４方向に切り替える切替バルブ１７が設けられている。

一方、貯湯タンク１の上部には上部導出口２０が設けられ、貯湯タンク１の中間部には中間部導出口２１Ａが設けられおり、両導出口２０、２１Ａには貯湯タンク１内の湯を導出するための給湯経路である給湯配管２２が接続されている。

給湯配管２２は、上部導出口２０に接続する第１給湯配管２３と中間部導出口２１Ａに接続する第２給湯配管２７とが経路途中で合流する構成をなしており、両給湯配管２３、２７の合流点には、上部導出口２０から導出される高温の湯の量（出湯量）と中間部導出口２１Ａから導出される中温の湯の量（出湯量）との比率を制御するための混合バルブ２５が設けられている。混合バルブ２５は、第２給湯配管２７を介して使用側端末へ給湯される流量を調節する流量調節手段であると言うことができる。

給湯配管２２には、第１給湯配管２３と第２給湯配管２７との合流点より下流側部に、導入管１２から分岐した給水配管２８の下流端が接続しており、この接続点には、給湯配管２２を流れる湯の量と給水配管２８を介して供給される水の量の比率を制御し、下流側にあるカラン、シャワー、風呂等の使用側端末に送る湯の温度を設定温度とするための混合バルブ２９が設けられている。

図１から明らかなように、本実施形態の給湯装置では、中間部吐出口２１と中間部導出口２１Ａとは共通の１つの口として形成されている。第２供給配管２４と第２給湯配管２７とは貯湯タンク１の外部で接続しており、第２供給配管２４の接続点２６より下流側部と第２給湯配管２７の接続点２６より上流側部とは共通の配管として形成され、この共通の配管が中間部吐出口２１と中間部導出口２１Ａとをなす口に接続している。

これにより、共通の配管を介して貯湯タンク１中間部への貯湯および貯湯タンク１中間部からの出湯を行なうことができるようになっている。

貯湯タンク１の外壁面には、複数のサーミスタ３３ａ〜３３ｅが縦方向に間隔をあけて配置されて水位サーミスタ（サーミスタ群）３３を構成し、貯湯タンク１内の各水位レベルにおける温度情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。したがって、これら複数のサーミスタ３３は貯湯タンク１内の蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段であり、各サーミスタ３３ａ〜３３ｅは本実施形態における蓄熱量を検出するための複数の温度検出手段である。

また、各配管経路には、サーミスタが適宜配設され、各配管を流れる湯もしくは水の温度情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。

循環回路１６のヒートポンプ装置２より上流側には、ヒートポンプ装置２の熱交換器に流入する水の温度を検出する水温検出手段であるサーミスタ（水温サーミスタ）１５が設けられている。なお、このサーミスタ１５は、ヒートポンプ装置２に流入する水温を検出できるものであればよいので、貯湯タンク１の最下部（吸入口１３近傍）もしくは導入管１２に設けられるものであってもよい。

循環回路１６のヒートポンプ装置２より下流側かつ切替バルブ１７より上流側には、ヒートポンプ装置２の熱交換器を通過した水の温度を検出する水温検出手段であるサーミスタ（水温サーミスタ）１９が設けられている。なお、このサーミスタ１９は、循環回路１６のヒートポンプ装置２内に配置された部分に設けられるものであってもよい。

また、給湯配管２２には図示しないサーミスタおよび流量カウンタが設けられており、給湯配管２２を流れる湯の温度情報および流量情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。

図１中の１００は制御手段である制御装置であり、貯湯タンク１ユニットを制御する貯湯タンク制御部やヒートポンプ装置２を制御するヒートポンプ制御部等から構成されている。

制御装置１００は、サーミスタ１５およびサーミスタ１９からの温度情報に基づいて、ヒートポンプ装置２が沸き上げる湯温が目標とする値となるように、ヒートポンプ装置２内の図示しない可変式減圧機構の開度や循環ポンプの回転数等を制御するようになっている。

図１中の１１０は操作手段をなす操作盤であり、操作盤１００には各操作スイッチや表示部が設けられている。

制御装置１００は、サーミスタ１５、１９、３３および図示しない他のサーミスタからの温度情報、図示しない流量カウンタからの流量情報、および操作盤１１０に設けられた操作スイッチからの信号等に基づいて、後述する手順にしたがってヒートポンプ装置２、各バルブ１７、２５、２９等を制御するように構成されている。

次に、上記構成に基づきヒートポンプ式給湯装置の作動について説明する。

図２および図３は、制御装置１００の湯沸き上げ制御の概略制御動作を示すフローチャートである。図２は契約に基づく電力コストが安価な深夜時間帯（本発明における運転コストに応じて定まる第１時間帯に相当）の沸き上げ制御動作を示しており、図３は深夜時間帯以外の昼間時間帯（本発明における第２時間帯に相当）の沸き上げ制御動作を示している。

図２に示すように、制御装置１００は、時刻が２３時になったか否か、すなわち深夜時間帯になったか否かを監視し（ステップＳ２０１）、深夜時間帯となったときには、直近１日の使用熱量の実績値（給湯配管２２に設けた図示しないサーミスタおよび流量カウンタからの情報に基づく実績値）を学習値に反映する（ステップＳ２０２）。

本実施形態では、過去直近７日間の熱量使用実績に基づいて学習値を算出しており、ステップＳ２０２では、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している。

そして、使用熱量実績値に基づく学習値は、１日あたりの熱量ばかりでなく、１日を複数の時間帯に分割した（本実施形態では１時間毎に分割した）分割時間帯毎の熱量実績値も学習値に反映している。すなわち、制御装置１００は、ステップＳ２０２では、貯湯タンク１内への１日あたりの目標蓄熱量および分割時間帯毎の目標蓄熱量を学習している。

制御装置１００は、ステップ２０２を実行したら、サーミスタ３３からの温度情報に基づいて現時点における貯湯タンク１内に貯えられている熱量Ｑｔを算出する（ステップＳ２０３）。

現在の貯湯タンク１熱量Ｑｔを算出したら、１日あたりの目標蓄熱量の学習値に基づいて、深夜時間帯におけるヒートポンプ装置２の運転開始時間（深夜時間帯が終了する若干前に沸き上げ運転が終了するための運転開始時間）を算出する（ステップＳ２０４）とともに、１日あたりの学習値を反映した沸き上げ温度となるヒートポンプ装置２の運転条件や貯湯タンク１内への貯湯条件を算出する（ステップＳ２０６）。

ヒートポンプ装置２の運転条件は、貯湯タンク１内の温度分布や蓄熱可能量等を考慮しつつ、沸き上げ温度が給湯温度より高い温度範囲において効率が良好な低温となるように算出する。また、ヒートポンプ装置２の沸き上げ温度は、水温サーミスタ１５からの温度情報に基づいて変更することで、季節等に対応して変動させる。

例えば、給水温度が５℃のときには９０℃に沸き上げ、給水温度が２５℃のときには７０℃に沸き上げる。なお、水温サーミスタ１５の温度情報によるものではなく、給水温度の関連値である外気温に応じて、この沸き上げ温度変更制御を行なってもかまわない。

このように、貯湯タンク１内の貯湯状態および必要熱量に応じて、ヒートポンプ装置２の沸き上げ能力を変更するとともに、沸き上げ温度を変更している。また、ヒートポンプ装置２への流入水温に応じても沸き上げ温度を変更している。これらにより、精度のよい沸き上げ貯湯を行ない、効率を向上させている。

また、ここで制御装置１００は、ヒートポンプ装置２の沸き上げ能力が最大となる運転を禁止している。例えば上限を９５％能力運転として、１００％能力運転を行なわないことで、ヒートポンプ装置２の効率を向上するようにしている。

なお、ステップＳ２０６では、ヒートポンプ装置２が所定時間以上（ここでは３０分以上）運転可能な条件を算出する。これは、ヒートポンプ装置２は始動後効率が向上するまでに比較的時間を要する。したがって、所定時間以上の継続運転が可能な条件を算出することにより、深夜時間帯の沸き上げ効率が低下することを防止することができる。

ステップＳ２０４を実行した後、ステップＳ２０６を実行する前に、ステップＳ２０３の算出結果より、貯湯タンク１内に最低貯湯量があるか否か判断する（ステップＳ２０５）。現在の貯湯量が最低貯湯量より少ないと判断した場合には、ステップＳ２０６をパスする。

最低貯湯量とは、ユーザが出湯操作をした場合に、水を吐出して不快感を与えないために設定する最低限の貯湯量である。

ステップ２０５においてステップＳ２０６をパスするか、あるいはステップＳ２０６を実行した場合には、１日あたりの目標蓄熱量が現在の貯湯タンク１熱量Ｑｔより多いか否か判断する（ステップＳ２０７）。目標蓄熱量が現時点での熱量Ｑｔ以下の場合には、深夜時間帯の沸き上げは不要であるので、図３に示す昼間時間帯の沸き上げ制御に進む。

ステップＳ２０７において目標蓄熱量が現時点での熱量Ｑｔより多いと判断した場合には、ステップＳ２０４で算出したヒートポンプ装置２運転開始時刻になるまで（ステップＳ２０８）ステップＳ２０５〜Ｓ２０７を繰り返し、運転開始時刻になったら、ステップＳ２０６で算出した学習値を反映した運転条件でヒートポンプ装置２を運転する（ステップＳ２０９）。そして、１日あたりの目標蓄熱量を貯湯しヒートポンプ装置２の運転を終了する条件となったら（ステップＳ２１０）、ヒートポンプ装置２の運転を停止する（ステップＳ２１１）。

深夜時間帯のヒートポンプ装置２の運転を終了したら、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（ステップＳ２１２）、この不足分の熱量を昼間時間帯に沸き上げる時間Ｔｕを算出する（ステップＳ２１３）。

そして、時刻が深夜時間帯が終了する７時になったか否かを監視し（ステップＳ２１４）、７時になったら、昼間時間帯の沸き上げ時間Ｔｕがあるか否かを判断する（ステップＳ２１５）。昼間時間帯の沸き上げ時間がある場合には、図３に示す昼間時間帯の沸き上げ制御に進み、昼間時間帯の沸き上げ時間がない場合には、ステップＳ２０１へリターンする。

図２に示すステップＳ２０７もしくはステップＳ２１５の判断により、図３に示す昼間時間帯の制御動作を実行するときには、制御装置１００は、まず、時刻が毎時００分となったか否か監視する（ステップＳ３０１）。

時刻が００分となった場合には、分割時間帯毎の出湯熱量の学習値のうち同一時間帯（現時刻から１時間）の学習値より、１時間後までの出湯予測熱量Ｑｍａｘを算出する（ステップＳ３０２）。そして、算出した１時間後までの出湯予測熱量Ｑｍａｘが現時点における貯湯タンク１内の熱量Ｑｔより大きいか否か判断する（ステップＳ３０３）。１時間出湯予測熱量Ｑｍａｘが現在貯湯タンク１内熱量Ｑｔ以下である場合には、１時間後までに湯切れを起こす可能性は極めて小さいので、ステップＳ３０１へリターンする。

１時間出湯予測熱量Ｑｍａｘが現在貯湯タンク１内熱量Ｑｔより大きい場合には、ヒートポンプ装置２の運転条件や貯湯タンク１内への貯湯条件を算出する（ステップＳ３０４）。

ここでのヒートポンプ装置２の運転条件は、図２におけるステップＳ２０６と同様に、貯湯タンク１内の温度分布等を考慮しつつ、沸き上げ温度が給湯温度より高い温度範囲において効率が良好な低温となるように算出する。また、ヒートポンプ装置２の沸き上げ温度は、水温サーミスタ１５からの温度情報に基づいて変更することで、深夜時間帯と同様に季節等に対応して変動させる。

このように、昼間時間帯の分割時間帯毎の沸きあげ制御においても、貯湯タンク１内の貯湯状態および必要熱量に応じて、ヒートポンプ装置２の沸き上げ能力を変更するとともに、沸き上げ温度を変更している。また、ヒートポンプ装置２への流入水温に応じても沸き上げ温度を変更している。これらにより、精度のよい沸き上げ貯湯を行ない、効率を向上させている。

また、ここでも制御装置１００は、ヒートポンプ装置２の沸き上げ能力が最大となる運転を禁止して、効率を向上するようにしている。

ヒートポンプ装置２による沸き上げ運転条件を算出したら、水位サーミスタ３３のうち、この沸き上げ運転により貯湯タンク１内に貯えられる熱量Ｑｍａｘを上回る位置のサーミスタを選定する（ステップＳ３０５）。具体的には、沸き上げ運転を行ない貯湯タンク１内の熱量がＱｍａｘとなったときに、湯の下面より下方側において最上部のサーミスタを選定する。

ステップＳ３０５を実行したら、ステップＳ３０４の運転条件でヒートポンプ装置２が所定時間以上（ここでは３０分以上）運転するか否か判断し（ステップＳ３０６）、運転時間が所定時間未満である場合には、ヒートポンプ装置２を効率のよい状態で運転し難いので、この分割時間帯での沸き上げ運転を中止して、ステップＳ３０１へリターンする。

ステップＳ３０６において、ヒートポンプ装置２が所定時間以上運転すると判断した場合には、ステップＳ３０４で算出した条件でヒートポンプ装置２の運転を行なう（ステップＳ３０７）。そして、水位サーミスタ３３のうちステップＳ３０５で選定したサーミスタからの温度情報に基づいてＱｍａｘ以上の熱量を貯えてヒートポンプ装置２の運転を終了する条件となったら（ステップＳ３０８）、ヒートポンプ装置２の運転を停止する（ステップＳ３０９）。

これにより、現分割時間帯の必要熱量を確保する沸き上げ運転を完了し、昼間時間帯が終了する２３時となるまで（ステップＳ３１０）、ステップＳ３０１〜Ｓ３０９の制御を繰り返し、２３時となったら図２に示す深夜時間帯の制御にリターンする。

なお、昼間時間帯においてステップＳ３０１〜Ｓ３０９のフローを繰り返すときには、不足分の沸き上げが必要と判断した時刻から、学習の結果より湯の使用量が少なくなるあるいはなくなると予測される時刻までの時間が長いほど沸き上げ熱量を多くし、短いほど沸き上げ熱量を少なくなるように制御してもよい。

また、不足分の沸き上げが必要と判断した時刻から、深夜時間帯の開始時刻である２３時までの時間が長いほど沸き上げ熱量Ｑｍａｘを多くし、短いほど沸き上げ熱量Ｑｍａｘを少なくなるように制御してもよい。

これは、湯の使用量が少なくなる時間帯に近づくほど、あるいは深夜時間帯に近づくほど、分割時間帯毎の熱量確保の湯切れに対する安全率を低下させる制御であり、例えば、２３時に近づくほど、過去の熱量使用実績の平均値に使用実績ばらつきを加味した安全サイドの熱量から、過去の熱量使用実績の平均値に近づけていく制御である。これによれば、湯切れの発生を防止しつつ、貯えた熱量のうち未使用分の割合を抑制することができる。

ここで、上述の構成および制御フローに基づく本実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例について図４〜図９を用いて説明する。なお、図４〜図９では、湯もしくは水が流通する経路は実線で、流通しない経路は破線で示している。

深夜時間帯における沸き上げ制御を行なう場合には、図２ステップＳ２０３において、深夜時間帯となった２３時に貯湯タンク１内の熱量Ｑｔの算出を行なう。図４に示すように、水位サーミスタ３３からの温度情報から熱量Ｑｔを算出する。

この熱量Ｑｔと、１日あたりの使用熱量の学習値を反映した深夜時間帯に確保する目標蓄熱量とを比較して、不足があれば図２ステップＳ２０８以降のフローに従い深夜時間帯に沸き上げを行なう。このときの目標蓄熱量は、必ずしも１日あたりの使用熱量の学習値に近似した値とする必要はなく、昼間時間帯の沸き上げも含めて１日あたりの必要熱量が確保できれば、効率を優先した目標蓄熱量としてもかまわない。

深夜時間帯の沸き上げ時には、制御フローでも説明したように、給湯温度より高い温度範囲内において極力低い温度の沸き上げを行なうことが効率より好ましい。そこで、目標蓄熱量が比較的小さい場合には、図５に示すように、ヒートポンプ装置２での沸き上げ温度を比較的低い温度（中温）とし、切替バルブ１７を第２供給配管２４側に切り替えて、沸き上げた中温の湯を中間部吐出口２１から貯湯タンク１内に貯留する。

目標蓄熱量が比較的大きい場合には、図６に示すように、ヒートポンプ装置２での沸き上げ温度を比較的高い温度（高温）とし、切替バルブ１７を第１供給配管１８側に切り替えて、沸き上げた高温の湯を上部吐出口１４から貯湯タンク１内に貯留する。

昼間時間帯における沸き上げ制御を行なう場合には、図３ステップＳ３０２において、同一時間帯の学習値から１時間当たりの予測出湯熱量Ｑｍａｘの算出を行なう。

また、その時点での貯湯熱量Ｑｔと、１時間あたりの使用熱量の学習値を反映した予測出湯熱量Ｑｍａｘとを比較して、不足があれば図３ステップＳ３０４以降のフローに従い昼間時間帯の分割時間帯毎にその都度沸き上げを行なう。

昼間時間帯の沸き上げ時においても、制御フローで説明したように、給湯温度より高い温度領域において極力低い温度の沸き上げを行なうことが効率より好ましい。そこで、熱量Ｑｍａｘを確保できる範囲で（湯切れを起こさない範囲で）、図８に示すように、ヒートポンプ装置２での沸き上げ温度を比較的低い温度（中温）とし、切替バルブ１７を第２供給配管２４側に切り替えて、沸き上げた中温の湯を中間部吐出口２１から貯湯タンク１内に貯留する。

このように昼間時間帯の分割時間帯毎に沸き上げを行なうときには、図３のステップ３０５で説明したように、各分割時間あたりの予測使用熱量Ｑｍａｘに対応したサーミスタを選定し、このサーミスタからの温度情報により図３ステップＳ３０８において沸き上げ運転の終了判断を行なう。

例えば、図７に示すように、予測使用熱量Ｑｍａｘを貯留したときの湯の最下面が二点鎖線で示す位置であるときには、この最下面より下方側において最も上方にあるサーミスタ３３ｄを選定する。これにより、図８に示すように、サーミスタ３３ｄの位置まで沸き上げた熱量Ｑｍａｘを確実に確保したところで沸き上げ運転を終了することができる。

なお、ここでは、分割時間あたりの沸き上げ運転を中温の湯とし、中間部吐出口２１から貯湯タンク１内に貯留するものであったが、熱量Ｑｍａｘが比較的大きい場合には、図６に示す深夜時間帯の沸き上げと同様に、高温の湯を沸き上げて上部吐出口１４から貯湯タンク１内に貯湯するものであってもよい。

また、図８に示すように熱量Ｑｍａｘを確保するために中温の湯を沸き上げ貯湯しているときに、使用側端末において出湯操作がなされたときには、貯湯タンク１内への貯湯と貯湯タンク１からの出湯が同時に行なわれることになる。ところが、時間当たりの沸き上げ湯量に対し出湯に用いられる湯量の方が多い場合には、中間部吐出口２１と中間部導出口２１Ａとを兼ねる口から貯湯タンク１内の湯が接続点２６に向かって流れる。一方、時間当たりの沸き上げ湯量に対し出湯に用いられる湯量の方が少ない場合には、接続点２６から中間部吐出口２１と中間部導出口２１Ａとを兼ねる口に向かって余剰の沸き上げた湯が流れる。

また、出湯に用いられる熱量が大きい場合に、中温の湯の出湯では熱量が不足する場合には、上部導出口２０から高温の湯を出湯することができる。ただし、貯湯タンク１内への貯湯および貯湯タンク１内からの出湯のいずれにおいても、中温の湯を高温の湯より優先することが効率の点より好ましい。

上述の構成および作動によれば、制御装置１００は、運転コストが安価な深夜時間帯には、１日あたりの必要熱量に応じたヒートポンプ装置２の沸き上げ運転を行ない、深夜時間帯以外の昼間時間帯には、この昼間時間帯を１時間毎に分割して、分割時間帯毎の必要熱量を確保するように分割時間帯毎にヒートポンプ装置２の沸き上げ運転を行なっている。

したがって、深夜時間帯には、１日あたりの必要熱量（１日あたり目標蓄熱量）に応じた沸き上げ運転を行なって貯湯タンク１内に所定熱量を貯え、昼間時間帯には、分割した時間帯毎の必要熱量の不足分を補うように沸き上げ運転を行なうことができる。したがって、運転コストを抑制しつつ、湯を沸き上げてから使用するまでの時間を短くすることで外部への放熱を抑制して省エネルギー性を向上することができる。

また、このように学習に基づいてきめ細かく沸き上げ運転することで、余剰の沸き増し熱量を抑制することが可能であり、効率を向上することができる。余剰熱量の抑制により、ヒートポンプ装置２で貯湯タンク１内の湯を再沸き上げするときにも、ヒートポンプ装置２への給水温度の上昇を抑制して効率を向上することが可能である。

また、制御装置１００は、昼間時間帯の分割時間帯毎のヒートポンプ装置２の沸き上げ運転制御を行なうときには、複数のサーミスタ３３ａ〜３３ｅからなる水位サーミスタ３３のうち、分割時間帯毎の必要熱量Ｑｍａｘを確保する湯量に対応したサーミスタ（図７の例ではサーミスタ３３ｄ）を選択し、選択したサーミスタの検出温度に基づいてヒートポンプ装置２の沸き上げ運転の終了制御を行なっている。

したがって、分割時間帯毎の沸き上げ運転を行なうときに、満タン沸き上げを行なうことなく、分割時間帯毎の必要熱量Ｑｍａｘの確保を不足なく行なうことができ、過分になることも抑制できる。さらに、沸き上げ運転終了制御を行なうためのサーミスタは、水位サーミスタ３３のうち選択された１つのみであるので、制御を簡素化することが可能である。

（他の実施形態）
上記一実施形態では、昼間時間帯を１時間毎の複数の時間帯に分割していたが、これに限定されるものではなく、例えば、朝、昼、夜の３つの時間帯に分割するものであってもよい。また、複数の時間帯への分割は、昼間時間帯だけに限定されるものではない。例えば、１日を複数の時間帯に分割するものであってもよい。

また、上記一実施形態では、電力コストに基づいて深夜時間帯と昼間時間帯とで制御を分けていたが、運転コストに応じて定まる複数の時間帯において制御を分けるものであってもよい。

また、上記一実施形態では、ヒートポンプ装置２の沸き上げ能力や沸き上げ温度を、貯湯タンク１内の貯湯状態および必要熱量に応じて変更していたが、これらのいずれか一方に応じて変更するものであってもよい。

また、上記一実施形態では、制御装置１００は、貯湯タンク１内に蓄えられた熱量が分割時間帯の予測必要熱量に不足する場合に、ヒートポンプ装置２の沸き上げ運転を行なっていたが、貯湯タンク１内に蓄えられた熱量とヒートポンプ装置２の沸き上げ能力に応じた熱量との和が、分割時間帯の必要熱量に不足する場合に、ヒートポンプ装置２の沸き上げ運転を行なうものであってもよい。

これによると、ヒートポンプ装置２の沸き上げ能力に応じた熱量分を加味して貯湯タンク１内に熱量を貯えることができる。すなわち、熱量使用時にヒートポンプ装置２の沸き上げた熱量を補うことを前提に貯湯タンク１内に熱量を貯えることができる。したがって、貯湯熱量を極力抑制することができるので、省エネルギー性をより一層向上することが可能である。

上記一実施形態では、図３に示すステップＳ３０３において、分割時間帯の必要熱量Ｑｍａｘが、その分割時間帯のうちに使用可能な貯湯タンク１内の熱量（例えば、貯湯タンク１内の全熱量−前記最低貯湯量）Ｑｔより大きいか否か判断していた。

これに対し、上述したように、貯湯タンク１内に蓄えられた熱量とヒートポンプ装置２の沸き上げ能力に応じた熱量との和が、分割時間帯の必要熱量に不足する場合に、ヒートポンプ装置２の沸き上げ運転を行なう場合には、図１０に示すように、ステップＳ３０３に代わるステップＳ４０３において、分割時間帯の必要熱量Ｑｍａｘが、その分割時間帯のうちに使用可能な貯湯タンク１内の熱量（貯湯タンク１内の全熱量−最低貯湯量）Ｑｔと、ヒートポンプ装置２を略最大能力で運転したときに補える熱量Ｑｄとの和より大きいか否か判断すればよい。

ここで、ヒートポンプ装置２の略最大能力運転とは、１００％能力運転であってもよいが、例えば９５％能力運転として、ヒートポンプ装置２の効率を向上することが好ましい。

これにより、熱量使用時にヒートポンプ装置２を沸き上げ運転して補う熱量を極力大きくすることができる。したがって、貯湯タンク１内への貯湯熱量を極力抑制することができるので、省エネルギー性をさらに向上することができる。

また、ステップＳ４０３におけるヒートポンプ装置２により補える熱量Ｑｄとは、ヒートポンプ装置２を上記略最大能力で、その分割時間帯の時間から５分減じた時間だけ運転することによって補える熱量とすることができる。

ここで減じる時間５分は、ヒートポンプ装置２が起動された後、安定した沸き上げ運転を行なえる状態に至る時間の一例であり、ヒートポンプ装置２の諸特性等に応じて設定される時間である。

これによると、ヒートポンプ装置２を起動後、安定して沸き上げ運転を開始できるまでの時間を差し引いて、熱量使用時にヒートポンプ装置２を略最大能力で沸き上げ運転して補うことができる熱量Ｑｄを精度よく算出することができる。

また、上記一実施形態では、給湯装置は、貯湯タンク１が１つである所謂単缶式であったが、多缶式の給湯装置であってもかまわない。また、貯湯タンク１ユニットとヒートポンプ装置２とは一体型であっても分離型であってもかまわない。

また、上記一実施形態では、中間部吐出口２１と中間部導出口２１Ａを共通の口としていたが、別々に設けるものであってもよい。

また、上記一実施形態では、加熱手段はヒートポンプ装置であったが、これに限定されるものではない。例えば、電気ヒータであってもよいし、ソーラー加熱装置であってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよい。また、ガス燃焼加熱装置であってもよいし、これとソーラー加熱装置を組み合わせたものであってもよい。

本発明を適用した一実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 制御装置１００の概略制御動作を示すフローチャートであり、深夜時間帯の沸き上げ制御動作を示している。 制御装置１００の概略制御動作を示すフローチャートであり、昼間時間帯の沸き上げ制御動作を示している。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 他の実施形態における制御装置１００の概略制御動作の一部を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 貯湯タンク
２ ヒートポンプ装置（加熱手段）
３３、３３ａ〜３３ｅ サーミスタ（水位サーミスタ、温度検出手段）
１００ 制御装置（制御手段）

Claims (13)

1. 内部に給湯用の熱量を湯として貯える貯湯タンク（１）と、
   水を沸き上げて前記湯とする加熱手段（２）と、
   過去の熱量使用実績に基づく１日あたりの必要熱量を確保するように前記加熱手段（２）による沸き上げ運転を制御する制御手段（１００）とを備える給湯装置であって、
   前記加熱手段（２）による沸き上げ運転中に使用側端末へ出湯する際には、前記加熱手段（２）で沸き上げた湯を優先して直接出湯し、前記加熱手段（２）で沸き上げた湯量が前記直接出湯の湯量に不足する場合には、前記不足する分を前記貯湯タンク（１）内からの出湯で補い、前記加熱手段（２）で沸き上げた湯量が前記直接出湯の湯量に対し余剰である場合には、前記余剰の分を前記貯湯タンク（１）内へ貯湯するようになっており、
   前記制御手段（１００）は、前記１日を複数の時間帯に分割し、前記熱量使用実績に基づく前記分割時間帯毎の必要熱量を確保するように、当該分割時間帯中に前記加熱手段（２）の沸き上げ運転制御を行なうことを特徴とする給湯装置。
2. 前記貯湯タンク（１）に設けられ、前記貯湯タンク（１）内の蓄熱量を検出するための複数の温度検出手段（３３）を備え、
   前記制御手段（１００）は、前記分割時間帯毎の前記加熱手段（２）の沸き上げ運転制御を行なうときには、前記複数の温度検出手段（３３）のうち、前記分割時間帯毎の必要熱量を確保する湯量に対応した温度検出手段（３３ｄ）を選択し、選択した温度検出手段（３３ｄ）の検出温度に基づいて前記加熱手段（２）の沸き上げ運転を終了することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記制御手段（１００）は、
   運転コストに応じて定まる第１時間帯には、前記１日あたりの必要熱量に応じた前記加熱手段（２）の沸き上げ運転を行ない、
   前記第１時間帯以外の第２時間帯には、前記第２時間帯を複数に分割して、前記分割時間帯毎の必要熱量を確保するように前記分割時間帯毎に前記加熱手段（２）の沸き上げ運転制御を行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給湯装置。
4. 前記加熱手段（２）は、ヒートポンプ装置（２）であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の給湯装置。
5. 前記制御手段（１００）は、必要熱量を確保するための前記ヒートポンプ装置（２）の運転時間が所定時間未満であると判断した前記分割時間帯には、前記ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ運転を中止することを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 前記制御装置（１００）は、前記貯湯タンク（１）内の貯湯状態および前記必要熱量の少なくともいずれかに応じて、前記ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ能力を変更することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の給湯装置。
7. 前記制御手段（１００）は、前記貯湯タンク（１）内の貯湯状態および前記必要熱量の少なくともいずれかに応じて、前記ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ温度を変更することを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１つに記載の給湯装置。
8. 前記制御手段（１００）は、前記ヒートポンプ装置（２）への給水温度もしくは外気温に応じて、前記ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ温度を変更することを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１つに記載の給湯装置。
9. 前記制御手段（１００）は、前記貯湯タンク（１）内の貯湯状態および前記ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ温度に応じて、前記ヒートポンプ装置（２）が沸き上げた湯の貯湯タンク（１）内への貯湯位置を変更することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の給湯装置。
10. 前記制御手段（１００）は、前記貯湯タンク（１）内に蓄えられた熱量と前記ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ能力に応じた熱量との和が、前記分割時間帯の必要熱量に不足する場合に、前記ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ運転を行なうことを特徴とする請求項４ないし請求項９のいずれか１つに記載の給湯装置。
11. 前記制御手段（１００）は、前記ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ能力に応じた熱量を、前記分割時間帯に前記ヒートポンプ装置（２）を略最大能力で沸き上げ運転した場合に沸き上げ可能な熱量とすることを特徴とする請求項１０に記載の給湯装置。
12. 前記制御手段（１００）は、前記ヒートポンプ装置（２）を略最大能力で沸き上げ運転する時間を、前記分割時間帯の時間から、前記ヒートポンプ装置（２）が起動後所定安定運転状態に至る時間を減じた時間とすることを特徴とする請求項１１に記載の給湯装置。
13. 内部に給湯用の熱量を湯として貯える貯湯タンク（１）と、水を沸き上げて前記湯とする加熱手段（２）とを備える給湯装置において、過去の熱量使用実績に基づく１日あたりの必要熱量を確保するように前記加熱手段（２）による沸き上げ運転を制御する給湯装置用制御装置であって、
    前記加熱手段（２）による沸き上げ運転中に使用側端末へ出湯する際には、前記加熱手段（２）で沸き上げた湯を優先して直接出湯し、前記加熱手段（２）で沸き上げた湯量が前記直接出湯の湯量に不足する場合には、前記不足する分を前記貯湯タンク（１）内からの出湯で補い、前記加熱手段（２）で沸き上げた湯量が前記直接出湯の湯量に対し余剰である場合には、前記余剰の分を前記貯湯タンク（１）内へ貯湯する前記給湯装置に用いられ、
    前記１日を複数の時間帯に分割し、前記複数の分割時間帯毎の前記熱量使用実績に基づく前記分割時間帯毎の必要熱量を確保するように、当該分割時間帯中に前記加熱手段（２）の沸き上げ運転制御を行なうことを特徴とする給湯装置用制御装置。

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