JP6450926B2

JP6450926B2 - 給湯装置

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Publication number: JP6450926B2
Application number: JP2014123024A
Authority: JP
Inventors: 山本　照夫; 照夫山本; 繁男青山; 俊二森脇; 明広重田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: JP2016003788A; EP2960586A1; EP2960586B1

Description

本発明は、給湯装置に関するものである。

従来、この種の給湯装置には、貯湯槽内の湯量が減少したことを検知すると、自動的に熱源を動作させて加熱運転を実行するものがある（例えば、特許文献１参照）。これにより、貯湯槽内に常に所定量の湯を確保するようにしている。

特許文献１に記載の給湯装置は、貯湯槽内の湯量が、予め設定された最低湯量を下回った場合には、最低湯量の値を増加させる。一方、貯湯槽内の湯量が、一定期間、最低湯量を下回らなければ、最低湯量の値を減少させる。すなわち、制御装置が、使用者が使用した湯量に応じて最低湯量を変更することで、湯切れと湯余りとの防止を図っている。

特許第３７５５３９７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、予め設定された最低湯量を下回って初めてその値を増加させるものであるから、例えば、急激に湯の使用量が増大した場合には、湯切れが生じる可能性があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、湯切れを抑制し、エネルギー効率に優れた給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、上方ほど温度の高い温度成層式の貯湯槽と、前記貯湯槽の湯水を加熱する熱源と、前記貯湯槽の湯水、または、前記貯湯槽の湯水で加熱された湯水が流れる給湯経路と、前記給湯経路に設けられた給湯検出手段と、前記貯湯槽の湯水を加熱する加熱運転を実行し、現在時刻を判断するタイマと、時間帯を設定する設定部とを有する制御装置と、を備え、前記設定部は、第１時間帯と、前記第１時間帯よりも開始時刻及び終了時刻が遅く、前記第１時間帯よりも単位時間当たりの給湯使用量多い時間帯を第２時間帯と、前記第２時間帯よりも開始時刻及び終了時刻が遅く、前記第２時間帯よりも単位時間当たりの給湯使用量が少ない時間帯を第３時間帯とを設定し、前記制御装置は、前記貯湯槽の湯量が第１開始湯量以下となった場合に前記加熱運転を開始し、前記貯湯槽の湯量が第１停止湯量以上となった場合に前記加熱運転を終了し、前記制御装置は、前記第１時間帯に給湯があった場合に、前記第２時間帯において前記加熱運転を開始するときの湯量を、前記第１開始湯量よりも多い第２開始湯量に変更するとともに、前記第３時間帯において前記加熱運転を終了するときの湯量を、前記第１停止湯量よりも少ない第２停止湯量に変更し、前記第１時間帯、前記第２時間、前記第３時間帯は、設置後に使用者等が前記設定部に直接入力することにより設定するか、または、前記制御装置が、前記給湯検出手段と前記タイマとを用いて、使用者の給湯使用量を測定し、自動的に設定するように構成されていることを特徴とするものである。

これにより、給湯の使用量が多い時間帯よりも前の時間帯において給湯があった場合には、貯湯槽内に相対的に多くの湯が残存していても加熱運転を開始するので、湯をより早く生成することができる。

本発明によれば、湯切れを抑制しつつエネルギー効率に優れた給湯装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における給湯装置の概略構成図同給湯装置の加熱運転の制御フローチャート１日の給湯使用量の時間推移を表すグラフ同給湯装置の加熱運転の開始条件及び停止条件の変更制御の制御フローチャート（ａ）同給湯装置の加熱運転の完了直後の貯湯槽内の温度分布を示す図、（ｂ）同給湯装置湯水が給湯使用のない状態で温度低下したときの貯湯槽内の温度分布を示す図（ａ）同給湯装置の加熱運転の完了直後の貯湯槽内の温度分布を示す図、（ｂ）同給湯装置の加熱運転の開始条件の変更の有無による貯湯槽内の温度分布の違いを示す図、（ｃ）同給湯装置の加熱運転の停止条件の変更後に加熱運転を停止させるときの貯湯槽内の温度分布を示す図同給湯装置に複数の貯湯温度センサを設けた場合の概略構成図本発明の実施の形態２における給湯装置の変更制御の制御フローチャート

第１の発明は、上方ほど温度の高い温度成層式の貯湯槽と、前記貯湯槽の湯水を加熱する熱源と、前記貯湯槽の湯水、または、前記貯湯槽の湯水で加熱された湯水が流れる給湯経路と、前記給湯経路に設けられた給湯検出手段と、前記貯湯槽の湯水を加熱する加熱運転を実行し、現在時刻を判断するタイマと、時間帯を設定する設定部とを有する制御装置と、を備え、前記設定部は、複数の時間帯設定のうち、第１時間帯と、前記第１時間帯よりも開始時刻及び終了時刻が遅く、前記第１時間帯よりも単位時間当たりの給湯使用量多い時間帯を第２時間帯と、前記第２時間帯よりも開始時刻及び終了時刻が遅く、前記第２時間帯よりも単位時間当たりの給湯使用量が少ない時間帯を第３時間帯とを設定し、前記制御装置は、前記貯湯槽の湯量が第１開始湯量以下となった場合に前記加熱運転を開始し、前記貯湯槽の湯量が第１停止湯量以上となった場合に前記加熱運転を終了し、前記制御装置は、前記第１時間帯に給湯があった場合に、前記第２時間帯において前記加熱運転を開始するときの湯量を、前記第１開始湯量よりも多い第２開始湯量に変更するとともに、前記第３時間帯において前記加熱運転を終了するときの湯量を、前記第１停止湯量よりも少ない第２停止湯量に変更し、前記第１時間帯、前記第２時間、前記第３時間帯は、設置後に使用者等が前記設定部に直接入力することにより設定するか、または、前記制御装置が、前記給湯検出手段と前記タイマとを用いて、使用者の給湯使用量を測定し、自動的に設定するように構成されていることを特徴とする給湯装置である。

これにより、給湯の使用量が最も多い所定の時間帯の終了までの給湯の有無によって、使用者が不在か否かを推定することができる。また、給湯があった場合には、加熱運転を開始するときの貯湯槽内の湯量を多く変更する。これにより、加熱運転が変更前よりも早く開始されるので、湯をより早く生成することができる。その結果、湯の使用量が多い時間帯においても、湯切れの発生を抑制することができる。

さらに、使用者が給湯を使用することが想定される場合に、加熱運転を開始するときの貯湯槽内の湯量を多く変更する。その結果、生成する湯量が過多となることを防止して、エネルギー効率に優れた給湯装置を実現できる。

すなわち、制御装置は、通常は、貯湯槽内の湯量を一定の範囲内に保つように、熱源の起動と停止とを行う。一方、一般的に給湯が多く使用されるのは、主に夕方（例えば、１８：００）から夜（例えば、２２：００）の間であって、この間の数時間に給湯の使用量は偏在することが多い。例えば、所定の時間帯は、１８：００から２０：００である。そこで、１日の中で給湯の使用量が最も多い時間帯（所定の時間帯）の終了までに給湯があった場合には、その日は使用者が在宅であると推定する。これにより、夕方からの給湯の使用量（給湯負荷）は増大することが見込まれるから、通常時よりも、加熱運転が相対的に早く始まるように加熱運転の開始条件を変更する。その結果、使用者の使用スタイルに合わせて加熱運転を開始するので、湯切れの発生を抑制し、エネルギー効率に優れた給湯装置を実現できる。

なお、１日とは、０：００から２４：００を区切りとするものでなくてよい。例えば、７：００から翌日の７：００を、給湯装置の運転周期における１日とすることができる。すなわち、連続した２４時間を１日とすれば、始期と終期とは特に限定されない。

なお、給湯の使用の有無によって在宅であるか否かを推定し、加熱運転の開始条件を変更する場合、給湯装置の運転周期としての１日は、朝（例えば、６：００〜８：００）に始まり、翌日の朝（６：００〜８：００）に終了することが好ましい。

前述のように、給湯の使用量が多いのは、夕方から夜の数時間の間である。よって、貯湯槽内に確保すべき湯量は、給湯の使用量が減少する所定時間の経過後には減少する。

これにより、給湯の使用量が減少する所定の時間帯の経過後において、加熱運転を終了させるときの貯湯槽内の湯量は相対的に少なくなる。したがって、加熱運転がより早く終了する。よって、湯余りの発生を抑制できる。その結果、熱源の運転時間が短くなるので給湯装置のエネルギー効率が向上する。また、湯余りの発生が抑制されて、放熱ロスも減少し、給湯装置のエネルギー効率がさらに向上する。

所定の時間帯の終了までに給湯があった場合には、使用者が在宅であることが推定されて加熱運転の開始条件が変更され、加熱運転がより早く開始される。したがって、貯湯槽内には所定量以上の湯が確保される。

一方、所定の時間帯の終了までに給湯がない場合には、使用者が不在であることが推定され、加熱運転の開始条件も変更されない。よって、貯湯槽内の湯水は全体的に温度が低下する。これは、所定の時間帯にも加熱運転が実行されないと、より顕著となる。すなわち、所定の時間帯の終了までに給湯がない場合の方が、所定の時間帯の終了後に貯湯槽内の湯量が少なくなることが想定される。

そこで、所定の時間帯の終了までに給湯がなかった場合には、加熱運転を終了するときの湯量を変更しないこととする。一方、所定の時間帯の終了までに給湯があった場合、つまり、貯湯槽内の湯量が多いと考えられる場合には、加熱運転を終了するとき湯量を相対的に減少させる。その結果、使用者の使用スタイルに合わせて加熱運転を停止するので、湯余りの発生を抑制し、エネルギー効率に優れた給湯装置を実現できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記貯湯槽の湯水の貯湯温度を検出する貯湯温度検出手段と、前記熱源に流入する湯水の入水温度を検出する入水温度検出手段と、を備え、前記制御装置は、前記貯湯温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１開始湯量または前記第２開始湯量以下となったことを判定し、前記制御装置は、前記入水温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１停止湯量または前記第２停止湯量以上となったことを判定することを特徴とするものである。

これにより、貯湯温度検出手段によって貯湯槽内の湯水の貯湯温度を検出し、貯湯槽内の湯量を判定することができる。また、入水温度検出手段の検出温度によれば、貯湯槽内の湯水全体の温度が推定できる。よって、第１開始湯量、第２開始湯量、第１停止湯量、第２停止湯量を、給湯装置に設けた温度検出手段によって判定して、湯切れの発生を抑制しつつ、エネルギー効率に優れた給湯装置を実現できる。

第３の発明は、特に第１の発明において、前記貯湯槽の湯水の貯湯温度を検出する貯湯温度検出手段と、前記熱源に流入する湯水の入水温度を検出する入水温度検出手段と、を備え、前記制御装置は、前記貯湯温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１開始湯量または前記第２開始湯量以下となったことを判定し、前記制御装置は、前記入水温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１停止湯量以上となったことを判定し、前記制御装置は、前記貯湯温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第２停止湯量以上となったことを判定することを特徴とする。

これにより、第１停止湯量以上であるか否かの判断と、第２停止湯量以上であるか否かの判断とが、異なる温度検出手段によって行われる。加熱運転を行った場合には、貯湯温度の温度変化は、入水温度の温度変化よりも早く生じる。したがって、第２停止湯量以上となったか否かの判断に貯湯温度検出手段を用いることで、より早く加熱運転を終了させて、湯余りの発生を抑制できる。その結果、エネルギー効率に優れた給湯装置を提供することができる。

第４の発明は、特に第１の発明において、前記貯湯槽の湯水の貯湯温度を検出する貯湯温度検出手段を備え、前記貯湯温度検出手段は、前記貯湯槽の高さ方向に複数設けられた温度センサで構成され、前記制御装置は、複数の前記温度センサのうちの一の温度センサの検出温度に基づいて前記貯湯槽の湯量が前記第１開始湯量以下であるかどうかを判定し、前記制御装置は、前記一の温度センサよりも下方の温度センサの検出温度に基づいて前記貯湯槽の湯量が前記第２開始湯量以下であるかどうかを判定することを特徴とするものである。

また、第５の発明は、特に第４の発明において、前記制御装置は、複数の前記温度センサのうちの一の温度センサの検出温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１停止湯量以上であるかどうかを判定し、前記制御装置は、前記一の温度センサよりも上方の温度センサの検出温度に基づいて前記貯湯槽の湯量が前記第２停止湯量以上であるかどうかを判定することを特徴とするものである。

これにより、貯湯温度検出手段として、貯湯槽の高さ方向に複数の温度センサを設けたので、加熱運転を実行すると、それぞれの温度センサで検出される温度に差が生じる。

複数の温度センサのうち相対的に高い位置にある温度センサの検出温度は、相対的に低い位置にある温度センサの検出温度よりも早く変動する。

よって、貯湯槽の高さ方向に複数設けられた温度センサの検出温度の差によって、貯湯槽内部の湯量を判別することができる。

その結果、貯湯槽の表面に複数の温度センサを設け、これらを使い分けることで、第１開始湯量、第２開始湯量、第１停止湯量、第２停止湯量を判定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における給湯装置の構成図を示すものである。給湯装置１００は、湯水を貯留する貯湯槽１と、貯湯槽１の湯水を加熱する熱源２と、制御装置９とを備えている。本実施の形態では、熱源２としてヒートポンプ装置を用いる。

貯湯槽１の下部と熱源２とは、入水配管１０ａで接続される。また、貯湯槽１の上部と熱源２とは出湯配管１０ｂで接続される。これにより、貯湯槽１と熱源２とが配管（１０ａ、１０ｂ）によって環状に接続され、加熱回路１０が形成される。入水配管１０ａの途中には、湯水を送る搬送手段（ポンプ）１１が設けられている。また、入水配管１０ａの途中には、熱源２に流入する湯水の温度を検出する入水温度検出手段４が設けられている。また、出湯配管１０ｂには、熱源２から流出した湯水の温度を検出する出湯温度検出手段８が設けられている。

貯湯槽１の湯水を加熱する加熱運転では、制御装置９が熱源２およびポンプ１１を動作させる。貯湯槽１の下部の湯水は、ポンプ１１によって、入水配管１０ａを介して熱源２に送られて加熱される。加熱された湯水は、出湯配管１０ｂを流れて貯湯槽１の上部から貯湯槽１内に流入する。これにより、貯湯槽１の上部から順に高温湯が蓄えられる。その結果、貯湯槽１の内部には、上方ほど温度が高く、下方ほど温度が低い。温度成層が形成される。貯湯槽１には、貯湯槽１の湯水の温度を検出する貯湯温度検出手段３が設けられている。貯湯温度検出手段３は、貯湯槽１の高さ方向において中央以上の高さの湯水の温度を検出することができるように設けられていることが好ましい。

熱源（ヒートポンプ装置）２は、圧縮機（図示せず）、放熱器（図示せず）、膨張手段（図示せず）、蒸発器（図示せず）が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路を有する。冷媒としては、二酸化炭素冷媒や、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１３４ａ等のフロン系冷媒を用いることができる。二酸化炭素冷媒を用いた場合には、ヒートポンプ装置は、高圧側圧力が超臨界圧で動作する超臨界ヒートポンプ装置となる。

貯湯槽１の下部には、水道管等の給水源から水が給水される給水配管２０ａが接続されている。また、貯湯槽１の上部には、貯湯槽１の湯水がカランやシャワー等の給湯端末２１に向かって流れる給湯配管２０ｂが接続されている。給湯端末２１で給湯が行われ、貯湯槽１内の湯水が減少すると、給水配管２０ａを介して、水が自動的に貯湯槽１に給水される。給水配管２０ａ、貯湯槽１、給湯配管２０ｂが順に接続されることで、給湯経路２０が形成される。

給湯経路２０には、給湯検出手段５が設けられる。本実施の形態では、給水配管２０ａに給湯検出手段５が設けられている。給湯検出手段５は、給湯配管２０ｂに設けられていてもよい。給湯検出手段５には、例えば、流量センサや、フロースイッチ等を用いることができる。すなわち、給湯端末２１で給湯が行われると、給湯配管２０ｂを湯水が流れるので、その流れを検出することで給湯の有無を検出する。また、給湯端末２１で給湯が行われると、貯湯槽１の湯水が減少するので、給水配管２０ａを介して貯湯槽１に水が供給される。この流れを検出することで給湯の有無を検出する。

なお、本実施の形態では、貯湯槽１と熱源２とを配管（１０ａ、１０ｂ）で接続して、加熱回路１０を形成しているが、これとは異なる形態によって貯湯槽１の湯水を加熱してもよい、例えば、熱源２を貯湯槽１内に設けた電気ヒータとしてもよい。また、熱源２をヒートポンプ装置とし、圧縮機の吐出配管を貯湯槽１の外周に巻きつけてもよい。これによれば、吐出配管を流れる高温の冷媒が、貯湯槽１の壁面を介して湯水に放熱し、貯湯槽１の湯水を加熱する。

なお、本実施の形態では、給水配管２０ａ、貯湯槽１、給湯配管２０ｂを順に接続して給湯経路２０を形成しているが、これとは異なる形態によって給湯経路２０を構成してもよい。例えば、貯湯槽１の上部と下部とを配管で環状に接続し、貯湯槽１の湯水が循環する一次側回路を設け、また、給水源からの水が給湯端末２１に向かって水が流れる二次側経路（給湯経路）２０を設ける。さらに、この一次側回路を流れる湯水と、二次側経路２０を流れる水とが熱交換するように給湯熱交換器を設ける。つまり、一次側回路を流れる貯湯槽１の湯水によって、二次側経路２０を流れる湯水を加熱して湯を生成する。これによれば、貯湯槽１が閉回路になる。その結果、スケールの発生が抑制される。

以上のように、給湯端末２１には、貯湯槽１内の湯水、または、貯湯槽１内の湯水によって加熱された湯水が供給される。

制御装置９は、熱源２とポンプ１１とを動作させ、貯湯槽１の湯水を加熱する加熱運転を実行する。図２は、加熱運転の制御フローチャートである。制御装置９は、図２に示すように、加熱運転の開始条件に該当する場合に（Ｓ０１でＹＥＳ）、熱源２、ポンプ１１を起動（Ｓ０２）し、貯湯槽１内の湯水の加熱を行う。制御装置９は、熱源２で加熱された湯水の温度が所定の目標温度（例えば、６５度）となるように、搬送手段１１による湯水の搬送流量と、圧縮機の吐出温度とを制御する。熱源２で加熱された湯水の温度は、出湯温度検出手段８で検出する。また、制御装置９は、加熱運転の停止条件に該当する場合には（Ｓ０３でＹＥＳ）、熱源２とポンプ１１とを停止させ、加熱運転を終了する。

ここで、制御装置９は、貯湯槽１内の湯量が所定湯量（開始湯量）を下回った場合を開始条件とし、加熱運転を開始する。また、制御装置９は、貯湯槽１に貯留された湯量が所定湯量（停止湯量）を上回った場合を停止条件とし、加熱運転を終了する。

貯湯槽１内の湯量が開始湯量、停止湯量であるか否かは、貯湯温度検出手段３の検出温度、入水温度検出手段４の検出温度を用いて判断することができる。また、貯湯温度検出手段３の検出温度から、貯湯槽１の内部に蓄えられた湯水の熱量を算出し、この熱量を用いて判断することができる。

制御装置９は、現在時刻を判断するタイマ６と、時間帯を設定する設定部７を有している。設定部７は、給湯装置の運転周期としての１日を設定する。また、設定部７は、１日の中で単位時間当たりの給湯使用量が最も多い所定の時間帯（第２時間帯）を設定する。さらに、設定部７は、第２時間帯以外の時間帯（第１時間帯、第３時間帯）を設定する。制御装置９は、１日の中で、第２時間帯の終了までに給湯があったことを検出すると、加熱運転の開始条件および／または停止条件を変更する。これにより、湯切れ、湯余りの発生を抑制し、エネルギー効率に優れた給湯装置１００を実現する。ここで１日とは、給湯装置１００の運転周期であって、連続した２４時間である。よって、０：００に始まり、２４：００に終わるものでなくてよい。本実施の形態では、７：００から翌日の７：００を、給湯装置の運転周期における１日としている。制御装置９の設定部７は、運転周期を設定する機能を有している。

次に、設定部７が設定する時間帯について説明する。図３は、１日の給湯使用量の時間推移の一般的な傾向を表すグラフである。ここで、縦軸の給湯使用量は、一時間ごとに消費される貯湯槽１の湯水の熱量である。図３に示すように、給湯使用量が多いのは、主に夕方（例えば、１８：００）から夜（例えば、２２：００）の間である。よって、この時間帯に湯切れが生じないように、加熱運転を行って湯水を蓄えておく必要がある。一方、使用者が不在の場合には、この時間帯における給湯使用量が減少するため、湯余りが発生しやすい。したがって、使用者の使用状況に応じて、加熱運転を行う必要がある。これにより、湯切れ、湯余りの発生を抑制するとともに、エネルギー効率に優れた給湯装置１００を実現することができる。

そこで、制御装置９は、１日のうち、単位時間当たりの給湯使用量が多い所定の時間帯（第２時間帯Ｔ２）の終了までに給湯があった場合には、加熱運転の開始条件である開始湯量を大きい値に変更する。すなわち、給湯があった場合には、使用者が在宅であると推定して、貯湯槽１内に相対的に多くの湯量が残っていても、加熱運転を開始する。これにより、より早く湯を生成することができるので、湯切れの発生を防止することができる。また、使用者が在宅であると推定した場合に、加熱運転の開始条件を変更するので、熱源２を無駄に運転させずに、エネルギー効率に優れた給湯装置１００とすることができる。

ここで、第２時間帯Ｔ２は、単位時間当たりの給湯使用量が最も多い時間を含むことが好ましい。例えば、図３に示すように、第２時間帯Ｔ２を、単位時間当たりの給湯使用量が最も多い１９：００から２０：００を含んで設定する。本実施の形態では、設定部７は、１８：００〜２２：００を第２時間帯Ｔ２として設定する。

なお、第２時間帯Ｔ２は、予め設定されていてもよく、また、使用者の給湯使用量の実測値によって変動するものであってもよい。すなわち、給湯装置１００の設置時に予め設定してもよく、また、設置後に制御装置９に使用者等が直接入力して設定してもよい。また、給湯検出手段５とタイマ６とを用いて、使用者の給湯使用量を測定して、第２時間帯が単位時間当たりの給湯使用量が最も多い時間帯を含むように自動的に設定されてもよい。

なお、給湯があった場合とは、給湯検出手段５によって給湯があったことを検出した場合、給湯検出手段５によって給湯に使用された湯量が所定量を超えたことを検出した場合、の双方を含む。ここで、給湯検出手段５によって給湯に使用された湯量が所定量を超えた場合を、給湯があった場合とすることがより好ましい。これにより、給湯装置１００の使用者が在宅していることをより正確に推定することができる。また、日中に使用される給湯使用量がわずかであれば、夕方以降の最も給湯使用量が多い時間帯でも、貯湯槽１の内部には多くの湯が残っており、湯切れが生じる可能性は低い。よって、加熱運転の開始条件と停止条件の変更の必要性をより正確に判断することができる。

また、図３に示すように、給湯使用量は、第２時間帯Ｔ２の後半、及び、第２時間帯Ｔ２の経過後には減少する。したがって、一定量の湯量が貯湯槽１の内部に存在していれば、第２時間帯Ｔ２の開始後は、貯湯槽１の全ての湯水を加熱しなくてもよい場合が多い。

そこで、制御装置９は、第２時間帯Ｔ２の開始後、または、第２時間帯Ｔ２の開始から所定時間経過した後は、加熱運転の停止条件である停止湯量を少ない値に変更する。すなわち、貯湯槽１内に貯留された湯量が相対的に少なくても、加熱運転を終了する。これにより、湯余りの発生を防止することができる。その結果、不必要な熱源２及びポンプ１１の運転をなくし、また、放熱ロスを減少させる。その結果、エネルギー効率に優れた給湯装置１００を実現する。

本実施の形態では、制御装置９の設定部７は、第２時間帯Ｔ２よりも開始時刻及び終了時刻が遅く、かつ、単位時間当たりの給湯使用量が少ない第３時間帯Ｔ３を設定し、第３時間帯Ｔ３で、加熱運転の停止条件を変更する。本実施の形態では、第３時間帯Ｔ３を２１：００から２４：００とする。

また、本実施の形態の制御装置９の設定部７は、１日の中に３つの時間帯を設定する。１つは第１時間帯Ｔ１である。また、制御装置９の設定部７は、第１時間帯Ｔ１よりも開始時刻及び終了時刻が遅く、第１時間帯Ｔ１よりも単位時間当たりの給湯使用量多い時間帯を第２時間帯Ｔ２とする。さらに、制御装置９の設定部７は、第２時間帯Ｔ２よりも開始時刻及び終了時刻が遅く、第２時間帯Ｔ２よりも単位時間当たりの給湯使用量が少ない時間帯を第３時間帯Ｔ３とする。

第１時間帯Ｔ１、第２時間帯Ｔ２、第３時間帯Ｔ３は、同一の長さであってもよく、また、異なる長さであってもよい。また、第１時間帯Ｔ１、第２時間帯Ｔ２、第３時間帯Ｔ３は、その一部が互いに重なり合っていてもよい。本実施の形態では、図３に示すように、制御装置９の設定部７は、第１時間帯Ｔ１を７：００から２０：００、第２時間帯Ｔ２を１８：００から２２：００、第３時間帯Ｔ３を２１：００から２４：００とする。なお、前述のように、第１時間帯Ｔ１、第２時間帯Ｔ２、第３時間帯Ｔ３は、予め設定されていてもよく、また、給湯使用量に応じて、制御装置９が自動的に変更するものであってもよい。

次に、加熱運転の開始条件及び停止条件の変更制御について説明する。図４は、本実施の形態における加熱運転の開始条件と停止条件との変更制御のフローチャートである。制御装置９は、図４に示す変更制御により開始条件と停止条件とを設定し、これらの条件に基づき、図２に示す加熱運転の実行と停止とを行う。

本実施の形態では、加熱運転の開始条件（開始湯量）に該当するか否かの判断に貯湯温度検出手段３による検出温度（貯湯温度）を用いる。特に、貯湯槽１の上方から湯水を貯留する場合、貯湯温度検出手段３が所定温度を検出することは、貯湯温度検出手段３よりも上側の貯湯槽１には、当該所定温度以上の湯水が貯留されていることを示す。したがって、貯湯温度を用いて、開始湯量に該当するか否かを判断する。

また、本実施の形態では、加熱運転の停止条件（停止湯量）に該当するか否かの判断に入水温度検出手段４の検出温度（入水温度）を用いる。入水温度が所定温度以上である場合には、貯湯槽１の内部に所定温度以上の湯水が蓄えられていることを意味する。よって、入水温度を用いて、停止湯量に該当するか否かを判断する。

制御装置９は、運転周期が開始すると（Ｓ０１）、加熱運転の開始条件として貯湯温度≦第１開始温度Ｓ１を設定し、また、停止条件として入水温度≧第１停止温度Ｅ１を設定する（Ｓ０２）。Ｓ０２で設定される開始条件及び停止条件は、加熱運転の実行及び停止のための通常条件である。第１開始温度Ｓ１は、例えば、４５度である。また、第１停止温度Ｅ１は、例えば、５５度である。また、制御装置９は、給湯があったか否かを判断する給湯フラグを０に設定する（Ｓ０２）。ここで、給湯フラグ０は、給湯がなかったことを示し、給湯フラグ：１は、給湯があったことを示す。

次に、制御装置９は、給湯検出手段５が、給湯があったことを検出したかどうかを判断する（Ｓ０３）。給湯を検出した場合には（Ｓ０３でＹＥＳ）、タイマ６により、現在の時刻が第１時間帯Ｔ１であるか否かを判断する（Ｓ０４）。現在時刻が第１時間帯Ｔ１である場合には（Ｓ０４でＹＥＳ）、給湯フラグを１に変更して設定する。一方、現在時刻が第１時間帯Ｔ１でない場合には（Ｓ０４でＮＯ）、給湯フラグを変更せず、次のステップに進む。

制御装置９は、次に、給湯フラグの値を参照する（Ｓ０６）。給湯フラグ０の場合には（Ｓ０６でＮＯ）、Ｓ１０に進む。一方、給湯フラグ：１の場合には（Ｓ０６でＹＥＳ）、タイマ６により、現在の時刻が第２時間帯Ｔ２であるか否かを判断する（Ｓ０７）。

現在時刻が第２時間帯Ｔ２でない場合（Ｓ０７でＮＯ）には、加熱運転の開始条件を、貯湯温度≦第１開始温度Ｓ１に設定、すなわち、Ｓ０２で設定した通常条件とし、次のステップに進む。

一方、現在時刻が第２時間帯Ｔ２である場合（Ｓ０７でＹＥＳ）には、加熱運転の開始条件を変更する（Ｓ０８）。具体的には、加熱運転の開始条件である貯湯温度を、第１開始温度Ｓ１よりも高い第２開始温度Ｓ２に変更する（Ｓ０８）。第２開始温度Ｓ２は、例えば、５０度である。これにより、貯湯槽１内の湯量が相対的に多くても、加熱運転が開始される。すなわち、より早く加熱運転を開始するようにして、湯切れを抑制する。

次に、制御装置９は、タイマ６により、第３時間帯Ｔ３であるか否かを判断する（Ｓ１０）。第３時間帯Ｔ３でない場合には（Ｓ１０でＮＯ）、停止条件を、入水温度≧第１停止温度Ｅ１に設定（Ｓ１２）、すなわち、Ｓ０２で設定した通常条件のまま、Ｓ１３に進む。

一方、現在時刻が第３時間帯Ｔ３である場合（Ｓ１０でＹＥＳ）には、加熱運転の停止条件を変更する（Ｓ１１）。具体的には、加熱運転の停止条件を、入水温度≧第１停止温度Ｅ１から、貯湯温度≧第２停止温度Ｅ２に変更する（Ｓ１１）。ここで、第２停止温度Ｅ２は、第１停止温度Ｅ１以上の温度であることが好ましい。第２停止温度Ｅ２は、例えば、６０度である。入水温度検出手段４で検出する湯水の温度は、入水配管１０ａを流れる間に多少低下する。よって、この温度低下を考慮して、貯湯温度検出手段３の検出温度の比較対象である第２停止温度Ｅ２は、第１停止温度Ｅ１以上の温度とすることが好ましい。

また、加熱運転を実行したときの湯水の温度変化は、貯湯温度よりも入水温度の方が遅い。よって、停止条件に該当するか否かを判断する温度を、入水温度から貯湯温度に変更すると（Ｓ１１）、より早く加熱運転中の湯水の温度変化を検知できる。これにより、加熱運転によって生成された湯量が相対的に少なくても、加熱運転が停止する。すなわち、より早く加熱運転を停止するようにして、湯余りを抑制する。その結果、エネルギー効率が向上する。

制御装置９は、次に、タイマ６により、現在時刻が運転周期の終了時刻であるか否かを判断する（Ｓ１３）。運転周期の終了でない場合には（Ｓ１３でＮＯ）、Ｓ０３に戻り、開始条件と停止条件の変更制御を継続する。一方、運転周期の終了となると（Ｓ１３でＹＥＳ）、変更制御を終了する。

なお、設定した複数の時間帯以外の時間帯は、通常条件での加熱運転が実行される。

次に、変更制御を取入れて加熱運転を行ったときの、貯湯槽１内の湯水の温度分布について説明する。図５は、Ｓ０２で設定する通常条件で加熱運転が行われるときの、貯湯槽１内の湯水の温度分布を示す概略図である。また、図６は、給湯が使用された場合の貯湯槽１内の湯水の温度分布を示す概略図である。

図５に示すように、通常条件で加熱運転を実行すると、熱源２で所定の目標温度（例えば、６５度）まで加熱された湯水が貯湯槽１の上部から貯留されていく。図５（ａ）は、貯湯槽１の湯水の全てが、所定温度以上まで加熱された状態、すなわち、加熱運転の終了直後の状態を示す。このまま給湯が使用されないと、貯湯槽１の湯水の温度は、放熱によりほぼ一様に低下する。図５（ｂ）に示すように、貯湯温度が第１開始温度Ｓ１（例えば、４５度）になると、熱源２が起動して、加熱運転が開始する。これにより、再び、貯湯槽１の上部から目標温度まで加熱された湯水が蓄えられる。すなわち、給湯が使用されない場合は、図５（ａ）に示す状態と、図５（ｂ）に示す状態とが繰り返される。このように、通常条件での加熱運転は、貯湯槽１の保温運転として機能する。

一方、給湯が使用される場合、使用された湯量に相当する水が、貯湯槽１の下部から供給される。よって、貯湯槽１の内部は、上方ほど温度の高い温度成層を維持しつつ湯量が減少していく。ここで、前述のように、給湯使用量は、夕方から夜の数時間に偏在している。したがって、この時間帯、十分な湯量を確保しないと湯切れが生じ得る。

そこで、本実施の形態では、単位時間当たりの給湯使用量が多い第２時間帯Ｔ２を設定し、第２時間帯Ｔ２の終了までに給湯の使用があれば、加熱運転の開始条件を変更する。すなわち、第２時間帯Ｔ２の終了までに給湯の使用があれば、その日は使用者が在宅であると推定する。この場合に、第２時間帯Ｔ２における湯量を確保するために、通常条件と比較して貯湯槽１内の湯量が多くても、加熱運転を開始させる。より具体的には、第２時間帯Ｔ２よりも開始時刻及び停止時刻が早い第１時間帯Ｔ１を設定し、第１時間帯Ｔ１に給湯の使用があれば、第２時間帯Ｔ２において、貯湯温度が相対的に高くても、加熱運転を開始する。これにより、湯切れを防止する。

第２時間帯Ｔ２の後半や、第２時間帯Ｔ２の経過後は、単位時間当たりの給湯使用量が減少するので貯湯槽１内に確保する湯量は少なくてよい。よって、第２時間帯Ｔ２の開始後は、加熱運転の停止条件を変更する。すなわち、第２時間帯Ｔ２の開始後は、貯湯槽１内の湯量が相対的に少なくても、加熱運転を停止させる。より具体的には、第２時間帯Ｔ２よりも開始時刻及び停止時刻が遅く、かつ、給湯使用量が少ない第３時間帯Ｔ３を設定し、第３時間帯Ｔ３において、加熱運転が実行されている場合には、貯湯槽１内の湯量が相対的に少なくても、加熱運転を停止する。

図６（ａ）に示すように、通常条件の加熱運転が停止した直後は、貯湯槽１内の湯水の全てが所定温度以上の湯水となる。この状態で、給湯の使用があると、貯湯槽１内の上部の湯水が使用され、また、使用された湯水に相当する量の水が貯湯槽１の下部から流入する。よって、貯湯槽１の内部に温度勾配が形成され、図６（ｂ）に示すようになる。

通常条件の加熱運転では、貯湯温度検出手段３が第１開始温度Ｓ１（例えば、４５度）を検出するまで熱源２は起動しない。一方、第２時間帯Ｔ２の終了までに給湯が使用されると、貯湯温度検出手段３が第２開始温度Ｓ２（例えば、５０度）を検出した時点で熱源２が起動する。これにより、６０度以上の湯水で比較すると、図６（ｂ）の斜線で示す部分だけ、貯湯槽１内の湯量が多くても加熱運転を開始することになる。その結果、湯切れのリスクが軽減される。なお、図６（ｂ）において、実線は、貯湯温度検出手段３が５０度を検出したときの温度分布を示し、破線は、貯湯温度検出手段３が４５度を検出したときの温度分布を示す。

また、加熱運転の停止条件を、貯湯温度≧第２停止温度Ｅ２（例えば、６０度）に変更すると、図６（ｃ）に示すように、貯湯温度検出手段３が第２停止温度Ｅ２を検出した時点で加熱運転が停止する。したがって、図６（ａ）のように通常条件で加熱運転を終了した場合と比較して、貯湯槽１内の湯量が少なくても加熱運転が停止する。よって、不必要な加熱運転の実行を抑制するとともに、貯湯槽１からの放熱ロスを低減することができる。

以上のように、給湯の使用の有無を検出することにより、使用者が在宅か不在か推定し、不在時には不必要な加熱運転の実行を防止して、電力使用量の低減及び放熱ロスの抑制を図り、在宅時には給湯の使用パターンを考慮した加熱運転を行って湯切れの発生を抑制するとともに、多量の湯が使用されずに残らないようにする。その結果、使用者の快適性と、エネルギー効率に優れた、給湯装置１００を実現できる。

なお、本実施の形態では、開始条件に該当するか否かの判断に、貯湯温度検出手段３の検出温度（貯湯温度）を用い、停止条件に該当するか否かの判断に、入水温度検出手段４の検出温度（入水温度）と、貯湯温度検出手段３の検出温度（貯湯温度）とを用いている。しかしながら、開始条件及び停止条件に該当するか否かの判断は、これ以外の方法によっても実現できる。

本実施の形態では、開始条件に該当するか否かの判断として、表１の開始条件のパターン１−１を用いている。また、本実施の形態では、停止条件に該当するか否かの判断として、表１の停止条件のパターン２−１を用いている。

また、図７に示すように、貯湯温度検出手段３として、貯湯槽１の高さ方向に複数の貯湯温度センサ（３ａ、３ｂ）を設けた場合には、条件の変更の前後で、異なる貯湯温度センサ（３ａ、３ｂ）の検出温度を用いれば、開始条件を変更できる。

このように、複数の貯湯温度センサ（３ａ、３ｂ）を用いて、給湯使用量に応じて参照する貯湯温度センサ（３ａ、３ｂ）を変更すると、単一の貯湯温度検出手段３を用いた場合と比較して、加熱運転で生成する湯量等の制御の精度が向上する。その結果、湯切れ及び湯余りが生じにくく、エネルギー効率を向上させることができる。

なお、図７に示すように、貯湯温度検出手段３として、貯湯槽１の高さ方向に複数の貯湯温度センサ（３ａ、３ｂ）を設けた場合であって、開始条件としてパターン１−１を用いる場合には、相対的に下方の貯湯温度センサ３ｂを用いることが好ましい。

パターン１−２では、給湯フラグ０のときは、相対的に上方側の貯湯温度センサ３ａの検出温度を第１開始温度Ｓ１と比較し、一方、給湯フラグ：１のときは、相対的に下方側の貯湯温度センサ３ｂの検出温度を第１開始温度Ｓ１と比較する。このようにすれば、貯湯槽１の内部の湯量が相対的に多くても、加熱運転が開始される。このとき、パターン１−３に示すように、開始条件の変更後に比較する開始温度（第３開始温度Ｓ３）を第１開始温度Ｓ１よりも高い値としてもよい。

また、開始条件は、パターン１−４に示すように、貯湯槽１に蓄えられた貯湯熱量を用いて判断することができる。具体的には、貯湯熱量≦第１開始熱量ＳＪ１を給湯フラグ０のときの開始条件とし、貯湯熱量≦第２開始熱量ＳＪ２（ただし、ＳＪ１＜ＳＪ２）を給湯フラグ：１のときの開始条件とする。すなわち、開始条件の原則パターンの関係を満たすことができれば、貯湯湯量を、貯湯温度や貯湯熱量等によって算出、推定し、判断を行えばよい。

停止条件は、パターン２−２に示すように、入水温度のみを用いて判断することができる。具体低には、入水温度≧第１停止温度Ｅ１を給湯フラグ０のときの開始条件とし、入水温度≧第３停止温度Ｅ３（ただし、Ｅ１＞Ｅ３）を給湯フラグ：１のときの開始条件とする。第１停止温度Ｅ１よりも低い第３停止温度Ｅ３となったときに加熱運転を終了させれば、貯湯槽１内の湯量が相対的に少ない状態で加熱運転を終了させるので、湯余りを防止できる。

また、図７に示すように、貯湯温度検出手段３として、貯湯槽１の高さ方向に複数の貯湯温度センサ（３ａ、３ｂ）を設けた場合には、条件の変更の前後で異なる貯湯温度センサ（３ａ、３ｂ）の検出温度を用いれば、停止条件を変更できる。

パターン２−３に示すように、給湯フラグ０のときは、相対的に下方側の貯湯温度センサ３ｂの検出温度を第１停止温度Ｅ１と比較し、一方、給湯フラグ：１のときは、相対的に上方側の貯湯温度センサ３ａの検出温度を第１停止温度Ｅ１と比較する。このようにすれば、貯湯槽１の内部の湯量が相対的に少なくても、加熱運転が停止される。このとき、パターン２−４に示すように、停止条件の変更後に比較する停止温度（第４停止温度Ｅ４）を第１停止温度Ｅ１よりも低い値としてもよい。

また、停止条件は、パターン２−５に示すように、貯湯槽１に蓄えられた貯湯熱量を用いて判断することができる。具体的には、貯湯熱量≧第１停止熱量ＥＪ１を給湯フラグ０のときの開始条件とし、貯湯熱量≧第２停止熱量ＥＪ２（ただし、ＥＪ１＜ＥＪ２）を給湯フラグ：１のときの開始条件とする。すなわち、開始条件の原則パターンの関係を満たすことができれば、貯湯湯量を、貯湯温度や貯湯熱量等によって算出、推定し、判断を行えばよい。

（実施の形態２）
図８は、本実施の形態における給湯装置１００の加熱運転の開始条件及び停止条件の変更制御のフローチャートである。本実施の形態において、実施の形態１と同一の箇所については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図８に示すように、本実施の形態における変更制御は、給湯フラグ：１の場合に、加熱運転の停止条件を変更することとしている。より具体的には、給湯フラグ：１であって、かつ、現在時刻が第３時間帯Ｔ３である場合に、加熱運転の停止条件を変更することとしている。なお、このときの変更パターンは、表１から選択することができる。

これにより、給湯の使用がない（給湯フラグ０）場合には、通常条件での加熱運転（保温運転）を継続し、熱源２を最も効率よく動作させることができる。一方、給湯があった（給湯フラグ：１）場合には、加熱運転の停止条件を変更して、不必要な熱源２の運転及び湯余りの発生を抑制することができる。これにより、使用者の快適性とエネルギー効率に優れた給湯装置１００を実現することができる。

本発明によれば、使用者の快適性とエネルギー効率とに優れた給湯装置を提供できるので、家庭用、産業用等の給湯装置に適用することができる。

１貯湯槽
２熱源（ヒートポンプ装置）
３貯湯温度検出手段
３ａ、３ｂ貯湯温度センサ
４入水温度検出手段
５給湯検出手段
６タイマ
７設定部
８出湯温度検出手段
９制御装置
１０加熱回路
１０ａ入水配管
１０ｂ出湯配管
１１搬送手段（ポンプ）
２０給湯経路（二次側経路）
２０ａ給水配管
２０ｂ給湯配管
２１給湯端末
Ｔ１第１時間帯
Ｔ２第２時間帯
Ｔ３第３時間帯
Ｓ１第１開始温度
Ｓ２第２開始温度
Ｅ１第１停止温度
Ｅ２第２停止温度

Claims

上方ほど温度の高い温度成層式の貯湯槽と、
前記貯湯槽の湯水を加熱する熱源と、
前記貯湯槽の湯水、または、前記貯湯槽の湯水で加熱された湯水が流れる給湯経路と、
前記給湯経路に設けられた給湯検出手段と、
前記貯湯槽の湯水を加熱する加熱運転を実行し、現在時刻を判断するタイマと、時間帯を設定する設定部とを有する制御装置と、を備え、
前記設定部は、第１時間帯と、前記第１時間帯よりも開始時刻及び終了時刻が遅く、前記第１時間帯よりも単位時間当たりの給湯使用量多い時間帯を第２時間帯と、前記第２時間帯よりも開始時刻及び終了時刻が遅く、前記第２時間帯よりも単位時間当たりの給湯使用量が少ない時間帯を第３時間帯とを設定し、
前記制御装置は、前記貯湯槽の湯量が第１開始湯量以下となった場合に前記加熱運転を開始し、前記貯湯槽の湯量が第１停止湯量以上となった場合に前記加熱運転を終了し、
前記制御装置は、前記第１時間帯に給湯があった場合には、前記第２時間帯において前記加熱運転を開始するときの湯量を、前記第１開始湯量よりも多い第２開始湯量に変更するとともに、前記第３時間帯において前記加熱運転を終了するときの湯量を、前記第１停止湯量よりも少ない第２停止湯量に変更し、
前記第１時間帯、前記第２時間、前記第３時間帯は、
設置後に使用者等が前記設定部に直接入力することにより設定するか、または、前記制御装置が、前記給湯検出手段と前記タイマとを用いて、使用者の給湯使用量を測定し、自動的に設定するように構成されていることを特徴とする給湯装置。
前記貯湯槽の湯水の貯湯温度を検出する貯湯温度検出手段と、
前記熱源に流入する湯水の入水温度を検出する入水温度検出手段と、を備え、
前記制御装置は、前記貯湯温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１開始湯量または前記第２開始湯量以下となったことを判定し、
前記制御装置は、前記入水温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１停止湯量または前記第２停止湯量以上となったことを判定することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記貯湯槽の湯水の貯湯温度を検出する貯湯温度検出手段と、
前記熱源に流入する湯水の入水温度を検出する入水温度検出手段と、を備え、
前記制御装置は、前記貯湯温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１開始湯量または前記第２開始湯量以下となったことを判定し、
前記制御装置は、前記入水温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１停止湯量以上となったことを判定し、
前記制御装置は、前記貯湯温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第２停止湯量以上となったことを判定することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記貯湯槽の湯水の貯湯温度を検出する貯湯温度検出手段を備え、
前記貯湯温度検出手段は、前記貯湯槽の高さ方向に複数設けられた温度センサで構成され、
前記制御装置は、複数の前記温度センサのうちの一の温度センサの検出温度に基づいて前記貯湯槽の湯量が前記第１開始湯量以下であるかどうかを判定し、
前記制御装置は、前記一の温度センサよりも下方の温度センサの検出温度に基づいて前記貯湯槽の湯量が前記第２開始湯量以下であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記制御装置は、複数の前記温度センサのうちの一の温度センサの検出温度に基づいて、前記貯湯槽の湯量が前記第１停止湯量以上であるかどうかを判定し、
前記制御装置は、前記一の温度センサよりも上方の温度センサの検出温度に基づいて前記貯湯槽の湯量が前記第２停止湯量以上であるかどうかを判定することを特徴とする請求項４に記載の給湯装置。