JP6625814B2

JP6625814B2 - 貯湯式給湯装置

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Publication number: JP6625814B2
Application number: JP2015070673A
Authority: JP
Inventors: 尚優杉本; 秀典永田; 山田　武史; 武史山田; 将浩井口
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2016191486A

Description

本発明は、貯湯タンク内の水を沸き上げて湯を供給する貯湯式給湯装置に関する。

従来、過去数日分の給湯運転の履歴に応じて、貯湯タンク内の水を沸き上げる当日の時刻を決定するようにした貯湯式給湯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された貯湯式給湯装置においては、過去７日分の給湯運転の履歴から、過去７日間において、最も早かった給湯開始時刻と、最も早かった湯張り開始時刻と、最も遅かった給湯終了時刻とを求めている。そして、最も早かった給湯開始時刻よりも所定時間（沸き上げに必要な時間）前の時刻と、最も早かった湯張り開始時刻よりも所定時間前の時刻から貯湯タンク内の水の沸き上げを開始して、貯湯タンクを満蓄状態（貯湯タンク内に湯が満たされた状態）にしている。

そして、貯湯タンク内の湯が使用されて貯湯タンク内の湯の残量が所定レベル以下になったときに、貯湯タンク内の沸き上げを行っている。

特開２０１３−２２４７６２号公報

貯湯式給湯装置においては、貯湯タンク内の湯の残量が所定レベル以下になったときに沸き上げが行われるが、貯湯タンクに貯められた湯の温度は放熱によって次第に低下する。そのため、給湯タンク内に必要以上の湯が貯められた状態が継続することは、沸き上げに要したエネルギーが無駄になることになり、好ましくない。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、貯湯タンクに必要以上に湯が貯められて、無駄なエネルギーが消費されることを抑制した貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

本発明の貯湯式給湯装置は、
下部に給水管が接続されると共に上部に出湯管が接続され、前記給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
前記貯湯タンクの下部に貯まった湯水を、前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
前記タンク循環路を流通する湯水を加熱するタンク加熱部と、
前記貯湯タンクの上部から貯められた湯の量であるタンク貯湯量を検出するタンク貯湯量検出部と、
前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯水の流量を検出するタンク出湯流量検出部と、
前記タンク出湯流量検出部による検出流量に基づいて、過去数日間における前記貯湯タンクから前記出湯管への出湯履歴を記録する出湯履歴記録部と、
前記出湯履歴に基づいて、１日の所定時間帯において前記貯湯タンクから前記出湯管に出湯される湯の総量の指標値である総出湯量指標値を算出する総出湯量指標値算出部と、
当日の前記所定時間帯の開始時刻から、前記タンク出湯流量検出部の検出流量に基づく前記貯湯タンクから前記出湯管への出湯量の積算を開始して、該開始時刻からの前記貯湯タンクの出湯量の積算値である実出湯量積算値を算出する実出湯量積算部と、
当日の前記所定時間帯において、前記貯湯量検出部により検出された前記タンク貯湯量が所定の下限レベル以下になったときに、前記タンク循環ポンプと前記タンク加熱部とを作動させて、前記貯湯タンクの下部に貯まった湯水を加熱して前記貯湯タンクの上部に戻す沸き上げ運転を開始し、前記貯湯量検出部により検出される前記タンク貯湯量が所定の沸き上げ完了レベル以上になったときに、前記沸き上げ運転を終了する沸き上げ制御部と、
前記沸き上げ運転の開始時に、前記総出湯量指標値と該開始時までの前記実出湯量積算値との差に応じて、前記沸き上げ完了レベルを設定する沸き上げ完了レベル設定部とを備え、
前記総出湯量指標値算出部は、前記総出湯量指標値として、過去数日間の前記所定時間帯において前記貯湯タンクから前記出湯管に出湯された湯の総量の平均値である総出湯量平均値と、過去数日間の前記所定時間帯において前記貯湯タンクから前記出湯管に出湯された湯の総量の最大値である総出湯量最大値とを算出し、
前記沸き上げ完了レベル設定部は、前記沸き上げ運転の開始時までの前記実出湯量積算値が、前記総出湯量平均値以下であるときに、前記総出湯量平均値と前記沸き上げ運転の開始時までの前記実出湯量積算値との差が小さいほど、前記沸き上げ完了レベルを少なく設定し、前記沸き上げ運転の開始時までの前記実出湯量積算値が、前記総出湯量平均値よりも多く且つ前記総出湯量最大値以下であるときには、前記総出湯量最大値と前記沸き上げ運転の開始時までの前記実出湯量積算値との差が小さいほど、前記沸き上げ完了レベルを少なく設定することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記出湯履歴記録部により、過去数日間における前記貯湯タンクから前記出湯管への出湯履歴が記録される。そして、前記実出湯量積算部により、前記出湯履歴に基づいて、前記所定時間帯において前記貯湯タンクから前記出湯管に出湯される湯の総量の指標値である総出湯量指標値が算出される。また、前記実出湯量積算部により、当日の前記所定時間帯の開始時刻からの前記貯湯タンクの出湯量の積算値である実出湯量積算値が積算される。

そして、前記沸き上げ制御部は、当日の前記所定時間帯において、前記タンク貯湯量が前記下限貯湯レベル以下になったときに前記沸き上げ運転を開始して、前記タンク貯湯量が前記沸き上げ完了レベル以上になったときに前記沸き上げ運転を終了するが、前記沸き上げ完了レベルは、沸き上げ完了レベル設定部により、前記総出湯量指標値と前記沸き上げ運転の開示時までの前記実総出湯積算値量との差に基づいて設定される。

この場合、前記総出湯量指標値は、過去の前記所定時間帯における湯の使用実績を示すものであるから、前記総出湯量指標値と前記実総出湯積算値との差から、前記所定時間帯における今後の湯の使用量を推定することができる。そのため、前記総出湯量指標値と前記実総出湯積算値量との差に基づいて、前記沸き上げ完了レベルを設定することによって、前記貯湯タンクに必要以上に湯が貯められて、無駄なエネルギーが消費されることを抑制することができる。

例えば、前記沸き上げ運転の開始時までの前記実総出湯積算値が前記総出湯量平均値よりも少ないときには、前記総出湯量平均値と前記実出湯量積算値との差が小さいほど、前記所定時間帯において既に使用された湯の量が多く、前記所定時間帯における今後の湯の使用量が少ないと推定することができる。
また、前記沸き上げ運転の開始時までの前記実出湯量積算値が、前記総出湯最大値よりも少ないときには、前記総出湯量最大値と前記実出湯量積算値との差が小さいほど、前記所定時間帯において既に使用された湯の量が多く、前記所定時間帯における今後の湯の使用量が少ないと推定することができる。

そこで、前記所定時間帯における湯の使用量が多く、前記実出湯量積算値が前記総出湯平均値よりも多くなったときには、前記総出湯量最大値と前記実出湯量積算値との差を用いて前記沸き上げ完了レベルを設定することができる。

そして、前記沸き上げ完了レベル設定部により、前記総出湯量最大値と前記実出湯量積算値との差が小さいほど、前記沸き上げ完了レベルを少なく設定することによって、前記貯湯タンクに必要以上の湯が貯められて、無駄なエネルギーが消費されることを防止することができる。

貯湯式給湯装置の構成図。出湯履歴データの説明図。第１時間帯及び第２時間帯の説明図。総出湯量指標値と実出湯量積算値との差と、予想される今後の湯の使用量との関係の説明図。沸き上げ完了レベルの設定処理の第１のフローチャート。沸き上げ完了レベルの設定処理の第２のフローチャート。

本発明の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態の貯湯式給湯装置１は、貯湯ユニット１０、ヒートポンプユニット５０、ガス熱源ユニット８０、及び、貯湯式給湯装置１の全体的な作動を制御するコントローラ１２０を備えて構成されている。

なお、図１では、貯湯式給湯装置１のコントローラとして一つのコントローラ１２０を示したが、貯湯ユニット１０のコントローラと、ヒートポンプユニット５０のコントローラと、ガス熱源ユニット８０のコントローラを個別に備え、各コントローラ間の通信によって、貯湯式給湯装置１の全体的な作動を制御する構成としてもよい。

貯湯ユニット１０は、貯湯タンク１１、給水管１２、出湯管１３等を備えている。貯湯タンク１１は内部に湯を保温して貯め、高さ方向に略等間隔で配置されて、各高さでの貯湯タンク１１内の湯水の温度ｔh2〜ｔh5を検出するタンク表面温度センサ１４〜１７と、貯湯タンク１１の上部に配置されて貯湯タンク１１から出湯管１３に供給される湯水の温度ｔh1を検出するタンク中温度センサ２６が設けられている。

また、貯湯タンク１１の上部と下部を接続するタンク循環路４１の貯湯タンク１１の下部との接続箇所の付近には、貯湯タンク１１の下部に貯められた湯水の温度ｔh6を検出するタンク下部温度センサ４２が設けられている。また、貯湯タンク１１の底部には、作業者の手動操作により開弁される排水弁１８が設けられている。

給水管１２は、一端が給水口３０を介して図示しない上水道に接続され、他端が貯湯タンク１１の下部に接続されて、貯湯タンク１１内の下部に水を供給する。給水管１２には、貯湯タンク１１の内圧が過大になることを防止するための減圧弁１９と、給水管１２から貯湯タンク１１への方向のみの通水を可能にして、貯湯タンク１１から給水管１２側への湯水の流出を阻止する第１湯側逆止弁２０が設けられている。

給水管１２から分岐した給水バイパス管３４は、給湯混合弁２１を介して接続箇所Ｘで出湯管１３に連通しており、給湯混合弁２１により、貯湯タンク１１から出湯管１３に供給される湯水と給水バイパス管３４から出湯管１３に供給される水との混合比が変更される。

給水バイパス管３４には、給水バイパス管３４に供給される水の温度Ｔwを検出する給水温度センサ２２と、給水バイパス管３４を流通する水の流量Ｆwを検出する水側流量センサ２３と、給水バイパス管３４から出湯管１３への方向のみの通水を可能にして、出湯管１３から給水バイパス管３４側への湯水の流出を阻止する水側逆止弁２４とが設けられている。

出湯管１３は、一端が給湯口３１に接続され、他端が貯湯タンク１１の上部に接続されている。貯湯タンク１１の上部に貯められた湯水は、出湯管１３から給湯口３１を介して図示しない給湯栓（台所、洗面所、浴室のカランやシャワー等）に供給される。出湯管１３には、貯湯タンク１１から出湯管１３への方向のみの通水を可能にして、出湯管１３から貯湯タンク１１側への湯水の流入を阻止する第２湯側逆止弁２５と、貯湯タンク１１から出湯管１３に供給される湯水の流量Ｆhを検出する湯側流量センサ２７（本発明のタンク出湯流量検出部に相当する）とが設けられている。

ガス熱源ユニット８０は、出湯管１３の給水バイパス管３４との接続箇所Ｘよりも下流側の途中に設けられ、貯湯ユニット１０には、ガス熱源ユニット８０をバイパスして、ガス熱源ユニット８０の下流側と上流側の出湯管１３を連通する出湯バイパス管３３と、出湯バイパス管３３を開閉する出湯バイパス弁２９とが設けられている。

出湯管１３の出湯バイパス管３３との分岐箇所Ｙと給湯混合弁２１との間に、給湯混合弁２１を介して出湯管１３に供給される湯水の温度Ｔmを検出する混合温度センサ２８が設けられ、出湯管１３の出湯バイパス管３３との合流箇所Ｚと給湯口３１との間に、給湯口３１から出湯される湯水の温度を検出する給湯温度センサ３２が設けられている。

貯湯ユニット１０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１２０に入力される。また、コントローラ１２０から出力される制御信号によって、給湯混合弁２１と出湯バイパス弁２９の作動が制御される。

次に、ヒートポンプユニット５０は、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させて加熱するものであり、屋外に設置されている。ヒートポンプユニット５０は、熱媒体（ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）等の代替フロン、二酸化炭素等）が封入されたヒートポンプ循環路５２により接続された蒸発器５３、圧縮機５４、ヒートポンプ熱交換器５５（凝縮器）、及び膨張弁５６により構成されたヒートポンプ５１（本発明のタンク加熱部に相当する）を有している。

蒸発器５３は、ファン６０の回転により供給される空気（外気）とヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体との間で熱交換を行う。圧縮機５４は、蒸発器５３から吐出された熱媒体を圧縮して高圧・高温とし、ヒートポンプ熱交換器５５に送出する。膨張弁５６は、圧縮機５４で加圧された熱媒体の圧力を開放する。

除霜弁６１は膨張弁５６をバイパスして設けられており、圧縮機５４から送出される熱媒体により蒸発器５３を除霜する。ヒートポンプ循環路５２の膨張弁５６の上流側及び下流側、圧縮機５４の上流側及び下流側には、ヒートポンプ循環路５２内を流通する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度センサ６２，６３，６４，６５が、それぞれ設けられている。また、蒸発器５３には、蒸発器５３に吸入される空気の温度Ｔoutを検出する周囲温度センサ６７が設けられている。

ヒートポンプ熱交換器５５はタンク循環路４１と接続され、圧縮機５４により高圧・高温とされた熱媒体と、タンク循環路４１内を流通する湯水との熱交換により、タンク循環路４１内を流通する湯水を加熱する。タンク循環路４１には、貯湯タンク１１内の湯水をタンク循環路４１を介して循環させるためのタンク循環ポンプ６６が設けられている。

貯湯タンク１１内の下部に貯まった湯水は、タンク循環ポンプ６６によりタンク循環路４１に導かれ、ヒートポンプ熱交換器５５で所定温度（沸き上げ温度）まで加熱されて貯湯タンク１１の上部に戻される。これにより、所定温度の湯が、貯湯タンク１１の上部から順次積層して貯められる。

なお、タンク循環路４１のヒートポンプ熱交換器５５の上流側及び下流側には、タンク循環路４１内を流通する湯水の温度を検出する湯温度センサ６８，６９が設けられている。また、ヒートポンプ熱交換器５５には、その内部の雰囲気温度を検出する雰囲気温度センサ５７が設けられている。

ヒートポンプユニット５０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１２０に入力される。また、コントローラ１２０から出力される制御信号によって、圧縮機５４、タンク循環ポンプ６６、及びファン６０の作動が制御される。

次に、ガス熱源ユニット８０は、出湯管１３を流通する湯水を加熱するものであり、缶体８７内に収容された給湯バーナ８１及び給湯バーナ８１により加熱される給湯熱交換器８２等を備えている。

また、出湯管１３の途中箇所には、浴槽１０５に連通した湯張り管１００が設けられている。湯張り管１００には、湯張り管１００を開閉する湯張り弁１０３が設けられており、コントローラ１２０は、湯張り弁１０３を開弁することによって、出湯管１３から湯張り管１００を介して浴槽１０５に湯を供給する湯張り運転を実行する。

給湯バーナ８１には、図示しないガス供給管から燃料ガスが供給されると共に、図示しない燃焼ファンにより燃焼用空気が供給される。コントローラ１２０は、給湯バーナ８１に供給する燃料ガスと燃焼用空気の流量を調節して、給湯バーナ８１の燃焼量を制御する。

給湯熱交換器８２は、出湯管１３の途中に接続されており、給湯バーナ８１の燃焼熱によって、内部を流通する湯水を加熱する。出湯管１３には、上流側から順に、止水弁９３と水量センサ８８が設けられている。給湯熱交換器８２の上流側と下流側は、熱源バイパス管８９により連通されており、熱源バイパス管８９には、熱源バイパス管８９の開度を調節するための熱源バイパス弁９０が設けられている。出湯管１３の給湯熱交換器８２の出口付近には熱交出湯温度センサ９１が設けられ、出湯管１３の熱源バイパス管８９との接続箇所の下流側には熱源出湯温度センサ９２が設けられている。

この構成により、貯湯タンク１１内に湯が無いとき（湯切れ状態）に、給水管１２から貯湯タンク１１及び給水バイパス管３４を介して出湯管１３に供給される水が、給湯熱交換器８２により加熱されて湯となり、熱源バイパス管８９からの水と混合されて、目標給湯温度の湯が給湯口３１から供給されるようになっている。

ガス熱源ユニット８０に備えられた各センサの検出信号は、コントローラ１２０に入力される。また、コントローラ１２０から出力される制御信号によって、給湯バーナ８１、熱源バイパス弁９０、及び湯張り弁１０３の作動が制御される。

コントローラ１２０は、図示しないＣＰＵ，メモリ等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持された貯湯式給湯装置１の制御用プログラムを、ＣＰＵで実行することによって、給湯制御部１２１、湯張り制御部１２２、沸き上げ制御部１２３、出湯履歴記録部１２４、総出湯量指標値算出部１２５、実出湯量積算部１２６、及び沸き上げ完了レベル設定部１２７として機能する。また、コントローラ１２０には、時刻を計時する計時部１２８が備えられている。

コントローラ１２０は、通信ケーブル１３０によりリモコン１４０と接続されている。リモコン１４０は、貯湯式給湯装置１の運転状況や運転条件の設定等を表示するための表示器１４１と、各種スイッチが設けられたスイッチ部１４２とを備えている。貯湯式給湯装置１の使用者は、リモコン１４０のスイッチ部１４２を操作することによって、給湯口３１からの給湯温度（目標給湯温度）の設定や、湯張り運転における浴槽１０５への給湯温度（目標湯張り温度）及び湯張り量（目標湯張り量）の設定等を行う。

給湯制御部１２１は、貯湯タンク１１の湯切れが生じていない状態で、水側流量センサ２３により下限流量以上の通水が検出されている場合には、混合温度センサ２８又は給湯温度センサ３２の検出温度が目標給湯温度となるように、給湯混合弁２１の分配比を調節する混合温調制御による給湯運転を実行する。このとき、給湯制御部１２１は、湯張り弁１０３が開弁して浴槽１０５への給湯が行われているときは出湯バイパス弁２９を閉弁し、湯張り弁１０３が閉弁しているときには出湯バイパス弁２９を開弁する。

また、給湯制御部１２１は、貯湯タンク１１の湯切れが生じている状態で、水側流量センサ２３により下限流量以上の通水が検出されている場合には、出湯バイパス弁２９を閉弁する。そして、水量センサ８８により下限流量以上の通水が検出されているときに、熱源出湯温度センサ９２の検出温度が目標給湯温度となるように、給湯バーナ８１の燃焼量を調節する加熱温調制御により給湯運転を実行する。

湯張り制御部１２２は、リモコン１４０のスイッチ部１４２により、湯張りを指示する操作がなされたときに、湯張り弁１０３を開弁して出湯管１３から湯張り管１００を介して浴槽１０５に目標湯張り量分の湯を供給する湯張り運転を実行する。湯張り運転の実行時、給湯制御部１２１は、目標湯張り温度を目標給湯温度に設定して給湯運転を実行し、これにより、目標湯張り温度の湯が浴槽１０５に供給される。

沸き上げ制御部１２３は、タンク循環ポンプ６６とヒートポンプ５１を作動させて、貯湯タンク１１内の湯水を沸き上げ温度（例えば、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃のうちのいずれか）まで加熱する沸き上げ運転を実行する。沸き上げ制御部は、タンク表面温度センサ１４〜１７の検出温度ｔｈ3〜ｔｈ5及びタンク下部温度センサ４２の検出温度ｔｈ６から、貯湯タンク１１に貯められている湯の量を検出する。

例えば、タンク表面温度センサ１５の検出温度ｔｈ3が沸き上げ温度付近であって、タンク表面温度センサ１６の検出温度ｔｈ4が給水温度Ｔw付近であるときには、沸き上げ制御部１２３は、貯湯タンク１１の上部からタンク表面温度センサ１５が配置された高さまで、湯が貯められていると検出する。

なお、沸き上げ制御部１２３が、タンク表面温度センサ１４〜１７及びタンク下部温度センサ４２の検出温度に基づいて、貯湯タンク１１に貯められた湯の量（タンク貯湯量）を検出する構成は、本発明のタンク貯湯量検出部に相当する。

出湯履歴記録部１２４は、計時部１２８により計時される時刻に基づいて、図２に示したように、貯湯タンク１１から出湯管１３への出湯実績を示す出湯履歴データをメモリ（図示しない）に記録する。

ここで、図３は、当日（コントローラ１２０による貯湯式給湯装置１の制御が実行されている日）の（０時〜２４時）における給湯開始時刻Ｈst、湯張り開始時刻Ｂst、給湯終了時刻Ｈet、給湯開始時刻Ｈstに先行して沸き上げ運転を開始する時刻α、湯張り開始時刻Ｂstに先行して沸き上げ運転を開始する時刻β、及び給湯終了時刻Ｈetに先行して、沸き上げ運転を停止する時刻γを示したものである。

ここで、給湯開始時刻Ｈstは過去７日間の給湯開始時刻Ｈst_1〜Ｈst_7のうちの最も早い時刻に設定される。湯張り開始時刻Ｂstは過去７日間の湯張り開始時刻Ｂst_1〜Ｂst_7のうちの最も早い時刻に設定される。給湯終了時刻Ｈetは過去７日間（本発明の過去数日間に相当する、７日以外の期間としてもよい）の給湯終了時刻Ｈet_1〜Ｈet_7のうちの３番目に遅い時刻に設定される。

図中ＢＴ1、ＢＴ2は、貯湯タンク１１内に沸き上げ温度付近の湯が満たされるまで（タンク下部温度センサ４２の検出温度ｔｈ6が沸き上げ温度付近になるまで）に必要となる、沸き上げ運転の実行時間を想定して設定される。

そして、沸き上げ制御部１２３は、α及びβで沸き上げ運転を開始して、貯湯タンク１１内に湯が満たされた状態（満蓄状態）とする。そのため、給湯開始時刻Ｈstと湯張り開始時刻Ｂstの時点において、貯湯タンク１１は満蓄状態になっている。

また、ＳＴは、給湯終了時刻Ｈetが近づいて、これから沸き上げ運転を行うのは効率が悪くなる時間を想定して設定される。この場合、α〜γが沸き上げ運転の実行が許可される沸き上げ許可時間帯となる。

給湯開始時刻Ｈst〜Ｂstまでの第１時間帯ＴＷ1（湯張り運転が実行される前の時間帯）と、湯張り開始時刻Ｂst〜Ｈetまでの第２時間帯ＴＷ2（湯張り運転が開始された後の時間帯）は、本発明の所定時間帯に相当する。

出湯履歴記録部１２４は、湯側流量センサ２７の検出流量Ｆhに基づいて、過去７日間の第１時間帯ＴＷ1において貯湯タンク１１から出湯管１３に供給された湯の総量である第１総出湯量ＴＶ1（ＴＶ1_1〜ＴＶ1_7）と、第２時間帯ＴＷ2において貯湯タンク１１から出湯管１３に供給された湯の総量である第２総出湯量ＴＶ2（ＴＶ2_1〜ＴＶ2_7）を算出して、メモリに記録する。

総出湯量指標値算出部１２５は、図２に示した過去７日分の出湯履歴データから、第１総出湯量ＴＶ1_1〜ＴＶ1_7の平均値である第１総出湯量平均値ＴＶ1_ave（本発明の総出湯量平均値に相当する）と、第１総出湯量ＴＶ1_1〜ＴＶ1_7のうちの最大値である第１総出湯最大値ＴＶ１_max（本発明の総出湯量最大値に相当する）とを算出する。

また、総出湯量指標値算出部１２５は、図２に示した過去７日分の出湯履歴データから、第２総出湯量ＴＶ2_1〜ＴＶ2_7の平均値である第２総出湯量平均値ＴＶ2_ave（本発明の総出湯量平均値に相当する）と、第２総出湯量ＴＶ2_1〜ＴＶ2_7のうちの最大値である第２総出湯量最大値ＴＶ2_max（本発明の総出湯量最大値に相当する）とを算出する。

実出湯量積算部１２６は、第１時間帯ＴＷ1において、湯側流量センサ２７の検出流量Ｆhに基づいて、第１時間帯ＴＷ1の開始時刻である給湯開始時刻Ｈstから、貯湯タンク１１から出湯管１３に供給された湯の量の積算値である第１実出湯量積算値ＴＶ1_sを順次算出する。

同様に、実出湯量積算部１２６は、第２時間帯ＴＷ2において、湯側流量センサ２７の検出流量Ｆhに基づいて、第２時間帯ＴＷ2の開始時刻である湯張り開始時刻Ｂstから、貯湯タンク１１から出湯管１３に供給された湯の量の積算値である第２実出湯量積算値ＴＶ2_sを順次算出する。

沸き上げ完了レベル設定部１２７は、第１時間帯ＴＷ1において、貯湯タンク１１内の残湯量が下限レベルＶh_lmt以下になって沸き上げ運転が開始される時に、第１総出湯量平均値ＴＶ1_ave又は第１総出湯量最大値ＴＶ1_maxと第１実出湯量積算値ＴＶ1_sとの湯量差ΔＴＶ1に基づいて、沸き上げ完了レベルＶh_end（沸き上げ運転を終了する貯湯量）を設定する。

ここで、図４Ａ及び図４Ｂは、第１時間帯ＴＷ1の途中での第１総出湯量平均値ＴＶ1_ave又は第１総出湯量最大値ＴＶ1_maxと第１実出湯量積算値Ｖ1_sとの湯量差ΔＴＶ1と、沸き上げ完了レベルＶh_endとの関係を示したものである。

図４Ａでは、ΔＴＶ1が大きいため、過去の出湯履歴から、第１時間帯ＴＷ1の残り時間において使用される湯量が多いと予想される。そのため、貯湯タンク１１における沸き上げ完了レベルＶh_endを、表面温度センサ１７の配置高さＬ5としておくことで、貯湯タンク１１の湯切れが生じることを回避することができる。

それに対して、図４Ｂでは、ΔＴＶ1が小さいため、過去の出湯履歴から、第１時間帯ＴＷ1の残り時間において使用される湯量が少ないと予想される。そのため、貯湯タンク１１における沸き上げ完了レベルＶh_endを、表面温度センサ１６の配置高さＬ4としておくことで、第１時間帯ＴＷ1の終了時刻における貯湯タンク１１の残湯量を少なくすることができる。そして、これにより、沸き上げ運転が必要以上に長く実行されて、無駄なエネルギーが消費されることを抑制することができる。

そこで、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、図５〜図６に示したフローチャートに従って、第１総出湯量平均値ＴＶ1_ave又は第１総出湯量最大値ＴＶ1_maxと第１実出湯量積算値Ｖ1_sとの差である第１湯量差ΔＴＶ1に基づいて、沸き上げ完了レベルＶh_endを設定する処理を行う。以下、この処理について説明する。

図５〜図６は、第１時間帯ＴＷ1における沸き上げ完了レベル設定部１２７による処理である。なお、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、第２時間帯ＴＷ2においても、同様にして、沸き上げ完了レベルを設定する処理を行う。

図５のＳＴＥＰ１で、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、給湯開始時刻Ｈstで貯湯タンク１１が満蓄状態とされた後、表面温度センサ１４〜１７の検出温度ｔｈ2〜ｔｈ5を監視して貯湯タンク１１の残貯湯量を監視し、残貯湯量が下限レベルＶh_lmt（例えば、表面温度センサ１４の配置高さのレベル）以下になって、沸き上げ制御部１２３による沸き上げ運転が開始されるタイミングになったときに、ＳＴＥＰ２に進む。

ＳＴＥＰ２で、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、第１時間帯ＴＷ1の開始時刻から積算されている第１実出湯量積算値ＴＶ1_sが第１総出湯量平均値ＴＶ1_ave以下であるか否かを判断する。そして、第１実出湯量積算値ＴＶ1_sが第１総出湯量平均値ＴＶ1_ave以下であるときはＳＴＥＰ３に進み、第１実出湯量積算値ＴＶ1_sが第１総出湯量平均値ＴＶ1_aveよりも大きいときには図６のＳＴＥＰ３０に分岐する。

ＳＴＥＰ３で、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、以下の式（１）により、第１湯量差ΔＴＶ1を算出する。

ΔＴＶ1＝ＴＶ1_ave_−ＴＶ1_s ・・・・・（１）
但し、ΔＴＶ1：第１湯量差、ＴＶ1_ave：第１総出湯量平均値、ＴＶ1_s：第１実出湯量積算値（第１時間帯ＴＷ1の開始時刻からの出湯量の積算値）。

続くＳＴＥＰ４で、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、第１湯量差ΔＴＶ1が５０リットル以下であるか否かを判断する。そして、第１湯量差ΔＴＶ1が５０リットル以下であるときはＳＴＥＰ５に進み、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、タンク表面温度センサ１６の配置箇所であるＬ3（図４Ｂ参照）を、沸き上げ完了レベルＶh_endに設定してＳＴＥＰ６に進み、処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ４で、第１湯量差ΔＴＶ1が５０リットルよりも多いときにはＳＴＥＰ１０に分岐し、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、第１湯量差ΔＴＶ1が７０リットル以下であるか否かを判断する。そして、第１湯量差ΔＴＶ1が７０リットル以下であるときはＳＴＥＰ１１に進み、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、タンク表面温度センサ１７の配置箇所の高さであるＬ４（図４Ｂ参照）を、沸き上げ完了レベルＶh_endに設定してＳＴＥＰ６に進み、処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ１０で、第１湯量差ΔＴＶ1が７０リットルよりも多いときにはＳＴＥＰ２０に分岐し、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、沸き上げ完了レベルＶh_endを満蓄レベルであるＬmax（タンク下部温度センサ４２の検出温度ｔｈ6が沸き上げ温度付近になるレベル）に設定してＳＴＥＰ６に進み、処理を終了する。

ＳＴＥＰ４〜ＳＴＥＰ５、ＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１１、ＳＴＥＰ２０の処理により、第１湯量差ΔＴＶ1が少なくなるに従って、沸き上げ完了レベルが少なく設定される。そして、これにより、必要以上の湯を貯湯タンク１１に貯めるために沸き上げ運転が実行されて、無駄なエネルギーが消費されることを防止することができる。

次に、図６のＳＴＥＰ３０で、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、第１実出湯量積算値ＴＶ1_sが第１総出湯量最大値ＴＶ1_max以下であるか否かを判断する。そして、第１実出湯量積算値ＴＶ1_sが第１総出湯量最大値ＴＶ1_max以下であるときはＳＴＥＰ３１に進み、第１実出湯量積算値ＴＶ1_sが第１総出湯量最大値ＴＶ1_maxよりも多いときにはＳＴＥＰ４０に分岐する。

ＳＴＥＰ３１で、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、以下の式（２）により、第１湯量差ΔＴＶ1を算出する。

ΔＴＶ1＝ＴＶ1_max−ＴＶ1_s ・・・・・（２）
但し、ΔＴＶ1：第１総出湯量差、ＴＶ1_max：第１総出湯量最大値、ＴＶ1_s：第１実出湯量積算値（第１時間帯ＴＷ1の開始時刻からの出湯量の積算値）。

続くＳＴＥＰ３２で、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、第１湯量差ΔＴＶ1が５０リットル以下であるか否かを判断する。そして、第１湯量差ΔＴＶ1が５０リットル以下であるときはＳＴＥＰ３３に進み、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、タンク表面温度センサ１６の配置箇所であるＬ3（図４Ｂ参照）を、沸き上げ完了レベルＶh_endに設定してＳＴＥＰ３４に進み、処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ３２で、第１湯量差ΔＴＶ1が５０リットルよりも多いときにはＳＴＥＰ５０に分岐し、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、第１湯量差ΔＴＶ1が７０リットル以下であるか否かを判断する。そして、第１湯量差ΔＴＶ1が７０リットル以下であるときはＳＴＥＰ５１に進み、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、タンク表面温度センサ１７の配置箇所の高さであるＬ４（図４Ｂ参照）を、沸き上げ完了レベルＶh_endに設定してＳＴＥＰ３４に進み、処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ５０で、第１総出湯量差ΔＴＶ1が７０リットルよりも多いときにはＳＴＥＰ６０に分岐し、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、沸き上げ完了レベルを満蓄レベルであるＬmax（タンク下部温度センサ４２の検出温度ｔｈ6が沸き上げ温度付近になるレベル）に設定してＳＴＥＰ３４に進み、処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ４０においても、沸き上げ完了レベル設定部１２７は、沸き上げ完了レベルＶh_endをＬ２に設定してＳＴＥＰ４１に進み、処理を終了する。

ＳＴＥＰ３２〜ＳＴＥＰ３３、ＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ５１、ＳＴＥＰ６０の処理により、第１湯量差ΔＴＶ1が少なくなるに従って、沸き上げ完了レベルが少なく設定される。そして、これにより、必要以上の湯を貯湯タンク１１に貯めるために沸き上げ運転が実行されて、無駄なエネルギーが消費されることを防止することができる。

沸き上げ完了レベル設定部１２７は、第２時間帯ＴＷ2においても、第１時間帯ＴＷ1における図５〜図６による処理と同様にして、第２総出湯量平均値ＴＶ2_ave又は第２総出湯量最大値ＴＶ2_maxと第２実出湯量積算値ＴＶ2_sとの差である第２湯量差ΔＴＶ2を算出する。そして、第２湯量差ΔＴＶ2が小さいほど、沸き上げ完了レベルＶh_endを少なく設定することによって、必要以上の湯を貯湯タンク１１に貯めるために沸き上げ運転が実行されて、無駄なエネルギーが消費されることを防止する。

なお、本実施形態においては、本発明の総出湯量指標値として、総出湯量平均値と総出湯量最大値とを用いたが、総出湯量平均値と総出湯量最大値のうちのいずれか一方のみを用いてもよい。

また、総出湯量平均値と総出湯量最大値の他、過去数日分の所定時間帯における総出湯量の中間値等の別の指標値を用いてもよい。

１…貯湯式給湯装置、１０…貯湯ユニット、１１…貯湯タンク、１２…給水管、１３…出湯管、１４〜１７…タンク表面温度センサ（タンク貯湯量検出部）、２７…湯側流量センサ（タンク出湯流量検出部）、４１…タンク循環路、４２…タンク下部温度センサ（タンク貯湯量検出部）、５０…ヒートポンプユニット、５１…ヒートポンプ（タンク加熱部）、６６…タンク循環ポンプ、８０…ガス熱源機ユニット、１２０…コントローラ、１２１…給湯制御部、１２２…湯張り制御部、１２３…沸き上げ制御部、１２４…出湯履歴記録部、１２５…総出湯量指標値算出部、１２６…実出湯量積算部、１２７…沸き上げ完了レベル設定部、１２８…計時部。

Claims

下部に給水管が接続されると共に上部に出湯管が接続され、前記給水管から供給される水が貯められる貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部と上部を接続したタンク循環路と、
前記貯湯タンクの下部に貯まった湯水を、前記タンク循環路を介して前記貯湯タンクの上部に循環させるタンク循環ポンプと、
前記タンク循環路を流通する湯水を加熱するタンク加熱部と、
前記貯湯タンクの上部から貯められた湯の量であるタンク貯湯量を検出するタンク貯湯量検出部と、
前記貯湯タンクから前記出湯管に供給される湯水の流量を検出するタンク出湯流量検出部と、
前記タンク出湯流量検出部による検出流量に基づいて、過去数日間における前記貯湯タンクから前記出湯管への出湯履歴を記録する出湯履歴記録部と、
前記出湯履歴に基づいて、１日の所定時間帯において前記貯湯タンクから前記出湯管に出湯される湯の総量の指標値である総出湯量指標値を算出する総出湯量指標値算出部と、
当日の前記所定時間帯の開始時刻から、前記タンク出湯流量検出部の検出流量に基づく前記貯湯タンクから前記出湯管への出湯量の積算を開始して、該開始時刻からの前記貯湯タンクの出湯量の積算値である実出湯量積算値を算出する実出湯量積算部と、
当日の前記所定時間帯において、前記貯湯量検出部により検出された前記タンク貯湯量が所定の下限レベル以下になったときに、前記タンク循環ポンプと前記タンク加熱部とを作動させて、前記貯湯タンクの下部に貯まった湯水を加熱して前記貯湯タンクの上部に戻す沸き上げ運転を開始し、前記貯湯量検出部により検出される前記タンク貯湯量が所定の沸き上げ完了レベル以上になったときに、前記沸き上げ運転を終了する沸き上げ制御部と、
前記沸き上げ運転の開始時に、前記総出湯量指標値と該開始時までの前記実出湯量積算値との差に応じて、前記沸き上げ完了レベルを設定する沸き上げ完了レベル設定部とを備え、
前記総出湯量指標値算出部は、前記総出湯量指標値として、過去数日間の前記所定時間帯において前記貯湯タンクから前記出湯管に出湯された湯の総量の平均値である総出湯量平均値と、過去数日間の前記所定時間帯において前記貯湯タンクから前記出湯管に出湯された湯の総量の最大値である総出湯量最大値とを算出し、
前記沸き上げ完了レベル設定部は、前記沸き上げ運転の開始時までの前記実出湯量積算値が、前記総出湯量平均値以下であるときに、前記総出湯量平均値と前記沸き上げ運転の開始時までの前記実出湯量積算値との差が小さいほど、前記沸き上げ完了レベルを少なく設定し、前記沸き上げ運転の開始時までの前記実出湯量積算値が、前記総出湯量平均値よりも多く且つ前記総出湯量最大値以下であるときには、前記総出湯量最大値と前記沸き上げ運転の開始時までの前記実出湯量積算値との差が小さいほど、前記沸き上げ完了レベルを少なく設定することを特徴とする貯湯式給湯装置。