(57)【要約】【課題】貯湯タンクを小型化させる場合であっても、湯切れの発生を回避するために必要なエネルギの量を小さく抑えることが可能な貯湯式給湯装置を提供する。【解決手段】貯湯式給湯装置１のコントローラ１１は、メモリ１２に格納されている過去の集中的な負荷の履歴データに基づいて、沸き上げ温度を定める。この場合に、コントローラ１１は、集中的な負荷が生じている間にヒートポンプユニット２から得られる熱量を除いた熱量を確保することができるように、沸き上げ温度を定める。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された水を使用時より前に蓄えておく貯湯式給湯装置（１）であって、
貯湯タンク（３５）と、
前記貯湯タンク（３５）の水の熱量を増大させるためのヒートポンプサイクル（２０）を有するヒートポンプユニット（２）と、
前記貯湯タンク（３５）の水の熱量もしくは熱量に関する物理量、および／または、前記熱量の変化もしくは前記熱量に関する物理量の変化、を検知する熱量検知部（３６、Ｔ１〜Ｔ６）と、
前記熱量検知部（３６、Ｔ１〜Ｔ６）が検知した値の履歴を格納するメモリ（１２）と、
予め定められた第１時間長さの期間である第１期間および前記第１期間の中であって前記第１時間長さよりも短い時間長さである第２時間長さの期間であり終了時点を任意とする第２期間を用いて、前記貯湯タンク（３５）の水の熱量が目標熱量値となるように前記ヒートポンプユニット（２）を制御する負荷対応制御を、前記第１期間の終了時点である基準時点以降に行う制御部（１１）と、
を備え、
前記制御部（１１）は、過去の任意の前記第２期間における前記貯湯タンク（３５）の水の減少熱量に基づいて予測負荷量を特定し、前記予測負荷量に基づいて前記目標熱量値を定める、
貯湯式給湯装置（１）。
【請求項２】
前記制御部（１１）は、前記目標熱量値は、前記負荷対応制御を行う際に、仮に前記第２時間長さの内に前記貯湯タンク（３５）の水の熱量が前記予測負荷量分だけ減少することがあっても、前記貯湯タンク（３５）の水が常温下での水温で略均一になっている状態での前記貯湯タンク（３５）内の熱量もしくは所定熱量、よりも多い熱量の水が前記貯湯タンク（３５）内に残存した状態を維持できる熱量として前記目標熱量値を定める、
請求項１に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項３】
前記第２時間長さは、前記ヒートポンプユニット（２）を用いて前記貯湯タンク（３５）内に第２所定熱量を溜めるために要する時間の最小値である、
請求項２に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項４】
前記第２時間長さは、前記貯湯タンク（３５）内を満たす常温の水を６５℃以上の所定温度まで上昇させる場合に、前記ヒートポンプユニット（２）の運転に要する時間の最小値である、
請求項２に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項５】
前記予測負荷量は、任意の前記第２期間における前記貯湯タンク（３５）の水の減少熱量のうちの最大減少熱量とする、
請求項１から４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項６】
前記予測負荷量は、任意の前記第２期間における前記貯湯タンク（３５）の水の減少熱量の平均値である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項７】
前記予測負荷量は、任意の前記第２期間における前記貯湯タンク（３５）の水の減少熱量を、前記メモリ（１２）に格納されている履歴に基づいて重み付けして得られる値の平均値である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項８】
前記制御部（１１）は、前記負荷対応制御では、前記ヒートポンプユニット（２）の能力の範囲内で前記第２期間の間に前記貯湯タンク（３５）内に蓄えることができる最大の熱量を前記予測負荷量から減じて得られる熱量を前記貯湯タンク（３５）に蓄える、
請求項１から７のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項９】
前記負荷対応制御では、前記制御部（１１）は、前記第２時間長さの内に前記予測負荷量分だけ減少した直後において、前記貯湯タンク（３５）の水が常温下での水温で略均一になっている状態での前記貯湯タンク（３５）内の熱量もしくは前記所定熱量、を確保するために最低限必要な熱量が前記貯湯タンク（３５）内に残存した状態となるように前記目標熱量値を定める、
請求項２から４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１０】
前記制御部（１１）は、前記第２時間長さよりも長く前記第１時間長さよりも短い時間長さである第３時間長さの期間である第３期間を、前記基準時点から繰り返しカウントし、前記第３期間の終了時点が新たな前記基準時点となるように前記第１期間を更新して前記負荷対応制御を行う、
請求項１から９のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１１】
前記第３時間長さは、１日である、
請求項１０に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１２】
前記制御部（１１）は、前記ヒートポンプユニット（２）を電気によって制御しており、
前記電気の使用料金が前記第３期間中の使用時間帯に応じて異なる場合に、前記制御部（１１）は、最も使用料金が安い時間帯に前記負荷対応制御を終えることができるように、前記負荷対応制御の開始時点を定める、
請求項１０または１１に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１３】
前記制御部（１１）は、最も使用料金が安い時間帯の最後の時点と、前記負荷対応制御が終了する時点とを略同時にすることができるように、前記負荷対応制御の開始時点を定める、
請求項１２に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１４】
前記制御部（１１）は、前記第１期間中における前記第３期間毎の前記貯湯タンク（３５）の水の減少熱量の平均値である第３平均熱量を求め、前記第３平均熱量が前記予測負荷量よりも大きい場合に、前記基準時点から前記第３時間長さが経過するまでの間に、前記第３平均熱量から前記予測負荷量を引いた残りの熱量が確保されるように前記ヒートポンプユニット（２）を制御する第３差分確保制御を行う、
請求項１０から１３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１５】
前記制御部（１１）は、前記熱量検知部（３６、Ｔ１〜Ｔ６）の検知値が所定値以下になった時に前記第３差分確保制御を開始する、
請求項１４に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１６】
前記制御部（１１）は、前記メモリ（２３）に格納されている履歴に基づいて、前記第３差分確保制御を行う時点を定める、
請求項１４に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１７】
加熱された水を使用時より前に蓄えておく貯湯式給湯装置（１）であって、
貯湯タンク（３５）と、
前記貯湯タンク（３５）の水の熱量を増大させるためのヒートポンプサイクル（２０）を有するヒートポンプユニット（２）と、
前記貯湯タンク（３５）に溜められているお湯を温水利用部（５９）まで導く給湯管（７３）と、
前記給湯管（７３）を通過した水が有している熱量の履歴もしくは熱量に関する物理量の履歴を格納するメモリ（１２）と、
前記給湯管（７３）を通過する水が有している熱量の履歴もしくは熱量に関する物理量の履歴に応じて、前記貯湯タンク（３５）の水の目標熱量値を変える制御部（１１）と、
を備えた貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１８】
加熱された水を使用時より前に蓄えておく貯湯式給湯装置（１）であって、
貯湯タンク（３５）と、
前記貯湯タンク（３５）の水の熱量を増大させるためのヒートポンプサイクル（２０）を有するヒートポンプユニット（２）と、
前記貯湯タンク（３５）に溜められているお湯のうちの所定量を風呂（５９）に供給させるための信号を受け付ける湯はりスイッチ（５９ａ）と、
前記湯はりスイッチ（５９ａ）が前記信号を受け付けたか否かに関する履歴情報を格納するメモリ（１２）と、
前記湯はりスイッチ（５９ａ）が前記信号を受け付けたか否かに関する履歴情報の有無に応じて、前記貯湯タンク（３５）の水の目標熱量値を変える制御部（１１）と、
を備えた貯湯式給湯装置（１）。
【請求項１９】
前記貯湯タンク（３５）に対して給水するための給水管（７１）と、
前記給水管（７１）を通過する水の温度を検知する給水温度センサ（７１Ｔ）と、
をさらに備え、
前記制御部（１１）が前記貯湯タンク（３５）の水の目標熱量値を定めた場合であっても、前記給水温度センサ（７１Ｔ）が検知する温度が所定温度以下となるかもしくは所定温度変化以上の温度降下が生じた場合には、前記制御部（１１）は、前記定められた前記貯湯タンク（３５）の水の前記目標熱量値を上げる制御を行う、
請求項１から１８のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項２０】
前記制御部（１１）は、前記貯湯タンク（３５）内の水の熱量が所定値以下となった時点で前記貯湯タンク（３５）内の水の熱量を増大させる沸き増し運転制御を行い、
前記メモリ（１２）は、前記沸き増し運転制御が行われた履歴に関するデータを格納しており、
前記制御部（１１）が前記貯湯タンク（３５）の水の目標熱量値を定めた場合であっても、前記メモリ（１２）に過去の所定期間以内において前記沸き増し運転制御が行われた履歴に関するデータが格納されている場合には、前記制御部（１１）は、前記定められた前記貯湯タンク（３５）の水の前記目標熱量値を上げる制御を行う、
請求項１から１８のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項２１】
前記貯湯タンク（３５）の外側に配置された断熱部材（３８）をさらに備えた、
請求項１から２０のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【請求項２２】
前記貯湯タンク（３５）の内容量は、２００リットル以下であって、
前記ヒートポンプユニット（２）の瞬間最大加熱能力は、４．５ｋＷ以上である、
請求項１から２１のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道水を沸き上げて貯湯タンク内に保持しつつ必要な時にお湯を用いるタイプの貯湯式給湯装置においては、例えば、以下の特許文献１（特開２００７―２７１１１９号公報）に示すように、電気料金が比較的安く設定してある深夜電力を利用して貯湯タンク内をお湯で満たす、沸き上げ運転が行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特許文献１（特開２００７―２７１１１９号公報）に記載の貯湯式給湯装置は、ユーザの一日に利用するお湯の平均量を超える量の貯湯タンクを用いている。このため、例えば、３７０リットル程度の大きな容量の貯湯タンクを用いる必要があり、設置スペースとしても広い設置スペースを確保する必要がある。
【０００４】
これに対して、貯湯タンクを小型化させようとすると、深夜電力を利用した沸き上げ以外に、別途沸き上げを行う必要が生じやすい。
【０００５】
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、貯湯タンクを小型化させる場合であっても、湯切れの発生を回避するために必要なエネルギの量を小さく抑えることが可能な貯湯式給湯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の貯湯式給湯装置は、加熱された水を使用時より前に蓄えておく貯湯式給湯装置であって、貯湯タンク、ヒートポンプユニット、熱量検知部、メモリ、および、制御部を備えている。ヒートポンプユニットは、貯湯タンクの水の熱量を増大させるためのヒートポンプサイクルを有している。熱量検知部は、貯湯タンクの水の熱量もしくは熱量に関する物理量、および／または、熱量の変化もしくは熱量に関する物理量の変化、を検知する。メモリは、熱量検知部が検知した値の履歴を格納する。制御部は、予め定められた第１時間長さの期間である第１期間、および、第１期間の中であって第１時間長さよりも短い時間長さである第２時間長さの期間であり終了時点を任意とする第２期間を用いている。そして、制御部は、貯湯タンクの水の熱量が目標熱量値となるようにヒートポンプユニットを制御する負荷対応制御を、第１期間の終了時点である基準時点以降に行う。この制御部は、過去の任意の第２期間における貯湯タンクの水の減少熱量に基づいて予測負荷量を特定する。さらに、制御部は、目標熱量値は、負荷対応制御を行う際に、仮に第２時間長さの内に貯湯タンクの水の熱量が予測負荷量分だけ減少することがあっても、貯湯タンクの水が常温下での水温で略均一になっている状態での貯湯タンク内の熱量もしくは所定熱量、よりも多い熱量の水が貯湯タンク内に残存した状態を維持できる熱量として目標熱量値を定める。この熱量に関する物理量には、例えば、温度や体積等が含まれる。
【０００７】
この貯湯式給湯装置では、貯湯タンクを小型化させた場合であっても、過去の第１期間において生じた予測負荷量が再度生じたとしても、給湯することが可能な程度の熱量を貯湯タンクに保持させておくことが可能になる。このため、貯湯タンクを小型化させる場合であっても、湯切れの発生を回避するために必要なエネルギの量を小さく抑えることが可能になる。
【０００８】
第２発明の貯湯式給湯装置は、第１発明の貯湯式給湯装置であって、制御部は、目標熱量値は、負荷対応制御を行う際に、仮に第２時間長さの内に貯湯タンクの水の熱量が予測負荷量分だけ減少することがあっても、貯湯タンクの水が常温下での水温で略均一になっている状態での貯湯タンク内の熱量もしくは所定熱量、よりも多い熱量の水が貯湯タンク内に残存した状態を維持できる熱量として目標熱量値を定める。
【０００９】
この貯湯式給湯装置では、第２時間長さの内に予想負荷量の負荷が生じても貯湯タンク内にある程度の熱量が残存した状態にすることができるようになる。これにより、湯切れの発生をより効果的に抑制できるようになる。
【００１０】
第３発明の貯湯式給湯装置は、第２発明の貯湯式給湯装置であって、第２時間長さは、ヒートポンプユニットを用いて貯湯タンク内に第２所定熱量を溜めるために要する時間の最小値である。
【００１１】
この貯湯式給湯装置では、第２時間長さとして、貯湯タンク内に所定熱量を溜めるために要する時間の最小値を採用することで、所定熱量以下のどのような負荷が生じたとしても湯切れが生じないようにすることが可能になる。
【００１２】
第４発明の貯湯式給湯装置は、第２発明の貯湯式給湯装置であって、第２時間長さは、貯湯タンク内を満たす常温の水を６５℃以上の所定温度まで上昇させる場合に、ヒートポンプユニットの運転に要する時間の最小値である。
【００１３】
この貯湯式給湯装置では、第２時間長さとして、貯湯タンク内に所定温度の水を溜めるために要する時間の最小値を採用することで、所定熱量以下のどのような負荷が生じたとしても湯切れが生じないようにすることが可能になる。
【００１４】
第５発明の貯湯式給湯装置は、第１発明から第４発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、予測負荷量は、任意の第２期間における貯湯タンクの水の減少熱量のうちの最大減少熱量とする。
【００１５】
この貯湯式給湯装置では、過去の第１期間における最大負荷が再度生じたとしても、湯切れの発生を回避することが可能になる。
【００１６】
第６発明の貯湯式給湯装置は、第１発明から第４発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、予測負荷量は、任意の第２期間における貯湯タンクの水の減少熱量の平均値である。
【００１７】
この貯湯式給湯装置では、過去の第１期間における平均負荷が再度生じたとしても、湯切れの発生を回避することが可能になる。
【００１８】
第７発明の貯湯式給湯装置は、第１発明から第４発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、予測負荷量は、任意の第２期間における貯湯タンクの水の減少熱量を、メモリに格納されている履歴に基づいて重み付けして得られる値の平均値である。
【００１９】
この貯湯式給湯装置では、過去の第１期間における重み付け平均値程度の負荷が再度生じたとしても、湯切れの発生を回避することが可能になる。
【００２０】
第８発明の貯湯式給湯装置は、第１発明から第７発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、制御部は、負荷対応制御では、ヒートポンプユニットの能力の範囲内で第２期間の間に貯湯タンク内に蓄えることができる最大の熱量を予測負荷量から減じて得られる熱量を貯湯タンクに蓄える。ここで、ヒートポンプユニットの能力で貯湯タンク内に蓄えることができる熱量は、例えば、定格運転を第２期間の間継続した場合に貯湯タンク内の熱量増大分等が該当する。
【００２１】
この貯湯式給湯装置では、負荷対応制御において、予測負荷量に相当する給湯負荷が生じた場合であっても、生じた予測負荷量に相当する給湯負荷に対応する間に、同時に、貯湯タンク内の水に熱を供給していくことができる。そして、この予測負荷量に相当する給湯負荷に対応する間に、同時に、貯湯タンク内の水に供給する熱量は、負荷対応制御において予め蓄えておく熱量から除外されている。このため、負荷対応制御を行うために要するエネルギを小さく抑えつつ、予測負荷量に相当する負荷が生じた場合であっても当該負荷に対応することが可能になる。
【００２２】
第９発明の貯湯式給湯装置は、第２発明から第４発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、負荷対応制御では、制御部は、第２時間長さの内に予測負荷量分だけ減少した直後において、貯湯タンクの水が常温下での水温で略均一になっている状態での貯湯タンク内の熱量もしくは所定熱量、を確保するために最低限必要な熱量が貯湯タンク内に残存した状態となるように目標熱量値を定める。
【００２３】
この貯湯式給湯装置では、貯湯タンクに溜めておく熱量を、過去の第１期間における予測負荷量に対応可能であり、かつ、貯湯タンクに上記熱量を確保させるために必要なエネルギの量を少なく抑えることが可能になる。
【００２４】
第１０発明の貯湯式給湯装置は、第１発明から第９発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、制御部は、第２時間長さよりも長く第１時間長さよりも短い時間長さである第３時間長さの期間である第３期間を、基準時点から繰り返しカウントする。制御部は、第３期間の終了時点が新たな基準時点となるように第１期間を更新して負荷対応制御を行う。
【００２５】
この貯湯式給湯装置では、第３期間が経過する度に基準時点が更新されるために、常に直近の第１期間の履歴に基づいた予測負荷量を用いて負荷対応制御を行うことができるようになる。このため、ユーザの最近の使用状況を反映させやすくなる。
【００２６】
第１１発明の貯湯式給湯装置は、第１０発明の貯湯式給湯装置であって、第３時間長さは、１日である。
【００２７】
この貯湯式給湯装置では、ユーザの生活リズムに基づく使用状況を制御に反映させることができるようになる。
【００２８】
第１２発明の貯湯式給湯装置は、第１０発明または第１１発明の貯湯式給湯装置であって、制御部は、ヒートポンプユニットを電気によって制御している。電気の使用料金が第３期間中の使用時間帯に応じて異なる場合に、制御部は、最も使用料金が安い時間帯に負荷対応制御を終えることができるように、負荷対応制御の開始時点を定める。
【００２９】
この貯湯式給湯装置では、負荷対応制御を比較的安価な電気料金で実行させることができるようになる。
【００３０】
第１３発明の貯湯式給湯装置は、第１２発明の貯湯式給湯装置であって、制御部は、最も使用料金が安い時間帯の最後の時点と、負荷対応制御が終了する時点とを略同時にすることができるように、負荷対応制御の開始時点を定める。
【００３１】
この貯湯式給湯装置では、使用予定の無い時間帯に沸き上げてしまうと、実際に使用されるまでの間の放熱ロスが生じやすい。これに対して、この貯湯式給湯装置では、負荷対応制御を終えてから使用される前の時間を短くすることができ、放熱ロスを低減させることができる。
【００３２】
第１４発明の貯湯式給湯装置は、第１０発明から第１３発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、制御部は、第１期間中における第３期間毎の貯湯タンクの水の減少熱量の平均値である第３平均熱量を求め、第３平均熱量が予測負荷量よりも大きい場合に、基準時点から第３時間長さが経過するまでの間に、第３平均熱量から予測負荷量を引いた残りの熱量が確保されるようにヒートポンプユニットを制御する第３差分確保制御を行う。
【００３３】
この貯湯式給湯装置では、第３平均熱量が予測負荷量よりも大きい場合であっても、第３期間中における湯切れの発生を抑制させることができるようになる。
【００３４】
第１５発明の貯湯式給湯装置は、第１４発明の貯湯式給湯装置であって、制御部は、熱量検知部の検知値が所定値以下になった時に第３差分確保制御を開始する。
【００３５】
この貯湯式給湯装置では、熱量検知部の検知値が所定値以下となって、貯湯タンクにおける熱量が少なくなった場合に、自動的に第３差分確保制御を行わせることができる。これにより、湯切れの発生を抑制させることができるようになる。
【００３６】
第１６発明の貯湯式給湯装置は、第１４発明の貯湯式給湯装置であって、制御部は、メモリに格納されている履歴に基づいて、第３差分確保制御を行う時点を定める。
【００３７】
この貯湯式給湯装置では、ユーザの使用態様に沿うように、第３差分確保制御を行うことで、第３差分確保制御以降であってユーザがお湯を使用するまでの時間における放熱ロスを低減させることができるようになる。
【００３８】
第１７発明の貯湯式給湯装置は、加熱された水を使用時より前に蓄えておく貯湯式給湯装置であって、貯湯タンク、ヒートポンプユニット、給湯管、メモリ、および、制御部を備えている。ヒートポンプユニットは、貯湯タンクの水の熱量を増大させるためのヒートポンプサイクルを有している。給湯管は、貯湯タンクに溜められているお湯を温水利用部まで導く。メモリは、給湯管を通過した水が有している熱量の履歴もしくは熱量に関する物理量の履歴を格納する。制御部は、給湯管を通過する水が有している熱量の履歴もしくは熱量に関する物理量の履歴に応じて、貯湯タンクの水の目標熱量値を変える。なお、ここで、温水利用部としては、例えば、風呂、シャワー、ラジエータ等が含まれる。
【００３９】
この貯湯式給湯装置では、貯湯タンクを小型化させた場合であっても、過去の給湯管を流れた水の熱量等に応じて、貯湯タンクに確保しておく熱量を調節することが可能になる。このため、貯湯タンクを小型化させる場合であっても、湯切れの発生を回避するために必要なエネルギの量を小さく抑えることが可能になる。
【００４０】
第１８発明の貯湯式給湯装置は、加熱された水を使用時より前に蓄えておく貯湯式給湯装置であって、貯湯タンク、ヒートポンプユニット、湯はりスイッチ、メモリ、および、制御部を備えている。ヒートポンプユニットは、貯湯タンクの水の熱量を増大させるためのヒートポンプサイクルを有している。湯はりスイッチは、貯湯タンクに溜められているお湯のうちの所定量を風呂に供給させるための信号を受け付ける。メモリは、湯はりスイッチが信号を受け付けたか否かに関する履歴情報を格納する。制御部は、湯はりスイッチが信号を受け付けたか否かに関する履歴情報の有無に応じて、貯湯タンクの水の目標熱量値を変える。
【００４１】
この貯湯式給湯装置では、貯湯タンクを小型化させた場合であっても、過去の湯はりの履歴に応じて、貯湯タンクに確保しておく熱量を調節することが可能になる。このため、貯湯タンクを小型化させる場合であっても、湯切れの発生を回避するために必要なエネルギの量を小さく抑えることが可能になる。
【００４２】
第１９発明の貯湯式給湯装置は、第１発明から第１８発明の貯湯式給湯装置であって、貯湯タンクに対して給水するための給水管と、給水管を通過する水の温度を検知する給水温度センサと、をさらに備えている。制御部が貯湯タンクの水の目標熱量値を定めた場合であっても、給水温度センサが検知する温度が所定温度以下となるかもしくは所定温度変化以上の温度降下が生じた場合には、制御部は、定められた貯湯タンクの水の目標熱量値を上げる制御を行う。
【００４３】
この貯湯式給湯装置では、給水温度が低下した場合の目標熱量値を、制御部が定めていた貯湯タンクの水の目標熱量値を上げることで、給水温度が低下することによる給湯負荷の上昇に対応することが可能になる。
【００４４】
第２０発明の貯湯式給湯装置は、第１発明から第１８発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、制御部は、貯湯タンク内の水の熱量が所定値以下となった時点で貯湯タンク内の水の熱量を増大させる沸き増し運転制御を行う。メモリは、沸き増し運転制御が行われた履歴に関するデータを格納している。制御部が貯湯タンクの水の目標熱量値を定めた場合であっても、メモリに過去の所定期間以内において沸き増し運転制御が行われた履歴に関するデータが格納されている場合には、制御部は、定められた貯湯タンクの水の目標熱量値を上げる制御を行う。
【００４５】
この貯湯式給湯装置では、沸き増し運転制御が過去の所定期間以内に行われた履歴がある場合には、貯湯タンクについて定められた過去の目標熱量値が少なかったことになるが、ここでは、目標熱量値を超える目標値に上げることで、給湯負荷の上昇に対応することが可能になる。
【００４６】
第２１発明の貯湯式給湯装置は、第１発明から第２０発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、貯湯タンクの外側に配置された断熱部材をさらに備えている。
【００４７】
この貯湯式給湯装置では、貯湯タンクにお湯が溜められた後からお湯が使用されるまでの間に生じる放熱ロスを低減させることができる。
【００４８】
第２２発明の貯湯式給湯装置は、第１発明から第２１発明のいずれかの貯湯式給湯装置であって、貯湯タンクの内容量は、２００リットル以下である。ヒートポンプユニットの瞬間最大加熱能力は、４．５ｋＷ以上である。
【００４９】
この貯湯式給湯装置では、貯湯タンクの内容量が２００リットル以下の場合であっても、消費エネルギを抑えつつ給湯負荷に対応することができる。
【発明の効果】
【００５０】
第１発明の貯湯式給湯装置では、貯湯タンクを小型化させる場合であっても、湯切れの発生を回避するために必要なエネルギの量を小さく抑えることが可能になる。
【００５１】
第２発明の貯湯式給湯装置では、湯切れの発生をより効果的に抑制できるようになる。
【００５２】
第３、４発明の貯湯式給湯装置では、所定熱量以下のどのような負荷が生じたとしても湯切れが生じないようにすることが可能になる。
【００５３】
第５〜７発明の貯湯式給湯装置では、湯切れの発生を回避することが可能になる。
【００５４】
第８発明の貯湯式給湯装置では、負荷対応制御を行うために要するエネルギを小さく抑えつつ、予測負荷量に相当する負荷が生じた場合であっても当該負荷に対応することが可能になる。
【００５５】
第９発明の貯湯式給湯装置では、予測負荷量に対応でき、必要なエネルギの量を少なく抑えることが可能になる。
【００５６】
第１０発明の貯湯式給湯装置では、ユーザの最近の使用状況を反映させやすくなる。
【００５７】
第１１発明の貯湯式給湯装置では、ユーザの生活リズムに基づく使用状況を制御に反映させることができるようになる。
【００５８】
第１２発明の貯湯式給湯装置では、負荷対応制御を比較的安価な電気料金で実行させることができるようになる。
【００５９】
第１３発明の貯湯式給湯装置では、放熱ロスを低減させることができる。
【００６０】
第１４発明の貯湯式給湯装置では、第３期間中における湯切れの発生を抑制させることができるようになる。
【００６１】
第１５発明の貯湯式給湯装置では、湯切れの発生を抑制させることができるようになる。
【００６２】
第１６発明の貯湯式給湯装置では、放熱ロスを低減させることができるようになる。
【００６３】
第１７発明の貯湯式給湯装置では、貯湯タンクを小型化させる場合であっても、湯切れの発生を回避するために必要なエネルギの量を小さく抑えることが可能になる。
【００６４】
第１８発明の貯湯式給湯装置では、湯切れの発生を回避するために必要なエネルギの量を小さく抑えることが可能になる。
【００６５】
第１９発明の貯湯式給湯装置では、給水温度が低下することによる給湯負荷の上昇に対応することが可能になる。
【００６６】
第２０発明の貯湯式給湯装置では、給湯負荷の上昇に対応することが可能になる。
【００６７】
第２１発明の貯湯式給湯装置では、放熱ロスを低減させることができる。
【００６８】
第２２発明の貯湯式給湯装置では、貯湯タンクの内容量が２００リットル以下の場合であっても、消費エネルギを抑えつつ給湯負荷に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る貯湯式給湯装置の概略外観図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る貯湯式給湯装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る貯湯装置の分解斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る湯はり履歴制御のフローチャートである。
【図５】貯湯タンクにおける熱量の考え方を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態に係る湯はり履歴制御においてメモリに格納されているデータの例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る湯はり履歴制御および昼の沸き上げ運転制御のタイムチャートを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る負荷予測制御のフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る負荷予測制御においてメモリに格納されているデータの例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯装置１について、図面を用いて説明する。
【００７１】
＜第１実施形態＞
＜貯湯式給湯装置１の構成＞
図１に、本発明の第１実施形態に係る貯湯式給湯装置１の外観概略図を示す。図２に貯湯式給湯装置１の概略構成図を示す。
【００７２】
貯湯式給湯装置１は、使用される前に予めお湯を溜めておくための給湯装置であって、ヒートポンプユニット２と貯湯ユニット３と、これらの管理や制御を行うコントローラ１１等を備えている。なお、コントローラ１１には、メモリ１２が内蔵されており、各種運転履歴データ、状態データの格納が行われるとともに、予め一日のうちの時間帯毎の電力料金設定情報が格納されている。
【００７３】
（ヒートポンプユニット２）
ヒートポンプユニット２は、お湯を作り出すための熱源装置として電力を得て機能することができ、二酸化炭素冷媒が循環する冷媒回路２０と、水熱交換器２２と、空気熱交ファン２４Ｆと、各種センサ等を備えている。なお、このヒートポンプユニット２は、瞬間最大加熱能力は、４．５ｋＷ以上のものであって、第１実施形態のヒートポンプユニット２では、瞬間最大加熱能力が１０ｋＷのものが採用されている。
【００７４】
この冷媒回路２０は、圧縮機２１、内部熱交換器２６、膨張弁２３、空気熱交換器２４、水熱交換器２２内の冷媒管２２ｒおよび、冷媒配管２５を有している。
【００７５】
内部熱交換器２６は、高圧側管２６ｈと、低圧側管２６ｌとを有している。内部熱交換器２６は、高圧側管２６ｈを流れる冷媒と、低圧側管２６ｌを流れる冷媒と、の間で熱交換を行わせる。内部熱交換器２６においては、高圧側管２６ｈを流れる冷媒流れ方向と、低圧側管２６ｌを流れる冷媒流れ方向とが、互いに対向流の関係となるように設けられている。
【００７６】
冷媒配管２５は、圧縮機２１の吐出側、水熱交換器２２内の冷媒管２２ｒ、内部熱交換器２６内の高圧側管２６ｈ、膨張弁２３、空気熱交換器２４、内部熱交換器２６内の低圧側管２６ｌ、圧縮機２１の吸入側、の順に各機器を接続しており、内部に冷媒を循環させている。
【００７７】
水熱交換器２２は、冷媒管２２ｒと、水管３２ｗとを有している。水熱交換器２２は、ヒートポンプユニット２の圧縮機２１によって吐出された後に冷媒管２２ｒを流れる高温の冷媒と、後述する貯湯ユニット３を循環する際に水管３２ｗを流れる水と、の間で熱交換を行わせる。この水熱交換器２２における熱交換によって、冷媒管２２ｒを通過する冷媒が冷却されると同時に、水管３２ｗを通過する水が加熱され、お湯を作り出すことができる。
【００７８】
空気熱交ファン２４Ｆは、コントローラ１１によって、空気熱交換器２４に供給される空気の風量が調節される。これにより、空気熱交換器２４における冷媒の蒸発能力が調節される。
【００７９】
各種センサとしては、例えば、冷媒に関する温度や圧力を検知するセンサ等があり、例えば、吸入圧力センサ２０Ｐ、吸入温度センサ２０Ｔ、吐出圧力センサ２１Ｐ、吐出温度センサ２１Ｔ、水熱交後冷媒温度センサ２２Ｔ、外気温度センサ２３Ｔ、および、空気熱交後冷媒温度センサ２４Ｔ等が、コントローラ１１が検知値を把握可能なように設けられている。吸入圧力センサ２０Ｐは、圧縮機２１の吸入側を通過する冷媒圧力を検知する。吸入温度センサ２０Ｔは、圧縮機２１の吸入側を通過する冷媒温度を検知する。吐出圧力センサ２１Ｐは、圧縮機２１の吐出側を通過する冷媒圧力を検知する。吐出温度センサ２１Ｔは、圧縮機２１の吐出側を通過する冷媒温度を検知する。水熱交後冷媒温度センサ２２Ｔは、水熱交換器２２を通過することで冷却された冷媒の温度を検知する。空気熱交後冷媒温度センサ２４Ｔは、空気熱交換器２４において加熱された後の冷媒の温度を検知する。
【００８０】
（貯湯ユニット３）
貯湯ユニット３は、市水等の外部から供給される水をヒートポンプユニット２から得られる熱によって暖め、蓄えつつ、利用する装置であり、貯湯タンク３５、貯湯用循環回路３０、追焚熱交換器４２、追焚熱源回路４０、追焚利用回路５０、および、給水給湯回路７０等を備えている。
【００８１】
貯湯タンク３５は、ヒートポンプユニット２から得られる熱によって得られるお湯を、利用される前から予め蓄えておくタンクである。貯湯タンク３５内は水およびお湯によって常に満たされており、お湯の量をコントローラ１１に把握させるための、湯量温度検知センサ３６が設けられている。この湯量温度検知センサ３６は、第１湯量検知温度センサＴ１〜第６湯量検知温度センサＴ６を有している。これらの第１湯量検知温度センサＴ１〜第６湯量検知温度センサＴ６は、貯湯タンク３５の下方から上方に向けて順に所定間隔で配置されている。コントローラ１１は、第１湯量検知温度センサＴ１が検知する温度が、後述する給水温度センサ７１Ｔの検知温度に所定温度を加えた温度を下回ったことを検知すると、ヒートポンプユニット２を駆動させて沸き上げ運転を行う。なお、沸き上げ運転とは、貯湯タンク３５内の水の温度が目的の温度に到達するまで熱量を上げていく運転である。また、コントローラ１１は、貯湯タンク３５内にお湯が無くなった時点で、沸き増し運転制御を開始して、貯湯タンク３５内の水の熱量を増大させる制御を行う。
【００８２】
貯湯用循環回路３０は、貯湯タンク３５内の水もしくはお湯に対してヒートポンプユニット２で得られる熱を伝えるための回路であり、貯湯往き管３１、水熱交換器２２内の水管３２ｗ、貯湯戻り管３３、および、貯湯用ポンプ３４を有している。貯湯往き管３１は、貯湯タンク３５の下端部近傍と水熱交換器２２内の水管３２ｗの上流側端部とを接続している。この貯湯往き管３１には、通過する水もしくはお湯の温度を検知するための貯湯往き温度センサ３１Ｔが設けられている。貯湯戻り管３３は、水熱交換器２２内の水管３２ｗの下流側端部と貯湯タンク３５の上端近傍とを接続している。この貯湯戻り管３３には、通過する水もしくはお湯の温度を検知するための貯湯戻り温度センサ３３Ｔが設けられている。貯湯用ポンプ３４は、貯湯往き管３１の途中に設けられている。貯湯用循環回路３０では、貯湯用ポンプ３４がコントローラ１１からの指令を受けて駆動することにより、貯湯タンク３５内の水もしくはお湯のうち下方に存在している温度の低い水を、貯湯往き管３１に流出させ、水熱交換器２２内の水管３２ｗを通過させることで温度上昇させつつ、貯湯戻り管３３を介して貯湯タンク３５の上端近傍に戻している。これにより、貯湯タンク３５内のお湯と水との境界が上から下に向けて移動していくことになり、貯湯タンク３５内のお湯の量が増えていく。
【００８３】
追焚熱交換器４２は、貯湯タンク３５内のお湯が循環する熱源管４２ｗと、外部の風呂５９にはられたお湯が循環する利用管５２ｗと、を有している。追焚熱交換器４２では、熱源管４２ｗを流れるお湯と、利用管５２ｗを流れるお湯と、の間で熱交換を行わせることで、利用管５２ｗを流れるお湯の温度を上げることができる。
【００８４】
追焚熱源回路４０は、外部の風呂５９にはられたお湯の温度を、貯湯タンク３５に蓄えられているお湯が有している熱を利用して、さらに上げるための熱供給側の回路であって、熱源往き管４１、追焚熱交換器４２内の熱源管４２ｗ、熱源戻り管４３、および、熱源ポンプ４４を有している。熱源往き管４１は、貯湯タンク３５の上端部近傍と追焚熱交換器４２内の熱源管４２ｗの上流側端部とを接続している。この熱源往き管４１には、通過する水もしくはお湯の温度を検知するための熱源往き温度センサ４１Ｔが設けられている。熱源戻り管４３は、追焚熱交換器４２内の熱源管４２ｗの下流側端部と貯湯タンク３５の下端近傍とを接続している。熱源ポンプ４４は、熱源戻り管４３の途中に設けられている。追焚熱源回路４０では、熱源ポンプ４４がコントローラ１１からの指令を受けて駆動することにより、貯湯タンク３５内の水もしくはお湯のうち上方に存在している温度の高いお湯を、熱源往き管４１に流出させ、追焚熱交換器４２内の熱源管４２ｗを通過させることで温度低下させつつ、熱源戻り管４３を介して貯湯タンク３５の下端近傍に戻している。
【００８５】
追焚利用回路５０は、貯湯タンク３５に蓄えられているお湯が有している熱を追焚熱源回路４０を介して得るための回路であって、利用往き管５１、追焚熱交換器４２内の利用管５２ｗ、利用戻り管５３、および、利用ポンプ５４を有している。利用往き管５１は、外部の風呂５９と追焚熱交換器４２内の利用管５２ｗの上流側端部とを接続している。この利用往き管５１には、通過する水もしくはお湯の温度を検知するための利用往き温度センサ５１Ｔが設けられている。利用戻り管５３は、追焚熱交換器４２内の利用管５２ｗの下流側端部と外部の風呂５９とを接続している。利用ポンプ５４は、利用戻り管５３の途中に設けられている。追焚利用回路５０では、利用ポンプ５４がコントローラ１１からの指令を受けて駆動することにより、外部の風呂５９のお湯を、利用往き管５１に流出させ、追焚熱交換器４２内の利用管５２ｗを通過させることで温度上昇させつつ、利用戻り管５３を介して外部の風呂５９に戻している。これにより、外部の風呂５９のお湯の温度を上げることができ、追い焚きを実行することができている。なお、風呂５９に入浴するためにお湯をはる場合には、湯はり運転が行われ、ユーザが予め設定した設定温度であって予め設定した水量のお湯で風呂５９が満たされる。なお、湯はり運転は、湯はりボタン５９ａが押されることで開始される。そして、湯はりが行われたことは、メモリ１２において履歴データとして格納される。
【００８６】
給水給湯回路７０は、外部の市水等から水の供給を受けつつ、貯湯タンク３５に蓄えられているお湯を利用するための回路であって、給水管７１、給湯管７３、バイパス管７４、給水分岐弁７６、および、給湯混合弁７７を有している。給水管７１は、外部の市水等から水の供給を受けて、貯湯タンク３５の下端近傍に常温の水を供給する。この給水管７１には、市水によって供給される水の温度を検知するための給水温度センサ７１Ｔが設けられている。給湯管７３は、貯湯タンク３５に蓄えられている水もしくはお湯のうち、上端近傍に存在している比較的温度の高いお湯を、ユーザの利用箇所まで導く。この給湯管７３には、通過する水もしくはお湯の温度を検知するための給湯温度センサ７３Ｔが設けられている。バイパス管７４は、給水管７１を流れている常温の水と、貯湯タンク３５の上端近傍から給湯管７３を通じて流れるより高温のお湯と、を混合させることにより、常温と貯湯タンク３５の上端近傍に存在するお湯の温度との間の温度のお湯もしくは水を得るための管である。このバイパス管７４は、給水管７１の途中と、給湯管７３の途中と、を接続している。このバイパス管７４には、通過する水もしくはお湯の温度を検知するためのバイパス温度センサ７４Ｔが設けられている。給水分岐弁７６は、給水管７１とバイパス管７４との混合部分に設けられている。この給水分岐弁７６は、コントローラ１１からの指令を受けて、給水管７１を通過して貯湯タンク３５の下端近傍に流入させる水の量を調節することができる。給湯混合弁７７は、給湯管７３とバイパス管７４との混合部分に設けられている。この給湯混合弁７７は、コントローラ１１からの指令を受けて貯湯タンク３５の上端近傍からユーザの利用箇所まで導こうとするお湯の量、および、バイパス管７４を通過させる水の量との混合比率を調節することができる。
【００８７】
ここで、図３に、貯湯ユニット３の内部構成部品の分解斜視図を示す。
【００８８】
貯湯ユニット３は、筐体Ｃ、断熱部３８を有しており、上述した貯湯タンク３５等の周囲を覆っている。
【００８９】
筐体Ｃは、天板Ｃ１、第１側板Ｃ２、第２側板Ｃ３、フロントパネルＣ４、および、支持土台Ｃ５を有している。フロントパネルＣ４には、コントローラ開口Ｃ４ａ、コントローラ窓Ｃ４ｂ、給水口等を支持する配管支持パネルＣ４ｃ、Ｃ４ｄ、配管接続口Ｃ４ｅが、下方に設けられている。
【００９０】
断熱部３８は、発泡スチロールもしくは発泡ポリエチレン等によって構成されており、第１側面断熱部３８ａ、第２側面断熱部３８ｂ、底面断熱部３８ｃ、上面断熱部３８ｄ、上蓋断熱部３８ｅを有しており、これらによって、貯湯タンク３５の外周を覆い、断熱機能を発揮している。
【００９１】
＜湯はり履歴制御＞
貯湯式給湯装置１の貯湯ユニット３が有している貯湯タンク３５は、内容量が１８０リットルであり、従来のタンクよりも少ない。これにより、貯湯ユニット３を小型化させることができている。しかし、貯湯タンク３５の内容量が従来よりも小さいため、給湯負荷が集中的に増大する等した場合には、貯湯タンク３５内のお湯が無くなる事態が生じやすくなっている。このため、この貯湯式給湯装置１では、消費エネルギをできるだけ小さく抑えつつ、ユーザが望む量のお湯をユーザが望むタイミングで提供できるようにするため、湯はり履歴制御を行っている。なお、貯湯タンク３５内にお湯が溜められている状態では、断熱部３８によって周囲が覆われることで放熱ロスを小さく抑えてはいるものの、わずかに放熱ロスが生じてしまう。このため、貯湯タンク３５内にお湯を用意するタイミングは、この放熱ロスが生じる時間間隔をできるだけ短くするために、お湯の使用が予想されるタイミングの直前に近づけることができるように、コントローラ１１による湯はり履歴制御において調節される。
【００９２】
図４に、湯はり履歴制御が行われる際の、貯湯式給湯装置１の運転制御のフローチャートを示す。
【００９３】
なお、この湯はり履歴制御では、コントローラ１１は、風呂５９にお湯がはられる湯はり運転が行われたか否かを示すデータを、最近の過去７日間分だけメモリ１２に格納させている。なお、コントローラ１１は、日付、時刻等を把握することができるタイマー機能を備えている。なお、はじめに、コントローラ１１は、貯湯タンク３５内を満たすお湯の温度である沸き上げ温度の目標値を決定する。
【００９４】
また、貯湯タンク３５に蓄えられている熱量としては、ここでは、実際の熱量ではなく、給水温度センサ７１Ｔが検知する温度との差分に体積を乗じる等して得られる値を熱量として扱う。具体的には、図５に示すように、例えば、給水温度センサ７１Ｔが検知する温度が１０℃である場合において、貯湯タンク３５内に７０℃のお湯が１５０リットル存在する状態では、（７０℃−１０℃）×１５０リットルをグラム換算して得られる値の熱量が蓄えられていると考える。この場合には、給湯温度として４０℃のお湯を３００リットル得られることになる。すなわち、（７０℃−１０℃）×１５０リットルをグラム換算して得られる値の熱量＝（４０℃−１０℃）×３００リットルをグラム換算して得られる値の熱量、の関係が成立する。
【００９５】
ステップＳ１１では、コントローラ１１は、午前５時になったか否かを判断する。ここで、午前五時になっているとコントローラ１１が判断した場合には、ステップＳ１２に移行する。午前５時にはなっていないとコントローラ１１が判断した場合には、ステップＳ１６に移行する。
【００９６】
ステップＳ１２では、コントローラ１１は、ここから２４時間以内に必要とされる給湯熱量を、一日の給湯量予測値として算出する。この一日の給湯量予測値は、メモリ１２に格納されている最近の過去７日分の給湯に要した熱量の各データから、最大負荷の日のデータおよび最低の負荷の日のデータを取り除いた残りのデータについて、平均を算出して得られる値である。具体的には、メモリ１２には、図６に示すような過去の履歴データ等が格納されており、コントローラ１１はこれを参照して処理を行う。これにより、最近７日間の平均的な利用量に基づいて、ユーザの利用量を予測することができる。その後、ステップＳ１３に移行する。
【００９７】
ステップＳ１３では、コントローラ１１は、メモリ１２に格納されている湯はり運転の履歴データを参酌することで、最近の過去７日の内に少なくとも一回以上の湯はり運転が行われたか否かを判断する。ここで、７日以内に湯はり運転が行われていたとコントローラ１１が判断した場合には、ステップＳ１４に移行する。７日以内に湯はり運転が行われた履歴が無いとコントローラ１１が判断した場合には、ステップＳ１５に移行する。
【００９８】
ステップＳ１４では、コントローラ１１は、湯はり運転が最近に行われているために、給湯負荷が高くなる可能性が高いと判断し、予測沸き上げ温度を以下の式によって算出した値に決定する。そして、ステップＳ１８に移行する。
【００９９】
予測沸き上げ温度＝（湯はり熱量＋想定負荷熱量）／貯湯タンク３５の内容量＋水温
【０１００】
ここで、湯はり熱量は、予めユーザによって設定されている風呂５９における湯はり設定水量に、風呂５９の設定温度と市水の温度との差分を乗じて得られる値である。
想定負荷熱量としては、ここでは、入浴ではなくシャワーを浴びる際に必要となる量として予め定められているお湯の量（例えば、シャワー２人分等）に、シャワーの設定温度と市水の温度との差分を乗じて得られる値である。貯湯タンク３５の内容量は、１８０リットルである。水温は、給水温度センサ７１Ｔが検知する市水の温度である。
【０１０１】
ステップＳ１５では、コントローラ１１は、湯はり運転が最近行われていないために、給湯負荷が小さくなる可能性が高いと判断し、予測沸き上げ温度を予め定められている６５℃に決定する。そして、ステップＳ１８に移行する。
【０１０２】
ステップＳ１６では、コントローラ１１は、高温貯湯必要条件について不成立状態から成立状態に新たに移行された履歴があるか否か、を判断する。ここで、高温貯湯必要条件について不成立状態から成立状態に新たに移行された履歴があるとコントローラ１１が判断した場合には、ステップＳ１７に移行する。それ以外は、ステップＳ１１に戻って繰り返す。
【０１０３】
なお、ここで、高温貯湯必要条件とは、ユーザによって強制的に８５℃以上に貯湯温度が設定された場合か、貯湯タンク３５内のお湯が無くなったために沸き増し運転が行われた履歴がメモリ１２に格納されている場合か、もしくは、給水温度センサＴ７１が検知する温度が所定温度以下まで低下した場合や所定値以上の温度低下が生じた場合に、成立したと判断する条件である。沸き増し運転が行われた場合は、過去に予測していた給湯熱量では不足が生じていることになるためである。また、給水温度が所定温度以下に下がってしまうと、同じ沸き上げ温度であっても、給水温度の低下分だけ多く熱量が必要になるためである。
【０１０４】
ステップＳ１７では、コントローラ１１は、給湯負荷が高くなることが予想されるために、予測沸き上げ温度を８５℃として決定する。そして、ステップＳ１８に移行する。
【０１０５】
ステップＳ１８では、コントローラ１１は、予測沸き上げ温度が８５℃未満であるか否かを判断する。ここで、８５℃未満でないと判断された場合には、ステップＳ１９に移行する。なお、８５℃未満であると判断された場合には、ステップＳ２０に移行する。
【０１０６】
ステップＳ１９では、コントローラ１１は、予測沸き上げ温度が８５℃を超えており、高温過ぎるためヒートポンプユニット２の運転効率が悪くなったり、スケールが発生したり、放熱ロスが大きくなるため、予測沸き上げ温度を８５℃に抑えるように修正する。そして、ステップＳ２１に移行する。
【０１０７】
ステップＳ２０では、コントローラ１１は、予測沸き上げ温度が８５℃未満であり、昼間に運転される際の予測沸き上げ温度を低く抑えることが可能になるため、予測沸き上げ温度の修正を行うことなく、ステップＳ２１に移行する。
【０１０８】
ステップＳ２１では、コントローラ１１は、上記求められた予測沸き上げ温度のお湯で、貯湯タンク３５内を満たすことができるように、沸き上げ運転を行う。この沸き上げ運転は、深夜電力料金設定時間帯のうちの終わりの時間帯である午前７時頃に、貯湯タンク３５内が沸き上げ温度のお湯で満たされた状態になるように、午前７時より前の沸き上げ運転開始時刻が定められる。具体的には、予測沸き上げ温度のお湯で貯湯タンク３５内を満たすことを７時頃の時刻にちょうど達成させることができるように、湯量温度検知センサ３６および給水温度センサ７１Ｔが検知する値、貯湯タンク３５の容量（１８０リットル）およびヒートポンプユニット２の能力に基づいて、開始時刻を定める。そして、コントローラ１１は、定められた開始時刻に予測沸き上げ温度を目標値として沸き上げ運転を開始させることができ、比較的安価な深夜電力料金を用いて、貯湯タンク３５内をお湯で満たすことができる。
【０１０９】
ステップＳ２２では、コントローラ１１は、ステップＳ１２で算出した一日の給湯量予測量のうちの最新の値と、７時に沸き上げられた状態の貯湯タンク３５が保持している熱量と、を比較して、一日の給湯予測量に足りているか否かを判断する。足りていない場合には、ステップＳ２４に移行する。足りている場合には、ステップＳ２３に移行する。
【０１１０】
ステップＳ２３では、コントローラ１１は、一日の給湯予測量に足りていると判断しているため、メモリ１２に格納されている時間帯と電気料金設定との関係に基づいて、深夜電力と比較して比較的電力料金が高めに設定してある昼間の時間帯には、昼間の沸き上げ運転を行わない。
【０１１１】
ステップＳ２４では、コントローラ１１は、一日の給湯予測量に足りていないと判断しているため、昼間の時間帯に不足分の残熱量を確保するように貯湯式給湯装置１の運転を行う。すなわち、ステップＳ１２で算出した一日の給湯量予測量のうちの最新の値から、７時に沸き上げられた状態の貯湯タンク３５が保持している熱量を減じて、得られる熱量を確保する運転を行う。
【０１１２】
図７に、一日の残湯量の推移の例と、昼間の沸き上げ運転のタイミングの例について、タイムチャートを示す。
【０１１３】
上述したように、午前５時から午前７時の間の時刻である沸き上げ運転開始時刻に沸き上げ運転が開始されるように、コントローラ１１が制御を行っているため、午前７時には、貯湯タンク３５内が、目標値として定められた予測沸き上げ温度のお湯で満たされた状態となっている。
【０１１４】
なお、ここでは、コントローラ１１は、昼間の沸き上げ運転を開始するための起動残湯量条件を、１日のうちの各時間帯ごとに変えている。さらに、コントローラ１１は、昼間の沸き上げ運転を開始した後に、貯湯タンク３５内の温度が上がりすぎないようにもしくは無駄な沸き出しが行われないように、貯湯タンク３５内の第６湯量検知温度センサＴ６において所定温度が検知された時点で一旦昼間の沸き上げ運転を止める。これにより、一日の給湯予測量に対する不足分を一回もしくは複数回に分けて沸き増すことで、貯湯タンク３５の内容量が小さい場合であっても給湯負荷に対応できるようにしつつ、不必要に温度を上げることによる放熱ロスを低減させている。
【０１１５】
具体的には、例えば、７時〜１０時前までの間は、第４湯量検知温度センサＴ４が所定温度以下の温度を検知した場合に、昼間の沸き上げ運転を開始させる。これにより、朝の時間帯に給湯負荷が集中することがあっても、貯湯タンク３５内のお湯の量に比較的余裕がある段階から沸き増しを開始させることができるため、お湯切れを防ぐことができる。１０時〜１７時前までの間は、第１湯量検知温度センサＴ１が所定温度以下の温度を検知した場合に、昼間の沸き上げ運転を開始させる。これにより、昼間の比較的電気料金設定が高い時間帯における沸き増しをできるだけ回避することができるようになる。１７時〜２３時前までの間は、第４湯量検知温度センサＴ４が所定温度以下の温度を検知した場合に、昼間の沸き上げ運転を開始させる。これにより、ユーザが帰宅した後に集中しやすい給湯負荷に対して対応しやすくなり、お湯切れの発生を効果的に抑制させることができる。２３時〜翌日の７時前までの間は、第１湯量検知温度センサＴ１が所定温度以下の温度を検知した場合に、昼間の沸き上げ運転を開始させる。これにより、夜間の給湯負荷が少ない時間帯における無駄な沸き増しを抑制させ、貯湯タンク３５の熱量を増大させ過ぎないようにすることで、夜間のお湯が利用されない間に生じる放熱ロスを小さく抑えることができる。なお、ここでいうお湯切れとは、貯湯タンク３５内の水の温度が、給水温度センサ７１Ｔが検知する温度で略均一になっている状態をいう。
【０１１６】
以上のようにして、１日分の給湯負荷を予想しつつお湯を貯湯タンク３５に準備する湯はり履歴制御を、毎日、５時に履歴を更新させつつ、毎日繰り返す。
【０１１７】
＜第１実施形態の特徴＞
第１実施形態の貯湯式給湯装置１では、過去の履歴を参照して、一日に必要な給湯量を準備する場合に、比較的電気料金が安価な深夜電力料金設定の時間帯に、沸き上げ運転を行うことができている。このため、将来の給湯負荷に対応しつつ、電気料金を安価に抑えることができている。
【０１１８】
また、深夜電力料金設定時間帯のうちの終わりの時間帯に沸き上げているため、ユーザが起床した後であってお湯を使うまでの間の時間を短くすることができる。このため、この間の貯湯タンク３５からの放熱ロスを小さく抑えることができる。
【０１１９】
さらに、上記第１実施形態のヒートポンプシステム１では、過去の湯はり履歴の有無に基づいて、沸き上げ温度を定めている。すなわち、最近お湯がはられた履歴がある場合には、一日のうちに大きな給湯負荷があることを予測して、湯はり運転の負荷に対応できるようにお湯を準備することができる。また、最近お湯がはられた履歴が無い場合には、一日のうちに大きな給湯負荷がないことを予測して、沸き上げ温度を低く抑えることができ、無駄な沸き上げを回避することができる。これにより、放熱ロスを小さく抑え、ヒートポンプユニット２の運転効率を上げることができる。
【０１２０】
＜第１実施形態の変形例＞
（Ａ）
上記第１実施形態では、湯はりの有無の判断を、湯はりボタン５９ａが押されたか否かを示すメモリ１２に格納されている履歴データによって判断する場合を例に挙げて説明した。
【０１２１】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、所定時間の間、連続して給湯が行われている状態が続いたことを、コントローラ１１が判断してメモリ１２に格納させるようにしてもよい。例えば、給湯混合弁７７の開き状況をコントローラ１１が把握することで、給湯が所定時間以上の間継続的に行われているか否か判断し、所定時間を超えて給湯が行われていると判断した場合には、コントローラ１１が、大量の給湯負荷が生じたことをメモリ１２に格納させるようにしてもよい。そして、上記第１実施形態における湯はりボタン５９ａが押されたか否かについての履歴データの代わりに、大量の給湯負荷が生じたか否かについての履歴データを用いて、コントローラ１１が湯はりの有無を判断するようにしてもよい。
【０１２２】
なお、ここでの連続して給湯が行われたか否かの判断は、例えば、コントローラ１１が、第１湯量検知温度センサＴ１〜第６湯量検知温度センサＴ６が検知する温度の変化を把握することで行うようにしてもよい。
【０１２３】
（Ｂ）
上記第１実施形態では、一日の残湯量の推移の例として、昼間の沸き上げ運転のタイミングの一例を挙げて説明した。
【０１２４】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、昼間の沸き上げ運転のタイミングは、上記時間帯毎に設定された第１湯量検知温度センサＴ１〜第６湯量検知温度センサＴ６が検知する温度に基づいて定める場合に、昼間の沸き上げ運転を開始させるための条件としての第１湯量検知温度センサＴ１〜第６湯量検知温度センサＴ６が検知する温度を、メモリ１２に格納された最近の過去の履歴データに基づいて定めるようにしてもよい。例えば、最近の過去の履歴データによって、１０時〜１７時前までの間に昼間の沸き上げ運転が頻繁に行われていることをコントローラ１１が把握できる場合には、当該１０時〜１７時前までの間の、昼間の沸き上げ運転を開始させるための条家としての第１湯量検知温度センサＴ１〜第６湯量検知温度センサＴ６が検知する温度をより高い温度となるように修正してもよい。これにより、頻繁に昼間の沸き上げ運転が行われている時間帯では、貯湯タンク３５内のお湯が無くなってしまう前に昼間の沸き上げ運転を開始させることができ、お湯が切れてしまうことをより確実に回避できるようになる。
【０１２５】
（Ｃ）
上記第１実施形態では、貯湯タンク３５に蓄えられたお湯の熱量を多く利用する対象の一例として風呂５９を例に挙げて説明した。
【０１２６】
しかし、貯湯タンク３５に蓄えられたお湯の熱量を多く利用する対象としては、風呂５９に限られず、例えば、シャワー供給口や、暖房対象空間に配置されたラジエータ等であってもよい。そして、この場合には、上記第１実施形態において行った湯はりボタン５９ａが押されたか否かに関する判断を、例えば、シャワーの連続利用時間やラジエータの連続利用時間等が、所定時間を超えたか否かに関する判断とするようにしてもよい。
【０１２７】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の貯湯式給湯装置１の構成については、上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１２８】
第２実施形態の貯湯式給湯装置１では、上記第１実施形態における湯はり履歴制御の代わりに、負荷予測制御が行われる。
【０１２９】
なお、第２実施形態の貯湯式給湯装置１では、貯湯タンク３５内が２０℃の水で満たされている状態から８５℃の湯で満たされた状態とするために、貯湯式給湯装置１の沸き上げ運転を継続する必要がある時間のうち最小の時間である最短沸き上げ時間が、２時間となっている。この最短沸き上げ時間は、貯湯タンク３５内の内容量（ここでは、１８０リットル）や、給水温度センサ７１Ｔが検知する給水温度や、外気温度センサ２３Ｔが検知する外気温度や、ヒートポンプユニット２の圧縮機２１の最大駆動周波数等によって定まる、貯湯式給湯装置１のシステム固有の値である。
【０１３０】
＜負荷予測制御＞
貯湯式給湯装置１の貯湯ユニット３が有している貯湯タンク３５は、内容量が１８０リットルであり、従来のタンクよりも少ない。これにより、貯湯ユニット３を小型化させることができている。しかし、貯湯タンク３５の内容量が従来よりも小さいため、給湯負荷が集中的に増大する等した場合には、貯湯タンク３５内のお湯が無くなる事態が生じやすくなっている。このため、この貯湯式給湯装置１では、消費エネルギをできるだけ小さく抑えつつ、ユーザが望む量のお湯をユーザが望むタイミングで提供できるようにするため、負荷予測制御を行っている。なお、貯湯タンク３５内にお湯が溜められている状態では、断熱部３８によって周囲が覆われることで放熱ロスを小さく抑えてはいるものの、わずかに放熱ロスが生じてしまう。このため、貯湯タンク３５内にお湯を用意するタイミングは、この放熱ロスが生じる時間間隔をできるだけ短くするために、お湯の使用が予想されるタイミングの直前に近づけることができるように、コントローラ１１による負荷予測制御において調節される。
【０１３１】
図８に、負荷予測制御が行われる際の、貯湯式給湯装置１の運転制御のフローチャートを示す。
【０１３２】
負荷予測制御では、上述のステップＳ１３〜Ｓ１５までの処理の代わりに、以下のステップＳ２３およびステップＳ２４の処理を行う。
【０１３３】
ステップＳ２３では、コントローラ１１は、メモリ１２に格納されている過去の集中的な負荷の履歴データに基づいて、負荷集中熱量の予測を行う。
【０１３４】
具体的には、メモリ１２には、図９に示すような過去の負荷集中の履歴データ等が少なくとも最近の過去７日（第１期間）分格納されており、コントローラ１１はこれを参照して処理を行う。ここでの最近の過去７日分とは、コントローラ１１が処理を行おうとしている時を、最近の過去７日間の終了時点である基準時点（第１期間の終了時点である基準時点）として、基準時点より古いデータである履歴データを利用して負荷予測制御が行われる。そして、コントローラ１１は、最近の過去７日間の各日（第３期間）毎において、最も負荷が集中した２時間（第２期間）の負荷集中熱量を、メモリ１２から読み出す。なお、この２時間は、最短沸き上げ時間と同じ時間長さとして設定している。ここで、負荷とは、貯湯タンク３５内の水が有している熱量が減少することをいう。また、最近の過去７日間の各日において、最も負荷が集中した２時間とは、１日の中で、貯湯タンク３５内の水の減少熱量が最も多かった２時間をいう。ここで、負荷の測定は、湯量温度検知センサ３６、Ｔ１〜Ｔ６が検知する温度の変化としてコントローラ１１が把握することができる。そして、コントローラ１１は、ユーザの生活パターンが類似していると予想される前日および一週間前の日の負荷集中熱量に対して加重をかけて、加重平均値を算出する。例えば、以下のようにして、加重平均値を特定することができる。
【０１３５】
（７０００×１．２＋８０００×０．８＋６０００×１．０＋８０００×１．０＋４０００×１．０＋３０００×０．８＋５０００×１．２）／７＝５５８６ｋｃａｌ
【０１３６】
ここでは、このようにして得られた加重平均値を、負荷集中熱量の予測値として扱う。
【０１３７】
ステップＳ２４では、コントローラ１１は、ステップＳ２３で求めた負荷集中熱量の予測値と最短沸上熱量との差分をタンク容量としての１８０リットルで除して得られる値に対して、給水温度センサ７１Ｔが検知する温度を加えることで得られる値を、沸き上げ温度として算出する。ここでの最短沸上熱量とは、最短沸上時間である２時間の内における、貯湯式給湯装置１の出力を最大にした状態での運転で貯湯タンク３５内に蓄えることのできる熱量である。
【０１３８】
他の処理は、上記第１実施形態の貯湯式給湯装置１における湯はり履歴制御と同様である。
【０１３９】
＜第２実施形態の特徴＞
従来の貯湯式給湯装置では、貯湯タンクのお湯に不足が生じた際に、予め定めた一定の温度（例えば、８５℃）のお湯で貯湯タンクを満たすように沸き上げ運転が行われている。このため沸き上げた後にしばらくお湯が利用されない状況が続く等、沸き上げからお湯の利用までの間の時間において放熱ロスが生じており、この放熱ロスが大きくなっていることがある。
【０１４０】
これに対して、第２実施形態の負荷予測制御では、従来のように一定の温度で沸き上げ運転を行うのではなく、集中的な負荷に対応できる範囲で最低限の熱量のお湯を確保するようにして、貯湯タンク３５内の目標となる沸き上げ温度を下げることができている。このため、省エネ効果を得ることができている。
【０１４１】
また、第２実施形態の負荷予測制御では、上述した第１実施形態の効果を奏するだけでなく、さらに、過去の負荷集中履歴データを参照して集中的な負荷の量を予想したうえで沸き上げ温度を決定している。このため、過去に生じた集中的な負荷と同等の負荷が集中的に生じることがあっても、できるだけ貯湯タンク３５内の水の温度を低温にしたままで負荷対応が可能になっている。すなわち、過去の集中的な負荷と同等の負荷が再び生じたとしても、貯湯タンク３５内の水に蓄えさせている熱量と、集中的な負荷が再度生じている最中にヒートポンプユニット２を駆動させることで同時に対応できる熱量と、によって湯切れを生じさせることなく給湯負荷に対応することが可能になっている。
【０１４２】
ここでは、第２実施形態の負荷予測制御では、過去に生じた集中的な負荷と同様の集中的な負荷に対応できるようにしつつ、その集中的な負荷が生じている間の２時間（最短沸き上げ時間と同じ時間長さ）の間に貯湯式給湯装置１の運転によって確保することができる熱量を削除して、予め用意するお湯の沸き上げ温度を算出している。この沸き上げ温度は、集中的な負荷が生じている間の２時間（最短沸き上げ時間と同じ時間長さ）の間に貯湯式給湯装置１の運転によって確保することができる熱量を予め貯湯タンク３５内に確保しておく場合の沸き上げ温度と比較すると、より低い温度とすることができる。これにより、集中的な負荷が生じるまでの間、もしくは集中的な負荷が生じなかった場合における貯湯タンク３５に溜められたお湯からの放熱ロスの量を小さく抑えることができる。また、貯湯タンク３５の沸き上げ温度を低くできるため、ヒートポンプユニット２における運転動力を小さく抑えることができ、ヒートポンプユニット２の運転効率を向上させることができる。
【０１４３】
なお、ここでは２時間の間の集中的な負荷に着目しているため、ユーザによって風呂５９が利用される等の大きな給湯負荷が生じた直後に複数人がシャワーを浴びる等の給湯負荷が連続した場合であっても、これらの負荷をまとまった負荷として捕らえることができる。これにより、これらのまとまった負荷に対応することができる負荷予測制御を行うことが可能になっている。
【０１４４】
＜第２実施形態の変形例＞
（Ａ）
上記第２実施形態では、負荷予測制御において、過去の日毎についての加重平均として求めた値を負荷集中熱量の予測値として用いる場合を例に挙げて説明した。
【０１４５】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、最近の過去７日間のうち最も負荷が集中していた２時間を特定し、当該２時間のうちに生じた給湯負荷を負荷集中熱量の予測値として用いるようにしてもよい。
【０１４６】
また、過去の日毎の負荷集中熱量の単純平均値を、負荷集中熱量の予測値としてもよい。
【０１４７】
（Ｂ）
上記第２実施形態では、負荷予測制御のステップＳ２４において沸き上げ温度を算出する際に、最短沸上熱量を減じる場合を例に挙げて説明した。
【０１４８】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、最多沸上熱量の一部等を予め定めておき、その一部を減じるようにしてもよい。この場合であっても、減じた分だけは省エネ効果が得られる。
【０１４９】
（Ｃ）
上記第２実施形態では、最短沸き上げ時間を、貯湯タンク３５内が２０℃の水で満たされている状態から８５℃の湯で満たされた状態とするために、貯湯式給湯装置１の沸き上げ運転を継続する必要がある時間のうち最小の時間とした場合を例に挙げて説明した。
【０１５０】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、２０℃と予め決めておくのではなく、最短沸き上げ時間は、ステップＳ２４の処理を行う際の外気温度センサ２３Ｔが検知する外気温の条件下において、ステップＳ２４の処理を行う際の給水温度センサＴ７１が検出する温度の水で貯湯タンク３５内が満たされている状態から８５℃の湯で満たされた状態とするために、貯湯式給湯装置１の沸き上げ運転を継続する必要がある時間のうち最小の時間としてもよい。そして、負荷集中熱量の判断についても、このようにして得られた最短沸き上げ時間に相当する時間の間に集中した負荷の熱量として処理をしてもよい。
【０１５１】
（Ｄ）
上記第２実施形態では、最短沸上熱量を、最短沸上時間である２時間の内における貯湯式給湯装置１の出力を最大にした状態での運転で貯湯タンク３５内に蓄えることのできる熱量として定義した場合を例に挙げて説明した。
【０１５２】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、最短沸上熱量の値を固定するのではなく、最短沸上熱量を、例えば、メモリ１２に格納されている過去の給湯負荷における集中的な負荷の発生頻度等に基づいて算出することで得られる値としてもよい。ここで、集中的な負荷の発生頻度が低い場合には、最短沸上熱量が大きくなるように設定することで沸き上げ温度を低く抑えつつ、まれに生じる集中的な負荷に対応することができるようになる。反対に、集中的な負荷の発生頻度が高い場合には、最短沸上熱量が小さくなるように設定することで、沸き上げ温度は多少高くなるが、頻繁に生じる集中的な負荷の対応に大きなエネルギを消費する必要がなくなる。
【０１５３】
また、最短沸き上げ時間についても同様に、メモリ１２に格納されている過去の集中的な負荷の履歴に基づいて算出して得られる時間を定めるようにしてもよい。
【０１５４】
（Ｅ）
上記第２実施形態では、集中的な負荷の時間単位を２時間とした場合を例に挙げて説明した。
【０１５５】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、過去の７日間の履歴データから、給湯負荷量／時間、が大きな値となる条件を満たし、かつ、所定時間（例えば、１時間）より長い時間継続している条件を満たす履歴を特定するようにしてもよい。そうして特定された履歴の時間長さを、上記第２実施形態における２時間の代わりに用いて処理を行うようにしてもよい。所定時間未満の履歴を排除することで、数分間等もあまりに短い時間の集中的な負荷の履歴を排除することができ、まとまった集中的な負荷を特定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
以上のように、本発明は、貯湯タンクを小型化させる場合であっても、湯切れの発生を回避するために必要なエネルギの量を小さく抑えることが可能になるため、ヒートポンプ式給湯機などの貯湯式給湯装置において特に有用である。
【符号の説明】
【０１５７】
１  貯湯式給湯装置
２  ヒートポンプユニット
３  貯湯ユニット
１１  コントローラ（制御部）
１２  メモリ
２０  冷媒回路（ヒートポンプサイクル）
３５  貯湯タンク
３６  湯量温度検知センサ（熱量検知部）
３８  断熱部（断熱部材）
５９  風呂
５９ａ  湯はりボタン（湯はりスイッチ）
７１  給水管
７１Ｔ  給水温度センサ
７３  給湯管
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５８】
【特許文献１】特開２００７−２７１１１９号公報
【図１】
2010203633.tif 000003
【図２】
2010203633.tif 000004
【図３】
2010203633.tif 000005
【図４】
2010203633.tif 000006
【図５】
2010203633.tif 000007
【図６】
2010203633.tif 000008
【図７】
2010203633.tif 000009
【図８】
2010203633.tif 000010
【図９】
2010203633.tif 000011