(57)【要約】【課題】貯湯式給湯装置において、昼間時間帯に全量沸上げ運転を行う場合であっても効率的に沸上げる技術を提供する。【解決手段】制御部１００は、沸上げ運転の通電時間帯が第１時間帯（深夜時間帯）か又は第２時間帯（昼間時間帯）のいずれに属しているかを判断する判断部１０２と、加熱部３０の入口直前における水温を検知する入口温度検知部１０４とを備え、通電時間帯が深夜時間帯に属しているときには、入口温度検知部１０４が第１温度Ｔ１を検知したときに沸上げ運転を終了し、通電時間帯が昼間時間帯に属しているときには、入口温度検知部１０４が第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２を検知したときに沸上げ運転を終了する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンク（２０）内の水を加熱する加熱部（３０）を有し、
前記加熱部で予め定められた温度に沸上げて前記貯湯タンクに貯湯する貯湯式給湯装置（１０）であって、
前記貯湯式給湯装置を制御する制御部（１００）を有し、前記制御部は、
沸上げ運転の通電時間帯が第１時間帯か又は第２時間帯のいずれに属しているかを判断する判断部（１０２）と、
前記加熱部の入口（３０ｉ）直前における水温を検知する入口温度検知部（１０４）と
を備え、
前記通電時間帯が前記第１時間帯に属しているときには、前記入口温度検知部が第１温度（Ｔ１）を検知したときに前記沸上げ運転を終了し、
前記通電時間帯が前記第２時間帯に属しているときには、前記入口温度検知部が前記第１温度よりも低い第２温度（Ｔ２）を検知したときに前記沸上げ運転を終了する、貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記加熱部（３０）の出口（３０ｊ）直後における水温を検知する出口温度検知部（１０６）を更に備え、
前記第１温度（Ｔ１）は、
前記出口温度検知部が検知する水温（Ｔ３）よりも低くかつ、
給湯設定温度の上限温度（Ｔ４）以上である、
請求項１記載の貯湯式給湯装置（１０）。
【請求項３】
前記加熱部（３０）として二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプが採用され、
前記第２温度（Ｔ２）は、
前記上限温度（Ｔ４）よりも低くかつ、
前記貯湯タンク（２０）内の湯と混合される水の水温（Ｔ５）よりも高い、
請求項１記載の貯湯式給湯装置（１０）。
【請求項４】
前記第１時間帯は、深夜時間帯であり、
前記第２時間帯は、前記深夜時間帯以外の時間帯である、
請求項１ないし請求項３のいずれか記載の貯湯式給湯装置。
【請求項５】
貯湯タンク（２０）内の水を加熱する加熱部（３０）へ送り、前記加熱部で予め定められた温度に沸上げて前記貯湯タンクに貯湯する沸上げ運転方法であって、
前記加熱部の入口（３０ｉ）直前における水温を検知する第１工程（Ｓ１０３）と、
前記沸上げ運転の通電時間帯が第１時間帯か又は第２時間帯のいずれに属しているかを判断する第２工程（Ｓ１０４，Ｓ１０５）と、
前記通電時間帯が前記第１時間帯に属しているときには、前記水温が第１温度（Ｔ１）に達したか否かを判断する第３工程（Ｓ１０６）と、
前記通電時間帯が前記第２時間帯に属しているときには、前記水温が前記第１温度よりも低い第２温度（Ｔ２）に達したか否かを判断する第４工程（Ｓ１０７）と、
前記第３工程又は前記第４工程において肯定的な結果を得たときに前記沸上げ運転を終了する第５工程（Ｓ１０８）と
を備える、沸上げ運転方法。
【請求項６】
前記第１時間帯は、深夜時間帯であり、
前記第２時間帯は、前記深夜時間帯以外の時間帯である、
請求項５記載の沸上げ運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式給湯装置及び貯湯式給湯装置の沸上げ運転方法に関し、特に、時間帯によって電力利用料金が異なる場合の同装置及び沸上げ運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力利用料金が安い深夜電力を利用して水を沸上げてタンクに貯湯し、昼間の温水利用に資する貯湯式給湯装置が実用化されており、例えば下掲の特許文献１ないし特許文献５等に開示されている。また、このような貯湯式給湯装置において、加熱効率の向上、省エネルギー化、環境への配慮の観点から冷媒としてＣＯ２を用いる、自然冷媒（ＣＯ２）ヒートポンプ給湯器が提案されており、このような技術については、下掲の特許文献５等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１６４１５７号公報
【特許文献２】特開２００１−１０８３０４号公報
【特許文献３】特開２００１−３０４６８９号公報
【特許文献４】特開２００４−３４７２２９号公報
【特許文献５】特開２００４−３１６９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような貯湯式給湯装置において、深夜に沸上げた湯が昼間に不足する場合（いわゆる「湯切れ」の場合）には、電力利用料金が深夜電力よりも割高な昼間の時間帯であっても、湯切れを回避すべく沸上げ運転を行うことがある。このような背景に鑑みて、昼間の沸上げの高効率化を図る技術が例えば上記特許文献２〜４にて提案されている。
【０００５】
上記特許文献２では、昼間時間帯における沸上げ温度を夜間時間帯における沸上げ温度（摂氏９０度）よりも低い温度（摂氏７０度）にすることで電気代を抑制している。また、上記特許文献３では、残湯量と給水水温を監視しつつ昼間時間帯のうち夜間時間帯開始までの所定時間は、沸上げ運転を行わないことで電気代の節約を図っている。さらにまた、上記特許文献４では、昼間時間帯では貯湯タンクの全量沸上げを行わないことで維持費の抑制を図っている。
【０００６】
つまり上記特許文献２に開示されている技術では昼間時間帯での沸上げ温度を低減し、上記特許文献３，４に開示されている技術では昼間時間帯での沸上げ運転を行わないか又は沸上げ湯量を低減することによって電気代の節約を図っている。
【０００７】
しかしながら、使用量（予想される使用量を含む）に対して貯湯タンク容量が小さい場合など、昼間時間帯であっても貯湯タンクの全量沸上げ運転が必要なときがある。また、上記特許文献２に開示されている技術では、一般に貯湯量を把握するために貯湯タンクに取付けられる温度センサでの温度に基づいて沸上げ温度を判断している。しかしながら、貯湯タンクに取付けられる温度センサで沸上げ温度を判断する場合には次のような問題を招来し得る。すなわち、貯湯タンクに取付けられる温度センサは概して貯湯タンクの最底辺から所定高さよりも高い位置に取付けられるため、給湯に適する温度の湯が貯湯タンク内に満たされているか否かを判断するのが困難であること。また、貯湯タンクとヒートポンプとが離れているために、給湯に適する温度の湯が貯湯タンク内に満たされているか否かを判断するのが更に困難であること。そこで、本発明は上記課題に鑑み、昼間時間帯に全量沸上げ運転を行う場合であっても、効率的に沸上げる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明に係る貯湯式給湯装置の第１の態様は、貯湯タンク（２０）内の水を加熱する加熱部（３０）を有し、前記加熱部で予め定められた温度に沸上げて前記貯湯タンクに貯湯する貯湯式給湯装置（１０）であって、前記貯湯式給湯装置を制御する制御部（１００）を有し、前記制御部は、沸上げ運転の通電時間帯が第１時間帯か又は第２時間帯のいずれに属しているかを判断する判断部（１０２）と、前記加熱部の入口（３０ｉ）直前における水温を検知する入口温度検知部（１０４）とを備え、前記通電時間帯が前記第１時間帯に属しているときには、前記入口温度検知部が第１温度（Ｔ１）を検知したときに前記沸上げ運転を終了し、前記通電時間帯が前記第２時間帯に属しているときには、前記入口温度検知部が前記第１温度よりも低い第２温度（Ｔ２）を検知したときに前記沸上げ運転を終了する。
【０００９】
本発明に係る貯湯式給湯装置の第２の態様は、その第１の態様であって、前記加熱部（３０）の出口（３０ｊ）直後における水温を検知する出口温度検知部（１０６）を更に備え、前記第１温度（Ｔ１）は、前記出口温度検知部が検知する水温（Ｔ３）よりも低くかつ、給湯設定温度の上限温度（Ｔ４）以上である。
【００１０】
本発明に係る貯湯式給湯装置の第３の態様は、その第１の態様であって、前記加熱部（３０）として二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプが採用され、前記第２温度（Ｔ２）は、前記上限温度（Ｔ４）よりも低くかつ、前記貯湯タンク（２０）内の湯と混合される水の水温（Ｔ５）よりも高い。
【００１１】
本発明に係る貯湯式給湯装置の第４の態様は、その第１ないし第３の態様であって、前記第１時間帯は、深夜時間帯であり、前記第２時間帯は、前記深夜時間帯以外の時間帯である。
【００１２】
本発明に係る沸上げ運転方法の第１の態様は、貯湯タンク（２０）内の水を加熱する加熱部（３０）へ送り、前記加熱部で予め定められた温度に沸上げて前記貯湯タンクに貯湯する沸上げ運転方法であって、前記加熱部の入口（３０ｉ）直前における水温を検知する第１工程（Ｓ１０３）と、前記沸上げ運転の通電時間帯が第１時間帯か又は第２時間帯のいずれに属しているかを判断する第２工程（Ｓ１０４，Ｓ１０５）と、前記通電時間帯が前記第１時間帯に属しているときには、前記水温が第１温度（Ｔ１）に達したか否かを判断する第３工程（Ｓ１０６）と、前記通電時間帯が前記第２時間帯に属しているときには、前記水温が前記第１温度よりも低い第２温度（Ｔ２）に達したか否かを判断する第４工程（Ｓ１０７）と、前記第３工程又は前記第４工程において肯定的な結果を得たときに前記沸上げ運転を終了する第５工程（Ｓ１０８）とを備える。
【００１３】
本発明に係る沸上げ運転方法の第２の態様は、その第１の態様であって、前記第１時間帯は、深夜時間帯であり、前記第２時間帯は、前記深夜時間帯以外の時間帯である。
【発明の効果】
【００１４】
電力は深夜時間帯に消費する場合と、それ以外の時間帯に消費する場合とで利用料金が異なる。そこで、本発明に係る貯湯式給湯装置の第１の態様又は、本発明に係る沸上げ運転方法の第１の態様によれば、第１時間帯を深夜時間帯に、第２時間帯を深夜時間帯以外の時間帯に設定することにより、深夜時間帯以外の時間帯に沸上げ運転を行うときのランニングコストを抑制できる。しかも、加熱部の直前における水温に基づいて沸上げ運転の継続／終了を判断するので、貯湯タンク内の適正な温度の湯量を把握しやすい。
【００１５】
本発明に係る貯湯式給湯装置の第２の態様によれば、深夜時間帯に沸上げられた貯湯タンク内の湯を全て給湯に供することができる。
【００１６】
貯湯タンク容量の全量を、貯湯タンク内の湯と水、例えば給水管からの水とを混合したときに要請される温水の上限温度（給湯設定温度の上限温度）以上に沸上げる場合、沸上げ運転が終了する間際の運転効率は徐々に低下する。本発明に係る貯湯式給湯装置の第３の態様によれば、深夜時間帯以外の時間帯に沸上げ運転を行う場合に、運転効率が低い状態での沸上げ運転時間を低減することができる。
【００１７】
本発明に係る貯湯式給湯装置の第４の態様又は、本発明に係る沸上げ運転方法の第２の態様によれば、運転効率が低い状態での沸上げ運転時間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る貯湯式給湯装置の配管系統を例示する図である。
【図２】沸上げ運転時間に対する運転効率を示すグラフである。
【図３】全量沸上げ運転をしたときの昼夜の別を概念的に示す図である。
【図４】実施例に係る貯湯式給湯装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。
【００２０】
〈貯湯式給湯装置の構成の概要〉
図１に示すように、本発明に係る貯湯式給湯装置１０は例えば、貯湯タンク２０と、加熱部３０と、制御部１００とを備える。制御部１００の制御によって加熱部３０で予め定められた温度に水を沸上げて貯湯タンク２０に貯湯する。貯湯された湯と水道水とを混合部２２にて混合して温水利用（図中「給湯」と記載している）に供する。なお、制御部１００が沸上げ運転を開始する条件としては例えば、貯湯タンク２０内の残湯量が所定量以下になるか、深夜時間帯になるか、操作者からの開始命令を受付けるか、等がある。
【００２１】
貯湯タンク２０と加熱部３０とは、貯湯タンク２０の底部から加熱部３０の入口３０ｉへと水を導く往路管４１ａと、加熱部３０の出口３０ｊから貯湯タンク２０に湯を戻す配管４１ｂとにより接続されている。往路管４１ａには排水用三方弁４２及び循環ポンプ４３が設けられている。また、配管４１ｂは三方弁４４によって、貯湯タンク２０の上部に湯を戻す復路管４１ｃと、加熱部３０から貯湯タンク２０の底部に湯を戻すバイパス管４１ｄとに分岐してそれぞれが貯湯タンク２０に接続されている。
【００２２】
貯湯タンク２０の側壁には、底部から上部に向かう縦方向に予め定められた間隔を空けて複数（図１においては６個）のサーミスタ２１ａ〜２１ｆが設けられている。ここで、貯湯タンク２０の上部から底部へと向けて、第１サーミスタ２１ａ、第２サーミスタ２１ｂ、第３サーミスタ２１ｃ、第４サーミスタ２１ｄ、第５サーミスタ２１ｅ、第６サーミスタ２１ｆとする。第１サーミスタ２１ａは、加熱部３０から復路管４１ｃを経由して貯湯タンク２０に戻された湯の温度を測定する。第２サーミスタ２１ｂから第５サーミスタ２１ｅは主に貯湯タンク２０内に貯められた湯の熱量を測定するために供される。
【００２３】
往路管４１ａのうち加熱部３０の直前には、加熱部３０の入口直前における水温を検知する入口温度検知部１０４が設けられている。入口温度検知部１０４は、加熱部３０に入っていく水の温度を測定して制御部１００へと伝達する。また、配管４１ｂのうち加熱部３０の直後には、加熱部３０の直後における水温を検知する出口温度検知部１０６が設けられている。出口温度検知部１０６は、加熱部３０から出た水（湯）の温度を測定して制御部１００へと伝達する。
【００２４】
本実施形態における貯湯式給湯装置１０は２つの給水箇所を有している。一の給水箇所は貯湯タンク２０であり、他の給水箇所は混合部２２である。給水源に接続された給水管４５には三方弁４６を介して第１給水管４５ａ及び第２給水管４５ｂが接続されている。三方弁４６は第１給水管４５ａ及び第２給水管４５ｂへの給水圧力を調整する。具体例を挙げれば、貯湯タンク２０内の湯量が減少すると三方弁４６の第１給水管４５ａ側が開いて貯湯タンク２０内に給水する。また、混合部２２が貯湯タンク２０内の湯と水道水との混合を開始すると三方弁４６の第２給水管４５ｂ側が開いて混合部２２に給水する。
【００２５】
また、貯湯タンク２０の上部には貯湯タンク２０内に貯湯された湯を給湯するための給湯管４７が接続されている。給湯管４７の途中には混合部２２を介して第２給水管４５ｂが接続されている。混合部２２は、第２給水管４５ｂからの水と、給湯管４７からの湯とを任意の比率で混合する。水と湯との混合比率は、操作者が操作部（図示省略）で設定する温度（以下、「給湯設定温度」とも称する）によって定められる。
【００２６】
なお、本実施形態においては貯湯タンク２０への給水と、混合部２２への給水とを三方弁４６を用いて一の給水管４５で行っているが、それぞれに個別の給水管を接続しても良い。また、混合部２２で混合された湯の給湯先（給湯端末）は、キッチン、シャワー、浴槽等を含む。
【００２７】
制御部１００は時計機能を有しており、制御部１００には、沸上げ運転の通電時間帯が第１時間帯か又は第２時間帯のいずれに属しているかを判断する判断部１０２を備えている。具体例を挙げれば、電力利用料金が割安になる午後１１時から翌朝午前７時までのいわゆる深夜時間帯を第１時間帯とし、それ以外の午前７時から午後１１時までのいわゆる昼間時間帯を第２時間帯として、沸上げ運転時間帯が深夜時間帯か又は昼間時間帯のいずれに属しているかを判断する。
【００２８】
全量沸上げ運転をする際、制御部１００は、判断部１０２での判断結果と入口温度検知部１０４で検知された水温とに基づいて加熱部３０を制御する。具体的には、判断部１０２が沸上げ運転の通電時間帯が深夜時間帯に属していると判断したときには、入口温度検知部１０４が第１温度Ｔ１（例えば摂氏６５度）を検知したときに、制御部１００は加熱部３０での沸上げ運転を停止する。また、判断部１０２が沸上げ運転の通電時間帯が昼間時間帯に属していると判断したときには、入口温度検知部１０４が第２温度Ｔ２（＜Ｔ１、例えば摂氏５０度）を検知したときに、制御部１００は加熱部３０での沸上げ運転を停止する。つまり、入口温度検知部１０４で検知する温度が、加熱部３０での沸上げ運転を停止するか否かの判断基準となる。
【００２９】
加熱部３０で所定温度に沸上げられても、貯湯タンク２０に貯湯された湯には温度勾配が存在する。特に給水管４５から供給される水がいったん貯湯タンク２０に入ってから加熱部３０へと供給されるために温度勾配が存在する。したがって、第２サーミスタ２１ｂ〜第５サーミスタ２１ｅでの検知温度によって沸上げ運転の継続／終了を判断するよりも、入口温度検知部１０４での検知温度によって沸上げ運転の継続／終了を判断する方が、給湯に適する湯量の把握が簡単である。
【００３０】
第１温度Ｔ１は、出口温度検知部１０６が検知する水温Ｔ３よりも低くかつ、給湯設定温度の上限温度Ｔ４以上に設定される。ここで、給湯設定温度とは、上述のとおり操作者が操作部で設定する温度であって、給水管４５から供給される水の水温Ｔ５よりも高くかつ、貯湯タンク２０内に貯湯された湯の温度以下の範囲で任意に選択される温度である。換言すれば、給湯設定温度とは、加熱部３０で加熱されて貯湯タンク２０内に貯湯された湯と給水管４５からの水とが混合される温水に要請される温度と把握できる。
【００３１】
第２温度Ｔ２は、給湯設定温度の上限温度Ｔ４よりも低くかつ、給水管４５から供給される水の水温Ｔ５よりも高くに設定される。
【００３２】
加熱部３０は、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプが採用される。本発明に係る貯湯式給湯装置１０のように、貯湯タンク２０内の水を循環させながらヒートポンプで沸上げる場合、冷媒として二酸化炭素を採用したヒートポンプの運転効率は、運転時間に対して図２のように変化する。沸上げ運転開始直後は、初期動作として水以外に熱を奪われるために運転効率が低く、定常状態においては一定の高さで運転効率を維持する。しかし、運転時間が長くなり、貯湯タンク２０内の水温が上昇する、すなわち加熱部３０への入水温度が高くなると、運転効率は低下していく。つまり、冷媒として二酸化炭素を採用したヒートポンプにおいては例えば、摂氏３０度の水を摂氏８５度に沸上げるのと、摂氏６５度の水を摂氏８５度に沸上げるのとでは、前者よりも後者の方が運転効率が低い。
【００３３】
要するに本発明に係る貯湯式給湯装置１０では全量沸上げを行う場合、図３に示すように昼夜で沸上げ運転終了後の水温Ｔｗを異ならせる。電力利用料金が割安になる深夜時間帯には従来どおりに温度Ｔ４≦水温Ｔｗ＜水温Ｔ３にし、昼間時間帯には水温Ｔ５＜水温Ｔｗ＜水温Ｔ４にする。なお、本実施形態においては加熱部３０が沸上げる温度は一定、すなわち、出口温度検知部１０６が検知する温度は温度Ｔ３で一定とする。また、温度Ｔ４＞水温Ｔ５である。
【００３４】
〈貯湯式給湯装置の動作−沸上げ運転方法〉
上述のような貯湯式給湯装置１０が行う処理を図４のフローチャートに示す。なお、本フローチャートでは、全量沸上げ運転に関する処理のみを示し、その他の処理動作については図示及び説明を省略している。また、特に記載のない場合は、貯湯式給湯装置１０における一連の処理は制御部１００によって自動的に行われる。
【００３５】
図４に示すように、貯湯式給湯装置１０では、全量沸上げ運転を開始する条件（貯湯タンク２０内の残湯量が所定量以下になるか、深夜時間帯になるか、操作者からの開始命令を受付けるか等）を満足すると全量沸上げ運転（加熱部３０での加熱）を開始する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。全量沸上げ運転を開始すると、入口温度検知部１０４が加熱部３０への入水温度を検知しつつ、沸上げ運転の通電時間帯を検知して通電時間帯が深夜時間帯か又は昼間時間帯かを判断する（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。
【００３６】
通電時間帯が深夜時間帯の場合にはステップＳ１０５においてＹｅｓを選択して、入口温度検知部１０４が検知する水温が第１温度Ｔ１に達したか否かを判断し、判断結果が否定的であればステップＳ１０４に戻る。通電時間帯が深夜時間帯であってかつ、入口温度検知部１０４が検知する水温が第１温度Ｔ１に達した場合には沸上げ運転を停止する（ステップＳ１０８）。
【００３７】
通電時間帯が昼間時間帯の場合にはステップＳ１０５においてＮｏを選択して、入口温度検知部１０４が検知する水温が第２温度Ｔ２に達したか否かを判断し、判断結果が否定的であればステップＳ１０４に戻る。通電時間帯が昼間時間帯であってかつ、入口温度検知部１０４が検知する水温が第２温度Ｔ２に達した場合には沸上げ運転を停止する（ステップＳ１０８）。
【００３８】
〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、給水源から貯湯タンク２０を介して加熱部３０へと水を供給しているが、給水管を直接に加熱部３０へと接続（接続態様については図示省略）し、加熱部３０で加熱された湯を貯湯タンク２０に貯湯するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１０  貯湯式給湯装置
１００  制御部
１０２  判断部
１０４  入口温度検知部
１０６  出口温度検知部
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５  温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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