(57)【要約】【課題】料金設定の最も安い深夜時間帯に沸き上げ運転するように制御させることで、湯切れを起こすことなく、かつ深夜時間帯以外の時間帯での沸き上げ運転の低減を可能とした貯湯式給湯装置を実現する。【解決手段】制御装置２００には、平均使用熱量算出手段（ステップ３００）により算出された平均使用熱量と想定ばらつき熱量算出手段（ステップ３１０）により算出された想定ばらつき熱量とに基づいて沸き上げ目標温度を算出する第１沸き上げ目標温度算出手段（ステップ３２０）と、この第１沸き上げ目標温度算出手段（ステップ３２０）により算出された沸き上げ目標温度に基づいて、ヒートポンプユニット２を沸き上げ運転する第２沸き上げ手段（ステップ３５０）とを有する。これにより、湯切れを起こすことなく、かつ深夜時間帯以外の時間帯での沸き上げ運転の低減ができる。【選択図】        図２
2004233002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、
前記貯湯タンク（１）内の水を沸き上げ運転する加熱手段（２）と、
前記加熱手段（２）を制御する制御手段（２００）とを備える貯湯式給湯装置において、
前記制御手段（２００）には、単位期間内に前記貯湯タンク（１）から給湯した給湯量から使用した熱量を算出して、その使用熱量をデータとして蓄積する使用熱量算出手段（２９０）と、
蓄積された単位期間内の使用熱量のデータから所定期間内の平均使用熱量を算出する平均使用熱量算出手段（３００）と、
前記平均使用熱量算出手段（３００）に応じて予め設定された想定ばらつき熱量を算出する想定ばらつき熱量算出手段（３１０）と、
前記平均使用熱量算出手段（３００）により算出された平均使用熱量と前記想定ばらつき熱量算出手段（３１０）により算出された想定ばらつき熱量とに基づいて沸き上げ目標温度を算出する第１沸き上げ目標温度算出手段（３２０）と、前記第１沸き上げ目標温度算出手段（３２０）により算出された前記沸き上げ目標温度に基づいて、前記加熱手段（２）を沸き上げ運転する第２沸き上げ手段（３５０）とを有することを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記制御手段（２００）には、前記使用熱量算出手段（２９０）より算出された単位期間内の使用熱量と、前記平均使用熱量算出手段（３００）より算出された所定期間内の平均使用熱量との差が前記想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より大きいときには、沸き上げ目標温度を上昇するように補正する第２沸き上げ目標温度算出手段（３４０）を有することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項３】
前記制御手段（２００）には、前記使用熱量算出手段（２９０）より算出された単位期間内の使用熱量と前記平均使用熱量算出手段（３００）より算出された所定期間内の平均使用熱量との差が前記想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より小さいときには、沸き上げ目標温度を下降するように補正する第３沸き上げ目標温度算出手段（３４０ａ）を有することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項４】
前記平均使用熱量算出手段（３００）は、前記使用熱量算出手段（２９０）より算出された単位期間内の使用熱量と前記平均使用熱量算出手段（３００）より算出された所定期間内の平均使用熱量との差が前記想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より大きいときには、蓄積された単位期間内の使用熱量のデータのうち、その大きい単位期間内の使用熱量を除外して平均使用熱量を算出することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項５】
前記第２沸き上げ手段（３５０）は、料金設定が異なる複数の時間帯の中で料金設定が最も安い深夜時間帯に沸き上げを行なうことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項６】
内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、
前記貯湯タンク（１）内の水を沸き上げ運転する加熱手段（２）と、
前記貯湯タンク（１）内の貯湯熱量を検出する貯湯熱量検出手段（３３ａ〜３３ｅ）と、
前記貯湯熱量検出手段（３３ａ〜３３ｅ）の検出信号に基づいて前記加熱手段（２）を制御する制御手段（２００）とを備える貯湯式給湯装置において、
前記制御手段（２００）には、単位期間内に前記貯湯タンク（１）から給湯した給湯量から使用した熱量を算出して、その使用熱量をデータとして蓄積する使用熱量算出手段（２９０）と、
蓄積された単位期間内の使用熱量のデータから所定期間内の平均使用熱量を算出する平均使用熱量算出手段（２９０）と、
前記平均使用熱量算出手段（３００）に応じて予め設定された想定ばらつき熱量を算出する想定ばらつき熱量算出手段（３１０）と、
前記貯湯熱量検出手段（３３ａ〜３３ｅ）により検出された貯湯熱量が前記想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より下回ったときに前記加熱手段（２）を沸き上げ運転を行ない、かつ前記貯湯熱量検出手段（３３ａ〜３３ｅ）により検出された貯湯熱量が前記想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より上回ったときに、前記加熱手段（２）を沸き上げ運転を停止させる第１沸き上げ手段（２２０）とを有することを特徴とする貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段により加熱した給湯用の湯を貯える貯湯タンクを備える貯湯式給湯装置に関するものであり、特に、使用者の使用熱量に応じた沸き上げ運転の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の貯湯式給湯装置では、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、および空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用の湯を貯える貯湯タンクを有し、この貯湯タンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、貯湯タンク内の給湯用流体量とその流体温度とを検出して使用熱量を算出する使用熱量算出手段と、膨張弁、流体ポンプ、および冷媒圧縮機を制御して沸き上げ運転を行なう制御手段とを備えている。
【０００３】
その沸き上げ運転は、料金設定が最も低い深夜時間帯には、貯湯タンク内の貯湯量が第１所定量Ｍ１（例えば、６０℃の湯が１００Ｌ）を下回る状態を検知すると制御手段により沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温度が第１設定温度Ｋ１以上になるか、貯湯タンク内の貯湯量が第１所定量Ｍ１＋α（なお、α≧０である。）に達すると沸き上げ運転を停止するようにしている。
【０００４】
また、料金設定が比較的低い朝晩時間帯には、貯湯タンク内の貯湯量が第２所定量Ｍ２（例えば、６０℃の湯が２００Ｌ）を下回る状態を検知すると制御手段により沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温度が第２設定温度Ｋ２以上になるか、貯湯タンク内の貯湯量が第２所定量Ｍ２＋β（なお、β≧０である。）に達すると沸き上げ運転を停止する。
【０００５】
さらに、料金設定が高い昼間時間帯には、貯湯タンク内の貯湯量が第３所定量Ｍ３（例えば、６０℃の湯が２００Ｌ）を下回る状態を検知すると制御手段により沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温度が第３設定温度Ｋ３以上になるか、貯湯タンク内の貯湯量が第３所定量Ｍ３＋γ（なお、γ≧０である。）に達すると沸き上げ運転を停止する。
【０００６】
これにより、使用者が貯湯タンク内の給湯用の湯を使うパターンに対応して、湯の沸き上げ運転の開始判定条件と、沸き上げ運転の終了判定条件とを、各時間帯ごとに独立して決め、貯湯タンク内の最低貯湯量を常時確保するように制御して、全ての時間帯において湯切れを起こさないようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２０６８０５号公報  （第１１−１２頁、第１７図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１によれば、料金設定が高い昼間時間帯に貯湯タンク内の貯湯量を比較的大きい第３所定量Ｍ３（例えば、６０℃の湯が２００Ｌ）＋γ（γ≧０）以上の最低貯湯量を確保するための沸き上げ運転を行なうようにしている。これによると、湯切れを起こすことはないが電気代が高くなる問題がある。
【０００９】
また、この種の貯湯式給湯装置では、例えば、朝から深夜までの間（例えば、７：００〜２３：００）に使用する湯が少なく、２３：００の時点で多くの湯が残る使用者の場合には、夕方以降の未使用期間の放熱が無駄となる。逆に、一日の湯の使用熱量が多く、夕方までに貯湯タンク内の湯を使い切ってしまう使用者の場合には、夕方や夜の時間帯に湯切れが起きるなどの問題がある。このように、使用者によって給湯に必要とする使用熱量のバラツキが大きい。従って、このために比較的大きい最低貯湯量を得るための沸き上げ運転を行なうようにしているのが一般的である。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、料金設定の最も安い深夜時間帯に沸き上げ運転するように制御させることで、湯切れを起こすことなく、かつ深夜時間帯以外の時間帯での沸き上げ運転の低減を可能とした貯湯式給湯装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、この貯湯タンク（１）内の水を沸き上げ運転する加熱手段（２）と、この加熱手段（２）を制御する制御手段（２００）とを備える貯湯式給湯装置において、
制御手段（２００）には、単位期間内に貯湯タンク（１）から給湯した給湯量から使用した熱量を算出して、その使用熱量をデータとして蓄積する使用熱量算出手段（２９０）と、蓄積された単位期間内の使用熱量のデータから所定期間内の平均使用熱量を算出する平均使用熱量算出手段（３００）と、この平均使用熱量算出手段（３００）に応じて予め設定された想定ばらつき熱量を算出する想定ばらつき熱量算出手段（３１０）と、平均使用熱量算出手段（３００）により算出された平均使用熱量と想定ばらつき熱量算出手段（３１０）により算出された想定ばらつき熱量とに基づいて沸き上げ目標温度を算出する第１沸き上げ目標温度算出手段（３２０）と、この第１沸き上げ目標温度算出手段（３２０）により算出された沸き上げ目標温度に基づいて、加熱手段（２）を沸き上げ運転する第２沸き上げ手段（３５０）とを有することを特徴としている。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、この種の給湯装置においては、使用者によって給湯に必要とする使用熱量にバラツキが生ずるものである。そこで、本発明では、平均使用熱量と想定ばらつき熱量とに基づいて沸き上げ目標温度を算出する第１沸き上げ目標温度算出手段（３２０）と、この第１沸き上げ目標温度算出手段（３２０）により算出された沸き上げ目標温度に基づいて、加熱手段（２）を沸き上げ運転する第２沸き上げ手段（３５０）とを有することにより、使用熱量に加え想定ばらつき熱量を考慮した沸き上げ目標温度に沸き上げることにより、湯切れを起こすことなく給湯できるとともに、沸き上げ運転を、例えば、料金設定が最も低い深夜時間帯に行なうことで、料金設定が高くなる深夜時間帯以外の時間帯での沸き上げ運転の低減ができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、制御手段（２００）には、使用熱量算出手段（２９０）より算出された単位期間内の使用熱量と、平均使用熱量算出手段（３００）より算出された平均使用熱量との差が想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より大きいときは、沸き上げ目標温度を上昇するように補正する第２沸き上げ目標温度算出手段（３４０）を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、単位期間内の使用熱量と所定期間内の平均使用熱量との差、つまり、最新の使用熱量のばらつき熱量が、予め設定された想定ばらつき熱量よりも大きいときは、沸き上げ目標温度を上昇するように補正する第２沸き上げ目標温度算出手段（３４０）を有することにより、想定外にばらつき熱量が増加しても沸き上げ目標温度を上昇するように補正することで湯切れを起こさせることがない。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、制御手段（２００）には、使用熱量算出手段（２９０）より算出された単位期間内の使用熱量と平均使用熱量算出手段（３００）より算出された平均使用熱量との差が想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より小さいときには、沸き上げ目標温度を下降するように補正する第３沸き上げ目標温度算出手段（３４０ａ）を有することを特徴としている。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、また、最新の使用熱量のばらつき熱量が、予め設定された想定ばらつき熱量よりも小さいときは、沸き上げ目標温度を下降するように補正する第３沸き上げ目標温度算出手段（３４０ａ）を有することにより、想定外にばらつき熱量が減少しても沸き上げ目標温度を下降するように補正することで湯切れを起こさせることがないとともに、使用熱量に応じた無駄のない沸き上げ運転ができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、平均使用熱量算出手段（３００）は、使用熱量算出手段（２９０）より算出された単位期間内の使用熱量と平均使用熱量算出手段（３００）より算出された平均使用熱量との差が想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より大きいときには、蓄積された単位期間内の使用熱量のうち、その大きい単位期間内の使用熱量を除外して平均使用熱量を算出することを特徴としている。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、最新の使用熱量のばらつき熱量が、予め設定された想定ばらつき熱量よりも大きいときは、その大きい使用熱量を除外して平均使用熱量を算出することにより、使用熱量に応じた無駄のない沸き上げ運転ができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、第２沸き上げ手段（３５０）は、料金設定が異なる複数の時間帯の中で料金設定が最も安い深夜時間帯に沸き上げを行なうことを特徴としている。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、料金設定が最も安い深夜時間帯に沸き上げを行なうことにより、料金設定が高くなる深夜時間帯以外の時間帯での沸き上げ運転の低減ができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、この貯湯タンク（１）内の水を沸き上げ運転する加熱手段（２）と、貯湯タンク（１）内の貯湯熱量を検出する貯湯熱量検出手段（３３ａ〜３３ｅ）と、この貯湯熱量検出手段（３３ａ〜３３ｅ）の検出信号に基づいて加熱手段（２）を制御する制御手段（２００）とを備える貯湯式給湯装置において、
制御手段（２００）には、単位期間内に貯湯タンク（１）から給湯した給湯量から使用した熱量を算出して、その使用熱量をデータとして蓄積する使用熱量算出手段（２９０）と、蓄積された単位期間内の使用熱量から所定期間内の平均使用熱量を算出する平均使用熱量算出手段（２９０）と、この平均使用熱量算出手段（３００）に応じて予め設定された想定ばらつき熱量を算出する想定ばらつき熱量算出手段（３１０）と、貯湯熱量検出手段（３３ａ〜３３ｅ）により検出された貯湯熱量が想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より下回ったときに加熱手段（２）を沸き上げ運転を行ない、かつ貯湯熱量検出手段（３３ａ〜３３ｅ）により検出された貯湯熱量が想定ばらつき熱量算出手段（３１０）より算出された想定ばらつき熱量より上回ったときに、加熱手段（２）を沸き上げ運転を停止させる第１沸き上げ手段（２２０）とを有することを特徴としている。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、使用熱量を算出する使用熱量算出手段（２９０）と、所定期間内の平均使用熱量を算出する平均使用熱量算出手段（２９０）と、想定ばらつき熱量を算出する想定ばらつき熱量算出手段（３１０）とを有して、平均使用熱量算出手段（３００）に応じて予め設定された想定ばらつき熱量を最低貯湯量とすることで、想定ばらつき熱量が使用熱量に応じて可変できることで、湯切れを起こすことなく沸き上げ運転ができる。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を適用した第１実施形態の貯湯式給湯装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は、貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の貯湯式給湯装置は、図１に示すように、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、高温の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。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。
【００２５】
導入管１２には温度検出手段である給水サーミスタ２１が設けられており、導入管１２内の温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。また、導入管１２には導入される水道水の水圧が所定圧となるように調節するとともに、断水などにおける湯の逆流を防止する減圧逆止弁５１が設けられている。そして、導入管１２の給水サーミスタ２１および減圧逆止弁５１が設けられた位置より下流の給水分岐点１２ａと後述する混合弁１６とはバイパス経路である給水配管１５により繋がれている。
【００２６】
一方、貯湯タンク１の最上部には導出口１３が設けられ、導出口１３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導出管１４が接続されている。なお、導出管１４の経路途中には、図示しない逃がし弁を配設した排出配管が接続されており、貯湯タンク１内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク１内の湯を外部に排出して、貯湯タンク１等にダメージを与えないようになっている。
【００２７】
１６は混合手段である混合弁であり、導出管１４と給水配管１５との合流点に配置されている。そして、混合弁１６は開口面積比（導出管１４に連通する湯側の開度と給水配管１５に連通する水側の開度の比率）を調節することにより、導出管１４からの湯と給水配管１５からの水道水との混合比を調節できるようになっている。
【００２８】
なお、混合弁１６はサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動して各経路の開度を調節する電動弁であり、後述する制御装置２００からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置２００に出力するようになっている。
【００２９】
混合弁１６の出口側には、混合湯経路である配管１７が接続されている。この配管１７は図示しない給湯水栓、シャワー水栓および浴槽等へ混合された給湯水を導く配管である。そして、配管１７には温度検出手段である給湯サーミスタ７１と給湯検出手段である流量カウンタ７２が設けられており、給湯サーミスタ７１は配管１７内の温度情報を、流量カウンタ７２は配管１７内の流量情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。
【００３０】
なお、流量カウンタ７２が配管１７内の水の流れを検出したときには、給湯水栓、シャワー水栓および浴槽等のいずれかで湯が使用されようとしているということである。このとき制御装置２００は、給湯設定温度に応じて、まず給水サーミスタ２１からの温度情報と後述する出湯サーミスタ３２からの温度情報とから混合弁１６の開口面積比を概略調節し、その後給湯サーミスタ７１からの温度情報に基づいて給湯温度が設定温度となるように混合弁１６の開口面積比を微細制御するようになっている。
【００３１】
また、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１８が設けられ、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１内に湯を吐出する吐出口１９が設けられている。吸入口１８と吐出口１９とは循環回路２０で接続されており、循環回路２０の一部はヒートポンプユニット２内に配置されている。
【００３２】
この循環回路２０のヒートポンプユニット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１８から吸入した貯湯タンク１内の水を高温冷媒との熱交換により加熱し、吐出口１９から貯湯タンク１内に戻すことにより貯湯タンク１内の水を沸き上げることができるようになっている。
【００３３】
なお、本実施形態の加熱手段であるヒートポンプユニット２は、図示しない圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプである。この超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などを冷媒とするヒートポンプサイクルである。
【００３４】
因みに、超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５℃〜９０℃程度）の給湯水を沸き上げることができる。また、ヒートポンプユニット２は後述する制御装置２００からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置２００に出力するようになっている。
【００３５】
次に、貯湯タンク１の上部外壁面には、貯湯タンク１内上部の水温を検出する出湯サーミスタ３２が設けられており、導出口１３から導出される水の温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。
【００３６】
また、貯湯タンク１の外壁面には上部から計って５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌ、２００Ｌおよび３００Ｌの位置に、その位置の湯の温度を検出する貯湯熱量検出手段である水位サーミスタ３３ａ〜３３ｅが配設されている。因みに、水位サーミスタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃおよび３３ｄは貯湯量センサとして機能し、水位サーミスタ３３ｅは満タンセンサとして機能しているとともに、各水位レベルでの温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。
【００３７】
従って、後述する制御装置２００は、水位サーミスタ３３ａ〜３３ｅからの温度情報に基づいて、貯湯タンク１内上方の沸き上げられた湯と貯湯タンク１内下方の沸き上げられる前の水との温度境界位置より貯湯量を検出できるようになっている。因みに、水位サーミスタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃが所定温度（例えば、６０℃）以上で、水位サーミスタ３３ｄが所定温度（例えば、６０℃）以下のときは、貯湯量が１５０Ｌであると検出できる。なお、上述の所定温度は沸き上がり温度である。
【００３８】
なお、本実施形態では、水位サーミスタ３３ｅで検出される温度情報は、後述する全量沸き上げ運転を行なうときの沸き上げ温度Ｔｐを検出するものであって、ヒートポンプユニット２に吸入される吸入口１８の近傍に設けられている。
【００３９】
また、２００は制御手段である制御装置であり、各サーミスタ２１、３２、３３ａ〜３３ｅ、７１からの温度情報、流量カウンタ７２からの流量情報および操作手段である操作盤１００に設けられた図示しない各種操作スイッチ等からの操作信号に基づいて、ヒートポンプユニット２、混合弁１６等を制御するように構成されている。
【００４０】
次に、上記構成による貯湯式給湯装置の作動を図２に基づいて説明する。図２は、制御装置２００の沸き上げ運転の制御処理を示すフローチャートである。本実施形態の沸き上げ運転は、通常は、貯湯量が想定ばらつき湯量を下回ったときにヒートポンプユニット２の沸き上げを行なうとともに、１日のうちで２３時から翌朝の７時の時間帯、すなわち電力料金の安い時間帯である深夜時間帯に達すると、その深夜時間帯において、例えば、主に２３時から翌日の２３時までの単位期間（例えば、一日）内に給湯用に必要とする使用熱量に相当する温水が貯湯タンク１内に貯湯されるようにヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を行なうようにしている。
【００４１】
ここで、上記、想定ばらつき湯量は、発明者らの研究により見出したものであり、詳しくは後述するが貯湯タンク１から給湯した給湯量を単位期間（例えば、一日あたり）内における給湯用に必要とする使用熱量とその使用熱量のばらつき熱量との関係に基づいて、単位期間（例えば、一日あたり）内における使用湯量とその使用湯量に応じた想定ばらつき湯量との関係に換算したものである。
【００４２】
従って、沸き上げ時の最低貯湯量を使用湯量に応じた想定ばらつき湯量に置き換えて、現在の貯湯量と想定ばらつき湯量とを比較し、因みに、現在の貯湯量が想定ばらつき湯量が下回ったときにヒートポンプユニット２の沸き上げ運転することにより湯切れを起こさないようにしている。ここで、最低貯湯量とは、給湯中に貯湯タンク１内の温水がなくなってしまう状態、つまり、湯切れを防止するために沸き増しを開始するための貯湯量のことであり、従来は、比較的大きな所定値（例えば、１５０〜２００Ｌ程度）を設定して湯切れを防止しているのが一般的である。
【００４３】
次に、本発明の要部である沸き上げ運転の制御処理について説明する。まず、図示しない各種操作スイッチのうち、沸き上げ運転スイッチ（図示せず）を操作する。これにより、図２に示すように、制御装置２００は沸き上げ運転の制御処理をスタートする（ステップ２１０）。
【００４４】
そして、通常はステップ２２０における第１沸き上げ手段である沸き上げ運転を行なうものであり、この第１沸き上げ手段では、ステップ２３０にて、水位サーミスタ３３ａ〜３３ｅからの温度情報に基づいて、所定温度以上（例えば、６０℃）の水位サーミスタ３３ａ〜３３ｅより現在の貯湯量を検出する。
【００４５】
次に、ステップ２４０にて、現在の貯湯量が予め設定された想定ばらつき湯量以下か否かを判定する。ここで、現在の貯湯量が想定ばらつき湯量を下回っているときは、ステップ２５０にて、ヒートポンプユニット２を沸き上げ運転を行なうように制御する。そして、次のステップ２６０にて、現在の貯湯量が想定ばらつき湯量＋α（例えば、５０Ｌ程度）以上か否かを判定する。そして、現在の貯湯量が想定ばらつき湯量＋α以上であればステップ２７０において、ヒートポンプユニット２を沸き上げ運転の停止を行なうように制御するものである。
【００４６】
ここで、沸き上げ運転の開始条件および終了条件である想定ばらつき湯量は、発明者らの研究により見出したものであり、具体的には、図３に示すように、使用湯量に応じて想定ばらつき湯量が求められるようにしている。つまり、この種の貯湯式給湯装置における単位期間（例えば、一日）あたりの使用湯量とそのばらつき湯量との関係を調査してその相関を示したものである。これによれば、使用湯量が大きくなるとばらつき湯量も徐々に増加するような特性を示しており、必要とする使用湯量が増加するとばらつき湯量も増加するようになっている。
【００４７】
なお、上述のステップ２４０およびステップ２６０における想定ばらつき湯量は、後述するステップ２８０以降に詳しく説明するが、ステップ２８０の２３時に達する前においては、一日前に求めた過去の所定期間（例えば、７日間）内における単位期間（例えば、一日あたり）内の平均使用湯量に応じた想定ばらつき湯量であり、必要とする使用湯量に応じて想定ばらつき湯量が自動的に可変するようにしている。また、ステップ２４０において、現在の貯湯量が想定ばらつき湯量を上回っているときには沸き上げ運転を行なわない。
【００４８】
次に、料金設定の安い深夜時間帯（例えば、２３：００〜翌朝７：００）の２３時に達したときには、ステップ２８０にて、現在時刻が２３時に達したか否かを判定し、ＹＥＳならば使用熱量算出手段であるステップ２９０にて、その日（例えば、前日の２３時〜当日の２３時まで）に貯湯タンク１から給湯用に使用した熱量を算出して、その一日あたりの使用熱量を制御装置２００の図示しないＲＯＭ内に記憶しておく。なお、記憶する一日あたりの使用熱量は、過去の所定期間（例えば、７日間）分が蓄積するように記憶されている。
【００４９】
因みに、その算出の一例を以下述べる。まず、その日１日（例えば、前日の２３時〜当日の２３時まで）に使用した１リットル毎の使用熱量を積算した値とする。その１リットルの熱量を求める式を数式１に示す。
【００５０】
【数式１】Ｑｓ１Ｌ＝（Ｔｈｗ−ＴＨＷＡ）×比重／放熱ロス係数
ただし、Ｑｓ１Ｌ：１リットルの熱量、Ｔｈｗ：給湯温度、ＴＨＷＡ：平均給水温、放熱ロス係数：０．９である。
【００５１】
なお、平均給水温度ＴＨＷＡは、前日の２３時〜当日の２３時までの間に、貯湯タンク１に供給される給水温度Ｔｔｗｉの平均であり基準水温とする。具体的には、流量カウンタ７２で給湯流量を検出し、一定時間毎に給水温度の積算を行い、２３時を過ぎた時点で平均値を求めている。また、比重は温度から熱量への変換の定数であり、数式２から求め、放熱ロス係数は、０．９としている。
【００５２】
【数式２】比重＝（−２×１０−６×Ｔｈｗ２−２．７×１０−４×Ｔｈｗ＋１．００５８）
ただし、Ｔｈｗ：給湯温度である。なお、流量カウンタ７２が１リットルの流量を検出する毎に上記数式１に当てはめて積算熱量を計算する。それが数式３である。
【００５３】
【数式３】Ｑｄａｙ＝ΣＱｓ１Ｌ
ただし、Ｑｄａｙ：１日の使用熱量、１リットル毎の使用熱量の積算値（前日の２３時〜当日の２３時まで）、そして、過去１週間前迄の各１日の使用熱量を、Ｑｄａｙｎ、Ｑｄａｙｎ−１、Ｑｄａｙｎ−２、……、Ｑｄａｙｎ−５、Ｑｄａｙｎ−６とする。
【００５４】
そして、次の平均熱量算出手段であるステップ３００において、蓄積された過去７日間の使用熱量より平均使用熱量を数式４より算出する。
【００５５】
【数式４】平均使用熱量Ｑａｖ＝（Ｑｄａｙｎ＋Ｑｄａｙｎ−１＋Ｑｄａｙｎ−２＋Ｑｄａｙｎ−３＋Ｑｄａｙｎ−４＋Ｑｄａｙｎ−５＋Ｑｄａｙｎ−６）／７
なお、本実施形態では、使用熱量の蓄積データの所定期間を過去７日間としたが、これに限らず、例えば、過去一ヶ月、季節別期間などに蓄積しても良い。
【００５６】
次に、想定ばらつき湯量算出手段であるステップ３１０において、想定ばらつき湯量を算出する。具体的には、図３に示す使用湯量と想定ばらつき湯量との関係の特性図から求めるものであり、平均熱量算出手段であるステップ３００にて算出された平均使用熱量を数式５より平均使用湯量に換算して、その平均使用湯量に応じた想定ばらつき湯量を求める。
【００５７】
【数式５】平均使用湯量Ｌａｖ＝Ｑａｖ／（（Ｔａｖｇ―ＴＨＷＡ）×比重×４．１８）
ただし、Ｔａｖｇ：タンク内平均温度
そして、次の第１沸き上げ目標温度算出手段であるステップ３２０において、平均使用熱量と想定ばらつき湯量とに基づいて沸き上げ目標温度を数式６より算出する。
【００５８】
【数式６】沸き上げ目標温度Ｔｐｏ＝Ｑａｖ／（（タンク容量−想定ばらつき湯量）×比重×４．１８）＋ＴＨＷＡ
ただし、タンク容量は貯湯タンク１の最大貯湯量（例えば、３００Ｌ）であり、比重は数式２のものと異なり、湯量、熱量より必要な温度を求めるための変換定数である。ここでは、比重＝０．９５としている。さらに、沸き上げ目標温度Ｔｐｏは、６５〜９０℃という制限を設けている。これは、６５℃未満であると仕様上の温水が作れなくなり、９０℃を超え１００℃に近づくと沸騰の虞が生ずるためである。
【００５９】
次に、ステップ３３０にて、第１沸き上げ目標温度算出手段であるステップ３２０にて求めた沸き上げ目標温度Ｔｐｏを補正するか否かを判定する。具体的には、上述のステップ２９０にて求めた当日の使用熱量とステップ３００にて求めた平均使用熱量との差、すなわち、使用熱量から換算した使用湯量と平均使用熱量から換算した平均使用湯量との差であるばらつき量が、ステップ３１０で算出された想定ばらつき量を上回っているか否かを判定する。
【００６０】
これは、当日の使用熱量もしくは使用湯量が想定外に多くなったときには、次の日の使用熱量もしくは使用湯量が多いことが想定されるため、次の第２沸き上げ目標温度算出手段であるステップ３４０にて、沸き上げ目標温度Ｔｐｏを補正するもので数式７より求める。
【００６１】
【数式７】補正沸き上げ目標温度Ｔｐｏ２＝Ｔｐｏ＋β
ただし、β：補正係数、ここでは、５℃としている。これにより、沸き上げ目標温度Ｔｐｏを補正係数分だけ高めることで次の日の使用熱量を増加させることができる。なお、ステップステップ３３０にて、ばらつき量が想定ばらつき湯量よりも下回っているときには、ステップ３４０を迂回して第２沸き上げ手段であるステップ３５０に移行する。
【００６２】
第２沸き上げ手段であるステップ３５０では、電力料金が安い時間帯である深夜時間帯（例えば、２３時から７時まで）において、翌日（当日の２３時〜翌日の２３時まで）に使用する給湯用の使用湯量を沸き上げ目標温度Ｔｐｏもしくは補正沸き上げ目標温度Ｔｐｏ２まで沸き上げ運転を行なうものである。
【００６３】
この第２沸き上げ手段は、具体的にはステップ３６０にて、ヒートポンプユニット２に全量沸き上げ運転を作動するように出力するとともに、ステップ３７０にて、水位サーミスタ３３ｅにより検出された沸き上げ温度Ｔｐが沸き上げ目標温度Ｔｐｏもしくは補正沸き上げ目標温度Ｔｐｏ２に達するまで、ヒートポンプユニット２を運転させ、ステップ３７０にて、沸き上げ温度Ｔｐが沸き上げ目標温度Ｔｐｏもしくは補正沸き上げ目標温度Ｔｐｏ２を上回ったときに、ステップ３８０にて、ヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を停止するように制御される。これにより、深夜時間帯（例えば、２３時から７時まで）において、翌日（当日の２３時〜翌日の２３時まで）に使用する給湯用の使用湯量に相当する給湯量が沸き上げることができる。
【００６４】
なお、本実施形態の想定ばらつき湯量は、使用者によって異なる給湯量のばらつきを使用湯量に応じた想定ばらつき湯量を見出したものであるが、それぞれの湯量から熱量に換算して使用熱量に応じた想定ばらつき熱量を用いても良い。
【００６５】
以上の第１実施形態の貯湯式給湯装置によれば、この種の貯湯式給湯装置では、使用者によって給湯に必要とする使用熱量にバラツキが生ずるものである。そこで、本発明では、平均使用熱量と想定ばらつき熱量（想定ばらつき湯量でも良い。）とに基づいて、沸き上げ目標温度Ｔｐｏを算出する第１沸き上げ目標温度算出手段（ステップ３２０）と、この第１沸き上げ目標温度算出手段（ステップ３２０）により算出された沸き上げ目標温度Ｔｐｏに基づいて、ヒートポンプユニット２を沸き上げ運転する第２沸き上げ手段（ステップ３５０）とを有することにより、使用熱量に加え想定ばらつき熱量（想定ばらつき湯量でも良い。）を考慮した沸き上げ目標温度に沸き上げることにより、湯切れを起こすことなく給湯できるとともに、この第２沸き上げ手段である沸き上げ運転を、例えば、料金設定が最も低い深夜時間帯（例えば、当日の２３時〜翌朝の７時まで）に行なうことで、料金設定が高くなる深夜時間帯以外の時間帯での沸き上げ運転の低減ができる。
【００６６】
また、単位期間（例えば、一日）内の使用熱量と所定期間（例えば、７日間）内の平均使用熱量との差、つまり、最新の使用熱量のばらつき熱量が、予め設定された想定ばらつき熱量（想定ばらつき湯量でも良い。）よりも大きいときは、沸き上げ目標温度を上昇するように補正する第２沸き上げ目標温度算出手段（ステップ３４０）を有することにより、想定外にばらつき熱量が増加しても沸き上げ目標温度Ｔｐｏを上昇するように補正することで湯切れを起こさせることがない。
【００６７】
また、使用熱量を算出する使用熱量算出手段（ステップ２９０）と、所定期間内の平均使用熱量を算出する平均使用熱量算出手段（ステップ３００）と、想定ばらつき熱量（想定ばらつき湯量でも良い。）を算出する想定ばらつき熱量算出手段（ステップ３１０）とを有して、平均使用熱量算出手段（ステップ３００）に応じて予め設定された想定ばらつき熱量（想定ばらつき湯量でも良い。）を最低貯湯量とすることで、想定ばらつき熱量が使用熱量に応じて可変できることで、湯切れを起こすことなく沸き上げ運転ができる。
【００６８】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、沸き上げ運転の制御処理において、ステップ３３０では、ステップ２９０にて求めた当日の使用熱量とステップ３００にて求めた平均使用熱量との差、すなわち、使用熱量から換算した使用湯量と平均使用熱量から換算した平均使用湯量との差であるばらつき量が、ステップ３１０で算出された想定ばらつき量を上回っているか否かを判定させたが、上記ばらつき量が、ステップ３１０で算出された想定ばらつき湯量を逆に下回っているか否かを判定させても良い。
【００６９】
具体的には、図４に示すように、ステップ３３０ａにおいて、ステップ２９０にて求めた当日の使用熱量とステップ３００にて求めた平均使用熱量との差から求められるばらつき量が想定ばらつき湯量を下回っているか否かを判定させ、このばらつき量が想定ばらつき湯量を下回ったとき、すなわち、当日の使用熱量もしくは使用湯量が想定外に少なくなったときには、次の日の使用熱量もしくは使用湯量が少ないことが想定されるため、次の第３沸き上げ目標温度算出手段であるステップ３４０ａにて、沸き上げ目標温度Ｔｐｏを補正するもので数式８より算出する。
【００７０】
【数式８】補正沸き上げ目標温度Ｔｐｏ３＝Ｔｐｏ−β
ただし、β：補正係数、ここでは、５℃としている。これにより、沸き上げ目標温度Ｔｐｏを補正係数分だけ低くすることで次の日の使用熱量を減少させることができる。なお、ステップ３３０ａにて、ばらつき量が想定ばらつき湯量よりも上回っているときには、ステップ３４０ａを迂回して第２沸き上げ手段であるステップ３５０に移行する。
【００７１】
これにより、沸き上げ目標温度Ｔｐｏを下降するように補正する第３沸き上げ目標温度算出手段（ステップ３４０ａ）を有することにより、想定外にばらつき熱量が減少しても沸き上げ目標温度を下降するように補正することで湯切れを起こさせることがないとともに、使用熱量に応じた無駄のない沸き上げ運転ができる。なお、図４に示す符合は、第１実施形態と同様の制御処理を示すものは同一の符合を付して説明を省略する。
【００７２】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、ステップ３３０およびステップ３３０ａにおいて、沸き上げ目標温度Ｔｐｏを補正するために固定の補正係数βを設けたが、これに限らず、例えば、ステップ２９０にて求めた当日の使用熱量とステップ３００にて求めた平均使用熱量との差から求められるばらつき量と想定ばらつき湯量との偏差によって補正係数βが可変するようにしても良い。
【００７３】
また、第１実施形態では、ステップ２９０にて求めた当日の使用熱量とステップ３００にて求めた平均使用熱量との差、すなわち、使用熱量から換算した使用湯量と平均使用熱量から換算した平均使用湯量との差であるばらつき量が、想定ばらつき量を上回っている想定外の使用熱量もしくは使用湯量のときには、使用熱量算出手段であるステップ２９０にて、このときの想定外に大きい使用熱量もしくは使用湯量をデータとして蓄積することを除外し、かつステップ３００にて、平均使用熱量もしくは平均使用湯量を算出させると良い。これにより、使用熱量に応じた無駄のない沸き上げ運転ができる。
【００７４】
また、以上の実施形態では、本発明を圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプからなるヒートポンプユニット２に適用したが、これに限らず、一般のヒートポンプサイクルを構成する加熱手段に適用しても良い。さらに、貯湯タンク１内に電気ヒータが配設され、深夜電力を用いて給湯水を蓄える電気温水器に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における制御装置２００の沸き上げ運転の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態における使用湯量と想定ばらつき湯量との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の第２実施形態における制御装置２００の沸き上げ運転の制御処理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…ヒートポンプユニット（加熱手段）
３３ａ〜３３ｅ…水位サーミスタ（貯湯熱量検出手段）
２００…制御装置（制御手段）
２２０…第１沸き上げ手段
２９０…使用熱量算出手段
３００…平均使用熱量算出手段
３１０…想定ばらつき熱量算出手段
３２０…第１沸き上げ目標温度算出手段
３４０…第２沸き上げ目標温度算出手段
３４０ａ…第３沸き上げ目標温度算出手段
３５０…第２沸き上げ手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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