(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式給湯手段であっても、所定の加熱効率が得られる沸き上げ運転させることで、沸き上げ時間の予測が精度良く求められることを可能とした貯湯式給湯装置を実現する。【解決手段】貯湯タンク１から取水する貯湯温度に応じた沸き上げ流量を可変することで最適な加熱能力が得られるヒートポンプユニット２と、沸き上げ時間算出手段２４０および沸き上げ開始時刻算出手段２５０を有して沸き上げ運転を制御する制御装置２００とを備え、沸き上げ時間算出手段２４０は、貯湯タンク１内の貯湯温度を少なくとも二層以上の温度層に区分し、各温度層の貯湯温度に応じて沸き上げ流量から各温度層における沸き上げ時間を求めて加算する。これにより、沸き上げ時間の予測が精度良く求めることができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水源から水が給水側に供給され、貯湯側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）の給水側から取水し、加熱した湯を貯湯側に送り込んで沸き上げ運転する加熱手段（２）と、
前記貯湯タンク（１）内を湯で満たすために必要な沸き上げ時間を算出する沸き上げ時間算出手段（２４０）と、前記沸き上げ時間算出手段（２４０）により算出した沸き上げ時間に基づいて、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が終了する直前の時刻に沸き上げが終了するような沸き上げ開始時刻を算出する沸き上げ開始時刻算出手段（２５０）とを有し、所定の沸き上げ温度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、
前記沸き上げ時間算出手段（２４０）は、沸き上げ運転する前に、前記貯湯タンク（１）内の貯湯温度に応じた沸き上げ流量から沸き上げ時間を算出することを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記沸き上げ時間算出手段（２４０）は、前記貯湯タンク（１）内の貯湯温度を少なくとも二層以上の温度層に区分し、各温度層の貯湯温度に応じて沸き上げ流量から各温度層における沸き上げ時間を求めて加算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】
前記沸き上げ時間算出手段（２４０）は、各温度層に算出された沸き上げ時間のうち、いずれか一方の沸き上げ時間が所定温度よりも高い貯湯温度であることを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項４】
前記沸き上げ時間算出手段（２４０）には、各温度層に算出された沸き上げ時間のうち、貯湯温度が低い側の沸き上げ時間に前記加熱手段（２）の着霜に伴う加熱効率の低下が考慮されていることを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
【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され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、加熱手段の沸き上げ運転の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
貯湯タンク内に電気ヒータなどを設けて給湯用の湯を貯える電気温水式加熱手段を備える貯湯式給湯装置では、単位時間内に消費した給湯量に相当する給湯用の湯を貯湯タンク内に満たすために電気ヒータに電源を通電する沸き上げ時間ＴＢを求める計算式として、ＴＢ＝ＶＴ（ＴＰ−Ｔｍ）／８６０×Ｐ×ζ（ここで、ＶＴは貯湯タンクの容量、ＴＰは沸き上げ温度、Ｔｍはタンク内平均温度、Ｐは、電気ヒータの容量、ζは加熱効率）の式があって、これにより、沸き上げ時間ＴＢの算出が容易にできる。つまり、貯湯タンク内の貯湯水の温度を貯湯タンクの垂直方向に亘って設けられた温度センサなどによりタンク内の平均温度Ｔｍを検出することで、精度の良い電気ヒータの沸き上げ時間ＴＢが算出できるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２８５８７８８号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱手段を冷媒圧縮機、凝縮用水熱交換器、膨張弁、および空気熱交換器などの冷凍サイクル部品からなるヒートポンプ式給湯手段を用いる貯湯式給湯装置によれば、高温の冷媒と貯湯タンク内の水とを熱交換する凝縮用水熱交換器の加熱効率ζは冷媒と熱交換する水の温度に応じて異なる。
【０００５】
つまり、この種のヒートポンプ式給湯手段では、貯湯タンクから取水する貯湯水の温度が低いほど加熱効率ζが上昇し、貯湯水の温度がある温度を超えると急激に加熱効率ζが低下する特性を有している。このため、ヒートポンプ式給湯手段においては、上記、特許文献１の電気温水式加熱手段のように沸き上げ時間ＴＢの算出が精度良く求めることができない問題がある。
【０００６】
さらに、この沸き上げ時間ＴＢは、電力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が終了する直前の時刻に沸き上げ運転を終了する制御処理が行なわれるため、精度の良い算出が要求されるものである。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、ヒートポンプ式給湯手段であっても、所定の加熱効率が得られる沸き上げ運転させることで、沸き上げ時間の予測が精度良く求められることを可能とした貯湯式給湯装置を提供することにある。
【０００８】
【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４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、給水源から水が給水側に供給され、貯湯側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）の給水側から取水し、加熱した湯を貯湯側に送り込んで沸き上げ運転する加熱手段（２）と、貯湯タンク（１）内を湯で満たすために必要な沸き上げ時間を算出する沸き上げ時間算出手段（２４０）と、この沸き上げ時間算出手段（２４０）により算出した沸き上げ時間に基づいて、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が終了する直前の時刻に沸き上げが終了するような沸き上げ開始時刻を算出する沸き上げ開始時刻算出手段（２５０）とを有し、所定の沸き上げ温度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、
沸き上げ時間算出手段（２４０）は、沸き上げ運転する前に、貯湯タンク（１）内の貯湯温度に応じた沸き上げ流量から沸き上げ時間を算出することを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、発明者らの研究によると、ヒートポンプ方式による加熱手段（２）においては、貯湯タンク（１）から取水する貯湯温度がある温度を超えると急激に加熱効率が低下するが、貯湯温度が高くなったときに冷媒側の高圧を上昇させるとともに、沸き上げ流量を増加させることで加熱効率を最適にすることができることを見出した。つまり、貯湯温度に応じて高温の冷媒と水とが熱交換する凝縮用水熱交換器に循環する沸き上げ流量を可変することで最適な加熱効率が得られることが分かった。
【００１０】
そこで、本発明では、沸き上げ時間算出手段（２４０）を貯湯温度に応じた沸き上げ流量から沸き上げ時間を算出することにより、最適な加熱効率が得られる加熱手段（２）の沸き上げ運転ができるため、従来の電気ヒータと同様に貯湯タンク（１）内の貯湯温度を検出することで沸き上げ時間の算出が精度良くできる。
【００１１】
また、貯湯タンク（１）内の貯湯温度に基づいて沸き上げ時間の算出が容易にできるため、従来の熱量算出手段より求める方式よりも簡素に求めることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、沸き上げ時間算出手段（２４０）は、貯湯タンク（１）内の貯湯温度を少なくとも二層以上の温度層に区分し、各温度層の貯湯温度に応じて沸き上げ流量から各温度層における沸き上げ時間を求めて加算することを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、貯湯温度を少なくとも二層以上の温度層に区分し、各温度層の貯湯温度に応じて沸き上げ流量から各温度層における沸き上げ時間を求めて加算することにより、細分化することで沸き上げ時間の算出の精度がより高めることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、沸き上げ時間算出手段（２４０）は、各温度層に算出された沸き上げ時間のうち、いずれか一方の沸き上げ時間が所定温度よりも高い貯湯温度であることを特徴としている。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、所定温度よりも高い貯湯温度のときは、概して加熱効率が低下してしまうが、貯湯温度が高いときほど沸き上げ流量を可変させて加熱効率の低下を防止することができるため、沸き上げ時間の算出が精度良くできる。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、沸き上げ時間算出手段（２４０）には、各温度層に算出された沸き上げ時間のうち、貯湯温度が低い側の沸き上げ時間に加熱手段（２）の着霜に伴う加熱効率の低下が考慮されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、ヒートポンプ方式の加熱手段（２）においては、特有の着霜による加熱効率の低下を持っているため、これを考慮することで、沸き上げ時間の算出算出がより精度良くできる。
【００１８】
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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の貯湯式給湯装置を図１ないし図５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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、逃がし弁５３を配設した排出配管５２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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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の一部は加熱手段であるヒートポンプユニット２内に配置されている。
【００２７】
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、図示しない凝縮用水熱交換器および給水ポンプが設けられており、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。
【００２８】
また、図示しない給水ポンプは、図２（ａ）に示すように、吸入口１８から吸入した貯湯タンク１内の水の温度（給水温度）に応じて沸き上げ流量を可変させるように制御している。詳しくは後述するが、ある給水温度を超えると順次沸き上げ流量を増加させて給水温度の上昇によるヒートポンプユニット２の加熱効率の低下を防止させたものである。
【００２９】
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、凝縮用水熱交換器、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、貯湯タンク１の外壁面には上部から計って貯湯量が２０Ｌ、５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌ、２００Ｌ、２４０Ｌ、３００Ｌおよび３５０Ｌの位置に、その位置の湯の温度を検出する貯湯温度検出手段である水位サーミスタ３３ａ〜３３ｈが配設されている。なお、これらの水位サーミスタ３３ａ〜３３ｈは、後述する有効貯湯量を求めるための貯湯量センサとして機能して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。
【００３３】
なお、水位サーミスタ３３ｈで検出される温度情報は、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、この水位サーミスタ３３ｈが沸き上げ温度Ｔｐに達すると沸き上げ運転を終了させるための温度センサであって、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。
【００３４】
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〜３３ｈ、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。
【００３５】
次に、上記構成による貯湯式給湯装置の作動を図３に基づいて説明する。図３は、本発明の要部である制御装置２００の深夜時間帯における沸き上げ運転の制御処理を示すフローチャートである。この沸き上げ運転は、電力料金が異なる時間帯の中で、電力料金の最も安い時間帯である深夜時間帯（例えば、２３：００）に達すると、その深夜時間帯（例えば、２３：００〜翌朝７：００まで）において、例えば、前日の２３時から当日の２３時までの単位期間（例えば、一日）内に、給湯用に消費した使用熱量に相当する給湯用の湯を所定の沸き上げ温度ＴＢになるまで沸き上げ運転するようになっている。
【００３６】
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３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）。
【００３７】
そして、ステップ２２０にて、現在時刻が深夜時間帯（例えば、２３：００）に達したか否かを判定する。時刻が２３：００に達しておれば、ステップ２３０にて、現在の貯湯タンク１内の貯湯温度を水位サーミスタ３３ａ〜３３ｈにより読み込む。そして、次の沸き上げ時間算出手段であるステップ２４０にて、この温度情報に基づいてヒートポンプユニット２の沸き上げ時間を算出するものである。
【００３８】
本実施形態では、この沸き上げ時間を二つ以上の温度層に区分してそれぞれの温度層における沸き上げ時間を求めて加算するようにしている。これを具体的な一例として図４および図５に基づいて説明する。図４は、水位サーミスタ３３ａ〜３３ｈの温度データより、貯湯タンク１の上部から貯湯量Ａ（例えば、１５０Ｌ）、貯湯量Ｂ（例えば、１３０Ｌ）および貯湯量Ｃ（例えば、７０Ｌ）までの３つの層に区分したものである。
【００３９】
貯湯量Ａの層は、水位サーミスタ３３ａ〜３３ｄの平均温度が図中に示すＴｗＨであり、このＴｗＨは、残湯ありと判定される中温水判定温度（例えば、６０℃程度）である所定温度Ｂよりも高く、沸き上げ温度Ｔｐである所定温度Ａよりも低い温度である。また、貯湯量Ｂの層は、水位サーミスタ３３ｄ〜３３ｇの平均温度が図中に示すＴｗＭであり、残湯なしと判定される中温水判定温度（例えば、６０℃程度）である所定温度Ｂよりも低く、貯湯量ＣのＴｗＬよりも高い。さらに、貯湯量Ｃの層は、同じように、水位サーミスタ３３ｇ〜３３ｈの平均温度が図中に示すＴｗＬであり所定温度Ｂおよび貯湯量ＢのＴｗＭよりも低い。従って、貯湯タンク１内の残湯の温度層が３層に区分されそれぞれの平均温度がＴｗＬ＜ＴｗＭ＜ＴｗＨの関係となっている。
【００４０】
ところで、このような場合には、貯湯量Ｃおよび貯湯量Ｂの温度層に相当する熱量の沸き上げ運転を行なうようになっており、その沸き上げ運転の沸き上げ時間の算出は、下記数式（１）ないし（３）に示すように、それぞれの温度層における沸き上げ時間を求めて加算させて算出する。
【００４１】
【式１】沸き上げ時間ＴＢ＝ＴＢ１＋ＴＢ２
ただし、ＴＢ１：貯湯量Ｃにおける沸き上げ時間、ＴＢ２：貯湯量Ｂにおける沸き上げ時間である。
【００４２】
【式２】ＴＢ１＝貯湯量Ｃ×（ＴＰ−ＴｗＬ）／８６０×定格加熱能力
【００４３】
【式３】ＴＢ２＝貯湯量Ｂ×（ＴＰ−ＴｗＭ）×Ｋ１／８６０×定格加熱能力ただし、ＴＰ：沸き上げ温度、Ｋ１：流量係数である。
【００４４】
また、上記数式（２）、（３）に示す貯湯量Ｃおよび貯湯量Ｂの算出は、下記数式（４）ないし下記数式（６）により求める。なお、流量係数Ｋ１は、冷媒に二酸化炭素を用いるヒートポンプユニット２の場合には１〜２．５が望ましい。また、上記数式（３）に示すＴｗＬは、ここでは水位サーミスタ３３ｄ〜３３ｇの平均温度であったが、導入口１１から水道水を給水しているため、前日２３：００〜当日２３：００の間に貯湯タンク１に給水される給水サーミスタ２１により検出される給水温度の平均値でも良い。
【００４５】
なお、上記数式（１）は、貯湯温度の温度形態が、図４に示すように、中温水判定温度（例えば、６０℃程度）である所定温度ＢがＴｗＭよりも高くてＴｗＨよりも低いときであって、この所定温度Ｂが水位サーミスタ３３ａ〜３３ｈより検出したＴｗＨよりも高いとき、つまり、貯湯タンク１内の貯湯温度のＴｗＨが所定温度Ｂよりも低いときには、沸き上げ時間ＴＢは、数式（１）の第１項のＴＢ１のみ算出し、第２項のＴＢ２側は算出しない。
【００４６】
【式４】貯湯量＝最大貯湯量Ｌ−有効貯湯量Ｌｔ
ただし、最大貯湯量Ｌ：本実施形態では３５０Ｌである。
【００４７】
【式５】有効貯湯量（Ｌｔ１）＝Ｌｈｉ＋（Ｔｈｉ−ＴＳ）×（Ｌｌｏ−Ｌｈｉ）／（Ｔｈｉ−Ｔｌｏ）
【００４８】
【式６】有効貯湯量（Ｌｔ２）＝Ｌｈｉ＋（Ｌｌｏ−Ｌｈｉ）／２
ただし、ＴＳ：貯湯判定温度であり有効貯湯量（Ｌｔ１）および有効貯湯量（Ｌｔ２）は、図５に示すように、水位サーミスタ３３ａ〜３３ｈの中から貯湯判定温度ＴＳを二点間に含む水位サーミスタの組み合わせを検出するものであり、この二点間温度差≦２０℃以下のときに上記数式（５）により、二点間温度差＞２０℃のときは．上記数式（６）により求めるようにしている。
【００４９】
なお、上記数式（２）および数式（３）に示す定格加熱能力は、図２（ａ）に示すように、吸入口１８から吸入した貯湯タンク１内の水の温度（給水温度）に応じて沸き上げ流量を可変させるようにして最適な加熱効率を得ることのできる能力である。因みに、貯湯量Ｃの領域の時は、給水温度がＴｗＬに応じた沸き上げ流量とすることで最適な加熱能力が得られ、貯湯量Ｂの領域の時は、給水温度がＴｗＭに応じた沸き上げ流量とすることで最適な加熱能力が得られるようにしてある。
【００５０】
この流量特性は、発明者らの研究によって見出したものであって、ヒートポンプユニット２に吸入される給水温度が上昇したときは、図２（ｂ）に示すように、冷凍サイクルにおける冷媒側の高圧を上昇させるとともに、図示しない凝縮用水熱交換器に流通される沸き上げ流量を図２（ａ）のように増加させることで加熱効率の低下を防止できるものである。ただし、この流量には上限値が規制されており最大沸き上げ流量ＧｗＭａｘ以下とする。これにより、給水温度に応じて沸き上げ流量を可変させることで最適な加熱効率が得られる。
【００５１】
次に、沸き上げ開始時刻算出手段であるステップ２５０にて、沸き上げ開始時刻の算出を行なう。これは、電力料金が最も安い深夜時間帯の終了する直前の時刻にヒートポンプユニット２の沸き上げ運転が終了するように沸き上げ開始時刻を求めるものである。具体的には、上記ステップ２４０で求めた沸き上げ時間ＴＢが翌朝の７：００に終了するための沸き上げ開始時刻を算出する。
【００５２】
そして、次のステップ２６０にて、沸き上げ開始時刻に達したか否かを判定して、沸き上げ開始時刻に達したときに、ステップ２７０にて、ヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を行なう。そして、ステップ２８０にて、現在時刻が深夜時間帯の終了する７：００に達したか否かを判定してステップ２９０にて沸き上げ運転を終了させるものである。なお、この沸き上げ運転の終了は、ステップ２８０に判定される前に水位サーミスタ３３ｈの検出温度が沸き上げ温度Ｔｐに達したときに優先的に終了するようにしてある。これにより、沸き上げ運転が深夜時間帯の終了する直前の時刻に終了される。
【００５３】
以上の一実施形態の貯湯式給湯装置によれば、発明者らの研究によると、冷凍サイクル部品から構成されるヒートポンプユニット２では、貯湯タンク１から取水する貯湯温度がある温度を超えると急激に加熱効率が低下する。この貯湯温度が高くなったときに冷媒側の高圧を上昇させ、かつ沸き上げ流量を増加させることで加熱効率を最適にすることができることを見出した。つまり、貯湯温度に応じて高温の冷媒と水とが熱交換する水熱交換器に循環する沸き上げ流量を可変することで最適な加熱効率が得られることが分かった。
【００５４】
そこで、本発明では、沸き上げ時間算出手段（ステップ２４０）を貯湯温度に応じた沸き上げ流量から沸き上げ時間ＴＢを算出することにより、最適な加熱効率が得られる沸き上げ運転ができるため、従来の電気ヒータと同様に貯湯タンク１内の貯湯温度を検出することで沸き上げ時間の算出が精度良くできる。
【００５５】
しかも、上記貯湯温度を少なくとも二層以上の温度層に区分し、それぞれの層の貯湯温度に応じて沸き上げ流量からそれぞれの沸き上げ時間を求めて加算することにより、細分化することで沸き上げ時間の算出の精度がより高めることができる。
【００５６】
また、貯湯タンク１内の貯湯温度に基づいて沸き上げ時間の算出が容易にできるため、従来の熱量算出手段より求める方式よりも簡素に求めることができる。また、貯湯タンク１内の貯湯温度が所定温度よりも高いときには、概して加熱効率が低下してしまうが、貯湯温度が高いときほど沸き上げ流量を可変させて加熱効率の低下を防止することができるため、沸き上げ時間の算出が精度良くできる。
【００５７】
（他の実施形態）
以上の一実施形態では、ヒートポンプユニット２の定格加熱能力を設定するにあたり、図示しない蒸発器の着霜の可能性、沸き上げ流量の最大値の規制、および放熱損失などについては、沸き上げ時間ＴＢを算出する数式（１）ないし（３）において説明しながったが、これに限らず、着霜の可能性、沸き上げ流量の最大値および放熱損失を沸き上げ時間ＴＢに考慮することも可能である。
【００５８】
具体的には、上述の数式（２）および（３）に対して下記数式（７）および（８）に置き換えて沸き上げ時間ＴＢ１および沸き上げ時間ＴＢ２を算出すると良い。
【００５９】
【式７】ＴＢ１＝貯湯量Ｃ×（ＴＰ−ＴｗＬ）／８６０×定格加熱能力×ηｑ×ηｄ
【００６０】
【式８】ＴＢ２＝貯湯量Ｂ×Ｍａｘ｛（１／ＧｗＭａｘ），（（ＴＰ−ＴｗＭ）×Ｋ１／８６０×定格加熱能力×ηｑ）｝
ただし、ηｑ：定格加熱効率、ηｄ：着霜時加熱効率、ＧｗＭａｘ：最大沸き上げ流量である。なお、上記数式（８）に示す沸き上げ時間ＴＢ２の算出は、貯湯量Ｃにおける貯湯温度が最大沸き上げ流量ＧｗＭａｘを超えたときの算出式である。また、上記数式（８）の｛  ｝内に示す｛，カンマ｝は、数式（１／ＧｗＭａｘ）か、数式（（ＴＰ−ＴｗＭ）×Ｋ１／８６０×定格加熱能力×ηｑ）のいずれか一方を選択するものである。
【００６１】
また、一実施形態と同様に、貯湯タンク１内の貯湯温度のＴｗＨが所定温度Ｂよりも低いときには、沸き上げ時間ＴＢは、数式（７）のＴＢ１のみ算出し、数式（８）のＴＢ２側は算出しない。
【００６２】
これにより、ヒートポンプユニット２においては、着霜による加熱効率の低下、および放熱損失などを考慮してあるため沸き上げ時間の算出算出がより精度良くできる。
【００６３】
以上の実施形態では、貯湯量Ａ、貯湯量Ｂ、貯湯量Ｃにおける平均温度ＴｗＨ、ＴｗＭ、ＴｗＬを水位サーミスタ３３ａ〜３３ｈより検出した温度情報より算術平均によって求めたが、これに限らず、加重平均より求めても良い。
【００６４】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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】本発明の一実施形態における（ａ）はヒートポンプユニット２の沸き上げ流量と給水温度との関係を示す特性図、（ｂ）はヒートポンプユニット２の給水温度と冷凍サイクルの挙動との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の一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４】本発明の一実施形態における貯湯タンク１内の貯湯温度の温度形態を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態における有効貯湯量を求めるための温度と容量との関係を示す特性図である。
【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、ヒートポンプ式給湯手段）
２００…制御装置（制御手段）
２４０…沸き上げ時間算出手段
２５０…沸き上げ解し時刻算出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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