液体加熱装置
【課題】省エネルギー性を確保しつつ、ユーザに不便を感じさせないことが可能な液体加熱装置を提供する。
【解決手段】液体加熱装置の一例である給湯機Ｓの制御装置５０は、操作端末４０の操作によって所定期間内に設定された、液体を外部へ供給する温度である給液温度設定値が記憶される記憶部５２と、パラメータに基づいて第一の仮目標沸き上げ温度を算出するとともに、所定期間内の給液温度設定値に基づいて第二の仮目標沸き上げ温度を算出し、第一の仮目標沸き上げ温度及び第二の仮目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度として湯を加熱するようにヒートポンプユニット２０を制御する制御部５１と、を備える。
【解決手段】液体加熱装置の一例である給湯機Ｓの制御装置５０は、操作端末４０の操作によって所定期間内に設定された、液体を外部へ供給する温度である給液温度設定値が記憶される記憶部５２と、パラメータに基づいて第一の仮目標沸き上げ温度を算出するとともに、所定期間内の給液温度設定値に基づいて第二の仮目標沸き上げ温度を算出し、第一の仮目標沸き上げ温度及び第二の仮目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度として湯を加熱するようにヒートポンプユニット２０を制御する制御部５１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば給湯機といった液体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のタンク貯湯式電気給湯機における沸き上げ制御は、省エネルギー性を高めるため、ユーザの過去の使用実績から１日の必要熱量を計算し、消費電力を最大限低く抑えるよう目標沸き上げ温度を決定する沸き上げ制御が行われている（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４５００１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４４９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ユーザの要求湯量に対し十分な量を確保するために、沸き上げ温度を高く設定しておきたいという考え方が存在する。ユーザにとっては、昼間（給湯使用中）に湯切れすることは最たる不便であるから，夜間の沸き上げ量は余裕を持たせた値を設定したい。
【０００５】
一方、日々の消費湯量が少ないユーザにおいては、給湯機に備わる学習機能により給湯機の目標沸き上げ温度が低下していく。この際、貯湯タンク内の湯温よりも高温の給湯の要求など、１日の総熱量負荷は低いが瞬間的な温度負荷が高いという状況が発生した場合、ユーザが求める給湯温度を満足できない現象が発生する可能性がある。近年の電気給湯機は給湯流量が増大する傾向にあり、瞬間的熱量負荷（温度負荷）が高まることから本現象が発生する確率が高く、タンク内の湯温は、省エネルギー性を確保可能な範囲で高くあることが望ましい。
【０００６】
そこで、本発明は、省エネルギー性を確保しつつ、ユーザに不便を感じさせないことが可能な液体加熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は、液体を加熱する液体加熱部と、加熱された前記液体が貯留されるタンクと、前記液体加熱部を制御する制御装置と、前記制御装置と通信可能に接続される操作端末と、前記液体を加熱するためのパラメータを検出するセンサ類と、を備える液体加熱装置であって、前記制御装置は、前記操作端末の操作によって所定期間内に設定された、液体を外部へ供給する温度である給液温度設定値が記憶される記憶部と、前記パラメータに基づいて第一の目標沸き上げ温度を算出するとともに、所定期間内の前記給液温度設定値に基づいて第二の目標沸き上げ温度を算出し、前記第一の目標沸き上げ温度及び前記第二の目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度として前記液体を加熱するように前記液体加熱部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、省エネルギー性を確保しつつ、ユーザに不便さを感じさせないことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る給湯機の例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る給湯機の制御装置及び操作端末を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る操作端末の外観を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る給湯機の制御装置の動作例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、本発明の液体加熱装置を給湯機に適用した場合を例にとり、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る給湯機（液体加熱装置）Ｓは、電気給湯機であり、加熱給液部として、貯湯タンク１１を有するタンクユニット１０と、ヒートポンプユニット２０と、を備える。なお、以下の説明において、各配管１４ａ〜１４ｈに設けられたバルブ（電磁弁）等に関する記載は省略する。
【００１２】
＜タンクユニット１０＞
タンクユニット１０は、貯湯タンク１１と、ポンプ１２と、給湯熱交換器１３と、を備える。これら貯湯タンク１１及び給湯熱交換器１３は、配管１４ｅ及び配管１４ｆによって液体循環可能に接続されている。
【００１３】
貯湯タンク１１は、温水を貯湯するタンクである。貯湯タンク１１の下部には、配管１４ａ，１４ｂを順次介して水（液体）が供給される。
【００１４】
ポンプ１２は、貯湯タンク１１内の温水を、配管１４ｅ→給湯熱交換器１３→配管１４ｆ→貯湯タンク１１と循環させるポンプである。
【００１５】
熱交換器１３は、貯湯タンク１１の上部から配管１４ｅを介して供給された温水と、配管１４ａ，１４ｇを順次介して供給された水と、を熱交換することによって、配管１４ａ，１４ｇから供給された水を加熱して湯を生成する。貯湯タンク１１から供給された温水は、熱交換によって冷却され、配管１４ｆを介して貯湯タンク１１の下部へ戻される。また、生成された湯は、配管１４ｈを介して外部（ふろ、混合栓等）へ供給される。
【００１６】
＜ヒートポンプユニット２０＞
ヒートポンプユニット２０は、貯湯タンク１１に貯湯するための水（液体）を加熱するための液体加熱部、すなわち、熱源である。ヒートポンプユニット２０は、外界の熱を、膨張させた低温の二酸化炭素等の冷媒で吸熱した後、圧縮させ高温とした冷媒と配管１４ｃを流れる貯湯タンク１１からの低温水とで熱交換を行い、低温水を加熱する装置である。ヒートポンプユニット２０は、冷媒の膨張、圧縮を繰り返し、外界から吸熱し低温水を加熱するヒートポンプ（図示せず）と、配管１４ｃを流れる貯湯タンク１１の低温水を循環させる循環ポンプ（図示せず）とを備えている。
【００１７】
ヒートポンプは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮され高温になった冷媒と貯湯タンク１１からの低温水との間で熱交換させ低温水を加熱するガスクーラ（図示せず）と、冷媒を膨張させ減圧する膨張弁と、減圧され温度低下した冷媒に外気の熱を吸熱する吸熱器と、を備えている。循環ポンプは、貯湯タンク１１の下部に接続された配管１４ｃを介して貯湯タンク１１の低温水を汲み上げ、ヒートポンプのガスクーラを通過させ加熱した後、加熱され高温になった熱湯を、配管１４ｄを介して貯湯タンク１１の上部に戻している。
【００１８】
このように、近年の給湯機Ｓでは、給湯流量を増大させるために、貯湯タンク１１内の湯を直接蛇口へ出湯するのではなく、給湯熱交換器１３にて貯湯タンク１１内の熱湯と水道水とで熱交換させ、加熱した水道水を出湯するシステムが採用されているものがある。かかる構成によると、給湯圧力を高くし、給湯流量を高く保つことが可能である。このような給湯機Ｓにおいては、給湯流量が大きい場合に熱交換能力の低下が起こりやすく、給湯の必要温度を確保できないおそれがある。また一般論として、給湯機Ｓが生み出した湯が蛇口出口から出湯されるまでには温度低下が生じるため、給湯機Ｓは、ユーザが必要とする湯温（給湯温度設定値）よりも高温の湯を準備しなければならない。
本実施形態に係る給湯機Ｓは、かかる事情に鑑みて、好適な目標沸き上げ温度を設定することができるようにする。
【００１９】
＜センサ３１〜３３＞
給湯機Ｓは、水温センサ３１と、湯温センサ３２（３２ａ〜３２ｆ）と、給湯流量センサ３３と、を備える。
水温センサ３１は、配管１４ａを流れる水の温度（水温）を検出するセンサである。
湯温センサ３２（３２ａ〜３２ｆ）は、貯湯タンク１１に貯湯された温水の温度（湯温）を所定の場所で検出するセンサである。
給湯流量センサ３３は、配管１４ｈを流れる湯の流量を検出するセンサである。
【００２０】
＜操作端末４０＞
図２に示すように、操作端末４０は、ふろ、台所等に設置されたリモコンであり、制御部４１と、各種ボタンからなる操作部４２（図３参照）と、ディスプレイからなる表示部４３（図３参照）と、を備える。制御部４１は、ユーザによる操作部４２の操作に基づいて、給湯温度設定値、ふろ温度設定値、水位設定値等を制御装置５０へ送信したり、給湯温度設定値、ふろ温度設定値、水位設定値等を表示部４３に表示させたりする。例えば、ユーザは、給湯温度設定値上昇ボタン４２ａ及び給湯温度下降ボタン４２ｂを押下することによって、湯を外部へ供給する温度である給湯温度設定値を高く設定したり低く設定したりすることができる。
【００２１】
＜制御装置５０＞
制御装置５０は、制御部５１と、記憶部５２と、を備える。
制御部５１は、機能部として、給湯温度設定値管理部５１ａと、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂと、第二の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｃと、目標沸き上げ温度決定部５１ｄと、ヒートポンプユニット制御部５１ｅと、ポンプユニット制御部５１ｆと、を備える。
【００２２】
給湯温度設定値管理部５１ａは、所定期間内の給湯温度設定値の履歴を管理するものであって、操作端末４０から送信された給湯温度設定値を取得し、取得された給湯温度設定値をポンプ制御部５１ｆへ出力するとともに、所定期間内（例えば、直近の３日間）の給湯温度設定値を記憶部５２に記憶させる。なお、給湯温度設定値管理部５１ａは、給湯流量センサ５３によって流量が検出された場合にのみ、そのときの給湯温度設定値を記憶部５２に記憶させる。
【００２３】
第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂは、水温センサ３１及び湯温センサ３２の検出結果並びに後記するヒートポンプユニット制御部５１ｅによって計測されたヒートポンプユニット２０の１日の累計運転時間を取得し、取得された検出結果である水温、湯温及びヒートポンプユニット２０の１日の累計運転時間に基づいて、１日の使用実績を算出し、日付と関連付けて記憶部５２に記憶させる。また、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂは、記憶部５２に記憶された所定期間（本実施形態では過去７日間）の使用実績の平均値に基づいて、翌日の必要熱量を算出するとともに、算出された必要熱量に基づいて第一の仮目標沸き上げ温度（第一の目標沸き上げ温度）を算出し、目標沸き上げ温度決定部５１ｄへ出力する。
【００２４】
１日の使用実績の算出式の一例を以下に示す。
［１日の使用実績］＝［前日（１日の開始時点）のタンク残湯熱量］＋［ヒートポンプユニット２０の１日の累計運転時間］×［ヒートポンプユニット２０の定格出力］−［当日（１日の終了時点）のタンク残湯熱量］
［タンク残湯熱量］＝［タンク容量］×［タンク平均温度］×［タンク内流体（水）の比熱］
ここで、ヒートポンプユニット２０の定格出力は、記憶部５２に予め記憶されている。タンク容量は、貯湯タンク１１の容量であり、記憶部５２に予め記憶されている。タンク内流体（水）の比熱も、記憶部５２に予め記憶されている。タンク平均温度は、温度センサ３２の検出結果である湯温を、該当するタンク容量の全体に対して占める割合で加重平均することによって算出される。
【００２５】
必要熱量は、今回の沸き上げから次回の沸き上げまでの給湯に必要な熱量、すなわち、翌日の給湯に必要な熱量であり、算出式の一例を以下に示す。
［必要熱量］＝［過去７日間の使用実績の平均値］＋α
ここで、αは補正量であり、本実施形態では、過去７日間の使用実績の標準偏差である。
また、必要熱量の算出式の他の例を以下に示す。
［必要熱量］＝［過去７日間の使用実績の最大値］
【００２６】
また、第一の仮目標沸き上げ温度の算出式の一例を以下に示す。
［第一の仮目標沸き上げ温度］＝［必要熱量］÷（［沸き上げ容量］×［タンク内流体（水）の比熱］）＋［水温センサ３１によって検出された水温］
なお、沸き上げ容量は、貯湯タンク１１内に貯留された湯水のうち、ヒートポンプユニット２０によって沸き上げられる容量であり、前記した算出式においては、貯湯タンク１１の容量であるタンク容量と等しい値に設定されているが、実際に沸き上げられる沸き上げ容量は、後記するようにタンク容量を超えない範囲で変更可能である。
【００２７】
なお、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂは、給湯機Ｓの運転モード、前回（前日）の目標沸き上げ温度、沸き上げ熱量等に応じて第一の仮目標沸き上げ温度を補正する構成であってもよい。
【００２８】
第二の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｃは、記憶部５２に記憶された所定期間内の給湯温度設定値の最大値を読み出すとともに、水温センサ３１の検出結果（水温）を取得し、給湯温度設定値の最大値及び水温に基づいて、第二の仮目標沸き上げ温度（第二の目標沸き上げ温度）を算出し、目標沸き上げ温度決定部５１ｄへ出力する。
【００２９】
ここで、第二の仮目標沸き上げ温度は、給湯温度設定値の最大値よりも大きく、かつ、給湯温度設定値の最大値が大きいほど大きくなるものであり、算出式の一例を以下に示す。
［第二の仮目標沸き上げ温度（℃）］＝［給湯温度設定値の最大値（℃）］＋２２．５−（［水温センサ３１によって検出された水温（℃）］×０．５）
例えば、ユーザが当日に４５℃、前日に４８℃、前々日に４５℃で給湯している場合には、給湯温度設定値の最大値である４８℃に基づいて第二の仮目標沸き上げ温度が算出される。
【００３０】
目標沸き上げ温度決定部５１ｄは、第一の仮目標沸き上げ温度及び第二の仮目標沸き上げ温度を取得し、第一の仮目標沸き上げ温度及び第二の仮目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度に決定し、ヒートポンプユニット制御部５１ｅへ出力する。
【００３１】
また、目標沸き上げ温度決定部５１は、決定された目標沸き上げ温度が上限値を超える場合には、上限値（例えば、９０℃）を目標沸き上げ温度とし、決定された目標沸き上げ温度が下限値（例えば、６５℃）未満である場合には、下限値を目標沸き上げ温度とする。
【００３２】
ここで、上限値は、貯湯タンク１１を保護する観点から設定される値であり、ユーザによる操作端末４０の操作部４２の操作によって変更可能である。また、下限値は、最低限の熱量を確保する観点から設定される値であり、給湯機Ｓの運転モードに応じて目標沸き上げ温度決定部５１が自動的に決定する。
【００３３】
なお、目標沸き上げ温度決定部５１ｄは、必要熱量及び決定された目標沸き上げ温度に基づいて、実際の沸き上げ容量を変更してもよい。
変更後の沸き上げ容量の算出式の一例を以下に示す。
［変更後の沸き上げ容量］＝［必要熱量］÷｛（［目標沸き上げ温度］−［水温センサ３１によって検出された水温］）×［タンク内流体（水）の比熱］｝
【００３４】
ヒートポンプユニット制御部５１ｅは、目標沸き上げ温度を取得し、目標沸き上げ温度に基づいてヒートポンプユニット２０を制御することによって、貯湯タンク１１内の水を目標沸き上げ温度に加熱する。また、ヒートポンプユニット制御部５１ｅは、ヒートポンプユニット２０の１日の累計運転時間を計測し、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂへ出力する。
【００３５】
ポンプ制御部５１ｆは、給湯温度設定値及び給湯流量センサ３３の検出結果（流量）を取得し、給湯温度設定値及び流量に基づいてポンプ１２を制御することによって、給湯温度に加熱された湯を配管１４ｈを介して外部へ供給する。
【００３６】
＜動作例＞
続いて、本発明の実施形態に係る給湯機Ｓにおける目標沸き上げ温度決定の動作例について、図４を参照して説明する。
【００３７】
本フローは、翌日の給湯に必要な熱量を確保するために、定期的に、例えば、給湯機Ｓが沸き上げを実施する深夜時間帯の所定時刻に開始される。まず、第一の仮目標沸き上げ温度制御部５１ａが、各種パラメータ、すなわち、水温センサ３１によって検出された水温、及び、湯温センサ３２によって検出された湯温を取得すると（ステップＳ１でＹｅｓ）、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂが、各種パラメータに基づいて第一の仮目標沸き上げ温度を算出するとともに、第二の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｃが、記憶部５２に記憶された所定期間内の給湯温度設定値の最大値及び水温センサ３１によって検出された水温（貯湯タンク１１へ供給される水の水温）に基づいて第二の仮目標沸き上げ温度を算出する（ステップＳ２）。
【００３８】
続いて、目標沸き上げ温度決定部５１ｄが、第一の仮目標沸き上げ温度及び第二の仮目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度に設定する（ステップＳ３）。
【００３９】
設定された目標沸き上げ温度が上限値よりも高い場合には（ステップＳ４でＹｅｓ）、目標沸き上げ温度決定部５１ｄが、上限値を目標沸き上げ温度に設定し直し（ステップＳ５）、本フローは終了する。一方、設定された目標沸き上げ温度が下限値よりも低い場合には（ステップＳ４でＮｏ、かつ、ステップＳ６でＹｅｓ）、目標沸き上げ温度決定部５１ｄが、下限値を目標沸き上げ温度に設定し直し（ステップＳ７）、本フローは終了する。また、設定された目標沸き上げ温度が下限値以上かつ上限値以下である場合には（ステップＳでＮｏ、かつ、ステップＳ６でＮｏ）、目標沸き上げ温度決定部５１ｄは、設定された目標沸き上げ温度をそのまま採用し、本フローは終了する。
【００４０】
従来の給湯機は、直近の消費湯量が少ない場合には、学習機能によって目標沸き上げ温度を低く設定する。しかし、直近の消費湯量が少なくても、直近の給湯温度設定値が高い場合には、高い給湯温度設定値にて多くの湯量を消費することが考えられ、このような場合には、目標沸き上げ温度が低く設定されたタンクでは対応しきれないおそれがある。
【００４１】
一方、本発明の実施形態に係る給湯機Ｓは、水温等のパラメータを考慮した第一の仮目標沸き上げ温度と、ユーザによる給湯温度設定値を考慮した第二の仮目標沸き上げ温度と、をそれぞれ算出し、高い方を目標沸き上げ温度として採用するので、省エネルギー性を確保しつつ、所定期間内に高温の給湯が実施された場合には目標沸き上げ温度を高くするので、ユーザに不便を感じさせない。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、記憶部５２に記憶される給湯温度設定値は、１日分であってもよく、１週間分であってもよい。また、前記実施形態においては、貯湯タンク１１に貯湯された湯を熱交換用の媒体として使用したが、貯湯タンク１１に貯湯された湯に水を混合して外部へ供給する構成であってもよい。また、本発明の液体加熱装置は、貯湯タンク１１に湯を貯める貯湯式の給湯機以外の給湯機等といった、液体を加熱して供給する液体加熱装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１１ 貯湯タンク（タンク）
２０ ヒートポンプユニット（液体加熱部）
３１ 水温センサ（センサ類）
３２ 湯温センサ（センサ類）
３３ 給湯流量センサ
４０ 操作端末
５０ 制御装置
５１ 制御部
５２ 記憶部
Ｓ 給湯機（液体加熱装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば給湯機といった液体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のタンク貯湯式電気給湯機における沸き上げ制御は、省エネルギー性を高めるため、ユーザの過去の使用実績から１日の必要熱量を計算し、消費電力を最大限低く抑えるよう目標沸き上げ温度を決定する沸き上げ制御が行われている（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４５００１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４４９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ユーザの要求湯量に対し十分な量を確保するために、沸き上げ温度を高く設定しておきたいという考え方が存在する。ユーザにとっては、昼間（給湯使用中）に湯切れすることは最たる不便であるから，夜間の沸き上げ量は余裕を持たせた値を設定したい。
【０００５】
一方、日々の消費湯量が少ないユーザにおいては、給湯機に備わる学習機能により給湯機の目標沸き上げ温度が低下していく。この際、貯湯タンク内の湯温よりも高温の給湯の要求など、１日の総熱量負荷は低いが瞬間的な温度負荷が高いという状況が発生した場合、ユーザが求める給湯温度を満足できない現象が発生する可能性がある。近年の電気給湯機は給湯流量が増大する傾向にあり、瞬間的熱量負荷（温度負荷）が高まることから本現象が発生する確率が高く、タンク内の湯温は、省エネルギー性を確保可能な範囲で高くあることが望ましい。
【０００６】
そこで、本発明は、省エネルギー性を確保しつつ、ユーザに不便を感じさせないことが可能な液体加熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は、液体を加熱する液体加熱部と、加熱された前記液体が貯留されるタンクと、前記液体加熱部を制御する制御装置と、前記制御装置と通信可能に接続される操作端末と、前記液体を加熱するためのパラメータを検出するセンサ類と、を備える液体加熱装置であって、前記制御装置は、前記操作端末の操作によって所定期間内に設定された、液体を外部へ供給する温度である給液温度設定値が記憶される記憶部と、前記パラメータに基づいて第一の目標沸き上げ温度を算出するとともに、所定期間内の前記給液温度設定値に基づいて第二の目標沸き上げ温度を算出し、前記第一の目標沸き上げ温度及び前記第二の目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度として前記液体を加熱するように前記液体加熱部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、省エネルギー性を確保しつつ、ユーザに不便さを感じさせないことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る給湯機の例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る給湯機の制御装置及び操作端末を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る操作端末の外観を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る給湯機の制御装置の動作例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、本発明の液体加熱装置を給湯機に適用した場合を例にとり、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る給湯機（液体加熱装置）Ｓは、電気給湯機であり、加熱給液部として、貯湯タンク１１を有するタンクユニット１０と、ヒートポンプユニット２０と、を備える。なお、以下の説明において、各配管１４ａ〜１４ｈに設けられたバルブ（電磁弁）等に関する記載は省略する。
【００１２】
＜タンクユニット１０＞
タンクユニット１０は、貯湯タンク１１と、ポンプ１２と、給湯熱交換器１３と、を備える。これら貯湯タンク１１及び給湯熱交換器１３は、配管１４ｅ及び配管１４ｆによって液体循環可能に接続されている。
【００１３】
貯湯タンク１１は、温水を貯湯するタンクである。貯湯タンク１１の下部には、配管１４ａ，１４ｂを順次介して水（液体）が供給される。
【００１４】
ポンプ１２は、貯湯タンク１１内の温水を、配管１４ｅ→給湯熱交換器１３→配管１４ｆ→貯湯タンク１１と循環させるポンプである。
【００１５】
熱交換器１３は、貯湯タンク１１の上部から配管１４ｅを介して供給された温水と、配管１４ａ，１４ｇを順次介して供給された水と、を熱交換することによって、配管１４ａ，１４ｇから供給された水を加熱して湯を生成する。貯湯タンク１１から供給された温水は、熱交換によって冷却され、配管１４ｆを介して貯湯タンク１１の下部へ戻される。また、生成された湯は、配管１４ｈを介して外部（ふろ、混合栓等）へ供給される。
【００１６】
＜ヒートポンプユニット２０＞
ヒートポンプユニット２０は、貯湯タンク１１に貯湯するための水（液体）を加熱するための液体加熱部、すなわち、熱源である。ヒートポンプユニット２０は、外界の熱を、膨張させた低温の二酸化炭素等の冷媒で吸熱した後、圧縮させ高温とした冷媒と配管１４ｃを流れる貯湯タンク１１からの低温水とで熱交換を行い、低温水を加熱する装置である。ヒートポンプユニット２０は、冷媒の膨張、圧縮を繰り返し、外界から吸熱し低温水を加熱するヒートポンプ（図示せず）と、配管１４ｃを流れる貯湯タンク１１の低温水を循環させる循環ポンプ（図示せず）とを備えている。
【００１７】
ヒートポンプは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮され高温になった冷媒と貯湯タンク１１からの低温水との間で熱交換させ低温水を加熱するガスクーラ（図示せず）と、冷媒を膨張させ減圧する膨張弁と、減圧され温度低下した冷媒に外気の熱を吸熱する吸熱器と、を備えている。循環ポンプは、貯湯タンク１１の下部に接続された配管１４ｃを介して貯湯タンク１１の低温水を汲み上げ、ヒートポンプのガスクーラを通過させ加熱した後、加熱され高温になった熱湯を、配管１４ｄを介して貯湯タンク１１の上部に戻している。
【００１８】
このように、近年の給湯機Ｓでは、給湯流量を増大させるために、貯湯タンク１１内の湯を直接蛇口へ出湯するのではなく、給湯熱交換器１３にて貯湯タンク１１内の熱湯と水道水とで熱交換させ、加熱した水道水を出湯するシステムが採用されているものがある。かかる構成によると、給湯圧力を高くし、給湯流量を高く保つことが可能である。このような給湯機Ｓにおいては、給湯流量が大きい場合に熱交換能力の低下が起こりやすく、給湯の必要温度を確保できないおそれがある。また一般論として、給湯機Ｓが生み出した湯が蛇口出口から出湯されるまでには温度低下が生じるため、給湯機Ｓは、ユーザが必要とする湯温（給湯温度設定値）よりも高温の湯を準備しなければならない。
本実施形態に係る給湯機Ｓは、かかる事情に鑑みて、好適な目標沸き上げ温度を設定することができるようにする。
【００１９】
＜センサ３１〜３３＞
給湯機Ｓは、水温センサ３１と、湯温センサ３２（３２ａ〜３２ｆ）と、給湯流量センサ３３と、を備える。
水温センサ３１は、配管１４ａを流れる水の温度（水温）を検出するセンサである。
湯温センサ３２（３２ａ〜３２ｆ）は、貯湯タンク１１に貯湯された温水の温度（湯温）を所定の場所で検出するセンサである。
給湯流量センサ３３は、配管１４ｈを流れる湯の流量を検出するセンサである。
【００２０】
＜操作端末４０＞
図２に示すように、操作端末４０は、ふろ、台所等に設置されたリモコンであり、制御部４１と、各種ボタンからなる操作部４２（図３参照）と、ディスプレイからなる表示部４３（図３参照）と、を備える。制御部４１は、ユーザによる操作部４２の操作に基づいて、給湯温度設定値、ふろ温度設定値、水位設定値等を制御装置５０へ送信したり、給湯温度設定値、ふろ温度設定値、水位設定値等を表示部４３に表示させたりする。例えば、ユーザは、給湯温度設定値上昇ボタン４２ａ及び給湯温度下降ボタン４２ｂを押下することによって、湯を外部へ供給する温度である給湯温度設定値を高く設定したり低く設定したりすることができる。
【００２１】
＜制御装置５０＞
制御装置５０は、制御部５１と、記憶部５２と、を備える。
制御部５１は、機能部として、給湯温度設定値管理部５１ａと、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂと、第二の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｃと、目標沸き上げ温度決定部５１ｄと、ヒートポンプユニット制御部５１ｅと、ポンプユニット制御部５１ｆと、を備える。
【００２２】
給湯温度設定値管理部５１ａは、所定期間内の給湯温度設定値の履歴を管理するものであって、操作端末４０から送信された給湯温度設定値を取得し、取得された給湯温度設定値をポンプ制御部５１ｆへ出力するとともに、所定期間内（例えば、直近の３日間）の給湯温度設定値を記憶部５２に記憶させる。なお、給湯温度設定値管理部５１ａは、給湯流量センサ５３によって流量が検出された場合にのみ、そのときの給湯温度設定値を記憶部５２に記憶させる。
【００２３】
第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂは、水温センサ３１及び湯温センサ３２の検出結果並びに後記するヒートポンプユニット制御部５１ｅによって計測されたヒートポンプユニット２０の１日の累計運転時間を取得し、取得された検出結果である水温、湯温及びヒートポンプユニット２０の１日の累計運転時間に基づいて、１日の使用実績を算出し、日付と関連付けて記憶部５２に記憶させる。また、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂは、記憶部５２に記憶された所定期間（本実施形態では過去７日間）の使用実績の平均値に基づいて、翌日の必要熱量を算出するとともに、算出された必要熱量に基づいて第一の仮目標沸き上げ温度（第一の目標沸き上げ温度）を算出し、目標沸き上げ温度決定部５１ｄへ出力する。
【００２４】
１日の使用実績の算出式の一例を以下に示す。
［１日の使用実績］＝［前日（１日の開始時点）のタンク残湯熱量］＋［ヒートポンプユニット２０の１日の累計運転時間］×［ヒートポンプユニット２０の定格出力］−［当日（１日の終了時点）のタンク残湯熱量］
［タンク残湯熱量］＝［タンク容量］×［タンク平均温度］×［タンク内流体（水）の比熱］
ここで、ヒートポンプユニット２０の定格出力は、記憶部５２に予め記憶されている。タンク容量は、貯湯タンク１１の容量であり、記憶部５２に予め記憶されている。タンク内流体（水）の比熱も、記憶部５２に予め記憶されている。タンク平均温度は、温度センサ３２の検出結果である湯温を、該当するタンク容量の全体に対して占める割合で加重平均することによって算出される。
【００２５】
必要熱量は、今回の沸き上げから次回の沸き上げまでの給湯に必要な熱量、すなわち、翌日の給湯に必要な熱量であり、算出式の一例を以下に示す。
［必要熱量］＝［過去７日間の使用実績の平均値］＋α
ここで、αは補正量であり、本実施形態では、過去７日間の使用実績の標準偏差である。
また、必要熱量の算出式の他の例を以下に示す。
［必要熱量］＝［過去７日間の使用実績の最大値］
【００２６】
また、第一の仮目標沸き上げ温度の算出式の一例を以下に示す。
［第一の仮目標沸き上げ温度］＝［必要熱量］÷（［沸き上げ容量］×［タンク内流体（水）の比熱］）＋［水温センサ３１によって検出された水温］
なお、沸き上げ容量は、貯湯タンク１１内に貯留された湯水のうち、ヒートポンプユニット２０によって沸き上げられる容量であり、前記した算出式においては、貯湯タンク１１の容量であるタンク容量と等しい値に設定されているが、実際に沸き上げられる沸き上げ容量は、後記するようにタンク容量を超えない範囲で変更可能である。
【００２７】
なお、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂは、給湯機Ｓの運転モード、前回（前日）の目標沸き上げ温度、沸き上げ熱量等に応じて第一の仮目標沸き上げ温度を補正する構成であってもよい。
【００２８】
第二の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｃは、記憶部５２に記憶された所定期間内の給湯温度設定値の最大値を読み出すとともに、水温センサ３１の検出結果（水温）を取得し、給湯温度設定値の最大値及び水温に基づいて、第二の仮目標沸き上げ温度（第二の目標沸き上げ温度）を算出し、目標沸き上げ温度決定部５１ｄへ出力する。
【００２９】
ここで、第二の仮目標沸き上げ温度は、給湯温度設定値の最大値よりも大きく、かつ、給湯温度設定値の最大値が大きいほど大きくなるものであり、算出式の一例を以下に示す。
［第二の仮目標沸き上げ温度（℃）］＝［給湯温度設定値の最大値（℃）］＋２２．５−（［水温センサ３１によって検出された水温（℃）］×０．５）
例えば、ユーザが当日に４５℃、前日に４８℃、前々日に４５℃で給湯している場合には、給湯温度設定値の最大値である４８℃に基づいて第二の仮目標沸き上げ温度が算出される。
【００３０】
目標沸き上げ温度決定部５１ｄは、第一の仮目標沸き上げ温度及び第二の仮目標沸き上げ温度を取得し、第一の仮目標沸き上げ温度及び第二の仮目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度に決定し、ヒートポンプユニット制御部５１ｅへ出力する。
【００３１】
また、目標沸き上げ温度決定部５１は、決定された目標沸き上げ温度が上限値を超える場合には、上限値（例えば、９０℃）を目標沸き上げ温度とし、決定された目標沸き上げ温度が下限値（例えば、６５℃）未満である場合には、下限値を目標沸き上げ温度とする。
【００３２】
ここで、上限値は、貯湯タンク１１を保護する観点から設定される値であり、ユーザによる操作端末４０の操作部４２の操作によって変更可能である。また、下限値は、最低限の熱量を確保する観点から設定される値であり、給湯機Ｓの運転モードに応じて目標沸き上げ温度決定部５１が自動的に決定する。
【００３３】
なお、目標沸き上げ温度決定部５１ｄは、必要熱量及び決定された目標沸き上げ温度に基づいて、実際の沸き上げ容量を変更してもよい。
変更後の沸き上げ容量の算出式の一例を以下に示す。
［変更後の沸き上げ容量］＝［必要熱量］÷｛（［目標沸き上げ温度］−［水温センサ３１によって検出された水温］）×［タンク内流体（水）の比熱］｝
【００３４】
ヒートポンプユニット制御部５１ｅは、目標沸き上げ温度を取得し、目標沸き上げ温度に基づいてヒートポンプユニット２０を制御することによって、貯湯タンク１１内の水を目標沸き上げ温度に加熱する。また、ヒートポンプユニット制御部５１ｅは、ヒートポンプユニット２０の１日の累計運転時間を計測し、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂへ出力する。
【００３５】
ポンプ制御部５１ｆは、給湯温度設定値及び給湯流量センサ３３の検出結果（流量）を取得し、給湯温度設定値及び流量に基づいてポンプ１２を制御することによって、給湯温度に加熱された湯を配管１４ｈを介して外部へ供給する。
【００３６】
＜動作例＞
続いて、本発明の実施形態に係る給湯機Ｓにおける目標沸き上げ温度決定の動作例について、図４を参照して説明する。
【００３７】
本フローは、翌日の給湯に必要な熱量を確保するために、定期的に、例えば、給湯機Ｓが沸き上げを実施する深夜時間帯の所定時刻に開始される。まず、第一の仮目標沸き上げ温度制御部５１ａが、各種パラメータ、すなわち、水温センサ３１によって検出された水温、及び、湯温センサ３２によって検出された湯温を取得すると（ステップＳ１でＹｅｓ）、第一の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｂが、各種パラメータに基づいて第一の仮目標沸き上げ温度を算出するとともに、第二の仮目標沸き上げ温度算出部５１ｃが、記憶部５２に記憶された所定期間内の給湯温度設定値の最大値及び水温センサ３１によって検出された水温（貯湯タンク１１へ供給される水の水温）に基づいて第二の仮目標沸き上げ温度を算出する（ステップＳ２）。
【００３８】
続いて、目標沸き上げ温度決定部５１ｄが、第一の仮目標沸き上げ温度及び第二の仮目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度に設定する（ステップＳ３）。
【００３９】
設定された目標沸き上げ温度が上限値よりも高い場合には（ステップＳ４でＹｅｓ）、目標沸き上げ温度決定部５１ｄが、上限値を目標沸き上げ温度に設定し直し（ステップＳ５）、本フローは終了する。一方、設定された目標沸き上げ温度が下限値よりも低い場合には（ステップＳ４でＮｏ、かつ、ステップＳ６でＹｅｓ）、目標沸き上げ温度決定部５１ｄが、下限値を目標沸き上げ温度に設定し直し（ステップＳ７）、本フローは終了する。また、設定された目標沸き上げ温度が下限値以上かつ上限値以下である場合には（ステップＳでＮｏ、かつ、ステップＳ６でＮｏ）、目標沸き上げ温度決定部５１ｄは、設定された目標沸き上げ温度をそのまま採用し、本フローは終了する。
【００４０】
従来の給湯機は、直近の消費湯量が少ない場合には、学習機能によって目標沸き上げ温度を低く設定する。しかし、直近の消費湯量が少なくても、直近の給湯温度設定値が高い場合には、高い給湯温度設定値にて多くの湯量を消費することが考えられ、このような場合には、目標沸き上げ温度が低く設定されたタンクでは対応しきれないおそれがある。
【００４１】
一方、本発明の実施形態に係る給湯機Ｓは、水温等のパラメータを考慮した第一の仮目標沸き上げ温度と、ユーザによる給湯温度設定値を考慮した第二の仮目標沸き上げ温度と、をそれぞれ算出し、高い方を目標沸き上げ温度として採用するので、省エネルギー性を確保しつつ、所定期間内に高温の給湯が実施された場合には目標沸き上げ温度を高くするので、ユーザに不便を感じさせない。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、記憶部５２に記憶される給湯温度設定値は、１日分であってもよく、１週間分であってもよい。また、前記実施形態においては、貯湯タンク１１に貯湯された湯を熱交換用の媒体として使用したが、貯湯タンク１１に貯湯された湯に水を混合して外部へ供給する構成であってもよい。また、本発明の液体加熱装置は、貯湯タンク１１に湯を貯める貯湯式の給湯機以外の給湯機等といった、液体を加熱して供給する液体加熱装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１１ 貯湯タンク（タンク）
２０ ヒートポンプユニット（液体加熱部）
３１ 水温センサ（センサ類）
３２ 湯温センサ（センサ類）
３３ 給湯流量センサ
４０ 操作端末
５０ 制御装置
５１ 制御部
５２ 記憶部
Ｓ 給湯機（液体加熱装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を加熱する液体加熱部と、加熱された前記液体が貯留されるタンクと、前記液体加熱部を制御する制御装置と、前記制御装置と通信可能に接続される操作端末と、前記液体を加熱するためのパラメータを検出するセンサ類と、を備える液体加熱装置であって、
前記制御装置は、
前記操作端末の操作によって所定期間内に設定された、液体を外部へ供給する温度である給液温度設定値が記憶される記憶部と、
前記パラメータに基づいて第一の目標沸き上げ温度を算出するとともに、所定期間内の前記給液温度設定値に基づいて第二の目標沸き上げ温度を算出し、前記第一の目標沸き上げ温度及び前記第二の目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度として前記液体を加熱するように前記液体加熱部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする液体加熱装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記目標沸き上げ温度が上限値よりも高い場合には、前記上限値を目標沸き上げ温度として前記液体加熱部を制御し、
前記目標沸き上げ温度が下限値よりも低い場合には、前記下限値を目標沸き上げ温度として前記液体加熱部を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体加熱装置。
【請求項３】
前記制御装置は、必要熱量に基づいて前記第一の目標沸き上げ温度を算出するとともに、前記目標沸き上げ温度及び前記必要熱量に基づいて、加熱される前記液体の容量である沸き上げ容量を変更する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体加熱装置。
【請求項１】
液体を加熱する液体加熱部と、加熱された前記液体が貯留されるタンクと、前記液体加熱部を制御する制御装置と、前記制御装置と通信可能に接続される操作端末と、前記液体を加熱するためのパラメータを検出するセンサ類と、を備える液体加熱装置であって、
前記制御装置は、
前記操作端末の操作によって所定期間内に設定された、液体を外部へ供給する温度である給液温度設定値が記憶される記憶部と、
前記パラメータに基づいて第一の目標沸き上げ温度を算出するとともに、所定期間内の前記給液温度設定値に基づいて第二の目標沸き上げ温度を算出し、前記第一の目標沸き上げ温度及び前記第二の目標沸き上げ温度の高い方を目標沸き上げ温度として前記液体を加熱するように前記液体加熱部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする液体加熱装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記目標沸き上げ温度が上限値よりも高い場合には、前記上限値を目標沸き上げ温度として前記液体加熱部を制御し、
前記目標沸き上げ温度が下限値よりも低い場合には、前記下限値を目標沸き上げ温度として前記液体加熱部を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体加熱装置。
【請求項３】
前記制御装置は、必要熱量に基づいて前記第一の目標沸き上げ温度を算出するとともに、前記目標沸き上げ温度及び前記必要熱量に基づいて、加熱される前記液体の容量である沸き上げ容量を変更する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−８８０６５（Ｐ２０１３−８８０６５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０１３７（Ｐ２０１１−２３０１３７）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
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