WO2018066037A1

WO2018066037A1 - 貯湯式給湯機、給湯方法及びプログラム

Info

Publication number: WO2018066037A1
Application number: PCT/JP2016/079309
Authority: WO
Inventors: 啓輔 ▲高▼山
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2018-04-12
Also published as: JP6682002B2; JPWO2018066037A1

Abstract

貯湯式給湯機（１０００）は、水を加熱して第１の湯を生成する第１加熱ユニット（２１０）と、第１の湯を貯える貯湯タンク（１２０）と、貯湯タンク（１２０）から取水した第１の湯と市水との熱交換により当該市水を予熱する熱交換器（１６０）と、熱交換器（１６０）により予熱された市水を加熱して第２の湯を生成する第２加熱ユニット（２２０）と、を備え、予め設定された時間内に貯湯タンク（１２０）から給湯口（１０２）に供給した第１の湯の量が貯湯タンク（１２０）の容量より小さい場合に、第２の湯を給湯口（１０２）に供給する。

Description

貯湯式給湯機、給湯方法及びプログラム

　本発明は、貯湯式給湯機、給湯方法及びプログラムに関する。

　水を加熱することで生成した湯を貯湯タンクに貯えておいて、この貯湯タンクから湯を供給する貯湯式給湯機が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、貯湯タンクの水をヒートポンプにより沸き上げて供給するシステムについて記載されている。このシステムは、貯湯タンクの蓄熱量が不足した場合に、時間をかけて貯湯タンクの水を再度沸き上げることなく、貯湯タンクから取り出した水をバーナで加熱して温水を供給する。

特開２０１４－２１４９５８号公報

　特許文献１に記載されたシステムでは、貯湯タンク内の雑菌の繁殖を抑えるために、貯湯タンク内の湯温を６０℃とする沸き上げ運転が実施される。ここで、比較的高い３０～４０℃程度の温水が貯湯タンクに貯えられていても、一定時間以内に沸き上げ運転が行われないまま貯湯タンクの水が滞留している場合には、速やかに沸き上げ運転を開始して貯湯タンク内の湯温を６０℃以上にする必要がある。しかしながら、このような比較的高い温度の温水を沸き上げる運転は、低温の水を沸き上げる運転よりもエネルギー消費効率が低い。このため、貯湯式給湯機のエネルギー消費効率を向上させる余地があった。

　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、貯湯式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明の貯湯式給湯機は、水を加熱して第１の湯を生成する第１加熱手段と、第１の湯を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクから取水した第１の湯と市水との熱交換により当該市水を予熱する熱交換器と、熱交換器により予熱された市水を加熱して第２の湯を生成する第２加熱手段と、を備え、予め設定された時間内に貯湯タンクから給湯口に供給した第１の湯の量が貯湯タンクの容量より小さい場合に、第２の湯を給湯口に供給する。

　本発明によれば、予め設定された時間内に貯湯タンクから給湯口に供給した第１の湯の量が貯湯タンクの容量より小さい場合に、貯湯タンクから取水した第１の湯との熱交換により予熱された市水が加熱されて給湯口に供給される。このため、貯湯タンク内の比較的高い温水の熱量を利用して湯を供給しつつ、貯湯タンク内の水温を低下させることができる。これにより、貯湯式給湯機のエネルギー消費効率を向上させることができる。

実施の形態１に係る貯湯式給湯機の構成を示す図給湯切替弁の制御処理を示すフロー図タンク給湯モードの運転処理を示すフロー図予熱給湯モードの運転処理を示すフロー図熱交換器を通る水の温度変化を示す図熱交換器の１次側流量と２次側流量との関係を示す図加熱処理を示すフロー図湯張り運転処理を示すフロー図アクチュエータの制御について説明するための図吐出切替弁の制御について説明するための図高温沸き上げ運転処理を示すフロー図第１加熱ユニットの入水温度とＣＯＰとの関係を示す図給湯負荷、貯湯タンクの蓄熱量、及び加熱能力の推移を示す図実施の形態２に係る貯湯式給湯機の構成を示す図

　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。

　実施の形態１．
　図１には、実施の形態１に係る貯湯式給湯機１０００の構成が示されている。貯湯式給湯機１０００は、給水口１０１から得た水を加熱して、給湯口１０２から湯を供給する給湯機である。給水口１０１は、給水系統に接続される給水端であって、給水系統から給水として市水の供給を受ける。市水は、例えば水道水又は上水である。給湯口１０２は、例えば蛇口及びシャワー等の給湯栓に代表される温水利用箇所に接続される給湯端である。なお、図１中の太い実線は、配水管を示し、破線は、信号線を示す。

　貯湯式給湯機１０００は、図１に示されるように、貯湯タンク１２０に湯を貯える貯湯ユニット１００と、貯湯タンク１２０の貯留水を加熱する第１加熱ユニット２１０と、貯湯タンク１２０を経由することなく給水を加熱して供給するための第２加熱ユニット２２０と、ユーザが給湯温度を設定するための端末４０と、を有している。

　（貯湯ユニット１００の構成）
　貯湯ユニット１００は、給水管１１０を介して供給された水及びこの水から生成された湯を貯える貯湯タンク１２０と、貯湯タンク１２０の貯留水を循環させる循環ポンプ１３０と、貯湯タンク１２０の湯と市水とを混合する混合弁１４０と、貯湯タンク１２０の蓄熱を利用して市水を予熱する熱交換器１６０と、給湯管１９０に連通する流路を切り替える給湯切替弁１８０と、貯湯ユニット１００の構成要素を制御する制御部１１と、を有している。

　給水管１１０は、給水口１０１及び貯湯タンク１２０の下部に接続される。給水管１１０には、市水の温度を計測する温度センサ１１１と、貯湯タンク１２０の圧力を設定するための減圧弁１１２と、が取り付けられている。温度センサ１１１は、計測結果を示す信号を制御部１１に送信する。また、給水管１１０は、給水口１０１と減圧弁１１２との間で分岐して、熱交換器１６０の二次側入口に接続されている。また、給水管１１０は、減圧弁１１２と貯湯タンク１２０との間で分岐して、混合弁１４０の吸入口に接続されている。給水管１１０は、給水口１０１から貯湯タンク１２０、熱交換器１６０及び混合弁１４０に市水を導入する。

　貯湯タンク１２０は、容量が１５０～６００Ｌの範囲内にあって例えば３００Ｌ又は５００Ｌのタンクである。貯湯タンク１２０には、通常、満水まで水が貯留されている。貯湯タンク１２０の下部には市水が供給されて低温層が形成され、貯湯タンク１２０の上部には第１加熱ユニット２１０によって生成された湯が供給されて高温層が形成される。これらの層の温度勾配により貯湯タンク１２０の内部には温度成層が形成される。貯湯タンク１２０の表面には、湯水の温度を計測する複数の温度センサ１２１，１２２，１２３，１２４が高さ方向に取り付けられている。これらの温度センサ１２１～１２４は、計測結果を示す信号を制御部１１に送信する。

　循環ポンプ１３０の吸入口は、吸入切替弁１３１を介して貯湯タンク１２０の下部と熱交換器１６０の１次側出口とに接続されている。吸入切替弁１３１は、制御部１１からの制御命令に従って、貯湯タンク１２０及び熱交換器１６０のいずれか一方と、循環ポンプ１３０と、を連通させるように流路を切り替える。また、循環ポンプ１３０の吐出口は、吐出切替弁１３２を介して貯湯タンク１２０の下部と第１加熱ユニット２１０とに接続される。吐出切替弁１３２は、制御部１１からの制御命令に従って、貯湯タンク１２０及び第１加熱ユニット２１０のいずれか一方と、循環ポンプ１３０と、を連通させるように流路を切り替える。

　循環ポンプ１３０は、制御部１１からの制御命令に従った回転数で稼働して水を送出することにより、後述の循環路に流れる水流を生成する。

　混合弁１４０の吸入口は、給水管１１０及び貯湯タンク１２０の上部に接続され、混合弁１４０の吐出口は、給湯切替弁１８０の吸入口に接続されている。混合弁１４０は、貯湯タンク１２０の上部から流出した高温の湯と市水とを混合することにより生成した温水を、給湯切替弁１８０に吐出する。混合弁１４０による混合の比率は、可変であって、制御部１１からの制御命令に従う。また、混合弁１４０と貯湯タンク１２０とを接続する配水管には、貯湯タンク１２０から取り出した湯の温度を計測する温度センサ１４１が取り付けられている。温度センサ１４１は、計測結果を示す信号を制御部１１に送信する。

　熱交換器１６０は、１次側に流れる貯湯タンク１２０の湯と、２次側に流れる市水との間で熱交換を行うことにより、市水を予熱する。熱交換器１６０の１次側入口は、貯湯タンク１２０の上部に接続され、１次側出口は、吸入切替弁１３１の吸入口に接続されている。この１次側出口と吸入切替弁１３１とを接続する配水管には、１次側出口から流出した水の温度を計測する温度センサ１６１が取り付けられている。また、熱交換器１６０の２次側入口は、給水管１１０に接続され、この２次側入口近傍の給水管１１０には、２次側入口に流入する水量を計測する流量センサ１６３が取り付けられている。また、熱交換器１６０の２次側出口は、第２加熱ユニット２２０に接続され、この２次側出口近傍の配水管には、２次側出口から流出する水の温度を計測する温度センサ１６２が取り付けられている。温度センサ１６１，１６２及び流量センサ１６３は、計測結果を示す信号を制御部１１に送信する。

　給湯切替弁１８０の吸入口は、混合弁１４０の吐出口、及び第２加熱ユニット２２０に接続され、給湯切替弁１８０の吐出口は、給湯管１９０に接続されている。給湯切替弁１８０は、制御部１１からの制御命令に従って、給湯管１９０に導入する湯の供給源を、貯湯タンク１２０及び第２加熱ユニット２２０のいずれか一方に切り替える。なお、第２加熱ユニット２２０からの湯を給湯切替弁１８０に導く配水管には、給湯圧力を設定するための減圧弁１７０が取り付けられている。

　給湯管１９０は、給湯切替弁１８０の吐出口と給湯口１０２とに接続され、給湯切替弁１８０から吐出された湯を給湯口１０２に導く。給湯管１９０には、給湯の温度を計測する温度センサ１９１と、給湯の水量を計測する流量センサ１９２と、が取り付けられている。温度センサ１９１及び流量センサ１９２は、計測結果を示す信号を制御部１１に送信する。

　制御部１１は、プログラムを実行するマイクロプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びプログラムを記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）を含んで構成される。制御部１１は、温度センサ１１１，１２１～１２４，１４１，１６１，１６２，１９１及び流量センサ１６３，１９２の計測結果を取得する。また、制御部１１は、端末４０から給湯温度を含む情報を取得する。そして、制御部１１は、循環ポンプ１３０の回転数と、吸入切替弁１３１、吐出切替弁１３２、及び給湯切替弁１８０によって連通される流路と、混合弁１４０による混合比率と、を制御する。制御部１１による制御処理の詳細は、後述する。

　（第１加熱ユニット２１０の構成）
　第１加熱ユニット２１０は、ヒートポンプにより貯湯タンク１２０の貯留水を加熱して湯を生成する主熱源である。第１加熱ユニット２１０は、貯湯タンク１２０の下部から水を導入する入水配管と、生成した湯を貯湯タンク１２０の上部に供給する出湯配管と、を介して貯湯ユニット１００に接続されている。第１加熱ユニット２１０は、圧縮機２１１、熱交換器２１２、膨張弁２１３及び蒸発器２１４がこの順に冷媒配管で接続されてなる冷媒循環路と、第１加熱ユニット２１０の構成要素を制御する制御部２１と、を有している。冷媒循環路に循環させる冷媒として、例えば、ＣＯ２、ＨＦＣ、ＨＣ、ＨＦＯを用いることができるが、これには限定されず、冷媒の種類は任意である。

　圧縮機２１１は、冷媒を圧縮して高温高圧の気体として熱交換器２１２に吐出する。本実施の形態に係る圧縮機２１１は、インバータを有し、制御部２１からの制御命令に従って回転数を設定する。

　熱交換器２１２は、１次側の高温の冷媒と２次側の水との間で熱交換を行うことにより、２次側の水を加熱して湯を生成する。熱交換器２１２の２次側入口は、入水配管を介して吐出切替弁１３２の吐出口に接続されている。また、熱交換器２１２の２次側出口は、出湯配管を介して貯湯タンク１２０の上部に接続されている。熱交換器２１２に流入した冷媒は、冷却されることで低温高圧の液体となり、膨張弁２１３に吐出される。

　膨張弁２１３は、冷媒を減圧して低温低圧の液体として蒸発器２１４に吐出する。本実施の形態に係る膨張弁２１３は、開度を調節可能であり、制御部２１の指示に従って、圧縮機２１１の吸入温度又は吐出温度が一定の温度となるように開度を調節する。

　蒸発器２１４は、送風機（不図示）によって導かれた外気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器である。蒸発器２１４に流入した冷媒は、外気との熱交換により高温低圧の気体となって圧縮機２１１の吸入口に吐出される。

　制御部２１は、プログラムを実行するマイクロプロセッサ、ＲＡＭ及びプログラムを記憶するＥＥＰＲＯＭを含んで構成される。制御部２１は、端末４０から情報を取得する。この情報には、第１加熱ユニット２１０による加熱運転の開始及び終了の指令が含まれる。そして、制御部２１は、圧縮機２１１の回転数及び膨張弁２１３の開度を制御することにより、第１加熱ユニット２１０の加熱能力を調節する。この加熱能力は、制御部２１によって一定に保たれてもよいし、制御部２１が端末４０及び制御部１１と連携することで変更されてもよい。

　（第２加熱ユニット２２０の構成）
　第２加熱ユニット２２０は、ガス及び灯油に代表される燃料をバーナで燃焼させることで市水を加熱して湯を生成する補助熱源である。第２加熱ユニット２２０は、熱交換器１６０によって予熱された市水を導入する入水配管と、生成した湯を給湯切替弁１８０に供給する出湯配管と、を介して貯湯ユニット１００に接続されている。また、第２加熱ユニット２２０は、浴槽５０に湯を供給する往き配管と、浴槽５０から水を導く戻り配管と、を介して浴槽５０に接続されている。

　第２加熱ユニット２２０は、市水を加熱する熱交換器２２１と、浴槽に湯を供給するための熱交換器２２２及びポンプ２２３と、第２加熱ユニット２２０の構成要素を制御する制御部２２と、を有している。

　熱交換器２２１は、バーナによる燃焼で発生した排気と市水との間で熱交換を行うことで、市水を加熱して湯を生成する。熱交換器２２１及び貯湯ユニット１００に接続される入水配管には、貯湯ユニット１００から流入した市水の水量を計測する流量センサ２２４が取り付けられている。流量センサ２２４は、計測結果を示す信号を制御部２２に送信する。また、入水配管には、流量センサ２２４と熱交換器２２１との間に、水量を調節する開度可変の調節弁２２５が取り付けられている。調節弁２２５は、制御部２２からの制御命令に従って水流量を調節する。

　また、入水配管は、調節弁２２５と熱交換器２２１との間で分岐して、熱交換器２２１を迂回するバイパス路に接続されている。このバイパス路には、熱交換器２２１と並列に接続される開度可変のバイパス弁２２６が設けられている。バイパス弁２２６は、制御部２２からの制御命令に従って開度を設定する。

　また、熱交換器２２１及び貯湯ユニット１００に接続される出湯配管は、バイパス弁２２６が設けられたバイパス路と合流する。この出湯配管は、熱交換器２２１から吐出された湯とバイパス路を通った市水とが混合した湯水を、貯湯ユニット１００に送出する。出湯配管には、混合した湯水の温度を計測する温度センサ２２８が取り付けられている。温度センサ２２８は、計測結果を示す信号を制御部２２に送信する。また、出湯配管は、バイパス路との合流部より下流側で分岐して、開度可変の湯張り弁２２７を介して浴槽５０の戻り配管の途中に接続されている。湯張り弁２２７は、制御部２２からの制御命令に従って開度を設定する。

　熱交換器２２２は、バーナによる燃焼で発生した排気と水との間で熱交換を行うことで、水を加熱して湯を生成する。熱交換器２２２及び浴槽５０に接続される戻り配管は、その途中で分岐して出湯配管と接続され、出湯配管との接続部と熱交換器２２２との間には、ポンプ２２３が取り付けられている。ポンプ２２３は、制御部２２からの制御命令に従った回転数で稼働し、湯張り弁２２７から吐出された水又は浴槽５０から取り出した水を熱交換器２２２に送出する。熱交換器２２２によって生成された湯は、戻り配管を介して浴槽５０に供給される。

　制御部２２は、プログラムを実行するマイクロプロセッサ、ＲＡＭ及びプログラムを記憶するＥＥＰＲＯＭを含んで構成される。制御部２２は、流量センサ２２４から計測結果を取得し、端末４０から情報を取得する。この情報には、端末４０に入力された給湯温度と、湯張り運転の開始指令と、追い焚き運転の開始指令と、が含まれる。そして、制御部２２は、バーナに燃焼の開始及び終了を指示し、調節弁２２５、バイパス弁２２６及び湯張り弁２２７の開度と、ポンプ２２３の回転数と、を制御する。制御部２２による制御処理の詳細は、後述する。

　続いて、貯湯式給湯機１０００によって実行される各種運転について説明する。これらの運転は、制御部１１，２１，２２及び端末４０が信号線を介した通信により協働することで実現される。

　（貯湯運転）
　貯湯運転は、第１加熱ユニット２１０が貯湯タンク１２０の貯留水を沸き上げて湯を生成する沸き上げ運転である。貯湯運転は、貯湯タンク１２０の蓄熱量に応じて開始する。

　貯湯タンク１２０の蓄熱量は、制御部１１が、温度センサ１２１～１２４の計測結果に基づいて、貯湯タンク１２０内の湯が有する蓄熱量のうち、給湯負荷に有効な蓄熱量を算出することで得ることができる。例えば、比較的少量の一般給湯負荷が生じると、貯湯タンク１２０内の湯が有する熱エネルギーは、この湯と市水とが混合することで利用される。このため、熱エネルギーの基準値を市水の温度として、温度センサ１２１～１２４の計測結果と基準値との差分を貯湯タンク１２０の容積について積分することで、蓄熱量が算出される。なお、基準値は、予め定められた値でもよい。また、例えばユーザにより設定された給湯温度が４０℃であるときに、貯湯タンク１２０に貯えられている３８℃の湯は利用できないため、貯湯タンク１２０に貯えられている湯水のうち特定の温度以上の湯についてのみ積分することで蓄熱量を算出してもよい。特定の温度は、例えば４５℃として予め定められた値であってもよいし、給湯温度に応じて定められる値であってもよい。なお、給湯負荷は、給湯の需要を意味し、一般給湯負荷は、湯張り運転及び追い焚き運転による給湯負荷以外の給湯負荷としてもよい。

　制御部１１は、温度センサ１２１～１２４の計測結果から算出される貯湯タンク１２０の蓄熱量を監視して、蓄熱量が予め設定された特定の閾値を下回ると、貯湯運転を開始する。具体的には、制御部１１は、端末４０及び制御部２１と連携して、第１加熱ユニット２１０に湯を生成させる。貯湯運転を開始するための閾値は、例えば、貯湯タンク１２０の最大蓄熱量の１０％に相当する。

　貯湯運転では、端末４０が、ユーザにより設定された給湯温度に応じて、生成すべき湯の目標温度を定める。ここで、第１加熱ユニット２１０で湯が沸き上げられてから実際に給湯口１０２から給湯されるまでの間に貯湯タンク１２０表面からは放熱があり、また、混合弁１４０において市水の混合比率をゼロには設定できないことがある。このため、本実施の形態に係る端末４０は、設定された給湯温度に一定の値を加算することにより目標温度を求める。例えば、給湯温度が４０℃に設定された場合には、正の値をＡとして（４０＋Ａ）℃が目標温度として算出される。そして、端末４０は、目標温度を制御部１１に送信する。

　貯湯運転が開始すると、制御部１１は、貯湯タンク１２０の下部と循環ポンプ１３０の吸入口とが連通するように吸入切替弁１３１を制御し、循環ポンプ１３０の吐出口と第１加熱ユニット２１０とが連通するように吐出切替弁１３２を制御する。これにより、図１中の実線矢印で示されるように、貯湯タンク１２０の下部から、吸入切替弁１３１、循環ポンプ１３０、吐出切替弁１３２、及び熱交換器２１２を経由して貯湯タンク１２０の上部に戻る循環路が形成される。

　そして、制御部１１は、循環ポンプ１３０を稼働させることにより、貯湯タンク１２０の下部に存在する低温の水を熱交換器２１２に送出する。これにより、第１加熱ユニット２１０によって生成された湯が、貯湯タンク１２０の上部に供給されることとなる。制御部１１は、循環ポンプ１３０を稼働させる際に、目標温度の湯が生成されるように、循環ポンプ１３０の回転数を調節する。

　そして、制御部１１は、貯湯タンク１２０の蓄熱量が目標貯湯量に達すると、貯湯運転を停止する。目標貯湯量は、例えば、現在から将来の特定の時刻までに発生することが予測される給湯負荷と、現在の貯湯タンク１２０の蓄熱量との差から算出される。将来の給湯負荷は、過去の数日間における実際の給湯負荷から学習して推定することが好ましい。実際に生じた給湯負荷は、流量センサ１９２によって計測された給湯量の積算値、及び、温度センサ１９１によって計測された給湯温度と温度センサ１１１によって計測された市水の温度との差の積算値から算出される。

　なお、制御部１１は、貯湯タンク１２０の蓄熱量に関わらず、特定の時間帯に貯湯運転を実行してもよい。特定の時間帯は、例えば、深夜の電気料金が低廉になる時間帯、又は、貯湯式給湯機１０００とともに設置された発電装置によって生成された発電電力の余剰が発生する時間帯である。

　（給湯切替弁１８０の制御処理）
　続いて、制御部１１による給湯切替弁１８０の制御処理について、図２を用いて説明する。図２に示される制御処理は、一定の周期で繰り返し実行される。一定の周期は、例えば１分間である。

　まず、制御部１１は、貯湯タンク１２０の蓄熱量が予め設定された閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１）。

　この閾値は、例えば、一般給湯負荷のうち、過去の数日間に生じた給湯負荷のうち１回の給湯負荷として最大の負荷に相当する。また、制御部１１は、温度センサ１２１～１２４のいずれかによる計測結果が、一定の正値をＢとして、（給湯温度＋Ｂ）℃より高いときに、蓄熱量が閾値を超えると判定してもよい。また、一般給湯負荷のうち、１回のシャワー負荷に代表されるように比較的大きいものを閾値として採用してもよい。１回のシャワー負荷は、例えば４０℃換算で５０Ｌである。さらに、制御部１１は、端末４０にユーザが設定した閾値を用いてもよい。給湯切替弁１８０を制御するための閾値は、通常、貯湯運転を開始するための閾値より大きく、例えば貯湯タンク１２０の最大蓄熱量の３０％に相当することとなる。

　蓄熱量が閾値を超えると判定した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、制御部１１は、給湯口１０２と混合弁１４０の吐出口とが連通するように給湯切替弁１８０を制御して、運転モードをタンク給湯モードに設定する（ステップＳ２）。タンク給湯モードは、貯湯タンク１２０の湯を給湯口１０２から供給する運転モードである。タンク給湯モードの詳細は、後述する。

　一方、蓄熱量が閾値を超えないと判定した場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、制御部１１は、給湯口１０２と減圧弁１７０の吐出口とが連通するように給湯切替弁１８０を制御して、運転モードを予熱給湯モードに設定する（ステップＳ３）。予熱給湯モードは、熱交換器１６０によって予熱された市水から第２加熱ユニット２２０によって生成された湯を給湯口１０２から供給する運転モードである。予熱給湯モードの詳細は、後述する。

　その後、制御部１１は、給湯切替弁１８０の制御処理を終了する。

　（タンク給湯モードの運転処理）
　続いて、制御部１１によって実行されるタンク給湯モードの運転処理について、図３を用いて説明する。図３に示される処理は、運転モードがタンク給湯モードに設定されることで開始する。

　まず、制御部１１は、給湯流量が閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、給湯口１０２に接続された給湯栓が開かれると、流量センサ１９２によって計測される給湯量がゼロより大きくなる。制御部１１は、この流量センサ１９２による計測値が、安定的に検知できる一定の閾値以上か否かを判定する。

　給湯流量が閾値を超えないと判定した場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、制御部１１は、ステップＳ１１の判定を繰り返す。一方、給湯流量が閾値を超えると判定した場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、制御部１１は、混合弁１４０を制御して給湯温度を調節する（ステップＳ１２）。具体的には、制御部１１は、温度センサ１９１によって計測される給湯温度が、端末４０に設定された給湯温度に等しくなるように、混合弁１４０の混合比率を制御する。ここで、混合弁１４０に貯湯タンク１２０の上部から高温の湯が流れると、低温の市水が減圧弁１１２を通って貯湯タンク１２０の下部に流入する。

　次に、制御部１１は、給湯流量が閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ１３）。この閾値は、ステップＳ１１で用いられた閾値に等しい。

　給湯流量が閾値より小さいと判定した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）制御部１１は、待機状態となり、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。一方、給湯流量が閾値より小さくないと判定した場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御部１１は、ステップＳ１２以降の処理を繰り返す。

　なお、タンク給湯モードの運転処理が実行されているときには、給湯切替弁１８０は、混合弁１４０と給湯口１０２とを連通させて、第２加熱ユニット２２０と給湯口１０２とを接続する流路を遮断する。このため、第２加熱ユニット２２０に市水が流入することはなく、第２加熱ユニット２２０による市水の加熱も実行されない。

　（予熱給湯モードの運転処理）
　続いて、制御部１１によって実行される予熱給湯モードの運転処理について、図４を用いて説明する。この運転処理は、熱交換器１６０によって市水を予熱する処理である。図４に示される処理は、運転モードが予熱給湯モードに設定されることで開始する。

　まず、制御部１１は、吸入切替弁１３１により連通する流路を熱交換器１６０側に切り替える（ステップＳ２１）。次に、制御部１１は、吐出切替弁１３２により連通する流路を貯湯タンク１２０側に切り替える（ステップＳ２２）。これにより、図１中の破線矢印で示されるように、貯湯タンク１２０の上部から、熱交換器１６０、吸入切替弁１３１、循環ポンプ１３０、及び吐出切替弁１３２、を経由して貯湯タンク１２０の下部に戻る循環路が形成される。

　次に、制御部１１は、流量センサ１６３によって計測された予熱流量が閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ２３）。この予熱流量は、熱交換器１６０の２次側を通って第２加熱ユニット２２０に流入する水量であって、給湯栓が開かれると増加する。予熱流量について判定するための閾値は、流量センサ１６３が安定的に検知することができる一定の水量に相当する。

　予熱流量が閾値を超えないと判定した場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、制御部１１は、ステップＳ２３の判定を繰り返す。一方、予熱流量が閾値を超えると判定した場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、制御部１１は、循環ポンプ１３０を制御して循環路に水流を生成するとともに、予熱温度を調節する（ステップＳ２４）。循環路に水流が生成されると、貯湯タンク１２０の上部から流出した温水は、熱交換器１６０の１次側を通ることで冷却され、貯湯タンク１２０の下部に戻ることとなる。また、制御部１１は、温度センサ１１１によって計測された市水の温度と、温度センサ１６１によって計測された１次側出口の温度との差が、予め設定された目標値に等しくなるように、循環ポンプ１３０の回転数を制御して、予熱温度を調節する。

　この予熱温度の調節について、図５を用いて説明する。図５には、熱交換器１６０を流れる水の温度変化が示されている。図５中、線Ｌ１は、１次側の流路を流れる水の温度変化を示し、水が１次側入口から１次側出口に流れると、水温が実線矢印に沿って変化する。Ｔｗ１ｉは、１次側入口に流入する水の温度に対応し、Ｔｗ１ｏは、１次側出口から流出する水の温度に対応する。また、線Ｌ２は、２次側の流路を流れる水の温度変化を示し、水が２次側入口から２次側出口に流れると、水温が破線矢印に沿って変化する。Ｔｗ２ｉは、２次側入口に流入する水の温度に対応し、Ｔｗ２ｏは、２次側出口から流出する水の温度に対応する。

　ここで、制御部１１は、図５に示されるＴｗ１ｏとＴｗ２ｉとの差であるΔＴｗＬが目標値に等しくなるように、循環ポンプ１３０の回転数を制御する。

　例えば、２次側の流量が小さく、１次側の流量が過大である場合には、Ｔｗ１ｏが高くなり、貯湯タンク１２０下部に流入する水の温度が高くなる。貯湯タンク１２０の下部に流入する水の温度は、ある程度低いことが望ましいため、制御部１１は、この場合に循環ポンプ１３０の回転数を小さくして、ΔＴｗＬを目標値に近付ける。一方、２次側の流量が大きく、１次側の流量が過小である場合には、Ｔｗ１ｏが低くなり、市水を十分に予熱することができない。この場合に、制御部１１は、循環ポンプ１３０の回転数を大きくして、ΔＴｗＬを目標値に近付ける。

　すなわち、ΔＴｗＬに応じて循環ポンプ１３０の回転数を制御すると、２次側の流量に応じて、１次側の流量を、予熱量及び熱交換の効率を考慮した適当な流量にすることができる。ΔＴｗＬを適当に調節すると、貯湯タンク１２０の下部の水温を低くして、その後に沸き上げ運転が実行される際の第１加熱ユニット２１０の入水温度を低くすることができる。ひいては、沸き上げ運転のエネルギー消費効率を向上させることができる。特に、第１加熱ユニット２１０の冷媒回路に流れる冷媒がＣＯ２である場合には、入水温度を低くすることによってエネルギー消費効率を大幅に改善することができる。さらに、熱交換器１６０が２次側の流量に応じた適当な熱量を市水に与えるため、貯湯タンク１２０の蓄熱を有効に利用することができる。

　なお、循環ポンプ１３０の回転数の制御は、図５に示された予熱温度の調節に代えて、図６に示されるように、２次側の流量に応じた回転数を循環ポンプ１３０に指示することで実行されてもよい。循環ポンプ１３０の回転数と１次側の流量はほぼ比例するため、このような指示によっても、１次側の流量を２次側の流量に応じた適当なものとすることができる。

　図４に戻り、ステップＳ２４に続いて、制御部１１は、予熱流量が閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ２５）。この閾値は、ステップＳ２３で用いられた閾値に等しい。

　予熱流量が閾値より小さくないと判定した場合（ステップＳ２５；Ｎｏ）、制御部１１は、ステップＳ２４以降の処理を繰り返す。一方、予熱流量が閾値より小さいと判定した場合（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、制御部１１は、待機状態に入り、ステップＳ２３以降の処理を繰り返す。

　（加熱運転処理）
　続いて、予熱給湯モードにおいて第２加熱ユニット２２０の制御部２２によって実行される加熱運転処理について、図７を用いて説明する。

　まず、制御部２２は、第２加熱ユニット２２０の流量が閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ３１）。具体的には、制御部２２は、流量センサ２２４による計測値が、この流量センサ２２４が安定的に検知することができる一定の流量を超えるか否かを判定する。

　流量が閾値を超えないと判定した場合（ステップＳ３１；Ｎｏ）、制御部２２は、ステップＳ３１の判定を繰り返す。一方、流量が閾値を超えると判定した場合（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）、制御部２２は、バーナを点火する（ステップＳ３２）。これにより、熱交換器２２１による熱交換が開始され、熱交換器２２１に流入した市水が加熱される。

　次に、制御部２２は、バーナ、調節弁２２５及びバイパス弁２２６を制御して、給湯温度を調節する（ステップＳ３３）。具体的には、制御部２２は、熱交換器２２１から流出する湯の温度を温度センサ２２８から得て、この温度が目標値に近付くようにバーナの燃焼量を制御する。また、制御部２２は、調節弁２２５の開度を制御することで、第２加熱ユニット２２０に流入する水量を調節し、バイパス弁２２６の開度を制御することで、バイパス路に流れる水量を調節して、給湯温度を設定値に等しいものとする。

　第２加熱ユニット２２０で給湯温度が調節された湯は、出湯配管を通って貯湯ユニット１００に戻り、減圧弁１７０によって減圧された後に給湯切替弁１８０を介して給湯口１０２から供給される。

　次に、制御部２２は、第２加熱ユニット２２０の流量が閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ３４）。この閾値は、ステップＳ３１で用いられた閾値に等しい。流量が閾値より小さくないと判定した場合（ステップＳ３４；Ｎｏ）、制御部２２は、ステップＳ３２以降の処理を繰り返す。一方、流量が閾値より小さいと判定した場合（ステップＳ３４；Ｙｅｓ）、制御部２２は、バーナを消火して（ステップＳ３５）、待機状態に入り、ステップＳ３１以降の処理を繰り返す。

　なお、予熱給湯モードの運転処理が実行されているときには、給湯切替弁１８０は、減圧弁１７０と給湯口１０２とを連通させて、混合弁１４０と給湯口１０２とを接続する流路を遮断する。このため、貯湯タンク１２０の湯が給湯口１０２に供給されることはない。

　また、制御部１１による予熱給湯モードの運転処理において、循環ポンプ１３０の回転数の調節は、温度センサ１６２によって計測された予熱後の市水の温度を目標値に調節することで実現されてもよい。循環ポンプ１３０の回転数が高くなると、熱交換器１６０の熱交換量が増加して予熱温度が高くなる。予熱温度が高くなるほど、同一の給湯温度に対して第２加熱ユニット２２０によって加熱すべき加熱量が減少するため、燃料の消費量を節約することができる。一方で、予熱温度が過大に高くなると、第２加熱ユニット２２０の入水温度が高くなり、第２加熱ユニット２２０で給湯温度を調節することができなくなったり、燃焼が停止したりするおそれがある。そのため、例えば、予熱温度の目標値が、第２加熱ユニット２２０の入水温度の上限値に等しくなるように、制御部１１は循環ポンプ１３０の回転数を調節してもよい。この上限値は、例えば３０℃である。

　また、予熱温度が目標値に等しくなるように熱交換器１６０の１次側の流量を制御すると、図５に示されたΔＴｗＬを目標値に等しくする場合と比較して、１次側出口から貯湯タンク１２０に戻る水の温度が高くなり、その後の沸き上げ運転のときに第１加熱ユニット２１０の入水温度が高くなる。ここで、ＣＯ２のように高圧側で凝縮せず超臨界状態となる冷媒に比べて、ＨＦＣ、ＨＣ、ＨＦＯ等の高圧側で凝縮する冷媒を採用すると、入水温度の上昇に対してエネルギー消費効率が低下する度合いが小さい。このため、予熱温度が目標値に等しくなるように１次側の流量を制御する手法は、特に、高圧側で凝縮する冷媒を採用する場合に有効である。

　（湯張り運転処理）
　続いて、制御部２２によって実行される湯張り運転処理について、図８を用いて説明する。湯張り運転は、浴槽５０に一定量の湯を供給する運転である。端末４０に湯張り運転を開始する指示が入力されると、端末４０が、湯張り指令を制御部２２に送信し、湯張り運転が開始する。

　まず、制御部２２は、端末４０から湯張り指令があったか否かを判定する（ステップＳ４１）。湯張り指令がないと判定した場合（ステップＳ４１；Ｎｏ）、制御部２２は、待機状態に入り、ステップＳ４１の判定を繰り返す。

　一方、湯張り指令があったと判定した場合（ステップＳ４１；Ｙｅｓ）、制御部２２は、湯張り弁２２７を開き（ステップＳ４２）、バーナを点火する（ステップＳ４３）。これにより、予熱された市水が第２加熱ユニット２２０に流入して、調節弁２２５を通ってから分岐して、一方は熱交換器２２１で加熱され、他方はバイパス路を通った後に合流する。そして、合流した温水は、湯張り弁２２７を通り、往き配管及び戻り配管の双方から浴槽５０に供給されることとなる。

　次に、制御部２２は、バーナ、調節弁２２５及びバイパス弁２２６を制御して、給湯温度を調節する（ステップＳ４４）。具体的には、制御部２２は、温度センサ２２８によって計測される給湯温度が、予め設定された湯張り温度の目標値に等しくなるように、バーナの燃焼量を制御する。また、制御部２２は、調節弁２２５の開度を制御して、第２加熱ユニット２２０に流入する水量を調節する。また、制御部２２は、バイパス弁２２６の開度を制御して、バイパス路に流れる水量を調節して、給湯温度を目標値に等しいものとする。

　次に、制御部２２は、給湯量が湯張り目標値を超えるか否かを判定する（ステップＳ４５）。この給湯量は、流量センサ２２４による計測値を積算することで得ることができる。なお、制御部２２は、浴槽５０の水位を検知する水位センサの出力を用いて、給湯量が湯張り目標値を超えるかを判定してもよい。

　給湯量が湯張り目標値を超えないと判定した場合（ステップＳ４５；Ｎｏ）、制御部２２は、ステップＳ４２以降の処理を繰り返す。一方、給湯量が湯張り目標値を超えると判定した場合（ステップＳ４５；Ｙｅｓ）、制御部２２は、バーナを消火し（ステップＳ４６）、湯張り弁２２７を閉じる（ステップＳ４７）。その後、制御部２２は、湯張り運転処理を終了する。

　なお、湯張り運転を実行する際には、貯湯タンク１２０の蓄熱量に関わらず、貯湯ユニット１００の制御部１１によって、図４に示される予熱給湯モードの運転処理が実行される。これにより、貯湯タンク１２０の容量は、湯張りのための湯量を必要としない。したがって、容量の小さい貯湯タンク１２０を用いて貯湯式給湯機１０００を構成することができる。

　また、湯張り運転の最中に一般給湯負荷が生じた場合には、貯湯タンク１２０の蓄熱量が予め設定された閾値より大きいときにタンク給湯モードの運転が湯張り運転と同時に実行され、蓄熱量がこの閾値より小さいときに予熱給湯モードの運転が湯張り運転と同時に実行される。

　（追い焚き・保温運転）
　続いて、制御部２２によって実行される追い焚き・保温運転について説明する。端末４０に、浴槽５０の湯を一定の温度に保つ保温指令が入力されたとき、又は、浴槽５０に貯まっている湯を再加熱する追い焚き指令が入力されたときに、制御部２２は、追い焚き・保温運転を実行する。

　追い焚き・保温運転では、制御部２２は、湯張り弁２２７を閉じて、ポンプ２２３を稼働させる。これにより、浴槽５０から、戻り配管、ポンプ２２３、熱交換器２２２及び往き配管を通って浴槽５０に戻る循環路に水流が生じる。そして、制御部２２は、バーナを点火して、熱交換器２２２に湯を再度加熱させる。追い焚き・保温運転では、予熱給湯モードの運転処理が実行されない。

　（貯湯運転と予熱給湯モードの運転との同時運転）
　続いて、貯湯運転と予熱給湯モードの運転との同時運転が実行される場合について説明する。この同時運転は、貯湯運転の最中に予熱給湯モードの運転が開始したり、予熱給湯モードの運転の最中に貯湯運転が開始したりすることで開始する。

　図９には、同時運転が実行される場合における貯湯ユニット１００のアクチュエータ制御手法が示されている。一般的に、熱交換器１６０の２次側の流量は、最大で約１５～２０Ｌ／ｍｉｎ程度となり、２次側の流量に応じて１次側の流量も大きくなる。一方、貯湯運転の際に第１加熱ユニット２１０に流入する水量は、例えば冬期の市水温度が９℃で貯湯温度が６５℃で、加熱能力が４．５ｋＷであるときに、約１．１５Ｌ／ｍｉｎとなる。

　このため、循環ポンプ１３０を稼働させて、第１加熱ユニット２１０の入水量と、熱交換器１６０の１次側の流入量と、を独立に制御する必要がある。また、予熱に利用する１次側の水の一部を第１加熱ユニット２１０に送り出して、残りを貯湯タンク１２０に戻す必要がある。

　そこで、図９に示されるように、制御部１１は、温度差ΔＴｗＬが目標値に等しくなるように循環ポンプ１３０の回転数を制御する。また、制御部１１は、熱交換器１６０に接続される流路が全開となるように、吸入切替弁１３１を制御する。また、制御部１１は、第１加熱ユニット２１０の沸き上げ流量を調節することで出湯温度が目標値に等しくなるように、吐出切替弁１３２の開度を制御する。

　図１０には、吐出切替弁１３２の開度と流量との関係が示されている。図１０中、線Ｌ１１は、吐出切替弁１３２から貯湯タンク１２０側への流量を示し、線Ｌ１２は、吐出切替弁１３２から第１加熱ユニット２１０側への流量を示している。図１０に示されるように、吐出切替弁１３２の開度ステップがゼロから最大の１００まで変化すると、貯湯タンク１２０側の流量と第１加熱ユニット２１０側の流量の合計が１００％となる条件下で、流量比が変化する。

　このため、図９に示されたようにアクチュエータを制御すると、循環ポンプ１３０は、熱交換器１６０の１次側に必要な流量を調整し、吐出切替弁１３２は、第１加熱ユニット２１０による沸き上げに必要な流量と、貯湯タンク１２０に戻る残りの流量との比を調整することとなる。

　（高温沸き上げ運転処理）
　続いて、貯湯タンク１２０の高温沸き上げ運転処理について、図１１を用いて説明する。

　貯湯タンク１２０の貯留水が長時間にわたって貯湯タンク１２０内に滞留すると、貯留水に雑菌が繁殖する可能性があり、好ましくない。市水が塩素消毒されていれば雑菌の繁殖は抑制されるが、一度加熱された後に、例えば２０～４５℃程度の水温になると、レジオネラ菌が繁殖する可能性がある。貯湯タンク１２０が密閉式であって、清潔な市水が常に供給される状態では、雑菌が繁殖する可能性はほぼないといえる。しかしながら、何らかの外的要因による不測の状況まで考慮すると、長期間にわたり雑菌の繁殖が可能な温度のまま滞留したときに、雑菌を殺菌することができる高い温度まで貯湯タンク１２０内の湯を再度加熱する必要がある。この温度は、例えば６０℃以上である。

　そこで、本実施の形態に係る貯湯式給湯機１０００は、図１１に示される高温沸き上げ運転を実行する。高温沸き上げ運転は、貯湯式給湯機１０００が稼働可能になると開始される。この高温沸き上げ運転は、給湯負荷が多く発生する前の時間帯に実行することが望ましい。この時間帯は、例えば１５～１８時の時間帯である。

　まず、制御部１１は、予め設定された時間内に貯湯タンク１２０から給湯口１０２に供給された湯量が貯湯タンク１２０の容量を超えるか否かを判定する（ステップＳ５１）。すなわち、制御部１１は、貯湯タンク１２０内の湯が滞留しているか否かを判定する。この滞留は、貯湯タンク１２０内で水が再加熱されることなく予め設定された比較的長い時間にわたり貯留されていることを意味する。予め設定された時間は、例えば７２時間である。

　なお、貯湯タンク１２０から給湯口１０２への出湯量は、流量センサ１９２によって計測された給湯流量を積算した上で、温度センサ１４１によって計測された貯湯タンク１２０からの出湯温度、温度センサ１１１によって計測された市水の温度、及び温度センサ１９１によって計測された給湯温度の関係から、混合弁１４０による混合比率を推定することで、求めることができる。なお、貯湯タンク１２０の上部と混合弁１４０の吸入口とを接続する配水管に流量センサを設けて、この流量センサの計測値を積算することで出湯量を求めてもよい。

　ステップＳ５１の判定が否定された場合（ステップＳ５１；Ｎｏ）、制御部１１は、貯湯タンク１２０内の水が滞留していないと判断して、湯を沸き上げることなく高温沸き上げ運転を終了する。

　一方、ステップＳ５１の判定が肯定された場合（ステップＳ５１；Ｙｅｓ）、制御部１１は、貯湯タンク１２０内に水が長時間にわたり滞留していると判断して、給湯切替弁１８０を制御することにより、給湯口１０２と第２加熱ユニット２２０とを連通させる。そして、制御部１１は、運転モードを予熱給湯モードに設定する（ステップＳ５２）。

　次に、制御部１１は、現在時刻が深夜の特定時刻より前であるか否かを判定する（ステップＳ５３）。特定時刻は、例えば、電気料金が低廉になる２３時として予め設定される。

　現在時刻が特定時刻より前であると判定した場合（ステップＳ５３；Ｙｅｓ）、制御部１１は、貯湯タンク１２０の蓄熱量が閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ５４）。この閾値は、貯湯運転を開始するための閾値に等しい。

　蓄熱量が閾値より低くはないと判定した場合（ステップＳ５４；Ｎｏ）、制御部１１は、ステップＳ５３以降の処理を繰り返す。一方、蓄熱量が閾値より低いと判定した場合（ステップＳ５４；Ｙｅｓ）、制御部１１は、貯湯タンク１２０の貯湯温度が特定の温度より低いか否かを判定する（ステップＳ５５）。ここで、貯湯タンク１２０の貯湯温度は、貯湯タンク１２０内の水の平均温度であって、温度センサ１２１～１２４の計測値から求めることができる。

　ステップＳ５５の判定に用いる特定の温度について、図１２を用いて説明する。図１２には、第１加熱ユニット２１０の入水温度とエネルギー消費効率としてのＣＯＰ（Coefficient Of Performance）との関係が示されている。ただし、沸き上げ温度は、予め設定された一定の温度であって、例えば６５℃であるものとする。第１加熱ユニット２１０の入水温度が高いほど、凝縮器出口の冷媒温度が高くなり、ＣＯＰは低下する。このため、貯湯タンク１２０に比較的高い温度の湯が残っている状態で高温沸き上げ運転を実行すると、ＣＯＰが低くなる。

　ところで、本実施の形態に係る貯湯式給湯機１０００は、主として電力を消費して湯を沸き上げて、不足する湯を燃焼式の第２加熱ユニット２２０で生成している。電力は、例えば火力発電所で化石燃料を燃焼させて生成される。ここで、燃料を直接投入する第２加熱ユニット２２０と同一の評価指標で第１加熱ユニット２１０を評価するために、１次エネルギー効率を用いることができる。

　発電所で投入される化石燃料に対して、最終的に家庭で消費する電力の１次エネルギー効率は、約３６．９％とされている。ヒートポンプ式の第１加熱ユニット２１０は、大気から熱を吸収して、投入される電気エネルギー以上の給湯熱を得ることができる。このため、第１加熱ユニット２１０の１次エネルギー効率は、電気エネルギーの１次エネルギー効率に、ＣＯＰを乗じることで得ることができる。

　これに対して、燃焼式の第２加熱ユニット２２０の給湯燃焼効率は、高効率なものでも９５％程度である。第２加熱ユニット２２０は、化石燃料を直接投入するため、その燃焼効率を給湯の１次エネルギー効率とみなすことができる。

　したがって、第１加熱ユニット２１０の１次エネルギー効率が第２加熱ユニット２２０の１次エネルギー効率より高くなるためには、ＣＯＰが２．５７（＝９５／３６．９）より大きければよい。

　具体的には、図１２に示されるように、第１加熱ユニット２１０の入水温度とＣＯＰとの関係から、第１加熱ユニット２１０の１次エネルギー効率が第２加熱ユニット２２０に等しくなる入水温度Ｔｗｉを求めることができる。そして、図１１中のステップＳ５５の判定で用いる特定の温度を、この入水温度Ｔｗｉとすればよい。

　貯湯温度が特定の温度より低くはないと判定した場合（ステップＳ５５；Ｎｏ）、制御部１１は、ステップＳ５３以降の処理を繰り返す。これにより、予熱給湯モードの運転処理が実行される。その結果、貯湯タンク１２０内の水温が低下する。ひいては、その後の沸き増し運転（ステップＳ５６）及び沸き上げ運転（ステップＳ５７）が実行される際のエネルギー効率を向上させることができる。

　一方、貯湯温度が特定の温度より低いと判定した場合（ステップＳ５５；Ｙｅｓ）、制御部１１は、貯湯タンク１２０の高温沸き増し運転を実行する（ステップＳ５６）。この高温沸き増し運転は、沸き上げ温度を例えば貯湯運転の沸き上げ温度より高い６５℃として、当日に必要な熱量を予測して沸き上げる運転である。その後、制御部１１は、ステップＳ５３以降の処理を繰り返す。

　ステップＳ５３にて、現在時刻が深夜の特定時刻より前ではないと判定した場合（ステップＳ５３；Ｎｏ）、制御部１１は、高温沸き上げ運転を実行する（ステップＳ５７）。この高温沸き上げ運転では、翌日に予想される給湯負荷にかかわらず、貯湯タンク１２０の全量が殺菌可能な温度となるように沸き上げる。高温沸き上げ運転は、深夜に実行される貯湯運転に代えて実行される。

　ここで、沸き上げ温度を６５℃に設定して貯湯運転を実行し、貯湯タンク１２０内の蓄熱量が増加すると、第１加熱ユニット２１０の入水温度が徐々に上昇する。ヒートポンプ式である第１加熱ユニット２１０では、入水温度が上昇すると、高圧側の圧力が高くなり、許容圧力を超えてしまうことが考えられる。

　このため、例えば第１加熱ユニット２１０の入水温度が例えば５０℃の上限値を超えると、圧縮機２１１の稼働を停止して、循環ポンプ１３０のみを稼働させ、貯湯タンク１２０底部の温度が６０℃になるまで、貯湯タンク１２０下部の湯を上部に循環させてもよい。この場合、圧縮機２１１は停止しているため第１加熱ユニット２１０による加熱は実行されないが、貯湯タンク１２０上部の高温の湯と下部の低温の水とが混合し、貯湯タンク１２０全体の温度を６０℃以上とすることができる。

　貯湯タンク１２０全体が殺菌可能な温度以上になると、制御部１１は、高温沸き上げ運転処理を終了する。

　（運転動作例）
　続いて、１日間に給湯負荷、貯湯タンク１２０の蓄熱量、第１加熱ユニット２１０及び第２加熱ユニット２２０の加熱能力が推移する例について、図１３を用いて説明する。

　貯湯タンク１２０の蓄熱量は、電気料金が低廉になる深夜時間帯に貯湯運転が実行されることで増加する。深夜時間帯の終了時刻における蓄熱量は、貯湯タンク１２０に蓄熱可能な最大値としてもよいし、予想される給湯負荷に応じたものとしてもよい。図１３に示される例では、深夜時間帯の終了時刻は、７：００である。

　７：００から１８：００頃までに、洗面所や台所の蛇口における一般給湯負荷が発生する。この一般給湯負荷は、入浴により発生する給湯負荷に比べて小さいため、タンク給湯モードの運転処理を実行する。一般給湯負荷が発生していない時間には、貯湯タンク１２０からの放熱により、蓄熱量が徐々に減少する。

　１９：００頃に湯張り運転が実行される。この際に予熱給湯モードの運転処理が実行されるため、貯湯タンク１２０の蓄熱量の減少と、第２加熱ユニット２２０による加熱と、が同時に発生する。湯張り運転が実行されると、貯湯タンク１２０の蓄熱量が大幅に減少して、給湯切替弁１８０を制御するための閾値ＴＨ１より低くなる。すなわち、運転モードが、タンク給湯モードから予熱給湯モードに移行する。その後、シャワーに代表される一般給湯負荷が発生するが、貯湯タンク１２０の蓄熱量が、貯湯運転を実行するための閾値ＴＨ２を下回るまでは、予熱給湯モードの運転処理が続行する。

　一般給湯負荷が連続して発生し、貯湯タンク１２０の蓄熱量が閾値ＴＨ２を下回ると、第１加熱ユニット２１０は、貯湯運転を開始する。そして、蓄熱量が閾値ＴＨ２より大きくなるまでに一般給湯負荷が発生した場合には、予熱給湯モードの運転処理が実行される。貯湯タンク１２０の蓄熱量の目標値は、当日において現在時刻以降に発生することが予想される給湯負荷に設定する。この目標値は、通常、深夜時間帯の貯湯運転の目標値より小さくなる。

　貯湯運転の終了後に一般給湯負荷が発生した場合において、貯湯タンク１２０の蓄熱量が閾値ＴＨ１より大きいときにはタンク給湯モードの運転が実行され、蓄熱量が閾値ＴＨ１より小さいときには予熱給湯モードの運転が実行される。１日の終了時刻である２４：００に最低となるように蓄熱量を制御することが望ましいが、２４：００以降に一般給湯負荷の発生が予測される場合には、２４：００の時点で蓄熱量をある程度残してもよい。

　以上、説明したように、本実施の形態に係る貯湯式給湯機１０００では、貯湯タンク１２０に水が長時間にわたり滞留し、高温沸き上げ運転を実行する必要が生じても、予熱給湯モードの運転を実行することにより貯湯タンク１２０の蓄熱を利用することができる。

　また、貯湯式給湯機１０００は、予熱給湯モードの運転処理を実行して、貯湯タンク１２０の水温が低下してから高温沸き上げ運転を実行する。このため、高温沸き上げ運転を実行する際にヒートポンプ式の第１加熱ユニット２１０の入水温度を低くすることができる。したがって、総合的な１次エネルギー効率を高くすることができる。

　また、貯湯式給湯機１０００は、殺菌が必要な条件下において、貯湯タンク１２０の蓄熱量を増加させる高温沸き増し運転を実行する。このため、中温水の増加量が少なく、当日の深夜に実行する高温沸き上げ運転のエネルギー消費効率を高くすることができる。なお、深夜の高温沸き上げ運転では、貯湯タンク１２０が貯える全量のうち、高温沸き増し運転で沸き上げられなかった残りの湯を沸き上げればよい。

　また、貯湯タンク１２０の蓄熱量が一般給湯負荷を賄うのに十分な場合に、貯湯タンク１２０から給湯口１０２に直接給湯し、貯湯タンク１２０の下部には、低温の市水が流入する。このため、第１加熱ユニット２１０の貯湯運転時のエネルギー消費効率を高くすることができる。特に、冷媒にＣＯ２を用いる場合には、高圧側が超臨界サイクルとなり、第１加熱ユニット２１０の入水温度が低いほどエネルギー消費効率が高くなるため、有効である。

　また、貯湯ユニット１００は市水の流量を計測する流量センサ１６３を有し、第２加熱ユニット２２０は、流入する市水の流量を計測する流量センサ２２４を有している。このため、第２加熱ユニット２２０に流入する市水を貯湯ユニット１００で予熱する際に、貯湯ユニット１００の制御部１１と第２加熱ユニット２２０の制御部２２とで通信する必要がなく、それぞれ独立して貯湯ユニット１００及び第２加熱ユニット２２０のアクチュエータを制御することができる。

　実施の形態２．
　続いて、実施の形態２について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。本実施の形態に係る貯湯式給湯機１０００は、プログラムを実行する一のコントローラによってその構成要素が制御される点で、実施の形態１に係るものと異なっている。

　図１４には、本実施の形態に係る貯湯式給湯機１０００の構成が示されている。図１４に示されるように、貯湯式給湯機１０００は、貯湯ユニット１００、第１加熱ユニット２１０、第２加熱ユニット２２０を制御するコントローラ６０を有している。

　コントローラ６０は、プロセッサ６１、主記憶部６２、補助記憶部６３、入力部６４、出力部６５、及び通信部６６を有するコンピュータとして構成される。主記憶部６２、補助記憶部６３、入力部６４、出力部６５、及び通信部６６はいずれも、内部バス６７を介してプロセッサ６１に接続されている。

　プロセッサ６１は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含んで構成される。プロセッサ６１は、補助記憶部６３に記憶されるプログラム６８を実行することにより、実施の形態１に係る制御部１１，２１，２２と同等の機能を発揮する。

　主記憶部６２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含んで構成される。主記憶部６２は、補助記憶部６３からプログラム６８をロードする。そして、主記憶部６２は、プロセッサ６１の作業領域として用いられる。

　補助記憶部６３は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含んで構成される。補助記憶部６３は、プログラム６８の他に、プロセッサ６１の処理に用いられる種々のデータを記憶している。

　入力部６４は、例えば入力キー及び静電容量方式のポインティングデバイスを含んで構成される。入力部６４は、ユーザによって入力された情報を取得して、プロセッサ６１に通知する。出力部６５は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）に代表される表示デバイスを含んで構成される。出力部６５は、例えば、入力部６４を構成するポインティングデバイスと一体的に形成されることで、タッチスクリーンを構成する。なお、端末４０が貯湯式給湯機１０００のユーザインタフェースに相当するため、入力部６４及び出力部６５を省いてコントローラ６０を構成してもよい。

　通信部６６は、外部の機器と通信するための通信インタフェース回路を含んで構成される。通信部６６は、外部から受信した信号に含まれる情報をプロセッサ６１に通知して、プロセッサ６１から出力された情報を伝送するための信号を外部の機器に送信する。通信部６６が外部から取得する情報には、貯湯ユニット１００、第１加熱ユニット２１０及び第２加熱ユニット２２０が有する各センサの計測結果が含まれる。また、通信部６６が外部に送信する情報には、貯湯ユニット１００、第１加熱ユニット２１０及び第２加熱ユニット２２０が有するポンプ及び弁に対する指示が含まれる。

　なお、本実施の形態において、貯湯ユニット１００は、制御部１１（図１参照）を省いて構成され、第１加熱ユニット２１０は、制御部２１（図１参照）を省いて構成され、第２加熱ユニット２２０は、制御部２２（図１参照）を省いて構成される。

　以上、説明したように、本実施の形態に係る貯湯式給湯機１０００は、その構成要素を制御するコントローラ６０を有していた。これにより、コントローラ６０が実行するプログラムの保守及び管理が容易になる。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態によって限定されるものではない。

　例えば、熱交換器１６０の２次側の流量を計測する流量センサ１６３は、２次側入口近傍ではなく、２次側出口近傍に設けてもよい。

　また、ユーザが端末４０から高温沸き上げ運転を開始する指令を入力できるようにしてもよい。例えば、太陽光発電装置を備える家庭において、日中に晴天となり余剰電力が発生する場合がある。この場合に、例えば現在時刻以降の２４時間以内に貯湯タンク１２０の殺菌が必要になると予想されれば、端末４０からユーザに対して高温沸き上げ運転の実行を要する旨を報知して、余剰電力による高温沸き上げ運転を促してもよい。これにより、高温沸き上げ運転の実行により投入電力が大きくなる場合にもランニングコストの上昇を抑えることができる。

　また、貯湯式給湯機１０００を含むＨＥＭＳ（Home Energy Management System）のコントローラが余剰電力の発生を予想して、貯湯式給湯機１０００に殺菌のための高温沸き上げ運転を指示してもよい。

　また、制御部１１，２１，２２のＥＥＰＲＯＭに記憶されているプログラム、及び、補助記憶部６３に記憶されているプログラム６８を、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto-Optical disk）に代表されるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、それらプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する装置を構成することができる。

　また、プログラムをインターネットに代表される通信ネットワーク上のサーバ装置が有するディスク装置に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロードするようにしてもよい。

　また、インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを転送しながら起動実行することによっても、上述の処理を達成することができる。

　さらに、プログラムの全部又は一部をサーバ装置上で実行させ、その処理に関する情報をコンピュータが通信ネットワークを介して送受信しながらプログラムを実行することによっても、上述の処理を達成することができる。

　なお、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロードしてもよい。

　また、貯湯式給湯機１０００の機能を実現する手段は、ソフトウェアに限られず、その一部又は全部を専用のハードウェアによって実現してもよい。例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）に代表される回路を用いて構成すれば、貯湯式給湯機１０００の省電力化を図ることができる。

　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

　本発明は、市水を加熱して生成した湯を供給する技術に適している。

　１０００　貯湯式給湯機、　１１　制御部、　１００　貯湯ユニット、　１０１　給水口、　１０２　給湯口、　１１０　給水管、　１１１，１２１～１２４，１４１，１６１，１６２，１９１　温度センサ、　１１２，１７０　減圧弁、　１２０　貯湯タンク、　１３０　循環ポンプ、　１３１　吸入切替弁、　１３２　吐出切替弁、　１４０　混合弁、　１６０　熱交換器、　１６３，１９２　流量センサ、　１８０　給湯切替弁、　１９０　給湯管、　２１０　第１加熱ユニット、　２１　制御部、　２１１　圧縮機、　２１２　熱交換器、　２１３　膨張弁、　２１４　蒸発器、　２２０　第２加熱ユニット、　２２　制御部、　２２１，２２２　熱交換器、　２２３　ポンプ、　２２４　流量センサ、　２２５　調節弁、　２２６　バイパス弁、　２２７　湯張り弁、　２２８　温度センサ、　４０　端末、　５０　浴槽、　６０　コントローラ、　６１　プロセッサ、　６２　主記憶部、　６３　補助記憶部、　６４　入力部、　６５　出力部、　６６　通信部、　６７　内部バス、　６８　プログラム、　Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２　線。

Claims

　水を加熱して第１の湯を生成する第１加熱手段と、
　前記第１の湯を貯える貯湯タンクと、
　前記貯湯タンクから取水した前記第１の湯と市水との熱交換により当該市水を予熱する熱交換器と、
　前記熱交換器により予熱された前記市水を加熱して第２の湯を生成する第２加熱手段と、を備え、
　予め設定された時間内に前記貯湯タンクから給湯口に供給した前記第１の湯の量が前記貯湯タンクの容量より小さい場合に、前記第２の湯を前記給湯口に供給する、貯湯式給湯機。
　前記貯湯タンクは、水と前記第１の湯とを貯え、
　前記第１加熱手段は、
　前記貯湯タンクから取水した水を加熱して第１温度の前記第１の湯を生成し、
　前記予め設定された時間内に前記貯湯タンクから前記給湯口に供給された前記第１の湯の量が前記容量より小さい場合において、前記貯湯タンクに貯えられている水と前記第１の湯との平均温度が閾値より低くなると、前記貯湯タンクから取水した水を加熱して前記第１温度より高い第２温度の前記第１の湯を生成する、
　請求項１に記載の貯湯式給湯機。
　前記閾値は、前記第１加熱手段の一次エネルギー効率が、前記第２加熱手段の一次エネルギー効率に等しくなる温度である、
　請求項２に記載の貯湯式給湯機。
　水を加熱することで生成した第１の湯を貯湯タンクに貯える貯湯ステップと、
　予め設定された時間内に前記貯湯タンクから給湯口に供給した前記第１の湯の量が前記貯湯タンクの容量より小さい場合に、前記貯湯タンクから取水した前記第１の湯と市水との熱交換により当該市水を予熱し、予熱した市水を加熱することで生成した第２の湯を前記給湯口に供給する給湯ステップと、
　を含む給湯方法。
　貯湯タンクを有する貯湯式給湯機を制御するコンピュータに、
　水を加熱することで生成した第１の湯を前記貯湯タンクに貯えることを前記貯湯式給湯機に指示し、
　予め設定された時間内に前記貯湯タンクから前記貯湯式給湯機の給湯口に供給された前記第１の湯の量が前記貯湯タンクの容量より小さい場合に、前記貯湯式給湯機に、前記貯湯タンクから取水した前記第１の湯と市水との熱交換により当該市水を予熱し、予熱した市水を加熱することで生成した第２の湯を前記給湯口に供給することを指示する、
　ことを実行させるためのプログラム。