JP7005309B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯装置に関する。

夜間時間帯の電力を利用して沸上運転を行う貯湯式給湯装置が広く用いられている。また、住宅、施設等において、太陽光発電装置により発電された余剰電力を電力会社に売電することが行われている。夜間時間帯の沸上運転の終了時刻が、太陽光発電装置の発電開始時刻よりも遅くなると、売電量が低下してしまう。特許文献１には、夜間時間帯の沸上運転の開始時刻及び終了時刻を前倒しすることで、太陽光発電装置の発電開始前に夜間時間帯の沸上運転を終了する技術が開示されている。

特開２０１３－２４２１２５号公報

特許文献１の技術では、夜間時間帯の沸上運転を前倒しして行うと、夜間時間帯の開始時刻（例えば２３時）に沸上運転が開始される場合がある。このため、複数の住宅の複数の貯湯式給湯装置が夜間時間帯の開始とともに一斉に沸上運転を開始する結果、電力需要が集中する可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電力需要の集中を抑制することに有利な貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと、電力を消費して水を加熱する加熱手段と、加熱手段により貯湯タンクの水を加熱する沸上運転を制御する制御手段と、を備え、夜間時間帯での沸上運転である夜間沸上運転を行う時間帯として、第一沸上時間帯と、第一沸上時間帯よりも終了時刻の早い第二沸上時間帯とを切り替え可能であり、夜間時間帯の開始から所定時刻までの時間帯は沸上禁止時間帯であり、制御手段は、沸上禁止時間帯を避けて第二沸上時間帯を設定するとともに、日の出時刻の早い季節には、日の出時刻の遅い季節よりも、沸上禁止時間帯の終了時刻が早くなるように沸上禁止時間帯の終了時刻を自動で設定し、第二沸上時間帯の終了時刻は、第一沸上時間帯の開始時刻よりも後の時刻であるものである。

本発明によれば、電力需要の集中を抑制することに有利な貯湯式給湯装置を提供することが可能となる。

実施の形態１による貯湯式給湯装置を示す図である。 リモコン装置の一例を示す外観図である。 実施の形態１による貯湯式給湯装置が夜間沸上運転を行う時間帯の例を示す図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による貯湯式給湯装置を示す図である。図１に示すように、実施の形態１による貯湯式給湯装置は、貯湯タンク１０を内蔵した貯湯タンクユニット１と、水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット６０とを備える。ヒートポンプユニット６０は、電力を消費してヒートポンプサイクルの運転をすることで水を加熱する。貯湯タンクユニット１と、ヒートポンプユニット６０との間は、ヒートポンプ入口配管４１と、ヒートポンプ出口配管４２と、電気配線（図示省略）とを介して接続されている。また、貯湯タンクユニット１には、制御手段としての制御部７０が内蔵されている。貯湯タンクユニット１及びヒートポンプユニット６０が備える各種の弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御部７０により制御される。

貯湯タンク１０内では、温度による水の密度の差によって、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成することができる。給水配管２は、水道等の水源に接続されている。給水配管２からの水がタンク下部配管４０を通って貯湯タンク１０の下部に流入することで、貯湯タンク１０内は満水状態に維持される。

ヒートポンプ入口配管４１は、貯湯タンク１０の下部と、ヒートポンプユニット６０の入水口との間を繋ぐ。ヒートポンプ出口配管４２は、ヒートポンプユニット６０の出湯口と、貯湯タンク１０の上部との間を繋ぐ。

貯湯式給湯装置は、沸上運転を実施できる。沸上運転は、ヒートポンプユニット６０により貯湯タンク１０の水を加熱する運転である。沸上運転のときには以下のようになる。ヒートポンプ入口配管４１の途中に配置された循環ポンプ（図示省略）と、ヒートポンプユニット６０とが運転される。貯湯タンク１０内の下部の低温水がヒートポンプ入口配管４１を通ってヒートポンプユニット６０に流入する。低温水は、ヒートポンプユニット６０内で加熱されて湯すなわち高温水になる。この高温水がヒートポンプ出口配管４２を通って貯湯タンク１０の上部に流入する。貯湯タンク１０内で上から下に向かって高温水が徐々に貯えられていく。

貯湯タンクユニット１内に給湯用混合弁２２が備えられている。給湯用混合弁２２は、水側入口であるａポートと、湯側入口であるｂポートと、出口であるｃポートとを有する。給水配管２から分岐した給水分岐管１２は、給湯用混合弁２２のａポートに接続されている。タンク上部配管４３は、貯湯タンクユニット１の上部と給湯用混合弁２２のｂポートとの間を繋ぐ。給湯配管３は、給湯用混合弁２２の出口と、給湯栓３４との間を繋ぐ。給湯栓３４は、例えば、浴槽、シャワー、流し台、洗面台などに湯を供給する。給湯配管３には、給湯流量を検出する給湯流量センサ４６と、給湯温度を検出する給湯温度センサ４７とが配置されている。

使用者が給湯栓３４を開くと、給水分岐管１２からの低温水と、貯湯タンク１０からの高温水とが給湯用混合弁２２にて混合された湯が給湯配管３を通って給湯栓３４へ供給される。制御部７０は、給湯温度センサ４７により検出される温度が予め設定された温度に等しくなるように給湯用混合弁２２の動作を制御する。

制御部７０と、リモコン装置８０との間は、有線通信または無線通信により、双方向に通信可能である。制御部７０と、リモコン装置８０とが、ネットワークを介して通信可能でもよい。リモコン装置８０は、ユーザーインターフェースの例である。本実施の形態において、リモコン装置８０は、例えば台所、リビング、浴室などの壁に設置されたものでもよい。または、例えばスマートフォンのような携帯情報端末がリモコン装置８０のようなユーザーインターフェースとしての機能を有するように構成してもよい。複数のリモコン装置８０が制御部７０に対して通信可能でもよい。

また、制御部７０は、通信制御装置５１に対し、相互通信可能に接続されている。通信制御装置５１は、例えば、宅内のネットワークを介して、貯湯式給湯装置以外の他の機器及びインターネットなどと通信が可能となるネットワークシステムに接続することができるホームゲートウェイでもよい。制御部７０は、通信制御装置５１を介して、外部からの情報を受信することができる。

本実施の形態において、貯湯式給湯装置が利用される住宅または施設（以下、代表して「住宅」と称する）には、太陽光発電装置（図示省略）が備えられている。貯湯式給湯装置及び住宅内の他の電気機器は、太陽光発電装置で発電された電力により運転可能である。太陽光発電装置により発電された電力が余剰である場合には、その余剰電力は電力会社の電力系統へ逆潮流させることができる。すなわち、余剰電力を売電することができる。

制御部７０は、通信制御装置５１を介して、太陽光発電装置の運転状態に関する情報を受信できる。また、制御部７０は、住宅内の電気機器を統合して管理する、例えばホームエネルギーマネジメントシステムのコントローラからの情報を、通信制御装置５１を介して受信できる。

図２は、リモコン装置８０の一例を示す外観図である。図２に示すように、リモコン装置８０は、貯湯式給湯装置の状態等の情報を表示する表示部８１と、使用者が操作するスイッチ等を有する操作部８２と、スピーカー８３とを備える。使用者は、リモコン装置８０を操作することで、貯湯式給湯装置を遠隔操作し、各種の設定などを行うことが可能である。表示部８１は、情報を報知する報知手段としての機能を有する。本実施の形態におけるリモコン装置８０は、表示部を報知手段として備えるが、変形例として、例えば音声案内装置のような他の報知手段を備えてもよい。

沸上運転のうち、夜間時間帯に行う沸上運転を以下「夜間沸上運転」と称する。夜間時間帯は、例えば、夜２３時から翌朝７時までの時間帯である。昼間時間帯は、夜間時間帯以外の時間帯であり、例えば朝７時から夜２３時までの時間帯である。電力会社から買電する電力料金単価は、昼間時間帯よりも夜間時間帯の方が割安になっていてもよい。

リモコン装置８０を操作することで、夜間時間帯の開示時刻及び終了時刻の設定を変えられるようにしてもよい。また、制御部７０は、通信制御装置５１を介して、電力会社等から電力契約情報を受信することで、夜間時間帯の開示時刻及び終了時刻を自動で設定してもよい。

制御部７０は、貯湯タンク１０に設けられた複数の貯湯温度センサ（図示省略）により鉛直方向の貯湯温度分布を検出することで、貯湯タンク１０内の残湯量及び蓄熱量を検出できる。制御部１１は、夜間沸上運転で生成するべき必要熱量を計算できる。制御部１１は、例えば、過去の使用湯量を学習したデータ、夜間沸上運転前の貯湯タンク１０内の残湯量などに応じて、必要熱量を計算してもよい。制御部７０は、夜間時間帯の終了時刻までに必要熱量を生成して貯湯タンク１０内に貯えるように、夜間沸上運転を制御する。

ヒートポンプユニット６０の加熱能力は、単位時間当たりに水に与える熱量であり、単位はワットである。制御部７０は、必要熱量と、ヒートポンプユニット６０の加熱能力とに基づいて、夜間沸上運転の必要運転時間を計算することができる。

図３は、実施の形態１による貯湯式給湯装置が夜間沸上運転を行う時間帯の例を示す図である。制御部７０は、夜間沸上運転を行う時間帯として、第一沸上時間帯と、第一沸上時間帯よりも終了時刻の早い第二沸上時間帯とを切り替え可能である。使用者は、リモコン装置８０を操作することで、第一沸上時間帯と第二沸上時間帯との設定を切り替えることができる。第一沸上時間帯がデフォルトのモードとして設定されており、使用者がリモコン装置８０が操作すると、第二沸上時間帯が設定されるようにしてもよい。

図３の例では、夜間時間帯の開始時刻すなわち昼間時間帯の終了時刻を２３時とし、夜間時間帯の終了時刻すなわち昼間時間帯の開始時刻を７時とする。制御部７０は、夜間時間帯の終了時刻に夜間沸上運転が終了するように、第一沸上時間帯を設定してもよい。すなわち、制御部７０は、夜間時間帯の終了時刻から必要運転時間を遡った時刻を第一沸上時間帯の開始時刻としてもよい。貯湯タンク１０内に湯を貯留する時間をなるべく短くし、貯湯タンク１０から散逸する熱量を低減する上では、なるべく遅い時刻に夜間沸上運転を終了することが有利になる。図３の例では、夜間沸上運転の必要運転時間が５時間であり、７時に夜間沸上運転が終了するように、２時から７時までが第一沸上時間帯として設定されている。

太陽光発電装置で発電が行われる時間帯を以下「ＰＶ発電時間帯」と称する。図３に示すように、ＰＶ発電時間帯の開始時刻は、夜間時間帯の終了時刻よりも早い時刻になる場合がある。特に、日の出の早い時期（主に夏季）には、ＰＶ発電時間帯の開始時刻は、夜間時間帯の終了時刻よりも早くなる。

図３に示す例では、第一沸上時間帯とＰＶ発電時間帯とが一部で重なっている。この重なった時間帯では、太陽光発電装置で発電された電力の少なくとも一部が夜間沸上運転により消費されてしまう。その結果、売電量が低下し、売電を優先したい使用者の意にそぐわないことになる。

制御部７０は、第二沸上時間帯の終了時刻が第一沸上時間帯の終了時刻よりも早くなるように第二沸上時間帯を設定する。図３に示す例では、第二沸上時間帯の終了時刻は、ＰＶ発電時間帯の開始時刻以前である。売電を優先したい使用者は、第一沸上時間帯に代えて第二沸上時間帯をリモコン装置８０にて選択する。そうすることで、太陽光発電装置で発電された電力が夜間沸上運転により消費されることを防止でき、売電量を増加させることができる。

なお、図３の例とは異なり、第二沸上時間帯の終了時刻がＰＶ発電時間帯の開始時刻よりも後になってもよい。その場合であっても、第一沸上時間帯に比べれば売電量を増加させることができる。

夜間時間帯の開始時刻から所定時刻までの時間帯は、沸上禁止時間帯に設定されている。制御部７０は、沸上禁止時間帯を避けて第二沸上時間帯を設定する。例えば、制御部７０は、沸上禁止時間帯の終了時刻を第二沸上時間帯の開始時刻として設定する。図３の例では、２３時から午前０時までの１時間が沸上禁止時間帯とされている。

例えば複数家庭の複数の貯湯式給湯装置が夜間時間帯の開始とともに一斉に夜間沸上運転を開始したと仮定すると、電力需要が集中する可能性がある。これに対し、本実施の形態であれば、第二沸上時間帯が選択されている場合でも、夜間時間帯の初期の時間帯である沸上禁止時間帯に夜間沸上運転が実行されることを防止できる。このため、複数家庭の電力需要が集中することを確実に防止できる。

夜間時間帯の初期の時間帯は、まだ就寝していない人も多くいるので、住宅内の他の電気機器の消費電力が大きい。本実施の形態であれば、沸上禁止時間帯に夜間沸上運転の実行を禁止することで、夜間沸上運転と、他の電気機器の使用とが同時に行われることを抑制できる。このため、最大需要電力を抑制する上で有利になる。例えば実量制の電力契約などにおいては、過去１年間の最大需要電力によって基本料金が定まるため、最大需要電力を抑制することで、電気料金の抑制に有利になる。

使用者がリモコン装置８０にて沸上禁止時間帯の設定を変えられるように構成にしてもよい。例えば、沸上禁止時間帯の終了時刻、または沸上禁止時間帯の長さを使用者がリモコン装置８０から入力可能にしてもよい。これにより、使用者の生活スタイルなどに応じて、沸上禁止時間帯をより適切に設定できる。

以下の説明では、貯湯式給湯装置が使用される住宅にある他の電気機器類の電力消費量が閾値を超える時間帯を「高消費電力時間帯」と称する。制御部７０は、通信制御装置５１を介して、高消費電力時間帯に関する情報を受信し、その高消費電力時間帯を避けて第二沸上時間帯を設定するようにしてもよい。そのようにすることで、電力需要の集中をより確実に防止できる。

制御部７０は、第二沸上時間帯に夜間沸上運転を行うときの消費電力を、第一沸上時間帯に夜間沸上運転を行うときの消費電力よりも低くするとともに、第二沸上時間帯の長さを第一沸上時間帯の長さよりも長くしてよい。そのようにすることで、電力需要の集中をより確実に防止できる。

夜間時間帯が複数に区分された区分時間帯ごとに上限電力を定めることができるように構成し、制御部７０は、夜間沸上運転のときの消費電力を、区分時間帯ごとの上限電力以下に抑制するように制御してもよい。例えば、大多数の人が寝ていると考えられる区分時間帯については上限電力を比較的大きくし、起きている人が多いと考えられる区分時間帯については上限電力を比較的小さくしてもよい。区分時間帯ごとの上限電力を使用者がリモコン装置８０にて入力できるようにしてもよい。

使用者が第一沸上時間帯か第二沸上時間帯かを選択することに代えて、制御部７０が自動で第一沸上時間帯と第二沸上時間帯とを切り替えてもよい。例えば、以下のようにしてもよい。制御部７０は、通信制御装置５１を介して、翌朝の気象予報情報を取得し、その情報に基づいて、翌朝に太陽光発電が行われるかどうかを予測する。翌朝の天気予報が晴れであり、翌朝に太陽光発電が行われると見込める場合には、制御部７０は、第二沸上時間帯を設定する。これに対し、翌朝の天気予報が雨であり、翌朝に太陽光発電が行われないと予測される場合には、制御部７０は、第一沸上時間帯を設定する。

また、制御部７０は、上記気象予報情報のほか、通信制御装置５１を介して電力会社等から受信した情報、あるいは日の出時刻の情報などに基づいて、第一沸上時間帯と第二沸上時間帯とを自動で切り替えてもよいし、沸上禁止時間帯の終了時刻または沸上禁止時間帯の長さを自動で設定してもよい。例えば、制御部７０は、日の出時刻の早い季節には、日の出時刻の遅い季節よりも、沸上禁止時間帯の終了時刻を早くしたり、沸上禁止時間帯の長さを短くしたりしてもよい。そのようにすることで、日の出時刻の早い季節には、日の出時刻の遅い季節よりも、第二沸上時間帯の夜間沸上運転の終了時刻を早くできるので、第二沸上時間帯の夜間沸上運転とＰＶ発電時間帯との重なりがなるべく発生しないようにすることが可能となる。

第一沸上時間帯が設定されているか第二沸上時間帯が設定されているかについての情報を、リモコン装置８０の表示部８１に表示したり、スピーカー８３から音声案内したりすることで、使用者に報知してもよい。例えば、第一沸上時間帯が設定されている状態から第二沸上時間帯が設定されている状態に変わった場合に、その旨を報知してもよい。これにより、使用者の使い勝手が向上する。

本実施の形態では、電力を消費して水を加熱する加熱手段としてヒートポンプユニット６０を例示したが、例えば、貯湯タンクの内部に設けた電熱ヒーターを加熱手段とする貯湯式給湯装置においても、上記と同様な効果が得られることは言うまでもない。

１ 貯湯タンクユニット、 ２ 給水配管、 ３ 給湯配管、 １０ 貯湯タンク、 １２ 給水分岐管、 ２２ 給湯用混合弁、 ３４ 給湯栓、 ４０ タンク下部配管、 ４１ ヒートポンプ入口配管、 ４２ ヒートポンプ出口配管、 ４３ タンク上部配管、 ４６ 給湯流量センサ、 ４７ 給湯温度センサ、 ５１ 通信制御装置、 ６０ ヒートポンプユニット、 ７０ 制御部、 ８０ リモコン装置、 ８１ 表示部、 ８２ 操作部、 ８３ スピーカー

Claims (5)

1. 貯湯タンクと、
   電力を消費して水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段により前記貯湯タンクの水を加熱する沸上運転を制御する制御手段と、
   を備え、
   夜間時間帯での前記沸上運転である夜間沸上運転を行う時間帯として、第一沸上時間帯と、前記第一沸上時間帯よりも終了時刻の早い第二沸上時間帯とを切り替え可能であり、
   前記夜間時間帯の開始から所定時刻までの時間帯は沸上禁止時間帯であり、
   前記制御手段は、前記沸上禁止時間帯を避けて前記第二沸上時間帯を設定するとともに、日の出時刻の早い季節には、日の出時刻の遅い季節よりも、前記沸上禁止時間帯の終了時刻が早くなるように前記沸上禁止時間帯の終了時刻を自動で設定し、
   前記第二沸上時間帯の終了時刻は、前記第一沸上時間帯の開始時刻よりも後の時刻である
   貯湯式給湯装置。
2. 前記貯湯式給湯装置が使用される住宅または施設にある他の電気機器類の電力消費量が閾値を超える時間帯である高消費電力時間帯に関する情報を前記制御手段が受信可能であり、
   前記制御手段は、前記高消費電力時間帯を避けて前記第二沸上時間帯を設定する請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記制御手段は、前記第二沸上時間帯の前記夜間沸上運転のときの消費電力を前記第一沸上時間帯の前記夜間沸上運転のときの消費電力よりも低くするとともに、前記第二沸上時間帯の長さを前記第一沸上時間帯の長さよりも長くする請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記夜間時間帯が複数に区分された区分時間帯ごとに上限電力が定められており、
   前記制御手段は、前記夜間沸上運転のときの消費電力を前記上限電力以下に抑制する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記第一沸上時間帯が設定されているか前記第二沸上時間帯が設定されているかについての情報を報知する報知手段を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。

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