JP7720874B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本開示は、貯湯式給湯機に関する。

夜間時間帯の電力を利用して沸上げ運転を行う貯湯式給湯機が広く利用されている。また、太陽光発電を備えた住宅、施設等の建物において、太陽光発電により発電された電力のうち、建物内の他の機器で消費されなかった余剰電力を用いて貯湯式給湯機の沸上げ運転を行い、熱エネルギーとして貯湯タンクに蓄えることが行われている。
特許文献１に示すように、従来の貯湯式給湯機は、この余剰電力が予め設定された設定電力より大きい場合、標準加熱能力よりも加熱装置の加熱能力を高くすることで余剰電力を有効活用している。

特開２０２１－１９１９９１号公報

特許文献１の技術では、余剰電力が予め設定された設定電力より大きい場合に標準加熱能力よりも加熱能力を高くすることにより、昼間の沸上げ量は増加し、それに伴い、夜間の沸上げ量は減少するが、夜間の加熱能力が一定のため、必要以上に高い加熱能力で夜間の沸上げを行うこととなり、省エネ性能が低かった。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、夜間の沸上げ量が減少した場合であっても、高い省エネ性能を有する貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

本開示に係る貯湯式給湯機は、太陽光発電装置から電力が供給される建物に設けられ、湯水を貯留させる貯湯タンクと、貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱部と、加熱部を制御する制御部とを備えた貯湯式給湯機であって、制御部は、翌日の昼間時間帯における、太陽光発電装置から供給される供給電力の予測値から建物で使用される電気機器の使用電力の予測値を減算して余剰電力を算出し、昼間時間帯において余剰電力を利用して第一加熱能力で湯水を沸上げる第一沸上げ運転を行うと共に、当日の夜間時間帯において商用電源から供給される電力を利用して貯湯タンクの全容量の湯水を沸上げるために必要な加熱能力より低い第二加熱能力で沸上げる第二沸上げ運転を行い、第一沸上げ運転で湯水を沸上げる際の昼間沸上げ生成熱量を予測して、一日のトータル沸上げ熱量から昼間沸上げ生成熱量を減算して夜間沸上げ生成熱量を算出し、第二加熱能力を沸上げ効率が最適となるように決定すると共に、夜間沸上げ生成熱量に基づいて第二沸上げ運転の沸上げ時間を決定する。

本開示に係る貯湯式給湯機は、夜間の沸上げ量が減少した場合であっても、高い省エネ性能を有するという効果を奏する。

実施の形態１に係る貯湯式給湯機の構成を示す図である。 実施の形態１に係る貯湯式給湯機が設置された住宅におけるシステム構成を示す図である。 実施の形態１に係る貯湯式給湯機における沸上げ制御の概要を示す図である。 実施の形態１に係る貯湯式給湯機における沸上げ制御の概要を示す図である。 実施の形態１に係る貯湯式給湯機における沸上げ制御の概要を示す図である。 実施の形態１に係る貯湯式給湯機の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る貯湯式給湯機が有するデータテーブルを示す図である。 （ａ）～（ｃ）は、第二沸上げ運転の開始タイミングの例を示す図である。 第二沸上げ運転の加熱能力を途中で変更する例を示す図である。 実施の形態１に係る貯湯式給湯機が有する制御部のハードウェア構成の例を示す図である。

以下、本開示の実施の形態に係る貯湯式給湯機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略される。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る貯湯式給湯機１００の構成を示す図である。図１に示すように、貯湯式給湯機１００は、タンクユニット１０と、ヒートポンプサイクルを利用するＨＰユニット５０と、運転動作指令や設定値の変更操作をするリモコン６０と、後述するＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）コントローラからの情報を受信する通信制御装置７０とを備えている。ＨＰユニット５０とタンクユニット１０とは、ＨＰ往き配管８０とＨＰ戻り配管８１と図示しない電気配線とを介して接続されている。タンクユニット１０には、制御部１１が内蔵されている。タンクユニット１０およびＨＰユニット５０が備える各種弁類、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１１により制御される。制御部１１とリモコン６０とは、相互通信可能に接続されている。また、制御部１１と通信制御装置７０とは、相互通信可能に接続されている。

ＨＰユニット５０は、タンクユニット１０が備える貯湯タンク１２から導かれた低温水を加熱するための加熱部として機能する。ＨＰユニット５０は、圧縮機５１、水冷媒熱交換器５２、膨張弁５３、空気熱交換器５４を冷媒配管５５にて環状に接続し、ヒートポンプサイクルを構成している。水冷媒熱交換器５２は、冷媒配管５５を流れる冷媒とタンクユニット１０から導かれた低温水との間で熱交換を行うためのものである。リモコン６０には、貯湯式給湯機１００の状態等の情報を表示する表示部６１、使用者が操作するスイッチ等の操作部６２、スピーカ（図示せず）、マイク（図示せず）などが搭載されている。

タンクユニット１０には、以下の各種部品や配管などが内蔵されている。貯湯タンク１２は、湯水を貯留するためのものである。貯湯タンク１２の下部に設けられた水導入口１２ａには、第１給水配管１３ａが接続されている。水道等の水源から供給される水は、減圧弁１４で所定圧力に調圧された上で、第１給水配管１３ａを通って貯湯タンク１２内に流入する。貯湯タンク１２の上部に設けられた温水導入出口１２ｂには、貯湯タンク１２内に貯留された湯を貯湯式給湯機１００の外部へ供給するための給湯配管１５と、送湯配管１６とが接続されている。

なお、貯湯タンク１２には、ＨＰユニット５０を用いて加熱された高温湯が温水導入出口１２ｂから流入すると共に、第１給水配管１３ａからの低温水が水導入口１２ａから流入することにより、上下部で温度差が生じるように湯水が貯留される。また、貯湯タンク１２の表面には、複数の貯湯温度センサ１７，１８が高さを変えて取り付けられている。これら貯湯温度センサ１７，１８で貯湯タンク１２内の湯水の温度分布を検出することにより、貯湯タンク１２内の残湯量が把握され、ＨＰユニット５０による貯湯タンク１２内の湯水の沸上運転の開始、停止などが制御される。

タンクユニット１０には、熱源ポンプ１９およびふろ用熱交換器２０が内蔵されている。熱源ポンプ１９は、タンクユニット１０内の後述する各種配管に湯水を循環させるためのポンプであり、ＨＰ往き配管８０上に設けられている。ふろ用熱交換器２０は、貯湯タンク１２やＨＰユニット５０から供給される高温湯を利用して、２次側の加熱対象水（浴槽水や暖房用水など）を加熱するための熱交換器である。

本実施の形態では、ふろ用熱交換器２０の２次側の構成として、浴槽８２内の湯水を循環させるふろ往き配管２１とふろ戻り配管２２を例示し説明する。ふろ用熱交換器２０は、ふろ往き配管２１とふろ戻り配管２２の間に設置されている。また、ふろ戻り配管２２の途中には、浴槽水を循環させるためのふろ循環ポンプ２３と、浴槽８２から出た浴槽水の温度を検出するためのふろ戻り温度センサ２４とが設置されている。さらに、ふろ往き配管２１の途中には、ふろ用熱交換器２０から出た熱交換後の湯の温度を検出するためのふろ往き温度センサ２５が設置されている。

貯湯タンク１２の下部に設けられた水導出口１２ｃには水導出口配管２６の一端が接続され、水導出口配管２６の他端には三方弁２７のａポートが接続されている。また、三方弁２７のｂポートには温水導出配管２８の一端が接続され、温水導出配管２８の他端にはふろ用熱交換器２０の１次側出口が接続されている。さらに、三方弁２７のｃポートにはＨＰ往き配管８０が接続されている。

三方弁２７は、湯水が流入するａポートおよびｂポートと、湯水が流出するｃポートとを有する流路切替手段であり、ａポートからｃポートに至る流路と、ｂポートからｃポートに至る流路とを切替可能に構成されている。
すなわち、三方弁２７は、水導出口配管２６とＨＰ往き配管８０とが連通する形態と、温水導出配管２８とＨＰ往き配管８０とが連通する形態との２つの流路形態で、タンクユニット１０内の湯水の流路を切り替える。

貯湯タンク１２の中央部から下部の間に設けられた温水導入口１２ｄには第１バイパス配管２９の一端が接続され、第１バイパス配管２９の他端には四方弁３０のａポートが接続されている。また、ＨＰ往き配管８０の途中から分岐した第２バイパス配管３１が四方弁３０のｂポートに接続されている。さらに、ＨＰ戻り配管８１が四方弁３０のｃポートに接続され、送湯配管１６が四方弁３０のｄポートに接続されている。

四方弁３０は、湯水が流入するｂポートおよびｃポートと、湯水が流出するａポートおよびｄポートとを有する流路切替手段であり、ｂポートからａポートに至る流路と、ｃポートからａポートに至る流路と、ｂポートからｄポートに至る流路と、ｃポートからｄポートに至る流路とを切替可能に構成されている。
すなわち、四方弁３０は、第２バイパス配管３１と第１バイパス配管２９とが連通する形態と、ＨＰ戻り配管８１と第１バイパス配管２９とが連通する形態と、第２バイパス配管３１と送湯配管１６とが連通する形態と、ＨＰ戻り配管８１と送湯配管１６とが連通する形態との４つの流路形態で、タンクユニット１０内の湯水の流路を切り替える。

送湯配管１６の途中には温水導入配管３２の一端が接続され、温水導入配管３２の他端がふろ用熱交換器２０の１次側入口に接続されている。温水導入出口１２ｂに一端が接続された給湯配管１５の他端が分岐して、それぞれ給湯用混合弁３３およびふろ用混合弁３４に接続されている。給湯用混合弁３３は第１給湯配管３５の一端に接続され、第１給湯配管３５の他端が給湯栓３６に接続されている。

ふろ用混合弁３４には第２給湯配管３７の一端が接続され、第２給湯配管３７の他端がふろ用熱交換器２０の２次側出口に接続されている。第２給湯配管３７の途中には、第２給湯配管３７を開閉するふろ用電磁弁３８と、第２給湯配管３７を通る湯の流量を検出するふろ用流量センサ３９とが設けられている。
給湯用混合弁３３およびふろ用混合弁３４には第２給水配管１３ｂの一端がそれぞれ接続され、第２給水配管１３ｂの他端が減圧弁１４に接続されている。減圧弁１４には第３給水配管１３ｃの一端が接続され、第３給水配管１３ｃの他端が水道等の水源に接続されている。また、第３給水配管１３ｃの途中には、水源から供給される低温水の入水温度を検出する温度センサ４０が設けられている。そして、第１給水配管１３ａ、第２給水配管１３ｂおよび第３給水配管１３ｃによって、給水管路が構成されている。

給湯用混合弁３３およびふろ用混合弁３４は、給湯配管１５から供給される高温湯と、第２給水配管１３ｂから供給される低温水との流量比を調整することにより、使用者がリモコン６０にて設定した設定温度の湯を生成し、第１給湯配管３５および第２給湯配管３７にそれぞれ流入させる。給湯用混合弁３３で温度調整された湯は、第１給湯配管３５から給湯栓３６を経由して、使用者が使用するシャワーやカラン等の蛇口（図示せず）に供給される。一方、ふろ用混合弁３４で設定温度に調整された湯は、第２給湯配管３７からふろ往き配管２１およびふろ戻り配管２２を経て浴槽８２に供給される。

図２は、実施の形態１に係る貯湯式給湯機１００が設置された住宅Ａにおけるシステム構成を示す図である。図２に示すように、住宅Ａの屋根には、太陽光発電装置１１０が設置されている。太陽光発電装置１１０は、例えば、ソーラーパネルに代表される発電モジュールであり、太陽光を受けて発電を行う。また、住宅Ａ内には、太陽光発電装置１１０が生成した直流電力を商用電源１２０の系統と連携できる交流電力に変換するパワーコンディショナ１３０が設置されている。

さらに、住宅Ａ内には、分電盤１４０と電力メータ１５０とＨＥＭＳコントローラ１６０が設置されている。また、住宅Ａの外壁には、外気を検出する外気温度センサ１７０が取り付けられている。なお、貯湯式給湯機１００が設置された建物は、住宅Ａに限定されず、例えば、スポーツジム、老人ホームなどの施設であってもよい。また、太陽光発電装置１１０は、住宅Ａの屋根に設置されるものに限定されることはなく、例えば、住宅Ａの庭に設置されていてもよい。

分電盤１４０には、電力メータ１５０を介して商用電源１２０が接続されている。また、分電盤１４０には、パワーコンディショナ１３０が接続されている。分電盤１４０は、商用電源１２０から供給される電力およびパワーコンディショナ１３０で変換された電力を住宅Ａで使用される各種の電気機器１８０および貯湯式給湯機１００に分配する。また、ＨＥＭＳコントローラ１６０は、住宅Ａ内の電気機器１８０および貯湯式給湯機１００を統合して管理する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である。

ＨＥＭＳコントローラ１６０は、インターネット１９０に接続されており、インターネット１９０に接続された気象サーバなどから天気予報情報を取得する。天気予報情報には、日照予測情報などが含まれる。また、ＨＥＭＳコントローラ１６０は、パワーコンディショナ１３０と通信可能に接続されており、太陽光発電装置１１０の発電電力量の実績情報を取得する。さらに、ＨＥＭＳコントローラ１６０は、電力メータ１５０とも通信可能に接続されており、電力メータ１５０にて計測された電気機器１８０の消費電力量の実績情報を取得する。また、ＨＥＭＳコントローラ１６０は、通信制御装置７０とも通信可能に接続されており、インターネット１９０から取得した天気予報情報と、パワーコンディショナ１３０から取得した発電電力量の実績情報と、電力メータ１５０から取得した消費電力量の実績情報とを通信制御装置７０に伝送する。

通信制御装置７０が、天気予報情報、発電電力量の実績情報および消費電力量の実績情報を受信すると、これらの情報をタンクユニット１０の制御部１１に伝送する。制御部１１は、通信制御装置７０から受信したこれらの情報に基づいて、当日の夜間時間帯における沸上げ運転の加熱能力と沸上げ時間とを決定する。

次に、実施の形態１に係る貯湯式給湯機１００における沸上げ制御の概要について図３～図５を用いて説明する。図３～図５では、２３時～７時を夜間時間帯、７時～１７時を昼間時間帯としているが、これらの時間帯に限定されることはなく、夜間割引電気料金の時間帯、日が出ている時間帯などに応じて、適宜変更可能である。

図３は、翌日の天気予報が雨の場合の沸上げ制御を示している。翌日の天気予報が雨の場合、図３に示すように、昼間時間帯の日照量が少ないため、昼間時間帯を単位時間ごとに区切った時間帯（以降、分割時間帯と称する）の全てにおいて、太陽光発電装置１１０による翌日の発電電力量の予測値が、住宅Ａ内の電気機器１８０による翌日の消費電力量の予測値に比べて少ない。このため、余剰電力が発生しないため、翌日の昼間時間帯では、湯水の沸上げは行わない。従って、当日の夜間時間帯において、貯湯タンク１２の全容量の湯水を第三加熱能力で沸上げる。ここで、第三加熱能力は、貯湯タンク１２の全容量の湯水を沸上げるために必要な加熱能力である。なお、この例では、分割時間帯の時間幅(すなわち、単位時間の時間幅)は１時間である。

図４は、翌日の天気予報が晴れの場合の沸上げ制御を示している。翌日の天気予報が晴れの場合、図４に示すように、昼間時間帯の日照量が多いため、全ての分割時間帯において、太陽光発電装置１１０による翌日の発電電力量の予測値が、住宅Ａ内の電気機器１８０による翌日の消費電力量の予測値に比べて多い。このため、翌日の昼間時間帯に余剰電力が発生するため、翌日の昼間時間帯においては、この余剰電力を用いて、標準加熱能力よりも加熱能力の高い第一加熱能力で湯水を沸上げる第一沸上げ運転を行う。なお、第一加熱能力は、分割時間帯毎に異なる値を有する。
そして、当日の夜間時間帯においては、第一沸上げ運転により沸上がる湯水の沸上げ量だけ少ない量の湯水を、第二加熱能力で沸上げる第二沸上げ運転を行う。第二加熱能力は第三加熱能力に比べて低い。このため、第三加熱能力で沸上げ運転を行う場合に比べて、省エネ性能が高い。

図５は、翌日の天気予報が晴れから雨に変わる場合の沸上げ制御を示している。翌日の天気予報によれば、午前は晴れだが午後になって雨が降る場合、図５に示すように、翌日の午前の日照量が多いため、太陽光発電装置１１０による翌日の午前の発電電力量の予測値が、住宅Ａ内の電気機器１８０による翌日の午前の消費電力量の予測値に比べて多い。また、翌日の午後の日照量が少ないため、太陽光発電装置１１０による翌日の午後の発電電力量の予測値が、住宅Ａ内の電気機器１８０による翌日の午後の消費電力量の予測値に比べて少ない。このため、翌日の午前に余剰電力が発生するため、翌日の午前の各分割時間帯においては、この余剰電力を用いて第一加熱能力で湯水を沸上げる第一沸上げ運転を行う。そして、当日の夜間時間帯においては、第一沸上げ運転により沸上がる湯水の沸上げ量だけ少ない量の湯水を、第二加熱能力で沸上げる第二沸上げ運転を行う。

次に、実施の形態１に係る貯湯式給湯機１００の動作について図６のフローチャートを用いて説明する。図６に示すように、制御部１１は、発電電力量の実績情報と消費電力量の実績情報とを、通信制御装置７０を介して、ＨＥＭＳコントローラ１６０から受信する（ステップＳ１０）。制御部１１は、受信した発電電力量の実績情報に基づいて、翌日の昼間時間帯において太陽光発電装置１１０から供給される供給電力を予測する。また、制御部１１は、受信した消費電力量の実績情報に基づいて、翌日の昼間時間帯において住宅Ａで使用される電気機器１８０の使用電力を予測する（ステップＳ１１）。そして、制御部１１は、ステップＳ１１で予測した供給電力の予測値から使用電力の予測値を、昼間時間帯を分割した分割時間帯毎に減算して、余剰電力を算出する（ステップＳ１２）。なお、余剰電力の算出にあたり、過去の余剰電力の実績データも参照する。また、消費電力量の実績情報には、昼間時間帯における貯湯式給湯機１００の消費電力量も含まれるものとする。

次に、ステップＳ１２で算出した余剰電力の分割時間帯内での最低値と予め設定した最低余剰電力とを分割時間帯毎に比較する（ステップＳ１３）。そして、いずれかの分割時間帯において余剰電力の最低値が最低余剰電力以上の場合、翌日の昼間時間帯において余剰電力を利用して第一加熱能力で湯水を沸上げる第一沸上げ運転を行った場合の昼間沸き上げ生成熱量を予測する（ステップＳ１４）。さらに、一日のトータル沸上げ熱量から昼間沸上げ生成熱量を減算して、夜間沸上げ生成熱量を算出する（ステップＳ１５）。ここで、一日のトータル沸上げ熱量は、過去の一定期間の実績から予測される、一日で必要な量の湯水を沸上げるための熱量である。

ステップＳ１５で算出した夜間沸上げ生成熱量に基づいて、沸上げ効率が最適となる第二加熱能力と、第二沸上げ運転の沸上げ時間とを決定する（ステップＳ１６，Ｓ１７）。具体的には、図７に示すデータテーブル２００を用いて第二加熱能力を決定する。図７に示すように、データテーブル２００は、外気温度、入水温度、目標出湯温度および貯湯タンク１２内の残湯量毎に沸上げ効率が最適となる加熱能力が纏められたテーブルである。データテーブル２００は、制御部１１に設けられたメモリに格納されている。なお、制御部１１に設けられたメモリについては後述する。

制御部１１は、第二沸上げ運転の開始時において、外気温度センサ１７０で検出された外気温度のデータを受信する。また、制御部１１は、第二沸上げ運転の開始時において、温度センサ４０で検出された入水温度のデータを受信する。さらに、制御部１１は、メモリに記憶された目標出湯温度のデータをメモリから読み出す。なお、メモリに記憶された目標出湯温度のデータは、使用者がリモコン６０の操作部６２を操作して事前に入力されたデータである。また、制御部１１は、第二沸上げ運転の開始時において、貯湯温度センサ１７，１８でそれぞれ検出された貯湯タンク１２内の湯水の温度データを受信する。制御部１１は、受信した貯湯タンク１２内の湯水の温度データに基づいて、貯湯タンク１２内の残湯量を把握する。

制御部１１は、以上のようにして得られた外気温度、入水温度、目標出湯温度および貯湯タンク１２内の残湯量を用いて、データテーブル２００を検索し、沸上げ効率が最適となる加熱能力を第二加熱能力として抽出する（ステップＳ１６）。さらに、制御部１１は、ステップＳ１５で算出した夜間沸上げ熱量をステップＳ１６で抽出した第二加熱能力で除して、第二沸上げ運転の沸上げ時間を算出する（ステップＳ１７）。

次に、制御部１１は、当日の夜間時間帯において、ステップＳ１６で抽出した第二加熱能力で湯水を沸上げる第二沸上げ運転を、ステップＳ１７で算出した沸上げ時間だけ行う（ステップＳ１８）。さらに、制御部１１は、翌日の昼間時間帯において、余剰電力の最低値が最低余剰電力より大きい分割時間帯では、第一加熱能力で湯水を沸上げる第一沸上げ運転を行う（ステップＳ１９）。
また、ステップＳ１３において、余剰電力の最低値と予め設定した最低余剰電力とを分割時間帯毎に比較した結果、全ての分割時間帯において余剰電力の最低値が最低余剰電力未満の場合に、制御部１１は、当日の夜間時間帯において、第二加熱能力より高い第三加熱能力で沸上げる第三沸上げ運転を行う（ステップＳ２０）。ここで、第三加熱能力は、貯湯タンク１２の全容量を低水温の状態から目標出湯温度まで沸上げるために必要な加熱能力である。

実施の形態１に係る貯湯式給湯機１００は、以上のような動作を行うことによって、翌日の昼間時間帯における余剰電力を利用して第一沸上げ運転を行う場合、当日の夜間時間帯では、貯湯タンク１２の全容量の湯水を沸上げるために必要な第三加熱能力より低い第二加熱能力で湯水を沸上げる。また、第二加熱能力は、沸上げ効率が最適となる能力である。このため、実施の形態１に係る貯湯式給湯機１００は、沸上げ時の効率向上と最適化を実現でき、省エネ性能が向上する。

次に、実施の形態１に係る貯湯式給湯機１００における沸上げ制御の具体例について説明する。
まず、第二沸上げ運転における沸上げ時間について説明する。
第一沸上げ運転における第一加熱能力をα、分割時間帯毎の余剰電力の最小値をβ、ＨＰユニット５０の動作安定時の成績係数を基に決定される数値をγとするとき、第一加熱能力αは、以下の式（１）にて算出される。

α＝β×γ …(1)

また、昼間時間帯の沸上げ時間をｂとしたとき、沸上げ時間ｂは余剰電力が予め設定した最低余剰電力以上となる時間とし、第一沸上げ熱量ｃは、以下の式（２）にて算出される。

ｃ＝α×ｂ …(2)

さらに、過去の実績の平均値から算出した一日のトータル沸上げに必要な熱量をａ、夜間時間帯の沸上げにより生成される熱量をｄとしたとき、熱量ｄは、以下の式（３）にて算出される。

ｄ＝ａ－ｃ …(3)

次に、第二加熱能力をｅとするとき、第二加熱能力ｅは、夜間時間帯開始時における外気温度、入水温度、目標出湯温度および貯湯タンク１２内の残湯量を参照し、外気温度、入水温度、目標出湯温度および貯湯タンク１２内の残湯量により構成されるデータテーブル２００から抽出される沸上げ効率が最適となる加熱能力とする。そして、一日のトータル沸上げ熱量が変わらないように、第二沸上げ運転における沸上げ時間(分)は、以下の式（４）にて算出される。

沸上げ時間(分)＝ｄ/ｅ/６０ …(4)

ここで、例えば、予測した各時間帯の余剰電力βを２．０ｋW、ＨＰユニット５０の動作安定時の成績係数を基に決定される数値γを３として、式（１）に代入すると、第一加熱能力αは６．０ｋＷとなる。また、昼間時間帯の沸上げ時間ｂを５０分として、第一加熱能力αと共に式（２）に代入すると、第一沸上げ運転により生成される第一沸上げ熱量ｃは１８ＭＪとなる。

さらに、過去の実績の平均値から算出した一日のトータル沸上げに必要な熱量ａを３７ＭＪとして、第一沸上げ熱量ｃと共に式（３）に代入すると、夜間沸上げ運転により生成される熱量ｄは１９ＭＪとなる。また、夜間時間帯開始時の外気温度、入水温度、目標出湯温度および貯湯タンク１２内の残湯量に基づいて決定した第二加熱能力ｅを３．０ｋＷとして、熱量ｄと共に式（４）に代入すると、第二沸上げ運転における沸上げ時間は１０５．６(分)となる。

次に、第二沸上げ運転を行う時間帯について説明する。
第二沸上げ運転にて生成する熱量を夜間沸上げ生成熱量としたとき、第二沸上げ運転における沸上げ時間は、制御部１１が第二加熱能力で湯水を沸上げた時に、夜間沸上げ生成熱量を確保できる時間とする。第二沸上げ運転は、夜間時間帯の全時間、もしくは夜間時間帯の一部の時間帯に行う。

夜間時間帯の全時間に亘って制御部１１が第二沸上げ運転を行う場合、沸上げるのに必要となる熱量を左右する加熱能力を相対的に下げることができる。そして、加熱能力が下がれば、第二沸上げ運転による加熱効率が向上する。このように、制御部１１が夜間時間帯の全時間に亘って第二沸上げ運転を行うことにより、沸上げ運転の効率向上と沸上げ運転の最適化が実現できる。

一方、夜間時間帯の一部の時間帯を用いて制御部１１が第二沸上げ運転を行う場合、図８（ａ）に示すように、第二沸上げ運転は、夜間時間帯の開始時刻と同時に開始してもよい。また、図８（ｂ）に示すように、第二沸上げ運転は、夜間時間帯の終了時刻に沸上げが完了するタイミングに合わせて開始してもよい。さらに、図８（ｃ）に示すように、第二沸上げ運転は、夜間時間帯のうち、夜間時間帯の開始時刻と終了時刻を含まない時間帯に行ってもよい。

例えば、第二沸上げ運転により生成する熱量が４０．５ＭＪの場合、第二加熱能力を４．５ｋＷとすると、第二沸上げ運転における沸上げ時間は、４０．５ＭＪ／４．５ｋＷ＝９０００秒＝２．５時間となる。そして、夜間時間帯を２３時～７時とすると、夜間時間帯の開始時刻と同時に第二沸上げ運転が開始する場合、第二沸上げ運転の開始時刻は２３時、終了時刻は１時３０分となる。
同様に、夜間時間帯の終了時刻に沸上げが完了するタイミングに合わせて第二沸上げ運転が開始する場合、第二沸上げ運転の開始時刻は４時３０分、終了時刻は７時となる。さらに、夜間時間帯のうち、夜間時間帯の開始時刻と終了時刻を含まない時間帯に第二沸上げ運転を行う場合、第二沸上げ運転の開始時刻を１時とすれば、終了時刻は３時３０分となる。

夜間時間帯の開始時刻には、まだ多くの使用者が入浴等で湯を使用している。そこで、制御部１１によって、夜間時間帯の開始時刻と同時に第二沸上げ運転を開始することにより、第二沸上げ運転で沸き上げた高温湯を直ちに使用者に消費させることができる。その結果、第二沸上げ運転による最適な加熱能力で沸き上げを行いつつ、沸き上げた高温湯を長い時間、貯湯タンク１２で貯湯することによる放熱ロスを最小にすることができる。

また、夜間時間帯の終了時刻には、既に多くの使用者が朝食の支度等で湯を使用している。そこで、制御部１１によって、夜間時間帯の終了時刻に沸上げが完了するタイミングに合わせて第二沸上げ運転を開始することにより、第二沸上げ運転で沸き上げた高温湯を直ちに使用者に消費させることができる。その結果、第二沸上げ運転による最適な加熱能力で沸き上げを行いつつ、沸き上げた高温湯を長い時間、貯湯タンク１２で貯湯することによる放熱ロスを最小にすることができる。

さらに、夜間時間帯の開始時刻と同時に第二沸上げ運転を開始するように設定された他の給湯機、あるいは夜間時間帯の終了時刻に沸上げが完了するように設定された他の給湯機が多数ある場合、制御部１１によって、夜間時間帯の開始時刻と終了時刻を含まない時間帯に第二沸上げ運転を行うことにより、これらの給湯機と沸上げ時間帯をずらすことができる。このように、他の給湯機と沸上げ時間帯をずらすことができるので、第二沸上げ運転による最適な加熱能力で沸き上げを行いつつ、電力系統全体の負荷平準化に寄与することができる。

次に、第二沸上げ運転における第二加熱能力の変更について説明する。
第二沸上げ運転において、第二加熱能力での沸上げでは、夜間時間帯内で夜間沸上げ生成熱量を確保できない場合、制御部１１は、第二加熱能力を夜間時間帯内で沸上げが完了する加熱能力に変更する。
例えば、第二沸上げ運転により生成する夜間沸上げ生成熱量が８６．４ＭＪの場合、第二加熱能力を２．５ｋＷとすると、第二沸上げ運転における沸上げ時間は、８６．４ＭＪ／２．５ｋＷ＝３４５６０秒＝９．６時間となる。夜間時間帯が２３時～７時の場合、第二加熱能力では、夜間時間帯の８時間で夜間沸上げ生成熱量の確保ができない。

そこで、制御部１１は、第二加熱能力を夜間時間帯内で沸上げが完了する３．０ｋＷに変更する。すなわち、第二加熱能力を３．０ｋＷに変更すると、第二沸上げ運転における沸上げ時間は、８６．４ＭＪ／３．０ｋＷ＝２８８００秒＝８．０時間となり、夜間時間帯内で沸上げを完了させることができる。
このように、第二加熱能力を変更することにより、第二沸上げ運転での十分な沸上げ量を確保することができ、貯湯タンク１２内の高温湯の量が不足するといった事態を防止することができる。

次に、第一沸上げ運転を行わない場合について説明する。
図６に示したフローチャートでは、全ての分割時間帯において余剰電力の最低値が最低余剰電力未満の場合（ステップＳ１３）、夜間時間帯において第三沸き上げ運転を実施する（ステップＳ２０）。この場合、昼間時間帯において第一沸上げ運転は実施しない。
ここで、第一沸上げ運転を実施しないのは以下の理由による。すなわち、余剰電力の最低値が沸上げに必要な電力よりも少ない場合、第一沸上げ運転を実施するには、商用電力も使用する必要が生じ、使用者のメリットを損ねる可能性がある。このため、余剰電力の最低値が予め設定した最低余剰電力より少ない場合には、第一沸上げ運転を行わないようにした。

例えば、太陽光発電装置１１０から供給される電力から他の電気機器１８０の使用電力を差し引いた余剰電力が１．２ｋＷ、予め設定した最低余剰電力が１．３３ｋＷの場合、第一沸上げ運転を実施しない。
このように、余剰電力の最低値が沸上げに必要な電力よりも少ない場合に、第一沸上げ運転を行わないようにしたことにより、商用電力の使用を抑制することができ、省エネ性能が向上する。

次に、第二沸上げ運転の途中で第二加熱能力を変更する場合について説明する。
図９に示すように、制御部１１は、第二沸上げ運転において、外気温度、入水温度、目標出湯温度および貯湯タンク１２内の残湯量に応じて第二加熱能力を第二沸上げ運転中に変更してもよい。すなわち、第二沸上げ運転中に、外気温度、入水温度、目標出湯温度および貯湯タンク１２内の残湯量に変動があった場合、データテーブル２００から加熱能力を再抽出し、再抽出した加熱能力で、引き続き第二沸上げ運転を行ってもよい。

ここで、第二加熱能力を第二沸上げ運転中に変更した場合、夜間時間帯において沸上げるのに必要な生成熱量を得るのに要する時間が変わるため、沸上げに要する時間を再計算する。すなわち、第二加熱能力を変更する前に既に沸き上げた湯水の熱量Ｑ１を夜間沸上げ生成熱量から減算して、残りの熱量Ｑ２を変更後の第二加熱能力で除して、第二加熱能力を変更した後に必要な、沸き上げ時間を算出する。なお、変更した沸き上げ時間が夜間時間帯に納まらない場合は、夜間時間帯の終了時刻より前に沸上げが完了するように、第二加熱能力を再度変更する。

ここで、具体的な想定条件に即した沸上げ運転の具体例を示すと次のようになる。
例えば、第二沸上げ運転の開始時において、外気温度が１２℃、入水温度９℃、目標出湯温度６５℃、残湯量が２００Ｌの場合、データテーブル２００から抽出された、沸上げ効率が最適な加熱能力は３．８ｋＷであった。このため、第二沸上げ運転の開始時においては、３．８ｋＷの加熱能力で沸上げを行った。しかし、第二沸上げ運転の途中で外気温度が下がり、外気温度９℃、入水温度８℃、目標出湯温度６５℃、残湯量が１７０Ｌとなった場合、データテーブル２００から抽出された、沸上げ効率が最適な加熱能力は３．５ｋＷであった。そこで、加熱能力を３．８ｋＷから３．５ｋＷに変更して、引き続き第二沸上げ運転を行う。
このように、第二沸上げ運転の開始時に決定した加熱能力では、沸上げ効率が最適でなくなった場合であっても、第二沸上げ運転の途中で、沸上げ効率が最適な加熱能力に変更することにより、第二沸上げ運転の全期間に亘って、最適な沸上げ効率で湯水の沸上げを行うことができ、省エネ性能が向上する。

ここで、制御部１１が第二沸上げ運転の途中で第二加熱能力を低下させた場合、使用者は沸上げが進まないことを異常だと誤解するなどの事態が発生し得る。
そこで、制御部１１がリモコン６０の表示部６１に「加熱能力最適化中」と表示させることによって、使用者が夜間での沸上げを待っている場合などに、沸上げが進まないことを異常だと誤解することがなくなる。
このように、リモコン６０を用いて使用者に報知することにより、第二沸上げ運転の途中で第二加熱能力が低下することが、正しい動作であることを使用者に認識させることができる。
なお、加熱能力が低下していることの報知は、表示部６１による表示以外にも、リモコン６０が備えるスピーカ（図示せず）から、ブザー音、或いは、「現在、加熱能力最適化中です」などの音声を流してもよい。

図１０は、実施の形態１に係る貯湯式給湯機１００が有する制御部１１のハードウェア構成の例を示す図である。図１０には、プログラムを実行するハードウェアを用いて制御部１１の機能が実現される場合におけるハードウェア構成が記載されている。制御部１１は、プロセッサ１１ａと、メモリ１１ｂと、インタフェース１１ｃとを有する。

プロセッサ１１ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。プロセッサ１１ａは、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）であってもよい。制御部１１の各機能は、プロセッサ１１ａと、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、内蔵メモリであるメモリ１１ｂに格納される。メモリ１１ｂは、不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであって、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）である。

以上の各実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能である。また、実施の形態同士を組み合わせることも可能であり、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
太陽光発電装置から電力が供給される建物に設けられ、湯水を貯留させる貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱部と、前記加熱部を制御する制御部とを備えた貯湯式給湯機であって、
前記制御部は、
翌日の昼間時間帯における、前記太陽光発電装置から供給される供給電力の予測値から前記建物で使用される電気機器の使用電力の予測値を減算して余剰電力を算出し、
前記昼間時間帯において前記余剰電力を利用して第一加熱能力で湯水を沸上げる第一沸上げ運転を行うと共に、当日の夜間時間帯において商用電源から供給される電力を利用して前記貯湯タンクの全容量の湯水を沸上げるために必要な加熱能力より低い第二加熱能力で沸上げる第二沸上げ運転を行い、
前記第一沸上げ運転で湯水を沸上げる際の昼間沸上げ生成熱量を予測して、一日のトータル沸上げ熱量から前記昼間沸上げ生成熱量を減算して夜間沸上げ生成熱量を算出し、
前記第二加熱能力を沸上げ効率が最適となるように決定すると共に、前記夜間沸上げ生成熱量に基づいて前記第二沸上げ運転の沸上げ時間を決定する貯湯式給湯機。
（付記２）
前記第二加熱能力は、外気温度、入水温度、目標出湯温度および前記貯湯タンク内の残湯量毎に沸上げ効率が最適となる加熱能力が纏められたデータテーブルから抽出されたデータであり、
前記第二沸上げ運転の沸上げ時間は、前記夜間沸上げ生成熱量を前記第二加熱能力で除して得られる時間である付記１記載の貯湯式給湯機。
（付記３）
前記制御部は、
前記余剰電力が前記最低余剰電力以上の場合に、前記第一沸上げ運転および前記第二沸上げ運転を行い、
前記余剰電力が前記最低余剰電力未満の場合に、前記第一沸上げ運転および前記第二沸上げ運転の代わりに、当日の夜間時間帯において商用電源から供給される電力を利用して前記第二加熱能力より高い第三加熱能力で沸上げる第三沸上げ運転を行う付記１または付記２に記載の貯湯式給湯機。
（付記４）
前記制御部は、前記余剰電力の算出を、前記昼間時間帯を分割した分割時間帯毎に行い、
前記第一沸上げ運転および前記第二沸上げ運転は、前記昼間時間帯を分割したいずれかの分割時間帯において前記余剰電力が前記最低余剰電力以上の場合に行い、
前記第三沸上げ運転は、前記昼間時間帯を分割した全ての分割時間帯において前記余剰電力が前記最低余剰電力未満の場合に行う付記３記載の貯湯式給湯機。
（付記５）
前記第二沸上げ運転は、前記夜間時間帯の開始時刻と同時に開始する付記１から付記４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
（付記６）
前記第二沸上げ運転は、前記夜間時間帯の終了時刻に沸上げが完了するタイミングに合わせて開始する付記１から付記４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
（付記７）
前記第二沸上げ運転は、前記夜間時間帯のうち、前記夜間時間帯の開始時刻と終了時刻を含まない時間帯に行う付記１から付記４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
（付記８）
前記制御部は、前記第二沸上げ運転において、前記第二加熱能力による沸上げでは前記夜間時間帯内で前記夜間沸上げ生成熱量の確保ができない場合に、前記第二加熱能力を前記夜間時間帯内で沸上げが完了する加熱能力に変更する付記１から付記７のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
（付記９）
前記制御部は、前記第二沸上げ運転中に、外気温度、入水温度、目標出湯温度および前記貯湯タンク内の残湯量に変動があった場合、前記データテーブルから前記第二加熱能力を再抽出し、再抽出した前記第二加熱能力に基づいて前記第二沸上げ運転の沸上げ時間を再計算する付記２記載の貯湯式給湯機。
（付記１０）
沸上げ運転状況を報知する報知部を更に備え、
前記制御部は、前記第二加熱能力を再抽出した結果、前記第二加熱能力が低下した場合に、前記報知部に加熱能力の低下を報知させる付記９記載の貯湯式給湯機。

１０ タンクユニット、１１ 制御部、１２ 貯湯タンク、４０ 温度センサ、５０ ＨＰユニット（加熱部）、６０ リモコン（報知部）、６１ 表示部、６２ 操作部、７０ 通信制御装置、８２ 浴槽、１００ 貯湯式給湯機、１１０ 太陽光発電装置、１２０ 商用電源、１３０ パワーコンディショナ、１４０ 分電盤、１５０ 電力メータ、１６０ ＨＥＭＳコントローラ、１７０ 外気温度センサ、１８０ 電気機器、１９０ インターネット、２００ データテーブル、Ａ 住宅。

Claims (10)

1. 太陽光発電装置から電力が供給される建物に設けられ、湯水を貯留させる貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱部と、前記加熱部を制御する制御部とを備えた貯湯式給湯機であって、
   前記制御部は、
   翌日の昼間時間帯における、前記太陽光発電装置から供給される供給電力の予測値から前記建物で使用される電気機器の使用電力の予測値を減算して余剰電力を算出し、
   前記昼間時間帯において前記余剰電力を利用して第一加熱能力で湯水を沸上げる第一沸上げ運転を行うと共に、当日の夜間時間帯において商用電源から供給される電力を利用して前記貯湯タンクの全容量の湯水を沸上げるために必要な加熱能力より低い第二加熱能力で沸上げる第二沸上げ運転を行い、
   前記第一沸上げ運転で湯水を沸上げる際の昼間沸上げ生成熱量を予測して、一日のトータル沸上げ熱量から前記昼間沸上げ生成熱量を減算して夜間沸上げ生成熱量を算出し、
   前記第二加熱能力を沸上げ効率が最適となるように決定すると共に、前記夜間沸上げ生成熱量に基づいて前記第二沸上げ運転の沸上げ時間を決定する貯湯式給湯機。
2. 前記第二加熱能力は、外気温度、入水温度、目標出湯温度および前記貯湯タンク内の残湯量毎に沸上げ効率が最適となる加熱能力が纏められたデータテーブルから抽出されたデータであり、
   前記第二沸上げ運転の沸上げ時間は、前記夜間沸上げ生成熱量を前記第二加熱能力で除して得られる時間である請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記制御部は、
   前記余剰電力が最低余剰電力以上の場合に、前記第一沸上げ運転および前記第二沸上げ運転を行い、
   前記余剰電力が前記最低余剰電力未満の場合に、前記第一沸上げ運転および前記第二沸上げ運転の代わりに、前記夜間時間帯において前記商用電源から供給される電力を利用して前記第二加熱能力より高い第三加熱能力で沸上げる第三沸上げ運転を行う請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
4. 前記制御部は、前記余剰電力の算出を、前記昼間時間帯を分割した分割時間帯毎に行い、
   前記第一沸上げ運転および前記第二沸上げ運転は、前記昼間時間帯を分割したいずれかの分割時間帯において前記余剰電力が前記最低余剰電力以上の場合に行い、
   前記第三沸上げ運転は、前記昼間時間帯を分割した全ての分割時間帯において前記余剰電力が前記最低余剰電力未満の場合に行う請求項３記載の貯湯式給湯機。
5. 前記第二沸上げ運転は、前記夜間時間帯の開始時刻と同時に開始する請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
6. 前記第二沸上げ運転は、前記夜間時間帯の終了時刻に沸上げが完了するタイミングに合わせて開始する請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
7. 前記第二沸上げ運転は、前記夜間時間帯のうち、前記夜間時間帯の開始時刻と終了時刻を含まない時間帯に行う請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
8. 前記制御部は、前記第二沸上げ運転において、前記第二加熱能力による沸上げでは前記夜間時間帯内で前記夜間沸上げ生成熱量の確保ができない場合に、前記第二加熱能力を前記夜間時間帯内で沸上げが完了する加熱能力に変更する請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
9. 前記制御部は、前記第二沸上げ運転中に、外気温度、入水温度、目標出湯温度および前記貯湯タンク内の残湯量に変動があった場合、前記データテーブルから前記第二加熱能力を再抽出し、再抽出した前記第二加熱能力に基づいて前記第二沸上げ運転の沸上げ時間を再計算する請求項２記載の貯湯式給湯機。
10. 沸上げ運転状況を報知する報知部を更に備え、
    前記制御部は、前記第二加熱能力を再抽出した結果、前記第二加熱能力が低下した場合に、前記報知部に加熱能力の低下を報知させる請求項９記載の貯湯式給湯機。