JP2015206496A

JP2015206496A - 貯湯式給湯機

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Publication number: JP2015206496A
Application number: JP2014085800A
Authority: JP
Inventors: 高橋　健; Takeshi Takahashi; 高橋　　健; 尚希渡邉; Naoki Watanabe; 一樹池田; Kazuki Ikeda; 智赤木; Satoshi Akagi; 柳本　圭; Kei Yanagimoto; 圭柳本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: JP6191531B2

Abstract

【課題】複数の貯湯式給湯機が備えられる集合住宅等の施設において、個々の貯湯式給湯機の独自の制御によって全体の負荷平準化が可能であり、全体を管理するシステム等が不要で、単純かつ低コストで、貯湯式給湯機同士の通信設定等も不要な構成で、全体の最大需要電力を抑制でき、かつ、湯切れの発生を抑制することのできる貯湯式給湯機を提供すること。
【解決手段】本発明の貯湯式給湯機は、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯タンクと、加熱手段を動作させることで湯を貯湯タンクに貯える貯湯運転を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、電気料金単価が割安な時間帯に貯湯運転を行うときの加熱手段の加熱能力を第一加熱能力とし、電気料金単価が割高な時間帯の全部または一部の時間帯に貯湯運転を行うときの加熱手段の加熱能力を第一加熱能力より高い第二加熱能力とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

水を加熱する加熱手段（例えば、冷凍サイクルを利用したヒートポンプ装置など）により生成した高温の湯を貯湯タンクに貯え、需要に応じて貯湯タンクから湯を取り出して給湯する貯湯式給湯機が広く用いられている。従来、家庭用の貯湯式給湯機は、加熱手段を動作させることで湯を生成して貯湯タンクに貯える貯湯運転を行う場合、昼間時間帯に比べて電気料金単価の安い深夜時間帯に貯湯運転を行うことが一般的である。この深夜時間帯が、例えば２３時から翌朝７時までの８時間である場合、朝７時の直前に貯湯運転が終了するように、貯湯運転が制御される。

このような家庭用の貯湯式給湯機が、集合住宅などで複数台使用される場合、深夜時間帯が終了する７時前の時間帯には、その複数台の貯湯式給湯機のほとんどすべてが貯湯運転を行っている状態になる。そのため、集合住宅全体の受電設備を大容量化する必要に迫られる場合がある。受電設備の大容量化に伴い、受電設備が高額となるとの課題がある。

また、電力供給事業者との契約形態は多岐にわたるが、大容量の電気容量（例えば５０ｋＷ以上）を要する施設においては、高圧受電が必要になる場合がある。この高圧受電における契約電力は、当月を含む過去１年間の各月の最大需要電力のうちで最も大きい値として算出される。ここで、最大需要電力とは、デマンド時限（例えば３０分間）毎に計量される、施設での全使用電力のうち、月間で最も大きい値となる。このため、デマンド時限毎の使用電力が契約電力を一度でも超えてしまうと、最大需要電力の最大値が更新されるため、契約電力が大きくなり、基本料金が高くなる。それ以降、最低１年間はその基本料金が継続されるので、電気料金が高くなってしまう。このようなことから、上記のような施設における電気料金を抑制するためには、契約電力が大きくなる方向に更新されないよう、最大需要電力をなるべく抑制することが重要になる。

特許文献１には、複数の貯湯式給湯機の需用電力を平準化するため、各貯湯式給湯機における１日の使用熱量を集計し、その集計結果と、昼夜における電力使用量の平準化を促進するために予め設定される深夜運転率と、貯湯式給湯機の台数とに基づいて、予め設定された期間内に各貯湯式給湯機で許容される最大のわき上げ熱量を算出し、算出した許容される最大のわき上げ熱量と、１日の使用熱量とを貯湯式給湯機毎に比較し、許容される最大のわき上げ熱量が１日の使用熱量以上である場合は１日の使用熱量をわき上げすべき熱量とし、１日の使用熱量未満である場合は許容される最大のわき上げ熱量をわき上げすべき熱量として、貯湯式給湯機毎にわき上げ運転の運転時間を設定し、わき上げ運転を実施するようにしたシステムが技術されている。

特開２０１２−９７９４９号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、複数の貯湯式給湯機のそれぞれにおける１日の使用熱量を集計し、その集計結果と、昼夜における電力使用量の平準化を促進するために予め設定される深夜運転率と、貯湯式給湯機の台数とに基づいて、予め設定された期間内に各貯湯式給湯機で許容される最大のわき上げ熱量を算出し、各給湯機に送信するというシステムが必要となる。

上記のように、従来、集合住宅全体の需要電力を抑えるためには、ＭＥＭＳ（ＭａｎｓｉｏｎＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）等の集合住宅全体の管理システムが必要になり、システムが煩雑でコストも高く、機器同士の通信設定等も面倒になる、という問題点がある。また、特許文献１の技術では、複数の貯湯式給湯機と相互に通信可能に接続される給湯機制御手段が必要になるので、システムが複雑になる。

また、特許文献１の技術では、許容される最大のわき上げ熱量が１日の使用熱量未満である場合には、許容される最大のわき上げ熱量をわき上げすべき熱量とするため、湯切れ（貯湯タンク内に所定温度以上の湯が無くなること）になる可能性が増える、という問題点がある。

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、複数の貯湯式給湯機が備えられる集合住宅等の施設において、個々の貯湯式給湯機の独自の制御によって全体の負荷平準化が可能であり、全体を管理するシステム等が不要で、単純かつ低コストで、貯湯式給湯機同士の通信設定等も不要な構成で、全体の最大需要電力を抑制でき、かつ、湯切れの発生を抑制することのできる貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯機は、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯タンクと、加熱手段を動作させることで湯を貯湯タンクに貯える貯湯運転を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、電気料金単価が割安な時間帯に貯湯運転を行うときの加熱手段の加熱能力を第一加熱能力とし、電気料金単価が割高な時間帯の全部または一部の時間帯に貯湯運転を行うときの加熱手段の加熱能力を第一加熱能力より高い第二加熱能力とするものである。

本発明によれば、複数の貯湯式給湯機が備えられる集合住宅等の施設において、個々の貯湯式給湯機の独自の制御によって全体の負荷平準化が可能であり、全体を管理するシステム等が不要で、単純かつ低コストで、貯湯式給湯機同士の通信設定等も不要な構成で、全体の最大需要電力を抑制でき、かつ、湯切れの発生を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機を示す構成図である。本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機の制御動作を示すタイムチャートである。本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機が深夜時間帯の貯湯運転を行うときの制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機が昼間時間帯の貯湯運転を行うときの制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機を示す構成図である。図１に示す貯湯式給湯機１００は、加熱手段としてのヒートポンプユニット２と、貯湯タンク１を有する貯湯タンクユニット２６とを備えている。ヒートポンプユニット２内には、圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、空気熱交換器を冷媒配管で順次接続した冷凍サイクル装置が備えられている。加熱循環回路３は、貯湯タンク１の下部とヒートポンプユニット２の水冷媒熱交換器の入水口とを接続し、水冷媒熱交換器の出湯口と貯湯タンク１の上部とを接続している。加熱循環回路３の途中にはＨＰ循環ポンプ４が設けられている。

貯湯運転時には、ＨＰ循環ポンプ４及びヒートポンプユニット２を動作させることで、貯湯タンク１の下部から取り出した水をヒートポンプユニット２内の水冷媒熱交換器に導き、水冷媒熱交換器内で加熱して高温の湯を生成し、この高温の湯を貯湯タンク１の上部に戻す。貯湯運転は、主として、深夜時間帯に、翌日に使用する湯を貯湯タンク１に貯えるように実施する。

本実施の形態１では、２３時から翌朝７時までを深夜時間帯と呼び、この深夜時間帯は、他の時間帯に比べて電気料金単価が割安な時間帯であるものとする。また、７時から２３時までを昼間時間帯と呼び、この昼間時間帯は、深夜時間帯に比べて電気料金単価が割高な時間帯であるものとする。ただし、本発明において、電気料金単価が割安な時間帯及び電気料金単価が割高な時間帯は、本実施の形態１での例に限定されるものではなく、それらの開始時刻及び終了時刻は、電力供給事業者との契約などに応じて変化し得るものである。

貯湯タンク１の外周には、貯湯タンク１の上部から、貯湯タンク１の所定の容積の位置、例えば０Ｌ、５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌの位置に、それぞれ、第１〜第４の温度センサ５ａ〜５ｄが設けられている。また、加熱循環回路３の、貯湯タンク１の下部と接続する側に、第５の温度センサ５ｅが設けられている。これら第１〜第５の温度センサ５ａ〜５ｅは、貯湯タンク１内の蓄熱量を検出する蓄熱量検出手段として機能する。貯湯タンク温度センサ６は、貯湯タンク１の上部に設けられ、ヒートポンプユニット２によって加熱されて貯湯タンク１の上部に戻される湯の温度（以下、「ヒートポンプ加熱温度」と称する）を検出する。

一般給湯側電動混合弁７は、貯湯タンク１の上部に接続された給湯管８からの高温湯と、水道管等の水源に接続された給水管９からの水とを混合することにより、設定温度の湯を生成する。その湯は、混合給湯管１０を経由して蛇口等の給湯先（図示省略）に供給される。

給水管９には、給水温度センサ２３が設けられ、給水管９を流れる水の温度を検出する。混合給湯管１０には、給湯用流量センサ１９及び給湯用温度センサ２０が設けられ、混合給湯管１０を流れる湯の流量及び温度を検出する。

風呂給湯側電動混合弁１１は、給湯管８からの高温湯と、給水管９からの水とを混合することにより、設定温度の湯を生成する。その湯は、混合風呂管１８、風呂側循環回路１２を経由して、浴槽（図示省略）に供給される。浴槽湯張り時の給湯の開始及び停止は、混合風呂管１８に設けられた電磁弁１３により制御される。混合風呂管１８には、風呂用流量センサ２１及び風呂用温度センサ２２が設けられ、混合風呂管１８を流れる湯の流量及び温度を検出する。

風呂側循環回路１２は、風呂循環ポンプ１４により浴槽から浴水を引き込み、熱交換器１５を経由して浴槽に戻る経路である。また、タンク側循環回路１６は、貯湯タンク１の上部から貯湯タンク１内の湯をタンク循環ポンプ１７で引き込み、熱交換器１５を経由して貯湯タンク１の下部に繋がる経路である。追い焚き時には、風呂循環ポンプ１４及びタンク循環ポンプ１７が駆動され、風呂循環ポンプ１４により浴槽から風呂側循環回路１２に引き込まれた浴水は、タンク循環ポンプ１７により貯湯タンク１の上部からタンク側循環回路１６に引き込まれた高温湯と、熱交換器１５を介して熱交換されて浴槽に戻る。浴水が設定温度となったところで風呂循環ポンプ１４及びタンク循環ポンプ１７の動作を停止し、追い焚きを終了する。

貯湯式給湯機１００は、制御手段である制御部２４を備える。また、浴室、台所等には、ユーザーインターフェース装置としてのリモコン２５が設置されている。制御部２４は、ヒートポンプユニット２、ＨＰ循環ポンプ４、第１〜第５の温度センサ５ａ〜５ｅ、貯湯タンク温度センサ６、一般給湯側電動混合弁７、風呂給湯側電動混合弁１１、電磁弁１３、風呂循環ポンプ１４、タンク循環ポンプ１７、給湯用流量センサ１９、給湯用温度センサ２０、風呂用流量センサ２１、風呂用温度センサ２２、給水温度センサ２３、及びリモコン２５とそれぞれ電気的に接続されており、貯湯式給湯機１００全体の動作を制御する。

リモコン２５には、操作部及び表示部が設けられている。使用者は、リモコン２５の操作部を操作することにより、給湯温度の設定、貯湯運転、浴槽湯張り、浴槽追い焚き等の動作指示や予約などを行うことができる。リモコン２５の表示部には、給湯設定温度などの情報を表示可能である。

制御部２４は、使用熱量算出手段２４ａと、目標熱量算出手段２４ｂとを有している。使用熱量算出手段２４ａは、所定期間内に貯湯タンク１から出湯した出湯量に基づいて、所定期間内に使用された熱量を算出する。目標熱量算出手段２４ｂは、使用熱量算出手段２４ａによって算出された所定期間内に使用された熱量に基づいて、目標熱量を算出する。

次に、実施の形態１の貯湯式給湯機１００の動作を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機１００の制御動作を示すタイムチャートである。図２に示すように、制御部２４は、深夜時間帯の終了時刻（例えば７時）に、目標熱量算出手段２４ｂによって算出される目標熱量を貯湯タンク１内に確保できるように、ヒートポンプユニット２による貯湯運転を行う。その際、深夜時間帯終了時刻を貯湯運転の終了予定時刻とし、その終了予定時刻から、貯湯運転に要する時間を遡ることにより、貯湯運転の開始時刻を決定する。ここで、深夜時間帯開始時刻から貯湯運転の開始時刻までの間をピークシフトと呼ぶ。このようなピークシフトを行うことで、複数の貯湯式給湯機１００が備えられる集合住宅等の施設において、深夜時間帯開始時の需要電力の集中を抑制することができる。

また、図２に示すように、深夜時間帯における貯湯運転のほか、本実施の形態１の貯湯式給湯機１００は、昼間時間帯において、湯が消費されることで貯湯タンク１内の残蓄熱量が後述する起動熱量未満となった場合に、湯切れを防止するための貯湯運転を実施する。

本実施の形態１の貯湯式給湯機１００が備えるヒートポンプユニット２は、水を加熱する加熱能力［ｋＷ］が可変である。制御部２４は、ヒートポンプユニット２の加熱能力が予め設定された値になるように加熱能力を制御することができる。加熱能力とは、単位時間当たりにヒートポンプユニット２が水に与える熱量である。制御部２４は、例えば、ヒートポンプユニット２の圧縮機の容量を調整することで、ヒートポンプユニット２の加熱能力を制御できる。ヒートポンプユニット２の圧縮機の容量は、例えば、圧縮機の回転数を調整することで制御できる。圧縮機の回転数は、例えばインバータ制御により調整できる。ヒートポンプユニット２の加熱能力と消費電力とは、ほぼ比例する関係にある。このため、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低くすると、それに応じて消費電力も低くなる。

本実施の形態１では、深夜時間帯に貯湯運転を実施するときには、ヒートポンプユニット２を比較的低い加熱能力である第一加熱能力（例えば、３．０ｋＷ）で動作させる。これにより、複数の貯湯式給湯機１００が備えられる集合住宅等の施設の需要電力が集中する深夜時間帯には、低い第一加熱能力でヒートポンプユニット２を動作させることで、貯湯式給湯機１００の消費電力を大幅に抑制できる。よって、施設全体での需要電力を確実に抑制でき、最大需要電力を確実に抑制することが可能となる。特に、需用電力が集中しやすい深夜時間帯終了時においても、施設全体での需要電力を確実に抑制できる。また、本実施の形態１では、上述したピークシフトを行うことで、深夜時間帯開始時の需用電力の集中を抑制できる。これらのことから、本実施の形態１によれば、深夜時間帯の開始から終了までの全体にわたって、施設全体での需要電力を確実に抑制でき、最大需用電力を確実に抑制することが可能となる。

また、本実施の形態１では、昼間時間帯に貯湯運転を実施するときには、ヒートポンプユニット２を比較的高い加熱能力である第二加熱能力（例えば、４．５ｋＷ）で動作させる。昼間時間帯に貯湯運転を実施する場合は、主に、貯湯タンク１内の残蓄熱量が少なくなり、湯切れの発生を防止するために、貯湯タンク１内の残蓄熱量を迅速に増やしたい場合に相当する。本実施の形態１では、このような場合にヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させることで、貯湯タンク１内の残蓄熱量を迅速に増やすことができるため、湯切れの発生をより確実に抑制することが可能となる。昼間時間帯に貯湯運転を実施する時刻は、各世帯の湯の使用状況に応じて変化する。このため、昼間時間帯に貯湯運転を実施する時刻は、個々の貯湯式給湯機１００ごとに異なる。よって、実際上は、すべての貯湯式給湯機１００が昼間時間帯に同時に貯湯運転を実施することはない。そのため、昼間時間帯においては、ヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させても、施設全体としての需要電力が集中するおそれはなく、最大需要電力を確実に抑制することが可能となる。

次に、本実施の形態１の貯湯式給湯機１００の制御動作を図３及び図４に基づいて説明する。図３は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機１００が深夜時間帯の貯湯運転を行うときの制御動作を示すフローチャートである。まず、図３を参照して、深夜時間帯の貯湯運転の制御動作について説明する。

制御部２４の使用熱量算出手段２４ａは、給湯用流量センサ１９、給湯用温度センサ２０及び給水温度センサ２３によって検出される流量及び温度に基づいて、給湯に使用するために貯湯タンク１から出湯された熱量を算出する。また、使用熱量算出手段２４ａは、風呂用流量センサ２１、風呂用温度センサ２２及び給水温度センサ２３によって検出される流量及び温度に基づいて、浴槽の湯はりに使用するために貯湯タンク１から出湯された熱量を算出する。使用熱量算出手段２４ａは、これらの算出した使用熱量の１日間の積算値をＱ＿ｄａｙ１（１日前の使用熱量の積算値），Ｑ＿ｄａｙ２（２日前の使用熱量の積算値），・・・，Ｑ＿ｄａｙｎ（ｎ日前の使用熱量の積算値）として、所定期間分（例えば過去２週間分）を算出する（ステップＳ３０）。

なお、使用熱量算出手段２４ａは、浴槽水の追い焚きが行われた場合に、浴槽水の湯量と、浴槽水の温度上昇値とに基づいて、追い焚きに使用した貯湯タンク１内の熱量を算出し、この算出した熱量の１日間の積算値をＱ＿ｄａｙｎ（ｎ日前の使用熱量の積算値）に加算してもよい。追い焚きに使用した貯湯タンク１内の熱量は、例えば、（浴槽水の湯量）×（浴槽水の温度上昇値）／（換算係数）なる演算により算出することができる。

制御部２４は、深夜時間帯の開始時刻（例えば２３時）が到来したかどうかを判断し（ステップＳ３１）、深夜時間帯の開始時刻が到来するまで、上記ステップＳ３０の処理を行う。そして、制御部２４は、深夜時間帯の開始時刻が到来した場合には、ヒートポンプユニット２の加熱能力設定値Ｈａｃを、低い第一加熱能力に相当する値（例えば、３．０ｋＷ）に設定する（ステップＳ３２）。

次に、制御部２４の目標熱量算出手段２４ｂは、使用熱量算出手段２４ａによって算出された所定期間分（例えば過去２週間分）の１日毎の使用熱量の積算値Ｑ＿ｄａｙ１〜Ｑ＿ｄａｙｎに基づいて、所定期間内（例えば過去２週間内）の１日間の使用熱量の平均値Ｑ＿ａｖｅを算出するとともに、この算出したＱ＿ａｖｅに基づいて、下記式１により、当日に貯湯タンク１に貯める熱量の目標値である目標蓄熱量Ｑｏを算出する（ステップＳ３３）。

Ｑｏ＝（Ｑ＿ａｖｅ×放熱係数＋起動熱量）×夜間率・・・（式１）

ここで、放熱係数とは、ヒートポンプユニット２で加熱した熱量に対して、使用者が湯を使用するまでの間に貯湯タンク１から放熱することを考慮した値（例えば１．１）である。起動熱量とは、昼間時間帯の貯湯運転を開始する閾値となる、貯湯タンク１内の残蓄熱量（例えば３５００ｋｃａｌ）である。夜間率とは、２４時間での使用電力量に対する深夜時間帯での使用電力量の割合（例えば８０％）である。これらの値は、制御部２４に予め記憶している。

なお、目標熱量算出手段２４ｂは、使用熱量算出手段２４ａによって算出された所定期間分（例えば過去２週間分）の１日毎の使用熱量の積算値Ｑ＿ｄａｙ１〜Ｑ＿ｄａｙｎから、所定期間内（例えば過去２週間内）の１日間の使用熱量の最大値Ｑ＿ｍａｘを算出し、この算出したＱ＿ｍａｘに基づいて、当日に貯湯タンク１に貯める熱量の目標値である目標蓄熱量Ｑｏを算出してもよい。

次に、制御部２４は、目標熱量算出手段２４ｂによって算出された目標蓄熱量Ｑｏに基づいて、下記式２により、目標加熱温度Ｔｐを算出する（ステップＳ３４）。目標加熱温度Ｔｐとは、ヒートポンプ加熱温度の目標値である。

Ｔｐ＝Ｑｏ／（タンク容量−マージン）＋給水温度・・・（式２）

ここで、タンク容量とは、貯湯タンク１の容量（例えば３７０Ｌ）である。マージンとは、貯湯タンク１内の一定量は放熱して給湯に使用できないことを考慮した値（例えば６０Ｌ）である。給水温度とは、給水温度センサ２３によって検出される給水温度（例えば１０℃）である。

制御部２４は、貯湯タンク１の上部から５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌの位置に取り付けられた第２〜第４の温度センサ５ｂ〜５ｄ、及び加熱循環回路３の貯湯タンク１下部側に取り付けられた第５の温度センサ５ｅの検出値に基づき、貯湯タンク１内の残蓄熱量Ｑｔを逐次算出している（ステップＳ３５）。そして、制御部２４は、目標熱量算出手段２４ｂによって算出された目標蓄熱量Ｑｏと、貯湯タンク１内の残蓄熱量Ｑｔとに基づいて、下記式３により、夜間加熱熱量Ｑｎを算出する（ステップＳ３６）。夜間加熱熱量Ｑｎとは、深夜時間帯の貯湯運転でヒートポンプユニット２が水を加熱する目標加熱量である。

Ｑｎ＝Ｑｏ−Ｑｔ・・・（式３）

次に、制御部２４は、夜間加熱熱量Ｑｎ及び加熱能力設定値Ｈａｃに基づいて、下記式４により、夜間加熱時間Ｔｗを算出する（ステップＳ３７）。夜間加熱時間Ｔｗとは、深夜時間帯の貯湯運転においてヒートポンプユニット２の加熱動作を継続すべき時間である。続いて、制御部２４は、算出した夜間加熱時間Ｔｗに基づき、下記式５により、深夜時間帯の貯湯運転を開始すべき時刻ｔ−ｓｔａｒｔを算出する（ステップＳ３８）。そして、深夜時間帯の貯湯運転の開始時刻ｔ−ｓｔａｒｔを経過するまでは、ステップＳ３５〜ステップＳ３８の処理を繰り返し実行する（ステップＳ３９）。

Ｔｗ＝Ｑｎ／８６０［ｃａｌ／Ｗｈ］／Ｈａｃ［ｋＷ］×６０［分］・・・（式４）
ｔ−ｓｔａｒｔ＝深夜時間帯終了時刻−Ｔｗ・・・（式５）

次に、制御部２４は、ステップＳ３９で深夜時間帯の貯湯運転の開始時刻ｔ−ｓｔａｒｔを経過した場合には、ヒートポンプユニット２の加熱動作及びＨＰ循環ポンプ４の動作を開始することで貯湯運転を開始する（ステップＳ４０）。ここで、制御部２４は、ステップＳ３２で設定された、低い第一加熱能力に相当する加熱能力設定値Ｈａｃ（例えば３．０ｋＷ）でヒートポンプユニット２を動作させる。この貯湯運転の間、制御部２４は、貯湯タンク１内の残蓄熱量Ｑｔが目標蓄熱量Ｑｏ以上になったかどうかを判断する（ステップＳ４１）。制御部２４は、ステップＳ４１でＱｔ＜Ｑｏの場合には貯湯運転を続行し、ステップＳ４１でＱｔ≧Ｑｏとなった場合には、ヒートポンプユニット２の加熱動作及びＨＰ循環ポンプ４の動作を停止することで貯湯運転を終了する（ステップＳ４２）。

次に、図４を参照して、昼間時間帯の貯湯運転の制御動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機１００が昼間時間帯の貯湯運転を行うときの制御動作を示すフローチャートである。図４のステップＳ５０において、制御部２４は、深夜時間帯の終了時刻（例えば７時）が到来したかどうかを判断する。そして、ステップＳ５０で深夜時間帯の終了時刻が到来した場合には、制御部２４は、ヒートポンプユニット２の加熱能力設定値Ｈａｃを、高い第二加熱能力に相当する値（例えば、４．５ｋＷ）に設定する（ステップＳ５１）。

次に、制御部２４は、貯湯タンク１内の残蓄熱量Ｑｔと、昼間時間帯の貯湯運転を開始する閾値となる起動熱量（例えば３５００ｋｃａｌ）とを比較する（ステップＳ５２）。ステップＳ５２で残蓄熱量Ｑｔが起動熱量以上である場合には、制御部２４は、昼間時間帯の貯湯運転を開始する必要がないと判断する。一方、ステップＳ５２で残蓄熱量Ｑｔが起動熱量未満である場合には、制御部２４は、昼間時間帯の貯湯運転を開始する必要があると判断し、ヒートポンプユニット２の加熱動作及びＨＰ循環ポンプ４の動作を開始することで貯湯運転を開始する（ステップＳ５３）。ここで、制御部２４は、ステップＳ５１で設定された、高い第二加熱能力に相当する加熱能力設定値Ｈａｃ（例えば４．５ｋＷ）でヒートポンプユニット２を動作させる。この貯湯運転の間、制御部２４は、貯湯タンク１内の残蓄熱量Ｑｔが終了熱量以上になったかどうかを判断する（ステップＳ５４）。終了熱量とは、昼間時間帯の貯湯運転を終了する終了条件となる蓄熱量であり、例えば、上記起動熱量に所定熱量（例えば１５００ｋｃａｌ）を加算した値である。制御部２４は、ステップＳ５４で残蓄熱量Ｑｔが終了熱量未満の場合には貯湯運転を続行し、ステップＳ５４で残蓄熱量Ｑｔが終了熱量以上となった場合には、ヒートポンプユニット２の加熱動作及びＨＰ循環ポンプ４の動作を停止することで貯湯運転を終了する（ステップＳ５５）。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、複数の貯湯式給湯機１００が備えられる集合住宅等の施設において、各貯湯式給湯機１００の需要電力が集中する深夜時間帯に、各貯湯式給湯機１００のヒートポンプユニット２を低い第一加熱能力（例えば、３．０ｋＷ）で動作させることで、各貯湯式給湯機１００の消費電力を確実に抑制できる。そのため、施設全体での需要電力を確実に抑制でき、最大需要電力を確実に抑制することが可能となる。その結果、電力供給事業者との契約電力及び基本料金が抑制され、電気料金を安くすることができる。また、集合住宅の受電設備の容量を抑制することができるので、受電設備に要するコストを抑制することができる。

また、一般的に、深夜時間帯に比べ、昼間時間帯の方がユーザーの使用湯量が多く、湯切れが生じる可能性が大きくなる。このため、昼間時間帯に貯湯タンク１内の残蓄熱量が少なくなったとき、貯湯運転を行うことで緊急的に残蓄熱量を増やして湯切れを回避したい場合には、貯湯タンク１内の残蓄熱量をなるべく迅速に増やすことが望ましい。本実施の形態１では、昼間時間帯に貯湯運転を実施するときには、ヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力（例えば、４．５ｋＷ）で動作させる。このため、上記のような場合に貯湯タンク１内の残蓄熱量を迅速に増やすことができるので、湯切れが発生することを確実に抑制することが可能となる。

また、前述したように、昼間時間帯に貯湯運転を実施する時刻は、個々の貯湯式給湯機１００ごとに異なる。このため、昼間時間帯においては、ヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させることで貯湯式給湯機１００の消費電力が比較的高くなっても、施設全体としての需要電力が集中するおそれはなく、最大需要電力を確実に抑制することが可能となる。

また、本実施の形態１によれば、集合住宅等の施設に設置された複数の貯湯式給湯機１００の各々が独自に制御を行うことで施設全体の電力負荷の平準化が可能であり、施設全体を管理する管理システム等が不要である。また、集合住宅等の施設に備えられた複数の貯湯式給湯機１００間の通信設定等も不要である。これらのことから、本実施の形態１によれば、単純かつ低コストの構成で上記効果を達成できる。

次に、本実施形態１の変形例について説明する。
（変形例１）上述した実施の形態１では、電気料金単価の割高な時間帯（昼間時間帯）の全部において、貯湯運転を行うときにヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させるようにしている。これに対し、変形例１では、電気料金単価の割高な時間帯（昼間時間帯）のうちの一部の時間帯（例えば、１８時〜２１時）においてのみ、貯湯運転を行うときにヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させるようにし、電気料金単価の割高な時間帯（昼間時間帯）のうちの他の時間帯（例えば、７時〜１８時及び２１時〜２３時）には、貯湯運転を行うときにヒートポンプユニット２を低い第一加熱能力で動作させる。このような変形例１によれば、貯湯運転を行うときにヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させる時間帯がさらに限定されるので、複数の貯湯式給湯機１００において消費電力の大きい第二加熱能力での貯湯運転が同時に行われる可能性が低くなり、集合住宅等の施設全体の需用電力をより確実に抑制することが可能となる。

（変形例２）変形例２では、使用熱量算出手段２４ａによって算出された所定期間分（例えば過去２週間分）の１日毎の使用熱量の積算値Ｑ＿ｄａｙ１〜Ｑ＿ｄａｙｎの平均値Ｑ＿ａｖｅまたは最大値Ｑ＿ｍａｘが閾値以上の場合には、制御部２４は、深夜時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低い第一加熱能力とせず、ヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させる。一方、使用熱量算出手段２４ａによって算出された所定期間分（例えば過去２週間分）の１日毎の使用熱量の積算値Ｑ＿ｄａｙ１〜Ｑ＿ｄａｙｎの平均値Ｑ＿ａｖｅまたは最大値Ｑ＿ｍａｘが上記閾値未満の場合には、制御部２４は、深夜時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２を低い第一加熱能力で動作させる。上記閾値は、例えば、低い第一加熱能力で深夜時間帯内（例えば、８時間以内）にヒートポンプユニット２が水に与えることのできる加熱量（例えば、２００００ｋｃａｌ）に相当する値とすることができる。このような変形例２によれば、使用熱量が多い傾向にある世帯の貯湯式給湯機１００においては、深夜時間帯においても高い第二加熱能力で貯湯運転を行うので、深夜時間帯に貯えることのできる蓄熱量が多くなる。そのため、使用熱量が多い傾向にある世帯の貯湯式給湯機１００においても、湯切れが発生することをより確実に抑制することが可能となる。この場合、使用熱量が多い傾向にある世帯の貯湯式給湯機１００は、需用電力の抑制に寄与しにくくなる。しかしながら、集合住宅などの複数の世帯の使用熱量には大きなバラツキが存在するので、使用熱量が少ない傾向にある世帯の貯湯式給湯機１００が需要電力の抑制に寄与することで、施設全体としての需要電力は確実に抑制できる。

（変形例３）変形例３の貯湯式給湯機１００は、需要電力のピークの抑制に寄与する運転モードであるピーク抑制モードの入り及び切りを使用者が設定するピーク抑制モード設定手段を備える。ピーク抑制モード設定手段は、例えば、リモコン２５を操作することで使用者がピーク抑制モードの入り及び切りを設定する構成とすることができる。ピーク抑制モードが切りに設定されている場合には、制御部２４は、深夜時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低い第一加熱能力とせず、ヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させる。一方、ピーク抑制モードが入りに設定されている場合には、制御部２４は、深夜時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２を低い第一加熱能力で動作させる。このような変形例３によれば、使用者がピーク抑制モードを入りに設定した場合には、使用者の湯切れに対する意識が喚起されるので、湯の使い方などに使用者が十分留意する可能性が高くなるため、湯切れの発生をより確実に抑制することが可能となる。また、湯を多く使用する予定がある場合には、使用者が予めピーク抑制モードを切りに設定することで、深夜時間帯に貯えることのできる蓄熱量が多くなる。このため、湯を多く使用する場合であっても、湯切れの発生をより確実に抑制することが可能となる。

（変形例４）変形例４の貯湯式給湯機１００は、使用湯量の目安を使用者または施工業者等が設定する使用湯量設定手段を備える。使用湯量設定手段は、例えば、リモコン２５を操作することで使用者等が使用湯量の目安を設定する構成とすることができる。この使用湯量設定手段で設定された使用湯量が閾値以上の場合には、制御部２４は、深夜時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低い第一加熱能力とせず、ヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させる。一方、使用湯量設定手段で設定された使用湯量が上記閾値未満の場合には、制御部２４は、深夜時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２を低い第一加熱能力で動作させる。上記閾値は、例えば、低い第一加熱能力で深夜時間帯内（例えば、８時間以内）にヒートポンプユニット２が水を加熱することで生成できる湯量（例えば、４２℃換算６００Ｌ）に相当する値とすることができる。このような変形例４によれば、使用者等が設定した使用湯量の目安が大きい貯湯式給湯機１００においては、深夜時間帯においても高い第二加熱能力で貯湯運転を行うので、深夜時間帯に貯えることのできる蓄熱量が多くなる。そのため、使用湯量が多い世帯の貯湯式給湯機１００においても、湯切れが発生することをより確実に抑制することが可能となる。この場合、使用湯量の目安が大きい値に設定された世帯の貯湯式給湯機１００は、需用電力の抑制に寄与しにくくなる。しかしながら、集合住宅などの複数の世帯の使用湯量には大きなバラツキが存在するので、使用湯量の目安が小さい値に設定された世帯の貯湯式給湯機１００が需要電力の抑制に寄与することで、施設全体としての需要電力は確実に抑制できる。

（変形例５）変形例５の貯湯式給湯機１００は、世帯人数を使用者または施工業者等が設定する世帯人数設定手段を備える。世帯人数設定手段は、例えば、リモコン２５を操作することで使用者等が世帯人数を設定する構成とすることができる。この世帯人数設定手段で設定された世帯人数が閾値以上の場合には、制御部２４は、深夜時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低い第一加熱能力とせず、ヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させる。一方、世帯人数設定手段で設定された世帯人数が上記閾値未満の場合には、制御部２４は、深夜時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２を低い第一加熱能力で動作させる。上記閾値は、例えば、低い第一加熱能力で深夜時間帯内（例えば、８時間以内）にヒートポンプユニット２が水を加熱することで生成できる湯量でまかなうことのできる世帯人数に基づいて算出される値とすることができる。例として、低い第一加熱能力で深夜時間帯内にヒートポンプユニット２が水を加熱することで生成できる湯量を４２℃換算６００Ｌとし、浴槽の湯はりで使用される湯量を４２℃換算２００Ｌとし、台所で使用される湯量を４２℃換算８０Ｌとし、一人がシャワーで使用する湯量を４２℃換算８０Ｌとした場合、湯はり２００Ｌ＋シャワー８０Ｌ×４人＋台所８０Ｌ＝６００Ｌなる関係から、上記閾値を４人とする。このような変形例５によれば、世帯人数が多く、使用湯量が多いと予想される世帯の貯湯式給湯機１００においては、深夜時間帯においても高い第二加熱能力で貯湯運転を行うので、深夜時間帯に貯えることのできる蓄熱量が多くなる。そのため、人数が多い世帯の貯湯式給湯機１００においても、湯切れが発生することをより確実に抑制することが可能となる。この場合、人数が多い世帯の貯湯式給湯機１００は、需用電力の抑制に寄与しにくくなる。しかしながら、集合住宅などにおける各世帯の人数には大きなバラツキが存在するので、人数が少ない世帯の貯湯式給湯機１００が需要電力の抑制に寄与することで、施設全体としての需要電力は確実に抑制できる。

（変形例６）変形例６の貯湯式給湯機１００は、電気料金の割安な時間帯を設定する時間帯設定手段と、電気料金単価が割安な時間帯にヒートポンプユニット２が水を加熱する目標加熱量（例えば図３のステップＳ３６の夜間加熱熱量Ｑｎ）を低い第一加熱能力の条件で加熱するために必要な必要加熱時間（例えば図３のステップＳ３７の夜間加熱時間Ｔｗ）を算出する必要加熱時間算出手段とを備える。時間帯設定手段は、例えば、リモコン２５を操作することで使用者等が電気料金の割安な時間帯を入力する構成とすることができる。また、時間帯設定手段は、電力供給事業者のコンピューターと情報通信を行うことで、電気料金の割安な時間帯を設定する構成としても良い。必要加熱時間算出手段で算出された必要加熱時間が時間帯設定手段で設定された電気料金の割安な時間帯の長さを超える場合には、制御部２４は、電気料金の割安な時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低い第一加熱能力とせず、ヒートポンプユニット２を高い第二加熱能力で動作させる。一方、必要加熱時間算出手段で算出された必要加熱時間が時間帯設定手段で設定された電気料金の割安な時間帯の長さ以下の場合には、制御部２４は、電気料金の割安な時間帯に貯湯運転を行うとき、ヒートポンプユニット２を低い第一加熱能力で動作させる。このような変形例６によれば、必要加熱時間算出手段で算出された必要加熱時間が時間帯設定手段で設定された電気料金の割安な時間帯の長さを超える場合、すなわち低い第一加熱能力の条件で加熱した場合には電気料金の割安な時間帯内に目標加熱量に到達できない場合には、電気料金の割安な時間帯においても高い第二加熱能力で貯湯運転を行う。このため、そのような場合であっても、電気料金の割安な時間帯内に確実に目標加熱量を得ることができる。また、集合住宅の各世帯で電力供給事業者との契約内容が異なり、各世帯の電気料金の割安な時間帯が異なる場合であっても、上記の効果が得られる。本変形例６では、上記必要加熱時間が電気料金の割安な時間帯の長さを超える頻度の高い世帯の貯湯式給湯機１００は、需用電力の抑制に寄与しにくくなる。しかしながら、集合住宅などの複数の世帯の使用湯量には大きなバラツキが存在するので、上記必要加熱時間が電気料金の割安な時間帯の長さを超える頻度の低い世帯の貯湯式給湯機１００が需要電力の抑制に寄与することで、施設全体としての需要電力は確実に抑制できる。

（変形例７）変形例７の貯湯式給湯機１００では、制御部２４は、低い第一加熱能力でヒートポンプユニット２を動作させるときのヒートポンプ加熱温度に比べて、高い第二加熱能力でヒートポンプユニット２を動作させるときのヒートポンプ加熱温度を低くするように制御する。制御部２４は、ＨＰ循環ポンプ４の動作速度をインバータ制御等により調整することで、ヒートポンプ加熱温度を制御できる。すなわち、ＨＰ循環ポンプ４の動作速度を速くして水の循環流量を増加させることでヒートポンプ加熱温度が低下し、ＨＰ循環ポンプ４の動作速度を遅くして水の循環流量を低くすることでヒートポンプ加熱温度が上昇する。ヒートポンプ加熱温度が低いほど、ヒートポンプユニット２の効率が良好になる。本変形例７によれば、高い第二加熱能力でヒートポンプユニット２を動作させるとき、すなわち電気料金単価の割高な時間帯にヒートポンプユニット２を動作させるときには、ヒートポンプ加熱温度を低くすることで、ヒートポンプユニット２の効率の低下を抑制できる。このため、電気料金単価の割高な時間帯におけるヒートポンプユニット２の消費電力を低減できるので、電気料金が高くなることを確実に抑制できる。

また、電気料金単価の割高な時間帯にヒートポンプユニット２を動作させるときに、水循環流量を増加させるとともに、ヒートポンプユニット２の圧縮機の回転数を高くし、ヒートポンプ加熱温度を下げて、加熱能力を第二の加熱能力より高い第三の加熱能力としても良い。これにより、第二の加熱能力の場合とほぼ同じ消費電力を維持したまま、より高い加熱能力で運転できる。このようにすることで、湯切れの可能性をより確実に抑制することができる。

なお、本発明では、上述した複数の変形例の特徴を任意に組み合わせて実施しても良い。

１貯湯タンク、２ヒートポンプユニット、３加熱循環回路、４ＨＰ循環ポンプ、５ａ第１の温度センサ、５ｂ第２の温度センサ、５ｃ第３の温度センサ、５ｄ第４の温度センサ、５ｅ第５の温度センサ、６貯湯タンク温度センサ、７一般給湯側電動混合弁、８給湯管、９給水管、１０混合給湯管、１１風呂給湯側電動混合弁、１２風呂側循環回路、１３電磁弁、１４風呂循環ポンプ、１５熱交換器、１６タンク側循環回路、１７タンク循環ポンプ、１８混合風呂管、１９給湯用流量センサ、２０給湯用温度センサ、２１風呂用流量センサ、２２風呂用温度センサ、２３給水温度センサ、２４制御部、２４ａ使用熱量算出手段、２４ｂ目標熱量算出手段、２５リモコン、２６貯湯タンクユニット、１００貯湯式給湯機

Claims

水を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯タンクと、
前記加熱手段を動作させることで湯を前記貯湯タンクに貯える貯湯運転を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、電気料金単価が割安な時間帯に前記貯湯運転を行うときの前記加熱手段の加熱能力を第一加熱能力とし、電気料金単価が割高な時間帯の全部または一部の時間帯に前記貯湯運転を行うときの前記加熱手段の加熱能力を前記第一加熱能力より高い第二加熱能力とする貯湯式給湯機。
ピーク抑制モードの入り及び切りを設定するピーク抑制モード設定手段を備え、
前記制御手段は、前記ピーク抑制モード設定手段によりピーク抑制モードが切りに設定されている場合には、電気料金単価が割安な時間帯に前記貯湯運転を行うときの前記加熱手段の加熱能力を前記第一加熱能力とせず前記第二加熱能力とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
世帯人数を設定する世帯人数設定手段を備え、
前記制御手段は、前記世帯人数設定手段により設定された世帯人数が閾値以上の場合には、電気料金単価が割安な時間帯に前記貯湯運転を行うときの前記加熱手段の加熱能力を前記第一加熱能力とせず前記第二加熱能力とする請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
電気料金単価が割安な時間帯を設定する時間帯設定手段と、
電気料金単価が割安な時間帯に前記加熱手段が水を加熱する目標加熱量を前記第一加熱能力の条件で加熱するために必要な必要加熱時間を算出する必要加熱時間算出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記必要加熱時間算出手段によって算出された必要加熱時間が、前記時間帯設定手段により設定された電気料金の割安な時間帯の長さを超える場合には、電気料金単価が割安な時間帯に前記貯湯運転を行うときの前記加熱手段の加熱能力を前記第一加熱能力とせず前記第二加熱能力とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
使用湯量を設定する使用湯量設定手段を備え、
前記制御手段は、前記使用湯量設定手段によって設定された使用湯量が閾値以上の場合には、電気料金単価が割安な時間帯に前記貯湯運転を行うときの前記加熱手段の加熱能力を前記第一加熱能力とせず前記第二加熱能力とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
前記貯湯タンクからの出湯により使用された熱量を算出する使用熱量算出手段を備え、
前記制御手段は、前記使用熱量算出手段により算出された使用熱量が閾値以上の場合には、電気料金単価が割安な時間帯に前記貯湯運転を行うときの前記加熱手段の加熱能力を前記第一加熱能力とせず前記第二加熱能力とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
前記制御手段は、電気料金単価が割高な時間帯のうちの一部の時間帯に前記貯湯運転を行うときの前記加熱手段の加熱能力を前記第二加熱能力とし、電気料金単価が割高な時間帯のうちの他の時間帯に前記貯湯運転を行うときの前記加熱手段の加熱能力を前記第一加熱能力とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。