JP2016205734A - 貯湯式給湯機及び家電制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電力料金体系からユーザの電力使用状況に応じて最適な電力料金体系を選択し、かつ、選択した電力料金体系を前提として電力料金を抑制する。【解決手段】貯湯式給湯機１は、加熱手段２、貯湯タンク４、制御部８、リモコン９等を備える。外部制御装置１０は、ＨＥＭＳ等の家電制御システムを構成するもので、貯湯式給湯機１と相互通信可能に接続される。制御部８は、今後の予測給湯使用量及び予測給湯発生時間と、貯湯式給湯機１の放熱特性とに基いて、電力料金が最も安くなる最適沸上げ運転を行う場合の電力使用量及び電力使用時間を電力料金体系毎に算出する。そして、各電力料金体系毎に算出された電力使用量及び電力使用時間の情報を当該情報に対応する電力料金体系と関連付けた状態で外部制御装置１０に送信する。【選択図】図３

Description

本発明は、温水の貯湯及び給湯を行う貯湯式給湯機に関し、特に、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）等の外部制御装置と接続される貯湯式給湯機及び家電制御システムに関する。

従来技術として、例えば特許文献１に記載されているような貯湯式給湯機が知られている。従来技術の給湯機は、例えば翌日に必要と予測される分の湯を深夜時間帯に沸上げる機能を備えている。また、従来技術では、太陽光発電により得られた電力を売電して通常の電力で深夜時間帯に沸上げを行う運転形態と、深夜時間帯の沸上げ量を減らした状態で太陽光発電の電力により昼間時間帯に沸上げを行う運転形態とで電力料金を比較し、電力料金が安い運転形態を選択する制御が提案されている。

また、従来技術の給湯機は、ＨＥＭＳ等の外部制御装置に接続して使用される。ＨＥＭＳは、貯湯式給湯機を含めて家屋に設置された各種の電気機器を制御することにより、家屋全体の電力量を総合的に管理するものである。ＨＥＭＳによる電力量の管理では、各電気機器の過去の動作実績から、動作時間帯、電力使用量等の情報を取得する。また、各電気機器の動作を管理するときには、予め設定された規定の電力料金体系を前提として、各電気機器の動作実績から電力料金を算出する。そして、電力料金が最も安くなる動作を各電気機器の最適な動作として選択する。

特開２０１３−２４５８３９号公報

ところで、近年においては、電力の小売りが自由化されたり、太陽光発電、風力発電等のような各種の発電が増加することにより、電力料金体系の多様化が進むと想定されている。具体的には、例えば季節、時間帯、天候等に応じて電力会社毎に電力料金の差が生じることが想定されている。しかしながら、従来技術では、規定の電力料金体系を前提として電気機器の動作を選択するので、複数の電力料金体系が存在する状況に適応するのが難しい。即ち、従来技術では、複数の電力料金体系のうち、給湯機を含むシステム全体にとって最適な電力料金体系を選択することができないという問題がある。

また、従来技術では、前述したように、２種類の運転形態のうち電力料金が安い方の運転形態を選択する。しかしながら、選択の基準となる電力料金は、直接入力するか、または、契約している電力会社から通信を経由して入手することを想定している。このため、従来技術では、複数の電力料金体系から最適な電力料金体系を選択した上で、電力料金が安い方の運転形態を選択する制御、即ち、電力料金体系の選択も含めて運転形態を最適化する制御を実現することができないという問題がある。

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、複数の電力料金体系からユーザの電力使用状況に応じて最適な電力料金体系を選択し、かつ、選択した電力料金体系を前提として電力料金を抑制することが可能な貯湯式給湯機及び家電制御システムを提供することを目的としている。

本発明に係る貯湯式給湯機は、湯水を加熱して湯を生成する加熱手段と、加熱手段により生成された湯を外部の給湯対象に供給するために貯湯する貯湯タンクと、加熱手段により湯を生成して当該湯を貯湯タンクに貯留する沸上げ運転を実行可能な沸上げ運転手段と、貯湯式給湯機が使用可能な複数の電力料金体系に関する情報を取得する電力系統情報取得手段と、給湯対象による給湯使用量と給湯発生時間とを学習する機能を有し、学習結果に基いて今後の給湯使用量と給湯発生時間とを予測する給湯使用予測手段と、給湯使用予測手段により予測された給湯使用量及び給湯発生時間で発生する給湯負荷を満たし、かつ、電気料金が最も安くなるように沸上げ運転を実行したときの電力使用量及び電力使用時間を複数の電力料金体系毎に算出する使用電力算出手段と、複数の電気機器を制御する外部制御装置と通信可能な手段であって、各電力料金体系毎に算出された電力使用量及び電力使用時間の情報を当該情報に対応する電力料金体系と関連付けた状態で外部制御装置に送信する電力情報通信手段と、を備えている。

本発明によれば、貯湯式給湯機として電力料金が最も安くなる沸上げ運転を実行した場合の電力料金を判断基準として、複数の電力料金体系から電力料金体系を選択することができる。従って、複数の電力料金体系からユーザの電力使用状況に応じて最適な電力料金体系を選択し、かつ、選択した電力料金体系を前提として電力料金を抑制することができる。これにより、ユーザの利便性が高い貯湯式給湯機を実現することができる。

本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機を含む家電制御システムを示す構成図である。 本発明の実施の形態１において、ある電力料金系統を使用した場合の電力使用量及び電力使用時間の具体例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機を含むシステムの制御例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。なお、本明細書で使用する各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機を含む家電制御システムを示す構成図である。この図に示すように、本実施の形態の家電制御システムは、貯湯式給湯機１と、外部制御装置１０とを備えている。貯湯式給湯機１は、加熱手段２、タンクユニット３、貯湯タンク４、往き配管５、戻り配管６、循環ポンプ７、制御部８、リモコン９等を備えている。加熱手段２は、例えば空気中の熱を集熱して湯水の加熱（沸上げ）を行うヒートポンプ等により構成され、高温の湯を生成するものである。タンクユニット３には、加熱手段２により生成された湯を貯湯する貯湯タンク４と、貯湯式給湯機１を制御する制御部８とが収容されている。

貯湯タンク４には、貯湯した湯を外部の供給対象に給湯するための給湯回路（図示せず）が接続されている。給湯対象としては、例えばシャワー、カラン、給湯栓、浴槽、温水暖房器等が挙げられる。貯湯タンク４の下部と加熱手段２の流入側とは、往き配管５を介して接続されている。また、貯湯タンク４の上部と加熱手段２の流出側とは、戻り配管６を介して接続されている。往き配管５には、加熱手段２と貯湯タンク４との間に湯水を循環させる循環ポンプ７が設けられている。

制御部８は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、制御プログラムが記憶された記憶回路と、前記制御プログラムを実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、演算処理装置に対して信号の入出力を行う入出力ポートとを備えている。記憶回路は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の他に、非通電時にも記憶内容を保持可能な不揮発性メモリを備えている。記憶回路には、貯湯式給湯機１による過去の給湯実績を学習した学習データが記憶されている。この学習データには、給湯対象による給湯使用量、給湯発生時間等が含まれている。

また、制御部８の入力側には、貯湯式給湯機１に備えられた各種のセンサ類が接続されている。制御部８の出力側には、各種のアクチュエータが接続されている。このアクチュエータには、加熱手段２及び循環ポンプ７に加えて、タンクユニット３に備えられた各種の弁類及びポンプ類等が含まれている。さらに、制御部８は、リモコン９及び外部制御装置１０に対して相互通信可能に接続されている。そして、制御部８は、リモコン９の設定内容、外部制御装置１０からの受信情報、各センサの出力等に基いて各アクチュエータを駆動することにより、貯湯式給湯機１を制御する。一方、リモコン９は、ユーザにより操作されるもので、貯湯式給湯機１の運転状態、各種の設定値等を変更する機能と、貯湯式給湯機１の状態を表示する機能とを備えている。

制御部８は、貯湯タンク４に湯を補充する必要が生じたときに、加熱手段２により湯を生成して貯湯タンク４に貯湯する沸上げ運転を実行する。沸上げ運転では、加熱手段２及び循環ポンプ７を駆動する。これにより、貯湯タンク４の下部から低温水が流出し、この低温水は、往き配管５及び循環ポンプ７を経由して加熱手段２に流入する。加熱手段２では、流入した低温水が加熱されて高温の湯となる。そして、加熱手段２から流出した湯は、戻り配管６を介して貯湯タンク４の上部に流入し、貯湯タンク４に貯湯される。なお、上述した制御部８の動作は、沸上げ運転手段の具体例を示している。

次に、外部制御装置１０について説明する。外部制御装置１０は、例えば一戸建、集合住宅等の家屋に設置された複数の電気機器を総合的に管理する家電制御システムの制御装置を構成している。家電制御システムの一例としては、ＨＥＭＳ等が挙げられる。外部制御装置１０は、貯湯式給湯機１を含む複数の電気機器及び電力計と接続され、複数の電気機器に対して、制御指令、制御用の情報等を送信するものである。これにより、外部制御装置１０は、例えば家屋全体として電力が効率的に使用されるように、電力の使用状態に応じて各電気機器の動作を管理する。また、外部制御装置１０は、例えばインターネット、電話回線等の手段により外部サーバ１１と相互通信可能に接続されている。このため、外部制御装置１０は、外部サーバ１１等と通信することで、複数の電力事業者の電力料金体系に関する情報（電力料金体系一覧）を電力事業者毎に取得することができる。

（システムの制御）
次に、制御部８及び外部制御装置１０に関連した制御について説明する。まず、制御部８は、前述の電力料金体系一覧と、外部制御装置１０が提案する特定の電力料金体系についての情報とを外部制御装置１０から取得する。また、制御部８は、給湯対象による過去の給湯使用量、給湯発生時間等を学習しており、この学習結果に基いて今後の予測給湯使用量及び予測給湯発生時間を算出する。そして、制御部８は、前記特定の電力料金体系と、今後の予測給湯使用量及び予測給湯発生時間と、貯湯式給湯機１の放熱特性とに基いて、電気料金が最も安くなる沸上げ運転の運転形態（最適沸上げ運転）を決定する。これにより、貯湯式給湯機１の作動時には、前記特定の電力料金体系において電力料金が最も安くなるように、最適沸上げ運転が実行される。

最適沸上げ運転は、外部制御装置１０により選択された特定の電力料金体系において、前述の予測給湯使用量及び予測給湯発生時間を満たし、かつ、電気料金が最も安くなる沸上げ運転の運転形態である。また、制御部８は、最適沸上げ運転により発生する時間帯毎の電力使用量を算出し、この算出結果を貯湯式給湯機１の作動情報として外部制御装置１０に送信する。即ち、貯湯式給湯機１の作動情報には、最適沸上げ運転を行うときの電力使用量及び電力使用時間が含まれている。また、貯湯式給湯機１の作動情報は、電力料金体系毎にそれぞれ算出される。

また、時間帯毎の電力使用量は、例えば昼間時間帯の電力使用量、深夜時間帯の電力使用量、１時間毎の電力使用量、２時間毎の電力使用量等のように区分して算出される。そして、制御部８は、個々の時間帯に対して、当該時間帯の予測給湯使用量を満たすことが可能な電力量を割当てながら、全体としての電力料金が最も安くなるように時間帯毎の割当てを決定する。このとき、時間帯毎の電力使用量には、自然放熱によるロス分を加算するのが好ましい。このロス分は、学習により取得してもよいし、工場出荷時に設定してもよい。また、最適沸上げ運転に必要な電力量は、前日までの学習により求めてもよいし、工場出荷時に設定され、季節等に応じて標準化された設定値を用いてもよい。

このようにして、最適沸上げ運転を行う場合における電力料金体系毎の作動情報が算出される。そして、制御部８は、この電力料金体系毎の作動情報を、当該作動情報に対応する電力料金体系と関連付けた状態で外部制御装置１０に送信する。

一方、外部制御装置１０は、貯湯式給湯機１の制御部８を含む各電気機器に対して、前述の電力料金体系一覧を送信する。また、制御部８及び他の電気機器から各電気機器の作動情報を電力料金体系毎に収集し、収集した作動情報に基いて家屋全体の電力使用量を電力料金体系毎及び時間帯毎に予測する。そして、この予測結果に基いて、電力料金が最も安くなる電力料金体系を選択し、選択した電力料金体系をユーザに提案する。これにより、ユーザは、複数の電力料金体系のうちで家屋全体の電力料金が最も安くなる適切な電力料金体系を選択することができる。また、外部制御装置１０により提案された電力料金体系は、前述したように各電気機器にも送信される。

次に、図２を参照して、電力使用量及び電力使用時間の具体的な算出例について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、ある電力料金系統を使用した場合の電力使用量及び電力使用時間の具体例を示すタイミングチャートである。なお、図２では、説明を簡略化するために、６時から８時の間に毎時１ｋＷ、合計２ｋＷの給湯負荷が継続的に発生し、１６時から２０時の間に毎時２ｋＷ、合計８ｋＷの給湯負荷が継続的に発生することが予測されるものとする。また、加熱手段２は、１ｋＷｈの電力を使用して３ｋＷの熱量を発生可能であるものとする。また、自然放熱によるロスは、毎時０．２ｋＷで一定であるものと仮定する。

図２に示す例では、１０時から１６時の時間帯に電力料金が最も安くなるのに対し、１６時から２０時までの時間帯には、給湯負荷８ｋＷが発生する。このため、沸上げ運転は、１０時から１６時までの時間帯のうち、放熱ロスが発生し難い１６時直前に行うことが最適となる。また、この沸上げ運転に必要な電力量は、８ｋＷ÷３ｋＷ×１ｋＷｈ＝約２．７ｋＷｈとして算出される。一方、６時から８時の時間帯には、給湯負荷２ｋＷが発生する。この給湯負荷に対応するために、仮に１６時までに沸き上げ運転を実行した場合には、自然放熱によるロスを考慮する必要がある。即ち、１６時から翌朝６時までの１４時間にロスが発生するので、沸き上げ運転により蓄熱すべき熱量は、給湯負荷分＋放熱ロス分２ｋＷ＋０．２ｋＷ×１４ｈ＝４．８ｋＷとなる。この場合、沸き上げ運転の電力使用量は、４．８ｋＷ÷３ｋＷ×１ｋＷｈ＝１．６ｋＷｈとなるので、その電力料金は、１．６ｋＷｈ×２０円/ｋＷｈ＝３２円となる。

上記と同様の計算を各時間帯で行ったところ、給湯負荷が発生する６時直前に沸上げ運転を行えば、電力料金が最も安くなることが確認された。このとき電力使用量は、２ｋＷ÷３ｋＷ×１ｋＷｈ＝約０．７ｋＷｈとなり、電力料金は、０．７ｋＷｈ×４０円／ｋＷｈ＝２８円として算出された。以上のことから、図２に示す電力料金体系において、沸上げ運転では、５時から６時の時間帯に０．７ｋＷｈ、１３時から１６時の時間帯に２．７ｋＷｈの電力を使用すれば、給湯負荷を満たしつつ電気料金が最も安くなる。従って、この運転形態を最適沸上げ運転として決定することができる。このようにして、制御部８により最適沸上げ運転の運転形態が決定されると、この運転形態に関する情報は、制御部８から外部制御装置１０に送信される。そして、制御部８は、外部制御装置１０から受信した全ての電力料金体系について、上記と同様の方法により最適沸上げ運転の運転形態を決定し、決定した運転形態の情報をそれぞれ外部制御装置１０に送信する。

次に、図３を参照して、本実施の形態によるシステムの制御について説明する。図３は、本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機を含むシステムの制御例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、定期的に繰返されるものとする。図３に示すルーチンにおいて、まず、ステップＳ１では、外部制御装置１０により外部サーバ１１から電力料金体系一覧を取得する。

ステップＳ２では、外部制御装置１０により複数の電力料金体系の中から特定の１つの電力料金体系を選択する。そして、選択した電力料金体系を外部制御装置１０から制御部８に送信する。このとき、送信する電力料金体系の情報には、未適応料金体系であるのか、適応済み料金体系であるのかを判別可能な情報を含めておく。なお、「適応済み料金体系」とは、電気事業者との契約が完了し、利用可能な電力料金体系を意味している。また、「未適応料金体系」とは、電気事業者との契約が完了していない電力料金体系を意味している。

次に、ステップＳ３において、制御部８は、前述したように、外部制御装置１０により選択された特定の電力料金体系を前提として、最適沸上げ運転を行う場合の電力使用量及び電力使用時間を算出する。具体的には、前記特定の電力料金体系と、今後の予測給湯使用量及び予測給湯発生時間と、貯湯式給湯機１の放熱特性とに基いて、最適沸上げ運転の電力使用量及び電力使用時間を算出する。

次に、ステップＳ４では、ステップＳ２で選択した特定の電力料金体系が適応済み料金体系であるか否かを判定する。ステップＳ４の判定が成立した場合には、特定の電力料金体系が適応済み料金体系、即ち、利用可能な電力料金体系であるから、ステップＳ５に移行する。そして、ステップＳ５では、ステップＳ３の算出結果に基いて最適沸上げ運転等の動作を実行する。

一方、ステップＳ４の判定が不成立の場合には、特定の電力料金体系が未適応料金体系であるから、ステップＳ６に移行し、ステップＳ３で算出した電力使用量及び電力使用時間を外部制御装置１０に送信する。次に、ステップＳ７において、外部制御装置１０は、貯湯式給湯機１及びそれ以外の電気機器を含めた家屋全体の電力料金を電力料金体系毎に算出する。また、ステップＳ７では、ステップＳ１で得られた全ての電力料金体系に対して電力料金の算出が済んでいる否かを判定する。そして、ステップＳ１で得られた電力料金体系に対して電力料金を算出していない電力料金体系がある場合には、ステップＳ２〜Ｓ６の処理を繰返す。

また、全ての電力料金体系に対して電力料金の算出が済んでいる場合には、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、各電力料金体系の電力料金を比較し、電力料金が最も安くなる電力料金体系または電気事業者をユーザに提案する。また、電力事業者との契約が完了し、電力料金体系が適応されている場合には、ステップＳ２で送信するためのデータを適応済み料金体系に設定する。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、貯湯式給湯機１として電力料金が最も安くなる最適沸上げ運転を実行した場合の電力料金を判断基準として、複数の電力料金体系から電力料金体系を選択することができる。従って、複数の電力料金体系からユーザの電力使用状況に応じて最適な電力料金体系を選択し、かつ、選択した電力料金体系を前提として電力料金を抑制することができる。これにより、ユーザの利便性が高い貯湯式給湯機１及び家電制御システムを実現することができる。

また、本実施の形態によれば、例えば利用していた電力料金体系から他の電力料金体系への契約変更が行われた場合には、図３中のステップＳ４により契約変更が行われたことを判定することができる。そして、この場合には、他の電力料金体系において電力料金が最も安くなる最適沸上げ運転の形態を算出し、当該最適沸上げ運転を実行することができる。これにより、ユーザが電力料金体系の契約を変更した場合でも、電力料金が常に最も安くなるように貯湯式給湯機１の運転を適応させることができる。

なお、前記実施の形態１では、図３中のステップＳ２が電力系統情報取得手段の具体例を示し、ステップＳ３が給湯使用予測手段及び使用電力算出手段の具体例を示している。また、ステップＳ６は、電力情報通信手段の具体例を示している。また、本発明では、複数の電力料金体系が必ずしも異なる電力事業者により実現される必要はなく、例えば１つの電力事業者が複数の電力料金体系を実現している場合にも、本発明を適用することができる。また、本発明において、電力事業者との契約は、従来の書面による契約後に外部制御装置１０に入力することで契約変更を反映させてもよい。更に言えば、例えば外部制御装置１０を用いて契約を直接行うことが可能な場合は、契約が行われたタイミングで当該契約に対して制御を自動的に適応させる構成としてもよい。

１ 貯湯式給湯機
２ 加熱手段
３ タンクユニット
４ 貯湯タンク
５ 往き配管
６ 戻り配管
７ 循環ポンプ
８ 制御部
９ リモコン
１０ 外部制御装置
１１ 外部サーバ

Claims (4)

1. 湯水を加熱して湯を生成する加熱手段と、
   前記加熱手段により生成された湯を外部の給湯対象に供給するために貯湯する貯湯タンクと、
   前記加熱手段により湯を生成して当該湯を前記貯湯タンクに貯留する沸上げ運転を実行可能な沸上げ運転手段と、
   貯湯式給湯機が使用可能な複数の電力料金体系に関する情報を取得する電力系統情報取得手段と、
   前記給湯対象による給湯使用量と給湯発生時間とを学習する機能を有し、学習結果に基いて今後の給湯使用量と給湯発生時間とを予測する給湯使用予測手段と、
   前記給湯使用予測手段により予測された給湯使用量及び給湯発生時間で発生する給湯負荷を満たし、かつ、電気料金が最も安くなるように前記沸上げ運転を実行したときの電力使用量及び電力使用時間を前記複数の電力料金体系毎に算出する使用電力算出手段と、
   複数の電気機器を制御する外部制御装置と通信可能な手段であって、前記各電力料金体系毎に算出された前記電力使用量及び前記電力使用時間の情報を当該情報に対応する電力料金体系と関連付けた状態で前記外部制御装置に送信する電力情報通信手段と、
   を備えた貯湯式給湯機。
2. 前記電力情報通信手段からの送信情報に基いて前記外部制御装置により選択された特定の電力料金体系の情報を受信したときに、前記特定の電力料金体系において電力料金が最も安くなるように前記沸上げ運転を実行する構成とした請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 前記使用電力算出手段により電力使用量及び電力使用時間の算出が行われた電力料金体系のうちで、利用していた電力料金体系から他の電力料金体系への契約変更が行われたか否かを判定する契約変更判定手段を備え、
   前記契約変更判定手段により前記契約変更が行われたと判定された場合には、前記他の電力料金体系において電力料金が最も安くなるように前記沸上げ運転を実行する構成とした請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。
4. 請求項１から３のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機と、
   前記電力情報通信手段から受信した情報に基いて前記複数の電力料金体系のうち１つの電力料金体系を選択し、選択した電力料金体系に関する情報を前記電力情報通信手段に送信する外部制御装置と、
   を備えた家電制御システム。

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