JP2017101900A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気料金体系が多様化した場合であっても、課金される電気料金を低減することができる給湯システムを提供する。
【解決手段】給湯システム３は、予め記憶しているヒートポンプ式加熱装置４の運転効率と、貯湯タンク５に貯める湯を沸き上げるのに必要な熱量と、ヒートポンプ式加熱装置４を駆動する電力に課金される電気料金情報とに基づいて、貯湯タンク５に貯める湯を沸き上げるのに必要な消費電力量と、電気料金情報によって特定される電気料金単価とを乗算することで沸き上げに必要な時間と課金される電気料金の相関関係を算出し、この算出結果に基づいて、ヒートポンプ式加熱装置４の運転条件を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯システムに関する。

給湯システムとして、下記特許文献１に記載されているようなヒートポンプ式給湯システムが知られている。従来のヒートポンプ式給湯システムでは、電気料金単価の安い深夜時間帯に翌日に必要となる熱量を沸き上げるように目標温度設定し、空気熱源のヒートポンプ式加熱装置によって貯湯タンク内の水を沸き上げていた。

特開２０１０−１６９２９４号公報

従来の一般的な給湯システムでは、貯湯タンクに貯められた湯からの放熱を抑制するため、必要な熱量に対して、電気料金単価の安い深夜時間帯のなるべく遅い時刻に沸き上げ運転が終了するように沸き上げ開始時刻を調整している。

上記特許文献１に記載の給湯システムや従来の一般的な給湯システムでは、電気料金単価の高い昼間時間帯料金と、電気料金単価の安い深夜時間帯料金との２種類の料金帯に対応し、沸き上げ制御を最適化することで課金される電気料金を低減させるものであった。

しかしながら、いわゆる電力自由化に伴って電気料金体系が多様化した場合、従来の給湯システムでは、課金される電気料金の低減効果が十分なものとはいえなくなるケースや、場合によっては電気料金が割高になってしまうことも考えられる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気料金体系が多様化した場合であっても、課金される電気料金を低減することができる給湯システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る給湯システム（３）は、湯を貯める貯湯タンク（５）と、貯湯タンクに貯められる湯を加熱するヒートポンプ式加熱装置（４）と、ヒートポンプ式加熱装置を制御する制御装置（６）と、を備える。制御装置は、予め記憶しているヒートポンプ式加熱装置の運転効率と、貯湯タンクに貯める湯を沸き上げるのに必要な熱量と、ヒートポンプ式加熱装置を駆動する電力に課金される電気料金情報とに基づいて、ヒートポンプ式加熱装置が貯湯タンクに貯める湯を沸き上げるのに必要な消費電力量と、電気料金情報によって特定される電気料金単価とを乗算することで沸き上げに必要な時間と課金される電気料金の相関関係を算出し、この算出結果に基づいて、ヒートポンプ式加熱装置の運転条件を決定する。

本発明によれば、湯を沸き上げるのに必要な消費電力量と電気料金単価とを乗算することで、沸き上げに必要な時間と課金される電気料金の相関関係を算出するので、電気料金単価が時間帯ごとに細分化されたとしても、各時間帯において消費電力量と電気料金単価との乗算値を積算することで、上記相関関係を導出することができる。消費電力量は、運転効率と必要な熱量に基づいて算出するので、季節変動や使用湯量の変動にも対応することができる。従って、電気料金体系が多様化した場合であっても、課金される電気料金を低減することができる。

本発明によれば、電気料金体系が多様化した場合であっても、課金される電気料金を低減することができる給湯システムを提供することができる。

本発明の実施形態である給湯システムの構成を示す図である。 図１に示されるＥＣＵについて説明するための図である。 図１及び図２に示されるＥＣＵの動作を説明するためのフローチャートである。 電気料金単価の一例を説明するための図である。 加熱能力と効率との関係の一例を説明するための図である。 課金される電気料金算出の一例を説明するための図である。 沸き上げ温度と効率との関係の一例を説明するための図である。 沸き上げ温度を変化させた場合の電気料金変動を説明するための図である。 加熱能力と沸き上げ時間との関係を説明するための図である。 加熱能力の指示値の一例を説明するための図である。 冷媒を変えた場合における沸き上げ温度と効率との関係を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、給湯システム３は、ヒートポンプ式加熱装置４と、貯湯タンク５と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６と、リモコン７と、を備えている。ＥＣＵ６は、本発明における制御装置の一実施形態であり、リモコン７は、本発明における入力装置の一実施形態である。

ヒートポンプ式加熱装置４は、圧縮機４１と、水冷媒熱交換器４２と、膨張弁４３と、空気熱交換器４４と、循環ポンプ４５と、を備えている。圧縮機４１で圧縮され高温高圧となった冷媒は、水冷媒熱交換器４２に送られる。水冷媒熱交換器４２では、高温高圧の冷媒と、貯湯タンク５内の湯水とが熱交換される。水冷媒熱交換器４２を通った冷媒は、膨張弁４３に送られる。膨張弁４３において冷媒は減圧され、低温低圧になる。膨張弁４３において低温低圧となった冷媒は、空気熱交換器４４に送られる。空気熱交換器４４において、冷媒は蒸発させられ圧縮機４１に還流する。本実施形態では、冷媒として二酸化炭素冷媒が充填されており、高圧側で超臨界状態となるように構成されている。

貯湯タンク５は、タンク本体５１を備えている。タンク本体５１には湯水が貯められており、循環ポンプ４５を駆動することで、水冷媒熱交換器４２との間で湯水が循環するように構成されている。上記したように、水冷媒熱交換器４２には高温高圧の冷媒が送り込まれるので、湯水を加熱することができる。貯湯タンク５に貯められた湯水は、給湯対象端末に供給される。

ＥＣＵ６は、ヒートポンプ式加熱装置４を制御する装置である。ＥＣＵ６は、各部に設けられた温度センサから温度情報を取得し、圧縮機４１や循環ポンプ４５といった各部のユニットを駆動し、貯湯タンク５に所定温度の湯が所定時刻に貯められるように制御している。

リモコン７は、給湯システム３を作動させるための情報を入力するものである。リモコン７は、電源のＯＮ／ＯＦＦや、設定湯温などを入力することができるように構成されている。リモコン７は、電気料金情報を入力することも可能なように構成されている。リモコン７に入力された情報は、ＥＣＵ６に出力される。

図２に示されるように、ＥＣＵ６には、リモコン７から入力される情報及び各種温度センサが検知した温度情報、予め格納されている効率の情報等が入力される。具体的には、ＥＣＵ６には、各時間帯毎の電気料金単価、出湯温度や出湯流量や缶体温度に基づいて算出される必要熱量、能力と効率との対応関係といった情報が入力される。

続いて、図３を参照しながらＥＣＵ６の動作について説明する。ステップＳ１０１では、電気料金単価を取得する。ステップＳ１０１に続くステップＳ１０２では、各時間帯毎の電気料金単価を特定する。電気料金単価の一例を図４に示す。図４に示されるように、２３：００から翌朝の９：００までは電気料金単価Ａ、９：００から１６：００までは電気料金単価Ｂ、１６：００から２０：００までは電気料金単価Ｃ、２０：００から２３：００電気料金単価Ｂとなっている。従って、電気料金単価Ａが適用される時間は１０時間、電気料金単価Ｂが適用される時間は１０時間、電気料金単価Ｃが適用される時間は４時間である。尚、本実施形態では、電気料金単価Ａが最も安く、続いて電気料金単価Ｂ、電気料金単価Ｃの順に高くなっているものとする。

図３に戻って説明を続ける。ステップＳ１０３では、出湯温度、出湯流量、缶体温度を取得する。ステップＳ１０４では、出湯温度、出湯流量、缶体温度に基づいて、必要熱量を算出する。

ステップＳ１０５では、加熱能力に対する効率を取得する。効率は、エネルギー消費効率であって単位電力使用量あたりの加熱能力であり、本明細書中及び図面中においてＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）と表記する場合もある。図５に加熱能力とＣＯＰとの関係の一例を示す。加熱能力とＣＯＰとの関係は水温や外気温によって異なったプロファイルを有するものであり、例えば外気温が１０℃の場合がＬ０１のような関係だとすると、外気温が３０℃の場合はＬ０２のような関係となる。このような関係性のデータは、ＥＣＵ６のメモリにマップとして書き込まれている。以下の説明では内容を単純化して分かりやすくするため、加熱能力を１．０に固定し、ＣＯＰも１．０としている。

図３に戻って説明を続ける。上記したステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理、Ｓ１０３，Ｓ１０４の処理、及びＳ１０５の処理は、時系列的に並行して処理されても、時系列的に前後して処理されても構わない。ステップＳ１０６の処理に間に合うようであれば、例えば電気料金単価の特定は電気料金単価が更新されない限り、既に実行した処理結果を保持するようにしてもよい。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４において算出した必要熱量の沸き上げに必要な時間と、課金される電気料金との関係を算出する。より具体的には、次式により算出する。
課金される電気料金＝消費電力量×電気料金単価
＝Σ（時間あたり必要熱量／ＣＯＰ×電気料金単価）ｄｔ
＝Σ（必要熱量／時間／ＣＯＰ×電気料金単価）ｄｔ

ステップＳ１０４において算出する、必要熱量の沸き上げに要する時間と、課金される電気料金とのの関係の一例を図６のＬ０３として示す。１０時間で必要熱量を沸き上げると、最も安い電気料金単価Ａが適用される時間帯のみで沸き上げることになり、図６の「Ａ」で示した破線に相当する電気料金が課金される。２０時間で必要熱量を沸き上げると、最も安い電気料金単価Ａが適用される時間帯と次に安い電気料金単価Ｂが適用される時間帯とで沸き上げることになり、図６の「Ａ＋Ｂ」で示した破線に相当する電気料金が課金される。２４時間で必要熱量を沸き上げると、最も安い電気料金単価Ａが適用される時間帯と次に安い電気料金単価Ｂが適用される時間帯と最も高い電気料金単価Ｃが適用される時間帯とで沸き上げることになり、図６の「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」で示した破線に相当する電気料金が課金される。図６に示される例では、「Ａ」で示した破線に相当する電気料金が最も安くなるので、電気料金単価Ａが適用される１０時間で沸き上げることが選択される。

必要とされる湯量に対して貯湯タンク５の容量に余裕がある場合は、沸き上げ温度を下げてＣＯＰを上げることができる。図７のＬ０４として示されるように、沸き上げ温度を下げるとＣＯＰは上昇する。従って、例えば図８のＬ０５に示されるように、課金される電気料金がＬ０３よりも全体的に下げられる。

図３に戻って説明を続ける。ステップＳ１０６に続くステップＳ１０７では、加熱能力の指示値を決定する。必要熱量の沸き上げに要する時間と、加熱能力との関係は、図９に示されるような関係になる。ＥＣＵ６は、必要熱量ごとにＬ０６，Ｌ０７，Ｌ０８となるようなマップを有している。この例の場合、Ｌ０６のマップを用いるものとすると、加熱能力は必要熱量／沸き上げに要する時間となるので、１０時間に相当する加熱能力Ｘが指示値として決定される。

ステップＳ１０７に続くステップＳ１０８では、沸き上げ時刻を決定する。図１０に示されるように、２３：００から沸き上げを開始し、翌朝９：００に沸き上げが完了するように加熱能力Ｘでヒートポンプ式加熱装置が運転される。

上記した本実施形態では、湯を沸き上げるのに必要な消費電力量と電気料金単価とを乗算することで、沸き上げに必要な時間と課金される電気料金の相関関係を算出するので、電気料金単価が時間帯ごとに細分化されたとしても、各時間帯において消費電力量と電気料金単価との乗算値を積算することで、上記相関関係を導出することができる。消費電力量は、運転効率と必要な熱量に基づいて算出するので、季節変動や使用湯量の変動にも対応することができる。従って、電気料金体系が多様化した場合であっても、課金される電気料金を低減することができる。

また本実施形態において、ＥＣＵ６は、ヒートポンプ式加熱装置４の運転条件を決定するにあたって、ヒートポンプ式加熱装置４の加熱能力、沸き上げ温度、及び沸き上げ開始時刻の少なくとも１つを変化させて運転条件を決定している。上記した例では説明を分かりやすくするため加熱能力を固定したけれども、加熱能力を変化させて運転条件を決定してもよい。加熱能力を抑制すればＣＯＰを上げることができる。沸き上げ温度は、貯湯タンク５の容量に余裕があれば引き下げることで消費電力量を低減させることができる。沸き上げ開始時刻は、時間帯ごとに設定される電気料金単価の高低に応じて適切な時刻が設定される。

また本実施形態において、ＥＣＵ６は、運転効率を示すＣＯＰを、加熱能力、沸き上げ温度、ヒートポンプ式加熱装置４が設置されている場所の外気温度、及び貯湯タンク５から供給する湯を用いて給湯対象端末において使用される際の給水温度、の少なくとも１つの変化に対応した変化を示す情報として予め記憶している。このような対応関係をマップとして保持しておくことで、状況に応じたＣＯＰを設定し、必要熱量の沸き上げに必要な時間を的確に算出することができる。

また本実施形態において、ＥＣＵ６は、必要な熱量を、貯湯タンク５内に残っている湯量と、使用湯量の学習結果とを用いて決定することができる。使用湯量の学習結果によって、必ずしもタンク容量一杯の湯を沸き上げる必要がなく、沸き上げる必要な湯量はタンク容量よりも少ない場合を把握することができるので、必要な熱量を必要十分なものとし、課金される電気料金を低減することができる。

また本実施形態において、ＥＣＵ６は、電気料金情報を、時間帯、曜日、日照時間、及び天候予測、の少なくとも１つの変換に対応して変化する情報として取得することができる。電気料金に多様性が持たされたとしても、多様性の情報を取得することで、多様性のある電気料金に対応した運転が可能となる。

また本実施形態においては、リモコン７に電気料金情報を入力することができる。通信回線を通して電気料金情報を入手できない場合への対応や、電気料金プランを変える検討を行うシミュレーションへの対応として、リモコン７にユーザが電気料金情報を入力できるように構成することで、より利便性を高めることができる。

また本実施形態においては、ヒートポンプ式加熱装置４において用いられる冷媒が二酸化炭素であるか、又はヒートポンプ式加熱装置４においては高圧が超臨界になる冷媒である。図１１に示されるように、二酸化炭素冷媒の場合は沸き上げ温度とＣＯＰとの関係がＬ１０のようになっており、フロン冷媒の場合はＬ０９のようになっている。二酸化炭素冷媒の場合は、沸き上げ温度の高低幅がより広く対応可能であるため、沸き上げ温度を変化させることができる本実施形態の効果をより高めることができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。特に、ある量について複数個の値が例示されている場合、特に別記した場合および原理的に明らかに不可能な場合を除き、それら複数個の値の間の値を採用することも可能である。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

３：給湯システム
４：ヒートポンプ式加熱装置
５：貯湯タンク
６：ＥＣＵ
７：リモコン

Claims (7)

1. 給湯システム（３）であって、
   湯を貯める貯湯タンク（５）と、
   前記貯湯タンクに貯められる湯を加熱するヒートポンプ式加熱装置（４）と、
   前記ヒートポンプ式加熱装置を制御する制御装置（６）と、を備え、
   前記制御装置は、
   予め記憶している前記ヒートポンプ式加熱装置の運転効率と、前記貯湯タンクに貯める湯を沸き上げるのに必要な熱量と、前記ヒートポンプ式加熱装置を駆動する電力に課金される電気料金情報とに基づいて、
   前記ヒートポンプ式加熱装置が前記貯湯タンクに貯める湯を沸き上げるのに必要な消費電力量と、前記電気料金情報によって特定される電気料金単価とを乗算することで沸き上げに必要な時間と課金される電気料金の相関関係を算出し、
   この算出結果に基づいて、前記ヒートポンプ式加熱装置の運転条件を決定する、給湯システム。
2. 前記制御装置は、前記ヒートポンプ式加熱装置の運転条件を決定するにあたって、前記ヒートポンプ式加熱装置の加熱能力、沸き上げ温度、及び沸き上げ開始時刻の少なくとも１つを変化させて運転条件を決定する、請求項１記載の給湯システム。
3. 前記制御装置は、前記運転効率を、前記加熱能力、前記沸き上げ温度、前記ヒートポンプ式加熱装置が設置されている場所の外気温度、及び前記貯湯タンクから供給する湯を用いて給湯対象端末において使用される際の給水温度、の少なくとも１つの変化に対応した変化を示す情報として予め記憶している、請求項２記載の給湯システム。
4. 前記制御装置は、前記必要な熱量を、前記貯湯タンク内に残っている湯量と、使用湯量の学習結果とを用いて決定する、請求項１又は２に記載の給湯システム。
5. 前記制御装置は、前記電気料金情報を、時間帯、曜日、日照時間、及び天候予測、の少なくとも１つの変換に対応して変化する情報として取得する、請求項１又は２に記載の給湯システム。
6. 更に、前記電気料金情報を入力する入力装置（７）を備える、請求項１又は２に記載の給湯システム。
7. 前記ヒートポンプ式加熱装置において用いられる冷媒が二酸化炭素であるか、又は前記ヒートポンプ式加熱装置において高圧が超臨界になる冷媒が用いられる、請求項１又は２に記載の給湯システム。

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