JP2019060536A - 温水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】月間使用量による料金単価の変動を加熱コストの演算に適切に反映させることにより加熱コストを低減可能な温水装置を提供すること。【解決手段】ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機を備え、学習記憶した給湯使用履歴に基づいて予測した給湯要求量をまかなう際に夫々の熱源機の運転効率と料金単価に基づいて加熱コストを算出し、それら加熱コストを比較して使用する熱源機を選択する機能を有する温水装置において、家庭における使用電力を計測する電力計ユニットに通信可能に接続されると共に、前記電力計ユニットから取得した使用電力の積算値に基づいて前記ヒートポンプ熱源機の加熱コストの算出に使用する前記料金単価を設定する。【選択図】図４

Description

本発明は、ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機を備えた温水装置に関し、特に給湯使用履歴に基づいて将来の給湯要求を予測する温水装置に関する。

従来から、湯水を加熱するために、電気で駆動するヒートポンプ熱源機とガス等の燃料を燃焼させる燃焼式熱源機を備えた温水装置が広く使用されている。この温水装置は、ヒートポンプ熱源機により加熱した湯水を貯湯タンクに貯留する貯湯運転を行い、貯留した湯水を給湯設定温度に調整して給湯する。また、貯留した湯水では給湯できない高温給湯等の場合には、燃焼式熱源機で加熱した湯水を給湯する。

貯湯運転では、特許文献１の温水供給システムのように、過去の給湯使用履歴に基づいて将来の給湯要求量等を予測し、湯水の使用開始前に貯湯運転が完了するように、予測した湯水使用量をまかなうことができる熱量を貯湯タンクに貯留する。

ヒートポンプ熱源機は、外気の熱を湯水の加熱に利用する運転効率が高い熱源機であるが、外気温度が低い程、また加熱前後の湯水の温度差が大きい程その運転効率が低くなって使用電力が増え、燃焼式熱源機を使用するよりも加熱コストが高くなる場合がある。

このような加熱コストの低減を目的として、例えば特許文献２のように、ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機の夫々の運転効率と予め入力されている料金単価に基づいて加熱コストを算出し、これら加熱コストを比較して加熱コストが低い熱源機を選択し、選択した熱源機で湯水を加熱する給湯装置が知られている。

特許第６１０６５１０号公報 特許第５２０６１０６号公報

電気料金及びガス料金は、月間使用量を複数段階に区分した料金プランが設定され、月間使用量に応じて料金単価を段階的に切換える従量制料金が一般的である。そのため、月間使用電力及び月間ガス使用量によって夫々の料金単価が切換えられ、加熱コストが変動する。例えば、使用電力が増えるほど段階的に料金単価が上昇する電力料金プランと、使用ガス量が増えるほど段階的に料金単価が低下するガス料金プランを併用していると、電力及びガスの使用量によって加熱コストの高低が入れ替わる場合がある。

しかし、特許文献１の温水供給システムは、ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機の加熱コストを夫々算出可能であるが、これら算出した加熱コストに基づいて使用する熱源機を選択するように構成されていない。また、特許文献２の給湯装置は、月間使用量による料金単価の切換えを加熱コストに自動的に反映させる構成ではないので、ユーザが料金単価を変更設定しなければ正しい料金単価に基づく加熱コストの演算がされず、加熱コストを低減できない場合がある。

本発明の目的は、月間使用量による料金単価の変動を加熱コストの演算に適切に反映させることにより加熱コストを低減可能な温水装置を提供することである。

請求項１の発明の温水装置は、ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機を備え、学習記憶した給湯使用履歴に基づいて予測した給湯要求量をまかなう際に夫々の熱源機の運転効率と料金単価に基づいて加熱コストを算出し、それら加熱コストを比較して使用する熱源機を選択する機能を有する温水装置において、家庭における使用電力を計測する電力計ユニットに通信可能に接続されると共に、前記電力計ユニットから取得した使用電力の積算値に基づいて前記ヒートポンプ熱源機の加熱コストの算出に使用する前記料金単価を設定することを特徴としている。

上記構成によれば、ヒートポンプ熱源機の加熱コストの算出に使用する料金単価を、電力計ユニットから取得した使用電力の積算値である月間使用電力に基づいて設定するので、正しい料金単価を反映したヒートポンプ熱源機の加熱コストを算出することができる。そして、ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機について夫々算出した加熱コストを比較し、加熱コストが低い熱源機を使用して予測された給湯要求量の湯水の加熱を行うので、加熱コストを低減できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記使用電力の積算値と前記給湯要求量をまかなうために必要となる予測使用電力の和に基づいて、前記料金単価を切換えることを特徴としている。

上記構成により、今回のヒートポンプ熱源機の使用により料金単価が切換えられることになる場合に、加熱コストの算出に切換え後の料金単価を反映できるので、より正確に加熱コストを算出することができる。

請求項３の発明の温水装置は、ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機を備え、学習記憶した給湯使用履歴に基づいて予測した給湯要求量をまかなう際に夫々の熱源機の運転効率と料金単価に基づいて加熱コストを算出し、それら加熱コストを比較して使用する熱源機を選択する機能を有する温水装置において、家庭における使用ガス量を計測するガス量測定ユニットに通信可能に接続されると共に、前記ガス量測定ユニットから取得した使用ガス量の積算値に基づいて前記燃焼式熱源機の加熱コストの算出に使用する前記料金単価を設定することを特徴としている。

上記構成によれば、燃焼式熱源機の加熱コストの算出に使用する料金単価を、ガス量測定ユニットから取得した使用ガス量の積算値である月間使用ガス量に基づいて設定するので、正しい料金単価を反映した燃焼式熱源機の加熱コストを算出することができる。そして、ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機について夫々算出した加熱コストを比較し、加熱コストが低い熱源機を使用して予測された給湯要求量の湯水の加熱を行うので、加熱コストを低減できる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記使用ガス量の積算値と前記給湯要求量をまかなうために必要となる予測使用ガス量の和に基づいて、前記料金単価を切換えることを特徴としている。

上記構成により、今回の燃焼式熱源機の使用により料金単価が切換えられることになる場合に、加熱コストの算出に切換え後の料金単価を反映できるので、より正確に加熱コストを算出することができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記料金単価が設定された料金プランを更新可能な操作部を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、電力又はガスの供給者が料金プランに設定された料金単価を変更した場合に、操作部の操作によって変更後の正しい料金単価を設定した料金プランに更新し、更新後の料金プランに基づいて燃焼式熱源機の加熱コストを算出することができる。

本発明の温水装置によれば、使用量の積算値に基づく料金単価の変動を加熱コストの演算に適切に反映させ、算出した加熱コストに基づいて使用する熱源機を選択して加熱コストを低減可能である。

本発明の実施例に係る温水装置の全体構成を示す図である。 使用量区分に基づいて料金単価が設定された料金プランを示す図である。 熱源機の選択制御を示すフローチャートである。 熱源機の選択制御における加熱コストの算出のフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に、図１に基づいて温水装置１の全体構成について説明する。
温水装置１は、貯湯タンク２、燃焼式熱源機３、ヒートポンプ熱源機４等を備えている。この温水装置１は、ヒートポンプ熱源機４を駆動して加熱した湯水を貯湯タンク２に貯留し、この貯留した湯水を給湯や浴槽２９の湯張りに使用する。また、燃焼式熱源機３により加熱した湯水を給湯や風呂追焚等に使用可能である。

貯湯タンク２の上部には、貯湯タンク２に貯留した湯水を出湯するための出湯通路１１が接続されている。また、貯湯タンク２の下部には、貯湯タンク２に上水源から上水を供給するための給水通路１２が接続されている。この給水通路１２から分岐したバイパス通路１３が出湯通路１１に接続され、この接続部に出湯通路１１の湯水とバイパス通路１３の上水を混合する混合手段として混合比率を調整可能な湯水混合弁１４が配設されている。湯水混合弁１４には給湯通路１５が接続され、湯水混合弁１４で混合された湯水は、給湯通路１５を流通して図示外の給湯栓等に給湯可能であり、給湯通路１５から分岐して追焚回路２８に接続する湯張り通路１８を介して浴槽２９に湯張り可能である。

貯湯タンク２の下部にはヒートポンプ熱源機４に湯水を供給する上流加熱通路５ａが接続され、このヒートポンプ熱源機４で加熱された湯水を貯湯タンク２に供給する下流加熱通路５ｂが貯湯タンク２の上部に接続されて、貯湯タンク２とヒートポンプ熱源機４の間で湯水が循環可能な循環加熱回路５が形成されている。上流加熱通路５ａには、貯湯タンク２からヒートポンプ熱源機４に入水する湯水の入水温度を検知する入水温度センサ６ａと、沸き上げポンプ１６と切換弁１７が配設されている。下流加熱通路５ｂには、ヒートポンプ熱源機４で加熱された湯水の温度を検知する加熱温度センサ６ｂが配設され、下流加熱通路５ｂから分岐した戻り通路部５ｃが切換弁１７に接続されている。ヒートポンプ熱源機４の起動直後等の加熱を十分することができない場合に、切換弁１７を切換えて、ヒートポンプ熱源機４で加熱した湯水を再びヒートポンプ熱源機４に送るようにすることができる。

貯湯タンク２の外周には、貯留された湯水の温度を検知する複数の貯湯温度センサ２ａ〜２ｄが上下方向に所定の間隔を空けて設けられている。これら貯湯温度センサ２ａ〜２ｄ及び貯湯タンク２は、貯湯タンク２に貯留された湯水の降温を防ぐ図示外の保温材により覆われている。出湯通路１１には、出湯通路１１を流通して湯水混合弁１４に供給される湯水の出湯温度を検知するための出湯温度センサ１１ａが配設されている。給水通路１２には、上水源から供給される上水の温度を検知するための給水温度センサ１２ａが配設されている。給湯通路１５には、給湯温度を検知するための給湯温度センサ１５ａが配設されている。

貯湯タンク２の湯水を燃焼式熱源機３で加熱するための燃焼加熱通路２１が、出湯通路１１から分岐されて燃焼式熱源機３に接続されている。燃焼式熱源機３で加熱した湯水を出湯するための燃焼加熱出湯通路２２は、燃焼加熱通路２１の分岐部より下流側の出湯通路１１に調整弁２３を介して接続されている。調整弁２３は、燃焼加熱出湯通路２２を通って出湯通路１１に供給される湯水量を調整する。燃焼加熱通路２１には、三方弁２４と燃焼式熱源機３に湯水を送るためのポンプ２５が配設されている。

燃焼加熱出湯通路２２から分岐した熱交換器通路２６は、三方弁２４に接続されている。三方弁２４は、貯湯タンク２の湯水又は熱交換器通路２６の湯水を燃焼式熱源機３に供給可能となるように切換えられる。熱交換器通路２６には熱交換器２６ａと開閉弁２６ｂが配設されている。熱交換器２６ａは、追焚ポンプ２７の作動により追焚回路２８を流れる浴槽２９の湯水を燃焼式熱源機３で加熱した湯水との熱交換により加熱する追焚運転に使用される。

給水通路１２には、逆止弁１２ｂと、給水通路１２から分岐して熱交換器通路２６に接続する分岐通路部１２ｃが配設されている。バイパス通路１３には逆止弁１３ａが配設され、バイパス通路１３から分岐して給湯通路１５に接続された高温出湯回避通路３０には、高温出湯回避電磁弁３０ａが配設されている。

ヒートポンプ熱源機４は、圧縮機３２、凝縮熱交換器３３、膨張弁３４、蒸発熱交換器３５を冷媒配管により接続したヒートポンプ回路３６を備えている。このヒートポンプ熱源機４は、冷媒配管に封入された冷媒を圧縮機３２で圧縮して昇温し、沸き上げポンプ１６を駆動して循環加熱回路５を流通する湯水を凝縮熱交換器３３において高温の冷媒との熱交換により加熱する。熱交換後の冷媒は、膨張弁３４で膨張して外気より低温になり、蒸発熱交換器３５で外気から吸熱した後、再び圧縮機３２に導入される。

蒸発熱交換器３５は、外気温度を検知する外気温センサ３５ａと送風機３５ｂを備えている。また、ヒートポンプ熱源機４は、圧縮機３２、膨張弁３４、送風機３５ｂ等を制御する補助制御部３７を備えている。補助制御部３７は、制御部７に通信可能に接続され、制御部７の指令に従ってヒートポンプ熱源機４を制御する。外気温センサ３５ａに検知された外気温度は、補助制御部３７を介して制御部７に送信される。

温水装置１は、出湯温度センサ１１ａ等の検知信号に基づいて給湯運転等を制御する制御部７を備え、使用者が給湯設定温度の設定等の操作を行うための操作端末７ａ（操作部）が制御部７に通信可能に接続されている。操作端末７ａは各種設定用のスイッチ等を複数備え、各種入力設定が可能なように構成されている。

制御部７は、電力計ユニット３８及びガス量測定ユニット３９に通信可能に接続され、電気料金プラン及びガス料金プラン等を記憶している。電力料金プランやガス料金プランは、例えば図２に示すように、電力又はガスの使用量を段階的にｎ段階に区分し、その使用量区分別に料金単価Ｃ１〜Ｃｎが設定されている。使用量区分別に基本料金Ｂ１〜Ｂｎが設定されていてもよい。これら料金プランは、操作端末７ａから入力設定することができる。

電力計ユニット３８は、家庭における使用電力を計測・記憶しており、この使用電力の１か月単位の積算値（月間使用電力）を出力することができる。ガス量測定ユニット３９もまた家庭における使用ガス量を計測・記憶しており、この使用ガス量の１か月単位の積算値（月間使用ガス量）を出力することができる。電力計ユニット３８及びガス量測定ユニット３９は、インターネット回線を介して電力やガスの供給者である電力会社、ガス会社等に計測した使用量等を送信するものであってもよい。この場合、電力やガスの供給者を介して月間使用量や料金プランを取得可能なように、制御部７もインターネット回線に接続される。

次に、貯湯運転について説明する。
制御部７は、給湯使用履歴として過去の燃焼式熱源機３及びヒートポンプ熱源機４の駆動状況、入水温度や外気温度、貯湯タンク２からの出湯熱量等を更新しながら学習記憶している。この学習記憶された給湯使用履歴に基づいて将来の給湯要求量を予測し、給湯要求量をまかなうために必要となる必要熱量を算出する。必要熱量を貯湯タンク２に貯湯するために、ヒートポンプ熱源機４を駆動して予測した給湯使用の前に貯湯が完了するように貯湯運転を開始する。

貯湯運転の貯湯温度は、通常設定される給湯設定温度（例えば４２℃）の給湯が可能な例えば４５℃以上の温度に設定される。基本的に貯湯温度が低温である程入水温度との温度差が小さくなるため、ヒートポンプ熱源機４のＣＯＰ（成績係数）が向上する。貯湯温度は、貯湯タンク２の容量や目標貯湯熱量に応じて変更可能であるが、ヒートポンプ熱源機４のＣＯＰが高くなる貯湯温度を設定して温水装置１のＣＯＰの向上を図っている。

次に、給湯運転について説明する。
給湯通路１５には、図示を省略するが給湯流量センサと給湯流量調整弁が配設されている。給湯栓等が開栓されて給湯流量センサが所定の流量を検知すると、制御部７は出湯温度と給水温度に基づいて給湯通路１５を流通する湯水の給湯温度が給湯設定温度となるように湯水混合弁１４の混合比率を調整する。そして給湯温度センサ１５ａが検知した給湯温度に基づいて、制御部７は湯水混合弁１４の混合比率をさらに調整する。また、高温給湯時等、貯湯タンク２に貯留された湯水では給湯設定温度の給湯が困難な場合に燃焼式熱源機３を作動させて加熱した湯水を給湯する。

次に、湯張り運転について説明する。
操作端末７ａの操作により設定された時刻に浴槽２９の湯張りが完了するように、自動的に湯張り運転が開始される。湯張り運転は、貯湯タンク２に貯留された湯水を湯水混合弁１４において予め設定された湯張り温度に調整して給湯通路１５、湯張り通路１８、追焚回路２８を介して浴槽２９に供給する。浴槽２９に予め設定された量の湯水が湯張りされると湯張り運転を終了する。尚、操作端末７ａの湯張り開始操作により湯張り運転を開始した場合等、貯湯タンク２に貯湯された熱量が不足している場合には、燃焼式熱源機３も使用して湯張り可能である。

次に、熱源機を選択する機能について、図３に示す制御部７による熱源機の選択制御のフローチャートに基づいて説明する。図中のＳｉ（ｉ＝１，２・・・）はステップを表す。
最初にＳ１において、学習記憶された給湯使用履歴に基づいて将来の給湯要求量を予測してＳ２に進み、Ｓ２においてこの予測した給湯要求量をまかなうために必要となる必要熱量を算出してＳ３に進む。

次にＳ３において、必要熱量をまかなうためにヒートポンプ熱源機４を駆動した場合の加熱コスト（電力コスト）を算出してＳ４に進み、Ｓ４において必要熱量をまかなうために燃焼式熱源機３を駆動した場合の加熱コスト（ガスコスト）を算出してＳ５に進む。

次にＳ５において、電力コストとガスコストを比較し、電力コストがガスコストより低い場合（Ｙｅｓの場合）にＳ６に進み、電力コストがガスコストより高い場合（Ｎｏの場合）にＳ９に進む。

次にＳ６において、ヒートポンプ熱源機４を選択してＳ７に進み、Ｓ７において予測された給湯使用の前に必要熱量の貯湯が終了するように貯湯運転を行ってＳ８に進む。そしてＳ８において貯湯運転により貯留した湯水で給湯要求量を給湯する給湯運転を行って終了する。

一方、電力コストがガスコストより高い場合は、Ｓ９において燃焼式熱源機３を選択してＳ１０に進み、Ｓ１０において燃焼式熱源機３で加熱した湯水で給湯要求量を給湯する給湯運転を行って終了する。

次に、加熱コスト（電力コスト、ガスコスト）の算出について、図４のフローチャートに基づいて説明する。図中のＳｉ（ｉ＝１１，１２，・・・）はステップを表す。尚、電力コストの算出を例に説明するが、ガスコストの算出も同様に行うことができるので説明を省略する。

熱源機の選択制御において必要熱量が算出されると、電力コストの算出が開始される。最初にＳ１１において、現時点の月間使用量（月間使用電力）を取得してＳ１２に進む。そしてＳ１２において、月間使用電力と電力料金プランの使用量区分（使用電力区分）に基づいて料金単価を設定してＳ１３に進む。

次にＳ１３において、取得した月間使用電力と必要熱量をまかなうための予測使用量（予測使用電力）の和が、使用電力区分の境界値を超えるか否か判定する。判定がＹｅｓの場合、即ち使用電力区分が次段階になり料金単価が切換わる場合はＳ１４に進み、Ｓ１４において次段階の料金単価に切換えて電力コストを算出して終了する。一方、判定がＮｏの場合、即ち使用電力区分が現段階のままの場合はＳ１５に進み、Ｓ１５において現段階の料金単価で電力コストを算出して終了する。尚、予測使用電力のうち、使用量区分の境界値を超える分だけ次段階の料金単価に切換えて加熱コストを算出するように構成することも可能である。

予測使用電力は、ヒートポンプ熱源機４の運転効率に相当するＣＯＰと必要熱量に基づいて演算され、ＣＯＰはヒートポンプ熱源機４の入水温度と出湯温度と外気温度に基づいて演算される。また、予測使用ガス量は、燃焼式熱源機３の仕様で定まっている運転効率と必要熱量に基づいて演算される。

本発明の温水装置１の作用、効果について説明する。
温水装置１は、学習記憶した給湯使用履歴に基づいて将来の給湯要求量を予測し、この給湯要求量をまかなうための必要熱量を算出する。算出した必要熱量をまかなうためにヒートポンプ熱源機４を駆動した場合の加熱コスト（電力コスト）と、必要熱量をまかなうために燃焼式熱源機３を駆動した場合の加熱コスト（ガスコスト）を算出・比較して、加熱コストが低くなる熱源機を選択し、選択した熱源機で湯水を加熱して給湯する。

このとき加熱コストの算出に使用する料金単価を、電力計ユニット３８及びガス量測定ユニット３９から取得した月間使用電力及び月間使用ガス量に基づいて設定するので、正しい料金単価に基づいて加熱コストを算出することができる。そして、加熱コストが低い熱源機で給湯する湯水を加熱するので、加熱コストを低減できる。

また、料金プランに設定された料金単価を供給者が変更した場合であっても、操作端末７ａの操作により正しい料金単価を設定した料金プランに更新可能なので、更新した料金プランに基づいて加熱コストを算出することができる。その上、今回の加熱により使用量区分が次段階に移って料金単価が切換えられる場合に、加熱コストの算出に切換え後の料金単価を反映できるので、より正確に加熱コストを算出して加熱コストの低減を図ることができる。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態をも包含するものである。

１ 温水装置
２ 貯湯タンク
３ 燃焼式熱源機
４ ヒートポンプ熱源機
７ 制御部
７ａ 操作端末（操作部）
１５ 給湯通路
１８ 湯張り通路
２２ 燃焼加熱出湯通路
２９ 浴槽
３８ 電力計ユニット
３９ ガス量測定ユニット

Claims (5)

1. ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機を備え、学習記憶した給湯使用履歴に基づいて予測した給湯要求量をまかなう際に夫々の熱源機の運転効率と料金単価に基づいて加熱コストを算出し、それら加熱コストを比較して使用する熱源機を選択する機能を有する温水装置において、
   家庭における使用電力を計測する電力計ユニットに通信可能に接続されると共に、前記電力計ユニットから取得した使用電力の積算値に基づいて前記ヒートポンプ熱源機の加熱コストの算出に使用する前記料金単価を設定することを特徴とする温水装置。
2. 前記使用電力の積算値と前記給湯要求量をまかなうために必要となる予測使用電力の和に基づいて、前記料金単価を切換えることを特徴とする請求項１に記載の温水装置。
3. ヒートポンプ熱源機と燃焼式熱源機を備え、学習記憶した給湯使用履歴に基づいて予測した給湯要求量をまかなう際に夫々の熱源機の運転効率と料金単価に基づいて加熱コストを算出し、それら加熱コストを比較して使用する熱源機を選択する機能を有する温水装置において、
   家庭における使用ガス量を計測するガス量測定ユニットに通信可能に接続されると共に、前記ガス量測定ユニットから取得した使用ガス量の積算値に基づいて前記燃焼式熱源機の加熱コストの算出に使用する前記料金単価を設定することを特徴とする温水装置。
4. 前記使用ガス量の積算値と前記給湯要求量をまかなうために必要となる予測使用ガス量の和に基づいて、前記料金単価を切換えることを特徴とする請求項３に記載の温水装置。
5. 前記料金単価が設定された料金プランを更新可能な操作部を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の温水装置。