JP4610007B2 - 貯湯式電気給湯器の運転計画作成装置及び運転計画作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式電気給湯器の運転計画を作成する運転計画作成技術に関し、特に、予め所定の閾値を下回らない様に沸き上げの計画を立てることが可能な運転計画作成技術に関する。

現在、各家庭で深夜電力を利用して貯湯タンクに温水を生成し、その温水を翌日に利用する貯湯式電気温水器が広く普及している。このような貯湯式電気温水器においては、夜間の温水の生成は電熱ヒータやヒートポンプのような電気給熱器により行われる。

ところで、貯湯式電気温水器では、昼間に使用される消費熱量が貯湯タンクに貯湯された利用可能な熱量を超えた場合、湯切れ状態となる。湯切れ状態となった場合、電気給熱器により貯湯タンクに蓄熱を行う必要が生じる。しかしながら、一般に電気給熱器による蓄熱速度は遅いため、蓄熱には相当の時間を要する。従って、貯湯式電気温水器では、できるだけ湯切れ状態を生じないように、夜間に十分に余裕幅を持った量の熱を貯湯タンクに蓄熱しておく必要がある。

一方、温水は貯湯タンクに貯湯されている間に熱拡散により放熱し、徐々に温度が低下する。貯湯タンクの蓄熱量が大きいほど、このような放熱ロスは大きくなる。放熱ロスが生じると、機器効率（以下「ＣＯＰ（Coefficient of Performance：エネルギー消費効率）」という。）が低下する。従って、ＣＯＰを改善する面からは、夜間に貯湯タンクの蓄熱する際の蓄熱量の余裕幅はできるだけ抑える方が好ましい。

以上のような理由から、貯湯式電気温水器では、通常、家庭で一日に消費される温水の熱量の積算値（以下「熱負荷」という。）を予測し、その予測値に基づいて、夜間に貯湯タンクの温水を沸きあげる際の熱量を決定する制御が行われる。熱負荷の予測値を求める方法としては、実際に一日に消費された温水の熱量の積算値（以下「熱負荷実績」という。）を測定し、学習することにより熱負荷の予測値を求める方法を用いるのが一般的である。また、熱負荷予測値としては、ＣＯＰを改善する観点から極力蓄熱量の余裕幅を減らした値とされる。

ところで、家庭における熱負荷実績は、日によって一定の確率分布をもってばらつく。従って、熱負荷予測値として余裕幅を持たせたとしても、一定の確率をもって熱負荷実績が熱負荷予測値を超える。逆に、熱負荷実績が熱負荷予測値を絶対に超えないような余裕幅を定めるとＣＯＰが極めて悪くなる。従って、貯湯式電気温水器では、熱負荷実績が熱負荷予測値を超える場合があることを前提とし、昼間における電気給熱器の運転計画が作成される。

従来の貯湯式温水器の運転計画生成技術としては、実際の熱負荷があった時刻及び使用熱量を計測し、この熱負荷の実測値により学習することで、運転計画を生成する方法が知られている。かかる運転計画生成方法として、特許文献１，２に記載のものが公知である。

特許文献１に記載の給湯装置の運転計画生成方法においては、浴槽への給湯実績時刻に基づいて給湯予測時刻を導出する。そして、給湯予測時刻の設定余裕時間前に貯湯槽への湯水の貯湯を完了するように運転計画を生成する。また、給湯指令に応じて行われた実際の給湯時刻と給湯予測時刻とを比較して、その比較結果に基づいて設定余裕時間を逐次変更する。これにより、温水の貯湯量が不足すること及び温水が貯湯槽で長期間放置されることを抑制し、エネルギー効率の向上を図っている。

特許文献２に記載の給湯装置の運転計画生成方法においては、貯湯タンクに貯湯する貯湯手段の運転を制御する運転制御手段が、貯湯タンクの温水を浴槽に供給する湯張りが実際に行われた実湯張り時刻を蓄積した蓄積実湯張り時刻データに基づいて予測湯張り時刻を求める。その予測湯張り時刻よりも設定余裕時間前に貯湯タンクの蓄熱量が目標蓄熱量となるように貯湯手段の運転計画を作成する。また、運転制御手段が、蓄積実湯張り時刻データに基づいて、予測湯張り時刻の許容範囲を設定して、蓄積実湯張り時刻データに基づいて求めた予測湯張り時刻が許容範囲外のときは、その予測湯張り時刻を許容範囲に近づけるべく補正する。これにより、エネルギー効率の向上を図りながらも、湯張りを適切に行うことを可能としている。
特開２００５−１７２３２５号公報 特開２００５−１７２３２６号公報

上記従来の貯湯式温水器の運転計画生成方法は、一般に最も熱負荷が大きいとされる浴槽への湯張りを基準として、その湯張り時刻を学習して湯張り時刻を予測するとともに、湯張り時刻の分布も学習して設定余裕時間の長さも学習するようにしている。

しかしながら、実際の家庭等においては、熱負荷は浴槽への湯張り以外にも、給湯、暖房、床暖房等、種々の要因が考えられる。従って、これら様々な給湯負荷を考慮して湯切れを生じないような運転計画の生成が求められる。

それと同時に、ＣＯＰをできる限り改善する観点から、昼間の貯湯タンクの蓄熱量を極力少なくする必要もある。

しかしながら、上記従来の運転計画生成方法においては、浴槽への湯張り以外の種々の給湯負荷が考慮されていない。また、昼間の貯湯タンクの蓄熱量を極力少なくする配慮の観点も抜けている。

そこで、本発明の目的は、昼間における種々の給湯負荷に対して湯切れを生じることを防止するとともに、昼間の貯湯タンクの蓄熱量を極力少なくし、ＣＯＰを改善することが可能な貯湯式電気温水器の運転計画生成技術を提供することにある。

本発明に係る貯湯式電気給湯器の運転計画作成装置の第１の構成は、貯湯タンク、及び前記貯湯タンクに給熱を行う電気給熱器を備えた貯湯式電気給湯器において、前記電気給熱器による給熱を行う時間帯を決定する運転計画作成装置であって、一日の各時間帯における消費熱量の実績値を測定する消費熱量測定手段；前記消費熱量測定手段で測定された消費熱量の実績値を記憶する消費熱量記憶手段；前記消費熱量記憶手段に記憶された過去の各時間帯の消費熱量の実績値に基づき、現時点から所定時間後まで（以下「計画時間帯」という。）の各単位時間帯の予測消費熱量を算出する消費熱量予測手段；現時点における貯湯タンクの貯熱量（以下「初期貯熱量」という。）を測定する貯熱量検出手段；及び、前記初期貯熱量及び各単位時間帯の前記予測消費熱量に基づき、貯湯タンクへ給熱を行う時間帯（以下「給熱時間帯」という。）を決定する給熱時間帯決定手段；を備え、給熱時間帯決定手段は、前記計画時間帯において前記貯湯タンクの貯熱量が所定の閾値（以下「最低貯熱量」という。）を下回ることがなく、且つ前記給熱時間帯の開始時刻が最も遅くなるように、前記給熱時間帯を決定することを特徴とする。

この構成により、給熱時間帯決定手段は、過去の各時間帯における消費熱量の実績値に基づき、計画時間帯の各時間帯における予測消費熱量を算出する。従って、この予測消費熱量に基づいて運転計画を作成すれば、種々の給湯負荷に対して湯切れを生じることを防止することができる。また、給熱時間帯決定手段は、計画時間帯において貯湯タンクの貯熱量が最低貯熱量を下回ることがなく、且つ給熱時間帯の開始時刻が最も遅くなるように、給熱時間帯を決定する。従って、計画時間帯に貯湯タンクに蓄熱される熱量を極力少なくすることができる。

本発明に係る貯湯式電気給湯器の運転計画作成装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記給熱時間帯決定手段は、前記計画時間帯の各単位時間帯を、先頭の単位時間帯から末尾の単位時間帯まで順次選択する選択手段；前記選択手段により選択された単位時間帯（以下「選択時間帯」という。）に対し、前記計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までに前記電気給熱器から貯湯タンクに給熱される熱量の積算値（以下「積算給熱量」という。）を算出する給熱量算出手段；前記計画時間帯の先頭の単位時間帯から当該選択時間帯までの予測消費熱量の積算値（以下「積算予測消費熱量」という。）が、前記初期貯熱量に前記積算給熱量を加えた値から前記最低貯熱量を減じた値（以下「余裕貯熱量」という。）を上回る場合、前記積算予測消費熱量から前記余裕貯熱量を減じた値（以下「不足熱量」という。）を算出する不足熱量算出手段；前記不足熱量を前記電気給熱器の単位時間あたりの給熱量（以下「給熱速度」という。）で除算することにより給熱所要時間を算出する給熱所要時間算出手段；前記選択時間帯の開始時刻から所定の余裕時間幅だけ前の時刻以前の時間帯内に、前記給熱所要時間分の前記電気給熱器から貯湯タンクに給熱を行う時間帯（以下「給熱時間帯」という。）を設定する給熱時間帯設定手段；を備え、前記給熱時間帯設定手段は、新たに設定する給熱時間帯が、既に設定された給熱時間帯と重複せず、且つ新たに設定する給熱時間帯の開始時刻が最も遅くなるように、給熱時間帯の設定を行うことを特徴とする。

この構成により、不足熱量算出手段は、初期貯熱量が最低貯熱量まで消費され尽くされる時刻を時間帯ごとに予測し、湯切れが生じる時間帯から一定の余裕時間幅だけ前の時刻を給熱終了時刻に定める。また、不足熱量算出手段は、その時間帯で予想される不足熱量を算出する。そして、給熱所要時間算出手段が、不足熱量だけ貯湯タンク内の温水の沸き上げを行うのに要する給熱所要時間を算出する。そして、給熱時間帯設定手段は、当該給熱終了時刻より前に給熱所要時間分の給熱時間帯を設定する。この場合、既に設定されている給熱時間帯と重なる場合には、その重なり部分だけ、既に設定されている給熱時間帯よりも前に給熱時間帯を設定する。これにより、湯切れの防止が可能となるとともに、計画時間帯に貯湯タンクに蓄熱される熱量を極力少なくすることができる。

本発明に係る貯湯式電気給湯器の運転計画作成装置の第３の構成は、前記第２の構成において、前記給熱時間帯決定手段は、前記計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までの前記貯湯タンクにおける放熱損失を算出する放熱損失算出手段を備え、前記不足熱量算出手段は、前記積算予測消費熱量が、前記余裕貯熱量から前記放熱損失を減じた値（以下「修正余裕貯熱量」という。）を上回る場合、前記積算予測消費熱量から前記修正余裕貯熱量を減じた値を前記不足熱量として算出することを特徴とする。

この構成により、計画時間帯において、貯湯タンク内の温水から放熱により失われる放熱損失を考慮して運転計画を作成することが可能となる。

本発明に係る貯湯式電気給湯器の運転計画作成方法の第１の構成は、貯湯タンク、及び前記貯湯タンクに給熱を行う電気給熱器を備えた貯湯式電気給湯器において、前記電気給熱器による給熱を行う時間帯を決定する運転計画作成方法であって、一日の各時間帯における消費熱量の実績値を測定し、消費熱量記憶手段に保存する消費熱量測定ステップ；前記消費熱量記憶手段に記憶された過去の各時間帯の消費熱量の実績値に基づき、現時点から所定時間後まで（以下「計画時間帯」という。）の各単位時間帯の予測消費熱量を算出する消費熱量予測ステップ；現時点における貯湯タンクの貯熱量（以下「初期貯熱量」という。）を測定する貯熱量検出ステップ；及び、前記初期貯熱量及び各単位時間帯の前記予測消費熱量に基づき、貯湯タンクへ給熱を行う時間帯（以下「給熱時間帯」という。）を決定する給熱時間帯決定ステップ；を有し、給熱時間帯決定ステップにおいては、前記計画時間帯において前記貯湯タンクの貯熱量が所定の閾値（以下「最低貯熱量」という。）を下回ることがなく、且つ前記給熱時間帯の開始時刻が最も遅くなるように、前記給熱時間帯を決定することを特徴とする。

本発明に係る貯湯式電気給湯器の運転計画作成方法の第２の構成は、前記第１の構成において、前記給熱時間帯決定ステップにおいては、前記計画時間帯の各単位時間帯を、先頭の単位時間帯から末尾の単位時間帯まで順次選択する選択ステップ；前記選択ステップにおいて選択された単位時間帯（以下「選択時間帯」という。）に対し、前記計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までに前記電気給熱器から貯湯タンクに給熱される熱量の積算値（以下「積算給熱量」という。）を算出する給熱量算出ステップ；前記計画時間帯の先頭の単位時間帯から当該選択時間帯までの予測消費熱量の積算値（以下「積算予測消費熱量」という。）が、前記初期貯熱量に前記積算給熱量を加えた値から前記最低貯熱量を減じた値（以下「余裕貯熱量」という。）を上回る場合、前記積算予測消費熱量から前記余裕貯熱量を減じた値（以下「不足熱量」という。）を算出する不足熱量算出ステップ；前記不足熱量を前記電気給熱器の単位時間あたりの給熱量（以下「給熱速度」という。）で除算することにより給熱所要時間を算出する給熱所要時間算出ステップ；前記選択時間帯の開始時刻から所定の余裕時間幅だけ前の時刻以前の時間帯内に、前記給熱所要時間分の前記電気給熱器から貯湯タンクに給熱を行う時間帯（以下「給熱時間帯」という。）を設定する給熱時間帯設定ステップ；を有し、前記給熱時間帯設定ステップにおいては、新たに設定する給熱時間帯が、既に設定された給熱時間帯と重複せず、且つ新たに設定する給熱時間帯の開始時刻が最も遅くなるように、給熱時間帯の設定を行うことを特徴とする。

本発明に係る貯湯式電気給湯器の運転計画作成方法の第３の構成は、前記第２の構成において、前記給熱時間帯決定ステップにおいては、前記計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までの前記貯湯タンクにおける放熱損失を算出する放熱損失算出ステップを有し、前記不足熱量算出ステップにおいては、前記積算予測消費熱量が、前記余裕貯熱量から前記放熱損失を減じた値（以下「修正余裕貯熱量」という。）を上回る場合、前記積算予測消費熱量から前記修正余裕貯熱量を減じた値を前記不足熱量として算出することを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、コンピュータに読み込んで実行することにより、コンピュータを前記１乃至３の何れか一の構成の運転計画作成装置として機能させることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、計画時間帯における種々の給湯負荷に対して湯切れを生じることを有効に防止することができる。同時に、計画時間帯において、貯湯タンクに蓄熱される熱量を極力少なくすることができるため、ＣＯＰを最大限向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る貯湯式電気温水器１の構成図である。貯湯式電気温水器１は、貯湯タンク２、電気給熱器１０、及び追焚熱交換器３０を備えている。

貯湯タンク２は、温水を貯湯することにより蓄熱を行う成層貯湯方式のタンクである。貯湯タンク２の底部には、給水路３が接続されている。給水路３を通して、上水道から貯湯タンク２に給水される。給水路３には、電磁開閉弁である給水元弁４、流量センサ６、及び温度センサ７が設けられている。流量センサ６は、貯湯タンク２に給水される水の流量を検出する。温度センサ７は、貯湯タンク２の底部に流入する水の温度を検出する。

また、貯湯タンク２には、上部から下部にかけて、４つの温度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられている。これらの温度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにより、タンク内部の温水の温度が測定される。

電気給熱器１０は、貯湯タンク２内部の温水に給熱を行う装置である。電気給熱器１０としては、電熱器やヒートポンプが使用される。

電気給熱器１０は、給熱回路１１によって、貯湯タンク２の底部及び頂部に接続されている。給熱回路１１上には、流量センサ１４、給熱循環ポンプ１２、給熱回路弁１３、及び温度センサ１６が設けられている。給熱循環ポンプ１２は、貯湯タンク２の底部から上部へ、給熱回路１１を通して温水を循環させるポンプである。給熱回路弁１３は、電磁開閉弁であり、給熱回路１１の開閉を行う。流量センサ１４は、給熱回路１１を流れる温水の流量を検出する。温度センサ１６は、貯湯タンク２の頂部に戻される温水の温度を検出する。

貯湯タンク２の頂部には、給熱回路１１から分岐して、給湯路２１が接続されている。給湯路２１は、貯湯タンク２から給湯栓や各種温水機器に対して温水を供給するための水路である。給湯路２１には、給湯混合弁２２、流量センサ２３、及び温度センサ２４が設けられている。給湯混合弁２２は、貯湯タンク２から供給される温水と、給水路３から送られる水とを混合する。温度センサ２４は、この混合された温水の温度を検出する。

追焚熱交換器３０は、貯湯タンク２の温水を用いて風呂の追い焚きを行うための熱交換機である。追焚熱交換器３０には、貯湯タンク２の頂部と底部に亘って接続された追焚回路３１と、風呂の浴槽内の浴槽水が循環する風呂回路３２が通されている。追焚熱交換器３０は、追焚回路３１内の温水と風呂回路３２内の浴槽水との間で熱交換を行う。

追焚回路３１上には、追焚循環ポンプ３３、流量センサ３５、追焚回路弁３４、及び温度センサ３７が設けられている。追焚循環ポンプ３３は、追焚回路３１を通して貯湯タンク２の頂部から底部へ、温水を循環させるポンプである。追焚回路弁３４は電磁開閉弁である。流量センサ３５は、追焚回路３１を循環する温水の流量を検出する。温度センサ３７は、追焚回路３１を循環する温水の温度を検出する。

風呂回路３２には、風呂循環ポンプ３６が設けられている。風呂循環ポンプ３６は、風呂回路３２内に浴槽水を循環させるポンプである。

次に、本実施例１に係る運転計画作成装置４０について説明する。図２は、実施例１に係る運転計画作成装置４０の機能構成を表すブロック図である。運転計画作成装置４０は、時計手段４１、消費熱量測定手段４２、消費熱量記憶手段４３、消費熱量予測手段４４、貯熱量検出手段４５、及び給熱時間帯決定手段４６を備えている。

時計手段４１は、現在の時刻を出力する。消費熱量測定手段４２は、一日の各時間帯における消費熱量の実績値（以下「熱負荷実績」という。）を測定する。消費熱量記憶手段４３は、消費熱量測定手段４２で測定された消費熱量の実績値を記憶する。

ここで、熱負荷実績は、次のようにして行われる。

給湯路２１を通して時刻ｔに給湯が行われた場合、温度センサ１６が検出する給湯温度Ｔ_ｈ（ｔ）と流量センサ２３が検出する給湯流量Ｊ_ｈ（ｔ）から、熱負荷ｑ_h（ｔ）が次式（１）により求められる。但し、Ｔ_０は基準温度である。

同様に、追焚回路３１により風呂の追い焚きが行われた場合、温度センサ３７が検出する給湯温度Ｔ_ｈ（ｔ）と流量センサ３５が検出する給湯流量Ｊ_ｈ（ｔ）から、熱負荷ｑ_h（ｔ）が式（１）により求められる。

消費熱量測定手段４２は、熱負荷ｑ_h（ｔ）を１時間ごとに積算し、時間帯ｔ〜ｔ＋Δｔの熱負荷実績ｑ（ｔ）を求める。ここで、Δｔは単位時間帯の時間幅であり、本実施例では１時間とする。そして、消費熱量記憶手段４３の熱負荷実績を更新する。消費熱量記憶手段４３には、１日の時間帯ごとにＮ個の熱負荷実績ｑ（１）〜ｑ（Ｎ）が格納されている。熱負荷実績を更新する方法は、単純に新しい値で書き換えてもよいが、消費熱量記憶手段４３に記憶された熱負荷実績ｑ（１）〜ｑ（Ｎ）と、新たに測定された熱負荷実績ｑ（１）〜ｑ（Ｎ）との平均値で更新するようにしてもよい。

消費熱量予測手段４４は、消費熱量記憶手段４３に記憶された過去の各時間帯の消費熱量の実績値に基づき、現時点から所定時間後まで（計画時間帯）の各単位時間帯の予測消費熱量を算出する。

貯熱量検出手段４５は、温度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが検出する温度に基づき、現時点における貯湯タンク２の貯熱量（初期貯熱量）を測定する。給熱時間帯決定手段４６は、初期貯熱量及び各単位時間帯の予測消費熱量に基づき、貯湯タンク２へ給熱を行う時間帯（給熱時間帯）を決定する。

以上のような運転計画作成装置４０により決定された給熱時間帯を参照して、沸上制御手段４７は、沸上許可時間帯を設定し、貯湯タンク２内の温水の沸上制御を行う。

図３は、図２の給熱時間帯決定手段４６の構成を表す図である。給熱時間帯決定手段４６は、選択手段５１、給熱量算出手段５２、放熱損失算出手段５３、不足熱量算出手段５４、給熱所要時間算出手段５５、及び給熱時間帯設定手段５６を備えている。

選択手段５１は、計画時間帯の各単位時間帯を、先頭の単位時間帯から末尾の単位時間帯まで順次選択する。給熱量算出手段５２は、選択手段５１により選択された単位時間帯（選択時間帯）に対し、計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までに電気給熱器１０から貯湯タンク２に給熱される熱量の積算値（積算給熱量）を算出する。放熱損失算出手段５３は、計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までの貯湯タンク２における放熱損失を算出する。

不足熱量算出手段５４は、計画時間帯の先頭の単位時間帯から当該選択時間帯までの予測消費熱量の積算値（積算予測消費熱量）が、初期貯熱量に積算給熱量を加えた値から最低貯熱量及び放熱損失を減じた値（修正余裕貯熱量）を上回る場合、積算予測消費熱量から修正余裕貯熱量を減じた値（不足熱量）を算出する。

給熱所要時間算出手段５５は、不足熱量を電気給熱器１０の単位時間あたりの給熱量（給熱速度）で除算することにより給熱所要時間を算出する。

給熱時間帯設定手段５６は、選択時間帯の開始時刻から所定の余裕時間幅だけ前の時刻以前の時間帯内に、給熱所要時間分の電気給熱器１０から貯湯タンク２に給熱を行う時間帯（給熱時間帯）を設定する。

以上のように構成された本実施例に係る運転計画作成装置４０について、以下その動作を説明する。

図４は、実施例１に係る運転計画作成装置４０の動作を表すフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、消費熱量予測手段４４は、消費熱量記憶手段４３に記憶された各時間帯における消費熱量の実績値を参照して、当日の各時間帯の消費熱量ｑ（１）〜ｑ（Ｎ）を算出する。

次に、ステップＳ２において、貯熱量検出手段４５は、温度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが検出する温度に基づき、現時点における貯湯タンク２内の温水の貯熱量Ｑ_０を検出する。そして、仮想貯熱量ＱをＱ_０に初期化する。

次に、ステップＳ３において、給熱時間帯決定手段４６は、内部変数として有する仮想時間帯ｔを１に設定する。

次に、ステップＳ４において、給熱時間帯決定手段４６は、仮想貯熱量Ｑから仮想時間帯ｔにおける消費熱量ｑ（ｔ）を減算する。

次に、ステップＳ５において、給熱時間帯決定手段４６は、仮想貯熱量Ｑが閾値Ｑ_ｔｈ未満であるか否かを判定する。ここで、閾値Ｑ_ｔｈは、貯湯タンク２の最低貯熱量を表す。Ｑ≧Ｑ_ｔｈの場合には、ステップＳ９に移行する。

Ｑ＜Ｑ_ｔｈの場合、ステップＳ６において、不足熱量算出手段５４は、不足熱量ΔＱを算出する。不足熱量ΔＱは、ΔＱ＝Ｑ_ｔｈ−Ｑにより算出できる。

次に、ステップＳ７において、給熱所要時間算出手段５５は、給熱所要時間ΔＴを算出する。給熱所要時間ΔＴは、電気給熱器１０の給熱速度ｖ_ｑを用いて、ΔＴ＝ΔＱ／ｖ_ｑにより算出できる。

次に、ステップＳ８において、給熱時間帯設定手段５６は、給熱時間帯の設定を行う。この給熱時間帯設定処理の詳細については後述する。

次に、ステップＳ９において、仮想時間帯ｔを１時間だけインクリメントする。

次に、仮想時間帯ｔが２４未満の場合、ステップＳ４に戻る。ｔ＝２４の場合は、処理を終了する（Ｓ１０）。

図５は、給熱時間帯設定処理を表すフローチャートである。

ステップＳ１１において、給熱時間帯の仮設定時間帯として、［ｔ−ｔ_０−ΔＴ，ｔ−ｔ_０］を設定する。ここで、ｔ_０は、予測した熱消費時間帯と実際の熱消費時間帯との時間的なずれを見込んで設けられる緩衝時間幅であり、「余裕時間」と呼ぶ。また、ｔは仮想時間帯、ΔＴは給熱所要時間である。

次に、ステップＳ１２において、新たに設けた仮設定時間帯内に既に給熱時間帯が設定されているか否かを判定する。仮設定時間帯内に給熱時間帯が設定されていない場合には、ステップＳ１５に移行する。一方、仮設定時間帯内に既に給熱時間帯が設定されている場合は、次のステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３において、新たに設定した仮設定時間帯と、既設定の給熱時間帯とが重複する時間幅（以下「重複幅」という。）ΔＴ_ｏｖｅｒを計算する。

次に、ステップＳ１４において、既設定の給熱時間帯の前に重複幅ΔＴ_ｏｖｅｒ分の給熱時間帯を付加する。

最後に、ステップＳ１５において、既設定の給熱時間帯と重複した部分を除く仮設定時間帯を給熱時間帯に設定し、給熱時間帯設定処理を終了する。

図６は、本実施例１の運転計画作成方法により作成した貯湯式電気温水器１の運転計画の例を表す。夜間における沸き上げにより、朝７：００の時点において、貯湯タンク２は蓄熱された状態にある。この貯熱量により仮想貯熱量Ｑを初期化する。

図６の例では、７：００〜２３：００の時間内に、予測熱負荷として、予測負荷（１）〜（４）がある。そこで、各時間帯において、放熱損失を仮想貯熱量Ｑから差し引きながら、予測負荷（１）〜（４）の時間帯においてはその予測消費熱量を差し引いていく。そうすると、図６の例では、予測負荷（３）が発生する時間帯ｔ^（３）以降において、仮想貯熱量Ｑが不足することがわかる。そこで、まず、時間帯ｔ^（３）における不足熱量ΔＱ^（３）を計算し、この不足熱量ΔＱ^（３）を発生させるのに必要な電気給熱器１０の給熱所要時間ΔＴ^（３）を求める。そして、時間帯「ｔ^（３）−ｔ_０−ΔＴ^（３），ｔ^（３）−ｔ_０］を給熱時間帯に設定する。

次に、予測負荷（４）が発生する時間帯ｔ^（４）においても仮想貯熱量Ｑが不足する。そこで、同様に、時間帯ｔ^（４）における不足熱量ΔＱ^（４）を計算し、この不足熱量ΔＱ^（４）を発生させるのに必要な電気給熱器１０の給熱所要時間ΔＴ^（４）を求める。そして、時間帯「ｔ^（４）−ｔ_０−ΔＴ^（４），ｔ^（４）−ｔ_０］を給熱時間帯に設定する。但し、先に設定した給熱時間帯「ｔ^（３）−ｔ_０−ΔＴ^（３），ｔ^（３）−ｔ_０］と一部重なる場合には、その重なりの区間長だけ、給熱時間帯「ｔ^（３）−ｔ_０−ΔＴ^（３），ｔ^（３）−ｔ_０］の前の部分に給熱時間帯が負荷される。その結果、ΔＴ^（３）＋ΔＴ^（４）の長さの給熱時間帯が設定される（図６の区間Ａ，Ｂ）。

この給熱時間帯の開始時点を境にして、前の時間帯を沸上禁止時間帯と呼び、後の時間帯を沸上許可時間帯と呼ぶ。

沸上禁止時間帯においては、沸上制御手段４７は原則として電気給熱器１０による貯湯タンク２内の温水の沸き上げは行わない。但し、例外として、貯湯タンク２内の温水の貯熱量が最低貯熱量を下回った場合で、それ以降の時間帯に予測熱負荷がある場合には、沸き上げを行う。

沸上許可時間帯においては、沸上制御手段４７は電気給熱器１０による貯湯タンク２内の温水の沸き上げを行うことができる。沸き上げを行う時間は、原則として上記で求めた給熱時間帯の時間幅である。

図７は、電気給熱器１０による沸き上げ動作と貯湯量の推移を示した図である。沸上禁止時間帯においては、貯湯タンク２内の貯熱量は、放熱損失と熱負荷によって減少する。給熱時間帯に入ると、貯湯タンク２内の貯熱量は必要分だけ上昇し、不足熱量が供給される。そして、最終的に、貯湯タンク２内の貯熱量をほぼ使い切るように運転計画が作成される。従って、放熱損失を極力抑えることができ、ＣＯＰを向上させることができる。

尚、本実施例１においては、運転計画作成装置をハードウェア的に構成した例で説明したが、本発明においては、運転計画作成装置の各機能構成をプログラムのモジュールにより構成し、そのプログラムをコンピュータで実行することにより運転計画作成装置を実現するようにしてもよい。

本発明の実施例１に係る貯湯式電気温水器の構成図である。 実施例１に係る運転計画作成装置４０の機能構成を表すブロック図である。 図２の給熱時間帯決定手段４６の構成を表す図である。 実施例１に係る運転計画作成装置４０の動作を表すフローチャートである。 給熱時間帯設定処理を表すフローチャートである。 本実施例１の運転計画作成方法により作成した貯湯式電気温水器の運転計画の例を表す図である。 電気給熱器１０による沸き上げ動作と貯湯量の推移を示した図である。

符号の説明

１ 貯湯式電気温水器
２ 貯湯タンク
３ 給水路
４ 給水元弁
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 温度センサ
６ 流量センサ
７ 温度センサ
１０ 電気給熱器
１１ 給熱回路
１２ 給熱循環ポンプ
１３ 給熱回路弁
１４ 流量センサ
１６ 温度センサ
２１ 給湯路
２２ 給湯混合弁
２３ 流量センサ
２４ 温度センサ
３０ 追焚熱交換器
３１ 追焚回路
３２ 風呂回路
３３ 追焚循環ポンプ
３４ 追焚回路弁
３５ 流量センサ
３６ 風呂循環ポンプ
３７ 温度センサ
４０ 運転計画作成装置
４１ 時計手段
４２ 消費熱量測定手段
４３ 消費熱量記憶手段
４４ 消費熱量予測手段
４５ 貯熱量検出手段
４６ 給熱時間帯決定手段
４７ 沸上制御手段
５１ 選択手段
５２ 給熱量算出手段
５３ 放熱損失算出手段
５４ 不足熱量算出手段
５５ 給熱所要時間算出手段
５６ 給熱時間帯設定手段

Claims (7)

1. 貯湯タンク、及び前記貯湯タンクに給熱を行う電気給熱器を備えた貯湯式電気給湯器において、前記電気給熱器による給熱を行う時間帯を決定する運転計画作成装置であって、
   一日の各時間帯における消費熱量の実績値を測定する消費熱量測定手段；
   前記消費熱量測定手段で測定された消費熱量の実績値を記憶する消費熱量記憶手段；
   前記消費熱量記憶手段に記憶された過去の各時間帯の消費熱量の実績値に基づき、現時点から所定時間後まで（以下「計画時間帯」という。）の各単位時間帯の予測消費熱量を算出する消費熱量予測手段；
   現時点における貯湯タンクの貯熱量（以下「初期貯熱量」という。）を測定する貯熱量検出手段；
   及び、前記初期貯熱量及び各単位時間帯の前記予測消費熱量に基づき、貯湯タンクへ給熱を行う時間帯（以下「給熱時間帯」という。）を決定する給熱時間帯決定手段；
   を備え、
   給熱時間帯決定手段は、前記計画時間帯において前記貯湯タンクの貯熱量が所定の閾値（以下「最低貯熱量」という。）を下回ることがなく、且つ前記給熱時間帯の開始時刻が最も遅くなるように、前記給熱時間帯を決定すること
   を特徴とする運転計画作成装置。
2. 前記給熱時間帯決定手段は、
   前記計画時間帯の各単位時間帯を、先頭の単位時間帯から末尾の単位時間帯まで順次選択する選択手段；
   前記選択手段により選択された単位時間帯（以下「選択時間帯」という。）に対し、前記計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までに前記電気給熱器から貯湯タンクに給熱される熱量の積算値（以下「積算給熱量」という。）を算出する給熱量算出手段；
   前記計画時間帯の先頭の単位時間帯から当該選択時間帯までの予測消費熱量の積算値（以下「積算予測消費熱量」という。）が、前記初期貯熱量に前記積算給熱量を加えた値から前記最低貯熱量を減じた値（以下「余裕貯熱量」という。）を上回る場合、前記積算予測消費熱量から前記余裕貯熱量を減じた値（以下「不足熱量」という。）を算出する不足熱量算出手段；
   前記不足熱量を前記電気給熱器の単位時間あたりの給熱量（以下「給熱速度」という。）で除算することにより給熱所要時間を算出する給熱所要時間算出手段；
   前記選択時間帯の開始時刻から所定の余裕時間幅だけ前の時刻以前の時間帯内に、前記給熱所要時間分の前記電気給熱器から貯湯タンクに給熱を行う時間帯（以下「給熱時間帯」という。）を設定する給熱時間帯設定手段；
   を備え、
   前記給熱時間帯設定手段は、新たに設定する給熱時間帯が、既に設定された給熱時間帯と重複せず、且つ新たに設定する給熱時間帯の開始時刻が最も遅くなるように、給熱時間帯の設定を行うこと
   を特徴とする請求項１記載の運転計画作成装置。
3. 前記給熱時間帯決定手段は、
   前記計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までの前記貯湯タンクにおける放熱損失を算出する放熱損失算出手段
   を備え、
   前記不足熱量算出手段は、前記積算予測消費熱量が、前記余裕貯熱量から前記放熱損失を減じた値（以下「修正余裕貯熱量」という。）を上回る場合、前記積算予測消費熱量から前記修正余裕貯熱量を減じた値を前記不足熱量として算出すること
   を特徴とする請求項２記載の運転計画作成装置。
4. 貯湯タンク、及び前記貯湯タンクに給熱を行う電気給熱器を備えた貯湯式電気給湯器において、前記電気給熱器による給熱を行う時間帯を決定する運転計画作成方法であって、
   一日の各時間帯における消費熱量の実績値を測定し、消費熱量記憶手段に保存する消費熱量測定ステップ；
   前記消費熱量記憶手段に記憶された過去の各時間帯の消費熱量の実績値に基づき、現時点から所定時間後まで（以下「計画時間帯」という。）の各単位時間帯の予測消費熱量を算出する消費熱量予測ステップ；
   現時点における貯湯タンクの貯熱量（以下「初期貯熱量」という。）を測定する貯熱量検出ステップ；
   及び、前記初期貯熱量及び各単位時間帯の前記予測消費熱量に基づき、貯湯タンクへ給熱を行う時間帯（以下「給熱時間帯」という。）を決定する給熱時間帯決定ステップ；
   を有し、
   給熱時間帯決定ステップにおいては、前記計画時間帯において前記貯湯タンクの貯熱量が所定の閾値（以下「最低貯熱量」という。）を下回ることがなく、且つ前記給熱時間帯の開始時刻が最も遅くなるように、前記給熱時間帯を決定すること
   を特徴とする運転計画作成方法。
5. 前記給熱時間帯決定ステップにおいては、
   前記計画時間帯の各単位時間帯を、先頭の単位時間帯から末尾の単位時間帯まで順次選択する選択ステップ；
   前記選択ステップにおいて選択された単位時間帯（以下「選択時間帯」という。）に対し、前記計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までに前記電気給熱器から貯湯タンクに給熱される熱量の積算値（以下「積算給熱量」という。）を算出する給熱量算出ステップ；
   前記計画時間帯の先頭の単位時間帯から当該選択時間帯までの予測消費熱量の積算値（以下「積算予測消費熱量」という。）が、前記初期貯熱量に前記積算給熱量を加えた値から前記最低貯熱量を減じた値（以下「余裕貯熱量」という。）を上回る場合、前記積算予測消費熱量から前記余裕貯熱量を減じた値（以下「不足熱量」という。）を算出する不足熱量算出ステップ；
   前記不足熱量を前記電気給熱器の単位時間あたりの給熱量（以下「給熱速度」という。）で除算することにより給熱所要時間を算出する給熱所要時間算出ステップ；
   前記選択時間帯の開始時刻から所定の余裕時間幅だけ前の時刻以前の時間帯内に、前記給熱所要時間分の前記電気給熱器から貯湯タンクに給熱を行う時間帯（以下「給熱時間帯」という。）を設定する給熱時間帯設定ステップ；
   を有し、
   前記給熱時間帯設定ステップにおいては、新たに設定する給熱時間帯が、既に設定された給熱時間帯と重複せず、且つ新たに設定する給熱時間帯の開始時刻が最も遅くなるように、給熱時間帯の設定を行うこと
   を特徴とする請求項４記載の運転計画作成方法。
6. 前記給熱時間帯決定ステップにおいては、
   前記計画時間帯の開始時刻から当該選択時間帯の開始時刻までの前記貯湯タンクにおける放熱損失を算出する放熱損失算出ステップ
   を有し、
   前記不足熱量算出ステップにおいては、前記積算予測消費熱量が、前記余裕貯熱量から前記放熱損失を減じた値（以下「修正余裕貯熱量」という。）を上回る場合、前記積算予測消費熱量から前記修正余裕貯熱量を減じた値を前記不足熱量として算出すること
   を特徴とする請求項５記載の運転計画作成方法。
7. コンピュータに読み込んで実行することにより、コンピュータを請求項１乃至３の何れか一に記載の運転計画作成装置として機能させるプログラム。
   
   
   
   

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