JP6036501B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

例えばヒートポンプ装置などの加熱手段により水を加熱して生成した湯を貯湯タンクに貯え、必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。

夏場の日中等において電力需給が逼迫する際には、各電気機器の動作を制限することが求められる。貯湯式給湯機においても、電力需給の逼迫中には、電力の使用を制限し、最も電力消費の大きい、加熱手段による加熱動作（沸き上げ動作）を回避する等の制御を行うことが求められている。

また、電気料金の体系によっては、電力需要の多い時間帯をピーク時間帯とし、ピーク時間帯における電気料金が割高に設定されているため、使用者としても、ピーク時間帯の加熱動作を回避したいという要望がある。

上記のような要求を満足させることを目的として、特許文献１には、電力供給事業者のホストコンピュータと、貯湯式給湯機（ネットワーク対応電気温水器）の制御部とをネットワーク網を介して接続し、電力のピークを抑制させるために、電力供給事業者のホストコンピュータが、瞬時の電力需要、電力需要予測データ、時間帯別の電気料金単価等に基づいて、貯湯式給湯機の加熱動作のオン・オフを操作する発明が提案されている。

特開２００２−２７７０５８号公報

上述した特許文献１の発明では、電力供給事業者のホストコンピュータが貯湯式給湯機の加熱動作のオン・オフを操作するようにしているため、そのようなサービスを提供していない電力供給事業者から電力の供給を受けている場合には、適用できないという課題がある。また、貯湯式給湯機側で使用者がそれぞれの事情に応じて加熱動作の時間を決めたい場合などに対応していないという課題がある。

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、電力供給面での制約あるいは電力料金メニューの変更等によりピーク時間帯が変更された場合でも、電力供給事業者のコンピュータからの操作を必要とすることなく、適切な時間での加熱動作を行うことが可能な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、電力系統から供給される電力を用いて、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貯留する貯湯タンクと、電力系統のピーク時間帯に関する情報を通信により取得する受信手段と、受信手段により受信した情報に基づいて、加熱手段による加熱動作を禁止する時間帯である加熱動作禁止時間帯の設定を変更する制御手段と、を備え、制御手段は、ピーク時間帯が変更された場合に、その変更の理由が電力需給の逼迫によるものであるかどうかを判断し、ピーク時間帯の変更の理由が電力需給の逼迫によるものである場合には加熱動作禁止時間帯の設定を変更し、ピーク時間帯の変更の理由が電力需給の逼迫によるものでない場合には加熱動作禁止時間帯の設定を変更しないものである。
また、本発明に係る貯湯式給湯機は、電力系統から供給される電力を用いて、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貯留する貯湯タンクと、電力系統のピーク時間帯に関する情報を通信により取得する受信手段と、受信手段により受信した情報に基づいて、加熱手段による加熱動作を禁止する時間帯である加熱動作禁止時間帯の設定を変更する制御手段と、を備え、制御手段は、ピーク時間帯が変更された場合に、その変更の理由が電力需給の逼迫によるものであるか電力料金メニューの変更によるものであるかを判断し、ピーク時間帯の変更の理由が電力料金メニューの変更によるものである場合には加熱動作禁止時間帯の設定を変更し、ピーク時間帯の変更の理由が電力需給の逼迫によるものである場合には加熱動作禁止時間帯の設定を変更しないものである。

本発明によれば、電力供給面での制約あるいは電力料金メニューの変更等によりピーク時間帯が変更された場合でも、電力供給事業者のコンピュータからの操作を必要とすることなく、適切な時間での加熱動作を行うことが可能となる。

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における制御処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における制御処理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、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

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に示すように、本実施の形態１の貯湯式給湯機１は、水を加熱して高温の湯を生成する加熱手段２と、加熱手段２により生成された湯を貯留する貯湯タンク１０を内蔵した貯湯タンクユニット３とを備えている。本実施の形態１における加熱手段２は、ヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）の冷媒と熱交換することにより水を加熱するヒートポンプユニットで構成されている。加熱手段２は、電力系統（商用電源）から供給される電力により作動し、水を加熱する加熱動作（沸き上げ動作）を行う。なお、本発明における加熱手段２は、ヒートポンプサイクルを用いるものに限定されず、例えば電気ヒータなどであっても良い。

貯湯タンク１０内には、上側が高温、下側が低温になるように温度成層を形成して、湯水を貯留可能である。加熱動作時には、循環ポンプ４の作動により、貯湯タンク１０内の下部に貯留された水が入水配管５を通って加熱手段２に送られるとともに、加熱手段２で加熱されて生成した湯が出湯配管６を通って貯湯タンク１０に送られて貯湯タンク１０内の上部に流入する。このような加熱動作が継続することにより、貯湯タンク１０内の高温水（湯）と低温水との温度境界層が徐々に下に移動していき、貯湯タンク１０内の貯湯量（蓄熱量）が増加していく。

貯湯タンク１０の上部には、加熱動作時の水の温度膨張により上昇する貯湯タンク１０内の圧力を逃がすための逃し弁７が接続されている。また、貯湯タンク１０には、貯湯タンク１０内の湯水の温度を検出する複数の湯温検出手段１４が、互いに異なる高さ位置に取り付けられている。これらの湯温検出手段１４により貯湯タンク１０内の上下方向の温度分布を検出することにより、貯湯タンク１０内の蓄熱量（貯湯量）を算出することができる。

貯湯タンクユニット３内には、更に、給湯側混合弁９と、制御部１５と、混合給湯側流量検出部１６と、ふろ給湯側開閉弁１７と、ふろ給湯側流量検出部１９と、ふろ側混合弁２０と、減圧弁２２とが設けられている。貯湯タンク１０の上部には、給湯配管８の一端が接続されている。給湯配管８の他端側は、二つに分岐し、給湯側混合弁９とふろ側混合弁２０とにそれぞれ接続されている。水道等の水源からの水は、給水配管２３を通って、貯湯タンクユニット３に供給される。減圧弁２２は、給水配管２３から供給される水の圧力を所定の圧力に減圧する。減圧弁２２の下流側で給水配管２３は三つの経路に分岐し、それらの各経路は、貯湯タンク１０の下部と、給湯側混合弁９と、ふろ側混合弁２０とに接続されている。給湯側混合弁９は、貯湯タンク１０から給湯配管８を通って供給される高温の湯と、給水配管２３から供給される水との混合比を調整することにより温度調節する。給湯側混合弁９で温度調節された湯は、混合給湯経路２４を通って、貯湯タンクユニット３の外部の、例えばシャワー、蛇口等の一般混合水栓（図示省略）へ供給される。混合給湯側流量検出部１６は、混合給湯経路２４を通る湯の流量（使用湯量）を検出する。ふろ側混合弁２０は、貯湯タンク１０から給湯配管８を通って供給される高温の湯と、給水配管２３から供給される水との混合比を調整することにより温度調節する。ふろ側混合弁２０で温度調節された湯は、ふろ給湯経路１８を通って、浴室内の浴槽２１へ供給される。ふろ給湯側開閉弁１７は、ふろ給湯経路１８の途中に配置され、浴槽２１への出湯（湯張り）の開始および停止を制御する。ふろ給湯側流量検出部１９は、ふろ給湯経路１８を通る湯の流量（使用湯量）を検出する。制御部１５は、貯湯式給湯機１が備える各アクチュエータおよび各センサと電気的に接続され、貯湯式給湯機１の動作を制御する。

制御部１５は、更に、外部入出力装置１０１と電気的に接続されている。外部入出力装置１０１は、使用者が操作する操作部および貯湯式給湯機１の状態を表示する表示部を備えており、使用者が貯湯式給湯機１の動作や給湯温度などを設定したり確認したりできるように構成されている。外部入出力装置１０１は、例えば、浴室あるいは台所などに設置されるリモコン装置で構成することができる。

また、制御部１５は、通信回線１０４を介して、機器管理システム１０３と相互に通信可能に接続されている。機器管理システム１０３は、貯湯式給湯機１のほか、宅内で用いられる各機器（図示省略）と通信可能に接続されている。機器管理システム１０３と、制御部１５を含む各機器との接続は、有線接続でも、無線接続でも良い。また、機器管理システム１０３（受信手段）は、インターネット等のネットワーク網１０５を介して、電力系統の電力供給事業者のコンピュータ１０６から配信される電力需給情報等の情報を受信可能になっている。

機器管理システム１０３は、貯湯式給湯機１を含む宅内の各機器の状態に関する情報と、ネットワーク網１０５を介して電力供給事業者のコンピュータ１０６から受信する情報とを取得し、それらの情報に基づいて、宅内の各機器に対して指示を行う。

制御部１５は、機器管理システム１０３からの指示、湯温検出手段１４により検出される貯湯タンク１０内の蓄熱量、外部入出力装置１０１にて使用者により設定された情報、過去の動作実績から学習された情報などに基づいて、循環ポンプ４、加熱手段２、給湯側混合弁９、ふろ給湯側開閉弁１７、ふろ側混合弁２０等を制御するとともに、給湯制御の状況を外部入出力装置１０１へ出力する。

電力供給事業者は、電力料金単価を時間帯毎に定めた電力料金メニューを複数用意している。貯湯式給湯機１の使用者は、それら複数の電力料金メニューから一つを選択して、電力供給事業者と契約する。機器管理システム１０３は、貯湯式給湯機１の使用者に適用される電力料金メニューの情報を、ネットワーク網１０５を介して電力供給事業者のコンピュータ１０６から受信することができる。

また、電力供給事業者は、当日の電力需給状況を予測し、電力需給が逼迫すると予測した場合には、電力需給が逼迫すると予測される時間帯をピーク時間帯としてコンピュータ１０６からネットワーク網１０５を介して配信することにより、ピーク時間帯における電力の使用抑制を各需要家に要請する。

図２は、本発明の実施の形態１における制御処理を示すフローチャートである。図２に示す制御処理は、毎日１回または複数回、所定の時刻に実行される。

図２のステップＳ１では、機器管理システム１０３は、制御部１５に現在設定されている電力料金メニューの情報およびピーク時間帯の情報を制御部１５から取得する。本実施の形態１では、制御部１５は、現在設定されている電力料金メニューの時間帯別の電気料金単価のうちで、電気料金単価が最も高い時間帯をピーク時間帯として記憶している。

上記ステップＳ１の処理に続いて、ステップＳ２では、機器管理システム１０３は、ネットワーク網１０５を介して電力供給事業者のコンピュータ１０６から、ピーク時間帯に関する情報を取得する。本実施の形態１では、このステップＳ２で、機器管理システム１０３は、貯湯式給湯機１の使用者に適用される電力料金メニューの情報を、ネットワーク網１０５を介して電力供給事業者のコンピュータ１０６から受信し、その受信した電力料金メニューの時間帯別の電気料金単価のうちで、電気料金単価が最も高い時間帯をピーク時間帯として取得する。また、電力供給事業者のコンピュータ１０６が、当日の電力需給が逼迫すると予測したピーク時間帯の情報を配信している場合には、機器管理システム１０３は、この当日の電力需給逼迫予測に基づくピーク時間帯の情報を取得する。

上記ステップＳ２の処理に続いて、ステップＳ３では、機器管理システム１０３は、ステップＳ１で制御部１５から取得したピーク時間帯と、ステップＳ２で電力供給事業者のコンピュータ１０６から取得したピーク時間帯の情報とを比較し、両者に差異がある場合にはステップＳ４へ移行し、両者に差異がない場合には処理を終了する。

ステップＳ４では、機器管理システム１０３は、ステップＳ２で電力供給事業者のコンピュータ１０６から取得したピーク時間帯の情報を制御部１５に送信し、制御部１５は、機器管理システム１０３から受信した情報に基づいて、ピーク時間帯として記憶している情報を変更する。ここで、制御部１５は、ピーク時間帯の変更が電力料金メニューの変更に伴うものである場合には、電力料金メニューの設定を変更し、このピーク時間帯の変更を翌日以降にも適用する。これに対し、制御部１５は、ピーク時間帯の変更が当日の電力需給が逼迫するとの予測に基づくものである場合には、電力料金メニューの設定を変更せず、ピーク時間帯の変更を当日に限って適用する。

上記ステップＳ４の処理に続いて、ステップＳ５では、制御部１５は、ピーク時間帯の加熱動作を禁止する機能を有効とする設定がなされているか否かを判断する。本実施の形態１では、ピーク時間帯に加熱動作を禁止する機能を有効にするか無効にするかを、外部入出力装置１０１を操作することで使用者が予め選択することができる。これにより、使用者の意向に応じて、最適な制御が可能となる。このステップＳ５で、制御部１５は、ピーク時間帯の加熱動作を禁止する機能を有効とする設定がなされている場合にはステップＳ６へ移行し、そうでない場合には処理を終了する。

ステップＳ６では、制御部１５は、ステップＳ４で変更されたピーク時間帯に応じて、加熱動作を禁止する加熱動作禁止時間帯を変更する。制御部１５は、この加熱動作禁止時間帯中には、加熱手段２による加熱動作を実行しないように制御する。

以上説明した実施の形態１によれば、電力需給が逼迫するという電力供給面での制約、あるいは電力料金メニューの変更により、ピーク時間帯の開始時刻あるいは終了時刻が変更された場合であっても、貯湯式給湯機１におけるピーク時間帯の設定を自動的に変更し、そのピーク時間帯に対応（一致）するように加熱動作禁止時間帯を変更することができる。このため、電力需給への悪影響を確実に防止することができるとともに、割高な電気料金での加熱動作を行うことを確実に回避することができる。また、電力供給事業者のコンピュータ１０６が貯湯式給湯機１の加熱動作のオン・オフを操作する必要がないため、そのようなサービスを提供していない電力供給事業者から電力の供給を受けている場合にも、上記効果を達成することができる。

なお、上記実施の形態１では、ピーク時間帯の加熱動作を禁止する機能が無効に設定されている場合の制御については特に記載していないが、この場合には、電気料金が割高となる時間帯が変更されたものとみなして、ピーク時間帯に加熱動作を実施する確率（頻度）が下がるように制御しても良い。

また、本発明では、機器管理システム１０３がネットワーク網１０５を介して電力供給事業者のコンピュータ１０６から受信したピーク時間帯の情報に基づいて制御部１５が加熱動作禁止時間帯を変更する機能を有効にするか無効にするかを、外部入出力装置１０１（選択手段）を操作することで使用者が予め選択することができるようにしても良い。このようにすることにより、加熱動作禁止時間帯が意図せずに変更されることを希望しない使用者の要望にも応えることができる。

また、上記実施の形態１では、ピーク時間帯の変更処理を機器管理システム１０３側で行うようにしているが、ピーク時間帯の変更処理を制御部１５で行うようにしても良い。

また、上記実施の形態１では、機器管理システム１０３がネットワーク網１０５を介して電力供給事業者のコンピュータ１０６から受信したピーク時間帯を優先し、このピーク時間帯に一致するように加熱動作禁止時間帯を変更するようにしているが、本発明では、外部入出力装置１０１あるいはホームエネルギー・マネジメントシステム（ＨＥＭＳ）等を用いて使用者が加熱動作禁止時間帯を任意に設定できるようにし、使用者が設定した加熱動作禁止時間帯を条件によっては優先するようにしても良い。例えば、機器管理システム１０３がネットワーク網１０５を介して電力供給事業者のコンピュータ１０６から受信したピーク時間帯が、使用者が設定した加熱動作禁止時間帯に包含されている場合には、加熱動作禁止時間帯の設定を変更せず、このピーク時間帯が加熱動作禁止時間帯に包含されていない場合にのみ、このピーク時間帯を包含するように加熱動作禁止時間帯の設定を変更しても良い。このように制御することにより、使用者が、各家庭あるいは地域等の事情に応じた自発的な使用電力抑制を行うべく加熱動作禁止時間帯を長めに設定しておくこと、あるいは各家庭に設置された太陽光発電装置等での発電量等の他の機器の状態を含めた各家庭の電力状況に応じた加熱動作禁止時間帯の設定を行うことなどを可能にしつつ、電力需給への悪影響や、割高な電気料金での加熱動作を行うことを確実に防止することができる。

実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。

本発明の実施の形態２の貯湯式給湯機１の構成図は、実施の形態１と同様であるので、省略する。図３は、本発明の実施の形態２における制御処理を示すフローチャートである。図３に示す制御処理は、毎日１回または複数回、所定の時刻に実行される。

図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１からステップＳ５までは実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ５で、制御部１５は、ピーク時間帯の加熱動作を禁止する機能を有効とする設定がなされている場合にはステップＳ１０へ移行し、そうでない場合には処理を終了する。

ステップＳ１０で、制御部１５は、ステップＳ４でピーク時間帯が変更された理由（根拠）が、当日の電力需給が逼迫するとの予測に基づくものであると判断した場合には、ステップＳ１１に移行し、そうでない場合、すなわちステップＳ４でピーク時間帯が変更された理由（根拠）が電力料金メニューの変更等に伴うものであると判断した場合には処理を終了する。

ステップＳ１１では、制御部１５は、ステップＳ４で変更されたピーク時間帯に応じて、加熱動作を禁止する加熱動作禁止時間帯を変更する。

以上説明したように、本実施の形態２では、ピーク時間帯の変更理由が電力需給の逼迫によるものである場合には、そのピーク時間帯の変更に応じて加熱動作禁止時間帯を変更することにより、電力需給状態への悪影響、すなわち社会的インフラストラクチャーへの悪影響を確実に回避することができる。その一方で、ピーク時間帯の変更理由が電力料金メニューの変更等によるものであり、電力需給状態には問題が無い場合には、加熱動作禁止時間帯を変更しないようにすることで、使用者の意向あるいは利便性に反する変更がなされることを回避することができる。例えば、使用者が設定した加熱動作禁止時間帯以外であれば、貯湯タンク１０の湯切れが懸念されるような場合に限り、ピーク時間帯の割高な電気料金で加熱動作を行うことを許容し、使用者の利便性を向上することができる。

なお、本実施の形態２では、ピーク時間帯の変更理由が電力需給の逼迫によるものである場合には加熱動作禁止時間帯を変更し、ピーク時間帯の変更理由が電力料金メニューの変更によるものである場合には加熱動作禁止時間帯を変更しないようにしているが、これとは逆に、本発明では、電力料金メニューの変更によるものを優先しても良い。すなわち、ピーク時間帯の変更理由が電力需給の逼迫によるものである場合には加熱動作禁止時間帯を変更せず、ピーク時間帯の変更理由が電力料金メニューの変更によるものである場合には加熱動作禁止時間帯を変更するようにしても良い。このような場合には、ピーク時間帯の割高な電気料金で加熱動作を行うことを確実に防止することができるので、電力コストをより確実に抑制することができる。

１ 貯湯式給湯機、２ 加熱手段、３ 貯湯タンクユニット、４ 循環ポンプ、５ 入水配管、６ 出湯配管、７ 逃し弁、８ 給湯配管、９ 給湯側混合弁、１０ 貯湯タンク、１４ 湯温検出手段、１５ 制御部、１６ 混合給湯側流量検出部、１７ ふろ給湯側開閉弁、１８ ふろ給湯経路、１９ ふろ給湯側流量検出部、２０ ふろ側混合弁、２１ 浴槽、２２ 減圧弁、２３ 給水配管、２４ 混合給湯経路、１０１ 外部入出力装置、１０３ 機器管理システム、１０４ 通信回線、１０５ ネットワーク網、１０６ コンピュータ

Claims (3)

1. 電力系統から供給される電力を用いて、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貯留する貯湯タンクと、
   前記電力系統のピーク時間帯に関する情報を通信により取得する受信手段と、
   前記受信手段により受信した情報に基づいて、前記加熱手段による加熱動作を禁止する時間帯である加熱動作禁止時間帯の設定を変更する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記ピーク時間帯が変更された場合に、その変更の理由が電力需給の逼迫によるものであるかどうかを判断し、前記ピーク時間帯の変更の理由が電力需給の逼迫によるものである場合には前記加熱動作禁止時間帯の設定を変更し、前記ピーク時間帯の変更の理由が電力需給の逼迫によるものでない場合には前記加熱動作禁止時間帯の設定を変更しない貯湯式給湯機。
2. 電力系統から供給される電力を用いて、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貯留する貯湯タンクと、
   前記電力系統のピーク時間帯に関する情報を通信により取得する受信手段と、
   前記受信手段により受信した情報に基づいて、前記加熱手段による加熱動作を禁止する時間帯である加熱動作禁止時間帯の設定を変更する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記ピーク時間帯が変更された場合に、その変更の理由が電力需給の逼迫によるものであるか電力料金メニューの変更によるものであるかを判断し、前記ピーク時間帯の変更の理由が電力料金メニューの変更によるものである場合には前記加熱動作禁止時間帯の設定を変更し、前記ピーク時間帯の変更の理由が電力需給の逼迫によるものである場合には前記加熱動作禁止時間帯の設定を変更しない貯湯式給湯機。
3. 前記受信手段により受信した情報に基づいて前記制御手段が前記加熱動作禁止時間帯の設定を変更する機能を有効にするか無効にするかを使用者が選択可能な選択手段を備える請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。

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