JP7203934B2

JP7203934B2 - 給湯機

Info

Publication number: JP7203934B2
Application number: JP2021192638A
Authority: JP
Inventors: 耕士佐藤; 俊輔古河; 信果山本
Original assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2039-08-06
Also published as: JP2022016678A

Description

本発明は、給湯機に関する。

特許文献１には、太陽光発電連携貯湯式給湯機として、ＨＥＭＳ機器からの翌日の気象情報が良好であり、太陽光発電が十分に行うことができるとされた場合に、他の時間帯よりも電気料金が安価な時間帯(情報を受け取った日の深夜)による沸き上げ運転における湯の沸き上げ量を少なくして、翌日の昼間に太陽電池によって発電された電力で必要量沸き上げ運転することが記載されている。

特開２０１８－１１９７３２号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は、例えば、前日深夜の気象予報では、翌日の天候が良好ではないと予報され、太陽光発電による沸き上げ運転の予定されないと判断されたとする。しかし、当日予報に反して天気が良い場合、ユーザが太陽光発電の電気を利用して当日の昼間沸き上げを実施したいと考えたとしても当日の昼間沸き上げを実施することができないという問題があった。

本発明は、設定されたその日にも昼間沸き上げを可能とする給湯機を提供することができる給湯機を提供することを目的とする。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、貯湯タンク内の湯が減ってきた場合に沸き上げ制御を行う湯切れ防止機能を備え、この湯切れ防止機能を入り切り設定可能な貯湯式給湯機であって、太陽光発電により発電された電気によって前記貯湯タンク内の湯を沸き上げる指示を手動で行う太陽光発電指示手段と、HEMSコントローラからの指示により指示に従ったHEMS昼間沸き上げを行うことを設定するHEMS設定手段とを有し、前記太陽光発電指示手段が操作された場合、または前記ＨＥＭＳ設定手段により設定した場合、前記湯切れ防止機能を「切」に設定する。

本発明により、設定されたその日にも昼間沸き上げを可能とする給湯機を提供することができる給湯機を提供することができる。

実施例１の給湯システムの構成図実施例１のリモコン装置の外観図 (a)～(m)実施例１の設定表示画面

以下、本発明の実施例を添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、水を加熱して湯を生成する熱源としてヒートポンプを用いた給湯システム（給湯機）を例に説明を行うが、ガス燃焼機を熱源として用いても良い。

［給湯システム］
図１は実施例１の給湯機１１を含む給湯システムの構成図である。給湯機１１は、湯を生成するヒートポンプユニット１３と、生成された湯を貯湯する貯湯タンク１２と、貯湯タンク１２内の湯量を検知する貯湯量検知部と、給湯熱交換器１４と、追いだき熱交換器１８と、を有する。
また、給湯機１１は、ユーザからの入力を受け付けたりユーザへの情報を出力するリモコン装置６と、リモコン装置６からの入力に応じて動作する制御部の一例としての本体側制御基板１０と、外気温度を検知する外気温度センサ４０と、浴槽１５の水位の変動を検知する水位センサ４１と、を有する。

ヒートポンプユニット１３は、清水源の一例としての水道管１９から配管２０等を経て供給される水を加熱して温水を生成し、貯湯タンク１２に供給できる。ヒートポンプユニット１３は、例えば毎日所定の時間帯（深夜時間帯等）に貯湯タンク１２に湯を供給する沸き上げ運転を行う。沸き上げ運転における沸き上げ量は、毎回貯湯タンク１２を満タンにするものでもよいし、各日の温水使用量を学習して変動するようにしても良い。

貯湯タンク１２の湯は、浴室５０に配された浴槽１５に供給されることができる。清水源としては、水道管１９や井戸水等の外部の給水源等を採用できる。清水とは、利用者が直接接触し得る状態を未だ経ていない使用前の水を指すものであり、給水源からの水や貯湯タンク１２に貯溜されている水を含むものである一方、浴槽１５等に供給されたような汚れを含む使用後の水ではない。給湯機１１には、湯を一般給湯端末（蛇口、シャワー、混合栓１７等）に供給する一般給湯回路２１と、湯を浴槽１５に供給する給湯部を有する湯はり回路とが含まれる。一般給湯回路２１の途中に配接されている流量調整弁３１によって給湯時の流量を制御しており、本体側制御基板１０からの指示により流量変動を可能としている。

給湯熱交換器１４は、水道管１９からの低温水を貯湯タンク１２内の湯と熱交換させて加熱し、浴槽１５とは別の場所で利用される給湯用の湯を生成する。例えば台所や浴室５０内のシャワーやカラン等への湯を生成できる。給湯機は、貯湯タンク１２に張り付いている各温度センサより貯湯タンク１２の残熱湯量を算出しており、出湯、あるいは熱交換による熱の使用は、その前後の残熱湯量の差分より累計流量の増減を把握することが可能である。

［リモコン装置６］
図２は（ａ）リモコン装置６の外観図である。
リモコン装置６は、浴室内のふろリモコン６ａと、浴室以外の部屋（例えば台所）に設けられた台所リモコン６ｂとしてそれぞれ配されている。各リモコン装置６は、発音部３３と、使用者からの入力を受付ける入力部４と、各種の情報を出力する出力部としての表示部５を備えている。
入力部４は、足し湯指令部４１、水量設定部４２、目標ふろ温度設定部４３、湯はり指令部４４、追焚指令部４５、選択部４６、メニューボタン４８を有する。
表示部５は、種々の画像（画面）を表示できるものであって、図２では給湯温度表示部５１、目標ふろ温度表示部５３、を表示している。

足し湯指令部４１を操作すると、例えば給湯温度表示部５１に示される温度程度の、所定量の湯水が浴槽１５に供給される。
水量設定部４２を操作すると、例えば目標ふろ温度表示部５３が消滅して湯はり量表示部が表示されるとともに、レベル設定部４９の操作を通じて湯はり時の目標湯はり量を変更できる。
目標ふろ温度設定部４３を操作すると、目標ふろ温度表示部５３が表示されるとともに、レベル設定部４９の操作を通じて、湯はり指令及び追焚指令時の目標温度を変更できる。
湯はり指令部４４を操作すると、目標ふろ温度程度の温度の湯水が、湯はり量表示部５２に表示される量程度、浴槽１５に供給される湯はりが行われる。
追焚指令部４５を操作すると、浴槽１５内に貯留されていた湯水が一部追いだき熱交換器１８に供給され、貯湯タンク１２の高温水と熱交換して温められ、浴槽１５に還流する。

選択部４６に属する上、下、左、右ボタン（方向ボタン）や決定ボタンを操作すると、表示部５において設定変更可能なパラメータが表示されている場合は、その調整ができる。例えば図２で示す例では、給湯温度表示部５１に表示される給湯温度や、目標ふろ温度表示部５３に表示される目標ふろ温度を調整できる。選択部４６の操作を通じて、後述する選択肢の選択等を行うことができる。

メニューボタン４８を操作すると、各種設定変更等を行う画面へ遷移するメニュー画面を表示部５に表示させることができる。

[深夜時間帯（割安時間帯）の沸き上げ動作]
深夜時間帯（割安時間帯）における沸き上げ運転の動作について説明する。沸き上げ動作は、あらかじめ決められた算出式にて沸き上げ目標温度を算出し、その温度が毎日変動することで沸き上げる熱量を変動させて使用者の使用状況に合わせたお湯を生成している。沸き上げを行う時間帯は、あらかじめユーザが契約している電力契約内容に基づき、設定されている。深夜時間帯の沸き上げ動作とは、他の時間帯よりも電気料金が安価な割安時間帯（例えば２３時～７時）で沸き上げ運転を実施する動作であり、他の時間帯よりも電気料金が安価な割安時間帯に貯湯タンク内の液体を所定の温度Ａに沸き上げる制御を割安時間帯沸き上げ制御と称するこの割安時間帯に沸き上げる液体(湯)の量は、過去の湯の使用量から所定の計算式若しくは学習制御に基づいて必要熱量を算出する。この必要熱量から湯の温度Ａ及び湯の量を計算で求める。

[太陽光発電指示手段、またはＨＥＭＳ指示による昼間時間帯の沸き上げ動作]
昼間時間帯における沸き上げ運転の動作について説明する。昼間沸き上げ動作は、あらかじめ太陽光発電指示手段、またはＨＥＭＳ（ＨｏｍｅＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）指示により昼間沸き上げを行うことが決められている場合に、深夜時間帯による沸き上げ分を減らして、本来深夜時間帯に沸き上げるべきだった熱量分を昼間時間帯にシフトして沸き上げ運転を実施する。具体的には、たとえば深夜時間帯で沸き上げる時間が１時～７時までの６時間だった場合に、半分の３時間を昼間時間帯に沸き上げるよう深夜時間帯の沸き上げを４時～７時とし、昼間時間帯の沸き上げ時間が１４時～１７時であれば、その時間帯で残りの３時間を沸き上げるよう制御する。太陽光発電指示手段は、太陽光発電により発電された電力によって前記貯湯タンク内の湯を沸き上げる指示をリモコン６により手動で行うものである。ＨＥＭＳ設定手段は、ＨＥＭＳコントローラからの指示により指示に従ったＨＥＭＳ昼間沸き上げを行うことを設定するものである。この場合、ＨＥＭＳ側は、翌日の気象情報から太陽光発電による電力を利用して給湯機が貯湯タンク内の湯を沸き上げる運転が可能と判断している。

[湯切れ防止機能による沸き上げ動作]
湯切れ防止機能による沸き上げ運転の動作について説明する。湯切れ防止は、ユーザがリモコン装置６から設定可能であり、貯湯タンク内の湯の温度が低下して、所定の温度Ａ以下になった場合に電気料金が安価な割安時間帯でなく太陽光により発電された電気ではない商用電力であっても、昼間時間帯に自動で沸き上げ運転を実施する。これにより、湯切れ状態を防止することができる。湯切れ防止機能は、入り切り設定可能である。また、貯湯タンク内の湯が減ってきた場合に、自動で沸き上げ運転を実施するとしてもよい。

［リモコン６による太陽光発電利用手動設定手順］
次に太陽光発電で発電された電力で貯湯タンク１２内の湯を沸き上げる運転を手動で設定する手順を図３を用いて説明する。図３はリモコン６（風呂リモコン及び台所リモコンがあるが、台所リモコンのほうが便利である。しかし、どちらの表示であってもよく両者で操作を可能としてもよい）の画面遷移である。

昼間沸き上げを実施するか否かを設定をする場合に表示部５に表示されるメニュー画面を図３(a)～(j)に示す。昼間沸き上げを実施するか否かを設定をする場合は、メニューボタン４８を操作して図３（a）～(j)に示すような設定画面を表示して操作すると、昼間沸き上げ運転を考慮した沸き上げ運転を実施する。

画面（ａ）で「太陽光発電を利用した沸上を設定しますか？」に対して「する」を選択すると画面（ｂ）に切り替わる。

画面（ｂ）にて、「当日」若しくは「翌日」を選択して設定完了した場合に一度だけ昼間沸き上げを実施して、本設定は解除される。これにより、ユーザが当日、あるいは翌日の天気から判断して設定することで太陽光発電を確実に利用できるようになる。

ここで、割安時間帯以外の時間帯に沸き上げる制御は、商用電力は割高である時間帯であるので、この給湯機が給電する電力系統内の太陽光発電が発電することが前提である。

なお、「毎日」を選択すると後述する設定時間になると毎日昼間沸き上げが実施される。

次に、昼間沸き上げの時間設定を説明する。画面（ｃ）にて設定可能時間帯の説明をし、「決定」を押すと、開始時刻を設定する画面（ｄ）が表示されて設定が終了すると、画面（ｅ）によって終了時刻を設定する。なお、設定しようとする時間帯が設定可能条件を満たしていない場合、設定できないようにしてもよいし、注意喚起を促す画面を表示してもよい。画面（ｆ）で時間設定確認（ここではバー表示で１０：００～１４:００）する。上述したように、太陽光発電指示手段の設定にて利用日の設定ができるが、当日や翌日の設定をした場合、正確な日にちがユーザに伝わりづらい場合があるため、設定の最後に昼間沸き上げを実施する日時をリモコン装置６に表示させてもよい。具体的には画面（ｇ）のような画面を表示してユーザに最終確認を促す。これにより、ユーザは給湯機と自身の認識が合っていることの確認ができる。

太陽光発電指示手段、またはＨＥＭＳ指示による昼間時間帯の沸き上げ動作を実施する際、深夜時間帯の沸き上げ熱量分を昼間時間帯にシフトして深夜時間帯の沸き上げを減らす動作を行うが、このとき深夜時間帯の沸き上げ終了時刻に、前記湯切れ防止機能が設定されている場合は、自動で湯切れ防止機能を「切」に自動設定する。これにより、深夜時間帯の沸き上げ熱量分が通常時に比べて減っているため、貯湯タンク内の熱量も少なく、湯切れ防止機能が作動する所定の温度Ａ以下になりやすい状態であり、意図せず湯切れ防止機能が作動してしまうことを防ぐことができる。その告知を行う画面が画面（ｈ）である。

太陽光発電指示手段による沸き上げまたはＨＥＭＳ指令による昼間沸き上げが終了した際、前記湯切れ防止機能を自動で元の設定に戻す（復帰させる）。これにより、元々のユーザが設定してあった湯切れ防止が、本昼間沸き上げ以外の部分では正常に動作することできる。

湯切れ防止機能を元に戻す際、リモコン装置６に画面（ｋ）に示すようなポップアップ画面を表示して報知する。これにより、湯切れ防止設定が自動で変更されてオンになってもユーザがその旨を知ることができる。

次に、画面（ｉ）にて改めて設定確認の案内を報知するかどうかの選択が行われる。「する」を選ぶと画面（ｌ）が１９：００に表示される。この表示は、太陽光発電指示手段の設定がされている場合のポップアップ画面である。本実施例では、設定がされていない場合に設定未済である場合も所定の時間（１９：００）に表示される（図示せず）。これにより、設定がされている場合は、その内容に問題ないか、変更する意思があるかを確認でき、設定がされていない場合は、翌日の昼間沸き上げをする場合に深夜時間帯になる前に設定することで翌日の昼間沸き上げを実施することが可能となる。報知時刻を１９：００としたのは、深夜時間帯の始まりが２３：００であり、４時間もあれば、設定や取り消しの操作が可能と考えられるからである。

この報知設定が終了すると画面（ｊ）にて太陽光発電を利用した沸き上げの設定（割安時間帯以外の時間帯に沸き上げ設定）が完了したことを通知される。

［太陽光発電を利用した沸き上げの制御］
前記太陽光発電指示手段、またはＨＥＭＳ指示による昼間時間帯の沸き上げ動作は、例えば、その日の１０:００に「翌日」１２：００～１４：００を設定した場合、「その日」の天気をみて（例えば、「その日」の１３：００頃に急に晴れ間が広がってきた等）、「その日」も昼間沸き上げ（太陽光発電を利用した沸き上げ）を少しでも実施したくなる。この場合、「その日」の昼間時間帯、例えば、１４：００～１６：００、に「当日」を選択することで昼間沸き上げを実施するができる。

これは、太陽光発電指示手段により非設定となっており、「その日」、天気が良好であるので太陽光発電による沸き上げを行いたい場合も同様である。

しかし、「その日」は、既に「その日」に利用する湯の全量分が前日から「その日」の深夜時間帯に沸き上がってしまっている。このため、貯湯タンク１２の中は朝に使用した分を除き、湯で満たされており「その日」はユーザが希望するほど太陽光発電を利用した湯を沸き上げることはできない。

そこで、「その日」の太陽光発電を利用した昼間沸き上げにおける沸き上げ目標温度を、「その日」の前日から「その日」の深夜時間帯（割安時間帯）で沸き上げた湯の温度（目標沸き上げ温度）である所定の温度Ａより高い目標温度Ｂに設定する。

すなわち、前記ユーザの使用状況によって変動する目標温度Ａとは別に、製品が実施可能な最高温度Ｂにて所定の時間分沸き上げ運転を行うことができる。これにより、貯湯タンク１２内の湯の全熱量よりも必要熱量が増えるので、さらなる沸き増しが可能になる。そして、すでに前日から「その日」の割安時間帯にて沸き上げ運転を実施されていた場合でも、当日の天気などをみて、「その日」に可能な限り昼間沸き上げを行いたいユーザに対して昼間沸き上げ運転を行うことが可能となる。

なお、温度Ｂで沸き上げる湯量であるが、太陽光によって発電された電気を可能な限り湯に変えたいユーザであるので、設定された時間中、温度Ｂの湯を作り続けてもよい。ただし、例えば、上から４番目の温度センサ３０ｄが温度Ｂになった時に沸き上げ運転を中止する等の中止条件を設ける必要がある。

また、温度Ｂを最高温度としたが、貯湯タンク１２内にある湯の熱量と、予めどの温度センサまで温度Ｂになったら沸き上げ運転を停止するかを決めておき、その時の必要熱量から差分熱量を計算し、設定された時間内において沸き上げることが可能な温度Ｂを演算で求めてもよい。

この昼間沸き上げ制御が行われる直前の貯湯タンク内の液体の温度が、所定の温度Ａとなっている場合に、昼間沸き上げ運転が行われる。これにより、あくまでも貯湯タンク内の残湯量を考慮して、すなわち、高温の湯が相当量残っている場合はそれ以上高温の湯を沸き上げることはできないので、まだ沸き上げる余地があると判断された場合にのみ沸き上げ運転を実施する。

ところで、「その日」の昼間沸き上げの設定しようとした時間が夕方近くの場合、太陽光による発電量が減少してしまい、まだ、深夜時間帯でもないため、割高な電気料金による沸き上げ運転となってしまう。

その判断を、所定の時間（例えば１６時）より前に設定がされれば、当日に所定の目標温度より高い温度（例えば最高温度）にて沸き上げを実施する。この場合、年間を通じて日が沈んでいない時刻を終了時刻とする（例えば１６：４５）。所定の時間より後に設定された場合は、「その日」の翌日の昼間時間帯に所定の目標温度にて昼間沸き上げを実施する（翌日の設定がない場合）。これにより、ユーザは深く考えなくても自動で適切に昼間沸き上げを行える日に昼間沸き上げ運転を実施することが可能となる。このときの設定は図３（ｂ）の代わりに図３（ｍ）に示すような画面でもよい。図３（ｍ）画面の「１回」を選択した場合に当日か翌日かを自動判別するような制御を行う。

以上、本実施例によれば、リモコン６で簡単に太陽光利用沸き上げを設定することができる。また、既に深夜時間帯に必要湯量の全量沸き上げが終了していた場合でも、ユーザの要求により、その日にさらなる太陽光発電による沸き上げが可能となる。

４・・・表示部（出力部）
５・・・操作部（入力部）
６・・・リモコン装置
６ａ・・・風呂リモコン
６ｂ・・・台所リモコン
１０・・・本体側制御基板
１１・・・給湯機
１２・・・貯湯タンク
１３・・・ヒートポンプユニット
１４・・・給湯熱交換器
１５・・・浴槽
１６・・・タンクユニット
１７・・・混合栓
１８・・・追いだき熱交換器
１９・・・水道管
２０・・・配管
２１・・・一般給湯回路
２８・・・給湯循環ポンプ
２９・・・給湯温度センサ
３１・・・流量調整弁
３３・・・発音部
４０・・・外気温度センサ
４１・・・水位センサ（入出浴検知部）

Claims

貯湯タンク内の湯が減ってきた場合に沸き上げ制御を行う湯切れ防止機能を備え、この湯切れ防止機能を入り切り設定可能な貯湯式給湯機であって、太陽光発電により発電された電気によって前記貯湯タンク内の湯を沸き上げる指示を手動で行う太陽光発電指示手段と、HEMSコントローラからの指示により指示に従ったHEMS昼間沸き上げを行うことを設定するHEMS設定手段とを有し、前記太陽光発電指示手段が操作された場合、または前記ＨＥＭＳ設定手段により設定した場合、前記湯切れ防止機能を「切」に設定する貯湯式給湯機。
前記太陽光発電指示手段による沸き上げまたは前記ＨＥＭＳ昼間沸き上げが終了した際、前記湯切れ防止機能を復帰させる請求項１に記載の貯湯式給湯機。
自動で復帰する際にポップアップで報知する請求項２に記載の貯湯式給湯機。