JP7433054B2 - 制御装置、制御装置を備えた給湯システムおよび制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、複数の給湯器を制御する制御装置、制御装置を備えた給湯システム、および制御方法に関する。

従来、複数の給湯機の合計電力のピーク値を抑制するために、複数の給湯機の運転計画を策定する管理システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された管理装置は、複数の給湯機の運転実績を取得し、複数の給湯機の運転時間の長さに関連する指標値を特定し、指標値に対応して複数の給湯機を複数のグループに分類し、各グループの給湯機の運転時期を決定する。特許文献１の管理装置は、運転計画を策定する際、給湯機の運転時間の長さの予測結果に加えて、早朝５時～７時などの特定時間帯における給湯需要の有無の予測を用いてグループ分けする。これにより、複数の給湯機の全体の消費電力を抑制しながら、特定時間帯に湯を利用する需要家において湯切れの発生が抑制される。

特開２０１７－１９８３７４号公報

特許文献１に開示された管理システムは、特定時間帯に湯を利用するグループに属しないグループの需要家が急な早朝の入浴などといった予測されていない湯の利用を行うと、湯切れが発生してしまうおそれがある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、予測されていない湯の利用があっても湯切れの発生を抑制する制御装置、制御装置を備えた給湯システム、および制御方法を得るものである。

本開示に係る制御装置は、複数の給湯機を制御する制御装置であって、前記複数の給湯機が２以上のグループに分類されたグループ編成の情報と、１日のうち、決められた時間帯である第１時間帯と、前記１日のうち、前記第１時間帯を除く時間の一部である第２時間帯とを記憶する記憶手段と、前記第１時間帯に、前記１日に前記複数の給湯機によって沸き上げられる全湯量のうち予め決められた部分湯量を沸き上げる部分沸き上げを前記２以上のグループのグループ毎に順に実行させる第１沸き上げ手段と、前記第１時間帯から前記部分沸き上げが実行される時間を除いた時間帯と、前記第２時間帯とにおいて、前記全湯量から前記部分湯量を除いた残り湯量を沸き上げる残量沸き上げを前記２以上のグループのグループ毎に順に実行させる第２沸き上げ手段と、を有するものである。

本開示に係る給湯システムは、上記の制御装置と、前記制御装置と通信接続される前記複数の給湯機と、を有するものである。

本開示に係る制御方法は、複数の給湯機を制御する制御方法であって、前記複数の給湯機が２以上のグループに分類されたグループ編成の情報と、１日のうち、決められた時間帯である第１時間帯と、前記１日のうち、前記第１時間帯を除く時間の一部である第２時間帯とを記憶するステップと、前記第１時間帯に、前記１日に前記複数の給湯機によって沸き上げられる全湯量のうち予め決められた部分湯量を沸き上げる部分沸き上げを前記２以上のグループのグループ毎に順に実行させるステップと、前記第１時間帯のうち、前記部分沸き上げが実行される時間を除いた時間帯と、前記第２時間帯とにおいて、前記全湯量から前記部分湯量を除いた残り湯量を沸き上げる残量沸き上げを前記２以上のグループのグループ毎に順に実行させるステップと、を有するものである。

本開示によれば、１日のうち、湯の沸き上げの時間帯として第１時間帯および第２時間帯が設けられ、全湯量のうち、部分湯量が第１時間帯にグループ毎に沸き上げられ、残り湯量が第２時間帯にグループ毎に沸き上げられる。全湯量が複数の時間帯に分散してグループ毎に沸き上げられることで、複数の給湯機の消費電力を抑えつつ、各グループの部分湯量の貯湯が第１時間帯に終了する。その結果、各給湯機において部分湯量が貯湯された後、どのグループのユーザも給湯機に溜められた湯を利用することができ、湯切れの発生を抑制することができる。

実施の形態１に係る給湯システムの一構成例を示すブロック図である。 図１に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 図２に示した制御装置の一構成例を示すハードウェア構成図である。 図２に示した制御装置の別の構成例を示すハードウェア構成図である。 図１に示した各給湯機の一構成例を示すブロック図である。 図５に示した給湯機制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 実施の形態１に係る制御装置の動作手順を示すフローチャートである。 比較例における、複数の給湯機の制御の一例を示す図である。 実施の形態１に係る制御装置による制御の一例を示す図である。 図８に示した比較例の場合において、建物の電力消費量と時間との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態１の制御装置による制御の場合において、建物の電力消費量と時間との関係の一例を示すグラフである。 実施の形態２に係る制御装置の制御の一例を示す図である。 実施の形態２に係る制御装置の動作手順を示すフローチャートである。

実施の形態１．
本実施の形態１の給湯システムの構成を説明する。図１は、実施の形態１に係る給湯システムの一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、給湯システム１は、複数の給湯機３－１～３－ｎと、給湯機３－１～３－ｎの湯沸かしのタイミングを制御する制御装置２とを有する。ｎは２以上の整数とする。複数の給湯機３－１～３－ｎは、集合住宅の建物に設置されている。集合住宅の複数の住宅のそれぞれに給湯機３－ｍ（ｍは１～ｎの任意の整数）が設置されている。

図１は、複数の給湯機３－１～３－ｎが、制御装置２によってグループＡ～Ｃの３つのグループに分類されていることを模式的に示している。給湯機３－１～３－ｉがグループＡに属し、給湯機３－（ｉ＋１）～３－ｊがグループＢに属し、給湯機３－（ｊ＋１）～３－ｎがグループＣに属している。ｉおよびｊは正の整数であり、例えば、１＜ｉ＜ｊ＋１、２＜ｊ＜ｎ－１の関係を満たす。

制御装置２と各給湯機３－ｍとは、信号線２０を介して通信接続される。制御装置２と各給湯機３－ｍとの通信接続手段は、有線の場合に限らず、無線であってもよい。複数の給湯機３－１～３－ｎの各給湯機３－ｍには、互いに異なる固有の識別子が予め割り当てられている。また、各給湯機３－ｍは制御装置２の識別子を記憶していてもよい。制御装置２と各給湯機３－ｍとは、データを送信する際、自機の識別子をデータに添付してデータを相手先に送信する。制御装置２と各給湯機３－ｍとは、図に示さないネットワークを介して通信を行ってもよい。ネットワークは、例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）である。

また、建物内の各住宅に、給湯機３－ｍを含む電気機器の稼働状況および電力使用量等を監視および記憶するＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）コントローラ（図示せず）が設けられていてよい。この場合、制御装置２は各住宅のＨＥＭＳコントローラと通信接続されてもよい。制御装置２がＨＥＭＳコントローラの機能を備えていてもよい。

次に、図１に示した制御装置２の構成を説明する。図２は、図１に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。制御装置２は、受信手段２１、記憶手段２２、分類手段２３、スケジュール決定手段２４、沸き上げ指示手段２５およびタイマー２６を有する。沸き上げ指示手段２５は、第１沸き上げ手段２５ａおよび第２沸き上げ手段２５ｂを有する。制御装置２は、マイクロコンピュータなどの演算装置がソフトウェアを実行することにより各種機能が実現される。また、制御装置２は、各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアで構成されてもよい。

記憶手段２２は、受信手段２１から受信する情報を記憶する。タイマー２６は、時間を計測し、計測する時間の情報を記憶手段２２、分類手段２３、スケジュール決定手段２４および沸き上げ指示手段２５の各手段に提供する。タイマー２６は、計測する時間を複数の給湯機３－１～３－ｎにも提供してもよい。タイマー２６が計測する時間は、１日を２４時間としたときの時刻を意味する。時間は、例えば、１７時３０分のように表わされる。

受信手段２１は、複数の給湯機３－１～３－ｎから各種データを受信し、受信したデータを記憶手段２２に記憶させる。受信手段２１は、例えば、複数の給湯機３－１～３－ｎから給湯機３－ｍ毎に１日に沸き上げられる必要湯量の情報を時系列で受信する。必要湯量は、過去に発生した熱負荷の履歴の学習によって算出される予測湯量であってもよく、実際に使用された湯量の値である実績湯量であってもよい。必要湯量が実績湯量の場合、必要湯量は、例えば、１週間などの一定期間の実績湯量の平均値である。受信手段２１は、各給湯機３－ｍから受信する必要湯量の情報を記憶手段２２に記憶させる。また、受信手段２１は、建物内の各住宅に設置された、給湯機３－ｍを含む電気機器の消費電力をＨＥＭＳコントローラから時系列で受信してもよい。受信手段２１は、各住宅から受信する消費電力の情報を記憶手段２２に記憶させる。

スケジュール決定手段２４は、１日に複数の給湯機３－１～３－ｎによって沸き上げられる全湯量を記憶手段２２から読み出し、全湯量のうち、使用量が最大となる時間帯の後の時間帯である第１時間帯を決定する。１日のうち、湯の使用量が最大となる時間帯は、夕方から夜にかけて、各住宅において、夕食の準備および夕食の片付けと、入浴とが行われる時間帯である。例えば、湯の使用量が最大となる時間帯は１７時～２３時である。第１時間帯は、例えば、始期が２２時～２３時の間であり、終期が翌日の６時～７時の間である夜間時間帯である。電力会社の中には、この夜間時間帯の電力料金の単価を他の時間帯に比べて安い料金に設定している会社がある。この場合、夜間時間帯に複数の給湯機３－１～３－ｎが沸き上げ動作を行えば、沸き上げ動作にかかる電力料金が安い料金で計算されるという利点がある。

本実施の形態１においては、スケジュール決定手段２４が、複数の給湯機３－１～３－ｎによって沸き上げられる全湯量の情報を基に第１時間帯を決定する場合で説明するが、記憶手段２２が第１時間帯を記憶していてもよい。例えば、第１時間帯は、制御装置２を操作する管理者によって決められてもよい。複数の給湯機３－１～３－ｍが設置される建物の立地環境および各住宅の住民の生活スタイルなどによって、建物全体として給湯負荷が最大になる時間帯が異なるからである。例えば、複数の給湯機３－１～３－ｍを使用する住民の多くが深夜に働く夜勤者である場合、給湯負荷が最大になる時間帯は午前中になる。そのため、第１時間帯は、夜間時間帯に限定されない。

また、スケジュール決定手段２４は、１日のうち、第１時間帯を除く時間の一部である第２時間帯を決定する。スケジュール決定手段２４は、建物の消費電力が時系列に記録された情報を記憶手段２２から読み出し、読み出した情報に基づいて、１日のうち、建物の電力消費量Ｗｂが平均値Ｗａｖよりも小さい時間帯を第２時間帯に決定する。第２時間帯は、例えば、１２時～１７時の時間帯である。このように電力消費量が平均値よりも小さい時間帯は、１日のうちで電力が最大となる電力ピークが発生しないオフピーク時間と呼ばれている。

分類手段２３は、複数の給湯機３－１～３－ｎを２以上のグループに分類する。分類手段２３は、複数の給湯機３－１～３－ｎが２以上のグループに分類されたグループ編成の情報を記憶手段２２に記憶させる。本実施の形態１においては、給湯機３－１～３－ｎが３つのグループに分類される場合で説明する。３つのグループをグループＡ～Ｃとする。

また、分類手段２３は、第２時間帯の後であって、第１時間帯の開始前に、複数の給湯機３－１～３－ｎを３つのグループに再編成する。例えば、分類手段２３は、記憶手段２２が記憶する給湯機３－ｍ毎の１日に沸き上げられる湯量の情報に基づいて、複数の給湯機３－１～３－ｎを３つのグループに再編成する。

第１沸き上げ手段２５ａは、第１時間帯に、全湯量のうち予め決められた部分湯量を沸き上げる部分沸き上げを３つのグループのグループ毎に順に実行させる。全湯量は１つの住宅において、例えば、５００リットルである。部分湯量は、夕方以降の集中的な熱負荷の熱負荷に必要な湯量である。部分湯量は、例えば、１つの住宅において、家族が少なくとも１回の入浴に必要な湯量である。部分湯量は、例えば、浴槽に溜められる分の２００リットルとシャワーで使用される１００リットルとを合わせた３００リットルである。

第２沸き上げ手段２５ｂは、第１時間帯のうち、部分沸き上げが実行される時間を除いた時間帯と、前記第２時間帯とにおいて、全湯量から部分湯量を除いた残り湯量を沸き上げる残量沸き上げを３つのグループのグループ毎に順に実行させる。第１沸き上げ手段２５ａおよび第２沸き上げ手段２５ｂは、複数の給湯機３－１～３－ｎのうち、沸き上げ指示の対象となるグループに属する給湯機３－ｍに対して、沸き上げの開始を指示する旨の動作開始信号を送信する。

ここで、図２に示した制御装置２のハードウェアの一例を説明する。図３は、図２に示した制御装置の一構成例を示すハードウェア構成図である。制御装置２の各種機能がハードウェアで実行される場合、図２に示した受信手段２１、記憶手段２２、分類手段２３、スケジュール決定手段２４、沸き上げ指示手段２５およびタイマー２６の各手段の機能は、図３に示す処理回路７０により実現される。

各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路７０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものに該当する。受信手段２１、記憶手段２２、分類手段２３、スケジュール決定手段２４、沸き上げ指示手段２５およびタイマー２６の各手段の機能を個別の処理回路７０で実現してもよく、これらの手段の機能を１つの処理回路７０で実現してもよい。

また、図２に示した制御装置２の別のハードウェアの一例を説明する。図４は、図２に示した制御装置の別の構成例を示すハードウェア構成図である。制御装置２の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図２に示した制御装置２は、図４に示すように、プロセッサ７１およびメモリ７２で構成される。受信手段２１、記憶手段２２、分類手段２３、スケジュール決定手段２４、沸き上げ指示手段２５およびタイマー２６の各手段の機能は、プロセッサ７１およびメモリ７２により実現される。図４は、プロセッサ７１およびメモリ７２が互いに通信可能に接続されることを示している。記憶手段２２はメモリ７２に相当する。

各機能がソフトウェアで実行される場合、図２に示した制御装置２の各手段の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ７２に格納される。プロセッサ７１は、メモリ７２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各手段の機能を実現する。

メモリ７２として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）およびＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等の不揮発性の半導体メモリが用いられる。また、メモリ７２として、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）の揮発性の半導体メモリが用いられてもよい。さらに、メモリ７２として、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。

次に、図１に示した給湯機３－１～３－ｎの構成を説明する。給湯機３－１～３－ｎは同一の構成であるため、ここでは、任意の給湯機３－ｍの構成を説明する。図５は、図１に示した各給湯機の一構成例を示すブロック図である。

給湯機３－ｍは、沸かした湯を貯めるタンク１０を有する貯湯式給湯機である。給湯機３－ｍは、タンク１０と、タンク１０内の湯水を加熱する沸き上げ手段３０と、沸き上げ手段３０を制御する給湯機制御装置１００と、タンク１０内の湯水を給湯または追焚きなどの熱負荷に供給する需要端末（図示せず）とを有する。また、需要端末（図示せず）に至る回路に温度センサおよび流量センサを設けられている。給湯機制御装置１００は、これらのセンサの検出値に基づいて各給湯機３－ｍのユーザが必要とする熱負荷を学習し、学習結果に対応してタンク１０内に維持する蓄熱量を演算する。学習される熱負荷としては、１日における合計の熱負荷である合計熱負荷、および入浴などの集中的な熱負荷がある。以下に、給湯機３－ｍの構成を詳しく説明する。

給湯機３－ｍは、タンク１０、沸き上げ手段３０および給湯機制御装置１００の他に、沸き上げポンプ３１、追焚きポンプ３２、浴槽ポンプ３３、湯栓温調弁４１、中高温混合弁４２、熱交換回路切替弁４３および追焚き熱交換器５を有する。また、給湯機３－ｍは、沸き上げ往き配管３０１ａ、沸き上げ戻り配管３０１ｂ、給水配管３０２、高温導出配管３０３ａ、中間導出配管３０３ｂ、温調配管３０４および湯栓配管３０５を有する。さらに、給湯機３－ｍは、浴槽往き配管３０６ａ、浴槽戻り配管３０６ｂ、追焚き往き配管３０７ａ、追焚き戻り配管３０７ｂおよび排熱回収用配管３０７ｃを有する。

タンク１０には、湯水が溜められる縦長のタンクである。沸き上げ手段３０は、タンク１０内の水を沸き上げる。沸き上げ手段３０は、例えば、ヒートポンプを用いて構成される。また、沸き上げ手段３０は、例えば、容量を変えることができるインバータ圧縮機（図示せず）を備え、沸き上げ能力を可変に設定できるように構成される。また、ヒートポンプに用いられる冷媒は、高温出湯に適したＣＯ_２でもよいが、運転効率を高めるために、冷媒の超臨界状態を用いない冷媒、例えば、一般的なフロン系冷媒、プロパンまたはイソブタン等の冷媒でもよい。

湯栓温調弁４１は、タンク１０内の温水と、市水等の冷水とを混合し、シャワー等の湯栓から直接放出する給湯負荷に供給する湯の温度を調節する。中高温混合弁４２は、タンク上部および中間部の一方からの水、または、湯と冷水とを混合した水を、湯栓温調弁４１の高温側ポートに送る。追焚き熱交換器５は、浴槽６内の浴槽水を加熱する追焚きのときにタンク上部の高温水と浴槽６の湯とを熱交換する。浴槽６には、入浴用の、例えば、約４０℃の湯が溜められる。熱交換回路切替弁４３は、タンク１０から追焚き熱交換器５に送る水のタンク１０からの出口をタンク１０の上部または下部に切り替える。

沸き上げ往き配管３０１ａは、タンク下部の水を沸き上げ手段３０に導く。沸き上げ戻り配管３０１ｂは、沸き上げ手段３０で沸き上げられた湯をタンク上部に導く。沸き上げ往き配管３０１ａおよび沸き上げ戻り配管３０１ｂは、沸き上げ手段３０および沸き上げポンプ３１と共に、水を沸き上げ温度まで加熱して湯にし、湯をタンク１０内に貯留する沸き上げ回路２００を構成する。

給水配管３０２は、タンク下部に市水等の冷水を導く。高温導出配管３０３ａは、タンク上部から高温水を導出して中高温混合弁４２に導く。中間導出配管３０３ｂは、タンク１０の中間部から温水を導出して中高温混合弁４２に導く。温調配管３０４は、給水配管３０２から分岐して湯栓温調弁４１に低温水を導く。湯栓配管３０５は、湯栓温調弁４１にて温調された湯を、使用される湯栓に導く。

浴槽戻り配管３０６ｂは、浴槽６内の水を追焚き熱交換器５に導く。浴槽往き配管３０６ａは、追焚き熱交換器５で昇温された湯を浴槽６に導く。追焚き往き配管３０７ａは、タンク上部の高温水を追焚き熱交換器５に導く。追焚き戻り配管３０７ｂは、追焚き熱交換器５で浴槽６からの水と熱交換して冷めた湯をタンク１０の中間導出配管３０３ｂより高い位置に導く。

排熱回収用配管３０７ｃは、浴槽６の排熱をタンク１０に回収する際に、タンク下部から低温水を導出して熱交換回路切替弁４３に導く。排熱回収用配管３０７ｃは、熱交換回路切替弁４３と共に、浴槽６の排熱をタンク１０内に回収する排熱回収回路３００を構成している。沸き上げポンプ３１は、比較的低温な湯が流通する沸き上げ往き配管３０１ａの途中に接続される。追焚きポンプ３２は、比較的低温な湯が流通する追焚き戻り配管３０７ｂの途中に接続される。浴槽ポンプ３３は、比較的低温な湯が流通する浴槽戻り配管３０６ｂの途中に接続される。

沸き上げ手段３０、沸き上げポンプ３１、追焚きポンプ３２、浴槽ポンプ３３、湯栓温調弁４１および中高温混合弁４２は、給湯機制御装置１００によって制御される。また、タンク１０には、タンク１０の高さ方向に等間隔に、貯湯温度センサ５０１ａ～貯湯温度センサ５０１ｆが設けられている。貯湯温度センサ５０１ａ～貯湯温度センサ５０１ｆの間隔は等間隔でなくてもよい。

沸き上げ戻り配管３０１ｂには、沸き上げ手段３０によって沸き上げられた水の温度を検出する沸き上げ温度センサ５０２が設けられている。給水配管３０２には、給水温度を検出する給水温度センサ５０４が設けられている。タンク上部には、タンク上部から導出される高温水の温度を検出する上部導出温度センサ５０３ａが設けられている。

給湯用中間導出部には、タンク中間部から給湯用に導出される温水の温度を検出する中間導出温度センサ５０３ｂが設けられている。湯栓配管３０５には、湯栓に供給される湯温を検出する湯栓温度センサ５０５が設けられている。浴槽往き配管３０６ａは、追焚き熱交換器５から浴槽６に流れ込む浴槽往き温度を検出する浴槽往き温度センサ５０６ａが設けられている。浴槽戻り配管３０６ｂには、浴槽６から追焚き熱交換器５に流れ込む浴槽戻り温度を検出する浴槽戻り温度センサ５０６ｂが設けられている。

追焚き戻り配管３０７ｂには、追焚き熱交換器５からタンク１０に戻る湯の温度を検出する追焚き戻り温度センサ５０７が設けられている。湯栓配管３０５には、負荷側で使用される湯量を検出する湯栓流量センサ６０１が設けられている。

なお、図５は、貯湯温度センサの個数が６個の場合を示しているが、貯湯温度センサの数は６個に限らない。タンク１０の内部の温度分布を測るのに充分な数の温度センサを設ければよい。また、浴槽戻り温度センサ５０６ｂは、定期的に浴槽ポンプ３３を運転させることにより、浴槽６内の浴槽水を浴槽戻り配管３０６ｂに通過させて浴槽温度を検出する手段として利用してもよい。

図６は、図５に示した給湯機制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。給湯機制御装置１００は、給湯機３－ｍ全体を統括制御するものである。図６に示すように、給湯機制御装置１００は、目標温度設定手段１０１、ポンプ制御手段１０２、弁制御手段１０３、沸き上げ制御手段１０４、蓄熱量算出手段１０５および必要熱量予測手段１０６を有する。

給湯機制御装置１００には、図２に示したタイマー２６から時間の情報が入力される。また、給湯機制御装置１００は、貯湯温度センサ５０１ａ～貯湯温度センサ５０１ｆ、沸き上げ温度センサ５０２、上部導出温度センサ５０３ａおよび中間導出温度センサ５０３ｂの各センサと信号線（図示せず）を介して接続される。給湯機制御装置１００は、給水温度センサ５０４、湯栓温度センサ５０５、浴槽戻り温度センサ５０６ｂ、追焚き戻り温度センサ５０７および湯栓流量センサ６０１の各センサと信号線（図示せず）を介して接続される。

給湯機制御装置１００には、これらの各センサから信号線（図示せず）を介して検出値が入力される。給湯機制御装置１００は、各センサから入力される検出値に基づいて、沸き上げ手段３０、沸き上げポンプ３１、追焚きポンプ３２、浴槽ポンプ３３、湯栓温調弁４１、中高温混合弁４２および熱交換回路切替弁４３を制御する。給湯機制御装置１００と各センサとの通信手段は、有線に限らず、無線であってもよい。

給湯機制御装置１００は、マイクロコンピュータなどの演算装置がソフトウェアを実行することにより各種機能が実現される。給湯機制御装置１００は、例えば、マイクロプロセッサユニットを有する構成である。給湯機制御装置１００の構成は、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有する構成に限定されない。給湯機制御装置１００は、図３および図４を参照して説明した構成であってもよい。また、給湯機制御装置１００の各種手段はファームウェアなど更新できる構成であってもよい。さらに、給湯機制御装置１００は、プログラムモジュールであり、図示しないＣＰＵ等など他の制御装置の指令にしたがって、各種機能を実行する構成であってもよい。

目標温度設定手段１０１は、主にユーザによるマニュアル操作によって入力される設定温度に対応して、湯栓からの給湯にてシャワーの湯の温度、浴槽６に供給する湯の温度および浴槽６を温調する際の目標浴槽温度を設定する。ポンプ制御手段１０２は、沸き上げポンプ３１、追焚きポンプ３２および浴槽ポンプ３３の回転数を制御し、ポンプ循環量を調節する。ポンプ制御手段１０２は、制御装置２から動作開始信号を受信すると、沸き上げポンプ３１を起動する。また、ポンプ制御手段１０２は、貯湯温度センサ５０１ａ～５０１ｆの検出値によってタンク１０に溜まる湯が目標湯量に到達すると、沸き上げポンプ３１を停止し、終了信号を制御装置２に送信する。部分沸き上げの場合の目標湯量は、必要熱量予測手段１０６によって算出される。部分沸き上げの場合の目標湯量は、例えば、タンク１０の全容量の約６割の湯量である。残量沸き上げの場合の目標湯量は、例えば、タンク１０の全容量である。

弁制御手段１０３は、目標温度設定手段１０１で設定された目標温度に基づいて、湯栓温調弁４１から流出する湯が目標温度に近づくように湯栓温調弁４１の動作を制御する。また弁制御手段１０３は、中高温混合弁４２から湯栓温調弁４１の高温側ポートに送る水温が給湯用目標温度以上となるように、中高温混合弁４２の動作を制御する。沸き上げ制御手段１０４は、予測される追焚き用必要熱量に対してタンク１０内の蓄熱量が不足しないように沸き上げ手段３０の運転を制御する。蓄熱量算出手段１０５は、給湯に有効な蓄熱量の算出と、追焚きに有効な蓄熱量の算出とを行う。以下に、各値の算出方法について順に説明する。

［給湯に有効な蓄熱量の算出］
蓄熱量算出手段１０５は、貯湯温度センサ５０１ａ～５０１ｆの情報に基づいてタンク１０内の湯の有する蓄熱量の内で、給湯に有効な蓄熱量を算出する。給湯においては、タンク１０内の湯の有する熱エネルギーを、混合によって市水に与える。このため、給湯に有効な熱エネルギーのゼロ点は、市水の給水温度である。ここで、ゼロ点とは、給湯エネルギー基準温度である。したがって、給水温度を熱エネルギーのゼロ点としてタンク容積に関して積分することにより、給湯に有効な蓄熱量が算出される。また、給湯に有効な所定の温度、例えば、４５℃以上の湯の領域に関してのみ積分して、給湯に有効な蓄熱量を算出してもよい。また、給湯に用いる湯を、給湯用中間導出部より下の領域から主に導出する場合、給湯用中間導出部より下の領域にて給湯に有効な蓄熱量を算出してもよい。

［追焚きに有効な蓄熱量の算出］
蓄熱量算出手段１０５は、貯湯温度センサ５０１ａ～５０１ｆの情報、および、目標温度設定手段１０１で設定された目標温度に基づいて、タンク１０内の湯の有する蓄熱量の内で、追焚きに有効な蓄熱量を算出する。追焚きにおいて追焚き熱交換器５に送られた高温水は、追焚き熱交換器５にて浴槽系統に熱を供給して温度が低下し、追焚き戻り配管３０７ｂからタンク１０に戻される。したがって、タンク１０内の湯の有する熱エネルギーの内、追焚きにおいて有効に利用される熱エネルギーは、貯湯温度から追焚き戻り温度を減算した部分である。つまり、追焚き戻り温度センサ５０７で検出された追焚き戻り温度を、熱エネルギーの基準温度としてタンク容積に関して積分することにより、追焚きに有効な蓄熱量が求められる。

なお、ここでは、タンク容積に関して積分するとしたが、給湯用中間導出部より上の領域の容積に関して積分するようにしてもよい。また、追焚き戻り温度は、追焚き戻り温度センサ５０７で検出するとしたが、追焚き戻り温度センサ５０７を設けずに、導出温度、浴槽戻り温度、追焚きポンプ回転数、または、浴槽ポンプ回転数等から推定してもよい。例えば、目標温度設定手段１０１からの情報と、浴槽戻り温度センサ５０６ｂの情報とに基づいて追焚き戻り温度を予測してもよい。さらに、浴槽温度を目標浴槽温度で一定と仮定し、その浴槽温度に、追焚き熱交換器５の性能に依存した設定値を加えた温度を追焚き戻り温度としてもよい。また、浴槽温度を、現在の浴槽温度と目標浴槽温度との平均値で一定と仮定し、その浴槽温度に、追焚き熱交換器５の性能に依存した設定値を加えた温度を追焚き戻り温度としてもよい。

必要熱量予測手段１０６は、給湯負荷に対して湯切れを回避するために必要な蓄熱量である湯切れ回避用必要熱量の予測と、追焚きに必要な蓄熱量である追焚き用必要熱量の予測とを行う。以下に、それぞれの予測方法について順に説明する。

［湯切れ回避用必要熱量の予測］
必要熱量予測手段１０６は、（ａ－１）ユーザの過去の給湯負荷の実績に基づいて湯切れ回避用必要熱量を予測する、または（ｂ－１）予め決められた設計値に湯切れ回避用必要熱量を設定する。

（ａ－１）ユーザの過去の給湯負荷実績から湯切れ回避用必要熱量を予測する場合
必要熱量予測手段１０６は、タイマー２６、湯栓温度センサ５０５、および湯栓流量センサ６０１から受信する情報に基づいて、一定の時間間隔で給湯負荷実績を日々学習する。一定の時間間隔とは、例えば、６分である。必要熱量予測手段１０６は、６分ごとの負荷を、１日分である２４０区間分、学習する。そして、必要熱量予測手段１０６は、学習した給湯負荷実績を用いて、給湯機３－ｍの沸き上げ能力による、後述の同時運転を考慮して、湯切れ回避用必要熱量を予測する。同時運転とは、沸き上げ手段３０による「沸き上げ」を行っている最中に、給湯または追焚き等のユーザによる「熱負荷」が発生する状況である。

具体的には、湯切れ回避用必要熱量は、「２４０区間のうちのＸ区間からＹ区間までの間における合計給湯負荷」から「Ｘ区間からＹ区間までの間において沸き上げ手段３０により沸き上げ可能な熱量」を減算することによって求められる。例えば、ユーザによる集中的な湯の使用、具体的には湯張りとシャワー２回とが、第１区間から第１０区間の１時間で行われたという学習結果があったとする。この場合、湯切れ回避用必要熱量は、「湯張り＋シャワー２回」分の熱量Ｑ１から、「沸き上げ手段３０が１時間で沸き上げ可能な熱量Ｑ２」を減算した値Ｑ３である。つまり、湯切れを回避するためにタンク１０に蓄えておく必要のある熱量は、熱量Ｑ３である。タンク１０内の熱量がＱ３を下回った瞬間に、沸き上げ手段３０にて沸き上げを開始することで、湯切れを回避できる。

また、「湯張り＋シャワー２回」分の熱量Ｑ１そのものをタンク１０内に蓄えておくことでも、湯切れを回避できるため、必要熱量予測手段１０６は、熱量Ｑ１そのものを湯切れ回避用必要熱量として求めてもよい。また、２４０区間のうち、熱量Ｑ１が最大となる区間帯を特定し、特定された区間帯において湯切れを回避できる湯切れ回避用必要熱量として予測することで、信頼性の高いシステムを構築できる。

（ｂ－１）所定の設計値に基づいて湯切れ回避用必要熱量を設定する場合
必要熱量予測手段１０６は、湯切れ回避用必要熱量について、多量の給湯負荷が予測される時間帯、例えば、１７時～２３時の時間帯で大きくなるように設計し、それ以外の時間帯で小さくなるように設計する。大きく設計される場合の湯切れ回避用必要熱量は、例えば、３００リットルを４２℃にするための熱量である。小さく設計される場合の湯切れ回避用必要熱量は、例えば、５０リットルを４２℃にするための熱量である。

必要熱量予測手段１０６は、（ａ－１）および（ｂ－１）の予測熱量を基にユーザが必要とする湯量である必要湯量を算出する。必要熱量予測手段１０６は、必要湯量の情報を含む給湯負荷学習値を制御装置２に送信する。

［追焚き用必要熱量の予測］
必要熱量予測手段１０６は、（ａ－２）現在の浴槽６の温度および湯量のうちの一方もしくは両方と、または（ｂ－２）ユーザの過去の追焚き実績とに基づいて追焚き用必要熱量を予測する。

（ａ－２）現在の浴槽６の温度および湯量のうちの一方または両方の情報に基づいて追焚き用必要熱量を予測する場合
必要熱量予測手段１０６は、現在の浴槽６の温度および湯量のうちの一方または両方の情報に基づいて追焚き負荷を算出し、追焚き負荷そのものを追焚き用必要熱量とする。追焚き負荷は、浴槽６の温度を現時点の温度から目標浴槽温度まで上昇させるのに必要な熱量である。よって、追焚き負荷は、浴槽６の湯量に、目標浴槽温度と現時点の浴槽温度との差と、密度と、比熱とを積算することで算出される。例えば、目標浴槽温度を４０℃とし、浴槽温度を３０℃とすると、密度を１ｋｇ／Ｌとし、比熱を１ｋｃａｌ／ｇ℃とすれば、追い焚き負荷が算出される。

追焚き負荷を算出する際の浴槽６の湯量は、例えば、２００リットル等の予め決められた値であってもよく、ユーザによってリモートコントローラ（図示せず）を介して設定された値であってもよい。また、湯栓配管３０５に流量計を設置し、流量の積算値を浴槽６の湯量としてもよい。また、給湯機３－ｍにおいて、例えば、浴槽戻り配管３０６ｂ内に圧力センサ等の水位検出手段が設けられ、水位から浴槽６の湯量を求めてもよい。すなわち、必要熱量予測手段１０６は、タンク１０から浴槽６への積算流量と水位との相関を初期学習し、水位検出手段で検出された水位と学習結果とから浴槽６の湯量を求めてもよい。

（ｂ－２）ユーザの過去の追焚き実績から追焚き用必要熱量を予測する場合
必要熱量予測手段１０６は、追焚き負荷実績を、日々学習する。必要熱量予測手段１０６は、学習結果の過去の一定期間内の追焚き負荷の最大値または平均値を用いて、当日予測される追焚き負荷を予測し、予測した追焚き負荷そのものを追焚き用必要熱量とする。追焚き負荷の学習では、必要熱量予測手段１０６は、具体的には、浴槽６の湯量と、追焚きの開始時と終了時との温度差とを学習する。また、必要熱量予測手段１０６は、浴槽戻り配管３０６ｂまたは浴槽往き配管３０６ａを循環する流量と、追焚き熱交換器５の浴槽６側の系統の出入り口の温度差と、を学習してもよい。必要熱量予測手段１０６は、浴槽戻り配管３０６ｂまたは浴槽往き配管３０６ａを循環する流量について、流量計で直接的に算出してもよく、追焚きポンプ３２への制御信号から間接的に算出してもよい。また、必要熱量予測手段１０６は、予測した追焚き負荷から、追焚き中に沸き上げ手段３０が沸き上げ可能な熱量を減算した値を、追焚き用必要熱量としてもよい。

次に、給湯機３－ｍの動作を、図５および図６を参照して説明する。ここでは、沸き上げ動作、湯張り動作および追い焚き動作の３つの動作に分けて説明する。
[沸き上げ動作]
タンク１０に、タンク下部から給水配管３０２を通じて冷水が注入され、冷水が溜められる。タンク下部の水が沸き上げポンプ３１によって沸き上げ往き配管３０１ａを通して沸き上げ手段３０に送られる。沸き上げ手段３０は水を沸き上げて湯を生成する。湯は沸き上げ戻り配管３０１ｂを通じてタンク上部に戻される。

[給湯動作]
タンク１０に溜められた湯水は、湯が使用される負荷側の要求に応じて、高温導出配管３０３ａおよび中間導出配管３０３ｂから流出し、湯栓温調弁４１の高温側ポートに送られる。湯栓温調弁４１は、給水配管３０２から分岐させた温調配管３０４を通じて水を導き、タンク１０から導いた湯と混合させて適温とし、湯栓配管３０５を通じて蛇口、シャワー、または浴槽６等の負荷側へ供給する。本実施の形態１では、給湯時に、タンク中間部からの給湯を優先的に行うため、湯栓温調弁４１の高温側ポートには、タンク中間部の湯が優先して送られる。これは、タンク上部領域に、追焚き用の高温水を優先的に残すためである。ここで、タンク上部領域とは、タンク１０の中間導出配管３０３ｂから上方の領域を指す。

［湯張り動作］
浴槽６に湯を張る湯張り動作は、基本的には湯栓出湯動作と同様である。ユーザから湯張り指示が給湯機制御装置１００に入力されると、タンク１０内に溜められた湯水は、高温導出配管３０３ａおよび中間導出配管３０３ｂから流出し、湯栓温調弁４１の高温側ポートに送られる。湯栓温調弁４１は、浴槽往き温度センサ５０６ａで検出される温度が、ユーザが設定した目標浴槽温度となるように、温調配管３０４から導いた水とタンク１０から導いた湯とを混合させる。湯栓温調弁４１で温度調整された湯は、湯栓配管３０５を通じて浴槽６に供給される。そして、浴槽６に溜まった湯量が、ユーザが設定した湯張り量に達した場合、ふろ給湯用電磁弁（図示せず）が閉じられて湯張り動作が終了する。

[追焚き動作]
追焚きでは、浴槽６に残る浴槽水を目標浴槽温度まで上昇させる。追焚きは、ユーザの操作により強制的に、または自動的に開始される。自動的に追焚きを開始する場合とは、例えば、浴槽戻り温度センサ５０６ｂによって定期的に検出される浴槽温度が、目標浴槽温度よりも所定量以上、低くなったときが該当する。

追焚きが開始されると、タンク１０に溜められた湯が、追焚き往き配管３０７ａを通って、追焚き熱交換器５に送られる。ここで、本実施の形態１では、追焚き時に、タンク上部の高温水を優先して使用する。このため、熱交換回路切替弁４３がタンク上部側に切り替えられ、タンク上部の高温水が追焚き熱交換器５に送られる。またこのタイミングと概ね同時に、浴槽６に溜められた湯が、浴槽戻り配管３０６ｂを通って追焚き熱交換器５に導かれる。

追焚き熱交換器５で浴槽系統へ熱を与えて温度の低下したタンク系統の湯は、追焚き戻り配管３０７ｂを通ってタンク１０に戻る。また、追焚き熱交換器５で熱を受け取って温度の上昇した浴槽系統の湯は、浴槽往き配管３０６ａを通って浴槽６に戻る。追焚きの終了は、ユーザの操作により強制的にあるいは自動的に行われる。自動的に追焚きを終了する場合とは、浴槽戻り温度センサ５０６ｂによって検出される浴槽温度が、目標浴槽温度よりも所定量以上大きくなったときが該当する。

次に、図２に示した制御装置２の動作を説明する。図７は、実施の形態１に係る制御装置の動作手順を示すフローチャートである。制御装置２は図７に示すフローを一定の周期で実行する。ここでは、第１時間帯は、２３時から翌日の７時までの夜間時間帯の場合で説明する。第２時間帯は、１２時から１７時までのオフピーク時間帯の場合で説明する。

分類手段２３は、現在の時間ｔがグループ再編の時間であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。グループ再編の時間である場合、分類手段２３は、複数の給湯機３－１～３－ｎを３つのグループに再編成する（ステップＳ１０２）。例えば、分類手段２３は、夕方以降の入浴などに発生する集中的な熱負荷の学習結果による給湯負荷学習値に基づいて、集中的な熱負荷に必要な沸き上げが全住宅で夜間時間帯に完了するように、給湯機３－１～３－ｎをグループＡ～Ｃの３つに分類する。この場合、どのグループに急に朝に入浴を行うユーザがいても、集中的な熱負荷に必要な沸き上げが３つのグループにおいて夜間時間帯に行われているので、湯切れが発生しない。

ステップＳ１０２において、分類手段２３は、例えば、夜間に他の電気機器で使用される消費電力を考慮して沸き上げに使用できる電力制限値を決める。続いて、分類手段２３は、電力制限値を超えないように１つのグループに属する給湯機の制限数を決める。そして、分類手段２３は、部分沸き上げに要する時間が近似する給湯機を優先的に同じグループに分類し、部分沸き上げに要する時間が長いグループから順に部分沸き上げを実行させるように順番を設定する。このようにして、部分沸き上げを実行するグループの給湯機の数とグループの順番が決まることで、各グループに割り当てられる沸き上げ時間が概ね決まり、各グループの沸き上げ開始時刻も決まる。

分類手段２３は、再編成した３つのグループの編成の情報を記憶手段２２に記憶させる。続いて、スケジュール決定手段２４は、夜間時間帯における各グループに対する部分沸き上げの開始時刻を決定する（ステップＳ１０３）。スケジュール決定手段２４は、各グループの部分沸き上げ開始時刻の情報を記憶手段２２に記憶させる。例えば、スケジュール決定手段２４は、グループＡの部分沸き上げ開始時刻を決定し、グループＢの部分沸き上げ開始時刻をグループＡの部分沸き上げ終了時刻に決定し、グループＣの部分沸き上げ開始時刻をグループＢの部分沸き上げ終了時刻に決定する。ここでは、部分沸き上げおよび残量沸き上げのそれぞれの動作に関して、記憶手段２２が、沸き上げの順番として、グループＡ、グループＢおよびグループＣの順番を記憶している。この沸き上げの順番は更新されてもよい。

この段階においては、スケジュール決定手段２４は、グループＡおよびＢのそれぞれの部分沸き上げ終了時刻の正確な時刻を知ることができない。そのため、スケジュール決定手段２４は、過去の履歴データに基づいて、グループＡおよびＢのそれぞれの部分沸き上げ終了時刻を予測し、予測した時刻を記憶手段２２に記憶させる。

一方、ステップＳ１０１の判定の結果、現在の時間ｔがグループ再編の時間でない場合、制御装置２はステップＳ１０４の処理に進む。第１沸き上げ手段２５ａは、記憶手段２２が記憶する情報を参照し、現在の時間ｔがいずれかのグループの部分沸き上げの開始時間以降になっているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。現在の時間ｔがいずれかのグループの部分沸き上げの開始時間以降になっている場合、第１沸き上げ手段２５ａは、グループＡ～Ｃの全てのグループの部分沸き上げが終了しているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。グループＡ～Ｃの全てのグループの部分沸き上げが終了しておらず、現在の時間ｔがグループＡの部分沸き上げの開示時間に到達していると、第１沸き上げ手段２５ａは、グループＡに属する給湯機に部分沸き上げを指示する旨の動作開始信号を送信する。このようにして、グループＡに属する給湯機に部分沸き上げを実行させる（ステップＳ１０６）。

グループＡに属する給湯機が部分沸き上げを実行し、部分沸き上げが終了する。グループＡに属する各給湯機は、部分沸き上げを終了すると、沸き上げ終了を示す終了信号を制御装置２に送信する。制御装置２がグループＡに属する給湯機から終了信号を受信すると、第１沸き上げ手段２５ａはステップＳ１０５の判定に戻り、グループＢおよびグループＣのグループ毎に順に各グループに属する給湯機に部分沸き上げを実行させる（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０５の判定の結果、グループＡ～Ｃの全てのグループの部分沸き上げが終了している場合、第２沸き上げ手段２５ｂは、現在の時間ｔが夜間時間帯に属するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。現在の時間ｔが夜間時間帯に属している場合、第２沸き上げ手段２５ｂは、決められた順番でグループ毎に残量沸き上げを実行させる（ステップＳ１０８）。例えば、グループＡ～Ｃのいずれのグループも残量沸き上げを行っていない場合、第２沸き上げ手段２５ｂは、グループＡに残量沸き上げの動作を指示する動作開始信号を送信する。

ステップＳ１０７の判定の結果、現在の時間ｔが夜間時間帯に属していない場合、第２沸き上げ手段２５ｂは、現在の時間ｔがオフピーク時間帯に属しているか否かを判定する（ステップＳ１０９）。現在の時間ｔがオフピーク時間帯に属している場合、第２沸き上げ手段２５ｂは、決められた順番でグループ毎に残量沸き上げを実行させる（ステップＳ１１０）。一方、ステップＳ１０９において、現在の時間ｔがオフピーク時間帯に属していない場合、制御装置２は処理を終了する。

例えば、ステップＳ１０８の処理において、グループＡの残量沸き上げが途中までしか終わっていない場合、第２沸き上げ手段２５ｂは、グループＡに残量沸き上げの再開を指示する動作開始信号を送信する。また、ステップＳ１０８の処理において、グループＡの残量沸き上げが終了している場合、第２沸き上げ手段２５ｂは、ステップＳ１１０において、グループＢに残量沸き上げを指示する動作開始信号を送信する。このようにして、グループＡ～Ｃの各グループに属する給湯機は、オフピーク時間帯の終了までに、残量沸き上げを行う。夜間時間帯の部分沸き上げの後、夕方以降の集中的な熱負荷による湯の利用が行われる前に、湯が利用されても、残量沸き上げによって、利用された分の湯量が補われる。

なお、ステップＳ１０４の判定の結果、第１沸き上げ手段２５ａは、現在の時間ｔがいずれかのグループの部分沸き上げの開始時間以降になっていなければ、現在の時間ｔが部分沸き上げ開始時間に到達していないと判定し、処理を終了する。

また、図７を参照して、夜間時間帯が２３時から翌日の７時までの時間帯の場合で説明したが、スケジュール決定手段２４は、記憶手段２２が記憶する給湯機３－１～３－ｎの給湯負荷学習値に基づいて、第１時間帯の始期および終期を決めてもよい。また、スケジュール決定手段２４は、記憶手段２２が記憶する給湯機３－１～３－ｎの給湯負荷学習値に基づいて第２時間帯の始期および終期を決めてもよい。この場合、第１時間帯および第２時間帯が、給湯機３－１～３－ｎの各給湯機のユーザの湯の使用状況に対応した時間に決定される。

また、グループの再編は、全世帯において当日の沸き上げの大半が終了したと判断できる、日中のオフピーク時間帯が終了した後であって、翌日の夜間沸き上げが開始するより前の時間帯であることが望ましい。

本実施の形態１の制御装置２による制御を、比較例と対比して説明する。図８は、比較例における、複数の給湯機の制御の一例を示す図である。図８に示す比較例は、平均的な一日分の熱負荷の大部分を供給するための湯水を２３時から翌日の７時までの夜間時間帯に沸き上げる場合である。これは、例えば、電力会社が夜間に設定する電力単価が低い、または他の電気機器の電力消費量が低いという理由によるものである。夜間時間帯の後、朝の入浴を含む、朝から昼間までの日中に生じた熱負荷に対して湯が利用されても、予測される全湯量が夜間時間帯に沸き上げられていれば、夕方の入浴時間帯の集中的な給湯負荷に対して、湯が不足することはない。

しかし、図８に示す比較例において、昼間の給湯負荷が予測以上に大きい場合、夕方の入浴時間帯の集中的な給湯負荷が生じる際、夜間時間帯に沸き上げた湯では足りなくなり、追加の沸き上げを行う必要がある。

図９は、実施の形態１に係る制御装置による制御の一例を示す図である。図９に示すＧＡ～ＧＣのそれぞれはグループＡ～Ｃのそれぞれに対応する。図９に示すように、集中的な熱負荷に必要な部分沸き上げが全給湯機において、夜間時間帯に完了する。そのため、どのグループのユーザが急に朝に入浴が行われても湯切れが発生しない。

グループＡ～Ｃの部分沸き上げが完了した後、他の電気機器の電力消費が小さいと予想される夜間時間帯であれば、制御装置２は、いずれかのグループの残量沸き上げが行われる。図９は、夜間時間帯の残りの時間に、制御装置２がグループＡの給湯機に残量沸き上げを実行させる場合を示す。夜間時間帯が終了すると、制御装置２が残量沸き上げ動作を中断させる。

他の電気機器の電力ピークが大きくなる時間帯の後、日中のオフピーク時間帯が始まると、制御装置２は、グループＡ～Ｃの残量沸き上げを再開させる。図９は、オフピーク時間帯が始まると、制御装置２は、グループＢおよびＣの給湯機に順に残量沸き上げを実行さえる場合を示す。この場合、朝に入浴が行われたり、昼間に湯が予想以上に利用されたりしても、残量沸き上げによって、減った分の湯が補われる。オフピーク時間帯が終了すると、制御装置２は、残量沸き上げ動作を終了させる。

図１０は、図８に示した比較例の場合において、建物の電力消費量と時間との関係の一例を示すグラフである。図１１は、実施の形態１の制御装置による制御の場合において、建物の電力消費量と時間との関係の一例を示すグラフである。図１０および図１１の縦軸は建物全体の電力消費量Ｗｂ［ｋＷｈ］であり、横軸は時間［／２４］である。電力消費量Ｗｂは、建物全体に生じる消費電力［ｋＷ］の時系列変化を測定し、１時間の値に換算した積分値である。

図１０および図１１は、ｓ日の１２時から（ｓ＋１）日の２３時までの電力消費量の変化を棒グラフで示している。図１０および図１１の横軸の閾値Ｗｔｈは、電力会社との電力契約において、電力消費量Ｗｂが閾値Ｗｔｈを一度でも超えてしまうと、契約する年間の費用が高くなってしまうことを意味する。図１０および図１１の横軸の平均値Ｗａｖは、建物における１日の電力消費量の平均値Ｗａｖ［ｋＷｈ／ｄ］である。図１０および図１１に示す矢印は、朝の入浴を含む昼間の時間帯に湯が利用されたことを示す。

図１０に示す比較例の場合、夜間時間帯に全ての給湯機において、予測される１日に必要な全湯量がタンク１０に溜まっているので、朝、予測されていない入浴があっても湯切れを発生しない。しかし、予測されていない入浴がある場合、昼間に利用される湯の量が予測される量よりも多い場合、夜、入浴などで集中的に負荷が大きくなる時間帯にタンク１０に貯めた湯が足りなくなる。この場合、図８を参照して説明したように、給湯機３－ｍは追加で沸き上げ動作を行う。この追加の沸き上げ動作が、最も電力消費量Ｗｂが大きくなる時間帯と重なると、電力消費量Ｗｂが大きくなってしまう。その結果、電力消費量Ｗｂが一時的に閾値Ｗｔｈを超えてしまうことになる。

一方、図１１に示すように、本実施の形態１の制御装置２は、夜間時間帯にグループＡ～Ｃのグループ毎に部分沸き上げを実行させる。そのため、グループＡ～Ｃのいずれのグループの属する給湯機３－ｍのユーザが朝に入浴を行っても、給湯機３－ｍは、部分沸き上げによる湯を供給することができる。また、図１１に示すように、オフピーク時間帯にグループＢおよびＣにおいて残量沸き上げが行われても、電力消費量Ｗｂが閾値Ｗｔｈを超えてしまうことが抑制される。

本実施の形態１の制御装置２は、記憶手段２２と、沸き上げ指示手段２５とを有する。記憶手段２２は、複数の給湯機３－１～３－ｎが２以上のグループに分類されたグループ編成の情報と、１日のうち、決められた時間帯である第１時間帯と、第１時間帯を除く時間の一部である第２時間帯とを記憶する。沸き上げ指示手段２５は、第１沸き上げ手段２５ａと、第２沸き上げ手段２５ｂとを有する。第１沸き上げ手段２５ａは、第１時間帯に、全湯量のうち予め決められた部分湯量を沸き上げる部分沸き上げを２以上のグループのグループ毎に順に実行させる。第２沸き上げ手段２５ｂは、第１時間帯から部分沸き上げが実行される時間を除いた時間帯と、第２時間帯とにおいて、全湯量から部分湯量を除いた残り湯量を沸き上げる残量沸き上げを２以上のグループのグループ毎に順に実行させる。

本実施の形態１によれば、１日のうち、湯の沸き上げの時間帯として第１時間帯および第２時間帯が設けられ、全湯量のうち、部分湯量が第１時間帯にグループ毎に沸き上げられ、残り湯量が第２時間帯にグループ毎に沸き上げられる。全湯量が複数の時間帯に分散してグループ毎に沸き上げられることで、複数の給湯機の消費電力を抑えつつ、各グループの部分湯量の貯湯が第１時間帯に終了する。その結果、各給湯機において部分湯量が貯湯された後、どのグループのユーザも給湯機に溜められた湯を利用することができ、湯切れの発生を抑制することができる。

また、本実施の形態１では、第１時間帯が、１日において、全湯量のうち、使用量が最大となる時間帯の後の時間帯であってもよい。この場合、湯の使用量が最大となる時間帯の後の第１時間帯に部分湯量がグループ毎に沸き上げられる。そのため、湯の使用量が最大となる時間帯の後、複数の給湯機の消費電力を抑えつつ、各グループの部分湯量の貯湯が早期に終了する。第１時間帯は、例えば、夜間時間帯である。

また、本実施の形態１において、記憶手段２２は、建物における消費電力を時系列で記憶してもよい。この場合、スケジュール決定手段２４は、記憶手段２２が記憶する時系列の消費電力の情報に基づいて、１日のうち、建物の電力消費量Ｗｂが全体の電力消費量の平均値Ｗａｖよりも小さい時間帯を第１時間帯に決定してもよい。また、スケジュール決定手段２４は、１日のうち、建物の電力消費量Ｗｂが平均値Ｗａｖよりも大きい時間帯の前の時間帯を第２時間帯に決定してもよい。

第１時間帯に部分沸き上げを行い、第２時間帯に残量沸き上げを行うことで、建物全体の電気機器の合計の電力ピークを抑制することができる。また、１７時以降に電力ピークが発生する時間帯は点灯時ピークと呼ばれており、点灯時ピークは、高い確率でユーザが帰宅する時間帯を意味する。そのため、点灯時ピークの時間帯に、帰宅後の入浴などの集中的な熱負荷が発生することを意味する。点灯時ピークより前に残量沸き上げを完了させることにより、湯切れと、建物の合計電力ピークが大きくなることとの両方を回避できる。

さらに、本実施の形態１において、分類手段２３は、第２時間帯の後であって、第１時間帯の開始前に、複数の給湯機３－１～３－ｎを２以上のグループに再編成してもよい。グループ再編を不適切なタイミングで行うと、湯切れか、または、点灯時ピーク中の沸き上げが発生する。例えば、第２時間帯の最後に残量沸き上げを予定しているグループの給湯機が残量沸き上げを行う前に、グループ再編が行われることを考える。この場合、第２時間帯に最初に残量沸き上げを行うグループに振り分けられた給湯機は、次の日にならないと、残量沸き上げを行わないため、湯切れが発生する、または点灯時ピーク中に沸き上げを行うことになる。そのため、全ての給湯機３－１～３－ｎが１日の給湯負荷に必要な全湯量を溜めた後であると予想される第２時間帯の後であって、第１時間帯の開始前にグループ再編を行うことで、湯切れと、建物の合計電力ピークが大きくなることとの両方を回避できる。

実施の形態２．
本実施の形態２は、実施の形態１で説明した制御において、残量沸き上げを実行するグループの順序を、部分沸き上げを実行するときのグループの順序と反対にするものである。本実施の形態２については、実施の形態１で説明した構成と同一の構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施の形態２の制御装置２の構成を、図２を参照して説明する。スケジュール決定手段２４は、グループＡ～Ｃの３つのグループに対して、第１沸き上げ手段２５ａが部分沸き上げを実行させる順序と反対の順序を、残量沸き上げ順序して決定する。第２沸き上げ手段２５ｂは、スケジュール決定手段２４によって決定された残量沸き上げ順序にしたがって、３つのグループに対してグループ毎に残量沸き上げを実行させる。

本実施の形態２の制御装置２の動作を説明する。図１２は、実施の形態２に係る制御装置の制御の一例を示す図である。図１３は、実施の形態２に係る制御装置の動作手順を示すフローチャートである。図１３に示すステップＳ２０１～Ｓ２０３は図７を参照して説明したステップＳ１０１～Ｓ１０３と同様な処理であるため、その詳細な説明を省略する。また、図１３に示すステップＳ２０５～Ｓ２１１は図７を参照して説明したステップＳ１０４～Ｓ１１０と同様な処理であるため、その詳細な説明を省略する。

ステップＳ２０３の後、スケジュール決定手段２４は、第２沸き上げ手段２５ｂは、第１沸き上げ手段２５ａが部分沸き上げを実行させる順序と反対の順序を残量沸き上げ順序して決定する（ステップＳ２０４）。スケジュール決定手段２４は、残量沸き上げ順序の情報を記憶手段２２に記憶させる。ステップＳ２０９およびＳ２１１において、第２沸き上げ手段２５ｂは、記憶手段２２が記憶する残量沸き上げ順序にしたがって、３つのグループに対してグループ毎に残量沸き上げを実行させる。

本実施の形態２によれば、夜間時間帯の部分沸き上げを、例えば、グループＡ、グループＢおよびグループＣの順で行う場合、グループＣのよりも先に行われるグループＡおよびＢの放熱が大きく、省エネルギー性および電気代が不利になる。そのため、日中のオフピーク時間帯に行われる残量沸き上げの順序を部分沸き上げの順序の反対にすることで、建物全体の省エネルギー性が向上する。また、グループ間の電気代の差異を減少させることができ、グループ間の不公平感が軽減する。

１ 給湯システム、２ 制御装置、３－１～３－ｎ 給湯機、５ 追焚き熱交換器、６ 浴槽、１０ タンク、２０ 信号線、２１ 受信手段、２２ 記憶手段、２３ 分類手段、２４ スケジュール決定手段、２５ 沸き上げ指示手段、２５ａ 第１沸き上げ手段、２５ｂ 第２沸き上げ手段、２６ タイマー、３０ 沸き上げ手段、３１ 沸き上げポンプ、３２ 追焚きポンプ、３３ 浴槽ポンプ、４１ 湯栓温調弁、４２ 中高温混合弁、４３ 熱交換回路切替弁、７０ 処理回路、７１ プロセッサ、７２ メモリ、１００ 給湯機制御装置、１０１ 目標温度設定手段、１０２ ポンプ制御手段、１０３ 弁制御手段、１０４ 沸き上げ制御手段、１０５ 蓄熱量算出手段、１０６ 必要熱量予測手段、２００ 沸き上げ回路、３００ 排熱回収回路、３０１ａ 沸き上げ往き配管、３０１ｂ 沸き上げ戻り配管、３０２ 給水配管、３０３ａ 高温導出配管、３０３ｂ 中間導出配管、３０４ 温調配管、３０５ 湯栓配管、３０６ａ 浴槽往き配管、３０６ｂ 浴槽戻り配管、３０７ａ 追焚き往き配管、３０７ｂ 追焚き戻り配管、３０７ｃ 排熱回収用配管、５０１ａ～５０１ｆ 貯湯温度センサ、５０２ 沸き上げ温度センサ、５０３ａ 上部導出温度センサ、５０３ｂ 中間導出温度センサ、５０４ 給水温度センサ、５０５ 湯栓温度センサ、５０６ａ 浴槽往き温度センサ、５０６ｂ 浴槽戻り温度センサ、５０７ 追焚き戻り温度センサ、６０１ 湯栓流量センサ。

Claims (10)

1. 複数の給湯機を制御する制御装置であって、
   前記複数の給湯機が２以上のグループに分類されたグループ編成の情報と、１日のうち、決められた時間帯である第１時間帯と、前記１日のうち、前記第１時間帯を除く時間の一部である第２時間帯とを記憶する記憶手段と、
   前記第１時間帯に、前記１日に前記複数の給湯機によって沸き上げられる全湯量のうち予め決められた部分湯量を沸き上げる部分沸き上げを前記２以上のグループのグループ毎に順に実行させる第１沸き上げ手段と、
   前記第１時間帯から前記部分沸き上げが実行される時間を除いた時間帯と、前記第２時間帯とにおいて、前記全湯量から前記部分湯量を除いた残り湯量を沸き上げる残量沸き上げを前記２以上のグループのグループ毎に順に実行させる第２沸き上げ手段と、
   を有する制御装置。
2. 前記第２沸き上げ手段は、
   前記２以上のグループに対して前記第１沸き上げ手段が前記部分沸き上げを実行させる順序と反対の順序で、前記２以上のグループに対してグループ毎に前記残量沸き上げを実行させる、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記記憶手段は、前記複数の給湯機が設置された建物における消費電力を時系列で記憶し、
   前記記憶手段が記憶する時系列の前記消費電力の情報に基づいて、前記１日のうち、前記建物の電力消費量が全体の電力消費量の平均値よりも小さい時間帯を前記第１時間帯に決定し、前記１日のうち、前記建物の電力消費量が前記平均値よりも大きい時間帯の前の時間帯を前記第２時間帯に決定するスケジュール決定手段をさらに有する、
   請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記スケジュール決定手段は、
   前記記憶手段が記憶する時系列の前記消費電力の情報に基づいて、前記第１時間帯および前記第２時間帯の各時間帯の始期および終期を決定する、
   請求項３に記載の制御装置。
5. 前記第１時間帯は、前記１日において、前記全湯量のうち、使用量が最大となる時間帯の後の時間帯である、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記第１時間帯は、始期が２２時～２３時の間であり、終期が６時～７時の間である夜間時間帯である、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記記憶手段は、前記複数の給湯機毎に前記１日に沸き上げられる必要湯量の情報を時系列で記憶し、
   前記記憶手段が記憶する前記複数の給湯機毎の前記必要湯量の情報に基づいて、前記複数の給湯機を前記２以上のグループに再編成する分類手段をさらに有する、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 前記分類手段は、
   前記第２時間帯の後であって、前記第１時間帯の開始前に、前記複数の給湯機を前記２以上のグループに再編成する、
   請求項７に記載の制御装置。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の制御装置と、
   前記制御装置と通信接続される前記複数の給湯機と、
   を有する給湯システム。
10. 複数の給湯機を制御する制御方法であって、
    前記複数の給湯機が２以上のグループに分類されたグループ編成の情報と、１日のうち、決められた時間帯である第１時間帯と、前記１日のうち、前記第１時間帯を除く時間の一部である第２時間帯とを記憶するステップと、
    前記第１時間帯に、前記１日に前記複数の給湯機によって沸き上げられる全湯量のうち予め決められた部分湯量を沸き上げる部分沸き上げを前記２以上のグループのグループ毎に順に実行させるステップと、
    前記第１時間帯のうち、前記部分沸き上げが実行される時間を除いた時間帯と、前記第２時間帯とにおいて、前記全湯量から前記部分湯量を除いた残り湯量を沸き上げる残量沸き上げを前記２以上のグループのグループ毎に順に実行させるステップと、
    を有する制御方法。

Images