JPWO2017090168A1 - 給湯器、及び、給湯システム - Google Patents

Abstract

設定データ記憶部（41）は、高能力で動作する定常動作と低能力で動作する抑制動作とを、単位時間毎に交互に切り替える複数のパターン情報、及び、固有のシリアル番号を記憶している。パターン判定部（43）は、シリアル番号の偶数・奇数に応じて定まる１つのパターン情報を判定する。沸き上げ熱量決定部（45）は、必要となる沸き上げ熱量を決定する。沸き上げスケジューリング部（46）は、パターン判定部（43）が判定したパターン情報と、沸き上げ熱量決定部（45）が決定した沸き上げ熱量とに基づいて、沸き上げ計画を立案する。沸き上げ制御部（47）は、沸き上げスケジューリング部（46）が立案した沸き上げ計画に従って、定常動作と抑制動作とを交互に切り替えて湯を沸き上げる。

Description

本発明は、給湯器、及び、給湯システムに関する。

近年、貯湯タンクを備えた貯湯式の給湯器が普及している。この給湯器は、事前に沸き上げた湯を貯湯タンクに貯めておき、その湯を消費するタイプの給湯器である。

このような給湯器は、通常、電気料金が安い深夜時間帯に沸き上げ運転を行う。そのため、例えば、高圧一括受電マンションや、再生エネルギー利用を促進するスマートタウンに給湯器が広く普及すると、深夜に給湯器が一斉に動作を開始することとなり、深夜時間帯においてピーク電力か発生してしまう。このようなピーク電力が発生すると、電気料金が安いとされる深夜時間帯であっても、電気料金の高騰を招いてしまうことも考えられる。その場合、給湯器における運用コトス面の利点が失われ、給湯器の更なる普及を阻害するおそれがあった。

このようなピーク電力の発生を抑制する先行技術として、特許文献１には、給湯器の動作（沸き上げ運転）を、深夜時間帯の開始時刻から適宜遅らせて開始させることで、ピークシフトを行う発明が開示されている。

特開２０１４−２４０７１１号公報

しかしながら、このような特許文献１に開示された発明を採用しても、給湯器の数がある程度増えてしまうと、やはり、深夜にピーク電力が発生することになる。つまり、特許文献１の発明では、深夜料間帯の開始時刻付近では、ピークシフトによりピーク電力の発生を抑制することができるものの、その後に、給湯器の動作が各々開始し始めると、やはり、ピーク電力が発生してしまうことになる。

なお、マンション単位や地域単位で一括して、各給湯器の動作をそれぞれ制御して、ピーク電力の発生を抑制することも考えられる。それでも、その場合、各給湯器を常時制御する必要があることや、制御内容が複雑となることが懸念される。そのため、簡便な仕組みで、ピーク電力の発生を適切に抑制できる技術が求められていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、簡便な仕組みでピーク電力の発生を適切に抑制することのできる給湯器、及び、給湯システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る給湯器は、
貯湯式の給湯器であって、
複数の運転パターンのうち、予め設定された値に応じて定まる１つの運転パターンに従って、高能力で動作する第１動作と、当該第１動作よりも低い能力で動作する第２動作とを、交互に切り替えて湯を沸き上げる制御手段を備える。

本発明によれば、給湯器は、自律的に第１動作（例えば、定常動作）と第２動作（例えば、抑制動作）とを交互に切り替えながら、沸き上げ運転を行うことになる。その際、給湯器は、例えば、シリアル番号の偶数・奇数に応じて、パターンＡ，Ｂの何れかの運転パターンを決定し、沸き上げ運転を行う。そのため、多数の給湯器が、例えば、マンションや地域に普及した場合であっても、おおよそ均等に運転パターンが割り振られて実行され、全体として、ピーク電力の発生を抑制することができる。この結果、簡便な仕組みでピーク電力の発生を適切に抑制することができる。

本発明の実施形態１に係る給湯機の構成の一例を示すブロック図である。 制御基板の構成の一例を示すブロック図である。 ２種類のパターン情報を説明するための図である。 熱量の積載を説明するための図である。 ２種類の運転パターンに沿った運転計画を説明するための図である。 沸き上げ運転処理の一例を示すフローチャートである。 開始時刻決定処理の詳細を示すフローチャートである。 ４種類の運転パターンに沿った運転計画を説明するための図である。 パターン別運転処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る給湯システムの全体構成の一例を示すブロック図である。 決定された運転パターンに沿った運転計画を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る給湯器１の構成の一例を示すブロック図である。この給湯器１は、貯湯式の給湯器であり、ヒートポンプユニット１０と、タンクユニット２０と、リモコン３０とを備える。

以下に述べるように、給湯器１は、自律的に高能力（第１動作、より詳細には後述する定常動作）と低能力（第２動作、より詳細には後述する抑制動作）とを単位時間毎に交互に切り替えながら、沸き上げ運転を行うことを特徴としている。そして、その高能力と低能力とを切り替える運転パターンが複数規定されており、給湯器１は、設定された数値（例えば、後述するシリアル番号）の偶数・奇数に応じて、１つの運転パターンを決定し、沸き上げ運転を行う。そのため、多数の給湯器１（給湯器１ａ，１ｂ，・・・）が、例えば、高圧一括受電マンションやスマートタウンに普及した場合であっても、おおよそ均等に運転パターンが割り振られて運転され、全体として、ピーク電力の発生を抑制することができる。

ヒートポンプユニット１０は、例えば、ＣＯ2やＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）などを冷媒に用いたヒートポンプである。ヒートポンプユニット１０は、圧縮機１１と、水冷媒熱交換器１２と、膨張弁１３と、空気熱交換器１４と、送風機１５とを含んでいる。圧縮機１１、水冷媒熱交換器１２、膨張弁１３及び空気熱交換器１４は、配管を通じて環状に接続され、冷媒を循環させるための冷凍サイクル回路（冷媒回路）が形成されている。

圧縮機１１は、冷媒を圧縮して温度及び圧力を上昇させる。圧縮機１１は、駆動周波数に応じて容量（単位当たりの送り出し量）を変化させることができるインバータ回路を備える。

水冷媒熱交換器１２は、市水を目標の沸き上げ温度（貯湯温度）まで昇温加熱するための加熱源である。水冷媒熱交換器１２は、プレート式あるいは二重管式などの熱交換器であり、冷媒と水（低温水）との間の熱交換を行う。水冷媒熱交換器１２における熱交換により、冷媒は放熱して温度が下降し、水は吸熱して温度が上昇する。

膨張弁１３は、冷媒を膨張させて温度及び圧力を上昇させる。

空気熱交換器１４は、送風機１５により送られてきた外気と冷媒との間の熱交換を行う。空気熱交換器１４における熱交換により冷媒は吸熱して温度が上昇し、外気は放熱して温度が下降する。

送風機１５は、外気を空気熱交換器１４に送風する。

また、ヒートポンプユニット１０は、図示せぬ温度センサを備えており、例えば、外気温を計測する。

このようなヒートポンプユニット１０において、加熱能力と消費電力とは比例関係にあり、その能力は圧縮機１１の周波数を制御することで主に制御される。例えば、圧縮機１１の周波数をある一定以下に抑制することで加熱能力及び消費電力を抑制する抑制動作を行うことができる。

タンクユニット２０は、貯湯タンク２１と、水ポンプ２２と、制御基板２３と、インジケータ２４とを備える。これらの構成部は、例えば、金属製の外装ケース内（インジケータ２４の一部はケース表面）に収められている。

貯湯タンク２１は、金属（例えば、ステンレス）又は樹脂などで形成されている。貯湯タンク２１の外側には断熱材（図示せず）が配置されている。これにより、貯湯タンク２１内で、高温の湯（高温水）を長時間に渡って保温することができる。

貯湯タンク２１、水ポンプ２２、及び、ヒートポンプユニット１０の水冷媒熱交換器１２は、配管を通じて接続され、貯湯タンク２１の下部を起点に、水ポンプ２２、水冷媒熱交換器１２を経て貯湯タンク２１の上部に戻ることで湯水が循環する沸き上げ回路が形成されている。

水ポンプ２２は、貯湯タンク２１の下部からの低温水を水冷媒熱交換器１２へ搬送する。

制御基板２３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Random Access Memory），通信インタフェース，読み書き可能な不揮発性の半導体メモリ（何れも図示せず）を備え、給湯器１全体を制御する。なお、制御基板２３の詳細については後述する。

インジケータ２４は、例えば、ＬＥＤ表示器や液晶表示器からなり、制御基板２３に制御され、給湯器１に関する情報を表示する。具体的に、インジケータ２４は、後述するように、給湯器１に設定されている運転パターン（例えば、パターンＡやパターンＢ）を表示する。

また、タンクユニット２０は、図示せぬ温度センサや湯量計を備えており、例えば、貯湯タンク２１内の水温（残湯温度や沸き上げ温度）や残湯量を計測する。

リモコン３０は、例えば、操作部及び表示部を備えており、ユーザに操作される。リモコン３０は、操作部からユーザの手動操作を受け付けて、制御基板２３に操作内容を通知する。また、リモコン３０の表示部は、制御基板２３により制御され、給湯器１に関する種々の情報を表示する。例えば、表示部は、沸き上げ設定温度、残湯量、及び、運転状態（後述するような、給湯器１に設定されている運転パターンも含む）といった情報を表示する。

次に、タンクユニット２０の制御基板２３について、図２を参照して説明する。図２は、制御基板２３の構成の一例を示すブロック図である。

この制御基板２３は、設定データ記憶部４１と、過去データ記憶部４２と、パターン判定部４３と、熱量算出部４４と、沸き上げ熱量決定部４５と、沸き上げスケジューリング部４６と、沸き上げ制御部４７と、通信部４８とを備える。なお、パターン判定部４３、熱量算出部４４、沸き上げ熱量決定部４５、沸き上げスケジューリング部４６、及び、沸き上げ制御部４７は、例えば、ＣＰＵが、ＲＡＭをワークメモリとして用い、ＲＯＭに記憶されている各種プログラムを適宜実行することにより実現される。

設定データ記憶部４１は、給湯器１に応じた種々の設定データを記憶する。例えば、設定データ記憶部４１は、給湯器１に固有のシリアル番号や、運転パターンを規定するパターン情報を記憶する。パターン情報は、予め複数（複数種類）定められており、何れかのパターン情報に従って、給湯器１の沸き上げ運転が制御される。

具体的に、設定データ記憶部４１は、図３に示すような２種類のパターン情報（パターンＡ，Ｂ）を記憶する。図示するように、パターン情報は、深夜時間帯（一例として、２３：００〜７：００）を、単位時間（一例として、３０分）で区切り、定常動作Ｈ（高能力：能力１００％）と抑制動作Ｌ（低能力：能力５０％）とを単位時間毎に交互に切り替えることを規定する情報である。そして、パターンＡとパターンＢとは、定常動作Ｈのタイミングと抑制動作Ｌとのタイミングとが異なるように（位相が反転するように）規定されている。なお、定常動作Ｈ及び抑制動作Ｌは、適宜、別の表現で表すこともできる。例えば、定常動作Ｈを第１動作とし、抑制動作Ｌを第２動作としてもよい。

つまり、パターンAは、ｎ時００分からｎ時３０分までを定常動作Ｈで運転し、ｎ時３０分から（ｎ＋１）時００分までを抑制動作Ｌで運転するという運転パターンを規定している。一方、パターンＢは、ｎ時００分からｎ時３０分までを抑制動作Ｌで運転し、ｎ時３０分から（ｎ＋１）時００分までを定常動作Ｈで運転するという運転パターンを規定している。なお、図３では、定常動作Ｈを能力１００％と示し、抑制動作Ｌを能力５０％と示しているが、一例であり、適宜変更可能である。特に、抑制動作Ｌの能力は、後述するように、例えば、能力４０％から能力５０％まで可変であってもよい。また、単位時間も３０分に限られず、６０分や４５分というように、適宜変更可能である。更に、パターン情報は、これらパターンＡ，Ｂに限られず、後述するように、他のパターンが含まれていてもよい。

図２に戻って、過去データ記憶部４２は、給湯器１における過去の使用熱量を記憶する。例えば、過去データ記憶部４２は、過去２週間から１ヶ月程度において、１日毎の使用熱量を積算した積算使用熱量（過去データ）を記憶する。

パターン判定部４３は、設定データ記憶部４１からシリアル番号及びパターン情報を読み出し、給湯器１が採用する運転パターンを判定（決定）する。例えば、パターン判定部４３は、シリアル番号が偶数の場合に、運転パターンをパターンＡと判定し、一方、シリアル番号が奇数の場合に、運転パターンをパターンＢと判定する。なお、運転パターンの判定手法は、一例であり、適宜変更可能である。例えば、後述するように、シリアル番号以外にも、他の数値の偶数・奇数に応じて、給湯器１が採用する運転パターンを判定してもよい。

熱量算出部４４は、過去データ記憶部４２から過去データ（積算使用熱量）を読み出し、給湯器１における１日分の使用熱量の平均値を算出する。例えば、熱量算出部４４は、積算使用熱量を積算した日数で割ることで、平均使用熱量Ｑaveを算出する。

沸き上げ熱量決定部４５は、深夜時間帯を利用して湯を沸き上げるための沸き上げ熱量を決定する。例えば、沸き上げ熱量決定部４５は、貯湯タンク２１に貯める熱量の目標値（目標熱量Ｑｏ）から、残湯熱量Ｑｔを差し引き、沸き上げ熱量Ｑｎを決定する（Ｑｎ＝Ｑｏ−Ｑｔ）。なお、目標熱量Ｑｏは、例えば、以下の式１により求められる。

Ｑｏ＝（Ｑave×放熱係数＋起動熱量）×夜間率・・・（式１）

なお、式１において、放熱係数とは、ヒートポンプユニット１０で加熱した熱量に対して、ユーザが湯を使用するまでの間に貯湯タンク２１から放熱することを考慮した値（例えば、１．１）である。また、起動熱量とは、昼間時間帯の貯湯運転を開始する場合の貯湯タンク２１内の残湯量から演算されるタンク熱量条件（例えば、３５００ｋｃａｌ）である。また、夜間率とは、２４時間での使用電力量に対する深夜時間帯での使用電力量の割合（例えば、８０％）である。これらの値は、制御基板２３のＲＯＭ内に予め記憶されている。

また、残湯熱量Ｑｔは、例えば、温度センサや湯量計から得られた現在の残湯温度や残湯量から求められる。

沸き上げスケジューリング部４６は、パターン判定部４３が判定した運転パターンと、沸き上げ熱量決定部４５が決定した沸き上げ熱量とに基づいて、沸き上げ開始時刻を決定し、沸き上げ開始から終了までの制御計画を立案する。例えば、沸き上げスケジューリング部４６は、深夜時間帯の終了時刻（一例として、７：００）から、沸き上げ運転に要する時間を遡ることにより、沸き上げ開始時刻を決定する。

具体的に、パターン判定部４３がパターンＡを運転パターンとして判定した場合を一例として説明すると、沸き上げスケジューリング部４６は、図４に示すように、時間帯番号１（６：３０〜７：００）から溯って、抑制動作Ｌ時の熱量と定常動作Ｈ時の熱量とを交互に積算して行く。そして、積算した熱量が、沸き上げ熱量Ｑｎを超えると、その時点を沸き上げ開始時刻に決定する。つまり、沸き上げスケジューリング部４６は、「沸き上げ熱量Ｑｎ＜Σ（熱量１〜熱量ｉ）」の条件が成立する時点を、沸き上げ開始時刻に決定する。

一例として、抑制動作Ｌ時の熱量及び定常動作Ｈ時の熱量は、以下のように求められる。

抑制動作Ｌ時の熱量［kCal］＝ ８６０［cal/Wh］× ３．０［kW］× ０．５［h］

定常動作Ｈ時の熱量［kCal］＝ ８６０［cal/Wh］× ６．０［kW］× ０．５［h］

なお、上記の３．０［kW］及び６．０［kW］は、熱量［kW］を表しており、消費電力［kW］に比例するものの、同じ値ではない。つまり、「消費電力［kW］＝ 熱量［kW］／ＣＯＰ」の関係となる（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）。

また、抑制動作Ｌ時の熱量を求める際に、３．０［kW］を用いているが、これは、抑制動作Ｌが能力５０％で行われる場合を示している。給湯器１において、抑制動作Ｌの能力は、一例として、能力４０％から能力５０％まで、５％刻みに可変となっている（なお、可変の範囲や刻み幅は、適宜変更可能である）。つまり、抑制動作Ｌが能力４０％で行われる場合には、２．４［kW］が用いられ、また、能力４５％に行われる場合には、２．７［kW］が用いられる。

そのため、沸き上げスケジューリング部４６は、当初、「抑制動作Ｌ時の熱量［kCal］＝ ８６０［cal/Wh］× ２．４［kW］× ０．５［h］」で計算し、深夜時間帯の開始時刻、つまり、時間帯番号１６まで溯って熱量を積算しても、沸き上げ熱量Ｑｎを超えない場合に、抑制動作Ｌの能力を５％上昇させて、再度計算する。なお、抑制動作Ｌを能力５０％まで上昇させて、深夜時間帯の開始時刻まで熱量を積算しても、沸き上げ熱量Ｑｎを超えない場合には、以下の何れかの方法を採用するものとする。

方法１：深夜時間帯の前後の何れか又は両方において時間を延長し、能力５０％の抑制動作Ｌで、継続して沸き上げ運転を行う。

方法２：深夜時間帯に生成できる湯量を沸き上げて運転を完了する。その後、昼間の使用量に応じて沸き増し運転を日中に行いリカバリーする。

なお、これら何れかの方法を採用するかは、ユーザが任意に設定（選択）することができるようになっており、その設定内容は、例えば、設定データ記憶部４１に記憶されているものとする。

具体的に、パターンＡが判定された給湯器１ａにおいて、沸き上げスケジューリング部４６は、図５に示すように、時刻Ｔ１（１：００）から時刻Ｔｅ（７：００）まで沸き上げ運転を行う計画を立案する。この場合、パターンＡに沿って、時刻Ｔ１から定常動作Ｈで沸き上げ運転を開始し、その後、単位時間（３０分）経過毎に、定常動作Ｈと抑制動作Ｌとを交互に切り替えながら、時刻Ｔｅまで沸き上げ運転を行う計画が立案されている。

一方、パターンＢが判定された給湯器１ｂにおいて、沸き上げスケジューリング部４６は、同図５に示すように、時刻Ｔ２（２２：００）から時刻Ｔ３（７：３０）まで沸き上げ運転を行う計画を立案する。この例では、通常沸き上げ時間帯（深夜時間帯）内に沸き上げが終わらなかった場合を示しており、上記方法１が採用され、深夜時間帯の前後で時間を延長している。つまり、時刻Ｔ２から時刻Ｔｓ（２３：００）まで能力５０％の抑制動作Ｌで沸き上げ運転を行い、その後、時刻Ｔｓから時刻Ｔｅまで、パターンＢに沿って、抑制動作Ｌと定常動作Ｈとを交互に切り替えながら、時刻Ｔｅまで沸き上げ運転を行い、更にその後、時刻Ｔｅから時刻Ｔ３まで能力５０％の抑制動作Ｌで沸き上げ運転を行う計画が立案されている。

図２に戻って、沸き上げ制御部４７は、沸き上げスケジューリング部４６が決定した沸き上げ開始時刻が到来すると、立案された計画（パターン判定部４３が判定した運転パターンに沿った計画）に沿って、沸き上げ運転を行う。

例えば、沸き上げ制御部４７は、上述した図５に示すような計画に沿って、３０分毎（ｎ時００分、及び、ｎ時３０分になるたび）に、能力制御信号をヒートポンプユニット１０に送信し、能力制御を実行する。なお、ヒートポンプユニット１０の能力制御は、例えば、圧縮機１１の回転周波数を制御するといった手法が挙げられる。

上述した図５に示すようなパターンＡとパターンＢとに沿った計画は、深夜時間帯において、定常動作Ｈのタイミングと抑制動作Ｌとのタイミングとが異なるように（位相が反転するように）規定されている。このため、各給湯器１（給湯器１ａ，１ｂ・・・）の沸き上げ制御部４７が、それぞれ沸き上げ制御を行った場合に、従来と比べ、約２５％もピークを小さくすることができる。このため、マンションや地域の全体として、ピーク電力の発生を抑制することができる。

通信部４８は、リモコン３０と通信を行い、ユーザからの手動操作を受け付けたり、給湯器１に関する情報を送信する。なお、通信部４８は、後述するように、管理装置といった他の機器と通信可能であってもよい。

以下、本発明の実施形態１に係る給湯器１（制御基板２３）の動作について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、制御基板２３が実行する沸き上げ運転処理の一例を示すフローチャートである。また、図７は、図６における開始時刻決定処理の詳細を示すフローチャートである。図６に示す沸き上げ運転処理は、例えば、予め定められた計画立案時刻に開始される。

まず、制御基板２３は、シリアル番号を取得する（ステップＳ１０１）。すなわち、パターン判定部４３は、設定データ記憶部４１から、固有のシリアル番号を読み出す。

制御基板２３は、シリアル番号が奇数であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。制御基板２３は、シリアル番号が奇数であると判別すると（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、運転パターンにパターンＡをセットする（ステップＳ１０３）。一方、シリアル番号が奇数でない（偶数である）と判別した場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）に、制御基板２３は、運転パターンにパターンＢをセットする（ステップＳ１０４）。

制御基板２３は、過去データを学習する（ステップＳ１０５）。すなわち、熱量算出部４４は、過去データ記憶部４２から過去データ（積算使用熱量）を読み出し、給湯器１における１日分の使用熱量の平均値を算出する。例えば、熱量算出部４４は、積算使用熱量を積算日数で割ることで、平均使用熱量Ｑaveを算出する。

制御基板２３は、必要貯湯量を決定する（ステップＳ１０６）。すなわち、沸き上げ熱量決定部４５は、深夜時間帯を利用して湯を沸き上げるための沸き上げ熱量を決定する。例えば、沸き上げ熱量決定部４５は、貯湯タンク２１に貯める熱量の目標値（目標熱量Ｑｏ）から、残湯熱量Ｑｔを差し引き、沸き上げ熱量Ｑｎを決定する（Ｑｎ＝Ｑｏ−Ｑｔ）。

制御基板２３は、開始時刻決定処理を行う（ステップＳ１０７）。この開始時刻決定処理は、図７に示すように実行される。

図７において、沸き上げスケジューリング部４６（制御基板２３）は、能力抑制値Ｐに初期値の４０％をセットする（ステップＳ２０１）。この能力抑制値Ｐは、抑制動作Ｌ時の能力を示している。

沸き上げスケジューリング部４６は、時間帯番号Ｎに初期値の１をセットし、また、熱量Ｔに初期値の０をセットする（ステップＳ２０２）。この時間帯番号Ｎは、上述した図４に示す時間帯番号を示しており、深夜時間帯の終了時刻から順次溯るために使用される。また、熱量Ｔは、溯って積算された熱量を示している。

沸き上げスケジューリング部４６は、セットされた運転パターンにおける時間帯番号Ｎの熱量ＮＴを計算する（ステップＳ２０３）。つまり、沸き上げスケジューリング部４６は、時間帯番号Ｎでの動作が抑制動作Ｌであれば、抑制動作Ｌ時における熱量を計算し、一方、時間帯番号Ｎでの動作が定常動作Ｈであれば、定常動作Ｈ時における熱量を計算する。

沸き上げスケジューリング部４６は、熱量Ｔに、時間帯番号Ｎにおける熱量ＮＴを加算する（ステップＳ２０４）。

沸き上げスケジューリング部４６は、熱量Ｔが、沸き上げ熱量Ｑｎを超えたか否かを判別する（ステップＳ２０５）。なお、沸き上げスケジューリング部４６は、上述したように、沸き上げ熱量Ｑｎを、目標熱量Ｑｏから、残湯熱量Ｑｔを差し引くことで、求めている。

沸き上げスケジューリング部４６は、熱量Ｔが、沸き上げ熱量Ｑｎを超えたと判別すると（ステップＳ２０５；Ｙｅｓ）、開始時刻を時間帯番号Ｎの始期（時間帯番号Ｎの先頭時刻）に決定する（ステップＳ２０６）。そして、沸き上げスケジューリング部４６は、図７の開始時刻決定処理を終える。

一方、熱量Ｔが、沸き上げ熱量Ｑｎを超えていないと判別した場合（ステップＳ２０５；Ｎｏ）に、沸き上げスケジューリング部４６は、時間帯番号Ｎに１を加算する（ステップＳ２０７）。

沸き上げスケジューリング部４６は、時間帯番号Ｎの値が１６を超えたか否かを判別する（ステップＳ２０８）。すなわち、沸き上げスケジューリング部４６は、深夜時間帯の開始時刻（２３：００）を超えて、溯ったかどうかを判別する。

沸き上げスケジューリング部４６は、時間帯番号Ｎの値が１６を超えていないと判別すると（ステップＳ２０８；Ｎｏ）、上述したステップＳ２０３に処理を戻す。

一方、時間帯番号Ｎの値が１６を超えたと判別した場合（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）に、沸き上げスケジューリング部４６は、能力抑制値Ｐが５０％か否かを判別する（ステップＳ２０９）。すなわち、抑制動作Ｌにおける上限である能力５０％まで引き上げ済みであるかどうかを判別する。

沸き上げスケジューリング部４６は、能力抑制値Ｐが５０％でないと判別すると（ステップＳ２０９；Ｎｏ）、能力抑制値Ｐに５％を加算する（ステップＳ２１０）。そして、上述したステップＳ２０２に処理を戻す。

一方、能力抑制値Ｐが５０％であると判別すると（ステップＳ２０９；Ｙｅｓ）、沸き上げスケジューリング部４６は、時間延長可能であるか否かを判別する（ステップＳ２１１）。つまり、抑制動作Ｌを能力５０％まで上昇させて、深夜時間帯の開始時刻まで熱量を積算しても、沸き上げ熱量Ｑｎを超えない場合において、上述した方法１を採用することが、例えば、設定データ記憶部４１に記憶されているかどうかを判別する。

沸き上げスケジューリング部４６は、時間延長可能であると判別すると（ステップＳ２１１；Ｙｅｓ）、不足熱量から必要時間を算出し、開始時刻を決定する（ステップＳ２１２）。そして、沸き上げスケジューリング部４６は、図７の開始時刻決定処理を終える。

一方、時間延長可能でないと判別すると（ステップＳ２１１；Ｎｏ）、沸き上げスケジューリング部４６は、規定の開始時刻を決定する（ステップＳ２１３）。例えば、沸き上げスケジューリング部４６は、深夜時間帯の始期（一例として、２３：００）を開始時刻に決定する。そして、沸き上げスケジューリング部４６は、図７の開始時刻決定処理を終える。

図６に戻って、制御基板２３は、決定された開始時刻が到来するまで待機する（ステップＳ１０８）。つまり、制御基板２３は、現在時刻と、決定された開始時刻とを比較し、開始時刻が到来していないと判別される間（ステップＳ１０８；Ｎｏ）、後続処理の実行行わない。

そして、開始時刻が到来すると（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）、制御基板２３は、沸き上げ運転を行う（ステップＳ１０９）。すなわち、沸き上げ制御部４７は、沸き上げスケジューリング部４６が立案した計画（パターン判定部４３が判定した運転パターンに沿った計画）に沿って、沸き上げ運転を行う。

制御基板２３は、沸き上げが完了したか否かを判別する（ステップＳ１１０）。つまり、制御基板２３は、沸き上げ完了を検出したかどうかを判別する。制御基板２３は、沸き上げが完了していないと判別すると（ステップＳ１１０；Ｎｏ）、上述したステップＳ１０９に処理を戻す。

一方、沸き上げが完了したと判別すると（ステップＳ１１０；Ｙｅｓ）、制御基板２３は、運転を停止する（ステップＳ１１１）。そして、制御基板２３は、沸き上げ運転処理を終了する。

このような沸き上げ運転処理は、各給湯器１（給湯器１ａ，１ｂ，．．．）において、それぞれ実行される。つまり、各給湯器１は、自律的に定常動作Ｈと抑制動作Ｌとを単位時間毎に交互に切り替えながら、沸き上げ運転を行うことになる。その際、各給湯器１は、固有のシリアル番号（偶数・奇数）に応じて、パターンＡ，Ｂの何れかの運転パターンを決定し、沸き上げ運転を行う。そのため、多数の給湯器１が、例えば、高圧一括受電マンションやスマートタウンに普及した場合であっても、おおよそ均等に運転パターンが割り振られて実行され、全体として、ピーク電力の発生を抑制することができる。

この結果、簡便な仕組みでピーク電力の発生を適切に抑制することができる。

また、このようなピーク電力の発生を抑制する運転を行っていることを、小売電気事業者やアグリゲータに通知することで、深夜時間帯の拡大（延長しても深夜料金が適用）といった有益なサービスの提供も考えられる。その場合、給湯器１の普及を更に後押しすることも可能となる。

（実施形態１の変形例）
上記の実施形態１では、固有のシリアル番号（偶数・奇数）に応じて、パターンＡ，Ｂの何れかの運転パターンを決定する場合について説明したが、他の値に応じて、何れかの運転パターンを決定してもよい。例えば、リモコン３０から設置事業者によって設定された値を設定データ記憶部４１に記憶しておき、その値（偶数・奇数）に応じて、パターンＡ，Ｂの何れかの運転パターンを決定してもよい。つまり、設置事業者は、設置計画に基づいて、個々の給湯器１に対して、偶数・奇数がおおよそ均等に配分されるような値をそれぞれ設定する。具体的に、マンションの各部屋に給湯器１が設置される場合に、設置事業者は、部屋番号、部屋階数、又は、棟番号といった偶数・奇数がおおよそ均等に配分される値をそれぞれ設定する。

この他にも、給湯器１に専用スイッチを設け、その専用スイッチのオン・オフ（例えば、オンが偶数に相当し、オフが奇数に相当する）に応じて、パターンＡ，Ｂの何れかの運転パターンを決定してもよい。この場合も、例えば、設置事業者が、設置計画に基づいて、個々の給湯器１に対して、専用スイッチのオン・オフがおおよそ均等に配分されるように設定する。

上記の実施形態１では、２つのパターン（パターンＡ，Ｂ）の何れかを、運転パターンとして決定する場合について説明したが、他のパターンも含めて、何れかを運転パターンとして決定してもよい。

例えば、給湯器１において、沸き上げ湯量が少なく、定常動作Ｈで沸き上げ運転を行ったとすると、２〜３時間程度で完了する場合には、深夜時間帯の前半に限って運転する前半パターン、又は、深夜時間帯の後半に限って運転する後半パターンの何れかの運転パターンを決定できるようにしてもよい。この場合も、固有のシリアル番号（偶数・奇数）、設定された値（偶数・奇数）、若しくは、専用スイッチ（オン・オフ）に応じて、前半，後半パターンを決定するようにしてもよいが、前半パターンと後半パターンとでは、後半パターンの方が有利であるため、パターンが固定されるのは、好ましくない。そのため、後述するように、前半，後半パターンの運転が適宜循環するように決定される。

具体的に、後半パターンが判定された給湯器１ａにおいて、沸き上げスケジューリング部４６は、図８に示すように、時刻Ｔｈ（３：００）から時刻Ｔｅ（７：００）まで沸き上げ運転を行う計画を立案する。この場合、時刻Ｔｈから抑制動作Ｌで沸き上げ運転を開始して時刻Ｔ１１まで継続し、その後、時刻Ｔ１１から時刻Ｔｅまで、定常動作Ｈで沸き上げ運転を行う計画が立案されている。

一方、前半パターンが判定された給湯器１ｂにおいて、沸き上げスケジューリング部４６は、同図８に示すように、時刻Ｔｓ（２３：００）から時刻Ｔｈまで沸き上げ運転を行う計画を立案する。この場合、時刻Ｔｓから定常動作Ｈで沸き上げ運転を開始して時刻Ｔ１２まで継続し、その後、時刻Ｔ１２から時刻Ｔｈまで、抑制動作Ｌで沸き上げ運転を行う計画が立案されている。

なお、沸き上げ湯量が多く、定常動作Ｈで沸き上げ運転を行ったとしても完了まで３．５時間を超えてしまう場合には、上記と同様に、固有のシリアル番号（偶数・奇数）、設定された値（偶数・奇数）、若しくは、専用スイッチ（オン・オフ）に応じて、パターンＡ，Ｂが判定される。

つまり、パターンＡが判定された給湯器１ｃにおいて、沸き上げスケジューリング部４６は、同図８に示すように、時刻Ｔ１３（１：００）から時刻Ｔｅまで沸き上げ運転を行う計画を立案する。この場合、パターンＡに沿って、時刻Ｔ１３から定常動作Ｈで沸き上げ運転を開始し、その後、単位時間（３０分）経過毎に、定常動作Ｈと抑制動作Ｌとを交互に切り替えながら、時刻Ｔｅまで沸き上げ運転を行う計画が立案されている。

また、パターンＢが判定された給湯器１ｄにおいて、沸き上げスケジューリング部４６は、同図８に示すように、時刻Ｔｓから時刻Ｔｅまで沸き上げ運転を行う計画を立案する。この場合、パターンＢに沿って、抑制動作Ｌと定常動作Ｈとを交互に切り替えながら、時刻Ｔｅまで沸き上げ運転を行う計画が立案されている。

このような、後半パターンと前半パターンとに沿った計画は、深夜時間帯において、それぞれの動作時間が全く重ならないように規定されている。また、上述したように、パターンＡとパターンＢとに沿った計画は、深夜時間帯において、定常動作Ｈのタイミングと抑制動作Ｌとのタイミングとが異なるように規定されている。このため、給湯器１（給湯器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ・・・）の沸き上げ制御部４７が、それぞれ沸き上げ制御を行った場合に、ピークを小さくすることができる。このため、マンションや地域の全体として、ピーク電力の発生を抑制することができる。

以下、後半パターン及び前半パターンを含めた沸き上げ運転の動作について、図９を参照して説明する。図９は、パターン別運転処理の一例を説明するためのフローチャートである。

まず、制御基板２３は、通常時の運転時間を計算する（ステップＳ３０１）。すなわち、定常動作Ｈで沸き上げ運転を行った場合の運転時間を計算する。

制御基板２３は、計算した運転時間が３．５時間以内であるか否かを判別する（ステップＳ３０２）。制御基板２３は、３．５時間以内でない（３．５時間を超える）と判別すると（ステップＳ３０２；Ｎｏ）、図示せぬパターンＡ，Ｂの運転へ移行する。

一方、運転時間が３．５時間以内であると判別した場合（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）に、制御基板２３は、前半，後半パターンの運転が初めてか否かを判別する（ステップＳ３０３）。

制御基板２３は、前半，後半パターンの運転が初めてであると判別すると（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、シリアル番号を取得する（ステップＳ３０４）。なお、シリアル番号の代わりに、上述したように、設定された値や専用スイッチの値を取得してもよい。

制御基板２３は、シリアル番号が奇数であるか否かを判別する（ステップＳ３０５）。制御基板２３は、シリアル番号が奇数であると判別すると（ステップＳ３０５；Ｙｅｓ）、前半パターンで運転する（ステップＳ３０６）。

一方、シリアル番号が奇数でない（偶数である）と判別した場合（ステップＳ３０５；Ｎｏ）に、制御基板２３は、後半パターンで運転する（ステップＳ３０７）。

上述したステップＳ３０３にて、前半，後半パターンの運転が初めてでないと判別すると（ステップＳ３０３；Ｎｏ）、制御基板２３は、前回が後半パターンで実行したか否かを判別する（ステップＳ３０８）。

制御基板２３は、前回が後半パターンで実行したと判別すると（ステップＳ３０８；Ｙｅｓ）、前半パターンで運転する（ステップＳ３０９）。

一方、前回が後半パターンで実行していない（前半パターンで実行した）と判別した場合（ステップＳ３０８；Ｎｏ）に、制御基板２３は、後半パターンで運転する（ステップＳ３１０）。

このような、パターン別運転処理によって、前半，後半パターンの運転が適宜循環されることになる。なお、このパターン別運転処理では、前回行った前半，後半パターンとは逆の運転パターンが採用され、前半，後半パターンの運転が適宜循環される場合について説明したが、他の手法で、前半，後半パターンの運転が循環されるようにしてもよい。例えば、本日付（運転日付）の偶数・奇数に応じて、前半，後半パターンの何れかを決定することで、前半，後半パターンの運転が適宜循環されるようにしてもよい。

（実施形態２）
上記の実施形態１では、単独で動作する給湯器１について説明したが、複数の給湯器１の設定データを適切に設定（変更）できるようにしてもよい。以下、本発明の実施形態２について説明する。実施形態２では、マンションの各部屋に配置された給湯器１（給湯器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ．．．）に対して、全体の運転状況を勘案して、適切な設定を行うことを特徴とする。なお、設定された各給湯器１は、上記と同様に、運転パターンに応じてそれぞれ自律的に動作する。

図１０は、本発明の実施形態２に係る給湯システム５０の全体構成の一例を示すブロック図である。

図１０に示すように、給湯システム５０は、統括管理装置５１と、共有部管理装置５２と、管理装置５３（管理装置５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，．．．）と、給湯器１（給湯器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｃ，１ｄ，．．．）とを含んでいる。

統括管理装置５１は、例えば、給湯システム５０全体を制御するＭＥＭＳ（Mansion Energy Management System）コントローラからなる。統括管理装置５１は、共有部管理装置５２、及び、各管理装置５３から情報を収集し、全体としてピークを下げるように、各給湯器１に対する運転パターン（例えば、パターンＡ，Ｂの何れか）を決定する。統括管理装置５１は、決定した運転パターンを管理装置５３を通じて、給湯器１にそれぞれ通知する。

共有部管理装置５２は、共有部にて使用される機器の電力情報を、統括管理装置５１に送信する。なお、共有部にて使用される機器には、電気を消費する機器だけでなく、例えば、太陽光発電設備といった電気を発電する機器や、蓄電池といった蓄積した電気を放電する機器を含んでもよい。つまり、共有部管理装置５２は、マンション内の共有部で消費される電気情報、発電される（予測も含む）電気情報、及び、放電される電気情報を、統括管理装置５１に送信する。

管理装置５３は、マンションの各部屋に配置されたＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラからなる。管理装置５３は、配下の給湯器１（自部屋の給湯器１）についての構成情報を、統括管理装置５１に送信する。なお、構成情報には、給湯器１の数だけでなく、給湯器１の規格情報や過去データも含まれる。管理装置５３は、統括管理装置５１が決定した運転パターンを受信して、配下の給湯器１に送信する。

給湯器１は、運転パターンを受信すると、その運転パターンに応じて沸き上げ運転を実行する。

具体的に、パターンＡが通知された給湯器１ａにおいて、沸き上げ制御部４７は、図１１に示すように、時刻Ｔ２１（１：００）から時刻Ｔｅ（７：００）まで沸き上げ運転を行う。この場合、パターンＡに沿って、時刻Ｔ２１から定常動作Ｈで沸き上げ運転を開始し、その後、単位時間（３０分）経過毎に、定常動作Ｈと抑制動作Ｌとを交互に切り替えながら、時刻Ｔｅまで沸き上げ運転を行う。

一方、パターンＢが通知された給湯器１ｂにおいて、沸き上げ制御部４７は、図１１に示すように、時刻Ｔｓ（２３：００）から時刻Ｔｅまで沸き上げ運転を行う。この場合、統括管理装置５１によって、給湯器１ａが、時刻Ｔ２１まで動作しないことが把握されているため、その空き時間である時刻Ｔ２２（０：００）まで、定常動作Ｈで沸き上げ運転を行い、その後、時刻Ｔ２２、時刻Ｔｓから時刻Ｔｅまで、パターンＢに沿って、抑制動作Ｌと定常動作Ｈとを交互に切り替えながら、時刻Ｔｅまで沸き上げ運転を行うことになる。この場合、本来であれば、深夜時間帯内で沸き上げが終わらない場合でも、他の給湯器１が動作しない空き時間を利用して、定常動作Ｈで沸き上げ運転することで、深夜時間帯内で沸き上げを終わらせることも可能となる。

このような、パターンＡとパターンＢとに沿った計画は、深夜時間帯において、定常動作Ｈのタイミングと抑制動作Ｌとのタイミングとが異なるように規定されている。また、他の給湯器１が動作しない時間を利用して、定常動作Ｈで沸き上げ運転を行うように規定されている。そのため、各給湯器１（給湯器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ・・・）の沸き上げ制御部４７が、それぞれ沸き上げ制御を行った場合に、ピークを小さくすることができる。このため、マンションや地域の全体として、ピーク電力の発生を抑制することができる。

（実施形態２の変形例）
上記の実施形態２では、統括管理装置５１が各給湯器１に、運転パターンをそれぞれ通知する場合について説明したが、偶数・奇数がおおよそ均等に配分されるような値を各給湯器１に通知し、実施形態１と同様に、その値（偶数・奇数）に応じて、各給湯器１がそれぞれ運転パターンを決定するようにしてもよい。

また、上記の実施形態において、制御基板２３によって実行されるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＯ（Magneto-Optical Disk）、ＵＳＢメモリ、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布することも可能である。そして、かかるプログラムを特定の又は汎用のコンピュータにインストールすることによって、当該コンピュータを上記の実施形態における制御装置２として機能させることも可能である。

また、上記のプログラムをインターネットといった通信ネットワーク上のサーバ装置が有するディスク装置に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロードするようにしてもよい。また、通信ネットワークを介してプログラムを転送しながら起動実行することによっても、上述の処理を達成することができる。更に、プログラムの全部又は一部をサーバ装置上で実行させ、その処理に関する情報をコンピュータが通信ネットワークを介して送受信しながらプログラムを実行することによっても、上述の処理を達成することができる。

なお、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合等には、ＯＳ以外の部分のみを上記の記録媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロードしてもよい。

本発明は、広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能である。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明は、給湯器、及び、給湯システムに好適に採用され得る。

１ 給湯器、１０ ヒートポンプユニット、１１ 圧縮機、１２ 水冷媒熱交換器、１３ 膨張弁、１４ 空気熱交換器、１５ 送風機、２０ タンクユニット、２１ 貯湯タンク、２２ 水ポンプ、２３ 制御基板、２４ インジケータ、３０ リモコン、４１ 設定データ記憶部、４２ 過去データ記憶部、４３ パターン判定部、４４ 熱量算出部、４５ 沸き上げ熱量決定部、４６ 沸き上げスケジューリング部、４７ 沸き上げ制御部、４８ 通信部、５０ 給湯システム、５１ 統括管理装置、５２ 共有部管理装置、５３ 管理装置

上記目的を達成するため、本発明に係る給湯器は、
自律的に動作する貯湯式の給湯器であって、
複数の運転パターンのうち、予め設定された値に応じて定まる１つの運転パターンに従って、高能力で動作する第１動作と、当該第１動作よりも低い能力で動作する第２動作とを、交互に切り替えて湯を沸き上げる制御手段を備える。

Claims (6)

1. 貯湯式の給湯器であって、
   複数の運転パターンのうち、予め設定された値に応じて定まる１つの運転パターンに従って、高能力で動作する第１動作と、当該第１動作よりも低い能力で動作する第２動作とを、交互に切り替えて湯を沸き上げる制御手段を備える、給湯器。
2. 前記制御手段は、前記第１動作と第２動作とを、単位時間毎に交互に切り替えて湯を沸き上げる、
   請求項１に記載の給湯器。
3. 前記複数の運転パターンには、前記第１動作のタイミングと前記第２動作のタイミングとが異なる２つの運転パターンが含まれており、
   設定されたシリアル番号が偶数であるか奇数であるかに応じて、対応する１つの運転パターンを決定するパターン決定手段と、
   必要となる沸き上げ熱量を決定する熱量決定手段と、
   前記パターン決定手段が決定した運転パターンと、前記熱量決定手段が決定した沸き上げ熱量とに基づいて、沸き上げ計画を立案する計画立案手段と、を更に備え、
   前記制御手段は、前記計画立案手段が立案した沸き上げ計画に従って、前記第１動作と前記第２動作とを交互に切り替えて湯を沸き上げる、
   請求項１に記載の給湯器。
4. 前記計画立案手段は、予め定められた深夜時間帯における沸き上げ計画を立案する際に、前記第２動作における能力値を変化させながら、当該深夜時間帯内に収まる沸き上げ計画を立案する、
   請求項３に記載の給湯器。
5. 前記計画立案手段は、前記熱量決定手段が決定した沸き上げ熱量を、前記第１動作だけで、予め定められた時間内に沸き上げ可能な場合に、予め定められた深夜時間帯の前半又は後半の何れか一方で沸き上げを行う計画を立案する、
   請求項３に記載の給湯器。
6. 貯湯式の給湯器を管理する統括装置、及び、当該給湯器を複数備えた給湯システムであって、
   前記統括装置は、前記給湯器に関する情報をそれぞれ収集し、複数の運転パターンを前記給湯器全体で均等に割り当てるための情報を、前記給湯器にそれぞれ通知し、
   前記給湯器は、前記複数の運転パターンのうち、前記統括装置から通知された情報に応じて定まる１つの運転パターンに従って、高能力で動作する第１動作と、当該第１動作よりも低い能力で動作する第２動作とを、交互に切り替えて湯を沸き上げる、
   給湯システム。

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