KR101471309B1

KR101471309B1 - 저탕식 급탕장치

Info

Publication number: KR101471309B1
Application number: KR1020130161583A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 사사키; 이쿠로 아다치; 미노루 지카마와리; 준이치 오가와
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-12-09
Also published as: KR20140083893A; JP5904933B2; JP2014126301A

Abstract

(과제) 다급탕에 구비한 저탕 탱크 내의 물의 비등을 실행할 때에, 태양광 발전장치에 의한 발전전력의 이용을 촉진하여 상용전량의 전력구매량의 증대를 억제하는 저탕식 급탕장치를 제공한다.
(해결수단) 저탕식 급탕장치(1)는 비등실행일에 있어서, 태양광 발전장치(150)에 의한 발전전력이 최대가 되는 태양광 최대발전시각을 예측하는 태양광 최대발전시각 예측부(129)와, 비등실행일에 있어서 출탕관(13)으로부터 소정량 이상의 급탕이 개시되는 다급탕 개시시각을 예측하는 다급탕 개시시각 예측부(122)와, 비등필요시간을 설정하는 비등필요시간 설정부(124)와, 다급탕 개시시각이 태양광 최대발전시각으로부터 비등필요시간 분량만큼 후의 시각보다도 후일 때에, 다급탕 개시시각으로부터의 탕수의 사용에 대비한 상기 비등처리를 태양광 최대발전시각의 전후 소정 범위 내의 시각으로부터 개시하는 비등제어부(125)를 구비한다.

Description

저탕식 급탕장치{STORAGE TYPE HOT WATER SUPPLY DEVICE}

본 발명은 태양광 발전에 의한 전력과 상용전력이 입력되는 파워 컨디셔너로부터 공급되는 전력을 사용하여 저탕(貯湯) 탱크 내의 탕수를 가열하는 저탕식 급탕장치에 관한 것이다.

종래부터 저탕 탱크 내의 탕수를 가열하는 히트펌프를, 태양광 발전에 의해 생성되는 전력을 사용하여 작동시키는 저탕식 급탕장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1에 기재된 저탕식 급탕장치에 있어서는, 태양광 발전에 의해 생성되고 있는 전력이 소정 레벨 이상일 때에, 태양광 발전에 의해 생성되는 전력을 이용하여 히트펌프를 작동시켜서 저탕 탱크 내의 탕수를 가열하도록 하고 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개2004-271164호 공보

태양광 발전장치가 구비된 가옥에 있어서는, 태양광 발전장치에 의한 발전전력이 가옥의 총소비전력을 상회하고 있을 때에, 상회한 잉여전력을 전력업자에게 판매된다. 또, 태양광 발전에 의한 발전전력에서는, 가옥의 전력소비를 조달할 수 없을 때에는 부족한 전력이 전력업자로부터 구매된다.

그로 인해, 태양광 발전장치에 의한 발전전력을 유효하게 활용하여 전력업자로부터의 전력구매량을 줄임으로써, 전력업자의 발전설비의 발전량을 감소시켜 발전설비에 있어서의 에너지 소비량을 억제할 수 있다.

또, 저탕식 급탕장치에 있어서는, 저탕 탱크 내의 탕수를 유효하게 이용하기 위해, 다량의 탕수가 사용되는 시간대의 전에 저탕 탱크 내의 탕수를 비등하여 두는 것이 바람직하지만, 저탕 탱크 내의 물을 비등할 때에는 히트펌프 등의 작동에 의해 가옥의 전력소비가 증대한다.

그리고 특허문헌 1에 기재된 저탕식 급탕장치에 있어서는, 현시점에 있어서의 태양광 발전장치의 발전전력이 소정 레벨 이상이 되었을 때에, 히트펌프를 작동시키고 있다. 그로 인해, 히트펌프에 의한 저탕 탱크 내의 물의 비등을 실행할 경우에 태양광 발전장치의 발전전력이 소정 레벨 이하였을 때에는 히트펌프가 상용전력에 의해 작동하게 되어 전력구매량이 증대한다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 배경에 감안하여 이루어진 것이며, 다급탕에 구비한 저탕 탱크 내의 물의 비등을 실행할 때에, 태양광 발전장치에 의한 발전전력의 이용을 촉진하여 상용전력의 전력구매량의 증대를 억제할 수 있는 저탕식 급탕장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서 이루어진 것이며, 태양광 발전장치 및 상용전력 공급라인과 전기부하에 접속되어 상기 태양광 발전장치의 발전량이 상기 전기부하의 소비전력을 상회할 때는, 잉여의 상기 태양광 발전장치의 발전전력을 판매하고, 상기 태양광 발전장치의 발전량이 상기 전기부하의 소비전력을 하회할 때는 부족한 전력을 구매하는 파워 컨디셔너로부터의 공급전력을 사용하는 저탕식 급탕장치에 관한 것이다.

그리고 본 발명의 저탕식 급탕장치는,

저탕 탱크와,

상기 저탕 탱크에 접속되어 상기 저탕 탱크에 물을 공급하는 급수관과,

상기 파워 컨디셔너로부터의 공급전력에 의해 작동하는 상기 전기부하로서, 상기 저탕 탱크 내의 물을 가열하는 탱크 가열부와,

상기 저탕 탱크에 접속되어 상기 저탕 탱크로부터 탕수가 공급되는 출탕관(出湯管)과,

상기 가열부에 의해 상기 저탕 탱크 내의 물을 소정 온도까지 비등하는 비등처리를 실행하는 비등실행일에 있어서, 상기 태양광 발전장치에 의한 발전전력이 최대가 되는 시각인 태양광 최대발전시각을 예측하는 태양광 최대발전시각 예측부와,

상기 비등실행일에 있어서 상기 출탕관으로부터 소정량 이상의 급탕이 개시되는 시각인 다급탕 개시시각을 예측하는 다급탕 개시시각 예측부와,

상기 비등처리의 실행에 필요한 시간인 비등필요시간을 설정하는 비등필요시간 설정부와,

상기 다급탕 개시시각이 상기 태양광 최대발전시각으로부터 상기 비등필요시간 분량만큼 후의 시각보다도 후(後)에 있을 때에, 상기 다급탕 개시시각으로부터의 탕수의 사용에 대비한 상기 비등처리를 상기 태양광 최대발전시각의 전후 소정 범위 내의 시각으로부터 개시하는 비등제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 상기 비등실행일에 대해서, 상기 태양광 최대발전시각 예측부에 의해 상기 태양광 최대발전시각이 예측됨과 동시에, 상기 다급탕 개시시각 예측부에 의해 상기 다급탕 개시시각이 예측된다. 또, 상기 비등필요시간 설정부에 의해 상기 비등필요시간이 설정된다.

그리고 상기 다급탕 개시시각이 상기 태양광 최대발전시각으로부터 상기 비등필요시간 분량만큼 후의 시각보다도 후일 때에, 상기 다급탕 개시시각보다도 상기 비등필요시간 분량만큼 전의 시각으로부터, 상기 저탕 탱크 내의 물의 비등처리를 개시하면, 상기 태양광 발전장치의 발전전력이 최대가 되는 시점에서는 상기 가열수단이 작동하지 않는다. 그로 인해, 상기 저탕 탱크 내의 물을 비등할 때의 상기 태양광 발전장치의 발전전력의 이용률이 낮아지는 경우가 있다.

그래서, 상기 비등제어부는 상기 다급탕 개시시각보다도 상기 비등필요시간 분량만큼 전의 시각이 상기 태양광 최대발전시각보다도 후일 때에는, 상기 다급탕 개시시각으로부터의 탕수의 사용에 대비한 상기 비등처리를 상기 태양광 최대 발전시각의 전후 소정 범위 내의 시각으로부터 개시한다. 그리고 이에 따라, 상기 저탕 탱크 내의 물을 비등할 때의 상기 태양광 발전장치의 발전전력의 이용을 촉진하여 상용전력의 전력구매량의 증대를 억제할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서,

상기 비등실행일에 있어서의 일출시각 및 일몰시각을 미리 인식하는 일출몰시각 인식부를 구비하고,

상기 태양광 최대발전시각 예측부는 상기 일출시각 및 상기 일몰시각에 의거하여 상기 태양광 최대발전시각을 예측하는 것이 바람직하다.

상기의 경우에는, 상기 비등실행일에 있어서의 일출시각과 일몰시각에 의거하여, 예를 들면, 일출시각과 일몰시각의 중간의 시각 부근에서, 상기 태양광 발전장치의 발전전력이 최대가 되면 상정하여 상기 태양광 최대발전시각을 예측할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서,

상기 태양광 발전장치에 의한 발전전력을 검출하는 태양광 발전전력 검출부를 구비하고,

상기 태양광 발전전력 검출부에 의해 검출된 상기 비등실행일보다도 전날에 있어서의 상기 태양광 발전장치의 발전전력의 추이에 의거하여 상기 태양광 최대발전시각을 예측하는 것이 바람직하다.

상기의 경우에는, 상기 태양광 발전장치에 의한 발전전력의 추이의 과거의 실적에 의거하여 상기 태양광 최대발전시각을 용이하게 예측할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서,

상기 출탕관으로부터의 급탕량의 추이를 검출하는 급탕량 추이 검출부를 구비하고,

상기 다급탕 개시시각 예측부는 상기 비등실행일보다도 전날에 있어서의 상기 급탕량 추이 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 비등실행일에 있어서의 상기 다급탕 개시시각을 예측하는 것이 바람직하다.

상기의 경우에는, 통신 네트워크 등을 통하여 상기 비등실행일에 있어서의 일출시각 및 일몰시각의 정보를 외부로부터 취득할 필요가 없기 때문에, 간단하고 쉬운 구성에 의해 상기 비등실행일에 있어서의 일출시각 및 일몰시각을 인식할 수 있다.

도 1은 저탕식 급탕장치의 구성도.
도 2는 날짜와 일출시각 및 일몰시각과의 대응 맵의 설명도.
도 3은 에너지 절약모드에 있어서의 비등개시시각의 설정처리의 흐름도.
도 4는 비등개시시각의 설명도.

본 발명의 실시형태에 대해서, 도 1∼도 4를 참조하여 설명한다. 도 1을 참조하여 본 실시형태의 저탕식 급탕장치(1)는 저탕 유닛(10), 히트펌프 유닛(50, 본 발명의 전기부하 및 탱크 가열부에 상당한다), 가스 열원 유닛(80) 및 저탕식 급탕장치(1)의 전체적인 작동을 제어하는 컨트롤러(120)를 구비하여 구성되어 있다.

저탕식 급탕장치(1)는 배전반(153)을 통하여 가전제품(170) 등의 다른 전기부하와 함께 파워 컨디셔너(151)와 접속되어 있으며, 파워 컨디셔너(151)로부터의 공급전력을 사용하여 작동한다.

파워 컨디셔너(151)는 태양광 발전장치(150)에 접속됨과 동시에, 전력 미터 (152)를 통하여 상용전력 공급라인(160)에 접속되어 있다. 파워 컨디셔너(151)는 태양광 발전장치(150)로부터 출력되는 직류전력을 상용전력과 같은 사양의 교류전력(예를 들면, 단상 3선식 교류 100V/200V)으로 변환하여 저탕식 급탕장치(1) 및 가전제품(170) 등의 전기부하에 공급한다.

파워 컨디셔너(151)는 전력 미터(152)와 접속되고, 태양광 발전장치(150)에 의한 발전량이 전기부하의 총소비전력을 상회하는 경우에, 잉여전력을 상용전력 공급라인(160)에 공급하는 전력판매를 실행한다. 또, 태양광 발전장치(150)에 의한 발전량이 전기부하의 총소비전력을 하회하는 경우에는 부족전력을 상용전력 공급라인(160)으로부터 수급하는 전력구매를 실행한다.

또한, 여기서의 전력판매ㆍ전력구매란, 반드시 금전적인 수지만을 의미하는 것은 아니고, 파워 컨디셔너(151)에서 상용전력 공급라인(160)측으로 전력을 공급하는 것을 전력판매라고 부르고 있다. 또, 상용전력 공급라인(160)에서 파워 컨디셔너(151)측으로 전력을 공급하는 것을 전력구매라고 부르고 있다.

파워 컨디셔너(151)에서 컨트롤러(120)로는 태양광 발전장치(150)의 발전량 (PV)의 측정 데이터가 출력된다. 또한, 파워 컨디셔너(151)에 있어서, 태양광 발전장치(150)의 발전량을 검출하는 구성이 본 발명의 태양광 발전전력 검출부에 상당한다. 또, 전력 미터(152)에서 컨트롤러(120)로는, 상용전력 공급라인(160)에서 파워 컨디셔너(151)로의 전력 공급량(Cd, 마이너스일 때는 전력판매상태를 나타내고, 플러스일 때는 전력구매상태를 나타낸다)의 측정 데이터가 출력된다.

또, 파워 컨디셔너(151)에는 축전지(155)가 접속되어 있다. 파워 컨디셔너 (151)는 낮 동안에 태양광 발전장치(150)에 의해 생성된 전력에 의해 축전지(155)를 충전하여 두고, 야간에 축전지(155)의 방전전력을 상용전력과 같은 사양의 교류전력으로 변환하여 저탕식 급탕장치(1) 및 가전제품(170) 등의 전기부하에 공급한다.

이와 같이, 축전지(155)의 방전전력을 전기부하에 공급함으로써, 야간의 상용전력의 소비량을 억제할 수 있기 때문에 전력구매량을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 1에서는 저탕식 급탕장치(1)의 컨트롤러로서 하나의 컨트롤러(120)를 나타냈지만, 저탕 유닛(10)의 컨트롤러와, 히트펌프 유닛(50)의 컨트롤러와, 가스 열원 유닛(80)의 컨트롤러를 개별적으로 구비하고 각 컨트롤러 사이의 통신에 의해서 저탕식 급탕장치(1)의 전체적인 작동을 제어하는 구성으로 해도 좋다.

저탕 유닛(10)은 저탕 탱크(11), 급수관(12), 출탕관(13) 등을 구비하고 있다. 저탕 탱크(11)는 내부에 탕수를 보온하여 저장하고, 높이 방향으로 대략 등 간격으로 배치된 탱크 온도센서(14∼17)와, 저탕 탱크(11)의 상부에 배치되어 저탕 탱크(11)에서 출탕관(13)으로 공급되는 탕수의 온도(Th)를 검출하는 탱크 출탕 온도센서(26)가 설치되어 있다. 저탕 탱크(11)의 바닥부에는 작업자의 수동조작에 의해 개방되는 배수밸브(18)가 설치되어 있다.

급수관(12)은 일단이 급수구(30)를 통하여 도시하지 않는 수도에 접속되고, 타단이 저탕 탱크(11)의 하부에 접속되어 저탕 탱크(11) 내의 하부에 물을 공급한다. 급수관(12)에는 저탕 탱크(11)의 내압이 과대하게 되는 것을 방지하기 위한 감압밸브(19)와, 급수관(12)에서 저탕 탱크(11)로의 방향만의 통수(通水)를 가능하게 하여 저탕 탱크(11)에서 급수관(12)측으로의 탕수의 유출을 저지하는 제 1 탕측 역지밸브(20)가 설치되어 있다.

급수관(12)으로부터 분기한 급수 바이패스관(34)은 급탕 혼합밸브(21)를 통하여 접속 개소(X)에서 출탕관(13)으로 연통하고 있으며, 급탕 혼합밸브(21)에 의해, 저탕 탱크(11)에서 출탕관(13)으로 공급되는 탕수와 급수 바이패스관(34)에서 출탕관(13)으로 공급되는 물의 혼합비가 변경된다.

급수 바이패스관(34)에는 급수 바이패스관(34)에 공급되는 물의 온도(Tw)를 검출하는 급수 온도센서(22)와, 급수 바이패스관(34)을 유통하는 물의 유량(Fw)을 검출하는 수측 유량센서(23)와, 급수 바이패스관(34)에서 출탕관(13)으로의 방향만의 통수를 가능하게 하여 출탕관(13)에서 급수 바이패스관(34)측으로의 탕수의 유출을 저지하는 수측 역지밸브(24)가 설치되어 있다.

출탕관(13)은 일단이 급탕구(31)에 접속되고, 타단이 저탕 탱크(11)의 상부에 접속되어 있다. 저탕 탱크(11)의 상부에 저장된 탕수는 출탕관(13)으로부터 급탕구(31)를 통하여 도시하지 않는 급탕전(부엌, 화장실, 욕실의 수도전이나 샤워기 등)에 공급된다. 출탕관(13)에는 저탕 탱크(11)에서 출탕관(13)으로의 방향만의 통수를 가능하게 하여 출탕관(13)에서 저탕 탱크(11)측으로의 탕수의 유입을 저지하는 제 2 탕측 역지밸브(25)와, 저탕 탱크(11)에서 출탕관(13)으로 공급되는 탕수의 유량(Fh)을 검출하는 탕측 유량센서(27)가 설치되어 있다.

가스 열원 유닛(80)은 출탕관(13)의 급수 바이패스관(34)과의 접속 개소(X)보다도 하류측의 도중에 설치되고, 저탕 유닛(10)에는 가스 열원 유닛(80)을 바이패스하여 가스 열원 유닛(80)의 하류측과 상류측의 출탕관(13)을 연통하는 출탕 바이패스관(33)과, 출탕 바이패스관(33)을 개폐하는 출탕 바이패스밸브(29)가 설치되어 있다.

출탕관(13)의 출탕 바이패스관(33)과의 분기 개소(Y)와 급탕 혼합밸브(21)의 사이에 급탕 혼합밸브(21)를 통하여 출탕관(13)에 공급되는 탕수의 온도(Tm)를 검출하는 혼합 온도센서(28)가 설치되고, 출탕관(13)의 출탕 바이패스관(33)과의 합류 개소(Z)와 급탕구(31)의 사이에 급탕구(31)로부터 출탕되는 탕수의 온도를 검출하는 급탕 온도센서(32)가 설치되어 있다.

저탕 유닛(10)에 구비된 각 센서의 검출신호는 컨트롤러(120)에 입력된다. 또, 컨트롤러(120)로부터 출력되는 제어신호에 의해서 급탕 혼합밸브(21), 출탕 바이패스밸브(29)의 작동이 제어된다.

다음에, 히트펌프 유닛(50)은 저탕 탱크(11) 내의 탕수를 탱크 순환로(41)를 통하여 순환시켜 가열하는 것이며, 옥외에 설치되어 있다. 히트펌프 유닛(50)은 히트펌프 순환로(52)에 의해 접속된 증발기(53), 압축기(54), 히트펌프 열교환기(55, 응축기) 및 팽창밸브(56)에 의해 구성된 히트펌프(51)를 가지고 있다.

증발기(53)는 팬(60)의 회전에 의해 공급되는 공기(외기)와 히트펌프 순환로 (52) 내를 유통하는 열매체(하이드로플루오로카본(HFC) 등의 대체 프레온, 이산화탄소 등)의 사이에서 열교환을 실행한다. 압축기(54)는 증발기(53)로부터 토출된 열매체를 압축하여 고압ㆍ고온으로 하고, 히트펌프 열교환기(55)에 송출한다. 팽창밸브(56)는 압축기(54)에서 가압된 열매체의 압력을 개방한다.

제상(除霜)밸브(61)는 팽창밸브(56)를 바이패스하여 설치되어 있으며, 압축기(54)로부터 송출되는 열매체에 의해 증발기(53)를 제상한다. 히트펌프 순환로 (52)의 팽창밸브(56)의 상류측 및 하류측과 압축기(54)의 상류측 및 하류측에는, 히트펌프 순환로(52) 내를 유통하는 열매체의 온도를 검출하는 열매체 온도센서 (62, 63, 64, 65)가 각각 설치되어 있다. 또, 증발기(53)에는 증발기(53)에 흡입되는 공기의 온도(Tout)를 검출하는 주위 온도센서(67)가 설치되어 있다.

히트펌프 열교환기(55)는 탱크 순환로(41)와 접속되고, 압축기(54)에 의해 고압ㆍ고온으로 된 열매체와 탱크 순환로(41) 내를 유통하는 탕수의 열교환에 의해 탱크 순환로(41) 내를 유통하는 탕수를 가열한다. 탱크 순환로(41)에는 저탕 탱크 (11) 내의 탕수를 탱크 순환로(41)를 통하여 순환시키기 위한 탱크 순환펌프(66)가 설치되어 있다.

저탕 탱크(11) 내의 하부에 저장된 탕수는 탱크 순환펌프(66)에 의해 탱크 순환로(41)에 도입되고, 히트펌프 열교환기(55)에서 소정 온도(비등온도)까지 가열 되어 저탕 탱크(11)의 상부로 되돌려진다. 이에 따라, 소정 온도의 탕수가 저탕 탱크(11)의 상부로부터 순차 적층되어 저장된다.

또한, 탱크 순환로(41)의 히트펌프 열교환기(55)의 상류측 및 하류측에는 탱크 순환로(41) 내를 유통하는 탕수의 온도를 검출하는 탕수 온도센서(68, 69)가 설치되어 있다. 또, 히트펌프 열교환기(55)에는 그 내부의 분위기 온도를 검출하는 분위기 온도센서(57)가 설치되어 있다.

히트펌프 유닛(50)에 구비된 각 센서의 검출신호는 컨트롤러(120)에 입력된다. 또, 컨트롤러(120)로부터 출력되는 제어신호에 의해서 압축기(54), 탱크 순환펌프(66) 및 팬(60)의 작동이 제어된다.

다음에, 가스 열원 유닛(80)은 출탕관(13)을 유통하는 탕수를 가열하는 것이며, 통체(87) 내에 수용된 급탕 버너(81) 및 급탕 버너(81)에 의해 가열되는 급탕 열교환기(82) 등을 구비하고 있다.

또, 출탕관(13)의 도중 개소에는 욕조(105)에 연통된 탕수 충전관(100)이 설치되어 있다. 탕수 충전관(100)에는 탕수 충전관(100)을 개폐하는 탕수 충전밸브 (103)가 설치되어 있으며, 컨트롤러(120)는 탕수 충전밸브(103)를 폐쇄함으로써, 출탕관(13)으로부터 탕수 충전관(100)을 통하여 욕조(105)에 탕수를 공급하는 탕수 충전운전을 실행한다.

급탕 버너(81)에는 도시하지 않는 가스 공급관으로부터 연료가스가 공급됨과 동시에, 도시하지 않는 연소 팬에 의해 연소용 공기가 공급된다. 컨트롤러(120)는 급탕 버너(81)에 공급하는 연료가스와 연소용 공기의 유량을 조절하여 급탕 버너 (81)의 연소량을 제어한다.

급탕 열교환기(82)는 출탕관(13)의 도중에 접속되어 있으며, 급탕 버너(81)의 연소열에 의해서 내부를 유통하는 탕수를 가열한다. 출탕관(13)에는 상류측으로부터 순서대로 지수(止水)밸브(93)와 수량센서(88)가 설치되어 있다. 급탕 열교환기(82)의 상류측과 하류측은 열원 바이패스관(89)에 의해 연통되어 있으며, 열원 바이패스관(89)에는 열원 바이패스관(89)의 개방도를 조절하기 위한 열원 바이패스밸브(90)가 설치되어 있다. 출탕관(13)의 급탕 열교환기(82)의 출구 부근에는 열교 (熱交) 출탕 온도센서(91)가 설치되고, 출탕관(13)의 열원 바이패스관(89)과의 접속 개소의 하류측에는 열원 출탕 온도센서(92)가 설치되어 있다.

상기 구성에 의해, 저탕 탱크(11) 내에 탕수가 없을 때(탕수 소진상태)에, 급수관(12)으로부터 저탕 탱크(11) 및 급수 바이패스관(34)을 통하여 출탕관(13)으로 공급되는 물이 급탕 열교환기(82)에 의해 가열되어 탕수가 되고, 열원 바이패스관(89)으로부터의 물과 혼합되어 목표 급탕 온도의 탕수가 급탕구(31)로부터 공급되도록 되어 있다.

가스 열원 유닛(80)에 구비된 각 센서의 검출신호는 컨트롤러(120)에 입력된다. 또, 컨트롤러(120)로부터 출력되는 제어신호에 의해서, 급탕 버너(81), 열원 바이패스밸브(90) 및 탕수 충전밸브(103)의 작동이 제어된다.

컨트롤러(120)는 도시하지 않는 CPU, 메모리 등에 의해 구성된 전자 회로 유닛이며, 메모리에 보관된 저탕식 급탕장치(1)의 제어용 프로그램을 CPU로 실행함으로써, 태양광 최대발전시각 예측부(129), 일출몰시각 인식부(121), 다급탕 개시시각 예측부(122), 급탕량 추이 검출부(123), 비등필요시간 설정부(124), 비등제어부 (125) 및 계시부(128)로서 기능한다. 또, 컨트롤러(120)에는 후술하는 대응 맵 (127)의 데이터 등을 보관한 메모리(126)가 구비되어 있다.

컨트롤러(120)는 통신케이블(130)에 의해 리모컨(140)과 접속되어 있다. 리모컨(140)은 저탕식 급탕장치(1)의 운전상황이나 운전조건의 설정 등을 표시하기 위한 표시기(141)와 각종 스위치가 설치된 스위치부(142)를 구비하고 있다. 저탕식 급탕장치(1)의 사용자는 리모컨(140)의 스위치부(142)를 조작함으로써, 급탕구(31)로부터의 급탕온도(목표 급탕온도)의 설정이나, 탕수 충전운전에 있어서의 욕조 (105)로의 급탕온도(목표 탕수 충전온도) 및 탕수 충전량(목표 탕수 충전량)의 설정 등을 실행한다.

또, 사용자는 리모컨(140)의 스위치부(142)를 조작하여 태양광 발전장치 (150)에 의해 생성되는 전력을 적극적으로 저탕식 급탕장치(1) 및 가전제품(170) 등의 전기부하에 소비시켜서 전기사업자로부터의 전력구매량을 억제하는 「에너지 절약모드」로 설정할 수 있다.

「에너지 절약모드」로 설정하여 전기사업자로부터의 전력구매량을 억제함으로써, 전기사업자의 발전설비에 의한 발전량을 줄일 수 있기 때문에, 전기사업자의 발전설비에 있어서의 에너지 소비량을 삭감할 수 있다.

계시부(128)는 도시하지 않는 발진기로부터 출력되는 기준펄스신호를 계수함으로써, 현재의 날짜와 시각을 산출한다. 또한, 계시부(128)를 리모컨(140)에 설치하여 리모컨(140)과의 통신에 의해, 현재의 날짜와 시각의 데이터를 컨트롤러(120)측에서 수신하도록 해도 좋다.

일출몰시각 인식부(121)는 계시부(128)에 의해 산출된 현재의 날짜를 대응 맵(127)에 적용하여 저탕 탱크(11) 내의 물의 비등처리를 실행하는 비등실행일에 있어서의 일출시각(SRT) 및 일몰시각(SST)을 취득한다.

대응 맵(127)은 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 날짜와 일출시각(SRT) 및 일몰시각(SST)을 대응 지운 맵으로 되어 있다. 여기서, 대응 맵(127)은 일본 전국의 평균적인 일출시각 및 일몰시각의 과거의 데이터에 의거하여 작성된 것이다.

또한, 리모컨(140)이나 컨트롤러(120)에 설치한 DIP스위치 등에 의해, 저탕식 급탕장치(1)의 설치장소(설치지역)를 입력할 수 있도록 하고, 대응 맵(127)에 의해 얻어진 일출시각(SRT) 및 일몰시각(SST)을 저탕식 급탕장치(1)의 설치장소에 대응하여 보정하도록 해도 좋다.

또, 대응 맵(127)을 날짜 단위가 아니고, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 월 단위로 일출시각(SRT) 및 일몰시각(SST)을 대응 지운 것으로 해도 좋다. 상기의 경우, 일출몰시각 인식부(121)는 비등실행일의 날짜가 속하는 달에 대응한 일출시각 (SRT) 및 일몰시각(SST)을 대응 맵(127)으로부터 취득한다.

급탕량 추이 검출부(123)는 수측 유량센서(23), 탕측 유량센서(27) 및 수량센서(88)에 의한 검출유량으로부터, 급탕구(31) 또는 탕수 충전관(100)으로부터 공급되는 탕수의 유량의 추이를 검출하여 메모리(126)에 보관한다.

다급탕 개시시각 예측부(122)는 메모리(126)에 보관된 과거(전날 이전)의 급탕량의 추이를 판독하여 비등실행일에 있어서의 다급탕 개시시각(WST, 예를 들면, 기상시의 화장실에서의 탕수의 사용이나, 탕수 충전운전에 의한 욕조(105)로의 급탕과 같이, 소정량 이상의 급탕이 개시되는 시각)을 예측한다.

비등필요시간 설정부(124)는 저탕 탱크(11) 내의 물을 비등하는데에 필요한 시간인 비등필요시간(WHT)을 산출한다. 비등필요시간 설정부(124)는 외기온도 {Tout, 주위 온도센서(67)에 의해 검출된다}와 저탕 탱크(11)에 공급되는 물의 온도(Tw, 급수 온도센서(22)에 의해 검출된다)에 대응하여 이하의 표 1에 나타낸 설정테이블에 의해 비등필요시간(WHT)을 설정한다.

외기온도 Tout	급수온도 Tw	비등필요시간 WHT
5℃＜Tout	21℃≤Tw	20분
	14℃≤Tw＜21℃	30분
	Tw＜14℃	45분
Tout≤5℃	Tw≤14℃	60분

표 1에 나타낸 설정테이블은 실험이나 계산에 의한 데이터에 의거하여 결정된 것이며, 상기 설정테이블의 데이터는 미리 메모리(126)에 보관되어 있다.

태양광 최대발전시각 예측부(129)는 일출몰시각 인식부(121)에 의해 인식된 일출시각(SRT)과 일몰시각(SST)의 중간의 시각을 비등실행일에 있어서 태양광 발전장치(150)의 발전전력이 최대가 되는 시각인 태양광 최대발전시각(PMT)으로서 예측한다.

또한, 파워 컨디셔너(151)에서 검출된 비등실행일보다도 전날에 있어서 태양광 발전장치(150)의 발전전력이 최대가 된 시각을 태양광 최대발전시각(PMT)으로서 예측하도록 해도 좋다. 혹은, 컨트롤러(120)에 통신 네트워크(180)와의 통신을 실행하는 기능을 구비하여 정보 서버(181)와의 통신에 의해 수신한 비등실행일의 일기예보의 데이터에 의거하여 제어대상일에 있어서의 태양광 최대발전시각(PMT)을 예측하도록 해도 좋다.

비등제어부(125)는 다급탕 개시시각(WST)이 되기 전에 저탕 탱크(11) 내의 탕수를 비등하는 처리를 실행한다. 또, 비등제어부(125)는 「에너지 절약모드」에 있어서는, 태양광 발전장치(150)의 발전전력이 최대가 되는 시각 또는 상기 시각의 부근으로부터 저탕 탱크(11) 내의 물의 비등처리를 실행함으로써, 비등처리에 있어서의 태양광 발전장치(150)의 발전전력의 이용을 촉진하고 있다.

이하, 도 3에 나타낸 흐름도에 따라서, 「에너지 절약모드」에 있어서의 컨트롤러(120)에 의한 처리에 대해서 설명한다.

컨트롤러(120)는 비등실행일이 되면(예를 들면, 당일의 오전 0시가 되었을 때에), 도 3에 나타낸 흐름도를 실행하여 다급탕에 구비하여 저탕 탱크(11) 내의 탕수의 비등처리를 개시하는 시각(비등개시시각, BST)을 결정한다.

도 3의 STEP 1∼STEP 2는 일출몰시각 인식부(121)에 의한 처리이다. 일출몰시각 인식부(121)는 STEP 1에서, 계시부(128)에 의한 계시데이터로부터 비등실행일의 날짜를 취득한다. 계속되는 STEP 2에서, 일출몰시각 인식부(121)는 비등실행일의 날짜를 대응 맵(127)에 적용하여 비등실행일의 일출시각(SRT) 및 일몰시각(SST)을 인식한다.

다음의 STEP 3은 태양광 최대발전시각 예측부(129)에 의한 처리이다. 태양광 최대발전시각 예측부(129)는 비등실행일의 일출시각(SRT)과 일몰시각(SST)의 중간의 시각을 비등실행일에 있어서의 태양광 최대발전시각(PMT)으로서 예측한다.

계속되는 STEP 4는 다급탕 개시시각 예측부(122)에 의한 처리이다. 다급탕 개시시각 예측부(122)는 급탕량 추이 검출부(123)에 의해 메모리(126)에 보관된 전날 이전의 급탕량의 추이의 데이터로부터 비등실행일에 있어서의 다급탕 개시시각 (WST)을 예측한다. 또, STEP 5는 비등필요시간 설정부(124)에 의한 처리이다. 비등필요시간 설정부(124)는 상기 표 1에 나타낸 설정테이블에 따라서 비등필요시간 (WHT)을 설정한다. 또한, 비등필요시간(WHT)을 고정값으로 해도 좋다.

다음의 STEP 6∼STEP 7 및 STEP 10은, 비등제어부(125)에 의한 처리이다. 비등제어부(125)는 STEP 6에서, 「다급탕 개시시각(WST)이 태양광 최대발전시각(PMT)으로부터 비등필요시간(WHT) 분량만큼 후의 시각보다도 후(PMT＋WHT＜WST)이다」라는 조건이 성립되어 있는지 아닌지를 판단한다.

그리고 상기 조건이 성립될 때는 STEP 10으로 분기하고, 비등제어부(125)는 태양광 최대발전시각(PMT)을 비등개시시각(BST)으로 설정하여 STEP 8로 진행한다.

한편, 상기 조건이 성립되지 않을 때에는 STEP 7로 진행하고, 비등제어부 (125)는 다급탕 개시시각(WST)보다도 비등필요시간(WHT) 분량만큼 전의 시각(WST-WHT)을 비등개시시각(BST)으로 설정하여 STEP 8로 진행한다.

그 후, 비등제어부(125)는 계시부(128)에 의한 계시시각으로부터 비등개시시각(BST)으로 된 것을 인식했을 때에 다급탕에 구비한 저탕 탱크(11) 내의 물의 비등처리를 개시한다.

여기서, 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하여 STEP 6∼STEP 7 및 STEP 10에 의해, 비등개시시각(BST)을 설정하는 것에 의한 효과에 대해서 설명한다.

도 4의 (a)는 세로축을 태양광 발전장치(150)에 의한 발전량(PV)으로 설정하고, 가로축을 시간(t)으로 설정하여 1일(0시∼24시)에 있어서의 태양광 발전장치 (150)의 발전량의 추이를 나타낸 것이다.

도 3의 STEP 6에 있어서의 「다급탕 개시시각(WST)이 태양광 최대발전시각 (PMT)으로부터 비등필요시간(WHT) 분량만큼 후의 시각보다도 후(PMT＋WHT＜WST)이다」라는 조건이 성립될 때는, 도 4의 (a)에 나타낸 다급탕 개시시각(WST1)과 같이, 다급탕 개시시각(WST1)보다도 비등필요시간(WHT) 분량만큼 전의 시각(HST1)이 태양광 최대발전시각(PMT)보다도 후가 된다.

그리고 상기의 경우에, 저탕 탱크(11) 내의 물의 비등처리를 HST1으로부터 개시하면, 히트펌프 유닛(50)이 태양광 최대발전시각(PMT)을 포함하지 않기 때문에 태양광 발전장치(150)의 발전량이 적은 시간대(HST1∼WST1)에서 작동하여 히트펌프 유닛(50)에 의한 상용전력의 소비가 많아진다. 그로 인해, 상용전력의 전력구매량을 억제할 수 없다.

그래서, 태양광 최대발전시각(PMT)을 저탕 탱크(11) 내의 물의 비등처리의 개시시각(BST1)으로 함으로써, 히트펌프 유닛(50)을 태양광 발전장치(150)의 발전량이 최대가 되는 시각(PMT)을 포함하는 시간대(HTwh)에서 작동시킬 수 있다.

그로 인해, 저탕 탱크(11) 내의 물의 비등처리를 HST로부터 개시한 경우보다도, 태양광 발전장치(150)의 발전전력의 이용이 촉진되고, 비등처리시에 히트펌프 유닛(50)에 의해 소비되는 상용전력을 저감하여 상용전력의 전력구매량을 억제할 수 있다.

또한, 상기 조건이 성립되지 않을 때에는, 다급탕 개시시각(WST)보다도 비등필요시간(WHT) 분량만큼 전의 시각(HST)이 태양광 최대발전시각(PMT) 이전이 되기 때문에, 비등개시시각(BST)을 태양광 최대발전시각(PMT)보다도 후로 하면, 다급탕 개시시각(WST)까지 저탕 탱크(11) 내의 물을 비등할 수 없다. 그로 인해, 도 3의 STEP 7에서, 비등제어부(125)는 비등개시시각(BST)을 다급탕 개시시각(WST)보다도 비등필요시간(WHT) 분량만큼 전의 시각(WST-WHT)으로 설정한다.

도 4의 (b)는 상기 조건이 성립되었을 때에, 비등개시시각(BST)을 설정하는 구체예를 나타낸 것이다. 도 4의 (b)에 있어서, ‘PVwh’는 상기 조건이 성립되는 범위이며, 태양광 최대발전시각(PMT)으로부터 비등필요시간(WHT)만큼 후의 시각 (JMS)보다도 후의 범위를 나타내고 있다.

다급탕 개시시각(WST2)이 PVwh의 범위 내일 때는, 상기한 도 3의 STEP 10의 처리에 의해, 비등제어부(125)는 다급탕에 구비한 저탕 탱크(11) 내의 물의 비등처리를 개시하는 비등개시시각(BST2)을 태양광 최대발전시각(PMT)으로 설정한다.

이에 따라, 저탕 탱크(11) 내의 물의 비등처리가 태양광 최대발전시각(PMT)으로부터 비등필요시간(WHT)까지의 범위(HTwh)에서 실행된다. 그로 인해, 태양광 발전장치(150)의 발전량이 최대가 되는 시간대에 히트펌프 유닛(50)을 작동시켜서 저탕 탱크(11) 내의 물을 비등할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 도 3의 STEP 10에서, 비등제어부(125)는 비등개시시각(BST)을 태양광 최대발전시각(PMT)으로 설정했지만, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 태양광 최대발전시각(PMT)보다도 소정 시간(ΔT) 만큼 전의 시각{BST2' (BST2'=PMT-ΔT)}으로 설정해도 좋다. ΔT는 비등처리가 실행되는 시간대(HTwh')의 중간 시점이 태양광 최대발전시각(PMT) 부근이 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

또, 상기 조건이 성립될 때에, 비등개시시각(BST)을 태양광 최대발전시각 (PMT)의 부근의 PMT의 전후 소정 범위 내{예를 들면, 태양광 발전장치(150)의 발전량이 태양광 최대발전시각(PMT)에 있어서의 발전량의 70％ 이상이 되는 시간대}의 시각으로 설정함으로써, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 본 발명의 탱크 가열부로서 히트펌프 유닛(50)을 구비한 저탕식 급탕장치(1)를 나타냈지만, 전기히터에 의해 저탕 탱크 내의 탕수를 가열하는 전기온수기 등, 다른 구성의 탱크 가열부를 구비한 저탕식 급탕장치에 대해서도 본 발명의 적용이 가능하다.

또, 일출몰시각 인식부(121)는 메모리(126)에 보관된 대응 맵(127)의 데이터에 의거하여 제어대상일에 있어서의 일출시각(SRT) 및 일몰시각(SST)을 인식했지만, 컨트롤러(120)에 통신 네트워크(180)와의 통신을 실행하는 기능을 구비하여 정보 서버(181)와의 통신에 의해 수신한 데이터에 의해, 제어대상일에 있어서의 일출시각(SRT) 및 일몰시각(SST)을 인식해도 좋다.

또, 다급탕 개시시각 예측부(122)는 급탕량 추이 검출부(123)에 의해 검출된 과거의 급탕량의 추이에 의거하여 제어대상일에 있어서의 다급탕 개시시각(WST)을 추정했지만, 리모컨(140)에 사용자에 의한 스위치부(142)의 조작에 대응하여 욕조 (105)로의 탕수 충전을 실행하는 시각(탕수 충전완료시각)을 설정하는 기능을 설치해도 좋다. 상기의 경우, 다급탕 개시시각 예측부(122)는 리모컨(140)에 의해 설정된 탕수 충전완료시각보다도 탕수 충전에 필요한 시간분량만큼 전의 시각을 다급탕 개시시각(WST)으로서 추정할 수 있다.

1: 저탕식 급탕장치 10: 저탕 유닛
11: 저탕 탱크 12: 급수관
13: 출탕관 50: 히트펌프 유닛
80: 가스 열원 유닛 120: 컨트롤러
121: 일출몰시각 인식부 122: 다급탕 개시시각 예측부
123: 급탕량 추이 검출부 124: 비등필요시간 설정부
125: 비등제어부 126: 메모리
127: 대응 맵 128: 계시부
129: 태양광 최대발전시각 예측부 150: 태양광 발전장치
151: 파워 컨디셔너

Claims

태양광 발전장치 및 상용전력 공급라인과 전기부하에 접속되어 상기 태양광 발전장치의 발전량이 상기 전기부하의 소비전력을 상회할 때는 잉여의 상기 태양광 발전장치의 발전전력을 판매하고, 상기 태양광 발전장치의 발전량이 상기 전기부하의 소비전력을 하회할 때는 부족한 전력을 구매하는 파워 컨디셔너로부터의 공급전력을 사용하는 저탕식 급탕장치로서,
저탕 탱크와,
상기 저탕 탱크에 접속되어 상기 저탕 탱크에 물을 공급하는 급수관과,
상기 파워 컨디셔너로부터의 공급전력에 의해 작동하는 상기 전기부하로서, 상기 저탕 탱크 내의 물을 가열하는 탱크 가열부와,
상기 저탕 탱크에 접속되어 상기 저탕 탱크로부터 탕수가 공급되는 출탕관과,
상기 가열부에 의해 상기 저탕 탱크 내의 물을 소정 온도까지 비등하는 비등처리를 실행하는 비등실행일에 있어서, 상기 태양광 발전장치에 의한 발전전력이 최대가 되는 시각인 태양광 최대발전시각을 예측하는 태양광 최대발전시각 예측부와,
상기 비등실행일에 있어서 상기 출탕관으로부터 소정량 이상의 급탕이 개시 되는 시각인 다급탕 개시시각을 예측하는 다급탕 개시시각 예측부와,
상기 비등처리의 실행에 필요한 시간인 비등필요시간을 설정하는 비등필요시간 설정부와,
상기 다급탕 개시시각이 상기 태양광 최대발전시각으로부터 상기 비등필요시간 분량만큼 후의 시각보다도 후일 때에, 상기 다급탕 개시시각으로부터의 탕수의 사용에 대비한 상기 비등처리를 상기 태양광 최대발전시각의 전후 소정 범위 내의 시각으로부터 개시하는 비등제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 저탕식 급탕장치.
청구항 1에 있어서,
상기 비등실행일에 있어서의 일출시각 및 일몰시각을 미리 인식하는 일출몰시각 인식부를 구비하고,
상기 태양광 최대발전시각 예측부는 상기 일출시각 및 상기 일몰시각에 의거하여 상기 태양광 최대발전시각을 예측하는 것을 특징으로 하는 저탕식 급탕장치.
청구항 1에 있어서,
상기 태양광 발전장치에 의한 발전량을 검출하는 태양광 발전전력 검출부를 구비하고,
상기 태양광 발전전력 검출부에 의해 검출된 상기 비등실행일보다도 전날에 있어서의 상기 태양광 발전장치의 발전량의 추이에 의거하여 상기 태양광 최대발전시각을 예측하는 것을 특징으로 하는 저탕식 급탕장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출탕관으로부터의 급탕량의 추이를 검출하는 급탕량 추이 검출부를 구비하고,
상기 다급탕 개시시각 예측부는 상기 비등실행일보다도 전날에 있어서의 상기 급탕량 추이 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 비등실행일에 있어서의 상기 다급탕 개시시각을 예측하는 것을 특징으로 하는 저탕식 급탕장치.