JP6747424B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯装置に関する。

夜間時間帯の電力を利用して沸上運転を行う貯湯式給湯装置が広く用いられている。また、太陽光発電装置を備えた住宅、施設等において、太陽光発電装置により発電された電力のうちの余剰電力を活用するために、貯湯式給湯装置の沸上運転を行い、熱エネルギーとして貯湯タンクに貯えることが行われている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１７／０９０１５１号

より多くの余剰電力を活用するためには、夜間時間帯の沸上運転により貯湯タンクに貯える蓄熱量を少なめにすることが望ましい。しかしながら、夜間時間帯の沸上運転による蓄熱量が少なすぎると、余剰電力による沸上運転が開始する前に湯切れが発生する可能性がある。

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、余剰電力をより有効に活用することのできる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと、電力を消費して水を加熱する加熱手段と、加熱手段により貯湯タンクの水を加熱する沸上運転を制御する制御手段と、を備え、夜間時間帯での沸上運転である夜間沸上運転を、電力系統から供給される電力を用いて実行可能であり、太陽光発電装置で発電された電力のうちの余剰電力を用いる沸上運転である余剰電力沸上運転を実行可能であり、余剰電力に関する予測情報を制御手段が受信可能であり、余剰電力熱量は、予測情報に基づいて翌日の余剰電力沸上運転により生成されると予測される熱量であり、制御手段は、翌日の給湯負荷分を賄うための要求熱量から余剰電力熱量を差し引いた熱量を、夜間沸上運転により貯える目標熱量である夜間目標熱量として算出し、夜間目標熱量が第一下限熱量以上である場合には夜間目標熱量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施し、夜間目標熱量が第一下限熱量よりも少ない場合には第一下限熱量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施する第一の余剰電力活用モードと、夜間目標熱量が第一下限熱量よりも小さい第二下限熱量以上である場合には夜間目標熱量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施し、夜間目標熱量が第二下限熱量よりも少ない場合には第二下限熱量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施する第二の余剰電力活用モードとを切り替え可能であるものである。

本発明によれば、余剰電力をより有効に活用することが可能となる。

実施の形態１による貯湯式給湯装置を示す図である。 実施の形態１において夜間目標貯湯量を決定する処理を示すフローチャートである。 実施の形態１において起動貯湯量を決定する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による貯湯式給湯装置３５を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の貯湯式給湯装置３５は、ヒートポンプサイクルを利用するＨＰユニット７と、貯湯タンク８を有するタンクユニット３３と、リモコン４４とを備える。ＨＰユニット７は、電力を消費して水を加熱する加熱手段の例である。図示の構成では、貯湯式給湯装置３５の動作を制御する制御部３６がタンクユニット３３に内蔵されている。

リモコン４４は、貯湯式給湯装置３５の制御部３６に対し、双方向にデータ通信可能に接続されている。リモコン４４は、ユーザーインターフェースの例である。制御部３６とリモコン４４との間の通信は、有線通信でも無線通信でもよい。リモコン４４は、浴室に設置されてもよい。リモコン４４は、台所に設置されてもよい。異なる場所に複数のリモコン４４が設置されてもよい。リモコン４４のほかに、例えばスマートフォンのような携帯情報端末が貯湯式給湯装置３５のユーザーインターフェースとして使用可能でもよい。

リモコン４４は、表示部４４ａ及び操作部４４ｂを備える。表示部４４ａは、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイでもよい。表示部４４ａは、例えば、貯湯式給湯装置３５の状態に関する情報、貯湯式給湯装置３５の設定内容に関する情報などを表示できる。操作部４４ｂは、使用者が操作するためのボタン、ダイヤル、キーなどを含んでもよい。表示部４４ａは、操作部の機能を兼ね備えるタッチスクリーンでもよい。リモコン４４は、スピーカ、マイク等をさらに備えてもよい。リモコン４４の表示部４４ａは、情報を報知する報知手段としての機能を有する。本実施の形態におけるリモコン４４は、表示部４４ａを報知手段として備えるが、変形例として、例えば音声案内装置のような他の報知手段を備えてもよい。

貯湯式給湯装置３５は、沸上運転を実施できる。後述するように、沸上運転は、ＨＰユニット７により貯湯タンク８の水を加熱する運転である。本実施の形態において、貯湯式給湯装置３５が利用される住宅または施設（以下、代表して「住宅」と称する）には、太陽光発電装置４７（図示省略）が備えられている。貯湯式給湯装置３５と、住宅で用いられる他の電気機器とは、太陽光発電装置４７で発電された電力により運転可能である。以下の説明では、太陽光発電装置４７で発電された電力のうち、貯湯式給湯装置３５が使用可能な電力を「余剰電力」と称する。例えば、太陽光発電装置４７で発電された電力のうち、貯湯式給湯装置３５以外の他の電気機器が消費する電力を除いた分を「余剰電力」とみなしてもよい。貯湯式給湯装置３５は、余剰電力によって沸上運転を実施可能である。以下の説明では、余剰電力を用いる沸上運転を「余剰電力沸上運転」と称する。

貯湯式給湯装置３５の制御部３６に対して、通信アダプタ４６が双方向にデータ通信可能に接続されている。制御部３６と通信アダプタ４６との間の通信は、有線通信でも無線通信でもよい。通信アダプタ４６とエネルギー管理装置４８との間は、有線通信または無線通信により、双方向にデータ通信可能に接続されている。エネルギー管理装置４８は、貯湯式給湯装置３５及び太陽光発電装置４７を含め、住宅における各種の機器と通信可能に接続され、これらの機器を統合して管理及び制御する。

例えば、エネルギー管理装置４８は、太陽光発電装置４７の発電量、住宅内の電気機器の消費電力量などの情報を定期的に受信し、メモリに記憶している。また、エネルギー管理装置４８は、例えばインターネットのようなネットワークを介して、気象予報情報などを外部情報源から受信可能である。エネルギー管理装置４８は、メモリに記憶された情報に基づいて、過去における太陽光発電装置４７の発電量、住宅内の電気機器の消費電力量などの値及びその発生時間帯を学習できる。エネルギー管理装置４８は、その学習した情報、気象予報情報、日付、曜日の情報などに基づいて、翌日または当日に余剰電力が発生する時間帯と、その発生量とを予測できる。

以下の説明では、エネルギー管理装置４８が予測した、翌日または当日の余剰電力の発生時間帯及び発生量に関する情報を「余剰電力予測情報」と称する。制御部３６は、通信アダプタ４６を介して、余剰電力予測情報をエネルギー管理装置４８から受信することができる。

ＨＰユニット７とタンクユニット３３との間は、ＨＰ往き管１４とＨＰ戻り管１５と図示しない電気配線とを介して接続されている。タンクユニット３３及びＨＰユニット７が備える弁類、ポンプ類のような各種のアクチュエータの作動は、これらと電気的に接続された制御部３６により制御される。

ＨＰユニット７は、圧縮機２、水冷媒熱交換器３、膨張弁４、空気熱交換器６を冷媒管５にて環状に接続し、ヒートポンプサイクルを構成している。水冷媒熱交換器３は、冷媒管５を流れる冷媒とタンクユニット３３から導かれた水との間で熱交換を行うためのものである。ＨＰユニット７の加熱能力は、単位時間当たりに水に与える熱量であり、単位はワットである。例えば、圧縮機２の運転周波数を可変にすることで、ＨＰユニット７の加熱能力を調整可能としてもよい。ＨＰユニット７の加熱能力を変えることで、ＨＰユニット７の消費電力を調整可能である。

タンクユニット３３には、以下の各種部品及び配管などが内蔵されている。貯湯タンク８は、湯水を貯留するためのものである。温度による水の密度の違いにより、貯湯タンク８内には、上側が高温で下側が低温の温度成層を形成できる。貯湯タンク８の下部に設けられた水導入口８ａには、第３給水管９ｃが接続されている。水道等の水源から供給される水は、減圧弁３１で所定圧力に調圧された上で、第３給水管９ｃを通って貯湯タンク８内に流入する。貯湯タンク８の上部に設けられた温水導入出口８ｄには、貯湯タンク８内に貯留された湯を貯湯式給湯装置３５の外部へ供給するための給湯管２１と、送湯管１３とが接続されている。沸上運転において、ＨＰユニット７を用いて加熱された高温湯が温水導入出口８ｄから貯湯タンク８内に流入し、貯湯タンク８内で上から下に向かって徐々に高温湯が蓄積されていく。貯湯タンク８の表面には、複数の貯湯温度センサ４２，４３が高さを変えて取り付けられている。制御部３６は、これら貯湯温度センサ４２，４３で貯湯タンク８内の湯水の温度分布を検出することにより、貯湯タンク８内の貯湯量及び蓄熱量を検出できる。制御部３６は、検出された貯湯タンク８内の貯湯量または蓄熱量に応じて、沸上運転の開始及び停止などを制御してもよい。図示の例では、２個の貯湯温度センサ４２，４３を設けているが、さらに多くの貯湯温度センサを設けてもよい。

タンクユニット３３内には、循環ポンプ１２及びふろ用熱交換器２０が内蔵されている。循環ポンプ１２は、タンクユニット３３内の後述する各種の配管に湯水を循環させるためのポンプであり、ＨＰ往き管１４上に設けられている。ふろ用熱交換器２０は、貯湯タンク８またはＨＰユニット７から供給される高温湯を利用して、２次側の加熱対象水（浴槽水または暖房用水など）を加熱するための熱交換器である。本実施の形態では、ふろ用熱交換器２０の２次側の構成として、浴槽３０内の湯水を循環させるふろ往き管２７とふろ戻り管２８を例示し説明する。ふろ用熱交換器２０は、ふろ往き管２７とふろ戻り管２８の途中に設置されている。また、ふろ往き管２７とふろ戻り管２８の途中には、浴槽水を循環させるためのふろ循環ポンプ２９と、浴槽３０から出た浴槽水の温度を検出するためのふろ戻り温度センサ３８と、ふろ用熱交換器２０から出た熱交換後の湯の温度を検出するためのふろ往き温度センサ３７とが設置されている。

三方弁１１は、湯水が流入するａポート及びｂポートと、湯水が流出するｃポートとを有する流路切替手段である。四方弁１８は、湯水が流入するｂポート及びｃポートと、湯水が流出するａポート及びｄポートとを有する流路切替手段であり、４つの経路、ａ−ｂ、ａ−ｃ、ｂ−ｄ、ｃ−ｄの間で流路切替可能に構成されている。また、タンクユニット３３は、水導出口管１０、温水導入管２０ａ、第１バイパス管１６、温水導出管２０ｂ、及び第２バイパス管１７を有している。水導出口管１０は、貯湯タンク８の下部に設けられた水導出口８ｂと三方弁１１のａポートとを接続する。ＨＰ往き管１４は、三方弁１１のｃポートとＨＰユニット７の入口側とを接続する。ＨＰ戻り管１５は、ＨＰユニット７の出口側と四方弁１８のｃポートとを接続する。送湯管１３は、四方弁１８のｄポートと、貯湯タンク８上部の温水導入出口８ｄとを接続する。第１バイパス管１６は、四方弁１８のａポートと、貯湯タンク８の中央部から下部の間に設けられた温水導入口８ｃとを接続する。温水導入管２０ａは、送湯管１３の途中から分岐し、ふろ用熱交換器２０の１次側入口に接続される。温水導出管２０ｂは、ふろ用熱交換器２０の１次側出口と三方弁１１のｂポートとを接続する。第２バイパス管１７は、ＨＰ往き管１４における循環ポンプ１２とＨＰユニット７の入口側との間から分岐し、四方弁１８のｂポートに接続される。

さらに、タンクユニット３３は、第１給水管９ａ、第２給水管９ｂ、給湯用混合弁２２、ふろ用混合弁２３、第１給湯管２４、及び第２給湯管２５を有している。第１給水管９ａの一端は水道等の水源に接続され、第１給水管９ａの他端には減圧弁３１を介して第２給水管９ｂ及び第３給水管９ｃが接続されている。第２給水管９ｂは、途中から分岐してそれぞれ給湯用混合弁２２とふろ用混合弁２３とに接続されている。また、給湯管２１は、途中から分岐してそれぞれ給湯用混合弁２２及びふろ用混合弁２３に接続されている。第２給湯管２５の途中には、第２給湯管２５を開閉するふろ用電磁弁２６と、第２給湯管２５を通る湯の流量を検出するふろ用流量センサ４５とが設けられている。第１給水管９ａに設けられた給水温度センサ４９は、水源から供給される低温水の温度である給水温度を検出する。

給湯用混合弁２２及びふろ用混合弁２３は、給湯管２１から供給される高温湯と、第２給水管９ｂから供給される低温水との流量比を調整することにより、使用者がリモコン４４にて設定した設定温度の湯を生成し、第１給湯管２４及び第２給湯管２５にそれぞれ流入させる。給湯用混合弁２２で温度調整された湯は、第１給湯管２４から給湯栓３４を経由して、使用者が使用するシャワー及びカラン等の蛇口（図示しない）に供給される。一方、ふろ用混合弁２３で設定温度に調整された湯は、第２給湯管２５からふろ用流量センサ４５、ふろ用電磁弁２６、ふろ往き管２７、ふろ戻り管２８を経て浴槽３０に供給される。

三方弁１１は、水導出口管１０とＨＰ往き管１４とが連通する形態と、温水導出管２０ｂとＨＰ往き管１４とが連通する形態、の２つの流路形態で、タンクユニット３３内の湯水の流路を切り替えて使用する。四方弁１８は、ＨＰ戻り管１５と送湯管１３とが連通する形態、ＨＰ戻り管１５と第１バイパス管１６とが連通する形態、第１バイパス管１６と第２バイパス管１７とが連通する形態、送湯管１３と第２バイパス管１７とが連通する形態、の４つの流路形態で、タンクユニット３３内の湯水の流路を切り替えて使用する。

貯湯式給湯装置３５は、電力会社などが保有する電力系統から供給される電力（以下、「商用電力」と称する）を用いて沸上運転を実行可能である。以下の説明では、夜間時間帯に行う沸上運転を「夜間沸上運転」と称する。夜間沸上運転は、電力会社から買電する商用電力によって実行される。

以下の説明では、夜間時間帯以外の時間帯を「昼間時間帯」と称する。夜間時間帯は、例えば、夜２２時から翌朝６時までの時間帯でもよい。この場合、昼間時間帯は、朝６時から夜２２時までの時間帯となる。また、夜間時間帯は、例えば、夜２３時から翌朝７時までの時間帯でもよい。この場合、昼間時間帯は、朝７時から夜２３時までの時間帯となる。通常、電力会社から買電する商用電力の料金単価は、昼間時間帯よりも夜間時間帯の方が割安となる。

リモコン４４を操作することで、夜間時間帯の開示時刻及び終了時刻の設定を変えられるようにしてもよい。また、制御部３６は、エネルギー管理装置４８及び通信アダプタ４６を介して、電力会社等から電力契約情報等を受信することで、夜間時間帯の開示時刻及び終了時刻を自動で設定してもよい。

制御部３６は、余剰電力予測情報に基づいて、翌日の余剰電力沸上運転が実行可能かどうかを予測できる。以下の説明では、翌日の余剰電力沸上運転により生成されると予測される熱量を「余剰電力熱量」と称する。翌日の余剰電力沸上運転が実行可能と予測される場合、制御部３６は、余剰電力予測情報に基づいて、余剰電力熱量を計算できる。例えば、制御部３６は、予測される余剰電力によって沸上運転を行ったと仮定したときのＨＰユニット７の加熱能力に、余剰電力沸上運転の予測運転時間を乗じることで、余剰電力熱量を計算できる。変形例として、制御部３６以外の機器、例えばエネルギー管理装置４８が、翌日の余剰電力沸上運転が実行可能かどうかの予測と、余剰電力熱量の計算とを行ってもよい。

制御部３６は、翌日の給湯負荷分を賄うための要求熱量を計算できる。制御部３６は、例えば、過去の使用湯量を学習したデータなどに応じて、要求熱量を計算してもよい。

昼間時間帯に貯湯タンク８の蓄熱量が不足に陥り、かつ余剰電力沸上運転が実行不可能である場合には、昼間時間帯の割高な商用電力を買電して沸上運転を行わなければならないので、経済性が悪くなる。本実施の形態において、制御部３６は、余剰電力予測情報に基づいて翌日の余剰電力沸上運転が実施不可能と予測される場合には、要求熱量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施することが望ましい。要求熱量に相当する熱量を夜間沸上運転で貯湯タンク８に貯えておけば、昼間時間帯に沸上運転が必要になることを抑制できるので、昼間時間帯の割高な商用電力を貯湯式給湯装置３５が使用することを抑制できる。

本実施の形態では、沸上運転により生成される熱量、貯湯タンク８の蓄熱量などの熱量を、典型的な給湯温度である４２℃の湯に換算した湯量で表す場合がある。この場合、湯量と熱量とは、例えば、次式により換算できる。
熱量［ｋｃａｌ］＝（４２℃−給水温度）×湯量［Ｌ］
熱量［ｋＪ］＝（４２℃−給水温度）×湯量［Ｌ］×４．１９

本実施の形態の貯湯式給湯装置３５は、余剰電力を沸上運転に活用する程度を使用者が選択するためのモードとして、「活用なし」モードと、余剰活用「中」モードと、余剰活用「高」モードとを設定可能になっている。使用者は、リモコン４４を操作することで、これらのモードのうちのいずれかを設定することができる。「活用なし」モードは、余剰電力沸上運転を実施しないモードである。例えば、余剰電力を電力系統へ逆潮流させて売電することを優先したい使用者は、「活用なし」モードを設定することで、売電量を多くすることができる。

余剰活用「中」モードは、貯湯タンク８の湯切れが発生することを確実に抑制できる範囲において余剰電力を沸上運転に活用可能とするモードである。この余剰活用「中」モードは、第一の余剰電力活用モードに相当する。余剰活用「高」モードは、余剰活用「中」モードよりも多くの余剰電力を沸上運転に活用可能とするモードである。余剰活用「高」モードでは、湯切れの発生を確実に抑制できない可能性がある。余剰活用「高」モードは、第二の余剰電力活用モードに相当する。

図２は、本実施の形態において夜間目標貯湯量を決定する処理を示すフローチャートである。夜間目標貯湯量は、夜間沸上運転により貯える目標熱量である夜間目標熱量に相当する。以下の説明では、制御部３６が本処理を実行するものとして説明するが、変形例として、制御部３６以外の機器、例えばエネルギー管理装置４８が本処理を行ってもよい。制御部３６は、夜間時間帯が開始する前に本処理を実行する。

まず、ステップＳ１で、制御部３６は、翌日の給湯負荷分を賄うための要求貯湯量を算出する。この要求貯湯量は、前述した要求熱量に相当する。制御部３６は、例えば、過去２週間における一日の使用湯量を統計的に処理した値（例えば平均値）を用いて要求貯湯量を算出してもよい。

次に、ステップＳ２として、制御部３６は、「活用なし」モードが設定されているかどうかを判断する。「活用なし」モードが設定されている場合には、制御部３６は、ステップＳ９として、要求貯湯量に等しい値を夜間目標貯湯量として決定する。

これに対し、「活用なし」モードが設定されていない場合、すなわち余剰活用「中」モードまたは余剰活用「高」モードが設定されている場合には、制御部３６は、ステップＳ３として、制御部３６は、要求貯湯量から余剰電力湯量を差し引いた値を夜間目標貯湯量として算出する。余剰電力湯量は、前述した余剰電力熱量に相当する。例えば、制御部３６は、次式により余剰電力湯量を計算できる。
余剰電力湯量［Ｌ］＝ＨＰユニット７の加熱能力［ｋＷ］×余剰電力沸上運転の予測運転時間［ｈ］×８６０÷（４２℃−給水温度）

次いで、ステップＳ４として、制御部３６は、余剰活用「中」モードが設定されているかどうかを判断する。余剰活用「中」モードが設定されている場合には、制御部３６は、ステップＳ５として、ステップＳ３で算出した夜間目標貯湯量が第一集中湯量よりも少ないかどうかを判断する。

ここで、第一集中湯量について説明する。第一集中湯量は、一日のうちで集中的に使用されると想定される最大の湯量として制御部３６が記憶している値である。制御部３６は、例えば以下のような処理によって第一集中湯量を算出してもよい。一日の中で所定時間（例えば５分）以内に湯の使用があった場合には、使用された湯量を積算していき、所定時間内に湯の使用がなければ積算を終了し、その積算された値を集中湯量として記憶する。この際、４２℃の湯の量に換算して使用湯量を計算する。その日のうちで最も大きい集中湯量をメイン集中湯量とする。過去２週間におけるメイン集中湯量を統計的に処理した値を第一集中湯量として算出する。例えば、過去２週間のうちで最も大きいメイン集中湯量の値を第一集中湯量としてもよい。典型的には、浴槽３０の湯はりに使用される湯の量が第一集中湯量として記憶される場合が多い。なお、上記所定時間は、湯の使用状況に応じて変化させてもよい。

次に、第二集中湯量について説明する。第二集中湯量は、一日のうちで集中的に使用されると想定される湯量のうち２番目に大きい湯量として制御部３６が記憶している値である。制御部３６は、例えば以下のような処理によって第二集中湯量を算出してもよい。上記のようにして計算された一日の集中湯量のうちでメイン集中湯量の次に大きい値をサブ集中湯量とする。過去２週間におけるサブ集中湯量を統計的に処理した値を第二集中湯量として算出する。例えば、過去２週間のうちで最も大きいサブ集中湯量の値を第二集中湯量としてもよい。第二集中湯量は、例えばシャワーに使用される湯の量に相当する。

図２のフローチャートに戻って説明する。ステップＳ３で算出した夜間目標貯湯量が第一集中湯量以上である場合には、制御部３６は、本フローチャートの処理を終了する。この場合には、ステップＳ３で算出した値が夜間目標貯湯量として決定する。

これに対し、ステップＳ３で算出した夜間目標貯湯量が第一集中湯量よりも少ない場合には、ステップＳ５からステップＳ６へ移行する。ステップＳ６で、制御部３６は、夜間目標貯湯量を、第一集中湯量に等しい値に変更する。すなわち、この場合には、第一集中湯量に等しい値が夜間目標貯湯量として決定する。

また、ステップＳ４で余剰活用「中」モードが設定されていない場合、すなわち余剰活用「高」モードが設定されている場合には、制御部３６は、ステップＳ７として、ステップＳ３で算出した夜間目標貯湯量が第二集中湯量よりも少ないかどうかを判断する。ステップＳ３で算出した夜間目標貯湯量が第二集中湯量以上である場合には、制御部３６は、本フローチャートの処理を終了する。この場合には、ステップＳ３で算出した値が夜間目標貯湯量として決定する。

これに対し、ステップＳ３で算出した夜間目標貯湯量が第二集中湯量よりも少ない場合には、ステップＳ７からステップＳ８へ移行する。ステップＳ８で、制御部３６は、夜間目標貯湯量を、第二集中湯量に等しい値に変更する。すなわち、この場合には、第二集中湯量に等しい値が夜間目標貯湯量として決定する。

制御部３６は、以上のようにして決定された夜間目標貯湯量に相当する熱量を、夜間時間帯の終了時点までに生成して貯湯タンク８内に貯えるように、夜間沸上運転を制御する。制御部３６は、夜間時間帯の開始時刻に夜間沸上運転を開始してもよいが、例えば、以下のようにしてもよい。制御部３６は、夜間目標貯湯量に相当する熱量の値と、ＨＰユニット７の加熱能力の値と、夜間沸上運転前の貯湯タンク８の蓄熱量などに基づいて、夜間沸上運転の必要運転時間を計算する。夜間時間帯の終了時刻（例えば７時）から、この必要運転時間だけ遡った時刻に夜間沸上運転を開始する。すなわち、夜間時間帯の終了時点に夜間沸上運転が終了するようにする。これにより、夜間沸上運転の終了から、給湯利用までの時間をなるべく短くできるので、貯湯タンク８から散逸する熱量を低減できる。

上述したように、本実施の形態では、余剰活用「中」モードが設定されている場合には、以下のようになる。夜間目標貯湯量が第一集中湯量以上である場合には夜間目標貯湯量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施し、夜間目標貯湯量が第一集中湯量よりも少ない場合には第一集中湯量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施する。これにより、余剰活用「中」モードでは、最低でも第一集中湯量に相当する熱量が貯湯タンク８に貯えられるように夜間沸上運転が制御される。このため、湯切れの発生を確実に抑制しつつ、余剰電力の活用を図ることができる。例えば、余剰電力沸上運転が開始される前に第一集中湯量に相当する給湯需要が発生したような場合においても、湯切れの発生を確実に抑制できる。本実施の形態では、第一集中湯量に相当する熱量が「第一下限熱量」に相当する。

また、余剰活用「高」モードが設定されている場合には、以下のようになる。夜間目標貯湯量が第二集中湯量以上である場合には夜間目標貯湯量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施し、夜間目標貯湯量が第二集中湯量よりも少ない場合には第二集中湯量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施する。これにより、余剰活用「高」モードでは、最低でも第二集中湯量に相当する熱量が貯湯タンク８に貯えられるように夜間沸上運転が制御される。第二集中湯量は、第一集中湯量よりも小さい。このため、余剰活用「高」モードでは、夜間沸上運転で生成する熱量を余剰活用「中」モードよりもさらに少なくできるので、夜間沸上運転のときに電力系統から買電する電力量がさらに少なくなり、より経済的になる。また、余剰電力沸上運転が開始される前でも、最低でも第二集中湯量に相当する熱量が貯湯タンク８に貯えられているので、湯切れの発生をなるべく抑制できる。本実施の形態では、第二集中湯量に相当する熱量が「第二下限熱量」に相当する。

前述したように、第一集中湯量は、典型的には浴槽３０の湯はりに使用されるものであるので、夕方から晩の時間帯に使用される場合が多い。すなわち、余剰電力沸上運転が開始される前に第一集中湯量に相当する給湯需要が発生する可能性は、比較的小さい。このため、余剰活用「高」モードが設定されている場合であっても、湯切れが発生する可能性は比較的小さい。

しかしながら、余剰活用「高」モードが設定されている場合において、余剰電力沸上運転が開始される前に第一集中湯量に相当する給湯需要が発生した場合には、湯切れが発生する可能性がある。このため、制御部３６は、余剰活用「高」モードが設定されている場合には、貯湯タンク８が湯切れする可能性があることを、リモコン４４の表示部４４ａまたは音声案内などにより、使用者に報知することが望ましい。例えば、「余剰電力の発生が予測される場合に朝方の給湯機の湯量を少なくするため、注意してお湯をご使用ください」のようなメッセージをリモコン４４の表示部４４ａに表示したり音声案内すればよい。また、制御部３６は、余剰活用「中」モードが設定されている場合においても、上記と類似の方法により、湯の使い方への注意を喚起する情報を使用者に報知してもよい。

本実施の形態であれば、余剰活用「中」モード及び余剰活用「高」モードを備えたことで、使用者の需要に合わせて、余剰電力をより有効活用することが可能となる。例えば、湯切れを確実に防止しつつ余剰電力の活用を図りたい使用者は余剰活用「中」モードを選択し、余剰電力の活用をさらに優先したい使用者は余剰活用「高」モードを選択することができるので、優れた使い勝手が得られる。

本実施の形態では、第一集中湯量を給湯可能な熱量を第一下限熱量として設定しているが、第一下限熱量の値はこれに限定されるものではない。例えば、第一集中湯量を給湯可能な熱量に所定値を加算した熱量に相当する値を第一下限熱量として設定してもよい。

本実施の形態では、第二集中湯量を給湯可能な熱量を第二下限熱量として設定しているが、第二下限熱量の値はこれに限定されるものではない。例えば、第二集中湯量を給湯可能な熱量に所定値を加算した熱量に相当する値を第二下限熱量として設定してもよい。

過去に、夜間時間帯の終了時点から余剰電力沸上運転の開始前に第一集中湯量を使用した実績がある場合には、余剰活用「高」モードが設定されると湯切れの懸念があると考えられる。この場合には、制御部３６は、第二下限熱量の値が大きくなるように補正してもよい。これにより、湯切れの発生をなるべく抑制できる。

エネルギー管理装置４８から余剰電力予測情報を受信するための通信が一定時間（例えば１時間）途絶した場合には、制御部３６は、余剰活用「中」モード及び余剰活用「高」モードの設定を自動で解除し、「活用なし」モードを設定してもよい。余剰電力予測情報を受信するための通信が途絶している場合には、余剰電力沸上運転が実施できるかどうかを正確に予測することができないので、「活用なし」モードを設定することで、湯切れの発生を確実に防止することができる。

制御部３６は、湯切れを予防するための沸上運転である湯切れ予防運転を行う機能を有する。湯切れ予防運転を開始する契機となる貯湯タンク８の蓄熱量の値を以下「起動貯湯量」と称する。制御部３６は、貯湯タンク８の蓄熱量が起動貯湯量に相当する熱量を下回ると、湯切れ予防運転を開始する。

図３は、本実施の形態において起動貯湯量を決定する処理を示すフローチャートである。以下の説明では、制御部３６が本処理を実行するものとして説明するが、変形例として、制御部３６以外の機器、例えばエネルギー管理装置４８が本処理を行ってもよい。

まず、ステップＳ１１で、制御部３６は、余剰電力予測情報に基づいて、余剰電力沸上運転が実施可能であるかどうかを判断する。余剰電力沸上運転が実施可能と予測される場合にはステップＳ１２へ移行し、余剰電力沸上運転が実施不可能と予測される場合にはステップＳ１６へ移行する。

ステップＳ１２で、制御部３６は、余剰活用「高」モードが設定されているかどうかを判断する。余剰活用「高」モードが設定されている場合にはステップＳ１３へ移行し、余剰活用「中」モードまたは「活用なし」モードが設定されている場合にはステップＳ１６へ移行する。

ステップＳ１３で、制御部３６は、現在時刻が夜間時間帯終了時点から余剰電力沸上運転の開始前の間にあるかどうかを判断する。現在時刻が夜間時間帯終了時点から余剰電力沸上運転の開始前の間である場合にはステップＳ１４へ移行し、そうでない場合にはステップＳ１６へ移行する。

ステップＳ１４で、制御部３６は、当日の浴槽３０の湯はり状況を確認する。浴槽３０の湯はりが開始されていれば、ステップＳ１６へ移行する。ステップＳ１６では、第一集中湯量に等しい値を起動貯湯量として決定する。この場合には、貯湯タンク８の蓄熱量が、第一集中湯量を給湯可能な熱量を下回ったときに、湯切れ予防運転が実施されることになる。この場合の湯切れ予防運転を以下「第一の湯切れ予防運転」と称する。

一方、ステップＳ１４で浴槽３０の湯はりがまだ開始していない場合には、ステップＳ１５へ移行する。ステップＳ１５では、第二集中湯量に等しい値を起動貯湯量として決定する。この場合には、貯湯タンク８の蓄熱量が、第二集中湯量を給湯可能な熱量を下回ったときに、湯切れ予防運転が実施されることになる。この場合の湯切れ予防運転を以下「第二の湯切れ予防運転」と称する。

本実施の形態では、余剰活用「高」モードが設定されている場合には、余剰電力沸上運転が開始するときまでは、ステップＳ１３からステップＳ１５までの処理により、第一集中湯量よりも少ない第二集中湯量が起動貯湯量として設定される。すなわち、余剰活用「高」モードが設定されている場合には、制御部３６は、余剰電力沸上運転が開始するときまでは、第一の湯切れ予防運転を禁止する。これにより、余剰活用「高」モードが設定されている場合に、余剰電力沸上運転の開始前に湯切れ予防運転が実施されることをなるべく抑制できるので、使用者の意向に沿って、余剰電力をより多く活用することが可能となる。

本実施の形態では、余剰活用「高」モードが設定されている場合において、余剰電力沸上運転が開始する前に浴槽３０の湯はりが開始された場合には、ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ１６の処理により、第一集中湯量が起動貯湯量として設定される。すなわち、余剰活用「高」モードが設定されている場合であっても、余剰電力沸上運転が開始する前に第一集中湯量に相当する給湯が開始された場合には、制御部３６は、第一の湯切れ予防運転の禁止を解除し、第一の湯切れ予防運転の実施を許容する。これにより、余剰活用「高」モードが設定され、かつ余剰電力沸上運転が開始する前に第一集中湯量に相当する給湯が開始された場合であっても、湯切れが発生することをなるべく抑制することができる。

上述したステップＳ１５では、第二集中湯量に等しい値を起動貯湯量として決定したが、変形例として、使用者の湯の使い方の変動あるいは貯湯タンク８からの放熱などを考慮して、第二集中湯量に湯量マージン（例えば５０Ｌ）を加算した値を起動貯湯量として決定してもよい。

上述したステップＳ１６では、第一集中湯量に等しい値を起動貯湯量として決定したが、変形例として、使用者の湯の使い方の変動あるいは貯湯タンク８からの放熱などを考慮して、第一集中湯量に湯量マージン（例えば５０Ｌ）を加算した値を起動貯湯量として決定してもよい。

上述したステップＳ１４では、浴槽３０の湯はりが開始したかどうかを判断しているが、変形例として、浴槽３０への給湯量が判定値を超えたかどうかを判断してもよいし、浴槽３０の湯はりに限らず第一集中湯量と同等の湯の使用があったかどうかを判断してもよい。

制御部３６は、エネルギー管理装置４８からの余剰電力予測情報を定期的に受信する。例えば気象予報の内容が変化したことなどにより、余剰電力予測情報の内容が変化する可能性がある。例えば、気象予報の内容が好天の予報から悪天の予報に変わると、余剰電力予測情報の内容が、余剰電力沸上運転を実施可能であることを示す内容から余剰電力沸上運転を実施不可能であることを示す内容へ変化する可能性がある。このようなことに鑑みて、以下のようにしてもよい。余剰活用「高」モードが設定されている場合に、余剰電力予測情報の内容が、余剰電力沸上運転を実施可能であることを示す内容から余剰電力沸上運転を実施不可能であることを示す内容へ変化した場合には、制御部３６は、第一の湯切れ予防運転の禁止を解除し、第一の湯切れ予防運転の実施を許容する。これにより、予定していた余剰電力沸上運転が実施できない見込みになった場合であっても、湯切れが発生することをより確実に抑制できる。

また、余剰電力予測情報の内容が、余剰電力沸上運転を実施可能であることを示す内容から余剰電力沸上運転を実施不可能であることを示す内容へ変化した場合には、制御部３６は、余剰活用「中」モード及び余剰活用「高」モードの設定を自動で解除し、「活用なし」モードを設定してもよい。これにより、予定していた余剰電力沸上運転が実施できない見込みになった場合であっても、湯切れが発生したり、昼間時間帯に電力系統からの買電によって湯切れ予防運転が必要になったりすることをより確実に抑制できる。

上述した実施の形態では、余剰活用「中」モード（第一の余剰電力活用モード）及び余剰活用「高」モード（第二の余剰電力活用モード）の二つの余剰電力活用モードを備えた例について説明したが、三つ以上の余剰電力活用モードを備えるように構成してもよい。例えば、夜間目標熱量が第二下限熱量よりも小さい第三下限熱量以上である場合には夜間目標熱量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施し、夜間目標熱量が第三下限熱量よりも少ない場合には第三下限熱量に相当する熱量を貯えるように夜間沸上運転を実施する第三の余剰電力活用モードをさらに設定可能としてもよい。

２ 圧縮機、 ３ 水冷媒熱交換器、 ４ 膨張弁、 ５ 冷媒管、 ６ 空気熱交換器、 ７ ＨＰユニット、 ８ 貯湯タンク、 ９ａ 第１給水管、 ９ｂ 第２給水管、 ９ｃ 第３給水管、 １０ 水導出口管、 １１ 三方弁、 １２ 循環ポンプ、 １３ 送湯管、 １４ ＨＰ往き管、 １５ ＨＰ戻り管、 １８ 四方弁、 ２０ ふろ用熱交換器、 ２１ 給湯管、 ２２ 給湯用混合弁、 ２３ ふろ用混合弁、 ２４ 第１給湯管、 ２５ 第２給湯管、 ２６ ふろ用電磁弁、 ２７ ふろ往き管、 ２８ ふろ戻り管、 ２９ ふろ循環ポンプ、 ３０ 浴槽、 ３３ タンクユニット、 ３４ 給湯栓、 ３５ 貯湯式給湯装置、 ３６ 制御部、 ３７ ふろ往き温度センサ、 ３８ ふろ戻り温度センサ、 ４２，４３ 貯湯温度センサ、 ４４ リモコン、 ４４ａ 表示部、 ４４ｂ 操作部、 ４５ ふろ用流量センサ、 ４６ 通信アダプタ、 ４７ 太陽光発電装置、 ４８ エネルギー管理装置、 ４９ 給水温度センサ

Claims (10)

1. 貯湯タンクと、
   電力を消費して水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段により前記貯湯タンクの水を加熱する沸上運転を制御する制御手段と、
   を備え、
   夜間時間帯での前記沸上運転である夜間沸上運転を、電力系統から供給される電力を用いて実行可能であり、
   太陽光発電装置で発電された電力のうちの余剰電力を用いる前記沸上運転である余剰電力沸上運転を実行可能であり、
   前記余剰電力に関する予測情報を前記制御手段が受信可能であり、
   余剰電力熱量は、前記予測情報に基づいて翌日の前記余剰電力沸上運転により生成されると予測される熱量であり、
   前記制御手段は、翌日の給湯負荷分を賄うための要求熱量から前記余剰電力熱量を差し引いた熱量を、前記夜間沸上運転により貯える目標熱量である夜間目標熱量として算出し、
   前記夜間目標熱量が第一下限熱量以上である場合には前記夜間目標熱量に相当する熱量を貯えるように前記夜間沸上運転を実施し、前記夜間目標熱量が前記第一下限熱量よりも少ない場合には前記第一下限熱量に相当する熱量を貯えるように前記夜間沸上運転を実施する第一の余剰電力活用モードと、
   前記夜間目標熱量が前記第一下限熱量よりも小さい第二下限熱量以上である場合には前記夜間目標熱量に相当する熱量を貯えるように前記夜間沸上運転を実施し、前記夜間目標熱量が前記第二下限熱量よりも少ない場合には前記第二下限熱量に相当する熱量を貯えるように前記夜間沸上運転を実施する第二の余剰電力活用モードとを切り替え可能である
   貯湯式給湯装置。
2. 前記制御手段は、前記予測情報に基づいて翌日の前記余剰電力沸上運転が実施不可能と予測される場合には、前記要求熱量に相当する熱量を貯えるように前記夜間沸上運転を実施する請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 第一集中湯量は、一日のうちで集中的に使用されると想定される最大の湯量であり、
   前記制御手段は、前記貯湯タンクの蓄熱量が前記第一集中湯量を給湯可能な熱量を下回ったときに前記沸上運転を実施する湯切れ予防運転を行う機能を有し、
   前記第二の余剰電力活用モードが設定されている場合に、前記制御手段は、前記余剰電力沸上運転が開始するときまでは、前記湯切れ予防運転を禁止する請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記第二の余剰電力活用モードが設定されている場合に、前記余剰電力沸上運転が開始する前に前記第一集中湯量に相当する給湯が開始された場合には、前記制御手段は、前記湯切れ予防運転の禁止を解除して前記湯切れ予防運転の実施を許容する請求項３に記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記第二の余剰電力活用モードが設定されている場合に、前記予測情報の内容が、前記余剰電力沸上運転を実施可能であることを示す内容から前記余剰電力沸上運転を実施不可能であることを示す内容へ変化した場合には、前記制御手段は、前記湯切れ予防運転の禁止を解除して前記湯切れ予防運転の実施を許容する請求項３または請求項４に記載の貯湯式給湯装置。
6. 第一集中湯量は、一日のうちで集中的に使用されると想定される最大の湯量であり、
   前記第一下限熱量は、前記第一集中湯量を給湯可能な熱量に相当するか、または当該熱量に所定値を加算した熱量に相当する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
7. 第二集中湯量は、一日のうちで集中的に使用されると想定される湯量のうち２番目に大きい湯量であり、
   前記第二下限熱量は、前記第二集中湯量を給湯可能な熱量に相当するか、または当該熱量に所定値を加算した熱量に相当する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
8. 第一集中湯量は、一日のうちで集中的に使用されると想定される最大の湯量であり、
   前記制御手段は、前記貯湯タンクの蓄熱量が前記第一集中湯量を給湯可能な熱量を下回ったときに前記沸上運転を実施する湯切れ予防運転を行う機能を有し、
   前記予測情報の内容が、前記余剰電力沸上運転を実施可能であることを示す内容から前記余剰電力沸上運転を実施不可能であることを示す内容へ変化した場合には、前記制御手段は、前記第一の余剰電力活用モード及び前記第二の余剰電力活用モードの設定を解除する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
9. 前記第二の余剰電力活用モードが設定されている場合に、前記貯湯タンクが湯切れする可能性があることを使用者に報知する報知手段をさらに備える請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
10. 前記予測情報を受信するための通信が途絶した場合には、前記制御手段は、前記第一の余剰電力活用モード及び前記第二の余剰電力活用モードの設定を解除する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。

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