JP7228421B2 - 給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、被給湯部に給湯を行う給湯システムの技術に関する。

従来、浴槽などの被給湯部に給湯を行う給湯システムの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１には、太陽光発電装置（発電部）の余剰電力が発生する時間帯に、貯湯槽内の湯水の沸き上げの一部を行う給湯システムが記載されている。これにより、余剰電力の有効活用を図っている。

しかしながら、省エネの観点から、発電部の余剰電力の消費率をより向上させることが望まれている。

特開２０１８－１６５５９６号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、発電部の余剰電力の消費率を向上させることができる給湯システムを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、内部に湯水が貯溜された貯湯槽と、前記発電部によって発電された電力を用いて前記貯湯槽内の湯水を加熱可能であり、加熱により当該湯水を沸き上げ温度まで昇温させる沸き上げ運転を実行するヒートポンプユニットと、前記貯湯槽内の加熱された湯水を用いて被給湯部に給湯を行う給湯機構と、を具備し、前記被給湯部は、第一被給湯機器、及び前記第一被給湯機器以外の第二被給湯機器を含み、前記ヒートポンプユニットは、前記第一被給湯機器が給湯された状態であるべき給湯必要時刻の前であって、かつ、前記発電部によって発電された電力が電力需要に対して余剰すると予測される時間帯に、前記沸き上げ運転を実行し、前記給湯機構は、前記第一被給湯機器への給湯に必要な熱量である第一給湯需要、及び前記第二被給湯機器への給湯に必要な熱量である第二給湯需要の合計が、１回の前記沸き上げ運転で生成される熱量より多い場合、前記沸き上げ運転中に、前記第一被給湯機器に給湯を行うものである。

請求項２においては、前記第一被給湯機器内の湯水の温度が前記給湯必要時刻において目標温度となるように、前記沸き上げ運転の完了後かつ前記給湯必要時刻より前に、前記貯湯槽内の加熱された湯水が有する熱を前記第一被給湯機器に供給する熱供給手段を具備するものである。

請求項３においては、前記第一被給湯機器は浴槽であって、前記熱供給手段は、前記貯湯槽内の加熱された湯水を前記浴槽に足し湯すること、又は前記貯湯槽内の加熱された湯水を用いて前記浴槽内の湯水を追いだきすることにより、前記貯湯槽内の加熱された湯水が有する熱を前記浴槽に供給するものである。

請求項４においては、前記熱供給手段は、前記貯湯槽内の加熱された湯水を前記浴槽に足し湯することにより、前記貯湯槽内の加熱された湯水が有する熱を前記浴槽に供給し、前記給湯機構は、前記沸き上げ運転中に前記浴槽に給湯を行う場合、前記浴槽への給湯量を、目標湯量から前記熱供給手段による足し湯量の分差し引いた量に設定するものである。

請求項５においては、前記沸き上げ温度は、１回の前記沸き上げ運転で生成される熱量により、前記第一給湯需要及び前記第二給湯需要の合計を賄うことができる第一温度に設定され、前記第一温度が所定値より高い場合、１回の前記沸き上げ運転で生成される熱量により前記第二給湯需要を賄うことができ、かつ、前記第一温度よりも低い第二温度に再設定されるものである。

請求項６においては、複数の住宅間で電力を融通可能に構成された住宅街区に適用されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、発電部の余剰電力の消費率を向上させることができる。

請求項２においては、給湯必要時刻より前に給湯を行っても、目標温度（所望の温度）の湯水を第一被給湯機器に提供することができる。

請求項３においては、給湯必要時刻（入浴時刻）より前に浴槽に給湯（湯はり）を行っても、目標温度（所望の温度）の湯水を浴槽に提供することができる。

請求項４においては、所望の湯量の湯水を浴槽に提供することができるとともに、足し湯によって浴槽に供給が必要な熱量を小さくすることができる。

請求項５においては、沸き上げ温度を比較的低い温度とすることができるため、貯湯槽内の湯水の温度が低下し難くなり、ひいては熱効率を向上させることができる。

請求項６においては、個々の住宅では余剰電力が発生していない場合でも、住宅街区全体で見れば余剰電力が発生している場合に、その余剰電力を有効活用できるので、住宅街区全体において発電部の余剰電力の消費率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る給湯システムに電力を供給する電力供給システムの全体的な構成を示した模式図。 本発明の一実施形態に係る給湯システムの全体的な構成を示した模式図。 給湯システムの制御に関する構成を示したブロック図。 浴槽への給湯に係る制御フローを示す図。 比較例１の電力消費量及び給湯需要を示す図である。 比較例２の電力消費量及び給湯需要を示す図である。 実施例１の電力消費量及び給湯需要を示す図である。

以下では、本発明の一実施形態に係る給湯システム１００の説明を行う前に、図１を用いて、給湯システム１００に電力を供給する電力供給システム１の構成について説明する。

電力供給システム１は、給湯システム１００やその他の電力負荷（負荷Ｈ１、負荷Ｈ２）に電力を供給するものである。電力供給システム１は、主として蓄電ユニット１０を具備する。

蓄電ユニット１０は、太陽光を利用して発電された電力を蓄電したり、給湯システム１００やその他の電力負荷（負荷Ｈ１、負荷Ｈ２）へと供給するものである。蓄電ユニット１０は、太陽光発電部１１、蓄電池１２及びハイブリッドパワコン１３を具備する。

太陽光発電部１１は、太陽光を利用して発電する装置である。太陽光発電部１１は、太陽電池パネル等により構成される。太陽光発電部１１は、例えば、住宅の屋根の上等の日当たりの良い場所に設置される。

蓄電池１２は、電力を充放電可能に構成されるものである。蓄電池１２は、例えば、リチウムイオン電池により構成される。蓄電池１２は、後述するハイブリッドパワコン１３を介して太陽光発電部１１と接続される。

ハイブリッドパワコン１３は、電力を適宜変換するもの（ハイブリッドパワーコンディショナ）である。ハイブリッドパワコン１３は、太陽光発電部１１で発電された電力及び蓄電池１２から放電された電力を電力負荷（給湯システム１００、負荷Ｈ１、負荷Ｈ２）に出力可能であると共に、太陽光発電部１１で発電された電力及び系統電源Ｋからの電力を蓄電池１２に出力可能に構成される。ハイブリッドパワコン１３は、系統電源Ｋから電力負荷（給湯システム１００、負荷Ｈ１、負荷Ｈ２）へと電力を供給する電力経路Ｌの中途部と接続される。

このように構成される蓄電ユニット１０において、太陽光発電部１１によって発電された電力は、電力負荷（給湯システム１００、負荷Ｈ１、負荷Ｈ２）によって消費される。太陽光発電部１１によって発電された電力が電力負荷（給湯システム１００、負荷Ｈ１、負荷Ｈ２）の消費電力に対して余剰する場合は、蓄電池１２に充電されるか、或いは系統電源Ｋへと逆潮流（売電）される。

次に、図２及び図３を用いて、本発明の一実施形態に係る給湯システム１００の構成について説明する。

図２に示す給湯システム１００は、系統電源Ｋからの電力、又は蓄電池１２から出力された電力（太陽光発電部１１によって発電された電力）を用いて給湯を行うものである。給湯システム１００は、ヒートポンプを用いて発生させた熱を蓄えると共に、当該熱を用いて沸かされた湯を供給する。給湯システム１００は、住宅その他の建物や施設に適宜設けられる。給湯システム１００は、貯湯槽１１０、ヒートポンプユニット１２０、給湯機構１３０及び制御装置１４０を具備する。なお、図１では給湯システム１００と太陽光発電部１１とは別の構成要素として示されているが、給湯システム１００に、前述の太陽光発電部１１も含まれるものとする。

貯湯槽１１０は、内部に貯溜された熱媒体を介して熱を蓄えるものである。具体的には、貯湯槽１１０内には、熱媒体として水（湯）が満たされる。

ヒートポンプユニット１２０は、電力を消費して熱を発生させる（製造する）ものである。ヒートポンプユニット１２０は、主として第一配管１２１、圧縮機１２２、熱交換器１２３、膨張弁１２４、蒸発器１２５、ファン１２６、第二配管１２７及びポンプ１２８を具備する。

第一配管１２１は、熱媒体（冷媒）が循環するための流路を形成するものである。第一配管１２１は環状に形成される。第一配管１２１内には、熱媒体（冷媒）が満たされる。

圧縮機１２２は、電力を消費して、第一配管１２１を流通する熱媒体を圧縮するものである。圧縮機１２２は、第一配管１２１の中途部に配置される。

熱交換器１２３は、温度差のある流体間で熱（熱エネルギー）を交換するものである。熱交換器１２３は、第一配管１２１の中途部に配置される。より具体的には、熱交換器１２３は、第一配管１２１を流通する熱媒体の流通方向において、圧縮機１２２の下流側に配置される。

膨張弁１２４は、第一配管１２１を流通する熱媒体を膨張させるものである。膨張弁１２４は、第一配管１２１の中途部に配置される。より具体的には、膨張弁１２４は、第一配管１２１を流通する熱媒体の流通方向において、熱交換器１２３の下流側に配置される。

蒸発器１２５は、熱媒体を蒸発させるための熱交換器である。蒸発器１２５は、第一配管１２１の中途部に配置される。より具体的には、蒸発器１２５は、第一配管１２１を流通する熱媒体の流通方向において、膨張弁１２４の下流側に配置される。

ファン１２６は、蒸発器１２５へと風（外気）を送るためのものである。

第二配管１２７は、熱交換器１２３と貯湯槽１１０との間で水が循環するための流路を形成するものである。第二配管１２７の一端は、貯湯槽１１０における下部に接続される。第二配管１２７の中途部は、熱交換器１２３の内部を通るように配置される。第二配管１２７の他端は、貯湯槽１１０における上部に接続される。

ポンプ１２８は、第二配管１２７内の水を循環させるものである。ポンプ１２８は、第二配管１２７の中途部に配置される。ポンプ１２８が駆動すると、第二配管１２７内の水は、当該第二配管１２７の一端（貯湯槽１１０の下部側）から他端（貯湯槽１１０の上部側）に向かって流通する。

このように構成されたヒートポンプユニット１２０は、貯湯槽１１０内の湯水を加熱することにより当該湯水を昇温させる沸き上げ運転を行うことができる。具体的には、ヒートポンプユニット１２０において、圧縮機１２２によって圧縮された熱媒体は、高温の気体となる。当該高温の熱媒体は、第一配管１２１を介して熱交換器１２３を流通する。熱交換器１２３を流通する熱媒体の熱は、第二配管１２７を流通する熱媒体（水）に移動する。これによって、熱交換器１２３を流通する熱媒体の温度は低下し、当該熱媒体は液体になる。熱交換器１２３を流通した第一配管１２１内の熱媒体は、膨張弁１２４において膨張することで、低温の液体（又は気体）になる。膨張弁１２４を流通した低温の熱媒体は、蒸発器１２５において外気から熱を受け取って蒸発し、再び気体になる。外気から熱を受け取った熱媒体は、再び圧縮機１２２へと供給される。

また第二配管１２７を流通する水は、熱交換器１２３を通過することで、ヒートポンプユニット１２０で発生した熱を受け取り、温度が上昇する。こうして温度が上昇した水を貯湯槽１１０に戻すことで、ヒートポンプユニット１２０で得られた熱を貯湯槽１１０に集めることができる。このように沸き上げ運転を行うことで、貯湯槽１１０に貯溜された水（湯）を昇温させることができる。

ヒートポンプユニット１２０は、系統電源Ｋからの電力、又は蓄電池１２から出力された電力（太陽光発電部１１によって発電された電力）を用いて、圧縮機１２２、ファン１２６及びポンプ１２８等を動作させることができる（図１参照）。

給湯機構１３０は、貯湯槽１１０に貯溜された水（湯）を被給湯部へと供給するものである。本実施形態において、被給湯部には浴槽Ｂ及び洗面台Ｗが含まれる。浴槽Ｂは第一被給湯機器の具体例であり、洗面台Ｗは第二被給湯機器（第一被給湯機器以外の機器）の具体例である。なお、第二被給湯機器は、洗面台Ｗ以外の機器（例えば床暖房）を含んでいてもよい。給湯機構１３０は、主として注水配管１３１、第一給湯配管１３２、混合配管１３３、第二給湯配管１３４、第一バルブ１３５及び第二バルブ１３６を具備する。

注水配管１３１は、上水を貯湯槽１１０へと案内する配管である。注水配管１３１の一端は、貯湯槽１１０における下部に接続される。

第一給湯配管１３２は、貯湯槽１１０における上部に貯溜された水（湯）を取り出し、浴槽Ｂへと供給する配管である。第一給湯配管１３２の一端は、貯湯槽１１０における上部に接続される。第一給湯配管１３２の他端は、浴槽Ｂに接続される。

混合配管１３３は、第一給湯配管１３２を流通する水（湯）に上水を混合させるための配管である。混合配管１３３の一端は、注水配管１３１の中途部に接続される。混合配管１３３の他端は、第一給湯配管１３２の中途部に接続される。

第二給湯配管１３４は、第一給湯配管１３２から分岐する配管であり、貯湯槽１１０における上部に貯溜された水（湯）を洗面台Ｗへと供給する配管である。第二給湯配管１３４の一端は、第一給湯配管１３２の中途部、より詳細には混合配管１３３との接続部よりも下流側の部分に接続される。第二給湯配管１３４の他端は、洗面台Ｗに接続される。

第一バルブ１３５は、流路の開閉を行うものである。第一バルブ１３５は、第一給湯配管１３２の中途部、より詳細には第二給湯配管１３４との接続部よりも下流側の部分に設けられる。このように設けられた第一バルブ１３５により、浴槽Ｂへの水（湯）の供給及び停止を切り替えることができる。

第二バルブ１３６は、流路の開閉を行うものである。第二バルブ１３６は、第二給湯配管１３４の中途部に設けられる。このように設けられた第二バルブ１３６により、洗面台Ｗへの水（湯）の供給及び停止を切り替えることができる。

このように構成された給湯機構１３０は、貯湯槽１１０内の湯水を浴槽Ｂ等（浴槽Ｂ及び洗面台Ｗ）に給湯することができる。以下、浴槽Ｂへの給湯（湯はり）について説明する。

浴槽Ｂから湯が要求されると、図示せぬポンプが駆動され、貯湯槽１１０から第一給湯配管１３２を介して取り出された湯（高温水）に、混合配管１３３を介して供給される上水が混合される。このように、貯湯槽１１０からの湯（高温水）と上水を適宜混合することで、要求に応じた温度の水（湯）を得ることができる。このように混合された水（湯）が第一給湯配管１３２を介して浴槽Ｂへと供給されることで、浴槽Ｂに湯はりされる。この場合、第一給湯配管１３２を介して貯湯槽１１０に貯溜された水（湯）が取り出されると共に、注水配管１３１を介して上水が貯湯槽１１０に供給される。このようにして、貯湯槽１１０内は常に水（湯）で満たされる。

また、給湯機構１３０は、足し湯を行うことができる。具体的には、貯湯槽１１０から第一給湯配管１３２を介して取り出された湯（高温水）に、混合配管１３３を介して供給される上水を適宜混合することで、要求に応じた温度（足し湯温度）の水（湯）を得ることができる。このように混合された水（湯）は、第一給湯配管１３２を介して浴槽Ｂへと供給される。このようにして、浴槽Ｂに足し湯することができる。この場合、湯はり時と同様に、第一給湯配管１３２を介して貯湯槽１１０に貯溜された水（湯）が取り出されると共に、注水配管１３１を介して上水が貯湯槽１１０に供給される。このようにして、貯湯槽１１０内は常に水（湯）で満たされる。なお、足し湯においては、貯湯槽１１０から第一給湯配管１３２を介して取り出された湯（高温水）を、上水と混合せずそのまま浴槽Ｂに供給することもできる。

図３に示す制御装置１４０は、給湯システム１００の動作を制御するものである。制御装置１４０は、主としてＣＰＵ等の演算処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、Ｉ／Ｏ等の入出力装置、並びにモニター等の表示装置等により構成される。制御装置１４０には、給湯システム１００の動作を制御するための種々の情報やプログラム等が予め記憶される。制御装置１４０は、上部温度センサ１４１、下部温度センサ１４２及び流量センサ１４３に接続される。

図２及び図３に示す上部温度センサ１４１は、貯湯槽１１０における上部に貯溜された水（高温水）の温度を検出するものである。上部温度センサ１４１は、貯湯槽１１０内の上部に配置される。

図２及び図３に示す下部温度センサ１４２は、貯湯槽１１０における下部に貯溜された水（低温水）の温度を検出するものである。下部温度センサ１４２は、貯湯槽１１０内の下部に配置される。

図２及び図３に示す流量センサ１４３は、第一給湯配管１３２を流通する水（湯）の流量を検知するものである。流量センサ１４３は、第一給湯配管１３２の中途部に配置される。より詳細には、流量センサ１４３は、第一給湯配管１３２を流通する水（湯）の流通方向において、第一給湯配管１３２と混合配管１３３との接続部の下流側に配置される。

このように構成された制御装置１４０は、ヒートポンプユニット１２０（圧縮機１２２等）に接続され、当該ヒートポンプユニット１２０の動作を制御することができる。具体的には、制御装置１４０は、ヒートポンプユニット１２０を稼働（運転）又は停止させることができる。

また、制御装置１４０は、給湯機構１３０（当該給湯機構１３０のポンプ等）に接続され、当該給湯機構１３０の動作を制御することができる。具体的には、制御装置１４０は、給湯機構１３０を稼働（運転）又は停止させることができる。

また、制御装置１４０は、浴槽Ｂ等に供給する（湯はり又は足し湯する）湯の温度を制御することができる。

また、制御装置１４０は、浴槽Ｂに湯はりされる湯の量（湯はり量）及び足し湯される湯の量（足し湯量）を制御することができる。当該制御は、流量センサ１４３による第一給湯配管１３２を流通する湯の流量の検知結果に基づいて行われる。制御装置１４０は、流量センサ１４３で検知された流量が設定された湯量となると、浴槽Ｂへの給湯を停止させる。

また、制御装置１４０は、ヒートポンプユニット１２０及び給湯機構１３０の動作状況（浴槽Ｂ及び洗面台Ｗへの給湯の際の湯量及び湯温、浴槽Ｂ及び洗面台Ｗへの給湯時刻）に関する過去のデータを蓄積している。また、制御装置１４０は、電力負荷（給湯システム１００、負荷Ｈ１、負荷Ｈ２）の消費電力（電力需要）、及び太陽光発電部１１の発電量に関する過去のデータを蓄積している。

次に、図４を用いて浴槽Ｂへの給湯に係る制御について説明する。

ステップＳ１０において、制御装置１４０は、給湯需要の予測を行う。ここで、本明細書において、「給湯需要」とは、浴槽Ｂへの給湯（湯はり及び足し湯）に必要な熱量、及び洗面台Ｗへの給湯に必要な熱量の合計のことをいう。制御装置１４０は、ヒートポンプユニット１２０及び給湯機構１３０の動作状況に関する過去の蓄積データに基づいて、給湯需要の予測を行う。

制御装置１４０は、当該ステップＳ１０の処理を行った後、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２において、制御装置１４０は、沸き上げ温度Ｔ１の計算を行う。ここで、「沸き上げ温度Ｔ１」は、ヒートポンプユニット１２０による沸き上げ運転後の貯湯槽１１０内の湯温（沸き上げ運転によって加熱された貯湯槽１１０内の湯の目標温度）である。沸き上げ温度は、以下の式１によって算出される。
（式１）沸き上げ温度Ｔ１＝［｛（給湯需要＋湯切れ防止量）÷比熱｝÷貯湯槽容量Ｘ１］＋水温

ここで、式１中の「給湯需要」は、ステップＳ１０で予測された給湯需要［ｋＪ］である。式１中の「湯切れ防止量」は、湯切れを防止するために余裕をみて設定された所定の熱量［ｋＪ］を示すものである。式１中の「比熱」は、水の比熱［ｋＪ／（Ｌ・Ｋ）］を示すものである。式１中の「貯湯槽容量Ｘ１」は、貯湯槽１１０の容量（貯湯槽１１０内に貯溜可能な水（湯）の体積）［Ｌ］を示すものである。式１中の「水温」は、貯湯槽１１０の下部に供給される上水の温度［Ｋ］を示すものであり、下部温度センサ１４２により検知される。

制御装置１４０は、当該ステップＳ１２の処理を行った後、ステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４において、制御装置１４０は、沸き上げ温度Ｔ１＞下限温度であるか否かを判定する。ここで、「沸き上げ温度Ｔ１」は、ステップＳ１２で計算された温度である。「下限温度」は、管理基準等により定められた、沸き上げ温度Ｔ１の下限値を示すものである。下限温度は例えば６５℃に設定される。

制御装置１４０は、沸き上げ温度Ｔ１＞下限温度であると判定した場合（ステップＳ１４で「ＹＥＳ」）、ステップＳ１６に移行する。一方、制御装置１４０は、沸き上げ温度Ｔ１＞下限温度でないと判定した場合（ステップＳ１４で「ＮＯ」）、ステップＳ１８に移行する。

なお、ステップＳ１４で「ＹＥＳ」の場合とは、ステップＳ１０で予測した給湯需要が、沸き上げ温度Ｔ１を下限温度にしたときの沸き上げ量（沸き上げ運転によって生成された熱量）よりも大きいことを示している。すなわち、下限温度での１回の沸き上げ運転では、給湯需要を賄うことができないことを示している。一方、ステップＳ１４で「ＮＯ」の場合とは、ステップＳ１０で予測した給湯需要が、沸き上げ温度Ｔ１を下限温度にしたときの沸き上げ量以下であることを示している。すなわち、下限温度での１回の沸き上げ運転によって、給湯需要を賄うことができることを示している。

ステップＳ１６において、制御装置１４０は、沸き上げ温度Ｔ１の再計算を行う。このステップにおいて、制御装置１４０は、ステップＳ１２で用いた式１中の「給湯需要」を、当該給湯需要から浴槽Ｂへの給湯に必要な熱量（給湯熱量）を差し引いたものに置き換えて再計算を行う。すなわち、沸き上げ温度Ｔ１は、以下の式２によって再計算される。
（式２）沸き上げ温度Ｔ１＝［｛（給湯需要－給湯熱量＋湯切れ防止量）÷比熱｝÷貯湯槽容量Ｘ１］＋水温

ステップＳ１６において再計算された沸き上げ温度Ｔ１は、ステップＳ１２において計算された沸き上げ温度Ｔ１よりも低くなる。ここで、式２中の「給湯需要」、「湯切れ防止量」、「比熱」、「貯湯槽容量Ｘ１」及び「水温」は、式１において定義したとおりである。式２中の「給湯熱量［ｋＪ］」は、以下の式３によって算出される。
（式３）給湯熱量＝（浴槽設定温度Ｔ２－水温）×比熱×浴槽設定湯量Ｘ２

ここで、式３中の「浴槽設定温度Ｔ２」は、入浴時刻における浴槽Ｂ内の所望の湯温［Ｋ］であって、任意に設定されるものである。式３中の「水温」及び「比熱」は、式１において定義したとおりである。式３中の「浴槽設定湯量Ｘ２」は、入浴時刻における浴槽Ｂ内の所望の湯量［Ｌ］であって、任意に設定されるものである。なお、「入浴時刻」とは、住人等が浴槽Ｂに入浴する時刻、すなわち、浴槽Ｂが給湯された状態であるべき時刻である。

制御装置１４０は、当該ステップＳ１６の処理を行った後、ステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１８において、制御装置１４０は、電力需要及び発電量の予測を行う。ここで、「電力需要」は、電力負荷（給湯システム１００、負荷Ｈ１、負荷Ｈ２）が消費する電力を示すものである。「発電量」は、太陽光発電部１１によって発電される電力を示すものである。制御装置１４０は、電力需要及び発電量に関する過去の蓄積データに基づいて、電力需要及び発電量の予測を行う。

制御装置１４０は、当該ステップＳ１８の処理を行った後、ステップＳ２０に移行する。

ステップＳ２０において、制御装置１４０は、沸き上げ時間帯の決定を行う。ここで、「沸き上げ時間帯」は、ヒートポンプユニット１２０による沸き上げ運転を行う時間帯を示すものである。このステップにおいて、制御装置１４０は、ステップＳ１８で得られた電力需要及び発電量の予測結果に基づいて、太陽光発電部１１の発電量が電力需要に対して余剰する時間帯（余剰電力が発生する時間帯）を予測する。そして、制御装置１４０は、ヒートポンプユニット１２０の消費電力より余剰電力が大きい時間帯の中から、沸き上げ時間帯を設定する。

また、制御装置１４０は、予め設定された入浴時刻の前に、沸き上げ時間帯を設定する。すなわち、沸き上げ時間帯は、入浴時刻の前であって、かつ、余剰電力が発生すると予測される時間帯に設定される。

入浴時刻の前であって、かつ、余剰電力が発生すると予測される時間帯の中から、どの時間帯を沸き上げ時間帯とするかは、適宜の方法で決定することができる。余剰電力が発生すると予測される時間帯が不連続に存在する場合、沸き上げ時間帯は、極力連続するように（不連続な各時間帯のうちの１の時間帯に納まるように）決定される。これにより、沸き上げ運転が一度終了した後、再度行われることが抑制される。

制御装置１４０は、当該ステップＳ２０の処理を行った後、ステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２２において、制御装置１４０は、現在がステップＳ２０で決定した沸き上げ時間帯であるか否かを判定する。制御装置１４０は、現在が沸き上げ時間帯になっていると判定した場合（ステップＳ２２で「ＹＥＳ」）、ステップＳ２４に移行する。一方、制御装置１４０は、現在が沸き上げ時間帯になっていないと判定した場合（ステップＳ２２で「ＮＯ」）、再びステップＳ２２の処理を行う。

ステップＳ２４において、制御装置１４０は、沸き上げ運転指示を行う。このステップにおいて、制御装置１４０は、貯湯槽１１０内の湯を沸き上げ温度Ｔ１まで昇温させるように、ヒートポンプユニット１２０に沸き上げ運転を実行させる。沸き上げ温度Ｔ１は、ステップＳ１２又はＳ１６で計算されたものである。計算された沸き上げ温度Ｔ１が下限温度（６５℃）以下である場合は、下限温度とされる。

制御装置１４０は、当該ステップＳ２４の処理を行った後、ステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２６において、制御装置１４０は、給湯需要＞沸き上げ量であるか否かを判定する。ここで、「沸き上げ量」は、ヒートポンプユニット１２０による沸き上げ運転によって生成される熱量［ｋＪ］である。沸き上げ量は、以下の式４によって算出される。
（式４）沸き上げ量＝（沸き上げ温度Ｔ１－水温）×貯湯槽容量Ｘ１×比熱

ここで、式４中の「沸き上げ温度Ｔ１」は、沸き上げ運転時（ステップＳ２４）の実際の沸き上げ温度［Ｋ］である。式４中の「水温」、「貯湯槽容量Ｘ１」及び「比熱」は、式１において定義したとおりである。

制御装置１４０は、給湯需要＞沸き上げ量であると判定した場合（ステップＳ２６で「ＹＥＳ」）、ステップＳ２８に移行する。一方、制御装置１４０は、給湯需要＞沸き上げ量でないと判定した場合（ステップＳ２６で「ＮＯ」）、図４に示す制御フローを終了する（後述する湯はり指示（ステップＳ２８）及び高温足し湯指示（ステップＳ３２）を行わない）。

なお、ステップＳ２６で「ＮＯ」の場合とは、ヒートポンプユニット１２０による１回の沸き上げ運転によって、給湯需要を賄うことができることを示している。一方、ステップＳ２６で「ＹＥＳ」の場合とは、ヒートポンプユニット１２０による１回の沸き上げ運転だけでは、給湯需要を賄うことができないことを示している。

ステップＳ２８において、制御装置１４０は、湯はり指示を行う。このステップにおいて、制御装置１４０は、沸き上げ運転中に、給湯機構１３０に浴槽Ｂへの湯はりを実行させる。このように、このステップにおいては、未だ入浴時刻になっていなくても前倒しで、浴槽Ｂへの湯はりを行う。浴槽Ｂに湯はりされる湯の量（湯はり量Ｘ３）は、以下の式５によって算出される。
（式５）湯はり量Ｘ３＝浴槽設定湯量Ｘ２－足し湯量Ｘ４

ここで、式５中の「浴槽設定湯量Ｘ２」は、式３で定義したとおりである。式５中の「足し湯量Ｘ４」は、後述する高温足し湯（ステップＳ３２）において、浴槽Ｂに足し湯される湯の量［Ｌ］である。つまり、湯はり量Ｘ３及び足し湯量Ｘ４は、湯はり量Ｘ３及び足し湯量Ｘ４の合計が浴槽設定湯量Ｘ２となるように決定される。

また、浴槽Ｂに湯はりされる湯の温度（湯はり温度Ｔ３）は、以下の式６によって算出される。
（式６）湯はり温度Ｔ３＝｛（浴槽設定温度Ｔ２×湯はり量Ｘ３－足し湯温度Ｔ４×足し湯量Ｘ４）÷（湯はり量Ｘ３－足し湯量Ｘ４）｝＋（湯はりまでの時間×湯温低下率）

ここで、式６中の「浴槽設定温度Ｔ２」は、式３で定義したとおりである。式６中の「湯はり量Ｘ３」は、式５で算出されたものである。式６中の「足し湯温度Ｔ４」は、後述する高温足し湯（ステップＳ２８）において、浴槽Ｂに足し湯される湯の温度である。式６中の「足し湯量Ｘ４」は、式５で定義したとおりである。式６中の「湯はりまでの時間」は、沸き上げ運転完了から入浴時刻までの時間［ｈｒ］を示すものである。式６中の「湯温低下率」は、時間の経過に対する浴槽Ｂ内の湯温の低下の割合（１時間経過ごとに浴槽Ｂ内の湯温が何度低下するか）［Ｋ／ｈｒ］を示すものである。

制御装置１４０は、当該ステップＳ２８の処理を行った後、ステップＳ３０に移行する。

ステップＳ３０において、制御装置１４０は、現在が入浴時刻になっているか否かを判定する。制御装置１４０は、現在が入浴時刻になっていると判定した場合（ステップＳ３０で「ＹＥＳ」）、ステップＳ３２に移行する。一方、制御装置１４０は、現在が入浴時刻になっていないと判定した場合（ステップＳ３０で「ＮＯ」）、再びステップＳ３０の処理を行う。なお、「入浴時刻」は、入浴時刻の直前の所定時刻としてもよい。

ステップＳ３２において、制御装置１４０は、高温足し湯指示を行う。このステップにおいて、制御装置１４０は、沸き上げ運転によって加熱された貯湯槽１１０内の湯を適宜上水と混合して、給湯機構１３０を介して浴槽Ｂに供給するように、給湯機構１３０に足し湯を実行させる。これにより、浴槽Ｂ内の湯水を、浴槽設定温度Ｔ２（所望の湯温）かつ浴槽設定湯量Ｘ２（所望の湯量）とする。足し湯量Ｘ４は、上述の式５（湯はり量Ｘ３＝浴槽設定湯量Ｘ２－足し湯量Ｘ４）により算出される。湯はり量Ｘ３及び足し湯量Ｘ４はそれぞれ、上記式５を満たす限りにおいて適宜の値とすることができる。

また、足し湯温度Ｔ４は、浴槽設定温度Ｔ２よりも高い所定の温度に設定され、例えば沸き上げ温度Ｔ１と同じ温度に設定される。これにより、比較的高温の（浴槽設定温度Ｔ２よりも高温の）湯を浴槽Ｂに足し湯（高温足し湯）することができる。

制御装置１４０は、当該ステップＳ３２の処理を行った後、図４に示す制御フローを終了する。

このように、本発明の一実施形態に係る給湯システム１００においては、太陽光発電部１１の余剰電力が生じる時間帯に、ヒートポンプユニット１２０による沸き上げ運転を行う。そして、１回の沸き上げ運転では給湯需要を賄うことができない場合（ステップＳ２２で「ＮＯ」）、沸き上げ中に湯はりを実施する（ステップＳ２４）。

これにより、湯はり分の熱量が貯湯槽１１０から失われても、貯湯槽１１０内の湯水が沸き上げ温度Ｔ１となるまで沸き上げられることで、湯はり分の熱量が貯湯槽１１０に補填される。つまり、太陽光発電部１１の余剰電力を利用して、貯湯槽１１０に貯溜される熱量を生成するとともに、さらに湯はり分の熱量を生成することができる。したがって、太陽光発電部１１の余剰電力の消費率を向上させることができ、ひいては省エネを図ることができる。

以下、本発明の効果を具体例を挙げて説明する。図５は、太陽光発電部１１の余剰電力が発生していない深夜に沸き上げ運転を行い、かつ、沸き上げ運転中の湯はり（ステップＳ２８）を行わなかった場合の電力消費量及び給湯需要を示すものである（比較例１）。図６は、給湯需要のピークの直前（太陽光発電部１１の余剰電力が発生していない夕方）に沸き上げ運転を行い、かつ、沸き上げ運転中の湯はり（ステップＳ２８）を行わなかった場合の電力消費量及び給湯需要を示すものである（比較例２）。図７は、本実施形態の制御に基づいて、太陽光発電部１１の余剰電力が発生している昼間に沸き上げ運転を行い、かつ、沸き上げ運転中の湯はり（ステップＳ２８）を行った場合の電力消費量及び給湯需要を示すものである（実施例１）。なお、「電力消費量」は、住宅の全ての電力負荷（ヒートポンプユニット１２０及びその他の電力負荷）の消費電力の合計を示すものである。

比較例１（図５参照）においては、電力消費量は２４．６ｋＷｈ、自家消費率（太陽光発電部１１によって発電された電力に対する、自家で消費した発電電力の割合）は１８％となった。また、比較例２（図６参照）においては、電力消費量は２３．５ｋＷｈ、自家消費率は２２％となった。

これに対して、実施例１（図７参照）においては、電力消費量が２３．３ｋＷｈ、自家消費率が４０％となった。このように、本発明の一実施形態に係る給湯システム１００（実施例１）においては、比較例１及び比較例２と比べて、太陽光発電部１１によって発電された電力の自家消費率を顕著に向上させることができる。

また、一般的に、ヒートポンプユニット１２０は沸き上げ運転開始時に多くの電力を消費するため、複数回沸き上げを行う場合（沸き上げが一度終了した後、再度沸き上げを行う場合）には、沸き上げの際の消費電力量が大きくなってしまう。一方、本発明の一実施形態に係る給湯システム１００においては、沸き上げ中に湯はりを実施することで、湯はり分の熱量が貯湯槽１１０に補填される。このため、湯はり実施後に再び沸き上げ運転を行うこと（沸き上げ運転が２回以上行われること）が抑制される。したがって、ヒートポンプユニット１２０の消費電力量の抑制を図ることができる。

また、本発明の一実施形態に係る給湯システム１００において、沸き上げ運転中に浴槽Ｂに湯はりする場合（ステップＳ２８）、入浴時刻の直前（足し湯前）には浴槽Ｂ内の湯温は湯はり時の温度（湯はり温度Ｔ３）から若干低下している。しかし、入浴時刻（の直前）に足し湯を行い（ステップＳ３２）、浴槽Ｂ内の湯温を所望の温度（浴槽設定温度Ｔ２）に昇温させるため、入浴時刻より前に湯はりを行っても、入浴時刻には所望の温度のお湯を浴槽Ｂ内に提供することができる。

また、本発明の一実施形態に係る給湯システム１００においては、沸き上げ運転中に浴槽Ｂに湯はりする場合（ステップＳ２８）、入浴時刻（の直前）に足し湯を行い（ステップＳ３２）、浴槽Ｂ内の湯量を所望の湯量（浴槽設定湯量Ｘ２）に増加させる。これにより、入浴時刻より前に湯はりを行っても、入浴時刻には所望の量のお湯を浴槽Ｂ内に提供することができる。さらに、沸き上げ運転中に行う湯はりの量（湯はり量Ｘ３）は、所望の湯量（浴槽設定湯量Ｘ２）から足し湯量Ｘ４を引いた値とすることにより（式５参照）、所望の湯量（浴槽設定湯量Ｘ２）で湯はりした場合と比べて、浴槽Ｂ内の湯温の低下による熱損失量を低減することができる。したがって、足し湯によって浴槽Ｂに供給が必要な熱量を小さくすることができる。

また、本発明の一実施形態に係る給湯システム１００において、沸き上げ温度Ｔ１を下限温度にしたときの沸き上げ量よりも給湯需要が大きい（すなわち、下限温度での１回の沸き上げ運転では給湯需要を賄うことができない）場合（ステップＳ１４で「ＹＥＳ」）、沸き上げ温度Ｔ１の再計算を行う（ステップＳ１６）。この際、給湯需要から給湯熱量を除いて再計算を行う。すなわち、沸き上げ温度Ｔ１は、１回の沸き上げ運転（沸き上げ運転中の湯はり（ステップＳ２８）を行わない場合）で生成される熱量により、浴槽Ｂ以外の機器（洗面台Ｗ）への給湯に必要な熱量を賄うことができる温度に再設定される。

これにより、沸き上げ温度を比較的低い温度とすることができる。そうすると、貯湯槽１１０内の湯の温度と外気温との差が比較的小さくなり、このため熱損失が小さくなる。よって、貯湯槽１１０内の湯水の温度が低下し難くなり、ひいては熱効率を向上させることができる。

以上の如く、本実施形態に係る給湯システム１００は、自然エネルギーを利用して発電可能な太陽光発電部１１（発電部）と、内部に湯水が貯溜された貯湯槽１１０と、前記太陽光発電部１１によって発電された電力を用いて前記貯湯槽１１０内の湯水を加熱可能であり、加熱により当該湯水を沸き上げ温度Ｔ１まで昇温させる沸き上げ運転を実行するヒートポンプユニット１２０と、前記貯湯槽１１０内の加熱された湯水を用いて被給湯部に給湯を行う給湯機構１３０と、を具備し、前記被給湯部は、浴槽Ｂ（第一被給湯機器）、及び前記浴槽Ｂ以外の洗面台Ｗ（第二被給湯機器）を含み、前記ヒートポンプユニット１２０は、入浴時刻（前記浴槽Ｂが給湯された状態であるべき給湯必要時刻）の前であって、かつ、前記太陽光発電部１１によって発電された電力が電力需要に対して余剰すると予測される時間帯（ステップＳ２０）に、前記沸き上げ運転を実行し（ステップＳ２４）、前記給湯機構１３０は、給湯需要（前記浴槽Ｂへの湯はり（給湯）に必要な熱量である第一給湯需要、及び前記洗面台Ｗへの給湯に必要な熱量である第二給湯需要の合計）が、１回の前記沸き上げ運転で生成される熱量より多い場合（ステップＳ２６で「ＹＥＳ」）、前記沸き上げ運転中に、前記浴槽Ｂに湯はり（給湯）を行う（ステップＳ２８）ものである。
このように構成することにより、太陽光発電部１１の余剰電力の消費率を向上させることができ、ひいては省エネを図ることができる。

また、本実施形態に係る給湯システム１００は、前記浴槽Ｂ内の湯水の温度が前記入浴時刻において浴槽設定温度Ｔ２（目標温度）となるように、前記沸き上げ運転の完了後かつ前記入浴時刻より前に、前記貯湯槽１１０内の加熱された湯水が有する熱を前記浴槽Ｂに供給する（ステップＳ３２）給湯機構１３０（熱供給手段）を具備するものである。
このように構成することにより、入浴時刻より前に湯はりを行っても、目標温度（浴槽設定温度Ｔ２）の湯水を浴槽Ｂに提供することができる。

また、前記第一被給湯機器は浴槽Ｂであって、前記給湯機構１３０（熱供給手段）は、前記貯湯槽１１０内の加熱された湯水を前記浴槽Ｂに足し湯することにより、前記貯湯槽１１０内の加熱された湯水が有する熱を前記浴槽Ｂに供給する（ステップＳ３２）ものである。
このように構成することにより、入浴時刻より前に浴槽Ｂに湯はりを行っても、目標温度（浴槽設定温度Ｔ２）の湯水を浴槽Ｂに提供することができる。

また、前記給湯機構１３０は、前記貯湯槽１１０内の加熱された湯水を前記浴槽Ｂに足し湯することにより、前記貯湯槽１１０内の加熱された湯水が有する熱を前記浴槽Ｂに供給し、前記給湯機構１３０は、前記沸き上げ運転中に前記浴槽Ｂに湯はり（給湯）を行う場合、前記浴槽Ｂへの湯はり量Ｘ３（給湯量）を、浴槽設定湯量Ｘ２（目標湯量）から前記給湯機構１３０による足し湯量Ｘ４の分差し引いた量に設定する（ステップＳ２８）ものである。
このように構成することにより、所望の湯量（浴槽設定湯量Ｘ２）の湯水を浴槽Ｂに提供することができるとともに、足し湯によって浴槽Ｂに供給が必要な熱量を小さくすることができる。

また、前記沸き上げ温度Ｔ１は、１回の前記沸き上げ運転で生成される熱量により、給湯需要（前記第一給湯需要及び前記第二給湯需要の合計）を賄うことができる第一温度に設定され（ステップＳ１２）、前記第一温度が所定値より高い場合、１回の前記沸き上げ運転で生成される熱量により前記第二給湯需要を賄うことができ、かつ、前記第一温度よりも低い第二温度に再設定される（ステップＳ１６）ものである。
このように構成することにより、沸き上げ温度Ｔ１を比較的低い温度とすることができるため、貯湯槽１１０内の湯水の温度が低下し難くなり、ひいては熱効率を向上させることができる。

なお、本実施形態に係る太陽光発電部１１は、発電部の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る給湯機構１３０は、給湯機構及び熱供給手段の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る浴槽Ｂは、第一被給湯機器の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る洗面台Ｗは、第二被給湯機器の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る浴槽設定温度Ｔ２は、目標温度の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る浴槽設定湯量Ｘ２は、目標湯量の実施の一形態である。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、ステップＳ３２において、浴槽Ｂに足し湯することにより、貯湯槽１１０内の加熱された湯水が有する熱を浴槽Ｂに供給するものとしたが、貯湯槽１１０内の加熱された湯水を用いて浴槽Ｂ内の湯水を追いだきするものとしてもよい。但し、熱効率の観点から、足し湯を行うことが好ましい。

また、本実施形態においては、ステップＳ３２において、浴槽Ｂに足し湯される湯の量（足し湯量Ｘ４）は、浴槽設定温度Ｔ２よりも高い所定の温度（例えば沸き上げ温度Ｔ１と同じ温度）に設定されるものとしたが、以下の式７によって算出されるものとしてもよい。
（式７）足し湯温度Ｔ４＝｛浴槽設定温度Ｔ２×湯はり量Ｘ３－浴槽湯温Ｔ５×（湯はり量Ｘ３－足し湯量Ｘ４）｝÷足し湯量Ｘ４

ここで、式７中の「浴槽設定温度Ｔ２」は、式３で定義したとおりである。式７中の「湯はり量Ｘ３」は、式５で算出されたものである。式７中の「浴槽湯温Ｔ５」は、足し湯直前（入浴時刻）における浴槽Ｂ内の湯温［Ｋ］である。式７中の「足し湯量Ｘ４」は、式５で算出されたものである。

この場合、「湯はり温度Ｔ３」は、上記式６を用いて算出することはせず、所定の値（例えば浴槽設定温度Ｔ２と同じ温度）に設定される。

また、本実施形態においては、第一被給湯機器が浴槽Ｂであるものとしたが、第一被給湯機器は、給湯された状態であるべき時刻の前に給湯を行うことが可能な機器であればよく、例えば床暖房であってもよい。

また、給湯システム１００は、複数の世帯（住宅）間で電力を融通可能に構成された住宅街区（電力融通街区）に適用されるものとすることもできる。このような電力融通街区においては、個々の世帯では余剰電力が発生していない場合でも、街区全体で見れば余剰電力が発生している場合もある。

具体的には、給湯需要が大きく１日の給湯需要を１回の沸き上げ運転では賄えない世帯は、概ね電力需要も大きく余剰電力が少ないと予想される。このため、浴槽Ｂへの湯はりを前倒しした場合、消費電力が余剰電力を超過する可能性がある。電力融通街区では、このような需要の大きい世帯が存在しても、街区内の他の住宅の太陽光発電を利用することが可能であるため、余剰電力の消費率のさらなる向上を図ることができる。上記観点から、電力融通街区においては、沸き上げ時間帯の決定のステップ（ステップＳ２０）において、給湯需要が大きくヒートポンプユニット１２０の運転時間の長い世帯から沸き上げ時間帯を決定していくものとする。

１１ 太陽光発電部
１００ 給湯システム
１１０ 貯湯槽
１２０ ヒートポンプユニット
１３０ 給湯機構
Ｂ 浴槽
Ｗ 洗面台
Ｔ２ 浴槽設定温度
Ｘ２ 浴槽設定湯量

Claims (6)

1. 自然エネルギーを利用して発電可能な発電部と、
   内部に湯水が貯溜された貯湯槽と、
   前記発電部によって発電された電力を用いて前記貯湯槽内の湯水を加熱可能であり、加熱により当該湯水を沸き上げ温度まで昇温させる沸き上げ運転を実行するヒートポンプユニットと、
   前記貯湯槽内の加熱された湯水を用いて被給湯部に給湯を行う給湯機構と、
   を具備し、
   前記被給湯部は、
   第一被給湯機器、及び前記第一被給湯機器以外の第二被給湯機器を含み、
   前記ヒートポンプユニットは、
   前記第一被給湯機器が給湯された状態であるべき給湯必要時刻の前であって、かつ、前記発電部によって発電された電力が電力需要に対して余剰すると予測される時間帯に、前記沸き上げ運転を実行し、
   前記給湯機構は、
   前記第一被給湯機器への給湯に必要な熱量である第一給湯需要、及び前記第二被給湯機器への給湯に必要な熱量である第二給湯需要の合計が、１回の前記沸き上げ運転で生成される熱量より多い場合、前記沸き上げ運転中に、前記第一被給湯機器に給湯を行う、
   給湯システム。
2. 前記第一被給湯機器内の湯水の温度が前記給湯必要時刻において目標温度となるように、前記沸き上げ運転の完了後かつ前記給湯必要時刻より前に、前記貯湯槽内の加熱された湯水が有する熱を前記第一被給湯機器に供給する熱供給手段を具備する、
   請求項１に記載の給湯システム。
3. 前記第一被給湯機器は浴槽であって、
   前記熱供給手段は、
   前記貯湯槽内の加熱された湯水を前記浴槽に足し湯すること、又は前記貯湯槽内の加熱された湯水を用いて前記浴槽内の湯水を追いだきすることにより、前記貯湯槽内の加熱された湯水が有する熱を前記浴槽に供給する、
   請求項２に記載の給湯システム。
4. 前記熱供給手段は、
   前記貯湯槽内の加熱された湯水を前記浴槽に足し湯することにより、前記貯湯槽内の加熱された湯水が有する熱を前記浴槽に供給し、
   前記給湯機構は、
   前記沸き上げ運転中に前記浴槽に給湯を行う場合、前記浴槽への給湯量を、目標湯量から前記熱供給手段による足し湯量の分差し引いた量に設定する、
   請求項３に記載の給湯システム。
5. 前記沸き上げ温度は、
   １回の前記沸き上げ運転で生成される熱量により、前記第一給湯需要及び前記第二給湯需要の合計を賄うことができる第一温度に設定され、
   前記第一温度が所定値より高い場合、１回の前記沸き上げ運転で生成される熱量により前記第二給湯需要を賄うことができ、かつ、前記第一温度よりも低い第二温度に再設定される、
   請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の給湯システム。
6. 複数の住宅間で電力を融通可能に構成された住宅街区に適用される、
   請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の給湯システム。

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