(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、水道水の水温に基づいて給湯に要するガスの量を予測することは可能なものの、給湯に要するガスの消費量を抑制することは考慮されていないという問題点があった。
【0006】
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、給湯に要するエネルギー消費量を抑制できる浴槽給湯システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するための請求項1の発明は、外部から供給された水を加熱して得た温水を浴槽に供給すると共に前記浴槽内の水を加熱する給湯手段と、気象情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段が取得した気象情報が含む前記浴槽に給湯する当日の最高気温予測に基づいて前記当日の第1の所定の時刻に前記浴槽に所定の量の水を入れ前記当日の第2の所定の時刻に前記浴槽内の水の加熱を開始する第1の給湯方式及び前記当日の第3の所定の時刻に前記浴槽に所定の温度の温水を前記所定の量で供給を開始する第2の給湯方式からエネルギー消費量が少ない給湯方式を選択し、該選択した給湯方式で給湯するように前記給湯手段を制御する制御手段と、
最高気温と前記第1の給湯方式における前記第2の所定の時刻の前記浴槽内の水温である第1給湯方式浴槽水温との相関関係である気温水温相関性、及び水温閾値を予め記憶した記憶手段と、を備えた浴槽給湯システム
であって、前記制御手段は、前記気温水温相関性において前記当日の前記最高気温予測に対応する前記第1給湯方式浴槽水温が前記水温閾値以上の場合に前記第1の給湯方式を選択する浴槽給湯システムである。
【0008】
請求項1に記載の発明によれば、給湯する当日の最高気温予測に基づいて、第1又は第2の給湯方式のうち、エネルギー消費量が少ない給湯方式で給湯することができる。。
【0010】
また、請求項
1に記載の発明によれば、給湯する当日の最高気温予測を予め記憶した気温水温相関性に当てはめて推算した第1給湯方式浴槽水温が水温閾値以上か否かによってエネルギー消費量が少ない給湯方式を選択できる。
【0011】
請求項
2の発明は、請求項
1に記載の浴槽給湯システムにおいて、前記外部から供給された水の水温である供給水温を検知する供給水温検知手段と、前記浴槽内の水温である浴槽水温を検知する浴槽水温検知手段と、前記浴室内の気温である浴室内気温を検知する気温検知手段と、をさらに備え、前記情報取得手段は、前記当日の最高気温の実測値を取得し、前記記憶手段は、前記供給水温検知手段が検知した前記供給水温、前記浴槽水温検知手段が検知した浴槽水温及び前記気温検知手段が検知した浴室内気温を各々記憶し、前記制御手段は、前記選択した給湯方式で前記当日に前記浴槽に給湯した後に、前記情報取得手段が取得した前記当日の最高気温の実測値、前記記憶手段に記憶された前記当日の前記第1の所定の時刻から前記当日の前記第2の所定の時刻までの前記供給水温、前記当日に前記第1の給湯方式によって給湯した場合に前記記憶手段に記憶された前記当日の前記第2の所定の時刻での前記浴槽水温及び前記記憶手段に記憶された前記当日の前記第1の所定の時刻から前記当日の前記第2の所定の時刻までの前記浴室内気温に基づいて前記気温水温相関性を修正する。
【0012】
請求項3に記載の発明によれば、予想値に基づいて給湯を行った後に、実測値によって気温水温相関性を修正し、修正した気温水温相関性を次回の給湯の制御に使用できる。
【発明の効果】
【0013】
以上説明したように、請求項1に記載の発明は、給湯する当日の最高気温予測に基づいて、第1又は第2の給湯方式のうち、エネルギー消費量が少ない給湯方式で給湯する。これにより、給湯に要するエネルギー消費量を抑制できるという効果を有する。
【0014】
また、請求項
1に記載の発明によれば、給湯する当日の最高気温予測を予め記憶した気温水温相関性に当てはめて推算した第1給湯方式浴槽水温が水温閾値以上か否かによってエネルギー消費量が少ない給湯方式を選択する。かかる選択により、給湯に要するエネルギー消費量を抑制できるという効果を有する。
【0015】
請求項
2に記載の発明によれば、予想値に基づいて給湯を行った後に、実測値によって気温水温相関性を修正し、修正した気温水温相関性を次回の給湯の制御に使用する。これにより、給湯に要するエネルギー消費量をより的確に抑制できるという効果を有する。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る浴槽給湯システム10の一例を示す概略図である。
【0018】
図1に示したように、本実施の形態では、住宅等の建物12の屋外に給湯器14が設けられ、給湯器14には都市ガス又はLPG(液化石油ガス)等の可燃性の気体が燃料として供給され、水道水を供給された燃料で加熱して、浴槽16に供給する。また、給湯器14は、浴槽16に予め張られている水を加熱する、いわゆる追い炊きが可能である。
【0019】
燃料として供給されたガスの量、及び供給された水道水の量は、各々ガスメータ18及び水道メータ20によって検知され、検知結果は、給湯器14を制御する制御装置30に送信される。また、水道メータ20には水温センサが設けられており、供給される水道水の温度を給水温として検知し、検知した給水温を制御装置30に送信する。
【0020】
浴室22内には、給湯器14を操作するための給湯器リモコン24が設けられている。 給湯器リモコン24は、タッチパネル等である操作部と液晶等で構成された表示部とを備えた入出力装置の一種で操作部から給湯器14の操作が可能であり、給湯器14の動作状況等の情報が表示部に表示される。また、給湯器リモコンは、浴室22内の気温を検知する気温センサを備え、気温センサが検知した浴室22内の気温は、制御装置30に送信される。
【0021】
また、浴槽16には浴槽内の水温を検知する浴槽水温センサ26が設けられている。浴槽水温センサ26が検知した浴槽水温は、制御装置30に送信される。
【0022】
浴室22とは別個の居室32には、制御装置30とネットワーク40とを接続するゲートウェイである終端装置34が設けられている。制御装置30は、終端装置34及びネットワーク40を介して、気象情報サーバ50から、給湯する当日の予想最高気温等の気象情報を取得する。
【0023】
図2は、本実施の形態に係る浴槽給湯システム10における制御装置30の概略構成を示すブロック図である。
図1においては、制御装置30と操作部及び表示部を有する給湯器リモコン24は分離して描かれていたが、
図2では操作部及び表示部は後述するバス74で接続された状態で示されている。
【0024】
図2に示した浴槽給湯システム10の制御装置は、CPU(Central Processing Unit)62と、HDD(Hard Disk Drive)64と、RAM(Random Access Memory)66と、ネットワークI/F部68と、ROM(Read Only Memory)70と、表示部72と、操作部76と、バス74とを含む。
【0025】
CPU62は、給湯器14の全体の動作を司るものであり、後述する給湯方式の判定のフローチャートの処理は、CPU62により実行される。HDD64は、給湯方式の判定のプログラム、OS(Operating System)及び閾値等が記憶される不揮発性の記憶装置である。また、HDD64は、後述する最高気温と気温及び給水温の差の積分値との相関性、当該積分値と浴槽水温との相関性を各々予め記憶する。さらにHDD64は、給湯器リモコンが検知した浴室22内の気温、水道メータ20が検知した給水温及び浴室水温センサ26が検知した浴槽16内の水温を各々記憶する。RAM66は、OSやプログラムやデータが展開される揮発性の記憶装置である。ネットワークI/F部68は、ネットワークに接続するためのものであり、NIC(Network Interface Card)やそのドライバで構成される。ROM70は、浴槽給湯システム10の起動時に動作するブートプログラム等が記憶されている不揮発性の記憶装置である。表示部72は、浴槽給湯システム10に関する情報を操作者に表示するものである。操作部76は、操作者が浴槽給湯システム10の操作や情報を入力する際に用いられるものであり、一例としてタッチパネル等の入力装置が含まれる。バス74は、情報のやりとりが行われる際に使用される。
【0026】
図3は、本実施の形態に係る浴槽給湯システム10の給湯方式の判定の原理を示した図である。
図3は、浴室22内の気温と、給水温84との略1日での変化を示している。なお、給水温84は、水道メータ20の水温センサによって計測される水温である。
【0027】
図3において、気温82は、日中に上昇し、夕方には下降する。給水温84も日中に上昇し、夕方に下降する傾向は気温82と同様だが、地中に埋設された水道管を通るので、太陽光の影響を気温82ほどは受けず、温度変化は緩慢である。
【0028】
図3では、浴槽16に水を入れる水張り開始時86から浴槽16の湯を沸かす湯沸し開始時88までの気温82と給水温84との差の積分値がハッチングで示されている。気温82が給水温84を上回っている場合は、気温82と給水温84の差の積分値は正になり、気温82が給水温84を下回っている場合は、気温82と給水温84の差の積分値は負になる。
図3で「+」が記してある領域は気温82が給水温84を上回っている場合であり、「−」が記してある領域は気温82が給水温84を下回っている場合である。また、気温82と給水温84との差の積分値は、日中の最高気温が高ければ大きくなる。
【0029】
本実施の形態では、気温82と給水温84との差の積分値が所定の閾値以上の場合に、
図3の水張り開始時86に浴槽16に水を入れ、湯沸し開始時88に湯を沸かす。理想的には、給湯する当日の朝方に当日の気温の変化の予測を行い、
図3に示したような気温と給水温の変化の予測から、積分値を算出する。しかしながら、かかる予測に基づく算出は困難である。本実施の形態では、積分値と1日の最高気温との相関関係、さらには積分値と湯沸し開始時88における浴槽の水温である浴槽水温との相関関係を実験値から予め把握し、予想される最高気温をかかる相関関係に当てはめて上述の積分値さらには浴槽水温を推算する。
【0030】
図4は、本実施の形態に係る浴槽給湯システム10における給湯方式の判定の処理の一例を示すフローチャートである。ステップ400では、給湯する当日の予想最高気温を含む気象情報を入手する。本実施の形態では、制御装置30は、気象庁等に備えられている気象情報サーバ50からネットワーク40を介して当日の予想最高気温の情報を取得可能である。しかしながら、入力装置である給湯器リモコン24からユーザが入力してもよい。また、制御装置30のHDD64に例えば過去10年間の最高気温のデータを記憶しておき、当該記憶した同月同日に係る最高気温のデータの平均値を算出して、当日の予想最高気温としてもよい。
【0031】
ステップ402では、
図3においてハッチングで示した気温82と給水温84との差の積分値の領域を、予想面積Sとして算出する。予想面積Sは、
図5を用いて近似的に算出される。
図5は、本実施の形態に係る浴槽給湯システム10における予想面積Sの算出に用いるグラフの一例である。
図5は、過去の最高気温に対応する過去の気温と給水温との差の積分値を複数プロットし、プロットしたデータを最小二乗法等の既知の手法を用いて線形回帰を行い、検量線90を算出している。ステップ402では、
図5の検量線90にステップ400で取得した当日予想最高気温T
maxを当てはめて、予想面積Sを算出する。
【0032】
ステップ404では、浴槽16に汲み置きされた水の湯沸し開始時88における予想温度である予想浴槽水温T
Bを算出する。予想浴槽水温T
Bは、
図6を用いて近似的に算出される。
図6は、本実施の形態に係る浴槽給湯システム10における予想浴槽水温T
Bの算出に用いるグラフの一例である。
図6は、過去の予想面積Sに対応する過去の予想浴槽水温T
Bを複数プロットし、プロットしたデータを最小二乗法等の既知の手法を用いて線形回帰を行い、検量線92を算出している。ステップ404では、
図6の検量線92にステップ404で算出した予想面積Sを当てはめて、予想浴槽水温T
Bを算出する。
【0033】
ステップ406では、予想浴槽水温T
Bが閾値水温T
S以上か否かを判定する。ステップ406で肯定判定の場合には、ステップ408で、水張り開始時86に浴槽に予め水を所定の量で満たした後に湯沸し開始時88に浴槽16で湯を沸かす。浴槽16に汲み置きされた水の温度が十分に高ければ、加熱に必要となる燃料の消費が少なくなるからである。ステップ406で否定判定の場合には、ステップ416で、浴槽16に水を汲み置きせず、所定の時間に所定温度の温水を所定の量で浴槽16に供給する。
【0034】
なお、閾値水温T
Sは、以下のように算出する。原理としては、浴槽16に水を張った後に浴槽16の水を沸かす場合と、浴槽16に直接給湯する場合とで燃料であるガスの消費量が同じとなる条件から下記の式(1)を設定する。
{(T
set−T
P)×V}/η
P={(T
set−T
S)×V}/η
B ・・・(1)
【0035】
式(1)において、T
setは入浴設定温度(℃)であり、T
Pは湯沸しを開始する時間である設定湯沸し時間の予想給水温度(℃)である。T
Pは、一例として、前日の湯沸し開始時88の水温を援用する。Vは、浴槽の容量(m
3)である。
【0036】
η
Pは、給湯効率(%)であり、給湯器の機種に固有の値である。η
Bは、湯沸し効率(%)であり、給湯器の機種に固有の値である。
【0037】
T
Sは、上記の式(1)から誘導された下記の式(2)から算出される。
T
S=T
set−(η
B/η
P)・( T
set−T
P) ・・・(2)
【0038】
一例として、上記の式(2)に、T
set=40℃、T
P=20℃、η
P=95%、η
B=80%を代入すると、T
Sは、下記のように算出される。
T
S=40−(0.80/0.95)・(40−20)=23.16(℃)
【0039】
ステップ408で、浴槽16に予め水を満たした後に浴槽16で湯を沸かした後は、ステップ410で、給湯した当日の浴室22内の気温82及び給水温84の変化から
図3に示したハッチング部分の面積Sのデータを入手し、入手したデータで
図5に示したデータを更新する。具体的には、HDD64に記憶した気温82及び給水温84から
図3における水張り開始時86から湯沸し開始時88までの気温82と給水温84との差の積分値を算出。算出した積分値を面積Sとし、面積Sと当日の最高気温とを
図5にプロットする。新たなデータをプロットした後は、最小二乗法等によって検量線90を再算出し、再算出した検量線90をその後の判定に使用する。当日の最高気温のデータは、気象情報サーバ50から入手してもよいが、建物12に気温センサを備えた場合は、当該気温センサが検知した最高気温を使用する。または、ユーザが給湯器リモコン24から最高気温のデータを入力してもよい。
【0040】
なお、プロットできるデータの総数に上限がある場合には、新たなデータをプロットした時に、最も古いデータを消去する。
【0041】
ステップ412では、HDD64に記憶した実際の浴槽水温のデータに基づき、
図6で示したデータを更新する。浴槽水温のデータは、予め水を張っておいた浴槽の湯沸し開始時88における水温である。本実施の形態では、浴槽16に設けられた浴槽水温センサ26が湯沸し開始時88に検知した水温を実際の浴槽水温T
Bとし、対応する面積Sと共に
図6にプロットする。新たなデータをプロットした後は、最小二乗法等によって検量線92を再算出し、再算出した検量線92をその後の判定に使用する。
【0042】
なお、プロットできるデータの総数に上限がある場合には、新たなデータをプロットした時に、最も古いデータを消去する。
【0043】
ステップ414では、水道メータ20の検知した給水温をHDD64から入手し、翌日の給湯の際に使用する予想給水温度T
PとしてHDD64に記憶して処理を終了する。本実施の形態では、湯沸し開始時88における給水温84を予想給水温度T
Pとする。
【0044】
また、ステップ416で、浴槽に水を汲み置きせず、所定の時間に浴槽に給湯した場合には、ステップ418で実際の面積Sのデータの入手及び更新をステップ410と同様に行い、ステップ420で、実際の給水温のデータの入手及び更新をステップ414と同様に行って処理を終了する。
【0045】
また、本実施の形態では、水を浴槽16に予め張っておいて湯を沸かす場合と浴槽16に直接給湯する場合とでのCO
2の排出量を算出でき、よりCO
2の排出量が少ない給湯方式を選択した場合のCO
2の削減効果を算出できる。
【0046】
以下、水を浴槽16に予め張っておいて湯を沸かす場合のCO
2の排出量をX
B、浴槽16に直接給湯する場合のCO
2の排出量をX
Pとすると、X
B及びX
Pは各々下記の式(3)、(4)で算出できる。
X
B=[{(T
set-T
B)×V×10
6×4.19}/η
B]×Z×10
-9×(44/12)×10
3
・・・(3)
X
P=[{(T
set-T
P)×V×10
6×4.19}/η
P]×Z×10
-9×(44/12)×10
3
・・・(4)
【0047】
上記の式(3)、(4)共に、[]で括った部分は、浴槽16内の水を沸かすのに必要な熱量(J)を算出する項であり、4.19は、単位をcalからJに変換する係数である。Zは燃料の使用に関する炭素の排出係数で、GJ単位の熱量あたりの炭素のトン単位の排出量を規定したものである。一例として、メタンを主成分とする都市ガスを燃料にした場合、Z=0.0136(t/GJ)である。
【0048】
10
−9は、[]で括った部分をGJ単位に変換するための係数である。44/12は、炭素の排出量をCO
2の排出量に変換する係数である。炭素の排出量を1モルの炭素の質量で除算して得られた商に1モルのCO
2の質量を乗算することで、炭素の排出量をCO
2の排出量に変換する。また、最後の10
3は、トン単位の排出量をkg単位に変換するための係数である。
【0049】
一例として、T
set=40℃、T
P=20℃、T
B=26℃、V=0.18m
3、η
P=90%、η
B=80%の場合、X
B及びX
Pの算出は下記の通りである。
X
B=[{(40−26)×0.18×10
6×4.19}/0.80]
×0.0136×10
-9×(44/12)×10
3
≒0.61(kg)
X
P=[{(40−20)×0.18×10
6×4.19}/0.90]
×0.0136×10
-9×(44/12)×10
3
≒0.84(kg)
【0050】
X
PとX
Bとの差分がCO
2の削減効果となる。X
P−X
B-=0.23(kg)なので、水を浴槽16に予め張っておいて湯を沸かすのであれば、浴槽16に直接給湯する場合よりもCO
2の排出量を0.23kg削減できる。
【0051】
本実施の形態では、X
P、X
B、X
PとX
Bとの差分であるCO
2の削減効果を各々給湯器リモコンに24表示することで、ユーザに省エネルギーを意識させ、燃料であるガスの消費量を抑制できる。
【0052】
以上のように、本実施の形態によれば、給水温と浴室22の気温とに基づいて、水を浴槽16に予め張っておいて湯を沸かす場合と浴槽16に直接給湯する場合とでどちらが省エネルギーであるかを判定できる。これにより、給水に係る水道の水温及び気温に基づいて給湯に要する燃料の消費量を抑制できる。
【0053】
本実施の形態の
図3で示した水張り開始時86は、ユーザが設定する湯沸し完了時間(図示せず)に湯沸しが完了するように給湯器の湯沸し能力から決定すればよい。また、水張り開始時は、湯沸し開始時より前に浴槽に必要な水量をためられる時間であればよい。しかしながら、当日予想最高気温、面積、浴槽水温、給水温を予めデータを集積しておくことで、浴槽水温が高くなり湯沸しに必要な燃料の消費量を抑えられるように決定することもできる。さらに、
図4のステップ416で浴槽に水を汲み置きせず、所定の時間に浴槽に給湯を開始する場合の所定の時間は、ユーザが設定する湯沸し完了時刻に給湯が完了するように給湯器の給湯能力から決定すればよく、湯沸し開始時88と別であっても同じであってもよい。
【0054】
図7は、本実施の形態に係る浴槽給湯システム10における当日予想最高気温、面積、浴槽水温、給水温の各データの集積の一例を示す図である。
図7のように例えば30分ごとの時間別に各データを集積することで、本実施の形態に係る浴槽給湯システムの燃料であるガスの消費量を抑制する制御の精度を向上させることができる。
【0055】
本実施の形態では、給湯器14が燃料に可燃性の気体を使用するタイプを記載したが、給湯器14が電力によって温水を得る電気温水器であってもよい。かかる場合であっても、気象情報に含まれる最高気温の予測値及び
図5、6に示した相関性に基づいて、事前に浴槽に水を張ってから浴槽の水を加熱する給湯方式と、浴槽に直接給湯する給湯方式とでよりエネルギー消費量が少ない給湯方式を選択することができる。