(57)【要約】【課題】  貯湯式給湯装置と自家発電装置を含み、商用電源側に売電も可能なように構成されている家庭内電力システムにおいて、合理的な売電，買電関係を満たし、合理的な貯湯式給湯装置の制御を提供する。【解決手段】  家庭内電化製品の使用している電力量の総和Ecsmを自家発電装置の発電電力Egenが上回り、発電電力に余剰電力が見込まれる場合に、最低蓄熱量をそれまでの第一の値Kmin_Lからこれよりも高い第二の最低蓄熱量値Kmin_Hに引き上げる。このときに貯湯タンク内の蓄熱量K_realが第二の最低蓄熱量値Kmin_Hを下回っていた場合には、自家発電装置21によりヒートポンプユニットを稼動して、第一の目標蓄熱量の値Kaimよりは低くて良い第二の目標蓄熱量Kaim_2になるまで、貯湯タンク内の湯を沸かし増しする。【選択図】  図１
2006158027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力によってヒートポンプユニットを稼動させ、制御装置により指令された目標蓄熱量になるまで給水を加熱して使用者の用に供する湯を貯湯タンク内に貯め置き、かつ、貯め置いた湯の蓄熱量が最低蓄熱量を下回った場合には再びヒートポンプユニットを稼動して沸かし増しをする貯湯式給湯装置と、自家発電装置とを備え、該自家発電装置の発電出力は上記貯湯式給湯装置を含めた家庭内電化製品を駆動できると共に、商用電源側への逆潮流による売電も可能なように構成されている家庭内電力システムにおいて；
上記家庭内電化製品の使用している電力量の総和を上記自家発電装置の発電電力が上回り、上記発電電力に余剰電力が見込まれる場合に、上記最低蓄熱量をそれまでの第一の値からこれよりも高い第二の最低蓄熱量値に引き上げ；
このときに上記貯湯タンク内の蓄熱量が当該第二の最低蓄熱量値を下回っていた場合には、上記自家発電装置により上記ヒートポンプユニットを稼動して、上記目標蓄熱量の値よりは低くて良い第二の目標蓄熱量になるまで、貯湯タンク内の湯を沸かし増しし；
一方、上記貯湯タンク内の蓄熱量が上記第二の最低蓄熱量値を上回っていた場合には、上記逆潮流により上記商用電源側に売電すること；
を特徴とする家庭内電力システム。
【請求項２】
請求項１記載の家庭内電力システムであって；
上記最低蓄熱量を上記第一の値から第二の最低蓄熱量値に引き上げるのは、上記家庭内電化製品の使用している電力量の総和を上記自家発電装置の発電電力が上回った状態が所定の時間以上、続いた後とすること；
を特徴とする家庭内電力システム。
【請求項３】
請求項１記載の家庭内電力システムであって；
上記自家発電装置は太陽光発電装置であること；
を特徴とする家庭内電力システム。
【請求項４】
請求項１記載の家庭内電力システムであって；
上記自家発電装置は燃料電池装置であること；
を特徴とする家庭内電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力によってヒートポンプユニットを稼動させ、制御装置により指令された目標蓄熱量になるまで給水を加熱して貯湯タンク内に貯め置く貯湯式給湯装置と、太陽光発電装置その他の自家発電装置を備え、それら発電装置から商用電源側への逆潮流によっていわゆる「売電」も可能なように構成されている家庭内電力システムに関し、特に売電と商用電力の供給を受ける「買電」のバランスを取りながら、貯湯式給湯装置を合理的に制御、稼動させるための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電力稼動のヒートポンプユニットで加熱した高温の湯を貯湯タンク内に貯えて使用者の用に供する貯湯式給湯装置がある。特にこのタイプの給湯装置として、貯湯タンク内の最下部の水をヒートポンプユニットにより加熱し、高温の湯として貯湯タンク内の最上部に送ることで、温度の異なる水の比重差を利用し、貯湯タンク内の上部側に高温の湯を貯え、貯湯タンク内の下部側の水と混合しないようにしたものが汎用されている。また、貯湯タンク内の湯を出力する（例えば、蛇口等を開いて貯湯タンク外で湯を消費する）場合には、貯湯タンクの最上部に接続した出湯配管から給湯し、貯湯タンクの最下部に接続した給水配管から貯湯タンク内に水を供給するようになっている。
【０００３】
こうした貯湯式給湯装置はまた、一般に暖房熱源としての機能も有することが多く、例えば貯湯タンク内の高温の湯を貯湯タンク外に循環し、床暖房等の熱源として利用してから再び貯湯タンクに戻すようになっている。当然、こうした暖房を行う場合、暖房により蓄熱していた熱が使用され、すなわちタンク内の蓄熱量はその分低下する。
【０００４】
しかるに、ヒートポンプユニットには商用電力を供給するので、電力料金の安い深夜電力時間帯（現在の所、23時から翌日7時まで）の間のいわゆる“深夜電力”を利用して蓄熱を行い、料金の高い昼間の時間帯には極力蓄熱を行わないように工夫されているものが多い。そのためには当然、深夜電力時間帯の以降の翌日に使用される熱量を予測する必要があり、従来からも、蓄熱量は一定期間の日毎の給湯による使用熱量により平均化し、要すれば若干の増し分（余裕）を加えて給湯に使用する熱量とし、これと暖房に使用した熱量（これも一定期間の日毎の給湯による使用熱量により平均化し、要すれば若干の増し分を加える）とを足し込んで一日分の目標蓄熱量とし、深夜電力時間帯にこの分の蓄熱を図るようにしていた。
【０００５】
さらに、他の観点からも、無駄な蓄熱をさせないように、あるいは蓄熱量が足りないことが無いように、従来からも過去のデータに基づく種々の工夫もなされては来た。例えば下記特許文献１では、タンク内に貯め置く湯量に鑑み、これに過不足が生じないようにとの観点から、過去一週間で最も熱量を要した時の熱量を目標蓄熱量とするようにもしていた。
【特許文献１】特開2002-168524号公報
【０００６】
一方、昨今では、一般家庭においても太陽光発電装置が設置されていて、家庭内の電力使用状況の如何により、当該発電装置の発電力に十分な余裕がある場合、余剰の発電電力を商用電源側へ出力（逆潮流）することで、いわゆる「売電」も可能なように構成されている場合も増えてきた。将来に亘っては、自家発電装置の一形態として、太陽光発電装置のみならず、燃料電池装置等も各家庭に備えられるようになろう。
【０００７】
そこで、従来からも、単純に余剰電力を売電するのではなく、下記特許文献２に認められるように、家庭内の消費電力に比し、発電電力の方が所定の差以上に大きくなったときには、昼間であってもその余剰電力でとりあえずヒートポンプユニットを稼動させてしまおうという提案があった。もっとも、この主たる目的は、家庭内電力系統の電圧変動を防ぐためではある。
【特許文献２】特開2004-194485号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献２に認められる手法では、沸かす必要がないのに、つまりは貯湯タンク内蓄熱量がその日が終わるまでに未だ十分な量である筈の場合にさえ、ヒートポンプを無条件で電力稼動してしまうという欠点がある。確かに、沸かす必要がなくてもさらに蓄熱量を増しておけば、その後の深夜電力での翌日分のための沸かし増し熱量分は少なくて済むので、当該深夜電力時間帯での消費電力は少なくて済むかもしれない。が、逆に言えば、売電すれば買電に係る消費電力節約効果よりも大きな利益を得られたかもしれないのに、ある意味では無駄に沸かしてしまった，という状況も起き兼ねない。
【０００９】
そうかと言って、全ての余剰電力を売電に回すのは、貯湯式給湯装置にとっては不利になることもある。例えば、上記特許文献１に開示されているように蓄熱量を十分取るように工夫されている場合でも、その日毎の天候環境の如何によっては、前日の深夜時間帯に目標蓄熱量まで貯め置いた湯が大きな自然放熱で大幅に失われたり、その日に限って突然にも昼間に大量の使用量増加等があったとき等には、夕刻以降、湯を大量に使用する時間帯に蓄熱量不足となり、設定されている最低蓄熱量を下回り、結局は未だ昼間時間帯での高額の電力量で沸き増しを行う羽目になってしまう。
【００１０】
本発明はこの点に鑑み、夕刻以降の、湯が大量に使用されるであろう時間帯にも、その日の状況に合わせ、蓄熱量が不足しないように、発電電力の余剰分で蓄熱量に余裕を持たせ得るようにし、一方ではまた、十分な余裕が既にあって、最早必要もないと判断されるにも拘わらず、無駄にヒートポンプユニットを稼動させてしまうようなこともないよう、合理的な売電，買電関係を満たし、合理的な貯湯式給湯装置の制御を提供するべくなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するために、
電力によってヒートポンプユニットを稼動させ、制御装置により指令された目標蓄熱量になるまで給水を加熱して使用者の用に供する湯を貯湯タンク内に貯め置き、かつ、貯め置いた湯の蓄熱量が最低蓄熱量を下回った場合には再びヒートポンプユニットを稼動して沸かし増しをする貯湯式給湯装置と、自家発電装置とを備え、自家発電装置の発電出力は貯湯式給湯装置を含めた家庭内電化製品を駆動できると共に、商用電源側への逆潮流による売電も可能なように構成されている家庭内電力システムにおいて；
家庭内電化製品の使用している電力量の総和を自家発電装置の発電電力が上回り、発電電力に余剰電力が見込まれる場合に、最低蓄熱量をそれまでの第一の値からこれよりも高い第二の最低蓄熱量値に引き上げ；
このときに貯湯タンク内の蓄熱量が第二の最低蓄熱量値を下回っていた場合には、自家発電装置によりヒートポンプユニットを稼動して、上記の目標蓄熱量の値よりは低くて良い第二の目標蓄熱量になるまで、貯湯タンク内の湯を沸かし増しし；
そうではなく、貯湯タンク内の蓄熱量が第二の最低蓄熱量値を上回っていた場合には、逆潮流により発電電力の余剰分を商用電源側に売電すること；
を特徴とする家庭内電力システムを提案する。
【００１２】
ここで、最低蓄熱量を上記の第一の値から第二の最低蓄熱量値に引き上げるのは、家庭内電化製品の使用している電力量の総和を自家発電装置の発電電力が上回った状態が所定の時間以上、続いた後とする下位構成も提案する。これは瞬時的な、ないしは極めて短い時間の発電出力の上回りや下回りに反応してしまい、最低蓄熱量が第一、第二の値間でバタつき、貯湯式給湯装置のヒートポンプユニットを頻繁にオンオフをさせてしまうのを防ぐためである。
【００１３】
また、上記において、自家発電装置は既に普及している太陽光発電装置であっても良いし、将来的系に普及の見込まれる燃料電池装置であっても良い他、家庭設置の可能な発電装置であれば何でも適用可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、第二の最低蓄熱量値や第二の目標蓄熱量を設計的に適選することで、非常に合理的な家庭内電力システムの運営を図ることができる。従来のように、家庭内電化製品の使用している電力量の総和を自家発電装置の発電電力が上回り、発電電力に余剰電力が見込まれたからといって、無条件にヒートポンプユニットを電力稼動させてしまったり、逆に無条件で売電してしまうことに伴う既述の欠点が低減される。
【００１５】
すなわち、発電電力に余剰電力が生じた時、最低蓄熱量を、貯湯タンク内の貯湯蓄熱量に関し一日の使用において最低でもこれだけの量は確保したいとして定められている第一の値よりも高い第二の最低蓄熱量値に設定し直すので、このときに実際に貯湯タンク内に貯湯されている湯の蓄熱量が当該第二の最低蓄熱量値を下回った時にヒートポンプユニットを稼動し、発電電力により第二の目標蓄熱量にまで蓄熱量を増しておくことで、夕刻以降の湯の不意の大量使用にも余裕を持って応え得る状況を作ることができる。
【００１６】
なお、第二の目標蓄熱量が第一の目標蓄熱量よりも小さくて良いのは当然で、前者は一日分の使用量を想定して設定されるが、後者は夕刻以降の湯の使用に余裕を持たせるということをのみ前提にして設定されるからである。
【００１７】
一方、最低蓄熱量を第二の最低蓄熱量値に引き上げても、実際に貯湯タンク内に蓄えられている湯の蓄熱量がさらにそれより大きい場合には、夕刻以降の大量の湯の使用にもそのままで十分耐えられると判断し、ヒートポンプユニットを駆動することなく、発電電力はそのまま売電することができる。このように、状況に応じた判断に基づく売電，買電のバランスを取る思想は、これまで認められなかったことであり、実際、大いに無駄を省くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の望ましい実施形態に関し説明するが、まず図１(A) には貯湯式給湯装置11と自家発電装置21を有する家庭内電力システムの構成が概略的に示されているので、これに就き説明を始める。
【００１９】
貯湯式給湯装置11は既に説明したように、公知既存の適当なる構成のもので良く、電力によって図示しないヒートポンプユニットが稼動し、図示しない制御装置により指令された目標蓄熱量になるまで給水を加熱して図示しない貯湯タンク内に貯め置き、貯め置いた湯を使用者の用に供するものである。内部構成についてまで、本発明が具体的に限定するものではないので、これ以上の詳しい説明は省略する。
【００２０】
商用電力A.C.は電力測定ユニット24を介して受配電装置23から貯湯式給湯装置11や家庭内の各電化製品に電力を供給できるように接続されており、貯湯式給湯装置11（ヒートポンプユニット）の使用電力は電力測定ユニット26にて、そして家庭内電化製品（図中、家電製品と略）12のそれぞれの使用電力も電力測定ユニット27にて、それぞれ分かるようになっている。
【００２１】
一方、自家発電装置21として、例えば太陽光発電装置21があり、例えば直流を交流に変換して安定な電圧の電力出力とするパワー・コンディショナ22を介する等した後、その発電電力は電力測定ユニット25でモニタされながら受配電装置23に供給され、この発電電力によっても貯湯式給湯装置11や家庭内電化製品12を駆動することができるようになっている。
【００２２】
さらに、受配電装置23を介し、自家発電装置21はいわゆる逆潮流により、条件に応じて商用電源側に発電電力を出力できるようにもなっていて、いわゆる売電も可能なように構成されている。家庭内で使用されている電力の総計や逆潮流による売電電力は主系統の電力測定ユニット24にて計測できる。
【００２３】
切り替え制御装置31は、以下に述べる本発明に従ってのシステム制御のために設けられており、後述するように、ある条件下では貯湯式給湯装置11のヒートポンプユニットを自家発電装置21の発電電力により駆動し、また他の条件下では逆潮流によって当該発電電力を商用電力側へ出力して売電する。
【００２４】
以下、そうした各場合につき、図１(B) も参照して説明するが、貯湯式給湯装置11は、既に述べたように、通常、基本的には電力料金の安い深夜電力時間帯（現在の所、23時から翌日7時まで）の間のいわゆる“深夜電力”を利用して蓄熱を行い、料金の高い昼間の時間帯には極力蓄熱を行わないように、翌日の一日の中に使用するであろう蓄熱量を十分に賄い得る蓄熱量を目標蓄熱量Kaimとして設定している。
【００２５】
したがって、横軸を一日の中の時間経過とした図１(B) の朝方の辺りの時間帯では、実際に貯湯式給湯装置11の図示しない貯湯タンク内に沸かし上げられた湯は当該目標蓄熱量Kaimに近い熱量を持っている。実際の貯湯タンク内の湯の蓄熱量は曲線K_realで示しているが、朝方に目標蓄熱量Kaimに到達していた当該実際の蓄熱量K_realは、通常は図１(B) に示すように、人が活動を始める朝食時からお昼の食事時を経過し、そのままであるならばやがては夕刻以降の最も湯の使用される時間帯を経過して、再び深夜電力時間帯に至るような、単調な低減曲線を描く。
【００２６】
そして、この蓄熱量K_realの低下の程度が、予め定められている最低蓄熱量Kmin_Lを下回った場合には、それが例え未だ深夜電力時間帯に入っていなくても、商用電力A.C.により、ヒートポンプユニットを駆動して沸かし増しするように図られる。換言すれば、目標蓄熱量Kaimは、そのように高額な電力料金となる時間帯での沸かし増しは必要ないようにと、既に特許文献１等に関して述べた工夫等により、その値が余裕を持って設定されるのが普通である。
【００２７】
図１(B) には自家発電装置21の発電電力の経時経過例も曲線Egenで示してあり、例えば太陽光発電装置である場合には、太陽の上がり始める頃から発電電力Egenが増して行き、日没に向かい低減する。そこで、時刻T1に示してあるように、特に日中においては、家庭内電化製品12の使用する電力量の総和Ecsmを自家発電装置21の発電電力Egenが上回り、発電電力に余剰電力が見込まれる状況が起こり得る。
【００２８】
こうした場合、本発明では、各電力測定ユニット25〜27から例えば電源重畳通信等を介して得られる電力値情報に基づき、そうした状況になったことを切り替え制御装置31が認識すると、当該切り替え制御装置31は、矢印Ksetで示されているように、最低蓄熱量をそれまでの第一の値Kmin_Lからこれよりも高い第二の最低蓄熱量値Kmin_Hに引き上げる。その上で、このときに貯湯タンク内の実際の蓄熱量K_realが第二の最低蓄熱量値Kmin_Hを下回っていた場合には、自家発電装置21の発電電力によりヒートポンプユニットを稼動するべく指令し、上記の目標蓄熱量Kaimの値よりは低くて良い第二の目標蓄熱量Kaim_2になるまで、貯湯タンク内の湯を沸かし増しする。なお、実際の蓄熱量K_real等は、貯湯式給湯装置11に普通に備えられている各種センサを介して知ることができる。
【００２９】
図示の場合では、実際の蓄熱量K_realが低下してきて第二の最低蓄熱量値Kmin_Hに時刻T2にて達し、そこで沸かし増しが始まり、実際の蓄熱量K_realが増え始め、時間ta経過後の時刻T3で第二の目標蓄熱量Kaim_2が満たされた場合を示している。つまり、時刻T2からT3までの期間taで、自家発電装置21の余剰電力により、貯湯タンク内の湯には余裕を持った蓄熱量が与えられるようにヒートポンプユニットが駆動される。そしてその結果、その日の天候条件（主として温度環境条件）が悪く、前日の深夜時間帯に目標蓄熱量Kaimまで貯め置いた湯が大きな自然放熱で大幅に失われたり、その日に限って突然にも昼間に大量の使用量増加等があったとしても、十分な余裕を見込むことができる。夕刻以降、湯を大量に使用する時間帯に蓄熱量不足となり、設定されている最低蓄熱量を下回り、結局は未だ昼間時間帯での高額の電力量で沸き増しを行わねばならないというような不都合からは解放されることになるのである。
【００３０】
なお、第二の目標蓄熱量Kaim_2が本来の第一の目標蓄熱量Kaimよりも小さくて良いのは当然で、前者は既述のように、丸々一日分の使用量を想定して設定されるが、後者は夕刻以降の湯の使用に余裕を持たせるということをのみ前提にすれば良いからである。
【００３１】
時刻T3以降においては、切り替え制御装置31は自家発電装置21でのヒートポンプユニットの駆動を解き、したがって時刻T4で示すように、自家発電装置21の発電電力Egenが家庭内電化製品の使用している電力量の総和Ecsmを下回るまでの時間tbに亘り、自家発電装置21の発電電力は商用電源側に逆潮流し、合理的に売電できる。もちろん、当該時刻T4以降に認められるように、自家発電装置21の発電電力が家庭内電化製品の使用している電力量の総和Ecsmを下回れば、そこで最低蓄熱量の値も再び第一の値Kmin_Lに戻される。
【００３２】
当然ではあるが、図１(B) に示す場合と異なり、最低蓄熱量の値が第二の値Kmin_Hに引き上げられたにも拘らず、貯湯タンク内の蓄熱量K_realがその値Kmin_Hを上回っている限り、切り替え制御装置31は自家発電装置21でのヒートポンプユニットを駆動することはなく、逆潮流により発電電力の余剰分は商用電源側に売電する。貯湯タンク内には十分な余裕があるのに、さらに沸かし増しをする無駄はこれで省けることになり、売電による経済効果を受けることができる。
【００３３】
なお、以上においては自家発電装置の発電電力Egenが家庭内電化製品の使用している電力量の総和Ecsmを上回ると直ちに最低蓄熱量を第二の最低蓄熱量値Kmin_Hに引き上げていたが、引き上げるまでには所定の時間遅れを持たせ、家庭内電化製品の使用している電力量の総和Ecsmを自家発電装置の発電電力Egenが上回った状態が所定の時間以上続いた後とするのが、実際上は望ましい。瞬時的な、ないしは極めて短い時間の発電出力の上回りや下回りに反応してしまい、最低蓄熱量が第一、第二の値間でバタつき、貯湯式給湯装置のヒートポンプユニットを頻繁にオンオフをさせてしまって電気的、機械的ストレスを与えてしまうのを防ぐためである。
【００３４】
以上においては自家発電装置21は既に普及している太陽光発電装置としたが、これに限らない。将来的系に普及の見込まれる燃料電池装置であっても良い他、家庭設置の可能な発電装置であれば本発明では何でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態における家庭内電力システムの概略構成と制御の態様に関する説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
11  貯湯式給湯装置
12  家庭内電化製品
21  自家発電装置（太陽光発電装置）
22  パワー・コンディショナ
23  受配電装置
24〜27  電力測定ユニット
31  切り替え制御装置
【図１】
2006158027.tif 000003