(57)【要約】【課題】コントロール装置を設置することなく複数台の電気瞬間温水器の電気容量をデマンド制御することができる電気瞬間温水器デマンド制御システムを提供する。【解決手段】マイコンを制御装置２０として装着した瞬間式温水器１０を複数台設置する。累計出力と次に稼働する瞬間式温水器１０の出力とを合計する。この合計出力がデマンド出力最大値を超過するとデマンド制御手段を実行する。次に稼働する瞬間式温水器１０の出力を下方修正する。累計出力に修正出力が合計されてもデマンド出力最大値を超えない出力に制御する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞬間式温水器に装着したマイコンを制御装置として使用することで複数台の瞬間式温水器の使用電力の出力を制御する瞬間式温水器のデマンド制御システムであって、
各制御装置は、制御する全ての瞬間式温水器の制御装置を通信ラインで接続すると共に、各瞬間式温水器の稼働中の出力情報を隣接する瞬間式温水器の制御装置に順次通知する通信機能と、全ての瞬間式温水器の使用電力量に対して予め設定されたデマンド出力最大値を記憶するメモリ機能と、該デマンド出力最大値と稼働中の累計出力とを比較演算する演算機能とにより、次に稼働する瞬間式温水器の出力を制御するデマンド制御手段を備え、
該デマンド制御手段は、累計出力と次に稼働する瞬間式温水器の出力との合計出力が、デマンド出力最大値を超過すると算定した場合に、当該瞬間式温水器の出力を下方修正した修正出力を算定し、当該修正出力と累計出力との合計出力がデマンド出力最大値を超えないように制御する手段としたことを特徴とする電気瞬間温水器デマンド制御システム。
【請求項２】
前記瞬間式温水器は、前記瞬間式温水器に給水する給水温度を感知する温度センサと、給水量を感知する流量センサとを備え、前記制御装置は、当該瞬間式温水器の設定温度と各センサのデータから当該瞬間式温水器が本来出力すべき出力を理想出力として算定する熱量制御手段を備えた請求項１記載の電気瞬間温水器デマンド制御システム。
【請求項３】
前記制御装置の通信機能は、信号が一方向に送信されるループ状信号ラインを備え、該ループ状信号ラインの送信方向とは逆の１個前の瞬間式温水器の制御装置から通知される出力情報を受け取るように構成し、ループ状信号ラインにおける最後の瞬間式温水器の出力情報を最初の瞬間式温水器に通知するように構成した請求項１記載の電気瞬間温水器デマンド制御システム。
【請求項４】
前記制御装置の通信機能は、無線を使用した通信ラインとする請求項１記載の電気瞬間温水器デマンド制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、「マイクロコンピュータ（microcomputer）」（以下、マイコンと称する）を装着した複数の電気瞬間温水器の電気容量をデマンド制御する電気瞬間温水器デマンド制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、契約電力の最大需要電力を超過しないようにデマンド制御する給湯システムが特許文献１に記載されている。この給湯システムは、貯湯式給湯器の残湯量が所定量より少なくなったときに、貯湯式給湯器以外の負荷の電力使用量を制限するように構成したものである。
【０００３】
一方、当発明者は、特許文献２に示すように、電気瞬間温水器の電気容量をコントロールして消費電力を省エネ化することができる電気瞬間温水器システムを発明している。このシステムでは、システムを制御するコントロール装置に、各センサのデータから各瞬間温水器が稼働したときの１台分の消費電力量を予測する電力量予測手段と、稼働中の全ての瞬間温水器の総消費電力量を算出する電力量算出手段とを備えておき、予め設定された上限電力量から現在同時使用可能な瞬間温水器の台数を算定し、同時使用可能な台数を超過する場合に、選択された一部の瞬間温水器又は稼働中の全ての瞬間温水器の消費電力量を規制するように構成したシステムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２-３２０２５号公報
【特許文献２】特許第６１０９７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
給湯器の使用電力をデマンド制御する特許文献１のシステムは、貯湯式給湯器の使用電力と冷暖房器具や照明器具などの使用電力を総合評価して制御装置がデマンド制御する構成なので、システム全体が複雑でコストの高いシステムになる。しかも、貯湯式給湯器の貯湯タンク内の残湯量が所定量より少なくなった状態を検知して制御する構成なので、貯湯タンクを用いない電気瞬間温水器を制御することはできない構成であった。
【０００６】
一方、当発明者が提案した特許文献２のシステムは、複数台の電気瞬間温水器の他にコントロール装置を別途設置し、このコントロール装置が各電気瞬間温水器の各種データを収集して複数の電気瞬間温水器を制御する構成である。そのため、電気瞬間温水器の使用電力に特化して電力を制御するので、冷暖房器具や照明器具などの使用電力を総合評価して制御するシステムに比べて極めてシンプルな構成にすることができる。しかも、ビル全体に設置される電気瞬間温水器を一括制御することが可能になるので、電気瞬間温水器の設置台数が多くなるほど効率的な制御が可能になる。
【０００７】
ところが、特許文献２のシステムにおいて、電気瞬間温水器の設置台数が少なくなると、別途設置するコントロール装置の設置コストが相対的に高まることになる。そのため、例えばビル全体ではなくビルのフロアごとに設置される少数台の電気瞬間温水器をこのシステムを使用して制御するには費用対効果上の課題が生じることになる。このことから、比較的小規模に設置されている電気瞬間温水器の電気容量を効率良くデマンド制御することができるシステムの提供が望まれていた。
【０００８】
そこで、本発明は上述の課題を解消すべく創出されたもので、コントロール装置を別途設置することなく、複数台の電気瞬間温水器の電気容量を効率良くデマンド制御することができる電気瞬間温水器デマンド制御システムの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決すべく本発明の第１の手段は、瞬間式温水器１０に装着したマイコンを制御装置２０として使用することで複数台の瞬間式温水器１０の使用電力の出力を制御する瞬間式温水器のデマンド制御システムであって、
各制御装置２０は、制御する全ての瞬間式温水器１０の制御装置２０を信号ラインで接続すると共に、各瞬間式温水器１０の稼働中の出力情報を隣接する瞬間式温水器１０の制御装置２０に順次通知する通信機能と、全ての瞬間式温水器１０の使用電力量に対して予め設定されたデマンド出力最大値を記憶するメモリ機能と、該デマンド出力最大値と稼働中の累計出力とを比較演算する演算機能とにより、次に稼働する瞬間式温水器１０の出力を制御するデマンド制御手段１００を備え、
該デマンド制御手段１００は、累計出力と次に稼働する瞬間式温水器１０の出力との合計出力が、デマンド出力最大値を超過すると算定した場合に、当該瞬間式温水器１０の出力を下方修正した修正出力を算定し、当該修正出力と累計出力との合計出力がデマンド出力最大値を超えないように制御するものである。
【００１０】
第２の手段において、前記瞬間式温水器１０は、前記瞬間式温水器１０に給水する給水温度を感知する温度センサ１１と、給水量を感知する流量センサ１２とを備え、前記制御装置２０は、当該瞬間式温水器１０の設定温度と各センサのデータから当該瞬間式温水器１０が本来出力すべき出力を理想出力として算定する熱量制御手段２００を備えたものである。
【００１１】
第３の手段における前記制御装置２０の通信機能は、信号が一方向に送信されるループ状信号ライン３０を備え、該ループ状信号ライン３０の送信方向とは逆の１個前の瞬間式温水器１０の制御装置２０から通知される出力情報を受け取るように構成し、ループ状信号ライン３０における最後の瞬間式温水器１０の出力情報を最初の瞬間式温水器１０に通知するように構成したものである。
【００１２】
第４の手段の前記制御装置２０の通信機能は、無線を使用した通信ラインとするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１のごとく、通信機能で通知された累計出力と次に稼働する瞬間式温水器１０の出力との合計が、演算機能にてデマンド出力最大値を超過すると判断された場合に、当該瞬間式温水器１０の制御装置２０のデマンド制御手段１００により当該瞬間式温水器１０の出力を下方修正した修正出力を算定し、当該修正出力と累計出力との合計出力がデマンド出力最大値を超えないように制御するように構成したことにより、複数の瞬間式温水器１０の総消費電力量を、各瞬間式温水器１０に備えられた制御装置２０が順次制御するという極めて効率的な制御が可能になった。
【００１４】
この結果、従来のコントロール装置等を別途設置する必要はなくなり、たとえ少数台の瞬間式温水器１０を設置する場合でも、費用対効果に優れたデマンド制御が可能になる。
【００１５】
請求項２のごとく、瞬間式温水器１０は、瞬間式温水器１０に給水する給水温度を感知する温度センサ１１と、給水量を感知する流量センサ１２とを備え、制御装置２０は、各センサのデータと当該瞬間式温水器１０の設定温度から当該瞬間式温水器１０が本来出力すべき出力を理想出力として算定する熱量制御手段２００を備えたものであるから、瞬間式温水器１０に装着した制御装置２０は、当該瞬間式温水器１０の使用状況に最適の理想出力を常に判断することができる。
【００１６】
請求項３のように、制御装置２０の通信機能は、信号が一方向に送信されるループ状信号ライン３０を備え、該ループ状信号ライン３０の送信方向とは逆の１個前の瞬間式温水器１０の制御装置２０から通知される出力情報を受け取るように構成し、ループ状信号ライン３０における最後の瞬間式温水器１０の出力情報を最初の瞬間式温水器１０に通知するように構成しているので、瞬間式温水器１０の台数が任意に変更されても、一つのループ状に連結された系の中で制御されることになる。したがって、デマンド出力最大値を変更するだけで、容易にデマンド制御することが可能になる。
【００１７】
請求項４のごとく、前記制御装置２０の通信機能は、無線を使用した通信ラインとすることで、より広範囲なシステムに使用することが可能になる。
【００１８】
このように、本発明によると従来のようにコントロール装置を別途設置することなく複数台の電気瞬間温水器の電気容量を極めて効率良くデマンド制御することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の使用例を示す概略図である。
【図２】本発明の瞬間式温水器のループ状信号ラインを示す概略図である。
【図３】本発明の瞬間式温水器の一実施例を示す模式図である。
【図４】本発明の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明システムは、例えばビルの一つの階に設置された複数台の瞬間式温水器１０の総電力量をデマンド制御するように構成したシステムである（図１参照）。各瞬間式温水器１０にはマイコンが制御装置２０として装着され、デマンド制御する全ての瞬間式温水器１０はループ状信号ライン３０にて連結されている（図２参照）。
【００２１】
各瞬間式温水器１０は、給水温度を感知する温度センサ１１と、給水量を感知する流量センサ１２とを備えている（図３参照）。すなわち、ヒータ１３にて温められた温水は、給湯栓１５に直接給湯する。また、給湯栓１５の配管に温度調節機能のある温調機能付混合弁１４を接続し、この温調機能付混合弁１４に直接給水する配管を接続することで、給湯栓１５からの給湯温度を更に安定させることも可能である。尚、温度センサ１１や流量センサ１２の設置位置は任意に変更することができる。
【００２２】
これら温度センサ１１や流量センサ１２により得られた水温や流量等のデータは、各瞬間式温水器１０に備えられた制御装置２０が管理する。
【００２３】
制御装置２０は、マイコンを使用するものである。この制御装置２０には、予め通信機能、メモリ機能、演算機能、熱量制御機能に基づいたデマンド制御手段１００が備えられている（図４参照）。
【００２４】
通信機能は、全ての瞬間式温水器１０を信号ラインで接続する機能を備えている。そして、各瞬間式温水器１０の稼働中の出力情報を隣接する瞬間式温水器１０の制御装置２０に順次通知する。
【００２５】
信号ラインには、一方向の通信ラインやループ状信号ライン３０の他、無線による通信ラインの使用が可能である。図示例ではループ状信号ライン３０を使用している。このループ状信号ライン３０とは、信号が一方向に送信される信号ラインである（図２参照）。すなわち、ループ状信号ライン３０の送信方向とは逆の１個前の瞬間式温水器１０の制御装置２０から通知される出力情報を受け取るように構成している。更に、ループ状信号ライン３０における最後の瞬間式温水器１０の出力情報を最初の瞬間式温水器１０に通知することで、信号は常に一方向のループ状に通知されることになる。
【００２６】
メモリ機能は、全ての瞬間式温水器１０の使用電力量に対して予め設定されたデマンド出力最大値を記憶する機能である。このデマンド出力最大値とは、例えば、契約電力の最大需要電力から、デマンド制御する全ての瞬間式温水器１０の合計出力に基づいて任意に設定する電力量とする。本発明では、制御対象となる複数の瞬間式温水器１０の稼働出力累計が、任意に設定したデマンド出力最大値を超えないように制御するものである。
【００２７】
演算機能は、メモリ機能に予め設定されたデマンド出力最大値と通信機能で通知された稼働中の累計出力とを比較演算する機能である。そして、累計出力と次に稼働する瞬間式温水器１０の出力との合計出力が、デマンド出力最大値を超過すると算定した場合に、デマンド制御手段１００が実行される。
【００２８】
デマンド制御手段１００は、当該瞬間式温水器１０の出力を下方修正した修正出力を算定し、この修正出力と累計出力との合計出力がデマンド出力最大値を超えないように制御するものである。すなわち、デマンド制御手段１００は、制御装置２０の通信機能とメモリ機能と演算機能とに基づいて、次に稼働する瞬間式温水器１０の出力を制御する手段である。また、この制御装置２０には、デマンド制御手段１００と共に熱量制御手段２００も備えている（図４参照）。
【００２９】
熱量制御手段２００は、瞬間式温水器１０の設定温度と各センサのデータから当該瞬間式温水器１０が本来出力すべき出力を理想出力として算定する手段である。すなわち、当該瞬間式温水器１０の設定温度を基に、温度センサ１１にて感知した給水温度と、流量センサ１２にて感知した給水量との情報を加え、瞬間式温水器１０が本来出力すべき出力を理想出力として算定する手段が熱量制御手段２００である。
【００３０】
この理想出力は、デマンド制御手段１００が実行されると修正出力に下方修正されることになる。このときデマンド制御手段１００ではデマンド出力最大値を超えない範囲で瞬間式温水器１０の理想出力に近い修正出力を算定するように構成している。
【００３１】
図４は、制御装置２０に備えられたデマンド制御手段１００と熱量制御手段２００とを示すプログラム構成図である。同図では、これらデマンド制御手段１００と熱量制御手段２００との共有情報として、理想出力（pwn）と修正出力（pwn`）とを設けている。次に、同プログラム構成図に記載された（Ａ）〜（Ｇ）に基づいて説明する。
【００３２】
（Ａ）熱量制御手段２００において、蛇口をひねって湯沸器が指定の流量を検知すると、ヒータ運転を開始する。
フィードフォワード熱量（必要熱量に相当する）を算出する。
・設定温度−給水温度＞０[℃]の場合
フィードフォワード熱量[kW]＝流量[L/min]×(設定温度−給水温度)[℃]×60×860
※1[kWh]＝860[kcal]、一般的な流れる液体の加熱に必要な計算式より
・上記以外
フィードフォワード熱量[kW]=０[kW]
【００３３】
（Ｂ）フィードフォワード熱量から、5kWヒータを基本100％とした理想出力(pwn)[％]を算出する。
＜例＞フィードフォワード熱量が3kWの場合は、・・・・・?・・・・・・・・・・・・％となる。
【００３４】
（Ｃ）デマンド制御手段１００において、理想出力(pwn)から、修正出力pwn’[%]を算出する。
最大出力・・・・・・?理想出力の計算・・・・?・・を計算し、
・この値が1以上(或いは・・・?・＝0)ならデマンド修正出力・・・'にpwnを設定する。
・この値が・・・・?・・・?・＜1の場合は、・・・'・・・・・・・・・?・・・?・を設定する。
【００３５】
（Ｄ）理想出力合計(pwn)[％]を算出する。
理想出力の変化量であるΔｐを計算し、受け取った・・・?・にこの値Δｐを加えた値をPWnとして機器n＋1宛に送る。
【００３６】
（Ｅ）フィードフォワード熱量と修正出力pwn’から、補正熱量[kW](実行熱量)を算出する。補正熱量[kW]＝フィードフォワード熱量[kW]×修正出力pwn’[％]
【００３７】
（Ｆ）100％を基準とした、フィードバック補正値[%]を計算する。
・(設定温度−給湯温度)＞『フィードバック補正の判定温度差』時  フィードバック補正値[%]を1％加算する。
・(給湯温度−設定温度)＞『フィードバック補正の判定温度差』時  フィードバック補正値[%]を1％減算する。
修正出力pwn’より、フィードバック補正値の方がより小さい場合に限り、フィードバック補正値を採用する。
補正熱量[kW]＝フィードフォワード熱量[kW]×フィードバック補正値[%]
※フィードバック補正値の方が大きい場合は、デマンド制御による使用電力と給水温度が安定しない(ハンチングが発生)為に採用しない。
【００３８】
（Ｇ）ヒータ制御方法
補正熱量から、ヒータを１秒間にどれだけオンすれば良いかの時間を算出する。
指定のサンプリング周期で、搭載するヒータの種類(例：使用電力5kW)からオン時間を決定する。
【００３９】
図５は、瞬間式温水器１０の理想出力（pwn）と修正出力（pwn’）を算定する際の機器nの動きを示すフローチャートである。この図に示すように、次の瞬間式温水器１０の理想出力（pwn）が累計出力（ＰＷｎ）に加算された場合に、この累計出力（ＰＷｎ）がデマンド出力最大値（Ｄmax）を超過すると判断したときに、デマンド制御手段１００が当該瞬間式温水器１０の出力を下方修正した修正出力（pwn’）を算定し、次の瞬間式温水器１０が稼働してもデマンド出力最大値（Ｄmax）を超えない範囲に制御するものである。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
（表１の凡例）
・Dmax(%)：「デマンド出力最大値」予め全ての機器に入力された値(同じ値)で、接続された全ての機器の出力合計上限値から予め任意に設定される(全ての機器がONになってもこの出力を上回らない)。
・状態：その機器がONしているかOFFかの状態を表す。
・pwn(%)：その機器が本来出すべき「理想出力」、nは機器番号を示す。Ex:pw1なら機器1の理想出力。
・△pn(%)： 各機器の前の周回の理想出力との変化量。
・PW(%)：「理想出力合計」接続された全ての機器の理想出力の合計値。
・Dmax/PW：「デマンド判定値」、この値が1未満になった場合には、pw’＝pw×Dmax/PWとなる。又、PW＝0の場合は、1以上と同様の計算となる。
・pwn'(%)：「修正出力」デマンドによる制限が掛かった出力(実際の出力)、pwn'＝pw×Dmax/PWで計算される。
・PW’(%)：「修正出力合計」接続された全ての機器の出力の合計値
【００４２】
表１は、本発明デマンド制御のプログラムを解説する表である。この解説例では、６台（機器番号１〜６）が一方向のループ状信号ライン３０につながれており、夫々の機器はＯＮ時に１００％出力する場合で説明する。また、表において、周回とは最初の機器１のデータが最後の機器６まで順に受け渡された回数（機器６から機器１に戻る）を示している。尚、このプログラムでは、デマンド上限値（Dmax）を一時的に超える場合が出てくるが、１周回はごく短時間（１秒以内）のため、遮断機を落とすような不具合は発生しない。ちなみに、30Ａ以下の遮断機では、定格電流の200％で2分以内、125％で60分以内となっている（JIS C8201-2-1/2-2Ann2において、遮断機の動作の引き外し時間が規定されている）。
【００４３】
周回１において、稼働しているのは機器１のみであるから、デマンド判定値（Dmax/PW）は１より小さくなり、下方修正する必要はない。
【００４４】
周回２において、機器１は機器６からPW(100)を受け取る。出力に変化は無い(△p1=0)のでPWは100のままで機器２に渡す。
機器２は機器１からのPW(100)を受け取る。ONされたので△p2=100となりPW=100＋100=200を機器３に渡す。又、Dmax/PW＝0.75＜1となるので、実際の出力である修正出力はpw2’＝pw2(100)×Dmax/PW(0.75)＝75となる。このとき実際の修正出力合計PW’=175とDmaxを超える。
機器３は機器２からのPW(200)を受け取る。OFFのままなので、PW(200)をそのまま4に渡す。PW’は175のままとなる。
機器４も機器３と同様になる。
機器５は機器４からPW(200)を受け取る。ONされたので△p5=100となりPW=200＋100=300を機器６に渡す。又、Dmax/PW＝0.5＜1となるので、修正出力pw5’＝pw5(100)×Dmax/PW(0.5)＝50となる。このとき実際の修正出力合計PW’=225とDmaxを超える。
機器６は、機器３、機器４と同様になる。
【００４５】
周回３において、機器１は機器6からのPW(300)を受け取る。出力に変化は無いのでPWは300のままで機器２に渡す。但し、Dmax/PW＝0.5＜1となるので、修正出力pw1’＝pw1(100)×Dmax/PW(0.5)＝50となる。このときPW’は175に低下する。
機器２は機器１からのPW(300)を受け取る。出力に変化は無いのでPWは300のままで機器３に渡す。但し、Dmax/PW＝0.5＜1となるので、修正出力pw2’＝pw2(100)×Dmax/P
(0.5)＝50となる。この時PW’は150に低下し、Dmax以内に収束する。1周回以内に収束する。
機器３は機器２からのPW(300)を受け取る。OFFのままなので、PW(300)をそのまま機器４に渡す。PW’は150のままとなる。
機器４も機器３と同様となる。
機器５は機器４からのPW(300)を受け取る。出力に変化は無いのでPWは300のままで機器６に渡す。
機器６は機器３、４と同様になる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  瞬間式温水器
１１  温度センサ
１２  流量センサ
１３  ヒータ
１４  温調機能付混合弁
１５  給湯栓
２０  制御装置
３０  ループ状信号ライン
１００  デマンド制御手段
２００  熱量制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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