(57)【要約】【課題】電気代が最小となるように当日の熱生成量を決定することができる。【解決手段】過去複数日のユーザの熱消費実績量を記憶する実績データベース３１と、深夜に生成する熱生成量の候補を仮定Ｎとして１以上生成する仮定生成部３４と、実績データベース３１に記憶された熱消費実績量の度数分布を求めるとともに、それに基づいて、仮定Ｎごとに、昼間熱切れが発生する確率Ｘを算出する度数分布演算部３２と、仮定Ｎごとに、深夜の電気代期待値Ｃｎ（円）と昼間の追加生成による電気代期待値Ｃｄ（円）との総和を求める電気代演算部３５と、当該総和が最小となる仮定Ｎを選択して、深夜に生成すべき熱生成量Ｎａとして決定する仮定評価部３６と、仮定評価部３６により決定された熱生成量Ｎａに基づいて、熱生成装置１の起動・停止を制御する熱生成制御手段３７とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
深夜電力を利用して生成された熱を蓄熱槽に蓄積する熱生成装置を制御するための蓄熱制御装置であって、
過去複数日のユーザの熱消費実績量を記憶する実績データベースと、
深夜に生成する熱生成量の候補を仮定として１以上生成する仮定生成手段と、
前記実績データベースに記憶された前記熱消費実績量の度数分布を求めるとともに、前記度数分布に基づいて、前記仮定ごとに、昼間熱切れが発生する確率を算出する度数分布演算手段と、
前記仮定ごとに、深夜の電気代期待値と前記確率に基づく昼間の追加生成による電気代期待値との総和を求める電気代演算手段と、
前記電気代演算手段により求められた前記総和が最小となる仮定を選択して、深夜に生成すべき熱生成量として決定する仮定評価手段と、
前記仮定評価手段により決定された前記熱生成量に基づいて、前記熱生成装置の起動・停止を制御する熱生成制御手段と
を備えたことを特徴とする蓄熱制御装置。
【請求項２】
前記仮定評価手段は、
深夜の熱生成量が前記仮定Ｎ（ＭＪ）とした場合の深夜電気代期待値Ｃｎ（円）を、深夜電力単価Ｐｎ（円／ｋＷｈ）と熱生成装置の深夜帯での平均効率Ｅｎ（％）とから算出するとともに、
前記仮定Ｎにおける昼間熱切れする確率Ｘ（％）と、昼間電力単価Ｐｄ（円／ｋＷｈ）と、前記熱生成装置１の昼間帯での平均効率Ｅｄ（％）とから、昼間の追加生成による電気代期待値Ｃｄ（円）を算出し、
複数の前記仮定Ｎの中で、深夜と昼間の電気代期待値Ｃｎ（円）とＣｄ（円）との総和が最小となる仮定Ｎを求めて、深夜に生成すべき熱生成量Ｎａとして決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱制御装置。
【請求項３】
前記実績データベースは、さらに、前記熱消費実績量の度数分布、および、前記熱生成装置の平均効率を、季節ごとに記憶し、
前記仮定評価手段は、季節ごとに前記電気代期待値を計算する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱制御装置。
【請求項４】
熱切れ防止のために、前記蓄熱槽の現在の熱残量から当日の熱切れの可能性を判断し、熱切れが発生するか否かを判定する熱切れ判定手段をさらに備え、
前記熱切れ判定手段が熱切れが発生すると判定した場合に、前記熱生成制御手段は、昼間に追加生成する追加生成熱量を、前記度数分布における最大消費熱量と前日の深夜に生成した生成熱量との差として決定して、追加熱生成を前記熱生成装置に指令することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の蓄熱制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は蓄熱制御装置に関し、特に、安価な深夜電力を用いて生成した熱（温熱／冷熱）を一旦蓄熱装置に蓄えて使用する蓄熱システムにおいて、熱生成量を決定する蓄熱制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ヒータ式給湯器（電気温水器）やヒートポンプ式給湯器（エコキュート）などの電気式給湯システム、氷蓄熱式空調システム（エコアイス）などの蓄熱システムは、過去数日分の熱（温熱／冷熱）消費量の実績から当日分の熱生成量を決定する。
【０００３】
この種の従来の電気式給湯システムとして、例えば、数日分の湯消費平均値を算出し、それに補正分の±αを加えた量の湯だけを沸かすことにより、必要以上の湯沸しを防止するものが提案されている。ここで、α（補正値）は、外気温や前日の消費実績から算出している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５７２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、当日生成熱量を、過去の消費実績平均値に、外気温から算出するαで補正する方法では、電気代が最小とは限らない。あくまで、深夜料金の時間帯で熱生成することを前提としており、湯切れなどの熱不足を防止するために、平均より多目に熱生成する必要があるが、どの程度多目にするかがが明確化されていないので、結果として、電気代のコスト削減につながらない可能性もあるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、電気代が最小となるように当日の熱生成量を決定することが可能な蓄熱制御装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、深夜電力を利用して生成された熱を蓄熱槽に蓄積する熱生成装置を制御するための蓄熱制御装置であって、過去複数日のユーザの熱消費実績量を記憶する実績データベースと、深夜に生成する熱生成量の候補を仮定として１以上生成する仮定生成手段と、前記実績データベースに記憶された前記熱消費実績量の度数分布を求めるとともに、前記度数分布に基づいて、前記仮定ごとに、昼間熱切れが発生する確率を算出する度数分布演算手段と、前記仮定ごとに、深夜の電気代期待値と前記確率に基づく昼間の追加生成による電気代期待値との総和を求める電気代演算手段と、前記電気代演算手段により求められた前記総和が最小となる仮定を選択して、深夜に生成すべき熱生成量として決定する仮定評価手段と、前記仮定評価手段により決定された前記熱生成量に基づいて、前記熱生成装置の起動・停止を制御する熱生成制御手段とを備えた蓄熱制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、深夜電力を利用して生成された熱を蓄熱槽に蓄積する熱生成装置を制御するための蓄熱制御装置であって、過去複数日のユーザの熱消費実績量を記憶する実績データベースと、深夜に生成する熱生成量の候補を仮定として１以上生成する仮定生成手段と、前記実績データベースに記憶された前記熱消費実績量の度数分布を求めるとともに、前記度数分布に基づいて、前記仮定ごとに、昼間熱切れが発生する確率を算出する度数分布演算手段と、前記仮定ごとに、深夜の電気代期待値と前記確率に基づく昼間の追加生成による電気代期待値との総和を求める電気代演算手段と、前記電気代演算手段により求められた前記総和が最小となる仮定を選択して、深夜に生成すべき熱生成量として決定する仮定評価手段と、前記仮定評価手段により決定された前記熱生成量に基づいて、前記熱生成装置の起動・停止を制御する熱生成制御手段とを備えた蓄熱制御装置であるので、電気代が最小となるように当日の熱生成量を決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る蓄熱システムの構成を示した図である。本実施の形態１に係る蓄熱システムは、図１に示されるように、熱生成装置１と、蓄熱槽２と、蓄熱制御装置３とから構成されており、安価な深夜料金が適用される深夜電力を利用して、蓄熱制御装置３が決定する量・温度の水（湯・氷を含む）が蓄熱槽２に貯まるまで熱生成装置１によって給水を加熱または冷却する。
【００１０】
熱生成装置１は、電気により温熱もしくは冷熱を生成する装置であり、例えば、ヒートポンプ式給湯器（エコキュート）では、ヒートポンプに該当し、ヒータ式温水器（電気温水器）では、電熱ヒータに該当する。熱生成装置１で生成された温熱（もしくは冷熱）により、水道水は加熱（もしくは冷却）され、湯（もしくは氷）が生成される。
【００１１】
蓄熱槽２は、熱生成装置１によって生成した湯（もしくは氷）をユーザが使用するまで蓄えるものである。
【００１２】
蓄熱制御装置３は、過去の熱消費実績から、当日の熱生成量を決定し、その熱生成量が満たされるように熱生成装置１を起動および停止する。
【００１３】
一般に、蓄熱システムは、安価な深夜料金が適用できる深夜帯に熱生成を行い、その熱を昼間にユーザが消費する。もし、深夜に生成した熱以上の当日消費が予想された場合、蓄熱制御装置３は、追加で熱生成を行う（給湯器では「沸き増し」などと呼ばれる）。
【００１４】
図２および図３は、図１に示した蓄熱制御装置３の内部構成を示した図である。但し、図の便宜上、図２は、深夜の熱生成時に動作する構成についてのみ示したものであり、図３は、昼間の追加熱生成時に動作する構成についてのみ示したものである。従って、実際には、図２および図３に示した構成の全てが本実施の形態１に係る蓄熱制御装置３に設けられているものとする（但し、一部重複を含む。）。
【００１５】
図２に示すように、本実施の形態１に係る蓄熱制御装置は、ユーザの熱消費実績を記録した実績データベース３１と、実績データベース３１の実績データから度数分布を生成するとともに昼間熱切れが発生する確率を度数分布から求める度数分布演算部３２と、現在の季節データおよび曜日データを度数分布演算部３２に出力する時計（内部時計）３３と、蓄熱槽２の熱容量に従って深夜に生成する熱量の候補を生成する仮定生成部３４と、仮定生成部３４で生成された各候補について電気代期待値を演算する電気代演算部３５と、各候補の中から電気代期待値が最小となるものを選択する仮定評価部３６と、選択された候補の熱量となるように熱生成装置１の起動・停止時刻を決定して熱生成装置１の制御を行う熱生成制御部３７とが設けられている。また、図３に示すように、蓄熱槽２の測定温度が入力される蓄熱槽温度入力部３８と、当該測定温度に基づいて熱切れか否かを判定する熱切れ判定部３９とがさらに設けられている。
【００１６】
本実施の形態１に係る蓄熱制御装置３はこのように構成され、以下のように動作する。
まずはじめに、図２に基づき、本実施の形態１に係る蓄熱制御装置３における深夜の熱生成時の動作について説明する。
【００１７】
実績データベース３１は、当該蓄熱システムの過去の日単位の熱消費実績量を季節（春夏秋冬）別・曜日別（平日／休日）に所定日数分（例えば３０日分ずつ）記録する。
【００１８】
度数分布演算部３２は、時計３３から、現在の季節および曜日を示す季節データおよび曜日データを取得するとともに、取得した現在の季節データおよび曜日データに基づいて、実績データベース３１から、現季節・曜日に対応する過去の熱消費実績量データを抽出し、図４に示す度数分布を算出して求めるとともに、当該度数分布に基づいて、後述する仮定生成部３４が生成する深夜の熱生成量の候補である各仮定Ｎごとに、昼間熱切れが発生する確率Ｘを求める。
【００１９】
仮定生成部３４は、深夜に生成する熱量の候補を１個以上生成する。例えば、蓄熱槽２の最大熱容量がＮｍａｘであった場合、Ｎｍａｘ×０．０１刻みで、０〜Ｎｍａｘまで１００個の仮定Ｎを生成する。
【００２０】
電気代演算部３５は、仮定生成部３４により生成された仮定Ｎ（深夜の熱生成量）ごとに、当日かかる電気代期待値Ｃａ（Ｎ）（深夜の電気代期待値と昼間の追加生成による電気代期待値の総和）を計算する。以下に、当日かかる電気代期待値Ｃａ（Ｎ）を、仮定Ｎの関数として定式化したものを示す。
【００２１】
まず、従来の蓄熱システムのごとく、深夜時間帯に熱量Ｎだけ生成・蓄熱する場合の電気代Ｃｎ（Ｎ）は、下式（１）で表現される。
【００２２】
Ｃｎ（Ｎ） ＝ Ｎ × ０．２７８ × Ｐｎ ÷ Ｅｎ    ・・・（１）
ここで、
Ｃｎ：深夜の電気代期待値（円）
Ｎ  ：深夜の熱生成量（ＭＪ）
０．２７８：ｋＷｈとＭＪの熱量換算係数（ｋＷｈ／ＭＪ）
Ｐｎ：深夜電力単価（円／ｋＷｈ）
Ｅｎ：熱生成装置の深夜帯での平均効率（％）
【００２３】
更に、昼間に熱量Ｎだけでは熱不足が発生し、その結果、当日の熱生成量の総和がＭとなるまで追加で熱生成をするとした場合、昼間の電気代Ｃｄ（Ｎ）は次式（２）で表現される。
【００２４】
Ｃｄ（Ｎ） ＝ Ｘ × （Ｍ−Ｎ） ×０．２７８ ×Ｐｄ ÷ Ｅｄ    ・・・（２）
ここで、
Ｃｄ：昼間の電気代期待値（円）
Ｘ  ：熱消費量がＮ以上である確率（％）
Ｍ  ：過去の最大熱消費量（ＭＪ）
Ｐｄ：昼間電力単価（円／ｋＷｈ）
Ｅｄ：熱生成装置の昼間帯での平均効率（％）
【００２５】
従って、当日かかる電気代期待値Ｃａ（Ｎ）は、次式（３）となる。
【００２６】
Ｃａ（Ｎ）＝Ｃｎ（Ｎ）＋Ｃｄ（Ｎ）        ・・・（３）
ここで、
Ｃａ：当日の電気代期待値（円）
【００２７】
仮定評価部３６は、電気代演算部３５により求められた仮定Ｎごとの当日かかる電気代期待値Ｃａ（Ｎ）に基づいて、複数の仮定Ｎの中から、当日かかる電気代期待値Ｃａ（Ｎ）が最小となる仮定Ｎを選択し、その値を熱生成目標値として決定し、当日深夜の熱生成量Ｎａとして出力する。
【００２８】
熱生成制御部３７は、深夜に生成する熱量が、仮定評価部３６により熱生成目標値として決定された熱生成量Ｎａとなるように、熱生成装置１の起動・停止時刻を決定し制御する。
【００２９】
以上が、本実施の形態１に係る蓄熱制御装置３における蓄熱システムの電気代を最小化するための熱生成装置１の起動・停止時間を決定・制御する動作である。従来は必要以上に生成された熱は、全て放熱により失われていたが、本実施の形態１においては、これにより、必要以上の熱生成を防止でき、電気代を節約することができる。また、環境面からも電気消費を抑え、ＣＯ２排出量削減に貢献する。
【００３０】
次に、図３に基づき、本実施の形態１に係る蓄熱制御装置３における昼間の追加熱生成時の動作について説明する。
【００３１】
上述の図２に基づいて説明した深夜の熱生成時の動作によって決定される、深夜の熱量生成量Ｎａは、電気代期待値を最小化する観点から決められているため、昼間に通常より多くの熱を使用した日は熱切れが発生する。その場合には、以下の動作により、追加熱生成を行う。
【００３２】
蓄熱槽温度入力部３８は、蓄熱槽２に設置された蓄熱槽温度計２０によって測定される蓄熱槽２の温度を取得する。なお、当該取得は、常時行ってもよいが、所定の時間間隔で行うこととする。なお、蓄熱槽温度計２０は複数の温度計から構成されており、当該複数の温度計は、蓄熱槽２の上部から下部にかけて所定間隔で均等に設置されている。
【００３３】
熱切れ判定部３９は、取得された蓄熱槽２の温度から熱切れを予測判断する。即ち、蓄熱槽２に設けられた当該複数の温度計で計測した蓄熱槽２内の全箇所の温度が、水道水温度（もしくは、予め設定した基準値）に近くなれば（すなわち、水道水温度または基準値から所定の範囲内の温度になれば）、熱切れと判断する。これは、蓄熱槽２内の温水と冷水は混ざるのが遅く、通常は温水層と冷水層がきれいに分離することに基づく。例えば温水の蓄熱槽２の場合、最上部の温度が著しく水道水温度に近づけば熱切れである。
【００３４】
熱生成制御部３７は、熱切れ判定部３９によって昼間に熱切れが発生すると判断された場合、実績データベース３１（または度数分布）から現季節・曜日の最大消費熱量実績Ｍを得て、昼間に追加生成する追加生成熱量を、最大消費熱量実績Ｍと前日の深夜に生成した生成熱量Ｎａとの差として決定し、Ｍ−Ｎａ分だけ追加熱生成を行うように、熱生成装置１の起動・停止時刻を決定して制御する。
【００３５】
なお、実績データベース３１が、さらに、熱消費実績量の度数分布および熱生成装置１の平均効率を季節ごとに記憶し、仮定評価部３６が、季節ごとに電気代期待値を計算するようにしてもよい。
【００３６】
熱切れが発生しそうな時、従来は蓄熱槽２の半分もしくは全部を満たすように追加熱生成していたが、本実施の形態１によれば、実際に消費されうる熱量を把握した上で追加熱生成を行うため、必要以上の熱生成を行うことを防止することができる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態１によれば、深夜電力を利用して生成された熱を蓄熱槽に蓄積する熱生成装置を制御するための蓄熱制御装置であって、過去複数日のユーザの熱消費実績量を記憶する実績データベース３１と、深夜に生成する熱生成量の候補を仮定Ｎとして１以上生成する仮定生成部３４と、実績データベース３１に記憶された熱消費実績量の度数分布を求めるとともに、当該度数分布に基づいて、仮定Ｎごとに、昼間熱切れが発生する確率Ｘを算出する度数分布演算部２２と、仮定Ｎごとに、深夜の電気代期待値Ｃｎ（円）と昼間の追加生成による電気代期待値Ｃｄ（円）との総和を求め、当該総和が最小となる仮定Ｎを選択して、深夜に生成すべき熱生成量Ｎａとして決定する仮定評価部３６と、仮定評価部３６により決定された熱生成量Ｎａに基づいて、熱生成装置１の起動・停止を制御する熱生成制御部３７とを備えるようにしたので、確率的に電気代が最小となる熱生成量を決定することができる。そのため、結果的に、余分な熱生成を防止でき、電力消費も最小化されるため、ＣＯ２削減にも貢献することができる。
【００３８】
また、熱切れ防止のために、蓄熱槽２の現在の熱残量から当日の熱切れの可能性を判断し、熱切れが発生するか否かを判定する熱切れ判定３９をさらに備えて、熱切れ判定部３９が熱切れが発生すると判定した場合に、熱生成制御部３７は、昼間に追加生成する追加生成熱量を、図４の度数分布における最大消費熱量と前日の深夜に生成した生成熱量との差として決定して、追加熱生成を熱生成装置１に指令するようにしたので、追加熱生成においても、必要以上の熱生成を行うことを防止することができ、結果的に、余分な熱生成を防止でき、電力消費も最小化されるため、ＣＯ２削減にも貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る蓄熱システムの構成を示した図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る蓄熱制御装置の構成を示した図である（深夜の熱生成時）。
【図３】この発明の実施の形態１に係る蓄熱制御装置の構成を示した図である（昼間の追加熱生成時）。
【図４】この発明の実施の形態１に係る蓄熱制御装置において求められる熱需要の度数分布の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  熱生成装置、２  蓄熱槽、３  蓄熱制御装置、２０  蓄熱槽温度計、３１  実績データベース、３２  度数分布演算部、３３  時計、３４  仮定生成部、３５  電気代演算部、３６  仮定評価部、３７  熱生成制御部、３８  蓄熱槽温度入力部、３９  熱切れ判定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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