(57)【要約】【課題】エネルギー吸収・反射装置および負荷平準化システムを提供すること。【解決手段】本発明は、交流電圧の印加によりエネルギー吸収状態およびエネルギー反射状態に状態変化する機能性材料１０１を有し、機能性材料１０１に、交流周波数を印加することにより、機能性材料１０１のエネルギー吸収状態およびエネルギー反射状態を変化させて、機能性材料１０１のエネルギー吸収・反射特性を制御するエネルギー吸収・反射制御装置１１２を備えるエネルギー吸収・反射装置である。また本発明は、エネルギー吸収・反射制御装置１１２を備えるエネルギー吸収・反射装置を使用した負荷平準化システムを提供する。【選択図】図２
2017158288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧の印加によりエネルギー吸収状態およびエネルギー反射状態に状態変化する機能性材料を備え、前記機能性材料に、交流周波数を印加することにより、前記エネルギー吸収状態およびエネルギー反射状態を変化させて、前記機能性材料のエネルギー吸収・反射特性を制御することを特徴とする、エネルギー吸収・反射装置。
【請求項２】
交流電圧の印加によりエネルギー吸収状態およびエネルギー反射状態に状態変化する複数の機能性材料を備え、各前記機能性材料に交流周波数をそれぞれ印加することにより、前記複数の機能性材料のエネルギー吸収・反射特性を一括して制御することを特徴とする、エネルギー吸収・反射装置。
【請求項３】
建物内の温度を制御するための負荷平準化システムであって、
建物の壁面、あるいは屋根を覆っているインダクタンス成分とキャパシタンス成分を含むインピーダンス成分を有する機能性材料と、
建物内の気温の制御に必要なデータを蓄積しているデータベースより該データを取得する外性要因取得装置と、
建物内の気温の制御のために、建物を覆っている機能性材料におけるエネルギーの吸収・反射を、前記データ、該インピーダンス成分、および交流周波数を使用して制御するインピーダンス決定装置と、
前記インピーダンス決定装置が計算した前記機能性材料に印加する前記交流周波数に基づき、前記機能性材料による放射エネルギーの吸収・反射特性を制御するエネルギー吸収・反射装置と
を備えることを特徴とする、負荷平準化システム。
【請求項４】
建物内の温度を制御するための負荷平準化システムであって、
建物の壁面、あるいは屋根を覆っているインダクタンス成分とキャパシタンス成分を含むインピーダンス成分を有する複数の機能性材料と、
建物内の気温の制御に必要なデータを蓄積しているデータベースより該データを取得する外性要因取得装置と、
建物内の気温の制御のために、建物を覆っている前記複数の機能性材料におけるエネルギーの吸収・反射を、前記データ、該インピーダンス成分、および交流周波数を使用して制御するインピーダンス決定装置と、
前記インピーダンス決定装置が計算した前記複数の機能性材料に印加する前記交流周波数に基づき、前記複数の機能性材料による放射エネルギーの吸収・反射特性を一括して制御するエネルギー吸収・反射装置と
を備えることを特徴とする、負荷平準化システム。
【請求項５】
建物内の気温を制御するための負荷平準化システムであって、
建物の壁面、あるいは屋根を覆っているインダクタンス成分とキャパシタンス成分からなるインピーダンス成分を有する機能性材料と、
前記建物内の気温の制御に必要なデータを蓄積しているデータベースと、一定周期で更新される電力料金情報が蓄積されたデータベースより該データを取得する外性要因取得装置と、
建物内の気温の制御のために、建物を覆っている機能性材料におけるエネルギーの吸収・反射を、前記データ、該インピーダンス成分、および交流周波数を使用して制御するインピーダンス決定装置と、
を備え、
前記インピーダンス決定装置が計算した前記機能性材料に印加する前記交流周波数に基づき、前記複数の機能性材料による放射エネルギーの吸収・反射特性を制御するエネルギー吸収・反射装置と
を備えることを特徴とする、負荷平準化システム。
【請求項６】
前記インピーダンス決定装置は、さらに前記電力料金情報を使用して印加するべき前記交流周波数を決定することを特徴とする、請求項５に記載の負荷平準化システム。
【請求項７】
建物内の気温を制御するための負荷平準化システムであって、
建物の壁面または屋根を覆っているインダクタンス成分とキャパシタンス成分を含むインピーダンス成分を有する複数の機能性材料と、
建物内の気温の制御に必要なデータを蓄積しているデータベースと、一定周期で更新される電力料金情報が蓄積されたデータベースからそれぞれのデータを取得する外性要因取得装置と、
建物内の気温の制御のために、建物を覆っている前記複数の機能性材料におけるエネルギーの吸収・反射を、前記データ、該インピーダンス成分、および交流周波数を使用して制御するインピーダンス決定装置と
前記インピーダンス決定装置が計算した前記複数の機能性材料に印加する前記交流周波数に基づき、前記複数の機能性材料による放射エネルギーの吸収および反射を一括して制御するエネルギー吸収・反射装置と
を備えることを特徴とする、負荷平準化システム。
【請求項８】
前記インピーダンス決定装置は、さらに前記電力料金情報を使用して印加するべき前記交流周波数を決定することを特徴とする、請求項７に記載の負荷平準化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーの吸収・反射制御技術およびエネルギーの負荷平準化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、増加する電力消費を抑制することで、低炭素社会を実現することは、地球温暖化を防止する点でも重要な課題となっている。このため、太陽光エネルギーの利用、風力発電その他、再生可能エネルギーの利用など、電力規制緩和などを含め、電力需給関係にについて再編成がおこなわれている。
【０００３】
地球温暖化のため化石燃料を再生可能エネルギーに代替することは、低炭素化社会を達成する上で重要であるけれども、その一方で、無駄な電力消費を抑制したり、環境に存在する温度、太陽光などの赤外線エネルギーをさらに有効に利用したりすることで、消費電力を削減することも、電力の受給関係を改善するのに有意義である。
【０００４】
電力の需給を平準化するための検討は種々行われており、例えば、特開２００３−３０９９２６号公報（特許文献１）には、夜間電力を有効に利用して昼間電力の消費を抑制する技術が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、環境に存在するエネルギーを有効に利用して電力消費を削減することを課題とするものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０９９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、環境に存在するエネルギーを利用し、家庭、オフィス、その他一般需要家における電力使用を平準化する技術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】
本発明の目的は、電気信号の共振周波数を変更することで材料中に存在する機能性物質の状態を変化させることで、いわゆるシャッタのように熱の吸収と反射を実現するエネルギー吸収・反射装置により達成される。本発明の目的は、このような材料を用いて外気温、室内気温の関係から熱エネルギー、特に太陽熱エネルギーを効率的に用いることを可能とする、負荷平準化システムにより達成される。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、
交流電圧の印加によりエネルギー吸収状態およびエネルギー反射状態に状態変化する機能性材料を備え、前記機能性材料に、印加する交流電源の周波数を変化させることにより、前記エネルギー吸収状態およびエネルギー反射状態を変化させて、前記機能性材料のエネルギー吸収・反射特性を制御することを特徴とする、エネルギー吸収・反射装置が提供できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、環境に存在するエネルギーを利用し、家庭、オフィス、その他一般需要家における電力仕様を平準化する技術を提供する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一実施例の全体構成を示す説明図。
【図２】第一実施例に係るエネルギー吸収・反射装置の実現例を示す説明図。
【図３】外性要因取得装置とインピーダンス決定装置の機能構成を示す説明図。
【図４】第一実施例におけるインピーダンス決定装置の処理フローチャート。
【図５】図３における周波数とインピーダンスの大きさを算出する際の概念図。
【図６】電流の印加により材料表面の変化を示す説明図。
【図７】周波数（インピーダンス）とエネルギーの吸収・反射の概念を示す説明図。
【図８】インピーダンスと共振現象の概念を示す説明図。
【図９】ニューラルネットワークの実施形態を示す図。
【図１０】第１実施例に係る負荷平準化システムの一構成例を示す図。
【図１１】第１実施例を適用した際の効果を示す説明図。
【図１２】第１実施例を適用した図１１に関し、各材料の電気的状態をモニターする様子を示す説明図。
【図１３】本発明の第二実施例の全体構成を示す説明図。
【図１４】第二実施例に係るエネルギー吸収・反射装置の実現例を示す説明図。
【図１５】第二実施例に係る負荷平準化システムの一構成例を示す図。
【図１６】第二実施例を適用した図１５に関し、各材料の電気的状態をモニターする様子を示す説明図。
【図１７】本発明の第三実施例の全体構成を示す説明図。
【図１８】第三実施例におけるインピーダンス決定装置の処理フローチャート。
【図１９】電力料金・室温と制御方向を示した実施形態を示す図。
【図２０】第三実施例に係る負荷平準化システムの一構成例を示す図。
【図２１】本発明の第四実施例の全体構成を示す説明図。
【図２２】第四実施例に係る負荷平準化システムの一構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を説明するが本発明は後述する実施形態により限定されるものではない。図１に示す負荷平準化システムは、機能性材料（以下、機能性材料として参照する。）の熱エネルギー吸収・反射特性を、外気温、室内気温等の入力データを使用してエネルギー消費最小化の観点から制御するものである。
【００１２】
図１に示す第一の実施形態における負荷平準化システムは、エネルギー吸収・反射制御装置１１２を備える。エネルギー吸収・反射制御装置１１２は、外気温、室内気温をはじめとした外性要因データベース群１３２からエネルギー吸収・反射制御装置１１２に送信されるデータを使用して、印加する交流電源の周波数により機能性材料のインピーダンスを、インピーダンス決定装置３００にて決定し、その結果をインピーダンス制御装置３１３に送信する。
【００１３】
そしてエネルギー吸収・反射制御装置１１２は、インピーダンス制御装置３１３からの制御変数である周波数データを受信した交流電源１０３により交流電源を制御して周波数制御を行い、機能性材料１０１に対するエネルギー吸収・反射制御装置の吸収・反射特性を制御する。外性要因データベース群１３２は、本実施形態では複数の外性要因データベース１３２−１、１３２−２のように分割することができる。
【００１４】
各データベースには属性、あるいは発信元が異なるデータを格納することができる。本開示における用語「属性」とは、例えば気象庁等から発表される気象情報の中で、例えば外性要因データベース１３１−１に示す天候、気温、外性要因データベース１３１−２に示すそれ以外の実測定のパラメータ、現在気温、所望気温等を挙げることができる。なお、必要に応じてこれ以外のパラメータを用いることも可能である。
【００１５】
図２には、本実施形態のエネルギー吸収・反射制御装置１１２の例示的な構成を示す。エネルギー吸収・反射制御装置１１２は、制御装置１１４と、交流電源１０３と、機能性材料１０１とを含んで構成することができる。制御装置１１４は、外性要因取得装置３１０、インピーダンス決定装置３００、インピーダンス制御装置３１３を備えていて、信号線で交流電源１０３に接続されている。交流電源１０３は、電源線１０２で機能性材料１０１に接続されている。制御装置１１４は、インピーダンス決定装置３００にて算出された周波数を交流電源１０３に設定して機能性材料１０１のインピーダンス値を制御する。
【００１６】
なお、本実施形態において使用する機能性材料としては、例えば特表２０１５−５１３４９２号公報に記載される、誘電体層と、そして複数の共振器と、を含み、複数の共振器は、グランドプレーンから、共振器群により反射されるエネルギーと、グランドプレーンにより反射されるエネルギーとが干渉することで弱め合うような距離の位置に配置され、共振器群のうちの少なくとも１つの共振器に電気的に接続される抵抗材料を使用し、共振器の反射率を変化させる材料を挙げることができる。
【００１７】
この他、本実施形態では、機能性材料としては、シャッタとして機能するネマチック液晶などの液晶材料、電気的に調光可能な有機または無機のエレクトロルミネッセンス材料など、光カー効果を生じるセラミックス系の強誘電性材料を挙げることができる。本実施形態で使用することができる機能性材料は、交流周波数に応じてエネルギーの吸収・反射特性を変化させることができる限り、特に限定はない。また、機能性材料は、適切な層として構成することができ、機能性材料に直接交流電源を印加することにより、そのエネルギー吸収・反射特性を制御することができる。
【００１８】
また他の実施形態では、透明な支持体の間に積層、コーティング、デポジッションなどの方法により形成することができ、支持体に印加される交流電源の周波数によりその吸収・反射特性を変更することもできる。
【００１９】
図３は、本実施形態で使用するインピーダンス決定装置３００の構成を示す。図３に示す外性要因取得装置３１０は、例として外性要因データベース群１３２中に格納された天候３０１−１、現在室温３０１−２、所望室温３０１−３、外気温３０１−４、湿度３０１−５に代表される外性要因パラメータを、通信機能２２１を介して取得する装置である。通信機能２２１は、有線または無線ネットワークとすることもできるし、適切なプロトコルでデータ伝送を行うバスラインとすることもできる。さらに他の実施形態では、単純なセンサからの信号ラインとすることができる。
【００２０】
外性要因取得装置３１０は、データを外部ネットワークから取得する通信インターフェース２３１と、データの正規化、あるいは通信エラーによる欠落データ、あるいは異常データを回帰分析等で補完する前処理装置２３２とを含むことができる。ここで処理されたデータは、インピーダンス決定装置３００に送られ、図４にて説明する処理を適用して、機能性材料に覆われている建築物において要求されるエネルギー量を、エネルギー計算装置３０４にて計算する。その結果は、各機能性材料のインピーダンスの制御量を決定するための制御量計算装置３０５に送付される。
【００２１】
制御量計算装置３０５で算出した交流電源の周波数の値は、交流電源１０３に送付される。交流電源１０３は、各機能性材料１０４−１，１０４−２に制御信号を送り、前記機能性材料を所望のインピーダンス値にして、後述するように機能性材料の表面の分子配列、結晶形態、層構造、躁状態などを変更してエネルギーの吸収・反射を利用して機能性材料に覆われた建物内の気温を制御する。
【００２２】
次にエネルギー計算装置３０４と、制御量計算装置３０５とが実行するインピーダンス決定装置３００の処理を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。処理は、まず、処理中で必要とする変数の初期化を行い（４０１）、その後外性要因取得装置から室温、外気温等のデータを取得する（４０２）。その後、後述する最適化計算を実施するために取得した外性要因データをそれらの最大値と最小値を用いて正規化を行う（４０３）。本開示における用語「正規化」とは、数値データであれば、要求される値の範囲に規格化することを意味し、天候などの非数値データであれば、規格化された適切な数値を割り当て、関連性のある数値計算を可能とすることを意味する。
【００２３】
次に正規化した室内の所望温度と正規化した現在の温度から制御目標とする温度を算出する（４０４）。これらの結果をもとに、制御すべき各機能性材料に印加する交流周波数と、インピーダンスの大きさとを算出する（４０５）。この算出方法についてはより詳細に後述する。算出した結果をもとに各機能性材料に印加する交流電源の周波数と、インピーダンスの大きさとにしたがって制御装置１１４を動作させ、機能性材料のエネルギー吸収・反射特性の制御を実施する（４０６）。
【００２４】
その後外性要因の急激な変化により、前段までで算出した制御量が無効にならないかどうかを確認し（４０７）、所望の方向に室温が変化していれば本処理を終了し、そうでない場合は処理変更の信号を発行し（４０８）、外性要因の取り込み（４０２）から再度図３に示す処理を再実行する。
【００２５】
図５を使用して図４のステップ４０５で説明した交流電源の周波数とインピーダンスの大きさを算出する処理について説明する。図５中、例示としてｘ軸４０３を室内気温、ｙ軸４０２を外気温、z軸に相当するものとし、ｆを機能性材料に印加する電源の周波数とする。インピーダンス決定装置３００は、室内気温、外気温から、制御するべき温度差を決定し、当該温度差を与える特性を機能性材料に付与するべく、制御周波数ｆを決定する。なお、図５の曲面５０４は、ｆ＝ｇ（ｘ，ｙ）で与えられる曲面である。
【００２６】
図６は、本実施形態で使用する機能性材料１０１の特性を説明する図である。図６では、機能性材料１０１は、シャッタ機能を有するものとしている。図６（ａ）で示す実施形態は、機能性材料１０１が含む機能性分子は電圧印加によりモルフォロジーを変化させ、電圧印加前は光エネルギーの吸収状態を与える。また、電圧印加後には、機能性材料１０１中の機能性分子が、凝集して光エネルギーを不透過、すなわち反射させる構成とされる。
【００２７】
図６（ａ）の実施形態は、交流電源を印加することにより、機能性材料１０１中における分子の配向を、印加する交流電源の交流電圧および周波数（＝インピーダンス）により変更するという特性を有する。機能性材料１０１は、交流電源を印加する前は、機能性分子が離れているか、または機能性分子が紙面垂直方向に配向して、その隙間から機能性材料を通して光エネルギーを通過させることで熱を吸収する。
【００２８】
図６（ｂ）の実施形態は、無機材料を使用した液晶シャッタとしてエネルギー吸収・反射制御を行う実施形態であり、偏光板６０１、６０２の間にＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ナトリウム）６０３を挟み込む構成を有する。偏光板６０１、６０２は、その変更方向が直交しており、電圧印加前は、光エネルギーを通過させない、すなわち反射させる。一方、ＰＬＺＴ層６０３に電圧を印加すると、光カー効果により、偏光板６０１を通過した偏光成分が、偏光板６０２を通過し、光を通過、すなわちエネルギーを吸収する。
【００２９】
例えば強誘電性材料としてＰＬＺＴを使用した場合、可視〜赤外域での透過率を、０％〜９０％程度で電圧制御することが可能である。また、機能性材料として無機材料を使用することにより、耐久性および大面積のエネルギー吸収・反射制御材料を提供することができ、より効率的に建物のエネルギー収支を改善できる。
【００３０】
また、機能性材料１０１はいわゆるインダクタンスおよびキャパシタンスの成分を提供する材料として構成することができる。また、適切な機械的粘弾性挙動を示し、供給される交流電源の周波数に共振して、そのモルフォロジーを変化させることが可能に構成することができる。そこで、交流電源を供給する交流電源１０３の周波数ω、すなわち交流電源１０３の出力周波数を制御することで、図７に示すような機能性材料の電気的特性を発現させる。図７は縦軸が熱の吸収・反射量であり、横軸は、機能性材料１０１のインピーダンスを変化させるための交流周波数である。
【００３１】
図７において、低周波数側では、機能性分子は、透過特性を与えるように配向されていて、外界からの光エネルギーが、建物の壁に作用し、壁面が温められる。一方、高周波数側では、機能性分子は、反射特性を与えるように配向されていて、建物の壁に光エネルギーが作用しないようにして壁面の昇温または熱放出を抑制することが可能とされている。  
【００３２】
また、機能性材料１０１は、例えば適切な粘弾性を有する高分子マトリックスなどに分散または溶解されていて、交流電源の周波数が、機能性材料１０１の共振周波数（図７中、制御周波数ｆの軸を横切る周波数）を境にその吸収・反射特性を反転させる構成となっている。なお、共振周波数は、外気温などによって変化するため、交流電源１０３は、所望する特性を外気温において付与するように、その出力周波数を制御する。
【００３３】
図８には、周波数と、材料のインピーダンス特性を示す。インピーダンスは、抵抗成分Ｒと、インダクタンス成分とを含み、下記式（１）で与えられる。直流成分は、機能性材料１０１固有の特性であり、温度、湿度などに応じて変化する。一方、インダクタンス成分は、周波数およびキャパシタンスにより変化する。
【００３４】
【数１】
2017158288.tif 000003
【００３５】
この関係は、図８に示す周波数とインピーダンスの関係を与える。図８に示すグラフは機能性材料の測定試験を行うことによって取得することが可能である。図８の例では熱反射吸収量を２次関数で近似するものとする。図８中、曲線２０１は、インピーダンス特性であり、縦軸がインピーダンスの大きさ、横軸が交流電源の角周波数（＝周波数）である。
【００３６】
インピーダンスは、上記式１に表示する式で与えられる。なお、式中のＺはインピーダンスであり、Ｒは、抵抗成分、ωは、角周波数、Ｌは、インダクタンス値、Ｃは、キャパシタンス値、ｊは、複素数であることを表現する記号である。インピーダンスが最小になる点はいわゆる共振現象を発生している点であり、その点のインピーダンスは最小値であるＲ２０２となりこの時の制御周波数ｆは、１／（ＬＣ）1/2である極小値２０３、すなわち、制御周波数ｆを変化させることで、機能性材料中における粒子の並びを変化させ、隙間を調整することでエネルギーの通過・反射を制御することができる。
【００３７】
ここまでは図５中のｚ軸における制御周波数ｆに関する説明を行った。上述したように、室内気温４０３、外気温４０２と、機能性材料に印加する制御周波数ｆとの関係は一般的に非線形である。このため、図５中の曲面４０４は、多次元の曲面となる。この条件で所望の室温・外気温から最小のエネルギー消費点であるポイント４０５、すなわち図６に示した機能性分子の配向を所望するように制御してエネルギーの反射・吸収を行う解を求めるには、非線形方程式の求解手法、あるいは図９に示すように、ニューラルネットワークモデルによるヒューリスティックな手法を用いた求解手法を使用することができる。この他、ディープラーニングといったＡＩ手法（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）を使用することができる。
【００３８】
図９中のニューラルネットワーク８２２は、入力がｘ（室内気温）、ｙ（室外気温）であり、求める交流周波数ｚを出力するという例における階層型ニューラルネットワークとして示す。図９の例では簡単のために、入力変数を２変数としているが、他の実施形態では、外性要因を増加させてそれ以上の入力変数に対応づけることができる。
【００３９】
図９に示したようなニューラルネットワーク８２２を用いる場合には、８２２に示すような室内気温、外気温、周波数間のデータ８２３を予め取得し、この複数のデータ８２３を学習させて、図５に示す曲面４０４を算出し、例えばルックアップテーブルを作成しておくことにより効率的な制御が可能となる。
【００４０】
次にエネルギー吸収・反射制御装置１１２を使用した負荷平準化システム実施形態を、図１０を使用して説明する。図１０の実施形態では、負荷平準化システムは、建物にエネルギー吸収・反射制御装置１１２を取り付けて構成することができる。制御対象は、建物６０５である。図１０では建物６０５の屋根に機能性材料１０１が施工され、外性要因データベース群１３２からのデータを用い、エネルギー吸収・反射制御装置１１２を介してインピーダンス決定装置３００、インピーダンス制御装置３１３を有する制御装置１１４から制御信号が送られる。
【００４１】
図１０に示す建物６０５において、本実施形態を実現した際に現れる効果について図１１を用いて説明する。図１１において縦軸は、総エネルギー量を、横軸は時間を表している。曲線８０１は、本実施形態のエネルギー吸収・反射制御装置および負荷平準化システムを利用する前の総エネルギー量である。エネルギー需要が大きいポイント８０２にて本実施形態の負荷平準化システムを用いると、総エネルギー量が曲線８０３に示すプロファイルとなり、ピーク時の総エネルギー量の低減化に貢献する。
【００４２】
図１２は各機能性材料の状態を表示するインターフェース画面の一例である。図１２に示すインターフェース画面は、制御装置１１４のディスプレイに表示させることもできるし、また制御装置１１４とは別体に構成されるインテリジェント電気メータの表示窓に表示させることができる。画面８５１には、表示８０５に示すように、各機能性材料の制御情報、たとえば画面８５１の例では、各壁面に実装されている機能性材料に対して供給される電流、電圧、インピーダンスの値が表示されている。
【００４３】
また、その時系列の変動トレンドは、表示８１１に示されている。表示８１１の例では縦軸に室温、横軸に時間をとった制御トレンドの例を示している。画面８１５の表示８０５に表示された表示８２２を利用者がタッチすると、画面８５２が示される。画面８５２では、各壁面に実装した機能性材料の詳細な時系列の変化トレンドが表示８３２に表示され、その詳細データ、表示８３３の例では各機能性材料の慣例番号、エネルギーの吸熱、反射の別、その時点での電流、電圧、周波数、インピーダンス、積算吸・放熱のエネルギー量を電力換算した値、が表示される。なお、画面８５２は、ボタン８５４を操作することにより終了する。
【００４４】
本発明の第一の実施の形態では、建物の内部の気温の制御に対し、複数の外性要因を取得する外性要因取得装置と、インピーダンスとを調整することで機能性材料１０１中の機能性分子の配向を変化させて、機能性分子の配向を制御するインピーダンス決定装置３００を使用する。そして、インピーダンス決定装置３００によりエネルギーの反射吸収を行う負荷平準化システムを用いることにより、室内気温を所望の値にするために必要なエネルギーを低減化することが可能となる。
【００４５】
次に本発明の第二の実施の形態について説明する。第一の実施形態ではインピーダンス制御装置３１３は一つの交流電源１０３に対して周波数の設定値をもとに機能性材料１０１を制御していた形態であった。図１３に示す第二の実施形態では複数の機能性材料１０１−１〜１０１−３の３個とうように複数の機能性材料の吸収・反射特性を制御する態様である。第二の実施形態では、一つのインピーダンス制御装置３１３を用いてインピーダンス決定装置３００で算出した制御データを用いて各交流電源１０３−１〜１０３−３を制御する点が第一の実施の形態と異なっている。
【００４６】
第二の実施の形態におけるエネルギー吸収・反射制御装置１１２の具体的な構成について説明する。制御装置１１４は、外性要因取得装置３１０、インピーダンス決定装置３００から構成され、インピーダンス制御装置３１３をその外部に配置している。制御装置１１４は、信号線でインピーダンス制御装置３１３と接続され、インピーダンス制御装置３１３から各機能性材料１０１−１〜１０１−３を制御する交流電源１０３−１から１０３−３に接続されている。
【００４７】
図１４を参照すると、交流電源１０３−１〜１０３−３は、それぞれ電源線１０２−１〜１０２−３を介して機能性材料１０１−１〜１０１−３に接続されている。制御装置１１４におけるインピーダンス決定装置３００にて算出された各機能性材料に印加する交流電源の周波数は、インピーダンス制御装置３１３を介して、交流電源１０３−１〜１０３−３に設定して機能性材料１０１−１〜１０１−３のインピーダンス値を制御する。
【００４８】
第二の実施の形態におけるインピーダンス決定装置の動作フローチャートは図４における処理５０２から処理５０４にて扱うパラメータを増加することで良い。また、図４における処理５０５の計算方法は、図５と比較して多次元変数を扱うこととなるため、図５の関数
【００４９】
【数２】
2017158288.tif 000004
【００５０】
が本実施例では３つの機能性材料を制御することになるため
【００５１】
【数３】
2017158288.tif 000005
【００５２】
という形で入力する変数を増加させ、その他は、第一の実施の形態と同様の計算方法で所望の値を求めることが可能となる。従って、第一の実施の形態でこの計算に用いたニューラルネットワーク８２２も制御する機能性材料が３個ある本実施の形態では入力の変数を第一の実施例と比較して３倍用意し、出力の変数も３倍用意すれば第一の実施の形態と同様の計算で所望の値を求めることが可能となる。
【００５３】
次に図１３、図１４に示した本実施形態におけるエネルギー吸収・反射制御装置１１２を使用した負荷平準化システムの制御装置１１４を、実際の建物に利用した実施の形態例を図１５に示す。建物６０５は、制御対象となる建物である。図１５では、建物６０５の屋根２面および壁の１面に、機能性材料１０１−１、１０１−２、１０１−３が実装されている。制御装置１１４は、外性要因データベース群１３２からのデータを用い、インピーダンス決定装置３００、インピーダンス制御装置３１３を有する制御装置１１４から信号線６７２−１〜６７２−３を通じて各機能性材料１０１−１〜１０１−３のインピーダンスを制御する交流電源１０３−１〜１０３−３に制御信号を送る。図１５に示した実施形態では、より効率的に外界との間のエネルギー吸収・反射が可能とされる。
【００５４】
図１６は各機能性材料の状態を表示するインターフェース画面の一例である。画面８５１には、表示８０５〜表示８０７に示すように機能性材料１０１−１〜１０１−３に対応する制御情報が表示され、たとえば画面８５１の例では電流、電圧、インピーダンスの値が各壁面に実装されている機能性材料１０１−１〜１０１−３に対して表示されている。
【００５５】
また、その時系列の変動トレンドが表示８１１に示されている。表示８１１の例では縦軸に室温、横軸に時間をとったトレンドの例を示している。画面上の表示８２２−１〜表示８２２−３のボタンを操作することで、画面８５２に遷移する。画面８５２では、各壁面に実装した機能性材料の詳細な時系列の変化トレンドが表示８３２に表示され、その詳細データ、表示８３３の例では各機能性材料の慣例番号、エネルギーの吸熱か、反射か、その時点での電流、電圧、周波数、インピーダンス、積算吸・放熱のエネルギー量を電力換算した値、を表示している。なお、該画面はボタン８５４を操作することにより終了する。このような画面を用いることで、図１１に示した本装置ならびにシステムの効果を確認することが可能となる。
【００５６】
本発明の第二の実施形態では、建物の内部の気温の制御に対し、複数の外性要因を取得する外性要因取得装置３１０と、インピーダンスを調整することで複数の機能性材料中の機能性分子の配向を変化させて、機能性分子間の隙間を制御するインピーダンス決定装置３００によりエネルギーの反射吸収を行う機能性材料からなるエネルギー吸収・反射制御装置１１２を含む負荷平準化システムを用いることにより、室内気温を所望の値にするために必要なエネルギーを低減化することが可能となる。
【００５７】
本発明の第三の実施形態を、図１７を用いて説明する。本発明の第三の実施例では第一の実施の形態に対して、インピーダンス決定装置３００の入力変数とする外性要因データベース群１３２に、建物内のエアコン制御に用いる電力料金を、外部から配信されるリアルタイムの電力料金情報１４４を用いて、電力料金を低減する実現例である。電力料金情報１４４の一例を図１７中のデータ１１７に示す。この例ではピーク時とオフピーク時というように複数の料金形態が存在する例である。
【００５８】
この他にも、たとえば前日に配信される電力料金、あるいは当日のデマンドレスポンスによる変動料金を考慮することも可能である。電力料金の具体例として、例えば各時間における一般電灯、高圧需要家、特高需要家に関する時刻ごとの電力料金が表として提示されている。
【００５９】
本実施の形態が第一の実施形態と異なる点は、インピーダンス決定装置３００の入力変数が異なる点である。第一の実施形態の例ではニューラルネットワーク８２２の入力変数が２つであったものの、第三の実施形態では該時点における電力料金を入力変数、あるいは数時間先までの複数の電力料金を入力変数とする。具体的には前記した（式２）に時系列の電力料金に関する変数が加わり、以下の（式４）のようになる。
【００６０】
【数４】
2017158288.tif 000006
【００６１】
（式４）で、ｐｎは、時刻nにおける電力料金を示す。このようにして、第一の実施形態と同様の計算方法で所望の値を求めることが可能となる。従って、第一の実施形態でこの計算に用いたニューラルネットワーク８２２も時刻ｎまでの電力料金データがｎ個ある本実施形態では、入力の変数を第一の実施形態と比較してｎ個追加し、出力の変数もｎ個追加すれば第一の実施形態と同様の計算で所望の値を求めることが可能となる。
【００６２】
図１８に第二の実施形態に対するインピーダンス決定装置３００が実行する処理のフローチャートを示す。処理はまず、処理中で必要とする変数の初期化を行い（１８０１）、その後外性要因取得装置から室温、外気温等のデータを取得する（１８０２）。また、ここで電力料金データを取得する（１８０９）。その後、後述する最適化計算を実施するために取得した外性要因データをそれらの最大値と最小値を用いて正規化を行う（１８０３）。
【００６３】
次に正規化した室内の所望温度と正規化した現在の温度から制御目標とする温度を算出する（１８０４）。これらの結果をもとに、制御すべき各機能性材料の周波数とインピーダンスの大きさを算出する（１８０５）。この算出方法については後述する。算出した結果をもとに各機能性材料の共振周波数と、インピーダンスの大きさとにしたがって機能性材料の制御を実施する（１８０６）。外性要因の急激な変化により、算出した制御量が無効にならないかどうかを確認し（１８０７）、所望の方向に室温が変化していれば本処理を終了し、そうでない場合は処理変更の信号を発行し（１８０８）、外性要因の取り込み（１８０２）から再度図１８に示す処理を再実行する。
【００６４】
周波数とインピーダンスの大きさを算出する際には図１９に示す表を用いて図１８のステップ５０５を実行する。電気料金が常に一定でない場合、例えばテーブル３５１に示す夏季の場合、室温が上昇する場合には電力料金にかかわらず、室温を下降する方向に気温を制御することが快適性の観点から優先される。
【００６５】
また、冬季の場合には、テーブル３５２に示すように、室温が下降する場合には電力料金にかかわらず室温を上昇させることが快適性の観点から優先される。このような条件を反映させるために、複数の時間帯の変数をニューラルネットワーク８２２の入力とすると有効である。
【００６６】
第三の実施形態に関する実装例を図２０に示す。図２０は、図１０と比較して、電力料金データを取得する通信ネットワーク網１３０１、電力料金を決定する電力会社、あるいは電力プロバイダ１３０２、配電線ならびに電柱６０１、柱上変圧器６０２、引き込み線６０３、検針器６０４、電力料金データを外部ネットワークから収集するデータ収集装置７０１が追加された形態である。
【００６７】
電力会社、あるいは電力プロバイダ１３０２が図１７中の１１７に示したデータを決定し、周期的に配信を行い、各建物においてはデータ収集装置７０１を介して電力料金データを収集し、ここで取得したデータを外性要因取得装置３１０の入力の一つとして利用する。
【００６８】
本発明の第三の実施形態では、建物の内部の気温の制御に対し、複数の外性要因と逐次的に配信される電力料金データを取得する外性要因取得装置３１０と、インピーダンスとを調整することで機能性材料中の粒子の配列を変化させて、粒子間の隙間を制御するインピーダンス決定装置３００とを含むエネルギー吸収・反射制御装置１１２および負荷平準化システムを用いることにより、室内気温を所望の値にするために必要なエネルギーと、電力料金を低減化することが可能となる。
【００６９】
なお、本発明の実施の形態で述べた外性要因は逐次的に取得した時点の値のみならず、別システムで予測したデータを用いることももちろん可能であり、電力料金に関しても、電力会社、あるいは電力プロバイダが配信する情報のみならず、別システムで予測した値でも構わないことは言うまでもない。
【００７０】
本発明の第四の実施形態を、図２１を用いて説明する。本発明の第四の実施形態では第三の実施形態に対して、インピーダンス決定装置３００の入力変数とする外性要因データベース群１３２に、建物内のエアコン制御に用いる電力料金を、外部から配信されるリアルタイムの電力料金情報１４４を用い、かつ複数の機能性材料、本実施の形態では機能性材料１０１−１〜１０１−３の３個の機能性材料を、一つのインピーダンス制御装置３１３を用いてインピーダンス決定装置３００で算出した制御量を用いて各交流電源１０３−１から１０３−３を制御する実施形態である。
【００７１】
本実施の形態が第三の実施形態と異なる点は、インピーダンス決定装置３００の入力変数が異なる点である。第一の実施形態ではニューラルネットワーク８２２の入力変数が２つであったものの、第四の実施の形態では該時点における電力料金を入力変数、あるいは数時間先までの複数の電力料金を入力変数とする。具体的には第二の実施形態のように前記した（式４）に各機能性材料の説明変数が時系列の電力料金に関する変数を加え、以下の（式５）のようになる。
【００７２】
【数５】
2017158288.tif 000007
【００７３】
このようにして、第一から第三の実施の形態と同様の計算方法で所望の値を求めることが可能となる。第四の実施形態に関する実装例を図２２に示す。図２２は、図２０と比較して、電力料金データを取得する通信ネットワーク網１３０１、電力料金を決定する電力会社、あるいは電力プロバイダ１３０２、配電線ならびに電柱６０１、柱上変圧器６０２、引き込み線６０３、検針器６０４、電力料金データを外部ネットワークから収集するデータ収集装置７０１が追加された形態である。
【００７４】
電力会社、あるいは電力プロバイダ１３０２が図１７中の１１７に示したデータを決定し、周期的に配信を行い、各建物においてはデータ収集装置７０１を介して電力料金データを収集し、ここで取得したデータを外性要因取得装置３１０の入力の一つとして利用する。図２２では建物６０５の屋根２面と、壁の１面に機能性材料が実装され、外性要因データベース群１３２からのデータを用い、インピーダンス決定装置３００、インピーダンス制御装置３１３を有する制御装置１１４から信号線６７２−１〜６７２−３を通じて各機能性材料１０１−１〜１０１−３のインピーダンスを制御する交流電源１０３−１〜１０３−３に交流電圧が送られる。
【００７５】
本発明の第四の実施形態では、建物の内部の気温の制御に対し、複数の外性要因と逐次的に配信される電力料金データを取得する外性要因取得装置とインピーダンスを調整することで複数の機能性材料中の粒子の配列を変化させて、粒子間の隙間を制御するインピーダンス決定装置からなるエネルギー吸収・反射制御装置および負荷平準化システムを用いることにより、室内気温を所望の値にするために必要なエネルギーと、電力料金を低減化することが可能となる。
【００７６】
なお、本発明の実施の形態で述べた外性要因は逐次的に取得した時点の値のみならず、別システムで予測したデータを用いることももちろん可能であり、電力料金に関しても、電力会社、あるいは電力プロバイダが配信する情報のみならず、別システムで予測した値でも構わないことは言うまでもない。
【００７７】
外性要因取得装置からの値をもとに、該材料がエネルギーを吸収するか、あるいはエネルギーを反射するかを決定し、材料のインピーダンス値を変更、すなわち機能性材料に印加する交流電源の周波数を制御することでエネルギーの使用量を低減することが可能となる。
【００７８】
また、本発明によれば、変動する電力料金の情報と、外性要因取得装置からの値をもとに、該材料がエネルギーを吸収するか、あるいはエネルギーを反射するかを決定し、エネルギー料金の低減することが可能となる。
【００７９】
なお、第一の実施形態〜第四の実施形態では機能性材料は印加する交流電源によって分子の配向が変化することにより、放射吸収するエネルギーを制御する形態であったものの、その他の交流電源を印加して発生する現象、例えば交流電源を印加することで機能性材料中の分子が結合し、より大きな分子を構成することで分子間の隙間の面積を調整するという形式での実施も可能である。さらに、機能性材料を、複数の層構造として形成し、交流周波数の印加により、その反射特性を変化させる、いわゆる誘電体多層膜構成として実装することができる。
【００８０】
これまで本発明を、実施形態をもって説明してきたが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８１】
３００：外性要因取得装置、３１０：インピーダンス決定装置、３１３：インピーダンス制御装置、１０１：機能性材料、３０４：エネルギー計算装置、３０５：制御量計算装置、１３２：外性要因データベース群、４０４：関数面、８２１：ニューラルネットワーク、１４４：電力料金情報データベース、６０１：配電線及び電柱、６０２：柱上変圧器、６０３：引き込み線、６０４：分電盤
【図１】
2017158288.tif 000008
【図２】
2017158288.tif 000009
【図３】
2017158288.tif 000010
【図４】
2017158288.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2017158288.tif 000016
【図１０】
2017158288.tif 000017
【図１１】
2017158288.tif 000018
【図１２】
2017158288.tif 000019
【図１３】
2017158288.tif 000020
【図１４】
2017158288.tif 000021
【図１５】
2017158288.tif 000022
【図１６】
2017158288.tif 000023
【図１７】
2017158288.tif 000024
【図１８】
2017158288.tif 000025
【図１９】
2017158288.tif 000026
【図２０】
2017158288.tif 000027
【図２１】
2017158288.tif 000028
【図２２】
2017158288.tif 000029