JP2012032117A - 貯湯式給湯システム - Google Patents
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Abstract
【課題】貯湯式給湯器の電力制御を行う貯湯式給湯システムにおいて、貯湯式給湯器の電力制御における稼動初期の電力増大及び湯切れを抑制する。
【解決手段】給湯システム1は、電力負荷となる給湯器2と、給湯器2の使用電力をデマンド制御する制御部3とを備え、給湯器2は複数のHP5a〜5dを有する。制御部3は、給湯器2の定格出力性能を保証して運転する通常モードと、給湯器2の予め使用電力量の上限を設定すると共に、デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、その出力を抑制するピークシフトモードとを備える。これにより、給湯器2がピークシフトモードで運転制御されるとき、HP5a〜5dを停止せずに消費電力を調整できるので、HP5a〜5dを連続動作させながら電力削減でき、給湯器の停止による稼動初期の電力増大及び湯切れを抑制することができる。
【選択図】図1
【解決手段】給湯システム1は、電力負荷となる給湯器2と、給湯器2の使用電力をデマンド制御する制御部3とを備え、給湯器2は複数のHP5a〜5dを有する。制御部3は、給湯器2の定格出力性能を保証して運転する通常モードと、給湯器2の予め使用電力量の上限を設定すると共に、デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、その出力を抑制するピークシフトモードとを備える。これにより、給湯器2がピークシフトモードで運転制御されるとき、HP5a〜5dを停止せずに消費電力を調整できるので、HP5a〜5dを連続動作させながら電力削減でき、給湯器の停止による稼動初期の電力増大及び湯切れを抑制することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、契約電力管理する施設において、電力負荷の使用電力が契約電力の最大需要電力を超過しないように貯湯式給湯器をデマンド制御する貯湯式給湯システムに関する。
この種の貯湯式給湯システムとして、貯湯式給湯器を含む電力負荷を備えた施設の契約電力管理において、貯湯式給湯器に含まれるヒートポンプをオン、オフして電力制御しデマンド制御する貯湯式給湯システムが知られている(例えば、特許文献1)。この貯湯式給湯システムは、電力契約単位の所定時間(デマンド時限)毎の平均電力(デマンドという)を予測し、予測された平均電力(デマンド値という)が契約施設の最大需要電力を超過しないように貯湯式給湯器を運転制御している。この貯湯式給湯システムは、超過が予測された時点で、貯湯式給湯器の各ヒートポンプをその定格出力を満足させつつ、個別にオンオフし、その稼動台数を可変することにより電力制限している。
この種の貯湯式給湯システムの構成を図7(a)に示す。貯湯式給湯システムは、貯湯式給湯器(以下、給湯器という)101と、デマンド値を算出して給湯器101をデマンド制御する制御部102とを備えている。給湯器101は、貯湯タンク103と、貯湯タンク103に給湯する4台のヒートポンプ(HP)(例えば、定格4.5kW)とで構成され、各HPは、通常、4台とも定格で動作される。
給湯器101は、デマンド制御されるとき、その使用電力量のピーク電力が予め設定された所定の制限電力値以下に制限されるように制御される(これを、ピークシフトモードという)。給湯器101は、このピークシフトモードで運転され、デマンド値に基き制限される使用電力量がその制限電力値に近付いたとき、その入力電力(消費電力)が制限電力値以下になるように、4台のHPが個々にオン、オフされ、その稼働台数が制限され電力制御される。ここでは、デマンド制御により入力電力が12kWに制限されており、4台のHPのうち、2台を稼動し、他の2台を停止して、入力電力を9kWとすることにより、12kW以下に電力制限している。
また、上記貯湯式給湯システムの他の構成例を図7(b)に示す。この貯湯式給湯システムにおいては、給湯器101は、HPを1台だけ有している。ここでは、ピークシフトモード状態で、入力電力が3.0kWに制限されており、定格4.5kWのHPをオンすると電力超過となるので、停止され、ピークシフトモードでは運転不可能となり、電力制限のない定常モードでしか動作できない。
この種の貯湯式給湯システムは、ピークシフトモードで電力制御する際、HPのオン、オフ操作により、その稼動台数を可変させて行っている。このため、電力制御時に、HPのオン、オフの繰り返しにより、HPのオン時に発生する電源の突入電流により稼動初期の使用電力が増大する。また、オン、オフで稼動台数を可変して電力制限するので、制限電力値を大きく下回って過剰に電力制限してしまうことがある。例えば、図7(a)の給湯システムでは、設定された入力電力の制限電力が12kWであるのに対し9kWまで制限され、また、図7(b)では、制限電力3.0kWのところを、停止により0kWまで制限されている。このため、制限電力内で、給湯器を有効に稼働できず、また、停止により湯切れが生じ易くなる。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、貯湯式給湯器をデマンド制御する貯湯式給湯システムにおいて、貯湯式給湯器の稼動初期の電力増大及び湯切れを抑制することができる貯湯式給湯システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の貯湯式給湯システムは、貯湯式給湯器を含む負荷の電力を、その予測需要電力に基くデマンド値を用いてデマンド制御する制御部を備えた貯湯式給湯システムにおいて、前記制御部は、前記デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、前記貯湯式給湯器の出力を遮断することなく抑制することを特徴とする。
この貯湯式給湯システムにおいて、前記制御部は、負荷の全需用電力が、その最大需用電力で決まる契約電力を超過しないように全需用電力をデマンド値を用いて制御するものであり、前記貯湯式給湯器の定格出力性能を保証する通常モードと、前記貯湯式給湯器の予め使用電力量の上限が設定され、前記デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、前記貯湯式給湯器の出力を遮断することなく抑制するピークシフトモードと、を有することが好ましい。
この貯湯式給湯システムにおいて、前記制御部は、過去の時間帯毎における前記貯湯式給湯器の使用電力量を算出し、その算出データを基に、その使用電力量が少ない時間帯に前記貯湯式給湯器を沸き上げることが好ましい。
この貯湯式給湯システムにおいて、前記制御部は、前記貯湯式給湯器の使用電力量の上限値を任意の値に設定できることが好ましい。
本発明の貯湯式給湯システムによれば、デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、貯湯式給湯器を停止せずその出力を電力制御できるので、貯湯式給湯器の稼働初期における電力増大及び湯切れを抑制することができる。
本発明の第1の実施形態に係る貯湯式給湯システム(以下、給湯システムという)について、図1乃至図4を参照して説明する。図1に示されるように、給湯システム1は、電力負荷となる貯湯式給湯器(以下、給湯器という)2と、給湯器2を含む電力負荷を有する施設のデマンド制御を行う制御部3とを備え、制御部3は全体を制御するCPUを有する。この施設では、各負荷に電力供給するための受電設備が備えられている。
給湯システム1は、例えば、契約単位時間として定められた時限毎の平均電力における各月毎の最大需要電力の内、電気使用開始月から当月までの最も大きい値を電気使用開始から1年間の各月の契約電力とする契約形態を取っている施設で運用される。
給湯器2は、貯湯するための貯湯タンク4と、貯湯タンク4に貯湯する湯を沸き上げる複数(ここでは、4台)のヒートポンプ(HPという)5(5a〜5d)とを有する。ここでは、ヒートポンプ全体を言うときは、HP5と記す。各HP5a〜5dは定格4.5kWの同一仕様となっており、貯湯タンク4とそれぞれ配管6で結ばれている。なお、電源線は図示を省いている。
制御部3は、負荷の使用電力量を計測する電力計測手段と、過去の使用電力量を基に電力契約単位の所定時間毎の平均電力(デマンド)を予測して予測平均電力(デマンド値)を得る需要電力予測手段と、全需要電力の目標値を設定する目標電力設定手段とを備える。制御部3は、需要電力予測手段で電力契約単位の所定時間(デマンド時限)毎の平均電力を予測し、予測された平均電力(デマンド値)が契約施設の最大需要電力を超過しないように貯湯式給湯器をデマンド制御する。
制御部3は、給湯器2の電力制御モードとして、その定格出力性能を保証して運転する通常モードと、予め給湯器2の使用電力量の上限を設定すると共に、デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、その出力を抑制するピークシフトモードとを備える。このピークシフトモードでは、給湯器2は、使用電力量のピーク電力が予め設定された所定の制限電力値以下に制限されるように、その出力が遮断されることなく抑制される。
制御部3は、給湯器2の使用電力量が制限電力値を超過しないときは、給湯器2を通常モードにより給湯器2のHP5をその定格出力性能を保証して運転し、全HP5の入力電力に対し定格通りに4.5kWで運転する。制御部3は、デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、デマンド制御しつつ、給湯器2の使用電力量を求め、例えば、この使用電力量が給湯器2の制限電力値に近付いたとき、その入力電力(消費電力)が制限電力値以下になるように出力を抑制する。従って、全HP5の合計の使用電力量は制限電力値を超えないように制限される。ここで、入力電力は、給湯器2の消費電力を意味し、入力電力により給湯器2から出力される熱量(出力熱量)は、給湯器2の沸上効率をCOPとすると、入力電力×COP=出力熱量の関係となる。
図2に示されるように、予め設定された制限電力値により、給湯器2の入力電力が12kWに制限されたとき、HP5は、全使用電力量の合計が12kW以下となるように電力制限される。例えば、4台のHP5のうち、HP5a、5bの2台を定格通りの4.5kWで運転し、残りのHP5c、5dの2台の入力電力をそれぞれ1.5kWにそれらの定格出力電力より下げて運転する。このとき、制御部3はHP5を全て停止することなく、それらの入力電力の合計を電力調整により12kWに制限する。この入力電力の電力調整は、例えば、HP5c、5dの沸上温度を低下することにより、出力電力を可変して行うことができる。これらのHPへの電力配分構成は、ユーザにより選択される。例えば、高温湯の要求が多いときは、2台のHP5a、5bをフル稼働させ、この高温湯を貯湯タンク4上部に給湯して、貯湯タンク4から高温出湯するようにするとき等に有効である。なお、制限電力値は、予め施設や、給湯器の従来からの電力使用量データを基に、デマンド制御で契約電力を超過しないような電力量にしておいてもよい。
また、図3に示されるように、上記と同じく給湯器2の入力電力が12kWに制限されるとき、他の調整方法として、制御部3は4台のHP5a〜5dの全てを3.0kWに制御し、それらの出力合計を12kWとして運転することもできる。このHPの電力配分構成は、例えば、中温湯が多量に使用される場合等に有効である。
上記図2、図3のいずれの場合も、制御部3はHP5a〜5dを停止することなく、それらの入力電力の合計を12kWに調整して、電力制御する。従って、従来例の図7(a)のように、4台中、2台のHPをそれぞれ停止する必要はない。
図4においては、給湯器2はHP5aを1台のみを有し、制限電力値の設定により給湯器2の入力電力を3.0kWに制限された状態を示す。制御部3は、定格電力4.5kWのHP5aの入力電力を、制限電力値に合わせて、3.0kWに調整している。従って、従来例の図7(b)のように、1台しかないHP5を停止する必要はない。
本実施形態の給湯システム1によれば、給湯器2の予め使用電力量の上限の制限電力量を設定すると共に、デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、その出力を抑制することにより使用電力量が契約電力を超過しないように制御することができる。特に、給湯器2を停止させることなく電力制御できるので、HP5のオン、オフが減り、オン時に発生する電源の突入電流により、稼動初期の使用電力が増大することを抑制することができる。また、給湯器2を停止することなくその入力電力を制限電力値に合わせるように調整できるので、デマンド制御で制限電力値に対し使用電力量を必要以上に大きく電力削減することがなくなり、かつ、停止が減り連続運転できるので、湯切れの発生を抑制することができる。
また、電力制御でHP5のオン、オフする回数を低減できることから、例えば、HP5がオン、オフの繰り返しにより、その圧縮機に負担を与えて寿命を短縮することを防ぐことができる。また、通常、ヒートポンプはオフ後に時間をあけてオンしたとき、ヒートポンプの冷媒を予熱する時間が必要であるため、運転開始から出湯開始まで数分間の待ち時間を要することが多いが、このようなことを避けることができる。なお、予め設定する制限電力値をデマンド制御のための目標設定電力量としてもよい。
図5は、過去1週間における時間帯毎の給湯器2の使用電力量を算出し、1日における平均的な時間帯別使用電力量をグラフ化したものである。このグラフは、例えば、制御部3で過去からの使用電力を測定し、その記憶データを基にCPU等で算出される。
制御部3は、このグラフから使用電力量の少ない時間帯Tに給湯器2のHP5の沸き上げを行う。これにより、制御部3は、使用電力量の少ない時間帯を把握して給湯器2を運転することができるので、電力をその余裕のある時間帯で有効に利用でき、一日を通して電力を平均的に利用でき、契約電力の利用効率が上がる。
図6は、制御部3に制御信号を送るためのリモコン装置7を示す。このリモコン装置7は、表示部とUp又はDownキーを有する。このリモコン装置7を用いて、図6(a)に示されるように、使用電力量の上限値をUp又はDownキーにより任意の値に設定できる。また、図6(b)に示されるように、HPの制限台数を任意に設定することができる。これにより、店舗毎の給湯器の使用電力容量、使用形態等に合わせて電力制御することができるので、予め出荷段階で決められた使用電力量の上限値で制御する場合に比べ、きめ細かな制御ができる。
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、給湯器の複数のヒートポンプは、全て同じ定格としたが、定格が異なっていてもよく、それらヒートポンプの全消費電力が電力の制限電力値を超えないように電力制御すればよい。また、給湯器は複数あってもよい。
1 給湯システム(貯湯式給湯システム)
2 給湯器(貯湯式給湯器)
3 制御部
4 貯湯タンク(貯湯式給湯器)
5、5a、5b、5c、5d HP(ヒートポンプ)
7 リモコン装置
2 給湯器(貯湯式給湯器)
3 制御部
4 貯湯タンク(貯湯式給湯器)
5、5a、5b、5c、5d HP(ヒートポンプ)
7 リモコン装置
Claims (4)
- 貯湯式給湯器を含む負荷の電力を、その予測需要電力に基くデマンド値を用いてデマンド制御する制御部を備えた貯湯式給湯システムにおいて、
前記制御部は、前記デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、前記貯湯式給湯器の出力を遮断することなく抑制することを特徴とする貯湯式給湯システム。 - 前記制御部は、負荷の全需用電力が、その最大需用電力で決まる契約電力を超過しないように全需用電力をデマンド値を用いて制御するものであり、前記貯湯式給湯器の定格出力性能を保証する通常モードと、前記貯湯式給湯器の予め使用電力量の上限が設定され、前記デマンド値が過去のデマンド値上限近くになったとき、前記貯湯式給湯器の出力を遮断することなく抑制するピークシフトモードと、を有することを特徴とする請求項1に記載の貯湯式給湯システム。
- 前記制御部は、過去の時間帯毎における前記貯湯式給湯器の使用電力量を算出し、その算出データを基に、その使用電力量が少ない時間帯に前記貯湯式給湯器を沸き上げることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の貯湯式給湯システム。
- 前記制御部は、前記貯湯式給湯器の使用電力量の上限値を任意の値に設定できることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の貯湯式給湯システム。
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-
2010
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