JP2012032117A

JP2012032117A - 貯湯式給湯システム

Info

Publication number: JP2012032117A
Application number: JP2010173822A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Toda; 亘彦戸田; Hironobu Hori; 堀　　宏展; Shinji Yamawaki; 信二山脇; Osamu Yoshii; 理芳井; Shinya Sawada; 慎也澤田; Tsutomu Nagata; 訓永田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2012-02-16

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

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。

特開２００８−２６７７０８号公報

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。

本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯システムの構成図。同上システムでピークシフトモード時の各ヒートポンプへの入力電力配分を示す図。同上システムでピークシフトモード時の各ヒートポンプへの他の入力電力配分を示す図。同上システムでピークシフトモード時のヒートポンプが１台の場合の入力電力配分を示す図。同上システムにおける貯湯式給湯器の１週間の平均に基く１日の時間帯別使用電力量を示すグラフ。（ａ）は同上システムのリモコン装置による入力制限電力量設定を示す図、（ｂ）は同リモコン装置によるヒートポンプ台数設定を示す図。（ａ）は従来の貯湯式給湯システムの構成図、（ｂ）は同システムでヒートポンプが１台の場合の入力電力配分を示す図。

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、５ｄＨＰ（ヒートポンプ）
７リモコン装置

Claims

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。