JP6084586B2 - 電気瞬間温水器システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の手洗い器に温水を供給する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に関する。

従来、手洗い器に給湯する小型の電気温水器は、一般に、特許文献１に記載のような貯湯式の温水器が使用されている。この貯湯式の温水器は、タンク内に水をため、タンク内に配置した消費電力が小さなヒーターで時間をかけて温めるものである。

貯湯式温水器のヒーターは、使用する１時間当たりの消費電力が小さいものの、電気を長時間消費し続けることから、タイマー等で沸かし上げをコントロールしないと消費電力が増大する虞があった。しかも、一定の温度まで沸かし上げるまでに時間がかかるので、一度に大量のお湯を使用するとタンク内の湯が切れてしまい、次に適温のお湯が使えるようになるまでにしばらく時間がかかる不都合がある。そのため、タンクの容量はできるだけ大きくする必要があり、手洗い器の周辺に装着する機器としては、大きなスペースを要するものであった。

一方、瞬間式温水器にて給湯する手洗い器が特許文献２に記載されている。この手洗い器によると、瞬間式温水器に供給された水を瞬間的に温水に生成し、この温水を供給する第１吐水形態と、給水源から直接水が供給される第２吐水形態とを備え、第１吐水形態から供給する少量の温水に水を加えながら手洗いを可能にするという装置である。

このように温水を瞬時に生成する瞬間式温水器では、一般に、通水路にヒーターを設置した瞬間湯沸かし器のような構成を採用している。この瞬間式温水器で使用するヒーターは、貯湯式のヒーターと比べて大容量の電気容量が必要になるが、加熱する時間が極めて短いことから、実質の消費電力は貯湯式の給湯器よりも少なくて済むことが知られている。

ところが、例えばビル内に多数のトイレと共に手洗い器を設置する場合、全台の手洗い器を同時使用した場合の温水器の総電気消費量が設計段階で検討される。例えば１０階建てのビルで、各フロア４台ずつの手洗い器を設置して合計４０台の手洗い器に温水器を設置する場合、これらの温水器に使用する４０台分のヒーターの電気消費量を検討することになる。仮に、貯湯式給湯器１台で必要な電気容量を８００ｗとし、瞬間式給湯器１台の電気容量を５ｋｗとして比較すると、同時使用の場合の必要電気容量は、貯湯式給湯器４０台で合計３２ｋｗ、一方、瞬間式給湯器４０台で合計２００ｋｗが必要になる。

このように、同時使用の場合の必要電気容量を検討すると、瞬間式温水器を使用した場合の必要電気容量が、貯湯式給湯器使用の場合より大きく上回り、ビル全体で使用可能な電気容量が超過して停電する虞もあることから、これまでビル等に多数設置される手洗い器用の給湯器には貯湯式温水器が選択されている。

特許第２８２７３０８号公報 特開２０１２‐１７２４５２号公報

ところが、同時使用の場合の必要電気容量は、あくまで設計上の必要電気容量であり、実際に使用した場合の電力消費量は、貯湯式温水器に比べて瞬間式温水器の方が少なくて済むものである。すなわち、実際の同時使用は、設置されている総数の１０〜２０％程度であり、設置されている全ての手洗い器が同時に使用されることは現実的ではない。

しかも、１日１台の手洗いの使用状況として、手洗いの回数を２０回とし、１回あたりの湯の使用時間を５秒と仮定し、貯湯式温水器と瞬間式温水器との消費電力を比較した実験結果は次のようになった。

貯湯式温水器では、手洗いで使用した分の通電時間が１７分となり、８００ｗのヒーターで使用した電力量は２２７ｗ、電力量料金に換算すると約２．９円になる。

一方、瞬間式温水器によると、実質の通電時間は１．６分で、５ｋｗのヒーターで使用した電力量は１３９ｗ、電力量料金に換算すると約１．８円になり、１日の使用で１円以上の差が生じることが判明した。このように、瞬間式温水器によると、実際に手洗いの時間しか通電しないので、１日１台の比較でも省エネの差は歴然としている。

しかしながら、ビル内に設置した多数の手洗い器に想定外の人数が集中し、瞬間式温水器の総消費電力量がビル全体で使用可能な電力量を超えるような場合には、瞬間式温水器の使用をコントロールする必要がある。

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、複数の瞬間式給湯器の電力量を安全、且つ合理的に制御することができ、省エネ効果に優れた電気瞬間温水器システムの提供を目的とするものである。

上述の課題を解決すべく本発明の第１の手段は、複数台設置された手洗い器Ｐの各周辺に装着され該手洗い器Ｐに給湯する瞬間式温水器１０の電力量をコントロール装置３０で複数台制御する電気瞬間温水器システムであって、複数の瞬間式温水器１０の中に１台又は複数台の電力調整用の貯湯式温水器２０が設置され、各瞬間式温水器１０及び貯湯式温水器２０に給水時の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、各センサのデータを収集してコントロール装置３０に送信する制御装置１３とを備え、コントロール装置３０に、各センサのデータから稼働中の全ての瞬間式温水器１０及び貯湯式温水器２０の総消費電力量を算出する電力量算出手段を備え、稼働中の総消費電力量が予め設定された上限電力量を超過する場合に、電力調整用の貯湯式温水器２０の通電を先に遮断して電力量をコントロールするように構成したことにある。

第２の手段は、前記コントロール装置３０に、前記各センサのデータから１台分の瞬間式温水器１０が稼働した際に消費される消費電力量を予測する電力量予測手段を備え、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式温水器１０の台数を算定し、稼働中の総消費電力量と予め設定された上限電力量との差が、現在予測される１台分の消費電力量より小さくなったときに緊急監視体制を設定する監視手段を備え、該緊急監視体制設定時に新たな瞬間式温水器１０又は貯湯式温水器２０が稼働したときに、貯湯式温水器２０の通電を遮断した後、瞬間式温水器１０の通電を規制するように構成したものである。

第３の手段の前記コントロール装置３０は、緊急監視体制設定時で且つ前記貯湯式温水器２０が通電されていないときに新たな瞬間式温水器１０が稼働した際、稼働中の全ての瞬間温水器１０の総消費電力量を規制する手段を備えている。

第４の手段の前記コントロール装置３０は、前記緊急監視体制設定時で且つ前記貯湯式温水器２０が通電されていないときに新たな１台の瞬間温水器１０が稼働した際、各瞬間温水器１０の稼働電力を、現在予測される１台分の消費電力量を稼働台数＋１台の台数で除した値の電力量に規制するように構成したことにある。

本発明の請求項１のごとく、稼働中の総消費電力量が予め設定された上限電力量を超過する場合に、貯湯式温水器２０の通電を先に遮断して電力量をコントロールするように構成したことにより、複数の瞬間式給湯器の総消費電力量を安全に制御することができる。しかも、貯湯式温水器２０を電力調整用に設置しているので、この貯湯式温水器２０の通電を遮断しても一定温度の湯が使用可能になっているので、実質的な不都合は少なくて済む。

請求項２のように、緊急監視体制設定時に新たな瞬間式温水器１０又は貯湯式温水器２０が稼働したときに、貯湯式温水器２０から瞬間式温水器１０へと順次通電を遮断するように構成したことで、仮に想定外の数の瞬間式温水器１０が同時に使用されたとしても、一部の瞬間式温水器１０の給湯ができなくなるだけの規制になる。したがつて、緊急時においても総消費電力量を合理的に規制することができる。

請求項３のように、緊急監視体制設定時で且つ前記貯湯式温水器２０が通電されていないときに新たな瞬間温水器１０が稼働した際に、稼働中の全ての瞬間温水器１０の総消費電力量を規制する手段を備えることで、上限電力量を超える電力量は、総消費電力量から合理的に制御することができる。

請求項４のごとく、コントロール装置３０は、緊急監視体制設定時で且つ前記貯湯式温水器２０が通電されていないときに、新たな１台の瞬間温水器１０が稼働した際に、各瞬間温水器１０の稼働電力を、現在予測される１台分の消費電力量を稼働台数＋１台の台数で除した値の電力量に規制するように構成したことにより、上限電力量を超える電力量は、各瞬間温水器１０の電力量から等分量だけ規制されるので、総消費電力量を合理的に規制することが可能である。

このように、本発明によると、複数の瞬間式給湯器の電力量を安全、且つ合理的に制御することができ、省エネ効果に優れるものである。

本発明の使用例を示す概略図である。 本発明の瞬間温水器とコントロール装置との連携を示す概略図である。 本発明の一実施例を示すフロー図である。 本発明の他の実施例を示すフロー図である。 本発明の他の実施例を示すパワー分割の説明図である。 本発明の他の実施例を示す時分割の説明図である。 本発明の瞬間温水器の一実施例を示す模式図である。 本発明の貯湯式温水器の給湯動作を示す模式図である。 図８に示す貯湯式温水器の給湯動作フロー図である。 本発明の貯湯式温水器の貯湯動作を示す模式図である。 図１０に示す貯湯式温水器の貯湯動作フロー図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明システムは、基本的に複数台の手洗い器Ｐに給湯する瞬間式温水器１０の総電力量をコントロール装置３０で制御するシステムである。

瞬間式温水器１０は各手洗い器Ｐの周辺に装着されるもので（図１参照）、瞬間式温水器１０及び貯湯式温水器２０への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、各センサのデータを収集してコントロール装置３０に送信する制御装置１３とを備えている（図７、図９参照）。各制御装置１３からコントロール装置３０への送信方式は、双方向通信可能な通信線、或いは無線方式とする。この通信方式には、通常のＬＡＮの他、「ＬｏｎＷｏｒｋｓ」や「Ｍｏｄｂｕｓ」、「ＺｉｇＢｅｅ」、「ＢＡＣｎｅｔ」、「ＲＳ‐４８５」等でも接続可能である。

複数の瞬間式温水器１０の中の１台又は複数台を貯湯式温水器２０に置き換えて電力調整用として設置する。例えば１０階建てのビルで、各フロア４台ずつの手洗い器を設置して合計４０台の手洗い器に温水器を設置する場合、各フロア４台の瞬間式温水器１０中、１台を貯湯式温水器２０に置き換えるものである。

コントロール装置３０は、瞬間式温水器１０及び貯湯式温水器２０の総消費電力量を規制する装置である（図２参照）。このコントロール装置３０には、各センサのデータから各瞬間式温水器１０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式温水器１０の総消費電力量を算出する電力量算出手段とを備えている。また、コントロール装置３０は、ＨＥＭＳ（home energy management system）やＢＥＭＳ（Building Energy Management Systems）といった住宅やビルのエネルギー監視システムとも接続が可能で、瞬間式温水器１０群とのハブ機能を果たすこともできる。

そして、稼働中の総消費電力量が予め設定された上限電力量を超過する場合に、電力調整用の貯湯式温水器２０の通電を遮断した後、瞬間式温水器１０の通電を規制して電力量をコントロールするように構成している。

すなわち、コントロール装置３０に、各センサのデータから各瞬間式温水器１０及び貯湯式温水器２０が稼働したときに１台分の瞬間式温水器１０の消費電力量を予測する電力量予測手段を備える。更に、このコントロール装置３０に監視手段を備える。この監視手段は、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式温水器１０の台数を算定するもので、稼働中の総消費電力量と予め設定された上限電力量との差が、現在予測される１台分の瞬間式温水器１０の消費電力量より小さくなったときに緊急監視体制を設定する手段である。

そして、緊急監視体制設定時において、新たな瞬間式温水器１０又は貯湯式温水器２０が稼働したときに、最初に通電中の貯湯式温水器２０を遮断し、その次に瞬間式温水器１０の通電を規制するように構成したものである。

図３は、本発明の総消費電力量を規制する基本手順を示している。まず、緊急監視体制設定時で新たな１台が稼働したときは、それが瞬間式温水器１０か貯湯式温水器２０かを判断する。稼働した１台が貯湯式温水器２０の場合は稼働したばかりの貯湯式温水器２０の通電を遮断する。稼働した１台が瞬間式温水器１０の場合は、他に稼働中の貯湯式温水器２０があるか判断し、稼働中の貯湯式温水器２０があった場合は、その貯湯式温水器２０の通電を遮断して電力量をコントロールする。このように、貯湯式温水器２０は電力調整用として使用される。

図４は、グループ化された給湯器の総消費電力量を規制する手順を示している。同図中、符号Ｎは瞬間式温水器１０及び貯湯式温水器２０の接続台数を示す。符号ＬＫＷは、上限電力を示し、現在稼働している台数ｎの全ての瞬間式温水器１０及び貯湯式温水器２０でＬＫＷを設定する。グループ化されている場合は、グループごとに上限電力ＬＫＷを設定する。符号ｋｗは、１台当たりの使用電力を示す。符号ＧＮＫＷは、グループＧで現在使用されている総使用電力量を示している。

一方、緊急監視体制設定時で且つ貯湯式温水器２０が通電されていないときに新たな瞬間式温水器１０が稼働した場合は、稼働中の全ての瞬間温水器１０の総消費電力量をコントロールする。すなわち、各瞬間温水器１０の稼働電力を、現在予測される１台分の消費電力量を稼働台数＋１台の台数で除した値の電力量に規制するものである。

図４において、符号ｎは瞬間温水器１０の接続台数を示している。符号ＬＫＷは、上限電力を示し、現在稼働している台数ｎの全ての瞬間温水器１０でＬＫＷを設定する。図示例ではグループＧがあるので、グループＧごとに上限電力ＬＫＷを設定する。符号ｋｗは、１台当たりの使用電力を示す。符号ＧＮＫＷは、グループＮで現在使用されている総使用電力量を示している。

瞬間温水器１０の総消費電力量を規制するには、コントロール装置３０が各制御装置１３から送信された各種データに基づく計算によって行われる。図５は、パワー分割の状態を示している。例えば、緊急監視体制設定時に新たな１台の瞬間温水器１０が稼働したときに、各瞬間温水器１０の稼働電力を、現在予測される１台分の消費電力量を稼働台数＋１台の台数で割った値の電力量を算定する。そして、稼働中の各瞬間温水器１０の供給電力量をこの算定された値の電力量に均等に規制するように構成するものである。

コントロール装置２０の計算に基づいて行われる総消費電力量の規制は、各瞬間温水器１０への供給電力量を変えずに、稼働している各瞬間温水器１０の通電時間をずらして遮断することも可能である（図６参照）。すなわち、稼働中の各瞬間温水器１０への通電時間を１/（ｎ＋１）時間の時間差で通電するものである（ｎ＝稼働台数）。

次に、本発明システムで使用する瞬間式温水器１０及び貯湯式温水器２０の構成について説明する。図７は、本発明の瞬間温水器１０を示している。この瞬間温水器１０は、給水が瞬間温水器１０のＴ字型接続管に繋がり、何らかの不具合で瞬間温水器１０への通電が制御できなくなったときに、内部の圧力を逃す安全弁１４を接続している。

ヒーター１５にて温められた温水は、給湯栓１７に直接給湯するのが一般的である。また、給湯栓１７の配管に温度調節機能のある温調機能付混合弁１６を接続し、この温調機能付混合弁１６に直接給水する配管を接続することで、給湯栓１７からの給湯温度を更に安定させることも可能である。

瞬間式温水器１０の給水経路は、温度センサ１１及び係止突起１２からヒーター１５を経て温調機能付混合弁１６を介し給湯栓１７から給湯されるものである。また、給湯栓１７自体に温度調節機能を備えたものもある。この場合、給湯栓１７と温調機能付混合弁１６とが一体になる。尚、温度センサ１１を給湯口１８に設置したり、又は給湯口１８の両方に温度センサ１１を設置したりするなど、温度センサ１１の設置位置は任意である。

本発明の貯湯式温水器２０は、緊急監視体制設定時において、最優先で通電を遮断するように設定している。したがって、通常の使用頻度が最も少ない手洗い器Ｐに貯湯式温水器２０を設置するものである。そして、緊急監視体制設定時には、すべての瞬間式温水器１０に優先して通電を遮断し、貯湯式温水器２０の通電がない場合のみ瞬間式温水器１０の通電を規制するものである。

図８は、給湯時の貯湯式温水器２０を示している。この貯湯式温水器２０は、本発明の瞬間式温水器１０に貯湯タンク２９を備えることで貯湯式温水器２０として機能するものである。したがって、貯湯タンク２９以外の構成は、ほぼ瞬間式温水器１０と同じ構造を有するものである。すなわち、温度センサ２１、流量センサ２２、制御装置２３などの構成や、安全弁２４、ヒーター２５などの構成は、瞬間式温水器１０と同じものが備えられている。但し、瞬間式温水器１０の温調機能付混合弁１６は、貯湯式温水器２０では電磁弁付循環ポンプ２６が設けられている。

この給湯動作を示すフローを図９に示している。同図中、符号ＰＶは電磁弁付循環ポンプ２６、Ｔは三方弁２６Ａ、Ｈはヒーター２５である。すなわち、給湯栓２７が開かれると、流量センサ２２が使用を検知してコントロール装置３０（デマコン）に温水器使用開始を通知する。このときコントロール装置３０では、稼働中の全ての瞬間式温水器１０及び貯湯式温水器２０に接続台数（Ｎ）及び上限台数（ｍ）が通知され、上限台数（ｍ）と優先順位（ＰＲ）を比較する。そして、稼働中の貯湯式温水器２０がない場合だけ通電される。貯湯式温水器２０を電力調整用として使用する場合は、通電せずに貯湯タンク２９内の湯が給湯される。

図１０は、貯湯時の湯水の流れを示す貯湯式温水器２０を示している。図示例ではヒーター２５側の温度センサ２１Ａの他、貯湯タンク２９にも温度センサ２１Ｂを設けたものである。まず、温調機能付混合弁２６が稼働し、同時に三方弁２６ＡもON状態となる。次に、ヒーター２５への通電が開始され、貯湯タンク２９の温度センサ２１Ｂが設定温度になるまで加熱する。貯湯タンク２９内の湯の温度が設定温度になると、温調機能付混合弁２６、三方弁２６Ａ、ヒーター２５がOFF状態になる。貯湯タンク２９内の湯の温度が低下すると電磁弁付循環ポンプ２６からヒーター２５に循環して加熱され、再び貯湯タンク２９内に戻される。

この貯湯動作を示すフローを図１１に示している。同図中、符号ＴＨは温度センサ２１が感知する水温を示す。符号ＰＶは電磁弁付循環ポンプ２６、Ｔは三方弁２６Ａ、Ｈはヒーター２５、ＴＨ２は温度センサ２１Ｂである。

Ｐ 手洗い器
１０ 瞬間式温水器
１１ 温度センサ
１２ 流量センサ
１３ 制御装置
１４ 安全弁
１５ ヒーター
１６ 温調機能付混合弁
１７ 給湯栓
１８ 給湯口
２０ 貯湯式温水器
２１ 温度センサ
２１Ａ 温度センサ
２１Ｂ 温度センサ
２２ 流量センサ
２３ 制御装置
２４ 安全弁
２５ ヒーター
２６ 電磁弁付循環ポンプ
２６Ａ 三方弁
２７ 給湯栓
２８ 給湯口
２９ 貯湯タンク
３０ コントロール装置

Claims (4)

1. 複数台設置された手洗い器の各周辺に装着され該手洗い器に給湯する瞬間式温水器の電力量をコントロール装置で複数台制御する電気瞬間温水器システムであって、
   複数の瞬間式温水器の中に１台又は複数台の電力調整用の貯湯式温水器が設置され、
   各瞬間式温水器及び貯湯式温水器に給水時の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、各センサのデータを収集してコントロール装置に送信する制御装置とを備え、
   コントロール装置に、各センサのデータから稼働中の全ての瞬間式温水器及び貯湯式温水器の総消費電力量を算出する電力量算出手段を備え、
   稼働中の総消費電力量が予め設定された上限電力量を超過する場合に電力調整用の貯湯式温水器の通電を先に遮断して電力量をコントロールするように構成したことを特徴とする電気瞬間温水器システム。
2. 前記コントロール装置に、前記各センサのデータから１台分の瞬間式温水器が稼働した際に消費される消費電力量を予測する電力量予測手段を備え、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式温水器の台数を算定し、稼働中の総消費電力量と予め設定された上限電力量との差が、現在予測される１台分の平均消費電力量より小さくなったときに緊急監視体制を設定する監視手段を備え、
   該緊急監視体制設定時に新たな瞬間式温水器又は貯湯式温水器が稼働したときに、貯湯式温水器の通電を遮断した後、瞬間式温水器の通電を規制するように構成した請求項１記載の電気瞬間温水器システム。
3. 前記コントロール装置は、緊急監視体制設定時で且つ前記貯湯式温水器が通電されていないときに新たな瞬間式温水器が稼働した際、稼働中の全ての瞬間温水器の総消費電力量を規制する手段を備えた請求項１又は２記載の電気瞬間温水器システム。
4. 前記コントロール装置は、前記緊急監視体制設定時で且つ前記貯湯式温水器が通電されていないときに新たな１台の瞬間温水器が稼働した際、各瞬間温水器の稼働電力を、現在予測される１台分の消費電力量を稼働台数＋１台の台数で除した値の電力量に規制するように構成した請求項３記載の電気瞬間温水器システム。

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