JP2015535169A - 電気総量節減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気を使用する様々な負荷機器が備えられた建物で、建物の設計電力量内で負荷機器が電力を消費するようにする電気総量節減装置を提供する。【解決手段】本発明は、一つの建物内で電気を多く消費する負荷機器が同時に稼動することにより全体消費電力量が設計電力量を超過する電気事故が発生しないように、負荷機器への電源供給を時分割でオン・オフさせる電気総量節減装置を提供する。本発明に係る電気総量節減装置は、それぞれの調節器が該当負荷機器に対してそれぞれ電源を供給または遮断するようにする多数の遮断器と、前記遮断器を時分割でオン・オフさせ、前記負荷機器が消費する全体消費電力量が設計電力量を超過しないようにするコントローラとを含んでなる。【選択図】図１

Description

本発明は、電気を使用する様々な負荷機器が備えられた建物で、建物の電気設計電力量内で負荷機器が電力を消費するようにする電気総量節減装置に係り、より詳しくは、一つの建物内で電気を多く消費する負荷機器が時間対比の稼動時間を事前分類分配して作動するようにすることにより、稼動能力は維持しながらも、一部の負荷機器の停止時間に他の一部の負荷機器が稼動できるように作動タイムを分配制御するシステムであって、時間対比５０％で稼動する負荷機器の場合、総準備設計電力を１／２に設計することができる画期的な技術であり、それにより負荷機器が同時に稼動することにより全体消費電力量が設計電力量を超える電気事故が発生しないように、負荷機器への電源供給を時分割でオン・オフさせる電気総量節減装置に関する。

多量の電力が必要なところ、例えば、多数台の冷暖房装置が設置された建物で冷暖房装置が同時に稼動すると、多量の電気が同時に消費されながら電線に過負荷がかかって火災または電圧ダウンが発生するなどの電気事故の危険性がある。
このように全体消費電力量が設計電力量（すなわち、電気総量）を超えて電気事故が発生することを防止するためには、設計電力量を増やし、或いは瞬間的な消費電力量が設計電力量を超過しないようにしなければならない。
設計電力量を増やすことは、消費電力の多い暑い夏や寒い冬の短い時期には役立つかもしれないが、消費電力が相対的に少ない殆どの時期には電力増設設備投資に比べて非効率的であり、思いもよらぬ電気料金の高額請求を受けるという不意の打撃になりうるなど、望ましくないといえる。
したがって負荷機器、特に消費電力の大きな負荷機器が同時に稼動しないようにして、消費電力量が設計電力量を超過しないようにすることがより望ましいといえる。
負荷機器の稼動を制御して消費電力量が設計電力量を超過しないようにする従来の技術としては、特許文献１の「エアコンの中央制御システムおよびその動作方法」や特許文献２の「空気調和機の制御方法」などがある。
従来の技術として、前記二つの登録特許は、多数台のエアコンや空気調和機で消費されている総電力量のピーク値を感知し、ピーク値が基準電力値を超過すると、一部のエアコンまたは空気調和機の稼動を中止させて電力量ピーク値（すなわち、消費電力量）が基準電力値（すなわち、設計電力量）を超過しないようにしている。
従来の技術は、様々な負荷機器（すなわち、多数台のエアコンや空気調和機）でそれぞれ消費される電力を感知し、感知された消費電力を合算することにより、負荷機器の総電力量のピーク値を算出する方式であって、
各負荷機器には電力量を感知する電力量計を設置しなければならず、各電力量計で感知された電力量を合算する合算器を備えなければならないので、
電力量制御のための装置の全体的な構成が複雑になり、製造コストが高く、設置に多くの時間および人力がかかり、設置のために負荷機器の構造を変更させる場合に負荷機器の安定性に問題が発生するおそれがあり、多数台の負荷機器に対してほぼ同時に稼動を開始するときは、各電力量計で感知された電力量を合算して基準電力値を超えると判断される時点で既に基準電力値を超えている可能性があるという問題点がある。

韓国登録特許第０５２９９０７号 韓国登録特許第０５６０６７７号

本発明は、上述の如く、従来の技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、建物の設計電力量を増設することなく、設計電力量内で負荷機器が安全に稼動し、そのために導入される本発明の電気総量節減装置の構成が簡単であって製造コストが低く、設置が迅速かつ簡便であり、設置のための負荷機器（負荷機器を調節する調節器を含む）の構造変更を最小化し、多数の負荷機器を時分割でオン・オフさせて瞬時たりとも負荷機器の消費電力量が設計電力量を超える危険のない電気総量節減装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る電気総量節減装置は、それぞれの調節器が該当負荷機器に対してそれぞれ電源を供給または遮断するようにする多数の遮断器と、前記遮断器を時分割でオン・オフさせ、前記負荷機器の消費される全体消費電力量が設計電力量を超過しないようにするコントローラとを含んでなる。
前記コントローラは、ユーザーの命令信号の入力を受ける入力部と、使用状態を表示するディスプレイ部と、前記入力部から命令信号の入力を受け、前記ディスプレイ部へ使用状態信号を伝送し、前記遮断器のオン・オフを制御する制御部とを含むことを特徴とする。

前記コントローラは、商用電源を駆動電源に変換して前記制御部へ供給する電源供給部をさらに含むことを特徴とする。

前記コントローラは、前記調節器の情報を前記制御部へ伝送する通信部をさらに含むことを特徴とする。

このような構成を持つ本発明に係る電気総量節減装置は、電気総量の節減のために、負荷機器を調節する調節器が負荷機器に対して電源を供給または遮断するようにする遮断器と、多数の遮断器を時分割でオン・オフさせるコントローラを基本的な構成要素とし、すなわち、構成要素が簡単であって製造コストが低く、設置が簡易かつ迅速である。
また、設置のために、負荷機器または調節器の構造変更がないか最小化され、電気総量節減装置の設置による負荷機器または調節器の安定性に問題がない。
また、時分割で多数の負荷機器をオン・オフさせ、瞬間的にも消費電力量が設計電力量を超えるおそれがなく、それに応じて過負荷による電気火災や電圧ダウンなどの問題が発生するおそれがない。
本発明は、特に冷・暖房を行う場合、全体冷・暖房は稼動しながらも、総稼動に必要な電力対比５０％の設計準備電力で冷・暖房を運転することができる事前分配調節システムをコントロール技術に融合して、設計電力量を最小化する効果だけでなく、過電電気事故の発生を防止することができる。
特に、一年中で暖房機が稼動しない時期は約６０％に達するが、この時期に多くの電力の増設費と毎月の基本電気料金を節約することができる。従って、電力消費の大きい負荷機器が同時稼動しないようにして消費電力量が時間対比で源泉分配されて瞬間消費電力量を最小化するのはもちろんのこと、その設計電力量または源泉システムによる管理で最小化することができる。
そして、前述した従来の技術は、総量ピークを制御する技術に止まっているが、人為的に最大量のみ管理するので運転時間を妨害する。これに対し、本発明は、稼動総量を最大限稼動することができ、負荷機器の一部の休憩時間を用いて他の負荷機器を稼動させるので、最大の稼動力を維持しながらも全体冷・暖房を行うことができるようにする源泉制御システムであって、産業の発展に非常に有用な発明である。

本発明に係る電気総量節減装置のブロック構成図である。 本発明に係る電気総量節減装置の回路図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る電気総量節減装置についてより具体的に説明する。

本発明を説明するに先立ち、
本発明は多様な変更を加えることができ、様々な形態を持つことができるので、その具現例（態様、ａｓｐｅｃｔ）（または実施例）をここに詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物または代替物を含むものと理解されるべきである。

各図面において、同一の参照符号、特に十の桁および一の桁、または十の桁、一の桁およびアルファベットが同じ参照符号は同一または類似の機能を持つ部材を示し、特に言及がない場合、図面の各参照符号が指し示す部材はこのような基準に準ずる部材と把握すればよい。

また、各図面において、構成要素は、理解の便宜などのために、大きさや厚さを誇張して大きく（または厚く）或いは小さく（または薄く）表現しているか、単純化して表現しているが、これによって本発明の保護範囲が制限されるものと解釈されてはならない。

本明細書で使用する用語は、特定の具現例（態様、ａｓｐｅｃｔ）（または実施例）を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとするものではない。単数の表現は、文脈上特に明記しない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「からなる」などの用語は、明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

特に他に定義しない限り、技術用語や科学用語を含み、ここで使われるすべての用語は本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を持っている。一般的に使われる辞典に定義されている用語は、関連技術の文脈上で持つ意味と一致する意味を持つものと解釈されなければならず、本明細書で明らかに定義しない限り、理想的な意味または過度に形式的な意味に解釈されない。

図１に示すように、本発明に係る電気総量節減装置は、多数の遮断器１０と、遮断器１０を時分割でオン・オフさせるコントローラ２０の構成要素に大別される。
前記遮断器１０は、負荷機器３に電源を供給し且つ負荷機器３の稼動を調節する調節器１が負荷機器３に対して電源を供給または遮断するようにする。
前記遮断器１０は、調節器１の電源入力側に備えられ、調節器１に対して電源が供給さまたは遮断されるようにすることにより、調節器１を介して負荷機器３に対して電源が供給または遮断されるようにすることができ、調節器１の電源出力側に備えられ、調節器１から負荷機器３へ出力される電力が供給または遮断されるようにすることもできる。
そして、負荷機器３と調節器１が１：１で接続されている場合には、前記遮断器１０は、各調節器１の入力側または出力側に備えられるが、一つの調節器セットが複数の負荷機器３を調節する場合、すなわち、調節器セットの入力側電源ラインは一つであり且つ出力側電源ラインは多数である場合には、前記遮断器１０は出力側電源ラインに備えられる。参考として、多数の負荷機器３を調節する一つの調節器セットは、本発明で接続された負荷機器３（すなわち、出力側電源ライン）の数に相当する多数の調節器１として理解されるべきある。

本発明の電気総量節減装置によって制御される負荷機器３は、電力消費量の大きい負荷機器３に適用されることが好ましい。
たとえば、蒸し暑い夏に多く使用される消費電力の大きいエアコンや、寒い冬に多く使用される消費電力の大きい暖房装置などに本発明の電気総量節減装置が適用されることが好ましい。
図２を参照すると、前記遮断器１０としてはリレーＲＹ１、ＲＹ２を使用しているが、リレー以外にも、オン・オフ機能のあるトランジスタ、トライアック、サイリスタなどの半導体素子が遮断器１０Ｔとして使用されることも可能である。

前記コントローラ２０は、各負荷機器３への電源を供給または遮断する多数の遮断器１０を時分割でオン・オフさせる。
前記コントローラ２０は、制御部２１、入力部２３、ディスプレイ部２５、電源供給部２７および通信部２９を含んでなる。
前記制御部２１は、前記遮断器１０のオン・オフを制御し、コントローラ２０を全般的に制御する。
前記入力部２３は、ユーザーの操作による命令信号の入力を受け、前記制御部２１へ伝送する。

前記ディスプレイ部２５は、使用状態、例えば、遮断器１０の個数と、遮断器１０のオン・オフと、時分割によるオン・オフ時間周期と、入力部２３を介して入力される命令信号などを表示する。
前記電源供給部２７は、外部から入力される商用電源を駆動電源に変換して前記制御部２１へ供給する。

前記通信部２９は、前記調節器１の情報を前記制御部２１へ有線または無線（例えば、ＲＦ通信、ＩＲ通信）で伝送し、前記制御部２１による前記遮断器１０の制御に活用するようにする。
前記制御部２１は前記遮断器１０を時分割でオン・オフさせる。すなわち、設定された時間周期に応じて多数の遮断器１０をオン・オフさせることを繰り返し行う。

ここで、時分割の時間周期は負荷機器３の種類に応じて適切にユーザーが設定する。時間周期の設定は秒単位、分単位、時単位で行うことができる。

たとえば、負荷機器３として２つの暖房装置に本発明を適用した場合に時分割の時間周期を３分に設定したならば、第１暖房装置は、設定された時分割の時間周期である３分間オンされて稼動し、この期間の間に第２暖房装置はオフされて稼動が中止され、３分が経過すると、逆に第１暖房装置はオフされて稼動が中止され、第２暖房装置は３分間オンされて稼動することを繰り返し行う。
この際、第１暖房装置と第２暖房装置が同時に稼動しないので、第１暖房熱装置と第２暖房装置が同時に稼動するときに必要な電力量の５０％の電力量で第１暖房装置と第２暖房装置を稼動させることになり、それに応じて全体電力中の暖房準備電力（すなわち、設計電力量）対比５０％の電力量で全体暖房を稼動させることができて設計電力量の増設が不要である。
別の例を挙げてみると、負荷機器３として３つの暖房装置に本発明を適用して時間周期を３分に設定した場合には、第１暖房装置は３分間オンされて稼動し、この期間の間に第２および第３暖房装置はオフされて稼動が中止され、３分が経過すると、第１暖房装置はオフされて稼動が中止され、第２暖房装置は３分間オンされて稼動し、第３暖房装置はオフ状態を維持し、さらに３分が経過すると、第１暖房装置はオフ状態が維持され、第２暖房装置はオフされて稼動が中止され、第３暖房装置は３分間オンされて稼動することを繰り返し行う。
この際は第１、第２、第３暖房装置が順次オンされて稼動するので、同時稼動に必要な電力量の３３％の電力量で３つの暖房装置を稼動させることになり、それに応じて全体電力中の暖房準備電力（すなわち、設計電力量）対比３３％の電力量で全体暖房を稼動させることができるようになる。
そして、前述した場合は３つの暖房装置を３分間順次オンされて稼動するようにしたが、逆に３分間順次オフされて稼動が中止されるようにする場合、言い換えれば、３つの暖房装置のうち、２つの暖房装置は稼動し且つ１つの暖房装置は稼動が中止されるようにする場合には、３つの暖房装置の同時稼動に必用な電力量の６６％の電力量で３つの暖房装置を稼動させることになる。
負荷機器３の数が多いときは、負荷機器３を幾つかのグループに分け、グループを基準に時分割されてオン・オフされるようにすることもできる。
以下、図２の回路図を参照して、本発明に係る電気総量節減装置について説明する。
図２を参照すると、前記入力部２３には、遮断器１０をオン・オフさせる時分割の時間周期を設定するためのタイムスイッチＳ１と、温度を設定する温度スイッチＳ２と、設定される時間と温度をアップダウンさせるアップスイッチＳ４およびダウンスイッチＳ３と、コントローラ２０をオン・オフさせるパワースイッチＳ５、Ｓ６とが備えられる。
ここで、温度スイッチＳ２は、負荷機器３の作動に温度が関連した場合に必要である。すなわち、暖房装置の場合、稼動が持続してユーザーによる設定温度に達すると、稼動を中断させなければならず、前記制御部２１は、前記通信部２９を介して前記調節器１から負荷機器３（暖房装置）の温度に関する情報の伝送を受け、伝送された温度が前記温度スイッチＳ２によって設定された温度に達すると、前記遮断器１０が所定の時間周期に応じてオンされている状態であっても、遮断器１０をオフさせて暖房装置が加熱されないようにする。ここで、暖房装置の温度に関する情報は前記通信部２９の伝送を受けることもできるが、別個の温度センサーを介して入力を受けることもできる。

図２を参照すると、前記ディスプレイ部２５に７−セグメントＦＮＤ１、ＦＮＤ２とＬＥＤ（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ５）が使用されている。
図２を参照すると、負荷機器３（ＨＥＡＴ１、ＨＥＡＴ２）への電源を供給または遮断する前記遮断器１０としてリレーＲＹ１、ＲＹ２を使用している。
図２を参照すると、前記電源供給部２７は、外部から入力される交流の商用電源を直流の駆動電源に変換して前記制御部２１へ伝送する。
前記電源供給部２７は、
入力される商用電源に含まれたサージを吸収して除去するサージオブザーバーＺＮＲと、
商用電源へ過電流が入力されるときに断線して電源供給部２７を保護するヒューズＦ１と、
入力される商用電源を平滑化する抵抗Ｒ１およびキャパシタＣ１と、
入力される商用電源に含まれたノイズを除去するラインフィルターＬ１と、
キャパシタＣ１を介して平滑化された商用電源を整流するブリッジダイオードＢＤ１と、
前記ブリッジダイオードＢＤ１を介して整流された電源を降圧するトランスＴ１と、
前記トランスＴ１の２次側の出力電源を整流するダイオードＤ１と、
整流された電源を平滑化して直流の駆動電源に作って前記制御部２１へ供給するキャパシタＣ４、Ｃ５およびコイルＬ２と、
前記トランスＴ１で降圧が行われるようにＰＷＭ方式でスイッチングするスイッチングチップＰＷＭ−ＩＣと、
前記トランスＴ１の２次側に磁束結合された補助巻線Ｔ２、抵抗Ｒ２、ダイオードＤ２およびキャパシタＣ６から構成され、前記スイッチングチップＰＷＭ−ＩＣに駆動電源を供給する駆動電源部と、
前記トランスＴ１の出力電源を感知する抵抗Ｒ３、前記抵抗Ｒ３で感知される電圧の大きさに応じて作動するフォトカプラＰＣ、前記フォトカプラＰＣの動作電圧を設定する抵抗Ｒ５、Ｒ６、およびサイリスタＳＣＲから構成され、前記フォトカプラＰＣのフィードバック信号の伝送を受けた前記スイッチングチップＰＷＭ−ＩＣが、安定的な定電圧が出力されるようにそのスイッチングを制御するようにするフィードバック部とを含んでいる。

前記通信部２９は前記調節器１から有線または無線で情報の伝送を受ける。伝送される情報としては、調節器１の正常作動か否かと、負荷機器３の状態（電源が供給されるか否か、発熱温度など）などに関する情報が挙げられる。

前記通信部２９がＲＦ通信またはＩＲ通信の方式による無線で情報の伝送を受けることができるが、ＲＦ通信は伝送される情報がキャリアに乗って無線で伝送されるので、通信部２９は、伝送されたデータ（情報およびキャリア）からキャリアを除去し、情報のみを制御部２１が認識可能な矩形波にして制御部２１へ伝送する。
前記通信部２９は、
前記調節器１が無線で伝送するデータを受信するアンテナＡＮと、
受信されたデータを増幅させるトランジスタＱ１、
並列共振による周波数マッチングで受信されたデータからノイズを除去するコイルＬ１１およびキャパシタＣ１１、
ノイズが除去され、増幅された受信データをさらに並列共振方式で増幅する抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、キャパシタＣ１２、コイルＬ１２、トランジスタＱ３、および共振点を調節することができるようにする可変キャパシタＶＣ１、
さらに増幅されたデータからキャリアを除去して情報のみを残すコイルＬ１３およびキャパシタＣ１４、並びに、
キャリアは除去され情報のみが残ったデータを増幅してデータ情報の波形を整形する１次オペアンプＡＭＰ１、およびさらに増幅してデータ情報を整形された矩形波にして前記制御部２１へ伝送する２次オペアンプＡＭＰ２を含む。

以上、本発明を説明するにあたり、添付図面を参照して、特定の構成を持つ電気総量節減装置について説明したが、本発明は、当業者によって様々な変形および変更が可能であり、それらの変形および変更も本発明の保護範囲に属するものと解釈されるべきである。

１０ 遮断器
２０ コントローラ
２１ 制御部
２３ 入力部
２５ ディスプレイ部
２７ 電源供給部
２９ 通信部

Claims (4)

1. それぞれの調節器が該当負荷機器に対してそれぞれ電源を供給または遮断するようにする複数の遮断器と、
   前記遮断器を時分割でオン・オフさせ、前記負荷機器で消費される全体消費電力量が設計電力量を超過しないようにするコントローラとを含んでなる、電気総量節減装置。
2. 前記コントローラは、
   ユーザーの命令信号の入力を受ける入力部と、
   使用状態を表示するディスプレイ部と、
   前記入力部から命令信号の入力を受け、前記ディスプレイ部に使用状態信号を伝送し、前記遮断器のオン・オフを制御する制御部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電気総量節減装置。
3. 前記コントローラは、商用電源を駆動電源に変換して前記制御部へ供給する電源供給部をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の電気総量節減装置。
4. 前記コントローラは、前記調節器の情報を前記制御部へ伝送する通信部をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の電気総量節減装置。

Images