JP2018157615A

JP2018157615A - 電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システム

Info

Publication number: JP2018157615A
Application number: JP2017050081A
Authority: JP
Inventors: 孝宏柴原; Takahiro Shibahara; 秋草　順; Jun Akikusa; 順秋草; 始川崎; Hajime Kawasaki
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2018-10-04

Abstract

【課題】低コストで導入可能であり、電力購入コストを低減することができる電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムを提供する。【解決手段】電力会社から電灯線を介して供給される電力によって動作する冷熱機器と、該冷熱機器の動作を制御する制御部と、前記電力会社から供給される電気料金情報をリアルタイムに取得する情報取得部と、を有し、前記冷熱機器は、保温または保冷が可能な断熱体、または蓄熱または蓄冷が可能な蓄熱体を備え、前記制御部は、前記情報取得部が取得した前記電気料金が、予め設定された電気の基準料金よりも低額である場合、前記冷熱機器の前記蓄熱体に対して蓄熱または蓄冷を行うように制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、電力会社の電気料金の変動に応じて冷熱機器を制御し、効率的に電力を利用するための、電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムに関するものである。

近年、電力供給市場が自由化され、家庭向けの電気も既存の電力会社以外の会社が供給することも可能になりつつある。新規の電力供給会社は様々な発電業者から電力を購入し、各家庭や各事業所に供給することができる。こうした外部の発電業者から電力を購入する電力供給会社は、複数の発電業者のうち、最も単価が安い発電業者を選択して買電することができ、各発電業者の電力単価の変動に伴って、買電する発電業者を随時変更する可能性がある。

こうした電力供給市場の自由化に伴う新規電力業者の参入によって、電力系統全体の需給バランスが崩れる可能性があり、それを是正するため、将来的には電力の過不足に応じてリアルタイムで電力料金を変動させる仕組みが導入される可能性がある。そのような制度が導入された場合は、各家庭においても電力料金の安い時に多くの電力を予め買電しておくことにより、必要時に必要量だけ電力を買電するよりも、トータルでの電気料金を節減することが可能になる。

従来、家庭内での電力消費を効率的に制御するシステムとして、例えば、特許文献１には、太陽光発電装置などの自家発電装置と蓄電池、及び貯湯タンク等を備え、太陽光発電で生じた余剰電力を、消費電力量の予測結果に応じて蓄電池に蓄電し、さらに余剰となったエネルギーを蓄熱ユニットで蓄熱するエネルギー管理システムが記載されている。この特許文献１では、蓄電量は、売電ユニットが電力会社との間で決定された売電価格と買電価格との差の大小に応じて決定される。

また、特許文献２には、太陽光発電装置、蓄電装置、および蓄熱装置を備え、予め複数の電力会社との通信によりそれぞれの売買電条件を取得しておくエネルギーマネジメントシステムが記載されている。こうしたシステムでは、自家蓄電、蓄熱も含めた余剰電力供給、消費先の優先順位を決定しておき、実際に余剰電力が生じた場合には、決定しておいた優先順位に基づいて余剰電力を供給、消費する。この場合、太陽光発電装置で発電した電力を電力会社に売電する売電価格と、電力会社からの買電価格との比較から、太陽光発電装置で得られた電力を蓄電池に蓄えるか、電力会社に売電するかを決定する。

また、特許文献３には、太陽光発電装置で発電した電力を用いて、家庭内の情報端末処理装置を介して洗濯機や冷蔵庫を動作させる太陽光発電装置の給電システムが記載されている。

また、特許文献４には、電力会社の電灯線から供給される電力料金に連動して、蓄電池の充電を制御させる電力供給システムが記載されている。この電力供給システムでは、発電会社から供給される電気の利用料金の時間格差を利用し、電力料金の安い時間帯に蓄電池を充電し、また、電力料金が高い時間帯には、蓄電池に充電された電気を商用交流に変換して供給している。

特許第５６５３４８７号公報特許第５８０７１７１号公報特開２０１３−７０５９３号公報特開２００７−２０２６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたエネルギー管理システムでは、エネルギー蓄積手段として蓄電池や貯湯タンクを用いているため、導入にコストが掛かり、設置面積も大きくなるという課題があった。即ち、電力を直接蓄積できる蓄電池としては、リチウムイオン電池が一般的であるが、家庭用の電圧１００〜２００Ｖの電力を蓄電可能な大容量のリチウムイオン電池などの二次電池はコストが大変高く、一般家庭への導入は困難である。また、電力をヒータ等で熱に変換して蓄熱する貯湯タンクは、１００℃以下の温度までしか昇温できず、熱を大量に貯めるためには大型の貯湯タンクが必要になり、設置場所の確保が困難である。

また、特許文献２に記載されたエネルギーマネジメントシステムは、自然エネルギーである太陽光発電装置で発電された電力だけを制御しているために、家庭内で使用する全電力量対して、わずかな電力量に相当する分しか電力コストを削減することができなかった。

また、特許文献３に記載された太陽光発電装置の給電システムでは、自然エネルギーである太陽光発電装置で発電された電力に対するものであり、また、洗濯機や冷蔵庫を効率よく動作させるために情報端末処理装置が必須であるため、導入に際して大きなコストとかかり、また、太陽光発電装置による電力コストの削減分は限定的であるという課題があった。

また、特許文献４に記載された電力供給システムは、エネルギー蓄積手段として蓄電池に電力を蓄えるため、家庭用の電圧１００〜２００Ｖの電力を蓄電可能な大容量のリチウムイオン電池などの二次電池はコストが大変高く、一般家庭への導入は困難であるという課題があった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、低コストで導入可能であり、電力購入コストを低減することができる電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は、次のような電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムを提供した。
すなわち、本発明の電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムは、電力会社から供給される電力によって動作する冷熱機器と、該冷熱機器の動作を制御する制御部と、前記電力会社から提供される電気料金情報をリアルタイムに取得する情報取得部と、を有し、前記冷熱機器は、保温または保冷が可能な断熱体、または蓄熱または蓄冷が可能な蓄熱体を備え、前記制御部は、前記情報取得部が取得した前記電気料金が、予め設定された電気の基準料金よりも低額である場合、前記冷熱機器の前記蓄熱体に対して蓄熱または蓄冷を行うように制御することを特徴とする。

本発明の電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムによれば、冷熱機器を用いて、基準料金よりも電気料金が安価である時の電力を用いて冷熱機器を動作させ機器内を加熱または冷却し、さらに該冷熱機器が蓄熱体を有する場合は蓄熱体に蓄熱あるいは蓄冷を行い、基準料金よりも電気料金が高価である時には、該冷熱機器の許容動作温度範囲内で可能な限り冷熱機器の加熱・冷却動作を抑制し、さらに該冷熱機器が蓄熱体を有する場合には蓄熱された蓄熱体からそれぞれ放熱、放冷を行うことによって、電気料金が高価である時の電力消費量を低減することが可能になる。これにより、例えば、年間を通じてトータルの電気料金を大幅に節減することが可能になる。

また、本発明の制御システムは、例えば通信機能を付加するだけで冷熱機器を構成することができ、好ましくは蓄熱体を付加することで電気料金のさらなる節減が可能になる。また、一般的なインターネット接続機器を用いた情報取得部や家庭内ＬＡＮなどを用いることができるので、低コストで容易に導入することができる。

また、本発明では、前記冷熱機器は、暖房装置、温水器、冷蔵庫のうち、少なくともいずれか１つであることを特徴とする。

また、本発明では、前記情報取得部は、前記電力会社が提供する電気料金情報の公開サーバに対して、インターネットを介して接続可能な情報通信機器を備えることを特徴とする。

本発明によれば、低コストで導入可能であり、電力購入コストを低減することができる電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムを提供することが可能になる。

本発明の電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムを示す模式図である。電力会社が提供する電気料金の１日の変動例のグラフ（ａ）と、これに対応した冷熱機器（温風暖房器）の蓄熱体の蓄熱量、放熱量の１日の変動例のグラフ（ｂ）である。

以下、図面を参照して、本発明の電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムについて説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、簡略化して示している場合があり、実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明の一実施形態である電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システムを示す模式図である。
制御システム（電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システム）１０は、例えば一般家庭の家屋Ｈ内に設置され、電力会社ＥＣから電灯線Ｌ１を介して供給される電力によって動作する複数の冷熱機器１１と、この冷熱機器１１の動作を制御する制御部１２と、電力会社ＥＣの公開サーバＳから供給される電気料金情報をリアルタイムに取得する情報取得部１３とを有している。

また、家屋Ｈ内には、電力会社ＥＣから電灯線Ｌ１、受電設備である配電盤１５を介して各冷熱機器１１に向けて家庭用電力（ＡＣ１００／２００Ｖ）が供給されている。なお、各冷熱機器１１は、屋内配線のコンセントに接続することにより、任意の位置に設置可能である。

本実施形態では、冷熱機器１１として、温風暖房器（暖房装置）２１と、給湯器３１と、冷蔵庫４１とを含む。温風暖房器（冷熱機器）２１は、蓄熱体２２と、ヒータ２３と、ファン（送風手段）２４と、この温風暖房器２１の動作を制御する制御回路２５とを有している。ヒータ２３は、例えば、ＡＣ１００／２００Ｖで動作するセラミックスヒータ、カーボンヒータ、ハロゲンヒータなどであればよい。蓄熱体２２は、ヒータ２３で生じた熱を吸収して蓄熱する。蓄熱体２２の構成は後述する。ファン２４は、蓄熱体２２に向けて送風する。これにより、蓄熱体２２に蓄熱された熱によって送気が暖められ、温風として温風暖房器２１から排出される。

給湯器（冷熱機器）３１は、蓄熱体３２と、ヒータ３３と、熱交換器３４と、この給湯器３１の動作を制御する制御回路３５とを有している。ヒータ２３は、例えば、ＡＣ１００／２００Ｖで動作するセラミックスヒータ、カーボンヒータ、ハロゲンヒータなどであればよい。蓄熱体３２は、ヒータ３３で生じた熱を吸収して蓄熱する。蓄熱体３２の構成は後述する。熱交換器３４は、一次側（高温側）が蓄熱体３２に接し、二次側（低温側）が上水道配管Ｗに接している。これにより、蓄熱体３２に蓄熱された熱によって上水が暖められ、温水として蛇口等から供給される。

冷蔵庫（冷熱機器）４１は、蓄熱体４２と、冷却用のコンプレッサー４３と、断熱材で覆われた冷蔵室や冷凍室などの収納部４４と、この冷蔵庫４１の動作を制御する制御回路４５とを有している。コンプレッサー４３は、気化圧縮サイクルによって冷却を行う。蓄熱体４２は、コンプレッサー４３で生じた冷熱を吸収して蓄冷する。蓄熱体４２の構成は後述する。収納部４４は、蓄熱体４２で蓄冷された冷熱によって内部が冷却される。

ここに例示したように、蓄熱体を有する場合、長時間の保冷が可能なためより好ましいが、断熱性能に優れた冷蔵庫であれば、外部への放冷を抑制することが可能であるため、短時間の運転停止であれば庫内温度の上昇を許容範囲内に抑制し得る。

なお、冷蔵庫（冷熱機器）４１など保温庫の別な例として、庫内を室温よりも高い温度に維持する温蔵庫（冷熱機器）を備えるもできる。また、切替によって温蔵、冷蔵の両方に対応した保冷庫（冷熱機器）を備えることもできる。

各冷熱機器１１に備えられる、温熱や冷熱を蓄熱するための蓄熱体２２，３２，４２は、安価で、かつ体積当たりの蓄熱量が大きい蓄熱体を用いることが好ましい。但し、蓄熱材の種類によらず本制御システムを構成することが可能である。

情報取得部１３は、ＬＡＮボード、ルータなどインターネットに接続可能な情報通信機器、メモリ、ＣＰＵなどを備えている。情報取得部１３は、リアルタイム、例えば１分以下の周期で、電力会社ＥＣが公開サーバＳを介してインターネット上に公開する電気料金情報を参照して取得する。なお、情報取得部１３が公開サーバＳに接続する方法は、有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮなど公知のインターネット接続方法を用いればよい。

公開サーバＳは、電力会社ＥＣが時間変動型の電気料金体系における現在の電気料金をリアルタイムに更新してインターネット上に公開する。こうした時間変動型の電気料金体系は、例えば、電力会社ＥＣが火力発電所や原子力発電所などを運営する発電会社などから電力を買電する際の価格変動等に応じて決定される。

制御部１２は、例えば、ＬＡＮボードなどの通信手段、メモリ、ＣＰＵなどを備えている。制御部１２は、例えば、家庭内ＬＡＮを介して情報取得部１３からリアルタイムに送出される現在の電気料金の情報と、予めメモリに入力、記憶された基準料金の情報とを比較し、その比較結果に基づいて、家庭内ＬＡＮを介して接続された各冷熱機器１１の動作を制御する制御信号を送出する。

制御部１２に予め入力（設定）しておく基準料金は、経済的な観点から決定すればよい。例えば、特定の電力会社の年間を通じた平均的な電気料金や、複数の電力会社でそれぞれ公開されている平均的な電気料金のうち最も低い料金などに基づいて基準料金を決定すればよい。もちろん、利用者が望む任意の電気料金を基準料金として設定することもできる。制御部１２には、こうした現在の電気料金と基準料金との比較結果に基づいて、各冷熱機器１１の動作を制御するための制御プログラムが記憶されている。

制御部１２と、各冷熱機器１１をそれぞれ制御する制御回路２５，３５，４５との間は、有線ＬＡＮや無線ＬＡＮなどからなる家庭内ＬＡＮを介して接続されている。なお、家庭内ＬＡＮによる接続以外にも、各種インターフェースを用いた公知の接続方法、例えば、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４などによって接続することもできる。

なお、制御部１２の機能と情報取得部１３の機能とを１つの装置（情報取得制御部）とすることもできる。また、制御部１２の機能を各冷熱機器１１の制御回路２５，３５，４５に統合し、情報取得部１３と、各冷熱機器１１の制御回路２５，３５，４５とを直接接続することもできる。この場合、各冷熱機器１１の制御回路２５，３５，４５が制御部となる。

即ち、住宅内で本制御システムを用いる冷熱機器の台数が少ない場合は、冷熱機器単独で動作させることができる。また、冷熱機器の台数が多い場合は、情報取得部１３と制御部１２の機能を一括して行うことで、通信量の削減と、冷熱機器の動作を連携させることが可能となる。

以上のような構成の制御システム１０の作用について説明する。
本発明の制御システム（電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システム）１０は、情報取得部１３が、リアルタイム、例えば１分以下の周期で、電力会社ＥＣの公開サーバＳを介してインターネット上に公開される電気料金情報を参照して取得する。

制御部１２は、記憶された制御プログラムに基づいて、情報取得部１３からリアルタイムに送出される現在の電気料金の情報と、予めメモリに入力、記憶された基準料金の情報とを比較する。その結果、電気料金が、予め設定された電気の基準料金よりも低額である場合、温風暖房器２１のヒータ２３を動作させ、蓄熱体２２に温熱を蓄熱させる。この時、温風暖房器２１が不使用状態であっても、蓄熱体２２に蓄熱を行う。温風暖房器２１が使用状態である場合、蓄熱体２２から放出される熱量を上回る熱量をヒータ２３から蓄熱体２２に与え、使用状態であっても蓄熱体２２の蓄熱を行うこともできる。

一方、電気料金が、予め設定された電気の基準料金と同じか高額である場合、温風暖房器２１のヒータ２３を停止させ、蓄熱体２２に温熱を蓄熱させない。この場合であっても、温風暖房器２１を使用する際に蓄熱体２２の蓄熱量が温風生成に不十分な状態では、ヒータ２３を作動させることができる。

電気料金が、予め設定された電気の基準料金よりも低額である場合、給湯器３１のヒータ３３を動作させ、蓄熱体３２に温熱を蓄熱させる。この時、給湯器３１が不使用状態（熱交換器３４に通水されない状態）であっても、蓄熱体３２に蓄熱を行う。給湯器３１が使用状態（熱交換器３４が通水状態）であっても、蓄熱体３２から放出される熱量を上回る熱量をヒータ３３から蓄熱体３２に与え、使用状態であっても蓄熱体３２の蓄熱を行うこともできる。

一方、電気料金が、予め設定された電気の基準料金と同じか高額である場合、給湯器３１のヒータ３３を停止させ、蓄熱体３２に温熱を蓄熱させない。この場合であっても、給湯器３１を使用する際に蓄熱体３２の蓄熱量が温水生成に不十分な状態では、ヒータ３３を作動させることができる。

また、電気料金が、予め設定された電気の基準料金よりも低額である場合、冷蔵庫４１のコンプレッサー４３を動作させ、蓄熱体４２に冷熱を蓄熱させる。
一方、電気料金が、予め設定された電気の基準料金と同じか高額である場合、冷蔵庫４１のコンプレッサー４３を停止させ、蓄熱体４２に冷熱を蓄熱させない。この場合であっても、蓄熱体４２の蓄熱量が冷蔵庫４１の収納部４４内の温度を所定の温度に保持できない状態では、コンプレッサー４３を作動させることができる。

図２は、電力会社が提供する電気料金の１日の変動例のグラフ（ａ）と、これに対応した冷熱機器（温風暖房器）の蓄熱体の蓄熱量、放熱量の１日の変動例のグラフ（ｂ）である。
このグラフによれば、電気料金が基準料金未満の９−１１時、１３−１５時、１８時の付近で、安価な電気料金となった電力を用いて冷熱機器の蓄熱体に蓄熱を行い、それ以外の電気料金が高い時間帯では、安価な電気料金の時間帯に蓄熱した蓄熱体から放熱を行うことにより暖房を行っている。

以上のように、本発明の制御システム１０によれば、蓄熱体２２，３２，４２を備えた冷熱機器１１を用いて、基準料金よりも電気料金が安価である時の電力を用いて蓄熱体２２，３２，４２に蓄熱を行い、基準料金よりも電気料金が高価である時には、蓄熱された蓄熱体２２，３２，４２からそれぞれ放熱、放冷を行うことによって、電気料金が高価である時の電力消費量を低減することが可能になる。これにより、例えば、年間を通じてトータルの電気料金を大幅に節減することが可能になる。

また、本発明の制御システム１０は、安価なセラミックス等を用いた蓄熱体２２，３２，４２を付加するだけで冷熱機器１１を構成することができ、また、一般的なインターネット接続機器を用いた情報取得部１３や家庭内ＬＡＮなどを用いることができるので、低コストで容易に導入することができる。
また、それぞれの冷熱機器１１は、コンセントの差替などによって任意の位置に移動させて設置することができ、既存の一般家屋に容易に導入することができる。

なお、上述した実施形態では、電気料金の高低に応じてヒータやコンプレッサーのＯＮ−ＯＦＦをする例を記載したが、実際には電気料金の高低に応じて多段階でヒータやコンプレッサーの強弱を制御することが好ましい。
例えば、以下の表１は、電気料金の単価を高い、普通、安いの３段階に設定し、それぞれの電気料金において、暖房機のヒータおよび冷蔵庫のコンプレッサーの動作を３段階で調節した場合の制御例である。

この例によれば、電気料金の単価が安い時にヒータおよびコンプレッサーを高出力で動作させることにより、安い電気料金で蓄熱材に蓄熱を行い、電気料金の単価が高い時にはヒータおよびコンプレッサーを低出力にして不足分を蓄熱材から放熱、放冷することで、電気料金の節約を図ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、こうした実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０制御システム（電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システム）
１１冷熱機器
１２制御部
１３情報取得部
２２，３２，４２蓄熱体

Claims

電力会社から供給される電力によって動作する冷熱機器と、該冷熱機器の動作を制御する制御部と、前記電力会社から提供される電気料金情報をリアルタイムに取得する情報取得部と、を有し、
前記冷熱機器は、保温または保冷が可能な断熱体、または蓄熱または蓄冷が可能な蓄熱体を備え、
前記制御部は、前記情報取得部が取得した前記電気料金が、予め設定された電気の基準料金よりも低額である場合、前記冷熱機器の前記蓄熱体に対して蓄熱または蓄冷を行うように制御することを特徴とする電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システム。
前記冷熱機器は、暖房装置、温水器、冷蔵庫のうち、少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載の電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システム。
前記情報取得部は、前記電力会社が提供する電気料金情報の公開サーバに対して、インターネットを介して接続可能な情報通信機器を備えることを特徴とする請求項１または２記載の電気料金の変動に応じた冷熱機器の制御システム。