JPH0236045Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は深夜余剰電力を利用する電気温水器の
通電時間の時間的配置を制御してそれにより中央
電気所例えば変電所において深夜電力時間帯中電
気温水器とそれ以外の一般負荷との合計深夜電力
需要を平準化しようとするものである。

現在電力各社は深夜余剰電力の効率的運用を図
るために、深夜余剰電力を利用する需要家の電源
側回路に同期電動機式タイムスイツチを取付け、
深夜電力時間帯例えば午後11乃至午前７時の間だ
け一般電気料金より低価格で電力を供給してい
る。然るに最近この深夜電力を利用する電気温水
器の普及に伴い、深夜電力時間帯が始まる午後11
時の直後に各家庭のタイムスイツチが一斉に
「入」となり電気温水器の通電を開始するため、
その直後から暫くの間電力需要のピークが続く傾
向にある。また各家庭の電気温水器には各家庭毎
に又は季節に応じて使用量の差があるため、電源
の「入」は同一時刻でも温水器内の水が所定温度
に沸上る時刻は残湯量によりマチマチである。第
１図はモニターによる温水器通電時間の分布状況
の実測値が季節に応じて変化する関係を示し、横
軸に該通電時間Ｈを取り、縦軸にこの通電時間を
有する電気温水器の個数率Ｎを％で表わす。C₂
は２月、C₅は５月、C₉は９月の各曲線である。
同図に示すように、夏期の通電時間平均値は２〜
３時間、冬期は４〜５時間である。このような状
況に応じて深夜時間帯中に電力需要のピークと低
下が起ることになる。第２図は夏季について夜間
時刻ｔと中央電気所における電力需要Ｐとの関係
を示し、これによれば電気温水器を除く一般負荷
は曲線Ｂに示すように深夜時間帯t₁→t₂の間の中
心時刻t₀で最低となる概ね左右対称形であるに対
し、この一般負荷と電気温水器とを加えた電力需
要は曲線Ｅに示すように深夜時間帯の前半にピー
クとなり、反対に後半の払暁には低下することに
なる。この点で発電効率及送電効率の低下が問題
となつている。

本考案は上記の問題点を解決するため、従来の
同期電動機式タイムスイツチに代えて電気温水器
の温水量感知機能を備えた主として電子式のタイ
ムスイツチ装置を使用し、深夜電力時間帯の中で
電気温水器への通電時間の時間的配置を自動的に
調整し、それにより深夜電力需要を平準化するも
のである。

以下図面について具体的構成の説明をする。先
ず第３図に示す従来の装置において、電気温水器
用電源配線１は同期電動機式タイムスイツチ２→
電力量計３→保安ブレーカ４を経て電気温水器９
へ給電する。タイムスイツチ２は同期電動機２ｍ
及びそれと関連して開閉する接点２ａを有し、接
点２ａは深夜電力時間帯の開始時刻t₁例えば午後
11時に閉じ、同時間帯の終了時刻t₂例えば午前７
時に開くように整定される。電気温水器９内にお
いて、保安ブレーカ４からの線路は漏電ブレーカ
５→サーモスタツト８を経て貯湯タンク６のヒー
ター７へ接続される。サーモスタツト８は常時閉
じてヒーター７はタンク６内の水を加熱するが、
この水が湯となり沸上り温度の設定値T₁に達す
ると開となり加熱は止む。

上記従来の装置によれば、深夜余剰電力を利用
する各需要家において深夜電力時間帯の開始時刻
t₁の直後にタイムスイツチの接点２ａが略一斉に
閉じるので、変電所のような中央電気所において
このとき電力需要Ｐが急劇に上昇する。その後は
各需要家に応じてタンクの残湯量が相違し従つて
ヒーター７の通電時間Ｈが相違することのために
中央電気所において電力需要Ｐが稍緩慢に下降す
る。従つて前記の一般負荷による需要曲線Ｂに電
気温水器を加えた電力需要は第２図に示す曲線Ｅ
のように深夜電力時間帯の前半において特に高い
値となり、所望のように電力需要の平準化を達成
することができない。

本考案の１実施例を示す第４図において、１０
は本考案による通電時間制御装置の全体であり、
その中において制御電源１１は電気温水器用電源
配線１から受電してその右の点線内に示す各種素
子の全部に制御電圧を供給する。補助制御電源１
２は電源１１が停電又は故障のときそれに代つて
点線内へ制御電圧を供給する補償部である。電力
開閉器１３は制御の結果による時刻に投入されて
電源配線１の電力を電力量計３、保安ブレーカ４
を経て電気温水器１９へ供給する。温水器１９内
には第３図におけると同様に漏電ブレーカ５、貯
湯タンク６、その中のヒーター７及びサーモスタ
ツト８が設けられているほかに、タンク６の外側
にセンサー２０が接着されている。このセンサー
は例えば温度により抵抗値が変化するサーミスタ
であり、タンク６内に上からどのレベルまで湯が
存在するかに応じて抵抗が変化し、その値即ちタ
ンク内の水の平均温度T₂を表わす値は制御装置
１０へ信号として送られる。

制御装置１０内において、Ａ−Ｄ変換回路１６
はセンサー２０からの信号をこの抵抗又は電圧等
のアナログ信号から周波数又はパルス数等のデジ
タル信号へ変換してこれを制御処理ユニツト
（CPU）１５へ送る。データ部１８には各種の所
要データ即ち現在時刻、深夜電力時間帯の開始時
刻t₁、その終了時刻t₂のほかタンク６内の水の沸
上り温度の設定値T₁、タンク６の容量Ｖ、ヒー
ター７の容量Ｗ等を具有してこれを随時ユニツト
１５へ送信する。表示部１７はユニツト１５内で
処理されて発生する各種の値を与えられてこれを
表示する。

制御処理ユニツト１５内には電子式タイマー機
構が設けられ、これはデータ部１８からのスター
ト信号により始動するが、他の機構は待機状態に
ある。データ部１８から深夜電力時間帯開始時刻
t₁の信号が入ると所要値計算機構から始動する。
先ずヒーター７の所要通電時間数H_oは次式によ
り算出される。

H_o＝Ｖ×（T₁−T₂）／0.95×Ｗ×860 このうちタンク６内の水の平均温度T₂はセン
サー２０からＡ−Ｄ変換回路１６を経て導入さ
れ、他の値即ちタンク６内の水の沸上り温度設定
値T₁、タンク６の容量Ｖ及びヒーター７の容量
Ｗはデータ部１８から導入される。0.95はヒータ
ー７の加熱効率であり、860はKW→Kcalの換算
係数である。

次にヒーター７への通電開始時刻t₃の計算に移
る。本考案においてはヒーター７への通電の時間
的位置をその中心が深夜電力時間帯の開始時刻t₁
と終了時刻t₂との間の中心時刻t₀と合致するよう
に整定する。但しそれは第２図に示すように一般
負荷曲線Ｂが中心時刻t₀において最低で且つ左右
対称形である場合である。そこでCPU１５内で、
データ部１８から時刻t₁とt₂のデータだけが来る
場合にはその平均値たる中心時刻t₀を求め、次に
それより前記所要通電時間数の半分即ちH_o／２
を差引いた数即ち時刻t₀より時間H_o／２だけ早
い時刻を算出してこれをt₃とし、この算出時刻t₃
が実際に到来したときCPU１５からドライバ１
４へ通電開始信号を送出して開閉器１３の投入を
指令する。ドライバ１４はこの入力信号を電力増
幅して開閉器１３へ送り、それにより開閉器１３
は投入され、ヒーター７の通電が開始される。

その後ヒーター７の通電時間は上記計算式に従
つてそのH_oであるから、通電終了時刻は中心時
刻t₀より時間H_o／２だけ遅れた時刻となるが、
この通電終了の実際の作動はサーモスタツト８の
開路により行われる。若し前記した所要通電時間
数H_oの計算式が正しければ、通電終了時刻の上
記計算値と実際値とは概ね合致する筈である。次
にCPU１５においてデータ部１８から送られた
深夜電力時間帯終了時刻t₂にドライバ１４へオフ
信号を送出すると、この信号は電力増幅されて開
閉器１３へ送られ、この開閉器は開路となるが、
通常それより先にサーモスタツト８の開路により
ヒーター７の通電は終了しているので、ここで実
質上の変化は起らない。この開閉器１３の開路状
態はその日の昼間を越して夜間電力時間帯開始時
刻t₁まで持続し、その後同じことを繰返す。

上記のようにヒーター７の通電時間H_oを深夜
電力時間帯の中心時刻t₀を中心にしてその前後に
２等分して時間的配置したことにより、電気温水
器を除く一般負荷の負荷対時間曲線が第２図に示
す曲線Ｂのように中心時刻t₀において最低でその
前後において対称的に上昇する形であるに対し、
電気温水器の負荷対時間曲線はそれと反対に中心
時刻t₀において最高であつてその前後において対
称的に減小する形となるから、両者負荷を加える
とその合計は第５図の曲線Ｆに示すような形とな
り、これを第２図示を再現した従来の合計負荷曲
線Ｅと比較すれば深夜電力需要Ｐの平準化が有効
に達成されていることが分る。また電気温水器の
通電時間Ｈは第１図に示すように季節に応じて又
は各需要家毎に相違するが、それを合計した変電
所における負荷対時間曲線が中心時刻t₀を中心と
しそれから左右対称に低下する形状である点に相
違はないから、上記深夜電力需要平準化の作用効
果に基本的相違がない。

電気温水器以外の一般負荷の負荷対時間曲線の
形状が第２図の曲線Ｂに示すような左右対称形で
はなくて何れか一方へ偏した場合、例えば深夜電
力時間帯の前半部中の或る一部時間帯で稼動する
大工場が設置されたような場合には、それを補償
する電気温水器の負荷対時間曲線も上記偏位と反
対方向に、即ち上記の例では深夜電力時間帯の後
半部へ幾分ずらさねばならない。そのため、一般
負荷について前記曲線Ｂに対する中心時刻t₀の代
りに負荷の平均的中心時刻t₄を想定し、それはこ
の時刻より前の負荷の時間的積分値と後の負荷の
同値とが等しくなるような時刻とし、中心時刻t₀
を基準にして上記時刻t₄と反対側の適当な対応時
刻t₅を選定し、この時刻を電気温水器の負荷対時
間曲線の中心とするようにその負荷の時間的位置
を偏位せしめる。従つてこの場合には第４図示の
CPU１５において上記時刻t₅よりヒーター７の所
要通電時間数H_oの半分を差引いた、即ち時刻t₅
よりそれだけ早い時刻t₆を算出してこの時刻にド
ライバ１４に対して開閉器１３の投入指令信号を
与えるようにする。なお上記の対応時刻t₅とは必
ずしもt₅とt₀との偏差がt₄とt₀との偏差に等しい
ことを意味せず、諸般の事情を勘案して適当に定
められる。この時刻t₅はデータ部１８に直接与え
られてもよい。また時刻t₅が時刻t₀より後にある
場合にはヒーター７のサーモスタツト８の開路に
よる通電終了時刻が時刻t₂における開閉器１３の
開路による終了時刻より後になる場合も考えられ
るが、このようなことは時刻t₅の適当な選定によ
り起らないように注意を要する。

本考案によれば、電気温水器の通電時間の時間
的位置を適当に選定することにより中央電気所に
おける深夜電力需要を平準化して発電効率及び送
電効率を向上せしめる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は中央電気所において集計した各需要家
における電気温水器の通電時間とそれに該当する
電気温水器の個数率との関係を種々の季節につい
て示す曲線図、第２図は深夜時刻と中央電気所に
おける電力需要との従来例における関係を示す曲
線図、第３図は従来の深夜電力利用電気温水器の
回路図、第４図は本考案による深夜電力利用電気
温水器の回路図、第５図は本考案により深夜電力
需要が平準化される状況を従来例と比較して示す
曲線図である。 １：電源配線、４：保安ブレーカ、５：漏電ブ
レーカ、６：貯湯タンク、７：ヒーター、８：サ
ーモスタツト、９，１９：電気温水器、１１：制
御電源、１０：通電時間制御装置、１２：補助制
御電源、１３：電力開閉器、１５：制御処理ユニ
ツト、１６：Ａ−Ｄ変換回路、１８：データ部、
２０：温度センサー。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電気温水器の貯湯タンク６の外側に接着されて
   タンク６内の水の平均温度T₂を検出するセンサ
   ー２０からのアナログ信号をデジタル信号に変換
   するＡ−Ｄ変換回路１６と、 タンク６内の水の沸上り温度の設定値T₁及び
   深夜電力時間帯（t₁→t₂）中の中心時刻t₀又はこ
   の時刻を基準にして中央電気所における一般負荷
   の平均的中心時刻と反対側の対応時刻t₅に関する
   各信号を発信するデータ部１８と、 変換回路１６及びデータ部１８の各出力信号を
   受けて電気温水器のヒーター７への給電回路に直
   列の開閉器１３の投入を制御する出力信号を発信
   する制御処理ユニツト１５とを具備し、このユニ
   ツト１５は 変換回路１６の出力信号及びデータ部１８の沸
   上り温度設定値T₁に関する出力信号からヒータ
   ー７の所要通電時間H_oを算出する回路と、 データ部１８の出力信号から得られる上記時刻
   t₀又はt₅より上記所要通電時間H_oの半分だけ早い
   時刻t₃又はt₆を夫々算出する回路とを具備し、 この時刻t₃又はt₆に上記開閉器１３を投入する
   ようにした電気温水器通電時間制御装置。