給湯システム、分電盤
【課題】給湯システムの一部を構成する分電盤が即湯ユニットを負荷とする場合にインバータの大容量化を抑える。
【解決手段】即湯ユニット２０は、直流電力によって駆動され給湯される温水を加熱する直流ヒータ２２を有し、分電盤４０は、商用電力を直流電力に変換する整流器４１と、整流器４１により変換された直流電力によって充電され、その充電された直流電力を放電して直流ヒータ２２を駆動させる蓄電池４２と、蓄電池４２に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータ４３と、商用電源６０から供給される商用電力の電力量を検出する電流センサ４４と、電流センサ４４によって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、複数の負荷の一部に分配供給される商用電力をインバータ４３からの交流電力に切り替える制御を行うとともに、蓄電池４２の充放電を制御する制御回路４５と、を有する。
【解決手段】即湯ユニット２０は、直流電力によって駆動され給湯される温水を加熱する直流ヒータ２２を有し、分電盤４０は、商用電力を直流電力に変換する整流器４１と、整流器４１により変換された直流電力によって充電され、その充電された直流電力を放電して直流ヒータ２２を駆動させる蓄電池４２と、蓄電池４２に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータ４３と、商用電源６０から供給される商用電力の電力量を検出する電流センサ４４と、電流センサ４４によって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、複数の負荷の一部に分配供給される商用電力をインバータ４３からの交流電力に切り替える制御を行うとともに、蓄電池４２の充放電を制御する制御回路４５と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯システム、分電盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従前より電力で駆動されていた冷蔵庫、洗濯機、電子レンジ等といった家電製品向けのエネルギーの他に、浴室や洗面台等での給湯、キッチンでの調理、リビングでの冷暖房等といった日頃の生活環境で必要なエネルギーを全て電力で賄うオール電化住宅が普及している。そして、これに伴って、住宅内に分散配置された各家電製品に向けて満遍なく電力を分配するとともに、各家電製品の安全使用のために漏電遮断器や配線用遮断器等が一体的に配設された分電盤に対し、オール電化に向けて取り扱うべき負荷の数や用途が増大するために、更なる高機能化が求められている。
【０００３】
例えば、以下に示す特許文献１に開示される分電盤は、商用電源からの商用電力を直流電力に変換する整流器と、整流器からの直流電力を蓄電する蓄電池と、交流電力（商用電力）が必要な家電製品等の分電盤負荷のために蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、を有した無停電電源装置を設置しており、停電時や過負荷時において蓄電池に蓄電しておいた直流電力をインバータを介して利用することによって、分電盤の負荷の安定駆動を実現する、という効果を謳っている。
【０００４】
ところで、浴室、洗面台、キッチン等で行われる給湯の場面では、給湯ユニットからの配管を介した給湯を停止すると当該配管内に留まっている温水の温度が徐々に低下するので、給湯を始めてから暫くの間当該配管内に留まって温度が低下した温水が出水することがある。例えば、冬季では、混合栓の蛇口をひねっても、暫くの間は冷水しか出てこないという現象が現実的に起っている。そこで、以下に示す特許文献２のように、給湯ユニットから混合栓までの配管の間であって且つ混合栓の周辺に即湯器を取り付け、給湯時には当該即湯器により直接的且つ瞬間的に湯を沸かす、という対策が考えられる。
【０００５】
更に、この場合、オール電化住宅の実現を考慮に入れて、上記即湯器として、一般的に普及している都市ガスのエネルギーにより瞬間的に湯を沸かすガス瞬間湯沸器ではなく、ヒータを用いて冷水を加熱する電気ヒータ式即湯器を採用する必要がある。即ち、上記即湯器を、商用電源からの商用電力（交流電力）を分配供給する分電盤の負荷の一つとして取り扱うことになる。
【特許文献１】特開２００６−２７１０９７号公報
【特許文献２】特開平５−４４９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電気ヒータ式即湯器（特にヒータ）は、一般的な家電製品よりも非常に大きな電力を消費する。このため、分電盤に過負荷対策機能を備えた場合であっても、電気ヒータ式即湯器を他の交流負荷と同様に取り扱う場合、インバータを大容量化（例えば、４〜２０ｋＶＡ）する必要がある。すると、給湯システムの導入コスト又は再構築コストが増大化し、一般家庭に普及しない虞がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、給湯システムの一部を構成する過負荷対策機能向けの蓄電池及びインバータを具備する分電盤が、即湯ユニットを負荷とする場合に、即湯ユニットが備える直流ヒータを蓄電池から直接駆動させることで、インバータの大容量化を抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、混合栓に向けて温水を給湯する給湯ユニットと、当該給湯ユニットから当該混合栓に向けて給湯される温水を加熱する即湯ユニットと、当該給湯ユニット及び当該即湯ユニットを含めた複数の負荷に対し商用電源から供給される商用電力を分配供給する分電盤と、を有した給湯システムであって、前記即湯ユニットは、直流電力によって駆動され給湯される温水を加熱する直流ヒータを有し、前記分電盤は、前記商用電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器により変換された直流電力によって充電され、その充電された直流電力を放電して前記直流ヒータを駆動させる蓄電池と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記商用電源から供給される電流量を検出する電流センサと、前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷の一部に分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うとともに、前記蓄電池の充放電を制御する制御回路と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、上記システムであって、前記商用電源から供給される電圧を検出する電圧センサを備え、前記制御回路は、前記電圧センサによって検出された電圧が停電を示すか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷全てに分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うこと、が好ましい。
【００１０】
また、上記システムであって、前記給湯ユニットは、前記分電盤の前記複数の負荷の一部であって、前記分電盤からの供給される電力に基づいて駆動される加熱器と、前記加熱器の駆動により生成された温水を貯蔵する貯湯槽と、を有することが好ましい。
【００１１】
また、上記システムであって、前記制御回路は、前記蓄電池を放電させる放電モード、前記蓄電池を充電させる充電モード、前記放電モードから前記充電モードへの移行を待機するモードであって、前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量未満となり且つ所定の待機時間が経過する場合に前記充電モードに移行させる充電待機モード、のうちいずれか一つのモードを選択して前記蓄電池の充放電を制御すること、が好ましい。
【００１２】
また、上記システムであって、前記蓄電池は、リチウムイオン蓄電池であること、が好ましい。
【００１３】
さらに、本発明は、混合栓に向けて温水を給湯する給湯ユニットと、当該給湯ユニットから当該混合栓に向けて給湯される温水を直流ヒータによって加熱する即湯ユニットと、を含めた複数の負荷に対し、商用電源から供給される商用電力を分配供給する分電盤であって、前記商用電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器により変換された直流電力によって充電され、充電された直流電力を放電して前記即湯ユニットの前記直流ヒータを駆動させる蓄電池と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記商用電源から供給される前記商用電力の電流量を検出する電流センサと、前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷の一部に分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うとともに、前記蓄電池の充放電を制御する制御回路と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、給湯システムの一部を構成する分電盤が、即湯ユニットの直流ヒータを蓄電池から直接駆動させることで、インバータの大容量化を抑え、給湯システムを低コストで実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＝＝＝即湯ユニットを用いた給湯システムの全体構成＝＝＝
図１は、本実施形態に係る即湯ユニットを用いた給湯システムの全体構成を示した図である。
【００１６】
図１に示す給湯システム１００は、所定の給水源から給湯ユニット１０に向けて冷水を給水するための給水管１と、給湯ユニット１０と、即湯ユニット２０と、給湯ユニット１０から即湯ユニット２０に向けて給湯ユニット１０により加熱された温水を給湯するための給湯管２と、混合栓３２に向けて所定の給水源からの冷水を給水するための給水管３と、即湯ユニット２０から混合栓３２に向けて即湯ユニット２０により再加熱された温水を給湯するための給湯管４と、給水管３から給水された冷水と給湯管４から給湯された温水とを混合させる混合栓３２と、給湯対象３０と、分電盤４０と、により主に構成される。
【００１７】
給湯ユニット１０は、給水管１により給水された冷水を貯蔵する貯湯槽１２と、分電盤４０の複数の負荷の一部であって、分電盤４０から供給される交流電力（ＡＣ）に基づいて駆動され貯湯槽１２に貯蔵された水を加熱する加熱器１４と、を備えている。尚、給湯ユニット１０は、深夜時間帯における安価な夜間電力を利用して動作する夜間電力温水器であることが好ましい。また、給湯ユニット１０は、ヒータにより加熱エネルギーを得るヒータ式であっても、熱交換により加熱エネルギーを得るヒートポンプ式であってもよい。
【００１８】
即湯ユニット２０は、直流ヒータ２２を備え、給湯ユニット１０から混合栓３２に向けて給湯管２を介して給湯される温水を直流ヒータ２２によって加熱するユニットである。
【００１９】
図２は、即湯ユニット２０の一構成例を示した図である。同図では、プラス電極２２１ａとマイナス電極２２１ｂの間に接続されるコイル状の電気抵抗体２２２（例えば、ニクロム線）によって直流ヒータ２２を実現している。尚、電気抵抗体２２２はハウジング２３内の中央経路２１１に設けられ、給湯管２からの温水が入水路２１０から中央経路２１１を通過することで電気抵抗体２２２により加熱され、出水路２１２から給湯管４へと供給される。電気抵抗体２２の発熱は、温度センサ２４によって検出された検出温度に基づいてコントローラ２６によって制御される。例えば、コントローラ２６は、検出温度が所定の温度範囲内に収束させる温度制御等を行う。その他では、プラス電極２２１ａ、マイナス電極２２１ｂに印加される直流電力、コントローラ２６を駆動させる交流電力、コントローラ２６への制御信号やコントローラ２６からのステータス信号の外部インタフェースとなる端子台２７が設けられる。
【００２０】
給湯対象３０は、オール電化住宅の実現に向けて、浴室の浴槽、洗面台、システムキッチン等の給湯が行われる生活環境全てを対象としており、給水管３から給水される冷水と給湯管４から給湯される高温温水を混合し、適切な温度の温水の吐水や止水を行う混合栓３２等が設けられる。
【００２１】
分電盤４０は、過負荷対策機能並びに停電対策機能を備えており、給湯ユニット１０並びに即湯ユニット２０を含めた複数の負荷（５０、１４、２０）に対し交流電力を安定的に供給するものである。更に、分電盤４０は、即湯ユニット２０の直流ヒータ２２に直接的に直流電力を供給するものである。尚、図１では（後述の図６乃至図９も同様）、分電盤４０の負荷として、説明の便宜上、３パターンの負荷（５０、１４、２０）のみを示しているが、更に負荷の数が多くてもよい。また、負荷５０は、分電盤４０の一般的な負荷である家電製品を表現しており、例えば、リビングに配置される冷暖房機器、テレビ受信機等、キッチン周辺に配置される電子レンジ等である。
【００２２】
分電盤４０は、商用電源６０からの商用電力を受電するＡＣ電源ライン４０１上に配設され漏電時と過電流時の遮断機能を併せ持った漏電遮断器ＥＬＢと、商用電力を直流電力に変換する整流器４１と、整流器４１により変換された直流電力によって充電され、充電された直流電力を放電して即湯ユニット２０の直流ヒータ２２を駆動させる蓄電池４２と、蓄電池４２に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータ４３と、漏電遮断器ＥＬＢの出力側のＡＣ電源ライン４０１上に配設され商用電源から供給される電流量（つまり、複数の負荷によって消費される電流量）を検出する電流センサ４４と、電流センサ４４によって検出された電流量に基づいて後述のスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の切り替えを制御するコントローラ４５と、を有する。
【００２３】
尚、蓄電池４２には、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等の種々の二次電池を採用することができる。但し、蓄電池４２の負荷の一部として消費電力の大きい直流ヒータ２２を採用しており、即湯ユニット２０の利用形態を鑑みた場合に大電流で高頻度の充放電が予想される為、その他の二次電池と対比して、メモリ効果現象（浅い深度の放電を受けた経歴を記憶する現象）が殆ど無く、継ぎ足し充電や非満充電保管に適するリチウムイオン蓄電池の採用が好ましい。
【００２４】
また、一般的な例としてインバータ４３の出力回路が１００Ｖの場合を示しているが、家庭用電源として単相１００Ｖと単相２００Ｖが存在するため、１００Ｖ及び２００Ｖのいずれも出力することも可能である。なお、単相２００Ｖ回路は、接地回路を共有する逆相の１００Ｖ回路を用いて２００Ｖとしているため、ここでは同一の回路内に１００Ｖと２００Ｖを記載している。
更に、センサ４４には、例えば、電源ライン４０１に流れる電流量を検出する変流器を採用することができる。
【００２５】
分電盤４０は、更に、漏電遮断器ＥＬＢの出力側のＡＣ電源ライン４０１上に配設され漏電遮断器ＥＬＢを経由した商用電力の供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ１と、ＡＣ電源ライン４０１より分岐された一の分岐ライン４０２ａ上に配設され負荷５０への電力供給を過電流時に遮断する配線用遮断器ＮＦＢ１と、ＡＣ電源ライン４０１より分岐された一の分岐ライン４０２ｂ上に配設され電気温水器１４への電力供給を過電流時に遮断する配線用遮断器ＮＦＢ２と、ＡＣ電源ライン４０１より分岐された一の分岐ライン４０２ｃ上に配設され即湯ユニット２０への電力供給を過電流時に遮断する配線用遮断器ＮＦＢ３と、ＡＣ電源ライン４０１から分岐ライン４０２ｃに向かう商用電力の分配供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ２と、分岐ライン４０２ｃとインバータ４３との間に設けられインバータ４３から分岐ライン４０２ｃに向かう交流電力の供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ３と、漏電遮断器ＥＬＢとスイッチＳＷ１との間のＡＣ電源ライン４０１と整流器４１との間に配設されＡＣ電源ライン４０１から整流器４１への商用電力の供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ４と、蓄電池４２と直流ヒータ２２との間の直流電源ライン４０３上に配設され蓄電池４２から直流ヒータ２２への直流電力の供給を過電流時に遮断する配線用遮断器ＦＢと、蓄電池４２と配線用遮断器ＦＢの間の直流電源ライン４０３上に配設され蓄電池４２から直流ヒータ２２への直流電力の供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ５と、を有する。尚、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は交流開閉器であり、スイッチＳＷ５は直流開閉器である。
【００２６】
上記の構成により、コントローラ４５は、センサ４４によって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるような過負荷の発生を検出した場合にスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の開閉を制御して、複数の負荷（５０、１４、２０）の一部に分配供給される商用電源６０からの商用電力をインバータ４３からの交流電力に切り替える過負荷対策機能（例えば、特許文献１の技術を参照）を備える。
【００２７】
また、コントローラ４５は、センサ４４´によって検出された電圧に基づいて停電の有無を検出し、停電の発生を検出した場合にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の開閉を制御して、複数の１００Ｖ負荷（５０、２０）全てもしくは一部に分配供給される商用電源６０からの商用電力をインバータ４３からの交流電力に切り替える停電対策機能を備える。なお、インバータ４３から供給する負荷は、停電前にセンサ４４で検出された電流量をもとに供給可能な範囲で選択するものとする。
【００２８】
更に、コントローラ４５は、センサ４４によって検出された電流量に基づいて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５の開閉を制御して、給湯向けの蓄電池４２の充放電の制御を行う充放電制御機能を備えている。尚、充放電制御機能では、給湯開始と同時に蓄電池４２を瞬時に放電させる放電モード、蓄電池４２を充電させる充電モード、放電モードから充電モードへの移行を待機するモードであって、所定の待機時間の経過後であって且つセンサ４４によって検出された電流量が所定の基準電流量未満となる場合（過負荷とならない場合）に充電モードに移行する充電待機モード、のうちいずれか一つのモードを選択して蓄電池４２の充放電制御を行う。
【００２９】
尚、放電モードは、原則として昼の時間帯で、蓄電池４２の残存容量が一定値以上（放電深度が一定値未満）となる場合に移行する。また、充電モードは、充電待機モードから切り替わった直後に充電を開始する。また、充電待機モードは、放電モードから充電モードに切り替える場合に、充電可否の判定を行い、充電可能と判定されれば充電モードに移行させる。
【００３０】
以下では、放電モード、充電待機モード、充電モードの順に、各モード時における他モードへの切替条件の詳細な内容を説明する。
【００３１】
＝＝＝放電モードから充電待機モードに切り替わる条件＝＝＝
放電モード時では、放電開始要求によって瞬時に放電を開始させる設定とする。また、どのモードであっても、放電を開始した時点で放電モードに切り替わる設定とする。
更に、コントローラ４５は、図３のフローチャートに示される条件に従って、放電モードを充電待機モードに切り替える制御を行う。
【００３２】
先ず、コントローラ４５は、蓄電池４２の充電時間帯（例えば、深夜時間帯）であるか否かを、コントローラ４５の内蔵タイマ（不図示）によって判別する（Ｓ３０１）。
充電時間帯である旨を判別した場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、蓄電池４２の放電深度（蓄電池容量に対する放電電気量の比率）が第１の基準深度（例えば、１０％）以上であるか否かを判別する（Ｓ３０２）。
【００３３】
蓄電池４２の状態が第１の基準深度未満であれば（Ｓ３０２：ＮＯ）、たとえ蓄電池４２の充電時間帯であっても充電の必要がないため、コントローラ４５は、Ｓ３０１へと戻る。一方、蓄電池４２の状態が第１の基準深度以上となる場合であって（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、蓄電池４２が放電中でなければ（Ｓ３０３：ＮＯ）、コントローラ４５は、放電モードを充電待機モードに切り替える（Ｓ３０４）。
【００３４】
蓄電池４２の状態が第１の基準深度以上であり（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、蓄電池４２が放電中であれば（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、蓄電池４２の状態が第１の基準深度よりも比率の高い第２の基準深度（例えば、７５％）以上であるか否かを判別する（Ｓ３０５）。蓄電池４２の放電深度が第２の基準深度未満であれば（Ｓ３０５：ＮＯ）、蓄電池４２を充電させる必要がないためＳ３０３に戻る。一方、蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上となる場合（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、蓄電池４２の充電が必要となるため、コントローラ４５は、スイッチＳＷ５を開く等して蓄電池４２の放電を中止した上で（Ｓ３０６）、放電モードを充電待機モードに切り替える（Ｓ３０４）。
【００３５】
一方、充電時間帯でない場合（Ｓ３０１：ＮＯ）、蓄電池４２の放電が積極的に行われる時間帯となっており、コントローラ４５は、蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上となるか否かを判別する（Ｓ３０７）。蓄電池４２の状態が第２の基準深度未満であれば（Ｓ３０７：ＮＯ）、蓄電池４２を充電させる必要がないため、コントローラ４５はＳ３０１へと戻る。一方、蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上となる場合（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、蓄電池４２が放電中でなければ（Ｓ３０８：ＮＯ）、コントローラ４５は、速やかに放電モードを充電待機モードに切り替える（Ｓ３０４）。蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上であり（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、蓄電池４２が放電中であれば（Ｓ３０８：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、スイッチＳＷ５を開く等して蓄電池４２の放電を中止した上で（Ｓ３０６）、放電モードを充電待機モードに切り替える（Ｓ３０４）。
【００３６】
＝＝＝充電待機モードから他モードに切り替わる条件＝＝＝
充電待機モード時において、即湯ユニット２０から給湯開始により放電を開始する場合、ユーザの利便性を考慮して、コントローラ４５は、充電待機モードから放電モードに直ぐに移行させる。但し、蓄電池４２の放電深度が大きい場合には放電を行わないように（放電モードに移行しないように）制限を課している。
【００３７】
また、コントローラ４５は、図４のフローチャートに示される条件に従って、充電待機モードを充電モードに切り替える制御を行う。
【００３８】
まず、コントローラ４５は、充電待機モード開始（Ｔ＝０）から経過した時間Ｔを単位時間Δｔに基づいて計数しつつ（Ｓ４００、Ｓ４０１）、電流センサ４４により検出された電流量に基づいて蓄電池４２への充電を開始することで過負荷（検出電流量＞所定の基準電流量）とならないか否かを判別する（Ｓ４０２）。過負荷となるようであれば（Ｓ４０２：ＮＯ）、コントローラ４５は、Ｓ４０１へと戻り、時間Ｔの計数を引き続き行う。過負荷とならないようであれば（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、充電待機モード時であって充電を開始しても過負荷とならない状態になって（Ｓ４０２：ＹＥＳ）から待機時間Ｔ１を経過していないか否かを判別する（Ｓ４０３）。待機時間Ｔ１を経過していなければ（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、Ｓ４０１へと戻り、時間の計数を引き続き行う。待機時間Ｔ１を経過していれば（Ｓ４０３：ＮＯ）、コントローラ４５は、充電待機モードを充電モードに切り替える（Ｓ４０４）。
【００３９】
以上のフローによって、蓄電池４２の充電電流が大きい上に、例えば深夜時間帯に消費電力の大きい電気温水器１４が動作したとしても、充電待機モード時であって充電開始により過負荷となるようであれば（Ｓ４０２：ＮＯ）、充電待機モードから充電モードに切り替えを行わない。即ち、充電開始のための条件として充電後にも過負荷とならない設定としている。この結果、充電開始による過負荷の発生を事前に防止できる。
【００４０】
＝＝＝充電モードから他モードに切り替わる条件＝＝＝
充電モード時は、充電のみを行い放電を行わない設定とする。また、充電開始に先行して充電モードに移行させる設定により、充放電が同時に開始されることを抑止できる。
また、コントローラ４５は、図５のフローチャートに示される条件に従って、充電モードを放電モード又は充電待機モードに切り替える制御を行う。
【００４１】
まず、コントローラ４５は、充電モード時にあって、蓄電池４２が満充電によって充電完了するか否かを判別する（Ｓ５０１）。充電完了している場合（Ｓ５０１：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ４を開く等により蓄電池４２の充電を終了して（Ｓ５０８）、充電モードから放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。
【００４２】
充電完了していない場合であって（Ｓ５０１：ＮＯ）、給湯開始による即湯ユニット２０からの放電開始要求を受信していない場合には（Ｓ５０２：ＮＯ）、充電時間帯（例えば深夜時間帯等）であるか否かをコントローラ４５の内蔵タイマ（不図示）によって判別する（Ｓ５０３）。そして、充電時間帯であって（Ｓ５０３：ＹＥＳ）、蓄電池４２の充電中に、電流センサ４４によって検出された電流量が基準電流量を超える過負荷とはならない（Ｓ５０４：ＹＥＳ）限り、Ｓ５０１へと戻り、充電を継続させる。一方、過負荷とるようであれば（Ｓ５０３：ＹＥＳ、Ｓ５０４：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ４を開く等により蓄電池４２の充電を終了して（Ｓ５０５）、充電モードから充電待機モードに移行させる（Ｓ５０６）。
【００４３】
尚、充電時間帯でない場合（Ｓ５０３：ＮＯ）、蓄電池４２の状態が第２の放電深度（例えば、７５％）以上となっていれば（Ｓ５０７：ＹＥＳ）、Ｓ５０１（ＮＯ）、Ｓ５０２（ＮＯ）、Ｓ５０３（ＮＯ）、Ｓ５０７（ＹＥＳ）のループを繰り返し、充電を継続させる。蓄電池４２の状態が第２の放電深度未満となっていれば（Ｓ５０７：ＮＯ）、蓄電池４２の充電を終了して（Ｓ５０８）、充電モードを放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。
【００４４】
また、充電が完了しておらず（Ｓ５０１：ＮＯ）、給湯開始による即湯ユニット２０からの放電開始要求を受信した場合（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、直ぐに放電モードに移行させずに、蓄電池４２の状態が第２の基準深度未満となるまで（Ｓ５０７：ＮＯ）、Ｓ５０１（ＮＯ）、Ｓ５０２（ＹＥＳ）、Ｓ５０７（ＮＯ）のループを繰り返して、充電を継続させる。そして、蓄電池４２の状態が第２の基準深度未満となれば（Ｓ５０７：ＮＯ）、蓄電池４２の充電を終了して（Ｓ５０８）、充電モードを放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。
【００４５】
上記のフローにより、充電モード時では、充電中に放電開始要求が発生した場合（Ｓ５０２：ＹＥＳ）であっても、蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上であれば（Ｓ５０７：ＹＥＳ）放電モードには移行せず、蓄電池４２の状態が第２の基準深度未満となるまで（Ｓ５０７：ＮＯ）充電を継続させてから放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。更に充電モードから放電モードに移行する場合は、充電を確実に終えて（Ｓ５０１：ＹＥＳ）充電回路を切り離してから（Ｓ５０８）放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。これらの条件設定により、蓄電池４２の充電と放電が同時に発生することを確実に防止することができる。
【００４６】
また、蓄電池４２の充電電流によって家庭内全体の負荷容量が過負荷状態となる虞があるが、漏電遮断器ＥＬＢは過負荷の状態が所定時間継続した場合に商用電力の供給を遮断する特性である。このため、過負荷となれば（Ｓ５０４：ＹＥＳ）当該所定時間の間に充電を停止する（Ｓ５０５）ことで、停電を事前に防ぐことができる。
【００４７】
以上、上記の給湯システム１００において、過負荷対策機能を具備する分電盤４０が、即湯ユニット２０を新たな負荷とする場合に、即湯ユニット２０が備える直流ヒータ２２を蓄電池４２によって直接的に駆動させる。即ち、即湯ユニット２０の消費電力において直流ヒータ２２の消費電力が占める割合が非常に大きいため、複数の負荷（５０、１４）の電力供給元（商用電源６０）とは独立した形で、直流ヒータ２２の電力供給元を蓄電池４２とした。この結果、即湯ユニット２０を分電盤４０の交流負荷として取り扱わなくて済むとともにインバータ４３を大容量化する必要がなくなるので、給湯システム１００を低コストで実現できる。
【００４８】
また、直流ヒータ２２の消費電力が大きいために蓄電池４２の充放電電流が大電流化するが、電流センサ４４の検出結果に基づいて蓄電池４２の充放電中の過負荷に対する保護が適切に行われる。具体的には、充電中に過負荷となるようであれば充電を中止し、放電中に過負荷となるようであれば通常の過負荷対策を行う。この結果、分電盤４０の内部回路を適切に保護することができる。
【００４９】
また、上記の給湯システム１００において、コントローラ４５によって、電圧センサ４４’の検出電圧により停電の発生を検出した場合に、分電盤４０の複数の負荷（５０、１４）全て又は一部の電力供給元をインバータ４３からの交流電力に切り替えることで、充放電の際の停電対策を適切に行うことができる。
【００５０】
また、上記の給湯システム１００において、給湯ユニット１０を深夜時間帯の安価な電力の使える電気温水器１４により構成したことで、給湯に必要な電力料金を抑えることができる。また、電気温水器１４の利用により深夜時間帯の契約をすることになるため、蓄電池４２の充放電の際に深夜時間帯の安価な電力を使うことができる。
【００５１】
また、上記の給湯システム１００において、充電待機モードの際に、充電モードに移行する条件（充電開始条件）として充電開始により過負荷とならないことを判別するようにしたため、充電中の過負荷の発生を事前に予防することができる。特に、電気温水器１４が動作する深夜時間帯において蓄電池４２の充電を行うと過負荷の発生が誘発する虞もあるため、上記の充電待機モードの設定は有意義となる。尚、上記の給湯システム１００において、蓄電池４２の充電中に電気温水器１４が動作すること等により過負荷が発生した場合、蓄電池４２の充電を中止して充電待機モードに移行することにより、分電盤４０による適切な保護が可能となる。
【００５２】
また、上記の給湯システム１００において、蓄電池４２をリチウムイオン蓄電池としたことにより、大電流で高頻度な充放電に十分に対応することが可能となる。
【００５３】
以上、本実施形態について説明したが、前述した実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本実施形態の即湯ユニットを用いた給湯システムの全体構成の一例を示した図である。
【図２】本実施形態の即湯ユニットの一構成例を示した図である。
【図３】本実施形態のコントローラによる放電モード時の制御フローを示した図である。
【図４】本実施形態のコントローラによる充電待機モード時の制御フローを示した図である。
【図５】本実施形態のコントローラによる充電モード時の制御フローを示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 給湯ユニット
１２ 貯湯槽
１４ 電気温水器
２０ 即湯ユニット
２２ 直流ヒータ
３２ 混合栓
４０ 分電盤
４１ 整流器
４２ 蓄電池
４３ インバータ
４４ 電流センサ
４４´電圧センサ
４５ コントローラ
５０ 負荷
６０ 商用電源
ＳＷ１〜ＳＷ５ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯システム、分電盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従前より電力で駆動されていた冷蔵庫、洗濯機、電子レンジ等といった家電製品向けのエネルギーの他に、浴室や洗面台等での給湯、キッチンでの調理、リビングでの冷暖房等といった日頃の生活環境で必要なエネルギーを全て電力で賄うオール電化住宅が普及している。そして、これに伴って、住宅内に分散配置された各家電製品に向けて満遍なく電力を分配するとともに、各家電製品の安全使用のために漏電遮断器や配線用遮断器等が一体的に配設された分電盤に対し、オール電化に向けて取り扱うべき負荷の数や用途が増大するために、更なる高機能化が求められている。
【０００３】
例えば、以下に示す特許文献１に開示される分電盤は、商用電源からの商用電力を直流電力に変換する整流器と、整流器からの直流電力を蓄電する蓄電池と、交流電力（商用電力）が必要な家電製品等の分電盤負荷のために蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、を有した無停電電源装置を設置しており、停電時や過負荷時において蓄電池に蓄電しておいた直流電力をインバータを介して利用することによって、分電盤の負荷の安定駆動を実現する、という効果を謳っている。
【０００４】
ところで、浴室、洗面台、キッチン等で行われる給湯の場面では、給湯ユニットからの配管を介した給湯を停止すると当該配管内に留まっている温水の温度が徐々に低下するので、給湯を始めてから暫くの間当該配管内に留まって温度が低下した温水が出水することがある。例えば、冬季では、混合栓の蛇口をひねっても、暫くの間は冷水しか出てこないという現象が現実的に起っている。そこで、以下に示す特許文献２のように、給湯ユニットから混合栓までの配管の間であって且つ混合栓の周辺に即湯器を取り付け、給湯時には当該即湯器により直接的且つ瞬間的に湯を沸かす、という対策が考えられる。
【０００５】
更に、この場合、オール電化住宅の実現を考慮に入れて、上記即湯器として、一般的に普及している都市ガスのエネルギーにより瞬間的に湯を沸かすガス瞬間湯沸器ではなく、ヒータを用いて冷水を加熱する電気ヒータ式即湯器を採用する必要がある。即ち、上記即湯器を、商用電源からの商用電力（交流電力）を分配供給する分電盤の負荷の一つとして取り扱うことになる。
【特許文献１】特開２００６−２７１０９７号公報
【特許文献２】特開平５−４４９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電気ヒータ式即湯器（特にヒータ）は、一般的な家電製品よりも非常に大きな電力を消費する。このため、分電盤に過負荷対策機能を備えた場合であっても、電気ヒータ式即湯器を他の交流負荷と同様に取り扱う場合、インバータを大容量化（例えば、４〜２０ｋＶＡ）する必要がある。すると、給湯システムの導入コスト又は再構築コストが増大化し、一般家庭に普及しない虞がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、給湯システムの一部を構成する過負荷対策機能向けの蓄電池及びインバータを具備する分電盤が、即湯ユニットを負荷とする場合に、即湯ユニットが備える直流ヒータを蓄電池から直接駆動させることで、インバータの大容量化を抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、混合栓に向けて温水を給湯する給湯ユニットと、当該給湯ユニットから当該混合栓に向けて給湯される温水を加熱する即湯ユニットと、当該給湯ユニット及び当該即湯ユニットを含めた複数の負荷に対し商用電源から供給される商用電力を分配供給する分電盤と、を有した給湯システムであって、前記即湯ユニットは、直流電力によって駆動され給湯される温水を加熱する直流ヒータを有し、前記分電盤は、前記商用電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器により変換された直流電力によって充電され、その充電された直流電力を放電して前記直流ヒータを駆動させる蓄電池と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記商用電源から供給される電流量を検出する電流センサと、前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷の一部に分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うとともに、前記蓄電池の充放電を制御する制御回路と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、上記システムであって、前記商用電源から供給される電圧を検出する電圧センサを備え、前記制御回路は、前記電圧センサによって検出された電圧が停電を示すか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷全てに分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うこと、が好ましい。
【００１０】
また、上記システムであって、前記給湯ユニットは、前記分電盤の前記複数の負荷の一部であって、前記分電盤からの供給される電力に基づいて駆動される加熱器と、前記加熱器の駆動により生成された温水を貯蔵する貯湯槽と、を有することが好ましい。
【００１１】
また、上記システムであって、前記制御回路は、前記蓄電池を放電させる放電モード、前記蓄電池を充電させる充電モード、前記放電モードから前記充電モードへの移行を待機するモードであって、前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量未満となり且つ所定の待機時間が経過する場合に前記充電モードに移行させる充電待機モード、のうちいずれか一つのモードを選択して前記蓄電池の充放電を制御すること、が好ましい。
【００１２】
また、上記システムであって、前記蓄電池は、リチウムイオン蓄電池であること、が好ましい。
【００１３】
さらに、本発明は、混合栓に向けて温水を給湯する給湯ユニットと、当該給湯ユニットから当該混合栓に向けて給湯される温水を直流ヒータによって加熱する即湯ユニットと、を含めた複数の負荷に対し、商用電源から供給される商用電力を分配供給する分電盤であって、前記商用電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器により変換された直流電力によって充電され、充電された直流電力を放電して前記即湯ユニットの前記直流ヒータを駆動させる蓄電池と、前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記商用電源から供給される前記商用電力の電流量を検出する電流センサと、前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷の一部に分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うとともに、前記蓄電池の充放電を制御する制御回路と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、給湯システムの一部を構成する分電盤が、即湯ユニットの直流ヒータを蓄電池から直接駆動させることで、インバータの大容量化を抑え、給湯システムを低コストで実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＝＝＝即湯ユニットを用いた給湯システムの全体構成＝＝＝
図１は、本実施形態に係る即湯ユニットを用いた給湯システムの全体構成を示した図である。
【００１６】
図１に示す給湯システム１００は、所定の給水源から給湯ユニット１０に向けて冷水を給水するための給水管１と、給湯ユニット１０と、即湯ユニット２０と、給湯ユニット１０から即湯ユニット２０に向けて給湯ユニット１０により加熱された温水を給湯するための給湯管２と、混合栓３２に向けて所定の給水源からの冷水を給水するための給水管３と、即湯ユニット２０から混合栓３２に向けて即湯ユニット２０により再加熱された温水を給湯するための給湯管４と、給水管３から給水された冷水と給湯管４から給湯された温水とを混合させる混合栓３２と、給湯対象３０と、分電盤４０と、により主に構成される。
【００１７】
給湯ユニット１０は、給水管１により給水された冷水を貯蔵する貯湯槽１２と、分電盤４０の複数の負荷の一部であって、分電盤４０から供給される交流電力（ＡＣ）に基づいて駆動され貯湯槽１２に貯蔵された水を加熱する加熱器１４と、を備えている。尚、給湯ユニット１０は、深夜時間帯における安価な夜間電力を利用して動作する夜間電力温水器であることが好ましい。また、給湯ユニット１０は、ヒータにより加熱エネルギーを得るヒータ式であっても、熱交換により加熱エネルギーを得るヒートポンプ式であってもよい。
【００１８】
即湯ユニット２０は、直流ヒータ２２を備え、給湯ユニット１０から混合栓３２に向けて給湯管２を介して給湯される温水を直流ヒータ２２によって加熱するユニットである。
【００１９】
図２は、即湯ユニット２０の一構成例を示した図である。同図では、プラス電極２２１ａとマイナス電極２２１ｂの間に接続されるコイル状の電気抵抗体２２２（例えば、ニクロム線）によって直流ヒータ２２を実現している。尚、電気抵抗体２２２はハウジング２３内の中央経路２１１に設けられ、給湯管２からの温水が入水路２１０から中央経路２１１を通過することで電気抵抗体２２２により加熱され、出水路２１２から給湯管４へと供給される。電気抵抗体２２の発熱は、温度センサ２４によって検出された検出温度に基づいてコントローラ２６によって制御される。例えば、コントローラ２６は、検出温度が所定の温度範囲内に収束させる温度制御等を行う。その他では、プラス電極２２１ａ、マイナス電極２２１ｂに印加される直流電力、コントローラ２６を駆動させる交流電力、コントローラ２６への制御信号やコントローラ２６からのステータス信号の外部インタフェースとなる端子台２７が設けられる。
【００２０】
給湯対象３０は、オール電化住宅の実現に向けて、浴室の浴槽、洗面台、システムキッチン等の給湯が行われる生活環境全てを対象としており、給水管３から給水される冷水と給湯管４から給湯される高温温水を混合し、適切な温度の温水の吐水や止水を行う混合栓３２等が設けられる。
【００２１】
分電盤４０は、過負荷対策機能並びに停電対策機能を備えており、給湯ユニット１０並びに即湯ユニット２０を含めた複数の負荷（５０、１４、２０）に対し交流電力を安定的に供給するものである。更に、分電盤４０は、即湯ユニット２０の直流ヒータ２２に直接的に直流電力を供給するものである。尚、図１では（後述の図６乃至図９も同様）、分電盤４０の負荷として、説明の便宜上、３パターンの負荷（５０、１４、２０）のみを示しているが、更に負荷の数が多くてもよい。また、負荷５０は、分電盤４０の一般的な負荷である家電製品を表現しており、例えば、リビングに配置される冷暖房機器、テレビ受信機等、キッチン周辺に配置される電子レンジ等である。
【００２２】
分電盤４０は、商用電源６０からの商用電力を受電するＡＣ電源ライン４０１上に配設され漏電時と過電流時の遮断機能を併せ持った漏電遮断器ＥＬＢと、商用電力を直流電力に変換する整流器４１と、整流器４１により変換された直流電力によって充電され、充電された直流電力を放電して即湯ユニット２０の直流ヒータ２２を駆動させる蓄電池４２と、蓄電池４２に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータ４３と、漏電遮断器ＥＬＢの出力側のＡＣ電源ライン４０１上に配設され商用電源から供給される電流量（つまり、複数の負荷によって消費される電流量）を検出する電流センサ４４と、電流センサ４４によって検出された電流量に基づいて後述のスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の切り替えを制御するコントローラ４５と、を有する。
【００２３】
尚、蓄電池４２には、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等の種々の二次電池を採用することができる。但し、蓄電池４２の負荷の一部として消費電力の大きい直流ヒータ２２を採用しており、即湯ユニット２０の利用形態を鑑みた場合に大電流で高頻度の充放電が予想される為、その他の二次電池と対比して、メモリ効果現象（浅い深度の放電を受けた経歴を記憶する現象）が殆ど無く、継ぎ足し充電や非満充電保管に適するリチウムイオン蓄電池の採用が好ましい。
【００２４】
また、一般的な例としてインバータ４３の出力回路が１００Ｖの場合を示しているが、家庭用電源として単相１００Ｖと単相２００Ｖが存在するため、１００Ｖ及び２００Ｖのいずれも出力することも可能である。なお、単相２００Ｖ回路は、接地回路を共有する逆相の１００Ｖ回路を用いて２００Ｖとしているため、ここでは同一の回路内に１００Ｖと２００Ｖを記載している。
更に、センサ４４には、例えば、電源ライン４０１に流れる電流量を検出する変流器を採用することができる。
【００２５】
分電盤４０は、更に、漏電遮断器ＥＬＢの出力側のＡＣ電源ライン４０１上に配設され漏電遮断器ＥＬＢを経由した商用電力の供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ１と、ＡＣ電源ライン４０１より分岐された一の分岐ライン４０２ａ上に配設され負荷５０への電力供給を過電流時に遮断する配線用遮断器ＮＦＢ１と、ＡＣ電源ライン４０１より分岐された一の分岐ライン４０２ｂ上に配設され電気温水器１４への電力供給を過電流時に遮断する配線用遮断器ＮＦＢ２と、ＡＣ電源ライン４０１より分岐された一の分岐ライン４０２ｃ上に配設され即湯ユニット２０への電力供給を過電流時に遮断する配線用遮断器ＮＦＢ３と、ＡＣ電源ライン４０１から分岐ライン４０２ｃに向かう商用電力の分配供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ２と、分岐ライン４０２ｃとインバータ４３との間に設けられインバータ４３から分岐ライン４０２ｃに向かう交流電力の供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ３と、漏電遮断器ＥＬＢとスイッチＳＷ１との間のＡＣ電源ライン４０１と整流器４１との間に配設されＡＣ電源ライン４０１から整流器４１への商用電力の供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ４と、蓄電池４２と直流ヒータ２２との間の直流電源ライン４０３上に配設され蓄電池４２から直流ヒータ２２への直流電力の供給を過電流時に遮断する配線用遮断器ＦＢと、蓄電池４２と配線用遮断器ＦＢの間の直流電源ライン４０３上に配設され蓄電池４２から直流ヒータ２２への直流電力の供給を遮断するか否かを切り替えるスイッチＳＷ５と、を有する。尚、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は交流開閉器であり、スイッチＳＷ５は直流開閉器である。
【００２６】
上記の構成により、コントローラ４５は、センサ４４によって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるような過負荷の発生を検出した場合にスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の開閉を制御して、複数の負荷（５０、１４、２０）の一部に分配供給される商用電源６０からの商用電力をインバータ４３からの交流電力に切り替える過負荷対策機能（例えば、特許文献１の技術を参照）を備える。
【００２７】
また、コントローラ４５は、センサ４４´によって検出された電圧に基づいて停電の有無を検出し、停電の発生を検出した場合にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の開閉を制御して、複数の１００Ｖ負荷（５０、２０）全てもしくは一部に分配供給される商用電源６０からの商用電力をインバータ４３からの交流電力に切り替える停電対策機能を備える。なお、インバータ４３から供給する負荷は、停電前にセンサ４４で検出された電流量をもとに供給可能な範囲で選択するものとする。
【００２８】
更に、コントローラ４５は、センサ４４によって検出された電流量に基づいて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５の開閉を制御して、給湯向けの蓄電池４２の充放電の制御を行う充放電制御機能を備えている。尚、充放電制御機能では、給湯開始と同時に蓄電池４２を瞬時に放電させる放電モード、蓄電池４２を充電させる充電モード、放電モードから充電モードへの移行を待機するモードであって、所定の待機時間の経過後であって且つセンサ４４によって検出された電流量が所定の基準電流量未満となる場合（過負荷とならない場合）に充電モードに移行する充電待機モード、のうちいずれか一つのモードを選択して蓄電池４２の充放電制御を行う。
【００２９】
尚、放電モードは、原則として昼の時間帯で、蓄電池４２の残存容量が一定値以上（放電深度が一定値未満）となる場合に移行する。また、充電モードは、充電待機モードから切り替わった直後に充電を開始する。また、充電待機モードは、放電モードから充電モードに切り替える場合に、充電可否の判定を行い、充電可能と判定されれば充電モードに移行させる。
【００３０】
以下では、放電モード、充電待機モード、充電モードの順に、各モード時における他モードへの切替条件の詳細な内容を説明する。
【００３１】
＝＝＝放電モードから充電待機モードに切り替わる条件＝＝＝
放電モード時では、放電開始要求によって瞬時に放電を開始させる設定とする。また、どのモードであっても、放電を開始した時点で放電モードに切り替わる設定とする。
更に、コントローラ４５は、図３のフローチャートに示される条件に従って、放電モードを充電待機モードに切り替える制御を行う。
【００３２】
先ず、コントローラ４５は、蓄電池４２の充電時間帯（例えば、深夜時間帯）であるか否かを、コントローラ４５の内蔵タイマ（不図示）によって判別する（Ｓ３０１）。
充電時間帯である旨を判別した場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、蓄電池４２の放電深度（蓄電池容量に対する放電電気量の比率）が第１の基準深度（例えば、１０％）以上であるか否かを判別する（Ｓ３０２）。
【００３３】
蓄電池４２の状態が第１の基準深度未満であれば（Ｓ３０２：ＮＯ）、たとえ蓄電池４２の充電時間帯であっても充電の必要がないため、コントローラ４５は、Ｓ３０１へと戻る。一方、蓄電池４２の状態が第１の基準深度以上となる場合であって（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、蓄電池４２が放電中でなければ（Ｓ３０３：ＮＯ）、コントローラ４５は、放電モードを充電待機モードに切り替える（Ｓ３０４）。
【００３４】
蓄電池４２の状態が第１の基準深度以上であり（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、蓄電池４２が放電中であれば（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、蓄電池４２の状態が第１の基準深度よりも比率の高い第２の基準深度（例えば、７５％）以上であるか否かを判別する（Ｓ３０５）。蓄電池４２の放電深度が第２の基準深度未満であれば（Ｓ３０５：ＮＯ）、蓄電池４２を充電させる必要がないためＳ３０３に戻る。一方、蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上となる場合（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、蓄電池４２の充電が必要となるため、コントローラ４５は、スイッチＳＷ５を開く等して蓄電池４２の放電を中止した上で（Ｓ３０６）、放電モードを充電待機モードに切り替える（Ｓ３０４）。
【００３５】
一方、充電時間帯でない場合（Ｓ３０１：ＮＯ）、蓄電池４２の放電が積極的に行われる時間帯となっており、コントローラ４５は、蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上となるか否かを判別する（Ｓ３０７）。蓄電池４２の状態が第２の基準深度未満であれば（Ｓ３０７：ＮＯ）、蓄電池４２を充電させる必要がないため、コントローラ４５はＳ３０１へと戻る。一方、蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上となる場合（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、蓄電池４２が放電中でなければ（Ｓ３０８：ＮＯ）、コントローラ４５は、速やかに放電モードを充電待機モードに切り替える（Ｓ３０４）。蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上であり（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、蓄電池４２が放電中であれば（Ｓ３０８：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、スイッチＳＷ５を開く等して蓄電池４２の放電を中止した上で（Ｓ３０６）、放電モードを充電待機モードに切り替える（Ｓ３０４）。
【００３６】
＝＝＝充電待機モードから他モードに切り替わる条件＝＝＝
充電待機モード時において、即湯ユニット２０から給湯開始により放電を開始する場合、ユーザの利便性を考慮して、コントローラ４５は、充電待機モードから放電モードに直ぐに移行させる。但し、蓄電池４２の放電深度が大きい場合には放電を行わないように（放電モードに移行しないように）制限を課している。
【００３７】
また、コントローラ４５は、図４のフローチャートに示される条件に従って、充電待機モードを充電モードに切り替える制御を行う。
【００３８】
まず、コントローラ４５は、充電待機モード開始（Ｔ＝０）から経過した時間Ｔを単位時間Δｔに基づいて計数しつつ（Ｓ４００、Ｓ４０１）、電流センサ４４により検出された電流量に基づいて蓄電池４２への充電を開始することで過負荷（検出電流量＞所定の基準電流量）とならないか否かを判別する（Ｓ４０２）。過負荷となるようであれば（Ｓ４０２：ＮＯ）、コントローラ４５は、Ｓ４０１へと戻り、時間Ｔの計数を引き続き行う。過負荷とならないようであれば（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、充電待機モード時であって充電を開始しても過負荷とならない状態になって（Ｓ４０２：ＹＥＳ）から待機時間Ｔ１を経過していないか否かを判別する（Ｓ４０３）。待機時間Ｔ１を経過していなければ（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、コントローラ４５は、Ｓ４０１へと戻り、時間の計数を引き続き行う。待機時間Ｔ１を経過していれば（Ｓ４０３：ＮＯ）、コントローラ４５は、充電待機モードを充電モードに切り替える（Ｓ４０４）。
【００３９】
以上のフローによって、蓄電池４２の充電電流が大きい上に、例えば深夜時間帯に消費電力の大きい電気温水器１４が動作したとしても、充電待機モード時であって充電開始により過負荷となるようであれば（Ｓ４０２：ＮＯ）、充電待機モードから充電モードに切り替えを行わない。即ち、充電開始のための条件として充電後にも過負荷とならない設定としている。この結果、充電開始による過負荷の発生を事前に防止できる。
【００４０】
＝＝＝充電モードから他モードに切り替わる条件＝＝＝
充電モード時は、充電のみを行い放電を行わない設定とする。また、充電開始に先行して充電モードに移行させる設定により、充放電が同時に開始されることを抑止できる。
また、コントローラ４５は、図５のフローチャートに示される条件に従って、充電モードを放電モード又は充電待機モードに切り替える制御を行う。
【００４１】
まず、コントローラ４５は、充電モード時にあって、蓄電池４２が満充電によって充電完了するか否かを判別する（Ｓ５０１）。充電完了している場合（Ｓ５０１：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ４を開く等により蓄電池４２の充電を終了して（Ｓ５０８）、充電モードから放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。
【００４２】
充電完了していない場合であって（Ｓ５０１：ＮＯ）、給湯開始による即湯ユニット２０からの放電開始要求を受信していない場合には（Ｓ５０２：ＮＯ）、充電時間帯（例えば深夜時間帯等）であるか否かをコントローラ４５の内蔵タイマ（不図示）によって判別する（Ｓ５０３）。そして、充電時間帯であって（Ｓ５０３：ＹＥＳ）、蓄電池４２の充電中に、電流センサ４４によって検出された電流量が基準電流量を超える過負荷とはならない（Ｓ５０４：ＹＥＳ）限り、Ｓ５０１へと戻り、充電を継続させる。一方、過負荷とるようであれば（Ｓ５０３：ＹＥＳ、Ｓ５０４：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ４を開く等により蓄電池４２の充電を終了して（Ｓ５０５）、充電モードから充電待機モードに移行させる（Ｓ５０６）。
【００４３】
尚、充電時間帯でない場合（Ｓ５０３：ＮＯ）、蓄電池４２の状態が第２の放電深度（例えば、７５％）以上となっていれば（Ｓ５０７：ＹＥＳ）、Ｓ５０１（ＮＯ）、Ｓ５０２（ＮＯ）、Ｓ５０３（ＮＯ）、Ｓ５０７（ＹＥＳ）のループを繰り返し、充電を継続させる。蓄電池４２の状態が第２の放電深度未満となっていれば（Ｓ５０７：ＮＯ）、蓄電池４２の充電を終了して（Ｓ５０８）、充電モードを放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。
【００４４】
また、充電が完了しておらず（Ｓ５０１：ＮＯ）、給湯開始による即湯ユニット２０からの放電開始要求を受信した場合（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、直ぐに放電モードに移行させずに、蓄電池４２の状態が第２の基準深度未満となるまで（Ｓ５０７：ＮＯ）、Ｓ５０１（ＮＯ）、Ｓ５０２（ＹＥＳ）、Ｓ５０７（ＮＯ）のループを繰り返して、充電を継続させる。そして、蓄電池４２の状態が第２の基準深度未満となれば（Ｓ５０７：ＮＯ）、蓄電池４２の充電を終了して（Ｓ５０８）、充電モードを放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。
【００４５】
上記のフローにより、充電モード時では、充電中に放電開始要求が発生した場合（Ｓ５０２：ＹＥＳ）であっても、蓄電池４２の状態が第２の基準深度以上であれば（Ｓ５０７：ＹＥＳ）放電モードには移行せず、蓄電池４２の状態が第２の基準深度未満となるまで（Ｓ５０７：ＮＯ）充電を継続させてから放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。更に充電モードから放電モードに移行する場合は、充電を確実に終えて（Ｓ５０１：ＹＥＳ）充電回路を切り離してから（Ｓ５０８）放電モードに移行させる（Ｓ５０９）。これらの条件設定により、蓄電池４２の充電と放電が同時に発生することを確実に防止することができる。
【００４６】
また、蓄電池４２の充電電流によって家庭内全体の負荷容量が過負荷状態となる虞があるが、漏電遮断器ＥＬＢは過負荷の状態が所定時間継続した場合に商用電力の供給を遮断する特性である。このため、過負荷となれば（Ｓ５０４：ＹＥＳ）当該所定時間の間に充電を停止する（Ｓ５０５）ことで、停電を事前に防ぐことができる。
【００４７】
以上、上記の給湯システム１００において、過負荷対策機能を具備する分電盤４０が、即湯ユニット２０を新たな負荷とする場合に、即湯ユニット２０が備える直流ヒータ２２を蓄電池４２によって直接的に駆動させる。即ち、即湯ユニット２０の消費電力において直流ヒータ２２の消費電力が占める割合が非常に大きいため、複数の負荷（５０、１４）の電力供給元（商用電源６０）とは独立した形で、直流ヒータ２２の電力供給元を蓄電池４２とした。この結果、即湯ユニット２０を分電盤４０の交流負荷として取り扱わなくて済むとともにインバータ４３を大容量化する必要がなくなるので、給湯システム１００を低コストで実現できる。
【００４８】
また、直流ヒータ２２の消費電力が大きいために蓄電池４２の充放電電流が大電流化するが、電流センサ４４の検出結果に基づいて蓄電池４２の充放電中の過負荷に対する保護が適切に行われる。具体的には、充電中に過負荷となるようであれば充電を中止し、放電中に過負荷となるようであれば通常の過負荷対策を行う。この結果、分電盤４０の内部回路を適切に保護することができる。
【００４９】
また、上記の給湯システム１００において、コントローラ４５によって、電圧センサ４４’の検出電圧により停電の発生を検出した場合に、分電盤４０の複数の負荷（５０、１４）全て又は一部の電力供給元をインバータ４３からの交流電力に切り替えることで、充放電の際の停電対策を適切に行うことができる。
【００５０】
また、上記の給湯システム１００において、給湯ユニット１０を深夜時間帯の安価な電力の使える電気温水器１４により構成したことで、給湯に必要な電力料金を抑えることができる。また、電気温水器１４の利用により深夜時間帯の契約をすることになるため、蓄電池４２の充放電の際に深夜時間帯の安価な電力を使うことができる。
【００５１】
また、上記の給湯システム１００において、充電待機モードの際に、充電モードに移行する条件（充電開始条件）として充電開始により過負荷とならないことを判別するようにしたため、充電中の過負荷の発生を事前に予防することができる。特に、電気温水器１４が動作する深夜時間帯において蓄電池４２の充電を行うと過負荷の発生が誘発する虞もあるため、上記の充電待機モードの設定は有意義となる。尚、上記の給湯システム１００において、蓄電池４２の充電中に電気温水器１４が動作すること等により過負荷が発生した場合、蓄電池４２の充電を中止して充電待機モードに移行することにより、分電盤４０による適切な保護が可能となる。
【００５２】
また、上記の給湯システム１００において、蓄電池４２をリチウムイオン蓄電池としたことにより、大電流で高頻度な充放電に十分に対応することが可能となる。
【００５３】
以上、本実施形態について説明したが、前述した実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本実施形態の即湯ユニットを用いた給湯システムの全体構成の一例を示した図である。
【図２】本実施形態の即湯ユニットの一構成例を示した図である。
【図３】本実施形態のコントローラによる放電モード時の制御フローを示した図である。
【図４】本実施形態のコントローラによる充電待機モード時の制御フローを示した図である。
【図５】本実施形態のコントローラによる充電モード時の制御フローを示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 給湯ユニット
１２ 貯湯槽
１４ 電気温水器
２０ 即湯ユニット
２２ 直流ヒータ
３２ 混合栓
４０ 分電盤
４１ 整流器
４２ 蓄電池
４３ インバータ
４４ 電流センサ
４４´電圧センサ
４５ コントローラ
５０ 負荷
６０ 商用電源
ＳＷ１〜ＳＷ５ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合栓に向けて温水を給湯する給湯ユニットと、当該給湯ユニットから当該混合栓に向けて給湯される温水を加熱する即湯ユニットと、当該給湯ユニット及び当該即湯ユニットを含めた複数の負荷に対し商用電源から供給される商用電力を分配供給する分電盤と、を有した給湯システムであって、
前記即湯ユニットは、
直流電力によって駆動され給湯される温水を加熱する直流ヒータを有し、
前記分電盤は、
前記商用電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器により変換された直流電力によって充電され、その充電された直流電力を放電して前記直流ヒータを駆動させる蓄電池と、
前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記商用電源から供給される電流量を検出する電流センサと、
前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷の一部に分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うとともに、前記蓄電池の充放電を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
請求項１に記載の給湯システムであって、
前記商用電源から供給される電圧を検出する電圧センサを備え、
前記制御回路は、前記電圧センサによって検出された電圧が停電を示すか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷全てに分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うこと、を特徴とする給湯システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の給湯システムであって、
前記給湯ユニットは、
前記分電盤の前記複数の負荷の一部であって、前記分電盤からの供給される電力に基づいて駆動される加熱器と、
前記加熱器の駆動により生成された温水を貯蔵する貯湯槽と、
を有することを特徴とする給湯システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の給湯システムであって、
前記制御回路は、
前記蓄電池を放電させる放電モード、
前記蓄電池を充電させる充電モード、
前記放電モードから前記充電モードへの移行を待機するモードであって、前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量未満となり且つ所定の待機時間が経過する場合に前記充電モードに移行させる充電待機モード、
のうちいずれか一つのモードを選択して前記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする給湯システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の給湯システムであって、
前記蓄電池は、リチウムイオン蓄電池であること、を特徴とする給湯システム。
【請求項６】
混合栓に向けて温水を給湯する給湯ユニットと、当該給湯ユニットから当該混合栓に向けて給湯される温水を直流ヒータによって加熱する即湯ユニットと、を含めた複数の負荷に対し、商用電源から供給される商用電力を分配供給する分電盤であって、
前記商用電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器により変換された直流電力によって充電され、充電された直流電力を放電して前記即湯ユニットの前記直流ヒータを駆動させる蓄電池と、
前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記商用電源から供給される前記商用電力の電流量を検出する電流センサと、
前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷の一部に分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うとともに、前記蓄電池の充放電を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする分電盤。
【請求項１】
混合栓に向けて温水を給湯する給湯ユニットと、当該給湯ユニットから当該混合栓に向けて給湯される温水を加熱する即湯ユニットと、当該給湯ユニット及び当該即湯ユニットを含めた複数の負荷に対し商用電源から供給される商用電力を分配供給する分電盤と、を有した給湯システムであって、
前記即湯ユニットは、
直流電力によって駆動され給湯される温水を加熱する直流ヒータを有し、
前記分電盤は、
前記商用電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器により変換された直流電力によって充電され、その充電された直流電力を放電して前記直流ヒータを駆動させる蓄電池と、
前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記商用電源から供給される電流量を検出する電流センサと、
前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷の一部に分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うとともに、前記蓄電池の充放電を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
請求項１に記載の給湯システムであって、
前記商用電源から供給される電圧を検出する電圧センサを備え、
前記制御回路は、前記電圧センサによって検出された電圧が停電を示すか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷全てに分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うこと、を特徴とする給湯システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の給湯システムであって、
前記給湯ユニットは、
前記分電盤の前記複数の負荷の一部であって、前記分電盤からの供給される電力に基づいて駆動される加熱器と、
前記加熱器の駆動により生成された温水を貯蔵する貯湯槽と、
を有することを特徴とする給湯システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の給湯システムであって、
前記制御回路は、
前記蓄電池を放電させる放電モード、
前記蓄電池を充電させる充電モード、
前記放電モードから前記充電モードへの移行を待機するモードであって、前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量未満となり且つ所定の待機時間が経過する場合に前記充電モードに移行させる充電待機モード、
のうちいずれか一つのモードを選択して前記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする給湯システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の給湯システムであって、
前記蓄電池は、リチウムイオン蓄電池であること、を特徴とする給湯システム。
【請求項６】
混合栓に向けて温水を給湯する給湯ユニットと、当該給湯ユニットから当該混合栓に向けて給湯される温水を直流ヒータによって加熱する即湯ユニットと、を含めた複数の負荷に対し、商用電源から供給される商用電力を分配供給する分電盤であって、
前記商用電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器により変換された直流電力によって充電され、充電された直流電力を放電して前記即湯ユニットの前記直流ヒータを駆動させる蓄電池と、
前記蓄電池に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記商用電源から供給される前記商用電力の電流量を検出する電流センサと、
前記電流センサによって検出された電流量が所定の基準電流量を超えるか否かの判別結果に基づいて、前記複数の負荷の一部に分配供給される前記商用電力を前記インバータからの前記交流電力に切り替える制御を行うとともに、前記蓄電池の充放電を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする分電盤。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−７９５１（Ｐ２０１０−７９５１Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６７７３７（Ｐ２００８−１６７７３７）
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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