JPH0552413A - 電気温水器の沸上げ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 時間帯別料金制度において、夜間時間帯にお
ける沸上げ動作と、昼間時間帯における追加沸上げ動作
とを最も経済的に行なう。 【構成】 沸上げ温度演算手段１１は、沸上げ温度設定
器１６に設定される設定沸上げ温度Ｔo と、追加沸上げ
量設定器１２の設定値Ｖa によって決まる明日の追加沸
上げ量とから、夜間時間帯の沸上げ温度Ｔo1を優先し
て、夜間時間帯と昼間時間帯とにおける沸上げ温度Ｔo
1、Ｔo2を算出する。追加沸上げ制御手段１３は、設定
値Ｖa によって決まる本日の追加沸上げ量と、昼間時間
帯における沸上げ温度Ｔo2とから、ヒータＨの所定通電
時間ｔ2 を定める。ヒータ制御手段１４は、夜間時間帯
においては、沸上げ温度Ｔo1に従って、また、昼間時間
帯においては、所要通電時間ｔ2 に従って、ヒータＨを
通電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力料金が時間帯別
料金制度である場合において、効率よく追加湯沸し機能
を実現するための電気温水器の沸上げ制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気温水器は、いわゆる深夜電力
利用機器であって、あらかじめ定められた深夜電力通電
時間帯、たとえば深夜２３時から翌朝７時までの間の
み、電源が供給されるようになっている。しかし、これ
では、その他の一般負荷は常時通電がなされるために、
積極的に昼間の電力需要を抑え、夜間の電力需要を換起
することができず、電力負荷を平準化する効果も、必ら
ずしも十分に達成することができなかった。

【０００３】そこで、常時通電形の電気温水器が検討さ
れている。この場合は、電気温水器は、他の一般負荷と
全く同様に、常時通電が行なわれる一方、電力料金体系
は、たとえば、従来の深夜電力通電時間帯に相当する夜
間時間帯は、それ以外の昼間時間帯よりも低額に設定さ
れ、このような料金体系は、時間帯別料金制度と呼ばれ
ている。ただし、昼間時間帯の料金は、逆に、従来の一
般負荷の電力料金よりいくぶん割高に設定されるものと
する。

【０００４】一方、従来の電気温水器は、深夜電力を利
用して、あらかじめ設定した沸上げ温度となるようにタ
ンク内に湯を沸かし、その湯を昼間使用するものであ
る。そこで、使用湯量が日によって増減すると、時とし
て、湯量が不足する事態が発生することがあるが、その
場合であっても、深夜電力通電時間帯が到来しない限
り、電源が供給されないために、いわゆる追焚きを行な
い、湯を追加することが全くできないという重大な欠点
があった。時間帯別料金制度のもとでは、電気温水器は
常時通電がなされるから、随時追焚きが可能であり、思
わぬ使用湯量の増加にも簡単に対応することができると
いう利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術による
ときは、一般に、夜間時間帯における沸上げ温度は、手
動により設定されるから、この設定沸上げ温度が低く、
湯量が不足する都度追加沸上げを行なうようでは、高額
の昼間時間帯の電力使用量が多くなって不経済であるば
かりでなく、電力負荷の平準化も達成することができな
くなる。反対に、沸上げ温度を余りに高く設定すれば、
昼間時間帯における追加沸上げの機会が少なくなるが、
夜間時間帯において過剰の湯を沸き上げるから、この点
で著しく不経済である。そこで、沸上げ温度を最適に設
定することが必要になるが、そのような設定は、必らず
しも簡単ではないという問題があった。

【０００６】そこで、この発明の目的は、かかる従来技
術の問題に鑑み、設定沸上げ温度と、明日の追加沸上げ
量とから、夜間時間帯の沸上げ温度を優先して、夜間時
間帯と昼間時間帯との沸上げ温度を自動的に算出する沸
上げ温度演算手段を設けることによって、最も経済的な
沸上げ動作をし、しかも、電力負荷の平準化の目的にも
よく沿うことができる電気温水器の沸上げ制御装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めのこの発明の構成は、設定沸上げ温度と明日の追加沸
上げ量とから、夜間時間帯の沸上げ温度を優先して夜間
時間帯と昼間時間帯とにおける沸上げ温度の配分を算出
する沸上げ温度演算手段と、沸上げ温度演算手段からの
昼間時間帯における沸上げ温度と、本日の追加沸上げ量
とに基づき、ヒータの所要通電時間を算出する追加沸上
げ制御手段と、夜間時間帯においては、タンクの平均温
度が、沸上げ温度演算手段からの夜間時間帯における沸
上げ温度になるまでヒータを通電し、昼間時間帯におい
ては、追加沸上げ制御手段からの所要通電時間だけヒー
タを通電するヒータ制御手段とを備えることをその要旨
とする。

【０００８】なお、ヒータ制御手段は、昼間時間帯にお
いては、追加沸上げ制御手段からの所要通電時間に拘ら
ず、タンクの下部温度が所定温度以上になるまでヒータ
を通電するようにしてもよく、また、沸上げ温度演算手
段は、明日の追加沸上げ量を、翌日以降継続して毎日有
効にし、または、翌日のみ有効とするためのモード切換
スイッチを備えることができる。

【０００９】さらに、沸上げ温度演算手段は、ピークシ
フト機能を備えるようにしてもよい。

【００１０】

【作用】かかる構成によるときは、沸上げ温度演算手段
は、設定沸上げ温度と明日の追加沸上げ量とから、夜間
時間帯と昼間時間帯とにおける沸上げ温度を算出する
が、このとき、夜間時間帯における沸上げ温度を優先す
る。そこで、たとえば、夜間時間帯において、設定沸上
げ温度に相当する湯量と、明日の追加沸上げ量との合計
湯量を沸き上げることができる場合は、夜間時間帯にお
ける沸上げ温度は、設定沸上げ温度と、明日の追加沸上
げ量に対応する沸上げ温度との和に等しく定め、昼間時
間帯における沸上げ温度はゼロに定めることができ、こ
の場合は、合計湯量の全量が夜間時間帯に沸き上げられ
るから、昼間時間帯における追加沸上げ動作は、全く行
なわれない。夜間時間帯において合計湯量を沸き上げる
ことができない場合は、沸上げ温度演算手段は、まず、
夜間時間帯における沸上げ温度を許容最大値に定め、次
いで、合計湯量の不足分に相当する湯量に対応するよう
に、昼間時間帯における沸上げ温度を定める。

【００１１】追加沸上げ制御手段は、このようにして定
めた昼間時間帯における沸上げ温度と、本日の追加沸上
げ量とに基づいて、ヒータの所要通電時間を算出し、ヒ
ータ制御手段は、夜間時間帯においては、沸上げ温度演
算手段からの夜間時間帯における沸上げ温度に従って、
また、昼間時間帯においては、追加沸上げ制御手段から
の所要通電時間に従って、ヒータを通電して、前述の沸
上げ動作を実行することができる。

【００１２】ヒータ制御手段が、タンクの下部温度が所
定温度以上になるようにヒータを通電すれば、タンク内
の水温の下限が所定温度以上に保証されるから、万一湯
量が不足した場合であっても、タンクから冷水が放出さ
れる事態を最少限にすることができる。

【００１３】沸上げ温度演算手段がモード切換スイッチ
を備えるときは、モード切換スイッチを切換え設定する
ことにより、必要に応じ、追加沸上げ量を適確に設定す
ることができ、無駄な追加沸上げを最少にすることがで
きる。

【００１４】沸上げ温度演算手段がピークシフト機能を
有するときは、夜間時間帯の終了時刻に合わせて、夜間
時間帯における沸上げ動作を完了させることができるか
ら、放熱による熱損失を最少にすることが可能である。

【００１５】

【実施例】以下、図面を以って実施例を説明する。

【００１６】電気温水器の沸上げ制御装置は、沸上げ温
度演算手段１１と、追加沸上げ量設定器１２と、追加沸
上げ制御手段１３と、ヒータ制御手段１４とを主要部材
としてなる（図１）。

【００１７】電気温水器のタンクＴには、ヒータＨが内
装され、ヒータＨは、スイッチング素子ＳＫを介して、
商用電源ＡＣに接続されている。タンクＴは、底部に給
水管Ｔk1が接続され、上部に給湯管Ｔk2が接続されてお
り、給水管Ｔk1を介して供給される水Ｗは、タンクＴ内
に充満され、ヒータＨによって加熱されて湯となり、給
湯管Ｔk2を介して使用場所に供給されるものとする。タ
ンクＴの側壁には、上下方向に複数の温度センサＳ1 、
Ｓ1 …が配設されており、また、給水管Ｔk1には、水温
Ｔw を検出する温度センサＳ2 が配設されている。

【００１８】沸上げ温度演算手段１１には、温度検出手
段１５を介して、温度センサＳ1 、Ｓ1 …、Ｓ2 の出力
が接続されている。ただし、温度検出手段１５は、温度
センサＳ1 、Ｓ1 …、Ｓ2 の各出力を読み取り、温度セ
ンサＳ1 、Ｓ1 …の各出力の平均からなるタンクＴの平
均温度Ｔav、温度センサＳ2 が示す水温Ｔw 、最下部の
温度センサＳ1 の出力からなるタンクＴの下部温度Ｔb
を演算し、出力することができる。また、温度検出手段
１５の別の出力は、ヒータ制御手段１４に接続されてい
る。

【００１９】沸上げ温度演算手段１１には、沸上げ温度
設定器１６が接続されている。また、追加沸上げ量設定
器１２の出力は、モード切換スイッチＳＷとともに、沸
上げ温度演算手段１１、追加沸上げ制御手段１３に接続
されている。ここで、モード切換スイッチＳＷは、「本
日」、「毎日」、「翌日」の３モードがあるものとす
る。

【００２０】沸上げ温度演算手段１１の出力は、ヒータ
制御手段１４と追加沸上げ制御手段１３とに個別に接続
されており、追加沸上げ制御手段１３の出力は、ヒータ
制御手段１４に接続されている。ヒータ制御手段１４の
出力は、スイッチング素子ＳＫに接続され、また、沸上
げ温度演算手段１１、追加沸上げ制御手段１３、ヒータ
制御手段１４には、時計１７の出力が分岐接続されてい
る。

【００２１】沸上げ温度演算手段１１の動作は、図２の
プログラムフローチャートによって表すことができる。

【００２２】プログラムは、起動されると、まず、沸上
げ温度設定器１６に設定される設定沸上げ温度Ｔo を読
み取り（図２のステップ（１）、以下、単に（１）のよ
うに記す）、次いで、モード切換スイッチＳＷが「翌
日」または「毎日」のときは（２）、追加沸上げ量設定
器１２の設定値Ｖa を明日の追加沸上げ量Ｖa1として読
み取る（３）。ここで、設定沸上げ温度Ｔo は、タンク
Ｔ内の水Ｗを夜間時間帯に沸き上げる際の目標温度をタ
ンクＴの平均温度として示すものとし、また、明日の追
加沸上げ量Ｖa1は、昼間時間帯における追加沸上げ量を
使用湯温Ｔx に換算した湯量として設定するものとす
る。明日の追加沸上げ量Ｖa1は、モード切換スイッチＳ
Ｗが「毎日」のときは、翌日以降継続して毎日有効と扱
い、「翌日」のときは、翌日のみ有効と扱うものとす
る。また、使用湯温Ｔx は、たとえば、Ｔx ＝４５
（℃）に定める。

【００２３】つづいて、プログラムは、設定沸上げ温度
Ｔo と、明日の追加沸上げ量Ｖa1とに基づき、夜間時間
帯と昼間時間帯とにおける沸上げ温度Ｔo1、Ｔo2の配分
を計算する（４）。

【００２４】いま、明日の追加沸上げ量Ｖa1は、 Ｔa1＝Ｖa1（Ｔx −Ｔw ）／Ｖo により、タンクＴ内の平均温度上昇Ｔa1に換算すること
ができる。ただし、水温Ｔw は、温度検出手段１５を介
して読み取るものとし、Ｖo は、タンクＴの容量であ
る。

【００２５】つづいて、Ｔoa＝Ｔo ＋Ｔa1を計算する
と、Ｔoaは、夜間時間帯と、翌日の昼間時間帯とにおけ
る所要合計沸上げ温度を示すことになるから、以下、 Ｔoa≦Ｔmax のときは、Ｔo1＝Ｔoa，Ｔo2＝０ Ｔoa＞Ｔmax のときは、Ｔo1＝Ｔmax ，Ｔo2＝Ｔoa−Ｔ
max として、夜間時間帯における沸上げ温度Ｔo1、昼間時間
帯における沸上げ温度Ｔo2を決定することができる。た
だし、Ｔmax は、沸上げ温度の許容最大値であって、一
般に、Ｔmax ＝８８（℃）程度である。沸上げ温度Ｔo1
は、Ｔoa≦Ｔmaxである限り、所要合計沸上げ温度Ｔoa
の全部が優先的に配分されるから、沸上げ温度演算手段
１１は、夜間時間帯における沸上げ温度Ｔo1を優先して
沸上げ温度Ｔo1、Ｔo2の配分を算出することができる。

【００２６】つづいて、プログラムは、次式により、夜
間時間帯における所要通電時間ｔ1を算出する（５）。
すなわち、 ｔ1 ＝（Ｔo1−Ｔw ）・Ｖo ／Ａ Ａ＝８６０×ＫＷ×ｙ ただし、ＫＷはヒータＨの容量、ｙは加熱効率である。

【００２７】所要通電時間ｔ1 が算出されたら（５）、
プログラムは、たとえば、夜間時間帯の終了時刻と、所
要通電時間ｔ1 の満了とが一致するように、沸上げ開始
時刻を算出し（６）、沸上げ開始時刻の到来を待って
（７）、制御ビットＫ＝１としてヒータ制御手段１４を
起動する（８）。

【００２８】追加沸上げ制御手段１３の動作は、図３の
プログラムフローチャートによって表すことができる。

【００２９】プログラムは、たとえば、昼間時間帯の開
始時刻の到来時、または、追加沸上げ量設定器１２、モ
ード切換スイッチＳＷが操作されたときに起動される
と、モード切換スイッチＳＷが「本日」であることを条
件に（図３のステップ（１）、以下、単に（１）のよう
に記す）、追加沸上げ量設定器１２の設定値Ｖa を本日
の追加沸上げ量Ｖa2として読み取る（２）。

【００３０】つづいて、プログラムは、沸上げ温度演算
手段１１が算出する昼間時間帯における沸上げ温度Ｔo2
を読み取り（３）、昼間時間帯における所要通電時間ｔ
2 を算出する（４）。すなわち、 ｔ2 ＝（Ｖa2（Ｔx −Ｔw ）＋Ｔo2・Ｖo ）／Ａ プログラムは、その後、たとえば、タンクＴの平均温度
Ｔav＜Ｔmax、および、タンクＴの下部温度Ｔb ＜Ｔmax
からなる通電可能条件をチェックし、それが満たされ
ていることを条件に（５）、制御ビットＫ＝０としてヒ
ータ制御手段１４を起動する（６）。

【００３１】ヒータ制御手段１４の動作は、図４のプロ
グラムフローチャートに示すとおりである。

【００３２】プログラムは、沸上げ温度演算手段１１ま
たは追加沸上げ制御手段１３によって起動されると、ま
ず、スイッチング素子ＳＫを導通させて、ヒータＨの通
電を開始する（図４のステップ（１）、以下、単に
（１）のように記す）。つづいて、プログラムは、制御
ビットＫ＝１であるときは（２）、沸上げ温度演算手段
１１からの夜間時間帯における沸上げ温度Ｔo1を使用し
て、沸上げ完了を待つ（３）。すなわち、プログラム
は、Ｔav≧Ｔo1となったことを条件に、スイッチング素
子ＳＫを遮断し、ヒータＨの通電を終了させて（４）、
その動作を完了する。

【００３３】プログラムは、制御ビットＫ＝０であると
きは（２）、追加沸上げ制御手段１３からの昼間時間帯
における所要通電時間ｔ2 に従って、ヒータＨを通電す
る。すなわち、まず、ヒータＨの通電時間ｔh が所要通
電時間ｔ2 に対してｔh ＜ｔ2 であり、通電時間ｔh が
所要通電時間ｔ2 を経過していないときは（５）、Ｔav
＜Ｔmax である限りヒータＨの通電を継続し（（６）、
（７））、Ｔav≧Ｔmax でヒータＨを遮断する
（（６）、（８））。また、一旦ヒータＨを遮断した後
でも（８）、ｔh ＜ｔ2 である限り、Ｔav＜Ｔmax とな
ったときは、ヒータＨの再通電制御を行なう（（５）な
いし（７））。

【００３４】通電時間ｔh が所要通電時間ｔ2 を経過
し、ｔh ≧ｔ2 となったときは（５）、タンクＴの下部
温度Ｔb が所定温度Ｔb1に対し、Ｔb ＞Ｔb1であること
をチェックし（９）、ヒータＨを遮断する（１０）。こ
こで、所定温度Ｔb1とは、湯として使用可能な最低温度
をいうものとし、たとえば、Ｔb1＝５５（℃）程度に定
めるのがよい。

【００３５】なお、制御ビットＫは、ヒータ制御手段１
４が、沸上げ温度演算手段１１、追加沸上げ制御手段１
３のいずれによって起動されたかを判別するためのもの
である。すなわち、Ｋ＝１は、前者により、夜間時間帯
における沸上げ動作がなされることを示し、Ｋ＝０は、
後者により、昼間時間帯における追加沸上げ動作がなさ
れることを示す。

【００３６】以上の説明において、図２のステップ
（５）ないし（７）は、いわゆるピークシフト機能に相
当する。そこで、ピークシフト機能を設けないときは、
ステップ（５）、（６）を削除し、ステップ（７）は、
単に、夜間時間帯の開始時刻の到来をチェックするよう
にすればよく、その場合の夜間時間帯における沸上げ動
作は、常に、夜間時間帯の開始時刻に合致して開始され
る。

【００３７】図４のステップ（９）は、ヒータ制御手段
１４が、ヒータＨの通電時間ｔh が所要通電時間ｔ2 を
越えたにも拘らず、タンクＴの下部温度Ｔb が所定温度
Ｔb1以上になるまで、ヒータＨの通電を続行することを
表す。タンクＴ内の最低温度が所定温度Ｔb1以上である
から、万一の湯量不足の際にも、タンクＴ内の水Ｗの全
量を湯として使用することができる。なお、ステップ
（９）は、必要に応じて設ければよく、これを削除する
こともできるものとする。

【００３８】図２のステップ（２）、図３のステップ
（１）において判別されるモード切換スイッチＳＷは、
追加沸上げ量設定器１２の設定値Ｖa を、本日のみ有効
とするか、翌日のみ有効とするか、翌日以降継続して毎
日有効とするかを指定する。そこで、一層正確には、追
加沸上げ量設定器１２の設定値Ｖaは、モード切換スイ
ッチＳＷの選択により、バッファメモリ１２ａに個別に
記憶すればよい（図５）。

【００３９】「翌日」と「毎日」とに対応する設定値Ｖ
a は、明日の追加沸上げ量Ｖa1として、沸上げ温度演算
手段１１に送出し、「本日」に対応する設定値Ｖa は、
本日の追加沸上げ量Ｖa2として、追加沸上げ制御手段１
３に送出する。ただし、バッファメモリ１２ａ中の「翌
日」用の設定値Ｖa は、沸上げ温度演算手段１１によっ
て一旦使用されたら、これを消去してしまうものとし、
「本日」用の設定値Ｖa も、追加沸上げ制御手段１３に
よって一旦使用されたら、消去してしまう。また、バッ
ファメモリ１２ａに対しては、追加沸上げ量設定器１２
に対する設定値Ｖa の更新設定がある都度、または、モ
ード切換スイッチＳＷが操作される都度、設定値Ｖa の
書込み更新を行なうものとする。

【００４０】なお、水温Ｔw を検出するための温度セン
サＳ2 は、これを省略し、タンクＴの最下部の温度セン
サＳ1 の出力を利用して、Ｔw ＝Ｔb としてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、夜間時間帯の沸上げ温度を優先して夜間時間帯と昼
間時間帯とにおける沸上げ温度の配分を算出する沸上げ
温度演算手段と、追加沸上げ制御手段と、ヒータ制御手
段とを組み合わせることによって、昼間時間帯における
追加沸上げ動作は、設定沸上げ温度と追加沸上げ量との
各設定値に拘らず、夜間時間帯における最大沸上げ湯量
を優先的に配分した不足分に相当する湯量を自動的に配
分することができるから、全体として最も経済的な沸上
げ動作を実現することができ、しかも、電力負荷の平準
化にも積極的に貢献させることができるという優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 全体ブロック系統図

【図２】 プログラムフローチャート（１）

【図３】 プログラムフローチャート（２）

【図４】 プログラムフローチャート（３）

【図５】 図１の要部詳細図

【符号の説明】

Ｔ…タンク Ｈ…ヒータ ＳＷ…モード切換スイッチ Ｔav…平均温度 Ｔb …下部温度 Ｔo …設定沸上げ温度 Ｖa1、Ｖa2…追加沸上げ量 Ｔo1、Ｔo2…沸上げ温度 ｔ1 、ｔ2 …所要通電時間 １１…沸上げ温度演算手段 １３…追加沸上げ制御手段 １４…ヒータ制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成瀬 広則 石川県河北郡津幡町字東荒屋ヌ48番地４ ベツカー株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 設定沸上げ温度と明日の追加沸上げ量と
   から、夜間時間帯の沸上げ温度を優先して夜間時間帯と
   昼間時間帯とにおける沸上げ温度の配分を算出する沸上
   げ温度演算手段と、該沸上げ温度演算手段からの昼間時
   間帯における沸上げ温度と、本日の追加沸上げ量とに基
   づき、ヒータの所要通電時間を算出する追加沸上げ制御
   手段と、夜間時間帯においては、タンクの平均温度が、
   前記沸上げ温度演算手段からの夜間時間帯における沸上
   げ温度になるまでヒータを通電し、昼間時間帯において
   は、前記追加沸上げ制御手段からの所要通電時間だけヒ
   ータを通電するヒータ制御手段とを備えてなる電気温水
   器の沸上げ制御装置。
2. 【請求項２】 前記ヒータ制御手段は、昼間時間帯にお
   いては、前記追加沸上げ制御手段からの所要通電時間に
   拘らず、タンクの下部温度が所定温度以上になるまでヒ
   ータを通電することを特徴とする請求項１記載の電気温
   水器の沸上げ制御装置。
3. 【請求項３】 前記沸上げ温度演算手段は、明日の追加
   沸上げ量を、翌日以降継続して毎日有効にし、または、
   翌日のみ有効とするためのモード切換スイッチを備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気温
   水器の沸上げ制御装置。
4. 【請求項４】 前記沸上げ温度演算手段は、ピークシフ
   ト機能を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項
   ３のいずれか記載の電気温水器の沸上げ制御装置。