JPH0587404A - 電気温水器の沸き上げ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 毎日の湯温設定の操作なしに自動的に沸き上
げ温度を変え、必要湯温を確保し、節電ができる電気温
水器の沸き上げ制御装置を提供するものである。 【構成】 ファジー推論手段４４が発熱体制御手段６に
よる発熱体２への過去の一定期間の通電時間に基づいて
ファジールールに従って当日の通電時間を決定し、演算
手段４５が当日の通電時間および湯温設定手段３による
水温に基づき、沸き上げ温度と通電開始時間を演算し、
発熱体制御手段６が発熱体２への通電を制御し、貯湯タ
ンク１内の湯の沸き上げ温度を自動的に制御する。 【効果】 毎日の湯温設定の操作を行う必要がなく、沸
き上げ温度が自動的に変化して必要な湯温を確保するこ
とができるため、湯温設定の煩わしさがなく、ユーザー
には最適な沸き上げ温度となり、快適に湯を使用でき、
かつ、熱ロスも少なくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湯の沸き上げ温度を自
動的に制御する電気温水器の沸き上げ制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の電気温水器の沸き上げ制
御装置の全体構成図である。図１２はその沸き上げ制御
装置の主要部の回路構成図である。図において、１は貯
湯タンクであり、その下部には発熱体２が装着されてい
る。３は給水水温及び沸き上げ湯温を測定する湯温測定
手段、４は沸き上げ湯温を設定する湯温設定手段、５は
演算手段で、湯温設定手段４により設定された沸き上げ
湯温と湯温測定手段３により測定された湯温に基づき通
電開始時間を演算する。６は発熱体制御手段で、演算手
段５による演算結果と湯温測定手段による測定湯温に基
づき発熱体２への通電を制御する。７は深夜電力用電
源、８は深夜電力の供給の有無を検出する深夜電力検出
手段、９は沸き上げた湯を取り出す蛇口である。

【０００３】１０は制御回路内のマイクロコンピュータ
で、ＣＰＵ１１，時計手段１２，メモリ１３，入力回路
１４，出力回路１５，Ａ／Ｄ変換器１６及びアナログマ
ルチプレクサ１７から構成される。１８は発熱体制御回
路であり、図１１の発熱体制御手段６に相当し、抵抗１
９，２０，トランジスタ２１，リレー２２，２３及びダ
イオード２４，２５から構成される。

【０００４】リレー２２のコイルは、一端が正極端子＋
Ｖと接続され、他端がトランジスタ２１を介してＧＮＤ
端子に接続され、トランジスタ２１のベースと抵抗１９
を介して出力回路１５に接続されている。抵抗２０はト
ランジスタ２１のベースとエミッタ間に接続されてい
る。リレー２２の常開接点は、一端が正極端子＋Ｖａと
接続され、他端がリレー２３のコイルを介してＧＮＤ端
子に接続されている。リレー２２及びリレー２３の各コ
イル両端にはダイオード２４，２５が接続されている。
リレー２３の接点は、発熱体２と深夜電力電源７に対し
て直列に接続されている。

【０００５】抵抗２６は可変抵抗からなる湯温設定手段
４と直列に接続され、その両端が正極端子＋ＶとＧＮＤ
端子に接続されている。更に、抵抗２６と湯温設定手段
４との接続部はアナログマルチプレクサ１７に接続され
ている。抵抗２７はサーミスタからなる温度検出手段３
と直列に接続され、その両端は正極端子＋ＶとＧＮＤ端
子に接続されている。更に、抵抗２７と湯温検出手段３
との接続部は、アナログマルチプレクサ１７に接続され
ている。

【０００６】２８は深夜電力を検出するための深夜電力
検出回路であり、図１１の深夜電力検出手段８に相当
し、抵抗２９，３０、ダイオード３１及びホトカプラ３
２から構成される。ホトカプラ３２の発光側は、抵抗２
９を介して電源７に直列に接続され、ホトカプラ３２の
発光側の両端にはダイオード３１が並列に接続されてい
る。ホトカプラ３２の受光側の一端は抵抗３０を介して
正極端子＋Ｖに、他端はＧＮＤ端子に接続され、抵抗３
０とホトカプラ３２の受光側との接続部はマイクロコン
ピータ１０内の入力回路１４に接続されている。

【０００７】次に、図１３はマイクロコンピュータ１０
のメモリ１３に記憶されたプログラムを示す発熱体制御
のフローチャートであり、この図を用いて従来の電気温
水器の沸き上げ制御装置の動作を説明する。まず、制御
用電源（図示せず）を入れると同時に、ステップ３３で
深夜電力電源の有無を検出する。深夜電源が供給されて
いれば、ステップ３４で時計手段１２によりタイマーを
スタートし、ステップ３５で湯温測定手段３により給水
水温を測定し、ステップ３６で湯温設定手段４による貯
湯タンク１内の沸き上げ温度の設定値を読み取る。

【０００８】次に、演算手段５によりステップ３７で給
水水温から設定の温度まで沸き上げるために必要な正味
通電時間の演算を行い、ステップ３８で深夜電力供給時
間帯のどの時刻から通電を開始するかを演算する。この
正味通電時間と通電開始時間の演算は以下のように行わ
れる。給水水温をＴｗ（℃），沸き上げ温度をＴ
（℃），発熱体２の容量をＰ（ｋｗ）とすれば、正味通
電時間Ｈ（ｈｒ）は

【０００９】

【数１】

【００１０】 ここで、Ｖ：貯湯タンク１の容量（リットル） ８６０：１ｋｗの発熱量 ０．９：効率 で計算される。また、深夜電力供給時間は一般に２３時
から翌朝の７時までの８時間であり、通電開始時間Ｈｐ
は Ｈｐ＝８−Ｈ となる。

【００１１】次に、ステップ３９でマイクロコンピュー
タ１０内の時計手段１２により通電開始時刻になったか
どうかを判定し、通電開始時刻になったらステップ４０
で発熱体制御手段６により発熱体２への通電を開始す
る。その後、ステップ４１で湯温測定手段３により貯湯
タンク１内の湯温を測定し（測定値をＴｍ（℃）とす
る）、ステップ４２で沸き上げ温度の設定値Ｔ（℃）と
湯温の測定値Ｔｍ（℃）を比較し、ＴｍがＴに到達した
らステップ４３へ進み、発熱体制御手段６により発熱体
２への通電を停止する。以上で一日の発熱体２への通電
制御は終了し翌日は再びステップ３３からスタートし、
上述した制御を繰り返す。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気温水器の沸
き上げ制御装置は以上のように構成され、貯湯タンク１
内の湯を高温状態に沸き上げるが、実際に湯を使用する
時には貯湯タンク１内の高温の湯に水を混合させ、湯温
を適温状態まで下げて使用する。従って、必要以上の高
温に沸き上げた時には残湯が多くなり、放熱による熱ロ
スが多く、湯への加熱が無駄になってしまう。そのた
め、この熱ロスを少なくするには、毎日の使用湯量や季
節による給水水温の変動に合わせてその都度適切に湯温
設定を行う必要があり、操作が煩わしいという問題点が
あった。本発明は上記のような問題点を解消するために
なされたもので、毎日の湯温設定の操作を行うことなく
自動的に沸き上げ温度を変え、必要湯温を確保し、節電
ができる電気温水器の沸き上げ制御装置を提供すること
を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の電気温水器の沸
き上げ制御装置は、水を貯える貯湯タンクと、この貯湯
タンク内に設けられる発熱体と、この発熱体へ通電する
深夜電力電源の有無を検出する深夜電力検出手段と、こ
の深夜電力検出手段により深夜電力電源が有の時に前記
発熱体へ通電し、前記タンク内の水を加熱する通電手段
と、前記貯湯タンク内に給水される水温を測定する湯温
測定手段と、前記通電手段による過去の一定期間の通電
時間からメンバーシップ関数を用いたファジー推論によ
り当日の通電時間を決定するファジー推論手段と、この
ファジー推論手段による通電時間および前記湯温測定手
段による水温に基づき、沸き上げ温度と通電開始時間を
演算する演算手段と、この演算手段による沸き上げ温度
と通電開始時間に基づき前記通電手段による前記発熱体
への通電を制御する発熱体制御手段とを備えたものであ
る。

【００１４】また、前記ファジー推論手段において、前
記通電手段による過去の一定期間の通電時間と前記湯温
測定手段による季節に応じて異なる水温からメンバーシ
ップ関数を用いたファジー推論により季節に応じた当日
の通電所用時間を決定する。さらに、前記ファジー推論
において、前記通電手段による過去の一定期間の通電時
間、前記湯温測定手段による季節に応じて異なる水温と
季節により異なる最低沸き上げ温度からメンバーシップ
関数を用いたファジー推論により季節に対応し、かつ最
低沸き上げ温度を保証した当日の通電所用時間を決定す
る。

【００１５】

【作用】この発明における電気温水器の沸き上げ制御装
置は、ファジー推論手段が通電手段による過去の一定期
間の通電時間に基づいてファジールールに従って当日の
通電時間を決定し、演算手段が当日の通電時間および湯
温測定手段による水温に基づき沸き上げ温度と通電開始
時間を演算し、発熱体制御手段が通電手段による発熱体
への通電を制御し、貯湯タンク内の湯の沸き上げ温度を
自動的に制御することによって、毎日の湯温設定の操作
を行うことなく自動的に沸き上げ温度を変え、必要な湯
温を確保し、熱ロスを少なくする。

【００１６】また、ファジー推論手段に前記湯温測定手
段による季節に応じて異なる水温に基づいてファジール
ールに従って当日の通電時間を決定することによって、
季節性を含んだ沸き上げ温度の設定を行うことができ、
より効率良く熱ロスを少なくできる。

【００１７】さらに、ファジー推論手段に季節に応じて
異なる最低沸き上げ温度に基づいてファジールールに従
って当日の通電時間を決定することによって、季節の違
いに対応した沸き上げ温度の最低保証温度を設定するこ
とができ、さらに季節性を考慮して効率良く熱ロスを少
なくできる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例を示す電気温水器の沸
き上げ制御装置の構成図で、図において、従来例と同一
符号は同一または相当部分であり、説明を省略する。４
４は過去の一定期間（例えば８日間）の通電時間に基づ
き、あいまい集合で表現されるあいまいルールを用いて
通電時間をファジー推論するファジー制御手段である。
４５はファジー制御手段４４によりファジー推論された
通電時間と湯温測定手段３により測定された給水水温か
ら沸き上げ温度に基づき、通電時間を演算し、深夜電力
供給時間の終了に合わせて通電時間が終了するように通
電開始時間を演算する演算手段である。なお、ファジー
制御手段４４はファジー推論手段を示し、発熱体制御手
段６は発熱体制御手段と通電手段を示す。

【００１９】図２は、ファジー制御手段４４の構成図を
示す図で、図において、４６は通電時間を入力する入力
装置、４７は入力値の記憶部、４８は当日の通電時間を
ファジー推論する演算部、４９はファジールールを記憶
するルールファイル、５０はメンバーシップ関数を記憶
するメンバーシップ関数ファイル、５１は演算部４８に
よる通電時間の出力値を記憶する出力値記憶部である。
５２はファジー推論による通電時間を出力する出力装置
である。

【００２０】図３は、ファジー制御手段４４のファジー
推論内容を説明するためのブロック図であり、５３は通
電時間を推論するためのメンバーシップ関数群であり、
当日の通電時間のメンバーシップ関数と過去一定期間の
通電時間の変動のメンバーシップ関数を有している。５
４は通電時間の変動を決定するための通電時間変動決定
ルールであり、５５はファジー制御手段４４に入力され
た通電時間とメンバーシップ関数５３と通電時間決定ル
ール５４からファジー推論し、通電時間の変動を推論す
る通電時間変動推定部である。５６は推論された通電時
間変動値と過去一定期間（例えば、８日間）の最高通電
時間から通電時間を演算する通電時間決定部である。

【００２１】図４はメンバーシップ関数群５３内の当日
の通電時間のメンバーシップ関数を示す一例である。図
５は過去一定期間（例えば、８日間）内の通電時間の変
動（＝最大通電時間ー最小通電時間）のメンバーシップ
関数を示す一例である。図６はｉｆ−ｔｈｅｎ形のファ
ジールールテーブルを示す一例であり、横方向が当日の
通電時間ｒに対応する前件部変数、縦方向が過去一定期
間の通電時間の変動分Δｒに対応する前件部変数であ
り、両者ｒ，Δｒの交点位置がファジー推論結果出力す
べき通電時間の変動分Δｔに対応する後件部変数であ
り、ＮＢ〜ＰＢは、それぞれ前件部変数ｒ，Δｒおよび
後件部変数Δｔが属するファジー集合のファジー集合の
ファジーラベル名である。

【００２２】制御ルールは例えば、if（もし）ｒが非常
に少なく、Δｒが少ないthen（ならば）Δｔはかなり少
なくする（ｒ＝ＮＢ，Δｒ＝Ｎ，Δｔ＝ＮＢ）となる。
過去の通電時間が少なく、変動が少なければ少ないほど
予測される通電時間は短くなるように推論される。図６
のファジールールテーブルでルールを細かくすればする
ほど実際の変動する使用湯量の変化に追従できる方式と
なっている。

【００２３】また、沸き上げ制御装置の主要部の回路構
成は従来例と同一であるが、本実施例では、マイクロコ
ンピュータ１０内のＣＰＵ１１は演算部４８も兼ねるも
のであり、メモリ１３にはルールファイル４９とメンバ
ーシップ関数５０も記憶されているものである。

【００２４】次に、動作について説明する。図７は、マ
イクロコンピュータ１０内のメモリ１３に記憶された、
ファジー推論と種々の演算と発熱体２の制御プログラム
を示すフローチャートで、図に示す番号はそれぞれ各ス
テップを示し、従来例と同一番号は同一または相当ステ
ップであり、説明を省略する。まず、スイッチ（図示せ
ず）が入れられることにより制御回路が動作し、ステッ
プ３３が開始される。その後、ステップ３４，ステップ
３５を経て、ステップ５７では、メモリー１３から過去
の通電時間を読み取り、ステップ５８ではファジー制御
手段４４により図２〜図６に示すファジー推論に基づき
通電時間の変動を推定する。

【００２５】次に、ステップ５９では推定された通電時
間の変動に基づき、演算手段４５により通電時間と沸き
上げ温度を以下のように演算する。過去一定期間の最大
通電時間をＨｍ、推論された通電時間の変動分をΔＨｍ
とすれば、通電時間Ｈｉは、 Ｈｉ＝Ｈｍ＋ΔＨｍ で計算される。

【００２６】ステップ６０では沸き上げ温度を演算す
る。ステップ５９で演算した通電時間をＨｉとすると沸
き上げ温度Ｔは、

【００２７】

【数２】

【００２８】となる。但し、８６０は１ＫＷ当りの発熱
量、Ｐ（ＫＷ）は発熱体の発熱容量、Ｖ（リットル）は
貯湯タンクの容量、Ｔｗ（℃）は給水水温である。通電
時間Ｈｉが少なければ少ないほど沸き上げ温度は低くな
るように演算される。

【００２９】ステップ３８〜ステップ４３は従来例と同
一であり、ステップ６１では、時計手段１０により測定
された当日の通電時間をメモリー１３に記憶する。記憶
データは一定期間（例えば８日間）とし、一番古いデー
タを捨て、新しいデータを記憶するものである。

【００３０】実施例２．図８は通電手段による過去一定
期間の通電時間と、湯温測定手段による季節に応じて異
なる水温に基づくファジー推論を説明する図で、メンバ
ーシップ関数群５３の季節のメンバーシップ関数によ
り、給水水温から季節を推定し、季節に応じた通電時間
変動決定ルールを採用している。すなわち図６のルール
が季節に応じて変化するようにしているため、季節に応
じたきめ細かい沸き上げ温度の変化が実現でき、使用勝
手に応じた最適の湯温で沸き上げが行えるようになるも
のである。

【００３１】実施例３．図９は通電手段による過去一定
期間の通電時間、湯温測定手段による季節に応じて異な
る水温および季節により異なる最低沸き上げ温度に基づ
くファジー推論を説明する図、図１０は給水水温と沸き
上げ温度範囲との関係を示す図であり、給水水温と季節
のメンバーシップ関数６２と最低温度決定ルール６３と
最低保証温度の推定部６４を設け、季節に応じて沸き上
げ温度の最低保証温度を変え、沸き上げ温度の範囲を例
えば、図１０のようにする。

【００３２】湯量をあまり必要としない夏期（給水水温
が高い）は最低沸き上げ温度を下げ、必要以上の高温に
沸き上げないため、放熱によるロスを少なくし節電がで
きる。また、冬期（給水水温が低い）は最低沸き上げ温
度を上げ、高温とすることにより多量の湯が使用でき、
さらに浴槽への足し湯にも便利となる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電気温水器
の沸き上げ制御装置は、ファジー推論手段により過去の
一定期間の通電時間からファジー推論を行い、当日の通
電時間を決定し、演算手段および発熱体制御手段により
貯湯タンク内の湯の沸き上げを自動的に調整することに
よって、毎日の湯温設定の操作を行う必要がなく、沸き
上げ温度が自動的に変化して必要な湯温を確保すること
ができるため、湯温設定の煩わしさがなく、かつ、ユー
ザーには最適な沸き上げ温度となり、快適に湯を使用す
ることができ、かつ、熱ロスも少なくできるという効果
がある。

【００３４】また、ファジー推論手段により季節に応じ
て異なる水温からファジ推論を行い、当日の通電時間を
決定することによって、季節の水温の違いに応じたきめ
細かい沸き上げ温度を設定でき、例えば夏期の水温の高
い時には発熱体への通電量を少なくでき、熱ロスの削減
が効率良く行え、節電がさらに推進される。

【００３５】さらに、ファジー推論手段により季節にて
異なる最低沸き上げ温度からファジー推論を行い、沸き
上げ温度の最低保証温度を設定することによって、湯の
需要量が多い冬期は最低沸き上げ温度を上げ高温になる
ため、多量の湯が使用でき、さらに浴槽への足し湯にも
便利となり、夏期は最低沸き上げ温度を下げ、必要以上
の高温に沸き上げないため、便利性と節電の両方のメリ
ットを有し、使い勝手が非常に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す電気温水器の沸き上げ
制御装置の構成図である。

【図２】本発明の実施例１のファジー制御手段の構成図
である。

【図３】本発明の実施例１のファジー推論説明用のブロ
ック図である。

【図４】本発明の実施例１の当日の通電時間のメンバー
シップ関数を示す図である。

【図５】本発明の実施例１の通電時間変動のメンバーシ
ップ関数を示す図である。

【図６】本発明の実施例１のファジールールテーブルを
示す図である。

【図７】本発明の実施例１の動作を示すフローチャート
である。

【図８】本発明の実施例２を示すファジー推論説明用の
ブロック図である。

【図９】本発明の実施例３を示すファジー推論説明用の
ブロック図である。

【図１０】本発明の実施例３の沸き上げ温度の範囲を示
す図である。

【図１１】従来の電気温水器の沸き上げ制御装置の構成
図である。

【図１２】従来の電気温水器の沸き上げ制御装置の主要
部の回路構成図である。

【図１３】従来の電気温水器の沸き上げ制御装置の動作
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 貯湯タンク ２ 発熱体 ３ 湯温測定手段 ６ 発熱体制御手段 ７ 深夜電力用電源 ８ 深夜電力検出手段 ４４ ファジー制御手段 ４５ 演算手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を貯える貯湯タンクと、この貯湯タン
   ク内に設けられる発熱体と、この発熱体へ通電する深夜
   電力電源の有無を検出する深夜電力検出手段と、この深
   夜電力検出手段により深夜電力電源が有の時に前記発熱
   体へ通電し、前記タンク内の水を加熱する通電手段と、
   前記貯湯タンク内に給水される水温を測定する湯温測定
   手段と、前記通電手段による過去の一定期間の通電時間
   からメンバーシップ関数を用いたファジー推論により当
   日の通電時間を決定するファジー推論手段と、このファ
   ジー推論手段による通電時間及び前記湯温測定手段によ
   る水温に基づき、沸き上げ温度と通電開始時間を演算す
   る演算手段と、この演算手段による沸き上げ温度と通電
   開始時間に基づき前記通電手段による前記発熱体への通
   電を制御する発熱体制御手段とを備えた電気温水器の沸
   き上げ制御装置。
2. 【請求項２】 前記ファジー推論手段において、前記通
   電手段による過去の一定期間の通電時間と前記湯温測定
   手段による季節に応じて異なる水温からメンバーシップ
   関数を用いたファジー推論により季節に応じた当日の通
   電時間を決定することを特徴とする請求項１記載の電気
   温水器の沸き上げ制御装置。
3. 【請求項３】 前記ファジー推論手段において、前記通
   電手段による過去の一定期間の通電時間、前記湯温設定
   手段による季節に応じて異なる水温と季節により異なる
   最低沸き上げ温度からメンバーシップ関数を用いたファ
   ジー推論により季節に対応し、かつ最低沸き上げ温度を
   保証した当日の通電時間を決定することを特徴とする請
   求項１記載の電気温水器の沸き上げ制御装置。