JPS6233256A - 貯湯式電気温水器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、深夜電力を利用した貯湯式電気温水器の制
御装置、殊に、沸き上げ温度を最適に選ぶことによって
電力潤費最の節減を図った制御装置に関する。

従来技術 深夜の余剰電力を利用して潟を沸かし、貯湯タンクに貯
蔵された湯を、日中、生活水として利用する貯湯式電気
温水器が広く普及している。このものは、深夜電力用の
タイムスイッチによって、電力会社ごとに定められた深
夜電力の給電時間（一般には、深夜２３時から翌朝７時
までの８時間）内に貯湯タンク内の発熱体に通電するも
のである。

而して、日中、生活水として使用される湯の母は、家族
構成、入浴頻度等によっても変動することは勿論、電気
温水器から給湯される高温湯から適温の湯を得るために
混合する給水温度によっても大幅に変動するから、常に
一定の湯量を一定の温度に沸き上げて、多くの残湯を翌
日に持ち越すことは、日中の放熱ロスが過大となって不
経済でおる。

一般に電気温水器は、貯湯タンクの上部から排出される
給湯に対応して下部から自動的に給水を行なうことによ
って貯湯タンク内の湯と水との自動交換を行ない、常に
貯湯タンクを満水の状態にして使用する様になっている
ので、沸き上げる湯量の調節を行なうことは困難である
。そこで従来は、沸上げに要した発熱体への実通電時間
の実績データを以って消費１ｆｆｉの目安となし、これ
を利用して沸上り温度の目標設定値を算出せんとするも
のく特開昭６０−３０９３２〜６０−３０９３５号公報
）、現実の消費湯ａを水量計で測定し、これを熱量換算
した上で、現在の給水温度を加味して沸上り温度の目標
設定値を求めるもの（特開昭６０−３０９３６〜６０−
３０９４１号公報）が提案されている。

しかしながら、かかる従来技術にあっては、前者では、
前日の残湯量の変動があるときは、通電時間もそれによ
って大きく変わるから、当日の消費湯量の目安として使
用するには、通電時間は誤差が大き過ぎて実用的でない
こと、後者では、消費湯量を計測するための水量計を必
要とするから、全体として高価なものとならざるを得な
いことの欠点が避けられなかった。

発明の目的 そこでこの発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、貯湯
タンクに複数の温度検出器を取り付【ブ、貯湯タンク内
の平均温度を算出し得るようにするごとによって、日中
における貯湯タンク内の平均温度降下量をベースにして
、沸上げ温度の目標設定値を適確に演算できる様にする
とともに、高価な水量計を必要としない貯湯式電気温水
器の制御装置を提供することを目的とする。

発明の構成 かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、電気温
水器の貯湯タンクに、その内部に貯えられる水の略等容
量ごとの水温を検出できる様に複数個の温度検出器を取
り付け、この温度検出器の出力たる温度検出値から貯湯
タンク内の平均温度を得、深夜電力の給電時間の終了時
と開始時とにおける前記平均温度から、当日の日中にお
ける平均温度降下伍を算出し、これと、最下段検出器の
検出値との実績データを記憶するとともに、記憶された
これらのデータから当日の沸上げ温度の目標値たる目標
設定値を計算し、貯湯タンク内の平均温度がこの目標設
定値に到達するまで貯湯タンク内の発熱体に通電させて
湯を沸き上げるべく、平均値演算手段とデータ記憶手段
と設定値演算手段と通電制御手段を配設したことをその
要旨とする。

実施例 以下、図面を以って実施例を説明する。

貯湯式電気温水器１０の制御装置は、貯湯タンク１１に
取り付けた複数個の温度検出器２１．２１・・・と、制
御装置本体３０とからなり、通電制御スイッチ１４を伴
なう（第１図）。

電気温水器１０の貯湯タンク１１は、表面に図示しない
断熱層を形成した円筒形水密タンクで必って、その下部
には、内側に突出して取り付けられた発熱体１２を有す
る一方、貯湯タンク１１の底板１１ｄには給水管１１ａ
が、上部には湯栓１１Ｃを有する給湯管１１ｂが取り付
けておる。

発熱体１２は、深夜電力用タイムスイッチ１３と通電制
御スイッチ１４とを介して、商用電源ＡＣに接続されて
いて、その電気容量は、タイムスイッチ１３で設定され
る深夜電力の給電時間内に、貯湯タンク１１内の全水母
を所定の最高沸上げ温度（たとえば８５°Ｃ）に沸き上
げることができる値に選定されている。

貯湯タンク１１の側壁には、上下に略等間隔に複数の温
度検出器２１．２１・・・が取り付けておる。

温度検出器２１は、サーミスタ、熱電対等の任意の種類
のもので足るが、貯湯タンク１１内の水の略等容量ごと
の温度を有効に検出できる様に、互いに等間隔に、しか
も、温度検出端を側壁内部に突出させて取り付けである
。最下段の温度検出器２１は、貯湯タンク１１の底板１
１ｄに近く取り付け、給水管１１ａから供給される給水
の温度を計測できる様にしである。

制御装置本体３０は、平均値演算手段３１と、データ記
゛巨手段３２と、設定値演算手段３３と、通電制御手段
３４と、時計装置３５とからなっていて、すべてをハー
ドウェアで構成することもできるが、入出力装置（ＩＯ
Ｐ）、中央演算装置（ＣＰＵ）　、メモリ装置（ＭＲＹ
）とからなる周知のマイクロコンピュータ装置と、それ
に内蔵したプログラムとによって構成することもできる
ものとする。

前記の温度検出器２１．２１・・・の出力は、平均値演
算手段３１に入力され、その出力は、データ記憶手段３
２と設定値演算手段３３と通電制御手段３４とを介して
、前記発熱体１２の電力を開閉制御するための通電制御
スイッチ１４に接続されている一方、時計装置３５の出
力が平均値演算手段３１と通電制御手段３４とに加えら
れている。

いま、制御装置本体３０がマイクロコンピュータ装置と
プログラムとで構成されているものとして、各部の作用
を説明すれば次のとおりである。

平均値演算手段３１は、常時、周期的に作動している平
均値演算プログラム（第２図）に示す動作をなしている
。すなわら、図示しない入出力装置（ＩＯＰ）を介して
温度検出器２１．２１・・・の出力たる温度検出値Ｔ１
、Ｔ２・・・Ｔｎを読み取る（同図ステップ（１）、以
下単に（１）と記す）。

ここで、各検出値Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔｎは、最下段の温
度検出器２１に対応するものをＴ１として、以下、順に
番号を付すものとし、ｎは温度検出器２１．２１・・・
の総個数である。

次いで Ｔ＝　（Ｔ１＋Ｔ２＋・＋Ｔｎ）／ｎ によって、貯湯タンク１１内の水温の平均温度下を算出
する（２）。各温度検出器２１は、貯湯タンク１１内の
水の略等容量ごとの温度を検出するので、平均温度Ｔの
計算値は正確である。

深夜電力用タイムスイッチ１３で決まる給電時間の終了
時であれば（３）、平均温度ＴをＴａとして、図示しな
いメモリ装置（ＭＲＹ＞からなるデータ記憶手段３２に
記゛臘更新する（４）。ここで、Ｔａの記憶メモリ容量
は１デ一タ分のみ用意しておるものとする。

給電時間の開始時であれば（５）、平均温度ＴをＴｂと
しく６）、その日の日中の貯湯タンク１１内の水温の平
均温度降下量Δ丁を △Ｔ＝Ｔａ−Ｔｂ として計算する（７）。ただし、Ｔａは前回ステップ（
４）で記憶した平均温度である。

この平均温度降下ｍΔ下と、最下段の温度検出器２１に
対応する温度検出値Ｔ１とを記゛ｌ更新しく８）（９）
、このプログラムを終る。平均温度降下量Δ丁と最下段
の温度検出器２１の温度検出値下１の記憶領域は、数個
分、たとえば、１週間ないし１０日分のデータを記憶で
きるものとし、新データの記憶の際に最も古いデータを
更新して、常に、最新の所定日数分のデータの記憶がで
きる様にしておるものとする。

設定値演算手段３３は、データ記憶手段３２に記・隠さ
れている平均温度降下量Δ丁と、給電時間の開始時にお
ける最下段の温度検出器２１の温度検出値Ｔ１とを使用
して、電気温水器１０の湘上げ温度の目標設定値Ｔｏの
計算を行なう（第３図）。この目標設定値演算プログラ
ムは、給電時間の開始時に、前記平均値演算プログラム
の完了によって始動せられるものとする。

まず、データ記憶手段３２に記憶されている所定日数分
の平均温度降下量Δ丁の最大値△１ｍと最下段温度検出
器２１の温度検出値Ｔ１の最小値Ｔ１ｍとを読み出す（
１）。これを用いてＴｏ＝ＡＴｍ＋Ｔ１ｍ十β（４５−
Ｔｌｍ＞によって、沸上げ温度の目標設定値Ｔｏを算出
する（２）。ただし、βは後述する定数で必る。

一般に、電気温水器１０によって貯湯タンク１１内の平
均温度がＴｋ’Ｃに沸き上げられると、その湯は、貯湯
タンク１１への給水と等しい水温ＴＷ’Ｃの水と混合さ
れて使いやすい温度Ｔ　ｕ　’Ｃの低温湯として使用さ
れるから、貯湯タンク１１の容量をＶＯリットルとする
と、沸き上げられた湯のＴｕ’Ｃ換算湯ｆｆ１Ｖ１リッ
トルはＶ１＝　（Ｔｋ−Ｔｗ＞　・■○ ／　（Ｔｕ−Ｔｗ） で表わされる。

貯湯タンク１１内の湯が消費されると、その８四に等し
い量の給水が、タンク１１の下部の給水管１１ａを経て
補給されるので、貯湯タンク１１内の平均温度は低下す
る。日中の湯の使用が終了したときのタンク１１内の平
均温度をＴｋｌｏＣとすると、このときのタンク１１内
の湯のＴｕ℃換算ＩＶ２リットルは、上式と同様に Ｖ２＝　（Ｔｋｌ−Ｔｗ＞・ＶＯ ／（丁ｕ−ＴＷ＞ で表わされるから、当日の使用湯のＴ　ｕ　’ＣＪｌｌ
算量Ｖリットルは Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２＝　（Ｔｋ−Ｔｋｌ＞ −Ｖｏ／　（Ｔｕ−Ｔｗ＞ で示すことができる。

全く同様に、タンク１１内の平均温度をＴＯｏＣに沸き
上げたときのＴ　ｕ　’Ｃ換算１ｆｆｉＶ３リットルは Ｖ３＝　（Ｔｏ−Ｔｗ） ・Ｖ○／　（Ｔｕ−ＴＷ） で表わされ、これが現実の湯の使用最のＴｕ’Ｃ換算ｍ
換算ｍ上リットルくプれば、残湯量が零となって最も経
済的である。したがって、余裕αリットルを考慮して Ｖ＝Ｖ３＋α とおいて、ＴＯについて整理すれば Ｔｏ＝　（Ｔｋ−Ｔｋｌ） 十ＴＷ十β（Ｔｕ−Ｔｗ＞ が得られ、平均温度上昇値（Ｔｋ−Ｔｋｌ）から沸上げ
温度の目標設定値ＴＯを定めることができることになる
。ただし、β＝α／ＶＯである。

ステップ（２）にあける目標設定値Ｔｏ（１）算出は、
以上の根拠に基づくものであって、前式中の（Ｔｋ−Ｔ
ｋｌ＞が当日におけるタンク１１内の平均温度降下量Δ
丁にあたる一方、給水温度ＴＷが最下段の温度検出器２
１の検出値−「１ににって検出できることによってあり
、β（Ｔｕ−Ｔｗ）は、日々の使用湯量、給水温度、気
温変化に基づく放熱量等の変動要因に対する余裕を見る
ことにより、目標設定値ＴＯの増加傾向への変化を可能
にするために付加された余裕量である。また、実際の使
用される湯の温度を考慮して、１ｕ＝４５（’Ｃ）とし
であるが、この値は、適宜変更することができることは
云うまでもない。

次いで、所用加熱時間りを下式によって算出する（３）
。

ｈ＝　（Ｔｏ−Ｔ１＞／Ｔｈ ただし、Ｔｈは、発熱体１２の電気容量によって決まる
値で、１時間の発熱体１２への通電による貯湯タンク１
１内の水の平均温度上昇値を表わす。

通電制御手段３４の動作は、前記の平均値演算プログラ
ムと同期して、少なくとも深夜電力の給電時間内は常時
、周期的に動作する通電制御プログラムで示される（第
４図）。すなわち、貯湯タンク１１内の平均温度Ｔが沸
上げ温度の目標設定値Ｔｏを越えてなければ（１）、既
に加熱操作がなされていないこと（２）、現在時刻が加
熱開始時刻ｔを経過していること（３）を条件に、通電
制御スイッチ１４を動作せしめることによって、発熱体
１２への通電を行ない加熱を開始する（４）。加熱操作
が進行して（５）、平均温度Ｔが目標設定値下０８越え
たときは（１）、通電制御スイッチ１４を復帰して加熱
を終了せしめる（６）。

以上の説明において、目標設定値演算プログラム（第３
図）のステップ（３）（４）と、通電制御プログラム（
第４図）のステップ（３）は、必らずしも必須の要素で
はないが、これらの動作を付加するときは、貯湯タンク
１１内の平均温度Ｔが目標設定値Ｔｏに到達する、いわ
ゆる沸上り時刻を、深夜電力の給電時間の終了時に合わ
せることができるので、貯湯タンク１１内の高温湯を放
置する時間を短くすることができて、放熱ロスを少なく
することができる。

なお、目標設定値演算プログラムにおける沸上げ温度の
目標設定値ＴＯの算出データとして使用する、記憶され
ている所定日数分の平均温度降下Ｍ△丁の最大値△Ｔｍ
は、これに代えて、記憶されている平均温度降下量Δ丁
の平均値△Ｔａｖを使用したり、平均温度降下はΔ丁の
傾向パターンに規則性が認められるとぎは、そのパター
ンに対応した予想量△Ｔｐを採用したりすることもでき
るものとする。

ざらに、平均値演算プログラム（第２図）のステップ（
３）（４）における現在時刻の判定は、図示の如く制御
ｖｃ＠本体３０内部のハードウェアまたはソフトウェア
による時計装置３５によることもできるが（第１図）、
タイムスイッチ１３から信号を入力して、同スイッチが
現に動作しているか否かと、その後の最初のパスである
こととによって判断することもできることは勿論である
。

発明の詳細 な説明した様にこの発明によれば、貯湯タンクに略等容
量ごとの水温を検出する複数個の温度検出器を取り付け
、深夜電力の給電時間の終了時と開始時とにおける貯湯
タンク内の水の平均温度降下量を以ってその日の使用ｉ
ｔを算出するための基本データとし、最適の使用温度換
算湯量を沸き上げるための沸上げ温度の目標設定値を算
出した上、これを目標に発熱体の通電制御をする様にし
たことによって、前記の平均温度降下量が、前日の残湯
量の変動や日中の放熱伍の変動等をも加味した当日の正
確な使用ｆＡｍ算出の根拠となり得るものであるので、
適確な沸上げ温度の目標設定値の計算ができ、しかも、
この計算のために高価な水量計を導入する必要もないと
いう優れた効果がおる。

加えて、前記温度検出器は、沸上げ温度の目標設定値の
計算の他に、沸上げ完了のチェックにも共用できるから
、前者のためにのみ使用する格別の機器を設置する必要
がなく、経済的であるといつ効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は実施例を示し、第１図は全体系統
図、第２図ないし第４図は、それぞれ、平均値演算プロ
グラム、目標設定値演算プログラム、通電制御プログラ
ムのフローチャートである。 １０・・・電気温水器 １１・・・貯湯タンク １２・・・発熱体 ２１・・・温度検出器 ３１・・・平均値演算手段 ３２・・・データ記憶手段 ３３・・・設定値演算手段 ３４・・・通電制御手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）深夜電力を利用して発熱体に通電し、貯湯タンク内
   の水を加熱する貯湯式電気温水器の制御装置であつて、
   前記貯湯タンク内の略等容量ごとの水温を検出する複数
   個の温度検出器と、該温度検出器の検出値から前記貯湯
   タンク内の平均温度を算出するとともに、前記深夜電力
   の給電時間の終了時と開始時とにおける前記平均温度か
   ら当日の平均温度降下量を算出する平均値演算手段と、
   前記給電時間の開始時における前記温度検出器の最下段
   の検出値と前記平均温度降下量との実績データを記憶す
   るデータ記憶手段と、該データ記憶手段に記憶された前
   記最下段の検出値と前記平均温度降下量とから沸上げ温
   度の目標設定値を算出する設定値演算手段と、前記平均
   温度が前記目標設定値に到達するまで前記発熱体に通電
   させる通電制御手段とを備えることを特徴とする貯湯式
   電気温水器の制御装置。 ２）前記設定値演算手段は、前記給電時間の終了時に加
   熱が完了すべく加熱開始時刻を算出する一方、前記通電
   制御手段は、前記加熱開始時刻の経過を以つて、加熱制
   御を開始する如くしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の貯湯式電気温水器の制御装置。