JP2004170025A - Electric water heater - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気温水器に関し、特に、上部ヒータの加熱用電源を下部ヒータの加熱用電源とは別に設けることにより、上部ヒータの電力量料金を削減し、熱交換器を介した暖房等を安価に行うことができる電気温水器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、深夜電力を用いた電気温水器により給湯するシステムにおいて、浴槽へ給湯する場合、所定の温度に設定した温水を、浴槽の給湯口や蛇口から供給するように構成されている。
すなわち、この電気温水器では、水道管から供給された水道水を電気温水器の貯湯タンク内にて加熱するとともに、この加熱した温水を、直接或いは別の水道管からの水道水と混合することにより設定温度に調節し、この温度調節した温水を配管を介して給湯口や蛇口に供給するように構成されている。
また、この電気温水器では、貯湯タンク内に、上部の比較的高温となる湯を用いて加熱するようにした熱交換器を配設し、熱交換器内の熱媒を循環させて貯湯タンク内の熱エネルギーを取り出し、暖房等に利用するようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の電気温水器では、下部ヒータの加熱用電源として安価な深夜電力を用い、深夜のうちに貯湯タンク内に貯湯する一方、前記熱交換器等の作用によって貯湯タンク上部の温度が下がったときは、上部ヒータによって貯湯タンク上部の湯を加熱するようになっている。
この場合、上部ヒータの加熱用電源は下部ヒータと同じであるが、使用時間がリアルタイムとなるため、下部ヒータのような深夜電力を使用することができず、結果として電力量料金が高くなるという問題を有している。
【0004】
本発明は、上記従来の電気温水器が有する問題点に鑑み、上部ヒータの加熱用電源を下部ヒータの加熱用電源とは別に設けることにより、上部ヒータの電力量料金を削減し、熱交換器を介した暖房等を安価に行うことができる電気温水器を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電気温水器は、貯湯タンクと、該貯湯タンクの下部に設けられた給水管と、貯湯タンクの上部に設けられた給湯管と、貯湯タンク内の下部に設けられた下部ヒータと、貯湯タンク内の上部に設けられた上部ヒータと、該上部ヒータの近傍に設けられ貯湯タンクの温水との間で熱交換を行う熱交換器とを備えた電気温水器において、前記上部ヒータの加熱用電源に、所定の時刻に通電を遮断するように予め設定された商用電源を用いるとともに、上部ヒータの制御用電源並びに下部ヒータの加熱用電源及び制御用電源に通常の商用電源を用いるようにしたことを特徴とする。
【0006】
この電気温水器は、上部ヒータの加熱用電源に、所定の時刻に通電を遮断するように予め設定された商用電源を用いるとともに、上部ヒータの制御用電源並びに下部ヒータの加熱用電源及び制御用電源に通常の商用電源を用いるようにしたことから、例えば、融雪用電源等の安価な電源を上部ヒータの加熱用電源として用いることができ、これにより、上部ヒータの電力量料金を削減して、熱交換器を介した暖房等を安価に行うことができる。
【0007】
この場合において、熱交換器内の圧力を貯湯タンク内の圧力より低く設定することができる。
【0008】
これにより、熱交換器の配管が損傷した場合でも、熱交換器の熱媒の貯湯タンク内への漏出を防止することができる。
【0009】
また、給湯管を上部ヒータより上に設けることができる。
【0010】
これにより、給湯管からの給湯温度を高くすることができる。
【0011】
また、上部ヒータより上の貯湯タンクの容量を、貯湯タンク全体の1/4〜1/2に設定することができる。
【0012】
これにより、貯湯タンクの容量を増やすことなく、熱交換器に使用する熱容量を大きくすることができる。
【0013】
また、上部ヒータの出力を、熱交換器の負荷の1.1〜1.2倍に設定することができる。
【0014】
これにより、熱エネルギーを効率的に利用し、ランニングコストを低減することができる。
【0015】
また、貯湯タンク内の熱交換器付近の温度が所定値以下に低下したときに、熱交換器の循環ポンプを停止するようにすることができる。
【0016】
これにより、給湯を優先して、電気温水器の運転を安定化することができる。
【0017】
また、上部ヒータの熱出力をサイリスタ位相制御等の比例制御により行うようにすることができる。
【0018】
これにより、上部ヒータにより加熱する湯の平均温度を高くすることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気温水器の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
図1に、本発明の電気温水器の一実施例を示す。
【0021】
この電気温水器は、所要の容量を有する円筒状の貯湯タンク1と、該貯湯タンク1の下部に設けられた給水管2と、貯湯タンク1の上部に設けられた給湯管3と、貯湯タンク1内の下部に設けられた下部ヒータ4と、貯湯タンク1内の上部に設けられた上部ヒータ5と、該上部ヒータ5の近傍に設けられ貯湯タンク1の温水との間で熱交換を行って暖房用室内機の放熱器11を加温するための熱交換器6とを備えている。
そして、この電気温水器は、前記上部ヒータ5の加熱用電源に、所定の時刻に通電を遮断するように予め設定された商用電源7を用いるとともに、上部ヒータ5の制御機器7aを稼動するための制御用電源並びに下部ヒータ4の加熱用電源及び下部ヒータ8の制御機器8aを稼動するための制御用電源に通常の商用電源8を用いるようにしている。
なお、この電気温水器は、上記の暖房用室内機の放熱器11の加温の用途のほか、風呂13、蛇口14への給湯等、従来、電気温水器が用いられている用途と併用されるものである。
【0022】
この場合、熱交換器6内の圧力は貯湯タンク1内の圧力より低く設定されており、これにより、熱交換器6の配管が損傷した場合でも、熱交換器6の熱媒の貯湯タンク1内への漏出を防止するようにしている。
また、給湯管3は上部ヒータ5より上に設けられており、これにより、給湯管3からの給湯温度を高くするようにしている。
なお、給湯管3から出た湯は、図1に示すように、貯湯タンク下部からの配管又は水道管からの水と混合され温度調節された後、風呂や蛇口から出湯される。
【0023】
また、上部ヒータ5より上の貯湯タンク1の容量は、貯湯タンク1全体の1/4〜1/2に設定されており、これにより、貯湯タンク1の容量を増やすことなく、熱交換器6に使用する熱容量を大きくしている。
さらに、上部ヒータ5の出力は、熱交換器6の負荷の1.1〜1.2倍に設定されており、これにより、熱エネルギーを効率的に利用し、ランニングコストを低減している。
【0024】
そして、貯湯タンク1内の熱交換器6付近の温度が所定値以下に低下したときには、熱交換器6の循環ポンプを停止するように設定されており、これにより、給湯を優先して、電気温水器の運転を安定化するようにしている。
また、上部ヒータ5の熱出力は、サイリスタ位相制御等の比例制御により行うようにされており、これにより、上部ヒータ5により加熱する湯の平均温度を高くするようにしている。
【0025】
一方、熱交換器6は、図1に示すように、熱媒配管9及び循環ポンプ10を介して、暖房用室内機の放熱器11に接続されている。
また、貯湯タンク1に取り付けた温度センサ(図示省略)によって、温度の低下を迅速、かつ、正確に検知することができ、必要に応じて行う上部ヒータ5による追加的な加熱を適切に実施することができる。
また、熱媒配管9の適宜位置(本実施例においては、熱交換器6と循環ポンプ10の間)には、熱媒配管9を循環する熱媒の体積の変動を吸収する膨張タンク12を配設するようにする。
【0026】
ところで、上部ヒータ5の加熱用電源として使用する安価な条件付き商用電源7としては、例えば、北海道などにおける融雪用電源等がある。
この融雪用電源としては、例えば、16時〜21時までのピーク時間内で、遮断時間の合計が2時間となるようにタイムスイッチによって断続的に通電を遮断する北海道電力の「ホットタイム22」等のシステムがある。
このシステムでは、ほぼ1日中電力を使用可能とするが、上記のように合計時間で2時間通電を遮断するとともに、各家庭において通電の遮断時刻をずらすことにより、電力消費のピークを平均化し、かつ電力量料金の低減を図っている。
【0027】
次に、図2を参照して、本実施例の電気温水器の使用方法の一例を説明する。
まず、暖房用の上部ヒータ5のON/OFF温度の決定方法は、融雪用電源7と通常の商用電源8(深夜料金)とでは料金単価に差があるため、できるだけ夜間は融雪用電源7を使用せずに深夜料金の商用電源8だけを使用する。
ただ、夜間に融雪用電源7を停止してしまうと、暖房能力に不足が生じる場合も考えられるので、上部ヒータ5のON/OFF温度を夜間では低くして、主に下部ヒータ4を安い深夜料金の商用電源8で通電し、それでも暖房能力に不足が生じる場合のみ融雪用電源7を用いて上部ヒータ5を通電するようにする。
これにより、本実施例の電気温水器は、図3に示す従来の電気温水器の使用方法よりも、電力量料金を低く抑えることができる。
【0028】
また、上部ヒータ5のインバータ制御(半導体リレー・サイリスタ)について説明する。
暖房用放熱器11の熱媒を熱交換器6により昇温させる場合、貯湯タンク1内全体(別途給湯でお湯を使用した場合は入ってきた水以外の上側のお湯)の湯温が低下する。
その低下した湯温を昇温させるために、上部ヒータ5に通電しても貯湯タンク上部のお湯の内、上部ヒータ5より上側しか昇温することができない。
そのため上部ヒータ5のON/OFF温度幅を通常程度に広くすると、上部ヒータ5と貯湯タンク下部の水との間に中間温度層(ややぬるい温度の層)ができる。
したがって、上部ヒータ5のON/OFF温度幅を特に狭くするか、インバータ制御等により発熱量を可変させることにより、必要なカロリーを連続で発熱させる。
それには、従来の電磁リレーでは問題があるので、半導体リレー(サイリスタ)を使用して対応する。
これにより大量の給湯時にもぬるくない高温のお湯を使用することができる。
【0029】
かくして、本実施例の電気温水器は、上部ヒータ5の加熱用電源に、所定の時刻に通電を遮断するように予め設定された商用電源7を用いるとともに、上部ヒータ5の制御用電源並びに下部ヒータ4の加熱用電源及び制御用電源に通常の商用電源8を用いるようにしたことから、例えば、融雪用電源等の安価な電源を上部ヒータ5の加熱用電源として用いることができ、これにより、上部ヒータ5の電力量料金を削減して、熱交換器6を介した暖房等を安価に行うことができる。
【0030】
以上、本発明の電気温水器について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。
【0031】
【発明の効果】
本発明の電気温水器によれば、上部ヒータの加熱用電源に、所定の時刻に通電を遮断するように予め設定された商用電源を用いるとともに、上部ヒータの制御用電源並びに下部ヒータの加熱用電源及び制御用電源に通常の商用電源を用いるようにしたことから、例えば、融雪用電源等の安価な電源を上部ヒータの加熱用電源として用いることができ、これにより、上部ヒータの電力量料金を削減して、熱交換器を介した暖房等を安価に行うことができ、併せて、電力消費のピークの平均化に寄与することができる。
【0032】
また、熱交換器内の圧力を貯湯タンク内の圧力より低く設定することにより、熱交換器の配管が損傷した場合でも、熱交換器の熱媒の貯湯タンク内への漏出を防止することができる。
【0033】
また、給湯管を上部ヒータより上に設けることにより、給湯管からの給湯温度を高くすることができる。
【0034】
また、上部ヒータより上の貯湯タンクの容量を、貯湯タンク全体の1/4〜1/2に設定することにより、貯湯タンクの容量を増やすことなく、熱交換器に使用する熱容量を大きくすることができる。
【0035】
また、上部ヒータの出力を、熱交換器の負荷の1.1〜1.2倍に設定することにより、熱エネルギーを効率的に利用し、ランニングコストを低減することができる。
【0036】
また、貯湯タンク内の熱交換器付近の温度が所定値以下に低下したときに、熱交換器の循環ポンプを停止することにより、給湯を優先して、電気温水器の運転を安定化することができる。
【0037】
また、上部ヒータの熱出力をサイリスタ位相制御等の比例制御により行うことにより、上部ヒータにより加熱する湯の平均温度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電気温水器の一実施例を示す回路図である。
【図2】同実施例の電気温水器の使用方法を示すグラフである。
【図3】従来の電気温水器の使用方法を示すグラフである。
【符号の説明】
1 貯湯タンク
2 給水管
3 給湯管
4 下部ヒータ
5 上部ヒータ
6 熱交換器
7 条件付き商用電源
7a 制御機器
8 通常の商用電源
8a 制御機器
9 熱媒配管
10 循環ポンプ
11 暖房用放熱器
12 膨張タンク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric water heater, in particular, by providing a heating power supply for the upper heater separately from a heating power supply for the lower heater, thereby reducing the electricity charge for the upper heater and controlling heating via a heat exchanger. The present invention relates to an electric water heater that can be performed at low cost.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a system for supplying hot water by an electric water heater using midnight power, when hot water is supplied to a bathtub, hot water set to a predetermined temperature is supplied from a hot water supply port or a faucet of the bathtub.
That is, in this electric water heater, the tap water supplied from the water pipe is heated in the hot water storage tank of the electric water heater, and the heated water is mixed directly or with the tap water from another water pipe. The temperature is adjusted to a set temperature, and the temperature-controlled hot water is supplied to a hot water supply port or a faucet via a pipe.
Also, in this electric water heater, a heat exchanger is arranged in the hot water storage tank so as to be heated by using hot water having a relatively high temperature at an upper portion, and the heat medium in the heat exchanger is circulated so that the hot water storage tank is circulated. The heat energy inside is taken out and used for heating.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional electric water heater, inexpensive midnight power is used as a power source for heating the lower heater, and hot water is stored in the hot water storage tank at midnight, while the temperature of the upper part of the hot water storage tank is reduced by the action of the heat exchanger and the like. When it falls, the hot water in the upper part of the hot water storage tank is heated by the upper heater.
In this case, the heating power supply of the upper heater is the same as that of the lower heater, but since the usage time is real-time, it is not possible to use the late-night power as in the lower heater, and as a result, the electricity charge increases. Have a problem.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional electric water heater, and provides a heating power supply for the upper heater separately from a heating power supply for the lower heater. It is an object of the present invention to provide an electric water heater that can perform heating or the like at low cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the electric water heater of the present invention comprises a hot water storage tank, a water supply pipe provided at a lower part of the hot water storage tank, a hot water supply pipe provided at an upper part of the hot water storage tank, and a lower part within the hot water storage tank. An electric water heater comprising: a lower heater provided; an upper heater provided in an upper portion of the hot water storage tank; and a heat exchanger provided near the upper heater and performing heat exchange between hot water in the hot water storage tank. In the power supply for heating the upper heater, a commercial power supply that is set in advance so as to cut off the power supply at a predetermined time is used, and the power supply for controlling the upper heater and the power supply for heating and controlling the lower heater are usually used. Characterized in that a commercial power supply is used.
[0006]
This electric water heater uses, as a heating power supply for the upper heater, a commercial power supply that is set in advance so as to cut off the power supply at a predetermined time, a power supply for controlling the upper heater, a power supply for heating the lower heater, and a power supply for controlling the lower heater. Since a normal commercial power supply is used as the power supply, for example, an inexpensive power supply such as a power supply for snow melting can be used as a power supply for heating the upper heater, thereby reducing a power charge for the upper heater. Heating via a heat exchanger can be performed at low cost.
[0007]
In this case, the pressure in the heat exchanger can be set lower than the pressure in the hot water storage tank.
[0008]
Thereby, even if the piping of the heat exchanger is damaged, it is possible to prevent the heat medium of the heat exchanger from leaking into the hot water storage tank.
[0009]
Also, the hot water supply pipe can be provided above the upper heater.
[0010]
Thereby, the temperature of hot water supplied from the hot water supply pipe can be increased.
[0011]
Further, the capacity of the hot water storage tank above the upper heater can be set to 1 / to の of the entire hot water storage tank.
[0012]
Thereby, the heat capacity used for the heat exchanger can be increased without increasing the capacity of the hot water storage tank.
[0013]
Further, the output of the upper heater can be set to 1.1 to 1.2 times the load of the heat exchanger.
[0014]
This makes it possible to efficiently use heat energy and reduce running costs.
[0015]
Further, when the temperature near the heat exchanger in the hot water storage tank falls below a predetermined value, the circulating pump of the heat exchanger can be stopped.
[0016]
Thereby, the operation of the electric water heater can be stabilized with priority given to hot water supply.
[0017]
Further, the heat output of the upper heater can be controlled by proportional control such as thyristor phase control.
[0018]
Thereby, the average temperature of the hot water heated by the upper heater can be increased.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an electric water heater of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 shows an embodiment of the electric water heater of the present invention.
[0021]
The electric water heater includes a cylindrical hot water storage tank 1 having a required capacity, a
This electric water heater uses a
This electric water heater is used not only for heating the
[0022]
In this case, the pressure in the
The hot
In addition, as shown in FIG. 1, the hot water flowing out of the hot
[0023]
The capacity of the hot water storage tank 1 above the
Further, the output of the
[0024]
When the temperature in the vicinity of the
The heat output of the
[0025]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
Further, a temperature sensor (not shown) attached to the hot water storage tank 1 can quickly and accurately detect a decrease in temperature, and appropriately perform additional heating by the
In addition, at an appropriate position of the heat medium pipe 9 (in this embodiment, between the
[0026]
By the way, the inexpensive
As the power source for snow melting, for example, “Hot time 22” of Hokkaido Electric Power Co., Ltd., in which power supply is intermittently interrupted by a time switch so that the total interruption time is 2 hours within a peak time from 16:00 to 21:00. And so on.
In this system, the power can be used almost all day, but the power supply is cut off for two hours for a total time as described above, and the power supply cutoff time is shifted in each home, thereby averaging the power consumption peak. , And to reduce the electricity charge.
[0027]
Next, an example of a method of using the electric water heater of the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, the method for determining the ON / OFF temperature of the
However, if the snow
As a result, the electric water heater of the present embodiment can lower the electricity charge as compared with the conventional method of using the electric water heater shown in FIG.
[0028]
Further, the inverter control (semiconductor relay / thyristor) of the
When the temperature of the heat medium of the
Even if the
Therefore, if the ON / OFF temperature width of the
Therefore, the necessary calories are continuously generated by making the ON / OFF temperature width of the
Since there is a problem with the conventional electromagnetic relay, a semiconductor relay (thyristor) is used to cope with this.
Thus, high-temperature hot water that is not lubricious can be used even when a large amount of hot water is supplied.
[0029]
Thus, the electric water heater according to the present embodiment uses the
[0030]
As described above, the electric water heater according to the present invention has been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and the configuration may be appropriately changed without departing from the gist thereof. can do.
[0031]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the electric water heater of this invention, while using the commercial power supply preset so that the electric power may be cut off at a predetermined time, the power supply for controlling the upper heater and the heating power supply for the lower heater are used as the heating power supply for the upper heater. Since a normal commercial power source is used as the power source and the control power source, an inexpensive power source such as a snow melting power source can be used as a power source for heating the upper heater. , Heating and the like via the heat exchanger can be performed at low cost, and at the same time, it can contribute to averaging the peak of power consumption.
[0032]
In addition, by setting the pressure in the heat exchanger lower than the pressure in the hot water storage tank, even if the pipe of the heat exchanger is damaged, it is possible to prevent the heat medium of the heat exchanger from leaking into the hot water storage tank. it can.
[0033]
Further, by providing the hot water supply pipe above the upper heater, the temperature of hot water from the hot water supply pipe can be increased.
[0034]
Further, by setting the capacity of the hot water storage tank above the upper heater to 1/4 to 1/2 of the entire hot water storage tank, the heat capacity used for the heat exchanger can be increased without increasing the capacity of the hot water storage tank. Can be.
[0035]
In addition, by setting the output of the upper heater to be 1.1 to 1.2 times the load of the heat exchanger, the thermal energy can be efficiently used and the running cost can be reduced.
[0036]
In addition, when the temperature near the heat exchanger in the hot water storage tank drops below a predetermined value, the operation of the electric water heater is stabilized by giving priority to hot water supply by stopping the circulation pump of the heat exchanger. Can be.
[0037]
Further, by performing the thermal output of the upper heater by proportional control such as thyristor phase control, the average temperature of hot water heated by the upper heater can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of an electric water heater according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing how to use the electric water heater of the embodiment.
FIG. 3 is a graph showing a method of using a conventional electric water heater.
[Explanation of symbols]
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