JP2008008548A

JP2008008548A - 電気給湯機

Info

Publication number: JP2008008548A
Application number: JP2006179407A
Authority: JP
Inventors: Kunihito Nagakura; 邦仁長倉; Koji Ito; 浩二伊藤; Kenji Matsumura; 賢治松村
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】逐次最適な沸き上げ加熱出力になるように加熱出力の増減制御を行うことにより、ＣＯＰの向上とランニングコストの低減を図ることができる電気給湯機を提供すること。
【解決手段】過去数日分の深夜時間帯の外気温度と給水温度の変化状況を検出し、検出した外気温度と給水温度の変化状況から沸上運転の開始時点以降の外気温度と給水温度の変化状況を予測し、運転当日の沸き上げ負荷から必要加熱出力の配分パターンを算定する沸上制御手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、季節別時間帯別電灯契約の深夜時間帯内で沸上運転を行う電気給湯機に関し、特に、逐次最適な沸き上げ加熱出力になるように加熱出力の増減制御を行うことにより、ＣＯＰ（成績係数）の向上とランニングコストの低減を図ることができる電気給湯機に関するものである。

例えば、従来のタンクユニットとヒートポンプユニットに別れているヒートポンプ式電気給湯機では、ヒートポンプユニットの沸き上げ加熱能力は一般地用の４．５ｋＷと寒冷地用の６．０ｋＷの２種類が設定されている。
設定値以外の沸き上げ加熱出力を発生させる例として、お風呂の追焚き運転の場合や、外気温度が極端に高い時や低い時に圧縮機等の機器を保護する目的として、沸き上げの加熱出力を段階的に高めたり低めたりするものが知られているが、ＣＯＰの向上を目的として、設定値以外の沸き上げ加熱出力を発生させる運転方法はない。

また、季節別時間帯別電灯契約の場合、ヒートポンプが運転する時間は、主に深夜時間帯に沸上運転させた方がランニングコストを低減することができる。
さらに、ヒートポンプのＣＯＰを向上させ、かつランニングコストを低減させるためには、深夜時間帯において外気温度が比較的高い内に加熱出力を引き上げて沸き上げ、外気温度が低い朝方には加熱出力を引き下げて運転した方がＣＯＰの向上に有利である。

また、ヒートポンプの運転終了時間を深夜時間帯の終了時間（例えば、午前６：５９）として、貯湯タンク全量を沸き上げ状態にすれば、外気温度が低いそれ以外の時間帯の加熱出力を引き下げられる限り引き下げて運転することができ、ＣＯＰを悪化させないことが可能である。

しかしながら、現行の電気給湯機の沸き上げ終了時間は、目標（例えば、午前７：００）に対して、周囲環境条件（外気温度の低下や除霜時間）による安全率を設けているため、おおよそ３０分から１時間３０分ほど前に沸き上げを終了しており、貯湯タンクからの放熱ロスを生じてＣＯＰ悪化の要因になっていた。

本発明は、上記従来の電気給湯機が有する問題点に鑑み、逐次最適な沸き上げ加熱出力になるように加熱出力の増減制御を行うことにより、ＣＯＰの向上とランニングコストの低減を図ることができる電気給湯機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電気給湯機は、貯湯タンクの水を加熱する加熱手段を備え、深夜電力により沸き上げた湯を貯湯タンクに蓄えるようにした電気給湯機において、過去数日分の深夜時間帯の外気温度と給水温度の変化状況を検出し、該検出した外気温度と給水温度の変化状況から沸上運転の開始時点以降の外気温度と給水温度の変化状況を予測し、運転当日の沸き上げ負荷から必要加熱出力の配分パターンを算定する沸上制御手段を備えたことを特徴とする。

この場合において、沸上制御手段が、外気温度が高い時は加熱出力を引き上げて沸上運転を行い、外気温度が低い時は加熱出力を引き下げて沸上運転を行うことができる。

また、沸上制御手段が、深夜時間帯の終了直前に沸上不足分を沸き上げることができる。

また、貯湯タンクを大気に開放することができる。

また、加熱手段としてヒートポンプを用いることができる。

本発明の電気給湯機によれば、貯湯タンクの水を加熱する加熱手段を備え、深夜電力により沸き上げた湯を貯湯タンクに蓄えるようにした電気給湯機において、過去数日分の深夜時間帯の外気温度と給水温度の変化状況を検出し、該検出した外気温度と給水温度の変化状況から沸上運転の開始時点以降の外気温度と給水温度の変化状況を予測し、運転当日の沸き上げ負荷から必要加熱出力の配分パターンを算定する沸上制御手段を備えることから、運転当日の沸き上げ負荷から加熱出力の配分パターンを算定し、深夜時間帯が終わる朝方に沸き上げが終わるように、逐次最適な沸き上げ加熱出力になるように加熱出力の増減制御を行うことができ、これにより、ＣＯＰの向上とランニングコストの低減を図ることができる。

この場合、沸上制御手段が、外気温度が高い時は加熱出力を引き上げて沸上運転を行い、外気温度が低い時は加熱出力を引き下げて沸上運転を行うことにより、給水温度が高い内に加熱出力を引き上げて沸き上げ、給水温度が低い朝方には加熱出力を引き下げて運転することができ、これにより、ＣＯＰの向上とランニングコストの低減を図ることができる。

また、沸上制御手段が、深夜時間帯の終了直前に沸上不足分を沸き上げることにより、外気温度が低いそれ以外の時間帯の加熱出力を引き下げられる限り引き下げて運転することができる。

また、貯湯タンクを大気に開放することにより、貯湯タンク内に圧力を掛けないシステムにも適用することができる。

また、加熱手段としてヒートポンプを用いることにより、ヒータ加熱に比較して電気を節約することができる。

以下、本発明の電気給湯機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
この電気給湯機は、図２に示すように、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の水を加熱するヒートポンプ４とを備え、深夜電力により沸き上げた湯を貯湯タンク１に蓄えるようにしている。
そして、この電気給湯機は、過去数日分（特に限定されるものではないが、例えば、過去１週間）の深夜時間帯の外気温度と給水温度の変化状況を検出し、該検出した外気温度と給水温度の変化状況から沸上運転の開始時点以降の外気温度と給水温度の変化状況を予測し、運転当日の沸き上げ負荷から必要加熱出力の配分パターンを算定する沸上制御手段５を備えている。

沸上制御手段５は、深夜時間帯（例えば、深夜２３：００〜翌朝７：００）の外気温度が高い内に加熱出力を引き上げて沸き上げ、外気温度が低い朝方には加熱出力を引き下げてヒートポンプ４を運転する。
加熱出力の変更のための情報は、外気温度センサー（図示省略）により外気温度を、水温センサー（図示省略）により給水温度を検出することにより行う。
沸上制御手段５を内蔵するマイコンで、過去１週間分の深夜時間帯の外気温度と水温変化の変化状況から、運転開始時点以降の外気温度と水温の変化状況を予測し、運転当日の必要沸き上げ負荷から加熱出力の配分パターンを算定し、逐次最適な沸き上げ加熱出力に調節する。

この制御方法を用いて、貯湯タンク１からの放熱ロスを少なくさせておき、主に深夜時間帯の前半に貯湯タンク１の所定量（例えば、５０％以上）の沸き上げ湯量を確保し、その後、沸上運転の終わる時間を深夜時間帯の終了時に近づけ、朝方までに残りの沸き上げ湯量を補う。
その際に、深夜時間帯をフルに使って運転終了時間を深夜時間帯の終了時に近づけ、加熱出力をセーブする運転とする。
深夜時間帯の終了直前には貯湯タンク全量を沸き上げ状態にできるように、深夜時間帯の終了時間の間際に必要とする加熱出力で沸き上げを行い、貯湯タンク全量を沸き上げさせる。
この制御方法を既存の電気給湯機に適応し改善させるには、マイコンを有する基板の交換だけで、ＣＯＰの向上を可能としている。

ちなみに、深夜時間帯において外気温度を比較し、外気温度が高い深夜と低い朝方の温度差は、２００５年において１週間の平均を見ると、冬期（１月）が約１〜１．５℃程度、夏期（８月）が約１．５〜２℃程度であったので、外気温度が高い内に加熱出力を引き上げて沸き上げ、外気温度が低い朝方には加熱出力を引き下げて運転するようにすれば、ＣＯＰが向上する。
仮に外気温度差が２℃であれば、定格ＣＯＰのみで向上分を換算すると０．１６〜０．２２（４〜５％）となる。

図１（ａ）に、沸上制御手段５による沸上運転の第１実施例を示す。
この制御方法は、深夜時間帯において、外気温度が比較的高い深夜の内に加熱出力を引き上げて沸き上げ（例４．５ｋＷ）、外気温度が低い朝方には加熱出力を引き下げて運転した場合である（例２．０ｋＷ）。
これにより、外気温度差を有効に利用し、ＣＯＰの向上につなげられる。

図１（ｂ）に、沸上制御手段５による沸上運転の第１実施例を示す。
この制御方法では、加熱出力を引き下げた運転を経るに従って、貯湯タンク１の湯温が低下する場合、最終的に貯湯タンク全量を沸き上げ状態にできるように、深夜時間帯の終了時間間際に、必要とする強い加熱出力で沸き上げを行い、貯湯タンク全量を沸き上げるようにしている。

図１（ｃ）に、沸上制御手段５による沸上運転の第３実施例を示す。
この制御方法は、電気事業連合会の通電制御型ヒートポンプ式給湯機認定要領に基づいて、通電制御型電気温水器割引の適用を可能とするための運転例である。
深夜時間帯の前半にシフト時間を設けられているので、沸き上げ開始時間が図１（ａ）や図１（ｂ）よりも遅れている分、外気温度差によるＣＯＰ向上の効果は少なくなるが、運転は十分対応可能である。

図１（ｄ）に、沸上制御手段５による沸上運転の第４実施例を示す。
この制御方法は、同じく通電制御型電気温水器割引の適用を可能とするための運転例であり、なおかつ運転中に、外気温度と給水温度が、過去１週間分の外気温度と給水温度変化状況より低下する場合の運転例である。
４つの実施例の中で、外気温度差によるＣＯＰ向上の効果が最も少ないが、運転は十分対応可能である。

かくして、本実施例の電気給湯機によれば、貯湯タンク１の水を加熱する加熱手段を備え、深夜電力により沸き上げた湯を貯湯タンク１に蓄えるようにした電気給湯機において、過去数日分の深夜時間帯の外気温度と給水温度の変化状況を検出し、該検出した外気温度と給水温度の変化状況から沸上運転の開始時点以降の外気温度と給水温度の変化状況を予測し、運転当日の沸き上げ負荷から必要加熱出力の配分パターンを算定する沸上制御手段５を備えることから、運転当日の沸き上げ負荷から加熱出力の配分パターンを算定し、深夜時間帯が終わる朝方に沸き上げが終わるように、逐次最適な沸き上げ加熱出力になるように加熱出力の増減制御を行うことができ、これにより、ＣＯＰの向上とランニングコストの低減を図ることができる。
この場合、沸上制御手段５が、外気温度が高い時は加熱出力を引き上げて沸上運転を行い、外気温度が低い時は加熱出力を引き下げて沸上運転を行うことにより、給水温度が高い内に加熱出力を引き上げて沸き上げ、給水温度が低い朝方には加熱出力を引き下げて運転することができ、これにより、ＣＯＰの向上とランニングコストの低減を図ることができる。

また、沸上制御手段５が、深夜時間帯の終了直前に沸上不足分を沸き上げることにより、外気温度が低いそれ以外の時間帯の加熱出力を引き下げられる限り引き下げて運転することができる。

また、貯湯タンク１を大気に開放することも可能であり、これにより、貯湯タンク１内に圧力を掛けないシステムにも適用することができる。
また、加熱手段としてヒートポンプ４を用いることにより、ヒータ加熱に比較して電気を節約することができる。

以上、本発明の電気給湯機について、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、実施例に記載した構成を適宜組み合わせるなど、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。

本発明の電気給湯機は、逐次最適な沸き上げ加熱出力になるように加熱出力の増減制御を行うことにより、ＣＯＰの向上とランニングコストの低減を図ることができるという特性を有していることから、省エネルギーで環境に配慮した電気給湯機として好適に用いることができる。

（ａ）〜（ｄ）は、本発明の電気給湯機における沸上制御手段の運転実施例をそれぞれ示すグラフである。同電気給湯機の一実施例を示す概略図である。

符号の説明

１貯湯タンク
２給水管
３給湯管
４ヒートポンプ
５沸上制御手段

Claims

貯湯タンクの水を加熱する加熱手段を備え、深夜電力により沸き上げた湯を貯湯タンクに蓄えるようにした電気給湯機において、過去数日分の深夜時間帯の外気温度と給水温度の変化状況を検出し、該検出した外気温度と給水温度の変化状況から沸上運転の開始時点以降の外気温度と給水温度の変化状況を予測し、運転当日の沸き上げ負荷から必要加熱出力の配分パターンを算定する沸上制御手段を備えたことを特徴とする電気給湯機。
沸上制御手段が、外気温度が高い時は加熱出力を引き上げて沸上運転を行い、外気温度が低い時は加熱出力を引き下げて沸上運転を行うことを特徴とする請求項１記載の電気給湯機。
沸上制御手段が、深夜時間帯の終了直前に沸上不足分を沸き上げることを特徴とする請求項１又は２記載の電気給湯機。
貯湯タンクを大気に開放するようにしたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の電気給湯機。
加熱手段としてヒートポンプを用いたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の電気給湯機。