JP2012072969A

JP2012072969A - 電気給湯器の制御方法および同制御装置

Info

Publication number: JP2012072969A
Application number: JP2010218330A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Takemura; 和久竹村
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】湯切れが発生を効果的に抑制しつつ、必要に応じて沸き増しを適正に実行できるようにする。
【解決手段】ＣＯ_２ヒートポンプユニット等からなる電気式加熱手段２により加熱された温水を貯留する貯湯タンクを備えた電気給湯器の制御装置において、過去数日分の単位時間当たりにおける使用湯量の測定データに基づいて現時点における貯湯タンクの残湯量を予測する残湯量予測手段２７と、上記貯湯タンク内の実残湯量を検出する温度センサ２１〜２５等の実残湯量検出手段と、該実残湯量と上記残湯量の予測値との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算する基準値演算手段２８と、該残湯量の基準値と上記実残湯量とを比較して実残湯量が基準残湯量よりも少ないと判別された場合に上記電気式加熱手段を作動させて貯湯タンク内の湯水を沸き増しするように制御する沸き増し制御手段２９とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＯ_２ヒートポンプユニット等からなる電気式加熱手段により加熱された温水を貯留する貯湯タンクを備えた電気給湯器の制御方法および同制御装置に関するものである。

従来、下記特許文献１に示されるように、貯湯タンクと、該貯湯タンクの下部に配設された電気発熱体と、上記貯湯タンクの給水温度と湯温を測定する湯温測定手段と、上記貯湯タンク内の残湯量を検出する残湯量検出手段と、沸き上げ湯量を設定する湯量設定手段と、電気発熱体の通電時間帯を設定する通電時間帯設定手段と、通電時間帯および通電開始時刻を演算する演算手段と、上記湯量検出手段の情報に応じて自動的に電気発熱体への通電を設定する自動追い焚き設定手段と、手動により電気発熱体への通電を設定する手動追い焚き設定手段と、上記湯温測定手段と演算手段と自動追い焚き設定手段と手動追い焚き設定手段との情報に基づいて電気発熱体への通電を制御する発熱体制御手段とを備え、通電時間帯以外の時間に行われる電気発熱体への通電が、湯温測定手段の情報に応じて何度も繰り返されるように構成した電気温水器が知られている。

また、下記特許文献２に示されるように、現時刻が主通電時間帯以外のときに、少なくとも過去数日分の単位時間当たりの使用湯量および使用時間帯の情報に基づいて算出した推定使用湯量が、現時刻の貯湯タンク内の残湯量と、現時刻から単位時間当たりの正数倍の時刻までにおける沸き上げ時間に対応する確保可能湯量との和より大きいときに、電気式加熱手段への通電を開始して貯湯タンク内の湯水の沸き上げを行うことにより、実際の温水の使用状態に適合した湯量の確保および電力料金形態や生活スタイルに対応した沸き上げ制御を実行してエネルギーを効率よく利用することが行われている。

特開平２−２１９９４９号公報特開２００３−２５４６２０号公報

上記特許文献１に開示されているように、貯湯タンクに設けられた残湯量検出手段に基づいて貯湯タンク内の残湯量が基準値以下であるかを判断して沸き上げを行うように構成した場合には、貯湯タンクのどの部分に残湯量検出手段を設けるかによって判断する残湯量の基準値が一元的に決定されることになるため、多様化する今日の生活スタイルに起因する温水の使用実態に適合させることは困難であり、判断基準となる残湯量の所定量が多すぎる場合にはエネルギーの無駄遣いとなり、少なすぎる場合には湯切れを起こす虞があった。

一方、上記特許文献２に開示された給湯器では、実際の使用条件による使用湯量等の情報に基づいて、推定使用湯量と残湯量および確保可能湯量とを比較しながら発熱体への通電制御を行うことにより、湯量不足を回避するように構成した場合には、多様化する生活スタイルに起因する温水の使用実態に適合した湯量の確保が可能となり、生活スタイルに対応した適正な湯水の沸き上げ制御を行ってエネルギーを効率よく利用できるという利点がある。

しかし、上記のように過去数日間のデータに基づいて予め設定された推定使用湯量に基づいて沸き増しが必要か否かを判定しているので、過去のデータとは対応しない特殊な使用が行われた場合には、必要な湯量の確保が困難となって湯切れを生じるのを防止するため、上記推定使用湯量と残湯量との差が所定値となった時点で、確保可能湯量に基づいて自動的に沸き増しが行われることになる。したがって、大量の温水が一時的に使用され、その後に温水の消費量が抑制された場合等においても、不必要な沸き増しが実行されることによりエネルギー効率が低下することが避けられなかった。特に、ＣＯ_２ヒートポンプユニットからなる電気式加熱器を使用した給湯器では、除霜運転時や入水温の変化に応じて加熱能力が低下する可能性があり、--予測される使用湯量よりも多くの湯量が必要な場合に湯切れが発生し易く、より早めに沸き増しを行う必要があるために、不必要な沸き増しが行われることによる弊害が顕著に発生していた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、湯切れが発生を効果的に抑制しつつ、必要に応じて沸き増しを適正に実行することができる電気給湯器の制御方法および同制御装置を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、電気式加熱手段により加熱された温水を貯留する貯湯タンクを備えた電気給湯器の制御方法において、過去数日分の単位時間当たりにおける使用湯量の測定データに基づいて現時点における貯湯タンク内の残湯量を予測する残湯量予測工程と、当該残湯量の予測値と残湯量検出手段で検出された実残湯量との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算する基準値演算工程と、該基準残湯量と上記実残湯量とを比較して実残湯量が基準残湯量よりも少ないと判別された場合に上記電気式加熱手段を作動させて貯湯タンク内の湯水を沸き増するように制御する沸き増し制御工程とを備えたものである。

請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の電気給湯器の制御方法において、上記残湯量の予測値と実残湯量との差と、予め設定された初期値とを加算した値を基準残湯量として設定したものである。

請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の電気給湯器の制御方法において、上記残湯量の予測値と実残湯量との差の変化状態に基づいて基準残湯量を設定したものである。

請求項４に係る発明は、電気式加熱手段により加熱された温水を貯留する貯湯タンクを備えた電気給湯器の制御装置において、過去数日分の単位時間当たりにおける使用湯量の測定データに基づいて現時点における貯湯タンクの残湯量を予測する残湯量予測手段と、上記貯湯タンク内の実残湯量を検出する実残湯量検出手段と、該実残湯量と上記残湯量の予測値との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算する基準値演算手段と、該残湯量の基準値と上記実残湯量とを比較して実残湯量が基準残湯量よりも少ないと判別された場合に上記電気式加熱手段を作動させて貯湯タンク内の湯水を沸き増しするように制御する沸き増し制御手段とを備えたものである。

請求項１，４に係る発明では、過去数日分の単位時間当たりにおける使用湯量の測定データに基づいて予測された現時点における貯湯タンク内の残湯量を予測するとともに、上記残湯量の予測値と残湯量検出手段で検出された実残湯量との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算するように構成したため、何らかの原因で残湯量の予測値よりも実残湯量が少なくなるという事態が生じた場合においても、直ちに沸き上げを開始することなく、上記実残湯量と基準残湯量とを比較して沸き増し制御を実行するか否かを適正に判別することができる。したがって、上記残湯量の予測値よりも実残湯量が一時的に少なくなったことが確認された時点で、直ちに沸き上げを開始するように構成した場合のように電気エネルギーが浪費されるのを防止できるとともに、上記残湯量の予測値よりも実残湯量が少なくなれば、その差に基づいて上記基準残湯量を設定することにより、適正時期に上記沸き上げ制御を実行して残湯量がさらに減少することに起因した湯切れの発生を効果的に防止できる等の利点がある。

請求項２に係る発明では、上記残湯量の予測値と実残湯量との差と、予め設定された初期値とを加算した値を基準残湯量として設定するように構成したため、上記実残湯量が比較的少なく、かつ該実残湯量が残湯量の予測値がよりも多い状態等において、過去のデータから予測できない温水の使用が行われたときに、直ちに湯切れが発生するという事態の発生を効果的に防止することができる。

請求項３に係る発明では、上記残湯量の予測値と実残湯量との差の変化状態に基づいて基準残湯量を設定するように構成したため、上記残湯量の予測値と実残湯量と差が増大する傾向にあることが確認され、何らかの原因で普段よりも温水の消費量が多く、早期に湯切れを生じる可能性が高い状態にあると考えられる場合には、上記実残湯量と残湯量の予測値との差に基づいて演算された基準残湯量に、上記変化状態に対応した所定の係数を掛け合わせた値等に基づいて沸き増しを開始するか否かを判別することにより、上記湯切れの発生をより効果的に防止できるという利点がある。

本発明に係る電気給湯器の制御装置の実施形態を示す説明図である。上記電気給湯器の制御手段の具体的構成を示すブロック図である。本発明に係る電気給湯器の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。電気加熱手段による沸き増し制御の実行状態を示すタイムテーブルである。

図１は、本発明の実施形態に係る電気給湯器の制御装置を示す構成図である。この電気給湯器は、所定量に過熱された温水を貯留する貯湯タンク１と、該貯湯タンク１内に供給された水道水等を加熱するためのＣＯ_２ヒートポンプユニットやＨＦＣヒートポンプユニット等からなる電気式加熱手段２と、該電気式加熱手段２および下記開閉弁８を制御する制御手段３と、該制御手段３に対して制御信号を出力するリモコン装置等からなる操作手段４とを有している。

上記貯湯タンク１には、水道水等からなる常温水を供給する給水管５と、湯水混合栓６に温水を供給する給湯管７とが接続されている。また、上記湯水混合栓６には、水道水等の常温水を供給する給水管３０と、上記給湯管７との両方が接続されている。さらに、該給湯管７には、上記制御手段３の出力信号に応じて湯水混合栓６に対する温水の供給状態を変更する開閉弁８が設けられている。

上記操作手段４は、ユーザのボタン操作等により、上記湯水混合栓６へ温水および常温水の双方を供給する第１モードと、常温水のみを供給する第２モードとが選択可能に構成されている。上記ユーザが操作手段４を使用して第１モードを選択した場合には、上記給湯管７に設けられた開閉弁８を開状態として上記湯水混合栓６に対する温水の供給を可能とし、かつユーザが第２モードを選択した場合には、上記開閉弁８を閉状態として湯水混合栓６に対する温水の供給を停止する制御が上記制御手段３により実行されるようになっている。

上記電気式加熱手段２は、ＣＯ_２やＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等の冷媒を圧縮する圧縮機９と、冷媒と常温水との熱交換を行うための第１熱交換器１０と、熱交換後の冷媒を減圧する膨張弁１１と、冷媒と空気との熱交換を行うための第２熱交換器１２と、該第２熱交換器１２に熱交換用の空気を送風する送風機１３と、これらの圧縮機９、第１熱交換器１０、膨張弁１１および第２熱交換器１２に冷媒を循環させる冷媒循環路１４とを有している。

また、上記貯湯タンク１には、温水製造のための温水循環路１５が付設されている。この温水循環路１５は、貯湯タンク１底部に接続された導水管１６と、該導水管１６にタンク循環ポンプ１７を介して接続されるとともに、上記第１熱交換器１０へ至る第２温水製造配管１８と、上記第１熱交換器１０と貯湯タンク１の頂部とを接続するように設置された温水供給管１９とを有している。

上記電気式加熱手段２が作動状態になると、ＣＯ_２等の冷媒が圧縮機９で圧縮されて高温高圧となり、この高温高圧の冷媒と、タンク循環ポンプ１７の稼働により貯湯タンク１の底部から導出された冷水とが、上記第１熱交換器１０において熱交換される。このようにして上記冷水が加熱されることにより温水となって貯湯タンク１への頂部へと戻される。なお、上記熱交換後の冷媒は、膨張弁１１で低温低圧状態とされ、第２熱交換器１２で大気中から熱が与えられて常態に復帰する。このような冷媒の閉サイクルによって、貯湯タンク１内の水が加熱されるように構成されている。

上記制御手段３には、図２に示すように、過去一週間分の平均使用湯量および単位時間当たりにおける使用湯量等の測定値等を記憶する記憶手段２０が設けられるとともに、電気料金が安価な深夜電力時間帯に、上記記憶手段２０に記憶された一日当たりの平均使用湯量の測定データと、上記貯湯タンク１に設けられた温度センサ２１〜２５の出力とに応じて例えば深夜電力時間帯の終了時刻にて翌日に必要とされる湯量が貯湯タンク１内に確保されるように上記電気式加熱手段２を作動させて貯湯タンク１内の湯水を加熱する沸き上げ制御手段２６が設けられている。

また、上記制御手段３には、記憶手段２０に記憶された過去数日分（例えば一週間分）の単位時間当たり（例えば一時間当たり）における使用湯量の測定データに基づいて現時点における貯湯タンク１内の残湯量を予測する残湯量予測手段２７と、上記温度センサ２１〜２５からなる実残湯量検出手段により検出された貯湯タンク１内の実残湯量と上記残湯量の予測値との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算する基準値演算手段２８と、該基準残湯量と上記実残湯量とを比較して実残湯量が基準残湯量よりも少ないと判別された場合に上記電気式加熱手段２を作動させることにより貯湯タンク１内の湯水を加熱して沸き増しするように制御する沸き増し制御手段２９とが設けられている。

上記制御手段において実行される電気給湯器の制御動作を図３に示すフローチャートおよび図４に示すタイムテーブルに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、まず現時点が深夜電力時間帯であるか否かを判定し（ステップＳ１）、ＹＥＳと判定された場合には、所定時点で上記電気式加熱手段２を作動させて貯湯タンク１内の湯水を加熱する沸き上げる制御を上記沸き上げ制御手段２６により実行する（ステップＳ２）。

上記ステップＳ１でＮＯと判定され、現時点が深夜電力時間帯でないことが確認された場合には、上記記憶手段２０において記憶された過去数日分の単位時間当たりにおける使用湯量の測定データに基づき、現時点における貯湯タンク１内の残湯量を予測する（ステップＳ３）。具体的には、上記沸き上げ制御において貯湯タンク１内に貯留された貯湯量と単位時間当たり（例えば一時間当たり）に使用される湯量に基づいて、現時点で貯湯タンク１内に残存していると思われる残湯量の予測値を求める。例えば、図４に示すタイムテーブルにおいて、１５時（午後３時）の時点では、残湯量の予測値が５００Ｌであると読み出され、１９時（午後７時）の時点では、残湯量の予測値が２００Ｌであると読み出される。なお、上記残湯量の予測値等は、その値を４０°Ｃに湯水に換算した値である。

次いで、上記残湯量の予測値から実残湯量を減算することにより得られた残湯量の予測値と実残湯量との差に、予め設定された初期値を加算することにより、沸き増しを開始するか否かの基準残湯量Ｋを演算する（ステップＳ４）。図４に示すタイムテーブルにおける１５時の時点では、実残湯量の検出値が４４０Ｌであるため、上記残湯量の予測値（５００Ｌ）と実残湯量（４４０Ｌ）との差が６０Ｌとなる。したがって、上記初期値を４０Ｌに設定した場合には、基準残湯量Ｋが１００Ｌ＝４０Ｌ＋６０Ｌであると演算される。

そして、図４に示すタイムテーブルにおける１９時の時点では、実残湯量の検出値が１００Ｌであるため、残湯量の予測値（２００Ｌ）と実残湯量（１００Ｌ）との差が１００Ｌとなり、この差に初期値（４０Ｌ）を加算することにより、基準残湯量Ｋが１４０Ｌ＝４０Ｌ＋１００Ｌであると演算される。なお、上記タイムテーブルにおける２２時（午後１０時）の時点または２４時（午前０時）の時点のように、実残湯量が残湯量の予測値よりも多い場合には、該残湯量の予測値と実残湯量との差に関係なく、上記初期値（４０Ｌ）が基準残湯量Ｋとして設定されるよう構成されている。

その後、現時点における基準残湯量Ｋと実残湯量Ｊとを比較して実残湯量Ｊが基準残湯量Ｋより多いか否かを所定時間毎（例えば１時間毎）に判定し（ステップＳ５）、ＹＥＳと判定された場合には、沸き上げ制御を実行することなく、そのままリターンする。一方、上記ステップＳ５でＮＯと判定されて実残湯量Ｊが基準残湯量Ｋよりも少ないと判別された場合には、上記電気式加熱手段２を作動させて貯湯タンク１内の湯水を沸き増する制御を実行する（ステップＳ６）。

例えば、図４に示すタイムテーブルにおける１５時の時点では、実残湯量（４４０Ｌ）が基準残湯量（１００Ｌ）よりも多いと判定されるため、上記沸き増し制御が停止状態に維持される。これに対して図４に示すタイムテーブルにおける１９時の時点では、実残湯量（１００Ｌ）が基準残湯量（１４０Ｌ）よりも少ないと判定されるため、上記電気式加熱手段２を作動させて貯湯タンク１内の湯水を沸き増する制御が実行される。

上記のようにＣＯ_２ヒートポンプユニット等からなる電気式加熱手段２により加熱された温水を貯留する貯湯タンク１を備えた電気給湯器の制御装置おいて、過去数日分の単位時間当たりにおける使用湯量の測定データに基づいて現時点における貯湯タンク１の残湯量を予測する残湯量予測手段２７と、上記貯湯タンク１内の実残湯量を検出する温度センサ２１〜２５等からなる実残湯量検出手段と、該実残湯量と上記残湯量の予測値との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算する基準値演算手段２８と、該残湯量の基準値と上記実残湯量とを比較して実残湯量が基準残湯量よりも少ないと判別された場合に上記電気式加熱手段２を作動させて貯湯タンク１内の湯水を沸き増しするように制御する沸き増し制御手段２９とを設けたため、電気給湯器に湯切れが生じるのを効果的に抑制しつつ、必要に応じて沸き増しを適正に実行できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、電気給湯器の制御装置を使用した制御方法の残湯量予測工程において、過去数日分の単位時間当たりにおける使用湯量の測定データに基づいて予測された現時点における貯湯タンク１内の残湯量を予測するとともに、基準値演算工程において、上記残湯量の予測値と残湯量検出手段で検出された実残湯量との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算するように構成したため、何らかの原因で残湯量の予測値よりも実残湯量が少なくなるという事態が生じた場合、つまり湯切れが生じ易い状態にあると考えられる場合においても、直ちに沸き上げを開始することなく、上記差を初期値に加算することにより求めた基準残湯量と上記実残湯量とを比較して上記沸き増し制御を実行するか否かを適正に判別することができる。

したがって、普段よりも早い時点で温水が使用されることにより、上記残湯量の予測値よりも実残湯量が一時的に少なくなったことが確認された時点で、直ちに沸き上げを開始するように構成した場合のように電気エネルギーが浪費されるのを防止することができる。また、上記残湯量の予測値よりも実残湯量が少なくなれば、その差に基づいて上記基準残湯量を設定することにより、適正時期に上記沸き上げ制御を実行して残湯量がさらに減少することによる湯切れの発生を防止できるという利点がある。しかも、上記のように湯水の沸き増し制御を適正に実行して必要な温水力を確保できるため、深夜電力時間帯に貯湯タンク１内の湯水を加熱して沸き上げる湯量を必要最小限に設定することにより、電気式給湯器の年間効率を効果的に向上できるという利点がある。

また、上記実施形態では、残湯量予測工程で予測された残湯量の予測値と実残湯量との差と、例えば４０Ｌ程度に予め設定された初期値とを加算した値を基準残湯量として設定するように構成したため、必要最小限（初期値）の残湯量を確保することができる。したがって、上記実残湯量が比較的少なく、かつ該実残湯量が残湯量の予測値よりも多い状態等において、過去のデータから予測できない温水の使用が行われたときに、直ちに湯切れが発生するという事態の発生を効果的に防止することができる。

なお、上記実残湯量と残湯量の予測値との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算により設定するように構成した上記実施形態に加えて、残湯量の予測値と実残湯量との差の変化率等からなる変化状態を計測し、この変化状態に基づいて基準残湯量を設定するように構成してもよい。例えば時間の経過とともに、上記差の変化率が増大する傾向にあることが確認された場合には、何らかの原因で普段よりも温水の消費量が多く、早期に湯切れを生じる可能性が高い状態にあると考えられるため、上記実残湯量と残湯量の予測値との差に基づいて演算された基準残湯量に、上記変化状態に対応した所定の係数を掛け合わせた値に基づいて沸き増しを開始するか否かを判別するように構成してもよく、この場合には、上記湯切れの発生をより効果的に防止できるという利点がある。

また、上記実施形態では、ＣＯ_２ヒートポンプユニット等からなる電気式加熱手段２を有する電気式給湯器について本発明を適用した例ついて説明したが、これに限られず、電気ヒータにより上記貯湯タンク１内の湯水を加熱するように構成された電気式給湯器について本発明を適用可能であることは勿論である。

１貯湯タンク
２電気式加熱手段
２７残湯量予測手段
２８基準値演算手段
２９沸き増し制御手段

Claims

電気式加熱手段により加熱された温水を貯留する貯湯タンクを備えた電気給湯器の制御方法において、過去数日分の単位時間当たりにおける使用湯量の測定データに基づいて現時点における貯湯タンク内の残湯量を予測する残湯量予測工程と、当該残湯量の予測値と残湯量検出手段で検出された実残湯量との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算する基準値演算工程と、該基準残湯量と上記実残湯量とを比較して実残湯量が基準残湯量よりも少ないと判別された場合に上記電気式加熱手段を作動させて貯湯タンク内の湯水を沸き増するように制御する沸き増し制御工程とを備えたことを特徴とする電気給湯器の制御方法。
上記残湯量の予測値と実残湯量との差と、予め設定された初期値とを加算した値を基準残湯量として設定したことを特徴とする請求項１に記載の電気給湯器の制御方法。
上記残湯量の予測値と実残湯量との差の変化状態に基づいて基準残湯量を設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の電気給湯器の制御方法。
電気式加熱手段により加熱された温水を貯留する貯湯タンクを備えた電気給湯器の制御装置において、過去数日分の単位時間当たりにおける使用湯量の測定データに基づいて現時点における貯湯タンクの残湯量を予測する残湯量予測手段と、上記貯湯タンク内の実残湯量を検出する実残湯量検出手段と、該実残湯量と上記残湯量の予測値との差に基づいて沸き増しを開始するか否かの基準残湯量を演算する基準値演算手段と、該残湯量の基準値と上記実残湯量とを比較して実残湯量が基準残湯量よりも少ないと判別された場合に上記電気式加熱手段を作動させて貯湯タンク内の湯水を沸き増しするように制御する沸き増し制御手段とを備えたことを特徴とする電気給湯器の制御装置。