JP2819824B2 - 蓄熱式電気暖房器の蓄熱量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は深夜電力あるいは北海道において用いられる
融雪電力等の料金の安い電力を利用して蓄熱体に蓄熱
し、蓄熱体の熱を放熱して暖房する蓄熱式電気暖房器の
蓄熱量制御装置に関する。

（従来の技術） 従来のこの種の暖房器は、空気吹出口と空気吸込口と
を設けた暖房器本体内に断熱材で包囲された蓄熱体を設
け、この蓄熱体に発熱体を設けるとともに前記空気吹出
口および空気吸込口に連通する空気流通路を形成して構
成され、料金の安い電力を利用して発熱体を通電させて
蓄熱体に蓄熱し、昼間等の暖房時には室温センサの検出
温度に応じて制御される送風機を利用して空気吸込口か
ら室内空気または室外空気を吸込みかつ空気流通路を通
過させて熱交換したのち、空気吹出口から室内に吹き出
すようにしている。また、蓄熱量の制御はマイクロコン
ピュータを用いて日毎に蓄熱体の設定温度を自動設定
し、温度センサの検出温度に基づく蓄熱体温度が前記設
定温度に維持されるように発熱体の入力を制御して蓄熱
体の蓄熱を行う傾向にある。

（発明が解決しようとする課題） 蓄熱量の制御においては、蓄熱体の設定温度が外部環
境変化に追従することが大切であり、この種の暖房器は
料金の安い電力を利用することから給電停止時間帯を有
して給電時間が制限されているため、蓄熱体設定温度が
適正値より低い場合には給電停止時間帯における蓄熱エ
ネルギーが不足してこの時間帯の暖房能力が低下し、逆
に蓄熱体設定温度が適正値より高い場合には、過剰蓄熱
となって不要な電力を消費してしまうという問題があ
る。

蓄熱体設定温度を日毎に自動設定する場合、午後４時
から午後９時までの給電停止時間帯を有する融雪電力を
用いたこの種の暖房器において、午後４時の室温に応じ
て次表のデータに従い蓄熱体設定温度を定める方式が考
えられる。この方式による実験結果に基づく特性図を第
８図に示す。この場合午後４時の室温が16℃のため設定
温度は次表により300℃に更新される。なお第８図にお
いて蓄熱体温度特性線が300℃より低くなっているのは
送風機によって放熱しているためである。

このように午後４時の室温に応じて蓄熱体設定温度を
定めた場合には。各期における比較的寒い時期と温暖な
秋口や春先との室温に大差がないため、設定温度は外気
温変化に追従できず、従って比較的寒い時期には第８図
のように午後４時の室温か16℃で蓄熱体設定温度を300
℃と設定した場合には、蓄熱エネルギーの不足となって
給電停止時間帯における暖房能力が低下し、室温検出特
性線が所望の室温設定レベルより急激に下降する。一
方、秋口や春先には過剰蓄熱となり過度の暖房になりや
すい。また、午前４時の一点の温度で設定温度が定めら
れるため当日の日射量が多く蓄熱体の残熱量が多い場合
であってもその日射エネルギーを有効に利用できない。
さらに、午前４時の室温は例えば前夜遅くまで暖房して
いた等生活環境によって変化しやすいため適正な設定温
度を定めにくいという問題がある。

そこで本発明は外部環境変化に追従した蓄熱体設定温
度を自動設定できる蓄熱式電気暖房器の蓄熱量制御装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は蓄熱体７と、この蓄熱体７を加熱する発熱体
８と、蓄熱体温度検出手段14とを有し、蓄熱体７の検出
温度に基づき蓄熱体７の温度が蓄熱体設定温度を維持す
るように前記発熱体８の入力を制御して蓄熱するものに
おいて、蓄熱完了時の蓄熱体設定温度とつぎの蓄熱開始
直前またはこの近くの蓄熱体温度との温度差に基づき翌
日の蓄熱体設定温度を設定する蓄熱体温度設定手段18A
を備えたものである。

（作 用） 上記構成によって、蓄熱完了時の蓄熱体設定温度とつ
ぎの蓄熱開始直前またはこの近くの蓄熱体温度との差に
よって外部環境により変化する給電停止時間帯における
蓄熱エネルギーの使用量の多少度合が判別され、この多
少度合に応じて設定された適正な蓄熱体設定温度で蓄熱
体７の蓄熱量が制御される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明す
る。

第３図に示すように鋼板等の耐熱性を有する材料で形
成された暖房器本体１の前面下部には空気吸込口２に室
内空気を吸込む空気吸込口３が形成されていると共に、
この空気吸込口３の上部には遮熱板４を介して区画され
た空気吹出室５から温められた空気を吹出す空気吹出口
６が形成されている。前記暖房器本体１内には蓄熱体７
が配設されており、この蓄熱体７の内部に発熱体８が設
けられている。前記暖房器本体１内の内側にはグラスウ
ール，ロックウール，マイクロサーム，シリカボード等
の断熱材９が前記蓄熱体７の周囲を包囲するように設け
られている。また前記蓄熱体７と前記断熱体９との間に
は前記空気吸込口２と前記空気吹出口５とに連通する空
気流通路10が形成されている。また空気吸込口２には図
示しない室温センサの検出温度に応じて制御される送風
機11が設けられており、この送風機11の駆動により空気
吸込口３から吸込んだ空気を矢印のように空気流通路10
を通して熱交換し空気吹出口６より吹出すようにしてい
る。この場合、送風機11により吸込まれた空気の一部は
空気流通路10は通らずそのまま空気吹出口５に送られ、
そこで空気流通路10を通ってきた熱い空気と混合され、
空気吹出口６から熱風が吹出されることを抑えている。
また空気吸込口３および空気吹出口６にはルーバ12が設
けられている。

第４図に示すように前記蓄熱体７の一側下部にはステ
ンレス鋼等の熱伝導率の高い金属からなる熱伝導板13が
設けられており、この熱伝導板13の外面には前記断熱体
９内に位置して蓄熱体温度検出手段14が設けられてい
る。この蓄熱体温度検出手段14はサーミスタ等の温度セ
ンサ15が熱伝導率の高い金属からなる筒状のケース16内
に設けられており、このケース16が形成している突起17
が前記熱伝導板13に接触している。そして、蓄熱体７の
熱は熱伝導板13に伝えられ、熱伝導板13から突起17を介
してケース16に伝えられ、ケース16から温度センサ15に
伝えられる。この温度センサ15の検出温度Ｘは実際の蓄
熱体温度Ｙより低いものであるが第５図のように双方の
温度は比例関係にあるため、この特性により検出温度に
基づく実際の蓄熱体温度を求めるようにしており、この
関係式Ｙ＝8/3（×−25）を後述する記憶手段に記憶し
ている。

第１図は第３図，第４図に示す蓄熱式電気暖房器に備
えられている蓄熱量制御装置の電気的構成を示してお
り、これはマイクロコンピュータ18を備え、このマイク
ロコンピュータ18は入力回路19,出力回路20,CPU21,記憶
手段22,計時手段23等を有し、蓄熱体温度検出手段14か
らの検出信号および室温センサからの検出温度がA/D変
換器24を介して入力回路19に入力し、出力回路20からの
信号により駆動回路25を介して発熱体８が通断電制御さ
れるようになっているとともに出力回路20からの信号に
より送風機11が制御されるようになっている。前記記憶
手段22には蓄熱制御プログラム等の複数種のプログラム
および模擬実験で定められた複数種の判定値、定数等が
記憶されている。またマイクロコンピュータ18は蓄熱体
温度設定手段18Aを備えており、これは蓄熱完了時の蓄
熱体設定温度と前記蓄熱完了後の蓄熱開始直前またはこ
の近くの蓄熱体温度との温度差に基づき前記判定値、定
数を用いて翌日の前記設定温度を自動的に設定するよう
に構成されている。

次に上記構成につきその作用を融雪電力を用いた場合
の第２図および第６図を参照して説明する。

まず、マイクロコンピュータ18は現在行われている蓄
熱量制御の蓄熱体設定温度Tss並びに給電開始直前の蓄
熱体温度Tsを記憶する。また、マイクロコンピュータ18
はステップ１にて蓄熱開始時つまり給電開始時刻である
PM9:00になったか否かを判断し、YESならばステップ２
にて蓄熱完了時つまり給電停止時であるPM4:00の蓄熱体
設定温度Tssを読み込むとともにステップ３にて給電開
始直前つまみPM9:00直前の蓄熱体温度Tsを読み込み、ス
テップ４にて給電停止時間帯における蓄熱体温度変化△
Ｔ＝Tss−Tsを算出する。次にステップ５にて△Ｔ≧160
℃か否かの判定を行い、△Ｔが判定値である160℃以上
であればステップ６に移行して△T₁＝260℃−Tsを算出
し、△Ｔが160℃未満であればステップ７に移行して△T
₁＝170℃−Tsを算出する。次にステップ８に移行して、
ステップ６またはステップ７にて算出された△T₁が正か
負かの判断を行い、正であるときはステップ９に移行し
てTss＋△T₁×1/2を新たなTssとして算出するととも
に、負であるときはステップ10に移行してTss＋△T₁×1
/4を新たなTssとして算出し、ステップ11にてステップ
９またはステップ10で算出されたTssを翌日のための設
定温度として更新し、以後ステップ12に移行して更新さ
れたTssに基づく蓄熱量制御を実行する。

以上の動作を第６図の第１日目のPM9:00において適用
するならばTss＝290℃,Ts＝170℃であるため△Ｔは160
℃未満の120℃となり△T₁＝０で正であるからステップ
９においてTssは290℃となる。従って第２日目の設定温
度Tssも290℃に設定される。また第２日目のPM9:00にお
いては、Tss＝290℃,Ts＝100℃であるため△Ｔは160℃
以上の190℃とあり△T₁＝160℃で正であるからステップ
９においてTssは370℃となり、従って第３日目の設定温
度Tssは370℃に設定される。なお第３日目の蓄熱体温度
特性線が設定温度より低く移行するのは送風機11による
放熱を行っているためである。なお、仮りにTssが400℃
で同一であっても蓄熱使用量によって冬期はTsが200
℃、春先はTsが300℃と異なる場合があり、このときはT
s＝200℃の場合の△T₁は200℃となり、160℃以上のため
△T₁＝260−200＝60℃で正のため新たなTssは400＋60/2
＝430゜で前の設定温度400℃により高くなるのに対し、
Tss＝300℃の場合の△Ｔは100℃となり、160℃未満のた
め△T₁＝170−300＝−130℃で負のため、新たなTssは40
0−130/4＝367.5℃で前の設定温度400℃より低くなる。
このように模擬実験にて得られた判定値160℃によって
前の設定値より上昇させるか下降させるかを判断し、上
昇の場合には△T₁の1/2をTssに加算し、下降の場合には
△T₁の1/4をTssから減算しているので蓄熱量不足になる
ことを防止している。

次に第２図で設定された蓄熱体設定温度の補正手段を
設けた場合の蓄熱量制御装置について第７図を参照して
説明する。

まず、ステップ１にてPM9:00から否かを判断し、YES
ならばステップ２に移行して第２図で示したTssの更新
動作を実行する。次にステップ３にてAM4:00になったか
否かを判断し、YESならばステップ４〜ステップ24に順
次移行して、室温＞19℃であるときに室温に対する蓄熱
体設定仮温度Ts₁を230℃に設定し、同様に18℃＜室温≦
19℃はTs₁＝250℃、17℃＜室温≦18℃はTs₁＝265℃、16
℃＜室温≦17℃はTs₁＝280℃、15℃＜室温≦16℃はTs₁
＝300℃、14℃＜室温≦15℃はTs₁＝350℃、13℃＜室温
≦14℃はTs₁＝400℃、12℃＜室温≦13℃はTs₁＝450℃、
11℃＜室温≦12℃はTs₁＝500℃、10℃＜室温≦11℃はTs
₁＝550℃、室温≦10℃はTs₁＝600℃に設定する。次にス
テップ25にてTs₁と前日のPM9:00で設定されたTssとの関
係において△Ts＝Tss−Ts₁を算出し、ステップ26にて△
Ts≧０を判断し、△Tsが正のときつまり前日PM9:00に設
定されたTssがTs₁より大きい場合ステップ27に移行して
前回のPM9:00で更新されたTssをそのまま設定温度とし
てステップ31に移行し、△Tsが負のときつまり前日PM9:
00に設定されたTssがTs₁より小さい場合はステップ28に
て△Ts₁＝Ts₁−Tss×1/2を算出し、ステップ29にてTss
＋△Ts₁を補正されたTssとして算出し、この補正後の設
定温度Tssをステップ30で設定温度として設定し、ステ
ップ31に移行してこの設定温度Tssに基づく蓄熱量制御
を実行する。この補正動作を第６図に適用すると第２日
目におけるAM4:00の室温は19℃であるためTs₁＝250℃で
ステップ25の△Tsは290−250＝40℃となり、正であるた
めステップ27に移行して前日のPM9:00で設定された設定
温度290℃のままとなる。また第３日目におけるAM4:00
の室温は17℃であるためTs₁＝280℃で△Tsは370〜280＝
90℃となり、正であるためステップ27に移行して前日の
PM9:00で設定された設定温度370℃のままとなる。

このように上記各実施例においては、給電停止時間帯
における蓄熱体温度の変化に基づいて翌日の蓄熱体設定
温度を自動設定するものであるため、冬期と秋口や春先
との外部環境変化の違いに追従した蓄熱体設定温度が得
られる。従って第６図に示すように第１日目〜第３日目
のいずれにおいても給電停止時間帯でも良好な暖房能力
が維持され、室温検出特性線は凹凸が少なく所望の室温
設定レベルに維持される。一方秋口や春先には設定温度
が低めに設定され過剰蓄熱が防止されるとともに当日の
日射量が多く蓄熱体の残熱量が多い場合にはこれに適応
した設定温度になり日射エネルギーを有効に利用でき
る。また第７図の補正手段を備えた場合には前日のPM9:
00に設定された設定温度Tssが当日の急激な気象変化に
適するかを当日の朝室温に基づいて判定し、不適のとき
はこれを補正するものであるから一層外部環境に適応し
た設定温度を得ることができる。

なお本発明は上記実施例に限定されるものではなく本
発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能であ
る。例えば蓄熱体設定温度を決定するための判定値、定
数等は適宜選定することができ、また補正手段は省略す
ることもできる。また融雪電力を用いた実施例を説明し
たが、深夜電力等にも同様に適応できる。

［発明の効果］ 本発明は蓄熱完了時の蓄熱体設定温度とつぎの蓄熱開
始直前またはの近くの蓄熱体温度との温度差に基づき翌
日の蓄熱体設定温度を設定する蓄熱体温度設定手段を備
えたことにより外部環境変化に追従した蓄熱体設定温度
を自動設定できる蓄熱式電気暖房器の蓄熱量制御装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の実施例を示し、第１図は蓄
熱量制御装置の電気的構成を示すブロック図、第２図は
蓄熱量制御の動作を示すフローチャート、第３図は蓄熱
式電気暖房器の断面図、第４図は蓄熱体温度検出手段を
示す断面図、第５図は温度センサ検出温度と蓄熱体温度
との関係を示すグラフ、第６図は蓄熱体温度，室温，外
気温等の関係を示すグラフ、第７図は蓄熱体設定温度の
補正動作を示すフローチャート、第８図は従来における
蓄熱体温度，室温，外気温等の関係を示すグラフであ
る。 ７……蓄熱体 ８……発熱体 14……蓄熱体温度検出手段 18A……蓄熱体温度設定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲葉 盛 北海道札幌市中央区大通東１丁目２番地 北海道電力株式会社総合研究所内 (72)発明者 武山 悟 北海道札幌市中央区大通東１丁目２番地 北海道電力株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−2354（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−81314（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−93615（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24H 7/00 - 7/06 F24D 11/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蓄熱体と、この蓄熱体を加熱する発熱体
   と、蓄熱体温度検出手段とを有し、蓄熱体の検出温度に
   基づき蓄熱体の温度が蓄熱体設定温度を維持するように
   前記発熱体の入力を制御して蓄熱する蓄熱式電気暖房器
   の蓄熱量制御装置において、蓄熱完了時の蓄熱体設定温
   度とつぎの蓄熱開始直前またはこの近くの蓄熱体温度と
   の温度差に基づき翌日の蓄熱体設定温度を設定する蓄熱
   体温度設定手段を備えたことを特徴とする蓄熱式電気暖
   房器の蓄熱量制御装置。