JP3106623B2 - 電気給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、貯湯式電気給湯装置の
ヒータ通電制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の電気給湯装置は、深夜における
電力需要の落込みを抑え平準化する目的で、電力会社に
より設定されている電気料金制度に対応するものであ
る。すなわち、深夜の割安の電力により貯湯槽の水を沸
き上げて保温しながら給湯するものである。しかしこの
種の電気給湯器には、給湯使用量が極端に多くなると貯
湯槽の湯が無くなり給湯できなくなる危険性も有してい
る。この湯切れを防止するためには貯湯槽を大きくすれ
ばよいが、たまたま２回以上の入浴に給湯したり、まれ
な来客の給湯により使用量が急増した場合などのために
貯湯槽を大きくすると普段の給湯時に多量の湯が余って
しまい、貯湯槽からの放熱による熱ロスが増え効率の悪
いものになっていた。

【０００３】そこで貯湯槽を大きくせずに、突発的な給
湯量の増加に対応する方法として、昼間電力を沸き上げ
に利用することが行なわれていた。これは図３に示すよ
うに貯湯槽５１と、前記貯湯槽の下部に設けた電気ヒー
タ５２と、前記貯湯槽の沸上温度を検出する沸上温度検
知手段５３と、沸上温度検知手段５３の信号が沸上温度
設定部５９で予め設定した値になるよう電気ヒータ５２
を通電制御する電力通電制御手段５４と、深夜電力通電
時間帯を検知するタイマー５５と、タイマー５５が深夜
電力時間帯にのみ電気ヒータ５２を通電可能にする深夜
電力通電制御手段５６と、昼間電力による通電時間を設
定する通電設定部５７と、通電設定部５７の指示に従い
深夜電力通電時間帯以外であっても電気ヒータ５２を設
定時間だけ通電可能にする昼間電力通電制御手段５８よ
りなる電気給湯装置である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、どの程度昼間電力の通電時間を設定すれ
ばよいのか分からないため、いきおい長時間の設定とな
り、割高の昼間電力使用が増加して電力料金として高い
ものになってしまう。また、設定を忘れたまま突発的な
給湯量の増加が発生すると、気付いた時点で昼間電力通
電の設定を行なっても加熱が間に合わず湯切れが発生し
てしまうこともあるなどの課題があった。さらに、沸上
げの設定温度が低すぎると、湯切れが起こりやすくな
り、割高の昼間電力による追い焚きの頻度が増してしま
う。逆に、高すぎると深夜電力の使用割合が増えるが、
放熱量が増加をまねき効率が低下する。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、深夜
電力および昼間電力を効率的かつ経済的に通電制御しつ
つ、湯切れを防止することを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため貯湯槽と、前記貯湯槽の水を沸き上げる電気ヒ
ータと、前記貯湯槽の沸上温度を検出する沸上温度検知
手段と、前記貯湯槽への給水温度を検出する給水温度検
知手段と、前記貯湯槽からの出湯温度を検出する出湯温
度検知手段と、前記貯湯槽への給水量を検出する給湯流
量検知手段と、前記給水温度検知手段と出湯温度検知手
段と給湯流量検知手段との信号より給湯熱量を算定する
給湯熱量演算部と、前記給湯熱量演算部の算出結果とタ
イマーにより１日の給湯熱量の時間的パターンを求める
給湯パターン算出部と、前記給湯パターン算出部の信号
を記憶する給湯パターン記憶部と、前記給湯パターン記
憶部の記憶内容から１日の時間的な標準給湯パターンを
設定する標準パターン設定部と、前記給湯パターン算出
部からの信号と前記標準パターン設定部からの信号とを
比較し標準給湯パターンとの差の熱量を演算するパター
ン比較部と、前記パターン比較部の差の熱量に応じ昼間
電力により前記電気ヒータを通電制御する昼間電力通電
制御手段と、前記標準パターン設定部の設定した給湯熱
量と給水温度検知手段の信号に応じ所要沸上温度を演算
する沸上温度演算部と、前記沸上温度検知手段からの温
度信号と前記沸上温度演算部からの算出信号との偏差に
応じて深夜電力により前記電気ヒータを通電制御する深
夜電力通電制御手段を設けた構成としてある。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成によって、標準パターン設定
部が過去からの給湯パターンから割り出した標準給湯パ
ターンの給湯熱量を温度演算部により沸上温度に換算
し、この沸上温度に基づいて深夜電力により電気ヒータ
を通電制御する。一方、過去からの給湯パターンから割
り出した標準給湯パターンと給湯パターン算出部により
求めた現在の給湯パターンを比較し、給湯熱量が標準を
超えた場合、超えた熱量から昼間電力による加熱量を演
算し、電気ヒータを通電制御とするよう作用する。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図１および図２を参照
して説明する。

【０００９】図１において、１は貯湯槽、２は貯湯槽１
の下部に内設した電気ヒータ、３は電気ヒータ２の上部
に設け貯湯槽１の湯温を検出する沸上温度検知手段、４
は貯湯槽１への給水管５に設け給水温度を検出する給水
温度検知手段、６は貯湯槽１の出湯管近傍に設け出湯温
度を検出する出湯温度検知手段、７は給水管５の流量を
検出する給湯流量検知手段、８は給水温度検知手段４と
出湯温度検知手段６と給湯流量検知手段７の信号により
給湯熱量を算定する給湯熱量演算部、９は給湯熱量演算
部８の算出結果を積算し、２４時タイマーとしての日間
タイマー１０の時間と合わせて一日の給湯熱量の時間別
積算パターンを求める給湯パターン算出部、１１は給湯
パターン算出部９の時間別積算パターンを１週間分記憶
更新する給湯パターン記憶部、１２は給湯パターン記憶
部１１から標準給湯熱量の時間別積算パターンを設定す
る標準パターン設定部、１３は給湯パターン算出部９の
算出結果と標準パターン設定部１２の設定値とを比較
し、算出結果が設定値を超えた場合に、超えた差の熱量
を演算するパターン比較部、１４は深夜電力通電時間帯
から外れた場合に検知信号を出力する昼間検知タイマ
ー、１５は昼間電力通電制御手段で、昼間検知タイマー
１４の検知信号を入力し、かつパターン比較部１３より
差の熱量の算出値を入力した場合に、算出値より電気ヒ
ータ２の通電時間を換算し、電気ヒータ２を換算時間分
だけ通電する。１６は標準パターン設定部１２の設定し
た標準給湯パターンの積算熱量と給水温度検知手段４の
信号に応じ、所要沸上温度を演算する沸上温度演算部、
１７は沸上温度検知手段３と沸上温度演算部１６の信号
を比較し検知温度が低い場合に通電信号を出力する温度
比較部、１８は深夜電力通電時間帯に検知信号を出力す
る深夜検知タイマー、１９は深夜電力通電制御手段であ
り、深夜検知タイマー６が深夜電力通電時間帯を検出
し、かつ温度比較部１７の通電信号を入力した場合に電
気ヒータ２に通電する、給湯熱量演算部８での給湯熱量
は次式により行う。

【００１０】Ｑ＝Ｗ・（Ｔｏ−Ｔｉ） ただし、Ｑ：給湯熱量（ｋｃａｌ／ｈ） Ｗ：給湯流量（ｌ／ｈ） Ｔｏ：出湯温度（℃） Ｔｉ：給水温度（℃） 給湯パターン算出部９では給湯熱量演算部８の算出値を
次の（数１）様に積算する。

【００１１】

【数１】

【００１２】ただし、Ｑ（ｉ）：給湯熱量演算部８の算
出した算出時刻ｉ列の給湯熱量（ｋｃａｌ／ｈ） Δｔ：算出時間間隔（ｈ） ここでの積算は３時から２３時までとし、積算値は３時
でリセットする。また給湯パターン記憶部１１では、過
去７日間の給湯熱量演算部８の算出値を記憶する。これ
は、最新の算出値のみを残し、８日以前の値は廃棄す
る。

【００１３】標準パターン設定部１２は、給湯パターン
記憶部１１の１週間分の記憶値から積算熱量の最大日の
値を除外し、残り６日の値から時刻別最大値を求める。
そして、この時刻別最大値を時間的バラツキと熱量的バ
ラツキを考慮し、時刻を一定時間早め、熱量を一定値加
算する。この結果得られた値を標準給湯パターンとす
る。

【００１４】図２を用いて、この標準給湯パターンを説
明する。２０は給湯熱量演算部８より算定される給湯熱
量、２１はこの給湯熱量２０を給湯パターン算出部９に
より積算した給湯パターン、２２から２５が別の日の給
湯パターンで、これら給湯パターン２１から２５が給湯
パターン記憶部１１に記憶されている。標準パターン設
定部１２は、これら給湯パターンの中から積算熱量の最
大日の給湯パターン２５を除外する。これは、標準設定
の基準データとして突発的給湯データを除くためであ
る。そして、残りの給湯パターン２１から２４の時刻別
最大値２６を求める。次に、時刻と熱量を一定間隔移行
させて標準給湯パターン２７を設定する。この時刻移行
量は時間的バラツキを考慮して、時刻を１．５時間早め
ている。給湯熱量の移行量は時刻別最大値２６の最終積
算値の１割増しと定める。２８は湯切れ限界値で、昼間
電力による追い焚きをせずに給湯し、積算値がこの値を
超えると湯切れを起こす。この値は下式により求められ
る。

【００１５】ＱＬ＝η×Ｖ×（Ｔｓ−Ｔｃ） ただし、ＱＬ：湯切れ限界値（ｋｃａｌ） η ：貯湯効率 Ｖ ：貯湯量（リットル＝ｋｃａｌ／℃） Ｔｓ：沸上温度（℃） Ｔｃ：給水温度（℃） パターン比較部１３は、給湯パターン算出部９の算出し
た給湯熱量の時間別積算パターンと標準パターン設定部
１２で設定した標準パターンとを比較し、時間別算出パ
ターンが標準パターンを超えた場合に、超えた差の熱量
を演算する。例えば、朝８時までに８５℃で１００リッ
ターの湯を使ったとし給水温度が１０℃とすると給湯熱
量は７５００ｋｃａｌとなる。一方、標準パターン設定
部１２で設定されたが６５００ｋｃａｌとすると、差は
１０００ｋｃａｌと演算される。

【００１６】昼間電力通電制御手段１５は、深夜電力通
電時間帯から外れた時間帯でパターン比較部１３から差
の熱量が入力された場合に電気ヒータを通電させる。上
記の例を用いて、朝８時に１０００ｋｃａｌの差が発生
したとすると、次式によりこの熱量を通電時間に換算す
る。

【００１７】 Ｈ＝ΔＱ／（Ｗ×８６０）＝１０００／（４×８６０）
＝０．２９（１７分） ただし、Ｈ：通電時間（ｈ） ΔＱ：差の熱量（ｋｃａｌ） Ｗ：電気ヒータの容量（ｋＷ）８６０：熱量換算係数（ｋｃａｌ／ｋＷ・ｈ） ここで、算出した通電時間１７分間だけ電気ヒータ２を
通電制御する。ただしこの場合、沸上中に沸上温度検知
手段３の検出値が上限温度（例えば８５℃）を超えない
よう通電を停止するよう制御される。また、さらに給湯
が発生して差の熱量が増加した場合は、増加分だけ通電
時間は延長されるよう制御する。

【００１８】沸上温度演算部１６は、標準パターン設定
部１２の設定する標準給湯パターン２７の積算熱量２９
から、この熱量を給湯するための沸上温度を次式を用い
て演算する。

【００１９】Ｔｓ＝Ｔｃ＋Ｑｂ／（η×Ｖ） ただし Ｔｓ：沸上温度（℃） Ｔｃ：給水温度（℃） Ｑｂ：標準給湯パターンの積算熱量（ｋｃａｌ） η ：貯湯効率 Ｖ ：貯湯容量（リットル＝ｋｃａｌ／℃） この実施例の構成によれば、図２の２７のような標準パ
ターン設定部で設定した値を基準とし、２１から２４の
ような通常の給湯をすれば、給湯パターンは標準値を超
えないため、昼間電力による電気ヒータへの通電がなく
深夜電力のみで給湯が行われることになり、経済的であ
る。一方、２５のような、たまの朝風呂などの突発的給
湯量の増加が発生した場合には、突発的な給湯が発生し
た時点（８時に給湯熱量２５が標準パターン２７を超え
る）で、給湯量が標準パターンを超えてしまうので、昼
間電力により超過分の追い焚きがなされ、湯切れの心配
がない。この時、昼間電力による追い焚きを行わなけれ
ば、１９時３０分の段階で積算値２５が湯切れ限界値２
８を超えるため湯切れが起こってしまう。

【００２０】また、給湯の標準パターン設定部１２によ
り設定値は日々変更されるため、通常の給湯使用状態が
変化しても自動的に変化に対応できる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電気給湯装
置は、標準パターン設定部が過去からの給湯パターンか
ら割り出した標準給湯パターンの１日の給湯熱量と給水
温度検知手段による信号から沸上温度演算部により沸上
温度を換算し、この沸上温度に基づいて深夜電力による
電気ヒータの通電制御するので、実使用熱量に応じた沸
上温度制御ができ、無駄な放熱ロスがない効率的な給湯
ができる。

【００２２】また、標準パターン設定部が過去からの給
湯パターンから割り出した１日の時間的な標準給湯パタ
ーンと給湯パターン算出部により求めた現在の給湯熱量
の時間的給湯パターンを比較し、給湯熱量が標準を超え
た場合、超えた熱量から昼間電力による加熱量を演算
し、電気ヒータを通電制御するため、標準給湯パターン
を下回る通常の給湯使用では、経済的な深夜電力のみの
沸上げができる。一方、たまの朝風呂や突然の来客によ
る給湯など標準給湯パターンを超える給湯使用が発生す
ると超過分の追い焚きが昼間電力によりなされ、湯切れ
の心配がない。そして、これら動作は人手を介すること
がないため、使い勝手がよく、設定忘れ等の問題も発生
しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における電気給湯装置の構成
図

【図２】上記実施例の給湯使用状態における給湯特性図

【図３】従来の電気給湯装置の構成図

【符号の説明】

１ 貯湯槽 ２ 電気ヒータ ３ 沸上温度検知手段 ４ 給 水温度検知手段 ６ 出湯温度検知手段 ７ 給湯流量検知手段 ８ 給湯熱量演算部 ９ 給湯パターン算出部 １０ 日間タイマー １１ 給湯パターン記憶部 １２ 標準給湯パターン設定部 １３ パターン比較部 １５ 昼間電力通電制御手段 １６ 沸上温度演算部 １９ 深夜電力通電制御手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】貯湯槽と、前記貯湯槽の水を沸き上げる電
   気ヒータと、前記貯湯槽の沸上温度を検出する沸上温度
   検知手段と、前記貯湯槽への給水温度を検出する給水温
   度検知手段と、前記貯湯槽からの出湯温度を検出する出
   湯温度検知手段と、前記貯湯槽への給水量を検出する給
   湯流量検知手段と、前記給水温度検知手段と出湯温度検
   知手段と給湯流量検知手段との信号より給湯熱量を算定
   する給湯熱量演算部と、前記給湯熱量演算部の算出結果
   とタイマーにより１日の給湯熱量の時間的変化パターン
   を求める給湯パターン算出部と、前記給湯パターン算出
   部の信号を記憶する給湯パターン記憶部と、前記給湯パ
   ターン記憶部の記憶内容から１日の時間的な標準給湯パ
   ターンを設定する標準パターン設定部と、前記給湯パタ
   ーン算出部からの信号と前記標準パターン設定部からの
   信号とを比較し標準給湯パターンとの差の熱量を演算す
   るパターン比較部と、前記パターン比較部の差の熱量に
   応じ昼間電力により前記電気ヒータを通電制御する昼間
   電力通電制御手段と、前記標準パターン設定部の設定し
   た給湯熱量と給水温度検知手段の信号に応じ所要沸上温
   度を演算する沸上温度演算部と、前記沸上温度検知手段
   からの温度信号と前記沸上温度演算部からの算出信号と
   の偏差に応じて深夜電力により前記電気ヒータを通電制
   御する深夜電力通電制御手段よりなる電気給湯装置。