JP3539505B2

JP3539505B2 - 電気温水器

Info

Publication number: JP3539505B2
Application number: JP21449793A
Authority: JP
Inventors: 陽一杉林; 敬司山本
Original assignee: Shikoku Research Institute Inc; Shikoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Shikoku Research Institute Inc; Shikoku Electric Power Co Inc
Priority date: 1993-08-30
Filing date: 1993-08-30
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JPH0763419A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電気ヒータで沸かした湯を貯湯タンク内に貯める電気温水器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気温水器は、沸かした湯を貯湯タンクに貯めるものである。この電気温水器には、外部加熱方式や内部加熱方式がある。外部加熱方式は、貯湯タンクの外に湯を沸かすための電気ヒータを具備する加熱装置を備え、この加熱装置で沸かした湯を貯湯タンクに貯める。また、内部加熱方式は、貯湯タンク内に電気ヒータを備え、この電気ヒータを用いて、貯湯タンク内の全体の湯を沸かす。
【０００３】
電気ヒータへの通電時間を決めるには、たとえば、過去に使用された熱量を記憶する。そして、記憶した熱量の平均値に基づいて、当日の通電時間を算出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、先に述べた電気温水器には、次のような問題点があることが判明した。
【０００５】
湯の使用量は、たとえば家族の構成によりほぼ同じである。しかし、家族の不在などにより、その日に使用された湯量が極端に少ないときがある。電気ヒータへの通電時間を算出する場合、過去に使用された熱量の平均値を用いるとき、このような大きな変動が発生すると、平均値が大きく減少する。したがって、この平均値を用いて通電時間を算出すると、この時間が短くなり、次の日に必要な熱量が不足してしまう。
【０００６】
この発明の目的は、このような欠点を除き、過去に使用された熱量に基づいて湯を沸かすとき、使用された熱量に変動が発生しても、沸かした湯の熱量不足を防止できる電気温水器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するため、第１の発明は、沸かした湯を貯める貯湯タンクと、内部に備える電気ヒータで沸かした湯が所定温度になると開状態になる弁部により湯を流す温度流量制御弁を、上部の流出口に具備する加熱管と、貯湯タンク下部と加熱管下部とを連結する下部管と、加熱管の流出口と貯湯タンク上部とを連結する上部管とを備える電気温水器において、貯湯タンク上部から下部までに離間して取り付けられ、湯温を検出する複数の温度センサと、各温度センサが検出した温度に基づいて貯湯タンクの各部分の残湯熱量を算出し、各残湯熱量の和から貯湯タンク全体の全残湯熱量を算出し、全残湯熱量を用いて所定期間の各使用熱量を算出し、各使用熱量から平均使用熱量および各使用熱量の標準偏差を算出し、平均使用熱量および標準偏差に基づいて必要熱量を算出し、必要熱量から電気ヒータに通電する通電時間を算出する第１制御部と、第１制御部が算出した通電時間だけ電気ヒータに通電する第２制御部とを有する。
【０００８】
第２の発明は、沸かした湯を貯める貯湯タンクと、貯湯タンク内に具備された、湯を沸かすための電気ヒータとを備える電気温水器において、貯湯タンク上部から下部までに離間して取り付けられ、湯温を検出する複数の温度センサと、各温度センサが検出した温度に基づいて貯湯タンクの各部分の残湯熱量を算出し、各残湯熱量の和から貯湯タンク全体の全残湯熱量を算出し、全残湯熱量を用いて所定期間の各使用熱量を算出し、各使用熱量から平均使用熱量および各使用熱量の標準偏差を算出し、平均使用熱量および標準偏差に基づいて必要熱量を算出し、必要熱量から電気ヒータに通電する通電時間を算出する第１制御部と、第１制御部が算出した通電時間だけ電気ヒータに通電する第２制御部とを有する。
【０００９】
【作用】
第１および第２の発明により、第１制御部は、各温度センサが検出した温度に基づいて貯湯タンク全体の全残湯熱量を算出する。所定期間のそれぞれの使用熱量を全残湯熱量を用いて算出する。
【００１０】
第１制御部は、各使用熱量から平均の使用熱量と、この使用熱量の標準偏差を算出し、この平均の使用熱量および標準偏差に基づいて、必要熱量を算出する。さらに、第１制御部は、算出した必要熱量から電気ヒータに通電する通電時間を算出する。第２制御部は、この通電時間だけ電気ヒータに電力を供給する。
【００１１】
【実施例】
次に、この発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【００１２】
［実施例１］
図１は、この発明の実施例１を示す概略図である。この電気温水器は、外部加熱方式であり、貯湯タンク１、上部管２、下部管３、温度センサ１１〜１９、入力部２０、第１制御部としての制御部２１、第２制御部としての電力制御部２２および加熱管５０を備える。この電気温水器は、たとえば沸き上げ温度が８５［℃］の高温水を貯える。
【００１３】
電気温水器の貯湯タンク１は、沸かした湯を貯える。
【００１４】
上部管２は、貯湯タンク１の上部と加熱管５０の上部とを連結し、下部管３は、貯湯タンク１の下部と加熱管５０の下部とを連結する。
【００１５】
加熱管５０は、図２に示すように、上部管２との連結部分である流出口５０Ａに温度流量制御弁としてワックス弁５１を備え、湯を沸かす電気ヒータ５２を下部に備える。
【００１６】
ワックス弁５１は、図３（ａ）に示すように、先端に伸縮部５１Ａを持つ温度検出部５１Ｂと、スプリング５１Ｃにより付勢されて全閉状態にある弁部５１Ｄとを備える。そして、温度検出部５１Ｂが検出した湯温が設定温度になると、図３（ｂ）に示すように、スプリング５１Ｃの付勢力に対して伸縮部５１Ａが延び、弁部５１Ｄが全開状態になる。
【００１７】
温度センサ１１〜１９は、サーミスタやＩＣ温度センサであり、貯湯タンク１の外側に、かつ、貯湯タンク１の上下方向に沿って離間して取り付けられている。この取り付けに際して、隣接する温度センサ間の貯湯タンク１の部分の容量、つまりタンク部分２０１〜２０８の容量がそれぞれ等しくなるように、温度センサ１１〜１９が配置されている。タンク部分２０１〜２０８の容量は、それぞれＶ［リットル］である。
【００１８】
温度センサ１１は、貯湯タンク１の上部の湯温を検出して制御部２１に送る。温度センサ１２は、タンク部分２０１とタンク部分２０２との境界付近の湯温を検出して制御部２１に送る。同様にして、各温度センサ１３〜１８は、それぞれの境界付近の湯温を検出して制御部２１に送る。温度センサ１９は、貯湯タンク１の下部の湯温を検出して制御部２１に送る。
【００１９】
入力部２０は、各種の設定などがされるものである。この設定として、湯を沸かす際の自動または手動の切り替え、手動のときに沸かす湯量などがある。
【００２０】
制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成され、入力部２０の自動設定により、当日に必要な量の湯を沸かすための制御をする。制御部２１は、図４に示すように、温度センサ１１〜１９が検出した湯温Ｔ1〜Ｔ9［℃］を読み取る（ステップＳ１）。読み込んだ湯温Ｔ1〜Ｔ9［℃］から、各タンク部分２０１〜２０８の残湯熱量Ｑｉ（ｉ＝１〜８）［kcal］をそれぞれ算出する（ステップＳ２）。なお、残湯熱量Ｑ１［kcal］がタンク部分２０１の熱量である。
【００２１】
制御部２１は、次の式を用いてこの残湯熱量を算出する。隣接する温度センサの中で、上側の温度センサが検出した湯温をＴｘ［℃］とし、下側の温度センサが検出した湯温をＴｙ［℃］とすると、上からｉ番目のタンク部分の残湯熱量Ｑｉ［kcal］は、

の式で示される。
【００２２】
制御部２１は、ステップＳ２で算出した残湯熱量Ｑ１〜Ｑ８［kcal］の和を算出して、貯湯タンク１全体の全残湯熱量Ｑ［kcal］を算出する（ステップＳ３）。
【００２３】
制御部２１は、過去の使用熱量、たとえば過去７日間のそれぞれの使用熱量ｑｊ（ｊ＝１〜７）［kcal］を記憶する。このとき、制御部２１は、それぞれの使用熱量を、

の式で算出する。ここで、Ｗは電気ヒータ５２の電気容量である。また、前日の全残湯熱量および当日の全残湯熱量は、（１）式を用いて算出した値である。
【００２４】
制御部２１は、算出したｑ１〜ｑ７から、

を算出し、１日の平均熱量ｑ［kcal］を算出する（ステップＳ４）。また、制御部２１は、７日間の使用熱量の不偏分散を、

の式で算出する。さらに、制御部２１は、この不偏分散ｓから標準偏差Ｓ［kcal］を、
Ｓ＝√ｓ（５）
の式で算出する（ステップＳ５）。
【００２５】
ステップＳ４で算出した１日の平均熱量ｑ［kcal］と、ステップＳ５で算出した標準偏差Ｓ［kcal］から、制御部２１は、湯を沸かすために必要な熱量Ｑａ［kcal］を次の式で算出する（ステップＳ６）。
【００２６】
Ｑａ＝（ｑ＋１．２Ｓ）−（当日の全残湯熱量）（６）
ここで、係数１．２は、標準偏差Ｓ［kcal］を修正するものであり、経験的に求められた値である。
【００２７】
制御部２１は、ステップＳ６で算出した必要熱量Ｑａ［kcal］から、次の式で通電時間Ｈ［ｈ］を算出する（ステップＳ７）。
【００２８】

ここで、ηは電気ヒータ５２の効率である。
【００２９】
電力制御部２２は、制御部２１が算出した通電時間Ｈ［ｈ］だけ、電気ヒータ５２に電力を供給する。
【００３０】
以上が実施例１の構成である。
【００３１】
次に、実施例１の動作について説明する。
【００３２】
貯湯タンク１は、たとえば３７０［リットル］であり、８５［℃］の高温水を蓄える。電気温水器では、ワックス弁５１が全閉状態になっているときに、電気ヒータ５２が加熱管５０の水を沸かす。湯温がワックス弁５１の設定温度に達すると、ワックス弁５１がこの湯温を検出して全開状態になる。これにより、加熱管５０内の湯は、自然対流により貯湯タンク１に移動する。貯湯タンク１は、この湯を上部に貯える。同時に、貯湯タンク１の下部の水は、下部管３を通り加熱管５０内に流れ込む。これにより、加熱管５０内の湯温が下がり、ワックス弁５１が全閉状態になり、再び先の動作を繰り返す。この結果、電気温水器は、図５に示すように、貯湯タンク１に湯として利用価値のある高温水の層１０１と、利用価値の低い低温水の層１０２とを形成する。
【００３３】
このようにして電気温水器は、湯を沸かすが、このとき制御部２１は、次のようにして、電気ヒータ５２の通電時間を算出する。たとえば、電気温水器の使用者である１家族が、過去７間で表１に示すように湯を使用した。つまり、１日目〜６日目までに使用された湯量は、２１０〜２７０［リットル］の間である。また、７日目では、たとえば家族のほとんどが不在のために、使用された湯量が８０［リットル］である。
【００３４】

このような状態のとき、電気温水器の制御部２１は、（１）式と（２）式を用いて、使用熱量を算出する。なお、表１では、８５［℃］の使用湯量から、直接、使用熱量を算出している。つまり、それぞれの使用湯量に８５を掛けて、使用熱量を算出する。これが制御部２１で算出される使用熱量と同じになる。制御部２１は、それぞれの日の使用熱量を算出すると、（３）式を用いて、１日の平均熱量である２１４×８５［kcal］を算出する。
【００３５】
このとき、制御部２１は、（４）式を用いて、分散の３８９５×８５²［kcal］を算出し、この不偏分散から、標準偏差の６２×８５［kcal］を、（５）式を用いて算出する。さらに、（６）式の中で、標準偏差６２×８５［kcal］に係数１．２を掛けて、標準偏差を修正する。この値を、（６）式の１日の平均熱量２１４×８５［kcal］に加算する。つまり、７４．４×８５［kcal］分だけ平均熱量に加算する。これにより、平均熱量２１４×８５［kcal］の代わりに、２８８．４×８５［kcal］が（６）式の中で用いられる。この結果、表１の７日目の影響で算出された平均熱量２１４×８５［kcal］の代わりに、２８８．４×８５［kcal］が用いられるので、（６）式を用いた、必要な熱量の算出に際して、必要熱量を１〜６日目と同じ程度にすることができる。
【００３６】
制御部２１は、算出した必要熱量から（７）式を用いて、通電時間Ｈ［ｈ］を算出する。電力制御部２２は、この通電時間だけ電気ヒータ５２に電力を供給する。
【００３７】
このように、実施例１により、過去に使用された熱量に基づいて、当日に沸かす湯量を決めるとき、湯の使用量が大きく変動する日が発生しても、沸かす湯の不足を防止することができる。
【００３８】
なお、実施例１では、分散として不偏分散を用いたが、これに限定されることはない。たとえば、制御部２１は、

の式で示されるように、それぞれの日の全残湯熱量の和を７日で割る試料分散を用いてもよい。
【００３９】
［実施例２］
図６は、この発明の実施例２を示す概略図である。この電気温水器は、内部加熱方式であり、貯湯タンク３１、上部管３２、下部管３３、温度センサ１１〜１９、入力部２０、第１制御部としての制御部２１、第２制御部としての電力制御部２２および電気ヒータ４１を備える。この電気温水器は、実施例１と同様に沸き上げ温度が８５［℃］の高温水を貯える。
【００４０】
貯湯タンク３１は、電気ヒータ４１で沸かした湯を蓄える。また、貯湯タンク３１には、実施例１と同様に温度センサ１１〜１９が設けられている。
【００４１】
上部管３２は、貯湯タンク３１内に蓄えられた高温水を外部に供給し、下部管３３は、高温水が使用されたときに、低温水としての水を貯湯タンク３１内に供給するためのものである。
【００４２】
電気ヒータ４１は、貯湯タンク３１内部に備えられ、貯湯タンク３１内で湯を沸き上げる。このとき、電気ヒータ４１は、電力制御部２２の制御を受ける。
【００４３】
温度センサ１１〜１９、入力部２０、制御部２１および電力制御部２２は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００４４】
この実施例２では、電気ヒータ４１は、貯湯タンク３１内全体の湯を８５［℃］に沸き上げる。このとき、制御部２１は、過去７日間に使用された湯の使用熱量の平均と、標準偏差から必要熱量を算出する。これにより、使用熱量の変動が７日間に発生しても、この変動を修正するので、貯湯タンク３１内の湯の熱量不足を防止できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上、説明したように、第１および第２の発明により、第１制御部は、標準偏差を用いて、必要熱量を算出する。これにより、所定期間の中で、湯の使用量が大きく変動しても、この変動が標準偏差で修正される。
【００４６】
この結果、第１の発明により、自動的に沸かした湯の不足を防止できる。また、第２の発明により、必要な熱量を持つ湯を貯湯タンク内に不足なく蓄えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１を示す概略図である。
【図２】加熱管の一例を示す断面図である。
【図３】ワックス弁の一例を示す図である。
【図４】制御部の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】貯湯タンク内の湯の状態を示す図である。
【図６】この発明の実施例２を示す概略図である。
【符号の説明】
１貯湯タンク
１１〜１９温度センサ
２１制御部
２２電力制御部
５２電気ヒータ

Claims

沸かした湯を貯める貯湯タンクと、内部に備える電気ヒータで沸かした湯が所定温度になると開状態になる弁部により湯を流す温度流量制御弁を、上部の流出口に具備する加熱管と、前記貯湯タンク下部と前記加熱管下部とを連結する下部管と、前記加熱管の流出口と前記貯湯タンク上部とを連結する上部管とを備える電気温水器において、
前記貯湯タンク上部から下部までに離間して取り付けられ、湯温を検出する複数の温度センサと、
前記各温度センサが検出した温度に基づいて前記貯湯タンクの各部分の残湯熱量を算出し、前記各残湯熱量の和から貯湯タンク全体の全残湯熱量を算出し、前記全残湯熱量を用いて所定期間の各使用熱量を算出し、前記各使用熱量から平均使用熱量および前記各使用熱量の標準偏差を算出し、前記平均使用熱量および前記標準偏差に基づいて必要熱量を算出し、前記必要熱量から前記電気ヒータに通電する通電時間を算出する第１制御部と、
前記第１制御部が算出した通電時間だけ前記電気ヒータに通電する第２制御部とを有することを特徴とする電気温水器。
前記温度流量制御弁は、ワックス弁であることを特徴とする請求項１記載の電気温水器。
沸かした湯を貯める貯湯タンクと、前記貯湯タンク内に具備された、湯を沸かすための電気ヒータとを備える電気温水器において、
前記貯湯タンク上部から下部までに離間して取り付けられ、湯温を検出する複数の温度センサと、
前記各温度センサが検出した温度に基づいて前記貯湯タンクの各部分の残湯熱量を算出し、前記各残湯熱量の和から貯湯タンク全体の全残湯熱量を算出し、前記全残湯熱量を用いて所定期間の各使用熱量を算出し、前記各使用熱量から平均使用熱量および前記各使用熱量の標準偏差を算出し、前記平均使用熱量および前記標準偏差に基づいて必要熱量を算出し、前記必要熱量から前記電気ヒータに通電する通電時間を算出する第１制御部と、
前記第１制御部が算出した通電時間だけ前記電気ヒータに通電する第２制御部とを有することを特徴とする電気温水器。