JPH0240438Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は深夜余剰電力を利用する電気温水器の
通電を適正に制御するための装置に関する。

電気温水器は電力会社の深夜における余剰電力
を有効に活用する目的をもつて開発され、各家庭
で使用されているが、最近この電気温水器の普及
に伴い深夜電力の時間帯が始まる午後11時の直後
に各家庭の電気温水器のタイムスイツチが一斉に
「入」となるため、その直後から暫らくの間電力
の需要ピークが続く傾向にある。また各家庭の電
気温水器では各家庭毎に又は季節に応じて使用量
が異なるため、電源の「入」は同一時刻であつて
も温水器内の温度が所定値に沸き上る時刻は残湯
量によりまちまちであるため、温水器への通電時
間も各々異なり、電力会社での実測によれば夏期
は２〜３時間、冬期は４〜５時間位である。この
ような状況から深夜電力通電時間帯は23時から翌
朝７時までとなつているが、23時から翌朝３時頃
までが電力需要のピークとなり、反対に翌朝４時
から７時までの間は電力需要が低下することにな
り、この点で発電効率及び送電効率の低下が問題
となつている。

この問題の解決策として、電気温水器の通電時
間をリモートコントローラの設定と温水タンクに
供給される給水の温度から沸き上り温度を決定
し、この沸き上り温度に必要な通電時間を深夜電
力時間帯の後半に遅延させて深夜電力のピーク負
荷の抑制を図る方式がある。しかしながらこの方
式ではリモートコントローラの設定を夏期には使
用湯量を少なく、冬期には多くするようにスイツ
チを変更しないと使用実態に合わない場合が考え
られる不便さがある。

本考案は上記のような不便さを解決するために
リモートコントローラの設定を季節に応じて手動
で変更するのでなく、これを自動化しようとする
ものであり、残湯熱量を基に翌日必要とされる湯
量を予測して自動的に適量の所定温度の使用湯量
が得られるように温水タンクを沸き上げるもので
ある。

本考案の１実施例を示す第１図において、１は
深夜電力用の電源配線であり、これはタイムスイ
ツチ２、積算電力計３及び保安用の安全ブレーカ
４を直列に介して電気温水器５に内蔵された深夜
電源用端子６に接続される。１６は制御用の電源
配線であり、これは積算電力計１７と保安用の安
全ブレーカ１８を介して電気温水器５に内蔵され
た制御電源用端子９に接続される。電気温水器５
は温水タンク１４を有し、その中にヒーター１３
が収納され、また下部及び上部壁面に密着して
夫々温度センサ１１及び上下複数の温度センサ１
２が取付けられる。ヒーター１３は端子６から漏
電遮断器７とリレー８の接点を経て給電され、リ
レー８は制御部１０からの信号により付勢されて
接点を閉じる。センサ１１はタンク１４に供給さ
れる給水温度及びタンク１４内の沸き上り温度を
兼ね検出し、センサ１２はタンク１４内の残湯温
度を検出する。

リモートコントローラ１５は台所などに設置さ
れ、手動と自動に切替えられるスイツチである。
それが手動側にあるとき、これに使用湯量を設定
するとその信号は制御部１０へ送られる。制御部
１０はこれにマイコンが内蔵されており、端子９
からの制御電源及び端子６からの深夜電力信号を
受入れるほか、上記使用湯量の信号及びセンサ１
１からの給水温度信号を受信し、上記深夜電力信
号により深夜電力が供給されたことを感知すると
き上記両受信信号からその日の沸き上り温度と通
電時間を算出し、この通電時間の時間帯を深夜電
力時間帯の後半に遅延させる機能を有する。その
ためマイコンに内蔵されたタイマーが深夜電力供
給と同時にカウントを開始し、通電開始時刻まで
ヒーター１３への通電を遅延させるようになつて
いる。センサー１１で検出した温水タンク１４内
の温度がマイコンで算出した沸き上り温度に達す
ると、制御部１０からリレー８へ信号を送り、そ
の接点が「切」となり、ヒーター１３への通電を
停止する。制御部１０はまた複数のセンサー１２
からの温度信号を受信し、この信号から残湯熱量
を算出してこれをリモートコントローラ１５の表
示部へ送る。

リモートコントローラ１５を自動側に切替える
と、その信号は制御部１０へ送られる。それに応
じて制御部１０内のマイコンはセンサ１１で検出
した給水温度とセンサ１２で検出したタンク内上
部200の残湯温度からその日の混合湯量がタン
ク容量の何倍必要かを算出し、続いて温水タンク
１４内の所要沸き上り温度及び通電時間、通電開
始時刻を算出する。

その作動について詳述するに、先ず第１図にお
いてT₅₀，T₁₀₀，T₁₅₀，T₂₀₀は夫々温水タンク１
４の上部50，100，150，200の個所の残
湯温度である。そこで各区分の残湯熱量はその各
残湯温度に各体積を掛けた値であるので、タンク
上部から200までの残湯熱量は各区分の残湯熱
量の総和即ちT₅₀〜T₂₀₀の和に50を掛けた値に略
等しい。この残湯熱量はタイムスイツチ２が
「入」となり、深夜電源が「入」となつた時点で
計算するものとする。そして通常過去５日間のデ
ータの平均を取つて記憶保存するが、場合に応じ
て５日未満の平均値を取ることもあり、極端な場
合前日だけのこともあり得る。この残湯熱量の平
均値又は前日値をＱとする。

本考案においてはこの残湯熱量Ｑに対する適当
温度T_uに混合された湯量のタンク容量に対する
比ｄを第２図に示すような形に定める。即ちＱが
4000Kca以下のときｄは200％の一定値とし、
Ｑが8000Kca以上のときｄは150％の一定値と
し、Ｑがその中間のときｄは200％から150％へ向
けて漸次減小するようにする。なおT_uは普通45
℃である。ｄ対Ｑの関係を図示のように定めた理
由については次に述べる。

先ず電気温水器のタンク容量V_t（）及びヒー
ター容量Ｗ（KW）は通常、冬期の給水温度５℃
のタンク内水の全量を深夜電力通電時間帯の８時
間で約85℃にまで沸き上るように決定される。今
沸き上り温度をT_h、給水温度をT_c、通電時間を
ｔ、エネルギー効率をｙとすれば次の関係式が成
立つ。

V_t（T_h−T_c）＝Ｗ×ｔ×ｙ×860 ここで860はKca／KWHの換算率である。
この式に上記T_h，T_c，ｔの値及びｙ＝0.95を当
てはめると、V_t＝370とすれば、Ｗは4.53KW
となる。しかし温水タンク内に若干の残湯がある
か又は給水温度が５℃より僅かに高い場合にはＷ
＝4.4KWでT_hは85℃となる。

自動制御する場合の沸き上り温度の最高も上記
と同様に85℃にする必要があり、この温度を一定
としてT_u＝45℃の混合湯量V_uを夏期と冬期で算
出すると、夏期の給水温度は平均で25℃程度であ
るからV_u＝1110となり、冬期の給水温度は平
均で５℃程度であるからV_u＝740となる。即ち
上記混合湯量は夏期の湯使用量が少ないときに多
く、冬期の湯使用量が多いときには少ないという
不合理な結果となる。また現在の電気温水器を使
用している家庭用のものでは冬季の使用量に合わ
せてタンク容量を選定しているので、冬季の湯量
不足の問題はなく、逆に夏季には必要以上の湯が
ありエネルギーの無駄となつているのが現状であ
る。以上のことから自動制御する場合の最高混合
湯量比ｄは冬季を基準としてｄ＝200％とした。

次に残湯熱量Ｑが4000Kca以下のときｄ＝
200％とした理由について、冬期の給水温度５℃
で残湯がない場合で計算すると残湯熱量Ｑは
1000Kcaとなるので、Ｑが1000Kcaに等しい
かそれ以下のときｄ＝200％とすることが一応考
えられるが、冬期は給水温度も低く多量に湯を必
要とすることから、湯量不足をなくするために、
もう少し余裕を持たせ、年間を通じての平均的な
給水温度の中間期の給水温度20℃を基準にして残
湯熱量Ｑを算出するとＱは4000Kcaとなるの
で、これをｄ＝200％の上限とした。

自動制御する場合も夏期の給水温度が高い条件
で温水タンクを最低約55℃に沸き上げる必要があ
る。その理由について、人が風呂、洗面などに使
用する湯温は約42℃程度であり、温水タンクの沸
き上げ時間は８時間で使用するのは夕方７時頃と
なつているため、沸き上つてから13時間程度放置
した状態となるが、温水タンクの温度降下は0.5
℃／H_r以下であり、13H_r放置しても全体の温度
降下は６℃となる。従つて55℃に沸き上つた場合
はそれから６℃を引いて49℃の湯が使用できる。
また配管途中での放熱ロスを考えても沸き上り温
度は55℃あれば使用する湯温の42℃が得られるこ
とから、最低の沸き上り温度を55℃とした。

そこで夏期の給水温度が25℃の条件で温水タン
クを約55℃に沸き上げると、混合湯温T_uが45℃
の混合湯量V_uは、温水タンク容量V_tを370とし
て、555となり、従つて混合湯量比ｄは150％と
なる。

残湯熱量Ｑが8000Kca又はそれ以上のときｄ
＝150％とした理由について、タンク上部200に
40℃の残湯があると仮定すると、残湯熱量Ｑは
8000Kcaとなる。即ち残湯量が多い場合は使用
量も少なく温水タンクを高温に沸かす必要がない
ため、夏期の給水温度が高い時を基準にしてｄ＝
150％とし、温水タンクの沸き上げ温度を低くし
ている。

以上のように混合湯量比ｄの最高値200％と最
低値150％を先ず決定し、それに伴う残湯熱量Ｑ
をｄ＝200％のとき4000Kca、ｄ＝150％のとき
8000Kcaとした場合の関係を第２図に示すよう
に定めたものである。但しこれらの数字は１実施
例である。

かくして本考案は需要家の使用湯量の変化を残
湯熱量Ｑの変化として感知し、使用湯量が少ない
ときは残湯熱量Ｑが多くなるため湯量比ｄを小さ
くして沸き上り温度を低くし、反対に使用湯量が
多いときは残湯熱量Ｑが少なくなるため湯量比ｄ
を大きくして沸き上り温度を高くするように、需
要家の使用実態に応じて自動的に沸き上り温度を
変化させるものである。

その日の必要熱量はV_t×ｄ×45であるから、
混合湯量比ｄが決定すれば容易に算出される。ま
た沸き上り温度T_hは次の式から求められる。

T_h＝（45−T_c）×ｄ＋T_c 但しこの求められたT_hの値が55℃より低いと
きは55℃とし、85℃より高いときは85℃とする。
沸き上り温度が決まると、タンク内をこの温度に
沸き上げるに必要な熱量が残湯熱量を考慮に入れ
て求められる。即ちタンク内上部の各区分につい
て上記T_hから残湯温度（T₅₀〜T₂₀₀）を差引いて
それにその区分の体積を掛けたものの総和に、上
記タンク内上部から下の部分の必要熱量即ち温度
差（T_h−T_c）と体積（V_t−200）との積を加える
とそれが求められる。次にこの所要熱量を換算率
860で割り次に温水器のエネルギー効率（約0.9）
で割るとKWH値が出るので、これを更にヒータ
ー容量KW値で割ると所要通電時間が求められ
る。但しこの値が７時間55分を超える場合はその
超過分を削る。最後に通電開始までのシフト時間
は７時間55分から上記所要通電時間を差引くこと
により求められる。

冬期の寒波の影響により急に冷込んだ場合は使
用湯量も平常より増加し、湯量不足の問題も考え
られるため、電気温水器５の本体外側に温度セン
サ１９を取付けて外気温度を検出し、この温度が
５℃以下の場合にはその日１日限り混合湯量比ｄ
を200％として温水タンク１４内の沸き上げ温度
を算出する。また温水タンク１４内の最上部分の
残湯温度T₅₀が50℃以下の場合も同様の措置をす
る。

本考案によれば、リモートコントローラを自動
に設定することにより各家庭の残湯量に応じ即ち
使用湯量に応じて最適な必要湯量が得られるよう
に自動制御できるので、季節に応じてリモートコ
ントローラの設定をいちいち変更する煩わしさが
なく、節電が図れる通電制御型電気温水器が得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を実施した電気温水器のブロツ
ク図、第２図は本考案の特性曲線図である。 １：深夜電源用配線、５：電気温水器、８：リ
レー、１０：制御部、１１，１２，１９：温度セ
ンサ、１４：温水タンク、１５：リモートコント
ローラ、１６：制御用電源配線。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電気温水器の温水タンク壁面上部に複数の温度
   検出用センサを取付け、これらセンサの出力から
   温水タンク内上部の残湯熱量を算出し、この残湯
   熱量の前日値又は前数日間の平均値から翌日必要
   と推定される所定温度の混合湯量を季節の変化に
   拘らず一定の相互関係、即ち上記残湯熱量が最小
   値から最大値へ増大するにつれて上記混合湯量が
   最初一定の上限値を保ち、次にこの上限値から一
   定の下限値へ向けて減小し、最後にこの下限値を
   保つような相互関係に従つて算出し、この算出し
   た混合湯量から所要の温水タンク内沸き上り温度
   を算出し、その算出値に応じて温水タンク加熱用
   ヒーターの通電を制御することを特徴とする通電
   制御型電気温水器。