JPH0311385B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、深夜電力を利用した貯湯式電気温
水器の制御装置、殊に、沸き上げ温度を最適に選
ぶことによつて電力消費量の節減を図つた制御装
置に関する。

従来技術 深夜の余剰電力を利用して湯を沸かし、貯湯タ
ンクに貯蔵された湯を、日中、生活水として利用
する貯湯式電気温水器が広く普及している。この
ものは、深夜電力用のタイムスイツチによつて、
電力会社ごとに定められた深夜電力の給電時間
（一般には、深夜23時から翌朝７時までの８時間）
内に貯湯タンク内の発熱体に通電するものであ
る。

而して、日中、生活水として使用される湯の量
は、家族構成、入浴頻度等によつても変動するこ
とは勿論、電気温水器から給湯される高温湯から
適温の湯を得るために混合する給水温度によつて
も大幅に変動するから、常に一定の湯量を一定の
温度に沸き上げて、多くの残湯を翌日に持ち越す
ことは、日中の放熱ロスが過大となつて不経済で
ある。

しかしながら、一般に、電気温水器は、貯湯タ
ンクの上部から排出される給湯に対応して下部か
ら自動的に給水を行なうことによつて貯湯タンク
内の湯と水との自動光換を行ない、常に貯湯タン
クを満水の状態にして使用するようになつている
ので、沸き上げる湯量の調整を行なうことは困難
である。したがつて、電気温水器により沸き上げ
る湯を過不足なく経済的に使用するためには、そ
の沸上げ温度を最適に定め、翌日に持ち越す残湯
量を必要最少に制御しなければならない。

そこで従来は、沸上げに要した発熱体への実通
電時間の実績データを以つて消費湯量の目安とな
し、これを利用して沸上げ温度の目標設定値を算
出せんとするもの（特開昭60−30932〜30935号公
報）、現実の消費湯量を水量計で測定し、これを
熱量換算した上で、現在の給水温度を加味して沸
上げ温度の目標設定値を求めるもの（特開昭60−
30936〜30942号公報）が提案されている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、かかる従来の技術の第１もの
は、発熱体への通電時間を消費湯量の目安として
使用するが、通電時間は、一般に、前日の残湯量
の変動があるときは極端に変動するものであるか
ら、これを当日の消費湯量の目安として使用する
ことは、誤差が大きくなり過ぎて無理であり、全
く実用的でないことがわかつている。また、第２
のものは、消費湯量を測定するための水量計を必
要とするから、全体として高価なものになるとい
う欠点が避けられなかつた。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の
欠点に鑑み、貯湯タンクに複数の温度検出器を取
り付け、貯湯タンク内の平均温度を算出すること
によつて、日中における貯湯タンク内の平均温度
降下量をベースにして、沸上げ温度の目標設定値
を正確に演算できるようにし、高価な水量計を全
く必要としない貯湯式電気温水器の制御装置を提
供することにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するためのこの発明の構成
は、電気温水器の貯湯タンクに、その内部に貯え
られる水の略等容量ごとの温水を検出する複数の
温度検出器を取り付け、この温度検出器の温度検
出値から貯湯タンク内の平均温度を算出し、深夜
電力の給電時間の終了時と開始時とにおける平均
温度から当日の平均温度降下量を算出する平均値
演算手段と、最下段の温度検出器の温度検出値と
平均温度降下量との実績データを記憶するデータ
記憶手段と、記憶されたこれらのデータから沸上
げ温度の目標設定値を計算する設定値演算手段
と、貯湯タンク内の平均温度がこの目標設定値に
到達するまで貯湯タンク内の発熱体に通電させる
通電制御手段とを備えることをその要旨とする。

作 用 この発明の構成によるときは、平均値演算手段
は、貯湯タンクに取り付けた温度検出器の温度検
出値を使用して、貯湯タンク内の平均温度を算出
し、さらに、当日の平均温度降下量を算出するこ
とができる。一方、設定値演算手段は、この平均
温度降下量と、最下段の温度検出値との実績デー
タΔTm、T1mを使用して、沸上げ温度の目標設
定値Toを算出することができる。たとえば、 To＝ΔTm＋T1m＋β(45-T1m) とすればよい。ただし、βは余裕であり、45
（℃）は、使用湯の湯温である。

このような目標設定値Toの算出手法は、平均
温度降下量の実績データΔTmをベースとする使
用湯の使用湯温換算量と、目標設定値Toに沸き
上げた高温湯の使用湯温換算量とを考え、余裕β
を考慮して、この両者を等しくおいたものに相当
するから、その算出精度は、極めて正確である。

通電制御手段は、貯湯タンク内の平均温度が目
標設定値Toに到達するまで発熱体に通電し、貯
湯タンク内の水を沸き上げればよい。

実施例 以下、図面を以つて実施例を説明する。

貯湯式電気温水器の制御装置は、貯湯タンク１
１に取り付けた複数個の温度検出器２１，２１…
と、制御装置本体３０とからなり、通電制御スイ
ツチ１４を伴なう（第１図）。

電気温水器１０の貯湯タンク１１は、表面に図
示しない断熱層を形成した円筒形水密タンクであ
つて、その下部には、内側に突出して取り付けら
れた発熱体１２を有する一方、貯湯タンク１１の
底板１１ｄには給水管１１ａが、上部には湯栓１
１ｃを有する給湯管１１ｂが取り付けてある。

発熱体１２は、深夜電力用タイムスイツチ１３
と通電制御スイツチ１４とを介して、商用電源
ACに接続されていて、その電気容量は、タイム
スイツチ１３で設定される深夜電力の給電時間内
に、貯湯タンク１１内の全水量を所定の最高沸上
げ温度（たとえば85℃）に沸き上げることができ
る値に選定されている。

貯湯タンク１１の側壁には、上下に略等間隔に
複数の温度検出器２１，２１…が取り付けてあ
る。温度検出器２１は、サーミスタ、熱電対等の
任意の種類のもので足るが、貯湯タンク１１内の
水の略等容量ごとの温度を有効に検出できるよう
に、互いに等間隔に、しかも、温度検出端を側壁
内部に突出させて取り付けてある。最下段の温度
検出器２１は、貯湯タンク１１の底板１１ｄに近
く取り付け、給水管１１ａから供給される給水の
温度を計測できるようにしてある。

制御装置本体３０は、平均値演算手段３１と、
データ記憶手段３２と、設定値演算手段３３と、
通電制御手段３４と、時計装置３５とからなつて
いて、すべてをハードウエアで構成することもで
きるが、入出力装置（IOP）、中央演算装置
（CPU）、メモリ装置（MRY）とからなる周知の
マイクロコンピユータ装置と、それに内蔵したプ
ログラムとによつて構成することもできるものと
する。

温度検出器２１，２１…の出力は、平均値演算
手段３１に入力され、その出力は、データ記憶手
段３２と設定値演算手段３３と通電制御手段３４
とを介して発熱体１２の電力を開閉制御するため
の通電制御スイツチ１４に接続されている一方、
時計装置３５の出力が、平均値演算手段３１と通
電制御手段３４とに加えられている。

いま、制御装置本体３０がマイクロコンピユー
タ装置とプログラムとで構成されているものとし
て、各部の作用を説明すれば次のとおりである。

平均値演算手段３１は、常時、周期的に作動し
ている平均値演算プログラム（第２図）に示す動
作をなしている。すなわち、図示しない入出力装
置（IOP）を介して温度検出器２１，２１…の出
力たる温度検出値T1、T2…Tnを読み取る（同
図ステツプ(1)、以下単に(1)と記す）。ここで、各
温度検出値T1、T2…Tnは、最下段の温度検出
器２１に対応するものをT1として、以下、順に
番号を付すものとし、ｎは、温度検出器２１，２
１…総個数である。

次いで、 Ｔ＝(T1+T2+…+Tn)／ｎ によつて、貯湯タンク１１内の水温の平均温度Ｔ
を算出する(2)。各温度検出器２１は、貯湯タンク
１１内の水の略等容量ごとの温度を検出するの
で、平均温度Ｔの計算値は正確である。

深夜電力用タイムスイツチ１３で決まる給電時
間の終了時であれば(3)、浴槽温度ＴをTaとして、
図示しないメモリ装置（MRY）からなるデータ
記憶手段３２に記憶更新する(4)。ここで、Taの
記憶メモリ容量は、１データのみ用意してあるも
のとする。

給電時間の開始時であれば(5)、平均温度Ｔを
Tbとし(6)、その日の日中の貯湯タンク１１内の
水温の平均温度降下量△Ｔを、 △Ｔ＝Ta−Tb として計算する(7)。ただし、Taは、前回に、ス
テツプ(4)で記憶した平均温度である。

この平均温度降下量△Ｔと、最下段の温度検出
器２１に対応する温度検出値T1とを記憶更新し
て(8)、(9)、このプログラムを終る。平均温度降下
量△Ｔと、最下段の温度検出器２１の温度検出値
T1との記憶領域は、各数個分を用意し、たとえ
ば、１週間ないし10日分のデータを記憶できるも
のとする。そこで、これらのデータは、新しいデ
ータの記憶の際に最も古いデータを更新して、常
に、最新の所定日数分のデータの記憶ができるよ
うにしてあるものとする。

設定値演算手段３３は、データ記憶手段３２に
記憶されている平均温度降下量△Ｔと、給電時間
の開始時における最下段の温度検出器２１の温度
検出値T1とを使用して、電気温水器１０の沸上
げ温度の目標設定値Toの計算を行なう（第３
図）。この目標設定値演算プログラムは、給電時
間の開始時に、平均値演算プログラムの完了によ
つて始動させられるものとする。

まず、データ記憶手段３２に記憶されている所
定日数分の平均温度降下量△Ｔの最大値△Tm
と、最下段の温度検出器２１の温度検出値T1の
最小値T1mとを読み出す(1)。これに用いて、 To＝△Tm＋T1m＋β(45-T1m) によつて、沸上げ温度の目標設定値Toを算出す
る(2)。ただし、βは、後述する定数である。

一般に、電気温水器１０によつて貯湯タンク１
１内の平均温度がTk℃に沸き上げられると、そ
の湯は、貯湯タンク１１への給水と等しい水温
Tw℃の水と混されて使い易い温度Tu℃の低温
の使用湯として使用されるから、貯湯タンク４４
の容量をVoリツトルとすると、沸き上げられた
湯のTu℃換算湯量V1リツトルは、 V1＝(Tk-Tw)・Vo／(Tu-Tw) で表わされる。

貯湯タンク１１内の湯が消費されると、その容
量に等しい量の給水が、タンク１１の下部の給水
管１１ａを経て補給されるので、貯湯タンク１１
内の平均温度は低下する。日中の湯の使用が終了
したときのタンク１１内の平均温度をTk1℃とす
ると、このときのタンク１１内の湯のTu℃換算
量V2リツトルは、上式と同様に、 V2＝(Tk1-Tw)・Vo／(Tu-Tw) で表わさせるから、当日の使用湯のTu℃換算量
Ｖリツトルは、 Ｖ＝V1−V2 ＝(Tk-Tk1)・Vo／(Tu-Tw) で示すことができる。

全く同様に、タンク１１内の浴槽温度をTo℃
に沸き上げたときのTu℃換算湯量V3リツトル
は、 V3＝(To-Tw)・Vo／(Tu-Tw) で表わされ、これが現実の湯の使用量のTu℃換
算量Ｖリツトルに等しければ、残湯量が零となつ
て最も経済的である。したがつて、余裕αリツト
ルを考慮して、 Ｖ＝V3＋α とおいて、Toについて整理すれば、 To＝(Tk-Tk1)＋Tw＋β(Tu-Tw) が得られ、平均温度降下量（Tk−Tk1）から沸
上げ温度の目標設定値Toを定めることができる
ことになる。ただし、β＝α／Voである。

ステツプ(2)における目標設定値Toの算出は、
以上の根拠に基づくものであつて、前式中の
（Tk−Tk1）が当日における貯湯タンク１１内の
平均温度降下量△Ｔに当る一方、給水温度Twが
最下段の温度検出器２１の温度検出値T1によつ
て検出できることによつており、β（Tu−Tw）
は、日々の使用湯量、給水温度、気温変化に基づ
く放熱量等の変動要因に対する余裕を見ることに
より、目標設定値Toの増加傾向への変化を可能
にするために付加された余裕量である。また、実
際に使用される際の使用湯の温度を考慮して、
Tu＝45（℃）としてあるが、この値は、適宜変更
することができることは云うまでもない。

次いで、所用加熱時間ｈを下式によつて算出す
る(3)。

ｈ＝(To-T1)／Th ただし、Thは、発熱体１２の電気容量によつ
て決まる値で、発熱体１２への１時間の通電によ
る貯湯タンク１１内の水の平均温度上昇値を表わ
す。

通電制御手段３４の動作は、前記の平均値演算
プログラムと同期して、少なくとも深夜電力の給
電時間内は、常時周期的に動作する通電制御プロ
グラムで示される（第４図）。すなわち、貯湯タ
ンク１１内の平均温度Ｔが沸上げ温度の目標設定
値Toを越えてなければ(1)、既に加熱操作がなさ
れていないこと(2)、現在時刻が加熱開始時刻ｔを
経過していることを条件に(3)、通電制御スイツチ
１４を動作せしめ、発熱体１２への通電を行なつ
て加熱を開始する(4)。加熱が進行して(5)、浴槽温
度Ｔが目標設定値Toを越えたときは(1)、通電制
御スイツチ１４を復帰して加熱を終了する(6)。

以上の説明において、目標設定値演算プログラ
ム（第３図）のステツプ(3)(4)と、通電制御プログ
ラム（第４図）のステツプ(3)は、必らずしも必須
の要素ではないが、これらの動作を付加するとき
は、貯湯タンク１１内の平均温度Ｔが目標設定値
Toに到達する、いわゆる沸上り時刻を、深夜電
力の給電時間の終了時に合わせることができるの
で、貯湯タンク１１内に高温湯を放置する時間を
短くすることができて、放熱ロスを一層少なくす
ることができる。

なお、目標設定値演算プログラムにおける沸上
げ温度の目標設定値Toの算出データとして使用
する所定日数分の平均温度降下量△Ｔの最大値△
Tmは、これに代えて、記憶されている平均温度
降下量△Ｔの平均値△Tavを使用してり、平均温
度降下量△Ｔの傾向パターンに規則性が認められ
るときは、そののパターンに対応した予想量△
Tpを採用したりすることもできるものとする。

さらに、平均値演算プログラム（第２図）のス
テツプ(3)(4)における現在時刻の判定は、図示のよ
うに、制御装置本体３０内部のハードウエアまた
はソフトウエアによる時計装置３５によることも
できるが（第１図）、タイムスイツチ１３からの
信号を入力して、同スイツチが現に動作している
ことと、その後の最初のパスであることとによつ
て判断できる。

発明の効果 以上説明したように、この発明によれば、貯湯
タンクに略等容量ごとの水温を検出する複数の温
度検出器を取り付け、深夜電力の給電時間の終了
時と開始時とにおける貯湯タンク内の水の平均温
度降下量を以つてその日の使用湯量を算出するた
めの基本データとし、最適の使用温度換算湯量を
沸き上げるための沸上げ温度の目標設定値を算出
した上、これを目標に発熱体の通電制御をするこ
とによつて、このときの平均温度降下量は、前日
の残湯量の変動や日中の放熱量の変動等をも加味
した当日の正確な使用湯量算出の根拠となり得る
ので、正確な沸上げ温度の目標設定値の計算がで
き、しかも、この計算のために高価な水量計を導
入する必要もないという優れた効果がある。

加えて、温度検出器は、沸上げ温度の目標設定
値の計算の他に、沸上げ完了のチエツクにも共用
できるから、前者のためにのみ使用する格別の機
器を設置する必要がなく、極めて経済的であると
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は実施例を示し、第１図は
全体系統図、第２図ないし第４図は、それぞれ、
平均値演算プログラム、目標設定値演算プログラ
ム、通電制御プログラムのフローチヤートであ
る。 １０……電気温水器、１１……貯湯タンク、１
２……発熱体、２１……温度検出器、３１……平
均値演算手段、３２……データ記憶手段、３３…
…設定値演算手段、３４……通電制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 深夜電力を利用して発熱体に通電し、貯湯タ
   ンク内の水を加熱する貯湯式電気温水器の制御装
   置であつて、前記貯湯タンク内の略等容量ごとの
   水温を検出する複数の温度検出器と、該温度検出
   器の温度検出値から前記貯湯タンク内の平均温度
   を算出するとともに、前記深夜電力の給電時間の
   終了時と開始時とにおける前記平均温度から当日
   の平均温度降下量を算出する平均値演算手段と、
   前記給電時間の開始時における前記温度検出器の
   最下段の温度検出値と前記平均温度降下量との実
   績データを記憶するデータ記憶手段と、該データ
   記憶手段に記憶された前記最下段の温度検出値と
   前記平均温度降下量とから沸上げ温度の目標設定
   値を算出する設定値演算手段と、前記平均温度が
   前記目標設定値に到達するまで前記発熱体に通電
   させる通電制御手段とを備えることを特徴とする
   貯湯式電気温水器の制御装置。 ２ 前記設定値演算手段は、前記給電時間の終了
   時に加熱が完了するように加熱開始時刻を算出す
   る一方、前記通電制御手段は、前記加熱開始時刻
   の経過により、加熱制御を開始することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の貯湯式電気温水
   器の制御装置。