JPH05248706A - 電気蓄熱式暖房器の蓄熱制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価な深夜電力時間帯の電力を利用して暖房
をする電気蓄熱式暖房器の蓄熱制御において、日射によ
る影響あるいは秋口等における過暖房を、外的条件の変
化に対応した補正をすることによってきめの細かい蓄熱
制御によって精度よく調整する方法を確立する。 【構成】 蓄熱式暖房器は断熱材で囲まれた蓄熱体を発
熱体を介して加熱し、蓄熱した熱をその囲りに設けた温
風路と冷風路に送風機で風を送り、温風と冷風を混合し
て暖房するように構成されている。この暖房器では深夜
電力時間帯の電力で加熱、蓄熱し、強制放熱又は自然放
熱により暖房が行なわれる。ブロック［Ａ］の制御では
ステップＳ₃ で基準日射時刻（１５：００）の蓄熱体温
度を測定し、前日とその日の温度差ΔＴ₁ に応じてΔＴ
₁ ／８の温度補正を蓄熱体設定温度Ｔ_A に加える。ブロ
ック［Ｂ］の制御では、送風機の作動がないこと、また
は室温が２３：００時において室温設定最高温度＋３℃
以上であれば過暖房であると判定し、放熱終了時の目標
温度Ｔ_M を１０℃修正して基準目標温度を下げるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、深夜電力等のような
料金の安い電力を利用して、蓄熱し、暖房をする電気蓄
熱式暖房器の蓄熱制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】家庭などで用いられている電気蓄熱式暖
房器は、一般にケースの内部に断熱材で囲まれた蓄熱体
と、この蓄熱体加熱用の発熱体とを備え、蓄熱体と熱交
換する通風路と冷風を通す通風路に風を送り込む送風機
を設け、出口側で適当な温度に温風と冷風を混合制御し
て暖房を行なうように構成されている。

【０００３】かかる電気蓄熱式暖房器は、深夜電力等の
料金の安い電力を利用し発熱体により蓄熱体を加熱して
熱を蓄え、深夜電力時間帯以外は送風機で通風路に風を
送り込んで熱を外部に取り出し暖房に使用するものであ
り、運転コストが経済的である点で極めて有利な暖房器
である。

【０００４】この蓄熱式暖房器を蓄熱制御する場合に、
翌日の暖房使用熱量に応じた熱量を蓄熱体に蓄えている
ようにすることが重要である。蓄熱量が過多であると残
った熱量が無駄になり、蓄熱量が過少であると暖房運転
時間帯において蓄熱体の熱量が不足し暖房ができなくな
るからである。そのため、従来の蓄熱制御方法の一例と
して、蓄熱時間帯中の室内温度や外気温を計測し、前日
とその日のそれぞれの温度変化に応じて蓄熱体設定温度
を修正する方法が知られている。

【０００５】この方法では、検出される室内温度や外気
温度の変化量が蓄熱体設定温度の修正幅に比べて非常に
小さいため蓄熱体温度設定の精度に問題がある。そこ
で、蓄熱体温度設定の精度を高める方法として、蓄熱体
材料によって決まる所定時間放熱後の蓄熱体の温度が基
準目標温度に近づくように蓄熱温度を制御する方法が知
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た放熱終了時の蓄熱体の温度を基準目標温度に近づける
ように制御する方法では、晴れた日は日射の影響により
暖房使用量が大きく減少するため、所定時間放熱後の蓄
熱体の温度は基準目標温度より高くなり、従って翌日の
ための蓄熱時には前日の放熱量よりも少ない熱量を与え
れば翌日の放熱時には蓄熱体の所定時間放熱後の温度が
基準目標温度に近づくことになるとして制御が行なわれ
るため、蓄熱後の蓄熱体設定温度を大きく下げてしま
う。従って、翌日曇った場合は蓄熱量が不足するという
問題が生じる。

【０００７】さらに、春先や秋口においては送風機を使
用しない状態で自然放熱量が暖房使用量を上回る場合が
ある。これは、かかる蓄熱式暖房器においては蓄熱量が
不足することを懸念して蓄熱体の基準目標温度を高めに
設定しているためであり、自然放熱量が必要以上に多く
なり過ぎて室内が異常に暖房されることがあるという問
題があった。

【０００８】この発明は、上記従来の蓄熱式暖房器の温
度制御における種々の問題点に留意して、日射量による
影響を受けたときに基準目標温度に近づける制御では翌
日曇りの日には蓄熱量が不足し暖房が十分でないという
不都合を解消した調整精度の高いきめ細かな制御を可能
とする蓄熱制御方法を提供することを第一の目的とす
る。

【０００９】さらに、春先や秋口における自然放熱によ
る暖房時においては、所定サイクルの加熱（蓄熱）と放
熱を行なう間に放熱終了時の蓄熱体の基準目標温度が高
すぎるために生じる過暖房を目標温度の設定を外気条件
の変化に応じて引き下げることにより調整精度を高めた
きめ細かな制御を可能とする蓄熱制御方法を提供するこ
とを第二の目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第一の課題を解決す
るためこの発明は、深夜電力などの安価な電力時間帯に
発熱体を介して蓄熱体を蓄熱体設定温度まで加熱し、上
記時間帯終了後加熱を停止し送風機などにより放熱して
暖房し、上記加熱時には翌日の放熱後加熱開始付近の蓄
熱温度が基準目標温度となるように加熱制御し、放熱中
に日射量の影響を受け、基準日射時刻と前日の同時刻の
蓄熱体の温度差に応じて翌日の蓄熱体設定温度を補正す
るように制御することから成る電気蓄熱式暖房器の蓄熱
制御方法としたのである。

【００１１】又、第二の課題を解決する方法として、深
夜電力などの安価な電力時間帯に発熱体を介して蓄熱体
を蓄熱体設定温度まで加熱し、上記時間帯終了後加熱を
停止し自然放熱により暖房し、上記加熱時には放熱後加
熱開始付近の蓄熱体温度が基準目標温度となるように加
熱制御し、自然放熱により室内過暖房が生じているとき
は放熱時間帯中の送風機の動作の有無と室内検出温度に
基づき翌日の蓄熱体設定温度を補正するように制御する
ことから成る電気蓄熱式暖房器の蓄熱制御方法としたの
である。

【００１２】

【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１はこの発明の蓄熱制御方法を実施する
一例のフローチャートであり、図２に電気蓄熱式暖房器
の概略構成及びその制御回路の概略ブロック図を示す。
図２（ａ）において、１は蓄熱体温度検出手段、２は室
内温度検出手段、３は発熱体、４は蓄熱体、５は強制放
熱用の送風機、６は電子制御回路である。図示の蓄熱式
暖房器は、一般のものと同様に、蓄熱体４を断熱材で囲
み、この蓄熱体と直接熱交換する通風路と、蓄熱体に直
接触れないで出口へ向う通風路を設け、両通風路の入口
側流路に設けた送風機５により風を送り込み、両通路に
分流した温風と冷風を出口側で適宜割合に混合すること
によって最適温度の暖気を得て暖房を行なうように構成
されている。

【００１３】上記構成の蓄熱式暖房器は、図２（ｂ）の
電子制御回路６により深夜電力などの安価な電力時間帯
に加熱して蓄熱し、この時間帯以外の時間には加熱を停
止して放熱により暖房が行なわれる。蓄熱体４の温度は
蓄熱体温度検出手段１により、又室温は室内温度検出手
段２により検知され、その電気信号が電子制御回路６へ
送られると演算によりそれぞれの温度が算出され検出さ
れる。電子制御回路６は、そのＣＰＵ６１により種々の
制御が行なわれ、記憶部６２内にはタイマや、カウン
タ、比較回路部分等を内蔵して種々の演算が行なわれ
る。その演算の結果、蓄熱体４に蓄熱するときは駆動回
路７ａからの駆動電流により発熱体３を加熱して蓄熱が
行なわれる。又、蓄熱終了後の放熱時には駆動回路７ｂ
への指令信号により送風機５が回転し、その送風により
蓄熱体を強制放熱させて暖房が行なわれる。

【００１４】上記のような蓄熱式暖房器による蓄熱制御
方法を図１のフローチャートに基づいて説明する。な
お、説明の都合上図１に表示している［Ａ］〜［Ｄ］の
各ブロックのうち［Ｄ］のブロックから説明を開始する
ものとする。図において、蓄熱体設定温度Ｔ_A は、放熱
時間帯が終了し、加熱を開始する際に予め加熱によって
蓄熱された蓄熱体が上昇するであろうとして設定される
温度であり、蓄熱体目標温度Ｔ_M とは、放熱終了時に蓄
熱体温度が下降して達する目標温度である。この発明の
蓄熱制御方法では、特に図示していないが基本的には蓄
熱体設定温度Ｔ_A は、放熱時に上記蓄熱体目標温度Ｔ_M
が所定の基準値、例えばこの実施例では１７０℃となる
ように常に加熱制御をすることとしている。従って、上
記蓄熱体目標温度Ｔ_M になるように予め蓄熱体設定温度
Ｔ_A が設定されているものとする。又、深夜電力時間帯
はこの実施例では２３：００から７：００までとし、こ
の間に蓄熱が行なわれ、この時間帯以外の時間に放熱が
行なわれるものとする。

【００１５】以上の条件のもとにステップＳ₁₆になる
と、発熱体３に通電が開始され、蓄熱体設定温度がＴ_A
となるように加熱が制御される。ステップＳ₁₇で深夜電
力時間帯の終了時間（この実施例では７：００）が確認
されると蓄熱が完了し、発熱体３への通電を停止して放
熱が開始される。

【００１６】ステップＳ₁₉で放熱が開始されると、送風
機５が通電され、この送風によって強制放熱が行なわれ
る。この強制放熱は、通風路による温風と冷風の混合の
割合を適当に変化させることによって、蓄熱体４が高温
であるときと放熱により温度降下したときに温風をどの
割合で利用するかを決め、暖房に最適な温度を得られる
ようにする。上記放熱時間帯が進み、日中になると、日
射量の影響を強く受ける場合がある。そこで、この実施
例では基準日射時刻を１５：００と選定し、ステップＳ
₁ の始めに戻ってこの時刻を確認し、ステップＳ₂ で蓄
熱体温度を検出する。次に、その日の１５：００の蓄熱
体温度と前日の同時刻の蓄熱体温度の差ΔＴ₁ をステッ
プＳ₃ で求め、ΔＴ₁ が負であればそのまま次のブロッ
ク［Ｂ］へ進み、ΔＴ₁ ≧０であれば蓄熱体設定温度Ｔ
_A をステップＳ₄ でＴ_A ＝Ｔ_A ＋ΔＴ₁ ／８として補正
する。

【００１７】上記補正は次のことを意味する。即ち、日
射量の強い影響を受けない通常の状態では、予め蓄熱体
に対して放熱終了時（２３：００）の温度が目標温度Ｔ
_M （１７０℃）となるように加熱時に所定の熱量を与え
て蓄熱体設定温度Ｔ_A まで上昇している。しかし、放熱
時の温度降下の途中で日射量の影響を強く受けると当然
温度降下がゆるやかになり、放熱終了時の蓄熱体温度は
目標温度Ｔ_M より高くなる。

【００１８】従って、何らの補正をしないときは、上記
傾向が続くものとして制御回路では、上記目標温度Ｔ_M
より高い蓄熱体温度では翌日は前日の加熱量より少ない
加熱量でよいと判断し、加熱時に加熱量が抑えられ、そ
のため蓄熱体設定温度Ｔ_A は減少する。ところが、翌日
が曇った場合には通常の熱量の蓄熱を必要とするから、
結局放熱時に熱量不足となり暖房が十分でないことにな
る。そこで、上記翌日の熱量不足を補正するためには、
日射量の影響を受けたかどうかを基準日射時刻と前日の
同時刻との蓄熱体温度を測定することによりチェック
し、補正を必要とする日射があったときは、その日の放
熱が開始される時点での蓄熱体設定温度Ｔ_A を前日の状
態で予め定められていた値に補正を加えることによっ
て、仮想的に高い温度即ちＴ_A ＝Ｔ_A ＋ΔＴ₁ ／８とす
る。

【００１９】このような補正を加えることによって、制
御回路は翌日の加熱量として前日より減少した値でなく
通常の加熱量を与えるように加熱制御する。従って、翌
日が曇った場合でも暖房が不十分となることは生じな
い。

【００２０】次に、［Ｂ］ブロックでの制御動作は、秋
口や春先において自然放熱により暖房する場合であり、
送風機を使用しない状態で自然放熱量が暖房使用量を上
回る場合に過暖房となるのを防止するための蓄熱制御で
ある。制御フローのステップＳ₅ において、深夜電力帯
であるかどうかを確認し、２３：００時を確認するとス
テップＳ₆ で放熱を終了してステップＳ₇ で室温、蓄熱
体温度を検出する。次に、ステップＳ₈ で９：００〜２
３：００の放熱時間帯中に送風機の作動が１回もなかっ
たこと、または２３：００時で室温≧室温設定最高温度
＋３℃であるかをチェックする。ここで送風機動作時間
帯を９：００〜２３：００としているのは、昼間室内
が、自然放熱で過暖房となる場合においても朝の７：０
０〜９：００の間は送風機が動作する可能性を有してい
るためである。

【００２１】上記２つの条件のうち後の条件は過暖房と
なっているかを直接的に室内の温度を測定することによ
ってチェックしている。そして過暖房であればステップ
Ｓ₉で蓄熱体温度が自然放熱により下降したときの目標
温度Ｔ_M をＴ_M ＝Ｔ_M −１０℃と修正する。但し、Ｔ_M
＜９０℃であればＴ_M ＝９０℃とする。過暖房でなけれ
ばステップＳ₁₀で目標温度Ｔ_M をＴ_M ＝Ｔ_M ＋２０℃と
修正する。但し、Ｔ_M＞１７０℃であればＴ_M ＝１７０
℃とする。上記補正の意味は次の通りである。前述のよ
うに、蓄熱体温度は常に放熱により下降したときの下限
値が１７０℃となるように制御される。しかし、自然放
熱により暖房したときに過暖房となるのは、上記目標温
度の下限値を秋口や春先のように外気条件が真冬のとき
に比べてゆるやかであるときであっても高めに設定した
ままであるのが原因である。従って、このようなときに
は下限値を少しずつ下げていけば外気条件の変化に沿う
こととなる。

【００２２】そこで、過暖房と判断したときは目標温度
Ｔ_M をＴ_M ＝Ｔ_M −１０℃として１０℃ずつ下げるよう
にすればよい。但し、９０℃以下では有効な暖房温度が
得られなくなるので９０℃を下限としている。一方、過
暖房でないときは目標温度Ｔ_M を下げ過ぎていることに
なるから、この場合は反対に目標温度Ｔ_M の設定をＴ_M
＝Ｔ_M ＋２０℃として上方に修正するとよい。但し、１
７０℃以上は不要であるから上限はＴ_M ＝１７０℃とし
ている。

【００２３】［Ｃ］ブロックでは、上記［Ａ］、［Ｂ］
ブロックの蓄熱制御のいずれかが行なわれたとき、ある
いはいずれの制御も行なわれず［Ｄ］ブロックの基本制
御のみの場合であって、２３：００時に加熱を開始する
際に蓄熱体温度が実際には目標温度Ｔ_M と何らかの偏差
を生じ、従ってこの偏差をさらに最小限となるように制
御するブロックである。ステップＳ₁₁では２３：００時
における蓄熱体検出温度を目標温度（１７０℃）と比較
し、その偏差ΔＴ₂ ＝Ｔ_M −（蓄熱体検出温度）を算出
する。ステップＳ₁₂でこの偏差ΔＴ₂ ≧０であるかをチ
ェックし、正であればステップＳ₁₃でＴ_A ＝Ｔ_A ＋ΔＴ
₂ ／２として蓄熱終了時の蓄熱体設定温度Ｔ_A を上方修
正し、負であればステップＳ₁₄でＴ_A ＝Ｔ_A ＋ΔＴ₂ ／
４として下方修正する。

【００２４】偏差ΔＴ₂ が正であるときは、蓄熱体検出
温度が目標温度Ｔ_M 以下になっているため蓄熱体の加熱
量が不足であるから、その偏差ΔＴ₂ の１／２を加えて
蓄熱体設定温度Ｔ_A を修正している。負のときは、蓄熱
体検出温度は目標温度Ｔ_M 以上であるから負の偏差ΔＴ
₂ の１／４を加えて、即ち減少させてＴ_A を修正する。
ステップＳ₁₅でこれら修正された蓄熱体設定温度Ｔ_A の
値に設定温度を更新すると次のブロックへ進む。なお、
以上の実施例では、制御回路による蓄熱制御は［Ａ］、
［Ｂ］、［Ｃ］、［Ｄ］の４つのブロックの全てを経由
するものとしたが、ブロック［Ａ］、［Ｃ］、［Ｄ］の
みの組合せ、ブロック［Ｂ］、［Ｃ］、［Ｄ］の組合
せ、あるいは、［Ｃ］、［Ｄ］のみの組合せも可能であ
ることは自明であろう。

【００２５】図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にブロック
［Ａ］による蓄熱制御、ブロック［Ｂ］による制御、ブ
ロック［Ｃ］による制御の蓄熱体温度変化のグラフをそ
れぞれ示す。 （ａ）では、最初の２３：００〜２３：００の温度変化
は通常制御であり、２日目の同時間帯の変化は日射量を
受けた変化であり、３日目はブロック［Ａ］による制御
により目標温度Ｔ_M に近づいている状態を示している。 （ｂ）では、２日目の温度変化により目標温度Ｔ_M を１
０℃修正した状態を示す。 （ｃ）では、１日目の放熱により目標温度Ｔ_M より蓄熱
体実測温度Ｔ_MPがΔＴ₂ 下回ったときにブロック［Ｃ］
による制御により蓄熱体設定温度Ｔ_A が補正され上昇し
ている状態を示している。

【００２６】

【効果】以上詳細に説明したように、第一の発明では基
準日射時刻の蓄熱体温度のその日と前日の差に応じて蓄
熱体設定温度を補正し、第二の発明では送風機の作動な
し及び加熱開始時の室温によって蓄熱体が温度降下した
際の目標温度値を下げるように制御することとしたか
ら、第一の発明では日射の影響により晴れた日、急激に
暖房使用熱量が減少し、２３：００に翌日の蓄熱体設定
温度が大きく下げられても、特に日射の影響の大きい１
５：００の時点で前日との蓄熱体検出温度の比較により
あらかじめ蓄熱体設定温度が引き上げられているので、
翌日曇った場合も蓄熱量が足りないという事態を避ける
事ができる。又、第二の発明では秋口や春先において自
然放熱量が暖房使用熱量を上回るような場合でも、送風
機が動作していないという条件と室温が高いという条件
からこれを検知し、蓄熱体設定温度を下げるので、自然
放熱量を低減し、室温の異常昇温を防止し、ランニング
コストの低減を図る事ができる。

【００２７】従って、いずれの発明でも蓄熱制御をより
現実の外的条件の変化に近づけて精度の高い温度調整が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の蓄熱制御方法を示すフローチャート

【図２】実施例の蓄熱式暖房器の全体概略図

【図３】図１の実施例の各ブロック制御ごとによる蓄熱
体温度変化のグラフ

【符号の説明】

１ 蓄熱体温度検出手段 ２ 室内温度検出手段 ３ 発熱体 ４ 蓄熱体 ５ 送風機 ６ 電子制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薗田 不二夫 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 稲葉 盛 北海道札幌市豊平区里塚461番地の６ 北 海道電力株式会社総合研究所内 (72)発明者 武山 悟 北海道札幌市豊平区里塚461番地の６ 北 海道電力株式会社総合研究所内 (72)発明者 小林 憲昭 北海道空知郡奈井江町字奈井江776番地 北海道電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 深夜電力などの安価な電力時間帯に発熱
   体を介して蓄熱体を蓄熱体設定温度まで加熱し、上記時
   間帯終了後加熱を停止し送風機などにより放熱して暖房
   し、上記加熱時には翌日の放熱後加熱開始付近の蓄熱温
   度が基準目標温度となるように加熱制御し、放熱中に日
   射量の影響を受け、基準日射時刻と前日の同時刻の蓄熱
   体の温度差に応じて翌日の蓄熱体設定温度を補正するよ
   うに制御することから成る電気蓄熱式暖房器の蓄熱制御
   方法。
2. 【請求項２】 深夜電力などの安価な電力時間帯に発熱
   体を介して蓄熱体を蓄熱体設定温度まで加熱し、上記時
   間帯終了後加熱を停止し自然放熱により暖房し、上記加
   熱時には放熱後加熱開始付近の蓄熱体温度が基準目標温
   度となるように加熱制御し、自然放熱により室内過暖房
   が生じているときは放熱時間帯中の強制放熱用送風機の
   動作の有無と室内検出温度に基づき翌日の蓄熱体設定温
   度を補正するように制御することから成る電気蓄熱式暖
   房器の蓄熱制御方法。