JPS61143653A - 電気温水器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用公費〕 本発明は貯湯式電気温水器にやいて、貯湯タンクの上部
と下部を連通する循環路の途中にポンプと加熱装置を設
けて貯湯タンクの上部から一定温度の湯を貯えるように
した電気温水器の制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の貯湯式の電気温水器を第４図の概略構造図と第５
図の主要電気回路図によって説明する。

第４図において、１は貯湯タンクであり、その下部には
発熱体２が装着されている。

３は沸き上が１温度を制御するための自動温度調節器で
あり、貯湯タンクの下部壁面に取り付けられている。４
は貯湯タンク１内で沸き上がった湯を取り出すｔこめの
給湯管、５は貯湯タンク１内供 に水源からの水を薯給する給水管である。

第５図において、６は電源、７は深夜電力供給時間を設
定するためのタイムスイッチである０次に作用動作を説
明する。深夜電力通電時間になると、タイムスイッチ７
がＯＮＬ、て発熱体２に通電が開始される。発熱体２は
深夜電力供給時間の８時間のうちに約８℃の水から沸き
上げ目標温度である８５℃に沸き上がるように発熱体容
量が設定されている。

貯湯タンク１内の水が８５℃に沸き上げられると、自動
温度調節Ｗｉ３が接点を開成して発熱体２への通電を停
止し、その後、自動温度調節Ｍ３が接点の開閉を繰り返
して貯湯タンク１内には毎朝８５℃の湯が満たされてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、湯の使用量は常に同じとは限らず、日々大きく
は季節によって異なっている。特に入浴の有無は湯の使
用量を大きく左右する要素となり、入浴しない日は貯湯
量の半分以上の湯を残すことにもなる。

一方、深夜電力通電時間になると一斉に通電が始まるた
め、残湯がある場合には短時間で沸き上がってしまう。

このため、電力負荷が集中し深夜電力の本来の目的であ
る電力負荷の均一化が図れず、送電効率も悪い結果を招
くとともに、沸き上げられた高ｍｓを長時間使用に供さ
ないで放置することになり、貯湯タンクからの自然放熱
によるロスが大きくなるという問題点を有していた。

この発明はこれら従来の問題点を解消しようとするもの
で、沸き上げた高温湯からの自然放熱によるロスを少な
くするとともに、電力負荷の集中化を解消することを目
的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係わる電気温水器の制御装置は、貯湯タンク
中央部の湯温を検出する中央温度センサーと、使用湯量
を検出する流量センサーと、前記中央温度センサーの検
出値によって切替弁の切替制御を行う弁制御手段と、切
替弁が作動した後の流量センサーの検出値から残湯量を
測定する残湯量測定手段と、貯湯タンクに貯える湯量を
予め設定する湯量設定手段と、貯湯タンクへの給水水温
を検出する下部温度センサーと、貯湯タンク上部の湯温
を検出する上部温度センサーと、前記湯量設定手段での
設定値と下部温度センサー及び上部温度センサーの検出
値と残湯量測定手段の測定値から所定湯温で貯えるため
の適正な循環量と沸き上げに要する所要通電時間と所定
の時間帯に負荷を配置する適正な通電開始時間を算出す
る演算手段と、この演算結果に基づいてポンプの循環量
を制御するポンプ制御手段と、同じく加熱装置及びポン
プの運転開始時間と停止時間を制御する通電制御手段と
を設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、下部温度センサー、上部温度セン
サー、流量センサーの各検出値と湯量設定手段への入力
値がデータとして演算手段に入力され、演算手段が予め
プログラミングされた演算処理を行い、その演算結果に
従ってポンプ制御手段が適正な循環量が得られるように
ポンプを制御するとともに、通電制御手段が加熱装置及
びポンプの運転開始時間と停止時間を制御する。

〔′５ＪＩ１１例〕 以下本発明の一実施例を第１図の全体構成図、第２図の
制御ブロック図に基づいて説明する。

第１図において、１は貯湯タンクで、水は給水管５の途
中に設けられた流量センサー８を介して貯湯タンク１に
供給される。

９は貯湯タンク１の上部に連通する第１の採湯管、１０
は貯湯タンク１の湯量を分割する所定の位置に連通ずる
第２の採湯管、１１は第１の採湯管９と第２の採湯管１
０がそれぞれ接続された三方電動弁などの切替弁で、蛇
口の開操作時には第１の採湯管９か、又は第２の採湯管
１０のいずれか一方から湯が供給される。

１２は貯湯タンク１の上部と下部を連通する循環路で、
この循環路の途中にはポンプ１３と発熱体２を内蔵した
加熱装置１４が設けられている。

貯湯タンク１の下部には下部温度センサー１５、上部に
は上部温度センサー１６が設けられ、貯湯タンク１内の
水温を測定する。又、１７は第２の採湯管１０からの出
ａ１１度を測定する中央温度センサーで、貯湯タンク１
の側壁で第２の採湯管１０の接合部のやや下部に取付ら
れている。

１８は前記中央温度センサー１７の検出値によって、第
１の採湯管９から採湯するか、あるいは第２の採湯管１
０から採湯するかを選択し、切替弁１１を制御する弁制
御手段である。

１９Ｌｔ翌日の使用湯量を予め設定する湯量設定手段で
、その設定値は前記各センサー８，１５゜１６による検
出値とともにデータとして演算手段２０に入力される。

演算手段２０はマイクロコンビ二一夕から構成され、第
２図に示すように要求熱量算出部２１、残湯量測定部２
２、残湯ｌ熱量算出部２３、沸き上げ湯量算出部２４、
循環量算出部２５、通電所要時間算出部２６、通電開始
時間算出部２７で構成される。

今、湯量設定手段１９に対する翌日の使用湯量の入力を
Ｔｉ℃の湯をＶｉ　　（Ｊ）とし、下部温度センサー１
５の検出値をＴ　Ｗ　’Ｃ、上部温度センサー１６の検
出値を１１℃、後述する残湯量測定部２２によって測定
しｔ−残湯量Ｖｕ（ｊ）とし、その動作を説明する。

タイムスイッチ７がＯＮして電源６が供給され部温度セ
ンサー１５の検出値Ｔｗ℃から、貯湯タンク１内に貯え
ておかねばならない要求熱量Ｋｉ（Ｈｅａｌ）を算出す
るシ その算出は下式による。

Ｋ　ｉ　＝Ｖ　ｉ　Ｘ　（Ｔ　ｉ　　Ｔ　ｗ）　　　　
（Ｋｃａｌ）一方、残湯熱量算出部２１は下部温度セン
サー１５の検出値Ｔｗ℃、上部温度センサー１６の検出
値Ｔｚ℃、後述する′ａｔｉＩＩ量測定部２２によって
測定した残湯量Ｖ　ｕ　ｊから、貯湯タンク１内に使い
残した＊（残湯）の量を熱量として求めるもので、残湯
量熱量Ｋ　ｚ　（Ｋｃａｌ）は次式で算出する°。

Ｋｚ＝　（Ｖｔ　−Ｖｕ）　Ｘ　（Ｔｚ　−Ｔｗ）　　
　　（ｌｃｃｍｌ）ここで、Ｖｔ（Ｊ）は貯湯タンク１
のタンクの容量である。

次に、沸き上げ湯量算出部２４は要求熱量Ｋｉ（Ｈｅａ
ｌ）を満たずなめに、残湯熱量Ｋ　ｚ　（Ｈｅａｌ）を
除いた熱量分を１０℃の一定の高温湯（例えば８５℃）
として貯える時の湯量を算出するもので、当日、１０℃
に沸き上げ貯湯すべき湯量Ｖｏ　（ｊ）は次式で算出す
る。

Ｖｏ＝　（Ｋｉ−）Ｃｚ）　／　（Ｔｏ−Ｔｗ）　　　
　　（１）循環量算出部２５はポンプ１３で貯湯タンク
１の底部から吸い込んだＴｗ℃の水を加熱装置１４の定
格発熱容量Ｗ（Ｋｗ）の発熱体２で加熱して、１０℃の
湯として貯湯タンク１の上部に貯えるのに必要なポンプ
１３の適正な流量を求めるもので、循環量Ｑｏ　（ｊ／
Ｈｒ）は次式で算出する。

Ｑｏ　＝　（ＷＸ８８０Ｘ　？）　／　（Ｔｏ−Ｔｗ）
　　（ｊ　／■ｒ）ここで、ｌは加熱循環時のロスを補
うための加熱効率である。

次に通電所要時間算出部２６は、１０℃の湯をＶｏ　（
ｊ）を貯えるため１ζ加熱装置１４およびポンプ１３の
運転すべき時間を求めるもので、その通電所要時１１Ｈ
ｏ（時間）は、 Ｈｏ＝Ｖｏ／Ｑｏ　　　　　（時ＩＥＩ）で求める。

ポンプ制御手段２４Ｐは前記循環量算出部２５の演算結
果に基づいてポンプ１３の流量を制御するものである。

通電開始時間算出部２７は通電所要時間算出部２６で求
めた沸き上げのために要する通電所要時間Ｈｏ（時間）
を深夜電力供給時間帯のうちのどの時間帯に配分するか
、すなわちタイムスイッチ７がＯＮＩ、てから何時間後
に通電を開始するかを求めるものである。

今、ここでは午前６時までの電力負荷のオフビーク時間
帯に負荷集中させるという前提で、がっ深夜電力供給時
間が２３時から翌朝の７時までの８時間という条件のも
とに説明する。

通電開始時間ＨＪＩ（時間）の設定は次の３つの場合に
分ける。

（ＩＩＨＯ≧８の時はＨ８＝０とする。

通電所要時間ＨＯが８２時間に等しいか、もしくはそれ
よりも大きければ当然タイムスイッチ７のＯＮと同時に
通電を開始する。

＋２１８＞ＨＯ≧６の時はＨｓ＝（８−Ｈｏ）とする。

深夜電力供給時間帯の前半は通電せずに後半にシフトす
る。タイムスイッチ７のＯＦＦ時間と沸き上がり時間は
一致するので、オフピーク時間帯には、必ず負荷が存在
することになる。

＋３）６＞ＨＯの時はＨｓ＋（５−Ｈ／２）とする。

タイムスイッチ７のＯＮ時間の２３時とオフピーク（午
前２時から６時まで）の中心時間の午前４時との間が５
時間あり、その午前４時を中心に負荷を分布させる。

通電開始時間算出部２７は以上のように電力負荷のオフ
ピーク時間帯に負荷を分布させるものである。

ポンプ制御手段２８は前記循環量算出部２５の演算結果
に基づいてポンプ１３の流量を制御するものである。

通電制御手段２９は前記通電開始時間算出部２７および
通電所要時間算出部２６の演算結果に基づいて発熱体２
およびポンプ１３の通電時間を制御するもので、タイム
スイッチ７がＯＮｔ、てからＨｓ時時間和通電を開始し
、６０時間の通電時間が確保できたら通電を停止する。

次に残湯量測定方法を説明する。

弁制御手段１８は中央温度センサー１７の検出値が所定
温度（例えば４５℃）以上の時には第２の採湯管１０か
ら湯を取り出すよう切替弁１１を制御し、所定温度以下
（前記の例では４５℃に満たない時）では第１の採湯管
９から採湯するよう切替弁１２の制御を行う。

一方、残湯量測定部２２には流量センサー８で一出した
使用湯量のデータが入力される。

しかし、ここでは全ての使用湯量を測定するのではなく
、切替弁１１によって第２の採湯管１０から第１の採湯
管９に切替られな時点からの流量を測定するものである
。

第２の採湯管１０の貯湯タンク１への連通部より上部の
湯量は固定値であり、この上部の湯量と第１の採湯管９
に切替った後に、流量センサー８で測定した使用湯量の
差として求めることができる。

なお、ここで使用する流量センサー８は公知のパルス発
信式のものが使用できる。

次に時間をおって第３図の運転フローチャートを説明す
る。

まず、マイクロコンピュータ−に記憶された制御プログ
ラムがスタートしてタイムスイッチ７がＯＮし、電源６
が供給される（ステップ１０１）と、内部タイマー（図
示せず）がスタートする（ステップ１０２）。

次に湯量設定手段１９および各温度センサー１５、ｉ６
１！、湯量設定値Ｔｉ℃、Ｖｉ（ｊ）、給水水温ＴＷ’
Ｃ１上部温度Ｔｚ℃を検出し、残湯量測定部２２によっ
て残湯量Ｖｕ　（＃）を検出する（ステップ１０３）。

これらの検出値をもとに演算手段２０は循環量Ｑｏ　（
ｊ）／時間、通電所要時間ＨＯ１通電開始時間Ｈｓを算
出する（ステップ１０４）。

内部タイマーによってタイムスイッチ７がＯＮしてから
通電開始時間Ｈｓが経過したか監視する（ステップ１０
５）。

Ｉｓ暗時間経過したら、ポンプ１３の循環量がＱＯ（Ｊ
／暗時間になるようポンプ制御手段２８によって制御す
るとともに（ステップ１０６）、通電制御手段２９によ
って加熱装置１４の発熱体２およびポンプ１３の通電を
開始する（ステップ１０７）。

内部タイマーでタイムスイッチ７がＯＮｔ、てから（Ｈ
ｓ＋Ｈｏ）時間が経過したかどうか監視しくステップ１
０８）、経過したら通電制御手段２９が加熱装置１４お
よびポンプ１３の通電を停止する（ステップ１０９）。

その後、深夜電力供給時間の８時間が経過してタイムス
イッチ７はＯＦＦとなり（ステップ１１０）、制御プロ
グラムが終了する。

〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によるものは、ユーザーからの入
力、貯湯タンクへの給水水温、残湯量及び残湯温度を検
出して必要熱量を算出し、この熱量から必要な湯量を算
出して貯湯タンクの上部から貯えるよう構成したので、
常に一定温度の湯が供給できるとともに、不要な湯を長
時間使用に供さないで放置することがなくなり、自然放
熱による熱ロスが減少して維持費を安（できる。

又、通電時間を予知することができるので、オフビーク
時間帯などに配分でき、電力負荷の集中が解消され、電
力運用効率の向上が期待できる。

更に、残湯量の検出にあたっては、貯湯タンクの所定湯
量に対する使用量から求めるよう構成したので、残湯量
検出の精度をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は全体構成図、第２図は制卸ブロック図、第３図は
運転フローチャートである。第４図、第５図は従来の貯
湯式の電気温水響を示すもので、第４図はその概略構造
図、第５図は主要電気回路図である。 図中、１は貯湯タンク、８は流量センサー、９は第１の
採湯管、１０は第２の採湯管、１１は切替弁、１２は循
環器、１３はポンプ、１４は加熱装置、１５は下部温度
センサー、１６は上部温度センサー、１８は弁制御手段
、１９は湯量設定手段、２０は演算手段、２８はポンプ
制御手段、２９は通電ｆｌｌＪＩＩＩ手段である。 代理人　大　岩　増　雄（外２名） −２２図 牙４図 第５ｖ！Ｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ポンプと加熱装置を貯湯タンクの上部と下部を連通する
   循環路の途中に設けるとともに、貯湯タンクの上部に連
   通する第１の採湯管と貯湯タンクの湯量を分割する所定
   の位置に連通する第２の採湯管とを切替弁を介して蛇口
   に連通させた電気温水器において、貯湯タンク中央部の
   湯温を検出する中央温度センサーと、使用湯量を検出す
   る流量センサーと、前記中央温度センサーの検出値によ
   つて前記切替弁の切替制御を行う弁制御手段と、切替弁
   が作動した後の流量センサーの検出値から残湯量を測定
   する残湯量測定手段と、貯湯タンクに貯える湯量を予め
   設定する湯量設定手段と、貯湯タンクへの給水水温を検
   出する下部温度センサーと、貯湯タンク上部の温度を検
   出する上部温度センサーと、前記湯量設定手段で設定さ
   れた設定値と下部温度センサーの検出値と上部温度セン
   サーの検出値と残湯量測定手段の測定値から所定湯温で
   貯える適正な循環量と沸き上げに要する通電所要時間と
   所定の時間帯に負荷を配置する適正な通電開始時間を算
   出する演算手段と、前記演算手段で算出した循環量が得
   られるようポンプを制御するポンプ制御手段と、前記演
   算手段で算出した通電開始時間になると加熱装置および
   ポンプの運転を開始して通電所要時間が経過したら運転
   を停止するよう制御する通電制御手段とを備えてなる電
   気温水器の制御装置。