JPS61201116A - 貯湯槽残湯量検知装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、外側に断熱を施した容器に温水を貯蔵し、容
器下部より水道水など低温水を導入し、上部より貯蔵し
た温水を排出して温水暖房や給湯に利用する貯湯槽の使
用時における各時点での残存温水量（残湯量）を検知す
る貯湯槽残湯量検知装置に関するものである。

従来の技術 温水暖房位置あるいは給湯装置に用いられる貯湯槽は、
電気、ガス、石油あるいは太陽エネルギーなどの熱源か
らのエネルギーを一旦貯蔵し、暖房や給湯の負荷変動を
吸収し、熱源の熱量供給を一定条件下で行うことを可能
とし、熱源の装置規模を一定の能力に抑え、かつ、運転
効率を向上させるために必須の装置として一般に用いら
れている。

近年、省エネルギーへの社会的要請から、貯湯槽の使用
時における各時点での残湯量を検知し、それにより熱源
の運転条件を最適に制御する方式が注目されている。

従来、貯湯槽の残湯量計測には、貯湯槽の上部、中間部
および下部にサーミスタなどの温度検知手段を設けてそ
れぞれの水温を計測し、概略の残湯量を推定していた。

このような従来法では、計測点数が少ないと、残湯量を
正確に把握することができない。そのため、従来法では
、貯湯槽の貯湯水面から底面までにわたり、８点から１
０点程度温度検知手段を設置して残湯量を求める試みが
なされている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、以上のような構成では、計測点が多数になるた
め、各温度検知手段を順次切り換えて各部の温度を計測
するいわゆる多接点型計測装置を必要とし、多数個の温
度検知手段の設置、配線。

および多接点型計測装置の必要性などコスト上昇の要因
が多く、実施面で問題を有していた。

そこで、本発明は、上記問題を解決することを意図した
もので、多数個の温度検知手段を設置することなく、貯
湯槽の残湯量を演算し決定する簡素かつ安価な装置を提
供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、貯湯槽の貯水の全温度域を包含し得るように配置
された温度可変抵抗体及び電極を有する第１の温度検知
手段と、貯湯槽の貯水上部の温度を検知するための第２
の温度検知手段と、貯湯槽の下部の温度を検知するため
の第３の温度検知手段とを備え前記第１乃至第３の温度
検知手段の計測値より残湯量を演算するようにしたもの
である。

作　　用 本発明は、前記構成により、温度可変抵抗体から計測し
た抵抗値と、貯湯槽の貯水上部及び下部の温度検知手段
からの計測値にもとづき、貯湯槽の上下方向のどの゛位
置まで温水があるかを演算するものである。

貯湯槽内では一般に、残湯量にかかわらずフロート弁な
どの手段により、水面はほぼ一定に保たれる。すなわち
、温水は、冷水である供給水と同一の槽内に存在するが
、水の温度差による比重の差から、貯湯槽の上部に滞留
し、冷水と均質に混じりあわないように給水管および取
水管が貯湯槽に配置されている。従って、貯湯槽内には
、上部に温水が下部に冷水が滞留しておシ、貯湯槽内の
貯水には、上部の温水温度領域と、下部の冷水温度領域
と、中間の温度が連続的に変化する温度変化領域とが存
在する。温度変化領域の厚さは、貯湯槽の構成、加熱時
、出湯時などで変化するが、基本的には、深さ方向にＳ
字型の温度変化をもち、定常的な出湯の状況下ではほぼ
一定の厚さを有するものである。従って、貯湯槽容器外
面に、その上部から下部にまたがって配置される第１の
温度検知手段の温度可変抵抗体は、温水温度領域の区間
の抵抗と、連続的に変化する温度変化領域の区間の分布
抵抗と、冷水温度領域の区間の抵抗の直列抵抗に相当す
る合成抵抗値を有する。一方、第１の温度検知手段の長
尺方向両端側に配置された。

第２．第３の温度検知手段は、それぞれ温水温度領域、
冷水温度領域の温度もしくは温度に対応する抵抗値を与
えるものである。

本発明による貯湯槽残湯量検知装置は、これら、合成抵
抗値と、貯水上部および下部の温度もしくはそれに対応
する抵抗値の３つの量を主たる変量として残湯量を演算
するものである。

実施例 第１図は、連続帯状の温度可変抵抗体を用いた本発明の
第１実施例の貯湯槽残湯量検知装置の説明図である。

第１図において、１は連続帯状の温度可変抵抗　　　　
体、２，３はその電極であり、第１の温度検知手段を構
成する。４，５はそれぞれ上部および下部の第１および
第２の温度検知手段であり、本実施例では、前記温度可
変抵抗体１と同一材料を小面積に形成したものを用いた
。６は計測部で、前記３個の温度可変抵抗体、即ち、連
続帯状の温度可変抵抗体１および温度検知手段４，５た
る温度可変抵抗体の抵抗値を計測し、演算部７に入力す
る機能を有する。８は演算部７による演算結果の表示部
である。

本発明の構成要素である温度可変抵抗体１としては、薄
膜状に形成され、温度によりその抵抗値が変化する各種
の無機あるいは、有機材料を用いることかできる。例え
ば、ニッケルクロム合金膜、７．７，８．８−テトラシ
アノキノジメタン（以下ＴＣＮＱと略す）を母体とする
有９機半導体、窒素を含む耐熱性縮合系高分子を不活性
気流中で熱分解して得られるパイロポリマーが挙げられ
る〇本実節例では、温度による抵抗変化の範囲が大きく
、かつ、温、冷水温度域において抵抗値の計測上整合の
良いことから、ＴＣＮＱとＮ　−ｎ−プロピルピリジン
から成るコンプレックス塩を高分子バインダーおよび無
機フィラーとともに帯状のポリエステルフィルム基板上
に、スクリーン印刷して形成した、本実施例における連
続帯状の温度可変抵抗体１は、巾２０ｒｒｙｎで、実施
に用いた貯湯槽の水面からの深さに相当する１８ｏＯｒ
ａｎの長さとし、その長尺方向両端部にはカーボン被膜
あるいは金属膜から成る電極２，３を設けてあり、貯湯
槽容器外側に貼付する。また、上部および下部の温度検
知手段４，５である温度可変抵抗体は、それぞれ同一の
寸法形状とし、電極巾および間隔を２０ｒｒｍとし、ス
クリーン印刷てよう前記連続帯状の温度可変抵抗体１と
同時に、かつ、同一の基板上に形成し、貯湯槽容器外側
の上部及び下部に配置されるようにした。本実施例で用
いた温度可変抵抗体１の比抵抗ｒの温度依存性は、温度
を絶対温度であられした場合、以下の如くである。

ｒ＝ｒｅχｐ−（Ｔは絶対温度） ω　　　　Ｔ 次に前記実施例の動作について説明する。

今、貯湯槽内水温をθとし、上部および下部の温度検知
手段４，５で決定される温度、即ち、温水領域温度およ
び冷水領域温度をそれぞれθｈおよびθ２　とする。温
度可変抵抗体の単位長さ抵抗ｒは、前述の如く温度の関
数であり、ｒ　＝　ｆ　（のである。貯湯水面を基準と
して深さ方向をｙとすると温度はｙの関数であるから、
またｒ　＝　ｑ　（ｙ）である。

ここで、座標系の水面をｙ０＋温水温度領域と温度変化
領域の界面をｙ工、底面をｙｂ　とし、温度変化領域の
厚さをＹと設定する。そして、連続帯状の温度可変抵抗
体１の合成抵抗をＲとすると、Ｒは、温水温度と冷水温
度の間が温度変化領域の巾の中でｙ方向に連続して変化
するのに対応してｒが変化する以下の分布定数抵抗とし
て記述される。

上記式（１）を貯湯槽内の前記領域毎に整理すると、・
・・・・・・・・（２） 領域に相当し、その領域内で温度はθｈでほぼ一定であ
り、ｒはθに関する一意的な関数であるから。

で、ｆ（θｈ）＝ｒｈ（一定値）とすると、ｒｈは温水
温度領域の比抵抗であり、従って、第１項は以下の如く
与えられる。

式（２）の第３項は同様に冷水温度領域に相当し、ｆ（
θｆ！、）＝にｒｌ（一定値）とすると、τ２は冷水温
度領域の比抵抗であり、式（３）と同様に以下の如く与
えられる。

一方、式（２）の第２項に関しては、ｒ　＝　Ｃ１（’
！＞は、Ｓ字型に変化する関数であるが、一般的には、
この領域、即ち、温度変化領域では、−次関数で近似す
ることができる。

ｒ　＝　ａ　ｙ＋ｂ　（ｙｍ＜　ｙ＜　ｙｒｎ＋ｘ　）
　　　　　−−・・ｉ５）従って、第２項は以下の如く
である。

定積分の上、整理すると、 ここで、ａｙｍ＋ｂキｒｈ、ａ（ｙｍ＋Ｙ）＋ｂ中ｒｐ
であるから、第２項は次の通りである。

式を）に、式（３）　、　（４）　、　（６）を代入す
ると以下の如くである。

Ｒ＝　ｒｈ　（ｙｆｎ−ｙｏ）＋Ｔ　（ｒｈ＋ｒ　１　
）＋ｒ　Ｒｆｙｂ　（ｙｍ＋Ｙ））　　・・・・・ヤ）
弐け）をｙｍについて整理すると、 ・・・・・・・・・＠） ここで、温水領域温度θｈにほぼ近い温度の温水の残湯
量深度は、温水温度領域の厚さに等しく、これを貯湯温
度温水残湯量深度Ｈ０とし、貯湯槽深さをＤとすると、 Ｈ０＝ｙ、、−７０、Ｄ＝ｙｂ−７０ であシ、式（８）に代入して整理すると。

一方、本実施例に用いた温度可変抵抗体１は、貯湯温度
８０’Ｃの比抵抗は、常温における比抵抗に比し、約１
／２５であり、その誤差を容認すれば、式轢）は以下の
如く近似することも可能である。

ここで、式や）および式（１０）の右辺をみると、Ｄは
前述の如く貯湯槽の深さであるから既知量であり、Ｙ、
即ち、温度変化領域の厚さは貯湯槽構成と給湯条件によ
って変動するが近似的には定数として与えられ、通常の
出湯時にはＹ　＝　（ｏ、１〜０．２）ＸＤが知られて
おり、各種条件下で実験値として求めることができる。

まだ、ｒｘ　、　ｒｈは、貯湯槽の上部および下部に設
けられた前記温度検知手段４，５により計測でき、連続
帯状の温度可変抵抗体１の合成抵抗値Ｒも同様である。

従って、Ｙを実験値等として与えることにより、式（９
）または式（１０）を用いて、温水領域温度θｈにある
貯湯温水の残湯量を求めることができる。

尚、実用的には、貯湯温水は温水領域温度θｈより低下
しても用いることが可能であり、一般には、貯湯温度温
水残湯深度Ｈ０を越えても給湯温度は除々に低下するが
、これを用いることができる。実用上、温水領域温度θ
ｈと冷水領域温度θ２のほぼ中間の温度まで利用可能と
し、これを実用残湯深度Ｈとする。これは実用上、例え
ば冷水領域温度θ１が２０’Ｃ１温水領域温度θｈが８
０’Ｃとすると、給水温度が５０℃になるまで利用可能
なことを示している。この場合、実用残湯深度Ｈは、温
水温度領域の厚さである貯湯温度温水残湯深度Ｈ０に加
えて温度変化領域の厚さの棒までが利用可能であるので
、Ｈ＝Ｈ０＋Ｙ／２である。

Ｈの値は、前記式（９）を用いて容易に求められる。

即ち、 また、近似的には、式（１ｏ）を用いて、以下のように
Ｈが決定できる。

ＨキＤ−一　　　　　　　　　・・・・・・・・・（１
２）即ち、実用残湯量は、温度変化領域の厚さＹを変数
として含まない前記式（１１）または式（１２）で定義
される実用残湯深度Ｈに貯湯槽内水平断面積を乗じて求
めることができるのである。

次に第２実施例として第２図に、前記第１実施例の構成
を変更し、連続帯状の温度可変抵抗体１と上部及び下部
の温度検知手段を一体化して帯状フィルム基板上にスク
リーン印刷した構成の実施例を示す。第２図において、
２１．２２は、連続帯状の温度可変抵抗体１の電極２．
３に近接して設けられる電極である。本実施例において
は、連続帯状の温度可変抵抗体１の合成抵抗値Ｒは、電
極３および−の間で計測される。温水領域温度、即ち、
上部温度は、電極３および電極２２の間の抵抗値を、ま
た、冷水領域温度、即ち、下部温度は、電極２および電
極２１の間の抵抗値を計測することにより決定すること
ができる。その他の構値Ｒおよび上部温度（または上部
抵抗）と下部温度（または下部抵抗）を用いて、第１実
施例に述べた演算により、貯湯温度温水残湯量もしくは
実用残湯量が決定できる。

本実施例によれば、第１実施例に比し、上部および下部
の温度検知手段を独立して設けることが不要であり、製
造、設置が容易で、かつ、低価格で提供できる利点があ
る。

次に第３実施例について説明する。

第３図は、直列接続した温度可変抵抗体を用いた貯湯槽
残湯量検知装置の構成図である。第３図において、３１
は温度可変抵抗体の複数の要素素子であり、帯状のフィ
ルム基板上にスクリーン印刷により一括して形成される
。３３．３４は、フィルム基板長尺方向両端に位置する
要素素子３１の端部に設けた電極で、電極３６．３７に
よって全要素素子３１で構成される温度可変抵抗体の全
体抵抗値Ｒが計夕１１される。３８．３９は、それぞれ
上部温度または抵抗、および下部温度または抵抗を計測
する電極である。上部温度または抵抗は、電極３７およ
び３８の間で、また下部温度または抵抗は、電極３６お
よび３９の間で計測される（計測部、演算部の図示は省
略した。）。

本実施例においては、要素素子３１は、第１実施例の温
度可変抵抗体１と同様の材料を用い、巾２０　ＷＩＩＡ
　＋長さ２０■で、互いに１００ｍｍを保ッテ電極３７
．３８により直列接続された薄膜として構成した。

本実施例は、電極３７側を上部として貯湯槽容器外面に
垂直方向に貼付して用いる。

上記の構成による残湯量の演算を以下に説明する０ 等間隔に配列された要素素子３１の総数をＰ個とし、上
部より数えて１番目の要素素子３１の貯湯状態での抵抗
をＲｈ　とし、最下部、即ちＰ番目の要素素子３１の抵
抗をＲ２とする。今、貯湯状態において、貯湯温度温水
がｍ番目の要素素子３１附近まであり、温度変化領域の
厚さＹを経てｎ番の項は四捨五入して整数値とする。

第１実施例と同様に、温度可変抵抗体の全抵抗Ｒを求め
ると、以下の如くなる。

・・・・・・・・・（１ｏ１） ｎ　＝　−＋　ｍを代入してｍについて整理すると、Δ
ｙ ここで、第１実施例と同様にＲｈがＲ，より小さいこと
を利用し、温度可変抵抗体の誤差を容認すれば１式（１
０２）は以下の如く近似できる。

温水温度領域と温度変化領域の界面Ｈ０は、式％式％） 式（１０３）による近似の場合には、以下の如くである
○ 第１実施例で述べた通り、Ｈｏに貯湯槽水平断面積を乗
じたものが貯湯温度温水残湯量であシ、ＰおよびΔｙは
構成上既知であり、Ｙは実、験的に決定された定数とし
て取扱える。また、Ｒ，Ｒｈ。

Ｒ２は計測値であシ知ることができるので、式（１０４
）および式（１ｏ５）の右辺は既知量であり、Ｈｏは一
意的に決定される。

一方、実用残湯深度Ｈは、第１実施例で述べた通り、式
（１０４）および式（１ｏ５）に対応して以下の如く決
定される。

即ち、実用残湯量は、式（１α０または式（１０７）で
求められたＨの値に貯湯槽水平断面積を乗じたものとし
て検知することができる。

このように１本実施例によれば、実用残湯量は、温度変
化領域の厚さによらず求め不ことができるため、実用残
湯量検知の精度が良好である。

発明の効果 以上に述べたところから明らかなように本発明は、貯湯
槽に多数の温度検知素子を設置し多接点にわたる温度計
測を必要とせずに、３点の計測点の計測値から残湯量を
連続的に検知することができ、しかも、基板上に薄膜状
の温度可変抵抗体を連続した帯状に、または、予じめ等
間隔に形成した薄膜電極群上に連続した帯状に、あるい
は、電極ギャップ部に断続的に、一度の工程で形成する
ことができるのであり、従来に比して製造上および設置
上極めて簡素であるばかりでなく、計測装置も簡単とな
り、貯湯槽の省エネルギー運転用の残湯量検知手段とし
て極めて効果の大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の貯湯槽残湯量検知装置の第１実施例を
示す説明図、第２図は本発明の第２実施例の説明図、第
３図は本発明の第３実施例における要部説明図である。 １・・・・・・連続帯状の温度可変抵抗体、２，３・・
・・・・温度可変抵抗体１の電極、４・・・・・・温度
検知手段、５・・・・・・温度検知手段、６・・・・・
・計測手段、７・・・・・・演算手段、８・・・・・・
表示手段、２１．２２・・・・・・電極、３４．３５，
３６，３７，３８．３９・・・・・・電極。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名／−
一一渫度τ麦氷抗体 第１図　　　　　２一覧糎 ／−一−逓＝Ｔ餅針庫 第２図　　　　　　２−ど−電体 ３−−一電極 ２１−−一電極 ｚ２−一一電極

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）貯湯槽の貯水の全温度域を包含し得るように配置
   された温度可変抵抗体の長尺方向両端部に電極を有する
   第１の温度検知手段と、貯湯槽の貯水上部の温度を検知
   するための第２の温度検知手段と、貯湯槽の貯水下部の
   温度を検知するための第３の温度検知手段と、前記第１
   乃至第３の温度検知手段の計測値より残湯量を演算する
   ことを特徴とする貯湯槽残湯量検知装置。
2. （２）第１の温度検知手段は温度可変抵抗体が、基板上
   に連続的に形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の貯湯槽残湯量検知装置。
3. （３）第２、第３の温度検知手段の少なくとも一個が第
   １の温度検知手段と同様な温度一抵抗特性を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の貯湯槽残湯量
   検知装置。
4. （４）第２、第３の温度検知手段の内、第１の温度検知
   手段と同様な温度−抵抗特性を有するものが、第１の温
   度検知手段の温度可変抵抗体の一部をなすことを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の貯湯槽残湯量検知装置
   。
5. （５）第１の温度検知手段は温度可変抵抗体が、基板上
   に断続的に、かつ、その間がそれぞれ電気的に直列接続
   されるように形成されたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第３項記載の貯湯槽残湯量検知装置。
6. （６）温度可変抵抗体が、７，７，８，８−テトラシア
   ノキジメタンとＮ−ｎ−プロピルピリジンから成るコン
   プレックス塩に高分子バインダー、無機フィラーおよび
   溶剤を加えて混練して得られるペーストをフィルム基板
   上に塗布し、乾燥処理して得られるものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに
   記載の貯湯槽残湯量検知装置。
7. （７）第１の温度検知手段の温度可変抵抗体に設けられ
   た一対の電極間の電気抵抗Ｒを計測すると共に第２、第
   ３の温度検知手段により得られる前記温度可変抵抗体の
   長尺方向両端部の温度に対応する電気抵抗にｒ＿ｌおよ
   びｒ＿ｈを計測し、前記電気抵抗Ｒ、ｒ＿ｌおよびｒ＿
   ｈの値より残湯量を演算することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の貯湯槽残湯量検知装置。
8. （８）残湯量の演算が、貯湯槽深度Ｄに関連して、第１
   の温度検知手段の温度可変抵抗体に設けられた一対の電
   極間の電気抵抗Ｒ、第２、第３の温度検知手段によって
   得られた前記温度可変抵抗体の長尺方向両端部の温度に
   対応する電気抵抗ｒ＿ｌおよびｒ＿ｈを用いて、（ｒ＿
   ｌＤ−Ｒ）／（ｒ＿ｌ−ｒ＿ｈ）、もしくは、Ｄ−Ｒ／
   ｒ＿ｌに比例する量としてなされることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項記載の貯湯槽残湯量検知装置。