JPS6122152A - 貯湯式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】 〔発明の技術分野〕 この発明は深夜電力用の発熱体と一般電力用の発熱体（
以下、昼間発熱体という）とを備えた貯湯式電気温水器
の制御装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来この種の貯湯式電気温水器の制御装置としては第１
図および第２図に示すものがあった。これらの図におい
て、１は貯湯タンク、２および３はそれぞれこの貯湯タ
ンク１に接続された給水管　９と給湯管、４はこの給湯
管゛３に設けられた出湯栓、５は貯湯タンク１内に設け
られて加熱を行う発熱体、６は貯湯タンク１内の湯温を
制御する自動温度調節器、７は電源、８は深夜電力用タ
イムスイッチでその通電時間帯は一般に２３時から翌朝
７時までの８時間である。

上記構成の貯湯式電気温水器は、深夜電力の供給開始時
刻になるとタイムスイッチ８の接点が閉成して発熱体５
への通電が開始される。そして貯湯タンク１内の湯、温
が８５−℃になると自動温１度調　゛筒器６の接点が閉
成して発熱体５への通電が停止する。

このように深夜電力利用電気温水器は毎日８５℃の湯を
貯えるよう構成されている。しかし使用者は８５℃の高
温湯をそのまま使用するのではなく、水と混合して４０
〜４５℃の混合湯として使用する。この時得られる脆合
湯量は給水水温によって左右され、給水水温の高い夏期
に得られる混合湯量は、給水水温の低い冬期に比べて６
割も多くなっている。ところが一般家庭で使用される湯
量は浴槽の大きさと家族構成で決まると言われてお９、
年間はぼ一定と考えらｎる。このため夏期には使い残し
の湯（残湯）がかなシ生じることになり、この残湯量の
放熱ロスが電気温水器の使用上の効率を低下させる大き
な要因となっている。

また、深夜電力のみで沸かし、−シかも冬期の最−大給
湯負荷に合わせて貯湯容量を決定するため貯湯タンク１
が一般的には３７０ｔクラスの大容量誌−１ものとなっ
ている。このためその設置面積は配管スペースも含め９
０（７）士方もの面積を必要としており、こ扛も貯湯式
電気温水器を普及させることへの障害の一つとまれてい
た。

〔発明の概要〕

この発明は上記の問題に鑑みなされたもので、給水水温
の高低によって沸き上がシ湯温を変化させると共に、一
般電力用発熱体を併用しかつ発熱体の運転時間を深夜電
力供給時間帯の後半に設けるようにすることによシ、効
率を向上させると共に貯湯容量を少なく設置面積の縮少
を図るここのできる貯湯式電気温水器の制御装置を提供
するも。

のである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第３
図において、１〜４　、．７　、８は第１図および第２
図に示す構成と同様であるため、対応する部分に同一符
号を付してその説明を省略する。

９．１０はそれぞれ貯湯タンク１の壁面に固定されてタ
ンク内湯温を測定するサーミスタからなる温度検出手段
で、９は下部温度センサ、１０は上部温度センサである
。１１はタイムスイッチ８によって制御される深夜電力
用の発熱体、１２はタイムスイッチ８に制約されずに使
用される一般電力用の昼間発熱体で、それぞれ制御部１
３によって制御される深夜スイッチ１４．昼間スイッチ
１５が設けられている。また１６は残湯量検出手段で、
各センサ１６ａ、１６ｂ、・・・・・・、１６ｅの検知
温度によって貯湯タンク１内の残湯量を検出するもので
ある。なお、下部温度センサ９は深夜通電開始時には貯
湯タンク１の下部から供給された水の温度を測定し、ま
た発熱体１１．１２への通電開始後は、その沸き上げ中
の湯温の測定ができるものである。

次に制御部１３について算出式を用いながら説明する。

先ず、要求熱量演算手段１７は予め設定された沸き上げ
湯量と下部温度センサ９によって測定した給、水水温か
ら貯湯タンク１に貯えておくべき熱量を算出するもので
、今予め設定された沸き上げ、目標がＴ　Ｕ　（℃）で
ＶＵ（、！Ｊットル）、下部温度センサ９が検出した給
水水温ｉ’ＴＷ（’Ｃ；）とすると要求熱量ＫＵ（Ｋ−
）は ＫＵ＝ＶＵＸ（ＴＵ−ＴＷ）（Ｋ−）　　　・・・（１
）で弄わすことができる。

沸き上げ温度演算手段１８は、前記要求熱量演算手段１
７で求めた要求熱量ＫＵと下部温度センサ９で検出した
給水水温ＴＷから当日の沸き上げ、目標となる佛き上げ
温度Ｔ　Ｏ（℃）を算出するもので、 で算出する。ここでＶＴは貯湯タンク１の容量（４であ
る。

また、１９は残湯熱量演算手段で、残湯量検出手段１６
と上部温度センサ１０の検出値から残湯熱量を算出する
ものである。これを説明すると、まず妥−ミスタ（また
はサーモスタット等）からなる各残湯センサ（１６ａ　
、１６ｂ　、・＋＋、１６ｅ）の検出温度をもとに残湯
量検出手段１６で残湯量を測定する。今この測定値をＶ
Ｚ（ｔ）とする。゛また下部温度センサ９と下部温度セ
ンサ１０の測定値から下部温度をＴ　Ｗ　（’Ｃ）、上
部温度をＴＴ（℃）とすると、残湯熱量ＫＺ（Ｋ、、ｆ
ｌ）は、ＫＺ＝ＶＺＸ　（ＴＴ−ＴＷ）（Ｋｙ）　　−
−−・−（３１で算出できる。

さらに、２０は通電時間設定手段で、要求熱量演算手段
１７で算出した熱量を得るために昼間発熱体１２を通電
する必要性があるかどうかを判断するとともに、これが
深夜発熱体１１のみでよい場合には深夜発熱体１１をど
の時間帯に通電するか、また昼間発熱体１２を通゛電す
る場合にはどの時間帯に通電するかといった通電時間の
設定をするものであシ、その機能は後述する第４図（ｂ
）に示すフローＡ、Ｂ、Ｃに示される。

上記の昼間発熱体１２の通電が必要かどうかの判定は、
深夜発熱体１１０通電で得られる熱量と要求熱量演算手
段１７で算出した使用者の要求湯量を満たすために必要
とする熱量の比較で行う。

深夜発熱体１１が深夜電力供給時間の８時間中に供給で
きる熱量の最大値である深夜電力供給熱量ＫＷＮ（Ｋ−
）は、 ＫＷＮ＝８ＸＷＮＸ８６０Ｘη（Ｋ、ｎ１ｌ）で算出で
き、一方、使用者の要求熱量を満たすために必要な所要
加熱熱量ＫＩ（Ｋ−）は、要求熱量演算手段１７で算出
した要求熱量ＫＵ（Ｋ、、１１）と残湯熱量演算手段１
９で算出した残湯熱量ＫＺ（＆ｄｌ）この差として、 Ｋ　Ｉ　＝ＫＵ　−ＫＺ　　（Ｋ−） で求められる。この両算出値から　　　　　　〉コＫＷ
Ｎ　　≧　ＫＩ　　　　　　　　　　・・・・・・（４
）であれば、深夜発熱体１１への通−電のみで要求湯量
がまかなえるので昼間発熱体１２への通電はしない。一
方、 ＫＷＮ　＜　Ｋ　Ｉ　　　　　　　・・・・・・（５）
であれば昼間発熱体１２への通電が必要と判定する。

上記通電時間設定手段２０において、まず、（４）式に
示す深夜発熱体１１のみで沸き上がる場合にはその所有
通電時間を算出する。深夜発熱体１１の所要通電時間Ｈ
ＷＮ（時間）は、 で算出できる。この通電時間を電力負荷の少ない深夜電
力供給時間帯の後半に配分するためタイムスイッチ８が
ＯＮしてから、（８−ＨＷＮ）時間後に深夜発熱体１１
への通電を開始してタイムスイッチ８のＯＦＦ時に深夜
発熱体１１への通電を停止するよう通電時間の設定を行
う（７０−Ａ）。

一方、（５）式に示す昼間発熱体１２への通電も必要な
場合は、昼間発熱体１２への通電が深夜電力供給時間帯
だけの一通電で間に合うかどうかを判定し、深夜電力供
給時間帯だけでは不足する時はただちに通電を開始する
（フローＢ）。また、昼間発熱体１２への通電が深夜電
力供給時間で充分間に合う時には、その所要通電時間を
算出し、例えば電力食初の少ない時間帯に通電時間をシ
フトするよう働く。昼間発熱体１２の定格容量をＷＤ（
誹）とすると昼間発熱体１２の通電で供給できる昼間電
力供給熱量ＫＷＤ（Ｋｄ）は、ＫＷＤ＝８ＸＷＤＸ８６
０Ｘη（Ｋ−）で算出する。また、昼間発熱体１２に頼
る必要のある熱量は（ＫＩ−ＫＷＮ）（Ｋｄ）であシ、
ＫＷＤ≦（Ｋ　Ｉ　−ＫＷＮ　）　　　　　　　・・・
・・・（７）の時には残された深夜通電時間帯だｉでは
熱量が不足するので、ただちに通電を開始するよう設定
する。また、 ＫＷＤ　＞　（ＫＩ　−ＫＷＮ）　　　　　　・・・・
・・（３）の時には所要通電時間ＨＷＤ（時間）を、で
算出する。ここで、深夜電力供給時間終了時刻に合わせ
て昼間発熱体１２０２０通電了するよう制御するため、
深夜電力の供給が開始されてから（ｇ−ＨＷＤ）時間経
過時昼間発熱体１２０通電を開始するよう設定する（フ
ローＣ）。

そして、２１は発熱体制御装置で、上記通電時間設定手
段２０で設定した時刻に深夜発熱体１１および昼間発熱
体１２の通電を開始し、湯温か沸き上げ温度演算手段１
８で算出された沸き上げ温度Ｔｏ（’Ｃ）に達した時通
電を停止するよう制御を行うものである。また２２はタ
イマーで、タイムスイッチ８がＯＮして深夜通電が開始
されてからの時間を積算し、深夜発熱体１１と昼間発熱
体１２０通電開始時刻の設定に使用する。

次に上記実施例の動作を第４図（ａ）　（ｂ）の７０−
チャー）Ｋ基づいて説明する。

まず、深夜電力供給開始時刻（例えば２３時）になって
タイムスイッチ８がＯＮする（ステップ１０１）。この
タイムスイッチＯＮと同時にタイマー２２をスタートさ
せる（図示せず）。また下部温度センサ９で下部温度Ｔ
Ｗ（℃）を測定する（ステップ１０２）。この下部温度
ＴＷ（℃）と予め設定された目標湯量ＶＵ　（ｔ　）、
Ｔ　Ｕ　（℃）から要求熱量演算手段１７で要求熱量Ｋ
Ｕ（Ｋ−）を前記（１）式で算出する（、Ｘテップ１０
３）。さらに沸き上げ温度演算手段１８では前記（２）
式により沸き上げ温度Ｔ　Ｏ（’Ｃ）を算出する（ステ
ップ１０４）。次に、残湯熱量演算手段１９によって残
湯熱量の算出を行う。これは残湯量検出手段１６によっ
て残湯量ＶＺ　（ｔ　）を検出しくステップ１０５　）
、下部温度センサ１０によって上部温度ＴＴ（℃）を測
定して（ステップ１０６）、前記（３）式によって残湯
熱量ＫＺ（Ｋ、、ｇ）を算出する（ステップ１０７）。

そして通電時間設定手段２０によって通電時間の設定を
行う（ステップ１０８）。

しかる後、前述したように第４図（ｂ）に示すフローＡ
、Ｂ、Ｃの３種類の制御のいずれかになる。

先ず、深夜発熱体１１だけの通電で間に合うかどうかの
判定を行い、深夜電力供給熱量ＫＷＮ（Ｋ−）が所要加
熱熱量ＫＩ（Ｋｄ）よシも大きければ（（４）式）、昼
間発熱体１２０２０通電要となシフ０−Ａで制御される
。即ち、深夜発熱体１１への所要通電時間ＨＷＮ　（ｈ
　）は前記（６）式によって算出できるので、深夜電力
供給時間終了時刻に通！が終了するように制御する。発
熱体制御装置２１ではタイマー２２を基準にタイムスイ
ッチ８がＯＮしてから＜　８−　ＨＷＮ　）時間が経過
したかどうか判定を行い（ステップ１０９）、（８−Ｈ
ＷＮ）時間が経過すると夜間スイッチ１４をＯＮにし、
深夜発熱体１１への通電を開始する（ステップ１１０）
。貯湯タンク１内の湯温が、沸き上げ温度演算手段１８
で算出した沸き上げ温度Ｔ　ＯｃＣ）に達すると（ステ
ップ１１１）、深夜発熱体１１への通電を停止する（ス
テップ１１２）。同時にタイムスイッチ８もＯＦＦとな
って（ステップ１１３）、沸き上げのサイクルが終了す
る。

一方、ステップ１０８で、深夜電力供給熱量ＫＷＮ（Ｋ
−）よシも所要加熱熱量ＫＩ（Ｋ、ａｌｌ）の方が大き
い場合（前記（５）式）には、昼間発熱体１２を深夜電
力供給時間帯に通電しただけで足りるかどうか判定する
。その結果、不足する（前記（７）式）場合にはフロー
Ｂへ進み、深夜発熱体１１、昼間発熱体１２をただちに
通電するよう設定する。このため発熱体制御装置２１は
、深夜スイッチ１４、昼間スイッチ１５をＯＮにし通電
を開始する（ステップ１１４）。深夜電力供給時間の８
時間が経過するとタイムスイッチ８が０ＦＦＬ、深夜ス
イッチ１４が切れて深夜発熱体１１０通電も停止する（
ステップ１１５）。この時湯温はまだ沸き上げ温度Ｔ　
Ｏ（’Ｃ）には達しないので昼間発熱体１２０２０通電
続される。湯温か沸き上げ温度Ｔ　ＯＣＣ，）に達する
と（ステップ１１６）、昼間スイッチ１５によって昼間
発熱体１２が０ＦＦＬ（ステップ！１７）、サイクルを
終了する。

また、ステップ１０８で昼間発熱体１２を深夜電力供給
時間だけ運転して足シる場合（前記（８）式）には、フ
ロー〇へ進む。先ず、通電時間設定手段２０において、
昼間発熱体１２０所要通電時間ＨＷＤ　（ｈ　）を前記
（９）弐によシ算出し、深夜電力供給時間終了時刻に通
電を終了させるため、昼間発熱体１２は（８−ＨＷＤ　
）時間経過時に通電を開始するよう時間設定を行う。一
方、深夜発熱体１１へはただちに通電を開始するよう設
定する。フローＣにおいて、先ず深夜スイッチ１４をＯ
Ｎにし深夜発熱体１１への通電を開始する（ステップ１
１８）。次にタイマー２２を基準に監視を行い（ステッ
プ１１９）、この所定時刻に達すると昼間スイッチ１５
をＯＮすることによって昼間発熱体１２への通電を開始
する（ステップ１２０）。

前述したように沸き上げ温度がＴ　Ｏ（℃）に達すると
（ステップ１２１）、昼間スイッチ１５、深夜ス１イツ
チ１４をＯＦＦにして両発熱体１１．１２への通電を停
止する（ステップ１２２）。これとほぼ同時にタイムス
イッチ８がＯＦＦして（ステップ１２３）、１日のサイ
クルが終了する。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明の貯湯式電気温水器の制御
装置によれば、給水水温の高低によって沸き上がシ湯温
を変化させるよう構成すると共に、一般電力用発熱体を
併用したので、夏期の使用等でも余分人湯を貯えること
がなく効率が向上し、また貯湯容量の低減が可能で、設
置面積の縮少を図ることができる。さらに、発熱体の運
転時間も深夜電力供給時間帯の後半としたので、電力負
荷のオフピーク帯（午前２〜６時）となシ、電力設備の
高効率運転に寄与することができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な貯湯式電気温水器の構成を示す図、第
２図は同電気回路図、第３図はこの発明の一実施例によ
る貯湯式電気温水器の制御装置の構成を示す図、第４図
はその制御フローチャートである。 １・・・貯湯タンク、９・・・下部温度センサ、１０・
・・上部温度センサ、１１・・・深夜電力用発熱体、１
２・・・一般電力用発熱体、１６・・・残湯量検出手段
、１７・・・要求熱量演算手段、１８・・・沸き上は温
度演算手段、１９・・・残湯熱量演算手段、２０・・・
通電時間設定手段、２１・・・発熱体制御装置。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 貯湯タンク内の水を深夜電力を利用して加熱する深夜電
   力用発熱体と、一般電力を利用して加熱する一般電力用
   発熱体、前記貯湯タンク内温度と給水水温を測定する温
   度検出手段、この温度検出手段で測定された給水水温と
   所定の沸き上げ湯量とから貯湯タンク内に貯えておくべ
   き熱量を算出する要求熱量演算手段、この要求熱量演算
   手段で算出された要求熱量と前記温度検出手段で検出さ
   れた給水水温から沸き上げる目標温度を算出する沸き上
   げ温度演算手段、前記貯湯タンク内の前日の残湯量を検
   出する残湯量検出手段、この残湯量検出手段の検出値と
   前記温度検出手段の貯湯タンク内温度検出値とから残湯
   熱量を算出する残湯熱量演算手段、この残湯熱量演算手
   段で算出された残湯熱量と前記要求熱量演算手段で算出
   された要求熱量と前記深夜電力用および一般電力用発熱
   体の定格消費電力量から一般電力量発熱体の通電の必要
   性判断とその通電時間の設定および深夜電力用発熱体の
   通電時間の設定を行う通電時間設定手段と、この通電時
   間設定手段で設定した時間に通電を開始し前記沸き上げ
   温度演算手段で算出した温度に達した時に通電を停止す
   るよう制御を行う発熱体制御装置を備え、前記通電時間
   設定手段を、深夜電力用発熱体のみの通電で沸き上げ温
   度に達する場合と一般電力用発熱体の通電が深夜電力供
   給時間帯内に行われる場合は、深夜電力供給時間帯の後
   半にその通電時間を移動させて設定するよう構成したこ
   とを特徴とする貯湯式電気温水器の制御装置。