JPS61282761A - 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】 〔産業上の利用分！〕 本発明は貯湯式電気温水器において、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は沸き上がり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１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ための
給湯管、５は貯湯タンク１内に水源からの水を供給する
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。

次に作用動作を説明する。深夜電力通電時間になると、
タイムスイッチフがＯＮｔ、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時間省うちに、
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
温度調節器３が接点を開成して発熱体２への通電を停止
し、その後、自動温度調節器３が接点の８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、−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、沸き上げられた高温湯を長時間使用を供さ
ないで放置ずろ乙とになり、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、沸ぎ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
の中央部および上下部の温度をそれぞれ検出する複数個
の温度センサーと、使用湯量を検出する流量センサーと
、前記温度センサーによるタンク中央部の検出値によっ
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、この湯量設定手段での設定値と温度
センサーによるタンク上下部の検出値と残湯量測定手段
の測定値から予めプログラミングされた所定の演算を行
う演算手段と、この演算結果に基づいて流量制輝弁を制
御する流量制御手段と、同じく加熱装置とポンプの運転
開始と運転停止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、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流量制御手段が
適□正な循環量が得られるように流量調整弁を制御する
とともに、通電制御手段が加熱装置とポンプの一転開始
時間と停止時間を制御する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図の全体構成図＝４− および第２図の制御プロしり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の上部に連通ずる第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め繰湯管９と第２の採湯管
１０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ずる循環路で、
この循環路の途中には流量調整弁３０、ポンプ１３、発
熱体２を内蔵した加熱装置１４が設けられている。ここ
で、上記流量調整弁３０は微小流量を制御する必□要が
あるため、パルスモータ（ステッピングモニタ）などを
動力とし、弁開目庇を細かく調整できるタイプが好まし
い。

１５は貯湯タンク１の下部に設けた下部温度センサー、
１６は貯湯タンク１の上部に設けた上部潤度センサーで
、これらは貯湯タンク１内の下部水温と上部湯温を測定
する。又、１７は第２の採湯管１０からの出湯温度を測
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り付けられている
。

１日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を制輝する弁制
純手段である。

１９は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はマイクロコンピュータから構成され、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２フで構成される。

今、湯量設定手段１日に対する翌日の使用湯量の入力を
１１℃の湯をＶｉ　　（ｊ）とし、下部温度センサー１
５の検出値（給水水温）をＴＷ℃、上部温度センサー１
６の検出値（残湯温度）をＴｚ℃、後述する残湯量測定
部２２によって測定した残湯量をＶｕ（ｊ）とし、その
動作を説明する。

タイムスイッチ７がＯＮｔ、て電源６が供給されると、
要求熱量算出部２１は、使用者による湯量設定手段１９
への入力値’ｒｉ℃、Ｖｉ　　（Ｊ）と下部温度センサ
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に１（Ｋｃａｌ）を算出する。

その算出は下式による。

Ｋ　ｉ　＝Ｖ　ｉ　Ｘ　（Ｔ　ｉ−Ｔｗ）　　　　（Ｋ
ｃａｌ）一方、残湯熱量算出部２３は、下部温度センサ
ー１５の検出値Ｔｗ℃、上部温度センサー１Ｂの検出＠
　Ｔ　ｚ　℃、後述する残湯量測定部２２によって測定
した残湯量Ｖｕ（ｊ）から、貯湯タンク１内に使い残し
た湯（残湯）の量を熱量として求めるもので、残湯熱量
Ｋ　ｚ　（Ｍｅａｌ）は次式で算出する。

＝７− Ｋ　ｚ　＝Ｖ　ｕ　Ｘ　　（Ｔ　ｚ−Ｔ　ｗ）　　　　
　（Ｍｅａｌ）次に、沸き上げ湯量算出部２４は、要求
熱量Ｋｉ　（Ｋｅａｌ）を満たすｔコめに、残湯熱量Ｋ
　ｚ　（Ｋｃａｌ）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　
（Ａ’）は次式で算出する。

Ｖｏ−（Ｋｉ−Ｋｚ）／　（Ｔｏ−Ｔｗ）（ｊ）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ｊ！、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流量を求めるもの
で、循環量Ｑｏ（ｊ／Ｈｒ）は次式で算出する。

Ｑｏ　＝　（Ｗ　ｘ　８６０Ｘ　ｒｔ　）　／　（Ｔｏ
−Ｔｗ）　　　（１／Ｈｒ）ここで、η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２Ｂは、Ｔｏ℃の湯をＶｏ　（
ｊ）を貯えるために加熱値Ｍ１４とポンプ１３の運転す
べき時間を求めるもので、その通電−８＝ 所要時間Ｈｏ（時間）は、 Ｈｏ＝Ｖｏ／Ｑｏ　　　　　　　　（時間）で求めろ。

通電開始時間算出部２７は、通電所要時間算出部２Ｂで
求めた沸き上げのために要する通電所要時＠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、ととでは午前６時までの電力負荷のオフピーク時間
帯に負荷集中させるという前提で、かつ深夜電力供給時
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Ｈｓ（時間）の設定は次の３つの場合に分
ける。

（１１ＨＯ≧８の時はＨｓ　＝　０とする。

通電所要時間ＨＯが８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−）（ｏ）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
する乙とになる。

（３１６＞Ｈｏの時はＨｓ　−（５−Ｈａ／２　）　と
する。

タイムスイッチのＯＮ時間の２３時とオフビーク（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ば、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。

流量制御手段２日は、前記循環量算出部２５の演算結果
に基づいて流量調整弁３０の開度を調整して循環路１２
を流れる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２Ｂ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Ｉｓ時間後に通電を開始
し、Ｈｏ時間の通電時間が確保できたら通電を停止する
。

次に残湯量の測定方法を説明する。

弁制御手段１日は、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１
０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ｉ、第１の
採湯管日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で検出した
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Ｓ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図の運転フ胃−チヤードを説明す
る。

まず、マイクル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フが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１日および各温度センサー１５、ＩＢ
は、湯量設定値Ｔｉ　℃、Ｖｉ　　（ｊ）　、給水水温
Ｔｗ℃、残湯温度Ｔｚ℃を検出し、残湯量・　測定部２
２によって残湯量Ｖｕ　（ｊ）を検出する（ステップ１
０３）。

これらの検出値をもとに演算手段２０は、循環量Ｑｏ　
（１）／時間、通電所要時間Ｈｚ、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フがＯＮしてから
通電開始時間Ｈｓが経過したか監視する−１．．２− （ステップ１０５）。

）（ｓ時間が経過したら、循環路１２の循環量がＱＯ（
ｊ／待時間Ｃとなるよう流量制御手段２日によって流量
調整弁３０の開度を制御するとともに（ステップ１０６
）、通電制御手段２日によって加熱装置１４の発熱体２
とポンプ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２日が加熱装置１４と
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
スイッチフは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、これらのデータから必要な湯量を算出して貯湯タ
ンクの上部から湯を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くできる。

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はかれる。

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図は制御ブロック図、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
湯式の電気温水器を示すもので、第４図はその概略構成
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、Ｓは第１の
採湯管、１０は第２の採湯管、１１は切替弁、１２ｉ循
環器、１３はポンプ、１４は加熱装置、１５は下部温度
センサー、１Ｂは上部温度センサー、１７は中央温度セ
ンサー、１日は弁制御手段、１９は湯量設定手段、２０
は演算手段、２日は流量制御手段、２９は通電制御手段
、３０は流量調整弁である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流量調整弁、ポンプ、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
   ンクの下部、中央部、上部の温度をそれぞれ検出する複
   数個の温度センサーと、使用湯量を検出する流量センサ
   ーと、前記温度センサーのタンク中央部の温度検出値に
   よっ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、この湯量設定手段で設定さ
   れた設定値と温度センサーのタンク下部とタンク上部の
   温度検出値と残湯量測定手段の測定値から予めプログラ
   ミングされた所定の演算を行う演算手段と、前記演算手
   段での演算結果に基づいて流量調整弁を制御する流量制
   御手段および加熱装置とポンプの運転開始ならびに運転
   停止を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。