(57)【要約】【課題】貯湯タンク最上部の高温水の温度を低下させずに太陽熱加熱運転により高温水層を増加させる貯湯式給湯装置を提供する。【解決手段】貯湯タンク１略中央の温水温度が中温水で、且つ太陽熱集熱器２１の出口温度が貯湯タンク１上部の温水温度以上の時、貯湯タンク１略中央の温水を太陽熱集熱器２１に供給し、太陽熱集熱器２１により加熱された高温水を貯湯タンク１上部に戻す太陽熱加熱運転を開始するので、貯湯タンク１最上部に温度の低い温水が供給されず、貯湯タンク１最上部の貯湯温度を低下させることがない上で、太陽熱加熱運転により高温水層を増加させ、それにより深夜電力での沸き上げ運転の消費電力を低減できるものである。【選択図】図１
2010181079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の温水を加熱する加熱手段と、貯湯タンク下部の温水を往き管を介して加熱手段に供給し、加熱手段により加熱された高温水を戻り管を介して貯湯タンク上部に戻す循環ポンプと、貯湯タンク外周面の上下に備えられた複数の貯湯温度センサと、貯湯タンク内の温水を太陽熱により加熱する太陽熱集熱器とを有し、前記貯湯タンク略中央の温水温度が中温水で、且つ太陽熱集熱器の出口温度が貯湯タンク上部の温水温度以上の時、貯湯タンク略中央の温水を太陽熱集熱器に供給し、太陽熱集熱器により加熱された高温水を貯湯タンク上部に戻す太陽熱加熱運転を開始し、太陽熱加熱運転開始後に貯湯タンク略中央の温水が貯湯タンク上部の温水温度以上になった時、太陽熱加熱運転を停止する制御回路を備えたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
太陽熱集熱器と、貯湯タンク略中央と太陽熱集熱器の入水口側とを接続する中温水供給管と、該中温水供給管の貯湯タンク側に設けられた太陽熱回路入口開閉弁と、中温水供給管の太陽熱集熱器側に設けられた太陽熱循環ポンプと、太陽熱集熱器の出湯水口側と貯湯タンク上部とを接続する太陽熱加熱温水管と、太陽熱集熱器の出湯水口側の温水の温度を検知する太陽熱出湯温度センサとにより太陽熱加熱運転を行う太陽熱回路を構成することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
【請求項３】
太陽熱集熱器と、貯湯タンク略中央と太陽熱集熱器の入水口側とを接続する中温水供給管と、該中温水供給管の貯湯タンク側に設けられた太陽熱回路入口開閉弁と、中温水供給管の太陽熱集熱器側に設けられた太陽熱循環ポンプと、太陽熱集熱器の出湯水口側と貯湯タンク上部とを接続する太陽熱加熱温水管と、太陽熱集熱器の出湯水口側の温水の温度を検知する太陽熱出湯温度センサと、太陽熱加熱温水管の貯湯タンク上部との接続部分の近傍に設けられた太陽熱回路出口切替弁と、太陽熱加熱温水管の太陽熱回路出口切替弁手前に設け太陽熱回路出口切替弁に流入する温水の温度を検知する太陽熱回路出口温度センサと、一端を太陽熱回路出口切替弁に接続し他端を中温水供給管の太陽熱回路入口開閉弁と太陽熱循環ポンプとの間の位置に接続したバイパス管により太陽熱加熱運転を行う太陽熱回路を構成し、前記制御回路は、太陽熱加熱運転開始時は太陽熱回路出口切替弁をバイパス管側に切り替えて太陽熱集熱器からの温水をバイパス管を介して太陽熱集熱器に戻し、太陽熱加熱運転開始から所定時間太陽熱回路出口温度センサが貯湯タンク上部の温水温度以上を検知したら、太陽熱回路出口切替弁を貯湯タンク側に切り替えて太陽熱集熱器からの温水を貯湯タンク上部に戻し、太陽熱回路出口切替弁を貯湯タンク側に切り替えた後、太陽熱加熱運転中に太陽熱回路出口温度センサが貯湯タンク上部の温水温度未満を検知したら太陽熱加熱運転を停止することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貯湯する温水を太陽熱集熱器とヒートポンプ式の加熱手段とにより加熱する貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種のものに於いては、太陽熱を利用して熱媒を加熱し、加熱された熱媒を貯湯タンク内の水と熱交換して貯湯タンク内の水を加熱し、貯湯タンク内の湯を利用する一方、日々の天候や、季節による太陽熱エネルギー利用の変動に対応するため、他のエネルギー供給源との併用を図った給湯システムも種々知られており、例えば、日中は太陽熱集熱器により加熱された高温の熱媒を、貯湯タンク中央に設けた熱交換器に循環させることにより、貯湯タンク内の中温水を加熱し、夜間は料金設定の安い深夜時間帯の電力を使用してヒートポンプユニットにより貯湯タンク内の温水を設定温度まで沸き上げ、その沸き上げるまでの沸き上げ熱量を日中の太陽熱集熱器による加熱熱量分減じる給湯システムが、開示されている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００６−１５３３８３号公報
【０００３】
また、日中は太陽熱集熱器により加熱された高温の熱媒を、貯湯タンク下部に設けた熱交換器に循環させることにより、貯湯タンク内の最下部付近の低温水を加熱し、夜間は料金設定の安い深夜時間帯の電力を使用してヒートポンプユニットにより貯湯タンク内の温水を設定温度まで沸き上げる給湯システムが、開示されている。（例えば、特許文献２参照）
【特許文献２】特開２００４−９２９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところでこの従来のものでは、貯湯タンク内の温水を加熱する加熱手段がヒートポンプユニットの場合、貯湯タンク下部の低温水を加熱して高温水にして貯湯タンクの上部に供給して貯湯していくが、貯湯タンクの中央又は下部に設けた熱交換器に、太陽熱集熱器により加熱された熱媒を循環させて貯湯タンク内の温水を加熱するが、熱交換器の位置が貯湯タンクの中央や下部では、熱交換器の周りの中温水や低温水を加熱して、結果として貯湯タンク内の温水全体を加熱することとなり、貯湯タンク上部の高温水を増やすことができないものであった。
【０００５】
又、熱交換器を貯湯タンクの上部に設けた場合、貯湯タンクの上部は高温水が貯湯されているので、熱交換器を循環する熱媒の温度が高温水の温度より高温でも温度差が小さいために熱交換の効率が悪く、貯湯タンク内の高温水を効率よく増加させることができず、貯湯タンクの中央又は下部の中温水や低温水を加熱することもできず、又熱交換器を循環する熱媒の温度が貯湯タンク上部の高温水の温度より低いと、逆に熱媒が貯湯タンク上部の高温水に加熱され、結果として貯湯タンク上部の高温水の温度が低下してしまうものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明はこの点に着目し上記課題を解決する為、特にその構成を請求項１では、温水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の温水を加熱する加熱手段と、貯湯タンク下部の温水を往き管を介して加熱手段に供給し、加熱手段により加熱された高温水を戻り管を介して貯湯タンク上部に戻す循環ポンプと、貯湯タンク外周面の上下に備えられた複数の貯湯温度センサと、貯湯タンク内の温水を太陽熱により加熱する太陽熱集熱器とを有し、前記貯湯タンク略中央の温水温度が中温水で、且つ太陽熱集熱器の出口温度が貯湯タンク上部の温水温度以上の時、貯湯タンク略中央の温水を太陽熱集熱器に供給し、太陽熱集熱器により加熱された高温水を貯湯タンク上部に戻す太陽熱加熱運転を開始し、太陽熱加熱運転開始後に貯湯タンク略中央の温水が貯湯タンク上部の温水温度以上になった時、太陽熱加熱運転を停止する制御回路を備えたものである。
【０００７】
又請求項２に係る貯湯式給湯装置では、特にその構成を請求項１において、前記太陽熱集熱器と、貯湯タンク略中央と太陽熱集熱器の入水口側とを接続する中温水供給管と、該中温水供給管の貯湯タンク側に設けられた太陽熱回路入口開閉弁と、中温水供給管の太陽熱集熱器側に設けられた太陽熱循環ポンプと、太陽熱集熱器の出湯水口側と貯湯タンク上部とを接続する太陽熱加熱温水管と、太陽熱集熱器の出湯水口側の温水の温度を検知する太陽熱出湯温度センサとにより太陽熱加熱運転を行う太陽熱回路を構成するものである。
【０００８】
又請求項３に係る貯湯式給湯装置では、特にその構成を請求項１において、前記太陽熱集熱器と、貯湯タンク略中央と太陽熱集熱器の入水口側とを接続する中温水供給管と、該中温水供給管の貯湯タンク側に設けられた太陽熱回路入口開閉弁と、中温水供給管の太陽熱集熱器側に設けられた太陽熱循環ポンプと、太陽熱集熱器の出湯水口側と貯湯タンク上部とを接続する太陽熱加熱温水管と、太陽熱集熱器の出湯水口側の温水の温度を検知する太陽熱出湯温度センサと、太陽熱加熱温水管の貯湯タンク上部との接続部分の近傍に設けられた太陽熱回路出口切替弁と、太陽熱加熱温水管の太陽熱回路出口切替弁手前に設け太陽熱回路出口切替弁に流入する温水の温度を検知する太陽熱回路出口温度センサと、一端を太陽熱回路出口切替弁に接続し他端を中温水供給管の太陽熱回路入口開閉弁と太陽熱循環ポンプとの間の位置に接続したバイパス管により太陽熱加熱運転を行う太陽熱回路を構成し、前記制御回路は、太陽熱加熱運転開始時は太陽熱回路出口切替弁をバイパス管側に切り替えて太陽熱集熱器からの温水をバイパス管を介して太陽熱集熱器に戻し、太陽熱加熱運転開始から所定時間太陽熱回路出口温度センサが貯湯タンク上部の温水温度以上を検知したら、太陽熱回路出口切替弁を貯湯タンク側に切り替えて太陽熱集熱器からの温水を貯湯タンク上部に戻し、太陽熱回路出口切替弁を貯湯タンク側に切り替えた後、太陽熱加熱運転中に太陽熱回路出口温度センサが貯湯タンク上部の温水温度未満を検知したら太陽熱加熱運転を停止するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の請求項１によれば、夜間の深夜電力で貯湯タンクのお湯を設定温度まで沸き上げ運転をする時、熱交換の効率が悪くならないようにヒートポンプ式の室外機に供給される貯湯タンク１下部の温水が低温水であるようにしつつ、貯湯タンクのお湯を自然エネルギーの太陽熱にて加熱し、高温水を貯湯するので、深夜電力での沸き上げ運転による消費電力を低減することができるものである。
【００１０】
また、太陽熱加熱運転を実施しても加熱された温水の温度が貯湯タンク最上部の貯湯温度以上にならないと判定された場合は、太陽熱加熱運転を行わないので、貯湯タンク最上部に温度の低い温水が供給されず、貯湯タンク最上部の貯湯温度を低下させることがないものである。
【００１１】
又本発明の請求項２に記載の貯湯式給湯装置によれば、請求項１に於いて、前記貯湯タンク略中央と太陽熱集熱器の入水口側とを接続する中温水供給管の貯湯タンク側に太陽熱回路入口開閉弁を設けたので、太陽熱集熱器側が温度が低い時、貯湯タンク内の熱が太陽熱回路側に逃げるのを防止でき、又太陽熱集熱器の出湯水口側の温水の温度を太陽熱出湯温度センサにより検知することにより、太陽熱加熱運転を実施しても加熱された温水の温度が貯湯タンク最上部の貯湯温度以上にならないと確実に判定できるものである。
【００１２】
又本発明の請求項３に記載の貯湯式給湯装置によれば、請求項１に於いて、前記太陽熱回路にバイパス管を設け、太陽熱回路により加熱された温水が所定時間貯湯タンク上部の温水温度以上を検知したら、太陽熱回路により加熱された温水をバイパス管による太陽熱回路内循環状態から貯湯タンク上部に戻すので、より確実に貯湯タンク最上部に温度の低い温水が供給されず、貯湯タンク最上部の貯湯温度を低下させることがないものである。
【００１３】
更に、太陽熱加熱運転中に太陽熱回路出口温度センサが貯湯タンク上部の温水温度未満を検知したら太陽熱加熱運転を停止するので、太陽熱加熱運転中に天候が急変して太陽熱加熱運転で加熱された温水が貯湯タンク上部の温水温度未満になってもその温水が貯湯タンク最上部に供給されないので、太陽熱加熱運転中に天候が急変しても貯湯タンク最上部の貯湯温度を低下させることがないものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施例を付した貯湯式給湯装置を示す概略説明図。
【図２】同ブロック図。
【図３】同太陽熱加熱運転のフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明に係る発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１は円筒状の貯湯タンクで、ヒートポンプ式の室外機からなる加熱手段２を利用し、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯するものであり、底部には給水を補給する給水管３が接続し、上部には貯湯した高温水を給湯栓（図示せず）等に出湯する出湯管４が接続されている。
【００１６】
５は一方に出湯管４を、他方には給水管３から分岐した給水バイパス管６を、中央には給湯管７が接続した電動三方弁から成る混合弁で、出湯管４からの高温水と給水バイパス管６からの給水とを混合して、設定された給湯温度となるようにして供給する混合弁であり、出湯温度と給水温度と設定温度から、出湯管４の開度と給水バイパス管６の開度を調整するフィードフォワード制御するものである。
【００１７】
８は給水バイパス管６に備えられ給水温度を検知する給水サーミスタを兼ねる温度センサで、給湯時には給水温度を検知して混合弁５の開度を調整するものであり、又貯湯タンク１内の湯水境界層が、混合弁５より下方に位置する状態で、給湯停止して混合弁５を出湯管４と給水バイパス管６が連通する開度とした時に、貯湯タンク１内の高温水が釣り合おうとして直下対流を起こし、給水バイパス管６まで流入してしまう時には、この混合水温度を検知し、所定温度以上で水側である給水バイパス管６側を１００％開口状態に混合弁５を駆動させ、後は上記のフィードフォワード制御で混合弁５を制御するようにしたものである。
【００１８】
９は貯湯タンク１と加熱手段２とを湯水が循環可能に接続する往き管１０と戻り管１１と循環ポンプ１２とで構成された循環回路である。
１３、１４、１５、１６、１７は貯湯タンク１外周面の上下に備えられた貯湯温度センサであり、１８は給水管３途中に設けられた減圧弁であり、１９は出湯管４に備えられた圧力逃がし弁である。
２０はフローセンサで、給湯管７に備えられ、湯水の流れを検知することにより給湯の開始／停止を検知するものである。
【００１９】
２１は太陽熱集熱器で、入水口側２２は貯湯タンク１の略中央に設けられ、貯湯タンク１内の略中央の温水を太陽熱集熱器２１にする中温水供給管２３が接続され、該中温水供給管２３には貯湯タンク１側に太陽熱回路入口開閉弁２４が設けられ、太陽熱集熱器２１側には太陽熱循環ポンプ２５が設けられている。
【００２０】
２６は太陽熱加熱温水管で、一端が太陽熱集熱器２１の出湯水口側２７に接続され、他端が貯湯タンク１の天井部分に接続され、太陽熱集熱器２１で加熱された高温水を貯湯タンク１の上部に供給するものである。
【００２１】
前記太陽熱加熱温水管２６の他端は貯湯タンク１の天井部分に接続されているが、その接続部分の手前には太陽熱回路出口切替弁２８が設けられ、更に一端が該太陽熱回路出口切替弁２８に接続され、他端が中温水供給管２３の太陽熱回路入口開閉弁２４と太陽熱循環ポンプ２５の間に接続されたバイパス管２９が設けられている。
【００２２】
又、太陽熱集熱器２１の出湯水口側２７近傍には、太陽熱集熱器２１により加熱された温水の温度を検知する太陽熱出湯温度センサ３０が設けられ、又、太陽熱加熱温水管２６の太陽熱回路出口切替弁２８の手前の位置には、太陽熱回路出口切替弁２８に流入する温水の温度を検知する太陽熱回路出口温度センサ３１が設けられている。
【００２３】
そして、前記太陽熱集熱器２１と、中温水供給管２３と、太陽熱循環ポンプ２５と、太陽熱加熱温水管２６と、バイパス管２９とにより、太陽熱回路３２が形成されているものである。
【００２４】
３３はマイコンからなる制御回路で、入力側にはリモコン（図示せず）の給湯温度設定部３４と、最上位置の貯湯温度センサ１３が出湯温度センサとして接続すると共に、温度センサ８が給水温度センサ及び混合水温度センサとして接続し、更に給湯管７に備えられ湯水の流れを検知することにより給湯の開始／停止を検知するフローセンサ２０が接続され、出力側には、混合弁５のステップモータ駆動量を制御することで、該混合弁５の開度を調整するようにしたものである。
【００２５】
又、制御回路３３の入力側には、沸き上げ温度設定部３５と、最下位置の貯湯温度センサ１７が入水温度センサとして接続すると共に、貯湯温度センサ１３〜１７が沸き上げ温度に達した高温水の貯湯量を検知する貯湯センサとして接続し、出力側には、加熱手段２と循環ポンプ１２を制御して、貯湯タンク１内に沸き上げ温度に加熱された高温水を貯湯するものである。
【００２６】
又、制御回路３３の入力側には、太陽熱出湯温度センサ３０と、太陽熱回路出口温度センサ３１が接続し、出力側には、太陽熱回路入口開閉弁２４と、太陽熱回路出口切替弁２８と、太陽熱循環ポンプ２５が接続され、貯湯タンク１略中央内の中温水を太陽熱循環ポンプ２５により太陽熱集熱器２１に送り、貯湯タンク１の上部の高温水以上の温度に加熱して、貯湯タンク１上部に高温水を貯湯するものである。
【００２７】
次に、本発明の要部となる図３に示す太陽熱加熱運転の作動を説明する。
図３に示すように、まず、貯湯タンク１の略中央部分の温水の温度が３０度以上で５０度以下の中温水であるかを判定し（Ｓ１）、中温水である時、次に太陽熱集熱器２１の出湯水口側２７の出口温水の温度が、貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上であるかを判定する。（Ｓ２）
【００２８】
太陽熱集熱器２１の出湯水口側２７の出口温水の温度が貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上でない場合は（Ｓ１）に戻り、太陽熱集熱器２１の出湯水口側２７の出口温水の温度が貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上である場合は、太陽熱回路入口開閉弁２４を開放し（Ｓ３）、太陽熱回路出口切替弁２８を回路内循環側に動作させ（Ｓ４）、太陽熱循環ポンプ２５をオンさせる。（Ｓ５）
【００２９】
それにより貯湯タンク１の略中央部分の中温水が太陽熱集熱器２１に供給されるとともに、太陽熱回路３２内の温水が太陽熱集熱器２１に供給され、太陽熱集熱器２１により貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上に加熱された高温水が太陽熱加熱温水管２６の太陽熱回路出口切替弁２８の手前の位置に設けた太陽熱回路出口温度センサ３１の位置まで達すると、太陽熱回路出口切替弁温水温度が貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上であると判定され（Ｓ６）、貯湯タンク１最上部に供給しても貯湯タンク１最上部の貯湯温度を低下させることはないものとして、太陽熱回路出口切替弁２８をタンク供給側に動作させ、太陽熱集熱器２１により加熱された高温水を貯湯タンク１最上部に供給する。
この時、より確実に貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上に加熱された高温水を貯湯タンク１最上部に供給するために、太陽熱回路出口温度センサ３１が貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上を所定時間検知した後に太陽熱回路出口切替弁２８をタンク供給側に動作させてもよいものである。
【００３０】
そして太陽熱集熱器２１により加熱された高温水を、貯湯タンク１最上部に供給していくと、貯湯タンク１内の上部の高温水層が貯湯タンク１内の上部から中央部へと貯湯量が増加し、貯湯タンク１略中央部分の温水の温度が貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上になると（Ｓ８）、太陽熱回路出口切替弁２８を回路内循環側に切り替え（Ｓ９）、太陽熱循環ポンプ２５をオフさせ（Ｓ１０）、そして太陽熱回路入口開閉弁２４を閉じて（Ｓ１１）、太陽熱加熱運転を終了する。（Ｓ１２）
【００３１】
また、（Ｓ６）で太陽熱回路出口切替弁温水温度が貯湯タンク１最上部の貯湯温度未満のままであった場合や、貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上の温水温度だったものが貯湯タンク１最上部の貯湯温度未満に低下した場合は、当初は太陽熱集熱器２１の出湯水口側２７の出口温水の温度が貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上であったものの、その後貯湯タンク１の略中央部分の中温水を太陽熱集熱器２１に供給しても、その中温水を貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上まで加熱できない気象状態と判断して、（Ｓ９）へと進むものである。
【００３２】
また、（Ｓ８）で貯湯タンク１略中央部分の温水の温度が貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上になると太陽熱加熱運転を終了するのは、ヒートポンプ式の室外機からなる加熱手段２により、夜間の深夜電力で貯湯タンク１のお湯を設定温度まで沸き上げ運転をする時、ヒートポンプの性質上、入水温度が高くなると熱交換の効率が悪くなるので、ヒートポンプ式の室外機に供給される貯湯タンク１下部の温水が低温水であるようにするためである。
【００３３】
以上のように、夜間の深夜電力で貯湯タンク１のお湯を設定温度まで沸き上げ運転をする時、熱交換の効率が悪くならないようにヒートポンプ式の室外機に供給される貯湯タンク１下部の温水が低温水であるようにしつつ、貯湯タンク１のお湯を自然エネルギーの太陽熱にて加熱し、高温水を貯湯することで深夜電力での沸き上げ運転による消費電力を低減することができるものである。
【００３４】
また、太陽熱加熱運転を実施しても加熱された温水の温度が貯湯タンク１最上部の貯湯温度以上にならないと判定された場合は、太陽熱加熱運転を行わないので、貯湯タンク１最上部に温度の低い温水が供給されず、貯湯タンク１最上部の貯湯温度を低下させることがないものである。
【符号の説明】
【００３５】
１  貯湯タンク
２  加熱手段
１０  往き管
１１  戻り管
１３、１４、１５、１６、１７  貯湯温度センサ
２１  太陽熱集熱器
３３  制御回路
【図１】
2010181079.tif 000003
【図２】
2010181079.tif 000004
【図３】
2010181079.tif 000005