(57)【要約】【課題】高い省エネルギー効果を実現することができ、かつ、部品点数を抑えてコスト低減を図ることのできる給湯装置を提供する。【解決手段】給湯装置１００に、貯湯タンク１１と、圧縮機３１、ガスクーラー３４、減圧装置３３及び蒸発器３２を有したヒートポンプユニット３０と、ガスクーラー３４と貯湯タンク１１とを接続し、該貯湯タンク１１内の温水を、循環ポンプ４３を介して循環し、ガスクーラー３４で熱交換して、昇温した温水を貯湯タンク１１の上部１２に戻す温水循環配管２０とを設け、温水循環配管２０には、太陽熱で貯湯タンク１１内の温水を昇温し、貯湯タンク１１の中央部１３に戻す太陽熱集熱器４０を接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと、
圧縮機、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器を有したヒートポンプユニットと、
前記ヒートポンプユニットのガスクーラーと前記貯湯タンクとを接続し、該貯湯タンク内の温水を、循環ポンプを介して循環し、前記ガスクーラーで熱交換して、昇温した温水を前記貯湯タンクの上部に戻す温水循環配管とを備え、
前記温水循環配管には、太陽熱で前記貯湯タンク内の温水を昇温し、前記貯湯タンクの中央部に戻す太陽熱集熱器が接続されること、
を特徴とする給湯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の給湯装置において、
前記温水循環配管には、前記貯湯タンク内の温水の循環経路を前記ヒートポンプユニットのガスクーラー側に循環させる経路と、前記太陽熱集熱器側に循環させる経路とに切り替える切替手段が設けられること、
を特徴とする給湯装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の給湯装置において、
翌日の天気予報情報に基づいて、当日夜間の前記ヒートポンプユニットの運転を制御する制御手段を備えたこと、
を特徴とする給湯装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の給湯装置において、
前記太陽熱集熱器により昇温された温水の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度検出手段により検出された温度が前記ヒートポンプユニットのガスクーラーと熱交換されて昇温された温水の温度と同程度である場合には、前記太陽熱集熱器により昇温された温水が前記貯湯タンクの上部から貯湯タンクに戻されること、
を特徴とする給湯装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の給湯装置において、
前記貯湯タンクの上部に貯留された温水と、中央部に貯留された温水とを混合して給湯する給湯手段を備えたこと、
を特徴とする給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプユニットと太陽熱集熱器とを組み合わせた給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱源としてヒートポンプユニットと太陽熱集熱器とを組み合わせた給湯装置が知られている（例えば、「特許文献１」および「特許文献２」参照）。
例えば、特許文献１には、ヒートポンプユニットを利用して昇温した温水を、太陽熱集熱器を利用して更に昇温する給湯装置が記載されている。
また、特許文献２には、ヒートポンプユニットにより昇温した温水を貯留する貯湯タンクと、太陽熱集熱器により昇温した温水を貯留する貯湯タンクとを備え、これらの貯湯タンクに貯留された温水を適宜混合して給湯する給湯装置が記載されている。
この様な給湯装置によれば、熱源としてヒートポンプユニットと太陽熱集熱器とを組み合わせて利用することで、天候や時間帯に左右されずに定能力を確保できる。
【特許文献１】特開２００７−１５５２９５号公報
【特許文献２】特開２００７−１６２９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の給湯装置は、太陽熱集熱器を利用して昇温された温水を貯留するための貯湯タンクを有していない。従って、太陽熱集熱器を熱源として利用可能なのは昼間のみであり、夜間は太陽熱集熱器を熱源として利用することができなかった。このため、特許文献１に記載の給湯装置を家庭用の給湯装置に適用した場合、家庭では朝や夜間に給湯の利用が集中するため、昼間の太陽熱を有効に利用することができず、所望の省エネルギー効果を発揮することができないという課題があった。
一方、特許文献２に記載の給湯装置では、太陽熱集熱器を利用して昇温された温水を貯湯タンクに貯留している。このため、夜間も太陽熱集熱器により昇温された温水を利用して給湯することができ、上記の課題は解決されている。しかしながら、特許文献２に記載の給湯装置では、太陽熱集熱器用の貯湯タンクと、ヒートポンプユニット用の貯湯タンクの二つの貯湯タンクを備える必要があった。このため、設置スペースを要するとともに、部品点数が増え、コスト高になるという課題があった。
本発明の課題は、高い省エネルギー効果を実現することができ、かつ、部品点数を抑えてコスト低減を図ることのできる給湯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は、貯湯タンクと、圧縮機、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器を有したヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプユニットのガスクーラーと前記貯湯タンクとを接続し、該貯湯タンク内の温水を、循環ポンプを介して循環し、前記ガスクーラーで熱交換して、昇温した温水を前記貯湯タンクの上部に戻す温水循環配管とを備え、前記温水循環配管には、太陽熱で前記貯湯タンク内の温水を昇温し、前記貯湯タンクの中央部に戻す太陽熱集熱器が接続されること、を特徴とする給湯装置を提供する。
上記構成によれば、太陽熱集熱器において太陽熱により貯湯タンク内の温水を昇温し、昇温された温水をヒートポンプユニットにより昇温された温水を貯留する貯湯タンクに戻すことができる。従って、貯湯タンクをヒートポンプユニットと太陽熱集熱器とに対してそれぞれ個別に設ける必要がなく、この給湯装置の設置スペースを省スペース化することができるとともに、部品点数を抑えてコスト低減を図ることができる。また、夜間も太陽熱集熱器により昇温された温水を利用して給湯することができ、昼間の太陽熱を有効利用して、高い省エネルギー効果を実現することができる。
ここで、太陽熱集熱器により昇温された温水の温度は天候条件によって異なるが、夏季等の日射量が多い場合を除き、概ね４０℃〜６０℃程度となる。但し、夏季等の日射量が多い場合には、太陽熱集熱器により昇温された温水の温度は８０℃程度となる場合もある。一方、ヒートポンプユニットのガスクーラーにより熱交換されて昇温した温水の温度は、運転条件によっても異なるが、概ね８０℃〜９０℃程度となる。この様に、太陽熱集熱器を利用して昇温された温水の温度と、ヒートポンプユニットのガスクーラーにおいて熱交換されて昇温した温水の温度とが２０℃程度異なることが想定される。このため、ヒートポンプユニットにより昇温された温水と、太陽熱集熱器により昇温された温水とを単に同じ貯湯タンクに戻したのでは、温度の異なる温水が均一に混ざらず、局所的、あるいは一時的な温度ムラが生じる場合がある。上記構成では、ヒートポンプユニットにより昇温された高温の温水を貯湯タンクの上部から貯湯タンクに戻し、太陽熱集熱器により昇温された中温の温水を貯湯タンクの中央部から貯湯タンクに戻す構成としている。所定の温度差（例えば、２０℃以上の温度差）がある場合、貯湯タンクの上部から戻した高温の温水と、貯湯タンクの中央部から戻した中温の温水とは混ざらず、貯湯タンク内で温水は高温度層と中温度層とに分かれて貯留される。従って、温度の異なる温水が混ざることにより生じる局所的あるいは一時的な温度ムラが生じるのを防止して貯湯タンク内の温水の温度を各層において安定させることができる。また、給湯時には高温度層の温水と中温度層の温水とを適宜混合して所望の温度の給湯を行うことができる。
【０００５】
本発明の第２態様は、上記第１態様において、前記温水循環配管には、前記貯湯タンク内の温水の循環経路を前記ヒートポンプユニットのガスクーラー側に循環させる経路と、前記太陽熱集熱器側に循環させる経路とに切り替える切替手段が設けられること、を特徴とする。
上記構成によれば、温水循環配管に設けられた切替手段により貯湯タンク内の温水の循環経路を切り替えることができる。これにより、例えば、太陽熱を利用することのできる時間帯には貯湯タンク内の温水を太陽熱集熱器側に循環させる経路に切り替えて、太陽熱で貯湯タンク内の温水を昇温することができる。一方、太陽熱を利用することのできない時間帯には、貯湯タンク内の温水をヒートポンプユニットのガスクーラー側に循環させて、ガスクーラーと熱交換させて貯湯タンク内の温水を昇温させることができる。これにより、天候や時間帯に左右されずに定能力を確保できるとともに、太陽熱を利用して高い省エネルギー効果を実現することができる。
【０００６】
本発明の第３態様は、上記第１態様又は第２態様において、翌日の天気予報情報に基づいて、当日夜間の前記ヒートポンプユニットの運転を制御する制御手段を備えたこと、を特徴とする。
上記構成によれば、制御手段により翌日の天気予報情報に基づいて、当日夜間のヒートポンプユニットの運転が制御される。
ここで、制御手段は、例えば、翌日の天気予報情報に基づいて、翌日に太陽熱集熱器を利用して所定の温度まで昇温させることのできる（沸かすことのできる）温水量（Ｑｓｕｎ）を求め、従来既知の方法等を用いて翌日使用する温水量（Ｑｄａｙ）を求め、この温水量（Ｑｄａｙ）から太陽熱集熱器を利用して所定の温度まで昇温させることのできる温水量との差（Ｑｄａｙ−Ｑｓｕｎ）に基づいて、当日夜間にヒートポンプユニットを利用して貯湯すべき温水量（ＱＨＰ）を求め、この当日夜間にヒートポンプユニットを利用して貯湯すべき温水量（ＱＨＰ）に基づいて、当日夜間のヒートポンプユニットの運転を制御することが好ましい。
このように、制御手段が翌日の天気予報情報に基づいて、当日夜間のヒートポンプユニットの運転を制御することにより、当日夜間にヒートポンプユニットにより必要十分な量だけ貯湯タンク内の温水を昇温させることができる。このため、不必要に多量の温水量を昇温させることなく省エネルギー化を推進するとともに、翌日の天候に左右されずに給湯装置の定能力を確保することができる。
【０００７】
本発明の第４態様は、上記第１態様〜第３態様のいずれか一の態様において、前記太陽熱集熱器により昇温された温水の温度を検出する温度検出手段を備え、前記温度検出手段により検出された温度が前記ヒートポンプユニットのガスクーラーと熱交換されて昇温された温水の温度と同程度である場合には、前記太陽熱集熱器により昇温された温水が前記貯湯タンクの上部から貯湯タンクに戻されること、を特徴とする。
上記構成によれば、例えば、夏季等に太陽熱集熱器により昇温された温水の温度がヒートポンプユニットにより昇温された温水の温度と同程度である場合には、ヒートポンプユニットにより昇温された温水と同様に貯湯タンクの上部から貯湯タンクに戻すことができる。
【０００８】
本発明の第５態様は、上記第１態様〜第４態様のいずれか一の態様において、前記貯湯タンクの上部に貯留された温水と、中央部に貯留された温水とを混合して給湯する給湯手段を備えたこと、を特徴とする。
上記構成によれば、貯湯タンクの上部に貯留された主としてヒートポンプユニットにより昇温された高温の温水と、貯湯タンクの中央部に貯留された主として太陽熱集熱器により昇温された温水とを混合して、所望の温度の温水を給湯することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、太陽熱集熱器により昼間の太陽熱を利用して貯湯タンク内の温水を昇温し、この温水を夜間に利用することができ、高い省エネルギー効果を得ることができる。また、貯湯タンクをヒートポンプユニットと太陽熱集熱器とに対してそれぞれ個別に設ける必要がなく、設置スペースを省スペース化するとともに、部品点数を抑えて、コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１に、本発明の実施の形態の給湯装置１００の構成を示す。本実施の形態の給湯装置１００は、家庭用の貯湯式の給湯装置として構成されている。図１に示す様に、給湯装置１００は、温水を貯留する貯湯タンク１１を収容するタンクユニット１０と、貯湯タンク１１と温水循環配管２０により接続されて、温水循環配管２０を介して循環された貯湯タンク１１内の温水を昇温するヒートポンプユニット３０及び太陽熱集熱器４０を備えている。この様に、給湯装置１００は、貯湯タンク１１内の温水を昇温するための熱源を二つ有するハイブリッド型の給湯装置として構成されている。貯湯タンク１１内に貯留された温水は、貯湯タンク１１に接続された給湯配管５０を介して風呂１０１や図示しないシャワー及び蛇口等に給湯される。
【００１１】
まず、ヒートポンプユニット３０及び太陽熱集熱器４０の構成を説明する。
ヒートポンプユニット３０は、圧縮機３１、蒸発器３２、減圧装置３３及びガスクーラー３４を備え、これらは熱媒体配管３５により接続されてヒートポンプ回路３６を構成している。本実施の形態のヒートポンプ回路３６は、熱媒体として二酸化炭素を用いた超臨界ヒートポンプ回路である。また、ヒートポンプユニット３０には、ヒートポンプユニット３０が備える圧縮機３１、減圧装置３３等の動作を制御して、ヒートポンプユニット３０の運転を制御するための制御部３７が設けられている。ヒートポンプユニット３０において、ガスクーラー３４に循環された温水は、ガスクーラー３４において熱媒体と熱交換が行われ、８０〜９０℃程度の高温に昇温される。ガスクーラー３４において昇温された温水は、温水循環配管２０を介して貯湯タンク１１の上部１２から貯湯タンク１１内に戻される。
【００１２】
一方、太陽熱集熱器４０は、後述する様に、ヒートポンプユニット３０と並列に温水循環配管２０に接続されている。太陽熱集熱器４０は、太陽熱を集熱して、太陽熱集熱器４０内を流れる温水を昇温するものである。天候条件によって異なるが、太陽熱集熱器４０により昇温された温水の温度は、夏季等の日射量が多い場合を除き、概ね４０℃〜６０℃程度の中温度となる。太陽熱集熱器４０により昇温された温水の温度は、ヒートポンプユニット３０により昇温された温水の温度より２０℃程度低い。このため、本実施の形態では、貯湯タンク１１の上部１２からではなく、貯湯タンク１１の中央部１３から太陽熱集熱器４０により昇温された中温の温水を貯湯タンク１１に戻す構成としている。但し、夏季等の日射量が多い場合には、太陽熱集熱器４０において昇温された温水の温度が、ヒートポンプユニット３０において昇温された温水の温度と同程度の高温（８０〜９０℃程度）となる場合がある。そこで、本実施の形態では、太陽熱集熱器４０において昇温された温水がヒートポンプユニット３０により昇温された温水と同程度の温度となった場合は、この高温の温水を貯湯タンク１１の上部１２から貯湯タンク１１に戻す構成としている。
【００１３】
この様に、本実施の形態では、ヒートポンプユニット３０を利用して昇温された高温の温水を貯湯タンク１１の上部１２から貯湯タンク１１に戻し、太陽熱集熱器４０を利用して昇温された中温の温水を貯湯タンク１１の中央部１３から貯湯タンク１１に戻す構成としている。ヒートポンプユニット３０により昇温された温水と、太陽熱集熱器４０により昇温された温水とは、２０℃程度の温度差がある。この様に所定の温度差（例えば、２０℃以上の温度差）がある場合、貯湯タンク１１の上部１２から戻した高温の温水と、貯湯タンク１１の中央部１３から戻した中温の温水とは貯湯タンク１１内で混ざらずに、貯湯タンク１１内で高温度層と中温度層とに分かれて貯留される。従って、温度の異なる温水が混ざることにより生じる局所的あるいは一時的な温度ムラが生じるのを防止して貯湯タンク１１内の温水の温度を高温層と中温層の各層においてそれぞれ安定させることができる。
【００１４】
次に、タンクユニット１０の構成を説明する。
タンクユニット１０は、上述の貯湯タンク１１の他、温水循環配管２０を含む温水循環回路部２０Ａと、給湯配管５０を含む給湯回路部５０Ａと、追焚用温水循環回路部６０Ａとを備えている。また、貯湯タンク１１の下部１４には、給水管１５と、排水管１６が接続されている。更に、タンクユニット１０は、温水循環回路部２０Ａ、給湯回路部５０Ａ及び追焚用温水循環回路部６０Ａにそれぞれ設けられる循環ポンプ４３、６３、８５や第後述する第一湯源三方弁４１（切替手段）、第二湯源三方弁４２及び三方弁４４等の動作を制御する制御部７０（制御手段）を備えている。
以下、タンクユニット１０の構成を、給水管１５、排水管１６、給湯回路部５０Ａ（給湯手段）、追焚用温水循環回路部６０Ａ、温水循環回路部２０Ａ、制御部７０の順に説明する。
【００１５】
給水管１５は減圧弁１５Ａを備え、給湯等により貯湯タンク１１内の温水が使用されて水位が低下した場合に、常温の市水を減圧弁１５Ａにより給水圧力を下げた状態で貯湯タンク１１に貯湯タンク１１の下部１４から供給する。
排水管１６は排水弁１６Ａを介して貯湯タンク１１の下部１４に接続された温水循環配管２０に接続されており、排水弁１６Ａを開くことにより、貯湯タンク１１内の温水を外部に排水することができる。
【００１６】
給湯回路部５０Ａは、貯湯タンク１１の上部１２に貯留された高温の温水と、中央部１３に貯留された中温の温水とを適宜混合して所定の温度に調整し、給水管１５により供給される常温の市水とさらに混合して所望の温度に調整して、給湯配管５０を介して風呂１０１、シャワー、蛇口等に給湯するものであり、給湯回路部５０Ａの具体的な構成は以下の様になっている。
給湯回路部５０Ａは、貯湯タンク１１の上部１２に接続される高温水給湯配管５１と、貯湯タンク１１の中央部１３に接続される中温水給湯配管５２とを備えている。高温水給湯配管５１は、貯湯タンク１１の上部１２に貯留された高温の温水を出湯することができる。また、中温水給湯配管５２は貯湯タンク１１の中央部１３に貯留された中温の温水を出湯することができる。
【００１７】
高温水給湯配管５１と、中温水給湯配管５２とはそれぞれ中層混合弁５３に接続されている。また、中層混合弁５３には中層給湯配管５４が接続されている。また、中層給湯配管５４には、温度センサー５５が中層混合弁５３の出口５３Ａ付近に設けられており、中層給湯配管５４を介して出湯される温水の温度がこの温度センサー５５により検出される。中層混合弁５３において、温度センサー５５により検出される温度に基づいて、高温水給湯配管５１から出湯される高温の温水と、中温水給湯配管５２から出湯される中温の温水とが、予め設定された所定の温度（例えば、６０℃程度）となる様に混合されて、中層給湯配管５４に出湯される。中層給湯配管５４は、温度センサー５５の下流の分岐点５６において、風呂１０１に給湯するための風呂給湯側配管８０と、シャワーや蛇口等に給湯するための蛇口給湯側配管９０とに分岐している。
【００１８】
風呂給湯側配管８０は風呂１０１の給湯口１０１Ａに接続されている。風呂給湯側配管８０には、上記の分岐点５６と、風呂１０１の給湯口１０１Ａとの間に、注湯混合弁８１、温度センサー８２、注湯流量カウンター８３、注湯弁８４、風呂ポンプ８５、水位センサー８６及び流量スイッチ８７が設けられている。これらは、図示しない制御線等を介して制御部７０に接続されている。風呂給湯側配管８０には、注湯混合弁８１を介して給水管１５から分岐した第一給水分岐管１５１が接続されている。注湯混合弁８１は、制御部７０の制御の下、風呂リモコン７２を介してユーザーにより設定された風呂給湯温度となるように、温度センサー８２により検出される温度に基づいて、中層給湯配管５４を介して出湯された温水と、第一給水分岐管１５１から給水される常温の市水とを混合する。注湯流量カウンター８３は、風呂給湯側配管８０を介して風呂１０１に給湯される温水の流量を計測するカウンターである。注湯弁８４は、大気開放弁となっており、風呂１０１側から逆流した温水を大気に逃がすことができる。風呂ポンプ８５は、風呂１０１の追焚きを行う際に、風呂１０１内の風呂水を汲み上げる際に用いられるものである。なお、この風呂ポンプ８５については後述する。水位センサー８６は、風呂１０１内の水位を検出するものである。また、流量スイッチ８７は、風呂給湯側配管８０内の温水の流れを検出するものである。
【００１９】
一方、蛇口給湯側配管９０は、図示しないシャワーや蛇口等に接続される。蛇口給湯側配管９０には、上述の分岐点５６と、シャワーや蛇口等との間に、給湯混合弁９１と、温度センサー９２と、給湯流量カウンター９３が設けられている。蛇口給湯側配管９０には、給湯混合弁９１を介して、第一給水分岐管１５１から更に分岐した第二給水分岐管１５２が接続されている。給湯混合弁９１は、制御部７０の制御の下、台所リモコン７１を介してユーザーにより設定された蛇口給湯温度となる様に、温度センサー９２により検出される温水の温度に基づいて、中層給湯配管５４を介して出湯された温水と、第二給水分岐管１５２から給水される常温の市水とを混合する。給湯流量カウンター９３は、蛇口給湯側配管９０を介して給湯された温水の流量を計測するカウンターである。
なお、以上説明した給湯回路部５０Ａにおいて、給湯配管５０には、逃し弁５１Ａが接続されており、貯湯タンク１１内の圧力が一定圧力以上になった場合、この逃し弁５１Ａを介して一定圧力以上の圧を逃がすことができる。
【００２０】
次に、追焚用温水循環回路部６０Ａの構成を説明する。追焚用温水循環回路部６０Ａにおいて、貯湯タンク１１内の高温の温水と、風呂１０１から汲み上げられた風呂水とが熱交換を行うことにより、風呂水が昇温されて、風呂１０１の追焚きが行われる。
追焚用温水循環回路部６０Ａは、貯湯タンク１１の上部１２と下部１４とを接続する追焚用温水循環配管６１と、追焚用温水循環配管６１に設けられる追焚用熱交換器６２と、追焚加熱ポンプ６３とを備えている。追焚加熱ポンプ６３により、追焚用温水循環配管６１を介して貯湯タンク１１の上部１２に貯留する高温の温水が汲み出されて、貯湯タンク１１の下部１４から貯湯タンク１１内に戻される。
【００２１】
また、追焚用熱交換器６２には、風呂水循環回路部６４が接続されている。風呂水循環回路部６４は、風呂給湯側配管８０に接続される風呂水往管６５と、風呂１０１に設けられた他の給湯口１０１Ｂに接続される風呂水戻管６６とが接続されている。制御部７０の制御の下、風呂１０１の追焚きが開始されると、風呂ポンプ８５が動作を開始し、風呂１０１内の風呂水が風呂給湯側配管８０及び風呂水往管６５を介して追焚用熱交換器６２に流入される。一方、追焚加熱ポンプ６３も動作を開始し、追焚用温水循環配管６１を介して貯湯タンク１１内の温水が追焚用熱交換器６２に流入する。追焚用熱交換器６２において、貯湯タンク１１の上部１２から流入した高温の温水と、風呂１０１から汲み出された風呂水とが熱交換される。そして、熱交換により昇温された風呂水は風呂水戻管６６および給湯口１０１Ｂを介して風呂１０１に戻される。一方、追焚用熱交換器６２において風呂水と熱交換されて低温となった貯湯タンク１１内の温水は、追焚用温水循環配管６１を通じて貯湯タンク１１の下部１４から貯湯タンク１１に戻される。
【００２２】
次に、温水循環回路部２０Ａの構成を説明する。温水循環回路部２０Ａは、貯湯タンク１１とヒートポンプユニット３０のガスクーラー３４と間で温水が循環するガスクーラー側経路２０１、及び、貯湯タンク１１と太陽熱集熱器４０との間で温水が循環する太陽熱集熱器側経路２０２を含んでいる。
まず、ガスクーラー側経路２０１について説明する。
ガスクーラー３４は貯湯タンク１１に温水循環配管２０により接続されている。具体的には、温水循環配管２０は、貯湯タンク１１の下部１４と第一湯源三方弁４１の入口４１Ａ側とに接続される下部接続部２１、第一湯源三方弁４１の一方の出口４１Ｂ側とガスクーラー３４の入口３４Ａ側とに接続される入口側接続部２２、ガスクーラー３４の出口３４Ｂ側に接続される出口側接続部２３、貯湯タンク１１の上部１２に接続される上部接続部２４、及び、出口側接続部２３と上部接続部２４とに接続される接続部２５を備えている。但し、下部接続部２１には、循環ポンプ４３接続されるとともに、前述した排水弁１６Ａと、三方弁４４とが接続されている。排水弁１６Ａと三方弁４４とは、通常時、貯湯タンク１１内の温水が貯湯タンク１１から第一湯源三方弁４１の入口４１Ａ側に向かって流れるように弁開方向が切り替えられている。
【００２３】
次に、太陽熱集熱器側経路２０２について説明する。太陽熱集熱器４０は、第一湯源三方弁４１を介して温水循環配管２０の下部接続部２１に接続されるとともに、温水循環配管２０の上部接続部２４に第二湯源三方弁４２及び接続部２５を介して接続されている。具体的には、太陽熱集熱器４０の入口４０Ａ側と第一湯源三方弁４１の他方の出口４１Ｃ側とは、第一太陽熱集熱器側配管４５により接続されている。また、太陽熱集熱器４０の出口４０Ｂ側と第二湯源三方弁４２の入口４２Ａ側とは第二太陽熱集熱器側配管４６により接続されている。第二湯源三方弁４２の一方の出口４２Ｂ側と、温水循環配管２０の出口側接続部２３と接続部２５との接続点とは第三太陽熱集熱器側配管４７により接続されている。また、第二湯源三方弁４２の他方の出口４２Ｃ側には、貯湯タンク１１の中央部１３に接続される中央部接続配管４８が接続されている。また、第二太陽熱集熱器側配管４６には、太陽熱集熱器４０において太陽熱により昇温された温水の温度を検出する温度センサー４９が設けられている。この温度センサー４９により検出された温度に応じて、第二湯源三方弁４２の弁開方向が切り替えられる。
【００２４】
以下、温水循環回路部２０Ａにおける温水循環経路の切り替えについて説明する。温水循環経路の切り替えは、制御部７０の制御の下で実行される。
制御部７０は、切替手段としての第一湯源三方弁４１を切り替えることにより、貯湯タンク１１内の温水を循環させる経路をガスクーラー側経路２０１又は太陽熱集熱器側経路２０２に切り替えることができる。
第一湯源三方弁４１の弁開方向が、温水循環配管２０の下部接続部２１と入口側接続部２２とを連通させる方向に切り替えられた場合、貯湯タンク１１内の温水はヒートポンプユニット側温水循環経路を循環する。ヒートポンプ側温水循環経路において、貯湯タンク１１内の温水は、下部接続部２１、第一湯源三方弁４１、入口側接続部２２を流れてガスクーラー３４に流入し、ガスクーラー３４において熱交換されて昇温した温水は出口側接続部２３、接続部２５、上部接続部２４を順に流れて、貯湯タンク１１の上部１２から貯湯タンク１１内に戻される。
【００２５】
第一湯源三方弁４１の弁開方向が、温水循環配管２０の下部接続部２１と第一太陽熱集熱器側配管４５とを連通させる方向に切り替えられた場合、貯湯タンク１１内の温水は太陽熱集熱器側経路２０２を循環する。この場合、貯湯タンク１１内の温水は、下部接続部２１、第一湯源三方弁４１、第一太陽熱集熱器側配管４５を介して太陽熱集熱器４０に流入される。
ここで、太陽熱集熱器側経路２０２は、太陽熱集熱器４０から流出する温水は、温度センサー４９により検出された温度に応じて、以下の二つの経路を流れて貯湯タンク１１に戻される。
温度センサー４９により検出された温水の温度がヒートポンプユニット３０を利用して昇温させた温水と同程度の温度（８０〜９０℃程度）に達した場合、第二湯源三方弁４２は、第三太陽熱集熱器側配管４７側に切り替えられる。これにより、太陽熱集熱器４０において太陽熱により昇温されて高温となった温水は、貯湯タンク１１の上部１２から貯湯タンク１１内に戻される。この場合、太陽熱集熱器４０において昇温された温水は、第二太陽熱集熱器側配管４６、第二湯源三方弁４２、第三太陽熱集熱器側配管４７、温水循環配管２０の接続部２５、上部接続部２４を経由して、貯湯タンク１１の上部１２から貯湯タンク１１内に戻される。
一方、温度センサー４９により検出された温度がヒートポンプユニット３０を利用して昇温させた温水と同程度の温度に達しない場合は、第二湯源三方弁４２は中央部接続配管４８側に切り替えられる。これにより、太陽熱集熱器４０において太陽熱により昇温されて中温となった温水は、第二太陽熱集熱器側配管４６、第二湯源三方弁４２、中央部接続配管４８を経由して、貯湯タンク１１の中央部１３から貯湯タンク１１内に戻される。
上述した通り、夏季等の日射量の多い天候の場合を除いて、太陽熱集熱器４０において太陽熱を利用して昇温された温水の温度は、概ね４０℃〜６０℃程度の中温となる。従って、太陽熱集熱器４０において昇温された温水は、夏季等を除き、貯湯タンク１１の中央部１３から貯湯タンク１１に戻される。
【００２６】
また、本実施の形態の給湯装置１００は、冬季等、夜間のヒートポンプユニット３０の運転停止時に、温水循環配管２０の凍結を防止するために、温水循環回路部２０Ａには温水をヒートポンプユニット３０側で循環させる凍結防止経路２０３と、太陽熱集熱器４０側で循環させる凍結防止経路２０４とが設けられている。ヒートポンプユニット３０側の凍結防止経路２０３は、図１に示す様に、温水循環配管２０の下部接続部２１に設けられた三方弁４４と、この三方弁４４に接続される凍結防止配管２６とを備えている。凍結防止配管２６は、温水循環配管２０の上部接続部２４と接続部２５との接続点に接続されている。ヒートポンプユニット３０側の凍結防止経路２０３は、下部接続部２１、循環ポンプ４３、第一湯源三方弁４１、入口側接続部２２、ガスクーラー３４、出口側接続部２３、接続部２５、凍結防止配管２６、三方弁４４とによって閉経路として構成されている。
一方、太陽熱集熱器４０側の凍結防止経路２０４は、下部接続部２１、循環ポンプ４３、第一湯源三方弁４１、第一太陽熱集熱器側配管４５、太陽熱集熱器４０、第二太陽熱集熱器側配管４６、第二湯源三方弁４２、接続部２５、凍結防止配管２６、三方弁４４とによって閉経路として構成されている。
制御部７０は、温水循環配管２０の凍結防止運転を行う場合、凍結防止配管２６と下部接続部２１とを連通させる方向に三方弁４４の弁開方向を切り替えて、循環ポンプ４３を駆動させ、温水循環配管２０内に滞留する水を循環させて、温水循環配管２０内に滞留した水の凍結を防止する。このとき、第一湯源三方弁４１の弁開方向を下部接続部２１と入口側接続部２２とが連通する方向に切り替えることにより、ヒートポンプユニット３０側の凍結防止経路２０３において、温水循環配管２０内に滞留する水が循環する。また、第一湯源三方弁４１の弁開方向を下部接続部２１と第一太陽熱集熱器側配管４５とが連通する方向に切り替えることにより、太陽熱集熱器４０側の凍結防止経路２０４において、温水循環配管２０内に滞留する水が循環する。
【００２７】
次に、制御部７０について説明する。
制御部７０は、２００Ｖの単相電源に接続されて電源が供給されるとともに、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えている。制御部７０はＲＯＭに予め記憶されている制御プログラムおよび制御用データに基づいて、ＲＡＭの一部を作業領域として、ＣＰＵにより給湯装置１００に設けられた上記各種弁の切り替えや循環ポンプ４３等をコンピューター制御により制御する。また、制御部７０は、ヒートポンプユニット３０の制御部７０に制御信号を送信して、ヒートポンプユニット３０の運転を制御する。制御部７０には台所リモコン７１、風呂リモコン７２が接続されている。台所リモコン７１及び風呂リモコン７２にはそれぞれ操作子７１Ａ、７２Ａや表示部７１Ｂ、７２Ｂが設けられている。ユーザーは台所リモコン７１を介して、台所における給湯温度の設定等の各種の操作を行うことができる。また、ユーザーは風呂リモコン７２を介して風呂１０１の自動給湯、給湯温度の設定、追焚きの指示等の各種の操作を行うことができる。
【００２８】
制御部７０は、給湯装置１００の運転制御に際して、図２に示す手順に従って、温水循環回路部２０Ａにおける温水循環経路の切り替えを行う。図２に示す様に、給湯装置１００に電源が投入されると（ステップＳ１；Ｙ）、制御部７０は貯湯タンク１１に温水を貯湯するための貯湯運転の要否を判別する（ステップＳ２）。貯湯運転を行う必要があると判別した場合（ステップＳ２；Ｙ）、次に、制御部７０はヒートポンプユニット３０を運転させるか、太陽熱集熱器４０を運転させるかを判別する（ステップＳ３）。ここで、本実施の形態では、給湯装置１００は、日中は主として太陽熱集熱器４０を利用して貯湯タンク１１内の温水を昇温し、ヒートポンプユニット３０を利用して貯湯タンク１１内の温水を昇温するのは、電力料金の安価な夜間に行うように予め設定されている。
【００２９】
ステップＳ３において、太陽熱集熱器４０を運転させると判別した場合（ステップＳ３；太陽熱集熱器）、制御部７０は貯湯タンク１１内の温水が太陽熱集熱器側経路２０２を流れて循環する様に、第一湯源三方弁４１を温水循環配管２０の下部接続部２１と、入口側接続部２２とが連通する方向に弁開方向を切り替え（ステップＳ４）、太陽熱集熱器４０を運転させて貯湯タンク１１内の温水を太陽熱を利用して昇温させる（ステップＳ５）。但し、ステップＳ４において、三方弁４４の弁開方向が温水循環配管２０の下部接続部２１と、凍結防止配管２６とが連通する方向である場合には、貯湯タンク１１内の温水が第一湯源三方弁４１側に流入する方向に三方弁４４の弁開方向を切り替える。また、ステップＳ５において、太陽熱集熱器４０において太陽熱により昇温された温水の温度を、温度センサー２９により検出し、検出された温水の温度に応じて、第二湯源三方弁４２を切り替える。この際、上述したとおり、温度センサー２９により検出された温度がヒートポンプユニット３０を利用して昇温させた温水の温度と同程度の温度の場合には、第二湯源三方弁４２の弁開方向を、第二太陽熱集熱器側配管４６と第三太陽熱集熱器側配管４７とが連通する方向に切り替えて、太陽熱集熱器４０により昇温された温水が貯湯タンク１１の上部１２から貯湯タンク１１内に戻されるようにする。一方、温度センサー２９により検出された温水の温度が、ヒートポンプユニット３０を利用して昇温された温水の温度と同程度に達しない場合は、第二湯源三方弁４２の弁開方向を第二太陽熱集熱器側配管４６と中央部接続配管４８とが連通する方向に切り替えて、太陽熱集熱器４０により昇温された温水が貯湯タンク１１の中央部１３から貯湯タンク１１内に戻されるようにする。
【００３０】
一方、ステップＳ３において、ヒートポンプユニット３０を運転させると判別した場合（ステップＳ３；ヒートポンプユニット）、制御部７０は第一湯源三方弁４１の弁開方向を、温水循環配管２０の下部接続部２１と入口側接続部２２とが連通する方向に切り替えて、ヒートポンプユニット３０を運転させる（ステップＳ７）。なお、上述の通り、ヒートポンプユニット３０は主として夜間に運転される。ヒートポンプユニット３０の夜間の運転制御については後述する。
【００３１】
また、ステップＳ２において、貯湯運転を行う必要がないと判別した場合（ステップＳ２；Ｎ）、次に、制御部７０は凍結防止運転を行う必要があるか否かを判別する（ステップＳ８）。凍結防止運転を行う必要があると判別した場合（ステップＳ８；Ｙ）、制御部７０は三方弁４４を温水循環配管２０の下部接続部２１と凍結防止配管２６とを連通させる方向に弁開方向を切り替え、予め定められた手順に従って凍結防止運転を実行する（ステップＳ９）。
【００３２】
そして、太陽熱集熱器運転（ステップＳ５）、ヒートポンプユニット運転（ステップＳ７）、凍結防止運転（ステップＳ９）のいずれかが終了した場合、電源を遮断するか否かを判別し（ステップＳ１０）、電源を遮断しない場合（ステップＳ１０；Ｎ）は、ステップＳ２に戻り、上記処理を繰り返し行う。
【００３３】
次に、夜間のヒートポンプユニット３０の運転制御について説明する。ここで、本実施の形態では、制御部７０に、翌日の天気予報情報を入力することができるように構成されている。ここで、制御部７０に翌日の天気予報情報を入力するには、例えば、台所リモコン７１又は風呂リモコン７２等のリモコンを介してユーザーが翌日の天気予報情報を直接入力する構成とすることができる。また、制御部７０に、例えば、インターネット等の通信ネットワークに有線又は無線により接続可能な通信接続部を設け、この通信接続部を介してサーバー装置等から制御部７０に翌日の天気予報情報が入力される構成としてもよい。
【００３４】
制御部７０は、翌日の天気予報情報に基づいて、図３に示す手順に従って、当日夜間のヒートポンプユニット３０の運転を制御する。
図３に示す様に、制御部７０は、まず、ユーザーが翌日使用する温水量（Ｑｄａｙ）を従来既知の方法により算出して求める（ステップＳ１１）。次に、翌日の天気予報情報に基づいて、翌日、日中に太陽熱集熱器４０を利用して所定の温度以上に昇温して貯湯することのできる（沸かすことのできる）温水量（Ｑｓｕｎ）を求める（ステップＳ１２）。この温水量（Ｑｓｕｎ）は、下記式（１）に従って求めることができる。
Ｑｓｕｎ＝ｆ（ｘ）×ＷＷＨ・・・式（１）
【００３５】
ここで、上記式（１）において、ｆ（ｘ）は、図４に示す様に、１日当たりに、晴天の日に太陽熱集熱器４０を利用して、所定の温度以上（例えば、６０℃以上）に昇温して貯湯することのできた温水量の平均値を熱量Ｙに基づいて表した関数式である。この関数式Ｙ＝ｆ（ｘ）は、過去のデータに基づいて求められた式である。但し、ｘは翌日の暦上の月日を１月１日を１日として、日に換算した値を表すもので、１≦ｘ≦３６５（閏年の場合には、１≦ｘ≦３６６）である。図４に示す様に、北半球では夏季の日射量が多く、太陽熱の熱量を多く利用することができるため、太陽熱集熱器４０を利用して、日中に所定の温度以上に昇温して貯湯することのできる温水量は増加する。これに対して、北半球では冬季の日射量は夏季に比して少なくなるため、日中に所定の温度以上に昇温することのできる温水量は夏季と比べると減少する。但し、図４は一例に過ぎない。
【００３６】
また、上記式（１）において、ＷＷＨは天候条件係数である。ここで、天候条件係数は、翌日の午前と午後の天気予報情報に基づいて決定される係数である。図５に示す様に、翌日の午前の天気予報が「雨」、午後の天気予報も「雨」の場合、天気条件係数は「０」になる。また、翌日の午前の天気予報情報が「晴れ」、午後の天気予報情報も「晴れ」の場合、天気条件係数は「１」になる。また、翌日午前の天気予報情報が「曇り」、午後の天気予報情報が「雨」の場合、天気条件係数は「０．２」となる。
この天気条件係数は、過去のデータに基づいて求められたもので、例えば、次式（２）に従って、翌日に太陽熱集熱器４０を利用して実際に所定の温度以上に昇温することのできた温水量（Ｑ’ｓｕｎ）に基づいて修正することができる。
（Ｑ’ｓｕｎ−Ｑｓｕｎ）／Ｙ＋ＷＷＨ（ａ、ｂ）＝ＷＷＨ（ａ、ｂ）・・・式（２）
但し、上記式（２）において、Ｙは定数であり、ａは午前の天気、ｂは午後の天気を示している。例えば、翌日の午前の天気が「晴れ」、午後の天気も「晴れ」だった場合、翌日に実際に所定の温度以上に昇温することのできた温水量（Ｑ’ｓｕｎ）に基づいて、午前の天気が「晴れ」、午後の天気が「晴れ」に該当する天気条件係数が修正される。
【００３７】
そして、制御部７０は、図３に示すステップＳ１１において求めた、ユーザーが翌日使用する温水量（Ｑｄａｙ）と、ステップＳ１２において求めた、翌日、日中に太陽熱集熱器４０を利用して所定の温度以上に昇温して貯湯させることのできる温水量（Ｑｓｕｎ）とに基づいて、下記式（３）に従って、当日夜間にヒートポンプユニット３０を運転させて貯湯すべき温水量（ＱＨＰ）を求める（ステップＳ１３）。
ＱＨＰ＝Ｑｄａｙ−Ｑｓｕｎ・・・式（３）
【００３８】
ステップＳ１３において、当日夜間にヒートポンプユニット３０を運転させて貯湯すべき温水量（ＱＨＰ）が求められると、ヒートポンプユニット３０の制御部３７に制御信号を送るとともに、第一湯源三方弁４１の弁開方向を上述の通りガスクーラー側経路２０１に切り替え、循環ポンプ４３の駆動させて、ヒートポンプユニット３０の運転を開始させる（ステップＳ１４）。
そして、ステップＳ１３において求められた温水量（ＱＨＰ）だけ温水を循環させて、貯湯タンク１１に昇温させた温水を貯湯させた場合（ステップＳ１５；Ｙ）、制御部７０はヒートポンプユニット３０の制御部７０に制御信号を送って、ヒートポンプユニット３０の運転を停止させるとともに、循環ポンプ４３を停止させて、ヒートポンプユニット３０の運転を停止させる（ステップＳ１６）。
【００３９】
以上説明した本実施の形態の給湯装置１００によれば、太陽熱集熱器４０において太陽熱により貯湯タンク１１内の温水を昇温し、昇温された温水をヒートポンプユニット３０により昇温された温水を貯留する貯湯タンク１１に戻すことができる。従って、貯湯タンク１１をヒートポンプユニット３０と太陽熱集熱器４０とに対してそれぞれ個別に設ける必要がなく、この給湯装置１００の設置スペースを省スペース化することができるとともに、部品点数を抑えてコスト低減を図ることができる。また、太陽熱集熱器４０により昇温された温水を貯湯タンク１１に貯留するので、夜間も太陽熱集熱器４０により昇温された温水を給湯することができ、昼間の太陽熱を有効利用して、高い省エネルギー効果を実現することができる。
【００４０】
また、上述した通り、天候条件によって異なるが、夏季等の日射量の多い場合を除き、太陽熱集熱器４０を利用して昇温された温水の温度と、ヒートポンプユニット３０のガスクーラー３４において熱交換されて昇温した温水の温度とが２０℃程度異なる。このため、ヒートポンプユニット３０を利用して昇温された温水と、太陽熱集熱器４０を利用して昇温された温水とを単に同じ貯湯タンク１１に戻したのでは、温度の異なる温水が均一に混ざらず、局所的、あるいは一時的な温度ムラが生じる場合がある。しかしながら、本実施の形態では、ヒートポンプユニット３０により昇温された高温の温水を貯湯タンク１１の上部１２から貯湯タンク１１に戻し、太陽熱集熱器４０により昇温された中温の温水を貯湯タンク１１の中央部１３から貯湯タンク１１に戻す構成としているので、貯湯タンク１１内で温水は高温度層と中温度層とに分かれて貯留される。従って、温度の異なる温水が混ざることにより生じる局所的あるいは一時的な温度ムラが生じるのを防止して貯湯タンク１１内の温水の温度を各層において安定させることができる。また、給湯回路部５０Ａにおいて、給湯時には高温水給湯配管５１を介して貯湯タンク１１から出湯される高温の温水と、中温水給湯配管５２を介して貯湯タンク１１から出湯される中温の温水とを中層混合弁５３により適宜混合し、更に、注湯混合弁８１、給湯混合弁９１により市水と混合して所望の温度の給湯を行うことができる。
【００４１】
また、上記実施の形態によれば、温水循環配管２０に設けられた切替手段としての第一湯源三方弁４１により貯湯タンク１１内の温水を循環させる経路を切り替えることができる。これにより、例えば、日中、太陽熱を利用することのできる時間帯には貯湯タンク１１内の温水を太陽熱集熱器４０側に循環させる太陽熱集熱器側経路２０２に切り替えて、太陽熱を利用して貯湯タンク１１内の温水を昇温することができる。一方、夜間等、太陽熱を利用することのできない時間帯には、貯湯タンク１１内の温水をヒートポンプユニット３０のガスクーラー３４側に循環させるガスクーラー側経路２０１に切り替えて、ガスクーラー３４と熱交換させて貯湯タンク１１内の温水を昇温させることができる。これにより、天候や時間帯に左右されずに定能力を確保できるとともに、太陽熱を利用して高い省エネルギー効果を実現することができる。
【００４２】
また、上記実施の形態によれば、制御部７０により翌日の天気予報情報に基づいて、当日夜間にヒートポンプユニット３０により必要十分な量だけ貯湯タンク１１内の温水を昇温させることができる。このため、不必要に多量の温水量を昇温させることなく省エネルギー化を推進するとともに、翌日の天候に左右されずに給湯装置１００の定能力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態の給湯装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の給湯装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態の夜間のヒートポンプユニットの運転制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】太陽熱集熱器を利用して晴天の日に貯湯することのできる温水量を示す図である。
【図５】天候条件係数を示す図表である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  貯湯タンク
１２  上部
１３  中央部
２０  温水循環配管
２０Ａ  温水循環回路部
３０  ヒートポンプユニット
３１  圧縮機
３２  蒸発器
３３  減圧装置
３４  ガスクーラー
４０  太陽熱集熱器
４１  第一湯源三方弁（切替手段）
４２  第二湯源三方弁
４３  循環ポンプ
４８  中央部接続配管
４９  温度センサー（温度検出手段）
５０Ａ  給湯回路部（給湯手段）
７０  制御部（制御手段）
１００  給湯装置
２０１  ガスクーラー側経路
２０２  太陽熱集熱器側経路
【図１】
2010281510.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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