(57)【要約】【課題】太陽熱を利用し、熱効率が高く、安全で、安価な暖房、給湯、冷房装置が求められている。【解決手段】日射のある冬太陽熱で貯湯槽３１に湯を生成し、その熱で暖房と給湯を行い、日射が無い日は夜間電力でヒートポンプ４０Ｂを運転し、湯を生成する。日射のある夏に太陽熱で貯湯槽３１の冷房用温度検出器６３Ａまで湯を生成し、冷房の排熱で湯を生成し、底部温度検出器６３の温度が上がった場合は排水弁９５で排湯する。光熱変換部温度検出器５５の温度が許容温度以上になった場合に排湯し、空焚きを防止する。警告温度検出器６１が所定の温度以下を検出した場合、湯量制限弁９１で湯量を制限し、ヒートポンプ４０Ｂを直ちに運転し、湯切れを防止する。貯湯槽３１の中の流通孔３７を有する仕切部材３５Ｄにより湯が迅速に多量に生成される。暖房装置８４は床下の外壁に沿って配置された分配ダクトの吹出孔から中央の吸入口に流れる温風により床を暖める。【選択図】  図１２
2010144968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の床下の空間である床下空間の上部の中央付近に配置された吸入口と、
前記床下空間の側壁に沿って配置され、複数の吹出孔を有する分配ダクトと
前記吸入口と前記分配ダクトを連結する連結ダクトと、
前記連結ダクトの途中に配置されたファンと加熱器を備え、
前記分配ダクトは無端のループの形状を成している、または前記分配ダクトの両端は閉じられている、または前記分配ダクトの一端が閉じられ他端が前記連結ダクトに接続されていることを特徴とする暖房装置。
【請求項２】
水で充填され、底部に給水口を有し、上部に給湯口を有する貯湯槽と、
前記貯湯槽の略垂直な側壁との間に水が流れる流路を形成するように配置された仕切部材と、
前記貯湯槽と前記仕切部材との間に配置された加熱器または採熱器を備え、
前記仕切部材は水を通すための複数の流通孔を有することを特徴とする貯湯装置。
【請求項３】
水で充填され、底部に給水口を有し、上部に給湯口を有する貯湯槽と、
前記貯湯槽内の所定の位置に配置された警告温度検出器と、
前記警告温度検出器の下方の所定の位置に配置された給湯温度検出器と、
前記貯湯槽の中に湯を生成する湯生成手段と、
前記給湯口から供給する水の流量を制限する流量制限弁と、
制御部を備え、
前記制御部は、前記給湯温度検出器が検出した温度が所定の設定温度以下で且つ所定の条件が満たされた場合、前記給湯温度検出器が検出した温度が所定の給湯温度以上になるように前記湯生成手段を制御し、
前記警告温度検出器が検出した温度が所定の警告温度以下の場合、前記警告温度検出器が検出した温度が前記警告温度以上になるように前記湯生成手段を制御すると共に前記流量制限弁により前記給湯口から供給する水の流量を制限することを特徴とする給湯装置。
【請求項４】
水で充填され、底部に給水口を有し、上部に給湯口を有する貯湯槽と、
前記貯湯槽内の所定の位置に配置された第一給湯温度検出器と、
前記第一給湯温度検出器の上方の所定の位置に配置された第二給湯温度検出器と、
前記貯湯槽の中に湯を生成する湯生成手段と、
太陽光を熱に変換する光熱変換部と、前記貯湯槽内の底部付近に配置された太陽熱熱交換器と、前記光熱変換部と前記太陽熱熱交換器との間に熱媒体を循環させるための太陽熱循環流路と、前記太陽熱循環流路の途中に配置されたポンプを有する太陽熱収集装置と、
熱の使用量が少ない温暖期か否かを判別する判別部を有する制御部を備え、
前記制御部は、前記判別部が時期を温暖期と判別し、且つ前記第二給湯温度検出器が検出した温度が所定の設定温度以下であり、且つ所定の条件が満たされた場合に、前記第二給湯温度検出器が検出した温度が所定の給湯温度以上になるように前記湯生成手段を制御することを特徴とする給湯装置。
【請求項５】
水で充填され、底部に給水口を有し、上部に給湯口を有する貯湯槽と、
太陽光を熱に変換する光熱変換部と、前記貯湯槽内の底部付近に配置された太陽熱熱交換器と、前記光熱変換部と前記太陽熱熱交換器との間に熱媒体を循環させるための太陽熱循環流路と、前記太陽熱循環流路の途中に配置されたポンプと、前記光熱変換部の所定の位置に配置された光熱変換部温度検出器を有する太陽熱収集装置と、
前記太陽熱熱交換器付近の所定の位置に配置された底部温度検出器と、
前記給湯口から水を排出する排湯部と、
制御部を備え、
前記制御部は、前記光熱変換部温度検出器が検出した温度が所定の許容温度以上である、または前記底部温度検出器が検出した温度が所定の放熱温度以上である場合、前記排湯部に水を排出させることを特徴とする給湯装置。
【請求項６】
水で充填され、底部に給水口を有し、上部に給湯口を有する貯湯槽と、
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記貯湯槽の水と冷媒とを熱交換させる排熱熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、建物内の空気と冷媒とを熱交換させる建物熱交換器を有するヒートポンプと、
前記排熱熱交換器付近の所定の位置に配置された排熱温度検出器と、
前記給湯口から水を排出する排湯部と、
制御部を備え、
前記制御部は、前記排熱温度検出器が検出した温度が所定の排熱温度以上である場合、前記排湯部に水を排出させることを特徴とする冷房装置。
【請求項７】
水で充填され、底部に給水口を有し、上部に給湯口を有する貯湯槽と、前記貯湯槽の中の所定の位置に配置された給湯温度検出器と、前記貯湯槽の中に湯を生成する湯生成手段を有する給湯装置と、
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記貯湯槽の水と冷媒とを熱交換させる排熱熱交換器と、冷媒を減圧する減圧器と、建物内の空気と冷媒とを熱交換させる建物熱交換器を有するヒートポンプを備えた複合装置であって、
前記排熱熱交換器付近の所定の位置に配置された排熱温度検出器と、前記給湯口から水を排出する排湯部と、制御部を備え、
前記排熱熱交換器と排熱温度検出器は前記給湯温度検出器の下方に配置され、
前記制御部は、前記給湯温度検出器が検出した温度に基づいて前記湯生成手段を制御し、
更に、前記ヒートポンプの運転中に前記排熱温度検出器の検出した温度が所定の排熱温度以上である場合、前記排湯部に水を排出させることを特徴とする複合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房と給湯と冷房を熱効率良く行う装置に関し、特に、床下空間を暖めて室内を暖房する暖房装置、採熱と湯の生成を迅速に多量に行なう貯湯装置、湯切れを防止し、太陽熱の利用率が高い給湯装置、空焚きを防止する太陽熱利用の給湯装置、冷房の排熱を水冷で行う冷房装置、及び冷房の排熱を給湯に利用する複合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、温暖化対策及び枯渇する資源の消費の削減のために、太陽熱と排熱等を利用し、石油等の資源の使用を最小限にし、且つ快適性を損なわない給湯と冷暖房装置が多数提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載された床暖房装置は、温風を流通させる温風ダクトを床下に配設すると共に、温風ダクトには床下吹出口を設け、下流側の戻り管側に床下空間の空気の吸入口を設けて、床下空間に温風を循環させ床を暖める。床下吹出口から排出された温風は床を暖めて吸入口で温風ダクトに吸入され、加熱装置で温められ、再び床下吹出口から排出される。
【０００４】
特許文献２に記載されたヒートポンプ熱源式給湯器の貯湯タンクは、直立した筒状内部に内壁面との間に流通路を形成するよう軸方向を略同じにする筒状の仕切部材を備えると共に、この仕切部材の外側面にヒートポンプ装置のコイル状放熱用パイプを有している。コイル状放熱用パイプで水を加熱すると流通路の水の温度が上昇し、加熱された水が上昇する。湯が流出していない場合は、対流が起こり仕切部材の内側の水は下降し、湯が生成される。
【０００５】
特許文献３に記載されたソーラーシステム付きヒートポンプ給湯機は、貯湯タンクの中間部に、ヒートポンプユニットへの送水口、その近傍に温度センサを有し、ヒートポンプユニットの運転時に、温度センサが、設定温度より高い水温を検知すると、ヒートポンプユニットの運転を停止し得るようにしたので、シンプルな構成で、ヒートポンプユニットの運転を制御できる結果、システム全体の制御が容易で、且つ、ヒートポンプによる安価な深夜電力の利用と太陽熱エネルギーの有効活用が実現できる。
【０００６】
特許文献４に記載されたヒートポンプ給湯エアコンは、室内側熱交換器と室外側熱交換器が並列に設けられており、且つ各々の熱交換器には制御弁が設けられているので、冷房と給湯を同時にでき、更に冷房負荷が小さいときにも給湯の能力は落ちない。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０―３３２１６０号公報
【特許文献２】特開平７−９８１５６号公報
【特許文献３】特開２００４−９２９３４号公報
【特許文献４】特開２００１−２４８９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
床を暖めて暖房する方法は室内の温度分布がほぼ均一になり、且つ室内に温風がなく、快適な暖房方法である。床暖房は床に温水や熱線を配管するので高価であり、更に風呂場等での床暖房は困難であり、全館暖房には適さない。一方、密閉した床下空間に温風を循環させる床下暖房は構造が簡単で、安価にできる。高気密高断熱の家の床下暖房では、外気で冷されて下降する空気が接触する場所（特に側壁のガラス窓付近）の床を暖めれば室内の温度をほぼ均一にできる。ところが、特許文献１において、床下吹出口は床下空間の側壁に沿って配置されていないので居住空間を全てほぼ均一な温度に暖房するのは困難である。
【０００９】
特許文献２において、流通路は水を効率よく加熱するために設けられたものである。加熱された水は温度成層まで上昇するが、その上昇の過程で乱流が生じ、周囲の冷たい水と接触し、熱が拡散され、上昇中の水の温度は下がる。その結果、加熱された水の上昇速度が下がり、湯が湯取出し口に到達するまでの時間がかかり、更に貯湯タンクに貯えられた高温の湯量は放熱パイプで生成された高温の湯量よりかなり減少する。特に、コイル状放熱用パイプと温度成層との距離が大きい場合にその減少は顕著である。
【００１０】
特許文献３において、太陽熱と深夜電力の両方を利用して安価な給湯装置を提供しているが、湯を通常より多く使用した場合には湯切れが起きる可能性がある。更に、冬と夏では使用する湯量が異なり、特に、暖房に使う熱を貯湯タンクから採る場合は一日に使う湯量は冬と夏では大きく異なるがそれに対応していないので太陽熱の利用率が低い。更に、不在等により湯を使わない場合に、コレクターが太陽熱を収集するとコレクターの温度が非常に高くなり、いわゆる空焚きのような現象（以下、空焚きと記す）が起こり、機器を損傷する場合がある。
【００１１】
特許文献４において、冷房と給湯を同時に利用する冷房貯湯運転モードで水温が高い場合は、室外側熱交換器で排熱するとされている。しかし、室外側熱交換器で排熱する場合はファンを運転するので電力を消費する。更に通常冷房をする時の気温は高いのでヒートポンプの熱効率が悪い。
【００１２】
本発明の目的は熱効率が良く、居住空間を全てほぼ均一な温度に暖房する暖房装置と、迅速に多量の湯を生成する貯湯装置と、湯切れが起きなく、太陽熱に起因する空焚きを防止でき、太陽熱の利用率が高い給湯装置と、冷房の排熱を水冷で行うことにより高い熱効率を達成する冷房装置と、冷房の排熱を給湯に利用し、高い熱効率を達成する複合装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の暖房装置は、床下空間の空気を取り入れる吸入口を床下空間の上部の中央付近に配置し、更に複数の吹出孔を有する分配ダクトを床下空間の側壁に沿って配置し、そして吸入口から取り入れた空気を加熱し、吹出孔から温風を吹き出す構造の暖房装置を提供する。この構造により、温風は床下の外壁付近の吹出孔から床下の中央付近の吸入口に流れ、その過程で床を暖める。従って、側壁に近い床が最も暖められ、家の内部の温度がほぼ均一になる。
本発明の貯湯装置は、貯湯槽の略垂直な側壁との間に水が流れる流路を形成するように仕切部材を配置し、その流路に加熱器を配置し、仕切部材に流通孔を備えた貯湯装置を提供する。この構造により、加熱器で加熱された水は流路を、流路外の水とはあまり接触せず、温度成層まで上昇し、温度成層付近では仕切部材の流通孔を通り貯湯槽の中央部に流れる。つまり、温度成層と加熱器の間で水の対流が起きる。流路の水が冷たい場合、流路外の水とはあまり接触しないので湯が迅速に温度成層まで到達する。流路の水が温かい場合、上記の対流により多量の湯を生成できる。更に流路に採熱器を配置し暖房のための熱を採ることも可能である。
【００１４】
本発明の第一の給湯装置は、所定の位置に配置され、残りの湯量が少ないことを警告する警告温度検出器と流量制限弁を備えた給湯装置を提供する。この構成により、警告温度検出器が検出した温度が所定の警告温度より下がった場合に、湯生成手段で湯の生成を始めると共に流量制限弁で湯の量を制限するので高速、高出力の湯生成手段を使用しなくても湯切れは起きない。
本発明の第二の給湯装置は、湯生成手段と太陽熱収集装置を備え、更に貯湯槽の中の第一温度検出器とその上方に配置された第二温度検出器と熱の使用量が少ない時期か否かを判別する判別部を有した給湯装置を提供する。この構成により、熱の使用量により湯生成手段で異なる量の湯を生成することにより太陽熱の利用率を高くできる。例えば、冬季は夏季より多くの湯を使用するので夜間電力で第一温度検出器の位置まで湯を生成し、太陽熱で貯湯槽の底まで湯を生成する。夏季には夜間電力で第二温度検出器まで湯を生成し、太陽熱で貯湯槽の底まで湯を生成する。これにより夏季において太陽熱で生成する湯の量が増加するので、太陽熱で生成した湯の量を多くできる。
本発明の第三の給湯装置は、光熱変換部の温度を検出する光熱変換部温度検出器と太陽熱熱交換器付近の温度を検出する底部温度検出器と排湯部を有する給湯装置を提供する。この構成により、光熱変換部温度検出器が検出した温度または底部温度検出器が検出した温度が異常に高い場合、排湯部で湯を排出して太陽熱熱交換器付近の水の温度を下げるので、常に光熱変換部で収集した熱を貯湯槽に放熱して光熱変換部の温度を下げることができるので空焚きを防止できる。
【００１５】
本発明の冷房装置は、貯湯槽と、冷房の排熱を貯湯槽内の排熱熱交換器を介して行なうヒートポンプと、排熱熱交換器付近の水の温度を検出する排熱温度検出器と、排湯部を備えた冷房装置を提供する。この構成により、排熱温度検出器が検出した温度が所定の排熱温度以上の場合に水を排出し排熱熱交換器付近の水の温度を下げることができ、冷房の排熱を外気に放熱する必要がない。従って、外気に放熱するためのファンの消費電力を削減できるので冷房の熱効率を向上できる。更に排出する水の温度を高くできるので排出する水の量を少なくできる。
本発明の複合装置は、貯湯槽と湯生成手段を含む給湯装置と、冷房の排熱を貯湯槽内の排熱熱交換器を介して放熱するヒートポンプと、排熱熱交換器付近の水の温度を検出する排熱温度検出器と、排湯部を備えた複合装置を提供する。この構成により、冷房の排熱を給湯に利用し、排熱温度検出器が検出した温度が所定の排熱温度以上の場合に湯を排出し排熱熱交換器付近の水の温度を下げることができ、冷房の排熱を外気に放熱する必要がない。従って、外気に放熱するためのファンの消費電力を削減できるので給湯と冷房の熱効率が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように、本発明の暖房装置は、側壁に沿って配置され、複数の吹出孔を有する分配ダクトを備えることにより、熱効率が良く、居住空間を全てほぼ均一な温度に暖房でき、更に構造が簡単であり安価な暖房装置を提供する。
本発明の貯湯装置は、貯湯槽の側壁との間に水が流れる流路を形成するように配置され、複数の流通孔を有する仕切部材を備えるにより湯を迅速に多量に生成でき、更に構造が簡単であり安価な貯湯装置を提供する。
本発明の給湯装置は、貯湯槽内に配置され、残りの湯量が少ないことを警告する警告温度検出器と流量制限弁を備えるにより高速、高出力の湯生成手段を使用しなくても湯切れを防止でき、更に温暖期か否かを判別する判別部と第二給湯温度検出器を備えるにより太陽熱の利用率を高くでき、更に排湯部と光熱変換部温度検出器と底部温度検出器を備えることにより空焚きを防止できるので快適で熱効率が高く安全な給湯装置を提供する。
本発明の冷房装置は、排湯部と排熱熱交換器付近の水の温度を検出する排熱温度検出器を備えることにより熱効率が高く、排水量が少なく、設備費と運用費が安価な冷房装置を提供する。
本発明の複合装置は、給湯装置と排湯部と排熱熱交換器付近の水の温度を検出する排熱温度検出器を備えることにより熱効率が高く、設備費と運用費が安価な冷房と給湯の機能を有する複合装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１に本発明の暖房装置の第一実施形態を示す。図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のA−Aの断面図を示す。本発明の暖房装置２０は建物の一階の床下空間１１に設置されている。床下空間１１は建物の基礎１４と床１２と床下の側壁１３により囲まれた空間であり、密閉されている。暖房装置２０は床下空間１１の空気を吸入する吸入口２１と、床下空間１１の側壁１３に沿って配置され、空気を吹き出す複数の吹出孔２６を有する分配ダクト２５と、吸入口２１と分配ダクト２５を連結する連結ダクト２２と、連結ダクト２２の途中に配置されたファン２３と加熱器２４で構成される。分配ダクト２５は無端のループの形状を成している。吸入口２１は床下空間１１の上部の中央付近に配置されている。ファン２３を運転すると床下空間１１の空気は吸入口２１で吸入され加熱器２４で加熱され、分配ダクト２５の多数の箇所に分散して配置された吹出孔２６から吹き出され、床１２に沿って流れ、吸入口２１に吸入される。加熱器２４で加熱された空気が床１２に沿って床に接触しながら流れるので空気の熱が床１２に伝達される。つまり、ファン２３が生成する空気の循環により加熱器２４から放出された熱が床１２に伝達される。加熱器２４は電気ヒータ等で直接空気を加熱する機器でも良いし、熱源の熱を熱媒体を介して空気に伝達する熱交換器等でも良い。その熱源としては太陽熱または外気の熱（ヒートポンプを使用）または工場の排熱でも良い。
【００１８】
吹出孔２６から吹き出された高温の空気は周囲の空気との温度差による浮力と、ファン２３で生成された気圧による力を受けて床１２に沿って吸入口２１の方向に流れる。従って、水平面上では図１（Ａ）に示すように、温風２７は外壁１３に沿って配置された吹出孔２６から吹き出され、床下空間１１の中心付近に配置された吸入口２１に向かって流れる。空気の温度は吹出孔２６付近が最も高く、床１２に熱を吸収されるので吸入口２１に近づくほど温度が下がる。垂直面では図１（Ｂ）に示すように、温風２７は外壁１３付近の吹出孔２６から吹き出され、床１２に接触しながら吸入口２１の方向に流れる。図１（Ｂ）は根太に並行の流れを示しているが、根太と温風２７が交わる場合は温風２７の流れは根太により乱流が多量に生成され、複雑になるが温風２７は床１２に沿って流れ、温風２７の熱を床１２に伝達する。
【００１９】
厚い断熱材で覆われた高気密高断熱の家では壁や屋根からの放熱は少ないが側壁に配置されたガラス窓は熱抵抗が小さく放熱が大きい。従って、大きいガラス窓付近の床を他より多く加熱することにより家の中をほぼ均一な温度にできる。また各部屋の温度を調整できるのが好ましい。例えば、居間の温度を寝室の温度より高く設定できるのが好ましい。暖房装置２０では、温度の調整は温風２７の風量を調整することによりできる。温風２７の風量は吹出孔２６のサイズと単位長に配置された吹出孔２６の数量で調整できる。但し、分配ダクト２５内の気圧は下流ほど低いので同じサイズの吹出孔２６でも風量は下流ほど少ないのでそれを考慮して吹出孔２６のサイズと単位長に配置された吹出孔２６の数量を決めるのが好ましい。図１（Ａ）は家の南側にガラス窓のある居間があり、北側に寝室があるとし、南側と東側の南半分の吹出孔２６の数量を多くした。更に、温風２７の温度は側壁１３付近が最も高いので放熱が大きいガラス窓付近を最も多く加熱しているので建物内の気温をより均一にできる。
【００２０】
吹出孔２６のサイズと数量を適正に設定すれば吹出孔２６から出る温風２７の風速を比較的小さくすることができ、更に吹出孔２６から出る温風２７を上向きにすれば温風２７は基礎１４に届かなくできる。その場合は、基礎１４に断熱材を敷設する必要はない。しかし側壁１３の上部の温度は温風２７の温度とほぼ同じであるので断熱材１５を側壁１３に配置するのが好ましい。
【００２１】
図２に本発明の暖房装置の第二実施形態を示す。暖房装置２０Ａは側面Ｂの放熱が殆ど無い形態であり、例えば２軒長屋に適用できる。側面Ｂは放熱が殆ど無いので加熱する必要が無く、分配ダクトが不要である。従って、図２に示すように分配ダクト２５Ａの両端を部材２８で閉じることにより分配ダクト２５Ａの長さを短くでき、暖房装置２０Ａを安価にできる。
【００２２】
図３に本発明の暖房装置の第三実施形態を示す。暖房装置２０Ｂは第二実施形態と同様に側面Ｂの放熱が殆ど無い形態であり、例えば２軒長屋に適用できる。側面Ｂは放熱が殆ど無いので加熱する必要が無く、分配ダクトが不要である。従って、図３に示すように分配ダクト２５Ｂの一端を部材２８で閉じ、他端に連結ダクト２２を接続することにより分配ダクト２５Ｂの長さを短くでき、暖房装置２０Ｂを安価にできる。
【００２３】
分配ダクト２５、２５Ａ、２５Ｂの断面の形状は矩形でも円形でも他の形状でも良い。吸入口２１と分配ダクト２５、２５Ａ、２５Ｂが床下空間１１に配置されていれば良く、ファン２３と加熱器２４は床下空間１１に配置される必要は無い。
【００２４】
図４に本発明の貯湯装置の第一実施形態を示す。図４（Ａ）は本発明の貯湯装置３０の断面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂの断面図であり、図４（Ｃ）は仕切部材３５の斜視図あり、図４（Ｄ）は流通孔３７の拡大図であり、図４（Ｅ）は流通孔３７と異なる形状の流通孔３７Ａの拡大図である。貯湯装置３０は水（または湯）３４が円筒形の貯湯槽３１の中に充填され、その底部の給水口３３から冷たい水が供給され、その冷たい水を給湯熱交換器４３により加熱し、その上部の給湯口３２から湯を供給する。給湯熱交換器４３はコイル状の形状であり、冷媒循環路４１に接続されている。湯を生成する時に冷媒循環路４１に熱い冷媒（熱媒体）を流す。円筒状の仕切部材３５は給湯熱交換器４３の内側に配置され、貯湯槽３１の垂直の側壁との間に流路３６を形成する。中央部３９は仕切部材３５の内側の空間である。仕切部材３５は複数の流通孔３７を備えている。流通孔３７は円形に表されているが他の形状でも良い。図４（Ｅ）に示す仕切部材３５Ａは仕切部材３５の流通孔３７に円形の短い管が挿入された形態であり、孔の長さが長い。仕切部材３５と３５Ａは貯湯槽３１の底部付近から上部付近まで延在するのが好ましい。仕切部材３５と３５Ａは流路３６の水と中央部３９の水の熱伝達を少なくするために断熱材が好ましい。以下の説明では水を湯と言う場合もある。貯湯槽３１は断熱性を有する。本発明の加熱器は給湯熱交換器４３に相当する。
【００２５】
ここで貯湯装置３０の動作と効果を説明する前に図５（Ａ）と（Ｂ）に示した従来の貯湯装置３０Ａと３０Ｂを概念的に説明する。貯湯装置３０Ａは特許文献２の貯湯タンクと同様な構造を有し、円筒状の仕切部材３５Ｂは給湯熱交換器４３の内側に配置され、貯湯槽３１との間に流路３６を形成する。仕切部材３５Ｂは流通孔が無く、給湯熱交換器４３の内側にのみ存在する。貯湯装置３０Ｂは貯湯装置３０Ａの仕切部材３５Ｂを給湯口３２付近まで延ばした形状の仕切部材３５Ｃを有する。
給湯熱交換器４３で６０度の湯を生成し、その後しばらく加熱を停止すると上部に６０度の湯が生成され、下部の温度は給水口３３からの水の温度（その温度を２０度とする）であり、水平面の温度は略等しくなる。つまり温度成層３８、３８Ａが形成される。矢印はその後加熱が再開された場合の水の流れを示したものであり、実際の流れは乱流が起きており極めて複雑である。
加熱が再開された場合、貯湯装置３０Ａにおいて、給湯熱交換器４３で加熱された水は、その上昇の過程で乱流が生じ、周囲の冷たい水と接触し、熱が拡散され、上昇中の水の温度は下がる。その結果、加熱された水の上昇速度が下がり、給湯口３２に到達するまでの時間がかかる。更に貯えられる高温の湯量は給湯熱交換器４３で生成された高温の湯量よりかなり少なくなり、温度成層３８の幅が広くなる（温度成層３８の垂直方向の温度変化が緩慢になる）。これは、給湯熱交換器４３と温度成層３８との距離が大きい場合に顕著に現れる。
一方、加熱が再開された場合、貯湯装置３０Ｂにおいては、給湯熱交換器４３で加熱された水は、仕切部材３５Ｂには流通孔がないので、流路３６を上昇し、中央部３９への熱の分散は起こらない。従って高温の湯は上昇過程であまり温度を下げないので温度成層３８Ａの幅が狭くなる（温度成層３８の垂直方向の温度変化が急峻になる）しかし、仕切部材３５Ｂに水を通す孔がないので、水の対流は、貯湯槽３１の上部付近から下部付近まで長い距離を回る。これにより対流の流れが少なくなり、給湯熱交換器４３が放出する熱量が少なくなり、単位時間の湯の生成量が少なくなる。これは、給湯口３２と温度成層３８Ａとの距離が短い場合に顕著に現れる。
【００２６】
次に、図６を参照して貯湯装置３０の湯の生成と採熱について概念的に説明をする。図６（Ａ）は給湯熱交換器４３で６０度の湯を生成し、その後しばらく加熱を停止した場合の貯湯槽３１の水の温度分布の例を示す。貯湯槽３１の上部は６０度の湯であり、下部は給水口３３からの水（その温度を２０度とする）であり、温度成層３８Ｂの水平面の温度は略等しい。図６（Ｂ）は給湯熱交換器４３で加熱を再開した場合の水の対流を示す。流路３６の水が給湯熱交換器４３で加熱されるとその水の密度が下がるため浮力が生じ、加熱された水は流路３６を上昇する。そして中央部３９の水は流路３６を上昇した水量と同じ量だけ下降し、給湯熱交換器４３の下側を通り、流路３６に入る。加熱を再開した直後においては給湯熱交換器４３の上方の流路３６の水は冷たいので、加熱された水は温度成層３８Ｂまで上昇し、温度成層３８Ｂの下で流通孔３７を通り、中央部３９に入る。つまり給湯熱交換器４３と温度成層３８Ｃの間で対流が起きる。
加熱を再開してしばらくすると、給湯熱交換器４３の上方の流路３６の水の温度は上昇し、流路３６内の温度差による浮力は小さくなるが、給湯熱交換器４３と温度成層３８Ｃの間では流路３６の水の温度は中央部３９の水の温度より高いのでその温度差（密度の差）により生じた圧力により流路３６と中央部３９との間に圧力が生じ流路３６から流通孔３７を通り中央部３９へ水が流れ、その水量だけ給湯熱交換器４３で湯が生成される。
従って、流通孔３７を有する仕切部材３５は、加熱の直後において、加熱された水を中央部３９の水とあまり混ぜずに、流路３６を上昇させるので湯を迅速に生成し、加熱の直後以降においては、流通孔３７が流路３６から中央部３９への流路を提供し、対流の経路が短くなり多量の湯を生成できる。
【００２７】
加熱された水を中央部３９の水と混ぜずに、流路３６を上昇させるためには流通孔３７のサイズ（直径、面積）は小さく、単位面積の数量は少ない方が良い。しかし、加熱の直後以降において、多量の湯を生成するためには流通孔３７のサイズは大きく、単位面積の数量は多い方が良い。
加熱の直後において、流路３６を上昇する水の流れは比較的速く、流路３６から中央部３９への流れは主に乱流による。そして、加熱の直後以降において、流路３６から中央部３９への流れは主に圧力による。乱流による流量は、流通孔３７の長さ（仕切部材３５の厚さ）とサイズに大きく依存し、流通孔３７の単位面積の数量に比例する。そして圧力による流量は流通孔３７のサイズに大きく依存し、流通孔３７の単位面積の数量に比例する。従って、仕切部材３５の厚さを比較的厚くし、流通孔３７のサイズを比較的大きくすることにより、乱流による流量を比較的小さくし、圧力による流量を比較的大きくできる。つまり、仕切部材３５の厚さと流通孔３７のサイズと単位面積の数量を適正に設定することにより湯を迅速に多量に生成できる。
図４（Ｅ）は仕切部材３５の厚さを大きくせずに乱流による流量を小さくできる構造を示す。流通孔３７Ａは細い管で形成されているので管の長さが流通孔３７Ａの長さである。従って、仕切部材３５の厚さを薄くし、流通孔３７Ａの長さ（管の長さ）を長くし、流通孔３７のサイズを比較的大きくすることにより、湯を迅速に多量に生成できる。
加熱された水が流路３６を上昇する場合、上昇する水の一部は流通孔３７を通り中央部３９に流れる。その流れにより温度成層３８Ｃの等温度面は仕切部材３５付近で下降する。
【００２８】
図６（Ｃ）に示す貯湯装置３０Ｃは貯湯装置３０に採熱用の採熱熱交換器８３が貯湯槽３１の上部に配置された形態である。熱を湯から採るときには湯より温度の低い熱媒体を採熱熱交換器８３に流す。図６（Ｃ）に示す貯湯槽３１の水の温度分布は給湯熱交換器４３で６０度の湯を生成し、その後しばらく加熱を停止した場合のものであり図６（Ａ）に示す温度分布と同様である。図６（Ｄ）は採熱熱交換器８３で湯から熱を採り採熱熱交換器８３の下部付近の湯を５０度まで下げた場合の対流を示している。採熱熱交換器８３で５０度まで冷やされた湯は流路３６を温度成層３８Ｄ付近まで下降し、温度成層３８Ｄ付近で流通孔３７を通り中央部３９に流れる。温度成層３８Ｄの上方の中央部３９の湯は上昇する。採熱熱交換器８３と温度成層３８Ｄの間で対流が起き、採熱熱交換器８３が湯を冷やすに従って、温度成層３８Ｄが上昇する。但し、５０度以下の温度分布は殆ど変わらない。湯が流路３６を下降する場合、下降する湯の一部は流通孔３７を通り中央部３９に流れる。その流れにより温度成層３８Ｄの等温度面は仕切部材３５付近で上昇する。
流通孔３７の長さとサイズと単位面積の数量を適正に設定することにより、採熱熱交換器８３で冷やされた湯を中央部３９の水と殆ど混ぜずに下降させると共に採熱熱交換器８３と温度成層３８Ｄの間で対流を起こさせるので、熱を迅速に多量に採ることができる。本発明の採熱器は採熱熱交換器８３に相当する。
【００２９】
図７（Ａ）に本発明の給湯装置の第一実施形態を示す。本発明の給湯装置１００は貯湯装置３０Ｄとヒートポンプ４０と制御部６０を備えている。貯湯装置３０Ｄは水３４を貯蔵する貯湯槽３１と底部の給水口３３と上部の給湯口３２と給湯熱交換器４３と警告温度検出器６１と給湯温度検出器６２を有する。給水口３３から給水管９４を介して冷たい水が供給され、その冷たい水を給湯熱交換器４３により加熱し、給湯口３２から湯を供給する。給湯口３２からの湯は、湯量制限弁９１で流量を制限された後に温度を調整する混合弁９２を経由して給湯管９３で必要なところに供給される。ヒートポンプ４０は外気の熱で水３４を加熱するための周知のヒートポンプと同様な構成であり、冷媒を圧縮する圧縮機４２と、冷媒と水３４とを熱交換させる給湯熱交換器４３と、冷媒を減圧する減圧器４４と、冷媒と外気とを熱交換させる外気熱交換器４５と、冷媒を循環させる冷媒循環路４１を備えている。警告温度検出器６１は残りの湯量が少ないことを警告するために配置されたものであり、貯湯槽３１の所定の位置（後に説明）に配置されている。給湯温度検出器６２は、給湯熱交換器４３で加熱された水が上昇する空間を避け、給湯熱交換器４３の少し上方の中央付近に配置されている。
制御部６０はＣＰＵ，メモリ、プログラム等を備え、警告温度検出器６１と給湯温度検出器６２と湯量制限弁９１とヒートポンプ４０に接続され、給湯温度検出器６２と警告温度検出器６１等からの情報に基づいてヒートポンプ４０と湯量制限弁９１の制御を行なう。制御部６０がヒートポンプ４０を運転すると外気の熱を外気熱交換器４５で採熱し、その熱で給湯熱交換器４３を介して貯湯槽３１の水３４を加熱する。加熱された水は貯湯槽３１の温度成層（不図示）まで上昇し、温度成層を下げる。貯湯槽３１の湯量は温度成層から給湯口３２までの体積にほぼ等しい。給湯熱交換器４３は図４で示したコイル状の給湯熱交換器４３が好ましい。本発明の湯生成手段はヒートポンプ４０に相当する。湯量制限弁９１は流量を制限するものであり、市販の流量調整弁等を用いて容易に構築できる。
【００３０】
次に、給湯装置１００の動作を単純化した例を用いて概念的に説明する。生成された湯の温度を６０度とし、使用する湯量は６０度換算の湯量とし、給水管９４から供給される水の温度を２０度とする。例えば、４０度の湯を１０リットル使った場合、使用した湯量は６０度換算で５リットルである。警告温度検出器６１と給湯口３２の間の体積をＶａとし、警告温度検出器６１と給湯温度検出器６２の間の体積をＶ１とし、体積Ｖ１は一日に使う湯量の平均値より多いとする。
制御部６０は、給湯温度検出器６２が検出した温度が所定の設定温度（例えば５５度）以下である場合、夜間電力料金が適用される夜間にヒートポンプ４０で給湯温度検出器６２が検出する温度が所定の給湯温度（例えば６０度）以上になるまで湯を生成する。翌日使用した湯量が体積Ｖ１以下である場合は警告温度検出器６１の検出する温度は６０度であり、所定の警告温度（例えば５５度）より高いので夜間電力だけで給湯を行なうことができる。本発明の所定の条件は夜間電力料金が適用される夜間に相当する。
【００３１】
湯量を（Ｖａ＋Ｖ１）以上使用し、ヒートポンプ４０を運転しなければ湯切れを起こす。湯切れを起こさないためには次の二つの条件を満たす必要がある。条件（１）湯量制限弁９１により制限された最大の湯の供給量（最大供給湯量と称す）を、ヒートポンプ４０の最大出力を６０度の湯に換算した湯量（最大生成湯量と称す）以下に制限する。この条件を満たせばヒートポンプ４０で湯を継続的に供給できる。条件（２）警告温度検出器６１が所定の警告温度（例えば５５度）を検出した直後にヒートポンプ４０の運転を開始し、湯切れを起こす前に給湯熱交換器４３で生成された湯を給湯口３２に到達させる。ここで、ヒートポンプ４０が外気の熱を給湯熱交換器４３まで運搬する時間と、給湯熱交換器４３で加熱された水が上昇して給湯口３２に到達するまでの時間の合計を湯生成時間と称する。条件（２）は、湯量Ｖａを湯生成時間に使う湯量より多くすれば良いので、湯量Ｖａを最大供給湯量と湯生成時間との積算した値以上にすれば満たされる。従って、湯量制限弁９１で供給する最大供給湯量を最大生成湯量以下に制限し、湯量Ｖａを最大供給湯量と湯生成時間との積算した値以上にすれば、湯切れを起こさない。警告温度検出器６１の垂直の位置は湯量Ｖａにより決定され、その水平面の位置は給湯熱交換器４３で加熱された水が上昇する空間を避け、貯湯槽３１の中央付近が好ましい。
【００３２】
図７（Ｂ）に本発明の給湯装置の第二実施形態を示す。本発明の給湯装置１００Ａは貯湯装置３０Ｅと湯生成装置７０と制御部６０Ａを備えている。給湯装置１００Ａは給湯装置１００と湯の生成方法が異なるのでその異なる部分についてのみ説明する。湯生成装置７０は熱源７４と、給湯口３２と給水口３３を結ぶ流路７１と、流路７１の途中に配置されたポンプ７２と、熱源７４の熱を運ぶ熱媒体と流路７１の水との熱交換を行なう熱交換器７３で構成されている。制御部６０Ａがポンプ７２を運転すると貯湯槽３１の底部の水が給水口３３を経由して熱交換器７３で加熱され給湯口３２を経由して貯湯槽３１の上部に入り、貯湯槽３１の温度成層を下げる。つまり、湯生成装置７０はヒートポンプ４０と同様に貯湯槽３１に湯を生成し、貯湯槽３１の温度成層は湯の生成に伴って下降し、湯の使用に伴って上昇する。従って、給湯装置１００と同様に給湯装置１００Ａにおいても、湯量制限弁９１で供給する最大供給湯量を、湯生成装置７０の最大出力を６０度の湯に換算した出力である最大生成湯量以下に制限し、体積Ｖａを最大供給湯量と湯生成時間との積算した値以上にすれば、湯切れを起こさない。但し、給湯装置１００Ａの湯生成時間は湯生成装置７０が湯の生成を開始してからその湯が給湯口３２に到達するまでの時間である。制御部６０Ａの構成と機能は制御部６０のそれと同様であるが、制御部６０Ａはヒートポンプ４０の代わりに湯生成装置７０を制御する。熱源７４はヒートポンプ４０と同様の構成（但し熱交換器４３の替わりに熱交換器７３を使用）でも良い。なお、本発明の湯生成手段は湯生成装置７０に相当する。
【００３３】
図８に本発明の給湯装置の第三実施形態を示す。本発明の給湯装置１１０は貯湯装置３０Ｆとヒートポンプ４０と太陽熱収集装置５０と暖房システム８０と制御部６０Ｂを備えている。ヒートポンプ４０は給湯装置１００に使われているものと同様であるので説明は省く。貯湯装置３０Ｆは貯湯槽３１と、上部に配置された採熱熱交換器８３と、中ほどに配置された給湯熱交換器４３と、給湯熱交換器４３の上方に配置された第一給湯温度検出器６２Ａと、第一給湯温度検出器６２Ａの上方に配置された第二給湯温度検出器６２Ｂと、貯湯槽３１の底部付近に配置された太陽熱熱交換器５３と、その上方に配置された底部温度検出器６３を備えている。給湯口３２からの湯は、温度を調整する混合弁９２を経由して給湯管９３で必要なところに供給される。排水管９６は給湯管９３に接続され、排水管９６の途中に配置された排水弁９５が開くと貯湯槽３１の湯が排出される。本発明の排湯部は排水管９６と、排水管９６の途中に配置された排水弁９５で構成されている。
太陽熱収集装置５０は太陽光を熱に変換し、その熱で水３４を暖めるためのものであり、太陽光を熱に変換する光熱変換部５４と、太陽熱熱交換器５３と、光熱変換部５４と太陽熱熱交換器５３との間に熱媒体を循環させるための太陽熱循環流路５１と、太陽熱循環流路５１の途中に配置されたポンプ５２と、光熱変換部５４の所定の位置の温度を検出する光熱変換部温度検出器５５を備えている。光熱変換部５４は太陽熱を太陽熱循環流路５１に伝達する構造を有する。光熱変換部５４は太陽光を熱に変換するための専用の太陽熱パネルでも良いし、また太陽光を電気に変換する太陽電池パネルを含んでいても良い。太陽電池パネルは太陽光を電気に変換すると同時に熱にも変換するので、太陽電池パネルの裏側に太陽熱循環流路５１を熱的に導通するように配置することにより、本発明の光熱変換部５４として使うことができる。また、光熱変換部温度検出器５５の位置は光熱変換部５４の温度が最も高い上部付近（図８参照）が好ましい。
暖房システム８０は熱媒体の熱を放出する暖房装置８４と、熱媒体の循環路８１と、循環路８１の途中に配置されたポンプ８２と、湯３４から熱を採る採熱熱交換器８３を備え、湯３４の熱で家を暖房する。暖房装置８４は暖房装置２０のような床下暖房装置でも良いし、床暖房でも、他の暖房形態でも良い。なお図８に示したように、仕切部材３５を、蓄熱槽３１との間に流路３６を形成するように配置し、コイル状の給湯熱交換器４３と太陽熱熱交換器５３と採熱熱交換器８３を流路３６に配置するのが好ましい。第一給湯温度検出器６２Ａと第二給湯温度検出器６２Ｂと底部温度検出器６３は、加熱された水が上昇する空間を避け、貯湯槽３１の水平面上の中央付近に配置されている。
【００３４】
制御部６０ＢはＣＰＵ，メモリ、プログラム等を備え、第一給湯温度検出器６２Ａと第二給湯温度検出器６２Ｂと底部温度検出器６３とヒートポンプ４０と太陽熱収集装置５０と暖房システム８０と排水弁９５に接続され、第一給湯温度検出器６２Ａ等からの情報に基づいてヒートポンプ４０等の制御を行なう。例えば、制御部６０Ｂは光熱変換部温度検出器５５が検出した温度が底部温度検出器６３で検出した温度より所定の温度以上高い場合にポンプ５２を運転して湯を生成する。また、制御部６０Ｂは室内の温度検出器（不図示）が検出した温度が所定の温度以下で且つ採熱熱交換器８３付近に配置された温度検出器（不図示）が検出した温度が所定の温度以上の場合ポンプ８２を運転し、暖房装置８４で家を暖房する。更に、制御部６０Ｂは熱の使用量が少ない温暖期か否かを判別する判別部６５を有する。判別部６５は暖房システム８０の運転状況から温暖期か否かを判別しても良い。例えば暖房システム８０が運転されたときに暖房期に設定し、暖房システム８０が５日以上運転されなかった場合に温暖期に設定する。暖房期は温暖期でない時期である。また、判別部６５はスイッチや情報処理装置等からの信号または情報を受信して温暖期か否かを判別しても良い。給湯装置１１０はヒートポンプ４０で湯を生成する構成であるが給湯装置１００Ａの湯生成装置７０の形態で湯を生成する構成でも良いことは言うまでも無い。
【００３５】
（１）太陽熱の利用率が高い給湯装置
説明を簡単にするために一日に使用する湯量をＶ２ａとし、湯量Ｖ２ａは一年中変わらないとする。更に、暖房システム８０は暖房期に家を暖房するために一日に湯量Ｖ２ｂを使用するとする。湯量Ｖ２ｂを使用すれば、湯量Ｖ２ｂの湯が採熱により６０度から５０度になり、貯湯槽３１内の６０度の湯の湯量が湯量Ｖ２ｂだけ減少するとする。更に、湯の使用と暖房の運転は日没後から深夜までの間とする。給湯口３２と第二給湯温度検出器６２Ｂ間の体積がＶ２ａ、第二給湯温度検出器６２Ｂと第一給湯温度検出器６２Ａ間の体積がＶ２ｂ、第一給湯温度検出器６２Ａと底部温度検出器６３間の体積がＶ２ａとなるように第一給湯温度検出器６２Ａと第二給湯温度検出器６２Ｂと底部温度検出器６３を配置する。
制御部６０は、暖房期においては、第一給湯温度検出器６２Ａが検出した温度が所定の設定温度（例えば５５度）以下である場合、夜間電力料金が適用される夜間にヒートポンプ４０で第一給湯温度検出器６２Ａが検出する温度が所定の給湯温度（例えば６０度）以上になるまで湯を生成する。
温暖期においては、第二給湯温度検出器６２Ｂが検出した温度が所定の温度（例えば５５度）以下である場合、夜間電力料金が適用される夜間にヒートポンプ４０で第二給湯温度検出器６２Ａが検出する温度が所定の給湯温度以上になるまで湯を生成する。
そして時期に拘わらず、日射が充分ある日は太陽熱収集装置５０で底部温度検出器６３の位置まで湯を生成できるとする。温暖期の日射が充分あった日は底部温度検出器６３の位置まで湯であるので湯量Ｖ２ａ使っても第二給湯温度検出器６２Ｂの温度は下がらないのでヒートポンプ４０を使わない。一方、温度検出器が一つの場合、つまり第二給湯温度検出器６２Ｂがなく第一給湯温度検出器６２Ａのみが配置された場合は、温暖期の日射が充分あった日でも深夜に湯は第二給湯温度検出器６２Ｂの位置までしかないので夜間電力を使用しヒートポンプ４０で湯量Ｖ２ｂを生成することになる。従って、第一給湯温度検出器６２Ａと第二給湯温度検出器６２Ｂが共に配置された場合は、温度検出器が一つの場合に比べて、ヒートポンプ４０の使用が少なくなり、太陽熱を多く利用できる。ここでは第一給湯温度検出器６２Ａと第二給湯温度検出器６２Ｂが特定の位置に配置された場合で説明したが、一般的に第二給湯温度検出器６２Ｂが第一給湯温度検出器６２Ａの上方に配置されていれば太陽熱を多く利用できる。なお、本発明の所定の条件は夜間電力料金が適用される夜間に相当する。
【００３６】
（２）空焚きを防止する給湯装置
日射があれば光熱変換部５４は光を変換した熱で温度が上昇する。通常、制御部６０Ｂは、光熱変換部温度検出器５５が検出した温度が底部温度検出器６３で検出した温度より所定の温度（例えば10度）以上高い場合にポンプ５２を運転して湯を生成する。そして生成された湯が使用され、冷水が給水管９４から供給され、底部温度検出器６３付近の温度は供給された水の温度になる。ところが、不在等により湯を使わない場合でも光熱変換部５４は日射を熱に変換する。日射が長く続き、湯を使わない期間が長く、光熱変換部５４の熱出力が大きい場合、貯湯槽３１の水３４または太陽熱循環流路５１の熱媒体の温度が沸点付近まで上昇する可能性があり、危険であり、機器を損傷する場合がある。制御部６０Ｂは、光熱変換部温度検出器５５が検出した温度が所定の許容温度（例えば８０度）以上である、または底部温度検出器６３が所定の放熱温度（例えば６５度）以上である場合に排水弁９５を開けて湯を排出し、冷水を貯湯槽３１に入れる。従って、不在等で湯が使用されない場合においても光熱変換部５４の熱を放熱できるので光熱変換部５４の温度を許容温度以上になることを防止でき、空焚きは起きない。制御部６０Ｂは所定の時間湯を排出した後排水弁９５を閉じても良いし、底部温度検出器６３が所定の温度（例えば２５度）を検出した後に排水弁９５を閉じても良いし、他の方法で閉じても良い。
【００３７】
図９に本発明の給湯装置の第四実施形態を示す。本発明の給湯装置１１０Ａは給湯装置１１０に潜熱蓄熱体８５を円筒状の仕切部材３５の中央部３９に配置したものである。潜熱蓄熱体８５は球形のカプセルの中に潜熱蓄熱材を充填したものが好ましい。潜熱蓄熱材としては例えば酢酸ナトリウム三水塩（融解温度は５８度、融解熱は９３，０００Ｋｃａｌ／立法メートル）を使うことができる。日射がある時、太陽熱収集装置５０は潜熱蓄熱体８５の潜熱蓄熱材を融解する。室内の温度が暖房設定温度以下に下がると暖房システム８０のポンプ８２が運転され、採熱熱交換器８３で湯３４から熱を採り、その熱で家を暖房する。採熱熱交換器８３で熱を採られた湯は流路３６を温度成層まで下降し、そこで中央部３９に入り、中央部３９の湯は上昇する。中央部３９に融解した潜熱蓄熱材を有する潜熱蓄熱体８５があれば、湯はその上昇過程で融解した潜熱蓄熱材から熱を奪い、潜熱蓄熱材を凝固させ、湯は潜熱蓄熱材の凝固温度付近の温度まで上昇する。つまり、湯の対流と採熱熱交換器８３により潜熱蓄熱材の凝固熱を循環路８１の熱媒体に伝達し、熱媒体は暖房装置８４でその凝固熱を家に伝達する。従って、給湯装置１１０Ａは潜熱蓄熱材の凝固熱で暖房するので給湯装置１１０に比べて遥かに暖房能力が高い。但し、太陽熱収集装置５０は潜熱蓄熱材を融解する熱を供給する能力を有する必要がある。なお、給湯装置１１０Ａの第一給湯温度検出器６２Ａと第二給湯温度検出器６２Ｂと給湯熱交換器４３の位置は、潜熱蓄熱体８５の影響により給湯装置１１０の場合と異なる。
【００３８】
図１０に本発明の冷房装置の実施形態を示す。本発明の冷房装置１２０は貯湯装置３０Ｇとヒートポンプ４０Ａを有し、貯湯槽３１の給湯口３２に排水管９６が接続され、排水管９６の途中に排水弁９５が配置されている。本発明の排湯部は排水管９６と、排水管９６の途中に配置された排水弁９５で構成されている。排熱温度検出器６４は排熱熱交換器４３Ａの上方で、貯湯槽３１の水平面の中央付近に配置されている。これは排熱熱交換器４３Ａで加熱され、上昇する水との接触を避けるためである。ヒートポンプ４０Ａは冷媒を圧縮する圧縮機４２Ａと、冷媒と水３４とを熱交換させる排熱熱交換器４３Ａと、冷媒を減圧する減圧器４４Ａと、冷媒と建物内の空気とを熱交換させる建物熱交換器４５Ａと、冷媒を循環させる冷媒循環路４１Ａを備えている。制御部６０ＣはＣＰＵ，メモリ、プログラム等を備え、排熱温度検出器６４とヒートポンプ４０Ａと排水弁９５に接続されている。制御部６０Ｃは建物内の温度検出器（不図示）が検出した温度に基づいてヒートポンプ４０Ａの運転の制御を行ない、排熱温度検出器６４が検出した温度が所定の排熱温度（例えば３５度）以上の場合、排水弁９５を開けて湯を排出する。湯を排出すると同じ量の冷たい水が給水管９４から貯湯槽３１の底部に供給され、貯湯槽３１の底部に冷たい水が増加する。制御部６０Ｃは所定の時間湯を排出した後、排水弁９５を閉じる。従って、冷房の排熱を水に放熱できるので外気に放熱するより熱効率が高い。更に、水を高温にして排出するので使用する水量が少ない。なお、制御部６０Ｃは他の方法で排水弁９５を閉じても良い。
【００３９】
図１１に本発明の複合装置の第一実施形態を示す。本発明の複合装置１３０は給湯装置１００にヒートポンプ４０Ａと排水弁９５と排水管９６と排熱温度検出器６４を追加したものである。本発明の湯生成手段は給湯装置１００と同様にヒートポンプ４０に相当する。また本発明の排湯部は排水管９６と、排水管９６の途中に配置された排水弁９５で構成されている。ヒートポンプ４０Ａは冷房装置１２０のヒートポンプ４０Ａと同様である。排熱熱交換器４３Ａと排熱温度検出器６４は給湯温度検出器６２の下方に、排熱熱交換器４３Ａは給湯熱交換器４３の下方に配置されている。排熱温度検出器６４と給湯温度検出器６２は加熱された水が上昇する空間を避け、貯湯槽３１の水平面上の中央付近に配置されている。制御部６０Ｄは給湯装置１００の制御部６０にヒートポンプ４０Ａと排水弁９５を制御する機能を追加したものである。制御部６０Ｄは、給湯温度検出器６２が検出した温度が所定の設定温度（例えば５５度）以下である場合、夜間電力料金が適用される夜間にヒートポンプ４０で給湯温度検出器６２が検出する温度が所定の給湯温度（例えば６０度）以上になるまで湯を生成する。
【００４０】
ヒートポンプ４０が給湯のために給湯温度検出器６２の位置まで湯を生成した場合でも、排熱温度検出器６４は給湯温度検出器６２の下方に配置されているので、給水管９４からの水の温度に近い温度を検出する。建物内の空気の温度が冷房の設定温度より高くなると制御部６０Ｄはヒートポンプ４０Ａを運転する。ヒートポンプ４０Ａは建物内の空気の熱を建物熱交換器４５Ａで採り、その熱を排熱熱交換器４３Ａに運搬し、水３４を加熱し、湯を生成する。湯を使わずに、ヒートポンプ４０Ａを運転すると、排熱熱交換器４３Ａが湯を生成し、温度成層が下降し排熱温度検出器６４に近づくと、排熱温度検出器６４の検出する温度が上昇する。制御部６０Ｄは、ヒートポンプ４０Ａの運転中に排熱温度検出器６４が検出した温度が排熱温度（例えば３５度）以上になった場合、排水弁９５を開けて湯を排出する。湯を排出すると同じ量の冷たい水が給水管９４から貯湯槽３１の底部に供給される。制御部６０Ｄは排熱熱交換器４３Ａ付近の水の温度が下った後に排水弁９５を閉じる。制御部６０Ｄは排熱温度検出器６４が検出した温度が下がったことを確認して排水弁９５を閉じても良いし、所定の時間湯を排出した後、排水弁９５を閉じても良い。従って、複合装置１３０は冷房の排熱を常に排熱熱交換器４３Ａで比較的低温の水に放熱しているので、従来の冷房の排熱を熱交換器で暑い外気に放熱する方法に比べて熱効率が遥かに高い。また排湯の制御は排水弁９５を開閉するだけであるので殆どエネルギーを消費しない。本発明の湯生成手段をヒートポンプ４０の代わりに給湯装置１００Ａの湯生成装置７０で構成しても良いことは言うまでも無い。
【００４１】
図１２に本発明の複合装置の第二実施形態を示す。本発明の複合装置１４０は貯湯装置３０Ｉとヒートポンプ４０Ｂと太陽熱収集装置５０と制御部６０Ｅと暖房システム８０を備えている。貯湯装置３０Ｉは貯湯槽３１の中に仕切部材３５Ｄを備えている。ヒートポンプ４０Ｂは冷媒を圧縮する圧縮機４２と、冷媒と水３４とを熱交換させる給湯熱交換器４３と、冷媒を減圧する減圧器４４と、冷媒と外気とを熱交換させる外気熱交換器４５と、外気熱交換器４５と並列に接続され、建物内の空気と冷媒とを熱交換させる建物熱交換器４５Ａと、冷媒を外気熱交換器４５と建物熱交換器４５Ａに分流する分流弁４６と、冷媒を循環させる冷媒循環路４１Ｂを備えている。太陽熱収集装置５０と暖房システム８０は給湯装置１１０で説明したものと同様であるので説明を省く。制御部６０Ｅは判別手段６５Ａを有している。
【００４２】
ヒートポンプ４０Ｂは、分流弁４６で冷媒を外気熱交換器４５だけに流すことにより外気の熱で湯を生成でき、更に分流弁４６で冷媒を建物熱交換器４５Ａだけに流すことにより建物の冷房の排熱で湯を生成でき、更に分流弁４６で冷媒を建物熱交換器４５Ａと外気熱交換器４５に適切に配分することにより冷房の出力に拘わらず最大の湯量を生成できる。例えば、弱冷房で、湯の生成を最大能力で行なう場合は、ヒートポンプ４０Ｂを最大能力で運転し、建物熱交換器４５Ａに必要な量の冷媒を流し、他を外気熱交換器４５に流す。制御部６０Ｅが建物内の温度等に基づいて分流弁４６を制御することにより建物熱交換器４５Ａに流す量を制御し、冷房の出力を調整する。
【００４３】
判別手段６５Ａは暖房期と冷房期とそれら以外の期間である中間期を判別する。冷房期には太陽熱収集装置５０は冷房用温度検出器６３Ａの位置まで湯を生成し、その熱を給湯に利用すると共に、ヒートポンプ４０Ｂによる冷房の排熱をするための冷水の量を確保する。暖房期と中間期には太陽熱収集装置５０は底部温度検出器６３の位置まで湯を生成し、その熱を給湯と暖房に利用する。暖房期の夜間電力料金が適用される夜間に第一給湯温度検出器６２Ａが所定の温度（例えば５５度）以下の温度を検出した場合、夜間電力を使用し、ヒートポンプ４０Ｂ（外気熱交換器４５を使用）を第一給湯温度検出器６２Ａが所定の給湯温度（例えば６０度）以上になるまで運転する。中間期と冷房期の夜間電力料金が適用される夜間に第二給湯温度検出器６２Ｂが所定の温度（例えば５５度）以下の温度を検出した場合、夜間電力を使用し、ヒートポンプ４０Ｂを第二給湯温度検出器６２Ｂが所定の給湯温度（例えば６０度）以上になるまで運転する。冷房中でない場合は外気熱交換器４５を使用し、冷房中の場合は分流弁４６により冷媒を外気熱交換器４５と４５Ａに流し、冷房すると同時に湯を生成する。
【００４４】
制御部６０Ｅは、警告温度検出器６１が所定の警告温度（例えば５５度）以下の温度を検出した場合は直ちに湯量制限弁９１を制御して排湯量を制限すると共にヒートポンプ４０Ｂを運転し警告温度検出器６１が所定の温度（例えば６０度）以上になるまで運転する。更に、制御部６０Ｅは、光熱変換部温度検出器５５が検出した温度が所定の許容温度（例えば８０度）以上である、または底部温度検出器６３が所定の放熱温度（例えば６５度）以上である場合、排水弁９５を開けて湯を排出し、所定の時間湯を排出した後に排水弁９５を閉じる。更に、制御部６０Ｅは、冷房のためにヒートポンプ４０Ｂを運転し、底部温度検出器６３の温度が所定の排熱温度（例えば３０度）以上になった場合、排水弁９５を開けて湯を排出し、所定の時間湯を排出した後に排水弁９５を閉じる。
【００４５】
判別手段６５Ａは時期を暖房システム８０の運転状況やヒートポンプ４０Ｂの冷房運転状況から判別しても良い。例えば暖房システム８０が運転されたときに暖房期に設定し、暖房システム８０が５日以上運転されなかった場合に中間期に設定し、ヒートポンプ４０Ｂが冷房運転されたときに冷房期に設定し、ヒートポンプ４０Ｂの冷房運転が５日以上運転されなかった場合に中間期に設定する。また、判別部６５Ａはスイッチや情報処理装置等からの信号または情報を受信して時期を判断しても良い。また、複合装置１４０は給湯装置１１０Ａと同様に貯湯槽３１の中央部３９に潜熱蓄熱材を含む潜熱蓄熱体を備えても良い。潜熱蓄熱体により暖房能力を大幅に上げることができる。
【００４６】
以上、本発明の暖房装置、貯湯装置、給湯装置、冷房装置及び複合装置の実施形態を述べたが本発明はこれらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の暖房装置の第一実施形態を示す。
【図２】本発明の暖房装置の第二実施形態を示す。
【図３】本発明の暖房装置の第三実施形態を示す。
【図４】本発明の貯湯装置の第一実施形態を示す。
【図５】従来の貯湯装置を示す。
【図６】湯の生成と採熱の時の温度分布と対流を示す。
【図７】本発明の給湯装置の第一実施形態と第二実施形態を示す。
【図８】本発明の給湯装置の第三実施形態を示す。
【図９】本発明の給湯装置の第四実施形態を示す。
【図１０】本発明の冷房装置の実施形態を示す。
【図１１】本発明の複合装置の第一実施形態を示す。
【図１２】本発明の複合装置の第二実施形態を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１１  床下空間  １２  床  １３  側壁  １４  基礎  １５  断熱材  
２０  暖房装置  ２１  吸入口  ２２  連結ダクト  ２３  ファン  ２４  加熱器  ２５  分配ダクト  ２６  吹出孔  ２７  温風  ２８  部材  
３０  貯湯装置  ３１  貯湯槽  ３２  給湯口  ３３  給水口  ３４  水  ３５  仕切部材  ３６  流路  ３７  流通孔  ３８  温度成層  ３９  中央部  
４０  ヒートポンプ  ４１  冷媒循環路  ４２  圧縮機  ４３  給湯熱交換器  ４３Ａ  排熱熱交換器  ４４  減圧器  ４５  外気熱交換器  ４５Ａ  建物熱交換器  ４６  分流弁  
５０  太陽熱収集装置  ５１  太陽熱循環流路  ５２  ポンプ  ５３  太陽熱熱交換器  ５４  光熱変換部  ５５  光熱変換部温度検出器  
６０  制御部  ６１  警告温度検出器  ６２  給湯温度検出器  ６２Ａ  第一給湯温度検出器  ６２Ｂ  第二給湯温度検出器  ６３  底部温度検出器  ６３Ａ  冷房用温度検出器  ６４  排熱温度検出器  ６５  判別部  
７０  湯生成装置  ７１  流路  ７２  ポンプ  ７３  熱交換器  ７４  熱源  
８０  暖房システム  ８１  循環路  ８２  ポンプ  ８３  採熱熱交換器  ８４  暖房装置  ８５  潜熱蓄熱体  
９１  湯量制限弁  ９２  混合弁  ９３  給湯管  ９４  給水管  ９５  排水弁  ９６  排水管  
１００、１１０  給湯装置    １２０  冷房装置  １３０、１４０  複合装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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