(57)【要約】【課題】省エネルギーが達成可能な給湯システムを提供する。【解決手段】給湯システム１は、給湯に用いる水を貯蓄する貯湯槽２５、貯湯槽２５の水を昇温させるヒートポンプ式給湯機２６、貯湯槽２５に補給する補給水を昇温させる太陽熱ヒートポンプ２１、補給水を一旦貯蓄するバッファタンク２２とを具備する。バッファタンク２２は、貯湯槽２５の下部と接続される。また、水源からの補給水は、バッファタンク２２の補給水と合流させて太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部に流し、昇温させる。この際、太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部を流れる水量を一定量確保するために、配管１６に設けたバルブ４５の開度を、太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部を流れる水量に応じて比例制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯に用いる水を貯蓄する貯湯槽と、
前記貯湯槽に補給する補給水を昇温させるヒートポンプと、
前記補給水を一旦貯蓄するバッファタンクと、
水源と前記バッファタンクを接続し、途中に前記ヒートポンプの熱交換部が設けられる第１の配管と、
前記バッファタンクと、前記第１の配管の前記熱交換部より水源側とを接続する第２の配管と、
を具備し、
前記第２の配管にバルブが設けられ、
前記ヒートポンプの運転時、水源からの補給水と前記バッファタンクの補給水を合流させて前記熱交換部に流し、その際、前記バルブの開度を、前記熱交換部を流れる水量が一定量確保される様に制御することを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
前記貯湯槽の水を昇温させるヒートポンプを更に具備し、
前記補給水を昇温させるヒートポンプの熱交換部の出口側の水温を、前記貯湯槽の水を昇温させるヒートポンプの熱交換部の出口側の水温より低くすることを特徴とする請求項１記載の給湯システム。
【請求項３】
前記前記補給水を昇温させるヒートポンプが、太陽熱を利用したものであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯分野において、省エネルギーで給湯を行う技術として種々のものが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、貯湯槽の水と市水とを合流させヒートポンプを用いて昇温させるシステムが記載されており、その際、ヒートポンプ出口の水温に応じてバルブ制御を行い市水の導入量を調整することが示されている。また、特許文献２には、貯湯タンクの水をヒートポンプ給湯装置の水熱交換器で昇温させるシステムが記載されている。
【０００４】
また、特許文献３には、ヒートポンプと太陽熱集熱器を併用したシステムとして、太陽熱集熱器で熱せられた温水を蓄える第１貯湯タンクと、ヒートポンプで熱せられた温水を蓄える第２貯湯タンクを備え、これらのタンクを用いて給湯を行うシステムが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−２４８９４６号公報
【特許文献２】特開２００９−４１８６０号公報
【特許文献３】特開２００７−１９８７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、二酸化炭素排出量の削減等の観点から、このような給湯システムにおいても、更なる省エネルギーを達成することが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、省エネルギーが達成可能な給湯システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達するための第１の発明は、給湯に用いる水を貯蓄する貯湯槽と、前記貯湯槽に補給する補給水を昇温させるヒートポンプと、前記補給水を一旦貯蓄するバッファタンクと、水源と前記バッファタンクを接続し、途中に前記ヒートポンプの熱交換部が設けられる第１の配管と、前記バッファタンクと、前記第１の配管の前記ヒートポンプより水源側とを接続する第２の配管と、を具備し、前記第２の配管にバルブが設けられ、前記ヒートポンプの運転時、水源からの補給水と前記バッファタンクの補給水を合流させて前記熱交換部に流し、その際、前記バルブの開度を、前記熱交換部を流れる水量が一定量確保される様に制御することを特徴とする給湯システムである。
【０００９】
本発明では、貯湯槽に補給する補給水を予熱しバッファタンクに一旦貯めておくので、ある程度高い温度となった補給水を貯湯槽へ安定的に補給できる。そして本発明では、この際に補給水を予熱するヒートポンプの運転効率を上げることができる。即ち、ヒートポンプは、熱交換部を流れる水量が下限値を下回ると停止し運転効率の低下や機器の保全上の問題が生じるが、上記のようにバルブ制御を行うことで熱交換部を流れる水量を一定量確保してこれを防ぎ、ヒートポンプの運転効率を上げることができる。
【００１０】
前記貯湯槽の水を昇温させるヒートポンプを更に具備し、前記補給水を昇温させるヒートポンプの熱交換部の出口側の水温を、前記貯湯槽の水を昇温させるヒートポンプの熱交換部の出口側の水温より低くすることが望ましい。
ヒートポンプは、出口側の水温が低い程加熱効率が良いことから、２つのヒートポンプにより給湯に用いる水を２段階に昇温するシステムでは、補給水を予熱するヒートポンプの熱交換部の出口側の温度を低くすることで効率を上げることができる。
【００１１】
前記補給水を昇温させるヒートポンプが、太陽熱を利用したものであることが望ましい。
これにより、ヒートポンプ自体を省エネルギー性の高いものとできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、省エネルギーが達成可能な給湯システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】給湯システム１を示す図
【図２】給湯システム１の制御を示す図
【図３】給湯システム１の制御を示す図
【図４】給湯システム１ａを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の給湯システム等の実施形態について説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
（給湯システム１）
図１は、第１の実施形態の給湯システム１を示す図である。
図に示すように、給湯システム１は、太陽熱ヒートポンプ２１、バッファタンク２２、貯湯槽２５、ヒートポンプ式給湯機２６、加温用ヒータ２８、蛇口３０等を有し、これらを配管１１〜１６を用いて接続するとともに、各配管に適宜ポンプ４２〜４４やバルブ４５、４６を設けたものである。
【００１６】
貯湯槽２５は、給湯に用いる水を、槽上部を高温、例えば６５℃以上として貯めておくものである。給湯システム１では、貯湯槽２５の上部から供給した水をポンプ４３を用いて配管１４で循環させ、その途中に設けた蛇口３０等から給湯が行われるようになっている。給湯が行われると、その減少分が、貯湯槽２５の上部から配管１４へと新たに給水される。
【００１７】
配管１４には加温用ヒータ２８が設けられる。加温用ヒータ２８は、配管１４を循環する水の放熱ロスによる温度低下を補い、これを一定温度、例えば６０℃以上に維持するために加温する。
【００１８】
ヒートポンプ式給湯機２６は、貯湯槽２５の水を一定温度以上に保つために用いられる。ヒートポンプ式給湯機２６は、空気熱等を熱源として利用した熱交換により貯湯槽２５内の水を昇温させる。
【００１９】
貯湯槽２５の水は、貯湯槽２５の下部から配管１２を経由してヒートポンプ式給湯機２６の熱交換部へと通される。この水はヒートポンプ式給湯機２６の熱交換部で昇温され、配管１３を通って貯湯槽２５の上部に入る。これにより、貯湯槽２５の水は槽上部で高温に保たれ、下部ではそれより低い温度となっている。給湯に用いる水を高温に維持しておくことは、レジオネラ菌対策など、衛生面の観点からも必要である。なお、水の循環は、配管１３に設けたポンプ４２により行われる。
【００２０】
ヒートポンプ式給湯機２６は、夜間に安価な電力を用いて稼働させ、例えば、熱交換部の配管１３側の出口温度が６５℃以上となるように制御する。このヒートポンプ式給湯機２６には、通常の給湯システムで用いられる大温度差のヒートポンプを使用でき、出入口の水温差が大きい場合に効率がよい利点がある。
【００２１】
ところで、前記のように蛇口３０等での給湯時には貯湯槽２５内の水が減少するので、その減少分は貯湯槽２５へ補給される必要がある。従来、この補給水としては、水源から貯湯槽２５へ常温の水を直接供給することが多いが、本実施形態では、この補給水を予熱するとともに、バッファタンク２２に一旦貯蓄する。
【００２２】
そして、貯湯槽２５の水の減少時には、これを補うために、バッファタンク２２から配管１１を経由して貯湯槽２５の下部へと補給水が補給される。バッファタンク２２の補給水の減少分は水源から給水される。
【００２３】
太陽熱ヒートポンプ２１は、水源から給水される補給水等の予熱に利用される。太陽熱ヒートポンプ２１は、太陽熱・空気熱を熱源として利用した熱交換により水温を上昇させるもので、昼間かつ日射がある効率が良い時間帯に運転し、補給水の予熱を行う。
【００２４】
ところで、ヒートポンプは、熱交換部の流量が下限値を下回ると停止し運転効率の低下や機器の保全上の問題が生じることが知られている。水源からの給水状態は給湯量などの要因により常時変動する可能性があるので、これにより太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部の流量が低下し運転効率が低下する恐れがある。
【００２５】
そのため、本実施形態では、水源からの補給水とバッファタンク２２の補給水とを合流させ、一定の水量を確保して太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部に流すようにする。そのため、配管１５、１６やバルブ４６等が以下説明するように設けられる。
【００２６】
配管１５は水源とバッファタンク２２とを接続するもので、この配管１５には、上記の太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部の他、ポンプ４４とバルブ４６が設けられる。また、バッファタンク２２と、配管１５の太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部、ポンプ４４、バルブ４６より水源側とが配管１６で接続される。この配管１６にはバルブ４５が設けられる。
【００２７】
ここで、バルブ４５は、比例制御による開度調整が可能なものであり、バルブ４６は、少なくとも開閉の二位置制御が可能なものである。これらのバルブには、例えば電動二方弁を用いることができる。
【００２８】
本実施形態では、このように配管等を構成して、後述するバルブ等の制御により水源からの補給水とバッファタンク２２からの補給水を合流させ、太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部で昇温し、予熱を行う。
【００２９】
なお、太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部のバッファタンク２２側の出口温度は、運転効率を考慮し前記のヒートポンプ式給湯機２６の熱交換部の出口温度より低くしておく。例えば、５〜５０℃程度とする。
【００３０】
本実施形態では、このようにして、バッファタンク２２の補給水が、前記の貯湯槽２５上部の水温、あるいはヒートポンプ式給湯機２６の熱交換部の出口温度より低い中温程度に保たれている。
【００３１】
（給湯システム１の制御）
次に、図２、図３を参照して、給湯システム１の制御について説明する。図２は太陽熱ヒートポンプ２１、ヒートポンプ式給湯機２６、バルブ４５、４６の制御を示す図である。また、図３はこれらの制御に伴う水の流れを示す図である。
【００３２】
図２に示すように、ヒートポンプ式給湯機２６は夜間に稼働させる。図３（ａ）に示すように、前記の通り配管１２、ヒートポンプ式給湯機２６の熱交換部、配管１３の順に貯湯槽２５の水をポンプ４２を用いて循環させ（矢印ａ）、その途中にあるヒートポンプ式給湯機２６の熱交換部で循環水を昇温させる。
【００３３】
一方、夜間は日射がないので太陽熱ヒートポンプ２１は運転せず、バルブ４６は閉状態である。なお、バルブ４５は全開とし、水源からの補給水は配管１６を経由してバッファタンク２２に供給される（矢印ｂ）。
【００３４】
図２に示すように、太陽熱ヒートポンプ２１は昼間で日射がある場合に稼働させる。また、ポンプ４４も稼働させ、バルブ４６は開状態とする。更に、バルブ４５の開度は、太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部を流れる水量が一定量確保されるように比例制御を行う。なお、ヒートポンプ式給湯機２６は省コストの観点から昼間は停止状態としている。
【００３５】
すると、図３（ｂ）に示すように、水源からの補給水（矢印ｃ）と、バッファタンク２２から配管１６を通って循環した補給水（矢印ｄ）が合流し、一定量以上の水量となって太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部に流れ（矢印ｅ）、熱交換部で昇温され、バッファタンク２２に給水される。
【００３６】
バルブ４５の比例制御については、例えば配管１５において太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部とバッファタンク２２の間に水量センサ（不図示）を設けておき、水量が少なくなればバルブ４５の開度を大きくし、水量が多くなればバルブ４５の開度を小さくするように制御する。これにより、バッファタンク２２からの補給水の量を増減し、太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部を流れる水量を一定量確保することができる。
【００３７】
昼間で日射が無い場合には、図２に示すように、太陽熱ヒートポンプ２１は運転せず、バルブ４６を閉状態とする。一方、バルブ４５は全開とする。すると、図３（ｃ）に示すように、水源からの補給水は配管１６を通って（矢印ｆ）、バッファタンク２２に供給される。ヒートポンプ式給湯機２６は、上記と同様停止状態としている。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、貯湯槽２５に補給する補給水を予熱し、バッファタンク２２に一旦貯めておくので、ある程度高い温度となった補給水を貯湯槽２５へと安定的に補給できる。そして、この際、配管１６に設けたバルブ４５の比例制御により、予熱に用いる太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部を流れる水量を一定量確保し、その運転効率を上げることができる。即ち、太陽熱ヒートポンプ２１は、熱交換部を流れる水量が下限値を下回ると運転効率が落ちる等の問題があるが、上記のようにバルブ制御を行うことで熱交換部を通る水量を一定量確保してこれを防ぎ、太陽熱ヒートポンプ２１の運転効率を上げることができる。
【００３９】
また、補給水は貯湯槽２５の下部へ補給するので、貯湯槽２５内で、上部を高温とし下方に行くに従って緩やかに水温が低下する、安定的な水温分布が形成でき、水温の制御が容易になり運転効率が向上する。また、熱伝導等による貯湯槽２５内の水温変動も少ない。
【００４０】
さらに、本実施形態では給湯システム１において太陽熱ヒートポンプ２１、ヒートポンプ式給湯機２６を利用するので、それぞれの稼働に適した気象条件あるいは時間帯等で運転させることで、省エネルギーあるいは省コストで水温を上昇させることができる利点もある。
【００４１】
加えて、太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部の出口側の水温は、ヒートポンプ式給湯機２６の熱交換部の出口側の水温より低くする。ヒートポンプは熱交換部の出口側の水温が低い程加熱効率が良いことから、これにより太陽熱ヒートポンプ２１の運転効率を上げることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、補給水の予熱に太陽熱を利用した太陽熱ヒートポンプ２１を用いるので、ヒートポンプ自体を省エネルギー性の高いものとできる。ただし、太陽熱ヒートポンプ２１に替えて、その他の熱源を利用するヒートポンプを用いてもよい。
【００４３】
次に、本発明の別の例について、第２の実施形態として説明する。なお、第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点を主に説明し、同様の点は説明を省略する。
【００４４】
［第２の実施形態］
図４に示す第２の実施形態の給湯システム１ａは、前記した配管１２と配管１３を途中でバイパスする配管１７を設け、該配管１７にバルブ４７を配置し、ヒートポンプ式給湯機２６からの水を配管１７を経由して貯湯槽２５からの水に合流させながら、ヒートポンプ式給湯機２６による昇温を行う点で第１の実施形態と異なる。
【００４５】
バルブ４７は、ヒートポンプ式給湯機２６の熱交換部の出口側の温度が一定温度、例えば６５℃以上となるように比例制御を行う。即ち、水温が低ければバルブ４７の開度を大きくする。
【００４６】
この場合のヒートポンプ式給湯機２６としては、一般的に空調用途などで多く用いられる、出入口温度差を５〜１０℃程度としたヒートポンプを用いることができる。
【００４７】
この第２の実施形態でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、ヒートポンプ式給湯機２６において、例えば熱交換部の入口側の水温を６０℃、出口側の水温を６５℃と、出入口温度差を小さくした場合でも、ヒートポンプの運転効率が高い利点がある。
【００４８】
なお、以上の実施形態では貯湯槽２５の水を昇温させるためにヒートポンプ式給湯機２６を用いているが、これに限ることはない。例えば、エネルギー効率の問題はあるものの電気ヒータ等の電気機器を用いることも考えられるし、あるいは、廃熱利用等、ヒートポンプや電気機器以外の熱源機構を用いる場合もある。
【００４９】
また、以上の実施形態では、バッファタンク２２に、前記した太陽熱ヒートポンプ２１、配管１５、１６、ポンプ４４、バルブ４５、４６による構成を適用し、補給水を昇温しているが、同様の構成を貯湯槽２５の水の昇温に利用することも可能である。すなわち、上記の構成を貯湯槽２５に対して適用し、直接貯湯槽２５の水の昇温に用いることも可能である。この際前記と同様に、バルブ４５等の比例制御により太陽熱ヒートポンプ２１の熱交換部の流量を一定量確保することができる。
【００５０】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５１】
１、１ａ：給湯システム
１１〜１７：配管
２１：太陽熱ヒートポンプ
２２：バッファタンク
２５：貯湯槽
２６：ヒートポンプ式給湯機
２８：加温用ヒータ
４２〜４４：ポンプ
４５〜４７：バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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