(57)【要約】【課題】商用電源を用いなくとも使用することができる給湯システムを提供する。【解決手段】湯水を蓄えられる貯湯タンク、太陽熱集熱器、及び、該太陽熱集熱器で熱を受け取り、貯湯タンクに蓄えられた湯水に該熱を伝えられるように、熱媒体を循環させる熱媒体循環手段、を備えた給湯システムであって、熱媒体循環手段が熱媒体を循環させるための循環ポンプを備えており、循環ポンプに電力を供給する太陽電池を備えている、給湯システムとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を蓄えられる貯湯タンク、太陽熱集熱器、及び、該太陽熱集熱器で熱を受け取り、前記貯湯タンクに蓄えられた前記湯水に該熱を伝えられるように、熱媒体を循環させる熱媒体循環手段、を備えた給湯システムであって、
前記熱媒体循環手段が前記熱媒体を循環させるための循環ポンプと、該循環ポンプに電力を供給する太陽電池と、を備えている、給湯システム。
【請求項２】
前記熱媒体循環手段が、
熱交換器と、
前記熱交換器と前記太陽熱集熱器との間で前記熱媒体を循環させる循環ポンプを備えた第１熱媒体循環手段と、
前記熱交換器と前記貯湯タンクとの間で前記熱媒体を循環させる循環ポンプを備えた第２熱媒体循環手段と、
を備えており、
前記熱交換器において、前記第１熱媒体循環手段を流通する前記熱媒体から前記第２熱媒体循環手段を流通する前記熱媒体へと熱を伝えられる、
請求項１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、太陽熱集熱器を用いた給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年はエネルギーの有効利用のため、排熱や太陽熱などを利用する様々な技術が提案されている。例えば、太陽エネルギーを用いるシステムは環境への負荷が小さいと考えられており、様々な分野で研究されている。
【０００３】
太陽エネルギーを用いるシステムの例としては、特許文献１に開示されているような給湯システムがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４９６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示されている給湯システムのように、太陽熱集熱器を用いた給湯システムでは、太陽熱集熱器と貯湯タンクとの間で熱媒体を循環させるために循環ポンプが必須となる。また、従来の太陽熱集熱器を用いた給湯システムでは、上記循環ポンプを稼働させるために商用電源を用いることが必須となっていた。
【０００６】
しかしながら、商用電源を用いて循環ポンプを稼働させる形態では、自然災害などによる停電時には循環ポンプを稼働させることができず、給湯システムを使用できなくなるという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、商用電源を用いなくとも使用することができる給湯システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、本発明について説明する。
【０００９】
本発明の第１の態様は、湯水を蓄えられる貯湯タンク、太陽熱集熱器、及び、該太陽熱集熱器で熱を受け取り、貯湯タンクに蓄えられた湯水に該熱を伝えられるように、熱媒体を循環させる熱媒体循環手段、を備えた給湯システムであって、熱媒体循環手段が熱媒体を循環させるための循環ポンプと、該循環ポンプに電力を供給する太陽電池と、を備えている、給湯システムである。
【００１０】
上記本発明の第１の態様において、熱媒体循環手段が、熱交換器と、熱交換器と太陽熱集熱器との間で熱媒体を循環させる循環ポンプを備えた第１熱媒体循環手段と、熱交換器と貯湯タンクとの間で熱媒体を循環させる循環ポンプを備えた第２熱媒体循環手段と、を備えており、熱交換器において、第１熱媒体循環手段を流通する熱媒体から第２熱媒体循環手段を流通する熱媒体へと熱を伝えられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の給湯システムによれば、太陽電池を用いることによって、商用電源を用いなくとも循環ポンプを稼働させることができる。したがって、本発明の給湯システムは、水の供給源を確保できれば、自然災害時などによる停電時にも使用することができる。
【００１２】
また、本発明の給湯システムによれば、太陽電池を用いて循環ポンプを稼働させることにより、循環ポンプを稼働させるためのリモコンがなくても適切なタイミングで循環ポンプを稼働させることもできる。循環ポンプを稼働させるべきタイミングは、太陽熱集熱器で熱媒体を加温できる程度に太陽が照っているときであり、そのようなときには太陽電池で発電されて循環ポンプを稼働させることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】給湯システム１００の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、各図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、簡略化している。
【００１５】
図１は、給湯システム１００の構成を概略的に示す図である。給湯システム１００は、貯湯タンク１０、太陽熱集熱器２０、及び、太陽電池４０を備えた熱媒体循環手段３０を備えている。
【００１６】
給湯システム１００によれば、太陽熱集熱器２０からの熱、又は太陽熱集熱器２０からの熱で加温された湯水を貯湯タンク１０に蓄え、必要時に放出することができる。以下、給湯システム１００に備えられる構成要素について説明しつつ、給湯システム１００の利用方法について説明する。
【００１７】
貯湯タンク１０は、湯水を内部に蓄えられるものである。貯湯タンク１０としては、従来の給湯システムに備えられる貯湯タンクを用いることができる。貯湯タンク１０の具体例としては、内部に潜熱蓄熱材及び熱媒体を流通させる配管を備えており、後述するようにして太陽熱集熱器２０から熱を得た熱媒体（湯水）を内部に流通させることによって該潜熱蓄熱材に熱を蓄え、給湯する際には内部を流通する（内部に蓄えられた）熱媒体（湯水）に該潜熱蓄熱材で蓄えた熱を与えることができる形態の貯湯タンクを挙げることができる。以下、給湯システム１００の説明では、貯湯タンク１０が上記のような潜熱蓄熱材を備えた形態である場合について説明する。
【００１８】
太陽熱集熱器２０は、太陽熱を用いて内部を流通する熱媒体を加温できるものである。太陽熱集熱器２０としては、公知の太陽熱集熱器を用いることができる。すなわち、太陽熱集熱器２０は、内部に熱媒体が流通する配管が配設されており、該配管を流れる熱媒体に太陽熱を与えることができる構成を有している。
【００１９】
太陽熱集熱器２０において熱を得た熱媒体は、貯湯タンク１０に蓄えられた湯水に該熱を伝えられるように、熱媒体循環手段３０によって循環される。熱媒体循環手段３０は、熱交換器３３と、熱交換器３３と太陽熱集熱器２０との間で熱媒体を循環させる第１熱媒体循環手段３１と、熱交換器３３と貯湯タンク１０との間で熱媒体を循環させる第２熱媒体循環手段３２と、を備えている。また、第１熱媒体循環手段３１は、配管３１ａ、３１ｂ、循環ポンプ３１ｃ、及びリザーブタンク３１ｄを備えており、第２熱媒体循環手段３２は、配管３２ａ、３２ｂ、循環ポンプ３２ｃ、リザーブタンク３２ｄ、及び三方弁３２ｅ、３２ｆを備えている。太陽熱集熱器２０において熱を得た熱媒体は、第１熱媒体循環手段３１を流通し、熱交換器３３において、第２熱媒体循環手段３２を流通する熱媒体へと熱を伝える。このような熱媒体の流れについて、以下により具体的に説明する。
【００２０】
太陽熱集熱器２０において熱を得た熱媒体は、配管３１ａを通って熱交換器３３へと送られる。一方、貯湯タンク１０からは配管３２ａを通って熱媒体が熱交換器３３へと送られる。そして、熱交換器３３では、太陽熱集熱器２０側から送られた熱媒体と貯湯タンク１０側から送られた熱媒体との間で熱交換を行う。熱交換器３３としては、上記のように熱交換を行えるものであれば特に限定されず、公知の熱交換器を用いることができる。
【００２１】
太陽熱集熱器２０側から熱交換器３３へと送られ、熱交換器３３において熱交換を行った熱媒体は、配管３１ｂを通って太陽熱集熱器２０へと戻される。その後、当該熱媒体は再び太陽熱集熱器２０において熱を得る。配管３１ｂには循環ポンプ３１ｃが設けられており、循環ポンプ３１ｃによって上記のように太陽熱集熱器２０と熱交換器３３との間で熱媒体を循環させることができる。循環ポンプ３１ｃとしては、使用環境に耐え得る直流ポンプであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。また、熱媒体が温度変化することによって生じる該熱媒体の体積変化（膨張収縮）を吸収するため、配管３１ｂにはリザーブタンク３１ｄが設けられていることが好ましい。なお、図１には循環ポンプ３１ｃ及びリザーブタンク３１ｄが配管３１ｂに備えられる形態を例示しているが、循環ポンプ３１ｃ及び／又はリザーブタンク３１ｄは配管３１ａに備えられていてもよい。
【００２２】
一方、貯湯タンク１０側から熱交換器３３へと送られ、熱交換器３３において熱交換を行った熱媒体は配管３２ｂを通って貯湯タンク１０へと戻される。その後、当該熱媒体は貯湯タンク１０内の潜熱蓄熱材へと熱を伝える。配管３２ｂには循環ポンプ３２ｃが設けられており、循環ポンプ３２ｃによって上記のように貯湯タンク１０と熱交換器３３との間で熱媒体を循環させることができる。循環ポンプ３２ｃとしては、使用環境に耐え得る直流ポンプであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。また、熱媒体が温度変化することによって生じる該熱媒体の体積変化（膨張収縮）を吸収するため、配管３２ｂにはリザーブタンク３２ｄが設けられていることが好ましい。なお、図１には循環ポンプ３２ｃ及びリザーブタンク３２ｄが配管３２ｂに備えられる形態を例示しているが、循環ポンプ３２ｃ及び／又はリザーブタンク３２ｄは配管３２ａに備えられていてもよい。
【００２３】
さらに、配管３２ｂには三方弁３２ｅを介して配管３７（以下、「供給管３７」という。）が接続されており、配管３２ａには三方弁３２ｆを介して配管３８（以下、「排出管３８」という。）が接続されている。このように供給管３７、排出管３８、及び三方弁３２ｅ、３２ｆを備えることによって、以下に説明するように、貯湯タンク１０に熱を蓄える工程（以下、「蓄熱工程」ということがある。）と、貯湯タンク１０から湯水を外部に供給する工程（以下、「給湯工程」ということがある。）とを切り替えることができる。
【００２４】
蓄熱工程では、三方弁３２ｅにおいて供給管３７側を閉じるととともに、三方弁３２ｆにおいて排出管３８側を閉じることによって、貯湯タンク１０と熱交換器３３との間で熱媒体を循環させることができる。貯湯タンク１０と熱交換器３３との間で熱媒体を循環させることによって、上記のようにして熱交換器３３で熱を得た熱媒体を配管３２ｂを通して貯湯タンク１０に流入させることができる。貯湯タンク１０に流入した熱媒体は貯湯タンク１０内の潜熱蓄熱材へと熱を伝えた後、配管３２ａを通して熱交換器３３へと送られ、再び熱を得る。このような過程を繰り返すことによって、太陽熱集熱器２０で得た熱を貯湯タンク１０へと伝えて蓄えることができる。
【００２５】
一方、給湯工程では、三方弁３２ｅにおいて熱交換器３３側を閉じるととともに、三方弁３２ｆにおいて熱交換器３３側を閉じることによって、供給管３７から貯湯タンク１０に熱媒体を供給し、その後、貯湯タンク内を流通した熱媒体を、排出管３８を通して貯湯タンク１０から排出することができる。貯湯タンク１０は上記蓄熱工程において熱を蓄えており、供給管３７から供給された熱媒体が貯湯タンク１０内を流通することによって、該熱媒体は貯湯タンク１０で熱を得ることができる。貯湯タンク１０で熱を得た熱媒体は、排出管３８を通して貯湯タンク１０から排出される。このような過程を繰り返すことによって、貯湯タンク１０で蓄えておいた熱を得た熱媒体を利用することができる。すなわち、熱媒体として湯水を用いる場合は、供給管３７から供給された湯水が貯湯タンク１０内を流通することによって加温され、加温された湯水は排出管３８を通して給湯システム１００の利用者に供される。
【００２６】
なお、給湯システム１００において、供給管３７及び排出管３８の間には混合弁３９を設けて両配管を流れる熱媒体が合流可能である形態とすることが好ましい。混合弁３９を用いることによって、給湯システム１００の利用者に供される湯水の温度を調整しやすくなる。
【００２７】
次に、太陽電池４０について説明する。太陽電池４０は、循環ポンプ３１ｃ及び循環ポンプ３２ｃの動力源として機能する。太陽電池４０は、循環ポンプ３１ｃ及び循環ポンプ３２ｃの稼働に必要な電力を供給し得るものであれば特に限定されない。太陽電池４０は循環ポンプ３１ｃ及び循環ポンプ３２ｃの稼働に必要な電力を供給できれば良いため、家庭用電源等に用いられる大型のものである必要はなく、例えば設置面積が１．５ｍ２程度のものでもよい。
【００２８】
通常、太陽電池４０と循環ポンプ３１ｃ、３２ｃとを直接接続することはできないため、本実施形態では、太陽電池４０と循環ポンプ３１ｃ、３２ｃとの間にはＤＣ／ＤＣコンバータ４１、及び定電圧回路・出力回路４２を備えている。通常、太陽電池４０の出力は変動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を用いることによって、適正な電圧に変換することができる。また、定電圧回路・出力回路４２によって、循環ポンプ３１ｃ、３２ｃの仕様に適した電圧を正確に制御し、出力することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１及び定電圧回路・出力回路４２としては、公知のものを特に限定することなく用いることができる。
【００２９】
給湯システム１００によれば、太陽電池４０によって循環ポンプ３１ｃ、３２ｃを稼働させることができるので、商用電源を用いなくとも給湯システム１００を使用することができる。したがって、給湯システム１００は、河川などの水の供給源を確保できれば、自然災害時などによる停電時にも使用することができる。
【００３０】
また、給湯システム１００によれば、太陽電池４０を用いて循環ポンプ３１ｃ、３２ｃを稼働させることにより、循環ポンプ３１ｃ、３２ｃを稼働させるためのリモコンがなくても適切なタイミングで循環ポンプ３１ｃ、３２ｃを稼働させることもできる。循環ポンプ３１ｃ、３２ｃを稼働させるべきタイミングは、太陽熱集熱器２０で熱媒体を加温できる程度に太陽が照っているときであり、そのようなときには太陽電池４０で発電されて循環ポンプ３１ｃ、３２ｃを稼働させることができるからである。すなわち、何ら操作をしなくとも、太陽電池４０で熱媒体を加温できる程度に太陽が照ってくれば、自動的に循環ポンプ３１ｃ、３２ｃが稼働して上述した蓄熱工程を開始し、太陽が沈んだり陰ったりすることによって太陽電池４０で熱媒体を加温できなくなれば、自動的に循環ポンプ３１ｃ、３２ｃを停止して上述した蓄熱工程を終了することができる。
【００３１】
このように、給湯システム１００によれば、太陽電池４０を用いて蓄熱できるタイミングと循環ポンプ３１ｃ、３２ｃを稼働させるタイミングとを同じにすることができるので、無駄なエネルギーの消費を抑えることができる。
【００３２】
これまでの説明では、熱交換器３３を用いることによって、太陽熱集熱器２０で得た熱を、貯湯タンク１０内を流通する熱媒体に伝える形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。すなわち、貯湯タンク内を流通する熱媒体を太陽熱集熱器に流通させることによって、当該熱媒体が太陽熱集熱器から熱を得た後に貯湯タンク内に熱を蓄える形態とすることもできる。ただし、熱交換器を用いる形態とすることによって、太陽熱集熱器において熱を受け取る熱媒体と貯湯タンク内を流通する熱媒体とで別々の熱媒体を用いることができる。例えば、太陽熱集熱器は屋外に設置されるため、太陽熱集熱器において熱を受け取る熱媒体には不凍液を用い、貯湯タンク内を流通する熱媒体には湯水を用いることができる。
【００３３】
また、これまでの説明では、熱交換器３３で得た熱を貯湯タンク１０内の潜熱蓄熱材に伝える熱媒体が流通する管と、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を得て給湯システム１００の使用者に提供される熱媒体が流通する管とが一部共通している形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。熱交換器３３で得た熱を貯湯タンク１０内の潜熱蓄熱材に伝える熱媒体が流通する管と、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を得て給湯システム１００の使用者に提供される熱媒体が流通する管とは、完全に分けて設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  貯湯タンク
２０  太陽熱集熱器
３０  熱媒体循環手段
３１  第１熱媒体循環手段
３２  第２熱媒体循環手段
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３７、３８  配管
３１ｃ、３２ｃ  循環ポンプ
３１ｄ、３２ｄ  リザーブタンク
３２ｅ、３２ｆ  三方弁
３９  混合弁
４０  太陽電池
４１  ＤＣ／ＤＣコンバータ
４２  定電圧回路・出力回路
【図１】
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