(57)【要約】【課題】ヒートポンプ給湯機と蓄電池と貯湯タンクとを備えた給湯システムにおいて、蓄電池の冷却と蓄電池の放熱の有効利用を確実に行う。【解決手段】給湯システムに、蓄電池（11）を水で冷却する冷却器（15）と、冷却器（15）で蓄電池（11）と熱交換して加熱された温水を蓄える補助タンク（4）と、貯湯タンク（40）の湯量が満湯未満のときに前記補助タンク（4）の温水を前記貯湯タンク（40）へ供給する供給ポンプ（56）とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプ給湯機（5）と、
前記ヒートポンプ給湯機（5）の電力を蓄える蓄電池（11）と、
前記ヒートポンプ給湯機（5）で生成した温水を蓄える貯湯タンク（40）と、
前記蓄電池（11）を水で冷却する冷却器（15）と、
前記冷却器（15）及び補助タンク（4）が接続されて前記冷却器（15）と前記補助タンク（4）との間で水を循環させるともに前記冷却器（15）で前記蓄電池（11）と熱交換して加熱された温水を前記補助タンク（4）に蓄えるように構成された冷却回路（3）と、
前記貯湯タンク（40）の湯量が満湯未満のときに前記補助タンク（4）の温水を前記貯湯タンク（40）へ供給する供給機構（56）と、
を備えていることを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記貯湯タンク（40）の温水と市水とを混合して温度調整する混合弁（63）を備え、
前記補助タンク（4）は、前記混合弁（63）へ市水を送る市水供給管（65）に設けられていることを特徴とする給湯システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記ヒートポンプ給湯機（5）と前記貯湯タンク（40）との間で水が循環する温水回路（50）を備え、
前記補助タンク（4）は、前記貯湯タンク（40）の下流側且つ前記ヒートポンプ給湯機（5）の上流側に位置するように、前記温水回路（50）に設けられていることを特徴とする給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯機と貯湯タンクと蓄電池とを備えた給湯システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒートポンプ給湯機と貯湯タンクと蓄電池とを備えた給湯システムが知られている。そして、これらの給湯システムの中には、特許文献１に示すように、ヒートポンプ給湯機の冷媒回路の冷媒と蓄電池とを熱交換させて蓄電池を冷却する冷却器を備えるものがある。この冷却器は、冷媒回路の膨張弁と蒸発器との間に接続され、膨張弁で減圧された後の低圧冷媒と蓄電池とを熱交換する。また、この熱交換によって蓄電池の放熱が熱回収され、この回収した熱が冷媒回路の冷媒の加熱に利用される。
【０００３】
ところで、この給湯システムでは、蓄電池の電力を利用してヒートポンプ給湯機の沸き上げ運転が行われる。このことから、蓄電池の放電運転とヒートポンプ給湯機の沸き上げ運転とは同じタイミングで行われ、放電中の蓄電池はヒートポンプ給湯機の冷媒回路の冷媒によって常に冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６１９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、蓄電池の充電運転とヒートポンプ給湯機の沸き上げ運転とは必ずしも同じタイミングで行われるとは限らず、仮にこれらの運転を同時に行ったとしても、貯湯タンクの湯量が満湯の場合には、ヒートポンプ給湯機の沸き上げ運転を停止しなければならず、従来の給湯システムでは、充電中の蓄電池を確実に冷却し且つ蓄電池の放熱の有効利用できるとは言い難かった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒートポンプ給湯機と蓄電池と貯湯タンクとを備えた給湯システムにおいて、蓄電池の冷却と蓄電池の放熱の有効利用を確実に行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、ヒートポンプ給湯機（5）と、前記ヒートポンプ給湯機（5）の電力を蓄える蓄電池（11）と、前記ヒートポンプ給湯機（5）で生成した温水を蓄える貯湯タンク（40）と、前記蓄電池（11）を水で冷却する冷却器（15）と、前記冷却器（15）及び補助タンク（4）が接続されて前記冷却器（15）と前記補助タンク（4）との間で水を循環させるともに前記冷却器（15）で前記蓄電池（11）と熱交換して加熱された温水を前記補助タンク（4）に蓄えるように構成された冷却回路（3）と、前記貯湯タンク（40）の湯量が満湯未満のときに前記補助タンク（4）の温水を前記貯湯タンク（40）へ供給する供給機構（56）とを備えている給湯システムである。
【０００８】
第１の発明では、蓄電池（11）が冷却器（15）の水によって冷却される。また、冷却器（15）の水は蓄電池（11）で加熱されて温水となった後に補助タンク（4）に溜まる。蓄電池（11）の熱が補助タンク（4）の温水として蓄熱される。そして、貯湯タンク（40）の湯量が満湯未満のときに、補助タンク（4）の温水が貯湯タンク（40）へ供給される。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記貯湯タンク（40）の温水と市水とを混合して温度調整する混合弁（63）を備え、前記補助タンク（4）は、前記混合弁（63）へ市水を送る市水供給管（65）に設けられている。
【００１０】
第２の発明では、市水供給管（65）の市水が前記補助タンク（4）を通過し、その市水とともに前記補助タンク（4）の温水が混合弁（63）へ流入する。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、前記ヒートポンプ給湯機（5）と前記貯湯タンク（40）との間を接続する温水回路（50）を備え、前記補助タンク（4）は、前記貯湯タンク（40）の下流側且つ前記ヒートポンプ給湯機（5）の上流側に位置するように、前記温水回路（50）に設けられている。
【００１２】
第３の発明では、貯湯タンク（40）の水が補助タンク（4）を通過し、貯湯タンク（40）の水とともに補助タンク（4）の温水がヒートポンプ給湯機（5）へ流入する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蓄電池（11）を冷却器（15）の水で冷却するようにしたので、貯湯タンク（40）の湯量が満湯でヒートポンプ給湯機（5）が停止した場合でも、充電中の蓄電池（11）を冷却することができる。また、冷却器（15）で前記蓄電池（11）と熱交換して加熱された温水を補助タンク（4）に蓄えるようにしたので、蓄電池（11）の熱を補助タンク（4）の温水にして熱回収し、その回収した熱を補助タンク（4）に蓄えることができる。また、前記貯湯タンク（40）の湯量が満湯未満のときに前記補助タンク（4）の温水を前記貯湯タンク（40）へ供給するようにしたので、貯湯タンク（40）へ供給された温水を給湯に利用することができる。
【００１４】
また、前記第２の発明によれば、混合弁（63）へ市水を送る市水供給管（65）に前記補助タンク（4）を設けるようにしたので、市水とともに前記補助タンク（4）の温水を混合弁（63）へ送ることができる。これにより、前記補助タンク（4）の温水が混合弁（63）へ送られるので、前記貯湯タンク（40）から混合弁（63）へ流入する温水の量を減らすことができ、補助タンク（4）の温水の有効利用を図ることができる。
【００１５】
また、前記第３の発明によれば、温水回路（50）に前記補助タンク（4）を設けるようにしたので、貯湯タンク（40）の水が補助タンク（4）を通過し、貯湯タンク（40）の水とともに補助タンク（4）の温水をヒートポンプ給湯機（5）へ送ることができる。これにより、前記補助タンク（4）の温水がヒートポンプ給湯機（5）へ送られるので、ヒートポンプ給湯機（5）の温水の生成量を減少させることができ、補助タンク（4）の温水の有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態の給湯システムの全体構成図である。
【図２】図２は、本実施形態の変形例の給湯システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１８】
本実施形態の給湯システム（1）は、図１に示すように、熱源ユニット（10）とタンクユニット（30）とを備えている。熱源ユニット（10）は、ヒートポンプ給湯機（5）と制御部（70）とを備えている。タンクユニット（30）は、貯湯タンク（40）と温水回路（50）とを備えている。また、給湯システム（1）は、蓄電池（11）を備えている。この蓄電池（11）は、タンクユニット（30）に収容されている。
【００１９】
熱源ユニット（10）のヒートポンプ給湯機（5）は、冷凍サイクルの冷媒回路（20）と送風ファン（25）とを備えている。ヒートポンプ給湯機（5）の冷媒回路（20）は、圧縮機（21）と給湯用熱交換器（22）と内部熱交換器（26）と膨張弁（23）と空気熱交換器（24）とが接続されている。この冷媒回路（20）には、冷媒として二酸化炭素が封入されている。
【００２０】
圧縮機（21）は、ケーシング内に圧縮機構及び電動機を収容した密閉型圧縮機により構成されている。圧縮機（21）は、図示しないインバータによって運転容量が可変に構成されている。給湯用熱交換器（22）は、冷媒回路（20）の放熱器として機能する。給湯用熱交換器（22）は、冷媒通路（22a）及び水通路（22b）を有し、冷媒通路（22a）の冷媒と水通路（22b）の水とを熱交換するように構成されている。本実施形態では、給湯用熱交換器（22）の水通路（22b）がタンクユニット（30）の温水回路（50）に接続されている。
【００２１】
内部熱交換器（26）は、第１通路（26a）と第２通路（26b）を有し、これらの流路（26a,26b）を流れる冷媒同士を熱交換するように構成されている。内部熱交換器（26）の第１通路（26a）は給湯用熱交換器（22）の冷媒側出口と膨張弁（23）の入口との間に接続され、内部熱交換器（26）の第２通路（26b）は空気熱交換器（24）の冷媒側出口と圧縮機（21）の吸入口との間に接続されている。
【００２２】
膨張弁（23）は、その開度が制御部（70）により調整される電動式のものである。空気熱交換器（24）は、冷媒回路（20）の蒸発器として機能する。空気熱交換器（24）は、空気通路と冷媒回路（20）に接続された冷媒通路とを有し、空気通路の空気と冷媒通路の冷媒とが熱交換するように構成されている。空気熱交換器（24）の近傍に熱源ユニット（10）の送風ファン（25）が配置されている。送風ファン（25）によって空気熱交換器（24）の空気通路へ空気が供給される。熱源ユニット（10）の制御部（70）は、給湯システム（1）の運転制御を行うものである。
【００２３】
タンクユニット（30）の貯湯タンク（40）は、両端を閉塞した縦長の筒状に形成されている。貯湯タンク（40）の上部には、前記貯湯タンク（40）へ温水を注水するための第１注水口と、前記貯湯タンク（40）から出湯する出湯口とが設けられている。貯湯タンク（40）の下部には、前記貯湯タンク（40）へ温水を注水するための第２注水口と、前記貯湯タンク（40）からヒートポンプ給湯機（5）へ水を送る送水口と、前記貯湯タンク（40）へ市水を送る市水口とが設けられている。また、貯湯タンク（40）は複数の温度センサ （16）が取り付けられている。これらの温度センサ （16）は、貯湯タンク（40）の高さ方向へ所定の間隔を空けて配列されている。これらの温度センサ （16）の検出値に基いて、制御部（70）において前記貯湯タンク（40）の湯量が検出される。
【００２４】
タンクユニット（30）の温水回路（50）は、温水ポンプ（51）と第１三方弁（53）と貯湯タンク（40）とが接続された閉回路で構成されている。この温水回路（50）には、上述したように、熱源ユニット（10）の給湯用熱交換器（22）の水通路（22b）の流入口（22c）と流出口（22d）とが接続されている。温水ポンプ（51）は、貯湯タンク（40）の送水口と給湯用熱交換器（22）の水通路（22b）の流入口（22c）との間に接続されている。第１三方弁（53）は、その第１ポート（P1）が給湯用熱交換器（22）の水通路（22b）の流出口（22d）に接続され、第２ポート（P2）が貯湯タンク（40）の第１注水口に接続され、第３ポート（P3）が貯湯タンク（40）の第２注水口に接続されている。
【００２５】
また、タンクユニット（30）は、給水配管（62）と市水分岐配管（65）と市水配管（64）と第２三方弁（63）と補助タンク（4）と冷却回路（3）と供給ポンプ（56）とを備えている。市水分岐配管（65）が、本発明の市水供給管を構成する。第２三方弁（63）が、本発明の混合弁を構成する。
【００２６】
給水配管（62）は、その一端が貯湯タンク（40）の出湯口に接続されて他端が第２三方弁（63）の第１ポートに接続されている。市水配管（64）は、その一端が貯湯タンク（40）の市水口に接続されて他端が市水の供給源に接続されている。市水分岐配管（65）は、その一端が第２三方弁（63）の第２ポートに接続されて他端が市水配管（64）の途中に接続されている。また、市水分岐配管（65）の途中に補助タンク（4）が接続されている。この補助タンク（4）には温度センサ（17）が取り付けられている。この温度センサ（17）により、補助タンク（4）の水温が検出される。また、補助タンク（4）には冷却回路（3）が接続されている。
【００２７】
この冷却回路（3）は、冷却ポンプ（55）と補助タンク（4）と冷却器（15）とが接続された閉回路である。冷却器（15）は、蓄電池（11）に取り付けられている。冷却器（15）は、冷却回路（3）に接続された水通路を有し、該水通路の水と蓄電池（11）とが熱交換して前記蓄電池（11）が冷却される。また、補助タンク（4）と貯湯タンク（40）との間には供給ポンプ（56）が接続されている。この供給ポンプ（56）が本発明の供給機構を構成する。
【００２８】
−運転動作−
次に、給湯システム（1）の運転動作について説明する。この給湯システム（1）は、夜間電力を利用して充電運転と沸き上げ運転とを行い、この沸き上げ運転で貯湯タンク（40）に溜めた温水を昼間に利用する。また、昼間に貯湯タンク（40）の湯量が不足した場合に蓄電池（11）の電力によりヒートポンプ給湯機（5）の沸き上げ運転を行い、不足分の湯量を補うように構成されている。これにより、ユーザの使用電力の低コスト化が図られる。
【００２９】
給湯システム（1）の沸き上げ運転時の冷媒回路（20）では、圧縮機（21）の起動によって臨界点を超える圧力まで圧縮された冷媒が吐出される。この冷媒は給湯用熱交換器（22）により温水回路（50）の水へ放熱する。この放熱により温水回路（50）の水が加熱される。給湯用熱交換器（22）で放熱した冷媒が内部熱交換器（26）の第１通路（26a）へ流入して内部熱交換器（26）の第２通路（26b）の冷媒に放熱した後に膨脹弁（23）により減圧される。この膨脹弁（23）の開度は、例えば圧縮機（21）の吸入冷媒の過熱度が所定値となるように調整される。膨脹弁（23）で減圧した冷媒は、空気熱交換器（24）により屋外の空気から吸熱した後に内部熱交換器（26）に流入し、内部熱交換器（26）の第１通路（26a）の冷媒から吸熱した後に圧縮機（21）へ吸入される。そして、その冷媒は圧縮機（21）で再び臨界点を超える圧力まで圧縮された後に、給湯用熱交換器（22）へ向かって吐出される。このように、冷媒が冷媒回路（20）を循環することによって超臨界の冷凍サイクルが行われ、ヒートポンプ給湯機（5）で温水が生成される。
【００３０】
一方、温水回路（50）では、温水ポンプ（51）の起動によって貯湯タンク（40）の下部の水が給湯用熱交換器（22）へ流入し、上述したように冷媒回路（20）の冷媒により加熱されて温水となる。この温水は第１三方弁（53）を通過した後に貯湯タンク（40）へ溜まる。また、給湯システム（1）は、ユーザがシャワー（61）等の給湯口を開くと、貯湯タンク（40）の出湯口から温水が流出する。その温水は、第２三方弁（63）により市水分岐配管の水と混合して温度調整された後にシャワー（61）等から流出する。このとき、貯湯タンク（40）には、温水の流出量と同量の市水が市水配管（64）を通じて流入する。
【００３１】
（蓄電池の冷却運転）
次に、本発明の特徴である蓄電池（11）の冷却運転について説明する。この冷却運転の制御は、給湯システム（1）の制御部（70）で行われる。
【００３２】
この蓄電池（11）の冷却運転では、蓄電池（11）の温度が設定温度以上になると、冷却ポンプ（55）が起動する。この冷却ポンプ（55）の起動により、冷却回路（3）内を水が循環する。冷却器（15）において、冷却回路（3）の水と蓄電池（11）とが熱交換して蓄電池（11）が冷却される。これにより、蓄電池（11）の温度が設定温度よりも低い状態に保たれる。この冷却運転は、蓄電池（11）の放電時又は充電時のみならず、停止時で外気温度が高い場合にも行われる。蓄電池（11）が有する電池セルの許容温度が４０℃以下であり、特に夏場は、蓄電池（11）の停止時でも蓄電池（11）の温度が４０℃を超えることが考えられるからである。
【００３３】
また、冷却器（15）の水は蓄電池（11）で加熱されて温水となった後に補助タンク（4）に溜まる。つまり、蓄電池（11）の熱が補助タンク（4）の温水として蓄熱される。そして、制御部（70）において、貯湯タンク（40）の温度センサ（16）の検出値に基いて貯湯タンク（40）の湯量が満湯未満であることを検出すると、供給ポンプ（56）が起動して補助タンク（4）の温水を貯湯タンク（40）へ供給する。また、この給湯システム（1）では、第２三方弁（63）で温水の温度調整が行われる度に、市水分岐配管（65）の市水が前記補助タンク（4）を通過し、その市水とともに前記補助タンク（4）の温水が第２三方弁（63）へ流入する。
【００３４】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、蓄電池（11）を冷却器（15）の水で冷却するようにしたので、貯湯タンク（40）の湯量が満湯でヒートポンプ給湯機（5）が停止した場合でも、充電中の蓄電池（11）を冷却することができる。また、冷却器（15）で前記蓄電池（11）と熱交換して加熱された温水を補助タンク（4）に蓄えるようにしたので、蓄電池（11）の熱を補助タンク（4）の温水にして熱回収し、その回収した熱を補助タンク（4）に蓄えることができる。また、前記貯湯タンク（40）の湯量が満湯未満のときに前記補助タンク（4）の温水を前記貯湯タンク（40）へ供給するようにしたので、貯湯タンク（40）へ供給された温水を給湯に利用することができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、タンクユニット（30）の第２三方弁（63）へ市水を送る市水分岐配管（65）に前記補助タンク（4）を設けるようにしたので、第２三方弁（63）で温水の温度調整が行われる度に、市水とともに前記補助タンク（4）の温水を第２三方弁（63）へ送ることができる。これにより、前記補助タンク（4）の温水が第２三方弁（63）へ送られる分だけ、前記貯湯タンク（40）から第２三方弁（63）へ流入する温水の量を減らすことができ、補助タンク（4）の温水の有効利用を図ることができる。
【００３６】
−実施形態の変形例−
図２に示す実施形態の変形例の給湯システムは、補助タンク（4）が温水回路（50）に設けられている点が、上述した実施形態とは異なる。以下、実施形態と異なる点のみを説明する。
【００３７】
補助タンク（4）は、貯湯タンク（40）の下流側且つヒートポンプ給湯機（5）の上流側に位置するように温水回路（50）に設けられている。この変形例では、貯湯タンク（40）の水が補助タンク（4）を通過し、貯湯タンク（40）の水とともに補助タンク（4）の温水がヒートポンプ給湯機（5）の給湯用熱交換器（22）へ流入する。
【００３８】
この変形例によれば、温水回路（50）に前記補助タンク（4）を設けるようにしたので、貯湯タンク（40）の水が補助タンク（4）を通過し、貯湯タンク（40）の水とともに補助タンク（4）の温水をヒートポンプ給湯機（5）へ送ることができる。これにより、前記補助タンク（4）の温水がヒートポンプ給湯機（5）へ送られる分だけ、ヒートポンプ給湯機（5）の温水の生成量を減少させることができ、補助タンク（4）の温水の有効利用を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上説明したように、本発明は、ヒートポンプ給湯機と貯湯タンクと蓄電池とを備えた給湯システムについて有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１      給湯システム
４      補助タンク
５      ヒートポンプ給湯機
１０      熱源ユニット
１１      蓄電池
１５      冷却器
２０      冷媒回路
３０      タンクユニット
４０      貯湯タンク
５０      温水回路
５６      供給ポンプ（供給機構）
６３      混合弁（第２三方弁）
６５      市水分岐配管（市水供給管）
７０      制御部
【図１】
2014066491.tif 000003
【図２】
2014066491.tif 000004