(57)【要約】  貯湯式給湯システムは、蓄電部と、ヒートポンプサイクルと、貯水タンクと、水循環経路と、第１の経路と、第２の経路と、第１の温度検知部と、第２の温度検知部と、制御部と、を有する。ヒートポンプサイクルは、第１の冷媒を、循環させる。第１の経路および第２の経路は、第２の冷媒を循環させる。第１の温度検知部は、蓄電部の温度を検知する。第２の温度検知部は、貯水タンクに蓄えられている水の温度を検知する。制御部は、第１の温度検知部で検知される蓄電部の温度が第１の所定の温度より高い場合に、第２の冷媒が第１の経路を流れるように制御する。制御部は、第１の温度検知部で検知される蓄電部の温度が第２の所定の温度より低い場合に、第２の冷媒が第２の経路に流れるように制御する。制御部は、第１の温度検知部で検知される蓄電部の温度が第２の所定温度以上かつ第１の所定温度以下の場合に、第１の経路及び第２の経路を閉止するように制御する。
2012004985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電部と、
圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを有し、第１の冷媒を、前記圧縮器、前記放熱器、前記膨張弁、および、前記蒸発器の順に循環させるヒートポンプサイクルと、
前記放熱器で加熱された水を貯蔵する貯水タンクと、
第１の熱交換器と、
前記貯水タンク内の水を前記貯水タンクから、前記第１の熱交換器、前記放熱器の順に循環させ、再び前記貯水タンクまで戻す水循環経路と、
第２の熱交換器と、
第２の冷媒を、前記第２の熱交換器、前記蒸発器の順に循環させる第１の経路と、
前記第２の冷媒を循環させる経路で、前記第１の経路と切り替えて用いることができる経路であって、前記第２の冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器、の順に循環させる第２の経路と、
前記蓄電部の温度を検知する第１の温度検知部と、
前記貯水タンクに蓄えられている水の温度を検知する第２の温度検知部と、
前記第２の冷媒が循環する経路を切り替える制御部と、を備え、
前記蒸発器は前記第２の冷媒と空気を冷却し、
前記第１の熱交換器は前記水と前記第２の冷媒との熱交換を行い、
前記第２の熱交換器は前記蓄電部と前記第２の冷媒との熱交換を行い、
前記制御部は、前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が第１の所定の温度ＴＢｈより高い場合に、前記第２の冷媒が前記第１の経路を流れるように制御し、
前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が前記第１の所定の温度ＴＢｈよりも低い温度である第２の所定の温度ＴＢｌより低い場合に、前記第２の冷媒が前記第２の経路に流れるように制御し、
前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が前記第２の所定の温度ＴＢｌ以上かつ前記第１の所定の温度ＴＢｈ以下の場合に、前記第１の経路及び前記第２の経路を閉止するように制御する
貯湯式給湯システム。
【請求項２】
前記制御部は前記第２の温度検知部で検知される前記貯水タンク内の水温が前記第２の所定の温度ＴＢｌよりも高い温度である第３の所定温度ＴＷ以上の場合に、前記第２の冷媒が前記第２の経路に流れるように制御する
請求項１記載の貯湯式給湯システム。
【請求項３】
蓄電部と、
圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを有し、第１の冷媒を、前記圧縮器、前記放熱器、前記膨張弁、および、前記蒸発器の順に循環させるヒートポンプサイクルと、
前記放熱器で加熱された水を貯蔵する貯水タンクと、
第１の熱交換器と、
前記貯水タンク内の水を前記貯水タンクから、前記第１の熱交換器、前記放熱器の順に循環させ、再び前記貯水タンクまで戻す水循環経路と、
第２の熱交換器と、
第２の冷媒を前記第２の熱交換器、前記蒸発器の順に循環させる第１の経路と、
前記第１の経路に前記第２の冷媒を循環させる第１のポンプと、
第３の熱交換器と、
第３の冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第３の熱交換器の順に循環させる第２の経路と、
前記第２の経路に前記第３の冷媒を循環させる第２のポンプと、
前記蓄電部の温度を検知する第１の温度検知部と、
前記貯水タンクに蓄えられている水の温度を検知する第２の温度検知部と、
前記第１のポンプ、前記第２のポンプを運転あるいは停止させる制御部と、を備え、
前記蒸発器は前記第２の冷媒と空気を冷却し、
前記第１の熱交換器は前記水と前記第３の冷媒との熱交換を行い、
前記第２の熱交換器は前記蓄電部と前記第２の冷媒との熱交換を行い、
前記第３の熱交換器は前記蓄電部と前記第３の冷媒との熱交換を行い、
前記制御部は、前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が第１の所定の温度ＴＢｈより高い場合に、前記第１のポンプを運転させ、前記第２のポンプを停止させるように制御し、
前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が前記第１の所定の温度ＴＢｈよりも低い温度である第２の所定の温度ＴＢｌより低い場合に、前記第２のポンプを運転させ、前記第１のポンプを停止させるように制御し、
前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が前記第２の所定の温度ＴＢｌ以上かつ前記第１の所定の温度ＴＢｈ以下の場合に、前記第２のポンプ、前記第１のポンプを停止させるように制御する
貯湯式給湯システム。
【請求項４】
前記制御部は前記第２の温度検知部で検知される前記貯水タンク内の水温が前記第２の所定の温度ＴＢｌよりも高い温度である第３の所定温度ＴＷ以上の場合に、前記第２のポンプを運転させ、前記第１のポンプを停止させるように制御する
請求項３記載の貯湯式給湯システム。
【請求項５】
蓄電部と、
圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを有し、第１の冷媒を、前記圧縮器、前記放熱器、前記膨張弁、および、前記蒸発器の順に循環させるヒートポンプサイクルと、
前記放熱器で加熱された水を貯蔵する貯水タンクと、
第１の熱交換器と、
前記貯水タンク内の水を前記貯水タンクから、前記第１の熱交換器、前記放熱器の順に循環させ、再び前記貯水タンクまで戻す水循環経路と、
第２の熱交換器と、
第２の冷媒を、前記第２の熱交換器、前記蒸発器の順に循環させる第１の経路と、
前記第２の冷媒を循環させる経路で、前記第１の経路と切り替えて用いることができる経路であって、前記第２の冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器、の順に循環させる第２の経路と、を備え、
前記蒸発器は前記第２の冷媒と空気を冷却し、
前記第１の熱交換器は前記水と前記第２の冷媒との熱交換を行い、
前記第２の熱交換器は前記蓄電部と前記第２の冷媒との熱交換を行う、
システムの運転方法であって、
前記蓄電部の温度が第１の所定の温度ＴＢｈよりも高い場合は、前記第１の経路を流れる前記第２の冷媒と前記第２の熱交換器により熱交換を行うことにより前記蓄電部を冷却し、
前記蓄電部の温度が前記第１の所定の温度ＴＢｈよりも低い温度である第２の所定の温度ＴＢｌより低い場合は、前記第２の経路を流れる前記第２の冷媒と前記第２の熱交換器により熱交換を行うことにより前記蓄電部を加熱する
貯湯式給湯システムの運転方法。
【請求項６】
前記蓄電部と前記第２の冷媒を前記第２の熱交換器により熱交換を行う場合は、前記第１の熱交換器で、前記第２の所定の温度ＴＢｌよりも高い温度である第３の所定の温度ＴＷ以上の温度の水と前記第２の冷媒との熱交換を行う
請求項５記載の貯湯式給湯システムの運転方法。
【請求項７】
蓄電部と、
圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを有し、第１の冷媒を、前記圧縮器、前記放熱器、前記膨張弁、および、前記蒸発器の順に循環させるヒートポンプサイクルと、
前記放熱器で加熱された水を貯蔵する貯水タンクと、
第１の熱交換器と、
前記貯水タンク内の水を前記貯水タンクから、前記第１の熱交換器、前記放熱器の順に循環させ、再び前記貯水タンクまで戻す水循環経路と、
第２の熱交換器と、
第２の冷媒を前記第２の熱交換器、前記蒸発器の順に循環させる第１の経路と、
前記第１の経路に前記第２の冷媒を循環させる第１のポンプと、
第３の熱交換器と、
第３の冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第３の熱交換器の順に循環させる第２の経路と、
前記第２の経路に前記第３の冷媒を循環させる第２のポンプと、
を備え、
前記蒸発器は前記第２の冷媒と空気を冷却し、
前記第１の熱交換器は前記水と前記第３の冷媒との熱交換を行い、
前記第２の熱交換器は前記蓄電部と第２の冷媒との熱交換を行い、
前記第３の熱交換器は前記蓄電部と前記第３の冷媒との熱交換を行う
システムの運転方法であって、
前記蓄電部の温度が第１の所定の温度ＴＢｈよりも高い場合は、前記第１の経路を流れる前記第２の冷媒と前記第２の熱交換器により熱交換を行うことにより前記蓄電部を冷却し、
前記蓄電部の温度が前記第１の所定の温度よりも低い温度である第２の所定の温度ＴＢｌより低い場合は、前記第２の経路を流れる前記第３の冷媒と前記第３の熱交換器により熱交換を行うことにより前記蓄電部を加熱する
貯湯式給湯システムの運転方法。
【請求項８】
前記蓄電部と前記第３の冷媒を前記第３の熱交換器により熱交換を行う場合は、前記第１の熱交換器で、前記第２の所定の温度ＴＢｌよりも高い温度である第３の所定の温度ＴＷ以上の温度の水と前記第３の冷媒との熱交換を行う
請求項７記載の貯湯式給湯システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式給湯システムとその運転方法に関し、特に蓄電部の充放電効率及びそれを組み合わせたシステムの効率を向上させる制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプサイクルと、系統電力を充放電する二次電池とを組み合わせて利用するシステムが数多く発表されている。ここで、一般的に二次電池の充放電特性は二次電池自体の温度によって大きく影響されることが知られている。そこで、二次電池を適切な温度に調節するために、ヒートポンプで生成される熱を利用するシステムが開示されている（例えば、特許文献１）。【０００３】
また、貯水タンクを伴うヒートポンプサイクルと二次電池とを有するシステムにおいて、二次電池の温度が所定の温度よりも低い場合に、貯水タンク内の中温部の水の熱を二次電池に供給することで二次電池を加熱する構成が開示されている（例えば、特許文献２）。【０００４】
特許文献１においては、二次電池を加熱するために、ヒートポンプから取り出した熱を利用している。しかし、上記のような構成では、二次電池の充放電効率は向上するが、そのためにヒートポンプ側の効率が低下してしまう。【０００５】
また、特許文献２に記載の構成においても、二次電池の効率が向上するかわりに、ヒートポンプ側の効率が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３８７６１号公報
【特許文献２】特開２０１０−００７９５３号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、ヒートポンプの効率を低下させることなく二次電池の温度を効率的に調整する貯湯式給湯システムとその運転方法を提供する。
【０００８】
本発明の貯湯式給湯システムは、蓄電部と、ヒートポンプサイクルと、貯水タンクと、第１の熱交換器と、水循環経路と、第２の熱交換器と、第１の経路と、第２の経路と、第１の温度検知部と、第２の温度検知部と、制御部とを有する。ヒートポンプサイクルは、圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを含む。ヒートポンプサイクルは、第１の冷媒を、圧縮器、放熱器、膨張弁、および、蒸発器、の順に循環させる。貯水タンクは放熱器で加熱された水を貯蔵し水を外部負荷に供給可能となっている。水循環経路は貯水タンク内の水を貯水タンクから、第１の熱交換器、放熱器の順に循環させ、再び貯水タンクまで戻す。第１の経路は第２の冷媒を、第２の熱交換器、蒸発器、の順に循環させる。第２の経路は第２の冷媒を循環させる経路で、第１の経路と切り替えて用いることができる経路であって、第２の冷媒を、第１の熱交換器、第２の熱交換器、の順に循環させる。第１の温度検知部は蓄電部の温度を検知する。第２の温度検知部は貯水タンクに蓄えられている水の温度を検知する。制御部は第２の冷媒が循環する経路を切り替える。蒸発器は第２の冷媒と空気を冷却する。第１の熱交換器は、水と第２の冷媒との熱交換を行う。第２の熱交換器は、蓄電部と第２の冷媒との熱交換を行う。制御部は、第１の温度検知部で検知される蓄電部の温度が第１の所定の温度より高い場合に、第２の冷媒が第１の経路を流れるように制御する。制御部は、第１の温度検知部で検知される蓄電部の温度が第２の所定の温度より低い場合に、第２の冷媒が第２の経路に流れるように制御する。制御部は、第１の温度検知部で検知される蓄電部の温度が第２の所定温度以上かつ第１の所定温度以下の場合に、第１の経路及び第２の経路を閉止するように制御する。
【０００９】
また、本発明の運転方法に用いる貯湯式給湯システムは、蓄電部と、ヒートポンプサイクルと、貯水タンクと、第１の熱交換器と、水循環経路と、第２の熱交換器と、第１の経路と、第２の経路と、第１の温度検知部と、第２の温度検知部と、制御部とを有する。ヒートポンプサイクルは、圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを含む。ヒートポンプサイクルは、第１の冷媒を、圧縮器、放熱器、膨張弁、および、蒸発器、の順に循環させる。貯水タンクは放熱器で加熱された水を貯蔵し水を外部負荷に供給可能となっている。水循環経路は貯水タンク内の水を貯水タンクから、第１の熱交換器、放熱器の順に循環させ、再び貯水タンクへ戻す。第１の経路は第２の冷媒を、第２の熱交換器、蒸発器、の順に循環させる。第２の経路は第２の冷媒を循環させる経路で、第１の経路と切り替えて用いることができる経路であって、第２の冷媒を、第１の熱交換器、第２の熱交換器、の順に循環させる。蒸発器は第２の冷媒と空気を冷却する。第１の熱交換器は、水と第２の冷媒との熱交換を行う。第２の熱交換器は、蓄電部と第２の冷媒との熱交換を行う。
【００１０】
上記システムの運転方法は、蓄電部の温度が第１の所定の温度よりも高い場合は、第１の経路を流れる第２の冷媒と第２の熱交換器により熱交換を行うことにより蓄電部を冷却する。蓄電部の温度が第２の所定の温度より低い場合は、第２の経路を流れる第２の冷媒と第３の熱交換器により熱交換を行うことにより蓄電部を加熱する。
【００１１】
なお、第１の経路と第２の経路とを独立した経路として形成し、それぞれの経路に設けられたポンプの動作を制御部で制御することで、第１の経路と第２の経路とに流れる冷媒の流れを制御しても良い。
【００１２】
本発明の貯湯式給湯システム及びその運転方法によれば、蓄電部の温度を常に最適な温度に調節することができるとともに、ヒートポンプサイクルの効率も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の実施の形態における貯湯式給湯システムの概略図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態における貯湯式給湯システムの制御フロー図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態における他の貯湯式給湯システムの概略図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態における他の貯湯式給湯システムの制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照しながら、本発明の実施の形態の貯湯式給湯システムの基本構成について説明する。図１は本実施の形態における貯湯式給湯システムの概略図である。
【００１５】
この貯湯式給湯システムは、ヒートポンプサイクル１と、貯水タンク２と、蓄電部である二次電池３と、水循環経路４と、第１の経路５と、第２の経路６と、第１の熱交換器７と、第２の熱交換器８と、制御部９とを有する。
【００１６】
ヒートポンプサイクル１は、蒸発器１２と、圧縮器１１、放熱器１２と、膨張弁１３と、それらを順につなぐ配管１４とを有する。配管１４内には作動媒体（第１の冷媒、図示せず）が封入されている。この作動媒体には例えば、水、炭化水素、アンモニア、代替フロン等が用いられている。
【００１７】
貯水タンク２内の水は、貯水タンク２下部の流出口（図示せず）から水循環経路４へと流れ、第１の熱交換器７、放熱器１０の順に通過し、貯水タンク２上部の流入口（図示せず）より貯水タンク２内へ流入する。つまり、水循環経路４において、第１の熱交換器７は、放熱器１２よりも上流側に位置している。また、水循環経路４には、水を循環させるポンプ１５が設けられている。
【００１８】
第１の経路５及び第２の経路６の内部には冷媒（第２の冷媒）が封入されている。第２の冷媒には、作動媒体（第１の冷媒）と同様に、例えば水、炭化水素、アンモニア、代替フロン等が用いられている。第１の経路５において、冷媒（第２の冷媒）は、二次電池３との熱交換を行う第２の熱交換器８、蒸発器１０の順に循環する。第１の経路５には、冷媒（第２の冷媒）を循環させるためのポンプ１６が設けられている。
【００１９】
また、第２の経路６は、第１の経路５と切り換えて用いることができる経路であり、切替弁１７を介して第１の経路５から分岐して形成されている。第２の経路６において冷媒（第２の冷媒）は、切替弁１７から、第１の熱交換器７、第２の熱交換器８を通過して、再度切替弁１７まで循環するよう構成されている。
【００２０】
二次電池３には、第１の温度検出部１８が設けられる。第１の温度検出部１８で検出された温度情報は制御部９に入力される。
【００２１】
貯水タンク２には第２の温度検出部１９が設けられている。第２の温度検出部１９で検出される温度情報は、制御部９に入力される。
【００２２】
なお、第２の温度検出部１９は貯水タンク２内の下部に設けるのが好ましい。これにより、貯水タンク２下部から水循環経路４へと流出する水の温度が計測できるため、より第１の熱交換器７へと流入する水の温度を正確に計測することができる。
【００２３】
ヒートポンプサイクル１の基本的な動作を説明する。
【００２４】
まず蒸発器１０において、作動媒体は外気から熱を奪うことで低温・低圧のガスとなる。蒸発器１０は、外気から熱を奪うとともに、第１の経路５を流れる第２の冷媒からも熱を得ることで作動媒体を蒸発させている。なお、蒸発器１０への熱供給を行う熱源は特に外気や第２の冷媒に限らない。例えば、水等の液体や排ガス等を利用することもできる。
【００２５】
次に圧縮器１１において、作動媒体は圧縮され、高温・高圧化される。
【００２６】
次に、放熱器１２において、作動媒体の熱をサイクル外部の水、空気及び冷媒等と熱交換により放出する。本実施の形態においては、放熱器１２は配管１４を流れる作動媒体と水循環経路４を流通する水との熱交換を行い、水を加熱する。
【００２７】
最後に、膨張弁１３では、高圧の作動媒体が減圧され低温・低圧の液体に戻る。
【００２８】
上記のように、貯水タンク２には、ヒートポンプサイクル１から供給される熱により加熱された水が蓄えられる。ヒートポンプサイクル１と貯水タンク２内の水との熱交換は以下のように行われる。
【００２９】
貯水タンク２内の水は、貯水タンク２と接続される水循環経路４内を循環している。水循環経路４は、貯水タンク２内の下部から水が流出し、貯水タンク２の上部に水が流入するように構成されている。水循環経路４を流れる水は、ヒートポンプサイクル１の放熱器１２において作動媒体（第１の冷媒）と熱交換を行う。これにより、貯水タンク２下部から流出した比較的低温の水に、放熱器１２を介して作動媒体（第１の冷媒）から熱が供給される。熱が供給されることで高温になった水は、水循環経路４から貯水タンク２の上部へ流入する。
【００３０】
このようにして暖められた貯水タンク２内の水は例えば、給湯や暖房等の外部負荷に供給される。
【００３１】
蓄電部としての二次電池３には、夜間において系統電力から電力が充電される。また、系統電力以外にも自然エネルギーを利用した発電機器（例えば太陽電池等）や燃料電池から電力を蓄えても良い。二次電池３に蓄えられた電力は、例えばヒートポンプサイクル１の圧縮器１１の動作に利用される。このようにすることで夜間の安価な電力を利用して、ヒートポンプサイクル１を稼動させることができる。またこれ以外にも、二次電池３に蓄えられた電力は各種電気消費機器、例えば家庭用冷蔵庫やテレビ等に利用することも可能である。
【００３２】
次に図２を用いて、本実施の形態における二次電池３の温度の調整方法を詳細に説明する。図２は、本実施の形態における貯湯式給湯システムの制御部９で所定の時間毎に処理される制御フロー図である。
【００３３】
本システムでは二次電池３が、第２の熱交換器８を介して第１の経路５及び第２の経路を流れる冷媒（第２の冷媒）と熱交換できるよう構成されている。二次電池３は、一般的に温度により充放電性能が大きく変動する。例えば、一般的に用いられるリチウムイオン二次電池の温度特性は常温（２５℃程度）で充放電ロス・劣化が小さく、常温から高温になると劣化が大きくなり、低温になると充放電ロス・劣化、共に大きくなる。本実施の形態におけるシステムでは、制御部９は第２の冷媒が循環する経路を切り替えることで二次電池３の温度を最適な範囲に保つ。
【００３４】
二次電池３の温度が最適な温度（２５℃程度）で運転している場合には、切替弁１７は第１の経路５および第２の経路６のいずれにも冷媒が流入しないよう閉止されている。
【００３５】
まず、制御部９で制御処理が開始されると（図２のＳＴＡＲＴ）、第１の温度検出部１８で検出される二次電池３の温度が所定の温度ＴＢｈ（第１の所定の温度）よりも高いかどうかを判断する（ステップＳ０１）。ここで、ＴＢｈとは、二次電池３の動作に最適な温度の上限値であり、例えば３５℃に設定される。二次電池３の温度がＴＢｈよりも高い場合（ステップＳ０１のＹｅｓ）には、制御部９は、切替弁１７を第１の経路５側に切り替える（ステップＳ０２）。これにより、冷媒（第２の冷媒）が第１の経路５を循環する。そして、蒸発器１０において、第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）と配管１４内を流れる作動媒体（第１の冷媒）とで熱交換が行われる。また、第２の熱交換器８において、二次電池３と第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）とで熱交換が行われる。その結果、二次電池３の持つ熱が作動媒体（第１の冷媒）に移動する。よって、二次電池３は、保有する熱を作動媒体（第１の冷媒）に与えることで冷却される。一方、蒸発器１０は、二次電池３から得た熱を利用して、作動媒体を蒸発させる。制御部９は、温度検出部１８で検出される二次電池３の温度がＴＢｈ以下になるまでこの制御を続け（ステップＳ０３）、二次電池３の温度がＴＢｈ以下になった場合には（ステップＳ０３のＹｅｓ）、切替弁１７を閉止する（ステップＳ０４）。
【００３６】
一方、二次電池３の温度がＴＢｈ以下の場合（ステップＳ０１のＮｏ）には、二次電池３の温度が所定の温度ＴＢｌ（第２の所定の温度）より低いかどうかを判断する（ステップＳ０５）。ここで、ＴＢｌとは、二次電池３の動作に最適な温度の下限値であり、例えば１０℃に設定される。二次電池３の温度が、ＴＢｌ以上の場合（ステップＳ０５のＮｏ）には、制御部９は二次電池３が最適な温度であると判断する。このとき、制御部９は、切替弁１７が開放されている場合には切替弁１７を閉止する（ステップＳ０４）。
【００３７】
一方、二次電池３の温度がＴＢｌより低い場合（ステップＳ０５のＹｅｓ）には、制御部９は第２の温度検出部１９で検出される貯水タンク２内の水の温度が所定の温度ＴＷ（第３の所定の温度）以上かどうかを判断する（ステップＳ０６）。このとき、ＴＷは上記のＴＢｌ以上の温度に設定されるのが好ましく、例えば２０℃に設定される。第２の温度検出部１９により検出される温度がＴＷ以上の場合（ステップＳ０６のＹｅｓ）には、制御部９は切替弁１７を第２の経路６側に切り替える（ステップＳ０７）。
【００３８】
これにより、冷媒（第２の冷媒）が第２の経路６を循環する。そして、第１の熱交換器７において、第２の経路６を流れる冷媒（第２の冷媒）と水循環経路４を流れる水とで熱交換が行われる。また、第２の熱交換器８において、二次電池３と第２の経路６を流れる冷媒（第２の冷媒）とで熱交換が行われる。第１の熱交換器７に流入する水の温度は、二次電池３の温度よりも高いため、結果として、水循環経路４を流れる水から二次電池３へ熱が移動する。よって、二次電池３は加熱され、最適な温度に調節される。また水は、二次電池３に熱を渡すことで、自身の温度は低下する。よって、放熱器１２において、より効率的に作動媒体（第１の冷媒）との熱交換が行われる。結果として、ヒートポンプサイクル１の効率を向上させることができる。制御部９は、温度検出部１８で検出される二次電池３の温度がＴＢｌ以上になるまでこの制御を続け（ステップＳ０８）、二次電池３の温度がＴＢｌ以上になった場合には（ステップＳ０８のＹｅｓ）、切替弁１７を閉止する（ステップＳ０４）。
【００３９】
一方、貯水タンク２内の水の温度がＴＷよりも低い場合（ステップＳ０６のＮＯ）には、制御部９は切替弁１７の切り換えを行わないが、もし切替弁１７が開放されている場合には、切替弁１７を閉止する（ステップＳ０４）。そして、ヒートポンプが停止せず連続動作をした場合の所定時間経過後に、制御部９で再度ステップＳ０６の判断が行われ、貯水タンク２内の水の温度がＴＷよりも高くなった場合（ステップＳ０６のＹｅｓ）には、切替弁１７を第２の経路６側に切り替えて（ステップＳ０７）、二次電池３へ熱を供給する。
【００４０】
上記のような制御処理を制御部９により所定の時間毎に行うことにより二次電池３の温度を最適な範囲に調節することができる。
【００４１】
次に、図３を参照しながら、本実施の形態における他の貯湯式給湯システムの基本構成について説明する。図３は本実施の形態における他の貯湯式給湯システムの概略図である。図１および図２に示したシステムと同様の構成及び動作は説明を割愛し、異なる部分を中心に説明する。本構成においては、第１の経路５と第２の経路６とがそれぞれ独立した経路として形成されている点が異なる。
【００４２】
また、第１の経路５と第２の経路とには、それぞれ冷媒（それぞれ第２の冷媒と第３の冷媒）が封入されている。
【００４３】
第１の経路５には冷媒を循環させるためのポンプ１６が設けられている。また、第２の経路６にも同様に、冷媒を循環させるためのポンプ２１が設けられている。
【００４４】
また、第１の経路５と第２の経路６には、二次電池３と熱交換を行う第２の熱交換器８と第３の熱交換器２０がそれぞれ設けられている。
【００４５】
次に図４を用いて、図３に示す貯湯式給湯システムにおける二次電池３の温度の調整方法を詳細に説明する。図４は、図３に示す貯湯式給湯システムの制御部９で所定の時間毎に処理される制御フロー図である。
【００４６】
このシステムでは二次電池３が、第２の熱交換器８を介して第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）と熱交換できるよう構成されている。さらに二次電池３が第３の熱交換器２０を介して第１の経路とは独立して形成された第２の経路６を流れる冷媒（第３の冷媒）と熱交換できるよう構成されている。
【００４７】
蓄電部としての二次電池３の温度が最適な温度（２５℃程度）で運転している場合には、第１の経路５および第２の経路６のいずれにも冷媒は流動しない。このためには第１の経路５および第２の経路６に設けられたポンプ１６および２１をともに停止すればよい。
【００４８】
まず、制御部９で制御処理が開始されると（図４のＳＴＡＲＴ）、第１の温度検出部１８で検出される二次電池３の温度が所定の温度ＴＢｈ（第１の所定の温度）よりも高いかどうかを判断する（ステップＳ０１）。ここで、ＴＢｈとは、二次電池３の動作に最適な温度の上限値であり、例えば３５℃に設定される。二次電池３の温度がＴＢｈよりも高い場合（ステップＳ０１のＹｅｓ）には、制御部９は、ポンプ１６を運転させ、ポンプ２１を停止させる（ステップＳ０９）。これにより、冷媒（第２の冷媒）が第１の経路５内を循環する。そして、蒸発器１０において、第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）と配管１４内を流れる作動媒体（第１の冷媒）とで熱交換が行われる。また、第２の熱交換器８において、二次電池３と第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）とで熱交換が行われる。その結果、二次電池３の持つ熱が作動媒体（第１の冷媒）に移動する。よって、二次電池３は、保有する熱を作動媒体（第１の冷媒）に与えることで冷却される。一方、蒸発器１０は、二次電池３から得た熱を利用して、作動媒体を蒸発させる。制御部９は、温度検出部１８で検出される二次電池３の温度がＴＢｈ以下になるまでこの制御を続け（ステップＳ０３）、二次電池３の温度がＴＢｈ以下になった場合には（ステップＳ０３のＹｅｓ）、ポンプ１６の運転を停止する（ステップＳ１０）。
【００４９】
一方、二次電池３の温度がＴＢｈ以下の場合（ステップＳ０１のＮｏ）には、二次電池３の温度が所定の温度ＴＢｌ（第２の所定の温度）より低いかどうかを判断する（ステップＳ０５）。ここで、ＴＢｌとは、二次電池３の動作に最適な温度の下限値であり、例えば１０℃に設定される。二次電池３の温度が、ＴＢｌ以上の場合（ステップＳ０５のＮｏ）には、制御部９は二次電池３が最適な温度であると判断する。このとき、制御部９は、もしポンプ１６、２１が運転している場合には、それぞれの運転を停止させる（ステップＳ１３）。
【００５０】
一方、二次電池３の温度がＴＢｌより低い場合（ステップＳ０５のＹｅｓ）には、制御部９は第２の温度検出部１９で検出される貯水タンク２内の水の温度が所定の温度ＴＷ（第３の所定の温度）以上かどうかを判断する（ステップＳ０６）。このとき、ＴＷは上記のＴＢｌ以上の温度に設定されるのが好ましく、例えば２０℃に設定される。第２の温度検出部１９により検出される温度がＴＷ以上の場合（ステップＳ０６のＹｅｓ）には、制御部９はポンプ２１を運転させ、ポンプ１６を停止させることにより、第２の経路６側の冷媒を流動させる（ステップＳ１１）。これにより、冷媒（第３の冷媒）が第２の経路６を循環する。そして、第１の熱交換器７において、第２の経路６を流れる冷媒（第３の冷媒）と水循環経路４を流れる水とで熱交換が行われる。また、第３の熱交換器２０において、二次電池３と第２の経路６を流れる冷媒（第３の冷媒）とで熱交換が行われる。第１の熱交換器７に流入する水の温度は、二次電池３の温度よりも高いため、結果として、水循環経路４を流れる水から二次電池３へ熱が移動する。よって、二次電池３は加熱され、最適な温度に調節される。また水は、二次電池３に熱を渡すことで、自身の温度は低下し、前述の最適な温度に調節され、よって、放熱器１２において、より効率的に作動媒体（第１の冷媒）との熱交換が行われる。結果として、ヒートポンプサイクル１の効率を向上させることができる。制御部９は、温度検出部１８で検出される二次電池３の温度がＴＢｌ以上になるまでこの制御を続け（ステップＳ０８）、二次電池３の温度がＴＢｌ以上になった場合には（ステップＳ０８のＹｅｓ）、ポンプ２１の運転を停止する（ステップＳ１２）。
【００５１】
一方、貯水タンク２内の水の温度がＴＷよりも低い場合（ステップＳ０６のＮｏ）には、制御部９はポンプ１６、２１を運転させず、もしポンプ１６、２１が運転している場合にはポンプ１６、２１を停止させる。そして、ヒートポンプ１が停止せず連続動作をした場合の所定時間経過後に、制御部９で再度ステップＳ０６の判断が行われ、貯水タンク２内の水の温度がＴＷ以上と場合（ステップＳ０６のＹｅｓ）には、ポンプ２１のみを運転させることにより、第２の経路６側に切り替えて（ステップＳ１１）、二次電池３へ熱を供給する。
【００５２】
上記のような制御処理を制御部９により所定の時間毎に行うことにより二次電池３の温度を最適な範囲に調節することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、ステップＳ０６の判断は省略しても構わない。すなわち、二次電池の温度がＴＢｌより低い場合には、貯湯タンク２内の水の温度に関わりなく、第２の経路６の冷媒を流動させるように制御しても構わない。多くの場合、貯湯タンク２内の水の温度はＴＢｌ以上であり、そうでない場合にもヒートポンプが作動することで貯湯タンク２内の水の温度は上昇するので、十分に本発明の効果が得られる。
【００５４】
このように、本実施の形態の貯湯式給湯システムは、蓄電部である二次電池３の温度が最適な温度域よりも高い場合及び低い場合のいずれの場合にも第２の冷媒が流れる経路を切り替える、あるいは高い場合と低い場合に温度の違う第２の冷媒あるいは第３の冷媒が流れるそれぞれ独立した第２の経路及び第３の経路に切り替えることで最適な温度に調整することができる。これにより、二次電池３の充放電効率を向上させることができる。加えて、二次電池３の加熱及び冷却で生じる熱をヒートポンプサイクル１に有効に利用することでヒートポンプサイクル１の効率も向上させることができる。
【００５５】
なお、本実施の形態においては蓄電部として二次電池３を用いているが、二次電池３以外の電気二重層キャパシタ等の素子により蓄電部を構成してもよい。また、温調を行う対象は蓄電部に限らない。ある特定の温度範囲になるよう調節することが好ましいものであれば、温調の対象とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明の貯湯式給湯システムでは、蓄電部を最適な温度に調節することで、蓄電部の充放電効率を向上させることができるとともに、ヒートポンプサイクルの効率も向上させることができる。よって、家庭用の蓄電型ヒートポンプシステム等に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１    ヒートポンプサイクル
２    貯水タンク
３    二次電池（蓄電部）
４    水循環経路
５    第１の経路
６    第２の経路
７    第１の熱交換器
８    第２の熱交換器
９    制御部
１０    蒸発器
１１    圧縮器
１２    放熱器
１３    膨張弁
１４    配管
１５    ポンプ
１６    ポンプ
１７    切替弁
１８    第１の温度検出部
１９    第２の温度検出部
２０    第３の熱交換器
２１    ポンプ
【図１】
2012004985.tif 000003
【図２】
2012004985.tif 000004
【図３】
2012004985.tif 000005
【図４】
2012004985.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月21日(2011.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式給湯システムとその運転方法に関し、特に蓄電部の充放電効率及びそれを組み合わせたシステムの効率を向上させる制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプサイクルと、系統電力を充放電する二次電池とを組み合わせて利用するシステムが数多く発表されている。ここで、一般的に二次電池の充放電特性は二次電池自体の温度によって大きく影響されることが知られている。そこで、二次電池を適切な温度に調節するために、ヒートポンプで生成される熱を利用するシステムが開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、貯水タンクを伴うヒートポンプサイクルと二次電池とを有するシステムにおいて、二次電池の温度が所定の温度よりも低い場合に、貯水タンク内の中温部の水の熱を二次電池に供給することで二次電池を加熱する構成が開示されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
特許文献１においては、二次電池を加熱するために、ヒートポンプから取り出した熱を利用している。しかし、上記のような構成では、二次電池の充放電効率は向上するが、そのためにヒートポンプ側の効率が低下してしまう。
【０００５】
また、特許文献２に記載の構成においても、二次電池の効率が向上するかわりに、ヒートポンプ側の効率が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３８７６１号公報
【特許文献２】特開２０１０−００７９５３号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、ヒートポンプの効率を低下させることなく二次電池の温度を効率的に調整する貯湯式給湯システムとその運転方法を提供する。
【０００８】
本発明の貯湯式給湯システムは、蓄電部と、ヒートポンプサイクルと、貯水タンクと、第１の熱交換器と、水循環経路と、第２の熱交換器と、第１の経路と、第２の経路と、第１の温度検知部と、第２の温度検知部と、制御部とを有する。ヒートポンプサイクルは、圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを含む。ヒートポンプサイクルは、第１の冷媒を、圧縮器、放熱器、膨張弁、および、蒸発器、の順に循環させる。貯水タンクは放熱器で加熱された水を貯蔵し水を外部負荷に供給可能となっている。水循環経路は貯水タンク内の水を貯水タンクから、第１の熱交換器、放熱器の順に循環させ、再び貯水タンクまで戻す。第１の経路は第２の冷媒を、第２の熱交換器、蒸発器、の順に循環させる。第２の経路は第２の冷媒を循環させる経路で、第１の経路と切り替えて用いることができる経路であって、第２の冷媒を、第１の熱交換器、第２の熱交換器、の順に循環させる。第１の温度検知部は蓄電部の温度を検知する。第２の温度検知部は貯水タンクに蓄えられている水の温度を検知する。制御部は第２の冷媒が循環する経路を切り替える。蒸発器は第２の冷媒と空気を冷却する。第１の熱交換器は、水と第２の冷媒との熱交換を行う。第２の熱交換器は、蓄電部と第２の冷媒との熱交換を行う。制御部は、第１の温度検知部で検知される蓄電部の温度が第１の所定の温度より高い場合に、第２の冷媒が第１の経路を流れるように制御する。制御部は、第１の温度検知部で検知される蓄電部の温度が第２の所定の温度より低い場合に、第２の冷媒が第２の経路に流れるように制御する。制御部は、第１の温度検知部で検知される蓄電部の温度が第２の所定温度以上かつ第１の所定温度以下の場合に、第１の経路及び第２の経路を閉止するように制御する。
【０００９】
また、本発明の運転方法に用いる貯湯式給湯システムは、蓄電部と、ヒートポンプサイクルと、貯水タンクと、第１の熱交換器と、水循環経路と、第２の熱交換器と、第１の経路と、第２の経路と、第１の温度検知部と、第２の温度検知部と、制御部とを有する。ヒートポンプサイクルは、圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを含む。ヒートポンプサイクルは、第１の冷媒を、圧縮器、放熱器、膨張弁、および、蒸発器、の順に循環させる。貯水タンクは放熱器で加熱された水を貯蔵し水を外部負荷に供給可能となっている。水循環経路は貯水タンク内の水を貯水タンクから、第１の熱交換器、放熱器の順に循環させ、再び貯水タンクへ戻す。第１の経路は第２の冷媒を、第２の熱交換器、蒸発器、の順に循環させる。第２の経路は第２の冷媒を循環させる経路で、第１の経路と切り替えて用いることができる経路であって、第２の冷媒を、第１の熱交換器、第２の熱交換器、の順に循環させる。蒸発器は第２の冷媒と空気を冷却する。第１の熱交換器は、水と第２の冷媒との熱交換を行う。第２の熱交換器は、蓄電部と第２の冷媒との熱交換を行う。
【００１０】
上記システムの運転方法は、蓄電部の温度が第１の所定の温度よりも高い場合は、第１の経路を流れる第２の冷媒と第２の熱交換器により熱交換を行うことにより蓄電部を冷却する。蓄電部の温度が第２の所定の温度より低い場合は、第２の経路を流れる第２の冷媒と第３の熱交換器により熱交換を行うことにより蓄電部を加熱する。
【００１１】
なお、第１の経路と第２の経路とを独立した経路として形成し、それぞれの経路に設けられたポンプの動作を制御部で制御することで、第１の経路と第２の経路とに流れる冷媒の流れを制御しても良い。
【００１２】
本発明の貯湯式給湯システム及びその運転方法によれば、蓄電部の温度を常に最適な温度に調節することができるとともに、ヒートポンプサイクルの効率も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における貯湯式給湯システムの概略図
【図２】本発明の実施の形態における貯湯式給湯システムの制御フロー図
【図３】本発明の実施の形態における他の貯湯式給湯システムの概略図
【図４】本発明の実施の形態における他の貯湯式給湯システムの制御フロー図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照しながら、本発明の実施の形態の貯湯式給湯システムの基本構成について説明する。図１は本実施の形態における貯湯式給湯システムの概略図である。
【００１５】
この貯湯式給湯システムは、ヒートポンプサイクル１と、貯水タンク２と、蓄電部である二次電池３と、水循環経路４と、第１の経路５と、第２の経路６と、第１の熱交換器７と、第２の熱交換器８と、制御部９とを有する。
【００１６】
ヒートポンプサイクル１は、蒸発器１０と、圧縮器１１、放熱器１２と、膨張弁１３と、それらを順につなぐ配管１４とを有する。配管１４内には作動媒体（第１の冷媒、図示せず）が封入されている。この作動媒体には例えば、水、炭化水素、アンモニア、代替フロン等が用いられている。
【００１７】
貯水タンク２内の水は、貯水タンク２下部の流出口（図示せず）から水循環経路４へと流れ、第１の熱交換器７、放熱器１２の順に通過し、貯水タンク２上部の流入口（図示せず）より貯水タンク２内へ流入する。つまり、水循環経路４において、第１の熱交換器７は、放熱器１２よりも上流側に位置している。また、水循環経路４には、水を循環させるポンプ１５が設けられている。
【００１８】
第１の経路５及び第２の経路６の内部には冷媒（第２の冷媒）が封入されている。第２の冷媒には、作動媒体（第１の冷媒）と同様に、例えば水、炭化水素、アンモニア、代替フロン等が用いられている。第１の経路５において、冷媒（第２の冷媒）は、二次電池３との熱交換を行う第２の熱交換器８、蒸発器１０の順に循環する。第１の経路５には、冷媒（第２の冷媒）を循環させるためのポンプ１６が設けられている。
【００１９】
また、第２の経路６は、第１の経路５と切り換えて用いることができる経路であり、切替弁１７を介して第１の経路５から分岐して形成されている。第２の経路６において冷媒（第２の冷媒）は、切替弁１７から、第１の熱交換器７、第２の熱交換器８を通過して、再度切替弁１７まで循環するよう構成されている。
【００２０】
二次電池３には、第１の温度検知部１８が設けられる。第１の温度検知部１８で検出された温度情報は制御部９に入力される。
【００２１】
貯水タンク２には第２の温度検知部１９が設けられている。第２の温度検知部１９で検出される温度情報は、制御部９に入力される。
【００２２】
なお、第２の温度検知部１９は貯水タンク２内の下部に設けるのが好ましい。これにより、貯水タンク２下部から水循環経路４へと流出する水の温度が計測できるため、より第１の熱交換器７へと流入する水の温度を正確に計測することができる。
【００２３】
ヒートポンプサイクル１の基本的な動作を説明する。
【００２４】
まず蒸発器１０において、作動媒体は外気から熱を奪うことで低温・低圧のガスとなる。蒸発器１０は、外気から熱を奪うとともに、第１の経路５を流れる第２の冷媒からも熱を得ることで作動媒体を蒸発させている。なお、蒸発器１０への熱供給を行う熱源は特に外気や第２の冷媒に限らない。例えば、水等の液体や排ガス等を利用することもできる。
【００２５】
次に圧縮器１１において、作動媒体は圧縮され、高温・高圧化される。
【００２６】
次に、放熱器１２において、作動媒体の熱をサイクル外部の水、空気及び冷媒等と熱交換により放出する。本実施の形態においては、放熱器１２は配管１４を流れる作動媒体と水循環経路４を流通する水との熱交換を行い、水を加熱する。
【００２７】
最後に、膨張弁１３では、高圧の作動媒体が減圧され低温・低圧の液体に戻る。
【００２８】
上記のように、貯水タンク２には、ヒートポンプサイクル１から供給される熱により加熱された水が蓄えられる。ヒートポンプサイクル１と貯水タンク２内の水との熱交換は以下のように行われる。
【００２９】
貯水タンク２内の水は、貯水タンク２と接続される水循環経路４内を循環している。水循環経路４は、貯水タンク２内の下部から水が流出し、貯水タンク２の上部に水が流入するように構成されている。水循環経路４を流れる水は、ヒートポンプサイクル１の放熱器１２において作動媒体（第１の冷媒）と熱交換を行う。これにより、貯水タンク２下部から流出した比較的低温の水に、放熱器１２を介して作動媒体（第１の冷媒）から熱が供給される。熱が供給されることで高温になった水は、水循環経路４から貯水タンク２の上部へ流入する。
【００３０】
このようにして暖められた貯水タンク２内の水は例えば、給湯や暖房等の外部負荷に供給される。
【００３１】
蓄電部としての二次電池３には、夜間において系統電力から電力が充電される。また、系統電力以外にも自然エネルギーを利用した発電機器（例えば太陽電池等）や燃料電池から電力を蓄えても良い。二次電池３に蓄えられた電力は、例えばヒートポンプサイクル１の圧縮器１１の動作に利用される。このようにすることで夜間の安価な電力を利用して、ヒートポンプサイクル１を稼動させることができる。またこれ以外にも、二次電池３に蓄えられた電力は各種電気消費機器、例えば家庭用冷蔵庫やテレビ等に利用することも可能である。
【００３２】
次に図２を用いて、本実施の形態における二次電池３の温度の調整方法を詳細に説明する。図２は、本実施の形態における貯湯式給湯システムの制御部９で所定の時間毎に処理される制御フロー図である。
【００３３】
本システムでは二次電池３が、第２の熱交換器８を介して第１の経路５及び第２の経路６を流れる冷媒（第２の冷媒）と熱交換できるよう構成されている。二次電池３は、一般的に温度により充放電性能が大きく変動する。例えば、一般的に用いられるリチウムイオン二次電池の温度特性は常温（２５℃程度）で充放電ロス・劣化が小さく、常温から高温になると劣化が大きくなり、低温になると充放電ロス・劣化、共に大きくなる。本実施の形態におけるシステムでは、制御部９は第２の冷媒が循環する経路を切り替えることで二次電池３の温度を最適な範囲に保つ。
【００３４】
二次電池３の温度が最適な温度（２５℃程度）で運転している場合には、切替弁１７は第１の経路５および第２の経路６のいずれにも冷媒が流入しないよう閉止されている。
【００３５】
まず、制御部９で制御処理が開始されると（図２のＳＴＡＲＴ）、第１の温度検知部１８で検出される二次電池３の温度が所定の温度ＴＢｈ（第１の所定の温度）よりも高いかどうかを判断する（ステップＳ０１）。ここで、ＴＢｈとは、二次電池３の動作に最適な温度の上限値であり、例えば３５℃に設定される。二次電池３の温度がＴＢｈよりも高い場合（ステップＳ０１のＹｅｓ）には、制御部９は、切替弁１７を第１の経路５側に切り替える（ステップＳ０２）。これにより、冷媒（第２の冷媒）が第１の経路５を循環する。そして、蒸発器１０において、第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）と配管１４内を流れる作動媒体（第１の冷媒）とで熱交換が行われる。また、第２の熱交換器８において、二次電池３と第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）とで熱交換が行われる。その結果、二次電池３の持つ熱が作動媒体（第１の冷媒）に移動する。よって、二次電池３は、保有する熱を作動媒体（第１の冷媒）に与えることで冷却される。一方、蒸発器１０は、二次電池３から得た熱を利用して、作動媒体を蒸発させる。制御部９は、温度検知部１８で検出される二次電池３の温度がＴＢｈ以下になるまでこの制御を続け（ステップＳ０３）、二次電池３の温度がＴＢｈ以下になった場合には（ステップＳ０３のＹｅｓ）、切替弁１７を閉止する（ステップＳ０４）。
【００３６】
一方、二次電池３の温度がＴＢｈ以下の場合（ステップＳ０１のＮｏ）には、二次電池３の温度が所定の温度ＴＢｌ（第２の所定の温度）より低いかどうかを判断する（ステップＳ０５）。ここで、ＴＢｌとは、二次電池３の動作に最適な温度の下限値であり、例えば１０℃に設定される。二次電池３の温度が、ＴＢｌ以上の場合（ステップＳ０５のＮｏ）には、制御部９は二次電池３が最適な温度であると判断する。このとき、制御部９は、切替弁１７が開放されている場合には切替弁１７を閉止する（ステップＳ０４）。
【００３７】
一方、二次電池３の温度がＴＢｌより低い場合（ステップＳ０５のＹｅｓ）には、制御部９は第２の温度検知部１９で検出される貯水タンク２内の水の温度が所定の温度ＴＷ（第３の所定の温度）以上かどうかを判断する（ステップＳ０６）。このとき、ＴＷは上記のＴＢｌ以上の温度に設定されるのが好ましく、例えば２０℃に設定される。第２の温度検知部１９により検出される温度がＴＷ以上の場合（ステップＳ０６のＹｅｓ）には、制御部９は切替弁１７を第２の経路６側に切り替える（ステップＳ０７）。
【００３８】
これにより、冷媒（第２の冷媒）が第２の経路６を循環する。そして、第１の熱交換器７において、第２の経路６を流れる冷媒（第２の冷媒）と水循環経路４を流れる水とで熱交換が行われる。また、第２の熱交換器８において、二次電池３と第２の経路６を流れる冷媒（第２の冷媒）とで熱交換が行われる。第１の熱交換器７に流入する水の温度は、二次電池３の温度よりも高いため、結果として、水循環経路４を流れる水から二次電池３へ熱が移動する。よって、二次電池３は加熱され、最適な温度に調節される。また水は、二次電池３に熱を渡すことで、自身の温度は低下する。よって、放熱器１２において、より効率的に作動媒体（第１の冷媒）との熱交換が行われる。結果として、ヒートポンプサイクル１の効率を向上させることができる。制御部９は、温度検知部１８で検出される二次電池３の温度がＴＢｌ以上になるまでこの制御を続け（ステップＳ０８）、二次電池３の温度がＴＢｌ以上になった場合には（ステップＳ０８のＹｅｓ）、切替弁１７を閉止する（ステップＳ０４）。
【００３９】
一方、貯水タンク２内の水の温度がＴＷよりも低い場合（ステップＳ０６のＮＯ）には、制御部９は切替弁１７の切り換えを行わないが、もし切替弁１７が開放されている場合には、切替弁１７を閉止する（ステップＳ０４）。そして、ヒートポンプが停止せず連続動作をした場合の所定時間経過後に、制御部９で再度ステップＳ０６の判断が行われ、貯水タンク２内の水の温度がＴＷ以上になった場合（ステップＳ０６のＹｅｓ）には、切替弁１７を第２の経路６側に切り替えて（ステップＳ０７）、二次電池３へ熱を供給する。
【００４０】
上記のような制御処理を制御部９により所定の時間毎に行うことにより二次電池３の温度を最適な範囲に調節することができる。
【００４１】
次に、図３を参照しながら、本実施の形態における他の貯湯式給湯システムの基本構成について説明する。図３は本実施の形態における他の貯湯式給湯システムの概略図である。図１および図２に示したシステムと同様の構成及び動作は説明を割愛し、異なる部分を中心に説明する。本構成においては、第１の経路５と第２の経路６とがそれぞれ独立した経路として形成されている点が異なる。
【００４２】
また、第１の経路５と第２の経路６とには、それぞれ冷媒（それぞれ第２の冷媒と第３の冷媒）が封入されている。
【００４３】
第１の経路５には冷媒を循環させるためのポンプ１６が設けられている。また、第２の経路６にも同様に、冷媒を循環させるためのポンプ２１が設けられている。
【００４４】
また、第１の経路５と第２の経路６には、二次電池３と熱交換を行う第２の熱交換器８と第３の熱交換器２０がそれぞれ設けられている。
【００４５】
次に図４を用いて、図３に示す貯湯式給湯システムにおける二次電池３の温度の調整方法を詳細に説明する。図４は、図３に示す貯湯式給湯システムの制御部９で所定の時間毎に処理される制御フロー図である。
【００４６】
このシステムでは二次電池３が、第２の熱交換器８を介して第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）と熱交換できるよう構成されている。さらに二次電池３が第３の熱交換器２０を介して第１の経路とは独立して形成された第２の経路６を流れる冷媒（第３の冷媒）と熱交換できるよう構成されている。
【００４７】
蓄電部としての二次電池３の温度が最適な温度（２５℃程度）で運転している場合には、第１の経路５および第２の経路６のいずれにも冷媒は流動しない。このためには第１の経路５および第２の経路６に設けられたポンプ１６および２１をともに停止すればよい。
【００４８】
まず、制御部９で制御処理が開始されると（図４のＳＴＡＲＴ）、第１の温度検知部１８で検出される二次電池３の温度が所定の温度ＴＢｈ（第１の所定の温度）よりも高いかどうかを判断する（ステップＳ０１）。ここで、ＴＢｈとは、二次電池３の動作に最適な温度の上限値であり、例えば３５℃に設定される。二次電池３の温度がＴＢｈよりも高い場合（ステップＳ０１のＹｅｓ）には、制御部９は、ポンプ１６を運転させ、ポンプ２１を停止させる（ステップＳ０９）。これにより、冷媒（第２の冷媒）が第１の経路５内を循環する。そして、蒸発器１０において、第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）と配管１４内を流れる作動媒体（第１の冷媒）とで熱交換が行われる。また、第２の熱交換器８において、二次電池３と第１の経路５を流れる冷媒（第２の冷媒）とで熱交換が行われる。その結果、二次電池３の持つ熱が作動媒体（第１の冷媒）に移動する。よって、二次電池３は、保有する熱を作動媒体（第１の冷媒）に与えることで冷却される。一方、蒸発器１０は、二次電池３から得た熱を利用して、作動媒体を蒸発させる。制御部９は、温度検知部１８で検出される二次電池３の温度がＴＢｈ以下になるまでこの制御を続け（ステップＳ０３）、二次電池３の温度がＴＢｈ以下になった場合には（ステップＳ０３のＹｅｓ）、ポンプ１６の運転を停止する（ステップＳ１０）。
【００４９】
一方、二次電池３の温度がＴＢｈ以下の場合（ステップＳ０１のＮｏ）には、二次電池３の温度が所定の温度ＴＢｌ（第２の所定の温度）より低いかどうかを判断する（ステップＳ０５）。ここで、ＴＢｌとは、二次電池３の動作に最適な温度の下限値であり、例えば１０℃に設定される。二次電池３の温度が、ＴＢｌ以上の場合（ステップＳ０５のＮｏ）には、制御部９は二次電池３が最適な温度であると判断する。このとき、制御部９は、もしポンプ１６、２１が運転している場合には、それぞれの運転を停止させる（ステップＳ１３）。
【００５０】
一方、二次電池３の温度がＴＢｌより低い場合（ステップＳ０５のＹｅｓ）には、制御部９は第２の温度検知部１９で検出される貯水タンク２内の水の温度が所定の温度ＴＷ（第３の所定の温度）以上かどうかを判断する（ステップＳ０６）。このとき、ＴＷは上記のＴＢｌ以上の温度に設定されるのが好ましく、例えば２０℃に設定される。第２の温度検知部１９により検出される温度がＴＷ以上の場合（ステップＳ０６のＹｅｓ）には、制御部９はポンプ２１を運転させ、ポンプ１６を停止させることにより、第２の経路６側の冷媒を流動させる（ステップＳ１１）。これにより、冷媒（第３の冷媒）が第２の経路６を循環する。そして、第１の熱交換器７において、第２の経路６を流れる冷媒（第３の冷媒）と水循環経路４を流れる水とで熱交換が行われる。また、第３の熱交換器２０において、二次電池３と第２の経路６を流れる冷媒（第３の冷媒）とで熱交換が行われる。第１の熱交換器７に流入する水の温度は、二次電池３の温度よりも高いため、結果として、水循環経路４を流れる水から二次電池３へ熱が移動する。よって、二次電池３は加熱され、最適な温度に調節される。また水は、二次電池３に熱を渡すことで、自身の温度は低下し、前述の最適な温度に調節され、よって、放熱器１２において、より効率的に作動媒体（第１の冷媒）との熱交換が行われる。結果として、ヒートポンプサイクル１の効率を向上させることができる。制御部９は、温度検知部１８で検出される二次電池３の温度がＴＢｌ以上になるまでこの制御を続け（ステップＳ０８）、二次電池３の温度がＴＢｌ以上になった場合には（ステップＳ０８のＹｅｓ）、ポンプ２１の運転を停止する（ステップＳ１２）。
【００５１】
一方、貯水タンク２内の水の温度がＴＷよりも低い場合（ステップＳ０６のＮｏ）には、制御部９はポンプ１６、２１を運転させず、もしポンプ１６、２１が運転している場合にはポンプ１６、２１を停止させる。そして、ヒートポンプ１が停止せず連続動作をした場合の所定時間経過後に、制御部９で再度ステップＳ０６の判断が行われ、貯水タンク２内の水の温度がＴＷ以上となった場合（ステップＳ０６のＹｅｓ）には、ポンプ２１のみを運転させることにより、第２の経路６側に切り替えて（ステップＳ１１）、二次電池３へ熱を供給する。
【００５２】
上記のような制御処理を制御部９により所定の時間毎に行うことにより二次電池３の温度を最適な範囲に調節することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、ステップＳ０６の判断は省略しても構わない。すなわち、二次電池の温度がＴＢｌより低い場合には、貯水タンク２内の水の温度に関わりなく、第２の経路６の冷媒を流動させるように制御しても構わない。多くの場合、貯水タンク２内の水の温度はＴＢｌ以上であり、そうでない場合にもヒートポンプが作動することで貯水タンク２内の水の温度は上昇するので、十分に本発明の効果が得られる。
【００５４】
このように、本実施の形態の貯湯式給湯システムは、蓄電部である二次電池３の温度が最適な温度域よりも高い場合及び低い場合のいずれの場合にも第２の冷媒が流れる経路を切り替える、あるいは高い場合と低い場合に温度の違う第２の冷媒あるいは第３の冷媒が流れるそれぞれ独立した第１の経路及び第２の経路に切り替えることで最適な温度に調整することができる。これにより、二次電池３の充放電効率を向上させることができる。加えて、二次電池３の加熱及び冷却で生じる熱をヒートポンプサイクル１に有効に利用することでヒートポンプサイクル１の効率も向上させることができる。
【００５５】
なお、本実施の形態においては蓄電部として二次電池３を用いているが、二次電池３以外の電気二重層キャパシタ等の素子により蓄電部を構成してもよい。また、温調を行う対象は蓄電部に限らない。ある特定の温度範囲になるよう調節することが好ましいものであれば、温調の対象とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明の貯湯式給湯システムでは、蓄電部を最適な温度に調節することで、蓄電部の充放電効率を向上させることができるとともに、ヒートポンプサイクルの効率も向上させることができる。よって、家庭用の蓄電型ヒートポンプシステム等に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１  ヒートポンプサイクル
２  貯水タンク
３  二次電池（蓄電部）
４  水循環経路
５  第１の経路
６  第２の経路
７  第１の熱交換器
８  第２の熱交換器
９  制御部
１０  蒸発器
１１  圧縮器
１２  放熱器
１３  膨張弁
１４  配管
１５  ポンプ
１６  ポンプ
１７  切替弁
１８  第１の温度検知部
１９  第２の温度検知部
２０  第３の熱交換器
２１  ポンプ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電部と、
圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを有し、第１の冷媒を、前記圧縮器、前記放熱器、前記膨張弁、および、前記蒸発器の順に循環させるヒートポンプサイクルと、
前記放熱器で加熱された水を貯蔵する貯水タンクと、
第１の熱交換器と、
前記貯水タンク内の水を前記貯水タンクから、前記第１の熱交換器、前記放熱器の順に循環させ、再び前記貯水タンクまで戻す水循環経路と、
第２の熱交換器と、
第２の冷媒を、前記第２の熱交換器、前記蒸発器の順に循環させる第１の経路と、
前記第２の冷媒を循環させる経路で、前記第１の経路と切り替えて用いることができる経路であって、前記第２の冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器、の順に循環させる第２の経路と、
前記蓄電部の温度を検知する第１の温度検知部と、
前記貯水タンクに蓄えられている水の温度を検知する第２の温度検知部と、
前記第２の冷媒が循環する経路を切り替える制御部と、を備え、
前記蒸発器は前記第２の冷媒と空気を冷却し、
前記第１の熱交換器は前記水と前記第２の冷媒との熱交換を行い、
前記第２の熱交換器は前記蓄電部と前記第２の冷媒との熱交換を行い、
前記制御部は、前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が第１の所定の温度ＴＢｈより高い場合に、前記第２の冷媒が前記第１の経路を流れるように制御し、
前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が前記第１の所定の温度ＴＢｈよりも低い温度である第２の所定の温度ＴＢｌより低い場合に、前記第２の冷媒が前記第２の経路に流れるように制御し、
前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が前記第２の所定の温度ＴＢｌ以上かつ前記第１の所定の温度ＴＢｈ以下の場合に、前記第１の経路及び前記第２の経路を閉止するように制御する
貯湯式給湯システム。
【請求項２】
前記制御部は前記第２の温度検知部で検知される前記貯水タンク内の水温が前記第２の所定の温度ＴＢｌよりも高い温度である第３の所定温度ＴＷ以上の場合に、前記第２の冷媒が前記第２の経路に流れるように制御する
請求項１記載の貯湯式給湯システム。
【請求項３】
蓄電部と、
圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを有し、第１の冷媒を、前記圧縮器、前記放熱器、前記膨張弁、および、前記蒸発器の順に循環させるヒートポンプサイクルと、
前記放熱器で加熱された水を貯蔵する貯水タンクと、
第１の熱交換器と、
前記貯水タンク内の水を前記貯水タンクから、前記第１の熱交換器、前記放熱器の順に循環させ、再び前記貯水タンクまで戻す水循環経路と、
第２の熱交換器と、
第２の冷媒を前記第２の熱交換器、前記蒸発器の順に循環させる第１の経路と、
前記第１の経路に前記第２の冷媒を循環させる第１のポンプと、
第３の熱交換器と、
第３の冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第３の熱交換器の順に循環させる第２の経路と、
前記第２の経路に前記第３の冷媒を循環させる第２のポンプと、
前記蓄電部の温度を検知する第１の温度検知部と、
前記貯水タンクに蓄えられている水の温度を検知する第２の温度検知部と、
前記第１のポンプ、前記第２のポンプを運転あるいは停止させる制御部と、を備え、
前記蒸発器は前記第２の冷媒と空気を冷却し、
前記第１の熱交換器は前記水と前記第３の冷媒との熱交換を行い、
前記第２の熱交換器は前記蓄電部と前記第２の冷媒との熱交換を行い、
前記第３の熱交換器は前記蓄電部と前記第３の冷媒との熱交換を行い、
前記制御部は、前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が第１の所定の温度ＴＢｈより高い場合に、前記第１のポンプを運転させ、前記第２のポンプを停止させるように制御し、
前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が前記第１の所定の温度ＴＢｈよりも低い温度である第２の所定の温度ＴＢｌより低い場合に、前記第２のポンプを運転させ、前記第１のポンプを停止させるように制御し、
前記第１の温度検知部で検知される前記蓄電部の温度が前記第２の所定の温度ＴＢｌ以上かつ前記第１の所定の温度ＴＢｈ以下の場合に、前記第２のポンプ、前記第１のポンプを停止させるように制御する
貯湯式給湯システム。
【請求項４】
前記制御部は前記第２の温度検知部で検知される前記貯水タンク内の水温が前記第２の所定の温度ＴＢｌよりも高い温度である第３の所定温度ＴＷ以上の場合に、前記第２のポンプを運転させ、前記第１のポンプを停止させるように制御する
請求項３記載の貯湯式給湯システム。
【請求項５】
蓄電部と、
圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを有し、第１の冷媒を、前記圧縮器、前記放熱器、前記膨張弁、および、前記蒸発器の順に循環させるヒートポンプサイクルと、
前記放熱器で加熱された水を貯蔵する貯水タンクと、
第１の熱交換器と、
前記貯水タンク内の水を前記貯水タンクから、前記第１の熱交換器、前記放熱器の順に循環させ、再び前記貯水タンクまで戻す水循環経路と、
第２の熱交換器と、
第２の冷媒を、前記第２の熱交換器、前記蒸発器の順に循環させる第１の経路と、
前記第２の冷媒を循環させる経路で、前記第１の経路と切り替えて用いることができる経路であって、前記第２の冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器、の順に循環させる第２の経路と、を備え、
前記蒸発器は前記第２の冷媒と空気を冷却し、
前記第１の熱交換器は前記水と前記第２の冷媒との熱交換を行い、
前記第２の熱交換器は前記蓄電部と前記第２の冷媒との熱交換を行う、
システムの運転方法であって、
前記蓄電部の温度が第１の所定の温度ＴＢｈよりも高い場合は、前記第１の経路を流れる前記第２の冷媒と前記第２の熱交換器により熱交換を行うことにより前記蓄電部を冷却し、
前記蓄電部の温度が前記第１の所定の温度ＴＢｈよりも低い温度である第２の所定の温度ＴＢｌより低い場合は、前記第２の経路を流れる前記第２の冷媒と前記第２の熱交換器により熱交換を行うことにより前記蓄電部を加熱する
貯湯式給湯システムの運転方法。
【請求項６】
前記蓄電部と前記第２の冷媒を前記第２の熱交換器により熱交換を行う場合は、前記第１の熱交換器で、前記第２の所定の温度ＴＢｌよりも高い温度である第３の所定の温度ＴＷ以上の温度の水と前記第２の冷媒との熱交換を行う
請求項５記載の貯湯式給湯システムの運転方法。
【請求項７】
蓄電部と、
圧縮器と、水を加熱する放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを有し、第１の冷媒を、前記圧縮器、前記放熱器、前記膨張弁、および、前記蒸発器の順に循環させるヒートポンプサイクルと、
前記放熱器で加熱された水を貯蔵する貯水タンクと、
第１の熱交換器と、
前記貯水タンク内の水を前記貯水タンクから、前記第１の熱交換器、前記放熱器の順に循環させ、再び前記貯水タンクまで戻す水循環経路と、
第２の熱交換器と、
第２の冷媒を前記第２の熱交換器、前記蒸発器の順に循環させる第１の経路と、
前記第１の経路に前記第２の冷媒を循環させる第１のポンプと、
第３の熱交換器と、
第３の冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第３の熱交換器の順に循環させる第２の経路と、
前記第２の経路に前記第３の冷媒を循環させる第２のポンプと、
を備え、
前記蒸発器は前記第２の冷媒と空気を冷却し、
前記第１の熱交換器は前記水と前記第３の冷媒との熱交換を行い、
前記第２の熱交換器は前記蓄電部と第２の冷媒との熱交換を行い、
前記第３の熱交換器は前記蓄電部と前記第３の冷媒との熱交換を行う
システムの運転方法であって、
前記蓄電部の温度が第１の所定の温度ＴＢｈよりも高い場合は、前記第１の経路を流れる前記第２の冷媒と前記第２の熱交換器により熱交換を行うことにより前記蓄電部を冷却し、
前記蓄電部の温度が前記第１の所定の温度よりも低い温度である第２の所定の温度ＴＢｌより低い場合は、前記第２の経路を流れる前記第３の冷媒と前記第３の熱交換器により熱交換を行うことにより前記蓄電部を加熱する
貯湯式給湯システムの運転方法。
【請求項８】
前記蓄電部と前記第３の冷媒を前記第３の熱交換器により熱交換を行う場合は、前記第１の熱交換器で、前記第２の所定の温度ＴＢｌよりも高い温度である第３の所定の温度ＴＷ以上の温度の水と前記第３の冷媒との熱交換を行う
請求項７記載の貯湯式給湯システムの運転方法。
【国際調査報告】
2012004985.tif 000007
2012004985.tif 000008