(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、第１の熱交換器と、膨張弁と、第２の熱交換器とを配管によって順次接続して閉回路とし、熱媒体が前記配管内を循環するヒートポンプと、
前記第１の熱交換器において熱交換された熱を貯める第１の蓄熱部と、
前記第２の熱交換器において熱交換された熱を貯める第２の蓄熱部と、
前記第１の蓄熱部の熱と熱交換をする第３の熱交換器と、
前記第２の蓄熱部の熱と熱交換をする第４の熱交換器と、
前記第１の蓄熱部の蓄熱量を測定する測定部と、
前記第１の蓄熱部の蓄熱量を減らす排熱部と、
前記測定部の測定結果を基に、前記第１の蓄熱部の蓄熱量を減らすかどうか判断する判断部と、
前記判断部の判断結果を基に、前記排熱部を制御する制御部と、
を備え、
前記判断部は、前記第１の蓄熱部の空き容量と前記第２の蓄熱部の空き容量とを比較すること、
を特徴とする熱利用装置。
【請求項２】
圧縮機と、第１の熱交換器と、膨張弁と、第２の熱交換器とを配管によって順次接続して閉回路とし、熱媒体が前記配管内を循環するヒートポンプと、
前記第１の熱交換器において熱交換された熱を貯める第１の蓄熱部と、
前記第２の熱交換器において熱交換された熱を貯める第２の蓄熱部と、
前記第１の蓄熱部の熱と熱交換をする第３の熱交換器と、
前記第２の蓄熱部の熱と熱交換をする第４の熱交換器と、
前記第１の蓄熱部の蓄熱量を測定する測定部と、
前記第１の蓄熱部の蓄熱量を減らす排熱部と、
前記測定部の測定結果を基に、前記第１の蓄熱部の蓄熱量を減らすかどうか判断する判断部と、
前記判断部の判断結果を基に、前記排熱部を制御する制御部と、
を備え、
前記判断部は、前記第１の蓄熱部の蓄熱量と前記第２の蓄熱部の蓄熱量とを比較すること、
を特徴とする熱利用装置。
【請求項３】
圧縮機と、第１の熱交換器と、膨張弁と、第２の熱交換器とを配管によって順次接続して閉回路とし、熱媒体が前記配管内を循環するヒートポンプと、
前記第１の熱交換器において熱交換された熱を貯める第１の蓄熱部と、
前記第２の熱交換器において熱交換された熱を貯める第２の蓄熱部と、
前記第１の蓄熱部の熱と熱交換をする第３の熱交換器と、
前記第２の蓄熱部の熱と熱交換をする第４の熱交換器と、
前記第１の蓄熱部の蓄熱量を測定する測定部と、
前記第１の蓄熱部の蓄熱量を減らす排熱部と、
前記測定部の測定結果を基に、前記第１の蓄熱部の蓄熱量を減らすかどうか判断する判断部と、
前記判断部の判断結果を基に、前記排熱部を制御する制御部と、
を備え、
前記排熱部は、
前記第３の熱交換器又は前記第４の熱交換器を通る排管が接続され、
前記第１の蓄熱部又は前記第２の蓄熱部の蓄熱量は、前記排管を流れる水を熱媒体として減らされること、
を特徴とする熱利用装置。
【請求項４】
圧縮機と、第１の熱交換器と、膨張弁と、第２の熱交換器とを配管によって順次接続して閉回路とし、熱媒体が前記配管内を循環するヒートポンプと、
前記第１の熱交換器において熱交換された熱を貯める第１の蓄熱部と、
前記第２の熱交換器において熱交換された熱を貯める第２の蓄熱部と、
前記第１の蓄熱部の熱と熱交換をする第３の熱交換器と、
前記第２の蓄熱部の熱と熱交換をする第４の熱交換器と、
前記第１の蓄熱部の蓄熱量を測定する測定部と、
前記第１の蓄熱部の蓄熱量を減らす排熱部と、
前記測定部の測定結果を基に、前記第１の蓄熱部の蓄熱量を減らすかどうか判断する判断部と、
前記判断部の判断結果を基に、前記排熱部を制御する制御部と、
を備え、
前記排熱部は、
前記第３の熱交換器又は前記第４の熱交換器を通る排管が接続され、
前記第１の蓄熱部又は前記第２の蓄熱部の蓄熱量は、前記排管を流れる生活排水を熱媒体として減らされること、
を特徴とする熱利用装置。
【請求項５】
前記排熱部は、
前記第３の熱交換器又は第４の熱交換器を通る排管が接続され、
前記第１の蓄熱部又は前記第２の蓄熱部の蓄熱量は、前記排管を流れる水を熱媒体として減らされること、
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱利用装置。
【請求項６】
前記排熱部は、
前記第３の熱交換器又は第４の熱交換器を通る排管が接続され、
前記第１の蓄熱部又は前記第２の蓄熱部の蓄熱量は、前記排管を流れる生活排水を熱媒体として減らされること、
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱利用装置。
【請求項７】
前記判断部は、前記第１の蓄熱部の蓄熱量と前記第１の蓄熱部の蓄熱可能容量との差分、又は前記第１の蓄熱部の蓄熱可能容量に対する前記第１の蓄熱部の蓄熱量の比を、基準値と比較すること、
を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の熱利用装置。
【請求項８】
前記判断部は、前記第１の蓄熱部の空き容量と前記第１の蓄熱部の蓄熱可能容量との差分、又は前記第１の蓄熱部の空き容量に対する前記第１の蓄熱部の蓄熱可能容量の比を、基準値と比較すること、
を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の熱利用装置。
【請求項９】
前記第１の蓄熱部及び前記第２の蓄熱部は、蓄熱可能容量が異なること、
を特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の熱利用装置。
【請求項１０】
前記測定部は、前記第１の蓄熱部の温度を測定して前記第１の蓄熱量を算出し、前記第２の蓄熱部の温度を測定して前記第２の蓄熱部の蓄熱量を算出する、
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の熱利用装置。
【請求項１１】
前記排熱部は、
前記第１の蓄熱部の蓄熱量を減らす第１の排熱部と、
前記第２の蓄熱部の蓄熱量を減らす第２の排熱部と、
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱利用装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱利用装置は、圧縮機と、第１の熱交換器と、膨張弁と、第２の熱交換器とを配管によって順次接続して閉回路とし、配管内を流れる熱媒体が循環するヒートポンプを備える。ここで例えば、ヒートポンプ内の熱媒体が圧縮機、第１の熱交換器、膨張弁、第２の熱交換器の順で循環するとし、熱利用装置が室内を冷やす冷房運転を行う場合を考えて説明する。ヒートポンプ内では、まず、第１の熱交換器において熱利用装置の外部の熱、例えば外気の熱と、配管内を流れる熱媒体の熱とを熱交換する。次に、膨張弁が、配管内を流れる熱媒体を膨張させることにより熱媒体の温度が下がり、膨張弁を通る前よりも熱媒体を低温低圧状態にする。低温低圧状態になった熱媒体の熱は、次に第２の熱交換器において熱利用装置の外部の熱と熱交換する。すなわち、第２の熱交換器における熱交換によって、低温低圧状態になった熱媒体の冷熱は室内へ受け渡され、室内は冷たい空気に包まれる。【０００３】
低温低圧状態になった熱媒体の熱は、第２の熱交換器において熱利用装置の外部の熱と熱交換することによって温度を上げ、膨張弁を通る前の状態とほぼ同様の状態になる。そして、次に圧縮機が、熱媒体に圧力をかけることにより熱媒体の温度をさらに上げ、圧縮機を通る前よりも熱媒体を高温高圧状態とする。高温高圧状態となった熱媒体の熱は、次に第１の熱交換器において熱利用装置の外部の熱と熱交換する。すなわち、高温高圧状態になった熱媒体は、第１の熱交換器において、自身の温熱を熱利用装置の外に排出すると共に、熱利用装置の外の熱を取り込むことになる。高温高圧状態になった熱媒体は第１の熱交換器において熱利用装置の外部の熱と熱交換することによって、温度を下げ、圧縮機を通る前の状態とほぼ同様の状態になる。すなわち膨張弁を通る前の状態と同じになり、ヒートポンプ内では熱が循環する。【０００４】
ヒートポンプは以上のような構成をしているため、ヒートポンプを使用して冷熱を作り出したいとき、ヒートポンプは温熱も作り出してしまう。すなわち、ヒートポンプは、使用したい熱の他にも異なる温度の熱を作り出してしまう。そのため、ヒートポンプの通常稼動にあたる熱利用装置の冷房運転では、上記で説明したように、冷房に使用する冷熱の他に作り出された温熱を、無駄な熱として室外機を通して熱利用装置の外部へ排出している（例えば、特許文献１）。逆に、ヒートポンプを稼動させて温熱を作り出したいとき、ヒートポンプは冷熱も作り出してしまう。そのため、熱利用装置の暖房運転では、暖房に使用する温熱の他に作り出された冷熱を、無駄な熱として熱利用装置の外部へ排出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２１７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような熱利用装置にあっては、使用したい熱の他にも作り出されてしまった異なる温度の熱を、無駄な熱として熱利用装置の外部へ排出している。そこで、第１の熱交換器において熱交換された熱を貯める第１の蓄熱部、及び第２の熱交換器において熱交換された熱を貯める第２の蓄熱部を熱利用装置が備えることを考える。圧縮機を通り高温高圧状態となった熱媒体の熱は、第１の熱交換器において熱利用装置の外部の熱と熱交換され、熱交換された熱は、第１の蓄熱部に貯められる。同様に、膨張弁を通り低温低圧状態となった熱媒体の熱は、第２の熱交換器において熱利用装置の外部の熱と熱交換され、熱交換された熱は第２の蓄熱部に貯められる。すなわち、ヒートポンプの稼動によって作り出した熱を、必要か不必要か関係なく蓄熱部に貯めることを考える。そして、熱が必要となる場合は、蓄熱部から熱を取り出して使用することを考える。【０００７】
ここで例えば、第１の蓄熱部及び第２の蓄熱部の蓄熱可能容量が同じであり、第１の蓄熱部及び第２の蓄熱部の蓄熱量が蓄熱可能容量の上限に達したとき、ヒートポンプの稼動をそれ以上行わないとする。この場合において例えば、熱利用装置を用いて冷房運転を行うとき、第２の蓄熱部から冷熱が奪われて冷房運転に使用され、第１の蓄熱部に蓄熱された温熱はそのままとなる。また、熱利用装置が暖房運転を行うとき、第１の蓄熱部から温熱が奪われて暖房運転に使用され、第２の蓄熱部に蓄熱された冷熱はそのままとなる。すなわち、一方の蓄熱部の蓄熱量だけが減り、他方の蓄熱部の蓄熱量はそのままとなる。【０００８】
ここで、蓄熱量が減ってしまった蓄熱部の蓄熱量を増やすために、再度ヒートポンプを稼動しようとすると、蓄熱量が減ってしまった蓄熱部の蓄熱量は増やすことができる。しかしながらその反対に、蓄熱量が減っていない蓄熱部は蓄熱可能容量を超えて過剰に蓄熱されることとなる。熱利用装置では、使用したい熱の他にも作り出されてしまう異なる温度の熱があるからである。蓄熱部は、一時的であっても蓄熱可能容量を超えて過剰に蓄熱されると、蓄熱部の材料が劣化し、破損等が生じてしまう。【０００９】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、ヒートポンプにより生成される温熱及び冷熱を蓄熱でき、蓄熱部が蓄熱可能容量を超えて過剰に蓄熱されることを抑制した熱利用装置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】
【００１０】
本発明にかかる熱利用装置は、圧縮機と、第１の熱交換器と、膨張弁と、第２の熱交換器とを配管によって順次接続して閉回路とし、熱媒体が配管内を循環するヒートポンプと、第１の熱交換器において熱交換された熱を貯める第１の蓄熱部と、第２の熱交換器において熱交換された熱を貯める第２の蓄熱部と、第１の蓄熱部の熱と熱交換をする第３の熱交換器と、第２の蓄熱部の熱と熱交換をする第４の熱交換器と、第１の蓄熱部の蓄熱量を測定する測定部と、第１の蓄熱部の蓄熱量を減らす排熱部と、測定部の測定結果を基に、第１の蓄熱部の蓄熱量を減らすかどうか判断する判断部と、判断部の判断結果を基に、排熱部から減らす熱量を制御する制御部とを備え、判断部は、第１の蓄熱部の空き容量と第２の蓄熱部の空き容量とを比較することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる熱利用装置によれば、ヒートポンプにより生成される温熱及び冷熱を蓄熱でき、蓄熱部が過剰に蓄熱されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の排熱部の使用を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の変形例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の別の変形例であり、ヒートサイクル部のみを示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる熱利用装置の構成のうち、ヒートサイクル部のみを示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる熱利用装置の変形例のうちヒートサイクル部のみを示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる熱利用装置の別の変形例のうちヒートサイクル部のみを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の構成を示す概略図である。本実施の形態にかかる熱利用装置は、まず、第１の圧縮機１と、第１の熱交換器３と、第１の膨張弁２と、第２の熱交換器４とを第１の配管５によって順次接続して閉回路とし、第１の熱媒体が第１の配管５内を循環する第１のヒートポンプ６を備える。本実施の形態では例えば、第１の圧縮機１から第１の熱交換器３の方向（図１中の矢印Ａの方向）に、第１の配管５内の熱媒体が循環するものとして説明する。熱媒体の流れる方向は変えてもよいが、後述する本実施の形態にかかる熱利用装置の動作は、熱媒体の流れる方向によって変わるものである。本実施の形態にかかる熱利用装置は、第１の熱交換器３において熱交換された熱を貯める第１の蓄熱部７と、第２の熱交換器４において熱交換された熱を貯める第２の蓄熱部８とをさらに備える。第１の配管５内を循環する熱媒体には、一般に冷媒と呼ばれるものであり、具体的にはフルオロカーボンや二酸化炭素等がある。
【００１４】
本実施の形態にかかる熱利用装置は、第１の蓄熱部７の第１の熱交換器３がある側と反対側に、第１の蓄熱部７の熱と熱交換をする第３の熱交換器９と、第２の蓄熱部８の第２の熱交換器４がある側と反対側に、第２の蓄熱部８の熱と熱交換をする第４の熱交換器１０とをさらに備える。本実施の形態にかかる熱利用装置には、生活に必要な第１の供給物を送る第１の供給部、及び生活に必要な第２の供給物を送る第２の供給部をさらに備える。本実施の形態では、生活に必要な第１の供給物を温水とし、第２の供給物を冷水として説明する。図１では、第１の供給部として、温熱配管１６と、温熱配管１６が接続される熱媒体供給源１２とが用いられ、熱媒体供給源１２からお風呂１４へ、第３の熱交換器９を通る温熱配管１６を通して温水を供給する。また、図１では、第２の供給部として、冷熱配管１７と、冷熱配管１７が接続される熱媒体供給源１２とが用いられ、熱媒体供給源１２から蛇口１５へ、第４の熱交換器１０を通る冷熱配管１７を通して冷水を供給する。本実施の形態では、熱媒体供給源１２は例えば、水道等の熱利用装置の外部から水道水等を供給するものである。なお、図中では異なる二つの熱媒体供給源１２として表記しているが、熱媒体供給源１２が一つで、配管途中に三方配管を設け分岐させ、それぞれ第３の熱交換器９および第４の熱交換器１０へ通水しても良い。
【００１５】
本実施の形態にかかる熱利用装置は、第１の蓄熱部７が第１の熱交換器３と第３の熱交換器９との間に挟まれており、第１の蓄熱部７の外表面が第１の熱交換器３及び第３の熱交換器９の外表面と接している。そのため、第１の熱交換器３で熱交換された熱を、余計な配管等を通して第１の蓄熱部７へ伝える必要がなく、直接的に熱を伝えることができる。すなわち、ヒートポンプ内を循環する熱媒体の熱が第１の熱交換器３において直接第１の蓄熱部７に伝えられる。したがって、第１の熱交換器３から第１の蓄熱部７へ熱を伝える際に損失となってしまう熱の発生を抑制できる。同様に、第１の蓄熱部７の熱を、第３の熱交換器９へ余計な配管等を通して伝える必要がなく、直接的に熱を伝えることができる。したがって、第１の蓄熱部７から第３の蓄熱部９へ熱を伝える際に損失となってしまう熱の発生を抑制できる。
【００１６】
第２の蓄熱部８も第１の蓄熱部７と同様に、第２の熱交換器４と第４の熱交換器１０との間に挟まれており、第２の蓄熱部８の外表面が第２の熱交換器４及び第４の熱交換器１０の外表面と接している。そのため、第２の蓄熱部８も第１の蓄熱部７と同様に、第２の熱交換器４から第２の蓄熱部８へ熱を伝える際、及び第２の蓄熱部８から第４の熱交換器１０へ熱を伝える際に損失となってしまう熱の発生を抑制できる。
【００１７】
なお、本実施の形態では、第１の蓄熱部７が第１の熱交換器３と第３の熱交換器９とで挟まれた構成をしているが、この構成に限定されることはない。第１の熱交換器３で熱交換された熱を第１の蓄熱部７に伝えることができ、第１の蓄熱部７に蓄熱されている熱を第３の熱交換器に伝えることができれば良く、プレート熱交換器や、シェルアンドチューブ熱交換器など、第１の熱交換器３と第１の蓄熱部７と第３の熱交換器９とを一体化した構成でも良い。第２の蓄熱部８と第２の熱交換器４と第４の熱交換器１０の構成についても、第１の蓄熱部７と第１の熱交換器３と第３の熱交換器９と同様である。
【００１８】
本実施の形態にかかる熱利用装置は、第１の蓄熱部７の蓄熱量を測定する測定部をさらに備える。ここで、蓄熱部（本実施の形態では、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の総称とする。）が複数ある場合、本実施の形態では、本実施の形態にかかる熱利用装置の動作において蓄熱量が測定される蓄熱部を第１の蓄熱部７と呼ぶ。図１では、第１の蓄熱部７の蓄熱量を測定する第１の測定部１００ａと、第２の蓄熱部８の蓄熱量を測定する第２の測定部１００ｂとをさらに備える。第１の測定部１００ａと第２の測定部１００ｂは、一体のものとし、測定した結果をまとめて判断部１０１へ出力するものとしてもよい。本実施の形態にかかる熱利用装置は、測定部の測定結果を基に、第１の蓄熱部７の蓄熱量及び第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らすかどうか判断する判断部１０１をさらに備える。図１では、測定部において測定した結果を基に、第１の蓄熱部の空き容量と第２の蓄熱部の空き容量のうち、どちらの空き容量が少ないかを判断する判断部１０１と、判断部１０１の結果を基に、排熱部を制御する制御部１０２とをさらに備える。判断部１０１及び制御部１０２は、後述するが、計算を行ったり、信号を送ったりするものであり、電気回路で構成される。
【００１９】
そして、本実施の形態にかかる熱利用装置は、第１の蓄熱部７の蓄熱量を減らす排熱部をさらに備える。ここで、蓄熱部が複数ある場合、本実施の形態では、本実施の形態にかかる熱利用装置の動作において蓄熱量が減らされる蓄熱部を第１の蓄熱部７と呼ぶ。図１では、排熱部には、第１の蓄熱部７の蓄熱量を減らす第１の排熱部１１ａと、第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らす第２の排熱部１１ｂとが用いられる。
【００２０】
第１の排熱部１１ａ及び第２の排熱部１１ｂは、第１の蓄熱部７の蓄熱量と第２の蓄熱部８の蓄熱量とに差がある場合や、第１の蓄熱部７の空き容量と第２の蓄熱部８の空き容量とに差がある場合などに使用される。また、第１の排熱部１１ａ及び第２の排熱部１１ｂは、第１の蓄熱部７の蓄熱量が第１の蓄熱部７の蓄熱可能容量を、第２の蓄熱部の蓄熱量８が第２の蓄熱部の蓄熱可能容量を超えないようにするために、使用される。
【００２１】
蓄熱可能容量とは、蓄熱部が機能を果たすために超えてはならない最大蓄熱量であり、設計者が任意に規定できる熱エネルギーのことである。蓄熱可能容量は、ヒートポンプ６の特性に係る温度上昇上限値や温度低減下限値、冷凍サイクル性能が悪化する上限温度や下限温度、ヒートポンプ６を構成する部材の耐熱温度や耐圧などを基準に基準値を求め、さらに基準値に安全率を考慮して決定されるものである。なお、熱媒体の沸騰する温度（熱媒体の圧力に依存する。例えば、大気圧の水であれば１００℃である。）より低い温度上限値を設ける方が好ましい。熱媒体が沸騰し、高温の蒸気が噴き出したり、沸騰により脈動流が発生したりすることを抑制できるからである。
【００２２】
図１では、第１の排熱部１１ａは、温熱配管１６の途中に設けられ、第３の熱交換器９内を通った温熱配管１６内の温水が第１の排熱部１１ａにより排出できる位置に設けられる。第２の排熱部１１ｂは、冷熱配管１７の途中に設けられ、第４の熱交換器１０内を通った冷熱配管１７内の冷水が第２の排熱部１１ｂにより排出できる位置に設けられる。図１の破線で囲まれたＸ部は、本実施の形態にかかる熱利用装置のヒートサイクル部を示す部分であり、後述する図のために、破線で囲んで示した。
【００２３】
第１の測定部１００ａ、第２の測定部１００ｂ、判断部１０１、制御部１０２、第１の排熱部１１ａ、第２の排熱部１１ｂ等の詳細な動作については、後述する。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の動作について、図１を用いて説明する。本実施の形態では、第１の圧縮機１から第１の熱交換器３の方向（図１中の矢印Ａの方向）に、第１の配管５内の熱媒体が循環するものとし、図１のお風呂１４へお湯を供給し、蛇口１５へ冷水を供給する場合を例として説明する。また、本実施の形態では、第１の蓄熱部７と第２の蓄熱部８との蓄熱可能容量が同じであるとする。蓄熱部は、蓄熱可能容量を超えて熱が蓄熱されると、蓄熱部の材料が劣化し、破損が生じる。
【００２５】
まず、第１のヒートポンプ６を稼動させる。第１の配管５内の熱媒体は循環するので、まず、第１の熱交換器３をスタート地点として説明する。第１のヒートポンプ６内では、第１の熱交換器３において、熱利用装置の外部の熱と、第１の配管５内を流れる熱媒体の熱とを熱交換する。次に、第１の膨張弁２が、第１の配管５内を流れる熱媒体を膨張させることにより、熱媒体の温度を下げ、第１の膨張弁２を通る前よりも熱媒体を低温低圧状態にする。低温低圧状態になった熱媒体の熱は、次に第２の熱交換器４において、熱利用装置の外部の熱と熱交換する。
【００２６】
低温低圧状態になった熱媒体は、第２の熱交換器４において熱利用装置の外部の熱と熱交換することによって温度を上げ、第１の膨張弁２を通る前の状態とほぼ同様の状態になる。そして、次に第１の圧縮機１が、熱媒体を圧縮させることにより熱媒体の温度をさらに上げ、第１の圧縮機１を通る前よりも熱媒体を高温高圧状態とする。高温高圧状態となった熱媒体の熱は、次に第１の熱交換器３において、熱利用装置の外部の熱と熱交換する。
【００２７】
高温高圧状態になった熱媒体は、第１の熱交換器３において熱利用装置の外部の熱と熱交換することによって温度を下げ、第１の圧縮機１を通る前の状態とほぼ同様の状態になる。すなわち、第１の圧縮機１を通る前の状態と同じになり、第１のヒートポンプ６内ではヒートサイクルが成り立っている。
【００２８】
第１の熱交換器３において熱交換器の外部の熱と第１の配管５内を流れる熱媒体の熱と熱交換された熱は、第１の蓄熱部７に伝わり、貯められる。第２の熱交換器４において熱交換器の外部の熱と第１の配管５内を流れる熱媒体の熱と熱交換された熱は、第２の蓄熱部８に伝わり、貯められる。本実施の形態では、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱量が蓄熱可能容量の上限に達したとき、すなわち空き容量がほぼ無くなったとき、ヒートポンプの稼動はそれ以上行わないこととする。
【００２９】
お風呂１４へ温水を供給したい場合、熱媒体供給源１２から、温熱配管１６に水を供給する。第３の熱交換器９においては、温熱配管１６内を通る水の熱と、第１の蓄熱部７がもつ熱とで熱交換が行われ、第３の熱交換器９を通った温熱配管１６内の水は、温水となり、お風呂１４へ供給される。温水とは、熱媒体供給源１２から供給される水より、温かい水のことを示す。
【００３０】
蛇口１５へ冷水を供給したい場合、熱媒体供給源１２から、冷熱配管１７に水を供給する。第４の熱交換器１０においては、冷熱配管１７内を通る水の熱と、第２の蓄熱部８がもつ熱とで熱交換が行われ、第４の熱交換器１０を通った冷熱配管１７内の水は、冷水となり、蛇口１５から供給される。冷水とは、熱媒体供給源１２から供給される水より、冷たい水のことを示す。
【００３１】
お風呂１４へ温水を供給したい場合に第１の蓄熱部７から奪う熱量と、蛇口１５へ冷水を供給したい場合に第２の蓄熱部８から奪う熱量とが同じだった場合、第１の蓄熱部７と第２の蓄熱部８との空き容量は等しくなる。したがって、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱量を再び蓄熱可能容量の上限に達するまで貯めるには、そのまま第１のヒートポンプ６の稼動を再開すればよい。蓄熱可能容量の上限まで貯めるとは、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱量を最大にすることである。
【００３２】
しかしながら、例えば冬場等、第１の蓄熱部７から奪う熱量が、第２の蓄熱部８から奪う熱量よりも多い場合、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱量を最大にするために、そのまま第１のヒートポンプ６の稼動を再開してしまうと、第２の蓄熱部８の蓄熱量が蓄熱可能容量を超えて過剰に蓄熱されてしまう。第１の蓄熱部７と第２の蓄熱部８との空き容量が異なり、第２の蓄熱部８の空き容量が第１の蓄熱部７の空き容量よりも少ないからである。第２の蓄熱部は、一時的であっても蓄熱可能容量の上限より過剰に蓄熱されると、第２の蓄熱部の材料が劣化し、破損等が生じてしまう。そして、破損が生じれば、今後の第２の蓄熱部８における蓄熱のエネルギーロスにもなる。
【００３３】
そこで、第１のヒートポンプ６の稼動を再開する前に、第２の排熱部１１ｂを用いて第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らし、第２の蓄熱量８の空き容量と第１の蓄熱部７の空き容量とをほぼ同程度にする。図１では、熱媒体供給源１２から冷熱配管１７に水を供給し、第４の熱交換器１０を通して第２の排熱部１１ｂから冷水を排出することで、第２の蓄熱量８の空き容量と第１の蓄熱部７の空き容量とをほぼ同程度にする。
【００３４】
逆に、夏場等、第２の蓄熱部７から奪う熱量が、第１の蓄熱部８から奪う熱量よりも多い場合は、第１のヒートポンプ６の稼動を再開する前に、第１の排熱部１１ａを用いて第１の蓄熱部７の蓄熱量を減らし、第１の蓄熱量７の空き容量と第２の蓄熱部８の空き容量とをほぼ同程度にする。
【００３５】
上記では、第１のヒートポンプ６の稼動を再開する前に、蓄熱部の蓄熱量を減らすと説明したが、これに限ることはない。第１のヒートポンプ６の稼動再開と同時に、蓄熱部の蓄熱量を減らしてもよい。第１のヒートポンプ６の稼動再開後であり、かつ蓄熱部に蓄熱可能容量を超えて過剰に蓄熱される前に、蓄熱部の蓄熱量を減らしてもよい。
【００３６】
次に、蓄熱部の蓄熱量の減らし方について、詳しく説明する。図２は、本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の排熱部の使用を説明するフローチャートである。図２に示すように、ステップＳ１において第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の温度を測定し、ステップＳ２において第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱量を計算する。次に、ステップＳ３において第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の空き容量を計算し、ステップＳ４においてステップＳ３の結果に基づいて蓄熱部の蓄熱量を、排熱部から減らす。
【００３７】
それぞれのステップについて、さらに詳しく説明する。まず、ステップＳ１において、測定部１００ａを用いて第１の蓄熱部７の温度を、測定部１００ｂを用いて第２の蓄熱部８の温度を測定する。測定部には、熱電対やサーミスタ等が用いられる。
【００３８】
次に、ステップＳ２において、測定部１００ａが第１の蓄熱部の蓄熱量を、測定部１００ｂが第２の蓄熱部８の蓄熱量を計算する。第１の蓄熱部７の蓄熱量Ｑ１［Ｊ］は、第１の蓄熱部７の温度と熱利用装置の外部の温度との差Ｔ１［Ｋ］と、第１の蓄熱部７の質量Ｍ１［ｋｇ］と、第１の蓄熱部７に用いられる材料の比熱Ｃｐ１［Ｊ／（ｋｇ×Ｋ）］とをかけ合わせることにより求められる。第２の蓄熱部８の蓄熱量Ｑ２［Ｊ］も同様に、第２の蓄熱部８の温度と熱利用装置の外部の温度との差Ｔ２［Ｋ］と、第２の蓄熱部８の質量Ｍ２［ｋｇ］と、第２の蓄熱部８に用いられる材料の比熱Ｃｐ２［Ｊ／（ｋｇ×Ｋ）］とをかけ合わせることにより求められる。
【００３９】
なお、上記では「熱利用装置の外部の温度」を基準に温度差Ｔ１［Ｋ］及びＴ２［Ｋ］を算出したが、特に「熱利用装置の外部の温度」を測定して使用する必要はなく、任意に決定した基準温度（例えば、２５℃や、０℃とする。）との差でも良い。
【００４０】
ここで、ステップＳ１とステップＳ２とをまとめて、測定部１００ａが第１の蓄熱部７の蓄熱量を直接測定してもよい。同様に、測定部１００ｂが第２の蓄熱部８の蓄熱量を直接測定してもよい。測定部で求められた第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の測定結果は、判断部１０１へ出力される。
【００４１】
次に、ステップＳ３において、判断部１０１が第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の空き容量を計算する。まず予め、判断部１０１には第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱可能容量を記録しておく。第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱可能容量は、蓄熱部の購入時又は製造時に分かるものである。第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］は、第１の蓄熱部７の蓄熱可能容量Ｑｍａｘ１［Ｊ］とステップＳ２で求めたＱ１［Ｊ］との差を求めることで求められる。第２の蓄熱部８の空き容量Ｑ４［Ｊ］も同様に、第２の蓄熱部８の蓄熱可能容量Ｑｍａｘ２［Ｊ］とステップＳ２で求めたＱ２［Ｊ］との差を求めることで求められる。
【００４２】
そして、判断部１０１は、第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］と第２蓄熱部８の空き容量Ｑ４［Ｊ］を比べ、数値が小さい方の蓄熱部が第１の蓄熱部７であるか、又は第２の蓄熱部８であるかを判断する。すなわち、第１の蓄熱部の空き容量Ｑ３［Ｊ］と第２の蓄熱部の空き容量Ｑ４［Ｊ］のうち、どちらの空き容量が少ないかを判断し、第１の蓄熱部７又は第２の蓄熱部８のどちらの蓄熱量を減らすかを判断する。例えばここでは、Ｑ３［Ｊ］の方がＱ４［Ｊ］より少なかったとする。すなわち、第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］の方が少なく、第１の蓄熱部７の蓄熱量を減らすべきであるとする。そしてこのとき、判断部１０１は、制御部１０２に、Ｑ３［Ｊ］の方がＱ４［Ｊ］より少なく第１の蓄熱部７の蓄熱量を減らすべきであること、Ｑ３［Ｊ］とＱ４［Ｊ］との差分がいくらであるかを信号によって伝える。
【００４３】
最後に、ステップＳ４において、ステップＳ３の結果に基づいて蓄熱部の蓄熱量を、排熱部から減らす。制御部１０２は、判断部１０１の結果を基に、排熱部から減らす熱量を制御する。まず、本実施の形態では、判断部１０１からの信号によって、制御部１０２は、第１の排熱部１１ａに第１の蓄熱部７の蓄熱量を減らす指令を出す。その際、減らす蓄熱量は、第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］と第２蓄熱部８の空き容量Ｑ４［Ｊ］の差分である。Ｑ３［Ｊ］とＱ４［Ｊ］との差分、第１の排熱部１１ａから第１の蓄熱部７の蓄熱量が減らされれば、第１の蓄熱部７の温度は下がる。
【００４４】
第１の蓄熱部７の蓄熱量を減らすことは、第１の蓄熱部７がもつ熱を排出することである。熱の排出は、図１では三方弁である第１の排熱部１１ａから水を排出することによって行う。まず、熱媒体供給源１２から温熱配管１６に水を供給し、第３の熱交換器９において、第１の蓄熱部７がもつ熱と温熱配管１６内に流れる水がもつ熱とを熱交換する。そして、第３の熱交換器９を通った第１の温熱配管１６内の水は、温水となって第１の排熱部１１ａから排出され、第１の蓄熱部７の蓄熱量は減らされる。
【００４５】
ここで、ステップＳ３において、第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］と第２蓄熱部８の空き容量Ｑ４［Ｊ］を比べたとき、Ｑ４［Ｊ］の方がＱ３［Ｊ］より少なかったとする。すなわち、第２の蓄熱部８の空き容量Ｑ４［Ｊ］の方が少なく、第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らすべきであるとする。この場合は、Ｑ３［Ｊ］とＱ４［Ｊ］との差分、第２の排熱部１１ｂから第２の蓄熱部８の蓄熱量が減らされれば、第２の蓄熱部８の温度は上がる。
【００４６】
第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らすことは、第２の蓄熱部８がもつ熱を排出することである。熱の排出は、図１では三方弁である第２の排熱部１１ｂから水を排出することによって行う。まず、熱媒体供給源１２から冷熱配管１７に水を供給し、第４の熱交換器１０において、第２の蓄熱部８がもつ熱と冷熱配管１７内に流れる水がもつ熱とを熱交換する。そして、第４の熱交換器１０を通った水は、冷水となって第２の排熱部１１ｂから排出され、第２の蓄熱部８の蓄熱量は減らされる。
【００４７】
図３は、本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の変形例を示す概略図である。図３では、温熱配管１６の途中、図１では第１の排熱部１１ａがあった箇所に、第１の三方弁３１を設ける。また、冷熱配管１７の途中、図１では第２の排熱部１１ｂがあった箇所に、第２の三方弁３２を設ける。そして、第１の三方弁３１と第２の三方弁３２とをつなぐ温冷配管１８を設け、温冷配管１８の途中に第３の排熱部１１ｃを設ける。図３では、第１の三方弁３１及び第２の三方弁３２を調節することにより、第１の蓄熱部７又は第２の蓄熱部８から第３の排熱部１１ｃを通して、第１の蓄熱部７又は第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らす。
【００４８】
すなわち、第３の排熱部１１ｃは、第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］と第２の蓄熱部８の空き容量Ｑ４［Ｊ］とに差があり、第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］の方が少ない場合は、第１の蓄熱部７の蓄熱量を減らし、第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］の方が多い場合は、第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らす排熱部である。
【００４９】
図４は、本発明の実施の形態１にかかる熱利用装置の別の変形例であり、ヒートサイクル部のみを示す概略図である。すなわち、図１及び図３のうち、破線で囲まれたＸ部の中だけを図示する。図４では、第１の供給部が、熱媒体供給源１２からそのまま送られるものと、第３の熱交換器９を通って送られるものとが混ざる混合タンク２０を有する。温熱配管１６の途中に第３の三方弁１９を設け、第３の三方弁１９を調節することにより熱媒体供給源１２から水を第３の熱交換器９を通さずにタンクに供給したり、第３の熱交換器９を通して混合タンク２０に供給したりする。これにより、お風呂１４に供給する温水の温度を調節できる。
【００５０】
第２の供給部は第１の供給部と同様に、第２の供給部が熱媒体供給源１２からそのまま送られるものと、第４の熱交換器１０を通って送られるものとが混ざる混合タンクを有してもよいことは言うまでもない。すなわち、冷熱配管１７の途中に三方弁を設け、そこから必要に応じて熱媒体供給源１２から水を第４の熱交換器１０を通さずに混合タンクに供給したり、第４の熱交換器１０を通して混合タンクに供給したりしてもよい。これにより、蛇口１５に供給する冷水の温度を調節できる。また、第１の供給部と第２の供給部の両方が、混合タンクを有する構造であってもよい。
【００５１】
図４の熱利用装置は、第１の排管２６と、第２の排管２７と、第１の排管２６又は第２の排管２７に接続された排水供給源２９とをさらに備える。図４では、第１の排熱部１１ａは、第１の排管２６の途中に設けられ、第３の熱交換器９を通った第１の排管２６内の物質が第１の排熱部１１ａにより排出できる位置に設けられる。第２の排熱部１１ｂは、第２の排管２７の途中に設けられ、第４の熱交換器１０を通った第２の排管２７内の物質が第２の排熱部１１ｂにより排出できる位置に設けられる。排水供給源２９は、生活排水を第１の排管２６又は第２の排管２７に供給する。生活排水とは、お風呂の残り湯や洗い物をした後の水等である。なお、上記では住宅向けの使用用途の場合について説明したが、排水供給源２９は、店舗やビルや工場などの排水を第１の排管２６又は第２の排管２７に供給してもよい。
【００５２】
図４では、排水供給源２９から第１の排管２６に生活排水を供給し、第３の熱交換器９を通った第１の排管２６内の生活排水は、温かい生活排水となって第１の排熱部１１ａから排出される。すなわち、生活排水を熱媒体として、第１の蓄熱部７の蓄熱量を減らす。また、排水供給源２９から第２の排管２７に生活排水を供給し、第４の熱交換器１０内を通った第２の排管２７内の生活排水は、第２の排熱部１１ｂから排出される。すなわち、生活排水を熱媒体として、第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らす。第１の排管２６と第２の排管２７とは接続してもよい。第３の熱交換器９を通った第１の排管２６と、第４の熱交換器１０を通った第２の排管２７とを接続して、接続点に排熱部として三方弁を設けてもよい。この場合、三方弁を調節することにより、第１の蓄熱部７又は第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らす。図４では、生活排水を熱媒体として、第１の蓄熱部７又は第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らすので、水道代を削減できる。
【００５３】
以上より、本実施の形態にかかる熱利用装置は、第１のヒートポンプ６により生成される温熱及び冷熱を蓄熱でき、蓄熱部が蓄熱可能容量を超えて過剰に蓄熱されることを抑制できる。第１の蓄熱部の空き容量Ｑ３［Ｊ］が第２の蓄熱部の空き容量Ｑ４［Ｊ］よりも少ない場合には第１の蓄熱部の蓄熱量を減らし、第１の蓄熱部の空き容量Ｑ３［Ｊ］が第２の蓄熱部の空き容量Ｑ４［Ｊ］よりも多い場合には第２の蓄熱部の蓄熱量を減らす排熱部を備えているので、第１の蓄熱部と第２の蓄熱部との蓄熱量との空き容量を同程度にすることができ、蓄熱部の蓄熱量が蓄熱可能容量を超えないように調整できるからである。
【００５４】
本実施の形態では、第１の蓄熱部７と第２の蓄熱部８の空き容量とに差がある場合に、空き容量の少ない方の蓄熱部から空き容量の差分、蓄熱量を減らした。しかしながら、これに限ることはなく、ステップＳ２において求めた第１の蓄熱部７の蓄熱量と第２の蓄熱部８の蓄熱量の測定結果に基に、排熱部から第１の蓄熱部７又は第２の蓄熱部８の蓄熱量を減らしてもよい。以下にいくつかの変形例を、上述した工程と異なるところのみ説明する。
【００５５】
まず１つ目の変形例では、ステップＳ３において、判断部１０１が、第１の蓄熱部７の蓄熱可能容量Ｑｍａｘ１［Ｊ］と第１の蓄熱部７の蓄熱量Ｑ１［Ｊ］とを比較する。そして、判断部１０１は、Ｑ１［Ｊ］とＱｍａｘ１［Ｊ］との差分がいくらであるかを計算する。判断部１０１は、計算したＱ１［Ｊ］とＱｍａｘ１［Ｊ］との差分が、任意に規定された基準値より少ない場合には、第１の蓄熱部７から蓄熱量を減らすべきであることを制御部１０２に信号によって伝える。この場合、例えば、減らす蓄熱量は、Ｑ１［Ｊ］とＱｍａｘ１［Ｊ］との差分と、任意に規定された基準値との差分であり、制御部１０２に信号によって伝えられる。
【００５６】
上記では、Ｑ１［Ｊ］とＱｍａｘ１［Ｊ］との差分を求めたが、Ｑｍａｘ１［Ｊ］に対するＱ１［Ｊ］の比を求めてもよい。Ｑｍａｘ１［Ｊ］に対するＱ１［Ｊ］の比が、任意に規定された基準値より多い場合には、第１の蓄熱部７から蓄熱量を減らすべきであることを制御部１０２に信号によって伝える。この場合、例えば、減らす蓄熱量は、Ｑｍａｘ１［Ｊ］に対するＱ１［Ｊ］の比と、任意に規定された基準値との差分であり、制御部１０２に信号によって伝えられる。ここで、ステップＳ３において、第２の蓄熱部８も第１の蓄熱部７と同様に取り扱われる。
【００５７】
２つ目の変形例では、ステップＳ３において、判断部１０１が、第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］、及び第２の蓄熱部８の空き容量Ｑ４［Ｊ］を計算する。計算の仕方は上述した通りである。そして、判断部１０１が、第１の蓄熱部７の蓄熱可能容量Ｑｍａｘ１［Ｊ］と第１の蓄熱部７の空き容量Ｑ３［Ｊ］とを比較する。そして、判断部１０１は、Ｑ３［Ｊ］とＱｍａｘ１［Ｊ］との差分がいくらであるかを計算する。判断部１０１は、計算したＱ３［Ｊ］とＱｍａｘ１［Ｊ］との差分が、任意に規定された基準値より多い場合には、第１の蓄熱部７から蓄熱量を減らすべきであることを制御部１０２に信号によって伝える。この場合、例えば、減らす蓄熱量は、Ｑ３［Ｊ］とＱｍａｘ１［Ｊ］との差分と、任意に規定された基準値との差分であり、制御部１０２に信号によって伝えられる。
【００５８】
上記では、Ｑ３［Ｊ］とＱｍａｘ１［Ｊ］との差分を求めたが、Ｑｍａｘ１［Ｊ］に対するＱ３［Ｊ］の比を求めてもよい。Ｑｍａｘ１［Ｊ］に対するＱ３［Ｊ］の比が、任意に規定された基準値より少ない場合には、第１の蓄熱部７から蓄熱量を減らすべきであることを制御部１０２に信号によって伝える。この場合、例えば、減らす蓄熱量は、Ｑｍａｘ１［Ｊ］に対するＱ３［Ｊ］の比と、任意に規定された基準値との差分であり、制御部１０２に信号によって伝えられる。ここで、ステップＳ３において、第２の蓄熱部８も第１の蓄熱部７と同様に取り扱われる。
【００５９】
３つ目の変形例では、ステップＳ３において、第１の蓄熱部７の蓄熱量Ｑ１［Ｊ］と第２の蓄熱部８の蓄熱量Ｑ２［Ｊ］を比較し、数値が大きい方の蓄熱部が第１の蓄熱部７であるか、又は第２の蓄熱部８であるかを判断する。すなわち、第１の蓄熱部の蓄熱量Ｑ１［Ｊ］と第２の蓄熱部のＱ２［Ｊ］のうち、どちらの蓄熱量が多いかを判断し、第１の蓄熱部７又は第２の蓄熱部８のどちらの蓄熱量を減らすかを判断する。そして、判断部１０１は、制御部１０２に、どちらの蓄熱部の蓄熱量を減らすべきであるかということと、Ｑ１［Ｊ］とＱ２［Ｊ］の差分がいくらであるかを信号によって伝える。
【００６０】
第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱可能容量が同じ場合は、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の空き容量を計算せずに、蓄熱量を計算するだけで、第１の蓄熱部７と第２の蓄熱部８との蓄熱量がほぼ同程度になるように蓄熱部の蓄熱量を調整できる。したがって、ステップＳ３での計算の回数を減らせる。
【００６１】
また、本実施の形態では、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱可能容量を同じとして説明したが、異なっていてもよい。そのため、常に多くの熱量を使用する側の蓄熱部を、多くの熱量を使用しない側の蓄熱部よりも予め蓄熱可能容量が大きなものとすることができる。これにより、常に多くの熱量を使用する側の蓄熱部が、蓄熱量を０［Ｊ］としてしまうような回数が減り、ヒートポンプを稼働させる回数を削減できる。
【００６２】
本実施の形態では、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱量を第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の温度を測定することによって計算したが、これに限ることはなく、他の手法を使用してもよい。また、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の空き容量を、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱可能容量と第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８の蓄熱量とのそれぞれの差を求めることによって求めたが、これに限ることはなく、他の手法を使用してもよい。
【００６３】
なお、蓄熱部が複数備えられている場合に、いずれの蓄熱部を第１の蓄熱部７、あるいは第２の蓄熱部８と呼ぶかは任意である。ただし、本実施の形態においては、少なくとも第１の蓄熱部７には第１の排熱部１１ａが設けられる。本実施の形態では、第１の蓄熱部７及び温度と第２の蓄熱部８の温度とそれぞれの温度を測定したが、片方の蓄熱部の温度のみを測定してもよい。例えば、測定部は常に多くの熱量を使用する側の蓄熱部だけの温度を測定し、温度を測定している蓄熱部からのみ熱を排出するようにしてもよい。
【００６４】
従来のエアコンや自然冷媒ヒートポンプ給湯機等の熱利用装置は、使用したい熱の他にも作り出されてしまった異なる温度の熱を、無駄な熱として熱利用装置の外部へ排出していた。そのため、従来の熱利用装置は、無駄な熱を排出するための装置としての室外機が必要であった。従来の熱利用装置が備える室外機は、ヒートポンプの稼動により、使用したい熱の熱量と同じ量だけ他にも作り出されてしまった異なる温度の熱量を、熱利用装置の外部に排出するものなので、大型となっている。
【００６５】
一方、本実施の形態では、使用したい熱の他にも作り出されてしまった異なる温度の熱を、無駄な熱として熱利用装置の外部へ排出するのではなく、蓄熱部に蓄熱する。したがって、従来の熱利用装置が備える無駄な熱を排出するための装置としての室外機が不要となる。従来の熱利用装置が備える室外機が、使用したい熱の他にも作り出されてしまった異なる温度の熱を排出する以外の機能を備えていた場合は、その室外機の構成は、第１のヒートポンプ６のうち室外に設置しなければならないものだけになるので、室外機の小型化となる。
【００６６】
そのため、室外機が設置される周囲の排気空間を含む大きな占有スペースが無くなる。本実施の形態にかかる熱利用装置が備える排熱部は、第１の蓄熱部７と又は第２の蓄熱部８の空き容量に差がある場合に、その差分を排出するだけなので、屋外の周囲空気と熱交換する必要が無いので、専用収納室（地下室等を含む）、床下や壁の中等、屋内に収納することが可能となる。以上より、本実施の形態にかかる熱利用装置は、従来の熱利用装置よりも小型化できる。
【００６７】
また、従来の熱利用装置は、室外機への複雑な配管、配線が必要であった。一方、本実施の形態にかかる熱利用装置は室外機を不要又は小型化しているので、本実施の形態にかかる熱利用装置の施工性を向上させる。
【００６８】
さらに、本実施の形態にかかる熱利用装置の排熱部は、専用収納室（地下室等を含む）、床下、壁の中等の屋内に収納することが可能となるため、本実施の形態にかかる熱利用装置は、台風等の自然災害に対する耐力が向上する。すなわち、本実施の形態にかかる熱利用装置の信頼性がより向上し、寿命も長くなる。
【００６９】
また、従来の熱利用装置は、室外機による無駄な熱の排出を空気で行っていた。一方、本実施の形態では、排熱部から熱を排出する際には、空気より熱容量が大きな水を使用して排出している。したがって、周囲環境への影響が小さい。
【００７０】
また、本実施の形態では、主に、夜間電力や昼間の太陽光発電（潮力発電、風力発電等自然に依存した発電を含み、時間帯や地域により異なる過剰発電）のように低価格で入手できる電力を用いて、第１のヒートポンプ６を稼動させ、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８に熱を蓄熱できる。したがって、生活、業務、産業において必要とされる温熱又は冷熱を、低価格で蓄熱し、熱を使用したい時間、用途に応じて利用できるので、省エネ及びコストの削減が見込める。
【００７１】
本実施の形態では、熱媒体供給源１２から水が供給され、お風呂１４に温水が供給されること、蛇口１５に冷水が供給されることを例として説明したが、熱媒体供給源１２から空気が供給され、室内に温風及び冷風が供給されてもよい。もちろん、水を供給する熱媒体供給源１２と、空気を供給する熱媒体供給源１２の両方の設備を熱利用装置が備えていてもよい。
【００７２】
本実施の形態では、蓄熱部の蓄熱量を減らす際に、水を熱媒体として熱を排出していたが、空気を熱媒体として熱を排出してもよい。例えば、蓄熱部が０℃以下となる場合、水を熱媒体として熱を排出しようとすると、熱利用装置の外部へ排出される前に、熱媒体となる水が凍ってしまう可能性があるからである。
【００７３】
一方、蓄熱部の蓄熱量を減らす際に、空気を熱媒体として熱を排出すれば、蓄熱部の温度に関係なく、排出できる。また、排熱部の構造を、床下の空気を取り込み、屋外に排出する構造とすれば、床下を乾燥させ家屋の耐久性を向上できる。本実施の形態では、排熱部を専用収納室（地下室等を含む）、床下、壁の中等の屋内に収納することが可能となるためにできることである。
【００７４】
また、本実施の形態の熱利用装置は、蓄熱部の蓄熱量を減らす際に、水を熱媒体として熱を排出していたのを、途中で空気を熱媒体として熱を排出するように切り替える機能をもった排熱部変更器をさらに備えてもよい。排熱部変更器には、空気を使用して熱を排出していたのを、途中で水を使用して熱を排出するように切り替える機能ももたせてもよく、すなわち、排熱部変更器は熱を排出する媒体を切り替える機能をもつものである。
【００７５】
第１のヒートポンプ６は、本来バルブやセンサー等複雑な構成をしているが、熱媒体の循環により温熱と冷熱を発生することができればよいので、本実施の形態では重要なところのみ説明した。第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８には、水、化学蓄熱材、顕熱蓄熱材、潜熱蓄熱材等の材料が用いられる。化学蓄熱材には、水酸化物、炭酸化物、アンモニア化物等がある。顕熱蓄熱材には、コンクリート、セメントモルタル、セラミックス蓄熱材等がある。潜熱蓄熱材には、酢酸ナトリウム３水塩、硫酸ナトリウム１０水塩等がある。セラミック蓄熱材が、第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８に用いられる材料には最も好ましい。
【００７６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、本発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。図５は、本発明の実施の形態２にかかる熱利用装置の構成のうち、ヒートサイクル部のみを示す概略図である。すなわち、図１及び図３のうち、破線で囲まれたＸ部の中だけを図示する。
【００７７】
本実施の形態にかかる熱利用装置は、図５に示すように、本発明の実施の形態１と同様の第１のヒートポンプ６と、第１の蓄熱部７と、第２の蓄熱部８と、第３の熱交換器９と、第４の熱交換器１０とを備える。本実施の形態にかかる熱利用装置は、第３の熱交換器９と、第１のリザーバタンク２８と、第１のポンプ２１と、第５の熱交換器２２とを第１の循環配管２４で順次接続して閉回路として第１の循環配管２４内には循環媒体が流れる回路をさらに備える。そして、本実施の形態にかかる熱利用装置は、第５の熱交換器２２と対向する第１のファン２３をさらに備える。
【００７８】
本実施の形態にかかる熱利用装置は、第４の熱交換器１０と、第２のリザーバタンク４８と、第２のポンプ４１と、第６の熱交換器４２とを第２の循環配管４４で順次接続して閉回路として第２の循環配管４４内には循環媒体が流れる回路をさらに備える。そして、本実施の形態にかかる熱利用装置は、第６の熱交換器４２と対向する第２のファン４３をさらに備える。
【００７９】
第１のポンプ及び第１のリザーバタンクはなくてもよく、第３の熱交換器９と第５の熱交換器２２とが第１の循環配管２４で接続され、第１の循環配管２４内を循環媒体が循環するようになっていればよい。同様に、第２のポンプ及び第２のリザーバタンクはなくてもよく、第４の熱交換器１０と第６の熱交換器４２とが第２の循環配管４４で接続され、第２の循環配管４４内を循環媒体が循環するようになっていればよい。
【００８０】
第１の循環配管２４及び第２の循環配管４４内を流れる循環媒体は、水や不凍液（例えば、エチレングリコール水溶液等）等である。第１のポンプ２１や第２のポンプ４１の性能にもよるが、本実施の形態では、循環媒体は、第１のヒートポンプ６を中心として第３の熱交換器９側では、第１の循環配管２４内を第１のポンプ２１から第１のリザーバタンク２８の方向（図５中の矢印Ｂの方向）に循環するものとし、第４の熱交換器１０側では、第２の循環配管４４内を第２のポンプ４１から第３のリザーバタンク４８の方向（図５中の矢印Ｃの方向）に循環するものとする。
【００８１】
次に、本発明の実施の形態２にかかる熱利用装置の動作について、図５を用いて説明する。本実施の形態では、本発明の実施の形態１と同様に、第１の圧縮機１から第１の熱交換器３の方向（図５中の矢印Ａの方向）に、第１の配管５内の熱媒体が循環するものとするので、第１のヒートポンプ６の動作については、本発明の実施の形態１と同様であるので、省略する。
【００８２】
まず、第１のヒートポンプ６を中心として、第３の熱交換器９側から説明する。第１の循環配管２４内を流れる循環媒体は、第１のポンプ２１によって第１のリザーバタンクから押し出され、第１の循環配管２４内を循環する。したがって、まず、第３の熱交換器９をスタート地点として説明する。第３の熱交換器９において、第１の蓄熱部７の熱と、第１の循環配管２４内を流れる循環媒体がもつ熱とが熱交換される。その後、第５の熱交換器２２において、循環媒体がもつ熱と、熱利用装置の外部の熱とが熱交換される。すなわち、第５の熱交換器２２において第１の循環配管２４内を流れる循環媒体がもつ熱と熱利用装置の外部の熱とが熱交換された熱は、第１のファン２３によって温風となって、熱利用装置の外部へ供給される。ここで、温風とは、第１のヒートポンプ６が稼働する前の熱利用装置の周囲の空気よりも温度が高い空気を示す。
【００８３】
次に、第１のヒートポンプ６を中心として、第４の熱交換器１０側を説明する。第２の循環配管４４内を流れる循環媒体は、第２のポンプ４１によって第２のリザーバタンクから押し出され、第２の循環配管４４内を循環する。したがって、まず、第４の熱交換器１０をスタート地点として説明する。第４の熱交換器１０において、第２の蓄熱部８の熱と、第２の循環配管４４内を流れる循環媒体がもつ熱とが熱交換される。その後、第６の熱交換器４２において、循環媒体がもつ熱と、熱利用装置の外部の熱とが熱交換される。すなわち、第６の熱交換器４２において第２の循環配管４４内を流れる循環媒体がもつ熱と熱利用装置の外部の熱とが熱交換された熱は、第２のファン４３によって冷風となって、熱利用装置の外部へ供給される。ここで、冷風とは、第１のヒートポンプ６が稼働する前の熱利用装置の周囲の空気よりも温度が低い空気を示す。
【００８４】
図５では、第５の熱交換器２２と第１のファン２３とで温風を、第６の熱交換器４２と第２のファン４３とで冷風を供給するものを説明したが、第５の熱交換器２２又は第６の熱交換器４２から固体壁（床や壁等）に熱を放出してとしてもよい。第５の熱交換器２２又は第６の熱交換器４２から固体壁に熱を放出すれば、一般的な床暖房等のシステムとなる。さらに、熱輸送機器（上記と異なる循環機器、上記と異なるヒートポンプ、ヒートパイプ等）を用いて、さらに遠方への熱輸送又は熱の分配を行う構成としてもよい。また、第５の熱交換器２２と第６の熱交換器４２とを一つとして共用化する配管構成を行ってもよい。
【００８５】
図６は、本発明の実施の形態２にかかる熱利用装置の変形例のうちヒートサイクル部のみを示す概略図である。すなわち、図１及び図３のうち破線で囲まれたＸ部の中だけを示す。図６の熱利用装置は、第２の圧縮機５１と、第３の三方弁４５と、第４の熱交換器１０と、第４の三方弁５５と、第２の膨張弁５２と、第７の熱交換器５４と、第５の三方弁２５と、第３の熱交換器９と、第６の三方弁３５とを第２の配管５０によって順次接続して閉回路とし、第２の配管５０内を流れる熱媒体が循環する第２のヒートポンプをさらに備える。図６では、第２のヒートポンプは第１のヒートポンプ６に接続する。図６において、第５の三方弁２５と第６の三方弁３５との間は、第３の配管５６で接続されており、第３の三方弁４５と第４の三方弁５５との間は、第４の配管５７で接続されている。図６の熱利用装置は、第７の熱交換器５４に対向する第３のファン５３をさらに備える。
【００８６】
図６で示した第２のヒートポンプの配管構成は一例に過ぎず、第７の熱交換器５４から第３のファン５３で熱利用装置の外部へ供給したい熱の種類によって、第２の膨張弁の位置等、接続順序は適宜変えられる。また、第２の配管５０に流れる熱媒体の方向も適宜変えられる。第１の蓄熱部７及び第２の蓄熱部８から熱が伝わり、所望の受熱体（流体、固体、熱輸送機器等）に熱を輸送することができればよい。
【００８７】
図６で示した熱利用装置の動作を説明する。本実施の形態では、本発明の実施の形態１と同様に、第１のヒートポンプ６内では、第１の圧縮機１から第１の熱交換器３の方向（図６中の矢印Ａの方向）に、第１の配管５内の熱媒体が循環するものとする。第２のヒートポンプ内では、第２の圧縮機５１から第６の三方弁４５の方向（図６中の矢印Ｄの方向）に、第２の配管５０内の熱媒体が循環するものである。
【００８８】
まず、第２のヒートポンプ内の熱媒体は循環するので、第４の熱交換器１０をスタート地点として説明する。第２の配管５０内を流れる熱媒体がもつ熱は、第４の熱交換器１０において、第２の蓄熱部８がもつ熱と熱交換され（冷やされ）、第４の三方弁５５を通って、第２の膨張弁５２へ向かう。第４の熱交換器１０における熱交換によって冷やされた熱媒体は、第２の膨張弁５２を通ることで、第２の膨張弁５２を通る前よりもさらに低温低圧状態となる。第２の膨張弁５２を通る前よりも低温低圧状態となった熱媒体の熱は、第７の熱交換器５４において、熱利用装置の外部の熱と熱交換する。
【００８９】
すなわち、第７の熱交換器５４において第２の配管５０内を流れる熱媒体がもつ熱と熱利用装置の外部の熱とが熱交換された熱は、第３のファン５３によって冷風となって、熱利用装置の外部へ供給される。その後、第７の熱交換器５４を通った熱媒体は、第５の三方弁２５、第３の配管５６、第６の三方弁３５を通って、第２の圧縮機５１に向かう。第２の圧縮機５１を通った熱媒体は、第２の圧縮機５１を通る前よりも高温高圧状態となり、第３の三方弁４５を通って、再び第４の熱交換器１０へ向かう。
【００９０】
図６の第２のヒートポンプは、４つの三方弁（第３の三方弁４５、第４の三方弁５５、第５の三方弁２５、第６の三方弁３５）の切り替えや、第２の膨張弁５２の位置などによって、図５の第４の熱交換器１０と第６の熱交換器４２とを第２の循環配管４４で接続した循環回路、及び第３の熱交換器９と第５の熱交換器２２を第１の循環配管２４で接続した循環回路の代替ともなる。その上、図６の熱利用装置は、ヒートポンプを２つ備えることになるので、熱利用装置から外部へ供給される熱量は単純には２倍となり、ヒートポンプを１つしか備えていないときと同じ熱量を生成したい場合は、それぞれのヒートポンプで熱を生成するときの動力が少なくて済む。
【００９１】
図６では、第２の配管５０の途中路の複数の三方弁の切り替えにより、図５の第５の熱交換器２２と第６の熱交換器４２を第７の熱交換器５４で共用化し、第２の圧縮機５１、第２の膨張弁５２を一つずつ追加した例で示している。しかしながら、この形態に限らず、図５の第１のヒートポンプ６を中心として第３の熱交換器９側と、第４の熱交換器１０側とでそれぞれ別に第２のヒートポンプをさらに備えてもよい。すなわち、第２のヒートポンプが２つとなる。
【００９２】
図７は、本発明の実施の形態２にかかる熱利用装置の別の変形例のうちヒートサイクル部のみを示す概略図である。すなわち、図１及び図３のうち、破線で囲まれたＸ部の中だけを図示する。図７は図５の熱利用装置が、第８の熱交換器６０と、第３の圧縮機６１と、第９の熱交換器６４と、第３の膨張弁６２とを第５の配管６５で順次接続して閉回路とし、第５の配管６５内を流れる熱媒体が循環する第３のヒートポンプと、第９の熱交換器６４と対向する第４のファン６３とをさらに備える。図７の熱利用装置は、第１０の熱交換器７０と、第４の膨張弁７２と、第１１の熱交換器７４と、第４の圧縮機７１とを第６の配管７５で順次接続して閉回路とし、第６の配管７５内を流れる熱媒体が循環する第４のヒートポンプと、第１１の熱交換器７４と対向する第５のファン７３とをさらに備える。第８の熱交換器６０は、第５の熱交換器２２と接続し、第１０の熱交換器７０は、第６の熱交換器４２と接続する。
【００９３】
図７で示した熱利用装置の動作を説明するが、図５と同様の構成をしている部分の動作については省略する。第３のヒートポンプ内では、第５の配管６５内の熱媒体は、第８の熱交換器６０から第３の圧縮機６１の方向（図７中の矢印Ｅの方向）に流れることとする。また、第４のヒートポンプ内では、第６の配管７５内の熱媒体は、第１０の熱交換器７０から第４の膨張弁７２の方向（図７中の矢印Ｆの方向）に流れることとする。
【００９４】
まず、第３のヒートポンプ側の動作を説明する。まず、第５の配管６５内の熱媒体は循環するので、第８の熱交換器６０をスタート地点として説明する。第５の熱交換器２２及び第８の熱交換器６０において、第１の循環配管２４内の循環媒体がもつ熱と、第５の配管６５内の熱媒体がもつ熱とが熱交換される。第５の熱交換器２２及び第８の熱交換器６０における熱交換によって、第５の配管６５内の熱媒体は温められる。次に、第５の配管６５内の熱媒体は、第３の圧縮機６１を通って圧力をかけられることにより、第３の圧縮機６１を通る前よりも高温高圧状態となる。高温高圧状態となった熱媒体がもつ熱は、第９の熱交換器６４において、熱利用装置の外部の熱と熱交換する。第９の熱交換器６４で熱交換された熱は、第４のファン６３によって温風となって熱利用装置の外部（例えば冬季住環境の室内）へ供給される。
【００９５】
次に、第４のヒートポンプ側の動作を説明する。まず、第６の配管７５内の熱媒体は循環するので、第１０の熱交換器７０をスタート地点として説明する。第６の熱交換器４２及び第１０の熱交換器７０において、第２の循環配管４４内の循環媒体がもつ熱と、第６の配管７５内の熱媒体がもつ熱とが熱交換する。第６の熱交換器４２及び第１０の熱交換器７０における熱交換によって、第６の配管７５内の熱媒体は冷やされる。次に、第６の配管７５内の熱媒体は、第４の膨張弁７２を通って膨張し、第４の膨張弁７２を通る前よりも低温低圧状態となる。低温低圧状態となった熱媒体がもつ熱は、第１１の熱交換器７４において、熱利用装置の外部の熱と熱交換する。第１１の熱交換器７４において第６の配管７５内の熱媒体がもつ熱と熱利用装置の外部の熱とが熱交換された熱は、第５のファン７３によって冷風となって熱利用装置の外部（例えば夏季住環境の室内）へ供給される。
【００９６】
図７の熱利用装置は、ヒートポンプを温熱側と冷熱側とでそれぞれ２つ備えるので、熱利用装置から外部へ供給される熱量は単純には２倍となる。また、ヒートポンプを１つしか備えていないときと同じ熱量を供給したい場合は、それぞれのヒートポンプで熱を生成するときの動力が少なくて済む。
【００９７】
本実施の形態にかかる熱利用装置は、図５から図７に示したどの熱利用装置であっても、本発明の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。本実施の形態にかかる熱利用装置は、第１のヒートポンプ６により生成される温熱及び冷熱を蓄熱でき、蓄熱部が過剰に蓄熱されることを抑制できる。第１の蓄熱部の空き容量が第２の蓄熱部の空き容量よりも少ない場合には第１の蓄熱部の蓄熱量を減らし、第１の蓄熱部の空き容量が第２の蓄熱部の空き容量よりも多い場合には第２の蓄熱部の蓄熱量を減らす排熱部を備えているので、第１の蓄熱部と第２の蓄熱部との蓄熱量が限りなく近づくように蓄熱部の熱量を調整できるからである。
【００９８】
図４、図５から図７に示すように、第１の蓄熱部７、第２の蓄熱部８のそれぞれに一つ又は複数の熱輸送機器や受熱体を設けてもよい。上記のように様々な組み合わせを行うことにより、複数の空間に同時に所望の熱エネルギーを供給することができ、有効にエネルギーを活用することができる。
【００９９】
最終的に熱エネルギーを使用する用途としては、調理、飲料用温水、飲料用冷水、空調（加湿、乾燥（床下、天井裏、お風呂場、窓等）を含む）、電気機器冷却（ＩＨクッキングヒータ、炊飯器、家電機器、産業機器等）、給湯（お風呂、シャワー、洗顔等）、洗浄（キッチンの皿洗い、食洗器、室外車洗浄等）、固体壁温調（床、壁、天井、露付き防止）、洗濯（温水洗濯、衣類乾燥等）、トイレ（ウォシュレット（登録商標）等）、飼育環境機器（動物、魚、昆虫、植物等）等、温熱又は冷熱を必要とするものである。
【０１００】
なお、蓄熱部の蓄熱量を減らす方法として、図５に示すような回路が挙げられる。第３の熱交換器９と、第１のリザーバタンク２８と、第１のポンプ２１と、第５の熱交換器２２とを第１の循環配管２４で順次接続して閉回路とする。第１の循環配管２４内には循環媒体が流れるこの閉回路と同等の回路を、別途第２の蓄熱部８にも設け、循環媒体が流れることにより、第５の熱交換器２２から放熱するようにしてもよい。
【０１０１】
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせること、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。各実施の形態において例示された各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置等は、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。
【符号の説明】
【０１０２】
１  第１の圧縮機、２  第１の膨張弁、３  第１の熱交換器、４  第２の熱交換器、５  第１の配管、６  第１のヒートポンプ、７  第１の蓄熱部、８  第２の蓄熱部、９  第３の熱交換器、１０  第４の熱交換器、１１ａ  第１の排熱部、１１ｂ  第２の排熱部、１１ｃ  第３の排熱部、１２  熱媒体供給源、１４  お風呂、１５  蛇口、１６  温熱配管、１７  冷熱配管、１８  温冷配管、１９  第３の三方弁、２０  混合タンク、２１  第１のポンプ、２２  第５の熱交換器、２３  第１のファン、２４  第１の循環配管、２５  第５の三方弁、２６  第１の排管、２７  第２の排管、２８  第１のリザーバタンク、２９  排水供給源、３１  第１の三方弁、３２  第２の三方弁、３５  第６の三方弁、４１  第２のポンプ、４２  第６の熱交換器、４３  第２のファン、４４  第２の循環配管、４５  第３の三方弁、４８  第２のリザーバタンク、５０  第２の配管、５１  第２の圧縮機、５２  、第２の膨張弁、５３  第３のファン、５４  第７の熱交換器、５５  第４の三方弁、５６  第３の配管、５７  第４の配管、６０  第８の熱交換器、６１  第３の圧縮機、６２  第３の膨張弁、６３  第４のファン、６４  第９の熱交換器、６５  第５の配管、７０  第１０の熱交換器、７１  第４の圧縮機、７２  第４の膨張弁、７３  第５のファン、７４  第１１の熱交換器、７５  第６の配管、１００ａ  第１の測定部、１００ｂ  第２の測定部、１０１  判断部、１０２  制御部。
【要約】
第１の熱交換器（３）と、第２の熱交換器（４）とを有するヒートポンプ（６）と、第１の熱交換器（３）において熱交換された熱を貯める第１の蓄熱部（７）と、第２の熱交換器（４）において熱交換された熱を貯める第２の蓄熱部（８）と、第１の蓄熱部（７）の熱と熱交換をする第３の熱交換器（９）と、第２の蓄熱部８の熱と熱交換をする第４の熱交換器（１０）と、第１の蓄熱部（７）の蓄熱量測定する測定部と、第１の蓄熱部（７）の蓄熱量を減らす排熱部と、測定部の測定結果を基に、第１の蓄熱部（７）の蓄熱量及び第２の蓄熱部（８）の蓄熱量を減らすかどうか判断する判断部（１０１）と、判断部（１０１）の判断結果を基に、排熱部から減らす熱量を制御する制御部（１０２）とを備えたことを特徴とする。【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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