(57)【要約】【課題】  本発明は、貯湯タンク内の中温水域に熱交換器を配設し、太陽光発電パネルにより電力を得ると同時に得られた熱媒体のエネルギーを利用して、前記中温水域から熱い湯を得ることができる太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置に関するものである。【解決手段】  貯湯タンクの中温水域には、熱交換器が配設されている。一方、太陽光発電パネルは、補助電源として電力を発生させる。前記太陽光発電パネルは、電力を発生させるだけでなく、その内部または下部にパイプが敷設されている。前記パイプを流れる熱媒体は、太陽光によって加熱された後、太陽光発電パネルに設けられた貯蔵タンクに貯蔵される。前記熱媒体は、循環ポンプによって、前記貯湯タンクの中温水域に設けられている前記熱交換器内を循環する。【選択図】    図１
2006105546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水加熱装置により給水を沸かして蓄えられている貯湯式給湯装置において、
供給された給水を加熱する給水加熱装置と、
前記給水加熱装置により加熱された湯が蓄えられている貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの湯を利用するために高温水域および中温水域における湯を供給できる第１温調弁を介した出湯口と、
前記中温水域に設けられた熱交換器と、
太陽光発電パネル装置の内部、または太陽光発電パネルの下部に設けられたパイプ内を流れることにより加熱された熱媒体を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンクに蓄積されている前記熱媒体を前記熱交換器内に循環させる循環ポンプと、
を少なくとも備えていることを特徴とする太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記循環ポンプは、前記中温水域の温度が所定温度以下になったことを検出して、前記熱媒体を前記熱交換器内に循環させることを特徴とする請求項１に記載された太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置。
【請求項３】
前記循環ポンプは、前記中温水域の温度と前記貯蔵タンク内の熱媒体の温度を比較して、前記熱媒体の温度が中温水域の温度より、所定温度以上高い場合に前記熱媒体を前記熱交換器内に循環させることを特徴とする請求項２に記載された太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置。
【請求項４】
前記熱媒体は、不凍液であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置。
【請求項５】
前記第１温調弁は、前記高温水域および中温水域における湯を選択できることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安価な深夜電力等によって、ヒートポンプ等の給水加熱装置を稼働させて給水を加熱して、貯湯タンク内に湯を貯めておくことができる太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置に関するものである。また、本発明は、特に、貯湯タンク内の中温水域に熱交換器を配設し、太陽光発電パネルにより電力を得る際に副次的に得られた熱媒体のエネルギーを利用して、前記中温水域から熱い湯を得ることができる太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の貯湯式給湯装置は、安価な深夜電力等によって、ヒートポンプ等の給水加熱装置を稼働させ、高温の湯を蓄積している。前記貯湯式給湯装置により加熱された湯は、温度差からなる水の比重差により、貯湯タンクの最上部に貯えられ、貯湯タンク内の下部の水と混合しないようになっている。
【０００３】
前記貯湯式給湯装置における最上部に貯えられた湯は、前記貯湯タンクの最上部に接続された出湯配管から通ずる蛇口等を開くことにより、利用される。また、前記貯湯タンクには、最下部に接続された給水配管から、前記使用された分量の水が内部に供給される。前記給水加熱装置は、たとえば、電力料金の安価な深夜時間帯（２３時から翌日の朝７時）の深夜電力を利用して、高価な昼間時間帯の電力料金を極力使用しないように工夫されている。
【０００４】
一方、従来の太陽光発電パネルは、太陽エネルギーにより電力を発生し、この電力を蓄えることができ、補助電源として使用されることが多い。
【０００５】
さらに、従来の貯湯式給湯装置は、たとえば、特開２００３−３４３９２０号公報に記載されているように、湯水の出湯流量を当面、予め定められた標準上限号数を超えないように制限する。前記標準上限号数に基づいて制御中、最終出湯温度センサで検出された湯水の出湯温度と給湯設定温度との相対的な関係に基づいて湯水の出湯流量が適正か否かが判定され、湯水の出湯流量が適正でないと判定された場合、湯水の出湯流量に関してタンク内に貯留する不凍液の濃度別に予め決められた複数の濃度別上限号数から適切な号数が自動的に選択される。そして、適切な号数を選択した以後、選択された濃度別上限号数を超えないように湯水の出湯流量が制限される。
【特許文献１】特開２００３−３４３９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記従来の貯湯式給湯装置は、貯湯タンク内に貯めた湯を貯湯タンクの蓄熱量が少ない昼間の時間帯に長時間利用した場合、再度、高価な昼間電力を投入して、沸かす必要があった。前記貯湯タンク内の湯は、高価な昼間電力を使用して、貯湯タンク内の湯の温度を上げたとしても、前記貯湯タンクの上部の湯の温度が高温になるまでに時間がかかるという問題があった。
【０００７】
一方、太陽光発電パネルは、電力を供給するだけであり、照射される太陽光の熱エネルギーを貯湯式給湯装置に利用するという発想がなかった。
【０００８】
以上のような課題を解決するために、本発明は、日中、貯湯式給湯装置の蓄熱エネルギーが減少した場合、高価な昼間電力を使用することなく、太陽光発電パネルに照射される太陽光の熱エネルギーを利用する太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。また、本発明は、貯湯タンクの中温水域に熱交換器と温調弁を設け、熱交換機によって加熱された湯を直ちに使用できる太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、あらゆる時間帯、どのような使用状況下であっても、必要な温度の湯を得ることができる太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯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】
【０００９】
（第１発明）
第１発明の太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置は、給水加熱装置により給水を沸かして蓄えられており、供給された給水を加熱する給水加熱装置と、前記給水加熱装置により加熱された湯が蓄えられている貯湯タンクと、前記貯湯タンクの湯を利用するために高温水域および中温水域における湯を供給できる第１温調弁を介した出湯口と、前記中温水域に設けられた熱交換器と、太陽光発電パネル装置の内部、または太陽光発電パネルの下部に設けられたパイプ内を流れることにより加熱された熱媒体を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクに蓄積されている前記熱媒体を前記熱交換器内に循環させる循環ポンプとを少なくとも備えていることを特徴とする。  
【００１０】
（第２発明）
第２発明の太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置は、第１発明の循環ポンプが前記中温水域の温度が所定温度以下になったことを検出して、前記熱媒体を前記熱交換器内に循環させることを特徴とする。
【００１１】
（第３発明）
第３発明の太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置は、第２発明の循環ポンプが前記中温水域の温度と前記貯蔵タンク内の熱媒体の温度を比較して、前記熱媒体の温度が中温水域の温度より、所定温度以上高い場合に前記熱媒体を前記熱交換器内に循環させることを特徴とする。
【００１２】
（第４発明）
第４発明の太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置は、第１発明から第３発明の熱媒体が不凍液であることを特徴とする。
【００１３】
（第５発明）
第５発明の太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置は、第１発明から第４発明の第１温調弁が前記高温水域および中温水域における湯を選択できることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、日中、太陽光発電パネルで副次的に得られる熱で暖められた熱媒体のエネルギーを熱交換することによって、貯湯タンク内の低下した蓄熱量をさらに高めることができる。本発明の貯湯式給湯装置は、熱交換器により暖められた湯を中温水域から直ちに得ることができ、高い熱効率を得ることができる。
【００１５】
本発明によれば、高温水域の高温湯および中温水域の中温湯を任意に選択して得ることができる。中温水域の中温湯は、薄める水の量が少なく、無駄なエネルギーの使用がないだけでなく、上部に高温水域があるため、貯湯タンク内の温度を効率よく保つことができる。
【００１６】
本発明によれば、貯湯タンク内の蓄熱エネルギーが低下する午後に高価な電力を使用することなく、太陽光発電パネルによって、副次的に得られるエネルギーを利用することができる。
【００１７】
本発明によれば、熱媒体として不凍液を使用することにより、寒冷地等において、熱交換器に熱交換を行う熱媒体が夜や明け方において凍ることがない。また、前記不凍液の種類は、夜間における冷え込みの状態により、予め選択しておくことができる。
【００１８】
本発明によれば、貯湯タンク内の湯は、通常時、高温水域から高温の湯が、中温水域から中温の湯が供給される。さらに、高温水域の蓄熱エネルギーが少なくなった場合、中温水域は、太陽光発電パネルからのエネルギーを熱交換器から得ることができる。そして、中温水域の湯は、高温になった後、中温水域から直ちに得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１発明）
第１発明の貯湯式給湯装置は、給水加熱装置により給水を沸かして蓄えられている貯湯タンクの熱源を暖房および給湯等に使用できる。前記給水加熱装置は、たとえば、水道水が給水され、これを所定の温度に加熱する。前記給水加熱装置は、たとえば、ヒートポンプであり、冷媒を使用することにより、熱効率を向上させている。前記貯湯タンクは、前記給水加熱装置により加熱された湯が蓄えられるとともに、使用された湯の分量だけ、下部から冷水が供給される。蓄えられた前記貯湯タンクの湯は、高温水域および中温水域から取り出し、浴室用（湯張りまたはシャワー用等）、洗面用、炊事用、暖房等に利用される。
【００２０】
特に、前記貯湯タンクに蓄えられた熱源は、高温水域から取り出すと、暖房装置のユニットを循環させることにより暖房に利用される。また、前記高温水域および中温水域の湯を利用する場合、高温水域用弁および中温水域用弁をそれぞれ設けて置くこともできる。
【００２１】
前記貯湯タンク内の前記中温水域には、熱交換器が配設されている。一方、補助電源として電力を発生させる太陽光発電パネルが設けられている。前記太陽光発電パネルは、電力を発生させて、住宅等の補助電源または余剰電源を売電するだけでなく、太陽光発電パネル装置の内部、または太陽光発電パネルの下部にパイプが敷設されている。前記パイプを流れる熱媒体は、太陽光によって加熱された後、太陽光発電パネルに設けられた貯蔵タンクに貯蔵される。前記熱媒体は、循環ポンプによって、前記貯湯タンクの中温水域に設けられている前記熱交換器内を循環する。
【００２２】
第１発明の貯湯式給湯装置は、日中、太陽光発電パネルで発電すると同時に、副次的に得られる熱で暖められた熱媒体のエネルギーを熱交換することによって、貯湯タンク内の低下した蓄熱量をさらに高めることができる。第１発明の貯湯式給湯装置は、熱交換器により暖められた湯を中温水域から直ちに得ることができ、高い熱効率を得ることができる。
【００２３】
また、第１発明の貯湯式給湯装置は、平常時においても、高温水域の高温湯および中温水域の中温湯を選択して得ることができる。さらに、第１発明の貯湯式給湯装置は、特に、貯湯タンク内の蓄熱エネルギーが低下する午後に高価な電力を使用することなく、太陽光発電パネルによって、副次的に得られるエネルギーを利用することができる。
【００２４】
（第２発明）
第２発明の貯湯式給湯装置は、日中、太陽光発電パネルから得られたエネルギーを熱交換器に供給する場合、前記中温水域の温度が所定温度以下になったことを検出して、前記熱媒体を前記熱交換器内に循環させるように循環ポンプを動作させる。
【００２５】
（第３発明）
第３発明の貯湯式給湯装置は、日中、太陽光発電パネルから得られたエネルギーを熱交換器に供給する場合、前記中温水域の温度と前記貯湯タンク内の熱媒体の温度を比較して、前記熱媒体の温度が所定温度以上高くなった場合に前記熱媒体を前記熱交換器内に循環させるように循環ポンプを動作させる。前記第２発明および第３発明は、温度が低くなった中温水域に配設された前記熱交換器内に前記貯蔵タンク内に蓄積された熱媒体を循環させることにより、副次的に得られたエネルギーを利用するものである。
【００２６】
（第４発明）
第４発明の貯湯式給湯装置は、熱媒体として不凍液が使用される。熱媒体としての不凍液は、寒冷地等において、夜や明け方において凍ることがない。また、前記不凍液の種類は、夜間における冷え込みの状態により、予め選択しておくことができる。
【００２７】
（第５発明）
第５発明の貯湯式給湯装置は、第１温調弁に三方弁を使用することで、必要に応じて、高温水域または中温水域の湯を選択して得ることができる。前記三方弁は、前記高温水域および中温水域の湯を使い分けるために、開閉角度を調整する。貯湯タンク内の湯は、通常時、高温水域から高温の湯が、中温水域から中温の湯が供給される。さらに、高温水域の蓄熱エネルギーが少なくなった場合、中温水域は、太陽光発電パネルからのエネルギーを熱交換器から得た後、高温になった湯を直ちに得ることができる。
【実施例１】
【００２８】
図１は本発明の第１実施例で、太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置の概略を説明するための構成図である。図１において、貯湯式給湯装置は、貯湯タンク１１と、ヒートポンプ１２と、出湯用配管１３と、第１温調弁１４と、第２温調弁１５と、太陽光発電パネル１６と、循環ポンプ１７とから構成されている。
【００２９】
前記貯湯タンク１１は、ステンレス等の耐食性の優れた金属で作製されている縦長形状の筒体である。前記貯湯タンク１１は、外周部を図示されていない断熱材によって覆われて、高温の湯を長時間にわたって保温可能な状態にしている。また、前記貯湯タンク１１は、図示されていないポンプにより、底面から温度の低い湯または水道水をヒートポンプ１２に供給して、高温の湯にした後、上部から供給される。
【００３０】
また、貯湯タンク１１は、内部の中温水域１１２に後述の熱交換器１１１と、たとえば、サーミスタＳ１が配設されている。前記中温水域１１２は、たとえば、５０度Ｃから６０度Ｃ程度である。さらに、貯湯タンク１１には、出湯用配管１３が設けられている。前記熱交換器１１１には、後述する熱媒体が上部から供給され、下部方向に循環する。前記貯湯タンク１１における中温水域１１２および高温水域１１３からの湯は、第１温調弁１４と第２温調弁１５を開閉し、水を追加することにより所望の温度になって放出される。前記高温水域１１３は、たとえば、８０度Ｃ程度である。
【００３１】
太陽光発電パネル１６は、通常、建物の屋根や屋上部分に載置されており、太陽電池により電力を発生させるものである。また、前記太陽光発電パネル１６は、図示されていない太陽電池の、たとえば、下部に熱媒体を循環させるパイプ１６１と、上部に設けられた熱媒体貯蔵タンク１６２と、前記熱媒体貯蔵タンク１６２内の温度を検出するサーミスタＳ２が設けられている。前記パイプ１６１は、太陽光発電パネル１６が構成される装置の内部で、前記太陽光発電パネル１６に対する光を遮らないように配置される。
【００３２】
循環ポンプ１７は、図示されていない制御装置により、前記熱媒体が前記貯湯タンク１１の中温水域１１２に配設されている熱交換器１１１内を循環するようにする。前記熱交換器１１１を通過する熱媒体は、前記熱交換器１１１内で、熱交換が行われ、太陽光発電パネル１６で得た熱エネルギーが貯湯タンク１１の中温水域１１２における湯を暖める。
【００３３】
図２（イ）は本発明の第１実施例を説明するためのブロック構成図で、（ロ）は同じくフローチャートである。図２（イ）および（ロ）において、運転開始（ステップ２２１）に伴い、貯湯タンク中温水域温度検出手段２１１は、貯湯タンク１１の中温水域１１２における温度を、たとえば、サーミスタＳ１によって検出する。一方、温度設定手段２１２は、中温水域１１２における利用可能な温度を予め設定する。
【００３４】
比較手段２１３は、前記貯湯タンク中温水域温度検出手段２１１によって検出された温度と、温度設定手段２１２に設定された温度とを比較する（ステップ２２２）。図示されていない制御装置は、前記設定温度が中温水域１１２の温度より予め決められた温度だけ高いと判断した場合、循環ポンプ１７を循環ポンプ駆動手段２１４により駆動する（ステップ２２３）。
【００３５】
前記制御装置は、前記サーミスタＳ１により、前記中温水域１１２の湯が所定の温度になったと判断した場合、使用者が中温水域１１２の湯を選択しているか否かを調べる（ステップ２２４）。前記制御装置は、使用者が中温水域１１２の湯を選択していると判断した場合、第１温調弁開閉手段２１５によって、第１温調弁１４を中温水域１１２側にして、中温水域１１２の湯を第２温調弁１５から放水する（ステップ２２５）。
【００３６】
前記制御装置は、使用者が高温水域１１３の湯を選択していると判断した場合、第１温調弁開閉手段２１５によって、第１温調弁１４を高温水域１１３側にして、高温水域１１３の湯を第２温調弁１５から放水する（ステップ２２６）。前記第２温調弁１５からの放水は、必要に応じて、水を混合して、所望の温度の湯を得ることができる。前記第１温調弁１４は、一つの三方弁にしないで、高温水域１１３と中温水域１１２と別々の弁を設けることができる。
【実施例２】
【００３７】
図３（イ）は本発明の第２実施例を説明するためのブロック構成図で、（ロ）は同じくフローチャートである。図３（イ）および（ロ）において、図２に示す第１実施例と異なるところは、比較手段３１３が貯湯タンク中温水域温度検出手段３１１によって検出された温度と、太陽光発電パネル内温度検出手段３１２によって検出される熱媒体の温度を比較する点にある。
【００３８】
すなわち、第２実施例は、太陽光発電パネル内の熱媒体の温度が前記貯湯タンク中温水域の温度より、予め決められた温度以上である場合に、循環ポンプ駆動手段３１４により、循環ポンプ１７を駆動して、貯湯タンク１１内の湯を使用できるようになっている。
【００３９】
なお、ヒートポンプ１２は、二酸化炭素等の冷媒を使用している。前記冷媒は、圧縮加熱され、前記熱交換器１１１を通過する際に、水にエネルギーを与え加熱した後、膨張させることにより元に戻し、循環使用される。貯湯タンク１１は、最上部に、図示されていない温度検出センサが設けられている。前記図示されていない制御装置は、前記温度検出センサによって検出された温度情報が送られる。
【００４０】
貯湯タンク１１に設けられている第１温調弁１４は、たとえば、三方弁であり、中温水域１１２および高温水域１１３の湯を任意に選択することができる。また、太陽光発電パネル１６は、太陽電池が図示されてなく、熱媒体を暖めるパイプ１６１と、前記熱媒体を貯蔵する熱媒体貯蔵タンク１６２が示されている。前記熱媒体は、水または不凍液を使用することができる。特に、本発明の貯湯式給湯装置は、寒冷地によって使用する場合、不凍液を熱媒体とすると、寒さが厳しくても凍ることがない。前記不凍液は、たとえば、エチレングリコール系のものであり、寒冷地により、成分を変えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本実施例に記載されているブロック構成図の内部は、公知または周知の技術によって達成されるものである。本実施例における貯湯タンク、ヒートポンプ、熱交換器、温調弁、太陽光発電パネル、図示されていない制御装置は、公知または周知のものを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施例で、太陽光発電パネルを利用した貯湯式給湯装置の概略を説明するための構成図である。（実施例１）
【図２】（イ）は本発明の第１実施例を説明するためのブロック構成図で、（ロ）は同じくフローチャートである。
【図３】（イ）は本発明の第２実施例を説明するためのブロック構成図で、（ロ）は同じくフローチャートである。（実施例２）
【符号の説明】
【００４３】
１１・・・貯湯タンク
１１１・・・熱交換器
１１２・・・中温水域
１１３・・・高温水域
１２・・・ヒートポンプ
１３・・・出湯用配管
１４・・・第１温調弁
１５・・・第２温調弁
１６・・・太陽光発電パネル
１６１・・・パイプ
１６２・・・熱媒体貯蔵タンク
１７・・・循環ポンプ
Ｓ１、Ｓ２・・・サーミスタ
２１１・・・貯湯タンク中温水域温度検出手段
２１２・・・温度設定手段
２１３・・・比較手段
２１４・・・循環ポンプ駆動手段
２１５・・・第１温調弁開閉手段
３１２・・・太陽光発電パネル内温度検出手段
【図１】
2006105546.tif 000003
【図２】
2006105546.tif 000004
【図３】
2006105546.tif 000005