(57)【要約】【課題】  太陽熱と他の加熱手段を併用した湯水の沸き上げについて、太陽熱による湯水の沸き上げで不足する給湯量を他の加熱手段で補充することで、湯切れの防止が可能な貯湯式給湯器を提供する。【解決手段】  太陽熱集熱器２によって湯水を加熱する第１貯湯タンク１と加熱手段によって湯水を加熱する第２貯湯タンク３を併設し、太陽熱集熱器２の沸き上げ出力から一日に貯湯される給湯量を算出して、不足が生じる場合には、第２貯湯タンク３内の湯水を加熱手段で沸き上げることで湯切れを防ぎ、設定されている給湯使用を開始する時刻までに湯水の沸き上げが完了するものである。【選択図】図２
2011017452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光で湯水を加熱する太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で加熱された湯水を貯湯する第１貯湯タンクと、前記太陽熱集熱器での沸き上げ出力を検出する太陽熱出力検出手段と、太陽光とは別の熱源で湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段で加熱された湯水を貯湯する第２貯湯タンクと、前記第１貯湯タンクおよび第２貯湯タンクの下部へ給水する給水管と、前記第１貯湯タンクおよび前記第２貯湯タンクから給湯する給湯管と、前記第１貯湯タンクおよび第２貯湯タンクに貯湯されるべき必要貯湯量を設定する必要貯湯量設定手段と、前記必要貯湯量から前記第２貯湯タンクの残湯量を減じて第１貯湯タンク必要貯湯量を算出する第１貯湯タンク必要貯湯量算出手段と、前記太陽熱出力検出手段で検出した沸き上げ出力から所定時刻に前記第１貯湯タンク内に貯湯されるであろう見込み残湯量を算出する見込み残湯量算出手段と、前記第１貯湯タンク必要貯湯量より前記見込み残湯量が少ない場合に、不足分の湯量を所定の給湯時刻までに前記加熱手段で加熱完了するための加熱開始時刻を算出する時刻算出手段とを備え、前記第１貯湯タンク必要貯湯量より前記見込み残湯量が少ないまま前記加熱開始時刻に達すると、前記加熱手段で前記第２貯湯タンク内の湯水を加熱開始するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記太陽熱出力検出手段は、前記第１貯湯タンク下部から前記太陽熱集熱器へ湯水を搬送する太陽熱往き管と前記太陽熱集熱器で沸き上げられた湯水を前記第１貯湯タンク上部へ搬送する太陽熱戻り管の湯水の温度差と、太陽熱戻り管内部を流れる湯水の流量を検知することで、太陽熱の沸き上げ出力を検出することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプサイクル等の加熱手段によって沸き上げた湯水を貯湯する貯湯タンクと、太陽熱によって沸き上げられた湯水を貯湯する貯湯タンクを併設して、いずれか一方のタンクより出湯する貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽熱を利用した貯湯式給湯装置として次のようなものがあった。
太陽熱集熱器によって湯水を加熱して貯湯する第１貯湯タンクと、ヒートポンプサイクルによって湯水を加熱して貯湯する第２貯湯タンクとを備え、２つのタンク内にある湯水の状態から出湯するタンクを選択することで、より効率的な給湯動作を可能としたものである。
【０００３】
この貯湯式給湯装置では、太陽熱集熱器によって加熱された湯水の温度を検知し、給湯設定温度と比較して給水の混合比率を調節し、前記第１貯湯タンク側から優先的に出湯するような設定をすることで、太陽熱を利用して沸き上げた高温水を効率的に利用することが可能なものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３４０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、この従来のものでは、日照量が少ない曇りや雨等の天候において太陽熱集熱器で湯水を沸き上げる熱量が足らず、第１貯湯タンク内に貯湯される貯湯量が少ない場合に、ヒートポンプサイクルで沸き上げを行う第２貯湯タンク側の残湯量で補うが、太陽熱集熱器による湯水の沸き上げ量は天候による面が大きく、日によって異なり、時間帯でも日照量の関係で太陽熱での沸き上げ出力が変化するので、第１貯湯タンクに貯湯される貯湯量の不足分を前記第２貯湯タンクに貯湯されている残湯量で補いたくとも、実際に必要な量を満たすかは分からなかっため、実際に必要な貯湯量が不足するおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１では、太陽光で湯水を加熱する太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で加熱された湯水を貯湯する第１貯湯タンクと、前記太陽熱集熱器での沸き上げ出力を検出する太陽熱出力検出手段と、太陽光とは別の熱源で湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段で加熱された湯水を貯湯する第２貯湯タンクと、前記第１貯湯タンクおよび第２貯湯タンクの下部へ給水する給水管と、前記第１貯湯タンクおよび前記第２貯湯タンクから給湯する給湯管と、前記第１貯湯タンクおよび第２貯湯タンクに貯湯されるべき必要貯湯量を設定する必要貯湯量設定手段と、前記必要貯湯量から前記第２貯湯タンクの残湯量を減じて第１貯湯タンク必要貯湯量を算出する第１貯湯タンク必要貯湯量算出手段と、前記太陽熱出力検出手段で検出した沸き上げ出力から所定時刻に前記第１貯湯タンク内に貯湯されるであろう見込み残湯量を算出する見込み残湯量算出手段と、前記第１貯湯タンク必要貯湯量より前記見込み残湯量が少ない場合に、不足分の湯量を所定の給湯時刻までに前記加熱手段で加熱完了するための加熱開始時刻を算出する時刻算出手段とを備え、前記第１貯湯タンク必要貯湯量より前記見込み残湯量が少ないまま前記加熱開始時刻に達すると、前記加熱手段で前記第２貯湯タンク内の湯水を加熱開始するものである。
【０００７】
また、請求項２では前記太陽熱出力検出手段は、前記第１貯湯タンク下部から前記太陽熱集熱器へ湯水を搬送する太陽熱往き管と前記太陽熱集熱器で沸き上げられた湯水を前記第１貯湯タンク上部へ搬送する太陽熱戻り管の湯水の温度差と、太陽熱戻り管内部を流れる湯水の流量を検知することで、太陽熱の沸き上げ出力を検出するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、太陽熱集熱器によって沸き上げられ第１貯湯タンクに貯湯された貯湯量のみでは一日に使用する量を満たさない見込みとなった場合に、給湯使用を開始する時刻までに第２貯湯タンク内にある残湯量をヒートポンプサイクルによって使用者が給湯に必要な量を満たすようにすることが可能で、ヒートポンプサイクルによる沸き上げを必要以上に行うことがなく経済的である。
【０００９】
更に、風呂等で使用する給湯量が多く必要な所定時刻に、必要な給湯量が貯湯タンク内に貯湯されているようにすることで、給湯量が不足する事態を防ぎ快適な使用感が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施形態を表す貯湯式給湯装置の概略構成図
【図２】この発明の湯水沸き上げ時における制御処理を示すフローチャート
【図３】ある一日における太陽熱集熱沸き上げの様子を表したグラフ
【図４】図３とは別の一日における太陽熱集熱沸き上げの様子を表したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
１は太陽熱を集熱する太陽熱集熱器２によって加熱された湯水を貯湯する第１貯湯タンクであり、３は第１貯湯タンクと併設され加熱手段としてのヒーポンユニット４によって加熱された湯水を貯湯する第２貯湯タンクである。
【００１２】
５は第１貯湯タンク１下部および第２貯湯タンク３下部に接続され水道水をタンク内に供給する給水管である。また、６は第１貯湯タンク１下部から太陽熱集熱器２へ湯水を流出させる太陽熱往き管であり、該第１貯湯タンク１上部には太陽熱集熱器２で加熱された湯水を流入させる太陽熱戻り管７が接続されている。
【００１３】
８は第１貯湯タンク１と太陽熱往き管６と太陽熱集熱器２と太陽熱戻り管７とで形成される太陽熱循環回路であり、該太陽熱循環回路８内の湯水を搬送する太陽熱循環ポンプ９が太陽熱往き管６の配管途中に設けられている。
【００１４】
１０は第２貯湯タンク３下部とヒーポンユニット４を接続するヒーポン往き管であり、ヒーポンユニット４内部に流入した湯水は、ヒーポンユニット４内部で加熱され、ヒーポン戻り管１１内を通って第２貯湯タンク３上部に戻るヒーポン循環回路１２が形成されており、ヒーポン循環回路１２の湯水を搬送するヒーポン循環ポンプ１３がヒーポン往き管１０の配管途中に設けられている。
【００１５】
ヒーポンユニット４は、ヒーポンユニット４内部にあり図示しない圧縮機と凝縮器としての冷媒−水熱交換器と、減圧装置としての電子膨張弁と強制空冷式の蒸発器とで構成されるヒートポンプサイクルによって加熱が可能となる。
【００１６】
１４は第１貯湯タンク１の上部に接続されており、第１貯湯タンク１内に貯湯されている湯水を出湯する第１出湯管であり、また、第２貯湯タンク３上部には、タンク内に貯湯されている湯水を出湯するための第２出湯管１５が接続されている。
【００１７】
１６は第１出湯管１４と第２出湯管１５内を流動する湯水の内、一方の配管内の湯水を給湯管１７に流入させるように接続された切替弁である。
【００１８】
１８は給湯管１７内を流動する湯水と給水管５から分岐した給水バイパス管１９内を流動する給水を混合可能となるように接続し、出湯する湯水の温度を検知する出湯温度センサ２０と流量を検知する出湯流量センサ２１と給水管５内を流動する給水の温度を検知する給水温度センサ２２の検知結果から、弁開度を調節して設定されている温度での出湯を可能とする混合弁である。
【００１９】
２３は第１貯湯タンク１の側面高さ方向の所定箇所に組み込まれ、第１貯湯タンク１内の湯水の温度を測定する第１貯湯温度センサであり、それぞれ側面高さ方向に２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅとが備えられており、２４は第２貯湯タンク３の側面高さ方向の所定箇所に組み込まれ、第２貯湯タンク３内の湯水の温度を測定する第２貯湯温度センサであり、それぞれ側面高さ方向に２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅとが備えられている。      
【００２０】
２５は太陽熱循環回路８を構成する太陽熱往き管６途中に備えられて、第１貯湯タンク１下部より太陽熱集熱器２内に入水する湯水の温度を検知する太陽熱入水温度センサであり、２６は太陽熱戻り管７途中に備えられて、太陽熱集熱器２から出湯した湯水の温度を検知する太陽熱出湯温度センサであり、２７は太陽熱戻り管７途中に備えられて、太陽熱循環回路８を流動する湯水の流量を検知する太陽熱流量センサである。
【００２１】
２８は太陽熱による湯水の沸き上げについて制御する集熱制御部である。集熱制御部２８は、太陽熱による集熱作業が可能な時刻に太陽熱循環ポンプ９を駆動させて第１貯湯タンク１内に太陽熱によって沸き上げた湯水を貯湯する太陽熱開始手段２８ａと、太陽熱入水温度センサ２５と太陽熱出湯温度センサ２６の温度差と太陽熱流量センサ２７で検知した値から太陽熱集熱器２で沸き上げられる湯水の沸き上げ出力を検出する太陽熱出力検出手段２８ｂと、該太陽熱出力検出手段２８ｂで検出された沸き上げ出力から一日で第１貯湯タンク１に貯湯される見込みの貯湯量（見込み残湯量）を算出する見込み残湯量算出手段２８ｃと、一日において実際に貯湯された貯湯量の平均値（平均太陽熱沸き上げ量）を記憶する太陽熱記憶手段２８ｄを備えている。
【００２２】
２９は設定されている出湯温度に基づき切替弁１６と混合弁２８の弁開度を調節する制御部である。また、制御部２９は、出湯温度センサ２１と出湯流量センサ２２に基づいて算出した一日に使用した給湯量を過去一週間分記憶する記憶手段２９ａと、記憶手段２９ａで記憶された過去一週間分の給湯量のデータに基づいて一日に使用する給湯量の平均値である平均給湯使用量を算出する平均量演算手段２９ｂと、該平均量演算手段２９ｂから一日に使用する給湯量を満たすために必要な第１貯湯タンク１と第２貯湯タンク３に貯湯されるべき給湯量（必要貯湯量）を設定する必要貯湯量設定手段２９ｃと、該必要貯湯量設定手段２９ｃで設定された必要貯湯量から第２貯湯タンク３に貯湯されている残湯量を減じて第１貯湯タンク１に必要な貯湯量（第１貯湯タンク必要貯湯量）を算出する第１貯湯タンク必要貯湯量算出手段２９ｄと、見込み残湯量算出手段２８ｃで算出される見込み残湯量と第１貯湯タンク必要貯湯量算出手段２９ｄで算出される第１貯湯タンク必要貯湯量とを比較して、第１貯湯タンク必要貯湯量より見込み残湯量が少ない場合に、不足分の熱量をヒーポンユニット４の加熱能力で除して沸き上げに必要な時間を算出して、所定の給湯時刻までにヒーポンユニット４で沸き上げ完了するための加熱開始時刻を算出する時刻算出手段２９ｅとが備えられている。
【００２３】
次に、太陽熱とヒートポンプサイクルによる湯水の沸き上げを併用した加熱運転の方法を図２に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。
まず、Ｓ１で第２貯湯タンク３内の湯水を電力料金の安い夜間時間帯に、ヒーポンユニット４及びヒーポン循環ポンプ１３を駆動させて必要貯湯量設定手段２９ｃで設定されている必要貯湯量から太陽熱記憶手段２８ｄで記憶されている平均太陽熱沸き上げ量を減じた、第２貯湯タンク３に貯湯されるべき給湯量を沸き上げる。
【００２４】
夜間時間帯の沸き上げが終了し、太陽熱による湯水の沸き上げが可能な時刻になると、太陽熱開始手段２８ａは太陽熱循環ポンプ９を駆動させて、第１貯湯タンク１内の湯水を太陽熱循環回路８内を流動させることで、太陽熱集熱器２による太陽熱沸き上げを開始する（Ｓ２）。
【００２５】
太陽熱による沸き上げが開始されると、Ｓ３で太陽熱出力検出手段２８ｂで太陽熱による沸き上げ出力を検出し、見込み残湯量算出手段２８ｃは太陽熱出力検出手段２８ｂで検出した沸き上げ出力の移動平均値を算出し、沸き上げ出力の移動平均値を用いて、沸き上げ開始から予め定められた所定時刻までに第１貯湯タンク１に貯湯される予定の見込み残湯量を算出する（Ｓ４）。
【００２６】
見込み残湯量算出手段２８ｃで一日に貯湯される見込み残湯量を算出したら、Ｓ５で第１貯湯タンク必要貯湯量算出手段２９ｄで算出された第１貯湯タンク必要貯湯量と、見込み残湯量算出手段２８ｃで算出された見込み残湯量とを比較する。
【００２７】
ここで、具体的に前記Ｓ４と前記Ｓ５で行われる見込み残湯量の算出と比較方法の例として図３のグラフを用い、図２のフローチャートに基づいて説明する。
グラフの横軸を時刻、縦軸を第１貯湯タンク１の太陽熱集熱器２による貯湯量とし、太陽熱開始手段２８ａによる太陽熱集熱器２の湯水の沸き上げが可能となる時刻を６時だとして、各時刻によって貯湯された給湯量をグラフに記録していき、第１貯湯タンク必要貯湯量算出手段２９ｄで算出された第１貯湯タンク必要貯湯量を２００Ｌとして、第１貯湯タンク必要貯湯量が貯湯完了すべき所定時刻を１８時とする。  
【００２８】
例えば、９時の時点では第１貯湯タンク１に４０Ｌの貯湯量があるので、第１貯湯タンク１の給湯使用を開始する給湯時刻である１８時での見込み残湯量は１６０Ｌとなり、ヒーポンユニット４による沸き上げが必要であると判断される。また、１２時の時点では第１貯湯タンク１に１２０Ｌの貯湯量があるので、見込み残湯量は２４０Ｌとなり第１貯湯タンク必要貯湯量を満たす給湯量が貯湯されると判断されるが、Ｓ６で実際に第１貯湯タンク１に貯湯されている実際貯湯量が第１貯湯タンク必要貯湯量である２００Ｌと比べて不足していると検知すると、再び太陽熱出力検出手段２８ｂで太陽熱の出力を検出する。ついで、１５時の時点では第１貯湯タンク１に２００Ｌの貯湯量があるので、見込み残湯量は第1貯湯タンク必要貯湯量を満たし、かつ実際貯湯量も第1貯湯タンク必要貯湯量を満たしているので、ヒーポンユニット４による沸き上げの必要がないと判断される。
【００２９】
また、図４のグラフのように、天候が曇りや雨等で太陽熱集熱器２による湯水の沸き上げ量が少なく、第１貯湯タンク１における第1貯湯タンク必要貯湯量が貯湯完了すべき給湯時刻である１８時までに、見込み残湯量算出手段２８ｃで算出された見込み残湯量と比べて不足するような場合、Ｓ７で時刻算出手段２９ｅはヒーポンユニット４によって不足分の給湯量を沸き上げて第２貯湯タンク３に貯湯完了するまでにかかる時間から加熱開始時刻を算出して、Ｓ８で加熱開始時刻を検知したら、Ｓ９でヒーポンユニット４による加熱開始で第２貯湯タンク３内の湯水を沸き上げて、Ｓ１０で加熱完了することで一日に必要な給湯量である必要貯湯量が満たされた状態になる。
【００３０】
以上のように、太陽熱を利用した沸き上げで湯水を貯湯するタンクとヒートポンプサイクルによって沸き上げた湯水を貯湯するタンクを併設し、太陽熱での沸き上げ状況によってヒートポンプサイクルでの湯水の沸き上げが必要かを判断するようにしたことで、沸き上げ可能な湯水の量が常時変化し、貯湯タンクに貯湯する給湯量が一定とならない太陽熱による沸き上げについても、不足する給湯量をヒートポンプサイクルによる沸き上げで確実に補充することができ、給湯使用を開始する時刻までに必要な給湯量を確実に確保することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１    第１貯湯タンク
２    太陽熱集熱器
３    第２貯湯タンク
５    給水管
６    太陽熱往き管
７    太陽熱戻り管
２８ａ  太陽熱開始手段
２８ｂ  太陽熱出力検出手段
２８ｃ  見込み残湯量算出手段
２８ｄ  太陽熱記憶手段
２９ａ  記憶手段
２９ｂ  平均量演算手段
２９ｃ  必要貯湯量設定手段
２９ｄ  第１貯湯タンク必要貯湯量算出手段
２９ｅ  時刻算出手段
【図１】
2011017452.tif 000003
【図２】
2011017452.tif 000004
【図３】
2011017452.tif 000005
【図４】
2011017452.tif 000006