(57)【要約】【課題】貯湯スペースの縮小化、及びエネルギー効率の向上に有利な給湯システムを提供する。【解決手段】給湯システムは、第１媒体が流れるヒートポンプ（２０）と、ヒートポンプ（２０）と熱的に接続され、ヒートポンプ（２０）からの熱を蓄える蓄熱ユニット（５０）と、第２媒体が流れる供給ユニット（３０）とを有する。ヒートポンプ（２０）は、第１媒体を多段に圧縮する圧縮部（２２）を有する。供給ユニット（３０）において、蓄熱ユニット（５０）及びヒートポンプ（２０）の少なくとも一方からの熱によって第２媒体が加熱される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１媒体が流れるヒートポンプであり、前記第１媒体を多段に圧縮する圧縮部を有する前記ヒートポンプと、
前記ヒートポンプと熱的に接続され、前記ヒートポンプからの熱を蓄える蓄熱ユニットと、
第２媒体が流れる供給ユニットであり、前記蓄熱ユニット及び前記ヒートポンプの少なくとも一方からの熱によって前記第２媒体が加熱される前記供給ユニットと、
を備えることを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
前記ヒートポンプは、それによって前記蓄熱材が潜熱加熱される第１放熱部と、それによって前記第２媒体が顕熱加熱される第２放熱部と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記ヒートポンプは、前記第１放熱部からの前記第１媒体の一部が前記第２放熱部を迂回するバイパス経路と、前記バイパス経路内の前記第１媒体からの熱が前記圧縮部の上流の前記第１媒体に伝わる再生器とをさらに有する、ことを特徴とする請求項２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記供給ユニットは、前記第２放熱部によって加熱された前記第２媒体を貯えるタンクを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の給湯システム。
【請求項５】
前記ヒートポンプが稼動する第１モードであり、前記第１放熱部からの熱を前記蓄熱ユニットに蓄える動作と、前記第２放熱部によって加熱された前記第２媒体を前記タンクに貯える動作とを有する前記第１モードと、
前記第２放熱部によって加熱された前記第２媒体を前記タンクから供給する第２モードと、
前記蓄熱ユニットからの熱によって加熱された前記第２媒体を供給する第３モードと、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の給湯システム。
【請求項６】
時間帯に応じて、前記ヒートポンプの稼動状態を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の給湯システム。
【請求項７】
前記蓄熱ユニットは、潜熱蓄熱材を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の給湯システム。
【請求項８】
前記潜熱蓄熱材は、融点が互いに異なる複数の材料を有することを特徴とする請求項７に記載の給湯システム。
【請求項９】
前記蓄熱ユニットは、そこから第１温度を有する前記第２媒体が供給される第１蓄熱部と、そこから第２温度を有する前記第２媒体が供給される第２蓄熱部とをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを利用した給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ（ヒートポンプ回路）を備えた給湯システムは、大気の熱を利用することから、電気温水器などの他の一般的な給湯機に比べて、水加熱時におけるエネルギー利用効率が比較的高いことが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８４７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１６７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来より、ヒートポンプ給湯システムでは、貯湯スペース（タンク）の容量が比較的大きいことが課題となっている。ヒートポンプ給湯システムの一般家庭へのさらなる普及のために、貯湯スペースの縮小化が望まれている。また、より一層のエネルギー効率の向上が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様に従えば、第１媒体が流れるヒートポンプであり、前記第１媒体を多段に圧縮する圧縮部を有する前記ヒートポンプと、前記ヒートポンプと熱的に接続され、前記ヒートポンプからの熱を蓄える蓄熱ユニットと、第２媒体が流れる供給ユニットであり、前記蓄熱ユニット及び前記ヒートポンプの少なくとも一方からの熱によって前記第２媒体が加熱される前記供給ユニットと、を備える給湯システムが提供される。
【０００５】
この給湯システムによれば、ヒートポンプ回路とは別に水加熱用の蓄熱ユニットを備えることから、従来に比べて貯湯タンクの容量削減あるいは貯湯タンク全体の削除が可能となる。
【０００６】
この給湯システムにおいて、前記ヒートポンプは、それによって前記蓄熱材が潜熱加熱される第１放熱部と、それによって前記第２媒体が顕熱加熱される第２放熱部と、をさらに有することができる。
【０００７】
この場合、前記ヒートポンプは、前記第１放熱部からの前記第１媒体の一部が前記第２放熱部を迂回するバイパス経路と、前記バイパス経路内の前記第１媒体からの熱が前記圧縮部の上流の前記第１媒体に伝わる再生器とをさらに有する、ことができる。
【０００８】
また、前記供給ユニットは、前記第２放熱部によって加熱された前記第２媒体を貯えるタンクを有することができる。
【０００９】
この給湯システムにおいて、前記ヒートポンプが稼動する第１モードであり、前記第１放熱部からの熱を前記蓄熱ユニットに蓄える動作と、前記第２放熱部によって加熱された前記第２媒体を前記タンクに貯える動作とを有する前記第１モードと、前記第２放熱部によって加熱された前記第２媒体を前記タンクから供給する第２モードと、前記蓄熱ユニットからの熱によって加熱された前記第２媒体を供給する第３モードと、を備えることができる。
【００１０】
また、この給湯システムにおいて、時間帯に応じて、前記ヒートポンプの稼動状態を制御する制御装置をさらに備えることができる。
また、この給湯システムにおいて、前記蓄熱ユニットは、潜熱蓄熱材を有することができる。
【００１１】
この場合、前記潜熱蓄熱材は、融点が互いに異なる複数の材料を有することができる。
【００１２】
また、前記蓄熱ユニットは、そこから第１温度を有する前記第２媒体が供給される第１蓄熱部と、そこから第２温度を有する前記第２媒体が供給される第２蓄熱部とをさらに有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態を示す概略図である。図１において、給湯システム１０は、ヒートポンプ（ヒートポンプ回路）２０、、供給ユニット３０、蓄熱ユニット５０、及び制御装置７０を備える。制御装置７０は、システム全体を統括的に制御する。給湯システム１０の構成は、設計要求に応じて様々に変更可能である。
【００１４】
ヒートポンプ２０は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、冷媒の状態変化を利用して複数の物体間で熱の授受を行う回路であり、エネルギー効率が比較的高いという利点を有する。本実施形態において、ヒートポンプ２０は、大気から熱を汲み上げ、それを熱源として水を加熱する。
【００１５】
本実施形態において、ヒートポンプ２０は、吸熱部２１、圧縮部２２、放熱部２３、及び膨張部２４を有し、これらは配管を介して順次接続されている。吸熱部２１では、主経路２５内を流れる作動媒体がサイクル外の熱源（大気）の熱を吸収する。なお、吸熱部２１が大気以外の熱源（例えば冷熱供給装置）の熱を吸収する構成とすることもできる。
【００１６】
圧縮部２２は、圧縮機等によって作動媒体を圧縮する。本実施形態において、圧縮部２２は、作動媒体を多段に圧縮する構造を有する。図１の圧縮部２２は、第１圧縮部２２Ａ、第２圧縮部２２Ｂ、第３圧縮部２２Ｃ、及び第４圧縮部２２Ｄを含む４段圧縮構造を有する。圧縮の段数は、給湯システム１０の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部２２は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動媒体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。圧縮部２２は、各圧縮部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部２２は、同軸圧縮構造を有することができる。本実施形態において、圧縮部２２Ａ及び２２Ｂが同軸に構成され、圧縮部２２Ｃ及び２２Ｄが同軸に構成される。２軸のそれぞれに動力が供給される。各圧縮部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの圧縮比（圧力比）は、給湯システム１０の仕様に応じて設定される。
【００１７】
放熱部２３は、圧縮部２２で圧縮された作動媒体が流れる配管を有し、主経路２５内を流れる作動媒体の熱をサイクル外の物体に与える。本実施系形態において、放熱部２３は、作動媒体の流れ方向に沿って直列に配置された、５つの放熱部２３Ａ〜２３Ｅを有する。放熱部の数は、給湯システム１０の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上である。第１放熱部２３Ａは圧縮部２２Ａと２２Ｂとの段間に配置され、第２放熱部２３Ｂは圧縮部２２Ｂと２２Ｃとの段間に配置され、第３放熱部２３Ｃは圧縮部２２Ｃと２２Ｄとの段間に配置され、第４放熱部２３Ｄは圧縮部２２Ｄの下流位置に配置され、第５放熱部２３Ｅは、第４放熱部２３Ｄの下流位置に配置される。第１〜第４放熱部２３Ａ〜２３Ｄは、蓄熱ユニット５０に熱的に接続されている。第５放熱部２３Ｅは、供給ユニット３０の一部に熱的に接続されている。
【００１８】
膨張部２４は、減圧弁またはタービン等によって作動媒体を膨張させる。タービンを使用した場合には膨張部２４から動力を取り出すことができ、その動力を例えば圧縮部２２に供給してもよい。ヒートポンプ２０に使用される作動媒体として、フロン系媒体（HFC 245faなど）、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、給湯システム１０の仕様及び熱バランス等に応じて用いられる。
【００１９】
本実施形態において、ヒートポンプ２０はさらに、バイパス経路２７と、再生器２８とを有する。バイパス経路２７の入口端がヒートポンプ２０の主経路２５における第４放熱部２３Ｄと第５放熱部２３Ｅとの間の配管に流体的に接続される。バイパス経路２７の出口端が主経路２５における第５放熱部２３Ｅと膨張部２４との間の配管に流体的に接続される。バイパス経路２７の入口に、作動媒体のバイパス流量を制御する流量制御弁を設けることができる。バイパス経路２７において、第４放熱部２３Ｄからの作動媒体の一部が、第５放熱部２３Ｅを迂回し、膨張部２４の手前で第５放熱部２３Ｅからの作動媒体と合流する。第４放熱部２３Ｄからの残りの作動媒体は、第５放熱部２３Ｅを流れ、第１熱交換器６１においてその作動媒体と供給ユニット３０内の水とが熱交換する。
【００２０】
再生器２８は、バイパス経路２７の配管の一部と、ヒートポンプ２０の主経路２５の配管（吸熱部２１と圧縮部２２との間の配管）の一部とが熱的に接続された構成を有する。例えば、両配管が互いに接触あるいは隣接して配置される。ヒートポンプ２０において、吸熱部２１からの作動媒体に比べて、第４放熱部２３Ｄからの作動媒体は高温である。再生器２８において、バイパス経路２７を流れる第４放熱部２３Ｄからの作動媒体と、ヒートポンプ２０の主経路２５を流れる吸熱部２１からの作動媒体とが熱交換する。この熱交換により、バイパス経路２７内の作動媒体の温度が降下し、主経路２５内の作動媒体の温度が上昇する。再生器２８は、低温の流体（主経路２５内の作動媒体）と高温の流体（バイパス経路２７内の作動媒体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、再生器２８は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。
【００２１】
供給ユニット３０は、水の供給源１５、第１経路３２、第２経路３４、貯湯タンク３６、及び排出管３８を有する。供給ユニット３０は、必要に応じてポンプ及びバルブをさらに有する。本実施形態において、供給源１５からの水は、バルブ４１を介して第１経路３２及び／又は第２経路３４に送られる。制御装置７０の制御によって、バルブ４１及び／又は他の流量制御手段を介して、第１経路３２を流れる水の流量及び第２経路３４を流れる水の流量が制御される。
【００２２】
第１経路３２は、ヒートポンプ２０の第５放熱部２３Ｅに熱的に接続されかつ供給源１５からの水が流れる第１加熱配管４２を有する。第１加熱配管４２と第５放熱部２３Ｅとによって前記第１熱交換器６１が構成される。第１熱交換器６１は、低温の流体（第１加熱配管４２内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、第１熱交換器６１は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。本実施形態において、第１熱交換器６１の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。第１加熱配管４２と第５放熱部２３Ｅの配管とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、第５放熱部２３Ｅの配管を、第１加熱配管４２の配管の外周面や内部に配設することができる。ヒートポンプ２０の第５放熱部２３Ｅからの伝達熱によって、第１加熱配管４２内の水が温度上昇する。
【００２３】
第２経路３４は、蓄熱ユニット５０に熱的に接続されかつ供給源１５からの水が流れる第２加熱配管４４を有する。蓄熱ユニット５０からの伝達熱によって第２加熱配管４４内の水が温度上昇する。
【００２４】
第１経路３２及び第２経路３４は貯湯タンク３６に流体的に接続される。第１経路３２の第１加熱配管４２からの温水はタンク３６に送られる。第２経路３４の第２加熱配管４４からの温水もタンク３６に送られる。タンク３６に、液面を計測するレベルセンサ及び／又は気液分離器を配置してもよい。タンク３６からの温水は、排出管３８を介して配水部９５に送られる。
【００２５】
蓄熱ユニット５０は、ヒートポンプ２０の第１〜第４放熱部２３Ａ〜２３Ｄから伝わる熱を蓄える蓄熱材５２を有する。蓄熱材５２の熱は供給ユニット３０の第２加熱配管４４に伝わる。給湯システム１０の仕様に応じて、蓄熱材５２の材料特性が定められる。本実施形態において、蓄熱材５２は、液体−固体の相変化を伴って蓄熱及び放熱する潜熱蓄熱材(PCM: Phase Change Material）を含む。すなわち、蓄熱材５２は、融解する際に熱を蓄え、凝固するときに放熱する。本実施形態において、潜熱蓄熱材の融点が、供給ユニット３０からの温水の出口温度と同程度であるのが熱効率の上で好ましい。潜熱蓄熱材の融点は、給湯システム１０の仕様に応じて設定され、例えば、２０〜３０℃、３０〜４０℃、４０〜５０℃、５０〜６０℃、６０〜７０℃、７０〜８０℃、８０〜９０℃、９０〜１００℃、又は１００℃以上である。潜熱蓄熱材としては、エリスリトール、アルカン類等の炭化水素、ワックス系（パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等）、酢酸ナトリウム、酢酸ナトリウム三水塩、又は無機水和塩等を主成分とする材料が挙げられる。一例として、RUBITHRM 社製の RUBITHERM RTシリーズ（登録商標）、ENVIRONMENTAL PROCESS SYSTEMS 社製の PULSE ICE Eシリーズ（登録商標）、三菱化学エンジニアリング社製の STL シリーズ（登録商標）などがある。潜熱蓄熱材は、相変化に伴う体積変化が小さく（すなわち、蓄積エネルギー密度が高い）、装置のコンパクト化に有利である。蓄熱材５２として、顕熱蓄熱材、化学反応蓄熱材、超臨界流体を用いた蓄熱材等の他の物質を用いてもよい。
【００２６】
図２Ａ及び２Ｂは、蓄熱ユニット５０の構造例を示す断面図である。図２Ａにおいて、蓄熱ユニット５０は、筐体５４内に、蓄熱材５２と、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ａ〜２３Ｄの配管と、供給ユニット３０の第２加熱配管４４とが配置された構造を有する。蓄熱材５２は、放熱部２３Ａ〜２３Ｄの配管と第２加熱配管４４との隙間を含む、筐体５４の内部空間において、放熱部２３Ａ〜２３Ｄの配管と第２加熱配管４４とを覆うように、配置されている。蓄熱材５２は、放熱部２３Ａ〜２３Ｄの配管及び第２加熱配管４４の各外面に直接接触している。
【００２７】
図２Ｂにおいて、蓄熱ユニット５０は、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ａ〜２３Ｄの配管の内方に、蓄熱材５２と、供給ユニット３０の第２加熱配管４４とが配置された構造を有する。放熱部２３Ａ〜２３Ｄの配管は、環状断面の流路を有する。蓄熱材５２は、放熱部２３Ａ〜２３Ｄの配管と第２加熱配管４４との間の空間に配置されている。また、図２Ｃに示すように、蓄熱ユニット５０は、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ａ〜２３Ｄの配管の内方に、蓄熱材５２と、供給ユニット３０の複数の第２加熱配管４４とが配置された構造を有することもできる。他の実施形態において、蓄熱ユニット５０は、環状断面の流路を有する第２加熱配管４４の内方に、蓄熱材５２と、放熱部２３Ａ〜２３Ｄの配管とが配置された構造を有してもよい。
【００２８】
なお、各配管の形状、配列、材質などは任意に設定可能であり、蓄熱ユニット５０について様々な形態が適用可能である。蓄熱ユニット５０には、断熱材が必要に応じて配置される。各配管にはフィンが必要に応じて設けられる。
【００２９】
図１に戻り、制御装置７０は、ヒートポンプ２０における各機器、及びポンプ及びバルブを含む各種配管機器等の制御を行って、給湯システム１０を統括的に制御するものであり、演算及び制御を行う演算部の他、記憶部、入出力部等を有する。タンク３６、供給ユニット３０の各配管には、不図示の温度センサ及び流量センサ等の計測器が適宜配設されている。制御装置７０は例えばこれらの計測器の計測結果に基づいて上記制御を行う。
【００３０】
次に、給湯システム１０の基本的な動作について説明する。蓄熱ユニット５０を利用した給湯システム１０の各種運転方法については後述する。
【００３１】
給湯システム１０において、ヒートポンプ２０が稼動されることにより、第１経路３２を流れる水が第１熱交換器６１によって加熱され、その温水がタンク３６に貯えられる。さらに、ヒートポンプ２０からの熱が蓄熱ユニット５０（蓄熱材５２）に蓄えられる。また、温水需要に応じて、タンク３６に貯えられた温水が排出管３８を介して配水部９５に送られる。このとき、第２経路３４を流れる水が蓄熱ユニット５０からの熱によって加熱され、その温水がタンク３６に送られる。配水部９５からの温水は、風呂、台所、洗面所などの各種設備に供給される。温水は、製造プラント、調理施設、空調設備、発電プラントなどに供給されてもよい。
【００３２】
本実施形態において、従来の貯湯タンクの機能の少なくとも一部を、蓄積エネルギー密度の高い潜熱蓄熱材５２を有する蓄熱ユニット５０の使用で補完するから、タンク３６の必要容量を少なくできる。結果、装置全体のコンパクト化が図られる。
【００３３】
また、本実施形態では、ヒートポンプ２０が多段式の圧縮部２２を有することにより、潜熱蓄熱材５２の加熱に損失が少ない。さらに、ヒートポンプ２０が再生器２８を有することにより、熱利用効率が最適化される。結果、本実施形態は、ＣＯＰ（coefficient of performance）の向上に有利である。
【００３４】
図３及び図４は、熱交換に伴う、ヒートポンプの作動媒体、及び潜熱蓄熱材（ＰＣＭ）の温度変化の一例を模式的に示す図である。図３は、図１の給湯システム１０に対応する。図４は、従来の給湯システムに潜熱蓄熱材を適用した形態に対応する。
【００３５】
図３及び図４に示すように、熱が与えられると、潜熱蓄熱材は、融点付近においてほぼ一定温度のまま固体から液体に相変化する。図４に示すように、従来の給湯システムと潜熱蓄熱材とを単に組み合わせた形態では、潜熱蓄熱材と作動媒体との間で温度の接近又は逆転が生じやすい。これは、熱交換効率の上で不利である。
【００３６】
これに対して、本実施形態では、図１に示すように、ヒートポンプ２０は、多段式の圧縮部２２を有する。蓄熱ユニット５０は、それぞれ圧縮部２２の段間である、第１放熱部２３Ａ、第２放熱部２３Ｂ、及び第３放熱部２３Ｃからの熱を奪う。その結果、図３の（ａ）部に示すように、圧縮過程における作動媒体の温度が一定のレンジ内で上昇及び降下を繰り返す。また、図１に示すように、圧縮部２２から出た作動媒体は、第４放熱部２３Ｄを流れる。第４放熱部２３Ｄにおいて、作動媒体は、沸点付近において蒸気から液体に相変化する。その結果、図３の（ｂ）部に示すように、凝縮過程における作動媒体の温度が一定に維持される。
【００３７】
このように、本実施形態において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２が多段式であるから、凝縮過程に加えて、圧縮過程における作動媒体の温度が一定のレンジ内に維持される。これにより、潜熱蓄熱材と作動媒体との間で温度プロファイルが好ましくフィット可能である。これは、熱交換効率の上で有利である。さらに、圧縮効率及び圧縮機の動力低減の上でも有利である。作動媒体の温度上昇と降下の繰り返し数（再熱の段数）は、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。再熱の段数が装置構成上の制約の範囲内で多いのが、エネルギー効率の向上に有利である。
【００３８】
また、本実施形態において、バイパス経路２７を介して作動媒体の一部が第１熱交換器６１を迂回することにより、第１熱交換器６１に入る作動媒体の流量が最適化される。これは、作動媒体の保有熱を有効に使う上で有利である。作動媒体のバイパス量は、水及び作動媒体の各物性値（比熱など）等に応じて定められる。
【００３９】
バイパス経路２７を流れる作動媒体は、再生器２８において、ヒートポンプ２０の主経路２５を流れる吸熱部２１からの作動媒体と熱交換する。この熱交換により、バイパス経路２７内の作動媒体の温度が降下し、ヒートポンプ２０の主経路２５内の作動媒体の温度が上昇する。圧縮部２２に対する作動媒体の入力温度の上昇により、圧縮部２２の動力の低減が図られる。
【００４０】
また、本実施形態において、再生器２８で温度降下したバイパス経路２７内の作動媒体は、膨張部２４の手前で、ヒートポンプ２０の主経路２５を流れる第１熱交換器６１（第５放熱部２３Ｅ）からの作動媒体と合流する。前述した流量最適化の効果により、第１熱交換器６１からの作動媒体の出力温度も十分に低い。そのため、膨張部２４には、比較的低い温度の作動媒体が導入される。膨張部２４に対する作動媒体の入力温度の低下は、作動媒体の液ガス比の最適化に有利である。その結果、吸熱部２１においてサイクル外の熱源（大気）から有効に熱が吸収される。
【００４１】
このように、本実施形態において、蓄熱ユニット５０の加熱に用いた後の作動媒体が水の加温と作動媒体の再生とに用いられることにより、熱の有効利用が図られる。
【００４２】
図５は、給湯システム１０の蓄熱モードの例を示す図である。また、図６及び図７はそれぞれ、タンク３６、及び蓄熱ユニット５０の少なくとも１つを熱源として利用した給湯モードの例を示す図である。
【００４３】
図５に示すように、蓄熱モードにおいて、主に夜間電力（深夜電力）を利用して給湯システム１０のヒートポンプ２０が稼動される。ヒートポンプ２０の稼動は、例えば電力料金が低く設定されている時間帯とする。こうした時間帯の電力利用により、エネルギーコストの低減が図られる。ヒートポンプ２０の第１〜第４放熱部２３Ａ〜２３Ｄからの熱が蓄熱材５２に蓄えられる。すなわち、第１〜第４放熱部２３Ａ〜２３Ｄから伝わる熱によって蓄熱材５２が加熱され、蓄熱材５２が固相から液相に変化する。潜熱蓄熱材の融点は、例えば５０〜６５℃である。制御装置７０は、システムを統括的に制御する。蓄熱ユニット５０において、蓄熱材５２の液状化に伴い、蓄熱材５２の融解潜熱が蓄えられる。この際、温水需要がない場合には、供給ユニット３０の第２経路３４に水は導入されなくてよい。
【００４４】
蓄熱ユニット５０の蓄熱と並行して、第１熱交換器６１を利用してタンク３６に温水が貯えられる。すなわち、ヒートポンプ２０の稼動状態において、供給源１５から第１経路３２に水が導入される。第１経路３２の第１加熱配管４２を流れる水が第５放熱部２３Ｅからの伝達熱によって加熱され、その温水がタンク３６に貯えられる。供給源１５からの水の温度は、例えば約２０℃、タンク３６内の温水の温度は、例えば約５０〜５５℃である。
【００４５】
所定時間を経過すると、タンク３６に所定量の温水が貯えられ、蓄熱材５２に所定量の熱が蓄えられる。例えば、時刻、処理時間、及び／又はタンク３６の貯水量に基づいて、蓄熱モードの終了が判断される。必要に応じて、蓄熱モードの少なくとも一部を繰り返してもよい。例えば、夜間又は夜間以外において、蓄熱ユニット５０は、蓄熱量の減少に応じて、適宜に熱を蓄えることができ、これと並行して、タンク３６は、貯湯量の減少に応じて、温水を貯えることができる。
【００４６】
図６は、第１熱交換器６１を利用した給湯モードを示している。図６に示すように、蓄熱モードの際に、第１熱交換器６１を熱源とした温水がタンク３６に貯えられている。バルブやポンプ等の制御によって、タンク３６からの温水が配水部９５に導入される。その温水が配水部９５から、風呂、台所、洗面所などの設備に供給される。このモードにおいて、通常、ヒートポンプ２０は非稼動状態である。このモードは、主に給湯開始時、又は少量の給湯時に好ましく用いられる。このモードでは、指示から給湯に要する時間が比較的短く、タンク３６の貯湯容量の範囲内で持続的に給湯可能である。
【００４７】
図７は、蓄熱ユニット５０を利用した給湯モードを示している。図６の給湯モードにおいて、バルブやポンプ等の制御によって、供給源１５から第２経路３４に水が導入される。第２経路３４への水の導入は、タンク３６からの給湯開始に合わせて開始してもよく、タンク３６の貯湯量が一定量以下になるのに合わせて開始してもよい。第２経路３４の第２加熱配管４４を流れる水が、蓄熱ユニット５０の蓄熱材５２からの伝達熱によって加熱され、その温水がタンク３６に送られる。この熱伝達に伴って、蓄熱材５２の一部が液体から固体に相変化する。温水の温度は、例えば約５０〜５５℃である。その温水が配水部９５を介して、風呂、台所、洗面所などの設備に供給される。このモードにおいて、通常、ヒートポンプ２０は非稼動状態である。このモードは、蓄熱ユニット５０の蓄熱容量に応じた給湯能力（貯湯量）を有している。このモードでは、長時間にわたり持続的かつ安定的に一定範囲内の量の給湯を行うことができる。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、電気料金の低い夜間にヒートポンプ２０を稼動し、需要に応じて温水が供給される。蓄熱モードでは、蓄熱材５２と、タンク３６との２箇所で蓄熱される。タンク３６に温水が貯えられることにより、温水供給の立ち上がり時間の短縮に有利である。タンク３６の容量（貯湯スペース）は、例えば立ち上がり時間（蓄熱材５２を利用した給湯が可能となるまでの時間）に対応する大きさがあればよく、従来に比べて縮小可能である。
【００４９】
また、蓄熱材５２を利用した給湯モードでは、水加熱用の熱源は蓄熱材５２のみであり、蓄熱材５２の融点と同程度の温度に水が加熱される。前述したように、供給源１５の水の温度は例えば約２０℃であり、蓄熱材５２の融点は例えば５０〜６５℃である。熱交換される２つの物体の間の温度差が小さいことは、ＣＯＰの向上に有利である。これは、加熱源として、高い熱容量（蓄積エネルギー密度）を有する潜熱蓄熱材５２を効果的に利用することにより可能となる。
【００５０】
システム全体の温度レベルが低いことは、装置コスト及び熱損失の抑制、ＣＯＰの向上に有利である。ヒートポンプ２０の圧縮部２２における各圧縮部２２Ａ〜２２Ｄの出口温度は、例えば５５〜７５℃である。本実施形態では、潜熱蓄熱材５２の効果的に利用により、少ない貯湯スペースでありながら、温水の加熱温度を、実際の使用温度に近づけることができる。
【００５１】
他の実施形態において、第１熱交換器６１に蓄熱材を配置することができる。この場合、蓄熱モードにおいて、タンク３６の温水貯溜に代えて又は加えて、第１熱交換器６１の蓄熱材に熱が蓄えられる。タンク３６の削除が可能である。吸熱部２１及び／又は再生器２８など、他の箇所に蓄熱材を配置することも可能である。
【００５２】
潜熱蓄熱材５２による蓄熱は、バッテリを使用した蓄熱に比べて、イニシャルコストの抑制に有利であり、また、同等以上の蓄熱効率を期待できる。電力補完的に、バッテリを使用することも可能である。例えば、給湯開始時における水の加熱に、バッテリに蓄えたエネルギーを利用することが可能である。
【００５３】
図８は、第２実施形態を示す概略図である。以下の説明では、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００５４】
図８の給湯システム１０Ａにおいて、ヒートポンプ２０の第１〜第４放熱部２３Ａ〜２３Ｄと供給ユニット３０の第２加熱配管４４とが熱的に接続されている。第２加熱配管４４と第１放熱部２３Ａとを含んで第２熱交換器６２が構成される。同様に、第２加熱配管４４と第２放熱部２３Ｂとを含んで第３熱交換器６３が構成される。第２加熱配管４４と第３放熱部２３Ｃとを含んで第４熱交換器６４が構成され、第２加熱配管４４と第４放熱部２３Ｄとを含んで第５熱交換器６５が構成される。第２〜第５熱交換器６２〜６５は、低温の流体（供給ユニット３０内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、第２〜第５熱交換器６２〜６５は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。第２〜第５熱交換器６２〜６５の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。本実施形態において、第２〜第５熱交換器６２〜６５に対して蓄熱ユニット５０が設けられている。蓄熱ユニット５０は、ヒートポンプ２０から伝わる熱を蓄える蓄熱材５２を有する。蓄熱材５２の熱は第２加熱配管４４に伝わる。
【００５５】
図９Ａ〜９Ｃは、第２熱交換器６２に対応する蓄熱ユニット５０の構造例を示す断面図である。図９Ａにおいて、第２熱交換器６２は、筐体５４内で、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ａの配管と第２加熱配管４４とが直接接触した構造を有する。また、放熱部２３Ａの配管と第２加熱配管４４とを覆うように、筐体５４内に蓄熱材５２が配置されている。第２加熱配管４４は、放熱部２３Ａと直接的に熱的に接続されている。
【００５６】
図９Ｂにおいて、第２熱交換器６２は、環状断面の流路を有する第２加熱配管４４の内方にヒートポンプ２０の放熱部２３Ａの配管が配置された構造を有する。また、第２加熱配管４４と放熱部２３Ａの配管との隙間に蓄熱材５２が配置されている。第２加熱配管４４は、蓄熱材５２を介して放熱部２３Ａに熱的に接続されている。第２加熱配管４４を囲む筐体５４を設け、筐体５４と第２加熱配管４４との隙間にも蓄熱材５２を配置することが可能である。他の実施形態において、第２熱交換器６２は、環状断面の流路を有する放熱部２３Ａの配管の内方に第２加熱配管４４が配置されてもよい。放熱部２３Ａから第２加熱配管４４への熱移動促進のために、蓄熱材５２が熱伝導物質を含んでもよい。
【００５７】
図９Ｃにおいて、第２熱交換器６２は、環状断面の流路を有する第２加熱配管４４の内方に放熱部２３Ａの複数（本例では２つ）の配管が配置された構造を有する。放熱部２３Ａの各配管が第２加熱配管４４に直接接触している。また、第２加熱配管４４の内方の空間に蓄熱材５２が配置されている。第２加熱配管４４は、直接的に放熱部２３Ａに熱的に接続され、あるいは蓄熱材５２を介して放熱部２３Ａに熱的に接続されている。第２加熱配管４４を囲む筐体５４を設け、筐体５４と第２加熱配管４４との隙間にも蓄熱材５２を配置することが可能である。
【００５８】
なお、各配管の形状、配列、材質などは任意に設定可能であり、蓄熱ユニット５０が設けられた第２熱交換器６２について様々な形態が適用可能である。第２熱交換器６２には、断熱材が必要に応じて配置される。各配管にはフィンが必要に応じて設けられる。他の熱交換器６３、６４、６５についても第２熱交換器６２と同様の構成にできる。
【００５９】
本実施形態においても、図８に示すように、ヒートポンプ２０が稼動されることにより、第１経路３２を流れる水が第１熱交換器６１によって加熱され、その温水がタンク３６に貯えられる。さらに、ヒートポンプ２０からの熱が蓄熱ユニット５０（蓄熱材５２）に蓄えられる。また、温水需要に応じて、タンク３６に貯えられた温水が排出管３８を介して配水部９５に送られる。このとき、第２経路３４を流れる水が蓄熱ユニット５０からの熱によって加熱され、その温水がタンク３６に送られる。配水部９５からの温水は、風呂、台所、洗面所などの各種設備に供給される。
【００６０】
本実施形態は、図５の蓄熱モード、図６及び図７の各給湯モードに加え、図１０及び図１１に示す給湯モードに対応可能である。
【００６１】
図１０は、ヒートポンプ２０を利用した給湯モードを示している。図７の蓄熱ユニット５０の給湯モードにおいて、蓄熱ユニット５０の蓄熱量が所定レベルより低くなった場合に、ヒートポンプ２０が稼動される。その結果、図１０に示すように、ヒートポンプ２０によって加熱された温水が配水部９５に導入される。すなわち、ヒートポンプ２０の稼動状態において、供給源１５から第１経路３２に水が導入され、第１経路３２の第１加熱配管４２を流れる水が第５放熱部２３Ｅからの伝達熱によって加熱され、その温水がタンク３６に貯えられる。これと並行して、供給源１５から第２経路３４にも水が導入され、第２経路３４の第２加熱配管４４を流れる水が第１〜第４放熱部２３Ｄからの伝達熱によって加熱され、その温水がタンク３６に貯えられる。タンク３６からの温水が配水部９５から、風呂、台所、洗面所などの設備に供給される。供給源１５からの水の温度は、例えば約２０℃、タンク３６内の温水の温度は、例えば約５０〜５５℃である。このモードは、例えば、蓄熱ユニット５０の蓄熱量が落ちた場合における、補完的な給湯モードとして使用することができる。
【００６２】
図１１は、蓄熱ユニット５０及びヒートポンプ２０を利用した給湯モードを示している。図１１に示すように、蓄熱ユニット５０の蓄熱材５２が一定レベル以上の熱保有の状態で、ヒートポンプ２０が稼動される。その結果、蓄熱ユニット５０及びヒートポンプ２０で加熱された温水が配水部９５に導入される。すなわち、ヒートポンプ２０の稼動状態において、供給源１５から第１経路３２に水が導入され、第１経路３２の第１加熱配管４２を流れる水が第５放熱部２３Ｅからの伝達熱によって加熱され、その温水がタンク３６に貯えられる。これと並行して、供給源１５から第２経路３４にも水が導入され、第２経路３４の第２加熱配管４４を流れる水が蓄熱材５２からの伝達熱、及び第１〜第４放熱部２３Ｄからの伝達熱によって加熱され、その温水がタンク３６に貯えられる。タンク３６からの温水が配水部９５から、風呂、台所、洗面所などの設備に供給される。供給源１５からの水の温度は、例えば約２０℃、タンク３６内の温水の温度は、例えば約５０〜５５℃である。このモードは、例えば、比較的大きい給湯需要が生じた場合における、補完的な給湯モードとして使用することができる。
【００６３】
図１２は、第３実施形態を示す概略図である。以下の説明では、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００６４】
図１２の給湯システム１０Ｂにおいては、蓄熱材として、融点が互いに異なる複数（２つ）の蓄熱材５２Ａ及び５２Ｂが用いられる。本実施形態において、供給ユニット３０は、水の供給源１５、第１経路３２、第２経路３４、第３経路３６、貯湯タンク（第１タンク３６Ａ及び第２タンク３６Ｂ）、及び排出管（第１排出管３８Ａ及び第２排出管３８Ｂ）を有する。供給ユニット３０は、必要に応じてポンプ及びバルブをさらに有する。本実施形態において、供給源１５からの水は、バルブ４１を介して第１経路３２及び／又は第２経路３４に送られる。制御装置７０の制御によって、バルブ４１及び／又は他の流量制御手段を介して、第１経路３２を流れる水の流量及び第２経路３４を流れる水の流量が制御される。また、第１タンク３６Ａからの温水は、バルブ４３を介して第３経路３６及び／又は第１排出管３８Ａに送られる。制御装置７０の制御によって、バルブ４３及び／又は他の流量制御手段を介して、第３経路３６を流れる水の流量が制御される。
【００６５】
第２経路３４は、蓄熱ユニット５０に熱的に接続されかつ供給源１５からの水が流れる第２加熱配管４４を有する。蓄熱ユニット５０からの伝達熱によって第２加熱配管４４内の水が温度上昇する。第１経路３２及び第２経路３４は第１タンク３６Ａに流体的に接続される。すなわち、第１経路３２の第１加熱配管４２からの温水は第１タンク３６Ａに送られる。第２経路３４の第２加熱配管４４からの温水も第１タンク３６Ａに送られる。第１タンク３６Ａに、液面を計測するレベルセンサ及び／又は気液分離器を配置してもよい。第１タンク３６Ａからの温水は、第１排出管３８Ａを介して配水部９５に送られる、あるいは、バルブ４３を介して第３経路３６に送られる。
【００６６】
第３経路３６は、蓄熱ユニット５０に熱的に接続されかつ第１タンク３６Ａからの温水が流れる第３加熱配管４６を有する。蓄熱ユニット５０からの伝達熱によって第３加熱配管４６内の温水がさらに温度上昇する。第３経路３６は第２タンク３６Ｂに流体的に接続される。第３経路３６の第３加熱配管４６からの温水は第２タンク３６Ｂに送られる。第２タンク３６Ｂに、液面を計測するレベルセンサ及び／又は気液分離器を配置してもよい。第２タンク３６Ｂからの温水は、第２排出管３８Ｂを介して配水部９５に送られる。
【００６７】
蓄熱ユニット５０は、ヒートポンプ２０の第４放熱部２３Ｄから伝わる熱を蓄える第１蓄熱材５２Ａを有する第１蓄熱部５０Ａと、ヒートポンプ２０の第１〜第３放熱部２３Ａ〜２３Ｃから伝わる熱を蓄える第２蓄熱材５２Ｂを有する第２蓄熱部５０Ｂとを有する。蓄熱ユニット５０の蓄熱部５０Ａ及び５０Ｂの各構造は、例えば、図２Ａ−２Ｃ、又は９Ａ−９Ｃに示した形態を適用することができる。第１蓄熱部５０Ａの第１蓄熱材５２Ａの熱は供給ユニット３０の第２加熱配管４４に伝わる。第２蓄熱部５０Ｂの第２蓄熱材５２Ｂの熱は、供給ユニット３０の第３加熱配管４６に伝わる。
【００６８】
給湯システム１０の仕様に応じて、蓄熱材５２Ａ及び５２Ｂの材料特性が定められる。蓄熱材５２Ａ及び５２Ｂはともに、液体−固体の相変化を伴って蓄熱及び放熱する潜熱蓄熱材(ＰＣＭ）を含む。すなわち、蓄熱材５２Ａ及び５２Ｂは、融解する際に熱を蓄え、凝固するときに放熱する。本実施形態において、第２蓄熱材５２Ｂの融点は、第１蓄熱材５２Ａの融点に比べて高い。例えば、第１蓄熱材５２Ａの融点が５０〜６５℃であり、第２蓄熱材５２Ｂの融点が７０〜１２０℃である。また、第１蓄熱材５２Ａの融点に応じて、ヒートポンプ２０の第１〜第３圧縮部２２Ａ〜２２Ｃの各圧縮比が設定され、第２蓄熱材５２Ｂの融点に応じて、ヒートポンプ２０の第４圧縮部２２Ｄの圧縮比が設定される。
【００６９】
本実施形態において、ヒートポンプ２０が稼動されることにより、第１経路３２を流れる水が第１熱交換器６１によって加熱され、その温水が第１タンク３６Ａに貯えられる。供給源１５からの水の温度は、例えば約２０℃、第１タンク３６Ａ内の温水の温度は、例えば約５０〜５５℃である。さらに、ヒートポンプ２０の第４放熱部２３Ｄからの熱が第１蓄熱部５０Ａ（第１蓄熱材５２Ａ）に蓄えられ、ヒートポンプ２０の第１〜第３放熱部２３Ａ〜２３Ｃからの熱が第２蓄熱部５０Ｂ（第２蓄熱材５２Ｂ）に蓄えられる。すなわち、第１蓄熱部５０Ａにおいて、第４放熱部２３Ｄから伝わる熱によって第１蓄熱材５２Ａが加熱され、第１蓄熱材５２Ａの固体から液体への相変化に伴い、第１蓄熱材５２Ａの融解潜熱が蓄えられる。また、第２蓄熱部５０Ｂにおいて、第１〜第３放熱部２３Ａ〜２３Ｃから伝わる熱によって第２蓄熱材５２Ｂが加熱され、第２蓄熱材５２Ｂの固体から液体への相変化に伴い、第２蓄熱材５２Ｂの融解潜熱が蓄えられる。
【００７０】
比較的低温度の温水需要に応じて、バルブやポンプ等の制御によって、第１タンク３６Ａに貯えられた温水が第１排出管３８Ａを介して第１配水部９５Ａに送られる。このとき、第２経路３４を流れる水が第１蓄熱部５０Ａからの熱によって加熱され、その温水が第１タンク３６Ａに送られる。第１配水部９５Ａの温水温度は例えば５０〜５５℃である。
【００７１】
また、比較的高温度の温水需要に応じて、バルブやポンプ等の制御によって、第１タンク３６Ａに貯えられた温水が第３経路３６を流れる。第３経路３６の第３加熱配管４６内の水は、第２蓄熱部５０Ｂからの熱によってさらに加熱され、その温水が第２タンク３６Ｂに送られる。第２タンク３６Ｂからの温水は第２配水部９５Ｂに送られる。第２配水部９５Ｂの温水温度は例えば６５〜９０℃である。第２配水部９５Ｂからの温水は、必要に応じて第１配水部９５Ａの温水と混合されて、風呂、台所、洗面所などの各種設備に供給される。
【００７２】
このように、本実施形態では、融点が互いに異なる２つの蓄熱材５２Ａ及び５２Ｂを使用することにより、低温及び高温の温水需要に対応可能である。蓄熱材５２の選択並びに圧縮部２２Ａ〜２２Ｄの各圧縮比の最適化により、様々な温度需要パターンに柔軟に対応可能である。また、２つのタンク３６Ａ及び３８Ｂからの温水を適宜混合することにより、水の加熱温度（出力温度）の温調精度を向上させることができる。
【００７３】
本実施形態においても、タンク３６Ａ及び３６Ｂに温水が貯えられることにより、温水供給の立ち上がり時間の短縮に有利である。タンク３６Ａ及び３６Ｂの容量（貯湯スペース）は、例えば立ち上がり時間（蓄熱材５２を利用した給湯が可能となるまでの時間）に対応する大きさがあればよく、従来に比べて縮小可能である。
【００７４】
また、本実施形態において、高温の温水供給において、第１熱交換器６１又は第１蓄熱部５０Ａで加熱された温水が、第２蓄熱部５０Ｂで再加熱される。熱交換される２つの物体の間の温度差が小さいことは、ＣＯＰの向上に有利である。
【００７５】
図１３は、第４実施形態を示す概略図である。以下の説明では、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００７６】
図１３の給湯システム１０Ｃにおいては、第３実施形態と同様に、蓄熱材として、融点が互いに異なる複数（２つ）の蓄熱材５２Ａ及び５２Ｂが用いられる。本実施形態では、第３実施形態と異なり、ヒートポンプ２０の圧縮部２２の前部に対して低温融点の第２蓄熱材５２Ｂが用いられ、圧縮部２２の後部に対して高温融点の第１蓄熱材５２Ａが用いられる。
【００７７】
本実施形態において、供給ユニット３０は、水の供給源１５、第１経路３２、第２経路３４、第３経路３６、貯湯タンク（第１タンク３６Ａ及び第２タンク３６Ｂ）、及び排出管（第１排出管３８Ａ及び第２排出管３８Ｂ）を有する。供給ユニット３０は、必要に応じてポンプ及びバルブをさらに有する。本実施形態において、供給源１５からの水は、バルブ４１を介して第１経路３２及び／又は第２経路３４に送られる。制御装置７０の制御によって、バルブ４１及び／又は他の流量制御手段を介して、第１経路３２を流れる水の流量及び第２経路３４を流れる水の流量が制御される。また、第１タンク３６Ａからの温水は、バルブ４３を介して第３経路３６及び／又は第１排出管３８Ａに送られる。制御装置７０の制御によって、バルブ４３及び／又は他の流量制御手段を介して、第３経路３６を流れる水の流量が制御される。
【００７８】
第２経路３４は、蓄熱ユニット５０に熱的に接続されかつ供給源１５からの水が流れる第２加熱配管４４を有する。蓄熱ユニット５０からの伝達熱によって第２加熱配管４４内の水が温度上昇する。本実施形態において、第１経路３２は第２タンク３６Ｂに流体的に接続され、第２経路３４は第１タンク３６Ａに流体的に接続される。すなわち、第１経路３２の第１加熱配管４２からの温水は第２タンク３６Ｂに送られる。第２経路３４の第２加熱配管４４からの温水は第１タンク３６Ａに送られる。第１タンク３６Ａからの温水は、第１排出管３８Ａを介して配水部９５に送られる、あるいは、バルブ４３を介して第３経路３６に送られる。第２タンク３６Ｂからの温水は、第２排出管３８Ｂを介して配水部９５に送られる。
【００７９】
第３経路３６は、蓄熱ユニット５０に熱的に接続されかつ第１タンク３６Ａからの温水が流れる第３加熱配管４６を有する。蓄熱ユニット５０からの伝達熱によって第３加熱配管４６内の温水がさらに温度上昇する。第３経路３６は第２タンク３６Ｂに流体的に接続される。第３経路３６の第３加熱配管４６からの温水は第２タンク３６Ｂに送られる。
【００８０】
蓄熱ユニット５０は、ヒートポンプ２０の第１〜第３放熱部２３Ａ〜２３Ｃ（圧縮部２２の前部）から伝わる熱を蓄える第１蓄熱材５２Ａを有する第１蓄熱部５０Ａと、ヒートポンプ２０の第４放熱部２３Ｄ（圧縮部２２の後部）から伝わる熱を蓄える第２蓄熱材５２Ｂを有する第２蓄熱部５０Ｂとを有する。蓄熱ユニット５０の蓄熱部５０Ａ及び５０Ｂの各構造は、例えば、図２Ａ−２Ｃ、又は９Ａ−９Ｃに示した形態を適用することができる。第１蓄熱部５０Ａの第１蓄熱材５２Ａの熱は供給ユニット３０の第２加熱配管４４に伝わる。第２蓄熱部５０Ｂの第２蓄熱材５２Ｂの熱は、供給ユニット３０の第３加熱配管４６に伝わる。
【００８１】
給湯システム１０の仕様に応じて、蓄熱材５２Ａ及び５２Ｂの材料特性が定められる。蓄熱材５２Ａ及び５２Ｂはともに、液体−固体の相変化を伴って蓄熱及び放熱する潜熱蓄熱材(ＰＣＭ）を含む。第２蓄熱材５２Ｂの融点は、第１蓄熱材５２Ａの融点に比べて高い。例えば、第１蓄熱材５２Ａの融点が５０〜６５℃であり、第２蓄熱材５２Ｂの融点が７０〜１２０℃である。また、第１蓄熱材５２Ａの融点に応じて、ヒートポンプ２０の第１〜第３圧縮部２２Ａ〜２２Ｃの各圧縮比が設定され、第２蓄熱材５２Ｂの融点に応じて、ヒートポンプ２０の第４圧縮部２２Ｄの圧縮比が設定される。
【００８２】
本実施形態において、ヒートポンプ２０が稼動されることにより、第１経路３２を流れる水が第１熱交換器６１によって加熱され、その温水が第２タンク３６Ｂに貯えられる。供給源１５からの水の温度は、例えば約２０℃、第２タンク３６Ｂ内の温水の温度は、例えば６５〜９０℃である。さらに、ヒートポンプ２０の第１〜第３放熱部２３Ａ〜２３Ｃからの熱が第１蓄熱部５０Ａ（第１蓄熱材５２Ａ）に蓄えられ、ヒートポンプ２０の第４放熱部２３Ｄからの熱が第２蓄熱部５０Ｂ（第２蓄熱材５２Ｂ）に蓄えられる。すなわち、第１蓄熱部５０Ａにおいて、第１〜第３放熱部２３Ａ〜２３Ｃから伝わる熱によって第１蓄熱材５２Ａが加熱され、第１蓄熱材５２Ａの融解潜熱が蓄えられる。また、第２蓄熱部５０Ｂにおいて、第４放熱部２３Ｄから伝わる熱によって第２蓄熱材５２Ｂが加熱され、第２蓄熱材５２Ｂ融解潜熱が蓄えられる。
【００８３】
比較的低温度の温水需要に応じて、バルブやポンプ等の制御によって、第１タンク３６Ａに貯えられた温水が第１排出管３８Ａを介して第１配水部９５Ａに送られる。このとき、第２経路３４を流れる水が第１蓄熱部５０Ａからの熱によって加熱され、その温水が第１タンク３６Ａに送られる。第１配水部９５Ａの温水温度は例えば５０〜５５℃である。
【００８４】
また、比較的高温度の温水需要に応じて、バルブやポンプ等の制御によって、第１タンク３６Ａに貯えられた温水が第３経路３６を流れる。第３経路３６の第３加熱配管４６内の水は、第２蓄熱部５０Ｂからの熱によってさらに加熱され、その温水が第２タンク３６Ｂに送られる。第２タンク３６Ｂからの温水は第２配水部９５Ｂに送られる。第２配水部９５Ｂの温水温度は例えば６５〜９０℃である。第２配水部９５Ｂからの温水は、必要に応じて第１配水部９５Ａの温水と混合されて、風呂、台所、洗面所などの各種設備に供給される。
【００８５】
このように、本実施形態でも、融点が互いに異なる２つの蓄熱材５２Ａ及び５２Ｂを使用することにより、低温及び高温の温水需要に対応可能である。蓄熱材５２の選択並びに圧縮部２２Ａ〜２２Ｄの各圧縮比の最適化により、様々な温度需要パターンに柔軟に対応可能である。また、２つのタンク３６Ａ及び３８Ｂからの温水を適宜混合することにより、水の加熱温度（出力温度）の温調精度を向上させることができる。
【００８６】
本実施形態では、第３実施形態に対して、低温加熱の位置と高温加熱の位置とが概ね入れ代わっている。各温度加熱の位置設定は、設計要求に応じて最適化される。他の実施形態において、融点が異なる蓄熱材の数を、３以上とすることができる。
【００８７】
上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【００８８】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１実施形態を示す概略図である。
【図２Ａ】蓄熱ユニットの構成例である。
【図２Ｂ】蓄熱ユニットの別の構成例である。
【図２Ｃ】蓄熱ユニットの別の構成例である。
【図３】第１実施形態に対応し、熱交換に伴う、ヒートポンプの作動媒体、及び潜熱蓄熱材の温度変化の一例を模式的に示す図である。
【図４】従来の給湯システムに潜熱蓄熱材を適用した形態に対応し、熱交換に伴う、ヒートポンプの作動媒体、及び潜熱蓄熱材の温度変化の一例を模式的に示す図である。
【図５】給湯システムの蓄熱モードの例を示す図である。
【図６】給湯システムの給湯モードの例を示す図である。
【図７】給湯システムの給湯モードの別の例を示す図である。
【図８】第２実施形態を示す概略図である。
【図９Ａ】蓄熱ユニットの構成例である。
【図９Ｂ】蓄熱ユニットの別の構成例である。
【図９Ｃ】蓄熱ユニットの別の構成例である。
【図１０】給湯システムの給湯モードの別の例を示す図である。
【図１１】給湯システムの給湯モードの別の例を示す図である。
【図１２】第３実施形態を示す概略図である。
【図１３】第４実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…給湯システム、１５…供給源、２０…ヒートポンプ、２１…吸熱部、２２…圧縮部、２３…放熱部、２４…膨張部、２５…主経路、２７…バイパス経路、２８…再生器、３０…供給ユニット、３１…加温部、３６…タンク、３８…排出管、４２、４４、４６…加熱配管、５０…蓄熱ユニット、５０Ａ…第１蓄熱部、５０Ｂ…第２蓄熱部、５２…蓄熱材、５２Ａ…第１蓄熱材、５２Ｂ…第２蓄熱材、６１…第１熱交換器、７０…制御装置、９５…配水部。
【図１】
2008185273.tif 000003
【図２Ａ】
2008185273.tif 000004
【図２Ｂ】
2008185273.tif 000005
【図２Ｃ】
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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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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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