(57)【要約】【課題】  極力ランニングコストの掛からない貯湯式電気給湯機とする。【解決手段】  太陽電池１６を設け、その太陽電池１６から供給できる電力量が所定値以上の場合、太陽電池１６からの電力を用いて給湯ユニット１ａを運転して温水を生成しタンクユニット１ｂに保温貯蔵する。  これにより、日中、太陽電池１６の電力で給湯ユニット１ａを運転できる状態の時にはこれを行なうため、頻繁に湯を生成して貯湯する作動となる。そのため、昼間に湯切れして通常の電気料金をかけてヒートポンプサイクルを運転しなければならないという状況が殆んど無くなる。また、昼間に運転することで、湯を利用するまでの時間が短縮され、タンク表面からの放熱を少なくすることができる。また、深夜電力を用いて貯湯タンク７に沸かし足す湯の量が減る。これらから、太陽電池１６の電力を有効に利用して極力ランニングコストの掛からない貯湯式電気給湯機とできる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を用いて温水を生成する給湯手段（１ａ）と、
前記給湯手段（１ａ）により生成された温水を保温貯蔵する貯湯手段（１ｂ）と、
これらの作動を制御する制御手段（１５）とを備えて温水を供給する貯湯式電気給湯機において、
太陽光発電手段（１６）を設け、前記制御手段（１５）は、前記太陽光発電手段（１６）から供給できる電力量が所定値以上の場合、前記太陽光発電手段（１６）からの電力を用いて前記給湯手段（１ａ）を運転して温水を生成し前記貯湯手段（１ｂ）に保温貯蔵することを特徴とする貯湯式電気給湯機。
【請求項２】
前記貯湯手段（１ｂ）の貯湯タンク（７）に補助貯湯タンク（９）を設け、前記制御手段（１５）は、前記太陽光発電手段（１６）からの電力を用いて温水を生成できる場合、前記貯湯タンク（７）に次いで前記補助貯湯タンク（９）に貯湯することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式電気給湯機。
【請求項３】
前記給湯手段（１ａ）の加熱手段にヒートポンプサイクルを用いたことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式電気給湯機。
【請求項４】
前記ヒートポンプサイクルとして、二酸化炭素冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いたことを特徴とする請求項３に記載の貯湯式電気給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を用いて生成された温水を貯湯して供給する貯湯式電気給湯機に関し、特に太陽光発電による電力を利用するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、特許文献１に示すような貯湯式電気給湯機がある。これは安い深夜電力を利用してヒートポンプサイクルを運転し、翌日に使用する湯を生成してタンクに貯湯しておくシステムである。
【特許文献１】２０００−２１３８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来のようなシステムでは昼間に湯を多く使うと湯切れする場合があり、その時は通常の電気料金を掛けてヒートポンプサイクルを運転しなければならないという問題がある。本発明は、この問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、極力ランニングコストの掛からない貯湯式電気給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、電力を用いて温水を生成する給湯手段（１ａ）と、給湯手段（１ａ）により生成された温水を保温貯蔵する貯湯手段（１ｂ）と、これらの作動を制御する制御手段（１５）とを備えて温水を供給する貯湯式電気給湯機において、
太陽光発電手段（１６）を設け、制御手段（１５）は、太陽光発電手段（１６）から供給できる電力量が所定値以上の場合、太陽光発電手段（１６）からの電力を用いて給湯手段（１ａ）を運転して温水を生成し貯湯手段（１ｂ）に保温貯蔵することを特徴とする。
【０００５】
これにより、日中、太陽光発電手段（１６）の電力で給湯手段（１ａ）を運転できる状態の時にはこれを行なうため、頻繁に湯を生成して貯湯する作動となる。そのため、昼間に湯切れして通常の電気料金を掛けてヒートポンプサイクルを運転しなければならないという状況が殆んど無くなる。また、ヒートポンプサイクルを昼間に運転することで、湯を利用するまでの時間が短縮され、タンク表面からの放熱を少なくすることが可能である。
【０００６】
また、日中に頻繁に湯を生成して貯湯することより、深夜電力帯になってから深夜電力を用いて貯湯タンク（７）に沸かし足す湯の量が減る。これらから、太陽光発電手段（１６）の電力を有効に利用して極力ランニングコストの掛からない貯湯式電気給湯機とすることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、貯湯手段（１ｂ）の貯湯タンク（７）に補助貯湯タンク（９）を設け、制御手段（１５）は、太陽光発電手段（１６）からの電力を用いて温水を生成できる場合、貯湯タンク（７）に次いで補助貯湯タンク（９）に貯湯することを特徴とする。
【０００８】
これは、日中、ランニングコストを掛けずに沸かせる湯は、極力貯めておこうとするものであり、これにより、昼間に湯切れして通常の電気料金をかけてヒートポンプサイクルを運転しなければならないという状況を更に無くすことができるうえ、深夜電力帯になってから深夜電力を用いて貯湯タンク（７）に沸かし足す湯の量を更に減らすことができる。
【０００９】
請求項３記載の発明では、給湯手段（１ａ）の加熱手段にヒートポンプサイクルを用いたことを特徴とし、請求項４記載の発明では、ヒートポンプサイクルとして、二酸化炭素冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いたことを特徴とする。これは、本発明がヒートポンプサイクル、特に二酸化炭素冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いることで高温の湯が作れ、また水冷媒熱交換器の高効率化ができる貯湯式電気給湯機に好適なことによる。尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
次に、本発明を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態における貯湯式電気給湯機の構成を示す模式図である。本実施形態での貯湯式電気給湯機は、超臨界ヒートポンプサイクルを用いて給湯用水を高温（本実施形態では約９０℃）に加熱すると共に、その加熱した高温水を貯湯タンク７・９に貯湯している。そして、貯湯されていた高温水と給水される冷水とを温調用混合弁１０にて混合し、所望する温度の温水にして給湯している。
【００１１】
尚、超臨界ヒートポンプサイクル（以下、ヒートポンプと略す）とは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、本実施形態では二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒とするヒートポンプサイクルである。貯湯式電気給湯機は大きく分けて、主に後述する冷凍サイクル機器が収納されたヒートポンプシステムとしての給湯ユニット（給湯手段）１ａと、主に貯湯タンク７・９が収納されたタンクユニット（貯湯手段）１ｂとよりなる。
【００１２】
また、貯湯ユニット１ａ内は、大きく分けてヒートポンプサイクルの冷媒回路Ｒと、給湯関係の給湯水加熱回路Ｋとで構成されている。まず、ヒートポンプサイクルの冷媒回路Ｒは、冷媒を圧縮する圧縮機２と、給湯用水の加熱手段である水冷媒熱交換器（ガスクーラ）３と、減圧手段である減圧弁４と、大気から吸熱するための室外熱交換器５とを環状に接続して構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）が封入されている。
【００１３】
圧縮機２は、内蔵する駆動モータと、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上の高圧にまで昇圧して吐出する高圧圧縮部とで構成しており、これらが密閉容器内に収納されている。水冷媒熱交換器３は、高圧圧縮部で昇圧された高温高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換して給湯用水を加熱するもので、高圧冷媒通路３ａに隣接して給湯水通路３ｂが設けられ、その高圧冷媒通路３ａを流れる冷媒の流れ方向と給湯水通路３ｂを流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。
【００１４】
減圧弁４は、水冷媒熱交換器３と室外熱交換器５との間に設けられ、水冷媒熱交換器３で冷却された冷媒を高圧から低圧まで減圧して室外熱交換器５に供給する。また、この減圧弁４は、弁開度を電気的に調整可能な構成を有し、後述する制御装置１５により通電制御される。室外熱交換器５は、図示しない送風ファンによる送風を受けて、減圧弁４で減圧された冷媒を大気との熱交換によって蒸発させ、ガスとなった冷媒は先の圧縮機２に吸引される。
【００１５】
次に、給湯関係の給湯水加熱回路Ｋは、給湯用水の加熱手段である上記水冷媒熱交換器３の給湯水通路３ｂと、給湯用水を循環させる給湯水循環ポンプ６と、給湯用水を貯留する貯湯タンク７とを環状に接続して構成される。また、貯湯タンクは、第１貯湯タンク７の下部に設けられた下部流出入部７ａと第２貯湯タンク（補助貯湯タンク）９の上部に設けられた上部流出入部９ａとを連通する連通路８にて直列に構成されている。
【００１６】
そして、給湯水循環ポンプ６は、図１に示すように、通常は第１貯湯タンク７内の下部に設けられた冷水流出入部７ｄから冷水を水冷媒熱交換器３の給湯水通路３ｂを通し、第１貯湯タンク７の上部に設けられた温水流入部７ｂから還流する様に水流を発生させる。この給湯水循環ポンプ６は、内蔵するモータ（図示しない）の回転数に応じて流水量を調節することができる。
【００１７】
貯湯タンク７・９は、耐蝕性に優れた金属製（例えばステンレス製）で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。そして、貯湯タンク７・９に貯留された高温の給湯用水は、出湯時に温調用混合弁１０で水道からの冷水と混合して所定温度に調節した後、主に台所や風呂等に給湯して使用される。
【００１８】
両貯湯タンク７・９間の連通路８には、流通を断続する開閉手段として第１開閉弁１３を設けている。また、第１貯湯タンク７下部の冷水流出入部７ｄの下側には、給湯水加熱回路Ｋとの流通を断続する開閉手段として第２開閉弁１４を設けている。尚、図１中の１１はエアー抜きを行なうための逃がし弁、図１中の１２は水道から給水される冷水の圧力を下げるための減圧弁である。そして、これら圧縮機２・減圧弁４・給湯水循環ポンプ６・温調用混合弁１０・第１開閉弁１３・第２開閉弁１４等の構成装置は、制御手段としての制御装置（ＥＣＵ）１５によって制御されるようになっている。
【００１９】
次に、本発明の特徴構成を説明する。まず、太陽光発電手段として太陽電池ユニット１６を備えており、その太陽電池ユニット１６で発生する電力は制御装置１５に入力されるようになっている。制御装置１５には、太陽電池ユニット１６から供給される電力量を検知する電力量検知手段としての電力量計１７と、給湯ユニット１ａおよびタンクユニット１ｂに供給する電力を、通常の市中電源１８と先の太陽電池ユニット１６からの電力とに切り換える切り換え手段としての切換装置１９を備えている。尚、太陽電池ユニット１６から供給される電力が所定値以上であるか否かを判定する電力量計１７の配置は、図３に示すいずれかの位置であっても良い。
【００２０】
次に、上記構成による作動を説明する。図２は、本発明の一実施形態における制御装置１５でのフローチャートである。まず、ステップＳ１では、両貯湯タンク７・９が湯で充満しているか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳである場合、つまり、両貯湯タンク７・９ともすでに湯で充満しており、これ以上貯湯する余裕が無い場合には下記の給湯ユニット１ａの運転は行なわずにリターンして、ステップＳ１の判定を繰り返して待機する。しかし、判定結果がＮＯであって貯湯する余裕がある場合には、ステップＳ２へ進む。
【００２１】
ステップＳ２では、太陽電池ユニット１６から供給される電力が所定値以上であるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳである場合、つまり、給湯ユニット１ａを運転できるだけの電力が供給される場合にはステップＳ３へと進む。ステップＳ３では、切換装置１９にて給湯ユニット１ａおよびタンクユニット１ｂに供給する電力を太陽電池ユニット１６からの電力（ソーラー電源）に切り換える。そしてステップＳ８へと進み、給湯ユニット１ａを運転して温水を生成し、タンクユニット１ｂへの貯湯を行なう。
【００２２】
この、太陽電池ユニット１６からの電力での貯湯運転においては、第１貯湯タンク７が湯で充満した後もまだ給湯ユニット１ａの運転が可能な場合、第２貯湯タンク９を直列に接続して貯湯容量を大きくして貯湯運転を続行する。具体的には、第１開閉弁１３を開いて第２開閉弁１４を閉じることにより、両貯湯タンク７・９は連通路８を介して直列となり、貯湯容量が大きくなる。このように、先のステップＳ１の判定で貯湯する余裕があり、ステップＳ２の判定で運転が可能な電力が供給される場合には、貯湯するための運転が行なわれる。
【００２３】
ちなみに、直列に接続された両貯湯タンク７・９は、給湯により湯量が減って高温水が第１貯湯タンク７に収まる量になった時（第１貯湯タンク７の下部が冷水となった時）、第１開閉弁１３を閉じて第２開閉弁１４を開くことにより、第２貯湯タンク９は給湯水加熱回路Ｋから切り離され、通常の第１貯湯タンク７だけで下部に設けた冷水流出入部７ｄから冷水を流出して循環する状態に戻される。
【００２４】
ステップＳ２の判定でＮＯであった場合、つまり、太陽電池ユニット１６では貯湯運転するだけの電力が無い場合にはステップＳ４に進み、ステップＳ４で通常の市中電源１８に接続する。そして、次のステップＳ５では、接続している市中電源１８が深夜電力時間帯であるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合、つまり深夜電力時間帯である場合には、ステップＳ６に進む。
【００２５】
ステップＳ６では、第１貯湯タンク７（メインタンク）が湯で充満しているか否かを判定する。深夜電力での貯湯運転においては、第１貯湯タンク７が湯で充満するまで沸かし足すこととしているため、この判定結果がＹＥＳの場合、つまり、第１貯湯タンク７に貯湯する余裕がある場合はステップＳ８に進み、深夜電力を用いての貯湯運転を行なう。そして、ステップＳ６での判定結果がＹＥＳとなった場合、つまり第１貯湯タンク７が湯で充満するまで沸かし足したら貯湯運転から脱出してリターンを繰り返して待機する。
【００２６】
最後に、ステップＳ５の判定結果がＮＯの場合、つまり接続している市中電源１８が深夜電力時間帯ではない場合には、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、湯切れ状態であるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合、つまり、湯切れ状態である場合はステップＳ８に進み、通常の電気料金帯であっても貯湯運転を行なう。
【００２７】
通常、湯切れ警告は、沸かし足して所定量の湯が第１貯湯タンク７に貯湯された状態になれば解除される。よって、ステップＳ７での判定結果がＮＯとなった場合、つまり湯切れ警告が解除される状態まで沸かし足したら貯湯運転から脱出してリターンを繰り返して待機する。
【００２８】
次に、本実施形態での特徴を述べる。まず、太陽電池ユニット１６を設け、制御装置１５は、太陽電池ユニット１６から供給できる電力量が所定値以上の場合、太陽電池ユニット１６からの電力を用いて給湯ユニット１ａを運転して温水を生成し貯湯ユニット１ｂに保温貯蔵するようにしている。これにより、日中、太陽電池ユニット１６の電力で給湯ユニット１ａを運転できる状態の時にはこれを行なうため、頻繁に湯を生成して貯湯する作動となる。
【００２９】
そのため、昼間に湯切れして通常の電気料金を掛けてヒートポンプサイクルを運転しなければならないという状況が殆んど無くなる。また、ヒートポンプサイクルを昼間に運転することで、湯を利用するまでの時間が短縮され、タンク表面からの放熱を少なくすることが可能である。また、日中に頻繁に湯を生成して貯湯することより、深夜電力時間帯になってから深夜電力を用いて貯湯タンク７に沸かし足す湯の量が減る。これらから、太陽電池ユニット１６の電力を有効に利用して極力ランニングコストの掛からない貯湯式電気給湯機とすることができる。
【００３０】
また、貯湯ユニット１ｂの貯湯タンク７に補助貯湯タンク９を設け、制御装置１５は、太陽電池ユニット１６からの電力を用いて温水を生成できる場合、貯湯タンク７に次いで補助貯湯タンク９に貯湯するようにしている。
【００３１】
これは、日中、ランニングコストを掛けずに沸かせる湯は、極力貯めておこうとするものであり、これにより、昼間に湯切れして通常の電気料金をかけてヒートポンプサイクルを運転しなければならないという状況を更に無くすことができるうえ、深夜電力帯になってから深夜電力を用いて貯湯タンク７に沸かし足す湯の量を更に減らすことができる。
【００３２】
尚、給湯ユニット１ａの加熱手段にヒートポンプサイクルを用い、そのヒートポンプサイクルとして、二酸化炭素冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いている。これは、本発明がヒートポンプサイクル、特に二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いた貯湯式電気給湯機に好適なことによる。
【００３３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、太陽電池ユニット１６から直接制御装置１５に入力するようになっているが、本発明はこれに限るものではなく、蓄電池を間に設け、一旦貯めた電力を制御装置１５に入力するようにしても良い。また、上述の実施形態では、補助貯湯タンク９を設けるようになっているが、本発明はこれに限るものではなく、例えば太陽電池ユニット１６設置に合わせて貯湯タンク７を容量の大きなものとし、太陽電池ユニット１６からの電力での貯湯運転と深夜電力での貯湯運転とで貯湯量を変える方法であっても良い。
【００３４】
また、１日の目標貯湯量は各家庭で異なるため、図２のステップＳ６では必ずしも深夜電力で第１貯湯タンクを常に満タンとする必要はなく、各家庭の使用湯量の実績から目標貯湯量を変える方法であっても良い。また、上述の実施形態では、給湯用水を加熱する冷凍サイクルに二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を用いた超臨界ヒートポンプサイクルを適用しているが、エチレン、エタン、酸化窒素等の冷媒を用いても良いし、従来一般的なフロン冷媒等による冷媒圧縮式冷凍サイクルに適用しても良い。また、冷凍サイクル以外の電力を用いた給湯用水の加熱手段であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態における貯湯式電気給湯機の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における制御装置１５でのフローチャートである。
【図３】電力量計１７の他の配置例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ  給湯ユニット（給湯手段）
１ｂ  タンクユニット（貯湯手段）
７  第１貯湯タンク（貯湯タンク）
９  第２貯湯タンク（補助貯湯タンク）
１５  制御装置（制御手段）
１６  太陽電池ユニット（太陽光発電手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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