(57)【要約】【課題】エネルギーの有効利用が図れる一方、構造がシンプルで制御の容易なソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機を提供する。【解決手段】コレクター１と熱交換機２とを備えたソーラーシステム３と、ヒートポンプユニット４と、貯湯タンク５とを有する給湯機で、貯湯タンク５が、最上部６にヒートポンプユニット４からの高温水還流口７、最下部８に熱交換機２を備える一方、貯湯タンク５の中間部９に、ヒートポンプユニット４への送水口１０、その近傍に温度センサ１１を有し、ヒートポンプユニット４の運転時に、温度センサ１１が、設定温度より高い水温を検知すると、ヒートポンプユニット４の運転を停止し得るようにしたので、シンプルな構成で、ヒートポンプユニット４の運転を制御できる結果、システム全体の制御が容易で、且つ、ヒートポンプによる安価な深夜電力の利用と太陽熱エネルギーの有効活用が実現できる。【選択図】　　　　図１
2004092934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、太陽熱エネルギーを集めるコレクターと二水式ソーラーシステム用熱交換機とを備えた二水式ソーラーシステムと、ヒートポンプユニットと、ヒートポンプユニット運転制御手段と、貯湯タンクと、を有するソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機であって、前記貯湯タンクが、その最上部に前記ヒートポンプユニットからの高温水還流口、最下部に前記二水式ソーラーシステム用熱交換機を備える一方、前記貯湯タンクの前記最上部と、前記最下部との中間部に、前記ヒートポンプユニットへの送水口、及び該送水口の近傍に前記ヒートポンプユニット運転制御手段に検知信号を送信可能な温度センサを有することを特徴とするソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記ヒートポンプユニット運転時に、前記温度センサが、所定の設定温度より高い水温を検知すると、この検知信号に基づいて前記ヒートポンプユニット運転制御手段により、前記ヒートポンプユニットの運転を停止し得るようにしたことを特徴とする請求項１記載のソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギーの有効利用を図ったソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽熱を利用して熱媒を加熱し、加熱された熱媒を貯湯タンク内の水と熱交換して貯湯タンク内の水を加熱し、貯湯タンク内の湯を利用する一方、日々の天候や、季節による太陽熱エネルギー利用の変動に対応するため、他のエネルギー供給源との併用を図った給湯システムも種々知られており、例えば、特開２００１−４２３０号公報には、太陽熱エネルギーと安価な深夜電力を利用した電気ヒーターとを併用した給湯システムが、開示されている。
【０００３】
一方、貯湯タンクの構造等についても、エネルギー有効利用の観点から、種々の工夫がなされ、例えば、上記特開２００１−４２３０号公報では、貯湯タンク内部を隔壁で複数の貯湯槽に分割し、得られる太陽熱エネルギーの日較変動、季節変動に対応した木目の細かな制御と管理をおこなう給湯システムが、提案されている。また、特開平５−３２２３０４号公報等に開示されるように、太陽熱エネルギーにより加温される貯湯タンクと通常の熱源により給湯を行なう給湯器を別個に備える給湯システムでは、両者の湯温を温度センサ等で検知して、前者の湯温が高いときのみ太陽熱エネルギーにより加温された湯を使用する等の細かな制御により、太陽熱エネルギーにより加温される貯湯タンクと通常の熱源により給湯を行なう給湯器との切り換えを行なう給湯システムの提案がされている。しかし、これらの給湯システムは、概して、エネルギーの有効利用を図るため、より高度で精密な制御に頼る結果、複数の貯湯槽を要する等、システム全体が、大掛かりで複雑なものとなりがちであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、エネルギー有効利用が図れる一方、構造が、シンプルで制御の容易なソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係るソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機にあっては、少なくとも、太陽熱エネルギーを集めるコレクターと二水式ソーラーシステム用熱交換機とを備えた二水式ソーラーシステムと、ヒートポンプユニットと、ヒートポンプユニット運転制御手段と、貯湯タンクと、を有するソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機であって、前記貯湯タンクが、その最上部に前記ヒートポンプユニットからの高温水還流口、最下部に前記二水式ソーラーシステム用熱交換機を備える一方、前記貯湯タンクの前記最上部と、前記最下部との中間部に、前記ヒートポンプユニットへの送水口、及び該送水口の近傍に前記ヒートポンプユニット運転制御手段に検知信号を送信可能な温度センサを有することを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２に係るソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機にあっては、請求項１記載のソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機において、前記ヒートポンプユニット運転時に、前記温度センサが、所定の設定温度より高い水温を検知すると、この検知信号に基づいて前記ヒートポンプユニット運転制御手段により、前記ヒートポンプユニットの運転を停止し得るようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。なお、本発明のソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機は、下記の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。ここで、図１は、本実施形態におけるソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機の概略を示す模式図である。
【０００８】
即ち、本発明のソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機の典型的実施形態としては、図１に示すように、少なくとも、太陽熱エネルギーを集めるコレクター１と二水式ソーラーシステム用熱交換機２とを備えた二水式ソーラーシステム３と、ヒートポンプユニット４と、例えば、５００リットルの容量を有する貯湯タンク５を一個有するものを例示できる。この場合、貯湯タンク５は、その最上部６に前記ヒートポンプユニット４から配管１７ｂを経由して還流してくる高温水のタンク５への高温水還流口７、最下部８に前記二水式ソーラーシステム用熱交換機２を備える一方、前記貯湯タンク５の前記最上部６と、前記最下部８との中間部９に、前記ヒートポンプユニット４へ、配管１７ａを経由して、タンク５の水を送水するための送水口１０、及び該送水口１０の近傍に温度センサ１１を有し、前記ヒートポンプユニット４の運転時に、前記温度センサ１１が、所定の設定温度より高い水温を検知すると、この検知信号に基づいてヒートポンプユニット運転制御手段１２により、前記ヒートポンプユニット４の運転を停止し得るように構成されている。
【０００９】
さらに、二水式ソーラーシステム３においては、貯湯タンク５の最下部８に配設された二水式ソーラーシステム用熱交換機２において、貯湯タンク５の最下部８近傍の冷水と熱交換を終えて、冷却された熱媒体は、上部に膨張タンク１３につながる分岐点１４を有する配管１５ａを経由して、循環ポンプ１６により配管１５ｂを経由して、コレクター１に送られる。この後、コレクター１で集められた太陽熱エネルギーで再度、温められた熱媒体は、配管１５ｃを経由して、二水式ソーラーシステム用熱交換機２に還流されることとなる。
【００１０】
一方、ヒートポンプユニット４においては、上記送水口１０から配管１７ａを経由して、ポンプ１８により、貯湯タンク５の水を汲み上げ、ヒートポンプの凝縮器である熱交換器１９において、熱交換して高温水とした後、配管１７ｂを経由して上記高温水還流口７から貯湯タンク５へ還流される。このとき、ヒートポンプユニット４の熱媒体は、前記熱交換器１９において、貯湯タンク５の水と熱交換して高温水とした後、自らは冷却、液化され、高圧ガスから高圧液となる。この液化した常温高圧の液は、膨張弁２０により急激に減圧され、蒸発器２１の中で再度熱交換され、低圧ガスへと変化する。この熱媒体が、蒸発する際に、蒸発潜熱により、大量の熱量を吸収することとなる。この後、熱媒体はコンプレッサー２２で圧縮され、高温、高圧となり、貯湯タンク５から汲み上げた水と再度熱交換可能となる。
【００１１】
かかる本実施形態のソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機は、以下のように運転される。
【００１２】
▲１▼安価な深夜電力を使用して、ヒートポンプユニット４で高温に沸きあげた高温水（湯）は、配管１７ｂを経由して貯湯タンク５に還流し、その最上部６の高温水還流口７から貯湯タンク５に戻される。一方、中間部９の送水口１０から配管１７ａを経由して、タンク５の水が、ポンプ１８により、ヒートポンプユニット４へ送水される。この場合、貯湯タンク５内部では、この高温水は、貯湯タンク５内に既に存在する低温水よりも比重が小さいため、この低温水と交じり合うことなく、貯湯タンク５内の低温水の上に積層することなる。この結果、貯湯タンク５は、その内部に隔壁等のない一缶式のものでありながら、事実上、上部の高温貯湯部２６と下部の低温貯水部２５の二層構造を有するタンクとして機能することとなる。
【００１３】
▲２▼ポンプ１８による上記循環により、ヒートポンプユニット４から還流した高温水（湯）が、貯湯タンク５の上部で充分積層し、送水口１０の近傍に設けた温度センサ１１が、所定の設定温度より高い水温を検知（即ち、貯湯タンク５上部の前記高温貯湯部２６の下端部が降下し、温度センサ１１の位置まで到達したことを検知）すると、この検知信号に基づいてヒートポンプユニット運転制御手段１２により、前記ヒートポンプユニット４の運転を停止することとなる。したがって、このように、温度センサ１１を、貯湯タンク５の中間部９の送水口１０の近傍に配設することにより、温度センサ１１の配設位置が貯湯タンク５の前記高温貯湯部２６と前記低温貯水部２５の境界の下限を定めることとなる。例えば、本実施形態における５００リットルの容量を有する貯湯タンク５において、その最上部６から３００リットルの容量に対応する位置に温度センサ１１を配設すると、この場合の高温貯湯部２６は、最大３００リットルの容量を有し、このときの低温貯水部２５の容量は、２００リットルとなる。
【００１４】
▲３▼上部の高温貯湯部２６から、電磁混合弁２３を経由して、給湯されると、最下部８近傍の給水口２４から給湯量と同量の水道水が、低温貯水部２５に補給される。このようにして、高温水（湯）を消費するに従い、高温貯湯部２６の下端部は、貯湯タンク５内部において、上方に押し上げられる。この場合において、温度センサ１１は、低温貯水部２５内に入るため、このとき、温度センサ１１が、所定の設定温度より低い水温を検知（即ち、貯湯タンク５上部の前記高温貯湯部２６の下端部が上昇し、温度センサ１１の位置を通過したことを検知）すると、この検知信号に基づいてヒートポンプユニット運転制御手段１２により、前記ヒートポンプユニット４の運転を再開するように構成する実施形態も当然可能である。
【００１５】
▲４▼一方、日中、二水式ソーラーシステム３において取り込んだ太陽熱エネルギーは、貯湯タンク５の最下部８に配設された二水式ソーラーシステム用熱交換機２において、貯湯タンク５の最下部８近傍の冷水を温めるのに使用され、前記低温貯水部２５の水温が上昇する。この結果、ヒートポンプユニット４を運転した際、低温貯水部２５より汲み上げた冷水を所定の温度（所望の湯温）まで温めるために不足分の熱エネルギーのみをヒートポンプユニット４から補償することとなるため、トータル的には、ソーラーシステム３により取り込める太陽熱エネルギーを最大限有効活用し得る一方、ヒートポンプユニット４により、安価な深夜電力を有効活用して、ソーラーシステム３により取り込める太陽熱エネルギーの日較変動、季節変動を効率的に吸収、補填できることとなる。
【００１６】
このように、本発明のソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機は、高温水（湯）を得るに際して、ソーラーシステム３により取り込める太陽熱エネルギーを最大限有効活用する一方、その不足分の熱エネルギーを、安価な深夜電力を有効活用したヒートポンプユニット４から補償し、同時に、ソーラーシステム３により取り込める太陽熱エネルギーの日較変動、季節変動をも効率的に吸収、補填しようとするものである。
【００１７】
また、貯湯タンクを一個のみ有し、事実上、温度センサ一個のみで前記ヒートポンプユニットのオン／オフ等の運転制御が容易にできるという比較的シンプルな構成を有するため、結果的に、システム全体の制御が容易にできるという特徴を有する。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１および請求項２に係るソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機にあっては、少なくとも、太陽熱エネルギーを集めるコレクターと二水式ソーラーシステム用熱交換機とを備えた二水式ソーラーシステムと、ヒートポンプユニットと、貯湯タンクと、を有するソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機であって、前記貯湯タンクが、その最上部に前記ヒートポンプユニットからの高温水還流口、最下部に前記二水式ソーラーシステム用熱交換機を備える一方、前記貯湯タンクの前記最上部と、前記最下部との中間部に、前記ヒートポンプユニットへの送水口、及び該送水口の近傍に温度センサを有し、前記ヒートポンプユニット運転時に、前記温度センサが、所定の設定温度より高い水温を検知すると、前記ヒートポンプユニットの運転を停止し得るようにしたことを特徴とするので、前記ソーラーシステムで太陽熱エネルギーを有効活用しつつ、ヒートポンプにより、安価な深夜電力を有効活用して、上記ソーラーシステムにより取り込める太陽熱エネルギーの日較変動、季節変動を効率的に吸収、補填できるのみならず、貯湯タンクを一個のみ有し、事実上、温度センサ一個のみで前記ヒートポンプユニットの運転の停止を制御し得るという比較的シンプルな構成により、結果的に、システム全体の制御が容易にできるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるソーラーシステム付きヒートポンプ式給湯機の概略を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　　コレクター
２　　　二水式ソーラーシステム用熱交換機
３　　　二水式ソーラーシステム
４　　　ヒートポンプユニット
５　　　貯湯タンク
６　　　最上部（貯湯タンク５）
７　　　高温水還流口
８　　　最下部（貯湯タンク５）
９　　　中間部（貯湯タンク５）
１０　　　送水口
１１　　　温度センサ
１２　　　ヒートポンプユニット運転制御手段
１３　　　膨張タンク
１４　　　分岐点（配管１５ａ）
１５ａ　　配管
１５ｂ　　配管
１５ｃ　　配管
１６　　　循環ポンプ
１７ａ　　配管
１７ｂ　　配管
１８　　　ポンプ
１９　　　熱交換器
２０　　　膨張弁
２１　　　蒸発器
２２　　　コンプレッサー
２３　　　電磁混合弁
２４　　　給水口
２５　　　低温貯水部
２６　　　高温貯湯部
２７　　　逃がし弁
２８　　　減圧弁
２９　　　給水系
３０　　　風呂
【図１】
2004092934.tif 000003