(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機と、前記熱源機によって加熱された湯水を蓄える第１貯湯槽と、を有し、前記第１貯湯槽に蓄えられている湯水を需要者に供給する給湯設備と、
太陽熱を利用して冷水を加熱する集熱ユニットと、前記集熱ユニットによって加熱された湯水を貯湯する第２貯湯槽と、を有した太陽熱集熱ユニットと、
前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽に貯湯される湯水と水道配管からの冷水とのいずれか一方を前記給湯設備の第１貯湯槽に供給させる切替弁と、
前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽において蓄えられている湯水と、前記給湯設備の第１貯湯槽に蓄えられている湯水とを導入して熱交換し、それぞれの貯湯槽に戻す熱交換ユニットと、
を備えることを特徴とする太陽熱利用給湯システム。
【請求項２】
前記切替弁は、水道配管からの冷水を前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽に導く第１配管上に設けられる第１切替弁と、前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽からの湯水を前記給湯設備の第１貯湯槽に導く第２配管上に設けられる第２切替弁と、水道配管からの冷水を前記給湯設備の第１貯湯槽に導く第３配管上に設けられる第３切替弁と、からなり、
前記熱交換ユニットは、前記第１、第２、及び第３配管、並びに、前記第１、第２、及び第３切替弁を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用給湯システム。
【請求項３】
前記熱交換ユニットは、
前記第１切替弁及び第２切替弁を開状態とし、前記第３切替弁を閉状態とし、且つ、熱交換を行わない第１運転状態と、
前記第３切替弁を開状態とし、前記第１切替弁及び第２切替弁を閉状態とし、且つ、熱交換を行わない第２運転状態と、
前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽において蓄えられている湯水と、前記給湯設備の第１貯湯槽に蓄えられている湯水とを導入して熱交換し、それぞれの貯湯槽に戻す第３運転状態と、を切替可能である
ことを特徴とする請求項２に記載の太陽熱利用給湯システム。
【請求項４】
前記熱交換ユニットは、前記第３運転状態において前記第３切替弁を開状態とする
ことを特徴とする請求項３に記載の太陽熱利用給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱利用給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽熱利用機器として自然循環形温水器と強制循環形ソーラーシステムが知られている。また、太陽熱利用機器と他の熱源機（ヒートポンプ、排熱機器等）とを組み合わせた太陽熱利用給湯システムについても提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
さらに、太陽熱を利用して熱媒を加熱し、加熱された熱媒により貯湯槽内の湯水を加熱する太陽熱利用機器において、他の熱源機で補助熱媒を加熱可能とし、上記熱媒と補助熱媒とで熱交換可能とした太陽熱利用給湯システムについても提案されている（例えば特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７５２５０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５２０３６号公報
【特許文献３】特開２０１５−４４８５号公報
【特許文献４】特開２０１１−１５３７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ボイラ等の熱源機と、熱源機によって加熱された湯水を蓄える貯湯タンクとを有し、貯湯タンクに蓄えられている湯水を需要者に供給する既存の給湯設備の上流側に太陽熱ソーラーシステム（太陽熱集熱ユニット）を接続し、太陽熱集熱ユニットにて加熱された湯水を給湯設備の貯湯タンクに供給する太陽熱利用給湯システムが考えられている。このシステムによれば、太陽熱集熱ユニットにて加熱された湯水が給湯設備の貯湯槽に供給されることから、ボイラ等による加熱量を抑え、燃料費の削減につなげることができる。
【０００６】
ここで、上記のようなシステムは介護施設等で用いられることがある。介護施設等では、入浴介護なるものが存在し、特定の時間帯に大量の温水が使用されることがある。このような場合、ボイラ等による加熱、及び、太陽熱集熱ユニットからの湯水の供給だけでは温水を賄うことができず、湯切れを起こしてしまうことがあった。
【０００７】
そこで、本件発明者らは、特願２０１５−３７６６１号の先願発明として、太陽熱集熱ユニットの湯水と水道配管からの冷水とのいずれか一方を給湯設備の貯湯槽に供給させる切替弁を有した太陽熱利用給湯システムを提案している。
【０００８】
この太陽熱利用給湯システムによれば、例えば、切替弁を動作させて水道配管からの冷水を給湯設備の貯湯槽に供給する状態とすれば、太陽熱集熱ユニットからの湯水を給湯設備側に供給することなく加熱し続けることができ、太陽熱集熱ユニットにおいて多くの量の高温の湯水を確保することができる。その後、大量に温水を使用する時間帯に再度切替弁を動作させて太陽熱集熱ユニットに貯湯される湯水を給湯設備の貯湯槽に供給すれば、熱源機による加熱が間に合わず、湯切れを起こしてしまう可能性を低減することができる。
【０００９】
しかし、このようなシステムであっても、未だ湯切れの可能性を有するものであった。すなわち、冷水を給湯設備の貯湯槽に供給する状態とすれば、太陽熱集熱ユニットにおいては湯水を給湯設備側に供給することなく加熱し続けることができるが、このようなときに天気が雨等である場合には、太陽熱集熱ユニットによって湯水を充分に加熱しておくことができず、結果として湯切れを招くことがあった。
【００１０】
これに対して、例えば特許文献４に記載のように、熱源機により補助熱媒を加熱して、太陽熱集熱ユニットにおける熱媒と熱交換することが考えられるが、この場合には以下の問題がある。まず、上記の太陽熱利用給湯システムは、既存の給湯設備の上流側に太陽熱集熱ユニットを後付けされることが多いものである。一般に給湯設備には、貯湯槽内の湯水を加熱するための機構しか備えていない。このため、熱源機により補助熱媒を加熱する場合には、既存の給湯設備の熱源機を新たな熱源機（補助熱媒を加熱する機能を有するもの）に変えなければならなくなる。よって、補助熱媒を加熱する方式を採用すると既存の給湯設備の熱源機を利用することができなくなってしまう。
【００１１】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、熱媒を加熱する機能を有した熱源機を用いる必要が無く、且つ、特定の時間帯に大量の温水が使用された場合における湯切れの可能性をより一層低減することが可能な太陽熱利用給湯システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の太陽熱利用給湯システムは、熱源機と、前記熱源機によって加熱された湯水を蓄える第１貯湯槽と、を有し、前記第１貯湯槽に蓄えられている湯水を需要者に供給する給湯設備と、太陽熱を利用して冷水を加熱する集熱ユニットと、前記集熱ユニットによって加熱された湯水を貯湯する第２貯湯槽と、を有した太陽熱集熱ユニットと、前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽に貯湯される湯水と水道配管からの冷水とのいずれか一方を前記給湯設備の第１貯湯槽に供給させる切替弁と、前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽において蓄えられている湯水と、前記給湯設備の第１貯湯槽に蓄えられている湯水とを導入して熱交換し、それぞれの貯湯槽に戻す熱交換ユニットと、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の太陽熱利用給湯システムによれば、太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽に貯湯される湯水と水道配管からの冷水とのいずれか一方を給湯設備の第１貯湯槽に供給させる切替弁を備えるため、例えば、冷水を給湯設備の第１貯湯槽に供給する状態とすれば、太陽熱集熱ユニットにおいては湯水を第１貯湯槽に供給することなく加熱し続けることができ、第２貯湯槽において比較的多くの量の高温の湯水を確保することができる。その後、例えば、大量に温水を使用する時間帯に太陽熱集熱ユニットに貯湯される湯水を給湯設備の第１貯湯槽に供給すれば、熱源機による加熱が間に合わず、湯切れを起こしてしまう可能性を低減することができる。
【００１４】
ここで、冷水を給湯設備の第１貯湯槽に供給する状態とすれば、太陽熱集熱ユニットは湯水を第１貯湯槽に供給することなく加熱し続けることができるが、この場合であっても、雨天など集熱量が不足してしまう場合には、熱交換ユニットを利用して熱交換することにより、熱源機にて加熱された第１貯湯槽側の高温の温水の熱量を太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽側の湯水に移行させることができる。よって、雨天など集熱量が不足してしまう場合であっても、太陽熱集熱ユニットにおいて比較的多くの量の高温の湯水を確保することができ、湯切れを起こしてしまう可能性をより一層低減することができる。
【００１５】
加えて、上記の如く、熱交換ユニットは、太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽において蓄えられている湯水と、給湯設備の第１貯湯槽に蓄えられている湯水とを導入して熱交換するため、熱源機自体に熱媒の加熱機構を設ける必要が無い。
【００１６】
従って、熱媒を加熱する機能を有した熱源機を用いる必要が無く、且つ、特定の時間帯に大量の温水が使用された場合における湯切れの可能性をより一層低減することができる。
【００１７】
また、本発明の太陽熱利用給湯システムにおいて、前記切替弁は、水道配管からの冷水を前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽に導く第１配管上に設けられる第１切替弁と、前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽からの湯水を前記給湯設備の第１貯湯槽に導く第２配管上に設けられる第２切替弁と、水道配管からの冷水を前記給湯設備の第１貯湯槽に導く第３配管上に設けられる第３切替弁と、からなり、前記熱交換ユニットは、前記第１、第２、及び第３配管、並びに、前記第１、第２、及び第３切替弁を有することが好ましい。
【００１８】
この太陽熱利用給湯システムによれば、熱交換ユニットは、第１、第２、及び第３配管、並びに、第１、第２、及び第３切替弁を有するため、熱交換ユニットを利用して、太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽の湯水を給湯設備の第１貯湯槽に供給する状態と、水道配管の冷水を給湯設備の第１貯湯槽に供給する状態とを切り替えることができる。
【００１９】
また、本発明の太陽熱利用給湯システムにおいて、前記熱交換ユニットは、前記第１切替弁及び第２切替弁を開状態とし、前記第３切替弁を閉状態とし、且つ、熱交換を行わない第１運転状態と、前記第３切替弁を開状態とし、前記第１切替弁及び第２切替弁を閉状態とし、且つ、熱交換を行わない第２運転状態と、前記太陽熱集熱ユニットの第２貯湯槽において蓄えられている湯水と、前記給湯設備の第１貯湯槽に蓄えられている湯水とを導入して熱交換し、それぞれの貯湯槽に戻す第３運転状態と、を切替可能であることが好ましい。
【００２０】
この太陽熱利用給湯システムによれば、熱交換ユニットは、第１〜第３運転状態を切替可能であるため、熱交換ユニット内の弁等の開閉制御を行うことで、各運転状態が切り替えられ、運転状態の制御ユニット（各運転状態を実現する流路等の形成ユニット）として機能させることができる。
【００２１】
また、本発明の太陽熱利用給湯システムにおいて、前記熱交換ユニットは、前記第３運転状態において前記第３切替弁を開状態とすることが好ましい。
【００２２】
この太陽熱利用給湯システムによれば、熱交換ユニットは、第３運転状態において第３切替弁を開状態とするため、熱交換を行っている際に、需要者側の出湯があった場合に、出湯できなくなってしまう事態を防止することができる。
【００２３】
なお、上記において切替弁は自動により切り替えられるものに限らず、手動によって切り替えられるものも含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、熱媒を加熱する機能を有した熱源機を用いる必要が無く、且つ、特定の時間帯に大量の温水が使用された場合における湯切れの可能性をより一層低減することが可能な太陽熱利用給湯システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る太陽熱利用給湯システムを示す構成図である。
【図２】本実施形態に係る太陽熱利用給湯システムの動作を示す図であって、大量の温水が使用される前の時間帯における湯水の流れを示している。
【図３】本実施形態に係る太陽熱利用給湯システムの動作を示す図であって、大量の温水が使用される時間帯における湯水の流れを示している。
【図４】本実施形態に係る太陽熱利用給湯システムの動作を示す図であって、大量の温水が使用される前の時間帯における湯水の流れを示し、且つ熱交換を行う場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、以下の説明において、湯水とはあらゆる温度の温水及び冷水を含む概念である。さらに、以下の説明において、温水は冷水よりも温度が高ければよいものであり（冷水は温水よりも温度が低ければよいものであり）、温水及び冷水はその温度範囲が限定されるものではない。
【００２７】
図１は、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１は、給湯設備１０及び太陽熱集熱ユニット２０を備え、給湯設備１０の上流側に太陽熱集熱ユニット２０を接続したものである。このような太陽熱利用給湯システム１は、例えば特別養護老人ホームや、介護老人保健施設などの介護施設に設置されるものである。
【００２８】
給湯設備１０は、熱源機１１と、貯湯タンク（第１貯湯槽）１２と、配管１３ａ〜１３ｄと、第１及び第２ポンプ１４ａ，１４ｂとを備えている。熱源機１１は例えばボイラである。貯湯タンク１２は、熱源機１１によって加熱された湯水を貯湯するものである。
【００２９】
ボイラ行き配管１３ａは、貯湯タンク１２から熱源機１１に湯水を供給するための配管であり、ボイラ戻り配管１３ｂは、熱源機１１によって加熱された湯水を貯湯タンク１２に戻すための配管である。第１ポンプ１４ａは、ボイラ戻り配管１３ｂ上に設けられている。このような構成であるため、第１ポンプ１４ａが動作すると、ボイラ行き配管１３ａ、熱源機１１、ボイラ戻り配管１３ｂ及び貯湯タンク１２の順に湯水が循環することとなり、この循環の過程において熱源機１１により湯水が加熱される。
【００３０】
給湯行き配管１３ｃは、貯湯タンク１２から需要者側（例えば浴槽に温水を供給する複数個の蛇口等）に湯水を供給するための配管であり、給湯戻り配管１３ｄは、需要者側から戻ってくる湯水を受け入れるための配管である。第２ポンプ１４ｂは、給湯行き配管１３ｃ上に設けられている。このような構成であるため、第２ポンプ１４ｂが動作すると、給湯行き配管１３ｃ、需要者側、給湯戻り配管１３ｄ及び貯湯タンク１２の順に湯水が循環することとなる。
【００３１】
なお、給湯行き配管１３ｃと給湯戻り配管１３ｄとを接続する需要者側の配管には、複数の蛇口等が連続して設けられており、どの蛇口等を操作しても貯湯タンク１２からの湯水が出湯されるようになっている。
【００３２】
太陽熱集熱ユニット２０は、集熱ユニット２１と、集熱ユニット２１によって加熱された湯水を貯湯する貯湯槽（第２貯湯槽）２２とを備えている。集熱ユニット２１は、太陽熱を利用して冷水を加熱するものであり、集熱パネル２１ａと、熱交換器２１ｂと、循環配管２１ｃと、第３ポンプ２１ｄとから構成されている。集熱パネル２１ａは、太陽熱を利用して熱媒を加熱するものであって、例えば屋根の上などの太陽光を受光し易い位置に設置されるものである。熱交換器２１ｂは、貯湯槽２２の内側下部に設けられ、集熱パネル２１ａによって加熱された熱媒を導入し、貯湯槽２２の下部の湯水と熱交換することにより湯水を加熱するものである。
【００３３】
循環配管２１ｃは、集熱パネル２１ａと熱交換器２１ｂとの間で熱媒を循環させる配管である。第３ポンプ２１ｄは、循環配管２１ｃ上に設けられ、集熱パネル２１ａと熱交換器２１ｂとの間で熱媒を循環させる動力を発生させるものである。
【００３４】
このような構成であるため、第３ポンプ２１ｄが動作すると、熱媒は、循環配管２１ｃを通じて集熱パネル２１ａと熱交換器２１ｂとの間で循環することとなる。すなわち、熱媒は、集熱パネル２１ａにて加熱され、熱交換器２１ｂによって湯水と熱交換されることとなり、貯湯槽２２内の湯水は加熱されることとなる。
【００３５】
さらに、太陽熱集熱ユニット２０は、水道配管５０からの冷水を導入するための冷水導入配管２３と、貯湯槽２２内の湯水を出湯するための個別出湯配管２４とを備えている。また、給湯設備１０は、個別出湯配管２４を通じて流れてくる太陽熱集熱ユニット２０からの湯水を導入するための導入配管１３ｅと、給湯戻り配管１３ｄ上の分岐点Ａから分岐した分岐配管１３ｆとをさらに備えている。
【００３６】
さらに、このような給湯設備１０と太陽熱集熱ユニット２０との間には、熱交換ユニット３０が設けられている。熱交換ユニット３０は、内部配管３１ａ〜３１ｅ、二方弁３２ａ〜３２ｅ、ポンプ３３ａ，３３ｂ、及び熱交換器３４を備えたものである。また、熱交換ユニット３０は、内部配管３１ａ〜３１ｅとユニット３０外の配管１３ｅ，１３ｆ，２３，２４，５０とを接続するための第１〜第５ポートＰ１〜Ｐ５を備えている。
【００３７】
各ポートＰ１〜Ｐ５は、各配管１３ｅ，１３ｆ，２３，２４，５０に接続される接続口となる部位であって、第１ポートＰ１は水道配管５０に接続され、第２ポートＰ２は冷水導入配管２３に接続されている。また、第３ポートＰ３は個別出湯配管２４に接続され、第４ポートＰ４は導入配管１３ｅに接続されている。さらに、第５ポートＰ５は分岐配管１３ｆに接続されている。
【００３８】
第１配管３１ａは、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２を接続する配管であって、水道配管５０からの冷水を太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２に導く配管である。第２配管３１ｂは、第３ポートＰ３と第４ポートＰ４を接続する配管であって、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２からの湯水を給湯設備１０の貯湯タンク１２に導く配管である。第３配管３１ｃは、第１配管３１ａ上の分岐点Ｂと第２配管３１ｂ上の分岐点Ｃとを接続する配管であって、水道配管５０からの冷水を給湯設備１０の貯湯タンク１２に導く配管である。第４配管３１ｄは、第１配管３１ａのうち分岐点Ｂよりも第２ポートＰ２側の分岐点Ｄと、第２配管３１ｂのうち分岐点Ｃよりも第３ポートＰ３側の分岐点Ｅとを接続する配管である。第５配管３１ｅは、第５ポートＰ５と、第２配管３１ｂのうち分岐点ＣＥ間の分岐点Ｆとを接続する配管である。
【００３９】
このような配管３１ａ〜３１ｅには５つの二方弁３２ａ〜３２ｅが設けられている。すなわち、第１二方弁（切替弁、第１切替弁）３２ａは、第１配管３１ａのうち、分岐点ＢＤ間に設けられており、第２二方弁（切替弁、第２切替弁）３２ｂは、第２配管３１ｂのうち、分岐点ＥＦ間に設けられている。また、第３二方弁（切替弁、第３切替弁）３２ｃは第３配管３１ｃ上に設けられ、第４二方弁３２ｄは第４配管３１ｄ上に設けられ、第５二方弁３２ｅは第５配管３１ｅ上に設けられている。
【００４０】
ポンプ３３ａ，３３ｂは、湯水を移送するための動力源となるものである。このうち、第４ポンプ３３ａは、第４配管３１ｄのうち、分岐点Ｄと第４二方弁３２ｄとの間に設けられており、分岐点Ｄ側の湯水を第４二方弁３２ｄ側に移送する動力を発生させるものである。第５ポンプ３３ｂは、第５配管３１ｅのうち、第５ポートＰ５と第５二方弁３２ｅとの間に設けられており、第５ポートＰ５側の湯水を第５分岐点Ｆ側に移送する動力を発生させるものである。
【００４１】
熱交換器３４は、第４配管３１ｄを流れる湯水と、第５配管３１ｅを流れる湯水とを熱交換するものである。この熱交換器３４は、例えば、第４配管３１ｄにつながる第１室と、第５配管３１ｅにつながる第２室を有し、これら室間で熱交換を行う。なお、熱交換器３４は、第１室が分岐点Ｄと第４ポンプ３３ａとの間に位置しており、第２室が第５ポンプ３３ｂと第５二方弁３２ｅとの間に位置している。
【００４２】
以上のような太陽熱利用給湯システム１では、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２に貯湯される湯水と水道配管５０からの冷水とのいずれか一方を給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給させることができる。そして、太陽熱利用給湯システム１は、このような２つの運転状態を利用して、湯切れが発生する可能性を低減するようにしている。なお、２つの運転状態のうち、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２に貯湯される湯水が給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給される運転状態を第１運転状態と称し、水道配管５０からの冷水が給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給される運転状態を第２運転状態と称する。
【００４３】
以下、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１の動作を説明する。図２は、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１の動作を示す図であって、大量の温水が使用される前の時間帯における湯水の流れを示している。なお、図２において太線で示す配管部分には湯水が流れていることを示し、細線で示す配管部分には湯水が流れていないことを示している。
【００４４】
図２に示すように、太陽熱利用給湯システム１は、大量の温水が使用される前の時間帯において第２運転状態となる。すなわち、熱交換ユニット３０の第３二方弁３２ｃが開状態となり、第１及び第２二方弁３２ａ，３２ｂが閉状態となる。なお、このとき、第４及び第５二方弁３２ｄ，３２ｅについても閉状態となっており、第４及び第５ポンプ３３ａ，３３ｂは停止状態となっている。
【００４５】
これにより、太陽熱集熱ユニット２０の個別出湯配管２４から湯水が出湯されることがなく、水道配管５０の冷水が太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２に供給されることがない状態となる。
【００４６】
一方、この状態においても集熱パネル２１ａにおいて集熱が行われており、貯湯槽２２内の湯水は加熱されている。よって、貯湯槽２２内には、比較的多くの量の高温の温水が確保されることとなる。
【００４７】
なお、この場合において、需要側にて温水を使用することがあっても、その量は熱源機１１の加熱で賄える程度の量（貯湯タンク１２内の湯量で充分賄える量）であり、湯切れは発生しないこととなる。
【００４８】
図３は、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１の動作を示す図であって、大量の温水が使用される時間帯における湯水の流れを示している。なお、図３において太線で示す配管部分には湯水が流れていることを示し、細線で示す配管部分には湯水が流れていないことを示している。
【００４９】
図３に示すように、大量の温水が使用される時間帯（例えば午前９時から１０時であって入浴介護が行われる時間帯）において太陽熱利用給湯システム１は、第１運転状態となる。すなわち、熱交換ユニット３０の第３二方弁３２ｃが閉状態となり、第１及び第２二方弁３２ａ，３２ｂが開状態となる。なお、このとき、第４及び第５二方弁３２ｄ，３２ｅについても閉状態となっており、第４及び第５ポンプ３３ａ，３３ｂは停止状態となっている。
【００５０】
このような状態であるため、大量に温水が使用される時間帯においては、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２に貯湯されている比較的多くの量且つ高温の温水が貯湯タンク１２に供給される。これにより、大量に温水が使用される時間帯において、比較的多くの量且つ高温の温水を貯湯タンク１２に供給して湯切れの可能性を低減するようにしている。
【００５１】
しかし、図３に示すように、大量に温水が使用される時間帯において第１運転状態にしたとしても、第２運転状態において天気が雨等である場合には充分に集熱することができず、比較的多くの量且つ高温の温水を貯湯タンク１２に確保できないことから、湯切れを招くことがあった。
【００５２】
そこで、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１では、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２において蓄えられている湯水と、給湯設備１０の貯湯タンク１２に蓄えられている湯水とを導入して熱交換し、それぞれの貯湯槽２２及び貯湯タンク１２に戻す第３運転状態が可能となっている。
【００５３】
図４は、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１の動作を示す図であって、大量の温水が使用される前の時間帯における湯水の流れを示し、且つ熱交換を行う場合を示している。なお、図４において太線で示す配管部分には湯水が流れていることを示し、細線で示す配管部分には湯水が流れていないことを示している。
【００５４】
上記したように、大量の温水が使用される前の時間帯（例えば前日の日中）においては、図２に示す第２運転状態とすることで、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２内で確保される熱量を高めるが、集熱量が不充分となった場合には、大量の温水が使用される前の時間帯（例えば前日の夜間）において、図４に示す第３運転状態とする。
【００５５】
すなわち、図４に示すように、第１〜第３二方弁３２ａ〜３２ｃを閉状態とし、第４及び第５二方弁３２ｄ，３２ｅを開状態とする。そして、第４及び第５ポンプ３３ａ，３３ｂを運転状態とする。また、熱源機１１は駆動しており、給湯設備１０の貯湯タンク１２内の湯水は加熱されている。
【００５６】
ここで、上記のような状態となると、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２の下部における湯水が、冷水導入配管２３を通じて熱交換ユニット３０の第２ポートＰ２に至る。そして、湯水は、第１配管３１ａから分岐点Ｄを通じて第４配管３１ｄに至り、熱交換器３４に導入される。その後、湯水は、熱交換器３４からポンプ３３ａ及び第４二方弁３２ｄを通じて、分岐点Ｅから第２配管３１ｂに至り、第３ポートＰ３を通じて貯湯槽２２の上部に戻される。
【００５７】
また、給湯設備１０の貯湯タンク１２の上部における湯水は、給湯戻り配管１３ｄから分岐点Ａを通じて分岐配管１３ｆに至り、分岐配管１３ｆから熱交換ユニット３０の第５ポートＰ５を通じて第５配管３１ｅに導入される。そして、湯水は、熱交換器３４に導入される。その後、湯水は、熱交換器３４から第５二方弁３２ｅ及び分岐点Ｆを通じて、第２配管３１ｂに至り、第４ポートＰ４を通じて貯湯タンク１２の下部に戻される。
【００５８】
このように、熱交換器３４には貯湯槽２２の下部の湯水と、貯湯タンク１２の上部の湯水とが導入されて熱交換が行われるため、貯湯タンク１２側の熱量が貯湯槽２２側に移行することとなる。
【００５９】
これにより、たとえ第２運転状態によって、貯湯槽２２に多くの量且つ高温の温水が貯湯されていない状況であったとしても、第３運転状態とすることにより、貯湯槽２２に多くの量且つ高温の温水を貯湯させることができ、湯切れの可能性を一層低減することができる。
【００６０】
なお、上記及び図４において、第３二方弁３２ｃは閉状態であるものとして説明及び図示したが、第３運転状態において第３二方弁３２ｃは開状態であることが好ましい。これにより、熱交換を行っている際に、需要者側での出湯があった場合に、出湯できなくなってしまう事態を防止することができるからである。
【００６１】
このようにして、本実施形態に係る太陽熱利用給湯システム１によれば、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２に貯湯される湯水と水道配管５０からの冷水とのいずれか一方を給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給させる二方弁３２ａ〜３３ｃを備えるため、例えば、冷水を給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給する状態とすれば、太陽熱集熱ユニット２０においては湯水を貯湯タンク１２に供給することなく加熱し続けることができ、貯湯槽２２において比較的多くの量の高温の湯水を確保することができる。その後、例えば、大量に温水を使用する時間帯に太陽熱集熱ユニット２０に貯湯される湯水を給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給すれば、熱源機１１による加熱が間に合わず、湯切れを起こしてしまう可能性を低減することができる。
【００６２】
ここで、冷水を給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給する状態とすれば、太陽熱集熱ユニット２０は湯水を貯湯タンク１２に供給することなく加熱し続けることができるが、この場合であっても、雨天など集熱量が不足してしまう場合には、熱交換ユニット３０を利用して熱交換することにより、熱源機１１にて加熱された貯湯タンク１２側の高温の温水の熱量を太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２側の湯水に移行させることができる。よって、雨天など集熱量が不足してしまう場合であっても、太陽熱集熱ユニット２０において比較的多くの量の高温の湯水を確保することができ、湯切れを起こしてしまう可能性をより一層低減することができる。
【００６３】
加えて、上記の如く、熱交換ユニット３０は、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２において蓄えられている湯水と、給湯設備１０の貯湯タンク１２に蓄えられている湯水とを導入して熱交換するため、熱源機１１自体に熱媒の加熱機構を設ける必要が無い。
【００６４】
従って、熱媒を加熱する機能を有した熱源機を用いる必要が無く、且つ、特定の時間帯に大量の温水が使用された場合における湯切れの可能性をより一層低減することができる。
【００６５】
また、熱交換ユニット３０は、第１、第２、及び第３配管３１ａ〜３１ｃ、並びに、第１、第２、及び第３二方弁３２ａ〜３２ｃを有するため、熱交換ユニット３０を利用して、太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽の２２湯水を給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給する状態と、水道配管５０の冷水を給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給する状態とを切り替えることができる。
【００６６】
また、熱交換ユニット３０は、第１〜第３運転状態を切替可能であるため、熱交換ユニット３０内の弁等の開閉制御を行うことで、各運転状態が切り替えられ、運転状態の制御ユニット（各運転状態を実現する流路等の形成ユニット）として機能させることができる。
【００６７】
また、熱交換ユニット３０は、第３運転状態において第３二方弁３２ｃを開状態とするため、熱交換を行っている際に、需要者側の出湯があった場合に、出湯できなくなってしまう事態を防止することができる。
【００６８】
さらに、太陽熱を利用して熱源機１１の運転を補助できるため、熱源機１１の容量を小さくすることもできる。また、湯切れの可能性を低減できることから、特別養護老人ホームや介護老人保健施設などの給湯量が多い物件でデイサービスなどのお客様を増やすことができる。
【００６９】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で各実施形態に記載の技術を組み合わせてもよい。
【００７０】
例えば、上記実施形態において太陽熱利用給湯システム１は、給湯設備１０の上流側に１台の太陽熱集熱ユニット２０を備えているが、これに限らず、複数台の太陽熱集熱ユニット２０を備えていてもよい。この場合に、熱交換ユニット３０は、太陽熱集熱ユニット２０の台数分設けられていてもよいし、複数の太陽熱集熱ユニット２０の配管２３，２４を途中で接続して複数の太陽熱集熱ユニット２０に対して１つの熱交換ユニット３０を設けるようにしてもよい。
【００７１】
また、本実施形態において太陽熱集熱ユニット２０は、熱媒を循環させる方式のものに限らず、湯水を循環させる方式のものであってもよい。
【００７２】
また、本実施形態において太陽熱集熱ユニット２０の貯湯槽２２に貯湯される湯水と水道配管５０からの冷水とのいずれか一方を給湯設備１０の貯湯タンク１２に供給させる切替弁については、１つの三方弁等によって構成されてもよい。そして、このような三方弁とは、別に熱交換器３４を有した熱交換ユニット３０を備えるようになっていてもよい。
【００７３】
さらに、本実施形態において、冬季以外など湯切れが発生しない季節においては、図２及び図４に示す運転が行われることなく、常時、図３に示す運転が行われるようになっていてもよい。
【００７４】
加えて、本実施形態においては、１年間の日付を示すカレンダー情報や外気温度センサにより検出される外気温度により湯切れの可能性を判断するようにしてもよい。すなわち、カレンダー情報から現在が１２月から２月までである場合や、外気温度が所定温度以下である場合などに、冬季であると判断し、図２及び図４に示す運転を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００７５】
１  ：太陽熱利用給湯システム
１０    ：給湯設備
１１    ：熱源機
１２    ：貯湯タンク（第１貯湯槽）
１３ａ  ：ボイラ行き配管
１３ｂ  ：ボイラ戻り配管
１３ｃ  ：給湯行き配管
１３ｄ  ：給湯戻り配管
１３ｅ  ：導入配管
１３ｆ  ：分岐配管
１４ａ，１４ｂ  ：ポンプ
１５    ：給湯温度センサ
２０    ：太陽熱集熱ユニット
２１    ：集熱ユニット
２１ａ  ：集熱パネル
２１ｂ  ：熱交換器
２１ｃ  ：循環配管
２１ｄ  ：ポンプ
２２    ：貯湯槽（第２貯湯槽）
２３    ：冷水導入配管
２４    ：個別出湯配管
３０      ：熱交換ユニット
３１ａ    ：第１配管
３１ｂ    ：第２配管
３１ｃ    ：第３配管
３１ｄ    ：第４配管
３１ｅ    ：第５配管
３２ａ    ：第１二方弁（切替弁、第１切替弁）
３２ｂ    ：第２二方弁（切替弁、第２切替弁）
３２ｃ    ：第３二方弁（切替弁、第３切替弁）
３２ｄ    ：第４二方弁
３２ｅ    ：第５二方弁
３３ａ，３３ｂ    ：ポンプ
３４      ：熱交換器
５０      ：水道配管
Ｐ１〜Ｐ５      ：第１〜第５ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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