(57)【要約】【課題】  ２つの異なる種類の熱源を使用する従来の給湯システムでは、夜間にヒートポンプで貯湯タンクの熱媒の全体を温めると、次回となる翌日の昼間の太陽熱集熱効率が低下してしまう課題があった。また、太陽熱集熱のみの場合と同等の集熱効率を維持するためには、非常に大きな貯湯槽を必要とする課題があった。【解決手段】  異なる種類の熱源を利用する熱媒供給システムにおいて、複数の第１貯熱媒部を有し、各々の第１貯熱媒部１ａ、１ｂの中へ任意加熱可能な熱源であるヒートポンプ２等によって加熱された熱媒をそれぞれ供給できるとともに、任意加熱不可能な熱源である太陽熱集熱器５等の熱交換部５０を備えた第２貯熱媒部４が、全ての第１貯熱媒部１ａ、１ｂに熱媒が連続するように設けられ、かつ複数の第１貯熱媒部１ａ、１ｂの中に交互又は順番に加熱された熱媒を供給することによる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる種類の熱源を利用する熱媒供給システムにおいて、複数の第１貯熱媒部を有し、各々の第１貯熱媒部の中へ任意加熱可能な熱源によって加熱された熱媒をそれぞれ供給できるとともに、任意加熱不可能な熱源の熱交換部を備えた第２貯熱媒部が、全ての第１貯熱媒部に熱媒が連続するように設けられ、かつ複数の第１貯熱媒部の中に交互又は順番に加熱された熱媒を供給することを特徴とする熱媒供給システム。
【請求項２】
異なる種類の熱源を利用する熱媒供給システムにおいて、複数の貯熱媒槽の中に、各々任意加熱可能な熱源によって加熱された熱媒を供給できる第１貯熱媒部と、任意加熱不可能な熱源の熱交換部を備えた第２貯熱媒部とを互いに熱媒が連続するように設けられ、かつ複数の第１貯熱媒部の中に交互又は順番に加熱された熱媒を供給するとともに第２貯熱媒部の熱交換部による加熱を、加熱された熱媒を供給されていない第１貯熱媒部へ行うことを特徴とする熱媒供給システム。
【請求項３】
異なる種類の熱源を利用する熱媒供給システムにおいて、１の貯熱媒槽の中に複数の第１貯熱媒部を有し、各々の第１貯熱媒部の中へ任意加熱可能な熱源によって加熱された熱媒を供給できるとともに、任意加熱不可能な熱源の熱交換部を備えた第２貯熱媒部を各々の第１貯熱媒部の下方に連続するように１つ設けられ、かつ複数の第１貯熱媒部の中に交互又は順番に加熱された熱媒を供給することを特徴とする熱媒供給システム。
【請求項４】
異なる種類の熱源を利用する熱媒供給システムにおいて、複数の第１貯熱媒部を有し、各々の第１貯熱媒部の中へ任意加熱可能な熱源によって加熱された熱媒をそれぞれ供給でき、任意加熱不可能な熱源の熱交換部を備えた第２貯熱媒部が、全ての第１貯熱媒部に熱媒が連続するように設けられ、かつ複数の第１貯熱媒部の中に交互又は順番に加熱された熱媒を供給するとともに、各第１貯熱媒部から連通する各給熱媒支管の合流地点に混合弁制御装置を設けたことを特徴とする熱媒供給システム。
【請求項５】
任意加熱可能な熱源がヒートポンプからなる熱源であり、任意加熱不可能な熱源が太陽熱集熱器からなる熱源である請求項１乃至４のいずれか１の請求項である熱媒供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
異なる種類の複数の熱源を有する熱媒供給システム、詳細にはヒートポンプのように任意加熱可能な熱源と、太陽熱集熱器のような自然熱源を利用する任意加熱不可能な熱源とを利用し、熱媒に水を使用する給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱集熱器とヒートポンプとを組み合わせた熱源とする給湯システムの従来技術としては、特開平３−２１１３５９号公報（従来技術１）及び特開２００２−１６２１０９号公報に開示された技術（従来技術３）が公知である。
【０００３】
従来技術１は、ヒートポンプと太陽集熱器を組み合わせた給湯システムであり、給湯用の水を貯湯タンクに導き、このヒートポンプで加熱した後、貯湯タンクの上側部に戻すヒートポンプ利用給湯システムが記載されている。
【０００４】
また、貯湯タンクの下側部に伝熱管からなる放熱器を設け、この放熱器と太陽集熱器との間で熱媒を循環させ、集熱器で集めた太陽熱を放熱器で貯湯タンクの水に与えて温めるようにした太陽熱利用給湯システム（従来技術２）も公知である
【０００５】
更に、従来技術３には、「給湯システムの貯湯タンクの下側部に放熱器を設け、この放熱器と太陽熱集熱器との間で熱媒を循環させ、集熱器で集熱した太陽熱が放熱器で貯湯タンクの水に与えられるようにする。また、貯湯タンクの水を流通路によってヒートポンプに導き、加熱したうえで、貯湯タンクの上側部に戻すようにする。上記流通路の上流側は、貯湯タンクの下側部の放熱器より上側に配する。」という構成の開示がある。
【０００６】
従来技術３は、上記の構成により「ヒートポンプによって貯湯タンクの放熱器より上側の水だけを加熱して熱湯にし、放熱器の周囲の水は低温に維持することができる。これによって、集熱器の稼働時に、放熱器から水へ良好に放熱させることができ、ひいては、集熱器に入る熱媒を低温にして太陽熱集熱効率を高くすることができる。」という効果などを有する。
【特許文献１】特開平３−２１１３５９号公報
【特許文献２】特開２００２−１６２１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
２つの異なる種類の熱源の組み合わせを利用して、水等の熱媒を加熱して、この適度に加熱されたお湯等の熱媒を外部に供給するシステムは、上述のように公知であり、従来技術１や従来技術２においては、昼間は太陽集熱器を稼働させる等により、十分な湯量を確保し省エネルギーを図ることができるが、夜間にヒートポンプで貯湯タンクの熱媒の全体を温めると、次回となる翌日の昼間の太陽熱集熱効率が低下してしまう課題があった。
【０００８】
また、従来技術３においても、従来技術１や従来技術２よりも太陽熱集熱効率を高く維持することはできるが、太陽熱集熱のみの場合と同等の集熱効率を維持することは難しいという問題があった。従来技術３によって太陽熱集熱のみの場合と同等の集熱効率を維持するためには、非常に大きな貯湯槽を必要とする課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、上記課題を解決するため、異なる種類の熱源を利用する熱媒供給システムにおいて、複数の第１貯熱媒部を有し、各々の第１貯熱媒部の中へ任意加熱可能な熱源によって加熱された熱媒をそれぞれ供給できるとともに、任意加熱不可能な熱源の熱交換部を備えた第２貯熱媒部が、全ての第１貯熱媒部に熱媒が連続するように設けられ、かつ複数の第１貯熱媒部の中に交互又は順番に加熱された熱媒を供給することを特徴とする熱媒供給システムを提案する。
【００１０】
また、異なる種類の熱源を利用する熱媒供給システムにおいて、複数の貯熱媒槽の中に、各々任意加熱可能な熱源によって加熱された熱媒を供給できる第１貯熱媒部と、任意加熱不可能な熱源の熱交換部を備えた第２貯熱媒部とを互いに熱媒が連続するように設けられ、かつ複数の第１貯熱媒部の中に交互又は順番に加熱された熱媒を供給するとともに第２貯熱媒部の熱交換部による加熱を、加熱された熱媒を供給されていない第１貯熱媒部へ行うことを特徴とする熱媒供給システムを提案する。
【００１１】
更に、異なる種類の熱源を利用する熱媒供給システムにおいて、１の貯熱媒槽の中に複数の第１貯熱媒部を有し、各々の第１貯熱媒部の中へ任意加熱可能な熱源によって加熱された熱媒を供給できるとともに、任意加熱不可能な熱源の熱交換部を備えた第２貯熱媒部を各々の第１貯熱媒部の下方に連続するように１つ設けられ、かつ複数の第１貯熱媒部の中に交互又は順番に加熱された熱媒を供給することを特徴とする熱媒供給システムを提案する。
【００１２】
更にまた、異なる種類の熱源を利用する熱媒供給システムにおいて、複数の第１貯熱媒部を有し、各々の第１貯熱媒部の中へ任意加熱可能な熱源によって加熱された熱媒をそれぞれ供給でき、任意加熱不可能な熱源の熱交換部を備えた第２貯熱媒部が、全ての第１貯熱媒部に熱媒が連続するように設けられ、かつ複数の第１貯熱媒部の中に交互又は順番に加熱された熱媒を供給するとともに、各第１貯熱媒部から連通する各給熱媒支管の合流地点に混合弁制御装置を設けたことを特徴とする熱媒供給システムを提案する。
【００１３】
上記０００９欄乃至００１２欄記載の任意加熱可能な熱源がヒートポンプからなる熱源であり、任意加熱不可能な熱源が太陽熱集熱器からなる熱源である熱媒供給システムを提案する。
【発明の効果】
【００１４】
２つの異なる種類の熱源のそれぞれの熱効率を従来技術に比較して、非常に効率よく利用できるようになった。例えば太陽熱集熱器とヒートポンプを２つの異なる熱源とした場合、太陽熱集熱器における集熱効率、及びヒートポンプのエネルギー効率成績係数（ＣＯＰ＝Coefficient of Performance＝加熱能力（出力）／ヒートポンプ消費電力（入力））を、それぞれ単体で使用する場合に比べて、効率をほとんど低下させることなく利用できるという効果がある。
【００１５】
更に、大規模な貯熱媒槽を使わずに複数の小型の貯熱媒部を設けることにより任意加熱不可能な熱源、例えば太陽集熱器を単用した場合に比し、太陽熱集熱効率をほとんど低下させず利用することができる効果がある。また、小型の貯熱媒部を複数設けることにより、供給される熱媒の供給切れを起こさず安定し給湯が可能になった。
【００１６】
更にまた、請求項４に係る発明では、混合弁制御装置によって、予め定められた給熱媒温度に近い温度の熱媒を、各第１貯熱媒部から選択的に多く利用可能なため、その結果として太陽熱集熱器のような任意の時間帯に加熱不可能な熱源の熱効率（集熱効率）を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明を、第１実施形態の回路構成図を示す図１、第２実施形態の回路構成図を示す図２、この発明の実施例の制御フローを示す図３に基づいて説明する。
【００１８】
この発明は、異なる種類の熱源の一つをヒートポンプなどの任意加熱可能な熱源、他の一つを太陽熱集熱器など主に自然力を利用した任意の時間帯には加熱不可能な熱源を利用している。また、外部へ供給可能な熱媒としては、一般的には水であるが、オイル等の使用も可能である。
【００１９】
この発明の熱媒供給システムは、複数の第１貯熱媒部１を有し、各々の第１貯熱媒部１の中へ任意の時間帯に加熱可能な熱源であるヒートポンプ２によって加熱された熱媒をそれぞれ供給できる熱媒循環路３を備えている。熱媒循環路３は、ヒートポンプ２から各第１貯熱媒部１の上部に加熱した熱媒を供給可能に設けられ、各第１貯熱媒部１の下部から比較的温度の低い熱媒をヒートポンプ２へ循環可能に設けられている。この実施例では熱媒は水を使用している。第２貯熱媒部４は、任意の時間帯に加熱不可能な熱源である太陽熱集熱器５の熱交換部５０を内部に備えている。第２貯熱媒部４は、全ての第１貯熱媒部１に熱媒が連続するように設けられている。複数の第１貯熱媒部１の中にヒートポンプ２によって蓄熱され、交互又は順番に蓄熱された熱媒を供給することができる。
【００２０】
次に、この発明の第１実施形態について図１に基づいて説明する。この発明の第１実施形態は、任意加熱可能な熱源がヒートポンプ２であり、任意加熱不可能な熱源が太陽熱集熱器５であり、熱媒は水を使用している給湯システムである。この発明の第１実施形態では、複数の貯熱媒槽１０ａ、この実施例では２つの貯熱媒槽１０ａ、１０ａの中に、各々任意の時間帯に加熱可能な熱源であるヒートポンプ２によって加熱された熱媒を供給できる第１貯熱媒部１ａ、１ｂと、任意の時間帯に加熱不可能な熱源である太陽熱集熱器５の熱交換部５０ａ、５０ｂを備えた第２貯熱媒部４ａ、４ｂとを互いに熱媒が連続するように設けられている。この実施例では、それぞれ１つの貯熱媒槽１０ａは、円筒状で縦長の液槽からなり、その上部を、ヒートポンプ２によって加熱された熱媒を供給できる第１貯熱媒部１ａ（１ｂ）、その下部を太陽熱集熱器５の熱交換部５０を備えた第２貯熱媒部４ａ（４ｂ）としている。
【００２１】
１つのヒートポンプ２から各第１貯熱媒部１ａ、１ｂへ第１熱媒循環路３ａを通して水から成る熱媒を供給させることができるように設けている。第１熱媒循環路３ａは、ヒートポンプ２から各第１貯熱媒部１ａ、１ｂの上面板から内部に加熱した熱媒を供給可能な入口３０、３０をそれぞれ設けており、各第２貯熱媒部４ａ、４ｂの底面には、出口３１、３１を設けており、各第２貯熱媒部４ａ、４ｂからヒートポンプ２へ熱媒を循環させる第２熱媒循環路３ｂを設けている。２０は、ヒートポンプ停止センサーであり、少なくともそれぞれの第１貯熱媒部１の熱媒に接触するように設けられており、コードによりヒートポンプ２に接続している。
【００２２】
１つの太陽熱集熱器５は、２つの熱交換部５０ａ、５０ｂとの間で集熱器循環路５１を設けており、集熱器循環路５１は、往路及び復路にそれぞれ設けられる２つの三方弁５２、５２によって２つの熱交換部５０、５０へ選択的に分岐しており、いずれか１つの熱交換器５０へ交互に熱媒を循環させている。この熱媒も通常は水である。５３は、循環ポンプであり、集熱器循環路５１の往路又は復路のいずれか一方の途中で三方弁５２、５２より太陽熱集熱器５側へ設ける。
【００２３】
それぞれの貯熱媒槽１０ａ、１０ａの底面、即ちそれぞれの第２貯熱媒部４ａ、４ｂの底面に、熱媒供給源から供給管７ａを介して分岐した供給支管の熱媒供給口７０、７０をそれぞれ開口させている。この実施例では熱媒供給源は、水道である。また、それぞれ貯熱媒槽１０ａ、１０ａの上面、即ち第１貯熱媒部１、１の上面に、給熱媒管７ｂに連通する各給熱媒支管７２、７２の上流端として熱媒排出口７１、７１を開口している。この実施例では給熱媒管７ｂは、給湯管であり、給湯管の下流端は給湯口である。
【００２４】
複数の各給熱媒支管７２、７２が合流する合流地点に混合弁制御装置６を設けている。混合弁制御装置６は、それぞれの第１貯熱媒部１ａ、１ｂから給熱媒管７ｂへ供給される熱媒を混合して、予め定められた給熱媒温度に近い熱媒となるようにして、給熱媒管７ｂへ供給する。
【００２５】
太陽熱集熱器５によって集熱された熱媒は、集熱器循環路５１を通って、交互に２つの熱交換部５ａ、５ｂによって比較的低温の第２貯熱媒部４ａ、４ｂの熱媒（水）を加熱させる。第１貯熱媒部１ａ、１ｂの熱媒は、第２貯熱媒部４ａ、４ｂよりの上部に位置するため比較的高温であるが、予め定められた給熱媒温度（給湯温度）より低い場合は、ヒートポンプ２によって蓄熱された熱媒（お湯）を、第１熱媒循環路３ａから第１貯熱部１ａ、１ｂへ供給して加熱する。第１貯熱媒部１ａ、１ｂの熱媒が、予め定められた給熱媒温度（給湯温度）より高くなると、ヒートポンプ停止センサー２０からの制御信号によりヒートポンプ２から第１貯熱媒部１ａ、１ｂへの供給は停止される。
【００２６】
次に、この発明の第２実施形態について図２に基づいて説明する。この発明の第２実施形態は、任意加熱可能な熱源がヒートポンプ２であり、任意加熱不可能な熱源が太陽熱集熱器５であり、また熱媒は水を使用している給湯システムである。この発明の第２実施形態では、１の貯熱媒槽１０ｂの中に、各々任意の時間帯に加熱可能な熱源であるヒートポンプ２によって加熱された熱媒を供給できる複数の、この実施例では２つ第１貯熱媒部１ａ、１ｂと、任意の時間帯に加熱不可能な熱源である太陽熱集熱器５の熱交換部５０を備えた１つの第２貯熱媒部４とを互いに熱媒が連続するように設けられている。この実施例では、貯熱媒槽１０ｂは、円筒状の液槽からなり、その上部半分程度を断熱板８によって分割し、それぞれほぼ同じ容量を有する２つの第１貯熱媒部１ａ、１ｂを形成しており、貯熱媒槽１０ｂの下部半分程度は断熱板８を設けない１つ第２貯熱媒部４を形成している。従って、第２貯熱媒部４は、その上面で２つ第１貯熱媒部１ａ、１ｂの下面に連続しており熱媒の移動は可能である。
【００２７】
１つのヒートポンプ２と各第１貯熱媒部１ａ、１ｂとの間には熱媒循環路３を水から成る熱媒を循環させることができるように設けている。熱媒循環路３は、ヒートポンプ２から各第１貯熱媒部１ａ、１ｂの上面板から内部に加熱した熱媒を供給可能な入口３０、３０をそれぞれ設けており、第２貯熱媒部４の底面にはヒートポンプ２へ循環させる１つの出口３１を設けている。２０、２０は、ヒートポンプ停止センサーであり、それぞれセンサー部が各第１貯熱媒部１ａ、１ｂの中の熱媒に接触するように設けられており、コードによりヒートポンプ２に接続している。
【００２８】
１つの太陽熱集熱器５は、１つの熱交換部５０との間で熱媒を循環ポンプ５３により循環させている集熱器循環路５１を設けている。この熱媒も通常は水である。
【００２９】
貯熱媒槽１０ｂの底面、即ち第２貯熱媒部４の底面に、熱媒供給源から供給管７ａの熱媒供給口７０を開口させている。この実施例では熱媒供給源は、水道である。また、それぞれの第１貯熱媒部１ａ、１ｂの上面に、給熱媒管７ｂに連通する各給熱媒支管７２、７２の上流端として熱媒排出口７１、７１を開口している。この実施形態では給熱媒管７ｂは、給湯管であり、給湯管の下流端は給湯口である。
【００３０】
複数の各給熱媒支管７２、７２が合流する合流地点に混合弁制御装置６を設けている。混合弁制御装置６は、それぞれの第１貯熱媒部１ａ、１ｂから給熱媒管７ｂへ供給される熱媒を混合して、予め定められた給熱媒温度に近い熱媒となるようにして、給熱媒管７ｂへ供給する。
【００３１】
太陽熱集熱器５によって集熱された熱媒は、集熱器循環路５１を通って、交互に２つの熱交換部５０によって比較的低温の第２貯熱媒部４の熱媒（水）を加熱させる。第１貯熱媒部１ａ、１ｂの熱媒は、第２貯熱媒部４よりの上部に位置するため比較的高温であるが、予め定められた給熱媒温度（給湯温度）より低い場合は、ヒートポンプ２によって蓄熱された熱媒（お湯）を、第１熱媒循環路３ａから第１貯熱部１ａ、１ｂへ供給して加熱する。第１貯熱媒部１ａ、１ｂの熱媒が、予め定められた給熱媒温度（給湯温度）より高くなると、ヒートポンプ停止センサー２０からの制御信号によりヒートポンプ２から第１貯熱媒部１ａ、１ｂへの供給は停止される。
【００３２】
次に、この発明の第１実施形態及び第２実施形態の作用について実施例を示す図３に基づいて説明する。図３は、複数の第１貯熱媒部１の熱媒を交互、又は順番において利用することを示しており、この実施形態では２つの第１貯熱媒部１ａ、１ｂの熱媒を交互に利用する場合を示す表である。
【００３３】
１日目は、前日の深夜にヒートポンプ２によって蓄熱された第１貯熱媒部１ｂの熱媒（お湯）を主として使用し（主利用）、当日の昼間太陽熱集熱器５によって集熱された第１貯熱媒部１ａは、使用量が足りない状態になったときに副的に使用する（副利用）。
【００３４】
２日目は、前日の深夜にヒートポンプ２によって蓄熱された第１貯熱媒部１ａの熱媒（お湯）を主として使用し（主利用）、当日の昼間太陽熱集熱器５によって集熱された第１貯熱媒部１ｂは、使用量が足りない状態になったときに副的に使用する（副利用）。
【００３５】
３日目は、前日の深夜にヒートポンプ２によって蓄熱された第１貯熱媒部１ｂの熱媒（お湯）を主として使用し（主利用）、当日の昼間太陽熱集熱器５によって集熱された第１貯熱媒部１ａは、使用量が足りない状態になったときに副的に使用する（副利用）。
【００３６】
上述のように、第１貯熱媒部１ａの熱媒と第１貯熱媒部１ｂの熱媒とを交互に、前日の深夜にヒートポンプ２によって蓄熱し、その熱媒を当日の夜に使用することを繰り返し、当日の昼間の太陽熱集熱器５による集熱は、その日に使用されない方の第１貯熱媒部１の熱媒に対して行う。例えば１日目のように第１貯熱媒部１ｂを使用した場合、２日目の第１貯熱媒部１ｂの熱媒の温度は、１日目の使用後に新たに供給管７ａから追加される、より低温の熱媒、この実施例では水道水である熱媒によって、水道水の温度近くまで低下しており、２日目の第１貯熱媒部１ｂの熱媒に対する昼間の太陽熱集熱器５による集熱は、非常に集熱効率を高めることができる。
【００３７】
また、２日目の第１貯熱媒部１ａの熱媒は、１日目に昼間の太陽熱集熱器５による集熱が行われた後であり、ある程度蓄熱されているため、２日目の深夜にヒートポンプ２によって蓄熱は、その負荷を小さくでき、消費エネルギー小さくすることができる。
【００３８】
それぞれの第１貯熱媒部１ａ、１ｂの熱媒は、各給熱媒支管７２、７２から給熱媒管７ｂへ合流する合流地点に混合弁制御装置６を設けている。混合弁制御装置６は、それぞれの第１貯熱媒部１ａ、１ｂから給熱媒管７ｂへ供給される熱媒の温度を感知し、予め定められた給熱媒温度に近い熱媒となるようにして混合するが、通常温度の高い方の貯熱媒部１の熱媒を主として選択して利用し、給熱媒管７ｂへ供給する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
２つの異なる種類の熱源、例えば太陽熱集熱器とヒートポンプを２つの異なる熱源とした給湯システムとしての利用可能性が高い。即ち太陽熱集熱器における集熱効率、及びヒートポンプのエネルギー効率成績係数（ＣＯＰ＝Coefficient of Performance＝加熱能力（出力）／ヒートポンプ消費電力（入力））を、それぞれ単体で使用する場合に比べて、効率をほとんど低下させることない給湯システムとして広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の第１実施形態を示す回路構成図
【図２】この発明の第２実施形態を示す回路構成図
【図３】この発明の実施例の制御フローを示す表
【符号の説明】
【００４１】
１  第１貯熱媒部（貯湯部）
１ａ  第１貯熱媒部（貯湯部）
１ｂ  第１貯熱媒部（貯湯部）
２  ヒートポンプ
２０  ヒートポンプ感知停止センサー
３ａ  第１熱媒循環路
３０  入口
３ｂ  第２熱媒循環路
３１  出口  
４  第２貯熱媒部（貯湯部）
４ａ  第２貯熱媒部（貯湯部）
４ｂ  第２貯熱媒部（貯湯部）
５  太陽熱集熱器
５０  熱交換部
５０ａ  熱交換部
５０ｂ  熱交換部
６  混合弁制御装置
７ａ  供給管（水道管）
７０  熱媒供給口
７ｂ  給熱媒管（給湯管）
７１  熱媒排出管
７２  給熱媒支管
１０ａ  複数の貯熱媒槽
１０ｂ  １つの貯熱媒槽
【図１】
2005114196.tif 000003
【図２】
2005114196.tif 000004
【図３】
2005114196.tif 000005