(57)【要約】【課題】  太陽の自然エネルギーと安価な深夜電力とを使用して省エネルギー効果と経済性改善を得ることができるハイブリッド給湯システムを提供すること。【解決手段】  このハイブリッド給湯システムでは、太陽熱温水器１で温める水の温度について、季節ごと又は日ごとの天気情報に基づく設定温度を予め設定しておくための設定器９０と、太陽熱温水器で温めた水の温度を検出する温度計１５と、太陽熱温水器１で温めた水を、電気温水器２でさらに温めて給湯する配管ライン８，１０と、太陽熱温水器１で温めた水を、電気温水器２をバイパスさせて給湯する配管ライン１１と、切換弁１２で配管ライン間の切換を行う切換弁操作部１７と、検出温度が設定温度以下のときには配管ライン８，１０を使用し、検出温度が設定温度以上のときには配管ライン１１を使用するように、切換操作部１７に切換信号を発する制御部９とを備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を利用して水を温める第１の温水器と、人為的加熱源を利用して水を温める第２の温水器とを備えたハイブリッド給湯システムであって、
第１の温水器で温める水の温度について、所定の設定温度を予め設定しておくための設定手段と、
第１の温水器で温めた水の温度を検出する検出手段と、
第１の温水器で温めた水を、第２の温水器でさらに温めて給湯する第１の給湯手段と、
第１の温水器で温めた水を、第２の温水器をバイパスさせて給湯する第２の給湯手段と、
上記第１，第２の給湯手段の切換を行う切換手段と、
上記検出温度が設定温度以下のときには第１の給湯手段を使用し、上記検出温度が設定温度以上のときには第２の給湯手段を使用するように、上記切換手段に切換信号を発する制御手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド給湯システム。
【請求項２】
上記切換手段は表示手段を備え、該表示手段は上記制御手段からの切換信号を受けて、切換推奨情報を表示させるものであることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド給湯システム。
【請求項３】
上記切換手段は、上記制御手段からの切換信号を受けて上記第１，第２の給湯手段の切換を行う切換弁を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド給湯システム。
【請求項４】
上記切換手段は、上記切換弁の開度調整をも行うものである請求項３記載のハイブリッド給湯システム。
【請求項５】
第２の温水器で温めた水の温度を検出する第２の検出手段と、需要先への給湯温度を設定するための第２の設定手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記検出手段による検出温度が、上記設定手段による設定温度以下となるような条件の下で，上記検出手段による検出温度、上記第２の検出手段による検出温度及び上記第２の設定手段による設定温度に基づいて上記切換弁の開度調整を行うように、上記切換手段に開度調整信号を発することを特徴とする請求項４記載のハイブリッド給湯システム。
【請求項６】
予め設定された第２の温水器の炊き上げ時における該第２の温水器内の水の温度と、天気予報の情報から推定された第２の温水器の炊き上げ時に該第２の温水器へ供給される水の温度とに基づいて第２の温水器の炊き上げ前の深夜における運転を制御する運転制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用や業務用の太陽熱温水器と電気式温水器（電気温水器又は自然冷媒ヒートポンプ給湯器）とを備えたハイブリッド給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、家庭用や業務用の給湯設備として安価な自然エネルギーを利用する太陽熱温水器が広く使用されているが、この太陽熱温水器では天候の影響を受けやすいといった欠点があった。このため、電気温水器や自然冷媒ヒートポンプ給湯器等を用いたクリーンで安全なオール電化住宅に変える家庭が増加している。しかし、既に太陽熱温水器を設置している家庭もかなりあり、オール電化に変えた場合、太陽熱温水器が外され、或いは遊休設備になるケースが多い一方、太陽熱温水器のような安価な自然エネルギーを利用したいとの要請も依然としてある。そこで、太陽熱温水器と電気温水器とを併設したハイブリッド給湯システムが提案されている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
図６は特許文献１記載のシステム構成を示すものである。ここでは、太陽熱温水器５０１、電気温水器５０２、水道５０３それぞれからの温水や給水を切換弁５０４に集め、設定された給湯温度に調整するように温水や給水を混合器５０７で混合させて一定温度に制御した温水を風呂、台所等に給湯するようになっている。その際、太陽熱温水器５０１からの温水の温度を温度計５０５で測定し、その測定温度を比較回路５０６で設定温度と比較することにより、太陽熱温水器５０１からの温水が混合器５０７の低温側又は高温側のいずれに入るかを選択させている。これにより、太陽熱温水器５０１からの温水を優先的に給湯に用いるようにしている。
【０００４】
図７は特許文献２記載のシステム構成を示すものである。ここでは、ヒートパイプ式の太陽熱温水器６０１を電気温水器６０２の給水ラインの上流側に設置し、太陽熱温水器６０１の貯湯槽６０３を出た温水は電気温水器６０２の給水配管６０４を通り一旦電気温水器６０２の貯湯槽６０５に入り、その後貯湯槽６０５内の電気ヒータ６０６により加熱して給湯するようになっている。
【０００５】
そして、集熱パネル６０７で暖められた熱媒体は熱媒体ライン６０８を通り熱交換器６０９に入り、ここで貯湯槽６０３内の水を温め、ポンプ６１０により再度集熱パネル６０７に移動する。一方、電気温水器６０２では深夜時間帯に電気ヒータ６０６により貯湯槽６０５の水を加熱しておく。電気温水器６０２から需要先に給湯すると貯湯槽６０５の水位が下がるので、自動的に貯湯槽６０３の温水を貯湯槽６０５に流し込ませて温水を補給する。したがって、太陽熱温水器６０１で昇温させた温度分の電気温水器６０２の熱エネルギー使用量を減少できることになる。
【特許文献１】特開平０５−１１３２４８号公報
【特許文献２】特開平２０００−２６２３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の発明の場合、太陽熱温水器５０１、電気温水器５０２及び水道５０３の水を混合して一定温度の給湯を行う混合器５０７を設けているが、電気温水器５０２については天候にかかわらず、常時一定量の高温水をつくるために、太陽熱温水器５０１からの温水を使用した分の電力エネルギー量の減少効果しか得られない。特に夏季は太陽熱温水器５０１と電気温水器５０２の双方で湯をつくるためにその湯量が過剰となり、電気温水器５０２を加熱するための電気エネルギーが無駄となる。また、冬季や悪天候時の太陽熱温水器５０１のつくる湯の温度が低い場合は、電気温水器５０２の湯が使用されて太陽熱温水器５０１で生じる低温の湯はほとんど利用されない。
【０００７】
また、上記特許文献２の発明の場合、太陽熱温水器６０１からの給水は電気温水器６０２の貯湯槽６０５の水位が下がれば、即座に太陽熱温水器６０１の貯湯槽６０３から電気温水器６０２の貯湯槽６０５に給水されるために、電気温水器６０２の貯湯が使用された後にしか太陽熱温水器６０１から給湯は使用できない。しかし、電気温水器６０２は家庭の使用量をまかなえるだけの湯量があり、電気温水器６０２の湯のみを使用すると、電力エネルギーの減少は、太陽熱温水器６０１で電気温水器６０２の補給水の温度を上昇させた分しか寄与しない。また電気温水器６０２の炊き上げ温度を制御していないために夏季や中間期の晴天時には湯量が過剰になり、太陽熱温水器６０１の湯は全く使用されず経済性面でのメリットがなくなる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、太陽の自然エネルギーと安価な深夜電力とを使用して省エネルギー効果と経済性改善とを得ることができるハイブリッド給湯システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、太陽熱を利用して水を温める第１の温水器と、人為的加熱源を利用して水を温める第２の温水器とを備えたハイブリッド給湯システムであって、第１の温水器で温める水の温度について、所定の設定温度を予め設定しておくための設定手段と、第１の温水器で温めた水の温度を検出する検出手段と、第１の温水器で温めた水を、第２の温水器でさらに温めて給湯する第１の給湯手段と、第１の温水器で温めた水を、第２の温水器をバイパスさせて給湯する第２の給湯手段と、上記第１，第２の給湯手段の切換を行う切換手段と、上記検出温度が設定温度以下のときには第１の給湯手段を使用し、上記検出温度が設定温度以上のときには第２の給湯手段を使用するように、上記切換手段に切換信号を発する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。なお、この構成において、第２の温水器としては、例えば電気ヒータ式、自然冷媒ヒートポンプ式、ガス燃焼式等の温水器を用いることができる。また、所定の設定温度は、例えば季節別、日別等の設定温度を用いることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明のように、上記切換手段は表示手段を備え、該表示手段は上記制御手段からの切換信号を受けて、切換推奨情報を表示させるものであることとしてもよい。
ここで、切換推奨情報とは、例えば第１の温水器により温められた湯温度等であり、これを表示手段に表示させることで、ユーザに給湯手段の切換を促すことが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明のように、上記切換手段は、上記制御手段からの切換信号を受けて上記第１，第２の給湯手段の切換を行う切換弁を備えたこととしてもよい。この構成によれば、切換信号に応じて切換弁が自動的に給湯手段の切換を行うこととなる。
【００１２】
請求項４記載の発明のように、上記切換手段は、上記切換弁の開度調整をも行うものであってもよい。
【００１３】
請求項５記載の発明のように、第２の温水器で温めた水の温度を検出する第２の検出手段と、需要先への給湯温度を設定するための第２の設定手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記検出手段による検出温度が、上記設定手段による設定温度以下となるような条件の下で，上記検出手段による検出温度、上記第２の検出手段による検出温度及び上記第２の設定手段による設定温度に基づいて上記切換弁の開度調整を行うように、上記切換手段に開度調整信号を発することとしてもよい。
【００１４】
請求項６記載の発明のように、予め設定された第２の温水器の炊き上げ時における該第２の温水器内の水の温度と、天気予報の情報から推定された第２の温水器の炊き上げ時に該第２の温水器へ供給される水の温度とに基づいて第２の温水器の炊き上げ前の深夜における運転を制御する運転制御手段をさらに備えたこととしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、制御手段からの切換信号を受けた切換手段で第１，第２の給湯手段を切り換えることにより、第１の温水器で温めた水の検出温度が設定温度以下のときには、その水が第１の給湯手段により第２の温水器に導かれ該第２の温水器でさらに温められて給湯されるので、冬季や悪天候時に湯が不足することがなくなる一方、第１の温水器で温めた水の検出温度が設定温度以上のときには、その水が第２の給湯手段により第２の温水器がバイパスされて給湯されるので、夏季や中間期の晴天時に湯が過剰につくられることがなくなる。したがって、年間を通じて自然エネルギー利用と安価な深夜電力を利用して安定した給湯を行うことができる。これにより、第２の温水器の電力利用量を減少でき、需要家に経済的なメリットが生じる。その結果、現在、第１の温水器を設置している家庭でもオール電化にし易くなり、第２の温水器をさらに普及させることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、上記切換手段は表示手段を備え、該表示手段は上記制御手段からの切換信号を受けて、切換推奨情報が表示されるので、この切換推奨情報に応じて例えばユーザは上記第１，第２の給湯手段の給湯切換を手動で行うことができ、安定した給湯が可能となる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、上記切換手段は、上記制御手段からの切換信号を受けて上記第１，第２の給湯手段の切換を行う切換弁を備えたので、この切換弁で上記第１，第２の給湯手段が確実に切り換えられ、安定した給湯が可能となる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、上記切換手段は、上記切換弁の開度調整をも行うものであるので、この開度調整により所望温度での給湯が可能となる。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、第２の温水器で温めた水の温度を検出する第２の検出手段と、需要先への給湯温度を設定するための第２の設定手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記検出手段による検出温度が、上記設定手段による設定温度以下となるような条件の下で，上記検出手段による検出温度、上記第２の検出手段による検出温度及び上記第２の設定手段による設定温度に基づいて上記切換弁の開度調整を行うように、上記切換手段に開度調整信号が発せられるので、この開度調整信号を受けた上記切換弁の開度調整により所望温度での給湯が可能となる。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、運転制御手段により、予め設定された第２の温水器の炊き上げ時における該第２の温水器内の水の温度と、天気予報の情報から推定された第２の温水器の炊き上げ時に該第２の温水器へ供給される水の温度とに基づいて第２の温水器の炊き上げ前の深夜における運転が制御されるので、夏季や中間期の晴天時に湯が過剰につくられることがなくなり、かつ冬季や悪天候時に湯が不足することがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のシステム構成、図２はその制御部の構成を示す。図１において、第１の温水器としての太陽熱温水器１でつくられる湯の温度は季節や天候にもよるが、夏季の快晴時は７０〜８０℃、冬季でも天候さえよければ１０〜３０℃程度になっていると予想される。しかし、太陽エネルギーは季節や天候により変化するために、給湯温度は毎日異なる。そこで、本実施形態１では、太陽熱温水器１の下流側に第２の温水器としての電気温水器２を設置して両者をハイブリッド化している。
【００２２】
太陽熱温水器１は、通常建築物の屋根等に設置される集熱パネル３と貯湯槽４とからなっている。そして、水道水を貯湯槽４に入れておくと、集熱パネル３で温まった温水はその集熱パネル３内を上方に移動し、貯湯槽４に入る。貯湯槽４では温度の高い温水は上部に、温度の低い水は下部に移動し、温度の低い水はその貯湯槽４から再び集熱パネル３に移動して暖められる。このように温水と水との温度差による水の密度差を利用して水を循環させて温水をつくる方法を自然循環式と呼ぶ。風呂、台所、洗面所等の需要先に給湯して貯湯槽４の水位が下がれば自動的に太陽熱温水器１の給水配管ライン５から水道水が給水される。給湯の圧力は通常水道水圧と位置ヘッドとを利用している。なお、上記自然循環式に代えて、貯湯槽４を地上に設置し、ポンプ等により強制的に水や冷媒（ヒートパイプ式）を循環させる強制循環式を採用することもあるが、その場合には、貯湯槽４の内部に熱交換器を設置し、ポンプ運転のための電気代が必要となる。
【００２３】
電気温水器２は、貯湯槽６内に電気ヒータ７を設置してなっており、主として深夜の安価な深夜電力を利用してこの電気ヒータ７により温水をつくる装置である。深夜電力料金の時間帯（通常２３時以降）になると、電気温水器２の貯湯槽６の水は電気ヒータ７により加熱が開始され、深夜の２３時から翌朝の５時頃までに貯湯槽６（４〜５人家族で３５０〜４５０リットル）の水を約９０℃に昇温する。
【００２４】
太陽熱温水器１への給水として、水道水が配管ライン５を通じて集熱パネル３と貯湯槽４とに給水され、その給水が集熱パネル３で昇温されて貯湯槽４に貯湯される。
【００２５】
そして、電気温水器２の湯を使用すると、電気温水器２の貯湯槽６は太陽熱温水器１の配管ライン８を通じて太陽熱温水器１から湯の供給を受け、不足分は配管ライン５からの水道水が太陽熱温水器１と配管ライン８とを通って電気温水器２に給水されるので、電気温水器２と太陽熱温水器１とは常時満水状態を維持するようになっている。電気温水器２への給湯圧力は太陽熱温水器１とのヘッド差による水圧を利用している。
【００２６】
上記需要先への給湯のために、電気温水器２から給湯する第１の給湯手段としての配管ライン８，１０と、電気温水器２をバイパスして太陽熱温水器１の温水を給湯する第２の給湯手段としての配管ライン１１とを有しており、さらに双方の配管ライン１０，１１を切換弁１２で切り換えるための切換手段としての切換弁操作部１７を設けている。１３，１４は逆止弁である。
【００２７】
制御手段としての制御部９は、図２に示すように、主にメモリ９１と、入力部９２と、比較部９３と、演算部９５と、運転制御部９６と、出力部９７とから構成されており、太陽熱温水器１で温める水の温度について、例えば季節別の天気情報に基づく設定温度を予め設定しておくための設定手段としての設定器９０を備えている。なお、演算部９５と運転制御部９６については後述する。
【００２８】
ここで入力部９２は、上記設定器９０で設定された設定温度を取り込むとともに、太陽熱温水器１の貯湯槽４内に取り付けた検出手段としての温度計１５と、電気温水器２の貯湯槽６内に取り付けた第２の検出手段としての温度計１６とからの検出信号を取り込みそれぞれの湯温度を計測するためのものである。また、切換弁操作部１７からの信号（後述）を取り込むものでもある。
【００２９】
比較部９３は、温度計１５による計測温度と設定温度とを比較し、上記計測温度が設定温度以上であるか否かを判断するものである。
【００３０】
出力部９７は、上記比較部９３による判断の結果に応じて切換弁操作部１７に所定の切換信号を発するものである。
【００３１】
この構成においては、まず設定器９０で設定された設定温度（例えば４０℃）をメモリ９１に記憶しておき、温度計１５，１６からの検出信号を入力部９２で取り込みそれぞれの湯温度を計測する。ついで、比較部９３で温度計１５による計測温度と設定温度とを比較して、上記計測温度が設定温度以上であるか否かを判断し、この計測温度が設定温度以上であると判断した場合には、出力部９７から切換信号を発する。この切換信号を受けた切換弁操作部１７がさらに切換弁１２に操作信号を発する。その操作信号を受けた切換弁１２が、配管ライン１０を閉状態とし配管ライン１１を開状態とすることで、太陽熱温水器１の給湯を優先して使用するように自動的に切り換わる。
【００３２】
一方、比較部９３が温度計１５による計測温度が設定温度以下であると判断した場合には、出力部９７から切換信号を発し、この切換信号を受けた切換弁操作部１７がさらに切換弁１２に操作信号を発する。その操作信号を受けた切換弁１２が、配管ライン１０を開状態とし配管ライン１１を閉状態とすることで、電気温水器２の給湯を優先的に使用するように自動的に切り換わる。
【００３３】
このように切換弁１２の切り換えは、切換弁操作部１７により自動で行うようにしてもよいが、制御部９からの切換信号を切換弁操作部１７が受けて、その表示器１７１に温度計１５，１６での両測定温度の情報（切換推奨情報）を表示し、その情報を人間が見て手動で切り換えるようにその切換弁操作部１７から切換弁１２に操作信号を発するようにしてもよい。
【００３４】
給湯温度は切換弁１２の出口で厳密な温度調整をする必要性はなく、風呂、台所、洗面所などの使用箇所で水道水と混合栓（図略）で所望の湯温度に調整して使用すればよいが、本実施形態１では以下のような温度調整を行うことができるようになっている。
【００３５】
このために、切換弁操作部１７は、需要先への給湯温度を設定するための第２の設定手段としての設定器１７０を備えており、制御部９からの温度計１５による計測温度が設定温度以下であるときの制御信号に含まれる温度計１５，１６の両測定温度の情報と、設定器１７０による給湯温度の設定情報（両情報を含む制御信号が開度調整信号に相当する。）とに基づく遠隔或いは自動で切換弁１２の弁開度調整を行う。
【００３６】
通常、電気温水器２の給湯温度は６０〜９０℃であって、電気温水器２の給湯温度が太陽熱温水器１の給湯温度より高いため、切換弁１２出口の湯温度を設定器１７０で例えば６０℃に設定しておくと、まず電気温水器２からの給湯が優先されて、給湯温度調整用に太陽熱温水器１からの給湯が混合して使用され、所望の温度給湯での安定した給湯が行われるようになる。例えばフィードバック制御により、電気温水器２の給湯温度と設定温度の差と、太陽熱温水器１の給湯温度と設定温度の差との比に逆比例してそれぞれの給湯量が按分され、需要先への給湯温度が設定温度になる。
【００３７】
なお、既に太陽熱温水器１を設置していると、貯湯槽４内に温度計１５を取り付けることが困難な場合がある。その場合には、温度計１８を切換弁１２の近傍の配管ライン１１に取り付けるか、或いは切換弁１２に温度計を内蔵させて、一定流量の太陽熱温水器１からの湯を配管ライン１１に流し、温度計１８で太陽熱温水器１の給湯温度を測定した後に、切換弁１２をそのままにして太陽熱温水器１からの温水を使用するか、或いは電気温水器２を使用するかを判断すればよい。切換弁１２に温度計を内蔵させた場合には、システムのコンパクト化が図られる。
【００３８】
切換弁操作部１７の設定器１７０は、電気温水器２の炊き上げ時における貯湯槽６内の水の温度を設定するための機能に加えて、天気予報の情報から推定された電気温水器２の炊き上げ時に貯湯槽６へ供給される水の温度を入力するための機能をも備えている。
【００３９】
図２に示す制御部９の演算部９５は、例えば設定器１７０により予め設定された電気温水器２の炊き上げ時における貯湯槽６内の水の温度と、天気予報の情報から推定された電気温水器２の炊き上げ時に貯湯槽６へ供給される水の温度とに関する信号に基づいて両温度差を演算する。そして両温度差に貯湯槽６内の水量と比熱を積算し、放熱量を加算することで電気温水器２の炊き上げ深夜に発生させるべき電気温水器２の熱量を演算するものである。
【００４０】
運転制御部９６は、演算部９５で演算された熱量を電気ヒータ７の時間当たりの発熱量で除算して通電時間を演算し、その時間だけ深夜電力で運転するように電気ヒータ７の通電制御を行うものである。
【００４１】
この構成においては、まず入力部９２が設定器１７０により予め設定された電気温水器２の炊き上げ時における貯湯槽６内の水の温度と、天気予報の情報から推定された電気温水器２の炊き上げ時に貯湯槽６へ供給される水の温度とに関する信号を切換弁操作部１７から受けると、演算部９５でこの信号に基づいて電気温水器２の炊き上げ直前の深夜に発生させるべき電気温水器２の熱量を演算し、運転制御部９６でこの演算された熱量に基づいて電気ヒータ７の通電時間を制御する。
【００４２】
設定器１７０に、天気予報の情報を自動で読み込む装置を組み込み、メモリ９１に予め記憶させておいた季節別や日別のテーブルや関数にその情報を当てはめて電気温水器２の炊き上げ時に貯湯槽６へ供給される水の温度を自動的に推定させるようにしてもよいが、複雑な制御機構を避けるために、ここでは季節別に人間が手動で貯湯槽温度を設定するようにしている。例えばメモリ９１に夏季は６０℃の水温を記憶しておき、冬季は９０℃の水温を記憶しておき、季節の変わり目にそれを切り換えて使用すればよい。
【００４３】
これにより、翌日の天気予報や季節ごとに自動で翌朝の温水炊き上げ温度を設定し、太陽熱温水器１の給湯と電気温水器２の給湯で無駄なく給湯需要を賄えるように制御することができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態１によれば、太陽熱温水器１で温めた水の検出温度が設定温度以下のときには、その水が配管ライン８，１０により電気温水器２に導かれ、ここでさらに温められて給湯されるので、冬季や悪天候時に湯が不足することがなくなる一方、太陽熱温水器１で温めた水の検出温度が設定温度以上のときには、その水が配管ライン１１により電気温水器２がバイパスされて給湯されるので、夏季や中間期の晴天時に湯が過剰につくられることがなくなる。したがって、年間を通じて自然エネルギー利用と安価な深夜電力を利用して安定した給湯を行うことができる。これにより、電気温水器２の電力利用量を減少でき、需要家に経済的なメリットが生じる。その結果、現在、太陽熱温水器１を設置している家庭でもオール電化にし易くなり、電気温水器２をさらに普及させることができる。
【００４５】
なお、上記実施形態１では、制御部９と切換操作部１７とを別個に備え、この切換操作部１７の表示器１７１で人間が各種表示を見ながら操作することにより切換弁１２の遠隔切換操作等を行えるようにしたが、全自動で切換弁１２の切換操作等を行う場合には、上記切換操作部１７は不要となる。その場合の構成例（変形例）を図３に示した。この変形例の制御部９では集中制御等ができて便利である。
【００４６】
（実施形態２）
図４に本発明の実施形態２に係る太陽熱温水器と自然冷媒ヒートポンプ給湯器とのハイブリッド給湯システムの構成を示す。ここでは、家庭や業務用の自然冷媒ヒートポンプ給湯器の一つとしてＣＯ２ヒートポンプ給湯器（第２の温水器）２０を例にとって説明する。太陽熱温水器１は上記実施形態１と同様であるが、ＣＯ２ヒートポンプ給湯器２０は、主としてヒートポンプユニット２１と貯湯槽２２とから構成されている。
【００４７】
そして、ＣＯ２はＣＯ２圧縮機（コンプレッサ）２２で１０ＭＰａ程度に圧縮され、約１３０℃の高温に熱されて超臨界状態の流体となる。その後、貯湯槽２２内の熱交換器２３に入り、貯湯水を約６０〜９０℃程度まで昇温して、ＣＯ２自身は３０〜６０℃まで冷却される。このＣＯ２はまだ高圧の超臨界状態であるために、膨張弁２４で断熱膨張して冷却され、液体ＣＯ２と一部気体ＣＯ２との二相流体となる。このＣＯ２二相流体は蒸発器２５で空気中から熱を取り込み常温まで昇温されて気化する。常温の気体ＣＯ２は再度ＣＯ２圧縮機２２に送られて、高圧に圧縮されて昇温され、超臨界状態のＣＯ２流体になる。
【００４８】
貯湯槽２１内の上部は約６０〜９０℃の高温、下部は常温の温度混合層になる。したがって、貯湯槽２１の上部からの湯が配管ライン１０を通じて供給されるようになっている。また、不足する水は太陽熱温水器１からの湯が配管ライン８を通じて供給される。給湯の供給圧力は太陽熱温水器１とのヘッド差による水圧を利用している。
【００４９】
ＣＯ２圧縮機２２の駆動は電動機２６で行うため電力を使用するが、ＣＯ２蒸発器２５より大気の熱を取り込むために、大気の熱を給湯用エネルギーとして使用できるので、ＣＯＰ（利用できる熱エネルギー量／使用する電力エネルギー量）は３程度と高くなり、経済的なシステムとなる。このシステムの基本構成は、上記実施形態１の変形例における電気温水器２を自然冷媒ヒートポンプ給湯器２０に変更したもので各機能はほとんど変わらない。ただし、制御部９は、入力部９２が設定器９０により予め設定された自然冷媒ヒートポンプ給湯器２０の炊き上げ時における貯湯槽２１内の水の温度と、天気予報の情報から推定された自然冷媒ヒートポンプ給湯器２０の炊き上げ時に貯湯槽２１へ供給される水の温度とに関する信号に基づいて演算部９５で自然冷媒ヒートポンプ給湯器２０の炊き上げ直前の深夜に発生させるべき電気温水器２の熱量を演算し、運転制御部９６でこの演算された熱量に基づいてヒートポンプ給湯器２０のＣＯ２圧縮機２２の運転時間を制御するようになっている。
【００５０】
本実施形態２では、自然冷媒ヒートポンプ２０のＣＯ２膨張方式として膨張弁２４を使用しており、貯湯槽２１に太陽熱温水器１の温水が供給され、貯湯槽２１下部の水温が上昇する。このため、熱交換器２３での伝熱量が減少し、膨張弁２４の入口ＣＯ２温度が水道水の水温よりも高くなる。この結果、膨張弁２４で断熱膨張後のＣＯ２温度が高くなり、蒸発器２５で大気から取り入れる熱も有効利用できなくなり、ＣＯＰ能力が低下する。これを防止するためには、太陽熱温水器１からの給水温度が非常に高くなり、太陽熱温水器１から直接給湯が可能な夏季については、貯湯槽２１への給水は貯湯槽２１に接続される配管ライン８を止弁２７で閉止し、止弁２８を開けて配管ライン２９から水道水を直接貯湯槽２１へ供給するように切り換えるのがよい。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態２によれば、太陽熱温水器１と自然冷媒ヒートポンプ給湯器２０とを組み合わせたことにより、大気中の熱を利用することができるので、さらなる省エネルギーを図ることができる。
【００５２】
なお、上記実施形態２では、第２の温水器としての自然冷媒ヒートポンプ給湯器２０に膨張弁２４を使用しているが、その変形例として、上記膨張弁２４の代わりに膨張タービン３０を使用するシステム構成を図５に示す。
【００５３】
図５において、熱交換器２３を出たＣＯ２は、まだ高圧の超臨界状態であるために、膨張タービン３０で断熱膨張して液体ＣＯ２となる。膨張タービン３０は膨張弁２４とは異なり、外部に仕事をするために超臨界状態のＣＯ２は液体ＣＯ２となる。低温になった液体ＣＯ２は蒸発器２５で空気中から熱を取り込み常温まで昇温されて気化し、常温の気体ＣＯ２は再度コンプレッサ２２に送られて、高圧に圧縮されて昇温され、超臨界状態のＣＯ２流体になるのは膨張弁方式と同じとなる。
【００５４】
膨張タービン３０は、マイクロガスタービンの一種で、数千〜数万回転の高速回転を行い。同軸に発電機３１を備えている。発電機３１は膨張タービン３０と同じ高速回転を行うために、高周波の交流電力を発電する。この高周波の交流電力はインバータ３２により６０ＨＺ或いは５０ＨＺの電力に変換されて、電力ケーブルを通して、ＣＯ２コンプレッサ電動機２６の使用電力の一部として使用される。
【００５５】
本変形例のように、自然冷媒ヒートポンプの膨張方式として、膨張タービン３０を使用する場合、膨張タービン３０出口でのＣＯ２温度は水道水よりも高くなるが、膨張タービン３０での断熱膨張時の冷却効果が大きく、太陽熱温水器１の給水温度も仕事に変換できるために膨張タービン３０出口でのＣＯ２温度は大気温度よりも低くなる。このため、蒸発器２５で大気から取り入れる熱も有効利用でき、ＣＯＰ能力は低下しない。このため、夏季、貯湯槽２１への給水を水道水に切り換える等の複雑な運用は不要となる。さらに、膨張タービン３０で太陽熱温水器１の給湯温度も仕事に変換するために、発電機３１での発電電力が増加する。このように、太陽熱温水器１と自然冷媒ヒートポンプ２０とのハイブリッド方式では、膨張タービン方式がより省エネルギー効果がある。
【００５６】
なお、上記実施形態１及びその変形例では、第２の温水器として電気ヒータ式の温水器を例示し、上記実施形態２及びその変形例では、第２の温水器としてヒートポンプ式の温水器を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、人為的加熱手段を利用して水を温めるものであれば、その他の温水器（例えばガス給湯器等）であってもよい。
【００５７】
また、上記実施形態１では、所定の設定温度として、季節別の設定温度を例示したが、日別の設定温度等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態１に係る太陽熱温水器と電気温水器とをハイブリッド化したシステム構成図である。
【図２】図１における制御部の構成図である。
【図３】本発明の実施形態１の変形例に係る太陽熱温水器と電気温水器とをハイブリッド化したシステム構成図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る太陽熱温水器と自然熱媒ヒートポンプ給湯器とをハイブリッド化したシステム構成図である。
【図５】本発明の実施形態２の変形例に係る太陽熱温水器と自然熱媒ヒートポンプ給湯器とをハイブリッド化したシステム構成図である。
【図６】従来の太陽熱温水器と電気温水器とを併設した場合の温水供給装置の一例におけるシステム構成図である。
【図７】従来の太陽熱温水器と電気温水器とを併設した場合の温水供給装置の他の例におけるシステム構成図である。
【符号の説明】
【００５９】
１    太陽熱温水器（第１の温水器）
２    電気温水器（第２の温水器）
３    集熱パネル
４    太陽熱温水器の貯湯槽
５    配管ライン
６    電気温水器の貯湯槽
７    電気ヒータ
９    制御部（制御手段）
８，１０    配管ライン（第１の給湯手段）
１１    配管ライン（第２の給湯手段）
１２    切換弁
１５，１８    温度計（検出手段）
１６    温度計（第２の検出手段）
１７    切換弁操作部（切換手段）
２０    ＣＯ２ヒートポンプ給湯器（第２の温水器）
２１    ＣＯ２ヒートポンプ給湯器の貯湯槽
２２    ＣＯ２圧縮機
２３    熱交換器
２４    膨張弁
２５    蒸発器
３０    ＣＯ２タービン
３１    ＣＯ２発電機
９０    制御部の設定器（設定手段）
９６    制御部の運転制御部（運転制御手段）
１７０  切換弁操作部の設定器（第２の設定手段）
１７１  切換弁操作部の表示器（表示手段）
【図１】
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【図２】
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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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