(57)【要約】      （修正有）【課題】解決しようとする課題は、蓄電池を使用する際、充放電時に発熱を伴うため、高温状態になり蓄電池の寿命を縮める原因となっていた。また、蓄電池の充放電に伴う発熱がエネルギーの無駄になっていた。【解決手段】電力を充放電する蓄電池１０１と、蓄電池１０１の電力を使用及び供給する電力接続手段１０２と、温水を貯湯する貯湯タンク１０３と、貯湯タンク１０３へ給水する給水管１０４と、蓄電池１０１から発生した熱を給水管１０４内の水に伝える熱交換手段１０５と、給水管１０４から貯湯タンク１０３への給水を調節する給水弁１０６を備え、蓄電池１０１の充放電に伴う発熱による温度上昇を抑え、給水する水を温める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を充放電する蓄電池と、電力負荷及び電力供給源と接続して前記蓄電池の電力を使用及び供給する電力接続手段と、温水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクへ給水する給水管と、前記蓄電池から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段と、前記給水管から前記貯湯タンクへの給水を調節する給水弁を備えることを特徴とする貯湯ユニット。
【請求項２】
前記蓄電池は、前記貯湯タンクよりも低い位置に配置することで、前記貯湯タンクの発熱による影響を低減する請求項１に記載の貯湯ユニット。
【請求項３】
前記給水弁から前記貯湯ユニットへの給水を検出する給水検出手段と、電力負荷を動作させる電力負荷制御手段を備え、前記給水検出手段にて給水を検出している場合に、前記電力負荷制御手段により前記電力接続手段から前記蓄電池の電力を使用する請求項１または請求項２に記載の貯湯ユニット。
【請求項４】
前記給水弁から前記貯湯ユニットへ給水を検出する給水検出手段と、電力の供給源から前記電力接続手段を介して前記蓄電池への電力の供給を制御する電力供給制御手段を備え、前記給水検出手段にて給水を検出している場合に前記電力供給制御手段により前記電力接続手段から前記蓄電池を充電する請求項１〜３のいずれか１項に記載の貯湯ユニット。
【請求項５】
前記電力接続手段から電力負荷による前記蓄電池の電力の使用を検出する蓄電池放電検知手段と、前記給水弁の開閉を制御する給水弁制御手段を備え、前記蓄電池放電検知手段にて前記蓄電池の放電を検出している場合に、前記給水弁制御手段により前記給水弁を開いて前記貯湯タンクに水を供給する請求項１〜４のいずれか１項に記載の貯湯ユニット。
【請求項６】
前記電力接続手段から電力供給元による前記蓄電池の充電を検出する蓄電池充電検知手段と、前記給水弁の開閉を制御する給水弁制御手段を備え、前記蓄電池充電検知手段にて前記蓄電池の充電を検出している場合に、前記給水弁制御手段により前記給水弁を開いて前記貯湯タンクに水を供給する請求項１〜５のいずれか１項に記載の貯湯ユニット。
【請求項７】
前記給水管は前記熱交換手段を通さずに前記貯湯タンクに給水する回避経路と、前記回避経路と前記熱交換手段を通る経路を切り替える切替弁と、給水する水の温度を検出する水温検出手段を備え、前記水温検出手段により供給する水の水温が所定の温度よりも低い場合に、前記切替弁に給水経路を切り替えて前記熱交換手段を通さずに前記貯湯タンクに給水する請求項１〜６のいずれか１項に記載の貯湯ユニット。
【請求項８】
前記蓄電池の設置する場所に蓄熱材を設けることで、蓄電池の発熱を吸熱する請求項１〜７のいずれか１項に記載の貯湯ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、夜間電力などの商用電源あるいは、太陽光／風力／燃料電池などを利用して発電された電力を蓄えて、電力需要が多い日中や停電時に蓄えた電力を放電し使用することで、効率的に発電された電力を利用することができる蓄電池を備えた貯湯ユニットに関するものである。ここで、貯湯ユニットとは、ヒートポンプ給湯器（エコキュートとも呼ばれる）や家庭用燃料電池コージェネレーションシステム（エネファームとも呼ばれる）や電気温水器や太陽熱温水器などのシステムの一部として、温めたお湯をユーザが給湯やお風呂などで利用するまで一時的に貯湯する装置である。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置としては、例えば特許文献１に示すように、給湯システムとして蓄電池を備え、深夜電力時間帯の電力を充電して、昼間などの別の時間帯に放電しヒートポンプユニットに供給することにより、電力消費量の平準化を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成である特許文献１の給湯システムは、蓄電池の充放電を行う際の発熱と、蓄電池の高温あるいは低温下での使用についてはあまり考慮されていなかった。
【０００５】
一般的に、リチウムイオン電池やニッケル水素電池や鉛電池などの充放電が可能な蓄電池（二次電池とも呼ばれる）は充放電時に発熱を伴い、さらに発熱した状態で充放電を続けることによる高温状態での使用による蓄電池の劣化が、蓄電池の寿命を縮める原因となっており、高価な部品である蓄電池の劣化低減は非常に重要な課題の１つとなっている。また、蓄電池の充放電動作には化学反応が伴うため、利用する化学物質が反応できる適当な温度範囲にある必要があり、低温になり過ぎると電解液の電気伝導度が急速に下がってしまい、充電や放電の性能が低下するなど、従来の性能を発揮することができなくなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯ユニットは、電力を充放電する蓄電池と、電力負荷及び電力供給源と接続して、前記蓄電池の電力を使用及び供給する電力接続手段と、温水を貯湯する貯湯タンクと、商用の水道栓から前記貯湯タンクへ給水する給水管と、前記蓄電池から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段と、前記給水管から前記貯湯タンクへの給水を調節する給水弁を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の貯湯ユニットは、蓄電池の充放電時に発生する熱を、熱交換手段にて貯湯タンクに供給する水に伝えることで、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させる。さらに、蓄電池から発生した熱を熱交換手段により貯湯タンクに供給する水に伝えることで、この水を加熱することができるので、熱としてのエネルギーを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１の貯湯ユニットの構成例の図
【図２】実施の形態１の貯湯ユニットの構成例の図
【図３】実施の形態２の貯湯ユニットの構成例の図
【図４】実施の形態２のフローチャート
【図５】実施の形態３の貯湯ユニットの構成例の図
【図６】実施の形態３のフローチャート
【図７】実施の形態４の貯湯ユニットの構成例の図
【図８】実施の形態４のフローチャート
【図９】実施の形態５の貯湯ユニットの構成例の図
【図１０】実施の形態５のフローチャート
【図１１】実施の形態６の貯湯ユニットの構成例の図
【図１２】実施の形態７の貯湯ユニットの構成例の図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
第１の発明は、電力を充放電する蓄電池と、電力負荷及び電力供給源と接続して、蓄電池の電力を使用及び供給する電力接続手段と、温水を貯湯する貯湯タンクと、商用の水道栓などから貯湯タンクへ給水する給水管と、蓄電池から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段と、給水管から貯湯タンクへの給水を調節する給水弁を備え、蓄電池の充放電時に発生する熱を、熱交換手段にて貯湯タンクに供給する水に伝えることで、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。さらに、蓄電池から発生した熱を熱交換手段により貯湯タンクに供給する水に伝えることで、この水を加熱することができるので、熱としてのエネルギーを有効に利用することができるようになる。
【００１０】
第２の発明は、特に第１の発明の前記蓄電池は、前記貯湯タンクよりも低い位置に配置することで、前記貯湯タンクの発熱による影響を低減することができるようになる。
【００１１】
第３の発明は、特に第１または第２の発明に加えて、前記給水弁から前記貯湯ユニットへの給水を検出する給水検出手段と、例えばヒートポンプユニットやヒータなどの電力負荷を動作させる電力負荷制御手段を備え、前記給水検出手段にて給水を検出した場合に、前記電力負荷制御手段により前記蓄電池の電力を使用することで、前記蓄電池の電力を使用する時の放電に伴う発熱を前記熱交換手段にて前記貯湯タンクに給水している水に伝えることで、給水時の水に蓄電池の熱を伝えることが出来るので蓄電池の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
【００１２】
第４の発明は、特に第１から第３のいずれか１つの発明に加えて、前記給水弁から前記貯湯ユニットへ給水を検出する給水検出手段と、例えば商用電源や燃料電池ユニットの発電による電力を前記蓄電池に供給する電力供給制御手段を備え、前記給水検出手段にて給水を検出した場合に、前記電力供給制御手段により前記蓄電池を充電することで、前記蓄電池の充電時に伴う発熱を前記熱交換手段にて前記貯湯タンクに給水している水に伝えることで、蓄電池の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
【００１３】
第５の発明は、特に第１から第４のいずれか１つの発明に加えて、前記電力接続手段から例えばヒートポンプユニットやヒータなどの電力負荷により前記蓄電池の電力の使用を検出する蓄電池放電検知手段と、前記給水弁の開閉を制御する給水弁制御手段を備え、前記蓄電池放電検知手段にて蓄電池の放電を検出した場合に、前記給水弁制御手段により給
水弁を開いて前記貯湯タンクに水を供給することで、前記蓄電池の放電に伴う発熱を給水時の水に伝えることができるので、蓄電池の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
【００１４】
第６の発明は、特に第１から第５のいずれか１つの発明に加えて、前記電力接続手段から例えば商用電源や燃料電池ユニットの発電により前記蓄電池に電力を充電する状態を検出する蓄電池充電検知手段と、前記給水弁の開閉を制御する給水弁制御手段を備え、前記蓄電池充電検知手段にて蓄電池の充電を検出した場合に、前記給水弁制御手段により給水弁を開いて前記貯湯タンクに水を供給することで、前記蓄電池の充電に伴う発熱を給水時の水に蓄電池の熱を伝えることができるので、蓄電池の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池の温度上昇を抑えることにより蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
【００１５】
第７の発明は、特に第１から第６のいずれか１つの発明に加えて、前記給水管は前記熱交換手段を通さずに前記貯湯タンクに給水する回避経路と、前記回避経路と前記熱交換手段を通る給水の経路を切り替える切替弁と、給水する水の温度を検出する水温検出手段を備えることにより、前記水温検出手段により供給する水の水温が所定の温度よりも低い場合に、前記切替弁に給水経路を切り替えて前記熱交換手段を通さずに前記貯湯タンクに給水することで、前記蓄電池の温度低下による影響を低減することができるようになる。
【００１６】
第８の発明は、特に第１から第７のいずれか１つの発明に加えて、前記蓄電池の設置する場所に蓄熱材を設けることで、蓄電池の発熱を吸熱することで、急激な温度変化を防止し高温下での使用による劣化の低減を行うことができるようになる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態における貯湯ユニットについて、図１を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態１における貯湯ユニット１００の構成を示している。
【００２０】
貯湯ユニット１００は、電力を充放電する蓄電池１０１と、例えば電力負荷であるヒートポンプユニットなどの電力を使用する装置や、電力供給源となる商用電源や燃料電池ユニットなどと接続して、前記蓄電池の電力を使用及び供給する電力接続手段１０２と、温水を貯湯する貯湯タンク１０３と、商用の水道栓から貯湯タンク１０３へ給水する給水管１０４と、蓄電池１０１から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段１０５と、給水管１０４から貯湯タンク１０３への給水を調節する給水弁１０６を備える。このように構成することで、蓄電池の充放電時に発生する熱を、熱交換手段１０５にて貯湯タンク１０３に供給する水に伝えることで、蓄電池１０１の温度上昇を抑えることにより蓄電池１０１の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。さらに、貯湯タンク１０３に供給する水は、蓄電池１０１の熱によって温められるので、蓄電池１０１から発生する熱を捨てることなく有効に利用することができるようになる。
【００２１】
次に貯湯ユニット１００の各構成要素について説明する。図１の貯湯ユニット１００では、貯湯ユニットは、水道栓と商用電源とヒートポンプユニットと接続している例としての構成を図示している。
【００２２】
蓄電池１０１は、夜間電力などの商用電源あるいは、太陽光／燃料電池／風力などを利
用して発電された電力を蓄えて、電力需要が大きい日中あるいは電気代の高い時間帯や停電時に蓄えた電力を放電し使用する家庭用の蓄電池であり、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などの充放電が可能な蓄電池（二次電池とも呼ばれる）である。用途としては電力需要の平滑化、電気代の低減、停電時の非常用の電源として使用することができる。一般的に、リチウムイオン電池やニッケル水素電池や鉛電池などの充放電が可能な蓄電池は充放電時に発熱を伴い、さらに発熱した状態で充放電を続けることによる高温状態で使用すると熱の影響により蓄電池の劣化が進行しやすくなり、電解液が漏出する危険性も発生する。また、蓄電池の充放電動作は、利用する化学物質が反応できる適当な温度範囲にある必要があり、低温になり過ぎると、電気伝導度が急速に下がってしまい、従来の性能を発揮することができなくなる。このため使用する蓄電池の特性に合わせて、使用温度の範囲にしておく必要がある。例えば、一般的な電解液を利用するリチウムイオン電池の場合は、０℃〜４０℃にする必要がある場合が多い。
【００２３】
蓄電池１０１を利用することで、例えば、夜間電力で蓄電池を充電して、夕方などお湯の使用時間帯に貯湯ユニットのお湯の温度が下がってきたときに、蓄電池の電力を利用して貯湯ユニットのお湯を加熱することにより、安価な夜間電気代の費用で使用時間帯にお湯の使用量を増やす沸き増しが可能となる。また、沸き増しが使用時間帯に可能になることで、夜間の沸き上げるお湯の設定温度を低くして、貯湯タンクに貯めるお湯の熱が貯湯ユニットから逃げてしまう熱損失を低減することができるようになる。また、使用時間帯に沸き増しができるので、貯湯するお湯の量を少なくして、貯湯タンクを小型化することが可能となる。また、例えばヒートポンプユニットなど大気の熱エネルギーを利用して熱を作るシステムであれば、外気温の高い時間帯に貯湯タンクのお湯を沸かすことで、安価な夜間の電気代で、日中の大気の熱エネルギーを利用して効率よく貯湯タンクのお湯を沸かすことができるようになる。
【００２４】
電力接続手段１０２は、電力負荷及び電力供給源と接続して、蓄電池１０１の電力を使用及び供給するものであり、例えば蓄電池１０１の電力を使用及び供給する電線や電源コードであり、蓄電池１０１からの電力を電力負荷に伝えること及び、電力供給源からの電力を蓄電池１０１に伝えることが可能な構成であればどのような構成であっても構わない。
【００２５】
ここで、電力負荷とは、主に、例えばコンプレッサーにより大気圧縮して大気の熱を回収してお湯を温めるヒートポンプユニットや、電気のジュール熱でお湯を温める電気温水器など、貯湯タンク１０３内のお湯を温めるための装置である。また、他の電力負荷としては、貯湯タンク内部の電気回路や、燃料電池ユニットの電気回路や、お湯を温める以外の目的で使用する一般的な電化製品などであっても、構成することができる。
【００２６】
なお、貯湯タンク１０３のお湯を温めるヒートポンプユニットと、貯湯ユニット１００を組み合わせて使用することによるメリットとしては、例えば貯湯ユニット１００の給水時は、貯湯タンク１０３内のお湯の温度が下がるので、給水中にヒートポンプユニットを動かすことによって、貯湯タンク１０３内のお湯の温度低下を防ぐとともに、蓄電池１０１の使用による発熱を貯湯ユニットに給水する水に伝えることができるようになる。ヒートポンプユニットと貯湯ユニットを組み合わせた場合に、給水中にヒートポンプを動かすことにより、給水により温度低下したお湯を温めながら、蓄電池１０１の温度上昇を防ぎ、さらに給水の水を温めるという複数の効果を得ることができる。
【００２７】
また、電力供給源とは、商用電源や燃料電池ユニットが発電する電力や太陽光パネルが発電する電力であり、貯湯ユニット１００のシステムの構成により選択することができる。例えば、お湯を温めると同時に電気を発電する燃料電池ユニットと組み合わせた場合、図２に示すような構成例となり、電力接続手段１０２は発電する燃料電池ユニットの電力
出力部と充電する蓄電池１０１を接続する。また、燃料電池ユニットの電源と蓄電池１０１を繋ぐことで、燃料電池ユニットが動作するための電力として蓄電池１０１の電力を使用するように構成することも可能である。蓄電池１０１から電力を供給することで、停電時にも燃料電池ユニットを動作させるように構成することができるようになる。
【００２８】
貯湯タンク１０３は、一般的な家庭用のお湯を貯めておくタンクである。貯湯タンク１０３は、水道栓からの給水及び、お湯を使用する家庭への給水管、ヒートポンプユニットなどお湯を温める装置とのお湯のやり取りを行う水路から構成される。望ましくは防水性・耐水性・断熱性を有し、お湯の温度が下がりにくいように貯湯タンク１０３の周囲は、熱伝導率の低い断熱性能の高い材料で囲んでいる構成とする。
【００２９】
給水管１０４は、水道局などの商用の水道栓から貯湯タンク１０３へ繋ぐ、給水のための水路である。
【００３０】
熱交換手段１０５は、水道栓から貯湯タンク１０３を繋ぐ給水管１０４の途中に蓄電池１０１の発熱の際に発生する熱を、給水管１０４内の水に伝えるための、熱交換を行う熱交換装置である。例えば、図１の熱交換手段１０５の図に示すように、給水管１０４の途中で、蓄電池１０１の表面を繰り返し往復して接続することで、給水時に接している時間を長くする構成とすることで、蓄電池１０１の発生する熱と給水時に流れる水との熱交換を行うことができるようになる。また、例えば、熱伝導率の高いアルミ製の中空パイプを蓄電池１０１の周囲を繰り返し巻きつけるように配置しておき、水道栓と貯湯タンク１０３の途中の給水管１０４をアルミ製の中空パイプに繋いで、パイプ中に水を通すように構成することで、蓄電池１０１が放熱している際に、給水している水が蓄電池１０１の周囲を通過することにより、熱を奪うことができるようになる。他にも、発熱部と管内を通過する水の熱交換に関する熱交換装置に関する構成は多数提案されており、蓄電池１０１の発生する熱を給水管１０４内の水に伝えることができる構成であれば、どのような構成であっても構わない。
【００３１】
給水弁１０６は、水道栓からの水の供給を調節するための弁である。給水弁を開くことによって、貯湯タンク１０３へ給水を行う。給水のタイミングは、使用するシステムに合わせて構成する。例えば、貯湯タンク１０３の貯湯量が低下した分だけ自動的に給水する場合には、貯湯タンク内等にフロートスイッチを設け、フロートスイッチと連動して給水弁１０６を開閉する構成にすることができる。なお、フロートスイッチとは、浮力の力を利用して浮いているフロートが、水面が下がった際にスイッチが入る構成のスイッチである。また、貯湯タンクの量が所定値以下に低下した場合や、特定の時刻など所定のタイミングで給水する場合は、給水弁１０６を電磁式にして所定のタイミングでマイクロコンピューターなどの制御手段を設けて制御するように構成する。
【００３２】
このように構成することで、蓄電池１０１の充放電時に発生する熱を、熱交換手段１０５にて貯湯タンク１０３に供給する水に伝えることで、蓄電池１０１の温度上昇を抑えることにより蓄電池１０１の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。さらに、貯湯タンク１０３に供給する水は、蓄電池１０１の熱によって温められるので、蓄電池１０１から発生する熱を捨てることなく有効に利用することができるようになる。
【００３３】
また、蓄電池１０１は、貯湯タンク１０３よりも低い位置に配置することで、貯湯タンクに貯湯しているお湯の熱は主に上方昇って影響を強くするので、例えば、図１に記載のように貯湯タンク１０３の下部に配置することで、貯湯タンク１０３の発熱による影響を低減することができるようになる。また、図１に記載のように貯湯タンク１０３への水道栓からの給水は、貯湯タンク１０３の下部から行う方式であれば、貯湯タンク１０３に蓄
電池１０１を配置することによって、水道栓からの水が熱交換手段１０５を通って、貯湯タンク１０３に給水するので、給水管１０４の水路を大きく取り回すことなく構成することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
本実施の形態の発明について、図３の給水時に電力負荷を制御する貯湯ユニット３００の構成例及び図４の給水時に電力負荷を制御する貯湯ユニット３００のフローチャートを用いて説明する。
【００３５】
貯湯ユニット３００は、電力を充放電する蓄電池１０１と、蓄電池１０１の電力を使用及び供給する電力接続手段１０２と、温水を貯湯する貯湯タンク１０３と、商用の水道栓から貯湯タンク１０３へ給水する給水管１０４と、蓄電池１０１から発生した熱を給水管１０４内の水に伝える熱交換手段１０５と、給水管１０４から貯湯タンク１０３への給水を調節する給水弁１０６と、給水弁１０６から貯湯タンク１０３への給水を検出する給水検出手段３０７と、例えばヒートポンプユニットや電気温水器のヒータなどの電力負荷を動作させる電力負荷制御手段３０８を備える。
【００３６】
ここで、蓄電池１０１、電力接続手段１０２、貯湯タンク１０３、給水管１０４、熱交換手段１０５及び給水弁１０６は、前述の貯湯ユニット１００の構成と同じである。
【００３７】
給水検出手段３０７は、水道栓から貯湯タンク１０３への給水を検出する装置である。例えば、給水管１０４内に流れる水の量を計測する流量計や、貯湯タンク１０３の水位の変化を計測する水位計や、給水弁１０６の開閉の状態を検出する開閉検出のスイッチで構成することで、給水の状態を検出することができる。
【００３８】
電力負荷制御手段３０８は、ヒートポンプユニットや電気温水器のヒータなどの電力負荷を制御する装置であり、ヒートポンプユニットや電気温水器などに、電気的に接続あるいは、電波や赤外線光などの無線通信により、制御信号を通知することで、電力負荷の動作や停止などの制御を行う制御回路である。
【００３９】
次に、給水時に電力負荷を制御する貯湯ユニット３００の動作の流れについて、図４を用いて説明する。ステップＳ４０１では、給水検出手段３０７によって給水の状態を検出する。次にステップＳ４０２では、前記ステップＳ４０１の検出状態により、給水中であればステップＳ４０３に動作を移行し、給水中でなければステップＳ４０４に動作を移行する。ステップＳ４０４では、電力負荷制御手段３０８から電力負荷へ運転の動作を通知する。例えば、電力負荷制御手段３０８から予め決めておいた運転開始の電気信号を送ることにより、ヒートポンプユニットなどの運転を開始するように指示をする。ステップＳ４０４では、電力負荷制御手段３０８から電力負荷へ運転の停止を通知する。例えば、電力負荷制御手段３０８から予め決めておいた運転停止の電気信号を送ることにより、ヒートポンプユニットなどの運転を停止するように指示をする。なお、電気温水器のヒータのように電力負荷の運転の開始や停止による動作の変化が短時間に繰り返されても、影響の少ないシステムであれば本フローチャートのような構成で構わない。しかし、ヒートポンプユニットのコンプレッサーなど運転開始や停止に時間が掛かり、動作開始時に起動エネルギーが発生するような装置では、給水時間が一定以上経過後に運転開始の指示を行うことや、給水停止が一定以上経過後に運転停止の指示を行うように構成して、運転の開始や停止の回数を少なくして連続的に運転動作を行うように、電力負荷に指示することが望ましい。
【００４０】
このように構成することで、給水検出手段３０７にて給水を検出している場合に、電力負荷制御手段３０８により電力接続手段１０２から蓄電池１０１の電力を使用することで
、蓄電池１０１の電力を使用する時の放電に伴う発熱を熱交換手段１０５にて貯湯タンク１０３に給水している水に伝えることで、給水時の水に蓄電池１０１の熱を伝えることが出来るので蓄電池１０１の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池１０１の温度上昇を抑えることにより蓄電池１０１の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
【００４１】
この給水時に電力負荷を動かす意図は、第一に貯湯ユニット１００へ給水する時は、貯湯タンク１０３内のお湯の温度が下がるタイミングである。このタイミングに合わせて給水中に例えばヒートポンプユニットを動かすことによって、貯湯タンク１０３内のお湯の温度低下を防ぐことができる。第二に蓄電池１０１の使用による発熱を熱交換手段１０５によって水に伝えて貯湯タンク１０３に給水することにより、給水時の水に熱エネルギーを加えることができる。第三に蓄電池１０１の温度上昇を防ぐことで、蓄電池１０１の発熱による劣化を低減することができる。以上のように複数の効果を同時に得ることができるようになる。
【００４２】
（実施の形態３）
本実施の形態の発明について、図５の給水時に蓄電池の充電を行う貯湯ユニット５００の構成例及び、図６の給水時に電力負荷を制御する貯湯ユニット５００のフローチャートを用いて説明する。
【００４３】
貯湯ユニット５００は、電力を充放電する蓄電池１０１と、蓄電池１０１の電力を使用及び供給する電力接続手段１０２と、温水を貯湯する貯湯タンク１０３と、商用の水道栓から貯湯タンク１０３へ給水する給水管１０４と、蓄電池１０１から発生した熱を給水管１０４内の水に伝える熱交換手段１０５と、給水管１０４から貯湯タンク１０３への給水を調節する給水弁１０６と、給水弁１０６から貯湯タンク１０３への給水を検出する給水検出手段５０７と、例えば、商用電源や燃料電池ユニットの発電による電力を蓄電池１０１に供給する電力供給制御手段５０８を備える。
【００４４】
ここで、蓄電池１０１、電力接続手段１０２、貯湯タンク１０３、給水管１０４、熱交換手段１０５及び給水弁１０６は、前述の貯湯ユニット１００の構成と同じである。
【００４５】
また、給水検出手段５０７は、前述の給水検出手段３０７と同じである。
【００４６】
電力供給制御手段５０８は、商用電源や燃料電池ユニットなどの電力を供給する装置を制御する装置であり、例えば商用電源からの電力を蓄電池１０１に供給するため、リレーやパワートランジスタなどで通電の制御を行う電気回路である。また、燃料電池ユニットなどの装置に制御信号を通知することで、電力供給の動作や停止などの制御を行う制御回路である。
【００４７】
次に、給水時に蓄電池の充電を行う貯湯ユニット５００の動作の流れについて、図６を用いて説明する。ステップＳ６０１では、給水検出手段５０７によって給水の状態を検出する。次にステップＳ６０２では、前記ステップＳ６０１の検出状態により、給水中であればステップＳ６０３に動作を移行し、給水中でなければステップＳ６０４に動作を移行する。ステップＳ６０４では、電力供給制御手段５０８から電力供給源へ電力供給の動作を通知する。例えば、電力供給制御手段５０８から予め決めておいた電力供給開始の電気信号を送ることにより、燃料電池ユニットの運転を開始して発電するように指示をする。ステップＳ６０４では、電力供給制御手段５０８から電力供給源へ電力の供給の停止を通知する。例えば、電力供給制御手段５０８から予め決めておいた電力供給の停止の電気信号を送ることにより、燃料電池ユニットなどの運転を停止して電力供給を停止するように指示をする。なお、商用電源のように電力供給の開始や停止による動作の変化が短時間に
繰り返されても、影響の少ないシステムであれば本フローチャートのような構成で構わない。しかし、燃料電池ユニットなど運転の開始や停止などに時間が掛かり、動作開始時に起動エネルギーが発生するようなシステムでは、給水時間が一定以上経過後に運転開始の指示を行うことや、給水停止が一定以上経過後に運転停止の指示を行うように構成して、運転の開始や停止の回数を少なくして連続的に運転動作を行うように電力供給源に指示することが望ましい。
【００４８】
このように構成することで、給水検出手段５０７にて給水を検出している場合に、電力供給制御手段５０８により電力接続手段１０２から蓄電池１０１を充電することで、蓄電池１０１の充電時に伴う発熱を熱交換手段１０５にて貯湯タンク１０３に給水している水に伝えることで、給水時の水に蓄電池１０１の熱を伝えることが出来るので蓄電池１０１の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池１０１の温度上昇を抑えることにより蓄電池１０１の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
【００４９】
この給水時に電力を供給して蓄電池１０１を充電する意図は、第一に貯湯ユニット１００へ給水する時は、貯湯タンク１０３内のお湯の温度が下がるタイミングである。このタイミングに合わせて給水中に例えば燃料電池ユニットを動かすことによって、貯湯タンク１０３内のお湯の温度低下を防ぐことができる。第二に蓄電池１０１の充電による発熱を熱交換手段１０５によって水に伝えて貯湯タンク１０３に給水することにより、給水する水に熱エネルギーを加えることができる。第三に蓄電池１０１の温度上昇を防ぐことで、蓄電池１０１の発熱による劣化を低減することができる。以上のように複数の効果を同時に得ることができるようになる。
【００５０】
（実施の形態４）
本実施の形態の発明について、図７の電力負荷使用時に給水を行う貯湯ユニット７００の構成例及び図８の電力負荷使用時に給水を行う貯湯ユニット７００のフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
貯湯ユニット７００は、電力を充放電する蓄電池１０１と、蓄電池１０１の電力を使用及び供給する電力接続手段１０２と、温水を貯湯する貯湯タンク１０３と、商用の水道栓から貯湯タンク１０３へ給水する給水管１０４と、蓄電池１０１から発生した熱を給水管１０４内の水に伝える熱交換手段１０５と、給水管１０４から貯湯タンク１０３への給水を調節する給水弁１０６と、電力接続手段１０２から例えばヒートポンプユニットやヒータなどの電力負荷により蓄電池１０１の電力の使用を検出する蓄電池放電検知手段７０７と、給水弁１０６の開閉を制御する給水弁制御手段７０８を備える。
【００５２】
ここで、蓄電池１０１、電力接続手段１０２、貯湯タンク１０３、給水管１０４、熱交換手段１０５及び給水弁１０６は、前述の貯湯ユニット１００の構成と同じである。
【００５３】
蓄電池放電検知手段７０７は、蓄電池１０１の電力の使用を検出する例えば、電力接続手段１０２の電流路の周囲に誘起される磁界を検出する電流センサである。電流センサとしては、磁気コアと計器を組合せた構造や、磁気コアにコイルを巻いた変流器構造や、磁気コア内の空隙部にホール素子などの磁電変換素子を配置したものなどあり、電力負荷の使用電力の大きさや直流・交流など流れる電流などによって選定する。
【００５４】
給水弁制御手段７０８は、給水弁１０６の開閉を電気的に制御するための制御回路である。給水弁１０６を電磁式の弁とすることで、給水弁１０６に制御信号を通知することで、給水を制御する。なお、所望のタイミングで給水弁を制御できる構成であればどのような構成であっても構わない。
【００５５】
次に、電力負荷使用時に給水を行う貯湯ユニット７００の動作の流れについて、図８を用いて説明する。ステップＳ８０１では、蓄電池放電検知手段７０７により、蓄電池１０１の電力の使用を検出する。ステップＳ８０２では、蓄電池１０１を使用している場合は、ステップＳ８０３に動作を移行し、蓄電池１０１を使用していない場合は、ステップＳ８０４へ動作を移行する。ステップＳ８０３では、給水弁制御手段７０８により、給水弁１０６の弁を開いて、熱交換手段１０５に水を通して貯湯タンク１０３へ給水を行う。ステップＳ８０４では、給水弁制御手段７０８により、給水弁１０６の弁を閉じて、給水を停止する。なお、蓄電池１０１の使用電力が少ない場合は、蓄電池１０１の発熱が少なくなるため、本動作を実施することによる効果も少なくなる。このため、例えば電力負荷の使用電力値が１００Ｗ以上など所定の大きさを超えた場合に、給水弁制御手段７０８により給水を行うなどシステムの構成によって動作の閾値を調整することが望ましい。
【００５６】
このように構成することで、蓄電池放電検知手段７０７にて蓄電池の放電を検出している場合に、給水弁制御手段７０８により給水弁を開いて貯湯タンク１０３に水を供給することで、蓄電池１０１の放電に伴う発熱を給水時の水に伝えることができるので、蓄電池１０１の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池１０１の温度上昇を抑えることにより蓄電池１０１の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
【００５７】
この蓄電池１０１の使用時に給水を行う意図は、例えば、エアコンなどの貯湯ユニットとは関連性の少ない電力負荷で、蓄電池１０１の電力で動作させる場合に、電力負荷の使用状況に合わせるタイミングで、貯湯ユニット７００に給水することにより、蓄電池１０１の劣化の低減と、蓄電池１０１の発熱を利用することにある。
【００５８】
（実施の形態５）
本実施の形態の発明について、図９の蓄電池の充電時に給水を行う貯湯ユニット９００の構成例及び図１０の蓄電池の充電時に給水を行う貯湯ユニット９００のフローチャートを用いて説明する。
【００５９】
貯湯ユニット９００は、電力を充放電する蓄電池１０１と、蓄電池１０１の電力を使用及び供給する電力接続手段１０２と、温水を貯湯する貯湯タンク１０３と、商用の水道栓から貯湯タンク１０３へ給水する給水管１０４と、蓄電池１０１から発生した熱を給水管１０４内の水に伝える熱交換手段１０５と、給水管１０４から貯湯タンク１０３への給水を調節する給水弁１０６と、電力接続手段１０２から例えば商用電源や燃料電池ユニットの発電により蓄電池１０１に電力を充電する状態を検出する蓄電池充電検知手段９０７と、給水弁１０６の開閉を制御する給水弁制御手段９０８を備える。
【００６０】
ここで、蓄電池１０１、電力接続手段１０２、貯湯タンク１０３、給水管１０４、熱交換手段１０５及び給水弁１０６は、前述の貯湯ユニット１００の構成と同じである。
【００６１】
また、給水弁制御手段９０８は、前述の給水弁制御手段７０８と同じ構成である。
【００６２】
蓄電池充電検知手段９０７は、蓄電池１０１への電力の充電を検出する例えば、電力接続手段１０２の電流路の周囲に誘起される磁界を検出する電流センサである。電流センサとしては、磁気コアと計器を組合せた構造や、磁気コアにコイルを巻いた変流器構造や、磁気コア内の空隙部にホール素子などの磁電変換素子を配置したものなどあり、電力供給源の電力の大きさや直流・交流など流れる電流などによって選定する。
【００６３】
次に、蓄電池の充電時に給水を行う貯湯ユニット９００の動作の流れについて、図１０
を用いて説明する。ステップＳ１００１では、蓄電池充電検知手段９０７により、蓄電池１０１の電力の充電状態を検出する。ステップＳ１００２では、蓄電池１０１を充電している場合は、ステップＳ１００３に動作を移行し、蓄電池１０１を充電していない場合は、ステップＳ１００４へ動作を移行する。ステップＳ１００３では、給水弁制御手段９０８により、給水弁１０６の弁を開いて、熱交換手段１０５に水を通して貯湯タンク１０３へ給水を行う。ステップＳ１００４では、給水弁制御手段９０８により、給水弁１０６の弁を閉じて、給水を停止する。なお、蓄電池１０１の充電の電力量が少ない場合は、蓄電池１０１の発熱が少なくなるため、本動作を実施することによる効果も少なくなる。このため、例えば電力供給源からの電力値が１００Ｗ以上など所定の大きさを超えた場合に、給水弁制御手段９０８により給水を行うなどシステムの構成によって動作の閾値を調整することが望ましい。
【００６４】
このように構成することで、蓄電池充電検知手段９０７にて蓄電池１０１の充電を検出している場合に、給水弁制御手段９０８により給水弁１０６を開いて貯湯タンク１０３に水を供給することで、蓄電池１０１の充電に伴う発熱を給水時の水に伝えることができるので蓄電池１０１の発生する熱を効果的に利用することができるようになる。また、蓄電池１０１の温度上昇を抑えることにより蓄電池１０１の発熱及び高温での使用による劣化を低減させることができるようになる。
【００６５】
この蓄電池１０１の充電時に給水を行う意図は、例えば、太陽光発電などの太陽の状態によって変化するような不安定な電力供給源と接続している場合で、電力供給源からの電力の供給状況に合わせるタイミングで、貯湯ユニット９００に給水することにより、蓄電池１０１の劣化の低減と、蓄電池１０１の発熱を利用することにある。
【００６６】
（実施の形態６）
本実施の形態の発明について、図１１の回避経路を設けた貯湯ユニット１１００の構成例を用いて説明する。
【００６７】
貯湯ユニット１１００は、電力を充放電する蓄電池１０１と、蓄電池１０１の電力を使用及び供給する電力接続手段１０２と、温水を貯湯する貯湯タンク１０３と、商用の水道栓から貯湯タンク１０３へ給水する給水管１０４と、蓄電池１０１から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段１０５と、給水管１０４から貯湯タンク１０３への給水を調節する給水弁１０６と、給水管１０４は熱交換手段１０５を通さずに貯湯タンク１０３に給水する回避経路１１０７と、回避経路１１０７と熱交換手段１０５を通る給水の経路を切り替える切替弁１１０８と、給水する水の温度を検出する水温検出手段１１０９を備える。
【００６８】
ここで、蓄電池１０１、電力接続手段１０２、貯湯タンク１０３、給水管１０４、熱交換手段１０５及び給水弁１０６は、前述の貯湯ユニット１００の構成と同じである。
【００６９】
回避経路１１０７は、水道栓からの水を熱交換手段１０５に通さず貯湯タンク１０３へ給水する給水管１０４の別経路である。
【００７０】
切替弁１１０８は、回避経路１１０７と熱交換手段１０５を通る経路を切替える弁である。
【００７１】
水温検出手段１１０９は、給水管１０４を通る水の温度を計測する、例えば、熱電対を利用して計測する温計であり、水温を計測できる構成であればどのような構成であっても構わない。
【００７２】
このように構成することで、水温検出手段１１０９により供給する水の水温が例えば０℃よりも低い場合に、切替弁１１０８によって水を給水する経路を回避経路１１０７に切り替えて、熱交換手段１０５を通さずに貯湯タンク１０３に給水することで、蓄電池１０１を冷やし過ぎないようにすることができるので、蓄電池１０１の低温時の影響を低減することができるようになる。
【００７３】
（実施の形態７）
本実施の形態の発明について、図１２の蓄熱材を設けた貯湯ユニット１２００の構成例を用いて説明する。
【００７４】
貯湯ユニット１２００は、電力を充放電する蓄電池１０１と、蓄電池１０１の電力を使用及び供給する電力接続手段１０２と、温水を貯湯する貯湯タンク１０３と、商用の水道栓から貯湯タンク１０３へ給水する給水管１０４と、蓄電池１０１から発生した熱を給水管内の水に伝える熱交換手段１０５と、給水管１０４から貯湯タンク１０３への給水を調節する給水弁１０６と、蓄電池１０１の設置する場所に蓄熱材１２０７を備える。
【００７５】
ここで、蓄電池１０１、電力接続手段１０２、貯湯タンク１０３、給水管１０４、熱交換手段１０５及び給水弁１０６は、前述の貯湯ユニット１００の構成と同じである。
【００７６】
蓄熱材１２０７は、吸熱及び蓄熱性を有する材料からできたものであり、使用温度や環境等により素材及び容量を選定する。また、蓄熱材１２０７の融点を蓄電池１０１の仕様に合わせて選定しておくことで、蓄電池１０１が所定の温度以上になった場合に、蓄熱材１２０７が溶解するときに熱を奪うことを利用することで、より効果的に急激な温度変化を防止することができるように構成することができる。ここで、「所定の温度」とは、蓄電池１０１の温度変化を少なくしたい温度帯であり、例えば蓄電池１０１の使用範囲の上限値とすることで、蓄電池１０１の温度が上限値を超えそうになった場合に、温度変化の防止効果をえるように構成することができるようになる。
【００７７】
このように構成することで、蓄電池１０１の発熱を吸熱することで、急激な温度変化を防止し高温下での使用による劣化の低減を行うことができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる貯湯タンクは、蓄電池を備え、蓄電池の充放電時に発生する熱を、熱交換手段にて貯湯タンクに供給する水に伝えることで、蓄電池の温度上昇を抑えることにより、蓄電池の発熱及び高温での使用による劣化を低減させ、さらに、蓄電池の熱を給水する水に伝えることで有効に利用するので、一般家庭及び業務用で使用可能な、ヒートポンプ給湯器や家庭用燃料電池コージェネレーションシステムや電気温水器や太陽熱温水器や太陽光パネルと組み合わせたエネルギーシステムなどの貯湯ユニットとして利用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１００、３００、５００、７００、９００、１１００、１２００  貯湯ユニット
１０１  蓄電池
１０２  電力接続手段
１０３  貯湯タンク
１０４  給水管
１０５  熱交換手段
１０６  給水弁
３０７、５０７  給水検出手段
３０８  電力負荷制御手段
５０８  電力供給制御手段
７０７  蓄電池放電検知手段
７０８、９０８  給水弁制御手段
９０７  蓄電池充電検知手段
１１０７  回避経路
１１０８  切替弁
１１０９  水温検出手段
１２０７  蓄熱材
【図１】
2012083041.tif 000003
【図２】
2012083041.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012083041.tif 000008
【図７】
2012083041.tif 000009
【図８】
2012083041.tif 000010
【図９】
2012083041.tif 000011
【図１０】
2012083041.tif 000012
【図１１】
2012083041.tif 000013
【図１２】
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