(57)【要約】【課題】ヒートポンプユニットの成績係数を下げることのない給湯システムを提供することを課題とする。【解決手段】循環流路１１が上部と下部に接続された貯湯タンク１と、循環流路１１内を流れる湯水を凝縮器２２により加熱するヒートポンプユニット２と、太陽熱を集熱する集熱器３１、及び、貯湯タンク内に配置される複数の放熱器３２ａ〜３２ｃ、を有する太陽熱集熱ユニット３と、貯湯タンク１内の湯水の温度と放熱器へ送られる熱媒の温度との相対関係により、熱媒の送り先を放熱器３２ａ〜３２ｃの中から決定する制御手段と、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】
貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部から取水した湯水を前記貯湯タンクの上部から前記貯湯タンク内へと戻す循環流路と、
前記循環流路内を流れる湯水を加熱するヒートポンプユニットと、
太陽熱を集熱する集熱器、及び、前記集熱器において加熱された熱媒が供給され且つ垂直方向に所定間隔をおいて前記貯湯タンク内に配置される複数の放熱器、を有する太陽熱集熱ユニットと、
前記貯湯タンク内の湯水の温度と前記放熱器へ送られる熱媒の温度との相対関係により、前記集熱器において加熱された熱媒の送り先を前記複数の放熱器の中から決定する制御手段と、
を備えた、ヒートポンプ式給湯システム。
【請求項２】
貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部から取水した湯水を前記貯湯タンクの上部から前記貯湯タンク内へと戻す循環流路と、
前記循環流路内を流れる湯水を加熱するヒートポンプユニットと、
太陽熱を集熱する集熱器、及び、前記集熱器において加熱された熱媒が供給され且つ前記貯湯タンク内において垂直方向に移動可能に配置される放熱器、を有する太陽熱集熱ユニットと、
前記貯湯タンク内の湯水の温度と前記放熱器へ送られる熱媒の温度との相対関係により、前記放熱器を垂直方向に移動させる制御手段と、
を備えた、ヒートポンプ式給湯システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記貯湯タンク内に垂直方向に所定間隔をおいて設置された複数の湯水温度センサと、前記集熱器から前記放熱器へと流れる熱媒の温度を測定する熱媒温度センサとから、各測定データを受信する、請求項１又は２に記載のヒートポンプ式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式給湯システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒートポンプと太陽熱集熱器を組み合わせた給湯システムが提案されている。例えば、特許文献１に開示された給湯システムは、太陽熱集熱器による加熱として、貯湯タンク２０の下部に放熱器３１が設けられており、この放熱器３１と集熱器３０との間で熱媒を循環させ、太陽熱により加熱された熱媒で貯湯タンク内の水を加熱している。また、ヒートポンプ４０による加熱として、貯湯タンク２０の下側から貯湯タンク２０内の水を取り出し、これをヒートポンプ４０によって加熱してから貯湯タンク２０の上部へと加熱された水を戻している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６２１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した給湯システムにおいて、ヒートポンプ４０の凝縮器４３に送られる水は、貯湯タンク２０の下部から取り出された水であるが、この貯湯タンク２０の下部に貯溜する水は、放熱器３１により加熱されている。このように加熱されて温度が上昇した水がヒートポンプの凝縮器に入ると、ヒートポンプの成績係数が低くなってしまうという問題がある。そこで本発明は、ヒートポンプユニットの成績係数を下げることのない給湯システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る第１のヒートポンプ式給湯システムは、貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部から取水した湯水を前記貯湯タンクの上部から前記貯湯タンク内へと戻す循環流路と、前記循環流路内を流れる湯水を加熱するヒートポンプユニットと、太陽熱を集熱する集熱器、及び、前記集熱器において加熱された熱媒が供給され且つ垂直方向に所定間隔をおいて前記貯湯タンク内に配置される複数の放熱器、を有する太陽熱集熱ユニットと、前記貯湯タンク内の湯水の温度と前記放熱器へ送られる熱媒の温度との相対関係により、前記集熱器において加熱された熱媒の送り先を前記複数の放熱器の中から決定する制御手段と、を備えている。
【０００６】
上記第１のヒートポンプ式給湯システムによれば、貯湯タンク内に設置される放熱器が垂直方向に所定間隔をおいて複数配置されており、この複数の放熱器の中から熱媒を送る放熱器が選択されるよう構成されている。このため、給湯システム稼働初期などのように貯湯タンク内の湯水の温度がまだ低い場合は、貯湯タンクの上部の方に配置された放熱器に熱媒を送り、貯湯タンクの上部の湯水を加熱することができる。このように、貯湯タンクの下部の湯水でなく上部の湯水を加熱するため、ヒートポンプユニットの凝縮器に送られる貯湯タンクの下部の湯水は温度が低い状態のままであり、ヒートポンプユニットの成績係数を下げることがない。また、貯湯タンク内の湯水の加熱を続け、貯湯タンクの上部の湯水の温度が上昇して集熱器により加熱された熱媒では加熱できない程度まで高温となった場合は、熱媒が加熱できる程度の温度の湯水が貯溜する位置に配置された放熱器に熱媒を供給するよう制御手段によって熱媒の送り先を変更することができる。
【０００７】
また、本発明に係る第２のヒートポンプ式給湯システムは、貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部から取水した湯水を前記貯湯タンクの上部から前記貯湯タンク内へと戻す循環流路と、前記循環流路内を流れる湯水を加熱するヒートポンプユニットと、太陽熱を集熱する集熱器、及び、前記集熱器において加熱された熱媒が供給され且つ前記貯湯タンク内において垂直方向に移動可能に配置される放熱器、を有する太陽熱集熱ユニットと、前記貯湯タンク内の湯水の温度と前記放熱器へ送られる熱媒の温度との相対関係により、前記放熱器を垂直方向に移動させる制御手段と、を備えている。
【０００８】
上記第２のヒートポンプ式給湯システムによれば、貯湯タンク内に放熱器が垂直方向に移動可能に設置されている。このため、給湯システム稼働初期などのように貯湯タンク内の湯水温度がまだ低い状態のときは、放熱器を貯湯タンクの上部に配置し、貯湯タンクの上部の湯水を加熱させることができる。このように、貯湯タンクの下部の湯水でなく上部の湯水を加熱するため、ヒートポンプユニットの凝縮器に送られる貯湯タンクの下部の湯水は温度が低い状態のままであり、ヒートポンプユニットの成績係数を下げることがない。また、貯湯タンク内の湯水の加熱を続け、貯湯タンクの上部の湯水の温度が上昇して集熱器からの熱媒では加熱できない程度まで高温となった場合は、熱媒で加熱できる程度の温度の湯水が貯溜する位置まで放熱器を下方へと移動させることができる。
【０００９】
上記制御手段は、貯湯タンク内に垂直方向に所定間隔をおいて設置された複数の湯水温度センサと、集熱器から前記放熱器へと流れる熱媒の温度を測定する熱媒温度センサとから、各測定データを受信するように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヒートポンプユニットの成績係数を下げることのない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】
【００１１】
【図１】図１は本実施形態に係る給湯システムの概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るヒートポンプ式給湯システムの実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図中の矢印は、熱媒や湯水等の流れ方向を示している。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯システムは、貯湯タンク１と、ヒートポンプユニット２と、太陽熱集熱ユニット３とから主に構成されている。
【００１４】
［貯湯タンク］
貯湯タンク１は、内部に湯水を貯溜するためのものであり、その貯溜した湯水の温度を測定するための湯水温度センサＴ１〜Ｔ３が高さ方向に所定間隔あけて複数配置されている。なお、この湯水温度センサＴ１〜Ｔ３を設置する位置は、後述する各放熱器３２ａ〜３２ｃと対応する高さとすることが好ましい。
【００１５】
貯湯タンク１には各種配管が接続されている。まず、湯水が循環する循環配管（循環流路）１１が、貯湯タンク１の上部及び下部に接続されている。この循環配管１１は、その途中において後述するヒートポンプユニット２の凝縮器２２が設けられており、貯湯タンク１の下部から抜き出した湯水を凝縮器２２において加熱し、加熱された湯水を貯湯タンク１の上部へと戻すための配管である。なお、好ましくは、ポンプなどによって、貯湯タンク１の下部から湯水を取り出し、貯湯タンク１の上部へと湯水を戻すような流れにすることが好ましい。
【００１６】
また、貯湯タンク１の上部には、給湯配管１２が接続されており、この給湯配管１２を介して貯湯タンク１内の湯がシャワーやカランなどの給湯部１３へと送られる。貯湯タンク１の下部には、給水配管１４が接続されており、この給水配管１４から水道水が貯湯タンク１の内部に供給される。なお、この給水配管１４は２つに分岐されており、第１の給水配管１４ａは上述したように貯湯タンク１の下部に接続されており、第２の給水配管１４ｂは第１の混合弁Ｖ１を介して給湯配管１２に接続されている。
【００１７】
［ヒートポンプユニット］
ヒートポンプユニット２は、冷凍サイクルを行うよう、圧縮機２１、凝縮器２２，膨張弁２３，蒸発器２４がこの順で環状に接続されており、内部に冷媒が循環している。また、蒸発器２４に近接して送風機（図示省略）が設置されている。
【００１８】
圧縮機２１は、駆動装置（図示省略）によって駆動され、吸引した冷媒を内部で圧縮し高圧・高温として凝縮器２２に吐出する。凝縮器２２では、圧縮機２１からの高温・高圧の冷媒が送られてくるとともに、上述したように、貯湯タンク１内の湯水が循環配管１１を経由して送られてくる。このため、凝縮器２２では冷媒と湯水とが熱交換を行って湯水が加熱され、加熱された湯水は貯湯タンク１の上部へと戻される。なお、凝縮器２２は、プレート式熱交換器や多重管式熱交換器などによって構成することができる。膨張弁２３は、冷媒を急激に減圧して低温低圧にする弁である。また、蒸発器２４は、その内部を流れる冷媒を外気と熱交換させるものであり、冷媒を外気と熱交換させることで蒸発させて圧縮機２１へと送る。
【００１９】
［太陽熱集熱ユニット］
太陽熱集熱ユニット３は、集熱器３１、複数の放熱器３２ａ〜３２ｃ、及び熱媒配管３３から主に構成されており、熱媒配管３３を介して、集熱器３１と各放熱器３２ａ〜３２ｃとの間で熱媒が循環する。なお、熱媒としては、例えば、不凍液などを挙げることができる。
【００２０】
集熱器３１は、例えば住宅の屋根などに設置されており、太陽熱を集熱するように構成されている。このように構成された集熱器３１は、集熱した太陽熱によって、熱媒配管３３を介して各放熱器３２ａ〜３２ｃから送られてくる熱媒を加熱する。
【００２１】
各放熱器３２ａ〜３２ｃは、伝熱管より構成されており、集熱器３１から送られてくる加熱された熱媒を貯湯タンク１内の湯水と熱交換させることにより貯湯タンク内の水を加熱する。各放熱器３２ａ〜３２ｃは、貯湯タンク１内において上下方向に所定間隔をおいて配置されており、本実施形態においては貯湯タンク１の上部、中間部、下部に各放熱器３２ａ〜３２ｃが配置されている。
【００２２】
熱媒配管３３は、集熱器３１と各放熱器３２ａ〜３２ｃとを接続して、集熱器３１と各放熱器３２ａ〜３２ｃとの間で熱媒を循環させるための配管であり、集熱器３１から放熱器３２へと送る過程において熱媒の温度を測定するための熱媒温度センサＴ４が設置されている。熱媒配管３３は切替弁Ｖ２を介して各放熱器３２ａ〜３２ｃと接続されており、集熱器３１で加熱された熱媒をどの放熱器３２ａ〜３２ｃに送るかは、制御手段（図示省略）によって切替弁Ｖ２を制御することで決定する。なお、この切替弁Ｖ２の制御は、熱媒温度センサＴ４によって測定された熱媒の温度（以下、「熱媒温度」という）と、湯水温度センサＴ１〜Ｔ３によって測定された貯湯タンク１内の湯水の温度との相関関係によって決定される。
【００２３】
上記制御手段による熱媒の送り先の決定方法について具体的に説明すると、熱媒温度が、上部の放熱器３２ａ近傍の湯水を加熱できる程度の温度（例えば、熱媒温度が第１の湯水温度センサＴ１によって測定された温度よりも約５℃以上高い温度）であるか制御手段が判断し、加熱できるようであれば、熱媒が上部の放熱器３２ａに送られるように各切替弁Ｖ２を制御手段により制御する。この条件に合わない、もしくは加熱を続けて貯溜タンク上部の湯水の温度が上昇して上記条件に合わなくなった場合は、熱媒温度が、中間部の放熱器３２ｂ近傍の湯水を加熱できる程度の温度（例えば、熱媒温度が第２の湯水温度センサＴ２によって測定された温度よりも約５℃程度高い温度）であるか制御手段が判断し、加熱できるようであれば、熱媒が中間部の放熱器３２ｂに送られるように各切替弁Ｖ２を制御手段により制御する。そして、熱媒温度が、中間部の放熱器３２ｂ近傍の湯水も加熱できない程度である場合は、熱媒が下部の放熱器３２ｃに送られるように各切替弁Ｖ２が制御される。なお、熱媒温度が下部の放熱器３２ｃ近傍の湯水も加熱できない程度の温度（例えば、熱媒温度が、第３の湯水温度センサＴ３で測定された温度よりも低い温度）である場合は、太陽熱集熱ユニット３の稼働を停止することが好ましい。このように、集熱器３１からの熱媒は、上部の放熱器３２ａから優先的に送られる。
【００２４】
以上のように構成されたヒートポンプ式給湯システムの作動方法について説明する。
【００２５】
まず、第１の給水配管１４ａを介して貯湯タンク１内に水を貯める。この貯湯タンク１内の水を加熱する方法としては、ヒートポンプユニット２によるものと、太陽熱集熱ユニット３によるものの２種類がある。まず、ヒートポンプユニット２によって貯湯タンク１内の水を加熱する方法を説明する。なお、ヒートポンプユニット２による加熱は、主に電気料金が安い時間帯（例えば夜間）に行うことが好ましい。
【００２６】
まず、圧縮機２１によって冷媒を圧縮し、高温・高圧のガス冷媒とする。この冷媒を凝縮器２２に送り、別ルート（循環配管１１）で凝縮器２２に送られてきた貯湯タンク１内の湯水を加熱する。凝縮器２２において冷媒と熱交換することで加熱された湯水は、循環配管１１を介して貯湯タンク１内に戻される。このように貯湯タンク１内の湯水は、循環配管１１を経由して繰り返し凝縮器２２で加熱されることで、貯湯タンク１内の湯水は温度が上昇する。なお、貯湯タンク１内の湯水は、上部に行くほど高温となっている。
【００２７】
一方、凝縮器２２において湯水と熱交換した冷媒は、凝縮されて液状の冷媒となり膨張弁２３へと送られ、低温・低圧の液状冷媒となって蒸発器２４へと送られる。蒸発器２４では、冷媒は外気と熱交換することによって蒸発し、低温・低圧のガス冷媒となって、圧縮機２１へと送られる。そして、上記サイクルが繰り返される。
【００２８】
次に、太陽熱集熱ユニット３によって貯湯タンク１内の湯水を加熱する方法について説明する。なお、太陽熱集熱ユニット３の稼働は、主に晴天時の昼間に行われる。
【００２９】
太陽熱集熱ユニット３では、まず、集熱器３１に送られてきた熱媒が太陽熱によって加熱される。加熱された熱媒は、集熱器３１から放熱器３２までの流路である循環配管３３内を流れている間に、熱媒温度センサＴ４によって温度が測定される。この熱媒温度センサＴ４によって測定された温度データを受信した制御手段は、この熱媒温度データと、各湯水温度センサＴ１〜Ｔ３から受信する各湯水温度データとの相対関係を判断し、切替弁Ｖ２を制御して、放熱器３２ａ〜３２ｃのうち適切な放熱器へと熱媒が送られるようにする。すなわち、熱媒が上部の放熱器３２ａ近傍の湯水を加熱できる程度の温度であれば熱媒を上部の放熱器３２ａに流す。熱媒が上部の放熱器３２ａ近傍の湯水は加熱できないが中間部の放熱器３２ｂ近傍の湯水を加熱できる程度の温度であれば熱媒を中間部の放熱器３２ｂに流す。熱媒が上部及び中間部の放熱器３２ａ、３２ｂ近傍の湯水を加熱できない程度の温度の場合は、下部の放熱器３２ｃに熱媒が送られる。なお、下部の放熱器３２ｃ近傍の湯水も加熱できない程度の温度である場合は、太陽熱集熱ユニット３を停止させることが好ましい。
【００３０】
いずれかの放熱器３２ａ〜３２ｃに送られた熱媒は、貯湯タンク１内の湯水と熱交換して湯水を加熱し、湯水を加熱することで放熱した熱媒は、再度集熱器３１へ送られて太陽熱により加熱される。以上のサイクルを繰り返すことで、貯湯タンク１内の湯水を所望の温度まで上昇させる。
【００３１】
以上のようにして貯湯タンク１内に貯溜された高温水は、給湯配管１２を介して第１の混合弁Ｖ１によって第２の給水配管１４ｂからの冷水と混合させて所望の温度として給湯部１３から給湯される。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、複数の放熱器３２ａ〜３２ｃを上下方向に所定間隔をおいて配置し、貯湯タンク内の湯水の温度によって熱媒を流す放熱器３２ａ〜３２ｃを制御することによって、放熱器による貯湯タンク内の湯水の加熱箇所を変更していたが、例えば、放熱器は１つだけ設置しておき、この放熱器を上下方向に移動できるように構成することもできる。
【符号の説明】
【００３４】
１    貯湯タンク
２    ヒートポンプユニット
３    太陽熱集熱ユニット
３１    集熱器
３２    放熱器
３３    循環配管（循環流路）
Ｔ１〜Ｔ３    湯水温度センサ
Ｔ４    熱媒温度センサ
【図１】
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