(57)【要約】【課題】貯湯タンクを小さくすることのできるヒートポンプ式給湯システムを提供することを課題とする。【解決手段】内部に水を貯溜する貯湯タンク１と、貯湯タンク１内の水を加熱するためのヒートポンプユニット２と、貯湯タンク１内の水を加熱するための太陽熱集熱ユニット３と、貯湯タンク１内から給湯する給湯流路１２と、内部を水が流れ、給湯流路１２と合流する給水流路１４ｂと、を備えている。太陽熱集熱ユニット３は、太陽熱を集熱する集熱器３１と、集熱器３１において加熱された熱媒によって貯湯タンク１内の水を加熱するための第１の加熱流路３２と、集熱器３１において加熱された熱媒によって給水流路１４ｂ内を流れる水を加熱するための第２の加熱流路３３と、を有する。【選択図】図１
2013053800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に水を貯溜する貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の水を加熱するためのヒートポンプユニットと、
前記貯湯タンク内の水を加熱するための太陽熱集熱ユニットと、
前記貯湯タンク内から給湯する給湯流路と、
内部を水が流れ、前記給湯流路と合流する給水流路と、を備え、
前記太陽熱集熱ユニットは、太陽熱を集熱する集熱器と、前記集熱器において加熱された熱媒によって前記貯湯タンク内の水を加熱するための第１の加熱流路と、前記集熱器において加熱された熱媒によって前記給水流路内を流れる水を加熱するための第２の加熱流路と、を有する、給湯システム。
【請求項２】
前記ヒートポンプユニットは、循環接続された圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器をこの順で有する、請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記貯湯タンク内の湯水を前記凝縮器へと送り、前記凝縮器で加熱された湯水を前記貯湯タンク内へと戻す循環流路をさらに備えた、請求項２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記給水流路内を流れる水と、前記第２の加熱流路内を流れる熱媒と、を熱交換させる熱交換器をさらに備えた、請求項１から３のいずれかに記載の給湯システム。
【請求項５】
前記第１の加熱流路は、前記貯湯タンク内に配置された放熱器を有する、請求項１から４のいずれかに記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱を利用した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、貯湯タンク内の水をヒートポンプによって加熱しつつ、また、太陽熱集熱器によっても加熱するように構成されている。
【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】
しかしながら、上述した給湯システムでは、ヒートポンプからの回収熱と、集熱器からの回収熱とを湯水によって蓄熱するため、その湯水を貯溜する貯湯タンクの容量が必然的に大きくなり、ひいては設置スペースが取られるという問題がある。そこで、本発明は、貯湯タンクの容量を小さくすることのできるヒートポンプ式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】
本発明に係る給湯システムは、内部に水を貯溜する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を加熱するためのヒートポンプユニットと、前記貯湯タンク内の水を加熱するための太陽熱集熱ユニットと、前記貯湯タンク内から給湯する給湯流路と、内部を水が流れ、前記給湯流路と合流する給水流路と、を備え、前記太陽熱集熱ユニットは、太陽熱を集熱する集熱器と、前記集熱器において加熱された熱媒によって前記貯湯タンク内の水を加熱するための第１の加熱流路と、前記集熱器において加熱された熱媒によって前記給水流路内を流れる水を加熱するための第２の加熱流路と、を有している。
【０００６】
上記給湯システムによれば、第２の加熱流路内を流れる熱媒によって給水流路内を流れる水を加熱し、この加熱された水を給湯に使用することで、貯湯タンク内に貯蔵しておく給湯熱量を減らすことができ、ひいては貯湯タンクの容量を小さくすることができる。なお、第１の加熱流路と第２の加熱流路は、一部の流路を共有していてもよく、第１の加熱流路から第２の加熱流路が分岐している、もしくはその逆のような構成とすることができる。
【０００７】
上記ヒートポンプユニットは、循環接続された圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器をこの順で有するような構成とすることが好ましい。この場合、貯湯タンク内の湯水を凝縮器へと送り、凝縮器で加熱された湯水を貯湯タンク内へと戻す循環流路をさらに備えた構成とすることが好ましい。
【０００８】
上記給水流路内を流れる水と、第２の加熱流路内を流れる熱媒と、を熱交換させる熱交換器をさらに備えた構成とすることができる。
【０００９】
上記第１の加熱流路は、貯湯タンク内に配置された放熱器を有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、貯湯タンクを小さくすることのできる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は本発明に係る給湯システムの実施形態を示す概要図である。
【図２】図２は本発明に係る給湯システムの他の実施形態を示す概要図である。
【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、冷媒や湯水の流れ方向を示している。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る給湯システムは、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、各種配管と、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、各種配管が接続されている。まず、貯湯タンク１の上部及び下部に接続されて湯水が循環する循環配管（循環流路）１１が接続されている。この循環配管１１は、後述するヒートポンプユニット２の凝縮器２２に接続されており、貯湯タンク１から抜き出した湯水を凝縮器２２において加熱し、そして加熱された湯水を貯湯タンク１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。
【００１５】
また、貯湯タンク１の上部には、給湯配管（給湯流路）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（給水流路）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、３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に接続されており、第３の給水配管１４ｃは第２の混合弁Ｖ２を介して給湯配管１２に接続されている。なお、第２の給水配管１４ｂは、途中で熱交換器１５に接続されており、この熱交換器１５において、後述する太陽熱集熱ユニット３内を循環する熱媒によって内部を流れる水が加熱される。
【００１６】
［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。
【００１７】
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い、湯水が加熱されて貯湯タンク１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。
【００１８】
［太陽熱集熱ユニット］
太陽熱集熱ユニット３は、集熱器３１と、第１の加熱配管（第１の加熱流路）３２と、第２の加熱配管（第２の加熱流路）３３と、から主に構成されている。
【００１９】
集熱器３１は、例えば住宅の屋根などに設置されており、第１の加熱配管３２内を循環する熱媒を太陽熱によって加熱するように構成されている。第１の加熱配管３２は、貯湯タンク１内に配置された放熱器３２１を有しており、集熱器３１で加熱された熱媒を放熱器３２１へと送ることで、熱媒の熱を貯湯タンク１内の湯水へと放熱して湯水を加熱するよう構成されている。また、この第１の加熱配管３２からは三方弁Ｖ３を介して第２の加熱配管３３が分岐している。第２の加熱配管３３は、上述した第２の給水配管１４ｂに接続された熱交換器１５と接続しており、集熱器３１において加熱された熱媒を、熱交換器１５へと送ることによって、第２の給水配管１４ｂ内を流れる水を加熱するように構成されている。なお、熱交換器１５において第２の給水配管１４ｂ内を流れる水を加熱することにより冷却された熱媒は、第１の加熱配管３２へと戻り集熱器３１へと送られることで再度加熱される。ここで、三方弁Ｖ３は、給湯時のみ熱媒を第２の加熱配管３３へと流すよう切り替えられ、通常時は、熱媒は第１の加熱配管３２内を循環している。
【００２０】
以上のように構成された給湯システムの作動方法について説明する。
【００２１】
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夜間に行われる。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。太陽熱集熱ユニット３では、まず、第１の加熱流路３２内を循環する熱媒が、集熱器３１において太陽熱によって加熱される。そして、第１の加熱配管３２を介して放熱器３２１へと送られ、放熱器３２１を流れる間に貯湯タンク１内の水に放熱して貯湯タンク１内の水を加熱する。貯湯タンク１内の水を加熱することで低温となった熱媒は、再度、集熱器３１へと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。
【００２５】
次に、給湯方法について説明すると、まず、第２の給水配管１４ｂを介して熱交換器１５に水が送られてくる。この熱交換器１５には、集熱器３１によって加熱された高温の熱媒が第２の加熱配管３３を介して送られてくるため、この熱媒と熱交換することにより、第２の給水配管１４ｂ内を流れる水が加熱される。このように加熱されて生成された温水は、所望の温度となるように、第２の混合弁Ｖ２によって第３の給水配管１４ｃから送られてくる冷水と混合して、給水部１３から給湯される。なお、熱交換器１５における加熱だけでは第２の給水配管１４ｂ内を流れる水を所望の温度まで十分に加熱できない場合や、雨天時や夜間など太陽熱集熱ユニット３が有効に機能しない場合は、貯湯タンク１内の湯を利用する。詳細には、貯湯タンク１内の高温水を給湯配管１２を介して第２の混合弁Ｖ２によって第３の給水配管１４ｃからの冷水と混合させて所望の温度として給湯部１３へ送ることができる。若しくは、貯湯タンク１内の高温水を給湯配管１２から抜き出し、第２の給水配管１４ｂから熱交換器１５によって加熱された温水と第１の混合弁Ｖ１で混合し、さらに、第２の混合弁Ｖ２で冷水と混合させて所望の温度にして給湯部１３へ送ることもできる。
【００２６】
以上のように、本実施形態に係る給湯システムによれば、太陽熱集熱ユニット３の第２の加熱流路内を流れる熱媒によって、第２の給水配管１４ｂ内を流れる水を加熱し、それを給湯に利用することができるため、貯湯タンク１内に貯蔵する給湯熱量を減らすことが可能となり、ひいては貯湯タンク１の容量を小さくすることができる。
【００２７】
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。例えば上記実施形態では、ヒートポンプユニット２による貯湯タンク１内の湯水の加熱において、循環配管１１を用いて貯湯タンク１内から湯水を取り出していたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、循環配管１１を省略し、ヒートポンプユニット２の凝縮器２２を貯湯タンク１内に配置して貯湯タンク１内の湯水を直接加熱することもできる。
【００２８】
また上記実施形態では、太陽熱集熱ユニット３による貯湯タンク１内の湯水の加熱は、貯湯タンク１内に配置された放熱器３２１によって行われているが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、循環配管１６を貯湯タンク１の上部及び下部に接続し、この循環配管１６に熱交換器１７を接続し、また、第１の加熱配管３２も熱交換器１７に接続することで、この熱交換器１７において、貯湯タンク１内の湯水と第１の加熱配管３２内を流れる熱媒とを熱交換させて、貯湯タンク１内の湯水を加熱することもできる。
【符号の説明】
【００２９】
１    貯湯タンク
２    ヒートポンプユニット
２１    圧縮機
２２    凝縮器
２３    膨張弁
２４    蒸発器
３    太陽熱集熱ユニット
３１    集熱器
３２    第１の加熱配管（第１の加熱流路）
３３    第２の加熱配管（第２の加熱流路）
１１  循環配管（循環流路）
１２  給湯配管（給湯流路）
１４  給水配管（給水流路）
【図１】
2013053800.tif 000003
【図２】
2013053800.tif 000004