JP2002139249A

JP2002139249A - 給湯システム

Info

Publication number: JP2002139249A
Application number: JP2000334669A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ishii; 徹哉石井
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒートポンプ（冷媒循環系）のＣＯＰ（成績
係数）や集熱器の太陽熱利用効率を高めることができ、
ヒートポンプと集熱器の両方を用いて貯湯タンク内の水
を効率的に加温することができる給湯システムを提供す
る。【解決手段】給湯システム１０は、貯湯タンク２１
と、ヒートポンプ３０と、熱媒循環系４０を備えてい
る。夜間に実行される第３モードでは、ヒートポンプ３
０が作動されるとともに、熱媒循環系４０の熱媒が、通
路４４，４５を介して採放熱部４２と熱媒放熱部４３と
の間を循環し、採放熱部４２で貯湯タンク２１の下側部
の水から熱を取り、この熱を放熱部４３でヒートポンプ
３０の冷媒に与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートポンプ
（冷媒循環系）と太陽熱集熱器とで貯湯タンクの水を温
める給湯システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】貯湯タンクの給湯用の水を温める手段と
して、ヒートポンプを用いることは公知である。ヒート
ポンプは、冷媒を、採熱部と放熱部の間で循環させなが
ら、採熱部で蒸発させて採熱させ、放熱部で凝縮して放
熱させる。この放熱部と貯湯タンクとの間で、上記水を
循環させることにより、上記放熱で水を温める。

【０００３】また、太陽熱集熱器と貯湯タンクとの間で
熱媒を循環させ、集熱器で集めた太陽熱を貯湯タンクの
水に与えて温めることも公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記ヒートポンプを用
いた従来構造では、特に昼間に作動させたときＣＯＰ
（成績係数）が低くなるという問題があった。上記太陽
熱集熱器を用いた従来構造では、貯湯タンク内の温度が
高まるにつれて太陽熱利用効率が低くなるという問題が
あった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために提案された給湯システムである。この給湯
システムは、水循環系と、ヒートポンプすなわち冷媒循
環系と、熱媒循環系とを備えている。

【０００６】水循環系は、給湯用の水を蓄える貯湯タン
クと、水採熱部とを有し、上記水を、上記貯湯タンクの
下側部から出して上記水採熱部を通過させた後、上記貯
湯タンクの上側部に戻す。

【０００７】冷媒循環系は、冷媒採熱部と、上記水採熱
部に対向する冷媒放熱部とを有し、冷媒を、これら冷媒
採熱部と冷媒放熱部の間で循環させながら、上記冷媒採
熱部で採熱させ、上記冷媒放熱部で放熱させることによ
り、この放熱を、上記水採熱部を通過中の水に与える。

【０００８】熱媒循環系は、太陽熱を集熱する集熱器
と、上記貯湯タンクの下側部に収容された採放熱部と、
上記冷媒採熱部に対向する熱媒放熱部とを有し、これら
集熱器、採放熱部、及び熱媒放熱部のうち２つを選択し
て、その２つの間で熱媒を循環させる。

【０００９】給湯システムは、第１〜第３モードを選択
的に実行する。第１モードでは、上記水循環系と上記冷
媒循環系が停止されるとともに、上記熱媒循環系が、上
記集熱器と上記採放熱部を選択し、上記熱媒が、上記集
熱器で太陽熱を受け取り、上記採放熱部で上記水に放熱
する。

【００１０】第２モードでは、上記水循環系と上記冷媒
循環系が作動されるとともに、上記熱媒循環系が、上記
集熱器と上記熱媒放熱部を選択し、上記熱媒が、上記集
熱器で太陽熱を受け取り、上記熱媒放熱部で放熱し、こ
の放熱により上記冷媒採熱部での上記冷媒の採熱がなさ
れる。

【００１１】第３モードでは、上記水循環系と上記冷媒
循環系が作動されるとともに、上記熱媒循環系が、上記
採放熱部と上記熱媒放熱部を選択し、上記熱媒が、上記
採放熱部で上記水から採熱し、上記熱媒放熱部で放熱
し、この放熱により上記冷媒採熱部での上記冷媒の採熱
がなされる。

【００１２】ここで、上記第１、第２モードが昼間に実
行され、上記第３モードが夜間に実行されることが望ま
しい。上記冷媒循環系が、圧縮機と、上記冷媒放熱部と
しての凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、採熱管とを順次
環状に接続してなり、上記蒸発器および採熱管が、上記
冷媒採熱部を構成し、上記採熱管が、上記熱媒放熱部と
対向していることが望ましい。上記集熱器に、太陽電池
を付設してもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に
係る給湯システム１０を示したものである。給湯システ
ム１０は、水循環系２０と、ヒートポンプ３０（冷媒循
環系）と、熱媒循環系４０とを備えている。

【００１４】水循環系２０について説明する。水循環系
２０は、貯湯タンク２１と、水加温通路２２とを有して
いる。貯湯タンク２１の下側部に給水管２８が連なって
いる。この給水管２８から供給された水で貯湯タンク２
１内が満たされている。後述するように、貯湯タンク２
１の上側部の水は、約９０℃の熱湯にされている。この
貯湯タンク２１の上側部から給湯管２９が延びている。
この給湯管２９を介して上記熱湯が給湯に供される。こ
の給湯量に応じて、貯湯タンク２１の下側部に給水管２
８から新たな水が供給される。

【００１５】水加温通路２２の上流端は、貯湯タンク２
１の下側部に連なり、下流端は、貯湯タンク２１の上側
部に連なっている。通路２２には、ポンプ２３と、伝熱
管からなる水採熱部２４とが設けられている。ポンプ２
３を駆動することによって、水が、貯湯タンク２１の下
側部から通路２２へ流れ、水採熱部２４を経て貯湯タン
ク２１の上側部に戻されるようになっている。

【００１６】ヒートポンプ３０について説明する。ヒー
トポンプ３０は、例えば二酸化炭素を冷媒とする冷媒回
路３１を有している。この冷媒回路３１に、圧縮機３
２、凝縮器３３（冷媒放熱部）、膨張弁３４、蒸発器３
５、及び採熱管３６が順次設けられている。圧縮機３２
は、冷媒を断熱圧縮して凝縮器３３に向けて送り出すよ
うになっている。

【００１７】凝縮器３３は、上記水加温通路２２の水採
熱部２４と対向して配置されており、これら凝縮器３３
と水採熱部２４とにより、熱交換器１１が構成されてい
る。凝縮器２３は、冷媒を凝縮、液化させ、放熱させる
ようになっている。この放熱が、水採熱部２４を通過中
の水に与えられることになる。

【００１８】膨張弁３４は、凝縮器３３から出た冷媒を
断熱膨張させる。蒸発器３５は、膨張後の冷媒を蒸発、
気化（外気から採熱）させるようになっている。蒸発器
３５を出た冷媒は、採熱管３６で更に採熱するようにな
っている（後述する第２、第３モード）。蒸発器３５と
採熱管３６とにより、特許請求の範囲の「冷媒採熱部」
が構成されている。

【００１９】熱媒循環系４０について説明する。熱媒循
環系４０は、太陽熱集熱器４１と、上記貯湯タンク２１
の下側部に収容された採放熱部４２と、上記採熱管３６
に対向し採熱管３６と共に熱交換器１２を構成する熱媒
放熱部４３とを有し、これら３つの構成要素４１〜４３
のうち２つを選択して、その２つの間でブライン等の熱
媒を循環させるようになっている。

【００２０】詳述すると、採放熱部４２と熱媒放熱部４
３は、共に伝熱管で構成され、熱媒通路４４，４５によ
って閉回路をなすように接続されている。また、太陽熱
集熱器４１の両端から熱媒通路４６，４７が延びてい
る。熱媒通路４６が、電磁方向制御弁４８Ａを介して熱
媒通路４５に接続されている。熱媒通路４７が、電磁方
向制御弁４８Ｂを介して熱媒通路４４に接続されてい
る。

【００２１】電磁方向制御弁４８Ａは、熱媒通路４５に
おいて当該制御弁４８Ａより熱媒放熱部４３側の通路部
分４５ａと、制御弁４８Ａより採放熱部４２側の通路部
分４５ｂと、熱媒通路４６との３つのうちの２つを選択
的に連通させ、他の１つを遮断するようになっている。

【００２２】電磁方向制御弁４８Ｂは、熱媒通路４４に
おいて当該制御弁４８Ｂより熱媒放熱部４３側の通路部
分４４ａと、制御弁４８Ｂより採放熱部４２側の通路部
分４４ｂと、熱媒通路４７との３つのうちの２つを選択
的に連通させ、他の１つを遮断するようになっている。

【００２３】通路部分４５ａには、ポンプ４９Ａが設け
られている。通路部分４４ｂには、ポンプ４９Ｂが設け
られている。

【００２４】なお、図示は省略するが、太陽熱集熱器４
１には、太陽電池が付設されており、この太陽電池で得
た電力を自家用に利用したり、他に売ったりすることが
できるようになっている。

【００２５】さらに、給湯システム１０は、制御装置５
０を備えている。制御装置５０は、時間（昼夜の別）や
貯湯タンク２１内の熱湯の量や温度等に応じて、圧縮機
３２、ポンプ２３，４９Ａ，４９Ｂ、方向制御弁４８
Ａ，４８Ｂ等を操作することによって、第１〜第３モー
ドの１つを選択的に実行し、貯湯タンク２１内の水の加
温制御を行う。以下、制御装置５０による制御内容を説
明する。

【００２６】太陽熱を十分に享受可能な昼間の晴天時に
は、第１モードが選択実行される。この第１モードで
は、ポンプ２３と圧縮機３２が停止されることにより、
水循環系２０とヒートポンプ３０が停止される。熱媒循
環系４０の方向制御弁４８Ａは、通路４６と通路部分４
５ｂどうしを連通するとともに通路部分４５ａを遮断す
る状態にされる。方向制御弁４８Ｂは、通路４７と通路
部分４４ｂどうしを連通するとともに通路部分４４ａを
遮断する状態にされる。そして、ポンプ４９Ｂが駆動さ
れる。

【００２７】これによって、熱媒が、集熱器４１、通路
４７、通路部分４４ｂ、採放熱部４２、通路部分４５
ｂ、及び通路４６の順に循環される。（集熱器４１と採
放熱部４２の２つが選択され、この２つの間で熱媒が循
環される。）この熱媒は、集熱器４１を通過する過程
で、集熱器４１が集熱した太陽熱を受け取る。そして、
採放熱部４２を通過する過程で、貯湯タンク２１の下側
部の水に放熱する。これによって、水が温められる。温
められた水（湯）が対流することによって、貯湯タンク
２１の上側部に約９０℃の熱湯が蓄えられる。

【００２８】昼間であっても、曇天時や雨天時のように
太陽熱を十分に享受できない時や、太陽熱だけでは給湯
が間に合わない時は、第２モードが選択実行される。こ
の第２モードでは、水循環系２０とヒートポンプ３０が
作動される。すなわち、ポンプ２３と圧縮機３２が駆動
される。

【００２９】また、熱媒循環系４０の方向制御弁４８Ａ
は、通路部分４５ａと通路４６どうしを連通するととも
に通路部分４５ｂを遮断する状態にされる。方向制御弁
４８Ｂは、通路４７と通路部分４４ａどうしを連通する
とともに通路部分４４ｂを遮断する状態にされる。そし
て、ポンプ４９Ａが駆動される。

【００３０】これによって、熱媒が、集熱器４１、通路
４７、通路部分４４ａ、熱媒放熱部４３、通路部分４５
ａ、及び通路４６の順に循環される。（集熱器４１と熱
媒放熱部４３の２つが選択され、この２つの間で熱媒が
循環される。）この熱媒は、集熱器４１で受け取った太
陽熱を放熱部４３で放熱する。

【００３１】この放熱すなわち太陽熱は、上記ヒートポ
ンプ３０の採熱管３６を通過中の冷媒に受け渡される。
逆に言うと、熱媒が冷媒によって冷やされる。これによ
って、熱媒は、より低い温度で集熱器４１に入ることが
でき、より多くの太陽熱を集熱器４１から受け取ること
ができる。これによって、太陽熱利用効率を高めること
ができる。さらには、上記太陽電池の発電効率を高める
ことができる。

【００３２】一方、上記冷媒は、蒸発器３５で蒸発、気
化することによって外気から採熱した後、採熱管３６で
更に上記太陽熱を採熱して温度が高まる。そして、凝縮
器３３において、上記外気採熱に加えて上記太陽熱を
も、水採熱部２４を通過中の水に渡すことができる。こ
れによって、水をより高温の熱湯にして貯湯タンク２１
の上側部に戻すことができ、ヒートポンプ３０のＣＯＰ
を向上させることができる。

【００３３】太陽熱を享受できない夜間になると、第３
モードが選択実行される。第３モードでは、第２モード
と同様に、水循環系２０とヒートポンプ３０が作動され
る。

【００３４】熱媒循環系４０の方向制御弁４８Ａは、通
路４５の両側の部分４５ａ，４５ｂを連通するとともに
通路４６を遮断する状態にされる。方向制御弁４８Ｂ
は、通路４４の両側の部分４４ａ，４４ｂを連通すると
ともに通路４７を遮断する状態にされる。そして、ポン
プ４９Ａ，４９Ｂが駆動される。

【００３５】これによって、熱媒が、採放熱部４２、通
路４４、熱媒放熱部４３、及び通路４５の順に循環され
る。（採放熱部４２と熱媒放熱部４３の２つが選択さ
れ、この２つの間で熱媒が循環される。）この熱媒は、
採放熱部４２を通過する過程で、貯湯タンク２１の下側
部の水から熱を受け取る。そして、熱媒放熱部４３を通
過する過程で、上記受け取った熱を放す。この放熱によ
り上記ヒートポンプ３０の採熱管３６での冷媒の採熱が
なされる。これによって、第２モードと同様に、熱交換
器１１で水をより高温の熱湯にして、貯湯タンク２１の
上側部に戻すことができ、ヒートポンプ３０のＣＯＰを
向上させることができる。しかも、夜間に実行するモー
ドであるため、電力使用料金を安くすることができる。

【００３６】一方、貯湯タンク２１の下側部の水は、採
放熱部４２の熱媒に熱を与えることによって温度が下が
り、例えば４℃程度の冷水になる。これによって、翌日
の昼間、第１モードを実行する際、採放熱部４２での放
熱効率が高まり、ひいては太陽熱利用効率を高めること
ができ、さらに、上記太陽電池の発電効率を高めること
ができる。

【００３７】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、種々の改変が可能である。例えば、第１〜
第３モードの選択基準は、上記したものに限定されな
い。冷媒採熱部が、蒸発器のみで構成され（採熱管が無
く）、この蒸発器に熱媒放熱部が対向していてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヒートポンプ（冷媒循環系）のＣＯＰや集熱器の太陽熱
利用効率を高めることができ、ヒートポンプと集熱器の
両方を用いて貯湯タンク内の水を効率的に加温すること
ができる。蒸発器で気化した冷媒を採熱管で更に採熱さ
せることによって、ＣＯＰや太陽熱利用効率をより一層
高めることができる。第３モードを夜間に実行すること
によって、電力使用料を易くすることができるだけでな
く、夜間に貯湯タンクの下側部の水を冷やしておくこと
によって昼間の第１モードでの太陽熱利用効率をより一
層高めることができる。集熱器に太陽電池を付設するこ
とによって、得られた電力を自家用に使用したり他に売
ったりできるだけでなく、太陽電池の発電効率を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る給湯システムの回路
構成図である。

【符号の説明】

１０給湯システム２０水循環系２１貯湯タンク２４水採熱部３０ヒートポンプ（冷媒循環系）３２圧縮機３３凝縮器（冷媒放熱部）３４膨張弁３５蒸発器３６採熱管４０熱媒循環系４１集熱器４２採放熱部４３熱媒放熱部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）給湯用の水を蓄える貯湯タンクと、
水採熱部とを有し、上記水を、上記貯湯タンクの下側部
から出して上記水採熱部を通過させた後、上記貯湯タン
クの上側部に戻す水循環系と、（Ｂ）冷媒採熱部と、上
記水採熱部に対向する冷媒放熱部とを有し、冷媒を、こ
れら冷媒採熱部と冷媒放熱部の間で循環させながら、上
記冷媒採熱部で採熱させ、上記冷媒放熱部で放熱させる
ことにより、この放熱を、上記水採熱部を通過中の水に
与える冷媒循環系と、（Ｃ）太陽熱を集熱する集熱器
と、上記貯湯タンクの下側部に収容された採放熱部と、
上記冷媒採熱部に対向する熱媒放熱部とを有し、これら
集熱器、採放熱部、及び熱媒放熱部のうち２つを選択し
て、その２つの間で熱媒を循環させる熱媒循環系とを備
え、（ａ）上記水循環系と上記冷媒循環系が停止される
とともに、上記熱媒循環系が、上記集熱器と上記採放熱
部を選択し、上記熱媒が、上記集熱器で太陽熱を受け取
り、上記採放熱部で上記水に放熱する第１モードと、
（ｂ）上記水循環系と上記冷媒循環系が作動されるとと
もに、上記熱媒循環系が、上記集熱器と上記熱媒放熱部
を選択し、上記熱媒が、上記集熱器で太陽熱を受け取
り、上記熱媒放熱部で放熱し、この放熱により上記冷媒
採熱部での上記冷媒の採熱がなされる第２モードと、
（ｃ）上記水循環系と上記冷媒循環系が作動されるとと
もに、上記熱媒循環系が、上記採放熱部と上記熱媒放熱
部を選択し、上記熱媒が、上記採放熱部で上記水から採
熱し、上記熱媒放熱部で放熱し、この放熱により上記冷
媒採熱部での上記冷媒の採熱がなされる第３モードとを
選択的に実行することを特徴とする給湯システム。
【請求項２】上記第１、第２モードが昼間に実行さ
れ、上記第３モードが夜間に実行されることを特徴とす
る請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】上記冷媒循環系が、圧縮機と、上記冷媒
放熱部としての凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、採熱管
とを順次環状に接続してなり、上記蒸発器および採熱管
が、上記冷媒採熱部を構成し、上記採熱管が、上記熱媒
放熱部と対向していることを特徴とする請求項１又は２
に記載の給湯システム。
【請求項４】上記集熱器に、太陽電池を付設したこと
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の給湯システ
ム。