JP2002303450A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 太陽熱供給部から貯湯槽に熱を効率的に供給
でき、ひいては集熱器における太陽熱の集熱効率を高め
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Ｓのコントローラ５０は、
給湯路１７での給湯温度の設定値ｔ_Sと貯湯槽１０の中
間部の水温検出値ｔ_Lとを比較する。そして、ｔ_L≧ｔ_S
のとき、貯湯槽１０の上部から延びる高温水路１２を閉
じるとともに、ミキシングバルブ１６（第２混合手段）
によって、貯湯槽１０の中間部から延びる中温水路１３
の水と混合用給水路１１ｂの低温の水との混合比を、こ
れらの水温ｔ_L，ｔ_Wに基づいて調節し、給湯路１７の水
温が設定温度ｔ_Sになるようにする。また、ｔ_L＜ｔ_Sの
とき、給水路１１ｂを閉じるとともに、ミキシングバル
ブ１４（第１混合手段）によって、高温水路１２の水と
中温水路１３の水との混合比を、これらの水温ｔ_H，ｔ_L
に基づいて調節し、給湯路１７の水温が設定温度ｔ_Sに
なるようにする。

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、太陽熱を利用し
た給湯システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】住宅の給湯システムの一方式として、例
えば特開平１０−３２５６１８号公報に記載されている
ような太陽熱を利用したものがある。それによれば、屋
外に集熱器を設置して太陽熱を集熱し、この熱を熱交換
器を介して貯湯槽の下部に供給する。これにより、貯湯
槽内の水を４０℃程度まで高める。さらに、貯湯槽の上
部の水を、電熱ヒータ（熱源）によって９０℃程度まで
高める。この上部の高温水をミキシングバルブ（混合手
段）に送り、給水路からの低温の市水と混ぜて所望の温
度にし、給湯に供する。このようなシステムでは、太陽
熱の分だけ電熱ヒータの負担が軽減され、ランニングコ
ストを抑えることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、太陽熱供給に
よって貯湯槽の下部の水温が上昇するのに伴い、熱交換
器における熱交換効率が低下し、ひいては集熱器におけ
る太陽熱の集熱効率が低下するという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題を解
決するために提案されたものであり、その第１の特徴に
係る給湯システムは、下部に槽用給水路が接続され、こ
の槽用給水路から供給された水を貯える貯湯槽と、太陽
熱を集熱する集熱器と、この集熱器に熱的に接続される
とともに上記貯湯槽の下部に収容され、上記集熱された
太陽熱を貯湯槽内の水に与える太陽熱供給部と、この太
陽熱供給部とは別途に上記貯湯槽の上部の水を高温水に
する熱源と、上記貯湯槽の上部から延びる高温水路と、
上記貯湯槽の中間部から延びる中温水路と、上記高温水
路と上記中温水路とを合流させ、ひいては給湯路に連ね
る第１混合手段と、上記中温水路と混合用給水路とを合
流させ、ひいては上記給湯路に連ねる第２混合手段と、
上記貯湯槽の上部の水温ｔ _Hを検出する第１水温検出手
段と、上記貯湯槽の中間部の水温ｔ_Lを検出する第２水
温検出手段と、上記混合用給水路の水温ｔ_Wを検出する
第３水温検出手段と、上記給湯路の水温の所望値ｔ_Sを
設定する給湯温度設定手段とを備えている。そして、ｔ
_L≧ｔ_Sのとき、上記高温水路を閉じるとともに、上記検
出水温ｔ_L，ｔ_Wに基づいて上記給湯路の水温が上記設定
温度ｔ_Sになるように、上記第２混合手段により上記中
温水路の水と上記混合用給水路の水との混合比を調節す
る。また、ｔ_L＜ｔ_Sのとき、上記混合用給水路を閉じる
とともに、上記検出水温ｔ_L，ｔ_Hに基づいて上記給湯路
の水温が上記設定温度ｔ_Sになるように、上記第１混合
手段により上記高温水路の水と上記中温水路の水との混
合比を調節する。

【０００５】本発明の第２の特徴では、さらに、上記高
温水路と上記混合用給水路とを合流させ、ひいては上記
給湯路に連ねる第３混合手段と、上記熱源の稼動時に上
記貯湯槽の中間部の水を上記熱源に導いて加温させた後
上記貯湯槽の上部に送る加温用送水手段とを備えてい
る。そして、上記熱源の稼動時には、上記ｔ_L≧ｔ_Sのと
きの制御動作及び上記ｔ_L＜ｔ_Sのときの制御動作に代え
て、ｔ_Lとｔ_Sの大小関係に拘わらず、上記中温水路を閉
じるとともに、上記検出水温ｔ_H，ｔ_Wに基づいて上記給
湯路の水温が上記設定温度ｔ_Sになるように、上記第３
混合手段により上記高温水路の水と上記混合用給水路の
水との混合比を調節する。ここで、上記熱源が、ヒート
ポンプであることが望ましい（本発明の第３の特徴）。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
したがって説明する。図１は、本発明の第１実施形態に
係る住宅の給湯システムＳを示したものである。システ
ムＳは、貯湯槽１０と、太陽熱集熱器２０とを備えてい
る。貯湯槽１０の下端部（下部）には、市水路１１から
分岐された槽用給水路１１ａが接続されている。この給
水路１１ａから供給された水で槽１０内が満たされてい
る。

【０００７】貯湯槽１０の下部には、熱交換器２１（太
陽熱供給部）が収容され、この熱交換器２１と集熱器２
０とが熱媒往路２２と熱媒復路２３とで接続されてい
る。復路２３には、熱媒循環ポンプ２４が設けられてい
る。このポンプ２４を駆動することにより、熱媒が、集
熱器２０、往路２２、熱交換器２１、復路２３の順に循
環される。この熱媒が、集熱器２０で集熱された太陽熱
を熱交換器２１まで運び、貯湯槽１０の下部に放熱す
る。これによって、槽１０内の水を４０℃程度の中温水
になるまで加温することができる。

【０００８】貯湯槽１０には、上記中温水をさらに加温
するための２つの電気ヒータ３０，３１（熱源）が上下
に離れて収容されている。上側の電気ヒータ３０は、貯
湯槽１０の上部に配されている。下側の電気ヒータ３１
は、貯湯槽１０の中間部に配されている。これら電気ヒ
ータ３０，３１によって、ヒータ３１より上側の貯湯槽
１０の水、特に貯湯槽１０の上部の水を９０℃程度まで
沸き上げることができる。なお、この沸き上げ運転は、
深夜に実行するのが望ましい。これによって、電気ヒー
タ３０，３１の電気使用料を割安にすることができる。

【０００９】貯湯槽１０の上端部（上部）から高温水路
１２が延びている。一方、貯湯槽１０の中間部における
電気ヒータ３１より下側から中温水路１３が延びてい
る。これら２つの水路１２，１３は、第１ミキシングバ
ルブ１４（第１混合手段）を介して合流している。ミキ
シングバルブ１４は、高温水路１２の水と中温水路１３
の水との混合比を調節するように（一方の水路１２，１
３を完全に閉じることも可能に）なっている。混合後の
水は、ミキシングバルブ１４から延びる中継水路１５に
送り出すようになっている。

【００１０】中継水路１５は、第２ミキシングバルブ１
６（第２混合手段）を介して、市水路１１から分岐した
混合用給水路１１ｂと合流している。ミキシングバルブ
１６は、中継水路１５の水と給水路１１ｂの低温の水と
の混合比を調節するように（一方の水路１５，１１ｂを
完全に閉じることも可能に）なっている。混合後の水
は、ミキシングバルブ１６から延びる給湯路１７に送り
出され、この給湯路１７の下流端に設けられた蛇口（図
示せず）から給湯に供されるようになっている。

【００１１】さらに、給湯システムＳには、操作パネル
５１と、３つの水温センサＴ_H，Ｔ_L，Ｔ_Wと、コントロ
ーラ５０（制御手段）とが備えられている。操作パネル
５１は、台所や浴室に設置され、給湯路１７から供給さ
れる湯の所望温度ｔ_Sをユーザーが設定するための給湯
温度設定部５１ａ（給湯温度設定手段）などが設けられ
ている。設定部５１ａを含む操作パネル５１の操作情報
は、コントローラ５０に送られる。

【００１２】水温センサＴ_H（第１水温検出手段）は、
高温水路１２に配され、この水路１２ひいては貯湯槽１
０の上部の高温水の温度ｔ_Hを検出する。水温センサＴ_L
（第２水温検出手段）は、貯湯槽１０の中間部における
中温水路１３の上流端の近傍に配され、貯湯槽１０の中
間部の中温水の温度ｔ_Lを検出する。水温センサＴ_W（第
３水温検出手段）は、給水路１１ｂに配され、給水路１
１ｂの低温水の温度ｔ _Wを検出する。これら水温センサ
Ｔ_H，Ｔ_L，Ｔ_Wによる検出結果ｔ_H，ｔ_L，ｔ_Wは、コント
ローラ５０へ送られる。

【００１３】コントローラ５０は、これら検出水温
ｔ_H，ｔ_L，ｔ_Wに基づいて、給湯路１７からの給湯温度
が設定温度ｔ_Sになるように、ミキシングバルブ１４，
１６を制御する。以下、このコントローラ５０による制
御内容を詳述する。

【００１４】ユーザーが給湯の所望温度ｔ_Sを設定した
うえで上記蛇口を開栓すると、コントローラ５０は、先
ず貯湯槽１０の中間部の検出水温ｔ_Lと設定温度ｔ_Sとを
比較する。そして、ｔ_L≧ｔ_Sのときは、ミキシングバル
ブ１４によって高温水路１２を閉じ、中温水路１３だけ
を開く。これによって、貯湯槽１０内の水のうち中間部
の温度ｔ_Lの中温水だけが中温水路１３により取り出さ
れ、中継水路１５に至る。さらに、コントローラ５０
は、この中継水路１５まで来た中温水と、給水路１１ｂ
の低温水とを混合して得られる水温が設定温度ｔ_Sにな
るように、これらの検出水温ｔ_L，ｔ_Wに基づいてミキシ
ングバルブ１６による混合比を調節する。これによっ
て、ユーザーが所望する温度ｔ_Sの水を、給湯路１７を
介して給湯に供することができる。この場合、貯湯槽１
０の上部には、高温水をまったく使用しないで残すこと
ができる。しかも、貯湯槽の上部の高温水と給水路の低
温水とを混合して設定温度にする従来システムと比べる
と、中温水と低温水とを混合しているので、低温水の必
要量が減り、それだけ貯湯槽１０から取り出す水量が増
えることになる。これによって、給水路１１ａから貯湯
槽１０の下部に、低温水をより多く補充することがで
き、貯湯槽１０の下部を確実に低温にすることができ
る。

【００１５】また、コントローラ５０は、ｔ_L＜ｔ_Sのと
きは、上記高温水と中温水の検出水温ｔ_L，ｔ_Hに基づい
て、これら水を混合して得られる水温が設定温度ｔ_Sに
なるように、ミキシングバルブ１４による混合比を調節
する。これによって、中継水路１５の水温がｔ_Sにな
る。同時に、ミキシングバルブ１６によって給水路１１
ｂを閉じる。これによって、ユーザーが所望する温度ｔ
_Sの水を、中継水路１５及び給湯路１７を経て給湯に供
することができる。この場合、上記従来システムと比べ
て、高温水の使用量を少なくでき、貯湯槽１０の上部に
多くの高温水を残すことができる。しかも、給水路１１
ｂから水を足すことなく、給湯のすべてを貯湯槽１０で
賄っているので、貯湯槽１０全体の水の使用量について
は従来システムより大幅に増える。これによって、給水
路１１ａから貯湯槽１０の下部に、低温水をより一層多
く補充することができ、貯湯槽１０の下部をより一層確
実に低温にすることができる。

【００１６】この結果、熱交換器２１から貯湯槽１０の
下部への放熱量（熱交換効率）を高めることができ、ひ
いては集熱器２０における太陽熱の集熱効率を高めるこ
とができる。

【００１７】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成
に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る給湯システムＳ’
を示したものである。この給湯システムＳ’では、貯湯
槽１０の上部の水を高温水とするための熱源として、シ
ステムＳの電気ヒータ３０，３１に代えてヒートポンプ
４０が備えられている。ヒートポンプ４０は、貯湯槽１
０の外部に配されている。ヒートポンプ４０は、フロン
や二酸化炭素などの冷媒を循環させながら蒸発と凝縮を
反復させるようになっている。冷媒は、蒸発時に例えば
外気から採熱し、凝縮時に放熱する。

【００１８】また、貯湯槽１０における熱交換器２１の
直近上方から共用水路１８が延び、この共用水路１８か
ら中温水路１３と加温用水路１９とが分岐されている。
水温センサＴ_Lは、貯湯槽１０内における共用水路１８
の上流端の近傍に配されている。

【００１９】加温用水路１９は、貯湯槽１０の上端部に
連なっている。この加温用水路１９に、送水ポンプ４９
と上記ヒートポンプ４０が介在されている。ヒートポン
プ４０内において上記冷媒の凝縮時の放熱が加温用水路
１９に受け渡されるようになっている。加温用水路１９
と送水ポンプ４０とによって特許請求の範囲の「加温用
送水手段」が構成されている。

【００２０】給湯システムＳ’において、ヒートポンプ
４０が稼動していない時（後述する沸き上げ運転の停止
時）には、上記システムＳと同様のｔ_Lとｔ_Sの大小関係
に応じた制御動作が実行される。

【００２１】一方、例えば深夜になると貯湯槽１０の沸
き上げ運転が行われる。すなわち、送水ポンプ４９及び
ヒートポンプ４０を稼動される。これにより、貯湯槽１
０の中間部の水が、共用水路１８及び加温用水路１９に
導かれてヒートポンプ４０で加温され、その後、貯湯槽
１０の上部に送られる。これにより、貯湯槽１０の上部
に高温水を貯えることができる。しかも、上記ｔ_Lとｔ_S
の大小関係に応じた制御動作によって貯湯槽１０の下部
が低温にされているので、加温されるべき水のヒートポ
ンプ４０の入口での温度も低くすることができる。これ
によって、ヒートポンプ４０の成績係数を高めることが
でき、水を効率的に沸き上げることができる。

【００２２】給湯システムＳ’において、上記沸き上げ
運転時には、ｔ_Lとｔ_Sの大小関係に応じた制御動作は実
行されない。それに代えて、コントローラ５０は、ミキ
シングバルブ１４によって中温水路１３を閉じ、高温水
路１２だけを開く。これによって、貯湯槽１０の上部の
高温水が、高温水路１２を経て中継水路１５に至る。さ
らに、コントローラ５０は、この中継水路１５まで来た
高温水と、給水路１１ｂの低温水とを混合して得られる
水温が設定温度ｔ_Sになるように、これら水の検出水温
ｔ_H，ｔ_Wに基づいて、ミキシングバルブ１６による混合
比を調節する。これによって、ユーザーが所望する温度
ｔ_Sの水を、給湯路１７を介して給湯に供することがで
きる。この時のミキシングバルブ１６は、特許請求の範
囲の「第３混合手段」としての機能を兼ねる。

【００２３】図３は、本発明の第３実施形態に係る給湯
システムＳ”を示したものである。この給湯システム
Ｓ”は、上記第２実施形態の変形例に係るものであり、
ヒートポンプ４０より下流の加温用水路１９に電気ヒー
タ４１（補助熱源）が設けられている。これによって、
ヒートポンプ４０で加温された水を更に電気ヒータ４１
で加温でき、より一層高温にして貯湯槽１０の上部に貯
めることができる。

【００２４】本発明は、上記実施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、水温セン
サＴ_Hは、貯湯槽１０の上部に配してもよい。水温セン
サＴ_Lは、中温水路１３に配してもよい。中温水路１３
と給水路１１ｂとが第２混合手段により直接合流され、
この第２混合手段から中継水路が延び、この中継水路と
高温水路１２とが第１混合手段により合流され、この第
１混合手段から給湯路１７が延びていてもよい。これを
第２、第３実施形態のシステムＳ’，Ｓ”に適用する場
合において、沸き上げ運転中の給湯時には、第１混合手
段が、第３混合手段としての機能を兼ねる。高温水路１
２と中温水路１３と給水路１１ｂの３つを互いに混合比
を調節可能に合流させるとともに給湯路１７に連ねる１
つのミキシングバルブによって、第１、第２、第３混合
手段のすべての機能を兼ねさせるようにしてもよい。ｔ
_L≧ｔ_Sのとき高温水路１２を閉じる弁、ｔ_L＜ｔ_Sのとき
給水路１１ｂを閉じる弁、第２、第３実施形態のシステ
ムＳ’，Ｓ”の沸き上げ運転中の給湯時に中温水路１３
を閉じる弁を、それぞれミキシングバルブ１４，１６と
は別途に設けてもよい。給湯路１７に第４水温検出手段
を設け、その検出水温が確実に設定水温Ｔ_Sになるよう
にミキシングバルブ１４，１６をフィードバック制御し
てもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の特
徴によれば、貯湯槽の中間部の中温水を給湯に利用する
ことによって、貯湯槽全体の水使用量を増やすことがで
き、貯湯槽の下部に比較的低温の水を多く補充でき、貯
湯槽の下部を確実に低温にすることができる。これによ
って、太陽熱供給部から貯湯槽に熱を効率的に供給で
き、ひいては集熱器における太陽熱の集熱効率を高める
ことができる。本発明の第２の特徴によれば、熱源の稼
動時には貯湯槽の上部の高温水を給湯に供することがで
きる。本発明の第３の特徴によれば、ヒートポンプの成
績係数を高めることができ、水の加温を効率的に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る給湯システムの概
略構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る給湯システムの概
略構成図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係る給湯システムの概
略構成図である。

【符号の説明】

Ｓ，Ｓ’，Ｓ” 給湯システム Ｔ_H 水温センサ（第１水温検出手段） Ｔ_L 水温センサ（第２水温検出手段） Ｔ_W 水温センサ（第３水温検出手段） １０ 貯湯槽 １１ａ 槽用給水路 １１ｂ 混合用給水路 １２ 高温水路 １３ 中温水路 １４ 第１ミキシングバルブ（第１混合手段） １６ 第２ミキシングバルブ（第２混合手段（第３混合
手段）） １７ 給湯路 ２０ 太陽熱集熱器 ２１ 熱交換器（太陽熱供給部） ３０，３１ 電気ヒータ（熱源） ４０ ヒートポンプ（熱源） ４１ 電気ヒータ（熱源） ５０ コントローラ ５１ａ 給湯温度設定部（給湯温度設定手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下部に槽用給水路が接続され、この槽用給
   水路から供給された水を貯える貯湯槽と、 太陽熱を集熱する集熱器と、 この集熱器に熱的に接続されるとともに上記貯湯槽の下
   部に収容され、上記集熱された太陽熱を貯湯槽内の水に
   与える太陽熱供給部と、 この太陽熱供給部とは別途に上記貯湯槽の上部の水を高
   温水にする熱源と、 上記貯湯槽の上部から延びる高温水路と、 上記貯湯槽の中間部から延びる中温水路と、 上記高温水路と上記中温水路とを合流させ、ひいては給
   湯路に連ねる第１混合手段と、 上記中温水路と混合用給水路とを合流させ、ひいては上
   記給湯路に連ねる第２混合手段と、 上記貯湯槽の上部の水温ｔ_Hを検出する第１水温検出手
   段と、 上記貯湯槽の中間部の水温ｔ_Lを検出する第２水温検出
   手段と、 上記混合用給水路の水温ｔ_Wを検出する第３水温検出手
   段と、 上記給湯路の水温の所望値ｔ_Sを設定する給湯温度設定
   手段とを備え、 ｔ_L≧ｔ_Sのとき、上記高温水路を閉じるとともに、上記
   検出水温ｔ_L，ｔ_Wに基づいて上記給湯路の水温が上記設
   定温度ｔ_Sになるように、上記第２混合手段により上記
   中温水路の水と上記混合用給水路の水との混合比を調節
   し、 ｔ_L＜ｔ_Sのとき、上記混合用給水路を閉じるとともに、
   上記検出水温ｔ_L，ｔ_Hに基づいて上記給湯路の水温が上
   記設定温度ｔ_Sになるように、上記第１混合手段により
   上記高温水路の水と上記中温水路の水との混合比を調節
   することを特徴とする給湯システム。
2. 【請求項２】 さらに、上記高温水路と上記混合用給水
   路とを合流させ、ひいては上記給湯路に連ねる第３混合
   手段と、上記熱源の稼動時に上記貯湯槽の中間部の水を
   上記熱源に導いて加温させた後上記貯湯槽の上部に送る
   加温用送水手段とを備え、上記熱源の稼動時には、上記
   ｔ_L≧ｔ_Sのときの制御動作及び上記ｔ _L＜ｔ_Sのときの制
   御動作に代えて、ｔ_Lとｔ_Sの大小関係に拘わらず、上記
   中温水路を閉じるとともに、上記検出水温ｔ_H，ｔ_Wに基
   づいて上記給湯路の水温が上記設定温度ｔ_Sになるよう
   に、上記第３混合手段により上記高温水路の水と上記混
   合用給水路の水との混合比を調節することを特徴とする
   請求項１に記載の給湯システム。
3. 【請求項３】 上記熱源が、ヒートポンプであることを
   特徴とする請求項２に記載の給湯システム。