JP2002310501A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【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の貯湯槽１０の下部に
は、集熱器２０で集熱した太陽熱が供給される。貯湯槽
１０の上部の水は、電気ヒータ３０，３１（熱源）によ
って高温にされる。貯湯槽１０の中間部から送水路１５
が延び、貯湯槽１０の上端部につらなっている。コント
ローラ５０は、貯湯槽１０の中間部の水温検出値Ｔ_Lと
給湯温度の設定値Ｔ_Sとを比較する。そして、Ｔ_L＜Ｔ_S
のとき、給水路１１ｂを閉じるとともに、上記水温Ｔ_L
と貯湯槽１０の上部の水温Ｔ_Hと設定温度Ｔ_Sと給湯流量
Ｖ_Sとに基づいて給湯温度がＴ_Sになるように、送水路１
５の送水ポンプ１６の出力を調節する。また、Ｔ_L≧Ｔ_S
のとき、上記水温Ｔ_Lと給水路１１ｂの水温Ｔ_Wと設定温
度Ｔ_Sと給湯流量Ｖ_Sとに基づいて給湯温度がＴ_Sになる
ように、送水ポンプ１６の出力と、ミキシングバルブ１
３による給湯路部１２ａと給水路１１ｂとの混合比を調
節する。

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、水を上記貯湯槽の中間部から取り出した後
上記貯湯槽の上部に送る送水手段と、上記貯湯槽の上部
から延びる給湯路と、この給湯路の中途部に設けられ、
給湯路の水にミキシング用給水路の水を混合するミキシ
ングバルブと、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、上記ミキシング用給水路
の水温Ｔ_Wを検出する第３水温検出手段と、上記給湯路
における上記ミキシングバルブより下流側の給湯路部の
流量Ｖ_Sを検出する給湯流量検出手段と、上記下流側給
湯路部の水温すなわち給湯温度の所望値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
ときは、上記ミキシング用給水路を閉じるとともに、Ｔ
_L，Ｔ_H，Ｔ_S，Ｖ_Sに基づいて給湯温度がＴ_Sになるよう
に、上記送水手段の送水流量を調節する。Ｔ_L≧Ｔ_Sのと
きは、Ｔ_L，Ｔ_W，Ｔ_S，Ｖ_Sに基づいて給湯温度がＴ_Sに
なるように、上記送水手段の送水流量と、上記ミキシン
グバルブによる混合比とを調節する。

【０００５】本発明の第２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、水を
上記貯湯槽の中間部から取り出した後上記貯湯槽の上部
に送る送水手段と、上記貯湯槽の上部から延びる給湯路
と、この給湯路の中途部に設けられ、給湯路の水にミキ
シング用給水路の水を混合するミキシングバルブと、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、上記ミキシング用給水路の水温Ｔ_Wを検出
する第３水温検出手段と、上記給湯路における上記ミキ
シングバルブより上流側の給湯路部の水温Ｔ_Mを検出す
る第４水温検出手段と、上記給湯路における上記ミキシ
ングバルブより下流側の給湯路部の流量Ｖ_Sを検出する
給湯流量検出手段と、上記下流側給湯路部の水温すなわ
ち給湯温度の所望値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であって、Ｔ_L，Ｔ_H，
Ｔ_S，Ｖ_Sに基づいて算出される上記給湯温度がＴ_Sにな
るための上記送水手段の送水流量計算値Ｖ_LOと、上記上
流側給湯路部の流量に対する上記送水流量の最適値Ｖ_LX
とが、Ｖ_LO≦Ｖ_LXであるときは、上記ミキシング用給水
路を閉じるとともに、送水流量が上記計算値Ｖ_LOになる
ように上記送水手段を調節する。Ｔ_L＜Ｔ_SであってＶ_LO
＞Ｖ_LXであるとき、及びＴ_L≧Ｔ_Sであるときは、実際の
送水流量がＶ_LXを上回ることがないように上記送水手段
を調節するとともに、Ｔ_M，Ｔ_W，Ｔ_Sに基づいて給湯温
度がＴ_Sになるように上記ミキシングバルブによる混合
比を調節する。ここで、最適流量Ｖ_LXとは、送水路の水
が貯湯槽の上部を経て上流側給湯路部に確実に取り込ま
れ得るときの当該送水路の流量であって、しかも上流側
給湯路部の流量に占める割合ができるだけ大きな所定の
送水路流量を意味する。

【０００６】上記第１又は第２の特徴において、上記貯
湯槽の上部に、上記送水手段で送られて来た水が沈下す
るのを阻止し、ひいては上記給湯路に取り込まれ易くす
るための仕切り板を収容するのが望ましい（本発明の第
３の特徴）。

【０００７】本発明の第４の特徴では、上記第１〜第３
の特徴の何れかにおいて、上記送水手段は、上流端が上
記貯湯槽の中間部に連なり下流端が上記貯湯槽の上部に
連なる送水路と、この送水路に設けられた送水ポンプと
を有し、上記送水路に上記熱源が介在されている。上記
熱源の稼動時には、Ｔ_LとＴ_Sの大小関係に応じた上記制
御動作に代えて、その大小関係に拘わらず、Ｔ_H，Ｔ_W，
Ｔ_S，Ｖ_Sに基づいて給湯温度がＴ_Sになるように上記ミ
キシングバルブによる混合比を調節する。

【０００８】本発明の第５の特徴では、上記第４の特徴
の熱源がヒートポンプで構成されている。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】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
沸き上げ貯湯することができる。なお、この貯湯運転
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。

【００１２】貯湯槽１０の上端部（上部）から給湯路１
２が延び、蛇口（図示せず）に連なっている。給湯路１
２の中途部には、市水路１１から分岐したミキシング用
給水路１１ｂと合流させるミキシングバルブ１３が設け
られている。このミキシングバルブ１３を境に、給湯路
１２が、上流側（貯湯槽１０側）の給湯路部１２ａと下
流側の給湯路部１２ｂとに分かれている。ミキシングバ
ルブ１３は、上流側給湯路部１２ａの水と給水路１１ｂ
の水との混合比を調節できるようになっており、これら
給湯路部１２ａと給水路１１ｂの一方を完全に閉じ他方
だけを開通できるようにもなっている。

【００１３】さらに、貯湯槽１０には、中間部から上部
に水を送る送水手段１４が付設されている。送水手段１
４は、貯湯槽１０の外部に配管された送水路１５とこの
送水路１５に設けられた送水ポンプ１６とを有してい
る。送水路１５の上流端は、貯湯槽１０の中間部（電気
ヒータ３１と熱交換器２１との間）に連なり、下流端
は、貯湯槽１０の上端部に連なっている。

【００１４】さらに、給湯システムＳには、操作パネル
５６と、各種センサ５１，５２，５３，５５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５６は、台所や浴室に設置され、給湯路部１２ｂから
供給される湯の所望温度すなわち給湯温度の所望値Ｔ_S
をユーザーが設定するための給湯温度設定部５６ａ（給
湯温度設定手段）などが設けられている。設定部５６ａ
による設定温度Ｔ_Sを含む操作パネル５６の操作情報
は、コントローラ５０に入力される。

【００１５】水温センサ５１（第１水温検出手段）は、
貯湯槽１０の上部に配され、この上部の高温水の温度Ｔ
_Hを検出するようになっている。水温センサ５２（第２
水温検出手段）は、貯湯槽１０の中間部における送水路
１５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を検出するようになっている。水温セン
サ５３（第３水温検出手段）は、給水路１１ｂに配さ
れ、給水路１１ｂの低温水の温度Ｔ_Wを検出するように
なっている。流量センサ５５（給湯流量検出手段）は、
給湯路部１２ｂに設けられ、給湯流量Ｖ_Sを検出するよ
うになっている。これらセンサ５１，５２，５３，５５
による検出結果Ｔ_H，Ｔ_L，Ｔ_W，Ｖ_Sは、コントローラ５
０に入力される。

【００１６】コントローラ５０は、これらの入力値
Ｔ_S，Ｔ_H，Ｔ_L，Ｔ_W，Ｖ_Sに基づいて、給湯温度が設定
温度Ｔ_Sになるように、送水ポンプ１６とミキシングバ
ルブ１３を制御する。以下、この制御の流れを図２のフ
ローチャートにしたがって説明する。

【００１７】ユーザーが所望の給湯温度Ｔ_Sを設定した
うえで上記蛇口を開栓すると（ステップ００１）、コン
トローラ５０は、初めに僅かな時間だけ高・低温水混合
暫定運転を実行する（ステップ１０１）。この暫定運転
時には、送水ポンプ１６は停止されたままにしておく。
そして、貯湯槽１０の上部から給湯路部１２ａに取り込
まれた高温水（温度Ｔ_H）をミキシングバルブ１３によ
って給水路１１ｂの低温水（温度Ｔ_W）と混合する。こ
の時、Ｔ_S，Ｔ_H，Ｔ_Wに基づいて、混合比Ｒが、 Ｒ＝Ｖ_M：Ｖ_W＝（Ｔ_S−Ｔ_W）：（Ｔ_H−Ｔ_S） になるように、ミキシングバルブ１３を調節する。ここ
で、Ｖ_Mは、給湯路部１２ａの流量であり、Ｖ_Wは、給水
路１１ｂの流量である。これによって、混合後の水が温
度Ｔ_Sになり、この水が給湯路部１２ｂを介して給湯に
供される。そして、蛇口の開度に対応する給湯流量Ｖ_S
（＝Ｖ_M＋Ｖ_W）がセンサ５５により検出され、コントロ
ーラ５０に送られる。

【００１８】次いで、コントローラ５０は、貯湯槽１０
の中間部の中温水の温度Ｔ_Lと設定温度Ｔ_Sとを比較する
（ステップ１０２）。その結果、Ｔ_L＜Ｔ_Sのときは、上
記暫定運転から中・高温水混合運転の実行に切り替える
（ステップ１１０）。この中・高温水混合運転では、ミ
キシングバルブ１３により給水路１１ｂを閉じる。そし
て、貯湯槽１０の中間部の中温水（温度Ｔ_L）を送水ポ
ンプ１６によって貯湯槽１０の上部に導き、高温水（温
度Ｔ_H）と混ぜる。この時、Ｔ_L，Ｔ_H，Ｔ_S，Ｖ_Sに基づ
いて送水路１５の流量Ｖ_Lが、 Ｖ_L＝Ｖ_S×（Ｔ_H−Ｔ_S）／（Ｔ_H−Ｔ_L） になるように送水ポンプ１６の出力を調節する。これに
よって、貯湯槽１０の上部から給湯路部１２ａに取り込
まれる水をほぼ設定温度Ｔ_Sにすることができ、この水
を給湯に供することができる。

【００１９】しかも、この中・高温水混合運転では、給
水路１１ｂ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、それだけ多くの低温水が給水
路１１ａから貯湯槽１０の下部に補充されることにな
る。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。

【００２０】一方、ステップ１０２においてＴ_L≧Ｔ_Sの
ときは、上記暫定運転から中・低温水混合運転に切り替
える（ステップ１１１）。この中・低温水混合運転で
は、貯湯槽１０の中間部の中温水（温度Ｔ_L）を送水ポ
ンプ１６によって貯湯槽１０の上部に導く。この時、Ｔ
_L，Ｔ_W，Ｔ_S，Ｖ_Sに基づいて送水路１５の流量Ｖ_Lが、 Ｖ_L＝Ｖ_S×（Ｔ_S−Ｔ_W）／（Ｔ_L−Ｔ_W） になるように送水ポンプ１６の出力を調節する。また、
ミキシングバルブ１３によって給湯路部１２ａと給水路
１１ｂとの混合比Ｒが、 Ｒ＝Ｖ_M：Ｖ_W＝（Ｔ_S−Ｔ_W）：（Ｔ_L−Ｔ_S） になるように調節する。これによって、混合後の水をほ
ぼ設定温度Ｔ_Sにすることができ、この水を給湯路部１
２ｂを介して給湯に供することができる。

【００２１】この中・低温水混合運転では、低温水に混
ぜる貯湯槽１０の水として中温水を用いているので、高
温水だけを用いる場合より貯湯槽１０の水使用量が増
え、それだけ多くの低温水が給水路１１ａから貯湯槽１
０の下部に補充されることになる。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。

【００２２】ステップ１１０、１１１の各運転中にユー
ザーが蛇口を閉じた時は（ステップ１２０）、その運転
を停止する（ステップ１２１）。

【００２３】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上記第１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簡略化す
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、送水
路１５に介在されたヒートポンプ３２と補助電気ヒータ
３３とが備えられている。ヒートポンプ３２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、蒸発時に外気か
ら採熱し、凝縮時に送水路１５に放熱する。補助電気ヒ
ータ３３は、ヒートポンプ３２より下流の送水路１５に
設けられている。

【００２４】また、貯湯槽１０の上部には、大略半球面
状の仕切り板が収容されている。さらに、給湯路部１２
ａには、水温センサ５４（第４水温検出手段）が設けら
れている。この水温センサ５４によって検出された給湯
路部１２ａの水温Ｔ_Mがコントローラ５０に入力される
ようになっている。

【００２５】給湯システムＳ’の制御の流れを図４のフ
ローチャートにしたがって説明する。ユーザーが所望の
給湯温度Ｔ_Sを設定したうえで蛇口を開栓すると（ステ
ップ００１’）、コントローラ５０は、ヒートポンプ３
３及び補助電気ヒータ３４による貯湯運転の実行中か否
かを判断する（ステップ１００’）。貯湯運転中ではな
い場合には、初めに僅かな時間だけ高・低温水混合暫定
運転を実行する（ステップ１０１’）。すなわち、送水
ポンプ１６は停止されたままにし、ミキシングバルブ１
３によって給湯路部１２ａと給水路１１ｂの混合比Ｒ
が、 Ｒ＝Ｖ_M：Ｖ_W＝（Ｔ_S−Ｔ_W）：（Ｔ_H−Ｔ_S） になるように調節する。これによって、混合後の水が設
定温度Ｔ_Sになり給湯に供される。そして、蛇口の開度
に対応する給湯流量Ｖ_S（＝Ｖ_M＋Ｖ_W）が流量センサ５
５で検出され、コントローラ５０に送られる。

【００２６】次いで、コントローラ５０は、貯湯槽１０
の中間部の中温水の温度Ｔ_Lと設定温度Ｔ_Sとを比較する
（ステップ１０２’）。その結果、Ｔ_L＜Ｔ_Sのときは、
ステップ１０３’に進む。このステップ１０３’では、
予め、給湯温度がＴ_Sになるための送水路１５の流量の
Ｔ_L，Ｔ_H，Ｔ_S，Ｖ_Sに基づく計算値Ｖ_LOを求めておく。
具体的には、次式の計算を行う。 Ｖ_LO＝Ｖ_S×（Ｔ_H−Ｔ_S）／（Ｔ_H−Ｔ_L） また、給湯路部１２ａの流量Ｖ_Mに対する送水路１５の
流量の最適値Ｖ_LX＝ｋ×Ｖ_Mを求めておく。

【００２７】すなわち、比率＝（送水路１５の流量）／
（給湯路部１２ａの流量）が十分小さければ、送水路１
５からの中温水は、全て給湯路部１２ａに取り込まれる
が、上記比率がある大きさ以上になると一部が貯湯槽１
０の上部に残るようになる。上記ｋは、このような残留
が生じることがない範囲内に含まれ、しかもこの範囲の
上限若しくは上限に十分近い所定の比率（例えばｋ＝１
／２）であり、貯湯槽１０や仕切り板４０の形状、給湯
路部１２ａの断面積などの幾何学的ファクタにより定め
られ、予めコントローラ５０に記憶されている。

【００２８】要するに、最適流量Ｖ_LXとは、送水路１５
からの中温水が貯湯槽１０の上部を経て給湯路部１２ａ
に確実に取り込まれ得るときの当該送水路１５の流量で
あって、しかも給湯路部１２ａの流量Ｖ_Mに占める割合
ができるだけ大きな所定の送水路流量を意味する。そし
て、ステップ１０３’の時点でのＶ_Mは、 Ｖ_M＝Ｖ_S×（Ｔ_S−Ｔ_W）／（Ｔ_H−Ｔ_W） であるので、 Ｖ_LX＝ｋ×Ｖ_S×（Ｔ_S−Ｔ_W）／（Ｔ_H−Ｔ_W） である。この式を使って最適流量Ｖ_LXを求める。

【００２９】このようにして求めた２つの値Ｖ_LO、Ｖ_LX
を比較する。その結果、Ｖ_LO≦Ｖ_LXのときは、上記暫定
運転から中・高温水混合運転に切り替える（ステップ１
１０’）。この中・高温水混合運転では、ミキシングバ
ルブ１３によって給水路１１ｂを閉じるとともに、送水
ポンプ１６によって貯湯槽１０の中間部の中温水を送水
路１５を介して貯湯槽１０の上部に送り、高温水と混ぜ
る。この時、送水路１５の流量Ｖ_Lが上記計算値Ｖ_LOに
なるように、送水ポンプ１６の出力を調節する。

【００３０】これによって、貯湯槽１０の上部から給湯
路部１２ａに取り込まれる水をほぼ設定温度Ｔ_Sにする
ことができ、この水を給湯に供することができる。ま
た、Ｖ_L＝Ｖ_LO≦Ｖ_LXであるので、送水路１５から貯湯
槽１０の上部に送り込まれた中温水の全てを給湯路部１
２ａに確実に取り込むことができ、中温水が貯湯槽１０
の上部に残らないようにすることができる。これによっ
て、貯湯槽１０の上部を高温に確実に維持することがで
き、槽１０内の温度成層が崩れないように維持すること
ができる。しかも、仕切り板４０によって、中温水が沈
下するのを阻止でき、ひいては給湯路部１２ａに取り込
まれ易くすることができるので、中温水が貯湯槽１０の
上部に残るのを一層確実に防止でき、温度成層を一層確
実に維持することができる。

【００３１】この中・高温水混合運転では、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、それだけ多くの低温水が給水路１１ａ
から貯湯槽１０の下部に補充されることになる。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。

【００３２】上記ステップ１０３’における計算値Ｖ_LO
と最適値Ｖ_LXとの比較の結果、Ｖ_LO＞Ｖ_LXのときは、上
記暫定運転から中・高・低温水混合最適化運転に切り替
える（ステップ１１１’）。この最適化運転では、送水
ポンプ１５の出力調節に上記計算値Ｖ_LOを用いず、代わ
りに最適値Ｖ_LXを基準として用いる。すなわち、送水路
１５の実際の流量Ｖ_Lが最適値Ｖ_LXを上回ることがない
ように（Ｖ_L≦Ｖ_LXになるように）、好ましくはＶ_L＝Ｖ
_LXになるように、送水ポンプ１５の出力を調節する。こ
れによって、ステップ１１０’の場合と同様に、中温水
が全て給湯路部１２ａに確実に取り込まれるようにする
ことができ、貯湯槽１０内の温度成層を確実に維持する
ことができる。

【００３３】上記送水ポンプ１５の出力調節と同時に、
Ｔ_M，Ｔ_W，Ｔ_Sに基づいてミキシングバルブ１３によっ
て給湯路部１２ａと給水路１１ｂとの混合比Ｒが、 Ｒ＝Ｖ_M：Ｖ_W＝（Ｔ_S−Ｔ_W）：（Ｔ_M−Ｔ_S） になるように調節する。これによって、混合後の水をほ
ぼ設定温度Ｔ_Sにすることができ、この水を給湯路部１
２ｂを介して給湯に供することができる。

【００３４】この中・高・低温水混合最適化運転では、
低温水に混ぜる貯湯槽１０の水として高温水だけでなく
中温水をも用いているので、高温水だけを用いる場合よ
り貯湯槽１０の水使用量が増え、それだけ多くの低温水
が給水路１１ａから貯湯槽１０の下部に補充されること
になる。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。

【００３５】次にステップ１０２’においてＴ_L≧Ｔ_Sで
あった場合について説明する。この場合は、Ｔ_L＜Ｔ_Sか
つＶ_LO＞Ｖ_LXであったときと同様に、ステップ１１１’
に移行し、中・高・低温水混合最適化運転を実行する。

【００３６】なお、給湯路部１２ａの流量Ｖ_Mは、ステ
ップ１０１’の暫定運転では上述の通り、 Ｖ_M＝Ｖ_S×（Ｔ_S−Ｔ_W）／（Ｔ_H−Ｔ_W） である。一方、ステップ１１０’の中・高温水混合運転
では、 Ｖ_M＝Ｖ_S である。ステップ１１１’の最適化運転では、 Ｖ_M＝Ｖ_S×（Ｔ_S−Ｔ_W）／（Ｔ_M−Ｔ_W） である。したがって、暫定運転から中・高温水混合運転
又は最適化運転への切り替えに伴って送水路１５の流量
最適値Ｖ_LX＝ｋ×Ｖ_Mも変わる。また、ユーザーが給湯
中に蛇口を開度調節して給湯流量Ｖ_Sを変える場合もあ
る。そうすると、Ｖ_Mが変動し、ひいてはＶ_LXも変動す
る。そこで、図４のフローチャートでは省略してある
が、中・高温水混合運転又は最適化運転の実行中も継続
して最適値Ｖ _LXをリアルタイムで算出し、ステップ１０
３’と同様に計算値Ｖ_LOとの比較を行い、異なる比較結
果になった場合には、その結果に対応する運転に切り替
える。

【００３７】ユーザーが蛇口を閉じた時は（ステップ１
２０’）、各運転が停止される（ステップ１２１’）。

【００３８】給湯システムＳ’においても、例えば深夜
になると安価な電力を利用して貯湯運転が実行される。
この貯湯運転では、ヒートポンプ３２と補助電気ヒータ
３３が稼動されるとともに、送水ポンプ１６が駆動され
る。これにより、水が貯湯槽１０の中間部から送水路１
５に取り込まれ、ヒートポンプ３２で例えば６０℃程度
まで加温され、さらに補助電気ヒータ３３で９０℃程度
まで沸き上げられ、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、上記中・高温水混合運転や中・高
・低温水混合最適化運転によって貯湯槽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
３２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３２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。

【００３９】この貯湯運転中にユーザーが蛇口を開栓し
た場合は、ステップ００１’からステップ１００’に進
み、そこで「Ｙｅｓ」と判断される。これによって、シ
ステムＳ’は、貯湯運転と併行して、高・低温水混合運
転による給湯を実行する（ステップ１１２’）。すなわ
ち、ミキシングバルブ１３によって給湯路部１２ａと給
水路１１ｂの混合比Ｒが、 Ｒ＝Ｖ_M：Ｖ_W＝（Ｔ_S−Ｔ_W）：（Ｔ_H−Ｔ_S） になるように調節する。これによって、混合後の水を設
定温度Ｔ_Sにして給湯に供することができる。

【００４０】図５は、貯湯槽１０の上部に収容された仕
切り板の変形例を示したものである。同図（ａ）の仕切
り板４１は、平板状になっている。また、同図（ｂ）の
仕切り板４２は、底付き円筒の箱形状になっている。

【００４１】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、給湯路部
１２ｂに第５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１３をフ
ィードバック制御してもよい。水温センサＴ_Lは、送水
路１５（第２実施形態の給湯システムＳ’では、ヒート
ポンプ３２より上流側）に配してもよい。中・高温水混
合運転時に給水路１１ｂを閉じる弁をミキシングバルブ
１３とは別途に設けてもよい。図１の貯湯槽１０にも、
上部に仕切り板を収容してもよい。給湯システムＳにお
いて、給湯路部１２ａに水温センサ５４を設け、図４の
フローチャートに示す給湯制御を行うようにしてもよ
い。給湯システムＳ’において、図２のフローチャート
に示す給湯制御を行うようにしてもよい。但し、この場
合、最初に図４のステップ１００’のように貯湯運転中
か否かを判断し、貯湯運転中であるときはステップ１１
２’のように高・低温水混合運転を実行する。

【００４２】なお、貯湯槽１０の中間部から中温水を通
す通路を別途配管し、この中温水路をミキシングバルブ
１３とは別のミキシングバルブを介して給水路１１ｂと
合流させておき、ステップ１１１又はステップ１１１’
に代えて、上記別のミキシングバルブで中温水路の水と
給水路の水とを混合して給湯に供することも考えられる
が、そうすると配管構成が複雑になる。本発明では、そ
のような複雑化を避け、簡素な構成にすることができ
る。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１、第
２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。更に、本発明の第２の特徴では、中
温水が貯湯槽の上部に残ることがないようにすることが
でき、貯湯槽内の温度成層を確実に維持することができ
る。本発明の第３の特徴によれば、中温水が給湯路の上
部に残るのを一層確実に防止でき、貯湯槽内の温度成層
を一層確実に維持することができる。本発明の第４の特
徴では、熱源の稼動時には貯湯槽の上部の高温水を用い
て給湯を行うことができる。本発明の第５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】上記給湯システムによる給湯制御の概略的な流
れを示すフローチャートである。

【図３】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４】上記第２実施形態に係る給湯システムによる給
湯制御の概略的な流れを示すフローチャートである。

【図５】（ａ）上記給湯システムにおける仕切り板の変
形例を示す概略構成図である。 （ｂ）上記給湯システムにおける仕切り板の変形例を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

Ｓ，Ｓ’ 給湯システム １０ 貯湯槽 １１ａ 槽用給水路 １１ｂ ミキシング用給水路 １２ 給湯路 １２ａ 上流側給湯路部 １２ｂ 下流側給湯路部 １３ ミキシングバルブ １４ 送水手段 １５ 送水路 １６ 送水ポンプ 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） ３２ ヒートポンプ（熱源） ３３ 補助電気ヒータ（熱源） ４０，４１，４２ 仕切り板 ５０ コントローラ（制御手段） ５１ 水温センサ（第１水温検出手段） ５２ 水温センサ（第２水温検出手段） ５３ 水温センサ（第３水温検出手段） ５４ 水温センサ（第４水温検出手段） ５５ 流量センサ（給湯流量検出手段） ５６ａ 給湯温度設定部（給湯温度設定手段）

Claims (5)

【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、 水を上記貯湯槽の中間部から取り出した後上記貯湯槽の
   上部に送る送水手段と、 上記貯湯槽の上部から延びる給湯路と、 この給湯路の中途部に設けられ、給湯路の水にミキシン
   グ用給水路の水を混合するミキシングバルブと、 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、 上記ミキシング用給水路の水温Ｔ_Wを検出する第３水温
   検出手段と、 上記給湯路における上記ミキシングバルブより下流側の
   給湯路部の流量Ｖ_Sを検出する給湯流量検出手段と、 上記下流側給湯路部の水温すなわち給湯温度の所望値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
   きは、上記ミキシング用給水路を閉じるとともに、
   Ｔ_L，Ｔ_H，Ｔ_S，Ｖ_Sに基づいて給湯温度がＴ_Sになるよ
   うに、上記送水手段の送水流量を調節し、 Ｔ_L≧Ｔ_Sのときは、Ｔ_L，Ｔ_W，Ｔ_S，Ｖ_Sに基づいて給湯
   温度がＴ_Sになるように、上記送水手段の送水流量と、
   上記ミキシングバルブによる混合比とを調節することを
   特徴とする給湯システム。
2. 【請求項２】 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、 水を上記貯湯槽の中間部から取り出した後上記貯湯槽の
   上部に送る送水手段と、 上記貯湯槽の上部から延びる給湯路と、 この給湯路の中途部に設けられ、給湯路の水にミキシン
   グ用給水路の水を混合するミキシングバルブと、 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、 上記ミキシング用給水路の水温Ｔ_Wを検出する第３水温
   検出手段と、 上記給湯路における上記ミキシングバルブより上流側の
   給湯路部の水温Ｔ_Mを検出する第４水温検出手段と、 上記給湯路における上記ミキシングバルブより下流側の
   給湯路部の流量Ｖ_Sを検出する給湯流量検出手段と、 上記下流側給湯路部の水温すなわち給湯温度の所望値Ｔ
   _Sを設定する給湯温度設定手段とを備え、 Ｔ_L＜Ｔ_Sであって、Ｔ_L，Ｔ_H，Ｔ_S，Ｖ_Sに基づいて算出
   される上記給湯温度がＴ_Sになるための上記送水手段の
   送水流量計算値Ｖ_LOと、上記上流側給湯路部の流量に対
   する上記送水流量の最適値Ｖ_LXとが、Ｖ_LO≦Ｖ_LXである
   ときは、上記ミキシング用給水路を閉じるとともに、送
   水流量が上記計算値Ｖ_LOになるように上記送水手段を調
   節し、 Ｔ_L＜Ｔ_SであってＶ_LO＞Ｖ_LXであるとき、及びＴ_L≧Ｔ_S
   であるときは、実際の送水流量がＶ_LXを上回ることがな
   いように上記送水手段を調節するとともに、Ｔ _M，Ｔ_W，
   Ｔ_Sに基づいて給湯温度がＴ_Sになるように上記ミキシン
   グバルブによる混合比を調節することを特徴とする給湯
   システム。
3. 【請求項３】 上記貯湯槽の上部に、上記送水手段で送
   られて来た水が沈下するのを阻止し、ひいては上記給湯
   路に取り込まれ易くするための仕切り板を収容したこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載の給湯システム。
4. 【請求項４】 上記送水手段は、上流端が上記貯湯槽の
   中間部に連なり下流端が上記貯湯槽の上部に連なる送水
   路と、この送水路に設けられた送水ポンプとを有し、上
   記送水路に上記熱源が介在されており、 上記熱源の稼動時には、Ｔ_LとＴ_Sの大小関係に応じた上
   記制御動作に代えて、その大小関係に拘わらず、Ｔ_H，
   Ｔ_W，Ｔ_S，Ｖ_Sに基づいて給湯温度がＴ_Sになるように上
   記ミキシングバルブによる混合比を調節することを特徴
   とする請求項１〜３の何れかに記載の給湯システム。
5. 【請求項５】 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４に記載の給湯システム。