JP2009145042A - Hot water system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、供給された水を加熱して生成した温水を貯える貯湯タンクと、この貯湯タンクに設けられたヒータとを備える温水システムに関する。 The present invention relates to a hot water system including a hot water storage tank for storing hot water generated by heating supplied water, and a heater provided in the hot water storage tank.
従来より、給湯システムとして、深夜電力を利用して湯水を加熱する電気温水器を用いたものがある。かかる給湯システムでは、深夜電力により生成した温水を貯えるために大容量の貯湯タンクが必要となる。このため、貯湯タンクの設置スペースの問題を有する個人住宅などへの設置が難しいという問題があった。また、集合住宅向けに、大容量の貯湯タンクに深夜電力で加熱した温水を貯え、この温水を集合住宅の各住戸に供給するようにした給湯システムも存在する。しかし、このような給湯システムでは、貯湯タンクから各住戸までの配管が長くなるため、給湯口を開けてから温水が出てくるまでの時間が長くなってしまうという問題があった。これらの問題のため、深夜電力を利用した給湯システムは設置スペースに問題のある個人住宅や集合住宅向けには余り普及していないのが実状である。 Conventionally, as a hot water supply system, there is one using an electric water heater that heats hot water using midnight power. In such a hot water supply system, a large-capacity hot water storage tank is required to store hot water generated by midnight power. For this reason, there has been a problem that it is difficult to install in a private house or the like having a problem with the installation space of the hot water tank. In addition, there is a hot water supply system that stores hot water heated by midnight power in a large-capacity hot water storage tank and supplies this hot water to each dwelling unit of the apartment house. However, in such a hot water supply system, since the piping from the hot water storage tank to each dwelling unit becomes long, there is a problem that it takes a long time until hot water comes out after the hot water supply port is opened. Due to these problems, hot water supply systems using midnight power are not so popular for private houses and collective housing where installation space is problematic.
これに対して、特許文献1には、太陽電池パネルの電力で蓄電池を充電し、この蓄電池の電力により電気温水器で温水タンクの温水を加熱するようにした温水装置が知られている。 On the other hand, Patent Document 1 discloses a hot water device in which a storage battery is charged with electric power of a solar battery panel, and hot water in a hot water tank is heated by an electric water heater with the electric power of the storage battery.
しかしながら、特許文献1に記載された温水装置では、蓄電池の電力をDC/ACインバータを介して電気温水器に供給している。このため、DC/ACインバータでの損失発生が不可避であり、効率よく温水を生成することができない上、設置スペースや配管の長尺化の問題には対処できていない。 However, in the hot water device described in Patent Document 1, the electric power of the storage battery is supplied to the electric water heater via the DC / AC inverter. For this reason, loss generation in the DC / AC inverter is inevitable, hot water cannot be efficiently generated, and the problem of lengthening the installation space and piping cannot be dealt with.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、貯湯タンクの小型化を図りつつ、高いエネルギー効率で温水を生成することが可能な、蓄電池をヒータの電源として用いた温水システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a hot water system using a storage battery as a power source of a heater capable of generating hot water with high energy efficiency while reducing the size of a hot water storage tank. For the purpose.
上記の目的を達成するため、本発明は、供給された水を加熱して生成した温水を貯える貯湯タンクと、この貯湯タンクに設けられたヒータとを備える温水システムであって、
前記ヒータの電源となる蓄電池と、
前記蓄電池から出力された電力を直流電力のまま前記ヒータに供給することにより、前記ヒータによって前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる加熱制御部と、を備え、
前記ヒータは、前記蓄電池を主電源とする第1のヒータと、商用電力を主電源とする第2のヒータとを含むことを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention is a hot water system comprising a hot water storage tank for storing hot water generated by heating supplied water, and a heater provided in the hot water storage tank,
A storage battery as a power source of the heater;
A heating control unit that heats the hot water in the hot water storage tank by the heater by supplying electric power output from the storage battery to the heater as direct current power; and
The heater includes a first heater that uses the storage battery as a main power source and a second heater that uses commercial power as a main power source.
本発明によれば、貯湯タンク内の湯水を、蓄電池を電源とするヒータで加熱できるので、貯湯タンクに多量の温水を貯えておく必要がなくなり、貯湯タンクの小容量化を実現できる。また、蓄電池の電力を直流電力のままヒータに供給するので、インバータの使用に伴う損失がなく、効率的に湯水の加熱を行うことができる。ただし、経済性等を考慮の上、必要があれば、蓄電池にインバータを接続し、このインバータの出力を商用電源の停電時などの非常用屋内電源として使用することも可能である。 According to the present invention, since the hot water in the hot water storage tank can be heated by the heater using the storage battery as a power source, it is not necessary to store a large amount of hot water in the hot water storage tank, and the capacity of the hot water storage tank can be reduced. Moreover, since the electric power of a storage battery is supplied to a heater with direct-current power, there is no loss accompanying use of an inverter, and hot water can be heated efficiently. However, in consideration of economy and the like, if necessary, an inverter can be connected to the storage battery, and the output of the inverter can be used as an emergency indoor power source at the time of a power failure of the commercial power source.
また、本発明において、前記加熱制御部は、深夜商用電力を電源として前記第2のヒータにより前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる機能を有することとしてもよい。 In the present invention, the heating control unit may have a function of heating hot water in the hot water storage tank by the second heater using midnight commercial power as a power source.
また、本発明の温水システムは、前記貯湯タンク内の水温を検出する水温検出部を備え、前記加熱制御部は、前記検出された水温が所定温度以下の場合に、前記蓄電池を電源として前記第1のヒータにより前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる機能を有することとしてもよい。 The hot water system of the present invention further includes a water temperature detection unit that detects a water temperature in the hot water storage tank, and the heating control unit uses the storage battery as a power source when the detected water temperature is equal to or lower than a predetermined temperature. It is good also as having the function to heat the hot water in the said hot water storage tank with 1 heater.
また、本発明の温水システムは、前記貯湯タンク内の水温を検出する水温検出部と、前記蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出部と、を備え、前記加熱制御部は、前記検出された残存容量が所定量以下であり、かつ、前記検出された水温が所定温度以下の場合に、商用電力を電源として前記第2のヒータにより前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる機能を有することとしてもよい。 Moreover, the hot water system of the present invention includes a water temperature detection unit that detects a water temperature in the hot water storage tank, and a remaining capacity detection unit that detects a remaining capacity of the storage battery, and the heating control unit detects the detected temperature. When the remaining capacity is not more than a predetermined amount and the detected water temperature is not more than a predetermined temperature, the hot water in the hot water storage tank may be heated by the second heater using commercial power as a power source. Good.
また、前記加熱制御部が、前記第1のヒータ及び前記第2のヒータの両方により前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる機能を有することとしてもよい。 Moreover, the said heating control part is good also as having a function which heats the hot water in the said hot water storage tank by both the said 1st heater and the said 2nd heater.
また、本発明において、前記蓄電池は、ラミネート型リチウム・イオン蓄電池であることとしてもよい。 In the present invention, the storage battery may be a laminate type lithium ion storage battery.
本発明によれば、貯湯タンクの小型化を図りつつ、高いエネルギー効率で温水を生成することが可能な、蓄電池をヒータの電源として用いた温水システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hot water system which used the storage battery as a power supply of a heater which can produce | generate hot water with high energy efficiency, aiming at size reduction of a hot water storage tank can be provided.
図1は、本発明の一実施形態である温水システム10の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態の温水システム10は、貯湯タンク20と、その内部に設置されたヒータ22とを備えている。貯湯タンク20は、給水管24から供給された水をヒータ22で加熱することにより生成した温水を貯える。貯湯タンク20に貯えられた温水は、給湯管26を通して、混合栓31で温度調整の上、シャワー28やカラン30などの給湯口に導かれる。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
給水管24には、熱回収部32が設けられている。熱回収部32には、ヒータ22の主電源となる蓄電池34が収容されている。蓄電池34は、水密性のケースに収容され、このケースに接触するように、例えば蛇腹状あるいはプレート状の導水管が配置されている。これにより、蓄電池34の充放電時に発生する熱が、貯湯タンク20に供給される水に回収される。なお、蓄電池としては、鉛蓄電池、銀・亜鉛蓄電池、リチウム・イオン蓄電池、ニッケル・金属水酸化物蓄電池、NaS電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、リチウム金属蓄電池、キャパシタなどの二次電池を用いることができるが、特に、リチウム・イオン蓄電池は大容量・高出力でかつ効率が高いので、ヒータ22の電源として好ましい。更に、ラミネートタイプのリチウム・イオン蓄電池は、耐水性のよいケースに収容されているが、外部損傷など万一の場合に備えた必要な保護対策を行った上で、水中に直接・間接的に、浴させることで、熱の回収をより効率的に行うことが可能であり、また、小型であるため設置スペースが小さくて済む。
The
温水システム10は、また、制御部36を備えている。制御部36には、貯湯タンク20に貯えられた温水の水温を検出する水温センサ38が接続されている。以下に説明するように、制御部36は、水温センサ38により検出された水温及び蓄電池34の残存容量に基づいて、ヒータ22への通電や蓄電池34への充電を制御する機能を有する。
The
なお、蓄電池34にインバータを接続し、このインバータの出力を商用電源の停電時などの非常用屋内電源として使用できるようにしてもよい。
An inverter may be connected to the
図2は、制御部36の詳細構成を示す回路の概念図である。同図に示すように、制御部36は、タイマー50、整流器52、充放電制御回路54、加熱制御部56、スイッチS1〜S4等を含んで構成されている。蓄電池34には残存容量検出部58が設けられている。また、ヒータ22は、第1ヒータR及び第2ヒータrにより構成されている。後述するように、第1ヒータRは、蓄電池34を主電源として貯湯タンク20内の湯水を追い炊きするためのヒータであり、第2ヒータrは、深夜商用電力を主電源として、夜間に貯湯タンク内の湯水を加熱して必要量の温水を貯えるためのヒータである。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a circuit showing a detailed configuration of the
タイマー50、整流器52、及び充放電制御回路54は、商用電源42と蓄電池34の正極との間に直列に接続されている。また、整流器52と充放電制御回路54との接続部と、蓄電池34の負極との間には、第1ヒータR及びスイッチS3が直列に接続されている。また、第1ヒータR及び第2ヒータrは、商用電源42に対して並列に接続され、商用電源42と第2ヒータrとの間にはスイッチS2が、また、第2ヒータrと第1ヒータRとの間にはスイッチS4が、夫々設けられている。さらに、タイマー50と整流器52との接続部と、第2ヒータrとの間にはスイッチS1が設けられている。
The
タイマー50は、深夜電気料金が適用される深夜時間帯(例えば夜11時〜朝8時)のみオンとなるように設定されている。したがって、深夜時間帯は、商用電源42の電力がタイマー50、整流器52及び充放電制御回路54を介して蓄電池34に充電される。すなわち、蓄電池34の充電は、安価な深夜商用電力により行われることになる。
The
また、以下に示すように、スイッチS1〜S4のオンオフ状態に応じた各運転モードにて第1ヒータR及び第2ヒータrへの通電が行われ、貯湯タンク20内の湯水が加熱される。
Further, as shown below, the first heater R and the second heater r are energized in each operation mode according to the on / off states of the switches S1 to S4, and the hot water in the hot
(1)運転モード1 (S1:オン; S2,S3,S4:オフ)
この運転モード1では、第2ヒータrがタイマー50を介して商用電源42に接続される。したがって、タイマー50がオンとなる深夜時間帯に第2ヒータrに通電され、深夜商用電力を電源として第2ヒータrにより貯湯タンク20内の湯水が加熱される。すなわち、運転モード1は、夜間に安価な深夜商用電力により湯を沸かして、昼間に必要な温水を確保しておくための運転モードである。
(1) Operation mode 1 (S1: ON; S2, S3, S4: OFF)
In this operation mode 1, the second heater r is connected to the
(2)運転モード2 (S2:オン; S1,S3,S4:オフ)
この運転モード2では、第2ヒータrが直接商用電源42に接続される。したがって、昼夜にかかわらず、商用電力を電源として第2ヒータrにより貯湯タンク20内の湯水が加熱される。本実施形態では、加熱制御部56は、貯湯タンク20の水温が所定温度以下に低下し、かつ、蓄電池34の残存容量が所定量以下となった場合に、スイッチS2をオンして運転モード2とする。すなわち、運転モード2は、貯湯タンク20の温水が通常よりも大量に消費され、蓄電池34の電力だけでは電力容量が不足する場合に、昼夜を問わず商用電力を電源として貯湯タンク20内の湯水を追い炊きする運転モードである。
(2) Operation mode 2 (S2: ON; S1, S3, S4: OFF)
In this
(3)運転モード3 (S3:オン; S1,S2,S4:オフ)
この運転モード3では、第1ヒータRが蓄電池34に接続され、蓄電池34の電力を用いて第1ヒータRにより貯湯タンク20内の湯水が加熱される。本実施形態では、加熱制御部56は、貯湯タンク20の水温が所定温度を下回ると、スイッチS3をオンして運転モード3とする。すなわち、運転モード3は、通常の温水使用時に、温水が消費されるのに伴って水温が低下した場合に追い炊きを行う運転モードである。
(3) Operation mode 3 (S3: ON; S1, S2, S4: OFF)
In this
(4)運転モード4 <S3,S4:オン; S1,S2:オフ>
この運転モード4では、第1ヒータR及び第2ヒータrが蓄電池34に並列に接続されることで、第1ヒータR及び第2ヒータrの両方により、貯湯タンク20内の湯水が加熱される。このように、運転モード4は、蓄電池34を電源として2つのヒータr,Rにより貯湯タンク20内の湯水を急速に加熱することが可能な運転モードである。
(4)
In this
(5)運転モード5 <S2,S3:オン; S1,S4:オフ>
この運転モード5では、第1ヒータRが蓄電池34に接続され、第2ヒータrが商用電源42に接続されることで、第1ヒータR及び第2ヒータrの両方により、貯湯タンク20内の湯水が加熱される。このように、運転モード4は、蓄電池34及び商用電源42の電力を併用し、2つのヒータr,Rにより貯湯タンク20内の湯水を急速に加熱することが可能な運転モードである。
(5) Operation mode 5 <S2, S3: ON; S1, S4: OFF>
In this operation mode 5, the first heater R is connected to the
(6)運転モード6 <S2,S4:オン; S1,S3:オフ>
この運転モード6では、第1ヒータR及び第2ヒータrが商用電源42に並列に接続されることで、第1ヒータR及び第2ヒータrの両方により、貯湯タンク20内の湯水が加熱される。このように、運転モード4は、商用電力を電源として2つのヒータr,Rにより貯湯タンク20内の湯水を急速に加熱することが可能な運転モードである。
(6) Operation mode 6 <S2, S4: ON; S1, S3: OFF>
In this operation mode 6, the hot water in the hot
以上のように、図2に示す制御部36の構成によれば、安価な深夜電力により蓄電池34を充電できる。また、運転モード1では、安価な深夜電力を電源として夜間に貯湯タンク20に温水を貯めることができ、通常の温水使用時には、運転モード3にて蓄電池34を電源として追い炊きを行うことができる。さらに、例えば、多人数の来客時などに温水使用量が通常よりも大幅に増加した場合には、運転モード2により商用電力を電源として必要量の温水を加熱することができ、また、運転モード4〜6ではより急速に温水を加熱することができる。
As described above, according to the configuration of the
なお、上述したように、運転モード2及び3は、加熱制御部56が水温センサ38及び残存容量検出部58の検出結果に基づいてスイッチS1〜S4のオンオフ状態を設定することにより実現される。また、運転モード1と運転モード4〜6については、例えば、夜間貯湯運転と急速加熱運転とを選択するための操作スイッチを設けておき、この操作スイッチによる選択に応じて、加熱制御部56がスイッチS1〜S4のオンオフ状態を設定することにより実現することができる。なお、急速加熱運転が選択された場合に、蓄電池34の残存容量が十分大きければ蓄電池34のみを電源として加熱する運転モード4とし、蓄電池34の残存容量が中程度であれば蓄電池34と商用電源を併用する運転モード5とし、蓄電池34の残存容量が小さければ、商用電源のみを用いる運転モード6で運転するなど、残存容量に応じて運転モード4〜6を選択する構成としてもよい。
As described above, the
図3は、本実施形態において熱回収部32を建物室内の床下等の空間部102に設置し、貯湯タンク20を室内壁部100に取り付けた構成例を示す。同図に示す例では、熱回収部32を構成する冷却ボックス32Aを床102の下部の床下空間内に設置し、冷却ボックス32Aにラミネート型のリチウム・イオン電池である蓄電池34を収容して熱回収部32としている。また、貯湯タンク20は、例えば壁掛け式として壁部100の壁面に取り付けている。そして、給水管24から冷却ボックス32Aに水を供給し、冷却ボックス32A内で蓄電池34の熱により暖められた湯水が貯湯タンク20に供給されるようにしている。なお、床部100には取り外しの容易な蓋101を設け、この蓋101を開けて熱回収部32や蓄電池34のメンテナンスを行えるようにしている。なお、図4に示すように、熱回収部32を壁部100の内部に設けてもよい。
FIG. 3 shows a configuration example in which the
本実施形態では、通常時には蓄電池34を主電源として貯湯タンク20内の湯水を追い炊きするが、蓄電池34として例えばリチウム・イオン蓄電池など大容量・高出力のものが使用できるため、多量の湯水を速やかに加熱することができる。このため、貯湯タンク20に多量の温水を貯えておく必要がなくなり、貯湯タンク20の小容量化を図ることができる。これにより、例えば上記図3に示すように、貯湯タンク20を壁面に取り付けたり、あるいはベランダの片隅や直上階のベランダ下に容易に取り付けできるなど設置場所の自由度が大きくなり、個人住宅等のように設置スペースの制約が多い場合にも、貯湯式温水システムを広く普及させることが可能となる。また、集合住宅等においても各住戸に貯湯タンク20を設置することにより、貯湯タンク20から給湯口への配管を短くすることができるので、給湯口を開けてから湯が出てくるまでに時間がかかるという問題も解消することができる。また、ラミネートタイプのリチウム・イオン蓄電池は省スペース化が可能であり、これを蓄電池34として用いることで、例えば上記図3に示すように、床下や壁の内部に収容できるなど、蓄電池34の設置スペースの自由度も大きくなる。
In the present embodiment, hot water in the hot
また、蓄電池34が充放電の際に放出した熱を、貯湯タンク20へ供給される水に回収することにより、貯湯タンク20に供給される水の温度が高くなる。このため、貯湯タンク20内の湯水を所定の温度まで加熱するのに要する時間を短縮でき、また、発熱ロスを回収することで加熱に必要な電気エネルギー量を抑えることができるなど、より効率的に湯水を加熱することができる。
Moreover, the temperature of the water supplied to the hot
また、蓄電池34の充電を安価な深夜商用電力を用いて行えるので、ランニングコストを安く抑えることもできる。
In addition, since the
さらに、追い炊き用の主電源として商用電力を用いた場合には、湯水を急速に加熱するためにヒータの消費電力が大きくなるので、電力会社との契約電力を大きくしなければならず、電気代の基本契約料金が高くついてしまうが、本実施形態では、上記のとおり追い炊き用の主電源として蓄電池34を用いるので、電力会社との契約電力を大きくすることは不要であり、基本契約料金が高くなるのを防止できる。また、貯湯容量と蓄電容量を湯水の利用形態に合う最適パターンに選択することにより、常時必要以上の貯湯量を確保しておく必要がなくなるため、自然冷却される湯量が小さくなり,エネルギー損失の少ないシステムを構築できる。
Furthermore, when commercial power is used as the main power source for additional cooking, the power consumption of the heater increases in order to heat hot water rapidly, so the contract power with the power company must be increased, However, in this embodiment, since the
10 温水システム 20 貯湯タンク
22 ヒータ 24 給水管
26 給湯管 32 熱回収部
34 蓄電池 36 制御部
38 水温センサ 50 タイマー
52 整流器 54 充放電制御回路
56 加熱制御部 58 残存容量検出部
R 第1ヒータ r 第2ヒータ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ヒータの電源となる蓄電池と、
前記蓄電池から出力された電力を直流電力のまま前記ヒータに供給することにより、前記ヒータによって前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる加熱制御部と、を備え、
前記ヒータは、前記蓄電池を主電源とする第1のヒータと、商用電力を主電源とする第2のヒータとを含むことを特徴とする温水システム。 A hot water system comprising a hot water storage tank for storing hot water generated by heating supplied water, and a heater provided in the hot water storage tank,
A storage battery as a power source of the heater;
A heating control unit that heats the hot water in the hot water storage tank by the heater by supplying electric power output from the storage battery to the heater as direct current power; and
The heater includes a first heater that uses the storage battery as a main power source and a second heater that uses commercial power as a main power source.
前記加熱制御部は、深夜商用電力を電源として前記第2のヒータにより前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる機能を有することを特徴とする温水システム。 The hot water system according to claim 1,
The heating control unit has a function of heating hot water in the hot water storage tank by the second heater using midnight commercial power as a power source.
前記貯湯タンク内の水温を検出する水温検出部を備え、
前記加熱制御部は、前記検出された水温が所定温度以下の場合に、前記蓄電池を電源として前記第1のヒータにより前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる機能を有することを特徴とする温水システム。 The hot water system according to claim 1 or 2,
A water temperature detection unit for detecting the water temperature in the hot water storage tank;
The said heating control part has a function which heats the hot water in the said hot water storage tank by the said 1st heater by using the said storage battery as a power supply, when the detected water temperature is below predetermined temperature.
前記貯湯タンク内の水温を検出する水温検出部と、
前記蓄電池の残存容量を検出する残存容量検出部と、を備え、
前記加熱制御部は、前記検出された残存容量が所定量以下であり、かつ、前記検出された水温が所定温度以下の場合に、商用電力を電源として前記第2のヒータにより前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる機能を有することを特徴とする温水システム。 The hot water system according to claim 1 or 2,
A water temperature detector for detecting the water temperature in the hot water storage tank;
A remaining capacity detection unit for detecting the remaining capacity of the storage battery,
When the detected remaining capacity is a predetermined amount or less and the detected water temperature is a predetermined temperature or less, the heating control unit uses commercial power as a power source in the hot water storage tank by the second heater. A hot water system having a function of heating hot water.
前記加熱制御部は、前記第1のヒータ及び前記第2のヒータの両方により前記貯湯タンク内の湯水を加熱させる機能を有することを特徴とする温水システム。 In the hot water system according to any one of claims 1 to 4,
The heating control unit has a function of heating hot water in the hot water storage tank by both the first heater and the second heater.
前記蓄電池は、ラミネート型リチウム・イオン蓄電池であることを特徴とする温水システム。 In the hot water system according to any one of claims 1 to 5,
The hot water system, wherein the storage battery is a laminate type lithium ion storage battery.
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