JP2010014316A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】出湯の開始時に配管内に溜まり水がある場合でも給湯端末器への温水の供給を早くし、太陽熱温水器で作った温水の有効利用を図る給湯システムを提供する。
【解決手段】本給湯システムは、集熱器２１によって集熱した太陽熱を使用して温水を作る太陽熱温水器２０と、ヒートポンプユニット２で沸き上げた湯をタンク３に貯えるヒートポンプ給湯装置１と、太陽熱温水器２０に配管接続され、太陽熱温水器２０で作られた温水をユーザーが使用する給湯端末器に導く温水器用出湯管２５と、太陽熱温水器２０で貯えた温水を給湯端末器側へ出湯する開始時に、温水器用出湯管２５内を流れる水をタンク３内に導入し、タンク３内の湯を取り出して給湯端末器に向けて送るタンク内経由出湯手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱で加熱された温水とヒートポンプサイクルを用いて沸き上げた湯とを使用し、給湯端末器に出湯する給湯システムに関する。

従来、この種の給湯システムは、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この給湯システムは、太陽熱集熱器を用いて加熱された温水を貯める第１の貯湯タンクと、ヒートポンプサイクルからなる熱源装置で沸き上げられた湯を貯める第２の貯湯タンクと、を備えている。

そして、従来の給湯システムは、ユーザーが所定温度を指定して出湯を要求すると、第１の貯湯タンクに接続された第１の出湯管中の湯温が当該所定温度以上の場合は、第２の貯湯タンクに貯えられた湯を使用しないで、第１の貯湯タンクに貯められた温水のみを使用して給湯端末器に出湯し、エネルギーコストを低減する。一方、第１の出湯管中の湯温が３０℃以上で当該所定温度以下の場合は、出湯配管の途中で第１の貯湯タンク内の温水に第２の貯湯タンク内の湯を加え、当該所定温度になるように温度調節した上で出湯する。
特開２００７‐１９８７０８号公報

従来の給湯システムおいては、太陽熱で加熱された温水とヒートポンプサイクルを用いて沸き上げた湯とを使用するハイブリッド方式であるため、第１の貯湯タンクから給湯端末器側に延設される配管が長くなる傾向にあり、この配管内部に水が溜まる。

この溜まり水は、配管の長さや第１の貯湯タンクの設置状態等の現場条件によって、その量に違いがある。また、溜まり水は第１の貯湯タンク内の湯よりも低温であるため、出湯の開始時に、第１の貯湯タンク内の温水に押し出されて給湯端末器から流出すると、ユーザーに対して不快感を与えるという問題がある。また、当該配管が長いと、所定温度の温水が流出するまでに時間がかかり、ユーザーの不快感が増大するとともに、エネルギーの無駄にもなり経済的ではない。

特許文献１に記載の給湯システムでは、給湯端末器から低温の水が流出しないように、出湯配管の途中で第２の貯湯タンク内の湯を加えて混合して温度を上昇させてから出湯するようにしている。しかしながら、この方式では第１の貯湯タンクから取り出される水量が抑えられるため、溜まり水を排出しきるまでに時間がかかり、太陽熱温水器で作った温水の有効利用が十分でなく、省エネルギー上好ましくない。

そこで、本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、出湯の開始時に配管内に溜まり水がある場合でも給湯端末器への温水の供給を早くし、太陽熱温水器で作った温水の有効利用を図る給湯システムを提供することにある。

上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、給湯システムに係る第１の発明は、集熱器（２１）によって集熱した太陽熱を使用して温水を作る太陽熱温水器（２０）と、ヒートポンプサイクルを用いた加熱装置（２）で沸き上げた湯をタンク（３）に貯えるヒートポンプ給湯装置（１）と、太陽熱温水器に配管接続され、太陽熱温水器（２０）で作られた温水をユーザーが使用する給湯端末器に導く温水器用出湯管（２５）と、太陽熱温水器で貯えた温水を給湯端末器側へ出湯する開始時に、温水器用出湯管内を流れる水をタンク内に導入し、タンク内の湯を給湯端末器に向けて送るタンク内経由出湯手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、タンク内経由出湯手段を備えることにより、太陽熱温水器の温水は一旦タンク内に取り入れられてタンク内の高温の湯を押し出すため、予想しない低温水が放出されることがなく、不快感を与えない。また、配管内で溜まり水に温水を混ぜて暖める方式でないため、配管内から溜まり水を排出する時間を短縮することができ、また使い勝手がよく、太陽熱温水を効率的に使用することができる。したがって、出湯の開始時に配管内に溜まり水がある場合でも給湯端末器へ迅速に太陽熱温水を供給し、太陽熱温水器で作った温水の有効利用が図れる給湯システムを提供できる。

また、タンク内経由出湯手段は、温水器用出湯管から分岐しタンク内の下部に接続されるタンク内導入管（２９）と、温水器用出湯管内を流れる水をタンク内導入管内に導くように切り替える切替弁（２８）と、給湯端末器に接続される給湯管（１２）に下流側で接続され、上流側でタンク内の上部に接続されるタンク用出湯管（７）と、を含むことが好ましい。

この発明によれば、配管内に溜まっている水をタンク内の下部に取り入れ、タンク内の上部から高温の湯を押し出して給湯端末器に送るため、十分な熱量の給湯を確実に提供することができる。また、切替弁と配管系統を活用した比較的簡単な構成により、エネルギー効率の良い給湯システムを提供できる。

また、切替弁は、温水器用出湯管内の水が、所定温度未満であるときにはタンク内導入管内に前記水の流れを導くように切り替わり、所定温度以上であるときにはタンク内に導かず、温水器用出湯管と接続される給湯管に導くように切り替わることが好ましい。

この発明によれば、配管内の溜まり水の温度や量に応じて、最適な出湯経路が選択されるので、エネルギー効率の良い給湯システムを提供できる。

また、給湯システムは、タンクの中ほどに接続されるとともに、温水器用出湯管に接続される中温水取出し管（３１）を備えていることが好ましい。この発明によれば、給湯端末器側に送る温水をタンク内の中温水を有効活用して作成することができ、タンク内の熱量を効果的に使用できる。

給湯システムに係る他の発明は、集熱器（２１）によって集熱した太陽熱を使用して温水を作る太陽熱温水器（２０）と、ヒートポンプサイクルを用いた加熱装置（２）で沸き上げた流体をタンク（３）に貯えるヒートポンプ給湯装置（１）と、太陽熱温水器に配管接続され、太陽熱温水器で作られた温水をユーザーが使用する給湯端末器に導く温水器用出湯管（２５）と、温水器用出湯管内の水とタンク内の流体との間で熱交換し、温水器用出湯管内の水を加熱する熱交換器（４０）と、を備え、
太陽熱温水器で貯えた温水を給湯端末器側へ出湯する開始時に、温水器用出湯管内を流れる水は、熱交換器によって加熱されてから給湯端末器に向けて送られることを特徴とする。

この発明によれば、熱交換器を備えることにより、太陽熱温水器の温水は熱交換器で加熱処理されてからユーザーに対しては供給される。これは、配管内の溜まり水の温度が低くても必ず熱交換器で加熱することができるため、出湯開始時の配管内の溜まり水の状態にかかわらず、給湯端末器へ迅速に太陽熱温水を供給し、太陽熱温水器で作った温水の有効利用が図れる給湯システムを提供できる。

また、太陽熱温水器は集熱器（２１）で得られた太陽熱を用いて自然対流によって加熱された水を貯える温水器用貯湯部（２２）を有し、
温水器用貯湯部内の湯は温水器用出湯管に流出されることが好ましい。

この発明によれば、いわゆる自然循環式の太陽熱温水器は屋根の上等の高所に設置されるので、強制循環式の太陽熱温水器と比較すると温水器用出湯管が長くなる傾向にあるため、有効である。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態を図１〜図４を用いて説明する。図１は本実施形態に係る給湯システムの概略構成を示した模式図である。図２は本実施形態の給湯システムにおける制御構成を示した模式図である。

図１に示すように、本実施形態の給湯システムは、集熱器２１によって集熱した太陽熱を用いて温水を蓄える太陽熱温水器２０と、ヒートポンプサイクルを用いた加熱装置であるヒートポンプユニット２によって沸き上げた湯をタンク３に貯えるヒートポンプ給湯装置１と、を有しており、各装置を適宜使用して出湯を行うハイブリッド式のシステムである。つまり、浴槽やシャワーなどへ出湯するときには、状況に応じて、太陽熱温水器２０で作った温水のみを使用したり、ヒートポンプ給湯装置１で作った湯のみを使用したり、あるいは当該温水と湯を混合した温水を使用したりすることによって、給湯システムは、省エネルギー性を優先しつつ、ユーザーの要望を満たした出湯を行う。

太陽熱温水器２０は、建物の屋根などに設置される集熱器２１、集熱器２１によって集熱された太陽熱で加熱された温水が貯められる温水器用貯湯部２２、および水道水を太陽熱温水器２０に供給するためのシスターン２３から主に構成されている。太陽熱温水器２０は、自然循環式と強制循環式とを適用することができるが、本実施形態では、温水器用貯湯部２２に貯えた水を集熱器２１で得られた太陽熱を用いて自然対流によって加熱する自然循環式を採用している。

シスターン２３は、水道水がためられる給水装置であり、大気開放の下、水道水と縁を切るものである。また、シスターン２３は、水道水を給水するための給水管が接続されている。さらにシスターン２３には、タンク３下部とシスターン２３とを連絡する第１の給水管２４が接続されている。第１の給水管２４は、シスターン２３内部を介して水道水をタンク３内の下部に供給するための配管である。シスターン２３には、ボールタップ等の浮き球が備えられている。集熱器２１は、内部に日射により熱せられる水回路が形成されており、シスターン２３によって供給された水道水は水回路に導入されることにより加熱される。

温水器用貯湯部２２は、集熱器２１と一体化しており、耐食性に優れた金属製、例えばステンレス製の容器であり、温水を長時間に渡って保温することができる。温水器用貯湯部２２は、使用した水の分だけ自動的に供給されるように弁部が設けられている。温水器用貯湯部２２の上部には温水を給湯端末器側に向けて送り出す温水器用出湯管２５が接続されている。給湯端末器は、ユーザーによって使用され、出湯口を備えた各種端末機器であり、例えばカラン、シャワー、浴槽、その他の水栓である。

ヒートポンプ給湯装置１は、ヒートポンプユニット２と、ヒートポンプユニット２により循環されて沸き上げられた給湯水を貯えるタンク３と、タンク３に貯えられた湯を給湯端末器に送るために配設されたタンク用出湯管７、給湯管１２等からなる配管系統と、から主に構成されている。

タンク３は耐食性に優れた金属製のタンクであり、その外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。タンク３は縦長の形状であり、その底面には導入口５が設けられている。この導入口５には第１の給水管２４が接続されている。導入口５の上流側には、給水サーミスタ（図示せず）と流量カウンタ（図示せず）が設けられ、この温度情報および流量情報は後述する貯湯タンク制御装置１００（以下、制御装置１００という）に出力される。

タンク３には、タンク３内部の貯湯量および貯湯温度を検出するために高さ方向に所定個数並んだサーミスタからなる水温サーミスタ（図示せず）が設けられている。各水位におけるタンク３内に満たされた湯もしくは水の温度情報は、制御装置１００に出力される。したがって、制御装置１００は、水温サーミスタからの温度情報に基づいて、タンク３内上方の沸き上げられた湯とタンク３内下方の沸き上げられる前の水との境界位置を検出できるとともに、これにより貯湯量が検出できるようになっている。

タンク３の底面には導入口３０が設けられている。この導入口３０には、温水器用出湯管２５から分岐したタンク内導入管２９が接続されている。タンク内導入管２９が温水器用出湯管２５から分岐する部位には、三方弁の切替弁２８が設けられている。切替弁２８は、太陽熱温水器２０から流出して温水器用出湯管２５を流れてきた温水を、さらに温水器用出湯管２５の下流側に送る経路と、タンク内導入管２９を通してタンク３内部に送る経路と、にわたって切り替えることができる三方弁である。

切替弁２８の上流側に位置する温水器用出湯管２５には、温水器用出湯管２５内を通る流体の温度を検出する太陽熱温水サーミスタ２６、および当該流体の流量を検出する太陽熱温水流量カウンタ２７が設けられている。検出される温度情報および流量情報は、制御装置１００に出力され、切替弁２８の切り替えの制御に活用される。

タンク３の最上部には導出口６が設けられている。導出口６にはタンク３内の高温の湯を導出するためのタンク用出湯管７が接続されている。タンク用出湯管７は、温水器用出湯管２５と合流するようになっており、この合流部位には、三方弁である中温水混合弁８が設けられている。中温水混合弁８は、制御装置１００によってその作動が制御される。中温水混合弁８よりも下流側には、第１の給水管２４から分岐した第２の給水管１３が接続されている。この第２の給水管１３とタンク用出湯管７の合流部位には、三方弁である給湯用混合弁１０が設けられている。給湯用混合弁１０は、ユーザーの給湯指令に基づく給湯設定温度に応じて、タンク用出湯管７を流れてくる湯と、第２の給水管１３を流れてくる水道水との流量比を調節する混合弁である。給湯用混合弁１０の作動は制御装置１００によって制御される。

また、中温水混合弁８と給湯用混合弁１０との間には、中温水混合弁８を通過した流体の温度を検出するサーミスタ９が設けられている。サーミスタ９により検出される温度情報は、制御装置１００に出力され、後述する図３の制御フローにおいて、中温水混合弁８の作動制御に活用される。

給湯用混合弁１０の出口側は、給湯端末器に接続される給湯管１２が接続されている。給湯用混合弁１０よりも下流側部位の給湯管１２には、給湯サーミスタ１１が設けられている。給湯サーミスタ１１により検出される温度情報は制御装置１００に出力され、給湯用混合弁１０の作動制御に活用される。

本給湯システムは、ユーザーから給湯指令があった場合に、太陽熱温水器２０から取り出した温水の出湯経路を、タンク３内部を経由してから給湯管１２内を通るようにするタンク内経由出湯手段を備えている。このタンク内経由出湯手段は、タンク内導入管２９と、切替弁２８と、タンク用出湯管７と、を含んで構成される。タンク内経由出湯手段は、温水器用出湯管２５内を流れる水をタンク３内に導入して混合させ、タンク３内の湯を取り出して給湯端末器に向けて送る手段であり、出湯開始時に所定の条件が成立したときに作動する。出湯開始時に所定の条件が成立したときには、その出湯経路は、順に、温水器用貯湯部２２、温水器用出湯管２５、タンク内導入管２９、タンク３内部、タンク用出湯管７、給湯管１２、給湯端末器となる。

次に、タンク３の下面と上面には、配管が接続され、この配管によって構成された循環回路４をタンク内の水が循環するようになっている。循環回路４の一部はヒートポンプユニット２内に配置されている。循環回路４におけるタンク３の上面寄りにはタンク保護のための図示しないサーモスタットが設けられている。

循環回路４のヒートポンプユニット２内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、タンク３の下部から吸入したタンク３内の水を高温冷媒との熱交換により加熱し、タンク３の上部からタンク３内に戻すことによりタンク３内の水を沸き上げることができる構成となっている。

ヒートポンプユニット２は、ヒートポンプサイクルを構成する本実施形態における加熱手段であり、ヒートポンプユニット２は制御装置１００からの制御信号により作動するとともに、その作動状態を制御装置１００に出力するように構成されている。

また、タンク３の下部の外壁面には、タンク内下部の水温を検出する図示しない入水サーミスタが設けられており、導入口３０から導入された水道水の温度情報を制御装置１００に出力するようになっている。また、タンク３上部の外壁面には、タンク３内上部の水温を検出する図示しない出湯サーミスタが設けられており、導出口６から導出される湯の温度情報を制御装置１００に出力するように構成されている。なお、ヒートポンプユニット２が循環回路４に設けられた図示しない熱交換器により循環回路４内の水を加熱するときには、制御装置１００は、入水サーミスタからの温度情報に基づいてヒートポンプユニット２を作動制御するように構成されている。

図２に示すように、制御装置１００は、本実施形態における制御手段であり、各種サーミスタや各種センサ類からの温度情報、太陽熱温水流量カウンタ２７からの流量情報、圧力情報、ヒートポンプユニット２からの信号、およびリモコン６０からの信号に基づいて、リモコン６０の表示、ヒートポンプユニット２、中温水混合弁８、給湯用混合弁１０、および切替弁２８の作動を制御するように構成されている。

上記構成の給湯システムの作動について説明する。制御装置１００は、ヒートポンプユニット２を制御し、通常の給湯制御を行う。この給湯制御は、深夜時間帯中に、各種センサ類からの温度情報に基づいてヒートポンプユニット２を作動し、タンク３内の水道水を加熱して必要な熱量の湯（例えば１日に必要な湯量）を貯める。そして、深夜時間帯終了後には、一日に使用する給湯使用量に応じた貯湯量がタンク３内に蓄えられることになる。

一方、太陽熱温水器２０は、例えば天気の良い日にシスターン２３から供給された水道水が集熱器２１で集熱された太陽熱により加熱されて温水として温水器用貯湯部２２内に貯えられることになる。また、天気の悪い曇天および雨天などのときは、集熱器２１で水道水は加熱されないので、温水器用貯湯部２２内の温水の温度は上昇しない。

このようにタンク３と温水器用貯湯部２２にそれぞれ湯が貯えられ、この状態でユーザーから給湯要求の指令があると、制御装置１００はこの指令を受けて図３に示す手順にしたがって作動する。図３は本給湯システムにおける出湯開始時の作動を示したフローチャートである。

制御装置１００は給湯要求の指令を受けると、太陽熱温水器２０から流出する温水の流量のカウントと流出開始後の時間のカウントを開始する（ステップ１０）。温水の流量のカウントは、太陽熱温水流量カウンタ２７が検出する信号を用いて演算され、流出開始後の時間のカウントは、開始信号が制御装置１００に送信されると同時に制御装置１００のタイマ機能をオンして計測していく。

次に、温水器用出湯管２５を流れる温水の温度（太陽熱温水の流出温度）が所定温度Ｔｓ以上（例えば３０℃以上）であるか否かを判定する（ステップ２０）。この太陽熱温水の流出温度は、太陽熱温水サーミスタ２６によって検出される温度である。

前述のように、温水器用貯湯部２２から流出する温水が流れる温水器用出湯管２５は、給湯管１２に至るまでかなりの配管長さを有している。このため、温水器用出湯管２５内には水が残っており、この溜まり水の量は、現場施工条件によって千差万別である。温水器用出湯管２５は断熱材等によって断熱されているものの、溜まり水は温水器用貯湯部２２内の温水に比べて低温であるため、温水によって押し出されて給湯端末器から放出されると、ユーザーが意図しない温度の水が供給され、ユーザーに不快感を与えることがある。したがって、制御装置１００は、ステップ２０の判定処理を行うことによって、温水器用出湯管２５内の水温をチェックし、以降の処理で上記不具合がないような制御を実行する。

ステップ２０で、太陽熱温水の流出温度が所定温度Ｔｓ以上であると判定されると、加熱する必要のない温度であり、以降に説明するタンク内経由出湯経路を通らない通常の出湯経路を選択する。したがって後述するステップ７０の処理に飛ぶ。

一方、太陽熱温水の流出温度が所定温度Ｔｓ以上でないと判定されると、制御装置１００は、タンク内導入管２９側の流路を１００％開放するように切替弁２８の開度を制御する（ステップ３０）。これにより温水器用出湯管２５内を流れる水は、タンク３の下部からタンク３内に流入する。この判定の場合には、温水器用出湯管２５内を流れる水は、そのまま給湯管１２に流すことができる温度よりも低温であるとみなされる。タンク３内に流入した水は、高温でないため、タンク３内の下部に溜まり、この流入量に相当する流量の高温湯が押し出され、タンク３内の上部からタンク用出湯管７内に流出する。

制御装置１００は、次のステップ４０で、温水器用出湯管２５側の流路を閉じ、給湯管１２側の流路を１００％開放するように中温水混合弁８の開度を制御する。この状態では、タンク３内の上部から流出した湯は、給湯サーミスタ１１で検出される温度が給湯設定温度になるように給湯用混合弁１０の開度が調節されることによって、第２の給水管１３を流れてきた水道水と混合し、給湯設定温度に調節されて給湯端末器から放出される。ここまでの処理による出湯経路は、温水器用貯湯部２２→温水器用出湯管２５→タンク内導入管２９→タンク３→タンク用出湯管７→給湯管１２→給湯端末器の順であり、太陽熱温水を有効活用しつつ、溜まり水の排出時間の短縮を実現するタンク内経由出湯経路である。

次に、ステップ１０でタイマーカウントを開始してから所定時間経過したか否かを判定する（ステップ５０）。この所定時間は、温水器用出湯管２５内から溜まり水を排出しきったと判断できる時間であり、当該時間は本給湯システムの施工条件（各配管の内径、設置状態およびその長さ等）に基づいて予め定められる時間であり、例えばマスター機を用いた実験結果や経験則にしたがった適切な時間に定められる。

ステップ５０で当該所定時間が経過したと判定されるまで、ステップ３０及び４０の処理を継続する。ステップ５０で当該所定時間が経過したと判定されると、太陽熱温水サーミスタ２６による検出温度（太陽熱温水の流出温度）が所定温度Ｔｓ以上であるか否かを再度判定する（ステップ６０）。この検出温度が所定温度Ｔｓ以上でなければ、温水器用貯湯部２２の水温があまり高くない状態であり、タンク３内を経由する現在の出湯経路を維持し、出湯経路の変更はしない。

ステップ６０で、太陽熱温水の流出温度が所定温度Ｔｓ以上であると判定されると、制御装置１００は、タンク内導入管２９側の流路を閉じ、中温水混合弁８側の温水器用出湯管２５の流路を１００％開放するように切替弁２８の開度を制御する（ステップ７０）。これにより温水器用出湯管２５内を流れる水は、タンク３内に流入することなく、そのまま温水器用出湯管２５を流れ、中温水混合弁８に流入する。この判定の場合には、温水器用出湯管２５内を流れる水は、加熱する必要のない温度になっているとみなされる。そして、制御装置１００は、ステップ８０でサーミスタ９の検出温度が給湯設定温度に所定値α（例えば５℃）を加えた温度になるように、中温水混合弁８の開度をフィードバック制御する。つまり、中温水混合弁８は、サーミスタ９の検出温度をフィードバックする度に温水と水道水の混合流量比を調節して、サーミスタ９の検出温度を（給湯設定温度＋所定値α）に近づけるように制御される。

次に、ステップ９０で、太陽熱温水サーミスタ２６による検出温度（太陽熱温水の流出温度）が給湯設定温度に所定値α（例えば５℃）を加えた温度以上であるか否かを判定する。ステップ９０で当該検出温度が（給湯設定温度＋所定値α）以上になるまで、ステップ８０の処理を継続する。ステップ９０で、太陽熱温水サーミスタ２６の検出温度が（給湯設定温度＋所定値α）以上であると判定されると、制御装置１００は、タンク用出湯管７側の流路を閉じ、温水器用出湯管２５側の流路を１００％開放するように中温水混合弁８の開度を制御する（ステップ１００）。このとき、温水器用出湯管２５内を流れる太陽熱温水はタンク３内の熱量を必要としない十分に高い温度であり、有効に活用される。そして当該太陽熱温水は、給湯サーミスタ１１で検出される温度が給湯設定温度になるように給湯用混合弁１０の開度が調節されることによって、第２の給水管１３を流れてきた水道水と混合し、給湯設定温度に調節されて給湯端末器から放出される。ステップ７０からステップ１００までの処理による出湯経路は、温水器用貯湯部２２→温水器用出湯管２５→給湯管１２→給湯端末器の順であり、ヒートポンプ給湯装置１による熱量を用いず太陽熱温水を最大限した出湯経路である。

図４は上記構成の給湯システムに対する変形例を示した模式図である。図４に示すヒートポンプ給湯装置１Ａは、図１に示すヒートポンプ給湯装置１に対して、温水器用出湯管２５における切替弁２８よりも下流側の部位と、タンク３の上下方向（高さ方向）中央部とを接続する中温水取出し管３１を備えたものである。中温水取出し管３１は、タンク３内に貯えられた湯のうち、高温の給湯水よりも湯温の低い中温の給湯水を取り出すことができる配管である。さらに、中温水取出し管３１と温水器用出湯管２５との合流部には、混合弁３２が設けられている。この給湯システムの作動は、基本的に図３にしたがって説明した制御フローと同様である。

ただし、図４の給湯システムでは、図３に示すステップ４０、８０および１００において中温水混合弁８を制御する代わりに、所定の条件が満たされるときは、混合弁３２を制御する。すなわち、タンク３内の中温水温度が給湯設定温度に所定値α（例えば５℃）を加えた温度以上である場合には、タンク３内の上部の高温湯を取り出さず、タンク３内中央部の中温水を取り出して給湯に使用するものである。

以下、図４の給湯システムの作動について、図３の制御フローと異なるステップについてのみ説明する。具体的には、タンク３の高さ方向に複数個設けられた水温サーミスタのうち、中温水取出し管３１の接続位置に最も近い箇所にある水温サーミスタの検出温度が（給湯設定温度＋所定値α）以上であるときには、ステップ４０では、混合弁３２の開度は、温水器用出湯管２５側の流路を閉じ、中温水取出し管３１側の流路を１００％開放するように制御される。このときの出湯経路は、温水器用貯湯部２２→温水器用出湯管２５→タンク内導入管２９→タンク３→中温水取出し管３１→給湯管１２→給湯端末器の順であり、これは、タンク内の中温水の利用と、太陽熱温水の有効活用とを図り、さらに溜まり水の排出時間短縮を実現するタンク内経由出湯経路である。このように、給湯端末器側に送る温水をタンク内の中温水を有効に活用して作成でき、中温水が多い場合のタンク内の熱量を効果的に使用できる。この場合のタンク内経由出湯手段は、タンク内導入管２９と、切替弁２８と、中温水取出し管３１と、混合弁３２と、を含んで構成される。

さらにステップ８０では、混合弁３２は、サーミスタ９の検出温度が給湯設定温度に所定値α（例えば５℃）を加えた温度になるように、温水器用出湯管２５側の流路と中温水取出し管３１側の流路との開度比が調節されて、フィードバック的に制御される。さらに中温水混合弁８の開度は、タンク用出湯管７側の流路を閉じ、温水器用出湯管２５側の流路を１００％開放するように制御される。

さらに、ステップ１００では混合弁３２の開度は、中温水取出し管３１側の流路を閉じ、温水器用出湯管２５側の流路を１００％開放するように制御される（ステップ１００）。そして当該太陽熱温水は、給湯サーミスタ１１で検出される温度が給湯設定温度になるように給湯用混合弁１０の開度が調節されることによって、第２の給水管１３を流れてきた水道水と混合し、給湯設定温度に調節されて給湯端末器から放出される。

本実施形態に係る給湯システムがもたらす作用効果を以下に述べる。本実施形態の給湯システムは、太陽熱を使用して温水を作る太陽熱温水器２０と、ヒートポンプサイクルで沸き上げた湯をタンク３に貯えるヒートポンプ給湯装置１と、太陽熱温水器２０に配管接続され、太陽熱温水器２０で作られた温水をユーザーが使用する給湯端末器に導く温水器用出湯管２５と、太陽熱温水器２０で貯えた温水を給湯端末器側へ出湯する開始時に、温水器用出湯管２５内を流れる水をタンク３内に導入し、タンク３内から湯を取り出して給湯端末器に向けて送るタンク内経由出湯手段と、を備える。

この構成によれば、太陽熱温水器２０の温水はタンク３内に取り入れられるので、タンク３内の大量の熱量によって加熱処理される。さらに、ユーザーに対しては温度の高いタンク３内の湯が供給されるため、所望の給湯が実施され、不具合が生じない。また、従来の給湯システムと違って、配管内で溜まり水と温水を混合させて温調を図る方式でないため、太陽熱温水器側の温水取り出し量が多く、溜まり水を迅速に排出できる。したがって、太陽熱温水を効率的に活用でき、優れた省エネルギー性を有する給湯システムが得られる。

また、タンク内経由出湯手段は、温水器用出湯管２５から分岐しタンク３内の下部に接続されるタンク内導入管２９と、温水器用出湯管２５内を流れる水をタンク内導入管２９内に導くように切り替える切替弁２８と、給湯端末器に接続される給湯管１２に下流側で接続され、上流側でタンク３内の上部に接続されるタンク用出湯管７と、を含んで構成されている。

この構成によれば、切替弁２８と配管系統を活用した構成により、優れた省エネルギー性を有する給湯システムを簡単な構成で実現することができる。また、施工現場のさまざまな状況に対しても、溜まり水の課題を簡単かつ確実に解決するシステムを構築できる。

制御装置１００は、温水器用出湯管２５を流れる水が、所定温度未満であるときには出湯経路がタンク３内を経由するように切替弁２８を切り替え、所定温度以上であるときには出湯経路がタンク３内を経由しないで給湯管１２に向かうように切替弁２８を切り替える。

この制御によれば、配管内の溜まり水の温度にしたがって最適な出湯経路が選択されるので、太陽熱温水のエネルギーを無駄に使うことなく、ユーザーに対して不快な給湯を提供しない給湯システムが実現できる。

（第２実施形態）
第２実施形態の給湯システムを図５および図６を用いて説明する。図５は、本実施形態における給湯システムの概略構成を示した模式図である。図６は、本実施形態の給湯システムにおける出湯開始時の作動を示したフローチャートである。本実施形態の給湯システムは、前述の図１に示すヒートポンプ給湯装置１に対して、温水器用出湯管２５を流れる水を熱交間により加熱する熱交換器４０を備えたヒートポンプ給湯装置１Ｂである点が異なっている。

この熱交換器４０は温水器用出湯管２５内の水とタンク３内の流体との間で熱交換するように、温水器側流路とタンク側流路を備えている。この構成に伴い、本給湯システムは、温水器用出湯管２５の途中に熱交換器４０の温水器側流路が配置され、温水器側流路のさらに下流部位には給湯用混合弁１０が設けられている。また、給湯用混合弁１０は、温水器用出湯管２５と第２の給水管１４とが給湯管１２に合流する部位に設けられている。

さらに、熱交換器４０のタンク側流路は、タンク３下面の導入口４３とタンク３上面とを接続する循環回路４２の途中に設けられている。タンク側流路の出口にはサーミスタ４４が設けられており、サーミスタ４４により検出される流体の温度は制御装置１００に入力される。循環回路４２には、タンク３内の流体を循環回路４２内で強制的に循環させるポンプ４１が設けられている。制御装置１００はポンプ４１の回転数を制御することにより、熱交換器４０の加熱出力を制御する。このように本給湯システムのヒートポンプ給湯装置１Ｂは、ヒートポンプユニット２、タンク３、循環回路４２、熱交換器４０、および給湯管１２等からなる配管系統、から主に構成される。

本給湯システムにおいては、太陽熱温水器２０で貯えた温水を給湯端末器側へ出湯する開始時に、所定の条件が成立したときは温水器用出湯管２５内を流れる水を熱交換器４０で加熱してから給湯端末器に向けて送るものである。以下に、本給湯システムにおける出湯開始時の作動を説明する。タンク３と温水器用貯湯部２２にそれぞれ湯が貯えられ、この状態でユーザーから給湯要求の指令があると、制御装置１００はこの指令を受けて図６に示す手順にしたがって作動する。図６は本給湯システムにおける出湯開始時の作動を示したフローチャートである。

制御装置１００は給湯要求の指令を受けると、まず、前述の図３のステップ１０および２０の処理を行う。ステップ２０で、太陽熱温水の流出温度が所定温度Ｔｓ以上でないと判定されると、温水器用出湯管２５内を流れる水はそのまま給湯管１２に流すことができない低温状態である。このため、制御装置１００は、ポンプ４１を作動させ、タンク３内の湯を循環回路４２内で強制的に循環させ、さらにサーミスタ４４で検出される温度が給湯設定温度になるようにポンプ４１の回転数を制御する（ステップ３０ａ）。これにより温水器用出湯管２５内を流れる水は、循環回路４２内を強制的に循環する湯と温水器側流路で熱交換して加熱される。

制御装置１００は、次のステップ４０ａで、第２の給水管１４側の流路を閉じ、温水器用出湯管２５側の流路を１００％開放するように給湯用混合弁１０の開度を制御し、熱交換器４０で加熱された水は給湯管１２に送られる。ここまでの処理による出湯経路は、温水器用貯湯部２２→温水器用出湯管２５→熱交換器４０の温水器側流路→給湯管１２→給湯端末器の順であり、熱交換器４０による加熱により太陽熱温水を有効活用しつつ、溜まり水の排出時間短縮を実現する経路である。

次に、前述の図３のステップ５０および６０の処理を行う。ステップ６０で太陽熱温水の流出温度が所定温度Ｔｓ以上であると判定されると、制御装置１００は、サーミスタ４４の検出温度が給湯設定温度に所定値α（例えば５℃）を加えた温度になるように、ポンプ４１の回転数を制御する（ステップ８０ａ）。

次に、ステップ９０で、太陽熱温水サーミスタ２６による検出温度（太陽熱温水の流出温度）が給湯設定温度に所定値α（例えば５℃）を加えた温度以上であると判定されるようになると、制御装置１００は、ポンプを停止し、熱交換器４０による加熱を停止する（ステップ１００ａ）。このとき、温水器用出湯管２５内を流れる太陽熱温水は加熱を必要としない十分に高い温度であり、その熱量は有効に活用される。そして当該太陽熱温水は、給湯サーミスタ１１で検出される温度が給湯設定温度になるように給湯用混合弁１０の開度が調節されることによって、第２の給水管１４を流れてきた水道水と混合し、給湯設定温度に調節されて給湯端末器から放出される。

本実施形態に係る給湯システムがもたらす作用効果を以下に述べる。本実施形態の給湯システムは、温水器用出湯管２５内の水とタンク３内の流体との間で熱交換するように設けられ、温水器用出湯管２５内の水を熱交換によって加熱する熱交換器４０を備えている。さらに、太陽熱温水器２０で貯えた温水を給湯端末器側へ出湯する開始時に、温水器用出湯管２５内を流れる水は、熱交換器４０によって加熱されてから給湯端末器に向けて送られる。

この構成によれば、熱交換器４０を備えることにより、太陽熱温水器２０の温水は熱交換器４０で加熱処理されてからユーザーに対しては供給される。このシステムでも、配管内で溜まり水に温水を混ぜて暖める方式でないため、配管内から溜まり水を排出する時間を短縮することができる。したがって、出湯の開始時に配管内に溜まり水がある場合でも給湯端末器へ迅速に太陽熱温水を供給し、太陽熱温水器で作った温水の有効利用が図れ、エネルギー効率に優れた給湯システムが得られる。

（第３実施形態）
第３実施形態の給湯システムを図７にしたがって説明する。図７は、本実施形態における給湯システムの概略構成を示した模式図である。本実施形態の給湯システムは、前述の図１に示す太陽熱温水器２０に対して、強制循環式の太陽熱温水器２０Ａを備えた点が異なっている。太陽熱温水器２０Ａは、給湯用水を貯める温水器用タンク５０と、集熱器２１で加熱された流体がポンプ５４によって強制的に循環される循環回路５２と、循環回路５２の一部であって温水器用タンク５０内に下部に配置された熱交換器５３と、を備えて構成される。

温水器用タンク５０の底部には、第１の給水管５１が接続されており、水道水を適宜タンク内に供給するようになっている。温水器用タンク５０の上部には、給湯管１２に通じる温水器用出湯管２５Ａが接続されており、熱交換器５３によって加熱された温水を出湯するようになっている。ポンプ５４によって強制的に循環される流体は、熱交換器５３、ポンプ５４、集熱器２１、熱交換器５３の順に循環回路５２を還流することにより、温水器用タンク５０内の水を加熱し、タンク内の上部から下部に向けて高温水が溜まるようになる。また、当該流体は、例えば、水、不凍液等である。

本給湯システムにおいても、温水器用出湯管２５Ａの配管長さは施工状況により長くなる可能性があり、温水器用出湯管２５Ａ内には前述の溜まり水が発生することがある。このため、本給湯システムでも、第１実施形態で説明したようなタンク内経由出湯手段および作動を適用して溜まり水を処理することが有効である。

なお、上述した第１および第３実施形態では、タンク内導入管２９が接続される導入口３０をタンク３の下部に設けた形態としたが、タンク内導入管２９がタンク３に接続される部位は、タンク用出湯管７が接続される導出口６よりも下方の部位であればよい。

第１実施形態に係る給湯システムの概略構成を示した模式図である。 第１実施形態の給湯システムにおける制御構成を示した模式図である。 第１実施形態の給湯システムにおける出湯開始時の作動を示したフローチャートである。 第１実施形態の給湯システムの変形例を示した模式図である。 第２実施形態に係る給湯システムの概略構成を示した模式図である。 第２実施形態の給湯システムにおける出湯開始時の作動を示したフローチャートである。 第３実施形態に係る給湯システムの概略構成を示した模式図である。

符号の説明

１…ヒートポンプ式ユ給湯装置
２…ヒートポンプユニット（加熱装置）
３…タンク
７…タンク用出湯管
１２…給湯管
２０…太陽熱温水器
２１…集熱器
２５…温水器用出湯管
２８…切替弁
２９…タンク内導入管
３１…中温水取り出し管
４０…熱交換器

Claims (6)

1. 集熱器（２１）によって集熱した太陽熱を使用して温水を作る太陽熱温水器（２０）と、
   ヒートポンプサイクルを用いた加熱装置（２）で沸き上げた湯をタンク（３）に貯えるヒートポンプ給湯装置（１）と、
   前記太陽熱温水器に配管接続され、前記太陽熱温水器（２０）で作られた温水をユーザーが使用する給湯端末器に導く温水器用出湯管（２５）と、
   前記太陽熱温水器で貯えた温水を前記給湯端末器側へ出湯する開始時に、前記温水器用出湯管内を流れる水を前記タンク内に導入し、前記タンク内の湯を前記給湯端末器に向けて送るタンク内経由出湯手段と、を備えることを特徴とする給湯システム。
2. 前記タンク内経由出湯手段は、前記温水器用出湯管から分岐し前記貯湯タンク内の下部に接続されるタンク内導入管（２９）と、前記温水器用出湯管内を流れる水を前記タンク内導入管内に導くように切り替える切替弁（２８）と、前記給湯端末器に接続される給湯管（１２）に下流側で接続され、上流側で前記タンク内の上部に接続されるタンク用出湯管（７）と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
3. 前記切替弁は、前記温水器用出湯管を流れる水が、所定温度未満であるときには前記水の流れを前記タンク内導入管内に導くように切り替わり、所定温度以上であるときには前記水の流れを前記タンク内に導かず、前記温水器用出湯管と接続される前記給湯管に導くように切り替わることを特徴とする請求項２に記載の給湯システム。
4. 前記タンクの中ほどに接続されるとともに、前記温水器用出湯管に接続される中温水取出し管（３１）を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の給湯システム。
5. 集熱器（２１）によって集熱した太陽熱を使用して温水を作る太陽熱温水器（２０）と、
   ヒートポンプサイクルを用いた加熱装置（２）で沸き上げた流体をタンク（３）に貯えるヒートポンプ給湯装置（１）と、
   前記太陽熱温水器に配管接続され、前記太陽熱温水器（２０）で作られた温水をユーザーが使用する給湯端末器に導く温水器用出湯管（２５）と、
   前記温水器用出湯管内の水と前記タンク内の流体との間で熱交換し、前記温水器用出湯管内の水を加熱する熱交換器（４０）と、
   を備え、
   前記太陽熱温水器で貯えた温水を給湯端末器側へ出湯する開始時に、前記温水器用出湯管内を流れる水は、前記熱交換器によって加熱されてから前記給湯端末器に向けて送られることを特徴とする給湯システム。
6. 前記太陽熱温水器は前記集熱器で得られた太陽熱を用いて自然対流によって加熱された水を貯える温水器用貯湯部（２２）を有し、
   前記温水器用貯湯部内の湯は前記温水器用出湯管に流出されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の給湯システム。

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