JP2011106812A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給湯用水を集熱熱量で加熱可能に構成し、その集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量で蓄熱運転する給湯制御手段を配設させることで省エネ、低維持費が図れる貯湯式給湯装置を実現する。
【解決手段】貯湯タンク２１と、この貯湯タンク２１内の給湯用水を循環させて蓄熱運転するヒートポンプユニット２２と、給湯用必要熱量に応じて、ヒートポンプユニット２２を制御して蓄熱運転を行なう給湯制御装置２５とを備える貯湯式給湯装置において、集熱媒体を太陽熱で加熱する太陽熱集熱器１１を有し、その太陽熱集熱器１１で熱せられた集熱媒体により貯湯タンク２１内の給湯用水を加熱する太陽熱加熱装置１０が設けられ、給湯制御装置２５は、所定時間帯に蓄熱運転するときに、給湯用必要熱量から太陽熱加熱装置１０で得られた集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量に応じて蓄熱運転する。これにより、省エネ、低維持費が図れる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルからなる熱源装置で沸き上げた給湯用水を蓄える貯湯タンクを備える貯湯式給湯装置に関するものであり、特に、給湯用水の一部を太陽熱で加熱する給湯制御手段に関する。

従来、太陽熱を利用した貯湯式給湯装置として、例えば、特許文献１に示すように、太陽熱集熱器と、送風手段と、能力可変圧縮機を有したヒートポンプ回路と、太陽熱集熱器を通過した空気と熱交換するヒートポンプ回路の蒸発器と、集熱器入口空気温度センサーと、蒸発器出口空気温度センサーと、蒸発器出口空気温度を集熱器入口空気温度と略同一とするように圧縮機の回転数設定を行なう圧縮機能力可変制御手段とから構成している。

そして、天気の良い晴天日には、太陽熱集熱器により太陽熱を受けた高温の空気が蒸発器へ供給されることにより蒸発温度が高くなりヒートポンプサイクルの効率を向上させている。

また、天気の悪い曇天日や雨天日などでは、上記圧縮機能力可変制御手段を、予め設定した圧縮機回転数に従って圧縮機を運転させる構成としている。これにより、日射量が少ないか、または全くない場合でも、必要な加熱能力、効率の良い最適な状態における圧縮機の回転数を予め設定して運転させることができるため、ヒートポンプ回路の加熱能力を確保して、かつ効率の良い加熱運転ができるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−２８６３２３号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、太陽熱を蒸発器にあてる温風に変換させて蒸発器を小型化にしてヒートポンプサイクルの効率を向上させるとともに、日射量が全くない場合にも圧縮機の回転数を変更して上記効率の良い蓄熱運転をさせて省エネ、低維持費が得られるようにしている。

ところが、蓄えられた給湯用水を使用する前日の料金設定の安い深夜時間帯に蓄熱運転するヒートポンプサイクルからなる熱源装置においては、日射量が全くない深夜時間帯に運転するために太陽熱を利用することができない問題がある。

さらに、この種の貯湯式給湯装置では、翌日に使用する給湯用必要熱量分相当の貯湯量を確保するように前日の深夜時間帯に蓄熱運転をしているが、翌日の昼間に太陽熱で給湯用水を加熱するようにすると、深夜時間帯では太陽熱で得られる集熱熱量相当の貯湯量を沸き上げしないように蓄熱運転を行ない、その後、昼間に太陽熱で加熱することとなる。

しかし、太陽熱はその日の天候に左右されるため集熱熱量がばらついてしまう。つまり、集熱熱量相当の貯湯量が大きいときに、曇り、雨降りなど日射がなければ給湯用必要熱量が不足することで料金設定の高い昼間での蓄熱運転が必要である。逆に、集熱熱量相当の貯湯量が小さいときに、充分な日射があれば太陽熱を有効に利用することができない。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、給湯用水を集熱熱量で加熱可能に構成し、その集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量で蓄熱運転する給湯制御手段を配設させることで省エネ、低維持費が図れる貯湯式給湯装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、給湯用水を蓄える貯湯タンク（２１）と、この貯湯タンク（２１）内の給湯用水を循環させて蓄熱運転する熱源装置（２２）と、給湯の用途に供するための給湯用必要熱量に応じて、熱源装置（２２）を制御して蓄熱運転を行なう給湯制御手段（２５）とを備える貯湯式給湯装置において、
集熱媒体を太陽熱で加熱する太陽熱集熱器（１１）を有し、その太陽熱集熱器（１１）で熱せられた集熱媒体により貯湯タンク（２１）内の給湯用水を加熱する太陽熱加熱装置（１０）が設けられ、
給湯制御手段（２５）は、蓄えられた給湯用水を使用する前日の所定時間帯に蓄熱運転するときに、給湯用必要熱量から太陽熱加熱装置（１０）で得られた集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量に応じて蓄熱運転することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、給湯用水を加熱するのに、必要沸き上げ熱量を出力する熱源装置（２２）と、集熱熱量を出力する太陽熱加熱装置（１０）とに分けて給湯用必要熱量が得られるので、熱源装置（２２）側の蓄熱運転が短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。

請求項２に記載の発明では、貯湯タンク（２１）内には、太陽熱集熱器（１１）で熱せられた集熱媒体と給湯用水とを熱交換する熱交換器（１２）が設けられ、太陽熱加熱装置（１０）は、熱交換器（１２）に太陽熱集熱器（１１）で熱せられた集熱媒体を循環させて給湯用水を加熱するように構成したことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、この種の貯湯タンク（２１）内には上方から下方にかけて、高温の湯、中温の湯、低温の湯の順に給湯用水が貯湯されているので、例えば、中温の湯と低温の湯との境界近傍に熱交換器（１２）を配設することで太陽熱集熱器（１１）で集熱した集熱熱量で比較的湯温の低い温度層の給湯用水の加熱ができる。

また、太陽熱集熱器（１１）で熱せられた集熱媒体を蓄えるための貯湯タンクがないことでその設置スペースが小さくできる。

請求項３に記載の発明では、必要沸き上げ熱量は、少なくとも給湯用必要熱量から貯湯タンク（２１）内の残熱量と集熱熱量とを減じて求めていることを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、必要最小限の蓄熱運転が可能となる。これにより、熱源装置（２２）の蓄熱運転が短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。

請求項４に記載の発明では、給湯用必要熱量は、貯湯タンク（２１）から出湯する給湯用水の出湯熱量を所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めるとともに、集熱熱量は、熱交換器（１２）から給湯用水に出力される集熱熱量を所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、給湯用必要熱量および集熱熱量を、例えば、最近１週間における実績データから求めることで、これら熱量の変動のばらつきを小さくすることができる。これにより、安定した熱源装置（２２）の蓄熱運転ができる。

請求項５に記載の発明では、太陽熱加熱装置（１０）は、熱交換器（１２）から給湯用水に出力される集熱熱量を測定する集熱熱量測定手段（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）を有していることを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、熱交換器（１２）に流通する集熱媒体の温度、流量情報などで集熱熱量を容易に測定することができる。

請求項６に記載の発明では、熱交換器（１２）に太陽熱集熱器（１１）で熱せられた集熱媒体を循環させて給湯用水を加熱する制御を行なう集熱制御手段（１５）が設けられ、この集熱制御手段（１５）は、少なくとも集熱熱量測定手段（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）で測定された流量情報、および温度情報に基づいて集熱熱量を求める集熱熱量演算手段が設けられていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、太陽熱加熱装置（１０）で給湯用水を加熱するときに、正確な集熱熱量を求めることができる。

請求項７に記載の発明では、給湯制御手段（２５）には、蓄えられた給湯用水を使用する日時における天気予測情報入力手段（２５ｂ）と、その天気予測情報入力手段（２５ｂ）で入力された天気予測情報を判定する天気予測情報判定手段とが設けられ、給湯制御手段（２５）は、天気予測情報判定手段で判定された天気予測情報に基づいて集熱熱量を補正することを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、集熱熱量は天候によって左右されるので、天気予測情報に基づいて集熱熱量を補正することにより、精度の高い集熱熱量を求めることができる。これにより、必要沸き上げ熱量の過不足の変動を小さくすることができる。

請求項８に記載の発明では、熱源装置（２２）は、冷媒が二酸化炭素を用いられたヒートポンプサイクルであることを特徴としている。請求項８に記載の発明によれば、二酸化炭素を用いる熱源装置（２２）は、超臨界ヒートポンプサイクルであるため給湯水を高温（例えば、８５〜９０℃程度）にすることができるとともに、周知のフロン、代替フロンの冷媒を用いたヒートポンプサイクルよりも貯湯タンク（２１）の小型化が図れ、かつ経済性が優れる。

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ものである。

本発明の第１実施形態における貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における温調給湯制御プログラム２５ａの制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の変形例における温調給湯制御プログラム２５ａの制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態における貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における温調給湯制御プログラム２５ａの制御処理を示すフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による貯湯式給湯装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図、図２は給湯制御装置２５の温調給湯制御プログラム２５ａの制御処理を示すフローチャートである。

本実施形態の貯湯式給湯装置は、図１に示すように、太陽熱によって熱せられた集熱媒体（例えば、不凍液）で貯湯タンク２１内の給湯用水を加熱する太陽熱加熱装置１０と、熱源装置であるヒートポンプサイクルからなるヒートポンプユニット２２により沸き上げられた給湯用水を出湯するヒートポンプ給湯装置２０とから構成している。

太陽熱加熱装置１０は、建物の屋根などに設置される太陽熱集熱器１１、貯湯タンク２１内の給湯用水と集熱媒体とを熱交換する熱交換器１２、太陽熱で熱せられた集熱媒体を太陽熱集熱器１１より熱交換器１２に循環させる水回路を形成する循環水回路１４、および集熱制御手段である集熱制御装置１５から構成している。

太陽熱集熱器１１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、吸入口１１ａから吸い込んだ集熱媒体を流通させることで加熱されるようになっている。なお、水回路の水温を検出する図示しない水温サーミスタが設けられており、太陽熱集熱器１１の水温情報を後述する集熱制御装置１５に出力するようになっている。

熱交換器１２は、貯湯タンク２１内の下方に配設されたスパイラル状のチューブであって，そのチューブの内部に集熱媒体が循環するように構成している。そして、循環水回路１４には、集熱媒体を圧送する循環ポンプ１４ａが設けられており、後述する集熱制御装置１５に電気的に接続して制御される。

なお、この種の貯湯タンク２１内には上方から下方にかけて、高温の湯、中温の湯、低温の湯の順に給湯用水が貯湯されているので、熱交換器１２を中温の湯と低温の湯との境に配設すると低温の湯を集熱媒体により加熱することができる。

また、その熱交換器１２の出入口近傍に、熱交換器１２に流通する出入口水温を検出する水温センサ１２ａ、１２ｂと、熱交換器１２に流通する集熱媒体の流量を検出する流量カウンタ１２ｃとが設けられ、それぞれ水温センサ１２ａ、１２ｂで検出された温度情報、および流量カウンタ１２ｃで検出された流量情報が後述する集熱制御装置１５に出力するように電気的に接続されている。なお、詳しくは後述するが、これらの水温センサ１２ａ、１２ｂおよび流量カウンタ１２ｃを請求項で称する集熱熱量測定手段である。

集熱制御手段である集熱制御装置１５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された集熱制御プログラム１５ａが設けられており、図示しない水温サーミスタ、水温センサ１２ａ、１２ｂからの温度情報、流量カウンタ１２ｃからの流量情報および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの操作信号等に基づいて循環ポンプ１４ａを制御するように構成されている。

次に、ヒートポンプ給湯装置２０は、給湯用水を蓄える貯湯タンク２１、ヒートポンプサイクルからなり貯湯タンク２１内の給湯用水を循環させて沸き上げ運転するヒートポンプユニット２２、貯湯タンク２１の下部から吸い込んだ水道水をヒートポンプユニット２２に循環させて、貯湯タンク２１の上部に戻す水回路を形成する循環水回路２３、および給湯制御手段である給湯制御装置２５から構成されている。

貯湯タンク２１は、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）のタンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯水を長時間に渡って保温することができるようになっている。また、貯湯タンク２１は縦長形状であり、その底面には導入口２１ａが設けられ、この導入口２１ａには貯湯タンク２１内に水道水を導入する給水配管１３が接続されている。

給水配管１３の上端には、導入される水道水の水圧が所定圧となるように調節するとともに、断水などにおける湯の逆流を防止する図示しない減圧逆止弁が設けられている。さらに、給水配管１３には温度検出手段である給水サーミスタ１３ａが設けられており、給水配管１３内の温度情報を後述する給湯制御装置２５に出力するようになっている。

一方、貯湯タンク２１の最上部には導出口２１ｂが設けられ、この導出口２１ｂには貯湯タンク２１内に蓄えられた給湯用水のうち、高温の給湯用水を導出するための高温取り出し管２６が接続されている。

そして、この高温取り出し管２６の経路途中には、図示しない逃がし弁が設けられた排出配管を接続しており、貯湯タンク２１内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク２１内の給湯用水を外部に排出して、貯湯タンク２１などにダメージを与えないようになっている。

また、図中に示す２７は、貯湯タンク２１内に蓄えられた給湯用水のうち、高温の給湯用水よりも湯温の低い中温の給湯用水を取り出すための中温取り出し配管であり、貯湯タンク２１の略中央部から取り出すようにしている。

さらに、図中に示す２９は高温取り出し管２６と中温取り出し管２７との下流側合流部位に設けられた高中温混合弁であって、下流側の給湯用配管２８に流通する給湯用水の湯温を調節する温度調節弁である。つまり、それぞれの開口面積比を調節することで、高温取り出し管２６から取り出した高温の給湯用水と中温取り出し管２７から取り出した中温の給湯用水との混合比を調節するようにしている。

因みに、この高中温混合弁２９は、図示しない操作盤で操作された設定温度に対して、＋約５℃程度高い湯温の給湯用水を給湯用配管２８に流通させるようにしている。給湯用配管２８は、下流端が台所、浴室などの図示しない給湯水栓に通ずる給湯用配管であり、その中途に給湯用混合弁３０、給湯サーミスタ２８ａ、流量カウンタ２８ｂが設けられている。

給湯サーミスタ２８ａは給湯用配管２８内の温度情報、流量カウンタ２８ｂは給湯用配管２８内の流量情報を後述する給湯制御装置２５に出力するようにしている。また、給湯用混合弁３０は、図示しない給湯水栓に出湯させる給湯用水の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比を調節することで、高中温混合弁２９で温度調節された給湯用水と水道水との混合比を調節して操作盤で操作された設定温度に調節するように制御される。

なお、給湯用混合弁３０は、給湯サーミスタ２８ｂにより検出される給湯用水の湯温に基づいてフィードバック制御を行なうようにしている。また、高中温混合弁２９および給湯用混合弁３０は、後述する給湯制御装置２５に電気的に接続されており、上記、給水サーミスタ１３ａ、給湯サーミスタ２８ａ、および各サーミスタにより検出される温度情報に基づいて制御される。

一方、導入口２１ａの近傍には、貯湯タンク２１内の水道水を吸入するための吸入口２１ｃが設けられ、貯湯タンク２１の上部には、貯湯タンク２１内に湯を吐出する吐出口２１ｄが設けられている。この吸入口２１ｃと吐出口２１ｄとは循環水回路２３で接続されており、循環水回路２３の一部は熱源装置であるヒートポンプユニット２２内に配置されている。

また、循環水回路２３のヒートポンプユニット２２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、吸入口２１ｃから吸入した貯湯タンク２１内の水道水を高温冷媒との熱交換により加熱し、吐出口２１ｄから貯湯タンク２１内に戻すことにより貯湯タンク２１内の給湯用水を沸き上げることができるようになっている。

なお、本実施形態のヒートポンプユニット２２は、図示しない圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプである。この超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などを冷媒とするヒートポンプサイクルである。

因みに、超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５℃〜９０℃程度）の給湯水を沸き上げることができる。

また、ヒートポンプユニット２２は後述する給湯制御装置２５からの制御信号により作動するとともに、作動状態を給湯制御装置２５に出力するようになっている。さらに、貯湯タンク２１の上部外壁面には、貯湯タンク２１内の上部の湯温を検出する出湯温度センサ２１ｅが設けられており、導出口２１ｂから導出される湯温の温度情報を後述する給湯制御装置２５に出力するようになっている。

また、貯湯タンク２１の外壁面には、複数の水位サーミスタ２４が縦方向にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク２１内に満たされた水の各水位レベルでの温度情報を後述する給湯制御装置２５に出力するようになっている。これは、水位サーミスタ２４からの温度情報に基づいて、貯湯タンク２１内上方の沸き上げられた給湯用水と貯湯タンク２１内下方の沸き上げられる前の水との温度境界位置を検出できるようになっている。

給湯制御装置２５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された給湯制御プログラムが設けられており、給水サーミスタ１３ａ、給湯サーミスタ２８ａ、出湯温度センサ２１ｅ、図示しない各種サーミスタなどからの温度情報および図示しない操作パネルからの操作信号等に基づいてヒートポンプユニット２０内のアクチュエータ類、高中温混合弁２９および給湯用混合弁３０などを制御する。

なお、給湯制御装置２５は、通信もしくは電気的のいずれか一方で上述した集熱制御装置１５に接続されて太陽熱加熱装置１０側の集熱情報が入力されるように構成している。

ところで、本実施形態の給湯制御装置２５では、給湯制御プログラムの他に、貯湯タンク２１内の給湯用水の沸き上げ運転を行なう温調給湯制御プログラム２５ａが設けられており、電力料金が最も安い深夜時間帯（例えば、午後１０：００〜翌朝７：００）に沸き上げ運転を行なうようにしている。

その沸き上げ運転は、深夜時間帯に達すると各水位サーミスタ２４、温度センサからの温度情報に基づいて、ヒートポンプユニット２２を作動させて貯湯タンク２１内の水道水を加熱して高温（例えば８５℃の湯）の給湯用水を蓄えておく。従って、深夜時間帯終了後（例えば、午前７：００）には、一日に使用する給湯用必要熱量に応じた貯湯量が貯湯タンク２１内に蓄えられる。

ただし、上記深夜時間帯以外において、予め設定した貯湯量を超過して使用したときは、所定の最低貯湯量以下となったときに沸き増し運転がなされるように設定されている。

次に、本発明の要部となる図２に示す温調給湯制御プログラム２５ａの制御処理に基づいて作動を説明する。図２に示すように、まず、ステップ２１０にて、所定時刻になったか否かを判定する。例えば、現在時刻が午後１０：００に達すると温調給湯制御プログラム２５ａの制御処理を開始する。

そして、ステップ２２０にて各水位サーミスタ２４からの温度、水位情報および集熱制御装置１５から集熱情報のうち、集熱熱量ＳＱを読み込む。ここで、集熱熱量ＳＱは、太陽熱集熱器１１で集熱した集熱媒体で貯湯タンク２１内の給湯用水を加熱した熱量を示すものであり、太陽熱加熱装置１０を制御する集熱制御装置１５内に設けられた集熱熱量演算手段により求められた集熱熱量ＳＱが読み込まれるものである。

例えば、太陽熱で熱せされた集熱媒体の水温が、貯湯タンク２１内の熱交換器１２近傍の湯温との温度差が所定温度以上になると、循環ポンプ１４ａが作動して太陽熱集熱器１１で熱せされた集熱媒体が熱交換器１２に循環される。これにより、貯湯タンク２１内の給湯用水が加熱される。そして、その温度差が所定温度以下に達すると循環ポンプ１４ａが停止して集熱媒体での加熱を停止するようになっている。

このときに、集熱制御装置１５では、水温センサ１２ａ、１２ｂおよび流量カウンタ１２ｃで検出された温度、流量情報に基づいて、熱交換器１２から出力される単位時間当たりの加熱量を集熱熱量演算手段により求めて累積して、一日あたりの集熱熱量ＳＱとして学習して記憶している。

そして、少なくとも過去一週間分の一日あたりの集熱熱量ＳＱを記憶しておいて、ステップ２２０にて、集熱熱量ＳＱを読み込むときに、過去一週間分のデータに基づいて平均値を求めて読み込まれるようにしている。

次に、ステップ２３０にて、給湯用必要熱量Ｑ２を求める。この給湯用必要熱量Ｑ２は翌日に使用する給湯の用途に供した給湯用水の必要熱量を求めるものであり、本実施形態では、給湯用配管２８から出湯される温度調節された給湯用水の熱量を給水サーミスタ１３ａ、給湯サーミスタ２８ａ、出湯温度センサ２１ｅ、流量カウンタ２８ｂなどで検出された温度、流量情報に基づいて単位時間当たりの給湯熱量を求めて累積して、一日あたりの給湯必要熱量Ｑ２として給湯制御装置２５で学習して記憶している。

そして、少なくとも過去一週間分の一日あたりの給湯必要熱量Ｑ２を記憶しておいて、ステップ２３０にて、給湯必要熱量Ｑ２を求めるときに、過去一週間分のデータに基づいて平均値を求めるようにしている。

次に、ステップ２４０にて、残熱量Ｑ１を求める。この残熱量Ｑ１は前日に蓄えた給湯用水の未使用分の貯湯量であって、例えば、所定温度（例えば、６０℃程度）以上の給湯用水の熱量を求めるものであり、各水位サーミスタ２４からの温度、水位情報に基づいて求める。

次に、ステップ２５０にて、必要沸き上げ熱量Ｑを求める。この必要沸き上げ熱量Ｑを、本実施形態では、Ｑ＝給湯必要熱量Ｑ２−残熱量Ｑ１−集熱熱量ＳＱから求める。つまり、必要沸き上げ熱量Ｑを給湯必要熱量Ｑ２から集熱媒体で加熱する集熱熱量ＳＱを減じた熱量で沸き上げ運転（ステップ２６０）を実行している。

これにより、必要沸き上げ熱量Ｑが小さくなることで、ヒートポンプユニット２２の蓄熱運転が大幅に短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。

そして、翌日に太陽熱で熱せされた集熱媒体の水温が、貯湯タンク２１内の熱交換器１２近傍の湯温との温度差が所定温度以上になると、循環ポンプ１４ａが作動して太陽熱集熱器１１で熱せされた集熱媒体が熱交換器１２に循環される。これにより、集熱熱量ＳＱ相当分の貯湯量が太陽熱で加熱されることになる。

なお、本実施形態では、集熱熱量ＳＱを集熱制御装置１５側で求めて給湯制御装置２５では、集熱熱量ＳＱを読み込むように構成したが、これに限らず、図３に示すように、集熱制御装置１５側で、集熱熱量測定手段である水温センサ１２ａ、１２ｂおよび流量カウンタ１２ｃで検出された温度、流量情報をそのまま、給湯制御装置２５に読み込むようにして（ステップ２２０参照）、読み込まれた温度、流量情報に基づいて、単位時間当たりの加熱量を求めて累積して、一日あたりの集熱熱量ＳＱとして学習して記憶するようにしても良い。

そして、給湯制御装置２５側で少なくとも過去一週間分の一日あたりの集熱熱量ＳＱを記憶しておいて、ステップ２４２にて、過去一週間分のデータに基づいて平均値を求めても良い。

以上の第１実施形態による貯湯式給湯装置によれば、給湯制御装置２５は、蓄えられた給湯用水を使用する前日の所定時間帯に蓄熱運転するときに、給湯用必要熱量Ｑ２から太陽熱加熱装置１０で得られた集熱熱量ＳＱを減じた必要沸き上げ熱量Ｑに応じて蓄熱運転することにより、必要沸き上げ熱量Ｑを出力するヒートポンプユニット２２と、集熱熱量ＳＱを出力する太陽熱加熱装置１０とに分けて給湯用必要熱量Ｑ２が得られるので、ヒートポンプユニット２２の蓄熱運転が短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。

また、太陽熱加熱装置１０は、熱交換器１２に太陽熱集熱器１１で熱せられた集熱媒体を循環させて貯湯タンク２１内の給湯用水を加熱するように構成したことにより、この種の貯湯タンク２１内には上方から下方にかけて、高温の湯、中温の湯、低温の湯の順に給湯用水が貯湯されているので、例えば、中温の湯と低温の湯との境界近傍に熱交換器１２を配設すれば、太陽熱集熱器１１で集熱した集熱熱量ＳＱで比較的湯温の低い温度層の給湯用水の加熱ができる。

また、太陽熱集熱器１１で熱せられた集熱媒体を蓄えるための貯湯タンクを別体に設ける必要がないことでその設置スペースが小さくできる。

また、必要沸き上げ熱量Ｑは、少なくとも給湯用必要熱量Ｑ２から貯湯タンク２１内の残熱量Ｑ１と集熱熱量ＳＱとを減じて求めていることにより、必要最小限の蓄熱運転が可能となる。これにより、ヒートポンプユニット２２の蓄熱運転が短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。

また、給湯用必要熱量Ｑ２は、貯湯タンク２１から出湯する給湯用水の出湯熱量を所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めるとともに、集熱熱量ＳＱは、熱交換器１２から給湯用水に出力される集熱熱量ＳＱを所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めることにより、例えば、最近１週間における実績データから給湯用必要熱量Ｑ２および集熱熱量ＳＱを求めることで、これら熱量の変動のばらつきを小さくすることができる。これにより、安定したヒートポンプユニット２２の蓄熱運転ができる。

また、太陽熱加熱装置１０は、熱交換器１２から給湯用水に出力される集熱熱量ＳＱを測定する集熱熱量測定手段である水温センサ１２ａ、１２ｂおよび流量カウンタ１２ｃを有していることにより、熱交換器１２に流通する集熱媒体の温度、流量情報などで集熱熱量を容易に測定することができる。

また、熱交換器１２に太陽熱集熱器１１で熱せられた集熱媒体を循環させて給湯用水を加熱する制御を行なう集熱制御装置１５が設けられ、この集熱制御装置１５は、少なくとも集熱熱量測定手段である水温センサ１２ａ、１２ｂおよび流量カウンタ１２ｃで測定された流量情報、および温度情報に基づいて集熱熱量ＳＱを求める集熱熱量演算手段が設けられていることにより、太陽熱加熱装置１０で給湯用水を加熱するときに、正確な集熱熱量を求めることができる。

また、ヒートポンプユニット２２は、冷媒が二酸化炭素を用いられたヒートポンプサイクルであることにより、二酸化炭素を用いるヒートポンプユニット２２は、超臨界ヒートポンプサイクルであるため給湯水を高温（例えば、８５〜９０℃程度）にすることができるとともに、周知のフロン、代替フロンの冷媒を用いたヒートポンプサイクルよりも貯湯タンク２１の小型化が図れ、かつ経済性が優れる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、集熱熱量ＳＱを水温センサ１２ａ、１２ｂおよび流量カウンタ１２ｃで検出された温度、流量情報に基づいて、熱交換器１２から出力される単位時間当たりの加熱量を集熱熱量演算手段により求めて累積して、一日あたりの集熱熱量ＳＱとして学習して記憶し、少なくとも過去一週間分の一日あたりの集熱熱量ＳＱを記憶して、給湯制御装置２５により集熱熱量ＳＱを読み込むときに、過去一週間分のデータに基づいて平均値を求めるように構成した。

ところが、この集熱熱量ＳＱは、蓄熱運転を行なう翌日の天気により左右されるので、これに限らず、この集熱熱量ＳＱを天気予測手段２５ｂで天気情報を入力し、その天気情報を判定してその判定された天気情報に基づいて集熱熱量ＳＱを補正するように構成しても良い。

具体的には、図３および図４に示すように、インターネットもしくはＦＭ多重などのデコーダからなる天気予測手段２５ｂで翌日の天気予測情報を取得して、給湯制御装置２５に入力するように接続する。そして、図５に示すステップ２２５にて、天気予測手段２５ｂから入力される天気予測情報を読み込んで、ステップ２４５にて集熱熱量ＳＱの補正を求める。

例えば、入力される天気予測情報が、晴れのときは補正係数Ｋ＝１、曇りのときはＫ＝０．５、雨降りのときはＫ＝０として、判定および補正係数Ｋを決定する。そして、ステップ２５０ａにおける必要沸き上げ熱量Ｑの集熱熱量ＳＱに補正係数を掛けて必要沸き上げ熱量Ｑを補正する。

これによれば、集熱熱量ＳＱは天候によって左右されるので、天気予測情報に基づいて集熱熱量ＳＱを補正することにより、第１実施形態よりも精度の高い集熱熱量ＳＱを求めることができる。これにより、必要沸き上げ熱量Ｑの過不足の変動を小さくすることができる。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、冷媒に二酸化炭素を用いたヒートポンプユニット２２を熱源装置として説明したが、これに限らず、フロン、代替フロンなどの冷媒を用いる一般的なヒートポンプサイクルでも良い。

１０…太陽熱加熱装置
１１…太陽熱集熱器
１２…熱交換器
１２ａ、１２ｂ…水温センサ（集熱熱量測定手段）
１２ｃ…流量カウンタ（集熱熱量測定手段）
１５…集熱制御装置（集熱制御手段）
２１…貯湯タンク
２２…ヒートポンプユニット（熱源装置）
２５…給湯制御装置（給湯制御手段）
２５ｂ…天気予測情報入力手段

Claims (8)

1. 給湯用水を蓄える貯湯タンク（２１）と、
   前記貯湯タンク（２１）内の給湯用水を循環させて蓄熱運転する熱源装置（２２）と、
   給湯の用途に供するための給湯用必要熱量に応じて、前記熱源装置（２２）を制御して蓄熱運転を行なう給湯制御手段（２５）とを備える貯湯式給湯装置において、
   集熱媒体を太陽熱で加熱する太陽熱集熱器（１１）を有し、その太陽熱集熱器（１１）で熱せられた集熱媒体により前記貯湯タンク（２１）内の給湯用水を加熱する太陽熱加熱装置（１０）が設けられ、
   前記給湯制御手段（２５）は、蓄えられた給湯用水を使用する前日の所定時間帯に蓄熱運転するときに、給湯用必要熱量から前記太陽熱加熱装置（１０）で得られた集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量に応じて蓄熱運転することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記貯湯タンク（２１）内には、前記太陽熱集熱器（１１）で熱せられた集熱媒体と給湯用水とを熱交換する熱交換器（１２）が設けられ、
   前記太陽熱加熱装置（１０）は、前記熱交換器（１２）に前記太陽熱集熱器（１１）で熱せられた集熱媒体を循環させて給湯用水を加熱するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記必要沸き上げ熱量は、少なくとも給湯用必要熱量から前記貯湯タンク（２１）内の残熱量と前記太陽熱加熱装置（１０）で得られる集熱熱量とを減じて求めていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記給湯用必要熱量は、前記貯湯タンク（２１）から出湯する給湯用水の出湯熱量を所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めるとともに、
   前記集熱熱量は、前記熱交換器（１２）から給湯用水に出力される集熱熱量を所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めることを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記太陽熱加熱装置（１０）は、前記熱交換器（１２）から給湯用水に出力される集熱熱量を測定する集熱熱量測定手段（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
6. 前記熱交換器（１２）に前記太陽熱集熱器（１１）で熱せられた集熱媒体を循環させて給湯用水を加熱する制御を行なう集熱制御手段（１５）が設けられ、
   前記集熱制御手段（１５）は、少なくとも前記集熱熱量測定手段（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）で測定された流量情報、および温度情報に基づいて集熱熱量を求める集熱熱量演算手段が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の貯湯式給湯装置。
7. 前記給湯制御手段（２５）には、蓄えられた給湯用水を使用する日時における天気予測情報入力手段（２５ｂ）と、その天気予測情報入力手段（２５ｂ）で入力された天気予測情報を判定する天気予測情報判定手段とが設けられ、
   前記給湯制御手段（２５）は、前記天気予測情報判定手段で判定された天気予測情報に基づいて前記集熱熱量を補正することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
8. 前記熱源装置（２２）は、冷媒が二酸化炭素を用いられたヒートポンプサイクルであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。

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