JP2011174664A - 太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流量センサの検出値を用いないで太陽熱をタンク内に輸送する熱媒体の流量を求めることができる太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド給湯装置１における制御装置５は、太陽熱集熱器４によって加熱された熱媒体の熱がタンク３内の流体に供給されている集熱動作中にタンクサーミスタ３１〜３７の検出値からタンク３内の流体に蓄えられる増加熱量を算出し（Ｓ１０，Ｓ５０）、集熱器サーミスタ２０による検出値と熱交換後サーミスタ２１による検出値との差から求める熱交換前後の温度差を積算し（Ｓ２０）、増加熱量の算出値と熱交換前後の温度差の積算値とを用いてタンク熱交換器８を流れた熱媒体流量を算出する（Ｓ６０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽熱の集熱から得られる熱量を用いてタンクに蓄えた熱量を給湯用に使用する太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置に関する。

従来、この種のタンク蓄熱式給湯装置として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。特許文献１の装置は、太陽熱集熱器で加熱された高温熱媒体温度を計測する温度センサと、貯湯槽内で熱交換した後の低温熱媒体温度を計測する温度センサとを備え、計測された高温熱媒体温度が低温熱媒体温度よりも高いときにポンプを制御装置により運転し、リモコンに集熱中と表示する。集熱中に熱媒体から貯湯槽内の水が得ている集熱量は、太陽熱集熱器から貯湯槽に供給される熱媒体の流量を計測する流量センサと前述の各温度センサとで計測された計測値から算出される。このように算出された集熱量はリモコンの集熱量表示バーによって表示される。

特開２００２‐１８１３９３号公報

しかしながら、上記の従来技術は、集熱量を算出するために、熱交換前後の熱媒体の温度をそれぞれ計測する温度センサの他に、熱媒体の流量を計測する流量センサを必要とする。このため、集熱量を求めるために装備するセンサ類が多く、部品点数及び製品コストの面での改善が望まれる。

そこで本発明は、流量センサの検出値を用いないで太陽熱をタンク内に輸送する熱媒体の流量を求めることができる太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置を提供することを目的とする。

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、請求項１に記載の太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置に係る発明は、太陽熱を集熱する太陽熱集熱器（４）と、内部の流体の熱量が給湯に使用され、当該太陽熱集熱器で加熱された熱媒体の熱を内部の流体に吸熱するタンク（３）と、タンク内に設けられ、内部を流れる熱媒体とタンク内の流体との間で熱交換を行うタンク熱交換器（８）と、タンク熱交換器と太陽熱集熱器とを環状に接続する回路であって熱媒体が循環する循環回路（７）と、タンク内の流体の温度を検出する複数個のタンク温度センサ（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７）と、太陽熱集熱器によって加熱された後タンク熱交換器で熱交換される前の熱媒体の温度を検出する第１の熱媒体温度センサ（２０）と、タンク熱交換器で熱交換された後太陽熱集熱器によって加熱される前の熱媒体の温度を検出する第２の熱媒体温度センサ（２１）と、タンク温度センサ、第１の熱媒体温度センサ、及び第２の熱媒体温度センサによる検出値を取得する制御装置（５）と、を備え、
制御装置は、太陽熱集熱器によって加熱された熱媒体の熱がタンク内の流体に供給されている集熱動作中にタンク温度センサの検出値からタンク内の流体に蓄えられる増加熱量を算出し（Ｓ１０，Ｓ５０）、第１の熱媒体温度センサによる検出値と第２の熱媒体温度センサによる検出値との差から求める熱交換前後の温度差を積算し（Ｓ２０）、増加熱量の算出値と熱交換前後の温度差の積算値とを用いてタンク熱交換器を流れた熱媒体流量を算出する（Ｓ６０）ことを特徴とする。

この発明によれば、集熱動作中に、タンク温度センサの検出値からタンク内に蓄えられる増加熱量を算出し、第１の熱媒体温度センサによる検出値と第２の熱媒体温度センサによる検出値との差から求める熱交換前後の温度差を積算する。これにより、熱交換前後の温度差を検出するセンサと、タンクに蓄えられる熱量を求めるためのタンク温度センサとを活用することによって、得られた太陽熱をタンク内に輸送する熱媒体の流量を求めることができるのである。したがって、熱媒体の流量検出用の流量センサを必要としない太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置を提供できる。

請求項２は、請求項１に記載の発明において、制御装置は、集熱動作中に、熱媒体から供給される熱量以外によってタンク内の熱量が増減する条件を検出した場合には、熱媒体流量の算出を中断して熱交換前後の温度差の積算値をリセットし（Ｓ１４）、当該条件が検出されなくなると、熱交換前後の温度差の積算をやり直す（Ｓ２０）ことを特徴とする。

この発明によれば、熱媒体からの熱量以外によってタンク内の熱量が増減する条件を検出した場合、例えば、給湯動作があった場合、別の加熱源からタンク内に熱量が加えられた場合等には、上記の算出方法によって得られる熱媒体流量の結果が実際の正しい値にならないため、このようなタンク内の熱量変動をもたらす外的要因を排除した演算処理を実施することができる。したがって、請求項２に記載の演算処理により、太陽熱集熱器からの熱量供給を適切に検出して、熱媒体流量の算出の精度向上を図ることができる。

請求項３は、請求項１または請求項２に記載の発明において、さらにタンク内の流体を加熱するヒートポンプユニット（２）を備え、当該ヒートポンプユニットは、昼間の電気料金よりも安価な料金体系である所定の安価料金時間帯に加熱運転を実施してタンク内の流体に熱量を与えることを特徴とする。

この発明によれば、熱媒体の流量検出用の流量センサを必要としないで太陽熱集熱器からの熱量供給を適切に検出できる熱媒体流量の算出、及びヒートポンプユニットによるタンク内への熱量供給を実施することにより、太陽熱の利用及び所定の安価料金時間帯での加熱運転の両方を有効活用する蓄熱運転と部品点数の低減化とが図れるタンク蓄熱式給湯装置を提供できる。

請求項４は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、タンク及び循環回路の一部はタンクユニット（１０）を形成する筐体内に配置され、第１の熱媒体温度センサ（２２）及び第２の熱媒体温度センサ（２１）は、筐体内に位置する循環回路の部位で熱媒体の温度をそれぞれ検出することを特徴とする。

この発明によれば、両方の熱媒体温度センサは、タンクユニットを形成する筐体の内側に位置する箇所で熱媒体の温度を検出するため、循環回路の配管等を流通する間の放熱による熱媒体の温度低下の影響を受け難い温度検出を実施することができる。したがって、このような温度検出は、配管等からの放熱ロスによる熱量誤差を低減した演算を行うことに寄与し、熱媒体の流量算出の精度向上を図ることができる。

請求項５は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、第２の熱媒体温度センサ（２３）はタンク熱交換器の周囲に位置するタンク内の流体の温度を検出することを特徴とする。この発明によれば、循環回路を形成する配管等に第２の熱媒体温度センサを設ける必要がなく、タンク内部に露出するようにタンクの側壁に設けることが可能になる。また、タンク熱交換器の周囲に位置するタンク温度センサの少なくとも一つを第２の熱媒体温度センサとして活用することも可能となる。したがって、装置構成の簡素化や部品点数の低減化が図れる。

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一例である。

本発明の第１実施形態に係る太陽熱利用のハイブリッド給湯装置１の概略構成を示す模式図である。 第１実施形態における特徴的な熱媒体流量の算出ステップを経て集熱量を算出する流れを示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る太陽熱利用のハイブリッド給湯装置１の概略構成を示す模式図である。 第２実施形態における特徴的な熱媒体流量の算出ステップを経て集熱量を算出する流れを示したフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る太陽熱利用のハイブリッド給湯装置１の概略構成を示す模式図である。 第３実施形態における特徴的な熱媒体流量の算出ステップを経て集熱量を算出する流れを示したフローチャートである。 本発明の第４実施形態における特徴的な熱媒体流量の算出ステップを経て集熱量を算出する流れを示したフローチャートである。 図７に示すフローチャートの理解を助けるタームチャートである。

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合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、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及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置についての一実施形態であるハイブリッド給湯装置１の概略構成を示した模式図である。

図１に示すように、ハイブリッド給湯装置１は、太陽熱を集熱する太陽熱集熱器４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と、ヒートポンプユニット２によって沸き上げた湯を内部流体として蓄えるタンク３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、昼間における太陽熱集熱器４の集熱量によって加熱された熱媒体としての太陽熱温水のみの熱量を使用したり、ヒートポンプユニット２によって作った貯湯水の熱量のみを使用したり、あるいは当該太陽熱温水と貯湯水の両方の熱量を利用したりする温水を使用する。これにより、ハイブリッド給湯装置１は、太陽熱利用と、昼間の電気料金よりも安価な料金体系である所定の安価料金時間帯（例えば、深夜料金時間帯）に実施する沸き上げ運転の活用により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ものである。

ヒートポンプユニット２は、冷媒を熱交換媒体とするヒートポンプサイクルからなりタンク３内の流体（水）を加熱可能な加熱装置である。ヒートポンプユニット２は制御装置５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５に出力するように構成されている。

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の外壁面には、貯湯水の湯量、貯湯温度を検出するためのタンク温度センサである複数個のタンクサーミスタ３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７が設けられており、本実施形態では縦方向にほぼ等間隔で最上部から順に７個のサーミスタが配設されている。これら７個のサーミスタの検出温度信号は、それぞれ制御装置５の入力回路に入力されるようになっており、各水位レベルでのタンク内流体の温度や湯量を検出可能である。したがって、制御装置５は、タンクサーミスタ３１〜３７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、タンク内における所定水位の温度及び湯量の検出結果を所定のプログラムで演算することにより、タンク３内に蓄えられている熱量を算出することができる。

タンク３には、タンク３の内部に水道水を供給するための給水管９と、ヒートポンプユニット２とタンク３の内部とを接続しヒートポンプユニット２により加熱された湯が循環する加熱用循環回路１１と、給湯端末に繋がる給湯管１３等からなる配管系統と、給湯管１３に混合弁１４を介して連結される市水供給管１２と、が接続されている。さらにタンク３の内部には、タンク熱交換器８が設置されている。このタンク熱交換器８には、太陽熱集熱器４で太陽熱により加熱された太陽熱温水が循環する集熱器用循環回路７が接続されている。

集熱器用循環回路７には、当該太陽熱温水を強制的に循環させるポンプ６が設けられている。タンク熱交換器８においては、当該太陽熱温水とタンク３内部の貯湯水とが熱交換することにより、当該貯湯水が太陽熱温水から吸熱して加熱される。太陽熱集熱器４から太陽熱温水が流出する出口に相当する集熱器用循環回路７の一部には、太陽熱集熱器４で加熱された後の太陽熱温水の温度を検出する集熱器サーミスタ２０が設けられている。集熱器サーミスタ２０は、太陽熱集熱器４によって加熱された後、タンク熱交換器８で熱交換される前の太陽熱温水（熱媒体）の温度を検出する第１の熱媒体温度センサである。

タンク熱交換器８から太陽熱温水が流出する出口に相当する集熱器用循環回路７の一部には、タンク熱交換器８で熱交換後の太陽熱温水の温度を検出する熱交換後サーミスタ２１が設けられている。熱交換後サーミスタ２１は、タンク熱交換器８で熱交換された後、太陽熱集熱器４によって加熱される前の熱媒体の温度を検出する第２の熱媒体温度センサである。熱交換後サーミスタ２１は、集熱器用循環回路７を構成する環状の配管のうち、タンクユニット１０を取り囲む筐体内であってタンク熱交換器８よりも下流側でタンク３外に露出する配管部位に設置されている。

制御装置５は、リモートコントローラ（図示せず）上の各種スイッチからの信号、各種のサーミスタ２０，２１，３１〜３７等からの通信信号が入力される入力回路と、入力回路からの信号を用いて各種演算を実行するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータによる演算に基づいてヒートポンプユニット２、ポンプ６、各種混合弁等を制御する通信信号を出力する出力回路と、を備えている。マイクロコンピュータは、各サーミスタの検出データ、各種演算結果等を記憶する記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ等を内蔵し、あらかじめ設定された制御プログラムや更新可能な制御プログラムを有し、後述する熱媒体流量の算出、太陽熱集熱器４による集熱量の算出、沸き上げ運転の制御等を実施する。

制御装置５は、太陽熱温水の熱がタンク３内の貯湯水に供給されている集熱動作中に、タンクサーミスタ３１〜３７の検出値からタンク３内の流体に蓄えられる増加熱量を算出する増加熱量算出手段、集熱器サーミスタ２０の検出値と熱交換前サーミスタ２１の検出値との差から求める熱交換前後の温度差を積算する温度差積算手段、増加熱量の算出値と熱交換前後の温度差の積算値とを用いてタンク熱交換器８を流れた太陽熱温水の流量を算出する熱媒体流量算出手段、及び熱媒体流量算出手段によって算出された流量を使用してタンク３内に供給された集熱量を算出する集熱量算出手段としての機能を有する。さらに制御装置５は、深夜料金時間帯に実施するヒートポンプユニット２による沸き上げ熱量（加熱熱量）を求める加熱量算出手段としての機能も有する。

制御装置５は、太陽熱集熱器４から熱量がタンク３内に供給される集熱動作中になると、つまり、日照時間帯に太陽熱温水から貯湯水に伝熱可能な状態になると、太陽熱温水のポンプ６を作動させ、太陽熱温水に蓄えられた太陽熱を熱輸送媒体である太陽熱温水を介して貯湯水に伝達させる。このとき制御装置５は、太陽熱温水から貯湯水へ伝熱可能か否かの判定を、太陽熱温水の温度を検出する集熱器サーミスタ２０から得られる検出値と熱交換後サーミスタ２１から得られる検出値との温度差を利用して実施する。つまり、制御装置５は、両検出値に基づく温度差が所定の温度差以上になれば、太陽熱温水が貯湯水よりも充分に高い温度であり太陽熱温水から貯湯水に伝熱可能であると判定し、すなわち集熱条件を満たしたと判断し、ポンプ６を作動させる。

上記構成のハイブリッド給湯装置１が、集熱動作中における特徴的な熱媒体流量の算出ステップを経て集熱量を算出する手順について、図２を参照して説明する。図２は、ハイブリッド給湯装置１が実行する特徴的な熱媒体流量の算出ステップを経て集熱量を算出する流れを示したフローチャートである。

図２に示す各ステップは制御装置５によって実行される。まず、ステップ１０では、集熱動作が開始された時点のタンク熱量Ｑ１を算出し、算出結果のＱ１を記憶する処理を実行する。タンク熱量Ｑ１は、上述のように、タンクサーミスタ３１〜３７の検出値を所定のプログラムによって演算することにより算出される。次のステップ２０では、集熱器サーミスタ２０による検出温度Ｔ２０と熱交換後サーミスタ２１による検出温度Ｔ２１との温度差である（Ｔ２０−Ｔ２１）を算出し、この温度差の算出結果を記憶する処理を実行する。

次に、ステップ３０で集熱動作中であるか否かを判定する。そして、集熱動作中でないと判定すると（ＮＯ）、熱媒体流量の算出を行うことなく、終了する。集熱動作中であると判定すると（ＹＥＳ）、ステップ４０に進み先のステップ１０の処理実行から所定時間α（例えば３０分）が経過したか否かを判定する。まだ所定時間αを経過していないと判定すると、ステップ２０に戻り、ステップ２０及びステップ３０を実行する。このループは、ステップ４０で所定時間αが経過したと判定するまで繰り返される。ステップ２０では、再びサーミスタ２０，２１の検出値を用いて（Ｔ２０−Ｔ２１）を算出し、すでに記憶してある過去の算出結果に対して積算した積算値を記憶する。このステップ２０は、所定時間間隔、例えば１分毎に実行され、３０分経過するまでに１分間隔で検出及び算出された合計３０個の（Ｔ２０−Ｔ２１）が積算され、積算結果が記憶されることになる。

そして、ステップ４０で所定時間αが経過したと判定すると、ステップ５０で集熱動作の開始から所定時間αが経過した時点のタンク熱量Ｑ２を算出する。次にステップ６０では、熱媒体（太陽熱温水）の流量Ｆを算出する。熱媒体の流量Ｆは次の式１により算出する。

Ｆ＝（Ｑ２−Ｑ１）／Σ（Ｔ２０−Ｔ２１） …（式１）
（Ｑ２−Ｑ１）は所定時間αの間に増加したタンク熱量であり、Σ（Ｔ２０−Ｔ２１）は、所定時間αの間に検出した熱交換前後の温度差を積算した値である。

さらにステップ７０では、所定時間αの間にタンク３に供給された集熱量Ｑｓを算出する。集熱量Ｑｓは次の式２により算出する。

Ｑｓ＝（Ｔ２０−Ｔ２１）×Ｆ …（式２）
Ｆはステップ６０で算出した熱媒体の流量であり、（Ｔ２０−Ｔ２１）は１分毎に検出する熱交換前後の温度差である。ステップ７０の演算処理を実行するとステップ１０に戻り、集熱動作中であれば再び以降の各ステップを繰返し実行する。

集熱動作は１日のうち、日照時間中行われるため、本制御フローは、日照量が閾値値以上で集熱動作が実施され続けている間は継続して実行される。したがって、所定時間α毎に行われる熱媒体の流量Ｆの算出は１日に複数回行われる。この場合には、ステップ６０において算出したＦと同日の過去（ｎ−１）回のＦ_１，Ｆ_２，…，Ｆ_ｎ-２，Ｆ_ｎ-１とを平均して次のステップ７０に使用する今回のＦ_ｎを算出するようにしてもよい。

ステップ７０で算出された集熱量Ｑｓは、日々の集熱量の学習に使用する。つまり、制御装置５は当該集熱量Ｑｓを過去の集熱量実績として記憶し、記憶された集熱量実績は、制御装置５によって学習され、例えば、その地域における集熱量の特性、その地域における集熱量の季節の変動等を把握するデータとして活用することができる。

本実施形態のハイブリッド給湯装置１がもたらす作用効果を以下に述べる。ハイブリッド給湯装置１における制御装置５は、太陽熱集熱器４によって加熱された熱媒体の熱がタンク３内の流体に供給されている集熱動作中の所定時間にタンクサーミスタ３１〜３７の検出値からタンク３内の流体に蓄えられる増加熱量（Ｑ２−Ｑ１）を算出し（Ｓ１０，Ｓ５０）、集熱器サーミスタ２０による検出値と熱交換後サーミスタ２１による検出値との差から求める熱交換前後の温度差（Ｔ２０−Ｔ２１）を積算し（Ｓ２０）、増加熱量の算出値と熱交換前後の温度差の積算値とを用いてタンク熱交換器８を流れた熱媒体流量を算出する（Ｓ６０）。

これによれば、集熱動作中の所定時間に、タンクサーミスタ３１〜３７の検出値からタンク３内に蓄えられる増加熱量を算出し、集熱器サーミスタ２０による検出値と熱交換後サーミスタ２１による検出値との差から求める熱交換前後の温度差を積算する（Σ（Ｔ２０−Ｔ２１））。これにより、熱交換前後の温度差を検出する検出装置とタンクに蓄えられる熱量を求めるための既設のタンクサーミスタ３１〜３７とを活用することによって、タンク３内に太陽熱を輸送する熱媒体の流量Ｆを求めることができるのである。したがって、従来技術が利用する熱媒体の流量検出用の流量センサを必要としないで、当該流量を求められる太陽熱利用のハイブリッド給湯装置１を実現できる。

また、本実施形態によれば、流量センサを用いないで熱媒体の流量を求められる構成であるので、熱媒体の温度変化に伴う粘性の変化によって生じる流量センサの検出能の低下等による流量検出精度の変化の影響を受け難い装置を提供することができる。

また、ハイブリッド給湯装置１が備えるヒートポンプユニット２は、昼間の電気料金よりも安価な料金体系である所定の安価料金時間帯に加熱運転を実施してタンク内の流体に熱量を与える。このハイブリッド給湯装置１によれば、太陽熱の利用及び所定の安価料金時間帯での加熱運転の両方を有効活用する蓄熱運転と部品点数の低減化とが図れる。

（第２実施形態）
第２実施形態で説明するハイブリッド給湯装置１Ａは、第１実施形態に係るハイブリッド給湯装置１に対して、太陽熱集熱器４の熱量を与えられた後の太陽熱温水の温度を、第１実施形態の集熱器サーミスタ２０に代わって検出する熱交換前サーミスタ２２を備えたものである。図３は、ハイブリッド給湯装置１Ａの概略構成を示す模式図である。図４はハイブリッド給湯装置１Ａが実施する特徴的な熱媒体流量の算出ステップを経て集熱量を算出する流れを示したフローチャートである。図３において図１と同様の符号を付した各部は、第１実施形態の説明と同様の構成部品であり、同様の作用効果をするものである。図４において以下に説明するステップ以外の同符号を付した各ステップは、図２に示す第１実施形態のフローチャートと同様であり、その作用効果も同様である。

図３に示すように、熱交換前サーミスタ２２は、太陽熱集熱器４によって加熱された後、タンク熱交換器８で熱交換される前の熱媒体（太陽熱温水）の温度を検出する第１の熱媒体温度センサである。熱交換前サーミスタ２２は、集熱器用循環回路７を構成する環状の配管のうち、タンクユニット１０を取り囲む筐体内であってタンク熱交換器８よりも上流側でタンク３外に露出する配管部位に設置され、吸熱される前の集熱器用循環回路７を流れる熱媒体の温度を検出する。

第２実施形態のハイブリッド給湯装置１Ａは、第１の熱媒体温度センサとして機能する熱交換前サーミスタ２２を備えることにより、図４に示すように、ステップ２０Ａで、熱交換前サーミスタ２２による検出温度Ｔ２２と熱交換後サーミスタ２１による検出温度Ｔ２１との温度差である（Ｔ２２−Ｔ２１）を算出し、この温度差の算出結果を記憶する処理を実行する。これにより、第１実施形態の式１及び式２はそれぞれ、以下の式３、式４に置き換えられる。

Ｆ＝（Ｑ２−Ｑ１）／Σ（Ｔ２２−Ｔ２１） …（式３）
Σ（Ｔ２２−Ｔ２１）は、所定時間αの間に検出した熱交換前後の温度差を積算した値である。

Ｑｓ＝（Ｔ２２−Ｔ２１）×Ｆ …（式４）
（Ｔ２２−Ｔ２１）は１分毎に検出する熱交換前後の温度差である。

本実施形態のハイブリッド給湯装置１Ａによれば、タンク３及び集熱器用循環回路７の一部はタンクユニット１０を形成する筐体内に配置されている。熱交換前サーミスタ２２（第１の熱媒体温度センサ）及び熱交換後サーミスタ２１（第２の熱媒体温度センサ）は、筐体内に位置する配管部位で集熱器用循環回路７内を流れる熱媒体の温度をそれぞれ検出する。この構成によれば、両方の熱媒体温度センサは、タンクユニット１０を形成する筐体の内側に位置する部位で熱媒体の温度を検出するため、集熱器用循環回路７の配管等を流通する間の放熱による熱媒体の温度低下の影響を受け難く、放熱ロスによる計測誤差の小さい温度検出を実施することができる。したがって、このような温度検出は、配管等からの放熱ロスによる熱量誤差を抑えた演算を行うことに寄与し、熱媒体の流量算出の精度向上を図ることができる。また、本実施形態によれば、第１および第２の熱媒体温度センサをタンクユニット１０の筐体内に設置することができるため、センサの点検、部品交換等を実施し易いという効果が得られる。

（第３実施形態）
第３実施形態で説明するハイブリッド給湯装置１Ｂは、第１実施形態に係るハイブリッド給湯装置１に対して、タンク熱交換器８で熱交換が行われた後の太陽熱温水の温度を、第１実施形態の熱交換後サーミスタ２１に代わって検出する熱交換器サーミスタ２３を備えたものである。図５は、ハイブリッド給湯装置１Ｂの概略構成を示す模式図である。図６はハイブリッド給湯装置１Ｂが実施する特徴的な熱媒体流量の算出ステップを経て集熱量を算出する流れを示したフローチャートである。図５において図１と同様の符号を付した各部は、第１実施形態の説明と同様の構成部品であり、同様の作用効果をするものである。図６において以下に説明するステップ以外の同符号を付した各ステップは、図２に示す第１実施形態のフローチャートと同様であり、その作用効果も同様である。

図３に示すように、タンク３内のタンク熱交換器８の周囲には、タンク熱交換器８の近傍における貯湯水の温度を検出する熱交換器サーミスタ２３が設けられている。熱交換器サーミスタ２３は、タンク熱交換器８で熱交換された後、太陽熱集熱器４によって加熱される前の熱媒体（太陽熱温水）の温度を検出する第２の熱媒体温度センサである。熱交換器サーミスタ２３は、例えば、タンク熱交換器８に近接した部位、タンク熱交換器８と同じ高さの水位に相当する部位、タンク熱交換器８の下流側出口に近接する部位、その他これらの部位に相当するタンク３の内壁面に設置されている。熱交換器サーミスタ２３は、タンク熱交換器８の周囲に位置するタンク３内の貯湯水の温度を検出することができる。

第３実施形態のハイブリッド給湯装置１Ｂは、第２の熱媒体温度センサとして機能する熱交換器サーミスタ２３を備えることにより、図６に示すように、ステップ２０Ｂで、集熱器サーミスタ２０による検出温度Ｔ２０と熱交換器サーミスタ２３による検出温度Ｔ２３との温度差である（Ｔ２０−Ｔ２３）を算出し、この温度差の算出結果を記憶する処理を実行する。これにより、第１実施形態の式１及び式２はそれぞれ、以下の式５、式６に置き換えられる。

Ｆ＝（Ｑ２−Ｑ１）／Σ（Ｔ２０−Ｔ２３） …（式５）
Σ（Ｔ２０−Ｔ２３）は、所定時間αの間に検出した熱交換前後の温度差を積算した値である。

Ｑｓ＝（Ｔ２０−Ｔ２３）×Ｆ …（式６）
（Ｔ２０−Ｔ２３）は１分毎に検出する熱交換前後の温度差である。

本実施形態のハイブリッド給湯装置１Ｂによれば、第２の熱媒体温度センサとして熱交換器サーミスタ２３を備え、熱交換器サーミスタ２３は、タンク熱交換器８の周囲に位置するタンク３内の流体の温度を検出する。これによれば、第２の熱媒体温度センサとして、集熱器用循環回路７を形成する配管等にセンサを設ける必要がなく、タンク３内部に露出するようにタンク３の側壁にセンサを設けることが可能になる。また、タンク熱交換器８の周囲に位置するタンクサーミスタ３１〜３７の少なくとも一つを第２の熱媒体温度センサとして活用することも可能となる。したがって、装置構成の簡素化や部品点数の低減化が期待できる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、第１実施形態のフローチャートに対して、太陽熱集熱器４からの熱供給以外によってタンク３内の熱量増減がある場合に所定の各処理を実行する制御について図７及び図８を参照して説明する。図７は第４実施形態における特徴的な熱媒体流量の算出ステップを経て集熱量を算出する流れを示したフローチャートである。図８は図７に示すフローチャートの理解を助けるタームチャートである。なお、第４実施形態のフローチャートは、図７において図２と同符号を付したステップが第１実施形態のフローチャートと同様であるものとし、その作用効果も同様である。

図７に示すように、ステップ１０で集熱動作が開始された時点のタンク熱量Ｑ１を算出し、算出結果のＱ１を記憶する処理を実行した後、ステップ１２でタンク熱量の増減があるか否かを判定する。ステップ１２では、具体的には太陽熱温水から供給される熱量以外によって、タンク３内の熱量が増減する条件が成立するか否かを判定する。この判定は、機器間の信号の送受信や、機器から制御装置５に送信される信号に基づいて行われる。制御装置５は、集熱動作中に、例えば、出湯等の給湯が行われた場合には機器から送られる流量信号に基づいて判定し、ヒートポンプユニット２等の加熱機器の動作により熱量が加えられる場合には当該加熱機器から送られる信号や貯湯水が循環していることを示す流量信号に基づいて判定する。

ステップ１２で当該条件が成立せずＮＯと判定すると、ステップ２０に進み、第１実施形態と同様の以降の各ステップを実行する。ステップ１２で当該条件が成立してＹＥＳと判定すると、ステップ１４で、次回の熱媒体流量Ｆの算出のために、先のステップ１０で記憶したタンク熱量Ｑ１と、カウント中の所定時間αの間にステップ２０で積算及び記憶した（Ｔ２０−Ｔ２１）の積算値と、進行中の所定時間αのカウントとをすべてリセットする処理を実行する。

次に、ステップ１６でステップ１２と同様の条件が成立するか否かを判定する。ステップ１６で当該条件が成立せずＮＯと判定すると、太陽熱集熱器４以外からの熱量供給が無くなったと判断し、再度、タンク熱量Ｑ１の算出及び記憶を実行するためステップ１０に進み、以降の各ステップを実行する。ステップ１６で当該条件が成立してＹＥＳと判定すると、まだ太陽熱集熱器４以外からの熱量供給がある状態であるため、ステップ１８で集熱動作中であるか否かを判定する。そして、集熱動作中でないと判定すると（ＮＯ）、熱媒体流量Ｆの算出を行うことなく、終了する。集熱動作中であると判定すると（ＹＥＳ）、ステップ１６に戻る。

ステップ１６で当該条件が成立せずＮＯと判定してステップ１０に進んだ場合には、ステップ１０の処理とともに所定時間αのカウントを開始する。そしてステップ１２で当該条件が成立せずＮＯと判定すると、ステップ３０で集熱中の判定がされて、再度カウント開始された所定時間αの経過がステップ４０で確認されるまで、ステップ２０の積算処理、を繰り返し、新たに所定時間α分の（Ｔ２０−Ｔ２１）の積算値を求める。所定時間αが経過すると、ステップ５０のＱ２の算出を経て、ステップ６０で、新たな（Ｔ２０−Ｔ２１）の積算値、タンクの増加熱量（Ｑ２−Ｑ１）を用いて上記の式１によって熱媒体の流量Ｆを算出する。そして、ステップ７０で、上記の式２によって集熱量Ｑｓを算出する処理を実行するとステップ１０に戻り、集熱動作中であれば再び以降の各ステップを繰返し実行する。

すなわち、図８に示すように、ステップ１４でのリセット処理前に算出したＱ１及び積算した（Ｔ２０−Ｔ２１）の積算値は削除され、今回の熱媒体の流量Ｆ_ｎ+１の算出には使用されない。そして、図示するように、ステップ１６で出湯等のタンク熱量の増減条件が不成立になると、熱媒体の流量Ｆ_ｎ+１の算出を開始するため、再度ステップ１０でＱ１を算出及び記憶し、ステップ２０で新たに所定時間α分の（Ｔ２０−Ｔ２１）の積算値を求め、記憶するものである。

本実施形態によれば、制御装置５は、集熱動作中に、太陽熱集熱器４から太陽熱温水を熱輸送媒体として供給される熱量以外によってタンク３内の熱量が増減する条件を検出した場合には、太陽熱温水の流量Ｆの算出を中断して熱交換前後の温度差（Ｔ２０−Ｔ２１）の積算値をリセットする（Ｓ１４）。そして、タンク３内の熱量が増減する条件が検出されなくなると、当該熱交換前後の温度差の積算をやり直す（Ｓ２０）。

このような処理によれば、太陽熱温水（熱媒体）から供給される熱量以外によってタンク３内の熱量が増減する条件を検出した場合、例えば、出湯等の給湯動作があった場合、別の加熱源（例えばヒートポンプユニット２等）からタンク３内に熱量が加えられた場合等には、そのまま熱交換前後の温度差（Ｔ２０−Ｔ２１）の積算を継続すると、算出される流量Ｆの結果が実際の正しい値にならないため、継続中の積算をキャンセルし、タンク３内の熱量変動をもたらす外的要因がなくなってから、再度、当該温度差の積算を開始し、所定時間α分の積算を実行する。これにより、太陽熱からの熱供給以外の他の動作によるタンク３内の熱量変動を排除した演算処理を実施可能とする装置が得られる。したがって、様々なタンク熱量の増減要因を考慮した上で、太陽熱集熱器４からの熱量供給を適切に検出するため、熱媒体の流量Ｆの算出精度を向上することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

本発明に係る太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置は、上記の各実施形態で説明したハイブリッド給湯装置１，１Ａ，１Ｂに限定されるものではない。本発明のタンク蓄熱式給湯装置は、タンク３に対して少なくとも太陽熱から得られた熱量を供給する装置であればよく、ヒートポンプユニット２等の他の加熱源を有さない装置であってもよいし、ヒートポンプユニット２以外の加熱源を備える装置や、ヒートポンプユニット２とヒートポンプユニット２以外の加熱源とを備える装置であってもよい。

また、上記の第３実施形態において第１の熱媒体温度センサを、第２実施形態の熱交換前サーミスタ２２に置き換えるようにしてもよい。この場合、第３実施形態の（式５）及び（式６）はそれぞれ、以下の（式７）、（式８）に置き換えられる。

Ｆ＝（Ｑ２−Ｑ１）／Σ（Ｔ２２−Ｔ２３） …（式７）
Σ（Ｔ２２−Ｔ２３）は、所定時間αの間に検出した熱交換前後の温度差を積算した値である。

Ｑｓ＝（Ｔ２２−Ｔ２３）×Ｆ …（式８）
（Ｔ２２−Ｔ２３）は１分毎に検出する熱交換前後の温度差である。

１，１Ａ，１Ｂ…ハイブリッド給湯装置（タンク蓄熱式給湯装置）
２…ヒートポンプユニット
３…タンク
４…太陽熱集熱器
５…制御装置
７…集熱器用循環回路（循環回路）
８…タンク熱交換器
１０…タンクユニット
２０…集熱器サーミスタ（第１の熱媒体温度センサ）
２１…熱交換後サーミスタ（第２の熱媒体温度センサ）
２２…熱交換前サーミスタ（第１の熱媒体温度センサ）
２３…熱交換器サーミスタ（第２の熱媒体温度センサ）
３１〜３７…タンクサーミスタ（タンク温度センサ）

Claims (5)

1. 太陽熱を集熱する太陽熱集熱器（４）と、内部の流体の熱量が給湯に使用され、当該太陽熱集熱器で加熱された熱媒体の熱を前記内部の流体に吸熱するタンク（３）と、当該タンク内に設けられ、内部を流れる前記熱媒体と前記タンク内の流体との間で熱交換を行うタンク熱交換器（８）と、当該タンク熱交換器と前記太陽熱集熱器とを環状に接続する回路であって前記熱媒体が循環する循環回路（７）と、前記タンク内の流体の温度を検出する複数個のタンク温度センサ（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７）と、前記太陽熱集熱器によって加熱された後前記タンク熱交換器で熱交換される前の前記熱媒体の温度を検出する第１の熱媒体温度センサ（２０）と、前記タンク熱交換器で熱交換された後前記太陽熱集熱器によって加熱される前の前記熱媒体の温度を検出する第２の熱媒体温度センサ（２１）と、前記タンク温度センサ、前記第１の熱媒体温度センサ、及び前記第２の熱媒体温度センサによる各検出値を取得する制御装置（５）と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記太陽熱集熱器によって加熱された前記熱媒体の熱が前記タンク内の流体に供給されている集熱動作中に前記タンク温度センサの検出値から前記タンク内の流体に蓄えられる増加熱量を算出し（Ｓ１０，Ｓ５０）、
   前記第１の熱媒体温度センサによる検出値と前記第２の熱媒体温度センサによる検出値との差から求める熱交換前後の温度差を積算し（Ｓ２０）、
   前記増加熱量の算出値と前記熱交換前後の温度差の積算値とを用いて前記タンク熱交換器を流れた前記熱媒体流量を算出する（Ｓ６０）ことを特徴とする太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置。
2. 前記制御装置は、前記集熱動作中に、前記熱媒体から供給される熱量以外によって前記タンク内の熱量が増減する条件を検出した場合には、前記熱媒体流量の算出を中断して前記熱交換前後の温度差の積算値をリセットし（Ｓ１４）、前記条件が検出されなくなると、前記熱交換前後の温度差の積算をやり直す（Ｓ２０）ことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置。
3. さらに前記タンク内の内部流体を加熱するヒートポンプユニット（２）を備え、
   前記ヒートポンプユニットは、昼間の電気料金よりも安価な料金体系である所定の安価料金時間帯に加熱運転を実施して前記タンク内の流体に熱量を与えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置。
4. 前記タンク及び前記循環回路の一部はタンクユニット（１０）を形成する筐体内に配置されており、
   前記第１の熱媒体温度センサ（２２）及び前記第２の熱媒体温度センサ（２１）は、前記筐体内に位置する前記循環回路の部位で前記熱媒体の温度をそれぞれ検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置。
5. 前記第２の熱媒体温度センサ（２３）は、前記タンク熱交換器の周囲に位置する前記タンク内の流体の温度を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の太陽熱利用のタンク蓄熱式給湯装置。

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