JP2014016075A - ハイブリッドシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】暖房及び給湯の能力確保と省エネルギーの両立が図れるハイブリッドシステムを提供する。
【解決手段】ハイブリッドシステム1は、集熱した太陽熱によって加熱して温水を生成する太陽熱温水器3と、電力を使用して沸き上げ運転を行い、温水を生成するヒートポンプユニット2と、太陽熱温水器またはヒートポンプユニットによって加熱された温水を所定の加熱条件が成立する場合に再加熱するガスボイラ5と、加熱された温水から得られる熱量を貯えるタンク4と、加熱された温水から得られる熱量が供給される暖房機器6と、制御装置とを備える。制御装置は、給湯時に、加熱後の温水から得られる熱量をタンクに貯える給湯運転を制御し、太陽熱温水器、ヒートポンプユニットまたはガスボイラによって加熱された温水を暖房時に暖房能力として暖房機器に供給する暖房運転を制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、太陽熱温水器、ヒートポンプユニット、及び補助熱源装置を備えたハイブリッドシステムに関する。
ハイブリッドシステムの従来例として、特許文献1に記載のシステムが知られている。特許文献1に記載のシステムは、熱源がそれぞれ異なる複数の給湯ユニットを有する。複数の給湯ユニットは、ヒートポンプを熱源とするヒートポンプ給湯ユニット、太陽光集熱器を熱源とする太陽光給湯ユニット、ガス給湯器を熱源とするガス給湯ユニットである。
特許文献1のシステムは、太陽光給湯ユニットの運転状態や状況状態が貯湯タンク内の湯温等に基づいて太陽光給湯ユニットの沸き上げ状況を把握し、沸き上げ効率を算出する。そして、ヒートポンプ給湯ユニットが稼働中であるときに、太陽光給湯ユニットの沸き上げ効率が所定値に達したタイミングでヒートポンプ給湯ユニットの運転を停止し、太陽光給湯ユニットからの出湯を開始する。太陽光給湯ユニットからの出湯を開始した後に、天候不順等により、湯温や沸き上げ効率が低下した場合には、ヒートポンプ給湯ユニットの運転を再開する。さらに、冬場などにヒートポンプ給湯ユニットの沸き上げ効率が所定値より低い場合には、ヒートポンプ給湯ユニットの運転に加えてガス給湯ユニットの運転を開始して、湯温低下や湯切れを防止することができる。
特開2012‐13376号公報
特許文献1のシステムでは、給湯能力の確保と給湯時のエネルギー効率の向上は図れる。しかしながら、近年、ハイブリッドシステムの多機能性、高機能性が要求されるに伴い、例えば、給湯機能と暖房機能の両方を満たすシステムが望まれている。給湯と暖房の両機能を備えるシステムの場合には、特許文献1の技術をそのまま適用したとしても、暖房及び給湯の能力確保とエネルギー効率との両方を満たすことは容易ではない。
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、暖房及び給湯の能力確保と省エネルギーの両立が図れるハイブリッドシステムを提供することである。
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、本願のハイブリッドシステムに係る発明は、集熱した太陽熱によって加熱して温水を生成する太陽熱温水器(3)と、電力を使用して沸き上げ運転を行い、温水を生成するヒートポンプ式加熱装置(2)と、太陽熱温水器またはヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水を所定の補助加熱条件が成立する場合に再加熱する補助加熱装置(5)と、当該加熱された温水から得られる熱量を貯えるタンク(4)と、当該加熱された温水から得られる熱量が供給される暖房機器(6)と、制御装置(100)とを備え、制御装置は、給湯時に、当該加熱された温水から得られる熱量をタンクに貯える給湯運転を制御し、太陽熱温水器、ヒートポンプ式加熱装置または補助加熱装置によって加熱された温水を暖房時に暖房機器に供給する暖房運転を制御する。
この発明に係るハイブリッドシステムによれば、給湯時に、太陽熱温水器によって加熱された温水、ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水、太陽熱温水器またはヒートポンプ式加熱装置によって加熱され、さらに補助加熱装置によって再加熱された温水をタンクに貯える給湯能力を確保できる。さらに暖房時には、太陽熱温水器によって加熱された温水、ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水、太陽熱温水器またはヒートポンプ式加熱装置によって加熱され、さらに補助加熱装置によって再加熱された温水を暖房機器に供給して暖房能力を確保することができる。また、自然エネルギーである太陽熱を利用した給湯運転及び暖房運転を実施できるとともに、太陽熱から得られる熱量では能力不足である場合はヒートポンプ式加熱装置による運転に切り換えたり、太陽熱温水器やヒートポンプ式加熱装置により得られる熱量では能力不足である場合は、さらに補助加熱装置の能力を補充した給湯運転及び暖房運転を実施したりすることができる。したがって、暖房及び給湯の能力確保と省エネルギーの両立が図れるハイブリッドシステムを提供できる。
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。
本発明のハイブリッドシステムの一例である第1実施形態のハイブリッドシステムの概要を示した構成図である。 第1実施形態のハイブリッドシステムにおいて制御装置と各部との関係を示した構成図である。 第1実施形態のハイブリッドシステムにおいて給湯運転及び暖房運転に関する処理手順を示したフローチャートである。 暖房運転制御サブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。 給湯運転制御サブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。
(第1実施形態)
本発明のハイブリッドシステムの一実施形態である第1実施形態について図1〜図5を参照して説明する。
図1及び図2に示すように、ハイブリッドシステム1は、集熱器である太陽熱パネルを備え、集熱した太陽熱によって加熱して温水を生成する太陽熱温水器3と、ヒートポンプサイクルを用いたヒートポンプ式加熱装置であり、電力を使用して沸き上げ運転を行うヒートポンプユニット2と、補助加熱装置の一例であるガスボイラ5と、給湯用の温水を貯えるタンク4と、温水の熱量を使用して暖房運転を実施する暖房機器6と、各装置の作動を制御する制御装置100を有し、各装置を適宜使用して給湯運転、暖房運転を行うハイブリッド式のシステムである。
ハイブリッドシステム1は、浴槽、シャワー等の給湯端末へ出湯するために給湯用水としてタンク4内に熱量を貯える給湯運転を行う場合には、所定の条件成立に応じて、太陽熱温水器3で作った温水の熱量のみをタンク4に貯熱したり、ヒートポンプユニット2で加熱した温水の熱量のみをタンク4に貯熱したり、さらにガスボイラ5で再加熱した温水の熱量をタンク4に貯熱したりする。また、暖房機器6を運転する暖房運転を行う場合には、所定の条件成立に応じて、太陽熱温水器3で作った温水の熱量のみを暖房機器6に供給したり、ヒートポンプユニット2で加熱した温水の熱量のみを暖房機器6に供給したり、さらにガスボイラ5で再加熱した温水の熱量を暖房機器6に供給したりする。このように、ハイブリッドシステム1は、必要な暖房能力及び給湯能力を確保するとともに、省エネルギーを図る運転を実施する。
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4内の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。
タンク4は、例えば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4の外壁面には、貯湯水の湯量、貯湯温度を検出するための複数個のタンクサーミスタが設けられている。これらのサーミスタの検出温度信号は、それぞれ制御装置100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100は、タンクサーミスタからの温度情報に基づいて、タンク4内の上部の沸き上げられた湯とタンク4内の下部の沸き上げられる前の水との境界位置を検出でき、さらに温度及び湯量の検出することにより、タンク4内に貯えられている貯熱量を算出することができる。
タンク4には、タンク4の内部に水道水を供給するための給水管46と、加熱用熱交換器70とタンク4の内部とを接続し、タンク4内の水が循環する貯熱用回路40と、給湯端末に繋がる給湯管43等からなる配管系統と、が接続されている。給湯管43は、タンク4の最上部の導出口4bに接続されている。給水管46は、タンク4の最下部の導入口4aに接続されている。給水管46は、タンク4に至る手前で分岐し、この分岐した給水管46aは給湯管43に合流している。給水管46aと給湯管43との合流部には混合弁45が設けられている。
導出口4bと混合弁45との間に位置する給湯管43には、給湯管43を流れる温水の温度を検出するサーミスタ83が設けられている。サーミスタ83により検出される温度情報は、制御装置100に出力され、混合弁44の作動制御に活用される。制御装置100は、混合弁44の開度制御によって、タンク4内の温水を再加熱する際のガスボイラ5による補助加熱量を調整する。
タンク4の導出口4bよりも下流には、給湯管43から補助加熱通路47に分岐する分岐部を備えており、この分岐部には混合弁44が設けられている。混合弁44は、タンク4の最上部から流出してきた給湯用水を、補助加熱通路47、補助加熱通路47を通らない通路のそれぞれに流下させる流量比率を制御する弁であり、それぞれの通路への開度を0〜100%の範囲で調整することができる。制御装置100は、混合弁44による補助加熱通路47側の開度と補助加熱通路47を迂回する通路側の開度とをそれぞれ制御する。
混合弁45よりも下流側部位の給湯管43には、給湯サーミスタ84が設けられている。給湯サーミスタ84により検出される温度情報は、制御装置100に出力され、混合弁45の作動制御に活用される。制御装置100は、混合弁45の開度制御によって、給湯端末へ出湯される給湯用水の温度を調整する。
貯熱用回路40は、タンク4内の下部の低温水が流出して加熱用熱交換器70で加熱されてタンク4内の上部に戻るように、加熱用熱交換器70を介してタンク4の下部と上部とを連絡する回路である。貯熱用回路40は、タンク4の最下部の導出口4dに接続され、タンク4の最上部の導入口4eに接続されている。貯熱用回路40には、加熱用熱交換器70の2次側通路70aに供給される水の温度を検出する入水温度サーミスタと、2次側通路70aの出口での加熱後の温度を検出する熱交換後温度サーミスタ82と、電動ポンプ41と、切換弁42と、が設けられている。各サーミスタの検出温度信号は、制御装置100に出力される。熱交換後温度サーミスタ82は、加熱用熱交換器70で熱交換された後の温水の温度を検出する熱媒体温度センサとして使用される。
切換弁42は、2次側通路70aの出口と導入口4eとの間において、2次側通路70aの出口部を導入口4eに通じる通路に連絡するか、タンク4の高さ方向の中央部に連絡するかを切り換える弁である。中央部流入管4cは、2次側通路70aの出口部と貯熱用回路40におけるタンク4の中央部とを接続する。したがって、切換弁42は、2次側通路70aから流出した温水を、最上部の導入口4eからタンク4の内部に流入させるか、あるいは中央部流入管4cを介して中央部からタンク内に流入させるかを切り換えることができる。制御装置100は、熱交換後温度サーミスタ82の検出温度に応じて、切換弁42が連絡する通路を導入口4e側か、中央部流入管4cかに決定し、その作動を制御する。制御装置100は、熱交換後温度サーミスタ82の検出温度が所定の温度以下であると判定すると、2次側通路70aの出口部と中央部流入管4cとを接続するように切換弁42を制御する。
加熱回路7は、加熱用熱交換器70の1次側通路70bと、太陽熱温水器3及びヒートポンプユニット2とを連結する通路を含む。加熱回路7に含まれる通路は、太陽熱温水器3をその一部に含むパネル側通路30(太陽熱温水器側通路)、ヒートポンプユニット2をその一部に含むヒーポンプ側通路20、1次側通路70bを流出した水がパネル側通路30及びヒーポンプ側通路20を通ることなく1次側通路70bに戻る場合に通るバイパス通路73等である。パネル側通路30とヒーポンプ側通路20とバイパス通路73は、1次側通路70bに対して並列に接続されている。したがって、太陽熱温水器3とヒートポンプユニット2は、それぞれ加熱用熱交換器70に対して並列関係となるように接続されている。
1次側通路70bと2次側通路70aは、加熱用熱交換器70を構成する通路であり、対向するように内部を流れる流体同士が互いに熱交換するように構成されている。また、太陽熱温水器3またはパネル側通路30には、太陽熱温水器3で加熱後の温度を検出する太陽熱温度サーミスタ80が設けられている。太陽熱温度サーミスタ80の検出温度信号は、制御装置100に出力される。
加熱回路7においてパネル側通路30とバイパス通路73とに分岐する部位には、暖房温度制御弁72が設けられている。暖房温度制御弁72は、1次側通路70bを流出してきた水をパネル側通路30とバイパス通路73のそれぞれに流下させる流量比率を制御する弁であり、それぞれの通路への開度を0〜100%の範囲で調整することができる。制御装置100は、後述する所定の条件の成立にしたがい、暖房温度制御弁72によるパネル側通路30側の開度とバイパス通路73側の開度をそれぞれ制御する。
加熱回路7においてパネル側通路30とヒーポンプ側通路20とに分岐する部位には、熱源切換弁31が設けられている。熱源切換弁31は、1次側通路70bを流出してきた水をパネル側通路30か、ヒーポンプ側通路20のいずれかに流下させる弁であり、一方の通路への開度を100%に他方に通路への開度を0%となるように開閉することができる。制御装置100は、後述する所定の加熱条件の成立にしたがい、熱源切換弁31による通路の開閉状態を制御する。したがって、1次側通路70bを流出してきた水は、熱源切換弁31の通路の切換え態によって太陽熱温水器3またはヒートポンプユニット2で加熱され、暖房温度制御弁72の開度制御によって太陽熱温水器3またはヒートポンプユニット2で加熱される加熱流量と、加熱されない非加熱流量とが調整される。
加熱回路7において1次側通路70bの出口と熱源切換弁31との間には、順に、膨張タンク74、電動ポンプ71が設けられている。電動ポンプ71は、給湯時及び暖房時において、制御装置100によって、温水温度サーミスタ81や熱交換後温度サーミスタ82の検出温度に応じて運転時間、停止時間、加熱回路7での温水循環流量等が制御される。
バイパス通路73、パネル側通路30及びヒーポンプ側通路20の出口部位よりも下流には、加熱回路7から補助加熱通路50に分岐する分岐部を備えており、この分岐部には補助加熱制御弁51が設けられている。補助加熱制御弁51は、バイパス通路73、パネル側通路30、ヒーポンプ側通路20等を流下してきた温水を、補助加熱通路50、補助加熱通路50を通らない通路のそれぞれに流下させる流量比率を制御する弁であり、それぞれの通路への開度を0〜100%の範囲で調整することができる。制御装置100は、後述する所定の加熱条件の成立にしたがい、補助加熱制御弁51による補助加熱通路50側の開度と補助加熱通路50を迂回する通路側の開度とをそれぞれ制御する。
補助加熱通路50の途中には、補助加熱通路50を流れてきた温水を再加熱するガスボイラ5が設けられ、補助加熱通路50の下流端部は加熱回路7に合流する。補助加熱装置は、通過する温水を加熱可能な機器であれば、ガスボイラ5に限定するものではないが、例えば、灯油等の燃料による燃焼炎を用いて内部を通過する水を加熱する小型湯沸かし器や電気式ヒータにより水を加熱する電気加熱装置等を採用することができる。
補助加熱通路50の下流端部よりも下流には、温水の温度を検出する温水温度サーミスタ81が設けられている。温水温度サーミスタ81の検出温度信号は、制御装置100に出力される。温水温度サーミスタ81よりも下流には、加熱回路7から暖房利用通路60に分岐する分岐部を備えており、この分岐部には暖房切換弁62が設けられている。暖房切換弁62は、バイパス通路73、パネル側通路30、ヒーポンプ側通路20、補助加熱通路50等を流下してきた温水を、暖房利用通路60か、暖房利用通路60を通らない通路かのいずれかに流下させることができる弁であり、一方の通路への開度を0%、他方の通路への開度を100%に調整することができる。制御装置100は、後述する暖房使用条件の成立にしたがい、暖房切換弁62による暖房利用通路60側の開度と暖房利用通路60を迂回する通路側の開度とをそれぞれ制御する。
暖房利用通路60の途中には、暖房利用通路60を流れてきた温水の放熱が行われる暖房用熱交換器61が設けられ、暖房利用通路60の下流端部は加熱回路7に合流する。暖房用熱交換器61で温水と熱交換して加熱された媒体の熱量は、暖房機器6の暖房能力として使用される。媒体は、暖房機器6自身であってもよいし、空気であってもよい。暖房機器6は、例えば、空調装置、床暖房機器等である。
暖房用熱交換器61で熱交換される温水は、例えば30〜50℃程度である。例えば、暖房機器6が床暖房機器である場合は、暖房切換弁62により、暖房利用通路60側の開度を100%にし、暖房利用通路60に温水を取り出す。温水は、暖房用熱交換器61である床暖房パネル内を通過して放熱することにより床面を暖房する。
制御装置100は、ユーザーが運転操作を設定できる運転操作部であるリモートコントローラ110からの信号、ヒートポンプユニット2との通信信号、各種のサーミスタ80〜84等からの検出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、電動ポンプ41、71、各種弁31、72、51、62、42、44、45等を制御する制御信号を出力する出力回路と、を備えている。リモートコントローラ110からの信号は、HEMS、台所設置の遠隔操作パネル、浴室設置の操作パネル等から制御装置100に送信される信号であり、例えば、自動運転を設定する信号、暖房要求がある旨の信号、給湯優先モードを設定する信号等である。マイクロコンピュータは、各種のデータ、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、給湯運転、暖房運転を制御する。
上記構成のハイブリッドシステム1において、例えば昼間時間帯の給湯運転及び暖房運転の作動を図3〜図5のフローチャートを参照して説明する。なお、ここでいう昼間時間帯とは、日の出から日没までの時間帯である。
図3に示す各ステップは、制御装置100によって実行される。まず、ステップ1で、給湯運転の要求があるか否かを判定する。給湯運転の要求がないと判定すると、次にステップ6で、暖房機器6を使用する暖房要求があるか否かを判定する。このステップでは、制御装置100が各種のリモートコントローラからの運転指令信号や、制御装置100に設定されている自動運転等に伴う運転指令信号を認識したか否かによって暖房要求の有無を判定する。
ステップ6で暖房要求がないと判定すると、電動ポンプ41、電動ポンプ71を運転することなく、再びステップ1に戻り、以降のステップを順次実行していく。ステップ6で暖房要求があると判定すると、図4に示すサブルーチンの処理手順にしたがった暖房運転制御を実行し(ステップ7)、再びステップ1に戻る。
ステップ1で給湯運転の要求がないと判定すると、次にステップ2で、前述のステップ6と同様に暖房機器6を使用する暖房要求があるか否かを判定する。ステップ2で暖房要求がないと判定すると、図5に示すサブルーチンの処理手順にしたがった給湯運転制御を実行し(ステップ5)、再びステップ1に戻る。
ステップ2で暖房要求がないと判定すると、次にステップ4で給湯優先モードが設定されているか否かを判定する。給湯優先モードとは、暖房要求指令があった場合でも、暖房運転を行わず、給湯運転を優先して行うモードである。つまり、ユーザーによる手動設定、自動設定にかかわらず、給湯優先モードが設定されている場合は、制御装置100は、リモートコントローラ110からの信号、携帯端末機からの信号によって、暖房運転よりも給湯運転を優先し、各種の加熱装置で加熱された温水の熱量は、タンク4に貯熱されるのである。
ステップ4で給湯優先モードが設定されていないと判定すると、ステップ7で、図4のサブルーチンの処理手順にしたがって暖房運転制御を実行し、再びステップ1に戻る。ステップ4で給湯優先モードが設定されていると判定すると、ステップ5で、図5のサブルーチンの処理手順にしたがって給湯運転制御を実行し、再びステップ1に戻る。
次に、前述のステップ7で実行される暖房運転制御のサブルーチンの処理手順について図4を参照して説明する。制御装置100は、ステップ10で、暖房切換弁62による通路切換えを実施して暖房利用通路60側を開状態する。次にステップ20で、太陽熱温度サーミスタ80によって検出される水温が予め定めた所定温度T1以上であるか否かを判定する。T1以上の温度は、太陽熱温水器3で暖められた温水が暖房または給湯に利用できる温度であり、T1は、運転の種類、使用環境、季節等に応じて予め定められ、制御装置100に記憶されている。なお、太陽熱温水器3で暖められる温水の温度は、季節によって変化し、例えば、夏季は50℃〜70℃、冬季は40℃〜60℃になる。
ステップ20で、水温の検出値がT1未満である場合は、例えば、曇天時、雨天時であり、加熱源として太陽熱温水器3では不足すると判断し、ステップ22で、ヒーポンプ側通路20側を開状態にしてパネル側通路30側を閉状態にするように、熱源切換弁31を制御する。さらにステップ24で、電動ポンプ41、電動ポンプ71を運転し、1次側通路70bを流出する水をヒーポンプ側通路20に流下させる。そして、温水温度サーミスタ81の検出温度が、要求されている運転に応じた温度になるように、電動ポンプ41、電動ポンプ71のそれぞれを制御し、貯熱用回路40及び加熱回路7の各循環流量を制御する。そしてステップ10に戻り、以降のステップを順次実行していく。これにより、ヒートポンプユニット2で加熱された温水は、暖房用熱交換器61で放熱して暖房運転が行われ、暖房機器6に対して暖房能力を提供する。このように暖房要求がある場合は、各種の加熱装置で加熱された温水の熱量は優先的に暖房機器6で使用されるのである。
一方、ステップ20で、水温の検出値がT1以上である場合は、例えば、晴天時であり、加熱源として太陽熱温水器3を使用することを判断し、ステップ30で、パネル側通路30側を開状態にしてヒーポンプ側通路20を閉状態にするように、熱源切換弁31を制御する。さらにステップ40で、電動ポンプ41、電動ポンプ71を運転し、1次側通路70bを流出する水をパネル側通路30に流下させる。そして、温水温度サーミスタ81の検出温度が、要求されている運転に応じた温度になるように、電動ポンプ41、電動ポンプ71のそれぞれを制御し、貯熱用回路40及び加熱回路7の各循環流量を制御する。
次に、ステップ50で温水温度サーミスタ81によって検出される水温が予め定めた所定温度T2以上であるか否かを判定する。T2は、T1よりも低い温度に設定され、運転の種類、使用環境、季節等に応じて予め定められ、制御装置100に記憶されている。ステップ50で、水温の検出値がT2以上であると判定すると、ステップ60で、暖房温度制御弁72の開度を制御して、加熱用熱交換器70で加熱された温水を、パネル側通路30とバイパス通路73のそれぞれに流下させる流量比率を適切に制御し、ステップ10に戻り、以降のステップを順次実行していく。
この流量制御は、暖房用熱交換器61に供給する温水を暖房能力確保に必要な温度に設定するために行われる。すなわち、太陽熱温水器3で加熱しないバイパス通路73を流通する流量を増加させて、太陽熱温水器3で加熱される水の流量を減らすことにより、暖房利用通路60に流入させる温水の温度を適温に調節するのである。これにより、太陽熱温水器3による無駄な加熱運転を抑制でき、エネルギーの有効利用が図れる。
一方、ステップ50で水温の検出値がT2未満であると判定した場合は、さらにステップ51で、温水温度サーミスタ81の検出温度が予め定めた所定温度T3以下であるか否かを判定する。T3は、T2よりも低い温度に設定され、運転の種類、使用環境、季節等に応じて予め定められ、制御装置100に記憶されている。ステップ51で、水温の検出値がT3以下であると判定すると、温水の温度が低く、必要とする能力が得られないため、補助加熱装置による再加熱を実施する。このため、ステップ52では、補助加熱制御弁51の開度を制御して補助加熱通路50に流入させる流量を増加してガスボイラ5による再加熱を実施し、温水の温度を上昇させる。そして、ステップ10に戻る。これにより、太陽熱温水器3とガスボイラ5によって加熱された温水が暖房用熱交換器61で放熱して暖房運転が行われ、暖房機器6に対して必要な暖房能力を提供する。このように暖房要求がある場合は、各種の加熱装置で加熱された温水の熱量は優先的に暖房機器6で使用されることになる。
また、ステップ51で、水温の検出値がT3をよりも高いと判定すると、ガスボイラ5による再加熱を実施することなく、ステップ10に戻り、以降のステップを順次実行していく。
次に、前述のステップ5で実行される給湯運転制御のサブルーチンの処理手順について図5を参照して説明する。図5のフローチャートにおける各ステップに関し、図4のフローチャートにおける各ステップと同様の処理を行うステップには、図4の各ステップに付した数字の後に「A」を付している。すなわち、図5のステップ20Aは、図4のステップ20と同じ処理であり、その他の図5の各ステップも同様である。以下、図4のステップと異なる処理を行うステップについて説明する。
制御装置100は、ステップ51Aで水温の検出値がT3よりも高いと判定した場合は、次にステップ53Aで、温水温度サーミスタ81の検出温度が、タンク4の上部に位置するタンクサーミスタによって検出される温度以上であるか否かを判定する。ステップ53Aで、当該検出温度がタンク4上部の温度以上であると判定すると、太陽熱温水器3で加熱された温水を、タンク4の最上部の導入口4eから内部に流入させるように切換弁42の開度を制御する。そして、ステップ10に戻り、以降のステップを順次実行していく。
ステップ53Aで、当該検出温度がタンク4上部の温度よりも低いと判定すると、ステップ54Aで、太陽熱温水器3で加熱された温水を、中央部流入管4cを介してタンク4の中央部から内部に流入させるように切換弁42の開度を制御する。そして、ステップ10に戻り、以降のステップを順次実行していく。これにより、中温レベルの温水がタンク4の上部から流入することを防止して、タンク4内部に形成される温度層を適正な状態に保つことができる。
第1実施形態のハイブリッドシステム1がもたらす作用効果を以下に述べる。ハイブリッドシステム1は、集熱した太陽熱によって加熱して温水を生成する太陽熱温水器3と、電力を使用して沸き上げ運転を行い、温水を生成するヒートポンプユニット2と、太陽熱温水器3またはヒートポンプユニット2によって加熱された温水を所定の加熱条件が成立する場合に再加熱するガスボイラ5と、加熱された温水から得られる熱量を貯えるタンク4と、加熱された温水から得られる熱量が供給される暖房機器6と、制御装置100とを備える。制御装置100は、タンク4に貯えられた熱量を用いて出湯時に給湯用水を供給する出湯運転を制御し、太陽熱温水器3、ヒートポンプユニット2またはガスボイラ5によって加熱された温水を暖房時に暖房能力として暖房機器6に供給する暖房運転を制御する。
これによれば、給湯時に、太陽熱温水器3で加熱した温水、ヒートポンプユニット2で加熱した温水、太陽熱温水器3またはヒートポンプユニット2で加熱し、さらにガスボイラ5で再加熱した温水を使用することにより、必要な給湯能力を確保することができる。さらに暖房時には、太陽熱温水器3で加熱した温水、ヒートポンプユニット2で加熱した温水、太陽熱温水器3またはヒートポンプユニット2で加熱し、さらにガスボイラ5で再加熱した温水を暖房機器6に供給することにより、暖房能力を確保することができる。また、自然エネルギーである太陽熱を利用した給湯運転及び暖房運転を実施できるとともに、太陽熱から得られる熱量では能力不足である場合はヒートポンプユニット2による運転に切り換えたり、太陽熱温水器3やヒートポンプユニット2により得られる熱量では能力不足である場合は、さらにガスボイラ5の能力を補充した給湯運転及び暖房運転を実施したりすることができる。以上により、ハイブリッドシステム1によれば、暖房及び給湯の能力確保と省エネルギーとを両立できる。
また、ハイブリッドシステム1によれば、制御装置100は、太陽熱温水器3またはヒートポンプユニット2によって加熱された温水と、太陽熱温水器3及びヒートポンプユニット2のいずれの装置によっても加熱されていない水とを混合して温度調節した温水を、暖房時に暖房機器6に供給する(ステップ60)。これによれば、各種の加熱装置により、十分な温水温度が確保できる場合は、加熱装置による加熱運転を抑制しつつ、必要な熱量を確保する運転を実施できる。このため、省エネルギーの効果をさらに高めることが可能な運転を提供できる。
また、ハイブリッドシステム1によれば、制御装置100は、所定の加熱条件の成立にしたがい、太陽熱温水器3、ヒートポンプユニット2、ガスボイラ5の優先順位で運転する(ステップ20、ステップ50、ステップ51)。これによれば、暖房及び給湯の能力確保と省エネルギーとの両立を図るハイブリッドシステム1が得られる。
また、ハイブリッドシステム1の制御装置100は、太陽熱温度サーミスタ80によって検出された温水温度に基づく判定の結果、太陽熱温水器3、ヒートポンプユニット2のいずれかを運転する(ステップ20、ステップ30、ステップ22)。これによれば、太陽熱温水器3で得られる温水の温度に基づいて加熱源の選択が行われるので、太陽熱温水器3によって必要な温度の温水が確保できる場合は、優先的に自然エネルギーを活用した運転を実施することができる。
また、ハイブリッドシステム1は、太陽熱温水器3に接続されるパネル側通路30と、ヒートポンプユニット2に接続されるヒートポンプ側配管20と、これらの通路のいずれかに加熱前の水を流すように流路を切り換える熱源切換弁31と、を備える。これによれば、太陽熱温水器3の加熱によって必要とされる熱量が得られる場合には、熱源切換弁31の切換えによりパネル側通路30を開放し、太陽熱温水器3の加熱によって必要とされる熱量が得られない場合には、熱源切換弁31の切換えによりヒートポンプ側配管20を開放すればよい。この熱源切換弁31の制御により、加熱源の切り替えが容易に行われるので、回路構成の簡単化と部品点数の低減が図れる。
また、第1実施形態によれば、制御装置100は、給湯運転を優先する信号が入力されると、暖房運転に優先して給湯運転を実施する。これによれば、給湯優先モードが設定されると(ステップ4)、暖房要求がある場合でも、温水は暖房能力確保のために使用されることはなく、まず給湯用の熱量として、タンク4に貯熱される制御が行われる。このため、給湯用の熱量の優先度が高い場合や、給湯用の熱量を緊急に必要としている場合、例えば、出湯を必要としているにもかかわらず湯切れを起こしている場合には、まず必要な熱量をタンク4に貯える給湯運転が行われる。したがって、暖房及び給湯の能力確保と省エネルギーの両立が図れるハイブリッドシステムであるとともに、ユーザーの要求に適合した制御を臨機応変に実施することが可能である。
(他の実施形態)
上述の実施形態では、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。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
上記実施形態では、リモートコントローラ110から得られる運転指令信号に伴い、給湯運転及び暖房運転を実施するが、運転指令信号は他の機器から送られるものであってもよい。例えば、インターネットと通信する通信手段を設け、インターネット等を介して携帯端末機から送信される運転指令信を用いてもよい。
また、上記実施形態において、ヒートポンプユニット2のヒートポンプサイクルを流れる作動冷媒は、二酸化炭素に限定されるものではなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。この場合、ヒートポンプユニット2による加熱量が二酸化炭素の冷媒を用いるときに比べて小さいため、補助加熱装置による加熱量を補充する頻度が高くなる。
また、上記実施形態の熱源切換弁31は、ヒートポンプユニット2や太陽熱温水器3の出口側に設けられる構成でもよい。また、上記実施形態のハイブリッドシステム1は、ヒートポンプユニット2、太陽熱温水器3、ガスボイラ5等で加熱した温水を直接タンク4の内部に貯める構造としてもよい。
また、上記実施形態において、太陽熱温度サーミスタ80の代わりに、日射量を検出する日射センサ、大気圧情報、天候情報等のデータを用いて、太陽熱温水器3で温水の生成が可能か否かを判定するようにしてもよい。
1…ハイブリッドシステム
2…ヒートポンプユニット(ヒートポンプ式加熱装置)
3…太陽熱温水器
4…タンク(蓄熱装置)
5…ガスボイラ(補助加熱装置)
6…暖房機器
100…制御装置

Claims (7)

  1. 集熱した太陽熱によって加熱して温水を生成する太陽熱温水器(3)と、
    電力を使用して沸き上げ運転を行い、温水を生成するヒートポンプ式加熱装置(2)と、
    前記太陽熱温水器または前記ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水を所定の補助加熱条件が成立する場合に再加熱する補助加熱装置(5)と、
    前記加熱された温水から得られる熱量を貯えるタンク(4)と、
    前記加熱された温水から得られる熱量が供給される暖房機器(6)と、
    給湯時に、前記加熱された温水から得られる熱量を前記タンクに貯える給湯運転を制御し、前記太陽熱温水器、前記ヒートポンプ式加熱装置または前記補助加熱装置によって加熱された温水を暖房時に前記暖房機器に供給する暖房運転を制御する制御装置(100)と、
    を備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
  2. 前記制御装置は、前記太陽熱温水器または前記ヒートポンプ式加熱装置によって加熱された温水と前記太陽熱温水器及び前記ヒートポンプ式加熱装置のいずれの装置によっても加熱されていない水とを混合して温度調節した温水を、暖房時に前記暖房機器に供給することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッドシステム。
  3. 前記制御装置は、所定の加熱条件の成立にしたがい、前記太陽熱温水器、前記ヒートポンプ式加熱装置、前記補助加熱装置の優先順位で運転することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のハイブリッドシステム。
  4. 前記太陽熱温水器で加熱される温水の温度を検出する温度検出手段(80)を備え、
    前記制御装置は、前記温度検出手段によって検出された温水温度に基づく判定の結果、前記太陽熱温水器、前記ヒートポンプ式加熱装置のいずれかを運転することを特徴とする請求項3に記載のハイブリッドシステム。
  5. 前記太陽熱温水器に接続される温水器側通路(30)と、前記ヒートポンプ式加熱装置に接続されるヒートポンプ側通路(20)と、前記通路のいずれかに加熱前の水を流すように流路を切り換える熱源切換弁(31)と、を備え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ハイブリッドシステム。
  6. 前記制御装置は、暖房要求の信号が入力されると、前記給湯運転に優先して前記暖房運転を実施することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のハイブリッドシステム。
  7. 前記制御装置は、給湯運転を優先する信号が入力されると、前記暖房運転に優先して前記給湯運転を実施することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のハイブリッドシステム。
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