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

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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