JP5303291B2 - 液体循環式暖房システム - Google Patents
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Description
本発明は、液体を利用して暖房を行う液体循環式暖房システムに関する。
従来から、ボイラーあるいは電気ヒータによって温水を生成し、この温水を使って暖房を行う液体循環式暖房システムが知られている。近年では、ボイラーおよび電気ヒータに代わる熱源として、高効率で温水を生成できるヒートポンプを採用することが検討されている。例えば特許文献１では、ヒートポンプによって温水を生成し、この温水を貯湯タンクに貯める液体循環式暖房システムが提案されている。この液体循環式暖房システムでは、貯湯タンクに貯められた温水が例えば居室内に配置された暖房用放熱器に送られ、ここで放熱した後に貯湯タンクに戻されるようになっている。
このような液体循環式暖房システムにおいては、温水の生成に太陽熱（太陽エネルギーを熱エネルギーに変換したもの）を利用することで、ヒートポンプでの消費電力を低減させることが考えられる。例えば、特許文献２には、液体循環式暖房システムではないものの、太陽集熱器を用いた給湯システムが提案されている。この給湯システムでは、貯湯タンク内の下側位置に熱交換器が配設され、その熱交換器と太陽集熱器とを通る循環路に熱媒を循環させることにより、貯湯タンク内の水が太陽熱によって加熱されるようになっている。
特開２００８−３９３０６号公報
特開２００２−１６２１０９号公報
しかしながら、特許文献２の構成では、太陽熱を利用する際には貯湯タンク内に貯められた状態の水が対流によって全体的に加熱されるようになる。このため、特許文献１の液体循環式暖房システムに特許文献２の太陽集熱器を含む構成を組み合わせた場合には、無駄な加熱が行われることになり、太陽熱をあまり有効に活用できない。
本発明は、このような事情に鑑み、太陽熱を有効に活用可能な液体循環式暖房システムを提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、液体を加熱して加熱液体を生成し、この加熱液体の熱を暖房用放熱器から放出させて暖房を行う液体循環式暖房システムであって、循環する冷媒を放熱させて前記液体を加熱する冷媒放熱器を有するヒートポンプ回路と、太陽熱により前記液体を加熱する太陽加熱装置と、を備え、前記加熱液体を生成するために前記液体を流す経路として、前記冷媒放熱器を通る第１経路と、前記太陽加熱装置を通る第２経路とが形成され、前記第１経路は、前記液体を前記冷媒放熱器に供給する第１供給管と、前記冷媒放熱器で加熱された前記液体を回収する第１回収管とを有し、前記第２経路は、前記液体を前記太陽加熱装置に供給する第２供給管と、前記太陽加熱装置で加熱された前記液体を回収する第２回収管とを有し、前記第１回収管と前記第２供給管の中間部分とがバイパス管で接続されており、前記冷媒放熱器で加熱された前記液体を前記第１回収管の下流側へ流すか前記バイパス管へ流すかを切り替える切り替え手段をさらに備えている、液体循環式暖房システムを提供する。
上記の構成によれば、太陽加熱装置を通る経路に液体を流して加熱できるようになっているので、必要な量の液体を太陽熱により効果的に加熱することができる。従って、本発明によれば、無駄な加熱を抑えて、太陽熱を有効に活用することが可能になる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る液体循環式暖房システム１Ａを示す。この液体循環式暖房システム１Ａは、液体を加熱して加熱液体を生成し、この加熱液体の熱を暖房用放熱器３から放出させることにより、例えば居室内の暖房を行うものである。具体的に、液体循環式暖房システム１Ａは、暖房用放熱器３と、液体を加熱して加熱液体を生成する手段としてヒートポンプ２および太陽加熱装置４Ａと、機器の全体的な制御を行う統括制御装置５とを備えている。
図１に、本発明の第１実施形態に係る液体循環式暖房システム１Ａを示す。この液体循環式暖房システム１Ａは、液体を加熱して加熱液体を生成し、この加熱液体の熱を暖房用放熱器３から放出させることにより、例えば居室内の暖房を行うものである。具体的に、液体循環式暖房システム１Ａは、暖房用放熱器３と、液体を加熱して加熱液体を生成する手段としてヒートポンプ２および太陽加熱装置４Ａと、機器の全体的な制御を行う統括制御装置５とを備えている。
本実施形態では、暖房用放熱器３がヒートポンプ２および太陽加熱装置４Ａと配管によって直接的に接続されており、液体が停留することなく循環するようになっている。液体としては、例えば、水にプロピレングリコール等を混入した不凍液を用いることも可能であるが、安価で大量入手可能な水を用いることが好ましい。以下では、液体が水であり、加熱液体が温水であるとして説明する。
ヒートポンプ２は、冷媒を循環させるヒートポンプ回路２０を有している。このヒートポンプ回路２０は、冷媒を圧縮する圧縮機２１と、圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（冷媒放熱器）２２と、放熱した冷媒を膨張させる膨張弁２３と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器２４とを有し、これらの機器２１〜２４が配管によって順に接続されて構成されている。また、ヒートポンプ２は、統括制御装置５からの指令に基づいて、圧縮機２１および膨張弁２３を制御するヒートポンプ制御装置２６を有している。なお、膨張弁２３に代えて、膨張する冷媒から動力を回収するための膨張機を採用することも可能である。
放熱器２２では、放熱器２２を通過する水と冷媒との間で熱交換が行われて水が加熱され、蒸発器２４では、ファン２５によって送風される空気と冷媒との間で熱交換が行われて冷媒が吸熱する。冷媒としては、代替フロンまたはアンモニアなどを用いることも可能であるが、圧縮されたときに超臨界状態となる二酸化炭素、または地球温暖化係数の低いＨＦＯ１２３４単体もしくはその混合冷媒を用いることが好ましい。
太陽加熱装置４Ａは、太陽熱により水を加熱するものである。本実施形態では、太陽加熱装置４Ａとして、太陽熱を直接的に水に与える太陽集熱器が採用されている。太陽集熱器は、水を一度の通過で高温に加熱できるものであることが好ましい。このような太陽集熱器としては例えば真空管型集熱器がある。
暖房用放熱器３は、温水を流しながら放熱させるものであり、内部に温水を流入させる流入口と、放熱した温水を内部から流出させる流出口を有している。例えば、暖房放熱器３としては、建物の居室内に設置されるラジエータを採用してもよいし、床に敷設される温水パネルを採用してもよい。
次に、暖房用放熱器３と放熱器２２および太陽加熱装置４Ａとの接続態様等について説明する。
放熱器２２には、放熱器２２に水を供給する第１供給管３１と、放熱器２２で加熱された水を回収する第１回収管３２が接続されている。第１回収管３２には、放熱器２２で加熱された水の温度を検出する第１温度センサ７１が設けられている。
太陽加熱装置４Ａには、太陽加熱装置４Ａに水を供給する第２供給管３３と、太陽加熱装置４Ａで加熱された水を回収する第２回収管３４が接続されている。太陽加熱装置４Ａには、太陽集熱器の表面温度を検出する第２温度センサ７２が設けられており、第２回収管３４には、太陽加熱装置４Ａで加熱された水の温度を検出する第３温度センサ７３が設けられている。
そして、第１供給管３１の上流端および第２供給管３３の上流端は、主管３６の一端に接続されており、主管３６の他端は、暖房用放熱器３の流出口に接続されている。また、第１回収管３２の下流端および第２回収管３４の下流端は、集約管３７の一端に接続されており、集約管３７の他端は、暖房用放熱器３の流入口に接続されている。すなわち、主管３６、第１供給管３１、第１回収管３２および集約管３７によって放熱器２２を通る第１経路３Ａが形成され、主管３６、第２供給管３３、第２回収管３４および集約管３７によって太陽加熱装置４Ａを通る第２経路３Ｂが形成されている。
主管３６には、他端側から一端側に水を流すポンプ６１が設けられている。また、第１回収管３２には、第１温度センサ７１よりも上流側に開度調整可能な第１開閉弁６２が設けられており、第２供給管３３には、開度調整可能な第２開閉弁６３が設けられている。なお、第１開閉弁６２は、第１供給管３１に設けられていてもよい。
さらに、本実施形態では、放熱器２２と太陽加熱器４Ａをこの順に通る（第１経路３Ａの上流域を通った後に第２経路３Ｂの下流域を通る）第３経路３Ｃが形成されている。具体的には、第１開閉弁６２および第１温度センサ７１よりも下流側に位置する第１回収管３２の中間部分と第２開閉弁６３よりも下流側に位置する第２供給管３３の中間部分とがバイパス管３５で接続されている。本実施形態では、第１回収管３２の第１温度センサ７１よりも下流側に三方弁６４が設けられており、この三方弁３４にバイパス管３５の一端が接続されている。三方弁６４は、放熱器２２で加熱された水を第１回収管３２の中間部分よりも下流側へ流すかバイパス管３５へ流すかを切り替えるものであり、本発明の切り替え手段を構成する。なお、本発明の切り替え手段は、三方弁６４である必要はなく、バイパス管３５に設けられた開閉弁と、第１回収管３２のバイパス管３５がつながる中間部分よりも下流側に設けられた開閉弁とで構成されていてもよい。
上述したヒートポンプ制御装置２６、第１〜第３温度センサ７１〜７３、ポンプ６１、第１開閉弁６２、第２開閉弁６３および三方弁６４は、統括制御装置５と接続されている（図２参照）。統括制御装置５は、マイクロコンピュータまたはＤＳＰ（digital signal
processor）などで構成されている。そして、統括制御装置５は、予め記憶されたプログラムに従って、第１〜第３温度センサ７１〜７３で検出された温度などに基づいて、ヒートポンプ制御装置２６に指令を出すとともに、ポンプ６１および各弁６２〜６４の制御を行う。
processor）などで構成されている。そして、統括制御装置５は、予め記憶されたプログラムに従って、第１〜第３温度センサ７１〜７３で検出された温度などに基づいて、ヒートポンプ制御装置２６に指令を出すとともに、ポンプ６１および各弁６２〜６４の制御を行う。
次に、統括制御装置５が行う制御について具体的に説明する。
＜ヒートポンプ単独暖房運転＞
統括制御装置５は、雨天時などで日照が少ないとき（例えば、日照量検出センサで検出される日照量が所定量以下のとき）に、ユーザーによって図略の暖房スイッチがＯＮにされると、ヒートポンプ単独暖房運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全開、第２開閉弁６３を全閉にする。また、統括制御装置５は、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側と下流側が連通されるように切り替える。その後、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、放熱器２２で水が加熱されて温水が生成されるとともに、この温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われる。また、統括制御装置５は、第１温度センサ７１で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第１経路３Ａを流れる水の流量を調整する。
統括制御装置５は、雨天時などで日照が少ないとき（例えば、日照量検出センサで検出される日照量が所定量以下のとき）に、ユーザーによって図略の暖房スイッチがＯＮにされると、ヒートポンプ単独暖房運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全開、第２開閉弁６３を全閉にする。また、統括制御装置５は、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側と下流側が連通されるように切り替える。その後、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、放熱器２２で水が加熱されて温水が生成されるとともに、この温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われる。また、統括制御装置５は、第１温度センサ７１で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第１経路３Ａを流れる水の流量を調整する。
＜太陽加熱装置単独暖房運転＞
統括制御装置５は、日照が十分で、しかも第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が予め定めた設定温度（例えば、７０℃）以上のときに、ユーザーによって図略の太陽加熱装置４Ａによる省エネ運転を希望する暖房スイッチがＯＮにされると、太陽加熱装置単独暖房運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全閉、第２開閉弁６３を全開にする。その後、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させる。これにより、太陽加熱装置４Ａで水が加熱されて温水が生成されるとともに、この温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われる。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第２経路３Ｂを流れる水の流量を調整する。
統括制御装置５は、日照が十分で、しかも第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が予め定めた設定温度（例えば、７０℃）以上のときに、ユーザーによって図略の太陽加熱装置４Ａによる省エネ運転を希望する暖房スイッチがＯＮにされると、太陽加熱装置単独暖房運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全閉、第２開閉弁６３を全開にする。その後、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させる。これにより、太陽加熱装置４Ａで水が加熱されて温水が生成されるとともに、この温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われる。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第２経路３Ｂを流れる水の流量を調整する。
＜並列暖房運転＞
日照が十分で、第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が上記の設定温度以上のときに、ユーザーによって図略の暖房用放熱器３における急速暖房を希望する暖房スイッチがＯＮにされると、統括制御装置５は、ヒートポンプ２と太陽加熱装置４Ａによって水を同時に加熱する並列暖房運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２および第２開閉弁６３を共に全開にする。また、統括制御装置５は、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側と下流側が連通されるように切り替える。その後、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、放熱器２２および太陽加熱装置４Ａのそれぞれで水が加熱されて温水が生成されるとともに、この温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われる。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度に基づいて、ポンプ６１の回転数、第１開閉弁６２の開度および第２開閉弁６３の開度を制御して、第１経路３Ａを流れる水の流量と第２経路３Ｂを流れる水の流量を調整する。
日照が十分で、第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が上記の設定温度以上のときに、ユーザーによって図略の暖房用放熱器３における急速暖房を希望する暖房スイッチがＯＮにされると、統括制御装置５は、ヒートポンプ２と太陽加熱装置４Ａによって水を同時に加熱する並列暖房運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２および第２開閉弁６３を共に全開にする。また、統括制御装置５は、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側と下流側が連通されるように切り替える。その後、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、放熱器２２および太陽加熱装置４Ａのそれぞれで水が加熱されて温水が生成されるとともに、この温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われる。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度に基づいて、ポンプ６１の回転数、第１開閉弁６２の開度および第２開閉弁６３の開度を制御して、第１経路３Ａを流れる水の流量と第２経路３Ｂを流れる水の流量を調整する。
このように、本実施形態では、三方弁６４が設けられていて、上述した並列暖房運転が可能となっているので、暖房用放熱器３における急速運転が実現できる。
＜直列暖房運転＞
統括制御装置５は、日照が十分な場合には、ユーザーによって図略の暖房用放熱器３における高温省エネ運転を希望する暖房スイッチがＯＮにされたときに、ヒートポンプ２で加熱した水をさらに太陽加熱装置４Ａで加熱する直列暖房運転を行うことも可能である。この場合、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全開、第２開閉弁６３を全閉にするとともに、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側とバイパス管３５が連通されるように切り替える。その後、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、第３経路３Ｃを水が流れ、その途中でまず放熱器２２である程度水が加熱され（例えば、４０〜４２℃に昇温）、その後にその水がさらに太陽加熱装置４Ａで加熱されて、温水が生成される。そして、この温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われる。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、７０℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第３経路３Ｃを流れる水の流量を調整する。
統括制御装置５は、日照が十分な場合には、ユーザーによって図略の暖房用放熱器３における高温省エネ運転を希望する暖房スイッチがＯＮにされたときに、ヒートポンプ２で加熱した水をさらに太陽加熱装置４Ａで加熱する直列暖房運転を行うことも可能である。この場合、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全開、第２開閉弁６３を全閉にするとともに、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側とバイパス管３５が連通されるように切り替える。その後、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、第３経路３Ｃを水が流れ、その途中でまず放熱器２２である程度水が加熱され（例えば、４０〜４２℃に昇温）、その後にその水がさらに太陽加熱装置４Ａで加熱されて、温水が生成される。そして、この温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われる。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、７０℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第３経路３Ｃを流れる水の流量を調整する。
以上説明したように、本実施形態の液体循環式暖房システム１Ａでは、太陽加熱装置４Ａを通る第２経路３Ｂまたは第３経路３Ｃに水を流して加熱できるようになっているので、必要な量の水を太陽熱により効果的に加熱することができる。従って、本実施形態によれば、無駄な加熱を抑えて、太陽熱を有効に活用することができる。
ところで、第１供給管３１および第２供給管３３にそれぞれポンプを設け、第１開閉弁６２および第２開閉弁６３を省略することも可能である。しかし、本実施形態のように、第１供給管３１と第２供給管３３に分かれる主管３６にポンプ６１が設けられていれば、ポンプの数を抑えて簡単な構成とすることができる。
また、本実施形態では、バイパス管３５および三方弁６４が設けられていて、上述した直列暖房運転が可能となっているので、ヒートポンプ２による加熱温度を低くすることができ、よりいっそうの省エネルギー化を図ることができる。
（第２実施形態）
次に、図３に、本発明の第２実施形態に係る液体循環式暖房システム１Ｂを、図４にそのブロック図を示す。なお、本実施形態では、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
次に、図３に、本発明の第２実施形態に係る液体循環式暖房システム１Ｂを、図４にそのブロック図を示す。なお、本実施形態では、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
第２実施形態の液体循環式暖房システム１Ｂは、暖房用放熱器３と放熱器２２および太陽加熱装置４Ａとが貯湯タンク８を介して接続されている点で第１実施形態の液体循環式暖房システム１Ａと異なるが、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様である。
貯湯タンク８は、鉛直方向に延びる円筒状の密閉容器である。貯湯タンク８の下部には、一端に第１供給管３１および第２供給管３３の上流端が接続された主管３６の他端が接続されており、貯湯タンク８の上部には、一端に第１回収管３２および第２回収管３４の下流端が接続された集約管３７の他端が接続されている。貯湯タンク８の内部は水で満たされている。
そして、温水生成時にはポンプ６１が回転させられることにより、貯湯タンク８内から主管３６に水が流出し、第１〜第３経路３Ａ〜３Ｃのいずれかまたは第１経路３Ａおよび第２経路３Ｂに水が流れて温水が生成され、この温水が集約管３７から貯湯タンク８内に流入する。これにより、貯湯タンク８内には生成された温水が上側から貯められる。さらに、貯湯タンク８の側面には、貯湯タンク８内にどれだけの温水が残っているかを判定するための複数の第４温度センサ７４が設けられている。第４温度センサ７４は、統括制御装置５に接続されている。
なお、本実施形態では、貯湯タンク８内の上側位置に給湯用の熱交換器９２が配設されており、この熱交換器９２に給水管９１および出湯管９３が接続されている。すなわち、本実施形態では、生成した温水を、給湯用の熱源として利用できるようになっている。
一方、暖房用放熱器３の流入口は、送り管８１によって貯湯タンク８の上部と接続されており、暖房用放熱器３の流出口は、戻し管８２によって貯湯タンク８の下部と接続されている。本実施形態では、戻し管８２に循環用ポンプ６６が設けられているが、循環用ポンプ６６は送り管８１に設けられていてもよい。循環用ポンプ６６は、統括制御装置５に接続されている。そして、ポンプ６６が回転させられることにより、貯湯タンク８に貯められた温水が送り管８１を通じて暖房用放熱器３に送られるとともに、暖房用放熱器３で放熱した温水が戻し管８２を通じて貯湯タンク８に戻される。
次に、第２実施形態の統括制御装置５が行う制御について具体的に説明する。
＜ヒートポンプ単独蓄熱運転＞
統括制御装置５は、雨天時などで日照が少ないとき（例えば、日照量検出センサで検出される日照量が所定量以下のとき）に、第４温度センサ７４で検出される温度から残湯量が少ないと判定すると、ヒートポンプ単独蓄熱運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全開、第２開閉弁６３を全閉にする。また、統括制御装置５は、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側と下流側が連通されるように切り替える。さらに、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、放熱器２２で水が加熱されて温水が生成される。また、統括制御装置５は、第１温度センサ７１で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第１経路３Ａを流れる水の流量を調整する。
統括制御装置５は、雨天時などで日照が少ないとき（例えば、日照量検出センサで検出される日照量が所定量以下のとき）に、第４温度センサ７４で検出される温度から残湯量が少ないと判定すると、ヒートポンプ単独蓄熱運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全開、第２開閉弁６３を全閉にする。また、統括制御装置５は、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側と下流側が連通されるように切り替える。さらに、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、放熱器２２で水が加熱されて温水が生成される。また、統括制御装置５は、第１温度センサ７１で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第１経路３Ａを流れる水の流量を調整する。
＜太陽加熱装置単独蓄熱運転＞
統括制御装置５は、日照が十分で、しかも第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が予め定めた第１設定温度（例えば、７０℃）以上のときに、第４温度センサ７４で検出される温度から残湯量が少ないと判定すると、太陽加熱装置単独蓄熱運転を行う。具体的に、第１開閉弁６２を全閉、第２開閉弁６３を全開にし、ポンプ６１を回転させる。これにより、太陽加熱装置４Ａで水が加熱されて温水が生成される。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第２経路３Ｂを流れる水の流量を調整する。
統括制御装置５は、日照が十分で、しかも第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が予め定めた第１設定温度（例えば、７０℃）以上のときに、第４温度センサ７４で検出される温度から残湯量が少ないと判定すると、太陽加熱装置単独蓄熱運転を行う。具体的に、第１開閉弁６２を全閉、第２開閉弁６３を全開にし、ポンプ６１を回転させる。これにより、太陽加熱装置４Ａで水が加熱されて温水が生成される。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第２経路３Ｂを流れる水の流量を調整する。
＜並列蓄熱運転＞
統括制御装置５は、日照が十分で、しかも第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が上記第１設定温度以上のときに、第４温度センサ７４で検出される温度から残湯量が極端に少ないと判定すると、ヒートポンプ２と太陽加熱装置４Ａによって水を同時に加熱する並列蓄熱運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２および第２開閉弁６３を共に全開にする。また、統括制御装置５は、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側と下流側が連通されるように切り替える。さらに、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、放熱器２２および太陽加熱装置４Ａのそれぞれで水が加熱されて温水が生成される。また、統括制御装置５は、第１温度センサ７１で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となり、かつ、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数、第１開閉弁６２の開度および第２開閉弁６３の開度を制御して、第１経路３Ａを流れる水の流量と第２経路３Ｂを流れる水の流量を調整する。
統括制御装置５は、日照が十分で、しかも第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が上記第１設定温度以上のときに、第４温度センサ７４で検出される温度から残湯量が極端に少ないと判定すると、ヒートポンプ２と太陽加熱装置４Ａによって水を同時に加熱する並列蓄熱運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、第１開閉弁６２および第２開閉弁６３を共に全開にする。また、統括制御装置５は、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側と下流側が連通されるように切り替える。さらに、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、放熱器２２および太陽加熱装置４Ａのそれぞれで水が加熱されて温水が生成される。また、統括制御装置５は、第１温度センサ７１で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となり、かつ、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、ポンプ６１の回転数、第１開閉弁６２の開度および第２開閉弁６３の開度を制御して、第１経路３Ａを流れる水の流量と第２経路３Ｂを流れる水の流量を調整する。
このように、本実施形態では、三方弁６４が設けられていて、上述した並列蓄熱運転が可能となっているので、短い時間で貯湯タンク８内への貯湯を実現できる。
＜直列蓄熱運転＞
統括制御装置５は、日照が十分で、しかも第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が予め定めた第２設定温度（例えば、８０℃）以上のときに、第４温度センサ７４で検出される温度から残湯量が少ないと判定した場合には、ヒートポンプ２で加熱した水をさらに太陽加熱装置４Ａで加熱する直列蓄熱運転を行う。この場合、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全開、第２開閉弁６３を全閉にするとともに、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側とバイパス管３５が連通されるように切り替える。さらに、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、第３経路３Ｃを水が流れ、その途中でまず放熱器２２である程度水が加熱され（例えば、４０〜４２℃に昇温）、その後にその水がさらに太陽加熱装置４Ａで加熱されて、温水が生成される。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、７０℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第３経路３Ｃを流れる水の流量を調整する。
統括制御装置５は、日照が十分で、しかも第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が予め定めた第２設定温度（例えば、８０℃）以上のときに、第４温度センサ７４で検出される温度から残湯量が少ないと判定した場合には、ヒートポンプ２で加熱した水をさらに太陽加熱装置４Ａで加熱する直列蓄熱運転を行う。この場合、統括制御装置５は、第１開閉弁６２を全開、第２開閉弁６３を全閉にするとともに、三方弁６４を、第１回収管３２の上流側とバイパス管３５が連通されるように切り替える。さらに、統括制御装置５は、ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、第３経路３Ｃを水が流れ、その途中でまず放熱器２２である程度水が加熱され（例えば、４０〜４２℃に昇温）、その後にその水がさらに太陽加熱装置４Ａで加熱されて、温水が生成される。また、統括制御装置５は、第３温度センサ７３で検出される水の温度が所定温度（例えば、７０℃）となるように、ポンプ６１の回転数を制御して第３経路３Ｃを流れる水の流量を調整する。
このように、本実施形態では、バイパス管３５および三方弁６４が設けられていて、上述した直列蓄熱運転が可能となっているので、ヒートポンプ２による加熱温度を低くすることができ、よりいっそうの省エネルギー化を図ることができる。
＜暖房運転＞
統括制御装置５は、ユーザーによって図略の暖房スイッチがＯＮにされると、循環用ポンプ６６を回転させる。これにより、貯湯タンク８内に貯められた温水が暖房用放熱器３に送られここで放熱されて、暖房が行われる。
統括制御装置５は、ユーザーによって図略の暖房スイッチがＯＮにされると、循環用ポンプ６６を回転させる。これにより、貯湯タンク８内に貯められた温水が暖房用放熱器３に送られここで放熱されて、暖房が行われる。
以上説明した第２実施形態の液体循環式暖房システム１Ｂでも、第１実施形態の液体循環式暖房システム１Ａと同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、主管３６および集約管３７が設けられているが、これらを省略して第１供給管３１および第２供給管３３の上流端を貯湯タンク８の下部に直接接続するとともに第１回収管３２および第２回収管３４の下流端を貯湯タンク８の上部に直接接続することも可能である。この場合には、第１供給管３１および第２供給管３３にポンプをそれぞれ設け、第１開閉弁６２および第２開閉弁６３を省略することもできる。ただし、本実施形態のように、第１供給管３１および第２供給管３３が主管３６を介してタンクに接続され、その主管３６にポンプ６１が設けられていれば、ポンプの数を抑えて簡単な構成とすることができる。さらに、第１回収管３２および第２回収管３４も集約管３７を介してタンクに接続されていれば、構成をよりシンプルにすることができる。
（第３実施形態）
次に、図５に、本発明の第３実施形態に係る液体循環式暖房システム１Ｃを示す。なお、本実施形態では、第１実施形態および第２実施形態と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
次に、図５に、本発明の第３実施形態に係る液体循環式暖房システム１Ｃを示す。なお、本実施形態では、第１実施形態および第２実施形態と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
第３実施形態の液体循環式暖房システム１Ｃでは、貯湯タンク８に貯められた温水が直接的に給湯に使用できるようになっている。具体的には、給水管９１が貯湯タンク８の下部に接続されており、出湯管９３が貯湯タンク８の上部に接続されている。また、貯湯タンク８内の上側位置には、貯湯タンク８に貯められた温水と第２の液体との間で熱交換を行うための熱交換器８３が配設されている。熱交換器８３は、送り管８１および戻し管８２によって暖房用放熱器３と接続されている。そして、循環用ポンプ６６が回転させられることにより、熱交換器８３で加熱された第２の液体が送り管８１を通じて暖房用放熱器３に送られ、暖房用放熱器３で放熱した第２の液体が戻し管８２を通じて熱交換器８３に戻される。第２の液体としては、例えば不凍液を用いることも可能であるが、安価で大量入手可能な水を用いることが好ましい。
なお、統括制御装置５が行う制御は、第２実施形態と同じであるため、その説明は省略する。ただし、暖房運転時には、貯湯タンク８内に貯められた温水と熱交換した第２の液体が暖房用放熱器３で放熱することにより、すなわち温水の熱が第２の液体を介して暖房用放熱器３に移動することにより暖房が行われる。
このような液体循環式暖房システム１Ｃでも、第１実施形態の液体循環式暖房システム１Ａと同様の効果を得ることができる。
（その他の形態）
前記各実施形態では、太陽加熱装置４Ａとして太陽集熱器が採用されているが、本発明の太陽加熱装置は、図６に示すような太陽加熱装置４Ｂであってもよい。この太陽加熱装置４Ｂは、太陽熱を熱媒を介して前記液体に与えるものであり、太陽熱を熱媒に与える太陽集熱器４１と、熱媒と水との間で熱交換を行う熱交換器４２と、それらを接続する配管４３，４４を備えている。そして、熱交換器４２には、第２供給管３３および第２回収管３４が接続される。このような太陽加熱装置４Ｂを採用すれば、熱媒に不凍液を用いることができ、寒冷地に適した構成とすることができる。
前記各実施形態では、太陽加熱装置４Ａとして太陽集熱器が採用されているが、本発明の太陽加熱装置は、図６に示すような太陽加熱装置４Ｂであってもよい。この太陽加熱装置４Ｂは、太陽熱を熱媒を介して前記液体に与えるものであり、太陽熱を熱媒に与える太陽集熱器４１と、熱媒と水との間で熱交換を行う熱交換器４２と、それらを接続する配管４３，４４を備えている。そして、熱交換器４２には、第２供給管３３および第２回収管３４が接続される。このような太陽加熱装置４Ｂを採用すれば、熱媒に不凍液を用いることができ、寒冷地に適した構成とすることができる。
また、バイパス管３５および三方弁６４を省略して、ヒートポンプ２と太陽加熱装置４Ａ（または４Ｂ）の双方による水の加熱を並列暖房運転または並列蓄熱運転のみで行うことも可能である。この場合には、第２開閉弁６３を第２回収管３４に設けてもよい。
また、前記各実施形態では、日照が少ないときとして日照量検出センサで検出される日照量が所定量以下のときを例示したが、統括制御装置５は、第２温度センサ７２で検出される太陽集熱器の表面の温度が所定温度（例えば、４０℃）以下のときに、日照が少ないと判定してもよい。
１Ａ〜１Ｃ 液体循環式暖房システム
２ ヒートポンプ
２０ ヒートポンプ回路
２２ 放熱器（冷媒放熱器）
３ 暖房用放熱器
３Ａ 第１経路
３Ｂ 第２経路
３１ 第１供給管
３２ 第１回収管
３３ 第２供給管
３４ 第２回収管
３５ バイパス管
３６ 主管
３７ 集約管
６１ ポンプ
６２ 第１開閉弁
６３ 第２開閉弁
６４ 三方弁
６６ 循環用ポンプ
４Ａ 太陽加熱装置（太陽集熱器）
４Ｂ 太陽加熱装置
８ 貯湯タンク
８１ 送り管
８２ 戻し管
８３ 熱交換器
２ ヒートポンプ
２０ ヒートポンプ回路
２２ 放熱器（冷媒放熱器）
３ 暖房用放熱器
３Ａ 第１経路
３Ｂ 第２経路
３１ 第１供給管
３２ 第１回収管
３３ 第２供給管
３４ 第２回収管
３５ バイパス管
３６ 主管
３７ 集約管
６１ ポンプ
６２ 第１開閉弁
６３ 第２開閉弁
６４ 三方弁
６６ 循環用ポンプ
４Ａ 太陽加熱装置（太陽集熱器）
４Ｂ 太陽加熱装置
８ 貯湯タンク
８１ 送り管
８２ 戻し管
８３ 熱交換器
Claims (11)
- 液体を加熱して加熱液体を生成し、この加熱液体の熱を暖房用放熱器から放出させて暖房を行う液体循環式暖房システムであって、
循環する冷媒を放熱させて前記液体を加熱する冷媒放熱器を有するヒートポンプ回路と、
太陽熱により前記液体を加熱する太陽加熱装置と、を備え、
前記加熱液体を生成するために前記液体を流す経路として、前記冷媒放熱器を通る第１経路と、前記太陽加熱装置を通る第２経路とが形成され、
前記第１経路は、前記液体を前記冷媒放熱器に供給する第１供給管と、前記冷媒放熱器で加熱された前記液体を回収する第１回収管とを有し、
前記第２経路は、前記液体を前記太陽加熱装置に供給する第２供給管と、前記太陽加熱装置で加熱された前記液体を回収する第２回収管とを有し、
前記第１回収管と前記第２供給管の中間部分とがバイパス管で接続されており、
前記冷媒放熱器で加熱された前記液体を前記第１回収管の下流側へ流すか前記バイパス管へ流すかを切り替える切り替え手段をさらに備えている、液体循環式暖房システム。 - 一端に前記第１供給管の上流端および前記第２供給管の上流端が接続された主管をさらに備え、
前記主管には、他端側から前記一端側へ前記液体を流すポンプが設けられており、
前記第１供給管または前記第１回収管には第１開閉弁が設けられているとともに、前記第２供給管または前記第２回収管には第２開閉弁が設けられている、請求項１に記載の液体循環式暖房システム。 - 前記第１開閉弁よりも下流側に位置する前記第１回収管の中間部分と前記第２開閉弁よりも下流側に位置する前記第２供給管の前記中間部分とが前記バイパス管で接続されており、
前記切り替え手段は、前記冷媒放熱器で加熱された前記液体を前記第１回収管の前記中間部分よりも下流側へ流すか前記バイパス管へ流すかを切り替える、請求項２に記載の液体循環式暖房システム。 - 一端に前記第１回収管の下流端および前記第２回収管の下流端が接続された集約管をさらに備える、請求項２または３に記載の液体循環式暖房システム。
- 前記主管の他端および前記集約管の他端は、前記暖房用放熱器に接続されている、請求項４に記載の液体循環式暖房システム。
- 下部に前記第１供給管の上流端および前記第２供給管の上流端または前記主管の他端が接続されるとともに上部に前記第１回収管の下流端および前記第２回収管の下流端または前記集約管の他端が接続された、生成された前記加熱液体を貯めるタンクと、
前記タンクに貯められた前記加熱液体を前記暖房用放熱器に送る送り管と、
前記暖房用放熱器で放熱した前記加熱液体を前記タンクに戻す戻し管と、をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体循環式暖房システム。 - 下部に前記第１供給管の上流端および前記第２供給管の上流端または前記主管の他端が接続されるとともに上部に前記第１回収管の下流端および前記第２回収管の下流端または前記集約管の他端が接続された、生成された前記加熱液体を貯めるタンクと、
前記タンク内に配設され、前記タンクに貯められた前記加熱液体と第２の液体との間で熱交換を行うための熱交換器と、
前記熱交換器で加熱された第２の液体を前記暖房用放熱器に送る送り管と、
前記暖房用放熱器で放熱した第２の液体を前記熱交換器に戻す戻し管と、をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体循環式暖房システム。 - 前記戻し管または前記送り管には、循環用ポンプが設けられている、請求項６または７に記載の液体循環式暖房システム。
- 前記太陽加熱装置は、太陽熱を直接的に前記液体に与える太陽集熱器である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体循環式暖房システム。
- 前記太陽加熱装置は、太陽熱を熱媒を介して前記液体に与えるものである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体循環式暖房システム。
- 前記液体は水であり、前記加熱液体は温水である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液体循環式暖房システム。
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