JP5600505B2 - ハイブリッド給湯システム - Google Patents

Description

本発明はハイブリッド給湯システムに関する。

熱源が、ヒートポンプ、太陽光集熱器、ガス加熱器などの異なったもので構成される複数の給湯器を有するハイブリッド給湯システムが知られている。例えば、熱源としてヒートポンプと太陽光集熱器を備えたものでは、夜間において安価な電気を利用してヒートポンプを駆動して温湯を作り、昼間には太陽光集熱器を熱源として温湯を作るといった熱源の切替え制御によって、低コストで温湯が供給できるようにしている。

複数の貯湯タンクを備えるヒートポンプ式給湯装置においては、いずれかのタンク内の湯温が低下した場合に、出湯するタンクと沸上げるタンクを順に切り替えることにより連続して出湯ができるように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２２１６７３号公報

ところで、給湯システムからの給湯が停止してしまうことは極力避けなければならず、特に給湯システムがレストランや宿泊施設などの業務用として用いられる場合に、給湯の停止（湯切れ）が発生すれば深刻な事態になる。湯切れは、多くの場合、熱源を駆動する動力源の故障や停止により引き起こされる。

具体的には、例えば、ヒートポンプを有する給湯器をＡＣ電源により駆動する給湯システムの場合、ＡＣ電源の停電が直接湯切れにつながり、太陽光発電パネルにより発電した電気で駆動する給湯システムの場合、天候不順による発電量の不足や太陽光発電パネル自体の故障が湯切れを引き起こす原因になりやすい。

異なる熱源を用いた複数の給湯器を有するハイブリッド給湯システムの場合も事情は同じであるが、ハイブリッド給湯システムの場合、各給湯器を駆動する動力源を互いに異なるものとすることができる。具体的には、例えば、ヒートポンプを有する給湯器はＡＣ電源により駆動し、太陽光集熱器を有する給湯器は太陽光発電により得られる電気で駆動するなどである。

そこで、本発明者は、上記のようにハイブリッド給湯システムにおいては各給湯器の動力源を異なるものにできる点に着目し、本発明に想到した。本発明は、上記課題を解決するものであり、互いに異なる熱源を用いた複数の給湯器を有し、各給湯器を駆動するための動力源が互いに異なるハイブリッド給湯システムにおいて、動力源を切替えることにより、湯切れの発生を防止することができるハイブリッド給湯システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、互いに異なる熱源を用いた複数の給湯器を有し、各給湯器を駆動するための各給湯器に一対一に対応させて接続した複数の電力源を有するハイブリッド給湯システムにおいて、前記各給湯器は、自給湯器の電力源からの電力供給状態及び自給湯器の温度センサ検知による運転状態を把握する制御部を備え、前記制御部は、把握した自給湯器の電力供給状態及び自給湯器の運転状態を他の制御部に送信し、自給湯器への電力供給状態が正常でない場合に、他の給湯器における電力供給状態及び運転状態に基づいて電力の供給が正常に行えるか否かを判断し、正常に行える場合に当該他の給湯器の電力源からの電力を自給湯器へ供給するように電力源を切替えることを特徴とする。

前記電力源が自然エネルギーを利用したものであることが好ましい。

本発明によれば、制御部が把握した動力の供給状況に応じて、給湯器へ動力を供給する動力源を切替えるので、湯切れの発生を極力防止することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド給湯システムのブロック図。 同ハイブリッド給湯システムにおいて種々の態様の動力源が給湯器に接続される場合の概念構成を示す図。

以下、本発明の一実施形態に係るハイブリッド給湯システムについて、図１を参照して説明する。本実施形態のハイブリッド給湯システム１は、ヒートポンプ２を熱源とするヒートポンプ給湯器３と、太陽光集熱器４を熱源とする太陽光給湯器５と、ガス加熱器６を熱源とするガス給湯器７と、を備える。

ヒートポンプ給湯器３には動力源としてのＡＣ電源８が給電線９を介して接続され、太陽光給湯器５には太陽光パネル１１と蓄電池１２とを備える太陽光発電装置１３が給電線１４を介して接続され、ガス給湯器７には自家発電電源１５が給電線１６を介して接続されている。給電線９には、電源側の端子１７ａ、１７ｂ、１７ｃを、ＡＣ電源８、太陽光発電装置１３、及び自家発電電源１５の間で切替えられる切替えスイッチ１７を備える。この切替えスイッチ１７の動作については、後述する。

ヒートポンプ２と太陽光集熱器４により生成される湯が、共通の貯湯タンク１８に溜められた後、出湯配管１９を経て、レストランの厨房施設やホテル・宿泊施設の入浴設備などの温湯使用設備に供給される。ガス給湯器７により生成される湯は、出湯配管２１及び管寄せ配管２２を経て、同じく温湯使用設備に供給されるようになっている。

ヒートポンプ給湯器３は、貯湯タンク１８内に取付けられた温度センサ２３を介して貯湯タンク１８内の湯温を検知し、検知した湯温に基づいてヒートポンプ２の運転を発停制御したり、常温水の供給配管２４の電磁弁２５、出湯配管１９の電磁弁２６などの弁の開閉を制御する制御部２７を備えている。なお、ヒートポンプ２は、自然冷媒（二酸化炭素）を使用した高効率なものであり、ヒートポンプ給湯器３の沸上げ効率を向上させることに寄与している。

制御部２７は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２７ａと送受信部２７ｂを備える。マイコン２７ａは、ヒートポンプ２の運転状態や貯湯タンク１８内の湯温などに基づいて沸上げ状況を検知し、給電線９に流れる電流を検知してＡＣ電源８から供給される電力の状況を把握する。送受信部２７ｂは、マイコン２７ａが把握した貯湯タンク１８の沸上げ状態、及び電力の供給状態を所定の統一されたプロトコルに従って、他の給湯器５、７へ送信する。

太陽光給湯器５は、制御部２７と同様に、マイコン２８ａと送受信部２８ｂを有する制御部２８を備える。マイコン２８ａは、制御部２７が送信した貯湯タンク１８内の湯温情報に基づいて太陽光集熱器４を制御し、太陽光集熱器４に取付けられた温度センサ２９を介して太陽光集熱器４の運転状態を把握し、給電線１４に流れる電流を検知して太陽光発電装置１３から供給される電力の状況を把握する。送受信部２８ｂは、マイコン２８ａが把握した太陽光集熱器４の状態、及び電力の供給状態を前記と同一のプロトコルに従って、他の給湯器３、７へ送信する。

ガス給湯器７は、制御部２７、２８と同様に、マイコン３１ａと送受信部３１ｂを有する制御部３１を備える。マイコン３１ａは、制御部２７が送信した貯湯タンク１８内の湯温情報に基づいてガス加熱器６を制御し、ガス加熱器６に取付けられた温度センサ３２を介してガス加熱器６の運転状態を把握し、給電線１６に流れる電流を検知して自家発電電源１５から供給される電力の状況を把握する。また、常温水の供給配管３３の電磁弁３４、出湯配管２１の電磁弁３６の開閉を制御する。送受信部３１ｂは、マイコン３１ａが把握したガス加熱器６の状態、及び電力の供給状態を前記と同一のプロトコルに従って、他の給湯器３、５へ送信する。さらに、マイコン３１ａは、送受信部３１ｂを介して自家発電電源１５に制御信号を送信し、自家発電電源１５の発進・停止を制御する。

送受信部２７ｂ、２８ｂ、３１ｂは、光ファイバーなどの通信線３７を介して有線接続されている。制御部２７、２８、３１が通信線３７を介して互いに通信する情報としては、熱源の運転状況、電力の供給状況の他に、例えば、貯湯タンク１８内の湯の温度情報、各熱源が故障していないかどうかといった死活情報、及び他の給湯器を制御するための制御情報が含まれる。また、制御部２７は、自給湯器３への電力の供給状況、及び他給湯器５、７への電力の供給状況に基づいて、信号線３８を介して切替え信号を送信し、切替えスイッチ１７を切替え動作させる。

なお、各制御部２７、２８、３１が電力の供給状態を把握する構成としては、上記のように給電線９、１４、１６に流れる電流を検知する構成以外に種々のものが可能である。例えば、ＡＣ電源８、太陽光発電装置１３、及び自家発電電源１５の内部に、現在出力中の電力量をデータとして送信するデータ送信装置（不図示）を設け、該データ送信装置が送信する電力量データを制御部２７、２８、３１が受信することにより把握するようにしてもよい。この場合には、データ送信装置が、電力量データと共に、各動力源が正常に動作しているか否かを示す動力源の状態に関するデータを送信するようにすれば、制御部２７、２８、３１が電力の供給状況をより正確に把握することができる。

次に、本ハイブリッド給湯システム１の動作について説明する。ヒートポンプ給湯器３はＡＣ電源８により電力供給を受けて昼夜を通して稼働し、太陽光給湯器５は、太陽光発電装置１３が昼間に生成して蓄電した電気により主に昼間に稼働し、ガス給湯器７は主に冬場において補助的に稼働するものとする。

いま、切替えスイッチ１７が図１に実線で示した位置（端子１７ｄが端子１７ａに接続された状態）にあり、ヒートポンプ給湯器３がＡＣ電源８からの電力供給を受けて稼働中であるときに、ＡＣ電源８が停電し、電力供給が停止した場合を想定する。この場合に、制御部２７は、給電線９に流れる電流が停止することから、ＡＣ電源８の停電を認識する。そして、制御部２７は、制御部２８から送信される太陽光給湯器５の状態を示す情報に基づいて太陽光発電装置１３が正常に電力供給を行える状態か否かを判断し、太陽光発電装置１３が正常である場合には切替えスイッチ１７を一点鎖線で示した位置（端子１７ｄが端子１７ｂに接続された状態）に切替える。

これにより、ＡＣ電源８に替って太陽光発電装置１３からヒートポンプ給湯器３に駆動電力が供給されて、ヒートポンプ給湯器３は継続して貯湯タンク１８内の湯の昇温動作を行うことができ、湯切れが生じることを防止できる。

また、制御部２７は、太陽光給湯器５の状態を示す情報に基づいて太陽光発電装置１３の蓄電量が十分ではなく、太陽光発電装置１３が正常に電力供給を行える状態ではないと判断したときには、制御部３１から自家発電電源１５を発進させる制御信号を送信させて自家発電電源１５を動作開始させたうえで、切替えスイッチ１７を二点鎖線で示した位置（端子１７ｄが端子１７ｃに接続された状態）に切替える。

これにより、天候不順などの影響により太陽光発電装置１３の蓄電量が十分ではないときでも、ＡＣ電源８に替って自家発電電源１５からヒートポンプ給湯器３に駆動電力が供給されて、ヒートポンプ給湯器３に継続して昇温動作を行わせることができ、湯切れが生じることを防止できる。

なお、ヒートポンプ給湯器３とＡＣ電源８とを接続する給電線９にのみ切替えスイッチ１７を備えるのではなく、他の給電線１４、１６にも切替えスイッチ（不図示）を備え、各給湯器３、５、７への電力供給の状況に応じて、給湯器３、５、７と動力源（ＡＣ電源８、太陽光発電装置１３、自家発電電源１５）との接続の態様を種々に変更するようにしてもよい。

具体的には、例えば、給電線１４に、制御部２８によって切替え制御される切替えスイッチを備え、太陽光給湯器５へ接続される動力源を、ＡＣ電源８、又は自家発電電源１５に切替えられるようにしてもよい。同様に、給電線１６に、制御部３１によって切替え制御される切替えスイッチを備えて、ガス給湯器７へ接続される動力源を、ＡＣ電源８、又は太陽光発電装置１３に切替えられるようにしてもよい。上記のように構成することにより、いずれかの動力源が故障などにより電力供給ができなくなった場合でも、切替えスイッチを適宜に切替えることにより正常な動力源を稼働すべき給湯器へ接続でき、給湯器３、５、７の運転を継続させて湯切れが生じることを防止できる。

なお、複数の給湯器に対して１つの動力源を交代で接続して使用するように構成した場合には、設置する動力源の数を減少させ、設備コストを低減することができる。また、この場合には、同時に２つ以上の給湯器を稼働させることができず、給湯量は減少するが、複数の給湯器に対して容量の小さい１台の貯湯タンクを設置するだけで済むので、給湯システム１全体の設置スペースを小さいものにできる。

さらに、図２に示すように、温泉水や地熱などの自然エネルギーを利用するものを含めて多種類の動力源（発電装置）を給湯器に接続することも可能である。各動力源から給湯器に給電する経路５０には、電圧逆流防止素子５１を挿入してある。自然エネルギーを利用するものは、太陽光発電、荷重発電、衝撃発電、温泉水発電、地熱発電である。これらは、化石燃料による発電とは異なり、燃料を補充する必要がないので半永久的に電力を取り出すことができ、その点でも給湯器を継続的に稼働させることができ、湯切れを防止することができる。

特に、荷重発電と衝撃発電は、人が歩く時に床に加わる荷重や衝撃を、圧電素子を用いて電気に変換するものであるので、動力源として荷重発電装置を採用した本ハイブリッド給湯システム１をレストランや宿泊施設などの人が集まる施設に設置したときには、来客数が多いほど発電量が増加し、大量の給湯需要に対応することができる。

以上のように、本実施形態のハイブリッド給湯システム１では、給湯器３、５、７の各々が動力源（ＡＣ電源８、太陽光発電装置１３、自家発電電源１５）から供給される動力の状況を把握する制御部２７、２８、３１を備え、把握した状況に応じて他の給湯器３、５、７の動力源からの動力を自給湯器３、５、７へと切替えるので、給湯器３、５、７の運転が停電などにより停止してしまうことを防止することができ、ひいては湯切れが生じることを防止することができる。

１ ハイブリッド給湯システム
２ ヒートポンプ（熱源）
３ ヒートポンプ給湯器
４ 太陽光集熱器（熱源）
５ 太陽光給湯器
６ ガス加熱器（熱源）
７ ガス給湯器
８ ＡＣ電源（動力源）
１３ 太陽光発電装置（動力源）
１５ 自家発電電源（動力源）
１７ 切替えスイッチ
２７ 制御部
２８ 制御部
３１ 制御部

Claims (2)

1. 互いに異なる熱源を用いた複数の給湯器を有し、各給湯器を駆動するための各給湯器に一対一に対応させて接続した複数の電力源を有するハイブリッド給湯システムにおいて、
   前記各給湯器は、自給湯器の電力源からの電力供給状態及び自給湯器の温度センサ検知による運転状態を把握する制御部を備え、
   前記制御部は、把握した自給湯器の電力供給状態及び自給湯器の運転状態を他の制御部に送信し、自給湯器への電力供給状態が正常でない場合に、他の給湯器における電力供給状態及び運転状態に基づいて電力の供給が正常に行えるか否かを判断し、正常に行える場合に当該他の給湯器の電力源からの電力を自給湯器へ供給するように電力源を切替えることを特徴とするハイブリッド給湯システム。
2. 前記電力源が自然エネルギーを利用したものであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド給湯システム。

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