| 【発明の名称】 |
貯湯式給湯装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】矢島 初男
【氏名】今井 英充
【氏名】入野 賢志
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| 【要約】 |
【課題】ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転を選択的に併用して、効率よく貯湯槽11の湯水を昇温沸上する。
【解決手段】圧縮機、凝縮器および蒸発器を有し、冷媒が循環するヒートポンプ集熱器を設ける。蒸発器に対して並列に接続するソーラ集熱器を設ける。圧縮機および凝縮器に対して蒸発器およびソーラ集熱器のいずれか一方を選択的に切換接続する切換手段を設ける。凝縮器との熱交換にて湯水を昇温沸上する貯湯槽を設ける。外気温度を検知する外気温度検知手段、および貯湯槽の湯水の温度を検知する湯水温度検知手段を設ける。外気温度と湯水温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転させる運転制御手段を設ける。ヒートポンプ集熱運転の運転効率のよい領域Ｈとソーラ集熱運転の運転効率のよい領域Ｓとを境界線Ａを堺に区分する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機、凝縮器および蒸発器を有し、冷媒が循環されるヒートポンプ集熱器と、前記蒸発器に対して並列に接続されるソーラ集熱器と、前記圧縮機および凝縮器に対して蒸発器およびソーラ集熱器のいずれか一方を選択的に切換接続する切換手段と、前記凝縮器との熱交換によって湯水が昇温沸上される貯湯槽と、外気温度を検知する外気温度検知手段と、前記貯湯槽の湯水の温度を検知する湯水温度検知手段と、前記外気温度検知手段で検知される外気温度と前記湯水温度検知手段で検知される湯水温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転させる運転制御手段とを具備していることを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】 外気温度検知手段は、蒸発器に設けられた蒸発器温度検知センサであることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
【請求項３】 圧縮機、凝縮器および蒸発器を有し、冷媒が循環されるヒートポンプ集熱器と、前記蒸発器に対して並列に接続されるソーラ集熱器と、前記圧縮機および凝縮器に対して蒸発器およびソーラ集熱器のいずれか一方を選択的に切換接続する切換手段と、湯水を貯湯する貯湯槽と、前記凝縮器との熱交換によって前記貯湯槽の湯水を昇温沸上する熱交換器と、この熱交換器に入る貯湯槽からの湯水の入口温度を検知する湯水入口温度検知手段と、前記凝縮器から出る冷媒の出口温度を検知する冷媒出口温度検知手段と、前記湯水入口温度検知手段で検知される湯水の入口温度と前記冷媒出口温度検知手段で検知される冷媒の出口温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転させる運転制御手段とを具備していることを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項４】 運転制御手段は、ソーラ集熱運転のみを行なうソーラ集熱運転モードのとき、ソーラ集熱運転の運転効率が低下すればソーラ集熱運転を停止させることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の貯湯式給湯装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転を選択的に併用して貯湯槽の湯水を効率的に昇温沸上する貯湯式給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、特公平４−１９４５８号公報に記載されているように、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ（太陽熱）集熱運転を選択的に併用して貯湯槽内の湯水の昇温沸上を行なうようにした貯湯式給湯装置が知られている。
【０００３】この貯湯式給湯装置では、圧縮機、凝縮器および蒸発器を有して冷媒が循環されるヒートポンプ集熱器を備えるとともに、蒸発器に並列に接続されるソーラ集熱器を備え、凝縮器において貯湯槽内の湯水と熱交換するように構成しており、圧縮機および凝縮器に対して蒸発器およびソーラ集熱器のいずれか一方を選択的に切換接続することにより、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のいずれか一方の集熱作用で貯湯槽内の湯水を昇温沸上するようにしている。
【０００４】そして、例えば晴天の日で、ソーラ集熱器に設けられた集熱温度検知センサで検知される集熱温度が設定温度より高い場合に、ソーラ集熱運転を実行し、太陽熱を利用して貯湯槽内の湯水を昇温沸上する。また、例えば曇りや雨の日で、集熱温度が設定温度より低い場合に、ヒートポンプ集熱運転を実行し、大気熱を利用して貯湯槽内の湯水の昇温沸上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、外気温度が高い場合および貯湯槽の湯水温度が低い場合には、ソーラ集熱運転およびヒートポンプ集熱運転ともに、集熱効率および熱交換効率を含む運転効率が高く、特にソーラ集熱運転では低ランニングコストで効率よく貯湯槽の湯水を昇温沸上できるが、外気温度が低い場合および貯湯槽の湯水温度が高い場合には、ソーラ集熱運転およびヒートポンプ集熱運転ともに、運転効率が低下し、特にソーラ集熱運転の運転効率の低下はヒートポンプ集熱運転に比べて大きい特性を有している。
【０００６】このような外気温度や湯水温度に関係した運転効率の特性があるにもかかわらず、従来の貯湯式給湯装置では、外気温度や湯水温度を考慮せず、ソーラ集熱器の集熱温度が設定温度よりも高いか低いかを条件として、ソーラ集熱運転とヒートポンプ集熱運転とを自動的に選択して実行しているため、集熱温度からソーラ集熱運転の条件が満たされても外気温度が低かったり湯水温度が高ければヒートポンプ集熱運転の運転効率がよい場合があり、あるいは集熱温度からソーラ集熱運転の条件が満たされなくても外気温度が高かったり湯水温度が低ければソーラ集熱運転の運転効率がよい場合があり、それにもかかわらず運転効率のよい運転方式では運転されず、効率よく貯湯槽の湯水を昇温沸上できない不都合がある。
【０００７】本発明は、このような点に鑑みなされたもので、効率よく貯湯槽の湯水を昇温沸上できる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の貯湯式給湯装置は、圧縮機、凝縮器および蒸発器を有し、冷媒が循環されるヒートポンプ集熱器と、前記蒸発器に対して並列に接続されるソーラ集熱器と、前記圧縮機および凝縮器に対して蒸発器およびソーラ集熱器のいずれか一方を選択的に切換接続する切換手段と、前記凝縮器との熱交換によって湯水が昇温沸上される貯湯槽と、外気温度を検知する外気温度検知手段と、前記貯湯槽の湯水の温度を検知する湯水温度検知手段と、前記外気温度検知手段で検知される外気温度と前記湯水温度検知手段で検知される湯水温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転させる運転制御手段とを具備しているものである。
【０００９】外気温度と貯湯槽の湯水温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転するもので、例えば、外気温度が低かったり湯水温度が高いために、ヒートポンプ集熱運転の方の運転効率がよい場合には、ヒートポンプ集熱運転を実行し、また、外気温度が高かったり湯水温度が低いために、ソーラ集熱運転の方の運転効率がよい場合には、ソーラ集熱運転を実行する。これにより、効率よく貯湯槽の湯水を昇温沸上する。
【００１０】請求項２記載の貯湯式給湯装置は、請求項１記載の貯湯式給湯装置において、外気温度検知手段は、蒸発器に設けられた蒸発器温度検知センサである。
【００１１】蒸発器に設けられた蒸発器温度検知センサにより、蒸発器の除霜制御を行なうための蒸発器温度を検知するとともに、運転停止時およびソーラ集熱運転時には蒸発器に冷媒が流れないことで外気温度を検知する。
【００１２】請求項３記載の貯湯式給湯装置は、圧縮機、凝縮器および蒸発器を有し、冷媒が循環されるヒートポンプ集熱器と、前記蒸発器に対して並列に接続されるソーラ集熱器と、前記圧縮機および凝縮器に対して蒸発器およびソーラ集熱器のいずれか一方を選択的に切換接続する切換手段と、湯水を貯湯する貯湯槽と、前記凝縮器との熱交換によって前記貯湯槽の湯水を昇温沸上する熱交換器と、この熱交換器に入る貯湯槽からの湯水の入口温度を検知する湯水入口温度検知手段と、前記凝縮器から出る冷媒の出口温度を検知する冷媒出口温度検知手段と、前記湯水入口温度検知手段で検知される湯水の入口温度と前記冷媒出口温度検知手段で検知される冷媒の出口温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転させる運転制御手段とを具備しているものである。
【００１３】熱交換器に入る貯湯槽の湯水の入口温度と凝縮器から出る冷媒の出口温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転するもので、例えば、ソーラ集熱運転時において、熱交換器に入る湯水の入口温度よりも熱交換後の冷媒の出口温度が低下して運転効率が悪くなれば、ヒートポンプ集熱運転を実行する。これにより、効率よく貯湯槽の湯水を昇温沸上する。
【００１４】請求項４記載の貯湯式給湯装置は、請求項１ないし３いずれか記載の貯湯式給湯装置において、運転制御手段は、ソーラ集熱運転のみを行なうソーラ集熱運転モードのとき、ソーラ集熱運転の運転効率が低下すればソーラ集熱運転を停止させるものである。
【００１５】ソーラ集熱運転のみを行なうソーラ集熱運転モードのとき、ソーラ集熱運転の運転効率が低下すれば、運転効率が悪いまま運転を続行することなく、ソーラ集熱運転を停止する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】図１ないし図３に第１の実施の形態を示し、図１は貯湯式給湯装置の外気温度と湯水温度との関係に応じたソーラ集熱運転およびヒートポンプ集熱運転の運転効率を示す特性図、図２は貯湯式給湯装置の構成図、図３は貯湯式給湯装置の各運転モードでの運転状態を示すタイムチャートである。
【００１８】図２において、11は貯湯槽で、先止押上式の給湯方式を採用しており、貯湯槽11の下部に給水管路に連なる給水管12が接続されているとともに、上部に給湯管路に連なる給湯管13が接続されている。給水管路は、水道管に対して止水弁14および図示しないストレーナなどを介して接続され、また、給湯管路は、止水弁15を介して、例えば風呂場、台所および洗面所などに設置される給湯給水栓などに接続される。
【００１９】貯湯槽11の下部には排水弁16を有する排水管17が接続され、給湯管13には沸上時の水の膨脹分を逃すための図示しない圧力逃し弁が接続されている。
【００２０】貯湯槽11の下部近傍には循環配管18が接続され、この循環配管18には貯湯槽11内の湯水を強制的に循環させる循環ポンプ19が配設されている。
【００２１】また、21はヒートポンプ集熱器で、圧縮機22、凝縮器23、膨張弁24、蒸発器（エバポレータ）25および気液分離器26を配管27，28，29，30を介して順次直列接続した閉回路にて構成され、この閉回路に冷媒が封入されている。圧縮機22はインバータ制御可能とするモータを備えている。凝縮器23は循環配管18に接続され、循環配管18と凝縮器23とで熱交換器31が構成されている。蒸発器25は外気を送る送風ファン32およびこの送風ファン32を回転させる送風モータ33を有している。
【００２２】また、34はソーラ集熱器で、配管28，29にそれぞれ接続される配管35，36を介して蒸発器25に並列に接続されている。ソーラ集熱器34は、例えば屋根の上などの日照条件の良好な場所に設置される。
【００２３】配管28と配管35とには、圧縮機22および凝縮器23に対して蒸発器25またはソーラ集熱器34のいずれか一方を切換接続する切換手段としての電磁弁37，38がそれぞれ配設されている。すなわち、電磁弁37を開くとともに電磁弁38を閉じることにより、冷媒が蒸発器25に流れてヒートポンプ集熱運転が実行され、一方、電磁弁37を閉じるとともに電磁弁38を開くことにより、冷媒がソーラ集熱器34に流れてソーラ集熱運転が実行される。
【００２４】また、貯湯槽11の胴部外壁には、貯湯槽11内の湯水の湯温および残湯量を検知する湯水温度検知手段としての複数の湯水温度検知センサ41が配設されているとともに、貯湯槽11内に導かれる給水温度を検知する給水温度検知センサ42が配設されている。
【００２５】また、蒸発器25には、蒸発器25の温度検知および外気温度検知として兼用される外気温度検知手段としての蒸発器温度検知センサ43が配設されている。ソーラ集熱器34には、集熱温度を検知する集熱温度検知センサ44が配設されている。
【００２６】また、51は運転制御手段としての制御装置で、この制御装置51には、複数の湯水温度検知センサ41、給水温度検知センサ42、蒸発器温度検知センサ43、集熱温度検知センサ44などから検知信号が入力される。制御装置51により、循環ポンプ19、圧縮機22、送風モータ33、電磁弁37，38などが駆動制御される。
【００２７】制御装置51は、蒸発器温度検知センサ43で検知される外気温度と湯水温度検知センサ41で検知される湯水温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式を判断して運転させる運転制御手段の機能を有している。さらに、この運転制御手段の機能では、ソーラ集熱運転のみを行なうソーラ集熱運転モードのとき、ソーラ集熱運転の運転効率が低下したことを判断すればソーラ集熱運転を停止させる機能を有している。
【００２８】そして、ソーラ集熱運転について説明すると、電磁弁37が閉じられるとともに電磁弁38が開かれ、圧縮機22が駆動される。これにより、図２に実線矢印で示すように、圧縮機22、凝縮器23、ソーラ集熱器34、気液分離器26の順に冷媒が流れる。
【００２９】ソーラ集熱器34で太陽熱により気化された冷媒が凝縮器23に送られて液化され、冷媒の熱が凝縮器23から循環配管18内の湯水に与えられて熱交換される。
【００３０】このとき、循環ポンプ19が駆動され、貯湯槽11の下部側の湯水（水）が循環配管18を通じて貯湯槽11内に再び戻るように強制循環され、貯湯槽11内の上部の残湯と下部の水とが混合しないようにしながら、貯湯槽11内の湯水の全量を対象に沸き上げられる。
【００３１】また、ヒートポンプ集熱運転について説明すると、電磁弁37が開かれるとともに電磁弁38が閉じられ、圧縮機22および送風ファン32が駆動される。これにより、図２に破線矢印で示すように、圧縮機22、凝縮器23、膨張弁24、蒸発器25、気液分離器26の順に冷媒が流れる。
【００３２】蒸発器25により外気との間で熱交換されて気化された冷媒が圧縮機22で圧縮されて凝縮器23で液化され、冷媒の熱が凝縮器23から循環配管18内の湯水に与えられて熱交換される。
【００３３】このとき、循環ポンプ19が駆動され、貯湯槽11の下部側の湯水（水）が循環配管18を通じて貯湯槽11内に再び戻るように強制循環され、貯湯槽11内の上部の残湯と下部の水とが混合しないようにしながら、貯湯槽11内の湯水の全量を対象に沸き上げられる。
【００３４】次に、図３において、制御装置51は、運転モードとして、標準運転モード、ソーラ集熱運転モードおよびヒートポンプ集熱運転モードを有し、いずれかの運転モードによって貯湯槽11の湯水の昇温沸上のための運転が行なわれる。
【００３５】標準運転モードでは、７時から８時までの時間帯において、貯湯槽11の給水温度検知センサ42によって検知される給水温度が設定値よりも低い場合には夕方までに湯水を確実に確保するために予めヒートポンプ集熱運転し、給水温度が設定値よりも高い場合には運転を行なわない。８時から１２時までの時間帯において、ソーラ集熱器34の集熱温度検知センサ44により検知される集熱温度が設定値よりも高い場合にはソーラ集熱運転を行ない、低い場合にはヒートポンプ集熱運転を行なう。１２時以降の時間帯において、設定温度に沸き上がるまではヒートポンプ集熱運転を行なう。
【００３６】また、ソーラ集熱運転モードでは、７時から１７時までの時間帯において、ソーラ集熱器34の集熱温度検知センサ44により検知される集熱温度が設定値より高い場合にはソーラ集熱運転を行ない、集熱温度が設定値よりも低い場合にはソーラ集熱運転を停止する。１７時までに設定温度に沸き上がるか１７時になるとソーラ集熱運転を停止する。
【００３７】また、ヒートポンプ集熱運転モードでは、７時から設定温度に沸き上がるまでヒートポンプ運転を行なう。
【００３８】次に、図１において、外気温度と湯水温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転の運転効率のよい領域Ｈおよびソーラ集熱運転の運転効率のよい領域Ｓを示すとともに、これら領域Ｈと領域Ｓとの境界線Ａを示している。これらの領域Ｈと領域Ｓとの境界線Ａは、実験によって求められたもので、制御装置51の記憶手段に記憶されている。
【００３９】例えば、外気温度が０℃では、湯水温度２０℃を境に、２０℃以下はソーラ集熱運転の方が運転効率が高くて、２０℃を越えるとヒートポンプ集熱運転の方が運転効率が高くなる。
【００４０】同様に、外気温度４０℃では、湯水温度５０℃以下はソーラ集熱運転の方が運転効率が高くて、５０℃を越えるとヒートポンプ集熱運転の方が運転効率が高くなる。
【００４１】そして、ソーラ集熱運転では、外気温度の低下とともにソーラ集熱運転で集熱される熱量が低下し、この低下量がヒートポンプ集熱運転に比べて大きいために、運転効率は境界線Ａを境として、下側の領域Ｓはソーラ集熱運転が高く、上側の領域Ｈはヒートポンプ集熱運転が高くなる。
【００４２】したがって、制御装置51は、標準運転モードで、ソーラ集熱運転とヒートポンプ集熱運転とを選択的に切換運転する８時から１２時までの時間帯において、仮に、ソーラ集熱器34の集熱温度検知センサ44により検知される集熱温度が設定値よりも高い場合でも、例えば外気温度が低かったり湯水温度が高いために、これら外気温度と湯水温度との関係からヒートポンプ集熱運転の運転効率のよい領域Ｈにあると判断すれば、ヒートポンプ集熱運転を行ない、逆に、ソーラ集熱器34の集熱温度検知センサ44により検知される集熱温度が設定値よりも低い場合でも、例えば外気温度が高かったり湯水温度が低いために、これら外気温度と湯水温度との関係からソーラ集熱運転の運転効率のよい領域Ｓにあると判断すれば、ソーラ集熱運転を行なう。
【００４３】このように、外気温度と貯湯槽11の湯水温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式を判断して運転するので、効率よく貯湯槽11の湯水を昇温沸上できる。
【００４４】また、ソーラ集熱運転モードにおいては、外気温度と湯水温度との関係がソーラ集熱運転の運転効率のよい領域Ｓにあればソーラ集熱運転を行ない、ヒートポンプ集熱運転の運転効率のよい領域Ｈになればソーラ集熱運転を停止する。そのため、ソーラ集熱運転中において、例えば外気温度の低下や湯水温度の上昇により、外気温度と湯水温度との関係がソーラ集熱運転の運転効率のよい領域Ｓから外れた場合には、ソーラ集熱運転を停止させることにより、運転効率が悪いまま運転が続行されるのを防止でき、省エネルギ化を図れる。
【００４５】また、外気温度検知手段として蒸発器25に設けられた蒸発器温度検知センサ43を兼用できるので、特別なセンサが必要なく、構成を簡単にできる。
【００４６】なお、標準運転モードにおいて、ソーラ集熱運転とヒートポンプ集熱運転とを選択的に切換運転する時間帯を外気温度が高い夏場には長く設定し、外気温度の低い冬場には短く設定することで、ソーラ集熱運転を効率的に運用できる。
【００４７】次に、図４および図５に第２の実施の形態を示し、図４は貯湯式給湯装置の構成図、図５は貯湯式給湯装置の凝縮器での湯水の入口温度と冷媒の出口温度との関係に応じたソーラ集熱運転およびヒートポンプ集熱運転の運転効率を示す特性図である。なお、第１の実施の形態と同様の構成および作用効果は同一符号を用いてその説明を省略する。
【００４８】この第２の実施の形態では、熱交換器31に入る貯湯槽11からの湯水の入口温度Ｔ1 と熱交換器31の凝縮器23から出る冷媒の出口温度Ｔ2 との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式を判断するようにしている。
【００４９】すなわち、熱交換器31に入る貯湯槽11からの湯水の入口温度Ｔ1 を検知する湯水入口温度検知手段としての湯水入口温度検知センサ61、および熱交換器31の凝縮器23から出る冷媒の出口温度Ｔ2 を検知する冷媒出口温度検知手段としての冷媒出口温度検知センサ62を備え、これら湯水入口温度検知センサ61および冷媒出口温度検知センサ62が制御装置51に接続されている。
【００５０】制御装置51は、湯水入口温度検知センサ61で検知される湯水の入口温度Ｔ1 と冷媒出口温度検知センサ62で検知される冷媒の出口温度Ｔ2 との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転させる運転制御手段の機能を有している。
【００５１】この場合のヒートポンプ集熱運転の運転効率のよい領域Ｈは熱交換器31での湯水の入口温度Ｔ1 と冷媒の出口温度Ｔ2 との関係がＴ1 ＞Ｔ2 となる場合であり、ソーラ集熱運転の運転効率のよい領域Ｓは熱交換器31での湯水の入口温度Ｔ1と冷媒の出口温度Ｔ2 との関係がＴ1 ≦Ｔ2 となる場合である。
【００５２】そして、標準運転モードで、ソーラ集熱運転とヒートポンプ集熱運転とを選択的に切換運転する時間帯（８時から１２時まで）において、仮に、ソーラ集熱器34の集熱温度検知センサ44により検知される集熱温度が設定値よりも高い場合でも、例えば外気温度が低かったり湯水温度が高いために、熱交換器31での湯水の入口温度Ｔ1 と冷媒の出口温度Ｔ2 との関係がＴ1 ＞Ｔ2 となる場合、ヒートポンプ集熱運転の運転効率のよい領域Ｈにあると判断し、ヒートポンプ集熱運転を行ない、逆に、ソーラ集熱器34の集熱温度検知センサ44により検知される集熱温度が設定値よりも低い場合でも、例えば外気温度が高かったり湯水温度が低いために、熱交換器31での湯水の入口温度Ｔ1 と冷媒の出口温度Ｔ2 との関係がＴ1≦Ｔ2 となる場合、ソーラ集熱運転の運転効率のよい領域Ｓにあると判断し、ソーラ集熱運転を行なう。
【００５３】このように、熱交換器31に入る湯水の入口温度Ｔ1 と凝縮器23から出る冷媒の出口温度Ｔ2 との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式を判断して運転するので、効率よく貯湯槽11の湯水を昇温沸上できる。
【００５４】また、ソーラ集熱運転モードにおいては、熱交換器31での湯水の入口温度Ｔ1と冷媒の出口温度Ｔ2 との関係がソーラ集熱運転の運転効率のよい領域Ｓにあればソーラ集熱運転を行ない、ヒートポンプ集熱運転の運転効率のよい領域Ｈになればソーラ集熱運転を停止する。そのため、ソーラ集熱運転中において、例えば外気温度の低下や湯水温度の上昇により、Ｔ1 ＞Ｔ2 の関係となってソーラ集熱運転の運転効率のよい領域Ｓから外れた場合には、ソーラ集熱運転を停止させることにより、運転効率が悪いまま運転が続行されるのを防止でき、省エネルギ化を図れる。
【００５５】次に、図６および図７に第３の実施の形態を示し、図６は湯式給湯装置の運転の概略のフローチャート、図７は湯式給湯装置の運転の詳細なフローチャートである。なお、前述した各実施の形態と同様の構成および作用効果は同一符号を用いてその説明を省略する。
【００５６】この第３の実施の形態では、例えば屋根の向きに対応して東向きや西向きなどに設置されるソーラ集熱器34の設置状態の向き、季節ごとの太陽光の角度によって障害物で太陽光が遮られるような場合のソーラ集熱器34の設置場所などに応じて、ソーラ集熱運転を効率よく運転できる時間帯を自動的に変更設定するようにしている。
【００５７】すなわち、制御装置51は、図示しないメモリを有し、このメモリにソーラ集熱器34の集熱温度検知センサ44によって検知される集熱温度を時間帯ごとに例えば１週間分ずつ更新記憶し、その記憶内容に基づいてソーラ集熱運転を実行する時間帯を自動的に変更設定する機能を有している。
【００５８】例えば、ソーラ集熱器34の設置状態の向きについては、ソーラ集熱器34が東向きに設置されていてメモリの記憶内容から午前中の集熱温度が高いことが確認された場合にはソーラ集熱運転の時間帯を早めるように変更設定し、西向きに設置されていてメモリの記憶内容から午後の集熱温度が高いことが確認された場合にはソーラ集熱運転の時間帯を遅らせるように変更設定することにより、ソーラ集熱器34の設置状態の向きに対応して、ソーラ集熱運転を効率よく実行できる。
【００５９】季節ごとの太陽光の角度によって障害物で太陽光が遮られるような場合のソーラ集熱器34の設置場所については、障害物で太陽光が遮られる時間帯の集熱温度が低いので、メモリの記憶内容からソーラ集熱運転の時間帯中の一部に集熱温度の低い時間帯が確認された場合にはその時間帯をソーラ集熱運転の時間帯から予め省くように変更設定することにより、太陽光の角度および障害物の有無に応じてソーラ集熱運転を効率よく実行できる。
【００６０】そして、図６のフローチャートにおいて、制御装置51による貯湯式給湯装置の運転制御の概略を説明する。沸上開始時刻になると、給水温度検知センサ42で検知される貯湯槽11内に給水される給水温度によって季節を判断する（ステップ１）。例えば、１０℃以下であれば冬、１０〜２０℃の範囲であれば春または秋、２０℃以上であれば夏と判断する。
【００６１】判断された季節ごとに対応したヒートポンプ集熱運転の時間ｔを設定する（ステップ２）。
【００６２】沸上完了までの時間とヒートポンプ集熱運転の時間ｔとにより、ソーラ集熱運転の時間ｓを算出して設定する（ステップ３）。
【００６３】メモリの記憶内容からソーラ集熱運転の効率のよい時間帯を読み出し、ソーラ集熱運転の時間帯を設定する（ステップ４）。
【００６４】これらの設定に対応して、ソーラ集熱運転またはヒートポンプ集熱運転を自動的に選択しながら（ステップ５）、貯湯槽11の湯水を所定温度まで昇温沸上する（ステップ６）。
【００６５】また、図７のフローチャートにおいて、制御装置51による貯湯式給湯装置の運転制御の詳細を説明する。なお、沸上開始時刻を７時、沸上完了時刻を１８時とし、沸上時間をｘ＝１１時間とする。
【００６６】給水温度検知センサ42で検知される貯湯槽11内に給水される給水温度が１０℃以下か（ステップ11）、１０℃以上であれば２０℃以下か（ステップ12）を判断する。これにより、１０℃以下であれば冬、１０〜２０℃の範囲であれば春または秋、２０℃以上であれば夏と判断する。
【００６７】給水温度が１０℃以下の冬の場合には、ヒートポンプ集熱運転の時間ｔ1 を１０時間に設定する（ステップ13）。沸上時間ｘとヒートポンプ集熱運転の時間ｔ1 とにより、ソーラ集熱運転の時間ｓ1 をｓ1 ＝ｘ−ｔ1 ＋３（補正値）の式から４時間と設定する（ステップ14）。ソーラ集熱運転の時間ｓ1 の時間帯を、メモリの記憶内容から読み出されるソーラ集熱運転の効率のよい時間帯に対応して配分し、例えば１０時から１４時に設定する（ステップ15）。
【００６８】同様に、給水温度が１０℃〜２０℃の範囲の場合には、ヒートポンプ集熱運転の時間ｔ2 を９時間に設定する（ステップ16）。沸上時間ｘとヒートポンプ集熱運転の時間ｔ2 とにより、ソーラ集熱運転の時間ｓ2 をｓ2 ＝ｘ−ｔ2 ＋３（補正値）の式から５時間と設定する（ステップ17）。ソーラ集熱運転の時間ｓ2 の時間帯を、メモリの記憶内容から読み出されるソーラ集熱運転の効率のよい時間帯に対応して配分し、例えば１０時から１５時に設定する（ステップ18）。
【００６９】同様に、給水温度が２０℃以上の範囲の場合には、ヒートポンプ集熱運転の時間ｔ3 を８時間に設定する（ステップ19）。沸上時間ｘとヒートポンプ集熱運転の時間ｔ3 とにより、ソーラ集熱運転の時間ｓ3 をｓ3 ＝ｘ−ｔ3 ＋３（補正値）の式から６時間と設定する（ステップ20）。ソーラ集熱運転の時間ｓ3 の時間帯を、メモリの記憶内容から読み出されるソーラ集熱運転の効率のよい時間帯に対応して配分し、例えば９時から１５時に設定する（ステップ21）。
【００７０】このような設定に対応して、ソーラ集熱運転の開始時刻になるまでは（ステップ22）、ヒートポンプ集熱運転によって貯湯槽11の湯水を昇温沸上する（ステップ23）。
【００７１】ソーラ集熱運転の開始時刻になると、ソーラ集熱器34の集熱温度検知センサ44によって検知される集熱温度が例えば５０℃以上か判断する（ステップ24）。
【００７２】例えば天候がよく、集熱温度が５０℃以上であれば、ソーラ集熱運転を行ない（ステップ25）、ソーラ集熱運転の終了時刻になるか（ステップ26）、あるいは天候の悪化などによって集熱温度が５０℃以下になるまで、ソーラ集熱運転を継続する。
【００７３】例えば天候が悪く、集熱温度が５０℃以下であれば、ヒートポンプ集熱運転を行ない（ステップ27）、ソーラ集熱運転の終了時刻になるか（ステップ28）、あるいは天候の改善などによって集熱温度が５０℃以上になるまで、ヒートポンプ集熱運転を継続する。
【００７４】ヒートポンプ集熱運転の終了時刻になれば、それ以降は、ヒートポンプ集熱運転で貯湯槽11の湯水を所定温度まで昇温沸上する（ステップ29）。
【００７５】以上のように、制御装置51のメモリにソーラ集熱器34の集熱温度検知センサ44によって検知される集熱温度を時間帯ごとに例えば１週間分ずつ更新記憶し、その記憶内容に基づいてソーラ集熱運転を実行する時間帯を自動的に変更設定するため、例えば東向きや西向きなどに設置されるソーラ集熱器34の設置状態の向き、季節ごとの太陽光の角度によって障害物で太陽光が遮られるような場合のソーラ集熱器34の設置場所などに応じて、ソーラ集熱運転の効率よい時間帯で、ソーラ集熱運転を効率よく実行できる。
【００７６】さらに、季節の変化に応じて、ソーラ集熱運転時間の長さを調整でき、ソーラ集熱運転を効率よく実行できる。
【００７７】なお、外気温度や貯湯槽11の湯水温度を考慮し、運転日の外気温度や貯湯槽11の湯水温度によりヒートポンプ集熱運転の時間帯を詳細に設定することで、ソーラ集熱運転を可能な限り長くすることができる。
【００７８】また、ソーラ集熱器34の設置方向や運転時間帯を直接入力し、それにより固定された運転パターンで運転を実行するようにしてもよい。
【００７９】次に、図８に第４の実施の形態を示し、図８は貯湯式給湯装置の構成図である。なお、前述した各実施の形態と同様の構成および作用効果は同一符号を用いてその説明を省略する。
【００８０】２枚以上のソーラ集熱器34を用いる場合、従来では、冷媒回路の下流側のソーラ集熱器34に冷媒の逆止弁および集熱温度を検知する集熱温度検知センサ44を設けるので、冷媒回路の上流側と下流側とで２種類のソーラ集熱器34を必要とし、しかも、上流側と下流側の２種類のソーラ集熱器34を区別するために、上流側のソーラ集熱器34に入る冷媒回路の配管の径を太くし、下流側のソーラ集熱器34から出る冷媒回路の配管の径を細くして、誤配管を防止するようにしている。
【００８１】この第４の実施の形態では、複数のソーラ集熱器34を共通化するとともに、それらソーラ集熱器34に接続される配管35，36の太さも共通化するようにしている。
【００８２】すなわち、ヒートポンプ集熱器21を有するヒートポンプユニット71内に逆止弁72および集熱温度検知センサ73を設ける。逆止弁72はソーラ集熱器34から出て圧縮機22に入る配管36の途中に接続し、集熱温度検知センサ73は配管36の表面の温度を検知する。
【００８３】そして、例えば天候がよい場合には、集熱温度検知センサ73で検知される配管36の表面の温度が０℃以上となるので、ソーラ集熱運転の効率がよく、ソーラ集熱運転を実行可能とし、逆に、天候が悪くなると、０℃以下となるので、ソーラ集熱運転の効率が悪く、ヒートポンプ集熱運転への切り換え、またはソーラ集熱運転の停止を行なう。
【００８４】このように、ヒートポンプユニット71内に逆止弁72および集熱温度検知センサ73を設けることにより、ソーラ集熱器34を１種類に共通化でき、在庫管理が容易になるとともに、配管35，36の太さを異ならせる必要もなくなって配管35，36の種類も１種類で済む。さらに、集熱温度検知センサ73に接続するケーブルを短くでき、集熱温度検知センサ73のメンテナンスを屋根などに登らずに行なえる。
【００８５】
【発明の効果】請求項１記載の貯湯式給湯装置によれば、外気温度と貯湯槽の湯水温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転するので、例えば、外気温度が低かったり湯水温度が高いために、ヒートポンプ集熱運転の方の運転効率がよい場合には、ヒートポンプ集熱運転を実行し、また、外気温度が高かったり湯水温度が低いために、ソーラ集熱運転の方の運転効率がよい場合には、ソーラ集熱運転を実行するので、効率よく貯湯槽の湯水を昇温沸上できる。
【００８６】請求項２記載の貯湯式給湯装置によれば、請求項１記載の貯湯式給湯装置の効果に加えて、外気温度検知手段として蒸発器に設けられた蒸発器温度検知センサを兼用できるので、特別なセンサが必要なく、構成を簡単にできる。
【００８７】請求項３記載の貯湯式給湯装置によれば、熱交換器に入る貯湯槽の湯水の入口温度と凝縮器から出る冷媒の出口温度との関係に応じて、ヒートポンプ集熱運転およびソーラ集熱運転のうちの運転効率のよい運転方式で運転するため、例えば、ソーラ集熱運転時において、熱交換器での湯水の入口温度よりも熱交換後の冷媒の出口温度が低下して運転効率が悪くなるようなことがなく、効率よく貯湯槽の湯水を昇温沸上できる。
【００８８】請求項４記載の貯湯式給湯装置によれば、請求項１ないし３いずれか記載の貯湯式給湯装置の効果に加えて、ソーラ集熱運転のみを行なうソーラ集熱運転モードのとき、ソーラ集熱運転の運転効率が低下すればソーラ集熱運転を停止させるので、運転効率が悪いまま運転が続行されるのを防止できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２１２６９
【氏名又は名称】東芝機器株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）５月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】樺澤 襄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３３７１８８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１２月１０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１４２９０７ |
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