給湯ユニット
【課題】敷地面積を拡大することなく給湯ユニットの設置を可能とし、かつ、耐圧性能を抑えることが可能な給湯ユニットを提供すること。
【解決手段】温水を貯留するための貯湯タンク１と、この貯湯タンク１内の水を加熱する水熱交換器２２をタンク下部に設置したヒートポンプ装置２と、貯湯タンク１に接続され、貯湯タンク１内に水を供給する給水管１４および貯湯タンク１内の温水を建物内に供給する給湯管１５と、を備えた給湯ユニットであって、貯湯タンク１は、上下面１１ａ，１１ｂが側面１１ｃよりも大きな面積の形状に形成され、かつ、貯湯タンク１は、建物の屋根ＲＦ上に、上面１１ａの一端側を他端側よりも上方に配置して傾斜させるとともに、屋根ＲＦとの間にヒートポンプ装置２を含む機器の設置用スペースＳＰを形成して設置されていることを特徴とする給湯ユニットとした。
【解決手段】温水を貯留するための貯湯タンク１と、この貯湯タンク１内の水を加熱する水熱交換器２２をタンク下部に設置したヒートポンプ装置２と、貯湯タンク１に接続され、貯湯タンク１内に水を供給する給水管１４および貯湯タンク１内の温水を建物内に供給する給湯管１５と、を備えた給湯ユニットであって、貯湯タンク１は、上下面１１ａ，１１ｂが側面１１ｃよりも大きな面積の形状に形成され、かつ、貯湯タンク１は、建物の屋根ＲＦ上に、上面１１ａの一端側を他端側よりも上方に配置して傾斜させるとともに、屋根ＲＦとの間にヒートポンプ装置２を含む機器の設置用スペースＳＰを形成して設置されていることを特徴とする給湯ユニットとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅、集合住宅などで用い、加熱手段により加熱した温水を貯留する貯湯タンクを備えた給湯ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ装置などの加熱手段により加熱した温水を貯湯タンクに貯留し、住宅の配管に給湯するようにした給湯ユニットが知られている。
さらに、上記給湯ユニットに、太陽熱で過熱した温水を導くことで、より省エネルギーを図るようにしたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような給湯ユニットでは、貯湯タンクを地上に設置するようになっているため、給湯ユニット設置用の敷地が必要であった。特に、集合住宅において各戸独立に給湯ユニットを設置する場合には、給湯ユニットの設置数が多くなり、必要な敷地面積が広くなる。しかも、積層住宅では、２階以上に給湯する場合、給湯ユニットから加圧して給湯する必要があり、この場合、貯湯タンクや配管の耐圧性を高く設定する必要がある。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決することを目的とするものであり、敷地面積を拡大することなく給湯ユニットの設置を可能とし、かつ、耐圧性能を抑えることが可能な給湯ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、温水を貯留するための貯湯タンクと、この貯湯タンク内の水を加熱する加熱器をタンク下部に設置した加熱装置と、前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯タンク内に水を供給する給水管および前記貯湯タンク内の温水を建物内に供給する給湯管と、を備えた給湯ユニットであって、前記貯湯タンクは、上下面が側面よりも大きな面積の形状に形成され、かつ、前記貯湯タンクは、前記建物の屋根上に、前記上面の一端側を他端側よりも上方に配置して傾斜させるとともに、前記屋根との間に前記加熱装置を含む機器の設置用スペースを形成して設置されていることを特徴とする給湯ユニットとした。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の給湯ユニットにおいて、前記貯湯タンクの上面を覆って設けられて太陽熱を集める集熱器と、前記貯湯タンクの下部に設けられて前記集熱器で加熱された熱媒体が循環されて放熱を行う放熱器とを有した太陽集熱装置を備えていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の給湯ユニットにおいて、前記太陽集熱装置の前記集熱器を覆って太陽光発電装置の太陽電池モジュールが設けられ、この太陽電池モジュールは、太陽光を前記集熱器に透過可能に形成されているとともに、前記集熱器に支持されて形状保持されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の給湯ユニットにおいて、前記屋根において上方を前記貯湯タンクで覆われている位置で、前記給水管および前記給湯管が前記屋根を貫通して前記建物内へ配管されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の給湯ユニットにおいて、前記加熱装置として、外気と熱交換を行って熱媒体を加熱する空気熱交換器と、この空気熱交換器で加熱された熱媒体が送られて放熱する水熱交換器とを有したヒートポンプ装置を備え、このヒートポンプ装置の水熱交換器を前記加熱器として用いたことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の給湯ユニットにおいて、前記加熱装置として、前記貯湯タンクの上面を覆って設けられて太陽熱を集め熱媒体と熱交換を行って低温低圧ガス状の熱媒体を加熱する集熱器と、この集熱器で加熱されたガス状の熱媒体を加圧して高圧高温ガス状の熱媒体を形成する加圧器と、前記張湯タンクの底部に設けられて前記加圧器から送られた高圧高温ガス状の熱媒体の放熱を行う放熱器と、この放熱器で放熱を行ったガス状の熱媒体を膨張させて低温低圧ガス状とする膨張弁とを有した加圧型ヒートポンプ装置を備え、この加圧型ヒートポンプ装置の放熱器を前記加熱器として用いたことを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯ユニットにおいて、前記屋根は、陸屋根であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の給湯ユニットでは、貯湯タンクを屋根の上に設置するため、給湯ユニット設置用の敷地が不要であり、特に、複数の給湯ユニットを設置する場合に必要な敷地面積を大幅に抑えることができる。
また、給湯ユニットは、貯湯タンクを屋根上に設置するため、給湯の際には重力を利用することが可能である。したがって、２階以上に給湯する場合であっても、加圧が不要あるいは加圧力を抑えることができ、貯湯タンクおよび給湯管の耐圧性能を抑えることができる。
しかも、貯湯タンクを上下面が側面よりも広い扁平形状として傾斜させたため、従来の直方体や円筒形状のタンクを起立状態で屋上に設置するのと比較して、全体容量は確保しつつ屋根上高さを抑えたコンパクトな設置が可能であり、かつ、貯湯タンクを略水平に設置したものと比較して、自然対流を促進させて低温の水をタンク下部に集めて加熱器による効率的な加熱を可能とするとともに、タンク上部における高温の温水部分の水位を確保して、安定した温水供給を可能とする。
加えて、貯湯タンクと屋根との間に設置用スペースを形成したため、加熱装置を含む器機の設置をコンパクトに行い、給湯ユニットの設置に必要な屋根面積を小さくすることが可能である。
【０００９】
さらに、請求項２に記載の給湯ユニットでは、加熱装置と並列に太陽集熱装置を設けたため、日照が得られる昼間は、太陽熱で温水を加熱することができ、経済性に優れる。
加えて、扁平形状の貯湯タンク上に太陽集熱装置の集熱器を設置しているため、太陽集熱装置を貯湯タンクの水平方向に並列に設置するものと比較して、設置に必要な屋根上面積を抑えてコンパクトな設置が可能であり、かつ、集熱器の設置面積を広く確保することができる。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明では、太陽光発電装置を設けたため、給湯だけでなく、太陽光を利用した発電も可能となり、より省エネルギー性能を高めることができる。しかも、集熱器の上に太陽光発電モジュールを設置しているため、太陽光発電モジュールを貯湯タンクの水平方向に並列に設置するものと比較して、設置に必要な屋上面積を抑えてコンパクトな設置が可能であるとともに、集熱器により太陽光発電モジュールの形状保持を行う支持部材を兼用させることで、太陽光発電モジュール専用の支持部材を廃止することができ、軽量化およびコスト低減を図ることができる。
加えて、太陽光発電モジュールを、太陽光を集熱器に透過可能にしたことにより、太陽光発電モジュールを集熱器に重ねても集熱器による集熱を可能とすることができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明では、給水管および給湯管が屋根を貫通する部位を、貯湯タンクにより上方を覆われている位置としたため、この貫通部位が貯湯タンクに覆われていないものと比較して、雨水の建物内への浸入防止性能の向上を図ることができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明では、加熱手段として、ヒートポンプ装置を用いたため、貯湯タンク内の水を外気が有する熱エネルギーにより加熱することができ、経済性に優れる。特に、請求項２に記載の太陽集熱装置と並設した場合、日照が得られる昼間は、太陽集熱装置による加熱を行い、日照が得られない夜間は、ヒートポンプ装置による加熱を行うことにより、１日を通して経済性に優れた温水加熱を行うことができる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明では、日照時には、加圧型ヒートポンプ装置により、太陽熱を集める集熱器により熱媒体を加熱するため、外気温と熱交換を行うものと比較して、熱媒体を安価に高温に加熱できる。また、集熱器は、貯湯タンクの上面を覆い、広面積に形成することができるため、ファンにより外気を強制的に当てなくても、高い熱交換性能を確保可能である。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明では、屋根を平らな陸屋根としたため、貯湯タンクと屋根との間に設置用スペースを確保するのが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１の給湯ユニットＡの構成の概略を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の給湯ユニットＡを設置した建物全体の概略を示す斜視図である。
【図３】実施の形態２の給湯ユニットＢの構成の概略を示す断面図である。
【図４】実施の形態３の給湯ユニットＣの構成の概略を示す断面図である。
【図５】実施の形態４の給湯ユニットＤの構成の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１、図２により実施の形態１の給湯ユニットＡについて詳細に説明する。
【００１７】
この実施の形態１の給湯ユニットＡについて説明するのにあたり、まず、図２に基づいて、実施例１の給湯ユニットＡを設置した３階建てのユニット建物ＵＨについて説明する。
【００１８】
図２はユニット建物ＵＨの概略を示す斜視図であり、このユニット建物ＵＨは、工場で製作される複数の建物ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，・・・を建築現場で水平方向および上下方向に接合し、最上階に配置された建物ユニットＵ３に屋根ＲＦを設けることによって形成されている。なお、この屋根ＲＦには、勾配が殆ど無い、陸屋根が用いられている。
【００１９】
各建物ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、詳細な図示は省略するが、四隅に配置された鋼製の柱と、その柱の上端間および下端間に架け渡された鋼製の梁部材ＢＥ（図１参照）とによって、ボックス形のラーメン構造に形成されている。そして、本実施の形態では、ユニット建物ＵＨは、集合住宅用のもので、建物ユニットＵ１〜Ｕ３は、それぞれ、矢印Ｘ方向で内部が連通されて１戸の住居が形成されている。また、各住居は、矢印Ｙ方向および上下方向（矢印ＵＰが上方を示す）には、図示を省略した区画壁と天井および床により相互に区画されている。
【００２０】
給湯ユニットＡは、ユニット建物ＵＨの屋根ＲＦの上に設置されている。
本実施の形態１では、１戸の住居ごとに独立した給湯ユニットＡが設置されており、図示のように、最上階に配置された建物ユニットＵ３の１つに、３個の給湯ユニットＡが矢印Ｙ方向に並設されている。なお、給湯ユニットＡが設置された建物ユニットＵ３と、その矢印Ｙ方向に隣り合う建物ユニットＵ３とは、それぞれ、この建物ユニットＵ３の矢印Ｘ方向に延在された梁部材（図示省略）どうしが接することなく、両者の間に矢印Ｙ方向に間隔を空けて結合されており、各給湯ユニットＡに接続された配管（図１に示す給水管１４および給湯管１５）は、建物ユニットＵ１どうしの間、建物ユニットＵ２１どうしの間、建物ユニットＵ３どうしの間では、それぞれこの間隔の部分を通って、その下方の給湯対象の住居まで配索されており、室内に突出することの無い建物内配管が図られている。
【００２１】
次に、実施の形態１の給湯ユニットＡの詳細について、図１に基づいて説明する。
給湯ユニットＡは、貯湯タンク１、ヒートポンプ装置（加熱装置）２、太陽集熱装置３、太陽光発電装置４、加圧器５を備えている。
貯湯タンク１は、耐食性に優れた金属あるいは樹脂製で丸みを帯びた直方体箱状のタンク本体１１を備えている。このタンク本体１１は、上面１１ａおよび下面１１ｂの面積が側面１１ｃの面積よりも広い扁平な形状に形成されており、具体的には、本実施の形態１では、上下方向寸法３００ｍｍ程度、図における左右方向の長さ２５００ｍｍ程度、図の奥行き方向の幅９００ｍｍ程度で４００リットルほどの容量に形成されている。なお、タンク本体１１は、その全周が発泡性の樹脂などの断熱材１２に覆われている。
【００２２】
本実施の形態１では、この貯湯タンク１は、上面１１ａおよび下面１１ｂの図において右側端が左側端よりも高く配置されるように３０度程度傾斜させるとともに、屋根ＲＦとの間に機器設置用の設置用スペースＳＰを形成して支持部材６に支持されて屋根ＲＦの上に設置されている。
なお、上述の建物ユニットＵ３は、図２の矢印Ｘ方向の幅が、２５００ｍｍ程度の寸法に形成されており、建物ユニットＵ３の矢印Ｘ方向の両端部には、図１に示す梁部材ＢＥが矢印Ｙ方向に延在されている。
【００２３】
支持部材６は、複数の脚部材６１を備え、この脚部材６１は、支持部材６で支える荷重が梁部材ＢＥで支えられるように、梁部材ＢＥと上下方向で重なるように配置され、さらに、脚部材６１と梁部材ＢＥとが、屋根ＲＦを貫通する図示を省略した連結部材を介して結合されている。
【００２４】
また、貯湯タンク１は、上端部に点検口１３が開口されており、かつ、下端部に給水管１４が接続されている一方、上部に設けられた給湯口１５ａに給湯管１５が接続されている。なお、各管１４，１５は、一箇所に集められ、屋根ＲＦを貫通して、後述する電力線４３，７０とともに、その下方の住居に配索されている。この屋根ＲＦにおける両管１４，１５および電力線４３，７０の貫通部は、貯湯タンク１の真下で貯湯タンク１に覆われる位置に配置され、かつ、防水構造部７により防水が図られている。
【００２５】
ヒートポンプ装置２は、周知のように、外気と熱交換を行なう空気熱交換器２１と、この空気熱交換器２１で得られた熱が管路２３を介して循環される熱媒体により伝達されて貯湯タンク１のタンク本体１１内の水を加熱する水熱交換器２２とを備えている。そして、空気熱交換器２１や図示を省略した圧縮機および膨張弁を備えた本体ユニット２０が、設置用スペースＳＰに配置されて屋根ＲＦの上に設置されている。また、水熱交換器２２は、タンク本体１１の内部の下部に設置されている。
【００２６】
太陽集熱装置３は、集熱器３１と循環配管３２と放熱器（加熱器）３３と循環器３４とを備えている。
集熱器３１は、貯湯タンク１の上面１１ａに沿って設けられており、図示は省略するが、太陽光を受けて加熱される集熱板を備えている。循環配管３２は、集熱器３１と放熱器３３とで熱媒体を循環させるもので、詳細な図示は省略するが集熱板と熱交換可能に集熱器３１に沿って蛇行して配索されているとともに、熱媒体を、集熱器３１から、集熱器３１の上部→放熱器３３の下部→放熱器３３の上部→循環器３４→集熱器３１の下部の順で循環させる。放熱器３３は、タンク本体１１の内部の下部に設置されており、集熱器３１で加熱された熱媒体が有する熱をタンク本体１１内の水に放熱する構造を有している。
循環器３４は、ポンプを内蔵し、熱媒体を熱による対流方向に逆行させて集熱器３１から放熱器３３に供給および循環させるもので、タンク本体１１の外部であって、設置用スペースＳＰに設置されている。
【００２７】
太陽光発電装置４は、太陽光発電モジュール４１，パワーコンディショナ４２を備えている。
太陽光発電モジュール４１は、太陽光により発電するもので、集熱器３１の表面に沿って貼付されることで平面形状に保持され、発電した直流電流をパワーコンディショナ４２に出力する。また、本実施の形態１では、太陽光発電モジュール４１は、半透明で光を透過可能なものが用いられており、太陽光は太陽光発電モジュール４１を通過して集熱器３１により集熱することを可能としている。
【００２８】
パワーコンディショナ４２は、太陽光発電モジュール４１で発電した直流電力を交流電力に変換して、住居側に供給するもので、設置用スペースＳＰに設置されている。また、パワーコンディショナ４２に接続された電力線４３は、両配管１４，１５と共に、防水構造部７を通って住居側に配索されている。
【００２９】
加圧器５は、給湯管１５の途中に介在され、貯湯タンク１で加熱された温水を加圧して住居側に供給するもので、設置用スペースＳＰに設置されている。なお、本実施の形態１では、安定した給湯を図るために加圧器５を設置した例を示しているが、貯湯タンク１が屋上に配置されていることから、重力のみを利用した給湯も可能であり、加圧器５は設けなくてもよい。
【００３０】
次に、実施の形態１の作動を説明する。
（昼間の日照時）
太陽が照っているときには、太陽光発電モジュール４１が太陽光を受けて発電し、電力をパワーコンディショナ４２から住居に供給可能とする。
また、太陽光発電モジュール４１を透過した太陽光は、集熱器３１により集熱され、集熱器３１を通る熱媒体が加熱される。同時に、循環器３４を駆動させて、集熱器３１で加熱された熱媒体が放熱器３３に循環され、タンク本体１１に貯留された水が加熱される。
【００３１】
貯湯タンク１では、放熱器３３により加熱された温水は、図の矢印に沿うように自然対流によりタンク本体１１の上部に集まり、相対的に低温の温水は、図の矢印に沿うようにタンク本体１１の下部に対流した後、放熱器３３により加熱されて上部へ対流する。この対流を繰り返すことにより、タンク本体１１の内部では、高温の温水ほど上部に貯留される。このとき、貯湯タンク１は傾斜させているため、略水平に設置したものと比較して、自然対流を促進させて低温の水をタンク下部に集めて放熱器３３による効率的な加熱を可能とする。
【００３２】
また、住居側で温水を使用する場合は、給湯管１５を介して、タンク本体１１の上部の温水が供給される。そして、本実施の形態１では、貯湯タンク１を傾斜させているため、水平に設置したものと比較して、高温の温水が溜まったときの上下方向の高さを確保でき、その分、給湯口１５ａから高温の温水を給湯可能な水位変化を確保でき、安定した給湯が可能となる。
なお、この給湯によりタンク本体１１の水量が低下すると、随時、給水管１４を介して水が補充される。
【００３３】
（夜間や日照不足時）
夜間など日照が得られない場合は、ヒートポンプ装置２を駆動させ、空気熱交換器２１により空気中から吸熱し、これにより得られた熱を水熱交換器２２に送って放熱させてタンク本体１１内の水を加熱する。この場合、夜間は、深夜電力を使用することができ、経済性に優れる。
【００３４】
本実施の形態１では、以上のように太陽熱を利用した加熱および外気温度を利用した加熱を行うことができるため、タンク本体１１内の水温を検出する水温センサ、太陽集熱装置３の熱媒体温度を検出する熱媒体温度センサ、ヒートポンプ装置２の水熱交換器２２の発熱温度を検出する発熱温度センサの検出温度に基づいて、選択的に効率的な加熱を行って１日を通して加熱することが可能である。また、貯湯タンク１内の温水温度が集熱器３１における温度よりも高温となっている間は循環器３４を停止させることで、消費電力を抑えることができる。
【００３５】
（実施の形態１の効果）
ａ）給湯ユニットＡを屋根ＲＦの上に設置するようにしたため、給湯ユニットＡの設置用の敷地が不要であり、特に、本実施の形態１のように、集合住宅において複数の給湯ユニットＡを設置する場合に必要な敷地面積を大幅に抑えることができる。
【００３６】
ｂ）給湯ユニットＡは、貯湯タンク１を屋根ＲＦの上に設置するため、重力を利用した給湯が可能であり、貯湯タンク１および給湯管１５の耐圧性能を抑えることができる。これにより、貯湯タンク１および給湯管１５の軽量化および低コスト化を図ることができる。また、本実施の形態１のように加圧器５を設ける場合でも、その出力を抑えて耐圧性を抑え、軽量化および低コスト化を図ることができる。
【００３７】
ｃ）貯湯タンク１を扁平に形成し傾斜させて設置したため、従来の直方体や円筒形状のタンクを起立状態で屋上に設置するのと比較して、全体容量は確保しつつ屋根上高さを抑えたコンパクトな設置が可能であり、かつ、貯湯タンクを略水平に設置したものと比較して、自然対流を促進させて低温の水をタンク下部に集めて放熱器３３による効率的な加熱を可能とするとともに、タンク上部における高温の温水部分の水位を確保して、安定した温水供給を可能とする。加えて、貯湯タンク１と屋根ＲＦとの間に形成される空間を設置用スペースＳＰとし、この設置用スペースＳＰに加熱手段としてのヒートポンプ装置２や、循環器３４や、パワーコンディショナ４２や、加圧器５を配置するようにしているため、スペースの有効利用を図り、効率的でコンパクトな設置が可能となる。
【００３８】
ｄ）加熱装置として、ヒートポンプ装置２を用いたため、貯湯タンク１内の水を外気の熱エネルギーにより加熱することができ、安価な加熱が可能である。しかも、屋根ＲＦの上に設置しているため、例えば、建物の北側の地上に設置した場合と比較して、夜間の周囲温度が高くなる場合が多く、空気熱交換器２１における集熱性が高い。
【００３９】
ｅ）貯湯タンク１内の水を加熱する加熱装置としてのヒートポンプ装置２と並列に太陽集熱装置３を設けたため、日照が得られる際の安価な加熱が可能であり、両者を選択的に使用して、効率的な加熱を行うことが可能である。
【００４０】
ｆ）扁平な形状の貯湯タンク１の上に太陽集熱装置３の集熱器３１を設置したため、集熱器３１を貯湯タンク１の水平方向に並列に設置するものと比較して、設置に必要な屋上面積を抑えてコンパクトな設置が可能であるとともに、集熱器３１が貯湯タンク１の影に入りにくく、集熱効率に優れ、かつ、集熱器３１を支持する部材を省略でき、重量および経済性の点で有利である。しかも、集熱器３１により貯湯タンク１を覆っていることで、貯湯タンク１の保護を図り、貯湯タンク１の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
ｇ）扁平形状の貯湯タンク１の上に太陽光発電装置４の太陽光発電モジュール４１を設置しているため、太陽光発電モジュール４１を貯湯タンク１の水平方向に並列に設置するものと比較して、設置に必要な屋根ＲＦの面積を抑えてコンパクトな設置が可能である。さらに、本実施の形態１では、太陽光発電モジュール４１を集熱器３１の上に重ねることで、いっそうコンパクトな設置が可能であるとともに、太陽光発電モジュール４１を透光可能とすることにより、太陽光発電モジュール４１を集熱器３１に重ねても集熱器３１による集熱を妨げることがない。しかも、集熱器３１が太陽光発電モジュール４１を支持する部材を兼ねることにより、全体構成の軽量化を図ることができる。
【００４２】
ｈ）各管１４，１５および電力線４３，７０が屋根ＲＦを貫通する部位を、貯湯タンク１の下方に配置して貯湯タンク１に覆われるようにしたため、この貫通部位に、雨雪がかかりにくくなり、建物の内部への漏水発生を抑制できる。
【００４３】
ｉ）集合住宅であるユニット建物ＵＨにおいて、各戸独立して給湯ユニットＡを設置したため、各戸独立した電気代および水道代の検出が可能となる。
【００４４】
（他の実施の形態）
以下に、他の実施の形態の給湯ユニットについて説明する。
なお、他の実施の形態を説明するのにあたり、実施の形態１と同じ構成については同じ符号を付けて説明を省略する。作用についても、実施の形態１と相違する作用について説明し、実施の形態１と同じ作用については説明を省略する。
【００４５】
（実施の形態２）
実施の形態２の給湯ユニットＢは、図３に示すように、実施の形態１の給湯ユニットＡから太陽光発電装置４を省くとともに、加熱装置としてヒートポンプ装置２に替えて電力駆動の加熱装置２００を設置した例である。
【００４６】
すなわち、実施の形態２の給湯ユニットＢは、図３に示すように、加熱装置２００と太陽集熱装置３とが併設されている。
加熱装置２００は、住居側から供給される電力により駆動する制御部２０１と、この制御部２０１に電力線２０３を介して接続され、制御部２０１により駆動をコントロールされ貯湯タンク１の下部に設置されて貯湯タンク１内の水を加熱する加熱器２０２とを備えている。
また、太陽集熱装置３は、本実施例２では、集熱器３１が上方に露出している。他の構成については実施の形態１と同様である。
【００４７】
実施の形態２では、加熱装置として電力駆動による加熱装置２００を設けたため、夜間や日照不足時、あるいは外気が極低温時にも、加熱器２０２により貯湯タンク１内の水を加熱することができる。また、実施の形態１と同様に、日照がある場合は、太陽集熱装置３により安価に貯湯タンク１の水を加熱することができる。
なお、この実施の形態２の給湯ユニットＢでも、実施の形態１と同様に、ａ）ｂ）ｃ）、ｆ）ｈ）ｉ）の効果を得ることができる。
【００４８】
（実施の形態３）
【００４９】
実施の形態３の給湯ユニットＣは、図４に示すように、実施の形態２の給湯ユニットＢから太陽集熱装置３を省いた例である。
【００５０】
したがって、実施の形態３の給湯ユニットＣでは、電力駆動の加熱装置２００により貯湯タンク１内の水を加熱する。
なお、実施の形態３の給湯ユニットＣでも、実施の形態１と同様に、ａ）ｂ）ｃ）ｈ）ｉ）の効果を得ることができる。
【００５１】
（実施の形態４）
実施の形態４の給湯ユニットＤは、図５に示すように、加熱装置として実施の形態３の給湯ユニットＣの加熱装置２００に替えて加熱型ヒートポンプ装置４０３を用いた例である。
【００５２】
この加熱型ヒートポンプ装置４０３は、実施例１で示した集熱器３１を熱交換機としている。そして、この集熱器３１をガス密閉構造とし、熱媒体としての低圧低温ガス（例えば、ＣＯ２）を加熱するようにしている。
【００５３】
また、集熱器３１と放熱器３３との間で熱媒体を循環させる循環配管４３２には、加圧器４３４と膨張弁４３５とが設けられており、この循環配管４３２は、図示のように、集熱器３１の上部と加圧器４３４とを結ぶ配管４３２ａと、加圧器４３４と放熱器３３の下部とを結ぶ配管４３２ｂと、放熱器３３の上部と膨張弁４３５とを結ぶ配管４３２ｃと、膨張弁４３５と集熱器３１の下部とを結ぶ配管４３２ｄとを備え、ヒートポンプサイクルを形成している。
【００５４】
すなわち、この加熱型ヒートポンプ装置４０３のヒートポンプサイクルでは、集熱器３１において低温低圧ガスを加熱して低圧中温ガスとなった熱媒体が、加圧器４３４で加圧されて高圧高温ガスとして放熱器３３に送られる。そして、放熱器３３で放熱して貯湯タンク１内の水を加熱し、高温中温ガスとなった熱媒体が、膨張弁４３５で膨張されて低圧低温ガスとなって集熱器３１に戻される。
【００５５】
したがって、実施の形態１で示したヒートポンプ装置２は、比較的低温な外気温をファンで強制的にあてて加熱しているが、本実施の形態４では、集熱器３１は、昼間は外気温よりもかなり高温となり、高額な昼間電気料金を節約できる。また、夜間は、集熱器３１は外気温となるが、従来通り深夜電力を利用して加熱することができる。また、集熱器３１は、熱交換機面積が大きいのでファンが不要である。
【００５６】
なお、実施の形態１で示したように、集熱器３１に太陽光発電モジュール４１を貼付してこれを加熱型ヒートポンプ装置４０３の電源に利用することもできる。
また、本実施の形態４にあっても、上記ａ）ｂ）ｃ）ｄ）ｆ）ｈ）ｉ）の効果を得ることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。
【００５８】
例えば、実施の形態１〜４では、集合住宅に適用した例を示したが、戸建て住宅にも適用できる。また、集合住宅に適用した場合でも、１戸を形成するユニットの数や、配置は任意であり、また、建物の階数も実施の形態１〜４で示した３階建てに限らず、１階建て、２階建て、４階以上の建物に適用することができる。
【００５９】
また、実施の形態１〜４では、屋根として陸屋根を示したが、屋根が傾斜した建物にも設置可能である。
【００６０】
また、実施の形態１で示した循環器３４は、電動であり住居からの配線で駆動するようにしたものを示したが、屋根ＲＦの上に設置していることから、太陽電池により駆動するものを用いてもよい。この場合、太陽集熱装置３による加熱は太陽光が照射されている間成され、この間は、循環器も太陽電池で駆動して熱媒体の循環を行うことができ、効率的な作動を行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 貯湯タンク
２ ヒートポンプ装置（加熱装置）
３ 太陽集熱装置
４ 太陽光発電装置
７ 防水構造部
１１ タンク本体
１１ａ 上面
１１ｂ 下面
１１ｃ 側面
１４ 給水管
１５ 給湯管
２０ 本体ユニット
２１ 空気熱交換器
２２ 水熱交換器
３１ 集熱器
３３ 放熱器
４１ 太陽光発電モジュール
２００ 加熱装置
２０２ 加熱器
４０３ 加圧型ヒートポンプ装置（加熱装置）
Ａ 給湯ユニット
Ｂ 給湯ユニット
Ｃ 給湯ユニット
Ｄ 給湯ユニット
ＲＦ 屋根
ＳＰ 設置用スペース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅、集合住宅などで用い、加熱手段により加熱した温水を貯留する貯湯タンクを備えた給湯ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ装置などの加熱手段により加熱した温水を貯湯タンクに貯留し、住宅の配管に給湯するようにした給湯ユニットが知られている。
さらに、上記給湯ユニットに、太陽熱で過熱した温水を導くことで、より省エネルギーを図るようにしたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような給湯ユニットでは、貯湯タンクを地上に設置するようになっているため、給湯ユニット設置用の敷地が必要であった。特に、集合住宅において各戸独立に給湯ユニットを設置する場合には、給湯ユニットの設置数が多くなり、必要な敷地面積が広くなる。しかも、積層住宅では、２階以上に給湯する場合、給湯ユニットから加圧して給湯する必要があり、この場合、貯湯タンクや配管の耐圧性を高く設定する必要がある。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決することを目的とするものであり、敷地面積を拡大することなく給湯ユニットの設置を可能とし、かつ、耐圧性能を抑えることが可能な給湯ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、温水を貯留するための貯湯タンクと、この貯湯タンク内の水を加熱する加熱器をタンク下部に設置した加熱装置と、前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯タンク内に水を供給する給水管および前記貯湯タンク内の温水を建物内に供給する給湯管と、を備えた給湯ユニットであって、前記貯湯タンクは、上下面が側面よりも大きな面積の形状に形成され、かつ、前記貯湯タンクは、前記建物の屋根上に、前記上面の一端側を他端側よりも上方に配置して傾斜させるとともに、前記屋根との間に前記加熱装置を含む機器の設置用スペースを形成して設置されていることを特徴とする給湯ユニットとした。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の給湯ユニットにおいて、前記貯湯タンクの上面を覆って設けられて太陽熱を集める集熱器と、前記貯湯タンクの下部に設けられて前記集熱器で加熱された熱媒体が循環されて放熱を行う放熱器とを有した太陽集熱装置を備えていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の給湯ユニットにおいて、前記太陽集熱装置の前記集熱器を覆って太陽光発電装置の太陽電池モジュールが設けられ、この太陽電池モジュールは、太陽光を前記集熱器に透過可能に形成されているとともに、前記集熱器に支持されて形状保持されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の給湯ユニットにおいて、前記屋根において上方を前記貯湯タンクで覆われている位置で、前記給水管および前記給湯管が前記屋根を貫通して前記建物内へ配管されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の給湯ユニットにおいて、前記加熱装置として、外気と熱交換を行って熱媒体を加熱する空気熱交換器と、この空気熱交換器で加熱された熱媒体が送られて放熱する水熱交換器とを有したヒートポンプ装置を備え、このヒートポンプ装置の水熱交換器を前記加熱器として用いたことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の給湯ユニットにおいて、前記加熱装置として、前記貯湯タンクの上面を覆って設けられて太陽熱を集め熱媒体と熱交換を行って低温低圧ガス状の熱媒体を加熱する集熱器と、この集熱器で加熱されたガス状の熱媒体を加圧して高圧高温ガス状の熱媒体を形成する加圧器と、前記張湯タンクの底部に設けられて前記加圧器から送られた高圧高温ガス状の熱媒体の放熱を行う放熱器と、この放熱器で放熱を行ったガス状の熱媒体を膨張させて低温低圧ガス状とする膨張弁とを有した加圧型ヒートポンプ装置を備え、この加圧型ヒートポンプ装置の放熱器を前記加熱器として用いたことを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯ユニットにおいて、前記屋根は、陸屋根であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の給湯ユニットでは、貯湯タンクを屋根の上に設置するため、給湯ユニット設置用の敷地が不要であり、特に、複数の給湯ユニットを設置する場合に必要な敷地面積を大幅に抑えることができる。
また、給湯ユニットは、貯湯タンクを屋根上に設置するため、給湯の際には重力を利用することが可能である。したがって、２階以上に給湯する場合であっても、加圧が不要あるいは加圧力を抑えることができ、貯湯タンクおよび給湯管の耐圧性能を抑えることができる。
しかも、貯湯タンクを上下面が側面よりも広い扁平形状として傾斜させたため、従来の直方体や円筒形状のタンクを起立状態で屋上に設置するのと比較して、全体容量は確保しつつ屋根上高さを抑えたコンパクトな設置が可能であり、かつ、貯湯タンクを略水平に設置したものと比較して、自然対流を促進させて低温の水をタンク下部に集めて加熱器による効率的な加熱を可能とするとともに、タンク上部における高温の温水部分の水位を確保して、安定した温水供給を可能とする。
加えて、貯湯タンクと屋根との間に設置用スペースを形成したため、加熱装置を含む器機の設置をコンパクトに行い、給湯ユニットの設置に必要な屋根面積を小さくすることが可能である。
【０００９】
さらに、請求項２に記載の給湯ユニットでは、加熱装置と並列に太陽集熱装置を設けたため、日照が得られる昼間は、太陽熱で温水を加熱することができ、経済性に優れる。
加えて、扁平形状の貯湯タンク上に太陽集熱装置の集熱器を設置しているため、太陽集熱装置を貯湯タンクの水平方向に並列に設置するものと比較して、設置に必要な屋根上面積を抑えてコンパクトな設置が可能であり、かつ、集熱器の設置面積を広く確保することができる。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明では、太陽光発電装置を設けたため、給湯だけでなく、太陽光を利用した発電も可能となり、より省エネルギー性能を高めることができる。しかも、集熱器の上に太陽光発電モジュールを設置しているため、太陽光発電モジュールを貯湯タンクの水平方向に並列に設置するものと比較して、設置に必要な屋上面積を抑えてコンパクトな設置が可能であるとともに、集熱器により太陽光発電モジュールの形状保持を行う支持部材を兼用させることで、太陽光発電モジュール専用の支持部材を廃止することができ、軽量化およびコスト低減を図ることができる。
加えて、太陽光発電モジュールを、太陽光を集熱器に透過可能にしたことにより、太陽光発電モジュールを集熱器に重ねても集熱器による集熱を可能とすることができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明では、給水管および給湯管が屋根を貫通する部位を、貯湯タンクにより上方を覆われている位置としたため、この貫通部位が貯湯タンクに覆われていないものと比較して、雨水の建物内への浸入防止性能の向上を図ることができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明では、加熱手段として、ヒートポンプ装置を用いたため、貯湯タンク内の水を外気が有する熱エネルギーにより加熱することができ、経済性に優れる。特に、請求項２に記載の太陽集熱装置と並設した場合、日照が得られる昼間は、太陽集熱装置による加熱を行い、日照が得られない夜間は、ヒートポンプ装置による加熱を行うことにより、１日を通して経済性に優れた温水加熱を行うことができる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明では、日照時には、加圧型ヒートポンプ装置により、太陽熱を集める集熱器により熱媒体を加熱するため、外気温と熱交換を行うものと比較して、熱媒体を安価に高温に加熱できる。また、集熱器は、貯湯タンクの上面を覆い、広面積に形成することができるため、ファンにより外気を強制的に当てなくても、高い熱交換性能を確保可能である。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明では、屋根を平らな陸屋根としたため、貯湯タンクと屋根との間に設置用スペースを確保するのが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１の給湯ユニットＡの構成の概略を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の給湯ユニットＡを設置した建物全体の概略を示す斜視図である。
【図３】実施の形態２の給湯ユニットＢの構成の概略を示す断面図である。
【図４】実施の形態３の給湯ユニットＣの構成の概略を示す断面図である。
【図５】実施の形態４の給湯ユニットＤの構成の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１、図２により実施の形態１の給湯ユニットＡについて詳細に説明する。
【００１７】
この実施の形態１の給湯ユニットＡについて説明するのにあたり、まず、図２に基づいて、実施例１の給湯ユニットＡを設置した３階建てのユニット建物ＵＨについて説明する。
【００１８】
図２はユニット建物ＵＨの概略を示す斜視図であり、このユニット建物ＵＨは、工場で製作される複数の建物ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，・・・を建築現場で水平方向および上下方向に接合し、最上階に配置された建物ユニットＵ３に屋根ＲＦを設けることによって形成されている。なお、この屋根ＲＦには、勾配が殆ど無い、陸屋根が用いられている。
【００１９】
各建物ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、詳細な図示は省略するが、四隅に配置された鋼製の柱と、その柱の上端間および下端間に架け渡された鋼製の梁部材ＢＥ（図１参照）とによって、ボックス形のラーメン構造に形成されている。そして、本実施の形態では、ユニット建物ＵＨは、集合住宅用のもので、建物ユニットＵ１〜Ｕ３は、それぞれ、矢印Ｘ方向で内部が連通されて１戸の住居が形成されている。また、各住居は、矢印Ｙ方向および上下方向（矢印ＵＰが上方を示す）には、図示を省略した区画壁と天井および床により相互に区画されている。
【００２０】
給湯ユニットＡは、ユニット建物ＵＨの屋根ＲＦの上に設置されている。
本実施の形態１では、１戸の住居ごとに独立した給湯ユニットＡが設置されており、図示のように、最上階に配置された建物ユニットＵ３の１つに、３個の給湯ユニットＡが矢印Ｙ方向に並設されている。なお、給湯ユニットＡが設置された建物ユニットＵ３と、その矢印Ｙ方向に隣り合う建物ユニットＵ３とは、それぞれ、この建物ユニットＵ３の矢印Ｘ方向に延在された梁部材（図示省略）どうしが接することなく、両者の間に矢印Ｙ方向に間隔を空けて結合されており、各給湯ユニットＡに接続された配管（図１に示す給水管１４および給湯管１５）は、建物ユニットＵ１どうしの間、建物ユニットＵ２１どうしの間、建物ユニットＵ３どうしの間では、それぞれこの間隔の部分を通って、その下方の給湯対象の住居まで配索されており、室内に突出することの無い建物内配管が図られている。
【００２１】
次に、実施の形態１の給湯ユニットＡの詳細について、図１に基づいて説明する。
給湯ユニットＡは、貯湯タンク１、ヒートポンプ装置（加熱装置）２、太陽集熱装置３、太陽光発電装置４、加圧器５を備えている。
貯湯タンク１は、耐食性に優れた金属あるいは樹脂製で丸みを帯びた直方体箱状のタンク本体１１を備えている。このタンク本体１１は、上面１１ａおよび下面１１ｂの面積が側面１１ｃの面積よりも広い扁平な形状に形成されており、具体的には、本実施の形態１では、上下方向寸法３００ｍｍ程度、図における左右方向の長さ２５００ｍｍ程度、図の奥行き方向の幅９００ｍｍ程度で４００リットルほどの容量に形成されている。なお、タンク本体１１は、その全周が発泡性の樹脂などの断熱材１２に覆われている。
【００２２】
本実施の形態１では、この貯湯タンク１は、上面１１ａおよび下面１１ｂの図において右側端が左側端よりも高く配置されるように３０度程度傾斜させるとともに、屋根ＲＦとの間に機器設置用の設置用スペースＳＰを形成して支持部材６に支持されて屋根ＲＦの上に設置されている。
なお、上述の建物ユニットＵ３は、図２の矢印Ｘ方向の幅が、２５００ｍｍ程度の寸法に形成されており、建物ユニットＵ３の矢印Ｘ方向の両端部には、図１に示す梁部材ＢＥが矢印Ｙ方向に延在されている。
【００２３】
支持部材６は、複数の脚部材６１を備え、この脚部材６１は、支持部材６で支える荷重が梁部材ＢＥで支えられるように、梁部材ＢＥと上下方向で重なるように配置され、さらに、脚部材６１と梁部材ＢＥとが、屋根ＲＦを貫通する図示を省略した連結部材を介して結合されている。
【００２４】
また、貯湯タンク１は、上端部に点検口１３が開口されており、かつ、下端部に給水管１４が接続されている一方、上部に設けられた給湯口１５ａに給湯管１５が接続されている。なお、各管１４，１５は、一箇所に集められ、屋根ＲＦを貫通して、後述する電力線４３，７０とともに、その下方の住居に配索されている。この屋根ＲＦにおける両管１４，１５および電力線４３，７０の貫通部は、貯湯タンク１の真下で貯湯タンク１に覆われる位置に配置され、かつ、防水構造部７により防水が図られている。
【００２５】
ヒートポンプ装置２は、周知のように、外気と熱交換を行なう空気熱交換器２１と、この空気熱交換器２１で得られた熱が管路２３を介して循環される熱媒体により伝達されて貯湯タンク１のタンク本体１１内の水を加熱する水熱交換器２２とを備えている。そして、空気熱交換器２１や図示を省略した圧縮機および膨張弁を備えた本体ユニット２０が、設置用スペースＳＰに配置されて屋根ＲＦの上に設置されている。また、水熱交換器２２は、タンク本体１１の内部の下部に設置されている。
【００２６】
太陽集熱装置３は、集熱器３１と循環配管３２と放熱器（加熱器）３３と循環器３４とを備えている。
集熱器３１は、貯湯タンク１の上面１１ａに沿って設けられており、図示は省略するが、太陽光を受けて加熱される集熱板を備えている。循環配管３２は、集熱器３１と放熱器３３とで熱媒体を循環させるもので、詳細な図示は省略するが集熱板と熱交換可能に集熱器３１に沿って蛇行して配索されているとともに、熱媒体を、集熱器３１から、集熱器３１の上部→放熱器３３の下部→放熱器３３の上部→循環器３４→集熱器３１の下部の順で循環させる。放熱器３３は、タンク本体１１の内部の下部に設置されており、集熱器３１で加熱された熱媒体が有する熱をタンク本体１１内の水に放熱する構造を有している。
循環器３４は、ポンプを内蔵し、熱媒体を熱による対流方向に逆行させて集熱器３１から放熱器３３に供給および循環させるもので、タンク本体１１の外部であって、設置用スペースＳＰに設置されている。
【００２７】
太陽光発電装置４は、太陽光発電モジュール４１，パワーコンディショナ４２を備えている。
太陽光発電モジュール４１は、太陽光により発電するもので、集熱器３１の表面に沿って貼付されることで平面形状に保持され、発電した直流電流をパワーコンディショナ４２に出力する。また、本実施の形態１では、太陽光発電モジュール４１は、半透明で光を透過可能なものが用いられており、太陽光は太陽光発電モジュール４１を通過して集熱器３１により集熱することを可能としている。
【００２８】
パワーコンディショナ４２は、太陽光発電モジュール４１で発電した直流電力を交流電力に変換して、住居側に供給するもので、設置用スペースＳＰに設置されている。また、パワーコンディショナ４２に接続された電力線４３は、両配管１４，１５と共に、防水構造部７を通って住居側に配索されている。
【００２９】
加圧器５は、給湯管１５の途中に介在され、貯湯タンク１で加熱された温水を加圧して住居側に供給するもので、設置用スペースＳＰに設置されている。なお、本実施の形態１では、安定した給湯を図るために加圧器５を設置した例を示しているが、貯湯タンク１が屋上に配置されていることから、重力のみを利用した給湯も可能であり、加圧器５は設けなくてもよい。
【００３０】
次に、実施の形態１の作動を説明する。
（昼間の日照時）
太陽が照っているときには、太陽光発電モジュール４１が太陽光を受けて発電し、電力をパワーコンディショナ４２から住居に供給可能とする。
また、太陽光発電モジュール４１を透過した太陽光は、集熱器３１により集熱され、集熱器３１を通る熱媒体が加熱される。同時に、循環器３４を駆動させて、集熱器３１で加熱された熱媒体が放熱器３３に循環され、タンク本体１１に貯留された水が加熱される。
【００３１】
貯湯タンク１では、放熱器３３により加熱された温水は、図の矢印に沿うように自然対流によりタンク本体１１の上部に集まり、相対的に低温の温水は、図の矢印に沿うようにタンク本体１１の下部に対流した後、放熱器３３により加熱されて上部へ対流する。この対流を繰り返すことにより、タンク本体１１の内部では、高温の温水ほど上部に貯留される。このとき、貯湯タンク１は傾斜させているため、略水平に設置したものと比較して、自然対流を促進させて低温の水をタンク下部に集めて放熱器３３による効率的な加熱を可能とする。
【００３２】
また、住居側で温水を使用する場合は、給湯管１５を介して、タンク本体１１の上部の温水が供給される。そして、本実施の形態１では、貯湯タンク１を傾斜させているため、水平に設置したものと比較して、高温の温水が溜まったときの上下方向の高さを確保でき、その分、給湯口１５ａから高温の温水を給湯可能な水位変化を確保でき、安定した給湯が可能となる。
なお、この給湯によりタンク本体１１の水量が低下すると、随時、給水管１４を介して水が補充される。
【００３３】
（夜間や日照不足時）
夜間など日照が得られない場合は、ヒートポンプ装置２を駆動させ、空気熱交換器２１により空気中から吸熱し、これにより得られた熱を水熱交換器２２に送って放熱させてタンク本体１１内の水を加熱する。この場合、夜間は、深夜電力を使用することができ、経済性に優れる。
【００３４】
本実施の形態１では、以上のように太陽熱を利用した加熱および外気温度を利用した加熱を行うことができるため、タンク本体１１内の水温を検出する水温センサ、太陽集熱装置３の熱媒体温度を検出する熱媒体温度センサ、ヒートポンプ装置２の水熱交換器２２の発熱温度を検出する発熱温度センサの検出温度に基づいて、選択的に効率的な加熱を行って１日を通して加熱することが可能である。また、貯湯タンク１内の温水温度が集熱器３１における温度よりも高温となっている間は循環器３４を停止させることで、消費電力を抑えることができる。
【００３５】
（実施の形態１の効果）
ａ）給湯ユニットＡを屋根ＲＦの上に設置するようにしたため、給湯ユニットＡの設置用の敷地が不要であり、特に、本実施の形態１のように、集合住宅において複数の給湯ユニットＡを設置する場合に必要な敷地面積を大幅に抑えることができる。
【００３６】
ｂ）給湯ユニットＡは、貯湯タンク１を屋根ＲＦの上に設置するため、重力を利用した給湯が可能であり、貯湯タンク１および給湯管１５の耐圧性能を抑えることができる。これにより、貯湯タンク１および給湯管１５の軽量化および低コスト化を図ることができる。また、本実施の形態１のように加圧器５を設ける場合でも、その出力を抑えて耐圧性を抑え、軽量化および低コスト化を図ることができる。
【００３７】
ｃ）貯湯タンク１を扁平に形成し傾斜させて設置したため、従来の直方体や円筒形状のタンクを起立状態で屋上に設置するのと比較して、全体容量は確保しつつ屋根上高さを抑えたコンパクトな設置が可能であり、かつ、貯湯タンクを略水平に設置したものと比較して、自然対流を促進させて低温の水をタンク下部に集めて放熱器３３による効率的な加熱を可能とするとともに、タンク上部における高温の温水部分の水位を確保して、安定した温水供給を可能とする。加えて、貯湯タンク１と屋根ＲＦとの間に形成される空間を設置用スペースＳＰとし、この設置用スペースＳＰに加熱手段としてのヒートポンプ装置２や、循環器３４や、パワーコンディショナ４２や、加圧器５を配置するようにしているため、スペースの有効利用を図り、効率的でコンパクトな設置が可能となる。
【００３８】
ｄ）加熱装置として、ヒートポンプ装置２を用いたため、貯湯タンク１内の水を外気の熱エネルギーにより加熱することができ、安価な加熱が可能である。しかも、屋根ＲＦの上に設置しているため、例えば、建物の北側の地上に設置した場合と比較して、夜間の周囲温度が高くなる場合が多く、空気熱交換器２１における集熱性が高い。
【００３９】
ｅ）貯湯タンク１内の水を加熱する加熱装置としてのヒートポンプ装置２と並列に太陽集熱装置３を設けたため、日照が得られる際の安価な加熱が可能であり、両者を選択的に使用して、効率的な加熱を行うことが可能である。
【００４０】
ｆ）扁平な形状の貯湯タンク１の上に太陽集熱装置３の集熱器３１を設置したため、集熱器３１を貯湯タンク１の水平方向に並列に設置するものと比較して、設置に必要な屋上面積を抑えてコンパクトな設置が可能であるとともに、集熱器３１が貯湯タンク１の影に入りにくく、集熱効率に優れ、かつ、集熱器３１を支持する部材を省略でき、重量および経済性の点で有利である。しかも、集熱器３１により貯湯タンク１を覆っていることで、貯湯タンク１の保護を図り、貯湯タンク１の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
ｇ）扁平形状の貯湯タンク１の上に太陽光発電装置４の太陽光発電モジュール４１を設置しているため、太陽光発電モジュール４１を貯湯タンク１の水平方向に並列に設置するものと比較して、設置に必要な屋根ＲＦの面積を抑えてコンパクトな設置が可能である。さらに、本実施の形態１では、太陽光発電モジュール４１を集熱器３１の上に重ねることで、いっそうコンパクトな設置が可能であるとともに、太陽光発電モジュール４１を透光可能とすることにより、太陽光発電モジュール４１を集熱器３１に重ねても集熱器３１による集熱を妨げることがない。しかも、集熱器３１が太陽光発電モジュール４１を支持する部材を兼ねることにより、全体構成の軽量化を図ることができる。
【００４２】
ｈ）各管１４，１５および電力線４３，７０が屋根ＲＦを貫通する部位を、貯湯タンク１の下方に配置して貯湯タンク１に覆われるようにしたため、この貫通部位に、雨雪がかかりにくくなり、建物の内部への漏水発生を抑制できる。
【００４３】
ｉ）集合住宅であるユニット建物ＵＨにおいて、各戸独立して給湯ユニットＡを設置したため、各戸独立した電気代および水道代の検出が可能となる。
【００４４】
（他の実施の形態）
以下に、他の実施の形態の給湯ユニットについて説明する。
なお、他の実施の形態を説明するのにあたり、実施の形態１と同じ構成については同じ符号を付けて説明を省略する。作用についても、実施の形態１と相違する作用について説明し、実施の形態１と同じ作用については説明を省略する。
【００４５】
（実施の形態２）
実施の形態２の給湯ユニットＢは、図３に示すように、実施の形態１の給湯ユニットＡから太陽光発電装置４を省くとともに、加熱装置としてヒートポンプ装置２に替えて電力駆動の加熱装置２００を設置した例である。
【００４６】
すなわち、実施の形態２の給湯ユニットＢは、図３に示すように、加熱装置２００と太陽集熱装置３とが併設されている。
加熱装置２００は、住居側から供給される電力により駆動する制御部２０１と、この制御部２０１に電力線２０３を介して接続され、制御部２０１により駆動をコントロールされ貯湯タンク１の下部に設置されて貯湯タンク１内の水を加熱する加熱器２０２とを備えている。
また、太陽集熱装置３は、本実施例２では、集熱器３１が上方に露出している。他の構成については実施の形態１と同様である。
【００４７】
実施の形態２では、加熱装置として電力駆動による加熱装置２００を設けたため、夜間や日照不足時、あるいは外気が極低温時にも、加熱器２０２により貯湯タンク１内の水を加熱することができる。また、実施の形態１と同様に、日照がある場合は、太陽集熱装置３により安価に貯湯タンク１の水を加熱することができる。
なお、この実施の形態２の給湯ユニットＢでも、実施の形態１と同様に、ａ）ｂ）ｃ）、ｆ）ｈ）ｉ）の効果を得ることができる。
【００４８】
（実施の形態３）
【００４９】
実施の形態３の給湯ユニットＣは、図４に示すように、実施の形態２の給湯ユニットＢから太陽集熱装置３を省いた例である。
【００５０】
したがって、実施の形態３の給湯ユニットＣでは、電力駆動の加熱装置２００により貯湯タンク１内の水を加熱する。
なお、実施の形態３の給湯ユニットＣでも、実施の形態１と同様に、ａ）ｂ）ｃ）ｈ）ｉ）の効果を得ることができる。
【００５１】
（実施の形態４）
実施の形態４の給湯ユニットＤは、図５に示すように、加熱装置として実施の形態３の給湯ユニットＣの加熱装置２００に替えて加熱型ヒートポンプ装置４０３を用いた例である。
【００５２】
この加熱型ヒートポンプ装置４０３は、実施例１で示した集熱器３１を熱交換機としている。そして、この集熱器３１をガス密閉構造とし、熱媒体としての低圧低温ガス（例えば、ＣＯ２）を加熱するようにしている。
【００５３】
また、集熱器３１と放熱器３３との間で熱媒体を循環させる循環配管４３２には、加圧器４３４と膨張弁４３５とが設けられており、この循環配管４３２は、図示のように、集熱器３１の上部と加圧器４３４とを結ぶ配管４３２ａと、加圧器４３４と放熱器３３の下部とを結ぶ配管４３２ｂと、放熱器３３の上部と膨張弁４３５とを結ぶ配管４３２ｃと、膨張弁４３５と集熱器３１の下部とを結ぶ配管４３２ｄとを備え、ヒートポンプサイクルを形成している。
【００５４】
すなわち、この加熱型ヒートポンプ装置４０３のヒートポンプサイクルでは、集熱器３１において低温低圧ガスを加熱して低圧中温ガスとなった熱媒体が、加圧器４３４で加圧されて高圧高温ガスとして放熱器３３に送られる。そして、放熱器３３で放熱して貯湯タンク１内の水を加熱し、高温中温ガスとなった熱媒体が、膨張弁４３５で膨張されて低圧低温ガスとなって集熱器３１に戻される。
【００５５】
したがって、実施の形態１で示したヒートポンプ装置２は、比較的低温な外気温をファンで強制的にあてて加熱しているが、本実施の形態４では、集熱器３１は、昼間は外気温よりもかなり高温となり、高額な昼間電気料金を節約できる。また、夜間は、集熱器３１は外気温となるが、従来通り深夜電力を利用して加熱することができる。また、集熱器３１は、熱交換機面積が大きいのでファンが不要である。
【００５６】
なお、実施の形態１で示したように、集熱器３１に太陽光発電モジュール４１を貼付してこれを加熱型ヒートポンプ装置４０３の電源に利用することもできる。
また、本実施の形態４にあっても、上記ａ）ｂ）ｃ）ｄ）ｆ）ｈ）ｉ）の効果を得ることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。
【００５８】
例えば、実施の形態１〜４では、集合住宅に適用した例を示したが、戸建て住宅にも適用できる。また、集合住宅に適用した場合でも、１戸を形成するユニットの数や、配置は任意であり、また、建物の階数も実施の形態１〜４で示した３階建てに限らず、１階建て、２階建て、４階以上の建物に適用することができる。
【００５９】
また、実施の形態１〜４では、屋根として陸屋根を示したが、屋根が傾斜した建物にも設置可能である。
【００６０】
また、実施の形態１で示した循環器３４は、電動であり住居からの配線で駆動するようにしたものを示したが、屋根ＲＦの上に設置していることから、太陽電池により駆動するものを用いてもよい。この場合、太陽集熱装置３による加熱は太陽光が照射されている間成され、この間は、循環器も太陽電池で駆動して熱媒体の循環を行うことができ、効率的な作動を行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 貯湯タンク
２ ヒートポンプ装置（加熱装置）
３ 太陽集熱装置
４ 太陽光発電装置
７ 防水構造部
１１ タンク本体
１１ａ 上面
１１ｂ 下面
１１ｃ 側面
１４ 給水管
１５ 給湯管
２０ 本体ユニット
２１ 空気熱交換器
２２ 水熱交換器
３１ 集熱器
３３ 放熱器
４１ 太陽光発電モジュール
２００ 加熱装置
２０２ 加熱器
４０３ 加圧型ヒートポンプ装置（加熱装置）
Ａ 給湯ユニット
Ｂ 給湯ユニット
Ｃ 給湯ユニット
Ｄ 給湯ユニット
ＲＦ 屋根
ＳＰ 設置用スペース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯留するための貯湯タンクと、
この貯湯タンク内の水を加熱する加熱器をタンク下部に設置した加熱装置と、
前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯タンク内に水を供給する給水管および前記貯湯タンク内の温水を建物内に供給する給湯管と、
を備えた給湯ユニットであって、
前記貯湯タンクは、上下面が側面よりも大きな面積の形状に形成され、かつ、前記貯湯タンクは、前記建物の屋根上に、前記上面の一端側を他端側よりも上方に配置して傾斜させるとともに、前記屋根との間に前記加熱装置を含む機器の設置用スペースを形成して設置されていることを特徴とする給湯ユニット。
【請求項２】
前記貯湯タンクの上面を覆って設けられて太陽熱を集める集熱器と、前記貯湯タンクの下部に設けられて前記集熱器で加熱された熱媒体が循環されて放熱を行う放熱器とを有した太陽集熱装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の給湯ユニット。
【請求項３】
前記太陽集熱装置の前記集熱器を覆って太陽光発電装置の太陽電池モジュールが設けられ、
この太陽電池モジュールは、太陽光を前記集熱器に透過可能に形成されているとともに、前記集熱器に支持されて形状保持されていることを特徴とする請求項２に記載の給湯ユニット。
【請求項４】
前記屋根において上方を前記貯湯タンクで覆われている位置で、前記給水管および前記給湯管が前記屋根を貫通して前記建物内へ配管されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の給湯ユニット。
【請求項５】
前記加熱装置として、外気と熱交換を行って熱媒体を加熱する空気熱交換器と、この空気熱交換器で加熱された熱媒体が送られて放熱する水熱交換器とを有したヒートポンプ装置を備え、このヒートポンプ装置の水熱交換器を前記加熱器として用いたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の給湯ユニット。
【請求項６】
前記加熱装置として、前記貯湯タンクの上面を覆って設けられて太陽熱を集め熱媒体と熱交換を行って低温低圧ガス状の熱媒体を加熱する集熱器と、この集熱器で加熱されたガス状の熱媒体を加圧して高圧高温ガス状の熱媒体を形成する加圧器と、前記張湯タンクの底部に設けられて前記加圧器から送られた高圧高温ガス状の熱媒体の放熱を行う放熱器と、この放熱器で放熱を行ったガス状の熱媒体を膨張させて低温低圧ガス状とする膨張弁とを有した加圧型ヒートポンプ装置を備え、この加圧型ヒートポンプ装置の放熱器を前記加熱器として用いたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の給湯ユニット。
【請求項７】
前記屋根は、陸屋根であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯ユニット。
【請求項１】
温水を貯留するための貯湯タンクと、
この貯湯タンク内の水を加熱する加熱器をタンク下部に設置した加熱装置と、
前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯タンク内に水を供給する給水管および前記貯湯タンク内の温水を建物内に供給する給湯管と、
を備えた給湯ユニットであって、
前記貯湯タンクは、上下面が側面よりも大きな面積の形状に形成され、かつ、前記貯湯タンクは、前記建物の屋根上に、前記上面の一端側を他端側よりも上方に配置して傾斜させるとともに、前記屋根との間に前記加熱装置を含む機器の設置用スペースを形成して設置されていることを特徴とする給湯ユニット。
【請求項２】
前記貯湯タンクの上面を覆って設けられて太陽熱を集める集熱器と、前記貯湯タンクの下部に設けられて前記集熱器で加熱された熱媒体が循環されて放熱を行う放熱器とを有した太陽集熱装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の給湯ユニット。
【請求項３】
前記太陽集熱装置の前記集熱器を覆って太陽光発電装置の太陽電池モジュールが設けられ、
この太陽電池モジュールは、太陽光を前記集熱器に透過可能に形成されているとともに、前記集熱器に支持されて形状保持されていることを特徴とする請求項２に記載の給湯ユニット。
【請求項４】
前記屋根において上方を前記貯湯タンクで覆われている位置で、前記給水管および前記給湯管が前記屋根を貫通して前記建物内へ配管されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の給湯ユニット。
【請求項５】
前記加熱装置として、外気と熱交換を行って熱媒体を加熱する空気熱交換器と、この空気熱交換器で加熱された熱媒体が送られて放熱する水熱交換器とを有したヒートポンプ装置を備え、このヒートポンプ装置の水熱交換器を前記加熱器として用いたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の給湯ユニット。
【請求項６】
前記加熱装置として、前記貯湯タンクの上面を覆って設けられて太陽熱を集め熱媒体と熱交換を行って低温低圧ガス状の熱媒体を加熱する集熱器と、この集熱器で加熱されたガス状の熱媒体を加圧して高圧高温ガス状の熱媒体を形成する加圧器と、前記張湯タンクの底部に設けられて前記加圧器から送られた高圧高温ガス状の熱媒体の放熱を行う放熱器と、この放熱器で放熱を行ったガス状の熱媒体を膨張させて低温低圧ガス状とする膨張弁とを有した加圧型ヒートポンプ装置を備え、この加圧型ヒートポンプ装置の放熱器を前記加熱器として用いたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の給湯ユニット。
【請求項７】
前記屋根は、陸屋根であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０８８３６（Ｐ２０１１−２０８８３６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４７５２（Ｐ２０１０−７４７５２）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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