JP6066442B2 - 太陽熱温水装置 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽熱を利用して温水を生成し、かつこの温水を浴槽への湯張り動作などに利用することが可能とされた太陽熱温水装置に関する。
太陽熱温水装置としては、ソーラ集熱器と貯湯タンクとを組み合わせたものがある(たとえば、特許文献1,2を参照)。このような太陽熱温水装置においては、ソーラ集熱器によって加熱される熱媒を一定の経路で循環させつつ、この熱媒と貯湯タンク内の湯水との間で熱交換させることにより、貯湯タンク内の湯水を加熱させるようにしている。このような構成によれば、太陽熱を利用して生成された温水を貯湯タンクに貯留させておくことにより、この貯留された温水を必要なタイミングで利用することができる。
しかしながら、従来の太陽熱温水装置においては、次に述べるように、改善すべき余地があった。
すなわち、近年においては、装置全体の小型化を図り、設置を容易にすることなどを目的として、貯湯タンクの小サイズ化が要望される場合が多い。一方、従来の太陽熱温水装置は、ソーラ集熱器を利用して貯湯タンク内の湯水が加熱されている過程において、貯湯タンク内の湯水温度が所定温度(たとえば80℃)に達し、貯湯タンクの蓄熱量が所定の満杯状態となると、その時点でソーラ集熱器を利用した集熱および湯水加熱動作が停止されるように構成されているのが通例であった。
したがって、貯湯タンクを比較的小サイズにした場合には、貯湯タンクの蓄熱量が満杯になった時点において、いまだ日射状態が良好であって、その後もソーラ集熱器を利用した集熱動作を継続し得るにも拘わらず、集熱動作が実行されない状況が生じ得る。このような状況は、たとえば夏季において生じ易いが、太陽熱をより有効に利用し、湯水加熱量を少しでも多くする観点からすると、改善すべき余地がある。
特開2000−74502号公報 特開2007−240033号公報
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、ソーラ集熱器を利用した集熱が可能であるにも拘わらず、貯湯タンクの蓄熱量が満杯になるなどの理由から集熱動作が中止されるような無駄を少なくし、従来よりも太陽熱を一層有効に利用することが可能な太陽熱温水装置を提供することを、その課題としている。
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第1の側面により提供される太陽熱温水装置は、ソーラ集熱器と、このソーラ集熱器を利用して加熱される湯水を貯留し、かつこの貯留された湯水を浴槽への湯張りまたは風呂追い焚きに利用可能とされた貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達したか否かを判断可能な制御手段と、を備えている、太陽熱温水装置であって、前記制御手段は、前記貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達した場合に、前記ソーラ集熱器を利用した湯水加熱を以降も実行可能であると見做すための所定の条件が満たされているか否かを判断するとともに、この判断において、前記所定の条件が満たされていると判断した場合には、前記浴槽への湯張りまたは風呂追い焚きを行なわせることによって前記貯湯タンク内の少なくとも一部の熱を前記浴槽側にシフトさせる制御を実行するように構成され、前記制御手段は、前記貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が前記所定値以上に達し、かつ前記所定の条件が満たされている判断した場合には、前記浴槽が湯張りまたは風呂追い焚きを可能な状況であると見做すための所定の追加の条件が満たされているか否かをさらに判断するとともに、この判断において、前記追加の条件が満たされていないと判断した場合には、前記貯湯タンク内の少なくとも一部の熱を前記浴槽側にシフトさせる制御を実行しないように構成されていることを特徴としている。
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達した場合であって、それ以降の時期においてソーラ集熱器を利用した湯水加熱が可能であると判断することができる場合には、浴槽への湯張りまたは風呂追い焚きが行なわれることによって貯湯タンク内の少なくとも一部の熱が浴槽側にシフトされる。このような熱のシフトがなされると、貯湯タンク内の蓄熱量が減少するため、貯湯タンク内には蓄熱を行なうための余裕が生じ、あるいは余裕が増大する。このような状況においては、その後もソーラ集熱器を利用して貯湯タンク内の湯水を加熱させる動作を継続させることができる。したがって、本発明によれば、貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達した時点でソーラ集熱器を利用した湯水加熱を直ちに終了させていた従来技術と比較すると、太陽熱の利用効率が向上し、太陽熱を利用して加熱生成される温水量を多くすることができる利点が得られる。
さらにこのような構成によれば、たとえば浴槽内に大量の残湯があるなどして、浴槽が湯張りを可能な状況にはないにも拘わらず、貯湯タンク内の湯水が浴槽に送られるといった不具合を生じないようにすることができる。
本発明の第2の側面により提供される太陽熱温水装置は、ソーラ集熱器と、このソーラ集熱器を利用して加熱される湯水を貯留し、かつこの貯留された湯水を浴槽への湯張りまたは風呂追い焚きに利用可能とされた貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達したか否かを判断可能な制御手段と、を備えている、太陽熱温水装置であって、前記制御手段は、前記貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達した場合に、前記ソーラ集熱器を利用した湯水加熱を以降も実行可能であると見做すための所定の条件が満たされているか否かを判断するとともに、この判断において、前記所定の条件が満たされていると判断した場合には、その旨を報知させる報知動作を実行するように構成されていることを特徴としている。
このような構成によれば、貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達した場合であって、それ以降の時期においてソーラ集熱器を利用した湯水加熱が可能であると判断することができる場合には、その旨の報知動作がなされる。この報知動作のみによっては貯湯タンク内の蓄熱量は減少しないものの、ユーザは、前記の報知動作に基づき、所定のスイッチ操作を行なうなどして浴槽への湯張りまたは風呂追い焚きを実行させることにより、貯湯タンク内に蓄熱を行なうための余裕を生じさせ、あるいは余裕を増大させることが可能となる。したがって、本願発明の第1の側面により提供される太陽熱温水装置と同様に、その後もソーラ集熱器を利用して貯湯タンク内の湯水を加熱させる動作を継続させることが可能となり、従来技術と比較して太陽熱の利用効率を向上させることができる。
本発明において、好ましくは、前記制御手段は、前記貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達し、かつ前記所定の条件が満たされている判断した場合には、前記浴槽が湯張りまたは風呂追い焚きを可能な状況であると見做すための所定の追加の条件が満たされているか否かをさらに判断するとともに、この判断において、前記追加の条件が満たされていないと判断した場合には、前記報知動作を実行しないように構成されている。
このような構成によれば、たとえば浴槽内に大量の残湯があるなどして、浴槽が湯張りを可能な状況にはないにも拘わらず、貯湯タンク内の湯水が浴槽に送られるといった不具合を生じないようにすることができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
本発明に係る太陽熱温水装置の一例を示す概略説明図である。 図1に示す太陽熱温水装置の制御部の動作処理手順の一例を示すフローチャートである。 図2に示す太陽熱温水装置の制御部の動作処理手順の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
図1に示す太陽熱温水装置Aは、主熱源としてのソーラ集熱器1、貯湯タンクユニット2、補助熱源機3、およびリモコン4を備えている。
貯湯タンクユニット2は、外装ケース22内に収容された貯湯タンク21、循環ポンプP1、および制御部20を有している。貯湯タンク21は、下部に接続された入水管23から内部への入水がなされ、かつ上部に接続された出湯管24から出湯が可能とされており、出湯管24を流通する湯水は混合弁V1を介して出湯口24aに到達する。この出湯口24aに到達した湯水は、補助熱源機3に送られてから一般給湯あるいは浴槽5への湯張りに利用される。
ソーラ集熱器1は、従来既知のものと同様な構成であり、太陽熱を利用して熱媒を加熱可能である。このソーラ集熱器1は、貯湯タンク21内に収容された湯水加熱用の熱交換器25に、内部配管部26および外部配管部16を介して接続されており、熱媒用の循環ポンプP1が運転された際には、ソーラ集熱器1と熱交換器25との間の一定経路で熱媒を循環させることが可能である。この熱媒循環時においては、ソーラ集熱器1の内部を通過して加熱された熱媒を熱交換器25に供給し、貯湯タンク21内の湯水を加熱することが可能である。
補助熱源機3は、貯湯タンク21から出湯する湯水の温度が目標給湯温度よりも低い場合に、この湯水を目標給湯温度まで加熱するためのものであり、その基本的な構成は、浴槽5への湯張り機能や風呂追い焚き機能を備えた一般のガス給湯器と同様である。具体的には、補助熱源機3は、ファン31から燃焼用空気の供給を受けるバーナ32a,32b、これらのバーナ32a,32bによって発生された燃焼ガスから熱回収を行なう熱交換器33a,33b、および各部の動作制御を行なう制御部30を備えている。
バーナ32aおよび熱交換器33aは、一般給湯用であり、貯湯タンクユニット2の出湯口24aから補助熱源機3の入水口34aに供給された湯水は、配管部34および熱交換器33aを通過した後に配管部35の出湯口35aに到達し、その後は台所や洗面所などへの給湯先に送られる。これに対し、バーナ32bおよび熱交換器33bは、風呂給湯用であり、熱交換器33bは、循環ポンプP2を有する内部配管部36および風呂用外部配管部50を介して浴槽5の循環アダプタ51に接続されている。風呂追い焚き動作は、循環ポンプP2を運転させて浴槽5の湯水を汲み上げてから熱交換器33bに送り込んで加熱し、この加熱された湯水を浴槽5に戻すことにより行なわれる。浴槽5への湯張りを可能とする手段としては、開閉弁V2を備えた配管部37が設けられている。開閉弁V2が開状態とされた際には、貯湯タンクユニット2から配管部37に流れてきた湯水が、内部配管部36および風呂用外部配管50に送り込まれ、浴槽5に落とし込まれる。
制御部20,30は、本発明が意図する動作制御を協働して実行するものであり、本発明でいう制御手段の一例に相当する。これら制御部20,30は、ともにマイクロコンピュータなどを用いて構成されており、両者間においてデータ通信が可能である。一方の制御部20は、貯湯タンクユニット2の各部の動作を制御するが、貯湯タンク21に装着された温度センサ(図示略)からの出力信号に基づいて、貯湯タンク21内の湯水温度(平均温度)を検出することも可能である。加えて、この制御部20は、貯湯タンク21の湯水温度が所定温度(たとえば80℃)に達して、貯湯タンク21内の蓄熱量が予め定められた満杯状態となった際には、後述するように、それ以降の時期においてソーラ集熱器1を利用した湯水加熱が可能であると見做すための所定の条件が満たされているか否かといった判断を行なうように構成されている。制御部30は、リモコン4の操作などに応じて補助熱源機3の各部の動作制御や条件設定を行なうように構成されているが、制御部20からのデータ送信に基づいた後述の所定の動作制御も実行する。リモコン4は、複数の操作スイッチ40や、文字やその他の画像を表示する表示部41を有しており、たとえば台所などに設置されている。
次に、前記した太陽熱温水装置Aの作用について説明する。また、制御部20,30の動作制御(制御部20,30のそれぞれの制御を併せた内容)の一例について、図2のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、循環ポンプP1が駆動し、ソーラ集熱器1を利用した集熱および貯湯タンク21内の湯水の加熱が実行されている際において、貯湯タンク21内の湯水温度T2が所定の温度T1に達すると、制御部20は、その際の時刻、すなわち現時刻t2が所定の時刻t1よりも前であるか否かを判断する(S1:YES,S2:YES,S3)。
ここで、所定の温度T1は、たとえば45℃とされる。その理由は、浴槽5への湯張り温度が45℃を超えて設定されることは実質的にはなく、貯湯タンク21内の湯水温度T2が前記温度以上であれば、貯湯タンク21の湯水を加熱することなく浴槽5の湯張りに利用できるからである。もちろん、温度T1は、45℃に限らず、これ以外の温度でもよい。貯湯タンク21内の湯水温度の上限がたとえば80℃である場合に、温度T1の値を80℃に設定することも可能である。好ましくは、温度T1は、ユーザがリモコン4を操作することによって所望の値に適宜設定変更可能とされている。
前記の所定の時刻t1は、たとえば14時である。一般的には、晴天日において現時刻t2が14時であれば、それ以降の時間帯においても太陽熱を利用した湯水加熱を継続して行なうことができると考えられるからである。現時刻t2が時刻t1よりも前であることは、本発明でいう「ソーラ集熱器を利用した湯水加熱を以降も実行可能であると見做すための所定の条件」の一例に相当する。時刻t1は、14時に限定されるものではなく、これ以外の時刻とすることができる。太陽熱を利用し得る時間帯は季節などに応じて変化するため、好ましくは、この時刻t1についても、リモコン4の操作などによって適宜変更できるように構成される。
前記した判断において、現時刻t2が所定の時刻t1(たとえば14時)前である場合(S3:YES)、制御部20は、浴槽5への湯張り動作を促すための所定のデータを制御部30に送信する(フローチャートでは図示略)。すると、制御部30は、リモコン4において浴槽への湯張りを許容する旨のデータが設定されている否かを判断する(S4)。本実施形態では、後述するステップS5の浴槽5への湯張り動作をユーザが許容するか否かについて、ユーザがリモコン4を操作して予め選択設定しておくことが可能とされており、制御部30は、前記のデータを制御部20から受信した時点でその設定内容を確認するように構成されている。浴槽5への湯張りを許容する旨のデータ設定がリモコン4においてなされていることは、本発明でいう「浴槽が湯張りを可能な状況であると見做すための所定の追加の条件」の具体例に相当する。
リモコン4に浴槽5への湯張りを許容する旨のデータ設定がなされている場合、制御部30は、開閉弁V2を閉状態から開状態に切り替えて、浴槽5への湯張りを実行させる(S4:YES,S5)。湯張りが実行されると、貯湯タンク21内における温水量が減少するとともに、入水管23からは貯湯タンク21内に非加熱の湯水が流入して貯湯タンク21内の湯水温度が低下する。これは、貯湯タンク21の蓄熱を行なうための余裕が増大することを意味する。一方、ソーラ集熱器1を利用した集熱および湯水加熱は、前記した湯張り動作が実行された後においても中断することなく継続される(S6)。このような集熱および湯水加熱は、ソーラ集熱器1による集熱量が所定量以下に低下したり、あるいは貯湯タンク21内の湯水温度が上限の80℃に達するといった所定の動作停止条件が満たされると終了するが(S7:YES,S8)、そうでない限りは継続される(S7:NO)。
前記した動作制御によれば、太陽熱を利用した湯水加熱動作の途中において、貯湯タンク21内の一部の熱を浴槽5にシフトさせている。このため、たとえばそのような熱のシフトを行なうことなく、貯湯タンク21内の湯水温度が上限の80℃に達した時点でソーラ集熱器1を利用した湯水加熱を直ちに終了させるだけの制御を行なう場合と比較すると、太陽熱の利用効率が向上し、太陽熱を利用して加熱生成される温水量を多くすることができる。また、貯湯タンク21内の一部の熱を浴槽5にシフトさせる動作は、現時刻t2以降においても太陽熱を利用した湯水加熱を継続して実行することができる蓋然性が高い場合に限り実行される。したがって、太陽熱を利用した湯水加熱が実際には実行されないにも拘わらず、貯湯タンク21内の加熱湯水が浴槽5に移されて冷めるといった無駄が多発しないようにすることが可能である。さらに、ステップS4において、浴槽5への湯張りを許容する旨が事前に設定されていない場合には、浴槽5への湯張りは実行されない(S4:NO)。このため、ユーザの意思を尊重した制御が適切に実現される。
ステップS5の浴槽5への湯張り動作時において、具体的な湯張り量は限定されない。湯張り量は、通常時における湯張り量(たとえば200L程度)と同一量であってもよいことは勿論のこと、それとは異なる湯張り量とすることも可能である。湯張り量を通常時の湯張り時よりも少なくした場合には、ステップS5の湯張り動作の後において、貯湯タンク21内の湯水温度T2が所定温度T1に再度到達する可能性が高くなる(S7:NO,S2:YES)。湯水温度T2が所定温度T1に再度到達した場合には、前記した一連の動作制御と同様な手順で、浴槽5への湯張り動作を再度繰り返して実行させればよい。
前記した太陽熱温水装置Aにおいては、図2に示した動作制御に代えて、たとえば図3に示すような動作制御が行なわれる構成とすることも可能である。
図3のフローチャートのステップS1〜S8のうち、ステップS4a,S4b以外は、図2と同様である。図3に示す動作制御では、ステップS2,S3に規定された条件が満たされている場合には、浴槽湯張りが可能である旨の報知動作がリモコン4を利用して実行される(S2:YES,S3:YES,S4a)。この報知動作は、たとえばリモコン4の表示部41を利用した画像表示や、チャイム音の発生などにより行なわれるが、浴槽5への湯張り動作が実際に実行されていることを報知するための報知動作などとは異なった態様とされる。このような報知がなされると、ユーザはその旨を的確に察知することが可能である。ユーザが湯張りを行なわせるべくリモコン4を利用して所定の操作を行なった場合には、制御部30の制御によって開閉弁V2が開状態とされ、貯湯タンク21内の湯水が浴槽5の湯張りに利用される(S4b,S5)。これとは異なり、ユーザが前記所定の操作を行なわない場合には、浴槽5の湯張り動作は実行されない。
前記した動作制御によれば、ステップS2,S3の条件が満たされた場合には、ユーザ
がその旨を的確に察知し、浴槽5の湯張りをその時点において実行するか否かをユーザがその都度決定することができる。したがって、ユーザの要望に対して、よりきめ細かく対応した処理が可能となる。
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る太陽熱温水装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
上述した実施形態では、貯湯タンク内の熱を浴槽側にシフトするための手段として、貯湯タンク内の湯水を浴槽への湯張りに利用しているが、これに代えて、貯湯タンク内の湯水を風呂追い焚きに利用してもかまわない。貯湯タンク内の湯水を風呂追い焚きに利用するための具体的な構成自体は、たとえば特許文献2にも記載されており、その図示説明は省略するが、風呂追い焚きは、ポンプを利用して浴槽内の湯水を風呂追い焚き用の液−液熱交換器に汲み上げる一方、貯湯タンク内の湯水を前記の液−液熱交換器に供給し、これら2種類の湯水間において熱交換を行なわせることにより実行することが可能である。
上述したステップS2においては、貯湯タンク内の湯水温度T2を監視対象とし、この湯水温度T2が所定温度T1以上に達したか否かを判断しているが、これに代えて、貯湯タンク内の蓄熱量を監視対象とし、この蓄熱量が所定値以上に達したか否かを判断してもよい。もちろん、この「所定値」は、蓄熱量が最大またはこれに近い状態の値でなくてもよい。
上述したステップS3においては、現時刻t2が所定時刻t1よりも前であるか否かが判断されているが、やはりこれに限定されない。本発明における「ソーラ集熱器を利用した湯水加熱を以降も実行可能であると見做すための条件」としては、現時刻が所定時刻以前であることに代えて、または加えて、たとえばソーラ集熱器による集熱状況が予め設定された状況よりも良好であることなどを条件とすることもできる。
上述したステップS4においては、浴槽湯張りを許容する旨がリモコンに設定されているか否かが判断されており、前記の旨が設定されていることが、本発明における「浴槽が湯張りまたは風呂追い焚きを可能な状況であると見做すための追加の条件」とされているが、やはりこれに限定されない。
前記の「追加の条件」としては、たとえば現時刻から自動湯張りの予約時刻までの時間が所定時間未満であるといった内容とすることもできる。このような条件を用いれば、自動湯張りの予約時刻よりもかなり早い時間帯に自動湯張りがなされ、前記の予約時刻になった際には浴槽の湯水が冷めてしまうといった不具合を回避することが可能である。前記の所定時間は、好ましくは、浴槽の放熱状況などを考慮して適宜変更できるようにされる。現時刻から自動湯張りの予約時刻までの時間が所定時間未満であることを追加の条件とした場合、この追加の条件が満たされない場合には、たとえば浴槽への湯張り動作が実行されない待機状態となる。ただし、その後時間が経過し、現時刻から自動湯張りの予約時刻までの時間が所定時間未満となった場合には、その時点で浴槽への湯張りが開始されることとなる。このように、本発明においては、貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達し、かつソーラ集熱器を利用した湯水加熱を以降も実行可能であると見做すための所定の条件が満たされている場合であっても、浴槽への湯張りまたは風呂追い焚きが即座には実行されず、所定の追加の条件が満たされるまでの期間中においては、浴槽への湯張り、あるいは風呂追い焚きの開始が待機状態となるように構成することもできる。
本発明に係る太陽熱温水装置は、貯湯タンク内の湯水を加熱するための熱源として、ソーラ集熱器とは別の熱源(たとえばヒートポンプなど)をさらに備えた構成とすることができる。浴槽は、保温性に優れたものとすることが好ましいが、浴槽の具体的な構成はとくに限定されるものではない。
A 太陽熱温水装置
1 ソーラ集熱器
3 補助熱源機
5 浴槽
20 制御部(制御手段)
21 貯湯タンク
30 制御部(制御手段)

Claims (3)

  1. ソーラ集熱器と、
    このソーラ集熱器を利用して加熱される湯水を貯留し、かつこの貯留された湯水を浴槽への湯張りまたは風呂追い焚きに利用可能とされた貯湯タンクと、
    この貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達したか否かを判断可能な制御手段と、
    を備えている、太陽熱温水装置であって、
    前記制御手段は、前記貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達した場合に、前記ソーラ集熱器を利用した湯水加熱を以降も実行可能であると見做すための所定の条件が満たされているか否かを判断するとともに、
    この判断において、前記所定の条件が満たされていると判断した場合には、前記浴槽への湯張りまたは風呂追い焚きを行なわせることによって前記貯湯タンク内の少なくとも一部の熱を前記浴槽側にシフトさせる制御を実行するように構成され
    前記制御手段は、前記貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が前記所定値以上に達し、かつ前記所定の条件が満たされている判断した場合には、前記浴槽が湯張りまたは風呂追い焚きを可能な状況であると見做すための所定の追加の条件が満たされているか否かをさらに判断するとともに、
    この判断において、前記追加の条件が満たされていないと判断した場合には、前記貯湯タンク内の少なくとも一部の熱を前記浴槽側にシフトさせる制御を実行しないように構成されていることを特徴とする、太陽熱温水装置。
  2. ソーラ集熱器と、
    このソーラ集熱器を利用して加熱される湯水を貯留し、かつこの貯留された湯水を浴槽への湯張りまたは風呂追い焚きに利用可能とされた貯湯タンクと、
    この貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達したか否かを判断可能な制御手段と、
    を備えている、太陽熱温水装置であって、
    前記制御手段は、前記貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が所定値以上に達した場合に、前記ソーラ集熱器を利用した湯水加熱を以降も実行可能であると見做すための所定の条件が満たされているか否かを判断するとともに、
    この判断において、前記所定の条件が満たされていると判断した場合には、その旨を報知させる報知動作を実行するように構成されていることを特徴とする、太陽熱温水装置。
  3. 請求項に記載の太陽熱温水装置であって、
    前記制御手段は、前記貯湯タンク内の湯水温度または蓄熱量が前記所定値以上に達し、かつ前記所定の条件が満たされている判断した場合には、前記浴槽が湯張りまたは風呂追い焚きを可能な状況であると見做すための所定の追加の条件が満たされているか否かをさらに判断するとともに、
    この判断において、前記追加の条件が満たされていないと判断した場合には、前記報知動作を実行しないように構成されている、太陽熱温水装置。
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