(57)【要約】【課題】熱エネルギーの無駄を低減しつつ、安定して温水を給水する。【解決手段】吸熱部１１０と、ランキンサイクル運転の状態において、吸熱部１１０で吸熱した第１媒体の一部の熱を電力に変換する圧縮機兼膨張機１５０とを備える。第１媒体の一部の熱により昇温された温水を貯水および供給する温水供給部１３０と、ランキンサイクル運転とヒートポンプサイクル運転との間で運転状態を切り替える制御部とを備える。ヒートポンプサイクル運転に切り替えた状態において、圧縮機兼膨張機１５０は、電力を熱に変換して、この熱を第２媒体に吸熱させる。温水供給部１３０は、第２媒体に吸熱させた熱により昇温された温水を貯水および供給する。制御部は、所定時刻に温水供給部１３０が貯水すべき温水の規定貯水量に対して、温水の所定時刻における予測貯水量が不足すると判断した場合は運転状態をヒートポンプサイクル運転にし、予測貯水量が規定貯水量に対して余剰となると判断した場合は運転状態をランキンサイクル運転にする。【選択図】図１
2012202580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランキンサイクル運転およびヒートポンプサイクル運転の両方の運転状態を選択的に採り得る温水および電力供給複合システムであって、
外部熱源からの熱を第１媒体に吸熱させる吸熱部と、
前記ランキンサイクル運転の状態において、前記吸熱部で吸熱した前記第１媒体の一部の熱を電力に変換する圧縮機兼膨張機と、
前記吸熱部で吸熱した前記第１媒体の一部の熱により昇温された温水を貯水および供給する温水供給部と、
前記ランキンサイクル運転と前記ヒートポンプサイクル運転との間で運転状態を切り替える制御部と
を備え、
前記ランキンサイクル運転から前記ヒートポンプサイクル運転に切り替えた状態において、前記圧縮機兼膨張機は、外部から供給された電力を熱に変換して、該熱を第２媒体に吸熱させ、前記温水供給部は、前記圧縮機兼膨張機によって前記第２媒体に吸熱させた熱により昇温された温水を貯水および供給し、
前記制御部は、所定時刻に前記温水供給部が貯水すべき温水の規定貯水量に対して、前記吸熱部で前記第１媒体が吸熱した熱によって昇温される温水の前記所定時刻における予測貯水量が不足すると判断した場合は運転状態を前記ヒートポンプサイクル運転にし、前記予測貯水量が前記規定貯水量に対して余剰となると判断した場合は運転状態を前記ランキンサイクル運転にする、温水および電力供給複合システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記所定時刻の所定時間前における前記温水供給部の温水の事前貯水量が前記規定貯水量に対して不足している場合は前記予測貯水量が不足すると判断して、運転状態を前記ヒートポンプサイクル運転にし、前記所定時刻までに前記温水供給部の温水の貯水量を前記規定貯水量以上とする、請求項１に記載の温水および電力供給複合システム。
【請求項３】
前記規定貯水量は、温水の１日の累積使用量である第１規定貯水量、および、温水の使用量の多い所定の時間帯の温水の累積使用量である第２規定貯水量を含み、
前記制御部は、前記所定時刻である前記所定の時間帯の開始時刻の前記所定時間前における前記事前貯水量が前記第１規定貯水量に対して不足している場合は前記予測貯水量が不足すると判断して、運転状態を前記ヒートポンプサイクル運転にし、前記所定時刻までに前記温水供給部の温水の貯水量を前記第２規定貯水量以上とする、請求項２に記載の温水および電力供給複合システム。
【請求項４】
前記規定貯水量は、温水の使用量の多い所定の時間帯以外の時間帯の温水の累積使用量である第３規定貯水量であり、
前記制御部は、前記所定時刻である前記所定の時間帯の終了時刻の前記所定時間前における前記事前貯水量が前記第３規定貯水量に対して不足している場合は前記予測貯水量が不足すると判断して、運転状態を前記ヒートポンプサイクル運転にし、前記所定時刻までに前記温水供給部の温水の貯水量を前記第３規定貯水量以上とする、請求項２に記載の温水および電力供給複合システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記規定貯水量を過去の使用実績および現在の使用環境に基づいて決定する、請求項１から４のいずれかに記載の温水および電力供給複合システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記規定貯水量と前記事前貯水量との水量差によって前記所定時間を調節する、請求項２から５のいずれかに記載の温水および電力供給複合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水および電力供給複合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯用水を集熱熱量で加熱可能に構成し、その集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量で蓄熱運転する給湯制御手段を配設した貯湯式給湯装置を開示した先行文献として特許文献１がある。
【０００３】
特許文献１に記載された貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンク内の給湯用水を循環させて蓄熱運転するヒートポンプユニットと、給湯用必要熱量に応じて、ヒートポンプユニットを制御して蓄熱運転を行なう給湯制御装置とを備える。
【０００４】
貯湯式給湯装置は、集熱媒体を太陽熱で加熱する太陽熱集熱器を有している。その太陽熱集熱器で熱せられた集熱媒体により貯湯タンク内の給湯用水を加熱する太陽熱加熱装置が設けられている。給湯制御装置は、所定時間帯に蓄熱運転するときに、給湯用必要熱量から太陽熱加熱装置で得られた集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量に応じて蓄熱運転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５３３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された貯湯式給湯装置においては、過去１週間における平均の１日当たりの集熱熱量および給湯必要熱量に基づいて、翌日の必要沸き上げ熱量を求めている。集熱熱量および給湯必要熱量は、天気などの環境によって変動し、１日の時間帯によっても異なる。
【０００７】
上記の貯湯式給湯装置においては、集熱熱量が平均以上に少ない場合、または、給湯必要熱量が平均以上に多い場合、熱量が不足して温水が不足することがある。逆に、集熱熱量が平均以上に多い場合、または、給湯必要熱量が平均以上に少ない場合、沸き上げ熱量が無駄になることがある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、熱エネルギーの無駄を低減しつつ、安定して温水を給水できる、温水および電力供給複合システム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】
【０００９】
本発明に基づく温水および電力供給複合システムは、ランキンサイクル運転およびヒートポンプサイクル運転の両方の運転状態を選択的に採り得る温水および電力供給複合システムである。温水および電力供給複合システムは、外部熱源からの熱を第１媒体に吸熱させる吸熱部と、ランキンサイクル運転の状態において、吸熱部で吸熱した第１媒体の一部の熱を電力に変換する圧縮機兼膨張機とを備える。また、温水および電力供給複合システムは、吸熱部で吸熱した第１媒体の一部の熱により昇温された温水を貯水および供給する温水供給部と、ランキンサイクル運転とヒートポンプサイクル運転との間で運転状態を切り替える制御部とを備える。ランキンサイクル運転からヒートポンプサイクル運転に切り替えた状態において、圧縮機兼膨張機は、外部から供給された電力を熱に変換して、この熱を第２媒体に吸熱させる。温水供給部は、圧縮機兼膨張機によって第２媒体に吸熱させた熱により昇温された温水を貯水および供給する。制御部は、所定時刻に温水供給部が貯水すべき温水の規定貯水量に対して、吸熱部で第１媒体が吸熱した熱によって昇温される温水の所定時刻における予測貯水量が不足すると判断した場合は運転状態をヒートポンプサイクル運転にし、予測貯水量が規定貯水量に対して余剰となると判断した場合は運転状態をランキンサイクル運転にする。
【００１０】
本発明の一形態においては、制御部は、所定時刻の所定時間前における温水供給部の温水の事前貯水量が規定貯水量に対して不足している場合は予測貯水量が不足すると判断して、運転状態をヒートポンプサイクル運転にし、所定時刻までに温水供給部の温水の貯水量を規定貯水量以上とする。
【００１１】
本発明の一形態においては、規定貯水量は、温水の１日の累積使用量である第１規定貯水量、および、温水の使用量の多い所定の時間帯の温水の累積使用量である第２規定貯水量を含む。制御部は、所定時刻である所定の時間帯の開始時刻の所定時間前における事前貯水量が第１規定貯水量に対して不足している場合は予測貯水量が不足すると判断して、運転状態をヒートポンプサイクル運転にし、所定時刻までに温水供給部の温水の貯水量を第２規定貯水量以上とする。
【００１２】
本発明の一形態においては、規定貯水量は、温水の使用量の多い所定の時間帯以外の時間帯の温水の累積使用量である第３規定貯水量である。制御部は、所定時刻である所定の時間帯の終了時刻の所定時間前における事前貯水量が第３規定貯水量に対して不足している場合は予測貯水量が不足すると判断して、運転状態をヒートポンプサイクル運転にし、所定時刻までに温水供給部の温水の貯水量を第３規定貯水量以上とする。
【００１３】
本発明の一形態においては、制御部は、規定貯水量を過去の使用実績および現在の使用環境に基づいて決定する。
【００１４】
本発明の一形態においては、制御部は、規定貯水量と事前貯水量との水量差によって所定時間を調節する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱エネルギーの無駄を低減しつつ、安定して温水を給水できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る温水および電力供給複合システムの構成を示す系統図である。
【図２】同実施形態に係る温水および電力供給複合システムにおいて、ランキンサイクル運転の状態での媒体の流れを示す図である。
【図３】同実施形態に係る温水および電力供給複合システムにおいて、ヒートポンプサイクル運転の状態での媒体の流れを示す図である。
【図４】同実施形態に係る制御部の構成を示す模式図である。
【図５】同実施形態に係る制御部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る温水および電力供給複合システムについて説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る温水および電力供給複合システムの構成を示す系統図である。図２は、本実施形態に係る温水および電力供給複合システムにおいて、ランキンサイクル運転の状態での媒体の流れを示す図である。図３は、本実施形態に係る温水および電力供給複合システムにおいて、ヒートポンプサイクル運転の状態での媒体の流れを示す図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る温水および電力供給複合システム１００においては、第１媒体が流動する第１の媒体系１００ａと、第２媒体が流動する第２の媒体系１００ｂとが構成されている。本実施形態の第１媒体は水であり、第２媒体は作動媒体(冷媒)である。作動媒体としては、たとえば、メタノールと水との混合液、または、アセトンと水との混合液などを用いることができる。
【００２０】
第１の媒体系１００ａにおいては、吸熱部１１０と、第１媒体と第２媒体との間で熱交換させる第１熱交換部１２０と、温水供給部１３０と、第１媒体を圧送する第１圧送部１４０と、吸熱部１１０を迂回して第１媒体を流動させるバイパス部１０１とが接続されている。
【００２１】
本実施形態の吸熱部１１０は、太陽熱１０を第１媒体に吸熱させる。ただし、吸熱部１１０は、太陽熱１０の吸熱に限られず、たとえば、工場などで使用する装置から発生する排熱を吸熱させるものでもよく、外部熱源からの熱を第１媒体に吸熱させるものであればよい。
【００２２】
第１熱交換部１２０は、二重配管構造を有する熱交換器であって、内側の配管を第１媒体が流動し、外側の配管を第２媒体が流動する。ただし、この逆でもよく、内側の配管を第２媒体が流動し、外側の配管を第１媒体が流動するようにしてもよい。内側の配管は、熱伝導性の高い材料で形成されている。第１媒体および第２媒体は、第１熱交換部１２０を流動している間に、温度の高い方から温度の低い方に熱を移動させる。
【００２３】
温水供給部１３０は、吸熱部１１０において吸熱した第１媒体の一部の熱により昇温された温水を貯水および供給する。本実施形態においては、第１媒体である水が温水供給部１３０から供給される。温水供給部１３０では、使用された温水と略同等の量の水が補充される。
【００２４】
第１圧送部１４０は、第１媒体に圧力をかけて流動させる機能を有し、たとえばポンプである。バイパス部１０１の一端は、三方弁１９０を介して、吸熱部１１０と第１圧送部１４０との間に接続されている。バイパス部１０１の他端は、三方弁１９１を介して、吸熱部１１０と第１熱交換部１２０との間に接続されている。
【００２５】
第２の媒体系１００ｂにおいては、圧縮機兼膨張機１５０と、圧縮機兼膨張機１５０で圧縮された第２媒体の逆流を防止する逆流防止部１７０と、第１熱交換部１２０と、第２媒体を膨張させる膨張機構１８０と、外気と第２媒体との間で熱交換させる第２熱交換部１６０と、第２媒体を圧送する第２圧送部１４１とが接続されている。
【００２６】
本実施形態の圧縮機兼膨張機１５０は、第２媒体を選択的に圧縮または膨張させる圧縮膨張部１５０ａと、この圧縮膨張部１５０ａに接続された発動発電部１５０ｂとを含む。後述するように、圧縮機兼膨張機は、ランキンサイクル運転の状態においては、第２媒体の圧力により圧縮膨張部が膨張機として駆動されることにより発動発電部は発電機として機能し、ヒートポンプサイクル運転の状態においては、外部から電力が供給されて発動発電部が発動機として駆動されることにより圧縮膨張部は圧縮機として機能する。
【００２７】
逆流防止部１７０は、圧縮された第２媒体の逆流を防止する機能を有し、たとえば、逆止弁である。逆流防止部１７０は、三方弁１９２および三方弁１９３を介して、第１熱交換部１２０と圧縮機兼膨張機１５０との間に接続されている。
【００２８】
膨張機構１８０は、第２媒体を膨張させる機能を有し、たとえば、膨張弁である。膨張機構１８０の一端は、三方弁１９４を介して第１熱交換部１２０と第２圧送部１４１との間に接続されている。膨張機構１８０の他端は、三方弁１９５を介して第２熱交換部１６０と第２圧送部１４１との間に接続されている。
【００２９】
第２熱交換部１６０は、第２媒体が流動する配管の外側に外気を通流させる構造を有している。外気の方が第２媒体より温度が高い場合は、第２媒体は第２熱交換部１６０を流動している間に、第２媒体は外気から吸熱する。外気の方が第２媒体より温度が低い場合は、第２媒体は第２熱交換部１６０を流動している間に、第２媒体は外気へ放熱する。
【００３０】
第２圧送部１４１は、第２媒体に圧力をかけて流動させる機能を有し、たとえば、ポンプである。
【００３１】
本実施形態に係る温水および電力供給複合システム１００は、第２の媒体系１００ｂをランキンサイクル運転の状態と、ヒートポンプサイクル運転の状態とに切り替えることができる。言い換えると、温水および電力供給複合システム１００は、ランキンサイクル運転およびヒートポンプサイクル運転の両方の運転状態を選択的に採り得る。
【００３２】
ランキンサイクル運転の状態とは、第１の媒体系１００ａの吸熱部１１０において、温水供給部１３０から温水を供給するために必要な熱量以上の熱量を吸熱できた場合に、その余剰の熱を電力に変換するための運転状態である。
【００３３】
ヒートポンプサイクル運転の状態とは、第１の媒体系１００ａの吸熱部１１０において、温水供給部１３０から温水を供給するために必要な熱量より少ない熱量しか吸熱できない場合に、その不足の熱を電力から変換して補うための運転状態である。
【００３４】
以下、本実施形態に係る温水および電力供給複合システム１００において、ランキンサイクル運転の状態およびヒートポンプサイクル運転の状態における、第１媒体および第２媒体の流動経路とそれぞれの流動中の状態とについて説明する。
【００３５】
図２に示すように、ランキンサイクル運転の状態においては、第２の媒体系１００ｂ内を第２媒体は、第１熱交換部１２０、圧縮機兼膨張機１５０、第２熱交換部１６０および第２圧送部１４１を順に循環する。すなわち、図中の矢印２１０，２１１，２１２，２１３で示すように、第２媒体が循環する。
【００３６】
第１の媒体系１００ａにおいては、第１媒体は、吸熱部１１０、第１熱交換部１２０、温水供給部１３０および第１圧送部１４０を順に循環する。すなわち、図中の矢印２００，２０１，２０２，２０３で示すように、第１媒体が循環する。
【００３７】
このようにランキンサイクル運転の状態において第１媒体が循環することにより、吸熱部１１０で第１媒体に吸熱させた熱の一部を第１熱交換部１２０において第２媒体に移した後、第１媒体の残りの熱で昇温された温水を温水供給部１３０で貯水および供給することができる。
【００３８】
第１熱交換部１２０において熱交換した第２媒体は、圧縮機兼膨張機１５０に送られて圧縮機兼膨張機１５０の圧縮膨張部１５０ａにより膨張させられる。膨張した第２媒体が圧縮機兼膨張機１５０の発動発電部１５０ｂを駆動させることにより、圧縮機兼膨張機１５０において発電が行なわれる。
【００３９】
圧縮機兼膨張機１５０において仕事をした第２媒体は、第２熱交換部１６０において外気に対して放熱して凝縮する。凝縮した第２媒体は、第２圧送部１４１により第１熱交換部１２０に向けて圧送される。
【００４０】
第１媒体および第２媒体が上記のように流動することにより、吸熱部１１０において吸熱した第１媒体の一部の熱で水を昇温して温水を貯水および供給しつつ、吸熱部１１０において吸熱した第１媒体の一部の熱を電力に変換して発電することができる。
【００４１】
一方、ヒートポンプサイクル運転の状態においては、図３に示すように、第２の媒体系１００ｂ内を第２媒体は、圧縮機兼膨張機１５０、逆流防止部１７０、第１熱交換部１２０、膨張機構１８０および第２熱交換部１６０を順に循環する。すなわち、図中の矢印２２０，２２１，２２２，２２３，２２４で示すように、第２媒体が循環する。
【００４２】
第１の媒体系１００ａにおいては、第１媒体は、第１熱交換部１２０、温水供給部１３０、第１圧送部１４０、吸熱部１１０またはバイパス部１０１を順に循環する。すなわち、図中の矢印２３０，２３１，２３２，２３３または２３４，２３５で示すように、第１媒体が循環する。
【００４３】
ヒートポンプサイクル運転の状態では、第２の媒体系１００ｂにおいて、外部から供給された電力により圧縮機兼膨張機１５０の発動発電部１５０ｂを駆動させて、第２媒体を圧縮膨張部１５０ａにより圧縮して高温にする。吸熱させられた第２媒体は、逆流防止部１７０を通過した後、第１熱交換部１２０に送られて、第１媒体に第２媒体の熱の一部を与える。その後、第２媒体は、膨張機構１８０で膨張させられることにより減圧される。減圧された第２媒体は、第２熱交換部１６０で外気から吸熱して蒸発した状態で圧縮機兼膨張機１５０に送られる。
【００４４】
このように第２媒体が循環することにより、圧縮機兼膨張機１５０で第２媒体に吸熱させた熱を第１媒体に移すことができる。第１熱交換部１２０において熱交換された第１媒体の一部は、温水供給部１３０で温水として貯水および供給される。第１媒体の残りは、第１圧送部１４０により三方弁１９０に向けて圧送される。
【００４５】
吸熱部１１０における吸熱が可能な場合には、第１媒体は、吸熱部１１０に送られて吸熱させられた後、第１熱交換部１２０に送られる。一方、吸熱部１１０における吸熱が不可能な場合または非効率な場合には、第１媒体は、バイパス部１０１を通過して第１熱交換部１２０に送られる。たとえば、冬季の雨天時などには、バイパス部１０１を通過するように第１媒体が送られる。
【００４６】
このようにヒートポンプサイクル運転の状態において第１媒体が循環することにより、圧縮機兼膨張機１５０で第２媒体に吸熱させた熱により昇温された温水を温水供給部１３０で貯水および供給することができる。
【００４７】
本実施形態に係る温水および電力供給複合システム１００においては、後に詳述する制御部が接続されている。制御部は、吸熱部１１０における熱の吸熱量と、温水供給部１３０における温水の供給による熱の消費量との関係に基づいて、ランキンサイクル運転とヒートポンプサイクル運転との間で運転状態を切り替える。
【００４８】
具体的には、制御部は、三方弁１９０，１９１，１９２，１９３，１９４，１９５の接続、および圧縮機兼膨張機１５０の運転を切り替える。
【００４９】
本実施形態の温水および電力供給複合システム１００においては、第２の媒体系１００ｂのランキンサイクル運転とヒートポンプサイクル運転とを切り替えることにより、吸熱部１１０における吸熱の状態に関わらず安定して温水供給部１３０から温水を供給することができる。また、余剰の熱を利用して発電することができる。さらに、温水供給のための熱が不足した場合に、別系統の熱源を利用することなく、運転状態を切り替えるのみで不足した熱を補って温水供給を安定して行なうことができる。その結果、温水および電力供給複合システム１００の部品点数を低減するとともに、システムの利便性を向上することができる。
【００５０】
図４は、本実施形態に係る制御部の構成を示す模式図である。図４に示すように、制御部１１００は、温水および電力供給複合システム１００の各構成に配置された検知装置に接続されている。
【００５１】
制御部１１００は、中央演算処理装置などの処理部１１１０と、半導体メモリおよびハードディスクなどの記憶装置を含む記録部１１２０と、ディスプレイおよびキーパッドなどを含む表示入力部１１３０とを有している。
【００５２】
温水および電力供給複合システムの各構成に配置された検知装置は、各構成の運転状況をモニタリングしている。たとえば、吸熱部における吸熱量、および、温水供給部における温水貯水量および温水供給量と供給される温水の水温などシステムの現状の運転状況をモニタリングする。検知装置は、その運転状況モニタの結果を処理部１１１０に送信する。
【００５３】
処理部１１１０は、図中の矢印１１３２で示すように、運転状況モニタの結果を表示入力部１１３０に表示させるともに、図中の矢印１１２２で示すように、運転状況モニタの結果を運転履歴として記録部１１２０に書き込む。
【００５４】
記録部１１２０には、システムの過去の運転履歴が記録されている。たとえば、システムの各構成毎の運転時間、系を循環している冷媒または水の温度、温水供給部における温水供給量などが、季節および時間などの環境的なファクターとリンクして記録されている。
【００５５】
システムの使用者は、表示入力部１１３０で現在の運転状況を確認しつつ、図中の矢印１１３１で示すようにシステムの各構成の運転設定を入力する。入力された運転設定は、処理部１１１０からシステムの各構成に制御出力として送られる。
【００５６】
一度設定された運転設定は、記録部１１２０に運転パターンとして記録される。そのため、過去に同様の運転状況があった場合には、表示入力部１１３０から入力するのではなく、記録部１１２０に記録されている運転パターンが読み出されて、図中の矢印１１２１で示すように処理部１１１０に送られる。処理部１１１０に送られた運転パターンは、システムの各構成に制御出力として送られる。
【００５７】
上記のように構成された制御部１１００は、温水供給部における温水の必要供給量を推測し、吸熱部における熱の吸熱量が必要供給量の温水の供給に必要な熱量以上である場合には、ランキンサイクル運転を実行させ、吸熱部における熱の吸熱量が必要供給量の温水の供給に必要な熱量より少ない場合には、ヒートポンプサイクル運転を実行させる。
【００５８】
すなわち、季節および時間などによって吸熱部から得られる熱量の変化を予測して、ランキンサイクル運転とヒートポンプサイクル運転とを切り替えることにより、温水の供給と発電とを安定して行なうことができ、かつ、吸熱した熱量を無駄にすることなく有効に使用することができる。
【００５９】
本実施形態においては、制御部１１００は、所定時刻に温水供給部１３０が貯水すべき温水の規定貯水量に対して、吸熱部１１０で第１媒体が吸熱した熱によって昇温される温水の所定時刻における予測貯水量が不足すると判断した場合は運転状態をヒートポンプサイクル運転にし、予測貯水量が規定貯水量に対して余剰となると判断した場合は運転状態を前記ランキンサイクル運転にする。制御部１１００の具体的な動作を以下に説明する。
【００６０】
図５は、本実施形態に係る制御部の動作を示すフローチャートである。図５に示すように、温水および電力供給複合システム１００を稼動させると、制御部１１００は、まず、運転履歴を読み出す(Ｓ１００)。
【００６１】
具体的には、制御部１１００は、システム稼動時における第１媒体の温度、温水供給部１３０における温水の貯水量、記録部１１２０に記録されている過去の温水使用履歴データ、温水および電力供給のための規定値データなどを順次読み出す。
【００６２】
次に、吸熱部１１０により吸熱させられた第１媒体の吸熱温度ＴＣが、温水供給部１３０から供給される温水の予め規定された所定の供給温度Ｔ１以上であるか否かを判定する(Ｓ１０１)。
【００６３】
吸熱温度ＴＣが供給温度Ｔ１より低い場合、次の判定を行なう。制御部１１００は、現在の時刻ｔｐが、所定時刻の所定時間前の事前時刻ｔｓより前か以降かを判定する(Ｓ１０２)。
【００６４】
ここで、所定時刻とは、たとえば、日没時刻ｔｘ、または、入浴および夕食時など温水の利用が集中する夕方５時から７時までの予め設定された時刻である。所定時間とは、たとえば、１時間または２時間など予め設定された時間である。
【００６５】
現在の時刻ｔｐが事前時刻ｔｓより前である場合、吸熱温度ＴＣが供給温度Ｔ１以上にならない限り、吸熱部１１０における吸熱による温水の貯水および供給を行なう第１運転状態に入らずに待機する。なお、第１運転状態においては、ランキンサイクル運転は行なわれない。言い換えると、第１運転状態においては、第２媒体系は機能していない。
【００６６】
現在の時刻ｔｐが事前時刻ｔｓより前であって、吸熱温度ＴＣが供給温度Ｔ１以上になった場合、次の判定を行なう。制御部１１００は、現在の温水供給部１３０の温水の貯水量ＬＰが、過去の運転履歴より推定した温水の１日の累積使用量である第１規定貯水量Ｌ３より少ないか否かを判定する。
【００６７】
現在の時刻ｔｐが事前時刻ｔｓ以降である場合、制御部１１００は、第１運転状態をスキップさせて、図中のＢステージに進む。
【００６８】
現在の温水の貯水量ＬＰが第１規定貯水量Ｌ３に満たない場合、制御部１１００は、第１運転状態を開始させる(Ｓ１０４)。現在の温水の貯水量ＬＰが第１規定貯水量Ｌ３を満たしている場合、図中のＤステージに進む。
【００６９】
制御部１１００は、第１運転状態を継続中に、現在の温水の貯水量ＬＰが第１規定貯水量Ｌ３に到達したか否かを判定する(Ｓ１０５)。現在の温水の貯水量ＬＰが第１規定貯水量Ｌ３に到達している場合、制御部１１００は、第１運転状態を停止させる(Ｓ１０６)。
【００７０】
現在の温水の貯水量ＬＰが第１規定貯水量Ｌ３に到達していない場合、制御部１１００は、現在の時刻ｔｐが事前時刻ｔｓより前か以降かを判定する(Ｓ１１１)。現在の時刻ｔｐが事前時刻ｔｓより前である場合、制御部１１００は、第１運転状態を継続させる。現在の時刻ｔｐが事前時刻ｔｓ以降である場合、制御部１１００は、第１運転状態を停止させる(Ｓ１１２)。
【００７１】
現在の温水の貯水量ＬＰが第１規定貯水量Ｌ３に到達して第１運転状態を停止した場合、制御部１１００は、吸熱温度ＴＣから現在の第２媒体の温度ＴＬを引いた値が、ランキンサイクル運転を行なうために必要な温度差ＴＲ以上であるか判定する(Ｓ１０７)。
【００７２】
吸熱温度ＴＣから第２媒体の温度ＴＬを引いた値が必要な温度差ＴＲ以上である場合、制御部１１００は、ランキンサイクル運転が行なわれる第２運転状態を開始させる(Ｓ１０８)。吸熱温度ＴＣから第２媒体の温度ＴＬを引いた値が必要な温度差ＴＲより小さい場合、図中のＡステージに進み終了の手続に入る。
【００７３】
制御部１１００は、第２運転状態を継続中に、吸熱温度ＴＣから現在の第２媒体の温度ＴＬを引いた値が必要な温度差ＴＲより小さく、かつ、現在の時刻ｔｐが日没時刻ｔｘ以降であるか否かを判定する(Ｓ１０９)。
【００７４】
吸熱温度ＴＣから現在の第２媒体の温度ＴＬを引いた値が必要な温度差ＴＲより小さく、かつ、現在の時刻ｔｐが日没時刻ｔｘ以降である場合、制御部１１００は、第２運転状態を停止させる(Ｓ１１０)。
【００７５】
吸熱温度ＴＣから現在の第２媒体の温度ＴＬを引いた値が必要な温度差ＴＲ以上である、または、現在の時刻ｔｐが日没時刻ｔｘより前である場合、制御部１１００は、第２運転状態を継続させる。
【００７６】
現在の温水の貯水量ＬＰが第１規定貯水量Ｌ３に到達する前に第１運転状態を停止した場合、制御部１１００は、ヒートポンプサイクル運転が行なわれる第３運転状態を開始させる(Ｓ１１３)。この場合、制御部１１００は、規定貯水量を第１規定貯水量Ｌ３から第２規定貯水量Ｌ２に変更する。
【００７７】
第２規定貯水量Ｌ２は、温水の使用量の多い所定の時間帯の温水の累積使用量である。たとえば、第２規定貯水量Ｌ２は、入浴および夕食時など温水の利用が集中する夕方５時から７時までの予め設定された時間帯における温水の累積使用量である。
【００７８】
制御部１１００は、第３運転状態を継続中に、現在の温水の貯水量ＬＰが第２規定貯水量Ｌ２に到達したか否かを判定する(Ｓ１１４)。現在の温水の貯水量ＬＰが第２規定貯水量Ｌ２に到達している場合、制御部１１００は、第３運転状態を停止させる(Ｓ１１５)。現在の温水の貯水量ＬＰが第２規定貯水量Ｌ２に到達していない場合、制御部１１００は、第３運転状態を継続させる。
【００７９】
第２規定貯水量Ｌ２以上の温水を確保した後、制御部１１００は、現在の時刻ｔｐが上記所定の時間帯の終了時刻の所定時間前の終了前時刻ｔｅ以降であるか否かを判定する(Ｓ１１６)。現在の時刻ｔｐが終了前時刻ｔｅより前である場合、制御部１１００は、現在の時刻ｔｐが終了前時刻ｔｅ以降になるまで第３運転状態を継続させる。現在の時刻ｔｐが終了前時刻ｔｅ以降である場合、制御部１１００は、図中のＣステージに進む。
【００８０】
現在の時刻ｔｐが終了前時刻ｔｅ以降になった後、制御部１１００は、規定貯水量を第２規定貯水量Ｌ２から第３規定貯水量Ｌ１に変更する。
【００８１】
第３規定貯水量Ｌ１は、温水の使用量の多い所定の時間帯以外の時間帯の温水の累積使用量である。第３規定貯水量Ｌ１は、たとえば、入浴および夕食時など温水の利用が集中する夕方５時から７時までの予め設定された時間帯以外の時間帯である、深夜０時から早朝４時までの時間帯における温水の累積使用量である。
【００８２】
現在の時刻ｔｐが終了前時刻ｔｅ以降になった後、制御部１１００は、現在の温水の貯水量ＬＰが第３規定貯水量Ｌ１未満まで減少したか否かを判定する(Ｓ１１７)。現在の温水の貯水量ＬＰが第３規定貯水量Ｌ１未満まで減少している場合、制御部１１００は、第３運転状態を開始させる(Ｓ１１８)。現在の温水の貯水量ＬＰが第３規定貯水量Ｌ１以上維持している場合、制御部１１００は、図中のＡステージに進み終了の手続に入る。
【００８３】
制御部１１００は、第３運転状態を継続中に、現在の温水の貯水量ＬＰが第３規定貯水量Ｌ１に到達したか否かを判定する(Ｓ１１９)。現在の温水の貯水量ＬＰが第３規定貯水量Ｌ１に到達している場合、制御部１１００は、第３運転状態を停止させる(Ｓ１２０)。現在の温水の貯水量ＬＰが第３規定貯水量Ｌ１に到達していない場合、制御部１１００は、第３運転状態を継続させる。
【００８４】
第３規定貯水量Ｌ１以上の温水を確保した後、制御部１１００は、第３運転状態を停止させて、図中のＡステージに進み終了の手続に入る。
【００８５】
制御部１１００は、過去の運転履歴、現在の運転状況モニタおよび入力された運転設定に基づいて、規定貯水量である第１、第２、第３規定貯水量、事前時刻ｔｓ、日没時刻ｔｘおよび終了前時刻ｔｅを算出して、温水および電力供給複合システム１００に制御出力する。言い換えると、制御部１１００は、規定貯水量を過去の使用実績および現在の使用環境に基づいて決定する。
【００８６】
上記のように、制御部１１００は、所定時刻の所定時間前における温水供給部１３０の温水の事前貯水量が規定貯水量に対して不足している場合は予測貯水量が不足すると判断して、運転状態をヒートポンプサイクル運転にし、所定時刻までに温水供給部１３０の温水の貯水量を規定貯水量以上とする。
【００８７】
本実施形態においては、制御部１１００は、所定時刻である所定の時間帯の開始時刻の所定時間前における事前貯水量が第１規定貯水量Ｌ３に対して不足している場合は予測貯水量が不足すると判断して、運転状態をヒートポンプサイクル運転にし、所定時刻までに温水供給部１３０の温水の貯水量を第２規定貯水量Ｌ２以上とする。
【００８８】
また、制御部１１００は、所定時刻である所定の時間帯の終了時刻の所定時間前における事前貯水量が第３規定貯水量Ｌ１に対して不足している場合は予測貯水量が不足すると判断して、運転状態をヒートポンプサイクル運転にし、所定時刻までに温水供給部１３０の温水の貯水量を第３規定貯水量Ｌ１以上とする。
【００８９】
本実施形態においては、規定貯水量を第１、第２、第３規定貯水量の３段階で設定したが、規定貯水量の設定はこれに限られず、１段階以上設定されていればよい。
【００９０】
本実施形態においては、所定時間を予め設定した時間にしたが、制御部１１００が、規定貯水量と事前貯水量との水量差によって所定時間を調節するようにしてもよい。すなわち、規定貯水量と事前貯水量と水量差が小さい場合は所定時間を短くし、規定貯水量と事前貯水量と水量差が大きい場合は所定時間を長くする。このようにすることで、最適な所定時間が設定され、ヒートポンプサイクル運転の時間を低減しつつ、必要な温水を安定して確保することができる。また、吸熱部における熱の吸熱量によって所定時間を調節するようにしてもよい。
【００９１】
上記のように、可能な限り太陽熱などの外熱を利用して温水を供給し、温水の規定貯水量も段階的に設定することにより、ヒートポンプ運転によるエネルギー消費を必要最小限に抑えることができる。また、余剰の熱から電力を得ることもできる。その結果、熱エネルギーの無駄を低減しつつ、安定して温水を給水できる。
【００９２】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９３】
１０  太陽熱、１００  温水および電力供給複合システム、１００ａ  第１の媒体系、１００ｂ  第２の媒体系、１０１  バイパス部、１１０  吸熱部、１２０  第１熱交換部、１３０  温水供給部、１４０  第１圧送部、１４１  第２圧送部、１５０  圧縮機兼膨張機、１５０ａ  圧縮膨張部、１５０ｂ  発動発電部、１６０  第２熱交換部、１７０  逆流防止部、１８０  膨張機構、１９０，１９１，１９２，１９３，１９４，１９５  三方弁、１１００  制御部、１１１０  処理部、１１２０  記録部、１１３０  表示入力部、Ｌ１  第３規定貯水量、Ｌ２  第２規定貯水量、Ｌ３  第１規定貯水量、ＬＰ  貯水量、Ｔ１  供給温度、ＴＣ  吸熱温度、ＴＬ  第２媒体の温度、ＴＲ  温度差、ｔｅ  終了前時刻、ｔｐ  現在の時刻、ｔｓ  事前時刻、ｔｘ  日没時刻。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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