(57)【要約】【課題】燃焼式加熱装置の使用機会を削減できる給湯システムを提供する。【解決手段】給湯システム１は、貯湯タンク１００の水を加熱するヒートポンプ装置２００と、給湯用水を加熱する燃焼式加熱装置３００と、ヒートポンプ装置２００の電源を、商用電源４０３、太陽光発電装置４０１、及び、蓄電装置４０２の１つ、または２以上を含む組み合わせ、に切り替える電源調整器４００と、太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力及び蓄電装置４０２の蓄電量に応じて、商用電源４０３、太陽光発電装置４０１、及び、蓄電装置４０２の１つ、または２以上を含む組み合わせ、をヒートポンプ装置２００の電源の候補として選択し、ヒートポンプ装置２００が停止している間に貯湯量が低下したときにヒートポンプ装置２００を起動する契機とする貯湯量の閾値を、上記候補の構成に応じて変更する制御手段（制御装置５００）と、を備える。【選択図】図１
2016080248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯用水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの貯湯量を検知する貯湯量検知手段と、
前記貯湯タンクの水を加熱するヒートポンプ装置と、
給湯用水を加熱する燃焼式加熱装置と、
前記ヒートポンプ装置に電力を供給する電源を、商用電源、太陽光発電装置、及び、蓄電装置の１つ、または２以上を含む組み合わせ、に切り替える電源調整器と、
前記太陽光発電装置から前記ヒートポンプ装置へ供給可能な電力及び前記蓄電装置の蓄電量に応じて、前記商用電源、前記太陽光発電装置、及び、前記蓄電装置の１つ、または２以上を含む組み合わせ、を前記ヒートポンプ装置に電力を供給する電源の候補として選択し、前記ヒートポンプ装置が停止している間に前記貯湯量が低下したときに前記ヒートポンプ装置を起動する契機とする前記貯湯量の閾値を、前記候補の構成に応じて変更する制御手段と、
を備える給湯システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記候補に前記太陽光発電装置が含まれる場合には、前記候補に前記太陽光発電装置が含まれない場合に比べて、前記閾値を高くする請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記蓄電量を閾値と比較することで、前記蓄電装置から前記ヒートポンプ装置へ電力を供給可能か否かを判断する請求項１または請求項２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記太陽光発電装置から前記ヒートポンプ装置へ供給可能な電力が前記ヒートポンプ装置の必要電力に対して足りる場合には、前記太陽光発電装置を前記候補に含める請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の給湯システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記太陽光発電装置から前記ヒートポンプ装置へ供給可能な電力が前記ヒートポンプ装置の必要電力に対して不足する場合には、その不足分を前記商用電源から供給される電力で補う電力コストと、夜間時間帯に前記商用電源で前記ヒートポンプ装置を駆動する電力コストとを比較することで、前記太陽光発電装置を前記候補に含めるか否かを判断する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の給湯システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記太陽光発電装置から前記ヒートポンプ装置へ供給可能な電力が前記ヒートポンプ装置の必要電力に対して不足する場合には、その不足分を前記商用電源から供給される電力と前記蓄電装置から供給される電力とで補う電力コストと、夜間時間帯に前記商用電源で前記ヒートポンプ装置を駆動する電力コストとを比較することで、前記太陽光発電装置及び前記蓄電装置を前記候補に含めるか否かを判断する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯タンクの水を加熱するヒートポンプ装置と給湯用水を加熱する燃焼式加熱装置とを備える給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ装置と燃焼式加熱装置との双方を備えるハイブリッド給湯システムが知られている。一般に、ヒートポンプ装置は、燃焼式加熱装置に比べて、ランニングコストの低減を図り得るが、加熱能力が小さい。そのため、電力単価が安い時間帯にヒートポンプ装置を稼動して貯湯タンクに湯を貯え、給湯需要に備える使用方法が一般的である。
【０００３】
下記特許文献１に開示された給湯システムでは、夜間を含む第１時間帯に、所定量の温水をヒートポンプ給湯手段（ヒートポンプ装置）で加熱して貯湯タンクに貯湯し、第１時間帯以外の第２時間帯に、貯湯タンクの貯湯量が所定の第１貯湯量以上である場合は、貯湯タンクからのみ給湯負荷へ給湯し、第２時間帯に、貯湯タンクの貯湯量が第１貯湯量を下回ると、ヒートポンプ給湯手段による温水加熱を追加し、第２時間帯に、貯湯タンクの貯湯量が第１貯湯量より少ない所定の第２貯湯量を下回ると、補助給湯手段（燃焼式加熱装置）による給湯を追加する。
【０００４】
下記特許文献２には、蓄電池に蓄電した電気エネルギを利用してヒートポンプ給湯機を運転するヒートポンプ給湯システムにおいて、太陽光発電装置の翌日の発電量並びにヒートポンプ給湯機以外の電気機器の電力需要を予測し、発電量から電力需要を差し引いた余剰分とヒートポンプ給湯機が翌日に必要とする電力量とを比較し、余剰分で賄うことができない必要電力量の不足分を本日の夜間に蓄電装置に蓄電するように制御する発明が開示されている。
【０００５】
下記特許文献３に開示されたハイブリッド給湯システムは、給水温度と外気温度の条件別にヒートポンプ式給湯器（ヒートポンプ装置）のＣＯＰが記憶されたＣＯＰテーブルを参照することで給水温度及び外気温度に対応するＣＯＰを取得し、取得されたＣＯＰと、燃焼式給湯器（燃焼式加熱装置）に比べてヒートポンプ式給湯器の方が高効率な運転となるＣＯＰの閾値とを比較して、ヒートポンプ式給湯器と燃焼式給湯器のいずれかを稼動させる制御部を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４９２０１号公報
【特許文献２】特開２０１１−６９５８７号公報
【特許文献３】特開２０１１−１２９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ヒートポンプ装置と燃焼式加熱装置との双方を備える給湯システムでは、貯湯タンクの湯を使い尽くした場合でも、加熱能力の高い燃焼式加熱装置を稼動することで、給湯を実施できる。このため、電力単価が安い夜間時間帯等に貯湯タンクに貯える湯量を抑制できるので、ヒートポンプ装置の稼動コスト及び貯湯タンクからの放熱ロスを抑制できる。しかしながら、使用湯量が多いときには、稼動コストの高い燃焼式加熱装置の使用機会が多くなることで、システム全体としての稼動コストが高くなるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼式加熱装置の使用機会を削減できる給湯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】
本発明に係る給湯システムは、給湯用水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクの貯湯量を検知する貯湯量検知手段と、貯湯タンクの水を加熱するヒートポンプ装置と、給湯用水を加熱する燃焼式加熱装置と、ヒートポンプ装置に電力を供給する電源を、商用電源、太陽光発電装置、及び、蓄電装置の１つ、または２以上を含む組み合わせ、に切り替える電源調整器と、太陽光発電装置からヒートポンプ装置へ供給可能な電力及び蓄電装置の蓄電量に応じて、商用電源、太陽光発電装置、及び、蓄電装置の１つ、または２以上を含む組み合わせ、をヒートポンプ装置に電力を供給する電源の候補として選択し、ヒートポンプ装置が停止している間に貯湯量が低下したときにヒートポンプ装置を起動する契機とする貯湯量の閾値を、候補の構成に応じて変更する制御手段と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の給湯システムによれば、燃焼式加熱装置の使用機会を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１の給湯システムを示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の給湯システム１が備える制御装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１において制御装置が行う制御動作（沸上げ判断処理）を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１において制御装置が行う制御動作（燃焼式加熱装置の起動判断処理）を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において制御装置が行う制御動作（電源状態判定処理）を示すフローチャートである。
【図６】ヒートポンプ予測電力Ｅｅをヒートポンプ入水温度Ｔｗ及び外気温度ＤＢに基づいて記載したルックアップテーブルの模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１において制御装置が電源調整器を介して行う制御動作（電源切り替え処理）を示すフローチャートである。
【図８】比較例の給湯システムを利用した場合の昼間時間帯における貯湯量及び累積給湯負荷の推移を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態１の給湯システムを利用した場合の昼間時間帯（時間帯（２））における貯湯量及び累積給湯負荷の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。本明細書で「水」とは、低温の冷水から高温の湯まで、あらゆる温度の水を含む概念である。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の給湯システムを示す構成図である。図１に示す本実施の形態１の給湯システム１は、貯湯タンク１００と、ヒートポンプ装置２００と、燃焼式加熱装置３００と、電源調整器（パワーコンディショナー）４００と、制御装置５００とを備える。貯湯タンク１００内には、給湯用水が貯留される。貯湯タンク１００内では、温度の違いによる水の密度の差により、上側が高温水で下側が低温水になる温度成層を形成できる。
【００１４】
貯湯タンク１００の表面には、貯湯タンク１００の表面温度を検知する上部温度センサ１０１、中部温度センサ１０２、下部温度センサ１０３、及び最下部温度センサ１０４が取り付けられている。上部温度センサ１０１は、貯湯タンク１００の高さ方向の中間点より上側の位置に取り付けられている。中部温度センサ１０２は、貯湯タンク１００の高さ方向の中間点またはその付近の位置に取り付けられている。下部温度センサ１０３は、貯湯タンク１００の高さ方向の中間点より下側の位置に取り付けられている。最下部温度センサ１０４は、貯湯タンク１００の最下部の位置に取り付けられている。これらの４個の温度センサ１０１，１０２，１０３，１０４により、貯湯タンク１００内の鉛直方向の温度分布を検知することで、貯湯タンク１００の貯湯量を検知できる。本実施の形態１では、温度センサ１０１，１０２，１０３，１０４が貯湯量検知手段に相当する。本発明における貯湯量検知手段を構成する温度センサの数は、４個に限定されるものではなく、５個以上、あるいは３個でも良い。
【００１５】
給湯システム１が備える給水口１０６は、給湯用水を供給する水道等の水源に接続される。貯湯タンク１００の下部には、給水口１０６に通じる給水管１０７が接続される。給水口１０６に供給された水が給水管１０７を通って貯湯タンク１００の下部に流入することで、貯湯タンク１００は常に満水状態に維持される。貯湯タンク１００の上部は、給湯管１１０を介して、給湯端末６００に接続される。給湯端末６００は、例えば、浴槽、シャワー、蛇口などである。給湯管１１０には、給湯端末６００へ送られる湯の流量を検知する給湯流量センサ６０１が設置されている。貯湯タンク１００から給湯端末６００へ給湯する際には、水源の水圧が給水管１０７から貯湯タンク１００内に作用することで、貯湯タンク１００に貯えられた湯が給湯管１１０へ送り出される。
【００１６】
ヒートポンプ装置２００は、冷媒回路を備える。当該冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、水−冷媒熱交換器と、冷媒を減圧させる減圧装置と、低温熱源（本実施の形態１では外気）の熱を冷媒に吸収させる低温側熱交換器（蒸発器）と、これらの機器を環状に接続する冷媒配管とを含む。ヒートポンプ装置２００は、この冷媒回路でヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）の運転を行うことで、水を加熱する。ヒートポンプ装置２００は、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒と、水とを、水−冷媒熱交換器にて熱交換させることで、水を加熱する。
【００１７】
貯湯タンク１００の下部と、ヒートポンプ装置２００の水−冷媒熱交換器の水入口との間は、水路１０８を介して接続されている。水路１０８の途中には、貯湯タンク１００の下部からヒートポンプ装置２００へ水を送る水ポンプ１０５が設置されている。ヒートポンプ装置２００の水−冷媒熱交換器の水出口と、貯湯タンク１００の上部との間は、水路１０９を介して接続されている。
【００１８】
ヒートポンプ装置２００及び水ポンプ１０５を稼動することで、貯湯タンク１００の貯湯量を増加させることができる。この運転を以下「ＨＰ沸上げ」と称する。ＨＰ沸上げでは、貯湯タンク１００の下部の水が水路１０８を通ってヒートポンプ装置２００の水−冷媒熱交換器に導かれ、加熱される。この加熱された湯が水路１０９を通って貯湯タンク１００の上部に流入する。このようにして貯湯タンク１００とヒートポンプ装置２００との間で水が循環することで、貯湯タンク１００内で上から下に向かって徐々に湯が溜まり、貯湯量が増加していく。
【００１９】
燃焼式加熱装置３００は、例えばガス、灯油、重油、石炭、または、その他の燃料を燃焼させることで、給湯用水を加熱する。燃焼式加熱装置３００の水入口には、給水口１０６に通じる給水管１１１が接続されている。燃焼式加熱装置３００の水出口には、給湯管１１２の一端が接続されている。給湯管１１２の他端は、貯湯タンク１００の上部と給湯流量センサ６０１との間の給湯管１１０に連通している。燃焼式加熱装置３００で給湯用水を加熱する場合には、給水口１０６に供給された水が給水管１１１を通って燃焼式加熱装置３００に送られ、燃焼式加熱装置３００で加熱された湯が、給湯管１１２及び給湯流量センサ６０１を経て、給湯端末６００へ送られる。
【００２０】
ヒートポンプ装置２００は、太陽光発電装置４０１、蓄電装置４０２、及び商用電源４０３のうちの少なくとも一つから供給される電力で駆動される。電源調整器４００は、電力線４０４を介して太陽光発電装置４０１に接続され、電力線４０５を介して蓄電装置４０２に接続され、電力線４０６を介して商用電源４０３に接続され、電力線４０７を介してヒートポンプ装置２００に接続されている。電源調整器４００は、ヒートポンプ装置２００に電力を供給する電源を、商用電源４０３、太陽光発電装置４０１、及び、蓄電装置４０２うちの１つ、または２以上を含む組み合わせ、に切り替えることができる。電源調整器４００は、太陽光発電装置４０１及び蓄電装置４０２の少なくとも一方から供給される直流の電力を交流の電力に変換してヒートポンプ装置２００に供給できる。電源調整器４００は、そのように変換した交流の電力と、商用電源４０３から供給される交流の電力とを合わせてヒートポンプ装置２００に供給することもできる。蓄電装置４０２は、蓄電池、キャパシタなどを備える。電源調整器４００は、太陽光発電装置４０１で発電された電力を蓄電装置４０２に蓄電させることができる。太陽光発電装置４０１の発電電力が余剰である場合、電源調整器４００は、太陽光発電装置４０１が発電した直流の電力を交流の電力に変換し、商用電源４０３の電力系統に連系して売電する逆潮流を行うことができる。
【００２１】
制御装置５００は、給湯システム１の全体を制御する制御手段に相当する。制御装置５００は、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及び不揮発性メモリ等を含む記憶部と、記憶部に記憶されたプログラムに基いて演算処理を実行するＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）と、ＣＰＵに対して外部の信号を入出力する入出力ポートとを有する構成とすることができる。給湯システム１が備えるアクチュエータ類及びセンサ類（上部温度センサ１０１、中部温度センサ１０２、下部温度センサ１０３、最下部温度センサ１０４、水ポンプ１０５、ヒートポンプ装置２００、外気温度センサ２０１、燃焼式加熱装置３００、電源調整器４００、給湯流量センサ６０１を含む）と、リモートコントローラ等のユーザーインターフェース装置（図示省略）とが、制御装置５００に電気的に接続される。制御装置５００は、センサ類の検知値及びユーザーインターフェース装置からの信号などに基づいて、給湯システム１の動作を制御する。
【００２２】
制御装置５００は、太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力及び蓄電装置４０２の蓄電量に応じて、商用電源４０３、太陽光発電装置４０１、及び、蓄電装置４０２のうちの１つ、または２以上を含む組み合わせ、をヒートポンプ装置２００に電力を供給する電源の候補（以下、「ヒートポンプ電源候補」と称する）として選択する。本実施の形態１では、制御装置５００は、太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力及び蓄電装置４０２の蓄電量の値を、電源調整器４００を介して検知できる。
【００２３】
図２は、本実施の形態１の給湯システム１が備える制御装置５００の機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置５００は、貯湯計量部５０１、沸上げ判断部５０２、及び電源切替指示部５０３を備える。貯湯計量部５０１は、上部温度センサ１０１、中部温度センサ１０２、下部温度センサ１０３、及び最下部温度センサ１０４の検知温度に基づいて、貯湯タンク１００の現在の貯湯量を判定する。本実施の形態１では、貯湯計量部５０１は、以下のようにして貯湯タンク１００の貯湯量を判定する。貯湯計量部５０１は、検知温度が６０℃以上の場合を湯と判定する。貯湯計量部５０１は、最下部温度センサ１０４の検知温度が６０℃以上の場合には、貯湯量がＡ以上であると判定する。貯湯計量部５０１は、下部温度センサ１０３の検知温度が６０℃以上かつ最下部温度センサ１０４の検知温度が６０℃未満の場合には、貯湯量がＢ以上（かつＡ未満）であると判定する。貯湯計量部５０１は、中部温度センサ１０２の検知温度が６０℃以上かつ下部温度センサ１０３の検知温度が６０℃未満の場合には、貯湯量がＣ以上（かつＢ未満）であると判定する。貯湯計量部５０１は、上部温度センサ１０１の検知温度が６０℃以上かつ中部温度センサ１０２の検知温度が６０℃未満の場合には、貯湯量がＤ以上（かつＣ未満）と判定する。ここで、Ａ〜Ｄは、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄなる関係を満足する湯量である。
【００２４】
沸上げ判断部５０２は、ＨＰ沸上げの開始及び停止（ヒートポンプ装置２００及び水ポンプ１０５の起動及び停止）と、燃焼式加熱装置３００の燃焼の開始及び停止とを判定する。電源切替指示部５０３は、電源調整器４００を制御することで、ヒートポンプ装置２００に電力を供給する電源を切り替える。図３は、本実施の形態１において制御装置５００が行う制御動作（沸上げ判断処理）を示すフローチャートである。以下では、まず、図３を参照して、沸上げ判断部５０２がＨＰ沸上げの開始及び停止を判定する処理について説明する。
【００２５】
ステップＳ５１０にて沸上げ判断処理が開始されると、まず、ステップＳ５３０にて燃焼式加熱装置３００の起動判断処理が実施され、ステップＳ５４０にて電源状態判定処理が実施される。ステップＳ５３０の燃焼式加熱装置３００の起動判断処理については、後に図４を参照して説明する。ステップＳ５４０の電源状態判定処理については、後に図５を参照して説明する。
【００２６】
続いて、ステップＳ５１１にて、現在の時刻が時間帯（１）に含まれるか否かを判別する。現在の時刻が時間帯（１）に含まれる場合は、ステップＳ５１２へ遷移し、現在の時刻が時間帯（１）に含まれない場合にはステップＳ５１３へ遷移する。時間帯（１）は、一日のうちで商用電源４０３の電力需要が少なく、商用電源４０３の電力単価が他の時間帯に比べて安くなる時間帯（例えば、２３時〜７時の夜間時間帯）とされる。
【００２７】
ステップＳ５１２では、貯湯計量部５０１が判定した現在の貯湯量がＡ以上の場合には、ステップＳ５１７へ遷移してＨＰ沸上げを停止し、現在の貯湯量がＡ未満の場合には、ステップＳ５１８に遷移してＨＰ沸上げを開始する。その後、ステップＳ５３０へ遷移する。
【００２８】
ステップＳ５１３では、現在の時刻が時間帯（２）に含まれるか否かを判別する。現在の時刻が時間帯（２）に含まれる場合は、ステップＳ５１４へ遷移し、現在の時刻が時間帯（２）に含まれない場合にはステップＳ５２３へ遷移する。時間帯（２）は、一日のうち、時間帯（１）と重複しない時間帯であり、商用電源４０３の電力単価が時間帯（１）に比べて高くなる昼間の時間帯とされる。本実施の形態１では、一日のうち、時間帯（１）と重複しないすべての時間帯を時間帯（２）としても良い。また、本実施の形態１では、時間帯（１）及び時間帯（２）以外の時間帯をさらに設定しても良い。ステップＳ５２３へ遷移した場合、すなわち、現在の時刻が時間帯（１）及び時間帯（２）のいずれにも含まれない場合は、ＨＰ沸上げを停止し、その後、ステップＳ５３０へ遷移する。
【００２９】
ステップＳ５１４では、ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＮかＯＦＦかを判断し、ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＮの場合にはステップＳ５１５へ遷移し、ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＦＦの場合にはステップＳ５１６へ遷移する。ステップＳ５１５では、現在の貯湯量がＢ以上か否かを判断する。現在の貯湯量がＢ以上である場合にはステップＳ５１９へ遷移してＨＰ沸上げを停止し、現在の貯湯量がＢ未満の場合にはステップＳ５２０に遷移してＨＰ沸上げを開始する。ステップＳ５１９またはステップＳ５２０の後、ステップＳ５３０へ遷移する。
【００３０】
ステップＳ５１６では、現在の貯湯量がＣ以上か否かを判断する。現在の貯湯量がＣ以上である場合にはステップＳ５２１へ遷移してＨＰ沸上げを停止し、現在の貯湯量がＣ未満の場合にはステップＳ５２２に遷移してＨＰ沸上げを開始する。ステップＳ５２１またはステップＳ５２２の後、ステップＳ５３０へ遷移する。
【００３１】
上述した図３のフローチャートの制御によれば、時間帯（２）において、ヒートポンプ装置２００が停止している間に貯湯タンク１００の貯湯量が低下したときにヒートポンプ装置２００を起動する契機とする貯湯量の閾値（以下、「ヒートポンプ起動貯湯量」と称する）が、ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐの状態に応じて変更される。すなわち、ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＮの場合には、ヒートポンプ起動貯湯量がＢとされる。ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＦＦの場合には、ヒートポンプ起動貯湯量がＣとされる。
【００３２】
次に、図４を参照して、ステップＳ５３０の燃焼式加熱装置３００の起動判断処理について説明する。図４は、本実施の形態１において制御装置５００が行う制御動作（燃焼式加熱装置３００の起動判断処理）を示すフローチャートである。ステップＳ５３０にて燃焼式加熱装置３００の起動判断処理が開始されると、まず、ステップＳ５３１にて給湯流量センサ６０１の検知流量が０より大きいか否かを判断する。給湯流量センサ６０１の検知流量が０より大きい場合にはステップＳ５３２へ遷移する。給湯流量センサ６０１の検知流量が０である場合には、ステップＳ５３３へ遷移して燃焼式加熱装置３００の燃焼を停止し、ステップＳ５３６へ遷移して燃焼式加熱装置３００の起動判断処理を終了する。
【００３３】
ステップＳ５３２では、現在の貯湯量がＤ以上か否かを判断する。現在の貯湯量がＤ以上である場合には、ステップＳ５３４へ遷移して燃焼式加熱装置３００の燃焼を停止し、ステップＳ５３６へ遷移して燃焼式加熱装置３００の起動判断処理を終了する。現在の貯湯量がＤ未満である場合には、ステップＳ５３５に遷移して燃焼式加熱装置３００の燃焼を開始し、ステップＳ５３６へ遷移して燃焼式加熱装置３００の起動判断処理を終了する。以上説明した図４の制御により、貯湯タンク１００の現在の貯湯量がＤ未満で、給湯端末６００へ給湯する場合には、燃焼式加熱装置３００によって加熱した給湯用水を給湯端末６００へ供給する。本実施の形態１の給湯システム１は、ヒートポンプ装置２００より加熱能力の高い燃焼式加熱装置３００を備えたことで、貯湯タンク１００の貯湯量が不足しているときでも給湯端末６００への給湯が可能となる。
【００３４】
次に、図５を参照して、ステップＳ５４０の電源状態判定処理について説明する。図５は、本実施の形態１において制御装置５００が行う制御動作（電源状態判定処理）を示すフローチャートである。ステップＳ５４０にて電源状態判定処理が開始されると、まず、ステップＳ５４１にて、ヒートポンプ入水温度Ｔｗ及び外気温度ＤＢに基づいて、制御装置５００の記憶部に予め記憶されたヒートポンプ予測電力Ｅｅを読み出す。本実施の形態１では、最下部温度センサ１０４の検知温度をヒートポンプ入水温度Ｔｗとして使用し、外気温度センサ２０１の検知温度を外気温度ＤＢとして使用する。ヒートポンプ予測電力Ｅｅは、ＨＰ沸上げを実施するときにヒートポンプ装置２００が必要とする電力に相当する。ヒートポンプ装置２００の必要電力は、ヒートポンプ入水温度Ｔｗ及び外気温度ＤＢに応じて変化する。本実施の形態１では、ヒートポンプ入水温度Ｔｗ及び外気温度ＤＢと、ヒートポンプ予測電力Ｅｅとの関係を制御装置５００の記憶部に予め記憶することで、ヒートポンプ装置２００の必要電力を高精度に予測できる。
【００３５】
図６は、ヒートポンプ予測電力Ｅｅをヒートポンプ入水温度Ｔｗ及び外気温度ＤＢに基づいて記載したルックアップテーブルの模式図である。図６に示すルックアップテーブルでは、列を外気温度ＤＢで分け、行をヒートポンプ入水温度Ｔｗで分け、それぞれ１０℃から６０℃まで１０℃刻みに升を区切り、各升にヒートポンプ予測電力Ｅｅの値をＥ１１からＥ５６として配置している。例えばこのようなルックアップテーブルを制御装置５００の記憶部が備える不揮発性メモリに記憶させることで、上記の処理を実現できる。
【００３６】
上述したステップＳ５４１の処理に続いて、ステップＳ５４２にて、ヒートポンプ予測電力Ｅｅと、太陽光発電装置４０１の現在の発電電力Ｅｐとを比較する。ＥｐがＥｅ以上であればステップＳ５４３へ遷移し、ＥｐがＥｅ未満であればステップＳ５４４へ遷移する。本実施の形態１では、太陽光発電装置４０１の現在の発電電力Ｅｐが、太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力に相当する。本発明では、太陽光発電装置４０１の発電電力をヒートポンプ装置２００以外の他の電気機器にも供給する構成にしても良い。その場合には、太陽光発電装置４０１の現在の発電電力Ｅｐから、他の電気機器へ供給する電力を差し引いた値を、太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力とし、ステップＳ５４２では、当該電力とヒートポンプ予測電力Ｅｅとを比較する。
【００３７】
ステップＳ５４３では、ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＮとされ、給電フラグＦｐｖがＯＮとされ、放電フラグＦｄがＯＦＦとされる。ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐは、前述したように、ヒートポンプ起動貯湯量を切り替えるフラグである。給電フラグＦｐｖは、太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００への電力供給を許容するか否かを示すフラグである。放電フラグＦｄは、蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００への電力供給を許容するか否かを示すフラグである。太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００への電力供給を許容する場合、すなわち太陽光発電装置４０１をヒートポンプ電源候補に含める場合には、給電フラグＦｐｖがＯＮとされる。太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００への電力供給を許容しない場合、すなわち太陽光発電装置４０１をヒートポンプ電源候補に含めない場合には、給電フラグＦｐｖがＯＦＦとされる。蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００への電力供給を許容する場合、すなわち蓄電装置４０２をヒートポンプ電源候補に含める場合には、放電フラグＦｄがＯＮとされる。蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００への電力供給を許容しない場合、すなわち蓄電装置４０２をヒートポンプ電源候補に含めない場合には、放電フラグＦｄがＯＦＦとされる。ステップＳ５４３の後、ステップＳ５５０へ遷移し、電源状態判定処理を終了する。
【００３８】
太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力（発電電力Ｅｐ）がヒートポンプ装置２００の必要電力（ヒートポンプ予測電力Ｅｅ）以上である場合には、商用電源４０３への電力コストをかけずにＨＰ沸上げが実施可能であるので、太陽光発電装置４０１の発電電力を用いたＨＰ沸上げを実施することが、システム全体としての稼動コストを抑制する上で有利になる。そのため、本実施の形態１では、ステップＳ５４３にて、給電フラグＦｐｖをＯＮとすることで、太陽光発電装置４０１をヒートポンプ電源候補に含めるようにする。
【００３９】
ステップＳ５４４では、ヒートポンプ予測電力Ｅｅから太陽光発電装置４０１の発電電力Ｅｐを差し引いた値に昼間買電単価Ｃｂ１を乗算した値と、ヒートポンプ予測電力Ｅｅに夜間買電単価Ｃｂ２を乗算した値とを比較する。そして、前者の値が後者の値以下である場合にはステップＳ５４５へ遷移し、前者の値が後者の値を超える場合にはステップＳ５４６へ遷移する。昼間買電単価Ｃｂ１は、時間帯（２）における商用電源４０３の電力単価に相当する。夜間買電単価Ｃｂ２は、時間帯（１）における商用電源４０３の電力単価に相当する。
【００４０】
ステップＳ５４５では、ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＮとされ、給電フラグＦｐｖがＯＮとされ、放電フラグＦｄがＯＦＦとされる。すなわち、ステップＳ５４５では、太陽光発電装置４０１をヒートポンプ電源候補に含めることとされ、かつ、蓄電装置４０２をヒートポンプ電源候補に含めないこととされる。ステップＳ５４５の後、ステップＳ５５０へ遷移し、電源状態判定処理を終了する。本実施の形態１では、太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力（発電電力Ｅｐ）がヒートポンプ装置２００の必要電力（ヒートポンプ予測電力Ｅｅ）に対して不足する場合には、その不足分を商用電源４０３から供給される電力で補う電力コストと、夜間時間帯に商用電源４０３でヒートポンプ装置２００を駆動する電力コストとをステップＳ５４４で比較することで、太陽光発電装置４０１をヒートポンプ電源候補に含めるか否かを判断できる。前者の電力コストが後者の電力コスト以下である場合には、太陽光発電装置４０１の発電電力を用いたＨＰ沸上げを実施することが、システム全体としての稼動コストを抑制する上で有利になる。そのため、本実施の形態１では、ステップＳ５４５にて、給電フラグＦｐｖをＯＮとすることで、太陽光発電装置４０１をヒートポンプ電源候補に含めるようにする。
【００４１】
ステップＳ５４６では、ヒートポンプ予測電力Ｅｅから、太陽光発電装置４０１の発電電力Ｅｐ及び蓄電装置４０２の放電電力Ｅｄを差し引いた値に昼間買電単価Ｃｂ１を乗算した値と、ヒートポンプ予測電力Ｅｅに夜間買電単価Ｃｂ２を乗算した値とを比較する。そして、前者の値が後者の値以下である場合にはステップＳ５４７へ遷移し、前者の値が後者の値を超える場合にはステップＳ５４９へ遷移する。蓄電装置４０２の放電電力Ｅｄは、蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力に相当する。本実施の形態１では、制御装置５００は、蓄電装置４０２の放電電力Ｅｄの値を、電源調整器４００を介して検知できる。
【００４２】
ステップＳ５４７では、蓄電装置４０２の蓄電率Ｒｃが第一蓄電率閾値Ｒｃ１より大きい場合にはステップＳ５４８へ遷移し、蓄電率Ｒｃが第一蓄電率閾値Ｒｃ１以下の場合にはステップＳ５４９へ遷移する。蓄電率Ｒｃは、蓄電装置４０２の蓄電量の指標である。第一蓄電率閾値Ｒｃ１は、蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００への電力供給の可否を判断するための閾値である。蓄電率Ｒｃが第一蓄電率閾値Ｒｃ１より大きい場合には、蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００へ電力を供給可能である。
【００４３】
ステップＳ５４８では、ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＮとされ、給電フラグＦｐｖがＯＮとされ、放電フラグＦｄがＯＮとされる。すなわち、ステップＳ５４８では、太陽光発電装置４０１及び蓄電装置４０２をヒートポンプ電源候補に含めることとされる。ステップＳ５４８の後、ステップＳ５５０へ遷移し、電源状態判定処理を終了する。本実施の形態１では、太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力（発電電力Ｅｐ）がヒートポンプ装置２００の必要電力（ヒートポンプ予測電力Ｅｅ）に対して不足する場合には、その不足分を商用電源４０３から供給される電力と蓄電装置４０２から供給される電力とで補う電力コストと、夜間時間帯に商用電源４０３でヒートポンプ装置２００を駆動する電力コストとをステップＳ５４６で比較することで、太陽光発電装置４０１及び蓄電装置４０２をヒートポンプ電源候補に含めるか否かを判断できる。前者の電力コストが後者の電力コスト以下である場合には、太陽光発電装置４０１及び蓄電装置４０２から供給される電力を用いたＨＰ沸上げを実施することが、システム全体としての稼動コストを抑制する上で有利になる。そのため、本実施の形態１では、ステップＳ５４８にて、給電フラグＦｐｖ及び放電フラグＦｄをＯＮとすることで、太陽光発電装置４０１及び蓄電装置４０２をヒートポンプ電源候補に含めるようにする。
【００４４】
ステップＳ５４９では、ヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＦＦとされ、給電フラグＦｐｖがＯＦＦとされ、放電フラグＦｄがＯＦＦとされる。すなわち、ステップＳ５４８では、太陽光発電装置４０１及び蓄電装置４０２をヒートポンプ電源候補に含めないこととされる。ステップＳ５４９の後、ステップＳ５５０へ遷移し、電源状態判定処理を終了する。太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ供給可能な電力（発電電力Ｅｐ）がヒートポンプ装置２００の必要電力（ヒートポンプ予測電力Ｅｅ）に対して不足する場合において、その不足分を商用電源４０３から供給される電力と蓄電装置４０２から供給される電力とで補う電力コストが、夜間時間帯に商用電源４０３でヒートポンプ装置２００を駆動する電力コストより高い場合には、太陽光発電装置４０１及び蓄電装置４０２から供給される電力を用いたＨＰ沸上げを実施しないことが、システム全体としての稼動コストを抑制する上で有利になる。そのため、本実施の形態１では、ステップＳ５４９にて、給電フラグＦｐｖ及び放電フラグＦｄをＯＦＦとすることで、太陽光発電装置４０１及び蓄電装置４０２をヒートポンプ電源候補に含めないようにする。また、ステップＳ５４７にて蓄電率Ｒｃが第一蓄電率閾値Ｒｃ１以下である場合、すなわち蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００へ電力を供給不能な場合にも、ステップＳ５４９へ遷移し、給電フラグＦｐｖ及び放電フラグＦｄをＯＦＦとすることで、太陽光発電装置４０１及び蓄電装置４０２をヒートポンプ電源候補に含めないようにする。
【００４５】
以上説明したように、図５のフローチャートの処理によれば、給電フラグＦｐｖがＯＮの場合にはヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＮとされ、給電フラグＦｐｖがＯＦＦの場合にはヒートポンプ駆動フラグＦｈｐがＯＦＦとされる。よって、太陽光発電装置４０１がヒートポンプ電源候補に含まれる場合にはヒートポンプ起動貯湯量がＢとなり、太陽光発電装置４０１がヒートポンプ電源候補に含まれない場合には、ヒートポンプ起動貯湯量がＢより小さいＣとされる。このようにして、ヒートポンプ起動貯湯量の値が、ヒートポンプ電源候補の構成に応じて変更される。すなわち、太陽光発電装置４０１がヒートポンプ電源候補に含まれる場合には、太陽光発電装置４０１がヒートポンプ電源候補に含まれない場合に比べて、ヒートポンプ起動貯湯量が大きい値（Ｂ）に設定される。
【００４６】
図７は、本実施の形態１において制御装置５００が電源調整器４００を介して行う制御動作（電源切り替え処理）を示すフローチャートである。ステップＳ４３０にて電源切り替え処理が開始されると、まず、ステップＳ４３１にてＨＰ沸上げが実施中であるか否かを判断し、ＨＰ沸上げが実施中の場合にはステップＳ４３２へ遷移し、ＨＰ沸上げが実施中でない場合にはステップＳ４３６へ遷移する。ステップＳ４３２では、給電フラグＦｐｖがＯＮかＯＦＦかを判断し、給電フラグＦｐｖがＯＮの場合にはステップＳ４３３へ遷移し、給電フラグＦｐｖがＯＦＦの場合にはステップＳ４３６へ遷移する。
【００４７】
ステップＳ４３３では、太陽光発電装置４０１からヒートポンプ装置２００へ給電するように電源調整器４００を制御し、ステップＳ４３４へ遷移する。ステップＳ４３４では、放電フラグＦｄがＯＮかＯＦＦかを判断し、放電フラグＦｄがＯＮの場合にはステップＳ４３５へ遷移し、放電フラグＦｄがＯＦＦの場合にはステップＳ４３７へ遷移する。ステップＳ４３５では、蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００へ給電するように電源調整器４００を制御する。ステップＳ４３７では、蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００への給電を停止するように電源調整器４００を制御する。ステップＳ４３５またはステップＳ４３７の後は、ステップＳ４３１へ遷移する。
【００４８】
ステップＳ４３６では、蓄電装置４０２からヒートポンプ装置２００へ給電を停止するように電源調整器４００を制御し、ステップＳ４３８へ遷移する。ステップＳ４３８では、蓄電装置４０２の蓄電率Ｒｃと第一蓄電率閾値Ｒｃ１とを比較し、蓄電率Ｒｃが第一蓄電率閾値Ｒｃ１以下の場合にはステップＳ４３９へ遷移し、蓄電率Ｒｃが第一蓄電率閾値Ｒｃ１を超える場合にはステップＳ４４０へ遷移する。ステップＳ４３９では、太陽光発電装置４０１から蓄電装置４０２へ給電して蓄電装置４０２に蓄電するように電源調整器４００を制御し、ステップＳ４３１へ遷移する。
【００４９】
ステップＳ４４０では、蓄電装置４０２の蓄電率Ｒｃと第二蓄電率閾値Ｒｃ２とを比較し、蓄電率Ｒｃが第二蓄電率閾値Ｒｃ２以下の場合にはステップＳ４４１へ遷移し、蓄電率Ｒｃが第二蓄電率閾値Ｒｃ２を超える場合にはステップＳ４４２へ遷移する。第二蓄電率閾値Ｒｃ２は、第一蓄電率閾値Ｒｃ１より大きい値である。第二蓄電率閾値Ｒｃ２は、蓄電装置４０２が満充電のときの蓄電率Ｒｃに相当する。ステップＳ４４１では、太陽光発電装置４０１から蓄電装置４０２へ給電して蓄電装置４０２に蓄電するように電源調整器４００を制御し、ステップＳ４３１へ遷移する。ステップＳ４４２では、太陽光発電装置４０１が発電した電力を商用電源４０３の電力系統へ流す逆潮流を実施するように電源調整器４００を制御し、ステップＳ４３１へ遷移する。
【００５０】
図８は、比較例の給湯システムを利用した場合の昼間時間帯における貯湯量及び累積給湯負荷の推移を示すグラフである。図９は、本実施の形態１の給湯システム１を利用した場合の昼間時間帯（時間帯（２））における貯湯量及び累積給湯負荷の推移を示すグラフである。図８に示す比較例の給湯システムの動作は、商用電源４０３で駆動されるヒートポンプ装置２００と、燃焼式加熱装置３００とを組み合わせた場合の動作であり、特許文献１に開示された給湯システムの動作に相当する。図８及び図９中の累積給湯負荷とは、使用された湯量を積算した値である。図８及び図９は、累積給湯負荷の推移が同一の場合の動作を示す。
【００５１】
夜間時間帯（時間帯（１））のＨＰ沸上げにより、貯湯タンク１００内には貯湯量Ａが確保される。図８に示す比較例の給湯システムの動作では、昼間時間帯に貯湯量がＣまで低下した時点ｔ１で、ヒートポンプ装置２００が起動され、ＨＰ沸上げが開始される。ＨＰ沸上げが開始されることで、貯湯量の減少速度が低下する。すなわち、時点ｔ１以降の貯湯量の減少速度は、時点ｔ１以前の貯湯量の減少速度に比べて低くなる。その後、貯湯量がＤまで低下した時点ｔ２で、燃焼式加熱装置３００の使用が開始される。
【００５２】
図９に示す本実施の形態１の給湯システム１の動作では、昼間時間帯に貯湯量がＢまで低下した時点ｔ３で、ヒートポンプ装置２００が起動され、ＨＰ沸上げが開始される。ＨＰ沸上げが開始されることで、貯湯量の減少速度が低下する。すなわち、時点ｔ３以降の貯湯量の減少速度は、時点ｔ３以前の貯湯量の減少速度に比べて低くなる。その後、貯湯量がＤまで低下した時点ｔ４で、燃焼式加熱装置３００の使用が開始される。
【００５３】
本実施の形態１の給湯システム１は、比較例の給湯システムがＨＰ沸上げを開始する時点ｔ１よりも早い時点ｔ３でＨＰ沸上げを開始することで、燃焼式加熱装置３００の使用を開始する時点ｔ４を、比較例の給湯システムの場合の時点ｔ２に比べて、遅くすることができる。このようにして、本実施の形態１の給湯システム１によれば、稼動コストの低いヒートポンプ装置２００の使用時間が増え、稼動コストの高い燃焼式加熱装置３００の使用を抑制できる。そのため、システム全体としての稼動コストを低くできる。
【００５４】
図９は、昼間時間帯（時間帯（２））のヒートポンプ電源候補に太陽光発電装置４０１が含まれる場合の動作を示している。本実施の形態１の給湯システム１において、昼間時間帯（時間帯（２））のヒートポンプ電源候補に太陽光発電装置４０１が含まれない場合には、図８の動作と同様となり、昼間時間帯に貯湯量がＣまで低下した時点ｔ１で、ヒートポンプ装置２００が起動され、ＨＰ沸上げが開始される。昼間時間帯（時間帯（２））のヒートポンプ電源候補に太陽光発電装置４０１が含まれない場合には、昼間時間帯（時間帯（２））のヒートポンプ装置２００の稼動コストが上昇する。この場合には、夜間時間帯（時間帯（１））の低い稼動コストで貯湯タンク１００に貯えた湯をなるべく残さずに利用し、昼間時間帯（時間帯（２））のヒートポンプ装置２００の使用時間を抑制した方が、システム全体としての稼動コストを低くできる。上述のような事項に鑑み、本実施の形態１ではヒートポンプ電源候補の構成に応じて、ヒートポンプ起動貯湯量をＢとＣとに切り替えることで、システム全体としての稼動コストを低くできる。
【符号の説明】
【００５５】
１  給湯システム、１００  貯湯タンク、１０１  上部温度センサ、１０２  中部温度センサ、１０３  下部温度センサ、１０４  最下部温度センサ、１０５  水ポンプ、１０６  給水口、１０７  給水管、１０８，１０９  水路、１１０  給湯管、１１１  給水管、１１２  給湯管、２００  ヒートポンプ装置、２０１  外気温度センサ、３００  燃焼式加熱装置、４００  電源調整器、４０１  太陽光発電装置、４０２  蓄電装置、４０３  商用電源、４０４，４０５，４０６，４０７  電力線、５００  制御装置、５０１  貯湯計量部、５０２  沸上げ判断部、５０３  電源切替指示部、６００  給湯端末、６０１  給湯流量センサ
【図１】
2016080248.tif 000003
【図２】
2016080248.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016080248.tif 000007
【図６】
2016080248.tif 000008
【図７】
2016080248.tif 000009
【図８】
2016080248.tif 000010
【図９】
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