(57)【要約】【課題】要求出湯温度を得ることができ給湯に要するコストを低減することが可能な蓄熱管理装置、蓄熱管理方法、及び蓄熱管理システムを提供する。【解決手段】本発明に係る蓄熱管理装置３００は、外気の熱を蓄熱媒体に伝達するヒートポンプ１０１を制御可能な蓄熱管理装置３００であって、時間帯毎の電気料金の情報及び外気温度の予測値に基づいて、蓄熱媒体が設定時刻に設定温度になるようにヒートポンプ１０１を動作させる時間帯を決定し、蓄熱媒体の蓄熱を管理することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気の熱を蓄熱媒体に伝達するヒートポンプを制御可能な蓄熱管理装置であって、
時間帯毎の電気料金の情報及び外気温度の予測値に基づいて、前記蓄熱媒体が設定時刻に設定温度になるように前記ヒートポンプを動作させる時間帯を決定し、前記蓄熱媒体の蓄熱を管理する蓄熱管理装置。
【請求項２】
前記ヒートポンプの外気側熱交換部から取得した過去の外気温度の情報に基づいて前記外気温度の予測値を取得する、請求項１に記載の蓄熱管理装置。
【請求項３】
過去の外気温度と前記ヒートポンプの成績係数との関係、及び前記外気温度の予測値に基づいて成績係数の予測値を取得し、前記時間帯毎の電気料金の情報を同時間帯の前記成績係数の予測値で除算した値に基づいて前記ヒートポンプを動作させる時間帯を決定する、請求項１又は２に記載の蓄熱管理装置。
【請求項４】
更に過去の曜日区分及び時間帯毎の外気温度と熱消費量との関係に基づいて、前記ヒートポンプを動作させる時間帯を決定する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄熱管理装置。
【請求項５】
前記蓄熱媒体の温度が前記設定温度に達した時刻から前記設定時刻までの時間に基づいて目標温度を修正する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蓄熱管理装置。
【請求項６】
商用電源系統に加えて、太陽電池及び蓄電池の少なくとも一方からも前記ヒートポンプに給電を行うように制御する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蓄熱管理装置。
【請求項７】
更に前記太陽電池による太陽光発電の電力予測値又は蓄電池の充電量の少なくとも一方に基づいて、前記ヒートポンプを動作させる時間帯を決定する、請求項６に記載の蓄熱管理装置。
【請求項８】
前記ヒートポンプの成績係数が設定値未満となった場合に、電気ヒータからの熱を前記蓄熱媒体へと伝達するように制御を行う、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の蓄熱管理装置。
【請求項９】
外気の熱を蓄熱媒体に伝達するステップと、
時間帯毎の電気料金の情報及び外気温度の予測値に基づいて、前記蓄熱媒体が設定時刻に設定温度になるように外気の熱を前記蓄熱媒体に伝達する時間帯を決定し、前記蓄熱媒体の蓄熱を管理するステップと
を含む蓄熱管理方法。
【請求項１０】
外気の熱を蓄熱媒体に伝達するヒートポンプと、
前記ヒートポンプを制御可能な蓄熱管理装置とを備える蓄熱管理システムであって、
前記蓄熱管理装置は、時間帯毎の電気料金の情報及び外気温度予測値に基づいて、前記蓄熱媒体が設定時刻に設定温度になるように前記ヒートポンプを動作させる時間帯を決定し、前記蓄熱媒体の蓄熱を管理する、蓄熱管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱管理装置、蓄熱管理方法、及び蓄熱管理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の熱を汲み上げて温水を沸かしタンク内に蓄える、ヒートポンプ給湯機が注目されている。ヒートポンプ給湯機は、電気エネルギーを用いてポンプを駆動することにより、より大きな熱エネルギーを大気中から汲み上げることができるため、エネルギーの利用効率が高い。また、太陽光や風力と同じ再生可能エネルギーである「空気の熱」を利用するため、環境への負荷も少ないという特徴を有する。
【０００３】
従来このヒートポンプ給湯機を動作させる際には、例えば特許文献１に記載のハイブリッド型給湯装置のように、なるべく給湯に要するコストを低減するための工夫がなされてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３６７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の手法によれば、ランニングコストが小さくなるように設定湯温を決定しているため、設定湯温が要求出湯温度に満たない場合が多い。かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、要求出湯温度を得ることができ給湯に要するコストを低減することが可能な蓄熱管理装置、蓄熱管理方法、及び蓄熱管理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る蓄熱管理装置は、外気の熱を蓄熱媒体に伝達するヒートポンプを制御可能な蓄熱管理装置であって、時間帯毎の電気料金の情報及び外気温度の予測値に基づいて、前記蓄熱媒体が設定時刻に設定温度になるように前記ヒートポンプを動作させる時間帯を決定し、前記蓄熱媒体の蓄熱を管理することを特徴とする。
【０００７】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る蓄熱管理方法は、外気の熱を蓄熱媒体に伝達するステップと、時間帯毎の電気料金の情報及び外気温度の予測値に基づいて、前記蓄熱媒体が設定時刻に設定温度になるように外気の熱を前記蓄熱媒体に伝達する時間帯を決定し、前記蓄熱媒体の蓄熱を管理するステップとを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る蓄熱管理システムは、外気の熱を蓄熱媒体に伝達するヒートポンプと、前記ヒートポンプを制御可能な蓄熱管理装置とを備える蓄熱管理システムであって、前記蓄熱管理装置は、時間帯毎の電気料金の情報及び外気温度予測値に基づいて、前記蓄熱媒体が設定時刻に設定温度になるように前記ヒートポンプを動作させる時間帯を決定し、前記蓄熱媒体の蓄熱を管理することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る蓄熱管理装置、蓄熱管理方法、及び蓄熱管理システムによれば、要求出湯温度を得ることができ給湯に要するコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る蓄熱管理システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る蓄熱管理システムに供給する電力の管理を行う、電力管理装置を示すブロック図である。
【図３】外気温度と、本発明の一実施形態に係る蓄熱管理システムが有するヒートポンプの成績係数との関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る蓄熱管理システムの制御例を示すフローチャートである。
【図５】季節ごとの１ヶ月間の外気温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る蓄熱管理システム６００を示すブロック図である。なお、図１において、細い破線は制御信号又は通信される情報の流れを表し、太い斜線部は、冷媒の流れを表す。また、太い白抜き線は、蓄熱媒体が流れる経路を表す。本実施形態に係る蓄熱管理システム６００は、室内ユニット１００と、室外ユニット２００と、蓄熱管理装置３００と、蓄湯タンク４００と、床暖房ユニット５００とを備える。
【００１３】
まず、室内ユニット１００の構成について説明する。
【００１４】
室内ユニット１００は、需要家の家屋内に配置されるユニットであり、ヒートポンプ１０１の一部を構成する。室内ユニット１００は、給湯側熱交換部１０と、冷媒を循環させるためのポンプ１１と、弁１２，１４と、モータ駆動型の三方向弁１３とを備える。
【００１５】
給湯側熱交換部１０は、圧縮機２１により圧縮され高温となった冷媒と、蓄湯タンク４００から供給される蓄熱媒体（本実施形態では常温水、及び温水）との間で熱交換を行わせる部分である。給湯側熱交換部１０は、例えば、管外を流れる高温の冷媒の熱を、フィン等の伝熱面を介して管内を流れる低温の常温水に伝える多管円筒式熱交換器として構成することができる。この給湯側熱交換部１０の材質には、例えば熱伝導率が大きいアルミニウム等を用いることができる。また、本実施形態のヒートポンプ１０１に用いる冷媒としては、例えば環境への負担が少ない二酸化炭素等を用いることができる。
【００１６】
ポンプ１１は、給湯側熱交換部１０で暖められた温水を、蓄湯タンク４００、又は床暖房ユニット５００へと送り出すためのポンプである。
【００１７】
弁１２は、給湯側熱交換部１０で暖められた温水を、蓄湯タンク４００又は床暖房ユニット５００に対して供給するか否かを切り替えるための弁である。弁１２は、需要家がヒートポンプ１０１の使用状況に応じて手動で開閉してもよいし、電磁弁として構成して遠隔操作により開閉できるように構成してもよい。
【００１８】
三方向弁１３は、モータ駆動により開閉され、給湯側熱交換部１０から供給される温水を蓄湯タンク４００又は床暖房ユニット５００に供給したり、蓄湯タンク４００からの温水を床暖房ユニット５００に供給するように適宜切り替え制御される。三方向弁１３の切り替えは、蓄熱管理装置３００からの制御信号によりモータが駆動されることにより行われるが、この構成に限定されず、需要家が手動で切り替えるように構成してもよい。
【００１９】
弁１４は、蓄湯タンク４００からの常温水を、給湯側熱交換部１０に対して供給するか否かを切り替えるための弁である。
【００２０】
次に、室外ユニット２００の構成について説明する。
【００２１】
室外ユニット２００は、需要家の家屋外に配置されるユニットであり、ヒートポンプ１０１の一部を構成する。室外ユニット２００は、外気側熱交換部２０と、圧縮機２１と、膨張弁２２と、外気温度計２３とを備える。
【００２２】
外気側熱交換部２０は、膨張弁２２により膨張して低温となった冷媒と、外気との間で熱交換を行わせる部分である。外気側熱交換部２０は、例えば放熱フィンを有する管内を流れる低温の冷媒の周りに、ファンにより外気の強制対流を発生させて両者間の熱交換を促進させる空冷式熱交換器として構成することができる。
【００２３】
圧縮機２１は、外気中の熱を受け取り温度が上昇した冷媒の圧力を高め、更に温度を上昇させてから給湯側熱交換部１０に供給するための部分である。圧縮機２１には、例えば一対の同一形状の渦巻き体の一方を固定し、もう一方を円運動させることにより、圧縮室の体積を小さく抑えながら高圧縮比を実現可能なスクロール圧縮機等を用いることができる。
【００２４】
膨張弁２２は、高圧になった冷媒を細孔を通すことにより膨張させて温度を下げ、再び液化させるための部分である。
【００２５】
外気温度計２３は、外気温度を測定するためのセンサであり、例えば、白金測温抵抗体等により構成することができる。後述する蓄熱管理装置３００は、外気温度計２３が検出した外気温度をＡＤコンバータによりデジタル情報に変換して取得することができる他、通信により取得することもできる。外気温度計２３は、図１に示すように例えば室外ユニット２００内の外気側熱交換部２０の近傍に配置してもよい。また、外気温度計２３は、単独で屋外に配置することも可能である。
【００２６】
なお、本実施形態では、ヒートポンプ１０１を構成する給湯側熱交換部１０、外気側熱交換部２０、圧縮機２１、及び膨張弁２２の内、給湯側熱交換部１０のみを室内ユニット１００内に配置するように構成したが、この態様には限定されない。例えば、圧縮機２１又は膨張弁２２のいずれかを室内ユニット１００内に配置してもよい。また、室内ユニット１００と室外ユニット２００とを一体化して構成してもよい。
【００２７】
次に、蓄熱管理装置３００の構成について説明する。
【００２８】
蓄熱管理装置３００は、図１に示すように、制御部３０と、記憶部３１と、通信部３２とを備える。
【００２９】
制御部３０は、室内ユニット１００、及び室外ユニット２００を連携させてヒートポンプ１０１を動作させ、外気中の熱を常温水に伝達して、蓄湯タンク４００内に温水として蓄えるように各ユニットの制御を行う。また、制御部３０は、蓄湯タンク４００内の温水をモータ駆動型の三方向弁１３経由で適宜床暖房ユニット５００に供給し、需要家の家屋内の床暖房を提供する。
【００３０】
なお、制御部３０による動作は、例えばマイコン又はＰＣ（Personal Computer）に搭載されたＣＰＵ（Central Processing Unit）によりプログラムを実行させることにより構成することができる。また、制御部３０による動作は、ハードウエアにより実現してもよい。
【００３１】
記憶部３１は、後述するように、過去の外気温度情報、外気温度とヒートポンプ１０１の成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）との関係、及び電気料金情報等を取得し、記憶部３１が有するメモリ内に保存する。記憶部３１は、例えば制御部３０を構成するマイコン内に設けられたＡＤ(Analog to Digital)コンバータ及びフラッシュメモリなどをＣＰＵ(Central Processing Unit)によって制御することにより実現される。
【００３２】
また、記憶部３１は、蓄熱管理装置３００に接続される読み取り装置と、当該読み取り装置が読み取り可能な記憶媒体とから構成されていてもよい。記憶媒体としては、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（登録商標）（Hard Disc Drive）、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（登録商標）（Digital Versatile Disc）、またはＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）などを用いることができる。
【００３３】
通信部３２は、例えば、蓄熱管理装置３００と外部サーバとが通信を行うためのインターフェースである。蓄熱管理装置３００は、この通信部３２を経由して、外部サーバ等から過去の外気温度情報、外気温度とヒートポンプ１０１のＣＯＰとの関係、及び電気料金情報等を取得することができる。なお、この外部サーバ等との通信は、ＥＴＨＥＲＮＥＴ（登録商標）等の標準化された通信プロトコルを介して行われるのが一般的である。
【００３４】
次に、蓄湯タンク４００の構成について説明する。
【００３５】
蓄湯タンク４００は、図１に示すように、タンク本体４０と、電気ヒータ４３とを備える。
【００３６】
タンク本体４０の上部には、モータ駆動型の三方向弁１３経由で給湯側熱交換部１０から温水が供給される。また、タンク本体４０の上部から給湯設備に対して温水が供給される。タンク本体４０内の温水の温度、量、及び供給経路は、蓄熱管理装置３００により管理され、常に給湯側熱交換部１０から設定温度の温水が供給される。また、蓄湯タンク４００は、タンク本体４０の上側に電気ヒータ４３を備えており、タンク本体４０内の温水が時間の経過等により冷めてしまった場合に再度加熱することができる。
【００３７】
タンク本体４０の下部には、上水道から常温水が供給される。また、タンク本体４０の下部から給湯側熱交換部１０に対して常温水が供給される。蓄熱管理装置３００は、タンク本体４０から供給された常温水を給湯側熱交換部１０から受け取る熱により加熱し、設定温度の温水としてタンク本体４０へと送り出す。
【００３８】
上述のように、タンク本体４０内には、温度の異なる温水と常温水とが混在することになるが、比重差により両者が混合することはない。タンク本体４０の上部には温水が蓄えられ、下部には、常温水が蓄えられる。
【００３９】
電気ヒータ４３は、タンク本体４０の上部に設けられ、タンク本体４０内の温水が時間の経過と共に冷めてしまった場合等に再加熱するのに用いられる。また、後述するように外気温度が低くなるとヒートポンプ１０１のＣＯＰが小さくなり効率が悪化する。そこで、ヒートポンプ１０１のＣＯＰが設定値以下となる場合にはヒートポンプ１０１の代わりに電気ヒータ４３を用いて常温水を加熱するように構成してもよい。電気ヒータ４３は、例えばニクロム線等の大きな電気抵抗を有する発熱体を絶縁物質で覆い、更に金属製のカバー等で覆って防水処理を施すことにより実現することができる。
【００４０】
次に、床暖房ユニット５００の構成について説明する。
【００４１】
床暖房ユニット５００は、マニホールド５０と、モータ駆動型の弁５１〜５３と、圧力開放弁５４と、床暖房パイプ５５〜５７とを備える。
【００４２】
マニホールド５０は、給湯側熱交換部１０から供給される温水を複数の配管に分岐させて各床暖房パイプ５５〜５７へと供給する分岐管である。
【００４３】
弁５１〜５３はモータにより駆動され、マニホールド５０により分岐された温水を各床暖房パイプ５５〜５７へと供給するか否かを選択する。弁５１〜５３は、需要家が各弁５１〜５３の開閉を直接行ってもよいし、蓄熱管理装置３００が通信部３２を経由した通信により弁５１〜５３を開閉するように構成してもよい。
【００４４】
圧力開放弁５４は、配管の内部圧力が規定値を超えて上昇するのを防止し、配管及び装置の損傷、又は爆発破壊などによる災害を未然に防止するための安全弁である。
【００４５】
床暖房パイプ５５〜５７は、例えば居間のフローリング材の下に配置されるループ形状を有するパイプである。給湯側熱交換部１０から供給される温水を床暖房パイプ５５〜５７内に通すことにより、フローリング材が下面側から暖められ、床暖房の効果を得ることができる。
【００４６】
次に、蓄熱管理システム６００に供給する電力の管理を行う、電力管理装置７００について説明する。
【００４７】
図２は、図１に示した蓄熱管理システム６００に電力の供給を行う、電力管理システム８００の構成を示すブロック図である。電力管理システム８００は、電力管理装置７００と、太陽電池８０と、蓄電池８１とを備える。また、図２には、電力管理システム８００に接続して用いられる商用電源系統８２と、室内ユニット１００、室外ユニット２００等を併せて示す。
【００４８】
電力管理装置７００は、電力制御部７１と、電圧変換器７２，７３と、インバータ７４とを備える。電力管理装置７００は、太陽電池８０及び蓄電池８１等の分散電源と、商用電源系統８２とを連系させ、室内ユニット１００、室外ユニット２００、蓄熱管理装置３００、蓄湯タンク４００、及び床暖房ユニット５００等に対して電力の供給を行う。
【００４９】
電力制御部７１は、電力管理装置７００内の電圧変換器７２，７３、インバータ７４等の制御を行い、分散電源と商用電源系統８２とを連系させて室内ユニット１００等に対して電力の供給を行う。
【００５０】
電圧変換器７２，７３は、太陽電池８０及び蓄電池８１からの直流出力電圧が所定の直流電圧値になるようにＤＣ／ＤＣ変換を行う。より具体的には、電圧変換器７２，７３は、ＤＣ／ＤＣ変換回路を有し、太陽電池８０及び蓄電池８１からの直流入力電圧を、所定の目標電圧値まで昇圧してから、インバータ７４に出力する。電力管理装置７００は、いわゆるＤＣリンクシステムの構成を有しており、電圧変換器７２，７３は、太陽電池８０及び蓄電池８１からの直流電力が同一電圧値になるようにそれぞれ電圧変換を行う。
【００５１】
特に電圧変換器７３は双方向のＤＣ／ＤＣ変換を行うことが可能である。電圧変換器７３は、太陽電池８０又はインバータ７４からの直流出力電力を降圧又は昇圧して蓄電池８１に充電し、蓄電池８１からの直流電力を昇圧又は降圧してインバータ７４に供給することができる。
【００５２】
なお、ＤＣリンクシステムとは、太陽電池８０、蓄電池８１等からの電力を直流電力のままリンクさせ、一つのインバータ７４を使って交流電力に変換し室内ユニット１００等に供給するシステムである。従来のように分散電源ごとに出力をインバータで変換する必要がないため変換ロスが少なく効率の向上が見込める他、システムが簡素になりコストダウンが実現できる。また直流電力をリンクさせるので電力の制御も容易になる等の利点がある。
【００５３】
インバータ７４は、太陽電池８０及び蓄電池８１からの電圧変換後の電力を、室内ユニット１００等に対応した電力に変換する。本実施形態において、インバータ７４は、太陽電池８０及び蓄電池８１からの電圧変換後の電力を交流１００Ｖに変換する。交流１００Ｖに変換された電力は、室内ユニット１００等に供給される。また、インバータ７４は、双方向インバータであり、商用電源系統８２からの交流電力を直流電力に変換して、蓄電池８１に充電することも可能である。なお、本実施形態では電力を交流１００Ｖに変換する場合について説明するが、交流１２０Ｖ又は交流２４０Ｖなど任意の電力に設定することができるため、交流１００Ｖの電力に限定されるものではない。
【００５４】
太陽電池８０は太陽光のエネルギーを直流電力に変換するものであり、例えば光電変換セルを多数直列に接続し、太陽光が照射されたときに所定の電流を出力するように構成される。本実施形態において電力管理装置７００に接続される太陽電池８０には、例えばシリコン系多結晶太陽電池を使用することができるが、この態様に限定されるものではない。太陽電池８０は、シリコン系単結晶太陽電池、あるいはＣＩＧＳ等の薄膜太陽電池等、光電変換可能なものであればよい。
【００５５】
蓄電池８１は、商用電源系統８２からインバータ７４を経由して供給された直流電力、又は太陽電池８０で発電された直流電力を充電するための電池である。また、蓄電池８１は、停電、天候不良等により商用電源系統８２、太陽電池８０から電力供給が受けられない場合に、室内ユニット１００等に電力供給を行う。蓄電池８１は、例えばリチウムイオン電池を用いることができるが、ニッケル水素電池等の他の種類の蓄電池も使用することができる。
【００５６】
次に、本実施形態に係る蓄熱管理システム６００の具体的な動作について説明する。
【００５７】
ここで、成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）について説明しておく。ＣＯＰとは、ヒートポンプ１０１における消費電力に対する、輸送された熱量の比で定義される。暖められた温水の体積をＶ［Ｌ］、温水の温度上昇をΔＴ［℃］とすると、ヒートポンプ１０１によって輸送された熱量Ｑ［ｋＪ］は温水が得た熱量に等しいから、以下の数式（１）で表すことができる。
【００５８】
【数１】
2016133228.tif 000003
【００５９】
また、ヒートポンプ１０１における消費電力量Ｐ［ｋＷｈ］は、Ｑと単位を揃えると、Ｐ×３６００［ｋＷ・ｓｅｃ．］と表すことができる。従って、ＣＯＰは以下の数式（２）で表現することができる。
【００６０】
【数２】
2016133228.tif 000004
【００６１】
図３は、横軸に外気温度［℃］、縦軸にヒートポンプ１０１のＣＯＰをプロットした図である。白丸が過去における実測値、直線がそれらを線形近似した結果を示す。図３から、外気温度が下がると共にヒートポンプ１０１のＣＯＰが低下していくことが分かる。従って、所定の熱量を輸送するのに要する消費電力量はＣＯＰ、すなわち外気温度に依存することになる。
【００６２】
図４は、本実施形態に係る蓄熱管理システム６００による制御例を示すフローチャートである。この制御例では、設定時刻（火曜日の午前０時）から６時間の間に必要となる温水の量を、過去の外気温度情報及び、温水の使用量情報等に基づいて予測する。そして電気料金情報及びヒートポンプ１０１のＣＯＰ予測値から、設定時刻までに必要な温水が供給できるように、ヒートポンプ１０１を動作させる時間帯を決定する。
【００６３】
まず、蓄熱管理装置３００は、過去の複数年分の外気温度情報を蓄熱管理装置３００内の記憶部３１から又は通信部３２を経由した通信により外部装置から取得する（ステップＳ１０１）。そして蓄熱管理装置３００は、ステップＳ１０１において取得した過去の外気温度情報に対して例えば平均化処理を行い、外気温度予測値を取得する（ステップＳ１０２）。図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ夏季と冬季における月日と外気温度との関係を１か月分まとめて表示したものである。図５（ａ），（ｂ）によれば、短い周期の外気温度の変動は、概ね１ヶ月以内に収まっている。従って、外気温度の予測には、例えば予測する月日の前後１か月分についての昨年以前の外気温度情報を平均化したものを用いることができる。なお、蓄熱管理装置３００が、通信部３２を経由した通信により外部から外気温度予測値を直接取得するようにしてもよい。
【００６４】
次に、蓄熱管理装置３００は、曜日区分、及び時間帯区分が同一の過去の外気温度と温水使用量との関係を取得する（ステップＳ１０３）。ここで、曜日区分とは、例えば需要家の休業日に合わせて、平日（月曜日から金曜日）と休日（土曜日、日曜日及び国民の祝日）の２区分に分類してデータを扱うことをいう。また、時間帯区分とは、１日を１時間ごとに２４の時間帯区分に分け、各時間帯区分毎にデータを扱うことをいう。例えば、ステップＳ１０３において取得した過去の外気温度と温水使用量との関係に基づいて、火曜日の午前０時から６時までに必要な温水の量を予測する場合、蓄熱管理装置３００は、曜日区分：平日、時間帯区分：午前０時から６時までの各時間帯区分毎の過去のデータを取得する。
【００６５】
蓄熱管理装置３００は、ステップＳ１０２で取得した外気温度予測値と、ステップＳ１０３で取得した過去の外気温度と温水使用量との関係から、温水使用量予測値を取得する（ステップＳ１０４）。例えば、蓄熱管理装置３００は、過去の曜日区分：平日の午前０時〜６時における外気温度予測値、及び外気温度と温水使用量との関係から、火曜日の午前０時から６時までの間に必要となる温水の量を予測する。
【００６６】
次に、蓄熱管理装置３００は、過去の外気温度とヒートポンプ１０１のＣＯＰとの関係を取得する（ステップＳ１０５）。この過去の外気温度とヒートポンプ１０１のＣＯＰとの関係は、例えば蓄熱管理装置３００内の記憶部３１から読み出すように構成することができる。また、蓄熱管理装置３００は、通信部３２を経由した通信により外部から過去の外気温度とヒートポンプ１０１のＣＯＰとの関係を取得してもよい。
【００６７】
次に、蓄熱管理装置３００は、ステップＳ１０２において取得した外気温度予測値と、ステップＳ１０５において取得した過去の外気温度とヒートポンプ１０１のＣＯＰとの関係から、ヒートポンプ１０１を動作させる可能性がある時間帯におけるＣＯＰの予測値を取得する（ステップＳ１０６）。この制御例においては、設定時刻である火曜日の午前０時から６時間の間に必要となる温水を生成するために、設定時刻の６時間前である、月曜日の午後６時からの６時間の間にヒートポンプ１０１を動作させる。従って、ステップＳ１０２において取得した月曜日の午後６時から１２時までの間の外気温度予測値と、ステップＳ１０５において取得した過去の外気温度とヒートポンプ１０１のＣＯＰとの関係から、月曜日の午後６時から１２時までの間におけるヒートポンプ１０１のＣＯＰの予測値を取得する。
【００６８】
次に、蓄熱管理装置３００は、ヒートポンプ１０１を動作させる可能性がある月曜日の午後６時から１２時までの間における電気料金情報を取得する（ステップＳ１０７）。蓄熱管理装置３００は、この電気料金情報についても、蓄熱管理装置３００内の記憶部３１から取得し、又は通信部３２を経由した通信により外部から取得することができる。
【００６９】
次に、蓄熱管理装置３００は、設定時刻（この制御例では火曜日の午前０時）までに必要な量の温水を得るために、ヒートポンプ１０１を動作させる時間帯を決定する（ステップＳ１０８）。このステップＳ１０８における時間帯決定動作について表１を用いて説明する。
【００７０】
【表１】
2016133228.tif 000005
【００７１】
表１は、設定時刻である火曜日の午前０時までに必要な量の温水を得るためにヒートポンプ１０１を動作可能な月曜日の午後６時から１２時までにおける、単位電力量あたりの電気料金、外気温度予測値、ＣＯＰ予測値、単位体積及び単位温度上昇あたりの電気料金を時間帯毎にまとめた表である。ここで、最下段の単位体積及び単位温度上昇あたりの電気料金［円／（Ｌ・℃）］は、以下の数式（３）により求めている。
【００７２】
【数３】
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【００７３】
数式（３）から分かるように、表１の電気料金［円／（Ｌ・℃）］は、単位電力量あたりの電気料金をＣＯＰ予測値で除算することにより、各時間帯におけるＣＯＰを反映した電気料金へと修正されている。表１において、例えば午後６時から午後１２時までの間の３時間ヒートポンプを動作させることにより必要な量の温水を生成することができると仮定する。この場合、蓄熱管理装置３００は、電気料金［円／（Ｌ・℃）］の値が小さい時間帯、すなわち午後６時〜７時、午後９時〜１０時、午後７時〜８時の３つの時間帯を選択する。このように本実施形態の蓄熱管理装置３００は、ヒートポンプ１０１の動作可能な時間を複数の時間帯区分に分け、時間帯ごとに単位体積及び単位温度上昇あたりの電気料金［円／（Ｌ・℃）］を算出する。そして、単位体積及び単位温度上昇あたりの電気料金［円／（Ｌ・℃）］が安い時間帯から順に選択していき、必要な量の温水を生成できるようにヒートポンプ１０１を動作させる時間帯を必要な数だけ選択する。このように本実施形態の蓄熱管理装置３００によれば、最も電気料金が安くなるような時間帯を容易に決定してヒートポンプ１０１を動作させることができる。
【００７４】
なお、上記の制御例では、蓄熱管理装置３００は単位体積及び単位温度上昇あたりの電気料金［円／（Ｌ・℃）］が安い時間帯から順に選択するように構成しているが、この態様には限定されない。蓄熱管理装置３００は、単位体積及び単位温度上昇あたりの電気料金［円／（Ｌ・℃）］の他に、例えば、太陽電池８０における太陽光発電量情報、及び蓄電池８１における充電量を考慮してヒートポンプ１０１を動作させる時間帯を決定することができる。すなわち、ある時間帯において単位体積及び単位温度上昇あたりの電気料金［円／（Ｌ・℃）］が高い場合においても、その時間帯に太陽光発電量が大きく商用電源系統８２から買電する必要が無い場合も想定される。このような場合には、ヒートポンプ１０１を動作させるようにその時間帯を選択してもよい。また、あらかじめ太陽電池８０からの発電電力を蓄電池８１に充電しておき、単位体積及び単位温度上昇あたりの電気料金［円／（Ｌ・℃）］が高い時間帯には、蓄電池８１に充電されている電力を用いてヒートポンプ１０１を動作させるように構成してもよい。
【００７５】
次に蓄熱管理装置３００は、沸き上げ完了時刻が設定時刻より前であるか否かを判定する（ステップＳ１０９）。沸き上げ完了時刻が設定時刻より前である場合には、設定時刻になった時に温水の温度が下がってしまっているため、この温度の低下分をあらかじめ見込んだ目標温度に設定しておくためである。この制御例では、午後６時〜７時、午後９時〜１０時、午後７時〜８時の３つの時間帯が選択されているため、設定時刻である午前０時より前の午後１０時が沸き上げ完了時刻となる。蓄熱管理装置３００は、この午後１０時〜午後１２時（午前０時）までの間の温水の温度の低下分をあらかじめ予想し、その分だけ沸き上げの目標温度を修正する（ステップＳ１１０）。
【００７６】
一方、蓄熱管理装置３００は、沸き上げ完了時刻が設定時刻より前でない場合には、ヒートポンプ１０１の動作を開始させる（ステップＳ１１１）。
【００７７】
蓄熱管理装置３００は、ヒートポンプ１０１の動作を開始させた後、ヒートポンプ１０１におけるＣＯＰの監視を継続し、ＣＯＰが１以上であるか否かを定期的に判定する（ステップＳ１１２）。上述のようにヒートポンプ１０１のＣＯＰは外気温度に依存するため、外気温度が低くＣＯＰが小さい状態で長時間動作させると暖房にかかるコストが増大する可能性がある。蓄熱管理装置３００は、ステップＳ１１２においてＣＯＰが１未満であると判定すると、電気ヒータ４３をオン状態とし（ステップＳ１１３）、次にヒートポンプ１０１をオフ状態とする（ステップＳ１１４）。電気ヒータ４３を使用した場合には、消費電力と温水に供給される熱量とが外気温度に依存することなくほぼ等しいため、ＣＯＰが常に１に近い値となる。従って、ヒートポンプ１０１のＣＯＰが１未満となるような場合に温水への熱の供給手段をヒートポンプ１０１から電気ヒータ４３へと切り替えることにより、給湯に要するコストの上昇を最小限に抑えることが可能となる。
【００７８】
なお、ヒートポンプ１０１から電気ヒータ４３に切り替えるＣＯＰの値は厳密に１とする必要はない。例えば、切り替えが頻繁に発生するのを防止するために、ヒートポンプ１０１から電気ヒータ４３へ切り替えるＣＯＰの値は１より小さい値に設定し、電気ヒータ４３からヒートポンプ１０１への切り替えは、ＣＯＰの値が１より大きくなるような外気温度となったときに切り替えるように構成してもよい。
【００７９】
蓄熱管理装置３００は、必要な量の温水の温度が目標温度に到達したか否かを判定し（ステップＳ１１５）、到達している場合には処理を終了し、到達していない場合にはＣＯＰの監視を継続する。
【００８０】
以上述べたように、本実施形態によれば、時間帯毎の電気料金の情報及び外気温度の予測値に基づいてヒートポンプ１０１を動作させる時間帯を決定するように構成した。これにより電力量あたりの電気料金とヒートポンプ１０１の効率の双方を考慮してヒートポンプ１０１を動作させる時間帯を決めることができるので、より給湯に要するコストを低減させることができる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、ヒートポンプ１０１の外気側熱交換部２０に設けた外気温度計２３から外気温度を取得するように構成したので、新たに外気温度計を設置する必要が無く、蓄熱管理システム６００の設置コストを低減させることができる。
【００８２】
また、本実施形態によれば、時間帯毎の電気料金の情報を、ヒートポンプ１０１のＣＯＰで除算した値に基づいてヒートポンプ１０１を動作させる時間帯を決定するように構成した。これにより、ヒートポンプ１０１を動作させる時間帯の選択をより簡単に行うことができる。
【００８３】
また、本実施形態によれば、過去の曜日区分及び時間帯毎の外気温度と温水の使用量との関係に基づいて、温水の使用量を予測し、ヒートポンプ１０１を動作させる時間帯を決定するように構成した。これにより、より正確に温水の使用量の予測が可能となり、無駄の少ない蓄熱管理が可能となる。
【００８４】
また、本実施形態によれば、温水の温度が設定温度に達した時刻から、設定時刻までの時間に基づいて目標温度を修正するように構成した。これにより、温水の温度が設定温度に達した時刻から設定時刻までの時間に温水が冷めてしまう場合にも、あらかじめ温度の低下分を見込んで目標温度を設定することにより、実際に温水を使用する際に設定温度を維持することができる。
【００８５】
また、本実施形態によれば、商用電源系統８２に加えて、太陽電池８０及び蓄電池８１からもヒートポンプ１０１に給電を行うように構成した。これにより、電気料金が高い時間帯には、太陽電池８０又は蓄電池８１からの電力を用いてヒートポンプ１０１を動作させることができるため、時間帯に依存することなく給湯に要するコストを低減することができる。
【００８６】
また、本実施形態によれば、ヒートポンプ１０１のＣＯＰが１未満となった場合に、ヒートポンプ１０１の代わりに電気ヒータ４３からの熱により温水を生成するように構成した。これにより、外気温度が低くヒートポンプ１０１の効率が低下した場合にも、給湯に要するコストの上昇を最小限に抑えることができる。
【００８７】
本発明を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部及びステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１０      給湯側熱交換部
１１      ポンプ
１２，１４  弁
１３      三方向弁
２０      外気側熱交換部
２１      圧縮機
２２      膨張弁
２３      外気温度計
３０      制御部
３１      記憶部
３２      通信部
４０      タンク本体
４３      電気ヒータ
５０      マニホールド
５１〜５３  弁
５４      圧力開放弁
５５〜５７  床暖房パイプ
７１      電力制御部
７２，７３  電圧変換部
７４      インバータ
８０      太陽電池
８１      蓄電池
１００    室内ユニット
１０１    ヒートポンプ
２００    室外ユニット
３００    蓄熱管理装置
４００    蓄湯タンク
５００    床暖房ユニット
６００    蓄熱管理システム
７００    電力管理装置
８００    電力管理システム
【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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