JP2011097675A - ヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトなシステム構成で、且つ、電力及び熱の両方の供給源として有効に活用できるヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】ヒートポンプシステムＳは、太陽光発電装置１、及び、原動機装置１１と発電装置１２とヒートポンプ用圧縮装置１３とインバータ１５と空調装置１９と制御部１６とを有するヒートポンプ装置１０、を備え、制御部１６は、太陽光発電装置１の発電出力と発電装置１２の発電出力との和が設定電力となるように発電装置１２の発電出力を調節する発電優先運転を実行し、発電優先運転を実行中に、空調装置１９の実際の運転状態が空調対象における空調が充分に行えず設定運転条件を満たしていない状態にあると判定すると、発電優先運転を中断してヒートポンプ用圧縮装置１３からの熱出力を設定期間だけ増大させる熱出力増大制御を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に太陽光発電装置が併設されているヒートポンプシステムに関する。

ヒートポンプ装置に太陽光発電装置が併設されているヒートポンプシステムが特許文献１に記載されている。具体的には、特許文献１に記載のヒートポンプシステムでは、１つの分電盤に対して、太陽光発電装置とヒートポンプ装置とが接続されている。ヒートポンプ装置は、エンジンなどの原動機装置と、原動機装置によって駆動される発電装置及びヒートポンプ用の圧縮装置と、発電装置から入力される電力を変換して出力可能なインバータ装置とを有する。

特開２００９−７４７４４号公報

特許文献１に記載のヒートポンプシステムでは、１つの分電盤に対して、太陽光発電装置とヒートポンプ装置の発電装置とが接続されている。通常、分電盤は、建物への商用系統の引き込み箇所に設置される。例えば、ビルなどの１階部分に分電盤は設置される。一方で、太陽光発電装置は、通常、建物の屋上部分に設置される。従って、特許文献１に記載のように、１つの分電盤に対して、太陽光発電装置とヒートポンプ装置とを接続したヒートポンプシステムを構成した場合、太陽光発電装置と分電盤との距離、即ち、配線長が長くなってしまい、システムをコンパクトに構成できないという問題がある。

尚、特許文献１に記載のヒートポンプシステムは、発電出力（即ち、発電装置及び太陽光発電装置の発電出力）が大きくなれば商用系統からの受電電力を削減できる、即ち、ヒートポンプシステムを、所謂、デマンドカットに用いることができる。しかし、ヒートポンプシステムは、熱の供給源としての役割も担っているため、デマンドカットの用途（即ち、電力の供給源）のみに用いることはできない。そのため、実際にヒートポンプシステムを電力及び熱の両方の供給源として有効に活用する場合には、原動機装置や発電装置などに対する特別な制御が必要になる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトなシステム構成で、且つ、電力及び熱の両方の供給源として有効に活用できるヒートポンプシステムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係るヒートポンプシステムの特徴構成は、
太陽光発電装置、及び、
原動機装置と、前記原動機装置によって駆動される発電装置と、前記原動機装置によって駆動される複数台のヒートポンプ用圧縮装置と、前記発電装置及び前記太陽光発電装置から入力される電力を交流電力に変換して出力可能なインバータ装置と、前記ヒートポンプ用圧縮装置からの熱出力の供給を受ける空調装置と、前記各装置の運転を制御する制御部と、を有するヒートポンプ装置、を備え、
商用系統からの受電電力の供給を受けることができる電力負荷装置に、前記発電装置及び前記太陽光発電装置からの発電出力を供給可能な構成で、
前記制御部は、
前記太陽光発電装置の発電出力と前記発電装置の発電出力との和が設定電力となるように前記発電装置の発電出力を調節する発電優先運転を実行し、
前記発電優先運転を実行中に、前記空調装置の実際の運転状態が空調対象における空調が充分に行えず設定運転条件を満たしていない状態にあると判定すると、前記発電優先運転を中断して前記ヒートポンプ用圧縮装置からの熱出力を設定期間だけ増大させる熱出力増大制御を実行する点にある。

上記特徴構成によれば、太陽光発電装置とヒートポンプ装置の発電装置とが、ヒートポンプ装置に備えられているインバータ装置に接続される。従って、従来のように太陽光発電装置及びヒートポンプ装置の発電装置を分電盤に接続していた場合に比べて、システム構成をコンパクトにできる。
加えて、制御部が上記発電優先運転を実行することで、太陽光発電装置の発電出力と発電装置の発電出力との和の電力によって、商用系統からの受電電力を有効に削減できる。更に、制御部が発電優先運転を実行中、必要に応じて（即ち、空調装置の実際の運転状態が空調対象における空調が充分に行えず設定運転条件を満たしていない状態にあるとき）上記熱出力増大制御を実行することで、ヒートポンプ用圧縮装置から空調装置への熱の供給も適切に行える。
従って、コンパクトなシステム構成で、且つ、電力及び熱の両方の供給源として有効に活用できるヒートポンプシステムを提供できる。

本発明に係るヒートポンプシステムの別の特徴構成は、前記制御部は、前記空調装置が空調運転を行う空間の実際の温度と設定温度との差が所定温度以上になったとき、前記空調装置の実際の運転状態が前記設定運転条件を満たしていないと判定する点にある。

上記特徴構成によれば、制御部が、発電優先運転を実行中、空調装置が空調運転を行う空間の実際の温度と設定温度との差が所定温度以上になったときに上記熱出力増大制御を実行するので、その後、空調装置が空調運転を行う空間の実際の温度と設定温度との差を所定温度未満にすることができる。

本発明に係るヒートポンプシステムの更に別の特徴構成は、前記制御部は、前記空調装置が空調運転を行う空間の実際の温度が設定温度に到達しない期間が所定期間以上になったとき、前記空調装置の実際の運転状態が前記設定運転条件を満たしていないと判定する点にある。

上記特徴構成によれば、制御部が、発電優先運転を実行中、空調装置が空調運転を行う空間の実際の温度が設定温度に到達しない期間が所定期間以上になったときに上記熱出力増大制御を実行するので、その後、空調装置が空調運転を行う空間の実際の温度を設定温度に近づけることができる。

上記目的を達成するための本発明に係るヒートポンプシステムの特徴構成は、
太陽光発電装置、及び、
原動機装置と、前記原動機装置によって駆動される発電装置と、前記原動機装置によって駆動される複数台のヒートポンプ用圧縮装置と、前記発電装置及び前記太陽光発電装置から入力される電力を交流電力に変換して出力可能なインバータ装置と、前記ヒートポンプ用圧縮装置からの熱出力の供給を受ける空調装置と、前記各装置の運転を制御する制御部と、を有するヒートポンプ装置、を備え、
商用系統からの受電電力の供給を受けることができる電力負荷装置に、前記発電装置及び前記太陽光発電装置からの発電出力を供給可能な構成で、
前記制御部は、
前記ヒートポンプ用圧縮装置からの熱出力を前記空調装置の需要熱量に調節する熱負荷優先運転を実行し、
前記熱負荷優先運転を実行中に、デマンド時限開始からデマンド時限終了までの前記商用系統からの受電電力が目標デマンド値を超えると予測されたとき、前記熱負荷優先運転を中断して前記太陽光発電装置の発電出力と前記発電装置の発電出力との和が設定電力となるように前記発電装置の発電出力を調節する発電出力調節制御を実行する点にある。

上記特徴構成によれば、太陽光発電装置とヒートポンプ装置の発電装置とが、ヒートポンプ装置に備えられているインバータ装置に接続される。従って、従来のように太陽光発電装置及びヒートポンプ装置の発電装置を分電盤に接続していた場合に比べて、システム構成をコンパクトにできる。
加えて、制御部が上記熱負荷優先運転を実行することで、ヒートポンプ用圧縮装置から空調装置への熱の供給を適切に行える。更に、制御部が熱負荷優先運転を実行中、必要に応じて（即ち、デマンド時限開始からデマンド時限終了までの前記商用系統からの受電電力が目標デマンド値を超えると予測されたとき）上記発電出力調節制御を実行することで、太陽光発電装置の発電出力と発電装置の発電出力との和の電力によって、商用系統からの受電電力を有効に削減できる。
従って、コンパクトなシステム構成で、且つ、電力及び熱の両方の供給源として有効に活用できるヒートポンプシステムを提供できる。

本発明に係るヒートポンプシステムの更に別の特徴構成は、前記制御部は、当該デマンド時限が終了すると前記熱負荷優先運転を再開する点にある。

上記特徴構成によれば、デマンド時限が終了すると上記発電出力調節制御を実行する必要性は一旦無くなるので、制御部は熱負荷優先運転を再開して、ヒートポンプ用圧縮装置から空調装置への熱の供給を優先的に行える。

本発明に係るヒートポンプシステムの更に別の特徴構成は、前記設定電力は前記インバータ装置の定格容量である点にある。

上記特徴構成によれば、太陽光発電装置の発電出力と発電機の発電出力との和がインバータ装置の定格容量になる、即ち、インバータ装置にとって許容できる最大電力となる。その結果、ヒートポンプシステムでの発電出力（即ち、太陽光発電装置及び発電装置の発電出力）による商用系統からの受電電力の削減効果が最大となる。

ヒートポンプシステムの構成を説明する図である。 太陽光発電モジュールの設置構造を示す平面図である。 太陽光発電モジュールの設置構造を示す側面図である。 第１実施形態のヒートポンプシステムの動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態のヒートポンプシステムの動作を説明するフローチャートである。 あるデマンド時限（３０分間）における商用系統からの受電電力量の時間的変化の一例を示すグラフである。

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態のヒートポンプシステムについて説明する。図１は、ヒートポンプシステムの構成を説明する図である。
ヒートポンプシステムＳは、太陽光発電装置１とヒートポンプ装置１０とを備える。ヒートポンプ装置１０は、原動機装置としてのエンジン１１と、エンジン１１によって駆動される発電装置としての発電機１２と、エンジン１１によって駆動されるヒートポンプ用の圧縮装置１３と、圧縮装置１３から例えば冷媒の形態で熱出力の供給を受ける空調装置１９と、発電機１２及び太陽光発電装置１から入力される電力を交流電力に変換して出力可能なインバータ装置としてのインバータ１５と、後述するように上記各装置の運転を制御する制御部１６とを有する。また、商用系統３からの受電電力の供給を受けることができる電力負荷装置５に、発電機１２及び太陽光発電装置１からの発電出力を供給可能な構成となっている。図１では、電力負荷装置５はヒートポンプシステムＳの一部として描いている。

ヒートポンプ装置１０は、例えば建物の屋上に設置される冷熱発生側の室外機と、建物内に設置される空調装置１９などの冷熱需要側の室内機とを備えて構成される。室外機は、上述したエンジン１１、発電機１２、ヒートポンプ用の圧縮装置１３、インバータ１５等を備える。ヒートポンプ装置１０の室外機は建物の屋上などに並べて設置される。

エンジン１１は、例えば、ガスなどを燃料とするエンジンである。エンジン１１の出力軸には発電機１２及び圧縮装置１３が連結される。
圧縮装置１３は、エンジン１１の駆動力を利用して冷媒を圧縮する複数台の圧縮機１３ａ〜１３ｃで構成される。エンジン１１と各圧縮機１３ａ〜１３ｃとの間には、クラッチ１８（１８ａ〜１８ｃ）が介装されている。つまり、エンジン１１と圧縮機１３ａとの間にはクラッチ１８ａが介装され、エンジン１１と圧縮機１３ｂとの間にはクラッチ１８ｂが介装され、エンジン１１と圧縮機１３ｃとの間にはクラッチ１８ｃが介装されている。よって、各クラッチ１８ａ〜１８ｃが連結されている間はエンジン１１の駆動力が各圧縮機１３ａ〜１３ｃに伝達される。各圧縮機１３ａ〜１３ｃの容量は互いに異なっていてもよく、又は、互いに同じでもよい。

制御部１６は、各クラッチ１８ａ〜１８ｃの動作（連結及び解列）を切り換えることで、圧縮装置１３の合計出力（即ち、空調装置１９に供給される合計冷媒量）を調整できる。空調装置１９に供給される合計冷媒量が多くなると、空調装置１９の空調能力が向上して空調対象とする空間の実際の温度が設定温度に近づく。

次に、発電機１２の発電出力の大きさと圧縮装置１３の熱出力の大きさとの関係について説明する。
エンジン１１を定格出力で運転しているとき、空調装置１９の需要熱量の大きさに応じて圧縮装置１３の熱出力を大きくすると（即ち、クラッチ１８ａ〜１８ｃの連結数を増やして圧縮機１３ａ〜１３ｃの運転台数を増やすと）、エンジン１１の回転速度は低下する。その結果、発電機１２の回転速度が低下して、発電機１２の発電出力は小さくなる。
一方で、エンジン１１を定格出力で運転しているとき、空調装置１９の需要熱量の大きさに応じて圧縮装置１３の熱出力を小さくすると（即ち、クラッチ１８ａ〜１８ｃの連結数を減らして圧縮機１３ａ〜１３ｃの運転台数を減らすと）、エンジン１１の回転速度は増大する。その結果、発電機１２の回転速度も増大して、発電機１２の発電出力は大きくなる。
また、クラッチ１８ａ〜１８ｃの連結数を変化させずにエンジン１１の回転速度を変化させることで、発電機１２の発電出力と圧縮装置１３の熱出力とを同時に増減させることもできる。

このように、制御部１６は、発電機１２から所望の発電出力を得るような制御を行って、その間は圧縮装置１３の熱出力が成り行きで変化するような運転（以下、「発電優先運転」と記載することもある）や、圧縮装置１３から所望の熱出力を得るような制御を行って、その間は発電機１２の発電出力が成り行きで変化するような運転（以下、「熱負荷優先運転」と記載することもある）などを行える。

発電機１２は整流回路１４を介してインバータ１５に接続される。太陽光発電装置１はＤＣ/ＤＣコンバータ１７を介してインバータ１５に接続される。インバータ１５は、発電機１２及び太陽光発電装置１から入力される電力を交流電力に変換して交流線４へ出力する。このように、太陽光発電装置１とヒートポンプ装置１０の発電機１２とが１台のインバータ１５に接続され、特に、太陽光発電装置１がヒートポンプ装置１０に内蔵されているインバータ１５に接続される。従って、従来のように太陽光発電装置１及びヒートポンプ装置１０の発電機１２を分電盤に接続していた場合に比べて、システム構成をコンパクトにできる。また、インバータ１５に保護継電器の機能を付加することもでき、その場合には、保護継電器を太陽光発電装置１と発電機１２とで兼用できる点で有利である。

電力負荷装置５はインバータ１５の出力側（交流側）の交流線４に接続されている。よって、電力負荷装置５は、発電機１２の発電出力、太陽光発電装置１の発電出力及び商用系統３からの受電電力の何れかから電力供給を受けることができる。本実施形態において、発電機１２の発電出力は直流部２に設けられた計測手段Ｐ２で計測され、太陽光発電装置１の発電出力は直流部２に設けられた計測手段Ｐ１で計測され、商用系統３からの受電電力は交流線４に設けられた計測手段Ｐ３で計測されて、制御部１６に情報伝達される。

このように、本実施形態では、１台のインバータ１５に対して太陽光発電装置１とエンジン１１で駆動される発電機１２とが接続されているため、発電機１２の発電出力と太陽光発電装置１の発電出力との合計発電出力はインバータ１５の定格容量以下でなければならない。つまり、制御部１６は、太陽光発電装置１の発電出力は制御できないので、発電機１２の発電出力と太陽光発電装置１の発電出力との合計発電出力がインバータ１５の定格容量以下となるように発電機１２の発電出力を制御する必要がある。

次に、太陽光発電装置１が併設されるヒートポンプ装置１０がビルなどの建物の陸屋根に設置されるときの形態について説明する。図２は、太陽光発電装置の太陽光発電モジュールの設置構造を示す平面図であり、図３は、その側面図である。

図示するように、太陽光発電装置１の太陽光発電モジュール４１は、ヒートポンプ装置１０の室外機４０に併設される。具体的には、太陽光発電装置１の太陽光発電モジュール４１は、主として、架台４２（防振架台５３を兼用する）、室外機４０及び重り部材４４により固定されて設置されている。重り部材４４は、ゴムシート５０を介して陸屋根４９上に載置される。また、本実施形態において、重り部材４４は、中空容器４３の内部に水を充填して利用されている。中空容器４３は、ステンレスやアルミニウム等の金属製容器、ポリエチレンやポリプロピレン等のプラスチック製容器等である。

太陽光発電装置１は、一又は二以上の太陽光発電モジュール４１で構成される。太陽光発電モジュール４１は、ガラス基板上に形成された複数の太陽光発電セル（不図示）を備えている。太陽光発電セルは、所謂太陽電池を構成する素子であり、入射光（太陽光）が有する光エネルギを電気エネルギに直接変換する。これら複数の太陽光発電セルは、直列に接続されて太陽光発電モジュール４１を構成している。太陽光発電セル（太陽光発電モジュール４１）としては、単結晶型、多結晶型、薄膜型、アモルファス型、色素増感型、多接合型等、公知の各種構成を採用することができる。

一又は二以上の太陽光発電モジュール４１は、図３に示すように、載置部５１と延出部４８とを有して構成される架台４２に固定されている。本実施形態では、図２に示すように、４枚の太陽光発電モジュールが架台４２に固定されている。載置部５１は、太陽光発電モジュール４１を載置するための部分であり、延出部４８は、載置部５１から連続して略水平に延びる部分である。架台４２は、外枠フレーム４５及び横架フレーム５２が組み合わされて構成されている。具体的には、２本の外枠フレーム４５が、室外機４０の幅方向両側から、その室外機４０の幅方向に対して直交する方向に、互いに平行に延びている。この外枠フレーム４５は、図３に示すように、室外機４０から所定の位置まで（以下、室外機近接側とする）は水平面でもある陸屋根４９の上面に対して平行に延びると共に、それより室外機４０から離れた位置（以下、室外機離間側とする）では水平面に対して所定角度だけ傾斜して延びている。このときの所定角度としては、水平面に対して僅かに傾斜する小角度、具体的には例えば１〜１０度、より好適には２〜５度とすることができる。本実施形態では、２度とされている。

外枠フレーム４５のうち、室外機離間側では、２本の外枠フレーム４５の間に、３本の横架フレーム５２が横架されている。これら３本の横架フレーム５２は、互いに平行な２本の外枠フレーム４５に直交する状態で、外枠フレーム４５の室外機離間側の部分の両端部と当該部分を２等分する位置とに横架されている。外枠フレーム４５と横架フレーム５２とに沿って、互いに隣接配置される４枚の太陽光発電モジュール４１がビス等を用いて架台４２に固定される。このように、室外機離間側では、外枠フレーム４５と横架フレーム５２とが互いに連結されることにより「載置部５１」が形成されている。本実施形態においては、太陽光発電モジュール４１は、外枠フレーム４５及び横架フレーム５２に対して平行な状態で、つまり載置部５１に対して平行な状態で固定されている。なお、載置部５１自体は、外枠フレーム４５の形状に応じて、水平面に対して所定角度（ここでは、２度）だけ傾斜した状態で設けられることになる。

このように、水平面に対して所定角度（ここでは、２度）だけ傾斜した状態で載置部５１が設けられると共に、太陽光発電モジュール４１が載置部５１に対して平行な状態で固定されることで、太陽光発電モジュール４１は、水平面に対して所定角度（ここでは、２度）だけ傾斜した状態で架台４２に固定されて設置されることになる。このようにすれば、太陽光発電モジュール４１の受光面が汚れた場合にも降雨等により当該汚れを洗い流して、太陽光発電モジュール４１の受光面をクリーンな状態に維持することができる。よって、太陽光発電モジュール４１の受光面での光強度の減衰を抑制して、太陽光発電を行うための有効光量を極力高く維持できる。なお、隣接する太陽光発電モジュール４１どうしは互いに平行に配置され、太陽光が遮光されることが抑制されるので、複数の太陽光発電モジュール４１を高密度に設置できる。従って、太陽光発電モジュール４１による発電効率を向上させることができる。

外枠フレーム４５のうち、室外機近接側は、載置部５１から連続して略水平に延びる「延出部４８」となっている。本実施形態では、延出部４８においてゴムマウント４７及び上側支持部材５５を介して、上側支持部材５５に沿って室外機４０が載置されている。

本実施形態において、室外機４０は、延出部４８を構成する外枠フレーム４５との間に、ゴムマウント４７とそのゴムマウント４７に連結される上側支持部材５５とを介在させて設置されている。見方を変えれば、室外機４０は、陸屋根４９上に形成されるコンクリート等からなる基礎台４６の上に、下側支持部材５４と、ゴムマウント４７を介してその下側支持部材５４に連結される上側支持部材５５と、を備えて構成された防振架台５３を介在させて設置される。加えて、架台４２の延出部４８を構成する外枠フレーム４５が、防振架台５３の下側支持部材５４と一体的に形成されている。これらの、外枠フレーム４５、横架フレーム５２は、例えば鉄やステンレス等の金属からなる棒材やパイプ材、型鋼等を用いて構成することができる。

このように、本実施形態では、架台４２の延出部４８を構成する外枠フレーム４５が、防振架台５３の下側支持部材５４と一体的に形成されることにより、太陽光発電モジュール４１を固定するための架台４２と、室外機４０が発生させ得る振動がビル７１に伝達されるのを抑制するための防振架台５３とが共通化されている。これにより、太陽光発電モジュール４１を設置するための部品点数を減らして、低コスト化を図ることができるようになっている。

図４は、第１実施形態のヒートポンプシステムの動作を説明するフローチャートである。
工程１０において、制御部１６は、ヒートポンプ装置１０を発電優先運転させる。具体的には、制御部１６は、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和が設定電力となるように発電機１２の発電出力を調節する。この設定電力は、インバータ１５の定格容量である。ヒートポンプシステムＳでの発電出力が大きくなれば、商用系統３からの受電電力を削減できる。但し、ヒートポンプシステムＳでの発電出力、即ち、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和をどこまでも大きくしてよい訳ではなく、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和はインバータ１５の定格容量以下でなければならない。よって、本実施形態では、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和がインバータ１５の定格容量であるとき、商用系統３からの受電電力の削減効果が最大となる。尚、制御部１６は、ヒートポンプシステムＳでの発電出力の内の太陽光発電装置１の発電出力を制御できない。
従って、工程１０において、制御部１６が、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和が設定電力となるように発電機１２の発電出力を調節する発電優先運転を行うことで、商用系統３からの受電電力の削減効果が最大となる。

但し、制御部１６が発電機１２から所望の発電出力を得るような制御を行っているとき、圧縮装置１３の熱出力は成り行きで変化する。つまり、圧縮装置１３からの熱出力が空調装置１９の需要熱量に満たない可能性がある。
そこで、工程１１において制御部１６は、発電優先運転を実行中に、空調装置１９の実際の運転状態が空調対象における空調が充分に行えず設定運転条件を満たしていない状態にあるか否かを判定する。例えば、制御部１６は、空調装置１９が空調運転を行う空間の実際の温度と設定温度との差が所定温度以上になったとき、空調装置１９の実際の運転状態が設定運転条件を満たしていないと判定する。或いは、制御部１６は、空調装置１９が空調運転を行う空間の実際の温度が設定温度に到達しない期間が所定期間以上になったとき、空調装置１９の実際の運転状態が設定運転条件を満たしていないと判定する。
尚、発電優先運転を行っていても、圧縮装置１３からの熱出力が空調装置１９の需要熱量を充分に賄える状態であれば、空調装置１９が空調運転を行う空間の実際の温度と設定温度との差が所定温度未満になり、或いは、空調装置１９が空調運転を行う空間の実際の温度が設定温度に到達しない期間が所定期間未満になるので、上記設定運転条件は満たしていると判定される。

そして、制御部１６は、工程１１において空調装置１９の実際の運転状態が上記設定運転条件を満たしていると判定した場合（工程１１において「Ｙｅｓ」の場合）には、そのまま発電優先運転を継続しても良いので、図４のフローチャートの「スタート」にリターンする。
一方で、制御部１６は、工程１１において空調装置１９の実際の運転状態が上記設定運転条件を満たしていないと判定した場合（工程１１において「Ｎｏ」の場合）には、工程１２に移行して発電優先運転を中断する。

制御部１６は、工程１１において上述のように発電優先運転を実行中に空調装置１９の実際の運転状態が空調対象における空調が充分に行えず設定運転条件を満たしていない状態にあると判定すると、工程１２において発電優先運転を中断して、工程１３においてヒートポンプ用の圧縮装置１３からの熱出力を設定期間だけ増大させる熱出力増大制御を実行する。例えば、制御部１６は、クラッチ１８の作動を制御してエンジン１１に対する圧縮機１３ａ〜１３ｃの連結台数を増やすことで、圧縮装置１３からの熱出力を増大させる。このとき、空調装置１９の需要熱量を賄うために必要な冷媒量を圧縮装置１３から充分に送出できれば良いが、必要な冷媒量に満たなくても圧縮装置１３から送出する冷媒量を増加されればよい。
尚、エンジン１１に対する圧縮機１３ａ〜１３ｃの連結台数を増やすとエンジン１１の回転速度は低下するので、発電機１２の発電出力は低下する。このとき制御部１６は、エンジン１１の回転速度に上昇余裕があれば、エンジン１１の回転速度を上昇させて発電機１２の発電出力を増大させてもよい。

その後、制御部１６は、適当なタイミング（例えば、空調対象における空間の温度と設定温度とが等しくなったタイミング、発電優先運転を中断してから設定期間（例えば、５分など）経過したタイミングなど）で熱出力増大制御を終了して、図４のフローチャートの「スタート」にリターンして、工程１０において発電優先運転を実行する（即ち、圧縮機１３ａ〜１３ｃの連結構成などを元に戻す）。

以上のように、ヒートポンプシステムＳが発電優先運転されることで、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和がインバータ１５にとって許容できる最大電力となって、商用系統３からの受電電力の削減効果が最大となる。また、必要に応じて（即ち、空調装置１９の実際の運転状態が空調対象における空調が充分に行えず上記設定運転条件を満たしていない状態にあるとき）熱出力増大制御が行われることで圧縮装置１３から空調装置１９へ送出する冷媒量が増加するので、空調装置１９は空調対象とする空間の実際の温度を設定温度に近づけることができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態のヒートポンプシステムは、制御部によるヒートポンプ装置の制御内容が第１実施形態の制御内容と異なっている。第２実施形態のヒートポンプシステムの装置構成は図１に示した装置構成と同様である。以下に、第２実施形態のヒートポンプシステムについて説明するが、第１実施形態のヒートポンプシステムと同様の構成については説明を省略する。

第２実施形態のヒートポンプシステムＳは、ヒートポンプ装置１０による商用系統３からの受電電力の削減効果を大きく得ること、及び、可能な限り空調装置１９の需要熱量を賄えるだけの冷媒量を圧縮装置１３から送出することを目的とする点で、上記第１実施形態のヒートポンプシステムと同様である。

図５は、第２実施形態のヒートポンプシステムの動作を説明するフローチャートである。
工程２０において、制御部１６は、ヒートポンプ装置１０を熱負荷優先運転させる。具体的には、制御部１６は、圧縮装置１３からの熱出力を空調装置１９の需要熱量に調節する。例えば、制御部１６は、全てのクラッチ１８ａ〜１８ｃを連結して、エンジン１１の駆動力が全ての圧縮機１３ａ〜１３ｃに伝達される状態にする。そして、制御部１６は、エンジン１１の回転速度を調節して、圧縮装置１３からの熱出力（即ち、送出される冷媒量）を、空調装置１９の需要熱量に見合った量にする。尚、制御部１６は、空調装置１９の需要熱量が小さい場合には、必要に応じて何れかのクラッチ１８ａ〜１８ｃを解列して圧縮装置１３からの熱出力が小さくなるように調節してもよい。このような熱負荷優先運転が行われているとき、発電機１２の発電出力はエンジン１１の回転速度に応じた成り行きの値となる。

次に、工程２１において、制御部１６は、熱負荷優先運転を実行中に、デマンド時限開始からデマンド時限終了までの商用系統３からの受電電力が目標デマンド値を超えると予測されるか否かを判定する。つまり、制御部１６は、熱負荷優先運転を実行中は発電機１２の発電出力を直接制御している訳ではないので、商用系統３からの受電電力の削減効果が最大となっているかどうかは分からない。そのため、デマンド時限開始からデマンド時限終了までの商用系統３からの受電電力が目標デマンド値を超えると予測される可能性がある。

図６は、あるデマンド時限（３０分間）における商用系統３からの受電電力量の時間的変化の一例を示すグラフである。通常、デマンド時限（３０分間）における商用系統３からの受電電力量は、目標デマンド値以下になる必要がある。但し、上述のように熱負荷優先運転を実行中の、発電機１２の発電出力が小さい状況では、商用系統３からの受電電力が大きくなりがちである。そのため、図６に一例として示すように、デマンド時限の途中での受電電力量がその時点での目標デマンド値の途中換算値よりも非常に大きくなるような状況も発生する。例えば、本実施形態において、制御部１６は、デマンド時限開始から１５分経過時点での受電電力量がその時点での目標デマンド値の途中換算値よりも閾値電力ΔＰ以上の場合には、デマンド時限開始からデマンド時限終了までの商用系統３からの受電電力が目標デマンド値を超えると予測されると判定する。

そして、制御部１６は、工程２１においてデマンド時限開始からデマンド時限終了までの商用系統３からの受電電力が目標デマンド値を超えないと予測されると判定した場合（工程２１において「Ｎｏ」の場合）には、そのまま熱負荷優先運転を継続してもよいので、図５のフローチャートの「スタート」にリターンする。
一方で、制御部１６は、工程２１においてデマンド時限開始からデマンド時限終了までの商用系統３からの受電電力が目標デマンド値を超えると予測されると判定した場合（工程２１において「Ｙｅｓ」の場合）には、工程２２に移行して熱負荷優先運転を中断する。

制御部１６は、工程２１において上述のように熱負荷優先運転を実行中にデマンド時限開始からデマンド時限終了までの商用系統３からの受電電力が目標デマンド値を超えると予測されると判定すると、工程２２において熱負荷優先運転を中断して、工程２３において太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和が増加するように発電機１２の発電出力を調節する発電出力調節制御を実行する。例えば、制御部１６は、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和が設定電力（例えば、インバータ１５の定格容量）となるように発電機１２の発電出力を調節する。上記設定電力をインバータ１５の定格容量とした場合、工程２３で行われる発電出力調節制御は、第１実施形態の発電優先運転で行われるのと同様の制御である。この場合、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和による、商用系統３からの受電電力の削減効果が最大となる。

制御部１６は、熱負荷優先運転を中断した後で発電出力調節制御を行うとき、例えば、圧縮機１３ａ〜１３ｃの内の容量の最も小さい１つをエンジン１１から解列し（これにより自動的にエンジン１１の回転速度が増大する）、その後、必要が有ればエンジン１１の回転速度（即ち、発電機１２の発電出力）を調節する。制御部１６は、この時点で、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和が設定電力未満であれば、次に容量の小さい１つの圧縮機１３ａ〜１３ｃを解列し、その後、必要が有ればエンジン１１の回転速度を調節する。このように、制御部１６は、圧縮機１３ａ〜１３ｃの解列とエンジン１１の回転速度調節とを繰り返して、太陽光発電装置１１の発電出力と発電機１２の発電出力との和が設定電力となるように発電機１２の発電出力を調節する。

その後、制御部１６は、デマンド時限（３０分間）が満了すると、発電出力調節制御を終了して、図５のフローチャートの「スタート」にリターンして、工程２０において上記熱負荷優先運転を再開する。

以上のように、ヒートポンプシステムＳが熱負荷優先運転されることで、圧縮装置１３から空調装置１９への熱の供給を適切に行える。また、必要に応じて（即ち、デマンド時限開始からデマンド時限終了までの商用系統３からの受電電力が目標デマンド値を超えると予測されたとき）発電出力調節制御が行われることで、太陽光発電装置１の発電出力と発電機１２の発電出力との和の電力によって、商用系統３からの受電電力を有効に削減できる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、ヒートポンプ装置１０の内部の構成は適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、圧縮装置１３が３台の圧縮機１３ａ〜１３ｃによって構成される例を記載したが、それら圧縮機の数は適宜変更可能である。同様に、クラッチ１８の数も適宜変更可能である。

＜２＞
上記実施形態において、発電機１２の発電出力を増減させるときの制御手順、及び、圧縮装置１３の熱出力を増減させるときの制御手順の例を記載したが、他の制御手順によって発電機１２の発電出力及び圧縮装置１３の熱出力を増減させてもよい。

本発明は、商用系統からの受電電力を削減するために用いるヒートポンプシステムに利用できる。

１ 太陽光発電装置
３ 商用系統
５ 電力負荷装置
１０ ヒートポンプ装置
１１ エンジン（原動機装置）
１２ 発電機（発電装置）
１３ 圧縮装置（ヒートポンプ用圧縮装置）
１３ａ〜１３ｃ 圧縮機
１５ インバータ装置
１６ 制御部
１９ 空調装置
Ｓ ヒートポンプシステム

Claims (6)

1. 太陽光発電装置、及び、
   原動機装置と、前記原動機装置によって駆動される発電装置と、前記原動機装置によって駆動される複数台のヒートポンプ用圧縮装置と、前記発電装置及び前記太陽光発電装置から入力される電力を交流電力に変換して出力可能なインバータ装置と、前記ヒートポンプ用圧縮装置からの熱出力の供給を受ける空調装置と、前記各装置の運転を制御する制御部と、を有するヒートポンプ装置、を備え、
   商用系統からの受電電力の供給を受けることができる電力負荷装置に、前記発電装置及び前記太陽光発電装置からの発電出力を供給可能な構成で、
   前記制御部は、
   前記太陽光発電装置の発電出力と前記発電装置の発電出力との和が設定電力となるように前記発電装置の発電出力を調節する発電優先運転を実行し、
   前記発電優先運転を実行中に、前記空調装置の実際の運転状態が空調対象における空調が充分に行えず設定運転条件を満たしていない状態にあると判定すると、前記発電優先運転を中断して前記ヒートポンプ用圧縮装置からの熱出力を設定期間だけ増大させる熱出力増大制御を実行するヒートポンプシステム。
2. 前記制御部は、前記空調装置が空調運転を行う空間の実際の温度と設定温度との差が所定温度以上になったとき、前記空調装置の実際の運転状態が前記設定運転条件を満たしていないと判定する請求項１記載のヒートポンプシステム。
3. 前記制御部は、前記空調装置が空調運転を行う空間の実際の温度が設定温度に到達しない期間が所定期間以上になったとき、前記空調装置の実際の運転状態が前記設定運転条件を満たしていないと判定する請求項１記載のヒートポンプシステム。
4. 太陽光発電装置、及び、
   原動機装置と、前記原動機装置によって駆動される発電装置と、前記原動機装置によって駆動される複数台のヒートポンプ用圧縮装置と、前記発電装置及び前記太陽光発電装置から入力される電力を交流電力に変換して出力可能なインバータ装置と、前記ヒートポンプ用圧縮装置からの熱出力の供給を受ける空調装置と、前記各装置の運転を制御する制御部と、を有するヒートポンプ装置、を備え、
   商用系統からの受電電力の供給を受けることができる電力負荷装置に、前記発電装置及び前記太陽光発電装置からの発電出力を供給可能な構成で、
   前記制御部は、
   前記ヒートポンプ用圧縮装置からの熱出力を前記空調装置の需要熱量に調節する熱負荷優先運転を実行し、
   前記熱負荷優先運転を実行中に、デマンド時限開始からデマンド時限終了までの前記商用系統からの受電電力が目標デマンド値を超えると予測されたとき、前記熱負荷優先運転を中断して前記太陽光発電装置の発電出力と前記発電装置の発電出力との和が設定電力となるように前記発電装置の発電出力を調節する発電出力調節制御を実行するヒートポンプシステム。
5. 前記制御部は、当該デマンド時限が終了すると前記熱負荷優先運転を再開する請求項４記載のヒートポンプシステム。
6. 前記設定電力は前記インバータ装置の定格容量である請求項１〜５の何れか一項に記載のヒートポンプシステム。

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