WO2012169118A1 - ヒートポンプの運転方法及びヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

　ヒートポンプの運転方法は、発電装置と、発電装置で発電される発電電力、電力負荷で消費される負荷電力、及び発電電力と負荷電力との差分である余剰電力を、単位時間毎に取得する情報取得ステップと、ヒートポンプの運転を制御する運転制御ステップとを含み、運転制御ステップでは、余剰電力が予め定められた閾値以上である状態が現在までの所定の時間継続している第１の条件を満たす場合に、熱を生成するためにヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の余剰電力の増減に追従して増減させる。

Description

ヒートポンプの運転方法及びヒートポンプシステム

　本発明は、太陽光発電装置などの発電装置と、ヒートポンプなどの電力を消費する機器とを備えたヒートポンプシステムに関するものである。

　太陽光発電、風力発電などの発電装置は、創エネルギーを目的とした装置である。例えば、太陽光発電は、太陽光のエネルギーを電力に変換し、家庭に供給する自然エネルギー発電装置であり、天候や気象条件の変化によって、常に発電電力が変動する。

　ヒートポンプ式給湯装置は、大気の熱を吸熱し、電気で冷媒を圧縮して加熱し、熱交換器により水から温水を作る装置であり、従来のヒータ式の電気温水器と比較して省エネな給湯装置である。

　発電装置を備えたヒートポンプ式給湯システムは、これらの組合せで構成され、需要家に電気と熱のエネルギーを供給する。従来の発電装置を備えたヒートポンプ式給湯システムとして、例えば特許文献１に示すものがある。

　特許文献１に記載のヒートポンプ式給湯システムは、気象情報取得手段でサーバから気象予測情報を取得し、取得した気象予測情報が予め定めた条件に合致する場合、ＣＯ_２ヒートポンプ式給湯装置でお湯を沸かすための電力を、商用電力の深夜電力ではなく、太陽光発電の電力を利用するように切り替える制御をする。自然エネルギーの電力でヒートポンプ式給湯装置を稼動させるので、電力利用がより効率的且つ省エネルギーになり、電気代も安価になる。

特開２００８－２７０２号公報 特開２００６－１５８０２７号公報

　しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、ヒートポンプ式給湯システムの消費電力が太陽光発電の発電量を下回ると、逆潮電力が発生し、系統が不安定になる可能性がある。

　そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、逆潮電力が小さくすることにより系統の安定化に貢献し、且つ経済性も損なわないヒートポンプの運転方法及びヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

　本発明の一形態に係るヒートポンプの運転方法は、発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成するヒートポンプとを備えるシステムにおける前記ヒートポンプの運転方法である。具体的には、前記発電装置で発電される発電電力、前記電力負荷で消費される負荷電力、及び前記発電電力と前記負荷電力との差分である余剰電力を、単位時間毎に取得する情報取得ステップと、前記ヒートポンプの運転を制御する運転制御ステップとを含む。そして、前記運転制御ステップでは、前記余剰電力が予め定められた閾値以上である状態が現在までの所定の時間継続している第１の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させる。

　なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

　本発明によれば、余剰電力が安定して供給されている場合にのみ、ヒートポンプの消費電力を余剰電力に追従させるので、ヒートポンプを高効率で運転させることができる。

図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯システムの処理の概要を示す図である。 図２は、実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯システムの構成を示す図である。 図３は、ヒートポンプ式給湯装置の詳細構成を示す図である。 図４は、第１の制御テーブルの例を示す図である。 図５は、第２の制御テーブルの例を示す図である。 図６は、実施の形態１に係るＨＰ制御装置に対するデータの流れを示す図である。 図７は、実施の形態１に係るＨＰ制御装置の機能ブロック図である。 図８は、余剰電力履歴の一例を示す図である。 図９は、ＨＰ制御装置及びヒートポンプ制御部で実行される運転処理のフローチャートである。 図１０は、ＨＰ制御装置で実行される消費電力指令値の算出処理のフローチャートである。 図１１は、ヒートポンプ制御部で実行される制御パラメータの算出処理のフローチャートである。 図１２Ａは、入力情報の一例を示す図である。 図１２Ｂは、第２の制御テーブルの一例を示す図である。 図１３Ａは、１回目の線形補完の結果を示す図である。 図１３Ｂは、２回目の線形補完の結果を示す図である。 図１４は、第２の制御テーブルを用いて、図８に示される消費電力指令値に追従するようにヒートポンプを運転させた場合のヒートポンプ負荷電力の推移を示す図である。 図１５は、余剰電力履歴の一例を示す図である。 図１６は、第１の制御テーブルを用いて、図１５に示される消費電力指令値に追従するようにヒートポンプを運転させた場合のヒートポンプ負荷電力の推移を示す図である。 図１７は、ＨＰ制御装置で実行される消費電力指令値の算出処理の他の形態を示すフローチャートである。

　（本発明の基礎となった知見）
　特許文献１に開示されている従来のヒートポンプ式給湯システムでは、常に変動する太陽光発電装置の電力と需要家の電力負荷とから算出される余剰電力を考慮して、ヒートポンプ給湯装置で消費する電力を決定していない。太陽光発電が普及し、多くの家庭で余剰電力が生まれ、逆潮電力が同時に発生すると、系統の電圧が上がり、系統が不安定になる。また、系統の下位側に位置する需要家では、系統の電圧が高い場合に逆潮できなくなり、発電力を出力抑制しなければならず、太陽光発電装置で発電した余剰電力を無駄にすることになる。

　また、逆潮した電力は、配電環境によって高圧に変換され、変換される過程で大きな変換ロスが生じ、また別の需要家に送電する過程での送電ロスも生じる。このため、発電した電力を自家消費することが環境面からも良い。

　さらに、特許文献２に示す装置も提案されている。この装置では、発電量が使用電力量を上回った場合にヒートポンプユニットを稼動させている。この運転では、ヒートポンプユニットの消費電力が余剰電力を上回ってしまい、不足分の電力を買電しまう。その結果、貯湯可能な量が限られているタンクに、余剰電力のみではなく買電で加熱した湯を貯湯することになり、系統への逆潮低減を効果的に実現できない。また、電力単価の高い昼間に買電することになり、電力料金が増加してしまう。

　このような問題を解決するために、本発明の一形態に係るヒートポンプの運転方法は、発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成するヒートポンプとを備えるシステムにおける前記ヒートポンプの運転方法である。具体的には、前記発電装置で発電される発電電力、前記電力負荷で消費される負荷電力、及び前記発電電力と前記負荷電力との差分である余剰電力を、単位時間毎に取得する情報取得ステップと、前記ヒートポンプの運転を制御する運転制御ステップとを含む。そして、前記運転制御ステップでは、前記余剰電力が予め定められた閾値以上である状態が現在までの所定の時間継続している第１の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させる。

　一般的なヒートポンプは、小さな消費電力で運転させると、生熱効率が極端に低くなる。また、停止状態から高効率の運転を行なえるようになるまでに時間がかかる。そこで、上記のように、ヒートポンプが高効率で運転可能な程度に余剰電力が大きく、且つヒートポンプの運転が安定するまで継続して余剰電力が供給されると期待できる状況の下でのみ、ヒートポンプの消費電力を余剰電力に追従させることにより、ヒートポンプを低効率で運転させることを防止できる。

　さらに、前記情報取得ステップでは、前記ヒートポンプで生成された熱で加熱された湯を貯蔵している貯湯タンク内の熱量を単位時間毎に取得してもよい。そして、前記運転制御ステップでは、前記第１の条件に加えて、さらに、直前に取得された前記貯湯タンク内の熱量が予め定められた上限値以下である第２の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させてもよい。

　さらに、前記運転制御ステップでは、前記第１及び第２の条件に加えて、直前に取得された前記貯湯タンク内の熱量が予め定められた下限値を上回る第３の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させてもよい。

　貯湯タンク内の熱量が上限値を上回っている状況でヒートポンプを運転させても、生成された熱を蓄熱しておくことができない。また、貯湯タンク内の熱量が下限値以下の場合には、余剰電力の有無に拘らず、速やかにヒートポンプを運転させて貯湯タンク内に蓄熱する必要がある。そこで、上記の第２及び第３の条件を満たす場合にのみ、ヒートポンプの消費電力を余剰電力に追従させるのが望ましい。

　また、前記運転制御ステップでは、前記ヒートポンプで消費される電力が直前に取得された前記余剰電力に近づくように、前記ヒートポンプの運転を制御してもよい。

　また、前記システムは、熱を生成する前記ヒートポンプと、湯を貯蔵する貯湯タンクと、前記ヒートポンプで生成された熱で前記貯湯タンクに貯蔵されている湯を加熱する熱交換器とを備えてもよい。そして、前記運転制御ステップでは、さらに、前記ヒートポンプ周辺の温度である外気温度と、前記貯湯タンクから前記熱交換器に流入する湯の温度である入水温度と、前記熱交換器から前記貯湯タンクに供給される湯の温度である沸き上げ温度とを取得し、前記ヒートポンプの周辺が前記外気温度である場合において、前記ヒートポンプで前記単位時間毎の余剰電力に追従する電力を消費させて、前記入水温度の湯を前記沸き上げ温度まで上昇させるのに必要な前記ヒートポンプの制御パラメータを取得し、算出された前記制御パラメータに従って、前記ヒートポンプの運転を制御してもよい。

　また、前記運転制御ステップでは、入力情報としての前記ヒートポンプの消費電力、前記外気温度、前記入水温度、及び前記沸き上げ温度と、前記入力情報の組み合わせに対応する前記制御パラメータとを保持する制御テーブルを参照し、前記入力情報に対応する前記制御パラメータを取得してもよい。

　また、前記制御テーブルには、前記入力情報の離散値が保持されていてもよい。そして、前記運転制御ステップでは、取得した前記入力情報の組み合わせが前記制御テーブルに保持されていない場合に、前記制御テーブルに保持されている複数の前記制御パラメータを前記入力情報の組み合わせで線形補完することによって、対応する前記制御パラメータを取得してもよい。

　また、前記運転制御ステップでは、前記第１、第２、及び第３の条件のうちの少なくとも１つを満たさない場合に、前記ヒートポンプの定格電力に相当する電力を消費するように、前記ヒートポンプの運転を制御してもよい。

　本発明の他の形態に係るヒートポンプの運転方法は、発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成するヒートポンプとを備えるシステムにおける前記ヒートポンプの運転方法である。具体的には、前記発電装置で発電される発電電力、前記電力負荷で消費される負荷電力、前記発電電力と前記負荷電力との差分である余剰電力を取得する情報取得ステップと、前記ヒートポンプが生熱するために消費する電力を消費電力指令値として前記ヒートポンプに送信し、前記ヒートポンプの運転を制御する運転制御ステップとを含む。そして、前記運転制御ステップでは、前記余剰電力が閾値以上である状態が一定時間以上継続している場合に、前記余剰電力に追従するように前記消費電力指令値を算出する。

　また、前記消費電力指令値を取得しない場合は、第１の制御テーブルにより制御パラメータを算出し、前記消費電力指令値を取得した場合は、前記消費電力指令値を持つ第２の制御テーブルにより制御パラメータを算出してもよい。

　本発明の一形態に係るヒートポンプシステムは、発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成するヒートポンプとを備える。さらに、該ヒートポンプシステムは、前記発電装置で発電される発電電力、前記電力負荷で消費される負荷電力、及び前記発電電力と前記負荷電力との差分である余剰電力を、単位時間毎に取得する情報取得部と、前記ヒートポンプの運転を制御する運転制御部とを備える。そして、前記運転制御部は、前記余剰電力が予め定められた閾値以上である状態が現在までの所定の時間継続している第１の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させる。

　さらに、前記情報取得部は、前記ヒートポンプで生成された熱で加熱された湯を貯蔵している貯湯タンク内の熱量を単位時間毎に取得してもよい。そして、前記運転制御部は、前記第１の条件に加えて、さらに、直前に取得された前記貯湯タンク内の熱量が予め定められた上限値以下である第２の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させてもよい。

　さらに、前記運転制御部は、前記第１及び第２の条件に加えて、直前に取得された前記貯湯タンク内の熱量が予め定められた下限値を上回る第３の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させてもよい。

　また、前記運転制御部は、前記ヒートポンプで消費される電力が直前に取得された前記余剰電力に近づくように、前記ヒートポンプの運転を制御してもよい。

　また、該ヒートポンプシステムは、熱を生成する前記ヒートポンプと、湯を貯蔵する貯湯タンクと、前記ヒートポンプで生成された熱で前記貯湯タンクに貯蔵されている湯を加熱する熱交換器とを備えてもよい。さらに、前記運転制御部は、前記ヒートポンプ周辺の温度である外気温度と、前記貯湯タンクから前記熱交換器に流入する湯の温度である入水温度と、前記熱交換器から前記貯湯タンクに供給される湯の温度である沸き上げ温度とを取得し、前記ヒートポンプの周辺が前記外気温度である場合において、前記ヒートポンプで前記単位時間毎の余剰電力に追従する電力を消費させて、前記入水温度の湯を前記沸き上げ温度まで上昇させるのに必要な前記ヒートポンプの制御パラメータを取得し、算出された前記制御パラメータに従って、前記ヒートポンプの運転を制御してもよい。

　また、前記運転制御部は、入力情報としての前記ヒートポンプの消費電力、前記外気温度、前記入水温度、及び前記沸き上げ温度と、前記入力情報の組み合わせに対応する前記制御パラメータとを保持する制御テーブルを参照し、前記入力情報に対応する前記制御パラメータを取得してもよい。

　また、前記制御テーブルには、前記入力情報の離散値が保持されていてもよい。そして、前記運転制御部は、取得した前記入力情報の組み合わせが前記制御テーブルに保持されていない場合に、前記制御テーブルに保持されている複数の前記制御パラメータを前記入力情報の組み合わせで線形補完することによって、対応する前記制御パラメータを取得してもよい。

　また、前記運転制御部は、前記第１、第２、及び第３の条件のうちの少なくとも１つを満たさない場合に、前記ヒートポンプの定格電力に相当する電力を消費するように、前記ヒートポンプの運転を制御してもよい。

　また、該ヒートポンプシステムは、前記ヒートポンプと、湯を貯蔵する貯湯タンクと、前記ヒートポンプで生成された熱で前記貯湯タンクに貯蔵されている湯を加熱する熱交換器と、ヒートポンプ制御部とを備えるヒートポンプ式給湯装置と、前記情報取得部及び前記運転制御部を備え、前記ヒートポンプ式給湯装置とは別体として構成されるＨＰ制御装置とを備えてもよい。

　上記構成によれば、ヒートポンプ式給湯装置のみならず、他の機器の制御をもＨＰ制御装置に行わせることができる。また、消費電力の制御が必要ない環境で使用する場合には、ヒートポンプ式給湯装置のみを設置すれば足りる。

　本発明の他の形態に係るヒートポンプシステムは、発電装置で発電された電力を用いて熱を生成するヒートポンプと、前記ヒートポンプを制御するＨＰ制御装置とを備える。前記ＨＰ制御装置は、前記発電装置で発電した発電電力と、負荷電力と、系統の状態とを取得する情報取得部と、前記発電電力と前記負荷電力に基づいて算出される余剰電力から消費電力指令値を求める運転制御部とを備える。そして、前記運転制御部は、前記余剰電力が閾値以上である状態が一定時間以上継続している場合に、前記余剰電力に追従するように前記消費電力指令値を算出する。

　また、該ヒートポンプシステムは、電力分配装置を備え、前記電力分配装置は、前記ＨＰ制御装置の前記情報取得部に、前記負荷電力の情報及び前記発電電力の情報を送信してもよい。

　さらに、該ヒートポンプシステムは、前記ヒートポンプと、ＨＰ制御部とを有するＨＰ式給湯装置を備える。そして、前記ＨＰ制御部は、前記消費電力指令値に基づいて運転パラメータを算出する第１の制御テーブルと、定格運転に基づいて運転制御パラメータを算出する第２の制御テーブルとを有してもよい。

　なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

　（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

　まず、図１は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯システムの処理の概要を示すフローチャートである。

　図１に示すとおり、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯システムは、まず、ＰＶ(太陽光発電装置：Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ)の発電された電力から宅内の消費電力を賄った後の電力である余剰電力（Ｓ１０１）を取得する。次に、ヒートポンプ式給湯システムは、余剰電力を考慮してヒートポンプで消費させたい電力を決定する（Ｓ１０２）。そして、ヒートポンプ式給湯システムは、決定した電力を消費するためのヒートポンプの制御パラメータを決定し、当該制御パラメータに従ってヒートポンプを運転させる（Ｓ１０３）。

　このように、余剰電力に近しい電力をヒートポンプで消費するように運転することで、系統へ逆潮する電力の低減と、電力料金の抑制とを効果的に行うことができる。

　図２は、発電装置を備えたヒートポンプ式給湯システム２０００を説明する構成図である。実施形態１に係るヒートポンプ式給湯システム２０００は、図２に示されるように、ヒートポンプ式給湯装置２００と、電力分配装置２０４と、ＨＰ制御装置２０９と、太陽光発電装置２１０とを備える。そして、電力分配装置２０４は、第１の電力負荷２０５と、電力メーター２０６を介してエネルギー供給業者２０７とに接続されている。

　図２に示されるエネルギー供給業者（電力供給元）２０７は、住宅に対して、電力系統を通じて電力を供給している。電力系統は、安定的に電力が供給される電力系統である。電力メーター２０６は、電力系統を通じて供給され、住宅で消費される電力の消費量を計測する。また、電力メーター２０６は、太陽光発電装置２１０で発電された電力のうち、宅内で消費されずに余った電力を系統へ売電できるようになっている。

　図２に示される住宅には、第１の電力負荷２０５と、ヒートポンプ式給湯装置（第２の電力負荷）２００と、ＨＰ制御装置２０９と、太陽光発電装置２１０と、電力分配装置２０４とが設置されている。

　ヒートポンプ式給湯装置２００は、ヒートポンプ（生熱部）２０１と、熱交換器２０２と、貯湯タンク（蓄熱部）２０３とを少なくとも備えている。ヒートポンプ２０１で成熱された熱は貯湯タンク２０３に一旦蓄熱され、ユーザの求めに応じて貯湯タンク２０３内の湯が放出される。すなわち、ヒートポンプ式給湯装置２００は、生熱部で生熱され、蓄熱部に蓄熱されている熱を放熱する。

　太陽光発電装置２１０は、太陽光のエネルギーを電力に変換する装置であり、太陽光のエネルギーを電力に変換し、変換した電力（ＰＶ発電力）を電力分配装置２０４に出力する。

　電力分配装置２０４は、太陽光発電装置２１０と、エネルギー供給業者（商用電源）２０７とから電力を取得し、需要に応じてヒートポンプ式給湯装置２００と第１の電力負荷２０５とに電力を分配する装置である。ヒートポンプ式給湯装置２００は、太陽光発電装置２１０からの電力で稼動できるとともに、エネルギー供給業者２０７から買電した電力（系統電力）でも稼動することができる。また、電力分配装置２０４は、ヒートポンプ式給湯装置２００及び第１の電力負荷２０５に分配する電力、すなわち、ヒートポンプ式給湯装置２００及び第１の電力負荷２０５で消費される電力を計測することができる。

　電力分配装置２０４は、太陽光発電装置２１０からＰＶ発電力を取得する。また、電力分配装置２０４は、第１の電力負荷２０５で消費されている電力である負荷電力と、ヒートポンプ式給湯装置２００で消費されている電力であるヒートポンプ負荷電力とを計測する。そして、負荷電力とヒートポンプ負荷電力との和がＰＶ発電力を上回る場合には、電力メーター２０６を通して電力系統から購入した電力である買電力を取得する。すなわち、電力分配装置２０４は、ＰＶ発電力と買電力とを取得し、ヒートポンプ式給湯装置２００へはヒートポンプ負荷電力を、第１の電力負荷２０５へは負荷電力をそれぞれ供給する。また、ＰＶ発電力が負荷電力とヒートポンプ負荷電力との和を上回った場合には、余剰電力をエネルギー供給業者２０７に逆潮電力として出力し、電力を売電できる。

　また、電力分配装置２０４は、系統の電圧が高く、余剰電力の逆潮が不可能な場合には、余剰電力に相当するＰＶ発電力の出力を抑制することができる。より具体的には、電力分配装置２０４は、系統の電圧が閾値（例えば、１０７Ｖ）を上回った場合に、電力メーター２０６を介してのエネルギー供給業者２０７への電力の供給（売電）を停止する。

　また、電力分配装置２０４は、コンバータ及びインバータを備え、上記の通り取得した電力を出力する場合に、取得した電力を出力する電力の形式に合わせて電圧、及びＡＣ／ＤＣ間の変換を行う。また、電力分配装置２０４は、第１の電力負荷２０５で実際に消費された負荷電力と、太陽光発電装置２１０で実際に発電されたＰＶ発電力とを、一定時間毎にＨＰ制御装置２０９に出力する。

　エネルギー供給業者２０７は、需要家に設置された電力分配装置２０４の需要に従って買電力を供給し、電力分配装置２０４から逆潮電力が入力された場合は、その電力を電力系統経由で他の需要家へ出力する。

　第１の電力負荷２０５は、需要家の電力負荷であり、例えば、テレビ、エアコン、冷蔵庫、洗濯機、照明等の電力分配装置２０４から供給される電力を用いて動作する機器を指す。そして、これらの機器で使用される電力の総和を負荷電力と定義する。

　図３は、ヒートポンプ式給湯装置２００の詳細を説明する構成図である。ヒートポンプ式給湯装置２００は、主として、ヒートポンプ２０１と、熱交換器２０２と、貯湯タンク２０３と、ヒートポンプ制御部２１１と、外気温度測定部２１２と、入水温度測定部２１３とにより構成されている。ヒートポンプ式給湯装置２００は、電力分配装置２０４から電力の供給を受けて稼動する。

　ヒートポンプ２０１は、図示していないが、外気と低温低圧の液体冷媒との間で熱交換させて低温低圧の蒸気冷媒を生成する蒸発器、低温低圧の蒸気冷媒を高温高圧の蒸気冷媒に圧縮するモーター駆動の圧縮機、高温高圧の蒸気冷媒と循環される水（蓄熱材）との間で熱交換させて低温高圧の液体冷媒を生成する凝縮器、及び低温高圧の蒸気冷媒の圧力を下げて低温低圧の液体冷媒を生成する膨張弁、蒸発器中の冷媒と外気との熱交換を促進させるファン等により構成されている。

　貯湯タンク２０３は、給湯負荷を賄う熱を貯湯する。貯湯タンク２０３には常に水が充填されている。そして、ヒートポンプ２０１が運転を開始すると、貯湯タンク２０３の底部から水が熱交換器２０２へ流入する。熱交換器２０２は、ヒートポンプ２０１から供給される高温の水（蓄熱材）と、貯湯タンク２０３から供給される水との間で熱交換を行う。そして、加熱された湯を貯湯タンク２０３の上部へ流入させる。本実施の形態では、貯湯タンク２０３の容量は４００Ｌ（単位：リッター）とする。

　ヒートポンプ制御部２１１は、ＨＰ制御装置２０９から取得する消費電力指令値（後述）と、貯湯タンク２０３の状態とに基づいて、ヒートポンプ式給湯装置２００全体の制御を行う。なお、消費電力指令値とは、ヒートポンプで消費させたい電力を示す値であって、ＨＰ制御装置２０９によって算出される。

　ヒートポンプ制御部２１１は、ＨＰ制御装置２０９から消費電力指令値を取得していない場合（通常運転の場合）、現在の料金帯と現在の貯湯タンク２０３の貯湯量の状態とからヒートポンプ２０１の運転方法を決定する。すなわち、安価な深夜料金帯では貯湯タンク２０３が湯で満たされるまでヒートポンプ２０１を運転させ、それ以外の時間帯では貯湯タンク２０３の貯湯量が一定量まで減少した場合に、湯切れしないようにヒートポンプ２０１を運転させる。また、１日の給湯負荷を賄える量を貯湯できるように、熱交換器２０２から出湯される温度である沸き上げ温度を決定する。

　通常運転の場合、ヒートポンプ制御部２１１は、ヒートポンプ２０１から一定の熱量が貯湯タンク２０３に供給されるように、ヒートポンプ２０１を定格電力（例えば、１０００Ｗ）で運転させる。ヒートポンプ制御部２１１には、図４に示すような、ヒートポンプ２０１のハードウェア特性に合わせて一定の熱量を供給するように設定された第１の制御テーブルが記憶されている。

　図４は、第１の制御テーブルの例を示す図であり、入水温度、外気温度、及び沸き上げ温度を入力情報として入力すると、圧縮機周波数、膨張弁開度、及び水ポンプのポンプ流量を出力情報として取得することができる。これらの出力情報は、外気温度の下で、入水温度の水を沸き上げ温度まで加熱するのに必要なヒートポンプ２０１の制御パラメータである。

　ヒートポンプ制御部２１１がヒートポンプ２０１を通常運転させる際には、貯湯タンク２０３から熱交換器２０２に流入する水の温度（入水温度）を入水温度測定部２１３から取得し、ヒートポンプ２０１付近の外気温度を外気温度測定部２１２から取得する。

　外気温度測定部２１２は、ヒートポンプ２０１付近の外気温度を測定するサーミスタである。入水温度測定部２１３は、貯湯タンク２０３から熱交換器２０２に流入する水の温度を測定するサーミスタである。

　次に、ヒートポンプ制御部２１１は、取得した入水温度と外気温度とヒートポンプ制御部２１１自身で決定した沸き上げ温度とを入力情報として第１のテーブルを参照し、入力情報の値に近い複数の列を線形補完して、入力情報に対応する圧縮機周波数と膨張弁開度と水ポンプのポンプ流量とを取得する。そして、ヒートポンプ制御部２１１は、この圧縮機周波数と膨張弁開度と水ポンプのポンプ流量とに従ってヒートポンプ２０１を運転させることにより、ヒートポンプ２０１に定格電力を消費させて所定の熱量を生熱させる、すなわち、入水温度の水を沸き上げ温度まで加熱する。

　一方、ヒートポンプ制御部２１１は、ＨＰ制御装置２０９から「消費電力指令値」を取得した場合（追従運転の場合）、ヒートポンプ負荷電力が「消費電力指令値」と等しくなるようにヒートポンプ２０１の運転を制御する。ヒートポンプ制御部２１１には、図５に示すような、ヒートポンプ２０１のハードウェア特性に合わせて一定のヒートポンプ負荷電力となるように設定された第２の制御テーブルが記憶されている。

　ヒートポンプ制御部２１１がヒートポンプ２０１を追従運転させる際には、通常運転の場合と同様に、入水温度測定部２１３から入水温度を、外気温度測定部２１２から外気温度をそれぞれ取得する。次に、取得した入水温度及び外気温度と、消費電力指令値と、沸き上げ温度とを入力情報として第２のテーブルを参照し、入力情報に近い複数の列を線形補完して、入力情報に対応する圧縮機周波数と膨張弁開度と水ポンプのポンプ流量とを取得する。そして、ヒートポンプ制御部２１１は、この圧縮機周波数と膨張弁開度と水ポンプ（図３に図示）のポンプ流量とに従ってヒートポンプ２０１を運転させることにより、ヒートポンプ２０１に所望の電力（消費電力指令値）を消費させて所定の熱量を生成させる、すなわち、入水温度の水を沸き上げ温度まで加熱する。

　なお、図５に示される第２の制御テーブルには、「消費電力指令値（単位：Ｗ）」が追加されている点を除いて、図４に示される第１の制御テーブルと共通する。また、図５の例における消費電力指令値は、最低値を５００Ｗとし、５５０Ｗ、６００Ｗというように５０Ｗ刻みで設定されている。そして、この消費電力指令値に相当する電力をヒートポンプ２０１が消費するように、制御パラメータが設定されている。

　すなわち、第１の制御テーブルでは、どの制御パラメータを選択してもヒートポンプ２０１が定格電力で動作するのに対して、第２の制御テーブルでは、ヒートポンプ２０１に消費させたい電力（消費電力指令値）を指定して、制御パラメータを選択することができる。

　ＨＰ制御装置２０９は、図６のデータの流れに示すように、電力分配装置２０４から取得した負荷電力及びＰＶ発電力と、ＰＶ発電力と負荷電力との差分である余剰電力と、ヒートポンプ制御部２１１から取得したタンク内熱量とを考慮して、ヒートポンプ２０１で消費させたい電力である消費電力指令値を算出する装置である。

　図７は、ＨＰ制御装置２０９の詳細を説明する構成図である。ＨＰ制御装置２０９は、情報取得部２０９ａと、電力情報蓄積部２０９ｂと、運転制御部２０９ｃとを備える。

　情報取得部２０９ａは、貯湯タンク２０３に蓄えられている熱量（タンク内熱量）、太陽光発電装置２１０で発電される発電電力（ＰＶ発電力）、第１の電力負荷２０５で消費される負荷電力、及びＰＶ発電力と負荷電力との差分である余剰電力を、単位時間（例えば、１分）毎に取得する。なお、本実施の形態に係る情報取得部２０９ａは、タンク内熱量をヒートポンプ制御部２１１から取得し、ＰＶ発電力及び負荷電力を電力分配装置２０４から取得し、余剰電力を自ら算出する。

　電力情報蓄積部２０９ｂは、情報取得部２０９ａで１分毎に取得された過去３０分間のＰＶ発電力及び負荷電力の情報と、情報取得部２０９ａで１分毎に算出された過去３０分間の余剰電力の情報（余剰電力履歴）とを、蓄積する。蓄積された各電力の情報の一例を図８に示す。なお、余剰電力は、ＰＶ発電力から負荷電力を減算し、値が負であった場合はゼロとして、値が正であった場合はその値として算出される。

　図８に示される余剰電力履歴は、３０分前から１分刻みで、負荷電力（単位：Ｗ）、ＰＶ発電力（単位：Ｗ）、及び余剰電力（単位：Ｗ）を保持している。なお、余剰電力は、ＰＶ発電力から負荷電力を減算することによって、１０Ｗ単位で算出される。但し、９分前の例ように、負荷電力がＰＶ発電力を上回った場合の余剰電力は０となる。このとき、電力分配装置２０４は、不足分を、エネルギー供給業者２０７から買電した電力で補う。

　さらに、図８には、各時間に運転制御部２０９ｃで算出された消費電力指令値の例を示している。消費電力指令値は、５０Ｗ単位で設定され、余剰電力を５０Ｗ単位になるように切り下げして算出される。例えば、１０分前は、余剰電力（１０１０Ｗ）を切り下げして、消費電力指令値を１０００Ｗとしている。

　また、消費電力指令値の最低値を５００Ｗとしている。すなわち、１分前のように、四捨五入した結果が５００Ｗ未満となる場合、消費電力指令値は０Ｗとなる。これは、低い消費電力指令値でヒートポンプ２０１を稼動させても運転効率が低いためである。

　また、消費電力指令値は、余剰電力が閾値（最低消費電力：例えば５００Ｗ）を上回る状態が所定の期間（最低余剰時間：例えば１５分）継続している場合にのみ算出される。すなわち、１８分前の余剰電力は閾値を上回っているが、それまでの１５分の間に閾値以下となっていたため（図示省略）、１８分前の消費電力指令値は０となっている。消費電力指令値は、その値が決まってから１分間継続する。例えば、１２分前の消費電力指令値は６５０Ｗであったが、この値は１２分前から次の１１分前までの１分間は６５０Ｗが継続する。そして次の１１分前は８５０Ｗとなり、この値は１０分前までの１分間継続する。

　電力情報蓄積部２０９ｂは、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　ｒａｎｄｏｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒａｎｄｏｍ　ａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、又は強誘電体メモリ等のデータを記録可能な手段であればどのようなものを利用しても構わない。

　運転制御部２０９ｃは、ヒートポンプ２０１が生熱するために消費する電力が単位時間毎の余剰電力の増減に追従して増減するように、ヒートポンプ２０１の運転を制御する。具体的には、運転制御部２０９ｃは、余剰電力履歴と、タンク内熱量とを考慮して、ヒートポンプ２０１で消費させたい電力である消費電力指令値を算出し、ヒートポンプ制御部２１１に送信する。消費電力指令値の具体的な算出方法は、後述する。

　運転制御部２０９ｃは、余剰電力履歴及びタンク内熱量それぞれが所定の条件を満たした場合に、消費電力指令値を算出してヒートポンプ制御部２１１に送信する。具体的には、運転制御部２０９ｃは、余剰電力が予め定められた閾値（最低消費電力：５００Ｗ）を上回る状態が現在までの所定時間（最低余剰時間：１５分）継続しており（第１の条件）、現在のタンク内熱量が予め定められた上限値（十分熱量）以下で（第２の条件）、現在のタンク内熱量が予め定められた下限値（不足熱量）を上回る（第３の条件）場合に、消費電力指令値を算出してヒートポンプ制御部２１１に送信する。

　最低消費電力とは、ヒートポンプ２０１の冷媒に依存するヒートポンプサイクル特性から、ヒートポンプ２０１の効率を一定以上とすることができる最低の消費電力である。また、最低余剰時間とは、余剰電力が安定して供給されると期待できる予め設定された時間である。また、十分熱量とは貯湯タンク２０３に蓄熱できる熱量の最大値（例えば、２５０００ｋｃａｌ）であり、不足熱量とは前述の通常運転の場合と同様に、湯切れを起こさないために最低限蓄熱しておくべき熱量（例えば、５０００ｋｃａｌ）である。すなわち、ヒートポンプ２０１は、貯湯タンク２０３内の熱量が不足熱量を下回ると、湯切れを回避するために、追従運転ではなく通常運転を開始し、蓄熱を行う。

　つまり、運転制御部２０９ｃは、ヒートポンプ２０１が余剰電力のみを消費して一定以上の効率かつ、起動後に効率が安定するまで連続して運転可能（第１の条件）な場合で、かつヒートポンプ２０１が貯湯タンク２０３にまだ蓄熱可能（第２の条件）で、湯切れしそうなほど蓄熱が不足していない（第３の条件）場合に、消費電力指令値を算出してヒートポンプ制御部２１１に送信する。

　この第１～第３の条件を満たす場合、すなわち、ヒートポンプ２０１の生熱効率を維持可能で、貯湯タンク２０３にさらに熱量を蓄熱できる状態で、且つ湯切れとならない場合にのみ消費電力指令値が送信され、前述の通り、余剰電力に追従した電力を消費するようにヒートポンプ２０１を運転させる。

　以下、本実施の形態に係るヒートポンプ式給湯システム２０００の動作の一例について説明する。前提として、現在時刻を１２時０分０秒とし、ヒートポンプ式給湯システム２０００は、既に３０分以上継続して運転を行っているとする。また、ヒートポンプ２０１の沸き上げ温度は、ヒートポンプ制御部２１１で７０℃と決定されているとする。

　図９は、ＨＰ制御装置２０９及びヒートポンプ制御部２１１で１分おきに処理される運転処理のフローチャートである。

　まず、ＨＰ制御装置２０９は、消費電力指令値の算出を行う（Ｓ１１０１）。図１０は、ＨＰ制御装置２０９で実行される、消費電力指令値の算出処理（Ｓ１１０１）のフローチャートである。

　まず、情報取得部２０９ａは、前回の処理時刻と現在時刻とを比較して、前回の処理から１分が経過したかを判定する（Ｓ１２０１）。前述の通り、現在時刻は１２時０分０秒のため、前回の処理時刻と比べて分の値が変化していると判定される（Ｓ１２０１でＹＥＳ）。

　前述のステップＳ１２０１でＹＥＳの場合、情報取得部２０９ａは、電力情報蓄積部２０９ｂに蓄積されている余剰電力履歴を更新する（Ｓ１２０２）。情報取得部２０９ａは、電力分配装置２０４から過去１分間の平均の負荷電力と過去１分間の平均のＰＶ発電力とを取得する。また、情報取得部２０９ａは、取得したＰＶ発電力から負荷電力を減算し、値が負であった場合は余剰電力をゼロとし、値が正であった場合は余剰電力をその値とする。そして、情報取得部２０９ａは、電力情報蓄積部２０９ｂに記憶されている余剰電力履歴の最も古い３０分前の値を破棄し、最新のＰＶ発電力、負荷電力、及び余剰電力を１分前の値として新たに蓄積する。

　一方、時刻の分が変化していない場合（Ｓ１２０１でＮＯ）には、余剰電力履歴は更新されない。

　次に、情報取得部２０９ａは、消費電力指令値の算出に用いる他の情報を取得する（Ｓ１２０３）。具体的には、情報取得部２０９ａは、電力情報蓄積部２０９ｂから余剰電力履歴と直前の余剰電力とを取得し、ヒートポンプ制御部２１１からタンク内熱量を取得する。そして、情報取得部２０９ａは、取得した情報を運転制御部２０９ｃに通知する。

　次に、運転制御部２０９ｃは、余剰電力履歴が第１の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１２０４）。本実施の形態における第１の条件とは、余剰電力が最低消費電力を上回っている状態が連続して最低余剰時間以上継続していることである。また、本実施の形態では、最低消費電力を５００Ｗ、最低余剰時間を１５分とする。例えば、現在の余剰電力履歴の１分前から１５分前の余剰電力の値が全て５００Ｗを上回っている場合に、余剰電力履歴が第１の条件を満たすと判定される（Ｓ１２０４でＹＥＳ）。

　次に、運転制御部２０９ｃは、タンク内熱量が第２及び第３の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１２０５）。本実施の形態に係る第２の条件とは直前のタンク内熱量が十分熱量以下であることであり、第３の条件とは直前のタンク内熱量が不足熱量を上回っていることである。また、本実施の形態では、十分熱量を２５，０００ｋｃａｌ、不足熱量を５，０００ｋｃａｌとする。例えば、直前のタンク内熱量が１０，０００ｋｃａｌとすると、タンク内熱量が第２及び第３の条件を満たすと判定される（Ｓ１２０５でＹＥＳ）。

　一方、余剰電力履歴が第１の条件を満たさない（Ｓ１２０４でＮＯ）場合、またはタンク内熱量が第２及び第３の条件を満たさない（Ｓ１２０５でＮＯ）場合、運転制御部２０９ｃは、消費電力指令値を算出することなく、処理を終了する。

　前述のステップＳ１２０５でＹＥＳの場合、すなわち、第１～第３の条件を全て満たす場合、運転制御部２０９ｃは、余剰電力に基づいて消費電力指令値を算出する（Ｓ１２０６）。具体的には、運転制御部２０９ｃは、直前（最新）の余剰電力を消費電力指令値とする。ここで直前の余剰電力とは、図８の時刻列の１分前の時の余剰電力（Ｗ）の数値である。よって直前の余剰電力は図８の表の最新の余剰電力ということもできる。この直前（最新）の余剰電力に基づいた消費電力指令値は、取得してから１分間継続する。

　また、余剰電力の値をそのまま消費電力指令値にする必要はなく、消費電力指令値を余剰電力よりやや小さな値にしてもよい。これは、たとえば直前の余剰電力が６５０Ｗであった場合に、消費電力指令値を６３０Ｗとしてもよい、ということである。但し、消費電力指令値を余剰電力より大きな値にするのは適切ではない。

　そして、運転制御部２０９ｃは、ステップＳ１２０６で算出した消費電力指令値を、ヒートポンプ制御部２１１に送信する（Ｓ１２０７）。

　次に、図９に戻り、ヒートポンプ制御部２１１は、ＨＰ制御装置２０９から取得した消費電力指令値を用いて、ヒートポンプ２０１の制御パラメータの算出する処理を行う（Ｓ１１０２）。図１１は、ヒートポンプ制御部２１１で実行される、ヒートポンプ２０１の制御パラメータの算出処理（Ｓ１１０２）のフローチャートである。

　まず、ヒートポンプ制御部２１１は、ＨＰ制御装置２０９から新たな消費電力指令値を取得したか否かを判定する（Ｓ１３０１）。

　次に、ステップＳ１３０１でＹＥＳの場合、ヒートポンプ制御部２１１は、制御パラメータを算出するのに必要となる入力情報を取得する（Ｓ１３０２）。ヒートポンプ制御部２１１は、貯湯タンク２０３から熱交換器２０２へ供給される水の入水温度を入水温度測定部２１３から取得し、ヒートポンプ２０１付近の外気温度を外気温度測定部２１２から取得する。なお、沸き上げ温度は予めヒートポンプ制御部２１１が保持しており、消費電力指令値はＨＰ制御装置２０９から既に取得している。

　次に、ヒートポンプ制御部２１１は、第２の制御テーブルを参照し、入力情報として取得した入水温度、外気温度、沸き上げ温度、及び消費電力指令値に対応する出力情報を取得する（Ｓ１３０３）。入力情報の一例を図１２Ａに、第２の制御テーブルの一例を図１２Ｂにそれぞれ示す。この例では、入力情報として、消費電力指令値１０００Ｗ、入水温度１３℃、外気温度１１℃、沸き上げ温度７０℃が取得されたものとする。第２の制御テーブルを参照すると、消費電力指令値及び沸き上げ温度については入力情報に一致する値があるが、入水温度及び外気温度については一致する値がない。

　このように、第２の制御テーブルに設定されている値は離散値であるので、入力情報の組み合わせに完全に一致する値が第２の制御テーブルに存在しない場合、ヒートポンプ制御部２１１は、線形補完によって制御パラメータを算出する（Ｓ１３０４）。ヒートポンプ制御部２１１は、参照した第２の制御テーブルの複数の列間の出力情報を、入力情報で線形補完し、入力情報に対応する出力情報を取得する。

　図１２Ａに示される入力情報で、図１２Ｂに示される第２の制御テーブルを線形補完した結果の一例を図１３Ａ及び図１３Ｂに示す。

　この例では、１回目の線形補完として外気温度を線形補完する。図１２Ｂに示される第２の制御テーブルの外気温度のみが異なる列間の出力情報を、外気温度（１１℃）で線形補完を行うと、図１３Ａの結果が算出される。すなわち、図１３Ａの１列目は図１２Ｂの１列目と２列目とを線形補完した結果であり、図１３Ａの２列目は図１２Ｂの３列目と４列目とを線形補完した結果である。

　さらに、図１３Ａに示される１回目の線形補完の結果を用いて、２回目の線形補完として入水温度を線形補完する。図１３Ａの入水温度のみが異なる列間の出力情報を、入水温度（１３℃）で線形補完を行うと、図１３Ｂの結果が算出される。この結果、図１２Ａに示される入力情報に対応する出力情報を得ることができる。つまり、この出力情報を用いてヒートポンプ２０１の運転を制御（Ｓ１３０９）すると、ヒートポンプ２０１で消費電力指令値に近しい電力が消費される。

　一方、新たな消費電力指令値を取得していない（Ｓ１３０１でＮＯ）場合、ヒートポンプ制御部２１１は、ヒートポンプ２０１を通常運転させるか否かを判定する（Ｓ１３０５）。つまり、ヒートポンプ制御部２１１は、前述の通り、現在の料金帯と現在の貯湯タンク２０３の貯湯量とを考慮して、ヒートポンプ２０１を通常運転させるか否か決定する。具体的には、通常運転させる場合には、電力料金が安価な深夜時間帯には貯湯タンク２０３が湯で満たされるまでヒートポンプ２０１を運転させ、それ以外の時間帯では貯湯タンク２０３の貯湯量が一定量まで減少した場合に、湯切れしないようにヒートポンプ２０１を運転させる。

　前述のステップＳ１３０５でＹＥＳの場合、ヒートポンプ制御部２１１は、制御パラメータを算出するのに必要な入力情報を取得し(Ｓ１３０６)、第１の制御テーブルを参照し（Ｓ１３０７）、必要に応じて線形補完する（Ｓ１３０８）ことによって、制御パラメータを算出する。なお、ステップＳ１３０６～Ｓ１３０８の処理は、入力情報に消費電力指令値が含まれていないことと、第１の制御テーブルを用いていることとを除いて、ステップＳ１３０２～Ｓ１３０４と共通するので、詳しい説明は省略する。

　そして、算出された出力情報を用いてヒートポンプ２０１の運転を制御（Ｓ１３０９）すると、ヒートポンプ２０１で定格電力が消費されて、一定の熱量が供給される。

　一方、前述のステップＳ１３０５でＮＯの場合には、ヒートポンプ２０１の運転が行われないため、ヒートポンプ制御部２１１は、ヒートポンプ２０１の制御パラメータを算出せずに、処理を終了する。

　ヒートポンプ制御部２１１は、以上の処理で算出された制御パラメータを用いてヒートポンプ２０１の運転を制御する。特に、ステップＳ１３０２～Ｓ１３０４で算出された制御パラメータに従って運転するヒートポンプ２０１で消費される電力は、ＨＰ制御装置２０９で算出された消費電力指令値と同じ、又はそれに近い値となる。そして、消費電力指令値は単位時間毎に更新されるので、結果として、ヒートポンプ２０１で消費される電力（ヒートポンプ負荷電力）は、単位時間毎の消費電力指令値（言い換えれば、余剰電力）の増減に追従して増減する。

　但し、消費電力指令値の変化が大きい場合には、ヒートポンプ負荷電力が消費電力指令値の変化に追従しきれず、瞬間的にヒートポンプ負荷電力と消費電力指令値とが乖離する場合もある。すなわち、ヒートポンプ制御部２１１は、ヒートポンプ負荷電力が直前に取得された消費電力指令値（余剰電力）に近づくように、ヒートポンプ２０１の運転を制御することになる。

　図１４は、３０分前から１分前までの負荷電力、ＰＶ発電力、余剰電力、及び消費電力指令値が図８のように推移した場合において、第２の制御テーブルを用いて算出（図１１のステップＳ１３０２～Ｓ１３０４）した制御パラメータに従ってヒートポンプ２０１を運転させた場合のヒートポンプ負荷電力の推移を示す図である。なお、図１４における「◇」は消費電力指令値を、「□」はヒートポンプ負荷電力（実際の消費電力）を示している。

　図８及び図１４を参照すると、１８分前までの消費電力指令値はゼロであり、消費電力指令値が８００ｗとなる１７分前にヒートポンプ２０１の運転が開始される。ここで、一般的なヒートポンプ２０１は、１分あたり最大２００～３００Ｗ程度の消費電力の変化に追従することができる。その結果、消費電力指令値が急激に変化している１８分前から１６分前までの時間帯にいては、ヒートポンプ負荷電力が消費電力指令値に完全に追従しておらず、少し遅れている。しかしながら、それ以降（１５分前から１０分前）の時間帯におけるヒートポンプ負荷電力は、最低動作消費電力（５００Ｗ）から定格電力（１０００Ｗ）の間で変化する消費電力指令値に追従して変化している。

　次に、図１５は、負荷電力、ＰＶ発電力、及び余剰電力の推移は図８同じで、消費電力指令値に代えて、当該時間帯にヒートポンプ２０１を運転させるか否かを示している。すなわち、「ＯＮ」は運転させることを、「ＯＦＦ」は停止させることを示す。図１６は、図１５に示される「ＯＮ」の時間帯に、第１の制御テーブルを用いて算出（図１１のステップＳ１３０６～Ｓ１３０８）した制御パラメータに従ってヒートポンプ２０１を運転させた場合のヒートポンプ負荷電力の推移を示す図である。

　図１５及び図１６を参照すると、ヒートポンプ２０１が運転を開始してからヒートポンプ負荷電力が定格電力（１０００Ｗ）に達するまでの２分間（１７分前から１５分前）は、ヒートポンプ負荷電力が徐々に増加している。しかしながら、それ以降の時間帯（１５分前から１０分前）におけるヒートポンプ負荷電力は、定格電力で一定している。

　ここで、図１４及び図１６を比較して参照すれば明らかなように、ヒートポンプ負荷電力を消費電力指令値に追従させることにより、常に定格電力で動作させる場合と比較して、時々刻々と変動する余剰電力を有効に消費できると共に、エネルギー供給業者２０７からの買電を少なくすることができる。

　以下、実施の形態１に係る発電装置を備えたヒートポンプ式給湯システム２０００の効果について説明する。

　ヒートポンプ制御部２１１は、通常運転の場合に用いる第１の制御テーブルと、ヒートポンプ負荷電力を消費電力指令値（余剰電力）に追従させる場合に用いる第２の制御テーブルの２つを記憶している。この第２の制御テーブルは、ヒートポンプ負荷電力が入力された消費電力指令値に近しくなるように事前に実験などを基に作成され、ヒートポンプ制御部２１１に記憶させている。これにより、前述のような消費電力指令値の変動に追従し、電力料金を抑制した運転を行うことができる。

　また、ＨＰ制御装置２０９は、現在までの余剰電力が最低消費電力を上回っている状態が連続して最低余剰時間以上継続している条件（第１の条件）を満たすことが消費電力指令値を出力する条件の１つになっている。この最低消費電力は、ヒートポンプ２０１の冷媒に依存するヒートポンプサイクル特性から、ヒートポンプ２０１の効率を一定以上とすることができる最低の消費電力に設定されるのが望ましい。これにより、非常に小さい消費電力指令値が算出されることによって、サイクル特性が悪化して、低い効率でヒートポンプ２０１が運転されることがなくなる。

　また、第１の条件を満たすことは、現時までの一定期間（最低余剰時間）は余剰電力が安定して発生しているということであり、現在からしばらくの間も、一定以上の余剰電力が発生する可能性が高いということを意味する。ヒートポンプ２０１は、一般的に起動から定格運転となるまで時間がかかり、それまでの時間は低い効率で運転するという課題がある。すなわち、余剰電力が安定していないと、ヒートポンプ２０１は起動後にすぐ停止することになり、低い効率で運転してしまう。そこで、第１の条件の最低余剰時間は、ヒートポンプ２０１が起動してから定格運転となるまでに必要な時間に設定されるのが望ましい。これにより、低い効率でヒートポンプ２０１を運転することがなくなる。

　以上から、本実施の形態の構成によれば、太陽光発電装置２１０を備えたヒートポンプ式給湯システム２０００により、系統へ逆潮する電力量の低減と、電力料金の抑制とを効果的に行うことができる。

　以上、実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯システム２０００について説明したが、以下の形態であってもよい。

　発電装置の例として太陽光発電装置２１０を説明したが、風力発電や燃料電池など、その他の発電装置を使用してもよい。

　また、ＨＰ制御装置２０９は、ヒートポンプ式給湯装置２００の外部にあり、ゲートウェイの位置付けを兼ねているが、ヒートポンプ式給湯装置２００の内部や、電力分配装置２０４の内部に設置していてもよい。またＨＰ制御装置２０９の運転制御の機能を、ヒートポンプ式給湯装置２００や電力分配装置２０４に持たせてもよい。

　また、ＨＰ制御装置２０９及びヒートポンプ制御部２１１は１分に１回の頻度で運転制御を行っているが、０．０１秒や１秒に１回の頻度で処理を行ってもよい。

　（実施の形態２）
　次に、図１７を参照して、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ式給湯システムの動作を説明する。なお、図１７は、図１０の他の実施形態を示すフローチャートである。なお、実施の形態１との共通点の詳しい説明は省略し、実施の形態２に固有の点を中心に説明する。

　図１７に示されるフローチャートは、ステップＳ１２０５が省略されている点を除いて、図１０と共通する。すなわち、実施の形態２に係る情報取得部２０９ａは、ステップＳ１２０３において、ヒートポンプ制御部２１１からタンク内熱量を取得する必要がない。また、実施の形態２に係る運転制御部２０９ｃは、第２及び第３の条件を満たすか否かを判断することなく、余剰電力履歴が第１の条件を満たす（Ｓ１２０４でＹＥＳ）場合に消費電力指令値を算出（Ｓ１２０６）し、余剰電力履歴が第１の条件を満たさない（Ｓ１２０４でＮＯ）場合に消費電力指令値を算出しない。

　上記のように、実施の形態２に係るヒートポンプ式給湯システムは、消費電力指令値を算出するか否かを第１の条件のみで判断し、第２及び第３の条件を省略した点で実施の形態１と相違する。例えば、ヒートポンプ式給湯装置２００が設置されている住宅において、貯湯タンク２０３内の熱量が常に十分熱量及び不足熱量の範囲内に含まれているような場合には、第２及び第３の条件の判断を省略することにより、運転制御部２０９ｃの処理負荷を軽減することができる。

　また、実施の形態２では、第１～第３の条件のうちの第２及び第３の条件を省略し、第１の条件のみで消費電力指令値を算出するか否かを判断したが、これに限定されない。すなわち、第１～第３の条件のうちの一部を省略し、他の条件のみで消費電力指令値を算出するか否かを判断してもよい。

　なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。

　上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭまたはハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。

　上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成要素を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶さている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

　上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしてもよい。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。

　本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。

　また、本発明は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの記録媒体に記録されているデジタル信号であるとしてもよい。

　また、本発明は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。

　また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、マイクロプロセッサは、コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。

　また、プログラムまたはデジタル信号を記録媒体に記録して移送することにより、またはプログラムまたはデジタル信号をネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。

　上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせてもよい。

　以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

　本発明にかかるＨＰ制御装置は、給湯システム又は給湯暖房システム等の運転に際して、電力系統の安定化、電力料金の抑制に寄与する装置として有用である。

　２００　ヒートポンプ式給湯装置
　２０１　ヒートポンプ
　２０２　熱交換器
　２０３　貯湯タンク
　２０４，３０４　電力分配装置
　２０５　第１の電力負荷
　２０６　電力メーター
　２０７　エネルギー供給業者
　２０９，３０９　ＨＰ制御装置
　２０９ａ，３０９ａ　情報取得部
　２０９ｂ，３０９ｂ　電力情報蓄積部
　２０９ｃ，３０９ｃ　運転制御部
　２１０　太陽光発電装置
　２１１　ヒートポンプ制御部
　２１２　外気温度測定部
　２１３　入水温度測定部
　２０００，３０００　ヒートポンプ式給湯システム

Claims (22)

1. 　発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成するヒートポンプとを備えるシステムにおける前記ヒートポンプの運転方法であって、
   　前記発電装置で発電される発電電力、前記電力負荷で消費される負荷電力、及び前記発電電力と前記負荷電力との差分である余剰電力を、単位時間毎に取得する情報取得ステップと、
   　前記ヒートポンプの運転を制御する運転制御ステップとを含み、
   　前記運転制御ステップでは、前記余剰電力が予め定められた閾値以上である状態が現在までの所定の時間継続している第１の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させる
   　ヒートポンプの運転方法。
2. 　前記情報取得ステップでは、さらに、前記ヒートポンプで生成された熱で加熱された湯を貯蔵している貯湯タンク内の熱量を単位時間毎に取得し、
   　前記運転制御ステップでは、前記第１の条件に加えて、さらに、直前に取得された前記貯湯タンク内の熱量が予め定められた上限値以下である第２の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させる
   　請求項１に記載のヒートポンプの運転方法。
3. 　前記運転制御ステップでは、前記第１及び第２の条件に加えて、さらに、直前に取得された前記貯湯タンク内の熱量が予め定められた下限値を上回る第３の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させる
   　請求項２に記載のヒートポンプの運転方法。
4. 　前記運転制御ステップでは、前記ヒートポンプで消費される電力が直前に取得された前記余剰電力に近づくように、前記ヒートポンプの運転を制御する
   　請求項１～３のいずれか１項に記載のヒートポンプの運転方法。
5. 　前記システムは、熱を生成する前記ヒートポンプと、湯を貯蔵する貯湯タンクと、前記ヒートポンプで生成された熱で前記貯湯タンクに貯蔵されている湯を加熱する熱交換器とを備え、
   　前記運転制御ステップでは、さらに、
   　前記ヒートポンプ周辺の温度である外気温度と、前記貯湯タンクから前記熱交換器に流入する湯の温度である入水温度と、前記熱交換器から前記貯湯タンクに供給される湯の温度である沸き上げ温度とを取得し、
   　前記ヒートポンプの周辺が前記外気温度である場合において、前記ヒートポンプで前記単位時間毎の余剰電力に追従する電力を消費させて、前記入水温度の湯を前記沸き上げ温度まで上昇させるのに必要な前記ヒートポンプの制御パラメータを取得し、
   　算出された前記制御パラメータに従って、前記ヒートポンプの運転を制御する
   　請求項１～４のいずれか１項に記載のヒートポンプの運転方法。
6. 　前記運転制御ステップでは、入力情報としての前記ヒートポンプの消費電力、前記外気温度、前記入水温度、及び前記沸き上げ温度と、前記入力情報の組み合わせに対応する前記制御パラメータとを保持する制御テーブルを参照し、前記入力情報に対応する前記制御パラメータを取得する
   　請求項５に記載のヒートポンプの運転方法。
7. 　前記制御テーブルには、前記入力情報の離散値が保持されており、
   　前記運転制御ステップでは、取得した前記入力情報の組み合わせが前記制御テーブルに保持されていない場合に、前記制御テーブルに保持されている複数の前記制御パラメータを前記入力情報の組み合わせで線形補完することによって、対応する前記制御パラメータを取得する
   　請求項６に記載のヒートポンプの運転方法。
8. 　前記運転制御ステップでは、前記第１、第２、及び第３の条件のうちの少なくとも１つを満たさない場合に、前記ヒートポンプの定格電力に相当する電力を消費するように、前記ヒートポンプの運転を制御する
   　請求項３に記載のヒートポンプの運転方法。
9. 　発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成するヒートポンプとを備えるシステムにおける前記ヒートポンプの運転方法であって、
   　前記発電装置で発電される発電電力、前記電力負荷で消費される負荷電力、前記発電電力と前記負荷電力との差分である余剰電力を取得する情報取得ステップと、
   　前記ヒートポンプが生熱するために消費する電力を消費電力指令値として前記ヒートポンプに送信し、前記ヒートポンプの運転を制御する運転制御ステップとを含み、
   　前記運転制御ステップでは、
   　前記余剰電力が閾値以上である状態が一定時間以上継続している場合に、前記余剰電力に追従するように前記消費電力指令値を算出する
   　ヒートポンプの運転方法。
10. 　前記消費電力指令値を取得しない場合は、第１の制御テーブルにより制御パラメータを算出し、
    　前記消費電力指令値を取得した場合は、前記消費電力指令値を持つ第２の制御テーブルにより制御パラメータを算出する
    　請求項９に記載のヒートポンプの運転方法。
11. 　発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成するヒートポンプとを備えるヒートポンプシステムであって、
    　前記発電装置で発電される発電電力、前記電力負荷で消費される負荷電力、及び前記発電電力と前記負荷電力との差分である余剰電力を、単位時間毎に取得する情報取得部と、
    　前記ヒートポンプの運転を制御する運転制御部とを備え、
    　前記運転制御部は、前記余剰電力が予め定められた閾値以上である状態が現在までの所定の時間継続している第１の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させる
    　ヒートポンプシステム。
12. 　前記情報取得部は、さらに、前記ヒートポンプで生成された熱で加熱された湯を貯蔵している貯湯タンク内の熱量を単位時間毎に取得し、
    　前記運転制御部は、前記第１の条件に加えて、さらに、直前に取得された前記貯湯タンク内の熱量が予め定められた上限値以下である第２の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させる
    　請求項１１に記載のヒートポンプシステム。
13. 　前記運転制御部は、前記第１及び第２の条件に加えて、さらに、直前に取得された前記貯湯タンク内の熱量が予め定められた下限値を上回る第３の条件を満たす場合に、熱を生成するために前記ヒートポンプで消費される電力を、単位時間毎の前記余剰電力の増減に追従して増減させる
    　請求項１２に記載のヒートポンプシステム。
14. 　前記運転制御部は、前記ヒートポンプで消費される電力が直前に取得された前記余剰電力に近づくように、前記ヒートポンプの運転を制御する
    　請求項１１～１３のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム。
15. 　該ヒートポンプシステムは、熱を生成する前記ヒートポンプと、湯を貯蔵する貯湯タンクと、前記ヒートポンプで生成された熱で前記貯湯タンクに貯蔵されている湯を加熱する熱交換器とを備え、
    　前記運転制御部は、さらに、
    　前記ヒートポンプ周辺の温度である外気温度と、前記貯湯タンクから前記熱交換器に流入する湯の温度である入水温度と、前記熱交換器から前記貯湯タンクに供給される湯の温度である沸き上げ温度とを取得し、
    　前記ヒートポンプの周辺が前記外気温度である場合において、前記ヒートポンプで前記単位時間毎の余剰電力に追従する電力を消費させて、前記入水温度の湯を前記沸き上げ温度まで上昇させるのに必要な前記ヒートポンプの制御パラメータを取得し、
    　算出された前記制御パラメータに従って、前記ヒートポンプの運転を制御する
    　請求項１１～１４のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム。
16. 　前記運転制御部は、入力情報としての前記ヒートポンプの消費電力、前記外気温度、前記入水温度、及び前記沸き上げ温度と、前記入力情報の組み合わせに対応する前記制御パラメータとを保持する制御テーブルを参照し、前記入力情報に対応する前記制御パラメータを取得する
    　請求項１５に記載のヒートポンプシステム。
17. 　前記制御テーブルには、前記入力情報の離散値が保持されており、
    　前記運転制御部は、取得した前記入力情報の組み合わせが前記制御テーブルに保持されていない場合に、前記制御テーブルに保持されている複数の前記制御パラメータを前記入力情報の組み合わせで線形補完することによって、対応する前記制御パラメータを取得する
    　請求項１６に記載のヒートポンプシステム。
18. 　前記運転制御部は、前記第１、第２、及び第３の条件のうちの少なくとも１つを満たさない場合に、前記ヒートポンプの定格電力に相当する電力を消費するように、前記ヒートポンプの運転を制御する
    　請求項１３に記載のヒートポンプシステム。
19. 　該ヒートポンプシステムは、
    　前記ヒートポンプと、湯を貯蔵する貯湯タンクと、前記ヒートポンプで生成された熱で前記貯湯タンクに貯蔵されている湯を加熱する熱交換器と、ヒートポンプ制御部とを備えるヒートポンプ式給湯装置と、
    　前記情報取得部及び前記運転制御部を備え、前記ヒートポンプ式給湯装置とは別体として構成されるＨＰ制御装置とを備える
    　請求項１１～１８のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム。
20. 　発電装置で発電された電力を用いて熱を生成するヒートポンプと、前記ヒートポンプを制御するＨＰ制御装置とを備えたヒートポンプシステムであって、
    　前記ＨＰ制御装置は、
    　前記発電装置で発電した発電電力と、負荷電力と、系統の状態とを取得する情報取得部と、
    　前記発電電力と前記負荷電力に基づいて算出される余剰電力から消費電力指令値を求める運転制御部と、を備え、
    　前記運転制御部は、
    　前記余剰電力が閾値以上である状態が一定時間以上継続している場合に、前記余剰電力に追従するように前記消費電力指令値を算出する
    　ヒートポンプシステム。
21. 　電力分配装置を備え、
    　前記電力分配装置は、前記ＨＰ制御装置の前記情報取得部に、前記負荷電力の情報及び前記発電電力の情報を送信する
    　請求項２０に記載のヒートポンプシステム。
22. 　前記ヒートポンプと、ＨＰ制御部とを有するＨＰ式給湯装置を備え、
    　前記ＨＰ制御部は、前記消費電力指令値に基づいて運転パラメータを算出する第１の制御テーブルと、定格運転に基づいて運転制御パラメータを算出する第２の制御テーブルとを有している
    　請求項２０に記載のヒートポンプシステム。

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