(57)【要約】【課題】出湯温度に適した運転を行うことにより、ＣＯ２排出量削減効果を高めることや、ランニングコスト削減効果を高めることが可能な温水製造システムを提供すること。【解決手段】温水製造システム１であって、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯システム１０の凝縮器９２に流通させながら第１温度まで加温する第１加温手段２と、第１加温手段で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを利用して第１温度よりも高い第２温度まで昇温する第２加温手段３と、第２加温手段３から出湯する温水の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定部１１０と、設定された目標出湯温度に基づいて、第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担情報を決定する出力分担情報決定部１２０と、決定された出力分担情報に基づいて、第１加温手段２を制御する第１加温手段制御部１３０と、を備える。【選択図】図９
2020148423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用水をヒートポンプ式給湯器の凝縮器に流通させながら第１温度まで加温する第１加温手段と、
前記第１加温手段で加温された用水を蒸気ボイラで発生させた蒸気を利用して前記第１温度よりも高い第２温度まで昇温する第２加温手段と、
前記第２加温手段から出湯する温水の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定部と、
設定された前記目標出湯温度に基づいて、前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担情報を決定する出力分担情報決定部と、
決定された前記出力分担情報に基づいて、前記第１加温手段を制御する第１加温手段制御部と、を備える温水製造システム。
【請求項２】
前記出力分担情報は、前記第１加温手段から給湯する温水の目標給湯温度を示す目標給湯温度情報である、請求項１に記載の温水製造システム。
【請求項３】
前記出力分担情報は、システム全体のＣＯ２排出量が低くなるように、前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担割合を指定するものであり、
前記システム全体のＣＯ２排出量は、前記第１加温手段を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプＣＯ２排出量と、前記第２加温手段を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラＣＯ２排出量と、の合計である、請求項１または請求項２に記載の温水製造システム。
【請求項４】
前記出力分担情報は、システム全体のランニングコストが低くなるように、前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担割合を指定するものであり、
前記システム全体のランニングコストは、前記第１加温手段を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプランニングコストと、前記第２加温手段を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラランニングコストと、の合計である、請求項１または請求項２に記載の温水製造システム。
【請求項５】
前記凝縮器に供給される用水の温度を給水温度として検出する給水温度センサと、
前記ヒートポンプ式給湯器の熱源温度を検出する熱源温度センサと、を備え、
前記出力分担情報決定部は、
（ｉ）運転中の前記第１加温手段からＣＯＰ実測値を取得すると共に、運転中の前記第２加温手段からボイラ効率実測値を取得し、
（ｉｉ）前記ＣＯＰ実測値に基づいて、前記出力分担情報の変更タイミングであるか否かを判定し、
（ｉｉｉ）前記出力分担情報の変更タイミングであると判定した場合に、少なくとも、前記給水温度、前記熱源温度および前記ボイラ効率実測値に基づいて、前記出力分担情報を決定する、請求項１〜４のいずれかに記載の温水製造システム。
【請求項６】
前記凝縮器から送出される用水の温度を給湯温度として検出する給湯温度センサと、
前記凝縮器に供給される用水の流量を給水流量として検出する給水流量センサと、
前記ヒートポンプ式給湯器の圧縮機の消費電力を検出する電力センサと、
前記蒸気ボイラの給気温度を検出する給気温度センサと、
前記蒸気ボイラの排ガス温度を検出する排ガス温度センサと、を備え、
前記ＣＯＰ実測値は、前記給湯温度、前記給水温度、前記給水流量および前記消費電力に基づいて算出され、
前記ボイラ効率実測値は、前記給気温度および前記排ガス温度に基づいて算出される、請求項５に記載の温水製造システム。
【請求項７】
ＣＯ２削減優先モードと、ランニングコスト削減優先モードとを含む、複数の運転モードを切り替え可能な運転モード選択部を備え、
前記出力分担情報決定部は、
前記ＣＯ２削減優先モードが選択された場合には、システム全体のＣＯ２排出量が低くなるような前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担割合を、前記出力分担情報として指定し、
前記ランニングコスト削減優先モードが選択された場合には、システム全体のランニングコストが低くなるような前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担割合を、前記出力分担情報として指定する、請求項１〜６のいずれかに記載の温水製造システム。
【請求項８】
システムの運転実績データを出力する運転実績データ出力部を備え、
前記運転実績データ出力部は、
前記第１加温手段のＣＯＰ実測値と、前記第２加温手段のボイラ効率実測値に基づいて、システムの動作中における複数のタイミングのＣＯ２排出量および／またはランニングコストを演算する演算部と、
前記演算部により演算された複数のタイミングのＣＯ２排出量および／またはランニングコストに基づく運転実績データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された運転実績データを出力する出力部と、を備える、請求項１〜７のいずれかに記載の温水製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、温水製造システムが知られている。例えば特許文献１には、食品等のワークを温水洗浄または温水殺菌するために、ヒートポンプを用いて温水を製造するシステムが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３３５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、工場・事業場の多くでは、代表的な温室効果ガスであるＣＯ２の排出量削減を目的として、化石燃料から脱却する「脱炭素」への取り組みが進められている。そこで、特許文献１に示されるように、温水を製造するシステムとして、ヒートポンプを用いたシステムを採用することが増えてきている。しかしながら、ヒートポンプは、出湯温度が低ければＣＯＰ（エネルギー消費効率）は高く、ＣＯ２排出量の削減効果も高いが、出湯温度を高めて使用する場合は、ＣＯＰは低くなり、ＣＯ２排出量の削減効果も低下するという特性がある。また、出湯温度を高めて使用する場合は、ＣＯＰが低いため、ランニングコストも高くなる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、出湯温度に適した運転を行うことにより、ＣＯ２排出量削減効果を高めることや、ランニングコスト削減効果を高めることが可能な温水製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、用水をヒートポンプ式給湯器の凝縮器に流通させながら第１温度まで加温する第１加温手段と、前記第１加温手段で加温された用水を蒸気ボイラで発生させた蒸気を利用して前記第１温度よりも高い第２温度まで昇温する第２加温手段と、前記第２加温手段から出湯する温水の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定部と、設定された前記目標出湯温度に基づいて、前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担情報を決定する出力分担情報決定部と、決定された前記出力分担情報に基づいて、前記第１加温手段を制御する第１加温手段制御部と、を備える温水製造システムに関する。
【０００７】
また、前記出力分担情報は、前記第１加温手段から給湯する温水の目標給湯温度を示す目標給湯温度情報であることが好ましい。
【０００８】
また、前記出力分担情報は、システム全体のＣＯ２排出量が低くなるように、前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担割合を指定するものであり、前記システム全体のＣＯ２排出量は、前記第１加温手段を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプＣＯ２排出量と、前記第２加温手段を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラＣＯ２排出量と、の合計であることが好ましい。
【０００９】
また、前記出力分担情報は、システム全体のランニングコストが低くなるように、前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担割合を指定するものであり、前記システム全体のランニングコストは、前記第１加温手段を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプランニングコストと、前記第２加温手段を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラランニングコストと、の合計であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の温水製造システムは、前記凝縮器に供給される用水の温度を給水温度として検出する給水温度センサと、前記ヒートポンプ式給湯器の熱源温度を検出する熱源温度センサと、を備え、前記出力分担情報決定部は、（ｉ）運転中の前記第１加温手段からＣＯＰ実測値を取得すると共に、運転中の前記第２加温手段からボイラ効率実測値を取得し、（ｉｉ）前記ＣＯＰ実測値に基づいて、前記出力分担情報の変更タイミングであるか否かを判定し、（ｉｉｉ）前記出力分担情報の変更タイミングであると判定した場合に、少なくとも、前記給水温度、前記熱源温度および前記ボイラ効率実測値に基づいて、前記出力分担情報を決定することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の温水製造システムは、前記凝縮器から送出される用水の温度を給湯温度として検出する給湯温度センサと、前記凝縮器に供給される用水の流量を給水流量として検出する給水流量センサと、前記ヒートポンプ式給湯器の圧縮機の消費電力を検出する電力センサと、前記蒸気ボイラの給気温度を検出する給気温度センサと、前記蒸気ボイラの排ガス温度を検出する排ガス温度センサと、を備え、前記ＣＯＰ実測値は、前記給湯温度、前記給水温度、前記給水流量および前記消費電力に基づいて算出され、前記ボイラ効率実測値は、前記給気温度および前記排ガス温度に基づいて算出されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の温水製造システムは、ＣＯ２削減優先モードと、ランニングコスト削減優先モードとを含む、複数の運転モードを切り替え可能な運転モード選択部を備え、前記出力分担情報決定部は、前記ＣＯ２削減優先モードが選択された場合には、システム全体のＣＯ２排出量が低くなるような前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担割合を、前記出力分担情報として指定し、前記ランニングコスト削減優先モードが選択された場合には、システム全体のランニングコストが低くなるような前記第１加温手段と前記第２加温手段の出力分担割合を、前記出力分担情報として指定することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の温水製造システムは、システムの運転実績データを出力する運転実績データ出力部を備え、前記運転実績データ出力部は、前記第１加温手段のＣＯＰ実測値と、前記第２加温手段のボイラ効率実測値に基づいて、システムの動作中における複数のタイミングのＣＯ２排出量および／またはランニングコストを演算する演算部と、前記演算部により演算された複数のタイミングのＣＯ２排出量および／またはランニングコストに基づく運転実績データを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された運転実績データを出力する出力部と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、出湯温度に適した運転を行うことにより、ＣＯ２排出量削減効果を高めることや、ランニングコスト削減効果を高めることが可能な温水製造システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の温水製造システムを示す概略図である。
【図２】上記実施形態の給湯器のヒートポンプ回路を示す図である。
【図３】上記実施形態の貫流ボイラおよびその周辺ラインを示す概略図である。
【図４Ａ】上記実施形態の制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図４Ｂ】上記実施形態の第２加温手段制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】加温手段として蒸気ボイラ装置からの蒸気のみを用いて温水製造システムを構築した第１の比較例を示す模式的な図である。
【図６】加温手段としてヒートポンプ式給湯システムのみを用いて温水製造システムを構築した第２の比較例を示す模式的な図である。
【図７】上記実施形態の温水製造システムを示す模式的な図である。
【図８】上記実施形態の効果を示すグラフである。
【図９】上記実施形態の制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】目標給湯温度を決定するために用いるテーブル群を示す図である。
【図１１】ランニングコスト削減優先モード時において目標給湯温度を決定するために用いるテーブルの例を示す図である。
【図１２】ＣＯ２削減優先モード時において目標給湯温度を決定するために用いるテーブルの例を示す図である。
【図１３】望ましい目標給湯温度を説明するためのグラフである。
【図１４】望ましい目標給湯温度を説明するためのグラフである。
【図１５】上記実施形態の貯湯制御の内容を説明するための概略図である。
【図１６】上記実施形態の貯湯制御における、給湯器の運転台数および補給水総量を模式的に示した図である。
【図１７Ａ】本発明の第２実施形態の制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１７Ｂ】上記実施形態の運転実績データ出力部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１８】本発明の第３実施形態の温水製造システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る温水製造システム１について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１７】
図１は、本実施形態の温水製造システム１を示す概略図である。
本実施形態の温水製造システム１は、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯器の凝縮器に流通させながら第１温度まで加温する第１加温手段２と、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラで発生させた蒸気Ｓを利用して第１温度よりも高い第２温度まで昇温する第２加温手段３と、を備える。
ここで、第１温度は、第１加温手段２を構成するヒートポンプ式給湯器から給湯する温水の目標給湯温度Ｔ４ｔに対応する温度であり、第２温度は、最終的に温水製造システムから出湯する温水の目標出湯温度Ｔ５ｔに対応する温度である。
【００１８】
第１加温手段２は、ヒートポンプ式給湯システム１０により構成されており、複数のヒートポンプ式給湯器、本実施形態においては、第１ヒートポンプ式給湯器１１、第２ヒートポンプ式給湯器１２、第３ヒートポンプ式給湯器１３（以下、第１給湯器１１、第２給湯器１２、第３給湯器１３ともいう）を備えている。
ヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３（以下、給湯器１１、１２、１３ともいう）はそれぞれ、好適には電気駆動の冷媒圧縮機を有し、後述の給水タンク６０から供給された用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯システム１０の凝縮器に流通させて第１温度、例えば５０〜７０℃に加温する。例えば目標給湯温度Ｔ４ｔが７０℃の場合は、給湯温度Ｔ４が７０℃となるように用水Ｗ１を加温する。
【００１９】
ここで、複数の給湯器１１、１２、１３はいずれも同じ構成であり、いずれの給湯器もヒートポンプ回路９０を有する。
そこで、これらを代表して、第１給湯器１１のヒートポンプ回路９０について説明する。
【００２０】
図２に示されるように、第１給湯器１１のヒートポンプ回路９０は、冷媒圧縮機９１と、凝縮器９２と、膨張弁９３と、蒸発器９４を備える。これらの圧縮機９１、凝縮器９２、膨張弁９３および蒸発器９４は、冷媒循環ラインＬ７によって順次環状に接続されており、これによりヒートポンプ回路９０が形成されている。
【００２１】
圧縮機９１は、電気駆動の冷媒圧縮機である。圧縮機９１は、駆動源としてのモータ９５を有しており、フロンガス等のガス状の冷媒Ｒを断熱圧縮して高温高圧の冷媒にする。凝縮器９２は、ヒートポンプ給水ラインＬ３を通じて送られてくる用水Ｗ１への放熱により、冷媒圧縮機９１からの冷媒Ｒを凝縮液化する。膨張弁９３は、凝縮器９２から送られた冷媒Ｒを断熱膨張させることで、冷媒Ｒの圧力と温度とを低下させる。蒸発器９４は、熱源水供給ラインＬ８を通じて送られてくる熱源水Ｗ８（熱源流体）からの吸熱により、膨張弁９３から送られる冷媒Ｒを蒸発させる。
なお、図１においては、熱源水供給ラインＬ８は図示を省略している。
【００２２】
ヒートポンプ回路９０の熱源としては、廃温水等の熱源水に限らず、工場設備からの排気ガス（燃焼ガスや排蒸気等）、廃熱を含んだ冷却用空気、廃熱を含まない外気等の各種熱源ガスを用いることが可能である。
なお、蒸発器の構造として、伝熱面が外部に露出されている場合、熱源ガスはファンにより伝熱面に供給（例えば、大気の通風）される。また、蒸発器の構造として、伝熱面が閉鎖空間（例えば、シェル）内に存在している場合、熱源ガスはブロワにより伝熱面に供給される。
【００２３】
このように、第１給湯器１１のヒートポンプ回路９０は、蒸発器９４において、冷媒Ｒが外部から熱を吸熱して気化する一方、凝縮器９２において、冷媒Ｒが外部へ放熱して凝縮している。このような原理を利用して、第１給湯器１１のヒートポンプ回路９０は、蒸発器９４において、熱源水Ｗ８から熱を汲み上げ、凝縮器９２において、ヒートポンプ給水ラインＬ３からの用水Ｗ１を加温する。そして、凝縮器９２を通過することにより加温されて温水となった用水Ｗ１は、給湯ラインＬ１を通じて、後述の温水タンク４０に供給される。
【００２４】
なお、この第１給湯器１１のヒートポンプ回路９０は、冷媒Ｒの過熱度（冷媒圧縮機９１の入口冷媒温度）が一定になるように、あるいは冷媒Ｒの過冷却度（膨張弁９３の入口冷媒温度）が一定になるように、膨張弁９３の開度が調整される（過熱度一定制御／過冷却度一定制御）。
【００２５】
また、この第１給湯器１１のヒートポンプ回路９０は、その出力が変更可能となっていてもよい。例えば、インバータ制御により、冷媒圧縮機９１のモータ９５の回転数を変更できるように構成してもよい。
ここで、圧縮機９１を駆動するモータ９５には、圧縮機９１の消費電力Ｐｗを検出する電力センサ９６が設けられている。
【００２６】
また、図２に示されるように、第１給湯器１１のヒートポンプ給水ラインＬ３には、凝縮器９２に供給される用水Ｗ１の温度を給水温度Ｔ３として検出する給水温度センサ１４と、凝縮器９２に供給される用水Ｗ１の流量を給水流量ＦＭ３として検出する給水流量センサ１５が設けられている。そして、第１給湯器１１の給湯ラインＬ１には、凝縮器９２から送出される用水Ｗ１の温度を給湯温度Ｔ４として検出する給湯温度センサ１６が設けられている。
さらに、第１給湯器１１の熱源水供給ラインＬ８には、熱源水Ｗ８の温度を熱源温度Ｔｈとして検出する熱源温度センサ１７と、蒸発器９４に供給される熱源水Ｗ８の流量を熱源流量ＦＭｈとして検出する熱源流量センサ１８が設けられている。
なお、これらのセンサは、実質的に第１給湯器１１に設けられていればよく、第１給湯器１１内の各ラインに設けてもよいし、第１給湯器１１の近傍の各ラインに設けられていてもよい。
これらのセンサによる検出値は、後述するヒートポンプ式給湯システム１０のＣＯＰ（エネルギー消費効率）の実測値を算出する目的などで用いられる。
【００２７】
なお、前述のとおり、複数の給湯器１１、１２、１３はいずれも同じ構成であり、いずれの給湯器にもこれらのセンサが設けられている。なお、図１においては、これらのセンサの図示は省略している。
【００２８】
複数の給湯器１１、１２、１３により加温されて温水となった用水Ｗ１（以下、温水Ｗ１ともいう）は、給湯ラインＬ１によって合流した後、後述の温水タンク４０に供給される。
【００２９】
次に、第２加温手段３について説明する。第２加温手段３は、蒸気ボイラ装置３０と、温水タンク４０と、蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを温水タンク４０に供給する昇温用給蒸ラインＬ２と、を備える。
第２加温手段３は、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを利用して第１温度よりも高い第２温度まで昇温する。
【００３０】
蒸気ボイラ装置３０は、好適にはガス燃焼または油燃焼のバーナを有する蒸気ボイラであり、例えば、蒸気Ｓを発生させる複数台のボイラ、例えば複数台の貫流ボイラ３１、３２、３３により構成される。
【００３１】
図３は、蒸気ボイラ装置３０を構成する複数台の貫流ボイラ３１、３２、３３のうち、例示的に一つの貫流ボイラ３１およびその周辺ラインを示す概略図である。
貫流ボイラ３１は缶体３４を備え、この缶体３４には、昇温用給蒸ラインＬ２に加えて、缶体３４に燃焼用空気Ａを供給する給気ラインＬ１２と、缶体３４からの燃焼ガス（排ガス）Ｅを排出する排ガスラインＬ１３と、缶体３４に燃料ガスＦを供給する燃料供給ラインＬ１４と、缶体３４に用水をボイラ給水Ｗ４として供給するボイラ給水ラインＬ４が接続されている。
これらのラインはそれぞれ、システム全体として共通ラインを有し、この共通ラインを複数台の貫流ボイラ３１、３２、３３に対応させて途中で分岐させているものであってもよい。なお、図１には、昇温用給蒸ラインＬ２、ボイラ給水ラインＬ４の共通ラインを除き、図示は省略している。
【００３２】
ここで、給気ラインＬ１２には、ボイラの給気温度Ｔ１を検出する給気温度センサ３５が設けられており、排ガスラインＬ１３には、ボイラの排ガス温度Ｔ２を検出する排ガス温度センサ３６が設けられている。また、ボイラ給水ラインＬ４には、ボイラに供給されるボイラ給水Ｗ４の温度を検出するボイラ給水温度センサ３７が設けられている。
なお、これらのセンサは、実質的に蒸気ボイラ装置３０に設けられていればよく、蒸気ボイラ装置３０内の各ラインに設けてもよいし、蒸気ボイラ装置３０の近傍の各ラインに設けられていてもよい。
これらのセンサによる検出値は、後述するボイラ効率実測値を算出する目的などで用いられる。
【００３３】
なお、複数の貫流ボイラ３１、３２、３３はいずれも同じ構成であり、いずれの貫流ボイラにもこれらのセンサが設けられている。なお、図１においては、これらのセンサ類の図示は省略している。
【００３４】
昇温用給蒸ラインＬ２は、複数の貫流ボイラ３１、３２、３３で発生した蒸気Ｓが集合する蒸気ヘッダ５１と、貫流ボイラ３１、３２、３３と蒸気ヘッダ５１とを連結する連結ライン５２と、蒸気ヘッダ５１に集合した蒸気Ｓを温水タンク４０に供給する蒸気供給ライン５３と、を備える。そして、蒸気供給ライン５３には、昇温用給蒸弁５４が設けられている。また、蒸気ヘッダ５１には、ヘッダ圧を検出するための圧力計５５が設けられている。
【００３５】
温水タンク４０は、第１加温手段２から供給される温水Ｗ１を貯留する。また、この温水タンク４０内には、昇温用給蒸ラインＬ２を介して、蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓが供給される。これにより、温水タンク４０内に貯留されている温水ＴＷ（以下、貯留水ＴＷともいう）は、第１温度よりも高い第２温度、例えば７５〜９５℃に昇温される。例えば目標出湯温度Ｔ５ｔが９０℃の場合は、出湯温度Ｔ５が９０℃となるように温水ＴＷは加温される。
より具体的には、温水タンク４０内に蒸気Ｓが吹き込まれることにより、温水タンク４０内に貯留されている温水ＴＷと、蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓとの間で直接熱交換が行われ、その結果、温水タンク４０内に貯留されている温水ＴＷが昇温する。このとき、直接熱交換によって蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓの全熱、すなわち顕熱および潜熱が利用されて、温水タンク４０内に貯留されている温水ＴＷは迅速に昇温する。
この温水タンク４０は、貯留されている温水ＴＷの温度を検知する貯湯温度センサ４１と、貯留されている温水ＴＷの水位ＷＬを検知する第１水位センサ４２を備える。
温水タンク４０内で昇温された温水ＴＷは、第２加温手段３から出湯する温水Ｗ６として、すなわち最終的に温水製造システム１から出湯する温水Ｗ６として、温水出湯ラインＬ６を通じて温水需要箇所に供給される。
【００３６】
図１に示すように、本実施形態の温水製造システム１は、用水を貯留する給水タンク６０を備える。給水タンク６０に貯留されている用水は、ヒートポンプ給水ラインＬ３を介して、給湯器１１、１２、１３に供給される。
【００３７】
図２に示すように、各給湯器１１、１２、１３には、各給湯器１１、１２、１３に用水Ｗ１を供給するための給水ポンプ１９が設けられている。
なお、給水ポンプ１９は、実質的に給湯器１１、１２、１３に設けられていればよく、給湯器１１、１２、１３内の用水ラインに設けてもよいし、各給湯器１１、１２、１３に対応して分岐した後のヒートポンプ給水ラインＬ３に設けてもよい。なお、図１においては、給水ポンプ１９の図示は省略している。
【００３８】
給水ポンプ１９はそれぞれ、例えばインバータ制御により回転数が調整されて駆動し、これにより、給湯器１１、１２、１３への給水量が調整される。
なお、各給湯器１１、１２、１３に対応させて流量調整弁を設けて、流量調整弁の開度を制御することにより、給湯器１１、１２、１３への給水量を調整する構成を採用してもよい。この場合は、給水ポンプ１９は、ヒートポンプ給水ラインＬ３の共通ラインに１つのみ設けてもよい。流量調整弁を設ける場合、給水ポンプ１９は所定の回転数（駆動周波数一定）で駆動される。
【００３９】
図１に示すように、給水タンク６０に貯留されている用水は、ボイラ給水ラインＬ４を介して、ボイラ給水Ｗ４として蒸気ボイラ装置３０に供給される。
ボイラ給水ラインＬ４には、ボイラ給水ポンプ３８が設けられている。図１は、ボイラ給水ラインＬ４の共通ラインに１つのボイラ給水ポンプ３８を設けたときの例を示す図である。この場合は、各貫流ボイラ３１、３２、３３に対応させて不図示の流量調整弁を設けて、流量調整弁の開度を制御することにより、各貫流ボイラ３１、３２、３３への給水量を調整する構成を採用する。
なお、ボイラ給水ポンプ３８は、実質的に蒸気ボイラ装置３０に設けられていればよく、図１に示されるように、ボイラ給水ラインＬ４の共通ラインに１つのみ設けてもよいし、各貫流ボイラ３１、３２、３３に対応して分岐した後のボイラ給水ラインＬ４に設けてもよい。また、各貫流ボイラ３１、３２、３３内の用水ラインに設けてもよい。
【００４０】
ボイラ給水ポンプ３８は、例えばインバータ制御により回転数が調整されて駆動し、これにより、各貫流ボイラ３１、３２、３３への給水量が調整される。
なお、各貫流ボイラ３１、３２、３３に対応させて、ボイラ給水ポンプに加えて流量調整弁をそれぞれ設けてもよい。流量調整弁を設ける場合、ボイラ給水ポンプは所定の回転数（駆動周波数一定）で駆動される。
【００４１】
さらに、本実施形態の温水製造システム１は、給水タンク６０に貯留されている用水を直接温水タンク４０に供給するためのバイパス給水ラインＬ５を備える。バイパス給水ラインＬ５には、バイパス給水ポンプ６１と、バイパス給水弁６２が設けられている。このバイパス給水弁６２を開くと、給水タンク６０に貯留されている用水が補給水として温水タンク４０に補給される。このとき、バイパス給水ラインＬ５を通じて、冷水のままの用水Ｗ５（以下、冷水Ｗ５ともいう）が温水タンク４０内に供給される。
【００４２】
本実施形態の温水製造システム１は、各種の制御を行うための制御部１００を備える。図４Ａは、制御部１００の構成を示す機能ブロック図である。図４Ａに示すように、制御部１００は、目標出湯温度設定部１１０と、出力分担情報決定部１２０と、第１加温手段制御部１３０と、第２加温手段制御部１４０と、運転モード選択部１５０と、を備える。
さらに、第２加温手段制御部１４０は、図４Ｂに示すように、ボイラ制御部１４１と、給蒸制御部１４２と、貯湯制御部１４３を備える。
【００４３】
なお、制御部１００は、上述のように複数の機能ブロックにより構成されているが、各ブロックは必ずしも物理的に分かれている必要は無く、複数のブロックの機能を１つのＣＰＵで実現できるように構成してもよい。また、制御部１００は、制御対象機器の配置や配線を考慮するなどして、２つ以上に分かれていてもよい。例えば、給湯器やボイラの自立制御の観点からは、各給湯器を制御する第１加温手段制御部１３０の機能は、各給湯器のローカル制御部に組み込むのが好ましく、ボイラ群を制御する第２加温手段制御部１４０の機能は、ボイラ群を制御対象とする台数制御盤に組み込むのが好ましい。
【００４４】
目標出湯温度設定部１１０は、第２加温手段３としての温水タンク４０から出湯する温水Ｗ６、すなわち最終的に温水製造システム１から出湯する温水Ｗ６の目標出湯温度Ｔ５ｔを設定する。
例えば、この目標出湯温度Ｔ５ｔは、図示しない入力部にユーザが目標出湯温度Ｔ５ｔを入力することにより手動で設定される。あるいは、温水需要箇所の状況等、種々の状況に応じて、目標出湯温度Ｔ５ｔが自動的に設定される構成であってもよい。
【００４５】
出力分担情報決定部１２０は、設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに基づいて、第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担情報を決定する。例えば、出力分担情報としては、第１加温手段２からの給湯温度の目標値である目標給湯温度Ｔ４ｔが用いられる。
この出力分担情報決定部１２０が出力分担情報を決定する手順の詳細は、図９のフローチャートも用いて後述する。
【００４６】
第１加温手段制御部１３０は、決定された出力分担情報に基づいて、第１加温手段２を制御する。例えば、第１加温手段２から給湯する温水の目標給湯温度Ｔ４ｔを出力分担情報として用いる場合、第１加温手段制御部１３０は、第１加温手段２からの給湯温度Ｔ４が目標給湯温度Ｔ４ｔとなるように、第１加温手段２を制御する。
あるいは、出力分担情報が、第１加温手段２と第２加温手段３の具体的な出力分担の割合（出力％）を示す場合は、その割合に応じて、第１加温手段２の出力を設定してもよい。例えば、第１加温手段制御部１３０は、２０℃の用水Ｗ１から所定の流量で９０℃の温水Ｗ６を得るのに必要な総熱量を計算し、この総熱量を１００％とした場合の第１加温手段２の出力％を設定する。そして、第１加温手段２は、第１加温手段制御部１３０により設定された出力％に相当する熱出力（＝総熱量×出力％）で運転される。
【００４７】
具体的には、第１加温手段制御部１３０は、第１加温手段２を構成する給湯器１１、１２、１３それぞれの運転の実行および停止等の動作に関する制御を行う。また、第１加温手段制御部１３０は、給湯温度センサ１６によって検出された給湯温度Ｔ４に基づき、給水ポンプ１９を制御して、給湯器１１、１２、１３からの温水Ｗ１の給湯量を調整する。この給湯量の調整には、ＰＩＤアルゴリズムによるフィードバック制御を用いるのが好適である。
例えば、第１給湯器１１について着目すると、第１加温手段制御部１３０は、給湯温度センサ１６によって検出された給湯温度Ｔ４が、出力分担情報決定部１２０によって設定された目標給湯温度Ｔ４ｔとなるように、給水ポンプ１９の回転数を制御して給湯量を調整する。第２給湯器１２、第３給湯器１３の制御についても同様である。
なお、各給湯器１１、１２、１３に対応させて流量調整弁を設けて、流量調整弁の開度を制御することにより、給湯量の調整を行ってもよい。
これにより、給湯器１１、１２、１３から供給される温水Ｗ１は、常に目標給湯温度Ｔ４ｔとなるように、目標給湯温度Ｔ４ｔに対応する第１温度まで加温される。
なお、熱源温度が低い場合など、ヒートポンプ回路に投入される熱量が少ない場合は、給湯量を絞ることにより、給湯温度Ｔ４が目標給湯温度Ｔ４ｔに維持されるように制御される。
ここで、目標給湯温度Ｔ４ｔは、出力分担情報決定部１２０による決定に基づき、目標出湯温度Ｔ５ｔ以下の温度であって、例えば５０〜８５℃の範囲内の温度に設定される。ただし、目標給湯温度Ｔ４ｔは、この範囲外の温度に設定されてもよい。
【００４８】
第２加温手段制御部１４０は、目標出湯温度設定部によって設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに基づいて、あるいは出力分担情報決定部１２０によって設定された出力分担情報に基づいて、第２加温手段３を制御する。
例えば、温水タンク４０から出湯する温水が、目標出湯温度設定部によって設定された目標出湯温度Ｔ５ｔとなるように、第２加温手段３を制御する。
あるいは、出力分担情報が、第１加温手段２と第２加温手段３の具体的な出力分担の割合（出力％）を示す場合は、その出力分担の割合に応じて、第２加温手段３の出力を設定してもよい。例えば、第２加温手段制御部１４０は、２０℃の用水Ｗ１から所定の流量で９０℃の温水Ｗ６を得るのに必要な総熱量を計算し、この総熱量を１００％とした場合の第２加温手段３の出力％を設定する。そして、第２加温手段３は、第２加温手段制御部１４０により設定された出力％に相当する熱出力（＝総熱量×出力％）で運転される。
第２加温手段制御部１４０は、ボイラ制御部１４１と、給蒸制御部１４２と、貯湯制御部１４３を備える。
【００４９】
ボイラ制御部１４１は、蒸気ヘッダ５１に設けられた圧力計５５によって検出されたヘッダ圧力値に基づいて、蒸気ボイラ装置３０の燃焼制御を行う。より具体的には、ヘッダ圧力値が目標蒸気圧力値となるように、ヘッダ圧力値と目標蒸気圧力値との偏差量を算出し、増減制御するボイラの台数および各ボイラの燃焼率を決定して制御する。
【００５０】
給蒸制御部１４２は、貯湯温度センサ４１によって検出された検出温度に基づき、昇温用給蒸弁５４の開度を制御する。より詳細には、給蒸制御部１４２は、貯湯温度センサ４１によって検出された検出温度が、目標貯湯温度となるように、昇温用給蒸弁５４の開度を制御して蒸気Ｓの供給量を調整する。
本実施形態においては、温水タンク４０内の温水が、最終的に温水製造システム１から出湯する温水として用いられるため、目標貯湯温度は、目標出湯温度Ｔ５ｔと同じ温度として設定される。すなわち、給蒸制御部１４２は、温水タンク４０に貯湯されている温水ＴＷが、目標出湯温度設定部１１０により設定された目標出湯温度Ｔ５ｔとなるように、昇温用給蒸弁５４の開度を制御して蒸気Ｓの供給量を調整する。
この供給量の調整にはフィードバック制御を用いるのが好適である。例えば、貯湯温度センサ４１の検出温度が目標貯湯温度（目標出湯温度Ｔ５ｔ）に収束するように、ＰＩＤアルゴリズムにより昇温用給蒸弁５４に対する操作量が演算され、給蒸制御部１４２から昇温用給蒸弁５４のアクチュエータ回路へ開度指定信号が出力される。
このような給蒸制御を行うことにより、温水タンク４０内の温水ＴＷの温度は、常に目標貯湯温度（目標出湯温度Ｔ５ｔ）となるように、目標貯湯温度（目標出湯温度Ｔ５ｔ）に対応する第２温度まで加温される。
温水タンク４０内で目標貯湯温度（目標出湯温度Ｔ５ｔ）まで昇温された温水ＴＷは、温水出湯ラインＬ６を通じて、温水需要箇所に温水Ｗ６として供給される。
【００５１】
なお、第２加温手段制御部１４０は、貯湯制御部１４３も備えているが、この貯湯制御部１４３による制御内容については後述する。
【００５２】
運転モード選択部１５０は、ＣＯ２削減優先モードと、ランニングコスト削減優先モードとを含む、複数の運転モードの切り替え制御を行う。
例えば、図示しない入力部を用いてユーザが所望の運転モードを選択すると、運転モード選択部１５０は、選択された運転モードとなるように運転モードを切り替える。なお、この運転モードの切り替えは手動に限らず、種々の状況に応じて自動的に行われる構成であってもよい。
そして、ＣＯ２削減優先モードが選択された場合には、出力分担情報決定部１２０は、システム全体のＣＯ２排出量が低くなるような第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担割合を、出力分担情報として指定する。一方、ランニングコスト削減優先モードが選択された場合には、出力分担情報決定部１２０は、システム全体のランニングコストが低くなるような第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担割合を、出力分担情報として指定する。
【００５３】
以上のように、本実施形態の温水製造システム１は、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯システム１０の凝縮器に流通させながら、第１温度まで加温する第１加温手段２と、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを利用して第１温度よりも高い第２温度まで昇温する第２加温手段３と、を備える。
ここで、出力分担情報決定部１２０による、第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担を決定する具体的な制御内容を説明する前に、本実施形態の温水製造システム１が、第１加温手段２と第２加温手段３とを有する構成を採用していることによる効果について、以下に説明する。
【００５４】
図５は、加温手段として蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓのみを用いて温水製造システムを構築した第１の比較例である。
温水需要箇所側が求める温水の温度は、その用途によって異なるが、例えば食品や薬品用のびんの洗浄、パストライザー殺菌（瓶詰の殺菌）等を行う場合は、７５℃〜９５℃程度の高温域の温水が求められることがある。そこで、温水製造システムが、高温域の温水、例えば９０℃の温水を温水需要箇所側に供給するケースについて説明する。
【００５５】
図５の温水製造システム５は、加温手段として蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓのみを利用している。ここで、蒸気ボイラは、ガス燃焼または油燃焼のバーナを有し、化石燃料を使用して蒸気を発生するものである。そのため、この温水製造システム５のＣＯ２排出量およびランニングコストは比較的高い値となっており、大幅な削減が求められている。
【００５６】
そこで加温手段として、化石燃料を使用せず、ＣＯＰ（エネルギー消費効率）が高い電気駆動のヒートポンプ式給湯システム１０を用いた温水製造システムを採用することが考えられる。
図６は、加温手段として、ヒートポンプ式給湯システム１０のみを用いて温水製造システム６を構築した第２の比較例である。電力のＣＯ２排出係数（０．５１ｋｇＣＯ２／ｋＷｈ）は、都市ガス１３ＡのＣＯ２排出係数（０．１８ｋｇＣＯ２／ｋＷｈ）よりも大きいが、出力当たりのＣＯ２排出量で比較すると、ＣＯＰの高いヒートポンプの方が蒸気ボイラよりも少なくなる。また、電力単価（１５円／ｋＷｈ程度）は、都市ガス１３Ａの燃料単価（６．２円／ｋＷｈ程度）よりも高いが、出力当たりのランニングコストで比較すると、ＣＯＰの高いヒートポンプの方が蒸気ボイラよりも安くなる。そのため、温水製造システム６は、図５の温水製造システム５よりは、ＣＯ２排出量およびランニングコストが低下する。
【００５７】
ただし、ヒートポンプは、給湯温度が低ければＣＯＰは相対的に高く、ＣＯ２排出量の削減効果が高いものの、給湯温度を高めて使用する場合は、ＣＯＰは相対的に低くなり、ＣＯ２排出量の削減効果が低下する。
例えば、９０℃の温水を給湯する場合におけるヒートポンプのＣＯＰは、一例として２．８相当である。よって、加温手段として蒸気ボイラからの蒸気のみを利用する温水製造システム５と比較したときのＣＯ２排出量の削減効果（ＣＯ２排出削減比）は１０％程度に留まる。また、ランニングコストの削減効果（ランニングコスト削減比）も２０％程度に留まる。
【００５８】
次に、本実施形態の温水製造システム１、すなわち、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯システム１０の凝縮器に流通させながら第１温度まで加温する第１加温手段２と、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを利用して第１温度よりも高い第２温度まで昇温する第２加温手段３と、を備えるハイブリッド温水製造システムについて検討する。
【００５９】
図７に、このような温水製造システム１の概要を示す模式的な図を示す。
このような温水製造システム１であれば、第１加温手段２としてのヒートポンプ式給湯システム１０が、高効率で運転できる温度帯まで、例えば７０℃まで用水Ｗ１を加温し、この加温された温水Ｗ１を、蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓを利用して高温域まで、例えば９０℃まで昇温することが可能であり、高温域の温水を高効率で製造することができる。
【００６０】
ここで、給湯温度が７０℃の場合におけるヒートポンプのＣＯＰは、一例として４．２相当であり、非常に高い。本実施形態の温水製造システム１においては、ヒートポンプは、このような高いＣＯＰを維持できる温度帯までの加温を受け持つ。
例えば、温水製造システム１として９０℃の温水を製造したい場合において、ヒートポンプは７０℃までの加温を受け持つ。このとき、ヒートポンプは、９０℃の温水を製造するのに必要な総熱出力の６０％〜８０％（出力割合６０％〜８０％）程度を受け持つこととなる。
そして、７０℃から９０℃までの昇温は、蒸気ボイラが受け持つ。このとき、蒸気ボイラは、９０℃の温水を製造するのに必要な総熱出力の２０％〜４０％（出力割合２０％〜４０％）程度を受け持つこととなる。
【００６１】
そして、ヒートポンプと蒸気ボイラをこのような組み合せで用いたときの温水製造システム１は、加温手段として蒸気ボイラからの蒸気のみを利用する温水製造システム５と比較して、ＣＯ２排出量の削減効果が３０％程度となり、その削減効果は非常に高い。また、ランニングコストの削減効果についても３５％程度となり、その削減効果は非常に高い。
【００６２】
このように、本実施形態の温水製造システム１を使用することにより、出湯温度を高めた場合であっても、ＣＯ２排出量、ランニングコストを極めて効果的に削減することができる。
【００６３】
図８は、本実施形態の温水製造システム１を用いて、例えば９０℃の温水を製造して出湯する場合における、ＣＯ２排出削減比およびランニングコスト削減比の一例を示すグラフである。
【００６４】
図８のグラフの横軸は、ヒートポンプの給湯温度である。そして、図８の折れ線グラフの縦軸は、ＣＯ２排出削減比およびランニングコスト削減比である。
ここで、ＣＯ２排出削減比は、加温手段として蒸気ボイラからの蒸気のみを利用する温水製造システム５のＣＯ２排出量を１００％とした場合に、本実施形態の温水製造システム１で削減できたＣＯ２排出量の割合を示している。すなわち、ＣＯ２排出削減比が２５％であれば、温水製造システム１への転換を図ることで、１００％のＣＯ２排出量を７５％まで削減できることを意味している。
一方、ランニングコスト削減比は、加温手段として蒸気ボイラからの蒸気のみを利用する温水製造システム５のランニングコストを１００％とした場合に、本実施形態の温水製造システム１で削減できたランニングコストの割合を示している。すなわち、ランニングコスト削減比が３０％であれば、温水製造システム１への転換を図ることで、１００％のランニングコストを７０％まで削減できることを意味している。
そして、図８の棒グラフの縦軸は、ヒートポンプと蒸気ボイラの出力割合、すなわち、それぞれの熱出力の受け持ち分（出力分担）を示す。
ヒートポンプの出力割合を示す棒グラフには、そのヒートポンプの給湯温度におけるＣＯＰが付記されている。給湯温度が高くなるほど、ＣＯＰは低下する。
【００６５】
図８の折れ線グラフにおいて、ヒートポンプ給湯温度＝９０℃のデータと、ヒートポンプ給湯温度＝５０℃〜８０℃のデータを比較すると、ヒートポンプのみを用いて９０℃の温水を製造する場合（ヒートポンプ給湯温度＝９０℃のデータ）に比べて、ヒートポンプで５０〜８０℃まで加温し、その後蒸気を利用して９０℃まで昇温した方が、明らかにＣＯ２削減効果が高く、またランニングコスト削減効果が高いことが理解できる。
【００６６】
すなわち、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯システム１０の凝縮器に流通させながら、第１温度まで加温する第１加温手段２と、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを利用して第１温度よりも高い第２温度まで昇温する第２加温手段と、を備えたハイブリッド温水製造システムを使用することにより、ＣＯ２排出量、ランニングコストを効果的に削減することができる。
【００６７】
本実施形態の温水製造システム１は、さらに出力分担情報決定部１２０を有する。この出力分担情報決定部１２０は、目標出湯温度設定部１１０により設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに基づいて、第１加温手段２を構成するヒートポンプと第２加温手段３を構成する蒸気ボイラの出力分担、すなわちそれぞれの熱出力の受け持ち分を決定する。これにより、極めて効果的にＣＯ２排出量の削減、ランニングコストの削減を実現することが可能となっている。
【００６８】
出力分担情報決定部１２０は、運転モード選択部１５０において、運転モードとしてＣＯ２削減優先モードが選択された場合には、システム全体のＣＯ２排出量が低くなるような第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担割合を、出力分担情報として指定する。
ここで、システム全体のＣＯ２排出量は、第１加温手段２を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプＣＯ２排出量と、第２加温手段３を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラＣＯ２排出量と、の合計である。
【００６９】
出力分担情報決定部１２０は、運転モード選択部１５０において、運転モードとしてランニングコスト削減優先モードが選択された場合には、システム全体のランニングコストが低くなるような第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担割合を、出力分担情報として指定する。
ここで、システム全体のランニングコストは、第１加温手段２を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプランニングコストと、第２加温手段３を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラランニングコストと、の合計である。
【００７０】
図９は、運転モード選択部１５０による運転モードの選択から、出力分担情報決定部１２０による出力分担情報の決定および再設定処理を含む、本実施形態の制御の流れを説明するフローチャートである。
【００７１】
ステップＳ１において、運転モード選択部１５０は、ＣＯ２削減優先モードと、ランニングコスト削減優先モードとを含む、複数の運転モードの切り替え制御を行う。
例えば、ユーザがＣＯ２削減優先モードを選択すると、運転モード選択部１５０は、ＣＯ２削減優先モードとなるように運転モードを切り替える。一方、ユーザがランニングコスト削減優先モードを選択すると、運転モード選択部１５０は、ランニングコスト削減優先モードとなるように運転モードを切り替える。
ここでは、主にランニングコスト削減優先モードが選択された場合の処理について説明する。但し、ＣＯ２削減優先モードが選択された場合についても、基本的には同様の制御の流れとなる。
【００７２】
ステップＳ２では、目標出湯温度設定部１１０は、第２加温手段３から出湯する温水の目標出湯温度Ｔ５ｔを設定する。
例えば、ユーザが目標出湯温度Ｔ５ｔとして９０℃を入力した場合、目標出湯温度設定部１１０は、目標出湯温度Ｔ５ｔとして９０℃を設定する。
目標出湯温度Ｔ５ｔとしては、例えば７５〜９５℃の範囲内の温度に設定される。ただし、この範囲外の温度であってもよい。
ここでは、目標出湯温度Ｔ５ｔとして９０℃が設定された場合を例に説明する。
【００７３】
ステップＳ３では、出力分担情報決定部１２０が、目標出湯温度設定部１１０により設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに基づいて、第１加温手段２を構成するヒートポンプと第２加温手段３を構成する蒸気ボイラの出力分担、すなわちそれぞれの熱出力の受け持ち分を決定する。
ここでは、ステップＳ１においてランニングコスト削減優先モードが選択されているため、出力分担情報決定部１２０は、システム全体のランニングコストが低くなるような第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担割合を、出力分担情報として指定する。
出力分担情報としては、例えば、第１加温手段２から給湯する温水の目標給湯温度Ｔ４ｔが用いられる。
【００７４】
なお、ＣＯ２削減優先モードが選択されている場合は、出力分担情報決定部１２０は、システム全体のＣＯ２排出量が低くなるような第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担割合を、出力分担情報として指定する。
【００７５】
ここで、設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに応じて、出力分担情報としての目標給湯温度Ｔ４ｔを何℃にするべきかについては、予めヒートポンプ回路の冷凍サイクル計算によるシミュレーションによって作成されたテーブル等に基づいて決定される。
【００７６】
図１０〜１２は、出力分担情報としての給湯温度を決定するためのテーブルを説明するための図である。
図１０はテーブル群を示す図であり、このようなテーブル群が、運転モード、目標出湯温度毎に存在している。図１０は、運転モードがランニングコスト削減優先モード、目標出湯温度Ｔ５ｔが９０℃である場合のテーブル群の例を示す図である。このテーブル群の中から、現時点のボイラ効率実測値ηＢに応じてテーブルが選択される。例えば、現時点のボイラ効率実測値ηＢが９８％の場合、テーブルＬが選択される。
【００７７】
図１１は、テーブルＬ（ランニングコスト削減優先モード、目標出湯温度Ｔ５ｔ＝９０℃、ボイラ効率実測値ηＢ＝９８％）を説明するための図である。現時点の給水温度Ｔ３と熱源温度Ｔｈに応じて、このテーブルＬの中から、テーブルデータとしての目標給湯温度Ｔ４ｔが抽出される。例えば、現時点の給水温度Ｔ３が２０℃、熱源温度Ｔｈが３５℃の場合、テーブルＬの中から、「ＴＲ９０−１４」が抽出される。この「ＴＲ９０−１４」は、該当する給水条件、熱源条件のときに、ランニングコスト削減比が最大となる目標給湯温度Ｔ４ｔの指定値である。例えば、「ＴＲ９０−１４」が７０℃であれば、出力分担情報決定部１２０は、出力分担情報としての目標給湯温度Ｔ４ｔを７０℃に設定する。
【００７８】
なお、図１２は、運転モードがＣＯ２削減優先モードの場合のテーブルの例を示すものである。基本的には図１１のテーブルと同様の形態のテーブルであるが、例えば、「ＴＣ９０−１４」が６０℃であるなど、テーブルデータの具体的な値が異なっている。
【００７９】
なお、運転モード選択時や目標出湯温度Ｔ５ｔ設定時における出力分担情報（目標給湯温度Ｔ４ｔ）の決定は、現時点のボイラ効率実測値ηＢ、給水温度Ｔ３、熱源温度Ｔｈは取得せず、予め定められた標準的なボイラ効率、給水温度、熱源温度の情報等に基づいて行ってもよい。ボイラおよびヒートポンプの動作環境条件が比較的安定している場合には、これらの標準的な情報を用いることで、出力分担情報の決定プロセスをシンプルにすることができる。
あるいは、ボイラおよびヒートポンプの動作環境条件が固定化されているようなケースでは、選択された運転モードの情報と、設定された目標出湯温度Ｔ５ｔの情報とから、簡易的に出力分担情報（目標給湯温度Ｔ４ｔ）を決定する構成としてもよい。
【００８０】
図１３は、一例として、目標出湯温度Ｔ５ｔが９０℃の場合、目標給湯温度Ｔ４ｔを７０℃に設定することが望ましいケースについて説明するためのグラフである。なお、このグラフは、図８に示すグラフとは、熱源温度Ｔｈなどの諸条件が異なっている。
図１３におけるランニングコスト削減比を示す折れ線グラフを参照すると、給湯温度Ｔ４が７０℃である場合に、最もランニングコスト削減比が高くなること、すなわち、システム全体のランニングコストが低くなることが確認できる。
すなわち、ランニングコスト削減優先モードにおいては、ランニングコスト削減効果を最大化する上で、目標給湯温度Ｔ４ｔを７０℃に設定することが望ましいことが確認できる。
【００８１】
なお、ＣＯ２排出削減比を示す折れ線グラフを参照すると、給湯温度Ｔ４が６０℃である場合に、最もＣＯ２削減比が高くなること、すなわち、システム全体のＣＯ２排出量が低くなることが確認できる。よって、ＣＯ２削減優先モードが選択されている場合においては、ＣＯ２排出量削減効果を最大化する上で、目標給湯温度Ｔ４ｔを６０℃に設定することが望ましいことが確認できる。
【００８２】
図９に戻ると、ステップＳ４では、決定した出力分担情報に基づいて、第１加温手段制御部１３０が第１加温手段２を制御し、第２加温手段制御部１４０が第２加温手段３を制御する。
具体的には、目標出湯温度Ｔ５ｔが９０℃であり、出力分担情報としての目標給湯温度Ｔ４ｔが７０℃である場合、第１加温手段制御部１３０は、第１加温手段２からの給湯温度Ｔ４が７０℃となるように第１加温手段２を制御し、第２加温手段制御部１４０は、第２加温手段３からの出湯温度Ｔ５が９０℃となるように第２加温手段３を制御する。
【００８３】
ステップＳ５では、第１加温手段制御部１３０が、熱源流量センサ１８により検出される熱源流量ＦＭｈのモニタリングを行い、熱源流量ＦＭｈが規定範囲に入っているか否かの判定を行う。
ここで、熱源流量ＦＭｈが規定範囲に入っていない場合は、ステップＳ６に移り、熱源流量ＦＭｈが規定範囲に入っていないことを示すアラームを出力する。例えば、設定流量に対して±１０％を超過した場合は、アラームを出力する。
熱源流量ＦＭｈが後述のＣＯＰ実測値ηＨに影響を与える状態での出力分担の変更は、ランニングコスト削減比（ＣＯ２削減優先モードが選択されている場合は、ＣＯ２排出削減比）を最大化できない可能性があるので、熱源流量ＦＭｈが規定範囲外のときはアラームを出力し、出力分担の変更は実施しない。すなわち、出力分担変更禁止処理を行う。
一方、熱源流量ＦＭｈが規定範囲に入っている場合は、ステップＳ７に移る。
【００８４】
ステップＳ７では、出力分担情報決定部１２０は、運転中の第１加温手段２からＣＯＰ実測値ηＨを取得し、このＣＯＰ実測値ηＨに基づいて、前記出力分担情報の変更タイミングであるか否かを判定する。
例えば、出力分担情報決定部１２０は、運転中の第１加温手段２のＣＯＰ実測値ηＨのモニタリングを行い、所定割合を超過する変動が生じたか否かの判定を行う。具体的には、最新の取得データについて、過去の取得データから±２０％超過の変動が認められた場合は、ＣＯＰ実測値ηＨが変動したと判定する。最新の取得データと比較される過去の取得データは、連続サンプリングの場合は所定時間前の取得データ、周期サンプリングの場合は所定回数前の取得データである。
このＣＯＰ実測値ηＨの変動は、給水温度Ｔ３、熱源温度Ｔｈ、熱源流量ＦＭｈ等の条件が変動したときに生じ得る。ＣＯＰ実測値ηＨが変動した場合、最適な出力分担が変化している可能性があるため、その後の処理で、出力分担の見直しを図る。
【００８５】
ここで、ＣＯＰ実測値ηＨ［−］は、給水温度センサ１４により検出された給水温度Ｔ３［℃］と、給湯温度センサ１６により検出された給湯温度Ｔ４［℃］と、給水流量センサ１５により検出された給水流量ＦＭ３［ｋｇ／ｈ］とによって算出される出熱Ｑｈ［ｋＷ］、並びに圧縮機９１の電力センサ９６により検出された消費電力Ｐｗ［ｋＷ］に基づいて、以下の式（１）により算出される。
ηＨ＝Ｑｈ／Ｐｗ＝（（Ｔ４−Ｔ３）×ＦＭ３／８６０）／Ｐｗ  …（１）
【００８６】
なお、第１加温手段２を構成する給湯器が複数設定されている場合、好ましい態様としては、複数の給湯器のうち、運転中の給湯器のＣＯＰ実測値ηＨの平均値を用いて判定を行う。
【００８７】
ＣＯＰ実測値ηＨの変動を検知した場合、ステップＳ８に移る。ステップＳ８では、出力分担情報決定部１２０が、出力分担情報を再設定するためのパラメータとして、運転中の第２加温手段３からボイラ効率実測値ηＢを取得し、さらに、現時点の給水温度Ｔ３、熱源温度Ｔｈの情報を取得し、ステップＳ９に移る。
一方、ＣＯＰ実測値ηＨの変動を検知しない場合は、ステップＳ５に戻る。
なお、ステップＳ５の熱源流量ＦＭｈのモニタリングと、ステップＳ７のＣＯＰ実測値ηＨのモニタリングは、同時に行ってもよい。
【００８８】
ここで、出力分担情報決定部１２０は、ステップＳ８で、現時点のボイラ効率実測値ηＢ［％］を取得している。本実施形態では、ボイラ効率実測値ηＢは、ＪＩＳ  Ｂ８２２２「陸用ボイラ−熱勘定方式」に規定された“熱損失法”と呼ばれる算定方式を用いており、以下の式（２）により算出される。
ηＢ＝（１−Ｑ／Ｈ１）×１００  …（２）
ここで、Ｑは排ガス損失熱量［ＭＪ／Ｎｍ３］、Ｈ１は燃料の低位発熱量［ＭＪ／Ｎｍ３］を示す。
【００８９】
上記式（２）の排ガス損失熱量Ｑは、以下の式（３）により算出される。
Ｑ＝１．３８×１０−３×Ｇ×（Ｔ２−Ｔ１）  …（３）
ここで、Ｇは実際湿り排ガス量［Ｎｍ３／Ｎｍ３］、Ｔ２はボイラの排ガス温度［℃］、Ｔ１はボイラの給気温度［℃］を示す。
【００９０】
上記式（３）の実際湿り排ガス量Ｇは、以下の式（４）により算出される。
Ｇ＝Ｇｏ＋Ｇｗ＋（ｍ−１）×Ａ０
＝（２．９３×Ｈ１／１０）＋（ｍ−１）×（２．６８×Ｈ１／１０）  …（４）
ここで、Ｇｏ＋Ｇｗは理論湿り排ガス量［Ｎｍ３／Ｎｍ３］、ｍは空気比、Ａ０は理論空気量［Ｎｍ３／Ｎｍ３］を示す。
【００９１】
上記式（４）の空気比ｍは、以下の式（５）により算出される。
ｍ＝２１／（２１−Ｏ２％）  …（５）
ここで、Ｏ２％は排ガス中のＯ２濃度を示す。
【００９２】
上記式（２）〜（５）の、低位発熱量Ｈ１、理論湿りガス量Ｇｏ＋Ｇｗ、理論空気量Ａ０といった燃料種情報と、排ガス中のＯ２濃度の情報は、例えばユーザが燃料種などを入力することによって定まる入力値である。よって、ボイラ効率実測値ηＢは、これらの入力値に加えて、給気温度センサ３５により検知したボイラの給気温度Ｔ１と、排ガス温度センサ３６により検知した排ガス温度Ｔ２とを用いることにより算出することができる。すなわち、“熱損失法”に基づくボイラ効率実測値ηＢは、給気温度Ｔ１および排ガス温度Ｔ２に基づいて算出される。
なお、蒸気ボイラ装置３０が複数のボイラにより構成されている場合、好ましい態様としては、複数のボイラのうち、運転中のボイラのボイラ効率実測値ηＢの平均値を用いてこれ以降の処理を行う。
また、ボイラ効率実測値ηＢの計算には、ＪＩＳ  Ｂ８２２２「陸用ボイラ−熱勘定方式」に規定された“入出熱法”と呼ばれる算定方式を用いることもできる。
【００９３】
ステップＳ９では、出力分担情報決定部１２０が、少なくともボイラ効率実測値ηＢ、給水温度Ｔ３、熱源温度Ｔｈの情報を用いて、再設定に用いる出力分担情報としての目標給湯温度Ｔ４ｔを決定する。このとき、予めヒートポンプ回路の冷凍サイクル計算によるシミュレーションによって作成されたテーブルを用いて、再設定する目標給湯温度Ｔ４ｔを決定する。
【００９４】
以下、前述の図１０、１１に示すテーブルを用いて、再設定する目標給湯温度Ｔ４ｔの決定方法について説明する。
ステップＳ８において取得したボイラ効率実測値ηＢが例えば９８％の場合、図１０に示されるテーブル群の中から、テーブルＬが選択される。
そして、ステップＳ８において取得した給水温度Ｔ３と熱源温度Ｔｈに応じて、図１１に示されるテーブルＬの中から、目標給湯温度Ｔ４ｔを抽出する。例えば、熱源温度Ｔｈが３５℃から２５℃に低下し、取得した給水温度Ｔ３が２０℃、熱源温度Ｔｈが２５℃の状態となっている場合、テーブルＬの中から、「ＴＲ９０−１２」が抽出される。そして、「ＴＲ９０−１２」が６０℃であれば、出力分担情報決定部１２０は、出力分担情報としての目標給湯温度Ｔ４ｔを６０℃に再設定する。
【００９５】
図１４は、この状況を説明するためのグラフである。熱源温度Ｔｈが３５℃から２５℃に低下することにより、図１３の状態に比べて、ヒートポンプのＣＯＰは低下する。
そして、ランニングコスト削減比を示す折れ線グラフを参照すると、給湯温度Ｔ４が６０℃である場合に、最もランニングコスト削減比が高くなること、すなわち、システム全体のランニングコストが低くなることが確認できる。
よって、ランニングコスト削減モード選択時において、熱源温度Ｔｈが３５℃から２５℃に変化し、その結果、ヒートポンプのＣＯＰが低下しているような状況下においては、目標給湯温度Ｔ４ｔを７０℃（図１３参照）から６０℃（図１４参照）に変更することにより、ランニングコスト削減の効果を最大化することができる。
【００９６】
なお、図１３のＣＯ２削減比を示す折れ線グラフを参照すると、最もＣＯ２削減比が高くなる給湯温度Ｔ４は６０℃である一方、図１４のＣＯ２削減比を示す折れ線グラフを参照すると、最もＣＯ２削減比が高くなる給湯温度Ｔ４は５０℃である。よって、ＣＯ２削減優先モード選択時において、熱源温度Ｔｈが３５℃から２５℃に変化し、その結果、ヒートポンプのＣＯＰが低下しているような状況下においては、目標給湯温度Ｔ４ｔを６０℃（図１３参照）から５０℃（図１４参照）に変更することにより、ＣＯ２排出量削減の効果を最大化することができる。
【００９７】
ステップＳ１０では、再設定された出力分担情報に基づいて、第１加温手段制御部１３０が第１加温手段２を制御し、第２加温手段制御部１４０が第２加温手段３を制御する。
具体的には、出力分担情報としての目標給湯温度Ｔ４ｔが６５℃に再設定された場合、第１加温手段制御部１３０は、第１加温手段２からの給湯温度Ｔ４が６５℃となるように第１加温手段２を制御する。
なお、目標出湯温度Ｔ５ｔは変更されていないため、第２加温手段制御部１４０は、第２加温手段３からの出湯温度Ｔ５が引き続き９０℃となるように第２加温手段３を制御する。
このようにして、第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担が変更される。このステップＳ９における出力分担情報の再設定も、出力分担情報の決定に含まれる。
【００９８】
ステップＳ１１では、所定時間、出力分担情報変更禁止処理、すなわち目標給湯温度Ｔ４ｔの変更を禁止する処理を行う。目標給湯温度Ｔ４ｔを変更すると、ＣＯＰ実測値ηＨが変化するため、目標給湯温度Ｔ４ｔの変更に応じて変化するＣＯＰ実測値ηＨが安定するまでの時間は、目標給湯温度Ｔ４ｔの変更を禁止する。また、目標給湯温度Ｔ４ｔの変更を禁止する際、併せて目標出湯温度設定部１１０による目標出湯温度Ｔ５ｔの変更を禁止してもよい。例えば１時間を所定時間とし、その間、目標給湯温度Ｔ４ｔまたは目標出湯温度Ｔ５ｔの変更を禁止する。
【００９９】
以上が、運転モード選択部１５０による運転モードの選択から、出力分担情報決定部１２０による出力分担情報の決定および再設定処理を含む、本実施形態の制御の流れである。
【０１００】
ここで、ステップＳ３、ステップＳ９で使用するテーブルのテーブルデータとして目標給湯温度Ｔ４ｔ（出力分担情報）を設定する方法について説明する。このテーブルデータは予め設定され、例えば制御部１００の記憶部に記憶されている。
【０１０１】
まず、ランニングコスト削減優先モード時に使用するテーブルの目標給湯温度Ｔ４ｔの設定方法について説明する。
システム全体のランニングコストは、第１加温手段２を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプランニングコストと、第２加温手段３を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラランニングコストと、の合計である。
よって、ボイラ燃料単価および電力単価の情報等を利用して、システム全体のランニングコストが最も低くなるような目標給湯温度Ｔ４ｔを出力分担情報として算出し、これをテーブルデータとしてテーブルに設定する。
【０１０２】
ここで、温水製造システム１全体に対する第１加温手段２（ヒートポンプ）の出力割合εＨ［％］、第２加温手段３（ボイラ）のランニングコストＲＢ［円／ｋＷｈ］、第１加温手段２（ヒートポンプ）のランニングコストＲＨ［円／ｋＷｈ］、総ランニングコストＲＴ［円／ｋＷｈ］はそれぞれ、以下の式（６）〜（９）により算出される。
【０１０３】
εＨ＝（Ｔ４´−Ｔ３´）／（Ｔ５´−Ｔ３´）  …（６）
ＲＢ＝ＭＢ／（Ｈ１×１０００）×３６００／（ηＢ´／１００）×（１−εＨ）  …（７）
ＲＨ＝ＭＨ／ηＨ´×εＨ  …（８）
ＲＴ＝ＲＢ＋ＲＨ  …（９）
【０１０４】
これらの式において、Ｔ３´は第１加温手段２への給水温度［℃］、Ｔ４´は第１加温手段２からの給湯温度［℃］、Ｔ５´は第２加温手段３からの出湯温度［℃］を示す。また、ηＢ´は第２加温手段３のボイラ効率予測値［％］、ηＨ´は第１加温手段２のヒートポンプのＣＯＰ予測値［−］を示す。そして、ＭＢはボイラ燃料単価［円／Ｎｍ３］、ＭＨは電力単価［円／ｋＷｈ］、Ｈ１はボイラ燃料の低位発熱量［ＭＪ／Ｎｍ３］を示す。ここで、Ｔ３´〜Ｔ５´は、センサによる検出値等ではなく予測計算上の変数となっている。
【０１０５】
上記の式（６）〜（９）を用いて、総ランニングコストＲＴが最小になる給湯温度Ｔ４´を、目標給湯温度Ｔ４ｔとして算出し、これをテーブルデータとしてテーブルに設定する。
【０１０６】
ここで、ボイラ燃料単価ＭＢ、電力単価ＭＨ、ボイラ燃料の低位発熱量Ｈ１は、例えば燃料・電力購入契約や燃料種によって定まる値である。
よって、それ以外の情報として、出湯温度Ｔ５´、給水温度Ｔ３´、ボイラ効率予測値ηＢ´およびＣＯＰ予測値ηＨ´の数値を代入すれば、総ランニングコストＲＴが最小になる給湯温度Ｔ４´を算出することができる。
【０１０７】
ＣＯＰ予測値ηＨ´は、ヒートポンプ回路の冷凍サイクル計算によって求められる。冷凍サイクル計算では多数の条件変数が存在するが、冷媒の劣化、蒸発器・凝縮器の汚れ、圧縮機の性能低下などが生じていなければ、ＣＯＰの変動要因として特に大きいのは、給水温度および熱源温度の２つである。そのため、ＣＯＰ予測値ηＨ´に替わる条件変数として、給水温度および熱源温度の２つを採用することができる。
熱源温度は、式（１）のＣＯＰの計算式には直接的に表出していないが、熱源温度が変化すると、前述した過熱度一定制御もしくは過冷却度一定制御により膨張弁９３の開度が調整されるので冷媒流量が変化し、これにより圧縮機９１の消費電力Ｐｗが変化する。
なお、熱源流量もＣＯＰに影響を与えるが、熱源水供給ポンプなどの故障がない限りその影響度は相対的に小さいため、ここでは条件変数として用いていない。ＣＯＰ予測値ηＨ´に対する条件変数に熱源流量を加えると図１１等のテーブルが複雑化するが、制御部１００のメモリに余裕があれば条件変数を増やしてもよく、この場合には目標給湯温度Ｔ４ｔをより的確に指定することができる。
【０１０８】
以上より、本実施形態では、総ランニングコストＲＴが最も低くなるような目標給湯温度Ｔ４ｔを、出湯温度Ｔ５´、ボイラ効率予測値ηＢ´、給水温度Ｔ３´および熱源温度の４つの条件変数を用いて予測計算し、その結果をテーブルに反映させる手法を採用している。
【０１０９】
このようにして総ランニングコストＲＴが最も低くなるような目標給湯温度Ｔ４ｔを算出することができるが、テーブル作成時においては、出湯温度Ｔ５´、ボイラ効率予測値ηＢ´、給水温度Ｔ３´および熱源温度の各値を振ったときの目標給湯温度Ｔ４ｔを各々算出し、これをテーブルデータとしてテーブルに設定する。
【０１１０】
本実施形態においては、運転モード（ランニングコスト削減優先モード）と、目標出湯温度Ｔ５ｔと、ボイラ効率実測値ηＢとに基づいて選択されるテーブルを複数作成している。そして、給水温度Ｔ３と、熱源温度Ｔｈとに基づいて求まる目標給湯温度Ｔ４ｔを、テーブルデータとしてテーブルに設定している（例えば、図１０、１１を参照。）。
【０１１１】
そして、このテーブルを用いて、出力分担情報決定部１２０が実際に目標給湯温度Ｔ４ｔを決定するときは、設定されている運転モードと、設定されている目標出湯温度Ｔ５ｔと、ボイラ効率実測値ηＢとに基づいてテーブルを選択し、このテーブルと、センサによる計測値としての給水温度Ｔ３および熱源温度Ｔｈに基づいて、目標給湯温度Ｔ４ｔを決定する。
【０１１２】
なお、出力分担情報として、目標給湯温度Ｔ４ｔに換えて、目標給湯温度Ｔ４ｔの決定に伴って定まる温水製造システム１全体に対する第１加温手段２の出力割合εＨなどを用いてもよい。
【０１１３】
なお、第１加温手段２を構成するヒートポンプが複数台の場合や、第２加温手段３を構成するボイラが複数台の場合は、この点も加味してシステム全体のランニングコストが最も低くなるようなテーブルを作成する。
【０１１４】
次に、ＣＯ２削減優先モード時に使用するテーブルの目標給湯温度Ｔ４ｔの設定方法について説明する。
システム全体のＣＯ２排出量は、第１加温手段２を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプＣＯ２排出量と、第２加温手段３を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラＣＯ２排出量と、の合計である。
よって、ＣＯ２排出係数当の情報等を利用して、システム全体のＣＯ２排出量が最も低くなるような目標給湯温度Ｔ４ｔを出力分担情報として算出し、これをテーブルデータとして設定する。
【０１１５】
ここで、温水製造システム１全体に対する第１加温手段２（ヒートポンプ）の出力割合εＨ［％］、第２加温手段３（ボイラ）のＣＯ２排出量ＣＢ［ｋｇ／ｋＷｈ］、第１加温手段２（ヒートポンプ）のＣＯ２排出量ＣＨ［ｋｇ／ｋＷｈ］、総ＣＯ２排出量ＣＴ［ｋｇ／ｋＷｈ］はそれぞれ、以下の式（１０）〜（１３）により算出される。
【０１１６】
εＨ＝（Ｔ４´−Ｔ３´）／（Ｔ５´−Ｔ３´）  …（１０）
ＣＢ＝αＢ／（ηＢ´／１００）×（１−εＨ）  …（１１）
ＣＨ＝αＨ／ηＨ´×εＨ…（１２）
ＣＴ＝ＣＢ＋ＣＨ…（１３）
【０１１７】
これらの式で、Ｔ３´は第１加温手段２への給水温度［℃］、Ｔ４´は第１加温手段２からの給湯温度［℃］、Ｔ５´は第２加温手段３からの出湯温度［℃］を示す。また、ηＢ´は第２加温手段３のボイラ効率予測値［％］、ηＨ´は第１加温手段２のヒートポンプのＣＯＰ予測値［−］を示す。そして、αＢはボイラ燃料のＣＯ２排出係数［ｋｇ／ｋＷｈ］、αＨは電力のＣＯ２排出係数［ｋｇ／ｋＷｈ］を示す。ここで、Ｔ３´〜Ｔ５´は、センサによる検出値等ではなく予測計算上の変数となっている。
【０１１８】
上記の式（１０）〜（１３）を用いて、総ＣＯ２排出量ＣＴが最小になる給湯温度Ｔ４´を、目標給湯温度Ｔ４ｔとして算出し、これをテーブルデータとして設定する。
【０１１９】
ここで、ボイラ燃料のＣＯ２排出係数αＢ、電力のＣＯ２排出係数αＨは、温室効果ガス排出量算定・報告・公表制度（環境省）において指定された算定方法に基づいて計算された値である。
よって、それ以外の情報として、出湯温度Ｔ５´、給水温度Ｔ３´、ボイラ効率予測値ηＢ´およびＣＯＰ予測値ηＨ´の数値を代入すれば、総ＣＯ２排出量ＣＴが最小になる給湯温度Ｔ４´を算出することができる。
【０１２０】
前述したように、ＣＯＰ予測値ηＨ´は、ヒートポンプ回路の冷凍サイクル計算によって求められる。ＣＯＰ予測値ηＨ´に替わる条件変数は、ランニングコスト削減優先モードと同様の考え方で選択することができる。
【０１２１】
以上より、本実施形態では、総ＣＯ２排出量ＣＴが最も低くなるような目標給湯温度Ｔ４ｔを、出湯温度Ｔ５´、ボイラ効率予測値ηＢ´、給水温度Ｔ３´および熱源温度の４つの条件変数を用いて予測計算し、その結果をテーブルに反映させる手法を採用している。
【０１２２】
このようにして総ＣＯ２排出量ＣＴが最も低くなるような目標給湯温度Ｔ４ｔを算出することができるが、テーブル作成時においては、出湯温度Ｔ５´、ボイラ効率予測値ηＢ´、給水温度Ｔ３´および熱源温度の各値を振ったときの目標給湯温度Ｔ４ｔを各々算出し、これをテーブルデータとしてテーブルに設定する。
【０１２３】
本実施形態においては、運転モード（ＣＯ２削減優先モード）と、目標出湯温度Ｔ５ｔと、ボイラ効率実測値ηＢとに基づいて選択されるテーブルを複数作成している。そして、給水温度Ｔ３と、熱源温度Ｔｈとに基づいて求まる目標給湯温度Ｔ４ｔを、テーブルデータとしてテーブルに設定している（例えば、図１２を参照。）。
【０１２４】
そして、このテーブルを用いて、出力分担情報決定部１２０が実際に目標給湯温度Ｔ４ｔを決定するときは、設定されている運転モードと、設定されている目標出湯温度Ｔ５ｔと、ボイラ効率実測値ηＢとに基づいてテーブルを選択し、このテーブルと、センサによる計測値としての給水温度Ｔ３および熱源温度Ｔｈに基づいて、目標給湯温度Ｔ４ｔを決定する。
【０１２５】
なお、ボイラ効率予測値ηＢ´、ＣＯＰ予測値ηＨ´、出力分担情報として、どのような情報を用いることができるのかなどについては、ランニングコスト削減優先モード時と同様である。
【０１２６】
以上の方法により、ステップＳ３、ステップＳ９で使用するテーブルのテーブルデータとして目標給湯温度Ｔ４ｔ（出力分担情報）を設定することができる。
【０１２７】
なお、図１３、１４に示されるグラフは、給湯温度Ｔ４を１０℃刻みで計算したグラフとなっているが、さらに細かい温度刻みで計算することも可能である。例えば、図１１、１２のテーブルを用いて決定する目標給湯温度Ｔ４ｔは、１℃単位等、細かい温度刻みであってもよい。また、図１１、１２のテーブルの給水温度Ｔ３および熱源温度Ｔｈについても、制御部１００のメモリに余裕がある場合には、１℃刻み等、さらに細分化したテーブルとしてもよい。
【０１２８】
なお、ヒートポンプ式給湯システム１０が停止し、蒸気ボイラ装置３０の単独運転となった時が、ＣＯ２排出量、ランニングコストが最大となる。よって、ヒートポンプ式給湯システム１０が停止しないような条件のテーブルを作成しておくことが好ましい。そのためには、目標給湯温度Ｔ４ｔ≧給水温度Ｔ３＋ΔＴの条件を満たす必要がある。また、ヒートポンプ式給湯システム１０の給湯温度Ｔ４を一定とする制御では、インバータポンプや比例制御弁を用いて給水流量を制御するので、最大駆動周波数や最大開度付近での制御を避けるために、ΔＴとして十分な温度差を確保する必要がある。よって、例えば、１０℃＜給水温度Ｔ３≦２０℃であるとき、最低の目標給湯温度Ｔ４ｔが３０℃となるようなテーブルを作成しておくことが好ましい。
【０１２９】
なお、テーブル上の目標給湯温度Ｔ４ｔは、温水製造システム１の目標出湯温度Ｔ５ｔが上限となるため、目標出湯温度Ｔ５ｔを超える目標給湯温度Ｔ４ｔが選ばれる場合は制限をかける必要がある。具体的には、給湯器の出力分担を１００％としつつ、目標出湯温度Ｔ５ｔに合わせて、目標給湯温度Ｔ４ｔを目標出湯温度Ｔ５ｔまで下げる。
【０１３０】
なお、本実施形態においては、出力分担情報（目標給湯温度Ｔ４ｔ）を、ボイラ効率ηＢ、給水温度Ｔ３、熱源温度Ｔｈの３つのパラメータに基づいて決定しているが、これに、熱源流量ＦＭｈといった他のパラメータを加えてもよい。外乱による変動量が大きいパラメータは給水温度Ｔ３と熱源温度Ｔｈであるが、より適切に出力分担情報を決定するために、熱源流量ＦＭｈといった他のパラメータを加えてもよい。
【０１３１】
なお、目標給湯温度Ｔ４ｔの決定は、テーブルを用いる方法に限らず、目標給湯温度Ｔ４ｔ＝ｆ（Ｔ３，Ｔｈ）といった２変数関数式等、複数の変数を有する関数式を用いる方法でもよい。また、テーブルと関数式を組み合わせて目標給湯温度Ｔ４ｔを決定してもよい。
【０１３２】
なお、本実施形態においては、選択された運転モードの情報と、設定された目標出湯温度Ｔ５ｔの情報に基づいて、出力分担情報（目標給湯温度Ｔ４ｔ）を決定しているが、運転モードの選択ができないシステムにおいても適用可能である。この場合は、設定された目標出湯温度Ｔ５ｔの情報に基づき、システム全体のＣＯ２排出量またはランニングコストが低くなるように、あるいは両方のバランスを考慮するなどして、出力分担情報（目標給湯温度Ｔ４ｔ）を決定する。
【０１３３】
なお、本実施形態においては、設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに基づいて、出力分担情報としての目標給湯温度Ｔ４ｔを決定しているが、例えば、設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに基づく制御により実際に出湯する温水の出湯温度Ｔ５に応じて、出力分担情報としての目標給湯温度Ｔ４ｔを決定する態様であってもよい。
【０１３４】
なお、本実施形態においては、ＣＯＰ実測値ηＨの変動を検知した場合に、出力分担情報を再設定するための処理を実行しているが、ＣＯＰ実測値ηＨの変動を検知することに換えて、給水温度Ｔ３の変動、熱源温度Ｔｈの変動、熱源流量ＦＭｈの変動、圧縮機の消費電力Ｐｗの変動といった、ＣＯＰに影響を及ぼすパラメータの変動を検知した場合に、出力分担情報を再設定するための処理を実行してもよい。
【０１３５】
なお、ＣＯＰ実測値ηＨは、時系列で複数回に亘って取得されるＣＯＰを意味し、必ずしも短時間の時間周期で取得されるものには限らない。例えば、ＣＯＰの変動を検知する上で、１０〜３０分周期で取得する場合や、１時間周期で取得する場合なども含まれる。
【０１３６】
ここで、本実施形態の第２加温手段制御部１４０は、貯湯制御部１４３も備えているため、ここで、図１５、１６を用いて、貯湯制御部１４３についても説明する。
【０１３７】
貯湯制御部１４３は、第１水位センサ４２の検出結果に基づき、バイパス給水弁６２、昇温用給蒸弁５４、給湯器１１、１２、１３の制御を行う。
図１５に示されるように、第１水位センサ４２は、複数の電極棒を備える電極式水位検出器により構成されており、第１電極棒４２１と、第２電極棒４２２と、第３電極棒４２３と、第４電極棒４２４と、第５電極棒４２５と、を備えている。また、図示はしていないが、共通電極を構成する電極棒や、異常水位を検知するための電極棒をさらに備えていてもよい。
各電極棒４２１〜４２５は、その下端部が水に浸るか否かにより、温水タンク４０内の貯留水ＴＷの水位ＷＬが各電極棒の下端部まで来ているか否かを検出する。
【０１３８】
ここで、第１電極棒４２１が検出する水位を水位ＬＬ、第２電極棒４２２が検出する水位を水位Ｌ、第３電極棒４２３が検出する水位を水位Ｍ、第４電極棒４２４が検出する水位を水位Ｈ、第５電極棒４２５が検出する水位を水位ＨＨとする。そして、図１５に示されるように、各電極棒は、下端部の高さ位置が低い方から順に、第１電極棒４２１、第２電極棒４２２、第３電極棒４２３、第４電極棒４２４、第５電極棒４２５となるように、温水タンク４０内に挿入されている。これらの電極棒が検出する水位は、給湯器１１、１２、１３の運転台数等の変更制御を行うための複数段階の水位閾値となる。
【０１３９】
本実施形態においては、第１水位センサ４２の検出結果に基づき、貯湯制御部１４３が、バイパス給水弁６２、昇温用給蒸弁５４、給湯器１１、１２、１３の制御を行う。より詳細には、貯湯制御部１４３は、第１水位センサ４２が水位ＬＬを下回ったことを検出したときは、バイパス給水弁６２を開放する。また、貯湯制御部１４３は、温水タンク４０内の水位下降時は、第１水位センサ４２の検出水位が水位閾値を１段階下回るたびに給湯器の運転台数を１台ずつ増加させる台数制御を実行し、温水タンク４０内の水位上昇時は、第１水位センサ４２の検出水位が水位閾値を１段階上回るたびに給湯器の運転台数を１台ずつ減少させる台数制御を実行する。この台数制御は、水位下降時においては、例えば水位Ｈ、水位Ｍ、水位Ｌにおいて、水位上昇時においては、例えば水位Ｍ、水位Ｈ、水位ＨＨにおいて行われる。
なお、貯湯制御部１４３は、給蒸制御部１４２を介して昇温用給蒸弁５４を制御してもよい。また、貯湯制御部１４３は、第１加温手段制御部１３０を介して給湯器１１、１２、１３を制御してもよい。
【０１４０】
ここで、温水タンク４０内の水位ＷＬが、例えば図１５に示される水位ＬＬ〜水位Ｌの範囲内に位置している状況から変動する場合について具体的に説明する。
温水タンク４０に貯留されている貯留水ＴＷは、温水出湯ラインＬ６を通じて、不図示の温水需要箇所に供給される。そして、温水タンク４０から温水需要箇所に供給される温水Ｗ６の量が、第１加温手段２としての複数の給湯器１１、１２、１３から温水タンク４０に供給される温水Ｗ１および蒸気ボイラ装置３０から温水タンク４０に供給される蒸気Ｓの水分の量を上回ると、温水タンク４０内の水位ＷＬは下降していく（図１５の矢印Ａを参照。）。そしてあるタイミングにおいて、第１電極棒４２１の下端部が水面から露出すると、第１水位センサ４２は、水位ＷＬが水位ＬＬを下回ったことを検出する。
【０１４１】
貯湯制御部１４３は、水位ＷＬが水位ＬＬを下回ったことを検出すると、温水タンク４０が渇水直前の状態になったと判断し、給湯器１１、１２、１３を３台全て運転状態として温水タンク４０に可能な限りの温水Ｗ１を供給すると共に、バイパス給水弁６２を開放し、給水タンク６０に貯留されている冷水Ｗ５を直接温水タンク４０に補給する。さらに、冷水Ｗ５が供給されることにより温水タンク４０内の貯留水ＴＷの温度が低下することを考慮し、昇温用給蒸弁５４を全開にして、温水タンク４０に可能な限りの蒸気Ｓを供給する。なお、給蒸制御部１４２は、このときにおいては、貯湯温度センサ４１が検出した温度によらずに、昇温用給蒸弁５４の開度を全開とする制御を行う。
【０１４２】
このように、水位ＷＬが水位ＬＬを下回ったとき、すなわち、温水タンク４０が渇水直前の状態になった場合は、第１加温手段２により加温された温水Ｗ１を供給すると共に、第１加温手段２を介していない冷水Ｗ５も供給することにより、迅速に水位ＷＬの回復を図る。また、昇温用給蒸弁５４を全開として蒸気Ｓを供給することにより、冷水Ｗ５の供給により温度の低下した温水タンク４０内の貯留水ＴＷを、極力早期に昇温する。
【０１４３】
このような制御を行うことにより、水位ＷＬは回復していく（図１５の矢印Ｂを参照。）。そして、水面が第２電極棒４２２と接触し、第２電極棒４２２の先端が水面の中に浸ると、第１水位センサ４２は、水位ＷＬが水位Ｌを上回ったことを検出する。
貯湯制御部１４３は、水位ＷＬが水位Ｌを上回ったこと（水位Ｌ〜水位Ｍの範囲内に入ったこと）を検出すると、温水タンク４０が渇水直前の状態からは脱したと判断し、バイパス給水弁６２を閉じる。また、昇温用給蒸弁５４の制御を、貯湯温度センサ４１の検出温度に基づく通常の温度制御に戻す。なお、この時点では、依然として水位ＷＬは高いとはいえない状況であるため、給湯器１１、１２、１３については、３台全ての運転を継続する。
【０１４４】
次に、さらに水位ＷＬが上昇し、第３電極棒４２３の先端が水面の中に浸ると、第１水位センサ４２は、水位ＷＬが水位Ｍを上回ったこと（水位Ｍ〜水位Ｈの範囲内に入ったこと）を検出する。
このとき、貯水量に少し余裕がでてきたと判断し、３台中１台の給湯器の運転を停止し、２台の給湯器のみ、運転を継続する。例えば、給湯器１１、１２、１３のうち、第３給湯器１３の運転を停止し、第１、第２給湯器１１、１２のみ運転を継続する。なお、バイパス給水弁６２は閉じたままの状態を維持する。また、昇温用給蒸弁５４の制御も、給蒸制御部１４２による通常の温度制御状態を維持する。
【０１４５】
次に、さらに水位ＷＬが上昇し、第４電極棒４２４の先端が水面の中に浸ると、第１水位センサ４２は、水位ＷＬが水位Ｈを上回ったこと（水位Ｈ〜水位ＨＨの範囲内に入ったこと）を検出する。
このとき、貯水量にさらに余裕がでてきたと判断し、３台中２台の給湯器の運転を停止し、１台の給湯器のみ、運転を継続する。例えば、給湯器１１、１２、１３のうち、第２、第３給湯器１２、１３の運転を停止し、第１給湯器１１のみ運転を継続する。なお、バイパス給水弁６２は閉じたままの状態を維持する。また、昇温用給蒸弁５４の制御は給蒸制御部１４２による通常の温度制御状態を維持する。
【０１４６】
次に、さらに水位ＷＬが上昇し、第５電極棒４２５の先端が水面の中に浸ると、第１水位センサ４２は、水位ＷＬが水位ＨＨを上回ったことを検出する。
このとき、貯水量は十分な量になったと判断し、さらにもう１台の給湯器の運転を停止する。すなわち、給湯器１１、１２、１３全ての運転を停止する。なお、バイパス給水弁６２は閉じたままの状態を維持する。また、昇温用給蒸弁５４の制御は、給蒸制御部１４２による通常の温度制御状態を維持する。
【０１４７】
次に、この状態から、水位ＷＬが下降していく場合について説明する。
水位ＷＬが下降し（図１５の矢印Ｃを参照。）、第４電極棒４２４の下端部が水面から露出すると、第１水位センサ４２は、水位ＷＬが水位Ｈを下回ったこと（水位Ｍ〜水位Ｈの範囲内に入ったこと）を検出する。
貯湯制御部１４３は、水位ＷＬが水位Ｈを下回ったことを検出すると、３台の給湯器のうち、１台の給湯器のみ運転を再開する。例えば、給湯器１１、１２、１３のうち、第１給湯器１１の運転を再開する。
【０１４８】
ここで、水位ＷＬが水位Ｈを下回った後、仮に水位ＷＬが上昇し、第５電極棒４２５の先端が水面の中に浸ると、すなわち水位ＷＬが水位ＨＨを上回ったことを検出すると、貯水量は再び十分な量になったと判断し、前述と同様、給湯器１１、１２、１３全ての運転を停止する。
【０１４９】
一方、水位ＷＬが水位Ｈを下回った後、水位ＷＬがさらに下降し（図１５の矢印Ｄを参照。）、第３電極棒４２３の下端部が水面から露出すると、第１水位センサ４２は、水位ＷＬが水位Ｍを下回ったこと（水位Ｌ〜水位Ｍの範囲内に入ったこと）を検出する。
貯湯制御部１４３は、水位ＷＬが水位Ｍを下回ったことを検出すると、３台の給湯器のうち、２台の給湯器のみ運転を実行する。例えば、給湯器１１、１２、１３のうち、第１、第２給湯器１１、１２の運転を実行する。
【０１５０】
この状態から、水位ＷＬがさらに下降し、第２電極棒４２２の下端部が水面から露出すると、第１水位センサ４２は、水位ＷＬが水位Ｌを下回ったこと（水位ＬＬ〜水位Ｌの範囲内に入ったこと）を検出する。
貯湯制御部１４３は、水位ＷＬが水位Ｌを下回ったことを検出すると、３台全ての給湯器１１、１２、１３の運転を実行する。
【０１５１】
この状態から、水位ＷＬがさらに下降し、第１電極棒４２１の下端部が水面から露出した場合、すなわち水位ＷＬが水位ＬＬを下回ったことを検出した場合は、貯湯制御部１４３は、温水タンク４０が渇水直前の状態になったと判断し、前述と同様、給湯器１１、１２、１３を３台全て運転状態とすると共に、バイパス給水弁６２を開放する。さらに、昇温用給蒸弁５４を全開にする。
【０１５２】
このように、温水タンク４０内の水位ＷＬに応じて給湯器の運転台数を増減させるため、適切に温水タンク４０内の水位ＷＬの管理を行うことができる。また、消費電力を抑えることができる。
【０１５３】
なお、貯湯制御部１４３は、図１５に示されるように、所定の水位帯における給湯器の運転台数を、水位上昇時と水位下降時とでずらしている。例えば、水位Ｌ〜水位Ｍの間の水位帯においては、水位上昇時の運転台数が３台である一方、水位下降時の運転台数が２台となっている。これは、水位ＷＬが水位閾値付近で変動する場合において、給湯器の運転開始と運転停止が頻繁に実行されてしまう状況を防ぐためである。これにより、給湯器および温水供給の給水制御機器（給水ポンプや給水弁等）の故障リスクが低減する。
【０１５４】
なお、所定の水位帯における給湯器の運転台数を、水位上昇時と水位下降時とでずらすことに換えて、状態確認時間を設けてもよい。すなわち、水位ＷＬが所定の水位閾値を下回っている状態が第１所定時間継続したと判定された場合に、給湯器の運転台数を切り替える等の制御を実行する構成としてもよい。
例えば、図１５の矢印Ｃに示されるような水位ＷＬの下降過程において、水位ＷＬが水位ＨＨを下回っている状態が所定時間継続したと判定された場合に、給湯器の運転台数を０台から１台に切り替える。このように状態確認時間を設けることにより、例えば所定の水位帯としての水位Ｈ〜水位ＨＨの水位帯における給湯器の運転台数を、水位上昇時と水位下降時とで同じにしても、給湯器の運転開始と運転停止が頻繁に実行されてしまう状況を防ぐことができる。なお、他の水位閾値においても同様に状態確認時間を設ける。
【０１５５】
なお、水位ＷＬが所定の水位閾値を上回っている状態が第２所定時間継続したと判定された場合に、給湯器の運転台数の切り替える等の制御を実行する構成を採用してもよい。例えば、図１５の矢印Ｂに示されるような水位ＷＬの上昇過程において、水位ＷＬが水位ＬＬを上回っている状態が所定時間継続したと判定された場合に、バイパス給水弁６２を閉じ、昇温用給蒸弁５４の制御を温度制御に戻してもよい。さらに水位ＷＬが上昇し、水位Ｌを上回っている状態が所定時間継続したと判定された場合に、給湯器の運転台数を３台から２台に切り替えてもよい。なお、他の水位閾値においても同様に状態確認時間を設ける。
【０１５６】
このような制御により、水位ＷＬの下降継続の状態確認時間、または上昇継続の状態確認時間に基づいて、給湯器の運転台数の変更等の制御を行うことができる。
そして、状態確認時間の設定値は、調整可能となっていることが好ましい。状態確認時間の設定値を調整可能とすることにより、水位閾値を下回ったときに、温水タンク４０の断面積による水位の下降速度の違いを考慮して、水位の下降継続の確認に必要な水位幅に対応する遅延時間としての第１所定時間を設定することができる。または、水位閾値を上回ったときに、温水タンク４０の断面積による水位の上昇速度の違いを考慮して、水位の上昇継続の確認に必要な水位幅に対応する遅延時間としての第２所定時間を設定することができる。
状態確認時間の設定値は、手動または自動で調整可能であり、０よりも大きい値を設定することができる。なお、状態確認時間の計測は、制御部１００の内部タイマ等を用いて実施する。
【０１５７】
なお、第１水位センサ４２は、電極式水位検出器に限らず、各種の水位検出器を採用することが可能である。例えばフロート式の水位検出器を５つ設けて、各水位閾値を検出できるようにしてもよい。また、電極式水位検出器とフロート式の水位検出器を組み合わせて使用してもよい。さらに、連続的な水位を測定可能な圧力式水位センサ等の水位検出部を用いて、複数の水位閾値を検出してもよい。なお、検出する水位閾値の数は、５つに限らない。
【０１５８】
図１６は、水位上昇時における、給湯器１１、１２、１３の運転台数および補給水総量を模式的に示した１６である。横軸が温水タンク４０内の水位ＷＬ、縦軸が補給水総量となっている。図１６においては、第１ヒートポンプ式給湯器１１から供給される温水量を「ＨＰ１」、第２ヒートポンプ式給湯器１２から供給される温水量を「ＨＰ２」、第３ヒートポンプ式給湯器１３から供給される温水量を「ＨＰ３」と表記している。
【０１５９】
水位ＬＬを下回った後、水位ＷＬが上昇している場合においては、図１６に示されるように、水位ＷＬが水位Ｌを上回るまでは、３台の給湯器１１、１２、１３から温水Ｗ１が供給され、かつ給水タンク６０から冷水Ｗ５が直接供給され、さらに昇温用給蒸弁５４が全開の状態で、蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓが供給される。このときの補給水総量は、図１６の縦軸に示されるとおりである。
【０１６０】
その後、水位ＷＬが水位Ｌを上回ると、バイパス給水弁６２を閉じ、昇温用給蒸弁５４の制御を温度制御に戻す。よって、補給水総量は、図１６に示されるように減少する。
さらにその後、水位ＷＬが水位Ｍを上回ると、第３給湯器１３の運転を停止し、第１、第２給湯器１１、１２の運転のみを継続する。よって、補給水総量は、図１６に示されるようにさらに減少する。また、給水タンク６０から直接供給された冷水Ｗ５の影響も減ってくるため、温水タンク内の貯湯温度に基づいて調整される蒸気Ｓの供給量も徐々に減少する。
さらにその後、水位ＷＬが水位Ｈを上回ると、さらに第２給湯器１２の運転を停止し、第１給湯器１１の運転のみを継続する。よって、補給水総量は、図１６に示されるようにさらに減少する。
そして、水位ＷＬが水位ＨＨを上回ると、第１給湯器１１の運転も停止し、３台全ての給湯器の運転を停止する。ただし、このときも昇温用給蒸弁５４の温度制御は継続しているため、蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓの供給は継続している。
【０１６１】
なお、本実施形態においては、給湯器１１、１２、１３からの給湯温度は一定となるように制御されている。例えば、目標給湯温度が７０℃に設定されている。給湯器１１、１２、１３は、この目標給湯温度に対応する第１温度の温水Ｗ１を給湯する。
【０１６２】
なお、上述の給湯器の運転の停止には、給水ポンプ１９の駆動を停止することや、各給湯器１１、１２、１３に対応する流量調整弁を閉じることなど、給湯器からの給湯を停止する動作も含まれる。また、冷媒圧縮機９１の駆動を停止して、ヒートポンプ回路の冷媒循環を停止することも含まれる。
【０１６３】
なお、給湯器１１、１２、１３のうち、どの給湯器の運転停止／再開を優先して実行するかについては、各給湯器の状態や動作履歴等を踏まえて、適宜決定する構成を採用してもよい。また、予め定めておいても良い。
【０１６４】
このように、温水タンク４０内の水位ＷＬに応じて給湯器の運転台数を増減する等の制御を行うため、適切に温水タンク４０内の水位ＷＬの管理を行うことができる。また、消費電力を抑えることができる。
【０１６５】
以上のように、本実施形態の温水製造システム１、すなわち、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯システム１０の凝縮器に流通させながら、第１温度まで加温する第１加温手段２と、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを利用して第１温度よりも高い第２温度まで昇温する第２加温手段と、を備えたハイブリッド温水製造システムを使用することにより、システムとしての出湯温度を高める場合であっても、ＣＯ２排出量、ランニングコストを効果的に削減することができる。
さらに、本実施形態においては、出力分担情報決定部１２０が、目標出湯温度設定部１１０により設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに基づいて、第１加温手段２を構成するヒートポンプと第２加温手段３を構成する蒸気ボイラの出力分担、すなわちそれぞれの熱出力の受け持ち分を決定している。これにより、極めて効果的にＣＯ２排出量の削減、ランニングコストの削減を実現することが可能となっている。
【０１６６】
そして、本実施形態の温水製造システム１の第１加温手段２は、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯器の凝縮器に貫流させながら、第１温度まで加温している。
第２加温手段３で加温された温水が凝縮器に再び戻ることなく、貫流させる構成、すなわち一過流通させる構成を採用することにより、第１加温手段２により加温された第１温度の温水Ｗ１が常に追加的に供給され、これを第２加温手段３で昇温する構成となる。よって、温水需要箇所が要求する出湯量が多い場合においても、常に安定した温度の温水を出湯することが容易となる。
また、温水タンク４０を備える場合においては、温水タンク４０内の水位ＷＬが低下してきても、その低下のレベルに応じて、第１加温手段２により加温された第１温度の温水Ｗ１が常に追加的に温水タンク４０内に供給される。よって、この構成であれば、温水タンク４０内に冷水Ｗ５を供給せざるを得ない状況が発生する頻度が少なくなる。したがって、冷水Ｗ５の供給により、温水タンク４０内の貯留水ＴＷの温度が極端に低下することも少ない。
【０１６７】
そして、本実施形態の温水製造システム１の第２加温手段３は、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓと直接熱交換させて第１温度よりも高い第２温度まで昇温している。
このように、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓと直接熱交換させることにより、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１は迅速に昇温する。すなわち、蒸気Ｓの全熱（顕熱および潜熱）が利用されることにより、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１は迅速に昇温する。よって、出湯温度の制御応答性も向上する。
【０１６８】
なお、このような効果を得る上で、給湯器として、電気駆動の冷媒圧縮機を有するヒートポンプ式給湯器を用い、蒸気ボイラとして、ガス燃焼または油燃焼のバーナを有する蒸気ボイラを用いることが特に好ましい。
このように、電気駆動の冷媒圧縮機を有するヒートポンプ式給湯器と、化石燃料を燃焼させるバーナを有する蒸気ボイラを組み合わせ、それぞれで加温する温度範囲を適切に設定することで、ヒートポンプ式給湯器単独で、あるいは蒸気ボイラ単独で高温水を製造する場合に比べて、高いＣＯ２排出量の削減効果と高いランニングコストの削減効果を得ることができる。
【０１６９】
なお、本実施形態の温水製造システム１は、第２加温手段３として、温水タンク４０を備えていることが好ましいが、温水タンク４０を設けず、給湯ラインＬ１を流れる温水Ｗ１に直接給蒸を行う構成を採用してもよい。
【０１７０】
なお、ヒートポンプ式給湯システム１０を構成する給湯器は、１台であってもよい。１台の場合は、本実施形態において説明した複数台の給湯器による制御は行わない。この場合、出力分担情報決定部１２０による目標給湯温度Ｔ４ｔの決定は、比較的シンプルな処理で実行できる。
【０１７１】
なお、蒸気ボイラ装置３０を構成するボイラは、１台であってもよい。１台の場合は、測定された蒸気圧力値と、目標蒸気圧力値に基づき、燃焼率の制御等が行われてもよい。この場合、出力分担情報決定部１２０による目標給湯温度Ｔ４ｔの決定は、比較的シンプルな処理で実行できる。
【０１７２】
なお、製造した温水は、食品や薬品用のびんの洗浄用、パストライザー殺菌用に限らず、各種の用途に使用することができる。
例えば、食品・飲料分野における温水利用であれば、原材料・加工品の加温、洗びん、製造機器の定置洗浄（ＣＩＰ）などの用途に利用することができる。
また、食品・飲料分野における蒸気利用であれば、蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを高温調理（揚げ物、蒸し物、炒め物）、レトルト釜殺菌（パウチや缶詰の殺菌）、製造設備の定置殺菌（ＳＩＰ）、温水製造のバックアップなどに利用することができる。
そして、機械分野における温水利用であれば、湯洗・脱脂などの用途に利用することができる。
これらの用途においても、７５℃〜９５℃程度の高温域の温水が求められることがあり、このような高温域の温水を必要とする場合において、本実施形態の温水製造システム１は特に好適に利用可能である。
【０１７３】
以上説明した本実施形態の温水製造システム１によれば、以下のような効果が奏される。
【０１７４】
（１）本実施形態の温水製造システム１は、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯システム１０の凝縮器９２に流通させながら第１温度まで加温する第１加温手段２と、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを利用して第１温度よりも高い第２温度まで昇温する第２加温手段３と、第２加温手段３から出湯する温水Ｗ６の目標出湯温度Ｔ５ｔを設定する目標出湯温度設定部１１０と、設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに基づいて、第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担情報を決定する出力分担情報決定部１２０と、決定された出力分担情報に基づいて、第１加温手段２を制御する第１加温手段制御部１３０と、を備える。
これにより、目標出湯温度Ｔ５ｔに応じて決定された、第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担度情報に基づいて第１加温手段２が制御されるため、システムとして、出湯温度に適した運転を行うことが可能となり、ＣＯ２排出量削減効果を高めることや、ランニングコスト削減効果を高めることが可能となる。
【０１７５】
（２）出力分担情報は、第１加温手段２から給湯する温水Ｗ１の目標給湯温度Ｔ４ｔを示す目標給湯温度情報である。
このように、出力分担情報として、目標給湯温度Ｔ４ｔを用いることにより、制御が容易となる。
【０１７６】
（３）出力分担情報は、システム全体のＣＯ２排出量が低くなるように、第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担割合を指定するものであり、システム全体のＣＯ２排出量は、第１加温手段２を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプＣＯ２排出量と、第２加温手段３を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラＣＯ２排出量と、の合計である。
これにより、ＣＯ２排出量を考慮した適切な出力分担情報が決定され、ＣＯ２排出量削減効果を高めることができる。
【０１７７】
（４）出力分担情報は、システム全体のランニングコストが低くなるように、前記第１加温手段２と前記第２加温手段３の出力分担割合を指定するものであり、システム全体のランニングコストは、第１加温手段２を所定の条件下で運転した場合のＣＯＰ予測値を用いて算出されたヒートポンプランニングコストと、第２加温手段３を所定の条件下で運転した場合のボイラ効率予測値を用いて算出されたボイラランニングコストと、の合計である。
これにより、ランニングコストを考慮した適切な出力分担情報が決定され、ランニングコスト削減効果を高めることができる。
【０１７８】
（５）凝縮器９２に供給される用水Ｗ１の温度を給水温度Ｔ３として検出する給水温度センサ１４と、ヒートポンプ式給湯システム１０の熱源温度Ｔｈを検出する熱源温度センサ１７と、を備え、出力分担情報決定部１２０は、（ｉ）運転中の第１加温手段２からＣＯＰ実測値を取得すると共に、運転中の第２加温手段３からボイラ効率実測値を取得し、（ｉｉ）ＣＯＰ実測値に基づいて、出力分担情報の変更タイミングであるか否かを判定し、（ｉｉｉ）出力分担情報の変更タイミングであると判定した場合に、少なくとも、給水温度Ｔ３、熱源温度Ｔｈおよびボイラ効率ηＢ実測値に基づいて、出力分担情報を決定する。
これにより、システムの動作中に第１加温手段２のＣＯＰが変動しても、その変動に追従して、常に適切な出力分担情報を更新することができる。
【０１７９】
（６）凝縮器９２から送出される用水Ｗ１の温度を給湯温度Ｔ４として検出する給湯温度センサ１６と、凝縮器９２に供給される用水Ｗ１の流量を給水流量ＦＭ３として検出する給水流量センサ１５と、ヒートポンプ式給湯システム１０の圧縮機９１の消費電力Ｐｗを検出する電力センサ９６と、蒸気ボイラの給気温度Ｔ１を検出する給気温度センサ３５と、蒸気ボイラの排ガス温度Ｔ２を検出する排ガス温度センサ３６と、を備え、ＣＯＰ実測値は、給湯温度Ｔ４、給水温度Ｔ３、給水流量ＦＭ３および消費電力Ｐｗに基づいて算出され、ボイラ効率実測値は、給気温度Ｔ１および排ガス温度Ｔ２に基づいて算出される。
これにより、正確なＣＯＰ実測値、ボイラ効率実測値を算出することができるため、正確な出力分担情報を決定することができる。
【０１８０】
（７）ＣＯ２削減優先モードと、ランニングコスト削減優先モードとを含む、複数の運転モードを切り替え可能な運転モード選択部１５０を備え、出力分担情報決定部１２０は、ＣＯ２削減優先モードが選択された場合には、システム全体のＣＯ２排出量が低くなるような第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担割合を、出力分担情報として指定し、ランニングコスト削減優先モードが選択された場合には、システム全体のランニングコストが低くなるような第１加温手段２と第２加温手段３の出力分担割合を、出力分担情報として指定する。
これにより、選択された運転モードに応じて、適切な出力分担情報が決定され、ＣＯ２排出量削減効果を高めることや、ランニングコスト削減効果を高めることが可能となる。
【０１８１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について、図１７Ａ、１７Ｂを参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
【０１８２】
図１７Ａは、本実施形態の制御部１００の構成を示す機能ブロック図である。図１７Ｂは、本実施形態の運転実績データ出力部１６０の構成を示す機能ブロック図である。
本実施形態においては、図１７Ａに示すように、制御部１００は、システムの運転実績を表示する運転実績データ出力部１６０を備える。また、図１７Ｂに示すように、運転実績データ出力部は、演算部１６１と、記憶部１６２と、出力部１６３とを備える。
【０１８３】
演算部１６１は、第１加温手段２のＣＯＰ実測値と、第２加温手段３のボイラ効率ηＢ実測値に基づいて、システムの動作中における複数のタイミングのＣＯ２排出量や、ランニングコストを演算する。
より具体的には、温水製造システム１の運転中、演算部１６１は、リアルタイム（例えば、１０〜３０分周期）のＣＯ２排出量およびランニングコストを、ＣＯＰ実測値ηＨとボイラ効率実測値ηＢ、ＣＯ２排出係数（入力値）、電力・燃料単価（入力値）等の情報から演算する。
複数のタイミングのＣＯＰ実測値ηＨ、ボイラ効率実測値ηＢ、ＣＯ２排出量、ランニングコストは、例えば第１実施形態で用いた算出式を用いて算出する。
【０１８４】
記憶部１６２は、演算部１６１により演算された複数のタイミングのＣＯ２排出量やランニングコスト等の運転実績データを記憶する。また、運転実績データとして、ＣＯ２排出量やランニングコストに加えて、ＣＯＰ実測値ηＨ、ボイラ効率実測値ηＢ、出力分担情報（目標給湯温度Ｔ４ｔ）、各種センサによる計測値等、種々の情報を記憶してもよい。
【０１８５】
出力部１６３は、記憶部１６２に記憶された運転実績データを出力する。例えば、出力部１６３を表示器や管理装置により構成し、運転実績データをユーザが適宜閲覧できるようにしてもよい。
この場合、複数のタイミングで取得したＣＯ２排出量やランニングコストといった運転実績データを、時系列データとしてグラフ形式で表示できるようにすることが好ましい。また、所定期間における積算値などの情報も表示可能とすることが好ましい。また、表示する情報を、種々の運転実績データ（例えば、ＣＯ２排出量、ランニングコスト、ＣＯＰ実測値、ボイラ効率実績値、出力分担情報、各種センサによる計測値等）の中から、ユーザによって選択可能とすることが好ましい。
【０１８６】
なお、出力部１６３の出力先は、サーバなどの記憶手段であってもよい。サーバに記憶された運転実績データは、必要時にユーザによって取得され、各種の分析処理や、表示処理等に用いられる。
【０１８７】
このように、本実施形態の運転実績データ出力部１６０は、第１加温手段２のＣＯＰ情報と、第２加温手段３のボイラ効率情報と、所定の設定情報（ＣＯ２排出係数、電力・燃料単価情報等）に基づいて、システムの動作中における複数のタイミングのＣＯ２排出量および／またはランニングコストを演算し、このＣＯ２排出量および／またはランニングコストを含む運転実績データを、表示部等の出力部に出力する。よって、ユーザによる運転実績の管理が可能となる。
【０１８８】
以上説明した本実施形態の温水製造システム１によれば、（１）〜（７）に加えて、以下のような効果が奏される。
【０１８９】
（８）本実施形態の温水製造システム１は、システムの運転実績データを出力する運転実績データ出力部１６０を備え、運転実績データ出力部１６０は、第１加温手段２のＣＯＰ実測値と、第２加温手段３のボイラ効率実測値に基づいて、システムの動作中における複数のタイミングのＣＯ２排出量および／またはランニングコストを演算する演算部１６１と、演算部１６１により演算された複数のタイミングのＣＯ２排出量および／またはランニングコストに基づく運転実績データを記憶する記憶部１６２と、記憶部１６２に記憶された運転実績データを出力する出力部１６３と、を備える。
これにより、ユーザによる運転実績の管理が可能となる。
【０１９０】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について、図１８を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
第１実施形態においては、第２加温手段３は、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓと直接熱交換させて第１温度よりも高い第２温度まで昇温していた。
本実施形態においては、第２加温手段３は、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓと間接熱交換させて第１温度よりも高い第２温度まで昇温する。
なお、出力分担情報決定部１２０が、目標出湯温度設定部１１０により設定された目標出湯温度Ｔ５ｔに基づいて、第１加温手段２を構成するヒートポンプと第２加温手段３を構成する蒸気ボイラの出力分担、すなわちそれぞれの熱出力の受け持ち分を決定する点については、第１実施形態と同様である。
【０１９１】
本実施形態においては、複数の給湯器１１、１２、１３により加温されて温水となった用水Ｗ１は、給湯ラインＬ１によって合流した後、間接熱交換を行う第２加温手段３によってさらに加温されて、後述の温水タンク４０に供給される。
【０１９２】
間接熱交換を行う第２加温手段３は、蒸気ボイラ装置３０と、昇温用熱交換器２１０と、蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを昇温用熱交換器２１０に供給する昇温用給蒸ラインＬ２と、を備えている。昇温用給蒸ラインＬ２は、蒸気ヘッダ５１に集合した蒸気Ｓを昇温用熱交換器２１０に供給する。
【０１９３】
給湯ラインＬ１には、上述の昇温用熱交換器２１０が設けられている。昇温用熱交換器２１０は間接熱交換器であり、給湯ラインＬ１を流通する第１加温手段２からの温水Ｗ１と、昇温用給蒸ラインＬ２を流通する蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓとの間で間接熱交換を行う。これにより、第１加温手段２で第１温度まで加温された温水Ｗ１は、昇温用熱交換器２１０によって第１温度よりも高い第２温度まで昇温する。この間接熱交換においては、蒸気Ｓの主に顕熱が利用される。
昇温用熱交換器２１０により加温された温水Ｗ１は、給湯ラインＬ１を通じて、温水タンク４０に供給される。この温水タンク４０は、貯留されている温水ＴＷの温度を検知する貯湯温度センサ４１を備える。
【０１９４】
給蒸制御部１４２は、貯湯温度センサ４１によって検出された検出温度に基づき、昇温用給蒸弁５４の開度を制御する。より詳細には、給蒸制御部１４２は、貯湯温度センサ４１によって検出された検出温度が、目標出湯温度Ｔ５ｔとなるように、昇温用給蒸弁５４の開度を制御して蒸気Ｓの供給量を調整する。この供給量の調整にはフィードバック制御を用いるのが好適である。例えば、貯湯温度センサ４１の検出温度が目標貯湯温度に収束するように、ＰＩＤアルゴリズムにより昇温用給蒸弁５４に対する操作量が演算され、給蒸制御部１４２から昇温用給蒸弁５４のアクチュエータ回路へ開度指定信号が出力される。
このような給蒸制御を行うことにより、温水タンク４０内の貯留水ＴＷの温度が常に目標貯湯温度となるように、昇温用熱交換器２１０において、温水Ｗ１と蒸気Ｓとの間で間接熱交換が行われる。これにより、温水Ｗ１は目標貯湯温度に対応する第２温度まで加温される。
【０１９５】
このように、熱交換の方法として間接熱交換を採用することで、用水Ｗ１に蒸気Ｓを直接供給することなく用水Ｗ１を昇温することができる。すなわち、用水Ｗ１に蒸気Ｓを混ぜることがないため、温水タンク４０内に清缶剤等のボイラ薬品が混入するのを避けることが可能となる。よって、用水Ｗ１の品質を維持することができる。また、温水タンク４０の貯湯制御について、蒸気Ｓを直接供給するときに起こり得るような外乱の影響を受けにくい。
そして、このような構成であっても、第１実施形態と同様、出湯温度に適した運転を行うことにより、ＣＯ２排出量削減効果を高めることや、ランニングコスト削減効果を高めることが可能な温水製造システムを提供することができる。
【０１９６】
以上説明した本実施形態のシステム１によれば、（１）〜（８）に加えて、以下のような効果が奏される。
【０１９７】
（９）本実施形態における第２加温手段３は、第１加温手段２で加温された用水Ｗ１を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓと間接熱交換させて第１温度よりも高い第２温度まで昇温する。
これにより、用水Ｗ１に蒸気Ｓを直接供給することなく用水Ｗ１を昇温することができる。よって、用水Ｗ１に蒸気Ｓを混ざることがないため、温水タンク４０内に清缶剤等のボイラ薬品が混入するのを避けることが可能となる。
そして、このような構成であってもＣＯ２排出量削減効果を高めることや、ランニングコスト削減効果を高めることが可能な温水製造システムを提供することができる。
【０１９８】
以上、本発明の温水製造システムの好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。また、複数の実施形態を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【０１９９】
１…温水製造システム
２…第１加温手段
３…第２加温手段
１０…ヒートポンプ式給湯システム
１１…第１ヒートポンプ式給湯器
１２…第２ヒートポンプ式給湯器
１３…第３ヒートポンプ式給湯器
１４…給水温度センサ
１５…給水流量センサ
１６…給湯温度センサ
１７…熱源温度センサ
１８…熱源流量センサ
３０…蒸気ボイラ装置
３１、３２、３３…貫流ボイラ
３５…給気温度センサ
３６…排ガス温度センサ
４０…温水タンク
４１…貯湯温度センサ
９０…ヒートポンプ回路
９１…冷媒圧縮機
９２…凝縮器
９３…膨張弁
９４…蒸発器
１００…制御部
１１０…目標出湯温度設定部
１２０…出力分担情報決定部
１３０…第１加温手段制御部
１４０…第２加温手段制御部
１５０…運転モード選択部
１６０…運転実績データ出力部
１６１…演算部
１６２…記憶部
１６３…出力部
Ｌ１…給湯ライン
Ｌ２…昇温用給蒸ライン
Ｌ３…ヒートポンプ給水ライン
Ｌ４…ボイラ給水ライン
Ｌ６…温水出湯ライン
Ｌ７…冷媒循環ライン
Ｌ８…熱源水供給ライン
Ｌ１２…給気ライン
Ｌ１３…排ガスライン
Ｗ１…用水（温水）
Ｗ６…温水
Ｓ…蒸気
Ｒ…冷媒
【図１】
2020148423.tif 000003
【図２】
2020148423.tif 000004
【図３】
2020148423.tif 000005
【図４Ａ】
2020148423.tif 000006
【図４Ｂ】
2020148423.tif 000007
【図５】
2020148423.tif 000008
【図６】
2020148423.tif 000009
【図７】
2020148423.tif 000010
【図８】
2020148423.tif 000011
【図９】
2020148423.tif 000012
【図１０】
2020148423.tif 000013
【図１１】
2020148423.tif 000014
【図１２】
2020148423.tif 000015
【図１３】
2020148423.tif 000016
【図１４】
2020148423.tif 000017
【図１５】
2020148423.tif 000018
【図１６】
2020148423.tif 000019
【図１７Ａ】
2020148423.tif 000020
【図１７Ｂ】
2020148423.tif 000021
【図１８】
2020148423.tif 000022