(57)【要約】【課題】ＣＯ２排出量の削減効果が高く、環境への影響も少ない温水の製造および廃温水の再利用方法を提供すること。【解決手段】温水の製造および廃温水の再利用方法であって、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造工程と、第１温水製造工程で得た温水を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓで昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造工程と、第２温水製造工程で得た温水を温水需要箇所に供給する温水供給工程と、温水需要箇所から排出された廃温水を用水として再利用する再利用工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
用水をヒートポンプ式給湯器により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造工程と、
前記第１温水製造工程で得た温水を蒸気ボイラで発生させた蒸気で昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造工程と、
前記第２温水製造工程で得た温水を温水需要箇所に供給する温水供給工程と、
前記温水需要箇所から排出された廃温水を用水として再利用する再利用工程と、を含む温水の製造および廃温水の再利用方法。
【請求項２】
前記温水需要箇所から排出された廃温水を浄化する水浄化工程を含み、
前記再利用工程は、前記水浄化工程を経た廃温水を再利用する、請求項１に記載の温水の製造および廃温水の再利用方法。
【請求項３】
前記第１温水製造工程で加温される前の用水を所要の水質に調整する水処理工程を含む、請求項１または２に記載の温水の製造および廃温水の再利用方法。
【請求項４】
前記第１温水製造工程で用いられる用水は、前記再利用工程で再利用することになった廃温水を含み、
前記再利用工程において、前記水処理工程で処理される前の用水に廃温水を混合する、請求項３に記載の温水の製造および廃温水の再利用方法。
【請求項５】
前記第１温水製造工程で用いられる用水は、前記再利用工程で再利用することになった廃温水を含み、
前記再利用工程において、前記水処理工程で処理された後かつ前記第１温水製造工程で加温される前の用水に廃温水を混合する、請求項３に記載の温水の製造および廃温水の再利用方法。
【請求項６】
用水をヒートポンプ式給湯器により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造手段と、
前記第１温水製造手段により製造された温水を蒸気ボイラで発生させた蒸気で昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造手段と、
前記第２温水製造手段により製造された温水を温水需要箇所に供給する温水供給手段と、
前記温水需要箇所から排出された廃温水を用水として再利用する再利用手段と、を含む温水の製造および廃温水の再利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水の製造および廃温水の再利用方法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問題がある。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。
さらに、このような温水を製造システムにおいては、環境への影響を考慮すると、廃温水の処理についても問題となる。
【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、ＣＯ２排出量の削減効果が高く、環境への影響も少ない温水の製造および廃温水の再利用方法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（例えば、ヒートポンプ式給湯システム１０の給湯器１１、１２、１３）により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造工程と、前記第１温水製造工程で得た温水を蒸気ボイラ（例えば、蒸気ボイラ装置３０）で発生させた蒸気で昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造工程と、前記第２温水製造工程で得た温水を温水需要箇所に供給する温水供給工程と、前記温水需要箇所から排出された廃温水を用水として再利用する再利用工程と、を含む温水の製造および廃温水の再利用方法に関する。
【０００７】
また、本発明は、前記温水需要箇所から排出された廃温水を浄化する水浄化工程を含み、前記再利用工程は、前記水浄化工程を経た廃温水を再利用することが好ましい。
【０００８】
また、本発明は、前記第１温水製造工程で加温される前の用水を所要の水質に調整する水処理工程を含むことが好ましい。
【０００９】
また、本発明の前記第１温水製造工程で用いられる用水は、前記再利用工程で再利用することになった廃温水を含み、前記再利用工程において、前記水処理工程で処理される前の用水に廃温水を混合することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の前記第１温水製造工程で用いられる用水は、前記再利用工程で再利用することになった廃温水を含み、前記再利用工程において、前記水処理工程で処理された後かつ前記第１温水製造工程で加温される前の用水に廃温水を混合することが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、用水をヒートポンプ式給湯器（例えば、ヒートポンプ式給湯システム１０の給湯器１１、１２、１３）により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造手段（例えば、第１温水製造手段２）と、前記第１温水製造手段により製造された温水を蒸気ボイラ（例えば、蒸気ボイラ装置３０）で発生させた蒸気で昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造手段（例えば、第２温水製造手段３）と、前記第２温水製造手段により製造された温水を温水需要箇所に供給する温水供給手段（例えば、温水供給手段３０１）と、前記温水需要箇所から排出された廃温水を用水として再利用する再利用手段（例えば、再利用手段３０３）と、を含む温水の製造および廃温水の再利用システムに関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＣＯ２排出量の削減効果が高く、環境への影響も少ない温水の製造および廃温水の再利用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の温水の製造および廃温水の再利用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】上記実施形態の制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】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５】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６】図５示される貯湯制御の変形例を示す図である。
【図７】温水製造手段として蒸気ボイラ装置からの蒸気のみを用いて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８】温水製造手段としてヒートポンプ式給湯システムのみを用いて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９】上記実施形態のシステムを示す模式的な図である。
【図１０】上記実施形態の効果を示すグラフである。
【図１１】上記実施形態の変形例であり、水処理手段を別の位置に設けた例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の温水の製造および廃温水の再利用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】
【００１４】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る温水の製造および廃温水の再利用システム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。
【００１５】
図１は、本実施形態の温水の製造および廃温水の再利用システム１を示す概略図である。
本実施形態の温水の製造および廃温水の再利用システム１は、用水をヒートポンプ式給湯システム１０により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造手段２と、第１温水製造手段２により製造された温水を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気で昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造手段３を備える。さらに、この第２温水製造手段３により製造された温水を温水需要箇所に供給する温水供給手段３０１と、温水需要箇所から排出された廃温水を用水として再利用する再利用手段３０３と、を備える。
【００１６】
第１温水製造手段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。
【００１７】
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。
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。これらの冷媒圧縮機９１と、凝縮器９２と、膨張弁９３と、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。
【００１８】
電気駆動の冷媒圧縮機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を圧縮して高温高圧の冷媒にする。凝縮器９２は、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を通過させることで、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を熱源として、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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が外部から熱を奪って気化する一方、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から熱をくみ上げ、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図１に示されるように、各給湯器１１、１２、１３には、各給湯器１１、１２、１３からの給湯温度を検出する給湯温度センサ１４、１５、１６が設けられている。なお、給湯温度センサ１４、１５、１６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内に設けてもよいし、給湯器１１、１２、１３の下流側における、合流前の給湯ラインＬ１に設けてもよい。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、第２温水製造手段３について説明する。第２温水製造手段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。
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貫流ボイラ３１により構成される。
第２温水製造手段３は、第１温水製造手段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。
【００２６】
昇温用給蒸ラインＬ２は、複数の貫流ボイラ３１で発生した蒸気Ｓが集合する蒸気ヘッダ５１と、複数の貫流ボイラ３１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。
【００２７】
温水タンク４０は、第１温水製造手段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。すなわち、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。
【００２８】
この温水タンク４０内の温水ＴＷは、温水出湯ラインＬ６を通じて温水需要箇所に供給される。すなわち、この温水出湯ラインＬ６は、第２温水製造手段２で得た温水を温水需要箇所に供給する温水供給手段３０１を構成する。なお、温水出湯ラインＬ６に、不図示のポンプやバルブを設けてもよい。但し、システム１側にはポンプやバルブを設けず、温水需要箇所側にポンプを設けてもよい。なお、温水需要箇所においては、例えば食品や薬品用のびんの洗浄や、パストライザー殺菌（瓶詰の殺菌）などが行われる。
【００２９】
本実施形態のシステム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、後述する水処理手段３２０で所要の水処理が行われた後、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。
【００３０】
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１７、１８、１９が設けられている。なお、給水ポンプ１７、１８、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。
【００３１】
給水ポンプ１７、１８、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。流量調整弁を設ける場合、給水ポンプ１７、１８、１９は所定の回転数（駆動周波数一定）で駆動される。
【００３２】
給水タンク６０に貯留されている用水は、後述する水処理手段３２０で水処理が行われた後、ボイラ給水ラインＬ４を介して、ボイラ給水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３２が設けられている。ボイラ給水ポンプ３２は、例えばインバータ制御により、蒸気ボイラ装置３０への用水の給水量が調整されるように駆動する。なお、ボイラ給水ポンプ３２は、複数台の貫流ボイラ３１ごとに設けられていてもよく、蒸気ボイラ装置３０内に設けられていてもよい。また、給水量の調整は、流量調整弁によるものとしてもよい。
【００３３】
さらに、本実施形態のシステム１は、給水タンク６０に貯留されている用水を、後述する水処理手段３２０で水処理が行われた後に、加温せずに直接温水タンク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、温水タンク４０に給水タンク６０に貯留されている用水が補給水として補給される。
【００３４】
給水タンク６０には、用水供給ラインＬ３０が接続されており、用水供給ラインＬ３０を通じて、給水タンク６０に新たな用水（工業用水、水道用水等）が供給される。
また、給水タンク６０には廃温水再利用ラインＬ３１が接続されており、廃温水再利用ラインＬ３１を通じて、水浄化処理等が施された廃温水Ｗ３１が給水タンク６０に供給される。これにより、給水タンク６０内において、新たな用水と、再利用することになった廃温水Ｗ３１とが混合する。
なお、本実施形態においては、給水タンク６０に供給される廃温水Ｗ３１として、温水需要箇所から排出された廃温水を再利用している。この廃温水は、第２温水製造手段３から温水需要箇所に供給され、その後回収されたものである。ただし、蒸気ドレン等、他の廃温水が混ぜられていても構わない。
【００３５】
この廃温水Ｗ３１は、廃温水再利用ラインＬ３１を通じて給水タンク６０に供給される。
なお、本実施形態においては、廃温水Ｗ３１が流通する廃温水再利用ラインＬ３１、給水タンク６０、ヒートポンプ給水ラインＬ３、ボイラ給水ラインＬ４、バイパス給水ラインＬ５は、廃温水Ｗ３１を用水として再利用するための再利用手段３０３として機能する。なお、再利用手段３０３を構成する各ラインには、追加のポンプやバルブ等を設けてもよい。
【００３６】
廃温水再利用ラインＬ３１には、水浄化手段３１０が設けられている。温水需要箇所から排出された廃温水Ｗ３１は、水浄化手段３１０により浄化されることにより、再利用に適した状態まで回復する。本実施形態においては、図１に示されるように、水浄化手段３１０として、第１水浄化手段３１１および第２水浄化手段３１２を備える。
【００３７】
［第１水浄化手段３１１の具体例］
第１水浄化手段３１１は、第２水浄化手段３１２に供給される廃温水Ｗ３１に対して前処理を行う。すなわち、第２水浄化手段３１２として用いられる膜分離装置の給水として適した水質になるように、廃温水Ｗ３１を所要の浄化処理を施す。
【００３８】
廃温水Ｗ３１が塩素系の酸化剤を含む場合、第１水浄化手段３１１として、還元剤添加装置や活性炭濾過装置を用いることが望ましい。塩素系の酸化剤として汎用されている次亜塩素酸ナトリウムは、膜分離装置に組み込まれている分離膜を酸化劣化させることがある。そこで、膜分離装置に廃温水Ｗ３１を供給する前に酸化剤を除去しておくことで、分離膜の酸化劣化を防止する。
【００３９】
還元剤添加装置は、廃温水Ｗ３１に還元剤を添加することにより、廃温水Ｗ３１に含まれる酸化剤を分解する。利用可能な還元剤としては、例えば亜硫酸水素ナトリウムや亜硫酸ナトリウムが挙げられる。
活性炭濾過装置は、活性炭により廃温水Ｗ３１に含まれる酸化剤を分解するほか、有機成分を吸着して除去する。活性炭濾過装置としては、例えば粒状活性炭の充填層を有する塔状のものや、繊維状活性炭が充填されたカートリッジを内蔵したものなどを用いることができる。
【００４０】
廃温水Ｗ３１が懸濁物質を含む場合、第１水浄化手段３１１として、スクリーン濾過装置や砂濾過装置を用いることが望ましい。温水需要箇所では、温水利用の方法によっては廃温水Ｗ３１に有機系や無機系の懸濁物質が混入しやすい。これらの懸濁物質は、膜分離装置に組み込まれている分離膜の表面に堆積したり、流路を閉塞させたりすることがある。そこで、膜分離装置に廃温水Ｗ３１を供給する前に懸濁物質を除去しておくことで、物質分離や流通の阻害を防止する。
【００４１】
スクリーン濾過装置は、金属スクリーンを濾過媒体として用い、廃温水Ｗ３１に含まれる懸濁物質を捕捉する。金属スクリーンは、定期的に逆洗浄されるようになっており、懸濁物質の排出により濾過性能が回復される。
砂濾過装置は、粒状の濾材を濾過媒体として用い、廃温水Ｗ３１に含まれる懸濁物質を捕捉する。砂濾過装置としては、例えば硅石等の粗粒濾材と、アンスラサイト、濾過砂等の細粒濾材とから形成された濾床が収容された塔式のものが挙げられる。濾過媒体層は、定期的に逆洗浄されるようになっており、懸濁物質の排出により濾過性能が回復される。なお、廃温水Ｗ３１がコロイド状の懸濁物質を多く含む場合には、濾過前の廃温水Ｗ３１に凝集剤（例えば、ポリ塩化ナトリウム）を添加するのが好ましい。
【００４２】
廃温水Ｗ３１が過度に酸性またはアルカリ性である場合、第１水浄化手段３１１として、ｐＨ調整剤添加装置を用いることが望ましい。シリカを多く含んだ酸性の廃温水Ｗ３１が膜分離装置で濃縮されると、分離膜の表面にシリカ系スケールが析出しやすくなる。また、カルシウムイオンや炭酸イオンを多く含んだ酸性の廃温水Ｗ３１が膜分離装置で濃縮されると、分離膜の表面に炭酸カルシウム系スケールが析出しやすくなる。そこで、膜分離装置に廃温水Ｗ３１を供給する前にアルカリ性物質を中和しておくことで、スケールの析出を防止する。
【００４３】
廃温水Ｗ３１が油分を含む場合、第１水浄化手段３１１として、浮上分離装置を用いることが望ましい。温水需要箇所では、温水利用の方法によっては廃温水Ｗ３１に油分が混入しやすい。油分は、分離膜の表面を汚染し、分離性能を低下させることがある。そこで、膜分離装置に廃温水Ｗ３１を供給する前に油分を除去しておくことで、物質分離の阻害を防止する。
【００４４】
廃温水Ｗ３１が微生物の栄養物質を含む場合、第１水浄化手段３１１として、スライム防止剤添加装置を用いることが望ましい。温水需要箇所では、温水利用の方法によっては廃温水Ｗ３１にタンパク質などの栄養物質が混入しやすい。栄養物質は、水中で微生物を繁殖させるので、分離膜の表面にバイオフィルム（スライム）が形成されることがある。そこで、膜分離装置に供給する前の廃温水Ｗ３１にスライム防止剤（例えば、イソチアゾリン系殺菌剤）を添加することで、バイオフィルムの形成を防止する。
【００４５】
第１水浄化手段３１１として例示した各種の装置は、単独でまたは複数種を組み合わせて使用することができる。複数種を組み合わせる場合は、それぞれの浄化性能が阻害されないように、適切な処理順序を選択する。
【００４６】
［第２水浄化手段３１２の具体例］
第２水浄化手段３１２は、廃温水Ｗ３１を再利用に適した水質（例えば、工業用水レベル）に調整するものである。第２水浄化手段３１２としては、廃温水Ｗ３１に対して高度浄化処理が可能な膜分離装置が好ましい。
膜分離装置に利用可能な分離膜としては、精密濾過膜（ＭＦ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）が挙げられる。これらの分離膜は、一般的に４０℃までの耐熱性を有する素材で製造されている。膜分離装置の濾過方式は、分離膜の特性に応じてクロスフロー濾過または全量濾過（デッドエンド濾過）のいずれかが選択される。
ＭＦ膜装置は、０．０５〜１０μｍの粒子を除去するのに適している。ＵＦ膜装置は、０．００１〜０．１μｍの物質を分離するのに適している。ＲＯ膜装置およびＮＦ膜装置は、イオンや分子状物質を分離するのに適している。
【００４７】
第２水浄化手段３１２として例示した各種の装置は、単独でまたは複数種を組み合わせて使用することができる。複数種を組み合わせる場合は、それぞれの浄化性能を考慮して、適切な処理順序を選択する。例えば、温水需要箇所から排出される廃温水Ｗ３１が比較的汚染されておらず、第１水浄化手段３１１が不要である場合には、第２水浄化手段３１２として前段にＭＦ膜装置を配置し、後段にＲＯ膜装置を配置する構成が示される。
【００４８】
このように、水浄化手段３１０として、廃温水Ｗ３１の性状（汚染物質の種類・含有量）や再利用時の要求水質を考慮して、種々の浄化装置を採用することができる。そして、水浄化手段３１０が廃温水Ｗ３１を浄化することにより、廃温水Ｗ３１中に含まれる汚染物質は除去される。
なお、水浄化手段３１０は、第１水浄化手段３１１と、第２水浄化手段３１２の、いずれか一方のみであってもよい。水浄化手段３１０は、一つの水浄化装置により構成してもよいし、複数の水浄化装置により構成してもよい。
【００４９】
水浄化手段３１０により処理された廃温水Ｗ３１は、再利用手段３０３を構成する廃温水再利用ラインＬ３１を通じて給水タンク６０に供給され、給水タンク６０内において、新たな用水と混合する。
【００５０】
そして、本実施形態のシステム１には、水浄化手段３１０により浄化された廃温水Ｗ３１が混合された用水Ｗ１を所要の水質に調整するための水処理手段３２０が設けられている。ここで、水処理手段３２０は、給水タンク６０の下流側であって、ヒートポンプ式給湯システム１０の上流側に設けられている。
廃温水Ｗ３１が混合された用水Ｗ１は、ヒートポンプ式給湯システム１０により加温された貯留水ＴＷとなり、最終的に温水Ｗ６として温水需要箇所に供給されるものである。そのため、水浄化手段３１０は、用水Ｗ１を温水需要箇所での要求水質に調整できるように構成される。さらに、用水Ｗ１をボイラ給水としても利用する場合には、水浄化手段３１０は、温水需要箇所とボイラの両方の要求水質を満足するように構成される。
【００５１】
［水処理手段３２０の具体例］
用水Ｗ１をボイラ給水として利用する場合、水処理手段３２０として、少なくとも硬水軟化装置を用いることが望ましい。用水供給ラインＬ３０から供給される用水が硬水（カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンを硬度成分として含む水）である場合、廃温水Ｗ３１が混合された用水Ｗ１も硬水となっている。そのため、この用水Ｗ１をボイラ給水として使用すると、ボイラの伝熱面にスケールが付着して伝熱性能を低下させるおそれがある。そこで、用水Ｗ１から硬度成分を除去しておくことで、伝熱の阻害を防止する。
【００５２】
硬水軟化装置は、イオン交換により用水Ｗ１に含まれる硬度成分を除去する。硬水軟化装置としては、陽イオン交換樹脂床が収容された塔式のものが挙げられる。樹脂床は、定期的に再生されるようになっており、硬度成分の脱着によりイオン交換能力が回復される。
硬水軟化装置で得られた軟化水は、さらに脱酸素装置により溶存酸素が除去されてもよい。脱酸素装置は、気体分離膜により水中の溶存酸素を低減する装置であり、ボイラの伝熱面に発生する腐食を抑制する。
【００５３】
硬水軟化装置および脱酸素装置で処理された用水Ｗ１は脱気軟水となっているため、ヒートポンプ式給湯器の凝縮器９２の内部でスケール・腐食によるトラブルを発生させないほか、温水需要箇所においてもスケール・腐食によるトラブルを発生させない。また、加温された軟水は、油脂などに対して高い洗浄能力を有するため、温水洗浄の用途に特に適している。
【００５４】
温水需要箇所に供給される温水Ｗ６として、純水の水質レベルが要求される場合、硬水軟化装置で得られた軟水をさらにＲＯ膜装置で処理する。より高い水質レベルの純水が要求される場合、ＲＯ装置で得られた一次純水をさらに電気脱イオン装置で処理する。
なお、ＲＯ膜装置に替えて、混床式イオン交換装置や２床２塔式イオン交換装置を用いることもできる。
【００５５】
また、水浄化手段３１０が設けられていない場合には、硬水軟化装置の前段に適当な前処理装置を設けるように構成してもよい。前処理装置としては、例えば砂濾過装置や活性炭濾過装置を設けることができる。
【００５６】
水処理手段３２０として例示した各種の装置は、単独でまたは複数種を組み合わせて使用することができる。複数種を組み合わせる場合は、それぞれの処理特性を考慮して、適切な処理順序を選択する。例えば、ＲＯ膜装置の前段に硬水軟化装置を配置することで、ＲＯ膜の表面で炭酸カルシウム系のスケールが生成するのを防止できる。
【００５７】
本実施形態においては、水処理手段３２０によって処理された用水は、ヒートポンプ給水ラインＬ３に加えて、ボイラ給水ラインＬ４、バイパス給水ラインＬ５にも供給される。
なお、ヒートポンプ給水ラインＬ３、ボイラ給水ラインＬ４、バイパス給水ラインＬ５のそれぞれに、別個の水処理手段３２０を設けてもよい。この場合は、それぞれの用途に応じた適切な水処理が行われるよう、各ラインに、適切な種類の水処理装置が配置される。
【００５８】
本実施形態のシステム１は、各種の制御を行うための制御部１００を備える。図３は、制御部１００の構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、制御部１００は、給湯制御部１１０と、ボイラ制御部１２０と、給蒸制御部１３０と、貯湯制御部１４０と、を備える。
【００５９】
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、給湯制御部１１０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、ボイラ制御部１２０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。
【００６０】
給湯制御部１１０は、ヒートポンプ式給湯システム１０の制御を行う。より詳細には、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、給湯制御部１１０は、給湯温度センサ１４、１５、１６によって検出された検出温度に基づき、給水ポンプ１７、１８、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、給湯制御部１１０は、給湯温度センサ１４によって検出された検出温度が、予め定められた目標給湯温度となるように、給水ポンプ１７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、常に目標給湯温度となるように、目標給湯温度に対応する第１温度まで加温される。
なお、ヒートポンプ回路に投入される熱源の量が少ない場合は、給湯量を絞ることにより、給湯温度が目標給湯温度に維持されるように制御される。
【００６１】
ここで、目標給湯温度は、例えば５０〜８５℃に設定される。より好ましくは、５０〜７０℃である。この好ましい目標給湯温度については、図７〜１０を用いて後述する。
【００６２】
ボイラ制御部１２０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の台数増減制御を行う。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を算出する。この台数増減制御としては、例えば特開２０１５−１４０９７５号公報にも開示されているように公知であるため、ここでは説明を省略する。
【００６３】
給蒸制御部１３０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１３０は、貯湯温度センサ４１によって検出された検出温度が、予め定められた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。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１３０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、常に目標貯湯温度となるように、目標貯湯温度に対応する第２温度まで加温される。
【００６４】
ここで、目標貯湯温度は、目標給湯温度（第１温度）よりも高い温度であって、７５〜９５℃に設定されることが好ましい。この好ましい目標貯湯温度については、図７〜１０を用いて後述する。
【００６５】
貯湯制御部１４０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４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。
【００６６】
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４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。
【００６７】
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１４０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１４０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１４０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１４０は、給蒸制御部１３０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１４０は、給湯制御部１１０を介して給湯器１１、１２、１３を制御してもよい。
【００６８】
ここで、温水タンク４０内の水位ＷＬが、例えば図４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。
ここでは、給水タンク６０内の用水が冷水である場合について記載する。
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温水製造手段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４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。
【００６９】
貯湯制御部１４０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１３０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。
【００７０】
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温水製造手段２により加温された温水Ｗ１を供給すると共に、第１温水製造手段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。
【００７１】
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４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１４０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。
【００７２】
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１３０による通常の温度制御状態を維持する。
【００７３】
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１３０による通常の温度制御状態を維持する。
【００７４】
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１３０による通常の温度制御状態を維持する。
【００７５】
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４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１４０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。
【００７６】
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。
【００７７】
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４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１４０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。
【００７８】
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１４０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。
【００７９】
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１４０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。
【００８０】
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。
【００８１】
なお、貯湯制御部１４０は、図４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。
【００８２】
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４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。
【００８３】
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４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。
【００８４】
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。
この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。
【００８５】
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。
【００８６】
図５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図である。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５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。
【００８７】
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５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５の縦軸に示されるとおりである。
【００８８】
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５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５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５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。
【００８９】
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。
【００９０】
なお、上述の給湯器の運転の停止には、給水ポンプ１７、１８、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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
図６は、図５に示される貯湯制御の変形例である。この変形例においては、図６に示されるように、より細かく水位閾値を検出する構成が採用されていてもよい。ここでは、低い水位から順に、水位ＬＬ、水位Ｌ、水位Ｍ１、水位Ｍ２、水位Ｍ３、水位Ｍ４、水位Ｈ、水位ＨＨが水位閾値として検出可能に設定されている。
そして、この変形例においては、給湯器の運転台数の変更に加えて、給湯器の目標給湯温度を変更する制御を行う。具体的には、給湯器は、第１温度よりも高く第２温度よりも低い温度範囲で複数段階の目標給湯温度を切り替え可能とされている。
【００９４】
より詳細には、この変形例においては、給湯器の目標給湯温度を第１温度に設定した状態で運転中、第１水位センサ４２の検出水位が水位閾値を１段階上回ると、給湯器の運転台数を維持したまま給湯器の目標給湯温度を１段階上昇させる制御を実行し、給湯器の目標給湯温度を１段階上昇させた状態で運転中、第１水位センサ４２の検出水位が前記水位閾値を１段階上回ると、給湯器の運転台数を１台減少させると同時に、目標給湯温度を第１温度に戻す制御を実行する。また、給湯器の目標給湯温度を第１温度に設定した状態で運転中、第１水位センサ４２の検出水位が水位閾値を１段階下回ると、給湯器の運転台数を１台増加させると同時に、給湯器の目標給湯温度を１段階上昇させる制御を実行し、給湯器の目標給湯温度を１段階上昇させた状態で運転中、第１水位センサ４２の検出水位が水位閾値を１段階下回ると、給湯器の運転台数を維持したまま給湯器の目標給湯温度を１段階下降させる制御を実行する。
【００９５】
図６は、水位上昇時における、給湯器１１、１２、１３の運転台数、給湯温度および補給水総量を模式的に示した図である。
例えば、水位ＷＬが水位ＬＬを下回った後、水位ＷＬが上昇し、水位Ｌから水位Ｍ１の間に位置している場合について検討する。このとき、３台の給湯器１１、１２、１３の目標給湯温度は７０℃（第１温度）に設定されている。
この状態から水位ＷＬがさらに上昇し、水位Ｍ１を上回ると、給湯器１１、１２、１３の運転台数を維持したまま給湯器１１、１２、１３の目標給湯温度を１段階上昇させて８０℃とする制御を実行する。ここで、１段階上昇させたときの温度は、温水タンク４０の目標貯湯温度（第２温度）よりも低い温度とする。
【００９６】
次に、給湯器１１、１２、１３の目標給湯温度を１段階上昇させて８０℃とした状態で運転中、水位ＷＬがさらに上昇し、水位Ｍ２を上回ると、給湯器の運転台数を１台減少させると同時に、目標給湯温度を７０℃（第１温度）に戻す制御を実行する。
さらに水位ＷＬが上昇していく場合においても、同様に、給湯器の運転台数を維持したまま給湯器の目標給湯温度を１段階上昇させる制御と、給湯器の運転台数を１台減少させると同時に目標給湯温度を戻す制御を、交互に実行する。
【００９７】
次に、水位ＷＬが水位ＨＨを上回った後、水位ＷＬが下降し、例えば水位ＷＬが水位Ｍ４から水位Ｈの間に位置する状況において、給湯器の目標給湯温度は７０℃（第１温度）に設定されている場合について検討する。
なお、ここでは、前述の状態確認時間の手法を利用し、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同じにした場合について説明する。よって、水位下降時についても図６を用いて説明する。
水位ＷＬが水位Ｍ４から水位Ｈの間に位置する状況からさらに水位ＷＬが下降し、水位Ｍ４を下回ると、給湯器の運転台数を１台増加させて２台運転すると同時に、給湯器の目標給湯温度を１段階上昇させて８０℃とする制御を実行する。
【００９８】
次に、給湯器の目標給湯温度を８０℃とした状態で運転中、水位ＷＬが水位Ｍ３を下回ると、給湯器の運転台数を維持したまま給湯器の目標給湯温度を１段階下降させて７０℃に戻す制御を実行する。
さらに水位ＷＬが下降していく場合においても、同様に、給湯器の運転台数を１台増加させて、給湯器の目標給湯温度を１段階上昇させる制御と、給湯器の運転台数を維持したまま目標給湯温度を戻す制御を、交互に実行する。
【００９９】
なお、本変形例では、状態確認時間の手法を用いているが、これに限らず、図４において説明した場合と同様に、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す手法を用いてもよい。
【０１００】
また、水位上昇時において、給湯器の運転台数を維持したまま給湯器の目標給湯温度を１段階上昇させる制御をした後、さらに水位が上昇した場合において、給湯器の運転台数を維持したまま給湯器の目標給湯温度をさらに１段階上昇させる制御を行ってもよい。
例えば、水位Ｍ１を上回ると、給湯器１１、１２、１３の運転台数を維持したまま給湯器１１、１２、１３の目標給湯温度を１段階上昇させて７５℃とする制御を実行する。そしてこの状態で運転中、水位ＷＬがさらに上昇し、水位Ｍ２を上回ると、給湯器１１、１２、１３の運転台数を維持したまま給湯器１１、１２、１３の目標給湯温度をさらに１段階上昇させて８０℃とする制御を実行する。さらにこの状態で運転中、水位ＷＬがさらに上昇し、水位Ｍ３を上回ると、給湯器の運転台数を１台減少させると同時に、目標給湯温度を７０℃（第１温度）に戻す制御を実行する。
そして、水位下降時においては、この逆の動作を行うように制御を実行する。
【０１０１】
すなわち、給湯器の目標給湯温度を第１温度に設定した状態で運転中、第１水位センサ４２の検出水位が水位閾値を１段階上回ると、給湯器の運転台数を維持したまま給湯器の目標給湯温度を１段階上昇させる制御を実行し、給湯器の目標給湯温度を１段階以上上昇させた状態で運転中、第１水位センサ４２の検出水位が前記水位閾値を１段階上回ると、給湯器の運転台数を１台減少させると同時に、目標給湯温度を第１温度に戻す制御、または前記給湯器の運転台数を維持したまま、前記給湯器の目標給湯温度をさらに１段階上昇させる制御を実行する。また、給湯器の目標給湯温度を第１温度に設定した状態で運転中、第１水位センサ４２の検出水位が水位閾値を１段階下回ると、給湯器の運転台数を１台増加させると同時に、給湯器の目標給湯温度を１段階以上（例えば２段階）上昇させる制御を実行し、給湯器の目標給湯温度を１段階以上（例えば２段階）上昇させた状態で運転中、第１水位センサ４２の検出水位が水位閾値を１段階下回ると、給湯器の運転台数を維持したまま給湯器の目標給湯温度を１段階下降させる制御を実行してもよい。
【０１０２】
一般に、給湯器の目標給湯温度を上げると給湯可能な量が減り、給湯器の目標温度を下げると給湯可能な量が増える。このことも考慮し、本変形例に示されるような制御を採用することにより、ヒートポンプの運転台数を極力同じ台数に維持した上で、細かく補給水総量を調整することが可能となる。よって、適切に温水タンク内の水位の管理を行うことができる。また、ヒートポンプの運転を極力継続することが可能であることから、ヒートポンプの運転再開初期の低温水供給の問題を解消することができる。
【０１０３】
以上の制御が貯湯制御の説明となる。ここまで、給水タンク６０内の用水が冷水である場合について説明した。この場合は、上述のとおり、温水タンク４０内の水位ＷＬが水位ＬＬを下回ったことを検出すると、給水タンク６０に貯留されている用水が、用水Ｗ５（冷水Ｗ５）として、バイパス給水ラインＬ５を通じて温水タンク４０内に直接供給される。よって、温水タンク４０内の貯留水ＴＷの温度が低下しやすい。
ただし、本実施形態においては、廃温水Ｗ３１が給水タンク６０に供給されている。したがって、廃温水Ｗ３１の温度と、その混合割合に応じて、給水タンク６０内の用水の温度は、通常よりも高めの温度となる。よって、給水タンク６０に貯留されている用水がバイパス給水ラインＬ５を通じて温水タンク４０内に供給されることによる、温水タンク４０内の貯留水ＴＷの温度の低下量も緩和する。
また、給水タンク６０内の用水をヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３の用水として使う場合、あるいは蒸気ボイラ装置３０のボイラ給水として使う場合においても、給水タンク６０内の用水の温度が通常よりも高めの温度となっているため、加温等が容易となる。これらの場合においては、廃温水Ｗ３１の持つ熱を、温水の製造および廃温水の再利用システム１として有効活用していることになる。
よって、本実施形態の温水の製造および廃温水の再利用方法は、以上のような観点からも、ＣＯ２排出量の削減効果、ランニングコストの削減効果が高い方法であるといえる。
【０１０４】
制御部１００は、水浄化手段３１０、水処理手段３２０等のその他の構成要素が制御を必要とする場合は、これらを制御する。
【０１０５】
次に、本発明の第１実施形態に係るシステム１を用いて行われる温水の製造および廃温水の再利用方法の工程について、図１を用いて説明する。
【０１０６】
本実施形態の温水の製造および廃温水の再利用方法においては、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造工程と、第１温水製造工程で得た温水を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓで昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造工程と、第２温水製造工程で得た温水Ｗ６を温水需要箇所に供給する温水供給工程と、温水需要箇所から排出された廃温水Ｗ３１を用水Ｗ１として再利用する再利用工程と、が行われる。
【０１０７】
より詳細には、第１温水製造手段２を構成するヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３が、上述の第１温水製造工程を実行し、蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを利用する第２温水製造手段３が、上述の第２温水製造工程を実行する。
【０１０８】
さらに、本実施形態においては、廃温水Ｗ３１を用水Ｗ１として再利用する再利用工程においては、水浄化手段３１０による水処浄工程を経た廃温水Ｗ３１を再利用する。
【０１０９】
そして、第１温水製造手段２による第１温水製造工程で加温される前の用水Ｗ１に対して、水処理手段３２０による水処理工程が行われる。
【０１１０】
なお、第１温水製造手段２による第１温水製造工程で用いられる用水Ｗ１に、再利用工程で再利用することになった廃温水Ｗ３１を含める場合、再利用工程において、水処理手段３２０による水処理工程で処理される前の用水Ｗ１に廃温水Ｗ３１を混合してもよい。
【０１１１】
なお、第１温水製造手段２による第１温水製造工程で用いられる用水Ｗ１に、再利用工程で再利用することになった廃温水Ｗ３１を含める場合、再利用工程において、水処理手段３２０による水処理工程で処理された後かつ第１温水製造工程で加温される前の用水Ｗ１に廃温水Ｗ３１を混合してもよい。
【０１１２】
これらの工程により、出湯温度を高めた場合であっても、ＣＯ２排出量の削減効果が高く、環境への影響も少ない温水の製造および廃温水の再利用方法を提供することができる。
【０１１３】
以上のように、本実施形態のシステム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温水製造手段２と、第１温水製造手段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温水製造手段３と、を備える。
図７〜１０を用いて、この構成を採用する効果を詳細に説明する。
【０１１４】
図７は、温水製造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、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。
【０１１５】
図７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。
【０１１６】
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８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７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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
次に、本実施形態のシステム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温水製造手段２と、第１温水製造手段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温水製造手段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。
【０１１９】
このようなシステム１であれば、第１温水製造手段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。
【０１２０】
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、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％（負荷率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％（負荷率２０％〜４０％）程度を受け持つこととなる。
【０１２１】
そして、ヒートポンプと蒸気ボイラをこのような組合せで用いたときのシステム１は、温水製造手段として蒸気ボイラからの蒸気のみを利用するシステム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。
【０１２２】
このように、本実施形態のシステム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。
また、本実施形態のシステム１であれば、目標とする出湯温度に応じて、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受け持ち分（出力分担）を適切に調整することにより、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できる。
システム１の目標出湯温度に応じたヒートポンプと蒸気ボイラの負荷率の関係は、テーブルや計算式により記憶されていることが好ましい。例えば、目標出湯温度を設定可能な構成とし、設定された目標出湯温度に応じて、適切なヒートポンプと蒸気ボイラの負荷率が設定される。
【０１２３】
図１０は、本実施形態のシステム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を示すグラフである。
【０１２４】
図１０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１０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１０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。
【０１２５】
図１０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。例えば、ヒートポンプで５０〜７０℃まで加温し、その後蒸気を利用して９０℃まで昇温すれば、ＣＯ２削減効果、ランニングコスト削減効果は高い。
さらに、折れ線グラフの傾向からして、例えばヒートポンプで８５℃まで加温し、その後蒸気を利用して９０℃まで加温した場合であっても、本発明の効果が得られることを理解することができる。
【０１２６】
このように、本実施形態のシステム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温水製造手段２と、第１温水製造手段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温水製造手段と、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極めて効果的に削減することができる。
【０１２７】
そして、本実施形態のシステム１の第１温水製造手段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温水製造手段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温水製造手段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温水製造手段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温水製造手段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。
【０１２８】
ただし、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯器の凝縮器に循環させながら、第１温度まで加温する構成を採用してもよい。このような構成であっても、ＣＯ２排出量の削減効果が高く、環境への影響も少ない温水の製造および廃温水の再利用方法を提供するという効果を得ることができる。なお、この場合は、水浄化処理等が施された廃温水Ｗ３１は、ボイラ給水やバイパス給水といった用途などで再利用される。また、給湯器の凝縮器を循環する用水を貯留する循環水貯留タンクを有する場合は、この循環水貯留タンクに水浄化処理等が施された廃温水Ｗ３１を供給してもよい。
【０１２９】
そして、本実施形態のシステム１の第２温水製造手段３は、第１温水製造手段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温水製造手段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温水製造手段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温水製造手段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。
【０１３０】
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。
そして、第１温度を５０〜８５℃とし、第２の温度を、第１温度よりも高い温度であって、７５℃〜９５℃とすることで、本発明の効果を適切に得ることができる。好ましくは、第１温度を５０〜８０℃とし、前記第２温度を、第１温度よりも高い温度であって、７５〜９５℃とする。さらに好ましくは、第１温度を５０〜７０℃とし、前記第２温度を７５〜９５℃とする。
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。
【０１３１】
なお、本実施形態においては、水処理手段３２０は、給水タンク６０の下流側に配置されていたが、水処理手段を配置する位置はこれに限らない。例えば、廃温水Ｗ３１が水浄化手段３１０のＲＯ膜装置等で高度浄化されている場合には、用水供給ラインＬ３０に水処理手段３２０を設けてもよい。
図１１は、図１の変形例であり、水処理手段３２０を、用水供給ラインＬ３０に設けた場合の例を示している。この場合、給水タンク６０において、水処理手段３２０で水処理された後かつ第１温水製造手段２で加温される前の用水に、廃温水Ｗ３１を混合することができる。
このような構成であっても、廃温水Ｗ３１を用水の一部として再利用することにより、省水を図ることができる。
【０１３２】
なお、本実施形態のシステム１は、第２温水製造手段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。
【０１３３】
なお、適切な貯湯制御を行う上で、ヒートポンプ式給湯システム１０を構成する給湯器は、複数台有することが好ましいが、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ず、温水タンク４０の水位ＷＬに基づく給湯量の制御や、給湯のオンオフ制御等が行われる。
なお、給湯器を複数台とする場合は、２台以上の任意の台数とすることができる。
【０１３４】
なお、蒸気ボイラ装置３０を構成するボイラは、複数台有することが好ましいが、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。
なお、複数台のボイラを用いる場合は、２台以上の任意の台数とすることができる。
また、蒸気ボイラ装置３０を構成するボイラは、貫流ボイラ以外のボイラであってもよい。
【０１３５】
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。すなわち、製造した温水は、種々の温水需要箇所に適用することできる。
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、本実施形態のシステム１は特に好適に利用可能である。
【０１３６】
なお、本実施形態においては、ヒートポンプ式給湯システム用、ボイラ給水用、バイパス給水用の給水タンクとして、一つの給水タンク６０を共通で用いているが、それぞれの用途に対応させて、それぞれ別個の給水タンクを設けてもよい。この場合は、廃温水再利用ラインＬ３１をどの給水タンクに接続するかに応じて、廃温水Ｗ３１を、どの用途の用水として再利用するか、選択することができる。
【０１３７】
なお、用水は、事業所内の生産活動に用いる水を指し、廃温水Ｗ３１は、システム１において用いられる、ヒートポンプ式給湯システム１０で加温される用水、ボイラ給水、バイパス給水に限らす、種々の用途で再利用することができる。例えば、洗浄水、冷却水等の他の用途で再利用することも可能である。
【０１３８】
以上説明した本実施形態のシステム１によれば、以下のような効果が奏される。
【０１３９】
（１）本実施形態の温水の製造および廃温水の再利用方法は、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造工程と、第１温水製造工程で得た温水を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気で昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造工程と、第２温水製造工程で得た温水を温水需要箇所に供給する温水供給工程と、温水需要箇所から排出された廃温水を用水として再利用する再利用工程と、を含む。
このように用水Ｗ１を加温する上で、ヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３により高効率に加温できる温度まではヒートポンプ式給湯器で加温し、さらなる昇温は、蒸気を利用して行うため、出湯温度を高めた場合であっても、ＣＯ２排出量の削減効果、ランニングコストの削減効果が高い方法で温水を製造することができる。さらに、廃温水を用水として再利用するため、温水の製造から廃温水の再利用まで、工程全体として、環境への影響が少ない。
【０１４０】
（２）本実施形態の方法は、温水需要箇所から排出された廃温水を浄化する水浄化工程を含み、再利用工程は、水浄化工程を経た廃温水を再利用する。
このように、水浄化工程では廃温水を浄化することにより、廃温水を再利用に適した状態まで回復させることができる。
【０１４１】
（３）本実施形態の方法は、第１温水製造工程で加温される前の用水を所要の水質に調整する水処理工程を含む。
このように、水処理工程では用水に各種の水処理を施すことにより、用水を温水需要箇所で要求される水質に調整することができる。
【０１４２】
（４）本実施形態の方法における、第１温水製造工程で用いられる用水は、再利用工程で再利用することになった廃温水を含み、再利用工程において、水処理工程で処理される前の用水に廃温水を混合する。
このように、廃温水を用水の一部として再利用することにより、省水を図ることができる。
【０１４３】
（５）本実施形態の方法における第１温水製造工程で用いられる用水は、再利用工程で再利用することになった廃温水を含み、再利用工程において、水処理工程で処理された後かつ第１温水製造工程で加温される前の用水に廃温水を混合する。
このように、廃温水を用水の一部として再利用することにより、省水を図ることができる。
【０１４４】
（６）本実施形態の温水の製造および廃温水の再利用システムは、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造手段２と、第１温水製造手段２により製造された温水を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓで昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造手段３と、第２温水製造手段３により製造された温水を温水需要箇所に供給する温水供給手段３０１と、温水需要箇所から排出された廃温水を用水として再利用する再利用手段３０３と、を含む。
このように、用水を加温する上で、ヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３により高効率に加温できる温度まではヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３で加温し、さらなる昇温は、蒸気を利用して行うため、出湯温度を高めた場合であっても、ＣＯ２排出量の削減効果、ランニングコストの削減効果が高い方法で温水を製造することができる。さらに、廃温水を用水として再利用するため、温水の製造から廃温水の再利用まで、システム全体として、環境への影響が少ない。
【０１４５】
（７）本実施形態の温水の製造方法は、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造工程と、第１温水製造工程で得た温水を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気で昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造工程と、を含む。また、本実施形態の温水製造システムは、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３により加温して第１温度の温水を製造する第１温水製造手段２と、第１温水製造手段２により製造された温水を蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓで昇温して第１温度よりも高い第２温度の温水を製造する第２温水製造手段３と、を含む。
このように、用水を加温する上で、ヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３により高効率に加温できる温度まではヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３で加温し、さらなる昇温は、蒸気を利用して行うため、出湯温度を高めた場合であっても、ＣＯ２排出量の削減効果、ランニングコストの削減効果が高い方法で温水を製造することができる。
【０１４６】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について、図１２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温水製造手段３は、第１温水製造手段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温水製造手段３は、第１温水製造手段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、間接熱交換を行う第２温水製造手段３により製造された温水Ｗ６を、温水需要箇所に供給する温水供給手段３０１と、温水需要箇所から排出された廃温水Ｗ３１を用水として再利用する再利用手段３０３を有する点については、第１実施形態と同様である。
【０１４７】
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温水製造手段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。
【０１４８】
間接熱交換を行う第２温水製造手段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。
【０１４９】
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温水製造手段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温水製造手段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、例えば７５〜９５℃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。
【０１５０】
給蒸制御部１３０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１３０は、貯湯温度センサ４１によって検出された検出温度が、予め定められた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。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１３０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。
【０１５１】
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、ＣＯ２排出量の削減効果が高く、環境への影響も少ない温水の製造および廃温水の再利用方法を提供することができる。
【０１５２】
以上説明した本実施形態のシステム１によれば、（１）〜（７）に加えて、以下のような効果が奏される。
【０１５３】
（８）本実施形態における第２温水製造手段３は、第１温水製造手段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。
【０１５４】
以上、本発明の温水の製造および廃温水の再利用方法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。
【符号の説明】
【０１５５】
１…温水の製造および廃温水の再利用システム
２…第１温水製造手段
３…第２温水製造手段
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、１５、１６…給湯温度センサ
１７、１８、１９…給水ポンプ
３０…蒸気ボイラ装置
３１…貫流ボイラ
４０…温水タンク
４１…貯湯温度センサ
４２…第１水位センサ
４２１…第１電極棒
４２２…第２電極棒
４２３…第３電極棒
４２４…第４電極棒
４２５…第５電極棒
５１…蒸気ヘッダ
５２…連結ライン
５３…蒸気供給ライン
５４…昇温用給蒸弁
５５…圧力計
６０…給水タンク
６２…バイパス給水弁
７０…温調用熱交換器
７１…出湯温度センサ
７２…温調用給蒸弁
７５…予熱用熱交換器
７６…予熱用給蒸弁
８０…切替手段
８１、８２、８３…切替弁
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…給湯制御部
１２０…ボイラ制御部
１３０…給蒸制御部
１４０…貯湯制御部
２１０…昇温用熱交換器
３０１…温水供給手段
３０３…再利用手段
３１０…水浄化手段
３１１…第１水浄化手段
３１２…第２水浄化手段
３２０…水処理手段
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
Ｌ５…バイパス給水ライン
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
Ｌ９…温調用給蒸ライン
Ｌ１０…予熱用給蒸ライン
Ｌ３０…用水供給ライン
Ｌ３１…廃温水再利用ライン
Ｗ１…用水（温水）
Ｗ５…用水（冷水）
Ｗ６…温水
Ｗ８…熱源水
Ｗ３１…廃温水
Ｓ…蒸気
Ｒ…冷媒
ＴＷ…温水、貯留水
ＷＬ…水位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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