(57)【要約】【課題】送出元での加熱熱量及び／又は冷却熱量と、利用先での加熱熱量及び／又は冷却熱量とを削減可能なシステムをできるだけ簡便に提供する。【解決手段】本発明の純水温度制御システム１は、純水製造プラント１０と、純水利用プラント２０と、純水製造プラント１０から純水利用プラントに純水を送出する屋外配管３０と、純水の送出元を送出元目標温度に制御する送出元温度制御装置４０とを備える。データ処理用サーバー４１３は、屋外配管周囲における過去の気象データと水温・流量等の過去の運転実績データからＵＡ値を予測するモデルを構築し、そのモデルに対して、屋外配管周囲における直近の気象データおよび運転データを入力しＵＡ予測値を算出する。加熱温度決定装置４２は、ＵＡ予測値及び純水の利用先目標温度に応じて純水の送出元目標温度を取得する。加熱温度決定装置４２は、加熱温度と冷却温度との両方を決定できる装置でもよい。【選択図】図１
2019079172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調整された水を、屋外配管を通して水の利用先に供給するプロセスにおいて、
屋外配管周囲における過去の気象データと過去の運転実績データから、前記屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築し、
前記モデルに直近の気象データおよび運転データを入力することによって現時点でのＵＡ値を決定し、
前記ＵＡ決定値、及び水の利用先目標温度に応じて、送出元目標温度を算出し、
前記送出元目標温度に応じて、前記送出元における水の加熱手段及び／又は冷却手段の供給熱量を調整する、水温制御方法。
【請求項２】
前記送出元目標温度は、以下の式によって算出される、請求項１に記載の水温制御方法。
送出元目標温度＝外気温度＋（利用先目標温度−外気温度）×ＥＸＰ｛ＵＡ予測値／（屋外配管送水流量×水の比熱）｝
【請求項３】
前記ＵＡ決定値は、前記モデルに直近の気象データおよび運転データを入力し、入力によって得られるＵＡ予測値に所定の余裕値を加えることによって算出される、請求項１又は２に記載の水温制御方法。
【請求項４】
前記余裕値は、以下の式によって算出される、請求項３に記載の水温制御方法。
余裕値＝安全係数×（ＵＡ実測値の標準偏差）
ここで、安全係数は、０を超え５以下の定数である。
【請求項５】
前記モデルが重回帰モデルである、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記モデルが人工知能モデルである、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
水温調整機能を有する水処理プラントから処理水利用プラントに向けて送水する屋外配管の周囲における過去の気象データと過去の運転実績データから、前記屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築するモデル構築装置。
【請求項８】
水温調整機能を有する水処理プラントと、
前記水処理プラントの処理水を利用する水利用プラントと、
前記水処理プラントから前記水利用プラントに向けて送水する屋外配管と、
送出元目標温度に制御する送出元温度制御装置と、
を備え、
前記送出元温度制御装置は、
屋外配管周囲における過去の気象データと過去の運転実績データから、前記屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築するモデル構築手段と、
前記モデルに対して、前記屋外配管周囲における直近の気象データおよび運転データを入力することによって、ＵＡ予測値を得るＵＡ値予測手段と、
前記ＵＡ予測値、及び水の利用先目標温度に応じて、送出元目標温度を得る送出元目標温度算出手段と、
送出元を前記送水元目標温度に制御する温度制御手段と、
を有する、水温制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水温制御方法及びシステムに関する。より詳しくは、本発明は、水処理プラントと、その処理水を利用するプラントが異なる工場において、利用先温度（配管出口温度）を一定範囲に制御するための送出元温度（配管入口温度）の制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、純水製造装置によって製造された純水の温度を一定範囲に制御するための技術が提供されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、熱交換器を通して温度制御した原水を逆浸透膜分離装置に通して純水を製造する純水製造方法において、熱交換器にて温度調整した原水を受入槽に水位が一定になるように制御しつつ供給し、受入槽内の原水の温度を検出し、その検出温度に応じて受入槽内の原水の一部を、熱交換器を通して受入槽に循環させて受入槽内の原水の温度を一定に制御し、受入槽から逆浸透膜分離装置に原水を送給することが開示されている。特許文献１に記載の構成によると、逆浸透膜分離装置の前段に設けた受入槽内の原水温度に応じて、受入槽内の原水を、熱交換器を通して循環させ、受入槽内の水位と温度を一定に制御することで、製造された処理水（純水）の使用量が大きく変化しても、逆浸透膜分離装置にて製造された処理水（純水）の温度を精度良く一定に安定化することができる。
【０００４】
純水の製造場所と、純水の使用場所との間が短ければ、特許文献１に記載の手法でも特段の問題を生じない。しかしながら、精密電子機器の製造工場等では、純水を製造する純水製造プラントと、純水を利用する純水利用プラントとの間が約０．５〜３ｋｍの長さの屋外配管で結ばれていることがある。その場合、純水を通水する配管の表面で放熱又は吸熱が起こり、純水の温度が配管内で変化する場合がある。
【０００５】
純水の温度管理として重要なのは、利用場所における温度であり、製造場所における温度ではない。このため、純水の製造場所と、純水の利用場所との間が長く、製造場所から利用場所に純水を送水するにあたって、送水の過程で純水の温度が変化し得る場合であっても、利用先の純水温度を一定に保つ技術が求められる。
【０００６】
図４は、純水製造プラントと純水利用プラントとが互いに離れた場所に位置する工場における純水温度制御システム１００の一例を示すブロック図である。
【０００７】
純水製造プラント１１０の中にある純水製造装置１１１において、工業用水等から純水を製造し、純水製造プラント１１０の中にある純水槽１１２に貯留する。
【０００８】
純水は、純水製造プラント１１０から純水利用プラント１２０に送られる。純水製造プラント１１０と純水利用プラント１２０との間には、純水を送るための屋外配管１３０が設けられている。屋外配管１３０の長さは、０．５〜３ｋｍ程度である。
【０００９】
純水利用プラント１２０の中にある純水受入槽１２１に貯められる純水は、冷却器（冷水との熱交換器）１２２によって、規定温度まで冷却される。特に、利用先が精密電子機器の製造工場である場合、利用先での純水温度は、規定温度プラスマイナス０．５℃といった範囲内に厳密に制御されることが必要である。なお、規定温度まで冷却するため、冷却器１２２に通水する冷水の流量を調整することが多い。
【００１０】
例えば、夏場のように、純水製造プラント１１０に供給される工業用水の温度が、純水利用プラント１２０にて純水を利用する際の規定温度よりも高い場合、純水製造プラント１１０に設けられる純水槽１１２において、純水製造装置１１１で製造された純水を蒸気加熱する必要はない。しかしながら、冬場のように、純水製造プラント１１０に供給される工業用水の温度が、純水利用プラント１２０にて純水を利用する際の規定温度よりも低い場合、蒸気加熱器１１３を用いて、純水製造装置１１１で製造された純水を蒸気加熱する必要がある。
【００１１】
例えば、冬場において純水利用先の温度許容範囲が２４℃プラスマイナス０．５℃という場合、送水配管表面からの放熱を考慮して、温度計１１４における配管入口温度を、２５.０℃に設定していた。このとき、純水受入槽１２１の温度は、屋外配管１３０の表面からの放熱によって、２４．４〜２４．９℃程度になるが、これを冷却器１２２で冷却して水温を２４．０℃に制御し、純水利用先に供給していた。
【００１２】
この従来方法は、省エネルギーの観点から問題がある。本来、屋外配管１３０の表面からの放熱される熱量だけを考慮して蒸気加熱器１１３を用いた蒸気加熱を行えばよいのであって、屋外配管１３０の表面からの放熱される熱量を超える量について蒸気加熱することは、エネルギーの無駄といえる。加えて、純水利用プラント１２０に設けられた冷却器１２２で冷却することも、エネルギーの無駄といえる。
【００１３】
とはいうものの、単に蒸気加熱器１１３における加熱温度設定値を２５.０℃から例えば２４．５℃に下げると、純水利用先での許容温度範囲を満足できない可能性がある。屋外配管１３０には保温材が巻かれているが、それでも、特に強風時には、放熱によって純水温度が１℃近く低下する場合もあり、蒸気加熱器１１３における加熱温度設定値を下げることが容易であるとはいえない。
【００１４】
利用先の純水温度を一定に保つ技術として、特許文献２には、熱源機器１の使用エネルギー量ＰＷ１と、冷温水ポンプ２の使用エネルギー量ＰＷ２と、熱源機器１からの冷温水の送水温度ＴＳと、外気温度ｔｏｕｔの実績値を定期的に収集し、その収集したパラメータの実績値を多次元空間にプロットし、ＲＳＭ−Ｓの技術により応答曲面モデルを作成し、その作成した応答曲面モデルより、エネルギー使用量が最小となる最適送水温度ＴＳｓｐを決定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−２１２８３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３６７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献２に記載の技術では、応答曲面モデルが用いられており、最適送水温度ＴＳｓｐをより簡便に制御できることが望まれる。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、送出元での加熱熱量及び／又は冷却熱量と、利用先での加熱熱量及び／又は冷却熱量とを削減し、省エネルギー、省コスト化を図ることの可能なシステムを、できるだけ簡便に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、上記の課題を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、屋外配管周囲における過去の気象データと水温・流量などの過去の運転実績データから、屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築し、前記モデルに直近の気象データおよび運転データを入力することによって送出元目標温度を設定できるようにすることで、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明では、以下のようなものを提供する。
【００１９】
（１）本発明は、水処理プラントで温度調整された処理水を、屋外配管を通して処理水の利用先に供給するプロセスにおいて、屋外配管周囲における過去の気象データと水温、流量などの過去の運転実績データから、屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築し、前記モデルに直近の気象データおよび運転データを入力することによってＵＡ予測値を算出し、前記ＵＡ予測値、及び処理水の利用先目標温度に応じて、処理水の送出元目標温度を算出し、前記送出元目標温度に応じて、処理水の加熱手段及び／又は冷却手段の供給熱量を調整する、水温制御方法である。
【００２０】
（２）また、本発明は、前記送出元目標温度が以下の式によって算出される、（１）に記載の水温制御方法である。
送出元目標温度＝外気温度＋（利用先目標温度−外気温度）×ＥＸＰ｛ＵＡ決定値／（屋外配管への送水流量×水の比熱）｝
【００２１】
（３）また、本発明は、前記ＵＡ決定値が、直近の気象データおよび運転データを前記モデルに入力し、入力によって得られるＵＡ予測値に所定の余裕値を加えることによって算出される、（１）又は（２）に記載の水温制御方法である。
【００２２】
（４）また、本発明は、前記余裕値が以下の式によって算出される、（３）に記載の水温制御方法である。
余裕値＝安全係数×（ＵＡ実測値の標準偏差）
ここで、安全係数は、０を超え５以下の定数である。
【００２３】
（５）また、本発明は、前記モデルが重回帰モデルである、（１）から（４）のいずれかに記載の方法である。
【００２４】
（６）また、本発明は、前記モデルが人工知能モデルである、（１）から（４）のいずれかに記載の方法である。
【００２５】
（７）また、本発明は、水温調整機能を有する水処理プラントから処理水利用プラントに向けて前記処理水を送出する屋外配管周囲における過去の気象データと水温・流量などの過去の運転実績データから、前記屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築するモデル構築装置である。
【００２６】
（８）また、本発明は、水温調整機能を有する水処理プラントと、処理水利用プラントと、前記水処理プラントから処理水利用プラントに向けて送水する屋外配管と、処理水を前記送出元目標温度に制御する送出元温度制御装置と、を備え、前記送出元温度制御装置は、前記屋外配管周囲における過去の気象データと水温・流量などの過去の運転実績データから、前記屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築するモデル構築手段と、前記モデルに直近の気象データおよび運転データを入力することによってＵＡ予測値を得るＵＡ値予測手段と、前記ＵＡ予測値、及び処理水の利用先目標温度に応じて、送出元目標温度を得る送出元目標温度算出手段と、処理水を前記送出元目標温度に制御する温度制御手段と、を有する、水温制御システムである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、屋外配管周囲における過去の気象データと水温・流量などの過去の運転実績データから、屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築し、前記モデルに直近の気象データおよび運転データを入力することによって送出元目標温度を設定することが可能となる。これにより、屋外配管の表面からの放熱量を見込み、送出元目標温度を、処理水利用先目標温度よりも過剰に高く設定する必要がなくなる。よって、本発明によると、送出元における加熱手段及び／又は冷却手段の供給熱量を削減し、省エネルギー、省コスト化を図ることの可能な方法及びシステムを、簡便に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本実施形態に係る純水温度制御システム１の概略構成を示した模式図である。
【図２】図２は、水温制御システム１に設けられた送出元温度制御装置４０の機能構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図３は、ＵＡ値の実測値の度数分布の例である。
【図４】図４は、従来の純水温度制御システム１００の概略構成を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の具体的な実施形態について、詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００３０】
＜水温制御システムの概略構成＞
図１は、本実施形態に係る水温制御システムの概略構成を示した模式図である。
【００３１】
以下、簡単のため、水処理プラントの処理水が純水であり、水温制御システムが純水温度制御システムであるものとして説明するが、処理水が純水であることに限定する趣旨ではない。また、純水は、超純水であってもよいし、超純水に水素、オゾン、二酸化炭素などの気体を溶解させた、いわゆる機能性洗浄水であってもよい。
【００３２】
純水温度制御システム１は、工業用水から純水を製造する純水製造プラント１０と、純水製造プラント１０にて製造された純水を利用する純水利用プラント２０と、純水製造プラント１０から純水利用プラントに向けて純水を送出する屋外配管３０と、純水の送出元を送出元目標温度に制御する送出元温度制御装置４０とを備える。純水製造プラント１０、純水利用プラント２０、及び送出元温度制御装置４０は、互いに通信ネットワーク５０を介して電気的に接続されている。
【００３３】
〔純水製造プラント１０〕
純水製造プラント１０は、工業用水から純水を製造する純水製造装置１１と、純水製造装置１１で製造された純水を貯留する純水槽１２とを有する。
【００３４】
例えば、純水利用プラント２０が精密電子機器製造工場である場合、利用先での純水温度は、規定温度プラスマイナス０．５℃といった範囲内に厳密に制御される。
【００３５】
例えば、夏場のように、純水製造プラント１０に供給される工業用水の温度が、純水利用プラント２０にて純水を利用する際の規定温度よりも高い場合、純水槽１２において、純水製造装置１１で製造された純水を蒸気加熱する必要はない。しかしながら、冬場のように、純水製造プラント１０に供給される工業用水の温度が、純水利用プラント２０にて純水を利用する際の規定温度よりも低い場合、純水製造装置１１で製造された純水を蒸気加熱する必要がある。
【００３６】
純水製造装置１１で製造された純水を蒸気加熱できるようにするため、純水製造プラント１０には、さらに蒸気加熱器１３が設けられている。
【００３７】
また、純水の送出元目標温度を適切に制御するため、純水槽１２の出口側には送出元温度計１４が設けられている。
【００３８】
〔純水利用プラント２０〕
純水利用プラント２０は、純水槽１２から屋外配管３０を通じて送られる純水を受け入れる純水受入槽２１と、受け入れた純水の温度が純水利用プラント２０にて純水を利用する際の規定温度よりも高い場合に純水を冷却する冷却器２２とを有する。
【００３９】
また、純水の利用先温度を適切に制御するため、純水受入槽の入口側には利用先温度計２３が設けられている。
【００４０】
〔屋外配管３０〕
屋外配管３０の長さは特に限定されないが、屋外配管１３０の長さは、概ね、０．５〜３ｋｍ程度である。
【００４１】
〔送出元温度制御装置４０〕
図２を参照しながら、送出元温度制御装置４０のハードウェア構成及びソフトウェア構成について説明する。
【００４２】
送出元温度制御装置４０は、屋外配管３０の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値に関する情報を処理するＵＡ値情報処理装置４１と、純水製造プラント１０に設けられた蒸気加熱器１３による加熱温度を決定する加熱温度決定装置４２とを備える。ＵＡ値情報処理装置４１と、加熱温度決定装置４２とは、通信ネットワーク４３を介して電気的に接続される。
【００４３】
［ＵＡ情報処理装置４１］
ＵＡ情報処理装置４１は、通信ネットワーク５０を介して送られた情報を入力し、データベースへの書き込み処理を行うデータ入力用サーバー４１１と、一定時間おきの運転データおよび気象データを全て記録するデータベース４１２と、さらに、データベース４１２に記録されたデータの一部または全部を読み出して演算処理を行い、モデル構築を行うデータ処理用サーバー４１３とを有する。
【００４４】
データ処理用サーバー４１３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の制御装置を含んで構成される。データ処理用サーバー４１３は、データベース４１２に記憶された所定のデータを読み込み、内部のプログラムを実行することで、ＵＡ値予測モデルを構築する。
【００４５】
データ処理用サーバー４１３は、以下の処理を実行する。
【００４６】
［ＵＡ値予測モデルの構築］
データ処理用サーバー４１３は、屋外配管周囲における過去の気象データと水温・流量などの過去の運転実績データから、屋外配管３０の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築する。
【００４７】
以下、ＵＡ値の予測モデルについて説明する。屋外配管３０の表面からの放熱量ｑは、次の２つの式で表される。
【数１】
2019079172.tif 000003
【数２】
2019079172.tif 000004
【００４８】
式（１）において、Ｗは、屋外配管３０の中を流れる純水の流量（ｋｇ／ｓ）であり、Ｃは、屋外配管３０の中を流れる純水の比熱（ｋＪ／ｋｇ・℃）である。Ｔｉｎは、送出元温度計１４が測定する送出元温度（℃）であり、Ｔｏｕｔは、利用先温度計２３が測定する利用先温度（℃）である。
【００４９】
式（２）において、Ｕは、屋外配管３０の総括伝熱係数（ｋＷ／ｍ２・℃）であり、Ａは、屋外配管３０の伝熱面積（ｍ２）である。（ΔＴ）ｌｍは、対数平均温度差（℃）である。
【００５０】
ＵＡは、屋外配管３０の総括伝熱係数と伝熱面積との積であり、屋外配管３０における放熱のしやすさを示す指標である。ＵＡの値が大きいほど、ＴｉｎとＴｏｕｔとの差が大きいことを意味する。
【００５１】
ここで、対数平均温度差（ΔＴ）ｌｍは、次の式で表される。
【数３】
2019079172.tif 000005
【００５２】
Ｔｉｎは、送出元温度計１４が測定する送出元温度（℃）であり、Ｔｏｕｔは、利用先温度計２３が測定する利用先温度（℃）である。また、Ｔ０は、外気の温度（℃）である。
【００５３】
式（１）〜（３）より、次の式が得られる。
【数４】
2019079172.tif 000006
【００５４】
データ入力用サーバー４１１は、通信ネットワーク５０を介して、外気温度Ｔ０、送出元温度Ｔｉｎ、利用先温度Ｔｏｕｔ、送水流量Ｗの測定データを一定時間おきに（例えば１分おきに）取得する。そして、データ処理部４１１は、取得したデータを、屋外配管３０の周囲の気象データ（風速、風向、気温、湿度、日照、降水量等）とともに、データベース４１２に記録する。気象データは、市販の気象観測装置（温湿度センサー・風向風速計・日射計・雨量計等の気象センサーが一体化したもの）を用いて取得することができる。
【００５５】
屋外配管３０の長さが長い場合、純水が送出元から利用先に到達するまでに、数分を要することがある。その場合、利用先温度Ｔｏｕｔデータは、Ｔｉｎデータの測定時刻からずらした値を用いるほうが良い。例えば、屋外配管３０での純水の滞留時間が１５分である場合、利用先温度Ｔｏｕｔデータとして、Ｔｉｎの測定時刻から１５分後に測定されたＴｏｕｔを用いるのが好ましい。外気温度Ｔ０、送水流量Ｗについては、屋外配管３０での滞留時間における平均値を用いることが好ましい。
【００５６】
データ処理用サーバー４１３は、データベース４１２に記録されたデータの一部を読み出し、（４）式に基づいてＵＡ値の実測値を計算し、屋外配管３０の周囲の気象情報と、屋外配管３０のＵＡ値との関係を示すモデルを作成する。
【００５７】
後述の加熱温度決定装置では、このモデルと、屋外配管３０の周囲における直近の気象データおよび運転データから、屋外配管３０の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値の現在値を推定し、加熱目標温度を決定する。
【００５８】
例えば、データ処理用サーバー４１３は、過去の実績に応じて、屋外配管３０の周囲における風速と、屋外配管３０のＵＡ値との関係を示す、表１のようなデータテーブルを作成する。なお、（４）式に基づいて計算されるＵＡ値の実測値にはばらつきがあるため、平均値、標準偏差の両方を示している。
【表１】
2019079172.tif 000007
【００５９】
ここでは、簡単のため、データ処理用サーバー４１３は、気象条件として風速だけを用いて、表１のデータテーブルを作成しているが、これに限るものではない。気象条件として、風速のほかに、外気温度、湿度、日照、風向、降水量等の気象パラメータを用いてデータテーブルを作成してもよい。
【００６０】
また、データ処理用サーバー４１３は、表１のような対応表形式のデータテーブルではなく、屋外配管３０の周囲における風速と、屋外配管３０のＵＡ値との関係を示す数式を作成しても良い。
【００６１】
例えば、重回帰モデルを適用した場合は、
UA値＝a0＋a1×(風速)＋a2×（湿度）＋a3×（日照）＋・・・・（a0, a1, a2, a3：定数）
といった数式で表すことができる。
【００６２】
あるいは、データ処理用サーバー４１３は、ディープラーニング等の手法を用い、気象パラメータを説明変数、ＵＡ値を目的変数とする人工知能モデルを構築してもよい。
【００６３】
データ処理用サーバー４１３が作成したＵＡ値予測モデルは、サーバー４１３自身に記録される。
【００６４】
［ＵＡ予測モデルの適用］
続いて、加熱温度決定装置４２は、データ処理用サーバー４１３に記録されたＵＡ値予測モデルに対して屋外配管３０の周囲における直近の気象データおよび運転データを入力し、ＵＡ値の現在値を推定する。なお、「直近」というのは、およそ１時間前から現時点を意味する。
【００６５】
例えば、現時点での風速が８ｍ／ｓである場合、データ処理用サーバー４１３に記録されたＵＡ値予測モデル（表１）から、現時点のＵＡ値を１．２ｋＷ／℃と推定することができる。
【００６６】
気象情報は、現時点の気象情報だけでなく、風速等の将来予測値を用いてパラメータを決定してもよい。たとえば、天候が急変し風速が急上昇する懸念がある場合には、予想される最大風速を用いて、ＵＡ値を決定してもよい。
【００６７】
ところで、純水利用プラント２０では、純水製造プラント１０から送られた純水を加熱する加熱手段と、当該純水を冷却する冷却手段との両方がある場合と、図１のように、上記の加熱手段がなく、冷却手段だけがある場合とがある。特に、純水利用プラント２０が冷却手段だけを備えている場合、以下のように、安全係数αを設定し、ＵＡ値を高めに設定することが望ましい。
ＵＡ決定値＝（ＵＡ値予測モデル（表１）から得られるＵＡの平均値）＋α×（ＵＡ値予測モデル（表１）におけるＵＡの標準偏差）
【００６８】
なお、ここでの標準偏差は、屋外配管３０の周囲の気象情報が属するサブデータ集合におけるＵＡ値の標準偏差（表１のように、風速等で分類されたサブデータの標準偏差）を意味する。
【００６９】
安全係数αの値は、特に限定されないが、基本的に、０を超え５以下の定数である。安全係数が大きいほど、純水の送出元目標温度Ｔｉｎを高く設定することになり、純水の利用先温度Ｔｏｕｔを一定に保つという点では安全となるが、省エネルギー性は劣ることになる。例えば、天候が安定しているときは、安全係数を低めに設定し、天気の急変が予想される場合に、安全係数を高めに設定することが好ましい。
【００７０】
データベース４１２は、データやファイルを記憶する装置であって、ハードディスクや半導体メモリ、記録媒体、メモリカード等による、データのストレージ部を含んで構成される。
【００７１】
データ処理用サーバー４１３には、データベース４１２に記録されたデータの一部を読み出してＵＡ値の実測値を計算するとともに、ＵＡ値の予測モデルを構築するプログラムが記憶されている。また、データ処理用サーバー４１３自身には、ＵＡ値予測モデルが記録される。
【００７２】
［加熱温度決定装置４２］
加熱温度決定装置４２は、処理部と、数分から１時間程度の測定データ保存部とを備え、ＵＡ情報処理装置４１の処理動作によって得られたＵＡ予測モデルに対し直近の気象データおよび運転データを入力して、現時点でのＵＡ値を推定し、純水の利用先目標温度とに応じて、純水の送出元目標温度を決定するための機能を有する。
【００７３】
［純水の送出元目標温度の算出］
加熱温度決定装置４２の処理部は、ＵＡ情報処理装置４１の処理動作によって得られたＵＡ予測モデルに対し直近の気象データおよび運転データを入力して、現時点でのＵＡ値を推定し、純水の利用先目標温度とに応じて、純水の送出元目標温度を算出する。
【００７４】
上記式（４）から、送出元温度計１４が測定する送出元温度Ｔｉｎと、利用先温度計２３が測定する利用先温度Ｔｏｕｔとの関係は、式（５）で表される。
【００７５】
【数５】
2019079172.tif 000008
【００７６】
式（５）について、Ｔｉｎを求めるための式に変形すると、式（６）が得られる。
【００７７】
【数６】
2019079172.tif 000009
【００７８】
過去の長期にわたる測定データを学習してＵＡ値予測モデルを構築し、そのモデルに直近の測定データをあてはめて現時点のＵＡ値を推定し、それに余裕値を加えてＵＡの決定値とする。そして、加熱温度決定装置４２の処理部は、式（６）を読み出し、純水の利用先目標温度Ｔｏｕｔをはじめとした種々のパラメータを入力することで、純水の送出元目標温度Ｔｉｎを算出できる。
【００７９】
［送出元目標温度の制御］
続いて、加熱温度決定装置４２の処理部は、純水製造プラント１０に向けて送出元目標温度Ｔｉｎの情報を送信する。これにより、純水製造プラント１０の蒸気加熱器１３は、加熱温度決定装置４２によって算出された送出元目標温度Ｔｉｎに応じて供給熱量を調整することが可能となる。
【００８０】
なお、本実施形態では、蒸気加熱器１３による供給熱量を調整するものとしているが、これに限るものではない。純水製造プラント１０が蒸気加熱器１３及び／又は冷却装置（図示せず）を備え、送出元目標温度を制御するにあたり、蒸気加熱器１３による加熱の程度及び／又は冷却装置による冷却の程度を調整可能にしてもよい。
【実施例】
【００８１】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
【００８２】
＜実施例＞
本実施形態に記載の水温制御システム１を用い、純水の送出元目標温度Ｔｉｎを算出した。そして、純水製造プラント１０の蒸気加熱器１３は、加熱温度決定装置４２によって算出された送出元目標温度Ｔｉｎに応じて供給熱量を調整した。その後、必要に応じて冷却器２２を用いながら利用先温度Ｔｏｕｔを一定に保った。そして、このときの送出元（純水製造プラント１０）における蒸気加熱器１３の純水加熱熱量と、利用先（純水利用プラント２０）における冷却器２２の純水冷却熱量とを計算した。
【００８３】
データ入力用サーバー４１１は、通信ネットワーク５０を介して、外気温度Ｔ０、送出元温度Ｔｉｎ、利用先温度Ｔｏｕｔ、送水流量Ｗの測定データを１分おきに取得した。
【００８４】
データ処理用サーバー４１３は、上記の式（４）を参照し、取得したデータからＵＡ値の実測値を求めた。ＵＡ値を３日間にわたって測定したところ、図３に示す度数分布が得られた。過去の実績に応じて、屋外配管３０の周囲における風速と、屋外配管３０のＵＡ値との関係を示す、データテーブルを作成した。結果を表２に示す。本実施例では、表２をＵＡ値予測モデルとした。
【表２】
2019079172.tif 000010
【００８５】
続いて、加熱温度決定装置４２の処理部は、上記の式（６）を読み出し、純水の利用先目標温度Ｔｏｕｔをはじめとした種々のパラメータを入力することで、純水の送出元目標温度Ｔｉｎを算出した。純水の利用先目標温度Ｔｏｕｔが２４℃、純水の送水量Ｗが２００ｍ３／ｈである場合の所定の条件下において、Ｔｉｎを算出したところ、Ｔｉｎは、２４．３℃であった。
【００８６】
その時刻において、純水製造装置１１で製造された純水の温度は、２１．０℃であった。純水利用プラント２０に２４．０℃の純水を送るには、純水槽１２にある水を、蒸気加熱器１３を用いて２１．０℃から２４．３℃に加熱することを要する。このとき、送出元（純水製造プラント１０）における蒸気加熱器１３の純水加熱熱量は、送水量×純水の比熱×（純水の加熱後温度−純水の加熱前温度）＝２，７６２ＭＪ／ｈであった。
【００８７】
純水製造プラント１０から送られた純水の温度を利用先温度計２３にて測定したところ、目標温度である２４．０℃をわずかに超える２４．１℃であった。そこで、冷却器２２を用いて純水を２４．１℃から２４．０℃に下げた。このとき、利用先（純水利用プラント２０）における冷却器２２の純水冷却熱量は、送水量×純水の比熱×（純水の冷却前温度−純水の冷却後温度）＝８４ＭＪ／ｈであった。
【００８８】
＜比較例＞
図４に示した従来法によって純水を供給した。送水配管表面からの放熱を考慮して、温度計１１４における配管入口温度を２５.０℃に設定した。
【００８９】
実施例と同様、純水製造装置１１で製造された純水の温度は、２１．０℃であった。純水利用プラント１２０に２４．０℃の純水を送るには、純水槽１１２にある水を、蒸気加熱器１１３を用いて２１．０℃から２５．０℃に加熱することを要する。このとき、送出元（純水製造プラント１１０）における蒸気加熱器１１３の純水加熱熱量は、送水量×純水の比熱×（純水の加熱後温度−純水の加熱前温度）＝３，３４８ＭＪ／ｈであった。
【００９０】
純水製造プラント１１０から送られた純水の温度を利用先温度計１２３にて測定したところ、目標温度である２４．０℃を超える２４．８℃であった。そこで、冷却器１２２を用いて純水を２４．８℃から２４．０℃に下げた。このとき、利用先（純水利用プラント１２０）における冷却器１２２の純水冷却熱量は、送水量×純水の比熱×（純水の冷却前温度−純水の冷却後温度）＝６７０ＭＪ／ｈであった。
【００９１】
＜結果：熱量の削減量＞
以上から、本実施形態に記載の水温制御システム１を用いると、送出元（純水製造プラント１０）における蒸気加熱器１３の純水加熱熱量を１８％削減でき、利用先（純水利用プラント２０）における冷却器２２の純水冷却熱量を８７％削減できることが確認された。
【００９２】
本実施例によると、屋外配管３０の周囲における過去の気象データと水温、流量などの過去の運転実績データから、屋外配管３０の総括伝熱係数Ｕと伝熱面積Ａとの積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築し、前記モデルに直近の気象データおよび運転データを入力することによって、純水の送出元目標温度Ｔｉｎを設定することが可能となる。これにより、屋外配管３０の表面からの放熱量を見込み、送出元目標温度Ｔｉｎを、純水の利用先目標温度Ｔｏｕｔよりも過剰に高く設定する必要がなくなる。よって、本実施例によると、純水の送出元における蒸気加熱器２３と、純水の利用先における冷却器２２との両方における供給熱量を削減でき、結果として、省エネルギー、省コスト化を図ることの可能な方法及びシステムを、簡便に提供することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１    水温制御システム
１０  純水製造プラント
１１  純水製造装置
１２  純水槽
１３  蒸気加熱器
１４  送出元温度計
２０  純水利用プラント
２１  純水受入槽
２２  冷却器
２３  利用先温度計
３０  屋外配管
４０  送出元温度制御装置
５０  通信ネットワーク
【図１】
2019079172.tif 000011
【図２】
2019079172.tif 000012
【図３】
2019079172.tif 000013
【図４】
2019079172.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月28日(2018.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調整された水を、屋外配管を通して水の利用先に供給するプロセスにおいて、
屋外配管周囲における過去の気象データと過去の運転実績データから、前記屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築し、
前記モデルに直近の気象データおよび運転データを入力することによって現時点でのＵＡ値に基づきＵＡ決定値を決定し、
前記ＵＡ決定値、及び水の利用先目標温度に応じて、送出元目標温度を算出し、
前記送出元目標温度に応じて、前記温度調整された水の送出元における水の加熱手段及び／又は冷却手段の供給熱量を調整する、水温制御方法。
【請求項２】
前記送出元目標温度は、以下の式によって算出される、請求項１に記載の水温制御方法。
送出元目標温度＝外気温度＋（利用先目標温度−外気温度）×ＥＸＰ｛ＵＡ予測値／（屋外配管送水流量×水の比熱）｝
【請求項３】
前記ＵＡ決定値は、前記モデルに直近の気象データおよび運転データを入力し、入力によって得られるＵＡ予測値に所定の余裕値を加えることによって算出される、請求項１又は２に記載の水温制御方法。
【請求項４】
前記余裕値は、以下の式によって算出される、請求項３に記載の水温制御方法。
余裕値＝安全係数×（ＵＡ実測値の標準偏差）
ここで、安全係数は、０を超え５以下の定数である。
【請求項５】
前記モデルが重回帰モデルである、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記モデルが人工知能モデルである、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
水温調整機能を有する水処理プラントから処理水利用プラントに向けて送水する屋外配管の周囲における過去の気象データと過去の運転実績データから、前記屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築するモデル構築装置。
【請求項８】
水温調整機能を有する水処理プラントと、
前記水処理プラントの処理水を利用する水利用プラントと、
前記水処理プラントから前記水利用プラントに向けて送水する屋外配管と、
送出元目標温度に制御する送出元温度制御装置と、
を備え、
前記送出元温度制御装置は、
屋外配管周囲における過去の気象データと過去の運転実績データから、前記屋外配管の総括伝熱係数と伝熱面積との積を示すＵＡ値を予測するモデルを構築するモデル構築手段と、
前記モデルに対して、前記屋外配管周囲における直近の気象データおよび運転データを入力することによって、ＵＡ予測値を得るＵＡ値予測手段と、
前記ＵＡ予測値、及び水の利用先目標温度に応じて、送出元目標温度を得る送出元目標温度算出手段と、
送出元を前記送出元目標温度に制御する温度制御手段と、
を有する、水温制御システム。