(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023181457
(43)【公開日】2023-12-21
(54)【発明の名称】温水製造システム
(51)【国際特許分類】
F24H 1/18 20220101AFI20231214BHJP
F24H 4/02 20220101ALI20231214BHJP
F24H 15/156 20220101ALI20231214BHJP
F24H 15/219 20220101ALI20231214BHJP
F24H 15/223 20220101ALI20231214BHJP
F24H 15/248 20220101ALI20231214BHJP
F24H 15/32 20220101ALI20231214BHJP
F24H 15/375 20220101ALI20231214BHJP
F24H 15/36 20220101ALI20231214BHJP
F24H 15/325 20220101ALI20231214BHJP
F24H 15/31 20220101ALI20231214BHJP
【ＦＩ】
F24H1/18 D
F24H1/18 G
F24H4/02 F
F24H15/156
F24H15/219
F24H15/223
F24H15/248
F24H15/32
F24H15/375
F24H15/36
F24H15/325
F24H15/31
【審査請求】有
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023187945
(22)【出願日】2023-11-01
(62)【分割の表示】P 2019024929の分割
【原出願日】2019-02-14
(71)【出願人】
【識別番号】000175272
【氏名又は名称】三浦工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100126000
【弁理士】
【氏名又は名称】岩池 満
(74)【代理人】
【識別番号】100145713
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 竜太
(72)【発明者】
【氏名】大下 悟
(72)【発明者】
【氏名】大沢 智也
(57)【要約】
【課題】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、ランニングコストも削減できる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のヒートポンプ式給湯器の凝縮器９２に貫流させながら第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温度まで昇温する第２加温手段３と、を備える。
【選択図】図１
【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のヒートポンプ式給湯器の凝縮器９２に貫流させながら第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温度まで昇温する第２加温手段３と、を備える。
【選択図】図１
【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貫流させながら目標給湯温度まで加温する第１加温手段と、
前記第１加温手段で前記目標給湯温度まで加温された用水を蒸気ボイラで発生させた蒸気であって、目標蒸気圧力に調整された蒸気と直接熱交換させて、前記目標給湯温度よりも高く設定された目標出湯温度まで昇温する第２加温手段と、
前記第１加温手段および前記第２加温手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記設定された目標出湯温度に応じて、前記給湯器と前記蒸気ボイラの出力分担を調整する温水製造システム。
前記第１加温手段で前記目標給湯温度まで加温された用水を蒸気ボイラで発生させた蒸気であって、目標蒸気圧力に調整された蒸気と直接熱交換させて、前記目標給湯温度よりも高く設定された目標出湯温度まで昇温する第２加温手段と、
前記第１加温手段および前記第２加温手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記設定された目標出湯温度に応じて、前記給湯器と前記蒸気ボイラの出力分担を調整する温水製造システム。
【請求項2】
前記第２加温手段は、
前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を集合させる蒸気ヘッダと、
前記蒸気ヘッダからの蒸気の供給量を調整する昇温用給蒸弁と、を有し、
前記制御手段は、
前記蒸気ヘッダのヘッダ圧力が前記目標蒸気圧力となるように、前記蒸気ボイラを制御するボイラ制御部と、
前記第２加温手段から出湯する温水が前記設定された目標出湯温度となるように、前記昇温用給蒸弁を制御する給蒸制御部と、を有する請求項１に記載の温水製造システム。
前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を集合させる蒸気ヘッダと、
前記蒸気ヘッダからの蒸気の供給量を調整する昇温用給蒸弁と、を有し、
前記制御手段は、
前記蒸気ヘッダのヘッダ圧力が前記目標蒸気圧力となるように、前記蒸気ボイラを制御するボイラ制御部と、
前記第２加温手段から出湯する温水が前記設定された目標出湯温度となるように、前記昇温用給蒸弁を制御する給蒸制御部と、を有する請求項１に記載の温水製造システム。
【請求項3】
前記第２加温手段は、
前記給湯器で加温された温水を貯留する温水タンクと、
前記温水タンク内の水位を検出する第１水位センサと、
前記温水タンクに前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を供給する昇温用給蒸ラインと、
前記昇温用給蒸ラインに設けられた昇温用給蒸弁と、
前記温水タンク内の温水の温度を検出する貯湯温度センサと、を備え、
前記第１加温手段は、
前記給湯器に用水を供給する給水ラインと、
前記給湯器で加温された温水を前記温水タンクに供給する給湯ラインと、
前記給湯ラインを流通する温水の給湯温度を検出する給湯温度センサと、を備え、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時に前記第１水位センサの検出水位が第１設定水位を下回ると、前記給水ラインを介する用水の供給および前記給湯ラインを介する温水の供給を実行し、
前記温水タンク内の水位上昇時に前記第１水位センサの検出水位が前記第１設定水位よりも上位の第２設定水位を上回ると、前記給水ラインを介する用水の供給および前記給湯ラインを介する温水の供給を停止し、
用水の供給を実行している状態において、
前記給湯温度センサの検出温度が前記目標給湯温度になるように前記給湯器を制御し、
前記貯湯温度センサの検出温度が前記目標出湯温度になるように前記昇温用給蒸弁の開度を制御する、請求項１に記載の温水製造システム。
前記給湯器で加温された温水を貯留する温水タンクと、
前記温水タンク内の水位を検出する第１水位センサと、
前記温水タンクに前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を供給する昇温用給蒸ラインと、
前記昇温用給蒸ラインに設けられた昇温用給蒸弁と、
前記温水タンク内の温水の温度を検出する貯湯温度センサと、を備え、
前記第１加温手段は、
前記給湯器に用水を供給する給水ラインと、
前記給湯器で加温された温水を前記温水タンクに供給する給湯ラインと、
前記給湯ラインを流通する温水の給湯温度を検出する給湯温度センサと、を備え、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時に前記第１水位センサの検出水位が第１設定水位を下回ると、前記給水ラインを介する用水の供給および前記給湯ラインを介する温水の供給を実行し、
前記温水タンク内の水位上昇時に前記第１水位センサの検出水位が前記第１設定水位よりも上位の第２設定水位を上回ると、前記給水ラインを介する用水の供給および前記給湯ラインを介する温水の供給を停止し、
用水の供給を実行している状態において、
前記給湯温度センサの検出温度が前記目標給湯温度になるように前記給湯器を制御し、
前記貯湯温度センサの検出温度が前記目標出湯温度になるように前記昇温用給蒸弁の開度を制御する、請求項１に記載の温水製造システム。
【請求項4】
前記温水タンクに前記給湯器を介さずに用水を供給するバイパス給水ラインと、
前記バイパス給水ラインに設けられたバイパス給水弁と、を備え、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時に前記第１水位センサの検出水位が前記第１設定水位よりも下位の第３設定水位を下回ると、前記バイパス給水弁を開放するとともに前記昇温用給蒸弁の開度を全開に制御し、
前記温水タンク内の水位上昇時に前記第１水位センサの検出水位が前記第３設定水位よりも上位の第４設定水位を上回ると、前記バイパス給水弁を閉鎖し、
前記バイパス給水弁が開放状態である場合の蒸気供給量は、前記バイパス給水弁が閉鎖状態である場合の蒸気供給量よりも大きい、請求項３に記載の温水製造システム。
前記バイパス給水ラインに設けられたバイパス給水弁と、を備え、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時に前記第１水位センサの検出水位が前記第１設定水位よりも下位の第３設定水位を下回ると、前記バイパス給水弁を開放するとともに前記昇温用給蒸弁の開度を全開に制御し、
前記温水タンク内の水位上昇時に前記第１水位センサの検出水位が前記第３設定水位よりも上位の第４設定水位を上回ると、前記バイパス給水弁を閉鎖し、
前記バイパス給水弁が開放状態である場合の蒸気供給量は、前記バイパス給水弁が閉鎖状態である場合の蒸気供給量よりも大きい、請求項３に記載の温水製造システム。
【請求項5】
前記温水タンクに前記給湯器を介さずに用水を供給するバイパス給水ラインと、
前記バイパス給水ラインに設けられたバイパス給水弁と、
前記バイパス給水ラインを流通する用水と蒸気とを間接熱交換させる予熱用熱交換器と、
前記予熱用熱交換器に前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を供給する予熱用給蒸ラインと、
前記予熱用給蒸ラインに設けられた予熱用給蒸弁と、を備え、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時に前記第１水位センサの検出水位が前記第１設定水位よりも下位の第３設定水位を下回ると、前記バイパス給水弁を開放するとともに前記予熱用給蒸弁を開放し、
前記温水タンク内の水位上昇時に前記第１水位センサの検出水位が前記第３設定水位よりも上位の第４設定水位を上回ると、前記バイパス給水弁を閉鎖する、請求項３に記載の温水製造システム。
前記バイパス給水ラインに設けられたバイパス給水弁と、
前記バイパス給水ラインを流通する用水と蒸気とを間接熱交換させる予熱用熱交換器と、
前記予熱用熱交換器に前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を供給する予熱用給蒸ラインと、
前記予熱用給蒸ラインに設けられた予熱用給蒸弁と、を備え、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時に前記第１水位センサの検出水位が前記第１設定水位よりも下位の第３設定水位を下回ると、前記バイパス給水弁を開放するとともに前記予熱用給蒸弁を開放し、
前記温水タンク内の水位上昇時に前記第１水位センサの検出水位が前記第３設定水位よりも上位の第４設定水位を上回ると、前記バイパス給水弁を閉鎖する、請求項３に記載の温水製造システム。
【請求項6】
前記温水タンクから送出される温水と蒸気とを間接熱交換させる温調用熱交換器と、
前記温調用熱交換器に前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を供給する温調用給蒸ラインと、
前記温調用給蒸ラインに設けられた温調用給蒸弁と、
前記温調用熱交換器の出湯温度を検出する出湯温度センサと、を備え、
前記制御手段は、
前記出湯温度センサの検出温度が前記目標出湯温度になるように前記温調用給蒸弁の開度を制御する、請求項３～５のいずれかに記載の温水製造システム。
前記温調用熱交換器に前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を供給する温調用給蒸ラインと、
前記温調用給蒸ラインに設けられた温調用給蒸弁と、
前記温調用熱交換器の出湯温度を検出する出湯温度センサと、を備え、
前記制御手段は、
前記出湯温度センサの検出温度が前記目標出湯温度になるように前記温調用給蒸弁の開度を制御する、請求項３～５のいずれかに記載の温水製造システム。
【請求項7】
前記第１加温手段は、複数の前記給湯器を含み、
前記温水タンクには、前記給湯器の運転台数を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回るたびに前記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、
前記温水タンク内の水位上昇時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回るたびに前記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、請求項３～６のいずれかに記載の温水製造システム。
前記温水タンクには、前記給湯器の運転台数を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回るたびに前記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、
前記温水タンク内の水位上昇時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回るたびに前記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、請求項３～６のいずれかに記載の温水製造システム。
【請求項8】
前記第１加温手段は、複数の前記給湯器を含み、
前記温水タンクには、前記給湯器の運転台数および／または目標給湯温度を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、
前記給湯器は、第１温度よりも高く前記目標出湯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、
前記制御手段は、
前記給湯器の目標給湯温度を前記第１温度に設定した状態で運転中、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回ると、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１段階上昇させる制御を実行し、前記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、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回ると、前記給湯器の運転台数を１台減少させると同時に、前記目標給湯温度を前記第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し、
前記給湯器の目標給湯温度を前記第１温度に設定した状態で運転中、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回ると、前記給湯器の運転台数を１台増加させると同時に、前記給湯器の目標給湯温度を１段階以上上昇させる制御を実行し、前記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、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回ると、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１段階下降させる制御を実行する、請求項３～６のいずれかに記載の温水製造システム。
前記温水タンクには、前記給湯器の運転台数および／または目標給湯温度を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、
前記給湯器は、第１温度よりも高く前記目標出湯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、
前記制御手段は、
前記給湯器の目標給湯温度を前記第１温度に設定した状態で運転中、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回ると、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１段階上昇させる制御を実行し、前記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、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回ると、前記給湯器の運転台数を１台減少させると同時に、前記目標給湯温度を前記第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し、
前記給湯器の目標給湯温度を前記第１温度に設定した状態で運転中、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回ると、前記給湯器の運転台数を１台増加させると同時に、前記給湯器の目標給湯温度を１段階以上上昇させる制御を実行し、前記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、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回ると、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１段階下降させる制御を実行する、請求項３～６のいずれかに記載の温水製造システム。
【請求項9】
前記給湯器に供給する用水および／または前記蒸気ボイラに供給する給水を貯留する給水タンクと、
前記給湯器から供給される温水の供給先を前記温水タンクまたは前記給水タンクに切り替える切替手段と、を備える請求項３～８のいずれかに記載の温水製造システム。
前記給湯器から供給される温水の供給先を前記温水タンクまたは前記給水タンクに切り替える切替手段と、を備える請求項３～８のいずれかに記載の温水製造システム。
【請求項10】
前記第１加温手段は、複数の前記給湯器を含み、
前記温水タンクには、前記給湯器の給湯台数を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回るたびに前記温水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ増加させると同時に、前記給水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ減少させるように前記切替手段を制御し、
前記温水タンク内の水位上昇時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回るたびに前記温水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ減少させると同時に、前記給水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ増加させるように前記切替手段を制御する、請求項９に記載の温水製造システム。
前記温水タンクには、前記給湯器の給湯台数を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、
前記制御手段は、
前記温水タンク内の水位下降時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回るたびに前記温水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ増加させると同時に、前記給水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ減少させるように前記切替手段を制御し、
前記温水タンク内の水位上昇時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回るたびに前記温水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ減少させると同時に、前記給水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ増加させるように前記切替手段を制御する、請求項９に記載の温水製造システム。
【請求項11】
前記給水タンクの水位を検出する第２水位センサを備え、
前記制御手段は、
前記第２水位センサの検出水位が給水停止水位になると前記給水タンクに給湯中の前記給湯器を停止させ、検出水位が給水開始水位になると停止中の前記給湯器を運転する、請求項９または請求項１０に記載の温水製造システム。
前記制御手段は、
前記第２水位センサの検出水位が給水停止水位になると前記給水タンクに給湯中の前記給湯器を停止させ、検出水位が給水開始水位になると停止中の前記給湯器を運転する、請求項９または請求項１０に記載の温水製造システム。
【請求項12】
用水をヒートポンプ式給湯器に貫流させながら目標給湯温度まで加温する第１加温工程と、
前記第１加温工程で前記目標給湯温度まで加温された用水を蒸気ボイラで発生させた蒸気であって、目標蒸気圧力に調整された蒸気と直接熱交換させて、前記目標給湯温度よりも高く設定された目標出湯温度まで昇温する第２加温工程と、を含み、
前記第１加温工程および前記第２加温工程の実行時に、前記設定された目標出湯温度に応じて、前記給湯器と前記蒸気ボイラの出力分担を調整する温水製造方法。
前記第１加温工程で前記目標給湯温度まで加温された用水を蒸気ボイラで発生させた蒸気であって、目標蒸気圧力に調整された蒸気と直接熱交換させて、前記目標給湯温度よりも高く設定された目標出湯温度まで昇温する第２加温工程と、を含み、
前記第１加温工程および前記第２加温工程の実行時に、前記設定された目標出湯温度に応じて、前記給湯器と前記蒸気ボイラの出力分担を調整する温水製造方法。
【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、出湯温度を高めた場合であっても、ＣＯ２排出量の削減効果が高く、ランニングコストも削減できる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（例えば、ヒートポンプ式給湯システム１０の給湯器）に貫流させながら目標給湯温度まで加温する第１加温手段（例えば、第１加温手段２）と、前記第１加温手段で前記目標給湯温度まで加温された用水を蒸気ボイラ（例えば、蒸気ボイラ装置３０）で発生させた蒸気であって、目標蒸気圧力に調整された蒸気と直接熱交換させて、前記目標給湯温度よりも高く設定された目標出湯温度まで昇温する第２加温手段（例えば、第２加温手段３）と、前記第１加温手段および前記第２加温手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記設定された目標出湯温度に応じて、前記給湯器と前記蒸気ボイラの出力分担を調整する温水製造システムに関する。
【0007】
また、前記第２加温手段は、前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を集合させる蒸気ヘッダ（例えば、蒸気ヘッダ５１）と、前記蒸気ヘッダからの蒸気の供給量を調整する昇温用給蒸弁（例えば、昇温用給蒸弁５４）と、を有し、前記制御手段は、前記蒸気ヘッダのヘッダ圧力が前記目標蒸気圧力となるように、前記蒸気ボイラを制御するボイラ制御部（例えば、ボイラ制御部１２０）と、前記第２加温手段から出湯する温水が前記設定された目標出湯温度となるように、前記昇温用給蒸弁を制御する給蒸制御部（例えば、給蒸制御部１３０）と、を有することが好ましい。
【0008】
また、前記第２加温手段は、前記給湯器で加温された温水を貯留する温水タンク（例えば、温水タンク４０）と、前記温水タンク内の水位を検出する第１水位センサ（例えば、第１水位センサ４２）と、前記温水タンクに前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を供給する昇温用給蒸ライン（例えば、昇温用給蒸ラインＬ２）と、前記昇温用給蒸ラインに設けられた昇温用給蒸弁（例えば、昇温用給蒸弁５４）と、前記温水タンク内の温水の温度を検出する貯湯温度センサと、を備え、前記第１加温手段は、前記給湯器に用水を供給する給水ラインと、前記給湯器で加温された温水を前記温水タンクに供給する給湯ラインと、前記給湯ラインを流通する温水の給湯温度を検出する給湯温度センサ（例えば、貯湯温度センサ４１）と、を備え、前記制御手段は、前記温水タンク内の水位下降時に前記第１水位センサの検出水位が第１設定水位を下回ると、前記給水ラインを介する用水の供給および前記給湯ラインを介する温水の供給を実行し、前記温水タンク内の水位上昇時に前記第１水位センサの検出水位が前記第１設定水位よりも上位の第２設定水位を上回ると、前記給水ラインを介する用水の供給および前記給湯ラインを介する温水の供給を停止し、用水の供給を実行している状態において、前記給湯温度センサの検出温度が前記目標給湯温度になるように前記給湯器を制御し、前記貯湯温度センサの検出温度が前記目標出湯温度になるように前記昇温用給蒸弁の開度を制御することが好ましい。
【0009】
また、前記温水タンクに前記給湯器を介さずに用水を供給するバイパス給水ライン（例えば、バイパス給水ラインＬ５）と、前記バイパス給水ラインに設けられたバイパス給水弁（例えば、バイパス給水弁６２）と、を備え、前記制御手段は、前記温水タンク内の水位下降時に前記第１水位センサの検出水位が前記第１設定水位よりも下位の第３設定水位を下回ると、前記バイパス給水弁を開放するとともに前記昇温用給蒸弁の開度を全開に制御し、前記温水タンク内の水位上昇時に前記第１水位センサの検出水位が前記第３設定水位よりも上位の第４設定水位を上回ると、前記バイパス給水弁を閉鎖し、前記バイパス給水弁が開放状態である場合の蒸気供給量は、前記バイパス給水弁が閉鎖状態である場合の蒸気供給量よりも大きいことが好ましい。
【0010】
また、前記温水タンクに前記給湯器を介さずに用水を供給するバイパス給水ラインと、前記バイパス給水ラインに設けられたバイパス給水弁と、前記バイパス給水ラインを流通する用水と蒸気とを間接熱交換させる予熱用熱交換器（例えば、予熱用熱交換器７５）と、前記予熱用熱交換器に前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を供給する予熱用給蒸ライン（例えば、予熱用給蒸ラインＬ１０）と、前記予熱用給蒸ラインに設けられた予熱用給蒸弁（例えば、予熱用給蒸弁７６）と、を備え、前記制御手段は、前記温水タンク内の水位下降時に前記第１水位センサの検出水位が前記第１設定水位よりも下位の第３設定水位を下回ると、前記バイパス給水弁を開放するとともに前記予熱用給蒸弁を開放し、前記温水タンク内の水位上昇時に前記第１水位センサの検出水位が前記第３設定水位よりも上位の第４設定水位を上回ると、前記バイパス給水弁を閉鎖することが好ましい。
【0011】
また、前記温水タンクから送出される温水と蒸気とを間接熱交換させる温調用熱交換器（例えば、温調用熱交換器７０）と、前記温調用熱交換器に前記蒸気ボイラで発生させた蒸気を供給する温調用給蒸ライン（例えば、温調用給蒸ラインＬ９）と、前記温調用給蒸ラインに設けられた温調用給蒸弁（例えば、温調用給蒸弁７２）と、前記温調用熱交換器の出湯温度を検出する出湯温度センサ（例えば、出湯温度センサ７１）と、を備え、前記制御手段は、前記出湯温度センサの検出温度が前記目標出湯温度になるように前記温調用給蒸弁の開度を制御することが好ましい。
【0012】
また、前記第１加温手段は、複数の前記給湯器（例えば、給湯器１１、１２、１３）を含み、前記温水タンクには、前記給湯器の運転台数を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、前記制御手段は、前記温水タンク内の水位下降時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回るたびに前記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、前記温水タンク内の水位上昇時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回るたびに前記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とが好ましい。
【0013】
また、前記第１加温手段は、複数の前記給湯器（例えば、給湯器１１、１２、１３）を含み、前記温水タンクには、前記給湯器の運転台数および／または目標給湯温度を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、前記給湯器は、第１温度よりも高く前記目標出湯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、前記制御手段は、前記給湯器の目標給湯温度を前記第１温度に設定した状態で運転中、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回ると、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１段階上昇させる制御を実行し、前記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、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回ると、前記給湯器の運転台数を１台減少させると同時に、前記目標給湯温度を前記第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し、前記給湯器の目標給湯温度を前記第１温度に設定した状態で運転中、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回ると、前記給湯器の運転台数を１台増加させると同時に、前記給湯器の目標給湯温度を１段階以上上昇させる制御を実行し、前記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、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回ると、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１段階下降させる制御を実行することが好ましい。
【0014】
また、前記給湯器に供給する用水および／または前記蒸気ボイラに供給する給水を貯留する給水タンク（例えば、給水タンク６０）と、前記給湯器から供給される温水の供給先を前記温水タンクまたは前記給水タンクに切り替える切替手段（例えば、切替手段８０）と、を備えることが好ましい。
【0015】
また、前記第１加温手段は、複数の前記給湯器を含み、前記温水タンクには、前記給湯器の給湯台数を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、前記制御手段は、前記温水タンク内の水位下降時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階下回るたびに前記温水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ増加させると同時に、前記給水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ減少させるように前記切替手段を制御し、前記温水タンク内の水位上昇時は、前記第１水位センサの検出水位が前記水位閾値を１段階上回るたびに前記温水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ減少させると同時に、前記給水タンクに対する前記給湯器の給湯台数を１台ずつ増加させるように前記切替手段を制御することが好ましい。
【0016】
また、前記給水タンクの水位を検出する第２水位センサを備え、前記制御手段は、前記第２水位センサの検出水位が給水停止水位になると前記給水タンクに給湯中の前記給湯器を停止させ、検出水位が給水開始水位になると停止中の前記給湯器を運転することが好ましい。
【0017】
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）に貫流させながら目標給湯温度まで加温する第１加温工程と、前記第１加温工程で前記目標給湯温度まで加温された用水を蒸気ボイラ（例えば、蒸気ボイラ装置３０）で発生させた蒸気であって、目標蒸気圧力に調整された蒸気と直接熱交換させて、前記目標給湯温度よりも高く設定された目標出湯温度まで昇温する第２加温工程と、を含み、前記第１加温工程および前記第２加温工程の実行時に、前記設定された目標出湯温度に応じて、前記給湯器と前記蒸気ボイラの出力分担を調整する温水製造方法に関する。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、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、ランニングコストも削減す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】
【0019】
【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7】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8】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9】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10】上記実施形態の効果を示すグラフである。
【図11】本発明の第２実施形態の温水製造システムを示す概略図である。
【図12】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。
【図13】本発明の第４実施形態の温水製造システムを示す概略図である。
【図14】上記実施形態の貯湯温度制御の内容を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
＜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。
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。
【0021】
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貫流（一過流通）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温度まで昇温する第２加温手段３と、を備える。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。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。
【0032】
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。
【0033】
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。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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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、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。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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。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。
【0085】
図７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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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％（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。
【0092】
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。
【0093】
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。また、本実施形態の温水製造システム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負荷率、すなわちそれぞれの熱出力の受け持ち分（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。温水製造システム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出力割合の関係は、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出力割合が設定される。
【0094】
図１０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を示すグラフである。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
このように、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極めて効果的に削減することができる。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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の温度を５０～８５℃とし、第２の温度を、第１の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の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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
（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のヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３の凝縮器９２に貫流させながら第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温度まで昇温する第２加温手段３と、を備える。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第１加温手段２で加温し、さらなる昇温は、蒸気Ｓと直接熱交換させることによって行うため、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温水製造システムを提供することができる。また、昇温に蒸気Ｓを用いており、かつ直接熱交換を行うため、温度制御応答性が極めて良好となる。
【0107】
（２）本実施形態の温水製造システム１の給湯器１１、１２、１３は、電気駆動の冷媒圧縮機９１を有し、蒸気ボイラ装置３０は、ガス燃焼または油燃焼のバーナを有し、第１温度は５０～７０℃であり、第２温度は７５～９５℃である。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。
【0108】
（３）本実施形態の温水製造システム１の第２加温手段３は、給湯器１１、１２、１３で加温された温水Ｗ１を貯留する温水タンク４０と、温水タンク４０に蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを供給する昇温用給蒸ラインＬ２と、昇温用給蒸ラインＬ２に設けられた昇温用給蒸弁５４と、を備える。このように、温水タンク４０内に蒸気Ｓを供給することにより、温水タンク４０内の温水と蒸気Ｓとを効果的に直接熱交換することができる。
【0109】
（４）本実施形態の温水製造システム１の第２加温手段３は、温水タンク４０内の温水の温度を検出する貯湯温度センサ４１を備え、貯湯温度センサ４１の検出温度が目標貯湯温度になるように昇温用給蒸弁５４の開度を制御する。これにより、温水タンク４０内の温水の温度を適切に制御することができる。
【0110】
（５）本実施形態の温水製造システム１は、温水タンク４０内の水位を検出する第１水位センサ４２と、温水タンク４０に給湯器を介さずに用水を供給するバイパス給水ラインＬ５と、バイパス給水ラインＬ５に設けられたバイパス給水弁６２と、を備え、第１水位センサ４２の検出水位が設定水位を下回ると、バイパス給水弁６２を開放する。これにより、温水タンク４０内の温水が少なくなったときに、適切なタイミングでバイパス給水ラインＬ５から用水の補給を行うことができる。
【0111】
（６）本実施形態の温水製造システム１は、温水タンク４０内の水位を検出する第１水位センサ４２を備え、第１加温手段２は、複数の給湯器１１、１２、１３を含み、温水タンク４０には、給湯器１１、１２、１３の運転台数を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、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１１、１２、１３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１１、１２、１３の運転台数を１台ずつ減少させる台数制御を実行する。このように、温水タンク４０内の水位に応じて給湯器１１、１２、１３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。
【0112】
（７）本実施形態の温水製造システム１は、温水タンク４０内の水位を検出する第１水位センサ４２を備え、第１加温手段２は、複数の給湯器１１、１２、１３を含み、温水タンク４０には、給湯器１１、１２、１３の運転台数および／または目標給湯温度を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、給湯器１１、１２、１３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、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実行し、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。これにより、適切に温水タンク４０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となり、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。
【0113】
（８）本実施形態の温水製造システム１の給湯器１１、１２、１３は、凝縮器９２に用水を流通させる用水ラインと、用水ラインに設けられた流量調節弁または給水ポンプ１７、１８、１９と、給湯器１１、１２、１３の給湯温度を検出する給湯温度センサ１４、１５、１６と、を備え、給湯温度センサ１４、１５、１６の検出温度が目標給湯温度になるように流量調節弁の開度、または給水ポンプ１７、１８、１９の回転数を制御する。これにより、給湯器１１、１２、１３の給湯温度を適切に制御することができる。
【0114】
（９）本実施形態の温水製造方法は、用水Ｗ１をヒートポンプ式給湯システム１０のヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３の凝縮器９２に貫流させながら第１温度まで加温する第１加温工程と、第１加温工程で加温された用水を蒸気ボイラ装置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温度まで昇温する第２加温工程と、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第１加温工程で加温し、さらなる昇温は、蒸気Ｓと直接熱交換させることによって行うため、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温水製造システムを提供することができる。また、昇温に蒸気Ｓを用いており、かつ直接熱交換を行うため、温度制御応答性が極めて良好となる。
【0115】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について、図１１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２実施形態の温水製造システム１は、温水タンク４０から送出される温水Ｗ６と蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓとを間接熱交換させる温調用熱交換器７０をさらに備える。図１１は、本発明の第２実施形態に係る温水製造システム１を示す図である。
次に、第２実施形態について、図１１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２実施形態の温水製造システム１は、温水タンク４０から送出される温水Ｗ６と蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓとを間接熱交換させる温調用熱交換器７０をさらに備える。図１１は、本発明の第２実施形態に係る温水製造システム１を示す図である。
【0116】
図１１に示されるように、本実施形態においては、温水タンク４０から温水需要箇所に温水Ｗ６を供給する温水出湯ラインＬ６に、温調用熱交換器７０が設けられている。温調用熱交換器７０は、間接熱交換器であり、温水タンク４０から送出される温水Ｗ６と蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓとの間で間接熱交換を行う。これにより、温水タンク４０から送出される温水Ｗ６は加温される。温調用熱交換器７０により加温された温水Ｗ６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。そして、温調用熱交換器７０の下流には、温調用熱交換器７０からの出湯温度を検出する出湯温度センサ７１が設けられている。
【0117】
本実施形態の蒸気供給ライン５３（昇温用給蒸ラインＬ２）は途中で分岐しており、一方が温水タンク４０に接続され、他方が温調用熱交換器７０に接続されている。温水タンク４０に接続されている側のラインには、第１実施形態と同様の昇温用給蒸弁５４が設けられている。一方、温調用熱交換器７０に接続されている側のラインは温調用給蒸ラインＬ９を構成し、この温調用給蒸ラインＬ９には温調用給蒸弁７２が設けられている。
【0118】
これらの温調用熱交換器７０、温調用給蒸ラインＬ９、温調用給蒸弁７２、出湯温度センサ７１は追加の加温手段を構成し、蒸気ボイラ装置３０からの蒸気により、最終末端出湯温度を調整する機能を有する。
【0119】
本実施形態において、給蒸制御部１３０は、第１実施形態において説明した給蒸制御に加えて、温調用給蒸弁７２の制御を行う。具体的には、出湯温度センサ７１の検出温度が目標出湯温度となるように、温調用給蒸弁７２の開度を制御する。例えば、目標出湯温度が９０℃の場合において、出湯温度センサ７１の検出温度が目標出湯温度の９０℃に収束するように、ＰＩＤアルゴリズムにより温調用給蒸弁７２に対する操作量が演算され、給蒸制御部１３０から温調用給蒸弁７２のアクチュエータ回路へ開度指定信号が出力される。
【0120】
なお、本実施形態は、温水需要箇所に対する温熱供給を安定化させことを目的としている。そのため、出湯温度センサ７１による温度検出と、温調用給蒸弁７２の開度調整は、温水出湯ラインＬ６に温水Ｗ６が流通しているときに実行される。
【0121】
一般に、温水タンク４０内の貯留水ＴＷの温度分布を一定にすることは難しく、ある程度の温度ムラが生じる。特に、温水タンク４０のサイズが大きいと温度ムラが発生しやすい。よって、貯湯温度センサ４１の検出温度に基づいて昇温用給蒸弁５４を制御しても、温水タンク４０内の貯留水ＴＷの温度ムラの影響により、温水タンク４０から出湯する温水Ｗ６の温度が安定しない状況が起こり得る。しかしながら、本実施形態のように、温水出湯ラインＬ６に温調用熱交換器７０を設けることで、温水タンク４０内の貯留水ＴＷに温度ムラが生じている場合であっても、温水製造システム１から出湯する最終的な出湯温度を適切に制御することができる。
【0122】
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）～（９）に加えて、以下のような効果が奏される。
【0123】
（１０）本実施形態の温水製造システム１は、温水タンク４０から送出される温水Ｗ６と蒸気Ｓとを間接熱交換させる温調用熱交換器７０と、温調用熱交換器７０に蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを供給する温調用給蒸ラインＬ９と、温調用給蒸ラインＬ９に設けられた温調用給蒸弁７２と、を備える。これにより、温水タンク４０内の温水に温度ムラが生じている場合であっても、温調用熱交換器７０を用いて最終的な出湯温度を高めることができる。
【0124】
（１１）本実施形態の温水製造システム１は、温調用熱交換器７０の出湯温度を検出する出湯温度センサ７１を備え、出湯温度センサ７１の検出温度が目標出湯温度になるように温調用給蒸弁７２の開度を制御する。これにより、最終的な出湯温度を適切に制御することができる。
【0125】
＜第３実施形態＞
次に、第３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３実施形態の温水製造システム１は、バイパス給水ラインＬ５を流通する用水Ｗ５と蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓとを間接熱交換させる予熱用熱交換器７５をさらに備える。図１２は、本発明の第３実施形態に係る温水製造システム１を示す図である。
次に、第３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３実施形態の温水製造システム１は、バイパス給水ラインＬ５を流通する用水Ｗ５と蒸気ボイラ装置３０からの蒸気Ｓとを間接熱交換させる予熱用熱交換器７５をさらに備える。図１２は、本発明の第３実施形態に係る温水製造システム１を示す図である。
【0126】
図１２に示されるように、本実施形態においては、バイパス給水ラインＬ５に、予熱用熱交換器７５が設けられている。予熱用熱交換器７５は間接熱交換器であり、バイパス給水ラインＬ５を通じて供給される給水タンク６０からの用水（冷水）Ｗ５と蒸気ボイラ装置３０からの蒸気との間で間接熱交換を行う。予熱用熱交換器７５は、バイパス給水弁６２の下流側に設けられている。
【0127】
本実施形態の蒸気供給ライン５３（昇温用給蒸ラインＬ２）は途中で分岐しており、一方が温水タンク４０に接続され、他方が予熱用熱交換器７５に接続されている。温水タンク４０に接続されている側のラインには、第１実施形態と同様の昇温用給蒸弁５４が設けられている。一方、予熱用熱交換器７５に接続されている側のラインは予熱用給蒸ラインＬ１０を構成し、この予熱用給蒸ラインＬ１０には、予熱用給蒸弁７６が設けられている。
【0128】
これらの予熱用熱交換器７５、予熱用給蒸ラインＬ１０、予熱用給蒸弁７６は追加の加温手段を構成し、バイパス給水ラインＬ５を通じて供給される用水Ｗ５を加温する機能を有する。
【0129】
本実施形態において、貯湯制御部１４０は、第１実施形態において説明した貯湯制御に加えて、予熱用給蒸弁７６の制御を行う。具体的には、バイパス給水弁６２を開放する際に、予熱用給蒸弁７６も一緒に開放する制御を行う。これにより、バイパス給水ラインＬ５を通じて供給される用水Ｗ５による、温水タンク４０内の貯留水ＴＷの水温の急激な低下を防ぐことができる。
【0130】
バイパス給水弁６２は、第１実施形態と同様に、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したとき、すなわち温水タンク４０が渇水直前の状態になったときに開放される。これにより、給水タンク６０に貯留されている冷水である用水Ｗ５が、直接温水タンク４０に供給されることとなり、温水タンク４０の渇水を防ぐことができるが、温水タンク４０内の貯留水ＴＷの水温は、当然に低下してしまう。
【0131】
本実施形態における予熱用熱交換器７５は、このようなバイパス給水による用水Ｗ５の補給による温水タンク４０内の貯留水ＴＷの水温の低下を極力防ぐために設けられている。すなわち、バイパス給水弁６２を開放する際に、予熱用給蒸弁７６も一緒に開放することにより、バイパス給水ラインＬ５を通じて温水タンク４０内に供給される用水Ｗ５が加温される。これにより、バイパス給水ラインＬ５から温水タンク４０に用水Ｗ５を補給するときにおいて、用水Ｗ５の温度を高めることができる。
【0132】
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）～（９）に加えて、以下のような効果が奏される。
【0133】
（１２）本実施形態の温水製造システム１は、バイパス給水ラインＬ５を流通する用水Ｗ５と蒸気とを間接熱交換させる予熱用熱交換器７５と、予熱用熱交換器７５に蒸気ボイラ装置３０で発生させた蒸気Ｓを供給する予熱用給蒸ラインＬ１０と、予熱用給蒸ラインＬ１０に設けられた予熱用給蒸弁７６と、を備え、バイパス給水弁６２を開放する際に、予熱用給蒸弁７６を開放する。これにより、バイパス給水ラインＬ５から温水タンク４０に用水を補給するときに、補給水の温度を高めることができる。
【0134】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について、図１３～１４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４実施形態の温水製造システム１は、給湯器１１、１２、１３から供給される温水Ｗ１の供給先を温水タンク４０または給水タンク６０に切り替える切替手段８０をさらに備える。図１３は、本発明の第４実施形態に係る温水製造システム１を示す図である。
次に、第４実施形態について、図１３～１４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４実施形態の温水製造システム１は、給湯器１１、１２、１３から供給される温水Ｗ１の供給先を温水タンク４０または給水タンク６０に切り替える切替手段８０をさらに備える。図１３は、本発明の第４実施形態に係る温水製造システム１を示す図である。
【0135】
図１３に示されるように、本実施形態においては、給湯ラインＬ１が途中で分岐しており、一方が温水タンク４０に接続され、他方が給水タンク６０に接続されている。この給水タンク６０に接続されている給湯ラインは、給水タンク給湯ラインＬ１１を構成する。
【0136】
各給湯器１１、１２、１３に接続されている給湯ラインＬ１の分岐部には、切替手段８０としての、切替弁８１、８２、８３が設けられている。この切替弁８１、８２、８３は、各給湯器１１、１２、１３から供給される温水の供給先を、温水タンク４０側または給水タンク６０側に切り替える切替手段としての機能を有する。このような切替手段を設けることにより、必要性に応じて、各給湯器１１、１２、１３からの温水の供給方向を、温水タンク４０側と、給水タンク６０側とに切り替えることができる。また、これにより給湯器１１、１２、１３の運転を極力継続することが可能となり、ヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３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。
【0137】
本実施形態においては、ヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３に用水を供給する第２給水タンク６５が、給水タンク６０とは別に設けられている。この第２給水タンク６５からの用水Ｗ１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。
【0138】
次に、切替弁８１の具体的な制御内容について説明する。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、切替弁８１、８２、８３の制御を行う。温水タンク４０は、第１実施形態と同様、図４に示される第１水位センサ４２を備える。
【0139】
本実施形態においては、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段階下回るたびに温水タンク４０に対する給湯器１１、１２、１３の給湯台数を１台ずつ増加させると同時に、給水タンク６０に対する給湯器１１、１２、１３の給湯台数を１台ずつ減少させるように切替弁８１、８２、８３を制御し、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段階上回るたびに温水タンク４０に対する給湯器１１、１２、１３の給湯台数を１台ずつ減少させると同時に、給水タンク６０に対する給湯器１１、１２、１３の給湯台数を１台ずつ増加させるように切替弁８１、８２、８３を制御する。この制御は、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、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や、切替弁８１、８２、８３を制御してもよい。
【0140】
【0141】
まず、水位ＷＬが回復していく方向（図４の矢印Ｂを参照。）の場合の制御について説明する。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を上回ったことを検出する。このとき、温水タンク４０の貯水量に少し余裕がでてきたと判断し、３つの切替弁のうち、１つの切替弁のみ給水タンク６０側に切り替える。例えば、切替弁８１、８２、８３のうち、切替弁８３のみ給水タンク６０側に切り替える。すなわち、温水タンク４０に対する給湯台数を１台減少させると同時に、給水タンク６０に対する給湯台数を１台増加させるように切替手段８０を制御する。
【0142】
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を上回ったことを検出する。このとき、温水タンク４０の貯水量にさらに余裕がでてきたと判断し、３つの切替弁のうち、２つの切替弁を給水タンク６０側に切り替える。例えば、切替弁８１、８２、８３のうち、切替弁８２、８３を給水タンク６０側に切り替える。
【0143】
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、温水タンク４０の貯水量は十分な量になったと判断し、３つ全ての切替弁８１、８２、８３を給水タンク６０側に切り替える。
【0144】
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Ａ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つの切替弁のうち、１つの切替弁を温水タンク４０側に切り替える。例えば、切替弁８１、８２、８３のうち、切替弁８１を温水タンク４０側に切り替える。
【0145】
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、温水タンク４０の貯水量は再び十分な量になったと判断し、前述と同様、全ての切替弁８１、８２、８３を給水タンク６０側に切り替える。
【0146】
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Ａ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つの切替弁のうち、２つの切替弁を温水タンク４０側に切り替える。例えば、切替弁８１、８２、８３のうち、切替弁８１、８２を温水タンク４０側に切り替える。
【0147】
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つ全ての切替弁８１、８２、８３を温水タンク４０側に切り替える。
【0148】
これにより、第１加温手段２により加温された温水Ｗ１を、必要性に応じて温水タンク４０または給水タンク６０に切り替えて給湯することができる。すなわち、第１加温手段２により加温された温水Ｗ１のうち、温水タンク４０内への給湯が不必要な分については、ボイラ給水やバイパス給水のための用水を貯留する給水タンク６０に供給することができる。よって、第１加温手段２により加温された温水Ｗ１を、有効に利用することができる。また、切替手段８０を制御することによりヒートポンプ式給湯器１１、１２、１３の運転を極力継続することが可能となり、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。
【0149】
なお、ボイラ給水およびバイパス給水のための用水を効果的に加温する上では、給水タンクを、ボイラ給水およびバイパス給水のための用水を貯留する給水タンク６０と、ヒートポンプ式給湯システム１０に供給するための用水を貯留する第２給水タンク６５とに分けて、第１加温手段２によって加温された温水Ｗ１を、給水タンク６０に対して供給可能な態様とすることが好ましいが、第１実施形態に示されるように、第２給水タンク６５を、給水タンク６０と共通化してもよい。この場合は、ヒートポンプ式給湯システム１０に供給される用水も加温された状態となる。なお、切替手段８０は、給湯器１１、１２、１３からの温水Ｗ１の供給先を、温水タンク４０または第２給水タンク６５に切り替えが可能なものとして構成されていてもよい。
【0150】
なお、貯湯制御部１４０は、図１０に示されるように、所定の水位帯（例えば、水位Ｌ～水位Ｍの間の水位帯）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が、第１実施形態と同様に、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上回っている／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、切替弁８１、８２、８３を切り替える等の制御を実行する構成としてもよい。
【0151】
さらに本実施形態において、給水タンク６０に、給水タンク６０の水位を検出する不図示の第２水位センサを設け、第２水位センサの検出水位が給水停止水位になると、給湯器１１、１２、１３のうち、給水タンク６０に給湯中の給湯器を停止させ、検出水位が給水開始水位になると停止中の給湯器を運転する構成を採用してもよい。例えば、水位ＷＬが上昇中において、水位ＷＬが水位Ｍを上回り、３台中１台の給湯器、例えば給湯器１３が給水タンク６０側に給湯中の場合において、給水タンク６０の第２水位センサの検出水位が給水停止水位になったときには、給湯器１３の運転を停止する。そして、第２水位センサの検出水位が給水開始水位になると、運転を停止していた給湯器１３の運転を再開する。これにより、給水タンク６０内の水位の管理を適切に行うことができる。
【0152】
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）～（９）に加えて、以下のような効果が奏される。
【0153】
（１３）本実施形態の温水製造システム１は、給湯器１１、１２、１３に供給する用水および／または蒸気ボイラ装置３０に供給する給水を貯留する給水タンク６０と、給湯器１１、１２、１３から供給される温水Ｗ１の供給先を温水タンク４０または給水タンク６０に切り替える切替手段と、を備える。これにより、給湯器１１、１２、１３から供給される温水Ｗ１を、必要性に応じて温水タンク４０または給水タンク６０に切り替えて給湯することができる。また、切り替え可能とすることによりヒートポンプの運転を極力継続することが可能となり、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。（１４）本実施形態の温水製造システム１は、温水タンク４０内の水位を検出する第１水位センサ４２を備え、第１加温手段２は、複数の給湯器１１、１２、１３を含み、温水タンク４０には、給湯器１１、１２、１３の給湯台数を変更するための複数段階の水位閾値が設定され、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段階下回るたびに温水タンク４０に対する給湯器１１、１２、１３の給湯台数を１台ずつ増加させると同時に、給水タンク６０に対する給湯器１１、１２、１３の給湯台数を１台ずつ減少させるように切替手段８０を制御し、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段階上回るたびに温水タンク４０に対する給湯器１１、１２、１３の給湯台数を１台ずつ減少させると同時に、給水タンク６０に対する給湯器１１、１２、１３の給湯台数を１台ずつ増加させるように切替手段８０を制御する。これにより、必要性に応じて温水タンク４０または給水タンク６０に切り替えて給水を行うことができる。また、切替手段８０を制御することによりヒートポンプの運転を極力継続することが可能となり、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。（１５）本実施形態の温水製造システム１は、給水タンク６０の水位を検出する第２水位センサを備え、第２水位センサの検出水位が給水停止水位になると給水タンク６０に給湯中の給湯器を停止させ、検出水位が給水開始水位になると停止中の給湯器を運転する。これにより、給水タンク６０内の水位の管理を適切に行うことができる。
【0154】
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】
【0155】
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、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
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
Ｗ１…用水（温水）
Ｗ５…用水（冷水）
Ｗ６…温水
Ｓ…蒸気
Ｒ…冷媒
ＴＷ…温水、貯留水
ＷＬ…水位
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、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
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
Ｗ１…用水（温水）
Ｗ５…用水（冷水）
Ｗ６…温水
Ｓ…蒸気
Ｒ…冷媒
ＴＷ…温水、貯留水
ＷＬ…水位
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】