JP5398680B2 - 熱源装置、熱媒体利用システム及び熱源装置の制御方法 - Google Patents

Description

第１熱源機と、第１熱源機と並列に設けられた第２熱源機との２つの熱源機を備え、２つの熱源機の少なくともいずれかで加熱した熱媒体を熱媒体利用装置へ供給する技術に関する。

給湯暖房システムは、熱源機により温水を生成し、生成した温水をシャワーや風呂等の給湯や、ラジエータや床暖房等の暖房に利用するシステムである。熱源機としては、エネルギー効率の高いヒートポンプ装置や、エネルギー効率は低いが低価格なボイラ等が用いられる。

特許文献１には、ヒートポンプ装置だけでは供給熱量が不足するときに、ヒートポンプ装置を全負荷運転するとともにボイラを起動することについての記載がある。特許文献１に記載されたシステムでは、ボイラは不足熱量分のみを供給することにより、高いエネルギー効率の実現を図っている。

特許文献２には、ヒートポンプ装置と補助熱源とを並列接続した給湯システムについての記載がある。特許文献２に記載された給湯システムでは、給湯タンクの貯湯量が所定の貯湯量を下回ると、ヒートポンプ装置による給湯に加え補助熱源による給湯を追加する。特許文献２に記載された給湯システムでは、補助熱源は熱量不足の時（貯湯量が少なくなった時）にだけ起動し、主として温水を供給するのはヒートポンプ装置とすることにより、高いエネルギー効率の実現を図っている。

特開昭６２−１９０３５２号公報 特開２００６−３４９２０１号公報

ヒートポンプ装置のような加熱能力を制御可能な熱源機と、通信仕様が不明の既設ボイラのような外部からはオン／オフの切替のみ可能で、加熱能力の制御は熱源機がもつローカル制御（例えば、出口温度を固定の設定値に一定制御）まかせの熱源機とが並列に接続された給湯暖房システムを想定する。この場合、特許文献１，２に記載された方法では、熱源機の適切な制御が実現できず、高いエネルギー効率を実現することができない。

特許文献１に記載された給湯暖房システムでは、ボイラを起動したときに、ヒートポンプ装置は最大熱量を供給し続けつつ、ボイラからの供給熱量を連続的に増加させるような制御を行う必要がある。この制御を実現するためには、ヒートポンプ装置を通過する水の流量を一定に保ちつつ、ボイラを通過する水の流量又は出口温度の制御を連続的にかつ適切に行わなければならない。しかしながら、特許文献１には、このような制御方法については開示されていない。
なお、ボイラの流量制御をするためには、連続的に流量を変化可能なポンプの新規設置が必要である。すなわち、ユーザにとっては余分な設備投資費用が必要となる。また、ボイラの出口温度制御をするためには、新規に導入する制御装置からボイラの出口温度設定値をオンラインで変更可能でなければならない。すなわち、ボイラの通信仕様や制御仕様が明確である必要があり、メーカや製品が多種多様な既設ボイラ一般に対してこのような制御方法を適用することは事実上困難である。

特許文献２に記載されているのは給湯システムであり、熱供給の対象は給湯タンクのみである。一般に、給湯タンクへ供給する熱量は概ね一定であり、熱供給の対象が給湯タンクのみであれば、供給する熱媒体の温度や流量等については細かく制御する必要がない。そのため、特許文献２に記載された給湯システムには、ヒートポンプ装置と補助熱源とを同時運転したときのトータルの供給熱量を制御する方法については開示されていない。しかしながら、熱供給の対象にラジエータや床暖房等の暖房を含める場合には、室温制御のために前記トータル供給熱量を適切に制御する必要がある。

この発明は、加熱能力を制御可能な熱源機と、外部からは加熱能力を制御不可能な熱源機とが並列に接続されたシステムにおいて、給湯や暖房に必要十分な熱量を効率的に生成することを目的とする。

この発明に係る熱源装置は、
第１熱源機と、前記第１熱源機と並列に設けられた第２熱源機との２つの熱源機を備え、前記２つの熱源機の少なくともいずれかで加熱した熱媒体を熱媒体利用装置へ供給する熱源装置であり、
前記第１熱源機側と前記第２熱源機側とへ流す熱媒体の流量を調整する流量調整装置と、
前記第２熱源機が運転せず、前記第１熱源機が運転している場合に、前記熱媒体利用装置へ供給される供給熱量が、前記熱媒体利用装置に要求される要求熱量に対して不足すると、前記第１熱源機側へ流していた前記熱媒体のうち所定量が前記第２熱源機側へ流れるように前記流量調整装置を制御し、前記第２熱源機を運転させるとともに、前記供給熱量が前記要求熱量に対して不足しなくなるまで、前記第２熱源機側へ流れる熱媒体の流量が前記所定量から徐々に増えるように前記流量調整装置を制御する制御装置と
を備えることを特徴とする。

この発明に係る熱源装置では、第２熱源機側へ流す熱媒体の流量を制御することにより、供給熱量を制御する。これにより、給湯や暖房に必要十分な熱量を効率的に生成することができる。

実施の形態１に係る給湯暖房システム１の構成図。 実施の形態１に係る制御装置１２の機能構成を示すブロック図。 第２熱源機制御部２０の起動停止の判定方法の例を示す図。 三方弁制御部２１の弁開度計算方法の例を示す図。 第２熱源機制御部２０及び三方弁制御部２１の制御の流れを示すフローチャート。 制御装置１２によるヒートポンプ装置２及びボイラ３の供給熱量の制御の様子を示す図。 図６に示す状態からさらに要求熱量が増加したときの、制御装置１２によるヒートポンプ装置２及びボイラ３の供給熱量の制御の様子を示す図。 実施の形態２に係る制御装置１２の機能構成を示すブロック図。 実施の形態２に係る最低弁開度の変更方法の説明図。 実施の形態３に係る最低弁開度の変更方法の説明図。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る給湯暖房システム１（熱媒体利用システム）の構成図である。
給湯暖房システム１は、ヒートポンプ装置２（第１熱源機）、ボイラ３（第２熱源機）、給湯タンク４、ラジエータ５、床暖房６、三方弁７，８、ポンプ９，１０を備え、これらが配管１１によって接続され回路を構成している。そして、熱媒体である水が回路内を図１の実線矢印の方向へ循環する。また、給湯暖房システム１は、ヒートポンプ装置２、ボイラ３、三方弁７（流量調整装置）等を制御する制御装置１２を備える。

ヒートポンプ装置２とボイラ３とは、並列に接続されており、分岐点にはヒートポンプ装置２側とボイラ３側とのそれぞれへ流れる水の流量を制御可能な三方弁７が設けられる。ヒートポンプ装置２は加熱能力を制御可能であり、ボイラ３はオン／オフのみ制御可能で、制御装置１２からは加熱能力を制御不可能である。なお、ボイラ３はヒートポンプ装置２よりもエネルギー効率が低い。また、三方弁７とヒートポンプ装置２との間と、三方弁７とボイラ３との間とにはそれぞれ、ポンプ９，１０が設けられる。
また、ヒートポンプ装置２やボイラ３で生成された温水を利用する装置（熱媒体利用装置）である給湯タンク４、ラジエータ５、床暖房６は、並列に接続されている。給湯タンク４と、ラジエータ５及び床暖房６との分岐点には、給湯タンク４側とラジエータ５及び床暖房６側とのそれぞれへ流れる水の流量を制御可能な三方弁８が設けられる。

なお、ヒートポンプ装置２、ボイラ３、三方弁７、ポンプ９，１０を備える図１において一点鎖線で囲まれた部分を熱源装置と呼ぶ。

給湯暖房システム１は、全ての機器が新規に導入され、構築されてもよい。しかし、給湯暖房システム１は、例えば、熱源機としてボイラが設置されている既存の給湯暖房システムに対して、ヒートポンプ装置２と制御装置１２とが新規に導入され構築される場合等も考えられる。

ヒートポンプ装置２とボイラ３との両方を熱源機として持つ場合、可能な限りヒートポンプ装置２を用いて温水を生成するのが一般的である。これは、ヒートポンプ装置２はボイラ３と比較してエネルギー効率が高く省エネルギーであるからである。
一方、ヒートポンプ装置２は、ボイラ３と比べて容量が小さい（加熱能力が低い）ことが多い。そのため、例えば真冬の気温が非常に低下した日のようにヒートポンプ装置２の効率が低下するときには、ヒートポンプ装置２だけでは給湯暖房用の供給熱量が不足するために、ヒートポンプ装置２とボイラ３とを併用して温水を供給する必要がある。

図２は、実施の形態１に係る制御装置１２の機能構成を示すブロック図である。
制御装置１２は、制御状態計測部１３、起動条件設定部１４、弁開度変化幅設定部１５、状態記憶部１６、給湯暖房制御部１７を備える。

制御状態計測部１３は、ヒートポンプ装置２の出口とボイラ３の出口とで温水が合流した後の温水温度Ｔ１（熱源出口温度）、温度制御したい部屋の室温Ｔ２、給湯タンク水温Ｔ３等を所定の時間毎に計測センサによって計測する。
制御状態計測部１３を構成するハードウェアは、計測センサ、通信線、通信装置、制御装置１２のＣＰＵのような処理装置等である。

起動条件設定部１４は、ボイラ３が起動するための条件を設定する。一般にボイラが起動するためには、ボイラを通過する水の流量がボイラ毎に決められた最低流量以上でなければならない。そこで、起動条件設定部１４は、ボイラ３を起動させるために必要な最低流量、あるいは最低流量を保障するような三方弁７のボイラ３側の最低弁開度（最低設定値）を設定する。ここでは、起動条件設定部１４は、三方弁７のボイラ３側の最低弁開度を設定するものとして説明する。
なお、最低弁開度が明確でない場合や、最低流量と最低弁開度との関係が明確でない場合には、起動条件設定部１４は試運転の結果から最低弁開度を推定してもよい。また、起動条件設定部１４は、ボイラ３を起動させるために必要な最低流量等から所定のロジックに従い、最低弁開度を推定してもよい。
起動条件設定部１４を構成するハードウェアは、制御装置１２のディスプレイ等の表示装置や、キーボードやマウス等の入力装置である。例えば、起動条件設定部１４は、ディスプレイに表示されたＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に対する、キーボードやマウスからの入力やタッチパネル操作、あるいは制御装置１２がもつ各種ボタン操作等により、最低弁開度を設定する。

弁開度変化幅設定部１５は、三方弁７のボイラ３側の弁開度を調整するときの、弁開度の変化幅（弁開度変化幅）を設定する。
弁開度変化幅設定部１５を構成するハードウェアは、制御装置１２のディスプレイ等の表示装置や、キーボードやマウス等の入力装置である。例えば、弁開度変化幅設定部１５は、ディスプレイに表示されたＧＵＩに対する、キーボードやマウスからの入力やタッチパネル操作、あるいは制御装置１２がもつ各種ボタン操作等により、弁開度変化幅を設定する。

状態記憶部１６は、制御状態計測部１３が計測した各温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３、起動条件設定部１４が設定した最低弁開度、弁開度変化幅設定部１５が設定した弁開度変化幅等を記憶する。また、状態記憶部１６は、後述する給湯暖房制御部１７から送信される各種制御指令情報の変化履歴を記憶する。
状態記憶部１６を構成するハードウェアは、制御装置１２のメモリ等の記憶装置である。

給湯暖房制御部１７は、ヒートポンプ装置２、ボイラ３、三方弁７を処理装置により制御して、給湯タンク４、ラジエータ５、床暖房６へ供給する供給熱量を調整する。
給湯暖房制御部１７は、ヒートポンプ制御部１８（能力制御部）、過不足判定部１９、第２熱源機制御部２０、三方弁制御部２１（流量調整部）を備える。

ヒートポンプ制御部１８は、制御状態計測部１３が計測した各温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づき、所定のロジックに従いヒートポンプ装置２への制御指令情報を計算する。そして、ヒートポンプ制御部１８は、計算した制御指令情報をヒートポンプ装置２へ送信して、ヒートポンプ装置２を制御する。また、ヒートポンプ制御部１８は、制御指令情報を状態記憶部１６へ送り、ヒートポンプ制御の履歴として記憶させる。なお、制御指令情報の演算結果が、前回計算時の結果と同一であるときには、制御指令情報を送信しなくてもよい。
例えば、ヒートポンプ制御部１８は、暖房運転中においては、室温の目標値と計測した室温Ｔ２との偏差や過去の履歴から、ヒートポンプ装置２に要求する供給熱量を制御指令情報として演算する。具体的な制御指令情報としては、ヒートポンプ装置２に要求する供給熱量ではなく、ヒートポンプ装置２の周波数や出口の温水温度の目標値等であってもよい。
なお、このロジックは、ボイラ３の起動停止状態に関わらず同一とし、ヒートポンプ装置２単独でも給湯や暖房制御が可能なロジックとする。これにより、ボイラ３の起動停止状態が変化した場合であっても、連続的に同一のロジックで供給熱量を制御することができる。また、ロジックに含まれるパラメータは、ヒートポンプ装置２のみ運転しているときと、ヒートポンプ装置２及びボイラ３の両方を運転しているときで異なる設定を使ってもよい。ロジックに含まれるパラメータとは、例えばロジックがＰＩＤ制御である場合には、ゲイン等である。
また、ヒートポンプ装置２側のポンプ９が流量制御可能である場合には、ヒートポンプ制御部１８は、ヒートポンプ装置２の制御と合わせてポンプ９による流量制御を行ってもよい。
ヒートポンプ制御部１８を構成するハードウェアは、制御装置１２のＣＰＵ等の処理装置である。

過不足判定部１９は、状態記憶部１６に記憶されている各種計測制御の履歴に基づき、ヒートポンプ装置２及びボイラ３から供給しているトータルの熱量（供給熱量）が、熱媒体利用装置が要求する要求熱量に対して、熱量適正と熱量不足と熱量過剰とのいずれであるかを処理装置により判定する。
例えば、過不足判定部１９は、暖房運転中においては、状態記憶部１６に記憶されている計測した室温Ｔ２の室温の目標値に対する偏差が、３０分以上の間＋１℃以上開いていれば熱量過剰と判定する。また、過不足判定部１９は、前記偏差が３０分以上の間−１℃以上開いていれば熱量不足と判定し、それ以外は熱量適正と判定する。
また、例えば、過不足判定部１９は、給湯運転中においては、状態記憶部１６に記憶されているタンク水温Ｔ３が、１０分以上の間上昇しなければ熱量不足と判定し、それ以外は熱量適正と判定する。このように熱量過剰、熱量不足、熱量適正を判定することにより、ヒートポンプ装置２が予め設定された第１加熱能力（ここでは、最大能力とする）で運転しているにも関わらず熱量不足となっている場合や、ヒートポンプ装置２が第１加熱能力よりも低く予め設定された第２加熱能力（ここでは、最低能力とする）で運転しているにも関わらず熱量過剰となっている場合等を検知することができる。
過不足判定部１９を構成するハードウェアは、制御装置１２のＣＰＵ等の処理装置である。

第２熱源機制御部２０は、過不足判定部１９の判定結果に基づき、所定のロジックに従いボイラを起動するか停止するかを判定する。そして、第２熱源機制御部２０は、判定結果に従い、起動指令又は停止指令をボイラ３へ送信して、ボイラ３のオン／オフ制御をする。また、第２熱源機制御部２０は、判定した結果を状態記憶部１６へ送り、ボイラ起動停止の変化履歴として記憶させる。なお、起動停止の判定結果が、前回判定時の結果と同一であるときには、起動指令や停止指令をボイラ３へ送信しなくてもよい。
第２熱源機制御部２０を構成するハードウェアは、制御装置１２のＣＰＵ等の処理装置である。

図３は、第２熱源機制御部２０の起動停止の判定方法の例を示す図である。
第２熱源機制御部２０は、ヒートポンプ装置２及びボイラ３から供給しているトータルの供給熱量の過不足判定結果が熱量適正の場合、現在の状態を維持するように判定する。つまり、第２熱源機制御部２０は、状態記憶部１６に記憶されているボイラ３の起動状態を参照して、ボイラ３が起動しているときは起動と判定し、停止しているときは停止と判定する。また、第２熱源機制御部２０は、トータルの供給熱量の過不足判定結果が熱量不足のとき、起動と判定する。また、第２熱源機制御部２０は、トータルの供給熱量の過不足判定結果が熱量過剰のとき、現在の三方弁７の開度が最低弁開度であれば停止と判定し、そうでなければ起動と判定する。
なお、ボイラ３のハードウェア制約として、起動後一定の時間は停止できないという制約がある場合には、熱量過剰であっても、第２熱源機制御部２０はこの制約を優先し停止とは判定しないものとする。あるいは逆に、停止後一定の時間は起動できないという制約がある場合には、熱量不足であっても、第２熱源機制御部２０はこの制約を優先し起動とは判定しないものとする。
また、以下では、ボイラ３側のポンプ１０は、ボイラ３のローカル制御によりボイラ３の起動停止と連動して起動停止するものとして説明する。ただし、制御装置１２からポンプ１０の起動停止が可能であれば、ボイラ３の起動停止指令と連動して制御装置１２から起動停止を指令してもよい。

三方弁制御部２１は、状態記憶部１６に記憶されているボイラ起動停止の変化履歴と、過不足判定部１９の判定結果とに基づき、所定のロジックに従い三方弁７の弁開度（三方弁制御指令情報）を処理装置により計算する。そして、三方弁制御部２１は、計算した三方弁制御指令情報を三方弁７へ送信して、三方弁７の開度を制御する。また、三方弁制御部２１は、計算した三方弁制御指令情報を状態記憶部１６へ送信し、記憶させる。
三方弁制御部２１を構成するハードウェアは、制御装置１２のＣＰＵ等の処理装置である。

図４は、三方弁制御部２１の弁開度計算方法の例を示す図である。
三方弁制御部２１は、状態記憶部１６に記憶されているボイラ起動停止の変化履歴を参照し、ボイラ３が停止から起動に変化したときは、状態記憶部１６に記憶されている最低弁開度を三方弁制御指令情報とする。三方弁制御部２１は、ボイラ３が起動から停止に変化したときは、開度０（弁を閉じる）を三方弁制御指令情報とする。三方弁制御部２１は、ボイラ３が停止のまま変化しなかったときは、開度０を三方弁制御指令情報とする。
また、三方弁制御部２１は、ボイラ３が起動のまま変化しなかったときは、トータルの供給熱量の過不足判定結果に基づき、以下の方法により三方弁制御指令情報を決定する。三方弁制御部２１は、トータル供給熱量過不足判定結果が熱量適正のとき、状態記憶部１６に記憶されている現在の第２熱源機側の弁開度を三方弁制御指令情報とする。三方弁制御部２１は、判定結果が熱量不足のとき、状態記憶部１６に記憶されている現在の第２熱源機側の弁開度に弁開度変化幅を加えた開度（１段階広げた開度）を三方弁制御指令情報とする。三方弁制御部２１は、判定結果が熱量過剰のとき、状態記憶部１６に記憶されている現在の第２熱源機側弁開度に弁開度変化幅を引いた開度（１段階狭めた開度）を三方弁制御指令情報とする。

なお、ボイラの起動停止の変化を伴う場合には、実際にはボイラ３の起動指令又は停止指令の送信と、三方弁制御指令情報の送信とに、以下のように時間遅れを持たせる。ボイラ３を停止から起動に変更するときは、三方弁７のボイラ３側が最低弁開度に開いた後に起動指令を送信する。一方、ボイラ３を起動から停止に変更するときは、ボイラ３が停止した後に三方弁７を閉じるよう三方弁制御指令情報を送信する。

図５は、第２熱源機制御部２０及び三方弁制御部２１の制御の流れを示すフローチャートである。
まず、過不足判定部１９が、要求熱量に対して供給熱量が、熱量適正と熱量不足と熱量過剰とのいずれであるかを処理装置により判定する（Ｓ１）。熱量適正である場合（Ｓ１で適正）、第２熱源機制御部２０及び三方弁制御部２１は特に制御を行わず、これまでの状態を継続する。つまり、第２熱源機制御部２０は、ボイラ３が起動状態であれば、そのまま起動状態を維持し、ボイラ３が停止状態であれば、そのまま停止状態を維持する。また、三方弁制御部２１は、三方弁７の開度を変更せず、そのままの開度を維持する。
熱量不足であると判定された場合（Ｓ１で不足）、処理がＳ２へ進められる。そして、第２熱源機制御部２０は、現在ボイラ３へ最低流量以上の水を流しているか、すなわちボイラ３は起動しているかを判定する（Ｓ２）。ボイラ３が停止している場合（Ｓ２でＮＯ）、まず三方弁制御部２１が三方弁７のボイラ３側の開度を最低弁開度に設定して、ヒートポンプ装置２側へ流れる水のうち、最低流量だけボイラ３側へ流れるようにする（Ｓ３）。その後、第２熱源機制御部２０がボイラ３を起動させる（Ｓ４）。一方、ボイラ３が起動している場合（Ｓ２でＹＥＳ）、三方弁制御部２１が三方弁７のボイラ３側の開度を１段階広げて、ボイラ３側へ流れる水の流量が１段階増えるようにする（Ｓ５）。
熱量過剰であると判定された場合（Ｓ１で過剰）、処理がＳ６へ進められる。そして、第２熱源機制御部２０は、現在ボイラ３へ流している水は最低流量であるか、すなわち三方弁７のボイラ３側の開度が最低弁開度であるかを判定する（Ｓ６）。最低弁開度である場合（Ｓ６でＹＥＳ）、まず第２熱源機制御部２０がボイラ３を停止する（Ｓ７）。その後、三方弁制御部２１が三方弁７のボイラ３側の開度を０に設定して、ボイラ３へ水が流れないようにする（Ｓ８）。一方、最低弁開度でない場合（Ｓ６でＮＯ）、三方弁制御部２１が三方弁７のボイラ３側の開度を１段階狭めて、ボイラ３側へ流れる水の流量が１段階減るようにする（Ｓ９）。

図６は、制御装置１２によるヒートポンプ装置２及びボイラ３の供給熱量の制御の様子を示す図である。図６において、グラフの横軸は時刻を、縦軸はヒートポンプ装置２及びボイラ３のトータルの供給熱量を示す。また、図６において、（Ａ）はヒートポンプ装置２の最大能力（最大供給熱量）、（Ｂ）はボイラ３を起動した直後のヒートポンプ装置２の供給熱量、（Ｃ）はボイラ３側へ最低流量の水を流した場合におけるボイラ３の供給熱量である。
まず、区間（１）の間、ボイラ３は停止し、ヒートポンプ装置２のみが起動している。この間、ヒートポンプ制御部１８によりヒートポンプ装置２は最大能力（破線）で運転する。しかし、ヒートポンプ装置２が最大能力で運転した場合における供給熱量を要求熱量（点線）が上回っているため、ヒートポンプ装置２だけでは要求熱量を満たすことができない状態が続く。
次にＸの時刻で、過不足判定部１９は熱量不足と判定する。この結果、三方弁制御部２１からの指令により三方弁７のボイラ３側が最低弁開度で開き、第２熱源機制御部２０からの指令によりボイラ３が起動する。そして、ボイラ３側へ最低流量を流した状態でボイラ３が運転するボイラ最低運転を行う区間（２）に移行する。
ボイラ３の起動前（区間（１））では全ての水がヒートポンプ装置２側に流れていたが、ボイラ３の起動後（区間（２））では一部の水がボイラ３側に流れる。このため、ヒートポンプ装置２が供給する熱量が減少するので、（Ａ）＞（Ｂ）の関係が成り立つ。ボイラ３の起動後のヒートポンプ装置２側とボイラ３側の流量比は、三方弁７の開度を変更しない限りほぼ一定に保たれる。
ここでは、ボイラ３の起動直後はヒートポンプ装置２とボイラ３のトータルの供給熱量が要求熱量を上回る。しかし、その後、トータルの供給熱量と要求熱量とが一致するように、ヒートポンプ制御部１８によりヒートポンプ装置２の加熱能力が徐々に低くされる。
区間（２）の間、要求熱量が微小に変動したとても、ボイラ３の供給熱量は固定のままでトータル供給熱量と要求熱量とが一致するように、ヒートポンプ制御部１８によるヒートポンプ装置２の能力制御が行われる。

図７は、図６に示す状態からさらに要求熱量が増加したときの、制御装置１２によるヒートポンプ装置２及びボイラ３の供給熱量の制御の様子を示す図である。図７において、グラフの横軸は時刻を、縦軸はヒートポンプ装置２及びボイラ３のトータルの供給熱量を示す。また、（Ｃ）はボイラ最低運転でのボイラ３からの供給熱量、（Ｄ）は三方弁制御の結果得られるボイラ３からの供給熱量の増加量である。
区間（２）の途中のＹの時刻で、何らかの要因により要求熱量（点線）が増加したとする。例えば、暖房運転中にユーザが室温目標温度を上げたとき等である。
制御装置１２はこの要求熱量の増加に対応するため、ヒートポンプ制御部１８により、ヒートポンプ装置２からの供給熱量を増加させる。しかし、ヒートポンプ装置２が最大能力で運転しても、要求熱量（点線）を満たすことができないため、Ｚの時刻で過不足判定部１９が熱量不足と判定する。この結果、三方弁制御部２１が三方弁７のボイラ３側の開度を弁開度変化幅だけ増加させ、区間（３）に移行する。
三方弁７を制御した直後はヒートポンプ装置２及びボイラ３のトータルの供給熱量が要求熱量を上回る。しかし、その後、トータルの供給熱量と要求熱量とが一致するように、ヒートポンプ制御部１８によりヒートポンプ装置２の加熱能力が徐々に低くされる。

なお、ここまでは、ヒートポンプ装置２とボイラ３が同時運転しているときに、ヒートポンプ装置２が最大能力で運転しても、要求熱量に対して供給熱量が不足する場合について説明した。次に、ヒートポンプ装置２とボイラ３が同時運転しているときに、ヒートポンプ装置２が最小能力で運転しても、要求熱量に対して供給熱量が過剰である場合について説明する。
ヒートポンプ装置２が最小能力で運転しても要求熱量に対して供給熱量が過剰となる場合は、所定のタイミングで三方弁制御部２１が三方弁７のボイラ３側の開度を弁開度変化幅だけ減少させ、ボイラ３からの供給熱量を減らす。これにより、要求熱量に対してトータルの供給熱量が不足する場合には、トータルの供給熱量と要求熱量とが一致するように、ヒートポンプ制御部１８によりヒートポンプ装置２の加熱能力が徐々に高くされる。
ヒートポンプ装置２が最小能力で運転しても要求熱量に対して供給熱量が過剰となる場合において、三方弁７のボイラ３側が最低弁開度である場合には、三方弁７のボイラ３側の開度が０に設定される。また、ボイラ３が停止される。これにより、要求熱量に対してトータルの供給熱量が不足する場合には、トータルの供給熱量と要求熱量とが一致するように、ヒートポンプ制御部１８によりヒートポンプ装置２の加熱能力が徐々に高くされる。

また、三方弁開度変化幅を小さくとることにより、ボイラ３からの供給熱量を連続的に増加させる制御に近づけることは可能である。しかし、この変化幅が非常に小さい場合に、全体を安定して制御するためには、ヒートポンプ装置２側の流量変化に伴うヒートポンプ装置２からの供給熱量の変化を考慮して、三方弁７とヒートポンプ装置２とを連動して制御する新たな制御系を構築する必要が生じる。

以上のように、実施の形態１に係る給湯暖房システム１では、三方弁７を制御することにより、ボイラ３の起動直後はボイラ３からの供給熱量を最小とし、その後はトータルの供給熱量の過不足に応じて適正な開度変化幅で供給熱量を増減させる。これにより、ボイラ３からの供給熱量が過剰となることを防ぐことができる。この結果、エネルギー効率の高いヒートポンプ装置２の供給熱量を可能な限り高く保つことができる。
また、実施の形態１に係る給湯暖房システム１では、トータルの供給熱量を要求熱量に追従させる最終調整は、ボイラ３の起動前と同一のヒートポンプ制御を用いることができる。そのため、連続性をもって安定した制御をすることができる。また、三方弁７の制御によるヒートポンプ装置２及びボイラ３への流量変動に伴う供給熱量の変動を考慮した制御系を別途構築する必要がないという効果もある。

なお、ボイラ３側のポンプ１０が制御装置１２から流量制御可能な構成である場合、三方弁制御部２１の機能によるヒートポンプ装置２及びボイラ３への水の流量配分を、ポンプ１０の流量制御により行ってもよい。

また、上記説明では、ヒートポンプ装置２を第１熱源機とした。しかし、第１熱源機は、第２熱源機よりも効率がよく、加熱能力が調整可能な熱源機であれば他の熱源機であってもよい。
また、上記説明では、ボイラ３を第２熱源機とした。しかし、第２熱源機は、ボイラ３に限らず、電気ヒータ等の他の熱源機であってもよい。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る制御装置１２の機能構成を示すブロック図である。
図８に示す制御装置１２は、図２に示す制御装置１２が備える機能に加え、起動条件変更部２２（再設定部）を備える。

起動条件変更部２２は、経年変化や設備構成変更等何らかの要因により、起動条件設定部１４が設定した最低弁開度を変更すべきであると認められる場合に、処理装置により最低弁開度をよりよい設定値に変更する。
起動条件変更部２２を構成するハードウェアは、制御装置１２のＣＰＵ等の処理装置である。

図９は、実施の形態２に係る最低弁開度の変更方法の説明図である。図９において、グラフの横軸は時刻を、縦軸はヒートポンプ装置２及びボイラ３のトータルの供給熱量を示す。また、図９において、（Ａ）はヒートポンプ装置２の最大能力（最大供給熱量）、（Ｂ）はボイラ３を起動した直後のヒートポンプ装置２の供給熱量、（Ｃ）はボイラ３側へ最低流量の水を流した場合におけるボイラ３の供給熱量である。
まず、区間（１）の間、ボイラ３は停止し、ヒートポンプ装置２のみが起動している。この間、ヒートポンプ制御部１８によりヒートポンプ装置２は最大能力（破線）で運転する。しかし、ヒートポンプ装置２が最大能力で運転した場合における供給熱量を要求熱量（点線）が上回っているため、ヒートポンプ装置２だけでは要求熱量を満たすことができない状態が続く。
次にＸの時刻で、過不足判定部１９は熱量不足と判定する。この結果、三方弁制御部２１からの指令により三方弁７が最低弁開度（ここでは、Ｖ０）で開く。このとき、第２熱源機制御部２０はボイラ３に起動指令を送信し、区間（２）に移行する。しかし、経年変化や設備構成変更等何らかの要因により、最低弁開度ではボイラ３に最低流量が流れず、ボイラ３が起動できない。
次にＹの時刻で、過不足判定部１９で熱量不足と判定され、三方弁制御部２１からの指令により弁開度変化幅（ここでは、ｄｅｌｔａＶ）だけ三方弁７のボイラ３側の弁開度が増加し（Ｖ０＋ｄｅｌｔａＶ）、区間（３）に移行する。これにより、ボイラ３に最低流量以上の流量が流れ、ボイラ３が起動する。区間（３）では、ヒートポンプ制御部１８により、トータルの供給熱量が要求熱量に一致するようにヒートポンプ装置２の加熱能力が制御される。
起動条件変更部２２は、以上のように、三方弁７のボイラ３側の弁開度を最低弁開度に設定しても最低流量の水がボイラ３へ流れなかった場合、最低流量の水がボイラ３へ流れたときの三方弁７のボイラ３側の弁開度を新たな最低弁開度として設定する。起動条件変更部２２は、新たな最低弁開度を状態記憶部１６へ送信し、記憶させる。
つまり、ここでは、「新たな最低弁開度＝補正前の最低弁開度（Ｖ０）＋弁開度変更幅（ｄｅｌｔａＶ）」となる。

以上のように、実施の形態２に係る給湯暖房システム１では、運用中に経年変化や設備構成変更等により、ボイラ３が起動可能な最低流量を保障する最低弁開度が変化した場合でも、ボイラ３が起動可能な設定に補正することができる。この結果、長期間の給湯暖房システム１の運用においても、供給熱量不足の最初の判定時（弁開度の段階的増加時ではなく）に、確実にボイラ３を起動することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る給湯暖房システムの制御装置の構成は、図８に示す実施の形態２に係る給湯暖房システムの制御装置の構成と同一である。

図１０は、実施の形態３に係る最低弁開度の変更方法の説明図である。図１０において、グラフの横軸は時刻を、縦軸はヒートポンプ装置２及びボイラ３のトータルの供給熱量を示す。また、図１０において、（Ａ）は当初の最低弁開度の設定におけるボイラ３の最低運転による供給熱量、（Ｂ）は新たな最低弁開度の設定におけるボイラ３の最低運転による供給熱量である。
まず区間（１）の間、システム運用開始当初の設定に従い、ボイラ３は最低運転している。つまり、三方弁７のボイラ３側が最低弁開度（ここでは、Ｖ０）で開き、ボイラ３が起動した状態である。
この間、ヒートポンプ装置２及びボイラ３のトータルの供給熱量は熱量適正である。しかし、Ｘの時刻で、三方弁制御部２１から三方弁７に対し、強制的に弁開度変化幅（ここでは、ｄｅｌｔａＶ）だけ三方弁７のボイラ３側の開度を減少させるよう指令する。そして、区間（２）に移行する。
この結果、システム運用開始当初の最低弁開度（Ｖ０）の値が適正、すなわち、この最低弁開度（Ｖ０）のときにボイラ３が起動するのに必要な最低流量となるのであれば、ボイラ３は停止する。しかし、経年変化や設備構成変更等何らかの要因により、最低弁開度（Ｖ０）ではボイラ３側に最低流量よりも大きな流量が流れている場合、図１０に示すようにボイラ３は停止せず、ヒートポンプ制御部１８により、トータルの供給熱量が要求熱量に一致するように制御される。
起動条件変更部２２は、以上のように、最低弁開度よりも開度を狭く設定し、ボイラ３側へ流れる水の流量が減るようにした場合でも、ボイラ３側へ最低流量以上の水が流れる場合には、設定した開度を新たな最低弁開度として設定する。起動条件変更部２２は、新たな最低弁開度を状態記憶部１６へ送信し、記憶させる。
つまり、ここでは、「新たな最低弁開度＝補正前の最低弁開度（Ｖ０）−弁開度変更幅（ｄｅｌｔａＶ）」となる。

以上のように、実施の形態３に係る給湯暖房システム１では、運用中に経年変化や設備構成変更等により、ボイラ３が起動可能な最低流量を保障する最低弁開度が変化した場合でも、常にヒートポンプ装置２からの供給熱量の比率を高く保つような最適な設定に最低弁開度を補正することができる。この結果、長期間の給湯暖房システム１の運用においても省エネルギーを保つことができる。

また、給湯暖房システム１の導入時にボイラ３の最低流量と最低弁開度との関係が不明な場合も考えられる。この場合、実施の形態２の方法と実施の形態３の方法と組合せることで、最低弁開度の初期設定値を適当なデフォルト値から開始しても、最低弁開度は次第に最適な開度に自動的に収束する。このような使用をする場合には、強制的に弁開度を最低弁開度より狭く設定するまでの時間間隔を徐々に長くとるようにしてもよい。

１ 給湯暖房システム、２ ヒートポンプ装置、３ ボイラ、４ 給湯タンク、５ ラジエータ、６ 床暖房、７，８ 三方弁、９，１０ ポンプ、１１ 配管、１２ 制御装置、１３ 制御状態計測部、１４ 起動条件設定部、１５ 弁開度変化幅設定部、１６ 状態記憶部、１７ 給湯暖房制御部、１８ ヒートポンプ制御部、１９ 過不足判定部、２０ 第２熱源機制御部、２１ 三方弁制御部、２２ 起動条件変更部。

Claims (10)

1. 第１熱源機と、前記第１熱源機と並列に設けられた第２熱源機との２つの熱源機を備え、前記２つの熱源機の少なくともいずれかで加熱した熱媒体を熱媒体利用装置へ供給する熱源装置であり、
   前記第１熱源機側と前記第２熱源機側とへ流す熱媒体の流量を調整する流量調整装置と、
   前記第２熱源機が運転せず、前記第１熱源機が運転している場合に、前記熱媒体利用装置へ供給される供給熱量が、前記熱媒体利用装置に要求される要求熱量に対して不足すると、前記第１熱源機側へ流していた前記熱媒体のうち所定量が前記第２熱源機側へ流れるように前記流量調整装置を制御し、前記第２熱源機を運転させるとともに、前記供給熱量が前記要求熱量に対して不足しなくなるまで、前記第２熱源機側へ流れる熱媒体の流量が前記所定量から徐々に増えるように前記流量調整装置を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする熱源装置。
2. 前記制御装置は、前記要求熱量が前記第１熱源機のみで供給可能な場合には、前記第２熱源機側へ流れる前記熱媒体が前記所定量より少なくなるように前記流量調整装置を制御し、前記第２熱源機運転を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱源装置。
3. 前記制御装置は、前記第２熱源機が運転せず、前記第１熱源機が運転している場合に、前記供給熱量が前記要求熱量に対して不足すると、前記第２熱源機を運転するために最低限必要な熱媒体の流量である最低流量を前記所定量として、前記最低流量だけ前記熱媒体が前記第２熱源機側へ流れるように、前記流量調整装置を予め定められた最低設定値に設定し、前記第２熱源機を運転させる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱源装置。
4. 前記第１熱源機は、加熱能力を制御可能な熱源機であり、
   前記制御装置は、
   前記第１熱源機の加熱能力を制御する能力制御部と、
   前記第２熱源機が運転せず、前記能力制御部が前記第１熱源機を予め設定された第１加熱能力で運転させている場合に、前記供給熱量が前記要求熱量に対して不足すると、前記第１熱源機側へ流していた前記熱媒体のうち所定量が前記第２熱源機側へ流れるように前記流量調整装置を制御し、前記第２熱源機を運転させるとともに、前記供給熱量が前記要求熱量に対して不足しなくなるまで、前記第２熱源機側へ流れる熱媒体の流量が前記所定量から徐々に増えるように前記流量調整装置を制御する流量調整部と
   を備え、
   前記能力制御部は、前記流量調整部から前記流量調整装置への制御指令が変化していないときに、前記供給熱量が前記要求熱量に対して過剰であると、加熱能力が低くなるように前記第１熱源機を制御し、前記供給熱量が前記要求熱量に対して不足すると、加熱能力が高くなるように前記第１熱源機を制御する
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の熱源装置。
5. 前記流量調整部は、前記第２熱源機が運転しつつ、前記能力制御部が前記第１熱源機を予め設定された第２加熱能力で運転させている場合に、前記供給熱量が前記要求熱量に対して不足すると、前記第２熱源機側へ流れる熱媒体の流量が増えるように前記流量調整装置を制御し、
   予め設定された第３加熱能力で運転させている場合に、前記供給熱量が前記要求熱量に対して過剰であると、前記第２熱源機側へ流れる熱媒体の流量が減るように前記流量調整装置を制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載の熱源装置。
6. 前記制御装置は、
   前記最低設定値に前記流量調整装置を設定しても前記第２熱源機が運転しない場合には、前記第２熱源機が運転するまで、前記第２熱源機側へ流れる熱媒体の流量が増えるように前記流量調整装置の設定値を徐々に変更する流量調整部と、
   前記第２熱源機が運転した場合において、前記流量調整部が設定した設定値を、前記最低設定値として再設定する再設定部と
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の熱源装置。
7. 前記流量調整部は、所定の場合に、前記最低設定値に前記流量調整装置を設定した場合よりも前記第２熱源機側へ流れる熱媒体の流量が少なくなるように、前記流量調整装置の設定値を変更し、
   前記再設定部は、前記流量調整部が前記流量調整装置の設定値を変更した場合でも、前記第２熱源機が運転する場合には、前記流量調整部が変更した後の設定値を、前記最低設定値として再設定する
   ことを特徴とする請求項６に記載の熱源装置。
8. 前記第２熱源機は、前記第１熱源機よりも大きな熱量を供給できるが、前記第１熱源機よりもエネルギー効率が低い
   ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の熱源装置。
9. 第１熱源機と、前記第１熱源機と並列に設けられた第２熱源機とを備える熱源装置と、前記熱源装置で加熱された熱媒体を利用する熱媒体利用装置とを備える熱媒体利用システムであり、
   前記熱源装置は、
   前記第１熱源機側と前記第２熱源機側とへ流す熱媒体の流量を調整する流量調整装置と、
   前記第２熱源機が運転せず、前記第１熱源機が運転している場合に、前記熱媒体利用装置へ供給される供給熱量が、前記熱媒体利用装置に要求される要求熱量に対して不足すると、前記第１熱源機側へ流していた前記熱媒体のうち所定量が前記第２熱源機側へ流れるように前記流量調整装置を制御し、前記第２熱源機を運転させるとともに、前記供給熱量が前記要求熱量に対して不足しなくなるまで、前記第２熱源機側へ流れる熱媒体の流量が前記所定量から徐々に増えるように前記流量調整装置を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする熱媒体利用システム。
10. 第１熱源機と、前記第１熱源機と並列に設けられた第２熱源機との２つの熱源機を備え、前記２つの熱源機の少なくともいずれかで加熱した熱媒体を熱媒体利用装置へ供給する熱源装置の制御方法であり、
    前記第２熱源機が運転せず、前記第１熱源機が運転している場合に、前記熱媒体利用装置へ供給される供給熱量が、前記熱媒体利用装置に要求される要求熱量に対して不足すると、前記第１熱源機側へ流していた前記熱媒体のうち所定量が前記第２熱源機側へ流れるように前記流量調整装置を制御し、前記第２熱源機を運転させ、
    前記供給熱量が前記要求熱量に対して不足しなくなるまで、前記第２熱源機側へ流れる熱媒体の流量が前記所定量から徐々に増えるように前記流量調整装置を制御する
    ことを特徴とする熱源装置の制御方法。

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