WO2022180715A1 - 熱供給システム - Google Patents

Abstract

本発明の一態様に係る熱供給システム（１）は、往路配管（１１）に設けられたクッションタンク（２０）と、蒸気圧縮式のヒートポンプ（３１）を有し、クッションタンク（２０）よりも上流側において往路配管（１１）を流通する循環水を加熱する第１熱源機（３０）と、燃焼式のボイラ（４１）有し、クッションタンク（２０）よりも上流側において往路配管（１１）を流通する循環水を加熱する第２熱源機（４０）と、復路配管（１３）を通じて熱負荷部（１４，１５）から送還される循環水の戻り温度Ｔｒを検知する戻り温度検知手段（９１）と、戻り温度Ｔｒに基づいて、第１熱源機（３０）の運転を制御する第１制御手段（６０）と、戻り温度Ｔｒに基づいて、第２熱源機（４０）の運転を制御する第２制御手段（８０）と、を備える。

Description

熱供給システム

　本発明は、熱供給システムに関する。

　食料品・飲料の製造工場や自動車・金属製品・機械器具の製造工場等では、生産プロセスで多量の温熱を消費している。従来、温熱発生用の熱源機（加熱装置）として、蒸気ボイラや温水ボイラが単独で使用されてきた。これらのボイラ装置は、高カロリーのガス・油燃料を燃焼させて水を加熱することにより高温の熱媒体を発生させることから、温熱需要の急変に対する負荷追従性が非常に高い。その一方で、ボイラ装置の燃焼過程で温室効果ガスであるＣＯ_２を大量に発生させるため、その排出量の削減が課題となっている。

　そこで、近年ではＣＯ_２排出量の削減に有効な手段として、ボイラ装置をヒートポンプ装置に置き換える取り組みが進んでいる。ヒートポンプ装置は、例えば電気モータ等の動力によって低温流体（熱源流体）から高温流体（熱媒体）に熱を移動させるため、エネルギー効率が高く環境にも優しい。しかしながら、ヒートポンプ装置の加熱能力は、低温流体の温度に大きく影響されることから、例えば低温流体として空気を用いる空気熱源式の装置では、冬期に所望の加熱能力が得られ難いというデメリットがある。また、低温流体である外気からの入熱量がファンの設定風量に依存し、その調節幅が比較的小さいために、短時間で大量の熱消費がある場合には即応できないことが多い。

　このようなヒートポンプ装置の特性から、ボイラ装置の全てをヒートポンプ装置に置き換えるのではなく、ヒートポンプ装置を主たる熱源機として使用する一方で、ボイラ装置を補助的な熱源機として使用する併設型の熱供給システムが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００６－３４９２０１号公報 特開２０１２－１０７２３号公報

　特許文献１に記載のハイブリッド給湯システムは、電気代の安価な夜間にヒートポンプ装置を単独運転して貯湯タンクに最大量まで貯湯しておき、昼間に貯湯タンクから給湯する構成である。さらに、給湯中は貯湯量（温水の残量）を監視しながら、貯湯量の増減に応じてヒートポンプ装置とボイラ装置を順次運転させる。

　この給湯システムでは、貯湯量を正確に検知するために、貯湯タンク内に複数の温度センサを設けて温度成層の状態を把握するように構成している。そのため、貯湯タンクのセンサ取付構造等が複雑であり、高い断熱性も要求されることから、システム導入コストが非常に高価なものとなっている。

　また、特許文献１の給湯システムは、夜間貯湯を基本とするシステム運用であることから、その貯湯タンクの容量は、少なくとも昼間の平均的な給湯需要量を確保しなくてはならない。そのため、工場の操業時間が長いほど、大容量の貯湯タンクを設置する必要が生じる。特に、２４時間操業の工場では、夜間貯湯によるコスト削減メリットが得られないため、システム導入コストの償却期間が長期化しやすい。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、温熱需要の変化に即応することができ、システム導入コストが抑制された熱供給システムを提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係る熱供給システムは、往路配管、中間配管および復路配管が環状に接続された水循環路と、前記中間配管に設けられ、１以上の温熱取出部および／または１以上の温水取出部から構成される熱負荷部と、を有する事業用設備に付設される熱供給システムであって、前記往路配管に設けられたクッションタンクと、蒸気圧縮式のヒートポンプを有し、前記クッションタンクよりも上流側において前記往路配管を流通する循環水を加熱する第１熱源機と、燃焼式のボイラを有し、前記クッションタンクよりも上流側において前記往路配管を流通する循環水を加熱する第２熱源機と、前記復路配管を通じて前記熱負荷部から送還される循環水の戻り温度を検知する戻り温度検知手段と、前記戻り温度に基づいて、前記第１熱源機の運転を制御する第１制御手段と、前記戻り温度に基づいて、前記第２熱源機の運転を制御する第２制御手段と、を備える

　上述の熱供給システムにおいて、前記第１制御手段は、前記水循環路に循環水が流動中、少なくとも前記第１熱源機の入熱条件および入水条件を用いて、前記ヒートポンプの現時点の最高加熱可能温度を求め、前記最高加熱可能温度から前記戻り温度を差し引いた差分値が所定値以上である場合は、前記第１熱源機の運転を許可し、前記差分値が前記所定値未満である場合は、前記第１熱源機の運転を禁止してもよい。

　上述の熱供給システムは、前記往路配管を通じて前記熱負荷部へ送給される循環水の往き温度を検知する往き温度検知手段と、前記熱負荷部で必要とする循環水の基準温度を設定する第１温度設定手段と、をさらに備え、前記第１制御手段は、前記第１熱源機の運転許可中、前記往き温度が前記基準温度になるように前記第１熱源機の出力を制御してもよい。

　上述の熱供給システムは、前記ヒートポンプの凝縮器を流通する被加熱媒体の出口温度を検知する出口温度検知手段と、前記熱負荷部で必要とする循環水の基準温度および被加熱媒体の目標加熱温度を設定する第１温度設定手段と、をさらに備え、前記第１温度設定手段は、前記最高加熱可能温度が前記基準温度以上の場合は、前記基準温度に応じた値を前記目標加熱温度に設定し、前記最高加熱可能温度が前記基準温度未満の場合は、前記最高加熱可能温度に応じた値を前記目標加熱温度に設定し、前記第１制御手段は、前記第１熱源機の運転許可中、前記出口温度が前記目標加熱温度になるように前記第１熱源機の出力を制御してもよい。

　上述の熱供給システムは、前記ヒートポンプの凝縮器を流通する被加熱媒体の出口温度を検知する出口温度検知手段と、被加熱媒体の目標沸上温度差を設定する第１温度設定手段と、をさらに備え、前記第１制御手段は、前記第１熱源機の運転許可中、前記出口温度から前記戻り温度を差し引いた値が前記目標沸上温度差となるように前記第１熱源機の出力を制御してもよい。

　上述の熱供給システムは、前記往路配管を通じて前記熱負荷部へ送給される循環水の往き温度を検知する往き温度検知手段と、前記熱負荷部で必要とする循環水の基準温度を設定すると共に、前記第１熱源機の主運転開始温度および主運転停止温度を設定する第１温度設定手段と、をさらに備え、前記主運転開始温度は、前記基準温度よりも低い温度であり、前記主運転停止温度は、前記基準温度よりも高いか等しい温度であり、前記第１制御手段は、前記第１熱源機の運転許可中、前記往き温度が前記主運転開始温度以下の場合は、前記第１熱源機の運転を開始し、前記往き温度が前記主運転停止温度以上の場合は、前記第１熱源機の運転を停止してもよい。

　上述の熱供給システムは、前記熱負荷部で必要とする循環水の最高温度、基準温度および最低温度を順に設定すると共に、前記第２熱源機の補助運転開始温度および補助運転停止温度を設定する第２温度設定手段をさらに備え、前記補助運転開始温度は、前記基準温度よりも低く、かつ前記最低温度よりも高い温度であり、前記補助運転停止温度は、前記補助運転開始温度よりも高く、かつ前記最高温度よりも低い温度であり、前記第２制御手段は、前記戻り温度が前記補助運転開始温度以下の場合は、前記第２熱源機の運転を開始し、前記戻り温度が前記補助運転停止温度以上の場合は、前記第２熱源機の運転を停止してもよい。

　本発明によれば、温熱需要の変化に即応することができ、システム導入コストが抑制された熱供給システムを提供できる。

本発明の第１実施形態にかかる熱供給システムの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる熱供給システムの構成を示す図である。 本発明の第３実施形態にかかる熱供給システムの構成を示す図である。

　以下、本発明に係る熱供給システムの実施形態について、図面を参照しながら説明をする。なお、以下の説明において、後から説明する実施形態の先に説明した実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。

＜第１実施形態＞
　図１は、本発明の第１実施形態にかかる熱供給システム１の構成を示す図である。熱供給システム１は、往路配管１１、中間配管１２および復路配管１３が環状に接続された水循環路１０と、中間配管１２に設けられる１以上の温熱取出部１４および／または１以上の温水取出部１５から構成される熱負荷部と、を有する事業用設備に付設される。

　熱供給システム１は、水循環路１０を循環する循環水を媒体として、熱負荷部１４，１５に熱エネルギーを供給する。このため、水循環路１０には、循環水を送出する循環水ポンプ１６が設けられる。温熱取出部１４は、循環水と熱媒体とを熱交換して熱エネルギーだけを取り出して温熱利用設備に供給する。温水取出部１５は、循環水の一部を取り出して温水利用設備に供給する。

　熱供給システム１は、往路配管１１に設けられたクッションタンク２０と、クッションタンク２０よりも上流側において往路配管１１を流通する循環水を加熱する第１熱源機３０と、クッションタンク２０よりも上流側において往路配管１１を流通する循環水を加熱する第２熱源機４０と、第１熱源機３０の運転に用いられる各種の温度設定を行う第１温度設定手段５０と、第１熱源機３０の運転を制御する第１制御手段６０と、第２熱源機４０の運転に用いられる各種の設定温度を設定する第２温度設定手段７０と、第２熱源機４０の運転を制御する第２制御手段８０と、を備える。

　また、熱供給システム１は、復路配管１３を通じて熱負荷部１４，１５から送還される循環水の戻り温度Ｔｒを検知する温度センサ等からなる戻り温度検知手段９１と、往路配管１１を通じて熱負荷部１４，１５へ送給される循環水の往き温度Ｔｓを検知する温度センサ等からなる往き温度検知手段９２と、往路配管１１を通じて熱負荷部１４，１５へ送給される循環水の循環水流量Ｑｃを検知する流量センサ等からなる循環水流量検知手段９３と、をさらに備える。戻り温度検知手段９１は、第１熱源機３０よりも上流側に設けられ、第１熱源機３０に導入される循環水の温度を検知する。往き温度検知手段９２は、図示する例では温熱取出部１４と温水取出部１５との間に設けられているが、二点鎖線で示すように、温熱取出部１４および温水取出部１５よりも上流側に設けられてもよく、クッションタンク２０の貯留水の温度を検知するよう設けられてもよく、クッションタンク２０に流入する循環水の温度を検知するよう設けられてもよい。

　また、熱供給システム１は、補給水を供給する補給水配管９４を備える。補給水配管９４は、図示するように、戻り温度検知手段９１の上流側の復路配管１３に接続されることが好ましいが、二点鎖線で示すように、第１熱源機３０と第２熱源機４０との間に接続されてもよく、クッションタンク２０に給水するよう設けられてもよい。補給水配管９４を戻り温度検知手段９１の上流側に設けることで、給水による循環水の温度低下を第１熱源機３０に導入される前に生じさせることができるため、循環水の戻り温度Ｔｒによって温水取出部１５が消費した熱エネルギーをより正確に把握でき、第１熱源機３０の効率的な運転が容易となる。なお、複数の補給水配管９４を異なる位置に設けてもよい。

　クッションタンク２０は、第１熱源機３０および第２熱源機４０の加熱による循環水の熱膨張や、温熱取出部１４での熱交換（冷却）による循環水の熱収縮など、循環水の体積の変化を吸収するバッファである。また、クッションタンク２０は、温水取出部１５での出湯による水量の減少や、補給水の給水による水量の増加など、循環系内の保有水量の変化を吸収するバッファである。さらに、クッションタンク２０は、第１熱源機３０および第２熱源機４０の立ち上がりの遅れなどに起因する、循環水の往き温度Ｔｓの変動を抑制するバッファでもある。

　クッションタンク２０は、開放式タンクであってもよく、密閉式タンクであってもよい。また、クッションタンク２０は、特に密閉式タンクである場合、一般的な縦型のタンク形状を有するものに限られず、温水の分岐や集合に利用される温水ヘッダのように、横置きのドラムまたはチューブ状の容器であってもよい。開放式のクッションタンク２０としては、施工が容易で設置費用が安価なパネルタンクが好適に用いられる。

　クッションタンク２０は、温度成層の形成を防止して貯留水の温度分布を均一にするために、図示する流動ポンプ２２等の流動装置を有することが好ましい。特に、クッションタンク２０の貯留水の温度をもって循環水の往き温度Ｔｓを間接的に検知する場合には、補給水の流入等による影響を最小化できるため、往き温度検知手段９２の取付け位置に関する制約をなくしても、正確な温度検知が可能になる。なお、流動装置を設けない場合は、貯留水が循環水として流出するタンク出口近傍に往き温度検知手段９２を取り付けるのが望ましい。

　クッションタンク２０が開放式である場合、補給水配管９４には補給水弁９４１が設けられると共に、クッションタンク２０には水位検知手段２１が設けられる。水位検知手段２１としては、例えば電極式のレベルスイッチや圧力式の水位センサ等を用いることができる。補給水の給水制御は、減水により水位検知手段２１が補給開始水位Ｌ（渇水判定水位）を検知すると補給水弁９４１を開放する一方、増水により水位検知手段２１が補給停止水位Ｈ（満水判定水位）を検知すると補給水弁９４１を閉鎖すればよい。

　なお、開放式のクッションタンク２０に直接給水する場合には、補給水弁９４１を開閉弁に替えて比例制御弁とし、その開放中に弁開度を調整するように構成してもよい。具体的には、温水取出部１５に温水の取出流量Ｑｕを検知する取出流量検知手段１５１を設けておき、検知した取出流量Ｑｕが少なくなるに従って弁開度が小さくなるように、補給水弁９４１の弁開度を比例制御する。これにより、温水取出部１５の取水量が小さい時間帯には補給水の供給流量が制限されるので、貯留水の温度の急激な低下を抑制できる。

　クッションタンク２０が密閉式である場合、補給水配管９４には補給水弁９４１に替えて逆止弁が設けられる。この構成により、水位検知手段２１を設けることなく、系内の保有水量の減少に対して自動的に補給水を供給できる。

　第１熱源機３０は、熱源流体から取り込んだ熱によって第１中間熱媒（第１被加熱媒体）を加熱する蒸気圧縮式のヒートポンプ３１と、循環水と第１中間熱媒との熱交換により循環水を加熱する第１熱交換器３２と、第１中間熱媒をヒートポンプ３１と第１熱交換器３２との間で循環させる第１中間熱媒流路３３と、を有する。

　ヒートポンプ３１は、蒸発器３１１、圧縮機３１２、凝縮器３１３および膨張弁３１４が冷媒循環回路により接続され、圧縮機３１２の駆動により凝縮器３１３で温熱を取り出すことのできる装置である。また、ヒートポンプ３１は、蒸発器３１１の熱源流体として外気を取り込むファン３１５と、熱源流体の条件を検知するために、ファン３１５により取り込まれる空気の空気温度Ｔａを検知する温度センサ等からなる空気温度検知手段３１６と、ファン３１５により取り込まれる空気の風量Ｑａを検知する熱式流量センサ等からなる風量検知手段３１７と、を有する構成とされ得る。空気温度検知手段３１６および風量検知手段３１７は、ファン３１５の吸気側に配置される。実風量の検知が困難な場合は、ファン３１５の回転数等から風量Ｑａを算出するよう構成されてもよい。なお、ヒートポンプ３１は、熱源流体として、温排水等を利用するよう構成されてもよく、この場合、ファン３１５はポンプに、空気温度検知手段３１６は水温検知手段に、風量検知手段３１７は水量検知手段にそれぞれ置き換えられる。

　第１熱交換器３２は、熱負荷部１４，１５側から還流した循環水とヒートポンプ３１によって加熱された第１中間熱媒との熱交換を行うことによって、クッションタンク２０に流入する循環水を加熱する。第１中間熱媒としては、典型的には水が用いられるが、凝縮器３１３および第１熱交換器３２の内部でのスケール形成や腐食を防止する観点から、軟化水または純水を用いるのが望ましい。軟化水とは、イオン交換処理により、水中の硬度成分を除去した水をいう。純水とは、イオン交換処理、逆浸透膜処理、蒸留処理等により、水中のイオン成分およびその他の不純物を除去した水をいう。

　第１中間熱媒流路３３は、第１中間熱媒を循環させる第１循環ポンプ３３１と、凝縮器３１３を流通する第１中間熱媒（第１被加熱媒体）の出口温度Ｔｏを検知する温度センサ等からなる第１出口温度検知手段３１８と、第１中間熱媒の温度変化による体積変化を吸収する第１膨張タンク３３２と、を有する。第１中間熱媒流路３３は、第１熱交換器３２において循環水と第１中間熱媒とが対向流で熱交換し、かつ凝縮器３１３において第１中間熱媒とガス冷媒とが対向流で熱交換する接続構成とされる。

　第２熱源機４０は、燃料の燃焼により生じる熱によって第２中間熱媒（第２被加熱媒体）を加熱する燃焼式のボイラ４１と、循環水と第２中間熱媒との熱交換により循環水を加熱する第２熱交換器４２と、第２中間熱媒を循環させる第２中間熱媒流路４３と、を有する。通常、ボイラ４１はヒートポンプ３１よりも加熱能力が高く、出力を比較的容易に変化させられる。このため、第２熱源機４０は、第１熱源機３０よりも下流側に配設され、第１熱源機３０の加熱不足を補うよう運転されることが好ましい。

　本実施形態では、ボイラ４１として温水ボイラが使用される。つまり、第２中間熱媒としては、水が好適に用いられる。利用可能な温水ボイラとしては、貫流式温水ボイラ、貯湯式温水ボイラ、真空式温水ヒータ、大気圧式温水ヒータ等が挙げられる。温水ボイラは、一般的に第２中間熱媒（缶水または熱媒水）の温度に応じて燃焼装置であるバーナ４１２の燃焼と停止がオンオフ制御にて切り替えられる。

　第２熱交換器４２は、循環水と第２中間熱媒との熱交換を行うことによって、循環水をクッションタンク２０に流入する前に加熱し得る。第２中間熱媒としては、第２熱交換器４２の内部でのスケール形成や腐食を防止する観点から、第１中間熱媒と同様に、軟化水または純水を用いるのが望ましい。

　第２中間熱媒流路４３は、ボイラ４１と第２熱交換器４２との間で第２中間熱媒を循環させる。第２中間熱媒流路４３は、第２中間熱媒を循環させる第２循環ポンプ４３１と、ボイラ缶体４１１を流通する第２中間熱媒（第２被加熱媒体）の出口温度Ｔｗを検知する温度センサ等からなる第２出口温度検知手段４１３と、第２中間熱媒の温度変化による体積変化を吸収する第２膨張タンク４３２と、を有する。第２中間熱媒流路４３は、第２熱交換器４２において循環水と第２中間熱媒とが対向流で熱交換する接続構成とされる。なお、出口温度Ｔｗは、ボイラ４１の缶水温度または熱媒水温度に相当する。

　第１温度設定手段５０は、複数の温度情報を設定可能に構成されており、基準温度設定部５１と、目標加熱温度設定部５２と、目標沸上温度差設定部５３と、主運転開始温度設定部５４と、主運転停止温度設定部５５と、を有する。

　第１温度設定手段５０は、物理回路によって構成されてもよいが、例えばＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス等を有する１または複数のコンピュータ装置に適切なプログラムを実行させることによって構成することができる。第１温度設定手段５０の各構成要素は、その機能において類別されるものであって、物理構成およびプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。

　基準温度設定部５１は、熱負荷部１４，１５で必要とする循環水の基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄを設定する。基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄは、事業者が要求する温熱量や温水量に基づいて設定され、循環中の放熱ロスが少なく、生産プロセスを維持するのに最も適した循環水の標準温度である。基準温度設定部５１は、予め管理者が入力した基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄの値を記憶するよう構成され得る。

　目標加熱温度設定部５２は、凝縮器３１３を流通する第１中間熱媒（第１被加熱媒体）の目標加熱温度（Ｔｈ＿ｔｇｔ）を設定する。目標加熱温度（Ｔｈ＿ｔｇｔ）は、凝縮器３１３で加熱後の第１中間熱媒の温度に対する目標値である。具体的には、目標加熱温度設定部５２は、後述する最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘが基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄ以上の場合は、基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄに応じた値を目標加熱温度Ｔｈ＿ｔｇｔに設定、例えば基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄに第１熱交換器３２の伝熱特性により生じる温度差（第１中間熱媒の入口温度と循環水の出口温度の差）を加えた値を目標加熱温度Ｔｈ＿ｔｇｔの設定値として使用する。また、目標加熱温度設定部５２は、最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘが基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄ未満の場合は、最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘに応じた値を目標加熱温度Ｔｈ＿ｔｇｔに設定、例えば最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘに第１熱交換器３２の伝熱特性により生じる温度差を加えた値を目標加熱温度Ｔｈ＿ｔｇｔの設定値として使用する。なお、後述する第２実施形態のように第１熱交換器３２がない場合は、温度差の加算は不要であり、目標加熱温度Ｔｈ＿ｔｇｔを、基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄおよび最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘに設定する。

　目標沸上温度差設定部５３は、凝縮器３１３を流通する第１中間熱媒（第１被加熱媒体）の目標沸上温度差ΔＴｈ＿ｔｇｔを設定する。目標沸上温度差ΔＴｈ＿ｔｇｔは、出口温度Ｔｏと戻り温度Ｔｒの差分値に対する目標値であって、差分値（Ｔｏ－Ｔｒ）は、凝縮器３１３で加熱前後の第１中間熱媒の温度差に関連するパラメータ値である。凝縮器３１３で加熱前の第１中間熱媒の温度は、循環水の戻り温度Ｔｒに依存する温度であり、また凝縮器３１３で加熱後の第１中間熱媒の温度は、循環水の往き温度Ｔｓに影響する温度である。目標沸上温度差設定部５３は、予め管理者が入力した目標沸上温度差ΔＴｈ＿ｔｇｔの値を記憶するよう構成され得る。目標沸上温度差ΔＴｈ＿ｔｇｔは、例えば中間期や夏期の入熱条件において第１熱源機３０を高いエネルギー効率で運転可能な値に設定される。第１熱源機３０の構成にもよるが、目標沸上温度差ΔＴｈ＿ｔｇｔの具体的な値としては、例えば５℃程度とすることができる。なお、目標沸上温度差ΔＴｈ＿ｔｇｔの設定に際しては、第１熱交換器３２の伝熱特性により生じる温度差（第１中間熱媒の入口温度と循環水の出口温度の差）を考慮するのが望ましい。

　主運転開始温度設定部５４は、第１熱源機３０の実運転を開始、つまり第１熱源機３０による循環水の加熱開始温度である主運転開始温度Ｔｈ＿ｓｕｐの値を設定する。主運転開始温度Ｔｈ＿ｓｕｐは、基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄよりも低い温度が選ばれる。主運転開始温度設定部５４は、予め管理者が入力した主運転開始温度Ｔｈ＿ｓｕｐの値を記憶するよう構成され得る。

　主運転停止温度設定部５５は、第１熱源機３０の実運転を停止、つまり第１熱源機３０による循環水の加熱停止温度である主運転停止温度Ｔｈ＿ｓｄｎの値を設定する。主運転停止温度Ｔｈ＿ｓｄｎは、基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄよりも高いか等しい温度が選ばれる。主運転停止温度設定部５５は、予め管理者が入力した主運転停止温度Ｔｈ＿ｓｄｎの値を記憶するよう構成され得る。

　第１制御手段６０は、戻り温度検知手段９１が検知した戻り温度Ｔｒおよびその他の情報に基づいて第１熱源機３０の運転を制御する。第１制御手段６０は、第１熱源機３０の運転の可否を判断する第１運転判断部６１と、第１熱源機３０の始動および停止、並びに出力調整を行う第１運転制御部６２と、を有する。

　第１制御手段６０は、物理回路によって構成されてもよいが、例えばＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス等を有する１または複数のコンピュータ装置に適切なプログラムを実行させることによって構成することができる制御装置である。第１制御手段６０の各構成要素は、その機能において類別されるものであって、物理構成およびプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。また、第１制御手段６０は、第１温度設定手段５０と同一のコンピュータ装置によって実現されてもよい。つまり、第１温度設定手段５０および第１制御手段６０は、その機能において類別されるものであって、物理構成およびプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。

　第１運転判断部６１は、水循環路１０に循環水が流動中、少なくとも第１熱源機３０の入熱条件および入水条件を用いて、ヒートポンプ３１の現時点の最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘを求めるように構成される。最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘは、予めコンピュータ装置に搭載した冷凍サイクル計算プログラムによって算出され、最新の値がメモリ等に記憶される。最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘの算出および更新は、例えば１～１０分間隔で実行される。なお、ヒートポンプ３１の加熱能力は、圧縮機３１２の出力に依存するが、冷凍サイクル計算プログラムを適用する際には、圧縮機３１２の駆動周波数を定格値または最大値とする条件にて最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘを算出する。

　冷凍サイクル計算プログラムに与える入熱条件としては、ファン３１５によって蒸発器３１１に供給可能な熱源流体、つまり空気の温度および流量とすることができる。具体的には、空気温度検知手段３１６が検知した空気温度Ｔａと、風量検知手段３１７が検知した風量Ｑａと、を用いることができる。なお、ヒートポンプ３１の停止中、つまりファン３１５の停止中は、空気温度Ｔａを検知することはできるものの風量Ｑａを検知することができないので、ファン３１５の前回駆動時に検知および記憶した風量Ｑａの値を使用するとよい。また、前回検知した風量Ｑａの値に替えて、ファン３１５の性能曲線に基づいて定格回転数または最大回転数から算出した値を使用してもよい。

　冷凍サイクル計算プログラムに与える入水条件としては、第１熱源機３０に導入される循環水の実際の温度および流量とすることができ、具体的には、戻り温度検知手段９１が検知した戻り温度Ｔｒおよび循環水流量検知手段９３が検知した循環水流量Ｑｃを用いることができる。

　当業者がヒートポンプ設計に使用する冷凍サイクル計算プログラムは、一般に多項目のデータ入力や複雑な演算式を必要とするが、ここでのプログラムは、必ずしも厳密な演算が行われるものでなくてもよい。例えば、プログラム中の演算項目や演算過程を簡略化し、最低限の入熱条件および入水条件を与えるのみで、最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘが出力されれば十分である。プログラムの簡略化は、入力データやその他の参照データと関連付けられた数値テーブル等を活用することにより実現される。

　さらに、第１運転判断部６１は、最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘから戻り温度Ｔｒを差し引いた差分値（Ｔｈ＿ｍａｘ－Ｔｒ）が所定値（予め設定される閾値α）以上である場合は、第１熱源機３０の運転を許可し、差分値（Ｔｈ＿ｍａｘ－Ｔｒ）が所定値（閾値α）未満である場合は、第１熱源機３０の運転を禁止する。第１運転判断部６１は、第１熱源機３０の運転を許可する場合には、運転指示フラグを「ＯＮ」に設定し、第１熱源機３０の運転を禁止する場合には、運転指示フラグを「ＯＦＦ」に設定するよう構成され得る。

　ヒートポンプ３１は、凝縮器３１３における第１中間熱媒の出入口温度差を大きく取るほど液冷媒の過冷却度が大きくなるため、加熱能力が増加してエネルギー効率（成績係数ＣＯＰ）が高くなる。第１熱交換器３２が介在する場合、凝縮器３１３で加熱前の第１中間熱媒の温度は、循環水の戻り温度Ｔｒに依存するので、最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘと戻り温度Ｔｒとの差分値（Ｔｈ＿ｍａｘ－Ｔｒ）が比較的小さい場合には、第１熱源機３０による循環水の加熱を待機させ、差分値（Ｔｈ＿ｍａｘ－Ｔｒ）が十分に大きくなってから循環水を加熱する方が効率的となる。前記閾値αは、ヒートポンプ３１の構成にもよるが、例えば５℃程度に設定され得る。

　このように、第１運転判断部６１は、熱負荷部１４，１５側から送還される循環水の戻り温度Ｔｒとヒートポンプ３１の最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘとを比較して、凝縮器３１３で十分な出入口温度差が取れる見込みのある条件でのみ第１熱源機３０の運転を許可（運転指示フラグ＝ＯＮ）し、凝縮器３１３で十分な出入口温度差が取れる見込みがない場合には第１熱源機３０の運転を禁止（運転指示フラグ＝ＯＦＦ）するように構成される。これにより、熱供給システム１は、循環水を効率よく加熱できる条件が整ってから第１熱源機３０を運転させるので、熱負荷部１４，１５に温熱や温水を低コストで供給できる。また、第１熱源機３０が短時間で始動と停止を繰り返す事態が避けられるので、ヒートポンプ３１の故障予防にもなる。なお、上述のように、補給水配管９４を戻り温度検知手段９１の上流側に設けることで、ヒートポンプ３１における第１中間熱媒（第１被加熱媒体）の出入口温度差をより大きくすることができるので、熱供給システム１のエネルギー効率をさらに向上できる。

　第１運転制御部６２は、第１熱源機３０の運転が許可（運転指示フラグ＝ＯＮ）されると、第１循環ポンプ３３１を駆動して第１中間熱媒を第１熱交換器３２および凝縮器３１３に流通させると共に、圧縮機３１２およびファン３１５を起動する。また、第１運転制御部６２は、第１熱源機３０の運転が禁止（運転指示フラグ＝ＯＦＦ）されると、第１循環ポンプ３３１を停止すると共に、圧縮機３１２およびファン３１５を停止する。

　さらに、第１運転制御部６２は、第１熱源機３０の運転が許可（運転指示フラグ＝ＯＮ）されると、熱負荷部１４，１５に送出される循環水の温度が適切な温度となるよう第１熱源機３０の出力を制御する。具体例として、第１運転制御部６２は、以下に列挙する第１制御～第４制御のいずれかを択一的に実行する。第１運転制御部６２は、予め管理者が入力指定した第１制御～第４制御を実行するよう構成され得る。なお、どの制御を採用するかは、第１熱源機３０から熱負荷部１４，１５までの配管長、クッションタンク２０の容量、１日の温熱・温水需要量の変動範囲などが考慮される。

〔第１制御〕
　本制御では、第１運転制御部６２は、第１運転判断部６１による第１熱源機３０の運転許可中、往き温度Ｔｓが基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄになるように第１熱源機３０の出力を制御する。詳細には、第１運転制御部６２は、往き温度検知手段９２が検知した往き温度Ｔｓをフィードバック値として、この値を基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄに収束させるように圧縮機３１２の駆動周波数をインバータにより調整するフィードバック制御を行う。このフィードバック制御は、比例制御（Ｐ制御）のほか、これに積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）の少なくとも一方を組み合わせた操作量の演算アルゴリズムを用いることができる。最も好ましい演算アルゴリズムのフィードバック制御は、ＰＩＤ制御である。

　第１運転制御部６２は、フィードバック制御中、圧縮機３１２の吐出ガス圧力が上限圧力値まで上昇した場合、または圧縮機３１２の駆動周波数が最大駆動周波数まで上昇した場合は、現時点の駆動周波数をホールドして故障を回避する高圧カット制御を行う。高圧カット時のホールドは、フィードバック制御の操作量が減少したときに解除される。

　第１運転制御部６２は、フィードバック制御中、圧縮機３１２の吐出ガス圧力が下限圧力値まで低下した場合、または圧縮機３１２の駆動周波数が最小駆動周波数まで低下した場合は、現時点の駆動周波数をホールドして故障を回避する低圧カット制御を行う。低圧カット時のホールドは、フィードバック制御の操作量が上昇したときに解除される。

　なお、フィードバック制御の目標値が基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄであるため、凝縮器３１３における第１中間熱媒の出口温度Ｔｏの実測値は、計算値である最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘを超える可能性がある。

　このように、第１制御によれば、熱負荷部１４，１５へ送給される循環水の往き温度Ｔｓが熱負荷部１４，１５で必要とされる循環水の基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄになるように、ヒートポンプ３１の熱出力が調整される。これにより、熱負荷部１４，１５で消費した熱量を第１熱源機で補完するため、熱負荷部１４，１５に供給される循環水の熱量を安定させられる。

〔第２制御〕
　本制御では、第１運転制御部６２は、第１熱源機３０の運転許可中、出口温度Ｔｏが目標加熱温度Ｔｈ＿ｔｇｔになるように第１熱源機３０の出力を制御する。詳細には、第１運転制御部６２は、第１出口温度検知手段３１８で検知した出口温度Ｔｏをフィードバック値として、この値を目標加熱温度設定部５２で設定した目標加熱温度Ｔｈ＿ｔｇｔに収束させるように圧縮機３１２の駆動周波数をインバータにより調整するＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行う。この第２制御においても、第１制御と同様に、高圧カット制御および低圧カット制御が行われる。

　このように、第２制御によれば、ヒートポンプ３１の最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘに応じて目標加熱温度Ｔｈ＿ｔｇｔが変更され、凝縮器３１３における第１中間熱媒の出口温度Ｔｏが目標加熱温度Ｔｈ＿ｔｇｔになるように、ヒートポンプ３１の熱出力が調整される。これにより、熱負荷部１４，１５で消費した熱量を第１熱源機３０の加熱能力を超えない範囲で最大限補完することで、熱負荷部１４，１５に供給される循環水の熱量を安定させられる。

〔第３制御〕
　本制御では、第１運転制御部６２は、第１熱源機３０の運転許可中、出口温度Ｔｏから戻り温度Ｔｒを差し引いた値が目標沸上温度差ΔＴｈ＿ｔｇｔになるように第１熱源機３０の出力を制御する。詳細には、第１運転制御部６２は、第１出口温度検知手段３１８によって検知された出口温度Ｔｏと戻り温度検知手段９１によって検知された戻り温度Ｔｒの差分値（Ｔｏ－Ｔｒ）をフィードバック値として、この値を目標沸上温度差設定部５３で設定した目標沸上温度差ΔＴｈ＿ｔｇｔに収束させるように圧縮機３１２の駆動周波数をインバータにより調整するＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行う。この第３制御においても、第１制御および第２制御と同様に、高圧カット制御および低圧カット制御が行われる。

　このように、第３の制御によれば、凝縮器３１３における第１中間熱媒の出口温度Ｔｏから循環水の戻り温度Ｔｒ（凝縮器３１３における第１中間熱媒の入口温度に影響）を差し引いた値が目標沸上温度差ΔＴｈ＿ｔｇｔとなるように、ヒートポンプ３１の熱出力が調整される。これにより、熱負荷部１４，１５で消費された熱量のうち一定の熱量を第１熱源機３０で補完することができる。この制御は、循環水に常に一定の熱量を供給する制御であるため、ヒートポンプ３１のエネルギー効率を高く保持できる。

〔第４制御〕
　本制御では、第１運転制御部６２は、第１熱源機３０の運転許可中、往き温度Ｔｓが主運転開始温度Ｔｈ＿ｓｕｐ以下の場合には第１熱源機３０の運転を開始し、往き温度Ｔｓが主運転停止温度Ｔｈ＿ｓｄｎ以上の場合には、第１熱源機３０の運転を停止する。詳細には、第１運転制御部６２は、往き温度検知手段９２によって検知された往き温度Ｔｓが主運転開始温度Ｔｈ＿ｓｕｐまで低下したときに圧縮機３１２を起動し、往き温度Ｔｓが主運転停止温度Ｔｈ＿ｓｄｎまで上昇したときに圧縮機３１２を停止することで、往き温度Ｔｓを基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄに近い温度範囲内に保持する。なお、圧縮機３１２は、定格駆動周波数または最大駆動周波数で駆動され得る。

　このように、第４の制御によれば、熱負荷部１４，１５で必要とされる循環水の基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄと実施的に同視できる温度範囲が設定され、往き温度Ｔｓをこの温度範囲の上限である主運転開始温度Ｔｈ＿ｓｕｐと下限である主運転停止温度Ｔｈ＿ｓｄｎとの間に保持するよう、圧縮機３１２、ファン３１５および第１循環ポンプ３３１がオンオフ制御される。このような簡易な制御によっても、熱負荷部１４，１５に必要な熱を安定供給できる。

　前述した第１制御～第３制御において、第１運転制御部６２は、圧縮機３１２の駆動周波に加えて、またはこれに替えて、ファン３１５の駆動周波数、つまり蒸発器３１１の通風量（熱源流体の供給量）や第１循環ポンプ３３１の駆動周波数（第１中間熱媒の循環流量）を同時に調整してもよい。

　第２温度設定手段７０は、複数の温度情報を設定可能に構成されており、基準温度等設定部７１と、補助運転開始温度設定部７２と、補助運転停止温度設定部７３と、を有する。

　第２温度設定手段７０は、第１温度設定手段５０および第１制御手段６０と同様のコンピュータ装置等によって構成することができる制御装置である。第２温度設定手段７０は、第１温度設定手段５０および第１制御手段６０の一部または全部と一体であってもよい。また、第２温度設定手段７０の各構成要素は、物理構成およびプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。

　基準温度等設定部７１は、熱負荷部１４，１５で必要とする循環水の最高温度Ｔｆ＿ｍａｘ、基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄおよび最低温度Ｔｆ＿ｍｉｎを順に設定する。基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄは、前述したように、事業者が要求する温熱量や温水量に基づいて設定され、循環中の放熱ロスが少なく、生産プロセスを維持するのに最も適した循環水の標準温度である。最高温度Ｔｆ＿ｍａｘは、循環中の放熱ロスが過大でなく、生産設備の耐熱性からも許容される循環水の上限温度である。最低温度Ｔｆ＿ｍｉｎは、生産プロセスを維持するのに最低限必要とされる循環水の下限温度である。基準温度等設定部７１は、予め管理者が入力したそれぞれの値を記憶するよう構成され得る。

　補助運転開始温度設定部７２は、第２熱源機４０の実運転を開始、つまり第２熱源機４０による循環水の加熱開始温度である補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐの値を設定する。補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐは、循環水の基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄよりも低く、かつ最低温度Ｔｆ＿ｍｉｎよりも高い温度である。補助運転開始温度設定部７２は、基準温度等設定部７１に記憶された基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄおよび最低温度Ｔｆ＿ｍｉｎに基づいて、補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐの値を自動で決定および記憶するよう構成され得る。例えば、補助運転開始温度設定部７２は、基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄと最低温度Ｔｆ＿ｍｉｎの中間値を補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐの値として採用する。また、補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐの値を自動で決定しない場合は、補助運転開始温度設定部７２は、予め管理者が入力した値を記憶するよう構成され得る。

　補助運転停止温度設定部７３は、第２熱源機４０の実運転を停止、つまり第２熱源機４０による循環水の加熱停止温度である補助運転停止温度Ｔｂ＿ｓｄｎの値を設定する。補助運転停止温度Ｔｂ＿ｓｄｎは、補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐよりも高く、かつ最高温度Ｔｆ＿ｍａｘよりも低い温度である。補助運転停止温度設定部７３は、補助運転開始温度設定部７２に記憶された補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐおよび基準温度等設定部７１に記憶された最高温度Ｔｆ＿ｍａｘに基づいて、補助運転停止温度Ｔｂ＿ｓｄｎの値を自動で決定および記憶するよう構成され得る。例えば、補助運転停止温度設定部７３は、補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐと最高温度Ｔｆ＿ｍａｘの中間値を補助運転停止温度Ｔｂ＿ｓｄｎの値として採用する。また、補助運転停止温度Ｔｂ＿ｓｄｎの値を自動で決定しない場合は、補助運転停止温度設定部７３は、予め管理者が入力した値を記憶するよう構成され得る。

　第２制御手段８０は、戻り温度検知手段９１が検知した戻り温度Ｔｒおよびその他の情報に基づいて第２熱源機４０の運転を制御する。第２制御手段８０は、第２熱源機４０の運転の可否を判断する第２運転判断部８１と、第２熱源機４０の始動および停止、並びに出力調整を行う第２運転制御部８２と、を有する。

　第２制御手段８０は、第１温度設定手段５０、第１制御手段６０および第２温度設定手段７０と同様のコンピュータ装置等によって構成することができる制御装置である。第２制御手段８０は、第１温度設定手段５０、第１制御手段６０および第２温度設定手段７０の一部または全部と一体であってもよい。また、第２制御手段８０の各構成要素は、物理構成およびプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。

　第２運転判断部８１は、戻り温度Ｔｒが補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐ以下の場合は、第２熱源機４０の運転を許可し、戻り温度Ｔｒが補助運転停止温度Ｔｂ＿ｓｄｎ以上の場合は、第２熱源機４０の運転を禁止する。第２運転判断部８１は、第２熱源機４０の運転を許可する場合には、運転指示フラグを「ＯＮ」に設定し、第２熱源機４０の運転を禁止する場合には、運転指示フラグを「ＯＦＦ」に設定するよう構成され得る。

　第２運転制御部８２は、第２熱源機４０の運転が許可（運転指示フラグ＝ＯＮ）されると、第２循環ポンプ４３１を駆動して第２中間熱媒を第２熱交換器４２およびボイラ缶体４１１に流通させると共に、バーナ４１２の燃焼を開始させる。また、第２運転制御部８２は、第２熱源機４０の運転が禁止（運転指示フラグ＝ＯＦＦ）されると、第２循環ポンプ４３１を停止させると共に、バーナ４１２の燃焼を停止させる。

　また、第２運転制御部８２は、第２熱源機４０の運転許可中には、第２出口温度検知手段４１３で検知した第２中間熱媒の出口温度Ｔｗを目標出湯温度に保つよう、ボイラ４１の燃焼量をオンオフ制御により切り替える。ボイラ４１のオンオフ制御では、第２中間熱媒の出口温度Ｔｗを４０℃以上８０℃以下の範囲で調整可能であり、目標出湯温度は、この範囲内で基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄ以上に設定される。第２中間熱媒の出口温度Ｔｗを基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄ以上に調整することにより、循環水の往き温度Ｔｓを基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄ付近に維持できる。なお、目標出湯温度の設定に際しては、第２熱交換器４２の伝熱特性により生じる温度差（第２中間熱媒の入口温度と循環水の出口温度の差）を考慮するのが望ましい。

　第１制御手段６０による運転制御では、第１熱源機３０は、第２熱源機４０に対して優先的に運転される。一方、第２制御手段８０による運転制御では、第２熱源機４０は、第１熱源機３０に対して同時運転または単独運転されることになる。

〔同時運転のパターン〕
　第１熱源機３０の運転中においては、熱負荷部１４，１５の消費熱量を補完するようにヒートポンプ３１の出力が制御される。第１熱源機の運転中に熱負荷部１４，１５での消費熱量がヒートポンプ３１の加熱能力を超えると、第２熱源機４０が運転される。すなわち、熱負荷部１４，１５の消費熱量が増大し、戻り温度Ｔｒが補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐ以下になると、第２熱源機４０の運転が開始される。これにより、戻り温度Ｔｒが補助運転停止温度Ｔｂ＿ｓｄｎ以上となるまでは、第１熱源機３０および第２熱源機４０が同時運転される。

〔単独運転のパターン〕
　第１熱源機３０の停止中においては、最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘから戻り温度Ｔｒを差し引いた差分値（Ｔｈ＿ｍａｘ－Ｔｒ）が所定の閾値α以上となるまでは、第１熱源機３０の運転が許可されない。そして、熱源流体である外気の温度が非常に低い厳寒期には、ヒートポンプ３１の加熱能力が十分に得られず、最高加熱可能温度Ｔｈ＿ｍａｘの値が大幅に低下することがある。このような状況下では、差分値（Ｔｈ＿ｍａｘ－Ｔｒ）が閾値α以上とならないまま戻り温度Ｔｒが低下して補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐ以下になると、第２熱源機４０の運転が開始される。これにより、戻り温度Ｔｒが補助運転停止温度Ｔｂ＿ｓｄｎ以上となるまでは、第２熱源機４０が単独運転される。

　前述したように、補助運転開始温度設定部７２が補助運転開始温度Ｔｂ＿ｓｕｐを最低温度Ｔｆ＿ｍｉｎよりも高い値に設定することで、熱源流体の条件が悪く、第１制御手段６０が第１熱源機３０の運転を停止している間に戻り温度Ｔｒが低下したとしても、第２熱源機４０によって循環水を加熱できるので、最低温度Ｔｆ＿ｍｉｎよりも往き温度Ｔｓが低くなることを防止できる。また、補助運転停止温度設定部７３が補助運転停止温度Ｔｂ＿ｓｄｎを最高温度Ｔｆ＿ｍａｘよりも低い値に設定することで、第２熱源機４０における不必要な燃料の消費をより確実に抑制できる。

　さらに、第２制御手段８０が、循環水の戻り温度Ｔｒに基づいて第２熱源機４０の運転の可否を判断することによって、第１熱源機３０が単独で循環水を十分に加熱できるときには第２熱源機４０の運転を停止して燃料消費を抑制できる。また、第２制御手段８０は、第１熱源機３０の加熱能力が不足するおそれがあるときには、出力を容易に増大できるボイラ４１を用いる第２熱源機４０を運転するため、熱供給システム１は、熱負荷部１４，１５の消費熱量の増減に即応できる。

　以上のような構成を有する熱供給システム１は、熱負荷部１４，１５側から送還される循環水の戻り温度Ｔｒによって熱負荷部１４，１５での熱消費量を把握し、この熱消費量に応じて第１熱源機３０および第２熱源機４０の運転を制御する。これにより、比較的簡易な構成で、熱負荷部１４，１５における温熱需要の変化に第１熱源機３０および第２熱源機４０による加熱を即応させることができる。このため、熱供給システム１は、クッションタンク２０の容量を比較的小さくしても、往き温度Ｔｓの変動を小さくできるので、システム導入コストを抑制できる。また、熱供給システム１は、循環水の戻り温度Ｔｒに基づいて第１熱源機３０および第２熱源機４０の運転の可否を判断するため、第１熱源機３０および第２熱源機４０が低いエネルギー効率で運転されることを防止できるので、ランニングコストを抑制できる。

＜第２実施形態＞
　図２は、本発明の第２実施形態にかかる熱供給システム１Ａの構成を示す図である。熱供給システム１Ａは、循環水が循環する水循環路１０Ａと、熱負荷１４，１５側に送出される循環水を貯留するクッションタンク２０と、クッションタンク２０に導入される循環水を加熱する第１熱源機３０Ａおよび第２熱源機４０Ａと、第１熱源機３０Ａの運転に用いられる各種の温度設定を行う第１温度設定手段５０と、第１熱源機３０Ａの運転を制御する第１制御手段６０Ａと、第２熱源機４０Ａの運転に用いられる各種の設定温度を設定する第２温度設定手段７０と、第２熱源機４０Ａの運転を制御する第２制御手段８０Ａと、を備える。

　本実施形態において、水循環路１０Ａの一部は、第１熱源機３０Ａの内部流路を構成しており、この内部流路が凝縮器３１３と接続されている。また、第１熱源機３０Ａの内部流路は、凝縮器３１３をバイパスする第１バイパス流路１０１と、凝縮器３１３への循環水の導入を遮断する第１入口弁１０３と、循環水の第１バイパス流路１０１の通過を遮断する第１バイパス弁１０４と、を有する。さらに、第１熱源機３０Ａの内部流路には、凝縮器３１３を流通する循環水（第１被加熱媒体）の出口温度Ｔｏを検知する第１出口温度検知手段３１８が設けられる。

　また、本実施形態において、水循環路１０Ａの一部は、第２熱源機４０Ａの内部流路を構成しており、この内部流路が温水ボイラのボイラ缶体４１１と接続されている。第２熱源機４０Ａの内部流路は、ボイラ缶体４１１をバイパスする第２バイパス流路１０２と、ボイラ缶体４１１への循環水の導入を遮断する第２入口弁１０５と、循環水の第２バイパス流路１０２通過を遮断する第２バイパス弁１０６と、を有する。さらに、２熱源機４０Ａの内部流路には、ボイラ缶体４１１を流通する循環水（第２被加熱媒体）の出口温度Ｔｗを検知する第２出口温度検知手段４１３と、が設けられる。

　第１温度設定手段５０および第２温度設定手段７０の構成と各部の機能は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。また、第１運転判断部６１および第２運転判断部８１の機能は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

　第１運転制御部６２Ａの機能は、第１実施形態における第１運転制御部６２の機能とは部分的に相違する。具体的には、第１運転制御部６２Ａは、第１熱源機３０Ａの運転が許可（運転指示フラグ＝ＯＮ）されると、第１入口弁１０３を開放かつ第１バイパス弁１０４を閉鎖して循環水を凝縮器３１３に流通させると共に、圧縮機３１２を起動する。また、第１運転制御部６２Ａは、第１熱源機３０の運転が禁止（運転指示フラグ＝ＯＦＦ）されると、第１入口弁１０３を閉鎖かつ第１バイパス弁１０４を開放すると共に、圧縮機３１２を停止する。このように、第１熱源機３０Ａにより循環水を加熱しない場合には、循環水を第１バイパス流路１０１に通すことによって圧力損失を軽減できるため、循環水ポンプ１６の駆動電力を低減できる。なお、その他の機能は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

　第２運転制御部８２Ａの機能は、第１実施形態における第２運転制御部８２の機能とは部分的に相違する。具体的には、第２運転制御部８２Ａは、第２熱源機４０Ａの運転が許可（運転指示フラグ＝ＯＮ）されると、第２入口弁１０５を開放かつ第２バイパス弁１０６を閉鎖して循環水をボイラ缶体４１１に流通させると共に、バーナ４１２の燃焼を開始させる。また、第２運転制御部８２Ａは、第２熱源機４０Ａの運転が禁止（運転指示フラグ＝ＯＦＦ）されると、第２入口弁１０５を閉鎖かつ第２バイパス弁１０６を開放すると共に、バーナ４１２の燃焼を停止させる。このように、第２熱源機４０Ａにより循環水を加熱しない場合には、循環水を第２バイパス流路１０２に通すことによって圧力損失を軽減できるため、循環水ポンプ１６の駆動電力を低減できる。なお、その他の機能は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

　本実施形態の熱供給システム１Ａも、第１実施形態の熱供給システム１と同様に、循環水の戻り温度Ｔｒに基づいて第１熱源機３０Ａおよび第２熱源機４０Ａの運転の可否を判断するため、第１熱源機３０Ａおよび第２熱源機４０Ａが低いエネルギー効率で運転されることを防止でき、かつ熱負荷部１４，１５における温熱需要の変化に即応することができるので、ランニングコストおよびシステム導入コストを抑制できる。

＜第３実施形態＞
　図３は、本発明の第３実施形態にかかる熱供給システム１Ｂの構成を示す図である。熱供給システム１Ｂは、循環水が循環する水循環路１０Ｂと、熱負荷部１４，１５側に送出される循環水を貯留するクッションタンク２０と、クッションタンク２０に導入される循環水を加熱する第１熱源機３０および第２熱源機４０Ｂと、第１熱源機３０の運転に用いられる各種の温度設定を行う第１温度設定手段５０と、第１熱源機３０の運転を制御する第１制御手段６０と、第２熱源機４０Ｂの運転に用いられる各種の設定温度を設定する第２温度設定手段７０と、第２熱源機４０Ｂの運転を制御する第２制御手段８０Ｂと、を備える。

　水循環路１０Ｂには、第２熱源機４０Ｂの出口における循環水の出口温度Ｔｍを検知する第３出口温度検知手段９５が設けられる。

　第１熱源機３０の構成は、第１実施形態の第１熱源機３０と同じであるので説明を省略する。

　第２熱源機４０Ｂは、燃料の燃焼により生じる熱によって第２中間熱媒（第２被加熱媒体）を加熱する燃焼式のボイラ４１Ｂと、循環水と第２中間熱媒との熱交換により循環水を加熱する第２熱交換器４２Ｂと、ボイラ４１Ｂから第２熱交換器４２Ｂに第２中間熱媒を導く第２中間熱媒流路４３Ｂと、を有する。

　本実施形態では、ボイラ４１Ｂとしては、蒸気ボイラが使用される。つまり、第２中間熱媒としては水（好ましくは軟化水）が用いられ、第２中間熱媒は、ボイラ缶体４１１Ｂにおいてバーナ４１２により加熱されて水蒸気になり、水蒸気の状態で第２中間熱媒流路４３Ｂを移動し、第２熱交換器４２Ｂにおいて凝縮する。また、ボイラ４１Ｂは、他の設備に水蒸気を供給するために設置されるボイラを兼用してもよい。なお、第２熱源機４０Ｂは、第２熱交換器４２Ｂにおいて凝縮水を回収し、ボイラ４１Ｂに補給水として再供給するよう構成されてもよい。

　蒸気ボイラとしては、貫流式蒸気ボイラが好適に用いられる。蒸気ボイラは缶内圧力に応じて燃焼量が制御される。燃焼制御は、高燃焼／低燃焼／停止を段階的に切り替える三位置制御、高燃焼／中燃焼／低燃焼／停止を段階的に切り替える四位置制御、高燃焼から停止までを無段階で切り替える連続制御等が知られている。蒸気の供給圧力（絶対圧力）としては、０．２ＭＰａ（飽和温度１２０℃）以上０．５ＭＰａ（飽和温度１５２℃）以下程度とすることができる。

　第２熱交換器４２Ｂは、循環水と第２中間熱媒である水蒸気との熱交換を行うことによって、循環水をクッションタンク２０に流入する前に加熱する。第２熱交換器４２Ｂの内部では、水蒸気が凝縮してドレンを生成するため、第２熱交換器４２Ｂの出口側には、スチームトラップ等の付属機器が設けられてもよい。

　第２中間熱媒流路４３Ｂは、第２熱交換器４２Ｂにおいて循環水と第２中間熱媒とが対向流で熱交換する接続構成とされる。第２中間熱媒流路４３Ｂは、第２熱交換器４２Ｂに供給される水蒸気の流量を調整する蒸気量調節弁４３３を有する。また、ボイラ４１Ｂが他の設備に水蒸気を供給するためのボイラと兼用される場合、第２中間熱媒流路４３Ｂは、水蒸気を第２熱交換器４２Ｂでの使用に適した圧力に減圧する減圧弁等をさらに有してもよい。

　第１温度設定手段５０、第１制御手段６０および第２温度設定手段７０の構成と各部の機能は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。また、第２運転判断部８１の機能は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

　第２運転制御部８２Ｂは、第２熱源機４０Ｂの運転が許可（運転指示フラグ＝ＯＮ）されると、不図示の給水ポンプを駆動して第２中間熱媒をボイラ缶体４１１Ｂに供給すると共に、バーナ４１２の燃焼を開始させる。また、第２運転制御部８２Ｂは、第２熱源機４０Ｂの運転が禁止（運転指示フラグ＝ＯＦＦ）されると、バーナ４１２の燃焼を停止させる。

　第２運転制御部８２Ｂは、第２熱源機４０Ｂの運転許可中には、第３出口温度検知手段９５で検知した循環水の出口温度Ｔｍを基準温度Ｔｆ＿ｓｔｄに保つよう、蒸気量調節弁４３３の開度を調節する。なお、蒸気量の調節には、第３出口温度検知手段９５と蒸気量調節弁４３３の組み合わせに替えて、感熱筒の検知温度で自力動作する温度調整弁を用いてもよい。この場合、蒸気量調節弁４３３はボイラ４１の運転動作に連動する開閉弁として残し、蒸気量調節弁４３３の下流側に温度調整弁を配置する。感温筒は、第２熱交換器４２Ｂの出口温度Ｔｍを感知するように設けられる。

　本実施形態の熱供給システム１Ｂも、第１実施形態の熱供給システム１と同様に、循環水の戻り温度Ｔｒに基づいて第１熱源機３０および第２熱源機４０Ｂの運転の可否を判断するため、第１熱源機３０および第２熱源機４０Ｂが低いエネルギー効率で運転されることを防止でき、かつ熱負荷部１４，１５における温熱需要の変化に即応することができるので、ランニングコストおよびシステム導入コストを抑制できる。

　以上、本発明の熱供給システムの好ましい各実施形態につき説明したが、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。例として、上述の実施形態では、熱源流体として空気を用いる例を説明したが、本発明の熱供給システムの第１熱源機のヒートポンプは、熱源流体として例えば温水等を用いるよう構成されてもよい。また、上述の実施形態では、複数の制御に対応する構成を説明したが、本発明の熱供給システムは、設計段階でいずれかの制御が選択され、選択された制御に必要とされない構成要素が省略されていてもよい。

　１，１Ａ，１Ｂ　熱供給システム
　１０，１０Ａ，１０Ｂ　水循環路
　１１　往路配管
　１２　中間配管
　１３　復路配管
　１４　温熱取出部
　１５　温水取出部
　１６　循環水ポンプ
　２０　クッションタンク
　３０，３０Ａ　第１熱源機
　３１　ヒートポンプ
　３１１　蒸発器
　３１２　圧縮機
　３１３　凝縮器
　３１４　膨張弁
　３１５　ファン
　３１６　空気温度検知手段
　３１７　風量検知手段
　３１８　第１出口温度検知手段
　３２　第１熱交換器
　３３　第１中間熱媒流路
　３３１　第１循環ポンプ
　３３２　第１膨張タンク
　４０，４０Ａ，４０Ｂ　第２熱源機
　４１，４１Ｂ　ボイラ
　４１１，４１１Ｂ　ボイラ缶体
　４１２　バーナ
　４１３　第２出口温度検知手段
　４２，４２Ｂ　第２熱交換器
　４３　第２中間熱媒流路
　４３１　第２循環ポンプ
　４３２　第２膨張タンク
　４３３　蒸気量調節弁
　５０　第１温度設定手段
　５１　基準温度設定部
　５２　目標加熱温度設定部
　５３　目標沸上温度差設定部
　５４　主運転開始温度設定部
　５５　主運転停止温度設定部
　６０，６０Ａ　第１制御手段
　６１　第１運転判断部
　６２，６２Ａ　第１運転制御部
　７０　第２温度設定手段
　７１　基準温度等設定部
　７２　補助運転開始温度設定部
　７３　補助運転停止温度設定部
　８０，８０Ａ，８０Ｂ　第２制御手段
　８１　第２運転判断部
　８２，８２Ａ，８２Ｂ　第２運転制御部
　９１　戻り温度検知手段
　９２　往き温度検知手段
　９３　循環水流量検知手段
　９４　補給水配管
　９４１　補給水調整弁
　９５　第２出口温度検知手段

Claims (7)

1. 　往路配管、中間配管および復路配管が環状に接続された水循環路と、前記中間配管に設けられ、１以上の温熱取出部および／または１以上の温水取出部から構成される熱負荷部と、を有する事業用設備に付設される熱供給システムであって、
   　前記往路配管に設けられたクッションタンクと、
   　蒸気圧縮式のヒートポンプを有し、前記クッションタンクよりも上流側において前記往路配管を流通する循環水を加熱する第１熱源機と、
   　燃焼式のボイラを有し、前記クッションタンクよりも上流側において前記往路配管を流通する循環水を加熱する第２熱源機と、
   　前記復路配管を通じて前記熱負荷部から送還される循環水の戻り温度を検知する戻り温度検知手段と、
   　前記戻り温度に基づいて、前記第１熱源機の運転を制御する第１制御手段と、
   　前記戻り温度に基づいて、前記第２熱源機の運転を制御する第２制御手段と、を備える熱供給システム。
2. 　前記第１制御手段は、
   　前記水循環路に循環水が流動中、少なくとも前記第１熱源機の入熱条件および入水条件を用いて、前記ヒートポンプの現時点の最高加熱可能温度を求め、
   　前記最高加熱可能温度から前記戻り温度を差し引いた差分値が所定値以上である場合は、前記第１熱源機の運転を許可し、
   　前記差分値が前記所定値未満である場合は、前記第１熱源機の運転を禁止する、請求項１に記載の熱供給システム。
3. 　前記往路配管を通じて前記熱負荷部へ送給される循環水の往き温度を検知する往き温度検知手段と、
   　前記熱負荷部で必要とする循環水の基準温度を設定する第１温度設定手段と、をさらに備え、
   　前記第１制御手段は、前記第１熱源機の運転許可中、前記往き温度が前記基準温度になるように前記第１熱源機の出力を制御する、請求項２に記載の熱供給システム。
4. 　前記ヒートポンプの凝縮器を流通する被加熱媒体の出口温度を検知する出口温度検知手段と、
   　前記熱負荷部で必要とする循環水の基準温度および被加熱媒体の目標加熱温度を設定する第１温度設定手段と、をさらに備え、
   　前記第１温度設定手段は、前記最高加熱可能温度が前記基準温度以上の場合は、前記基準温度に応じた値を前記目標加熱温度に設定し、前記最高加熱可能温度が前記基準温度未満の場合は、前記最高加熱可能温度に応じた値を前記目標加熱温度に設定し、
   　前記第１制御手段は、前記第１熱源機の運転許可中、前記出口温度が前記目標加熱温度になるように前記第１熱源機の出力を制御する、請求項２に記載の熱供給システム。
5. 　前記ヒートポンプの凝縮器を流通する被加熱媒体の出口温度を検知する出口温度検知手段と、
   　被加熱媒体の目標沸上温度差を設定する第１温度設定手段と、をさらに備え、
   　前記第１制御手段は、前記第１熱源機の運転許可中、前記出口温度から前記戻り温度を差し引いた値が前記目標沸上温度差となるように前記第１熱源機の出力を制御する、請求項２に記載の熱供給システム。
6. 　前記往路配管を通じて前記熱負荷部へ送給される循環水の往き温度を検知する往き温度検知手段と、
   　前記熱負荷部で必要とする循環水の基準温度を設定すると共に、前記第１熱源機の主運転開始温度および主運転停止温度を設定する第１温度設定手段と、をさらに備え、
   　前記主運転開始温度は、前記基準温度よりも低い温度であり、
   　前記主運転停止温度は、前記基準温度よりも高いか等しい温度であり、
   　前記第１制御手段は、前記第１熱源機の運転許可中、前記往き温度が前記主運転開始温度以下の場合は、前記第１熱源機の運転を開始し、前記往き温度が前記主運転停止温度以上の場合は、前記第１熱源機の運転を停止する、請求項２に記載の熱供給システム。
7. 　前記熱負荷部で必要とする循環水の最高温度、基準温度および最低温度を順に設定すると共に、前記第２熱源機の補助運転開始温度および補助運転停止温度を設定する第２温度設定手段をさらに備え、
   　前記補助運転開始温度は、前記基準温度よりも低く、かつ前記最低温度よりも高い温度であり、
   　前記補助運転停止温度は、前記補助運転開始温度よりも高く、かつ前記最高温度よりも低い温度であり、
   　前記第２制御手段は、前記戻り温度が前記補助運転開始温度以下の場合は、前記第２熱源機の運転を開始し、前記戻り温度が前記補助運転停止温度以上の場合は、前記第２熱源機の運転を停止する、請求項２～６のいずれかに記載の熱供給システム。

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