特開 2017-146034 給水加温システム

(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】特開2017-146034(P2017-146034A)

(43)【公開日】2017年8月24日

(54)【発明の名称】給水加温システム

(51)【国際特許分類】

   F22D 5/26 20060101AFI20170728BHJP

   F22D 5/34 20060101ALI20170728BHJP

   F22D 1/18 20060101ALI20170728BHJP

   F24H 1/00 20060101ALI20170728BHJP

【ＦＩ】

   F22D5/26 Z

   F22D5/26 C

   F22D5/34 Z

   F22D1/18

   F24H1/00 611B

   F24H1/00 631A

   F24H1/00 611G

   F24H1/00 611S

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-28648(P2016-28648)

(22)【出願日】2016年2月18日

(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】100110685

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 方宜

(72)【発明者】

【氏名】大沢 智也

【テーマコード（参考）】

3L122

【Ｆターム（参考）】

3L122AA04

3L122AA13

3L122AA23

3L122AA34

3L122AB12

3L122AC11

3L122AC14

3L122BA44

3L122BB06

3L122BB14

3L122DA33

3L122EA09

3L122EA50

3L122EA52

(57)【要約】

【課題】ヒートポンプ経由の温水だけでは足りない場合でも、給水タンクへの常温水の供給を抑制して、給水タンク内の水温低下を防止する。
【解決手段】ヒートポンプ４は、圧縮機１７、凝縮器１８、膨張弁１９および蒸発器２０が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、蒸発器２０に通される熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器１８に通される水を加温する。給水タンク３には、廃熱回収熱交換器６と凝縮器１８との双方を介した給水路９、廃熱回収熱交換器６のみを介した給水分岐路１１、および廃熱回収熱交換器６と凝縮器１８との双方を介さない補給水路１０により給水可能である。廃熱回収熱交換器６は、蒸発器２０を通過後の熱源流体により、給水路９および給水分岐路１１の水を加温する。給水弁１４、給水分岐弁１６および補給水弁１５を制御して、給水タンク３への給水を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、前記蒸発器に通される熱源流体から熱をくみ上げ、前記凝縮器に通される水を加温するヒートポンプと、
前記凝縮器を介して給水路により給水可能であると共に、前記凝縮器を介さずに給水分岐路および補給水路により給水可能な給水タンクと、
前記凝縮器より上流側の前記給水路の水と、前記蒸発器を通過後の熱源流体とを熱交換する廃熱回収熱交換器とを備え、
前記給水路には、前記廃熱回収熱交換器より下流側に給水弁が設けられると共に、前記廃熱回収熱交換器より下流側で且つ前記給水弁および前記凝縮器より上流側から分岐して前記給水分岐路が設けられ、この給水分岐路に給水分岐弁が設けられ、
前記給水タンクへの給水の有無は、前記給水路については前記給水弁により切り替えられ、前記給水分岐路については前記給水分岐弁により切り替えられ、前記補給水路については前記補給水路に設けた補給水弁または補給水ポンプにより切り替えられる
ことを特徴とする給水加温システム。

【請求項2】

前記給水路を介した前記給水タンクへの給水は、前記給水タンク内の水位が給水開始水位を下回ると開始し、この給水開始水位よりも高い給水停止水位を上回ると停止し、
前記給水分岐路を介した前記給水タンクへの給水は、前記給水タンク内の水位が前記給水開始水位よりも低い給水分岐開始水位を下回ると開始し、前記給水開始水位よりも高いが前記給水停止水位よりも低い給水分岐停止水位を上回ると停止し、
前記補給水路を介した前記給水タンクへの給水は、前記給水タンク内の水位が前記給水分岐開始水位よりも低い補給水開始水位を下回ると開始し、前記給水開始水位よりも高いが前記給水分岐停止水位よりも低い補給水停止水位を上回ると停止する
ことを特徴とする請求項１に記載の給水加温システム。

【請求項3】

前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、前記蒸発器への熱源流体温度が設定温度未満であれば、前記ヒートポンプを作動させた状態で、前記凝縮器の出口側水温を第一目標温度に維持するように、前記給水弁の開度を調整して、前記給水路を介した給水流量を調整し、
前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、前記蒸発器への熱源流体温度が設定温度以上になると、前記ヒートポンプを停止させた状態で、前記凝縮器の出口側水温を前記第一目標温度よりも低い第二目標温度に維持するように、前記給水弁の開度を調整して、前記給水路を介した給水流量を調整する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給水加温システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートポンプを用いた給水加温システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、下記特許文献１に開示されるように、ボイラ（２）の給水タンク（３）への給水を、ヒートポンプ（４）を用いて加温できるシステムが知られている。ヒートポンプ（４）は、圧縮機（１２）、凝縮器（１３）、膨張弁（１４）および蒸発器（１５）が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、蒸発器（１５）に通される熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器（１３）に通される水を加温する。給水タンク（３）には、凝縮器（１３）を介して給水路（８）により給水可能であると共に、凝縮器（１３）を介さずに補給水路（９）により給水可能である。給水路（８）には、さらに廃熱回収熱交換器（１７）が設けられており、蒸発器（１５）を通過後の熱源流体により凝縮器（１３）への給水が予熱される。

【0003】

給水路（８）を介した給水タンク（３）への給水は、給水タンク（３）内の水位が給水開始水位（Ｈ１）を下回ると開始し、この給水開始水位よりも高い給水停止水位（Ｈ２）を上回ると停止する。補給水路（９）を介した給水タンク（３）への給水は、給水タンク（３）内の水位が給水開始水位よりも低い補給水開始水位（Ｈ３）を下回ると開始し、給水開始水位よりも高いが給水停止水位よりも低い補給水停止水位（Ｈ４）を上回ると停止する。

【0004】

従って、給水タンク（３）には、給水路（８）を介した給水が優先され、それでは足りない場合に、補給水路（９）を介した給水もなされる。給水路（８）を介した給水タンク（３）への給水中、ヒートポンプ（４）を運転することで、給水タンク（３）への給水を加温することができる。この際、凝縮器（１３）の出口側水温（２９）を目標温度に維持するように給水流量が調整される（出湯温度一定制御）。一方、補給水路（９）を介した給水は、廃熱回収熱交換器（１７）やヒートポンプ（４）を介さないので、給水路（８）経由の給水よりも低温（常温）のまま給水タンク（３）へ供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−７８８２７号公報（請求項１、請求項３、図１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術では、給水路を介した給水タンクへの給水は、廃熱回収熱交換器やヒートポンプで加温されるが、補給水路を介した給水タンクへの給水は、廃熱回収熱交換器やヒートポンプで加温されない。そのため、補給水路経由の給水が実行されると、給水タンク内の水温が低下することになる。

【0007】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、給水路経由の給水だけでは足りない場合でも、廃熱回収熱交換器を有効活用して加温した水を給水タンクに供給することで、補給水路経由の給水を抑制して、給水タンク内の水温低下を防止することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、前記蒸発器に通される熱源流体から熱をくみ上げ、前記凝縮器に通される水を加温するヒートポンプと、前記凝縮器を介して給水路により給水可能であると共に、前記凝縮器を介さずに給水分岐路および補給水路により給水可能な給水タンクと、前記凝縮器より上流側の前記給水路の水と、前記蒸発器を通過後の熱源流体とを熱交換する廃熱回収熱交換器とを備え、前記給水路には、前記廃熱回収熱交換器より下流側に給水弁が設けられると共に、前記廃熱回収熱交換器より下流側で且つ前記給水弁および前記凝縮器より上流側から分岐して前記給水分岐路が設けられ、この給水分岐路に給水分岐弁が設けられ、前記給水タンクへの給水の有無は、前記給水路については前記給水弁により切り替えられ、前記給水分岐路については前記給水分岐弁により切り替えられ、前記補給水路については前記補給水路に設けた補給水弁または補給水ポンプにより切り替えられることを特徴とする給水加温システムである。

【0009】

請求項１に記載の発明によれば、給水タンクには、廃熱回収熱交換器と凝縮器との双方を介する給水路と、廃熱回収熱交換器を介するが凝縮器を介さない給水分岐路と、廃熱回収熱交換器と凝縮器との双方を介さない補給水路とにより給水可能とされる。そして、給水路を介した給水の有無は給水弁により、給水分岐路を介した給水の有無は給水分岐弁より、補給水路を介した給水の有無は補給水弁または補給水ポンプにより切り替えられる。給水路からの給水では足りない場合、まずは給水分岐路からの給水を行うことで、廃熱回収熱交換器にて加温した給水を行うことができる。これにより、補給水路を介した給水を抑制して、給水タンク内の水温低下を防止することができる。

【0010】

請求項２に記載の発明は、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水は、前記給水タンク内の水位が給水開始水位を下回ると開始し、この給水開始水位よりも高い給水停止水位を上回ると停止し、前記給水分岐路を介した前記給水タンクへの給水は、前記給水タンク内の水位が前記給水開始水位よりも低い給水分岐開始水位を下回ると開始し、前記給水開始水位よりも高いが前記給水停止水位よりも低い給水分岐停止水位を上回ると停止し、前記補給水路を介した前記給水タンクへの給水は、前記給水タンク内の水位が前記給水分岐開始水位よりも低い補給水開始水位を下回ると開始し、前記給水開始水位よりも高いが前記給水分岐停止水位よりも低い補給水停止水位を上回ると停止することを特徴とする請求項１に記載の給水加温システムである。

【0011】

請求項２に記載の発明によれば、給水開始水位、給水停止水位、給水分岐開始水位、給水分岐停止水位、補給水開始水位および補給水停止水位を所定に設定することで、優先度の高い方から、給水路経由の給水、給水分岐路経由の給水、および補給水路経由の給水の順に、優先度を付けた給水を簡易に実施することができる。

【0012】

さらに、請求項３に記載の発明は、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、前記蒸発器への熱源流体温度が設定温度未満であれば、前記ヒートポンプを作動させた状態で、前記凝縮器の出口側水温を第一目標温度に維持するように、前記給水弁の開度を調整して、前記給水路を介した給水流量を調整し、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、前記蒸発器への熱源流体温度が設定温度以上になると、前記ヒートポンプを停止させた状態で、前記凝縮器の出口側水温を前記第一目標温度よりも低い第二目標温度に維持するように、前記給水弁の開度を調整して、前記給水路を介した給水流量を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給水加温システムである。

【0013】

請求項３に記載の発明によれば、蒸発器への熱源流体温度が設定温度未満であれば、ヒートポンプを作動させた状態で、凝縮器の出口側水温を第一目標温度に維持するように、給水路を介した給水タンクへの給水流量を調整することで、給水源の水温や熱源流体の温度に拘わらず、所望温度の温水を得ることができる。一方、蒸発器への熱源流体温度が設定温度以上になると、ヒートポンプを停止させるので、圧縮機の保護を図ることができる。但し、その場合でも、廃熱回収熱交換器において、給水と熱源流体とを熱交換して、熱源流体からの熱回収を図ることができる。しかも、凝縮器の出口側水温の制御目標温度を、第一目標温度よりも低い第二目標温度に切り替えることで、給水路を介した給水タンクへの給水流量をある程度以上に確保して、熱源流体からの熱回収を有効に図ることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の給水加温システムによれば、給水路経由の給水だけでは足りない場合でも、廃熱回収熱交換器を有効活用して加温した水を給水タンクに供給することで、補給水路経由の給水を抑制して、給水タンク内の水温低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施例の給水加温システムを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例の給水加温システム１を示す概略図である。

【0017】

本実施例の給水加温システム１は、ボイラ２の給水タンク３への給水をヒートポンプ４で加温できるシステムであり、ボイラ２への給水を貯留する給水タンク３と、この給水タンク３への給水を貯留する補給水タンク５と、この補給水タンク５から給水タンク３への給水を加温する廃熱回収熱交換器６およびヒートポンプ４と、このヒートポンプ４の熱源としての熱源水を貯留する熱源水タンク７とを備える。

【0018】

ボイラ２は、蒸気ボイラであり、給水タンク３からの給水を加熱して蒸気にする。ボイラ２は、典型的には、蒸気の圧力を所望に維持するように、燃焼量を調整される。また、ボイラ２は、缶体内の水位を所望に維持するように、給水タンク３からボイラ２への給水用のポンプ８が制御される。ボイラ２からの蒸気は、各種の蒸気使用設備（図示省略）へ送られるが、蒸気使用設備からのドレン（蒸気の凝縮水）は、給水タンク３へ戻されてもよい。あるいは、蒸気使用設備からのドレンは、熱源水タンク７へ供給されてもよい。

【0019】

給水タンク３には、補給水タンク５から、廃熱回収熱交換器６とヒートポンプ４との双方を介して給水路９により給水可能であると共に、廃熱回収熱交換器６とヒートポンプ４との双方を介さずに補給水路１０により給水可能である。さらに、給水タンク３には、補給水タンク５から、廃熱回収熱交換器６を介するがヒートポンプ４を介さずに、給水分岐路１１により給水可能である。具体的には、給水路９には、廃熱回収熱交換器６の出口側から分岐して、給水タンク３への給水分岐路１１が設けられている。なお、図示例では、給水分岐路１１は、下流において、補給水路１０に合流されるが、補給水路１０に合流されることなく給水タンク３へ配管されてもよい。

【0020】

給水路９と補給水路１０とは、上流側において共通管路１２とされており、その共通管路１２に送水ポンプ１３が設けられている。従って、補給水タンク５からの管路は、送水ポンプ１３より下流において、給水路９と補給水路１０とに分岐され、給水路９はさらに、廃熱回収熱交換器６の出口側で給水分岐路１１とも分岐される。

【0021】

給水路９には、給水分岐路１１との分岐部よりも下流に、給水弁１４が設けられる。一方、補給水路１０には、給水路９との分岐部よりも下流（図示例ではさらに給水分岐路１１との合流部よりも上流）に、補給水弁１５が設けられる。さらに、給水分岐路１１には、給水路９との分岐部よりも下流（図示例ではさらに補給水路１０との合流部よりも上流）に、給水分岐弁１６が設けられる。

【0022】

給水弁１４は、開度調整可能な電動弁（モータバルブ）から構成される。一方、補給水弁１５および給水分岐弁１６も、本実施例では電動弁から構成されるが、後述するように開閉のみを切替制御されるので、場合により電磁弁から構成されてもよい。給水路９を介した給水タンク３への給水は、給水の有無が給水弁１４の開閉により切り替えられ、給水の流量が給水弁１４の開度により調整される。一方、補給水路１０を介した給水タンク３への給水は、給水の有無が補給水弁１５の開閉により切り替えられ、給水分岐路１１を介した給水タンク３への給水は、給水の有無が給水分岐弁１６の開閉により切り替えられる。

【0023】

送水ポンプ１３は、本実施例では、出口側圧力が設定圧力未満になると起動し、設定圧力以上になると停止する。この際、設定圧力にディファレンシャル（動作隙間）を設けてもよいことはもちろんである。また、送水ポンプ１３は、モータの駆動周波数ひいては回転数をインバータで変更して、出口側圧力を設定圧力に維持するように制御されてもよい。このような構成であるから、給水弁１４、補給水弁１５および給水分岐弁１６の内、一または複数の弁を開けると、送水ポンプ１３が作動して、給水路９、補給水路１０および給水分岐路１１の内、一または複数の流路を介して、給水タンク３へ給水することができる。一方、給水弁１４、補給水弁１５および給水分岐弁１６の全てを閉じると、送水ポンプ１３が停止する。

【0024】

補給水タンク５は、給水タンク３への給水を貯留する。補給水タンク５への給水として、本実施例では軟水が用いられる。すなわち、陽イオン交換樹脂等を用いた硬水軟化装置（図示省略）にて水中の硬度成分を除去された軟水は、補給水タンク５に供給され貯留される。補給水タンク５の水位に基づき硬水軟化装置からの給水を制御することで、補給水タンク５の水位は所望に維持される。

【0025】

ヒートポンプ４は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機１７、凝縮器１８、膨張弁１９および蒸発器２０が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機１７は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器１８は、圧縮機１７からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁１９は、凝縮器１８からの液冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器２０は、膨張弁１９からの冷媒の蒸発を図る。

【0026】

従って、ヒートポンプ４は、蒸発器２０において、冷媒が外部から熱を奪って蒸発する一方、凝縮器１８において、冷媒が外部へ放熱して凝縮することになる。これを利用して、本実施例では、ヒートポンプ４は、蒸発器２０において、熱源水から熱をくみ上げ、凝縮器１８において、給水路９の水を加温する。

【0027】

ヒートポンプ４は、さらに、凝縮器１８と膨張弁１９との間に、過冷却器２１を備えるのが好ましい。過冷却器２１は、凝縮器１８より上流側の給水路９の水と、凝縮器１８から膨張弁１９への冷媒との間接熱交換器である。過冷却器２１により、凝縮器１８への給水で、凝縮器１８から膨張弁１９への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器１８から膨張弁１９への冷媒で、凝縮器１８への給水を加温することができる。ヒートポンプ４の冷媒は、好適には、凝縮器１８において潜熱を放出し、過冷却器２１において顕熱を放出する。

【0028】

その他、ヒートポンプ４には、圧縮機１７の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機１７の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器１８の出口側（凝縮器１８と過冷却器２１との間）に受液器を設置したりしてもよい。

【0029】

また、ヒートポンプ４は、その出力を変更可能とされてもよい。たとえば、圧縮機１７のモータの駆動周波数ひいては回転数をインバータで変更することで、ヒートポンプ４の出力を変更することができる。但し、以下においては、ヒートポンプ４は、圧縮機１７のモータの駆動周波数が一定に維持され、一定出力で運転される例について説明する。

【0030】

廃熱回収熱交換器６は、過冷却器２１より上流側の給水路９の水と、蒸発器２０を通過後の熱源水との間接熱交換器である。従って、補給水タンク５からの給水は、給水路９を介して、廃熱回収熱交換器６、過冷却器２１および凝縮器１８に、順に通される。また、給水路９には、廃熱回収熱交換器６と過冷却器２１との間から分岐して、給水分岐路１１が設けられており、廃熱回収熱交換器６を通過後の給水の一部は、給水分岐路１１を介して給水タンク３へ供給可能とされる。一方、熱源水タンク７からの熱源水は、熱源供給路２２を介して、蒸発器２０および廃熱回収熱交換器６に、順に通される。そして、廃熱回収熱交換器６において、蒸発器２０を通過後の熱源水により、給水路９や給水分岐路１１を介した給水タンク３への給水を加温することができる。

【0031】

ところで、前述したとおり、給水分岐路１１は、廃熱回収熱交換器６とヒートポンプ４（具体的にはその過冷却器２１）との間の給水路９から分岐するよう設けられる。そして、この分岐部よりも下流において、給水路９に給水弁１４が設けられる一方、給水分岐路１１に給水分岐弁１６が設けられる。言い換えれば、給水路９には、廃熱回収熱交換器６より下流側に給水弁１４が設けられると共に、廃熱回収熱交換器６より下流側で且つ給水弁１４およびヒートポンプ４より上流側から分岐して給水分岐路１１が設けられ、この給水分岐路１１に給水分岐弁１６が設けられる。なお、図示例では、給水弁１４は、凝縮器１８の出口側に設けられるが、給水分岐路１１との分岐部よりも下流の給水路９であれば、給水弁１４の設置位置は特に問わない。

【0032】

熱源水タンク７は、熱源水を貯留する。熱源水とは、たとえば廃温水（工場などから排出される温水）である。熱源水タンク７には、熱源水の供給路２３が設けられると共に、所定以上の熱源水をあふれさせるオーバーフロー路２４が設けられている。

【0033】

熱源水タンク７の熱源水は、前述したとおり、熱源供給路２２を介して、蒸発器２０に通された後、廃熱回収熱交換器６に通される。熱源供給路２２には、蒸発器２０より上流側に熱源供給ポンプ２５が設けられており、この熱源供給ポンプ２５を作動させることで、熱源水タンク７からの熱源水を、蒸発器２０と廃熱回収熱交換器６とに順に通すことができる。

【0034】

給水タンク３には、水位検出器２６が設けられる。この水位検出器２６は、その構成を特に問わないが、本実施例では電極式水位検出器とされる。この場合、給水タンク３には、長さの異なる複数の電極棒２７〜３２が、その下端部の高さ位置を互いに異ならせて差し込まれて保持される。本実施例では、給水弁１４を制御用の給水開始電極棒２７および給水停止電極棒２８と、給水分岐弁１６を制御用の給水分岐開始電極棒２９および給水分岐停止電極棒３０と、補給水弁１５を制御用の補給水開始電極棒３１と補給水停止電極棒３２とが挿入されている。この際、詳細は後述するが、本実施例では、給水停止電極棒２８、給水分岐停止電極棒３０、補給水停止電極棒３２、給水開始電極棒２７、給水分岐開始電極棒２９および補給水開始電極棒３１の順に、下端部の高さ位置を低くして、給水タンク３に挿入されている。

【0035】

各電極棒２７〜３２は、その下端部が水に浸かるか否かにより、下端部における水位の有無を検出する。以下において、給水開始電極棒２７が検出する水位を給水開始水位Ｈ１、給水停止電極棒２８が検出する水位を給水停止水位Ｈ２、給水分岐開始電極棒２９が検出する水位を給水分岐開始水位Ｈ３、給水分岐停止電極棒３０が検出する水位を給水分岐停止水位Ｈ４、補給水開始電極棒３１が検出する水位を補給水開始水位Ｈ５、補給水停止電極棒３２が検出する水位を補給水停止水位Ｈ６という。

【0036】

熱源水タンクには、熱源水の有無を確認するために、水位検出器３３が設けられる。この水位検出器３３は、その構成を特に問わないが、本実施例では電極式水位検出器とされる。この場合、熱源水タンク７には、低水位検出電極棒３４が差し込まれており、熱源水の水位が設定を下回っていないかを監視する。

【0037】

給水路９には、凝縮器１８の出口側に、出湯温度センサ３５が設けられる。出湯温度センサ３５は、凝縮器１８を通過後の水温を検出する。図示例では、給水路９には、凝縮器１８の出口側に給水弁１４が設けられるが、出湯温度センサ３５は、凝縮器１８より下流であれば、給水弁１４の入口側に設置されてもよいし出口側に設置されてもよい。いずれにしても、出湯温度センサ３５の検出温度に基づき、給水弁１４が制御される。ここでは、給水弁１４は、出湯温度センサ３５の検出温度を目標温度に維持するように開度調整される。これにより、給水路９を介した給水タンク３への給水は、凝縮器１８の出口側水温を目標温度に維持するように、流量が調整される。

【0038】

熱源供給路２２には、蒸発器２０の入口側に、熱源温度センサ３６が設けられる。熱源温度センサ３６は、蒸発器２０へ供給される熱源水の温度を検出する。但し、熱源温度センサ３６は、場合により、熱源水タンク７に設けられてもよい。詳細は後述するが、熱源温度センサ３６の検出温度に基づき、ヒートポンプ４（より具体的には圧縮機１７）の発停と、前記目標温度の変更が可能とされる。

【0039】

次に、本実施例の給水加温システム１の制御（運転方法）について説明する。以下に説明する一連の制御は、図示しない制御器を用いて自動でなされる。すなわち、制御器は、ヒートポンプ４、給水弁１４、補給水弁１５、給水分岐弁１６、熱源供給ポンプ２５、給水タンク３の水位検出器２６、熱源水タンク７の水位検出器３３、出湯温度センサ３５および熱源温度センサ３６などに接続されており、以下の一連の制御を実行する。

【0040】

まず、給水タンク３への給水は、給水タンク３に設けた水位検出器２６の検出信号に基づき、給水弁１４、補給水弁１５および給水分岐弁１６を制御することでなされる。つまり、給水路９を介した給水タンク３への給水は、給水タンク３内の水位が給水開始水位Ｈ１を下回ると開始し、この給水開始水位Ｈ１よりも高い給水停止水位Ｈ２を上回ると停止する。また、給水分岐路１１を介した給水タンク３への給水は、給水タンク３内の水位が給水分岐開始水位Ｈ３を下回ると開始し、この給水分岐開始水位Ｈ３よりも高い給水分岐停止水位Ｈ４を上回ると停止する。さらに、補給水路１０を介した給水タンク３への給水は、給水タンク３内の水位が補給水開始水位Ｈ５を下回ると開始し、この補給水開始水位Ｈ５よりも高い補給水停止水位Ｈ６を上回ると停止する。なお、補給水開始水位Ｈ５は、給水開始水位Ｈ１よりも低く設定され、補給水停止水位Ｈ６は、給水開始水位Ｈ１よりも高いが給水停止水位Ｈ２よりも低く設定され、給水分岐開始水位Ｈ３は、給水開始水位Ｈ１よりも低いが補給水開始水位Ｈ５よりも高く設定され、給水分岐停止水位Ｈ４は、補給水停止水位Ｈ６よりも高いが給水停止水位Ｈ２よりも低く設定される。

【0041】

このような構成であるから、いま、給水停止電極棒２８が水位を検知しているとすると、給水タンク３内の水位が十分にあるとして、給水弁１４、補給水弁１５および給水分岐弁１６を閉じている。給水タンク３からボイラ２への給水により、給水タンク３内の水位が下がり、給水開始電極棒２７が水位を検知しなくなると、給水弁１４を開ける。これにより、給水路９を介して給水タンク３に給水されるが、給水停止電極棒２８が水位を検知すると、給水弁１４を閉じる。

【0042】

一方、給水弁１４を開けても給水タンク３内の水位を回復できず、給水タンク３内の水位がさらに下がり、給水分岐開始電極棒２９が水位を検知しなくなると、給水分岐弁１６も開ける。これにより、給水路９と給水分岐路１１とを介して、給水タンク３に給水されるが、給水分岐停止電極棒３０が水位を検知すると、給水分岐弁１６を閉じ、さらに給水停止電極棒２８が水位を検知すると、給水弁１４を閉じる。

【0043】

他方、給水分岐弁１６を開けても給水タンク３内の水位を回復できず、給水タンク３内の水位がさらに下がり、補給水開始電極棒３１が水位を検知しなくなると、補給水弁１５も開ける。これにより、給水路９、給水分岐路１１および補給水路１０を介して、給水タンク３に給水されるが、補給水停止電極棒３２が水位を検知すると、補給水弁１５を閉じ、給水分岐停止電極棒３０が水位を検知すると、給水分岐弁１６を閉じ、さらに給水停止電極棒２８が水位を検知すると、給水弁１４を閉じる。

【0044】

なお、給水弁１４を開けて（また所望により給水分岐弁１６も開けて）、給水路９を介した（また所望により給水分岐路１１も介した）給水タンク３への給水中、熱源供給ポンプ２５も作動させる。

【0045】

このように、本実施例では、給水路９からの給水では足りない場合、まずは給水分岐路１１からの給水を行うことで、廃熱回収熱交換器６にて加温した給水を行うことができる。つまり、優先度の高い方から、給水路９経由の給水、給水分岐路１１経由の給水、および補給水路１０経由の給水の順に、優先度を付けた給水を実施することができる。これにより、補給水路１０を介した比較的低温の給水を抑制して、給水タンク３内の水温低下を防止することができる。

【0046】

ヒートポンプ４は、基本的には、給水路９を介した給水中（それに伴い熱源供給路２２に熱源水を通水中）に作動するが、後述するように所定の場合に停止する。ヒートポンプ４は、その圧縮機１７の作動の有無により、運転と停止が切り替えられる。ヒートポンプ４の運転中、圧縮機１７は、モータの駆動周波数が一定に維持され、一定出力を維持される。

【0047】

給水路９を介した給水タンク３への給水中、出湯温度センサ３５の検出温度を目標温度に維持するように、給水弁１４の開度が調整される（出湯温度一定制御）。後述するように、状況に応じて、目標温度は変更される。

【0048】

前述したように、本実施例の給水加温システム１では、給水タンク３内の水位に基づき、給水路９を介した給水タンク３への給水が制御されるが、給水路９を介した給水タンク３への給水中、熱源温度センサ３６により蒸発器２０への熱源水温度を監視し、その温度が設定温度以上になると、ヒートポンプ４を停止させるのがよい。その場合でも、給水タンク３内の水位に基づく給水条件が満たされる限りは、給水路９を介して給水タンク３へ給水する。

【0049】

より詳細には、本実施例では、次のように制御される。すなわち、給水路９を介した給水タンク３への給水中、熱源温度センサ３６の検出温度が設定温度（たとえば６０℃）未満であれば、ヒートポンプ４を作動させた状態で、出湯温度センサ３５の検出温度を第一目標温度（たとえば７５℃）に維持するように、給水弁１４の開度を調整して、給水路９を介した給水タンク３への給水流量を調整する（第一制御）。なお、ここでは、第一目標温度は、前記設定温度よりも高い温度とされる。

【0050】

一方、給水路９を介した給水タンク３への給水中、熱源温度センサ３６の検出温度が設定温度（たとえば６０℃）以上になると、第二制御に切り替える。第二制御では、ヒートポンプ４を停止させる。その場合でも、給水タンク３内の水位に基づく給水条件が満たされる限りは、給水路９を介して給水タンク３へ給水するが、凝縮器１８の出口側水温の制御目標温度を下げるのが好ましい。つまり、出湯温度センサ３５の検出温度を第一目標温度よりも低い第二目標温度（たとえば６０℃）に維持するように、給水弁１４の開度を調整して、給水路９を介した給水タンク３への給水流量を調整する。なお、ここでは、第二目標温度は、前記設定温度と同一温度とされるが、場合により、前記設定温度よりも低い温度とされてもよい。

【0051】

このように、蒸発器２０への熱源水温度が設定温度未満であれば、ヒートポンプ４を作動させた状態で、凝縮器１８の出口側水温を第一目標温度に維持するように、給水路９を介した給水タンク３への給水流量を調整することで、給水源の水温や熱源水の温度に拘わらず、所望温度の温水を得ることができる。一方、蒸発器２０への熱源水温度が設定温度以上になると、ヒートポンプ４を停止させるので、圧縮機１７の保護を図ることができる。但し、その場合でも、廃熱回収熱交換器６において、給水と熱源水とを熱交換して、熱源水からの熱回収を図ることができる。しかも、凝縮器１８の出口側水温の制御目標温度を、第一目標温度よりも低い第二目標温度に切り替えることで、給水路９を介した給水タンク３への給水流量をある程度以上に確保して、熱源水からの熱回収を有効に図ることができる。

【0052】

第二制御から第一制御への切替えは、次のように行われる。すなわち、ヒートポンプ４を停止した状態で、出湯温度センサ３５の検出温度を第二目標温度に維持するように、給水路９を介した給水タンク３への給水流量を調整中（つまり第二制御中）、熱源温度センサ３６の検出温度が設定温度未満を設定時間（たとえば６０秒）継続した場合には、第一制御に戻される。つまり、ヒートポンプ４を再起動して、出湯温度センサ３５の検出温度を第一目標温度に維持するように、給水路９を介した給水タンク３への給水流量を調整する制御に切り替えればよい。

【0053】

但し、第二制御から第一制御への切替えは、次のように行ってもよい。すなわち、ヒートポンプ４を停止した状態で、出湯温度センサ３５の検出温度を第二目標温度に維持するように、給水路９を介した給水タンク３への給水流量を調整中（つまり第二制御中）、熱源温度センサ３６の検出温度が設定温度よりも低い所定温度（たとえば５８℃）未満になった場合には、第一制御に戻される。つまり、ヒートポンプ４を再起動して、出湯温度センサ３５の検出温度を第一目標温度に維持するように、給水路９を介した給水タンク３への給水流量を調整する制御に切り替えればよい。

【0054】

いずれにしても、蒸発器２０への熱源水温度が所定に下がると、ヒートポンプ４を停止させた第二制御から、ヒートポンプ４を稼働させた第一制御に戻すことができる。このようにして、蒸発器２０への熱源水温度に応じて、第一制御と第二制御との切り替えが行われる。

【0055】

本発明の給水加温システム１は、前記実施例の構成（制御を含む）に限らず、適宜変更可能である。特に、廃熱回収熱交換器６と凝縮器１８との双方を介する給水路９と、廃熱回収熱交換器６を介するが凝縮器１８を介さない給水分岐路１１と、廃熱回収熱交換器６と凝縮器１８との双方を介さない補給水路１０とにより給水可能な給水タンク３を備え、給水タンク３内の水位に基づき、給水路９、給水分岐路１１および補給水路１０の各給水の有無を切替可能であれば、その他の構成は適宜に変更可能である。たとえば、前記実施例において、過冷却器２１の設置を省略してもよい。

【0056】

また、前記実施例では、給水タンク３の水位検出器２６として、電極式水位検出器を用いたが、水位に応じた連続的な出力を得られるアナログ式水位検出器を用いてもよい。具体的には、給水タンク３内の水位に応じて水圧が変わることを利用した水圧式の水位検出器を用いることができるが、これに代えて圧力センサを用いることもできる。あるいは、静電容量式の水位検出器を用いることもできる。いずれの場合も、前記実施例と同様の制御を実施することができる。

【0057】

また、前記実施例では、給水分岐弁１６や補給水弁１５は、オンオフ制御により開閉を切り替えられたが、場合により水位に応じて開度調整されてもよい。たとえば、給水分岐弁１６は、給水分岐開始水位Ｈ３にて開放された後、給水タンク３内の水位が下がるほど、段階的にまたは連続的に開度を大きくするよう制御されてもよい。また、同様に、補給水弁１５は、補給水開始水位Ｈ５にて開放された後、給水タンク３内の水位が下がるほど、段階的にまたは連続的に開度を大きくするよう制御されてもよい。

【0058】

また、前記実施例では、給水路９と補給水路１０との上流部を共通管路１２として、その共通管路１２に送水ポンプ１３を設けたが、次のように構成してもよい。すなわち、図１において、送水ポンプ１３の設置を省略する代わりに、給水路９と補給水路１０との分岐部よりも下流において、廃熱回収熱交換器６への給水路９に給水ポンプを設ける一方、補給水路１０に補給水弁１５に代えてまたはそれに加えて補給水ポンプを設けてもよい。この場合において、給水路９と補給水路１０とは、上流部が共通管路１２として補給水タンク５に接続される以外に、個別に補給水タンク５に接続されてもよい。そして、給水弁１４や給水分岐弁１６を開く際、給水ポンプを作動させればよいし、補給水弁１５を開く際、補給水ポンプを作動させるか、補給水弁１５に代えて補給水ポンプを設置する場合、給水タンク３内の水位に応じて補給水ポンプの発停を制御すればよい。

【0059】

また、前記実施例では、給水路９と補給水路１０とは、下流側において、個別に給水タンク３に接続されたが、上流側と同様に共通管路として（つまり合流させて）給水タンク３に接続されてもよい。

【0060】

また、図１では、給水タンク３への給水を貯留するために補給水タンク５を設置したが、場合により補給水タンク５の設置を省略して、給水源（たとえば硬水軟化装置）から直接に給水路９および補給水路１０に水を通してもよい。

【0061】

また、前記実施例では、ボイラ２の給水タンク３への給水をヒートポンプ４で加温できるシステムについて説明したが、給水タンク３の貯留水の利用先は、ボイラ２に限らず適宜に変更可能である。

【0062】

また、前記実施例では、ヒートポンプ４の熱源として熱源水を用いた例について説明したが、ヒートポンプ４の熱源流体として、熱源水に限らず、空気や排ガスなど各種の流体を用いることができる。

【0063】

また、前記実施例では、ヒートポンプ４を運転する際、圧縮機１７のモータの駆動周波数を一定に維持したが、場合により、圧縮機１７の吐出圧を所定に維持するように制御してもよい。あるいは、給水タンク３内の水位、または蒸発器２０への熱源水温度などに基づき、圧縮機１７の出力を調整してもよい。

【0064】

また、ヒートポンプ４は、単段に限らず複数段とすることもできる。ヒートポンプ４を複数段にする場合、隣接する段のヒートポンプ同士は、間接熱交換器を用いて接続されてもよいし、直接熱交換器（中間冷却器）を用いて接続されてもよい。後者の場合、低段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と高段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が低段ヒートポンプの凝縮器であると共に高段ヒートポンプの蒸発器とされる。このように、複数段（多段）のヒートポンプには、一元多段のヒートポンプの他、複数元（多元）のヒートポンプ、あるいはそれらの組合せのヒートポンプが含まれる。

【0065】

さらに、前記実施例では、ヒートポンプ４の圧縮機１７は、電気モータにより駆動されたが、圧縮機１７の駆動源は特に問わない。たとえば、圧縮機１７は、電気モータに代えてまたはそれに加えて、蒸気を用いて動力を起こすスチームモータ（蒸気エンジン）に駆動されたり、ガスエンジンにより駆動されたりしてもよい。

【符号の説明】

【0066】

１ 給水加温システム
２ ボイラ
３ 給水タンク
４ ヒートポンプ
５ 補給水タンク
６ 廃熱回収熱交換器
７ 熱源水タンク
８ ポンプ
９ 給水路
１０ 補給水路
１１ 給水分岐路
１２ 共通管路
１３ 送水ポンプ
１４ 給水弁
１５ 補給水弁
１６ 給水分岐弁
１７ 圧縮機
１８ 凝縮器
１９ 膨張弁
２０ 蒸発器
２１ 過冷却器
２２ 熱源供給路
２３ 熱源水の供給路
２４ オーバーフロー路
２５ 熱源供給ポンプ
２６ 水位検出器
２７ 給水開始電極棒
２８ 給水停止電極棒
２９ 給水分岐開始電極棒
３０ 給水分岐停止電極棒
３１ 補給水開始電極棒
３２ 補給水停止電極棒
３３ 水位検出器
３４ 低水位検出電極棒
３５ 出湯温度センサ
３６ 熱源温度センサ
Ｈ１ 給水開始水位
Ｈ２ 給水停止水位
Ｈ３ 給水分岐開始水位
Ｈ４ 給水分岐停止水位
Ｈ５ 補給水開始水位
Ｈ６ 補給水停止水位

【図1】