特開 2021-134933 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2021-134933(P2021-134933A)

(43)【公開日】2021年9月13日

(54)【発明の名称】給水加温システム

(51)【国際特許分類】

   F24H 4/02 20060101AFI20210816BHJP

   F25B 30/02 20060101ALI20210816BHJP

【ＦＩ】

   F24H4/02 Z

   F25B30/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2020-28564(P2020-28564)

(22)【出願日】2020年2月21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】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】伊佐 一馬

(72)【発明者】

【氏名】大下 悟

(72)【発明者】

【氏名】大谷 和之

(72)【発明者】

【氏名】大沢 智也

(72)【発明者】

【氏名】金丸 真嘉

【テーマコード（参考）】

3L122

【Ｆターム（参考）】

3L122AA02

3L122AA23

3L122AB24

3L122AC26

3L122BA02

3L122BA17

3L122BB02

3L122BB06

3L122BB13

3L122BB14

3L122BC17

3L122BC22

3L122DA23

3L122DA33

3L122DA34

3L122EA09

3L122EA52

3L122EA62

(57)【要約】

【課題】ヒートポンプ回路と熱回収用熱交換器を併用した給水加温システムにおいて、一層の高効率化を図る。
【解決手段】給水加温システム１であって、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が冷媒循環ラインＬ９により環状に接続され、圧縮機１１の駆動により凝縮器１２で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路１０と、熱回収用熱交換器４０と、熱回収用熱交換器４０および蒸発器１４の順に熱源流体を流通させる熱源流体ラインＬ５と、熱回収用熱交換器４０および凝縮器１２の順に給水Ｗ１を流通させる給水ラインＬ１と、圧縮機１１に流入するガス冷媒Ｒの過熱度に基づいて制御され、冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段と、凝縮器１２から流出する給水Ｗ１の出湯温度に基づいて制御され、給水流量を調整する給水流量調整手段と、冷媒流量調整手段および給水流量調整手段を制御する制御手段と、を備える。
【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冷媒循環ラインにより環状に接続され、前記圧縮機の駆動により前記凝縮器で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路と、
熱回収用熱交換器と、
前記熱回収用熱交換器および前記蒸発器の順に熱源流体を流通させる熱源流体ラインと、
前記熱回収用熱交換器および前記凝縮器の順に給水を流通させる給水ラインと、
前記圧縮機に流入するガス冷媒の過熱度に基づいて制御され、冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段と、
前記凝縮器から流出する給水の出湯温度に基づいて制御され、給水流量を調整する給水流量調整手段と、
前記冷媒流量調整手段および給水流量調整手段を制御する制御手段と、を備える給水加温システム。

【請求項2】

前記熱源流体ラインは、前記熱回収用熱交換器で熱源流体と給水をカウンターフローで熱交換させた後、前記蒸発器で熱源流体と液冷媒をカウンターフローで熱交換させる接続構成である、請求項１に記載の給水加温システム。

【請求項3】

前記圧縮機に流入するガス冷媒の吸込温度を検知する吸込温度センサと、
前記蒸発器から流出するガス冷媒の蒸気圧力を検知する蒸気圧力センサと、
前記凝縮器から流出する給水の出湯温度を検知する出湯温度センサと、を備え、
前記制御手段は、
前記蒸気圧力センサの検知圧力から液冷媒の蒸発温度を求めると共に、前記吸込温度センサの検知温度から前記蒸発温度を差し引いてガス冷媒の過熱度を算出し、当該算出過熱度が目標過熱度になるように前記冷媒流量調整手段を制御し、
前記出湯温度センサの検知温度が目標出湯温度になるように前記給水流量調整手段を制御する、請求項１または請求項２に記載の給水加温システム。

【請求項4】

前記蒸発器に流入する前の熱源流体の温度を検知する熱源温度センサを備え、
前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度に応じて前記目標過熱度を設定する、請求項３に記載の給水加温システム。

【請求項5】

前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度の変動が大きいと判定した場合、前記目標過熱度を大きくする、請求項４に記載の給水加温システム。

【請求項6】

前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度が安定していると判定した場合、前記目標過熱度を小さくする、請求項４または請求項５に記載の給水加温システム。

【請求項7】

前記凝縮器に流入する前の給水の温度を検知する給水温度センサを備え、
前記制御手段は、前記給水温度センサの検知温度に応じて前記目標出湯温度を設定する、請求項３〜６のいずれか１項に記載の給水加温システム。

【請求項8】

前記凝縮器に流入する前の給水の温度を検知する給水温度センサを備え、
前記目標出湯温度は、上限値と下限値の間の値に設定可能であり、前記下限値は、前記給水温度センサの検知温度に所定値を加えた値であって、前記給水温度センサの検知温度が高くなるほど高い値である、請求項３〜６のいずれか１項に記載の給水加温システム。

【請求項9】

前記熱回収用熱交換器に対して給水をバイパス、および／または、前記熱回収用熱交換器に対して熱源流体をバイパスさせる１本ないし２本のバイパスラインと、
給水および熱源流体を同時に前記熱回収用熱交換器に流通させる給水予熱モードと、給水および熱源流体の少なくとも一方を前記バイパスラインに流通させる予熱停止モードと、を切り替える予熱モード切替手段と、を備える、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の給水加温システム。

【請求項10】

前記熱回収用熱交換器に流入する前の給水の温度を検知する熱交換器流入前給水温度センサと、
前記熱回収用熱交換器に流入する前の熱源流体の温度を検知する熱交換器流入前熱源温度センサと、を備え、
前記制御手段は、
前記熱交換器流入前給水温度センサによる第１検知温度と、前記熱交換器流入前熱源温度センサによる第２検知温度と、を比較し、
前記第１検知温度が前記第２検知温度を下回っている場合には、前記給水予熱モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御し、
前記第１検知温度が前記第２検知温度を上回っている場合には、前記予熱停止モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御する、
請求項９に記載の給水加温システム。

【請求項11】

前記制御手段は、
前記給水予熱モードまたは前記予熱停止モードの種別を指定する予熱モード指定信号を受け付ける信号入力部と、
前記信号入力部に入力された前記予熱モード指定信号に従い、前記給水予熱モードまたは前記予熱停止モードを実行させるように前記予熱モード切替手段を制御する予熱モード切替制御部と、を有する、請求項９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、給水加温システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、工場などの事業所では、温室効果ガスである二酸化炭素の排出量削減を目的として、各種設備で廃棄されている未利用熱を活用する取り組みが進められている。そこで、特許文献１および特許文献２に示されるように、廃温水を熱源とするヒートポンプ回路によりボイラ給水を加温し、ボイラの燃料使用量を削減する未利用熱活用システム（給水加温システム）が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−２１０１１８号公報

【特許文献2】特開２０１４−１６９８１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１、２に記載された給水加温システムは、ボイラ給水の加温だけでなく、様々な生産プロセスにおける用水の加温にも適用できるものである。特許文献１に係るシステムは、蒸発器および熱回収用熱交換器の順に熱源流体（廃温水）を流通させると共に、熱回収用熱交換器、過冷却器および凝縮器の順に給水（冷水）を流通させる構成である。この構成により、特許文献１に係るシステムでは、熱回収用熱交換器および過冷却器のない従来型のヒートポンプシステムに比べてＣＯＰ（成績係数：エネルギー消費効率）を格段に高めることに成功している。その一方で、このシステムは、熱源流体の温度が比較的低温（例えば４０℃以下）になると、熱回収用熱交換器の効力がなくなるという課題を有していた。
これに対し、特許文献２に係るシステムは、熱回収用熱交換器よび蒸発器の順に熱源流体（廃温水）を流通させる構成としている。この構成により、特許文献２に係るシステムでは、熱源流体の温度が給水よりも高ければ、熱回収用熱交換器の効力を最大限に発揮させることができる。特許文献２に係るシステムは、幅広い温度領域の熱源流体に対して高いＣＯＰで熱回収を可能とするものであるが、ハイレベルの二酸化炭素排出量削減目標を掲げている事業場向けに更なる高効率化が望まれている。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ヒートポンプ回路と熱回収用熱交換器を併用した給水加温システムにおいて、一層の高効率化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が冷媒循環ラインにより環状に接続され、前記圧縮機の駆動により前記凝縮器で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路と、熱回収用熱交換器と、前記熱回収用熱交換器および前記蒸発器の順に熱源流体を流通させる熱源流体ラインと、前記熱回収用熱交換器および前記凝縮器の順に給水を流通させる給水ラインと、前記圧縮機に流入するガス冷媒の過熱度に基づいて制御され、冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段と、前記凝縮器から流出する給水の出湯温度に基づいて制御され、給水流量を調整する給水流量調整手段と、前記冷媒流量調整手段および給水流量調整手段を制御する制御手段と、を備える給水加温システムに関する。

【0007】

また、前記熱源流体ラインは、前記熱回収用熱交換器で熱源流体と給水をカウンターフローで熱交換させた後、前記蒸発器で熱源流体と液冷媒をカウンターフローで熱交換させる接続構成であることが好ましい。

【0008】

また、前記圧縮機に流入するガス冷媒の吸込温度を検知する吸込温度センサと、前記蒸発器から流出するガス冷媒の蒸気圧力を検知する蒸気圧力センサと、前記凝縮器から流出する給水の出湯温度を検知する出湯温度センサと、を備え、前記制御手段は、前記蒸気圧力センサの検知圧力から液冷媒の蒸発温度を求めると共に、前記吸込温度センサの検知温度から前記蒸発温度を差し引いてガス冷媒の過熱度を算出し、当該算出過熱度が目標過熱度になるように前記冷媒流量調整手段を制御し、前記出湯温度センサの検知温度が目標出湯温度になるように前記給水流量調整手段を制御することが好ましい。

【0009】

また、前記蒸発器に流入する前の熱源流体の温度を検知する熱源温度センサを備え、前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度に応じて前記目標過熱度を設定することが好ましい。

【0010】

また、前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度の変動が大きいと判定した場合、前記目標過熱度を大きくすることが好ましい。

【0011】

また、前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度が安定していると判定した場合、前記目標過熱度を小さくすることが好ましい。

【0012】

また、前記凝縮器に流入する前の給水の温度を検知する給水温度センサを備え、前記制御手段は、前記給水温度センサの検知温度に応じて前記目標出湯温度を設定することが好ましい。

【0013】

また、前記凝縮器に流入する前の給水の温度を検知する給水温度センサを備え、前記目標出湯温度は、上限値と下限値の間の値に設定可能であり、前記下限値は、前記給水温度センサの検知温度に所定値を加えた値であって、前記給水温度センサの検知温度が高くなるほど高い値であることが好ましい。

【0014】

また、前記熱回収用熱交換器に対して給水をバイパス、および／または、前記熱回収用熱交換器に対して熱源流体をバイパスさせる１本ないし２本のバイパスラインと、給水および熱源流体を同時に前記熱回収用熱交換器に流通させる給水予熱モードと、給水および熱源流体の少なくとも一方を前記バイパスラインに流通させる予熱停止モードと、を切り替える予熱モード切替手段と、を備えることが好ましい。

【0015】

また、前記熱回収用熱交換器に流入する前の給水の温度を検知する熱交換器流入前給水温度センサと、前記熱回収用熱交換器に流入する前の熱源流体の温度を検知する熱交換器流入前熱源温度センサと、を備え、前記制御手段は、前記熱交換器流入前給水温度センサによる第１検知温度と、前記熱交換器流入前熱源温度センサによる第２検知温度と、を比較し、前記第１検知温度が前記第２検知温度を下回っている場合には、前記給水予熱モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御し、前記第１検知温度が前記第２検知温度を上回っている場合には、前記予熱停止モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御することが好ましい。

【0016】

また、前記制御手段は、前記給水予熱モードまたは前記予熱停止モードの種別を指定する予熱モード指定信号を受け付ける信号入力部と、前記信号入力部に入力された前記予熱モード指定信号に従い、前記給水予熱モードまたは前記予熱停止モードを実行させるように前記予熱モード切替手段を制御する予熱モード切替制御部と、を有することが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、ヒートポンプ回路と熱回収用熱交換器を併用した給水加温システムにおいて、一層の高効率化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る給水加温システムを模式的に示す図である。

【図2】上記実施形態の制御部を示すブロック図である。

【図3】熱源温度センサの検知温度の変動を示すグラフである。

【図4】上記実施形態における、目標出湯温度の設定可能範囲を示す図である。

【図5】ヒートポンプサイクルを説明するためのモリエル線図である。

【図6A】上記実施形態における、通水モード切替制御の状態遷移図である。

【図6B】上記実施形態における、目標過熱度の設定処理の流れを示すフローチャートである。

【図6C】上記実施形態における、予熱モード切替制御の流れを示すフローチャートである。

【図7】上記実施形態の変形例に係る給水加温システムを模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の給水加温システム１の好ましい一実施形態について、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。

【0020】

図１は、本実施形態に係る給水加温システム１の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、給水加温システム１は、熱回収用熱交換器４０およびヒートポンプ回路１０で加温した給水Ｗ１を、温水Ｗ２として温水需要箇所に供給するシステムである。

【0021】

より詳細には、本実施形態の給水加温システム１は、給水Ｗ１として利用される補給水Ｗを貯留する補給水タンク７０と、給水Ｗ１を加温する熱回収用熱交換器４０およびヒートポンプ回路１０と、加温された給水Ｗ１を温水Ｗ２として貯留する温水タンク６０と、熱源流体としての熱源水Ｗ５を貯留する熱源水タンク５０を備える。
また、本実施形態の給水加温システム１は、熱回収用熱交換器４０およびヒートポンプ回路１０の凝縮器１２の順に給水Ｗ１を流通させる給水ラインＬ１と、温水タンク６０内の温水Ｗ２を熱回収用熱交換器４０よりも上流側に還流させる還流ラインＬ２と、熱回収用熱交換器４０に対して給水Ｗ１をバイパスさせるバイパスラインＬ３と、温水タンク６０内の温水Ｗ２を温水需要箇所に供給するための温水供給ラインＬ４と、熱回収用熱交換器４０およびヒートポンプ回路１０の蒸発器１４に熱源流体としての熱源水Ｗ５を流通させる熱源流体ラインＬ５と、を備える。

【0022】

補給水タンク７０は、熱回収用熱交換器４０およびヒートポンプ回路１０で加温する給水Ｗ１として利用される補給水Ｗを貯留するタンクであり、給水ラインＬ１が接続されている。

【0023】

熱回収用熱交換器４０は、給水ラインＬ１を流れる給水Ｗ１と、熱源流体ラインＬ５を流れる熱源水Ｗ５との間の間接熱交換を行う間接熱交換器である。より詳細には、熱回収用熱交換器４０は、ヒートポンプ回路１０の凝縮器１２を通過する前の給水Ｗ１と、ヒートポンプ回路１０の蒸発器１４を通過する前の熱源水Ｗ５との間で熱交換を行う。
給水ラインＬ１の給水Ｗ１は、熱回収用熱交換器４０および凝縮器１２の順に通過し、熱源流体ラインＬ５の熱源水Ｗ５は、熱回収用熱交換器４０および蒸発器１４の順に通過する。

【0024】

ヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が冷媒循環ラインＬ９により環状に接続され、圧縮機１１の駆動により凝縮器１２で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路である。この冷媒循環ラインＬ９には冷媒Ｒが流れる。
圧縮機１１は、駆動源としての電気モータ１５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Ｒにする。凝縮器１２は、給水ラインＬ１を通じて送られてくる給水Ｗ１へ放熱して、圧縮機１１からの冷媒Ｒを凝縮液化する。膨張弁１３は、凝縮器１２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１４は、熱源流体ラインＬ５を通じて送られてくる熱源水Ｗ５から吸熱して、膨張弁１３から送られる冷媒Ｒを蒸発させる。
このように、ヒートポンプ回路１０は、蒸発器１４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１２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、ヒートポンプ回路１０は、蒸発器１４において、熱源水Ｗ５から熱をくみ上げ、凝縮器１２において、給水ラインＬ１の給水Ｗ１を加温する。

【0025】

ヒートポンプ回路の冷媒循環ラインＬ９には、圧縮機１１に流入するガス冷媒Ｒの吸込温度を検知する吸込温度センサ１７と、蒸発器１４から流出するガス冷媒Ｒの蒸気圧力を検知する蒸気圧力センサ１８と、が設けられている。

【0026】

ここで、膨張弁１３は、ヒートポンプ回路１０の冷媒循環ラインＬ９を流れる冷媒Ｒの流量を調整する冷媒流量調整手段を構成する。具体的には、膨張弁１３は、比例制御式のニードル弁として構成され、駆動用ステッピングモータの回転数制御によりニードル弁のストロークを変え、弁開度を調節することで、冷媒Ｒの流量を調整することができる。

【0027】

温水タンク６０は、熱回収用熱交換器４０およびヒートポンプ回路１０で加温された給水Ｗ１を温水Ｗ２として貯留するタンクである。
温水タンク６０内に貯留された温水Ｗ２は、循環して加温することが可能である。具体的には、温水タンク６０内の温水Ｗ２は、還流ラインＬ２を通じて給水ラインＬ１と合流し、給水ラインＬ１を通じて、再度、熱回収用熱交換器４０および凝縮器１２を通過して加温され、温水タンク６０内に戻ることが可能である。
そして、温水タンク６０には、温水タンク６０内の温水Ｗ２の温度を検知する温水温度センサ６１を備える。また、温水タンク６０には、温水タンク６０内の水位を検出する水位検出部６２が設けられている。本実施形態においては、水位検出部６２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いる。具体的には、長さの異なる２本の電極棒６２１、６２２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ている。本実施形態においては、電極棒６２１、６２２が、順に下端部の高さ位置を低くして、温水タンク６０に挿入されている。各電極棒６２１、６２２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。
本実施形態においては、温水温度センサ６１および水位検出部６２の検出結果を用いるなどして、制御部１００が、後述の通水モードの切り替え制御を行う。この制御内容については、追って詳細に説明する。

【0028】

熱源水タンク５０は、ヒートポンプ回路１０の熱源流体としての熱源水Ｗ５を貯留する。熱源水Ｗ５としては、例えば工場の廃温水などが用いられる。熱源水タンク５０には、所定以上の熱源水をあふれさせる不図示のオーバーフローラインが設けられている。また、熱源水タンク５０には、熱源水が所定の低水位を下回っていないことを監視するための、不図示の水位検出部が設けられている。

【0029】

給水ラインＬ１は、その上流側が補給水タンク７０に接続され、その下流側が温水タンク６０に接続されている。そして、給水ラインＬ１には、上流側から、給水ポンプ２１、第１逆止弁２３、第１給水温度センサ２４、バイパスライン分岐部に配置された三方弁２５、熱回収用熱交換器４０、第２給水温度センサ２６、凝縮器１２、出湯温度センサ２７が順次配置されている。

【0030】

給水ポンプ２１は、インバータにより回転数を制御可能とされる。給水ポンプ２１の回転数を変更することで、後述の一過通水モードの場合において、給水ラインＬ１を介した温水タンク６０への給水流量を調整することができる。すなわち、この給水ポンプ２１は、一過通水モード時における給水流量調整手段を構成する。
第１逆止弁２３は、後述の還流ラインＬ２の合流部よりも上流側に設けられている。これにより、後述の循環通水モードの際に、温水Ｗ２が補給水タンク７０側に流れ込むのを防ぐ。
第１給水温度センサ２４は、熱回収用熱交換器４０に流入する前の給水Ｗ１の温度を検知する熱交換器流入前給水温度センサである。この第１給水温度センサ２４は、バイパスラインＬ３の分岐部の上流側に設けられている。
三方弁２５は、バイパスラインＬ３の分岐部に配置されている。この三方弁２５は、熱回収用熱交換器４０に対して給水Ｗ１をバイパスさせるか否かを切り替える手段であり、予熱モード切替手段を構成する。バイパスラインＬ３は、熱回収用熱交換器４０に対して給水Ｗ１をバイパスさせるバイパスラインである。
第２給水温度センサ２６は、ヒートポンプ回路１０の凝縮器１２に流入する前の給水Ｗ１の温度を検知する給水温度センサである。この第２給水温度センサ２６は、凝縮器１２の上流側に配置されており、本実施形態においては、熱回収用熱交換器４０の下流側に配置されている。
出湯温度センサ２７は、凝縮器１２から流出する加温された給水Ｗ１の出湯温度を検知する。

【0031】

還流ラインＬ２は、その上流側が温水タンク６０に接続され、その下流側が給水ラインＬ１に接続されている。そして、還流ラインＬ２には、上流側から、還流ポンプ３１（循環ポンプ３１）、第２逆止弁３３が順次配置されている。

【0032】

還流ポンプ３１は、インバータにより回転数を制御可能とされる。還流ポンプ３１の回転数を変更することで、後述の循環通水モードの場合において、還流ラインＬ２および給水ラインＬ１を介して温水タンク６０に戻るように循環する給水流量を調整することができる。すなわち、この還流ポンプ３１は、循環通水モード時における給水流量調整手段を構成する。
第２逆止弁３３は、還流ラインＬ２において、給水ラインＬ１と還流ラインＬ２の合流部よりも上流側に設けられている。これにより、後述の一過通水モードの際に、補給水タンク７０からの補給水Ｗが温水タンク６０側に流れ込むのを防ぐ。

【0033】

このような給水ラインＬ１と還流ラインＬ２を備えることにより、還流ポンプ３１を停止した状態で給水ポンプ２１を作動させると、補給水タンク７０からの補給水Ｗを給水Ｗ１として、熱回収用熱交換器４０および凝縮器１２の順に通して加温しながら温水タンク６０へ給水することができる。これを、一過通水モードという。一方、給水ポンプ２１を停止した状態で還流ポンプ３１を作動させると、温水タンク６０内の温水Ｗ２を給水Ｗ１として熱回収用熱交換器４０および凝縮器１２の順に通して再加温しながら温水タンク６０へ戻して、温水タンク６０内の貯留水を循環させることができる。これを、循環通水モードという。また、給水ポンプ２１および還流ポンプ３１を共に停止すると、熱回収用熱交換器４０および凝縮器１２への通水を停止することができる。これを、通水停止モードという。

【0034】

すなわち、本実施形態においては、給水ポンプ２１および還流ポンプ３１が、還流ラインＬ２に温水Ｗ２を流通させずに凝縮器１２に通水する一過通水モードと、還流ラインＬ２に温水Ｗ２を流通させながら凝縮器１２に通水する循環通水モードと、凝縮器１２への通水を停止する通水停止モードと、を切り替える通水モード切替手段を構成している。

【0035】

そして、温水タンク６０内の温水Ｗ２は、温水供給ラインＬ４を通じて、温水需要箇所に供給される。
温水供給ラインＬ４には、温水供給ポンプ６３が設けられている。温水需要箇所の例としては、蒸気ボイラの給水利用が挙げられる。但し、温水Ｗ２の利用先は、蒸気ボイラに限らない。例えば、食品・飲料・薬品用の容器洗浄や、パストライザー殺菌（瓶詰の殺菌）等に、本実施形態の給水加温システム１により製造した温水Ｗ２を利用してもよい。この場合は、常に、６０℃〜８０℃程度の高温域の温水Ｗ２の供給が求められることがある。本実施形態の給水加温システム１によれば、このような、常に所定の温度範囲内の温度の温水の供給が要求される用途において、例えば、温水タンク６０内に加温された給水Ｗ１のみが供給されるシステム（温水タンク６０内に加温されていない補給水が直接供給されないシステム）において、特に好適に、温水を効率よく加温し、かつその温度を維持しつつ供給することができる。

【0036】

熱源流体ラインＬ５には、上流側から、熱源供給ポンプ５３、第１熱源温度センサ５４、熱回収用熱交換器４０、第２熱源温度センサ５５、蒸発器１４が順次配置されている。
熱源供給ポンプ５３を作動させることで、熱源水タンク５０からの熱源水Ｗ５を、熱回収用熱交換器４０と蒸発器１４の順に流通させることができる。
第１熱源温度センサ５４は、熱回収用熱交換器に流入させる前の熱源水Ｗ５の温度を検知する、熱交換器流入前熱源温度センサである。なお、本実施形態においては、第１熱源温度センサ５４は、熱源流体ラインＬ５に設けられているが、このセンサは、熱源水タンク５０に設けられていてもよい。
第２熱源温度センサ５５は、蒸発器１４で冷媒Ｒとの間で熱交換を行う熱源流体の温度を検知する熱源温度センサである。本実施形態においては、蒸発器１４に流入する前の熱源水Ｗ５の温度を検出している。この第２熱源温度センサ５５は、蒸発器１４の上流側に配置されており、本実施形態においては、熱回収用熱交換器４０の下流側に配置されている。

【0037】

なお、上述のとおり、熱源流体ラインＬ５は、熱回収用熱交換器４０および蒸発器１４の順に熱源水Ｗ５を流通させる接続構成となっている。
このように、熱源水Ｗ５を先に熱回収用熱交換器４０に流すことで給水Ｗ１の予熱量を増やし、熱回収用熱交換器４０の熱出力をアップさせることができる。なお、熱源水Ｗ５の温度が高いほど熱出力を高める効果が大きい。

【0038】

また、熱源流体ラインＬ５は、図１に示すとおり、熱回収用熱交換器４０で熱源水Ｗ５と給水Ｗ１をカウンターフローで熱交換させた後、蒸発器１４で熱源水Ｗ５と液冷媒Ｒをカウンターフローで熱交換させる接続構成となっている。
このように、熱回収用熱交換器４０および蒸発器１４の順に熱源水Ｗ５を流し、かつ熱回収用熱交換器４０と蒸発器１４のそれぞれで給水Ｗ１の流れ方向に対してカウンターフローで流すことにより、熱回収量の最大化を図ることができる。

【0039】

次に、本実施形態の給水加温システム１の制御部１００について説明する。図２は、本実施形態の給水加温システム１の制御手段としての制御部１００のブロック図である。制御部１００は、目標過熱度設定部１１１と、過熱度算出部１１２と、冷媒流量制御部１１３と、目標出湯温度設定可能範囲決定部１２１と、目標出湯温度設定部１２２と、給水流量制御部１２３と、通水モード切替制御部１３０と、予熱モード切替制御部１４０と、信号入力部１５０と、記憶部１６０と、を備える。

【0040】

目標過熱度設定部１１１は、熱源温度センサとしての第２熱源温度センサ５５が検知した熱源流体としての熱源水Ｗ５の温度を取得し、この第２熱源温度センサ５５の検知温度に応じて目標過熱度を設定する。例えば、熱源流体としての熱源水Ｗ５の温度が低い場合には目標過熱度を低く設定する。これにより冷媒Ｒの循環流量が増加し、低温の熱源水Ｗ５であっても熱回収量を増やすことができる。
このように、熱源流体としての熱源水Ｗ５の温度に応じて適切な目標過熱度を設定することで、液圧縮や潤滑不良による圧縮機１１の破損を防止しつつ、蒸発器１４での熱回収量を増加させることができる。

【0041】

また、目標過熱度設定部１１１は、第２熱源温度センサ５５の検知温度の変動が大きいと判定した場合、目標過熱度を大きくする制御を行ってもよい。
図３は、縦軸を第２熱源温度センサ５５の検知温度Ｔ、横軸を時間ｔとしたときのグラフであり、第２熱源温度センサ５５の検知温度の変動を示すグラフである。例えば、図３に示すように、第２熱源温度センサ５５の検知温度Ｔの単位時間ｔ０当たりの変化量ΔＴが所定の閾値ΔＴ０を上回った場合、第２熱源温度センサ５５の検知温度の変動が大きいと判定し、目標過熱度を大きくする制御を行う。例えば、ΔＴ０＝５℃、ｔ０＝１ｍｉｎとし、５℃／ｍｉｎよりも大きい変動があったときに、目標過熱度を大きくする制御を行う。このとき、例えばそれまでの目標過熱度が５℃に設定されていた場合、目標過熱度を例えば１０℃に設定する。図３の例では、単位時間ｔ０当たりの検知温度Ｔの低下量ΔＴが、所定の閾値ΔＴ０よりも大きい。よって、熱源水Ｗ５の温度が急変する状況と考えられるため、目標過熱度を例えば１０℃に変更する。

【0042】

これにより、熱源流体としての熱源水Ｗ５の温度が急変する状況が確認された場合であっても、安定的にヒートポンプ回路１０を駆動することができる。
例えば、熱源水Ｗ５の温度の急変により温度が急激に低下するような場合であっても、目標過熱度を高い値に設定することにより蒸発器１４で冷媒Ｒを確実に気化させることができるため、液圧縮による圧縮機１１の破損を防止することができる。

【0043】

また、目標過熱度設定部１１１は、第２熱源温度センサ５５の検知温度が安定していると判定した場合、目標過熱度を小さくする制御を行ってもよい。
例えば、第２熱源温度センサ５５の検知温度Ｔが所定時間、所定の温度の範囲内のときに、第２熱源温度センサ５５の検知温度が安定していると判定する。また、検知温度Ｔが所定時間、単位時間ｔ０当たりの変化量ΔＴが所定の閾値ΔＴ０を下回っている場合に、第２熱源温度センサ５５の検知温度が安定していると判定してもよい。そしてこのとき、目標過熱度を小さくする制御を行う。例えばそれまでの目標過熱度が１０℃に設定されていた場合、目標過熱度を例えば５℃に変更する。

【0044】

なお、目標過熱度の下限値を例えば５℃にすることで、液圧縮による圧縮機１１の破損を防止することができる。また、目標過熱度の上限値を例えば１０℃にすることで、冷媒Ｒの循環流量を所定流量以上に維持し、熱回収量の低下を防止することができる。

【0045】

このように、熱源流体としての熱源水Ｗ５の温度が安定しているときは、目標過熱度を低い値に設定することにより冷媒Ｒの循環流量を増加させ、蒸発器１４での熱回収量を増加させることができる。

【0046】

なお、本実施形態においては、目標過熱度を設定する上で、熱源温度センサとして第２熱源温度センサ５５の検知温度を用いているが、蒸発器１４に流入する前の熱源水Ｗ５の温度（蒸発器流入前熱源温度）を検出する熱源温度センサとして、第１熱源温度センサ５４を用いてもよい。蒸発器１４に流入する直前ではないものの、第１熱源温度センサ５４も、蒸発器１４で冷媒Ｒとの間で熱交換を行う熱源流体の温度を間接的に検知することが可能であり、熱源水Ｗ５の温度が急変する状況を確認することが可能である。但し、第２熱源温度センサ５５を用いて、蒸発器１４に流入する直前の熱源水Ｗ５の温度を測定する方が、より好ましい。

【0047】

過熱度算出部１１２は、圧縮機１１に流入する冷媒Ｒの過熱度を算出する。
具体的には、過熱度算出部１１２は、蒸気圧力センサ１８の検知圧力から液冷媒Ｒの蒸発温度を求めると共に、吸込温度センサ１７の検知温度から蒸発温度を差し引いてガス冷媒Ｒの過熱度を算出する。

【0048】

冷媒流量制御部１１３は、算出過熱度（過熱度算出部１１２による算出値）が目標過熱度（目標過熱度設定部１１１による設定値）になるように冷媒流量制御手段を制御し、冷媒Ｒの流量を調整する。
具体的な制御としては、例えば、過熱度算出部１１２によりリアルタイムで算出される算出過熱度をフィードバック値として、この算出過熱度を目標過熱度に収束させるように膨張弁１３の弁開度を調整するフィードバック制御を採用するのが好ましい。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／または微分制御（Ｄ制御）を組み合わせた操作量の演算アルゴリズムを採用することができる。

【0049】

このように、過熱度算出部１１２がガス冷媒Ｒの過熱度を正確に算出し、さらに冷媒流量制御部１１３がその値を一定に保つように制御することにより、給水Ｗ１に対する凝縮器１２の熱出力が安定する。これにより、加温されて温水となって供給される給水Ｗ１の流量の変動が少なくなる。

【0050】

目標出湯温度設定可能範囲決定部１２１は、給水温度センサとしての第２給水温度センサ２６が検知した凝縮器１２に流入する前の給水Ｗ１の温度を取得し、この第２給水温度センサ２６の検知温度に応じて目標出湯温度の設定可能範囲を決定する。

【0051】

図４は、第２給水温度センサ２６の検知温度に応じて決定される、目標出湯温度の設定可能範囲を示す図である。図４の横軸は第２給水温度センサ２６の検知温度（凝縮器流入前給水温度）であり、縦軸はそれに対応する目標出湯温度である。
本実施形態における目標出湯温度の設定可能範囲は、設定可能範囲Ａに示される三角形の領域となっている。すなわち、本実施形態においては、目標出湯温度は、上限値と下限値の間の値に設定可能であり、下限値は、第２給水温度センサ２６の検知温度に所定値を加えた値であって、第２給水温度センサ２６の検知温度が高くなるほど高い値となっている。より詳細には、下限値は、第２給水温度センサ２６の検知温度に１５℃を加えた値となっており、上限値は、一定の温度、本実施形態においては７５℃となっている。

【0052】

なお、下限値を設定するための所定値（例えば、１５℃）は、後述の記憶部１６０に記憶されている。この場合、外部入力等により、この所定値を設定可能とすることが好ましい。或いは、この所定値に基づく下限値が、記憶部１６０に記憶されていてもよい。

【0053】

このように、設定可能範囲Ａに示されるような領域を目標出湯温度の設定可能範囲とすることで、凝縮器１２の入り口側と出口側の給水Ｗ１の温度差が十分大きくなるようにシステムを制御することになるため、ヒートポンプ回路１０を流れる冷媒Ｒの過冷却不足を防止でき、かつ後述の給水流量制御部１２３による給水流量調整手段の制御において、給水Ｗ１の給水流量過多を抑制することができる。

【0054】

なお、目標出湯温度の設定可能範囲を、上限値、下限値とも一定の値とする四角形の領域とする場合であっても、すなわち、下限値を一定にする場合であっても、例えば図４に示される設定可能範囲Ｂに示されるような領域とすれば、冷媒Ｒの過冷却不足を防止でき、かつ給水Ｗ１の給水流量過多を抑制することが可能である。しかしながら、この場合は、許容できる熱源水温度の範囲や、目標出湯温度の設定可能範囲が狭くなる。

【0055】

なお、目標出湯温度を、設定可能範囲Ａに示される下限値よりも低い温度とした場合、例えば、第２給水温度センサ２６の検知温度とあまり変わらない場合は、冷媒Ｒの過冷却不足が生じる可能性がある。

【0056】

これを、図５に示すモリエル線図（ｐ−ｈ線図）を使って説明する。
このモリエル線図の縦軸は冷媒の圧力（ｐ）であり、横軸は冷媒の比エンタルピー（ｈ）である。そして、モリエル線図には、飽和液線Ｙ１と、飽和蒸気線Ｙ２が示されている。このようなモリエル線図により、ヒートポンプサイクル中における冷媒Ｒの状態変化を表すことができる。冷媒Ｒは、飽和液線Ｙ１よりも左側で過冷却液状態（液冷媒Ｒの状態）、飽和液線Ｙ１と飽和蒸気線Ｙ２との間で気液混合状態である湿り蒸気状態、飽和蒸気線Ｙ２より右側で過熱蒸気状態（ガス冷媒Ｒの状態）となる。

【0057】

図５においてＲ（ａ→ｂ→ｃ→ｄ）で示される実線は、適正な状態のヒートポンプサイクルにおける冷媒Ｒの状態の移り変わりを示している。
圧縮機１１に吸引された過熱蒸気状態のガス冷媒Ｒは、圧縮機１１において断熱圧縮されて高温高圧の過熱蒸気状態のガス冷媒Ｒとなり（ａ→ｂ）、その後、凝縮器１２で凝縮・過冷却されることにより過冷却液状態の液冷媒Ｒとなり（ｂ→ｃ）、さらにその後、膨張弁１３にて断熱膨張されることにより湿り蒸気状態の冷媒Ｒとなる（ｃ→ｄ）。そして、湿り蒸気状態の冷媒Ｒは、蒸発器１４において蒸発・加温されて、過熱蒸気状態のガス冷媒Ｒとなる（ｄ→ａ）。このようなサイクルで、冷媒Ｒは循環する。なお、図５における（ｂ→ｃ）の過程について詳細に説明すると、凝縮器１２は、ガス冷媒Ｒの潜熱および顕熱を放出して、ガス冷媒Ｒを液冷媒Ｒへと変化させ、かつ、液冷媒Ｒの過冷却を行っている。

【0058】

ここで、目標出湯温度を、設定可能範囲Ａに示される下限値よりも低い温度とした場合、凝縮器１２の入り口側と出口側の給水Ｗ１の温度差が小さくなるため、冷媒Ｒが凝縮器１２で十分に凝縮・過冷却されなくなる可能性がある（ｂ→ｃ’）。その結果、凝縮器１２を通過後の冷媒Ｒの状態を示す「ｃ’」の位置が、適正な場合に比べて右側にずれてしまう。すなわち、「ｃ’」の状態にある冷媒Ｒは、過冷却不足となっている。また、十分に液冷媒Ｒの状態となっていない可能性もある。この場合は、適正なヒートポンプサイクルで運転できているとはいえない。
しかしながら、本実施形態においては、下限値を、第２給水温度センサ２６の検知温度に所定値を加えた値としていることから、凝縮器１２の入り口側と出口側の給水Ｗ１の温度差が少なくとも所定値より大きくなるようにシステムを制御することとなり、上述の問題は生じない。すなわち、適正な状態のヒートポンプサイクルで運転することができる。

【0059】

目標出湯温度設定部１２２は、第２給水温度センサ２６の検知温度に応じて、上述の目標出湯温度設定可能範囲内で、目標出湯温度を設定する。例えば、上述の設定可能範囲Ａの範囲内で、温水需要箇所の要求等に基づき、任意の目標出湯温度を設定することができる。
すなわち、目標出湯温度設定部１２２は、第２給水温度センサ２６の検知温度を取得し、取得した第２給水温度センサ２６の検知温度に対して所定値を加えた値であって、第２給水温度センサ２６の検知温度が高くなるほど高い値を下限値として、目標出湯温度を設定することができる。これにより、適正な状態のヒートポンプサイクルで運転することができ、かつ目標出湯温度の設定範囲を広くすることができる。

【0060】

なお、第２給水温度センサ２６の検知温度に、予め定められた値を加えた値を、目標出湯温度として自動的に設定する態様としてもよい。

【0061】

給水流量制御部１２３は、出湯温度センサ２７の検知温度が目標出湯温度（目標出湯温度設定部１２２による設定値）になるように給水流量調整手段を制御し、給水Ｗ１の流量を調整する。
具体的な制御としては、例えば、出湯温度センサ２７によりリアルタイムに検知される出湯温度をフィードバック値として、この出湯温度を目標出湯温度に収束させるように給水ポンプ２１または還流ポンプ３１の駆動周波数を調整するフィードバック制御を採用するのが好ましい。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／または微分制御（Ｄ制御）を組み合わせた操作量の演算アルゴリズムを採用することができる。

【0062】

なお、後述の一過通水モードにおいては、インバータ制御が可能な給水ポンプ２１が給水流量調整手段を構成し、循環通水モードにおいては、インバータ制御が可能な還流ポンプ３１が、給水流量調整手段を構成する。

【0063】

なお、給水流量調整手段は、他の態様によって構成してもよい。例えば、給水ポンプ２１、還流ポンプ３１をオンオフ制御のみ可能なポンプにより構成する場合は、それぞれのポンプの下流側に比例制御可能な流量調整弁を設けて、これらを給水流量調整手段としてもよい。また、給水ラインＬ１と還流ラインＬ２の合流部の下流側に比例制御可能な流量調整弁を設けて、これを給水流量調整手段としてもよい。
また、給水ポンプ２１および還流ポンプ３１に替わる構成として、給水ラインＬ１と還流ラインＬ２に開閉弁を設けた上で、或いは給水ラインＬ１と還流ラインＬ２の合流部に三方弁を設けた上で、給水ラインＬ１と還流ラインＬ２の合流部の下流側にインバータ制御が可能なポンプを設けて、これを給水流量調整手段としてもよい。

【0064】

このように、凝縮器１２に流入する前の給水Ｗ１の温度に応じて適切な目標出湯温度を設定することで、凝縮器１２での過冷却不足、給水流量過多等の発生を防止することができる。
さらに、凝縮器１２に流入する前の給水Ｗ１の温度に応じて設定可能な目標出湯温度の範囲の下限値を設定することで、確実に凝縮器１２での過冷却不足を防止して、蒸発器１４での熱回収量を安定させることができる。また、給水Ｗ１の流量が過多になるのを防止して、給水ポンプ２１等の過負荷による劣化を抑制することができる。

【0065】

なお、本実施形態においては、目標出湯温度を設定する上で、第２給水温度センサ２６の検知温度を用いているが、凝縮器１２に流入する前の給水Ｗ１の温度（凝縮器流入前給水温度）を間接的に検出する給水温度センサとして、第１給水温度センサ２４を用いてもよい。但し、より安定した制御を行うためには、第２給水温度センサ２６を用いて、凝縮器１２に流入する直前の給水Ｗ１の温度を測定する方が好ましい。

【0066】

ここまで説明したように、本実施形態の給水加温システム１は、熱源水Ｗ５を、熱回収用熱交換器４０と蒸発器１４の順に流通させている。そして、本実施形態の給水加温システム１は、圧縮機１１に流入するガス冷媒Ｒの過熱度に基づいて制御され、冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段を備える。また、凝縮器１２から流出する給水Ｗ１の出湯温度に基づいて制御され、給水流量を調整する給水流量調整手段を備える。そして、制御部１００は、冷媒流量調整手段を制御する冷媒流量制御部１１３と、給水流量調整手段を制御する給水流量制御部１２３と、を備える。

【0067】

これにより、熱源水Ｗ５を先に熱回収用熱交換器４０に流すことで熱回収用熱交換器４０の熱出力がアップし、給水Ｗ１の予熱量が増える。なお、熱源水温度が高いほど熱出力を高める効果が大きい。熱回収用熱交換器４０の熱回収量が増えると、相対的にヒートポンプ回路１０の熱回収量を減らすことができる。すなわち、蒸発器１４および熱回収用熱交換器４０の順で熱源水Ｗ５を流す場合と同じシステム熱出力を得る場合、圧縮機の出力を下げてヒートポンプ回路１０の電力消費量を低減することができる。
このとき、熱源水Ｗ５を先に熱回収用熱交換器４０に流すことで蒸発器１４に流入する熱源水Ｗ５の温度は低下するが、さらなる制御の追加、すなわち、過熱度に基づく冷媒流量の調整と、出湯温度に基づく給水流量の調整の組み合わせによる多重効果により、例えば、低い過熱度設定に応じた冷媒流量の調整による蒸発器１４の熱入力アップと、低い出湯温度設定に応じた給水流量の調整による熱回収用熱交換器４０の更なる熱出力アップおよび蒸発器１４の熱出力アップの多重効果により、熱源水Ｗ５を先に熱回収用熱交換器４０に流す構成において、システムのＣＯＰを大幅に高めることができる。

【0068】

通水モード切替制御部１３０は、一過通水モードと、循環通水モードと、通水停止モードと、を切り替える通水モード切替制御を行う。より詳細には、通水モード切替制御部１３０は、通水モード切替手段としての給水ポンプ２１および還流ポンプ３１を制御し、還流ラインＬ２に温水Ｗ２を流通させずに凝縮器１２に通水する一過通水モードと、還流ラインＬ２に温水Ｗ２を流通させながら凝縮器１２に通水する循環通水モードと、凝縮器１２への通水を停止する通水停止モードと、を切り替える制御を行う。

【0069】

なお、一過通水モードのときは、還流ポンプ３１の駆動を停止する一方、給水ポンプ２１を駆動すると共に、熱源供給ポンプ５３およびヒートポンプ回路１０の圧縮機１１を駆動する。循環通水モードのときは、給水ポンプ２１の駆動を停止する一方、還流ポンプ３１を駆動すると共に、熱源供給ポンプ５３およびヒートポンプ回路１０の圧縮機１１を駆動する。通水停止モードにおいては、給水ポンプ２１および還流ポンプ３１の駆動を停止すると共に、ヒートポンプ回路１０の圧縮機１１の駆動も停止する。また、熱源供給ポンプ５３の駆動も停止することが好ましい。

【0070】

なお、本実施形態においては、給水ポンプ２１および還流ポンプ３１が通水モード切替手段を構成しているが、通水モード切替手段は、他の態様によって構成されていてもよい。例えば、給水ラインＬ１と還流ラインＬ２の合流部に設けられた三方弁と、給水ラインＬ１と還流ラインＬ２の合流部の下流側に設けられた給水ポンプとにより、通水モード切替手段を構成することもできる。この場合は、三方弁の切り替えと、給水ポンプのオンオフにより、通水モードを切り替える。

【0071】

このように、一過通水モードに加えて循環通水モードでの運転を可能とすることで、必要に応じて温水タンク６０の循環加温を行って貯湯温度を維持することができる。また、循環通水モードでは、還流ラインＬ２を用いて、熱回収用熱交換器４０の手前に温水タンク６０の貯留水を流入させる構成であるので、熱源水Ｗ５の温度が温水タンク６０に貯留されている温水Ｗ２の温度よりも高い場合は、給水Ｗ１として流れる温水Ｗ２は、凝縮器１２だけでなく、その前に熱回収用熱交換器４０によっても加温される。よって、効率よく加温される。

【0072】

ここで、通水モード切替制御部１３０は、温水タンク６０への給水制御を行うと共に、温水タンク６０内の温水Ｗ２の温度に基づき、通水モードの切替制御を行うことも可能である。
具体的には、通水モード切替制御部１３０は、還流ラインＬ２の合流箇所に対して新たな水供給が実行される場合には、一過通水モードを実行させるように通水モード切替手段を制御し、合流箇所に対する新たな水供給が停止され、かつ温水温度センサ６１の検知温度が所定の設定温度を下回っている場合には、循環通水モードを実行させるように通水モード切替手段を制御し、合流箇所に対する新たな水供給が停止され、かつ温水温度センサ６１の検知温度が所定の設定温度を上回っている場合には、通水停止モードを実行させるように通水モード切替手段を制御する。

【0073】

この通水モード切替制御について、図６Ａに示す状態遷移図を使って詳細に説明する。
通水モード切替制御部１３０は、各通水モードの実行中、水位検出部６２により温水タンク６０内の温水Ｗ２の水位を監視すると共に、温水温度センサ６１により温水タンク６０内の温水Ｗ２の温度を監視する。通水停止モードの実行中においては、水位検出部６２の電極棒６２２の検出位置を上回り、かつ温水温度センサ６１の検知温度が第１設定温度（例えば、目標出湯温度よりも２〜３℃低い温度）を上回っている場合には、通水モード切替制御部１３０は、通水停止モードを継続する。

【0074】

＜イベントＥ１＞
通水停止モードの実行中、温水タンク６０内の水位が低下し、水位検出部６２の電極棒６２２の検出位置を下回った場合には、通水モード切替制御部１３０は、還流ポンプ３１の停止を維持したまま給水ポンプ２１を駆動する。給水ポンプ２１の駆動により、還流ラインＬ２の合流箇所に対して新たな補給水Ｗの供給が実行されることになるので、通水モード切替制御部１３０は、熱源供給ポンプ５３および圧縮機１１を駆動して一過通水モードへ移行させる。一過通水モードでは、所定の目標出湯温度に調節された温水Ｗ２が温水タンク６０に供給される。

【0075】

＜イベントＥ２＞
一過通水モードの実行中、温水タンク６０内の水位が上昇し、水位検出部６２の電極棒６２１の検出位置を上回った場合には、通水モード切替制御部１３０は、還流ポンプ３１の停止を維持したまま給水ポンプ２１を停止する。給水ポンプ２１の停止により、還流ラインＬ２の合流箇所に対して新たな補給水Ｗの供給が停止されることになるので、通水モード切替制御部１３０は、熱源供給ポンプ５３および圧縮機１１を停止して通水停止モードへ移行させる。通水停止モードでは、温水タンク６０への温水Ｗ２の供給が停止される。

【0076】

＜イベントＥ３＞
通水停止モードの実行中、温水温度センサ６１の検知温度が設定温度を下回った場合には、給水ポンプ２１の停止を維持したまま還流ポンプ３１を駆動する。還流ポンプ３１の駆動により、還流ラインＬ２の合流箇所に対して新たな補給水Ｗの供給が停止された状態で貯留水の水循環が実行されることになるので、通水モード切替制御部１３０は、熱源供給ポンプ５３および圧縮機１１を駆動して循環通水モードへ移行させる。循環通水モードでは、所定の目標出湯温度まで再加温された温水Ｗ２が温水タンク６０に供給される。

【0077】

＜イベントＥ４＞
循環通水モードの実行中、温水温度センサ６１の検知温度が設定温度を上回った場合には、通水モード切替制御部１３０は、給水ポンプ２１の停止を維持したまま還流ポンプ３１を停止する。そして、熱源供給ポンプ５３および圧縮機１１を停止して通水停止モードへ移行させる。通水停止モードでは、温水タンク６０に対する温水Ｗ２の循環が停止される。

【0078】

＜イベントＥ５＞
循環通水モードの実行中、温水タンク６０内の水位が低下し、水位検出部６２の電極棒６２２の検出位置を下回った場合には、通水モード切替制御部１３０は、還流ポンプ３１の停止させ、給水ポンプ２１を駆動する。給水ポンプ２１の駆動により、還流ラインＬ２の合流箇所に対して新たな補給水Ｗの供給が実行されることになるので、通水モード切替制御部１３０は、熱源供給ポンプ５３および圧縮機１１を駆動したまま一過通水モードへ移行させる。一過通水モードでは、所定の目標出湯温度に調節された温水Ｗ２が温水タンク６０に供給される。
なお、本実施形態では、一過通水モードから循環通水モードへの移行は行わない。一過通水モードへは温水需要が大きいときに移行するので、補給水Ｗの温水タンク６０への供給を優先し、速やかに水位を回復させるためである。また、一過通水モードでの出湯温度は、温水タンク６０の貯湯温度よりも高いため、短時間で貯湯温度を上昇させることもできる。

【0079】

なお、通水停止モードの継続判定を行うための設定温度と、通水停止モードから循環通水モードへの移行判定を行うための設定温度は、同じ温度としてもよいし、異なる温度としてもよい。異なる温度とする場合は、後者の設定温度は前者の設定温度よりも低い温度とする。

【0080】

なお、上述の通水モードの切替制御を行う上で、還流ラインＬ２の合流箇所に補給水Ｗ等による新たな水供給が実行されているか否かの判定は、給水ポンプ２１の駆動状態（駆動指令信号または駆動フィードバック信号）に基づいて行ってもよい。
また、給水ラインＬ１における、還流ラインＬ２の合流箇所よりも上流側に不図示の流量センサを配置し、この流量センサの検出結果に基づいて判定を行ってもよい。

【0081】

図６Ａの状態遷移図に従ったモード切替制御によれば、温水需要が十分にあり補給水Ｗの供給が必要である時は、システムＣＯＰが最大となる一過通水モードで運転させることができる。また、温水需要が小さく補給水Ｗの供給が必要でない時は、温水タンク６０内の貯留水の温度低下時に、循環通水モードで貯留水の昇温を行うことができる。また、温水需要が小さく補給水Ｗの供給が必要でない時は、温水タンク６０内の貯留水の温度低下が実質的になければ、通水停止モードで待機することができる。

【0082】

以上で説明した構成であれば、温水タンク６０内に設定温度以上の温水Ｗ２を常時確保することができる。また、循環通水モードは、温水タンク６０内の貯留水の温度低下時のみ実行されるので、過剰な水循環により無駄な電力消費を発生させることもない。

【0083】

予熱モード切替制御部１４０は、給水予熱モードと、予熱停止モードと、を切り替える予熱モード切替制御を行う。より詳細には、予熱モード切替制御部１４０は、予熱モード切替手段としての三方弁２５を制御し、給水Ｗ１および熱源水Ｗ５を同時に熱回収用熱交換器４０に流通させる給水予熱モードと、給水Ｗ１をバイパスラインＬ３に流通させる予熱停止モードと、を切り替える制御を行う。

【0084】

なお、本実施形態においては、三方弁２５が予熱モード切替手段を構成しているが、予熱モード切替手段は、他の態様によって構成されていてもよい。例えば、給水ラインＬ１における、バイパスラインＬ３との合流部の上流側と、バイパスラインＬ３とに、それぞれ二方弁を設け、これらの二方弁によって、予熱モード切替手段を構成してもよい。

【0085】

なお、バイパスラインは、熱回収用熱交換器４０に対して給水Ｗ１をバイパスさせるものに限らず、熱回収用熱交換器４０に対して熱源水Ｗ５をバイパスさせるものであってもよい。この場合は、予熱停止モードにおいて、熱源水Ｗ５をバイパスラインに流通させる。
すなわち、熱回収用熱交換器４０に対して給水Ｗ１をバイパス、および／または、熱回収用熱交換器４０に対して熱源水Ｗ５をバイパスさせる１本ないし２本のバイパスラインを備え、予熱モード切替手段が、給水Ｗ１および熱源水Ｗ５を同時に熱回収用熱交換器４０に流通させる給水予熱モードと、給水Ｗ１および熱源水Ｗ５の少なくとも一方をバイパスラインに流通させる予熱停止モードと、を切り替える態様となっていればよい。
これにより、熱回収用熱交換器４０を、状況に応じて選択的に利用することができる。

【0086】

ここで、予熱モード切替制御部１４０は、熱回収用熱交換器４０に流入させる前の給水Ｗ１の温度を検知する第１給水温度センサ２４（熱交換器流入前給水温度センサ２４）による第１検知温度（熱交換器流入前給水温度）と、熱回収用熱交換器４０に流入させる前の熱源水Ｗ５の温度を検知する第１熱源温度センサ５４（熱交換器流入前熱源温度センサ５４）による第２検知温度（熱交換器流入前熱源温度）と、を取得し、この第１検知温度および第２検知温度に基づき、予熱モードの切替制御を行うことが可能である。
具体的には、予熱モード切替制御部１４０は、第１給水温度センサ２４による第１検知温度と、第１熱源温度センサ５４による第２検知温度と、を比較し、第１検知温度が第２検知温度を下回っている場合には、給水予熱モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御し、第１検知温度が第２検知温度を上回っている場合には、予熱停止モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御する。
このような、給水温度と熱源水温度に応じた自動予熱モード切替により、システムＣＯＰの最大化を図ることができる。

【0087】

なお、予熱モード切替制御部１４０は、少なくとも通水モードが循環通水モードのときに、予熱モード切替手段を各予熱モード間で切り替え可能である。この場合、予熱モード切替制御部１４０は、通水モードが一過通水モードのときに、予熱モード切替手段を予熱モードに設定し、通水停止モードのときに、予熱モード切替手段を予熱停止モードに設定してもよい。
これにより、例えば、給水Ｗ１として比較的温度が低いことが多い補給水Ｗを用いる一過通水モードでは、熱回収用熱交換器を積極的に活用する一方、給水Ｗ１として比較的温度が高いことが多い温水タンク６０の貯留水を用いる循環通水モードでは、給水Ｗ１と熱源水Ｗ５の温度の関係に応じて、選択的に熱回収用熱交換器を活用することができる。
但し、様々な補給水温度と熱源水温度の状況下においても効率的な加温ができるよう、予熱モード切替制御部１４０は、通水モードが循環通水モードまたは一過通水モードのときに、予熱モード切替手段を各予熱モード間で切り替え可能に構成してもよい。

【0088】

信号入力部１５０は、一過通水モード、循環通水モード、通水停止モードのいずれかを指定する通水モード指定信号を受け付ける第１信号入力部１５１を備える。
通水モード切替制御部１３０は、第１信号入力部１５１に入力された通水モード指定信号に従い、一過通水モード、循環通水モードまたは通水停止モードを実行させるように通水モード切替手段を制御する。そして、通水モード切替制御部１３０は、循環通水モードまたは通水停止モードの実行時に、給水ポンプ２１を制御するなどして、還流ラインＬ２の合流箇所に対する新たな水供給を停止する。
これにより、例えば、補給水ありの外部信号を利用して、システムＣＯＰが最大となる一過通水モードで運転させることができる。また、補給水なしの外部信号を利用して、循環通水モードで貯留水の保温を行うことができる。

【0089】

信号入力部１５０は、給水予熱モード、予熱停止モードのいずれかを指定する予熱モード指定信号を受け付ける第２信号入力部１５２も備える。
予熱モード切替制御部１４０は、第２信号入力部１５２に入力された予熱モード指定信号に従い、給水予熱モードまたは予熱停止モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御する。
これにより、外部信号に従った他動予熱モード切替により、システムＣＯＰの最大化を図ることができる。

【0090】

記憶部１６０は、各種の閾値等、制御に必要な種々の情報を記憶する。

【0091】

次に、本実施形態の制御部１００による制御の流れの一例について説明する。

【0092】

図６Ｂは、制御部１００の目標過熱度設定部１１１による、目標過熱度の設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0093】

まず、システムが起動されると、目標過熱度設定部１１１は、ステップＳ１において、目標過熱度は高めの温度、例えば１０℃に設定される。

【0094】

次に、ステップＳ２において、第２熱源温度センサ５５の検知温度が安定しており、かつ所定の熱源温度閾値（例えば、６０℃）以下であるか否かを判定する。第２熱源温度センサ５５の検知温度が安定（ΔＴ≦ΔＴ０、図３参照）しており、かつ所定の熱源温度閾値以下であると判定した場合は（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ステップＳ３において、目標過熱度を小さい値、例えば５℃に設定する。一方、第２熱源温度センサ５５の検知温度が安定していないと判定した場合、または所定の熱源温度閾値超過であると判定した場合は（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、引き続き目標過熱度を１０℃で維持する。

【0095】

ステップＳ３で目標過熱度を５℃に設定した後、ステップＳ４において、第２熱源温度センサ５５の検知温度の変動が大きい、または所定の熱源温度閾値超過であるか否か等を判定する。第２熱源温度センサ５５の検知温度の変動が大きい（ΔＴ＞ΔＴ０、図３参照）と判定した場合、または所定の熱源温度閾値超過であると判定した場合は（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５において、目標過熱度を大きくし、例えば１０℃に設定する。一方、第２熱源温度センサ５５の検知温度の変動が大きくなく、かつ所定の熱源温度閾値以下であると判定した場合は（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ３に戻り、引き続き目標過熱度を５℃に維持する。
これにより、熱源流体としての熱源水Ｗ５の温度が急変する状況が確認された場合であっても、安定的にヒートポンプ回路１０を駆動することができる。

【0096】

次に、予熱モード切替制御について説明する。なお、通水モード切替制御については、上述した通りである（図６Ａ参照）。
図６Ｃは、制御部１００の予熱モード切替制御部１４０による、給水予熱モードおよび予熱停止モードを切り替える予熱モード切替制御の流れの一例を示すフローチャートである。この例では、予熱モード切替制御部１４０は、第１給水温度センサ２４（熱交換器流入前給水温度センサ）による第１検知温度（熱交換器流入前給水温度）と、第１熱源温度センサ５４（熱交換器流入前熱源温度センサ）による第２検知温度（熱交換器流入前熱源温度）の検出結果に基づいて、予熱モードの切り替え制御を行っている。

【0097】

予熱モード切替制御部１４０は、ステップＳ１１において、循環通水モードが実行されているか否かを判定する。循環通水モードが実行されている場合は（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、第１給水温度センサ２４による第１検知温度と、第１熱源温度センサ５４による第２検知温度の検出結果を比較する。そして、第１検知温度が第２検知温度を下回っている場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３において、給水予熱モードを実行する。一方、第１検知温度が第２検知温度を下回っていない場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、ステップＳ１４において、予熱停止モードを実行する。

【0098】

なお、ステップＳ１１において、一過通水モードまたは循環通水モードが実行されているか否かを判定し、一過通水モードまたは循環通水モードが実行されている場合は、ステップＳ１２に移行する制御を採用してもよい。

【0099】

図７は、第１実施形態の給水加温システム１の変形例を模式的に示す図である。
本実施形態におけるヒートポンプ回路１０の凝縮器１２は、冷媒Ｒの凝縮および過冷却の機能を担っていた。しかしながら、本変形例に示すように、ヒートポンプ回路１０の凝縮器は、主に冷媒Ｒの凝縮の機能を担う凝縮器１２Ａと、主に冷媒Ｒの過冷却の機能を担う過冷却器１２Ｂとに分かれていてもよい。この場合、ヒートポンプ回路１０の冷媒Ｒは、好適には、凝縮器１２Ａにおいて潜熱を放出し、過冷却器１２Ｂにおいて顕熱を放出する。すなわち、凝縮器１２Ａにおいて、ガス冷媒Ｒは凝縮して液冷媒Ｒとなり、その液冷媒Ｒが過冷却器１２Ｂに供給されて、過冷却器１２Ｂにおいて、液冷媒Ｒはさらに冷却（過冷却）される。
過冷却器１２Ｂは、凝縮器１２Ａに送られる給水Ｗ１と、凝縮器１２Ａから膨張弁１３に流れる冷媒Ｒとの間の熱交換を行う間接熱交換器である。過冷却器１２Ｂにより、凝縮器１２Ａへの給水Ｗ１を用いて凝縮器１２Ａから膨張弁１３への冷媒Ｒの過冷却を行うことができると共に、凝縮器１２Ａから膨張弁１３への冷媒Ｒを用いて凝縮器１２Ａへの給水Ｗ１を加温することができる。
このように、冷媒Ｒの凝縮用と過冷却用とで熱交換器を分けることで、熱交換器の設計が容易となり、コスト削減を図ることができる。また、汎用の熱交換器の利用も可能となる。
なお、本変形例においては、ヒートポンプ回路１０の凝縮器１２に流入する前の給水Ｗ１の温度を検知する給水温度センサとしての第２給水温度センサ２６は、過冷却器１２Ｂの上流側に配置されていることが好ましい。

【0100】

なお、温水需要箇所が蒸気ボイラの場合など、温水タンク６０内の温水Ｗ２の温度の低下がある程度許容される場合は、熱回収用熱交換器４０およびヒートポンプ回路１０を介さずに、補給水タンク７０から温水タンク６０に直接給水を可能とするための不図示の補給水ラインを設けてもよい。この場合は、温水タンク６０内の温水Ｗ２の水位が電極棒６２２よりも長い電極棒の検出位置よりも低下したときなどに、補給水ラインに設けた補給水ポンプを駆動することにより、補給水タンク７０から温水タンク６０に直接補給水Ｗを供給することが可能となる。

【0101】

なお、本実施形態においては、ヒートポンプ回路１０の熱源流体として熱源水Ｗ５を用いているが、熱源流体としては、熱源水Ｗ５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。熱源流体は、熱回収用熱交換器４０において給水Ｗ１に熱（顕熱）を与えつつ自身は温度低下し、蒸発器１４においてヒートポンプ回路１０の冷媒Ｒに熱（顕熱）を与えつつ自身は温度低下する流体とすることが好ましい。

【0102】

なお、ヒートポンプ回路１０の圧縮機１１の駆動源は、電気モータに限らない。例えば、圧縮機１１は、蒸気を用いて動力を起こすスチームモータによって駆動されてもよいし、ガスエンジンによって駆動されてもよい。この場合は、スチームモータへの給蒸量や、ガスエンジンへの供給ガス量を調整するなどして圧縮機１１の出力を調整し、冷媒流量を調整してもよい。

【0103】

以上説明した第１実施形態の給水加温システム１によれば、以下の（１Ａ）〜（１１Ａ）に示されるような効果を奏する。

【0104】

（１Ａ）本実施形態の給水加温システム１は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が冷媒循環ラインＬ９により環状に接続され、圧縮機１１の駆動により凝縮器１２で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路１０と、熱回収用熱交換器４０と、熱回収用熱交換器４０および蒸発器１４の順に熱源流体を流通させる熱源流体ラインＬ５と、熱回収用熱交換器４０および凝縮器１２の順に給水Ｗ１を流通させる給水ラインＬ１と、圧縮機１１に流入するガス冷媒Ｒの過熱度に基づいて制御され、冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段と、凝縮器１２から流出する給水Ｗ１の出湯温度に基づいて制御され、給水流量を調整する給水流量調整手段と、冷媒流量調整手段および給水流量調整手段を制御する制御手段と、を備える。
このように、熱源流体としての熱源水Ｗ５を先に熱回収用熱交換器４０に流すことで熱回収用熱交換器４０の熱出力がアップし、給水Ｗ１の予熱量が増える。熱源水温度が高いほど熱出力を高める効果が大きい。熱回収用熱交換器４０の熱回収量が増えるので、相対的にヒートポンプ回路１０の熱回収量を減らすことができる。蒸発器１４および熱回収用熱交換器４０の順で熱源水Ｗ５を流す場合と同じシステム熱出力を得る場合、圧縮機１１の出力を下げてヒートポンプ回路１０の電力消費量を低減することができる。
このとき、熱源水Ｗ５を先に熱回収用熱交換器４０に流すことで蒸発器１４に流入する熱源水Ｗ５の温度は低下するが、さらなる制御の追加、すなわち、過熱度に基づく冷媒流量の調整と、出湯温度に基づく給水流量の調整の組み合わせによる多重効果により、例えば、低い過熱度設定に応じた冷媒流量の調整による蒸発器１４の熱入力アップと、低い出湯温度設定に応じた給水流量の調整による熱回収用熱交換器４０の更なる熱出力アップおよび蒸発器１４の熱出力アップの多重効果により、熱源水Ｗ５を先に熱回収用熱交換器４０に流す構成において、システムのＣＯＰを大幅に高めることができる。

【0105】

（２Ａ）本実施形態の給水加温システム１の熱源流体ラインＬ５は、熱回収用熱交換器４０で熱源流体と給水Ｗ１をカウンターフローで熱交換させた後、蒸発器１４で熱源流体と液冷媒Ｒをカウンターフローで熱交換させる接続構成である。
このように、熱回収用熱交換器４０および蒸発器１４の順に熱源水Ｗ５を流し、かつ熱回収用熱交換器４０と蒸発器１４のそれぞれで給水Ｗ１の流れ方向に対してカウンターフローで流すことにより、熱回収量の最大化を図ることができる。

【0106】

（３Ａ）本実施形態の給水加温システム１は、圧縮機１１に流入するガス冷媒Ｒの吸込温度を検知する吸込温度センサ１７と、蒸発器１４から流出するガス冷媒Ｒの蒸気圧力を検知する蒸気圧力センサ１８と、凝縮器１２から流出する給水Ｗ１の出湯温度を検知する出湯温度センサ２７と、を備え、制御手段は、蒸気圧力センサ１８の検知圧力から液冷媒Ｒの蒸発温度を求めると共に、吸込温度センサ１７の検知温度から蒸発温度を差し引いてガス冷媒Ｒの過熱度を算出し、当該算出過熱度が目標過熱度になるように冷媒流量調整手段を制御し、出湯温度センサ２７の検知温度が目標出湯温度になるように給水流量調整手段を制御する。
このように、ガス冷媒Ｒの過熱度を正確に算出し、さらにその値を一定に保つことにより、予熱後の給水Ｗ１に対する凝縮器１２の熱出力が安定する。これにより、温水流量の変動が少なくなる。また、例えば目標出湯温度の設定値により給水流量を適切に増やし、その流量を一定範囲に保つことにより、高い熱出力を維持することができる。

【0107】

（４Ａ）本実施形態の給水加温システム１は、蒸発器１４に流入する前の熱源流体の温度を検知する熱源温度センサを備え、制御手段は、熱源温度センサの検知温度に応じて目標過熱度を設定する。
このように、熱源流体の温度に応じて適切な目標過熱度を設定することで、液圧縮による圧縮機１１の破損を防止しつつ、蒸発器１４での熱回収量を増加させることができる。
例えば、熱源水温度が低い場合には目標過熱度を低く設定することにより冷媒循環流量が増加する。これにより、低温の熱源水Ｗ５であっても熱回収量を増やすことができる。目標過熱度の下限値を例えば５℃にすることで、液圧縮による圧縮機１１の破損を防止することができる。また、目標過熱度の上限値を例えば１０℃にすることで、冷媒循環流量を所定流量以上に維持し、熱回収量の低下を防止することができる。

【0108】

（５Ａ）本実施形態の給水加温システム１の制御手段は、熱源温度センサの検知温度の変動が大きいと判定した場合、目標過熱度を大きくする。
これにより、熱源流体の温度が急変する状況が確認された場合であっても、安定的にヒートポンプ回路１０を駆動することができる。
例えば、熱源流体の温度が急激に低下した場合であっても、目標過熱度を高い値に設定することにより蒸発器１４で冷媒を確実に気化させることができるため、液圧縮による圧縮機１１の破損を防止することができる。

【0109】

（６Ａ）本実施形態の給水加温システム１の制御手段は、熱源温度センサの検知温度が安定していると判定した場合、目標過熱度を小さくする。
これにより、熱源流体の温度が安定しているときは、目標過熱度を低い値に設定することにより冷媒循環流量を増加させ、蒸発器１４での熱回収量を増加させることができる。

【0110】

（７Ａ）本実施形態の給水加温システム１は、凝縮器１２に流入する前の給水の温度を検知する給水温度センサを備え、制御手段は、給水温度センサの検知温度に応じて目標出湯温度を設定する。
このように、給水の温度に応じて適切な目標出湯温度を設定することで、凝縮器１２での過冷却不足、給水流量過多等の発生を防止することができる。

【0111】

（８Ａ）本実施形態の給水加温システム１は、凝縮器１２に流入する前の給水の温度を検知する給水温度センサを備え、目標出湯温度は、上限値と下限値の間の値に設定可能であり、下限値は、給水温度センサの検知温度に所定値を加えた値であって、給水温度センサの検知温度が高くなるほど高い値である。
このように、給水温度に応じて設定可能な目標出湯温度の範囲の下限値を設定することで、確実に凝縮器１２での過冷却不足を防止して、蒸発器１４での熱回収量を安定させることができる。また、給水流量が過多になるのを防止して、給水ポンプ２１の過負荷による劣化を抑制することができる。

【0112】

（９Ａ）本実施形態の給水加温システム１は、熱回収用熱交換器４０に対して給水Ｗ１をバイパス、および／または、熱回収用熱交換器４０に対して熱源流体をバイパスさせる１本ないし２本のバイパスラインと、給水Ｗ１および熱源流体を同時に熱回収用熱交換器４０に流通させる給水予熱モードと、給水Ｗ１および熱源流体の少なくとも一方をバイパスラインに流通させる予熱停止モードと、を切り替える予熱モード切替手段と、を備える。
これにより、熱回収用熱交換器４０の効力を発揮できない条件では熱回収用熱交換器４０をバイパスさせることで、給水Ｗ１および／または熱源水Ｗ５の圧力損失を低減させ、給水ポンプ２１や熱源供給ポンプ５３を含むシステムＣＯＰを向上させることができる。

【0113】

（１０Ａ）本実施形態の給水加温システム１は、熱回収用熱交換器４０に流入する前の給水Ｗ１の温度を検知する熱交換器流入前給水温度センサ２４と、熱回収用熱交換器４０に流入する前の熱源流体の温度を検知する熱交換器流入前熱源温度センサ５４と、を備え、制御手段は、熱交換器流入前給水温度センサ２４による第１検知温度と、熱交換器流入前熱源温度センサ５４による第２検知温度と、を比較し、第１検知温度が第２検知温度を下回っている場合には、給水予熱モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御し、第１検知温度が第２検知温度を上回っている場合には、予熱停止モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御する。
このような給水温度と熱源水温度に応じた自動予熱モード切替により、システムＣＯＰの最大化を図ることができる。

【0114】

（１１Ａ）本実施形態の給水加温システム１の制御手段は、給水予熱モードまたは予熱停止モードの種別を指定する予熱モード指定信号を受け付ける信号入力部１５０と、信号入力部１５０に入力された予熱モード指定信号に従い、給水予熱モードまたは予熱停止モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御する予熱モード切替制御部１４０と、を有する。
このような外部信号に従った他動予熱モード切替により、システムＣＯＰの最大化を図ることができる。

【0115】

また、以上説明した第１実施形態の給水加温システム１によれば、以下の（１Ｂ）〜（８Ｂ）に示されるような効果も奏する。

【0116】

（１Ｂ）本実施形態の給水加温システム１は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が冷媒循環ラインＬ９により環状に接続され、圧縮機１１の駆動により凝縮器１２で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路１０と、熱回収用熱交換器４０と、熱回収用熱交換器４０および蒸発器１４に熱源流体を流通させる熱源流体ラインＬ５と、熱回収用熱交換器４０および凝縮器１２の順に給水Ｗ１を流通させる給水ラインＬ１と、凝縮器１２で生成された温水Ｗ２を貯留する温水タンク６０と、温水タンク６０内の温水Ｗ２を熱回収用熱交換器４０よりも上流側に還流させる還流ラインＬ２と、還流ラインＬ２に温水Ｗ２を流通させずに凝縮器１２に通水する一過通水モードと、還流ラインＬ２に温水Ｗ２を流通させながら凝縮器１２に通水する循環通水モードと、凝縮器１２への通水を停止する通水停止モードと、を切り替える通水モード切替手段と、通水モード切替手段を制御する制御手段と、を備える。
このように、一過通水モードに加えて循環通水モードでの運転を可能とすることで、必要に応じて温水タンク６０の循環加温を行って貯湯温度を維持することができる。循環通水モードでは、熱回収用熱交換器４０の手前に貯留水を流入させる構成であるので、貯留水温度＜熱源水温度になっているときは、効率のよい加温ができる。

【0117】

（２Ｂ）本実施形態の給水加温システム１は、熱回収用熱交換器４０に対して給水Ｗ１をバイパス、および／または、熱回収用熱交換器４０に対して熱源流体をバイパスさせる１本ないし２本のバイパスラインと、給水Ｗ１および熱源流体を同時に熱回収用熱交換器４０に流通させる給水予熱モードと、給水Ｗ１および熱源流体の少なくとも一方をバイパスラインに流通させる予熱停止モードと、を切り替える予熱モード切替手段と、を備える。
これにより、熱回収用熱交換器４０を、状況に応じて選択的に利用することができる。

【0118】

（３Ｂ）本実施形態の給水加温システム１の制御手段は、少なくとも循環通水モードのときに、予熱モード切替手段を、給水予熱モードと、予熱停止モードとに切り替え可能である。
これにより、例えば、一過通水モードでは熱回収用熱交換器４０を積極的に活用し、循環通水モードでは選択的に熱回収用熱交換器４０を活用することができる。

【0119】

（４Ｂ）本実施形態の給水加温システム１の熱源流体ラインＬ５は、熱回収用熱交換器４０および蒸発器１４の順に熱源流体を流通させる接続構成である。
これにより、熱源流体としての熱源水Ｗ５を先に熱回収用熱交換器４０に流すことで給水Ｗ１の予熱量を増やし、熱回収用熱交換器４０の熱出力をアップさせることができる。熱源水温度が高いほど熱出力を高める効果が大きい。

【0120】

（５Ｂ）本実施形態の給水加温システム１は、温水タンク６０内の温水Ｗ２の温度を検知する温水温度センサ６１を備え、制御手段は、還流ラインＬ２の合流箇所に対して新たな水供給が実行されている場合には、一過通水モードを実行させるように通水モード切替手段を制御し、合流箇所に対する新たな水供給が停止され、かつ温水温度センサ６１の検知温度が設定温度を下回っている場合には、循環通水モードを実行させるように通水モード切替手段を制御し、合流箇所に対する新たな水供給が停止され、かつ温水温度センサ６１の検知温度が設定温度を上回っている場合には、通水停止モードを実行させるように通水モード切替手段を制御する。
これにより、温水需要が十分にあり補給水Ｗの供給が必要である時は、システムＣＯＰが最大となる一過通水モードで運転させることができる。また、温水需要が小さく補給水Ｗの供給が必要でない時は、温水タンク６０内の貯留水の温度低下時に、循環通水モードで貯留水の昇温を行うことができる。

【0121】

（６Ｂ）本実施形態の給水加温システム１は、熱回収用熱交換器４０に流入させる前の給水Ｗ１の温度を検知する熱交換器流入前給水温度センサ２４と、熱回収用熱交換器４０に流入させる前の熱源流体の温度を検知する熱交換器流入前熱源温度センサ５４と、を備え、制御手段は、熱交換器流入前給水温度センサ２４による第１検知温度と、熱交換器流入前熱源温度センサ５４による第２検知温度と、を比較し、第１検知温度が第２検知温度を下回っている場合には、給水予熱モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御し、第１検知温度が第２検知温度を上回っている場合には、予熱停止モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御する。
このような給水温度と熱源水温度に応じた自動予熱モード切替により、システムＣＯＰの最大化を図ることができる。

【0122】

（７Ｂ）本実施形態の給水加温システム１の制御手段は、一過通水モード、循環通水モード、通水停止モードのいずれかを指定する通水モード指定信号を受け付ける第１信号入力部１５１と、第１信号入力部１５１に入力された通水モード指定信号に従い、一過通水モード、循環通水モードまたは通水停止モードを実行させるように通水モード切替手段を制御する通水モード切替制御部１３０と、を有し、通水モード切替制御部１３０は、循環通水モードまたは通水停止モードの実行時に、還流ラインＬ２の合流箇所に対する新たな水供給を停止する。
これにより、例えば補給水の供給ありの外部信号を利用して、システムＣＯＰが最大となる一過流通モードで運転させることができる。また、補給水の供給なしの外部信号を利用して、循環モードで貯留水の保温を行うことができる。

【0123】

（８Ｂ）本実施形態の給水加温システム１の制御手段は、給水予熱モード、予熱停止モードのいずれかを指定する予熱モード指定信号を受け付ける第２信号入力部１５２と、第２信号入力部１５２に入力された予熱モード指定信号に従い、給水予熱モードまたは予熱停止モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御する予熱モード切替制御部１４０と、を有する。
これにより、例えば外部信号に従った他動予熱モード切替も可能となり、システムＣＯＰの最大化を図ることができる。

【0124】

また、以上説明した第１実施形態の給水加温システム１によれば、以下の（１Ｃ）〜（７Ｃ）に示されるような効果も奏する。

【0125】

（１Ｃ）本実施形態の給水加温システム１は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が冷媒循環ラインＬ９により環状に接続され、圧縮機１１の駆動により凝縮器１２で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路１０と、ヒートポンプ回路１０を流れる冷媒Ｒの流量を調整する冷媒流量調整手段と、蒸発器１４で冷媒Ｒとの間で熱交換を行う熱源流体の温度を検知する熱源温度センサと、冷媒流量調整手段を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、熱源温度センサの検知温度に応じて目標過熱度を設定し、圧縮機１１に流入する冷媒Ｒの過熱度が目標過熱度になるように冷媒流量調整手段を制御する。
このように、熱源流体の温度に応じて適切な目標過熱度を設定することで、液圧縮による圧縮機１１の破損を防止しつつ、蒸発器１４での熱回収量を増加させることができる。
例えば、熱源水温度が低い場合には目標過熱度を低く設定することにより冷媒循環流量が増加する。これにより、熱源流体が低温の熱源水Ｗ５であっても熱回収量を増やすことができる。目標過熱度の下限値を例えば５℃にすることで、液圧縮による圧縮機１１の破損を防止することができる。また、目標過熱度の上限値を例えば１０℃にすることで、冷媒循環流量を所定流量以上に維持し、熱回収量の低下を防止することができる。

【0126】

（２Ｃ）本実施形態の給水加温システム１の制御手段は、熱源温度センサの検知温度の変動が大きいと判定した場合、目標過熱度を大きくする。
これにより、熱源流体の温度が急変する状況が確認された場合であっても、安定的にヒートポンプ回路１０が駆動することができる。
例えば、熱源流体の温度が急激に低下した場合であっても、目標過熱度を高い値に設定することにより蒸発器１４で冷媒を確実に気化させることができるため、液圧縮による圧縮機１１の破損を防止することができる。

【0127】

（３Ｃ）本実施形態の給水加温システム１の制御手段は、熱源温度センサの検知温度が安定していると判定した場合、目標過熱度を小さくする。
これにより、熱源流体の温度が安定しているときは、目標過熱度を低い値に設定することにより冷媒循環流量を増加させ、蒸発器１４での熱回収量を増加させることができる。

【0128】

（４Ｃ）本実施形態の給水加温システム１は、圧縮機１１に流入するガス冷媒Ｒの吸込温度を検知する吸込温度センサ１７と、蒸発器１４から流出するガス冷媒Ｒの蒸気圧力を検知する蒸気圧力センサ１８と、を備え、制御手段は、蒸気圧力センサ１８の検知圧力から液冷媒Ｒの蒸発温度を求めると共に、吸込温度センサ１７の検知温度から蒸発温度を差し引いてガス冷媒Ｒの過熱度を算出し、当該算出過熱度が目標過熱度になるように冷媒流量調整手段を制御する。
このように、ガス冷媒Ｒの過熱度を正確に算出し、さらにその値を一定に保つことにより、予熱後の給水Ｗ１に対する凝縮器１２の熱出力が安定する。これにより、温水流量の変動が少なくなる。

【0129】

（５Ｃ）本実施形態の給水加温システム１は、凝縮器１２を流通する給水流量を調整する給水流量調整手段と、凝縮器１２から流出する給水Ｗ１の出湯温度を検知する出湯温度センサ２７を備え、制御手段は、出湯温度センサ２７の検知温度が目標出湯温度になるように給水流量調整手段を制御する。
これにより、給水Ｗ１を常に所望の温度に加温して出湯することができる。

【0130】

（６Ｃ）本実施形態の給水加温システム１は、凝縮器１２に流入する前の給水Ｗ１の温度を検知する給水温度センサを備え、制御手段は、給水温度センサの検知温度に応じて目標出湯温度を設定する。
このように、給水Ｗ１の温度に応じて適切な目標出湯温度を設定することで、凝縮器１２での過冷却不足、給水流量過多等の発生を防止することができる。

【0131】

（７Ｃ）本実施形態の給水加温システム１は、凝縮器１２に流入する前の給水Ｗ１の温度を検知する給水温度センサを備え、目標出湯温度は、上限値と下限値の間の値に設定可能であり、下限値は、給水温度センサの検知温度に所定値を加えた値であって、給水温度センサの検知温度が高くなるほど高い値である。
このように、給水温度に応じて設定可能な目標出湯温度の範囲の下限値を設定することで、確実に凝縮器１２での過冷却不足を防止して、蒸発器１４での熱回収量を安定させることができる。また、給水流量が過多になるのを防止して、給水ポンプ２１の過負荷による劣化を抑制することができる。

【0132】

以上、本発明の給水加温システムの好ましい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。

【符号の説明】

【0133】

１ 給水加温システム
１０ ヒートポンプ回路
１１ 圧縮機
１２ 凝縮器
１２Ａ 凝縮器
１２Ｂ 過冷却器
１３ 膨張弁（冷媒流量調整手段）
１４ 蒸発器
１７ 吸込温度センサ
１８ 蒸気圧力センサ
２１ 給水ポンプ（給水流量調整手段、通水モード切替手段）
２４ 第１給水温度センサ（熱交換器流入前給水温度センサ、給水温度センサ）
２５ 三方弁（予熱モード切替手段）
２６ 第２給水温度センサ（給水温度センサ）
２７ 出湯温度センサ
３１ 還流ポンプ（給水流量調整手段、通水モード切替手段）
４０ 熱回収用熱交換器
５０ 熱源水タンク
５３ 熱源供給ポンプ
５４ 第１熱源温度センサ（熱交換器流入前熱源温度センサ、熱源温度センサ）
５５ 第２熱源温度センサ（熱源温度センサ）
６０ 温水タンク
６１ 温水温度センサ
６２ 水位検出部
６３ 温水供給ポンプ
７０ 補給水タンク
１００ 制御部
１１１ 目標過熱度設定部
１１２ 過熱度算出部
１１３ 冷媒流量制御部
１２１ 目標出湯温度設定可能範囲決定部
１２２ 目標出湯温度設定部
１２３ 給水流量制御部
１３０ 通水モード切替制御部
１４０ 予熱モード切替制御部
１５０ 信号入力部
１５１ 第１信号入力部
１５２ 第２信号入力部
Ｌ１ 給水ライン
Ｌ２ 還流ライン
Ｌ３ バイパスライン
Ｌ４ 温水供給ライン
Ｌ５ 熱源流体ライン
Ｌ９ 冷媒循環ライン
Ｒ 冷媒（ガス冷媒、液冷媒）
Ｗ 補給水
Ｗ１ 給水
Ｗ２ 温水
Ｗ５ 熱源水（熱源流体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】