(57)【要約】【課題】複数台のヒートポンプを備える給水加温システムにおいて、温水の使用負荷に応じて、効率よくヒートポンプを台数制御する。【解決手段】複数台のヒートポンプ１２を備え、各ヒートポンプ１２は、蒸発器１６に通される熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器１４に通される給水路８の水を加温する。給水タンク４の水位に基づき、ヒートポンプ１２の運転台数と出力を変更する。各ヒートポンプ１２は、圧縮機１３がインバータ制御されるが、まずは全負荷運転時の周波数よりも低い設定周波数にて運転し、それでは前記使用負荷を賄えない場合には、運転中のヒートポンプ１２の出力を上げるのではなく、他に停止中のヒートポンプ１２を起動して前記設定周波数にて運転する。【選択図】図１
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【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給水路の水を加温する複数台のヒートポンプを備え、
これらヒートポンプからの温水の使用負荷に応じて、前記ヒートポンプの運転台数と出力が変更され、
前記各ヒートポンプは、その圧縮機のモータの電源周波数をインバータにより変えることで出力が変更され、
前記各ヒートポンプは、まずは全負荷運転時の周波数よりも低い設定周波数にて運転し、それでは前記使用負荷を賄えない場合には、運転中のヒートポンプの出力を上げるのではなく、他に停止中のヒートポンプを起動して前記設定周波数にて運転する
ことを特徴とする給水加温システム。
【請求項２】
前記給水路を介して給水可能な給水タンクを備え、
前記各ヒートポンプは、低負荷運転とこれより高出力の高負荷運転とを切り替え可能とされ、
前記低負荷運転は、前記モータへの周波数を前記設定周波数として運転され、
前記高負荷運転は、前記モータへの周波数を前記設定周波数より上げて運転され、
前記給水タンクの貯留水の使用負荷の増加に応じて、前記ヒートポンプを低負荷運転で順次起動した後、それでは前記使用負荷を賄えない場合に、前記各ヒートポンプを順次高負荷運転に切り替える
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、前記凝縮器の出口側の水温を設定温度に維持するように通水量を調整する
ことを特徴とする請求項２に記載の給水加温システム。
【請求項４】
前記各ヒートポンプは、過冷却器を備えると共に、廃熱回収熱交換器と共にヒートポンプユニットを構成し、
前記各ヒートポンプユニットの過冷却器は、前記給水路の給水と、前記凝縮器から前記膨張弁への冷媒との間接熱交換器であり、
前記各ヒートポンプユニットの廃熱回収熱交換器は、前記給水路の給水と、熱源流体との間接熱交換器である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の給水加温システム。
【請求項５】
前記ヒートポンプが複数台運転中、この運転中の各ヒートポンプユニットへの熱源流体の流通順序は、次の（ａ）〜（ｄ）のいずれかである
ことを特徴とする請求項４に記載の給水加温システム。
（ａ）各ヒートポンプユニットに並列に熱源流体を供給し、各ヒートポンプユニットにおいて蒸発器と廃熱回収熱交換器とに順に熱源流体を通す。
（ｂ）各ヒートポンプユニットに直列に熱源流体を供給し、各ヒートポンプユニットにおいて蒸発器と廃熱回収熱交換器とに順に熱源流体を通す。
（ｃ）各ヒートポンプユニットの蒸発器に順に熱源流体を通した後、廃熱回収熱交換器の入口側の水温よりも熱源流体温度が低くならない限り、各ヒートポンプユニットの廃熱回収熱交換器に順に熱源流体を通す。
（ｄ）各ヒートポンプユニットの廃熱回収熱交換器に順に熱源流体を通した後、各ヒートポンプユニットの蒸発器に順に熱源流体を通す。
【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（２４）の給水タンク（２３）への給水を、ヒートポンプ（１２）を用いて加温できるシステムが知られている。また、出願人は、この従来技術に比べてヒートポンプの効率をさらに向上した給水加温システムを提案し、既に特許出願を済ませている（特願２０１２−７９１９１）。
【０００３】
この種の給水加温システムは、所望の出力（出湯能力）を得られるように、場合により複数台のヒートポンプを必要とする。そして、これらヒートポンプは、温水の使用負荷に応じて、効率よく台数制御される必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５４３１号公報（図２、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、複数台のヒートポンプを備える給水加温システムにおいて、温水の使用負荷に応じて、効率よくヒートポンプを台数制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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給水路の水を加温する複数台のヒートポンプを備え、これらヒートポンプからの温水の使用負荷に応じて、前記ヒートポンプの運転台数と出力が変更され、前記各ヒートポンプは、その圧縮機のモータの電源周波数をインバータにより変えることで出力が変更され、前記各ヒートポンプは、まずは全負荷運転時の周波数よりも低い設定周波数にて運転し、それでは前記使用負荷を賄えない場合には、運転中のヒートポンプの出力を上げるのではなく、他に停止中のヒートポンプを起動して前記設定周波数にて運転することを特徴とする給水加温システムである。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、各ヒートポンプは、圧縮機がインバータ制御され、全負荷運転よりも効率のよい（典型的には最も効率のよい）設定周波数での運転が優先される。これにより、温水の使用負荷に応じて、効率よくヒートポンプを台数制御することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記給水路を介して給水可能な給水タンクを備え、前記各ヒートポンプは、低負荷運転とこれより高出力の高負荷運転とを切り替え可能とされ、前記低負荷運転は、前記モータへの周波数を前記設定周波数として運転され、前記高負荷運転は、前記モータへの周波数を前記設定周波数より上げて運転され、前記給水タンクの貯留水の使用負荷の増加に応じて、前記ヒートポンプを低負荷運転で順次起動した後、それでは前記使用負荷を賄えない場合に、前記各ヒートポンプを順次高負荷運転に切り替え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。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、前記設定周波数での低負荷運転と、これより高出力の高負荷運転（典型的には全負荷運転）とを切り替えられるが、低負荷運転での運転が優先される。これにより、温水の使用負荷に応じて、効率よくヒートポンプを台数制御することができる。
【００１０】
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、前記凝縮器の出口側の水温を設定温度に維持するように通水量を調整することを特徴とする請求項２に記載の給水加温システムである。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、給水路を介した給水タンクへの給水中、凝縮器の出口側水温を設定温度に維持するように、凝縮器への通水量（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。さらに、凝縮器の出口側水温を設定温度に維持するために、ヒートポンプを制御するのではなく、凝縮器への通水量を制御するので、ヒートポンプを効率よく運転することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記各ヒートポンプは、過冷却器を備えると共に、廃熱回収熱交換器と共にヒートポンプユニットを構成し、前記各ヒートポンプユニットの過冷却器は、前記給水路の給水と、前記凝縮器から前記膨張弁への冷媒との間接熱交換器であり、前記各ヒートポンプユニットの廃熱回収熱交換器は、前記給水路の給水と、熱源流体との間接熱交換器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の給水加温システムである。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、各ヒートポンプユニットは、ヒートポンプの他、廃熱回収熱交換器や過冷却器を備え、熱源流体の熱や、凝縮器を通過後の冷媒の熱を用いて、給水を加温することができる。
【００１４】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記ヒートポンプが複数台運転中、この運転中の各ヒートポンプユニットへの熱源流体の流通順序は、次の（ａ）〜（ｄ）のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の給水加温システムである。
（ａ）各ヒートポンプユニットに並列に熱源流体を供給し、各ヒートポンプユニットにおいて蒸発器と廃熱回収熱交換器とに順に熱源流体を通す。
（ｂ）各ヒートポンプユニットに直列に熱源流体を供給し、各ヒートポンプユニットにおいて蒸発器と廃熱回収熱交換器とに順に熱源流体を通す。
（ｃ）各ヒートポンプユニットの蒸発器に順に熱源流体を通した後、廃熱回収熱交換器の入口側の水温よりも熱源流体温度が低くならない限り、各ヒートポンプユニットの廃熱回収熱交換器に順に熱源流体を通す。
（ｄ）各ヒートポンプユニットの廃熱回収熱交換器に順に熱源流体を通した後、各ヒートポンプユニットの蒸発器に順に熱源流体を通す。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、用意できる熱源流体の量や温度に応じて、各ヒートポンプユニットへの熱源流体の流通順序を変更して、効率よくヒートポンプを台数制御することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数台のヒートポンプを備える給水加温システムにおいて、温水の使用負荷に応じて、効率よくヒートポンプを台数制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の給水加温システムの実施例１を示す概略図である。
【図２】図１の給水加温システムの制御方法を示す図である。
【図３】図１の給水加温システムの変形例１を示す図である。
【図４】図１の給水加温システムの変形例２を示す図である。
【図５】図１の給水加温システムの変形例３を示す図である。
【図６】本発明の給水加温システムの実施例２の制御方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の給水加温システム１の実施例１を示す概略図である。
本実施例の給水加温システム１は、複数台のヒートポンプユニット２を備え、ボイラ３の給水タンク４への給水を加温する。ヒートポンプユニット２の台数は、特に問わないが、ここでは二台設置されている。各ヒートポンプユニット２の構成は、本実施例では互いに同一とされている。
【００２０】
本実施例の給水加温システム１は、ボイラ３への給水を貯留する給水タンク４と、この給水タンク４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４への給水を加温する複数のヒートポンプユニット２と、これらヒートポンプユニット２の熱源としての熱源水（たとえば廃温水）を貯留する熱源水タンク６とを備える。
【００２１】
ボイラ３は、蒸気ボイラであり、給水タンク４からの給水を加熱して蒸気にする。ボイラ３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３は、缶体内の水位を所望に維持するように、給水タンク４からボイラ３への給水路またはボイラ３の内部に設けたポンプ７が制御される。ボイラ３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）を給水タンク４へ戻してもよい。なお、図示例では、ボイラ３は一台のみ示されるが、複数台あってもよい。
【００２２】
給水タンク４は、補給水タンク５から、ヒートポンプユニット２を介して給水路８により給水可能であると共に、ヒートポンプユニット２を介さずに補給水路９により給水可能である。各ヒートポンプユニット２は、補給水タンク５から給水タンク４への給水が並列に通されるように設けられる。図示例の場合、補給水タンク５からの給水路８は、二股に分岐して各ヒートポンプユニット２に接続され、各ヒートポンプユニット２からの管路は、合流して給水タンク４に接続される。
【００２３】
各ヒートポンプユニット２に設けた給水ポンプ１０と、補給水路９に設けた補給水ポンプ１１とを制御することで、各ヒートポンプユニット２を介した給水路８による給水タンク４への給水と、ヒートポンプユニット２を介さない補給水路９による給水タンク４への給水とを制御することができる。
【００２４】
各ヒートポンプユニット２は、ヒートポンプ１２と給水ポンプ１０とを備える。給水ポンプ１０は、それが設置されたヒートポンプユニット２を介した給水タンク４への給水の有無や量を変更する。給水ポンプ１０は、本実施例では、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１０の回転数を変更することで、そのヒートポンプユニット２を介した給水タンク４への給水流量を調整することができる。一方、補給水ポンプ１１は、本実施例では、オンオフ制御される。
【００２５】
補給水タンク５は、給水タンク４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、軟水器（図示省略）にて水中の硬度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の水位に基づき軟水器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。
【００２６】
各ヒートポンプ１２は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機１３、凝縮器１４、膨張弁１５および蒸発器１６が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機１３は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器１４は、圧縮機１３からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁１５は、凝縮器１４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１６は、膨張弁１５からの冷媒の蒸発を図る。
【００２７】
従って、各ヒートポンプ１２は、蒸発器１６において、冷媒が外部から熱を奪って気化する一方、凝縮器１４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、各ヒートポンプ１２は、蒸発器１６において、熱源水から熱をくみ上げ、凝縮器１４において、給水路８の水を加温する。
【００２８】
各ヒートポンプ１２は、さらに、凝縮器１４と膨張弁１５との間に、過冷却器１７を備えるのが好ましい。過冷却器１７は、凝縮器１４から膨張弁１５への冷媒と、凝縮器１４への給水との間接熱交換器である。過冷却器１７により、凝縮器１４への給水で、凝縮器１４から膨張弁１５への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器１４から膨張弁１５への冷媒で、凝縮器１４への給水を加温することができる。各ヒートポンプ１２の冷媒は、好適には、凝縮器１４において潜熱を放出し、過冷却器１７において顕熱を放出する。
【００２９】
つまり、凝縮器１４において、ガス冷媒は凝縮して液冷媒となり、その液冷媒が過冷却器１７に供給されて、過冷却器１７において、液冷媒はさらに冷却（過冷却）される。冷媒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、熱交換器を簡易な構造で小型化でき、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。
【００３０】
その他、各ヒートポンプ１２には、圧縮機１３の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機１３の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器１４の出口側（凝縮器１４と過冷却器１７との間）に受液器を設置したりしてもよい。
【００３１】
ところで、各ヒートポンプ１２は、その出力を変更可能とされる。本実施例では、圧縮機１３のモータの電源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１２の出力を変更することができる。
【００３２】
各ヒートポンプユニット２は、さらに、廃熱回収熱交換器（サイクル外熱交換器）１８を備えるのが好ましい。この廃熱回収熱交換器１８は、本実施例では、過冷却器１７への給水と、蒸発器１６を通過後の熱源水との間接熱交換器である。従って、給水路８の水は、廃熱回収熱交換器１８、過冷却器１７および凝縮器１４へと順に通されることになる。一方、熱源水タンク６の熱源水は、熱源供給路１９を介して、蒸発器１６を通された後、廃熱回収熱交換器１８に通される。この際、本実施例では、各ヒートポンプユニット２には並列に熱源水が供給され、各ヒートポンプユニット２において、蒸発器１６と廃熱回収熱交換器１８とに順に熱源水が通される。
【００３３】
熱源水タンク６は、ヒートポンプ１２の熱源としての熱源水を貯留する。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。なお、熱源水タンク６には、熱源水の供給路２０が設けられると共に、所定以上の水をあふれさせるオーバーフロー路２１が設けられている。
【００３４】
熱源水タンク６の熱源水は、前述したように、熱源供給路１９を介して、各ヒートポンプユニット２に並列に供給可能とされる。各ヒートポンプユニット２への熱源水の通水は、各ヒートポンプユニット２に設けた熱源供給ポンプ２２により制御される。各ヒートポンプユニット２において、熱源水は、蒸発器１６を通された後、廃熱回収熱交換器１８を通される。
【００３５】
給水路８には、各ヒートポンプユニット２の出口側（つまり各凝縮器１４の出口側）に、出湯温度センサ２３が設けられる。出湯温度センサ２３は、凝縮器１４を通過後の水温を検出する。各ヒートポンプユニット２では、出湯温度センサ２３の検出温度に基づき、給水ポンプ１０が制御されるのがよい。ここでは、給水ポンプ１０は、出湯温度センサ２３の検出温度を設定温度（たとえば７５℃）に維持するようにインバータ制御される。つまり、各給水路８を介した給水タンク４への給水は、出湯温度センサ２３の検出温度を設定温度に維持するように、流量が調整される。
【００３６】
給水タンク４には、水位検出器２４が設けられる。この水位検出器２４は、その構成を特に問わないが、本実施例では、水位に応じた出力を得られるアナログ式の水位検出器とされる。つまり、水位検出器２４は、給水タンク４内の水位を連続的に検出する。具体的には、給水タンク４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。但し、水位検出器２４は、このようなアナログ式のものに限らず、場合により、電極式水位検出器を用いることもできる。
【００３７】
熱源水タンク６には、熱源水の有無を確認するために、水位検出器２５が設けられる。この水位検出器２５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６には、低水位検出電極棒２６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。
【００３８】
熱源水タンク６には、所望により、熱源水の温度を検出する熱源温度センサ２７が設けられる。但し、熱源温度センサ２７は、熱源水タンク６から各ヒートポンプユニット２への熱源供給路１９に設けてもよい。
【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。
【００４０】
給水タンク４には、ヒートポンプユニット２を介して給水路８により給水可能であると共に、ヒートポンプユニット２を介さずに補給水路９により給水可能であるが、通常は、給水路８を介した給水が優先されるように制御されるのが好ましい。たとえば、給水タンク４の水位を設定範囲に維持するように、給水路８を介した給水を後述のように制御するが、給水タンク４の水位が所定よりも下がれば、補給水路９を介しても給水タンク４へ給水するのが好ましい。
【００４１】
図２は、本実施例の給水加温システム１の制御方法を示す図である。同図において、縦軸の「負荷率（台分）」とは、出湯量をヒートポンプ１２の台数に換算した値であり、一台のヒートポンプ１２を全負荷運転した場合の出湯量が「１」となる。
【００４２】
給水加温システム１は、複数のヒートポンプ１２（ヒートポンプユニット２）を備えるが、これらヒートポンプ１２からの温水の使用負荷に応じて、ヒートポンプ１２の運転台数と出力が変更される。温水の使用負荷は、本実施例では、給水タンク４に設けた水位検出器２４により監視される。給水タンク４の水位が下限水位を下回ると、給水路８を介した給水タンク４への給水を開始し、水位が下がるほど、ヒートポンプ１２の運転台数や出力ひいては給水タンク４への出湯量を段階的に増加させる。逆に、給水タンク４の水位の回復時、水位が上がるほど、ヒートポンプの運転台数や出力ひいては給水タンク４への出湯量を段階的に減少させ、上限水位を上回ると、すべてのヒートポンプ１２を停止し、給水路８を介した給水タンク４への給水を停止する。
【００４３】
給水路８を介した給水タンク４への給水の開始と、その後の給水量の増加は、次のように制御される。つまり、各ヒートポンプ１２は、圧縮機１３のモータがインバータ制御されるが、その際、まずは全負荷運転時の周波数よりも低い設定周波数にて運転し、それでは給水タンク４の貯留水の使用負荷を賄えない場合には、運転中のヒートポンプ１２の出力を上げるのではなく、他に停止中のヒートポンプ１２があればそれを起動して設定周波数にて運転する。すべてのヒートポンプ１２を設定周波数で運転しても、給水タンク４の水位が回復しない場合、各ヒートポンプ１２を順次全負荷運転に切り替えればよい。
【００４４】
より具体的には、本実施例では、各ヒートポンプ１２は、低負荷運転と、これより高出力の高負荷運転とを切り替え可能とされる。低負荷運転は、圧縮機１３のモータへの周波数を前記設定周波数として運転される。高負荷運転は、圧縮機１３のモータへの周波数を前記設定周波数より上げて運転され、典型的には全負荷運転である。そして、給水タンク４の貯留水の使用負荷の増加に応じて、ヒートポンプ１２を低負荷運転で順次起動した後、それでは使用負荷を賄えない場合に、各ヒートポンプ１２を順次高負荷運転に切り替える。
【００４５】
前記設定周波数（低負荷運転時の周波数）は、圧縮機１３の特性に基づき、最も効率よく運転できる周波数に定められる。つまり、圧縮機１３の周波数と効率との関係を予め実験により求め、最も効率のよい周波数を前記設定周波数とする。
【００４６】
図２において、丸囲みの数字「１」は、１台目のヒートポンプ１２、丸囲みの数字「２」は、２台目のヒートポンプ１２を示している。同図、Ａに示すように、所定の第一水位（下限水位）を下回ると、１台目のヒートポンプ１２を起動するが、その際、そのヒートポンプ１２は全負荷運転ではなく低負荷運転で起動する。
【００４７】
その後、Ｂに示すように、給水タンク４の水位がさらに下がり、所定の第二水位を下回ると、１台目を高負荷運転に切り替えるのではなく、２台目を低負荷運転で起動させる。
【００４８】
さらに、Ｃに示すように、給水タンク４の水位がさらに下がり、所定の第三水位を下回ると、１台目を高負荷運転に切り替え、それでも足りず、所定の第四水位を下回ると、Ｄに示すように、２台目も高負荷運転に切り替える。
【００４９】
従って、図２において、Ｘは、各ヒートポンプ１２を停止状態から低負荷運転へ切り替えての運転領域、Ｙは、各ヒートポンプ１２を低負荷運転から高負荷運転へ切り替えての運転領域となる。なお、水位回復時には、これとは逆に、まずは第三水位を上回ると、２台目を低負荷運転に切り替え、その後、第二水位を上回ると、１台目を低負荷運転に切り替え、第一水位を上回ると、２台目を停止し、その後、上限水位に達すると、１台目も停止すればよい。
【００５０】
各ヒートポンプユニット２において、ヒートポンプ１２の稼働中、給水ポンプ１０と熱源供給ポンプ２２を作動させる。この際、給水ポンプ１０は、出湯温度センサ２３の検出温度を設定温度に維持するように、回転数をインバータ制御される。その結果、ヒートポンプ１２の高負荷運転時は低負荷運転時よりも多い流量で、給水路８を介して給水タンク４へ給水可能となる。
【００５１】
ヒートポンプ１２を運転して、補給水タンク５から給水路８を介して給水タンク４へ給水する際、補給水タンク５からの給水は、廃熱回収熱交換器１８、過冷却器１７および凝縮器１４により徐々に加温されて、設定温度で給水タンク４へ供給される。給水タンク４とヒートポンプ１２（凝縮器１４）との間で水を循環させる場合と比較して、補給水タンク５から給水タンク４への一回の通過（ワンススルー）で給水を加温するので、ヒートポンプ１２を通過する前後の給水の温度差を確保して、ヒートポンプ１２の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。また、各熱交換器をコンパクトに構成することもできる。
【００５２】
なお、ヒートポンプ１２の運転中、熱源水タンク６の水位が下がり、低水位検出電極棒２６が水位を検知しなくなると、ヒートポンプ１２の運転を停止すると共に、熱源供給ポンプ２２を停止して蒸発器１６への熱源水の供給を停止するのがよい。これにより、ヒートポンプ１２を無駄に運転するのが防止される。また、同様に、ヒートポンプ１２の運転中（つまり給水路８を介した給水タンク４への給水制御中）、万一、給水路８を通る給水の量が設定を下回ると、ヒートポンプ１２の運転を停止すると共に、熱源供給ポンプ２２を停止して蒸発器１６への熱源水の供給を停止するのがよい。
【００５３】
図３から図５は、本実施例の給水加温システム１の変形例を示す図である。これら変形例は、各ヒートポンプユニット２への熱源水の流通順序が異なるだけで、その他の構成は前記実施例と同様である。
【００５４】
図１の前記実施例では、各ヒートポンプユニット２に並列に熱源水を供給し、各ヒートポンプユニット２において蒸発器１６と廃熱回収熱交換器１８とに順に熱源水を通した。
【００５５】
図３の変形例１では、各ヒートポンプユニット２に直列に熱源水を供給し、各ヒートポンプユニット２において蒸発器１６と廃熱回収熱交換器１８とに順に熱源水を通している。具体的には、図３において、熱源水タンク６からの熱源水は、右側のヒートポンプユニット２の蒸発器１６と廃熱回収熱交換器１８とに順に通された後、左側のヒートポンプユニット２の蒸発器１６と廃熱回収熱交換器１８とに順に通される。
【００５６】
図４の変形例２では、各ヒートポンプユニット２の蒸発器１６に順に熱源水を通した後、廃熱回収熱交換器１８の入口側の給水温度よりも熱源水温度が低くならない限り、各ヒートポンプユニット２の廃熱回収熱交換器１８に順に熱源水を通す。具体的には、図４において、熱源水タンク６からの熱源水は、右側のヒートポンプユニット２の蒸発器１６を通された後、左側のヒートポンプユニット２の蒸発器１６に通される。その左側のヒートポンプユニット２の蒸発器１６の出口側には、三方弁２８が設けられており、蒸発器１６からの熱源水を排水するか、廃熱回収熱交換器１８に通すかを切替可能とされている。ここでは、左側のヒートポンプユニット２の蒸発器１６の出口側において熱源水の温度を監視し、その温度が所定温度未満の場合には、その蒸発器１６からの熱源水は、そのまま排水され、所定温度以上の場合には、右側のヒートポンプユニット２の廃熱回収熱交換器１８を通された後、左側のヒートポンプユニット２の廃熱回収熱交換器１８に通される。三方弁２８を切り替える境界値としての前記所定温度は、廃熱回収熱交換器（特に最下流のヒートポンプユニット２の廃熱回収熱交換器）１８の入口側の熱源水温度が給水温度（つまり補給水タンク５の水温）よりも低くならないように、その給水温度またはそれに所定値を加算した温度に設定されるのがよい。
【００５７】
図５の変形例３では、各ヒートポンプユニット２の廃熱回収熱交換器１８に順に熱源水を通した後、各ヒートポンプユニット２の蒸発器１６に順に熱源水を通す。具体的には、図５において、熱源水タンク６からの熱源水は、左側のヒートポンプユニット２の廃熱回収熱交換器１８を通された後、右側のヒートポンプユニット２の廃熱回収熱交換器１８に通され、その後、左側のヒートポンプユニット２の蒸発器１６を通された後、右側のヒートポンプユニット２の蒸発器１６を通される。
【００５８】
ところで、図３〜５では、左右のヒートポンプユニット２に熱源水が通されるが、前記実施例の制御で述べたように、給水タンク４の水位によっては、左右いずれかのヒートポンプユニット２のみが使用され、そのヒートポンプユニット２にのみ熱源水を供給すれば足りる場合がある。そこで、稼働中のヒートポンプユニット２にのみ熱源水を供給できるように、いずれか一方のヒートポンプユニット２に熱源水を供給できる状態と、図３〜５のいずれかの構成で双方のヒートポンプユニット２に熱源水を供給できる状態とを切替可能に構成しておくのが好ましい。
【実施例２】
【００５９】
図６は、本発明の給水加温システム１の実施例２の制御方法を示す図である。前記実施例１では、ヒートポンプユニット２を二台備えたが、本実施例２では、ヒートポンプユニット２を三台備える。典型的には、図１において、ヒートポンプユニット２をもう一台並列に設置した場合に相当する。その場合も、給水タンク４からの給水は、各ヒートポンプユニット２に並列に通され、また熱源水タンク６からの熱源水も、各ヒートポンプユニット２に並列に通される。
【００６０】
図６において、丸囲みの数字「１」は、１台目のヒートポンプ１２、丸囲みの数字「２」は、２台目のヒートポンプ１２、丸囲みの数字「３」は、３台目のヒートポンプ１２を示している。
【００６１】
本実施例２では、図６において、Ａに示すように、１台目のヒートポンプ１２を起動する場合、そのヒートポンプ１２は全負荷運転ではなく低負荷運転で起動する。そして、Ｂに示すように、さらに給湯負荷が上昇した場合、１台目を高負荷運転に切り替えるのではなく、２台目を低負荷運転で起動させる。さらに給湯負荷が上昇した場合、Ｃに示すように、１台目および２台目は低負荷運転のままで、３台目を低負荷運転で起動させる。
【００６２】
このようにして３台とも低負荷運転中、Ｄに示すように、さらに給湯負荷が上昇すれば、２台目および３台目は低負荷運転のままで、１台目を高負荷運転に切り替える。そして、Ｅに示すように、さらに給湯負荷が上昇すれば、２台目も高負荷運転に切り替えればよい。さらに給湯負荷が上昇すれば、Ｆに示すように、３台目も高負荷運転に切り替えればよい。
【００６３】
水位回復時には、これとは逆に、３台目を低負荷運転に切り替え、２台目を低負荷運転に切り替え、１台目を低負荷運転に切り替え、その後、３台目を停止、２台目を停止、そして３台目を停止するように制御すればよい。その他の構成は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。
【００６４】
なお、本実施例２でも、ヒートポンプ１２が複数台運転中、この運転中の各ヒートポンプユニット２への熱源水の流通順序として、次のものがある。
【００６５】
（ａ）図１と同様に、各ヒートポンプユニット２に並列に熱源水を供給し、各ヒートポンプユニット２において蒸発器１６と廃熱回収熱交換器１８とに順に熱源水を通す。
【００６６】
（ｂ）図３と同様に、各ヒートポンプユニット２に直列に熱源水を供給し、各ヒートポンプユニット２において蒸発器１６と廃熱回収熱交換器１８とに順に熱源水を通す。
【００６７】
（ｃ）図４と同様に、各ヒートポンプユニット２の蒸発器１６に順に熱源水を通した後、廃熱回収熱交換器１８の入口側の水温よりも熱源水温度が低くならない限り、各ヒートポンプユニット２の廃熱回収熱交換器１８に順に熱源水を通す。この場合において、水温と熱源水温度との比較による廃熱回収熱交換器１８への熱源水の通水の有無の切替えは、各ヒートポンプユニット２にて可能に構成しておくのがよい。そして、熱源水温度が所定より低くなった場合、それより下流の各廃熱回収熱交換器１８には熱源水を通さないようにすればよい。
【００６８】
（ｄ）図５と同様に、各ヒートポンプユニット２の廃熱回収熱交換器１８に順に熱源水を通した後、各ヒートポンプユニット２の蒸発器１６に順に熱源水を通す。
【００６９】
本発明の給水加温システム１は、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、複数台のヒートポンプ１２を備え、温水の使用負荷に応じてヒートポンプ１２の運転台数と出力を変更し、各ヒートポンプ１２の圧縮機１３をインバータ制御するが、各ヒートポンプ１２は、まずは全負荷運転時の周波数よりも低い設定周波数にて運転し、それでは前記使用負荷を賄えない場合には、運転中のヒートポンプ１２の出力を上げるのではなく、他に停止中のヒートポンプ１２があればそれを起動して前記設定周波数にて運転する構成を備えるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。
【００７０】
たとえば、前記実施例では、ヒートポンプユニット２を２台の場合と３台の場合について説明したが、Ｎ台であってもよい。その場合も、給水タンク４の貯留水の使用負荷（つまり給水タンク４内の段階的な水位変化）に応じて、Ｎ台まで順次、設定周波数で起動した後、それでも足りない場合は、順次、全負荷運転に切り替えていけばよい。
【００７１】
また、前記実施例では、各ヒートポンプユニット２の構成は、互いに同一としたが、定格出力を異なったものとしてもよい。各ヒートポンプユニット２の構成が互いに異なる場合、前記設定周波数は、ヒートポンプ１２ごとに異なってもよい。
【００７２】
また、前記実施例では、給水路８を介した給水タンク４への給水流量を調整するために、各ヒートポンプユニット２において、給水ポンプ１０をインバータ制御したが、給水ポンプ１０をオンオフ制御しつつ、給水路８に設けたバルブの開度を調整してもよい。つまり、出湯温度センサ２３の検出温度などに基づき給水路８を介した給水の流量を調整可能であれば、その流量調整方法は適宜に変更可能である。
【００７３】
また、各ヒートポンプユニット２において、ヒートポンプ１２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１２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、下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上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、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上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。
【００７４】
また、給水タンク４に、ヒートポンプユニット２を介して給水路８により給水可能であると共に、ヒートポンプユニット２を介さずに補給水路９により給水可能であれば、給水路８や補給水路９の具体的構成は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、給水路８と補給水路９とは、それぞれ補給水タンク５と給水タンク４とを接続するように並列に設けたが、給水路８と補給水路９との一端部（補給水タンク５側の端部）と他端部（給水タンク４側の端部）の一方または双方は、共通の管路としてもよい。言い換えれば、補給水路９の一端部は、補給水タンク５に接続するのではなく、給水路８から分岐するように設けてもよいし、補給水路９の他端部は、給水タンク４に接続するのではなく、給水タンク４の手前において給水路８に合流するように設けてもよい。補給水路９の一端部を、補給水タンク５に接続するのではなく、給水路８から分岐するように設ける場合、その分岐部より下流において、給水路８に給水ポンプ１０を設ける一方、補給水路９に補給水ポンプ１１を設ければよいが、分岐部よりも上流側の共通管路にのみポンプを設けて、分岐部より下流の給水路８および／または補給水路９に設けたバルブの開度を調整することで、給水路８や補給水路９を通る流量を調整してもよい。
【００７５】
また、前記実施例では、給水タンク４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、給水源から直接に給水路８および補給水路９に水を通してもよい。
【００７６】
また、前記実施例では、給水路８および／または補給水路９を介して、補給水タンク５から給水タンク４へ給水可能としたが、これら給水は、軟水器から直接に行ってもよい。たとえば、図１において、給水路８および補給水路９の基端部をまとめて軟水器に接続し、給水ポンプ１０の設置を省略する代わりに給水路８に設けた電動弁（モータバルブ）の開度を調整し、補給水ポンプ１１の設置を省略する代わりに補給水路９に設けた電磁弁の開閉を制御すればよい。
【００７７】
また、前記実施例では、ボイラ３の給水タンク４への給水をヒートポンプ１２で加温できるシステムについて説明したが、給水タンク４の貯留水の利用先は、ボイラ３に限らず適宜に変更可能である。そして、場合により、給水タンク４を省略したり、補給水タンク５や補給水路９を省略したりしてもよい。
【００７８】
さらに、前記実施例では、ヒートポンプ１２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１２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。
【符号の説明】
【００７９】
１  給水加温システム
２  ヒートポンプユニット
３  ボイラ
４  給水タンク
５  補給水タンク
６  熱源水タンク
８  給水路
９  補給水路
１０  給水ポンプ
１１  補給水ポンプ
１２  ヒートポンプ
１３  圧縮機
１４  凝縮器
１５  膨張弁
１６  蒸発器
１７  過冷却器
１８  廃熱回収熱交換器
１９  熱源供給路
２３  出湯温度センサ
２４  水位検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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