(57)【要約】【課題】ヒートポンプの熱源として異なる温度の流体が存在する場合、比較的高温の熱源流体を有効活用する。【解決手段】ヒートポンプ１３は、蒸発器１７に通される熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器１５に通される給水路９の水を加温する。蒸発器１７への熱源流体を貯留するタンクとして、第一タンク６と第二タンク７とを備える。第一タンク６には、比較的低温の熱源流体が貯留され、第二タンク７には、比較的高温の熱源流体が貯留される。蒸発器１７へ供給する熱源流体として、第一タンク６内の熱源流体と第二タンク７内の熱源流体とを切替可能である。【選択図】図１
2014194316.tif 000002
【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ヒートポンプと、
前記蒸発器への熱源流体を貯留する第一タンクと、
この第一タンクの熱源流体より高温の熱源流体を貯留する第二タンクとを備え、
前記蒸発器へ供給する熱源流体として、前記第一タンク内の熱源流体と前記第二タンク内の熱源流体とを切替可能とされた
ことを特徴とする給水加温システム。
【請求項２】
前記凝縮器への給水と前記凝縮器からの冷媒とを熱交換する過冷却器と、
前記蒸発器からの熱源流体と前記過冷却器への給水とを熱交換する廃熱回収熱交換器とをさらに備え、
前記第二タンクからの熱源流体を前記蒸発器に供給中、前記廃熱回収熱交換器からの熱源流体が戻し温度以上か否かにより、その熱源流体を前記第一タンクへ供給するか否かを切り替える
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】
前記ヒートポンプと前記廃熱回収熱交換器とを備えたヒートポンプユニットを複数備え、
その複数のヒートポンプユニットの内、少なくとも一つのヒートポンプユニットには、前記第二タンクからの熱源流体が供給可能とされる一方、残りのヒートポンプユニットには、前記第一タンクからの熱源流体が供給可能とされた
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】
前記第一タンクと前記第二タンクとは共通タンクとされており、
この共通タンクへの熱源流体の供給路として、温度の異なる熱源流体を通す複数の供給路が設けられており、
前記複数の供給路の内、温度の高い方の熱源流体が通される供給路には、前記共通タンクへ熱源流体を入れる前に前記蒸発器へ熱源流体を通すための分岐路が設けられている
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。
【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】
この出願中の給水加温システムは、ヒートポンプと給水タンクとを備え、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、過冷却器および凝縮器を順に通される。廃熱回収熱交換器は、給水路を介した給水タンクへの給水と、蒸発器を通過後の熱源流体との間接熱交換器であり、過冷却器は、給水路を介した給水タンクへの給水と、凝縮器から膨張弁への冷媒との間接熱交換器である。給水路を介した給水タンクへの給水中、ヒートポンプを運転すると共に、ヒートポンプの凝縮器の出口側水温を設定温度に維持するように、凝縮器への通水量を調整するのが好ましい。
【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】
ヒートポンプを用いた給水加温システムでは、ヒートポンプの熱源として、たとえば工場などから排出される廃温水を用いることができる。しかしながら、廃温水は、蒸気使用設備における蒸気のドレンのように１００℃近い高温のものから、クーリングタワーなどにおける４０℃程度の低温のものまで多岐にわたる。
【０００６】
ヒートポンプは、基本的には、熱源温度（廃温水温度）が高いほど、効率がよくなるが、廃温水の温度に拘わらず全ての廃温水を一つのタンクに集めて利用するのでは、廃温水の温度が平均化され、高温の廃温水が存在してもそれを有効に活かせない。前記出願中の発明のように、廃熱回収熱交換器を備える場合には、なおさらである。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、高温の熱源流体を有効活用できる給水加温システムを提供することにある。
【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給水路の水を加温するヒートポンプと、前記蒸発器への熱源流体を貯留する第一タンクと、この第一タンクの熱源流体より高温の熱源流体を貯留する第二タンクとを備え、前記蒸発器へ供給する熱源流体として、前記第一タンク内の熱源流体と前記第二タンク内の熱源流体とを切替可能とされた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、熱源流体の貯留タンクとして第一タンクと第二タンクとを備え、第一タンクには比較的低温の熱源流体が貯留され、第二タンクには比較的高温の熱源流体が貯留される。そして、蒸発器へ供給する熱源流体として、第一タンクの熱源流体と第二タンクの熱源流体とを切替可能であるから、比較的高温の熱源流体が存在する場合には、それをヒートポンプの熱源として用いることができる。このようにして、高温の熱源流体を有効活用することができ、それにより、システム効率を向上することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記凝縮器への給水と前記凝縮器からの冷媒とを熱交換する過冷却器と、前記蒸発器からの熱源流体と前記過冷却器への給水とを熱交換する廃熱回収熱交換器とをさらに備え、前記第二タンクからの熱源流体を前記蒸発器に供給中、前記廃熱回収熱交換器からの熱源流体が戻し温度以上か否かにより、その熱源流体を前記第一タンクへ供給するか否かを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。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、給水路を介した給水は、廃熱回収熱交換器、過冷却器および凝縮器を順に通される一方、ヒートポンプの熱源流体は、蒸発器および廃熱回収熱交換器を順に通される。蒸発器を通過後の熱源流体の熱や、凝縮器を通過後の冷媒の熱を用いて、凝縮器への給水を予熱しておくことで、ヒートポンプの効率を向上することができる。また、第二タンクからの熱源流体を蒸発器に供給中、廃熱回収熱交換器からの熱源流体が戻し温度以上であれば、その熱源流体を第一タンクへ供給して、他のヒートポンプの熱源などに用いることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記ヒートポンプと前記廃熱回収熱交換器とを備えたヒートポンプユニットを複数備え、その複数のヒートポンプユニットの内、少なくとも一つのヒートポンプユニットには、前記第二タンクからの熱源流体が供給可能とされる一方、残りのヒートポンプユニットには、前記第一タンクからの熱源流体が供給可能とされた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。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、複数のヒートポンプユニットの内、少なくとも一つのヒートポンプユニットには、第二タンクからの熱源流体が供給可能とされ、その使用後の熱源流体が戻し温度以上であれば、その熱源流体を第一タンクへ供給して、他のヒートポンプユニットにおいて用いることができる。
【００１４】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記第一タンクと前記第二タンクとは共通タンクとされており、この共通タンクへの熱源流体の供給路として、温度の異なる熱源流体を通す複数の供給路が設けられており、前記複数の供給路の内、温度の高い方の熱源流体が通される供給路には、前記共通タンクへ熱源流体を入れる前に前記蒸発器へ熱源流体を通すための分岐路が設けられてい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。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、第一タンクと第二タンクとに分けることなく、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明と同様の作用効果を実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高温の熱源流体を有効活用できる給水加温システムを実現することができる。
【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】本発明の給水加温システムの実施例２を示す概略図である。
【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、ボイラ２の給水タンク３への給水を加温するシステムであり、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４と、この補給水タンク４から給水タンク３への給水を加温する一または複数のヒートポンプユニット５と、このヒートポンプユニット５の熱源としての熱源水（たとえば廃温水）を貯留する第一タンク６および第二タンク７とを備える。
【００２０】
ヒートポンプユニット５の台数は、特に問わないが、ここでは二台設置されている。また、各ヒートポンプユニット５の構成は、本実施例では互いに同一とされている。但し、場合により、各ヒートポンプユニット５は、たとえば定格出力が互いに異なってもよい。
【００２１】
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への給水路またはボイラ２の内部に設けたポンプ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）を給水タンク３へ戻してもよい。なお、図示例では、ボイラ２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３は、補給水タンク４から、ヒートポンプユニット５を介して給水路９により給水可能であると共に、ヒートポンプユニット５を介さずに補給水路１０により給水可能である。各ヒートポンプユニット５は、補給水タンク４から給水タンク３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４からの給水路９は、二股に分岐して各ヒートポンプユニット５に接続され、各ヒートポンプユニット５からの管路は、合流して給水タンク３に接続される。
【００２３】
各ヒートポンプユニット５に設けた給水ポンプ１１と、補給水路１０に設けた補給水ポンプ１２とを制御することで、各ヒートポンプユニット５を介した給水路９による給水タンク３への給水と、ヒートポンプユニット５を介さない補給水路１０による給水タンク３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５は、ヒートポンプ１３と給水ポンプ１１とを備える。給水ポンプ１１は、それが設置されたヒートポンプユニット５を介した給水タンク３への給水の有無の他、本実施例では給水流量も変更可能とされる。具体的には、本実施例の給水ポンプ１１は、インバータにより回転数を変更可能とされ、回転数を変更することで、そのヒートポンプユニット５を介した給水タンク３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１２は、本実施例では、オンオフ制御される。
【００２５】
補給水タンク４は、給水タンク３への給水を貯留する。補給水タンク４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４に供給され貯留される。補給水タンク４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４の水位は所望に維持される。
【００２６】
各ヒートポンプ１３は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機１４、凝縮器１５、膨張弁１６および蒸発器１７が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機１４は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器１５は、圧縮機１４からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁１６は、凝縮器１５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１７は、膨張弁１６からの冷媒の蒸発を図る。
【００２７】
従って、各ヒートポンプ１３は、蒸発器１７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１５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１３は、蒸発器１７において、熱源水から熱をくみ上げ、凝縮器１５において、給水路９の水を加温する。
【００２８】
各ヒートポンプ１３は、さらに、凝縮器１５と膨張弁１６との間に、過冷却器１８を備えるのが好ましい。過冷却器１８は、凝縮器１５から膨張弁１６への冷媒と、凝縮器１５への給水との間接熱交換器である。過冷却器１８により、凝縮器１５への給水で、凝縮器１５から膨張弁１６への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器１５から膨張弁１６への冷媒で、凝縮器１５への給水を加温することができる。各ヒートポンプ１３の冷媒は、好適には、凝縮器１５において潜熱を放出し、過冷却器１８において顕熱を放出する。
【００２９】
つまり、凝縮器１５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１８に供給されて、過冷却器１８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１３には、圧縮機１４の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機１４の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器１５の出口側（凝縮器１５と過冷却器１８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１３は、その出力を変更可能とされるのがよい。本実施例では、圧縮機１４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１３の出力を変更することができる。たとえば、ヒートポンプ１３は、高負荷運転（典型的には全負荷運転＝１００％出力）、低負荷運転（たとえば５０％出力）および停止（０％出力）の三位置で制御される。
【００３２】
各ヒートポンプユニット５は、さらに、廃熱回収熱交換器１９を備えるのが好ましい。この廃熱回収熱交換器１９は、過冷却器１８への給水と、蒸発器１７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９の水は、廃熱回収熱交換器１９、過冷却器１８および凝縮器１５へと順に通されることになる。一方、第一タンク６または第二タンク７の熱源水は、熱源供給路２０を介して、蒸発器１７を通された後、廃熱回収熱交換器１９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５には並列に熱源水が供給され、各ヒートポンプユニット５において、蒸発器１７と廃熱回収熱交換器１９とに順に熱源水が通される。
【００３３】
第一タンク６および第二タンク７は、ヒートポンプ１３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。廃温水には、蒸気使用設備における蒸気のドレンのように１００℃近い高温のものから、クーリングタワーなどにおける４０℃程度の低温のものまで、様々な温度のものがあり得る。従って、温度を考慮せずに、各種の熱源水を一つのタンクに集めてしまっては、比較的高温の熱源水を有効活用できない。そこで、本実施例では、熱源水を温度に応じて複数のタンク６，７に分けて貯留して、使い分けることとする。具体的には、所定温度未満の比較的低温の熱源水を第一タンク６に貯留し、所定温度以上の比較的高温の熱源水を第二タンク７に貯留して、比較的高温の熱源水は高温のままでヒートポンプ１３の熱源として利用可能とする。
【００３４】
第一タンク６には、比較的低温の熱源水の供給路２１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２２が設けられている。一方、第二タンク７には、比較的高温の熱源水の供給路２３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２４が設けられている。なお、第二タンク７からオーバーフロー路２４を介してあふれる熱源水は、第一タンク６へ供給されるようにしてもよい。
【００３５】
第一タンク６の熱源水は、熱源供給路２０を介して、各ヒートポンプユニット５に並列に供給可能とされる。図示例では、第一タンク６からの熱源供給路２０は、分岐して各ヒートポンプユニット５に接続される。その分岐後の熱源供給路２０の内、図１において右側のヒートポンプユニット５への熱源供給路２０Ａには、第二タンク７からの熱源供給路２０Ｂが合流するよう接続されている。そして、その接続部には給水三方弁２５が設けられている。この給水三方弁２５は、右側のヒートポンプユニット５への熱源水として、第一タンク６内の熱源水を供給するか、第二タンク７内の熱源水を供給するかを切り替える。
【００３６】
各ヒートポンプユニット５への熱源水の通水は、各ヒートポンプユニット５に設けた熱源供給ポンプ２６により制御される。つまり、図１において、右側の熱源供給ポンプ２６を作動させれば、右側のヒートポンプユニット５に熱源水を通すことができ、左側の熱源供給ポンプ２６を作動させれば、左側のヒートポンプユニット５に熱源水を通すことができる。各ヒートポンプユニット５において、熱源水は、蒸発器１７を通された後、廃熱回収熱交換器１９を通され、熱源排出路２７を介して排出される。
【００３７】
図１において、右側のヒートポンプユニット５からの熱源排出路２７には、第一タンク６への熱源戻し路２８が分岐して設けられている。そして、その分岐部には排水三方弁２９が設けられている。この排水三方弁２９は、右側のヒートポンプユニット５で使用後の熱源水を、そのまま排水するか、第一タンク６へ供給するかを切り替える。右側のヒートポンプユニット５には、第二タンク７に貯留された比較的高温の熱源水を供給できるが、その場合、ヒートポンプユニット５で使用後の熱源水を所望により第一タンク６へ供給して、他のまたは同じヒートポンプユニット５にて再利用することが可能となる。
【００３８】
ここでは、右側のヒートポンプユニット５からの熱源排出路２７に設けた温度センサ３０により、そのヒートポンプユニット５にて使用後の熱源水の温度ＴＨ´を監視し、その温度が第一タンク６に設けた温度センサ３１による貯留水の温度ＴＴよりも高ければ（ＴＨ´＞ＴＴ）、右側のヒートポンプユニット５で使用後の熱源水を第一タンク６へ供給し、そうでないなら、排水するように、排水三方弁２９を切り替える。
【００３９】
ところで、本実施例では、給水路９には、各ヒートポンプユニット５の出口側（つまり各凝縮器１５の出口側）に、出湯温度センサ３２が設けられる。出湯温度センサ３２は、凝縮器１５を通過後の水温ＴＷを検出する。各ヒートポンプユニット５では、出湯温度センサ３２の検出温度ＴＷに基づき、給水ポンプ１１が制御されるのがよい。ここでは、給水ポンプ１１は、出湯温度センサ３２の検出温度ＴＷ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９を介した給水タンク３への給水は、出湯温度センサ３２の検出温度ＴＷを設定温度に維持するように、流量が調整される。
【００４０】
給水タンク３には、水位検出器（図示省略）が設けられる。この水位検出器は、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、水位検出器は、給水タンク３内の水位を連続的に検出する。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。但し、水位検出器は、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。
【００４１】
第一タンク６および第二タンク７には、それぞれ、熱源水の有無を確認するために、水位検出器（図示省略）が設けられる。この水位検出器は、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、熱源水の水位が設定を下回っていないかを監視する。
【００４２】
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。
【００４３】
給水タンク３には、ヒートポンプユニット５を介して給水路９により給水可能であると共に、ヒートポンプユニット５を介さずに補給水路１０により給水可能であるが、通常は、給水路９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３の水位を設定範囲に維持するように、給水路９を介した給水を後述のように制御するが、給水タンク３の水位が所定よりも下がれば、補給水路１０を介しても給水タンク３へ給水するのが好ましい。
【００４４】
本実施例の給水加温システム１は、給水タンク３内の貯留水の使用負荷に応じて、ヒートポンプ１３の運転台数および／または出力が変更される。給水タンク３内の貯留水の使用負荷は、給水タンク３に設けた水位検出器により監視される。給水タンク３の水位が下限水位を下回ると、給水路９を介した給水タンク３への給水を開始し、水位が下がるほど、ヒートポンプ１３の運転台数および／または出力を増加させて、給水タンクへの出湯量を増加させる。逆に、給水タンクの水位の回復時、水位が上がるほど、ヒートポンプ１３の運転台数および／または出力を減少させて、給水タンク３への出湯量を減少させ、上限水位を上回ると、すべてのヒートポンプ１３を停止し、給水路９を介した給水タンク３への給水を停止する。
【００４５】
各ヒートポンプユニット５において、ヒートポンプ１３の稼働中、給水ポンプ１１と熱源供給ポンプ２６とを作動させる。この際、給水ポンプ１１は、出湯温度センサ３２の検出温度ＴＷ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１３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９を介して給水タンク３へ給水可能となる。
【００４６】
本実施例の給水加温システム１では、図１において、左右にヒートポンプユニット５を備えるが、右側のヒートポンプユニット５には、熱源水として、第一タンク６内の比較的低温の熱源水か、第二タンク７内の比較的高温の熱源水かを、給水三方弁２５により切り替えて供給可能とされる。そして、できるだけ右側のヒートポンプユニット５の稼働を優先し、その熱源水として、第二タンク７内の比較的高温の熱源水を用いるのが好ましい。
【００４７】
たとえば、複数のヒートポンプユニット５の内、給水タンク３の水位との関係で、一部のヒートポンプユニット５を稼働させる状態では、第二タンク７内の貯留水を供給可能なヒートポンプユニット（図１では右側のヒートポンプユニット）５を稼働させて、できるだけ高温の熱源水を用いるように制御するのが好ましい。比較的高温の熱源水を用いることで、システム効率を向上することができる。なお、第一タンク６や第二タンク７は、それぞれ水位検出器により熱源水の有無が監視され、たとえば第二タンク７の熱源水がなくなれば、第一タンク６からの熱源水を供給し、両方の熱源水がなくなれば、ヒートポンプ１３の運転を停止するのがよい。
【００４８】
また、ヒートポンプ１３へ供給中の熱源水の温度に基づき、ヒートポンプ１３の出力（圧縮機１４の回転数）を調整してもよい。熱源水の温度が高い程、ヒートポンプ１３の出力を下げることができる。
【００４９】
図１において右側のヒートポンプユニット５に、第二タンク７内の比較的高温の熱源水を供給中、そのヒートポンプユニット５の出口側における熱源水温度ＴＨ´を監視し、その温度が所定の戻し温度（本実施例では第一タンク６の貯留水の水温ＴＴ）よりも高ければ（ＴＨ´＞ＴＴ）、右側のヒートポンプユニット５で使用後の熱源水を第一タンク６へ戻し、そうでないなら、そのまま排水するのが好ましい。
【００５０】
ヒートポンプ１３を運転して、補給水タンク４から給水路９を介して給水タンク３へ給水する際、補給水タンク４からの給水は、廃熱回収熱交換器１９、過冷却器１８および凝縮器１５により徐々に加温されて、設定温度で給水タンク３へ供給される。給水タンク３とヒートポンプ１３（凝縮器１５）との間で水を循環させる場合と比較して、補給水タンク４から給水タンク３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１３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１３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。
【実施例２】
【００５１】
図２は、本発明の給水加温システム１の実施例２を示す概略図である。本実施例２の給水加温システム１も、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００５２】
前記実施例１では、熱源水の貯留タンクとして、第一タンク６と第二タンク７とを備えたが、本実施例２では一つの共通タンク３３から構成される。この共通タンク３３には、比較的低温（所定温度未満）の熱源水の供給路２１と、比較的高温（所定温度以上）の熱源水の供給路２３とが設けられる。そして、比較的高温の熱源水の供給路２３には、共通タンク３３の手前において分岐路３４が設けられている。そして、この分岐路３４は、共通タンク３３から右側のヒートポンプユニット５への熱源供給路２０Ａに接続されており、その接続部に給水三方弁２５が設けられている。つまり、分岐路３４は、前記実施例１における第二タンク７からの熱源供給路２０Ｂに相当する。また、分岐路３４の基端部には、切替三方弁３５が設けられており、この切替三方弁３５により、熱源水を共通タンク３３へ供給するか、分岐路３４を介してヒートポンプユニット５へ供給するかを切替可能とされている。
【００５３】
本実施例の場合、切替三方弁３５および給水三方弁２５により、比較的高温の熱源水を、共通タンク３３を介さずに右側のヒートポンプ１３へ供給するか、共通タンク３３を介して各ヒートポンプ１３へ供給するかを切り替えることができる。たとえば、熱源水の供給路２１，２３にそれぞれ温度センサ３６，３７を設けて熱源水の温度ＴＬ，ＴＨを監視し、比較的高温の熱源水の温度ＴＨが比較的低温の熱源水の温度ＴＬよりも高いか（ＴＨ＞ＴＬ）、所定温度以上高い場合（ＴＨ＞ＴＬ＋ΔＴ）、共通タンク３３を経ることなく直接にヒートポンプユニット５に通すのが好ましい。そして、その場合において、ヒートポンプユニット５で使用後の温度ＴＨ´が所定の戻し温度（本実施例では共通タンク３３の貯留水の水温ＴＴ）よりも高ければ（ＴＨ´＞ＴＴ）、使用後の熱源水を熱源戻し路２８を介して共通タンク３３へ供給して、他のまたは同じヒートポンプユニット５への熱源として用いるのが好ましい。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。
【００５４】
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。たとえば、前記実施例において、ヒートポンプユニット５は、２台に限らず３台以上であってもよいし、１台のみであってもよい。また、前記実施例では、複数のヒートポンプユニット５の内、一つにのみ比較的高温の熱源水を供給可能としたが、二つ以上や全部のヒートポンプユニット５に比較的高温の熱源水を供給可能としてもよい。そして、比較的高温の熱源水が供給可能なヒートポンプユニット５の出口側には、所望により熱源水を熱源戻し路２８を介して第一タンク６（実施例１）や共通タンク３３（実施例２）へ供給可能としておくのが好ましい。
【００５５】
また、前記実施例では、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ために、各ヒートポンプユニット５において、給水ポンプ１１をインバータ制御したが、給水ポンプ１１をオンオフ制御しつつ、給水路９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３２の検出温度などに基づき給水路９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。
【００５６】
また、各ヒートポンプユニット５において、ヒートポンプ１３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１３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。
【００５７】
また、給水タンク３に、ヒートポンプユニット５を介して給水路９により給水可能であると共に、ヒートポンプユニット５を介さずに補給水路１０により給水可能であれば、給水路９や補給水路１０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９と補給水路１０とは、それぞれ補給水タンク４と給水タンク３とを接続するように並列に設けたが、給水路９と補給水路１０との一端部（補給水タンク４側の端部）と他端部（給水タンク３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１０の一端部は、補給水タンク４に接続するのではなく、給水路９から分岐するように設けてもよいし、補給水路１０の他端部は、給水タンク３に接続するのではなく、給水タンク３の手前において給水路９に合流するように設けてもよい。補給水路１０の一端部を、補給水タンク４に接続するのではなく、給水路９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９に給水ポンプ１１を設ける一方、補給水路１０に補給水ポンプ１２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９および／または補給水路１０に設けたバルブの開度を調整することで、給水路９や補給水路１０を通る流量を調整してもよい。
【００５８】
また、前記実施例では、給水タンク３への給水を貯留するために補給水タンク４を設置したが、場合により補給水タンク４の設置を省略して、給水源から直接に給水路９および補給水路１０に水を通してもよい。
【００５９】
また、前記実施例では、給水路９および／または補給水路１０を介して、補給水タンク４から給水タンク３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９および補給水路１０の基端部をまとめて軟水器に接続し、給水ポンプ１１の設置を省略する代わりに給水路９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１２の設置を省略する代わりに補給水路１０に設けた電磁弁の開閉を制御すればよい。
【００６０】
さらに、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１３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。そして、場合により、給水タンク３を省略したり、補給水タンク４や補給水路１０を省略したりしてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  給水加温システム
２  ボイラ
３  給水タンク
４  補給水タンク
５  ヒートポンプユニット
６  第一タンク
７  第二タンク
９  給水路
１１  給水ポンプ
１３  ヒートポンプ
１４  圧縮機
１５  凝縮器
１６  膨張弁
１７  蒸発器
１８  過冷却器
１９  廃熱回収熱交換器
２０  熱源供給路
２１  比較的低温の熱源水の供給路
２３  比較的高温の熱源水の供給路
２５  給水三方弁
２６  熱源供給ポンプ
２７  熱源排出路
２８  熱源戻し路
２９  排水三方弁
３３  共通タンク
３４  分岐路
３５  切替三方弁
【図１】
2014194316.tif 000003
【図２】
2014194316.tif 000004