(57)【要約】  複数の冷凍サイクルにより熱媒を段階的に加熱する場合の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる加温システムであって、圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換する第１、第２の水−冷媒熱交換器を備えた第１、第２の冷凍サイクルと、複数の冷凍サイクルの第１、第２の水−冷媒熱交換器の水側流路に水を直列に流通させる給水管と、第１、第２の冷凍サイクルで加温された水（湯）を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンク内の温水を、水の流通方向の最下流側に位置する第２の水−冷媒熱交換器を備えた最下流側の第２の冷凍サイクルのみを運転させて加温する追炊き手段を構成する追炊き用水管、追炊き用循環ポンプ、三方弁および制御器とを具備している。
2013021762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、第１の水−冷媒熱交換器の冷媒側流路、膨張装置、第１の蒸発器とを冷媒配管を介して連通する前段側冷凍サイクルと、
高温側圧縮機、第２の水−冷媒熱交換器の冷媒側流路、高温側膨張装置、カスケード熱交換器の高温側流路とを冷媒配管を介して連通する高温側冷凍回路と、低温側圧縮機、上記カスケード熱交換器の低温側流路、低温側膨張装置、第２の蒸発器とを冷媒配管を介して連通する低温側冷凍回路とからなる二元冷凍サイクルで構成された後段側冷凍サイクルと、
上記第１の水−冷媒熱交換器の水側流路、第２の水−冷媒熱交換器の水側流路の順に水を流通させる第１の水回路とを備えたことを特徴とする加温システム。
【請求項２】
上記前段側冷凍サイクルおよび後段側冷凍サイクルの低温側冷凍回路の冷媒としてＲ４１０Ａを、上記高温側冷凍回路の冷媒としてＲ１３４ａを用いたことを特徴とする請求項１記載の加温システム。
【請求項３】
上記第１の蒸発器と第２の蒸発器を水−冷媒熱交換器で構成し、第１の蒸発器、第２の蒸発器の順に水を連通させる第２の水回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の加温システム。
【請求項４】
上記前段側冷凍サイクルおよび後段側冷凍サイクルを複数備え、上記複数の前段側冷凍サイクルの第１の水−冷媒熱交換器は互いに第１の水回路に対して並列に接続されるとともに、上記複数の後段側冷凍サイクルの第２の水−冷媒熱交換器は互いに第１の水回路に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の加温システム。
【請求項５】
圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換する水−冷媒熱交換器を備えた複数の冷凍サイクルと、
上記複数の冷凍サイクルの水−冷媒熱交換器の水側流路に水を直列に流通させる水配管と、
上記複数の冷凍サイクルで加温された水を貯留する貯湯タンクと、
上記貯湯タンク内の温水を、水の流通方向の最下流側に位置する水−冷媒熱交換器を備えた最下流側冷凍サイクルのみを運転させて加温する追炊き手段と、
を具備していることを特徴とする加温システム。
【請求項６】
上記追炊き手段は、上記最下流側に位置する水−冷媒熱交換器とその直前の上流側に位置する水−冷媒熱交換器間の水配管の途中と、上記貯湯タンクの底部とを接続するとともに、循環ポンプを有する追炊き流路と、上記追炊き流路と上記最下流側に位置する水−冷媒熱交換器の水側流路の連通を制御する制御弁を備えたことを特徴とする請求項５記載の加温システム。
【請求項７】
上記水配管は、上記最下流側の水−冷媒熱交換器の直前上流側の水−冷媒熱交換器よりも上流側に送水ポンプを介装しており、上記追炊き流路は、上記循環ポンプの上流側にて上記水配管の途中に接続されていることを特徴とする請求項６記載の加温システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は加温システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水等の熱媒（熱媒体）を複数の冷凍サイクルにより、段階的に加熱または冷却するカスケード型ヒートポンプシステムは知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
このシステムは、複数の冷凍サイクルを並設し、これら冷凍サイクルの各凝縮器に熱媒流路を直列に接続し、熱媒を凝縮圧力の低い、すなわち凝縮温度の低い前段の冷凍サイクルから、凝縮温度の高い後段の冷凍サイクルに向けて順次流し、段階的に加温するものである。【０００４】
すなわち、複数の冷凍サイクルにより熱媒を段階的に加温することにより、前段の冷凍サイクルの圧縮比を下げて各冷凍サイクルの圧縮機の入力電力を減少させ、ＣＯＰ（成績係数）の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９８６９３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来のカスケード型ヒートポンプシステムでは、複数の冷凍サイクルの蒸発温度が一定の場合、後段側の冷凍サイクルの圧縮機の圧縮比が前段側よりも大きくなり、圧縮効率の悪化による電気入力の増大が発生し、却って１つの冷凍サイクルで加温する加温システムよりもＣＯＰ（成績係数）が低下する場合がある。【０００７】
また、上記の従来のカスケード型ヒートポンプシステムでは、通常、一旦加温した温水（湯）をさらに加湯する追炊き手段は具備していない。【０００８】
一方、単一の冷凍サイクルにより給水を加温する従来の加温システムでは、追炊き手段を具備したものもあるが、この追炊き手段の追炊き効率が低いという課題がある。【０００９】
すなわち、この従来の加温システムでは、そもそも単一の冷凍サイクルにより、所要温度の給水を所要の出湯温度まで一気に加温するように冷媒の充填量や、水と冷媒を熱交換する水−冷媒熱交換器等の冷凍サイクル構成機器を選定してある。【００１０】
一方、追炊き運転の場合は、そもそも追い炊きしようとする湯の温度が給水温度よりも高く、出湯温度との差が小さいので、凝縮後の液冷媒で加温する割合が減少し、冷媒が凝縮器内で液冷媒として存在する割合も減少し、余剰冷媒が高圧圧力を高めるために、圧縮機の圧縮比が増大して、成績係数（ＣＯＰ）が低下するという課題がある。【００１１】
発明の開示  
本発明は上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の冷凍サイクルにより熱媒を段階的に加温する場合の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる加温システムを提供することにある
本発明の他の目的は、複数の冷凍サイクルにより熱媒を段階的に加熱する加温システムで追い炊き運転を行なう場合の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる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】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の一実施形態の加温システムは、圧縮機、第１の水−冷媒熱交換器の冷媒側流路、膨張装置、第１の蒸発器とを冷媒配管を介して連通する前段側冷凍サイクルと、高温側圧縮機、第２の水−冷媒熱交換器の冷媒側流路、高温側膨張装置、カスケード熱交換器の高温側流路とを冷媒配管を介して連通する高温側冷凍回路と、低温側圧縮機、上記カスケード熱交換器の低温側流路、低温側膨張装置、第２の蒸発器とを冷媒配管を介して連通する低温側冷凍回路とからなる二元冷凍サイクルで構成された後段側冷凍サイクルと、を具備し、上記第１の水−冷媒熱交換器の水側流路、第２の水−冷媒熱交換器の水側流路の順に水を流通させる第１の水回路とを具備している。【００１３】
また、上記目的を達成するための本発明の他の実施形態の加温システムは、圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換する水−冷媒熱交換器を備えた複数の冷凍サイクルと、上記複数の冷凍サイクルの水−冷媒熱交換器の水側流路に水を直列に流通させる水配管と、を具備し、上記複数の冷凍サイクルで加温された水を貯留する貯湯タンクと、上記貯湯タンク内の温水を、水の流通方向の最下流側に位置する水−冷媒熱交換器を備えた最下流側冷凍サイクルのみを運転させて加温する追炊き手段と、を具備している。
【発明の効果】
【００１４】
上述の特徴を有する本発明の実施態様に拠れば、複数の冷凍サイクルにより熱媒を段階的に加温する場合の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる、一方、複数の冷凍サイクルにより熱媒を段階的に加熱する加温システムで追い炊き運転を行なう場合の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図２】図１で示す第１の実施形態の成績係数（ＣＯＰ）を、他の実施形態や単純冷凍サイクルのＣＯＰと比較して示す一覧表を示す図。
【図３】第２の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図４】図３で示す第２の実施形態のＴ−ｈ線図。
【図５】図３で示す第２の実施形態の冷却水の流れ方向を、前段冷凍サイクル側から後段冷凍サイクル側へ逆転させた場合のＴ−ｈ線図。
【図６】第３の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図７】第４の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図８】第５の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図９】第６の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図１０】図９で示す第１の実施形態における水の入口、出口温度と凝縮圧力を表わす一覧表を示す図。
【図１１】第７の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図１２】第８の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図１３】第９の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図１４】第１０の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図１５】第１１の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図１６】第１２の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【図１７】第１３の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００１７】
以下、図１−図８に代表される実施形態は(第１の実施形態―第５の実施形態)、特に、複数の冷凍サイクルにより熱媒を段階的に加温する場合の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることを可能とした加温システムに関する実施形態である。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る加温システムの全体構成を示す図である。図１に示すように加温システム１は、一元式の冷凍サイクルから構成される前段側冷凍サイクルである第１の冷凍サイクル２、これに並設され二元冷凍サイクルからなる後段側冷凍サイクルである第２の冷凍サイクル３およびこれら第１、第２の冷凍サイクル２、３の第１、第２の水−冷媒熱交換器２ａ、３ａをこの順に、熱媒の一例である水を流す第１の水回路の一例である第１の水配管４を具備している。
【００１９】
前段側冷凍サイクルである第１の冷凍サイクル２は、圧縮機２ｂ、四方弁２ｃ、凝縮器の機能を有する第１の水−冷媒熱交換器２ａの第１の冷媒側流路２ａ２、膨張装置の一例である膨張弁２ｄおよび送風ファン２ｅからの送風を受けて熱交換される第１の蒸発器２ｆを、冷媒配管２ｇを介して順次連通させて冷媒を循環させる一元式の冷凍サイクルに構成されている。この第１の冷凍サイクル２の冷媒としては、空気調和機や給湯機に一般的に用いられるＲ４１０Ａが用いられる。
【００２０】
そして、第１の水−冷媒熱交換器２ａは、第１の冷媒側流路２ａ２と、これと熱交換可能の第１の水側流路２ａ１を一体に設けている。
【００２１】
後段側冷凍サイクルである第２の冷凍サイクル３は、図１中、上段側の高温側冷凍回路３Ｈに、図１中下段側の低温側冷凍回路３Ｌを第１のカスケード熱交換器３Ｋを介して熱的に接続することにより二元冷凍サイクルに構成されている。
【００２２】
高温側冷凍回路３Ｈは、高温側圧縮機３Ｈ１、高温側四方弁３Ｈ２、凝縮器の機能を有する第２の水−冷媒熱交換器３ａの第２の冷媒側流路３ａ２、高温側膨張弁３Ｈ３および第１のカスケード熱交換器３Ｋの高温側冷媒流路３Ｋａを高温側冷媒配管３Ｈ４により順次連通させて冷媒（例えばＲ１３４ａ）を循環させる冷凍サイクルに構成されている。第２の水−冷媒熱交換器３ａは、第２の冷媒側流路３ａ２と、これと熱交換可能の第２の水側流路３ａ１を一体に設けている。
【００２３】
低温側冷凍回路３Ｌは、低温側圧縮機３Ｌ１、低温側四方弁３Ｌ２、上記第１のカスケード熱交換器３Ｋの低温側冷媒流路３Ｋｂ、低温側膨張弁３Ｌ３および送風ファン３Ｌ４からの送風を受けて熱交換される第２の蒸発器３Ｌ５を低温側冷媒配管３Ｌ６により順次連通させて冷媒を循環させる冷凍サイクルに構成されている。この冷媒としては、例えばＲ４１０Ａが用いられる。
【００２４】
上記高温側冷凍回路３Ｈで用いられる冷媒Ｒ１３４ａは、Ｒ４１０Ａと同等の圧力（例えば、３ＭＰａ）でＲ４１０Ａよりも３７℃程度高温である。このために、既存の冷凍サイクル装置の部品を適用して高温サイクルを形成することができる。
【００２５】
そして、第１の水配管４は、上記第１の冷凍サイクル２における第１の水−冷媒熱交換器２ａの第１の水側流路２ａ１と、上記第２の冷凍サイクル３における第２の水−冷媒熱交換器３ａの第２の水側流路３ａ１を直列に接続して、第１の水側流路２ａ１から第２の水側流路３ａ１へ、この順に熱媒である、例えば２０℃の水を図示省略のポンプにより通水させるように構成されている。
【００２６】
次に、この加温システム１の作用を説明する。
【００２７】
前段側冷凍サイクルである第１の冷凍サイクル２では、低温低圧のガス冷媒（Ｒ４１０Ａ）が圧縮機２ｂにより圧縮されて、高温高圧のガス冷媒として圧縮機２ｂから吐出され、四方弁２ｃにより案内されて、第１の水−冷媒熱交換器２ａの冷媒側流路２ａ２内に流入し、ここで、放熱して第１の水側流路２ａ１の水を加温する一方、冷媒自体は凝縮して液化する。ここで液化した高圧液冷媒は膨張弁２ｄで減圧され、ガス冷媒と液冷媒が混合した二相冷媒の状態で第１の蒸発器２ｆ内に流入し、ここで蒸発して外気から吸熱して気化する。このガス冷媒は、四方弁２ｃにより案内されて圧縮機２ｂに吸い込まれ、ここで再び圧縮される。
【００２８】
以下、これの繰返しにより、冷媒が冷媒配管２ｇを循環する。このために、第１の水−冷媒熱交換器２ａの第１冷媒側流路２ａ２の放熱により、この第１の水−冷媒熱交換器２ａの第１の水側流路２ａ１内を通る、例えば２０℃の水が例えば４０℃に加温される。ここで加温された水は温水として第１の水配管４により、その下流側であって後段側冷凍サイクルである第２の冷凍サイクル３の第２の水−冷媒熱交換器３ａの第２の水側流路３ａ１に導かれる。その際に、この水は第２の水−冷媒熱交換器３ａの第２の冷媒側流路３ａ２の放熱により、再び加温され、所定温度の湯として図示しない給湯負荷側へ送水される。
【００２９】
そして、第２の冷凍サイクル３では、その第２の水−冷媒熱交換器３ａの第２の水側流路３ａ１に流れる水（温水）は、高温側冷凍回路３Ｈにより加熱される。
【００３０】
すなわち、低温側冷凍回路３Ｌでは、その低温側圧縮機３Ｌ１により圧縮された冷媒（例えばＲ４１０Ａ）が高温高圧のガス冷媒として低温側四方弁３Ｌ２により案内されて、第１のカスケード熱交換器３Ｋの低温側冷媒流路３Ｋｂへ流入し、ここで放熱する。これにより、この第１のカスケード熱交換器３Ｋ内の高温側冷媒流路３Ｋａを流れる高温側冷凍回路３Ｈを循環する冷媒（例えばＲ１３４ａ）を蒸発させる。
【００３１】
そして、この第１のカスケード熱交換器３Ｋの低温側冷媒流路３Ｋｂで放熱した低温側の冷媒は凝縮して液化する。この液冷媒は膨張弁３Ｌ３により減圧されて、第２の蒸発器３Ｌ５で外気から吸熱して蒸発し、ガス冷媒となり、四方弁３Ｌ２により案内されて低温側圧縮機３Ｌ１内に吸い込まれ、ここで再び圧縮され、以下、同様の動作を繰り返す。
【００３２】
高温側冷凍回路３Ｈでは、その高温側圧縮機３Ｈ１により圧縮された冷媒（例えばＲ１３４ａ）が高温高圧のガス冷媒として高温側四方弁３Ｈ２により案内されて、第２の水−冷媒熱交換器３ａの冷媒側流路３ａ２に流入し、ここで放熱する。これにより、この第２の水−熱交換器３ａの第２の水側流路３ａ１を通水する水（温水）を、例えば約６０℃程度に加温する。
【００３３】
この第２の水−冷媒熱交換器３ａの冷媒側流路３ａ２で放熱した冷媒は凝縮して液化する。さらに、この液冷媒は高温側膨張弁３Ｈ３により減圧されて、第１のカスケード熱交換器３Ｋの高温側冷媒流路３Ｋａ内に流入し、ここで、上述したようにこの第１のカスケード熱交換器３Ｋの低温側冷媒流路３Ｋｂを流れる低温側の冷媒（Ｒ４１０Ａ）により加熱されて蒸発し、中間温度（例えば４０℃）のガス状冷媒として高温側四方弁３Ｈ２により案内されて再び高温側圧縮機３Ｈ１に吸い込まれ、再び圧縮されて、以下同様の動作を繰り返す。
【００３４】
このように構成された加温システム１は、第１の水配管４に給水された、例えば２０℃の水を、第１、第２の水−冷媒熱交換器２ａ、３ａにより段階的に加温するので、単一の水−冷媒熱交換器により加温する場合よりも、熱伝達率が低い液冷媒による加温割合を減少できるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００３５】
また、後段側の第２の水−冷媒熱交換器３ａの凝縮温度は高いので、後段側冷凍サイクルである第２の冷凍サイクル３を、例えば前段側冷凍サイクルである第１の冷凍サイクル２と同様に一元式の冷凍サイルで構成した場合には、後段側の冷凍サイクルの圧縮機の圧縮比が増大し、却って効率が悪化する場合が考えられる。
【００３６】
しかし、本実施形態の加温システム１では、後段側冷凍サイクルである第２の冷凍サイクル３を、高温側冷凍回路３Ｈに、第１のカスケード熱交換器３Ｋを介して低温側冷凍回路３Ｌを熱的に接続した二元冷凍サイクルに構成しているので、低温側と高温側の複数台（２台）の圧縮機３Ｌ１、３Ｈ１により圧縮比を分担でき、これら圧縮機３Ｌ１、３Ｈ１の１台当りの負担を軽減し、圧縮効率の向上、すなわち、成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができ、上記の効率悪化の可能性は解消される。
【００３７】
図２は、第１の実施形態に係る加温システム１の成績係数（ＣＯＰ）を示す表１であり、表１中この第１の実施形態に係る加温システム１の成績係数（ＣＯＰ）は（３）、（６）に示し、下記の他の場合（１）、（２）、（４）、（５）の成績係数と対比して示している。なお、（７）は後述する本発明の第５の実施形態に係る加温システム１ＤのＣＯＰを示す。
【００３８】
図２の表１中、（１）及び（４）は、冷媒としてＲ４１０Ａを用いた１つの一元式の冷凍サイクルのみで給水を加温した場合のＣＯＰを示し、（２）及び（５）は、低温側冷凍回路にＲ４１０Ａを用い、高温側冷凍回路Ｒ１３４ａを用いた上記第２の冷凍サイクル３と同様の二元冷凍サイクル１つのみにより水を加温した場合の成績係数（ＣＯＰ）を示している。
【００３９】
そして、（１）及び（２）は、給水温度２０℃、出湯温度６０℃の場合のＣＯＰを示し、（３）は給水温度２０℃、中間温度（カスケード熱交換器の高温側冷媒流路の冷媒の温度）４０℃、出湯温度６０℃の場合のＣＯＰを示し、（４）及び（５）は、給水温度２０℃、出湯温度７０℃の場合のＣＯＰを示し、（６）及び（７）は、給水温度２０℃、中間温度４５℃、出湯温度７０℃の場合のＣＯＰをそれぞれ示している。
【００４０】
表１中（３）に示すように、第１の実施形態に係る加温システム１のＣＯＰは、同一出湯温度の他の方式（１）及び（２）のＣＯＰよりも良好であり、（６）に示すように、第１の実施形態に係る加温システム１のＣＯＰは、同一出湯温度の他の方式（４）及び（５）のＣＯＰよりも良好である。
【００４１】
（第２の実施形態）
図３は本発明に係る第２の実施形態の加温システム１Ａを示し、この加温システム１Aは、図１で示す第１の実施形態に係る加温システム１に、冷水を供給する第２の水回路の一例である第２の水配管５を設けると共に、前段側冷凍サイクルである第１の冷凍サイクルの第１の蒸発器２ｆを第３の水−冷媒熱交換器６に置換し、上記後段側冷凍サイクルである第２の冷凍サイクル３の第２の蒸発器３Ｌ５を第４の水−冷媒熱交換器７に置換した点に、主な特徴を有する。
【００４２】
すなわち、第３の水−冷媒熱交換器６は、第１の冷凍サイクル２の二相冷媒を通す第３の冷媒側流路６ａと、この第３の冷媒側流路６ａと熱交換可能に配設された第３の水側流路６ｂとを具備する蒸発器に構成されている。
【００４３】
第４の水−冷媒熱交換器７は、第２の冷凍サイクル３における低温側冷凍回路３Ｌの低温側膨張弁３Ｌ３と、低温側四方弁３Ｌ２とを接続する冷媒配管３Ｌ６の途中に連通可能に介装される第４の冷媒側流路７ａと、この第４の冷媒側流路７ａと熱交換可能に配設された第４の水側流路７ｂとを具備している。
【００４４】
第２の水配管５は、第３の水−冷媒熱交換器６の第３の水側流路６ｂと、第４の水−冷媒熱交換器７の第４の水側流路７ｂとに、この順に通水するように直列に接続され、第３の水側流路６ｂ側から第４の水側流路７ｂへ給水する給水ポンプ６pを具備している。
【００４５】
次に、この第２の実施形態に係る加温システム１Ａの作用を説明する。但し、上記第１の実施形態に係る加温システム１と同様の給水加温の作用については、ほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【００４６】
第１、第２の冷凍サイクル２、３が各々運転されると、前段の第３、後段の第４の各水−冷媒熱交換器６、７の第３、第４の各冷媒側流路６ａ、７ａに流入した二相冷媒が、各水−冷媒熱交換器６及び７の水側流路６ｂ及び７ｂを流れる水から熱を奪って各々蒸発する。
【００４７】
このために、この第３、第４の水−冷媒熱交換器６、７の第３、第４の各水側流路６ｂ、７ｂ内をこの順に順次通水する水が２段階で冷却され、所要温度の冷水として第４の水配管５から送水される。
【００４８】
図４はこの加温システム１ＡのＴ（温度）−ｈ（エンタルピ）線図であり、図３に示すように前段の第１の冷凍サイクル２の第３の水−冷媒熱交換器６側の入口から、例えば１７℃の水を給水し、この水を、ここで例えば１２℃に冷却してから後段の第４の水−冷媒熱交換器７へ給水し、ここで例えば７℃に冷却して冷水負荷に送水する。なお、冷媒と水は対向流となるようにされている。
【００４９】
このときの加温運転側のＣＯＰが４．４７、冷却運転側のＣＯＰが３．４７、総合ＣＯＰが７．９４であった。
【００５０】
一方、図５は、図３で示す加温システム１Ａにおいて、第２の水配管５の給水方向を図３の場合とは逆に、後段側の第２の冷凍サイクル３側から前段側の第１の冷凍サイクル２側にした場合のＴ−ｈ線図である。なお、冷媒と水は、この場合も対向流となるようにされている。この場合の加温運転側のＣＯＰが４．４３、冷却運転側のＣＯＰが３．４３、総合ＣＯＰが７．８６であり、図３で示す給水方向よりもＣＯＰが若干悪化している。
【００５１】
これは、図３及び図４で示す水の給水方向の場合は、後段側の第２の冷凍サイクル３に低い温度の冷水が流れるようにして後段側の二元冷凍サイクルからなる第２の冷凍サイクル３の圧縮比を増加させ、前段側の一元式の冷凍サイクルからなる第１の冷凍サイクル２の圧縮比が大きくならないようにしているからである。二元冷凍サイクルからなる第２の冷凍サイクル３は、低温側と高温側の２台の圧縮機３Ｌ１、３Ｈ１により圧縮比を分担できるので、圧縮機１台当りの負荷増加を軽減できるため、全体として効率の向上を図ることができる。
【００５２】
（第３の実施形態）
図６は本発明に係る第３の実施形態の加温システム１Ｂを示し、この加温システム１Ｂは、図１で示す第１の実施形態に係る加温システム１に対し、その前段側冷凍サイクルとして、一元式の冷凍サイクルからなる第３の冷凍サイクル８を追加するとともに、後段側冷凍サイクルとして二元冷凍サイクルからなる第４の冷凍サイクル９を追加した点に主な特徴がある。すなわち、前段側冷凍サイクルと後段側冷凍サイクルをそれぞれ複数備えたものである。
【００５３】
この第３の冷凍サイクル８は、上記第１の冷凍サイクル２とほぼ同様の一元式の冷凍サイクルにより構成されたものである。また、上記第１の水−冷媒熱交換器２ａに、第３の冷媒側流路２ａ３を設けて、前段側冷凍サイクルである第１の冷凍サイクル２と第３の冷凍サイクル８の第１の水−冷媒熱交換器を一体に形成している。なお、第１の冷凍サイクル２と第３の冷凍サイクル８の第１の水−冷媒熱交換器は必ずしも一体に形成する必要はなく、第１の水回路である第１の水配管４に対して互いに並列に接続されていれば良い。
【００５４】
第３の冷凍サイクル８は、圧縮機８ａ、四方弁８ｂ、送風ファン８ｃを具備した第３の蒸発器８ｄ、膨張弁８ｅおよび上記第３の冷媒側流路２ａ３を、冷媒配管８ｆを介して連通させて構成されている。
【００５５】
第４の冷凍サイクル９は、上記第２の冷凍サイクル３とほぼ同様に二元冷凍サイクルにより構成されており、低温側冷凍回路９Ｌに、第２のカスケード熱交換器９Ｋを介して高温側冷凍回路９Ｈを熱的に接続している。また、上記第２の水−冷媒熱交換器３ａに、冷媒側流路３ａ３を設けて、後段側冷凍サイクルである第２の冷凍サイクル３と第４の冷凍サイクル９の第２の水−冷媒熱交換器を一体に形成している。なお、第２の冷凍サイクル３と第４の冷凍サイクル９の第２の水−冷媒熱交換器は必ずしも一体に形成する必要はなく、第１の水回路である第１の水配管４に対して互いに並列に接続されていれば良い。
【００５６】
上記低温側冷凍回路９Ｌは、上記第２の冷凍サイクル３の低温側冷凍回路３Ｌとほぼ同様に構成されている。すなわち、低温側冷凍回路９Ｌは、低温側圧縮機９Ｌ１、低温側四方弁９Ｌ２、送風ファン９Ｌ３を具備した第４の蒸発器９Ｌ４、低温側膨張弁９Ｌ５および上記第２のカスケード熱交換器９Ｋの低温側冷媒流路９Ｋａを、冷媒配管９Ｌ６を介して順次連通させ、例えばＲ４１０Ａの冷媒を循環させる冷凍サイクルに構成されている。
【００５７】
また、高温側冷凍回路９Ｈは、上記第２の冷凍サイクル３の高温側冷凍回路３Ｈとほぼ同様に構成されている。すなわち、高温側冷凍回路９Ｈは、高温側圧縮機９Ｈ１、高温側四方弁９Ｈ２、第２のカスケード熱交換器９Ｋの高温側冷媒流路９Ｋｂ、高温側膨張弁９Ｈ３および第２の水−冷媒熱交換器３ａの冷媒側流路３ａ３を、冷媒配管９Ｈ４を介して順次連通させ、例えばＲ１３４ａの冷媒を循環させる冷凍サイクルに構成されている。
【００５８】
そして、第１の水配管４は、上記第１、第２の水−冷媒熱交換器２ａ、３ａの第１、第２の水側流路２ａ１、３ａ１に直列に接続されている。
【００５９】
このために、この第１の水配管４を通る水は、前段の第１、第３の冷凍サイクル２、８において、第１の水−冷媒熱交換器２ａの第１の水側流路２ａ１を通水する際に、２つの冷媒側流路２ａ２、２ａ３の放熱により２重に加温される。したがって、出湯量を増大させることができる。
【００６０】
また、この前段で加熱された温水（湯）は、後段の第２の水−冷媒熱交換器３ａの第２の水側流路３ａ１を通る際に、２つの冷媒側流路３ａ２、３ａ３の放熱により２重に加温され、所要の出湯温度（例えば６０℃または７０℃）に加温することができる。
【００６１】
したがって、この加温システム１Ｂによれば、給水を、前段と後段の２段において、２つの冷媒側流路２ａ２と２ａ３、３ａ２と３ａ３により、それぞれ加温するので、前段と後段で１つの冷媒側流路２ａ２、３ａ２により給水をそれぞれ加温する場合に比して出湯量の増大を図ることができる。また、第１の冷凍サイクル２と第３の冷凍サイクル８の水−冷媒熱交換器２ａを一体に形成し、第２の冷凍サイクル３と第４の冷凍サイクル９の水−冷媒熱交換器３ａを一体に形成しているので、加温システム全体の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００６２】
（第４の実施形態）
図７は本発明に係る第４の実施形態の加温システム１Ｃを示し、この加温システム１Ｃは、図６で示す第３の実施形態の加温システム１Ｂに、冷水を供給する第３の水配管１０を設けると共に、前段側の第１、第３の冷凍サイクル２、８の第１、第３の蒸発器２ｆ、８ｄを、これらを一体に構成した第５の水−冷媒熱交換器１１に置換し、さらに、後段側の第２、第４の冷凍サイクル３、９の第２、第４の蒸発器３Ｌ５、９Ｌ４を、これらを一体に構成した第６の水−冷媒熱交換器１２に置換した点に特徴がある。
【００６３】
すなわち、第５の水−冷媒熱交換器１１は、前段側である第１の冷凍サイクル２の二相冷媒を通す第２の前段冷媒側流路１１ａと、第３の冷凍サイクル８の二相冷媒を通す第３の前段冷媒側流路１１ｂと、第３の前段水側流路１１ｃとを熱交換可能に一体に設けている。
【００６４】
また、第６の水−冷媒熱交換器１２は、後段側である第２の冷凍サイクル３の二相冷媒を通す第６の後段冷媒側流路１２ａと、第４の冷凍サイクル９の二相冷媒を通す第６の後段冷媒側流路１２ｂと、第３の後段水側流路１２ｃとを熱交換可能に一体に設けている。そして、この前段水側流路１１ｃと後段水側流路１２ｃを第３の水配管１０により、この順に通水するように第３の水配管１０を直列に接続している。
【００６５】
したがって、この加温システム１Ｃによれば、温水（湯）と、冷水を共に生成し供給することができる。しかも、冷水を前段の第１、第３の冷凍サイクル２、８と、後段の第２、第４の冷凍サイクル３、９とにより、第３の水配管１０の通水を段階的に冷却するので、冷水の供給量増大を図ることができる。また、第１の冷凍サイクル２と第３の冷凍サイクル８の第５の水−冷媒熱交換器１１を一体に形成し、第２の冷凍サイクル３と第４の冷凍サイクル９の第６の水−冷媒熱交換器１２を一体に形成しているので、加温システム全体の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００６６】
（第５の実施形態）
図８は本発明に係る第５の実施形態の加温システム１Ｄを示し、この加温システム１Ｄは、図１で示す第１の実施形態の加温システム１Ａの後段側冷凍サイクルである二元冷凍サイクルからなる第２の冷凍サイクル３を、二段圧縮二段膨張冷凍サイクルよりなる第５の冷凍サイクル１３に置換した点に特徴がある。
【００６７】
第５の冷凍サイクル１３は、図８中、上段の上段圧縮回路１４と、下段の下段圧縮回路１５とを気液分離器１６により結合させて、冷媒（例えばＲ１３４ａ）を、下段圧縮回路１５の下段圧縮機１５ａと、上段圧縮回路１４の上段圧縮機１４ａとにより２段階で圧縮する二段圧縮と、上下二段の膨張弁１４ｂ、１５ｂにより膨張させる二段膨張に特徴がある。
【００６８】
上段圧縮回路１４は、上段圧縮機１４ａ、第７の水−冷媒熱交換器１７の第７の冷媒側流路１７ａ、上段膨張弁１４ｂおよび流入された冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器１６を、上段冷媒配管１４ｃを介して順次連通させている。第７の水−冷媒熱交換器１７は、その第７の水側流路１７ｂを第１の水配管４の途中に介装している。
【００６９】
一方、下段圧縮回路１５は、下段圧縮機１５ａ、気液分離器１６、下段膨張弁１５ｂおよび送風ファン１５ｃを具備した第５の蒸発器１５ｄ、を、下段冷媒配管１５ｅを介して順次連通させている。
【００７０】
したがって、下段圧縮機１５ａにより圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、気液分離器１６に流入し、ここに貯まっている液冷媒を蒸発させて飽和ガス冷媒となる。残りの液相の液冷媒が下段膨張弁１５ｂ側へ流れる一方、気相のガス冷媒が上段圧縮機１４ａに吸い込まれ、ここで、さらに圧縮される。この上段圧縮機１４ａにより圧縮された高温高圧のガス冷媒は第７の水−冷媒熱交換器１７の第７の冷媒側流路１７ａへ流入し、ここで第７の水側流路１７ｂを通る水と熱交換して加温し、冷媒自体は凝縮して液化する。この液冷媒は、上段膨張弁１４ｂで減圧されてから気液分離器１６へ流入する。この気液分離器１６で分離された液冷媒は、下段圧縮機１５ａにより圧縮された高温高圧のガス状冷媒に蒸発させられて飽和ガス冷媒となり、残りの液冷媒が下段膨張弁１５ｂで減圧されてから下段の第５の蒸発器１５ｄに流入し、ここで蒸発して気化したガス冷媒は、下段圧縮機１５ａへ吸い込まれ、ここで再び圧縮されて以下繰り返す。
【００７１】
したがって、この後段側の第５の冷凍サイクル１３では、冷媒（例えばＲ１３４ａ）を上下２段の圧縮機１４ａ、１５ａにより２段で圧縮するので、圧縮機１４ａ、１５ａそれぞれの圧縮比が小さくなり圧縮効率が向上してＣＯＰ（成績係数）が向上する。また、二元冷凍サイクルにおけるカスケード熱交換器での温度差ロスもない。図２中、（７）は、この第５の実施形態に係る加温システム１ＤのＣＯＰや出湯温度等を示す。
【００７２】
なお、上記第５の実施形態に係る加温システム１Ｄは、後段側冷凍サイクルを二段圧縮二段膨張冷凍サイクルにより構成したが、これに限らず、他の二段圧縮方式、例えば、二段圧縮一段膨張冷凍サイクルであっても良い。
【００７３】
したがって、上記第１〜第５の実施形態に係る加温システム１、１Ａ〜１Ｄは出湯温度の高温化または出湯量の増大とＣＯＰの向上とを共に図ることができる。
【００７４】
また、上記第１〜第５の実施形態では、第１〜第５の蒸発器２ｆ〜１５ｄの熱媒として、例えば空気や水を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばブライン等、熱交換可能の媒体であればよい。
【００７５】
さらに、上記実施形態では、第１〜第７の水−冷媒熱交換器２ａ、３ａ、６、７、１１、１２、１７の第１〜第７の冷媒側流路２ａ２、３ａ２、６ａ、７ａ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１７ａを流れる冷媒と、第１〜第７の水側流路２ａ１、３ａ１、６ｂ、７ｂ、１１ｃ、１２ｃ、１７ｂを流れる水との流れ方向が逆方向、すなわち対向流であるので、第１〜第７の水−冷媒熱交換器２ａ、３ａ、６、７、１１、１２、１７ａの熱交換効率の向上を図ることができる。
【００７６】
さらに、第１〜第２のカスケード熱交換器３Ｋ、９Ｋの各一対の冷媒流路３Ｋａと３Ｋｂ、９Ｋａと９Ｋｂにそれぞれ流れる冷媒の流れ方向も対向流であるので、これら第１、第２のカスケード熱交換器３Ｋ、９Ｋの熱交換効率の向上も図ることができる。しかしながら、これら熱交換器を必ずしも対向流に構成しなくてもよい。
【００７７】
そして、上記各実施形態によれば、四方弁２ｃ、３Ｈ２、３Ｌ２、８ｂ、９Ｈ２、９Ｌ２を具備しているので、これらの四方弁２ｃ〜９Ｌ２の冷媒流路切換操作により除霜運転に切り換えることにより第１〜第５の蒸発器２ｆ、３Ｌ５、８ｄ、９Ｌ４、１５ｄを除霜することができる。
【００７８】
しかし、これら四方弁２ｃ〜９Ｌ２を削除してもよい。一方、上記第１〜第５の冷凍サイクル２、３、８、９、１３では、必要に応じてレシーバやアキュムレータ、各種バイパス管等の冷凍サイクル部品を追加してもよい。
【００７９】
さらに、以下において図９−図１７に基づいて説明される本発明の実施形態(第６の実施形態―第１３の実施形態)は、特に、複数の冷凍サイクルにより熱媒を段階的に加熱する加温システムで追い炊き運転を行なう場合の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることを可能とする加温システムである。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００８０】
（第６の実施形態）
図９は、第６の実施形態に係る加温システム１０１の全体構成を示す図である。図９に示すように加温システム１０１は、前段側の第１の冷凍サイクル１０２、給水方向最下流側に位置する後段側の第２の冷凍サイクル１０３、これら第１、第２の冷凍サイクル１０２、１０３の第１、第２の水−冷媒熱交換器１０２ａ、１０３ａをこの順に、熱媒の一例である水を流す水配管の一例である給水管１０４、後段側の第２の冷凍サイクル１０３からの出湯を貯蔵する貯湯タンク１０５および貯湯タンク１０５の温水（湯）を追い炊きするために温水（湯）を通水させる追炊き流路を形成する追炊き用水管１０６を具備している。
【００８１】
前段側の第 １の冷凍サイクル１０２は、圧縮機１０２ｂ、四方弁１０２ｃ、凝縮器の機能を有する第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの第１の冷媒側流路１０２ａ２、膨張装置の一例である膨張弁１０２ｄおよび送風ファン１０２ｅからの送風を受けて熱交換される蒸発器１０２ｆを、冷媒配管１０２ｇを介して順次連通させて冷媒を循環させる単一の冷凍サイクルに構成されている。この第 １の冷凍サイクル１０２の冷媒としては、空気調和機や給湯機に一般的に用いられるＲ４１０Ａが用いられる。
【００８２】
そして、第１の水−冷媒熱交換器１０２ａは、第１の冷媒側流路１０２ａ２と、これと熱交換可能の第１の水側流路１０２ａ１を一体に設けている。
【００８３】
後段側の第２の冷凍サイクル１０３は、圧縮機１０２ｂ、四方弁１０３ｃ、凝縮器の機能を有する第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第２の冷媒側流路１０３ａ２、膨張弁１０３ｄおよび送風ファン１０３ｅの送風を受けて熱交換する蒸発器１０３ｆを冷媒配管１０３ｇにより順次連通させて冷媒（例えばＲ４１０Ａ）を循環させる構成にされている。第２の水−冷媒熱交換器１０３ａは、第２の冷媒側流路１０３ａ２と、これと熱交換可能の第２の水側流路１０３ａ１を一体に設けている。
【００８４】
そして、給水管１０４は、第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの通水方向上流側に給水ポンプ１０７を介装し、上記第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの第１の水側流路１０２ａ１と、第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第２の水側流路１０３ａ１とを、直列に接続して、第１の水側流路１０２ａ１から第２の水側流路１０３ａ１へ、この順に熱媒である、例えば１０℃の水を給水ポンプ７により貯湯タンク１０５側へ給水させるように構成されている。
【００８５】
また、給水管１０４は、前段の第１の水−冷媒熱交換器１０２ａと後段の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａとの間にて三方弁１０８を介装している。
【００８６】
三方弁１０８は、例えば電動弁により構成され、給水管１０４の第１の冷凍サイクル１０２ 側に連通する上流側給水路１０８ｂと、この上流側給水路１０８ｂに連通する下流側給水路１０８ｃと、追炊き用給水路１０８ａとを連通可能かつ開閉可能に構成している。
【００８７】
貯湯タンク１０５は、その上部に、給水管１０４の給水方向下流側端部を連通可能に接続する一方、貯湯タンク１０５の下部、例えば底部に、追炊き用水管１０６の一端部（上流側端部）を連通可能に接続している。
【００８８】
追炊き用水管１０６は、その他端部（下流側端部）を三方弁１０８の一方向の追炊き用給水路１０８ａの入口に連通可能に接続している。また、追炊き用水管１０６の途中には、三方弁１０８側へ送水する循環ポンプの一例である追炊き用循環ポンプ１０９を介装している。
【００８９】
貯湯タンク１０５は、その内部の貯湯を給湯負荷１１０に給湯する給湯管１１１を有する。給湯管１１１の途中には給湯ポンプ１１２を介装している。
【００９０】
そして、三方弁１０８には、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）等の制御器１１３を図中破線で示す信号線を介して接続している。制御器１１３は、例えばマイクロプロセッサ等により構成され、制御プログラムを記憶するＲＯＭ、このＲＯＭから制御プログラムの命令を逐次読出し実行するＣＰＵ、その読出し実行の際のデータの記憶領域をなすＲＡＭを有する。また、制御器１１３は、図示省略の運転操作盤、第１、第２の冷凍サイクル１０２、１０３の圧縮機１０２ｂ、１０３ｂ、四方弁１０２ｃ、１０３ｃ、膨張弁１０２ｄ、１０３ｄ、送風ファン１０２ｅ、１０３ｅに図示省略の信号線を介して電気的に接続され、運転操作盤の操作に応じてこれらの駆動を制御する。さらに、制御器１１３は、図示省略の信号線を介して給水ポンプ１０７、給湯ポンプ１１２および追炊き用循環ポンプ１０９に接続され、運転操作盤の操作に応じて、これらの駆動を制御する。制御器１１３は、加温システム１０１の通常運転（湯沸き上げ運転）や追炊き運転を制御する制御プログラムをＲＯＭに記憶し、これら運転を制御する。
【００９１】
ここで通常運転とは、第１、第２の冷凍サイクル１０２、１０３を共に運転し、給水管１０４の水（例えば１０℃）を第１、第２の冷凍サイクル１０２、１０３により２段階で加温して、例えば７０℃の（湯）を生成し、この湯を貯湯タンク１０５内に給湯し、さらに、この貯湯タンク１０５内の貯湯を必要に応じて給湯負荷に給湯する運転をいう。
【００９２】
追炊き運転とは、第１の冷凍サイクル１０２の運転を停止させる一方、第２の冷凍サイクル１０３を運転し、貯湯タンク１０５内の例えば約６０℃の貯湯を第２の冷凍サイクル１０３により例えば６５℃に加温して追炊きし、再び貯湯タンク１０５に貯湯する運転をいう。
【００９３】
次に、この加温システム１０１の作用を説明する。
【００９４】
図示省略の運転操作盤で通常運転が選択操作されると、この操作信号を受けた制御器１１３は、第１、第２の冷凍サイクル１０２、１０３と給水ポンプ１０７の運転を開始する。これにより、前段の第１の冷凍サイクル１０２では、低温低圧のガス冷媒（Ｒ４１０Ａ）が圧縮機１０２ｂにより圧縮されて、高温高圧のガス冷媒として圧縮機１０２ｂから吐出され、さらに、四方弁１０２ｃにより案内されて、第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの冷媒側流路１０２ａ２内に流入し、ここで、放熱して第１の水側流路１０２ａ１の水を加温する。このとき、冷媒自体は凝縮して液化する。ここで液化した高圧液冷媒は膨張弁１０２ｄで減圧され、気体冷媒と液冷媒が混合した二相冷媒の状態で第１の蒸発器１０２ｆ内に流入し、ここで蒸発して外気から吸熱して気化する。この気化したガス冷媒は、四方弁１０２ｃにより案内されて圧縮機１０２ｂに吸い込まれ、ここで再び圧縮される。
【００９５】
以下、これの繰返しにより、冷媒が冷媒配管１０２ｇを循環する。このために、第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの第１の冷媒側流路１０２ａ２の放熱により、この第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの第１の水側流路１０２ａ１内を通る、例えば１０℃の水が例えば４０℃に加温される。ここで加温された水は温水として給水管１０４により、その下流側であって後段の第２の冷凍サイクル１０３の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第２の水側流路１０３ａ１を通る。その際に、この通水は第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第２の冷媒側流路１０３ａ２を流れる冷媒の放熱により、再び加温（二段昇温）され、所定温度（例えば７０℃）の湯として貯湯タンク１０５へ給水される。
【００９６】
すなわち、第２の冷凍サイクル１０３では、圧縮機１０３ｂにより冷媒（例えばＲ４１Ａ）が圧縮され、高温高圧のガス冷媒として四方弁１０３ｃにより案内されて、第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの冷媒側流路１０３ａ２へ流入し、ここで放熱する。これにより、第２の水−熱交換器１０３ａの第２の水側流路１０３ａ１を通る水（温水）を、例えば約７０℃程度に加温する。
【００９７】
この第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第２の冷媒側流路１０３ａ２で放熱した冷媒自体は凝縮して液化する。さらに、この液冷媒は膨張弁１０３ｄにより減圧されて、蒸発器１０３ｆ内で流入し、ここで蒸発し、ガス状冷媒となって四方弁１０３ｃにより案内されて再び圧縮機１０３ｂに吸い込まれ、ここで、再び圧縮されて、以下繰り返す。これにより、加温された湯は貯湯タンク１０５内へ流入して貯湯される。この貯湯タンク１０５内の湯は給湯ポンプ１１２により、適宜給湯負荷１１０へ貯湯される。
【００９８】
そして、貯湯タンク１０５内の貯湯の温度や出湯温度が時間の経過等により低下した場合等において、図示省略の運転操作盤で追炊き運転が選択操作されると、制御器１１３は第 １の冷凍サイクル１０２と給水ポンプ１０７の両運転を停止させる。また、制御器１１３は三方弁１０８の上流側給水路１０８ｂを閉弁し、下流側給水路１０８ｃに、追炊き用給水路１０８ａを連通させると共に、追炊き用循環ポンプ１０９を運転させる。
【００９９】
これにより、図１０の表２に示すように例えば約６０℃の貯湯タンク１０５内の貯湯は、追炊き用水管１０６へ吸引され、さらに、追炊き用循環ポンプ１０９により昇圧されてから、三方弁１０８の追炊き用給水路１０８ａ、下流側給水路１０８ｃおよび給水管１０４の後段側を順次経て、後段側の第２の冷凍サイクル１０３の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの水側流路１０３ａ１を通る。
【０１００】
このとき、この通水は、第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの冷媒側流路１０３ａ２を流通する高温高圧のガス状冷媒の放熱により、例えば約６５℃程度に加温され、この後、再び貯湯タンク１０５内へ戻される。これにより、貯湯タンク１０５内の貯湯温度が例えば約６５℃に昇温される。
【０１０１】
したがって、この加温システム１０１によれば、貯湯タンク１０５内の貯湯を追い炊きすることができる。しかも、この追炊き運転を、水を湯に一気に加温するように調整された単一の冷凍サイクルにより追い炊きするのではなく、入口水温が４０〜５０℃程度の比較的高い温度を想定して調整された第２の水−冷媒熱交換器１０３ａを有する後段の第２の冷凍サイクル１０３のみにより追い炊きするので、余剰冷媒による高圧圧力の上昇を抑制し、圧縮機の圧縮比を低減して、加温システム１０１の全体の追炊き運転時の成績係数（ＣＯＰ）の低下を抑制できる。
【０１０２】
そして、この加温システム１０１の通常運転（沸き上げ運転）時では、給水管１０４により給水された、例えば１０℃の水を、第１、第２の冷凍サイクル１０２、１０３の第１、第２の水−冷媒熱交換器１０２ａ、１０３ａにより段階的に加温するので、単一の冷凍サイクルの水−冷媒熱交換器により加温する場合よりも、熱交換効率の向上を図ることができる。
【０１０３】
また、図１０に示すように、この多段階加温の加温システム１０１では、後段側の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの凝縮温度（凝縮圧力）よりも前段側の第１の冷凍サイクル１０２の凝縮温度（凝縮圧力）の方が低いので、前段側の第 １の冷凍サイクル１０２の圧縮機の圧縮比を低減でき、沸き上げ運転時のＣＯＰ向上を図ることができる。
【０１０４】
（第７の実施形態）
図１１に示すように第７の実施形態に係る加温システム１０１Ａは、図９で示す第６の実施形態に係る加温システム１０１において、追炊き用水管１０６に連通可能に接続された三方弁１０８を、第１の給水管１０４ａの給水ポンプ１０７の上流側に接続した点に主な特徴を有する。
【０１０５】
このために、給水ポンプ７により貯湯タンク１０５の貯湯を追炊き用水管１０６に吸引し、三方弁１０８を介して第１の給水管１０４ａに吸引し貯湯タンク１０５側へ給水できるので、図９で示す追炊き用循環ポンプ１０９を削除することができる。このために、コスト低減と構成の簡素化を図ることができる。
【０１０６】
なお、本第７の実施形態に係る加温システム１０１Ａの通常運転（沸き上げ運転）は、第１の実施形態に係る加温システム１０１と同一であるので説明を省略する。
【０１０７】
本第７の実施形態に係る加温システム１０１Ａにおいて、貯湯タンク１０５内の貯湯の温度や出湯温度が時間の経過等により低下した場合等に追炊き運転が実行される。追炊き運転が選択されると、制御器１１３は三方弁１０８の上流側給水路１０ｂを閉弁し、下流側給水路１０８ｃに、追炊き用給水路１０８ａを連通させると共に、給水ポンプ１０７を運転させる。
【０１０８】
また、第 １の冷凍サイクル１０２ は運転せず、第２の冷凍サイクル１０３のみ運転する。これにより、例えば約６０℃の貯湯タンク１０５内の貯湯は、追炊き用水管１０６へ吸引され、さらに、給水ポンプ７により昇圧されてから、三方弁１０８の追炊き用給水路１０８ａ、下流側給水路１０８ｃおよび給水管１０４を通って、前段側の第１の冷凍サイクルの第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの水側流路１０２ａ１に導かれる。しかしながら、第１の冷凍サイクル１０２は運転されていないので、第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの水側流路１０２ａ１では加温されない。水側流路１０２ａ１の水はさらに、後段側の第２の冷凍サイクル１０３の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの水側流路１０３ａ１に送水される。
【０１０９】
このとき、この水は、第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの冷媒側流路１０３ａ２を流通する高温高圧のガス状冷媒の放熱により、例えば約６５℃程度に加温され、この後、再び貯湯タンク１０５内へ戻される。これにより、貯湯タンク１０５内の貯湯温度が例えば約６５℃に昇温される。
【０１１０】
したがって、この加温システム１０１Ａによれば、貯湯タンク１０５内の貯湯を追い炊きすることができる。
【０１１１】
（第８の実施形態）
図１２で示すように、上記第８の実施形態に係る加温システム１０１Ｂは、上記第７の実施形態に係る後段側の第２の冷凍サイクル１０３を、多元、例えば２元冷凍サイクル１０３Ｘに構成した点に主な特徴を有する。
【０１１２】
この２元冷凍サイクル１０３Ｘは、図１２中、上段側の高温側冷凍回路１０３Ｈに、図１２中下段側の低温側冷凍回路１０３Ｌを第１のカスケード熱交換器１０３Ｋを介して熱的に接続することにより構成されている。
【０１１３】
高温側冷凍回路１０３Ｈは、高温側圧縮機１０３Ｈ１、高温側四方弁１０３Ｈ２、凝縮器の機能を有する第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの冷媒側流路１０３ａ２、高温側膨張弁１０３Ｈ３および第１のカスケード熱交換器１０３Ｋの高温側冷媒流路１０３Ｋａを高温側冷媒配管１０３Ｈ４により順次連通させるように接続して冷媒（例えばＲ１３４ａ）を循環させる冷凍サイクルに構成されている。
【０１１４】
低温側冷凍回路１０３Ｌは、低温側圧縮機１０３Ｌ１、低温側四方弁１０３Ｌ２、上記第１のカスケード熱交換器１０３Ｋの低温側冷媒流路１０３Ｋｂ、低温側膨張弁１０３Ｌ３および送風ファン１０３Ｌ４からの送風を受けて熱交換する第２の蒸発器１０３Ｌ５を低温側冷媒配管１０３Ｌ６により順次連通させるように接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルに構成されている。第１のカスケード熱交換器１０３Ｋは高温側冷媒流路１０３Ｋａと低温側冷媒流路１０３Ｋｂとを一体的に設けている。また、低温側冷媒回路１０３Ｌの冷媒としては、例えばＲ４１０Ａが用いられる。
【０１１５】
上記高温側冷凍回路１０３Ｈで用いられる冷媒Ｒ１３４ａは、Ｒ４１０Ａと同等の圧力（例えば、３ＭＰａ）でＲ４１０Ａよりも３７℃程度高温である。このために、既存の冷凍サイクル装置の部品を適用して高温サイクルを形成することができる。
【０１１６】
次に、この加温システム１０１Ｂの作用を説明する。
【０１１７】
通常運転時、前段の第１の冷凍サイクル１０２では、低温低圧のガス冷媒（Ｒ４１０Ａ）が圧縮機１０２ｂにより圧縮されて、高温高圧のガス冷媒として圧縮機１０２ｂから吐出され、四方弁１０２ｃにより案内されて、第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの冷媒側流路１０２ａ２内に流入し、ここで、放熱して第１の水側流路１０２ａ１の通水を加温する一方、冷媒自体は凝縮して液化する。ここで液化した高圧液冷媒は膨張弁１０２ｄで減圧され、低圧の気液二相の状態で第１の蒸発器１０２ｆ内に流入し、ここで蒸発して外気から吸熱して気化する。このガス冷媒は、四方弁１０２ｃにより案内されて圧縮機１０２ｂに吸い込まれ、ここで再び圧縮される。
【０１１８】
以下、これの繰返しにより、冷媒が冷媒配管１０２ｇを循環する。このために、第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの第１冷媒側流路１０２ａ２の放熱により、この第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの第１の水側流路１０２ａ１内を通る、例えば１０℃の給水が例えば４０℃に加温される。ここで加温された水は温水として給水管１０４により、その下流側であって後段の第２の冷凍サイクル１０３の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第２の水側流路１０３ａ１を通る。その際に、この水は第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第２の冷媒側流路１０３ａ１の放熱により、再び加温され、所定温度の湯として貯湯タンク１９５内に出湯される。さらに、貯湯タンク１０５内の湯は給湯ポンプ１１２により給湯負荷１１０側へ送水される。
【０１１９】
そして、後段側の２元冷凍サイクル１０３では、その第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第２の水側流路１０３ａ２に流れる水（温水）は、高温側冷凍回路１０３Ｈにより加熱される。
【０１２０】
すなわち、低温側冷凍回路１０３Ｌでは、その低温側圧縮機１０３Ｌ１により圧縮された冷媒（例えばＲ４１０Ａ）が高温高圧のガス冷媒として低温側四方弁１０３Ｌ２により案内されて、第１のカスケード熱交換器３Ｋの低温側冷媒流路１０３Ｋｂへ流入し、ここで放熱する。これにより、この第１のカスケード熱交換器１０３Ｋ内の高温側冷媒流路１０３Ｋａを流れる高温側冷凍回路１０３Ｈを循環する冷媒（例えばＲ１３４ａ）を中間温度（例えば４０℃）に加温する。
【０１２１】
そして、この第１のカスケード熱交換器１０３Ｋの低温側冷媒流路１０３Ｋｂで放熱した低温側の冷媒は凝縮して液化する。この液冷媒は膨張弁１０３Ｌ３により減圧されて、第２の蒸発器１０３Ｌ５で蒸発して気化し、外気から吸熱してガス冷媒となり、四方弁１０３Ｌ２により案内されて低温側圧縮機１０３Ｌ１内に吸い込まれ、ここで再び圧縮され、以下、同様の動作を繰り返す。
【０１２２】
高温側冷凍回路１０３Ｈでは、その高温側圧縮機１０３Ｈ１により圧縮された冷媒（例えばＲ１３４ａ）が高温高圧のガス冷媒として高温側四方弁１０３Ｈ２により案内されて、第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの高温側冷媒流路１０３ａ２に流入し、ここで放熱する。これにより、この第２の水−熱交換器１０３ａの第２の水側流路１０３ａ１を通水する水（温水）を、例えば約６０℃程度に加温する。
【０１２３】
この第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの高温側冷媒流路１０３ａ２で放熱した冷媒は凝縮して液化する。さらに、この液冷媒は高温側膨張弁１０３Ｈ３により減圧されて、第１のカスケード熱交換器１０３Ｋの高温側冷媒流路１０３Ｋａ内に流入し、ここで、上述したようにこの第１のカスケード熱交換器１０３Ｋの低温側冷媒流路１０３Ｋｂを流れる低温側の冷媒（Ｒ４１０Ａ）により加熱されて蒸発し、中間温度（例えば４０℃）のガス状冷媒として高温側四方弁１０３Ｈ３により案内されて再び高温側圧縮機１０３Ｈ１に吸い込まれ、再び圧縮されて、以下同様の動作を繰り返す。
【０１２４】
このように構成された加温システム１０１Ｂは、給水管１０４に給水された、例えば１０℃の水を、第１、第２の水−冷媒熱交換器１０２ａ、１０３ａにより段階的に加温するので、単一の水−冷媒熱交換器により加温する場合よりも、熱交換効率の向上を図ることができる。
【０１２５】
本第８の実施形態に係る加温システム１０１Ｂにおける追い炊き運転は、第７の実施形態に係る加温システム１０１Ｂと同一である。すなわち、追炊き運転が選択されると、制御器１１３は三方弁１０８の上流側給水路１０８ｂを閉弁し、下流側給水路１０８ｃに、追炊き用給水路１０８ａを連通させると共に、給水ポンプ１０７を運転させる。
【０１２６】
また、第１の冷凍サイクル１０２は運転せず、第２の冷凍サイクル１０３のみ運転する。これにより、例えば約６０℃の貯湯タンク１０５内の貯湯は、追炊き用水管１０６へ吸引され、さらに、給水ポンプ１０７により昇圧されてから、三方弁１０８の追炊き用給水路１０８ａ、下流側給水路１０８ｃ、前段側の第１の冷凍サイクルの第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの水側流路１０２ａ１、後段側の第２の冷凍サイクル１０３の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの水側流路１０３ａ１の順に導かれる。しかしながら、第１の冷凍サイクル１０２は運転されていないので、後段側の第２の冷凍サイクル１０３の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの水側流路１０３ａ１のみで加温される。
【０１２７】
なお、三方弁１０８は、図９で示す第６の実施形態に係る加温システム１０１のように給水管１０４の第 １の冷凍サイクル１０２ と第２の冷凍サイクル１０３の間に介装してもよい。
【０１２８】
（第９の実施形態）
図１３に示すように第９の実施形態に係る加温システム１０１Ｃは、図１２で示す第８の実施形態の加温システム１０１Ｂに対し、その前段側に、第３の冷凍サイクル１１４を追加する一方、後段側に二元冷凍サイクル１０３ｘの第4の冷凍サイクル１１５を追加した点に主な特徴がある。
【０１２９】
この第３の冷凍サイクル１１４は、上記第１の冷凍サイクル１０２とほぼ同様の一元式の冷凍サイクルであり、上記第１の水−冷媒熱交換器１０２ａに、第３の冷媒側流路１０２ａ３を設けている。
【０１３０】
すなわち、第３の冷凍サイクル１１４は、圧縮機１１４ａ、四方弁１１４ｂ、送風ファン１１４ｃを具備した第３の蒸発器１１４ｄ、膨張弁１１４ｅおよび上記第３の冷媒側流路１０２ａ３を、冷媒配管１１４ｆを介して連通させるように接続して構成されている。
【０１３１】
第4の冷凍サイクル１１５は、上記第２の冷凍サイクル１０３とほぼ同様に二元冷凍サイクル１０３Ｘにより構成されており、低温側冷凍回路１１５Ｌに、第２のカスケード熱交換器１１５Ｋを介して高温側冷凍回路１１５Ｈを熱的に接続している。
【０１３２】
上記低温側冷凍回路１１５Ｌは、上記第２の冷凍サイクル１０３の低温側冷凍回路１０３Ｌとほぼ同様に構成されている。すなわち、低温側冷凍回路１１５Ｌは、低温側圧縮機１１５Ｌ１、低温側四方弁１１５Ｌ２、送風ファン１１５Ｌ３を具備した第４の蒸発器１１５Ｌ４、低温側膨張弁１１５Ｌ５および上記第２のカスケード熱交換器１１５Ｋの低温側冷媒流路１１５Ｋａを、冷媒配管１１５Ｌ６を介して順次連通させるように接続し、例えばＲ４１０Ａの冷媒を循環させる冷凍サイクルに構成されている。
【０１３３】
また、高温側冷凍回路１１５Ｈは、上記第２の冷凍サイクル１０３の高温側冷凍回路１０３Ｈとほぼ同様に構成されている。すなわち、高温側冷凍回路１１５Ｈは、高温側圧縮機１１５Ｈ１、高温側四方弁１１５Ｈ２、第２のカスケード熱交換器１１５Ｋの高温側冷媒流路１１５Ｋｂ、高温側膨張弁１１５Ｈ３および第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの高温側冷媒流路１０３ａ３を、冷媒配管１１５Ｈ４を介して順次連通させるように接続し、例えばＲ１３４ａの冷媒を循環させる冷凍サイクルに構成されている。
【０１３４】
そして、給水管１０４は、上記第１、第２の水−冷媒熱交換器１０２ａ、１０３ａの第１、第２の水側流路１０２ａ１、１０３ａ１に直列に接続されている。
【０１３５】
このために、この給水管１０４を通水する水は、前段の第１、第３の冷凍サイクル１０２、１１４において、第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの第１の水側流路１０２ａ１を通る際に、２つの冷媒側流路１０２ａ２、１０２ａ３の放熱により２重に加温される。
【０１３６】
したがって、出湯量を増大させることができる。
【０１３７】
また、この前段で加熱された温水（湯）は、後段の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第２の水側流路１０３ａ１を通水する際に、２つの冷媒側流路１０３ａ２、１０３ａ３の放熱により２重に加温され、所要の出湯温度（例えば６０℃または７０℃）に加温することができる。
【０１３８】
したがって、この加温システム１０１Ｃによれば、給水を、前段と後段の２段において、２つの冷媒側流路１０２ａ２と１０２ａ３、１０３ａ２と１０３ａ３により、それぞれ加温するので、前段と後段で１つの冷媒側流路１０２ａ２、１０３ａ２により給水をそれぞれ加温する場合に比して、出湯量の増大を図ることができる。また、前段側の第１、第３の冷凍サイクル１０２、１１４の水−冷媒熱交換器を一体に形成し、後段側の第２、第４の冷凍サイクル１０３、１１５の水−冷媒熱交換器を一体に形成しているので、システム全体の小型化、低コスト化を図ることができる。
【０１３９】
なお、通常運転及び追い炊き運転のやり方は、第８の実施形態に係る加温システム１０１Ｂのものと同様であるので、説明を省略する。また、三方弁１０８は、図９で示す第６の実施形態に係る加温システム１０１のように給水管１０４の第１の冷凍サイクル１０２と第２の冷凍サイクル１０３の間に介装してもよい。
【０１４０】
（第１０の実施形態）
図１４に示すように第１０の実施形態に係る加温システム１０１Ｄは、複数、例えば４台のカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄを並設している。各カスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄは、図９、図１１〜図１４に示すように、複数、例えば２つの冷凍サイクル１０２と１０３、または、４つの冷凍サイクル１０２、１０３、１１４、１１５の水−冷媒熱交換器の水側流路に水を直列に流通させ、水が段階的に加温されるように接続されたユニットである。
【０１４１】
そして、これらカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄは、その各給水入口側端部、すなわち、図９、図１１〜図１３で示す第１の冷凍サイクル１０２の第１の水−冷媒熱交換器１０２ａの第１の水側流路１０２ａ１の給水入口端部を、例えば４股の給水管である給水上流側集合管１１７の各分岐管１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄにそれぞれ接続している。
【０１４２】
この給水上流側集合管１１７は、その主管１１７ｅを給水ポンプ１０７を介して三方弁１０８の下流側給水路１０８ｃに接続している。
【０１４３】
また、これらカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄの給水（温水）出口側端部、すなわち、上記第１の冷凍サイクル１０３の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの第１の水側流路１０３ａ１の温水出口端部に、例えば４股の温水管である下流側集合管１１８の各分岐管１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄをそれぞれ接続している。また、これら各分岐管１１８ａ〜１１８ｄの途中には、電動弁や電磁弁よりなる開閉弁１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄを介装している。
【０１４４】
この下流側集合管１１８の主管１１８ｅは、貯湯タンク１０５の温水入口に接続されている。貯湯タンク１０５の下底部は追炊き用水管１０６を介して三方弁１０８の追炊き用給水路１０８ａに連通可能に接続されている。
【０１４５】
貯湯タンク１０５は、給湯ポンプ１１２を有する給湯管１１１を介して給湯負荷１１０に接続されている。
【０１４６】
制御器１１３は、上記第６の実施形態と同様に通常運転（沸き上げ運転）や追炊き運転を行うように構成されている。また、制御器１１３は、図示省略の操作盤の操作に応じて複数のカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄを選択的に運転させ、または運転を停止させることができる。
【０１４７】
そして、制御器１１３はカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄの運転状態に応じて、これらカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄにそれぞれ接続されている開閉弁１１９ａ〜１１９ｄの開閉を制御する。すなわち、制御器１１３は、運転するカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄに接続されている開閉弁１１９ａ〜１１９ｄを開弁する一方、運転停止するカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄに接続されている開閉弁１１９ａ〜１１９ｄを閉弁する。
【０１４８】
したがって、この加温システム１０１Ｄによれば、複数台のカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄを選択的に運転できるので、その運転台数を増減させることにより、これらカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄからの出湯量の増減を容易に図ることができる。
【０１４９】
（第１１の実施形態）
図１５に示すように第１１の実施形態に係る加温システム１０１Ｅは、図１４で示す第１０の実施形態に係る加温システム１０１Ｄにおける各カスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄを、第２のカスケード冷凍サイクルユニット１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄに置換すると共に、開閉弁１１９ａ〜１１９ｄを個別逆止弁１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに置換した点に主な特徴を有する。
【０１５０】
すなわち、第１１の実施形態に係る加温システム１０１Ｄでは、１台の給水ポンプ１０７を給水上流側集合管１１７の主管１１７ｅに介装し、複数台のカスケード冷凍サイクルユニット１１６ａ〜１１６ｄにより共用しているが、第２のカスケード冷凍サイクルユニット１２０ａ〜１２０ｄでは、各第２のカスケード冷凍サイクルユニット１２０ａ〜１２０ｄ毎に、個別給水ポンプ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄと、個別逆止弁１２２ａ〜１２２ｄを個別にそれぞれ配設している。
【０１５１】
各個別給水ポンプ１２１ａ〜１２１ｄは、上記第７〜第１０実施形態で示すように、第 １の冷凍サイクル１０２ の第１の水−冷媒熱交換器１０２ａよりも上流側にて給水管１０４に介装される。
【０１５２】
また、各個別逆止弁１２２ａ〜１２２ｄは各第２のカスケード冷凍サイクルユニット１１２０ａ〜１２０ｄの第２の水−冷媒熱交換器１０３ａよりも下流側にて、給水方向に順方向で給水管１０４に介装される。
【０１５３】
したがって、制御器１１３により選択的に運転される第２のカスケード冷凍サイクルユニット１２０ａ〜１２０ｄについては、その運転される第２のカスケード冷凍サイクルユニット１２０ａ〜１２０ｄに配設されている個別給水ポンプ１２１ａ〜１２１ｄのみが運転される。
【０１５４】
このために、運転中の第２のカスケード冷凍サイクルユニット１２０ａ〜１２０ｄのみから所要温度の温水（湯）が貯湯タンク１０５へ出湯される。また、貯湯タンク１０５の貯湯が貯湯タンク１０５から運転停止中の第２のカスケード冷凍サイクルユニット１２０ａ〜１２０ｄ側へ逆流することを個別逆止弁１２２ａ〜１２２ｄにより防止することができる。
【０１５５】
また、各第２のカスケード冷凍サイクルユニット１２０ａ〜１２０ｄ毎に個別給水ポンプ１２１ａ〜１２１ｄを設けているので、各カスケード冷凍サイクルユニット１２０ａ〜１２０ｄ毎の単位時間当りの給水流量の増大と制御を図ることができ、ひいては単位時間当りの出湯量の増大と制御を図ることができる。
【０１５６】
（第１２の実施形態）
図１６に示すように第８の実施形態に係る加温システム１０１Ｆは、上記給水管１０４を複数、例えば第１、第２の給水管１０４ａ、１０４ｂを設け、これら第１、第２の給水管１０４ａ、１０４ｂの各上流側と下流側とに、前段と後段で一対の冷凍サイクルユニット１２３、１２４をそれぞれ配設した点に特徴がある。
【０１５７】
すなわち、これら前、後段一対の冷凍サイクルユニット１２３、１２４は、例えば図１３で示す前段の第１の冷凍サイクル１０２と第３の冷凍サイクル１１４とを一体化してユニットに構成されている。このために、図１６中、図１３で示す実施形態と同一または相当部分には同一符号を付している。
【０１５８】
そして、前段の冷凍サイクルユニット１２３は、第１、第２の給水管１０４ａ、１０４ｂの上流側、すなわち前段に配設され、後段の冷凍サイクルユニット１２４は、第１、第２の給水管１０４ａ、１０４ｂの下流側、すなわち後段に配設されている。このために、前、後段一対の冷凍サイクルユニット１２３、１２４は、各第１、第２の給水管１０４ａ、１０４ｂ毎で、前後の冷凍サイクルにより給水を段階的に加温するカスケード冷凍サイクルに構成されている。
【０１５９】
そして、第１、第２の給水管１０４ａ、１０４ｂは、その上流側端部１０４ｃ同士を相互に連通可能に連結する一方、その下流側端部１０４ｄ同士を相互に連通可能に連結している。なお、図１６中、符号１２５は電動弁や電磁弁よりなる開閉弁である。
【０１６０】
したがって、この加温システム１０１Ｆによれば、２本の第１、第２の給水管１０４ａ、１０４ｂと、前、後段２対の冷凍サイクルユニット１２３、１２４を具備し、冷凍サイクルを合計８台具備しているので、その分、給水流量の増大と給水加温（熱）量の増大を図ることができる。このために、単位時間当りの出湯量のさらなる増大を図ることができる。
【０１６１】
（第１３の実施形態）
図１７に示すように第１３の実施形態に係る加温システム１０１Ｇは、図９で示す第６の実施形態に係る加温システム１０１において、三方弁１０８を流路切替装置１２６に置換した点に特徴がある。
【０１６２】
流路切替装置１２６は、追炊き用水管１０６の追炊き用循環ポンプ１０９の下流側であって、追炊き用水管１０６が給水管１０４に接続される接続部１２７の近傍にて、電磁弁等からなる第１の二方弁１２６ａを介装している。
【０１６３】
また、流路切替装置１２６は、追炊き用水管１０６が給水管１０４に接続される接続部１２７よりも給水方向上流側近傍に、電磁弁等よりなる第２の二方弁１２６ｂを介装している。これら第１、第２の二方弁１２６ａ、１２６ｂは制御器１１３に信号線を介して電気的に接続され、開閉制御される。
【０１６４】
すなわち、制御器１１３は、この加温システム１０１Ｇの２段加温の通常運転をする場合は、第１、第２の冷凍サイクル１０２、１０３を運転すると共に、第２の二方弁１２６ｂを開弁し、第１の二方弁１２６ａを閉弁する。
【０１６５】
また、制御器１１３は、追炊き運転する場合は、第１の冷凍サイクル１０２の運転を停止させて、第２の冷凍サイクル１０３のみを運転して、第２の二方弁１２６ｂを閉弁する一方、第１のニ方弁１２６ａを開弁し、追炊き用循環ポンプ１０９を運転する。
【０１６６】
これにより、貯湯タンク１０５内の貯湯が追炊き用水管１０６を通って追炊き用循環ポンプ１０９により昇圧され、さらに、流路切替装置１２６の開弁中の第１の二方弁１２６ａ、給水管１０４の下流側の一部を経て第２の冷凍サイクル１０３の第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの水側流路１０３ａ１を通水する。この通水の際に、第２の水−冷媒熱交換器１０３ａの冷媒側流路１０３ａ２を流れる冷媒の放熱により加温されて追い炊きされる。
【０１６７】
したがって、高価な三方弁１０８に代えて安価な二方弁１２６ａ、１２６ｂを使用するので、コスト低減を図ることができる。
【０１６８】
なお、この流路切替装置１２６は、上記第６の実施形態のみならず、上記他の実施形態に係る三方弁１０８に置換されてもよい。また、上記各実施形態に係る各冷凍サイクルでは、必要に応じてレシーバやアクチュエータ等のサイクル構成部品を追加してもよい。さらに、第１、第２の蒸発器１０２ｆ、１０３ｆ等の蒸発器を空気を熱媒として用いる空気熱交換器を使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱媒として水やブラインを用いた水熱交換器を用いてもよい。
【０１６９】
以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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