JP2010025431A - 蒸気発生システム - Google Patents

Abstract

【課題】 高い熱効率が実現可能な蒸気発生システムを提供する。
【解決手段】 給水源２１から給水され、温水（または水、以下同じ）を貯水するクッションタンク１１と、タンク１１から供給される温水を貯水する給水タンク２３と、タンク２３から供給される温水を加熱して蒸気を発生する蒸気ボイラ２４と、タンク１１から供給される温水を加熱して再びタンク１１に対して給水するヒートポンプ給湯機１２と、を備えてなり、タンク２３は、貯水量が第１貯水量を下回るとタンク１１からの給水が開始するとともに、第１貯水量より多い第２貯水量を上回るとタンク１１からの給水が停止する構成であり、ヒートポンプ給湯機１２は、タンク１１内の貯水温度が第１温度を下回るとタンク１１内の温水を加熱して再度タンク１１内に供給する循環加熱運転を開始するとともに、第１温度よりも高い第２温度を上回ると循環加熱運転を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、供給される水または温水を加熱して蒸気を発生する蒸気発生システムに関するものである。

図６に、従来構成の蒸気発生システムの概略構成を示す（例えば特許文献１参照）。図６に示される従来の蒸気発生システム１００は、給水源２１、給水タンク２３、蒸気ボイラ２４を備え、適宜軟水化するための軟化器２２を備えている。

給水源２１から供給される水（低温水）は、予め軟化器２２によってカルシウムやマグネシウム等の硬度成分を除去する軟化処理が施された後、電動弁３１を介して給水タンク２３内に供給される。給水タンク２３内には、この水が蓄えられ、出水口３３から蒸気ボイラ２４に送出される。そして、蒸気ボイラ２４によってこの水が加熱されて蒸気発生口３４から蒸気が発生する。

蒸気ボイラ２４は、蒸気需要に応じて水を給水タンク２３から取り込み、加熱処理を行う。ここで、給水タンク２３内には、タンク内の貯水位の判定が可能な水位センサ３２を備えている。

水位センサ３２は、例えば長さの異なる２本の電極棒３２Ｌ、３２Ｈがタンク上面内壁から鉛直下向きに固定設置されることで実現されており、各電極棒３２Ｌ、３２Ｈの下方先端部、あるいは下方先端部から所定高さだけ上方に移動した位置が水面に触れているか否かによって貯水位判定可能に構成されている。例えば、長さの短い電極棒３２Ｌの先端のタンク底面からの高さ位置を第１水位、長さの長い電極棒３２Ｈの先端のタンク底面からの高さ位置を第２水位とすれば、タンク２３内の貯水位は、電極棒３２Ｌの先端が水面に触れていない場合には第１水位未満であり、電極棒３２Ｌの先端が水面に触れ電極棒３２Ｈの先端が水面に触れていない場合には第１水位以上第２水位未満であり、両電極棒３２Ｌ及び３２Ｈの先端が水面に触れている場合には第２水位以上であると判定できる。

電動弁３１は、水位センサ３２によって制御可能に構成されており、第１水位を下回ると電動弁３１が開栓し、第２水位を上回ると電動弁３１が閉栓する制御が行われる。つまり、水位センサが電極棒で構成されている場合には、電極棒３２Ｌの先端が水面から離れたことが認識されると電動弁３１が開栓し、電極棒３２Ｈの先端が水面に触れたことが認識されると電動弁３１が閉栓する。

このように構成されるとき、蒸気需要が発生すると、給水タンク２３から蒸気ボイラ２４に対して給水が行われて、給水タンク２３内の貯水量が減少し、貯水位が低下する。そして、貯水位が第１水位を下回ると、自動的に電動弁３１が開栓し、給水源２１から給水が行われる。その後、蒸気需要が減少すると、給水タンク２３内の貯水量及び貯水位は上昇し、やがて貯水位が第２水位を上回ると自動的に電動弁３１が閉栓する。

特開平６−２４９４５０号公報

しかしながら、図６の構成の場合、給水タンク２３内に貯水されるのは給水源から供給される水であるため、気温によって変動するがその水温は概ね５℃〜３０℃程度の範囲内である。従って、蒸気ボイラ２４では、この５℃〜３０℃程度の低温水を１００℃まで加熱した上で、さらに飽和蒸気まで加熱し、さらに所定の蒸気圧力まで加熱して蒸気供給を行うこととなる。一般的に、蒸気ボイラ２４は燃焼式ボイラで構成されるところ、従来構成の蒸気発生システム１００の効率は最大でも９０％〜９０数％が限界値である。昨今の地球温暖化の問題や省エネルギ促進の観点からは、さらに高いエネルギ効率の蒸気発生システムの開発が求められている。

本発明は、上記の問題点に鑑み、従来構成よりも高いエネルギ効率が実現可能な蒸気発生システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る蒸気発生システムは、給水源から給水される構成であって、水または温水を貯水するクッションタンクと、前記クッションタンクから供給される水または温水を貯水する給水タンクと、前記給水タンクから供給される水または温水を加熱して蒸気を発生する蒸気ボイラと、ヒートポンプ回路の凝縮器からの放熱と熱交換して、前記クッションタンクから供給される水または温水を加熱して、再び前記クッションタンクに対して給水するヒートポンプ給湯機と、を備えてなり、前記給水タンクは、貯水量が第１貯水量を下回ると前記クッションタンクからの給水が開始するとともに、前記第１貯水量より多い第２貯水量を上回ると前記クッションタンクからの給水が停止する構成であり、前記ヒートポンプ給湯機は、前記クッションタンク内の貯水温度が第１温度を下回ると前記クッションタンク内の水または温水を加熱して再度前記クッションタンク内に供給する循環加熱運転を開始するとともに、前記クッションタンク内の貯水温度が前記第１温度よりも高い第２温度を上回ると前記循環加熱運転を停止することを第１の特徴とする。

本発明に係る蒸気発生システムの上記第１の特徴によれば、給水タンク内にはクッションタンク内の温水が供給される構成であるため、給水タンク内に貯えられる水は給水源から水が直接給水タンク内に貯えられる従来構成よりも高温となる。そして、このクッションタンク内に貯えられた温水は、高効率のヒートポンプ給湯機によって加熱された温水である。すなわち、蒸気ボイラでは、ヒートポンプ給湯機で予め加熱された温水から蒸気を生成することができるため、蒸気ボイラで必要とされるエネルギ量を減少することができる。一般に、蒸気ボイラは燃焼式であるため、ヒートポンプ給湯機に比べて熱効率が低い。このため、ヒートポンプ給湯機によって、予め給水源から供給される水の水温を所定の温度（例えば約６５℃程度）まで上昇させておき、その後に蒸気ボイラで加熱して蒸気を発生する構成とすることで、給水源から供給される水を直接蒸気ボイラで加熱して蒸気を発生する構成と比較して、エネルギ効率を向上させることができる。

また、クッションタンクに対して、ヒートポンプ給湯機からの給湯と給水源からの給水が行われる構成であるため、高いエネルギ効率を確保しつつ大きな蒸気負荷に対しても対応することが可能である。

また、本発明に係る蒸気発生システムは、上記第１の特徴に加えて、前記クッションタンクと前記ヒートポンプ給湯機との間で温水の循環を行わせる循環ポンプと、前記貯水タンク内に設置された温度センサと、を備え、前記温度センサによって前記クッションタンク内の貯水温度が前記第１温度を下回ったことが判定されると、前記循環ポンプ並びに前記ヒートポンプ給湯機に対して運転指示が与えられ、前記温度センサによって前記クッションタンク内の貯水温度が前記第２温度を上回ったことが判定されると、前記循環ポンプ並びに前記ヒートポンプ給湯機に対して停止指示が与えられることを第２の特徴とする。

また、本発明に係る蒸気発生システムは、上記第１または第２の特徴に加えて、前記クッションタンク内の温水を前記給水タンク内に導くための電動弁と、前記給水タンク内の貯水位を認識可能な水位センサと、を備え、前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が第１水位を下回ったことが判定されると、前記電動弁を開栓する制御が行われ、前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が前記第１水位よりも高い第２水位を上回ったことが判定されると、前記電動弁を閉栓する制御が行われることを第３の特徴とする。

また、本発明に係る蒸気発生システムは、給水源から給水路を介して給水される構成であって、水または温水を貯水する給水タンクと、前記給水タンクから供給される水または温水を加熱して蒸気を発生する蒸気ボイラと、ヒートポンプ回路の凝縮器からの放熱と熱交換して、前記給水路から分岐して供給される水を加熱して、前記給水タンクに対して給水するヒートポンプ給湯機と、を備えてなり、前記給水タンクは、貯水量が所定の第１貯水量を下回ると前記ヒートポンプ給湯機からの給水が開始するとともに、前記第１貯水量より多い所定の第２貯水量を上回ると前記ヒートポンプ給湯機からの給水が停止する構成であって、さらに、前記第１貯水量より少ない所定の第３貯水量を下回ると前記給水源からの給水が開始するとともに、前記第３貯水量より多く前記第１貯水量より少ない所定の第４貯水量を上回ると前記給水源からの給水が停止することを第４の特徴とする。

本発明に係る蒸気発生システムの上記第４の特徴によれば、蒸気負荷が上昇して給水タンク内の貯水量が低下した場合において、まず優先的に高効率のヒートポンプ給湯機によって給水源からの給水が加熱された後に給水タンク内に供給される構成である。このため、給水タンク内に貯えられる温水は、給水源から水が直接給水タンク内に貯えられる従来構成よりも高温となる。そして、蒸気ボイラでは、ヒートポンプ給湯機で予め加熱されたこの温水から蒸気を生成することができるため、蒸気ボイラで必要とされるエネルギ量を減少することができる。一般に、蒸気ボイラは燃焼式であるため、ヒートポンプ給湯機に比べて熱効率が低い。このため、ヒートポンプ給湯機によって、予め給水源から供給される水の水温を所定の温度（例えば約６５℃程度）まで上昇させておき、その後に蒸気ボイラで加熱して蒸気を発生する構成とすることで、給水源から供給される水を直接蒸気ボイラで加熱して蒸気を発生する構成と比較して、エネルギ効率を向上させることができる。

また、ヒートポンプ給湯機の給湯能力よりも蒸気負荷の方が大きい場合には、ヒートポンプ給湯機からの給湯に加えて給水源からも給水タンク内に給水される構成である。このとき、高効率のヒートポンプ給湯機を継続して運転させることで高いエネルギ効率を確保しながらも、大きな蒸気負荷に対しても対応することが可能となる。

また、本発明に係る蒸気発生システムは、上記第４の特徴に加えて、前記ヒートポンプ給湯機で加熱された温水を前記給水タンク内に導くための第１電動弁と、前記給水タンク内の貯水位を認識可能な水位センサと、を備え、前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が第１水位を下回ったことが判定されると、前記第１電動弁を開栓する制御が行われ、前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が前記第１水位よりも高い第２水位を上回ったことが判定されると、前記第１電動弁を閉栓する制御が行われることを第５の特徴とする。

また、本発明に係る蒸気発生システムは、上記第５の特徴に加えて、前記給水源からの給水を前記給水タンク内に導くための第２電動弁を備え、前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が前記第１水位よりも低い第３水位を下回ったことが判定されると、前記第２電動弁を開栓する制御が行われ、前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が前記第３水位よりも高く前記第１水位よりも低い第４水位を上回ったことが判定されると、前記第２電動弁を閉栓する制御が行われることを第６の特徴とする。

また、本発明に係る蒸気発生システムは、上記第５の特徴に加えて、前記給水タンクが、当該給水タンク内の貯水位が前記第１水位よりも低い第３水位を下回ると前記給水源から給水が開始し、前記第３水位よりも高く前記第１水位よりも低い第４水位を上回ると前記給水源からの給水が停止するボールタップを備えることを第７の特徴とする。

本発明の蒸気発生システムによれば、従来の蒸気発生システムよりも高いエネルギ効率を実現することができる。

以下において、本発明に係る蒸気発生システム（以下、適宜「本システム」という）の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図６内の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

［第１実施形態］
本システムの第１実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態における本システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示される本システム１は、図６に示される従来構成の蒸気発生システム１００と同様、給水源２１、軟化器２２、給水タンク２３、蒸気ボイラ２４を備えるとともに、さらに、従来構成の蒸気発生システム１００が備えていないクッションタンク１１、及びヒートポンプ給湯機１２を備える構成である。なお、図面上において、水または温水の流れと制御信号の流れを識別するため、水または温水の流れは実線で示し、制御信号の流れを点線で示している。

また、従来構成とは異なり、本実施形態では通常、給水源２１からの給水が給水タンク２３に供給されないようバルブ４７が常に閉栓状態となっている。すなわち、給水源２１からの給水は、通常は全て入水口４１よりクッションタンク１１内に供給される。入水口４１は、クッションタンク１１の下部領域に設けられる。

クッションタンク１１内には貯水された温水の水温測定が可能な温度センサ４４を備えている。図１では、一例としてクッションタンク１１内の低水位位置の水温を測定する温度センサ４４ａと、それよりも高水位位置の水温を測定する温度センサ４４ｂの２つを備える構成を図示している。この温度センサの数は一例であって、図１に示す構成に限られるものではない。

循環ポンプ４３が運転を行うと、クッションタンク１１内に貯水された温水は、入水口４１と同様にクッションタンク１１の下部領域に設けられた出水口４２よりヒートポンプ
給湯機１２へと導かれる。そして、ヒートポンプ給湯機１２内でヒートポンプ回路の凝縮器からの放熱と熱交換されることで加熱された後、再びクッションタンク１１内に貯水される。このとき、ヒートポンプ給湯機１２で加熱された温水は、クッションタンク１１内において入水口４１や出水口４２よりも上方に設けられた入水口４５を介してクッションタンク１１内に供給される。水は、温度が高くなるにつれ上方に移動する性質、いわゆる対流性を有しているため、これによってクッションタンク１１の上部領域には温度の高い温水が貯水される。

そして、貯水タンク１１内に貯水された温水は、該タンク１１内の上部領域に設けられた出水口４６より取り出され、電動弁３１を介して入水口５４より給水タンク２３へと導かれる。電動弁３１は、開閉制御が可能に構成されており、かかる制御を行うことで、クッションタンク１１内の温水を給水タンク２３内に供給するか否かを制御することが可能な構成である。

給水タンク２３は、図６に示される従来の蒸気発生システム１００と同様、タンク内の貯水位の判定が可能な水位センサ３２を備えている。そして、この水位センサ３２によって判定されたタンク内の貯水位に応じて電動弁３１の制御が行われる構成であり、第１水位を下回ると電動弁３１が開栓し、第１水位より高い第２水位を上回ると電動弁３１が閉栓する制御が行われる。蒸気発生システム１００と同様、水位センサ３２が、長さの異なる２本の電極棒３２Ｌ、３２Ｈがタンク上面内壁から鉛直下向きに固定設置されることで実現されている場合には、例えば、長い方の電極棒３２Ｌの先端が水面から離れたことが認識されると電動弁３１が開栓し、短い方の電極棒３２Ｈの先端が水面に触れたことが認識されると電動弁３１が閉栓する制御が行われる。

また、給水タンク２３には、タンク下部領域に出水口３３が設けられており、この出水口３３より取り出されたタンク内の温水が蒸気ボイラ２４に導かれ、該ボイラ２４にて加熱されることで蒸気が生成される。そして、蒸気ボイラ２４は、蒸気発生口３４から蒸気を発生する。

ここで、本システム１では、クッションタンク１１内に備えられた温度センサ４４によって、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転制御が行われる。より具体的には、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３は、クッションタンク１１内の上部に設置された温度センサ４４ｂが所定温度（例えば５０℃）を下回ると運転を開始し、タンク１１から温水をヒートポンプ給湯機１２に導いて所定の温度（例えば約６５℃）まで加熱して、再びクッションタンク１１内に戻す循環加熱運転を開始する。これによってクッションタンク１１内の水温が上昇する。その後、クッションタンク１１内の下部に設置された温度センサ４４ａが所定温度（例えば５０℃）を上回ると、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転を停止し、前記循環加熱運転を停止する。このような制御を行うことで、クッションタンク１１内の水温が低下すると自動的にヒートポンプ給湯機１２による循環加熱が行われるように構成されている。

なお、クッションタンク１１内に一の温度センサ４４のみを備える場合には、当該温度センサ４４によってクッションタンク１１内の湯温が所定の第１温度（例えば４５℃）を下回ったことを認識すると、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転を開始して前記循環加熱運転を開始する。そして、クッションタンク１１内の湯温が上昇し、温度センサ４４によってクッションタンク１１内の湯温が前記第１温度よりも高い第２温度（例えば６０℃）を上回ったことを認識すると、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転を停止して前記循環加熱運転を停止する。このように制御することで、クッションタンク１１内の異なる高さ位置に温度センサを複数備える場合と同様の制御を行うことが可能となる。

このように構成されるとき、給水タンク２３内にはクッションタンク１１内の温水が供給される構成であるため、給水タンク２３内に貯えられる水は図６に示される従来構成よりも高温となる。そして、このクッションタンク１１内に貯えられた温水は、高効率のヒートポンプ給湯機１２によって約６５℃程度まで加熱された温水である。すなわち、図６の従来構成の場合、給水源２１から供給される水（気温によって５℃〜３０℃程度）が給水タンク２３に貯えられる構成であるため、蒸気ボイラ２４は、かかる低温の水を１００℃まで加熱し、さらに圧縮加熱を行って蒸気を生成する必要がある。本システム１の場合、約６５℃程度までは高効率のヒートポンプ給湯機１２によって加熱される構成であるため、蒸気ボイラ２４では、約６５℃程度を示す給水タンク２３内の温水から蒸気を生成することができ、これによって蒸気ボイラ２４で必要とされるエネルギ量を減少することができる。一般に、蒸気ボイラ２４は燃焼式であるため、ヒートポンプ給湯機１２に比べて熱効率が低い。このため、ヒートポンプ給湯機１２によって、予め給水源２１から供給される水の水温を所定の温度（約６５℃程度）まで上昇させておき、その後に蒸気ボイラ２４で加熱して蒸気を発生する構成とすることで、給水源２１から供給される水を直接蒸気ボイラ２４で加熱して蒸気を発生する構成と比較して、エネルギ効率を向上させることができる。

また、本システム１によれば、図６に示す従来構成のシステム１００に対し、バルブ４７を介装して給水源２１から直接給水タンク２３に給水されるのを遮蔽した上で、クッションタンク１１、ヒートポンプ給湯機１２、及び循環ポンプ４３を新たに備えることで実現可能である。つまり、既存のシステムを利用しながら、従来よりもエネルギ効率の高い蒸気発生システムに変更することができる。

さらに、蒸気負荷が上昇し、ヒートポンプ給湯機１２の出湯能力を超える程度の負荷となった場合であっても、ヒートポンプ給湯機１２の運転を継続しつつ、不足分は給水源２１からクッションタンク１１内に給水される構成であるため、エネルギ効率を大幅に低下させることもなく、給水不足を招来することもない。

なお、上述した本実施形態では、給水タンク２３が同タンク内に貯水された温水の貯水位の判定が可能な水位センサ３２を備える構成としたが、給水タンク２３内に貯水された温水の貯水量が判定可能な水量センサを備える構成としても良い。かかる場合、水量センサによって給水タンク２３内の貯水量が所定の第１貯水量を下回ったことが判定されると電動弁３１を開栓する制御が行われ、第１貯水量より多い所定の第２貯水量を上回ったことが判定されると電動弁３１を閉栓する制御が行われる構成とすることができる。

また、本システム１では、給水源２１からの給水に対し軟化処理を行う軟化器２２を備える構成としたが、軟化処理を行う必要がない水が供給されるシステムにおいては軟化器２２を備える必要はないことは言うまでもない。以下の第２実施形態においても同様である。

なお、上述したように、本システム１におけるバルブ４７は通常運転時は閉栓状態としておく一方、例えばクッションタンク１１に穴が開く等の不測の事態が発生した場合には、当該バルブを開栓状態として、給水源２１からの直接給水タンク２３内に給水させることで蒸気負荷に対応することが可能である。

［第２実施形態］
本システムの第２実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図面を参照して説明する。

図２は、本実施形態における本システムの概略構成を示すブロック図である。図２に示される本システム１ａは、図１に示す第１実施形態に係る本システム１ａと比較して、クッションタンク１１を備えず、ヒートポンプ給湯機１２で加熱された温水が直接給水タンク２３に供給される点が異なる。

すなわち、給水源２１から供給され、軟化器３２によって軟化処理が施された水は、分岐点４０よりヒートポンプ給湯機１２へと導かれ、ヒートポンプ給湯機１２で加熱された後、電動弁５１（第１電動弁に相当）を介して入水口５５から給水タンク２３へと供給される。電動弁５１は、開閉制御が可能に構成されており、ヒートポンプ給湯機１２から出力された温水を給水タンク２３内に供給するか否かを調整できる。

なお、本実施形態では、第１実施形態とは異なり、給水源２１からの給水が分岐点４０より直接入水口５４より電動弁３１（第２電動弁に相当）を介して給水タンク２３内に供給される構成である。

さらに、本実施形態では、給水タンク２３内に、水位センサ３２に加えて、さらに別の水位センサ５２を備える。図２では、水位センサ５２も、水位センサ３２と同様、長さの異なる２本の電極棒５２Ｌ、５２Ｈがタンク上面内壁から鉛直下向きに固定設置されることで実現されており、各電極棒５２Ｌ、５２Ｈの下方先端部、あるいは下方先端部から所定高さだけ上方に移動した位置が水面に触れているか否かによって貯水位判定可能に構成されている。

そして、この場合において、電極棒５２Ｌ及び５２Ｈは、水位センサ３２が備える電極棒３２Ｌ及び３２Ｈよりもさらにタンク底面からの高さ位置が高い水位の測定が可能に構成されている。なお、本実施形態では、説明の都合上、長さの短い電極棒５２Ｌの先端のタンク底面からの高さ位置を第１水位、長さの長い電極棒５２Ｈの先端のタンク底面からの高さ位置を第２水位とし、前記電極棒３２Ｌ及び３２Ｈの先端の高さ位置をそれぞれ第３水位及び第４水位（それぞれ第１実施形態における第１及び第２水位に相当）とする。このとき、第１水位及び第２水位が、第３水位及び第４水位の双方の高さ位置よりも高い位置となるように各電極棒の先端位置が調整されている。

このとき、タンク２３内の貯水位は、電極棒５２Ｌの先端が水面に触れていない場合には第１水位未満であり、電極棒５２Ｌの先端が水面に触れ電極棒５２Ｈの先端が水面に触れていない場合には第１水位以上第２水位未満であり、両電極棒５２Ｌ及び５２Ｈの先端が水面に触れている場合には第２水位以上であると判定できる。さらに、電極棒３２Ｌの先端が水面に触れていない場合には第３水位未満であり、電極棒３２Ｌの先端が水面に触れ電極棒３２Ｈの先端が水面に触れていない場合には第３水位以上第４水位未満であり、両電極棒３２Ｌ及び３２Ｈの先端が水面に触れている場合には第４水位以上であると判定できる。

そして、電動弁５１は、この水位センサ５２によって制御可能に構成されており、第１水位を下回ると電動弁５１が開栓し、第２水位を上回ると電動弁５１が閉栓する制御が行われる。つまり、水位センサ５２が、図２に示すように電極棒で構成されている場合には、電極棒５２Ｌの先端が水面から離れたことが認識されると、電動弁５１が開栓し、電極棒５２Ｈの先端が水面に触れたことが認識されると電動弁５１が閉栓する。なお、電動弁３１は、第１実施形態と同様、水位センサ３２によって制御可能に構成されており、第３水位（第１実施形態における第１水位に相当）を下回ると電動弁３１が開栓し、第４水位（第１実施形態における第２水位に相当）を上回ると電動弁３１が閉栓する制御が行われる。

さらに、本実施形態では、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３についても、この水位センサ５２によって運転制御が行われる構成である。すなわち、給水タンク２３内の貯水位が第１水位を下回ると、電動弁５１を開栓するとともにヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転を開始する制御を行う一方、第２水位を上回ると電動弁５１を閉栓するとともにヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転を停止する制御を行う。

このように構成されるとき、蒸気ボイラ２４の蒸気負荷が上昇すると、給水タンク２３内の貯水位が低下する。そして、水位センサ５２によって、給水タンク２３内の貯水位が第１水位を下回ったことが認識されると、電動弁５１が開栓されるとともにヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転が開始する。このとき、給水源２１から分岐点４０を介して供給される水が、ヒートポンプ給湯機１２によって加熱され、当該加熱された温水が電動弁５１を介して入水口５５より給水タンク２３内に供給される。これにより、給水タンク２３内の貯水位の低下速度が抑制されるか、または貯水位が上昇を開始する。

なお、このとき給水タンク２３内に供給される温水は、給水源２１から供給される水ではなく、この水が予めヒートポンプ給湯機１２によって（例えば約６５℃程度に）加熱された温水であるため、給水タンク２３内の湯温は給水源２１から供給される水に比べて十分高い温度を示す。

ヒートポンプ給湯機１２から温水が供給されることで貯水位が上昇した場合、この貯水が第２水位を上回ったことが水位センサ５２によって認識されると、電動弁５１が閉栓されるとともにヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転が停止する。一方、ヒートポンプ給湯機１２からの給湯能力よりも蒸気負荷の方が大きい場合には、給水タンク２３内の貯水位はさらに低下する。そして、この貯水位が第３水位を下回ったことが水位センサ３２によって認識されると、電動弁３１が開栓され、給水源２１からの給水が直接給水タンク２３内に流入する。これによって大きな蒸気負荷に対しても対応することが可能となる。

なお、この場合、給水源２１からの水が直接給水タンク２３内に供給されるため、タンク２３内の水温はある程度低下するものの、依然としてヒートポンプ給湯機１２からの給湯は継続されるため、急激な水温低下は抑制される。

その後、蒸気負荷が低下するか、給水源２１からの給水量が蒸気負荷での使用水量に比べて多い場合には給水タンク２３内の貯水位が上昇する。そして、この貯水位が第４水位を上回ったことが水位センサ３２によって認識されると、電動弁３１が閉栓され、給水源２１からの給水が停止する。このとき、引き続きヒートポンプ給湯機１２からの給湯は継続しており、これによって給水タンク２３内の水温並びに水位が上昇する。そして、その後給水タンク２３の水位が第２水位を上回ると、前記のようにヒートポンプ給湯機１２からの給湯が停止する。

本実施形態に係る本システム１ａの場合も、第１実施形態の場合と同様、給水タンク２３内には予めヒートポンプ給湯機１２によって加熱された温水が貯水される構成であるため、図６に示す従来構成のシステム１００と比較して、エネルギ効率を向上させることができる。

そして、蒸気負荷が上昇し、ヒートポンプ給湯機１２の出湯能力を超える程度の負荷となった場合であっても、ヒートポンプ給湯機１２の運転を継続しつつ、給水源２１から直接給水タンク２３内に給水される構成であるため、エネルギ効率を大幅に低下させることもなく、給水不足を招来することもない。

図３は、本システム１ａが備える給水タンク２３の給水状態を説明するための図である。前述したように、給水タンク２３内の貯水位が、第１水位を下回ると（すなわち電極棒５２Ｌの先端が水面から離れると）、ヒートポンプ給湯機１２から給水タンク２３内に対して給湯され、さらに第３水位を下回ると（すなわち電極棒３２Ｌの先端が水面から離れると）、ヒートポンプ給湯機１２からの給湯に加えて給水源２１からの給水も開始される。その後、貯水位が第４水位を上回ると（すなわち電極棒３２Ｈの先端が水面に触れると）、給水源２１からの給水のみが停止され、ヒートポンプ給湯機１２からの給湯のみが行われる構成となり、さらに、貯水位が上昇して第２水位を上回ると（すなわち電極棒５２Ｈの先端が水面に触れると）、ヒートポンプ給湯機１２からの給湯も停止する。

つまり、本実施形態においても、常に優先的に高エネルギ効率のヒートポンプ給湯機１２が稼働して給湯を行い、このヒートポンプ給湯機１２の給湯能力を超える蒸気負荷に対しては給水源２１からの給水を追加的に行う構成である。これによって、エネルギ効率を向上しながらも、給水不足を免れることが可能となる。

なお、上述した本実施形態では、給水タンク２３が同タンク内に貯水された温水の貯水位の判定が可能な水位センサ３２を備える構成としたが、第１実施形態と同様、給水タンク２３内に貯水された温水の貯水量が判定可能な水量センサを備える構成としても良い。かかる場合、水量センサによって給水タンク２３内の貯水量が所定の第１貯水量を下回ったことが判定されると電動弁５１を開栓するとともに、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転を開始する制御が行われ、第１貯水量より多い所定の第２貯水量を上回ったことが判定されると電動弁５１を閉栓するとともに、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転を停止する制御が行われるものとすることができる。そして、さらに、給水タンク２３内の貯水量が、前記第１貯水量より少ない所定の第３貯水量を下回ったことが判定されると電動弁３１を開栓する制御が行われ、第３貯水量より多く前記第１貯水量より少ない所定の第４貯水量を上回ったことが判定されると電動弁３１を閉栓する制御が行われる構成とすることができる。

なお、本実施形態において、給水タンク２３内に貯水された温水を循環ポンプを介してヒートポンプ給湯機１２に導き、当該ヒートポンプ給湯機１２で加熱した温水を再び給水タンク２３内に供給する循環加熱が可能な構成としても良い。かかる構成とすることで、蒸気負荷が存在しない場合において、給水タンク２３内の貯水量が十分多い場合であっても、強制的に循環加熱を行うことで給水タンク２３内の水温を予め高温にすることができ、蒸気負荷が発生した場合に蒸気ボイラ２４に対してさらに高温の温水を供給することができる。これによってエネルギ効率をさらに向上させることが可能となる。

この場合、給水タンク２３内に温度センサを備えておき、蒸気負荷が発生していない場合であって、タンク２３内の水温が所定の温度より下回った場合にのみ前記循環加熱を行う構成としても良い。後述する第３実施形態においても同様である。

［第３実施形態］
本システムの第３実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、第２実施形態と比較して、水位センサ３２及び電動弁３１に代えてボールタップ５３を備える点が異なるのみであり、他は第２実施形態に係る本システム１ａと同一であるため、以下では、第２実施形態と異なる箇所のみを説明する。

図４は、本実施形態に係る本システムの概略構成を示すブロック図である。図４に示される本システム１ｂは、前記のとおり、図３に示される第２実施形態の本システム１ａと比較して、水位センサ３２及び電動弁３１を備えず、ボールタップ５３を備える構成である。そして、給水源２１からの給水が入水口５４及びボールタップ５３を介して給水タンク２３内に供給される構成である。

ボールタップ５３は、貯水位が所定の下限水位より低下すると開栓し、それよりも高い上限水位に達すると閉栓する機構を備えた給水部材である。従って、ボールタップ５３を第２実施形態における電動弁３１と同様の動作が行われるように設定することで、第２実施形態の本システム１ｂと同様の効果を実現できる。具体的には、給水タンク２３内の貯水位が、第３水位を下回ると給水源２１から入水口５４及びボールタップ５３を介して給水が開始し、第４水位を上回ると前記給水が停止するようにボールタップ５３を調整すれば良い。その他は第２実施形態におけるシステム１ｂと同一の構成であるため、説明を省略する。

［第４実施形態］
本システムの第４実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図面を参照して説明する。なお、以下の図面では、上記各実施形態内のシステムと同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５は、本実施形態における本システムの概略構成を示すブロック図である。図５に示される本システム１ｃは、第１実施形態のシステム１ａ（図１）と第２実施形態のシステム１ｂ（図２）とを組み合わせたような構成となっている。

すなわち、給水源２１からの水が電動弁３１を介して給水タンク２３に供給される点、及びこの電動弁３１が、水位センサ３２によって開閉制御される点については第２実施形態のシステム１ｂと共通である。一方、クッションタンク１１を備え、クッションタンク１１とヒートポンプ給湯機１２との間で循環加熱が可能に構成されている点については第１実施形態のシステム１ａと共通である。

図５に示されるように、本システム１ｃでは、給水源２１から供給される水が、分岐点４０を介してまずクッションタンク１１へと導かれる。そして、第１実施形態における本システム１と同様、クッションタンク１１内には、温度センサ４４が備えられ、この温度センサによって測定されたクッションタンク１１内の水温に応じて、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転制御が行われる。

また、クッションタンク１１に貯水された温水は、出水口４６より電動弁５１を介して入水口５５から給水タンク２３内に供給される。給水タンク２３には、水位センサ５２が備えられており、この水位センサ５２によって電動弁５１の開閉制御が行われる。水位センサ３２と水位センサ５２の関係は、第２実施形態のシステム１ａと共通するため説明を省略する。

このように構成されるとき、蒸気負荷が発生すると、給水タンク２３から温水が蒸気ボイラ２４に送出され、給水タンク２３内の貯水位が低下する。そして、水位センサ５２によって給水タンク２３内の貯水位が第１水位を下回ったことが認識されると、電動弁５１が開栓され、クッションタンク１１内の温水が給水タンク２３内に供給される。これによって給水タンク２３内の貯水量の急激な低下を防ぐ。なお、クッションタンク１１内にはヒートポンプ給湯機１２で加熱された温水が貯えられる構成であるため、十分に加熱された温水が給水タンク２３内に供給されることとなり、給水タンク２３内の水温の低下も防ぐことができる。

なお、クッションタンク１１内の温水が給水タンク２３に対して供給されると、クッションタンク１１に対して給水源２１から給水が行われる。このとき、蒸気負荷が大きい場合には、クッションタンク１１内の温水が多量に給水タンク２３内に対して供給されるため、給水源２１からも給水が多く行われ、この結果クッションタンク１１内の水温が低下する。図１の場合と同様、２つの温度センサ４４ａ及び４４ｂがクッションタンク１１内の高さの異なる位置に設置されている場合であれば、上部に設置された温度センサ４４ｂによってクッションタンク１１内の水温が所定温度（例えば５０℃）を下回ったことが認識されると、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３の運転が開始し、これによってクッションタンク１１内の温水を循環加熱して水温を上昇させる。

その後、蒸気負荷が減少することで、水位センサ５２によって給水タンク２３内の貯水位が第２水位を上回ったことが認識されると、電動弁５１が閉栓される。このとき、クッションタンク１１内の温水は、下部に設置された温度センサ４４ａによって水温が所定温度（例えば５０℃）を上回ったことが認識されるまで、ヒートポンプ給湯機１２によって循環加熱が行われる。そして、温度センサ４４ａによって水温が前記所定温度を上回ったことが認識されると、ヒートポンプ給湯機１２及び循環ポンプ４３が停止される。

一方、依然として高い蒸気負荷が発生しており、ヒートポンプ給湯機１２の給湯能力を超える大きさの蒸気負荷である場合には、給水タンク２３内の貯水位はさらに低下を行う。そして、水位センサ３２によって、給水タンク２３内の貯水位が第３水位を下回ったことが認識されると、電動弁３１が開栓され、給水源２１から直接給水タンク２３内への給水が開始される。これによって、大きな蒸気負荷に対しても給水不足を招来することがない。

本実施形態の本システム１ｃの場合も、上記各実施形態と同様、高効率のヒートポンプ給湯機１２によって予め加熱された温水が給水タンク２３に供給される構成であるため、システム全体のエネルギ効率を向上させることができる。さらに、大きな蒸気負荷が発生した場合には、ヒートポンプ給湯機１２の運転を継続しつつ、給水源２１から直接給水タンク２３内に給水させる構成であるため、エネルギ効率を大幅に低下させることもなく、給水不足を招来することもない。

なお、本実施形態の場合も、第３実施形態と同様、水位センサ３２及び電動弁３１に代えてボールタップ５３を備える構成としても良い。

また、上記各実施形態において、図面上ではヒートポンプ給湯機１２に対して温水を導くための循環ポンプ４３を管路上に備える構成としたが、循環ポンプ４３をヒートポンプ給湯機１２に内蔵する構成であっても構わない。

本発明に係る蒸気発生システムの第１実施形態の概略構成を示すブロック図 本発明に係る蒸気発生システムの第２実施形態の概略構成を示すブロック図 第２実施形態の蒸気発生システムが備える給水タンクの給水状態を説明するための図 本発明に係る蒸気発生システムの第３実施形態の概略構成を示すブロック図 本発明に係る蒸気発生システムの第４実施形態の概略構成を示すブロック図 従来の蒸気発生システムの概略構成を示すブロック図

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ： 本発明の蒸気発生システム
１１： クッションタンク
１２； ヒートポンプ給湯機
２１： 給水源
２２： 軟化器
２３： 給水タンク
２４： 蒸気ボイラ
３１： 電動弁
３２： 水位センサ
３２Ｌ，３２Ｈ： 水位電極棒
３３： 出水口
３４： 蒸気発生口
４０： 分岐点
４１： 入水口
４２： 出水口
４３： 循環ポンプ
４４： 温度センサ
４４ａ，４４ｂ： 温度センサ
４５： 入水口
４７： バルブ
５１： 電動弁
５４： 入水口
５５： 入水口
１００： 従来の蒸気発生システム

Claims (7)

1. 給水源から給水される構成であって、水または温水を貯水するクッションタンクと、
   前記クッションタンクから供給される水または温水を貯水する給水タンクと、
   前記給水タンクから供給される水または温水を加熱して蒸気を発生する蒸気ボイラと、
   ヒートポンプ回路の凝縮器からの放熱と熱交換して、前記クッションタンクから供給される水または温水を加熱して、再び前記クッションタンクに対して給水するヒートポンプ給湯機と、を備えてなり、
   前記給水タンクは、
   貯水量が第１貯水量を下回ると前記クッションタンクからの給水が開始するとともに、前記第１貯水量より多い第２貯水量を上回ると前記クッションタンクからの給水が停止する構成であり、
   前記ヒートポンプ給湯機は、
   前記クッションタンク内の貯水温度が第１温度を下回ると前記クッションタンク内の水または温水を加熱して再度前記クッションタンク内に供給する循環加熱運転を開始するとともに、前記クッションタンク内の貯水温度が前記第１温度よりも高い第２温度を上回ると前記循環加熱運転を停止することを特徴とする蒸気発生システム。
2. 前記クッションタンクと前記ヒートポンプ給湯機との間で温水の循環を行わせる循環ポンプと、
   前記貯水タンク内に設置された温度センサと、を備え、
   前記温度センサによって前記クッションタンク内の貯水温度が前記第１温度を下回ったことが判定されると、前記循環ポンプ並びに前記ヒートポンプ給湯機に対して運転指示が与えられ、前記温度センサによって前記クッションタンク内の貯水温度が前記第２温度を上回ったことが判定されると、前記循環ポンプ並びに前記ヒートポンプ給湯機に対して停止指示が与えられることを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生システム。
3. 前記クッションタンク内の温水を前記給水タンク内に導くための電動弁と、
   前記給水タンク内の貯水位を認識可能な水位センサと、を備え、
   前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が第１水位を下回ったことが判定されると、前記電動弁を開栓する制御が行われ、前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が前記第１水位よりも高い第２水位を上回ったことが判定されると、前記電動弁を閉栓する制御が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気発生システム。
4. 給水源から給水路を介して給水される構成であって、水または温水を貯水する給水タンクと、
   前記給水タンクから供給される水または温水を加熱して蒸気を発生する蒸気ボイラと、
   ヒートポンプ回路の凝縮器からの放熱と熱交換して、前記給水路から分岐して供給される水を加熱して、前記給水タンクに対して給水するヒートポンプ給湯機と、を備えてなり、
   前記給水タンクは、
   貯水量が所定の第１貯水量を下回ると前記ヒートポンプ給湯機からの給水が開始するとともに、前記第１貯水量より多い所定の第２貯水量を上回ると前記ヒートポンプ給湯機からの給水が停止する構成であって、さらに、前記第１貯水量より少ない所定の第３貯水量を下回ると前記給水源からの給水が開始するとともに、前記第３貯水量より多く前記第１貯水量より少ない所定の第４貯水量を上回ると前記給水源からの給水が停止することを特徴とする蒸気発生システム。
5. 前記ヒートポンプ給湯機で加熱された温水を前記給水タンク内に導くための第１電動弁と、
   前記給水タンク内の貯水位を認識可能な水位センサと、を備え、
   前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が第１水位を下回ったことが判定されると、前記第１電動弁を開栓する制御が行われ、前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が前記第１水位よりも高い第２水位を上回ったことが判定されると、前記第１電動弁を閉栓する制御が行われることを特徴とする請求項４に記載の蒸気発生システム。
6. 前記給水源からの給水を前記給水タンク内に導くための第２電動弁を備え、
   前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が前記第１水位よりも低い第３水位を下回ったことが判定されると、前記第２電動弁を開栓する制御が行われ、前記水位センサによって前記給水タンク内の貯水位が前記第３水位よりも高く前記第１水位よりも低い第４水位を上回ったことが判定されると、前記第２電動弁を閉栓する制御が行われることを特徴とする請求項５に記載の蒸気発生システム。
7. 前記給水タンクが、
   当該給水タンク内の貯水位が前記第１水位よりも低い第３水位を下回ると前記給水源から給水が開始し、前記第３水位よりも高く前記第１水位よりも低い第４水位を上回ると前記給水源からの給水が停止するボールタップを備えることを特徴とする請求項５に記載の蒸気発生システム。

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