JP2013238336A - 給水加温システム - Google Patents

Abstract

【課題】給水タンクの改造を不要とし、またヒートポンプ経由では、出湯温度を所望に維持することができる給水加温システムを提供する。
【解決手段】給水タンク３には、ヒートポンプ４の凝縮器１６を介して給水路１０により給水可能であると共に、凝縮器１６を介さずに補給水路１１により給水可能であり、且つ蒸気使用設備からドレン回収路９を介してドレンが回収される。給水タンク３へ供給されるドレンの温度Ｔ２と、給水タンク３からボイラ２へ供給される温水の温度Ｔ１との温度差ΔＴに応じて、ヒートポンプ４の出力を制御する。給水路１０を介した給水タンク３への給水中、ヒートポンプ４の凝縮器１６の出口側水温Ｔ３を設定温度に維持するように、凝縮器１６への通水量を調整するのがよい。
【選択図】図１

Description

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。

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。このシステムでは、給水タンク（２３）は、給水源（２１）から給水路を介して給水可能であると共に、給水路から分岐してヒートポンプ給湯器（１２）を介しても給水可能である。そして、給水タンク（２３）は、第１水位（５２Ｌ）を下回ると、ヒートポンプ給湯機（１２）からの給水が開始され、第１水位より高水位の第２水位（５２Ｈ）を上回ると、ヒートポンプ給湯機（１２）からの給水が停止される。また、第１水位より低水位の第３水位（３２Ｌ）を下回ると、給水源（２１）からの給水が開始され、第３水位より高水位であるが第１水位より低水位の第４水位（３２Ｈ）を上回ると、給水源（２１）からの給水が停止される。

特開２０１０−２５４３１号公報（請求項４、図２−３）

前記特許文献１に記載の発明では、給水タンク内の水位に応じて、ヒートポンプ経由で給水するか、それに加えて直接にも給水するか、あるいはすべての給水を停止するかが切り替えられる。ボイラの給水タンクへの給水は、従来、給水タンク内の水位に応じて、下限水位を下回れば上限水位を上回るまで、ヒートポンプを介さずに直接に給水することが一般的であるから、そのようなシステムにおいて、さらにヒートポンプ経由でも給水可能にした構成ということができる。

しかしながら、給水タンク内の水位に応じてヒートポンプ経由の給水も制御するので、給水タンクに水位電極棒を追加するという改造が必要である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ヒートポンプを用いた給水加温システムにおいて、給水タンクの改造を不要とすることにある。また、ヒートポンプを優先的に運転することにある。

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、出力を変更可能なヒートポンプと、このヒートポンプの凝縮器を介して給水路により給水可能であると共に、前記凝縮器を介さずに補給水路により給水可能であり、且つ蒸気使用設備からドレンが回収される給水タンクと、この給水タンクから給水されるボイラとを備え、前記給水タンクへ供給されるドレンの温度（Ｔ２）と、前記給水タンクから前記ボイラへ供給される温水の温度（Ｔ１）との温度差（ΔＴ）に応じて、前記ヒートポンプの出力を制御することを特徴とする給水加温システムである。

請求項１に記載の発明によれば、補給水路を介した給水制御に加えて、給水路を介した給水制御を行い、給水路を介した給水制御は、給水タンクへのドレン温度Ｔ２と給水タンクからの温水温度Ｔ１との温度差ΔＴに基づき行うことができる。具体的には、補給水路を介した給水タンクへの給水は、典型的には、給水タンク内の水位が第一水位Ｈ１を下回ると行い、第一水位より高い第二水位Ｈ２を上回ると停止する一方、給水路を介した給水タンクへの給水は、給水タンクへ供給されるドレンの温度Ｔ２と、給水タンクからボイラへ供給される温水の温度Ｔ１との温度差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）に応じて、ヒートポンプの出力を制御しつつ行うことができる。給水タンクへの給水がドレンでほぼ足りる場合には温度差ΔＴは小さくなり、給水タンクへの給水がドレンでは足りずに補給水路などを介した給水もなされる場合には、ドレンに比べて低温の水が給水タンクへ供給され、特に補給水路を介した給水が多いほど、温度差ΔＴが大きくなることを考慮し、温度差ΔＴが大きければヒートポンプの出力を大きくしつつ、給水路を介して給水タンクへ給水すればよいことになる。このようにして、給水タンクの水位に基づき、補給水路を介した給水タンクへの給水を制御すると共に、前記温度差ΔＴに基づき、給水路を介した給水タンクへの給水を制御する。給水路を介した給水タンクへの給水制御は、給水タンクの水位に基づき行う訳ではないので、給水タンクの改造が不要である。また、補給水路を介した給水タンクへの給水の停止中にも、ヒートポンプを介して給水タンクへ給水可能であるから、ヒートポンプ経由での給水を優先させることができる。

請求項２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、前記凝縮器への通水量を調整す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。

請求項２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Ｔ３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。

請求項３に記載の発明は、前記ヒートポンプは、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、前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）未満である場合（０＜ΔＴ＜Ｘ）には、前記ヒートポンプを停止し、前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）以上で第二設定値（Ｙ）未満である場合（Ｘ≦ΔＴ＜Ｙ）には、前記ヒートポンプを低負荷運転し、前記温度差（ΔＴ）が第二設定値（Ｙ）以上である場合（Ｙ≦ΔＴ）には、前記ヒートポンプを高負荷運転することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給水加温システムである。

請求項３に記載の発明によれば、ヒートポンプを、高負荷運転、低負荷運転および停止の三位置で制御しつつ、簡易に、給水路を介した給水タンクへの給水を制御することができる。さらに、ヒートポンプは高負荷運転だけでなく低負荷運転もできるので、ヒートポンプの発停回数を少なくすることができる。

請求項４に記載の発明は、前記ヒートポンプは、低負荷運転と、これより高出力の中負荷運転と、これより高出力の高負荷運転とを切り替え可能とされ、前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）未満である場合（０＜ΔＴ＜Ｘ）には、前記ヒートポンプを停止し、前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）以上で第二設定値（Ｙ）未満である場合（Ｘ≦ΔＴ＜Ｙ）には、前記ヒートポンプを低負荷運転し、前記温度差（ΔＴ）が第二設定値（Ｙ）以上で第三設定値（Ｚ）未満である場合（Ｙ≦ΔＴ＜Ｚ）には、前記ヒートポンプを中負荷運転し、前記温度差（ΔＴ）が第三設定値（Ｚ）以上である場合（Ｚ≦ΔＴ）には、前記ヒートポンプを高負荷運転することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給水加温システムである。

請求項４に記載の発明によれば、ヒートポンプを、高負荷運転、中負荷運転、低負荷運転および停止の四位置で制御しつつ、簡易に、給水路を介した給水タンクへの給水を制御することができる。また、給水加温システムをより安定的に運転することができる。

請求項５に記載の発明は、前記ヒートポンプの蒸発器に通される熱源流体の温度に基づき、前記ヒートポンプの低負荷運転時の出力を調整することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の給水加温システムである。

請求項５に記載の発明によれば、熱源流体の温度を考慮してヒートポンプの低負荷運転時の出力を調整することで、熱源流体の温度変化に拘わらず、給水路を介した給水タンクへの給水流量を安定させることができる。

さらに、請求項６に記載の発明は、前記ヒートポンプの蒸発器に通される熱源流体の量が設定を下回ると、前記ヒートポンプの運転を停止すると共に、前記蒸発器への熱源流体の供給を停止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の給水加温システムである。

請求項６に記載の発明によれば、ヒートポンプの熱源流体がなくなると、ヒートポンプの運転を停止することができる。

本発明によれば、ヒートポンプを用いた給水加温システムにおいて、給水タンクの改造を不要とすることができる。また、ヒートポンプを優先的に運転することができる。

本発明の給水加温システムの一実施例を示す概略図である。 図１の給水加温システムの制御方法の一例を示す図である。 図１の給水加温システムの制御方法の変形例を示す図である。

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。
図１は、本発明の給水加温システム１の一実施例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への給水をヒートポンプ４で加温できるシステムであり、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５と、この補給水タンク５から給水タンク３への給水を加温するヒートポンプ４と、このヒートポンプ４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。

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。給水タンク３からボイラ２へのボイラ給水路７には、ボイラ給水ポンプ８が設けられており、ボイラ２は、缶体内の水位を所望に維持するように、ボイラ給水ポンプ８による給水が制御される。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）は、ドレン回収路９を介して給水タンク３へ戻される。

給水タンク３は、補給水タンク５から、ヒートポンプ４を介して給水路１０により給水可能であると共に、ヒートポンプ４を介さずに補給水路１１により給水可能である。給水路１０に設けた給水ポンプ１２と、補給水路１１に設けた補給水ポンプ１３との作動を制御することで、給水路１０と補給水路１１との内、いずれか一方または双方を介して、補給水タンク５から給水タンク３へ給水可能である。給水路１０には、給水ポンプ１２より下流に、廃熱回収熱交換器１４とヒートポンプ４とが順に設けられている。

給水ポンプ１２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１２の回転数を変更することで、給水路１０を介した給水タンク３への給水の流量を調整することができる。一方、補給水ポンプ１３は、本実施例では、オンオフ制御される。

補給水タンク５は、給水タンク３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。

ヒートポンプ４は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機１５、凝縮器１６、膨張弁１７および蒸発器１８が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機１５は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器１６は、圧縮機１５からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁１７は、凝縮器１６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１８は、膨張弁１７からの冷媒の蒸発を図る。

従って、ヒートポンプ４は、蒸発器１８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１６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、ヒートポンプ４は、蒸発器１８において、熱源として熱源供給路２２を通る熱源水から熱をくみ上げ、凝縮器１６において、給水路１０の水を加温する。

ヒートポンプ４は、凝縮器１６と膨張弁１７との間に、所望により過冷却器１９を設けてもよい。過冷却器１９は、凝縮器１６から膨張弁１７への冷媒と、凝縮器１６への給水との間接熱交換器である。過冷却器１９により、凝縮器１６への給水で、凝縮器１６から膨張弁１７への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器１６から膨張弁１７への冷媒で、凝縮器１６への給水を加温することができる。ヒートポンプ４の冷媒は、凝縮器１６において潜熱を放出し、過冷却器１９において顕熱を放出する。

その他、ヒートポンプ４には、圧縮機１５の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機１５の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器１６の出口側（凝縮器１６と過冷却器１９との間）に受液器を設置したりしてもよい。

ところで、ヒートポンプ４は、その出力（圧縮機１５の容量）を段階的に変更可能とされている。本実施例では、圧縮機１５のモータの回転数をインバータで変更することで、ヒートポンプ４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ている。たとえば、高負荷運転では全負荷運転（１００％出力）され、低負荷運転では高負荷運転よりも低負荷運転（たとえば５０％出力）される。

熱源水タンク６は、ヒートポンプ４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。

熱源水タンク６の水は、熱源供給路２２を介して、ヒートポンプ４の蒸発器１８を通された後、廃熱回収熱交換器１４を通される。熱源供給路２２には、蒸発器１８より上流側に熱源供給ポンプ２３が設けられており、この熱源供給ポンプ２３を作動させることで、熱源水タンク６からの熱源水を、蒸発器１８と廃熱回収熱交換器１４とに順に通すことができる。

なお、廃熱回収熱交換器１４は、補給水タンク５から過冷却器１９への給水と、蒸発器１８からの熱源水との間接熱交換器である。本実施例の場合、補給水タンク５から給水路１０を介した給水タンク３への給水は、補給水タンク５から、廃熱回収熱交換器１４、過冷却器１９および凝縮器１６を順に通された後、給水タンク３へ供給される。

給水タンク３からボイラ２へ供給される温水の温度Ｔ１を検出するために、ボイラ給水路７には、第一温度センサ２４が設けられている。また、給水タンク３へ供給されるドレンの温度Ｔ２を検出するために、ドレン回収路９には、第二温度センサ２５が設けられている。後述するように、第一温度センサ２４の検出温度と、第二温度センサ２５の検出温度との温度差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）に応じて、ヒートポンプ４の出力が調整される。なお、通常、ドレン温度Ｔ２は、給水タンク３からボイラ２への給水温度Ｔ１よりも高い（Ｔ２＞Ｔ１）。

さらに、凝縮器１６から給水タンク３へ供給される温水の温度Ｔ３を検出するために、給水路１０には、凝縮器１６の出口側に、第三温度センサ２６が設けられる。第三温度センサ２６の検出温度に基づき、給水ポンプ１２が制御される。ここでは、給水ポンプ１２は、第三温度センサ２６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、給水路１０を介した給水タンク３への給水は、第三温度センサ２６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。但し、場合により、このような第三温度センサ２６による流量調整制御を省略することもできる。

給水タンク３には、水位検出器２７が設けられている。水位検出器２７の構成は特に問わないが、本実施例では電極式水位検出器とされる。つまり、給水タンク３には、長さの異なる複数の電極棒２８，２９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。具体的には、給水停止電極棒２８と給水開始電極棒２９とが、順に下端部の高さ位置を低くして、給水タンク３に挿入されている。各電極棒２８，２９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。

熱源水タンク６には、ヒートポンプ４の熱源としての熱源水の有無を確認するために、水位検出器３０が設けられている。水位検出器３０の構成は特に問わないが、本実施例では電極式水位検出器とされる。つまり、熱源水タンク６には、低水位検出電極棒３１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。また、熱源水タンク６には、熱源水の温度を検出する熱源温度センサ３２を設けておいてもよい。

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。

図２は、本実施例の給水加温システム１の制御方法の一例を示す図である。図１の破線および図２に示すように、給水タンク３の水位に基づき、補給水ポンプ１３が制御され、第一温度センサ２４の検出温度Ｔ１と第二温度センサ２５の検出温度Ｔ２との温度差ΔＴに基づき、ヒートポンプ４（特にその圧縮機１５）が制御される。

ここで、ヒートポンプ４は、その圧縮機１５の作動の有無により、運転と停止が切り替えられる。また、前述したように、本実施例では、ヒートポンプ４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。

一方、給水ポンプ１２は、ヒートポンプ４の作動に連動し、ヒートポンプ４の作動中は給水ポンプ１２も作動し、ヒートポンプ４の停止中は給水ポンプ１２も停止する。但し、前述したように、給水ポンプ１２は、作動中、第三温度センサ２６の検出温度Ｔ３を所望に維持するように、回転数をインバータ制御される。その結果、ヒートポンプ４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１０を介して給水タンク３へ給水可能となる。

本実施例では、補給水路１１を介した給水タンク３への給水制御と、給水路１０を介した給水タンク３への給水制御とは、互いに独立になされる。そこで、以下では、まず、補給水路１１を介した給水タンク３への給水制御について説明し、その後、給水路１０を介した給水タンク３への給水制御について説明する。

まず、補給水路１１を介した給水タンク３への給水制御について説明する。
いま、給水停止電極棒２８が水位を検知し、給水タンク３内の水位が十分にある場合（給水タンク３内の水位が第二水位Ｈ２を上回っている場合）、給水タンク３への給水は不要であるから、補給水ポンプ１３を停止している。

給水タンク３からボイラ２への給水により、給水タンク３内の水位が下がり、給水タンク３内の水位が第一水位Ｈ１を下回り、給水開始電極棒２９が水位を検知しなくなると、補給水ポンプ１３を作動させる。これにより、補給水路１１を介して給水タンク３へ給水される。

その後、給水タンク３内の水位が第二水位Ｈ２を上回り、給水停止電極棒２８が水位を検知すると、補給水ポンプ１３を停止させる。これにより、補給水路１１を介した給水タンク３への給水が停止される。

つぎに、給水路１０を介した給水タンク３への給水制御について説明する。この制御は、第二温度センサ２５による検出温度（給水タンク３へのドレン温度）Ｔ２と、第一温度センサ２４による検出温度（給水タンク３からボイラ２への給水温度）Ｔ１との温度差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）に基づき、ヒートポンプ４を制御することでなされる。

具体的には、前記温度差ΔＴが第一設定値Ｘ未満である場合（０＜ΔＴ＜Ｘ）には、ヒートポンプ４を停止する。また、前記温度差ΔＴが第一設定値Ｘ以上で第二設定値Ｙ未満である場合（Ｘ≦ΔＴ＜Ｙ）には、ヒートポンプ４を低負荷運転する。さらに、前記温度差ΔＴが第二設定値Ｙ以上である場合（Ｙ≦ΔＴ）には、ヒートポンプ４を高負荷運転する。

なお、ドレンの温度Ｔ２は、比較的高温（たとえば８５℃）に維持されるのに対し、補給水タンク５における原水の温度は、比較的低温（たとえば２０℃）に維持される。また、給水路１０を介した給水タンク３への給水は、前述したように、凝縮器１６の出口側水温Ｔ３を設定温度（たとえば７５℃）に維持するよう制御される。さらに、ボイラ２の平均要求給水量（たとえば２ｔ／ｈ）は、ヒートポンプ４を高負荷運転（全負荷運転）した場合の給水路１０経由の出湯量に対応させている。この場合、前記第一設定値Ｘをたとえば５℃、前記第二設定値Ｙをたとえば１０℃として制御することができる。但し、これら数値は一例であり、原水温度などに応じて適宜に変更可能である。

いま、前記温度差ΔＴが第一設定値Ｘ未満である場合（０＜ΔＴ＜Ｘ）、言い換えれば、第一温度センサ２４の検出温度Ｔ１と第二温度センサ２５の検出温度Ｔ２がほぼ等しい場合（Ｔ１≒Ｔ２）について述べる。補給水路１１や給水路１０を介した給水タンク３への給水温度は、ドレン温度に対して低いにも拘わらず、前記温度差ΔＴがほぼないのであるから、給水タンク３への給水がドレンで足りていることになる。そこで、この場合には、ヒートポンプ４を停止すればよい。

前記温度差ΔＴが第一設定値Ｘ以上で第二設定値Ｙ未満である場合（Ｘ≦ΔＴ＜Ｙ）、言い換えれば、第一温度センサ２４の検出温度Ｔ１が第二温度センサ２５の検出温度Ｔ２よりも低い場合（Ｔ１＜Ｔ２）について述べる。この場合、給水タンク３への給水がドレンだけでは足りず、補給水タンク５からも給水（給水路１０や補給水路１１を介した給水）されていることになる。一方で、ヒートポンプ４を高負荷運転すると、給水タンク３への給水量が増し、給水タンク３が満水に達しやすい。そこで、この場合には、ヒートポンプ４を低負荷運転すればよい。

前記温度差ΔＴが第二設定値Ｙ以上である場合（Ｙ≦ΔＴ）、言い換えれば、第一温度センサ２４の検出温度Ｔ１が第二温度センサ２５の検出温度Ｔ２よりもさらに低い場合（Ｔ１＜＜Ｔ２）について述べる。この場合、給水タンク３への給水がドレンだけでは足りず、前記Ｔ１＜Ｔ２の場合よりも、補給水タンク５からさらに多く給水されていることになる。そこで、この場合には、ヒートポンプ４を高負荷運転すればよい。

なお、ボイラ２において、平均蒸発量以上の給水が要求される場合、ヒートポンプ４を高負荷運転（全負荷運転）しても、給水タンク３への給水を賄えないので、その場合は、補給水路１１を介しての給水で、賄われることになる。一方、給水タンク３内の水位が満水と判断されれば、給水路１０を介した給水タンク３への給水は停止される。

ヒートポンプ４を運転して、補給水タンク５から給水路１０を介して給水タンク３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１４、過冷却器１９および凝縮器１６により徐々に加温されて、所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４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４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４の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。さらに、ヒートポンプ４と廃熱回収熱交換器１４とにより、給水加温システム１のシステム効率の向上を図ることができる。

ところで、ヒートポンプ４の運転中、つまり給水路１０を介した給水タンク３への給水中、熱源水タンク６内の水温を熱源温度センサ３２で監視して、その温度に基づきヒートポンプ４の低負荷運転時の出力を調整してもよい。つまり、前記実施例では、低負荷運転は全負荷運転のたとえば５０％出力としたが、この出力％を熱源温度センサ３２の検出温度に応じて変更してもよい。ヒートポンプ４の熱源としての熱源水の温度が高温なほど、低負荷運転時の出力％を下げることができる。熱源水の温度を考慮してヒートポンプ４の低負荷運転時の出力を調整することで、熱源水の温度変化に拘わらず、給水路１０を介した給水タンク３への給水流量を安定させることができる。

さらに、ヒートポンプ４の運転中、熱源水タンク６内の水位が下がり、低水位検出電極棒３１が水位を検知しなくなると、ヒートポンプ４の運転を停止すると共に、熱源供給ポンプ２３を停止して蒸発器１８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４を無駄に運転するのが防止される。

ところで、従前、ボイラ２の給水タンク３への給水は、前記実施例における給水路１０およびヒートポンプ４のない構成でなされている。つまり、補給水タンク５から給水タンク３へは、従前、補給水路１１のみで行われており、給水タンク３内の水位に基づき補給水ポンプ１３を制御している。本実施例では、この構成をそのまま活かしつつ、さらにヒートポンプ４経由でも給水可能に構成したものといえる。そして、給水タンク３へ供給されるドレンの温度Ｔ２と、給水タンク３からボイラ２へ供給される温水の温度Ｔ１との温度差ΔＴに応じて、ヒートポンプ４の出力を制御しつつ給水路１０を介しても給水することで、給水タンク３への給水の加温を図ることができる。従って、ヒートポンプ４の制御のために、給水タンク３に水位電極棒を追加するといった改造が必要ない。しかも、ヒートポンプ４を優先的に運転することができる。

図３は、本実施例の給水加温システム１の制御方法の変形例を示す図である。前記実施例では、ヒートポンプ４を高負荷運転、低負荷運転および停止の三位置で制御したが、本変形例では、ヒートポンプ４を高負荷運転（典型的には全負荷運転＝１００％出力）、中負荷運転（たとえば８０％出力）、低負荷運転（たとえば５０％出力）および停止の四位置で制御した例を示している。

本変形例でも、第二温度センサ２５による検出温度（給水タンク３へのドレン温度）Ｔ２と、第一温度センサ２４による検出温度（給水タンク３からボイラ２への給水温度）Ｔ１との温度差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）に基づき、ヒートポンプ４を制御すればよい。具体的には、前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）未満である場合（０＜ΔＴ＜Ｘ）には、ヒートポンプ４を停止する。また、前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）以上で第二設定値（Ｙ）未満である場合（Ｘ≦ΔＴ＜Ｙ）には、ヒートポンプ４を低負荷運転する。また、前記温度差（ΔＴ）が第二設定値（Ｙ）以上で第三設定値（Ｚ）未満である場合（Ｙ≦ΔＴ＜Ｚ）には、ヒートポンプ４を中負荷運転する。さらに、前記温度差（ΔＴ）が第三設定値（Ｚ）以上である場合（Ｚ≦ΔＴ）には、ヒートポンプ４を高負荷運転する。

この場合も、給水タンク３への給水がドレンでは足りずに、補給水タンク５からの給水が多くなるほど、前記温度差ΔＴが大きくなるので、それに伴ってヒートポンプ４の出力を上げつつ、給水路１０を介して給水タンク３へ給水することになる。その他の構成および制御は、前記実施例と同様のため、説明は省略する。

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、給水タンク３へ供給されるドレンの温度Ｔ２と、給水タンク３からボイラ２へ供給される温水の温度Ｔ１との温度差ΔＴに応じて、ヒートポンプ４の出力を制御しつつ給水タンク３へ給水すると共に、好ましくは、その給水中、ヒートポンプ４の凝縮器１６の出口側水温を設定温度に維持するように、凝縮器１６への通水量を調整するのであれば、その他の構成および制御は適宜に変更可能である。

また、前記実施例では、給水路１０を介した給水タンク３への給水流量を調整するために、給水ポンプ１２をインバータ制御したが、給水ポンプ１２をオンオフ制御しつつ、給水路１０に設けたバルブの開度を調整してもよい。つまり、第三温度センサ２６の検出温度に基づき給水路１０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。

また、ヒートポンプ４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４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。

また、給水タンク３に、凝縮器１６を介して給水路１０により給水可能であると共に、凝縮器１６を介さずに補給水路１１により給水可能であれば、給水路１０や補給水路１１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１０と補給水路１１とは、それぞれ補給水タンク５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１０と補給水路１１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１１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１０から分岐するように設けてもよいし、補給水路１１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１０に合流するように設けてもよい。補給水路１１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１０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１０に給水ポンプ１２を設ける一方、補給水路１１に補給水ポンプ１３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１０や補給水路１１に設けたバルブの開度を調整することで、給水路１０や補給水路１１を通る流量を調整してもよい。

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１０および補給水路１１に水を通してもよい。

また、前記実施例では、給水路１０および／または補給水路１１を介して、補給水タンク５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１０および補給水路１１の基端部をまとめて軟水器に接続し、給水ポンプ１２の設置を省略する代わりに給水路１０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１３の設置を省略する代わりに補給水路１１に設けた電磁弁の開閉を制御すればよい。

また、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４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。

さらに、前記実施例では、ヒートポンプ４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４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。

１ 給水加温システム
２ ボイラ
３ 給水タンク
４ ヒートポンプ
５ 補給水タンク
６ 熱源水タンク
７ ボイラ給水路
８ ボイラ給水ポンプ
９ ドレン回収路
１０ 給水路
１１ 補給水路
１２ 給水ポンプ
１３ 補給水ポンプ
１４ 廃熱回収熱交換器
１５ 圧縮機
１６ 凝縮器
１７ 膨張弁
１８ 蒸発器
１９ 過冷却器
２０ 供給路
２１ オーバーフロー路
２２ 熱源供給路
２３ 熱源供給ポンプ
２４ 第一温度センサ
２５ 第二温度センサ
２６ 第三温度センサ
２７ 水位検出器
２８ 給水停止電極棒
２９ 給水開始電極棒
３０ 水位検出器
３１ 低水位検出電極棒
３２ 熱源温度センサ

Claims (6)

1. 出力を変更可能なヒートポンプと、
   このヒートポンプの凝縮器を介して給水路により給水可能であると共に、前記凝縮器を介さずに補給水路により給水可能であり、且つ蒸気使用設備からドレンが回収される給水タンクと、
   この給水タンクから給水されるボイラとを備え、
   前記給水タンクへ供給されるドレンの温度（Ｔ２）と、前記給水タンクから前記ボイラへ供給される温水の温度（Ｔ１）との温度差（ΔＴ）に応じて、前記ヒートポンプの出力を制御する
   ことを特徴とする給水加温システム。
2. 前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、前記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、前記凝縮器への通水量を調整する
   ことを特徴とする請求項１に記載の給水加温システム。
3. 前記ヒートポンプは、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、
   前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）未満である場合（０＜ΔＴ＜Ｘ）には、前記ヒートポンプを停止し、
   前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）以上で第二設定値（Ｙ）未満である場合（Ｘ≦ΔＴ＜Ｙ）には、前記ヒートポンプを低負荷運転し、
   前記温度差（ΔＴ）が第二設定値（Ｙ）以上である場合（Ｙ≦ΔＴ）には、前記ヒートポンプを高負荷運転する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給水加温システム。
4. 前記ヒートポンプは、低負荷運転と、これより高出力の中負荷運転と、これより高出力の高負荷運転とを切り替え可能とされ、
   前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）未満である場合（０＜ΔＴ＜Ｘ）には、前記ヒートポンプを停止し、
   前記温度差（ΔＴ）が第一設定値（Ｘ）以上で第二設定値（Ｙ）未満である場合（Ｘ≦ΔＴ＜Ｙ）には、前記ヒートポンプを低負荷運転し、
   前記温度差（ΔＴ）が第二設定値（Ｙ）以上で第三設定値（Ｚ）未満である場合（Ｙ≦ΔＴ＜Ｚ）には、前記ヒートポンプを中負荷運転し、
   前記温度差（ΔＴ）が第三設定値（Ｚ）以上である場合（Ｚ≦ΔＴ）には、前記ヒートポンプを高負荷運転する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給水加温システム。
5. 前記ヒートポンプの蒸発器に通される熱源流体の温度に基づき、前記ヒートポンプの低負荷運転時の出力を調整する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の給水加温システム。
6. 前記ヒートポンプの蒸発器に通される熱源流体の量が設定を下回ると、前記ヒートポンプの運転を停止すると共に、前記蒸発器への熱源流体の供給を停止する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の給水加温システム。

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