JP2017145965A - 給水加温システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプを用いて給水を加温するシステムにおいて、給水が残留塩素を含むなど腐食性を有する水質である場合にも、凝縮器などの腐食を防止する。【解決手段】ヒートポンプ４は、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冷媒を循環させ、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に通される水を加温する。給水タンク３には、ヒートポンプ４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４を介さずに補給水路１０により給水可能である。活性炭ろ過装置７は、ヒートポンプ４よりも上流側の給水路９に設けられ、水中に含まれる残留塩素を分解する。ヒートポンプ４の停止中、活性炭ろ過装置７のろ床洗浄が可能であると共に、このろ床洗浄中、補給水路１０を介して給水タンク３へ給水する。【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（２）の給水タンク（３）への給水を、ヒートポンプ（４）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、ヒートポンプ（４）は、圧縮機（１２）、凝縮器（１３）、膨張弁（１４）および蒸発器（１５）が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、蒸発器（１５）に通される熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器（１３）に通される水を加温する。給水路（８）を介した給水タンク（３）への給水は、廃熱回収熱交換器（１７）および凝縮器（１３）を順に通される。廃熱回収熱交換器（１７）は、凝縮器（１３）より上流側の給水路（８）の水と、蒸発器（１５）を通過後の熱源流体との熱交換器である。

そして、給水路（８）を介した給水タンク（３）への給水中、蒸発器（１５）への熱源流体温度に基づき、ヒートポンプ（４）の発停が制御される。具体的には、給水路（８）を介した給水タンク（３）への給水中、蒸発器（１５）への熱源流体温度が設定温度未満であれば、ヒートポンプ（４）を作動させた状態で、凝縮器（１３）の出口側水温を第一目標温度に維持するように、給水路（８）を介した給水タンク（３）への給水流量を調整する。一方、給水路（８）を介した給水タンク（３）への給水中、蒸発器（１５）への熱源流体温度が設定温度以上になると、ヒートポンプ（４）を停止させた状態で、凝縮器（１３）の出口側水温を前記第一目標温度よりも低い第二目標温度に維持するように、給水路（８）を介した給水タンク（３）への給水流量を調整する。

特開２０１５−５５４６０号公報（請求項１−２、図１）

上述のようなシステムにおいて、凝縮器などに通される給水が残留塩素を含むなど、腐食性を有する水質である場合、給水をそのまま凝縮器などに通したのでは、凝縮器などを腐食させるおそれがある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、給水が残留塩素を含むなど腐食性を有する水質である場合にも、凝縮器などの腐食を防止することにある。また、この腐食防止のために活性炭ろ過装置を設置した場合に、ろ床の洗浄処理を自動で円滑に行うことを課題とする。

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、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水を加温するヒートポンプと、このヒートポンプを介して給水路により給水可能であると共に、ヒートポンプを介さずに補給水路により給水可能な給水タンクと、前記ヒートポンプよりも上流側の給水路に設けられ、水中に含まれる残留塩素を分解する活性炭ろ過装置とを備え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、給水タンクには、ヒートポンプを介して給水路により給水可能であると共に、ヒートポンプを介さずに補給水路により給水可能であるが、給水路の内、ヒートポンプより上流側に、活性炭ろ過装置が設置される。従って、ヒートポンプへ供給される給水は、予め残留塩素が分解され、凝縮器などを腐食させるおそれがない。しかも、活性炭ろ過装置を給水路にのみ設置することで、設置や運用の手間および費用を削減することができる。

請求項２に記載の発明は、前記ヒートポンプの停止中、前記活性炭ろ過装置のろ床洗浄が可能であると共に、このろ床洗浄中、前記給水タンクへの給水要求があった場合には、前記給水路を介した給水は行わず、前記補給水路を介して前記給水タンクへ給水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、ヒートポンプの停止中、活性炭ろ過装置のろ床洗浄を実施することができる。また、活性炭ろ過装置のろ床洗浄中、給水タンクへの給水要求があった場合には、給水路を介した給水は行わず、補給水路を介して給水タンクへ給水することができる。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記給水タンク内の水位に基づき、前記給水路を介して前記給水タンクへ給水するための給水ポンプまたは給水弁を制御すると共に、前記補給水路を介して前記給水タンクへ給水するための補給水ポンプまたは補給水弁を制御し、前記活性炭ろ過装置は、前記ヒートポンプの停止中を条件にろ床洗浄を実行可能とされ、前記ヒートポンプの他、前記給水ポンプまたは前記給水弁を制御する制御器は、前記ヒートポンプの停止中で且つ前記活性炭ろ過装置のろ床洗浄中、前記給水タンク内の水位に基づき前記給水ポンプまたは前記給水弁を制御するのではなく、前記活性炭ろ過装置からの給水要求に基づき前記給水ポンプまたは前記給水弁を制御し、その際、前記活性炭ろ過装置に通された洗浄水は、前記ヒートポンプへ供給されずに外部へ排水され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、給水ポンプまたは給水弁は、ヒートポンプの停止中で且つ活性炭ろ過装置のろ床洗浄中、給水タンク内の水位に基づきを制御されるのではなく、活性炭ろ過装置からの給水要求に基づき制御される。これにより、給水ポンプまたは給水弁を制御しつつ、活性炭ろ過装置のろ床洗浄を実施でき、その洗浄時の洗浄水は、給水タンクへ給水されずに外部へ排水される。

本発明の給水加温システムによれば、給水が残留塩素を含むなど腐食性を有する水質である場合にも、凝縮器などの腐食を防止することができる。また、この腐食防止のために活性炭ろ過装置を設置した場合に、ろ床の洗浄処理を自動で円滑に行うことができる。

本発明の一実施例の給水加温システムを示す概略図である。

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、本発明の一実施例の給水加温システム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の熱源水を貯留する熱源水タンク６と、給水タンク３への給水中に含まれる残留塩素をヒートポンプ４に通す前に分解する活性炭ろ過装置７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。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への給水用のポンプ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）は、給水タンク３へ戻されてもよい。あるいは、蒸気使用設備からのドレンは、熱源水タンク６へ供給されてもよい。

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９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１０により給水可能である。給水路９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との作動を制御することで、給水路９と補給水路１０との内、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。

給水ポンプ１１は、本実施例では、モータの駆動周波数ひいては回転数をインバータで変更可能とされる。給水ポンプ１１の回転数を変更することで、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ことができる。このような給水ポンプ１１のインバータ制御は、給水路９を介して給水タンク３へ給水する際に行われる。後述するように、活性炭ろ過装置７のろ床を洗浄する際にも給水ポンプ１１を作動させるが、その際には、給水ポンプ１１は一定出力でオンオフ制御すれば足りる。一方、補給水ポンプ１２は、本実施例では、常に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、陽イオン交換樹脂等を用いた硬水軟化装置（図示省略）にて水中の硬度成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の水位に基づき硬水軟化装置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。なお、補給水タンク５の貯留水は、典型的には残留塩素を含んでいる。そして、その残留塩素は、活性炭ろ過装置７に通されて分解され、残留塩素を含まない水がヒートポンプ４に通される。

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。

従って、ヒートポンプ４は、蒸発器１６において、冷媒が外部から熱を奪って蒸発する一方、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、ヒートポンプ４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９の水を加温する。

ヒートポンプ４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より上流側の給水路９の水と、凝縮器１４から膨張弁１５への冷媒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。ヒートポンプ４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。

その他、ヒートポンプ４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。

また、ヒートポンプ４は、その出力を変更可能とされてもよい。たとえば、圧縮機１３のモータの駆動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４の出力を変更することができる。但し、以下においては、ヒートポンプ４は、圧縮機１３のモータの駆動周波数が一定に維持され、一定出力で運転される例について説明する。

給水加温システム１は、さらに廃熱回収熱交換器１８を備えるのが好ましい。廃熱回収熱交換器１８は、過冷却器１７より上流側の給水路９の水と、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９の水は、廃熱回収熱交換器１８、過冷却器１７および凝縮器１４に、順に通される。一方、熱源水タンク６からの熱源水は、熱源供給路１９を介して、蒸発器１６および廃熱回収熱交換器１８に、順に通される。そして、廃熱回収熱交換器１８において、蒸発器１６を通過後の熱源水により、過冷却器１７への給水を加温することができる。

熱源水タンク６は、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、貯水可能量を超える熱源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の熱源水は、熱源供給路１９を介して、蒸発器１６に通された後、廃熱回収熱交換器１８に通される。熱源供給路１９には、蒸発器１６より上流側に熱源供給ポンプ２２が設けられており、この熱源供給ポンプ２２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１６と廃熱回収熱交換器１８とに順に通すことができる。

活性炭ろ過装置７は、ヒートポンプ４（より具体的にはその過冷却器１７および凝縮器１４）より上流側の給水路９に設けられる。給水路９に廃熱回収熱交換器１８が設けられる場合、活性炭ろ過装置７は、好ましくは、廃熱回収熱交換器１８より上流側の給水路９に設けられる。本実施例では、活性炭ろ過装置７は、給水路９の内、給水ポンプ１１と廃熱回収熱交換器１８との間に設けられる。なお、活性炭ろ過装置７の出口側には、フィルタ２３を設けるのが好ましい。このような構成であるから、補給水タンク５から給水路９を介した給水タンク３への給水は、給水ポンプ１１の作動により、活性炭ろ過装置７、フィルタ２３、廃熱回収熱交換器１８、過冷却器１７および凝縮器１４に、順に通される。

活性炭ろ過装置７は、給水ポンプ１１からの水が通され、水中に含まれる残留塩素を分解する。活性炭ろ過装置７は、本実施例では、活性炭が多数の粒状ろ材としてタンクに収容されており、そのようにして形成されたろ床に水を通すことで、水中の残留塩素が分解されて除去される。従って、活性炭ろ過装置７よりも下流に設けた各熱交換器（廃熱回収熱交換器１８、過冷却器１７および凝縮器１４）の腐食を防止することができる。なお、活性炭ろ過装置７は、給水路９の一部として機能する通水路（図示省略）を備える他、後述する洗浄時の排水を行うための排水路２４が接続されている。

詳細は後述するが、活性炭ろ過装置７は、入口７ａからの水をろ床に順方向へ通して出口７ｂへ排出する通水位置、入口７ａからの水をろ床に逆方向へ通して排水路２４へ排出する逆洗浄位置、および、入口７ａからの水をろ床に順方向へ通して排水路２４へ排出する順洗浄位置の少なくとも三位置を、バルブ（図示省略）により切替可能とされている。バルブは、活性炭ろ過装置７に付属の制御部（図示省略）により制御される。

ところで、図１において二点鎖線で囲んで示すように、ヒートポンプ４と廃熱回収熱交換器１８とは、ユニット（以下、加温ユニット２５という）として構成されてもよい。この加温ユニット２５は、後述する出湯温度センサ２６および熱源温度センサ２７も備える。なお、図示例では、熱源供給ポンプ２２は、加温ユニット２５外に設けられるが、場合により加温ユニット２５内に設けられてもよい。つまり、加温ユニット２５が熱源供給ポンプ２２を含む構成であってもよい。

給水タンク３には、水位検出器２８が設けられる。この水位検出器２８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、給水タンク３には、長さの異なる複数の電極棒２９〜３２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。本実施例では、給水ポンプ１１制御用の給水開始電極棒２９と給水停止電極棒３０の他、補給水ポンプ１２制御用の補給水開始電極棒３１と補給水停止電極棒３２が、給水タンク３に挿入されている。この際、詳細は後述するが、本実施例では、給水停止電極棒３０、補給水停止電極棒３２、給水開始電極棒２９、補給水開始電極棒３１の順に、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２９〜３２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。以下において、給水開始電極棒２９が検出する水位を給水開始水位Ｈ１、給水停止電極棒３０が検出する水位を給水停止水位Ｈ２、補給水開始電極棒３１が検出する水位を補給水開始水位Ｈ３、補給水停止電極棒３２が検出する水位を補給水停止水位Ｈ４という。

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３３が設けられる。この水位検出器３３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３４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。

給水路９には、凝縮器１４の出口側に、出湯温度センサ２６が設けられる。出湯温度センサ２６は、凝縮器１４を通過後の水温を検出する。出湯温度センサ２６の検出温度に基づき、給水ポンプ１１が制御される。ここでは、給水ポンプ１１は、出湯温度センサ２６の検出温度を目標温度に維持するようにインバータ制御される。これにより、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２６の検出温度を目標温度に維持するように、流量が調整される。

熱源供給路１９には、蒸発器１６の入口側に、熱源温度センサ２７が設けられる。熱源温度センサ２７は、蒸発器１６へ供給される熱源水の温度を検出する。但し、熱源温度センサ２７は、場合により、熱源水タンク６に設けられてもよい。詳細は後述するが、熱源温度センサ２７の検出温度に基づき、ヒートポンプ４（より具体的には圧縮機１３）の発停と、前記目標温度の変更が可能とされる。

給水加温システム１は、制御器３５により制御される。具体的には、本実施例では、加温ユニット２５に制御器３５が備えられ、その制御器３５は、給水ポンプ１１、ヒートポンプ４（特にその圧縮機１３）、熱源供給ポンプ２２、活性炭ろ過装置７（特にその制御部）の他、給水タンク３の水位検出器２８、出湯温度センサ２６および熱源温度センサ２７などに接続されている。そして、これらセンサの検出信号や時間などに基づき、給水ポンプ１１、ヒートポンプ４、熱源供給ポンプ２２および活性炭ろ過装置７などを制御する。なお、補給水ポンプ１２は、給水ポンプ１１と同様に、加温ユニット２５の制御器３５を介して制御されてもよいが、図示例のように、加温ユニット２５の制御器３５を介さずに、給水タンク３の水位検出器２８（補給水開始電極棒３１，補給水停止電極棒３２）に基づき直接に発停を制御されてもよい。

以下、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。
前提として、活性炭ろ過装置７は、設定タイミングにおいて、ろ床の洗浄がなされる。そして、活性炭ろ過装置７がろ床洗浄中か否かにより、給水ポンプ１１の制御方法が異なる。以下、まずは、活性炭ろ過装置７が非洗浄状態、言い換えれば通水位置（つまり給水ポンプ１１の作動時には補給水タンク５からの給水中に含まれる残留塩素を分解して加温ユニット２５へ送り出す状態）にある場合について説明する。

この場合、給水タンク３への給水は、給水タンク３に設けた水位検出器２８の検出信号に基づき、給水ポンプ１１と補給水ポンプ１２とを制御することでなされる。つまり、給水路９を介した給水タンク３への給水は、給水タンク３内の水位が給水開始水位Ｈ１を下回ると開始し、この給水開始水位Ｈ１よりも高い給水停止水位Ｈ２を上回ると停止する。また、補給水路１０を介した給水タンク３への給水は、給水タンク３内の水位が補給水開始水位Ｈ３を下回ると開始し、この補給水開始水位Ｈ３よりも高い補給水停止水位Ｈ４を上回ると停止する。本実施例では、補給水開始水位Ｈ３は、給水開始水位Ｈ１よりも低く設定され、補給水停止水位Ｈ４は、給水開始水位Ｈ１よりも高いが給水停止水位Ｈ２よりも低く設定される。

このような構成であるから、いま、給水停止電極棒３０が水位を検知しているとすると、給水タンク３の水位が十分にあるとして、給水ポンプ１１を停止すると共に、補給水ポンプ１２も停止している。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の水位が下がり、給水開始電極棒２９が水位を検知しなくなると、給水ポンプ１１を作動させる。これにより、給水路９を介して給水タンク３に給水されるが、給水停止電極棒３０が水位を検知すると、給水ポンプ１１を停止する。一方、給水ポンプ１１を作動させても、給水タンク３の水位を回復できず、給水タンク３の水位がさらに下がり、補給水開始電極棒３１が水位を検知しなくなると、補給水ポンプ１２も作動させる。これにより、補給水路１０を介しても給水タンク３に給水されるが、給水タンク３の水位が回復して、補給水停止電極棒３２が水位を検知すると、補給水ポンプ１２を停止し、さらに水位が回復して、給水停止電極棒３０が水位を検知すると、給水ポンプ１１を停止する。なお、給水ポンプ１１を作動させて、給水路９を介した給水タンク３への給水中、熱源供給ポンプ２２も作動させる。

活性炭ろ過装置７が通水位置にある場合、ヒートポンプ４は、基本的には、給水路９を介した給水中（それに伴い熱源供給路１９に熱源水を通水中）に作動するが、熱源温度センサ２７の検出温度が設定温度以上になると、停止させるのがよい。つまり、活性炭ろ過装置７が通水位置にある場合において、給水路９を介した給水タンク３への給水中、ヒートポンプ４は、蒸発器１６への熱源水温度が設定温度未満であれば作動し、蒸発器１６への熱源水温度が設定温度以上になると停止するのがよい。ヒートポンプ４を停止させた状態では、給水タンク３への給水は、ヒートポンプ４では加温されないが、廃熱回収熱交換器１８において熱源水により加温される。なお、ヒートポンプ４は、圧縮機１３の作動の有無により、運転と停止が切り替えられる。そして、ヒートポンプ４の運転中、本実施例では、圧縮機１３は、モータの駆動周波数が一定に維持され、一定出力を維持される。

活性炭ろ過装置７が通水位置にある場合、給水ポンプ１１は、作動中、出湯温度センサ２６の検出温度を目標温度に維持するように、回転数をインバータ制御される。目標温度は、熱源温度センサ２７の検出温度に応じて変更される。具体的には、前述したとおり、熱源温度センサ２７の検出温度が設定温度未満の場合、ヒートポンプ４を作動させるが、この際、出湯温度センサ２６の検出温度を第一目標温度に維持するように、給水ポンプ１１をインバータ制御する。一方、熱源温度センサ２７の検出温度が設定温度以上の場合、ヒートポンプ４を停止させるが、この際、出湯温度センサ２６の検出温度を第一目標温度よりも低い第二目標温度に維持するように、給水ポンプ１１をインバータ制御する。

このように、蒸発器１６への熱源水温度が設定温度以上になると、ヒートポンプ４を停止させるので、圧縮機１３の保護を図ることができる。但し、その場合でも、廃熱回収熱交換器１８において、給水と熱源水とを熱交換して、熱源水からの熱回収を図ることができる。しかも、凝縮器１４の出口側水温を第一目標温度よりも低い第二目標温度に維持するように、給水路９を介した給水流量を調整することで、給水路９を介した給水タンク３への給水流量をある程度以上に確保して、熱源水からの熱回収を有効に図ることができる。

次に、活性炭ろ過装置７が洗浄動作を行う際について説明する。加温ユニット２５が一日の運転を終了した際など、設定タイミングでろ床洗浄が開始される。

たとえば、設定器（図示省略）を用いて予め制御器３５に設定しておいた時刻になると、加温ユニット２５は、運転を停止する。具体的には、給水ポンプ１１、ヒートポンプ４および熱源供給ポンプ２２を停止させる。加温ユニット２５が運転を停止した旨は、制御器３５から活性炭ろ過装置７（より具体的にはその制御部）に伝えられ、活性炭ろ過装置７の洗浄開始が指示される。これにより、活性炭ろ過装置７のろ床洗浄が開始される。

但し、洗浄開始のタイミング（ここでは設定時刻）は、加温ユニット２５に設定しておくのではなく、活性炭ろ過装置７に設定しておいてもよい。その場合、活性炭ろ過装置７において、設定時刻になると、加温ユニット２５を停止させるか、加温ユニット２５が停止するまで待機した後、ろ床洗浄が開始される。いずれにしても、加温ユニット２５（特にヒートポンプ４）が停止したことを条件に、ろ床洗浄が開始される。なお、活性炭ろ過装置７は、ろ床の洗浄中、加温ユニット２５に、洗浄中信号を送出する。これにより、加温ユニット２５は、活性炭ろ過装置７においてろ床洗浄中である旨を把握できる。

活性炭ろ過装置７は、ろ床の洗浄のために、逆洗浄工程、休止工程および順洗浄工程を順に実行する。以下、各工程について、順に説明する。

逆洗浄工程では、活性炭ろ過装置７のバルブを前述した逆洗浄位置とした状態で、通水する。すなわち、給水ポンプ１１を作動させ、給水ポンプ１１からの水を、通水時とは逆方向へ流して、排水路２４から排水する。逆洗浄工程により、ろ材は展開され、捕捉されていた懸濁物質は水と共に外部へ排出される。所定の逆洗浄時間の経過後、休止工程へ移行する。

休止工程では、給水ポンプ１１を停止して、ろ材を沈降させる。所定の休止時間の経過後、順洗浄工程へ移行する。

順洗浄工程では、活性炭ろ過装置７のバルブを前述した順洗浄位置とした状態で、通水する。すなわち、給水ポンプ１１を作動させ、給水ポンプ１１からの水を、通水時と同方向へ流して、排水路２４から排水する。順洗浄工程により、ろ材はリンスされる。所定の順洗浄時間の経過後、一連の洗浄動作を終了して、通水位置に戻される。

このように、活性炭ろ過装置７は、ろ床の洗浄中、逆洗浄工程および順洗浄工程において、給水を必要とする。そのため、本実施例では、活性炭ろ過装置７は、給水の要否に応じて、加温ユニット２５の制御器３５を介して、給水ポンプ１１を発停させる。具体的には、活性炭ろ過装置７への給水が必要の際、活性炭ろ過装置７は、加温ユニット２５へ給水開始信号（給水ポンプ１１の運転要求）を出し、それに伴い、加温ユニット２５が給水ポンプ１１を作動させる。一方、活性炭ろ過装置７への給水を停止する際、活性炭ろ過装置７は、加温ユニット２５へ給水停止信号（給水ポンプ１１の停止要求）を出し、それに伴い、加温ユニット２５が給水ポンプ１１を停止させる。

このように、ヒートポンプ４の停止中で且つ活性炭ろ過装置７の洗浄中、給水ポンプ１１は、給水タンク３内の水位に基づき制御されるのではなく、活性炭ろ過装置７からの給水要求に基づき制御される。この間、もし、給水タンク３の水位検出器２８により、給水タンク３への給水要求がある場合、水位検出器２８に基づき補給水ポンプ１２を制御して、補給水路１０を介して給水タンク３へ給水すればよい。

具体的には、前述したとおり、活性炭ろ過装置７は、ろ床洗浄中、加温ユニット２５の制御器３５に、洗浄中信号を出している。従って、加温ユニット２５では、活性炭ろ過装置７が洗浄中か否かを把握でき、ろ床洗浄中の場合には、給水タンク３の水位検出器２８に基づき給水ポンプ１１を制御するのではなく、活性炭ろ過装置７からの指示に基づき給水ポンプ１１を制御する。そして、活性炭ろ過装置７のろ床洗浄が終了し、洗浄中信号を加温ユニット２５が受信しなくなれば、加温ユニット２５を再起動して、通常の通水動作へ移行可能とする。また、活性炭ろ過装置７におけるろ床洗浄中、必要であれば、補給水開始電極棒３１と補給水停止電極棒３２とを用いて、補給水ポンプ１２を発停させることにより、補給水路１０を介して給水タンク３へ給水することができる。

本実施例の給水加温システム１によれば、給水路９の内、ヒートポンプ４より上流側に、活性炭ろ過装置７が設置される。従って、ヒートポンプ４へ供給される給水は、予め残留塩素が分解され、廃熱回収熱交換器１８、過冷却器１７および凝縮器１４を腐食させるおそれがない。また、加温ユニット２５の停止中、活性炭ろ過装置７のろ床洗浄を実施することができる。そして、活性炭ろ過装置７のろ床洗浄中、給水タンク３への給水要求があった場合には、給水路９を介した給水は行わず、補給水路１０を介して給水タンク３へ給水することができる。

本発明の給水加温システム１は、前記実施例の構成（制御を含む）に限らず、適宜変更可能である。特に、（ａ）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に通される水を加温するヒートポンプ４と、（ｂ）ヒートポンプ４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４を介さずに補給水路１０により給水可能な給水タンク３と、（ｃ）ヒートポンプ４よりも上流側の給水路９に設けられ、水中に含まれる残留塩素を分解する活性炭ろ過装置７と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。

たとえば、前記実施例において、過冷却器１７と廃熱回収熱交換器１８との内、一方または双方の設置を省略してもよい。

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、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に設けた給水弁の開度を調整してもよい。その場合、加温ユニット２５は、給水タンク３への給水中、給水弁の開度を調整し、活性炭ろ過装置７の洗浄中、給水弁の開閉を切り替える。

また、前記実施例の場合、給水タンク３に、給水路９により給水可能であると共に、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９と補給水路１０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１０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５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と補給水路１０に設けた各弁（給水弁，補給水弁）の開閉または開度を制御してもよい。

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９および補給水路１０に水を通してもよい。

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５から給水タンク３へ給水可能としたが、これら給水は、硬水軟化装置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硬水軟化装置に接続し、給水ポンプ１１の設置を省略する代わりに給水路９に設けた給水弁の開閉または開度を制御し、補給水ポンプ１２の設置を省略する代わりに補給水路１０に設けた補給水弁の開閉を制御したりしてもよい。

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。

また、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。

また、前記実施例では、ヒートポンプ４を運転する際、圧縮機１３のモータの駆動周波数を一定に維持したが、場合により、圧縮機１３の吐出圧を所定に維持するように制御してもよい。あるいは、給水タンク３内の水位、または蒸発器１６への熱源水温度などに基づき、圧縮機１３の出力を調整してもよい。

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、低段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と高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、この中間冷却器が低段ヒートポンプの凝縮器であると共に高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。

さらに、前記実施例では、ヒートポンプ４の圧縮機１３は、電気モータにより駆動されたが、圧縮機１３の駆動源は特に問わない。たとえば、圧縮機１３は、電気モータに代えてまたはそれに加えて、蒸気を用いて動力を起こすスチームモータ（蒸気エンジン）に駆動されたり、ガスエンジンにより駆動されたりしてもよい。

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 活性炭ろ過装置（７ａ：入口、７ｂ：出口）
８ ポンプ
９ 給水路
１０ 補給水路
１１ 給水ポンプ
１２ 補給水ポンプ
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
２０ 熱源水の供給路
２１ オーバーフロー路
２２ 熱源供給ポンプ
２３ フィルタ
２４ 排水路
２５ 加温ユニット
２６ 出湯温度センサ
２７ 熱源温度センサ
２８ 水位検出器
２９ 給水開始電極棒
３０ 給水停止電極棒
３１ 補給水開始電極棒
３２ 補給水停止電極棒
３３ 水位検出器
３４ 低水位検出電極棒
３５ 制御器
Ｈ１ 給水開始水位
Ｈ２ 給水停止水位
Ｈ３ 補給水開始水位
Ｈ４ 補給水停止水位

Claims (3)

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水を加温するヒートポンプと、
   このヒートポンプを介して給水路により給水可能であると共に、ヒートポンプを介さずに補給水路により給水可能な給水タンクと、
   前記ヒートポンプよりも上流側の給水路に設けられ、水中に含まれる残留塩素を分解する活性炭ろ過装置と
   を備えることを特徴とする給水加温システム。
2. 前記ヒートポンプの停止中、前記活性炭ろ過装置のろ床洗浄が可能であると共に、このろ床洗浄中、前記給水タンクへの給水要求があった場合には、前記給水路を介した給水は行わず、前記補給水路を介して前記給水タンクへ給水する
   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. 前記給水タンク内の水位に基づき、前記給水路を介して前記給水タンクへ給水するための給水ポンプまたは給水弁を制御すると共に、前記補給水路を介して前記給水タンクへ給水するための補給水ポンプまたは補給水弁を制御し、
   前記活性炭ろ過装置は、前記ヒートポンプの停止中を条件にろ床洗浄を実行可能とされ、
   前記ヒートポンプの他、前記給水ポンプまたは前記給水弁を制御する制御器は、前記ヒートポンプの停止中で且つ前記活性炭ろ過装置のろ床洗浄中、前記給水タンク内の水位に基づき前記給水ポンプまたは前記給水弁を制御するのではなく、前記活性炭ろ過装置からの給水要求に基づき前記給水ポンプまたは前記給水弁を制御し、その際、前記活性炭ろ過装置に通された洗浄水は、前記ヒートポンプへ供給されずに外部へ排水される
   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。

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