JP5821175B2

JP5821175B2 - 給水システム

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Publication number: JP5821175B2
Application number: JP2010246201A
Authority: JP
Inventors: 直哉柿本; 靖国田中; 大沢　智也; 智也大沢
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: JP2012097967A

Description

本発明は、給水システムに関する。

従来、給水タンクへ補給する補給水をヒートポンプにより加温する蒸気発生システムが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２５４３１号公報

上述した特許文献１の蒸気発生システムは、蒸気ボイラの負荷率が低い場合に、補給水の補給回数が少なくなる。このため、ヒートポンプの稼働率が低くなり、ヒートポンプの熱エネルギーを有効に利用することができない。

従って、本発明は、ヒートポンプの熱エネルギーを有効に利用することができる給水システムを提供することにある。

本発明は、補給水を貯留する給水タンクと、前記給水タンクに補給水を補給する補給水ラインと、前記給水タンクからボイラ装置に向けて補給水を補給する給水ラインと、上流側が前記給水タンクに接続され、下流側が前記給水ラインに接続される補給水加温ラインであって、当該給水タンクに貯留された補給水を加温して前記給水ラインに供給すると共に、前記ボイラ装置に補給される補給水及び前記給水タンクに補給される補給水が流通する補給水加温ラインと、冷媒を介して廃熱を回収するヒートポンプと、前記補給水加温ラインを流通する補給水と前記ヒートポンプを流通する冷媒とを熱交換する熱交換器と、前記給水タンクから前記補給水加温ラインへ流入する補給水の温度が所定温度を下回った場合に前記ヒートポンプの運転を開始する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ヒートポンプの運転中において、当該ヒートポンプの負荷率が所定負荷率を下回った場合には、前記ヒートポンプの運転を停止させることを特徴とする給水システムに関する。
また、本発明は、補給水を貯留する給水タンクと、前記給水タンクに補給水を補給する補給水ラインと、前記給水タンクからボイラ装置に向けて補給水を補給する給水ラインと、上流側が前記給水タンクに接続され、下流側が前記給水ラインに接続される補給水加温ラインであって、当該給水タンクに貯留された補給水を加温して前記給水ラインに供給すると共に、前記ボイラ装置に補給される補給水及び前記給水タンクに補給される補給水が流通する補給水加温ラインと、内部を流通する冷媒を介して廃熱を回収するヒートポンプであって、前記ヒートポンプの内部を流通する冷媒と前記補給水加温ラインを流通する補給水とを熱交換するヒートポンプと、前記給水タンクから前記補給水加温ラインへ流入する補給水の温度が所定温度を下回った場合に前記ヒートポンプの運転を開始する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ヒートポンプの運転中において、当該ヒートポンプの負荷率が所定負荷率を下回った場合には、前記ヒートポンプの運転を停止させることを特徴とする給水システムに関する。

また、前記給水システムにおいて、前記補給水加温ラインは、前記給水タンクに代えて、前記補給水ラインに接続されていることが好ましい。

また、前記給水システムは、前記補給水加温ラインから前記給水ラインを介して前記給水タンクに向けて流通する補給水を一時的に保持する貯留部を備えることが好ましい。

本発明によれば、ヒートポンプの熱エネルギーを有効に利用することができる給水システムを提供することができる。

第１実施形態のボイラシステム１００を示す概略構成図である。貯留部１３１の構造を示す概略斜視図である。制御部１８０が補給水Ｗ１の水温を制御する場合の処理手順を示すフローチャートである。第２実施形態のボイラシステム１００Ａを示す概略構成図である。

以下、本発明の給水システムをボイラシステムに適用した実施形態ついて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態のボイラシステム１００を示す概略構成図である。また、図２は、貯留部１３１の構造を示す概略斜視図である。

図１に示すように、本実施形態のボイラシステム１００は、軟水化装置１１０と、脱酸素装置１２０と、給水タンク１３０と、蒸気ボイラ１４０と、熱交換器１５０と、ヒートポンプ１６０と、を備える。また、本実施形態のボイラシステム１００は、循環ポンプ１７０と、補給水バルブ１７１と、水位計１７２と、流量計１７３と、温度計１７４及び１７５と、制御手段としての制御部１８０と、を備える。更に、本実施形態のボイラシステム１００は、補給水ラインＬ１１０と、給水ラインＬ１２０と、補給水加温ラインＬ１３０と、冷媒循環ラインＬ１４０と、を備える。なお、「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

補給水ラインＬ１１０は、給水タンク１３０に補給水Ｗ１を補給するラインである。給水ラインＬ１２０は、給水タンク１３０から蒸気ボイラ１４０に向けて補給水Ｗ１を補給するラインである。補給水加温ラインＬ１３０は、給水タンク１３０の補給水Ｗ１を加温して給水ラインＬ１２０に供給するラインである。補給水加温ラインＬ１３０の一部は、熱交換器１５０の内部における水流路Ｌ１を構成する。なお、本実施形態では、補給水ラインＬ１１０、給水ラインＬ１２０及び補給水加温ラインＬ１３０を流通する水を総称して「補給水Ｗ１」という。

補給水ラインＬ１１０には、軟水化装置１１０と、脱酸素装置１２０と、補給水バルブ１７１と、給水タンク１３０と、が設けられている。

軟水化装置１１０は、原水タンク（不図示）から供給される原水の硬度分を除去して、軟化水を生成する装置である。

脱酸素装置１２０は、軟水化装置１１０で生成された補給水Ｗ１（軟化水）に含まれる溶存酸素を除去する装置である。脱酸素装置１２０としては、例えば、膜式脱酸素装置を用いることができる。

補給水バルブ１７１は、補給水ラインＬ１１０を流通する補給水Ｗ１の流量を制御するバルブである。補給水バルブ１７１は、脱酸素装置１２０と給水タンク１３０との間に設けられている。補給水バルブ１７１は、制御部１８０と電気的に接続されている。補給水バルブ１７１の運転（弁の開閉）は、制御部１８０から送信されるバルブ運転信号により制御される。

給水タンク１３０は、補給水Ｗ１を貯留するタンクである。補給水Ｗ１は、補給水ラインＬ１１０を介して給水タンク１３０に補給される。給水タンク１３０には、補給水加温ラインＬ１３０の一次側（補給水Ｗ１の流入側）が接続されている。

給水タンク１３０には、水位計１７２が設けられている。水位計１７２は、給水タンク１３０に貯留されている補給水Ｗ１の水位を計測する装置である。水位計１７２は、制御部１８０と電気的に接続されている。水位計１７２は、計測した補給水Ｗ１の水位Ｗに関する情報（信号）を制御部１８０に送信する。

蒸気ボイラ１４０は、給水ラインＬ１２０を介して補給された補給水Ｗ１を加熱して蒸気を生成するボイラ装置であり、貫流ボイラからなる。蒸気ボイラ１４０で生成された蒸気は、この蒸気を動力源又は熱源とする蒸気使用設備（不図示）に供給される。また、蒸気ボイラ１４０は、給水ポンプ（不図示）を備える。この給水ポンプは、給水ラインＬ１２０を流通する補給水Ｗ１を取り込むためのポンプである。

蒸気ボイラ１４０は、制御部１８０と電気的に接続されている。蒸気ボイラ１４０は、制御部１８０にボイラ運転信号を送信する。蒸気ボイラ１４０は、運転中（稼働状態）においては、ボイラ運転信号を「ＯＮ」にする。また、蒸気ボイラ１４０は、運転停止中（非稼働状態）においては、ボイラ運転信号を「ＯＦＦ」にする。

補給水加温ラインＬ１３０には、循環ポンプ１７０と、熱交換器１５０と、が設けられている。上述したように、補給水加温ラインＬ１３０の一次側（補給水Ｗ１の流入側）は、給水タンク１３０に接続されている。一方、補給水加温ラインＬ１３０の二次側（補給水Ｗ１の流出側）は、給水ラインＬ１２０の接続部Ｊ１に接続されている。

循環ポンプ１７０は、補給水加温ラインＬ１３０を介して、補給水Ｗ１を給水ラインＬ１２０に向けて流通させる装置である。循環ポンプ１７０は、制御部１８０と電気的に接続されている。循環ポンプ１７０の運転（開始／停止）は、制御部１８０から送信されるポンプ運転信号により制御される。循環ポンプ１７０は、ポンプ運転信号が「ＯＮ」になると運転を開始する。また、循環ポンプ１７０は、ポンプ運転信号が「ＯＦＦ」になると運転を停止する。

本実施形態では、ボイラシステム１００の運転中において、水位計１７２で取得した水位Ｗが給水タンク１３０の下限水位Ｗｍｉｎ以上の場合に、ポンプ運転信号は常時「ＯＮ」となる。従って、ボイラシステム１００の運転中において、補給水Ｗ１は、水位計１７２で取得した水位Ｗが給水タンク１３０の下限水位Ｗｍｉｎ以上の場合には、補給水加温ラインＬ１３０を常に流通する。

ここで、給水タンク１３０の構成について更に詳細に説明する。給水タンク１３０は、その内部に貯留部１３１を有する。貯留部１３１は、補給水加温ラインＬ１３０から給水ラインＬ１２０に流通する補給水Ｗ１の一部を一時的に保持するタンクである。貯留部１３１は、給水タンク１３０の内部において、給水ラインＬ１２０が給水タンク１３０と接続する位置に設けられている。

貯留部１３１は、図２に示すように、略箱枠形に形成されている。貯留部１３１は、仕切り板１３２、切り欠き１３３、１３４、及び１３５を備える。仕切り板１３２は、貯留部１３１の内部を２つに区分する板である。貯留部１３１の内部は、仕切り板１３２により貯留槽１３１ａ、１３１ｂに区分される。貯留槽１３１ａには、給水ラインＬ１２０の一端側が接続されている。

仕切り板１３２は、貯留部１３１の上部に隙間が形成される程度の高さを有する。これにより、貯留部１３１の内部に貯留された補給水Ｗ１は、仕切り板１３２の上部を通じて、貯留槽１３１ａ、１３１ｂの間を移動することができる。

切り欠き１３３〜１３５は、給水タンク１３０において、貯留部１３１を除く領域（以下、「他の領域」という）に貯留されている補給水Ｗ１と、貯留部１３１に貯留されている補給水Ｗ１とを徐々に混合させるための開口である。なお、図２では、かくれ線（破線）の図示を適宜に省略する。

補給水加温ラインＬ１３０から給水ラインＬ１２０を経て給水タンク１３０に補給された補給水Ｗ１は、貯留部１３１の貯留槽１３１ａ、又は貯留槽１３１ａ及び１３１ｂに一時的に貯留される。すなわち、ヒートポンプ１６０により加温された補給水Ｗ１は、給水タンク１３０の他の領域に貯留されている補給水Ｗ１とすぐに混合することがない。

また、貯留部１３１に補給された補給水Ｗ１は、切り欠き１３３〜１３５を介して、給水タンク１３０の他の領域に貯留されている補給水Ｗ１と徐々に混合する。従って、加温された補給水Ｗ１は、貯留部１３１において、その温度をすぐに下げることなく貯留される。

図１において、蒸気ボイラ１４０へ補給される補給水Ｗ１の必要量と、補給水加温ラインＬ１３０から給水ラインＬ１２０に供給される補給水Ｗ１の量とがほぼ等しいとする。この場合には、熱交換器１５０により加温された補給水Ｗ１は、補給水加温ラインＬ１３０から給水ラインＬ１２０に供給され、優先的に蒸気ボイラ１４０に補給される。

また、蒸気ボイラ１４０へ補給される補給水Ｗ１の必要量が、補給水加温ラインＬ１３０から給水ラインＬ１２０に供給される補給水Ｗ１の量を下回るとする。この場合には、余った分の補給水Ｗ１は、給水タンク１３０の貯留部１３１へ補給される。これにより、給水タンク１３０の貯留部１３１には、加温された補給水Ｗ１が貯留される。

また、蒸気ボイラ１４０へ補給される補給水Ｗ１の必要量が、補給水加温ラインＬ１３０から給水ラインＬ１２０に供給される補給水Ｗ１の量を上回るとする。この場合には、足りない分の補給水Ｗ１が、給水タンク１３０から供給される。すなわち、補給水加温ラインＬ１３０から給水ラインＬ１２０に供給された補給水Ｗ１と、貯留部１３１に貯留されている補給水Ｗ１とが蒸気ボイラ１４０に補給される。

再び図１を参照して、ボイラシステム１００の他の構成について説明する。
補給水加温ラインＬ１３０の計測点Ｊ２には、流量計１７３が設けられている。計測点Ｊ２は、循環ポンプ１７０と熱交換器１５０との間に位置する。流量計１７３は、補給水加温ラインＬ１３０を流通する補給水Ｗ１の流量ＦＬ１を計測する装置である。流量計１７３は、制御部１８０と電気的に接続されている。流量計１７３は、計測点Ｊ２で計測した補給水Ｗ１の流量ＦＬ１に関する情報（信号）を制御部１８０に送信する。なお、計測点Ｊ２は、補給水加温ラインＬ１３０であれば、どの位置に設けられていてもよい。

補給水加温ラインＬ１３０の計測点Ｊ３には、温度計１７４が設けられている。計測点Ｊ３は、循環ポンプ１７０と熱交換器１５０との間に位置する。計測点Ｊ３は、熱交換器１５０の近傍に位置することが好ましい。温度計１７４は、熱交換器１５０を通過する前の補給水Ｗ１の温度ＴＳ１（熱交換器１５０の入口温度）を計測する装置である。温度計１７４は、制御部１８０と電気的に接続されている。温度計１７４は、計測点Ｊ３で計測した補給水Ｗ１の温度ＴＳ１に関する情報（信号）を制御部１８０に送信する。

補給水加温ラインＬ１３０の計測点Ｊ４には、温度計１７５が設けられている。計測点Ｊ４は、熱交換器１５０と接続部Ｊ１との間に位置する。計測点Ｊ４は、熱交換器１５０の近傍に位置することが好ましい。温度計１７５は、熱交換器１５０を通過した後の補給水Ｗ１の温度ＴＳ２（熱交換器１５０の出口温度）を計測する装置である。温度計１７５は、制御部１８０と電気的に接続されている。温度計１７５は、計測点Ｊ４で計測した補給水Ｗ１の温度ＴＳ２に関する情報（信号）を制御部１８０に送信する。

熱交換器１５０は、補給水加温ラインＬ１３０を流通する補給水Ｗ１と、ヒートポンプ１６０と接続された冷媒循環ラインＬ１４０（後述）を流通する冷媒（水）Ｗ２と、を熱交換する装置である。熱交換器１５０の内部には、補給水加温ラインＬ１３０の一部を構成する水流路Ｌ１と、冷媒循環ラインＬ１４０に接続された冷媒流路Ｌ２とが、互いに混ざることがないように近接して配置されている。

補給水加温ラインＬ１３０を流通する補給水Ｗ１は、熱交換器１５０の水流路Ｌ１を通過したときに、熱交換器１５０の冷媒流路Ｌ２を流通する冷媒Ｗ２の放熱により加温される。加温された補給水Ｗ１は、熱交換器１５０から補給水加温ラインＬ１３０を介して給水ラインＬ１２０に供給される。一方、冷媒循環ラインＬ１４０を流通する冷媒Ｗ２は、熱交換器１５０を通過したときに、熱交換器１５０の水流路を流通する補給水Ｗ１に放熱することにより冷却される。冷却された冷媒Ｗ２は、冷媒循環ラインＬ１４０を介してヒートポンプ１６０の凝縮器（後述）に送られる。

冷媒循環ラインＬ１４０は、熱交換器１５０の冷媒流路Ｌ２と、ヒートポンプ１６０の凝縮器と熱交換する冷媒流路（不図示）とを環状に接続するラインである。

ヒートポンプ１６０は、内部冷媒（不図示）介して、外部の熱源（不図示の空調機や食品機械等の各種の冷却器）で発生した熱（廃熱）を回収する装置である。ヒートポンプ１６０は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器（いずれも不図示）を備える。圧縮機は、気体の内部冷媒を圧縮し、高温・高圧にして凝縮器に送り出す。凝縮器は、内部冷媒の熱を冷媒Ｗ２に放出して、内部冷媒を冷却（液化）する。冷媒Ｗ２は、内部冷媒の放熱により温水となる。膨張弁は、内部冷媒の圧力を下げて、内部冷媒の温度を低下させる。蒸発器は、内部冷媒を熱源水Ｗ３により加温して蒸発（気化）させる。熱源水Ｗ３は、内部冷媒への放熱により冷水となる。

ヒートポンプ１６０の蒸発器には、熱源水供給ラインＬ１５０と、熱源水戻しラインＬ１６０とが接続されている。熱源水供給ラインＬ１５０は、熱源からの熱源水Ｗ３が流通するラインである。熱源水戻しラインＬ１６０は、熱源に戻る熱源水Ｗ３が流通するラインである。

なお、ヒートポンプ１６０の蒸発器に供給される熱源としては、熱源水Ｗ３とする水熱源式であれば、特定の構成に限定されない。熱源水Ｗ３は、ヒートポンプ１６０の熱源となる水である。熱源水Ｗ３としては、工業用水、井戸水、水道水だけでなく、ヒートポンプ１６０の蒸発器に対して腐食、スケール付着等による寿命や効率の低下を発生させない水質であれば、種々の装置の排水を用いることができる。また、ヒートポンプ１６０は、熱源を空気熱源とする空気熱源式のものであってもよく、特定の方式に限定されない。

ヒートポンプ１６０の運転は、制御部１８０から送信されるＨＰ運転信号により制御される。ヒートポンプ１６０は、ＨＰ運転信号が「ＯＮ」になると運転を開始する。また、ヒートポンプ１６０は、運転信号が「ＯＦＦ」になると運転を停止する。

制御部１８０は、ボイラシステム１００において、補給水Ｗ１の流通及びヒートポンプ１６０の動作を制御する制御装置である。制御部１８０は、各種の演算処理を実行する中央処理装置、補給水温度制御プログラム等を記憶する記憶部、時間を計測するタイマー部、制御部１８０と接続された各機器との間で通信を行なう入出力部等を備える（いずれも不図示）。このうち、タイマー部は、後述する時間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３を、それぞれ独立して計測することができる。なお、図１に示す破線は、制御部１８０と各計測装置及び制御対象装置との電気的な接続の経路を示す。

制御部１８０は、ボイラシステム１００の運転中において、給水タンク１３０の水位に応じて補給水Ｗ１の流通を制御する。すなわち、制御部１８０は、水位計１７２で計測された補給水Ｗ１の水位が下限の水位を下回る場合には、補給水バルブ１７１のバルブ運転信号を「ＯＮ」にする。これにより、補給水バルブ１７１の弁が開いて、補給水Ｗ１が給水タンク１３０へ補給される。一方、制御部１８０は、水位計１７２で計測された補給水Ｗ１の水位が上限の水位を上回る場合には、補給水バルブ１７１のバルブ運転信号を「ＯＦＦ」にする。これにより、補給水バルブ１７１の弁が閉じて、補給水Ｗ１の給水タンク１３０への補給が停止される。

また、制御部１８０は、給水タンク１３０から補給水加温ラインＬ１３０へ流入する補給水Ｗ１の温度ＴＳ１が規定温度ＴＳＡを下回った場合には、ヒートポンプ１６０の運転を開始する。また、制御部１８０は、ヒートポンプ１６０の運転中において、ヒートポンプ１６０の負荷率αが規定負荷率α１を下回る状態が時間Ｔ１継続した場合、又はボイラ運転信号「ＯＦＦ」となる非稼働状態が時間Ｔ２継続した場合には、ヒートポンプ１６０の運転を停止する。

ヒートポンプ１６０の負荷率αは、以下の式（１）により算出することができる。
α（％）＝Ｑ１／Ｑ０・・・式（１）
ただし、Ｑ１：熱交換器１５０の熱交換量、Ｑ０：ヒートポンプ１６０の加温能力である。

熱交換器１５０の熱交換量Ｑ１は、以下の式（２）により算出することができる。
Ｑ１＝ρＣＶ（ＴＳ２−ＴＳ１）・・・式（２）
ただし、ρ：補給水Ｗ１の密度、Ｃ：補給水Ｗ１に比熱、Ｖ：補給水Ｗ１の流量、ＴＳ１：熱交換器１５０の入口温度、ＴＳ２：熱交換器１５０の出口温度である。

ここで、補給水Ｗ１の密度ρ、比熱Ｃは、温度により異なる物性値である。入口温度ＴＳ１は、温度計１７４により計測され、出口温度ＴＳ２は、温度計１７５により計測される。流量Ｖ（ＦＬ１）は、流量計１７３により計測される。

次に、制御部１８０が、補給水Ｗ１の水温を制御する場合の処理手順について説明する。図３に示すフローチャートの制御は、記憶部（不図示）に記憶された補給水水温制御プログラムに基づいて、制御部１８０により実行される。また、図３に示すフローチャートの制御は、ボイラシステム１００の運転中において、所定の時間間隔で周期的に実行される。

ステップＳＴ１０１において、制御部１８０は、給水タンク１３０に貯留されている補給水Ｗ１の水位Ｗを水位計１７２から取得する。

ステップＳＴ１０２において、制御部１８０は、取得した水位Ｗが給水タンク１３０の下限水位Ｗｍｉｎ以上か否かを判定する。このステップＳＴ１０２において、制御部１８０により、水位Ｗが下限水位Ｗｍｉｎ以上である（ＹＥＳ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１０３へ進む。また、ステップＳＴ１０２において、制御部１８０により、水位Ｗが下限水位Ｗｍｉｎ未満である（ＮＯ）と判定された場合には、本フローチャートの処理を終了する。

ステップＳＴ１０３において、制御部１８０は、循環ポンプ１７０に送信するポンプ運転信号を「ＯＮ」にする。これにより、給水タンク１３０に貯留されている補給水Ｗ１が補給水加温ラインＬ１３０を介して熱交換器１５０へ送られる。

ステップＳＴ１０４において、制御部１８０は、補給水加温ラインＬ１３０の計測点Ｊ２における補給水Ｗ１の流量ＦＬ１を流量計１７３から取得する。

ステップＳＴ１０５において、制御部１８０は、取得した流量ＦＬ１が規定流量ＦＬＡ以上か否かを判定する。このステップＳＴ１０５において、制御部１８０により、流量ＦＬ１が規定流量ＦＬＡ以上である（ＹＥＳ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１０６へ進む。また、ステップＳＴ１０５において、制御部１８０により、流量ＦＬ１が規定流量ＦＬＡ未満である（ＮＯ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１１３へ進む。なお、タイマー部（不図示）は、制御部１８０により流量ＦＬ１が規定流量ＦＬＡ未満である（ＮＯ）と判定された場合に、時間の計測を開始する。

ステップＳＴ１０６において、制御部１８０は、補給水加温ラインＬ１３０の計測点Ｊ３における補給水Ｗ１の温度ＴＳ１を温度計１７４から取得する。

ステップＳＴ１０７において、制御部１８０は、取得した温度ＴＳ１が規定温度ＴＳＡ未満か否かを判定する。このステップＳＴ１０７において、制御部１８０により、温度ＴＳ１が規定温度ＴＳＡ未満である（ＹＥＳ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１０８へ進む。また、ステップＳＴ１０７において、制御部１８０により、温度ＴＳ１が規定温度ＴＳＡ以上である（ＮＯ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１１１へ進む。

ステップＳＴ１０８において、制御部１８０は、ヒートポンプ１６０のＨＰ運転信号を「ＯＮ」にする。

ステップＳＴ１０９において、制御部１８０は、ヒートポンプ１６０の負荷率αを算出する。制御部１８０は、上述した式（１）、（２）に基づいて負荷率αを算出する。

ステップＳＴ１１０において、制御部１８０は、算出したヒートポンプ１６０の負荷率αが規定負荷率α１未満となる状態が時間Ｔ１継続したか否かを判定する。このステップＳＴ１１０において、制御部１８０により、ヒートポンプ１６０の負荷率αが規定負荷率α１未満となる状態が時間Ｔ１継続した（ＹＥＳ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１１１へ進む。また、ステップＳＴ１１０において、制御部１８０により、ヒートポンプ１６０の負荷率αが規定負荷率α１未満となる状態が時間Ｔ１継続していない（ＮＯ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１１２へ進む。なお、タイマー部（不図示）は、ヒートポンプ１６０の負荷率αが規定負荷率α１未満となった時点で時間の計測を開始する。

ステップＳＴ１１１において、制御部１８０は、ヒートポンプ１６０のＨＰ運転信号を「ＯＦＦ」にして、本フローチャートの処理を終了する。

一方、ステップＳＴ１１２において、制御部１８０は、ボイラ運転信号「ＯＦＦ」の状態が時間Ｔ２継続したか否かを判定する。このステップＳＴ１１２において、制御部１８０により、ボイラ運転信号「ＯＦＦ」の状態が時間Ｔ２継続した（ＹＥＳ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１１１へ進む。また、ステップＳＴ１１２において、制御部１８０により、ボイラ運転信号「ＯＦＦ」の状態が時間Ｔ２継続していない（ＮＯ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１１０へ戻る。なお、タイマー部（不図示）は、ボイラ運転信号「ＯＦＦ」となった時点で時間の計測を開始する。

一方、ステップＳＴ１１３において、制御部１８０は、流量ＦＬ１が規定流量ＦＬＡ未満となってから時間Ｔ３が経過したか否かを判定する。このステップＳＴ１１３において、制御部１８０により、時間Ｔ３が経過した（ＹＥＳ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１１４へ進む。また、ステップＳＴ１１３において、制御部１８０により、時間Ｔ２が経過していない（ＮＯ）と判定された場合には、処理はステップＳＴ１０４へ戻る。

ステップＳＴ１１４において、制御部１８０は、警報を発して、ボイラシステム１００を緊急停止させる。その後、制御部１８０は、タイマー部で計測した時間をすべてリセットして、本フローチャートの処理を終了する。

このように、制御部１８０は、ヒートポンプ１６０の負荷率αが規定負荷率α１未満の状態が時間Ｔ１継続した場合や、蒸気ボイラ１４０の運転が停止してから時間Ｔ２が経過した場合には、ヒートポンプ１６０の運転を停止する。

上述した第１実施形態のボイラシステム１００によれば、例えば、以下のような効果を奏する。

第１実施形態のボイラシステム１００は、給水タンク１３０に貯留された補給水Ｗ１を加温して給水ラインＬ１２０に供給する補給水加温ラインＬ１３０と、ヒートポンプ１６０と、補給水加温ラインＬ１３０を流通する補給水Ｗ１とヒートポンプ１６０を流通する冷媒Ｗ２とを熱交換する熱交換器１５０と、を備える。

そのため、第１実施形態のボイラシステム１００において、補給水加温ラインＬ１３０を流通する補給水Ｗ１は、ヒートポンプ１６０により継続的に加温される。これによれば、蒸気ボイラ１４０の負荷率が高い場合には、加温された補給水Ｗ１が蒸気ボイラ１４０に優先的に補給される。また、蒸気ボイラ１４０の負荷率が低い場合には、加温された補給水Ｗ１の一部が給水タンク１３０に補給され、給水タンク１３０に貯留される。このように、第１実施形態のボイラシステム１００では、蒸気ボイラ１４０の負荷率に係らずヒートポンプ１６０の運転を継続することができる。従って、第１実施形態のボイラシステム１００によれば、ヒートポンプ１６０の熱エネルギーを有効に利用することができる。

また、第１実施形態のボイラシステム１００は、給水タンク１３０から補給水加温ラインＬ１３０へ流入する補給水Ｗ１の温度ＴＳ１が規定温度ＴＳＡを下回った場合に、ヒートポンプ１６０の運転を開始する制御部１８０を備える。

そのため、第１実施形態のボイラシステム１００では、補給水Ｗ１の水温が高い場合にはヒートポンプ１６０が運転されず、補給水Ｗ１の水温が低い場合にのみヒートポンプ１６０が運転される。このように、第１実施形態のボイラシステム１００では、ヒートポンプ１６０による加温が必要な場合のみヒートポンプ１６０が運転されるので、ヒートポンプ１６０を効率良く運転することができる。

また、第１実施形態のボイラシステム１００において、制御部１８０は、ヒートポンプ１６０の負荷率αが規定負荷率α１を下回る状態が時間Ｔ１継続した場合、又は蒸気ボイラ１４０の非稼働状態が時間Ｔ２継続した場合には、ヒートポンプ１６０の運転を停止する。

通常、ヒートポンプ１６０の運転中は、負荷に応じて圧縮機の回転数、内部冷媒の流量等が制御される。しかし、ヒートポンプ１６０の負荷率αが一定以下になると、急激にＣＯＰ（エネルギー消費効率）が低下する。従って、制御部１８０において、ヒートポンプ１６０の負荷率αが所定負荷率を下回った場合や、蒸気ボイラ１４０の非稼働状態が所定時間継続した場合に、ヒートポンプ１６０の運転を停止することにより、上記のような不具合の発生をより少なくすることができる。

また、第１実施形態のボイラシステム１００は、補給水加温ラインＬ１３０から給水ラインＬ１２０を介して給水タンク１３０に向けて流通する補給水Ｗ１の一部を一時的に保持する貯留部１３１を備える。

上述した特許文献１の蒸気発生システムでは、給水タンクの水位に応じて補給水を補給している。給水タンクから蒸気ボイラへ補給される補給水の量（以下、「補給水量」という）は、蒸気ボイラの相当蒸発量に等しい。このため、特許文献１の蒸気発生システムでは、補給水を加温するヒートポンプも、補給水量に見合った規模が必要となる。

一方、第１実施形態のボイラシステム１００では、蒸気ボイラ１４０の負荷率が低い場合に、加温された補給水Ｗ１の一部が給水タンク１３０に補給され、貯留部１３１に一時的に保持される。このため、貯留部１３１に保持された補給水Ｗ１を、再び補給水加温ラインＬ１３０へ導くことにより、補給水Ｗ１を循環加温（追い炊き）することができる。

これによれば、特許文献１の蒸気発生システムのように、給水タンク１３０に補給する補給水Ｗ１を加温する場合に比べて、より規模の小さいヒートポンプ１６０で同じ補給水量の補給水Ｗ１を加温することができる。従って、第１実施形態のボイラシステム１００では、ヒートポンプの設備を大きくする必要がなく、コストの低減を図ることができる。また、補給水Ｗ１を循環加温することができるため、特許文献１の蒸気発生システムに比べて、ヒートポンプ１６０の稼働率を上げることができる。

なお、特許文献１の蒸気発生システムには、クッションタンクの温水を循環加温する構成が示されている（図１）。しかし、特許文献１の蒸気発生システムにおいて、循環加温が実施されるのは、クッションタンクの貯水温度が所定温度を下回った場合に限られる。このため、特許文献１の蒸気発生システムでは、蒸気ボイラが一時停止した場合や蒸気ボイラの負荷率が低くなった場合でも、クッションタンクの貯水温度が所定温度を下回らなければ、クッションタンクの温水を循環加温することができない。この場合には、クッションタンクに貯留された温水だけでなく、給水タンクに貯留された温水の温度が全体的に下がる。従って、蒸気ボイラが運転を再開した場合等において、温度の低い温水が蒸気ボイラに供給されてしまうおそれがある。しかしながら、第１実施形態のボイラシステム１００では、補給水Ｗ１を循環加温することができるため、上記のような補給水Ｗ１の温度低下を極力回避することができる。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態のボイラシステム１００Ａを示す概略構成図である。この第２実施形態では、補給水加温ラインＬ１３０の一次側が接続される位置が第１実施形態と異なる。すなわち、本実施形態のボイラシステム１００Ａでは、図４に示すように、補給水加温ラインＬ１３０の補給水バルブ１７１と給水タンク１３０との間の接続点Ｊ５に、補給水加温ラインＬ１３０の一次側（補給水Ｗ１の流入側）が接続されている。補給水加温ラインＬ１３０の二次側（補給水Ｗ１の流出側）は、第１実施形態と同じく給水ラインＬ１２０の接続部Ｊ１に接続されている。

第２実施形態のボイラシステム１００Ａにおいて、第１実施形態のボイラシステム１００と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態のボイラシステム１００Ａにおいて、特に説明しない事項については、第１実施形態の説明が適宜に適用又は援用される。

図４に示す第２実施形態のボイラシステム１００Ａにおいて、制御部１８０が補給水Ｗ１の水温を制御する場合の処理手順は、図３に示すフローチャートと同じとなる。このため、本実施形態のボイラシステム１００における説明を援用して、第２実施形態のボイラシステム１００Ａにおける制御の説明を省略する。

上述した第２実施形態のボイラシステム１００Ａにおいても、第１実施形態のボイラシステム１００と同等の効果を奏する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

第１及び第２実施形態では、脱酸素装置１２０を補給水ラインＬ１１０に設けた例について説明した。しかし、これに限らず、脱酸素装置１２０は、補給水加温ラインＬ１３０に設けてもよい。このような構成とした場合には、循環ポンプ１７０に代えて、脱酸素装置１２０に内蔵されたポンプを用いて補給水Ｗ１を流通させてもよい。

第１及び第２実施形態では、ボイラ装置として、蒸気ボイラ１４０を用いた例について説明した。しかし、これに限らず、例えば温水ボイラを用いることもできる。

第１及び第２実施形態では、貯留部１３１を給水タンク１３０の内部に設けた例について説明した。しかし、これに限らず、貯留部１３１は、給水タンク１３０の外部に設けることもできる。

第１及び第２実施形態では、ヒートポンプ１６０の内部冷媒（不図示）と熱交換した冷媒Ｗ２により補給水Ｗ１を加温する構成について説明した。しかし、これに限らず、ヒートポンプ１６０の内部冷媒と補給水Ｗ１とを直接に熱交換する構成としてもよい。

１００、１００Ａボイラシステム
１３０給水タンク
１３１貯留部
１４０蒸気ボイラ
１５０熱交換器
１６０ヒートポンプ
１８０制御部（制御手段）
Ｌ１１０補給水ライン
Ｌ１２０給水ライン
Ｌ１３０補給水加温ライン
Ｗ１補給水
Ｗ２冷媒

Claims

補給水を貯留する給水タンクと、
前記給水タンクに補給水を補給する補給水ラインと、
前記給水タンクからボイラ装置に向けて補給水を補給する給水ラインと、
上流側が前記給水タンクに接続され、下流側が前記給水ラインに接続される補給水加温ラインであって、当該給水タンクに貯留された補給水を加温して前記給水ラインに供給すると共に、前記ボイラ装置に補給される補給水及び前記給水タンクに補給される補給水が流通する補給水加温ラインと、
冷媒を介して廃熱を回収するヒートポンプと、
前記補給水加温ラインを流通する補給水と前記ヒートポンプを流通する冷媒とを熱交換する熱交換器と、
前記給水タンクから前記補給水加温ラインへ流入する補給水の温度が所定温度を下回った場合に前記ヒートポンプの運転を開始する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記ヒートポンプの運転中において、当該ヒートポンプの負荷率が所定負荷率を下回った場合には、前記ヒートポンプの運転を停止させることを特徴とする給水システム。
補給水を貯留する給水タンクと、
前記給水タンクに補給水を補給する補給水ラインと、
前記給水タンクからボイラ装置に向けて補給水を補給する給水ラインと、
上流側が前記給水タンクに接続され、下流側が前記給水ラインに接続される補給水加温ラインであって、当該給水タンクに貯留された補給水を加温して前記給水ラインに供給すると共に、前記ボイラ装置に補給される補給水及び前記給水タンクに補給される補給水が流通する補給水加温ラインと、
内部を流通する冷媒を介して廃熱を回収するヒートポンプであって、前記ヒートポンプの内部を流通する冷媒と前記補給水加温ラインを流通する補給水とを熱交換するヒートポンプと、
前記給水タンクから前記補給水加温ラインへ流入する補給水の温度が所定温度を下回った場合に前記ヒートポンプの運転を開始する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記ヒートポンプの運転中において、当該ヒートポンプの負荷率が所定負荷率を下回った場合には、前記ヒートポンプの運転を停止させることを特徴とする給水システム。
前記補給水加温ラインは、前記給水タンクに代えて、前記補給水ラインに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の給水システム。
前記補給水加温ラインから前記給水ラインを介して前記給水タンクに向けて流通する補給水を一時的に保持する貯留部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の給水システム。