WO2013021762A1 - 加温システム - Google Patents

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WO2013021762A1
WO2013021762A1 PCT/JP2012/067438 JP2012067438W WO2013021762A1 WO 2013021762 A1 WO2013021762 A1 WO 2013021762A1 JP 2012067438 W JP2012067438 W JP 2012067438W WO 2013021762 A1 WO2013021762 A1 WO 2013021762A1
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water
refrigerant
heat exchanger
refrigeration cycle
heating system
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PCT/JP2012/067438
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French (fr)
Inventor
貴宏 図司
峻 浅利
Original Assignee
東芝キヤリア株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/06—Several compression cycles arranged in parallel

Definitions

  • Embodiment of this invention is related with a heating system.
  • a plurality of refrigeration cycles are arranged in parallel, and a heat medium flow path is connected in series to each condenser of these refrigeration cycles. It flows sequentially toward the latter refrigeration cycle where the condensation temperature is high, and heats in stages.
  • the above-described conventional cascade heat pump system usually does not include any additional cooking means for further heating hot water (hot water) once heated.
  • the temperature of the hot water to be cooked in the first place is higher than the feed water temperature, and the difference from the tapping temperature is small.
  • the ratio of the liquid refrigerant in the condenser also decreases, and the excess refrigerant increases the high pressure, so that the compression ratio of the compressor increases and the coefficient of performance (COP) decreases.
  • COP coefficient of performance
  • a heating system includes a compressor, a refrigerant side flow path of a first water-refrigerant heat exchanger, an expansion device, and a first evaporator, which are connected to a refrigerant pipe.
  • the pre-stage refrigeration cycle communicating with the high-temperature side compressor, the refrigerant-side flow path of the second water-refrigerant heat exchanger, the high-temperature side expansion device, and the high-temperature side flow path of the cascade heat exchanger.
  • a heating system for achieving the above object includes a plurality of refrigeration cycles including a water-refrigerant heat exchanger for exchanging heat between refrigerant discharged from the compressor and water;
  • a hot water storage tank for storing water heated in the plurality of refrigeration cycles, and a water pipe for circulating water in series in the water-side flow path of the water-refrigerant heat exchanger of the plurality of refrigeration cycles;
  • Reheating means for heating the hot water in the hot water storage tank by operating only the most downstream refrigeration cycle provided with a water-refrigerant heat exchanger located on the most downstream side in the water flow direction; Yes.
  • FIG. 4 is a Th diagram of the second embodiment shown in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a Th diagram when the flow direction of the cooling water of the second embodiment shown in FIG. 3 is reversed from the front-stage refrigeration cycle side to the rear-stage refrigeration cycle side.
  • the figure which shows the whole structure of the heating system which concerns on 4th Embodiment The figure which shows the whole structure of the heating system which concerns on 5th Embodiment.
  • entrance, outlet temperature, and condensation pressure of water in 1st Embodiment shown in FIG. The figure which shows the whole structure of the heating system which concerns on 7th Embodiment.
  • FIG. 1 to FIG. 8 are (first embodiment-fifth embodiment), and in particular, a coefficient of performance (COP) when heating a heating medium stepwise by a plurality of refrigeration cycles.
  • COP coefficient of performance
  • Drawing 1 is a figure showing the whole warming system composition concerning a 1st embodiment.
  • the heating system 1 includes a first refrigeration cycle 2 that is a front-stage refrigeration cycle constituted by a single-type refrigeration cycle, and a rear-stage refrigeration cycle that is arranged in parallel with the first refrigeration cycle.
  • the first refrigeration cycle 3 and the first and second water-refrigerant heat exchangers 2a and 3a of the first and second refrigeration cycles 2 and 3 are supplied with water as an example of the heat medium in this order.
  • the first water pipe 4 which is an example of one water circuit is provided.
  • the first refrigeration cycle 2 which is a front-stage refrigeration cycle, includes a compressor 2b, a four-way valve 2c, a first refrigerant-side flow path 2a2 of the first water-refrigerant heat exchanger 2a having a condenser function, an expansion device
  • the first evaporator 2f that receives heat from the expansion valve 2d and the blower fan 2e, which are examples of the heat exchanger, is configured to be a unitary refrigeration cycle in which the refrigerant is circulated by sequentially communicating through the refrigerant pipe 2g. Has been.
  • R410A generally used for air conditioners and water heaters is used.
  • the first water-refrigerant heat exchanger 2a is integrally provided with a first refrigerant side channel 2a2 and a first water side channel 2a1 that can exchange heat with the first refrigerant side channel 2a2.
  • the second refrigeration cycle 3 that is the rear stage side refrigeration cycle is connected to the upper side high temperature side refrigeration circuit 3H in FIG. 1 and the lower stage side low temperature side refrigeration circuit 3L in FIG. 1 via the first cascade heat exchanger 3K. In this way, a two-stage refrigeration cycle is formed by thermally connecting.
  • the high temperature side refrigeration circuit 3H includes a high temperature side compressor 3H1, a high temperature side four-way valve 3H2, a second refrigerant side flow path 3a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 3a having a condenser function, and a high temperature side expansion valve 3H3.
  • coolant flow path 3Ka of the 1st cascade heat exchanger 3K is sequentially connected by the high temperature side refrigerant
  • the second water-refrigerant heat exchanger 3a is integrally provided with a second refrigerant side flow path 3a2 and a second water side flow path 3a1 that can exchange heat with the second refrigerant side flow path 3a2.
  • the low temperature side refrigeration circuit 3L receives air from the low temperature side compressor 3L1, the low temperature side four-way valve 3L2, the low temperature side refrigerant flow path 3Kb of the first cascade heat exchanger 3K, the low temperature side expansion valve 3L3, and the blower fan 3L4.
  • the second evaporator 3L5 to be heat-exchanged is sequentially communicated by a low temperature side refrigerant pipe 3L6 to constitute a refrigeration cycle in which the refrigerant is circulated.
  • R410A is used as the refrigerant.
  • the refrigerant R134a used in the high temperature side refrigeration circuit 3H is approximately 37 ° C. higher than R410A at a pressure equivalent to R410A (for example, 3 MPa). For this reason, it is possible to form a high-temperature cycle by applying parts of an existing refrigeration cycle apparatus.
  • the first water pipe 4 includes a first water-side flow path 2a1 of the first water-refrigerant heat exchanger 2a in the first refrigeration cycle 2 and a second water pipe in the second refrigeration cycle 3.
  • the second water-side flow path 3a1 of the water-refrigerant heat exchanger 3a is connected in series, and is a heat medium in this order from the first water-side flow path 2a1 to the second water-side flow path 3a1, for example, It is configured so that 20 ° C. water is passed through a pump (not shown).
  • the low-temperature and low-pressure gas refrigerant (R410A) is compressed by the compressor 2b, discharged from the compressor 2b as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and guided by the four-way valve 2c. Then, it flows into the refrigerant side flow path 2a2 of the first water-refrigerant heat exchanger 2a, where it dissipates heat and heats the water in the first water side flow path 2a1, while the refrigerant itself condenses. Liquefy.
  • the liquefied high-pressure liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve 2d, flows into the first evaporator 2f in the state of a two-phase refrigerant in which the gas refrigerant and the liquid refrigerant are mixed, evaporates and absorbs heat from the outside air. Vaporize. This gas refrigerant is guided by the four-way valve 2c and sucked into the compressor 2b, where it is compressed again.
  • the refrigerant circulates through the refrigerant pipe 2g.
  • the first water-refrigerant heat exchanger 2a passes through the first water-side flow path 2a1 of the first water-refrigerant heat exchanger 2a by heat radiation of the first refrigerant-side flow path 2a2.
  • 20 ° C. water is heated to 40 ° C., for example.
  • the water heated here is heated as the second water-refrigerant heat exchanger 3a of the second refrigeration cycle 3 in the second refrigeration cycle 3 downstream of the first water pipe 4 and which is a downstream refrigeration cycle.
  • the water is reheated by the heat radiation of the second refrigerant side flow path 3a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 3a, and is sent to the hot water supply load side (not shown) as hot water having a predetermined temperature.
  • the water (hot water) flowing through the second water-side flow path 3a1 of the second water-refrigerant heat exchanger 3a is heated by the high-temperature side refrigeration circuit 3H.
  • the refrigerant (for example, R410A) compressed by the low temperature side compressor 3L1 is guided as a high temperature and high pressure gas refrigerant by the low temperature side four-way valve 3L2, and the first cascade heat exchanger 3K It flows into the low temperature side refrigerant flow path 3Kb and radiates heat here.
  • coolant for example, R134a
  • the low-temperature side refrigerant radiated by the low-temperature side refrigerant flow path 3Kb of the first cascade heat exchanger 3K is condensed and liquefied.
  • This liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve 3L3, absorbs heat from the outside air by the second evaporator 3L5, evaporates, becomes a gas refrigerant, is guided by the four-way valve 3L2, and is sucked into the low temperature side compressor 3L1, where It is compressed again, and the same operation is repeated thereafter.
  • the refrigerant (for example, R134a) compressed by the high temperature side compressor 3H1 is guided as a high temperature and high pressure gas refrigerant by the high temperature side four-way valve 3H2, and the second water-refrigerant heat exchanger 3a It flows into the refrigerant side flow path 3a2 and dissipates heat here.
  • the water (warm water) flowing through the second water-side flow path 3a1 of the second water-heat exchanger 3a is heated to about 60 ° C., for example.
  • the refrigerant that dissipated heat in the refrigerant side flow path 3a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 3a is condensed and liquefied. Further, the liquid refrigerant is decompressed by the high temperature side expansion valve 3H3 and flows into the high temperature side refrigerant flow path 3Ka of the first cascade heat exchanger 3K. Here, as described above, the first cascade heat exchange is performed.
  • the refrigerant is heated and evaporated by the low-temperature side refrigerant (R410A) flowing through the low-temperature side refrigerant flow path 3Kb of the vessel 3K, and is guided by the high-temperature side four-way valve 3H2 as a gaseous refrigerant at an intermediate temperature (for example, 40 ° C.). It is sucked into the machine 3H1, compressed again, and the same operation is repeated thereafter.
  • R410A low-temperature side refrigerant flowing through the low-temperature side refrigerant flow path 3Kb of the vessel 3K
  • the heating system 1 configured in this manner gradually adds, for example, 20 ° C. water supplied to the first water pipe 4 by the first and second water-refrigerant heat exchangers 2a and 3a. Since the heating is performed, the heating ratio by the liquid refrigerant having a lower heat transfer coefficient can be reduced than in the case of heating by a single water-refrigerant heat exchanger, so that the heat exchange efficiency can be improved.
  • the condensation temperature of the second water-refrigerant heat exchanger 3a on the rear stage side is high, the second refrigeration cycle 3 that is the rear stage refrigeration cycle is replaced with, for example, the first refrigeration cycle 2 that is the front stage refrigeration cycle.
  • the compression ratio of the compressor in the refrigeration cycle on the rear stage side may increase, and the efficiency may be deteriorated.
  • the second refrigeration cycle 3 that is the latter-stage refrigeration cycle is connected to the high-temperature refrigeration circuit 3H via the first cascade heat exchanger 3K. Since it is configured as a thermally connected two-stage refrigeration cycle, the compression ratio can be shared by a plurality of low temperature side and high temperature side (two) compressors 3L1, 3H1, and one of these compressors 3L1, 3H1. It is possible to reduce the burden of hitting and to improve the compression efficiency, that is, to improve the coefficient of performance (COP), and the possibility of the above efficiency deterioration is eliminated.
  • COP coefficient of performance
  • FIG. 2 is a table 1 showing the coefficient of performance (COP) of the heating system 1 according to the first embodiment.
  • the coefficient of performance (COP) of the heating system 1 according to the first embodiment is In (3) and (6), the following other cases are shown in comparison with the coefficient of performance in (1), (2), (4), and (5).
  • (7) shows COP of the heating system 1D which concerns on the 5th Embodiment of this invention mentioned later.
  • (1) and (2) show the COP when the feed water temperature is 20 ° C. and the tapping temperature 60 ° C.
  • (3) shows the feed water temperature 20 ° C. and the intermediate temperature (of the high-temperature side refrigerant flow path of the cascade heat exchanger).
  • (4) and (5) show COP in the case of the feed water temperature 20 ° C. and tapping temperature 70 ° C.
  • (6) and (7) Indicates the COP when the feed water temperature is 20 ° C., the intermediate temperature is 45 ° C., and the tapping temperature is 70 ° C.
  • the COP of the heating system 1 according to the first embodiment is better than the COPs of the other methods (1) and (2) of the same hot water temperature, (6 ),
  • the COP of the heating system 1 according to the first embodiment is better than the COPs of the other methods (4) and (5) with the same hot water temperature.
  • FIG. 3 shows a heating system 1A according to a second embodiment of the present invention.
  • This heating system 1A is a second system for supplying cold water to the heating system 1 according to the first embodiment shown in FIG.
  • a second water pipe 5 which is an example of the water circuit of the first refrigeration cycle, and the first evaporator 2f of the first refrigeration cycle which is the preceding stage refrigeration cycle is replaced with a third water-refrigerant heat exchanger 6,
  • the main feature is that the second evaporator 3L5 of the second refrigeration cycle 3 which is the latter-stage refrigeration cycle is replaced with a fourth water-refrigerant heat exchanger 7.
  • the third water-refrigerant heat exchanger 6 can exchange heat with the third refrigerant-side flow path 6a through which the two-phase refrigerant of the first refrigeration cycle 2 passes and the third refrigerant-side flow path 6a. It is comprised in the evaporator which comprises the arrange
  • the fourth water-refrigerant heat exchanger 7 can communicate with the refrigerant pipe 3L6 connecting the low temperature side expansion valve 3L3 of the low temperature side refrigeration circuit 3L and the low temperature side four-way valve 3L2 in the second refrigeration cycle 3.
  • a fourth refrigerant side flow path 7a is provided, and a fourth water side flow path 7b arranged to be able to exchange heat with the fourth refrigerant side flow path 7a.
  • the second water pipe 5 is connected to the third water-side channel 6 b of the third water-refrigerant heat exchanger 6 and the fourth water-side channel 7 b of the fourth water-refrigerant heat exchanger 7.
  • the water supply pump 6p is connected in series so as to pass water in this order, and supplies water from the third water-side channel 6b side to the fourth water-side channel 7b.
  • the third and fourth refrigerant side flow paths of the third and fourth water-refrigerant heat exchangers 6 and 7 in the front stage are operated.
  • the two-phase refrigerant flowing into 6a and 7a evaporates by taking heat from the water flowing in the water-side flow paths 6b and 7b of the water-refrigerant heat exchangers 6 and 7, respectively.
  • the water sequentially passing through the third and fourth water-side flow paths 6b and 7b of the third and fourth water-refrigerant heat exchangers 6 and 7 in this order is cooled in two stages. Then, water is supplied from the fourth water pipe 5 as cold water having a required temperature.
  • FIG. 4 is a T (temperature) -h (enthalpy) diagram of the heating system 1A.
  • the third water-refrigerant heat exchanger 6 side of the first refrigeration cycle 2 shown in FIG. For example, 17 ° C. water is supplied from the inlet, and this water is cooled to, for example, 12 ° C., and then supplied to the fourth water-refrigerant heat exchanger 7 at the subsequent stage, where it is cooled to, for example, 7 ° C. And send it to the cold water load. Note that the refrigerant and water are counterflowed.
  • the COP on the heating operation side was 4.47
  • the COP on the cooling operation side was 3.47
  • the total COP was 7.94.
  • FIG. 5 shows that in the heating system 1A shown in FIG. 3, the water supply direction of the second water pipe 5 is opposite to that in FIG.
  • FIG. 2 is a Th diagram when the refrigeration cycle 2 side of 1 is used.
  • the refrigerant and the water are also opposed to each other.
  • the COP on the heating operation side is 4.43
  • the COP on the cooling operation side is 3.43
  • the total COP is 7.86, which is slightly worse than the water supply direction shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a heating system 1B according to a third embodiment of the present invention.
  • This heating system 1B is different from the heating system 1 according to the first embodiment shown in FIG.
  • a third refrigeration cycle 8 composed of a single refrigeration cycle
  • a fourth refrigeration cycle 9 composed of a dual refrigeration cycle is added as a rear-stage refrigeration cycle. That is, a plurality of front-stage side refrigeration cycles and rear-stage side refrigeration cycles are provided.
  • the third refrigeration cycle 8 is constituted by a unitary refrigeration cycle substantially the same as the first refrigeration cycle 2 described above.
  • the first water-refrigerant heat exchanger 2a is provided with a third refrigerant-side flow path 2a3 so that the first refrigeration cycle 2 and the first refrigeration cycle 8 of the first refrigeration cycle 8 are provided.
  • a water-refrigerant heat exchanger is integrally formed. Note that the first water-refrigerant heat exchangers of the first refrigeration cycle 2 and the third refrigeration cycle 8 do not necessarily have to be integrally formed, and the first water pipe 4 which is the first water circuit is not formed. Need only be connected in parallel.
  • the third refrigeration cycle 8 includes a compressor 8a, a four-way valve 8b, a third evaporator 8d equipped with a blower fan 8c, an expansion valve 8e, and the third refrigerant side channel 2a3 via a refrigerant pipe 8f. It is configured to communicate.
  • the fourth refrigeration cycle 9 is constituted by a binary refrigeration cycle substantially similar to the second refrigeration cycle 3, and is connected to the low temperature side refrigeration circuit 9L via the second cascade heat exchanger 9K.
  • the circuit 9H is thermally connected.
  • the second water-refrigerant heat exchanger 3a is provided with a refrigerant-side flow path 3a3, so that the second water-refrigerant of the second refrigeration cycle 3 and the fourth refrigeration cycle 9 which are the latter-stage refrigeration cycles.
  • the heat exchanger is integrally formed. Note that the second water-refrigerant heat exchangers of the second refrigeration cycle 3 and the fourth refrigeration cycle 9 do not necessarily have to be formed integrally, but are connected to the first water pipe 4 that is the first water circuit. Need only be connected in parallel.
  • the low temperature side refrigeration circuit 9L is configured in substantially the same manner as the low temperature side refrigeration circuit 3L of the second refrigeration cycle 3. That is, the low temperature side refrigeration circuit 9L includes a low temperature side compressor 9L1, a low temperature side four-way valve 9L2, a fourth evaporator 9L4 including a blower fan 9L3, a low temperature side expansion valve 9L5, and the second cascade heat exchanger 9K.
  • the low-temperature side refrigerant flow path 9Ka is sequentially communicated via a refrigerant pipe 9L6, and is configured as a refrigeration cycle that circulates, for example, R410A refrigerant.
  • the high temperature side refrigeration circuit 9H is configured in substantially the same manner as the high temperature side refrigeration circuit 3H of the second refrigeration cycle 3. That is, the high temperature side refrigeration circuit 9H includes the high temperature side compressor 9H1, the high temperature side four-way valve 9H2, the high temperature side refrigerant flow path 9Kb of the second cascade heat exchanger 9K, the high temperature side expansion valve 9H3, and the second water-refrigerant heat.
  • the refrigerant side flow path 3a3 of the exchanger 3a is sequentially communicated via a refrigerant pipe 9H4, and is configured as a refrigeration cycle that circulates, for example, R134a refrigerant.
  • the first water pipe 4 is connected in series to the first and second water-side flow paths 2a1, 3a1 of the first and second water-refrigerant heat exchangers 2a, 3a.
  • the water passing through the first water pipe 4 flows in the first water-side flow path 2a1 of the first water-refrigerant heat exchanger 2a in the first and third refrigeration cycles 2 and 8 in the preceding stage.
  • the two refrigerant side channels 2a2 and 2a3 are heated twice due to heat radiation. Therefore, the amount of hot water can be increased.
  • the two refrigerant-side channels 3a2, 3a3 It is heated twice due to heat radiation and can be heated to a required hot water temperature (for example, 60 ° C. or 70 ° C.).
  • this heating system 1B the water supply is heated by the two refrigerant-side flow paths 2a2 and 2a3, 3a2 and 3a3 in the two stages of the front stage and the rear stage, respectively.
  • the amount of hot water can be increased as compared with the case where the water is heated by the side passages 2a2 and 3a2.
  • the water-refrigerant heat exchanger 2a of the first refrigeration cycle 2 and the third refrigeration cycle 8 is integrally formed, and the water-refrigerant heat exchanger 3a of the second refrigeration cycle 3 and the fourth refrigeration cycle 9 is formed.
  • the entire heating system can be reduced in size and cost.
  • FIG. 7 shows a heating system 1C according to a fourth embodiment of the present invention.
  • This heating system 1C is a third system for supplying cold water to the heating system 1B according to the third embodiment shown in FIG.
  • a fifth water-refrigerant heat exchanger in which the water pipe 10 is provided and the first and third evaporators 2f and 8d of the first and third refrigeration cycles 2 and 8 on the front stage side are integrally formed. 11, and the second and fourth evaporators 3L5 and 9L4 of the second and fourth refrigeration cycles 3 and 9 on the rear stage side are integrated with a sixth water-refrigerant heat exchanger which is integrally formed. It is characterized in that it is replaced with 12.
  • the fifth water-refrigerant heat exchanger 11 includes the second front-stage refrigerant-side flow path 11a that passes the two-phase refrigerant of the first refrigeration cycle 2 on the front-stage side and the two-phase of the third refrigeration cycle 8.
  • the third front-stage refrigerant-side flow path 11b through which the refrigerant passes and the third front-stage water-side flow path 11c are integrally provided so as to be able to exchange heat.
  • the sixth water-refrigerant heat exchanger 12 includes a sixth rear-stage refrigerant-side flow path 12a that passes the two-phase refrigerant of the second-stage refrigeration cycle 3 on the rear-stage side, and a two-phase of the fourth refrigeration cycle 9.
  • the sixth rear-stage refrigerant-side flow path 12b through which the refrigerant passes and the third rear-stage water-side flow path 12c are integrally provided so as to be able to exchange heat.
  • the 3rd water piping 10 is connected in series so that this front stage water side flow path 11c and the back
  • both hot water (hot water) and cold water can be generated and supplied.
  • cold water is cooled stepwise by the first and third refrigeration cycles 2 and 8 in the front stage and the second and fourth refrigeration cycles 3 and 9 in the rear stage. Therefore, the supply amount of cold water can be increased.
  • the fifth water-refrigerant heat exchanger 11 of the first refrigeration cycle 2 and the third refrigeration cycle 8 is integrally formed, and the sixth water of the second refrigeration cycle 3 and the fourth refrigeration cycle 9 is formed. -Since the refrigerant heat exchanger 12 is integrally formed, the entire heating system can be reduced in size and cost.
  • FIG. 8 shows a heating system 1D according to a fifth embodiment of the present invention.
  • This heating system 1D is a binary system that is a rear-stage refrigeration cycle of the heating system 1A according to the first embodiment shown in FIG. It is characterized in that the second refrigeration cycle 3 composed of the refrigeration cycle is replaced with a fifth refrigeration cycle 13 composed of a two-stage compression two-stage expansion refrigeration cycle.
  • an upper upper compression circuit 14 and a lower lower compression circuit 15 in FIG. 8 are coupled by a gas-liquid separator 16, and a refrigerant (for example, R 134 a) is supplied to the lower compression circuit 15. It is characterized by two-stage compression that is compressed in two stages by the lower compressor 15a and the upper compressor 14a of the upper compression circuit 14, and two-stage expansion that is expanded by the upper and lower two-stage expansion valves 14b and 15b.
  • a refrigerant for example, R 134 a
  • the upper stage compression circuit 14 separates the upper stage compressor 14a, the seventh refrigerant side flow path 17a of the seventh water-refrigerant heat exchanger 17, the upper stage expansion valve 14b, and the introduced refrigerant into a gas phase and a liquid phase.
  • the gas-liquid separator 16 is sequentially communicated via the upper refrigerant pipe 14c.
  • the seventh water-refrigerant heat exchanger 17 has a seventh water-side flow path 17 b interposed in the middle of the first water pipe 4.
  • the lower stage compression circuit 15 sequentially communicates a lower stage compressor 15a, a gas-liquid separator 16, a lower stage expansion valve 15b, and a fifth evaporator 15d including a blower fan 15c via a lower stage refrigerant pipe 15e. Yes.
  • the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant compressed by the lower compressor 15a flows into the gas-liquid separator 16, and the liquid refrigerant stored therein is evaporated to become a saturated gas refrigerant.
  • the remaining liquid-phase liquid refrigerant flows toward the lower expansion valve 15b, while the gas-phase gas refrigerant is sucked into the upper-stage compressor 14a, where it is further compressed.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed by the upper compressor 14a flows into the seventh refrigerant-side channel 17a of the seventh water-refrigerant heat exchanger 17, and passes through the seventh water-side channel 17b. Heat is exchanged with water for heating, and the refrigerant itself condenses and liquefies.
  • This liquid refrigerant flows into the gas-liquid separator 16 after being decompressed by the upper stage expansion valve 14b.
  • the liquid refrigerant separated by the gas-liquid separator 16 is evaporated to a high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant compressed by the lower compressor 15a to become a saturated gas refrigerant, and the remaining liquid refrigerant is decompressed by the lower expansion valve 15b. Then, the gas refrigerant that has flowed into the lower fifth evaporator 15d and evaporated and vaporized therein is sucked into the lower compressor 15a, where it is compressed again, and the following is repeated.
  • the refrigerant for example, R134a
  • the refrigerant for example, R134a
  • the compressors 14a and 15a are compressed in two stages by the upper and lower two-stage compressors 14a and 15a, so that the compression ratio of each of the compressors 14a and 15a is reduced and compressed.
  • Efficiency improves and COP (coefficient of performance) improves.
  • FIG. 2, (7) shows the COP and hot water temperature of the heating system 1D according to the fifth embodiment.
  • the rear-stage refrigeration cycle is configured by a two-stage compression and two-stage expansion refrigeration cycle.
  • the present invention is not limited to this, and other two-stage compression systems such as a two-stage compression system are used. It may be a compression single-stage expansion refrigeration cycle.
  • the heating systems 1 and 1A to 1D according to the first to fifth embodiments can increase the temperature of the hot water or increase the amount of hot water and improve the COP.
  • the present invention is not limited to this. Any medium that can exchange heat, such as brine, may be used.
  • the first to seventh refrigerant side flow paths 2a2, 3a2, 6a, 7a of the first to seventh water-refrigerant heat exchangers 2a, 3a, 6, 7, 11, 12, 17 are used.
  • 11a, 11b, 12a, 12b, 17a and the water flowing through the first to seventh water-side flow paths 2a1, 3a1, 6b, 7b, 11c, 12c, 17b are in opposite directions, that is, Because of the counter flow, the heat exchange efficiency of the first to seventh water-refrigerant heat exchangers 2a, 3a, 6, 7, 11, 12, 17a can be improved.
  • the four-way valves 2c, 3H2, 3L2, 8b, 9H2, and 9L2 are provided, so that the defrosting operation is switched by the refrigerant flow path switching operation of these four-way valves 2c to 9L2.
  • the first to fifth evaporators 2f, 3L5, 8d, 9L4, and 15d can be defrosted.
  • the embodiments of the present invention (sixth embodiment to thirteenth embodiment) described below with reference to FIGS. 9 to 17 particularly heat the heat medium stepwise by a plurality of refrigeration cycles.
  • This is a heating system that makes it possible to improve the coefficient of performance (COP) when performing the additional cooking operation with the heating system.
  • COP coefficient of performance
  • symbol is attached
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an overall configuration of a heating system 101 according to the sixth embodiment.
  • the heating system 101 includes a first refrigeration cycle 102 on the upstream side, a second refrigeration cycle 103 on the downstream side located on the most downstream side in the water supply direction, and the first and second refrigeration cycles 102. , 103 of the first and second water-refrigerant heat exchangers 102a and 103a in this order, a water supply pipe 104 which is an example of a water pipe through which water is an example of a heat medium, and a second refrigeration cycle 103 on the rear stage side.
  • a hot water storage tank 105 for storing hot water from the hot water and a hot water pipe 106 for forming an additional cooking channel for allowing hot water (hot water) to flow in order to reheat hot water (hot water) in the hot water storage tank 105 are provided.
  • the first refrigeration cycle 102 on the upstream side is an example of a compressor 102b, a four-way valve 102c, a first refrigerant side flow path 102a2 of a first water-refrigerant heat exchanger 102a having a condenser function, and an expansion device.
  • An evaporator 102f that receives heat from an expansion valve 102d and a blower fan 102e and exchanges heat is sequentially communicated through a refrigerant pipe 102g to circulate the refrigerant.
  • R410A generally used in air conditioners and water heaters is used.
  • the first water-refrigerant heat exchanger 102a is integrally provided with a first refrigerant-side channel 102a2 and a first water-side channel 102a1 that can exchange heat with the first refrigerant-side channel 102a2.
  • the second refrigeration cycle 103 on the rear stage side includes a compressor 102b, a four-way valve 103c, a second refrigerant-side flow path 103a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a having a condenser function, an expansion valve 103d, and an air blower.
  • the evaporator 103f that receives heat from the fan 103e and exchanges heat is sequentially communicated by the refrigerant pipe 103g to circulate the refrigerant (for example, R410A).
  • the second water-refrigerant heat exchanger 103a is integrally provided with a second refrigerant side channel 103a2 and a second water side channel 103a1 that can exchange heat with the second refrigerant side channel 103a2.
  • the water supply pipe 104 is provided with a water supply pump 107 upstream of the first water-refrigerant heat exchanger 102a in the direction of water flow, so that the first water-side flow of the first water-refrigerant heat exchanger 102a is provided.
  • the channel 102a1 and the second water-side channel 103a1 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a are connected in series, and the first water-side channel 102a1 to the second water-side channel 103a1.
  • the heat medium for example, water at 10 ° C. is supplied to the hot water storage tank 105 side by the water supply pump 7.
  • the water supply pipe 104 has a three-way valve 108 interposed between the first water-refrigerant heat exchanger 102a at the front stage and the second water-refrigerant heat exchanger 103a at the rear stage.
  • the three-way valve 108 is constituted by, for example, an electric valve, and includes an upstream water supply passage 108b that communicates with the first refrigeration cycle 102 side of the water supply pipe 104, a downstream water supply passage 108c that communicates with the upstream water supply passage 108b, and an additional water supply passage 108b.
  • the cooking water supply channel 108a can be communicated and opened and closed.
  • the hot water storage tank 105 is connected to the upper end thereof so that the downstream end of the water supply pipe 104 in the water supply direction can communicate with it, while the lower end of the hot water storage tank 105, for example, the bottom, is connected to one end (upstream end) of the hot water tank 106. ) Are connected to communicate.
  • the other end (downstream end) of the additional cooking water pipe 106 is connected to the inlet of the additional cooking water supply channel 108a in one direction of the three-way valve 108.
  • an additional cooking circulation pump 109 which is an example of a circulation pump that supplies water to the three-way valve 108, is interposed in the middle of the additional cooking water pipe 106.
  • the hot water storage tank 105 has a hot water supply pipe 111 for supplying hot water stored therein to the hot water supply load 110.
  • a hot water supply pump 112 is interposed in the middle of the hot water supply pipe 111.
  • a controller 113 such as an MCU (micro control unit) is connected to the three-way valve 108 via a signal line indicated by a broken line in the figure.
  • the controller 113 is composed of, for example, a microprocessor, and includes a ROM that stores a control program, a CPU that sequentially reads and executes control program instructions from the ROM, and a RAM that forms a data storage area when the read is executed.
  • the controller 113 is connected to the operation panel (not shown), the compressors 102b and 103b, the four-way valves 102c and 103c, the expansion valves 102d and 103d, and the blower fans 102e and 103e of the first and second refrigeration cycles 102 and 103.
  • controller 113 is connected to the water supply pump 107, the hot water supply pump 112, and the additional cooking circulation pump 109 via a signal line (not shown), and controls these drives in accordance with the operation of the operation operation panel.
  • the controller 113 stores a control program for controlling the normal operation (water heating operation) and the additional cooking operation of the heating system 101 in the ROM, and controls these operations.
  • the normal operation means that both the first and second refrigeration cycles 102 and 103 are operated, and water (for example, 10 ° C.) in the water supply pipe 104 is added in two stages by the first and second refrigeration cycles 102 and 103.
  • This is an operation in which, for example, (hot water) of 70 ° C. is generated, this hot water is supplied into the hot water storage tank 105, and the hot water stored in the hot water storage tank 105 is supplied to a hot water supply load as necessary.
  • the additional cooking operation stops the operation of the first refrigeration cycle 102, operates the second refrigeration cycle 103, and stores, for example, about 60 ° C. hot water in the hot water storage tank 105 by the second refrigeration cycle 103.
  • the controller 113 that receives this operation signal starts the operation of the first and second refrigeration cycles 102 and 103 and the water supply pump 107.
  • the low-temperature and low-pressure gas refrigerant R410A
  • the compressor 102b discharged from the compressor 102b as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and further guided by the four-way valve 102c.
  • it flows into the refrigerant side flow path 102a2 of the first water-refrigerant heat exchanger 102a, where it dissipates heat and heats the water in the first water side flow path 102a1.
  • the refrigerant itself condenses and liquefies.
  • the liquefied high-pressure liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve 102d, flows into the first evaporator 102f in the state of a two-phase refrigerant in which the gas refrigerant and the liquid refrigerant are mixed, evaporates and absorbs heat from the outside air. Vaporize.
  • the vaporized gas refrigerant is guided by the four-way valve 102c and sucked into the compressor 102b, where it is compressed again.
  • the refrigerant circulates through the refrigerant pipe 102g.
  • heat is passed through the first water-side channel 102a1 of the first water-refrigerant heat exchanger 102a by the heat radiation of the first refrigerant-side channel 102a2 of the first water-refrigerant heat exchanger 102a.
  • water at 10 ° C. is heated to 40 ° C., for example.
  • the warmed water is heated as hot water through a water supply pipe 104 and downstream of the second water-refrigerant heat exchanger 103a of the second water-refrigerant heat exchanger 103a downstream of the second refrigeration cycle 103. Pass through.
  • this water flow is heated again (two-stage temperature rise) by the heat radiation of the refrigerant flowing through the second refrigerant side flow path 103a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a, and a predetermined temperature (for example, 70).
  • a predetermined temperature for example, 70.
  • Water is supplied to the hot water storage tank 105 as hot water of [° C.].
  • the refrigerant for example, R41A
  • the compressor 103b is guided by the four-way valve 103c as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant
  • the refrigerant side of the second water-refrigerant heat exchanger 103a It flows into the flow path 103a2 and dissipates heat here.
  • the water (warm water) passing through the second water-side channel 103a1 of the second water-heat exchanger 103a is heated to about 70 ° C., for example.
  • the refrigerant itself that has dissipated heat in the second refrigerant side flow path 103a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a is condensed and liquefied. Further, the liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve 103d and flows into the evaporator 103f, where it evaporates, becomes a gaseous refrigerant, is guided by the four-way valve 103c, and is sucked into the compressor 103b again. Compressed again, repeat below. Thereby, the heated hot water flows into the hot water storage tank 105 and is stored therein. Hot water in the hot water storage tank 105 is appropriately stored in a hot water supply load 110 by a hot water supply pump 112.
  • the controller 113 freezes the first refrigeration. Both operations of the cycle 102 and the feed water pump 107 are stopped. In addition, the controller 113 closes the upstream water supply passage 108b of the three-way valve 108, causes the downstream water supply passage 108c to communicate with the supplementary cooking water supply passage 108a, and operates the supplementary cooking circulation pump 109.
  • the hot water in the hot water storage tank 105 at about 60 ° C. is sucked into the additional cooking water pipe 106 and further boosted by the additional cooking circulation pump 109.
  • the water side flow path of the second water-refrigerant heat exchanger 103a of the second refrigeration cycle 103 on the rear stage side passes through the subsequent stage side of the water supply path 108a for additional cooking, the downstream side water supply path 108c, and the rear side of the water supply pipe 104. Pass through 103a1.
  • the water flow is heated to, for example, about 65 ° C. by the heat radiation of the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant flowing through the refrigerant-side flow path 103a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a. It is returned to the hot water storage tank 105 again. Thereby, the hot water storage temperature in the hot water storage tank 105 is raised to about 65 ° C., for example.
  • the hot water stored in the hot water storage tank 105 can be cooked.
  • this additional cooking operation is not performed by a single refrigeration cycle that is adjusted so as to heat water to hot water at once, but the inlet water temperature is assumed to be a relatively high temperature of about 40-50 ° C.
  • the second water-refrigerant heat exchanger 103a having the adjusted second water-refrigerant heat exchanger 103a is used for additional cooking, so that an increase in high-pressure pressure due to excess refrigerant is suppressed and the compression ratio of the compressor is reduced. And the fall of the coefficient of performance (COP) at the time of the whole additional cooking operation of the heating system 101 can be suppressed.
  • COP coefficient of performance
  • the first refrigeration on the upstream side of the condensation temperature (condensation pressure) of the second water-refrigerant heat exchanger 103a on the downstream side Since the condensation temperature (condensation pressure) of the cycle 102 is lower, the compression ratio of the compressor of the first refrigeration cycle 102 on the first stage side can be reduced, and the COP during the boiling operation can be improved.
  • the heating system 101 ⁇ / b> A according to the seventh embodiment is a three-way valve that is communicably connected to the additional cooking water pipe 106 in the heating system 101 according to the sixth embodiment shown in FIG. 9.
  • the main feature is that 108 is connected to the upstream side of the water supply pump 107 of the first water supply pipe 104a.
  • the hot water stored in the hot water storage tank 105 is sucked into the hot water supply pipe 106 by the water supply pump 7 and sucked into the first water supply pipe 104a via the three-way valve 108, so that water can be supplied to the hot water storage tank 105 side.
  • the additional cooking circulation pump 109 shown can be deleted. For this reason, cost reduction and simplification of a structure can be achieved.
  • the normal operation (boiling operation) of the heating system 101A according to the seventh embodiment is the same as the heating system 101 according to the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the additional cooking operation is executed.
  • the controller 113 closes the upstream water supply passage 10b of the three-way valve 108, makes the downstream supply water passage 108c communicate with the additional cooking water supply passage 108a, and operates the water supply pump 107.
  • the first refrigeration cycle 102 ⁇ is not operated, and only the second refrigeration cycle 103 is operated.
  • hot water in the hot water storage tank 105 at about 60 ° C. is sucked into the additional cooking water pipe 106 and further boosted by the water supply pump 7, and then the additional cooking water supply passage 108 a of the three-way valve 108 and the downstream side water supply are supplied.
  • the water is introduced into the water-side channel 102a1 of the first water-refrigerant heat exchanger 102a of the first refrigeration cycle on the front stage side.
  • the first refrigeration cycle 102 since the first refrigeration cycle 102 is not operated, it is not heated in the water-side flow path 102a1 of the first water-refrigerant heat exchanger 102a.
  • the water in the water channel 102a1 is further fed to the water channel 103a1 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a in the second refrigeration cycle 103 on the rear stage side.
  • the water is heated to, for example, about 65 ° C. by the heat radiation of the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant flowing through the refrigerant-side flow path 103a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a. It is returned to the hot water storage tank 105. Thereby, the hot water storage temperature in the hot water storage tank 105 is raised to about 65 ° C., for example.
  • the hot water stored in the hot water storage tank 105 can be cooked.
  • the heating system 101B according to the eighth embodiment includes the second refrigeration cycle 103 on the rear stage according to the seventh embodiment as a multi-component, for example, a two-way refrigeration cycle 103X. It has the main features in this point.
  • This two-stage refrigeration cycle 103X is thermally connected to a high temperature side refrigeration circuit 103H on the upper stage side in FIG. 12 via a first cascade heat exchanger 103K on the lower temperature side refrigeration circuit 103L in FIG. It is constituted by.
  • the high temperature side refrigeration circuit 103H includes a high temperature side compressor 103H1, a high temperature side four-way valve 103H2, a refrigerant side flow path 103a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a having a condenser function, a high temperature side expansion valve 103H3, and a first side.
  • the refrigeration cycle is configured such that the high-temperature side refrigerant flow path 103Ka of the cascade heat exchanger 103K is sequentially connected by the high-temperature side refrigerant pipe 103H4 to circulate the refrigerant (for example, R134a).
  • the low temperature side refrigeration circuit 103L receives air from the low temperature side compressor 103L1, the low temperature side four-way valve 103L2, the low temperature side refrigerant flow path 103Kb of the first cascade heat exchanger 103K, the low temperature side expansion valve 103L3, and the blower fan 103L4.
  • the second evaporator 103L5 that exchanges heat is connected so as to be sequentially communicated by a low-temperature side refrigerant pipe 103L6 to constitute a refrigeration cycle that circulates the refrigerant.
  • the first cascade heat exchanger 103K is integrally provided with a high temperature side refrigerant channel 103Ka and a low temperature side refrigerant channel 103Kb.
  • R410A is used as the refrigerant of the low temperature side refrigerant circuit 103L.
  • the refrigerant R134a used in the high temperature side refrigeration circuit 103H is about 37 ° C. hotter than R410A at a pressure equivalent to R410A (eg, 3 MPa). For this reason, it is possible to form a high-temperature cycle by applying parts of an existing refrigeration cycle apparatus.
  • the low-temperature and low-pressure gas refrigerant (R410A) is compressed by the compressor 102b, discharged from the compressor 102b as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and guided by the four-way valve 102c.
  • the refrigerant flows into the refrigerant side flow path 102a2 of the first water-refrigerant heat exchanger 102a, where it dissipates heat and heats the water flow through the first water side flow path 102a1, while the refrigerant itself condenses. To liquefy.
  • the liquefied high-pressure liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve 102d and flows into the first evaporator 102f in a low-pressure gas-liquid two-phase state, where it evaporates and absorbs heat from the outside air to be vaporized.
  • This gas refrigerant is guided by the four-way valve 102c and sucked into the compressor 102b, where it is compressed again.
  • the refrigerant circulates through the refrigerant pipe 102g.
  • the first water-refrigerant heat exchanger 102a passes through the first water-side flow path 102a1 of the first water-refrigerant heat exchanger 102a by heat radiation of the first refrigerant-side flow path 102a2.
  • 10 ° C. water supply is heated to 40 ° C., for example.
  • the warmed water is heated as hot water through a water supply pipe 104 and downstream of the second water-refrigerant heat exchanger 103a of the second water-refrigerant heat exchanger 103a downstream of the second refrigeration cycle 103. Pass through.
  • this water is heated again by the heat radiation of the second refrigerant side flow path 103a1 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a, and is discharged into the hot water storage tank 195 as hot water having a predetermined temperature. Further, the hot water in the hot water storage tank 105 is sent to the hot water supply load 110 side by the hot water supply pump 112.
  • the water (hot water) flowing through the second water-side flow path 103a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a is heated by the high-temperature side refrigeration circuit 103H.
  • the refrigerant (for example, R410A) compressed by the low temperature side compressor 103L1 is guided by the low temperature side four-way valve 103L2 as a high temperature and high pressure gas refrigerant, and the first cascade heat exchanger 3K It flows into the low temperature side refrigerant flow path 103Kb and dissipates heat here.
  • the refrigerant (for example, R134a) circulating through the high temperature side refrigeration circuit 103H flowing through the high temperature side refrigerant flow path 103Ka in the first cascade heat exchanger 103K is heated to an intermediate temperature (for example, 40 ° C.).
  • the low-temperature side refrigerant dissipated in the low-temperature side refrigerant flow path 103Kb of the first cascade heat exchanger 103K is condensed and liquefied.
  • This liquid refrigerant is decompressed by the expansion valve 103L3, evaporated and vaporized by the second evaporator 103L5, absorbed from the outside air to become a gas refrigerant, guided by the four-way valve 103L2, and sucked into the low-temperature side compressor 103L1.
  • it is compressed again, and the same operation is repeated thereafter.
  • the refrigerant (for example, R134a) compressed by the high temperature side compressor 103H1 is guided by the high temperature side four-way valve 103H2 as a high temperature and high pressure gas refrigerant, and the second water-refrigerant heat exchanger 103a. It flows into the high temperature side refrigerant flow path 103a2 and dissipates heat here. Thereby, the water (warm water) flowing through the second water-side channel 103a1 of the second water-heat exchanger 103a is heated to about 60 ° C., for example.
  • the refrigerant dissipated heat in the high temperature side refrigerant flow path 103a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a is condensed and liquefied. Further, the liquid refrigerant is decompressed by the high temperature side expansion valve 103H3 and flows into the high temperature side refrigerant flow path 103Ka of the first cascade heat exchanger 103K. Here, as described above, the first cascade heat exchange is performed.
  • the refrigerant is heated and evaporated by the low-temperature side refrigerant (R410A) flowing through the low-temperature side refrigerant flow path 103Kb of the vessel 103K, and is guided by the high-temperature side four-way valve 103H3 as a gaseous refrigerant at an intermediate temperature (for example, 40 ° C.). It is sucked into the machine 103H1 and compressed again, and thereafter the same operation is repeated.
  • R410A low-temperature side refrigerant
  • an intermediate temperature for example, 40 ° C.
  • the heating system 101B configured as described above heats water supplied to the water supply pipe 104, for example, at 10 ° C. in stages by the first and second water-refrigerant heat exchangers 102a and 103a.
  • the heat exchange efficiency can be improved as compared with the case of heating with a single water-refrigerant heat exchanger.
  • the additional cooking operation in the heating system 101B according to the eighth embodiment is the same as the heating system 101B according to the seventh embodiment. That is, when the additional cooking operation is selected, the controller 113 closes the upstream water supply passage 108b of the three-way valve 108, and makes the additional cooking water supply passage 108a communicate with the downstream water supply passage 108c and the water supply pump 107. Drive.
  • the first refrigeration cycle 102 is not operated, and only the second refrigeration cycle 103 is operated.
  • hot water in the hot water storage tank 105 at about 60 ° C. is sucked into the additional water pipe 106 and further boosted by the water supply pump 107, and then the additional water supply path 108 a of the three-way valve 108 and the downstream side water supply are supplied.
  • Path 108c the water-side flow path 102a1 of the first water-refrigerant heat exchanger 102a of the first refrigeration cycle on the front stage side, and the second water-refrigerant heat exchanger 103a of the second refrigeration cycle 103 on the rear stage side.
  • the water side channel 103a1 is guided in this order.
  • the first refrigeration cycle 102 is not operated, the first refrigeration cycle 102 is heated only by the water-side flow path 103a1 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a of the second refrigeration cycle 103 on the rear stage side.
  • the three-way valve 108 may be interposed between the first refrigeration cycle 102 and the second refrigeration cycle 103 of the water supply pipe 104 as in the heating system 101 according to the sixth embodiment shown in FIG. 9. Good.
  • the heating system 101 ⁇ / b> C adds a third refrigeration cycle 114 on the upstream side of the heating system 101 ⁇ / b> B of the eighth embodiment shown in FIG. 12.
  • the main feature is that a fourth refrigeration cycle 115 of the dual refrigeration cycle 103x is added to the rear stage side.
  • the third refrigeration cycle 114 is a unitary refrigeration cycle that is substantially the same as the first refrigeration cycle 102, and a third refrigerant side channel 102a3 is connected to the first water-refrigerant heat exchanger 102a. Provided.
  • the third refrigeration cycle 114 includes a compressor 114a, a four-way valve 114b, a third evaporator 114d equipped with a blower fan 114c, an expansion valve 114e, and the third refrigerant side channel 102a3, and a refrigerant pipe 114f. And are connected so as to communicate with each other.
  • the fourth refrigeration cycle 115 is configured by a binary refrigeration cycle 103X in substantially the same manner as the second refrigeration cycle 103.
  • the fourth refrigeration cycle 115 is connected to the low temperature side refrigeration circuit 115L via the second cascade heat exchanger 115K.
  • the refrigeration circuit 115H is thermally connected.
  • the low temperature side refrigeration circuit 115L is configured in substantially the same manner as the low temperature side refrigeration circuit 103L of the second refrigeration cycle 103. That is, the low temperature side refrigeration circuit 115L includes a low temperature side compressor 115L1, a low temperature side four-way valve 115L2, a fourth evaporator 115L4 including a blower fan 115L3, a low temperature side expansion valve 115L5, and the second cascade heat exchanger 115K.
  • the low-temperature side refrigerant flow path 115Ka is connected so as to be sequentially communicated via the refrigerant pipe 115L6, and is configured as a refrigeration cycle for circulating the refrigerant of R410A, for example.
  • the high temperature side refrigeration circuit 115H is configured in substantially the same manner as the high temperature side refrigeration circuit 103H of the second refrigeration cycle 103. That is, the high temperature side refrigeration circuit 115H includes the high temperature side compressor 115H1, the high temperature side four-way valve 115H2, the high temperature side refrigerant flow path 115Kb of the second cascade heat exchanger 115K, the high temperature side expansion valve 115H3, and the second water-refrigerant heat.
  • the high temperature side refrigerant flow path 103a3 of the exchanger 103a is connected so as to be sequentially communicated via a refrigerant pipe 115H4, and is configured as a refrigeration cycle for circulating the refrigerant of R134a, for example.
  • the water supply pipe 104 is connected in series to the first and second water-side flow paths 102a1 and 103a1 of the first and second water-refrigerant heat exchangers 102a and 103a.
  • the water flowing through the water supply pipe 104 passes through the first water-side channel 102a1 of the first water-refrigerant heat exchanger 102a in the first and third refrigeration cycles 102 and 114 in the preceding stage.
  • the two refrigerant side flow paths 102a2 and 102a3 are heated twice due to heat radiation.
  • the two refrigerant-side channels 103a2 it is heated twice by the heat radiation of 103a3 and can be heated to a required hot water temperature (for example, 60 ° C. or 70 ° C.).
  • the water supply is heated by the two refrigerant-side flow paths 102a2 and 102a3 and 103a2 and 103a3 in the two stages of the front stage and the rear stage, respectively.
  • the amount of tapping water can be increased as compared with the case where water is heated by the side flow paths 102a2 and 103a2.
  • the water-refrigerant heat exchangers of the first and third refrigeration cycles 102 and 114 on the front stage side are integrally formed
  • the water-refrigerant heat exchangers of the second and fourth refrigeration cycles 103 and 115 on the rear stage side are integrally formed.
  • the three-way valve 108 may be interposed between the first refrigeration cycle 102 and the second refrigeration cycle 103 of the water supply pipe 104 as in the heating system 101 according to the sixth embodiment shown in FIG. Good.
  • the heating system 101D includes a plurality of, for example, four cascade refrigeration cycle units 116a, 116b, 116c, and 116d.
  • Each of the cascade refrigeration cycle units 116a to 116d includes a plurality of, for example, two refrigeration cycles 102 and 103, or four refrigeration cycles 102, 103, 114, and 115, as shown in FIGS. It is a unit connected so that water is circulated in series in the water-side flow path of the refrigerant heat exchanger and water is heated stepwise.
  • cascade refrigeration cycle units 116a to 116d have their respective feed water inlet side ends, that is, the first water-refrigerant heat exchanger 102a of the first refrigeration cycle 102 shown in FIGS. 9 and 11 to 13.
  • the water supply inlet end of the first water-side channel 102a1 is connected to each branch pipe 117a, 117b, 117c, 117d of the water supply upstream collecting pipe 117 which is, for example, a four-way water supply pipe.
  • This water supply upstream side collecting pipe 117 has its main pipe 117e connected to the downstream side water supply path 108c of the three-way valve 108 via the water supply pump 107.
  • the supply water (warm water) outlet side end portions of the cascade refrigeration cycle units 116a to 116d that is, the first water side flow path 103a1 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a of the first refrigeration cycle 103 are provided.
  • the branch pipes 118a, 118b, 118c, and 118d of the downstream collecting pipe 118 that is, for example, a four-forked hot water pipe are connected to the hot water outlet end.
  • on-off valves 119a, 119b, 119c, and 119d made of electric valves or electromagnetic valves are interposed.
  • the main pipe 118e of the downstream collecting pipe 118 is connected to the hot water inlet of the hot water storage tank 105.
  • a lower bottom portion of the hot water storage tank 105 is connected to a supplementary cooking water supply passage 108 a of the three-way valve 108 via a supplementary cooking water pipe 106 so as to be able to communicate therewith.
  • the hot water storage tank 105 is connected to a hot water supply load 110 via a hot water supply pipe 111 having a hot water supply pump 112.
  • the controller 113 is configured to perform a normal operation (boiling operation) and a supplementary cooking operation as in the sixth embodiment. Further, the controller 113 can selectively operate or stop the operation of the plurality of cascade refrigeration cycle units 116a to 116d in accordance with the operation of an operation panel (not shown).
  • the controller 113 controls the opening / closing of the on-off valves 119a to 119d connected to the cascade refrigeration cycle units 116a to 116d, respectively, according to the operating state of the cascade refrigeration cycle units 116a to 116d. That is, the controller 113 opens the on-off valves 119a to 119d connected to the cascade refrigeration cycle units 116a to 116d to be operated, while the on-off valve 119a connected to the cascade refrigeration cycle units 116a to 116d to be stopped. ⁇ 119d is closed.
  • a plurality of cascade refrigeration cycle units 116a to 116d can be selectively operated, so that the amount of hot water discharged from the cascade refrigeration cycle units 116a to 116d can be increased or decreased by increasing or decreasing the number of the operated units. Can be easily increased or decreased.
  • the heating system 101E according to the eleventh embodiment is configured so that each cascade refrigeration cycle unit 116a to 116d in the heating system 101D according to the tenth embodiment shown in FIG.
  • the main feature is that the cycle units 120a, 120b, 120c, and 120d are replaced, and the on-off valves 119a to 119d are replaced with individual check valves 122a, 122b, 122c, and 122d.
  • one water supply pump 107 is interposed in the main pipe 117e of the water supply upstream side collecting pipe 117, and is shared by a plurality of cascade refrigeration cycle units 116a to 116d.
  • individual feed water pumps 121a, 121b, 121c, and 121d and individual check valves 122a to 122d are individually provided for the respective second cascade refrigeration cycle units 120a to 120d.
  • the individual water supply pumps 121a to 121d are connected to the water supply pipe 104 upstream of the first water-refrigerant heat exchanger 102a of the first refrigeration cycle 102 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ . Be dressed.
  • the individual check valves 122a to 122d are provided downstream of the second water-refrigerant heat exchanger 103a of the second cascade refrigeration cycle units 1120a to 120d to the water supply pipe 104 in the forward direction in the water supply direction. Intervened.
  • the individual feed water pumps 121a to 121d that are disposed in the operated second cascade refrigeration cycle units 120a to 120d. Only 121d is operated.
  • hot water at a required temperature is discharged into the hot water storage tank 105 only from the second cascade refrigeration cycle units 120a to 120d in operation.
  • the individual check valves 122a to 122d can prevent the hot water stored in the hot water storage tank 105 from flowing backward from the hot water storage tank 105 to the second cascade refrigeration cycle units 120a to 120d.
  • the individual water supply pumps 121a to 121d are provided for the respective second cascade refrigeration cycle units 120a to 120d, the increase and control of the feed water flow rate per unit time for each of the cascade refrigeration cycle units 120a to 120d are intended. As a result, the amount of hot water discharged per unit time can be increased and controlled.
  • the heating system 101F As shown in FIG. 16, the heating system 101F according to the eighth embodiment is provided with a plurality of the water supply pipes 104, for example, first and second water supply pipes 104a and 104b, and these first and second water supply pipes.
  • a feature is that a pair of refrigeration cycle units 123 and 124 are respectively provided upstream and downstream of 104a and 104b in the upstream and downstream stages, respectively.
  • the front and rear pair of refrigeration cycle units 123 and 124 are configured as a unit by integrating, for example, the first refrigeration cycle 102 and the third refrigeration cycle 114 shown in FIG. For this reason, in FIG. 16, the same or corresponding parts as those in the embodiment shown in FIG.
  • the front-stage refrigeration cycle unit 123 is disposed upstream of the first and second water supply pipes 104a and 104b, that is, the front stage, and the rear-stage refrigeration cycle unit 124 includes first and second water supply pipes 104a, It is arranged downstream of 104b, that is, downstream.
  • the pair of refrigeration cycle units 123 and 124 in the front and rear stages are configured in a cascade refrigeration cycle in which water is heated stepwise by the front and rear refrigeration cycles for each of the first and second water supply pipes 104a and 104b. Has been.
  • reference numeral 125 denotes an on-off valve made up of an electric valve or an electromagnetic valve.
  • this heating system 101F two first and second water supply pipes 104a and 104b and two pairs of refrigeration cycle units 123 and 124 in the front and rear stages are provided, and a total of eight refrigeration cycles are provided. Therefore, it is possible to increase the feed water flow rate and the feed water heating (heat) amount accordingly. For this reason, the further increase in the amount of hot water per unit time can be aimed at.
  • the heating system 101G according to the thirteenth embodiment is different from the heating system 101 according to the sixth embodiment shown in FIG. 9 in that the three-way valve 108 is replaced with a flow path switching device 126. There are features.
  • the flow path switching device 126 is on the downstream side of the additional cooking circulation pump 109 of the additional cooking water pipe 106 and in the vicinity of the connection portion 127 where the additional cooking water pipe 106 is connected to the water supply pipe 104.
  • a first two-way valve 126a made of is interposed.
  • the flow path switching device 126 is provided with a second two-way valve 126b made of an electromagnetic valve or the like in the vicinity of the upstream side in the water supply direction with respect to the connecting portion 127 where the additional cooking water pipe 106 is connected to the water supply pipe 104. ing.
  • the first and second two-way valves 126a and 126b are electrically connected to the controller 113 via a signal line, and are controlled to open and close.
  • the controller 113 operates the first and second refrigeration cycles 102 and 103 and opens the second two-way valve 126b when performing the normal operation of the two-stage heating of the heating system 101G. And closes the first two-way valve 126a.
  • the controller 113 stops the operation of the first refrigeration cycle 102, operates only the second refrigeration cycle 103, and closes the second two-way valve 126b.
  • the first two-way valve 126a is opened, and the additional cooking circulation pump 109 is operated.
  • the hot water in the hot water storage tank 105 is boosted by the additional cooking circulation pump 109 through the additional cooking water pipe 106, and further, the first two-way valve 126 a during the opening of the flow path switching device 126, the water supply pipe
  • the water side flow path 103 a 1 of the second water-refrigerant heat exchanger 103 a of the second refrigeration cycle 103 is passed through a part of the downstream side of 104.
  • the water is heated and reheated by the heat radiation of the refrigerant flowing through the refrigerant side flow path 103a2 of the second water-refrigerant heat exchanger 103a.
  • the flow path switching device 126 may be replaced not only with the sixth embodiment but also with the three-way valve 108 according to the other embodiments.
  • cycle components such as a receiver and an actuator may be added as necessary.
  • the air heat exchanger using air as a heat medium is used for the evaporators such as the first and second evaporators 102f and 103f, the present invention is not limited to this.
  • a water heat exchanger using water or brine as a medium may be used.

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Abstract

　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。

Description

加温システム
　本発明の実施形態は加温システムに関する。
　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）。
　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。
　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。
特開２００７－１９８６９３公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。
　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。
　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。
　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。
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。 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３で示す第２の実施形態のＴ－ｈ線図。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　次に、この加温システム１の作用を説明する。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　次に、この加温システム１０１の作用を説明する。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　次に、この加温システム１０１Ｂの作用を説明する。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　したがって、出湯量を増大させることができる。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。

Claims (7)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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