(57)【要約】【課題】日常生活で使用される温水は、熱回収されることなく排水されている。この温排水から効率的に熱回収を行えば、給湯機で消費されるエネルギーを大幅に低減できる。【解決手段】浴槽内残湯あるいは排水路から温排水を自吸式ポンプで汲み上げて貯槽に貯水し、給湯時に熱交換器へ導き、給湯機への給水を予熱することにより、エネルギー消費量を低減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯機の使用に伴って発生する温排水を排水路から汲み上げるために、あるいは浴槽内残湯を浴槽から汲み上げるために、自吸式ポンプの吸い込み口と排水路あるいは浴槽とを、必要に応じて切換え弁を介して連結配管で接続し、汲み上げた温排水を貯槽に貯水するように設備するとともに、給湯機の給水路に熱回収熱交換器を配置し、前記貯槽から前記熱回収熱交換器へ通水可能な設備を構成し、給湯機の稼働に伴い前記貯槽から前記熱交換器へ温排水を通水して熱回収を行う給湯装置
【請求項２】
全自動ふろ給湯機に組み込まれた自吸式ポンプおよび浴槽と連結された循環パイプを、前記自吸式ポンプおよび前記連結配管として構成されている請求項１に記載の給湯装置
【請求項３】
排水トラップの封水溢出水位と封水最低水位の間に、前記連結配管の端部を接続することにより、排水路から温排水を汲み上げるように構成されている請求項１または２記載の給湯装置
【請求項４】
水平円管を伝熱管とし、温排水が伝熱管外面を液膜状に流下する形式の熱交換器を、前記熱回収熱交換器に用いて構成されている請求項１または２記載の給湯装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、温排水から熱回収を行うことにより、給湯機のエネルギー消費量を低減する給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】給湯機の効率を向上させ、消費エネルギーを減らす技術開発は各種行われてきた。電気エネルギーを利用する電気温水器にあっては、空気熱源からヒートポンプにより熱を汲み上げて加熱源とすることにより、単純電熱式の数倍の効率向上を達成している。ガスや灯油などの化石エネルギーを利用する温水機にあっては、排気ガス中に含まれる凝縮潜熱を利用して効率向上を達成している。しかしながら、地球環境問題に起因する炭酸ガ削減のためには、なお一層の大幅な消費エネルギーの削減が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】日常生活で使用する温水の多くは４０℃  前後である。浴槽・シャワー・手洗い・食器洗いなどに使用される温水は、いずれも４０℃前後であり、これらの温水はほとんどの場合温度がそれほど下がらずに排水されている。これを温排水と呼ぶことにする。【０００４】温排水として排出される熱量のうち、例えば２分の１を熱回収して再利用するならば、温水機の消費エネルギーもほぼ２分の１になることは明白である。しかしながら、家庭用あるいは小規模業務用給湯設備において、温排水からの熱回収は普及していない。その理由を以下に記述する。【０００５】（１）温排水から熱交換器で熱を取得しても、得られる温度が低くてそのままでは用途がほとんどない。
（２）温排水の発生は長時間継続するものではなく、間歇的に発生することが多いので、回収した熱の有効利用が難しい。
（３）温排水には圧力が無いので、伝熱面積の大きな自然対流式の熱交換器を用いるか、ポンプで加圧して強制対流式の熱交換器を用いることになるため、スペースあるいは設備費用が掛かり  回収熱での償却が難しい。【０００６】本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、熱回収の設備費を低減させつつ、温排水から回収される熱を効果的に利用することにより、給湯機が消費するエネルギーを大幅に低減する給湯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】本発明は、熱回収熱交換器を用いて、給湯機への給水を温排水で予熱することにより、給湯機が消費するエネルギーを低減させている。上水は生活環境で簡単に得られる代表的な低温物質であり、温排水との温度差を確保しやすい。熱回収熱交換器で予熱された給水は、給湯機で所定の温度まで昇温されるので、予熱温度を温排水温度にあえて漸近させる必要はない。設備の経済性を考慮して熱回収量を設定することができるので、大きな伝熱面積を伴わない設備になる。理論的に回収可能熱量の半分を回収すれば、給湯機の消費エネルギーもほぼ半分になる。この場合熱交換器での平均温度差は１０℃以上取れるので、過大な伝熱面積が不要になり、設備がコンパクトに納まる。（温排水温度４０℃、給水温度１５℃、熱交換器温度効率５０％、低温側と高温側の水量同一の条件で、平均温度差は１２．５℃になる）【０００８】給湯機から給湯が開始されると同時に、給湯機への給水が始まるので、給水路に設けた給水流水スイッチで検出すれば、そのタイミングを捉えることができる。この時、自吸式ポンプを稼働して温排水を汲み上げて、熱回収熱交換器へ直接送水して熱回収を行う方法が考えられる。【０００９】しかしながら、給湯機から出湯された温水が、温排水になって排水路に到着するまでに多少時間がかかる。さらに、連結配管が分岐する位置の排水路水位が上昇して自吸式ポンプの汲み上げが開始されても、自吸式ポンプはまず吸い込み管路内の空気をパージし、その後に温排水を汲み上げるので、自吸式ポンプから温排水が吐出されるまでには給湯機の出湯開始から数分の時間遅れが生じる。この間、給湯が継続されているならば、熱回収無しの給湯となる。数分間の給湯が繰り返される場合には、熱回収が行われる時間の割合が少なくなる。【００１０】温排水の貯槽を設けて、予め汲み上げられた温排水を貯水しておき、給湯機の運転開始時に貯槽から熱回収熱交換器へ送水すれば、この時間遅れを解消できる。貯槽の容量は数分間の給湯量で間に合う。時間遅れがあるため、給湯機の稼動停止後にも排水路に温排水が排水されるので、汲み上げを継続して貯槽に貯水して次回の給湯開始に備える。【００１１】温排水の貯槽の容量を大きくして、浴槽内残湯を貯槽に汲み上げて貯水すれば、浴槽清掃後にも熱回収に利用できる。浴槽内残湯の利用が高まる。
【発明の効果】
【００１２】本発明の給湯装置は、従来利用されることのほとんどなかった温排水から効果的に熱回収を行うことにより、給湯機が消費するエネルギーの大幅低減を可能にする。【００１３】本発明の給湯装置では、貯槽内に温排水が貯水されているので、給湯開始直後から熱回収が行われる。さらに、浴槽清掃後でも貯槽容量に応じて浴槽内残湯を温排水として利用することができる。【００１４】本発明による給湯装置を、市場で普及している全自動ふろ給湯機に組み込む場合には、主要部品の共用化ができるので、熱回収装置に要する費用の低減が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】図１は請求項１に記載の発明による給湯装置を、模式的に表したものであり、本図に基づいて説明する。自吸式ポンプ６の吸込み口は、浴槽内残湯を汲み上げるために、切換え弁８を介して連結配管９で浴槽１１に接続されている。また、排水管路から温排水を汲み上げるために、切換え弁８から連結配管１０で排水管路１３に接続されている。汲み上げる温排水を、浴槽内残湯あるいは排水管路からの温排水のいずれか一方に限定している場合は、切換え弁は不要である。自吸式ポンプ６の吐出口は、貯槽２０に接続されている。【００１６】熱回収熱交換器１の給水接続口３から供給された給水は、熱回収熱交換器１を通過した後、給湯機（図示せず）へ送られるが、その給水管路には給水流水スイッチ５が付設されていて、給湯機の稼働を検出する。給湯が始まると弁２２が開いて、貯槽２０から温排水が熱回収熱交換器１へと流入し  熱回収が行われる。給湯が終了すると弁２２は閉じる。【００１７】自吸式ポンプ６の運転により、温排水を浴槽１１からまたは排水管路１３から汲み上げる制御には、いろいろの方法が考えられるが  その一例を以下に示す。
（１）浴槽内残湯を再加熱して使用する予定がないことを、「残湯汲み上げＯＫ情報」として制御系へ予めインプットしておいた場合には、貯槽２０に付設の水位センサー２３が満水を検出するまで自動的に汲み上げる。「残湯汲み上げＯＫ情報」が制御系へインプットされていない場合には、浴槽１１からの残湯汲み上げを行わない。
（２）給湯が始まると貯槽２０の水位が下がるので、自吸式ポンプ６が稼動して温排水の汲み上げが始まる。「残湯汲み上げＯＫ情報」が制御系へインプットされていない場合には、切換え弁８が対応して排水路１３から汲み上げが始まる。
（３）いずれの場合でも、自吸式ポンプ６の運転開始後一定時間内に、ポンプ流水スイッチ７が検出しない場合には、対象の温排水が存在しないと判断して汲み上げ動作を停止する。この場合には、熱回収を伴わない通常の給湯装置とし給湯が行われる。なお、この停止動作は一定時間後には自動的に解除される。
（５）自吸式ポンプ６が吐出する温排水の温度が設定温度以下の場合には、弁２１を開いて排水する、あるいは、排水路からの汲み上げ位置に温度センサーを付設し、自吸式ポンプの運転条件に温排水温度条件を追加すれば、自吸式ポンプの無駄な運転を防止することができる。
（６）貯槽内の貯水温度が設定温度以下に下がった時には、弁２２を開いて排水し、貯槽内に新たな温排水の受け入れを可能にする。【００１８】図２は請求項２に記載の発明による給湯装置を、模式的に表したものであり、本図に基づいて説明する。通常の給湯機能に加えて、浴槽への湯張りと追いだき機能を有するふろ給湯機としては、全自動ふろ給湯機あるいは自動ふろ給湯機などが普及している。本書では全自動ふろ給湯機として説明する。全自動ふろ給湯機の内部には、給湯機の機能部１５と湯張り・追いだきの機能部１６とが組み込まれている。湯張り・追いだき操作のために自吸式ポンプ６が必須部品として含まれており、また浴槽循環パイプ（戻り）１８と浴槽循環パイプ（往き）１９も必ず設備される。【００１９】自吸式ポンプ６の吐出側に切換え弁１７を取り付け、切換えた管路を貯槽２０に導けば、浴槽内残湯を汲み上げで貯水が可能になる。排水管路１３からの温排水汲み上げを行う場合には、自吸式ポンプ６の吸い込み側に切換え弁８を取り付け、切換えた管路を連結配管１０経由で排水管路１３に接続する。【００２０】請求項２に記載の発明によれば、全自動ふろ給湯機の部品としての自吸式ポンプ、および浴槽との連結配管が、温排水からの熱回収のために使用できることになる。また、全自動ふろ給湯機と制御信号を交換することができるので、湯張りのための給湯中は排熱回収を行わない制御とすることができ、さらに給湯開始を検出する流水スイッチとポンプ流水スイッチは全自動ふろ給湯機からの信号で代替できる。以上のとおり、請求項２に記載の発明により、熱回収設備にかかわる費用の低減が可能になる。【００２１】請求項３に記載の発明は、排水管路１３から温排水汲み上げのための連結配管１０を分岐する箇所に関るものであり、実施の一例を示す図３に基づいて説明する。分岐する箇所として満たすべき条件としては、以下の事項がある。
（１）連結管の端部が水没するだけの水深があること
（２）分岐部に汚物が堆積し詰まったときに、清掃のためにアクセスが可能なこと
（３）連結管端部にストレーナを付設した場合も、同様にアクセスが可能なこと
（４）温排水を汲み上げて排水の水位が下がった結果、水封が破れて下水臭気が室内に上がらないこと
などが要求される。
排水トラップは維持管理のために必ずアクセスできる位置に設けられるものであるから、上記条件（１）〜（３）を満たすことになる。排水トラップと連結管の接続を、図３に示すように封水溢出水位と封水最低水位との間の位置にすれば、汲み上げすぎて封水が破れる事はなくなる。【００２２】請求項４の発明によれば、熱回収熱交換器は水平円管を伝熱管とし、その外面を温排水が液膜状に流下し、内部を給水が流れるように構成されている。温排水からの熱回収熱交換器では、伝熱面の汚れ対策、形状の小型化、および圧力損失が小さいことが求められる。伝熱面の汚れ対策として連結管端部にストレーナを取り付けて汲み上げるだけでは不十分である。伝熱面に凹凸を付けないこと、流路にフィンなどの狭い空隙を設けないことが肝要であるが、さらに汚れた場合には清掃が容易な構造であることが求められる。形状の小型化に関しては、熱伝達性能に優れていることが求められるが、水平円管上を流体が液膜上に流れるときの熱伝達は、平滑裸管であっても十分な性能が得られる。液膜状に流下する流本の圧力損失は、流した高さ分だけであるから極めて小さい。
以上のとおり、流下液膜を利用する熱交換器は、汚れ対策に優れ、熱伝達性能が高く、圧力損失が小さいなど、温排水から熱回収する熱交換器としては  最善の熱交換器である。【００２３】図４は水平円管を伝熱管とする流下液膜式熱交換器の流れを模式的に示すものであり、この図に従って説明する。
温排水は上部に設けられた滴下水路２９から下方に向かって滴下される。水平伝熱管３０ａの上部に滴下された温排水は、水平伝熱管上を液膜となって流下して、再度滴状になって水平伝熱管３０ｂ上に落下する。以上の流下を繰り返して熱交換を終了して排水路へと流れる。一方、給水は  水平伝熱管内を強制対流で流れながら、熱を取得した後、熱交換器から流出する。水平伝熱管の本数あるいは垂直方向の列数は自由に選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に関る給湯装置の構成と配管系統を模式的に示す図である。
【図２】本発明による温排水熱回収給湯装置を、市場で普及している全自動ふろ給湯機に組み込んだ装置の構成と配管系統を模式的に示す図である。
【図３】温排水を汲み上げる連結管を、排水トラップに接続する構成の一例を示す図である。
【図４】流下液膜式熱交換器を流下する液体の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００２５】  １  熱回収熱交換器
２  排水接続口
３  給水接続口
４  予熱された給水接続口
５  給水流水スイッチ
６  自吸式ポンプ
７  ポンプ流水スイッチ
８  ポンプ吸い込み側切換え弁
９  浴槽との連結配管
１０  排水管路との連結配管
１１  浴槽
１２  排水トラップ
１３  排水管路
１４  全自動ふろ給湯機
１５  給湯機機能部
１６  湯張り・追いだき機能部
１７  ポンプ吐出側切換え弁
１８  浴槽循環パイプ（戻り）
１９  浴槽循環パイプ（往き）
２０  貯槽
２１  弁
２２  弁
２３  水位センサー
２４  溢水口
２５  封水筒
２６  封水溢水水位
２７  封水最低水位
２８  洗い場床
２９  滴下水路
３０  水平伝熱管
３０  水平伝熱管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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