(57)【要約】【課題】排熱回収による空調機の暖房運転時のＣＯＰを向上させて消費エネルギーを削減できる排熱回収装置を提供する。【解決手段】排気側熱交換部９及び給気側熱交換部１０の熱交換器の一端が圧縮機１３に各々配管接続され他端が膨張弁１４に各々配管接続されて冷媒が封入された閉回路が形成され、圧縮機１３により冷媒を圧縮して送り出して相変化を繰り返して閉回路内を循環する際に熱交換が行われて排熱回収する。【選択図】　図１
2004144401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内の内気を排出する際に排熱回収し、回収された排熱を利用して建物内へ給気される外気を暖気する排熱回収装置において、
建物内の内気を排出する排気ダクトの排気路と熱交換器が交差して配設された熱交換部と、建物内に外気を取り込む給気ダクトの給気路と熱交換器が交差して配設された熱交換部とが設けられ、前記排気側熱交換部及び給気側熱交換部の熱交換器の一端が圧縮機に各々配管接続され他端が膨張弁に各々配管接続されて冷媒が封入された閉回路が形成され、前記圧縮機により冷媒を圧縮して送り出して相変化を繰り返して前記閉回路内を循環する際に熱交換が行われて排熱回収することを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記圧縮機により蒸気化した冷媒が圧縮されて給気側熱交換部へ送り込まれ、該給気側熱交換部で低温の給気へ放熱して液化し、該液化した冷媒が膨張弁により減圧されて前記排気側熱交換部へ送り込まれ、該排気側熱交換部で高温の排気から吸熱して蒸気化して循環するサイクルを繰り返すことにより排熱回収することを特徴とする請求項１記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、テナントビル、飲食店、一般住宅などの建物の空調用に用いられる排熱回収装置に係り、詳しくは建物内の内気を排出する際に排熱回収し、回収された排熱を利用して建物内へ給気される外気を暖気する排熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外食チェーン店などの厨房では、調理装置を長時間稼動させておくことから、健全な労働環境を維持するため換気が義務付けられており、換気する際の排気風量も法定されている。例えば、中華料理用の厨房では中華レンジ系統の法定排気風量は３６００ｍ３／ｈ、オーブン系統の法定排気風量は６５０ｍ３／ｈ等となっている。
【０００３】
厨房内の換気を行う場合、外気をそのまま厨房内へ給気することによる不快感を解消したり、厨房内の暖房費の削減を図るため、排気用ダクト及び給気用ダクトにヒートパイプを用いた熱交換器が設けられている（例えば特許文献１参照）。具体的には、厨房内の排気より回収した熱により外気を暖めて給気するようにしている。ヒートパイプは、熱伝導率が良く、熱の長距離輸送が可能であり、輸送速度も速いため熱交換器に好適に用いられる。ヒートパイプ内には作動流体（例えばフロンガス、ＣＯ２ガス等）が封入されており、パイプを傾斜させて設けることにより自重により自然流下し、高温排気を通過させる際に潜熱を奪って液体から気体へ相変化し、低温給気を通過させる際に潜熱を奪われて気体から液体へ相変化することにより熱交換を行う。このように、換気用ダクトに熱交換器を用いることで、暖冷房用の空調機と併用することで建物内の暖冷房の温度効率を改善して消費エネルギーを削減している。
【０００４】
尚、冷媒が封入された重力式ヒートパイプを用いた建物の空調システムとしては、ビルの屋上に設けられた冷却器と同一若しくは各階層毎に設けた空調器との間で冷媒の相変化を利用して建物の空調を行う空調システムが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−３９９１２号公報（図３）
【特許文献２】
特開平５−３１２３６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
新築の建物や住宅などにおいては、予め厨房用の排気口の近くに給気口を設けて排気ダクト及び給気ダクトを並設しておくことができるため、特許文献１に示すヒートパイプを備えた熱交換器を、図４のように排気ダクト１０１及び給気ダクト１０２に各々交差して設けることができる。熱交換器１０３はヒートパイプ１０７内に封入された冷媒が自然流下式で相変化によりパイプ内を循環するようになっているため、各ヒートパイプ１０７は液相側が気相側より低くなるように傾けて設置される。ヒートパイプ１０７の液相側１０４が排気ダクト１０１に交差し、気相側１０５が給気ダクト１０２に交差するように配置されて熱交換を行うようになっている。
【０００７】
しかしながら、排気ダクト１０１と給気ダクト１０２とを近接して配置する必要があり、厨房１０６や客室等のレイアウトを行う上で設計上の制約となる。また、テナントや貸し店舗などの既存設備を用いる場合、排気口と給気口とが離れた場所に配置されている場合があり、排気ダクト１０１−給気ダクト１０２間に特許文献１に示す熱交換器１０３が設置できない場合があった。特に、冷媒が相変化により循環するヒートパイプ１０７は傾斜して配置する必要があるため、ダクトどうしが離れていると設置できなくなる場合があった。したがって、空調機のみで暖房運転を行う場合、ＣＯＰ（加熱に利用される熱量と外部から与えられたエネルギーとの比；成績係数）は、３．０〜３．２にとどまり、エネルギー効率が良いとはいえなかった。
【０００８】
また、特許文献２の空調システムは、ヒートパイプに封入された冷媒の相変化を利用しているが、建物の屋上に配置された冷却器と各部屋に設けられた室内ユニットとの間で熱交換を行う大型の空調システムを想定したものであり、店舗用や一般住宅用としては不向きである。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、排熱回収による空調機の暖房運転時のＣＯＰを向上させて消費エネルギーを削減できる排熱回収装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
建物内の内気を排出する際に排熱回収し、回収された排熱を利用して建物内へ給気される外気を暖気する排熱回収装置において、建物内の内気を排出する排気ダクトの排気路と熱交換器が交差して配設された熱交換部と、建物内に外気を取り込む給気ダクトの給気路と熱交換器が交差して配設された熱交換部とが設けられ、前記排気側熱交換部及び給気側熱交換部の熱交換器の一端が圧縮機に各々配管接続され他端が膨張弁に各々配管接続されて冷媒が封入された閉回路が形成され、前記圧縮機により冷媒を圧縮して送り出して相変化を繰り返して前記閉回路内を循環する際に熱交換が行われて排熱回収することを特徴とする。
具体的には、圧縮機により蒸気化した冷媒が圧縮されて給気側熱交換部へ送り込まれ、該給気側熱交換部で低温の給気へ放熱して液化し、該液化した冷媒が膨張弁により減圧されて前記排気側熱交換部へ送り込まれ、該排気側熱交換部で高温の排気から吸熱して蒸気化して循環するサイクルを繰り返すことにより排熱回収することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。本実施例では、レストランの厨房に配設された排熱回収装置を例示して説明する。
図１は排熱回収装置の模式説明図、図２は排熱回収装置の冷凍サイクルを示す説明図、図３はレストランの厨房に配設された排熱回収装置の一例を示すレイアウト図である。
【００１２】
先ず、図３を参照して外食チェーン店用の調理室のレイアウト図を参照して説明する。店舗内は厨房１と客室２とが間仕切り（ドア及び仕切り壁）３で仕切られている。厨房１内には排気口４と給気口５とが離れた位置に設けられている。排気口４には、厨房１内の熱気を排気する排気ダクト６が接続されている。排気ダクト６は、厨房１内の各種調理器（レンジグリル６ａ、オーブン６ｂ、バーナー６ｃ等）の上方に設けられた各フードと排気口４とを接続している。排気ダクト６内に設けられた図示しない排気ファンを回転させて、各種調理器で発生した熱気を含む内気を建物外へ排出するようになっている。また、給気口５には、給気ダクト７が接続されている。給気ダクト７には給気ファン８が２箇所に設けられており、該給気ファン８を回転させて、外気を厨房１内に取り込むようになっている。
【００１３】
排気側熱交換部９は建物内の内気を排出する排気ダクト６の排気路に設けられており、給気側熱交換部１０は建物内に外気を取り込む給気ダクト７の給気路に設けられている。排熱回収装置１１は、排気側熱交換部９と給気側熱交換部１０との間で冷媒を循環させて厨房内の熱気を建物外へ排気する際に排熱回収し、回収された排熱を利用して厨房１内へ給気される外気を暖気するものである。
【００１４】
図１及び図２において、排気側熱交換部９及び給気側熱交換部１０には、公知の熱交換器（図示せず）が設けられている。排気側熱交換部９及び給気側熱交換部１０は、熱交換器の一端側が圧縮機（コンプレッサ）１３に各々配管接続され、他端側が膨張弁１４に各々配管接続されて閉回路が形成されている。閉回路内には冷媒（例えばフロンガス等）が封入されている。熱交換器としては、排気及び給気と熱交換を効果的に行うため、鋼管の周面にスパイン状フィン、プレートフィン（ウエーブフィン）などが多数設けられたものなどが用いられる。
【００１５】
また、排気側熱交換部９は、厨房から排出される内気より排熱回収するため、熱交換器の外周に汚れが付着し易い。このため、熱交換器に洗浄液を吐出して洗浄する洗浄機構（図示せず）を備えていても良い。また、給気側熱交換部１０の給気方向上流側には、塵や虫などの進入を防止するためのフィルター１５が設けられている。
【００１６】
ここで、排熱回収装置１１の閉回路内を循環する冷媒の冷凍サイクルについて図２を参照して説明する。圧縮機１３により蒸気化した冷媒が圧縮されて高圧高温の気体として給気側熱交換部（コンデンサ）１０へ送り込まれる。給気側熱交換部１０では熱交換器を通じて冷媒が凝縮潜熱を給気へ放出して高温高圧の液体となって膨張弁１４へ送り込まれる。このとき、給気ダクト７を通じて取り込まれた例えば−５℃の外気は給気側熱交換部１０を通過後に１５℃に暖気されて厨房内へ給気される。高温高圧の液体となった冷媒は、膨張弁１４にて減圧されて排気側熱交換部（エバポレータ）９へ送り込まれる。このとき、液化された冷媒は、減圧されることにより蒸気化が始まる。排気側熱交換部９では熱交換器を通じて冷媒が蒸発潜熱を排気より吸熱して高温の気体となってコンプレッサ１３へ回収される。このとき、排気ダクト６を通じて例えば３５℃の内気が排気側熱交換部９を通過後１５℃に冷却されて建物外へ排気される。このような冷凍サイクルを繰り返すことにより排熱回収が行われる。ちなみに、本実施例では、排熱回収装置１１の温度効率は５０％となるように設計されている。
【００１７】
以上のような簡易な配管構成で排熱回収を行うことができ、排熱回収による空調機のＣＯＰを向上させて消費エネルギーを削減できる。また、排気側熱交換部９と給気側熱交換部１０とが配管接続されて閉回路を形成するため、各熱交換部に設けられるヒートパイプは傾斜配置する必要がなく、建物の排気口４及び給気口５のレイアウトや高低差などに制約されることなく排熱回収装置１１を自由なレイアウトで設置することができる。
【００１８】
排熱回収条件を例示すると、内気温度を３５℃、排気温度を１５℃、外気温度を−５℃、給気温度を１５℃で排熱回収が行われる。この場合、空調機の暖房運転で消費した消費電力が１８００Ｗ、暖房能力が１２０００Ｗ（回収熱量１０２００Ｗ）となりＣＯＰ（暖房能力／消費電力）の値は６．７となり、空調機のみの暖房運転時に比べて２倍以上の暖房効率が得られることが判明している。尚、排熱回収装置１１は夏場等の外気温が高い間は使用せず、使用外気温度は−１５℃〜１５℃とし、外気温１５℃以上に上昇すると停止するものとする。また、排熱回収する室内温度は２０℃〜３５℃で適用するようになっている。
【００１９】
以上、本発明の好適な実施例について述べてきたが、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。また、排熱回収装置１１は、建物の厨房に限らず、居間や浴室などの比較的熱気を帯び易い箇所の給排気用のダクトに利用しても良い。冷媒が循環する閉回路を形成する排気側熱交換部９や給気側熱交換部１０の高低差やレイアウトは自由である等、法の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、上述したように、排気側熱交換部及び給気側熱交換部の熱交換器の一端が圧縮機に各々配管接続され他端が膨張弁に各々配管接続されて冷媒が封入された閉回路が形成され、圧縮機により冷媒を圧縮して送り出して相変化を繰り返して閉回路内を循環する際に熱交換が行われて排熱回収するので、冷媒が閉回路内を循環する際の排熱回収により空調機の暖房運転時のＣＯＰを向上させて消費エネルギーを削減できる。また、排気側熱交換部と給気側熱交換部とは閉回路に配管接続されているため、建物の排気口及び給気口のレイアウトや高低差に制約されることなく排熱回収装置を自由なレイアウトで設置することができる。
また、閉回路内に封入された冷媒が圧縮機により圧縮され、膨張弁により減圧膨張されて循環する際に相変化し、高温の排気より吸熱し低温の給気を暖気して熱交換が行われるので温度効率が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】排熱回収装置の模式説明図である。
【図２】排熱回収装置の冷凍サイクルを示す説明図である。
【図３】レストランに設置された排熱回収装置の一例を示すレイアウト図である。
【図４】従来の排熱回収装置の説明図である。
【符号の説明】
１　厨房
２　客室
３　間仕切り
４　排気口
５　給気口
６　排気ダクト
７　給気ダクト
８　給気ファン
９　排気側熱交換部
１０　給気側熱交換部
１１　排熱回収装置
１３　圧縮機
１４　膨張弁
１５　フィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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