(57)【要約】【課題】建物の排気口と給気口のレイアウトに制約されることなく簡易な構成で設置でき、換気に伴う不快感を解消した排熱回収装置を提供する。【解決手段】排気側熱交換部９と給気側熱交換部１０とが熱交換器１２の両端を配管接続されて冷媒が封入された閉回路が形成され、液相側接続配管１４に設けられた循環用ポンプ１６により冷媒を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
2004144400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内の内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と給気側熱交換部とが熱交換器の両端を配管接続されて冷媒が封入された閉回路が形成され、液相側接続配管に設けられた循環用ポンプにより冷媒を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】
前記循環用ポンプにより液相側接続配管内の冷媒が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、該蒸気化した冷媒が気相側接続配管を通じ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た冷媒が再度液相側接続配管へ自然流下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、例えばテナントビル、飲食店、一般住宅などの建物の換気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建物外へ排気する際に排熱回収し、回収された排熱により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、寒冷地で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が液体へ相変化することにより熱交換が行われる。
【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、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。
【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、建物の排気口と給気口のレイアウトに制約されることなく簡易な構成で設置でき、換気に伴う不快感を解消し併せて暖房効率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と給気側熱交換部とが熱交換器の両端を配管接続されて冷媒が封入された閉回路が形成され、液相側接続配管に設けられた循環用ポンプにより冷媒を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。
また、前記循環用ポンプにより液相側接続配管内の冷媒が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、該蒸気化した冷媒が気相側接続配管を通じ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た冷媒が再度液相側接続配管へ自然流下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設置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は排熱回収装置の配管経路を示す説明図、図３はレストランの厨房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。
【００１２】
先ず、図３を参照して外食チェーン店用の厨房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は、排気ダクト６の排気路と単数又は複数の熱交換器１２が交差して配設されている。また、給気側熱交換部１０は、給気ダクト７の給気路と単数又は複数の熱交換器１２が交差して配設されている。排気側熱交換部９と給気側熱交換部１０とは、熱交換器１２の一端（気相側端部）どうしが気相側接続配管１３により接続され、他端（液相側端部）どうしが液相側接続配管１４により接続されて単数又は複数の閉回路が形成されている。この閉回路内には冷媒（例えばフロンガスやＣＯ２ガス等）が封入されている。熱交換器１２としては、鋼管の周面にスパイン状フィンが形成されたものや、プレートフィンが多数嵌め込ま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１２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】
また、液相側接続配管１４の一部には冷媒循環用ポンプ１６が設けられている。冷媒循環用ポンプ１６は、液相側接続配管１４内の冷媒を排気側熱交換部９へ送り出して閉回路内を循環させる。循環用ポンプ１６により液相側接続配管１４内の冷媒が排気側熱交換部９へ送り込まれ、該排気側熱交換部９で高温の排気から吸熱して蒸気化する。蒸気化した冷媒は気相側接続配管１３を通じて給気側熱交換部１０へ送り込まれ、該給気側熱交換部１０で低温の給気へ放熱して液化する。液化した冷媒は再度液相側接続配管１４へ自然流下して回収される。このような循環サイクルを繰り返すことにより排熱回収する。これにより、厨房１で換気を行う際に、排気ダクト６より排出される排気は排気側熱交換部９を通過する際に冷やされて排気され、給気ダクト７より取り込まれる給気は給気側熱交換部１０を通過する際に暖気されて取り込まれる。
尚、冷媒循環用ポンプ１６は、給気側熱交換部１０より低い位置に設けられているのが望ましい。給気側熱交換部１０の熱交換器１２において気相から液相へ相変化した冷媒を自然流下させて効率的に回収し、液相側接続配管１４内を通じて再度排気側熱交換部９の熱交換器１２へ送り込むためである。
【００１７】
以上のように、排気側熱交換部９と給気側熱交換部１０とが熱交換器１２の両端を配管接続されて冷媒が封入された閉回路が形成されているので、建物の排気口４と給気口５のレイアウトに制約されることなく簡易な構成で排熱回収装置１１が設置でき、換気に伴う不快感を解消することができる。また、空調機との組み合わせで暖房効率を向上させて消費エネルギーを削減できる。よって、新築の建物のみならずテナントビル、貸し店舗、中古住宅などの既存の建物にも排熱回収装置１１を設置することができ、省エネルギー化を図ることができる。
また、液相側接続配管１４の一部に冷媒循環用ポンプ１６を設けることにより、閉回路内を循環する冷媒の必要循環量を確保することができる。
【００１８】
図２において、排熱回収条件を例示すると、内気温度（排気温度）を３５℃、排気温度を１５℃、外気温度を−５℃、給気温度を１５℃で熱交換が行われるように設計されている。排気側熱交換部９及び給気側熱交換部１０には熱交換器１２が４本ずつ設けられ、即ち冷媒が循環する４つの閉回路が設けられている。１回路当たりの温度効率を２０％と仮定し、システム全体の温度効率が５０％となるように設計されている。厨房内で消費される燃料消費量を１４２，４００ｋａｌ／ｈとすると５０％に相当する７１，２００ｋａｌ／ｈを回収できる。
【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のものではなく、排気側熱交換部９や給気側熱交換部１０に設けられる熱交換器１２の数（閉回路の数）も４本に限らず、それより少なくても多くても良い。熱交換器１２に封入される冷媒はフロンガスやＣＯ２ガスに限らず、排熱により相変化する媒体であれば他の媒体であっても良い。また、排熱回収装置１１は、飲食業務用の厨房に限らず、一般家庭用の厨房にも適用でき、厨房に限らず、浴室や居間などであっても良い等、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、排気側熱交換部と給気側熱交換部とが熱交換器の両端を配管接続されて冷媒が封入された閉回路が形成されているので、建物の排気口と給気口のレイアウトに制約されることなく簡易な構成で排熱回収装置が設置でき、換気に伴う不快感を解消することができる。また、空調機との組み合わせで暖房効率を向上させて消費エネルギーを削減できる。よって、新築の建物のみならず既存の建物にも排熱回収装置を設置することができ、省エネルギー化を図ることができる。
また、液相側接続配管の一部に循環用ポンプを設けることにより、閉回路内を循環する冷媒の必要循環量を確保することができる。
【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】排熱回収装置の配管経路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
１２　熱交換器
１３　気相側接続配管
１４　液相側接続配管
１５　フィルター
１６　冷媒循環用ポンプ
【図１】
2004144400.tif 000003
【図２】
2004144400.tif 000004
【図３】
2004144400.tif 000005
【図４】
2004144400.tif 000006