(57)【要約】  熱を利用する端末が接続され、端末の残熱を回収する熱回収装置であって、端末が接続され、端末流体が循環することにより端末に対して熱を供給する端末回路と、回収流体が循環し、端末の残熱を回収する回収回路と、冷媒が循環し、回収回路で回収された熱を用いて熱を生成する熱源回路と、蓄熱流体が循環し、熱源回路で生成された熱を蓄熱材に放熱する蓄熱回路と、蓄熱材を収容する蓄熱槽とを備え、蓄熱材は、少なくとも潜熱蓄熱材または高分子蓄熱材を含む。
2021005735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を利用する端末が接続され、前記端末の残熱を回収する熱回収装置であって、
前記端末が接続され、端末流体が循環することにより前記端末に対して熱を供給する端末回路と、
回収流体が循環し、前記端末の残熱を回収する回収回路と、
冷媒が循環し、前記回収回路で回収された熱を用いて熱を生成する熱源回路と、
蓄熱流体が循環し、前記熱源回路で生成された熱を蓄熱材に放熱する蓄熱回路と、
前記蓄熱材を収容する蓄熱槽と
を備え、
前記蓄熱材は、少なくとも潜熱蓄熱材または高分子蓄熱材を含む
熱回収装置。
【請求項２】
前記蓄熱材から利用流体に吸熱させる利用熱交換器と、
前記利用流体と前記端末流体との間で熱交換を行う端末熱交換器と、
前記利用流体を循環させる利用ポンプと
を有し、
前記利用熱交換器、前記端末熱交換器および前記利用ポンプが利用配管で接続され、前記利用流体が循環する利用回路
をさらに備え、
前記回収回路は、
前記利用ポンプと、
前記回収流体から前記冷媒に放熱させる回収用吸熱熱交換器と、
前記端末熱交換器と、
前記利用熱交換器と前記利用ポンプとの間と、前記利用熱交換器と前記端末熱交換器との間とを接続する回収配管と、
前記利用配管の一部と
により形成されている
請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項３】
前記回収回路には、
前記利用熱交換器と前記利用ポンプとの間、または、前記利用熱交換器と前記端末熱交換器との間のいずれか一方に、流路切替器がさらに設けられている
請求項２に記載の熱回収装置。
【請求項４】
前記流路切替器は、
前記利用回路に前記利用流体が流れる場合に、前記利用ポンプと前記利用熱交換器とが連通し、
前記回収回路に前記回収流体が流れる場合に、前記利用ポンプと前記回収用吸熱熱交換器とが連通する
ように流路を切り替える
請求項３に記載の熱回収装置。
【請求項５】
前記利用流体と前記回収流体とは、同一の流体である
請求項３または４に記載の熱回収装置。
【請求項６】
前記流路切替器は、
前記端末の使用が終了した場合に、前記利用ポンプと前記回収用吸熱熱交換器とが連通するように流路を切り替える
請求項３〜５のいずれか一項に記載の熱回収装置。
【請求項７】
前記端末回路は、
前記端末流体を循環させる端末ポンプと、
前記端末ポンプ、前記端末熱交換器および前記端末を接続する端末配管と
により形成されている
請求項２〜６のいずれか一項に記載の熱回収装置。
【請求項８】
前記熱源回路は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された前記冷媒から前記蓄熱流体に吸熱させる熱源熱交換器と、
前記熱源熱交換器から流出した前記冷媒を膨張させる回収用膨張機構と
をさらに有し、
前記回収用吸熱熱交換器は、
前記回収流体から、前記回収用膨張機構から流出した前記冷媒に対して放熱させる
請求項２〜７のいずれか一項に記載の熱回収装置。
【請求項９】
前記熱源回路は、
前記熱源熱交換器から流出した前記冷媒を膨張させる空気膨張機構と、
前記空気膨張機構から流出した前記冷媒に室外空気から吸熱させる空気吸熱熱交換器と
をさらに有する
請求項８に記載の熱回収装置。
【請求項１０】
前記端末の使用が終了した場合に、前記回収用膨張機構が開状態とされる
請求項８または９に記載の熱回収装置。
【請求項１１】
前記室外空気の室外空気温度を検出する外気温度センサと、
前記回収用吸熱熱交換器における前記冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度センサと
をさらに備え、
前記蒸発温度が、前記室外空気温度から設定温度を減算した値よりも小さい場合に、前記回収用膨張機構が閉状態とされ、前記空気膨張機構が開状態とされる
請求項９または１０に記載の熱回収装置。
【請求項１２】
給水配管を介して流入した流体に前記蓄熱材から吸熱させる給湯熱交換器と
をさらに備え、
前記給湯熱交換器から流出する前記流体が出湯配管を介して給湯端末に供給される
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の熱回収装置。
【請求項１３】
前記給湯端末または前記端末で使用された後の排湯を貯湯する排湯タンクと、
前記端末ポンプと前記端末との間と、前記排湯タンクとを接続する第一排湯配管と、前記端末熱交換器と前記端末との間と、前記排湯タンクとを接続する第二排湯配管と、前記端末配管の一部とにより形成され、前記排湯が循環する排湯回路と
をさらに備える
請求項７に従属する請求項１２に記載の熱回収装置。
【請求項１４】
前記排湯回路は、
前記端末ポンプと前記端末との間に設けられた第一排湯流路切替器と、
前記端末熱交換器と前記端末との間に設けられた第二排湯流路切替器と
をさらに有する
請求項１３に記載の熱回収装置。
【請求項１５】
室外空気の室外空気温度を検出する外気温度センサと、
前記回収用吸熱熱交換器における前記冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度センサと
をさらに備え、
前記熱源回路は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された前記冷媒から前記蓄熱流体に吸熱させる熱源熱交換器と、
前記熱源熱交換器から流出した前記冷媒を膨張させる回収用膨張機構と
をさらに有し、
前記端末の使用が終了した場合に、前記回収用膨張機構が開状態とされ、
さらに、
前記蒸発温度が、前記室外空気温度から設定温度を減算した値よりも小さい場合に、前記排湯タンクと前記端末ポンプとが連通するように前記第一排湯流路切替器が切り替えられるとともに、前記排湯タンクと前記端末熱交換器とが連通するように前記第二排湯流路切替器が切り替えられる
請求項１４に記載の熱回収装置。
【請求項１６】
前記熱源回路は、
前記熱源熱交換器から流出した前記冷媒を膨張させる空気膨張機構をさらに有し、
さらに、前記蒸発温度が、前記室外空気温度から設定温度を減算した値よりも小さい場合に、前記回収用膨張機構が閉状態とされ、前記空気膨張機構が開状態とされる
請求項１５に記載の熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱を使用する端末から、熱を回収する熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、暖房等を使用した際の残熱を回収する熱回収装置について、種々の熱回収装置が提案されている。例えば、特許文献１には、風呂の残湯から熱を回収して、効率を向上させた熱回収装置が開示されている。特許文献１に記載の熱回収装置は、使用者がシャワーおよび浴槽への湯張りなどに使用するための熱を湯で蓄える貯湯槽と、浴槽の残熱を回収する蓄熱材とを備え、蓄熱材の潜熱を利用して浴槽の残熱を回収する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的な家庭では、シャワー、洗面、手洗いおよび食器洗いなどのための給湯が人数分必要であり、また、浴槽への湯張りのための給湯が必要である。この場合に必要な蓄熱量は、冬期であれば６０〜７０ＭＪ程度となる。一方、浴槽から回収できる熱量は１０ＭＪ程度であり、必要な蓄熱量の１／６〜１／７程度である。【０００５】
一般的に、蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱する場合、湯で蓄熱する場合（すなわち顕熱蓄熱の場合）よりも、体積あたりの熱容量が大きい。したがって、蓄熱材の潜熱を利用した潜熱蓄熱では、湯を利用した顕熱蓄熱よりも、小体積で同量の熱量を蓄熱できる。しかし、特許文献１に記載の熱回収装置は、浴槽の回収用途、すなわち１０ＭＪの蓄熱用途に、潜熱を利用する蓄熱材を用いているため、７０ＭＪの熱量を要する給湯のための蓄熱槽が大型化するので、装置全体を小型化することは困難である。【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、装置全体の小型化を図ることができる熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の熱回収装置は、熱を利用する端末が接続され、前記端末の残熱を回収する熱回収装置であって、前記端末が接続され、端末流体が循環することにより前記端末に対して熱を供給する端末回路と、回収流体が循環し、前記端末の残熱を回収する回収回路と、冷媒が循環し、前記回収回路で回収された熱を用いて熱を生成する熱源回路と、蓄熱流体が循環し、前記熱源回路で生成された熱を蓄熱材に放熱する蓄熱回路と、前記蓄熱材を収容する蓄熱槽とを備え、前記蓄熱材は、少なくとも潜熱蓄熱材または高分子蓄熱材を含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明の熱回収装置によれば、熱を蓄熱する蓄熱材として潜熱蓄熱材または高分子蓄熱材を利用することにより、蓄熱材を収容する蓄熱槽が小型化できるため、装置全体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る熱回収装置の構成の一例を示す回路図である。
【図２】図１の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】図２の制御装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。
【図４】図２の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。
【図５】図１の熱回収装置による蓄熱運転および熱利用運転について説明するための概略図である。
【図６】図１の熱回収装置による熱回収運転について説明するための概略図である。
【図７】実施の形態１に係る熱回収装置による熱回収処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２に係る熱回収装置の構成の一例を示す回路図である。
【図９】実施の形態２に係る熱回収装置による熱回収処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本実施の形態１に係る熱回収装置について説明する。本実施の形態１に係る熱回収装置は、熱源からの熱を蓄熱し、蓄熱された熱を接続された端末で利用するように構成されている。
【００１１】
［熱回収装置１００の構成］
図１は、本実施の形態１に係る熱回収装置１００の構成の一例を示す回路図である。図１に示すように、熱回収装置１００は、主に、熱源部１、蓄熱部２、利用部３、端末部４、回収部５および制御装置１１０で構成されている。熱回収装置１００には、使用者が利用する端末１０００が接続されている。端末１０００は、熱回収装置１００で蓄熱された熱を利用して暖房等を行うものであり、例えば、床暖房パネルである。端末１０００は、これに限られず、例えば、パネルヒーターまたは暖房ラジエーターなどであってもよい。さらに、端末１０００は浴槽であってもよく、この場合、熱回収装置１００は、浴槽内の湯を加熱して追い炊きを行ったり、保温したりする用途に利用される。
【００１２】
（熱源部１）
熱源部１は、圧縮機１１、熱源熱交換器６、空気膨張機構１２、空気吸熱熱交換器１３、回収用膨張機構１４および回収用吸熱熱交換器９を備えている。熱源部１には、圧縮機１１、熱源熱交換器６、空気膨張機構１２および空気吸熱熱交換器１３が接続された空気熱源配管１０Ａが設けられている。圧縮機１１、熱源熱交換器６、空気膨張機構１２および空気吸熱熱交換器１３が空気熱源配管１０Ａで順次接続されることにより、冷媒が循環する空気熱源回路が形成される。
【００１３】
また、熱源部１には、熱源熱交換器６の冷媒流出側と空気膨張機構１２の冷媒流入側との間から分岐し、空気吸熱熱交換器１３の冷媒流出側と圧縮機１１の吸入側との間に合流する回収熱源配管１０Ｂが設けられている。回収熱源配管１０Ｂには、回収用膨張機構１４および回収用吸熱熱交換器９が接続されている。圧縮機１１、熱源熱交換器６、回収用膨張機構１４および回収用吸熱熱交換器９が空気熱源配管１０Ａの一部と回収熱源配管１０Ｂとで順次接続されることにより、冷媒が循環する回収熱源回路が形成される。
【００１４】
空気熱源回路および回収熱源回路を循環する冷媒として、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２などのＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒、あるいは、ＣＯ２（二酸化炭素）およびプロパンなどの自然冷媒が適用できる。なお、冷媒の種類は、これに限られず、他の冷媒が適用されてもよい。
【００１５】
圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。圧縮機１１の運転周波数は、制御装置１１０によって制御される。
【００１６】
熱源熱交換器６は、冷媒側流路に接続された空気熱源回路または回収熱源回路を流れる冷媒と、液体側流路に接続された後述する蓄熱回路を流れる蓄熱流体との間で熱交換を行う。熱源熱交換器６では、冷媒が蓄熱流体に放熱する。
【００１７】
空気膨張機構１２は、熱源熱交換器６から流出した冷媒を膨張させて、冷媒の温度および圧力を低下させる。また、空気膨張機構１２は、冷媒の流路を閉鎖して、冷媒の流れを遮断することもできる。空気膨張機構１２は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成される。空気膨張機構１２の開度は、制御装置１１０によって制御される。
【００１８】
空気吸熱熱交換器１３は、図示しない送風機等によって供給される室外空気と冷媒との間で熱交換を行う。冷媒は、空気吸熱熱交換器１３で、室外空気から吸熱して蒸発する。
【００１９】
回収用膨張機構１４は、熱源熱交換器６から流出した冷媒を膨張させて、冷媒の温度および圧力を低下させる。また、回収用膨張機構１４は、冷媒の流路を閉鎖して、冷媒の流れを遮断することもできる。回収用膨張機構１４は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成される。回収用膨張機構１４の開度は、制御装置１１０によって制御される。
【００２０】
回収用吸熱熱交換器９は、冷媒側流路に接続された回収熱源回路を流れる冷媒と、液体側流路に接続された後述する回収回路を流れる回収流体との間で熱交換を行う。冷媒は、回収用吸熱熱交換器９で、回収流体から吸熱して蒸発する。
【００２１】
また、熱源部１には、外気温度センサ１５および蒸発温度センサ１６が設けられている。外気温度センサ１５は、空気吸熱熱交換器１３の近傍に設けられ、空気吸熱熱交換器１３に供給される室外空気の温度を検出する。蒸発温度センサ１６は、回収用吸熱熱交換器９に設けられ、冷媒が蒸発する際の、冷媒の蒸発温度を検出する。
【００２２】
（蓄熱部２）
蓄熱部２は、熱源熱交換器６、蓄熱ポンプ２１、蓄熱槽７および蓄熱熱交換器２２を備えている。蓄熱部２には、熱源熱交換器６、蓄熱熱交換器２２および蓄熱ポンプ２１が接続された蓄熱配管２０が設けられている。熱源熱交換器６、蓄熱熱交換器２２および蓄熱ポンプ２１が蓄熱配管２０で順次接続されることにより、蓄熱流体が循環する蓄熱回路が形成される。蓄熱流体として、例えば水または不凍液が適用できる。
【００２３】
蓄熱槽７は、例えば直方体形状に形成され、内部には、蓄熱材７ａと、蓄熱熱交換器２２と、後述する利用熱交換器３３とが収容されている。蓄熱材７ａは、水（湯）よりも体積あたりの蓄熱量が大きい材料である。蓄熱材７ａは、蓄熱槽７の内部を満たすように、蓄熱槽７に収容されている。蓄熱材７ａは、例えば、材料が固体と液体との間で相変化する際の潜熱を利用して蓄放熱を行う潜熱蓄熱材、または、高分子が水分子を吸脱着する際の反応熱を利用して蓄放熱を行う高分子蓄熱材を含む。
【００２４】
潜熱蓄熱材は、蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱するため、水で蓄熱する場合（すなわち顕熱蓄熱の場合）よりも、体積あたりの熱容量が大きい。蓄熱材７ａが潜熱蓄熱材を含む場合、潜熱蓄熱材は、例えば、パラフィン類、エリスリトールなどの糖アルコール類および酢酸ナトリウム３水和物などの水和塩類などが挙げられる。
【００２５】
蓄熱材７ａは、全量が潜熱蓄熱材である必要はなく、潜熱蓄熱材と水との混合材料でもよい。潜熱蓄熱材と水との混合材料でも、潜熱蓄熱材の潜熱が利用できるので、水のみの場合に比べて体積あたりの蓄熱量が大きくなるからである。また、蓄熱材７ａは、高分子が水分子を吸脱着する際の反応熱を利用して蓄放熱を行う高分子蓄熱材が適用されてもよい。これは、高分子蓄熱材の反応熱が、水のみを利用する顕熱蓄熱と比較して大きいためである。
【００２６】
蓄熱材７ａが高分子蓄熱材を含む場合、高分子蓄熱材は、少なくとも高分子と水とを有しており、例えば温度応答性ゲルである。高分子は、温度により親水性と疎水性とを示す温度応答性高分子である。温度は、水に対する下限臨界溶液温度（Ｌｏｗｅｒ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＬＣＳＴ）である。高分子は、下限臨界溶液温度より低温の場合に親水性を示し、下限臨界溶液温度より高温の場合に疎水性を示す。
【００２７】
高分子の具体例としては、ポリ（Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−シクロプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−エチル−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−メチル−Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−イソプロピル−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−（メタ）アクリロイルピロリジン）、ポリ（Ｎ−（メタ）アクリロイルピペリジン）、ポリ（Ｎ−エトキシエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−メトキシプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−エトキシプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−イソプロポキシプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−メトキシエトキシプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−１−メチル−２−メトキシエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−１−メトキシメチルプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ〔Ｎ−（２，２−ジメトキシエチル）−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド〕、ポリ〔Ｎ−（１，３−ジオキソラン−２−イル）−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド〕、ポリ〔Ｎ−８−（メタ）アクリロイル１，４−ジオキサ−８−アザースピロ（４，５）デカン〕、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジメトキシエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ−（メタ）アクリロイルモルフォリン）などの高密度架橋物、又は、上記を構成するモノマーの２種以上を共重合した共重合体の高密度架橋物である。この種の高密度架橋物は、高分子鎖同士が接触することができる混みいった構造を有している。
【００２８】
水は、純水が好ましいが、高分子を劣化させるおそれのある成分が含まれていない水であれば純水でなくてもよい。水は、高分子の高密度架橋物に結合した結合水と、結合水を除く自由水とに分けられる。高分子は、下限臨界溶液温度より低温で親水性の膨潤構造であるため、水の結合水が安定な高配列構造を形成し、水素結合力を高める。一方、高分子は、下限臨界溶液温度より高温で疎水性の収縮構造であるため、水の結合水が不安定な低配列構造を形成し、水素結合力を弱める。即ち、蓄熱材７ａは、下限臨界溶液温度の前後において結合水の水素結合力を向上又は低下させることができる。このように、蓄熱材７ａは、下限臨界溶液温度の前後において結合水の水素結合力を変化させることができるため、水素結合力の変化に相当する高い蓄熱量を有する。
【００２９】
このように、潜熱蓄熱材または高分子蓄熱材を含む蓄熱材７ａが高い蓄熱量を有するため、蓄熱槽７内に充填される蓄熱材７ａの充填量を削減できる。従って、熱回収装置１００を小型化することができる。
【００３０】
蓄熱ポンプ２１は、図示しないモータによって駆動され、蓄熱熱交換器２２から流出した蓄熱流体を送出し、熱源熱交換器６の液体側流路に供給する。蓄熱ポンプ２１の回転数は、制御装置１１０によって制御される。
【００３１】
蓄熱熱交換器２２は、蓄熱熱交換器２２を流れる蓄熱流体と、蓄熱槽７に満たされた蓄熱材７ａとの間で熱交換を行う。本実施の形態１において、蓄熱流体は、蓄熱熱交換器２２で、蓄熱材７ａに放熱する。これにより、蓄熱材７ａが加熱される。
【００３２】
（利用部３）
利用部３は、利用ポンプ３１、流路切替器３２、利用熱交換器３３および端末熱交換器８を備えている。利用部３には、利用ポンプ３１、流路切替器３２、利用熱交換器３３および端末熱交換器８が接続された利用配管３０が設けられている。利用ポンプ３１、流路切替器３２、利用熱交換器３３および端末熱交換器８が利用配管３０で順次接続されることにより、利用流体が循環する利用回路が形成される。利用流体として、例えば水または不凍液が適用できる。
【００３３】
利用ポンプ３１は、図示しないモータによって駆動され、端末熱交換器８から流出した利用流体を送出し、流路切替器３２に供給する。利用ポンプ３１の回転数は、制御装置１１０によって制御される。
【００３４】
流路切替器３２は、例えば三方弁であり、３方向の流路のうち２方向の流路を連通させ、残りの１方向の流路を遮断することにより、流体の流れる方向を切り替える。流路切替器３２は、利用熱交換器３３と利用ポンプ３１との間、または、利用熱交換器３３と端末熱交換器８との間のいずれか一方に設けられている。図１に示す例では、流路切替器３２が利用熱交換器３３と利用ポンプ３１との間に設けられている。流路切替器３２は、端末１０００に対して熱を供給する場合に、図１の実線で示す状態、すなわち利用ポンプ３１の送出側と、利用熱交換器３３とが連通するように切り替わる。流路切替器３２における流路の切替は、制御装置１１０によって制御される。
【００３５】
利用熱交換器３３は、利用熱交換器３３を流れる利用流体と、蓄熱槽７に満たされた蓄熱材７ａとの間で熱交換を行う。本実施の形態１において、利用流体は、利用熱交換器３３で、熱が蓄えられた蓄熱材７ａから吸熱する。これにより、利用流体が加熱される。
【００３６】
端末熱交換器８は、利用回路を流れる利用流体と、後述する端末回路を流れる端末流体との間で熱交換を行う。利用流体は、端末熱交換器８で、端末流体に放熱する。これにより、端末流体が加熱される。
【００３７】
（端末部４）
端末部４は、端末ポンプ４１および端末熱交換器８を備えている。端末部４には、端末ポンプ４１および端末熱交換器８と、熱回収装置１００の外部に接続された端末１０００とが接続された端末配管４０が設けられている。端末ポンプ４１、端末熱交換器８および端末１０００が端末配管４０で順次接続されることにより、端末流体が循環する端末回路が形成される。端末流体として、例えば水または不凍液が適用できる。
【００３８】
端末ポンプ４１は、図示しないモータによって駆動され、端末１０００から流出した端末流体を送出し、端末熱交換器８に供給する。端末ポンプ４１の回転数は、制御装置１１０によって制御される。
【００３９】
端末熱交換器８は、利用流体または後述する回収流体と、端末回路側を流れる端末流体との間で熱交換を行う。端末１０００に対して熱を供給する場合、利用流体は、端末熱交換器８で、端末流体に放熱する。これにより、端末流体が加熱される。また、端末１０００の残熱を回収する場合、回収流体は、端末熱交換器８で、端末流体から吸熱する。これにより、回収流体が加熱される。
【００４０】
（回収部５）
回収部５は、利用ポンプ３１、流路切替器３２、回収用吸熱熱交換器９および端末熱交換器８を備えている。回収部５には、流路切替器３２の１つの流路と、利用熱交換器３３と端末熱交換器８との間とを接続する回収配管５０が設けられている。回収配管５０には、回収用吸熱熱交換器９が設けられている。利用ポンプ３１、流路切替器３２、回収用吸熱熱交換器９および端末熱交換器８が利用配管３０の一部と回収配管５０とで順次接続されることにより、回収流体が循環する回収回路が形成される。回収流体として、例えば水または不凍液が適用できる。なお、流路切替器３２が利用熱交換器３３と端末熱交換器８との間に設けられている場合、回収配管５０は、利用熱交換器３３と利用ポンプ３１との間の利用配管３０に接続される。
【００４１】
流路切替器３２は、端末１０００の残熱を回収する場合に、図１の破線で示す状態、すなわち利用ポンプ３１の送出側と、回収用吸熱熱交換器９とが連通するように切り替わる。
【００４２】
ここで、回収部５の回収回路は、利用回路から分岐するように形成されているため、回収流体と利用流体とは同一の流体である。なお、以下の説明において、流体が利用回路を循環する場合には、当該流体を「利用流体」と称し、流体が回収回路を循環する場合には、「回収流体」と称する。
【００４３】
（制御装置１１０）
制御装置１１０は、熱回収装置１００全体を制御する。特に、本実施の形態１において、制御装置１１０は、外気温度センサ１５で検出された室外空気温度と、蒸発温度センサ１６で検出された回収用吸熱熱交換器９での冷媒の蒸発温度とに基づき、熱回収処理の際に各部を制御する。
【００４４】
図２は、図１の制御装置１１０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置１１０は、温度取得部１１１、演算部１１２、機器制御部１１３および記憶部１１４を備えている。制御装置１１０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
【００４５】
温度取得部１１１は、外気温度センサ１５で検出された室外空気温度と、蒸発温度センサ１６で検出された回収用吸熱熱交換器９での冷媒の蒸発温度を取得する。演算部１１２は、温度取得部１１１で取得された室外空気温度および蒸発温度に基づき、演算処理を行う。
【００４６】
機器制御部１１３は、演算部１１２での演算結果に応じて、圧縮機１１、空気膨張機構１２、回収用膨張機構１４、蓄熱ポンプ２１、利用ポンプ３１、流路切替器３２および端末ポンプ４１を制御する。例えば、機器制御部１１３は、端末１０００の残熱または室外空気の熱を利用して熱回収処理を行う際に、空気膨張機構１２および回収用膨張機構１４の開度を制御する。
【００４７】
記憶部１１４は、制御装置１１０の各部で用いられる各種の値を予め記憶している。例えば、記憶部１１４は、演算部１１２で演算処理を行う際に用いられる温度に対する設定値αを予め記憶している。
【００４８】
図３は、図２の制御装置１１０の構成の一例を示すハードウェア構成図である。制御装置１１０の各種機能がハードウェアで実行される場合、図２の制御装置１１０は、図３に示すように、処理回路１０１で構成される。図２の制御装置１１０において、温度取得部１１１、演算部１１２、機器制御部１１３および記憶部１１４の各機能は、処理回路１０１により実現される。
【００４９】
各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路１０１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置１１０は、温度取得部１１１、演算部１１２、機器制御部１１３および記憶部１１４の各部の機能それぞれを処理回路１０１で実現してもよいし、各部の機能を１つの処理回路１０１で実現してもよい。
【００５０】
図４は、図２の制御装置１１０の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。制御装置１１０の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図２の制御装置１１０は、図４に示すように、プロセッサ１０２およびメモリ１０３で構成される。制御装置１１０において、温度取得部１１１、演算部１１２、機器制御部１１３および記憶部１１４の各機能は、プロセッサ１０２およびメモリ１０３により実現される。
【００５１】
各機能がソフトウェアで実行される場合、制御装置１１０において、温度取得部１１１、演算部１１２、機器制御部１１３および記憶部１１４の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ１０３に格納される。プロセッサ１０２は、メモリ１０３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。
【００５２】
メモリ１０３として、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）およびＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ１０３として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ  Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。
【００５３】
（入力装置１２０）
図１の入力装置１２０は、使用者によって操作され、端末１０００の使用状態を入力する。例えば、使用者によって入力装置１２０が操作されることにより、端末１０００の使用開始および使用終了等が設定される。入力装置１２０は、設定された各種の情報を制御装置１１０に送信する。
【００５４】
［蓄熱槽７による蓄熱］
次に、蓄熱槽７による蓄熱について説明する。上述したように、本実施の形態１では、蓄熱槽７に収容されている蓄熱材７ａとして、材料が相変化する際の潜熱を利用して蓄放熱を行う潜熱蓄熱材、または、高分子が水分子を吸脱着する際の反応熱を利用して蓄放熱を行う高分子蓄熱材が含まれる。以下は、蓄熱材７ａとして潜熱蓄熱材が用いられた場合について説明する。
【００５５】
潜熱蓄熱材は、材料が温度変化する際の顕熱を利用して蓄放熱を行う水などの顕熱蓄熱材と比較して、単位体積当たりの蓄熱量が大きい。そのため、蓄熱材７ａとして潜熱蓄熱材が用いられることにより、顕熱蓄熱材と同量の蓄熱量を維持した場合に、蓄熱材７ａの充填量を削減することができ、熱回収装置１００を小型化することができる。
【００５６】
一例として、蓄熱材７ａが４０℃〜５５℃の範囲で温度変化する場合の蓄熱量について考える。潜熱蓄熱材の蓄熱材７ａとして、例えば融点が５０℃のパラフィンが用いられた場合、パラフィンの単位体積あたりの潜熱は、約２０８ｋＪ／Ｌである。また、パラフィンの単位温度変化あたり、かつ、単位体積あたりの顕熱は、１．４４ｋＪ／（Ｌ・Ｋ）である。したがって、パラフィンの温度が４０℃〜５５℃の範囲で変化する場合の、単位体積あたりのパラフィンの蓄熱量は、式（１）で算出される。
蓄熱量＝２０８＋１．４４×（５５−４０）≒３００ｋＪ／Ｌ
・・・（１）
【００５７】
一方、顕熱蓄熱材の蓄熱材７ａとして、例えば水が用いられた場合、水の単位温度変化あたり、かつ、単位体積あたりの顕熱は、４．２ｋＪ／（Ｌ・Ｋ）である。したがって、水の温度が４０℃〜５５℃の範囲で変化する場合の、単位体積あたりの水の蓄熱量は、式（２）で算出される。
蓄熱量＝４．２×（５５−４０）≒６３ｋＪ／Ｌ      ・・・（２）
【００５８】
このように、同一条件における潜熱蓄熱材の蓄熱量は、顕熱蓄熱材の蓄熱量と比較して、約５倍となる。すなわち、蓄熱材７ａとして潜熱蓄熱材が用いられた場合、蓄熱材７ａは、顕熱蓄熱材が用いられた場合の約１／５の容量で、顕熱蓄熱材と同量の熱量を蓄えることができる。そのため、蓄熱材７ａとして顕熱蓄熱材が用いられた場合と比較して、蓄熱槽７を小型化することができ、熱回収装置１００としても小型化することができる。
【００５９】
［熱回収装置１００の動作］
次に、熱回収装置１００の動作について説明する。本実施の形態１に係る熱回収装置１００では、蓄熱運転、熱利用運転および熱回収運転が行われる。以下では、蓄熱運転時、熱利用運転時および熱回収運転時それぞれの冷媒および各種流体の流れ、ならびに、熱回収運転時の熱回収処理について説明する。以下で説明する各種の運転は、使用者によって入力装置１２０が操作されることにより行われる。
【００６０】
図５は、図１の熱回収装置１００による蓄熱運転および熱利用運転について説明するための概略図である。蓄熱運転は、室外空気からの吸熱を蓄熱材７ａに蓄える運転である。熱利用運転は、端末１０００が使用される際に、蓄熱材７ａから端末１０００に対して、蓄熱材７ａに蓄えられた熱を供給するための運転である。
【００６１】
（蓄熱運転）
蓄熱運転について説明する。蓄熱運転が開始された場合、熱源部１において、機器制御部１１３は、空気熱源回路を冷媒が循環するように、空気膨張機構１２を「開」とするとともに、回収用膨張機構１４を「閉」とする。
【００６２】
この場合、圧縮機１１に吸入された空気熱源回路を流れる低温低圧の冷媒は、圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧の冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、熱源熱交換器６に流入し、蓄熱回路を流れる蓄熱流体と熱交換して放熱し、熱源熱交換器６から流出する。
【００６３】
熱源熱交換器６から流出した冷媒は、空気膨張機構１２によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒は、空気吸熱熱交換器１３に流入し、図示しない送風機によって取り込まれた室外空気と熱交換して吸熱および蒸発し、圧縮機１１へ吸入される。このように、蓄熱運転では、冷媒が空気熱源回路内を循環することにより、室外空気から吸熱した熱を利用して、蓄熱回路を流れる蓄熱流体が加熱される。
【００６４】
蓄熱部２において、機器制御部１１３は、蓄熱ポンプ２１を駆動する。これにより、蓄熱回路内の蓄熱流体が蓄熱ポンプ２１から送出され、熱源熱交換器６に流入する。熱源熱交換器６に流入した蓄熱流体は、空気熱源回路を流れる冷媒と熱交換して加熱され、熱源熱交換器６から流出する。
【００６５】
熱源熱交換器６から流出した蓄熱流体は、蓄熱熱交換器２２に流入し、蓄熱槽７の蓄熱材７ａと熱交換して放熱する。そして、放熱した蓄熱流体は、蓄熱熱交換器２２から流出する。蓄熱熱交換器２２から流出した蓄熱流体は、蓄熱ポンプ２１に吸入され、蓄熱ポンプ２１で加圧されて送出される。
【００６６】
ここで、蓄熱材７ａは、蓄熱熱交換器２２での吸熱によって温度が上昇し、融点に達した際に固体から液体に溶融する。これにより、蓄熱材７ａは、溶融に伴う溶融潜熱を蓄熱する。このとき、蓄熱材７ａは、顕熱蓄熱材と比較して多くの熱を蓄熱することができる。また、蓄熱流体が蓄熱回路内で循環することにより、室外空気から吸熱した熱を蓄熱材７ａに蓄熱することができる。
【００６７】
（熱利用運転）
熱利用運転について説明する。熱利用運転が開始された場合、利用部３において、機器制御部１１３は、利用ポンプ３１を駆動する。また、機器制御部１１３は、利用ポンプ３１と利用熱交換器３３とが連通するように、流路切替器３２を切り替える。これにより、利用回路内の利用流体が利用ポンプ３１から送出され、利用熱交換器３３に流入する。利用熱交換器３３に流入した利用流体は、蓄熱材７ａと熱交換して加熱され、利用熱交換器３３から流出する。
【００６８】
利用熱交換器３３から流出した利用流体は、端末熱交換器８に流入し、端末回路を流れる端末流体と熱交換して放熱する。そして、放熱した利用流体は、端末熱交換器８から流出する。端末熱交換器８から流出した利用流体は、利用ポンプ３１に吸入され、利用ポンプ３１で加圧されて送出される。
【００６９】
このように、利用流体が利用回路内を循環することにより、蓄熱材７ａに蓄えられた熱を蓄熱槽７の外部へ導出することができる。
【００７０】
端末部４において、機器制御部１１３は、端末ポンプ４１を駆動する。これにより、端末回路内の端末流体が端末ポンプ４１から送出され、端末熱交換器８に流入する。端末熱交換器８に流入した端末流体は、利用回路を流れる利用流体と熱交換して加熱され、端末熱交換器８から流出する。
【００７１】
端末熱交換器８から流出した端末流体は、端末１０００に供給され、熱が使用された後に端末１０００から流出する。端末１０００から流出した端末流体は、端末ポンプ４１に吸入され、端末ポンプ４１で加圧されて送出される。
【００７２】
このように、端末流体が端末回路内を循環することにより、蓄熱材７ａから導出された熱を端末１０００で利用することができる。
【００７３】
熱利用運転について、より具体的な例を挙げて説明する。ここでは、端末１０００として床暖房パネルが適用された場合について説明する。使用者が端末１０００を使用している場合、利用部３の流路切替器３２は、利用ポンプ３１と利用熱交換器３３とが連通するように切り替えられている。また、利用ポンプ３１および端末ポンプ４１は、駆動している状態である。
【００７４】
蓄熱材７ａの融点が例えば５０℃である場合、蓄熱槽７の蓄熱材７ａは、融点である５０℃で凝固しながら、蓄熱された潜熱を放出する。利用流体は、利用熱交換器３３で蓄熱材７ａから吸熱し、例えば４７℃で利用熱交換器３３から流出し、端末熱交換器８に流入する。
【００７５】
一方、端末流体は、端末１０００で放熱し、例えば３０℃で端末熱交換器８に流入する。そして、端末熱交換器８において、４７℃の利用流体と、３０℃の端末流体とが熱交換する。これにより、端末流体は、利用流体から吸熱し、例えば４５℃で端末熱交換器８から流出する。また、利用流体は、端末流体に放熱し、例えば３３℃で端末熱交換器８から流出する。
【００７６】
端末熱交換器８から流出した４５℃の端末流体は、端末１０００に流入する。ここで、床暖房パネルに供給される流体の温度は、一般的に４５℃程度が望ましいとされている。そのため、上述したように各流体で熱交換が行われる場合、蓄熱材７ａの融点は５０℃程度が望ましいことがわかる。なお、端末流体は、端末１０００で放熱した後、例えば３０℃で端末１０００から流出し、利用熱交換器３３に流入する。また、床暖房は、主に冬期に利用され、このときの室外空気は、例えば７℃程度である。
【００７７】
（熱回収運転）
図６は、図１の熱回収装置１００による熱回収運転について説明するための概略図である。熱回収運転は、端末１０００の使用が停止された際に、端末１０００に残った残熱を回収するための運転である。端末１０００の使用が停止された場合、端末部４において、機器制御部１１３は、端末ポンプ４１を駆動する。これにより、端末１０００が使用されていたことによる残熱を有する端末回路内の端末流体が端末ポンプ４１から送出され、端末熱交換器８に流入する。端末熱交換器８に流入した端末流体は、回収回路を流れる回収流体と熱交換して放熱し、端末熱交換器８から流出する。
【００７８】
端末熱交換器８から流出した端末流体は、端末１０００に供給され、端末１０００の残熱を吸熱して端末１０００から流出する。端末１０００から流出した端末流体は、端末ポンプ４１に吸入され、端末ポンプ４１で加圧されて送出される。
【００７９】
利用部３および回収部５において、機器制御部１１３は、利用ポンプ３１を駆動する。また、機器制御部１１３は、利用ポンプ３１と回収用吸熱熱交換器９とが連通するように、流路切替器３２を切り替える。これにより、回収回路内の回収流体が利用ポンプ３１から送出され、回収用吸熱熱交換器９に流入する。回収用吸熱熱交換器９に流入した回収流体は、回収熱源回路を流れる冷媒と熱交換して放熱し、回収用吸熱熱交換器９から流出する。
【００８０】
回収用吸熱熱交換器９から流出した回収流体は、端末熱交換器８に流入し、端末回路を流れる端末流体と熱交換して端末流体が有する残熱によって加熱される。そして、加熱された回収流体は、端末熱交換器８から流出する。端末熱交換器８から流出した回収流体は、利用ポンプ３１に吸入され、利用ポンプ３１で加圧されて送出される。
【００８１】
熱源部１において、機器制御部１１３は、回収熱源回路を冷媒が循環するように、空気膨張機構１２を「閉」とするとともに、回収用膨張機構１４を「開」とする。圧縮機１１に吸入された回収熱源回路を流れる低温低圧の冷媒は、圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧の冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、熱源熱交換器６に流入し、蓄熱回路を流れる蓄熱流体と熱交換して放熱し、熱源熱交換器６から流出する。
【００８２】
熱源熱交換器６から流出した冷媒は、回収用膨張機構１４によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒は、回収用吸熱熱交換器９に流入し、回収回路を流れる回収流体と熱交換して吸熱および蒸発し、圧縮機１１へ吸入される。このように、熱回収運転では、冷媒が回収熱源回路内を循環することにより、回収流体から吸熱した熱を利用して、蓄熱流体が加熱される。
【００８３】
蓄熱部２において、機器制御部１１３は、蓄熱ポンプ２１を駆動する。これにより、蓄熱回路内の蓄熱流体が蓄熱ポンプ２１から送出され、熱源熱交換器６に流入する。熱源熱交換器６に流入した蓄熱流体は、回収熱源回路を流れる冷媒と熱交換して加熱され、熱源熱交換器６から流出する。
【００８４】
熱源熱交換器６から流出した蓄熱流体は、蓄熱熱交換器２２に流入し、蓄熱槽７の蓄熱材７ａと熱交換して放熱する。そして、放熱した蓄熱流体は、蓄熱熱交換器２２から流出する。これにより、蓄熱流体の熱が蓄熱材７ａに蓄熱される。蓄熱熱交換器２２から流出した蓄熱流体は、蓄熱ポンプ２１に吸入され、蓄熱ポンプ２１で加圧されて送出される。
【００８５】
このように、蓄熱流体が蓄熱回路内で循環することにより、回収流体から吸熱した熱を蓄熱材７ａに蓄熱することができる。
【００８６】
熱回収運転について、より具体的な例を挙げて説明する。ここでは、端末１０００として床暖房パネルが適用された場合について説明する。使用者が端末１０００を使用している場合、利用部３の流路切替器３２は、利用ポンプ３１と利用熱交換器３３とが連通するように切り替えられている。また、利用ポンプ３１および端末ポンプ４１は、駆動している状態である。ここで、使用者が床暖房を利用している部屋を退室するなどの理由により、端末１０００の使用が終了される場合、使用者によって入力装置１２０が操作されると、入力装置１２０から制御装置１１０に対して端末１０００の使用終了を示す終了指示が送信される。そして、制御装置１１０は、当該指示を受信すると、機器制御部１１３が利用ポンプ３１および端末ポンプ４１を停止する。これにより、端末１０００の使用が終了される。
【００８７】
このとき、端末１０００には、約３０℃〜４５℃程度の温度に対応する熱が残っている。なお、説明を容易とするため、端末１０００には、３５℃の温度に対応する熱が残っているものとして説明する。
【００８８】
端末１０００の使用が終了されると、機器制御部１１３は、利用ポンプ３１と回収用吸熱熱交換器９とが連通するように、流路切替器３２を切り替える。また、機器制御部１１３は、利用ポンプ３１および端末ポンプ４１を駆動する。これにより、端末回路には、３５℃の端末流体が循環する。
【００８９】
一方、回収回路内の回収流体は、端末１０００の使用中に回収配管５０内で放熱していたため、室外温度付近まで温度が低下している。例えば、室外温度は７℃で、このときの回収流体の温度は、１０℃程度である。この回収流体は、端末熱交換器８に流入して端末流体との間で熱交換を行い、端末流体から吸熱する。そして、回収流体は、例えば３０℃で端末熱交換器８から流出し、回収用吸熱熱交換器９に流入する。このようにして、端末１０００における残熱は、回収用吸熱熱交換器９へ導出される。
【００９０】
次に、機器制御部１１３は、回収用膨張機構１４を「開」とし、空気膨張機構１２が開状態であれば「閉」とし、圧縮機１１を駆動する。これにより、熱源部１の冷媒は、回収熱源回路を循環する。回収熱源回路において、冷媒は、回収用吸熱熱交換器９において回収流体と熱交換を行い、回収流体から吸熱して蒸発し、圧縮機１１に吸入される。また、機器制御部１１３は、蓄熱ポンプ２１を駆動する。これにより、蓄熱回路内を蓄熱流体が循環する。
【００９１】
蓄熱回路において、蓄熱流体は、熱源熱交換器６において冷媒と熱交換を行い、冷媒から吸熱して蓄熱熱交換器２２に流入する。蓄熱熱交換器２２に流入した蓄熱流体は、蓄熱材７ａと熱交換を行い、蓄熱材７ａを加熱して蓄熱熱交換器２２から流出する。これにより、端末１０００の残熱は、回収されて蓄熱材７ａを収容する蓄熱槽７に蓄熱される。
【００９２】
ここで、端末１０００の残熱を回収して蓄熱することによる蓄熱効率について説明する。例えば、回収流体は、冷媒に吸熱されることにより、２０℃で回収用吸熱熱交換器９から流出し、端末熱交換器８へ流入する。
【００９３】
一般的に、冷媒と液体との間で熱交換が行われる場合、冷媒の蒸発温度は、液体の温度よりも２℃程度低いことが望ましい。そのため、回収用吸熱熱交換器９では、回収流体が２０℃〜３０℃であることから、冷媒の蒸発温度が約１８℃となる。一方、一般的に、冷媒と空気との間で熱交換が行われる場合、冷媒の蒸発温度は、空気温度よりも５℃程度低いことが望ましい。そのため、室外空気温度が７℃である場合、蒸発温度は２℃が望ましい。
【００９４】
このことから、回収流体を熱源とする場合、冷媒の蒸発温度は、７℃の室外空気を熱源とする場合と比較して高い。また、圧縮機１１の消費電力は、通常、冷媒の蒸発温度が高いほど減少し、効率が向上する。したがって、回収流体を熱源とする場合は、室外空気を熱源とする場合よりも効率よく蓄熱材７ａに蓄熱することができる。
【００９５】
ところで、熱回収が進行すると、端末１０００の残熱の温度が低下することによって端末流体の温度が低下し、それに伴い回収流体の温度も低下する。したがって、回収用吸熱熱交換器９での冷媒の蒸発温度は、熱回収が進行するに従って低下する。一方、回収用吸熱熱交換器９での回収流体と冷媒との温度差は約２℃が望ましいため、回収用吸熱熱交換器９から流出する回収流体が、例えば４℃へ低下したとき、冷媒の蒸発温度は２℃となる。
【００９６】
このまま端末１０００の残熱による熱回収が継続されると、蒸発温度がさらに低下して蓄熱効率が低下してしまう。このとき、例えば７℃の室外空気から吸熱すると、蒸発温度は２℃を維持することができ、蒸発温度の低下を抑制することができる。これは、室外空気は膨大な熱容量を保有しており、室外空気から吸熱した場合でも、室外空気温度は低下せず、それによって蒸発温度が低下しないからである。
【００９７】
つまり、回収流体の温度低下に伴って冷媒の蒸発温度が低下するとき、蒸発温度＞室外空気温度−α（α：例えば５℃）である間、冷媒は、回収流体から吸熱した方が、室外空気から吸熱するよりも蒸発温度が高くなり、それによって効率が向上する。また、蒸発温度≦大気温度−αになると、冷媒は、室外空気から吸熱した方が、回収流体から吸熱するよりも蒸発温度が高くなり、効率が向上する。
【００９８】
すなわち、温度取得部１１１は、冷媒の蒸発温度および室外空気温度を取得し、演算部１１２は、蒸発温度＞大気温度−αであれば、端末流体からの熱回収を継続しながら、冷媒の蒸発温度および室外空気温度の取得を継続する。そして、機器制御部１１３は、蒸発温度≦大気温度−αになると、空気膨張機構１２を「開」とし、回収用膨張機構１４を「閉」とする。これにより、回収熱源回路が遮断されて、冷媒は、回収熱源回路を循環せず空気熱源回路内を循環する。この場合、空気熱源回路を循環する冷媒は、７℃の室外空気から吸熱する。
【００９９】
このように、冷媒が室外空気から吸熱するように、機器制御部１１３が空気膨張機構１２および回収用膨張機構１４を開閉することで、蒸発温度の低下を抑制し、効率低下を抑制することができる。
【０１００】
なお、このような熱回収装置１００を設置する場合には、熱回収装置１００と端末１０００とが接続されるが、その際に、端末回路内に接続作業に伴うゴミなどの異物が混入する可能性がある。しかしながら、端末１０００の残熱を回収する回収回路の回収配管５０は、端末回路の端末配管４０と接続されていないため、端末回路内の異物が回収回路内に混入して回収回路が閉塞されることがない。したがって、端末回路と回収回路とが分かれているために、熱回収装置１００は、回収配管５０内の回収流体を適切に流すことができるため、端末１０００の残熱を確実に回収熱源回路に導くことができる。
【０１０１】
（熱回収処理）
図７は、本実施の形態１に係る熱回収装置１００による熱回収処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１において、入力装置１２０から端末１０００の使用終了を示す終了指示が送信されると、制御装置１１０の機器制御部１１３は、ステップＳ２において、利用ポンプ３１および端末ポンプ４１の駆動を停止する。また、ステップＳ３において、機器制御部１１３は、利用ポンプ３１と回収用吸熱熱交換器９とが連通するように、流路切替器３２を切り替える。
【０１０２】
ステップＳ４において、機器制御部１１３は、利用ポンプ３１および端末ポンプ４１を駆動する。これにより、端末流体が端末回路を循環するとともに、回収流体が回収回路を循環する。また、機器制御部１１３は、ステップＳ５において空気膨張機構１２が開状態であれば「閉」とし、ステップＳ６において回収用膨張機構１４を「開」とする。さらに、機器制御部１１３は、ステップＳ７において圧縮機１１を駆動し、ステップＳ８において蓄熱ポンプ２１を駆動する。これにより、冷媒が回収熱源回路を循環し、蓄熱流体が蓄熱回路を循環する。そして、端末１０００の残熱を回収する熱回収運転が開始される。
【０１０３】
次に、ステップＳ９において、演算部１１２は、外気温度センサ１５で検出された外気温度と、蒸発温度センサ１６で検出された回収用吸熱熱交換器９での冷媒の蒸発温度とに基づき、「蒸発温度≦室外空気温度−α」であるか否かを判定する。
【０１０４】
判定の結果、「蒸発温度≦室外空気温度−α」である場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１０に移行する。一方、「蒸発温度＞室外空気温度−α」である場合（ステップＳ９：Ｎｏ）には、「蒸発温度≦室外空気温度−α」となるまでステップＳ９の処理が繰り返される。
【０１０５】
ステップＳ１０において、機器制御部１１３は、空気膨張機構１２を「開」とする。また、ステップＳ１１において、機器制御部１１３は、回収用膨張機構１４を「閉」とする。これにより、冷媒が空気熱源回路を循環し、室外空気の熱による熱回収運転が行われる。なお、上記の説明において、熱回収処理では、端末１０００の残熱を回収することが記載されているが、残熱の回収には、端末配管４０における残熱も含まれるものとする。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態１に係る熱回収装置１００では、蓄熱槽７に収容された熱を蓄熱する蓄熱材７ａとして、少なくとも潜熱蓄熱材または高分子蓄熱材が利用される。これにより、蓄熱材７ａは、顕熱蓄熱材等の従来の蓄熱材と比較して、少ない充填量で同量の熱量を蓄えることができるため、蓄熱材７ａを収容する蓄熱槽７を小型化することができ、その結果、熱回収装置１００全体を小型化することができる。
【０１０７】
また、熱回収装置１００において、利用熱交換器３３、端末熱交換器８および利用ポンプ３１が利用配管３０で接続され、利用流体が循環する利用回路と、利用熱交換器３３と利用ポンプ３１との間と、利用熱交換器３３と端末熱交換器８との間とを接続する回収配管５０と、利用配管３０の一部とにより形成され、回収流体が循環する回収回路とを備えている。これにより、利用回路の一部が回収回路と共用されているため、回路構成が簡素化され、熱回収装置１００全体を小型化することができる。
【０１０８】
熱回収装置１００において、利用熱交換器３３と利用ポンプ３１との間、または、利用熱交換器３３と端末熱交換器８との間のいずれか一方に流路切替器３２がさらに設けられている。また、流路切替器３２は、利用回路に利用流体が流れる場合に、利用ポンプ３１と利用熱交換器３３とが連通し、回収回路に回収流体が流れる場合に、利用ポンプ３１と回収用吸熱熱交換器９とが連通するように流路を切り替える。そして、利用流体と回収流体とは、同一の流体である。これにより、利用回路の一部が回収回路と共用されているため、熱回収装置１００全体を小型化することができる。
【０１０９】
熱回収装置１００において、流路切替器３２は、端末１０００の使用が終了した場合に、利用ポンプ３１と回収用吸熱熱交換器９とが連通するように流路を切り替える。これにより、端末１０００の残熱が回収回路を介して回収用吸熱熱交換器９に導出されるため、残熱を回収熱源回路で回収することができる。
【０１１０】
熱回収装置１００において、端末回路は、端末ポンプ４１および端末熱交換器８と、熱回収装置１００の外部に接続された端末１０００とが接続された端末配管４０が設けられている。端末１０００の残熱を回収する回収回路の回収配管５０は、端末回路の端末配管４０と接続されていないため、端末回路内の異物が回収回路内に混入して回収回路が閉塞されることがない。したがって、熱回収装置１００は、回収配管５０内の回収流体を適切に流すことができるため、端末１０００の残熱を確実に回収熱源回路に導くことができる。
【０１１１】
熱回収装置１００において、回収用吸熱熱交換器９は、回収流体から、回収用膨張機構１４から流出した冷媒に対して放熱させる。これにより、回収流体から吸熱した熱で、蓄熱流体を加熱することができ、回収した熱を適切に蓄熱することができる。
【０１１２】
熱回収装置１００において、空気熱源回路は、熱源熱交換器６から流出した冷媒を膨張させる空気膨張機構１２と、空気膨張機構１２から流出した冷媒と室外空気との間で熱交換を行い、室外空気から冷媒に吸熱させる空気吸熱熱交換器１３とをさらに有している。これにより、室外空気からも熱を吸熱できるため、蓄熱効率を向上させることができる。
【０１１３】
熱回収装置１００において、端末１０００の使用が終了した場合には、回収用膨張機構１４が開状態とされ、空気膨張機構１２は、開状態であれば閉状態とされる。また、熱回収装置１００は、蒸発温度センサ１６で検出された冷媒の蒸発温度が、外気温度センサ１５で検出された室外空気温度から設定温度αを減算した値よりも小さい場合に、回収用膨張機構１４が閉状態とされ、空気膨張機構１２が開状態とされる。これにより、蒸発温度の低下が抑制されるため、蓄熱効率を向上させることができる。
【０１１４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２では、給湯部および排湯部をさらに備える点で、実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態２において、実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１１５】
［熱回収装置２００の構成］
図８は、本実施の形態２に係る熱回収装置２００の構成の一例を示す回路図である。
図８に示すように、熱回収装置２００は、主に、熱源部１、蓄熱部２、利用部３、端末部４、回収部５、給湯部２０６、排湯部２０７および制御装置１１０で構成されている。熱回収装置２００には、使用者が利用する端末１００１と、使用者が利用する給湯端末１００２と、排湯タンク１００３とが接続されている。
【０１１６】
端末１００１は、例えば浴槽である。この場合、熱回収装置２００は、浴槽内の湯水を加熱して追い炊きを行ったり、保温したりする用途に利用される。なお、端末１００１は、これに限られず、例えば、実施の形態１で説明した床暖房パネルであってもよい。
【０１１７】
給湯端末１００２は、例えばシャワーであり、熱回収装置２００から湯水が供給される。なお、給湯端末１００２は、シャワーに限られず、例えば、洗面、手洗いおよび食器洗浄等の湯水を排出する各種の端末であってもよい。
【０１１８】
排湯タンク１００３は、給湯端末１００２を用いて使用者によって使用された後の排湯を貯湯するための貯湯タンクである。すなわち、排湯タンク１００３は、使用後の残熱を有する流体を貯湯する。排湯タンク１００３は、浴槽である端末１００１の湯水が流入するように、端末１００１と接続されてもよい。
【０１１９】
（給湯部２０６）
給湯部２０６は、給水端６１および給湯熱交換器６２を備えている。給湯部２０６には、給水端６１と給湯熱交換器６２とを接続する給水配管６０Ａと、給湯熱交換器６２と給湯端末１００２とを接続する出湯配管６０Ｂとが設けられている。給水端６１および給湯熱交換器６２が給水配管６０Ａおよび出湯配管６０Ｂで接続されることにより、給湯回路が形成される。
【０１２０】
給水端６１は、水道管、井戸水管、上水管および市水管等が接続され、水道水等が供給される。給湯熱交換器６２は、蓄熱槽７に収容され、給水端６１を介して供給された水道水と、蓄熱槽７に収容された蓄熱材７ａとの間で熱交換を行う。本実施の形態２において、給湯熱交換器６２は、蓄熱材７ａに蓄えられた熱を水道水に放熱することにより、水道水を加熱して湯水を生成する。生成された湯水は、給湯熱交換器６２から流出し、出湯配管６０Ｂを介して給湯端末１００２に供給される。
【０１２１】
（排湯部２０７）
排湯部２０７は、第一排湯流路切替器７１、第二排湯流路切替器７２、端末ポンプ４１および端末熱交換器８を備えている。第一排湯流路切替器７１、端末ポンプ４１、端末熱交換器８、第二排湯流路切替器７２、および排湯タンク１００３が端末配管４０の一部と、第一排湯配管７０Ａおよび第二排湯配管７０Ｂとで順次接続されることにより、排湯が循環する排湯回路が形成される。
【０１２２】
第一排湯配管７０Ａは、一端が排湯タンク１００３に接続され、他端が第一排湯流路切替器７１に接続されている。また、第二排湯配管７０Ｂは、一端が排湯タンク１００３に接続され、他端が第二排湯流路切替器７２に接続されている。
【０１２３】
第一排湯流路切替器７１は、例えば三方弁であり、３方向の流路のうち２方向の流路を連通させ、残りの１方向の流路を遮断することにより、流体の流れる方向を切り替える。第一排湯流路切替器７１は、端末回路において、端末１００１と端末ポンプ４１との間に設けられている。第一排湯流路切替器７１は、排湯タンク１００３の残熱を回収する場合に、図８の破線で示す状態、すなわち排湯タンク１００３と端末ポンプ４１とが連通するように切り替わる。第一排湯流路切替器７１における流路の切替は、制御装置１１０によって制御される。
【０１２４】
第二排湯流路切替器７２は、例えば三方弁であり、３方向の流路のうち２方向の流路を連通させ、残りの１方向の流路を遮断することにより、流体の流れる方向を切り替える。第二排湯流路切替器７２は、端末回路において、端末１００１と端末熱交換器８との間に設けられている。第二排湯流路切替器７２は、排湯タンク１００３の残熱を回収する場合に、図８の破線で示す状態、すなわち排湯タンク１００３と端末熱交換器８とが連通するように切り替わる。第二排湯流路切替器７２における流路の切替は、制御装置１１０によって制御される。
【０１２５】
（制御装置１１０）
制御装置１１０は、実施の形態１と同様の構成を有する。ただし、本実施の形態２において、制御装置１１０は、圧縮機１１、空気膨張機構１２、回収用膨張機構１４、蓄熱ポンプ２１、利用ポンプ３１、流路切替器３２および端末ポンプ４１に加えて、第一排湯流路切替器７１および第二排湯流路切替器７２を制御する。
【０１２６】
［熱回収装置２００の動作］
次に、熱回収装置２００の動作について説明する。本実施の形態２に係る熱回収装置２００では、実施の形態１と同様に、蓄熱運転、熱利用運転および熱回収運転が行われる。本実施の形態２における熱回収運転では、端末１００１の残熱が回収されるとともに、排湯タンク１００３の残熱が回収される。
【０１２７】
（熱利用運転および熱回収運転）
熱利用運転および熱回収運転時の各部の動作および流体の流れ等については、実施の形態１と同様であるため、ここでは、具体的な例を用いて熱利用運転について説明する。ここでは、端末１００１として浴槽が適用された場合について説明する。使用者が端末１００１を使用している場合、利用部３の流路切替器３２は、利用ポンプ３１と利用熱交換器３３とが連通するように切り替えられている。また、利用ポンプ３１および端末ポンプ４１は、駆動している状態である。さらに、第一排湯流路切替器７１は、端末１００１と端末ポンプ４１とが連通するように切り替えられている。第二排湯流路切替器７２は、端末１００１と端末熱交換器８とが連通するように切り替えられている。
【０１２８】
蓄熱材７ａの融点が例えば５０℃である場合、蓄熱槽７の蓄熱材７ａは、融点である５０℃で凝固しながら、蓄熱された潜熱を放出する。利用流体は、利用熱交換器３３で蓄熱材７ａから吸熱し、例えば４７℃で利用熱交換器３３から流出し、端末熱交換器８に流入する。
【０１２９】
一方、端末流体は、端末１００１において端末１００１内の湯と混合されて温度が低下し、例えば４０℃で端末熱交換器８に流入する。そして、端末熱交換器８において、４７℃の利用流体と、４０℃の端末流体とが熱交換する。これにより、端末流体は、利用流体から吸熱し、例えば４５℃で端末熱交換器８から流出する。また、利用流体は、端末流体に放熱し、例えば４２℃で端末熱交換器８から流出する。
【０１３０】
端末熱交換器８から流出した４５℃の端末流体は、端末１００１に流入する。ここで、使用者が入浴する際の湯の温度は、一般的に４０℃〜４５℃程度である。そのため、上述したように各流体で熱交換が行われる場合、蓄熱材７ａの融点は５０℃程度が望ましいことがわかる。このときの室外空気は、例えば７℃程度である。
【０１３１】
また、給湯部２０６において、給水配管６０Ａを介して給湯熱交換器６２に流入した水道水は、蓄熱材７ａと熱交換して加熱され、湯となって給湯熱交換器６２から流出する。給湯熱交換器６２から流出した湯は、出湯配管６０Ｂを介して給湯端末１００２に供給され、使用者によって使用される。
【０１３２】
蓄熱材７ａの融点が例えば５０℃である場合、蓄熱槽７の蓄熱材７ａは、融点である５０℃で凝固しながら、蓄熱された潜熱を放出する。水道水は、給湯熱交換器６２で蓄熱材７ａから吸熱し、例えば４５℃で給湯熱交換器６２から流出し、出湯配管６０Ｂを介して給湯端末１００２に供給される。
【０１３３】
ここで、使用者がシャワーを使用する際の湯の温度は、一般的に４０℃〜４５℃程度である。そのため、シャワーに適した温度の湯を端末１００１に供給するためには、蓄熱材７ａの融点は５０℃程度が望ましいことがわかる。
【０１３４】
（熱回収運転）
図９は、本実施の形態２に係る熱回収装置２００による熱回収処理の流れの一例を示すフローチャートである。熱回収運転について、より具体的な例を挙げながら、図９のフローチャートを参照して説明する。ここでは、端末１００１として浴槽が適用された場合について説明する。
【０１３５】
使用者が入浴を終えるなどの理由により、端末１００１の使用が終了される場合、使用者によって入力装置１２０が操作されると、ステップＳ１において、入力装置１２０から制御装置１１０に対して端末１００１の使用終了を示す終了指示が送信される。そして、制御装置１１０は、当該指示を受信すると、ステップＳ２において、利用ポンプ３１および端末ポンプ４１を停止する。これにより、端末１００１の使用が終了される。
【０１３６】
このとき、端末１００１には、約４０℃〜４５℃程度の温度に対応する熱が残っている。なお、説明を容易とするため、端末１００１には、４２℃の温度に対応する熱が残っているものとして説明する。
【０１３７】
また、端末１００１の使用が終了される場合、排湯タンク１００３には、シャワー後の排湯が貯湯されている。一般的に、シャワーで使用される湯の温度は、約４０℃〜４５℃程度であるため、シャワー後の排湯は、例えば３５℃となっている。
【０１３８】
端末１００１の使用が終了されると、機器制御部１１３は、ステップＳ３において、利用ポンプ３１と回収用吸熱熱交換器９とが連通するように、流路切替器３２を切り替える。また、機器制御部１１３は、ステップＳ４において、利用ポンプ３１および端末ポンプ４１を駆動する。これにより、端末回路には、４２℃の端末流体が循環する。
【０１３９】
一方、回収回路内の回収流体は、端末熱交換器８に流入して端末流体との間で熱交換を行い、端末流体から吸熱する。そして、回収流体は、例えば３７℃で端末熱交換器８から流出し、回収用吸熱熱交換器９に流入する。このようにして、端末１００１における残熱は、回収用吸熱熱交換器９へ導出される。
【０１４０】
次に、機器制御部１１３は、ステップＳ５において空気膨張機構１２が開状態であれば「閉」とし、ステップＳ６において回収用膨張機構１４を「開」とするとともに、ステップＳ７において圧縮機１１を駆動する。これにより、熱源部１の冷媒は、回収熱源回路を循環する。回収熱源回路において、冷媒は、回収用吸熱熱交換器９において回収流体と熱交換を行い、回収流体から吸熱して蒸発し、圧縮機１１に吸入される。また、機器制御部１１３は、ステップＳ８において、蓄熱ポンプ２１を駆動する。これにより、蓄熱回路内を蓄熱流体が循環する。
【０１４１】
蓄熱回路において、蓄熱流体は、熱源熱交換器６において冷媒と熱交換を行い、冷媒から吸熱して蓄熱熱交換器２２に流入する。蓄熱熱交換器２２に流入した蓄熱流体は、蓄熱材７ａと熱交換を行い、蓄熱材７ａを加熱して蓄熱熱交換器２２から流出する。これにより、端末１００１の残熱は、回収されて蓄熱材７ａを収容する蓄熱槽７に蓄熱される。
【０１４２】
ここで、例えば、回収流体は、冷媒に吸熱されることにより、２５℃で回収用吸熱熱交換器９から流出し、端末熱交換器８へ流入する。一般的に、冷媒と液体との間で熱交換が行われる場合、冷媒の蒸発温度は、液体の温度よりも２℃程度低いことが望ましい。そのため、回収用吸熱熱交換器９では、回収流体が２５℃の場合、冷媒の蒸発温度が約２３℃となる。一方、一般的に、冷媒と空気との間で熱交換が行われる場合、冷媒の蒸発温度は、空気温度よりも５℃程度低いことが望ましい。そのため、室外空気温度が７℃である場合、蒸発温度は２℃が望ましい。
【０１４３】
このことから、回収流体を熱源とする場合、冷媒の蒸発温度は、７℃の室外空気を熱源とする場合と比較して高い。また、圧縮機１１の消費電力は、通常、冷媒の蒸発温度が高いほど減少し、効率が向上する。したがって、回収流体を熱源とする場合は、室外空気を熱源とする場合よりも効率よく蓄熱材７ａに蓄熱することができる。
【０１４４】
ところで、熱回収が進行すると、端末１００１の残熱の温度が低下することによって端末流体の温度が低下し、それに伴い回収流体の温度も低下する。したがって、回収用吸熱熱交換器９での冷媒の蒸発温度は、熱回収が進行するに従って低下する。一方、回収用吸熱熱交換器９での回収流体と冷媒との温度差は約２℃が望ましいため、回収用吸熱熱交換器９から流出する回収流体が、例えば４℃へ低下したとき、冷媒の蒸発温度は２℃となる。
【０１４５】
このまま端末１００１の残熱による熱回収が継続されると、蒸発温度がさらに低下して蓄熱効率が低下してしまう。そこで、本実施の形態２では、蒸発温度≦大気温度−αとなった場合に、排湯タンク１００３の残熱を回収する処理を行う。
【０１４６】
ステップＳ２９において、演算部１１２は、外気温度センサ１５で検出された外気温度と、蒸発温度センサ１６で検出された回収用吸熱熱交換器９での冷媒の蒸発温度とに基づき、「蒸発温度≦室外空気温度−α」であるか否かを判定する。
【０１４７】
判定の結果、「蒸発温度≦室外空気温度−α」である場合（ステップＳ２９：Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ３０に移行する。一方、「蒸発温度＞室外空気温度−α」である場合（ステップＳ２９：Ｎｏ）には、「蒸発温度≦室外空気温度−α」となるまでステップＳ２９の処理が繰り返される。
【０１４８】
ステップＳ３０において、機器制御部１１３は、排湯タンク１００３と端末ポンプ４１とが連通するように、第一排湯流路切替器７１を切り替える。また、ステップＳ３１において、機器制御部１１３は、排湯タンク１００３と端末熱交換器８とが連通するように、第二排湯流路切替器７２を切り替える。これにより、排湯タンク１００３の残熱を有する排湯が排湯回路を循環するため、熱回収装置２００は、端末１００１の残熱を回収した後に、排湯の残熱も回収することができる。なお、ステップＳ３０およびステップＳ３１の処理は、逆の順序で行われてもよいし、同時に行われてもよい。
【０１４９】
このとき、排湯回路を循環する排湯の温度は３５℃であるため、回収用吸熱熱交換器９で回収流体と熱交換を行う冷媒は、蒸発温度が再度上昇する。そのため、熱回収装置２００は、効率を向上させた状態で、蓄熱材７ａへの蓄熱を行うことができる。
【０１５０】
排湯からの熱回収が進行すると、排湯タンク１００３の残熱の温度が低下することによって排湯回路を循環する排湯の温度が低下し、それに伴い回収流体の温度も低下する。したがって、回収用吸熱熱交換器９での冷媒の蒸発温度は、熱回収が進行するに従って低下する。一方、回収用吸熱熱交換器９での回収流体と冷媒との温度差は約２℃が望ましいため、回収用吸熱熱交換器９から流出する回収流体が、例えば４℃へ低下したとき、冷媒の蒸発温度は２℃となる。
【０１５１】
実施の形態１でも説明したように、このまま排湯タンク１００３の残熱による熱回収が継続されると、蒸発温度がさらに低下して蓄熱効率が低下してしまう。このとき、例えば７℃の室外空気から吸熱すると、蒸発温度は２℃を維持することができ、蒸発温度の低下を抑制することができる。これは、室外空気は膨大な熱容量を保有しており、室外空気から吸熱した場合でも、室外空気温度は低下せず、それによって蒸発温度が低下しないからである。
【０１５２】
したがって、演算部１１２は、ステップＳ３２において、外気温度センサ１５で検出された外気温度と、蒸発温度センサ１６で検出された回収用吸熱熱交換器９での冷媒の蒸発温度とに基づき、「蒸発温度≦室外空気温度−α」であるか否かを判定する。
【０１５３】
判定の結果、「蒸発温度≦室外空気温度−α」である場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ３３に移行する。一方、「蒸発温度＞室外空気温度−α」である場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）には、「蒸発温度≦室外空気温度−α」となるまでステップＳ３２の処理が繰り返される。
【０１５４】
ステップＳ３３において、機器制御部１１３は、空気膨張機構１２を「開」とする。
また、ステップＳ３４において、機器制御部１１３は、回収用膨張機構１４を「閉」とする。これにより、回収熱源回路が遮断され、冷媒が空気熱源回路を循環し、室外空気の熱による熱回収運転が行われる。
【０１５５】
このように、冷媒が室外空気から吸熱するように、機器制御部１１３が空気膨張機構１２および回収用膨張機構１４を開閉することで、蒸発温度の低下を抑制し、効率低下を抑制することができる。また、端末１００１および排湯タンク１００３の残熱の回収後に、室外空気から吸熱するようにしているため、端末１００１および排湯タンク１００３の残熱が残った状態で室外空気からの吸熱するのを防止することができ、十分な残熱を回収することができる。
【０１５６】
以上のように、本実施の形態２に係る熱回収装置２００は、蓄熱槽７に収容された給湯熱交換器６２と、給湯熱交換器６２から流出する水道水が出湯配管６０Ｂを介して供給される給湯端末１００２とをさらに備える。これにより、給湯端末１００２に供給される湯を貯湯しておく貯湯タンク等が必要ないため、熱回収装置２００を小型化することができる。
【０１５７】
熱回収装置２００は、排湯タンク１００３と、第一排湯配管７０Ａ、第二排湯配管７０Ｂおよび端末配管４０の一部により形成される排湯回路とをさらに備えている。また、排湯回路には、第一排湯流路切替器７１と、第二排湯流路切替器７２とがさらに設けられている。これにより、排湯回路は、端末回路の一部を共用して形成され、回路構成が簡略化されるため、熱回収装置２００を小型化することができる。
【０１５８】
熱回収装置２００において、端末１００１の使用が終了した場合に、回収用膨張機構１４が開状態とされ、空気膨張機構１２が開状態であれば閉状態とされる。また、蒸発温度が、室外空気温度から設定温度αを減算した値よりも小さい場合に、排湯タンク１００３と端末ポンプ４１とが連通するように第一排湯流路切替器７１が切り替えられるとともに、排湯タンク１００３と端末熱交換器８とが連通するように第二排湯流路切替器７２が切り替えられる。これにより、端末１００１の残熱が回収された後、さらに排湯の残熱も回収される。そのため、残熱を効率的に回収することができる。
【０１５９】
熱回収装置２００において、さらに、蒸発温度が、室外空気温度から設定温度αを減算した値よりも小さい場合に、回収用膨張機構１４が閉状態とされ、空気膨張機構１２が開状態とされる。これにより、端末１００１および排湯の残熱に加えて、室外空気からも吸熱できるため、蓄熱効率をより向上させることができる。
【０１６０】
以上、熱回収装置の実施の形態１および２について説明したが、熱回収装置は、上述した実施の形態１および２に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、蓄熱流体、利用流体、回収流体および端末流体は、少なくとも２つ以上の流体が同一種類の流体であってもよいし、すべての流体が異なっていてもよい。例えば、すべての流体が同一種類の流体である場合には、コストを抑制することができる。
【０１６１】
また、実施の形態１および２では、端末１０００または端末１００１の使用終了の指示に基づき、熱回収処理が開始されるように説明したが、これに限られず、例えば、熱回収処理は、熱回収処理の開始指示に基づき開始されてもよい。すなわち、端末１０００または端末１００１の使用が終了され、熱回収処理を開始することを、使用者が指示できればよい。
【符号の説明】
【０１６２】
１  熱源部、２  蓄熱部、３  利用部、４  端末部、５  回収部、６  熱源熱交換器、７  蓄熱槽、７ａ  蓄熱材、８  端末熱交換器、９  回収用吸熱熱交換器、１０Ａ  空気熱源配管、１０Ｂ  回収熱源配管、１１  圧縮機、１２  空気膨張機構、１３  空気吸熱熱交換器、１４  回収用膨張機構、１５  外気温度センサ、１６  蒸発温度センサ、２０  蓄熱配管、２１  蓄熱ポンプ、２２  蓄熱熱交換器、３０  利用配管、３１  利用ポンプ、３２  流路切替器、３３  利用熱交換器、４０  端末配管、４１  端末ポンプ、５０  回収配管、６０Ａ  給水配管、６０Ｂ  出湯配管、６１  給水端、６２  給湯熱交換器、７０Ａ  第一排湯配管、７０Ｂ  第二排湯配管、７１  第一排湯流路切替器、７２  第二排湯流路切替器、１００、２００  熱回収装置、１０１  処理回路、１０２  プロセッサ、１０３  メモリ、１１０  制御装置、１１１  温度取得部、１１２  演算部、１１３  機器制御部、１１４  記憶部、１２０  入力装置、２０６  給湯部、２０７  排湯部、１０００、１００１  端末、１００２  給湯端末、１００３  排湯タンク。
【図１】
2021005735.tif 000003
【図２】
2021005735.tif 000004
【図３】
2021005735.tif 000005
【図４】
2021005735.tif 000006
【図５】
2021005735.tif 000007
【図６】
2021005735.tif 000008
【図７】
2021005735.tif 000009
【図８】
2021005735.tif 000010
【図９】
2021005735.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和3年8月2日(2021.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の熱回収装置は、熱を利用する端末が接続され、前記端末の残熱を回収する熱回収装置であって、前記端末が接続され、端末流体が循環することにより前記端末に対して熱を供給する端末回路と、回収流体が循環し、前記端末の残熱を回収する回収回路と、冷媒が循環し、前記回収回路で回収された熱を用いて熱を生成する熱源回路と、蓄熱流体が循環し、前記熱源回路で生成された熱を蓄熱材に放熱する蓄熱回路と、前記蓄熱材を収容する蓄熱槽と、前記蓄熱材から利用流体に吸熱させる利用熱交換器と、前記利用流体と前記端末流体との間で熱交換を行う端末熱交換器と、前記利用流体を循環させる利用ポンプとを有し、前記利用熱交換器、前記端末熱交換器および前記利用ポンプが利用配管で接続され、前記利用流体が循環する利用回路とを備え、前記蓄熱材は、少なくとも潜熱蓄熱材または高分子蓄熱材を含み、前記回収回路は、前記利用ポンプと、前記回収流体から前記冷媒に放熱させる回収用吸熱熱交換器と、前記端末熱交換器と、前記利用熱交換器と前記利用ポンプとの間と、前記利用熱交換器と前記端末熱交換器との間とを接続する回収配管と、前記利用配管の一部とにより形成されているものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を利用する端末が接続され、前記端末の残熱を回収する熱回収装置であって、
前記端末が接続され、端末流体が循環することにより前記端末に対して熱を供給する端末回路と、
回収流体が循環し、前記端末の残熱を回収する回収回路と、
冷媒が循環し、前記回収回路で回収された熱を用いて熱を生成する熱源回路と、
蓄熱流体が循環し、前記熱源回路で生成された熱を蓄熱材に放熱する蓄熱回路と、
前記蓄熱材を収容する蓄熱槽と、
前記蓄熱材から利用流体に吸熱させる利用熱交換器と、前記利用流体と前記端末流体との間で熱交換を行う端末熱交換器と、前記利用流体を循環させる利用ポンプとを有し、前記利用熱交換器、前記端末熱交換器および前記利用ポンプが利用配管で接続され、前記利用流体が循環する利用回路と
を備え、
前記蓄熱材は、少なくとも潜熱蓄熱材または高分子蓄熱材を含み、
前記回収回路は、
前記利用ポンプと、
前記回収流体から前記冷媒に放熱させる回収用吸熱熱交換器と、
前記端末熱交換器と、
前記利用熱交換器と前記利用ポンプとの間と、前記利用熱交換器と前記端末熱交換器との間とを接続する回収配管と、
前記利用配管の一部と
により形成されている
熱回収装置。
【請求項２】
前記回収回路には、
前記利用熱交換器と前記利用ポンプとの間、または、前記利用熱交換器と前記端末熱交換器との間のいずれか一方に、流路切替器がさらに設けられている
請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項３】
前記流路切替器は、
前記利用回路に前記利用流体が流れる場合に、前記利用ポンプと前記利用熱交換器とが連通し、
前記回収回路に前記回収流体が流れる場合に、前記利用ポンプと前記回収用吸熱熱交換器とが連通する
ように流路を切り替える
請求項２に記載の熱回収装置。
【請求項４】
前記利用流体と前記回収流体とは、同一の流体である
請求項２または３に記載の熱回収装置。
【請求項５】
前記流路切替器は、
前記端末の使用が終了した場合に、前記利用ポンプと前記回収用吸熱熱交換器とが連通するように流路を切り替える
請求項２〜４のいずれか一項に記載の熱回収装置。
【請求項６】
前記端末回路は、
前記端末流体を循環させる端末ポンプと、
前記端末ポンプ、前記端末熱交換器および前記端末を接続する端末配管と
により形成されている
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱回収装置。
【請求項７】
前記熱源回路は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された前記冷媒から前記蓄熱流体に吸熱させる熱源熱交換器と、
前記熱源熱交換器から流出した前記冷媒を膨張させる回収用膨張機構と
をさらに有し、
前記回収用吸熱熱交換器は、
前記回収流体から、前記回収用膨張機構から流出した前記冷媒に対して放熱させる
請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱回収装置。
【請求項８】
前記熱源回路は、
前記熱源熱交換器から流出した前記冷媒を膨張させる空気膨張機構と、
前記空気膨張機構から流出した前記冷媒に室外空気から吸熱させる空気吸熱熱交換器と
をさらに有する
請求項７に記載の熱回収装置。
【請求項９】
前記端末の使用が終了した場合に、前記回収用膨張機構が開状態とされる
請求項７または８に記載の熱回収装置。
【請求項１０】
前記室外空気の室外空気温度を検出する外気温度センサと、
前記回収用吸熱熱交換器における前記冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度センサと
をさらに備え、
前記蒸発温度が、前記室外空気温度から設定温度を減算した値よりも小さい場合に、前記回収用膨張機構が閉状態とされ、前記空気膨張機構が開状態とされる
請求項８または９に記載の熱回収装置。
【請求項１１】
給水配管を介して流入した流体に前記蓄熱材から吸熱させる給湯熱交換器と
をさらに備え、
前記給湯熱交換器から流出する前記流体が出湯配管を介して給湯端末に供給される
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱回収装置。
【請求項１２】
前記給湯端末または前記端末で使用された後の排湯を貯湯する排湯タンクと、
前記端末ポンプと前記端末との間と、前記排湯タンクとを接続する第一排湯配管と、前記端末熱交換器と前記端末との間と、前記排湯タンクとを接続する第二排湯配管と、前記端末配管の一部とにより形成され、前記排湯が循環する排湯回路と
をさらに備える
請求項６に従属する請求項１１に記載の熱回収装置。
【請求項１３】
前記排湯回路は、
前記端末ポンプと前記端末との間に設けられた第一排湯流路切替器と、
前記端末熱交換器と前記端末との間に設けられた第二排湯流路切替器と
をさらに有する
請求項１２に記載の熱回収装置。
【請求項１４】
室外空気の室外空気温度を検出する外気温度センサと、
前記回収用吸熱熱交換器における前記冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度センサと
をさらに備え、
前記熱源回路は、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された前記冷媒から前記蓄熱流体に吸熱させる熱源熱交換器と、
前記熱源熱交換器から流出した前記冷媒を膨張させる回収用膨張機構と
をさらに有し、
前記端末の使用が終了した場合に、前記回収用膨張機構が開状態とされ、
さらに、
前記蒸発温度が、前記室外空気温度から設定温度を減算した値よりも小さい場合に、前記排湯タンクと前記端末ポンプとが連通するように前記第一排湯流路切替器が切り替えられるとともに、前記排湯タンクと前記端末熱交換器とが連通するように前記第二排湯流路切替器が切り替えられる
請求項１３に記載の熱回収装置。
【請求項１５】
前記熱源回路は、
前記熱源熱交換器から流出した前記冷媒を膨張させる空気膨張機構をさらに有し、
さらに、前記蒸発温度が、前記室外空気温度から設定温度を減算した値よりも小さい場合に、前記回収用膨張機構が閉状態とされ、前記空気膨張機構が開状態とされる
請求項１４に記載の熱回収装置。
【国際調査報告】
2021005735.tif 000012
2021005735.tif 000013
2021005735.tif 000014
2021005735.tif 000015