JP2012137290A - 生活排水の総合的活用システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 生活排水及び/又は雨水を貯留する貯留水槽の内部に槽内熱交換器を設け、該槽内熱交換器において、ヒートポンプ式空気調和装置又は給湯装置の冷媒と熱交換する熱源媒体を、貯留水槽に貯留された生活排水及び/又は雨水と熱交換させることによって冷却又は加熱する。
【選択図】 図29
Description
このようなヒートポンプ式の空気調和装置又は給湯装置においては、上記のような冷媒が保有する冷熱によって室内空気を冷却したり(冷房の場合)、冷媒が保有する温熱によって室内空気を加熱したり(暖房の場合)、あるいは冷媒が保有する温熱によって水を加熱したり(給湯の場合)するわけであるが、この際、室外に設けられた室外機において、冷媒を冷却(冷房の場合)又は加熱(暖房又は給湯の場合)する必要がある。そして、現在、主流となっているヒートポンプ式の空気調和装置及び給湯装置においては、冷媒の冷却及び加熱を行う室外機は、冷媒が管内を流れる熱交換器に外気を吹き付けて熱交換させることにより冷媒を冷却又は加熱する空冷式を採用している。
そして、それら水冷式ヒートポンプ式の空気調和装置又は給湯装置は大きく以下の2種類に分けられるが、このいずれのタイプの技術においても、以下で説明するような問題が生じる(以下では、説明を簡単にするために、空気調和装置を冷房運転するケースについて説明する)。
第1種:冷媒を「冷却塔又はヒーティングタワーで冷却又は加熱される水又は不凍液」との熱交換によって冷却又は加熱するタイプ(例えば、特許文献1)
第2種:冷媒を「水槽内に貯留された水又は不凍液」との熱交換によって冷却又は加熱するタイプ(例えば、特許文献2又は特許文献3)
しかしながら、前者の方法では、冷房の排熱処理のためだけにフレッシュな水が無駄に使用されることになり、水資源の浪費を引き起こすだけでなく、特に、水槽内に貯留される水として水道水などの生活用水を使用される場合には、その生活用水を製造するためのエネルギーも浪費していることになり、エネルギー使用量の抑制にはつながらない。一方、後者の方法では、周囲の土壌との熱交換だけで排熱しようとすると、必要な熱交換面積は非常に大きなものとなり、結果として、地下水槽を設置するためのコストも大きくなる。
この際、冷媒1としては、液相―気相の相転移な可能な物質を使用し、前記室内熱交換器及び前記室外熱交換器W1において、冷媒1の液相−気相の相転移が生じることにより、冷媒1と熱源媒体1との間で潜熱の移動が生じるようにすることができる。
この際、冷媒1としては、液相―気相の相転移な可能な物質を使用し、前記室内熱交換器及び「前記室外熱交換器A1及び/又は前記室外熱交換器W1」において、冷媒1の液相−気相の相転移が生じることにより、冷媒1と熱源媒体1との間で潜熱の移動が生じるようにすることができる。
この際、冷媒2としては、二酸化炭素を使用することができる。
この際、冷媒2としては、二酸化炭素を使用することができる。
(21T)前記湯沸熱交換器で前記冷媒2との熱交換によって生成した湯を貯留する貯湯槽と、(12W)前記冷媒1と「水、水溶液又はその他の不凍液である熱源媒体1」とを熱交換させる室外熱交換器W1と、(22W)前記冷媒2と「水、水溶液又はその他の不凍液である熱源媒体2」とを熱交換させる室外熱交換器W2と、(3)生活排水・雨水を収集して後記貯留水槽に供給する、排水・雨水収集供給系統と、(4”)前記排水・雨水収集供給系統から供給される生活排水・雨水、又は、該生活排水・雨水と生活用水とを受け入れて貯留する貯留水槽であって、前記生活排水・雨水、又は、前記生活排水・雨水と生活用水との混合水と前記熱源媒体1とを熱交換させる槽内熱交換器1と;前記生活排水・雨水又は該混合水と前記熱源媒体2とを熱交換させる槽内熱交換器2と;前記生活排水・雨水又は該混合水を下水道配管に放流するための放流手段と;を備える貯留水槽と、(15)前記冷媒1を前記室内熱交換器と前記室外熱交換器W1との間で循環させるとともに、循環経路中に圧縮機構と膨張機構を備えた冷媒循環系統1と、(25)循環経路中に圧縮機構と膨張機構を備え、前記冷媒2を「圧縮機構→湯沸熱交換器→膨張機構→室外熱交換器W2」の経路で循環させる冷媒循環系統2と、(16)前記熱源媒体1を前記室外熱交換器W1と前記槽内熱交換器1との間で循環させる熱源媒体循環系統1と、(26)前記熱源媒体2を前記室外熱交換器W2と前記槽内熱交換器2との間で循環させる熱源媒体循環系統2と、を備えるようにしたものである。
(21T)前記湯沸熱交換器で前記冷媒2との熱交換によって生成した湯を貯留する貯湯槽と、(12W)前記冷媒1と「水、水溶液又はその他の不凍液である熱源媒体3」とを熱交換させる室外熱交換器W1と、(22W)前記冷媒2と「水、水溶液又はその他の不凍液である熱源媒体3」とを熱交換させる室外熱交換器W2と、(3)生活排水・雨水を収集して後記貯留水槽に供給する、排水・雨水収集供給系統と、(4”’)前記排水・雨水収集供給系統から供給される生活排水・雨水、又は、該生活排水・雨水と生活用水とを受け入れて貯留する貯留水槽であって、前記生活排水・雨水、又は、前記生活排水・雨水と生活用水との混合水と前記熱源媒体3とを熱交換させる槽内熱交換器3と;前記生活排水・雨水又は該混合水を下水道配管に放流するための放流手段と;を備える貯留水槽と、(15)前記冷媒1を前記室内熱交換器と前記室外熱交換器W1との間で循環させるとともに、循環経路中に圧縮機構と膨張機構を備えた冷媒循環系統1と、(25)循環経路中に圧縮機構と膨張機構を備え、前記冷媒2を「圧縮機構→湯沸熱交換器→膨張機構→室外熱交換器W2」の経路で循環させる冷媒循環系統2と、(7)前記熱源媒体3を「室外熱交換器W1→室外熱交換器W2→槽内熱交換器3」又は「室外熱交換器W2→室外熱交換器W1→槽内熱交換器3」のいずれかの経路で循環させる熱源媒体循環系統3と、を備えるようにしたものである。
(ア)前記貯留水槽(4)に貯留されている前記生活排水・雨水、又は、前記生活排水・雨水と生活用水との混合水の温度情報
(イ)熱源媒体1の温度情報
(ウ)外気温度情報
(エ)前記生活用建屋内の室内温度情報
(ア’)前記貯留水槽(4)に貯留されている前記生活排水・雨水、又は、前記生活排水・雨水と生活用水との混合水の温度情報
(イ’)熱源媒体2の温度情報
(ウ)外気温度情報
(オ)貯湯槽(21T)内の湯温度情報
(ア”’)前記貯留水槽(4”’)における温度測定手段で測定された温度情報
(イ)熱源媒体3の温度情報
(ウ)外気温度情報
(エ)生活用建屋内の室内温度情報
(オ)貯湯槽(21T)内の湯温度情報
(カ)前記貯留水槽(4)における液位測定手段で測定された液位情報
(キ)前記貯留水槽(4)貯留されている前記生活排水・雨水、又は、前記生活排水・雨水と生活用水との混合水の温度情報
(カ)前記貯留水槽(4)における液位測定手段で測定された液位情報
(キ)前記貯留水槽(4)貯留されている前記生活排水・雨水、又は、前記生活排水・雨水と生活用水との混合水の温度情報
前記排水・雨水収集供給系統(3)は、以下の(カ)、又は、(カ)及び(キ)に基づき、収集した生活排水及び/又は雨水の一部又は全部を、前記貯留水槽(4)ではなく、下水道配管に放流する機能を有するようにしたものである。
(カ)前記貯留水槽(4)における液位測定手段で測定された液位情報
(キ)前記貯留水槽(4)貯留されている前記生活排水・雨水、又は、前記生活排水・雨水と生活用水との混合水の温度情報
さらにこれに加えて、貯留水槽内の生活排水・雨水の温度が適正範囲を逸脱した場合に、生活排水・雨水を下水道配管に放流し、第16の発明のヒートポンプ式空気調和システム、ヒートポンプ式給湯システム又はヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムにおける生活用水補給手段の援けを借りて、温度が適正範囲を逸脱した生活排水・雨水を生活排水で置換・稀釈することにより、貯留水槽内の(生活用水で稀釈された)生活排水・雨水の温度を適正範囲に戻すことができる。
なお、本発明のヒートポンプ式空気調和システム、ヒートポンプ式給湯システム又はヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムにおいては、貯留水槽内の生活排水・雨水の温度を一定範囲に保つのは、一義的には、上記のように生活用建屋内で発生する生活排水が流入することによる置換効果によるものであって、生活用水の補給はあくまでも補助的なものである。したがって、この発明の実施においては、熱源媒体の温度を適正に保つために第2種の従来技術のように大量のフレッシュな水を浪費することはない。
あるいは、ヒートポンプ式空気調和システム又はヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを冷房(単独)運転している際に、貯留水槽内の生活排水・雨水の温度が十分に低い場合に、温度が高い風呂からの排水だけを直接下水道配管に放流するようにすることもできる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和システムの機器構成と、該空気調和システムを冷房運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
一方、室外機ユニット3は、鋼板製又はプラスチック製の筐体に、プレート式の熱交換器である室外熱交換器W1_31W、圧縮機1_32、膨張弁1_33、循環ポンプ1_34、四方弁A_35及び四方弁B_36を備える。この際、室外熱交換器W1_31Wは、筐体の内部に収納しても、筐体の一面を構成させてもよい。
なお、貯留水槽5は鋼板製であり、周囲の土壌との間での熱交換効率を高めるため、土壌側の壁面には熱伝導面積を増やすためにフィンが設けられており、これによって、貯留水槽5に貯留された生活排水・雨水の温度が著しく上昇したり、低下したりすることを防ぐことができる。ただし、周囲の土壌との熱交換はあくまでも補助的なものであって、本実施形態のヒートポンプ式空気調和システムにおいては、熱交換面積を確保するために第2種の従来技術のように貯留水槽5を大規模にする必要はない。
また、槽内熱交換器1_51は貯留水槽5の内部に設けても良いが、例えば、貯留水槽5の側面を水管壁としたり、貯留水槽5をタンクジャケット式熱交換器としたりすることによって、貯留水槽5と槽内熱交換器1_51とを一体化することも可能である。
上記の温熱移動の結果として、貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度は一時的に上昇するが、排水・雨水収集供給系統から新たに生活排水又は雨水が供給されるたびに、高温の生活排水・雨水は比較的低温の生活排水・雨水によって置換又は稀釈されることにより、貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度が適正範囲に留まる。
暖房運転においては、冷媒1及び熱源媒体2の循環経路は、四方弁A_35及び四方弁B_36の切り替えにより図2に太実線で示す通りに切り替わる。この場合でも、冷房運転の場合と同じく、冷媒1と熱源媒体1とは、室外熱交換器W1_31Wにおいて対向に流れるため、冷媒1と熱源媒体1との間の熱交換は効率的に行われる。そして、冷房の場合と同様の熱交換が行われることにより、最終的には、家屋1内の空気から貯留水槽5内の生活排水・雨水へ冷熱が移動する。
上記の冷熱移動の結果として、貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度は一時的に低下するが、排水・雨水収集供給系統から新たに生活排水又は雨水が供給されるたびに、高温の生活排水・雨水は比較的低温の生活排水・雨水によって置換又は稀釈されることにより、貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度が適正範囲に留まる。
図3は、本発明の第2の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和システムの機器構成と、該空気調和システムを冷房運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図4は、本発明の第2の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和システムを暖房運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
なお、本実施形態においては、室外熱交換器A1_31Aを膨張弁1_33と室外熱交換器W1_31Wとの間に設けているが、その代わりに、室外熱交換器W1_31Wと四方弁A_35との間に設けてもよい。
一方、暖房運転時には、Twが「外気温度Ta(又は生活用建屋内の室内温度Tr)から暖房運転時の圧縮機1_32の動力負荷に基づいて計算されるΔTh(≧0)を減じた温度(Ta(又はTr)−ΔTh)」より高い場合に循環ポンプ1_34を運転し、Twが「『Ta(又はTr)−ΔTh』と0℃の少なくともいずれか一方」より低い場合には、循環ポンプ1_34を停止する(ここで、0℃を下回った場合に循環ポンプ1_34を停止するのは、貯留水槽5内の生活排水・雨水の氷結を回避するためである)。
図5は、本発明の第3の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの機器構成と、該ヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを冷房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図6は、本発明の第3の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを暖房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図7は、本発明の第3の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを湯沸単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図8は、本発明の第3の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「冷房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図9は、本発明の第3の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「暖房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
一方、本実施形態の冷媒2及び熱源媒体2の循環系統及び関連機器の機能は、以下の通りとなっている。すなわち、湯沸運転時には、二酸化炭素である冷媒2は、湯沸熱交換器46→膨張弁2_43→室外熱交換器W2_41W→圧縮機2_42→湯沸熱交換器46の経路で、水又は不凍液である熱源媒体2は、槽内熱交換器2_52→循環ポンプ2_44→室外熱交換器W2_41W→槽内熱交換器2_52の経路で、それぞれ循環する(図7、図8及び図9において循環経路を太実線で示す)。そして、給水ポンプ45から供給された水と冷媒2とが湯沸熱交換器46で、冷媒2と熱源媒体2とが室外熱交換器W2_41Wで、熱源媒体2と貯留水槽5内の生活排水・雨水とが槽内熱交換器2_52で、それぞれ熱交換することにより、貯留水槽5内の生活排水・雨水から水へ温熱が移動し、生成した熱湯が貯湯槽6に蓄えられる。
なお、湯沸熱交換器46と室外熱交換器W1_31Wにはプレート式の熱交換器を、槽内熱交換器2_52には多管式の熱交換器を、それぞれ採用している。また、熱源媒体2と熱源媒体3は異なる種類の液体(水と不凍液、異なる種類の不凍液、等)を使用してもよいし、同じ液体(水、同じ種類の不凍液、等)を使用してもよい。
図10は、本発明の第4の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの機器構成と、該ヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを冷房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図11は、本発明の第4の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを暖房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図12は、本発明の第4の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを湯沸単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図13は、本発明の第4の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「冷房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図14は、本発明の第4の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「暖房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
すなわち、本実施形態においては、室外機ユニット3は、鋼板製又はプラスチック製の筐体に、室外熱交換器W1_31W、室外熱交換器A1_31A、室外送風機1_31A、圧縮機1_32、膨張弁1_33、循環ポンプ1_34、四方弁A_35及び四方弁B_36を備える。この際、室外熱交換器W1_31Wは、筐体の内部に収納しても、筐体の一面を構成させてもよい。一方、給湯ユニット4は、鋼板製又はプラスチック製の筐体に、室外熱交換器W2_41W、室外熱交換器A2_41A、室外送風機2_41A、圧縮機2_42、膨張弁2_43、循環ポンプ2_44、給水ポンプ45、湯沸熱交換器46を備える。この際、室外熱交換器W2_41Wは、筐体の内部に収納しても、筐体の一面を構成させてもよい。
なお、本実施形態においては、室外機ユニット3と給湯ユニット4の双方に、室外送風機と室外熱交換器Aの組み合わせである外気熱交換ユニットを設けているが、外気熱交換ユニットは、室外機ユニット3と給湯ユニット4のいずれか一方だけに設けることも可能である。
一方、暖房運転時には、Twが「外気温度Ta(又は生活用建屋内の室内温度Tr)から暖房運転時の圧縮機1_32の動力負荷に基づいて計算されるΔTh(≧0)を減じた温度(Ta(又はTr)−ΔTh)」より高い場合に循環ポンプ1_34を運転し、Twが「『Ta(又はTr)−ΔTh』と0℃の少なくともいずれか一方」より低い場合には、循環ポンプ1_34を停止する(ここで、0℃を下回った場合に循環ポンプ1_34を停止するのは、貯留水槽5内の生活排水・雨水の氷結を回避するためである)。
ところで、一般に、空冷式のヒートポンプ式給湯装置の熱交換効率が悪くなるのは、貯湯槽6内の湯の温度が高くなってからである。したがって、上記のように湯沸完了前に熱源媒体2との熱交換が停止しては、本発明のヒートポンプ式給湯システム又はヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの効果が低減してしまう。
この問題を回避するためには、本実施形態のヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの湯沸運転が開始されてもすぐには循環ポンプ2_44を起動せず、貯湯槽6内の湯の(平均)温度が、炊き上げ設定温度、湯沸運転開始時の貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度、貯湯槽6の容量、貯留水槽5の容量等から定めた温度に達してから循環ポンプ2_44を起動するようにすれば、貯湯槽6内の湯の温度が高くなって以降の熱交換効率の低下を回避することができる。
図15は、本発明の第5の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの機器構成と、該ヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを冷房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図16は、本発明の第5の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを湯沸単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図17は、本発明の第5の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「冷房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
冷房単独運転の場合:槽内熱交換器3_53→循環ポンプ1_34→三方弁A1_371→室外熱交換器W1_31W→三方弁A2_372→三方弁A3_373→三方弁A4_374→槽内熱交換器3_53
湯沸単独運転の場合:槽内熱交換器3_53→循環ポンプ1_34→三方弁A1_371→三方弁A2_372→三方弁A3_373→室外熱交換器W2_41W→三方弁A4_374→槽内熱交換器3_53
「冷房+湯沸」併用運転の場合:槽内熱交換器3_53→循環ポンプ1_34→三方弁A1_371→室外熱交換器W1_31W→三方弁A2_372→三方弁A3_373→室外熱交換器W2_41W→三方弁A4_374→槽内熱交換器3_53
一方、家屋1内の空気から貯留水槽5内の生活排水・雨水への温熱の移動、及び、貯留水槽5内の生活排水・雨水から水への温熱が移動は、熱源媒体1及び熱源媒体2が熱源媒体3に代わることを除けば、第3の実施形態のヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムと同じである。
図18は、本発明の第6の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの機器構成と、該ヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを冷房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図19は、本発明の第6の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを湯沸単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図20は、本発明の第6の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「冷房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
すなわち、本実施形態においては、室外機ユニット3は、鋼板製又はプラスチック製の筐体に、室外熱交換器W1_31W、室外熱交換器A1_31A、室外送風機1_31A、圧縮機1_32、膨張弁1_33、循環ポンプ1_34、三方弁A1_371、三方弁A2_372、三方弁A3_373及び三方弁A4_374を備える。この際、室外熱交換器W1_31Wは、筐体の内部に収納しても、筐体の一面を構成させてもよい。一方、給湯ユニット4は、鋼板製又はプラスチック製の筐体に、室外熱交換器W2_41W、室外熱交換器A2_41A、室外送風機2_41A、圧縮機2_42、膨張弁2_43、給水ポンプ45、湯沸熱交換器46を備える。この際、室外熱交換器W2_41Wは、筐体の内部に収納しても、筐体の一面を構成させてもよい。
なお、本実施形態においては、室外機ユニット3と給湯ユニット4の双方に、室外送風機と室外熱交換器Aの組み合わせである外気熱交換ユニットを設けているが、外気熱交換ユニットは、室外機ユニット3と給湯ユニット4のいずれか一方だけに設けることも可能である。
次に、本実施形態では、湯沸単独運転が行われている際には、室外送風機2_41Aは常時運転するが、循環ポンプ1_34は、貯留水槽5に設けられた水温計(図18〜図20には図示しない)によって測定された貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度情報と、貯湯槽6に設けられた湯温度計(図10〜図14には図示しない)によって測定された湯温度情報とに基づいて、その運転及び停止が制御される。すなわち、貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度Twが「貯湯槽6内の湯温度Ttから圧縮機2_42の動力負荷に基づいて計算されるΔTb(≧0)を減じた温度(Tt−ΔTb)」より高い場合に循環ポンプ1_34を運転し、TwがTt−ΔTbより低い場合には循環ポンプ1_34を停止する。
最後に、「冷房+湯沸」併用運転が行われている際には、貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度Twが、「外気温度Ta(又は生活用建屋内の室内温度Tr)に冷房運転時の圧縮機1_32の動力負荷に基づいて計算されるΔTcを加えた温度(Ta(又はTr)+ΔTc)」より低く、「貯湯槽6内の湯温度Ttから冷房運転時の圧縮機1_32の動力負荷に基づいて計算されるΔTc’と圧縮機2_42の動力負荷に基づいて計算されるΔTbとを減じた温度(Tt−ΔTc’−ΔTb)」より高い場合に循環ポンプ1_34を運転し、それ以外の場合には循環ポンプ2_44を停止する。
図21は、本発明の第7の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの機器構成と、該ヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを冷房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図22は、本発明の第7の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを暖房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図23は、本発明の第7の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを湯沸単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図24は、本発明の第7の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「冷房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図25は、本発明の第7の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「暖房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
一方、今回新たに加わった暖房運転用の熱源媒体1用の循環系統は、暖房単独運転の場合でも、「暖房+湯沸」併用運転の場合でも同じであり、槽内熱交換器1_51→三方弁B1_381→四方弁B_36→室外熱交換器W1_31W→四方弁B_36→三方弁B2_382→槽内熱交換器1_51の経路となる(図22及び図25において、循環経路を太実線で示す)。
図26は、本発明の第8の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの機器構成と、該ヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを冷房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図27は、本発明の第8の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを暖房単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図28は、本発明の第8の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを湯沸単独運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図29は、本発明の第8の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「冷房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
また、図30は、本発明の第8の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムを「暖房+湯沸」併用運転している場合の冷媒及び熱源媒体の循環経路を説明するための構成図である。
すなわち、本実施形態においては、室外機ユニット3は、鋼板製又はプラスチック製の筐体に、室外熱交換器W1_31W、室外熱交換器A1_31A、室外送風機1_31A、圧縮機1_32、膨張弁1_33、循環ポンプ1_34、循環ポンプ2_44、四方弁A_35、四方弁B_36、三方弁B1_371、三方弁B2_372、三方弁B3_373、三方弁B4_374、三方弁B5_375及び三方弁B5_375を備える。この際、室外熱交換器W1_31Wは、筐体の内部に収納しても、筐体の一面を構成させてもよい。一方、給湯ユニット4は、鋼板製又はプラスチック製の筐体に、室外熱交換器W2_41W、室外熱交換器A2_41A、室外送風機2_41A、圧縮機2_42、膨張弁2_43、給水ポンプ45、湯沸熱交換器46を備える。この際、室外熱交換器W2_41Wは、筐体の内部に収納しても、筐体の一面を構成させてもよい。
なお、本実施形態においては、室外機ユニット3と給湯ユニット4の双方に、室外送風機と室外熱交換器Aの組み合わせである外気熱交換ユニットを設けているが、外気熱交換ユニットは、室外機ユニット3と給湯ユニット4のいずれか一方だけに設けることも可能である。
一方、本実施形態では、暖房単独運転及び「暖房+湯沸」併用運転が行われている際には、循環ポンプ1_34が運転され、その運転及び停止は、貯留水槽5に設けられた水温計(図26〜図30には図示しない)によって測定された貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度情報と、室外機ユニット3に設けられた気温計(図26〜図30には図示しない)によって測定された外気温度情報(又は、室内機ユニット2に設けられた気温計(図26〜図30には図示しない)によって測定された生活用建屋内の室内温度)とに基づいて制御される。すなわち、貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度Twが「外気温度Ta(又は生活用建屋内の室内温度Tr)から暖房運転時の圧縮機1_32の動力負荷に基づいて計算されるΔTh(≧0)を減じた温度(Ta(又はTr)−ΔTh)」より高い場合に循環ポンプ1_34を運転し、Twが「『Ta(又はTr)−ΔTh』と0℃の少なくともいずれか一方」より低い場合には、循環ポンプ1_34を停止する(ここで、0℃を下回った場合に循環ポンプ1_34を停止するのは、貯留水槽5内の生活排水・雨水の氷結を回避するためである)。
図31は、本発明の第9の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの給排水系統の機器構成と、該給排水系統における給排水経路の一例を説明するための構成図である。
また、図32は、本発明の第9の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの給排水系統における給排水経路の別の一例を説明するための構成図である。
また、図33は、本発明の第9の実施形態に係るヒートポンプ式空気調和・給湯統合システムの給排水系統における給排水経路のさらに別の一例を説明するための構成図である。
一方、家屋1に落下した雨水は雨どい16で集められ、これも三方弁C6_76を介して貯留水槽5に供給されるか、下水道配管82に放流される。
さらに、貯留水槽5内の生活排水・雨水は、排水ポンプ54で下水道配管82に放流されるか、排水再利用ポンプ55でトイレ15の水洗用水として供給される。ここで、排水ポンプ54は、液位計57の測定信号に基づいて運転及び停止する。
なお、トイレ15を水洗後の排水は、貯留水槽5に供給されることなく、すべて下水道配管82に放流される。
また、三方弁のうち、三方弁C2_72、三方弁C3_73、三方弁C4_74、三方弁C5_75及び三方弁C6_76については、冷媒循環系統1における圧縮機1_32と冷媒循環系統2における圧縮機2_42の運転及び停止の信号に基づき開方向が決定される。一方、三方弁C1_71は、それらに加えて、四方弁A_35の開方向(すなわち冷房運転と暖房運転の別)、及び、演算器1_78からの指示信号に基づき開方向が決定され、演算器1_78は「風呂11からの排水の温度を測定する温度計2_77とからの測定信号」と「貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度を測定する温度計1_56からの測定信号」に基づき指示信号を生成する。
一方、図32の給排水経路は、圧縮機1_32と圧縮機2_42の少なくとも一方が運転しており、貯留水槽5内の生活排水・雨水の液位も温度も適正な範囲にある場合の給排水経路である。風呂11、台所12、洗濯機13及び洗い場14で発生した生活排水、及び、雨どいで集められた雨水は、すべて貯留水槽5に供給されている。排水ポンプ54も運転することによって、貯留水槽5内の生活排水・雨水の液位を適正範囲内に保っている。
最後に、図33の給排水経路は、圧縮機1_32が稼動して冷房運転がなされており、かつ、貯留水槽5内の生活排水・雨水の液位が適正値より低く、また、貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度が風呂11からの排水の温度よりも低い場合の給排水経路である。台所12、洗濯機13及び洗い場14で発生した生活排水、及び、雨どいで集められた雨水は貯留水槽5に供給されているが、風呂11からの排水は、貯留水槽5内の生活排水・雨水の温度を上げないように下水道配管に放流されている。一方、貯留水槽5内の生活排水・雨水の液位を適正値まで上げるように、上水道配管から貯留水槽5に水道水が補給されている。
11‥‥‥風呂
12‥‥‥台所
13‥‥‥洗濯機
14‥‥‥洗い場
15‥‥‥トイレ
16‥‥‥雨どい
2‥‥‥室内機ユニット
21‥‥‥室内送風機
22‥‥‥室内熱交換器
3‥‥‥室外機ユニット
31F‥‥‥室外送風機1
31A‥‥‥室外熱交換器A1
31W‥‥‥室外熱交換器W1
32‥‥‥圧縮機1
33‥‥‥膨張弁1
34‥‥‥循環ポンプ1
35‥‥‥四方弁A
36‥‥‥四方弁B
371‥‥‥三方弁A1
372‥‥‥三方弁A2
373‥‥‥三方弁A3
374‥‥‥三方弁A4
381‥‥‥三方弁B1
382‥‥‥三方弁B2
383‥‥‥三方弁B3
384‥‥‥三方弁B4
385‥‥‥三方弁B5
386‥‥‥三方弁B6
4‥‥‥給湯ユニット
41F‥‥‥室外送風機2
41A‥‥‥室外熱交換器A2
41W‥‥‥室外熱交換器W2
42‥‥‥圧縮機2
43‥‥‥膨張弁2
44‥‥‥循環ポンプ2
45‥‥‥給水ポンプ
46‥‥‥湯沸熱交換器
5‥‥‥貯留水槽
51‥‥‥槽内熱交換器1
52‥‥‥槽内熱交換器2
53‥‥‥槽内熱交換器3
54‥‥‥排水ポンプ
55‥‥‥排水再利用ポンプ
56‥‥‥温度計1
57‥‥‥液位計
6‥‥‥貯湯槽
71‥‥‥三方弁C1
72‥‥‥三方弁C2
73‥‥‥三方弁C3
74‥‥‥三方弁C4
75‥‥‥三方弁C5
76‥‥‥三方弁C6
77‥‥‥温度計2
78‥‥‥演算器1
81‥‥‥上水道配管
82‥‥‥下水道配管
83‥‥‥開閉弁
84‥‥‥演算器2
Claims (7)
- (11)後記室内熱交換器に空気を送る室内送風機と;
該室内送風機から送られた空気と「圧縮性流体である冷媒1」とを熱交換させる室内熱交換器と;
を備え、人が個人又は集団で生活する建屋(以下、「人が個人又は集団で生活する建屋」を「生活建屋」と略記する)の内部に設けられる室内機ユニットと、
(12W)前記冷媒1と「水、水溶液又はその他の不凍液である熱源媒体1」とを熱交換させる室外熱交換器W1と、
(3)前記生活建屋のうち高汚濁排水発生箇所以外の箇所から排出される生活排水(以下、「前記生活建屋のうち高汚濁排水発生箇所以外の箇所から排出される生活排水」を「低汚濁生活排水」と略記する)を収集して後記貯留水槽に供給する低汚濁生活排水収集供給系統と、
(4)前記低汚濁生活排水収集供給系統から供給される低汚濁生活排水、又は、該低汚濁生活排水と水道水や井戸水等の生活用水(以下、「水道水や井戸水等の生活用水」を「生活用水」と略記する)とを受け入れて貯留する貯留水槽であって、
前記低汚濁生活排水、又は、前記低汚濁生活排水と前記生活用水との混合水(以下、「前記低汚濁生活排水と前記生活用水との混合水」を「低汚濁生活排水用水混合水」と略記する)と前記熱源媒体1とを熱交換させる槽内熱交換器1と;
「前記低汚濁生活排水又は前記低汚濁生活排水用水混合水」を生活建屋内の前記高汚濁排水発生箇所に供給するための低汚濁生活排水供給手段と;
「前記低汚濁生活排水又は前記低汚濁生活排水用水混合水」を下水道配管に放流するための放流手段と;
を備える貯留水槽と、
(15)前記冷媒1を前記室内熱交換器と前記室外熱交換器W1との間で循環させるとともに、循環経路中に圧縮機構と膨張機構を備えた冷媒循環系統1と、
(16)前記熱源媒体1を前記室外熱交換器W1と前記槽内熱交換器1との間で循環させる熱源媒体循環系統1と、
を備えることを特徴とする生活排水の総合的活用システム。 - (12A)後記室外熱交換器A1に外気を送る室外送風機1と;
前記室外熱交換器W1に直列に設けられ、前記室外送風機1から送られた外気と前記冷媒1とを熱交換させる室外熱交換器A1と;
を有する外気熱交換ユニット1
を備えるとともに、
前記冷媒循環系統1(15)においては、前記冷媒1を前記室内熱交換器と「前記室外熱交換器W1と前記室外熱交換器A1との直列体」との間で循環させる
ことを特徴とする請求項1に記載の生活排水の総合的活用システム。 - (21E)水と「圧縮性流体である冷媒2」とを熱交換させる湯沸熱交換器と、
(21T)前記湯沸熱交換器で前記冷媒2との熱交換によって生成した湯を貯留する貯湯槽と、
(22W)前記冷媒2と「水、水溶液又はその他の不凍液である熱源媒体2」とを熱交換させる室外熱交換器W2と、
(25)循環経路中に圧縮機構と膨張機構を備え、前記冷媒2を「圧縮機構→湯沸熱交換器→膨張機構→室外熱交換器W2」の経路で循環させる冷媒循環系統2と、
を備えるとともに、
前記貯留水槽(4)は、「前記低汚濁生活排水又は前記低汚濁生活排水用水混合水」と前記熱源媒体2とを熱交換させ、該熱源媒体2を加熱する槽内熱交換器2を備えた上で、
(26)前記熱源媒体2を前記室外熱交換器W2と前記槽内熱交換器2との間で循環させる熱源媒体循環系統2と、
を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の生活排水の総合的活用システム。 - (22A)後記室外熱交換器A2に外気を送る室外送風機2と;
前記室外熱交換器W2に直列に設けられ、該室外送風機2から送られた外気と前記冷媒2とを熱交換させる室外熱交換器A2と;
を有する外気熱交換ユニット2
を備えるとともに、
前記冷媒循環系統2(25)においては、前記冷媒1を前記室内熱交換器と「前記室外熱交換器W2と前記室外熱交換器A2との直列体」との間で循環させる
ことを特徴とする請求項3に記載の生活排水の総合的活用システム。 - (21E)水と「圧縮性流体である冷媒2」とを熱交換させる湯沸熱交換器と、
(21T)前記湯沸熱交換器で前記冷媒2との熱交換によって生成した湯を貯留する貯湯槽と、
(22W’)前記冷媒2と「水、水溶液又はその他の不凍液である熱源媒体1」とを熱交換させる室外熱交換器W2’と、
(25)循環経路中に圧縮機構と膨張機構を備え、前記冷媒2を「圧縮機構→湯沸熱交換器→膨張機構→室外熱交換器W2’」の経路で循環させる冷媒循環系統2と、
を備えるとともに、
前記熱源媒体循環系統1(16)は、系統内に室外熱交換器W2’を含んだ上で、前記熱源媒体1を「室外熱交換器W1→室外熱交換器W2’→槽内熱交換器1」又は「室外熱交換器W2’→室外熱交換器W1→槽内熱交換器1」のいずれかの経路で循環させる、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の生活排水の総合的活用システム。 - 前記熱源媒体循環系統1(16)は経路切り替え手段を備え、該経路切り替え手段の切り替えによって、熱源媒体1の循環経路を「室外熱交換器W2’←→槽内熱交換器1」又は「室外熱交換器W1←→槽内熱交換器1」に切り替える機能を有することを特徴とする、請求項5に記載の生活排水の総合的活用システム。
- (22A)後記室外熱交換器A2に外気を送る室外送風機2と;
前記室外熱交換器W2’に直列に設けられ、該室外送風機2から送られた外気と前記冷媒2とを熱交換させる室外熱交換器A2と;
を有する外気熱交換ユニット2
を備えるとともに、
前記冷媒循環系統2(25)においては、前記冷媒1を前記室内熱交換器と「前記室外熱交換器W2’と前記室外熱交換器A2との直列体」との間で循環させる
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の生活排水の総合的活用システム。
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