JP2014527149A - 浴室使用中に排出される湯の熱回収をする浴室 - Google Patents

Abstract

本発明は、本管からの冷たい清浄水を浴室で使用するために、排水に残留する熱を使用して余熱することのできる浴室に関する。浴室内で使用された水（ＳＱ）は、筐体（１）から排水溝（３）を介して回収槽（２）に運ばれる。熱が熱交換器（８及び１１Ａ）に伝達された後に、水は、吸引管（６）を介して下水管（７）へと流れる。本管（９）からの冷たい清浄水（ＬＦ）は熱交換器（８）の内部を介して循環し、回収槽（２）内に存在する排水（ＳＱ）から熱を受けて余熱される。次に、余熱された水（ＬＱ）は、浴室内で使用されるために、設置された加熱器又は混合器へと出湯パイプ（１０）を通過する。冷却器（１１Ａ）と、圧縮機（１１Ｂ）と、加熱器（１１Ｃ）と、拡張器（１１Ｄ）によって構成されるヒートポンプ（１１）は、熱交換器（８）を通過した排水に残留する熱を回収するのを補助して、出湯パイプ（１０）を通過する水に加熱器（１１Ｃ）を介して熱を伝達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築に関連する製品の応用分野に属し、配水網から供給される冷たい清浄水を予熱して浴室で使用するために排水の熱を活用することを目的とし、使用にあたって所望の温度を得るために設置される加熱器において必要とされる熱エネルギーの実質的な節約になり、洗浄とメンテナンスが容易な方策を提供するものである。

シャワーから出る湯の熱を活用するシステムは、下記に挙げる特許文献のように実際に存在する。しかし、次に挙げる一つ、またはそれ以上の構想上の欠陥があるために製品化には至っていない。欠陥とは、構造的に複雑であること、高い製造コスト、低効率、不十分な人間工学設計、メンテナンスが困難であること、等である。

熱回生を備えた浴室と題する１９８６年９月５日に出願された特許文献ＭＵ６６０１５８５では、排水中にまだ存在する残留エネルギーを再生することを目的とし、外部環境へのエネルギー損失を回避するとともに、浴室用の清浄水の加熱において実質的に電気エネルギーや他のエネルギーを節約する系統を開示する。当該浴室は断熱材料から成る扉、壁、天井及び床から成るよう設計構成され、床は使用済みの水を回収する容器を含み、かつ空洞によって環境から熱的に隔絶され、熱交換器と水圧ポンプを収容する。当該浴室の内部には清浄水を導入するチューブがあり、当該チューブは流れを制御する弁、電気または他のエネルギー源で動作する加熱器、及び、排出装置を備えている。

排水からの熱回収器と題する１９９３年１１月１１日に出願された特許文献ＭＵ７３０２３０１−９では、加熱装置から出る排水の熱を回収する装置を開示する。当該熱回収器は吸引管内に配置されたコイルを備えて成るよう設計構成され、当該吸引管は加熱装置から出る排水を集め、前述のコイルは当該加熱装置に先立って供給水を供給するパイプに相互に接続されている。

特に当業者にとって公知であるように、構造が複雑で結果的に製造コストが高くなり、満足のいく熱交換を確実に行うためには加圧器が必要であり、洗浄とメンテナンスのための方策はなく、更に、設置が困難であることから、これらのシステムの実用的な適用は非常に限定的である。その証拠に、このような装置はいまだかつて製造に至ったことがないという事実がある。

そこで、前述の構想上の欠陥を排除するため長期的研究を行い、その結果、製造コスト、設置時間、及び労力を最小限にすることができるだけでなく、大幅に効率的で、洗浄とメンテナンスが容易であり、より良い結果をもたらし安全性も高レベルであるという合理的に産業化を可能にするいくつかの利点の組み合わせを統合したシステムとして、浴室使用中に排出される湯の熱回収をするこの浴室を開発した。

本発明は浴室使用中に排出される湯の熱回収をする新規な浴室に関し、特に、配水網から供給される冷たい清浄水を予熱して浴室で使用するため、排水の熱を活用するシステムに関する。本発明は、使用にあたって所望の温度を得るために加熱器の設置で必要とされる熱エネルギーの実質的な節約となり、革新的な発想で重要な技術的・機能的改善が施されており、最も近代的な技術的概念に基づき、かつ求められる規格や仕様に応じて、新規性と進歩性の基本要件を備えた独自の特徴を網羅しており、結果として、実際に極めて大きな技術的、実質的、経済的な一連の利益をもたらすことになる。

本発明は、配水網から供給される冷たい清浄水を水路の加熱器へと導くか、または温度調節のために湯と混合することで予熱することができ、浴室で所望の温度を得るために消費される熱エネルギーの実質的な節約になる浴室を提供することを目的とする。

図１は、浴室使用中に排出される湯の熱回収をする浴室の単純化した側断面の概略図である。

図１（単純化された側断面）に図示されるように、本発明の対象である浴室は、断熱材からなり可変的な寸法及び形状を有する筐体（１）で構成され、当該筐体の下部に回収槽（２）が設けられ、回収槽（２）は排水溝（３）を経由して筐体と連通しており、排水溝（３）はカバー（４）のところに位置し、更に、ちょうど排水溝の下にあるフィルター（５）を経由すると回収槽があり、当該回収槽は片側が吸引管（６）と連結されており、当該吸引管（６）は下水管（７）に接続されている。当該浴室は、前述の回収槽（２）がその内部に熱交換器（８）を含み、当該熱交換器（８）は、その一端が配水網から供給される冷たい清浄水（ＬＦ）用のパイプ（９）に接続され、かつ反対側の一端は加熱器又は混合器に配向される温められた清浄水用の出湯パイプ（１０）に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、浴室の筐体（１）は、浴室のまだ温かい排水（ＳＱ）を排水溝（３）及びフィルター（５）を経由して回収槽（２）へと導いて回収し、熱交換器（８）全体に循環させる。当該循環は、既に冷えてしまった排水（ＳＦ）が、吸引管（６）を経由して下水管（７）から排出される前に行われる。吸引管（６）の主要な機能は回収槽（２）を常に水で満たしておくことであり、この浴室が使用されている間は熱交換器（８）の完全かつ持続的な浸水状態を確保する。これによって配水網から供給される冷たい清浄水（ＬＦ）を予熱する。冷たい清浄水（ＬＦ）は、入水パイプ（９）を介して熱交換器に入り、そこで既に湯となった清浄水（ＬＱ）は、設置された加熱器または混合器へと出湯パイプ（１０）を介して導かれ、そして、浴室で使用できるようにする。

本発明はヒートポンプ（１１）も開示する。ヒートポンプ（１１）は、熱交換器（８）を経由して既に冷えてしまった排水の熱を、当該熱交換器（８）で既に予熱された清浄水へと伝達する。ヒートポンプ（１１）は流体で作動し、当該流体は、例えばアンモニアなどの冷却流体や空気などの気体などでもよい。

このように、ヒートポンプ（１１）は、熱交換器（８）を介して既に冷えた排水から、冷却器（１１Ａ）を経由させることで、そこに残留する熱を除去する。冷却器（１１Ａ）は回収槽（２）の中の熱交換器（８）の下方に位置する。冷却器（１１Ａ）の内部では流体は低温低圧であるが、これが排水の熱を吸収した後で圧縮器（１１Ｂ）を通り、圧縮器（１１Ｂ）のところで流体は圧力及び温度を上昇させる。この高温高圧の流体は続いて加熱器（１１Ｃ）を通り、したがって熱交換器（８）を介して既に加熱された清浄水に更に熱を与えることができる。最後に、作動流体は清浄水に熱を伝達した後で加熱器（１１Ｃ）を出て、拡張器（１１Ｄ）を通る。拡張器（１１Ｄ）は膨張弁、小型タービン、または小型空気圧モータなどであってよい。作動流体は、拡張器（１１Ｄ）において圧力及び温度を更に低下させられ、このサイクルを再び開始するために冷却器（１１Ａ）へと戻される。

本説明の文脈において、低温とは、冷えた排水の温度よりも低いが、冷却器（１１Ａ）の周囲で凍結を引き起こす温度よりは高い温度を意味し、低圧とは、選択された低温に達するのに必要で、かつ選択された作動流体の基準値内にある圧力を意味し、高温とは、温かい排水（ＳＱ）の温度よりも高いが、加熱器（１１Ｃ）または拡張器（１１Ｄ）の構成材料を損なう温度よりは低い温度を意味し、また、高圧とは、選択された高温に達するのに必要で、かつ加熱器（１１Ｃ）または拡張器（１１Ｄ）の構成要素の許容限度内にある圧力を意味する。

ヒートポンプ（１１）を熱交換器（８）と組み合わせることは、当該浴室に高い熱回収能力を与え、更に熱交換器（８）に受動的な熱交換を（外部エネルギーを消費せずに）行わせ、当該熱交換は、非常に低いエネルギー消費でもってヒートポンプ（１１）を活性化させる。この理由は、ヒートポンプの原理が、特に拡張器がタービンまたはモータのタイプである場合、加熱用途においては非常に効率的であるからである。この場合、更に、流体が膨張する作用をあらゆる目的で、例えば、圧縮器によって消費される外部エネルギーを減らすためや、浴室の水圧器を作動させるためなど、必要に応じて活用することができる。

回収槽（２）は、回収槽（２）と吸引管（６）の出口とを連通させることを可能にするとともに熱交換器（８）と冷却器（１１Ａ）との間の高さに位置する小型余水路（１２）を更に備え、小型余水路（１２）は、浴室の最終使用から数分後に小型余水路（１２）によってもたらされる流れによって低水位（ＮＢ）にされる水に冷却器（１１Ａ）のみが浴室使用開始時において浸水されるように非常に小さな流量を許容し、よって、熱交換器（８）は、浴室使用開始時において低水位（ＮＢ）より上にある回収槽の乾いた部分に存在することになる。浴室使用中には、小型余水路（１２）の許容流量に対して浴室での流量そのものが過剰となり、よって、吸引管（６）によって定まる高水位（ＮＡ）になるまで回収槽は迅速に満たされ、かつ熱交換器（８）は温かい排水（ＳＱ）内に浸水される。

小型余水路（１２）の高さは、厳密に熱交換器（８）と冷却器（１１Ａ）との間の位置に低水位（ＮＢ）を定め、この高さは浴室の反応時間が実質的に皆無になるように低減する重要な役割を果たす。この理由の１つは、冷却器（１１Ａ）が水に常に浸水された状態が維持されるため、当該冷却器（１１Ａ）は、本システムを起動してから数秒で直ちに熱を取り出すことと、もう１つは、浴室使用開始時に熱交換器（８）は冷水に包まれていないため、従って、温かい排水（ＳＱ）が前回の浴室使用で残った冷水と混ざることがないことによる。

小型余水路（１２）がなければ、回収槽（２）は浴室使用開始時において高水位（ＮＡ）まで冷水で満たされ、かつこの冷水は温かい排水（ＳＱ）と混ざってしまう。このことは熱交換器の動作を遅くし、浴室の使用者は所望する温度に達するまでより長い時間待たねばならなくなり、しかも毎回使用する度により多くの水を消費してしまうことになる。

一方、小型余水路（１２）を熱交換器（８）と冷却器（１１Ａ）との間において具体的に示された位置よりも上または下に近づけていくにつれて、前者の位置（具体的に示された位置より上の位置）に関する小型余水路（１２）の移動は、既に説明したとおり、回収槽（２）が次第に冷水で満たされていくという理由から浴室の動作が遅くなってしまうし、後者の位置（具体的に示された位置より下の位置）に関する小型余水路（１２）の移動は、冷却器（１１Ａ）が浴室使用開始時において次第に乾いていくという理由から、浴室使用の開始の瞬間から冷却器（１１Ａ）が常温の水から熱を除去できるということの妨げとなってしまう。従って、小型余水路（１２）の存在のみならず、小型余水路（１２）の流量の限度、及び熱交換器（８）と冷却器（１１Ａ）との間の高さであるという厳密な位置決めも、本発明の大きな特徴である。

排水溝（３）のすぐ下に位置するフィルター（５）は、ごみが回収槽（２）や熱交換器（８）及び冷却器（１１Ａ）に堆積するのを防ぐ重要な役割を果たし、その結果、装置の効率と、吸引管（６）を経由する流れを含む自由な排水の流れを維持する。

筐体（１）の底部であって、なおかつ回収槽（２）の上に位置するカバー４は、筐体の側面から回収槽（２）の内部容積を占める構成要素（フィルター（５）、熱交換器（８）、及び冷却器（１１Ａ））へアクセスすることを可能とし、このことは、必要であろう清掃とメンテナンスの実質的な方策となる。

この浴室は、清掃とメンテナンスのためのカバー（４）及びフィルター（５）の存在とともに吸引管（６）の果たす役割のために、あらゆるタイプのポンプ、または排水用の加圧器も不要となり、熱交換の効率を確保するとともに、排水の流量を確保する。

本浴室の構造的形状の特徴は、筐体（１）の下の自由空間、及び、水路の加熱器を設置するための回収槽（２）の周辺にもあるほか、清浄水の入水パイプ（９）、出湯パイプ（１０）、及びヒートポンプ（１１）の構成要素（圧縮器（１１Ｂ）、加熱器（１１Ｃ）、及び拡張器（１１Ｄ））の設置及びメンテナンスのために側面にアクセスできることにもある。

浴室使用中に排出される湯の熱回収をする浴室で、上述したような、構造的かつ機能的特徴が全て併合させたものは知られておらず、このことは直接的、或いは間接的に本発明の目的全体を満たすのに充分である。

本発明を説明及び図示してきたが、それは、その実施形態において様々な修正及び変形を加えることが可能であると理解されるべきである。ただし、このような修正及び変形は、一連の請求項で定義される発明の精神及び範囲から逸脱しないことを条件とする。

Claims (21)

1. 浴室使用中に排出される湯の熱回収をする浴室であって、
   断熱材からなる筐体（１）と、
   回収槽（２）と、
   カバー（４）のところに位置する排水溝（３）と、
   フィルター（５）と、
   吸引管（６）と、
   熱交換器（８）と、
   冷却器（１１Ａ）、圧縮器（１１Ｂ）、加熱器（１１Ｃ）、及び拡張器（１１Ｄ）からなるヒートポンプ（１１）と、
   小型余水路（１２）と、を有することを特徴とする浴室。
2. 配水網から供給される冷水用のパイプ（９）と、加熱器又は混合器に配向される温められた水用の出湯パイプ（１０）と、下水管（７）と、に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の浴室。
3. 水路の加熱器をさらに含むか、又は、水路の加熱器に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の浴室。
4. 前記筐体（１）がその下部に前記回収槽（２）を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の浴室。
5. 前記カバー（４）のところに位置する前記排水溝（３）が、前記筐体（１）の底部でかつ前記回収槽（２）の上部に位置しており、
   前記排水溝（３）が、前記排水溝（３）の下部に位置する前記フィルター（５）を介して前記筐体（１）と前記回収槽（２）との間の連通を可能にすることを特徴とする請求項４に記載の浴室。
6. 前記回収槽（２）が、下水管（７）に接続された前記吸引管（６）に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の浴室。
7. 前記回収槽（２）が、その内部に前記熱交換器（８）を含み、
   前記熱交換器（８）は、その一端が排水網から供給される清浄な冷水（ＬＦ）用のパイプ（９）に接続されており、かつ、その反対側の一端は、加熱器又は混合器に配向される温められた清浄水用の出湯パイプ（１０）に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の浴室。
8. 当該浴室の前記筐体（１）が、当該浴室のまだ温かい排水（ＳＱ）を、前記排水溝（３）及び前記フィルター（５）を介して前記回収槽（２）へ導いて回収することを特徴とする請求項５に記載の浴室。
9. 浴室のまだ温かい排水（ＳＱ）が、冷水（ＳＦ）となって前記吸引管（６）を経由して前記下水管（７）へ排出される前に、前記熱交換器（８）の周辺で循環することを特徴とする請求項６、７または８に記載の浴室。
10. 当該浴室が使用されている間において、前記吸引管（６）が、前記回収槽（２）が水で満たされるように維持して、前記熱交換器（８）の完全な浸水を持続的に確保することを特徴とする請求項９に記載の浴室。
11. 前記ヒートポンプ（１１）が、冷却用流体または空気を循環させて動作することを特徴とする請求項１に記載の浴室。
12. 前記ヒートポンプ（１１）の前記冷却器（１１Ａ）が、前記回収槽（２）の内部の前記熱交換器（８）の下に位置するとともに低温低圧で作動する作動流体を含み、さらに、前記熱交換器（８）を経由して既に冷えた排水の残余熱を除去することを特徴とする請求項１または請求項１１に記載の浴室。
13. 前記圧縮器（１１Ｂ）が、前記作動流体の圧力及び温度を上昇させることを特徴とする請求項１２に記載の浴室。
14. 前記加熱器（１１Ｃ）において、高温高圧である前記作動流体が、前記熱交換器（８）によって既に加熱された清浄水に、更に熱を与えることを特徴とする請求項１３に記載の浴室。
15. 前記作動流体が、前記拡張器（１１Ｄ）において圧力及び温度を低下させられ、さらに、前記冷却器（１１Ａ）に戻って低温低圧になることを特徴とする請求項１４に記載の浴室。
16. 前記拡張器（１１Ｄ）が、膨張弁、タービン、または空気圧モータであることを特徴とする請求項１５に記載の浴室。
17. 前記小型余水路（１２）が、前記熱交換器（８）と前記冷却器（１１Ａ）との間の高さにおいて、前記回収槽（２）と前記吸引管（６）の出口との間の連通を確立することを特徴とする請求項１に記載の浴室。
18. 前記小型余水路（１２）が、前記冷却器（１１Ａ）が浴室の使用開始時に低水位（ＮＢ）よりも下で浸水されるようにし、さらに、前記熱交換器（８）が浴室の使用開始時に、低水位（ＮＢ）よりも上の、前記回収槽（２）の乾いた部分に存在するようにすることを特徴とする請求項１７に記載の浴室。
19. 前記回収槽（２）が、当該浴室の使用中に、前記吸引管（６）によって確実に高水位（ＮＡ）まで満たされ、かつ、前記熱交換器（８）が温かい排水に浸水されることを特徴とする請求項１０または請求項１８に記載の浴室。
20. 前記フィルター（５）が、前記回収槽（２）内、前記熱交換器（８）内、前記冷却器（１１Ａ）内、及び前記吸引管（６）内に、ごみが堆積するのを防ぐことを特徴とする請求項１または請求項５に記載の浴室。
21. 前記カバー（４）が、前記筐体（１）の側部から前記フィルター（５）、前記熱交換器（８）、及び前記冷却器（１１Ａ）へのアクセスを可能とすることを特徴とする請求項１または請求項５に記載の浴室。