JP2015501412A - 家庭用温水配水装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、供給水の取り入れ口と、廃水捕集器と、廃水に含まれる熱を利用して家庭用温水を製造するために供給水を加温する手段（１０、２０）とを含む家庭用温水の配水装置に関する。この加温手段は、廃水から加温されるべき供給水に熱を伝達するように構成される熱電気モジュール（２５）を含む。本発明によるこの家庭用温水配水装置は、加温手段（１０、２０）が、温水を配水するための廃水から供給水への第１の熱伝達を同時に実行し、それによって所定の差異より低い温度差を生じるように構成される少なくとも１つの第１熱交換器（１０）を含むこと、および、熱電気モジュール（２５）が、第１熱交換器の下流側において、温水を配水するための廃水から供給水への第２の熱伝達を同時に実行する第２熱交換器（２０）内に配置されることを特徴とする。

Description

本発明は、全体として、廃水の熱からの熱回収を組み込んだ家庭用温水の配水装置に関する。

例えば米国特許第４，８２１，７９３号明細書に記載されているような、熱回収装置を組み込んだ温水の配水装置が先行技術から知られる。この文献は、廃水からのエネルギー回収を操作するための水−水コイル熱交換器を含むシャワーを開示している。この装置は、利点に対極的に、嵩張ると共に、大量の熱の回収にはきわめて効率的とは言えないという明確な欠点を有する。

さらに、米国特許出願公開第２００９２４２００５Ａ１号明細書は、皿洗い機の清浄温水を加温するためのペルチェ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）モジュールを備えた皿洗い機を開示している。この装置は、当該温度範囲のために家庭用温水の製造には適していない。実際のところ、皿洗い機においては、水は８５℃に加温されるが、この温度は、例えばシャワーにおける使用には全く適合しない。その結果、効率における重大な損失が生じ、この装置によって製造される温水の場合は、家庭用の温水として使用するために、冷却をも想定しなければならないであろう。

仏国特許第２４８６０６０号明細書は、熱回収ユニットを有する住居の廃水処理施設を記述している。

本発明の目的は、先行技術の上記の文献における欠点を克服することにあり、具体的には、第一に、エネルギー回収における顕著な効率を有する小型の家庭用温水製造装置を提案することにある。

この目的を実現するため、本発明の第１の態様は、供給水の流入部と、廃水の捕集器と、廃水に含まれる熱から家庭用温水を製造するために供給水を加温する手段とを含む家庭用温水の配水装置に関する。本発明によるこの配水装置は、加温手段が、廃水から加温されるべき供給水への熱の伝達を遂行するように構成される熱−電気モジュールを含むことを特徴とする。本発明による装置は、ヒートポンプとして熱−電気モジュールを用いることによって、廃水の熱の回収に関する小型でかつ経済的な解決策を提供する。家庭用の温水は、３５℃〜６０℃の温度で保たれて供給される。

加温手段が、廃水から供給水に向かって、所定の差異より小さい温度差を生じる第１の熱伝達を操作するように構成される少なくとも１つの第１熱交換器を含むこと、および、熱−電気モジュールを、第１熱交換器の下流側において、廃水から供給水への第２の熱伝達を操作する第２熱交換器内に配置することが有利である。本発明は、熱−電気モジュールを含む第２熱交換器の運転に対する所定の好ましい条件を生成するために、第１熱交換器を好適に使用する。熱交換は、熱をループ内で回収するために、温水の配水と同時に行われる。換言すれば、配水された温水は、回収され、廃水に含まれる熱の一部分を温水配水の間に供給水に向かって伝達するように構成される第１熱交換器の中に流入する廃水を形成する。従って、第１熱交換器は、温水の配水と同時に供給水の第１加温を実行して、熱−電気モジュールを含む第２熱交換器に、温度差が低減された供給水および廃水を供給
する。この低減された温度差によって、第２熱交換器の熱−電気モジュールを、ヒートポンプとして有利な運転範囲内で操作し得る可能性が生じ、第２の熱交換を実施するためにきわめて僅かな電流しか消費しない結果が得られる。供給冷水は、家庭用温水として配水される前に、専ら、この２つの熱交換器によって加温される。

第１熱交換器が、第２熱交換器に、最大温度差が２０℃の廃水および供給水を供給することが有利である。理想的には、廃水と供給水との間の温度差は最大１５度である。出願人は、１より大きいＣＯＰを有する熱−電気モジュールの運転を得るには、この温度範囲が特に有利であることに注目した。

熱−電気モジュールを最大運転温度差でもって規定し、かつ、第１熱交換器が、第２熱交換器に、最大運転温度差の２０％未満の定格温度差を有する廃水および供給水を供給することが有利である。出願人は、１より大きいＣＯＰを有する熱−電気モジュールの運転を得るには、この温度範囲が特に有利であることに注目した。

熱−電気モジュールを最大使用電流でもって規定し、かつ、熱−電気モジュールに、最大使用電流の２０％未満の定格供給電流を給電することが有利である。理想的には、定格供給電流は最大使用電流の１５％である。出願人は、１より大きい成績係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：ＣＯＰ）を有する熱−電気モジュールの経済的な運転を得るには、この使用範囲が特に有利であることに注目した。また、熱−電気モジュールにおけるジュール（Ｊｏｕｌｅ）効果によるエネルギー損失が供給水に伝達され、それは成績係数をさらに高めることも注記することができる。

特に興味深い実施形態は、熱−電気モジュールを１より大きい成績係数（ＣＯＰ）を有する運転範囲内で操作するために、第１熱交換器を、所定の差異より小さい温度差を有する廃水および供給水を第２熱交換器に供給するように構成する。本願の第１熱交換器は、具体的には、第１の熱交換の操作用として設計され、一方では、熱−電気モジュールの特定の運転を決定する最大温度差を有する廃水および供給水の供給用として設計される。実際、後者は、ヒートポンプとして用いられ、廃水および供給水が最大温度差に従っている場合は、１より大きい成績係数（ＣＯＰ）を有する特に有利な運転範囲内で機能することになるであろう。換言すれば、このＣＯＰは、熱−電気モジュールによって供給水に提供されたエネルギーを熱−電気モジュールに供給された電気エネルギーで除した値を表すが、それが１より大きいということは、熱−電気モジュールが、供給水に、それが消費するエネルギーより大きいエネルギーを供給することを示す。装置は、電気抵抗器によって従来方式で加温される水容器による解決策より使用面でさらに経済的になる。

第１熱交換器が水−水熱交換器であることが非常に有利であり、この解決策は経済的である。

第２熱交換器は次の各項を含むことが有利である。すなわち、
−少なくとも１つの廃水導管によって繋がれた廃水流入部および廃水流出部と、
−少なくとも１つの供給水導管によって繋がれた供給水流入部および供給水流出部と、である。さらに、その場合、
低温面および高温面を有する熱−電気モジュールは廃水導管の壁面と供給水導管の壁面との間に配置され、その際、低温面は廃水の熱を捕捉するように配置され、高温面は供給水に熱を供給するように配置され、
廃水導管および供給水導管は、第２熱交換器に沿う高温面および低温面の間の温度差を最小にするように配置される。

第２熱交換器に沿う温度差を最小化する導管の配置によって、熱−電気モジュールを使
用するための好ましい範囲内にできるだけ長く留まる可能性が生じる。

廃水導管および供給水導管は、第２熱交換器において向流循環を構成するように配置することが有利である。この方式によって、熱−電気モジュールを好ましい使用範囲内に維持するために、熱−電気モジュールを含む第２熱交換器に沿って一定の温度差を確保できる。

装置は、供給水を最終温度で供給し、かつ、供給水の最終温度を調整するために、供給水の最終温度を調整する手段であって、熱−電気モジュールを制御できる手段を含むことが有利である。本発明によるこの調整手段は、使用者が供給水の最終温度を規定し得るマン−マシンインタフェースを含み、この最終温度に応じて、調整手段は、所望の最終温度を得るために熱−電気モジュールに適切な電流を供給する。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様による家庭用温水の配水装置を含むシャワーである。本発明の第１の態様による装置をシャワーに組み込むことが非常に好ましい。この小型の装置は、シャワーが使用される時にのみ温水を製造するので、温水を全く貯蔵することなしに運転するのに完全に適しているからである。次に、熱−電気モジュールを、第１熱交換器によって生成される特定の運転範囲内において使用することによって、エネルギー産出量が、ＣＯＰが１より大きくなるように補正される。本発明の第１の態様による装置は、廃水の排出が温水の供給と同時に生起する洗面器または台所の流しに組み込むことができる点も注記しておかなければならない。

本発明のさらに別の態様は家庭用温水の配水方法に関する。この方法は、次の各ステップからなる複数のステップを含む。すなわち、
−家庭用温水を配水するステップと、
−廃水を形成するためにこの温水を回収するステップと、
−第１熱交換器において、廃水から、および供給水への第１の熱伝達であって、第１熱交換器の流出部における廃水および供給水の間の、所定の差異より小さい温度差を生じる第１の熱伝達を、温水の配水と同時に操作するステップと、
−第１熱交換器の下流側において、かつ、熱−電気モジュールを備えた第２熱交換器において、廃水から供給水への第２の熱伝達を、温水の配水と同時に操作するステップと、
−それによって加温された供給水を家庭用温水として配水するステップと、
である。

本発明による方法によって、例えばシャワーまたは洗面器のような配水と同時に廃水が回収される温水の配水装置において、例えば水を貯蔵することなく、経済的な加温が可能になる。

装置を始動させるための予備的なステップであって、供給水を熱−電気モジュールでもってジュール効果によって加温するステップからなる予備的なステップを、温水配水の開始時に実行することが有利である。

所定の温度差は最大２０℃であることが有利である。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面によって表現される本発明の一実施形態に関する以下の詳細説明を読むことによって一層明確になるであろう。この添付の図面の実施形態は制限的な例として提示されたものではない。

本発明による装置を備えたシャワーを示す。

図１は、第１熱交換器１０および第２熱交換器２０を含む温水配水装置を備えたシャワーを示す。このシャワーは、シャワーヘッドと、シャワーヘッドから放出された水を回収する皿型容器とを含む。廃水は流出部１２から排出され、続いて第１熱交換器１０に流入する。第１熱交換器１０は、例えば、シャワーの皿型容器の流出部１２から供給される容器であって、らせん管がその中に配置される容器から構成される。このらせん管には、供給流入部１１から冷水が供給される。冷水の最初の加温は、第１熱交換器１０において、廃水に含まれる熱の一部分を冷水に向けて伝達することによって操作される。通常、廃水の温度は３０〜４０℃であり、冷水は５〜１５℃である。第１熱交換器は、第１熱交換器の流出部において、点１４における廃水と点１３における供給水との間の温度差が、所定の値、例えば２０℃より小さくなるように構成される。この所定の値の温度差は第２の熱−電気熱交換器の所定の運転範囲に対応するものであり、この第２熱交換器においては、その成績係数が１より大きくなるであろう。

第２熱交換器２０は、廃水導管２７および供給水導管２６の間に挿入される複数の熱−電気モジュール（ペルチェモジュールとも呼称される）２５を含む。熱−電気モジュール２５は２つの主面を含む。その１つは低温面であり、もう１つは高温面である。各熱−電気モジュールの高温面は供給水導管２６と直接接触するように配置され、低温面は廃水導管２７と直接接触するように配置される。導管２７および２６は、廃水と供給水との間の温度差をできるだけ一定に維持するために、向流で操作されるように構成される。さらに、熱−電気モジュールに電力供給することによって、熱−電気モジュールがヒートポンプのように機能するであろう。理想的には、電力供給は、１より大きい成績係数を有する有利な範囲内に位置するように、熱−電気モジュールの最大電力の所定の分率よりも低い電力（例えば２０％）で行われるであろう。第１熱交換器を配置することによって、第２熱交換器をその成績係数が１より大きくなる運転範囲内で操作し得るような、廃水と第２熱交換器に流入する供給水との間の温度差を得る可能性が生じる。

当業者にとっては、本明細書に記述される本発明の異なるいくつかの実施形態に対する種々の変更および／または明白な改善を、請求項によって規定される本発明の範囲から逸脱することなくなし得ることが理解されるであろう。特に、水−水熱交換器が参照の対象となり、プレート型熱交換器、チューブ型熱交換器、Ｕチューブ型熱交換器、水平または垂直のらせんまたはブロック方式のチューブマニホルドを含む熱交換器などを考えることができる。さらに、本発明による装置を、エネルギー含有温廃水を連続的にかつ温水の供給と同時に排出する任意の温水配水装置において、用いることも考えられるであろう。

Claims (11)

1. 供給水の流入部と、廃水の捕集器と、前記廃水に含まれる熱から家庭用温水を製造するために前記供給水を加温する手段（１０、２０）とを含む家庭用温水配水装置であって、前記加温手段が、前記廃水から加温されるべき前記供給水への熱の伝達を操作するように構成される熱−電気モジュール（２５）を含む、家庭用温水配水装置において、前記加温手段（１０、２０）が、前記廃水から前記供給水に対する、所定の差異より小さい温度差を生じる第１の熱伝達を、前記温水の配水と同時に操作するように構成される少なくとも１つの第１熱交換器（１０）を含むこと、および、前記熱−電気モジュール（２５）が、前記第１熱交換器の下流側において、前記廃水から前記供給水への第２の熱伝達を、前記温水の配水と同時に操作する第２熱交換器（２０）内に配置されること、を特徴とする家庭用温水配水装置。
2. 前記第１熱交換器（１０）が、前記第２熱交換器（２０）に、最大温度差が２０℃の廃水および供給水を供給するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の家庭用温水配水装置。
3. 前記熱−電気モジュール（２５）が最大使用電流でもって規定されること、および、前記熱−電気モジュール（２５）が、前記最大使用電流の２０％未満の定格供給電流を給電されるように構成されること、を特徴とする請求項１または２に記載の家庭用温水配水装置。
4. 前記熱−電気モジュール（２５）を１より大きい成績係数（ＣＯＰ）を有する運転範囲内で操作するために、前記第１熱交換器（１０）が、前記所定の差異より低い温度差を有する廃水および供給水を前記第２熱交換器（２０）に供給するように構成される、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の家庭用温水配水装置。
5. 前記第１熱交換器（１０）が水−水熱交換器である、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の家庭用温水配水装置。
6. 前記第２熱交換器（２０）が、
   −少なくとも１つの廃水導管（２７）によって繋がれた廃水流入部（２７ａ）および廃水流出部（２７ｂ）と、
   −少なくとも１つの供給水導管（２６）によって繋がれた供給水流入部（２６ａ）および供給水流出部（２６ｂ）と、
   を含むこと、
   低温面および高温面を含む前記熱−電気モジュール（２５）が前記廃水導管（２７）の壁面と前記供給水導管（２６）の壁面との間に配置され、その際、前記低温面は前記廃水の熱を捕捉するように配置され、前記高温面は前記供給水に熱を供給するように配置されること、および、
   前記廃水導管（２７）および前記供給水導管（２６）が、前記第２熱交換器（２０）に沿う前記高温面および前記低温面の間の温度差を最小にするように配置されること、
   を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の家庭用温水配水装置。
7. 前記廃水導管（２７）および前記供給水導管（２６）が向流循環を構成するように配置される、ことを特徴とする請求項６に記載の家庭用温水配水装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の家庭用温水配水装置を備えたシャワー。
9. 家庭用温水の配水方法であって、
   −家庭用温水を配水するステップと、
   −廃水を形成するためにこの温水を回収するステップと、
   −第１熱交換器（１０）において、前記廃水から、および前記供給水への第１の熱伝達であって、前記第１熱交換器（１０）の流出部における前記廃水および前記供給水の間の、所定の差異より小さい温度差を生じる第１の熱伝達を、前記温水の配水と同時に操作するステップと、
   −前記第１熱交換器の下流側において、かつ、熱−電気モジュール（２５）を備えた第２熱交換器（２０）において、前記廃水から前記供給水への第２の熱伝達を、前記温水の配水と同時に操作するステップと、
   −それによって加温された前記供給水を家庭用温水として配水するステップと、
   からなる複数のステップを含む方法。
10. 前記装置を始動させるための予備的なステップであって、前記供給水を熱−電気モジュール（２５）でもってジュール効果によって加温するステップからなる予備的なステップを、温水の配水の開始時に実行する、請求項９に記載の方法。
11. 前記所定の温度差が最大２０℃である、請求項９または１０に記載の方法。

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