JP2019190807A

JP2019190807A - 廃棄熱利用貯湯装置

Info

Publication number: JP2019190807A
Application number: JP2018094123A
Authority: JP
Inventors: 橋本　裕二; Yuji Hashimoto; 裕二橋本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2019-10-31

Abstract

【課題】夏季使用時のエアコン室外機及び、給湯機からの廃棄熱を、貯湯機に取り込み、出湯に必要なお湯を作り出すと同時に、そのままの状態で廃棄されていた廃棄熱風温度を下げて大気中に放出する装置を提供する。【解決手段】夏季使用時にエアコン室外機前吹きタイプ（１２）より廃棄されるエアコン室外機廃棄熱風（Ａ）を、廃棄熱導風ダクト（１４）を介して貯湯機（１）の貯湯機廃棄熱対流室（２）へ接続し、貯湯機缶体（５）内に複数組み込まれている貯湯機廃棄熱風熱交換管（６）内を上昇させ、低い温度で大気中へ排出する。温められた貯湯機缶体（５）内の湯を補助減圧給湯機あるいは補助直圧給湯機の給水口へ接続することで給水温度を上げる事ができる。【選択図】図１

Description

この発明は、夏季の冷房使用時のエアコン室外機より廃棄される熱風又は、給湯機の廃棄熱風を、近くに設置した貯湯機内部に直接１００％取り込み、缶体内部の水を温め、給湯に利用すると同時に、廃棄熱温度を下げる貯湯装置に関するものである。

従来あった装置は、エアコン室外機内部または、吹き出し口前に熱交換器を設置し、あるいは冷媒ガス熱交換器を循環水途中に設置しタンクに貯湯させていたため、瞬間的な熱交換であり、効率的には良いものではなかったと思われる。また、給湯機においても、給湯機内の排気内部に熱交換器を設置し、やはり瞬間的な利用にすぎず、効率良いものではなく、まだ高温の廃棄熱を大気中へ放出していた。

特開２００８−１８５３２５特開２０１３−１５２８２特開２０１４−１６１４０実公昭６１−３８０５０

従来の技術は、次のような欠点があった。
従来、夏場のエアコン室外機が排出する熱風を、瞬間的に吸収しようとするには無理があり、まだかなりの高温の熱エネルギーが大気中に放出されていたと考えられ、室外機が設置されている環境気温は、室外機が作動していない前に比べて悪化し、地球温暖化の一因でもある、人工排熱を排出する事となる。
給湯機に関しても同じことが言え、まだかなりの高温の廃棄熱が大気中に放出されている事が考えられ、同じく人工排熱を排出しているという事で、言い換えれば二酸化炭素を放出している事となり、給湯機排気内部での熱交換という事は、熱交換される水量には限界があった。
本発明は、以上のような欠点をなくすためになされたものである。

冷房使用時のエアコン室外機吹き出し口（１３）に廃棄熱導風ダクト（１４）を設置し、この廃棄熱導風ダクト（１４）を貯湯機（１）の貯湯機廃熱対流室（２）へ接続する。貯湯機廃気熱対流室（２）に集められた全ての廃棄熱は、貯湯機缶体（５）内部に設けられた複数の貯湯機廃棄熱風熱交換管（６）内部を、貯湯機缶体（５）内の貯湯水と熱交換しながら、ゆっくりと廃棄熱集合室（４）へと移動し、熱を奪われ低い温度の廃棄熱となり最終廃棄口（３）より大気中へと放出される。

減圧給湯機（１７）使用時においては、給湯機排気口（１８）に廃棄熱導風ダクト（１４）を設置し、廃棄熱導風ダクト（１４）を貯湯機（１）の貯湯機廃熱対流室（２）へ接続する。そして、貯湯機廃気熱対流室（２）に集められた全ての廃棄熱は、貯湯機缶体（５）内部に設けられた複数の貯湯機廃棄熱風熱交換管（６）内部を貯湯機缶体（５）内の貯湯水と熱交換しながら、ゆっくりと廃棄熱集合室（４）へと移動し、熱を奪われた廃棄熱となり、最終廃棄口（３）より大気中へと放出される。貯湯機廃棄熱風熱交換管（６）の距離を長くするか、数をできるだけ増やし、熱交換面積を広くする事により、廃棄熱は限りなく貯湯機缶体（５）内部の水に熱を奪われ、限りなく低い廃棄熱となり、最終廃棄口（３）より排出される。

貯湯機缶体（５）へは、減圧逆止弁（２２）にて給水圧力を落とした水が、貯湯機缶体給水口（７）より入り、貯湯機缶体（５）内部の貯湯水と熱交換され、貯湯機缶体出湯口（８）より出湯され、減圧給湯機（１７）の給水として使用され、出湯蛇口（２７）より出湯される。

このように、自分の廃棄熱を再度利用し入水温度が高くなる事により、減圧給湯機（１７）の燃焼時間は大幅に短縮され、光熱費を抑えられるとともに、二酸化炭素排出削減、又は、エアコン室外機（１２）（１５）または、減圧給湯機（１７）設置環境の気温上昇抑制にもなる。なお、給湯機にはこの他に、直圧給湯機（３０）、補助減圧給湯機（２８）、補助直圧給湯機（２９）がある。

夏季の気温上昇に伴いエアコン使用が不可欠になる。しかし使用する事により現状の室外機では、必ず熱風が排出され、室外機の前を通るとその温度の高さに驚かされる。それにより周辺の気温は一層加温され上昇する。気温上昇に伴いエアコン稼働時間も長くなるという悪循環の環境の中での使用となる。また、業務用エアコン室外機ともなると、比べものにならい位の熱風排出である。また、給湯機からの廃棄熱も同様である。いかにこの人工排熱温度を下げるかが、地球温暖化対策として急務である。この廃棄熱削減が二酸化炭素削減につながるのは、言うまでもない。

私が考えた装置でもある廃棄熱利用貯湯装置は、これらのただ捨てて環境を悪化させていただけの廃棄熱温度を下げ、熱風を１００％取り込み、有効利用する事により、装置設置周辺環境温度上昇を防ぎながら、生活には絶対必要とされるお湯を、同時に作ることが出来き、稼働時間の短縮にもなる。という事は、給湯または、エアコン使用に必要とされる光熱費削減にもなり、二酸化炭素削減にもなる。また、貯湯機の大きさには限界はなく、必要に応じた大きさを変え設置できるのである。そして一缶二水路方式貯湯機（１）の構造にする事により、減圧給湯機（１７）、補助減圧給湯機（２８）あるいは、水道圧と同等の圧力で出湯する直圧給湯機（３０）、補助直圧給湯機（２９）のどちらも設置可能とした。

本発明の廃棄熱利用貯湯装置であり、エアコン前吹き出しタイプ室外機（１２）と貯湯機（１）を、廃棄熱導風ダクト（１４）により貯湯機廃棄熱対流室（２）の側面より接続設置した場合の斜視図である。本発明の廃棄熱利用貯湯装置であり、エアコン上吹き出しタイプ室外機（１５）に、貯湯機（１）をエアコン室外機上吹きタイプ用設置台（１６）を利用し、貯湯機廃棄熱対流室（２）の下面より接続設置した場合の斜視図である。本発明の廃棄熱利用貯湯装置であり、減圧給湯機（１７）の廃棄熱風を利用した場合の設置及び配管設備の斜視図である。本発明の廃棄熱利用貯湯装置であり、直圧給湯機（３０）の廃棄熱風を利用した場合の設置及び配管設備の斜視図である。本発明の廃棄熱利用貯湯装置であり、エアコン前吹きタイプ室外機（１２）及び、上吹きタイプ室外機（１５）のどちらかを設置接続し、エアコン室外機廃棄熱風（Ａ）を利用した場合で、補助減圧給湯機（２８）を接続配管した場合の斜視図である。本発明の廃棄熱利用貯湯装置であり、エアコン前吹きタイプ室外機（１２）及び、上吹きタイプ室外機（１５）のどちらかを設置接続し、エアコン室外機廃棄熱風（Ａ）を利用した場合で、補助直圧給湯機（２９）を接続配管した場合の斜視図である。貯湯機（１）の貯湯機缶体（５）内部の水中に設けてあり、直圧給湯機の給水側を温めるための、直圧給湯機用缶体内熱交換管（９）の様子を記した側面図である。貯湯機（１）で廃棄熱風が貯湯機缶体（５）内部を通過し、缶体水と熱交換するために複数設けてある、貯湯機廃棄熱風熱交換管（６）の様子を記した断面図である。一例として、エアコン室外機（１２）（１５）と、給湯機（１７）（３０）の廃棄熱導風ダクトを連結接続して使用した場合の設置平面図である。

［図１］［図２］に記した通り、冷房使用時のエアコン室外機吹き出し口（１３）に廃棄熱導風ダクト（１４）を設置し、この廃棄熱導風ダクト（１４）を貯湯機（１）の貯湯機廃熱対流室（２）へ接続する。室外機には二つのタイプがあり、室外機前吹きタイプ（１２）と、室外機上吹きタイプ（１５）がある。タイプにより貯湯機廃棄熱対流室（２）への接続方向は異なる。そして貯湯機廃気熱対流室（２）に集められた全ての室外機廃棄熱風（Ａ）は、貯湯機缶体（５）内部に設けられた、熱効率の良い複数の貯湯機廃棄熱風熱交換管（６）内部［図８］を通過上昇する間に、貯湯機缶体（５）内の貯湯水と熱交換しながらゆっくりと廃棄熱集合室（４）へと移動し、エアコン室外機吹き出し口（１３）の、室外機廃棄熱風（Ａ）温度より低い温度の廃棄熱となり、最終廃棄口（３）より大気中へと放出される。

これよりは、［図５］［図６］に記した形態を説明する。缶体給水制水弁（２１）を通り給水された水は、減圧逆止弁（２２）により減圧され、貯湯機缶体入水口（７）より貯湯機缶体（５）へと給水される。そして貯湯機缶体（５）内部で熱交換され温められたお湯は、直接貯湯機缶体出湯口（８）より出湯させる。なお、貯湯機缶体出湯口（８）付近には、貯湯機缶体（５）への異常圧力時を保護するための圧力安全弁（２３）を設ける。その後、給湯機給水管（２５）にて給湯機給水口（１９）へ接続され、補助減圧給湯機（２８）にて設定温度まで加温され、給湯機出湯口（２０）より出湯したお湯は、給湯配管（２６）により接続された出湯蛇口（２７）より出湯される。なお、補助減圧給湯機（２８）接続使用の場合は、直圧給湯機用缶体内熱交換管（９）は、使用せず解放状態にしておく。

出湯蛇口（２７）からの出湯圧力が、出水蛇口圧力と同等の圧力が必要とされる現場においては、加温するための給湯機は補助直圧給湯機（２９）を使用する。直圧用給水制水弁（２４）より給水された水は、直圧給湯機熱交換管入水口（１０）より貯湯機缶体（５）内部へと導かれる。貯湯機缶体（５）湯内をできる限り長く螺旋状に組み込まれてある、熱伝導の良い直圧給湯機用缶体内熱交換管（９）内［図７］を流れる間に、貯湯機缶体（５）のお湯との間で熱交換し、温められた水は、直圧給湯機用缶体内熱交換管出湯口（１１）より出湯される。その後、給湯機給水管（２５）にて給湯機給水口（１９）へ接続され、補助直圧給湯機（２９）にて設定温度まで加温され、給湯機出湯口（２０）より出湯したお湯は、給湯配管（２６）により接続された出湯蛇口（２７）より給水圧と同じ圧力で出湯される。この補助直圧給湯機（２９）使用時の、貯湯機（１）の貯湯機缶体（５）への給水は、缶体給水制水弁（２１）を常時開いた状態にしておき、直圧給湯機用缶体内熱交換管（９）の熱交換水として使用される。

これまでは、夏季の冷房使用時のみの、エアコン室外機の廃棄熱風（Ａ）を利用した廃棄熱利用貯湯装置の説明であったが、これからは給湯機の廃棄熱風（Ｂ）を利用した廃棄熱利用貯湯装置の説明である。
給湯機の場合は一年を通して廃棄熱風を利用する事を可能にしたと言える。［図３］に記した装置は、減圧給湯機（１７）の廃棄熱を利用した廃棄熱利用貯湯装置であり、給湯機排気口（１８）を廃棄熱導風ダクト（１４）にて貯湯機廃棄熱対流室（２）へ接続し、減圧給湯機（１７）自体が発した廃棄熱を全て取り込む。なお、給湯機の場合は、燃焼終了後も排熱運転をするのである。そんな全ての廃棄熱風は、貯湯機廃棄熱対流室（２）へと取り込まれ、貯湯機缶体（５）内部を上下に貫通する、熱効率の良い複数の貯湯機廃棄熱風熱交換管（６）内を、ゆっくりと貯湯機缶体（５）水と熱交換しながら、廃棄熱集合室（４）へと向かう。熱交換により熱を奪われた給湯機廃棄熱風（Ｂ）は、給湯機排気口（１８）排出時より、かなり低い温度で最終廃棄口（３）より大気中へ放出される。

また、缶体給水制水弁（２１）を通り給水された水は、減圧逆止弁（２２）にて、缶体規定圧力まで減圧されたのち貯湯機缶体（５）へと入水される。そして貯湯機缶体（５）内部へ貯水されている間に、上記貯湯機廃棄熱風熱交換管（６）との間で熱交換され、お湯へと変わっていくのである。その後、貯湯機缶体出湯口（８）より出湯されたお湯は、貯湯機廃棄熱対流室（２）へ接続された、減圧給湯機（１７）自体の給湯機給水口（１９）へと接続され、減圧給湯機（１７）自体の給水とされ利用されるのである。そしてこの減圧給湯機（１７）にて加温され、設定温度となり給湯機出湯口（２０）より出湯され、給湯管（２６）を経て出湯蛇口（２７）より最終出湯される。

出湯蛇口（２７）よりの圧力が、出水蛇口と同じだけの湯圧が必要とされる現場においては、減圧給湯機（１７）を使用しないで、直圧給湯機（３０）を使用する。［図４］に記した装置の廃棄熱の流れ及び役目は、上記減圧給湯機（１７）とまったく同じだが、水の流れに関しては違ってくる。直圧用給水制水弁（２４）を通り給水された水は、直圧給湯機用熱交換管入水口（１０）に接続され、貯湯機缶体（５）内の貯湯水の中を螺旋状に組み込んだ［図７］直圧給湯機用缶体内熱交換管（１０）を通過する。この直圧給湯機用缶体内熱交換管（９）を通過していく間に、貯湯機缶体（５）の温められたお湯から熱交換して熱をもらい、温まり直圧給湯機熱換管出湯口（１１）より出湯される。その後給湯機給水管（２５）を経て給湯機給水口（１９）に接続され、直圧給湯機（３０）の給水として利用される。そして直圧給湯機（３０）にて再度温められ、設定温度まで加温される。この加温され燃焼している間にも、貯湯機（１）内では、直圧給湯機（３０）自体の給水を温める事になる。そして、給湯機出湯口（２０）より出湯されたお湯は、給湯管（２６）を通り出湯蛇口（２７）より出水圧力と同等の圧力で出湯される。前記にも記した様に、この直圧給湯機（３０）使用時の、貯湯機（１）の貯湯機缶体（５）への給水は、缶体給水制水弁（２１）を常時開いた状態にしておき、直圧給湯機用缶体内熱交換管（９）の熱交換水として使用される。

以上が、私が発明した廃棄熱利用貯湯装置だが、エアコン室外機及び給湯機それぞれの廃棄熱導風ダクト（１４）を連結接続して、一台の貯湯機（１）に接続利用する事も可能なので、その事について一つの例として説明する。

エアコン室外機（１２）（１５）そして給湯器（１７）（３０）を接続するものとした場合、［図９］に記す様に、エアコンに関しては、廃棄熱風（Ａ）が出る夏季のみの使用とあり、他の季節では使用しない事を考えて、エアコン廃棄熱導風ダクト（１４）には、排気熱ダンパー（３１）及び、廃棄熱ダンパー（３２）を設ける事を特徴とする。廃棄熱風（Ａ）使用時は排気熱ダンパー（３１）を閉じ、廃棄熱ダンパー（３２）を開く。逆に廃棄熱風（Ａ）が出ない夏季以外の使用時においては、排気熱ダンパー（３１）を開き、そして廃棄熱ダンパー（３２）は閉じた状態にし、廃棄熱導風ダクト排気口（３３）より、エアコン室外機吹き出し口（１３）の風を大気中に直に排出し、給湯機（１７）（３０）の給湯機廃棄熱風（Ｂ）のみを利用する。給湯機廃棄熱風（Ｂ）は、一年を通して利用できる廃棄熱利用貯湯装置である。なお、これはあくまでも、一つの例にすぎず、現場により廃棄熱導風ダクト（１４）を連結接続は、限りなくあり、もちろん補助給湯機（２８）（２９）も、廃棄熱導風ダクト（１４）にて連結接続し、給湯機廃棄熱風（Ｂ）として利用可能である。
本発明は、以上の構成によりなる廃棄熱利用貯湯機である

１貯湯機
２貯湯機廃気熱対流室
３最終廃棄口
４廃棄熱集合室
５貯湯機缶体
６貯湯機廃棄熱風熱交換管
７貯湯機缶体入水口
８貯湯機缶体出湯口
９直圧給湯機用缶体内熱交換管
１０直圧給湯機用熱交換管入水口
１１直圧給湯機熱交換管出湯口
１２エアコン室外機前吹きタイプ本体
１３エアコン室外機吹き出し口
１４廃棄熱導風ダクト
１５エアコン室外機上吹きタイプ本体
１６エアコン室外機上吹きタイプ用設置台
１７減圧給湯機
１８給湯機排気口
１９給湯機給水口
２０給湯機出湯口
２１缶体給水制水弁
２２減圧逆止弁
２３圧力安全弁
２４直圧用給水制水弁
２５給湯機給水管
２６給湯管
２７出湯蛇口
２８補助減圧給湯機
２９補助直圧給湯機
３０直圧給湯機
３１排気熱ダンパー
３２廃棄熱ダンパー
３３廃棄熱導風ダクト排気口
Ａエアコン室外機廃棄熱風
Ｂ給湯機廃棄熱風

Claims

冷房使用時のエアコン室外機廃棄熱風（Ａ）あるいは、給湯機稼働時の給湯機廃棄熱風（Ｂ）を１００％貯湯機（１）内へ取り込み、貯湯機缶体（５）内の水を温める事により廃棄熱は熱を奪われ、エアコン室外機吹き出し口（１３）及び、給湯機排気口（１８）より排出された温度より低くなり、最終廃棄口（３）より、大気中へ放出される。貯湯機缶体（５）内の温められた貯湯水は、給湯機給水口（１９）へと接続利用され、設定温度まで加温され、出湯蛇口（２７）より出湯使用される、廃棄熱利用貯湯装置である。
貯湯機（１）は、一缶二水路式構造となっており、その後接続される減圧給湯機（１７）、補助減圧給湯機（２８）、直圧給湯機（３０）、補助直圧給湯機（２９）それぞれのタイプにも、接続設置できる様になっている、廃棄熱利用貯湯装置である。
廃棄熱を排出する機器一台と貯湯機（１）一台の使用も可能だが、エアコン室外機前吹きタイプ（１２）、エアコン室外機上吹きタイプ（１５）及び、減圧給湯機（１７）、直圧給湯機（３０）、補助減圧給湯機（２８）、補助直圧給湯（２９）それぞれの機器は、排気熱ダンパー（３１）、廃棄熱ダンパー（３２）を設けた廃棄熱導風ダクト（１４）を連結接続する事により、現場状況により何台でも、自由に組み合わせが出来る、廃棄熱利用貯湯装置である。