JP3183559U - ヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的高温の排熱を利用して、冷房運転、冷房・給湯運転が効率的にできるヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置を提供する。
【解決手段】貯湯タンク２を２０℃〜６０℃の温水を貯水する低温水槽２ｂと６０℃〜７０℃の温水を貯水する高温水槽２ａとに隔壁板２ｃを介して上下に通水可能に区画する。低温水槽２ｂに空冷又は水冷式の熱交換コンデンサー１ａを備えた第１のヒートポンプ式給湯機１を連通し、貯湯タンク２の高温水槽２ａに第２のヒートポンプ式給湯機３を連通する。
【選択図】図１

Description

本考案は、ヒートポンプ給湯機の排熱を利用した冷却装置に関し、とくに温泉、銭湯などに用いられる業務用給湯システムにおいて、水風呂、建屋等の冷却及び室内の冷房を好適に図ることができる冷却装置に関するものである。

温泉、銭湯等、業務用浴場に設置されている一般的な給湯システムは、温水を作るために重油やガスを燃料としたボイラーなどの加熱装置が用いられている。

例えば、特許文献１には、燃焼ガスを発生させることなく効率良く温泉水を加熱することのできるヒートポンプシステムを利用した温泉循環給湯システムが提案されている。また、特許文献２には、浴場から排出される温排水を貯留する温排水槽から温排水をパイプに導入し真水を温水にするパイプ式熱交換器を設け、このパイプ式熱交換器で熱交換された温水を浴場に真水温水を供給する温水器に供給する温泉設備の廃熱回収装置が、特許文献３には、浴槽から浴槽水を回収して濾過水槽等を通して濾過した後に、パネル二次熱交換器を通して加熱し、レジオネラ菌対策用の濾過装置を通して殺菌処理して再び浴槽に戻す際、浴槽水を加熱する加熱水は膨張タンクとパネル二次熱交換器の間を循環し、膨張タンクに貯留されている加熱水は、ヒートポンプシステムとの間で熱交換を行って所定温度以上に保持される温泉循環給湯システムが提案されている。

特開２０１０−６０１８５号公報 特開２００３−１３０４５４号公報 実用新案登録第３１７４０５４号公報

しかしながら、重油やガスを燃料としたボイラーなどの燃焼装置は一般に加熱効率が悪いという問題点がある。そこで、前述したようなフロンガスを冷媒として用いたヒートポンプ式給湯器が使用されていたが、ヒートポンプシステムを用いる場合には外気温の高低に影響されるので、一定温度以上の温水を効率良く供給できない場合があるばかりでなく、フロンガスはオゾン層を破壊することから使用が禁止され、現在、二酸化炭素等の自然冷媒を使用したヒートポンプ式給湯器（所謂エコ給湯器）の普及が進んでいる。

この自然冷媒ヒートポンプ式給湯器は、大気の潜熱を熱交換して得たエネルギーで水道水を加熱して貯湯するものであり、商用電力需要の減少する２２時から８時までの間、通常の約３分の１程度の低廉なコストで供給される深夜電力を利用して稼動させるのが一般的な使用方法である。

そこで、特に特許文献３により本出願人が提案しているヒートポンプ式給湯機を利用した冷風発生装置、実願２０１２−００７５７７号により提案している業務用給湯システムによると、燃費等のランニングコストを大幅に節減できるばかりでなく、火気を使わないため、火災や不完全燃焼による中毒等の危惧もなく、しかも二酸化炭素排出など、燃焼ガスによる大気汚染防止に寄与することができる給湯システムを提供することができる。

一般的に、ヒートポンプによると、一つのシステムで加熱と冷却とを同時に行なうことができるので、熱効率の向上を図ることができる。しかしながら、改良すべき点も認められる。例えば、給湯施設から排出される温水中の熱等の排熱が有効に利用されていない。特に、これらの設備からは比較的高い温水が排出されることがあるが、高温の排熱はそのまま利用することはできない。また、空気熱源のヒートポンプでは、外気温が低い冬季では利用できないという問題もある。
本考案は、上記したような問題点を改良したヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置を提供しようとするもので、具体的には、比較的高温の排熱を利用して、冷房運転、冷房・給湯運転が効率的にできるヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置を提供することを目的としている。

このため本考案のヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置は、貯湯タンクが２０℃〜６０℃の温水を貯水する低温水槽と６０℃〜７０℃の温水を貯水する高温水槽とに隔壁を介して上下に通水可能に区画されると共に、前記低温水槽に連通されると共に、空冷又は水冷式の熱交換コンデンサーを備えた第１のヒートポンプ式給湯機と、前記高温水槽に連通された第２のヒートポンプ式給湯機とからなることを第１の特徴とする。また、建屋の屋根に散水するスプリンクラーを設けたことを第２の特徴とする。さらに、建屋内を冷房するファンコイルユニットを設けたことを第３の特徴とする。さらにまた、ヒートポンプ式給湯機が、二酸化炭素を冷媒として大気潜熱と熱交換して得たエネルギーで水を加熱する自然冷媒ヒートプンプ式給湯器であることを第４の特徴とする。

本考案の業務用給湯システムでは、出湯用の真水を加熱するための加熱源として、ヒートチラー（自然冷媒ヒートポンプ式給湯器）を使用しているので、大気汚染物質を含む燃焼ガスを発生させることなく、しかも、効率良く水を加熱することができる。

自然冷媒ヒートポンプ式給湯器（所謂、エコ給湯器）は、二酸化炭素を冷媒として大気潜熱と熱交換して得たエネルギーで水を加熱して貯湯するものであり、コンプレッサーを含む凝縮器での放熱作用を利用した加熱装置として用いられる。つまり、熱交換器において大気から吸熱した冷媒をコンプレッサーで圧縮することによって高温化した冷媒が水を加熱して得られた温水を貯湯タンクに貯湯するものである。

自然冷媒ヒートポンプ式給湯器は、高い省エネルギー効果が得られる上、電力会社との契約により、電力需要の減る午後１０時から午前８時までの間、約３分の１程度の低廉なコストで電力供給を受けることができる深夜電力料金制度を利用するとランニングコストが大幅に節減できる。さらに、火気を使用しないため、火災や不完全燃焼による中毒等の危惧もない。

また、下記に列挙したように、近年のエネルギー削減建築物に導入課題とされる「ＺＥＢ（Ｚｅｒｏ Ｅｎｅｒｇｙ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ）に資する基本要素項目」として嘱望される先端技術があり、本考案は十分にその一助となり得るものである。
１．建築（外皮）性能の向上（例えば、外壁散水・屋上散水・ドライミスト等）
２．内部発熱の削減（直流電源化によるコンバータ熱ロスの削減等）
３．省エネシステム・高性能機器設備の導入（再生可能・未利用エネルギーヒートポンプシステムによる空調及び給湯等）
４．創エネルギーの導入・その他（太陽光発電・蓄電池等）

本考案の一実施例に係るヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置の概略構成図である。 本考案に係るヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置による建屋の屋根の冷却装置を示す概略構成図である。 本考案に係るヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置による建屋室内の冷房装置を示す概略構成図である。

以下、図面に示す実施例に基づいて本考案の実施の形態を説明する。

図１は、本考案に係る本考案に係るヒートポンプ式給湯機（以下、単にヒートチラーと称する）の排熱を利用した冷却装置を適用した浴場の配管設備の一部を示す概略構成図であり、ヒートチラーに搭載した熱交換コンデンサーの排熱により水風呂７に供給する水を冷却するものである。

第１のヒートチラー（１号機）１は、貯湯タンク２の低温槽２ｂ側に付設する。第１のヒートチラー（１号機）１が大気潜熱と熱交換して得たエネルギーで貯水を加熱する際に発生する冷風を夏季は冷房装置として（実用新案登録第３１５３７１３号公報参照）利用するので、第１のヒートチラー（１号機）１は常に運転状態がＯＮの機能を必要とする。このため、第１のヒートチラー（１号機）１に循環される温水の温度は２０℃〜６０℃に保持される必要がある。つまり、水温が７０℃以上になると、ヒートチラー１の機能上、運転状態がＯＦＦになるように設定されているので、貯湯タンク２が一つの槽であると、槽内部の対流により全体がほぼ均一に７０℃になった時点でヒートチラー１の運転状態がＯＦＦになり、冷房装置も停止してしまう。

そこで、隔壁２ｃを介して貯湯タンク２の内部を低温槽２ｂと高温槽２ａに区画することで、低温槽２ｂ側の水温を常に２０℃〜６０℃に確実に保持することができ、ヒートチラー１の運転状態も常にＯＮの状態に保たれる。そして、低温槽２ｂ側で７０℃以上になった温水は隔壁２ｃの中央通水孔２ｄから高温槽２ａ側に上昇して７０℃以上の温水で満たされ給湯される。尚、高温水槽２ａ側に付設された第２のヒートチラー（２号機）３は、通常は停止しており、出湯温度に不足が生じたときのみ稼動するようにされている。さらに、高温水槽２ａから給湯される温水が６０℃に満たない場合は、予備加熱器４及び５が稼動して昇温できるようにされている。

すなわち、給水圧力ポンプ１９又は２０が作動すると、貯湯タンク２の温水がヒートチラー１又は３を経由して冷却又は加熱された後に、再び貯湯タンク２内に戻る。例えば、加熱水を９０℃に加熱して貯湯タンク２に戻す。このように、貯湯タンク２に貯留されている加熱水を循環させてヒートチラー１又は３との間で熱交換を行うことにより、貯湯タンク２内の加熱水の温度が所定温度に維持される。

そして本考案では、貯湯タンク２と、貯湯タンク２に貯水された水を加熱する第１のヒートチラー１と、貯湯タンク２が２０℃〜６０℃の温水を貯水する低温水槽２ｂと６０℃〜７０℃の温水を貯水する高温水槽２ａとに隔壁２ｂを介して上下に通水可能に区画されると共に、前記第１のヒートチラー１は空冷又は水冷式の冷却コンデンサー１ａを備え、前記貯湯タンク２の低温水槽２ｂに連通されたた第２のヒートチラー１とから構成されており、この低温水槽２ｂに貯留された２０℃〜６０℃の水を第１のヒートチラー１に搭載したコンプレッサー１ｂで凝縮しながら循環させ、その排熱により冷却された１８℃程度に冷却した水を水風呂７へ送水することができるようにされている。尚、図中６は、水風呂水の水温が２０℃以上に上昇すると稼動する予備冷水機、８は濾過器、９はヘアキャッチーである。

また、水風呂７への冷水循環経路には、凍結防止用電磁弁１０ａと電気的に接続された三方弁１０ｂが配設されている。そして、この凍結防止用電磁弁１０ａは、循環ポンプがＯＦＦで三方弁１０ｂがＯＮの時、下（開）上（閉）に作動し、三方弁１０ｂの温度サーモにより水温が１８℃以下になることを防止できるようにされている。

図２は、本考案に係るヒートポンプ式給湯機の排熱（冷水）による建屋（外皮）の冷却を図るもので、建屋１２の屋根１２ａに散水するスプリンクラー１１を設けた。ここで、貯水タンク１３は雨水・井水を兼用で貯留するものである。温度サーモ１４にて電磁弁１７を開放するかタイマー（図示せず）を使用して適宜散水時期及び散水時間を設定できるようにされている。このように、外気温の高い夏季は家屋外皮冷却用の散水として用いるが、冬季等の外気低温時にはバルブ切替えにより清掃用水として使用する。凍結防止用電磁弁１０ａ、温度サーモ１４、タイマーを用いて、電磁弁１７開の時、排水電磁弁１０ａは閉となり、電磁弁１７閉の時、排水電磁弁１０ａが開となる。

図３は、本考案に係るヒートポンプ式給湯機の排熱（冷水）による建屋室内の冷房を図るもので、建屋１２内を冷房するファンコイルユニット１５を設けた。ここで、凍結防止用電磁弁１０ａは、ラインポンプ作動時、排水電磁弁１７（下側）が閉、上側排水電磁弁１８が開、膨張タンク１６の弁が開となる。また、ラインポンプ停止時には、排水電磁弁１７（下側）が開、上側排水電磁弁１８が閉となる。尚、膨張タンク１６は圧力変動によるクッションとして作用する。

ここで、ヒートチラー１及び３としては、二酸化炭素を冷媒として大気潜熱と熱交換して得たエネルギーで水を加熱する自然冷媒ヒートプンプ式給湯器を使用している。

以上説明したように、本考案では、自然冷媒ヒートポンプ式給湯器を利用している。したがって、一般的なガスや化石燃料を使用したボイラーなどの加熱装置のような大気汚染物質を含む燃焼ガスが発生することなく、省エネ型の業務用給湯設備を実現することができ、「ＺＥＢに資する基本要素項目」としての有用なエネルギー削減建築物を創出できる。

１ 第１のヒートポンプ式給湯機（ヒートチラー）
１ａ 空冷式コンデンサー（熱交換コンデンサー）
１ｂ コンプレッサー（凝縮器）
２ 貯湯タンク
２ａ 高温水槽（貯湯タンクの上層）
２ｂ 低温水槽（貯湯タンクの下層）
２ｃ 隔壁板
２ｄ 中央通水孔
３ 第２のヒートポンプ式給湯機（ヒートチラー）
４ 予備加熱器
５ 予備加熱器
６ 予備冷水器
７ 水風呂
８ 濾過器
９ ヘアキャッチャー
１０ａ凍結防止用電磁弁
１０ｂ三方弁
１１ スプリンクラー
１２ 建屋
１２ａ屋根
１３ 貯水タンク
１４ 温度サーモ
１５ ファンコイルユニット
１６ 膨張タンク
１７ 排水電磁弁（下側）
１８ 排水電磁弁（上側）
１９ 圧力ポンプ（第１のチラー）
２０ 圧力ポンプ（第２のチラー）

Claims (4)

1. 貯湯タンクが２０℃〜６０℃の温水を貯水する低温水槽と６０℃〜７０℃の温水を貯水する高温水槽とに隔壁を介して上下に通水可能に区画されると共に、前記低温水槽に連通されると共に、空冷又は水冷式の熱交換コンデンサーを備えた第１のヒートポンプ式給湯機と、前記高温水槽に連通された第２のヒートポンプ式給湯機とからなることを特徴とするヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置。
2. 建屋の屋根に散水するスプリンクラーを設けたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置。
3. 建屋内を冷房するファンコイルユニットを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置。
4. ヒートポンプ式給湯機が、二酸化炭素を冷媒として大気潜熱と熱交換して得たエネルギーで水を加熱する自然冷媒ヒートプンプ式給湯器であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機の排熱を利用した冷却装置。

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