JP4798004B2

JP4798004B2 - 浴室廃水の熱回収装置

Info

Publication number: JP4798004B2
Application number: JP2007012278A
Authority: JP
Inventors: 俊彦高橋
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: JP2008180398A

Description

本発明は浴室にて使用された湯の廃水から排熱を回収し、回収した排熱で給水を加熱す
る浴室廃水の熱回収装置に関する。

従来、浴室で使用された湯は単に排水パイプを介して下水に流されるのが実情である。
そこで、浴室で使用された湯の熱を回収する熱回収装置として、例えば図４に示すような
ものが知られている（特許文献１参照）。

図４に示すように、浴室の洗い場の床部Ｆに凹状に形成された廃水溜まり１’と、該廃
水溜まり１’に設けられた熱交換器２’と、該熱交換器２’に熱媒体循環系３’を介して
接続され、廃水溜まり１’に蓄えられる使用後の廃湯に含まれる熱を、熱交換器２’およ
び熱媒体循環系３’を介して回収するヒートポンプ４’とを備え、前記ヒートポンプ４’
には貯湯槽５’が接続され、該貯湯槽５’には浴室等へ湯を供給する給湯系６’が接続さ
れた構成である。

前記ヒートポンプ４’は、蒸発器４１’，凝縮器４２’，およびそれらの間に熱媒体を
循環させるためのポンプ等を備えるものである。蒸発器４１’は、前記熱交換器２’から
接続パイプ３４’を介して送られてくるブラインが流入するシェル４３’内に配置され、
同流入するブラインと熱交換される。また、凝縮器４２’は貯湯槽５’の内部に配置され
る。なお、４４’は接続パイプ３４’に介装されたブライン移送用のポンプである。

上記構成の浴室廃水の熱回収装置の作用について説明する。

浴室内において、例えばすすぎ用あるいは上がり湯用として湯を用いると、この湯は床
面に落下した後傾斜凹部１１’を経て廃水溜まり１’に溜まる。ここで、ポンプ４４’お
よびヒートポンプ４’の図示しないスイッチがそれぞれオンにされると、まず、ブライン
がシェル４３’と熱交換器２’内を循環する。これにより、前記廃水溜まり１’に貯溜さ
れた湯の熱が熱交換器２’を介してブラインに伝わり、さらにパイプ３４’に沿ったブラ
インの移送によりシェル４３’内に導入される。ここで、ヒートポンプ４’の蒸発器４１
’を介して熱交換が行われることで、熱の回収が行われる。そして、回収された熱は、凝
縮器４２’を経て貯湯槽５’内の水を加温用として用いられる。

このように廃水溜まり１’に蓄えられる使用直後の比較的温かい湯の熱は、熱交換器２
’および熱媒体循環系を介してヒートポンプ４’により効率良く回収される。

しかしながら、上記構成の場合、廃水溜まり１’に廃水を溜めて熱交換器２’で熱回収
するもので、廃水溜まり１’に一定量溜めて使うため、廃水溜まり１’から不快な臭いを
発生するなどの問題がある。その代わりに、廃水熱回収する際に自動で排水し、廃水の状
態（温度、流量）に合わせてヒートポンプを運転することで、「廃水を廃水溜まりに溜め
る」ことなく効率的に熱回収できる。ここで、廃水を熱交換器に接触させる際の流量と温
度を検知し、熱交換量を演算するために排水経路に流量計を配置すれば前述の問題は解決
する。

しかし、羽根車の回転数から流量を検知する方式の流量計は、風呂の残り湯中に含まれ
る毛髪、湯垢などが機械部品にからまり測定不能に陥るおそれがあり、廃水熱回収には不
向きである。

また、渦流量計は可動部を持たないが、渦を発生させるロッド（棒）に毛髪、湯垢など
が絡まり測定不能に陥るおそれがあり、廃水熱回収には不向きである。

また、電磁流量計などは高価であり、家庭用機器採用するには不向きである。
特開平６−５８６２４号公報（２〜３頁、第１図）

本発明は上記の問題点に鑑み、浴槽の残り湯の廃水の温度と熱回収後の温度を水温セン
サで検知し、循環流量を流量計の代りに水位センサで測定し、測定した液面の高さよりト
リチェリの定理により流速を求め、廃水（浴槽の残り湯）側の状態（温度、流速）を決め
、それを最も効率的に熱回収するようにヒートポンプ側を運転させる浴室廃水の熱回収装
置を提供することを目的としている。

本発明は上述の課題を解決するため、給湯器の給水経路に設けられ、湯の使用量に応じ
た水を前記給湯器に供給すると共に、温湯を貯えることが可能な貯湯タンクと、浴槽の廃
水を流す排水路と、廃水の熱を吸収し、前記貯湯タンク内の水を加熱するヒートポンプサ
イクルと、前記浴槽内の水位を検出する水位センサと、前記廃水の水温を検出する水温セ
ンサと、前記廃水の流量を調整する開閉弁とを備え、
前記浴槽内の水位から廃水の流速を算出し、前記開閉弁により前記廃水を所定の流速と
し、前記水温センサが検出した水温に応じて前記ヒートポンプサイクルの圧縮機と膨張弁
とを制御してなる構成となっている。

また、前記水温センサは前記浴槽の排水孔と前記開閉弁との間に設けた廃水入口水温セ
ンサと、前記ヒートポンプサイクルの廃熱回収熱交換器の出口に設けた廃水出口水温セン
サとからなる構成となっている。

また、前記給湯器を空気熱交換器、圧縮機、水熱交換器、膨張弁とからなる冷凍サイク
ルで構成し、前記廃熱回収熱交換器からの熱を前記空気熱交換器に戻してなる構成となっ
ている。

本発明によれば、浴槽の残り湯の廃水の温度と熱回収後の温度を水温センサで検知し、
循環流量を流量計の代りに水位センサで測定し、測定した液面の高さより計算により求め
、廃水側の状態（温度、流速）を決め、それを最も効率的に廃熱回収熱交換器で熱回収す
るようにヒートポンプ側を運転させる。また、廃熱回収熱交換器からの熱を冷凍サイクル
の空気熱交換器に戻すことにより、効果的に熱回収運転を行うことができる浴室廃水の熱
回収装置となる。

本発明の浴室廃水の熱回収装置の実施の形態を実施例に基づき添付図面を参照して詳細
に説明する。図１は本発明における装置の基本構成図で、図２は装置全体の詳細構成図で
ある。

図１で基本構成について説明する。１は給湯器で、同給湯器１の上流側に貯湯タンク２
が設けられている。この貯湯タンク２に上水道から給水され、溜まった冷水を前記給湯器
１の熱交換器に送り、湯を作って貯湯タンク２へ戻し湯を溜める。溜まった湯を水位セン
サ３を介して浴槽４に給湯して所定の水位になるまで湯を溜める。また、貯湯タンク２の
高温の湯で浴槽４の湯を再加熱する追い焚き熱交換器５により浴槽４の追い焚き運転を行
う。さらに、浴槽４の廃水の熱を廃熱回収ユニット６で回収し、廃熱回収ヒートポンプユ
ニット７を介して前記貯湯タンク２内の加熱熱交換器８で湯を加熱して貯める。これらの
操作は入力装置３７からの入力により各ユニットをそれぞれ制御する制御装置３８により
行われる。

図２により本発明の浴室廃水の熱回収装置について説明する。前記給湯器１は空気熱交
換器１０、圧縮機１１、水熱交換器１２、膨張弁１３を順次冷媒配管で接続した冷凍サイ
クルと、前記空気熱交換器１０を送風する送風機１４からなるヒートポンプ回路からなり
、ヒートポンプユニット９として構成され、前記ヒートポンプ回路には冷媒が封入されて
いる。

前記貯湯タンク２には、上水道から給水するための減圧弁１５と、貯湯タンク２からの
逆流を阻止する逆止弁１６と、前記水熱交換器１２に水を循環させる温水ポンプ１７と、
前記浴槽４の湯を再加熱する追い焚き熱交換器５と、追い焚きポンプ１８が接続されてい
る。また、前記浴槽４への湯張り、または追い焚きするために、前記貯湯タンク２と前記
浴槽４との間に、高温の湯と冷水を混合する混合弁１９、注湯弁２０、流量計２１、フロ
ースイッチ２２、循環ポンプ２３、水位センサ３、風呂サーミスタ２４、風呂循環路２５
とが接続され貯湯タンクユニット２６が構成されている。

前記浴槽４には、前記貯湯タンク２および前記追い焚き熱交換器５とに湯を循環させる
循環口２７と、残り湯を排水する排水口２８とが設けられ、これらにより浴槽ユニット２
９が構成されている。

前記浴槽４の残り湯の排水から熱を回収するため、前記排水口２８に接続された排水管
３０と、廃熱入口温度センサ３１、開閉弁３２、廃熱回収熱交換器３３、廃熱出口温度セ
ンサ３４とにより前記廃熱回収熱交換器ユニット６が構成されている。

前記廃熱回収熱交換器ユニット６からの廃熱を前記貯湯タンク２内の加熱熱交換器８に
循環させるために、圧縮機３５、膨張手段３６とにより前記廃熱回収ヒートポンプユニッ
ト７が構成されている。

そして、浴室廃水の熱回収装置を動作および各条件設定を行う入力装置３７と、同入力
装置３７からの入力により上記各ユニットをそれぞれ制御する制御装置３８とにより全体
が構成されている。

上記構成において、次にその動作について説明する。まず、貯湯タンク２に上水道から
減圧弁１５を介して冷水を満たす。次にヒートポンプユニット９へ貯湯タンク２の冷水を
温水ポンプ１７で圧送し水熱交換器１２で冷媒と熱交換させ加熱する。加熱された湯は貯
湯タンク２の上部へ貯められる。貯湯タンク２に溜まった湯は給水で貯湯タンク２の下部
から押し出され、混合弁１９で減圧弁１５からの冷水と混合し、所定の温度に調整し、注
湯弁２０を通り、流量計２１でカウントされた湯が水位センサ３で浴槽の水位を確認しな
がら浴槽へ注がれ、風呂の湯張りが行われる。

風呂の追い焚きは、わずかに冷えた浴槽の湯を循環ポンプ２３で循環させ、風呂サーミ
スタ２４で温度を確認しながら追い焚き熱交換器５で高温の貯湯タンク２の湯により再加
熱され、再び浴槽へ戻される。

浴槽に貯められた湯は、入浴後に浴槽に残っている。これを廃熱回収熱交換器３３で熱
回収するために、開閉弁３２を調整し、廃水を廃熱回収熱交換器３３に流す。

次に、風呂の湯張り際に使用した前記水位センサ３で浴槽の残り湯の水位から廃水の流
速をトリチェリの定理により制御装置３８で算出しフィードバッグする。

ここで、Ｖは流速、ｈは水面の高さ（水面から廃水口までの高さ）、ｇは重力加速度で
ある。

さらに、廃熱入口温度センサ３１および廃熱出口温度センサ３４で検出した廃熱回収熱
交換器３３の入口と出口の温度差が所定値以上になるよう圧縮機３５の回転数と膨張手段
３６の弁開度を制御し、前記貯湯タンク２内の加熱熱交換器８を加熱する。

この結果、流量計にゴミが詰まって流速を検知できなくなることがなく、効果的に熱回
収運転を行うことができる浴室廃水の熱回収装置とすることができる。

尚、前記排水管３０の断面積をＳとした場合、
Ｖ×Ｓ＝流量
の関係であるから、前記流速の代りに流量を用いてもよい。

図３は本発明の実施例２における装置全体の詳細構成図で、１つの冷凍サイクルで熱回
収を行うものである。図３において、貯湯タンクユニット２６および浴槽ユニット２９は
、上記実施例１の図２の構成と同じである。

給湯器１ａは空気熱交換器１０、圧縮機１１、水熱交換器１２、膨張弁１３，開閉弁３
９を順次冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、前記空気熱交換器１０を送風する送風機１
４からなるヒートポンプ回路からなり、ヒートポンプユニット９ａとして構成され、冷媒
が使用されている。

前記膨張弁１３と前記開閉弁３９の間と、前記廃熱回収熱交換器３３の２次側の一端ａ
とを開閉弁４０を介して接続し、前記開閉弁３９と前記空気熱交換器１０の間と、前記廃
熱回収熱交換器３３の２次側の他端ｂとを接続する。そして、通常の冷凍サイクル運転を
行う場合は、前記開閉弁３９を開き、前記開閉弁４０を閉じる。また、廃熱より熱交換す
る場合は、前記開閉弁４０を開き、前記開閉弁３９を閉じ、前記水熱交換器１２からの低
温の冷媒を、膨張弁１３および開閉弁４０を介して廃熱回収熱交換器３３へ送り、廃熱よ
り熱回収する。廃熱回収熱交換器３３を出た冷媒は空気熱交換器１０へ送られ、効果的に
熱回収運転を行うことができる浴室廃水の熱回収装置とすることができる。

以上説明したように、浴槽４の残り湯の廃水の温度と熱回収後の温度を廃熱入口温度セ
ンサ３１および廃熱出口温度センサ３４で検知し、循環流量を流量計の代りに水位センサ
３で測定し、測定した液面の高さより計算により求め、廃水側の状態（温度、流速）を決
め、それを最も効率的に廃熱回収熱交換器３３で熱回収するように廃熱回収ヒートポンプ
ユニット７運転させる。また、廃熱回収熱交換器３３からの熱を冷凍サイクルの空気熱交
換器１０に戻すことにより、効果的に熱回収運転を行うことができる浴室廃水の熱回収装
置となる。

本発明における浴室廃水の熱回収装置の基本構成図である。本発明における実施例１の浴室廃水の熱回収装置の全体の詳細構成図である。本発明における実施例２の浴室廃水の熱回収装置の全体の詳細構成図である。従来例における浴室廃水の熱回収装置である。

符号の説明

１給湯器
２貯湯タンク
３水位センサ３
４浴槽
５追い焚き熱交換器
６廃熱回収ユニット
７廃熱回収ヒートポンプユニット
８加熱熱交換器
９ヒートポンプユニット
１０空気熱交換器
１１圧縮機
１２水熱交換器
１３膨張弁
１４送風機
１５減圧弁
１６逆止弁
１７温水ポンプ
１８追い焚きポンプ
１９混合弁
２０注湯弁
２１流量計
２２フロースイッチ
２３循環ポンプ
２４風呂サーミスタ
２５風呂循環路
２６貯湯タンクユニット
２７循環口
２８排水口
２９浴槽ユニット
３０排水管
３１廃熱入口温度センサ
３２開閉弁
３３廃熱回収熱交換器
３４廃熱出口温度センサ
３５圧縮機
３６膨張手段
３７入力装置
３８制御装置
３９開閉弁
４０開閉弁

Claims

給湯器の給水経路に設けられ、湯の使用量に応じた水を前記給湯器に供給すると共に、
温湯を貯えることが可能な貯湯タンクと、浴槽の廃水を流す排水路と、廃水の熱を吸収し
、前記貯湯タンク内の水を加熱するヒートポンプサイクルと、前記浴槽内の水位を検出す
る水位センサと、前記廃水の水温を検出する水温センサと、前記廃水の流量を調整する開
閉弁とを備え、
前記浴槽内の水位から廃水の流速を算出し、前記開閉弁により前記廃水を所定の流速と
し、前記水温センサが検出した水温に応じて前記ヒートポンプサイクルの圧縮機と膨張弁
とを制御してなることを特徴とする浴室廃水の熱回収装置。
前記水温センサは前記浴槽の排水孔と前記開閉弁との間に設けた廃水入口水温センサと
、前記ヒートポンプサイクルの廃熱回収熱交換器の出口に設けた廃水出口水温センサとか
らなることを特徴とする請求項１に記載の浴室廃水の熱回収装置。
前記給湯器を空気熱交換器、圧縮機、水熱交換器、膨張弁とからなる冷凍サイクルで構
成し、前記廃熱回収熱交換器からの熱を前記空気熱交換器に戻してなることを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の浴室廃水の熱回収装置。