JP5335000B2

JP5335000B2 - 熱交換システム

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Publication number: JP5335000B2
Application number: JP2010547373A
Authority: JP
Inventors: 範昭角
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-01-26
Also published as: WO2010084620A1; JPWO2010084620A1

Description

この発明は、浴槽やシャワーなどから排出される温水を利用して熱交換する熱交換システムに関する。

この種の装置として、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この従来の装置は、浴槽や洗い場から排出された温水を排水タンクにいったん溜めるとともに、このタンク内の排温水を熱交換器に導くものである。そして、熱交換器は、貯湯タンクの上流側に設けるとともに、この貯湯タンクに導く供給水と上記排出温水との間で熱交換をするようにしている。
なお、上記貯湯タンクには電気ヒーターを備え、夜間電力を利用して当該タンク内の水を温めるようにしている。

図１２は、上記特許文献１とは別の従来のシャワーの熱交換システムを示したもので、シャワー室が複数あって、各シャワー室に混合水栓１とシャワー２とが設備されている状況を示している。そして、混合水栓１のそれぞれには温水供給流路３と供給水流路４とを並列に接続し、上記各温水供給流路３はヒーター５に対して並列にしているが、ヒーター５は、熱交換器６を介して供給水源７に接続している。一方、上記供給水流路４は供給水源７に直接接続するとともに、各供給水流路４は供給水源７に対して並列にしている。

さらに、上記シャワー室そのそれぞれには、シャワー２から噴出された温水を排出する排水口８を設けているが、これら排水口８は上記熱交換器６に対して並列に接続している。したがって、シャワー２から噴出した温水は排水口８を経由して熱交換器６に集められる。

また、供給水源７から熱交換器６に導かれた供給水は、熱交換器６で暖められてヒーター５に導かれる。このように供給水が熱交換器６で予熱されるので、その分、ヒーター５の負荷を小さくできる。
なお、各シャワー２から噴出される温水のすべてを、ひとつの熱交換器６に集中させるようにしたのは、熱交換器６が、その熱交換効率を上げるために大型化せざるをえないので、その大型化した熱交換器６を個々のシャワー２に対応付けるのが難しいからである。

特開平６−２８８６１５号公報

上記のようにした特許文献１に記載された従来の装置は、浴槽や洗い場の排温水を、いったん排水タンクに溜め、それを熱交換器に導くようにしているので、浴槽や洗い場などの排温水源から熱交換器までの流路長さが長くなり、それだけ熱の損失が大きくなるという問題があった。

また、図１２に示した従来の熱交換システムでは、各シャワー室の排温水をひとつの熱交換器６に集中させなければならないので、排水口８から熱交換器６までの流通路を必要とする。そのために、排水口８から熱交換器６に至る流通過程で、排温水が冷えてしまい、熱交換効率が悪くなるという問題があった。

また、上記したように熱交換器６が大型化する傾向にあるが、その内部構造も、熱交換効率を上げるために複雑化する傾向にあった。しかし、熱交換器内には、排水に含まれる湯アカや石鹸カスなどが沈殿したり付着したりするが、熱交換器が大型化してしかも内部構造が複雑化すると、その清掃が困難になるとともに、その清掃を怠れば、熱交換効率が悪くなるという問題もあった。
この発明の目的は、熱損失を小さくでき、しかも構造が簡単な熱交換システムを提供することである。

第１の発明は、温水噴出口と排水口との間における面に温水噴出口から流出する温水を導く排温水流路と、供給水が導かれる供給水流路とを設け、これら排温水流路と供給水流路間で熱交換可能にして供給水流路を流通する供給水を予熱するとともに、上記供給水流路は、予熱水流路を介して上記温水噴出口の上流側に接続した熱交換システムを前提とする。
なお、上記温水噴出口とは、浴槽の排水口、カランおよびシャワーを含んだ概念である。

上記熱交換システムを前提とし、第１の発明は、上記供給水流路を構成する一連の供給水流路溝を形成した基盤と、排温水流路を構成する一連の排温水流路溝を形成するとともに、この排温水流路溝の反対側面を溝形状と対応させた凸部とし、この凸部を上記供給水流路溝にはめ込み可能にした表面板とを備え、上記基盤に表面板を重ね合わせて、上記凸部を上記供給水流路溝にはめ込んだ状態で、排温水流路溝の裏面に供給水流路が形成される構成にした点に特徴を有する。

第２の発明は、上記基盤が、持ち運び可能なマットである点に特徴を有する。

第１の発明によれば、温水噴出口と排水口との間における底面に温水噴出口から流出する温水を導く排温水流路と、供給水が導かれる供給水流路とを設けたので、温水噴出口から噴出された温水を、さめないうちに直接利用して、供給水を予熱することができる。このように温水噴出口から噴出された温水をさめないうちに利用して供給水を予熱できるので、その分、熱効率が良くなる。
さらに、この発明によれば、当該システムを簡単に構成できるので、その施工がきわめて簡単にできる。特に、シャワー等の個々の温水噴出口に対応付けて排温水流路と供給水流路とを設ける場合に、その施工の簡単さは大きな利点になる。
また、構成が簡単な分、清掃も簡単にできることになる。

第２の発明によれば、基盤を持ち運び可能なマットにしたので、いつでも必要な場所に簡単に設置することができる。

発明を実施するための形態

図１は複数のシャワー室に用いた第１実施形態の概念図であり、この概念図に基づいてこの実施形態の熱交換システムの概略を説明し、その後に、図２〜４に示した熱交換構造を具体的に説明する。
上記シャワー室のそれぞれには、この発明の温水噴出口であるシャワー１０を設けているが、これらシャワー１０のそれぞれは混合水栓１１に接続している。混合水栓１１には、温水供給流路１２と予熱水流路１３とを並列に接続している。

また、上記各混合水栓１１は、温水供給流路１２を介して、この発明の熱源であるヒーター１４に対して並列に接続しているが、このヒーター１４は供給水源１５に接続している。したがって、ヒーター１４には水道水が直接供給される。

一方、個別のシャワー１０を備えた個々のシャワー室の底面１６には、排温水流路１７を設けているが、この排温水流路１７にはシャワー１０から噴出された温水が流れるとともに、その温水を排水口１８に導くものである。
また、排温水流路１７の下面であってこの排温水流路１７と対向する位置に給水流路１９を設けているが、これら供給水流路１９のそれぞれは供給水源１５に対して並列に接続するとともに、給水流路１９の下流側には上記した予熱水流路１３を接続している。

したがって、ヒーター１４から温水供給流路１２に温水を供給するとともに、混合水栓１１を開いて所定の温度の温水をシャワー１０から噴出させると、そのシャワー１０から噴出された温水は、直ちに排温水流路１７に流れる。また、このときには供給水源１５からの供給水が供給水流路１９に供給される。この供給水流路１９に流れる供給水は、排温水流路１７との間で熱交換されて予熱水流路１３に流れる。

上記のように予熱水流路１３に流れた予熱水は、混合水栓１１でヒーター１４からの温水と混合するとともに、この混合水は混合水栓１１の開度に応じて所定の温度に調整されてシャワー１０から噴出される。
そして、シャワー１０から噴出された温水は、排温水流路１７に流れて、上記したと同様に供給水流路を流れる供給水と熱交換される。

上記したようにこの実施形態によれば、シャワー１０から噴出された温水は直ちに排温水流路１７に流れて、その温水が供給水との間で熱交換されるので、熱交換される温水が排温水流路１７に至る過程で冷やされることはほとんどない。シャワー１０から噴出される温水がほとんど冷やされることなく熱交換用に使えるので、熱効率が非常に良くなる。
また、排温水で予熱された予熱水は、この供給水流路１９に対応した混合水栓１１に予熱水流路１３を介して供給されるが、各供給水流路１９は各混合水栓１１に個別に対応させているので、予熱水流路１３も最小限の長さで足りる。したがって、ここでも予熱水が極端に冷やされたりせず、高い熱効率を維持するのに役立つ。

なお、上記実施形態では、シャワー１０をこの発明の温水噴出口としたが、温水噴出口としては、浴槽の排水口やカランなどであっても良い。また、この実施形態では、ヒーター１４を熱源としたが、この発明の熱源としては、ボイラーであってもかまわない。要するに水道水を所定の温度まで加熱する手段であれば、熱源はどのようなものでも良い。

次に、図２〜４に基づいて熱交換構造を具体的に説明する。
熱交換構造は、基盤２０とこの基盤２０上に重ね合わせる表面板２１とからなる。
上記基盤２０は、図２，３に示すように、供給水源１５に接続する供給水導入ポート２２と、予熱水流路１３に接続する予熱水導出ポート２３とを形成するとともに、これら両ポート２２，２３を連通する一連の供給水流路溝２４を形成している。そして、上記供給水流路溝２４は、内側に位置する供給水導入ポート２２から外側に位置する予熱水導出ポート２３にまで渦状に連続させるとともに、その溝深さを、供給水導入ポート２２から予熱水導入ポート２３に向かって徐々に浅くしている。

また、上記表面板２１は、その表面に排温水流路溝２５を形成しているが、この排温水流路溝２５に対応する裏面を凸部２６としている。
上記のようにした表面板２１は、その凸部２６を、基盤２０の供給水流路溝２４にはめるようにして基盤２０に重ね合わせるが、このように基盤２０に表面板２１を重ね合わせることによって、供給水流路溝２４と上記凸部２６との間に、供給水流路１９が形成されるとともに、この供給水流路１９に上下方向において対応した排温水流路溝２５からなる排温水流路１７が構成される。

さらに、上記排温水流路溝２５の溝深さは、予熱水導出ポート２３に対応する外側端部をもっとも浅くし、供給水導入ポート２２に対応する内側端部に向かって徐々に深くなるようにしている。したがって、シャワー１０から表面板２１上に排水された排温水は、上記排温水流路溝２５の傾斜に沿って上記内側端部に自然に流れることになる。

なお、上記供給水流路溝２４も、上記排温水流路溝２５と同様に予熱水導出ポート２３から供給水導入ポート２２に向かってその溝深さを徐々に深くしている。ただし、この供給水流路溝２４によって構成される供給水流路１９には、溝深さが深い供給水導入ポート２２から、溝深さが浅い予熱水導出ポート２３に向かって供給水が流れるが、供給水流路１９に流れる供給水には、水道圧が作用しているので、上記のように溝深さが深い側から浅い側に供給水が流れることができる。

上記のように供給水源１５から供給された供給水は、供給水導入ポート２２から流入し、渦状にした供給水流路１９を経由して予熱水導出ポート２３から流出するとともに、前記した予熱水流路１３を通って混合水栓１１に供給される。
一方、シャワー１０から表面板２１に流れた排温水は、排温水流路１７を流れるが、このときには、予熱水導出ポート２３に対応する深さが浅い側から、供給水導入ポート２２に対応する浅い側に向かって流れる。
つまり、排温水と供給水とは、それらの流れが反対になるいわゆる向流となる。このように排温水と供給水とが向流するので、シャワー１０から排出された直後の熱量の大きな排温水が、供給水源１５から導かれた直後の温度が最も低い供給水と対向することになり、供給水の予熱効率が良くなる。

上記のようにした基盤２０は、それを構成する材質は特に限定されないが、耐水性や耐熱性の高い材質である塩化ビニールなどの樹脂材や金属材を用いることができる。ただし、この基盤２０にはある程度の断熱性も求められるので、基盤２０に金属材などの熱伝導性の高いものを用いたときには、この基盤２０の下面に断熱層を設けるのが望ましい。
また、上記基盤２０は、それ自体を建造物の床面と一体施工してもよい。
さらに、表面板２１は、熱伝導率が高く、腐食しにくい表面処理が可能であって、人に踏まれても強度的に耐えられる材質であることが望ましい。ただし、表面板２１の熱伝導率が高いと、しかも供給水が十分に予熱されていない状態で、表面板２１に肌が直接触れると、人が冷たさを感じてしまう。

そこで、この実施形態では、図３に示すように、供給水流路溝２４を構成する境界壁２７の頭部に拡大部２７ａを形成している。この拡大部２７ａは、表面板２１の排温水流路溝２５を構成する表面突出部２５ａの裏面にぴったりと接触させる形状にしている。このように拡大部２７ａを表面突出部２５ａにぴったりと接触させているので、少なくとも表面突出部２５ａの表面部分は、供給水によって直接冷やされることはなくなる。

また、上記のように供給水流路溝２４を形成した基盤２０に、排温水流路溝２５を形成した表面板２１を重ね合わせるだけで、熱交換機構を構成できるので、その熱交換機構の構造は極めてシンプルなものになる。
また、表面板２１に湯アカや石鹸カスなどが沈殿したり付着したりしても、表面板２１を床ブラシ等で簡単に洗い流すことができる。

図５〜７に示した第２実施形態は、上記基盤２０をシャワー室における排水口１８の周囲に部分的に設けたものである。そして、上記基盤２０は、第１実施形態と同様に表面板２１を重ね合わせるとともに、供給水源１５に接続する供給水導入ポート２２と、予熱水流路１３に接続する予熱水導出ポート２３とを形成している。さらに、基盤２０には、上記両ポート２２，２３を連通する一連の供給水流路溝２４を形成している。また、上記供給水流路溝２４は、内側に位置する供給水導入ポート２２から外側に位置する予熱水導出ポート２３にまで渦状に連続させるとともに、その溝深さを、供給水導入ポート２２から予熱水導入ポート２３に向かって徐々に浅くしている。

さらに、上記表面板２１は、その表面に排温水流路溝２５を形成しているが、この排温水流路溝２５に対応する裏面を凸部２６としている。
上記のようにした表面板２１は、その凸部２６を、基盤２０の供給水流路溝２４にはめるようにして基盤２０に重ね合わせるが、このように基盤２０に表面板２１を重ね合わせることによって、供給水流路溝２４と上記凸部２６との間に、供給水流路１９が形成されるとともに、この供給水流路１９に上下方向において対応した排温水流路溝２５からなる排温水流路１７が構成される。

また、上記排温水流路溝２５の溝深さは、予熱水導出ポート２３に対応する外側端部をもっとも浅くし、供給水導入ポート２２に対応する内側端部に向かって徐々に深くなるようにしている。したがって、シャワー１０から表面板２１上に排水された排温水は、上記排温水流路溝２５の傾斜に沿って上記内側端部に自然に流れることになる。また、排温水や供給水の流れは、上記第１実施形態と同じである。

図８に示した第３実施形態は、基盤２０に排温水流路１７を構成する排温水流路溝２５を形成するとともに、この排温水流路溝２５に、供給水流路１９を構成するパイプ２８を埋設したもので、その他は第２実施形態と同様である。
なお、この第３実施形態においても、供給水導入ポート２２から導入された供給水は、上記パイプ２８を通って予熱水導出ポートから予熱水流路に供給されるが、これら予熱水導出ポート、予熱水流路は図示していない。また、排温水や供給水の流れは、上記第１実施形態と同じである。

図９に示した第４実施形態は、基盤２０に排水口１８に向かって低くなる斜面２９を形成し、この斜面２９を排温水流路１７としている。そして、この排温水流路１７を構成する上記斜面２９に、供給水流路１９としてのパイプ３０を敷設したものである。
なお、この第４実施形態においても、供給水導入ポート２２から導入された供給水は、上記パイプ３０を通って予熱水導出ポートから予熱水流路に供給されるが、これら予熱水導出ポート、予熱水流路は図示していない。また、排温水や供給水の流れは、上記第１実施形態と同じである。

図１０，１１に示した第５実施形態は、基盤をマット３１としたもので、このマット３１は、排水口３２に向かって低くなる斜面３３を形成するとともに、排水口３２の周囲に、第３実施形態と同様の排温水流路１７を構成する排温水流路溝２５を形成するとともに、この排温水流路溝２５に、供給水流路１９を構成するパイプ２８を埋設したものである。
なお、この第５実施形態においても、供給水導入ポート２２から導入された供給水は、上記パイプ２８を通って予熱水導出ポート２３から予熱水流路１３に供給される。また、排温水や供給水の流れは、上記第１実施形態と同じである。

この発明は、スポーツクラブや温浴施設などに最適である。例えば、スポーツクラブのシャワーなどは、一人当たり１００リッター前後の大量の温水を使用するが、それらの温水を使い捨てにしているのが現状である。このような現状に対して、この発明の熱交換システムを使用すれば、燃料消費を節約でき、省エネルギーを実現できる。

第１実施形態の概念図である。第１実施形態の基盤に表面板を重ね合わせた状態の平面図である。第１実施形態の断面図である。第１実施形態の表面板の斜視図である。第２実施形態を概念的に示した斜視図である。第２実施形態の基盤に表面板を重ね合わせた状態の平面図である。第２実施形態の断面図である。第３実施形態の断面図である。第４実施形態の断面図である。第５実施形態を概念的に示した斜視図である。第５実施形態の断面図である。従来の熱交換システムの概念図である。

符号の説明

１０シャワー
１２温水供給流路
１４ヒーター
１５供給水源
１６底面
１７排温水流路
１８排水口
１９供給水流路
２０基盤
２１表面板
２４供給水流路溝
２５排温水流路溝
２６凸部
２８パイプ
２９斜面
３０パイプ
３１マット

Claims

温水噴出口と排水口との間における面に、温水噴出口から流出する温水を導く排温水流路と、供給水が導かれる供給水流路とを設け、これら排温水流路と供給水流路間で熱交換可能にして供給水流路を流通する供給水を予熱するとともに、上記供給水流路は、予熱水流路を介して上記温水噴出口の上流側に接続する熱交換システムであって、
上記供給水流路を構成する一連の供給水流路溝を形成した基盤と、排温水流路を構成する一連の排温水流路溝を形成するとともに、この排温水流路溝の反対側面を溝形状と対応させた凸部とし、この凸部を上記供給水流路溝にはめ込み可能にした表面板とを備え、上記基盤に表面板を重ね合わせて、上記凸部を上記供給水流路溝にはめ込んだ状態で、排温水流路溝の裏面に供給水流路が形成される構成にした熱交換システム。
上記基盤が、持ち運び可能なマットである請求項１に記載の熱交換システム。