JP6654806B2 - 熱源水供給機構 - Google Patents

Description

本発明は、廃水を熱源水として利用するヒートポンプシステムにおける熱源水供給機構に関する。

ヒートポンプシステムとして、廃水（下水等）の有する熱（排熱）を熱源とするものが知られている。この種のヒートポンプシステムにおける熱源水は、貯留槽に一旦貯留された後、貯留槽から配管を介してヒートポンプ側に送出される場合がある（例えば特開平７−１３９８４６号公報における図６〜図８参照）。

特開平７−１３９８４６号公報

ところで、廃水中には、通常、配管詰まりの原因となる異物が混入している。特に、熱源水として温泉廃水（温泉利用施設等にて使用された後に排出される、少なくとも温泉水を含む廃水）を用いた場合、温泉成分に由来するスケール等を含む多量の異物が熱源水中に存在することがある。このため、貯留槽からヒートポンプ側に向かう配管内に異物が可及的に流入しない構成を採用することが望ましい。なお、「温泉利用施設」には、温泉を利用した入浴場（足湯、サウナ、岩盤浴等を含む）、調理場、等が含まれる。また、「温泉利用施設」には、これらのうちの少なくとも一つを備えた施設（ホテル等）が含まれる。

この点、廃水中の異物には、貯留槽の底に沈下するものや廃水の水面に浮遊するもの等がある。このため、重力を用いた貯留槽における上下分離では、配管内への異物流入の抑制効果は充分とはいえない。一方、いわゆるオートストレーナ等の高価な濾過機を用いた場合、装置コストが増大する。

また、この種のヒートポンプシステムであって、熱源水が貯留槽からヒートポンプ側には送出されず、貯留槽に貯留されたまま熱源水の排熱利用がなされる構成を有するもの（例えば特開平７−１３９８４６号公報における図１〜図５参照：なお、この場合においても、熱源水は貯留槽に供給すなわち貯留されることでヒートポンプシステムに「供給」されていると称され得る。）においても、貯留槽内における異物量が増加すると、これを除去するためのメンテナンスが必要となる。本発明は、上記に例示した課題に対処するためになされたものである。

本発明の対象は、廃水を熱源水として利用するヒートポンプシステムにおける熱源水供給機構である。この熱源水供給機構は、貯留槽と、第一流路と、フィルタと、フィルタ支持部材と、を備えている。前記貯留槽は、前記熱源水を貯留するように設けられている。前記第一流路は、前記貯留槽への前記熱源水の供給流路である。この第一流路は、開口端部を有している。前記開口端部は、前記貯留槽の底部よりも上方に設けられている。合成樹脂製のメッシュ素材からなる前記フィルタは、筒状の部材であって、前記開口端部に接続されている。前記フィルタ支持部材は、前記貯留槽の前記底部よりも上方にて前記フィルタを支持するように設けられている。また、前記フィルタ支持部材は、前記メッシュ素材を通過して前記フィルタの内側から外側に流出した前記熱源水を、前記貯留槽内に落下させるように設けられている。さらに、貯留槽の内壁は、フィルタ支持部材を水平に支持する。前記フィルタの端部であって前記開口端部に接続された一端部とは反対側の他端部は、閉塞されている。前記フィルタは、伸縮性を有する弾性繊維からなり、前記開口端部に接続される前記一端部から前記他端部に向けて延び、前記フィルタ支持部材上に配置される。前記フィルタ支持部材は、多数の貫通孔が形成され、前記フィルタから流出した前記熱源水を前記貫通孔から下方に落下させる。前記フィルタにおける前記開口端部よりも下流側の部位は、水平方向において、貯留槽の内壁から離間している。貯留槽の頂部が上方に向けて開放されることで、フィルタより上方が開放されている。

前記熱源水供給機構において、前記開口端部が複数並列に設けられ、複数の前記開口端部に、前記フィルタが接続されることで、複数の前記フィルタが並列に設けられてもよい。
前記熱源水供給機構は、前記複数の前記開口端部のうち、一部のみに選択的に前記熱源水を流通させるバルブを備えてもよい。

前記熱源水供給機構は、以下のように構成されていてもよい：前記第一流路における前記開口端部は、管状に形成されている。前記フィルタにおける前記一端部は、前記開口端部を外側から覆うように、前記開口端部に装着されている。

前記フィルタ支持部材は、多数の前記貫通孔が形成された板状部材であってもよい。

前記熱源水供給機構は、熱源水供給配管をさらに備えていてもよい。この熱源水供給配管は、ヒートポンプ側に前記熱源水を供給するように設けられている。

本発明の一実施形態に係る熱源水供給機構を備えたヒートポンプシステムの全体構成を示す概略図である。 本発明の変形例に係る熱源水供給機構を備えたヒートポンプシステムの全体構成を示す概略図である。

＜１．実施形態の構成＞
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する（変形例は末尾にまとめて記載されている）。図１に示されているように、ヒートポンプシステム１は、廃水源Ｓから供給された廃水を熱源水として利用するように構成されている。廃水としては、下水、特に温泉廃水が好適に用いられ得る。具体的には、例えば、廃水源Ｓは、温泉利用施設等である。

ヒートポンプシステム１は、ヒートポンプ２と熱源水供給機構３とを備えている。熱源水供給機構３は、廃水源Ｓから供給された廃水をヒートポンプ２に供給（送出）するように、廃水源Ｓとヒートポンプ２との間に設けられている。本実施形態の熱源水供給機構３は、貯留槽４と、熱源水流路５と、フィルタ６と、フィルタ支持部材７と、バルブ８と、制御部９と、を備えている。

貯留槽４は、廃水を貯留するように設けられている。貯留槽４の底部４１は、液密的に閉塞されている。本実施形態においては、貯留槽４の頂部４２は、上方に向けて開放されている。貯留槽４には、熱源水供給配管４３と熱源水還流配管４４とが接続されている。熱源水供給配管４３は、ヒートポンプ２側に熱源水としての廃水を供給するように設けられている。すなわち、熱源水供給配管４３は、その一端が貯留槽４に接続されていて、他端がヒートポンプ２に接続されている。なお、熱源水供給配管４３には、熱源水送出用の図示しないポンプが介装されている。熱源水還流配管４４は、ヒートポンプ２側にて熱源水として利用された後の廃水を貯留槽４に還流させるように設けられている。すなわち、熱源水還流配管４４は、その一端がヒートポンプ２に接続されていて、他端が貯留槽４に接続されている。

貯留槽４における頂部４２側には、流入側開口部４５と排出側開口部４６とが形成されている。流入側開口部４５には、熱源水流路５における第一流路５１が接続されている。すなわち、第一流路５１は、貯留槽４への廃水の供給流路である。具体的には、本実施形態においては、第一流路５１は、円管状の部材である。第一流路５１の廃水通流方向における下流側の端部である開口端部５１ａは、流入側開口部４５から貯留槽４の内部に向けて略水平方向に突出する円筒状の部分であって、側方に向けて開口する略円形の開口部を有している。図１に示されているように、開口端部５１ａは、貯留槽４の底部４１よりも上方に設けられている。

排出側開口部４６には、熱源水流路５における第二流路５２が接続されている。すなわち、第二流路５２は、フィルタ６の内側に捕集された異物と廃水とを（バルブ８が後述の開状態の場合に）排出可能に設けられた流体流路である。具体的には、第二流路５２は、円管状の部材である。第二流路５２の廃水通流方向における上流側の端部である上流端部５２ａは、排出側開口部４６から貯留槽４の内部に向けて略水平方向に突出する円筒状の部分であって、側方に向けて開口する略円形の開口部を有している。本実施形態においては、上流端部５２ａは、開口端部５１ａと略同じ高さで且つ略同軸上に設けられている。すなわち、上流端部５２ａと開口端部５１ａとは、互いの中心軸がほぼ一致するように配置されている。

フィルタ６は、合成樹脂製のメッシュ素材（具体的にはポリウレタン樹脂製の伸縮性を有する弾性繊維）からなる筒状の部材である。フィルタ６の廃水通流方向における上流側の端部である第一端部６１は、第一流路５１の開口端部５１ａに接続されている。フィルタ６の廃水通流方向における下流側の端部である第二端部６２は、第二流路５２の上流端部５２ａに接続されている。第一端部６１と第二端部６２との間の中間部６３は、第一流路５１の開口端部５１ａ及び第二流路５２の上流端部５２ａの中心軸から離れる方向に向かって膨張可能に設けられている。

具体的には、第一端部６１は、円筒状の開口端部５１ａを外側から覆うように、開口端部５１ａに装着されている。また、第一端部６１は、その外側から図示しない締結具（バンド等）によって締結されることで、開口端部５１ａに固定されている。同様に、第二端部６２は、円筒状の上流端部５２ａを外側から覆うように、上流端部５２ａに装着されている。また、第二端部６２は、その外側から図示しない締結具によって締結されることで、上流端部５２ａに固定されている。

フィルタ支持部材７は、貯留槽４の底部４１よりも上方（具体的には頂部４２付近）にて、フィルタ６を略水平に支持するように設けられている。すなわち、フィルタ６は、その中間部６３の全長にわたって、フィルタ支持部材７によって下方から支持されている。具体的には、本実施形態においては、フィルタ支持部材７は、平板状の部材であって、貯留槽４の内壁によって略水平に支持されている。フィルタ支持部材７のフィルタ６を支持する上面と、第一流路５１の開口端部５１ａ及び第二流路５２の上流端部５２ａの中心軸との距離は、フィルタ６の中間部６３がフィルタ支持部材７の上面に当接する程度まで膨張してもフィルタ６が破れない程度に設定されている。

フィルタ支持部材７は、フィルタ６（具体的には中間部６３）のメッシュ素材を通過してフィルタ６の内側から外側に流出した廃水を、貯留槽４内に落下させるように構成されている。具体的には、本実施形態においては、フィルタ支持部材７は、板材（具体的には耐食性のステンレス鋼板）であって、多数の貫通孔７１が形成されている。

バルブ８は、第二流路５２に介装されている。このバルブ８は、いわゆる電動式の開閉バルブであって、制御部９の制御により開状態と閉状態とに切換可能に設けられている。ここで、「開状態」は、異物が廃水とともに下流側に向けて通流可能な状態である。一方、「閉状態」は、異物及び廃水が通流不能な状態である。

制御部９は、フィルタ６による異物の捕集動作状況に応じてバルブ８の開閉動作を制御するように設けられている。具体的には、制御部９は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）９１と圧力センサ９２とを備えている。ＥＣＵ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた、いわゆるマイクロコンピュータであって、圧力センサ９２の検出信号に応じてバルブ８の開閉動作を制御するように設けられている。圧力センサ９２は、第一流路５１とフィルタ６と第二流路５２とによって形成された廃水流路における、バルブ８よりも上流側の圧力に対応する信号を発生するように設けられている。具体的には、圧力センサ９２は、第一流路５１における貯留槽４の近傍位置に装着されている。

＜２．実施形態の作用・効果＞
次に、上述のような構成を有する本実施形態の熱源水供給機構３における、動作の概要及び作用・効果について説明する。

熱源水としての廃水を貯留槽４に貯留する際には、バルブ８が閉状態に設定される。すると、フィルタ６から第二流路５２への廃水の通流が遮断される。この状態で、廃水が第一流路５１を介してフィルタ６の内側に流入すると、異物がフィルタ６に捕集されつつ、廃水がフィルタ６（具体的には中間部６３）のメッシュ素材を通過してフィルタ６の外側に流出する。フィルタ６の外側に流出した廃水は、貫通孔７１を通過して、フィルタ支持部材７から下方に落下する。こうして、廃水が貯留槽４に貯留される。このように、本実施形態においては、貯留槽４における異物進入が良好に抑制されることで、熱源水供給配管４３やヒートポンプ２側における配管詰まり、フィルタ支持部材７における貫通孔７１の目詰まり、及び貯留槽４内の異物滞留が、良好に抑制され得る。

廃水の貯留槽４への供給時間（供給経過時間）が長くなるにしたがって、フィルタ６に捕集された異物量が増え、フィルタ６は次第に膨張する。異物捕集量が許容量を超えると、第一流路５１における流路抵抗が増大してシステム効率が低下したり、フィルタ６が破損したりするおそれがある。このため、異物捕集量が所定量に達した時点で、バルブ８を開放して、異物を廃水とともに第二流路５２を介して外部に排出する必要がある。そこで、本実施形態においては、圧力センサ９２の出力に基づいて取得された第一流路５１内の圧力が所定圧力に達した場合に、ＥＣＵ９１はバルブ８を開状態に制御する。

上述のように、本実施形態においては、バルブ８を開状態とすることで、フィルタ６における異物捕集量（滞留量）を適宜低減することができる。したがって、本実施形態によれば、フィルタ６に所定量の異物が捕集される毎にフィルタ６を交換する「使い捨て」態様に比べて、ランニングコストが良好に低減されるとともに、廃棄物発生量も低減され得る（下水に流された異物は下水処理施設において生分解処理され得る）。

なお、万一フィルタ６が破損した場合は、上述の締結具における締結を解除することで、フィルタ６の交換が極めて容易に行われ得る。この場合、フィルタ６は、特殊な材質ではなく、ストッキングやタイツ等の服飾品の製造に用いられ得る汎用的な材質で形成可能である。このため、本実施形態によれば、装置コストが格段に低減され得る。

＜３．変形例の例示＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の全部又は一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

本発明は、上述の実施形態にて示された具体的な装置構成や動作態様に限定されない。例えば、ヒートポンプ２にて利用された後の廃水は、ヒートポンプ２側にて下水管等に排出されてもよい。この場合、熱源水還流配管４４は省略され得る。

貯留槽４の頂部４２には、フィルタ６の交換の際に開閉可能な蓋が設けられていてもよい。

廃水源Ｓと第一流路５１との間には、下水施設（下水管等）が介在していてもよい。

開口端部５１ａ及びフィルタ６は、貯留槽４よりも上方に設けられていてもよい。すなわち、開口端部５１ａ及びフィルタ６は、貯留槽４の上端に設けられた開口部よりもさらに上方に設けられていてもよい。この場合、流入側開口部４５及び排出側開口部４６は形成されない。

開口端部５１ａは、末端に向かうにしたがって径が広がるテーパ状に形成されていてもよい。上流端部５２ａも同様である。これにより、フィルタ６の装着状態が確実に保持され得る。

複数の開口端部５１ａが並列に設けられていてもよい。この場合、圧力センサ９２は、複数の開口端部５１ａのそれぞれに対応して設けられ得る。具体的には、例えば、一本の第一流路５１から複数の開口端部５１ａが分岐していてもよい。あるいは、例えば、複数の第一流路５１が貯留槽４に接続されていてもよい。これらの場合、複数のフィルタ６が、並列に設けられる。これにより、メンテナンス頻度が低下し、メンテナンスコストが格段に低下する。なお、複数の開口端部５１ａのうちの一部（例えば一つ）のみに選択的に廃水を通流させるような流路切換式（三方弁等）のバルブが設けられていてもよい。

上述のように、複数の開口端部５１ａ及びフィルタ６が並列に設けられる場合、これらに対応して、複数の上流端部５２ａが設けられていることが好ましい。この場合、バルブ８は、複数の上流端部５２ａのそれぞれに設けられていてもよい。あるいは、複数の上流端部５２ａの合流位置に、複数の上流端部５２ａのうちの一部（例えば一つ）のみを選択的に下流側と通流させるような流路切換式のバルブ８が設けられていてもよい。これらの場合、圧力センサ９２は、複数の上流端部５２ａのそれぞれに設けられ得る。

フィルタ６（特に中間部６３）を構成するメッシュ素材の材質には、特段の限定はない。具体的には、例えば、同メッシュ素材は、ナイロン製でもよい。また、中間部６３のみがメッシュ素材であってもよい。

フィルタ６及びフィルタ支持部材７の高さ方向の位置や、フィルタ６とフィルタ支持部材７との距離は、適宜変更され得る。

フィルタ支持部材７の構成も、上記の実施形態に限定されない。例えば、フィルタ支持部材７は、側面視（第一流路５１の開口端部５１ａ及び第二流路５２の上流端部５２ａの中心軸と平行な方向で見た場合）にて一方（例えば上方又は斜め上方）に開口する略Ｃ字状、半円状又は略Ｕ字状に形成されていてもよい。あるいは、フィルタ支持部材７は、円筒状に形成され得る。この場合、円筒状のフィルタ支持部材７には、一方（例えば側方又は斜め上方）に向けて開口するスリットが、軸線方向の全体にわたって設けられていることが好ましい。かかるスリットをフィルタ支持部材７に設けることで、フィルタ６の交換作業が極めてスムーズに行われ得る。

フィルタ支持部材７は、金属製のメッシュ部材であってもよい。フィルタ支持部材７は、交換可能であってもよいし、交換不能に固定されていてもよい。

ＥＣＵ９１は、いわゆるタイマ（カウンタ）を備えていて、廃水の貯留槽４（すなわちフィルタ６）への供給時間（累積時間）が所定時間に到達した場合にバルブ８を開状態に制御するようになっていてもよい。具体的には、ＥＣＵ９１は、バルブ８の閉状態の累積時間（バルブ８の閉状態にて廃水が貯留槽４に向けて送出された累積時間）を積算し、この積算時間が閾値時間に達した場合、バルブ８を所定時間開状態に設定した後に再度バルブ８を閉状態に設定する。これにより、上記の積算時間が閾値時間に達する毎にバルブ８が開制御される。なお、かかる構成においては、図１における圧力センサ９２は省略され得る。

図２は、図１に示された構成の一変形例を示す。図２に示されているように、フィルタ６における第二端部６２は、閉塞されていてもよい。この場合、第二流路５２、バルブ８及び制御部９は省略される。

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。すなわち、本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や変形例の記載に基づいて限定的に解釈されてはならない。

Ｓ…廃水源 １…ヒートポンプシステム
２…ヒートポンプ ３…熱源水供給機構
４…貯留槽
４１…底部 ４２…頂部
４３…熱源水供給配管 ４４…熱源水還流配管
４５…流入側開口部 ４６…排出側開口部
５…熱源水流路
５１…第一流路 ５１ａ…開口端部
５２…第二流路 ５２ａ…上流端部
６…フィルタ ６１…第一端部
６２…第二端部 ６３…中間部
７…フィルタ支持部材 ７１…貫通孔
８…バルブ
９…制御部
９１…ＥＣＵ ９２…圧力センサ

Claims (6)

1. 廃水を熱源水として利用するヒートポンプシステムにおける熱源水供給機構であって、
   前記熱源水を貯留するように設けられた貯留槽と、
   前記貯留槽への前記熱源水の供給流路であって、前記貯留槽の底部よりも上方に開口端部を有する第一流路と、
   前記開口端部に接続された筒状の部材であって、合成樹脂製のメッシュ素材からなるフィルタと、
   前記貯留槽の前記底部よりも上方にて前記フィルタを支持するとともに、前記メッシュ素材を通過して前記フィルタの内側から外側に流出した前記熱源水を前記貯留槽内に落下させるように設けられたフィルタ支持部材と、
   を備え、
   前記貯留槽の内壁は、前記フィルタ支持部材を水平に支持し、
   前記フィルタの端部であって前記開口端部に接続された一端部とは反対側の他端部は、閉塞されており、
   前記フィルタは、伸縮性を有する弾性繊維からなり、前記開口端部に接続される前記一端部から前記他端部に向けて延び、前記フィルタ支持部材上に配置され、
   前記フィルタ支持部材は、多数の貫通孔が形成され、前記フィルタから流出した前記熱源水を前記貫通孔から下方に落下させ、
   前記フィルタにおける前記開口端部よりも下流側の部位は、水平方向において、前記貯留槽の前記内壁から離間し、
   前記貯留槽の頂部が上方に向けて開放されることで、前記フィルタより上方が開放されていることを特徴とする、熱源水供給機構。
2. 請求項１に記載の熱源水供給機構において、
   前記開口端部が複数並列に設けられ、
   複数の前記開口端部に、前記フィルタが接続されることで、複数の前記フィルタが並列に設けられることを特徴とする、熱源水供給機構。
3. 請求項２に記載の熱源水供給機構において、
   前記複数の開口端部のうち、一部のみに選択的に前記熱源水を流通させるバルブを備えることを特徴とする、熱源水供給機構。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の熱源水供給機構であって、
   前記第一流路における前記開口端部は、管状に形成され、
   前記フィルタにおける前記一端部は、前記開口端部を外側から覆うように前記開口端部に装着されることを特徴とする、熱源水供給機構。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の熱源水供給機構であって、
   前記フィルタ支持部材は、多数の前記貫通孔が形成された板状部材からなることを特徴とする、熱源水供給機構。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の熱源水供給機構において、
   ヒートポンプ側に前記熱源水を供給するように設けられた熱源水供給配管をさらに備えたことを特徴とする、熱源水供給機構。

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