JP6875794B2 - 給湯システム - Google Patents

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Description

本発明は、給湯システムに関する。
従来、給湯器等の熱源機に供給される水を、予め太陽熱温水器によって昇温させることで、燃料等の削減を図る給湯システムが提案されている(例えば特許文献1参照)。また、浴槽内に温水が残っている場合、この温水を利用した熱交換を行って給湯器等の熱源機に供給される水を昇温させる給湯システムについても提案されている(例えば特許文献2参照)。
特開2011−144975号公報 特開2011−149592号公報
ここで、これら給湯システムにおいては、太陽熱を利用したり浴槽内の温水を利用したりして熱源機における燃料や電力の使用を削減しているものの、下水道側へ排出される排温水を利用することは何ら行われていない。
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることが可能な給湯システムを提供することにある。
加熱された温水を需要者側に供給する給湯システムであって、燃料又は電力を利用して湯水を加熱する熱源機と、前記熱源機で加熱された後に需要者側で使用されて排水配管を流れて下水道側へ排出される排温水と需要者側での湯水の使用に応じて給水配管を流れて前記熱源機側に供給される冷水とを熱交換する、前記排水配管と前記給水配管とに跨がって設けられ、集合住宅における複数の需要者のそれぞれに対して設けられた複数の熱交換器と、前記給水配管に設置され、前記熱交換器による熱交換によって冷水側が回収した回収熱量を求める、集合住宅における複数の需要者のそれぞれに対して設けられた複数の熱量計と、集合住宅における複数の需要者のそれぞれに対して設けられた前記熱量計により求められた前記回収熱量に応じて、該当の需要者の料金プランを変更する変更手段と、集合住宅における複数の需要者のそれぞれに対して設けられ、該当の需要者側に設けられた前記熱量計により求められた前記回収熱量に応じて前記変更手段により変更された料金プランを表示する複数の表示手段とを備え、前記熱交換器は、前記排水配管を流れる排温水からの熱を蓄える蓄熱材を有し、前記排水配管を流れて下水道側に排水される排温水と前記給水配管を流れて前記熱源機側に供給される冷水との熱交換を、直接的ではなく、前記蓄熱材を介して間接的に行うことを特徴とする。
この給湯システムによれば、熱源機で加熱された後に需要者側で使用されて下水道側へ排出される排温水と需要者側での湯水の使用に応じて熱源機側に供給される冷水とを熱交換する熱交換器を備えるため、風呂や台所等で使用されて下水道側に排出されてしまう排温水を利用して熱源機側に供給される冷水を昇温させることができる。従って、排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることができる。
さらに、熱交換器は、排温水からの熱を蓄える蓄熱材を有し、蓄熱材に蓄熱される熱を熱源機側に供給される冷水に供給するため、排温水と冷水とを直接熱交換するのではなく蓄熱材を介した間接的な熱交換を行うこととなる。このため、排温水の排水タイミングと湯水の使用タイミングとがずれていたとしても、排温水の熱が蓄熱材に蓄えられた後に冷水に供給される。よって、双方の使用タイミングが一致していなくとも排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることができる。
さらに、熱量計を備えるため、熱量計にて計測された値等の情報を需要者側に提供したり料金プランを変更したりなど、種々の活用を行うことができる。特に、熱量計を排温水が流れる配管に設けると排温水と共に流れてくる異物により熱量計の精度を悪化させたり、機能を妨げたりする可能性があるが、熱量計は冷水を供給する配管に設置され、冷水側が回収した回収熱量を求めるため、異物により熱量計の精度を悪化させたり、機能を妨げたりすることを防止することができる。
た、本発明の給湯システムにおいて、前記排水配管は、浴室からの排水のみを前記熱交換器に流すことが好ましい。
この給湯システムによれば、夏場の洗面台など冷水の使用頻度が高い時及び場所の排水が熱交換器に供給されなくなる。
なお、上記において温水、排温水、及び冷水とは、その温度範囲が限定されるものでなく、温水及び排温水は冷水よりも温度が高いものであればよく、冷水は温水及び排温水よりも温度が低いものであればよい。さらに、湯水は温水、排温水、及び冷水のあらゆる温度範囲内における温度を有するものである。
本発明によれば、排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることが可能な給湯システムを提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る給湯システムを示す構成図である。 本発明の第2実施形態に係る給湯システムを示す構成図である。
以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。
図1は、本発明の第1実施形態に係る給湯システムを示す構成図である。なお、以下においては、マンション等の集合住宅(複数の需要者)に適用される給湯システムを例に説明するが、給湯システムはこれに限らず戸建てなどの一家庭(1の需要者)に適用されてもよいし、需要者の数を問うものではない。
図1に示す給湯システム1は、加熱された温水を需要者側に供給するシステムであって、特に、複数の需要者に供給されて排水された排温水を利用して燃料費等の削減を図るシステムである。この給湯システム1は、概略的に、共通給水配管L1と、蓄熱槽10と、集熱部20と、蓄熱量計測部30と、給湯配管L2と、熱源機40と、複数の個別給湯配管L3と、複数の個別排水配管L4と、共通排水配管L5と、複数の供給熱量計Q1と、複数の排水熱量計Q2と、熱交換器50と、表示モニタ60とを備えている。
共通給水配管L1は、水道管から供給される冷水が流れる配管であって、集合住宅において共通の配管となっている。この共通給水配管L1は、蓄熱槽10に接続され、冷水を蓄熱槽10に供給する。蓄熱槽10は、集合住宅の屋上や機械室などに設置される大容量貯湯タンクである。
集熱部20は、太陽熱集熱器21と、熱交換部22と、これらを接続する配管23とを備え、太陽熱集熱器21にて熱媒を加熱し、加熱された熱媒を配管23を介して熱交換部22に供給し、熱交換部22にて蓄熱槽10内の冷水を加熱するものである。加熱により温度が低下した熱媒は再度太陽熱集熱器21に供給される。なお、この集熱部20は、熱媒を用いることなく太陽熱集熱器21にて直接蓄熱槽10内の冷水を加熱するものであってもよい。
蓄熱量計測部30は、蓄熱槽10に蓄えられる湯水温度を計測することにより、蓄熱槽10内の蓄熱状態を計測するためのものである。この蓄熱量計測部30は、高低差を有して設けられる複数の温度センサと、複数の温度センサの信号から蓄熱状態を演算して外部機器に送信する制御部とから構成されている。なお、蓄熱量計測部30は、蓄熱槽10内の蓄熱状態を計測するものであれば、高低差を有した複数の温度センサを備える構成に限らず、例えば蓄熱槽10への入熱量と出熱量とを温度センサや流量センサからの信号に基づいて算出し、算出した入熱量から出熱量を減算することで蓄熱槽10内の蓄熱状態を計測してもよい。
給湯配管L2は、一端が蓄熱槽10に接続され、他端が需要者側に接続される配管である。熱源機40は、燃料又は電力を利用して、供給される湯水を加熱する機器である。このため、各需要者には、蓄熱槽10内の湯水が熱源機40によって加熱されたうえで供給されることとなる。
ここで、図1に示す例において熱源機40は、複数の需要者で共通のものとなっているが、これに限らず、需要者毎に設けられていてもよい。また、図示の都合上、給湯配管L2は、蓄熱槽10から需要者側への一方通行となっているが、これに限らず、蓄熱槽10から需要者側を循環する形態であることが好ましい。
複数の個別給湯配管L3及び複数の個別排水配管L4は、需要者毎にそれぞれ設けられる配管である。このうち、個別給湯配管L3は、給湯配管L2(熱源機40の後段側)からの温水を需要者に供給するための配管であって、一端が給湯配管L2に接続され、他端が需要者の蛇口やシャワー栓などに接続されている。個別排水配管L4は、各需要者にて使用された排水を下水道側へ導くための配管であって、一端が需要者の排水溝に接続され、他端が共通排水配管L5に接続されている。
共通排水配管L5は、複数の需要者側で使用された排水を集合して下水道側へ排出するための配管である。複数の供給熱量計Q1は、需要者毎の個別給湯配管L3にそれぞれ設けられるものであって、需要者側に供給される温水の温度及び流量から、その熱量を計測するものである。複数の排水熱量計Q2は、需要者毎の個別排水配管L4にそれぞれ設けられるものであって、需要者側からの排水(特に排温水)の温度及び流量から、その熱量を計測するものである。
熱交換器50は、熱源機40で加熱された後に需要者側で使用されて下水道側へ排出される排温水と、需要者側での湯水の使用に応じて熱源機側(蓄熱槽10)に供給される冷水とを熱交換するものである。熱交換器50は、共通給水配管L1と共通排水配管L5とに跨って設けられており、共通排水配管L5を流れる排温水を利用して共通給水配管L1を流れる冷水を昇温させることとなる。なお、第1実施形態において熱交換器50は、集合住宅における複数の需要者に対して1つだけ設置されている。
表示モニタ60は、熱交換器50に供給される排温水の熱量を表示するものである。すなわち、この表示モニタ60は、各需要者に設けられ、その需要者に設けられる排水熱量計Q2にて計測される熱量を表示することとなる。
なお、上記において熱交換器50には、配管構成を工夫するなどして、例えば排温水が得られる可能性が高い浴室からの排水のみが供給されるようになっていてもよい。これにより、夏場の洗面台など冷水の使用頻度が高い時及び場所の排水が熱交換器50に供給されなくなるためである。また、上記において各需要者には熱源機40を介した温水のみならず、給湯配管L2に迂回経路を設け又は熱源機40を停止させるなどして蓄熱槽10内の湯水が直接供給可能になっていてもよい。加えて、蓄熱槽10とは別に冷水確保用のタンクをさらに備えるなどして、冷水が各需要者に供給可能となっていてもよい。
さらに、上記において熱交換器50には、排温水から熱を蓄える蓄熱材を有していることが好ましい。この場合、蓄熱材に蓄熱される熱を冷水に供給でき、排温水と冷水とを直接熱交換するのではなく蓄熱材を介した間接的な熱交換を行うこととなる。よって、排温水の排水タイミングと湯水の使用タイミング(蓄熱槽10への給水タイミング)とがずれていたとしても、排温水の熱が蓄熱材に蓄えられた後に冷水に供給されるため、双方の使用タイミングとが一致していなくとも排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることができる。なお、蓄熱材料は、例えば酢酸ナトリウムが用いられるが特にこれに限られるものではない。
次に、第1実施形態に係る給湯システム1における燃料費等の削減の様子を説明する。まず、図1に示す複数の需要者のいずれかにおいて温水が使用されて排水されたとする。この排温水は、個別排水配管L4を経て共通排水配管L5に至り、共通排水配管L5に設けられる熱交換器50に至る。
また、上記過程において排水熱量計Q2により排温水の熱量が計測される。計測された熱量は表示モニタ60に送信され、表示モニタ60において熱量及び当該熱量から算出される他の値(当該熱量から算出される燃料費等の削減量や二酸化炭素削減量など)の少なくとも1つが表示される。
このような状態においていずれかの需要者において湯水が使用されると、冷水が共通給水配管L1上の熱交換器50を経て蓄熱槽10に供給される。このとき、熱交換器50において、下水道側へ排出される排温水と熱源機40側に供給される冷水との熱交換が行われ、冷水が昇温させられる。そして、昇温した湯水が蓄熱槽10に供給される。
以上により、後に熱源機40にて蓄熱槽10内の湯水が加熱される際には昇温済みの湯水が加熱されることになるため、燃料費等の削減につなげることができる。
なお、蓄熱槽10内の湯水は、集熱部20による熱交換によっても昇温させられるため、一層燃料費等の削減効果を高めることとなる。また、蓄熱量計測部30は、このような蓄熱状態を計測して外部機器に蓄熱状態の情報を送信する。さらに、供給熱量計Q1は、給湯配管L2を介して個別給湯配管L3に流入した湯水の熱量を計測する。表示モニタ60は、供給熱量計Q1により計測される値等を表示してもよい。
このようにして、第1実施形態に係る給湯システム1によれば、熱源機40で加熱された後に需要者側で使用されて下水道側へ排出される排温水と需要者側での湯水の使用に応じて熱源機40側に供給される冷水とを熱交換する熱交換器50を備えるため、風呂や台所等で使用されて下水道側に排出されてしまう排温水を利用して熱源機40側に供給される冷水を昇温させることができる。従って、排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることができる。
また、熱交換器50は、排温水からの熱を蓄える蓄熱材を有し、蓄熱材に蓄熱される熱を熱源機40側に供給される冷水に供給するため、排温水と冷水とを直接熱交換するのではなく蓄熱材を介した間接的な熱交換を行うこととなる。このため、排温水の排水タイミングと湯水の使用タイミングとがずれていたとしても、排温水の熱が蓄熱材に蓄えられた後に冷水に供給される。よって、双方の使用タイミングとが一致していなくとも排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることができる。
また、排水熱量計Q2を備えるため、排水熱量計Q2にて計測された値等の情報を需要者側に提供したり料金プランを変更したりなど、種々の活用を行うことができる。
また、排水熱量計Q2にて求められた熱量及び当該熱量から算出される他の値の少なくとも一方を需要者側に対して表示する表示モニタ60を備えるため、排温水による冷水の昇温効果を需要者が確認することができる。特に、熱量等を表示することにより、排温水の有効利用を促すことができる。例えば浴槽内の温水については、そのまま浴槽内に残しておくよりも直ぐに排水した方が有利なため、需要者に省エネ行動を促すことができる。
また、複数の需要者側で使用された排温水を集合して下水道側へ排出するための共通排水配管L5に熱交換器50が設けられるため、集合住宅において熱交換器50を需要者毎に設置する必要が無く、集合住宅全体で排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることができる。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態に係る給湯システムは第1実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。以下、第1実施形態との相違点を説明する。
図2は、本発明の第2実施形態に係る給湯システムを示す構成図である。なお、第2実施形態においても、集合住宅(複数の需要者)に適用される給湯システムを例に説明するが、給湯システムはこれに限らず戸建などの一家庭(1の需要者)に適用されてもよいし、需要者の数を問うものではない。
図2に示すように、第2実施形態に係る給湯システム2は、第1実施形態に係る給湯システム1と比較して、共通給水配管L1の構造が異なると共に、複数の熱交換器50を備えている。さらに、第2実施形態に係る給湯システム2は、複数の排水熱量計(熱量計)Q2の設置位置が第1実施形態と異なっている。また、第2実施形態に係る給湯システム2おいては集熱部20を備えていない。以下、詳細に説明する。
第2実施形態において共通給水配管L1は、各所において分岐することにより各需要者側を経由する分岐給水配管L11を有する構造となっており、各需要者側を経由した冷水を蓄熱槽10に供給する配管である。
複数の熱交換器50は、集合住宅における複数の需要者のそれぞれに設置され、各需要者で使用されて下水道側へ排出される排温水と、熱源機40側(蓄熱槽10)に供給される冷水とを熱交換するものである。より詳細に熱交換器50は、需要者毎に、個別排水配管L4と分岐給水配管L11とに跨って設けられており、個別排水配管L4を流れる排温水を利用して分岐給水配管L11を流れる冷水を昇温させる。
さらに、第2実施形態において複数の排水熱量計Q2は、排温水の熱量を直接計測する構成ではなく、分岐給水配管L11(熱源機40側に冷水を供給する配管の一例)のうち熱交換器50の後段側に設置され、熱交換器50による熱交換によって冷水側が回収した回収熱量を求めるものとして機能する。
このような構成であるため、第2実施形態において表示モニタ(表示手段)60は、複数の排水熱量計Q2のうち、該当の需要者側に設置される排水熱量計Q2にて求められた回収熱量及び当該回収熱量から算出される他の値(当該熱量から算出される燃料費等の削減量や二酸化炭素削減量など)の少なくとも1つを表示することとなる。
次に、第2実施形態に係る給湯システム2における燃料費等の削減の様子を説明する。まず、図2に示す複数の需要者のいずれかにおいて温水が使用されて排水されたとする。この排温水は、個別排水配管L4に設けられる熱交換器50に至る。
このような状態においていずれかの需要者において湯水が使用されると、冷水が共通給水配管L1から分岐給水配管L11に流れ込み、分岐給水配管L11上の熱交換器50を経て蓄熱槽10に供給される。このとき、熱交換器50において、下水道側へ排出される排温水と熱源機40側に供給される冷水との熱交換が行われ、冷水が昇温させられる。そして、昇温した冷水は、蓄熱槽10に供給される。
また、上記過程において排水熱量計Q2により冷水側が回収した回収熱量が計測される。計測された回収熱量は熱交換が行われた需要者における表示モニタ60に送信され、表示モニタ60において回収熱量等が表示される。
以上により、後に熱源機40にて蓄熱槽10内の湯水が加熱される際には昇温済みの湯水が加熱されることになるため、燃料費等の削減につなげることができる。
このようにして、第2実施形態に係る給湯システム2によれば、第1実施形態と同様に、排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることができる。また、第1実施形態と同様に、双方の使用タイミングとが一致していなくとも排温水の利用により燃料費や電気料金の削減を図ることができる。
さらに、排水熱量計Q2を備えるため、排水熱量計Q2にて計測された値等の情報を需要者側に提供したり料金プランを変更したりなど、種々の活用を行うことができる。特に、排水熱量計Q2を排温水が流れる配管(個別排水配管L4や共通排水配管L5)に設けると排温水と共に流れてくる異物により熱量計の精度を悪化させたり、機能を妨げたりする可能性があるが、排水熱量計Q2は冷水を供給する配管(第2実施形態においては分岐給水配管L11)に設置され、冷水側が回収した回収熱量を求めるため、異物により熱量計の精度を悪化させたり、機能を妨げたりすることを防止することができる。
また、排水熱量計Q2にて求められた回収熱量及び当該回収熱量から算出される他の値の少なくとも一方を需要者側に対して表示する表示モニタ60を備えるため、排温水による冷水の昇温効果を需要者が確認することができる。特に、回収熱量等を表示することにより、排温水の有効利用を促すことができる。例えば浴槽内の温水については、そのまま浴槽内に残しておくよりも直ぐに排水した方が有利なため、需要者に省エネ行動を促すことができる。
また、熱交換器50、排水熱量計Q2及び表示モニタ60は、需要者毎に設置されて、表示モニタ60は、当該需要者に設置される排水熱量計Q2にて求められた回収熱量及び当該熱量から算出される他の値の少なくとも一方を需要者側に対して表示する。このため、集合住宅においても、需要者毎に回収熱量や他の値を求めて、これをその需要者に表示することができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜他の技術を組み合わせてもよい。
例えば、第1実施形態においては集熱部20、蓄熱量計測部30、表示モニタ60、供給熱量計Q1、及び排水熱量計Q2を備えているが、これに限らず、集熱部20、蓄熱量計測部30、表示モニタ60、供給熱量計Q1、及び排水熱量計Q2の1つ以上を備えていなくともよい。
さらに、第1実施形態においては蓄熱槽10等を備えることなく、共通給水配管L1の冷水が直接熱源機40に供給されるようになっていてもよい。加えて、排水熱量計Q2は、共通給水配管L1に設けられ、熱交換により回収した回収熱量を計測するものであってもよい。
また、第2実施形態においても、蓄熱量計測部30、表示モニタ60、供給熱量計Q1、及び排水熱量計Q2を備えているが、これに限らず、蓄熱量計測部30、表示モニタ60、供給熱量計Q1、及び排水熱量計Q2の1つ以上を備えていなくともよい。
さらに、第2実施形態においては蓄熱槽10等を備えることなく、共通給水配管L1の冷水が直接熱源機40に供給されるようになっていてもよいし、集熱部20を備える構成であってもよい。
加えて、上記実施形態において、排水熱量計Q2にて計測された熱量に応じて料金プラン(温水単価)を変更するようにした場合には、表示モニタ60により料金プラン(温水単価)を通知するようにしてもよい。
さらに、集熱部20を備える場合には、集熱部20による獲得熱量に応じて料金プラン(温水単価)を変更し、且つ、表示モニタ60にて獲得熱量や料金プラン(温水単価)を通知するようにしてもよい。獲得熱量は、配管23上に熱量計を設けて計測してもよいし、蓄熱槽10内の温度センサ(例えば蓄熱量計測部30)を利用して計測してもよい。
特に、集熱部20を備えない給湯システム2において燃料費等が高い場合や、集熱部20を備える給湯システム1において非晴天時などの充分な太陽熱利用ができない場合に温水単価を高くすると需要者の節約意識が働き、結果として必要な燃料や電力の使用量を削減でき、需要者参加型の省エネルギーシステムの実現に寄与することができる。逆に、集熱部20を備える給湯システム1において晴天時などの充分に太陽熱利用ができる場合、温水単価を安くして需要者の経済的負担を軽減することができる。
また、表示モニタ60と、供給熱量計Q1及び排水熱量計Q2との通信は有線であってもよいし、無線であってもよい。さらに、表示モニタ60は、供給熱量計Q1及び排水熱量計Q2との計測熱量との差を表示するようにしてもよい。
また、上記実施形態では熱源機40の運転時間短縮及び負担軽減につながり、機器の長寿命化となり、ライフサイクルコストも低減される。
1,2 :給湯システム
10 :蓄熱槽
20 :集熱部
30 :蓄熱量計測部
40 :熱源機
50 :熱交換器
60 :表示モニタ(表示手段)
L1 :共通給水配管
L11 :分岐給水配管
L2 :給湯配管
L3 :個別給湯配管
L4 :個別排水配管
L5 :共通排水配管
Q1 :供給熱量計
Q2 :排水熱量計(熱量計)

Claims (2)

  1. 加熱された温水を需要者側に供給する給湯システムであって、
    燃料又は電力を利用して湯水を加熱する熱源機と、
    前記熱源機で加熱された後に需要者側で使用されて排水配管を流れて下水道側へ排出される排温水と需要者側での湯水の使用に応じて給水配管を流れて前記熱源機側に供給される冷水とを熱交換する、前記排水配管と前記給水配管とに跨がって設けられ、集合住宅における複数の需要者のそれぞれに対して設けられた複数の熱交換器と、
    前記給水配管に設置され、前記熱交換器による熱交換によって冷水側が回収した回収熱量を求める、集合住宅における複数の需要者のそれぞれに対して設けられた複数の熱量計と、
    集合住宅における複数の需要者のそれぞれに対して設けられた前記熱量計により求められた前記回収熱量に応じて、該当の需要者の料金プランを変更する変更手段と、
    集合住宅における複数の需要者のそれぞれに対して設けられ、該当の需要者側に設けられた前記熱量計により求められた前記回収熱量に応じて前記変更手段により変更された料金プランを表示する複数の表示手段と
    を備え、
    前記熱交換器は、前記排水配管を流れる排温水からの熱を蓄える蓄熱材を有し、前記排水配管を流れて下水道側に排水される排温水と前記給水配管を流れて前記熱源機側に供給される冷水との熱交換を、直接的ではなく、前記蓄熱材を介して間接的に行う
    ことを特徴とする給湯システム。
  2. 前記排水配管は、浴室からの排水のみを前記熱交換器に流す
    ことを特徴とする請求項1に記載の給湯システム。
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