WO2019064668A1 - 給湯システム - Google Patents

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WO2019064668A1
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water supply
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water
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吏志 吉田
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株式会社Ｌｉｘｉｌ
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Definitions

  • the present invention relates to hot water supply technology, and more particularly to a hot water supply system capable of reusing waste heat.
  • ZEH Net Zero Energy House
  • the hot water supply device described in Patent Document 1 includes a hot water supply pipeline for supplying water from a water supply source such as water supply via a water heater and a water supply pipe for supplying water from a water supply source without passing through a water heater.
  • a hot water supply apparatus comprising: a hot water supply pipe and water supplied from a hot water supply pipe without being mixed or mixed via a hot water mixing valve, the hot water supply pipe or the water supply A pipeline is provided with an exhaust heat recovery unit for heat exchange recovery of heat of used warm drainage, and water passed through the exhaust heat recovery unit is supplied to a hot and cold water mixing valve through a hot water supply pipeline or a water supply pipeline. Configured.
  • This invention is made in view of such a subject,
  • the objective is to provide a highly convenient hot-water supply system which can reduce energy consumption by reusing the heat of drainage.
  • a hot water supply system includes a water supply pipe for supplying water, a hot water supply pipe for supplying hot water heated by a hot water supply device, and drainage water.
  • a heat exchange device for heating the water supplied from the water supply pipe by the drainage, a hot water obtained by mixing the water heated by the heat exchange device and the hot water heated by the hot water supply device
  • a flow control mechanism for controlling the flow of water and hot water so that the temperature of the hot water is maintained.
  • the flow control mechanism may be a thermostatic faucet. According to this aspect, the cost for installing the hot water supply system can be reduced. Also, the hot water supply system can be installed in an existing house without requiring a large amount of capital investment.
  • the water heater may be instructed to raise the temperature of the hot water.
  • a thermostat-type faucet as a flow control mechanism, since the flow rate of hot water can be reduced, energy consumption can be reduced.
  • the flow rate control mechanism may include an electrically open / close controllable valve provided in the water supply pipe or the hot water supply pipe, and a valve control unit for controlling the valve. According to this aspect, it is possible to design the control valve opening so that more water heated by the heat of drainage can be used while obtaining the necessary temperature with warm water obtained by mixing hot water and water, thereby reducing energy consumption. be able to.
  • the heat exchange device may be a plate heat exchanger. According to this aspect, since the heat exchange efficiency in the heat exchange device can be enhanced, energy consumption can be reduced.
  • An overflow pipe may be provided upstream of the heat exchange device of the drain pipe for discharging the drained overflowed water from the heat exchange device without using the heat exchange device. According to this aspect, when using a heat exchange device having high heat exchange efficiency and high pipe resistance, even if a large amount of drainage is discharged, the overflowed drainage can be appropriately discharged to the sewerage etc. it can.
  • a flush water pipe may be provided upstream of the heat exchange device of the drainage pipe for supplying water for cleaning the heat exchange device to the heat exchange device. According to this aspect, it is possible to prevent the drainage from staying inside the heat exchange device, and to suppress contamination and clogging of the piping of the heat exchange device.
  • a cross connection prevention mechanism may be provided between the flush water pipe and the drainage pipe. According to this aspect, it is possible to appropriately prevent the waste water from contaminating the clean water.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of a hot water supply system according to the embodiment.
  • the hot water supply system 10 includes water supply pipes 12 and 14 for supplying water, a hot water supply pipe 13 for supplying hot water heated by the hot water supply apparatus 11, a drainage pipe 18 for discharging drainage, and a water supply pipe.
  • a flow control mechanism 30 for controlling the flow of water and hot water so that the temperature of the hot water is maintained.
  • the hot water maintained at a constant temperature by the flow control mechanism 30 and supplied, for example, is discharged from the caran 16 or the shower 17 installed in the bathroom and used by the user.
  • the temperature of the discharged hot water is hardly lowered, that is, the heat is hardly used, and from the drainage port installed in the bathroom etc. Exhausted. Therefore, in the hot water supply system 10 according to the present embodiment, the waste water discharged warm is introduced into the heat exchange device 20 and used to heat the water supplied to the currant 16 and the shower 17 in use. As a result, the temperature of the water mixed with the hot water can be raised, and the amount of the hot water required to maintain the temperature of the discharged hot water can be reduced, so that the energy consumption can be reduced.
  • the temperature of the water heated by the heat of the drainage in the heat exchange device 20 and supplied from the water supply pipe 15 may fluctuate depending on the temperature, the amount of the drainage, etc.
  • the flow control mechanism 30 automatically controls the flow rates of water and hot water to maintain the temperature of the hot water constant, the hot water having a stable temperature is discharged from the currant 16 and the shower 17. Thereby, the convenience of the user can be improved, and consequently, the spread of the hot water supply system 10 capable of reducing energy consumption can be promoted.
  • the flow control mechanism 30 may be any mechanism capable of automatically controlling the flow rate of water or hot water, and may control the flow rate mechanically or electrically.
  • a thermostatic faucet may be used as a mechanism for mechanically controlling the flow rate.
  • a valve capable of automatically controlling opening and closing such as an electromagnetic valve or a motor-operated valve may be used.
  • FIG. 2 schematically shows the structure of a thermostat-type faucet which is an example of a flow control mechanism.
  • the existing general thermostatic water faucet 40 can be used.
  • the thermostat type faucet 40 includes a tubular faucet body 41, a temperature control handle 42, a flow rate control handle 43, a water chamber 44 into which water supplied from the water supply pipe 15 flows, and a hot water supply pipe 13, a mixing chamber 46 in which hot water supplied from the hot water flows in, a mixing chamber 46 in which the water flowing into the water chamber 44 and the hot water flowing into the hot water chamber 45 are mixed, And a valve 47 constituted by a body and a spring.
  • the expansion and contraction of the temperature-sensitive stretchable body according to the temperature of the water flowing into the water chamber 44 and the temperature of the hot water flowing into the hot water chamber 45 causes the valve 47 to move, and the opening area ratio of the water inlet and the hot water inlet Changes.
  • the flow rate of water and the flow rate of hot water are automatically adjusted so that the hot water has a temperature set by the temperature control handle 42.
  • the thermostatic faucet 40 even if the temperature of the water supplied from the water supply pipe 15 fluctuates, the flow rates of the hot water and the water are automatically adjusted, and the temperature of the discharged hot water Can be kept constant.
  • the cost for installing the hot-water supply system 10 of this Embodiment can be reduced.
  • the hot water supply system 10 of the present embodiment can be installed in an existing house or the like without requiring a large amount of equipment investment.
  • the inventor of the present invention when the temperature of the water supplied from the water supply pipe 15 rises, the flow rate of hot water supplied from the hot water supply pipe 13 It experimented how it changed.
  • the experimental conditions are as follows. In any of the experiments, the temperature of the hot water to be discharged was set to 40 ° C. by the handle 42 for temperature control, and the flow rate of the hot water to be discharged was set to 10 L / min by the handle 43 for flow rate control.
  • the temperature of water supplied from the water supply pipe 15 was changed from 20 ° C. to 40 ° C. while setting the set temperature of the hot water supply device 11 to 40 ° C.
  • Example 2 The temperature of water supplied from the water supply pipe 15 was changed from 20 ° C. to 40 ° C. while setting the set temperature of the hot water supply device 11 to 50 ° C. and supplying hot water of 50 ° C. from the hot water supply pipe 13.
  • both the temperature of the supplied hot water and the temperature of the supplied water are substantially the same as the temperature of the hot water to be discharged, so the position of the valve 47 moved by the temperature sensitive stretchable body It does not move as expected, and the open area ratio of the water inlet to the hot water inlet does not change so much.
  • the preset temperature of the hot water supply apparatus 11 is set to 50 ° C. and the hot water of 50 ° C. is supplied from the hot water supply pipe 13, the water supplied from the water supply pipe 15 is heated. By doing this, the effect of reducing the consumption of hot water can be expected.
  • FIG. 3 shows the configuration of a flow control mechanism using a thermostatic faucet.
  • the flow rate control mechanism 30 includes a thermostat-type faucet 40, a hot water temperature sensor 31 for detecting the temperature of hot water supplied from the hot water supply pipe 13, and a water temperature for detecting the temperature of water supplied from the water supply pipe 15.
  • a sensor 32 and a hot water supply temperature control unit 61 for controlling the set temperature of the hot water supply device 11 are provided.
  • the hot water supply temperature control unit 61 is provided in a control device 60 such as a microcomputer.
  • the hot water supply temperature control unit 61 obtains and compares the temperature of the hot water detected by the hot water temperature sensor 31 with the temperature of the water detected by the water temperature sensor 32, and the temperature difference between the water and the hot water is smaller than a predetermined value , The hot water supply device 11 is instructed to raise the hot water supply temperature.
  • the hot water supply temperature control unit 61 instructs the hot water supply device 11 to change the set temperature of the hot water supply device 11 to a temperature sufficiently higher than the set temperature set in the thermostat type faucet 40, for example, 45 ° C to 50 ° C. It is also good. Thereby, the flow rate of the hot water when the heated water is supplied from the water supply pipe 15 can be reduced, so that the energy consumption can be reduced.
  • the hot water supply temperature control unit 61 may return the set temperature of the hot water supply apparatus 11 that has been changed to the high temperature to the original temperature when a predetermined time has elapsed since the hot water is not discharged from the thermostatic water faucet 40 .
  • the set temperature of the hot water supply device 11 can be lowered to suppress the heat loss and the like in the piping, so that the energy consumption can be reduced.
  • the hot water supply temperature control unit 61 acquires the set temperature set by the temperature control handle 42 of the thermostatic faucet 40 and the hot water supply temperature set in the hot water supply apparatus 11, and the temperature difference between the two is smaller than a predetermined value. In this case, the hot water supply device 11 may be instructed to raise the hot water supply temperature. Also by this, the flow rate of the hot water when the heated water is supplied from the water supply pipe 15 can be reduced, so that the energy consumption can be reduced. In this case, the hot water temperature sensor 31 and the water temperature sensor 32 may not be provided.
  • FIG. 4 shows a configuration for controlling a solenoid valve which is another example of the flow control mechanism.
  • the flow rate control mechanism 30 includes a mixing faucet 50, a hot water temperature sensor 31 for detecting the temperature of hot water supplied from the hot water supply pipe 13, and a water temperature sensor for detecting the temperature of water supplied from the water supply pipe 15.
  • a hot water supply pipe solenoid valve 51 for controlling the flow rate of hot water supplied from the hot water supply pipe 13
  • a water supply pipe solenoid valve 52 for controlling the flow rate of water supplied from the water supply pipe 15, hot water and water
  • Flow control unit 63 for determining the flow rate of the water supply valve
  • a solenoid valve control unit 63 for controlling the opening and closing of the hot water supply pipe solenoid valve 51 and the water supply pipe solenoid valve 52
  • a hot water supply temperature control unit 61 for controlling the set temperature of the hot water supply device 11.
  • the hot water supply temperature control unit 61, the flow rate determination unit 62, and the solenoid valve control unit 63 are included in a control device 60 such as a microcomputer.
  • the flow rate determination unit 62 sets the mixing faucet according to the temperature and flow rate of the discharged water set in the mixing faucet 50, the temperature of the hot water detected by the hot water temperature sensor 31, and the temperature of the water detected by the water temperature sensor 32.
  • the flow rate of hot water and water to be allowed to flow into 50 is determined and notified to the solenoid valve control unit 63.
  • the solenoid valve control unit 63 controls the opening and closing of the hot water supply pipe solenoid valve 51 and the water supply pipe solenoid valve 52 so that the flow rate is determined by the flow rate determination unit 62.
  • the flow rate of water or hot water can be controlled more finely, and the control valve can be used so that more water heated by the heat of drainage can be used while obtaining the required temperature with hot water mixed with hot water and water
  • the opening degree energy consumption can be reduced.
  • the temperature of the discharged hot water can be more finely controlled, the convenience of the user can be improved.
  • Hot water supply temperature control unit 61 controls the set temperature of hot water supply device 11. In this example, it is not necessary to control the hot water supply temperature to adjust the operation state of the thermostat, but, for example, the temperature of the water supplied from the water supply pipe 15 is close to the temperature set in the mixing faucet 50
  • the water heating apparatus 11 may be instructed to lower the set temperature of the water heating apparatus 11 to around the temperature set in the mixing faucet 50 when heated. Thereby, the energy consumption amount in the hot-water supply apparatus 11 can be reduced.
  • Heat exchange device As the heat exchange device 20 used for the hot water supply system 10 of the present embodiment, the existing general heat exchangers such as plate heat exchangers, multi-tube heat exchangers, double-tube heat exchangers, etc. are used It is possible. In order to reduce energy consumption, it is desirable to use a heat exchanger with a high heat recovery rate, but during use of the shower 17, etc., the heat of the drainage is recovered on site and reused in the shower 17 In order to make it possible, the reaction rate is also required to be high.
  • the present invention discharges hot water at 40 ° C. from the shower 17 at 6.5 liters per minute
  • the waste water and tap water of about 18 ° C. were introduced into the heat exchange apparatus 20, and the heat exchange capacity, reaction rate, and heat recovery rate were measured.
  • FIG. 5 (a) shows the experimental result at the time of using a plate type heat exchanger as a heat exchange apparatus.
  • the time taken for the temperature of the water at the outlet of the heat exchange device 20 to exceed 30 ° C. after the warm water was started to be discharged by the shower 17 was about 45 seconds.
  • the heat exchange capacity was about 44% at the instantaneous value at equilibrium, and the heat recovery was about 38% at an integral value of 5 minutes.
  • FIG.5 (b) shows the experimental result at the time of using a multitubular heat exchanger as a heat exchange apparatus.
  • the time taken for the temperature of water at the outlet of the heat exchange device 20 to exceed 30 ° C. after the warm water was started to be discharged by the shower 17 was about 105 seconds.
  • the heat exchange capacity was about 41% in an instantaneous value at equilibrium, and the heat recovery was about 30% in an integrated value for 5 minutes.
  • a heat exchanger having a high heat recovery rate has a high piping resistance, and therefore may overflow when a large amount of drainage is discharged. Therefore, when using a heat exchanger with high piping resistance as heat exchange device 20 of hot water supply system 10 of the present embodiment, overflow from heat exchange device 20 upstream of heat exchange device 20 of drain pipe 18 An overflow pipe may be provided for discharging the drained water without passing through the heat exchange device 20.
  • the cleaning water for supplying the heat exchange device 20 with water for cleaning the heat exchange device 20 on the upstream side of the heat exchange device 20 of the drainage pipe 18 Piping may be provided.
  • FIG. 6 schematically shows the configuration of piping for introducing the waste water into the heat exchange device 20.
  • an overflow pipe 21 for discharging the drainage overflowed from the heat exchange device 20 without passing through the heat exchange device 20 is provided.
  • the overflowed wastewater can be properly discharged to the sewerage and so on.
  • the overflow pipe 21 may not be provided.
  • the overflow pipe 21 may be provided with a solenoid valve controlled by the controller 60. Further, the drainage pipe 18 may be provided with a flow rate sensor for detecting the flow rate of drainage. In this case, the solenoid valve may be opened when it is detected that a large amount of drainage has been discharged at one time, such as when the water stored in the bath is drained, and the solenoid valve may be closed otherwise. Further, the drainage pipe 18 may be provided with a drainage temperature sensor for detecting the temperature of the drainage.
  • the solenoid valve of the overflow pipe 21 is closed, and the drainage is introduced to the heat exchange device 20 in order to reuse the heat of the drainage, and the temperature of the drainage is predetermined If it is lower than the value, the solenoid valve of the overflow pipe 21 may be opened to drain the drainage water from the overflow pipe 21.
  • a flush water piping 22 for supplying water for cleaning the heat exchange device 20 to the heat exchange device 20 is further provided.
  • a check valve 23 and an outlet space 24 are provided between the flush water pipe 22 and the drain pipe 18 as a cross connection preventing mechanism.
  • drainage water passing through the drainage pipe 18 can be appropriately prevented from flowing back to the flush water pipe 22 to contaminate the drinking water. It is desirable that the flush water pipe 22 be connected to the drainage pipe 18 upstream of the overflow pipe 21.
  • the heat exchange device 20 overflows the drainage, it is possible to prevent the drainage from flowing back to the flush water pipe 22.
  • the overflow pipe 21 it is desirable to use a pipe with a large inner diameter, for example, a pipe of 50 ⁇ may be used.
  • a hot water supply system comprises a water supply pipe for supplying water, a hot water supply pipe for supplying hot water heated by a hot water supply apparatus, a drainage pipe for discharging drainage, and a water supply pipe.
  • the temperature of the hot water is increased when the hot water is supplied by mixing the heat exchange device for heating the supplied water with drainage and the water heated by the heat exchange device and the hot water heated by the water heater.
  • a flow control mechanism for controlling the flow of water and hot water to be maintained.
  • the flow control mechanism may be a thermostatic faucet. According to this aspect, the cost for installing the hot water supply system can be reduced. Also, the hot water supply system can be installed in an existing house without requiring a large amount of capital investment.
  • the water heater may be controlled to raise the temperature of the hot water.
  • a thermostat-type faucet as a flow control mechanism, since the flow rate of hot water can be reduced, energy consumption can be reduced.
  • the flow rate control mechanism may include an electrically open / close controllable valve provided in the water supply pipe or the hot water supply pipe, and a valve control unit for controlling the valve. According to this aspect, it is possible to design the control valve opening so that more water heated by the heat of drainage can be used while obtaining the necessary temperature with warm water obtained by mixing hot water and water, thereby reducing energy consumption. be able to.
  • the heat exchange device may be a plate heat exchanger. According to this aspect, energy consumption can be reduced because the heat exchange capacity, heat recovery rate, and reaction rate in the heat exchange device can be increased.
  • An overflow pipe may be provided upstream of the heat exchange device of the drain pipe for discharging the drained overflowed water from the heat exchange device without using the heat exchange device.
  • a flush water pipe may be provided upstream of the heat exchange device of the drainage pipe for supplying water for cleaning the heat exchange device to the heat exchange device. According to this aspect, it is possible to prevent drainage, dirt contained in the drainage, and debris such as detergent, soap and shampoo from staying inside the heat exchange device, and to suppress contamination and clogging of the piping of the heat exchange device. .
  • a cross connection prevention mechanism may be provided between the flush water pipe and the drainage pipe. According to this aspect, it is possible to appropriately prevent the waste water from contaminating the clean water.
  • the hot water supply system of the present embodiment is applicable to any facility where hot water is used, such as a kitchen or a washroom. .
  • drainage from a plurality of facilities may be introduced into the heat exchange device.
  • the heat of the kitchen drainage can be reused to heat the water stored in the bath. This can further reduce the energy consumed in the house.
  • SYMBOLS 10 hot water supply system 11 hot water supply apparatus, 12 water supply pipe, 13 hot water supply pipe, 14 water supply pipe, 15 water supply pipe, 16 water pipes, 16 showers, 18 drainage pipes, 20 heat exchangers, 20 heat exchange apparatus, 21 overflow piping, 22 flush water piping, 23 check valve, 24 spout space, 30 flow control mechanism, 31 water temperature sensor, 32 water temperature sensor, 40 thermostat type faucet, 50 mixing faucet, 51 hot water supply pipe solenoid valve, 52 water supply pipe solenoid valve, 60 control device , 61 hot water supply temperature control unit, 62 flow rate determination unit, 63 solenoid valve control unit.
  • the present invention is applicable to a hot water supply system capable of reusing waste heat.

Abstract

給湯システム１０は、水を供給するための給水管１４と、給湯装置１１により加温された湯を供給するための給湯管１３と、排水を排出するための排水管１８と、給水管１４から供給される水を排水により加温するための熱交換装置２０と、熱交換装置２０により加温された水と給湯装置１１により加温された湯とを混合した温水を供給するときに、温水の温度が維持されるように水および湯の流量を制御するための流量制御機構３０と、を備える。

Description

給湯システム
　本発明は、給湯技術に関し、とくに、排水の熱を再利用することが可能な給湯システムに関する。
　現在、政府主導のもと、ネット・ゼロ・エネルギー・ハウス（ＺＥＨ：ゼッチ）の普及に向けた取り組みが行われている。ＺＥＨとは、「外皮の断熱性能等を大幅に向上させるとともに、高効率な設備システムの導入により、室内環境の質を維持しつつ大幅な省エネルギーを実現した上で、再生可能エネルギーを導入することにより、年間の一次エネルギー消費量の収支がゼロとすることを目指した住宅」である。経済産業省は、「２０２０年までにハウスメーカー等の建築する注文戸建住宅の過半数でＺＥＨを実現すること」を目標に掲げており、ハウスメーカー等は、ＺＥＨを実現するための様々な技術の開発を進めている。
　住宅において省エネルギー化を実現するための技術として、排水熱を再利用する技術が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された給湯装置は、上水道等の給水源からの水を湯沸器を介して給湯する給湯管路と、給水源からの水を湯沸器を経ることなく給水する給水管路とを備え、給湯管路からの温水と給水管路からの水とを湯水混合栓を介して混合させ或いは混合させることなく供給するように構成した給湯装置であって、給湯管路若しくは給水管路に、使用済みの温排水の熱を熱交換回収する排熱回収部を設け、該排熱回収部を経た水を、給湯管路若しくは給水管路を経て湯水混合栓に供給するように構成している。
登録実用新案第３１４９９６８号公報
　特許文献１に記載された給湯装置では、排熱回収部を経た水の温度が温排水の温度や量などに応じて刻々と変動しうるので、湯水混合栓から吐出される温水の温度も刻々と変動しうるという問題がある。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、排水の熱を再利用することによりエネルギー消費を低減させることが可能な、利便性の高い給湯システムを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の給湯システムは、水を供給するための給水管と、給湯装置により加温された湯を供給するための給湯管と、排水を排出するための排水管と、給水管から供給される水を排水により加温するための熱交換装置と、熱交換装置により加温された水と給湯装置により加温された湯とを混合した温水を供給するときに、温水の温度が維持されるように水および湯の流量を制御するための流量制御機構と、を備える。
　この態様によると、排水の熱を効率良く再利用することができるので、エネルギー消費を低減させることができる。また、吐出される温水の温度が自動的に一定に保たれるので、使用者の利便性を向上させることができる。
　流量制御機構は、サーモスタット式水栓であってもよい。この態様によると、この給湯システムを設置するためのコストを低減させることができる。また、多大な設備投資を要することなく、この給湯システムを既存の住宅に設置することができる。
　水と湯の温度差が所定値よりも小さい場合、湯の温度を高くするよう給湯装置に指示してもよい。この態様によると、流量制御機構としてサーモスタット式水栓を使用する場合に、湯の流量を低減させることができるので、エネルギー消費を低減させることができる。
　流量制御機構は、給水管または給湯管に設けられた、電気的に開閉を制御可能な弁と、弁を制御するための弁制御部と、を備えてもよい。この態様によると、湯と水を混合した温水で必要な温度を得つつ、排水の熱により加温された水をより多く利用できるように制御弁開度を設計できる為、エネルギー消費を低減させることができる。
　熱交換装置は、プレート式熱交換器であってもよい。この態様によると、熱交換装置における熱交換効率を高めることができるので、エネルギー消費を低減させることができる。
　排水管の熱交換装置よりも上流側に、熱交換装置からオーバーフローした排水を熱交換装置を介さずに排出するためのオーバーフロー用配管が設けられてもよい。この態様によると、熱交換効率が高く、配管抵抗が大きい熱交換装置を使用するときに、大量の排水が排出された場合であっても、オーバーフローした排水を適切に下水道等に排出することができる。
　排水管の熱交換装置よりも上流側に、熱交換装置を洗浄するための水を熱交換装置に供給するための洗浄水用配管が設けられてもよい。この態様によると、熱交換装置の内部に排水が滞留することを防ぎ、熱交換装置の配管の汚れや詰まりを抑えることができる。
　洗浄水用配管と排水管との間に、クロスコネクション防止機構が設けられてもよい。この態様によると、排水により上水が汚染されることを適切に防止することができる。
　本発明によれば、エネルギー消費を低減させることが可能で、利便性の高い給湯システムを提供することができる。
実施の形態に係る給湯システムの構成を概略的に示す図である。 流量制御機構の一例であるサーモスタット式水栓の構造を概略的に示す図である。 サーモスタット式水栓を使用した流量制御機構の構成を示す図である。 流量制御機構の別の例である電磁弁を制御するための構成を示す図である。 熱交換装置としてプレート式熱交換器および多管式熱交換器を使用した場合の実験結果を示す図である。 熱交換装置に排水を導入するための配管の構成を概略的に示す図である。
　図１は、実施の形態に係る給湯システムの構成を概略的に示す。給湯システム１０は、水を供給するための給水管１２、１４と、給湯装置１１により加温された湯を供給するための給湯管１３と、排水を排出するための排水管１８と、給水管１４から供給される水を排水により加温するための熱交換装置２０と、熱交換装置２０により加温された水と給湯装置１１により加温された湯とを混合した温水を供給するときに、温水の温度が維持されるように水および湯の流量を制御するための流量制御機構３０とを備える。流量制御機構３０により一定の温度に維持されて供給される温水は、例えば、浴室に設置されたカラン１６やシャワー１７などから吐出され、使用者により使用される。
　使用者がカラン１６やシャワー１７などを使用しているとき、吐出された温水は、温度がほとんど下がらずに、すなわち、その熱がほとんど利用されることなく、浴室などに設置された排水口から排出される。そこで、本実施の形態の給湯システム１０では、温かいまま排出される排水を熱交換装置２０に導入し、使用中のカラン１６やシャワー１７などに供給する水を加温するために利用する。これにより、湯と混合される水の温度を高くし、吐出される温水の温度を維持するために必要な湯の量を少なくすることができるので、エネルギー消費を低減させることができる。
　前述したように、熱交換装置２０において排水の熱により加温され、給水管１５から供給される水の温度は、排水の温度や量などに応じて変動しうるが、本実施の形態の給湯システム１０では、流量制御機構３０が水および湯の流量を自動的に制御して温水の温度を一定に維持するので、安定した温度の温水がカラン１６やシャワー１７から吐出される。これにより、使用者の利便性を向上させることができ、ひいては、エネルギー消費を低減させることが可能な給湯システム１０の普及を促進することができる。
［流量制御機構］
　流量制御機構３０は、水または湯の流量を自動的に制御することができる機構であればよく、機械的または電気的に流量を制御するものであってもよい。流量を機械的に制御する機構として、例えば、サーモスタット式水栓が使用されてもよい。また、流量を電気的に制御する機構として、例えば、電磁弁や電動弁などの自動的に開閉を制御することが可能な弁が使用されてもよい。
　図２は、流量制御機構の一例であるサーモスタット式水栓の構造を概略的に示す。本実施の形態の給湯システム１０では、既存の一般的なサーモスタット式水栓４０を使用可能である。サーモスタット式水栓４０は、筒状の水栓本体４１と、温度調節用のハンドル４２と、流量調節用のハンドル４３と、給水管１５から供給される水が流入する水室４４と、給湯管１３から供給される湯が流入する湯室４５と、水室４４に流入した水と湯室４５に流入した湯とが混合される混合室４６と、温度の変化に応じて伸縮する感温伸縮体およびスプリングにより構成される弁４７とを備える。水室４４に流入した水の温度と湯室４５に流入した湯の温度に応じて感温伸縮体が伸縮することにより弁４７が移動し、水の流入口と湯の流入口の開口面積比が変化する。これにより、温度調節用のハンドル４２により設定された温度の温水となるように、水の流量と湯の流量が自動的に調整される。このように、サーモスタット式水栓４０を使用することにより、給水管１５から供給される水の温度が変動しても、湯と水の流量を自動的に調整して、吐出される温水の温度を一定に保つことができる。また、本実施の形態の給湯システム１０を設置するためのコストを低減させることができる。また、多大な設備投資を要することなく、本実施の形態の給湯システム１０を既存の住宅などに設置することができる。
　本発明者は、流量制御機構３０としてサーモスタット式水栓４０を使用した給湯システム１０において、給水管１５から供給される水の温度が上昇したときに、給湯管１３から供給される湯の流量がどのように変化するかを実験した。実験条件は、下記の通りである。いずれの実験においても、温度調節用のハンドル４２により、吐出させる温水の温度を４０℃に設定し、流量調節用のハンドル４３により、吐出させる温水の流量を毎分１０Ｌに設定した。
＜実験１＞給湯装置１１の設定温度を４０℃とし、給湯管１３から４０℃の湯を供給しつつ、給水管１５から供給される水の温度を２０℃から４０℃に変化させた。
＜実験２＞給湯装置１１の設定温度を５０℃とし、給湯管１３から５０℃の湯を供給しつつ、給水管１５から供給される水の温度を２０℃から４０℃に変化させた。
　いずれの実験においても、給水管１５から供給される水の温度が４０℃に上昇すると、給湯管１３から供給される湯を混合しなくても、設定された４０℃の温水を吐出させることができるので、理想的には、湯の流量を０とすることができることになる。しかし、実験２においては、湯の流量が約４５％減少したものの、実験１においては、湯の流量は約２１％減少したにとどまった。本発明者は、実験１においては、供給される湯の温度も、供給される水の温度も、吐出させる温水の温度とほぼ同じであるため、感温伸縮体により移動される弁４７の位置が期待されるほど移動せず、水の流入口と湯の流入口の開口面積比がさほど変化しなかったことが原因であると考えている。実験２により示されるように、給湯装置１１の設定温度が５０℃に設定されていて、給湯管１３から５０℃の湯が供給される場合には、給水管１５から供給される水を加温することにより湯の消費量を低減させる効果が期待できる。
　図３は、サーモスタット式水栓を使用した流量制御機構の構成を示す。流量制御機構３０は、サーモスタット式水栓４０と、給湯管１３から供給される湯の温度を検知するための湯温センサ３１と、給水管１５から供給される水の温度を検知するための水温センサ３２と、給湯装置１１の設定温度を制御するための給湯温度制御部６１とを備える。給湯温度制御部６１は、マイコンなどの制御装置６０に備えられる。給湯温度制御部６１は、湯温センサ３１により検知された湯の温度と、水温センサ３２により検知された水の温度を取得して比較し、水と湯の温度差が所定値よりも小さい場合、給湯温度を高くするよう給湯装置１１に指示する。給湯温度制御部６１は、給湯装置１１の設定温度を、サーモスタット式水栓４０において設定された設定温度よりも十分高い温度、例えば、４５℃～５０℃に変更するよう給湯装置１１に指示してもよい。これにより、給水管１５から加温された水が供給されたときの湯の流量を低減させることができるので、エネルギー消費を低減させることができる。給湯温度制御部６１は、サーモスタット式水栓４０から温水が吐出されなくなってから所定時間が経過したときに、高い温度に変更していた給湯装置１１の設定温度を元の温度に戻してもよい。これにより、サーモスタット式水栓４０を使用していない間は給湯装置１１の設定温度を下げて、配管における熱損失などを抑えることができるので、エネルギー消費を低減させることができる。
　給湯温度制御部６１は、サーモスタット式水栓４０の温度調節用のハンドル４２により設定された設定温度と、給湯装置１１に設定された給湯温度を取得し、両者の温度差が所定値よりも小さい場合、給湯温度を高くするよう給湯装置１１に指示してもよい。これによっても、給水管１５から加温された水が供給されたときの湯の流量を低減させることができるので、エネルギー消費を低減させることができる。この場合は、湯温センサ３１および水温センサ３２は設けられなくてもよい。
　図４は、流量制御機構の別の例である電磁弁を制御するための構成を示す。流量制御機構３０は、混合水栓５０と、給湯管１３から供給される湯の温度を検知するための湯温センサ３１と、給水管１５から供給される水の温度を検知するための水温センサ３２と、給湯管１３から供給される湯の流量を制御するための給湯管電磁弁５１と、給水管１５から供給される水の流量を制御するための給水管電磁弁５２と、湯および水の流量を決定する流量決定部６２と、給湯管電磁弁５１および給水管電磁弁５２の開閉を制御する電磁弁制御部６３と、給湯装置１１の設定温度を制御するための給湯温度制御部６１とを備える。給湯温度制御部６１、流量決定部６２、および電磁弁制御部６３は、マイコンなどの制御装置６０に備えられる。
　流量決定部６２は、混合水栓５０に設定された吐出水の温度および流量、湯温センサ３１により検知された湯の温度、水温センサ３２により検知された水の温度に応じて、混合水栓５０に流入させるべき湯および水の流量を決定し、電磁弁制御部６３に通知する。電磁弁制御部６３は、流量決定部６２により決定された流量になるように、給湯管電磁弁５１および給水管電磁弁５２の開閉を制御する。これにより、水または湯の流量をより細かく制御することができ、湯と水を混合した温水で必要な温度を得つつ、排水の熱により加温された水をより多く利用できるように制御弁開度を設計すれば、エネルギー消費を低減させることができる。また、吐出される温水の温度をより細かく制御することができるので、使用者の利便性を向上させることができる。
　給湯温度制御部６１は、給湯装置１１の設定温度を制御する。この例においては、サーモスタットの作動状態を調整するために給湯温度を制御する必要はないが、例えば、給水管１５から供給される水の温度が混合水栓５０に設定された温度に近い温度まで加温されたときに、混合水栓５０に設定された温度付近まで給湯装置１１の設定温度を下げるよう給湯装置１１に指示してもよい。これにより、給湯装置１１におけるエネルギー消費量を低減することができる。
［熱交換装置］
　本実施の形態の給湯システム１０に使用される熱交換装置２０として、プレート式熱交換器、多管式熱交換器、二重管式熱交換器などの既存の一般的な熱交換器を使用可能である。エネルギー消費量を低減させるためには、熱回収率の高い熱交換器を使用することが望ましいが、シャワー１７などの使用中に排水の熱をその場で回収してシャワー１７で再利用することを可能とするためには、反応速度が高いことも求められる。
　本発明者は、熱交換装置２０としてプレート式熱交換器および多管式熱交換器を使用した給湯システム１０において、シャワー１７から４０℃の温水を毎分６．５Ｌで吐出させたときに、排水と約１８℃の水道水を熱交換装置２０に導入し、熱交換能力、反応速度、熱回収率を測定した。
　図５（ａ）は、熱交換装置としてプレート式熱交換器を使用した場合の実験結果を示す。シャワー１７により温水を吐出させ始めてから、熱交換装置２０の出口における水の温度が３０℃を超えるまでに要した時間は、約４５秒であった。熱交換能力は、平衡状態における瞬時値で約４４％であり、熱回収率は、５分間の積算値で約３８％であった。図５（ｂ）は、熱交換装置として多管式熱交換器を使用した場合の実験結果を示す。シャワー１７により温水を吐出させ始めてから、熱交換装置２０の出口における水の温度が３０℃を超えるまでに要した時間は、約１０５秒であった。熱交換能力は、平衡状態における瞬時値で約４１％であり、熱回収率は、５分間の積算値で約３０％であった。
　プレート式熱交換器を使用した場合も、多管式熱交換器を使用した場合も、熱交換能力および熱回収率が十分高く、加温に要する時間も十分短いことが分かった。したがって、浴室でシャワー１７を浴びるために温水を使用したり、洗面所で洗顔するために温水を使用したり、台所で食器などを洗浄するために温水を使用したりするときなど、数分間程度継続して温水を吐出させる場合には、使用した後の排水の熱を即座に回収して給湯のために再利用することができる。したがって、排水の熱を効率良く再利用して、エネルギー消費を低減させることができる。プレート式熱交換器を使用する場合は、とくに、熱交換能力、熱回収率、および反応速度を高めることができるので、エネルギー消費をより低減させることができる。
　一般に、熱回収率が高い熱交換器は、配管抵抗も高いので、大量の排水が排出されたときにオーバーフローする可能性がある。したがって、本実施の形態の給湯システム１０の熱交換装置２０として、配管抵抗の高い熱交換器を使用する場合は、排水管１８の熱交換装置２０よりも上流側に、熱交換装置２０からオーバーフローした排水を熱交換装置２０を介さずに排出するためのオーバーフロー用配管が設けられてもよい。
　また、熱交換装置２０に排水を導入するため、熱交換装置２０内に排水、および排水に含まれる汚れや洗剤や石鹸やシャンプーなどのカスなどが、配管の汚れや詰まりの原因となりうる。したがって、本実施の形態の給湯システム１０には、排水管１８の熱交換装置２０よりも上流側に、熱交換装置２０を洗浄するための水を熱交換装置２０に供給するための洗浄水用配管が設けられてもよい。
　図６は、熱交換装置２０に排水を導入するための配管の構成を概略的に示す。排水管１８の熱交換装置２０よりも上流側には、熱交換装置２０からオーバーフローした排水を熱交換装置２０を介さずに排出するためのオーバーフロー用配管２１が設けられる。これにより、プレート式熱交換器などの、熱交換効率が高く、配管抵抗が大きい熱交換器を熱交換装置２０として使用する場合に、大量の排水が一度に排出された場合であっても、オーバーフローした排水を適切に下水道等に排出することができる。なお、一般的な住宅の浴室においては、カラン１６やシャワー１７などから吐出された水を排出するための配管と、浴槽内に貯められた水を排出するための配管が共通化される場合が多いが、カラン１６やシャワー１７などから吐出された水を排出するための配管のみから熱交換装置２０に排水を導入する場合には、一度に大量の排水が排出される可能性が低いので、オーバーフロー用配管２１は設けられなくてもよい。
　オーバーフロー用配管２１に、制御装置６０により制御される電磁弁が設けられてもよい。また、排水管１８に、排水の流量を検知するための流量センサが設けられてもよい。この場合、浴槽に貯められた水が排出されるときなど、一度に大量の排水が排出されたことが検知された場合に電磁弁を開き、それ以外のときには電磁弁を閉じてもよい。また、排水管１８に、排水の温度を検知するための排水温センサが設けられてもよい。この場合、排水の温度が所定値よりも高い場合は、オーバーフロー用配管２１の電磁弁を閉じて、排水の熱を再利用するために排水を熱交換装置２０に導入し、排水の温度が所定値よりも低い場合は、オーバーフロー用配管２１の電磁弁を開いて、排水をオーバーフロー用配管２１から排出してもよい。
　排水管１８の熱交換装置２０よりも上流側には、さらに、熱交換装置２０を洗浄するための水を熱交換装置２０に供給するための洗浄水用配管２２が設けられる。これにより、熱交換装置２０の内部に排水、および排水に含まれる汚れや洗剤や石鹸やシャンプーなどのカスなどが滞留することを防ぎ、熱交換装置２０の配管の汚れや詰まりを抑えることができる。洗浄水用配管２２と排水管１８との間には、クロスコネクション防止機構として、逆止弁２３および吐水口空間２４が設けられる。これにより、排水管１８を通る排水が洗浄水用配管２２に逆流して上水が汚染されることを適切に防止することができる。洗浄水用配管２２は、オーバーフロー用配管２１よりも上流側で排水管１８に接続されることが望ましい。これにより、熱交換装置２０から排水がオーバーフローした場合であっても、洗浄水用配管２２まで排水が逆流するのを防ぐことができる。オーバーフロー用配管２１には、内径の大きな配管を使用することが望ましく、例えば、５０φの配管が使用されてもよい。
　以上の実施形態、変形例により具体化される発明を一般化すると、以下の技術的思想が導かれる。
　本発明のある態様の給湯システムは、水を供給するための給水管と、給湯装置により加温された湯を供給するための給湯管と、排水を排出するための排水管と、給水管から供給される水を排水により加温するための熱交換装置と、熱交換装置により加温された水と給湯装置により加温された湯とを混合した温水を供給するときに、温水の温度が維持されるように水および湯の流量を制御するための流量制御機構と、を備える。
　この態様によると、排水の熱を効率良く再利用することができるので、エネルギー消費を低減させることができる。また、吐出される温水の温度が自動的に一定に保たれるので、使用者の利便性を向上させることができる。
　流量制御機構は、サーモスタット式水栓であってもよい。この態様によると、この給湯システムを設置するためのコストを低減させることができる。また、多大な設備投資を要することなく、この給湯システムを既存の住宅に設置することができる。
　水と湯の温度差が所定値よりも小さい場合、湯の温度を高くするよう給湯装置を制御してもよい。この態様によると、流量制御機構としてサーモスタット式水栓を使用する場合に、湯の流量を低減させることができるので、エネルギー消費を低減させることができる。
　流量制御機構は、給水管または給湯管に設けられた、電気的に開閉を制御可能な弁と、弁を制御するための弁制御部と、を備えてもよい。この態様によると、湯と水を混合した温水で必要な温度を得つつ、排水の熱により加温された水をより多く利用できるように制御弁開度を設計できる為、エネルギー消費を低減させることができる。
　熱交換装置は、プレート式熱交換器であってもよい。この態様によると、熱交換装置における熱交換能力、熱回収率、および反応速度を高めることができるので、エネルギー消費を低減させることができる。
　排水管の熱交換装置よりも上流側に、熱交換装置からオーバーフローした排水を熱交換装置を介さずに排出するためのオーバーフロー用配管が設けられてもよい。この態様によると、熱交換能力、熱回収率が高く、配管抵抗が大きい熱交換装置を使用するときに、大量の排水が排出された場合であっても、オーバーフローした排水を適切に下水道等に排出することができる。
　排水管の熱交換装置よりも上流側に、熱交換装置を洗浄するための水を熱交換装置に供給するための洗浄水用配管が設けられてもよい。この態様によると、熱交換装置の内部に排水、および排水に含まれる汚れや洗剤や石鹸やシャンプーなどのカスなどが滞留することを防ぎ、熱交換装置の配管の汚れや詰まりを抑えることができる。
　洗浄水用配管と排水管との間に、クロスコネクション防止機構が設けられてもよい。この態様によると、排水により上水が汚染されることを適切に防止することができる。
　以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示すにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
　実施の形態においては、主に、浴室において温水が使用される例について説明したが、本実施の形態の給湯システムは、台所や洗面所など、温水が使用される任意の設備に適用可能である。また、複数の設備からの排水を熱交換装置に導入可能としてもよい。これにより、例えば、台所で温水を使用して食器を洗浄しているときに、浴槽に貯める水を加温するために、台所の排水の熱を再利用することができる。これにより、住宅において消費されるエネルギーをより低減させることができる。
　１０　給湯システム、１１　給湯装置、１２　給水管、１３　給湯管、１４　給水管、１５　給水管、１６　カラン、１７　シャワー、１８　排水管、２０　熱交換装置、２１　オーバーフロー用配管、２２　洗浄水用配管、２３　逆止弁、２４　吐水口空間、３０　流量制御機構、３１　湯温センサ、３２　水温センサ、４０　サーモスタット式水栓、５０　混合水栓、５１　給湯管電磁弁、５２　給水管電磁弁、６０　制御装置、６１　給湯温度制御部、６２　流量決定部、６３　電磁弁制御部。
　本発明は、排水の熱を再利用することが可能な給湯システムに利用可能である。

Claims (8)

  1. 　水を供給するための給水管と、
    　給湯装置により加温された湯を供給するための給湯管と、
    　排水を排出するための排水管と、
    　前記給水管から供給される水を前記排水により加温するための熱交換装置と、
    　前記熱交換装置により加温された水と前記給湯装置により加温された湯とを混合した温水を供給するときに、前記温水の温度が維持されるように前記水および前記湯の流量を制御するための流量制御機構と、
    を備えることを特徴とする給湯システム。
  2. 　前記流量制御機構は、サーモスタット式水栓である請求項１に記載の給湯システム。
  3. 　前記水と前記湯の温度差が所定値よりも小さい場合、前記湯の温度を高くするよう前記給湯装置を制御する請求項２に記載の給湯システム。
  4. 　前記流量制御機構は、
    　前記給水管または前記給湯管に設けられた、電気的に開閉を制御可能な弁と、
    　前記弁を制御するための弁制御部と、
    を備える請求項１に記載の給湯システム。
  5. 　前記熱交換装置は、プレート式熱交換器である請求項１から３のいずれかに記載の給湯システム。
  6. 　前記排水管の前記熱交換装置よりも上流側に、前記熱交換装置からオーバーフローした排水を前記熱交換装置を介さずに排出するためのオーバーフロー用配管が設けられる請求項１から５のいずれかに記載の給湯システム。
  7. 　前記排水管の前記熱交換装置よりも上流側に、前記熱交換装置を洗浄するための水を前記熱交換装置に供給するための洗浄水用配管が設けられる請求項１から６のいずれかに記載の給湯システム。
  8. 　前記洗浄水用配管と前記排水管との間に、クロスコネクション防止機構が設けられる請求項７に記載の給湯システム。
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