| 【発明の名称】 |
熱回収風呂 |
| 【発明者】 |
【氏名】桑原 永治
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、浴槽２と、浴槽２の外周部に沿って形成された貯湯槽３と、浴槽２および前貯湯槽３の水を循環させる水回路１１と、浴槽２の残り湯から排熱を回収して貯湯槽３の水を加熱する熱回収部２１とから構成する。
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】浴槽と、前記浴槽の外周部に沿って形成された貯湯槽と、前記浴槽および前記貯湯槽の水を循環させる水回路と、前記浴槽の残り湯から排熱を回収して前記貯湯槽の水を加熱する熱回収部とから構成されることを特徴とする熱回収風呂。
【請求項２】前記熱回収部は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを順次接続してなる冷凍サイクルであることを特徴とする請求項１に記載の熱回収風呂。
【請求項３】前記冷凍サイクルの凝縮器は、前記貯湯槽に設けられて前記貯湯槽の水を加熱し、また、前記冷凍サイクルの蒸発器は、前記水回路に併設されて前記水回路を流れる前記残り湯の熱を回収することを特徴とする請求項２に記載の熱回収風呂。
【請求項４】前記冷凍サイクルは、前記膨張弁に並列に接続されたバイパス弁を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱回収風呂。
【請求項５】前記水回路は、ヒーターを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱回収風呂。
【請求項６】深夜電力時間帯に残り湯の排熱を回収する熱回収運転を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱回収風呂。
【請求項７】前記熱回収運転で前記貯湯槽の水温が所定温度に達しなかった場合、前記ヒーターによるバックアップ運転を行うことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の熱回収風呂。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風呂の残り湯の排熱を回収して再利用する熱回収風呂に関し、特に浴槽の周囲に貯湯槽を設けた熱回収風呂に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷凍サイクルを用いて残り湯の排熱を回収する給湯システムには特開平１０−１９３７５号公報に示すものが知られている。また、浴槽の周辺に蓄熱部を設けて排熱を再利用するシステムには特開平５−１１８６４３号に示す蓄熱型浴槽が知られている。
【０００３】特開平１０−１９３７５号公報に示される風呂給湯システムは、図８に示すように、圧縮機７１、四方弁７２、給湯加熱器７３、減圧装置７４、排熱利用熱交換器７５で構成される冷媒回路７０と、貯湯槽７７、給湯ポンプ７８、給湯加熱器７３と熱交換する給湯熱交換器７９で構成される給湯回路７６と、浴槽８１、風呂循環ポンプ８２、排熱利用熱交換器７５と熱交換する風呂熱交換器８３で構成される風呂循環回路８０で構成されている。上記の構成により、圧縮機７１から吐出した高温高圧のガス冷媒は四方弁７２を介して給湯加熱器７３に流入する。一方、貯湯槽７７の水は、給湯ポンプ７８によって給湯熱交換器７９に流入し、冷媒の凝縮熱により給湯加熱器７３を介して加熱されて貯湯槽７７に流入する。そして、凝縮液化した冷媒は減圧装置７４で減圧されて廃熱利用熱交換器７５に流入する。一方、浴槽８１の残湯は、風呂循環ポンプ８２によって風呂熱交換器８３に流入し、風呂熱交換器８３を介して排熱利用熱交換器７５を流れる冷媒と熱交換されて排熱が回収される。
【０００４】また、特開平５−１１８６４３号公報に示される蓄熱型浴槽は、図９に示すように、浴槽９１の側部と下部を取囲んで蓄熱材が充填された蓄熱部９２が設けられている。蓄熱部９２の下部の外側には、ガスまたは電気等による加熱部９３が設けられ、浴槽９１から突出する横Ｕ字型の伝達部９４を介して浴槽９１内の水が加熱されるようになっている。そして、蓄熱部９２には、加熱部９３の付近から同蓄熱部９２内の浴槽９１の下方部分を通って浴槽９１の反対側の部分まで延びるヒートパイプ９５と、同蓄熱部９２を貫通する熱取出し用の熱交換器９６が内蔵されている。上記の構成により、加熱部９３より熱伝達部９４を介して浴槽９１中の水が加熱される。このとき、浴槽９１の熱は浴槽９１周囲の蓄熱部９２に蓄熱され、加熱部９３の排熱は、ヒートパイプ９５を介して蓄熱部９２へ蓄熱される。こうして蓄熱された排熱は、蓄熱部９２に内蔵された熱交換器９６により取出して再利用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平１０−１９３７５号公報に示されるような冷凍サイクルを用いた排熱利用浴槽の場合は、貯湯槽と浴槽とが別々に設けられるために、給湯回路７６、風呂循環回路８０のそれぞれで循環用のポンプが必要となるのでシステムが複雑で大型になっていた。また、特開平５−１１８６４３号公報に示されるような蓄熱型浴槽の場合は、残り湯の排熱を利用することなく排水するので、残り湯の持つ熱エネルギーが無駄となっていた。本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、風呂の残り湯の排熱を回収して湯をつくり、これを再度風呂に利用することができる熱回収風呂を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために請求項１の発明は、浴槽と、浴槽の外周部に沿って形成された貯湯槽と、浴槽および貯湯槽の水を循環させる水回路と、浴槽の残り湯から排熱を回収して貯湯槽の水を加熱する熱回収部とから構成している。請求項２の発明は、請求項１の発明において、熱回収部を、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを順次接続してなる冷凍サイクルとしている。請求項３の発明は、請求項２の発明において、冷凍サイクルの凝縮器は、貯湯槽に設けられ貯湯槽の水を加熱し、また、冷凍サイクルの蒸発器は、水回路に併設されて水回路を流れる残り湯の熱を回収する構成としている。請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、冷凍サイクルの膨張弁に並列に接続されたバイパス弁を有している。請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、水回路にヒーターを備えた構成としている。請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明において、深夜電力時間帯に熱回収運転が命令されると、熱回収運転を行う構成としている。請求項７の発明は、請求項５または請求項６の発明において、熱回収運転で貯湯槽の水温が所定温度に達しなかった場合、ヒーターによるバックアップ運転を行う構成としている。
【０００７】上述した構成により、請求項１の発明では、貯湯槽を浴槽の周りに設置したためスペースの有効利用ができる。また、残り湯から熱回収して貯湯槽の水を加熱するためエネルギーの節約ができる。請求項２の発明では、請求項１の発明に加えて、冷凍サイクルを用いるので、浴槽の残り湯の温度が貯湯槽の水の温度より低くなっても熱回収できる。請求項３の発明では、請求項２の発明に加えて、凝縮器を貯湯槽に設け、蒸発器を水回路に併設したので、更にスペースの有効利用ができる。請求項４の発明では、請求項２および請求項３の発明に加えて、冷凍サイクルに設けられた膨張弁とバイパス弁を切換えることができるので効率の良い運転が可能となる。請求項５および請求項７の発明では、湯温が所定の値に達しなくても、ヒーターでバックアップするので、確実に入浴できる。請求項６の発明では、請求項１〜５の発明に加えて熱回収運転に深夜電力を利用するので電気代を節約できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明に係る熱回収風呂システムについて説明する。図１に示すように、本システムは、浴槽２と、浴槽２の外周部に沿って設けられる貯湯槽３で構成される浴槽部１と、浴槽２および貯湯槽３の水を循環させる水回路１１と、浴槽２の残り湯から排熱を回収して貯湯槽３の水を加熱する熱回収部２１で構成される。ここで、貯湯槽３は、浴槽２の裏側である外周部に沿って設けられる内側断熱層４と、内側断熱層４との間に貯湯するための空隙を形成するように設けられる外側断面層５に囲まれている。また、浴槽２には、浴槽２の残り湯を水回路１１に送るための浴槽採湯管６と、熱回収部２１で熱交換された残り湯または貯湯槽３の貯湯を浴槽２へ送るための浴槽給水給湯管７と、熱回収を終えた残り湯を排水するための浴槽排水管８が取り付けられる。そして貯湯槽３には、貯湯槽３へ水を給水するための貯湯槽給水管９と、貯湯槽３の貯湯を水回路１１に送るための貯湯槽採湯管１０とが取り付けられ、これらの管は後述する水回路１１に配管接続される。水回路１１は、残り湯もしくは貯湯を循環させるためのポンプ１２と、バックアップ用のヒーター１３と、前述した種々の管６〜１０とをそれぞれ配管して構成される。そして、水回路１１には、本システムに水を供給するときに開かれる給水弁１４と、浴槽２に湯または残り湯を給水するときに開かれる浴槽給湯弁１５と、貯湯槽３に水を給水するときに開かれる貯湯槽給湯弁１６と、浴槽２の残り湯を排水するときに開かれる浴槽排水弁１７と、貯湯槽３の貯湯を排水するときに開かれる貯湯槽排水弁１８と、水回路１１内部の流路を切り替える切換弁１９ａ、１９ｂが設けられている。ここで、浴槽２の残り湯をポンプ１２により循環させるときに切換弁１９ａが開かれ、切換弁１９ｂが閉じられる。同様に、貯湯槽３の貯湯をポンプ１２により循環させるときに切換弁１９ｂが開かれ、切換弁１９ａが閉じられる。熱回収部２１は、冷媒を高温高圧ガスとして吐出する圧縮機２２と、冷媒の流れ方向を切換える四方弁２３と、貯湯槽３に設けられ貯湯槽３の水を加熱する貯湯槽熱交換器２４と、冷媒を膨張させる膨張弁２５と、水回路１１に併設され浴槽２の残り湯から熱を回収する熱回収熱交換器２６とを順次配管して形成される冷凍サイクルからなる。また、冷凍サイクルには、膨張弁２５と並列にバイパス弁２７が接続されている。そして、貯湯槽３には、貯湯槽３の水量の上限と下限のそれぞれを検知するための水位センサ３１ａ、水３１ｂと、貯湯槽３の水の温度を検知する貯湯槽温度センサ３２が取り付けられている。また、浴槽２と熱回収熱交換器２６とを接続する配管の途中に、浴槽２の残り湯の温度を検知する浴槽温度センサ３３が取り付けられている。また、熱回収熱交換器２６の冷媒の入り口付近に、冷媒の温度を検知する冷媒温度センサ３４が取付けられている。
【０００９】次にこの発明の動作を説明する。
（１）熱回収運転ここでは、入浴終了後、浴槽２に残り湯が残っている状態で、かつ、電気料が安価な深夜電力時間帯に熱回収運転が開始される。まず、図２に示すように熱回収運転により暖められる水を貯湯槽３に貯めるため、水回路１１の給水弁１４が開かれ、水が水回路１１へと流入する。同時に貯湯槽給水弁１６が開かれ、水は貯湯槽給水管９を介して貯湯槽３へと流入する。そして、貯湯槽３内に設けられた貯湯槽水位センサ３１ａが所定の水位を検出すると、給水弁１４および貯湯槽給水弁１６が閉じられて貯湯槽３への貯水が完了する。次に、貯湯槽３に貯められた水を加熱する。以下、図３を用いて説明する。浴槽給水弁１５と切換弁１９ａが開かれるとともに、ポンプ１２が運転される。ポンプ１２により浴槽２の残り湯は、浴槽２から流出し、浴槽採湯管６、切換弁１９ａ、熱回収熱交換器２６、浴槽給水給湯管７を順に介して浴槽２に流入する。このとき、残り湯は、熱回収熱交換器２６において、冷媒に熱を吸収されて温度を下げながら水回路を循環する。一方、冷凍サイクルでは、バイパス弁２７が開かれるとともに圧縮機２２が運転される。このとき、膨張弁２５は閉じられている。圧縮機２２により冷凍サイクル中の冷媒は、高温高圧ガスの状態で圧縮機２２から吐出して四方弁２３を介して貯湯槽熱交換器２４に流入する。そして、貯湯槽熱交換器２４に流入した冷媒は、貯湯槽熱交換器２４において熱を放熱することにより貯湯槽３の水を加熱する。貯湯槽熱交換器２４で熱を奪われた冷媒は、凝縮して貯湯槽熱交換器２４から流出する。そして、貯湯槽熱交換器２４から流出した冷媒は、バイパス弁２７を介して熱回収熱交換器２６に流入する。熱回収熱交換器２６に流入した冷媒は、熱回収熱交換器２６において残り湯の熱を吸収して蒸発し、圧縮機２２に戻る。このとき、冷媒は、バイパス弁２７を通過することにより減圧されずに高圧を保ったままで圧縮機２２に吸入される。よって、圧縮機２２は低負荷で運転することができる。上述した熱回収運転により、浴槽２の残り湯の温度は低下し、貯湯槽３の水の温度は上昇する。そして、浴槽２の残り湯の温度と貯湯槽３の水の温度差が所定の値よりも小さくなると、図４に示すように、バイパス弁２７を閉じるとともに、膨張弁２５を開いて冷媒を膨張させて低圧低温の状態にして熱回収熱交換器２６に流入させる。これにより、熱回収熱交換器２６において、冷媒は低圧となるので蒸発温度が下がり蒸発しやすくなり、浴槽２の残り湯からさらに熱を吸収して貯湯槽３の水温を高めることができる。ここで、貯湯槽３の水の温度は、貯湯槽温度センサ３２で検知され、浴槽２の残り湯の温度は、浴槽水温センサ３３で検知される。そして、貯湯槽３の水の温度が５０℃に達するか、あるいは熱回収熱交換器２６における冷媒の蒸発温度が０℃に達した場合に熱回収運転を終了する。ここで、冷凍サイクルの冷媒の温度は、冷媒温度センサ３４により検知される。そして、熱回収運転が終了すると、浴槽２の下部に設けられた浴槽排水弁１７が開き、浴槽２の残り湯は浴槽排水管８を介して排水される。
【００１０】前述した熱回収運転において、貯湯槽３の水の温度が所定の温度まで上昇しなかった場合は、浴槽２の残り湯を排水した後にバックアップ運転を行う。以下、バックアップ運転について図５を用いて説明する。水回路１１では、切換弁１９ｂと貯湯槽給水弁１６とが開かれるとともに、ポンプ１２とヒーター１３が運転される。ポンプ１２により貯湯槽３の貯湯は、貯湯槽３から流出し、貯湯槽採湯管１０、切換弁１９ｂ、熱回収熱交換器２６、ヒーター１３、貯湯槽給水弁１６、貯湯槽給水管９を順に介して貯湯槽３へ流入する。このとき、ヒーター１３に流入した貯湯は、ヒーター１３で加熱され、貯湯槽３の貯湯が所定の温度まで上昇するとバックアップ運転を終了する。ここで、貯湯槽３の貯湯温度は、貯湯温度センサ３２により検知される。
【００１１】前述した熱回収運転またはバックアップ運転において、貯湯槽３に貯められた貯湯は、貯湯槽３を囲む内側断熱層４と外側断熱層５によって保温される。そして、ユーザーは入浴するために貯湯槽３の貯湯を浴槽２へと供給する湯張り運転を命令し、湯張り運転が実行される。以下、湯張り運転について図６を用いて説明する。水回路１１では、切換弁１９ｂと貯湯槽給湯弁１５とが開かれるとともに、ポンプ１２が運転される。ポンプ１２により貯湯槽３の貯湯は貯湯槽３から流出し、貯湯槽採湯管１０、切換弁１９ｂ、熱回収熱交換器２６、ヒーター１３、浴槽給水弁１５、浴槽給水給湯管７を順に介して浴槽２へと供給される。そして、貯湯槽下位水位センサ３１ｂが所定の水位を検知すると、ポンプ１２が停止されて湯張り運転は終了する。
【００１２】前述した湯張り運転終了後の保温運転の動作について図７を用いて説明する。湯張り運転終了後、一定時間毎に切換弁１９ａと浴槽給湯弁１５とが開かれるとともに、ポンプ１２が運転される。ポンプ１２により浴槽２の湯は、浴槽２から流出し、浴槽採湯管６、切換弁１９ａ、熱回収熱交換機２６、ヒーター１３、浴槽給水弁１５、浴槽給水管７を順に介して浴槽２へと戻る。このとき、浴槽湯温センサ３３において浴槽２の湯の温度を監視する。そして、浴槽２の湯の温度が設定温度より低下すると、ヒーター１３が運転されて設定温度になるまで浴槽２の湯を加熱する。なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、冷凍サイクルに用いられる膨張弁に、絞り量を可変可能な膨張弁を用いれば、バイパス弁を併設しなくても良い。また、圧縮機は、圧縮機の回転周波数を可変するインバーター電源により制御されても良く、この場合には、更に効率が良くなる。
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、貯湯槽３を浴槽２の周辺に設置したためスペースの有効利用ができる。また、残り湯から熱回収して貯湯槽３の水の加熱に再利用するため貯湯時のエネルギーを節約できる。また、冷凍サイクルの膨張弁２５とバイパス弁２７を切換えられる構成としたので、残り湯の温度が貯湯槽３の温度よりも低くなっても貯湯の加熱ができ、効率の良い運転が可能となる。また、残り湯の量が少なくても、ヒーター１３でバックアップ運転ができるので次回の湯張りが確実にできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９９０２３８７７
【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月２８日（２０００．１１．２８） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６２１１２（Ｐ２００２−１６２１１２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月７日（２００２．６．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３６０９２１（Ｐ２０００−３６０９２１） |
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