JP2010281473A - 温水システム - Google Patents

Abstract

【課題】既設の空調設備を大幅に変更することなく適用でき、空調排熱をより効率的に利用する温水システムを提供する。
【解決手段】熱媒循環回路の吸熱部を空調室外機の吹出し口に、熱交換部を貯水槽内にそれぞれ設けた。また、空調室外機の吹出し口には風口を絞った集熱ダクトを設け、この集熱ダクトの風口内に熱媒循環回路の吸熱部を設けることが好ましい。さらに、熱媒循環回路の吸熱部および熱交換部は熱媒パイプを蛇行状または螺旋状に形成してなると共に、少なくとも吸熱部の熱媒パイプはパイプ表面に伝熱フィンを複数形成してなることが好ましい。さらにまた、貯水槽を給湯槽と接続し、温水を供給することで、本温水システムを給湯システムの補助熱源として利用することも可能である。
【選択図】図１

Description

この発明は、空調の室外機から熱風として放出される排熱を熱源とした温水システムに関するものである。

空調の冷房運転時に室外機（空冷式凝縮器）から放出される熱風は外気温を上昇させ、特にオフィスビル、ホテル、病院、百貨店といった大型施設が密集する都市部ではヒートアイランド現象の一要因とされ、このヒートアイランド現象がさらなる冷房需要を生むという悪循環により電力消費量が増加する結果、ＣＯ_２等の温室効果ガスの排出量も増えて、地球温暖化の懸念が指摘されている。

こうした問題に鑑み、従来より空調の排熱を温水生成のための熱源として再利用する試みが多数提案されている（例えば、特許文献１〜６）。

特開２００４−２１８９４４号公報 実用新案登録第２５０４４５３号公報 実公平２−１３８８８号公報 実開昭５９−１９５４３９号公報 実開昭５９−１９３９４１号公報 特開２００８−１８５３２５号公報

上記例示した特許文献１〜６の従来技術は、（１）室外機における圧縮−凝縮間の冷媒回路を貯水槽に引き込み、圧縮により高温となった冷媒ガスとの熱交換により前記貯水槽内の水を昇温させる方法、（２）室外機の吹出し口や放熱フィン近くに通水管を配して、吹出し口から放出される熱風や放熱フィンが蓄熱する凝縮熱により通水管内の水を昇温させる方法の何れかを採用するものである。

しかしながら、前記（１）の方法は、空調の冷媒回路の一部を貯水槽に引き込むために、既設の空調設備に適用する場合は当該設備の大掛かりな改変工事が必要となる。

一方、前記（２）の方法は、熱風や放熱フィンの凝縮熱を利用するものであるが、その温度はせいぜい４５℃前後であり、比熱が極めて大きい水を、通水管に流動させた状態で温水とするには、立ち上がりが遅いという課題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、要するにその目的は、既設の空調設備を大幅に変更することなく適用でき、空調排熱をより効率的に利用する温水システムを提供することである。

上述した目的を達成するために本発明では、熱媒循環回路の吸熱部を空調室外機の吹出し口に、また、前記熱媒循環回路の熱交換部を貯水槽内にそれぞれ設けるという手段を用いた。熱媒循環回路の吸熱部は空調室外機から放出される熱風から空調の排熱を吸熱して熱媒体を昇温させる。昇温後の熱媒体は熱交換部において貯水槽内の水と熱交換し、温水を生成すると共に、冷却されて吸熱部に戻る。このような熱媒体の循環サイクルによって貯水槽の水を常温以上の温水とすることができる。また、熱媒体は水よりも比熱が小さく、熱効率が高いため、空調の排熱で直接水を温めるよりも、温水生成の立ち上がりが早い。用いる熱媒体は、特に限定しないが、寒冷地対策として不凍液であることが好ましい。

ところで、熱媒循環回路の吸熱部を単に空調室外機の吹出し口に曝すよりも、前記吹出し口に集熱ダクトを設け、この集熱ダクトの内部に熱媒循環回路の吸熱部を設けることによって、吸熱効果が高くなる。

さらに、熱媒循環回路の吸熱部および熱交換部は熱媒パイプを蛇行状または螺旋状に形成してなると共に、少なくとも前記吸熱部の熱媒パイプはパイプ表面に伝熱フィンを複数形成してなることで、伝熱面積が拡大し、吸熱および熱交換の熱効率をより高めることができる。

なお、生成された温水はそのまま使用することができるが、貯水槽を既設の給湯槽に接続して、貯水槽の温水を給湯槽に供給することで、給湯に必要な消費エネルギーを削減することができる。即ち、この場合、本発明の温水システムは給湯設備の補助熱源として機能する。

本発明によれば、熱媒体を空調室外機の吹出し口と貯水槽内の間で循環させるようにしたので、既設の空調設備をそのままにその排熱を有効利用でき、また前記熱媒体の高い熱効率によって温水生成の立ち上がりも早く、逆に空調の排熱は熱媒体の吸熱によって熱エネルギーを奪われて低温化されるため、ヒートアイランド現象の緩和にも寄与する。特に、集熱ダクトを採用することによって、この場合も空調設備を変更することなく室外機に取り付けられる他、熱媒体の吸熱効率が高まり、より早く、より高温の温水を生成することができる。さらに、貯水槽から温水を既設の給湯設備に供給することができるため、給湯設備の消費エネルギーが抑制されることに伴い、ＣＯ_２等の排出量も削減され、地球温暖化対策としても有用である。

本発明の温水システムを補助熱源とする給湯システム全体の構成図 集熱ダクト近辺の要部斜視図 集熱ダクト内における吸熱部の配管構造を示した斜視図 吸熱部における熱媒パイプの斜視図 集熱ダクトの他の構成例を示した要部斜視図 この他の構成例に係る集熱ダクトの風口断面図

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は、本発明の温水システムＳ１を補助熱源として給湯設備Ｓ２に接続した給湯システム全体の構成図である。給湯設備Ｓ２は、電熱コイル等の加熱手段を有する給湯槽１に給水管２および給湯管３を接続してなる。

一方、温水システムＳ１は、貯水槽４と空調室外機５の間に熱媒循環回路６を設けたものであり、貯水槽４内に熱媒循環回路６の熱交換部６ａ、空調室外機５の吹出し口に熱媒循環回路６の吸熱部６ｂを設けたものである。この熱媒循環回路６には不凍液等の熱媒体が充填され、循環ポンプＰ１によって熱媒体を循環させることで、前記吸熱部６ｂにおいて熱媒体が空調室外機５の排熱を吸熱した後、熱交換部６ａで貯水槽４内の水と熱交換し、温水を生成すると共に、冷却されて吸熱部６ｂに戻るというサイクルを構成するものである。なお、熱交換部６ａは熱媒パイプを蛇行させることによって、熱媒体と水との伝熱面積を拡大している。伝熱面積が拡大するのであれば、熱媒パイプを螺旋状とすることも可能であり、蛇行数や螺旋数が大きいほど高い伝熱効果が得られることはもちろんである。さらに、こうした構成は、図１で図示しないが、吸熱部６ｂにも採用することで、吸熱効果を高めることができる。

なお、本発明において温水の利用方法は特に限定されないのであるが、好ましい利用態様として本実施形態では、温水システムＳ１の貯水槽４と、給湯設備Ｓ２の給湯槽１とを揚湯ポンプＰ２および止湯バルブＶを介して温水管８で接続し、貯水槽４の温水を給湯槽１に供給することで、温水システムＳ１を上述のように給湯設備Ｓ２の補助熱源として機能させている。

即ち、図１全体のシステム動作を説明すると、先ず貯水槽４には給湯設備Ｓ２の給水管２から水路コントロールバルブＶ１によって分岐された分岐給水管２ａが止水バルブＶ２を介して接続されており、両バルブＶ１・Ｖ２を制御することで貯水槽４に給水を行い、貯水槽４が一定水量となったときに熱媒循環回路６のポンプＰ１を駆動して温水生成を行う。そして、貯水槽４の水が一定温度以上の温水となった状態で、給湯設備Ｓ２における給湯槽１の残湯量が所定以下となれば、止湯バルブＶを開いて揚湯ポンプＰ２を駆動し、温水システムＳ１の貯水槽４から温水を給湯設備Ｓ２の給湯槽１に供給する。このようなシステム動作によって、温水システムＳ１では空調室外機５の排熱が温水生成のために有効利用され、且つ、給湯設備Ｓ２は温水システムＳ１から供給される温水を追い炊きするだけでより高温の湯を給湯することができる。従って、この実施形態の場合、給湯にかかる消費エネルギーは温水の前記追い炊き分で済むため、一から水を沸かすよりも大幅に消費エネルギーを抑えることができる。

ところで、温水システムＳ１における熱媒循環回路６の吸熱部６ｂは、空調室外機５の吹出し口前面に熱媒パイプを固定配管することでも構成できるが、この場合は熱媒パイプが熱風に単に吹き曝された状態となるため、吸熱効率が悪い。そこで、本実施形態では、図２に示したように、空調室外機５の吹出し口に筒状風路を構成する煙突状の集熱ダクト７を取り付けている。従って、この集熱ダクト７によれば、空調室外機５から放出される熱風の排熱が集められ、吸熱部６ｂの吸熱効率を高めることができる。

なお、本実施形態では、集熱ダクト７を空調室外機５の高さに見合った脚８で四隅を支持する架台９上に設けている。従って、この取付方法によれば、集熱ダクト７は架台９の脚８で支えられることになるため、集熱ダクト７の荷重が室外機５にかかることがないうえ、既設の空調設備に対しても、冷媒回路等を改変することなく、集熱ダクト７を室外機５に取り付けることができる。

そして、本実施形態では、さらに吸熱効率を高めるため、図３に示すように、集熱ダクト７の内部に熱媒循環回路６の吸熱部６ｂを螺旋状に配管している。

また、吸熱部６ｂのさらに好ましい構成として、本実施形態では、図４に示したように、高耐熱性ＰＥ管１０の外周面をアルミ層１１で被覆すると共に、このアルミ層１１に複数のアルミフィン１２（伝熱フィン）を一体的に放射状に設けている。この所謂フィンパイプ構成は、熱交換部６ａにも同様に採用することができる。従って、アルミフィン１２によって伝熱面積がより拡大され、排熱からの吸熱や水との熱交換に際する熱効率をさらに高めることができる。

図５は、集熱ダクト７の他の構成例を示したものであり、この場合、風路をＬ字とし、出口側の風口７ａを絞った構成としている。そして、集熱ダクト７の風口７ａ内に熱媒循環回路６の吸熱部６ｂを、図６に示すように、蛇行状または螺旋状に配管している。また、吸熱部６ｂは上記実施形態と同様に図４に示したフィンパイプ構成を採用することができる。この構成例によっても、吸熱部６ｂの吸熱効率を高めることができる。

Ｓ２ 給湯設備
１ 給湯槽
２ 給水管
３ 給湯管
Ｓ１ 温水システム
４ 貯水槽
５ 空調室外機
６ 熱媒循環回路
６ａ 熱交換部
６ｂ 吸熱部
７ 集熱ダクト

Claims (4)

1. 熱媒循環回路の吸熱部を空調室外機の吹出し口に、熱交換部を貯水槽内にそれぞれ設けたことを特徴とする温水システム。
2. 空調室外機の吹出し口に集熱ダクトを設け、この集熱ダクトの内部に熱媒循環回路の吸熱部を設けた請求項１記載の温水システム。
3. 熱媒循環回路の吸熱部および熱交換部は熱媒パイプを蛇行状または螺旋状に形成してなると共に、少なくとも前記吸熱部の熱媒パイプはパイプ表面に伝熱フィンを複数形成してなる請求項１または２記載の温水システム。
4. 貯水槽は温水を供給可能に給湯槽に接続した請求項１、２または３記載の温水システム。

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