JP2018159535A

JP2018159535A - 排気熱利用貯湯給湯装置

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Publication number: JP2018159535A
Application number: JP2017077826A
Authority: JP
Inventors: 橋本　裕二; Yuji Hashimoto; 裕二橋本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP6304613B1

Abstract

【課題】排気熱を利用して給湯に必要なお湯を作りだすと同時に、排気熱の温度を下げて大気中に放出する装置を提供する。【解決手段】排気熱換気設備において、フード（１）内部に排気熱整流板（３）を設置し、フード排気熱熱交換室（９）を設け、フード熱交換器（２）を設置し、ここで排気熱により温められた循環湯は循環ポンプ（２６）を介し、貯湯式缶体給湯機（２８）内に組み込まれてある給湯機熱交換管（２４）へと導かれ、ここで給湯蛇口からの出湯湯である給湯機缶体（１４）の水との間で熱交換し、給湯機缶体（１４）の水を温め、その温められた給湯機缶体（１４）の湯は、補助給湯機（４０）の給水側に接続する、排気熱利用貯湯給湯装置。【選択図】図１

Description

この発明は、フード付きの換気設備において、換気扇フード内上部に熱伝導が良い熱交換器を設置し、排気熱を利用して熱交換器内の循環水を温め、換気扇フード外部に設置した貯湯給湯機内の水を温める。そしてそのお湯を利用し今度は補助給湯機の給水を温める。また、換気扇フード内部の熱風を直接貯湯給湯機内に取り込み内部の水を再度温め、換気排気熱温度を下げる給湯装置に関するものである。

従来あった装置は、換気扇フード内に貯水タンクがあり、タンクの外形寸法による貯水量や重量にも限界があった。また、排気熱が吸熱用フィン間を通過することによる熱交換であり、フィンの隙間の目詰まりによるトラブルが有ると考えられた。また、その熱交換後は、換気扇フード内の排気熱をそのまま室外へ排出していた。

実公昭５８−１２０３８号公報

従来の技術は、次のような欠点があった。
従来、換気扇フード内に貯水タンクがあり、ましてこの貯水タンクが天井や壁により支持固定されていることによりタンク形状には限界があり、貯水タンクの熱交換された湯を連続出湯するには限界があった。また、使用環境上熱交換フィンの目詰まりがある事は明らかに想像ができ、その掃除に関してもまた大変な労力を想像ができる。そして、排気熱をその後、換気口より室外に排出するだけでは、まだかなりの高温度の排気熱を大気中に排出していると考えられる。
本発明は、以上のような欠点をなくすためになされたものである。

課題が解決するための手段

調理器具等で排気熱が発生する部屋にフード（１）を設け、このフード（１）内に排気熱整流板（３）を設置して、前記フード（１）内を下部のフード排気熱対流室（８）と上部フード排気熱熱交換室（９）に区分する。そしてフード排気熱熱交換室（９）内にフード熱交換器（２）を設置する。フード熱交換器（２）内部のフード熱交換器循環パイプ（１０）のお湯は循環ポンプ（２６）により、フード（１）とは別の場所に置かれた給湯機缶体（１４）内部に組み込まれている給湯機熱交換管（２４）を通り、またフード熱交換器（２）へと戻って行く。給湯機熱交換管（２４）を通過する間に給湯機缶体（１４）の補助給湯機（４０）接続の給水を温める。

また、排気熱はフード熱交換器（２）に熱を奪われ、換気扇（５）を介して給湯機排気熱対流室（１６）へと導かれる。給湯機缶体（１４）の水中に設置してある缶体内排気熱熱交換管（３０）を通過する際、給湯機缶体（１４）の水と再び熱交換する。ここで、また排気熱を奪われることにより、さらに低い温度にて最終排気口（２０）より大気中へ排気放出される。出湯蛇口（４３）の出湯温度が不足の場合を考え、給湯機缶体出湯口（２２）を補助給湯機（４０）に接続し出湯蛇口（４３）からの出湯となる。本発明は以上の構成によりなる排気熱利用貯湯給湯機である。

発明の効果

フード（１）内に設置したフード熱交換器（２）を掃除する手間を無くし、貯湯タンクをフード（１）外に設置することにより大量の貯湯を可能にした。調理機具等にて発生した排気熱温度をさらに下げ、大気中へ放出することを可能にした。また、一缶二水路方式の貯湯式缶体給湯機（２８）の構造にする事により、連続出湯及び、給水と同圧力出湯を可能にした。そして補助給湯機（４０）の給水温度を上げる事により、燃焼時間短縮による燃費の向上を可能にした。燃焼時間短縮は、補助給湯機（４０）が発する排気熱量削減にもつながり、排気ガスに含まれている環境汚染物質である、二酸化炭素削減を可能にしたのである。

一日中排気熱を発している業務用調理機具等において、大量の排気熱を大気中に排気放出している。この大量の排気熱を利用し同時に削減しながら、厨房出湯蛇口（４３）で必要の給湯を作り出すことに成功した。厨房出湯蛇口（４３）のみならず余った貯湯部分で他の給湯設備に使用することも可能にした。

どのようにして、人間が作り出している熱である人工排熱の温度を下げるか。そして二酸化炭素を排出しないで生活するかが、地球上で大きな環境問題になっている。ヒートアイランド現象の要因の一つである人工排熱を減らすことにより、住みよい地球を後世に残していけるのである。

本発明の排気熱利用貯湯式給湯装置であり、補助給湯機利用が減圧式の場合の斜視図である。本発明の排気熱利用貯湯式給湯装置であり、補助給湯機利用が直圧式の場合の斜視図である。換気扇フード設備の斜視図である。換気扇フード設備の斜視図であり、排気熱の流れを示した図である。フード熱交換器内部のフード熱交換器循環パイプとフード熱交換器循環パイプ熱吸収板をあらわす拡大図である。貯湯式缶体給湯機と補助給湯機および出湯蛇口の側面配管図である。フード熱交換器循環パイプ、給湯機熱交換管、および缶体内排気熱熱交換管の形状を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態ついて説明する
熱の排出が必要とされる部屋において、図４に示すようにフード（１）の下面にあるフード下面排気熱取り込み口（６）より入る排気熱の流れ（Ａ）と、フード側面排気熱取り込み口（７）より入る排気熱の流れ（Ｂ）がある。そのフード（１）内に排気熱整流板（３）を設けることにより、フード（１）を上下二つの部屋を設ける。下部をフード排気熱対流室（８）そして上部を、フード排気熱熱交換室（９）とする。このフード排気熱熱交換室（９）には、フード熱交換器（２）を水平に設置し、そしてフード熱交換器（２）とフード（１）内壁との間にはフード排気熱熱交換室の排気熱の流れ（Ｄ）が阻害されない空間を周りに保つ様に設置する。換気扇（５）の吸引力によりフード排気熱対流室（８）に集められた全ての排気熱は、フード排気熱対流室の排気熱の流れ（Ｃ）に示すように、排気熱整流板（３）の端にいったん集められてからフード排気熱熱交換室（９）へと流れ込んで行く。そして、必ず全ての排気熱は、フード熱交換器（２）の周りを通り、換気扇フード排気口（１３）から換気扇（５）を通り排気熱移動ダクト（４）へと導かれて行く。

このフード熱交換器（２）の中部には、図５に記したように、フード熱交換器循環パイプ熱吸収板（３５）が、できる限り多くの熱を吸収できる様設置され、そして同じくフード熱交換器（２）内の熱を吸収する様にフード熱交換器循環パイプ（１０）が設置されてある。熱伝導体のフード熱交換器循環パイプ熱吸収板（３５）とフード熱交換器循環パイプ（１０）は溶接などにより密着されている。フード熱交換器循環パイプ（１０）自身も熱吸収の良い熱伝導体の材質からできており、形状も熱吸収効率の良い形になっている。このフード熱交換器循環パイプ（１０）は、図７に記すとおり太い部分（１０ａ）と細い部分（１０ｂ）とを繰り返し形成してあり、水が直線で素通りし流れるのではなく、連続の異径の管にすることにより、管内で対流を起こしながらぶつかり合い、管壁から熱を奪いながら流れる様にし、効率良く熱を貰えるよう表面積が広い形状となっているのである。この様にする事により周りの熱がいっそう吸収されるのである。又、フード熱交換器（２）は目詰まりのもととなる一般的に存在するフィンを無くし、フード熱交換器循環パイプ（１０）及び熱伝導体のフード熱交換器循環パイプ熱吸収板（３５）は、熱伝導体のケーシング（２ａ）の中に設置する事により掃除を無くす事に成功した。

循環ポンプ（２６）の駆動により、そのフード熱交換器（２）内のフード熱交換器内循環パイプ（１０）内を循環水が通過する間に、排気熱から熱を奪うことにより作られたお湯は、フード熱交換器出湯口（１２）より出湯され、循環ポンプ（２６）を介して貯湯式缶体給湯機（２８）の給湯機熱交換管入湯口（２３）より給湯機熱交換管（２４）へと導かれて行く。給湯機熱交換管（２４）は給湯機缶体（１４）の水中を螺旋状に組み込んであり、材質はフード熱交換器循環パイプ（１０）と同じく、熱伝導体で図７に記した形状となっている。この給湯機熱交換管（２４）を循環湯が通過する間に、給湯機缶体（１４）の水との間で熱交換し、給湯機缶体（１４）の水を温めるのである。そして熱を奪われた循環水は、給湯機熱交換管出水口（２５）よりフード熱交換器入水口（１１）に接続されフード（１）内のフード熱交換器（２）内へと、再び戻って行くのである。

また、上記給湯機缶体（１４）の水は、補助給湯機（４０）の給水が貯まっているのであり、給湯機缶体給水管（２７）より給湯機缶体給水弁（４７）をへて、必ず減圧逆止弁（２９）にて水道圧力を０．８ｋｇ／ｃｍ^２以下に落として給湯機缶体入水口（２１）より給湯機缶体（１４）へと、入水させることが義務付けられているのである。そして給湯機缶体（１４）の水は、循環水が通る給湯機熱交換管（２４）との間で熱交換されながら、徐々に温まっていくのである。図６に記すように温められた給湯機缶体（１４）の湯は、給湯機缶体出湯口（２２）より補助給湯機給水管（４１）に接続し、補助給湯機（４０）にて加温され、補助給湯機出湯管（４２）が出湯蛇口（４３）に接続され出湯されるのである。なお、図１の循環ポンプ（２６）は、厨房調理器具等より熱が発せられている間は、常時駆動し循環し続けて、給湯機缶体（１４）内部の貯湯水を常に加温しているのである。

また、本発明のもう一つの特徴である換気排気熱利用は、フード（１）内だけの利用だけではない。すなわちフード熱交換器（２）にて熱を奪われながらもまだ温かい排気熱は、換気扇（５）を介し、排気熱移動ダクト（４）内を移動し、貯湯式缶体給湯機（２８）の下部に設けた給湯機排気熱対流室（１６）へと導かれる。その後、給湯機排気熱入口（１７）より、給湯機缶体（１４）の水中部に組み込まれている多数の缶体内熱交換管（３０）へと導かれて行く。なお、缶体内熱交換管（３０）の形状は、給湯機熱交換管（２４）と同じく図７に記した形状であり、給湯機缶体（１４）の水との間の熱交換効率を考えた形状となっている。その缶体内熱交換管（３０）内を排気熱が通過する際、給湯機缶体（１４）内に貯水されている水と、再び熱交換することになる。そして更に熱を奪われることとなり、前記多数の缶体内熱交換管（３０）から給湯機排気熱フード（１９）内の給湯機排気熱集合室（３２）に集められた排気熱は、換気扇フード排気口（１３）を通過する際の温度に比べ、二度の熱交換をしているのでさらに低い温度にて、最終排気口（２０）より大気中へ排気放出される事が本発明の特徴と言えるのである。
また、図１及び図２に記す貯湯式缶体給湯機（２８）のような据え置きタイプにすることにより、外形寸法には限界はないといえる。現場の必要給湯設備貯湯量から算出することができる。

本発明の、排気熱利用貯湯給湯装置においては、出湯蛇口（４３）のお湯と、フード熱交換器循環パイプ（１０）と給湯機熱交換管（２４）を循環する排気熱利用の循環水とは絶対に混水しない、一缶二水路方式の装置となっているのである。又、この一缶二水路方式にすることによって、限りなく出湯蛇口（４３）からの出湯が可能なのである。これがもう一つの特徴でもある。以上が図１に記した排気熱利用貯湯給湯装置の形態の説明となる。

前記で説明した中での減圧逆止弁（２９）の圧力０．８ｋｇ／ｃｍ^２以上の出湯圧力が、出湯蛇口（４３）にて必要とされる環境においての説明となるのが、図２に記した排気熱利用貯湯給湯装置である。
出湯蛇口（４３）からの出湯圧が必要とされる場合においては、前記図１に示す一缶二水路方式の貯湯式缶体給湯機（２８）の配管接続を逆にする事により解決される。つまり図２に示す排気熱利用貯湯給湯装置ように、フード熱交換器（２）にて熱交換し温められたお湯を、循環ポンプ（２６）を介し貯湯式缶体給湯機（２８）の給湯機缶体循環入湯口（３３）に接続し、給湯機缶体（１４）内のお湯全てを循環水として利用すれば良いのである。しかし給湯機缶体（１４）への入水圧力は必ず減圧装置が必要とされるため、循環水給水管（３９）より給水される配管に減圧逆止弁（２９）を接続し、減圧してから給湯機缶体（１４）の給湯機缶体循環出水口（３４）へ接続される。そして給湯機缶体（１４）の水全部の貯湯されているお湯は、循環ポンプ（２６）にて常時、フード熱交換器（２）に戻し循環させることとなる。給湯機缶体（１４）の水中内に螺旋状に組み込まれた給湯機熱交換管（２４）には、給湯機熱交換管入水口（３６）より補助給湯機（４０）の給水側の水を通すことにより、給湯機缶体（１４）の内部で熱交換され温められた水は、給湯機熱交換管出湯口（３７）より出湯されるお湯となり、補助給湯機（４０）の補助給湯機給水管（４１）へ接続される。即ち給湯機熱交換管給水管（３８）より給水された水圧がそのまま補助給湯機給水管（４１）の水圧となり、出湯蛇口（４３）より出湯されるのである。したがって、後記に示した図２の排気熱利用貯湯給湯装置は、出湯蛇口（４３）にて給湯圧が必要とされる現場においては、有効な装置といえる。なお、図１及び図２に記されている給湯機缶体圧力安全弁（４６）は、減圧逆止弁（２９）のある接続缶体に取り付けが、義務付けられている安全装置である。そして貯湯式缶体給湯機（２８）とフード熱交換器（２）とを結ぶ循環配管に取り付けてある循環パイプ空気抜き弁（４５）は、循環水経路内に発生する空気を抜くことにより、循環ポンプ（２６）の空運転防止につながり熱効率向上にも大事な弁といえる。また、図２の排気熱利用貯湯給湯装置は、水の流れは前記図１の装置とは相違するが、排気熱は前記図１に示すとおりの同じ流れの効果となり、最終排気口（２０）より低温度にて大気中へと放出されるのである。
本発明は、以上の構成によりなる排気熱利用貯湯給湯機である

１フード
２フード熱交換器
３排気熱整流板
４排気熱移動ダクト
５換気扇
６フード下面排気熱取り込み口
７フード側面排気熱取り込み口
８フード排気熱対流室
９フード排気熱熱交換室
１０フード熱交換器循環パイプ
１１フード熱交換器入水口
１２フード熱交換器出湯口
１３換気扇フード排気口
１４給湯機缶体
１５給湯機排気熱取り入れ口
１６給湯機排気熱対流室
１７給湯機排気熱入口
１８給湯機排気熱出口
１９給湯機排気熱フード
２０最終排気口
２１給湯機缶体入水口
２２給湯機缶体出湯口
２３給湯機熱交換管入湯口
２４給湯機熱交換管
２５給湯機熱交換管出水口
２６循環ポンプ
２７給湯機缶体給水管
２８貯湯式缶体給湯機
２９減圧逆止弁
３０缶体内熱交換管
３１補助給湯機燃料管
３２給湯機排気熱集合室
３３給湯機缶体循環入湯口
３４給湯機缶体循環出水口
３５フード熱交換器循環パイプ熱吸収板
３６給湯機熱交換管入水口
３７給湯機熱交換管出湯口
３８給湯機熱交換管給水管
３９循環水給水管
４０補助給湯機
４１補助給湯機給水管
４２補助給湯機出湯管
４３出湯蛇口
４４循環パイプ給水弁
４５循環パイプ空気抜き弁
４６給湯器缶体圧力安全弁
４７給湯器缶体給水弁
４８給湯機熱交換管給水弁
Ａフード下面取り込み口より入る排気熱の流れ
Ｂフード側面取り込み口より入る排気熱の流れ
Ｃフード排気熱対流室の排気熱の流れ
Ｄフード排気熱熱交換室の排気熱の流れ

Claims

換気設備において、フード（１）内部に排気熱整流板（３）を設置して、フード（１）内を下部のフード排気熱対流室（８）と、上部のフード排気熱熱交換室（９）に区分し、フード排気熱熱交換室（９）内にフード熱交換器（２）を設置し、このフード熱交換器（２）を、フード（１）外に設けた貯湯式缶体給湯機（２８）の給湯機缶体（１４）内にある給湯機熱交換管（２４）との間で、循環水が循環するように接続し、貯湯式缶体給湯機（２８）の給湯機缶体（１４）を補助給湯機（４０）の給水側に接続した、排気熱利用貯湯給湯装置。
さらに、フード熱交換器（２）のフード排気熱熱交換室（９）と貯湯式缶体給湯機（２８）に設けた給湯機排気熱対流室（１６）との間を排気熱移動ダクト（４）で接続し、給湯機缶体（１４）内を通過する缶体内熱交換管（３０）の一端を前記給湯機排気熱対流室（１６）に接続し、前記缶体内熱交換管（３０）の他端を貯湯式缶体給湯機（２８）の最終排気口（２０）に接続した請求項１の、排気熱利用貯湯給湯装置。
フード熱交換器（２）は、フード熱交換器循環パイプ（１０）とフード熱交換器循環パイプ熱吸収板（３５）を、ケーシング（２ａ）により取り囲んだ請求項１の、排気熱利用貯湯給湯装置。
請求項１において、貯湯式缶体給湯機（２８）は、フード熱交換器（２）と貯湯式缶体給湯機（２８）内部とを循環する水路と、補助給湯機（４０）の給水管に接続される水路の二つの水路を別々に有する一缶二水路式構造とした、排気熱利用貯湯給湯装置。
請求項１において、熱交換部の管に異径管を使用する、排気熱利用貯湯給湯装置。