特許 7521105 温水の廃熱回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-12

(45)【発行日】2024-07-23

(54)【発明の名称】温水の廃熱回収装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 11/04 20060101AFI20240716BHJP

   F28F 13/12 20060101ALI20240716BHJP

   A47L 15/42 20060101ALI20240716BHJP

   F28F 1/36 20060101ALI20240716BHJP

【ＦＩ】

F28D11/04

F28F13/12 B ZAB

A47L15/42 Z

F28F1/36 B

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023503505

(86)(22)【出願日】2021-07-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-06

(86)【国際出願番号】 KR2021008518

(87)【国際公開番号】W WO2022019524

(87)【国際公開日】2022-01-27

【審査請求日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】10-2020-0092133

(32)【優先日】2020-07-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】519156616

【氏名又は名称】イド カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＩＤＯ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ソン、ヨン－イル

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－１９１９３４０（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２０１４－０６２７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－０４３２４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１２０５６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０９－０６０８２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ １１／０４

Ｆ２８Ｄ ７／０２

Ｆ２８Ｆ １３／１２

Ａ４７Ｌ １５／４２

Ｆ２８Ｆ １／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

温水の廃熱回収装置であって、
温水である廃水が流れる廃水管部と、前記廃水管部の管内に配置され、冷水である原水が流れる原水管部と、を含む、カップリング部材によって直列に連結された複数の熱交換ユニットと；
前記原水管部を回転させる回転駆動部と；
を含み、
前記原水管部は、
回転軸と、前記回転軸の周面に取り付けられた螺旋状翼と、前記回転軸の周面に螺旋状に巻かれて配置されるが、前記回転軸の周面の前記螺旋状翼の間に配置され、原水が流れる原水管と、を含み、
前記回転軸は、両端部に配置された管部分と、前記管部分同士の間に配置された閉塞棒部分と、を含み、
前記原水管の両端は、それぞれの原水が連通できるように前記回転軸の管部分同士に連結される、
温水の廃熱回収装置。

【請求項2】

前記原水管を、前記回転軸の周面から前記螺旋状翼の高さ方向において前記螺旋状翼の上端よりも下方に配置して、回転時に前記廃水管部の管内壁に接触しないようにする、請求項１に記載の温水の廃熱回収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温水の廃熱装置に係り、より詳細には、使用されて廃棄される温水からの廃熱を効果的に回収することができる温水の廃熱回収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

様々な分野で熱交換技術が用いられている。例えば、建物の冷暖房で使用された水や食器洗浄機（食器洗い機、食洗機）から捨てられる温水から熱を回収してリサイクルすることである。最近よく使われる食器洗浄機は、大型食堂や学校の給食のために使われるため、大量の温水を使うことになり、このような温水がそのまま捨てられているため、エネルギーの無駄が大きい。

【0003】

このような廃熱の回収のための様々な装置が提案されているが、既存の熱交換構成は熱を効率的に回収できないという問題を有している。特に、食器洗浄機のように捨てられる廃水に様々な異物が含まれているため、そのような廃水から熱を回収することが容易ではない。例えば、食器洗浄機の廃水には食器洗浄後に発生した異物が多く、このような異物は熱交換構成を構築する上で大きな問題となっている。熱交換のために管を接触させると、異物の流れが妨害されて管が詰まるようになる。

【0004】

このような問題を解決するために、本発明の出願人は、韓国特許登録１０－１９１９３４０号の廃熱回収装置を提案した。この特許技術は、コイル状の原水管部を廃水管部内に配置して回転させることにより、廃水管部内の異物の排出が円滑に行われるとともに、広い接触面積で熱交換が行われる装置を実現する。

【0005】

上述した特許技術では、廃水管部内でコイル状の原水管部が回転するため、廃水管部内の異物を容易に排出することができる。ただし、廃水管部内で原水管部が回転するため、原水管部と廃水管部とが接触する場合があり、管の摩耗損傷が発生する可能性がある。特に、効率的な交換のために原水管部の厚さを比較的薄くするため、摩耗損傷がさらに問題となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、原水管部が廃水管部内で回転しながらも原水管部と廃水管部とが直接接触することを抑制して、熱交換効率を高めながらも摩耗損傷が発生しない温水の廃熱回収装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、温水の廃熱回収装置を提供し、この装置は、温水である廃水が流れる廃水管部と、前記廃水管部の管内に配置され、冷水である原水が流れる原水管部と、を含む、カップリング部材によって直列に連結されたＮ個（Ｎ≧１）の熱交換ユニットと；前記原水管部を回転させる回転駆動部と；を含み、前記原水管部は、回転軸と、前記回転軸の周面に取り付けられた螺旋状翼と、前記回転軸の周面に螺旋状に巻かれて配置されるが、前記回転軸の周面の前記螺旋状翼の間に配置され、原水が流れる原水管と、を含む。

【0008】

前記原水管を、前記回転軸の周面から前記螺旋状翼の高さ方向において前記螺旋状翼の上端よりも下方に配置して、回転時に前記廃水管部の管内壁に接触しないようにする。

【0009】

前記回転軸は、両端部に配置された管部分と、前記管部分同士の間に配置された閉塞棒部分と、を含む。

【0010】

前記原水管の両端は、それぞれ原水が連通できるように前記回転軸の管部分同士に連結される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、効率に優れた温水の廃熱回収装置が提供される。温水が流れる廃水管部の管内に冷水が流れる螺旋状の原水管部を配置することにより、熱交換のための接触面積が拡大される。さらに、原水管部を回転させることで廃水管内の異物を効果的に排出することができるため、食器洗浄機から排出される廃水の熱をリサイクルすることができる。特に、回転軸に螺旋状翼を配置し、その間に螺旋状の原水管を配置して原水管が廃水管部の内壁に接触しないようにすることにより、原水管の摩耗損傷を防止することができる。これにより、原水管を最大限薄く形成することができ、熱交換効率を最大化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の好ましい実施形態に係る廃熱回収装置を示す図である。

【図2】図１の温水の廃熱回収装置の断面図である。

【図3】図１の温水の廃熱回収装置に用いられる熱交換ユニットを示す図である。

【図4】図３の熱交換ユニットに含まれる原水管部を示す図である。

【図5】図４の原水管部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の実施形態を説明するにあたり、関連する公知の機能や構成についての詳細な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にする可能性があると判断した場合には、その詳細な説明を省略する。

【0014】

本発明の温水の廃熱回収装置は、好ましくは、温水である廃水中に異物が含まれている場合にさらに好適に使用され得る。例えば、本発明の温水の廃熱回収装置は、温水が多量に使用される食器洗浄機に連結されて、食器洗浄機から排出される廃水を活用するために好ましく使用され得る。食器洗浄機は、一般的に洗浄効率を高めるために温水が使用され、使用された温水がそのまま捨てられる。本発明の温水の廃熱回収装置は、二重管状の熱交換ユニットを採用している。温水が流れる廃水管部内に冷水が流れる原水管部が配置され、原水管部は螺旋状（コイル状）に形成され、廃水管部内で回転する際に廃水管部内の異物を排出するようになる。本発明の温水の廃熱回収装置では、複数の熱交換ユニットを並べて配置して熱交換効率を最大化しながら装置をコンパクト化する。各熱交換ユニットは、廃水管部と原水管部とを含む。特に、本発明の温水の廃熱回収装置は、螺旋状の原水管部が螺旋状翼の間に対峙して原水管部の管が廃水管部の内壁に接触しないようにする。したがって、原水管部の管を相対的にさらに薄く形成したり、熱伝導率の高い銅などの軟質材質で形成したりすることができる。

【0015】

図１は、本発明の好ましい実施形態に係る廃熱回収装置を示す図である。図２は、図１の温水の廃熱回収装置の断面図である。図３は、図１の温水の廃熱回収装置に用いられる熱交換ユニットを示す図である。図４は、図３の熱交換ユニットに含まれる原水管部を示す図である。図５は、図４の原水管部の断面図である。参考までに、図１では、説明と理解の便宜上、ケースＣの一部を開いて内部の構成要素を外に取り出して示しているが、実際の製品では、ケースＣ内に構成要素が位置してケースＣは閉鎖されたボックスの形をしている。また、図３において、熱交換ユニットＮでは、廃水管部１１を透明に示して内部が見えるようにした。

【0016】

図面を参照して、本発明の好ましい実施形態に係る温水の廃熱回収装置は、ケースＣを含み、構成要素がケースＣ内に配置され得る。ケースＣは、縦置き、横置きどちらでも使用可能である。

【0017】

本発明の好ましい実施形態に係る温水の廃熱回収装置は、廃水管部１１と原水管部１３とを備えるＮ個の熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を含み、ここで、Ｎは１以上であってもよい。図示した好ましい実施形態では、２つの熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を含んでいるが、本発明の廃熱回収装置はこれに限定されず、１つ以上の複数の熱交換ユニットを含んでいてもよい。熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を互いに連結し、ケースＣ内で曲げられた経路で配置することにより空間効率性を持たせることができる。

【0018】

図１及び図２に示すように、温水である廃水は、熱交換ユニットＮ１側に配置された廃水流入口７１１に流入し、熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を通過した後、熱交換ユニットＮ２側に配置された廃水排出口７３１に排出され得る。逆に、冷水である原水は、熱交換ユニットＮ２側に配置された原水流入口９１１に流入し、熱交換ユニットＮ１側に配置された原水排出口９３１に排出され得る。このように、廃水と原水が熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を互いに逆方向に通過しながら熱交換を行うことができる。

【0019】

各熱交換ユニットＮ１、Ｎ２は、円筒状の廃水管部１１と、廃水管部１１の長手方向に挿入された原水管部１３とを含む。廃水管部１１は、円筒状を有し、その内部に原水管部１３が挿入される。

【0020】

上述したように、原水管部１３と廃水管部１１にはそれぞれ原水と廃水が流れる。例えば、廃水は、食器洗浄機で使用されて排出される温水であってもよく、原水は、食器洗浄機で使用されるための地下水または水道水である冷水であってもよい。

【0021】

好ましくは、各熱交換ユニットＮ１、Ｎ２に含まれる原水管部１３は、廃水管部１１内に位置する部分の一部または全部が螺旋状に巻かれた原水水管１３１を含む。冷水がこのような螺旋状の原水管１３１内を通過することにより、熱交換ユニットＮ１、Ｎ２内で廃水と原水の接触面積が増加し、熱交換効率が向上する。

【0022】

本発明の好ましい実施形態に係る温水の廃熱回収装置では、原水管１３１が廃水管部１１の管内壁と接触することを抑制することにより、管の摩耗損傷、特に原水管（１３１）の摩耗損傷を抑制する。原水管１３１では、熱交換効率を十分に高めるために、肉厚（管の厚さ）を薄くすることができるが、本発明の温水の廃熱回収装置では、原水管１３１が回転しながら廃水管部１１の管内壁に接触してしまうと、摩耗損傷が発生する恐れがある。

【0023】

このような原水管１３１の摩耗損傷を抑制するために、本発明では、下記のような原水管部１３の構成を採用している。

【0024】

本発明の温水の廃熱回収装置に用いられる原水管部１３は、回転軸１３３と、回転軸１３３に巻かれた螺旋状原水管１３１とを含む。好ましくは、原水管部１３は、回転軸１３３に取り付けられて形成された螺旋状翼１３５を含む。螺旋状翼１３５は、回転軸１３３が回転するとき、廃水管部１１の管内の異物を排出する。回転軸１３３の周りに螺旋状に巻かれて配置される原水管１３１は、螺旋状翼１３５の間に配置される。さらに、好ましくは、原水管１３１の直径を、回転軸１３３の表面からの螺旋状翼１３５の高さよりも小さくして、いかなる場合にも原水管１３１が廃水管部１１の管内壁に接触しないようにすることが良い。すなわち、原水管１３１を、回転軸１３３の周面から螺旋状翼１３５の高さ方向において螺旋状翼１３５の上端よりも下方に配置して、回転時に廃水管部１１の管内壁に接触しないようにする。

【0025】

さらに、回転軸１３３は３つの部分から構成されていてもよい。例えば、回転軸１３３は、両端には管部分１３３１を有し、管部分１３３１の間には棒部分１３３５を有する。管部分１３３１と棒部分１３３５とは連結されて全体として一つの直線棒状を呈する。

【0026】

両端の管部分１３３１では、液体が流れることができるように、原水管１３１の両端が連結されている。したがって、回転軸１３３の管部分１３３１は、原水流入口９１１、原水排出口９３１、または原水管コネクターの連結部分となっている。これにより、管が回転する熱交換ユニットＮ１、Ｎ２の構成をシンプルにすることができる。

【0027】

好ましくは、本発明の好ましい実施形態に係る温水の廃熱回収装置は、原水管部１３を回転させるための回転駆動部３０を含む。回転駆動部３０が、螺旋状翼１３５を有する原水管部１３を回転させることにより、廃水管部１１内の廃水に含まれた異物を熱交換ユニットＮ１、Ｎ２の外部に円滑に排出することができる。

【0028】

異物排出のために、回転駆動部３０は、原水管部１３を螺旋方向と逆方向に回転させるように設けられてもよい。この場合、好ましくは、廃水の流れが螺旋方向と同一であってもよく、原水管部１３が回転することにより、管内に堆積した異物が廃水の流れに沿って容易に排出される。さらに、上述したように、好ましくは、廃水と原水の流れが逆方向であってもよい。

【0029】

図示した好ましい実施形態に係る温水の廃熱回収装置は、一つ以上の熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を含んでいてもよい。複数の熱交換ユニットＮ１、Ｎ２が備えられる場合、それらの間に配置された第１カップリング部材５１によって直列に連結される。ここで、熱交換ユニットＮ１、Ｎ２が直列に連結されているということは、次に連結された熱交換ユニットにおいて、廃水及び原水の流れ方向が変わらずに流れ続けるということを意味する。図示した本発明の好ましい実施形態は、事実上直線の熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を折り畳んだ形態であり、このような構成によって装置の大きさをコンパクトにすることができるだけでなく、原水管部１３を回転させるための回転駆動部３０の構成要素の配置を容易にする。

【0030】

図示の例において、本発明の廃熱回収装置では、複数個の熱交換ユニットＮ１、Ｎ２が並べて配置されている。このような並列配置は、直列連結を維持しながら原水管部１３の各々を回転させるための、モータ３１及びギアセット３３を含む回転駆動部３０を示す好ましい実施形態のように、相対的にシンプルに構成されていてもよい。例えば、回転駆動部３０は、廃水管部１１の一側の外部に露出した原水管部１３部分に回転力を加えるように設けられてもよい。さらに、並列配置の場合、前述のように、全体装置をコンパクトに構成でき、通常はスペースが限られているキッチンで適切に使用できる。

【0031】

上述したように、廃水と原水は、熱交換ユニットＮ１、Ｎ２内で互いに逆方向に流れていてもよい。熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を並列配置するために、図示した好ましい実施形態に係る廃熱回収装置は、第１及び第２カップリング部材５１、５３を含んでいてもよい。

【0032】

第１及び第２カップリング部材５１、５３は、熱交換ユニットＮ１、Ｎ２の間に配置されて熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を連結する。第１カップリング部材５１は、隣接する熱交換ユニットの廃水管部１１を連結して廃水を連通させ、第二カップリング部材５３は、原水管部１３同士を連結して原水を連通させる。

【0033】

また、第１熱交換ユニットＮ１と最後の熱交換ユニットＮ２の開放端部には、それぞれ廃水流入口７１１または廃水排出口７３が設けられ、原水管部１３の端部を外部に露出させる第１及び第２ソケット７１、７３が配置されてもよい。

【0034】

第１ソケット７１の外部に露出した原水管部１３に原水排出口９３１が配置され、第２ソケット７３の外部に露出した原水管部１３に原水流入口９１１が配置されてもよい。

【0035】

第１及び第２ソケット７１、７３の外部に露出した原水管部１３の部分は回転しないことがあるため、第１及び第２ソケット７１、７３は、露出した非回転部分と回転部分とを連結するための一つ以上の回転カプラ７１３、７３３を含んでいてもよい。

【0036】

第２カップリング部材５３は、原水管部１３同士を連結し、各原水管部１３が回転可能となるように回転カプラ５３１、５３３を備える。

【0037】

回転駆動部３０は、モータ３１と、モータ３１の動力を伝達して原水管部１３を回転させるように設けられるギアセット３３とを含んでいてもよい。

【0038】

ギアセット３３は、モータ３１の軸に設けられる駆動ギアと、駆動ギアの動力の伝達を受けて原水管部１３を回転させる従動ギア群とを含む。

【0039】

上述したように、隣接する熱交換ユニットＮ１、Ｎ２の原水管部１３は螺旋方向が互いに逆方向になっており、上述したギアセット３３が原水管部１３を同方向に回転させることにより、熱交換ユニットＮ１、Ｎ２が並列配置された状態で廃水の流れ方向に異物を搬送することができる。

【0040】

モータ３１の動力を伝達して原水管部１３を回転させる動力伝達要素として、上述したギアセット３３の他、チェーンやベルト等の他の等価物を採用してもよいことは言うまでもない。

【0041】

本発明の好ましい実施形態に係る廃熱回収装置は、使用後に多量の温水を廃水として廃棄する食器洗浄機に連結されて使用され得る。食器洗浄機から排出される温水は、本発明の廃熱回収装置の廃水流入口７１１に流入し、熱交換ユニットＮ１、Ｎ２の廃水管部１１を順次通過した後、廃水排出口７３１から排出される。食器洗浄機で使用される原水は、原水流入口９１１に流入し、熱交換ユニットＮ１、Ｎ２の原水管部１３を通過して原水排出口９３１から排出されるときに加温されて食器洗浄機（図示せず）に直接入るか、ガス温水器やガスブースターなどに送られて目標温度に加熱された後に使われる。

【0042】

このように廃水と原水が熱交換ユニットＮ１、Ｎ２を通過する間、回転駆動部３０のモータ３１が回転し、ギアセット３３がその回転力を原水管部１３に伝達して原水管部を回転させる。すなわち、モータ３１の軸に設けられた駆動ギアを従動ギア群が伝達されて、廃水管部１１の外部に露出した原水管部１３を回転させる。原水管部１３を螺旋方向と逆方向に回転させることにより、廃水中の汚れや異物を廃水の流れ方向に搬送して廃水と共に排出する。特に、原水管部１３の回転軸１３３に取り付けられた翼１３５によって異物が円滑に排出されるとともに、翼１３５によって原水管部１３の原水管１３１が廃水管部１１の管内壁と接触しなくなる。廃水管部１１の管厚は相対的に厚くてもよいので、原水管部１３の螺旋状翼１３５が接触してもさほど問題にならない。

【0043】

以上のような構成により、温水である廃水と冷水である原水とが十分な時間接触することができ、廃水に含まれた異物が廃水管部１１内に堆積することなく円滑に排出することができる。さらに、廃水管部１１内で回転する原水管部１３は、回転軸１３３に螺旋状翼１３５を取り付けて形成され、異物を円滑に排出しながら原水管１３１が廃水管部１１の内壁に接触することを防止することにより、原水管１３１を相対的に薄く形成し、銅等の熱伝導率の高いつ軟質材質で形成しても、原水管１３１に摩耗損傷が生じない。

【0044】

以上の本発明の詳細な説明では、具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で様々な変形が可能であることは、当該分野で通常の知識を有する者にとって自明である。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明によれば、効率に優れた温水の廃熱回収装置が提供される。温水が流れる廃水管部の管内に、冷水が流れる螺旋状の原水管部を配置することで、熱交換のための接触面積を増やす。さらに、原水管部を回転させることにより、廃水管内の異物を効果的に排出することができるので、食器洗浄機から排出される廃水の熱をリサイクルすることができる。特に、回転軸に螺旋状翼を配置し、その間に螺旋状の原水管を配置して、原水管が廃水管部の内壁に接触しないようにすることにより、原水管の摩耗損傷を防止することができる。これにより、原水管を最大限薄く形成できるようにして、熱交換効率を最大化することができる。

【符号の説明】

【0046】

１１ 廃水管部
１３ 原水管部
３０ 回転駆動部、
３１ モータ
３３ ギアセット
５１ 第１カップリング部材
５３ 第２カップリング部材
７１ 第１ソケット
７３ 第２ソケット
１３１ 原水管
１３３ 回転軸
１３５ 螺旋状翼
５３１、５３３ 回転カプラ
７１１ 廃水流入口
７１３、７３３ 回転カプラ
７３１ 廃水排出口
９１１ 原水流入口
９３１ 原水排出口
１３３１ 管部分
１３３５ 棒部分
Ｎ１、Ｎ２ 熱交換ユニット
Ｃ ケース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】