JP2009229034A - 河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】河川水の持つ熱を有効活用して空調を行うシステムにおける費用対効果を向上させることができる河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムおよび方法を提供する。
【解決手段】 河川２から河川水４を取水する取水手段１０と、前記取水した河川水４の持つ熱を利用して空調対象空間の空調を行う水熱源空調手段１４と、前記取水した河川水４の水質を浄化処理して前記河川２に還水することによって前記河川２を浄化する河川浄化手段１６とを備えるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムおよび方法に関するものである。

近年、地球温暖化対策やヒートアイランド対策が強く求められてきており、これに対する一つの提案として、河川水の持つ熱を地域のオフィスビル等の空調熱源として利用する空調システムが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２および非特許文献１参照）。こうした空調システムは、地域内に賦存する自然の河川水のこれまで未利用であった熱を有効活用することによって都市廃熱削減を図ると同時に、化石エネルギーの消費抑制および二酸化炭素の排出抑制を図るようになっている。

一方、都市部に流れる河川の水質を、バブリング、水中に浸漬した炭素繊維または有用微生物群（ＥＭ菌）を用いて浄化する方法あるいは装置が知られている（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。

特開２００３−１３０４９０号公報 特開２００５−３１５４７６号公報 特開平９−２５３６８０号公報 特開平１１−１３８１６４号公報 「大阪中之島の河川水利用：中之島三丁目地区地域熱供給施設、中之島セントラルタワー」、中澤和弘・中村信治著、空気調和・衛生工学学会誌８０−９（平１８−９）、ｐｐ．７１３〜７１８

ところで、上記の従来の特許文献１等の河川水熱源による空調システムは、空気熱源による空調システムに比べると省エネルギー効果は高いものの、空調用途単独で得られる便益に対するイニシャルコストが割高であることから、経済的な実現可能性が低く見積もられがちである。このことが河川水熱源による空調システムの普及の妨げの一因となっていた。

また、上記の従来の特許文献３および４の河川浄化方法は、河川の局所的な水質浄化に対しては有効な方法である。しかし、河川流量や河幅が大きな河川に対しては、大規模な設備が必要となって景観や河川の流水機能を損ねるおそれがある一方で、設備コストが増大するおそれがある。

さらに、河川の水質を抜本的に改善する方法としては、他の河川の河川水や下水処理水、地下水など他の水源から良質の水を導入する方法が考えられる。しかし、そのような水源が浄化対象の河川の近辺で常に確保できるわけではなく、また、遠方の水源から導水する場合には、導水設備工事に伴うコストが生じる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、河川水の持つ熱を有効活用して空調を行うシステムにおける費用対効果を向上させることができる河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムおよび方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムは、河川から河川水を取水する取水手段と、前記取水した河川水の持つ熱を利用して空調対象空間の空調を行う水熱源空調手段と、前記取水した河川水の水質を浄化処理して前記河川に還水することによって前記河川を浄化する河川浄化手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムは、上述した請求項１において、河川浄化手段は、前記取水手段によって取水した河川水の溶存酸素濃度に基づいて、前記河川内の所定の位置に還水することで前記河川における溶存酸素濃度を調節することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムは、上述した請求項１または請求項２において、前記取水手段は、河川内の溶存酸素濃度が比較的低い位置から河川水を取水することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムは、上述した請求項１または請求項２において、前記取水手段は、河川内の溶存酸素濃度が比較的高い位置から河川水を取水し、前記河川浄化手段は、河川内の溶存酸素濃度が比較的低い位置へ還水することを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムは、上述した請求項１から請求項４のいずれか一つにおいて、前記取水手段は、河川内の水温が比較的低い位置から取水することを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムは、上述した請求項１から請求項５のいずれか一つにおいて、前記河川は、潮の干満のある感潮河川であり、前記取水手段または前記河川浄化手段の少なくとも一方は、河川水を取水または還水する位置を、前記感潮河川の潮汐に応じて変動可能に構成されることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調方法は、河川から河川水を取水する取水ステップと、前記取水した河川水の持つ熱を利用して空調対象空間の空調を行う水熱源空調ステップと、前記取水した河川水の水質を浄化処理して前記河川に還水することによって前記河川を浄化する河川浄化ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、取水手段によって取水された河川水は熱利用されると同時に水質浄化処理がなされてから、元の河川に戻される。このため、河川水の熱利用および水質浄化の各用途毎に取水手段を設けて、各々単独で熱利用および水質浄化を行う場合に比べると経済的に有利にすることができる。また、河川浄化をすることができるので河川生態系の保全に資することができる。一方、地域の河川水の持つ熱を空調利用することで化石起源エネルギーの消費を抑制し、二酸化炭素排出を抑制して地球温暖化抑止に貢献することができる。また、熱は河川水によって河川に輸送され、大気に排出されない。このため、ヒートアイランド現象の緩和に貢献することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムおよび方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムの概略ブロック図である。

図１に示すように、本発明に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システム（以下、「空調システム」という。）１００は、所定の河川２から河川水４を取水する取水手段としての取水設備１０と、熱需要地６のオフィスビル等にこの河川水４を導く導水管１２とを備える。また、空調システム１００は、導水管１２内の河川水を熱源にしてオフィスビル等の室内空調を行う水熱源空調手段としての空調設備１４を備える。空調設備１４は、オフィスビル等に設けられ、導水管１２内を通る河川水の熱との熱交換を行う熱交換器およびヒートポンプ（不図示）を有する。このヒートポンプは、室内空調に用いる冷水および温水を貯留する不図示の冷温水槽と熱交換をするように構成されてある。

さらに、空調システム１００は、取水した河川水４の水質を浄化処理する河川浄化手段としての水質浄化処理設備１６と、熱利用および水質浄化がなされた河川水４ａを元の河川２に戻すための放水設備１８とを備える。本発明は、取水設備１０で取水した河川水４の持つ熱エネルギーをオフィスビル等の室内空調用の熱源として利用する一方で、この河川水４の水質を浄化処理して取水河川２に還水することによって河川の浄化を行う。

上記構成の動作および作用について説明する。
取水設備１０で河川水４を取水し、導水管１２により熱需要地６に送水する。熱需要地６では空調設備１４の熱交換器と導水管１２との間で河川水４の熱の授受がなされ、オフィスビル等の室内空調を行う。熱利用された河川水４は、水質浄化処理設備１６に送られ、ここで水質が改善されてから、放水設備１８によって元の河川２に還水される。水質が改善された河川水４ａが当該河川２に流入することで河川２の水質浄化を促進することができる。

こうすることで、河川水の持つ冷熱あるいは温熱がオフィスビル等の室内空調等の熱源として使用される。また、化石燃料の消費を抑制するので、地球温暖化の抑止に効果的である。さらに、地域内に賦存する河川水の持つ熱が同じ地域内で空調熱源として活用される一方で、空調利用後の熱は河川水によって河川に輸送され、大気に排出されない。これにより地域のヒートアイランド現象を緩和することができる。他方、空調熱源として利用された河川水は浄化処理されてから元の河川に戻されるので、河川の浄化を促進することもできる。

上記の実施形態において、水質浄化処理設備１６は、水質の改善目標に応じて最適な周知の浄化手法を適宜選択してもよい。この場合、例えば、バブリングや落水によって溶存酸素濃度を改善したり、生物処理によってＢＯＤ、ＣＯＤを改善したり、ろ過によって微細浮遊物質（ＳＳ）等を除去することが考えられる。また、水質浄化処理設備１６による河川水の浄化処理は、河川水の熱が空調利用される前であってもよいし、空調利用後であってもよい。

上記の実施形態において、河川水の水温は、空調利用前後で差が生じることから、空調利用前後の河川水ができるだけ混合しないようにして、河川水熱利用の効率化を図ることが重要である。このため、例えば取水地点と還水地点は、十分な間隔をとって配置することが好ましい。また、浄化後の河川水が放流される河川は、取水した河川でもよいし、他の流域の河川でもよい。他の流域の河川に放流する場合には、近隣河川に放流するように計画すれば、導水設備費用が節約できるので経済的である。

とくに、潮の干満の影響を受ける感潮河川に本発明を適用する場合には、空調利用前後の河川水の混合を避けるため、潮の干満特性を考慮して取水設備１０や放水設備１８の構造やレイアウト、運転方法などを工夫してもよく、潮汐に応じて取水地点や還水地点が変化するようにしてもよい。この場合、例えば、干潮時には上流側から取水して下流側へ還水し、満潮時には下流側から取水して上流側へ還水するように運用してもよいし、その逆の運用でもよい。さらに、取水地点や還水地点を河川内の複数箇所に設けておいて、河川の水質状況や流況等の流域特性に応じて選択的に稼働させたり、取水地点や還水地点を時間的に変えるような運用をしてもよい。

次に、本発明における取水地点および還水地点を選定する場合の実施例について、図２を用いて説明する。
図２は、都市部の感潮河川であるＡ河川の水質調査結果に基づく水質分布状況を示した図であり、河道に沿う縦断面についての図である。図中、（ａ）は水温（℃）、（ｂ）は導電率（Ｓ／ｍ）、（ｃ）は溶存酸素濃度（ｍｇ／ｌ）を示しており、横軸は河道に沿った水平方向の距離（ｍ）、縦軸は基準点からの標高（ｍ）である。

（実施例１）
図２（ｃ）に示すように、Ａ河川内の溶存酸素濃度は、中流域の底層部において著しく低い。その一方で、図２（ａ）に示すように、この付近は比較的水温が低くなっている。そこで、図中丸印で示されている溶存酸素濃度が低い位置Ｐで取水することにより、この低温の河川水の熱を冷房空調に利用する。取水量は空調利用に必要な熱量を考慮した水量としてよい。空調利用後の河川水は水質浄化処理設備１６に導かれ、溶存酸素濃度を高める浄化処理がなされ元の河川に還水される。この浄化処理としては、バブリングや曝気を用いてもよく、とくに曝気の場合には人工滝などの修景施設を用いることができる。

（実施例２）
図２（ａ）および（ｃ）の四角印で示されているように、下流側における水温が低く、かつ、溶存酸素濃度が高い位置Ｑで取水して、この河川水の冷熱を空調熱源として利用する。空調利用後の河川水は浄化処理されてから、図中丸印の位置Ｐあるいはさらに上流側の溶存酸素濃度が低い位置で還水する。この浄化処理としては、酸素発生装置（不図示）などを用いて生成した高濃度酸素溶解水を導入することにより、取水した河川水の溶存酸素濃度をより高めるように処理してもよい。

以上、説明したように、本発明によれば、河川水の熱利用および河川水の浄化を同一系統内で同時に実施することができる。このため、河川水の熱利用および河川水の浄化をそれぞれ単独で実施する場合に比べて経済的に有利である。また、二酸化炭素を排出しない再生可能エネルギーである河川水の持つ熱エネルギーを有効利用してオフィスビル等の室内空調を行うので、省エネルギーに資するとともに、地球温暖化抑止に貢献することができる。また、人工排熱を抑制するのでヒートアイランド現象の緩和に貢献することができる。

本発明に係る河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システムの一例を示す概略ブロック図である。 都市部の感潮河川であるＡ河川の水質分布状況の一例であり、取水地点および還水地点の選定例を説明する図である。

符号の説明

２ 河川
４，４ａ 河川水
６ 熱需要地
１０ 取水設備（取水手段）
１２ 導水管
１４ 空調設備（水熱源空調手段）
１６ 水質浄化処理設備（河川浄化手段）
１８ 放水設備
１００ 河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システム

Claims (7)

1. 河川から河川水を取水する取水手段と、
   前記取水した河川水の持つ熱を利用して空調対象空間の空調を行う水熱源空調手段と、
   前記取水した河川水の水質を浄化処理して前記河川に還水することによって前記河川を浄化する河川浄化手段とを備えることを特徴とする河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システム。
2. 河川浄化手段は、前記取水手段によって取水した河川水の溶存酸素濃度に基づいて、前記河川内の所定の位置に還水することで前記河川における溶存酸素濃度を調節することを特徴とする請求項１に記載の河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システム。
3. 前記取水手段は、河川内の溶存酸素濃度が比較的低い位置から河川水を取水することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システム。
4. 前記取水手段は、河川内の溶存酸素濃度が比較的高い位置から河川水を取水し、前記河川浄化手段は、河川内の溶存酸素濃度が比較的低い位置へ還水することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システム。
5. 前記取水手段は、河川内の水温が比較的低い位置から取水することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システム。
6. 前記河川は、潮の干満のある感潮河川であり、
   前記取水手段または前記河川浄化手段の少なくとも一方は、河川水を取水または還水する位置を、前記感潮河川の潮汐に応じて変動可能に構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調システム。
7. 河川から河川水を取水する取水ステップと、
   前記取水した河川水の持つ熱を利用して空調対象空間の空調を行う水熱源空調ステップと、
   前記取水した河川水の水質を浄化処理して前記河川に還水することによって前記河川を浄化する河川浄化ステップとを備えることを特徴とする河川浄化を兼ねた河川水熱利用空調方法。

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