JP2020133952A - 温水の製造および廃温水の再利用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、このような温水を製造システムにおいては、環境への影響を考慮すると、廃温水の処理についても問題となる。
以下、本発明の第1実施形態に係る温水の製造および廃温水の再利用システム1について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
本実施形態の温水の製造および廃温水の再利用システム1は、用水をヒートポンプ式給湯システム10により加温して第1温度の温水を製造する第1温水製造手段2と、第1温水製造手段2により製造された温水を蒸気ボイラ装置30で発生させた蒸気で昇温して第1温度よりも高い第2温度の温水を製造する第2温水製造手段3を備える。さらに、この第2温水製造手段3により製造された温水を温水需要箇所に供給する温水供給手段301と、温水需要箇所から排出された廃温水の余熱を回収する余熱回収手段302と、余熱回収手段302により回収された廃温水を用水として再利用する再利用手段303と、を備える。
図2に示されるように、第1給湯器11のヒートポンプ回路90は、冷媒圧縮機91と、凝縮器92と、膨張弁93と、蒸発器94を備える。これらの冷媒圧縮機91と、凝縮器92と、膨張弁93と、蒸発器94は、冷媒循環ラインL7によって順次環状に接続されており、これによりヒートポンプ回路90が形成されている。
なお、本実施形態においては、温水需要箇所から排出された廃温水W31が熱源水W8として用いられる。また、ヒートポンプ回路90の蒸発器94は、余熱回収手段302として機能する。これらの点については後で説明する。
蒸気ボイラ装置30は、好適にはガス燃焼または油燃焼のバーナを有する蒸気ボイラであり、例えば、蒸気Sを発生させる複数台の貫流ボイラ31により構成される。
第2温水製造手段3は、第1温水製造手段2で加温された用水W1を蒸気ボイラ装置30で発生させた蒸気Sを利用して第1温度よりも高い第2温度まで昇温する。
この温水タンク40は、貯留されている温水TWの温度を検知する貯湯温度センサ41と、貯留されている温水TWの水位WLを検知する第1水位センサ42を備える。
また、給水タンク60には廃温水再利用ラインL31が接続されており、廃温水再利用ラインL31を通じて、水浄化処理等が施された廃温水W31が給水タンク60に供給される。これにより、給水タンク60内において、新たな用水と、再利用することになった廃温水W31とが混合する。
なお、本実施形態においては、給水タンク60に供給される廃温水W31として、温水需要箇所から排出された廃温水を再利用している。この廃温水は、第2温水製造手段3から温水需要箇所に供給され、その後回収されたものである。ただし、蒸気ドレン等、他の廃温水が混ぜられていても構わない。
なお、本実施形態においては、余熱回収手段302により余熱が回収された後の廃温水W31が流通する廃温水再利用ラインL31、給水タンク60、ヒートポンプ給水ラインL3、ボイラ給水ラインL4、バイパス給水ラインL5は、余熱が回収された後の廃温水W31を用水として再利用するための再利用手段303として機能する。なお、再利用手段303を構成する各ラインには、追加のポンプやバルブ等を設けてもよい。
蒸発器94は、熱源水供給ラインL8を通じて送られてくる廃温水W31(熱源水W8)を熱源として、膨張弁93から送られる冷媒Rを蒸発させる。これにより、廃温水W31(熱源水W8)は、冷媒Rとの間接熱交換によりその余熱が回収される。余熱が回収された廃温水W31は、その後、給水タンク60に供給され、用水W1として再利用される。
このように廃温水W31をヒートポンプ式給湯器の熱源水W8として用いることにより、廃温水の余熱を有効に活用することができる。
廃温水W31が塩素系の酸化剤を含む場合、第1水浄化手段311として、還元剤添加装置や活性炭濾過装置を用いることが望ましい。塩素系の酸化剤として汎用されている次亜塩素酸ナトリウムは、ヒートポンプ回路90の蒸発器94で熱回収を行う際に、伝熱面の金属(例えば、ステンレス)を腐食させることがある。そこで、蒸発器94に廃温水W31を供給する前に酸化剤を除去しておくことで、伝熱面に生じる腐食を防止する。
活性炭濾過装置は、活性炭により廃温水W31に含まれる酸化剤を分解するほか、有機成分を吸着して除去する。活性炭濾過装置としては、例えば粒状活性炭の充填層を有する塔状のものや、繊維状活性炭が充填されたカートリッジを内蔵したものなどを用いることができる。
砂濾過装置は、粒状の濾材を濾過媒体として用い、廃温水W31に含まれる懸濁物質を捕捉する。砂濾過装置としては、例えば硅石等の粗粒濾材と、アンスラサイト、濾過砂等の細粒濾材とから形成された濾床が収容された塔式のものが挙げられる。濾過媒体層は、定期的に逆洗浄されるようになっており、懸濁物質の排出により濾過性能が回復される。なお、廃温水W31がコロイド状の懸濁物質を多く含む場合には、濾過前の廃温水W31に凝集剤(例えば、ポリ塩化ナトリウム)を添加するのが好ましい。
第2水浄化手段312は、廃温水W31を再利用に適した水質(例えば、工業用水レベル)に調整するものである。第2水浄化手段312としては、熱回収後の廃温水W31に対して高度浄化処理が可能な膜分離装置が好ましい。
膜分離装置に利用可能な分離膜としては、精密濾過膜(MF膜)、限外濾過膜(UF膜)、ナノ濾過膜(NF膜)、逆浸透膜(RO膜)が挙げられる。これらの分離膜は、一般的に40℃までの耐熱性を有する素材で製造されている。膜分離装置の濾過方式は、分離膜の特性に応じてクロスフロー濾過または全量濾過(デッドエンド濾過)のいずれかが選択される。
MF膜装置は、0.05〜10μmの粒子を除去するのに適している。UF膜装置は、0.001〜0.1μmの物質を分離するのに適している。RO膜装置およびNF膜装置は、イオンや分子状物質を分離するのに適している。
なお、水浄化手段310は、余熱回収手段302の上流側のみに設けてもよい。すなわち、第1水浄化手段311のみにより構成してもよい。また、水浄化手段310は、余熱回収手段302の下流側のみに設けてもよい。すなわち、第2水浄化手段312のみにより構成してもよい。
廃温水W31が混合された用水W1は、ヒートポンプ式給湯システム10により加温された貯留水TWとなり、最終的に温水W6として温水需要箇所に供給されるものである。そのため、水浄化手段310は、用水W1を温水需要箇所での要求水質に調整できるように構成される。さらに、用水W1をボイラ給水としても利用する場合には、水浄化手段310は、温水需要箇所とボイラの両方の要求水質を満足するように構成される。
用水W1をボイラ給水として利用する場合、水処理手段320として、少なくとも硬水軟化装置を用いることが望ましい。用水供給ラインL30から供給される用水が硬水(カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンを硬度成分として含む水)である場合、廃温水W31が混合された用水W1も硬水となっている。そのため、この用水W1をボイラ給水として使用すると、ボイラの伝熱面にスケールが付着して伝熱性能を低下させるおそれがある。そこで、用水W1から硬度成分を除去しておくことで、伝熱の阻害を防止する。
硬水軟化装置で得られた軟化水は、さらに脱酸素装置により溶存酸素が除去されてもよい。脱酸素装置は、気体分離膜により水中の溶存酸素を低減する装置であり、ボイラの伝熱面に発生する腐食を抑制する。
なお、RO膜装置に替えて、混床式イオン交換装置や2床2塔式イオン交換装置を用いることもできる。
なお、ヒートポンプ給水ラインL3、ボイラ給水ラインL4、バイパス給水ラインL5のそれぞれに、別個の水処理手段320を設けてもよい。この場合は、それぞれの用途に応じた適切な水処理が行われるよう、各ラインに、適切な種類の水処理装置が配置される。
例えば、第1給湯器11について着目すると、給湯制御部110は、給湯温度センサ14によって検出された検出温度が、予め定められた目標給湯温度となるように、給水ポンプ17の回転数を制御して給湯量を調整する。第2給湯器12、第3給湯器13の制御についても同様である。
なお、各給湯器11、12、13に対応させて流量調整弁を設けて、流量調整弁の開度を制御することにより、給湯量の調整を行ってもよい。
これにより、給湯器11、12、13から供給される温水W1は、常に目標給湯温度となるように、目標給湯温度に対応する第1温度まで加温される。
なお、ヒートポンプ回路に投入される熱源の量が少ない場合は、給湯量を絞ることにより、給湯温度が目標給湯温度に維持されるように制御される。
このような給蒸制御を行うことにより、温水タンク40内の温水TWの温度は、常に目標貯湯温度となるように、目標貯湯温度に対応する第2温度まで加温される。
図4に示されるように、第1水位センサ42は、複数の電極棒を備える電極式水位検出器により構成されており、第1電極棒421と、第2電極棒422と、第3電極棒423と、第4電極棒424と、第5電極棒425と、を備えている。また、図示はしていないが、共通電極を構成する電極棒や、異常水位を検知するための電極棒をさらに備えていてもよい。
各電極棒421〜425は、その下端部が水に浸るか否かにより、温水タンク40内の貯留水TWの水位WLが各電極棒の下端部まで来ているか否かを検出する。
なお、貯湯制御部140は、給蒸制御部130を介して昇温用給蒸弁54を制御してもよい。また、貯湯制御部140は、給湯制御部110を介して給湯器11、12、13を制御してもよい。
ここでは、給水タンク60内の用水が冷水である場合について記載する。
温水タンク40に貯留されている貯留水TWは、温水出湯ラインL6を通じて、不図示の温水需要箇所に供給される。そして、温水タンク40から温水需要箇所に供給される温水W6の量が、第1温水製造手段2としての複数の給湯器11、12、13から温水タンク40に供給される温水W1および蒸気ボイラ装置30から温水タンク40に供給される蒸気Sの水分の量を上回ると、温水タンク40内の水位WLは下降していく(図4の矢印Aを参照。)。そしてあるタイミングにおいて、第1電極棒421の下端部が水面から露出すると、第1水位センサ42は、水位WLが水位LLを下回ったことを検出する。
貯湯制御部140は、水位WLが水位Lを上回ったこと(水位L〜水位Mの範囲内に入ったこと)を検出すると、温水タンク40が渇水直前の状態からは脱したと判断し、バイパス給水弁62を閉じる。また、昇温用給蒸弁54の制御を、貯湯温度センサ41の検出温度に基づく通常の温度制御に戻す。なお、この時点では、依然として水位WLは高いとはいえない状況であるため、給湯器11、12、13については、3台全ての運転を継続する。
このとき、貯水量に少し余裕がでてきたと判断し、3台中1台の給湯器の運転を停止し、2台の給湯器のみ、運転を継続する。例えば、給湯器11、12、13のうち、第3給湯器13の運転を停止し、第1、第2給湯器11、12のみ運転を継続する。なお、バイパス給水弁62は閉じたままの状態を維持する。また、昇温用給蒸弁54の制御も、給蒸制御部130による通常の温度制御状態を維持する。
このとき、貯水量にさらに余裕がでてきたと判断し、3台中2台の給湯器の運転を停止し、1台の給湯器のみ、運転を継続する。例えば、給湯器11、12、13のうち、第2、第3給湯器12、13の運転を停止し、第1給湯器11のみ運転を継続する。なお、バイパス給水弁62は閉じたままの状態を維持する。また、昇温用給蒸弁54の制御は給蒸制御部130による通常の温度制御状態を維持する。
このとき、貯水量は十分な量になったと判断し、さらにもう1台の給湯器の運転を停止する。すなわち、給湯器11、12、13全ての運転を停止する。なお、バイパス給水弁62は閉じたままの状態を維持する。また、昇温用給蒸弁54の制御は、給蒸制御部130による通常の温度制御状態を維持する。
水位WLが下降し(図4の矢印Cを参照。)、第4電極棒424の下端部が水面から露出すると、第1水位センサ42は、水位WLが水位Hを下回ったこと(水位M〜水位Hの範囲内に入ったこと)を検出する。
貯湯制御部140は、水位WLが水位Hを下回ったことを検出すると、3台の給湯器のうち、1台の給湯器のみ運転を再開する。例えば、給湯器11、12、13のうち、第1給湯器11の運転を再開する。
貯湯制御部140は、水位WLが水位Mを下回ったことを検出すると、3台の給湯器のうち、2台の給湯器のみ運転を実行する。例えば、給湯器11、12、13のうち、第1、第2給湯器11、12の運転を実行する。
貯湯制御部140は、水位WLが水位Lを下回ったことを検出すると、3台全ての給湯器11、12、13の運転を実行する。
例えば、図4の矢印Cに示されるような水位WLの下降過程において、水位WLが水位HHを下回っている状態が所定時間継続したと判定された場合に、給湯器の運転台数を0台から1台に切り替える。このように状態確認時間を設けることにより、例えば所定の水位帯としての水位H〜水位HHの水位帯における給湯器の運転台数を、水位上昇時と水位下降時とで同じにしても、給湯器の運転開始と運転停止が頻繁に実行されてしまう状況を防ぐことができる。なお、他の水位閾値においても同様に状態確認時間を設ける。
そして、状態確認時間の設定値は、調整可能となっていることが好ましい。状態確認時間の設定値を調整可能とすることにより、水位閾値を下回ったときに、温水タンク40の断面積による水位の下降速度の違いを考慮して、水位の下降継続の確認に必要な水位幅に対応する遅延時間としての第1所定時間を設定することができる。または、水位閾値を上回ったときに、温水タンク40の断面積による水位の上昇速度の違いを考慮して、水位の上昇継続の確認に必要な水位幅に対応する遅延時間としての第2所定時間を設定することができる。
状態確認時間の設定値は、手動または自動で調整可能であり、0よりも大きい値を設定することができる。なお、状態確認時間の計測は、制御部100の内部タイマ等を用いて実施する。
さらにその後、水位WLが水位Mを上回ると、第3給湯器13の運転を停止し、第1、第2給湯器11、12の運転のみを継続する。よって、補給水総量は、図5に示されるようにさらに減少する。また、給水タンク60から直接供給された冷水W5の影響も減ってくるため、温水タンク内の貯湯温度に基づいて調整される蒸気Sの供給量も徐々に減少する。
さらにその後、水位WLが水位Hを上回ると、さらに第2給湯器12の運転を停止し、第1給湯器11の運転のみを継続する。よって、補給水総量は、図5に示されるようにさらに減少する。
そして、水位WLが水位HHを上回ると、第1給湯器11の運転も停止し、3台全ての給湯器の運転を停止する。ただし、このときも昇温用給蒸弁54の温度制御は継続しているため、蒸気ボイラ装置30からの蒸気Sの供給は継続している。
そして、この変形例においては、給湯器の運転台数の変更に加えて、給湯器の目標給湯温度を変更する制御を行う。具体的には、給湯器は、第1温度よりも高く第2温度よりも低い温度範囲で複数段階の目標給湯温度を切り替え可能とされている。
例えば、水位WLが水位LLを下回った後、水位WLが上昇し、水位Lから水位M1の間に位置している場合について検討する。このとき、3台の給湯器11、12、13の目標給湯温度は70℃(第1温度)に設定されている。
この状態から水位WLがさらに上昇し、水位M1を上回ると、給湯器11、12、13の運転台数を維持したまま給湯器11、12、13の目標給湯温度を1段階上昇させて80℃とする制御を実行する。ここで、1段階上昇させたときの温度は、温水タンク40の目標貯湯温度(第2温度)よりも低い温度とする。
さらに水位WLが上昇していく場合においても、同様に、給湯器の運転台数を維持したまま給湯器の目標給湯温度を1段階上昇させる制御と、給湯器の運転台数を1台減少させると同時に目標給湯温度を戻す制御を、交互に実行する。
なお、ここでは、前述の状態確認時間の手法を利用し、所定の水位帯における給湯器の運転台数を、水位上昇時と水位下降時とで同じにした場合について説明する。よって、水位下降時についても図6を用いて説明する。
水位WLが水位M4から水位Hの間に位置する状況からさらに水位WLが下降し、水位M4を下回ると、給湯器の運転台数を1台増加させて2台運転すると同時に、給湯器の目標給湯温度を1段階上昇させて80℃とする制御を実行する。
さらに水位WLが下降していく場合においても、同様に、給湯器の運転台数を1台増加させて、給湯器の目標給湯温度を1段階上昇させる制御と、給湯器の運転台数を維持したまま目標給湯温度を戻す制御を、交互に実行する。
例えば、水位M1を上回ると、給湯器11、12、13の運転台数を維持したまま給湯器11、12、13の目標給湯温度を1段階上昇させて75℃とする制御を実行する。そしてこの状態で運転中、水位WLがさらに上昇し、水位M2を上回ると、給湯器11、12、13の運転台数を維持したまま給湯器11、12、13の目標給湯温度をさらに1段階上昇させて80℃とする制御を実行する。さらにこの状態で運転中、水位WLがさらに上昇し、水位M3を上回ると、給湯器の運転台数を1台減少させると同時に、目標給湯温度を70℃(第1温度)に戻す制御を実行する。
そして、水位下降時においては、この逆の動作を行うように制御を実行する。
よって、廃温水W31を用水W1として再利用する再利用工程においては、上述の余熱回収手段302による熱回収工程および水浄化手段310による水処浄工程を経た廃温水W31を再利用する。
また、温水需要箇所から排出された廃温水W31の余熱を回収して利用し、さらに廃温水W31を用水W1として再利用することにより、廃温水W31を、温水の製造および廃温水の再利用システム1として有効活用することが可能となる。
よって、CO2排出量の削減効果、ランニングコストの削減効果が高い方法を提供することができる。
図7〜10を用いて、この構成を採用する効果を詳細に説明する。
温水需要箇所側が求める温水の温度は、その用途によって異なるが、例えば食品や薬品用のびんの洗浄、パストライザー殺菌(瓶詰の殺菌)等を行う場合は、75℃〜95℃程度の高温域の温水が求められることがある。そこで、システムが、高温域の温水、例えば90℃の温水を温水需要箇所側に供給するケースについて説明する。
図8は、加温手段として、ヒートポンプ式給湯システム10のみを用いて温水製造システム6を構築した第2の比較例である。電力のCO2排出係数(0.51kgCO2/kWh)は、都市ガス13AのCO2排出係数(0.18kgCO2/kWh)よりも大きいが、出力当たりのCO2排出量で比較すると、COPの高いヒートポンプの方が蒸気ボイラよりも少なくなる。また、電力単価(15円/kWh程度)は、都市ガス13Aの燃料単価(6.2円/kWh程度)よりも高いが、出力当たりのランニングコストで比較すると、COPの高いヒートポンプの方が蒸気ボイラよりも安くなる。そのため、温水製造システム6は、図7の温水製造システム5よりは、CO2排出量およびランニングコストが低下する。
例えば、90℃の温水を給湯する場合におけるヒートポンプのCOPは、一例として2.8相当である。よって、加温手段として蒸気ボイラからの蒸気のみを利用する温水製造システム5と比較したときのCO2排出量の削減効果(CO2排出削減比)は10%程度に留まる。また、ランニングコストの削減効果(ランニングコスト削減比)も20%程度に留まる。
例えば、システム1として90℃の温水を製造したい場合において、ヒートポンプは70℃までの加温を受け持つ。このとき、ヒートポンプは、90℃の温水を製造するのに必要な総熱出力の60%〜80%(負荷率60%〜80%)程度を受け持つこととなる。
そして、70℃から90℃までの昇温は、蒸気ボイラが受け持つ。このとき、蒸気ボイラは、90℃の温水を製造するのに必要な総熱出力の20%〜40%(負荷率20%〜40%)程度を受け持つこととなる。
また、本実施形態のシステム1であれば、目標とする出湯温度に応じて、ヒートポンプと蒸気ボイラの出力割合、すなわちそれぞれの受け持ち分(出力分担)を適切に調整することにより、極めて効果的にCO2排出量の削減、ランニングコストの削減を実現することができる。
システム1の目標出湯温度に応じたヒートポンプと蒸気ボイラの負荷率の関係は、テーブルや計算式により記憶されていることが好ましい。例えば、目標出湯温度を設定可能な構成とし、設定された目標出湯温度に応じて、適切なヒートポンプと蒸気ボイラの負荷率が設定される。
ここで、CO2排出削減比は、加温手段として蒸気ボイラからの蒸気のみを利用する温水製造システム5のCO2排出量を100%とした場合に、本実施形態の温水製造システム1で削減できたCO2排出量の割合を示している。すなわち、CO2排出削減比が25%であれば、温水製造システム1への転換を図ることで、100%のCO2排出量を75%まで削減できることを意味している。
一方、ランニングコスト削減比は、加温手段として蒸気ボイラからの蒸気のみを利用する温水製造システム5のランニングコストを100%とした場合に、本実施形態の温水製造システム1で削減できたランニングコストの割合を示している。すなわち、ランニングコスト削減比が30%であれば、温水製造システム1への転換を図ることで、100%のランニングコストを70%まで削減できることを意味している。
そして、図10の棒グラフの縦軸は、ヒートポンプと蒸気ボイラの出力割合、すなわち、それぞれの熱出力の受け持ち分(出力分担)を示す。
ヒートポンプの出力割合を示す棒グラフには、そのヒートポンプの給湯温度におけるCOPが付記されている。給湯温度が高くなるほど、COPは低下する。
さらに、折れ線グラフの傾向からして、例えばヒートポンプで85℃まで加温し、その後蒸気を利用して90℃まで加温した場合であっても、本発明の効果が得られることを理解することができる。
第2温水製造手段3で加温された温水が凝縮器に再び戻ることなく、貫流させる構成、すなわち一過流通させる構成を採用することにより、第1温水製造手段2により加温された第1温度の温水W1が常に追加的に供給され、これを第2温水製造手段3で昇温する構成となる。よって、温水需要箇所が要求する出湯量が多い場合においても、常に安定した温度の温水を出湯することが容易となる。
また、温水タンク40を備える場合においては、温水タンク40内の水位WLが低下してきても、その低下のレベルに応じて、第1温水製造手段2により加温された第1温度の温水W1が常に追加的に温水タンク40内に供給される。よって、この構成であれば、温水タンク40内に冷水W5を供給せざるを得ない状況が発生する頻度が少なくなる。したがって、冷水W5の供給により、温水タンク40内の貯留水TWの温度が極端に低下することも少ない。
このように、第1温水製造手段2で加温された用水W1を蒸気ボイラ装置30で発生させた蒸気Sと直接熱交換させることにより、第1温水製造手段2で加温された用水W1は迅速に昇温する。すなわち、蒸気Sの全熱(顕熱および潜熱)が利用されることにより、第1温水製造手段2で加温された用水W1は迅速に昇温する。よって、出湯温度の制御応答性も向上する。
そして、第1温度を50〜85℃とし、第2の温度を、第1温度よりも高い温度であって、75℃〜95℃とすることで、本発明の効果を適切に得ることができる。好ましくは、第1温度を50〜80℃とし、前記第2温度を、第1温度よりも高い温度であって、75〜95℃とする。さらに好ましくは、第1温度を50〜70℃とし、前記第2温度を75〜95℃とする。
このように、電気駆動の冷媒圧縮機を有するヒートポンプ式給湯器と、化石燃料を燃焼させるバーナを有する蒸気ボイラを組み合わせ、それぞれで加温する温度範囲を適切に設定することで、ヒートポンプ式給湯器単独で、あるいは蒸気ボイラ単独で高温水を製造する場合に比べて、高いCO2排出量の削減効果と高いランニングコストの削減効果を得ることができる。
図11は、図1の変形例であり、水処理手段320を、用水供給ラインL30に設けた場合の例を示している。この場合、給水タンク60において、水処理手段320で水処理された後かつ第1温水製造手段2で加温される前の用水に、廃温水W31を混合することができる。
このような構成であっても、廃温水W31を用水の一部として再利用することにより、省水を図ることができる。
なお、給湯器を複数台とする場合は、2台以上の任意の台数とすることができる。
なお、複数台のボイラを用いる場合は、2台以上の任意の台数とすることができる。
また、蒸気ボイラ装置30を構成するボイラは、貫流ボイラ以外のボイラであってもよい。
例えば、食品・飲料分野における温水利用であれば、原材料・加工品の加温、洗びん、製造機器の定置洗浄(CIP)などの用途に利用することができる。
また、食品・飲料分野における蒸気利用であれば、蒸気ボイラ装置30で発生させた蒸気Sを高温調理(揚げ物、蒸し物、炒め物)、レトルト釜殺菌(パウチや缶詰の殺菌)、製造設備の定置殺菌(SIP)、温水製造のバックアップなどに利用することができる。
そして、機械分野における温水利用であれば、湯洗・脱脂などの用途に利用することができる。
これらの用途においても、75℃〜95℃程度の高温域の温水が求められることがあり、このような高温域の温水を必要とする場合において、本実施形態のシステム1は特に好適に利用可能である。
このように用水W1を加温する上で、ヒートポンプ式給湯器11、12、13により高効率に加温できる温度まではヒートポンプ式給湯器で加温し、さらなる昇温は、蒸気を利用して行うため、出湯温度を高めた場合であっても、CO2排出量の削減効果、ランニングコストの削減効果が高い方法で温水を製造することができる。さらに、廃温水は余熱を回収した上で用水として再利用するため、温水の製造から廃温水の再利用まで、工程全体として、環境への影響が少ない。
このように、水浄化工程では廃温水を浄化することにより、廃温水を再利用に適した状態まで回復させることができる。
このように、水処理工程では用水に各種の水処理を施すことにより、用水を温水需要箇所で要求される水質に調整することができる。
このように、廃温水を用水の一部として再利用することにより、省水を図ることができる。
このように、廃温水を用水の一部として再利用することにより、省水を図ることができる。
このように、廃温水を熱源水として用いることで、廃温水の余熱を有効に活用することができる。
このように、用水を加温する上で、ヒートポンプ式給湯器11、12、13により高効率に加温できる温度まではヒートポンプ式給湯器11、12、13で加温し、さらなる昇温は、蒸気を利用して行うため、出湯温度を高めた場合であっても、CO2排出量の削減効果、ランニングコストの削減効果が高い方法で温水を製造することができる。さらに、廃温水は余熱を回収した上で用水として再利用するため、温水の製造から廃温水の再利用まで、システム全体として、環境への影響が少ない。
このように、用水を加温する上で、ヒートポンプ式給湯器11、12、13により高効率に加温できる温度まではヒートポンプ式給湯器11、12、13で加温し、さらなる昇温は、蒸気を利用して行うため、出湯温度を高めた場合であっても、CO2排出量の削減効果、ランニングコストの削減効果が高い方法で温水を製造することができる。
次に、第2実施形態について、図12を参照しながら説明する。なお、第1実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
第1実施形態においては、第2温水製造手段3は、第1温水製造手段2で加温された用水W1を蒸気ボイラ装置30で発生させた蒸気Sと直接熱交換させて第1温度よりも高い第2温度まで昇温していた。
本実施形態においては、第2温水製造手段3は、第1温水製造手段2で加温された用水W1を蒸気ボイラ装置30で発生させた蒸気Sと間接熱交換させて第1温度よりも高い第2温度まで昇温する。
なお、間接熱交換を行う第2温水製造手段3により製造された温水W6を、温水需要箇所に供給する温水供給手段301と、温水需要箇所から排出された廃温水W31の余熱を回収する余熱回収手段302と、余熱回収手段302により回収された廃温水W31を用水として再利用する再利用手段303を有する点については、第1実施形態と同様である。
昇温用熱交換器210により加温された温水W1は、給湯ラインL1を通じて、温水タンク40に供給される。この温水タンク40は、貯留されている温水TWの温度を検知する貯湯温度センサ41を備える。
このような給蒸制御を行うことにより、温水タンク40内の貯留水TWの温度が常に目標貯湯温度となるように、昇温用熱交換器210において、温水W1と蒸気Sとの間で間接熱交換が行われる。これにより、温水W1は目標貯湯温度に対応する第2温度まで加温される。
そして、このような構成であっても、第1実施形態と同様、CO2排出量の削減効果が高く、環境への影響も少ない温水の製造および廃温水の再利用方法を提供することができる。
これにより、用水W1に蒸気Sを直接供給することなく用水W1を昇温することができる。よって、用水W1に蒸気Sを混ざることがないため、温水タンク40内に清缶剤等のボイラ薬品が混入するのを避けることが可能となる。
2…第1温水製造手段
3…第2温水製造手段
10…ヒートポンプ式給湯システム
11…第1ヒートポンプ式給湯器
12…第2ヒートポンプ式給湯器
13…第3ヒートポンプ式給湯器
14、15、16…給湯温度センサ
17、18、19…給水ポンプ
30…蒸気ボイラ装置
31…貫流ボイラ
40…温水タンク
41…貯湯温度センサ
42…第1水位センサ
421…第1電極棒
422…第2電極棒
423…第3電極棒
424…第4電極棒
425…第5電極棒
51…蒸気ヘッダ
52…連結ライン
53…蒸気供給ライン
54…昇温用給蒸弁
55…圧力計
60…給水タンク
62…バイパス給水弁
70…温調用熱交換器
71…出湯温度センサ
72…温調用給蒸弁
75…予熱用熱交換器
76…予熱用給蒸弁
80…切替手段
81、82、83…切替弁
90…ヒートポンプ回路
91…冷媒圧縮機
92…凝縮器
93…膨張弁
94…蒸発器
100…制御部
110…給湯制御部
120…ボイラ制御部
130…給蒸制御部
140…貯湯制御部
210…昇温用熱交換器
301…温水供給手段
302…余熱回収手段
303…再利用手段
310…水浄化手段
311…第1水浄化手段
312…第2水浄化手段
320…水処理手段
L1…給湯ライン
L2…昇温用給蒸ライン
L3…ヒートポンプ給水ライン
L4…ボイラ給水ライン
L5…バイパス給水ライン
L6…温水出湯ライン
L7…冷媒循環ライン
L8…熱源水供給ライン
L9…温調用給蒸ライン
L10…予熱用給蒸ライン
L30…用水供給ライン
L31…廃温水再利用ライン
W1…用水(温水)
W5…用水(冷水)
W6…温水
W8…熱源水
W31…廃温水
S…蒸気
R…冷媒
TW…温水、貯留水
WL…水位
Claims (7)
- 用水をヒートポンプ式給湯器により加温して第1温度の温水を製造する第1温水製造工程と、
前記第1温水製造工程で得た温水を蒸気ボイラで発生させた蒸気で昇温して第1温度よりも高い第2温度の温水を製造する第2温水製造工程と、
前記第2温水製造工程で得た温水を温水需要箇所に供給する温水供給工程と、
前記温水需要箇所から排出された廃温水の余熱を回収する熱回収工程と、
前記熱回収工程を経た廃温水を用水として再利用する再利用工程と、を含む温水の製造および廃温水の再利用方法。 - 前記温水需要箇所から排出された廃温水を浄化する水浄化工程を含み、
前記水浄化工程は、前記熱回収工程の前工程および/または後工程として設けられ、
前記再利用工程は、前記熱回収工程および前記水浄化工程を経た廃温水を再利用する、請求項1に記載の温水の製造および廃温水の再利用方法。 - 前記第1温水製造工程で加温される前の用水を所要の水質に調整する水処理工程を含む、請求項1または2に記載の温水の製造および廃温水の再利用方法。
- 前記第1温水製造工程で用いられる用水は、前記再利用工程で再利用することになった廃温水を含み、
前記再利用工程において、前記水処理工程で処理される前の用水に廃温水を混合する、請求項3に記載の温水の製造および廃温水の再利用方法。 - 前記第1温水製造工程で用いられる用水は、前記再利用工程で再利用することになった廃温水を含み、
前記再利用工程において、前記水処理工程で処理された後かつ前記第1温水製造工程で加温される前の用水に廃温水を混合する、請求項3に記載の温水の製造および廃温水の再利用方法。 - 前記熱回収工程において、廃温水を熱源水として給湯器に供給する、請求項1〜5のいずれかに記載の温水の製造および廃温水の再利用方法。
- 用水をヒートポンプ式給湯器により加温して第1温度の温水を製造する第1温水製造手段と、
前記第1温水製造手段により製造された温水を蒸気ボイラで発生させた蒸気で昇温して第1温度よりも高い第2温度の温水を製造する第2温水製造手段と、
前記第2温水製造手段により製造された温水を温水需要箇所に供給する温水供給手段と、
前記温水需要箇所から排出された廃温水の余熱を回収する余熱回収手段と、
前記余熱回収手段により回収された廃温水を用水として再利用する再利用手段と、を含む温水の製造および廃温水の再利用システム。
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JP7379827B2 (ja) | 2023-11-15 |
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