JP2021107757A - 廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した湯の供給を行うことができると共に省エネルギー化を実現させることができる廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法を提供する。【解決手段】一実施形態に係る廃熱回収給湯システムは、食品工場において発生した廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯システム１であって、廃熱を回収すると共に湯を貯留する回収湯タンク１１と、回収湯タンク１１に接続されており、回収湯タンク１１から供給される湯を貯留する送り湯タンク１２と、回収湯タンク１１に配管を介して接続されると共に、配管に熱媒体を循環させることによって回収湯タンク１１に貯留されている湯の温度制御を行うヒートポンプ１５と、回収湯タンク１１に温度調整用の水を供給する水供給部１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、食品工場に設けられる廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法に関する。

従来から、廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法については種々のものが知られている。特開２０１４−１７３８２１号公報には、冷熱供給システムが記載されている。冷熱供給システムは、複数の空冷式の冷凍機からなる冷熱生成部と、冷熱生成部で作られた冷熱流体を利用するビール製造設備とを備える。上記空冷式の冷凍機としてヒートポンプが用いられる。

冷熱生成部とビール製造設備とは冷熱流体を蓄積可能な冷熱バッファタンクを介して接続されており、ビール製造設備は必要とする量の冷熱流体を継続的にバッファタンクから抽出する。複数の冷凍機のそれぞれは制御装置に電気的に接続されており、制御装置は個々の冷凍機の運転容量を制御する。

制御装置は、ビール製造設備において必要とされる熱容量を判定する必要熱量判定部と、必要熱量判定部によって判定された熱容量に応じた冷凍機の運転総容量を判定する運転総容量判定部と、運転総容量判定部によって判定された冷凍機の運転総容量に基づいて最大効率での運転に適した冷凍機の稼働台数を判定する稼働台数判定部とを有する。

特開２０１４−１７３８２１号公報

前述したビール製造設備等の食品工場では、食品の加熱を行うことが多く、更に、食品を製造するための設備・配管の洗浄・殺菌に多くの湯を使うため、加熱又は殺菌を行う一定温度以上の湯を所定量確保しておくことが求められる場合がある。ところで、食品工場において得られる廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯システムとして、廃熱を回収する回収湯タンクと、回収湯タンクに貯留された湯が供給される送り湯タンクと、回収湯タンク及び送り湯タンクの間に設けられた蒸気加熱器とを備えたシステムが知られている。このシステムでは、廃熱が回収湯タンクに回収されると共に、回収した廃熱によって回収湯タンクの湯が加温される。

しかしながら、回収湯タンクに貯留されている湯の温度、及び当該湯の量は安定しないことがあり、その場合、送り湯タンクに安定した湯の供給を行えなくなることが懸念される。回収湯タンクの湯の量及び当該湯の温度が安定しない場合、蒸気加熱器の稼働が安定しなくなることがある上に、蒸気加熱器等によって消費されるエネルギーが大きくなることが想定される。従って、安定した湯の供給を行うと共に省エネルギー化を実現させることが求められる。

本開示は、安定した湯の供給を行うことができると共に省エネルギー化を実現させることができる廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法を提供することを目的とする。

本開示に係る廃熱回収給湯システムは、食品工場において発生した廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯システムであって、廃熱を回収すると共に湯を貯留する第１タンクと、第１タンクに接続されており、第１タンクから供給される湯を貯留する第２タンクと、第１タンクに配管を介して接続されると共に、配管に熱媒体を循環させることによって第１タンクに貯留されている湯の温度制御を行うヒートポンプと、第１タンクに温度調整用の水を供給する水供給部と、を備える。

この廃熱回収給湯システムは、廃熱を回収すると共に湯を貯留する第１タンクと、第１タンクからの湯の供給を受ける第２タンクとを備える。第１タンクには配管を介してヒートポンプが接続されており、ヒートポンプは配管に熱媒体を循環させることによって第１タンクの湯の温度制御を行う。従って、ヒートポンプによって第１タンクの湯の温度制御を行うので、第１タンクの湯の温度を安定させることができる。また、ヒートポンプで第１タンクの湯の温度制御を行うことにより、例えば前述した蒸気加熱器等によって消費されるエネルギーを低減させることができるので、省エネルギー化を実現させることができる。この廃熱回収給湯システムは、第１タンクに温度調整用の水を供給する水供給部を備える。従って、第１タンクの湯の温度、及び第１タンクの湯の量を水供給部からの水の供給によって制御することが可能であるため、ヒートポンプを長時間効率的に且つ安定して運転させることができる。従って、省エネルギー化及び省コストを実現させることができる。

配管は、ヒートポンプを通る熱媒体が循環する第１配管と、水供給部からの水が通る第２配管と、を含んでおり、第１配管を通る熱媒体と、第２配管を通る水との間で熱交換を行う熱交換器を備えてもよい。すなわち、第２配管を必須として、第１配管及び熱交換器を備えてもよい。この場合、第１配管と第２配管との間に熱交換器が介在し、熱交換器は第１配管を通る熱媒体と第２配管を通る水との間で熱交換を行う。よって、水供給部からの水はヒートポンプからの熱媒体と熱交換されてから第１タンクに供給される。従って、ヒートポンプ及び熱交換器によって温度調整された水が第１タンクに供給されることにより、熱交換器で適切な温度に加温された水を第１タンクに供給することができるので、第１タンクの湯の温度と量を一定以上に安定させることができる。また、ヒートポンプが接続されると共に熱媒体が通る第１配管が熱交換器に接続され、第１タンクへの水が通る第２配管が第１配管とは別に設けられることにより、ヒートポンプを通る熱媒体が第１タンクに混入する可能性を回避することができる。ここでの熱媒体は、例えば、ヒートポンプ内で使われる冷媒（フロン）を示している。従って、食品工場における湯の供給において、高い品質を維持することができる。

前述した廃熱回収給湯システムは、ヒートポンプに接続されると共にヒートポンプに冷媒を供給する第３配管と、第３配管に接続されると共に冷媒が通る三方弁と、を備えてもよい。この冷媒は、例えば、ブライン、ＰＧ（プロピレングリコール）が含まれる水又は不凍液を示している。この場合、三方弁によって第３配管を介してヒートポンプに供給される冷媒を制御することが可能であるため、ヒートポンプの稼働をより効率的に行うことができる。

本開示に係る廃熱回収給湯方法は、食品工場において発生した廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯方法であって、廃熱を第１タンクに回収すると共に第１タンクに湯を貯留する工程と、第１タンクから供給される湯を第２タンクに貯留する工程と、第１タンクに配管を介して接続されたヒートポンプが配管に熱媒体を供給することによって第１タンクに貯留されている湯の温度制御を行う工程と、第１タンクに水を供給して第１タンクに貯留されている湯の温度調整を行う工程と、を備える。

この廃熱回収給湯方法は、第１タンクに廃熱を回収すると共に第１タンクに湯を貯留し、第１タンクから第２タンクに湯が供給される。第１タンクに配管を介して接続されたヒートポンプは、配管に熱媒体を供給して第１タンクの湯の温度制御を行う。従って、ヒートポンプが第１タンクの湯の温度制御を行うので、第１タンクの湯の温度と量を一定以上に安定させることができる。前述の廃熱回収給湯システムと同様、ヒートポンプが第１タンクの湯の温度制御を行うので、蒸気加熱器等の消費エネルギーを低減させることができる。従って、省エネルギー化を実現させることができる。更に、この廃熱回収給湯方法では、第１タンクに水を供給して第１タンクの水の温度調整を行うので、ヒートポンプを長期間効率的に且つ安定して運転させることができる。その結果、省エネルギー化及び省コストを実現させることができる。

湯の温度制御を行う工程では、第１タンクに貯留されている湯の量に応じて第１タンクの湯の温度制御を行ってもよい。この場合、第１タンクに貯留されている湯の量に応じた湯の温度制御を行うことができる。従って、第１タンクの湯の温度をより高精度に制御することができる。

湯の温度制御を行う工程、及び湯の温度調整を行う工程は、第１タンクへの給湯を高速で行う第１モード、第１タンクへの給湯を低速で行う第２モード、及び、第１タンクへの湯の循環を行う第３モード、の切り替えによって行ってもよい。この場合、高速給湯モード、低速給湯モード及び循環モードの切り替えによって第１タンクの湯の温度制御を行うことができるので、一層高精度な湯の温度制御が可能となる。

本開示によれば、安定した湯の供給を行うことができると共に省エネルギー化を実現させることができる。

実施形態に係る廃熱回収給湯システムの構成を模式的に示す図である。 図１の廃熱回収給湯システムの第１タンクを模式的に示す側面図である。 図１の廃熱回収給湯システムの第１タンクにおける湯の量が少ない場合における動作を模式的に示す図である。 図１の廃熱回収給湯システムの第１タンクにおける湯の量が中程度である場合における動作を模式的に示す図である。 図１の廃熱回収給湯システムの第１タンクにおける湯の量が多い場合における動作を模式的に示す図である。 変形例に係る廃熱回収給湯システムの構成を模式的に示す図である。

以下では、図面を参照しながら本開示に係る廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法の実施形態について説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。図面は、説明の容易のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。

本開示において、「熱媒体」とは、加熱又は冷却が行われて水に所望の温度の熱を供給するための液体又は気体等の流体を示している。「熱媒体」は、例えば、ヒートポンプの中で状態変化してブラインから熱を奪う役割を担うフロンである。「冷媒」とは、熱媒体を含む流体に冷熱を付与する媒体を示しており、例えば、不凍液、ブライン及び冷水を示している。「廃熱を回収」とは、本来捨てられる熱を湯の製造のために利用することを示している。「ヒートポンプ」は、空気熱源ヒートポンプと水熱源ヒートポンプとを含んでいる。「湯」は、熱が加えられた水を示しており、例えば、加熱された水、及び冷熱が付与された水を含んでいてもよい。

本実施形態では、「ヒートポンプ」が水熱源ヒートポンプである例について説明する。水熱源ヒートポンプは、冷水を製造する一方で廃熱を回収して湯の製造を同時に行うことによって熱回収を実現する熱回収ヒートポンプを含んでいる。本実施形態に係るヒートポンプは、冷水及び温水（湯）の双方を取り出すことが可能なダブルバンドル型のダブルバンドルヒートポンプである。

図１は、実施形態に係る廃熱回収給湯システム１の構成を模式的に示す図である。廃熱回収給湯システム１は、食品工場に設けられている。廃熱回収給湯システム１は、食品工場において発生した廃熱を用いて給湯を行う。例えば、廃熱回収給湯システム１が設けられる食品工場は、飲料が製造される工場、及び飲料以外の食品（一例としてアイスクリーム等）が製造される工場の双方を含んでおり、食品に対する加熱又は冷却が行われる工場を示している。本実施形態では、廃熱回収給湯システム１が設けられる工場がビールテイスト飲料が製造される工場である例について説明する。

ビールテイスト飲料は、ビールのような味わいを奏する飲料、及び、ビールを飲用したような感覚が与えられる飲料を含む。アルコール度数が１％以上であるビールテイスト飲料は、ビールテイストアルコール飲料とも称される。更に、ビールテイスト飲料は、原料として麦芽を使用するビール、発泡酒、ノンアルコールビール、リキュール（例えば、酒税法上「その他の醸造酒（発泡性）（１）」）に分類される飲料を含んでいる。

ビールテイスト飲料が製造される工場では、例えば、麦汁の煮沸、麦汁の冷却、発酵、醸造、及び熟成において加熱又は冷却が行われる。本実施形態に係る廃熱回収給湯システム１は、例えば、仕込煮沸工程において排出された廃熱を回収する回収湯タンク１１（第１タンク）を備え、回収湯タンク１１に貯留された湯の量及び温度が調整される。回収湯タンク１１は、例えば、回収した廃熱によって貯留された湯の保温を行う。

廃熱回収給湯システム１は、例えば、回収湯タンク１１と、回収湯タンク１１から湯の供給を受けると共に廃熱回収給湯システム１の外部への湯を貯留する送り湯タンク１２とを備える。一例として、廃熱回収給湯システム１は、回収湯タンク１１と送り湯タンク１２の間に蒸気熱交換器１９を備える。蒸気熱交換器１９は蒸気によって回収湯タンク１１からの湯を加熱し、蒸気熱交換器１９によって加熱された湯が送り湯タンク１２に供給される。

例えば、廃熱回収給湯システム１は、回収湯タンク１１と並列に配置される工程用水タンク１３を備えていてもよく、工程用水タンク１３から蒸気熱交換器１９及び送り湯タンク１２に水（工程用水）が供給されてもよい。例えば、回収湯タンク１１から蒸気熱交換器１９までの湯の流路と、工程用水タンク１３から蒸気熱交換器１９までの水の流路とは途中で合流している。

一例として、回収湯タンク１１と蒸気熱交換器１９との間には、互いに並列に配置されたポンプＮ３，Ｎ４と、ポンプＮ３，Ｎ４に直列に配置されたバルブＶ１とが配置されている。工程用水タンク１３と蒸気熱交換器１９との間にも、例えば、ポンプＮ５，Ｎ６及びバルブＶ２が配置されている。

例えば、回収湯タンク１１から蒸気熱交換器１９までの湯の移動経路において、ポンプＮ３，Ｎ４、バルブＶ１、及び工程用水タンク１３からの水の移動経路との合流地点、がこの順で配置されている。工程用水タンク１３から蒸気熱交換器１９までの水の移動経路においても、ポンプＮ５，Ｎ６、バルブＶ２、及び回収湯タンク１１からの湯の移動経路との合流地点、がこの順で配置されている。但し、各移動経路の構成、並びに、ポンプ及びバルブの配置は、上記の各例に限られず適宜変更可能である。

廃熱回収給湯システム１は、例えば、後述する第１配管Ｐ１に接続されたヒートポンプ１５と、第１配管Ｐ１及び第２配管Ｐ２に接続された熱交換器１４と、第２配管Ｐ２に接続された水供給部１６とを備える。一例として、第２配管Ｐ２には、回収湯タンク１１、水供給部１６、ポンプＮ１及び熱交換器１４がこの順で配置されている。

第２配管Ｐ２は回収湯タンク１１に温度調整された湯を供給する配管であり、例えば、第２配管Ｐ２には水が通される。一例として、湯の温度調整は熱交換器１４及び水供給部１６によって行われる。水供給部１６は、例えば、回収湯タンク１１への湯の温度を調整すると共に、回収湯タンク１１に貯留される湯の量を調整する。

ヒートポンプ１５は、例えば、熱交換器１４を介して回収湯タンク１１に接続された水熱源ヒートポンプであり、回収湯タンク１１に貯留される湯の温度を熱交換器１４を介して調整する。第１配管Ｐ１には熱媒体が通される。第１配管Ｐ１に通される熱媒体は、例えば、水（湯）である。一例として、第１配管Ｐ１には、ヒートポンプ１５、ポンプＮ２、及び熱交換器１４がこの順で配置されている。しかしながら、ヒートポンプ１５、ポンプＮ２、及び熱交換器１４の配置の順序及び配置態様は上記の例に限られず適宜変更可能である。

熱交換器１４は、例えば、第１配管Ｐ１を通る熱媒体と、第２配管Ｐ２を通る水（湯）との間で熱交換を行う。一例として、ヒートポンプ１５は、第１配管Ｐ１の熱媒体の温度を制御する温度制御部として機能する。例えば、ヒートポンプ１５は熱媒体の加熱及び冷却のいずれかを行い、加熱又は冷却された熱媒体が熱交換器１４に供給されることで第２配管Ｐ２を通る水の温度調整が行われる。

ヒートポンプ１５は第１配管Ｐ１及び第３配管Ｐ３のそれぞれに接続されていてもよく、例えば、第３配管Ｐ３には三方弁１７及び冷媒供給部１８が設けられる。第３配管Ｐ３には、例えば、ヒートポンプ１５に供給される冷媒が流れる。第３配管Ｐ３を流れる冷媒は水、ブライン又は不凍液であってもよい。

第３配管Ｐ３にはポンプ（不図示）が設けられており、当該ポンプによって、ヒートポンプ１５への冷媒の量、及びヒートポンプ１５への冷媒の温度を制御する。三方弁１７は、例えば、第３配管Ｐ３に冷媒の一部を循環させるものであってもよく、第３配管Ｐ３における冷媒の循環量が三方弁１７によって調整されてもよい。一例として、第３配管Ｐ３を循環する冷媒の温度は−４℃以上且つ２℃以下の範囲で調整可能であってもよい。

前述したように、廃熱回収給湯システム１において、回収湯タンク１１に貯留されている湯の温度及び量は制御される。図２は、回収湯タンク１１の湯の量に応じた回収湯タンク１１への湯の供給制御を模式的に示す図である。廃熱回収給湯システム１は、例えば、第１モード、第２モード及び第３モードを有し、第１モード、第２モード及び第３モードのそれぞれで回収湯タンク１１への湯の供給を行うことによって当該湯の温度及び量を制御する。

第１モード、第２モード及び第３モードにおいて、回収湯タンク１１に供給される湯の温度、及び回収湯タンク１１に供給される湯の量が互いに異なっている。例えば、第１モードは高速給湯モードであり、第２モードは低速給湯モードであり、第３モードは循環モードである。この場合、第１モードで回収湯タンク１１に供給される湯の量は第２モードで回収湯タンク１１に供給される湯の量よりも多く、第２モードで回収湯タンク１１に供給される湯の量は第３モードで回収湯タンク１１に供給される湯の量よりも多い。

本実施形態に係る廃熱回収給湯システム１では、回収湯タンク１１に貯留されている湯の量に応じて回収湯タンク１１への湯の温度制御、及び回収湯タンク１１への湯の量の制御が行われる。例えば、回収湯タンク１１の湯の量が第１上限値Ｈ１に達するまでの間に第１モードで回収湯タンク１１に湯を供給し、回収湯タンク１１の湯の量が第１上限値Ｈ１に達してから第１上限値Ｈ１よりも大きい第２上限値Ｈ２に達するまでの間に第２モードで回収湯タンク１１に湯を供給してもよい。

回収湯タンク１１の湯の量が第２上限値Ｈ２に達してから第２上限値Ｈ２よりも大きい第３上限値Ｈ３に達するまでの間に第３モードで回収湯タンク１１に湯を供給し、回収湯タンク１１の湯の量が第３上限値Ｈ３に達したときに回収湯タンク１１への湯の供給を停止してもよい。

回収湯タンク１１の湯の量が低下して第１下限値Ｌ１に達するまでの間に回収湯タンク１１への湯の供給を停止していてもよい。回収湯タンク１１の湯の量が第１下限値Ｌ１に達してから第１下限値Ｌ１よりも小さい第２下限値Ｌ２に達するまでの間に第３モードで回収湯タンク１１に湯を供給してもよい。

回収湯タンク１１の湯の量が第２下限値Ｌ２に達してから第２下限値Ｌ２より小さい第３下限値Ｌ３に達するまでの間に第２モードで回収湯タンク１１に湯を供給してもよい。そして、回収湯タンク１１の湯の量が第３下限値Ｌ３に達したときに回収湯タンク１１への湯の供給を第１モードで行ってもよい。

一例として、第３下限値Ｌ３が最も小さく、第２下限値Ｌ２が２番目に小さく、第１上限値Ｈ１が３番目に小さい。そして、第３上限値Ｈ３が最も大きく、第２上限値Ｈ２が２番目に大きく、第１下限値Ｌ１が３番目に大きい。しかしながら、これらの値の大小関係は、上記の例に限られず適宜変更可能である。

前述した回収湯タンク１１への湯の供給制御は、例えば、図１に示されるように、廃熱回収給湯システム１の制御部２０によって行われる。制御部２０は、例えば、回収湯タンク１１の湯の量を検出する湯量センサを有し、検出した湯の量に応じて第１モード、第２モード及び第３モードの切り替えを行う。例えば、制御部２０がヒートポンプ１５、水供給部１６及び三方弁１７の少なくともいずれかに制御信号を出力することによって、回収湯タンク１１への湯の供給制御（温度及び量の制御）が行われ、第１モード、第２モード及び第３モードへの切り替えが行われる。

次に、本実施形態に係る廃熱回収給湯方法の例について説明する。まず、廃熱を回収湯タンク１１に回収すると共に回収湯タンク１１に湯を貯留する（第１タンクに湯を貯留する工程）。例えば、水供給部１６及び熱交換器１４を通って温度制御された湯が回収湯タンク１１に供給される。

次に、回収湯タンク１１に供給される湯を送り湯タンク１２に貯留する（第２タンクに貯留する工程）。このとき、回収湯タンク１１からの湯は蒸気熱交換器１９で蒸気と熱交換されることによって加熱され、送り湯タンク１２には蒸気熱交換器１９で加熱された湯が供給される。

ヒートポンプ１５が第１配管Ｐ１に熱媒体を供給して回収湯タンク１１に貯留されている湯の温度制御を行う（温度制御を行う工程）。そして、水供給部１６が第２配管Ｐ２を介して回収湯タンク１１に水を供給することにより、回収湯タンク１１に貯留されている湯の温度調整を行う（温度調整を行う工程）。

回収湯タンク１１の湯に対する上記の温度制御及び温度調整は、例えば、前述した第１モード、第２モード及び第３モードの切り替えによって行われる。以下では、図３、図４及び図５を参照しながら制御部２０による第１モード、第２モード及び第３モードのそれぞれにおける回収湯タンク１１への湯の供給制御について説明する。

まず、図３に示されるように、回収湯タンク１１の湯の量が少ない場合（例えば、第１上限値Ｈ１以下である場合）、制御部２０は、第１モードで回収湯タンク１１に湯を供給する。第１モードでは、温度Ｔ１の湯を大量に（高速で）回収湯タンク１１に供給する。温度Ｔ１は、比較的低温であって、一例として、３５℃以上且つ４５℃以下である。

このとき、三方弁１７からヒートポンプ１５への冷媒の供給、及びヒートポンプ１５から熱交換器１４への熱媒体の供給と共に、熱交換器１４から回収湯タンク１１への湯の供給が行われる。一例として、三方弁１７からヒートポンプ１５に０℃の冷媒が供給され、当該冷媒の熱によってヒートポンプ１５が第１配管Ｐ１の４０℃の熱媒体を５０℃に加熱する。このとき、ヒートポンプ１５から第３配管Ｐ３に−５℃の冷媒が流れる。

一例として、ヒートポンプ１５からの５０℃の熱媒体が熱交換器１４に流れると、熱交換器１４は水供給部１６からの３５℃の湯を４５℃に加熱する。このとき、熱交換器１４から回収湯タンク１１に４５℃の湯が供給されると共に、熱交換器１４から第１配管Ｐ１に４０℃の熱媒体が流れる。こうして、第１モードでは、大量の４５℃の湯が供給されるので、回収湯タンク１１の湯の量が速やかに増加する。

例えば、第１モード、第２モード及び第３モードのいずれの場合であっても、送り湯タンク１２には、蒸気熱交換器１９によって回収湯タンク１１の湯の温度よりも高温の湯が供給される。第１モード、第２モード及び第３モードのいずれの場合であっても、例えば、送り湯タンク１２には一定温度の湯が供給される。一例として、当該一定温度は、８２℃以上且つ８３℃以下である。

図４に示されるように、回収湯タンク１１の湯の量が中程度である場合（例えば、第３下限値Ｌ３以上且つ第２上限値Ｈ２以下である場合）、制御部２０は、第２モードで回収湯タンク１１に湯を供給する。第２モードでは、温度Ｔ２の湯を少量（低速で）回収湯タンク１１に供給する。例えば、温度Ｔ２は、温度Ｔ１よりも高く、４５℃以上且つ５５℃以下であってもよい。

第２モードでは、例えば、三方弁１７からヒートポンプ１５への冷媒の供給、及びヒートポンプ１５から熱交換器１４への熱媒体の供給と共に、熱交換器１４から回収湯タンク１１への湯の供給が行われる。このとき、三方弁１７からヒートポンプ１５に０℃の冷媒が供給され、この冷媒の熱によってヒートポンプ１５が第１配管Ｐ１の熱媒体を６０℃に加熱する。このとき、ヒートポンプ１５から第３配管Ｐ３に−５℃の冷媒が流れる。

ヒートポンプ１５からの６０℃の熱媒体が熱交換器１４に流れると、熱交換器１４は水供給部１６からの４５℃の湯を５５℃に加熱する。そして、熱交換器１４から回収湯タンク１１に５５℃の湯が供給されると共に、熱交換器１４から第１配管Ｐ１に５０℃の熱媒体が流れる。第２モードでは、少量の５５℃の湯が供給されることにより、回収湯タンク１１の湯の量が増加する。

図５に示されるように、回収湯タンク１１の湯の量が多い場合（例えば、第２下限値Ｌ２以上且つ第３上限値Ｈ３以下である場合）、制御部２０は、第３モードで回収湯タンク１１に湯を供給する。第３モードでは、水供給部１６から水を供給せずに、第２配管Ｐ２において温度Ｔ３の湯を循環させる過程で回収湯タンク１１に湯を供給する。例えば、温度Ｔ３は、温度Ｔ２よりも高く、５５℃以上且つ６５℃以下であってもよい。

第３モードでも、三方弁１７からヒートポンプ１５への冷媒の供給、及びヒートポンプ１５から熱交換器１４への熱媒体の供給と共に、熱交換器１４から回収湯タンク１１への湯の供給が行われる。例えば、三方弁１７からヒートポンプ１５に０℃の冷媒が供給され、当該冷媒の熱によってヒートポンプ１５が第１配管Ｐ１の６０℃の熱媒体を７０℃に加熱する。このとき、ヒートポンプ１５から第３配管Ｐ３に−５℃の冷媒が流れる。

ヒートポンプ１５からの７０℃の熱媒体が熱交換器１４に流れると、熱交換器１４は第２配管Ｐ２を通る５５℃の湯を６５℃に加熱する。これにより、熱交換器１４から回収湯タンク１１に６５℃の湯が供給されると共に、熱交換器１４から第１配管Ｐ１に６０℃の熱媒体が流れる。第３モードでは、回収湯タンク１１の湯の量は増加しない。

以上、本実施形態に係る例示的な廃熱回収給湯方法では、第１モード、第２モード及び第３モードへの切り替えが制御部２０によって自動的に行われ、これにより、回収湯タンク１１の湯の温度及び量が制御される。従って、廃熱を回収する回収湯タンク１１からの湯の供給を安定させることが可能となる。

以下では、本実施形態に係る廃熱回収給湯システム１及び廃熱回収給湯方法の作用効果について詳細に説明する。本実施形態に係る廃熱回収給湯システム１及び廃熱回収給湯方法は、廃熱を回収すると共に湯を貯留する回収湯タンク１１と、回収湯タンク１１からの湯の供給を受ける送り湯タンク１２とを備える。回収湯タンク１１には配管（第１配管Ｐ１及び第２配管Ｐ２）を介してヒートポンプ１５が接続されており、ヒートポンプ１５は当該配管に熱媒体を循環させることによって回収湯タンク１１の湯の温度制御を行う。

従って、ヒートポンプ１５によって回収湯タンク１１の湯の温度制御を行うので、回収湯タンク１１の湯の温度を安定させることができる。また、ヒートポンプ１５で回収湯タンク１１の湯の温度制御を行うことにより、蒸気熱交換器１９によって消費されるエネルギーを低減させることができるので、省エネルギー化を実現させることができる。

廃熱回収給湯システム１は、回収湯タンク１１に温度調整用の水を供給する水供給部１６を備える。従って、回収湯タンク１１の湯の温度、及び回収湯タンク１１の湯の量を水供給部１６からの水の供給によって制御することが可能であるため、ヒートポンプ１５を長時間効率的に且つ安定して運転させることができる。従って、省エネルギー化及び省コストを実現させることができる。

前述した配管は、ヒートポンプ１５を通る熱媒体が循環する第１配管Ｐ１と、水供給部１６からの水が通る第２配管Ｐ２と、を含んでいてもよい。廃熱回収給湯システム１は、第１配管Ｐ１を通る熱媒体と、第２配管Ｐ２を通る水との間で熱交換を行う熱交換器１４を備えてもよい。すなわち、第２配管Ｐ２を必須として、第１配管Ｐ１及び熱交換器１４を備えてもよい。この場合、第１配管Ｐ１と第２配管Ｐ２との間に熱交換器１４が介在し、熱交換器１４は第１配管Ｐ１を通る熱媒体と第２配管Ｐ２を通る水との間で熱交換を行う。

よって、水供給部１６からの水はヒートポンプ１５からの熱媒体と熱交換された後に回収湯タンク１１に供給される。従って、ヒートポンプ１５及び熱交換器１４によって温度調整された水が回収湯タンク１１に供給されることにより、熱交換器１４で適切な温度に加温された水を回収湯タンク１１に供給することができる。よって、回収湯タンク１１の湯の温度と量を一定以上に安定させることができる。

また、ヒートポンプ１５が接続されると共に熱媒体が通る第１配管Ｐ１が熱交換器１４に接続され、回収湯タンク１１への水が通る第２配管Ｐ２が第１配管Ｐ１とは別に設けられることにより、ヒートポンプ１５を通る熱媒体（例えば、ヒートポンプ１５内で使われている冷媒（フロン））が回収湯タンク１１に混入する可能性を回避することができる。従って、食品工場における湯の供給において、高い品質を維持することができる。

廃熱回収給湯システム１は、ヒートポンプ１５に接続されると共にヒートポンプ１５に冷媒を供給する第３配管Ｐ３と、第３配管Ｐ３に接続されると共に冷媒が通る三方弁１７を備えてもよい。この冷媒は、例えば、ブライン、又はＰＧ（プロピレングリコール）が含まれる水を示している。この場合、三方弁１７によって第３配管Ｐ３を介してヒートポンプ１５に供給される冷媒を制御することが可能であるため、ヒートポンプ１５の稼働をより効率的に行うことができる。

湯の温度制御を行う工程では、回収湯タンク１１に貯留されている湯の量に応じて回収湯タンク１１の湯の温度制御を行ってもよい。この場合、回収湯タンク１１に貯留されている湯の量に応じた湯の温度制御を行うことができる。従って、回収湯タンク１１の湯の温度をより高精度に制御することができる。

湯の温度制御を行う工程、及び湯の温度調整を行う工程は、回収湯タンク１１への給湯を高速で行う第１モード、回収湯タンク１１への給湯を低速で行う第２モード、及び、回収湯タンク１１への湯の循環を行う第３モード、の切り替えによって行ってもよい。この場合、高速給湯モード、低速給湯モード及び循環モードの切り替えによって回収湯タンク１１の湯の温度制御を行うことができるので、一層高精度な湯の温度制御が可能となる。

以上、本開示に係る廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法の実施形態について説明した。しかしながら、本開示は、前述した実施形態に限られず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲において変形し、又は他のものに適用されるものであってもよい。すなわち、本開示では、各請求項の要旨を変更しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、廃熱回収給湯システムの各部の構成及び配置態様、並びに、廃熱回収給湯方法の各工程の内容及び順序は、上記の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

以下では、変形例に係る廃熱回収給湯システム３１について図６を参照しながら説明する。廃熱回収給湯システム３１は、回収湯タンク４１、送り湯タンク４２、ヒートポンプ４５、水供給部４６、三方弁４７、冷媒供給部４８、及び蒸気熱交換器４９を含む。回収湯タンク４１、送り湯タンク４２、ヒートポンプ４５、水供給部４６、三方弁４７、冷媒供給部４８及び蒸気熱交換器４９のそれぞれの構成は、例えば、前述した回収湯タンク１１、送り湯タンク１２、ヒートポンプ１５、水供給部１６、三方弁１７、冷媒供給部１８及び蒸気熱交換器１９のそれぞれの構成と同様である。以下では、前述した廃熱回収給湯システム１の説明と重複する説明を適宜省略する。

廃熱回収給湯システム３１は、一例として、蒸気と水とを熱交換する熱交換器３２，３３とバルブＶ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５，Ｖ１６，Ｖ１７とを備え、回収湯タンク４１はバルブＶ１１、熱交換器３２，３３及びバルブＶ１２，Ｖ１３を介して廃熱を回収する。回収湯タンク４１はポンプＮ１１を介して送り湯タンク４２に接続されていてもよい。例えば、熱交換器３３は、バルブＶ１４を介して送り湯タンク４２に接続されている。しかしながら、回収湯タンク４１及び送り湯タンク４２の周辺の構成は、熱交換器３２，３３及びバルブＶ１１〜Ｖ１４を備えたものに限られず適宜変更可能である。

例えば、水供給部４６は回収湯タンク４１が接続された第２配管Ｐ１２に設けられており、第２配管Ｐ１２には回収湯タンク４１、ポンプＮ１２、熱交換器４４ｂ及びバルブＶ１５がこの順で配置されている。しかしながら、第２配管Ｐ１２の各機器の配置態様は上記の例に限られず適宜変更可能である。

熱交換器４４ｂは、前述した熱交換器１４と同様、ヒートポンプ１５が接続されている第１配管Ｐ１１に配置されている。また、回収湯タンク４１と送り湯タンク４２との間の経路と熱交換器４４ｂとの間には、熱交換器４４ｃが配置されている。熱交換器４４ｃは、バルブＶ１６を介して回収湯タンク４１に接続されていてもよいし、バルブＶ１７を介して送り湯タンク４２に接続されていてもよい。

以上、変形例に係る廃熱回収給湯システム３１は、廃熱を回収すると共に湯を貯留する回収湯タンク４１と、回収湯タンク４１からの湯の供給を受ける送り湯タンク４２とを備え、回収湯タンク４１に配管（第１配管Ｐ１１及び第２配管Ｐ１２）を介してヒートポンプ４５が接続されている。

ヒートポンプ４５は、当該配管に熱媒体を循環させることによって回収湯タンク４１の湯の供給制御を行う。従って、ヒートポンプ４５によって回収湯タンク４１の湯の温度制御を行うので、回収湯タンク４１の湯の温度を安定させることができ、前述した廃熱回収給湯システム１と同様の作用効果が得られる。

以上、変形例に係る廃熱回収給湯システム３１について説明したが、廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法の構成は前述した実施形態又は変形例から更に変更することも可能である。例えば、前述の実施形態では、回収湯タンクの湯、熱媒体及び冷媒の温度に関し、種々の温度の例について説明した。しかしながら、回収湯タンクの湯、熱媒体及び温度の値は、前述した例に限られず適宜変更可能である。

前述した実施形態では、制御部２０が第１モード、第２モード及び第３モードの切り替えを行って回収湯タンク１１の湯の量及び温度を制御する例について説明した。しかしながら、回収湯タンクの湯に対する量及び温度の制御のモードは、上記の第１モード、第２モード及び第３モードに限られず適宜変更可能である。例えば、当該制御のモードの数は、２又は４以上であってもよい。更に、廃熱回収給湯システムの制御部は、モードの切り替えによる制御ではなく、例えば、回収湯タンクの湯の量及び温度に応じて当該量及び温度を徐々に変化させる制御を行ってもよい。

前述の実施形態では、制御部２０が三方弁１７に制御信号を出力してヒートポンプ１５への冷媒の供給制御を行う例について説明した。しかしながら、三方弁１７を省略してもよいし、三方弁１７以外の機器によってヒートポンプ１５への冷媒制御を行ってもよい。

前述した実施形態では、熱交換器１４及びヒートポンプ１５が第１配管Ｐ１に設けられ、熱交換器１４及び水供給部１６が第２配管Ｐ２に設けられ、ヒートポンプ１５が熱交換器１４を介して回収湯タンク１１に接続されている例について説明した。しかしながら、本開示に係る廃熱回収給湯システムにおいて、ヒートポンプは、配管を介して回収湯タンクに直接接続されていてもよい。すなわち、ヒートポンプと回収湯タンクとの間に配置される機器の構成は、前述した例に限られず適宜変更可能である。

前述した実施形態では、回収湯タンク１１、送り湯タンク１２及び工程用水タンク１３を備える廃熱回収給湯システム１について説明した。しかしながら、工程用水タンク１３を省略することも可能である。また、廃熱回収給湯システムが備えるタンクの種類は回収湯タンク１１及び送り湯タンク１２に限られず適宜変更可能である。すなわち、廃熱回収給湯システムは、回収した廃熱で湯の保温を行う第１タンクと、第１タンクから湯の供給を受ける第２タンクとを備えていればよい。

前述した実施形態では、ビールテイスト飲料が製造される工場に設けられる廃熱回収給湯システム１について例示した。しかしながら、本開示に係る廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法は、ビールテイスト飲料が製造される工場に限られず、炭酸飲料が製造される工場、炭酸飲料以外の飲料が製造される工場、又は飲料以外の食品が製造される工場に適用することも可能である。

１，３１…廃熱回収給湯システム、１１，４１…回収湯タンク（第１タンク）、１２，４２…送り湯タンク（第２タンク）、１３…工程用水タンク、１４，４４ｂ，４４ｃ…熱交換器、１５，４５…ヒートポンプ、１６，４６…水供給部、１７，４７…三方弁、１８，４８…冷媒供給部、１９，４９…蒸気熱交換器、２０…制御部、３２，３３…熱交換器、Ｈ１…第１上限値、Ｈ２…第２上限値、Ｈ３…第３上限値、Ｌ１…第１下限値、Ｌ２…第２下限値、Ｌ３…第３下限値、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６…ポンプ、Ｎ１１，Ｎ１２…ポンプ、Ｐ１，Ｐ１１…第１配管、Ｐ２，Ｐ１２…第２配管、Ｐ３…第３配管、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…温度、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５…バルブ。

Claims (6)

1. 食品工場において発生した廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯システムであって、
   前記廃熱を回収すると共に湯を貯留する第１タンクと、
   前記第１タンクに接続されており、前記第１タンクから供給される湯を貯留する第２タンクと、
   前記第１タンクに配管を介して接続されると共に、前記配管に熱媒体を循環させることによって前記第１タンクに貯留されている湯の温度制御を行うヒートポンプと、
   前記第１タンクに温度調整用の水を供給する水供給部と、
   を備える、
   廃熱回収給湯システム。
2. 前記配管は、前記ヒートポンプを通る熱媒体が循環する第１配管と、前記水供給部からの水が通る第２配管と、を含んでおり、
   前記第１配管を通る熱媒体と、前記第２配管を通る水との間で熱交換を行う熱交換器を備える、
   請求項１に記載の廃熱回収給湯システム。
3. 前記ヒートポンプに接続されると共に前記ヒートポンプに冷媒を供給する第３配管と、
   前記第３配管に接続されると共に前記冷媒が通る三方弁と、
   を備える、
   請求項１又は２に記載の廃熱回収給湯システム。
4. 食品工場において発生した廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯方法であって、
   前記廃熱を第１タンクに回収すると共に前記第１タンクに湯を貯留する工程と、
   前記第１タンクから供給される湯を第２タンクに貯留する工程と、
   前記第１タンクに配管を介して接続されたヒートポンプが前記配管に熱媒体を供給することによって前記第１タンクに貯留されている湯の温度制御を行う工程と、
   前記第１タンクに水を供給して前記第１タンクに貯留されている湯の温度調整を行う工程と、
   を備える廃熱回収給湯方法。
5. 前記湯の温度制御を行う工程では、前記第１タンクに貯留されている湯の量に応じて前記第１タンクの湯の温度制御を行う、
   請求項４に記載の廃熱回収給湯方法。
6. 前記湯の温度制御を行う工程、及び前記湯の温度調整を行う工程は、
   前記第１タンクへの給湯を高速で行う第１モード、前記第１タンクへの給湯を低速で行う第２モード、及び、前記第１タンクへの前記湯の循環を行う第３モード、の切り替えによって行う、
   請求項４又は５に記載の廃熱回収給湯方法。

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