JP3594211B2 - Raw sewage unused heat utilization system - Google Patents

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政敏 寺崎
敏彦 福島
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株式会社 日立インダストリイズ
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生下水のもつ未利用熱を活用するための、生下水未利用熱活用システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
河川水、処理水などのもつ未利用熱を活用するためのヒートポンプシステムにおいては、そのシステム内のチューブの汚れを定期的に除去する必要があり、そのためにブラシ洗浄方式あるいはボール洗浄方式が一般に用いられている。このうちのブラシ洗浄方式では、熱交換器チューブの両側に、内部を往復するブラシを受けるバスケットを取り付け、水流方向を周期的に切り換えて洗浄する。このブラシ洗浄方式については、例えば、東京都下水道局発行のパンフレット「アーバン・ヒート下水熱利用システム」で紹介されている。また、ボール洗浄方式では、処理水配管途中よりボールを投入して熱交換器内を通過させ、下流に設けられたボール捕集器によりボールを分離して取り出し、その汚れを除去する。そしてこのボールを再循環させて洗浄を行うもので、公知例としては例えば、特開平5−126491号に開示されたものがある。
【0003】
一方、近年都市近郊での地域冷暖房に未処理の生下水の熱を利用する計画が増加している。この理由は、終末処理場が都心から離れており、処理水を利用する上で導管のコストが問題となるが、未処理の生下水は都市内の中継場より取り出しが可能であり、対象地域への供給が比較的容易であるためである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
生下水の未利用熱活用システムに於いても、生下水に含まれる大小のごみの除去とともに、メンテナンス性のよい熱交換器のチューブ洗浄方式が不可欠である。しかし現状では、小規模の生活排水で、かつ下水上流側に繊維状ごみを捕集する除去装置を設けたボール洗浄装置が開発されているだけで、大規模な生下水の未利用熱活用システムに適用した熱交換器のチューブ洗浄方法は開発されていない。また上記した河川水や処理水等を対象としたブラシ洗浄方式では、繊維状のごみがブラシ及びバスケットに絡み動作不良を起こす問題があり、かつメンテナンスのためには水室カバーを毎回開放しなければならないという問題が生じる。また、ボール洗浄方式に於いても、前記公知例(特開平5−126491号)の方法で生下水に使用すると、常時ボール補集器を生下水が通過するため、繊維状のごみが絡まって堆積し、ボールの分離効果が低下し機能しなくなる恐れがあり得る。
【0005】
本発明の目的は、その熱交換器チューブの洗浄性能が高く、かつメンテナンス性の優れた洗浄機構を備えた生下水の未利用熱活用システムを提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、
生下水を汲み上げるための汲み上げポンプと、該汲み上げポンプにより汲み上げられた生下水からごみを除去するための一次ごみ除去手段と、該手段を通過した生下水と熱利用装置の熱源機器へ熱を運ぶための清水との間の熱交換を行うための熱交換手段とを備えた生下水未利用熱活用システムであって、
洗浄用ボールを含む生下水が入力されたときに前記洗浄用ボールを生下水と分離するためのボール捕集器と、
前記熱交換手段から排出された生下水を前記ボール捕集器へ導くための第1の弁と、
第2の弁と、
前記ボール捕集器により分離された洗浄用ボールが前記第2の弁を介して前記一次ごみ除去手段を通過した生下水に混入するように送り出すためのボール用ポンプと、
前記ボール捕集器から排出された生下水を外部へ排出する経路に設置された第3の弁と、前記第2及び第3の弁を閉じ、前記ボール用ポンプの運転を停止し、かつ前記熱交換手段から排出された生下水がそのまま外部へ導かれるように前記第1の弁を切り換えて未利用熱の回収を行うところの通常モードによる運転と、前記第2及び第3の弁を開とし、前記ボール用ポンプを駆動し、かつ前記熱交換手段から排出された生下水が前記ボール捕集器へ入力されるように前記第1の弁を切り換えることにより、前記洗浄用ボールが前記ボール捕集器から前記第2の弁を介して前記熱交換手段へ生下水とともに入力され、該熱交換手段の内部を通過したのち前記第1の弁を介して前記ボール捕集器へ入力され、ここで分離され得て再び熱交換手段へと循環され、一方前記ボール捕集器から排出された生下水は前記第3の弁を介して外部へ導かれるようにして未利用熱の回収と前記洗浄用ボールによる前記熱交換手段の洗浄とを同時に行うところのボール循環モードによる運転と、
を切り換え制御するための第1の制御手段と、
を備えたことを特徴とする生下水未利用熱活用システムを開示する。
【0007】
また、本発明は、前記熱交換手段内の生下水の流れの方向を反転させるための第4の弁と、
前記第1の制御手段の制御により前記ボール循環モードによる運転が開始されるときに、該運転に先立って前記第4の弁を制御して前記熱交換手段内の生下水の流れの方向を予め定められた時間だけ反転させるように制御するための第2の制御手段と、
を設けたことを特徴とする生下水未利用熱活用システムを開示する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明になる生下水の未利用熱活用システムの構成例を示すもので、比較的大粒径のごみも生下水とともに吸い込む事ができる生下水取水ポンプ1、所定の粒径以上のごみを排除するためのオートストレーナ2、排除されたごみを別の処理施設に導くための配管3と自動弁12、生下水と清水の間で熱交換するためのシェルアンドチューブ式熱交換器4、熱交換器4の洗浄後に流出するボールを捕集し循環させるためのボール捕集器5及びメンテナンスの際にボールを回収するためのボール回収器6を備えたボール洗浄装置7、生下水の水流を切り換えて熱交換器4に流入する方向を切り換えるための四方切り換え弁8、ボール洗浄装置7への生下水の通水、閉止を切り換える三方切り換え弁13、熱交換器4から流出する生下水を別の処理施設に導くための配管9、熱交換器4で取り込まれた生下水熱を清水に取り込み導くための配管10、熱源機器としてのヒートポンプ11等より構成されている。制御装置16は、四方切り換え弁8、三方切り換え弁13等の制御を行う。
【0009】
図2はボール捕集器5の構造図で、同図(a)は縦断面でみた構造を示し、そのA−A面で切った横断面が同図(b)に示されている。熱交換器4の洗浄時に三方切り換え弁13からボールを含んだ水が配管51へと流入し、櫛状の格子54でボールが分離されていてノズル53から吐出される。ここでボールは、例えば20mmφのスポンジ製のもので、櫛状の格子54の間隔はこのスポンジの径よりも小さいものとする。格子54を通過した水はノズル52から吐出される。板56は、アクチュエータ55により上下方向に駆動され、格子54に付着した繊維状のごみをかきとる。ボール回収器6についても、その基本的な構成はボール捕集器5と同様である。
【0010】
図3は、熱交換器4ので入口周辺の詳細を示しており、温度検知用センサー41〜44及び圧力検知用センサー45、46が設けられている。これら各センサーの出力は、制御装置16へ入力される。
【0011】
次に、上記したシステムの動作を、図4のタイムチャートと合わせて説明する。まず、運転の開始時には、制御装置16により四方切り換え弁8は図1の点線矢印8A、8Bで示した流路を形成するように設定され、また三方切り換え弁13は点線矢印13Aで示した流路を形成するように設定される。さらに弁14、15はともに閉とされる。この状態でポンプ井より取水ポンプ1を介して生下水の汲み上げを開始すると(図4の時刻t1)、その生下水はオートストレーナ2に導かれる。オートストレーナ2には所定のメッシュからなるスクリーンが設けられており、これによってごみを濾過する。そして濾過されたごみがスクリーンに堆積するとスクリーン前後の差圧が増加し、この差圧が所定の域値に達すると差圧スイッチ(図1では省略)が作動し、スクリーンの2次側(出口側)から1次側(入口側)への逆洗が行われ、スクリーンの1次側に付着しているごみが自動弁12の方へ押し出される。これと同時に自動弁12が開かれ、スクリーンから押し出されたごみは配管3を介して除去される。ここでのオートストレーナ2及び自動弁12の動作は図示を省略したが、オートストレーナ2の制御系により制御され、図4の時刻ts1、ts2・・・tsnで示したように前記差圧がその域値に達する事に繰り返される。
【0012】
一方、オートストレーナ2である程度の粒度まで濾過された生下水は、四方切り換え弁8の点線矢印8Aの経路を通って熱交換器4に導かれ、配管10内の清水との間で熱交換が行われる。これによって清水に与えられた温熱が前記のように熱源機器としてのヒートポンプ11に入熱される。清水との熱交換後の生下水は、熱交換器4から吐出され、四方切り換え弁8の点線矢印8Bの経路を通って三方切り換え弁13へ導かれ、その点線矢印13Aの経路を通って別の処理施設に配管9を介して導かれる。
【0013】
上記した動作が続くと、生下水の通水により熱交換器4のチューブ内面に汚れが蓄積する。このためにチューブの伝熱性能が低下して熱交換量が減少するとともに、熱交換器4の生下水側で入口温度差が低下していく。また、熱交換器チューブ内の汚れの進行により、熱交換器の圧力損失も増加する。この圧力損失の増加は、取水ポンプ1の特性に応じて生下水の流量に影響する。そこで制御装置16は、熱交換器4の周辺に設けられた各センサー(図3)の検出値を監視し、チューブ内面の汚れを検出する。この検出方法としては、ここでは熱交換器4の生下水の出入口の圧力差、即ち圧力検知センサー45、46の検出圧力の差△Pが、予め定められた圧力域値Pth1をこえたか否かで検出するものとする。そしてもし
【数1】
△P>Pth1
となったときには、制御装置16は、四方切り換え弁8内の流路が図1の実線矢印8C、8Dとなるように四方切り換え弁8を設定する。これにより、熱交換器4に流入する生下水の出入り方向が逆に切り換えられ、チューブ内部を生下水が逆流することにより、チューブ入口に付着した繊維状のごみが三方切り換え弁13を経由して生下水とともに配管9から排出される。これと同時にチューブ内に付着していたごみも逆流によりある程度除去され、次の操作でボールがチューブに入り易くしている。制御装置16は、この状態を所定の時間続けるとボール捕集器5のかきとり用アクチュエータ20を駆動するとともに、その駆動完了の信号を受けて再度四方切り換え弁8の流路を点線矢印8A、8Bの状態に戻し(時刻t3)、熱交換器の水流方向を元に戻す。アクチュエータ20の駆動により、ボール捕集器5に付着していたごみを除去してボールの分離効果が維持される。さらに制御装置16は、四方切り換え弁8を元に戻すと同時に三方切り換え弁13を切り換えてその流路が図1の実線矢印13Bとなるようにして熱交換器8から排出された生下水をボール洗浄装置7に通水し、弁14、15をともに開とする。
【0014】
ボール洗浄装置7へ流入した生下水はボール捕集器5へ管51から流入し、前述したように生下水の大部分はノズル52から吐き出されて弁14を通り、配管9から排出されるが、一部分は櫛状格子54を通り、そこにあるボールとともにノズル53からポンプ17より引き出される。このポンプ17はボールを通過させることのできるものである。ボール回収器6の出入口に設けられた三方切り換え弁18、19は、通常はボール回収器6をバイパスして水が流れるように設定されているので、ボールの混ざった生下水は弁15経由で四方切り換え弁8へと送られ、ポンプ井から取り込まれた生下水とともに熱交換器4内のチューブを通過してチューブ内を洗浄する。その後このボールの混ざった生下水は三方切り換え弁13からボール捕集器5へと送られ、ここでボールが分離されて再び熱交換器4の方へ循環する。
【0015】
このようにして、ボール循環モードでの運転が行われていると、徐々に熱交換器4内のチューブ洗浄が進み、図4に示したように生下水の差圧△Pは低下し始め、やがて予め定められた第2の域値Pth2を下回る(図4の時刻t4)。但しこの域値Pth2は
【数2】
Pth1>Pth2
となるように定めることにより、上記ボール循環モードでの運転が停止後すぐに起動されないようにしておく。制御装置16は、
【数3】
△P≦Pth2
を検出するとボール洗浄装置7のポンプ17を止め、弁14、15を閉じ、さらに三方切り換え弁13の流路を点線矢印13Aに戻してボール循環モードでの運転を終わり、最初の運転状態とする。なお、洗浄用のボール取り替えや取り出しての洗浄を行うときは、三方切り換え弁18、19を切り換えてボールを含んだ生下水をボール回収器6へ導き、そこでボールを分離してその取り出し口から取り出す。
【0016】
以上に説明したように、図1のシステムによると、熱交換器チューブ内の汚れを検出してその汚れがある程度すすむとボール循環モードでの運転を行ってその汚れを自動的に除去することができ、信頼性が高く保守性のよい未利用熱回収システムを実現できる。
【0017】
なお、以上の説明では、チューブ内面の汚れを熱交換器4の生下水出入口圧力差から検出するものとしたが、この汚れ検出法の別の例を次に説明する。一般に熱交換器の伝熱性能Qは次式で表される;
【数4】
Q=K・θm・A0=Cp・γ・(tg1−tg2)・wg
1/K=1/α0+D0・ln(D0/DI)/(2・λw)+(D0/DI)・(1/αI+γI)
ここでチューブの管外及び管内の熱伝達率α0及びαI、チューブの外径及び内径D0及びDI、伝熱面積A0、チューブの熱伝導率λwは装置で定まっている定数である。生下水の比熱Cp、比重量γ、生下水量Wgも予め決められる。また、熱交換器の生下水入口温度tg1、同出口温度tg2 は図3の温度検知用センサー41、42の検出値である。平均温度差θm は、
【数5】
θm=0.5F・{(th1+th2)−(tg1+tg2)}
で与えられ、Fは予め定めた修正係数、清水の入口温度th1 と出口温度th2 は温度検知用センサー43、44の検出値である。以上から温度検知用センサーの検出値を入力として(数4)(数5)から汚れ係数γI が算出できる。そこで制御装置16は、上記の各温度センサー出力を取り込み、上記の汚れ係数γI を算出し、施設の運転開始当初の汚れのないときの値を初期値γI0として記憶しておく。そして運転中に算出した汚れ係数γIが、予め定めた定数aにたいして
【数6】
γI>a・γI0,a>1
となったとき前述のボール循環モードに切り換えて運転を行い、さらに別に定めた定数bに対して
【数7】
γI<b・γI0,1<b<a
となったときボール循環モードの運転を停止するようにする。
【0018】
さらに別の簡単な汚れ検出法としては、(数6)に示した平均温度差θmを温度検知用センサー41〜44の検出値から求め、この値が所定値をこえたときに汚れがすすんだとみなしてボール循環モードに切り換える方法も可能である。むろんこの場合にもボール循環モード運転を停止する条件は他の場合と同様に定める。あるいはボール循環モード運転を停止する条件として、前記の汚れ係数、平均温度差、または圧力差のいずれの場合も、タイマー等で所定時間後に停止する方法を用いてもよい。あるいはもっと簡単に、温度や圧力の検出値を用いないで、スケジュールタイマ等により定期的にボール循環モード運転を起動するようにしてもよい。
【0019】
また、繊維質状のごみを上流過程で除去できるストレーナを設けた場合には、四方切り換え弁8は必要とせず、逆流による洗浄を省くこともできる。この場合にも、ボール洗浄装置7の動作条件は、上記と同様である。
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、生下水から安定して熱回収ができる、信頼性の高いかつメンテナンス性の良い未利用熱活用システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる生下水未利用熱活用システムの構成例を示す図である。
【図2】ボール捕集器の構造を示す図である。
【図3】熱交換器周辺の各検知器を示す図である。
【図4】運転制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
1 取水ポンプ
2 オートストレーナ
4 熱交換器
5 ボール捕集器
6 ボール回収器
7 ボール洗浄装置
8 四方切り換え弁
11 ヒートポンプ
12 自動弁
13 三方切り換え弁
41〜44 温度検知用センサー
45、46 圧力検知用センサー
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a raw sewage unused heat utilization system for utilizing unused heat of raw sewage.
[0002]
[Prior art]
In a heat pump system that utilizes the unused heat of river water, treated water, etc., it is necessary to periodically remove dirt from the tubes in the system. For this reason, a brush cleaning method or a ball cleaning method is generally used. Have been. In the brush washing method, baskets for receiving brushes reciprocating inside are attached to both sides of the heat exchanger tube, and washing is performed by periodically switching a water flow direction. This brush cleaning method is introduced, for example, in a pamphlet “Urban Heat Sewage Heat Utilization System” issued by the Tokyo Metropolitan Government. In the ball washing method, balls are put in the middle of the treated water pipe, passed through the heat exchanger, separated and taken out by a ball collector provided downstream, and the dirt is removed. The ball is recirculated for cleaning, and a known example is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-1261491.
[0003]
On the other hand, in recent years, plans for utilizing untreated raw sewage heat for district heating and cooling near a city have increased. The reason is that the terminal wastewater treatment plant is far from the city center, and the cost of conduits is a problem in using the treated water.However, untreated raw sewage can be removed from the relay station in the city, This is because it is relatively easy to supply them.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the system for utilizing the unused heat of raw sewage, it is essential to remove the large and small debris contained in the raw sewage and to maintain the heat exchanger tubes with good maintainability. However, at present, only a ball washing device with small-scale domestic wastewater and a removal device that collects fibrous debris upstream of the sewage has been developed. The method of cleaning tubes for heat exchangers applied to the system has not been developed. In addition, the above-mentioned brush cleaning method for river water or treated water has a problem that fibrous debris is entangled in the brush and the basket and causes malfunction, and the water chamber cover must be opened every time for maintenance. The problem arises. Also, in the ball washing method, if the raw sewage is used for the raw sewage according to the method described in the above-mentioned known example (Japanese Patent Laid-Open No. 5-126491), the raw sewage always passes through the ball collector, so that fibrous debris is entangled. It may accumulate and the effect of separating the ball may be reduced and the ball may not function.
[0005]
An object of the present invention is to provide an unused heat utilization system of raw sewage, which has a high cleaning performance of the heat exchanger tube and has a cleaning mechanism with excellent maintainability.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides:
A pump for pumping raw sewage, primary garbage removing means for removing refuse from raw sewage pumped by the pump, and heat transferred to the raw sewage passing through the means and the heat source equipment of the heat utilization device A raw sewage unused heat utilization system comprising heat exchange means for performing heat exchange with fresh water for
A ball collector for separating the cleaning ball from the raw sewage when the raw sewage including the cleaning ball is input,
A first valve for guiding raw sewage discharged from the heat exchange means to the ball collector;
A second valve;
A ball pump for sending out the cleaning balls separated by the ball collector so as to be mixed into the raw sewage that has passed through the primary refuse removing means via the second valve;
A third valve installed in a path for discharging raw sewage discharged from the ball collector to the outside, closing the second and third valves, stopping the operation of the ball pump, and An operation in a normal mode in which the first valve is switched so as to recover unused heat by switching the first valve so that the raw sewage discharged from the heat exchange means is directly guided to the outside, and the second and third valves are opened. By driving the ball pump, and by switching the first valve so that the raw sewage discharged from the heat exchange means is input to the ball collector, the cleaning ball is the ball Raw water is input from the collector to the heat exchange means via the second valve together with the raw sewage, and is input to the ball collector via the first valve after passing through the inside of the heat exchange means, Here it can be separated and returned to the heat exchange means The raw sewage circulated and discharged from the ball collector is guided to the outside through the third valve to recover unused heat and wash the heat exchange means with the washing balls. Driving in the ball circulation mode, which is performed simultaneously,
First control means for switching control of
A raw sewage unused heat utilization system characterized by comprising:
[0007]
The present invention also provides a fourth valve for reversing the direction of the flow of the raw sewage in the heat exchange means,
When the operation in the ball circulation mode is started under the control of the first control means, the direction of the flow of the raw sewage in the heat exchange means is controlled by controlling the fourth valve prior to the operation. Second control means for performing control so as to be inverted for a predetermined time;
Disclosed is a raw sewage unused heat utilization system characterized by the provision of:
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of the configuration of an unused heat utilization system for raw sewage according to the present invention. The raw sewage intake pump 1 is capable of sucking relatively large particle size garbage together with raw sewage. Auto strainer 2 for removing waste, piping 3 and automatic valve 12 for leading the removed waste to another treatment facility, shell and tube heat exchanger for exchanging heat between raw sewage and fresh water 4. A ball washing device 7 including a ball collector 5 for collecting and circulating balls flowing out after washing the heat exchanger 4 and a ball collector 6 for collecting balls during maintenance; A four-way switching valve 8 for switching the direction of water flow to the heat exchanger 4 to switch the flow direction, a three-way switching valve 13 for switching the flow of raw sewage to the ball washing device 7 and closing, and a raw water flowing out of the heat exchanger 4. Sewage Treatment facilities pipe 9 for guiding the heat exchanger 4 a pipe for guiding takes in raw sewage heat captured in Shimizu at 10, it is formed of a heat pump 11 and the like as a heat source device. The control device 16 controls the four-way switching valve 8, the three-way switching valve 13, and the like.
[0009]
FIG. 2 is a structural view of the ball collector 5, and FIG. 2 (a) shows the structure as viewed in a longitudinal section, and FIG. 2 (b) shows a cross section taken along the AA plane. When the heat exchanger 4 is washed, water containing balls flows into the pipe 51 from the three-way switching valve 13, and the balls are separated by the comb-shaped lattice 54 and are discharged from the nozzle 53. Here, the ball is made of, for example, a sponge having a diameter of 20 mm, and the interval between the comb-shaped lattices 54 is smaller than the diameter of the sponge. The water that has passed through the grid 54 is discharged from the nozzle 52. The plate 56 is driven up and down by an actuator 55 to scrape fibrous debris attached to the grid 54. The basic configuration of the ball collector 6 is the same as that of the ball collector 5.
[0010]
FIG. 3 shows details of the vicinity of the inlet of the heat exchanger 4, and is provided with sensors 41 to 44 for temperature detection and sensors 45 and 46 for pressure detection. Outputs of these sensors are input to the control device 16.
[0011]
Next, the operation of the above system will be described with reference to the time chart of FIG. First, at the start of operation, the control device 16 sets the four-way switching valve 8 to form the flow path indicated by the dotted arrows 8A and 8B in FIG. 1, and the three-way switching valve 13 sets the flow path indicated by the dotted arrow 13A. It is set to form a road. Further, both valves 14 and 15 are closed. In this state, when the pumping of the raw sewage from the pump well via the intake pump 1 is started (time t1 in FIG. 4), the raw sewage is guided to the auto strainer 2. The auto-strainer 2 is provided with a screen made of a predetermined mesh, thereby filtering dust. When the filtered dust accumulates on the screen, the differential pressure across the screen increases, and when the differential pressure reaches a predetermined threshold, a differential pressure switch (omitted in FIG. 1) is activated, and the secondary side (outlet) of the screen is activated. Backwash from the side (primary side) to the primary side (entrance side), and dust adhering to the primary side of the screen is pushed out toward the automatic valve 12. At the same time, the automatic valve 12 is opened, and the dust pushed out of the screen is removed through the pipe 3. Although the operation of the automatic strainer 2 and the automatic valve 12 here is not shown, it is controlled by the control system of the automatic strainer 2, and the differential pressure is controlled as shown by time ts1, ts2,. It is repeated to reach the threshold.
[0012]
On the other hand, the raw sewage filtered to a certain degree of particle size by the auto strainer 2 is guided to the heat exchanger 4 through the path of the dotted arrow 8A of the four-way switching valve 8, and heat exchange with the fresh water in the pipe 10 is performed. Done. Thereby, the heat given to the fresh water is input to the heat pump 11 as a heat source device as described above. The raw sewage after the heat exchange with the fresh water is discharged from the heat exchanger 4, guided to the three-way switching valve 13 through the path of the dotted arrow 8B of the four-way switching valve 8, and separated through the path of the dotted arrow 13A. Through a pipe 9.
[0013]
When the above operation continues, dirt accumulates on the inner surface of the tube of the heat exchanger 4 due to the passage of the raw sewage. For this reason, the heat transfer performance of the tube is reduced, the heat exchange amount is reduced, and the inlet temperature difference on the raw sewage side of the heat exchanger 4 is reduced. Further, the pressure loss of the heat exchanger also increases due to the progress of the contamination in the heat exchanger tube. The increase in the pressure loss affects the flow rate of the raw sewage according to the characteristics of the intake pump 1. Therefore, the control device 16 monitors the detection value of each sensor (FIG. 3) provided around the heat exchanger 4 and detects contamination on the inner surface of the tube. In this case, as a detection method, it is determined whether or not the pressure difference between the inlet and outlet of the raw sewage of the heat exchanger 4, that is, the difference ΔP between the detection pressures of the pressure detection sensors 45 and 46 exceeds a predetermined pressure range value Pth1. It shall be detected by. And if [Equation 1]
ΔP> Pth1
When, the control device 16 sets the four-way switching valve 8 so that the flow path in the four-way switching valve 8 becomes the solid arrows 8C and 8D in FIG. As a result, the flow direction of the raw sewage flowing into the heat exchanger 4 is switched in the opposite direction, and the raw sewage flows back inside the tube, so that fibrous debris attached to the tube inlet passes through the three-way switching valve 13. It is discharged from the pipe 9 together with the raw sewage. At the same time, the dust adhering to the inside of the tube is removed to some extent by the backflow, so that the ball can easily enter the tube in the next operation. When this state is continued for a predetermined time, the control device 16 drives the scraping actuator 20 of the ball collector 5 and, upon receiving the drive completion signal, again switches the flow path of the four-way switching valve 8 through the dotted arrows 8A and 8B. (Time t3), and the water flow direction of the heat exchanger is returned to the original state. By driving the actuator 20, dust attached to the ball collector 5 is removed, and the effect of separating the balls is maintained. Further, the control device 16 restores the four-way switching valve 8 and simultaneously switches the three-way switching valve 13 so that the flow path thereof becomes the solid arrow 13B in FIG. 1 and the raw sewage discharged from the heat exchanger 8 is discharged to the ball. Water is passed through the cleaning device 7, and the valves 14 and 15 are both opened.
[0014]
The raw sewage that has flowed into the ball washing device 7 flows into the ball collector 5 from the pipe 51, and as described above, most of the raw sewage is discharged from the nozzle 52, passes through the valve 14, and is discharged from the pipe 9. , A part of which passes through the comb-like lattice 54 and is drawn out of the nozzle 53 by the pump 17 together with the balls there. This pump 17 can pass a ball. Since the three-way switching valves 18 and 19 provided at the entrance and exit of the ball collection device 6 are normally set so that water flows by bypassing the ball collection device 6, raw sewage mixed with balls is passed through the valve 15. The water is sent to the four-way switching valve 8 and passes through the tube in the heat exchanger 4 together with the raw sewage taken in from the pump well to wash the inside of the tube. Thereafter, the raw sewage mixed with the balls is sent from the three-way switching valve 13 to the ball collector 5, where the balls are separated and circulated again to the heat exchanger 4.
[0015]
In this way, when the operation in the ball circulation mode is being performed, the tube cleaning in the heat exchanger 4 gradually proceeds, and the differential pressure ΔP of the raw sewage starts to decrease as shown in FIG. Eventually, the value falls below a predetermined second threshold value Pth2 (time t4 in FIG. 4). However, this threshold value Pth2 is given by
Pth1> Pth2
By setting it to be such that the operation in the ball circulation mode is not started immediately after stopping. The control device 16
(Equation 3)
ΔP ≦ Pth2
Is detected, the pump 17 of the ball cleaning device 7 is stopped, the valves 14 and 15 are closed, the flow path of the three-way switching valve 13 is returned to the dotted arrow 13A, and the operation in the ball circulation mode is completed to return to the initial operation state. . When replacing the ball for cleaning or cleaning by taking out the ball, the three-way switching valves 18 and 19 are switched to guide the raw sewage containing the ball to the ball collection device 6, where the ball is separated and the ball is taken out from the outlet. Take out.
[0016]
As described above, according to the system of FIG. 1, when the dirt in the heat exchanger tube is detected and the dirt is advanced to some extent, the operation in the ball circulation mode is performed to automatically remove the dirt. It is possible to realize an unused heat recovery system that is highly reliable and easy to maintain.
[0017]
In the above description, dirt on the inner surface of the tube is detected from the pressure difference between the raw sewage inlet and outlet of the heat exchanger 4. Another example of this dirt detection method will be described below. Generally, the heat transfer performance Q of a heat exchanger is represented by the following equation:
(Equation 4)
Q = K · θm · A0 = Cp · γ · (tg1-tg2) · wg
1 / K = 1 / α0 + D0 · ln (D0 / DI) / (2 · λw) + (D0 / DI) · (1 / αI + γI)
Here, the heat transfer coefficients α0 and αI outside and inside the tube, the outside and inside diameters D0 and DI of the tube, the heat transfer area A0, and the heat conductivity λw of the tube are constants determined by the apparatus. The specific heat Cp, the specific weight γ, and the raw sewage amount Wg of the raw sewage are also determined in advance. Further, the raw sewage inlet temperature tg1 and the outlet temperature tg2 of the heat exchanger are detection values of the temperature detecting sensors 41 and 42 in FIG. The average temperature difference θm is
(Equation 5)
θm = 0.5F · {(th1 + th2) − (tg1 + tg2)}
Where F is a predetermined correction coefficient, and the inlet temperature th1 and outlet temperature th2 of the fresh water are the detection values of the temperature detecting sensors 43 and 44. From the above, the contamination coefficient γI can be calculated from (Equation 4) and (Equation 5) using the detection value of the temperature detection sensor as an input. Therefore, the control device 16 takes in the outputs of the respective temperature sensors, calculates the dirt coefficient γI, and stores a value when there is no dirt at the beginning of operation of the facility as an initial value γI0. Then, the dirt coefficient γI calculated during the operation is expressed by the following equation with respect to a predetermined constant a.
γI> a · γI0, a> 1
When it becomes, the operation is switched to the ball circulation mode described above and the operation is further performed.
γI <b · γI0, 1 <b <a
When it becomes, the operation of the ball circulation mode is stopped.
[0018]
As another simple dirt detection method, the average temperature difference θm shown in (Equation 6) is obtained from the detection values of the temperature detection sensors 41 to 44, and when this value exceeds a predetermined value, the dirt proceeds. It is also possible to switch the mode to the ball circulation mode. Of course, also in this case, the conditions for stopping the ball circulation mode operation are determined in the same manner as in the other cases. Alternatively, as a condition for stopping the ball circulation mode operation, a method of stopping after a predetermined time using a timer or the like may be used in any of the above-described dirt coefficient, average temperature difference, and pressure difference. Alternatively, more simply, the ball circulation mode operation may be periodically started by a schedule timer or the like without using the detected values of temperature and pressure.
[0019]
In addition, when a strainer capable of removing fibrous dust in the upstream process is provided, the four-way switching valve 8 is not required, and cleaning by backflow can be omitted. Also in this case, the operating conditions of the ball cleaning device 7 are the same as described above.
[0020]
【The invention's effect】
Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to realize a highly reliable and easy-to-maintain unused heat utilization system that can stably recover heat from raw sewage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a raw sewage unused heat utilization system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a ball collector.
FIG. 3 is a diagram showing each detector around a heat exchanger.
FIG. 4 is a time chart of operation control.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 intake pump 2 auto strainer 4 heat exchanger 5 ball collector 6 ball collector 7 ball washing device 8 four-way switching valve 11 heat pump 12 automatic valve 13 three-way switching valve 41 to 44 temperature detection sensor 45, 46 pressure detection sensor

Claims (6)

生下水を汲み上げるための汲み上げポンプと、該汲み上げポンプにより汲み上げられた生下水からごみを除去するための一次ごみ除去手段と、該手段を通過した生下水と熱利用装置の熱源機器へ熱を運ぶための清水との間の熱交換を行うための熱交換手段とを備えた生下水未利用熱活用システムであって、
洗浄用ボールを含む生下水が入力されたときに前記洗浄用ボールを生下水と分離するためのボール捕集器と、
前記熱交換手段から排出された生下水を前記ボール捕集器へ導くための第1の弁と、
第2の弁と、
前記ボール捕集器により分離された洗浄用ボールが前記第2の弁を介して前記一次ごみ除去手段を通過した生下水に混入するように送り出すためのボール用ポンプと、
前記ボール捕集器から排出された生下水を外部へ排出する経路に設置された第3の弁と、
前記第2及び第3の弁を閉じ、前記ボール用ポンプの運転を停止し、かつ前記熱交換手段から排出された生下水がそのまま外部へ導かれるように前記第1の弁を切り換えて未利用熱の回収を行うところの通常モードによる運転と、
前記第2及び第3の弁を開とし、前記ボール用ポンプを駆動し、かつ前記熱交換手段から排出された生下水が前記ボール捕集器へ入力されるように前記第1の弁を切り換えることにより、前記洗浄用ボールが前記ボール捕集器から前記第2の弁を介して前記熱交換手段へ生下水とともに入力され、該熱交換手段の内部を通過したのち前記第1の弁を介して前記ボール捕集器へ入力され、ここで分離されて再び熱交換手段へと循環され、一方前記ボール捕集器から排出された生下水は前記第3の弁を介して外部へ導かれるようにして未利用熱の回収と前記洗浄用ボールによる前記熱交換手段の洗浄とを同時に行うところのボール循環モードによる運転と、
を切り換え制御するための第1の制御手段と、
を備えたことを特徴とする生下水未利用熱活用システム。
A pump for pumping raw sewage, primary garbage removing means for removing refuse from raw sewage pumped by the pump, and heat transferred to the raw sewage passing through the means and the heat source equipment of the heat utilization device A raw sewage unused heat utilization system comprising heat exchange means for performing heat exchange with fresh water for
A ball collector for separating the cleaning ball from the raw sewage when the raw sewage including the cleaning ball is input,
A first valve for guiding raw sewage discharged from the heat exchange means to the ball collector;
A second valve;
A ball pump for sending out the cleaning balls separated by the ball collector so as to be mixed into the raw sewage that has passed through the primary refuse removing means via the second valve;
A third valve installed in a path for discharging raw sewage discharged from the ball collector to the outside,
The second valve and the third valve are closed, the operation of the ball pump is stopped, and the first valve is switched and unused so that the raw sewage discharged from the heat exchange means is directly guided to the outside. Operation in the normal mode where heat recovery is performed,
The second and third valves are opened, the ball pump is driven, and the first valve is switched so that the raw sewage discharged from the heat exchange means is input to the ball collector. Thereby, the cleaning ball is input from the ball collector through the second valve to the heat exchange means together with the raw sewage, passes through the heat exchange means, and then passes through the first valve. And the raw sewage discharged from the ball collector is guided to the outside via the third valve while being separated and circulated again to the heat exchange means. An operation in a ball circulation mode in which the recovery of unused heat and the cleaning of the heat exchange means with the cleaning balls are performed simultaneously,
First control means for switching control of
A raw heat utilization system that does not use raw sewage.
前記熱交換手段内の生下水の流れの方向を反転させるための第4の弁と、
前記第1の制御手段の制御により前記ボール循環モードによる運転が開始されるときに、該運転に先立って前記第4の弁を制御して前記熱交換手段内の生下水の流れの方向を予め定められた時間だけ反転させるように制御するための第2の制御手段と、
を設けたことを特徴とする請求項1記載の生下水未利用熱活用システム。
A fourth valve for reversing the direction of the flow of the raw sewage in the heat exchange means;
When the operation in the ball circulation mode is started under the control of the first control means, the direction of the flow of the raw sewage in the heat exchange means is controlled by controlling the fourth valve prior to the operation. Second control means for performing control so as to be inverted for a predetermined time;
The raw sewage unused heat utilization system according to claim 1, further comprising:
前記熱交換手段の生下水の入口温度と出口温度、及び前記熱交換手段の清水の入口温度と出口温度を検出するための温度検出手段と、
該手段により検出された温度検出値を用いて前記熱交換手段内のチューブ内面の汚れ係数を算出し、該算出した汚れ係数が予め定められた値を越えたときに前記ボール循環モードによる運転の開始指令を前記第1の制御手段に発行するための第3の制御手段と、
を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の生下水未利用熱活用システム。
Inlet temperature and outlet temperature of the raw sewage of the heat exchange means, and temperature detection means for detecting the inlet temperature and the outlet temperature of fresh water of the heat exchange means,
A dirt coefficient of the inner surface of the tube in the heat exchange means is calculated using the temperature detection value detected by the means, and when the calculated dirt coefficient exceeds a predetermined value, the operation in the ball circulation mode is performed. Third control means for issuing a start command to the first control means;
The raw sewage unused heat utilization system according to claim 1 or 2, further comprising:
前記熱交換手段の生下水の入口温度と出口温度、及び前記熱交換手段の清水の入口温度と出口温度を検出するための温度検出手段と、
該手段により検出された温度検出値を用いて前記生下水の入口温度と出口温度の生下水温度平均値と、前記清水の入口温度と出口温度の清水温度平均値とを算出し、さらに前記算出した生下水温度平均値と前記清水温度平均値との温度差が予め定められた値を越えたときに前記ボール循環モードによる運転の開始指令を前記第1の制御手段に発行するための第4の制御手段と、
を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の生下水未利用熱活用システム。
Inlet temperature and outlet temperature of the raw sewage of the heat exchange means, and temperature detection means for detecting the inlet temperature and the outlet temperature of fresh water of the heat exchange means,
Using the temperature detection values detected by the means, calculate the raw sewage temperature average value of the inlet temperature and the outlet temperature of the raw sewage, and calculate the fresh water temperature average value of the inlet temperature and the outlet temperature of the fresh water, and further perform the calculation. A fourth command for issuing a command to start operation in the ball circulation mode to the first control means when a temperature difference between the obtained raw sewage temperature average value and the fresh water temperature average value exceeds a predetermined value. Control means;
The raw sewage unused heat utilization system according to claim 1 or 2, further comprising:
前記熱交換手段の生下水の入口圧力と出口圧力を検出するための圧力検出手段と、
該手段により検出された入口圧力と出口圧力との圧力差を算出し、該算出した圧力差が予め定められた値を越えたときに前記ボール循環モードによる運転の開始指令を前記第1の制御手段に発行するための第5の制御手段と、
を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の生下水未利用熱活用システム。
Pressure detecting means for detecting the inlet pressure and the outlet pressure of the raw sewage of the heat exchange means,
A pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure detected by the means is calculated, and when the calculated pressure difference exceeds a predetermined value, a command to start operation in the ball circulation mode is issued to the first control. Fifth control means for issuing to the means;
The raw sewage unused heat utilization system according to claim 1 or 2, further comprising:
前記第1の制御手段は、前記ボール循環モードによる運転を予め定められた時間間隔毎に周期的に実行することを特徴とする請求項1または2記載の生下水未利用熱活用システム。The system according to claim 1 or 2, wherein the first control means periodically executes the operation in the ball circulation mode at predetermined time intervals.
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