WO2012057098A1 - Water treatment system and water treatment method - Google Patents

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    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies

Definitions

  • Patent Document 2 discloses an example in which a heat pump is used in a water treatment system for heat exchange.
  • Heat pumps are known as energy efficient heat exchange systems.
  • the heat pump takes heat from an external heat source and supplies the taken heat to the heating target part, or takes heat from the cooling target part and releases the taken heat to the outside.
  • the piping section in the water treatment system in which the water temperature is controlled is used as the heat source (heat absorption piping section or exhaust heat piping section), the temperature variation of the heat source hardly occurs. For this reason, the heat pump performance is not easily influenced by the external environment such as the outside air temperature or the seawater temperature, and it becomes possible to stably maintain a good heat pump performance.
  • a heat pump using air as a heat source defrosting is required when the outside air temperature drops to near 0 ° C.
  • it is necessary to treat wastewater and take measures against corrosion. The present invention does not cause such a problem.
  • thermoelectronic heat pump it is a conceptual diagram which shows embodiment using a thermoelectronic heat pump. It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. It is the schematic which shows the other example of a structure of a water treatment system. It is the schematic which shows the line structure at the time of the hot water sterilization of a water treatment system. It is the schematic which shows the line structure at the time of the hot water sterilization of a water treatment system.
  • the water treatment system is provided with a heat pump 21 that absorbs heat from the first piping section 11 (endothermic piping section) and exhausts heat to the second piping section 12 (exhaust heat piping section).
  • the heat pump 21 is thermally connected to the first piping section 11 and the second piping section 12.
  • the heat pump 21 uses a vapor compression type in this embodiment.
  • the heat pump 21 includes an evaporator 22 that evaporates refrigerant such as ammonia, carbon dioxide, chlorofluorocarbons, and alternative chlorofluorocarbons such as R410A, a compressor 23 that compresses the refrigerant, and a condensation that condenses the refrigerant. And an expansion valve 25 for expanding the refrigerant.
  • thermoelectric heat pump 21 ' has a simple structure and has no mechanical operation part, and therefore has excellent silence.
  • the thermoelectric heat pump 21 ' is preferably used as a small heat pump.
  • FIG. 8A shows an example of a schematic configuration of an ultrapure water production apparatus in the water treatment system.
  • the temperature of the raw water varies depending on the installation location and season, but here it is assumed to be 15 ° C.
  • raw water is passed through the turbidity membrane 108 to remove suspended matters and the like, and after passing through the activated carbon tower 109, it is heated at the heating point 101 and sent to the RO membrane device 110.
  • the reason for heating is that the standard design temperature of the reverse osmosis membrane used in the RO membrane device 110 is 25 ° C.
  • the standard design temperature of 25 ° C. is provided from the viewpoint of securing the amount of permeate and preventing salt adhesion.
  • FIG. 8D shows a process for stripping waste water.
  • the stripping treatment is a treatment for removing free ammonia from waste water by blowing steam or air into the free ammonia.
  • a heating point is provided on the inlet side of the stripping device.
  • the ammonia stripping treatment is more efficient as the pH is higher, and the optimum temperature is about 20 to 35 ° C.
  • FIGS. 8A to 10B the exhaust heat pipe section and the endothermic pipe section are indicated by bold lines.
  • various exhaust heat pipe sections and An endothermic piping section exists in the water treatment system.
  • the necessary compressor capacity to obtain the heat removal amount of about 5.8 ⁇ 10 2 kW required on the heat absorption side is about 1.46 ⁇ 10 2 kW.
  • an exhaust heat amount of about 7.3 ⁇ 10 2 kW is obtained on the exhaust heat side.
  • the difference between the actual amount of exhaust heat of about 1.17 ⁇ 10 3 required in heat removal side (about 4.4 ⁇ 10 2 kW) is supplemented by a second heat pump 27.
  • the required compressor capacity of the second heat pump is about 0.88 ⁇ 10 2 kW, and a total electric energy of about 2.3 ⁇ 10 2 kW is required. This is 1/7 of the comparative example (conventional example) shown in FIG. 11A.
  • a necessary heating amount on the heating side is about 1.17 ⁇ 10 3 and a heat removal amount necessary on the cooling side is about 5.8 ⁇ .
  • Each 10 2 kW is provided by a separate heat pump.
  • the required compressor capacity of the heat pump on the heating side is about 2.3 ⁇ 10 2 kW, and the required compressor capacity of the heat pump on the cooling side is about 1.5 ⁇ 10 2 kW, so a total of about 3.8 ⁇ 10 2 kW of electricity Energy is required. Therefore, although it is more advantageous than the comparative example, the result showed that the energy consumption was more than 60% compared to the example.
  • Table 1 The above is summarized in Table 1.
  • the temperature of the water flowing through the inside is often maintained at around room temperature, and is not brought to an extremely high or low temperature.
  • the temperature is often controlled to be 20 to 35 ° C.
  • heat exchange is performed with a fluid having a temperature lower than that of the refrigerant (the refrigerant is cooled and the low-temperature fluid is heated) to be condensed.
  • the refrigerant expands while passing through the expansion valve and is depressurized.
  • Refrigerant takes heat Q C from the outside of the fluid at the point A at point B interval (cooling step), subjected to compression work W by the compressor from the point B in the section the point C, outside the section of the point D from point C
  • Heat Q H is applied to the fluid (heating process).
  • the coefficient of performance during heating is Q H / W
  • the coefficient of performance during cooling is Q C / W. Therefore, the smaller the W is, the higher the coefficient of performance is, and the energy efficiency is improved.
  • the second bypass pipe 225 branches from the second piping section 222 on the upstream side of the connecting portion 226 and joins with the second piping section 222 on the downstream side of the second heat storage means 224.
  • a three-way valve 228 is provided at the branch portion, and the flow rate ratio of the water flowing through the second piping section 222 and the second bypass pipe 225 can be adjusted.
  • a three-way valve may be provided at the junction of the second bypass pipe 225 and the second piping section 222.
  • energy efficiency can be significantly increased by combining a method of absorbing heat from one piping section within the water treatment system and heating the other piping section with the heat with the heat storage means. This point will be described with reference to FIGS. 16A to 16F.
  • a similar reflux pipe can be provided for the second heat storage means 224 as well.
  • the second reflux pipe for refluxing water to the second pipe section 222 upstream of the connection portion 226 of the second pipe section 222 and downstream of the branch portion of the second bypass pipe 225. 235 is provided. Since the temperature of the warm water stored in the second heat storage means 224 may decrease due to heat exchange with the surroundings, the water whose temperature has been decreased by the second reflux pipe 235 is reheated by the heat pump 203. The surplus heating capacity stored in the second heat storage means 224 can be maintained.
  • the fifth embodiment is applied when heat is absorbed from one pipe section and the other pipe sections are heated by the heat, but has an intermediate loop. And differ from these embodiments.
  • the water treatment system 201 c includes a first piping section 202 in which water flows and a heat pump 203, as in the first embodiment.
  • the water treatment system 201 c has a first intermediate loop 212.
  • the first intermediate loop 212 is thermally connected to a part of the first piping section 202 and the heat pump 203 at connection portions 206 and 216, respectively.
  • the first temperature sensor 209 is provided on the downstream side of the connecting portion 206 with the first intermediate loop 212 in the first piping section 202.
  • a second temperature sensor 229 is provided on the upstream side of the connection portion 226 with the second intermediate loop 232 in the second piping section 222.
  • the following operation is performed.
  • the three-way valve 238 is adjusted so that a part of the second heat medium flows into the second intermediate loop bypass pipe 234.
  • the flow rate of the second heat medium circulating in the second intermediate loop 232 decreases, and the amount of heat given to water per unit time decreases.
  • the fourth heat storage means 233 stores the heated second heat medium, that is, the amount of heat.
  • Table 5 shows changes in various parameters in the intermediate loop.
  • the temperature T3 was assumed to be equal to the water outlet temperature T2.
  • “Heat medium storage means water storage amount (L / h)” indicates the amount of heat medium stored in the heat storage means per hour
  • “Heat medium means water discharge amount (L / h)” is the heat storage means per hour. The amount of the heat medium released from the is shown.
  • “storage heat quantity (kWh)” in Table 4 is a cumulative value of the heat quantity accumulated so far in the heat storage means.

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Abstract

In order to improve the energy efficiency of a water treatment system and perform stable temperature control, this water treatment system includes: a plurality of devices (1, 2, 3, 4); a plurality of pipe sections (11, 12) through which water flows and which connect the plurality of pairs of adjacent devices; and a heat pump (21) which absorbs heat from a heat absorption pipe section with at least one pipe section (11) being the heat absorption pipe section, and exhausts heat absorbed from the heat absorption pipe section (11) to a heat exhaust pipe section with at least another pipe section (12) being the heat exhaust pipe section.

Description

水処理システム及び水処理方法Water treatment system and water treatment method
 本発明は、水処理システム及び水処理方法に関し、特にエネルギー消費の少ない水処理システムに関する。 The present invention relates to a water treatment system and a water treatment method, and particularly to a water treatment system with low energy consumption.
 純水製造システム等の水処理システムは、水処理のための様々な装置が配管で結ばれて構成されている。これらの装置の例として、イオン交換装置、逆浸透膜(RO膜)装置、ろ過装置などがある。各装置は性能(不純物の除去特性等)を最大限に発揮させるために、最適な水温の範囲を有している。一方、ユースポイント(使用点)では、例えば25℃、60℃、80℃等の様々な温度が要求されることがある。また、循環運転を行う部位では、循環運転に伴うポンプからの入熱などによって循環水の温度が上昇しやすくなる。このように、水処理システムでは、装置の温度要求、システム要求、システム構成などの様々な要因のために、システム内の様々な個所で温度調整を行う必要がある。 A water treatment system such as a pure water production system is configured by connecting various devices for water treatment with pipes. Examples of these devices include ion exchange devices, reverse osmosis membrane (RO membrane) devices, and filtration devices. Each device has an optimal water temperature range in order to maximize performance (impurity removal characteristics, etc.). On the other hand, for use points (use points), various temperatures such as 25 ° C., 60 ° C., and 80 ° C. may be required. Moreover, in the site | part which performs a circulating operation, the temperature of circulating water becomes easy to rise by the heat input from the pump accompanying a circulating operation, etc. As described above, in the water treatment system, it is necessary to adjust the temperature at various points in the system due to various factors such as the temperature requirement of the apparatus, the system requirement, and the system configuration.
 特許文献1には超純水の製造装置が開示されている。原水槽から供給された原水は脱気槽やRO膜装置で処理され、後工程に送られる。RO膜装置における逆浸透膜の標準設計温度は25℃であるため、RO膜装置の入口点における処理水の温度をこの付近の温度に調整するため、原水槽と脱気槽の間にいくつかの熱交換器が設置されている。 Patent Document 1 discloses an apparatus for producing ultrapure water. The raw water supplied from the raw water tank is processed in a degassing tank or RO membrane device and sent to a subsequent process. Since the standard design temperature of the reverse osmosis membrane in the RO membrane device is 25 ° C., there are some between the raw water tank and the deaeration tank in order to adjust the temperature of the treated water at the entrance point of the RO membrane device to a temperature in the vicinity of this. The heat exchanger is installed.
 特許文献2には、熱交換のために、ヒートポンプを水処理システムに用いた例が開示されている。ヒートポンプは、エネルギー効率の高い熱交換システムとして知られている。ヒートポンプは外部熱源から熱を奪い、奪った熱を加熱対象部位に供給し、あるいは冷却対象部位から熱を奪い、奪った熱を外部に放出する。
特開2009-183800号公報 特開2002-16036号公報 特開2006-095479号公報
Patent Document 2 discloses an example in which a heat pump is used in a water treatment system for heat exchange. Heat pumps are known as energy efficient heat exchange systems. The heat pump takes heat from an external heat source and supplies the taken heat to the heating target part, or takes heat from the cooling target part and releases the taken heat to the outside.
JP 2009-183800 A JP 2002-16036 A JP 2006-095479 A
 従来から、水処理システム内を流通する被処理水の温度調整を行う場合、冷却塔やボイラなどの設備を設けることが一般的であった。しかし、このようなシステム構成は、エネルギーの利用効率、ひいては二酸化炭素排出量等の環境負荷の面で以下の問題があった。 Conventionally, when adjusting the temperature of water to be treated flowing in a water treatment system, it has been common to provide equipment such as a cooling tower and a boiler. However, such a system configuration has the following problems in terms of energy utilization efficiency and, in turn, environmental loads such as carbon dioxide emissions.
 すなわち、加熱及び冷却のためのエネルギーは、加熱や冷却の対象部位で個々に投入されている。例えば、加熱のためにボイラを使用する場合には、ボイラに投入された熱エネルギーによって、加熱対象部位よりも高温の温水や蒸気が製造され、温水や蒸気の持つ熱が加熱対象部位に加えられる。冷却のために冷却塔を使用する場合には、冷却対象部位よりも低温の冷却水が製造され、冷却対象部位から熱が奪われる。温度調整に必要な全エネルギーは加熱及び冷却の各対象部位で必要となるエネルギーの総和となる。 That is, the energy for heating and cooling is individually input at the target site for heating and cooling. For example, when a boiler is used for heating, hot water or steam having a temperature higher than that of the heating target part is produced by heat energy input to the boiler, and heat of the hot water or steam is added to the heating target part. . When a cooling tower is used for cooling, cooling water having a temperature lower than that of the cooling target portion is produced, and heat is taken away from the cooling target portion. The total energy required for temperature adjustment is the sum of the energy required for each target part of heating and cooling.
 水処理システムにおいて、冷却対象部位から奪われた熱を、加熱対象部位に加えられる熱として利用することは一般に困難である。このようなプロセスを熱交換器によって実現できる場合もあるが、そのためには冷却対象部位が高温側、加熱対象部位が低温側となっている必要がある。しかも高温側と低温側とで相当の温度差がないと効率的な熱移動はできない。水処理システムの場合、多くの部位は常温に近い温度に制御されており、大きな温度差はなく、また冷却対象部位が高温側、加熱対象部位が低温側という関係が必ずしも成立しているわけではない。従って熱交換器を効率的に使用できる部位は限られている。 In a water treatment system, it is generally difficult to use heat deprived from a cooling target part as heat applied to the heating target part. In some cases, such a process can be realized by a heat exchanger. To that end, it is necessary that the part to be cooled is on the high temperature side and the part to be heated is on the low temperature side. Moreover, efficient heat transfer cannot be achieved unless there is a considerable temperature difference between the high temperature side and the low temperature side. In the case of a water treatment system, many parts are controlled at a temperature close to room temperature, there is no large temperature difference, and the relationship that the part to be cooled is the high temperature side and the part to be heated is the low temperature side is not necessarily established. Absent. Therefore, the part which can use a heat exchanger efficiently is limited.
 ヒートポンプは、熱交換器と異なり、低温の熱源から高温の熱源に熱を移動することができる。しかし、空気熱などの外部熱源を利用するヒートポンプは、外部の温度条件によって性能が大きく変動する。例えば、低温度の空気から吸熱する場合には吸熱効率が大きく低下する。このように、空気熱などの外部熱源を利用するヒートポンプは外部温度によって影響を受けやすく、水処理システム内の水温を安定的に制御することは困難である。ヒートポンプに過剰な容量を持たせれば外部温度条件の変動による影響を緩和することはできるが、コストに多大の影響が生じる。
 本発明はこのような課題に鑑みてなされ、エネルギー効率が高く、しかも安定した温度制御が可能な水処理システム及び水処理方法を提供することを目的とする。
Unlike heat exchangers, heat pumps can transfer heat from a low temperature heat source to a high temperature heat source. However, the performance of a heat pump that uses an external heat source such as air heat varies greatly depending on external temperature conditions. For example, when heat is absorbed from air at a low temperature, the heat absorption efficiency is greatly reduced. Thus, the heat pump using an external heat source such as air heat is easily affected by the external temperature, and it is difficult to stably control the water temperature in the water treatment system. If the heat pump has an excessive capacity, it is possible to mitigate the effects of fluctuations in external temperature conditions, but it has a significant effect on cost.
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a water treatment system and a water treatment method that are high in energy efficiency and capable of stable temperature control.
 本発明の水処理システムは、複数の装置と、互いに隣接する複数の装置同士を接続し、内部を水が流れる複数の配管区間と、少なくとも1つの配管区間を吸熱配管区間としてこの吸熱配管区間から吸熱し、この吸熱配管区間から吸熱した熱を、少なくとも1つの他の配管区間を排熱配管区間として、この排熱配管区間に排熱するヒートポンプと、を有している。 The water treatment system of the present invention connects a plurality of devices and a plurality of devices adjacent to each other, a plurality of pipe sections through which water flows, and at least one pipe section as an endothermic pipe section. A heat pump that absorbs heat and exhausts the heat absorbed from the endothermic piping section to the exhaust heat piping section using at least one other piping section as an exhaust heat piping section.
 ヒートポンプは吸熱対象部位で熱を奪い、その熱を排熱対象部位まで移動させることができる。従って、水処理システム内に吸熱(冷却)が必要な部位(吸熱配管区間)と排熱(加熱)が必要な部位(排熱配管区間)とがある場合に、ヒートポンプを用いて、吸熱配管区間から排熱配管区間への熱移動を行うことが可能となる。冷却のために棄てた熱を別の部位の加熱に利用することができるため、エネルギー効率が著しく高められる。 The heat pump can take heat away from the heat absorption target part and move the heat to the heat exhaustion target part. Therefore, in the water treatment system, when there is a part that needs heat absorption (cooling) (endothermic piping section) and a part that needs exhaust heat (heating) (exhaust heat piping section), use a heat pump to It is possible to transfer heat from the heat exhaust pipe section. Since the heat lost for cooling can be utilized for heating another part, energy efficiency is remarkably improved.
 また、吸熱配管区間と排熱配管区間は各々が温度調整部位であると同時に、安定した熱源でもある。すなわち、前述のように吸熱または排熱の一方を外部熱源を用いて行う場合、ヒートポンプ性能は外部熱源の温度変動による影響を受けやすかった。外部の空気を熱源として利用する場合、外気温が低いと吸熱しにくくなりヒートポンプ性能が低下する。地下水や海水を熱源として用いる場合も空気ほどの温度変動は生じないが、同様の問題が生じる。これに対して本発明の場合、水温が制御された水処理システム内の配管区間を熱源(吸熱配管区間または排熱配管区間)として用いているため、熱源の温度変動がほとんど生じない。このため、ヒートポンプ性能が外気温や海水温度などの外部環境に左右されにくく、良好なヒートポンプ性能を安定して維持することが可能となる。なお、空気を熱源としたヒートポンプの場合、外気温が0℃付近まで下がると霜取りが必要となる。また、地下水や海水を熱源としたヒートポンプの場合、排水の処理や腐食対策が必要となる。本発明はこのような問題も発生しない。 In addition, each of the endothermic piping section and the exhaust heat piping section is a temperature adjusting part and a stable heat source. That is, as described above, when one of heat absorption or exhaust heat is performed using an external heat source, the heat pump performance is easily affected by temperature fluctuations of the external heat source. When using external air as a heat source, if the outside air temperature is low, heat absorption is difficult and heat pump performance is reduced. Even when groundwater or seawater is used as a heat source, the temperature does not change as much as air, but the same problem occurs. On the other hand, in the case of the present invention, since the piping section in the water treatment system in which the water temperature is controlled is used as the heat source (heat absorption piping section or exhaust heat piping section), the temperature variation of the heat source hardly occurs. For this reason, the heat pump performance is not easily influenced by the external environment such as the outside air temperature or the seawater temperature, and it becomes possible to stably maintain a good heat pump performance. In the case of a heat pump using air as a heat source, defrosting is required when the outside air temperature drops to near 0 ° C. In addition, in the case of a heat pump using groundwater or seawater as a heat source, it is necessary to treat wastewater and take measures against corrosion. The present invention does not cause such a problem.
 本発明の他の実施態様によれば、複数の装置と、互いに隣接する複数の装置同士を接続し、内部を水が流れる複数の配管区間と、を有する水処理システムを用いた水処理方法が提供される。この方法は、ヒートポンプによって、少なくとも1つの配管区間を吸熱配管区間として吸熱配管区間から吸熱し、吸熱配管区間から吸熱した熱を、少なくとも1つの他の配管区間を排熱配管区間として排熱配管区間に排熱することを含んでいる。 According to another embodiment of the present invention, there is provided a water treatment method using a water treatment system having a plurality of devices and a plurality of piping sections that connect a plurality of adjacent devices and through which water flows. Provided. This method uses a heat pump to absorb heat from an endothermic piping section using at least one piping section as an endothermic piping section, and exhaust heat from the endothermic piping section, using at least one other piping section as an exhaust heat piping section. Includes exhausting heat.
 このように、本発明によれば、エネルギー効率が高く、しかも安定した温度制御が可能な水処理システム及び水処理方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a water treatment system and a water treatment method that are high in energy efficiency and capable of stable temperature control.
本発明の水処理システムの、第1及び第2の実施形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows 1st and 2nd embodiment of the water treatment system of this invention. 図1に示す水処理システムにおいて、中間ループを設けた実施形態を示す概念図である。In the water treatment system shown in FIG. 1, it is a conceptual diagram which shows embodiment which provided the intermediate | middle loop. 図1に示す水処理システムにおいて、複数の吸熱配管区間が設けられた実施形態を示す概念図である。In the water treatment system shown in Drawing 1, it is a key map showing an embodiment in which a plurality of heat absorption piping sections were provided. 図1に示す水処理システムにおいて、複数の吸熱及び排熱配管区間が設けられた実施形態を示す概念図である。In the water treatment system shown in Drawing 1, it is a key map showing an embodiment in which a plurality of heat absorption and exhaust heat piping sections were provided. 図1に示す水処理システムにおいて、補助加熱手段が設けられた実施形態を示す概念図である。In the water treatment system shown in Drawing 1, it is a key map showing an embodiment provided with auxiliary heating means. 図1に示す水処理システムにおいて、第2のヒートポンプが設けられた実施形態を示す概念図である。In the water treatment system shown in Drawing 1, it is a key map showing an embodiment provided with the 2nd heat pump. 図1に示す水処理システムにおいて、熱電子式ヒートポンプを用いた実施形態を示す概念図である。In the water treatment system shown in FIG. 1, it is a conceptual diagram which shows embodiment using a thermoelectronic heat pump. 水処理システムの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. 水処理システムの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. 水処理システムの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. 水処理システムの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. 水処理システムの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of a water treatment system. 水処理システムの構成の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of a structure of a water treatment system. 水処理システムの熱水殺菌時のライン構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the line structure at the time of the hot water sterilization of a water treatment system. 水処理システムの熱水殺菌時のライン構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the line structure at the time of the hot water sterilization of a water treatment system. 参考例の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a reference example. 実施例の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an Example. 実施例の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an Example. 本発明の第2の実施形態の効果を説明するための線図(モリエル線図)である。It is a diagram (Mollier diagram) for demonstrating the effect of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の水処理システムの、一実施例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows one Example of the water treatment system of this invention. 本発明の水処理システムの、第3の実施形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows 3rd Embodiment of the water treatment system of this invention. 本発明の水処理システムの、第3の実施形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows 3rd Embodiment of the water treatment system of this invention. 図14A,14Bに示す水処理システムの作用を概念的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows notionally the effect | action of the water treatment system shown to FIG. 14A and 14B. 図14A,14Bに示す水処理システムの作用を概念的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows notionally the effect | action of the water treatment system shown to FIG. 14A and 14B. 図14A,14Bに示す水処理システムと他の水処理システムのエネルギー利用効率を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the energy utilization efficiency of the water treatment system shown to FIG. 14A and 14B, and another water treatment system. 図14A,14Bに示す水処理システムと他の水処理システムのエネルギー利用効率を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the energy utilization efficiency of the water treatment system shown to FIG. 14A and 14B, and another water treatment system. 図14A,14Bに示す水処理システムと他の水処理システムのエネルギー利用効率を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the energy utilization efficiency of the water treatment system shown to FIG. 14A and 14B, and another water treatment system. 図14A,14Bに示す水処理システムと他の水処理システムのエネルギー利用効率を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the energy utilization efficiency of the water treatment system shown to FIG. 14A and 14B, and another water treatment system. 図14A,14Bに示す水処理システムと他の水処理システムのエネルギー利用効率を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the energy utilization efficiency of the water treatment system shown to FIG. 14A and 14B, and another water treatment system. 図14A,14Bに示す水処理システムと他の水処理システムのエネルギー利用効率を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the energy utilization efficiency of the water treatment system shown to FIG. 14A and 14B, and another water treatment system. 本発明の水処理システムの、第4の実施形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows 4th Embodiment of the water treatment system of this invention. 本発明の水処理システムの、第5の実施形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows 5th Embodiment of the water treatment system of this invention. 本発明の水処理システムの、第6の実施形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows 6th Embodiment of the water treatment system of this invention. 実施例の水処理システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the water treatment system of an Example. 実施例の過不足熱量の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the excess and deficient heat amount of an Example. 比較例の過不足熱量の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the excess and deficient heat amount of a comparative example. 比較例の必要熱量の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the required calorie | heat amount of a comparative example.
 (第1の実施形態)
 図1~7を参照して、本発明の水処理システムに係る第1の実施形態について説明する。これらの図は水処理システムを構成する様々な装置のうち、本実施形態に関連する部分だけを抽出して示すものである。実際の水処理システムの例は後述する。
(First embodiment)
A first embodiment of the water treatment system of the present invention will be described with reference to FIGS. These figures extract and show only the part relevant to this embodiment among various apparatuses which comprise a water treatment system. An example of an actual water treatment system will be described later.
 図1には、互いに隣接する第1及び第2の装置1,2と、これらを接続する第1の配管区間(吸熱配管区間)11と、が示されている。これらの装置1,2及び配管区間11には第1の装置1から第2の装置2に向けて、図中右向きに流体(被処理水)が流通している。同様に、図1には、互いに隣接する第3及び第4の装置3,4と、これらを接続する第2の配管区間(排熱配管区間)12と、が示されている。これらの装置3,4及び配管区間12にも、第3の装置3から第4の装置4に向けて、図中右向きに流体(被処理水)が流通している。第1~第4の装置1~4はどのようなものであっても構わない。 FIG. 1 shows first and second devices 1 and 2 that are adjacent to each other, and a first piping section (heat absorption piping section) 11 that connects them. In these devices 1 and 2 and the piping section 11, fluid (treated water) flows from the first device 1 to the second device 2 in the right direction in the figure. Similarly, FIG. 1 shows third and fourth devices 3 and 4 that are adjacent to each other, and a second piping section (exhaust heat piping section) 12 that connects them. Also in these devices 3 and 4 and the piping section 12, a fluid (treated water) flows from the third device 3 to the fourth device 4 in the right direction in the drawing. The first to fourth devices 1 to 4 may be any type.
 本実施形態では第1の配管区間11から吸熱し(符号QC1で示す。)、第2の配管区間12に排熱される(同じく、符号QH1で示す。)。このような状況は、例えば第1の装置1の出口点水温が第2の装置2の入口点における要求水温よりも高く、被処理水を冷却することが必要であり、かつ第3の装置3の出口点水温が第4の装置4の入口点における要求水温よりも低く、被処理水を加熱することが必要である場合に生じる。一例として、前述のようにRO膜装置は逆浸透膜の標準設計温度が25℃であるが、入口点における水温がこれより低い場合、RO膜装置に入る前に被処理水を加熱する必要がある。 In the present embodiment, heat is absorbed from the first piping section 11 (indicated by the symbol Q C1 ) and is exhausted to the second piping section 12 (also indicated by the symbol Q H1 ). In such a situation, for example, the outlet water temperature of the first device 1 is higher than the required water temperature at the inlet point of the second device 2, and it is necessary to cool the water to be treated, and the third device 3. This occurs when the outlet water temperature is lower than the required water temperature at the inlet point of the fourth apparatus 4 and it is necessary to heat the water to be treated. As an example, as described above, the RO membrane device has a standard design temperature of the reverse osmosis membrane of 25 ° C. If the water temperature at the inlet point is lower than this, it is necessary to heat the water to be treated before entering the RO membrane device. is there.
 この目的のため、水処理システムには第1の配管区間11(吸熱配管区間)から吸熱し、第2の配管区間12(排熱配管区間)に排熱するヒートポンプ21が設けられている。ヒートポンプ21は、第1の配管区間11及び第2の配管区間12と熱的に接続されている。ヒートポンプ21は本実施形態では蒸気圧縮式を用いている。具体的には、ヒートポンプ21は、アンモニア、二炭化炭素、フロン類やR410Aを始めとする代替フロン類などの冷媒を蒸発させる蒸発器22と、冷媒を圧縮するコンプレッサ23と、冷媒を凝縮させる凝縮器24と、冷媒を膨張させる膨張弁25、とを備え、これらの要素22~25がこの順で閉ループ26上に配置されている。従って、冷媒は、閉ループ26内を循環しながら、蒸発、圧縮、凝縮、膨張の熱サイクルを受けることになる。蒸発器22に隣接して第1の配管区間11が位置しており、冷媒が蒸発した際の気化熱によって、第1の配管区間11を流れる流体から熱が奪われる(なお、各図において、波線は熱交換が行わる部位であることを示す。)。蒸発した冷媒はコンプレッサ23で圧縮され、高温高圧の気相となる。冷媒は次に凝縮器24に送られ、周囲に熱を放出して凝縮する。凝縮器24に隣接して第2の配管区間12が位置しており、凝縮の際に放出された凝縮熱が第2の配管区間12を流れる流体に与えられる。凝縮した冷媒は膨張弁25を通って減圧冷却される。このようにしてヒートポンプ21の1サイクルの運転の間に、第1の配管区間11からの吸熱と、第2の配管区間12への排熱が行われる。 For this purpose, the water treatment system is provided with a heat pump 21 that absorbs heat from the first piping section 11 (endothermic piping section) and exhausts heat to the second piping section 12 (exhaust heat piping section). The heat pump 21 is thermally connected to the first piping section 11 and the second piping section 12. The heat pump 21 uses a vapor compression type in this embodiment. Specifically, the heat pump 21 includes an evaporator 22 that evaporates refrigerant such as ammonia, carbon dioxide, chlorofluorocarbons, and alternative chlorofluorocarbons such as R410A, a compressor 23 that compresses the refrigerant, and a condensation that condenses the refrigerant. And an expansion valve 25 for expanding the refrigerant. These elements 22 to 25 are arranged on the closed loop 26 in this order. Accordingly, the refrigerant undergoes a thermal cycle of evaporation, compression, condensation, and expansion while circulating in the closed loop 26. The first piping section 11 is located adjacent to the evaporator 22, and heat is taken away from the fluid flowing through the first piping section 11 by the heat of vaporization when the refrigerant evaporates (in each figure, The wavy line indicates the part where heat exchange takes place.) The evaporated refrigerant is compressed by the compressor 23 to become a high-temperature and high-pressure gas phase. The refrigerant is then sent to the condenser 24 where it releases heat and condenses. The second piping section 12 is located adjacent to the condenser 24, and the condensation heat released during the condensation is given to the fluid flowing through the second piping section 12. The condensed refrigerant passes through the expansion valve 25 and is cooled under reduced pressure. In this way, heat absorption from the first piping section 11 and exhaust heat to the second piping section 12 are performed during one cycle operation of the heat pump 21.
 ヒートポンプ21を用いることによって、第1の配管区間11から奪われた熱の少なくとも一部を第2の配管区間12に与えることができる。このため、奪われた熱を棄てる必要がなく、第2の配管区間12に供給する熱を別の装置(ボイラ等)で発生させる必要もない。しかも、ヒートポンプ21は一般に成績係数(加熱または冷却の能力をQ、このQを得るために消費した電力Lとしたときに、Q/Lで定義される。)が3~5の付近にあり、必要な電気エネルギーが、発生させる熱エネルギーと比べてはるかに小さい。このように、本実施形態の水処理システムでは第1の配管区間11から奪った熱を第2の配管区間12に移動させるため、熱エネルギーの無駄が生じにくい。しかも、この熱移動に効率の高いヒートポンプ21を用いているために、少ないエネルギー消費が実現される。 By using the heat pump 21, at least a part of the heat taken away from the first piping section 11 can be given to the second piping section 12. For this reason, it is not necessary to discard the deprived heat, and it is not necessary to generate heat supplied to the second piping section 12 by another device (boiler, etc.). In addition, the heat pump 21 generally has a coefficient of performance (defined as Q / L, where Q is the heating or cooling ability, and L is the power consumed to obtain this Q), and The required electrical energy is much smaller than the heat energy that is generated. Thus, in the water treatment system of this embodiment, since the heat deprived from the 1st piping section 11 is moved to the 2nd piping section 12, waste of heat energy does not arise easily. And since the heat pump 21 with high efficiency is used for this heat transfer, a small energy consumption is realized.
 また、冷却及び加熱のためにボイラや冷却塔を別途設置する場合、これらの装置は一般に、温度調整が必要な部位から離れたところに設けられる。燃料貯蔵施設など多数の付帯設備が必要なボイラでは、特にこの傾向が強い。このため、冷水や温水、蒸気等を配管で移送する際の熱伝達ロスが大きく、追加の加熱冷却装置を設けるなど、エネルギー効率及びコスト面で不利となりやすい。ボイラや冷却塔は一般に必要エネルギーが大きく、環境負荷が大きいという問題もある。ヒートポンプ21を第1の配管区間11と第2の配管区間12の中間付近に設置することで、熱伝達ロスを最小限に抑えることができる。 In addition, when a boiler and a cooling tower are separately installed for cooling and heating, these devices are generally provided at a location away from a site requiring temperature adjustment. This tendency is particularly strong in boilers that require a large number of incidental facilities such as fuel storage facilities. For this reason, the heat transfer loss at the time of transferring cold water, hot water, steam, etc. by piping is large, and it tends to be disadvantageous in terms of energy efficiency and cost, such as providing an additional heating and cooling device. In general, boilers and cooling towers require large energy and have a large environmental load. By installing the heat pump 21 in the vicinity of the middle between the first piping section 11 and the second piping section 12, heat transfer loss can be minimized.
 さらに、ヒートポンプ21は、吸熱側及び排熱側の温度とは無関係に熱移動を行うことができる。つまり、吸熱側の水温と排熱側の水温がほとんど同じ場合や、排熱側の水温が吸熱側の水温より高い場合でも熱移動が可能である。上述の通り、水処理システムでは、例えば発電システムなどと異なり、システム内で極端な温度差が生じることはあまりなく、一般的な熱交換器を有効利用することは困難であった。このため、冷却には冷水等を、加熱には蒸気等を個別に供給する方式が一般的であった。本発明では、ヒートポンプ21を用いているため、第1の配管区間11と第2の配管区間12の温度に拘わらず、これらの間で必要な熱量の移動が可能となっている。 Furthermore, the heat pump 21 can perform heat transfer regardless of the temperature on the heat absorption side and the exhaust heat side. That is, heat transfer is possible even when the water temperature on the heat absorption side and the water temperature on the exhaust heat side are almost the same, or when the water temperature on the exhaust heat side is higher than the water temperature on the heat absorption side. As described above, in a water treatment system, unlike a power generation system, for example, an extreme temperature difference does not often occur in the system, and it is difficult to effectively use a general heat exchanger. For this reason, a method of supplying cold water or the like for cooling and steam or the like for heating is generally used. In the present invention, since the heat pump 21 is used, the necessary amount of heat can be transferred between the first piping section 11 and the second piping section 12 regardless of the temperatures thereof.
 ヒートポンプの利用形態としては、空気や外部の水を熱源として用いる形態も考えられる。空気を熱源として用いる場合、空気から吸熱し、空気から奪った熱を第2の配管区間12で排熱すれば、第2の配管区間12の加熱が可能である。しかし、ヒートポンプは空気が低温になると吸熱効率が下がり、ヒートポンプ能力(成績係数)が低下する。このため、低い空気温度での運転を想定した場合、ヒートポンプの容量を増やしておくことが必要となる。従って、空気温度が高い場合には、性能を抑えて運転する必要が生じる。同様のことはヒートポンプで冷却を行う場合にもあてはまる。この場合は、外気温が高いと排熱効率が落ち、ヒートポンプ能力(成績係数)が低下する。従って、同様にヒートポンプの容量を増やしておくことが必要となる。さらに、外気温度が0℃付近である場合、熱を奪われた空気は0℃以下まで冷却されるため、空気との熱交換部位に凍結が生じる可能性がある。このため、定期的に運転を停止して霜取りをしたり、別途霜取りのための設備を設けておくなどの対処が必要となり、コスト面や運用面で不利となる。 As a usage form of the heat pump, a form using air or external water as a heat source is also conceivable. When air is used as a heat source, the second piping section 12 can be heated by absorbing heat from the air and exhausting the heat taken away from the air in the second piping section 12. However, when the air becomes cold, the heat pump has a lower endothermic efficiency, and the heat pump performance (coefficient of performance) is lowered. For this reason, when the driving | operation at low air temperature is assumed, it is necessary to increase the capacity | capacitance of a heat pump. Therefore, when the air temperature is high, it is necessary to operate with reduced performance. The same applies to cooling with a heat pump. In this case, if the outside air temperature is high, the exhaust heat efficiency decreases, and the heat pump capacity (coefficient of performance) decreases. Therefore, it is necessary to increase the capacity of the heat pump as well. Furthermore, when the outside air temperature is around 0 ° C., the air that has been deprived of heat is cooled to 0 ° C. or less, and thus there is a possibility that freezing will occur at the heat exchange site with the air. For this reason, it is necessary to take measures such as periodically stopping the operation and defrosting, or providing a separate defrosting facility, which is disadvantageous in terms of cost and operation.
 外部水(海水、地下水、下水等)を熱源として用いる場合も同様の問題が生じる。外部水の場合は空気ほど温度の変動は大きくなく、特に地下水は比較的温度が安定しているが、それでも温度変動の影響は受ける。外部水を用いる場合、大量の排水が発生するため、その処理のために多大の設備やコストが必要となる可能性もある。下水として排出する場合、その料金も必要となる。大量の外部水を必要とする場合、立地面での制約も生じる。さらに海水を用いる場合はスケール対策や塩害、腐食対策が必要となる。 A similar problem occurs when external water (seawater, groundwater, sewage, etc.) is used as a heat source. In the case of external water, the temperature fluctuation is not as great as that of air, and the temperature of groundwater is relatively stable, but it is still affected by the temperature fluctuation. When external water is used, a large amount of wastewater is generated, so that a large amount of equipment and cost may be required for the treatment. When discharging as sewage, the charge is also required. When a large amount of external water is required, there are restrictions on the location. Furthermore, when seawater is used, measures against scale, salt damage, and corrosion are required.
 さらに、このように吸熱または排熱の一方を外部熱源を用いて行うヒートポンプの利用形態は、広い意味では従来のボイラや冷却塔となんら変わらない。ヒートポンプ自体の効率が高いために、ボイラや冷却塔と比べれば電気代などの運転コストは抑えられるが、逆に年間負荷変動への対応のため、ピーク負荷に合わせた過大な容量を持たせるなどの問題もあり、水処理システムへの適用は現実的とはいえない。 Furthermore, the use form of the heat pump that performs either endothermic or exhaust heat using an external heat source in this way is not different from conventional boilers and cooling towers in a broad sense. Because the efficiency of the heat pump itself is high, operating costs such as electricity bills can be reduced compared to boilers and cooling towers, but conversely, in order to cope with annual load fluctuations, an excessive capacity according to the peak load is provided. Because of this problem, application to water treatment systems is not realistic.
 これに対して本実施形態では、熱の移動は熱源の温度が安定した水処理システムの内部で行われるため、外部環境の影響を受けにくい。ただし後述するように、熱源が常温の範囲にあり、温度変動が限られている場合は空気を熱源として用いることも有効である。実際には必要吸熱量と必要排熱量とがバランスすることはほとんどないため、熱量の過不足を調整するために外部熱源を利用している。しかし、外部熱源の利用は最小限度にとどめ、できる限りシステムの内部で熱移動を行っているため、従来と比べ経済的で安定した温度制御が可能となっている。 In contrast, in the present embodiment, the heat transfer is performed inside the water treatment system in which the temperature of the heat source is stable, and thus is not easily affected by the external environment. However, as will be described later, it is also effective to use air as the heat source when the heat source is in the range of normal temperature and temperature fluctuation is limited. Actually, there is almost no balance between the required heat absorption amount and the required exhaust heat amount, so an external heat source is used to adjust the excess or deficiency of the heat amount. However, the use of an external heat source is kept to a minimum and heat transfer is performed inside the system as much as possible, so that economical and stable temperature control is possible compared to the conventional case.
 図2にも、図1と同様のシステムが示されている。本実施形態では、第1の配管区間11とヒートポンプ21との間に、第1の配管区間11からの吸熱をヒートポンプ21に伝達する第1の中間ループ15を有している。同様に、第2の配管区間12とヒートポンプ21との間に、ヒートポンプ21からの吸熱を第2の配管区間12に伝達する第2の中間ループ16を有している。このように中間ループ15,16を設けることで、ヒートポンプ21の設置場所の制約が緩和される場合がある。すなわち、ヒートポンプ21が第1の配管区間11や第2の配管区間12から離れている場合、これらの配管区間11,12をヒートポンプ21まで引きまわす必要が生じる。水処理システムでは一般に、膜装置やイオン交換装置など圧力損失の大きい装置が多数設置されているため、圧力損失を抑えることが重要である。図2の例では、第1及び第2の配管区間11,12はそれぞれ、第1の装置1と第2の装置2、第3の装置3と第4の装置4を最短距離で結び、第1及び第2の配管区間11,12とヒートポンプ21の間は圧力損失の小さい中間ループ15,16で接続すればよいので、水処理システムの圧力損失を抑えることが可能である。この利点は、ヒートポンプ21が第1の配管区間11や第2の配管区間12から離れている場合に、特に大きい。図示は省略するが、第1の中間ループ15と第2の中間ループ16はいずれか一方だけを設けてもよいし、必要に応じて各中間ループ15,16を二重、三重のループとして構成することも可能である。中間ループに用いる媒体に特に制約はなく、腐食性の強い流体やスケールの発生しやすい流体を使う必要性はない。中間ループ15,16にCOを充填すれば、水を充填する場合よりも効率的に熱を運搬できる。 FIG. 2 also shows a system similar to FIG. In the present embodiment, a first intermediate loop 15 that transmits heat absorption from the first piping section 11 to the heat pump 21 is provided between the first piping section 11 and the heat pump 21. Similarly, a second intermediate loop 16 that transmits heat absorption from the heat pump 21 to the second piping section 12 is provided between the second piping section 12 and the heat pump 21. By providing the intermediate loops 15 and 16 in this manner, restrictions on the installation location of the heat pump 21 may be relaxed. That is, when the heat pump 21 is away from the first piping section 11 and the second piping section 12, it is necessary to draw these piping sections 11 and 12 to the heat pump 21. In water treatment systems, in general, many devices with large pressure loss such as membrane devices and ion exchange devices are installed, so it is important to suppress pressure loss. In the example of FIG. 2, the first and second piping sections 11 and 12 connect the first device 1 and the second device 2, the third device 3 and the fourth device 4 with the shortest distance, respectively. Since it is only necessary to connect the first and second piping sections 11 and 12 and the heat pump 21 with the intermediate loops 15 and 16 having a small pressure loss, it is possible to suppress the pressure loss of the water treatment system. This advantage is particularly great when the heat pump 21 is away from the first piping section 11 and the second piping section 12. Although illustration is omitted, only one of the first intermediate loop 15 and the second intermediate loop 16 may be provided, and each intermediate loop 15, 16 is configured as a double or triple loop as necessary. It is also possible to do. The medium used for the intermediate loop is not particularly limited, and there is no need to use a highly corrosive fluid or a fluid that easily generates scale. If filled with CO 2 to the intermediate loop 15 and 16, it can carry heat efficiently than when filled with water.
 図3,4は、複数の部位から吸熱し、あるいは排熱するようにされた水処理システムの実施形態を示している。図3を参照すると、水処理システムは、流体が流通するようにされた、互いに隣接する第5及び第6の装置5,6並びにこれらを接続する第3の配管区間13(吸熱配管区間)と、第1及び第3の配管区間11,13から吸熱するようにされた第1の中間ループ15と、を有している。図4を参照すると、水処理システムは上記構成に加え、流体が流通するようにされた、互いに隣接する第7及び第8の装置7,8並びにこれらを接続する第4の配管区間14(排熱配管区間)と、第2及び第4の配管区間12,14に排熱するようにされた第2の中間ループ16と、を有している。 FIGS. 3 and 4 show an embodiment of a water treatment system that absorbs heat or exhausts heat from a plurality of parts. Referring to FIG. 3, the water treatment system includes fifth and sixth devices 5, 6 adjacent to each other and a third piping section 13 (heat absorption piping section) connecting them, to which a fluid flows. And a first intermediate loop 15 adapted to absorb heat from the first and third piping sections 11 and 13. Referring to FIG. 4, in addition to the above-described configuration, the water treatment system includes seventh and eighth devices 7 and 8 adjacent to each other, in which fluid is allowed to flow, and a fourth piping section 14 (drainage) connecting them. Thermal piping section) and a second intermediate loop 16 adapted to exhaust heat to the second and fourth piping sections 12 and 14.
 これらの実施形態に示すように、吸熱側、排熱側とも、熱の授受を行う配管区間は1箇所に限定されず、複数個所であってもよい。つまり、吸熱配管区間と排熱配管区間は単数対単数、単数対複数、複数対単数、複数対複数のいずれの組み合わせも可能である。複数の配管区間が中間ループを介して1台のヒートポンプ21に接続されているため、ヒートポンプの台数を削減することが可能となる。個々の吸熱及び排熱配管区間の位置関係や移動熱量などを勘案して、水処理システムに複数の中間ループと複数のヒートポンプを設けることもできる。 As shown in these embodiments, the heat transfer side and the exhaust heat side are not limited to one piping section for transferring heat, and may be a plurality of positions. That is, the heat absorption pipe section and the exhaust heat pipe section can be any combination of single to single, single to multiple, multiple to single, and multiple to multiple. Since a plurality of piping sections are connected to one heat pump 21 via an intermediate loop, the number of heat pumps can be reduced. A plurality of intermediate loops and a plurality of heat pumps can also be provided in the water treatment system in consideration of the positional relationship between individual heat absorption and exhaust heat piping sections, the amount of moving heat, and the like.
 一般にヒートポンプ21のコンプレッサ能力は、吸熱配管区間での吸熱量(冷却)に対応した必要コンプレッサ能力Cと排熱配管区間での排熱量(加熱)に対応した必要コンプレッサ能力Cとが一致することはなく、いずれかに合わせて決定される。具体的には、以下の4パターンが考えられる。
(パターン1)C>Cであり、コンプレッサ能力を排熱(加熱)側に合わせてCとした場合。この場合は、吸熱配管区間での吸熱(冷却)が過剰となるため、吸熱配管区間を加熱する。もしくは吸熱配管区間での吸熱(冷却)が過剰とならないように、熱の一部を吸熱配管区間から奪い、残りを系外から奪う(例えば周囲の空気から熱を奪い、周囲の空気を冷却する。)。これは換言すれば、系外へ過剰分の冷却エネルギーを放出するということでもある。
(パターン2)C>Cであり、コンプレッサ能力を吸熱(冷却)側に合わせてCとした場合。この場合は、排熱配管区間での排熱(加熱)が不足するため、排熱配管区間を追加で加熱する。
(パターン3)C<Cであり、コンプレッサ能力を排熱(加熱)側に合わせてCとした場合。この場合は、吸熱配管区間での吸熱(冷却)が不足するため、吸熱配管区間から追加で除熱する。
(パターン4)C<Cであり、コンプレッサ能力を吸熱(冷却)側に合わせてCとした場合。この場合は、排熱配管区間での排熱(加熱)が過剰となるため、排熱配管区間から除熱する。もしくは排熱配管区間での排熱(加熱)が過剰とならないように、熱の一部を排熱配管区間に排出し、残りを系外へ排出する(例えば周囲の空気に熱を与え、周囲の空気を加熱する。)。これは換言すれば、系外へ過剰分の加熱エネルギーを放出するということでもある。
Compressor capacity generally heat pump 21, heat absorption (cooling) and the required compressor capacity C H corresponding to discharged heat amount (heat) in the corresponding required compressor capacity C C and the exhaust heat pipe section to match the endothermic pipe section There is nothing, and it is decided according to either. Specifically, the following four patterns can be considered.
(Pattern 1) When C H > C C and the compressor capacity is C H according to the exhaust heat (heating) side. In this case, since the heat absorption (cooling) in the endothermic piping section becomes excessive, the endothermic piping section is heated. Alternatively, in order to prevent excessive heat absorption (cooling) in the endothermic piping section, a part of the heat is taken from the endothermic piping section and the rest is taken out of the system (for example, taking the heat from the surrounding air and cooling the surrounding air) .) In other words, this also means that excessive cooling energy is released out of the system.
(Pattern 2) a C H> C C, when the C C combined compressor capacity endothermic (cooling) side. In this case, since the exhaust heat (heating) in the exhaust heat piping section is insufficient, the exhaust heat piping section is additionally heated.
(Pattern 3) When C H <C C and the compressor capacity is C H according to the exhaust heat (heating) side. In this case, since heat absorption (cooling) in the endothermic piping section is insufficient, heat is additionally removed from the endothermic piping section.
(Pattern 4) a C H <C C, when the C C combined compressor capacity endothermic (cooling) side. In this case, since the exhaust heat (heating) in the exhaust heat piping section becomes excessive, heat is removed from the exhaust heat piping section. Or, in order to prevent the exhaust heat (heating) in the exhaust heat piping section from becoming excessive, part of the heat is exhausted to the exhaust heat piping section and the rest is exhausted outside the system (for example, heat is applied to the surrounding air to Heat the air.) In other words, this means that excess heating energy is released out of the system.
 このように、どのパターンを選択しても、吸熱配管区間または排熱配管区間のいずれかを除熱または加熱、あるいは水処理システムの系外と熱を授受する必要が生じる。ここでは、これらのパターンのうち、排熱配管区間での排熱(加熱)が不足するパターン2の例と、吸熱配管区間での吸熱(冷却)が過剰となるパターン1の例を、図5,6を参照して説明する。 Thus, no matter what pattern is selected, it is necessary to remove or heat either the heat absorption piping section or the exhaust heat piping section, or to transfer heat to or from the outside of the water treatment system. Here, among these patterns, an example of pattern 2 in which exhaust heat (heating) in the exhaust heat piping section is insufficient and an example of pattern 1 in which heat absorption (cooling) in the heat absorption piping section is excessive are shown in FIG. , 6 will be described.
 図5の実施形態では、ヒートポンプ21からの第2の配管区間12への排熱(加熱)の不足分を補うために第2の配管区間12を加熱する第2のヒートポンプ27が設けられている。第2のヒートポンプ27はヒートポンプ21と基本的な構成は同じであるが、排熱量に応じコンプレッサ能力は適宜設定される。本実施形態では、第2のヒートポンプ27はヒータとして用いられる。ヒートポンプ21は第1の配管区間11から熱量QC1を奪い、熱量QH1を第2の配管区間12に放出する。ここで、熱量QC1はコンプレッサ能力Cと吸熱時の成績係数COPの積であり、熱量QH1は、熱量QC1にコンプレッサの圧縮仕事Wを加えた値である。すなわち、QC1=C×COP、QH1=QC1+Wであり、排熱時の成績係数COP=QH1/W=QC1/W+1=COP+1の関係にある。つまり原理的に、熱量QH1は熱量QC1よりもコンプレッサの圧縮仕事Wの分だけ大きくなっており、COPはCOPよりも1だけ大きくなっている。第2のヒートポンプ27は第2の配管12に加えられる熱量QH1と熱量QC1との差分の熱量Q2を第2の配管12に与える。ヒートポンプ27の吸熱側は水処理システムと接続されていないため、熱量Q2は大気中から奪われる(大気が冷却される)。 In the embodiment of FIG. 5, a second heat pump 27 that heats the second piping section 12 is provided to compensate for the shortage of exhaust heat (heating) from the heat pump 21 to the second piping section 12. . The basic configuration of the second heat pump 27 is the same as that of the heat pump 21, but the compressor capacity is appropriately set according to the amount of heat exhausted. In the present embodiment, the second heat pump 27 is used as a heater. The heat pump 21 takes the heat quantity Q C1 from the first piping section 11 and releases the heat quantity Q H1 to the second piping section 12. Here, the amount of heat Q C1 is the product of the coefficient of performance COP C during compressor capacity C C and the heat absorption, heat Q H1 is a value obtained by adding the compression work W of the compressor to the amount of heat Q C1. That is, Q C1 = C C × COP C , Q H1 = Q C1 + W, and the coefficient of performance COP H = Q H1 / W = Q C1 / W + 1 = COP C +1 during exhaust heat. That is, in principle, the amount of heat Q H1 is larger than the amount of heat Q C1 by the compression work W of the compressor, and COP H is larger than COP C by 1. The second pump 27 providing a heat Q2 of the difference between the heat quantity Q H1 and heat Q C1 applied to the second pipe 12 to the second pipe 12. Since the heat absorption side of the heat pump 27 is not connected to the water treatment system, the amount of heat Q2 is taken from the atmosphere (the atmosphere is cooled).
 図6の実施形態では、ヒートポンプ21による第1の配管区間11からの過剰吸熱を補償するために、ヒートポンプ21は水熱交換部21aと空気熱交換部21bとを備えている。ヒートポンプ21は水熱交換部21aで、第1の配管区間11(内部の流通水)から熱量QC1を奪い、熱量QH1を第2の配管区間12に放出する。第2の配管区間12に与えられる熱量QH1は所望の熱量に一致している。空気熱交換部21bは、熱量QC1と第1の配管区間11から奪われる吸熱量との差分の熱量Q2を周囲の空気から奪い、第2の配管区間12に供給する。換言すれば、ヒートポンプ21は、第1の配管区間11と大気から熱を奪っていることになる。本実施形態は、第2のヒートポンプ27が不要であるため、コストの観点からは図5の実施形態よりも有利となることが多い。 In the embodiment of FIG. 6, in order to compensate for excessive heat absorption from the first piping section 11 by the heat pump 21, the heat pump 21 includes a water heat exchange unit 21a and an air heat exchange unit 21b. The heat pump 21 is a water heat exchanging part 21 a that takes the heat quantity Q C1 from the first piping section 11 (internal circulation water) and releases the heat quantity Q H1 to the second piping section 12. The amount of heat Q H1 given to the second piping section 12 matches the desired amount of heat. The air heat exchanging part 21 b takes away the amount of heat Q 2, which is the difference between the amount of heat QC 1 and the amount of heat absorbed from the first piping section 11, and supplies it to the second piping section 12. In other words, the heat pump 21 takes heat from the first piping section 11 and the atmosphere. Since this embodiment does not require the second heat pump 27, it is often more advantageous than the embodiment of FIG. 5 from the viewpoint of cost.
 ヒートポンプ21は蒸気圧縮式に加えて、熱電子式を用いることもできる。図7は熱電子式ヒートポンプ21’を用いた実施形態を示している。同図は図1に示す蒸気圧縮式ヒートポンプ21を熱電子式ヒートポンプ21’に置き換えた点を除き、図1と同様であるので、ヒートポンプ21’以外の説明については上述の説明を参照されたい。熱電子式ヒートポンプ21’は、いわゆる熱電素子(ペルチェ素子)の原理を用いたヒートポンプである。基板34,35上に設けられたp型半導体29とn型半導体30とが電極33を介して直列に接続されており、pn接合部に電流を流すと、電流の向きに沿ってn型からp型となる接合部分31では吸熱現象が、p型からn型になる接合部分32では放熱現象が発生する。n型からp型になる接合部分31は第1の配管区間11側に、p型からn型になる接合部分32は第2の配管区間12側となるようにp型半導体29とn型半導体30が配置されている。図7では、3つのp型半導体29及び3つのn型半導体30が示されているが、さらに多数のp型及びn型半導体を交互に配置することもできる。熱電子式ヒートポンプ21’は構造がシンプルであり、また機械的な作動部分がないため、静音性に優れている。熱電子式ヒートポンプ21’は特に小型のヒートポンプとして利用することが望ましい。 The heat pump 21 can use a thermoelectronic type in addition to a vapor compression type. FIG. 7 shows an embodiment using a thermoelectric heat pump 21 '. The drawing is the same as FIG. 1 except that the vapor compression heat pump 21 shown in FIG. 1 is replaced with a thermoelectric heat pump 21 ′. For the description other than the heat pump 21 ′, refer to the above description. The thermoelectronic heat pump 21 ′ is a heat pump using the principle of a so-called thermoelectric element (Peltier element). A p-type semiconductor 29 and an n-type semiconductor 30 provided on the substrates 34 and 35 are connected in series via an electrode 33. When a current is passed through the pn junction, the n-type semiconductor 29 starts from the n-type along the direction of the current. An endothermic phenomenon occurs in the p-type junction 31, and a heat dissipation phenomenon occurs in the p-type to n-type junction 32. The p-type semiconductor 29 and the n-type semiconductor are arranged such that the junction portion 31 from the n-type to the p-type is on the first piping section 11 side and the junction portion 32 from the p-type to the n-type is on the second piping section 12 side. 30 is arranged. In FIG. 7, three p-type semiconductors 29 and three n-type semiconductors 30 are shown, but a larger number of p-type and n-type semiconductors may be alternately arranged. The thermoelectric heat pump 21 'has a simple structure and has no mechanical operation part, and therefore has excellent silence. The thermoelectric heat pump 21 'is preferably used as a small heat pump.
 さらに、図示は省略するが、化学式、吸着式または吸収式のヒートポンプを用いることも可能である。例えば、化学式ヒートポンプは塩化カルシウム、酸化カルシウムなどの水和物が充填された反応室と、連通管を介して反応室と接続された凝縮室と、を備えている。第1の配管区間11は反応室に隣接して位置し、第2の配管区間12は凝縮室に隣接して位置している。反応室に充填された塩化カルシウム等の水和物は第1の配管区間11から吸熱し、それによって水和物の水分子が水蒸気となって水和物から離脱し、凝縮室に移行する。凝縮室に移行した水蒸気は凝縮して液化し、隣接して位置する第2の配管区間12に排熱する。 Furthermore, although not shown, it is also possible to use a chemical, adsorption or absorption heat pump. For example, a chemical heat pump includes a reaction chamber filled with a hydrate such as calcium chloride and calcium oxide, and a condensing chamber connected to the reaction chamber via a communication pipe. The first piping section 11 is positioned adjacent to the reaction chamber, and the second piping section 12 is positioned adjacent to the condensation chamber. Hydrate such as calcium chloride filled in the reaction chamber absorbs heat from the first piping section 11, whereby water molecules of the hydrate are separated from the hydrate as water vapor and transferred to the condensation chamber. The water vapor transferred to the condensing chamber is condensed and liquefied, and exhausted to the second piping section 12 located adjacent thereto.
 次に、以上述べたヒートポンプ21が適用される水処理の具体例について説明する。本発明が適用される水処理システムは、超純水製造装置、排水処理装置、排水回収装置などの様々な装置(ユニット)から構成することができる。ただし、これらの装置の構成は純水の要求水質、原水や排水の水質等によって様々であり、以下に示す例はあくまで一例であることに留意されたい。図8A~10Bに示す例は本発明の全ての実施形態に係る水処理システムと組み合わせることができる。 Next, a specific example of water treatment to which the heat pump 21 described above is applied will be described. The water treatment system to which the present invention is applied can be composed of various devices (units) such as an ultrapure water production device, a wastewater treatment device, and a wastewater collection device. However, it should be noted that the configurations of these apparatuses vary depending on the required water quality of pure water, the quality of raw water and waste water, and the examples shown below are only examples. The examples shown in FIGS. 8A-10B can be combined with water treatment systems according to all embodiments of the present invention.
 図8Aは、水処理システムのうち、超純水製造装置の概略構成の一例を示している。原水の温度は設置場所や季節によっても異なるが、ここでは15℃であると仮定する。純水を製造するには、原水を除濁膜108に通して懸濁物などを除去し、さらに活性炭塔109を通した後、加熱ポイント101で加熱してRO膜装置110に送る。加熱するのはRO膜装置110に用いられる逆浸透膜の標準設計温度が25℃であるためである。25℃の標準設計温度は透過水量の確保、塩類付着防止等の観点から設けられている。RO膜装置110出口での水温は、25℃程度からこれよりやや低い23℃程度の間の範囲とすることが望ましい。原水の温度によってはこの加熱工程は不要である。RO膜装置110を出た原水はイオン交換装置111でイオン成分を除去され、一次純水タンク112に貯蔵される。イオン交換装置111に用いられる樹脂の再生のため、イオン交換装置111には薬品供給ラインが設けられており、アルカリ薬液を加熱ポイント127で加熱してイオン交換装置111に供給し、アルカリ薬液の廃液を冷却ポイント128で冷却した後、中和槽113において酸廃液と中和させる。廃液は、中和された後も必要に応じて中和槽内113で冷却される。 FIG. 8A shows an example of a schematic configuration of an ultrapure water production apparatus in the water treatment system. The temperature of the raw water varies depending on the installation location and season, but here it is assumed to be 15 ° C. In order to produce pure water, raw water is passed through the turbidity membrane 108 to remove suspended matters and the like, and after passing through the activated carbon tower 109, it is heated at the heating point 101 and sent to the RO membrane device 110. The reason for heating is that the standard design temperature of the reverse osmosis membrane used in the RO membrane device 110 is 25 ° C. The standard design temperature of 25 ° C. is provided from the viewpoint of securing the amount of permeate and preventing salt adhesion. The water temperature at the outlet of the RO membrane device 110 is desirably in a range between about 25 ° C. and about 23 ° C. which is slightly lower than this. Depending on the temperature of the raw water, this heating step is unnecessary. The raw water exiting the RO membrane device 110 is subjected to ion component removal by the ion exchange device 111 and stored in the primary pure water tank 112. In order to regenerate the resin used in the ion exchange device 111, the ion exchange device 111 is provided with a chemical supply line. The alkaline chemical solution is heated at the heating point 127 and supplied to the ion exchange device 111, and the waste solution of the alkaline chemical solution is obtained. Is cooled at the cooling point 128 and then neutralized with the acid waste liquid in the neutralization tank 113. The waste liquid is cooled in the neutralization tank 113 as necessary even after neutralization.
 一次純水タンク112に貯蔵された純水は紫外線酸化装置114、カートリッジポリッシャー装置(混床イオン交換樹脂が充填された非再生型イオン交換ユニット)115及び限外ろ過膜(UF膜)装置116を通って、各ユースポイント117において使用される。使用されなかった純水は循環ループ118を通って一次純水タンク112に回収され、さらに循環運転を続ける。この際、図示しないポンプからの入熱などによって循環中の純水の温度が上昇するため、ユースポイント117での温度要求に応じて純水を冷却する。本例では紫外線酸化装置114の入口側に冷却ポイント119が設けられている。紫外線酸化装置114の入口側での水温は20~30℃程度とすることが望ましい。一方、使用目的によっては60~80℃程度の高温超純水が必要とされる場合もある。本例では、純水タンク112から高温超純水供給ライン120が分岐しており、加熱ポイント121で昇温された後、紫外線酸化装置122、カートリッジポリッシャー装置123及び限外ろ過膜装置124を通って、ユースポイント125まで送られる。使用されなかった高温超純水は一次純水タンク112に戻る前に冷却ポイント126で冷却される。なお、カートリッジポリッシャー装置123内のイオン交換樹脂は高温に弱いため、加熱ポイント121に代えて、カートリッジポリッシャー装置123と限外ろ過膜装置124の間に加熱ポイント121’を設けることがより望ましい。 Pure water stored in the primary pure water tank 112 is converted into an ultraviolet oxidizer 114, a cartridge polisher device (non-regenerative ion exchange unit filled with mixed bed ion exchange resin) 115, and an ultrafiltration membrane (UF membrane) device 116. It is used at each use point 117. The pure water that has not been used is collected in the primary pure water tank 112 through the circulation loop 118, and the circulation operation is continued. At this time, since the temperature of the circulating pure water rises due to heat input from a pump (not shown), the pure water is cooled according to the temperature requirement at the use point 117. In this example, a cooling point 119 is provided on the inlet side of the ultraviolet oxidizer 114. The water temperature on the inlet side of the ultraviolet oxidizer 114 is preferably about 20 to 30 ° C. On the other hand, high-temperature ultrapure water of about 60 to 80 ° C. may be required depending on the purpose of use. In this example, the high-temperature ultrapure water supply line 120 is branched from the pure water tank 112, and after being heated at the heating point 121, it passes through the ultraviolet oxidation device 122, the cartridge polisher device 123, and the ultrafiltration membrane device 124. And sent to the use point 125. The high-temperature ultrapure water that has not been used is cooled at the cooling point 126 before returning to the primary pure water tank 112. Since the ion exchange resin in the cartridge polisher device 123 is vulnerable to high temperatures, it is more desirable to provide a heating point 121 ′ between the cartridge polisher device 123 and the ultrafiltration membrane device 124 instead of the heating point 121.
 図8B~8Eは様々な排水処理装置の例を示している。排水は水処理システム内で発生したものでもよく、水処理システム外で発生したものでもよい。また、処理された排水はそのまま水処理システム外に放出されてもよく、図8Aに示す超純水製造装置で再利用されてもよい(図中の*印)。 8B to 8E show examples of various wastewater treatment apparatuses. The waste water may be generated inside the water treatment system or may be generated outside the water treatment system. Further, the treated wastewater may be discharged as it is outside the water treatment system, or may be reused in the ultrapure water production apparatus shown in FIG. 8A (* in the figure).
 図8Bは排水に嫌気性処理及び好気性処理を行うプロセスを示している。嫌気性処理と好気性処理は各々、嫌気性微生物と好気性微生物を用いた排水処理であるが、本例では嫌気性処理(メタン発酵)の最適温度が36~38℃(中温発酵)、53~55℃(高温発酵)と比較的高温であるため、予め加温する必要がある。中温発酵の場合は30~35℃の範囲とすることもできる。一方、好気性処理の適正温度は30℃程度であるため、嫌気性処理が終わった排水を冷却する必要がある。図8Cは好気性処理のみを行う例を示したものであり、好気性処理の最適温度である20~30℃程度まで、排水が加温される。 FIG. 8B shows a process for performing anaerobic treatment and aerobic treatment on waste water. Anaerobic treatment and aerobic treatment are wastewater treatments using anaerobic microorganisms and aerobic microorganisms respectively. In this example, the optimum temperature for anaerobic treatment (methane fermentation) is 36 to 38 ° C. (medium temperature fermentation), 53 Since it is relatively high, up to 55 ° C. (high temperature fermentation), it is necessary to warm it in advance. In the case of medium temperature fermentation, the temperature can be in the range of 30 to 35 ° C. On the other hand, since the appropriate temperature for the aerobic treatment is about 30 ° C., it is necessary to cool the waste water after the anaerobic treatment. FIG. 8C shows an example in which only the aerobic treatment is performed, and the waste water is heated to about 20 to 30 ° C. which is the optimum temperature for the aerobic treatment.
 図8Dは排水をストリッピング処理するプロセスを示している。ストリッピング処理とは、遊離アンモニアに蒸気や空気を吹き込んで、遊離アンモニアを排水中から除去する処理である。この処理は排水が比較的高温で供給されることが望ましいため、ストリッピング装置の入口側に加熱ポイントが設けられている。アンモニアストリッピング処理はpHが高いほど効率が良く、最適温度は20~35℃程度である。 FIG. 8D shows a process for stripping waste water. The stripping treatment is a treatment for removing free ammonia from waste water by blowing steam or air into the free ammonia. In this treatment, since it is desirable that the wastewater is supplied at a relatively high temperature, a heating point is provided on the inlet side of the stripping device. The ammonia stripping treatment is more efficient as the pH is higher, and the optimum temperature is about 20 to 35 ° C.
 以上説明した嫌気性処理、好気性処理及びストリッピング処理が終了した後は、排水の温度調整は不要である。しかし、他の加熱ポイントにおいて必要とされる熱量を得るために、上記処理を受けた排水から必要に応じて吸熱することができる。そこで、これらの装置の出口側に、吸熱が可能なポイントであるという意味で冷却ポイントが設けられている。また、これらのポイントを逆に、必要に応じてヒートポンプにて吸熱した熱の排出先として利用してもよい。 After the above-described anaerobic treatment, aerobic treatment and stripping treatment are completed, it is not necessary to adjust the temperature of the waste water. However, in order to obtain the amount of heat required at other heating points, heat can be absorbed as needed from the wastewater that has undergone the above treatment. Therefore, a cooling point is provided on the outlet side of these devices in the sense that it is a point capable of absorbing heat. Moreover, you may utilize these points as a discharge destination of the heat | fever which absorbed heat with the heat pump as needed conversely.
 図8Eは、超純水が使用されたシステムから回収された排水の処理システムを示している。使用可能な排水としては、例えば半導体製造の際にウエハのリンスで用いた純水など、比較的清浄なものが挙げられる。排水は、過酸化水素が混合された後に紫外線酸化装置101に送られ、主に排水中のTOC(total organic carbon)成分が除去される。次に排水は、冷却ポイント102で冷却された後、活性炭塔103で有機物や臭気成分を除去され、イオン交換装置104に送られる。紫外線酸化装置101では、排水が数時間滞留し、温度がかなり上昇することがある。そこで、紫外線酸化装置101の出口側に冷却ポイント102が設けられている。 FIG. 8E shows a treatment system for wastewater collected from a system in which ultrapure water is used. Usable waste water includes, for example, relatively clean water such as pure water used for rinsing a wafer during semiconductor manufacturing. The waste water is mixed with hydrogen peroxide and then sent to the ultraviolet oxidizer 101 to mainly remove TOC (total organic carbon) components in the waste water. Next, the waste water is cooled at the cooling point 102, the organic matter and odor components are removed by the activated carbon tower 103, and sent to the ion exchange device 104. In the ultraviolet oxidation apparatus 101, the waste water stays for several hours, and the temperature may rise considerably. Therefore, a cooling point 102 is provided on the outlet side of the ultraviolet oxidation apparatus 101.
 図9は、以上説明した装置のうち、図8Aで説明した超純水製造装置と図8Eで説明した排水処理システムを一つの水処理システムとして構成した例を示している。個々の要素については上述の説明を参照されたい。 FIG. 9 shows an example in which the ultrapure water production apparatus described in FIG. 8A and the waste water treatment system described in FIG. 8E are configured as one water treatment system among the apparatuses described above. Refer to the above description for the individual elements.
 図10A,10Bは、水処理システムのメンテナンスの際に熱水殺菌を行う場合のプロセスを示している。ここでは、処理水を軟化(CaイオンやMgイオンの除去)し、活性炭処理して原水とし、その原水をRO膜装置、イオン交換装置(電気式脱イオン水製造装置(EDI))に通した後に、フィルタ処理と紫外線酸化を行うシステムの例を示している。図10Aは活性炭とRO膜を熱水殺菌する場合の例であり、通常時にはラインから隔離されている熱水源をラインに接続し、熱水源から破線で示すルートで熱水を供給し、RO膜装置と活性炭塔とが熱水殺菌される。処理が終了すると、熱水は冷却されて排水される。図10BはEDI、フィルタ及び紫外線酸化装置を熱水殺菌する場合の例であり、通常時にはラインから隔離されている熱水源(加熱熱交)をラインに接続し、熱水源から破線で示すルートで熱水を供給し、EDIが熱水殺菌される。処理が終了すると、熱水は冷却されて排水される。熱水は冷却されて排水される。熱殺菌後のブロー水(冷却熱交への流入水)は高温水であるため、ヒートポンプの熱源として使用することができる。 10A and 10B show a process in the case of performing hot water sterilization during maintenance of the water treatment system. Here, the treated water is softened (removal of Ca ions and Mg ions), treated with activated carbon to obtain raw water, and the raw water is passed through an RO membrane device and an ion exchange device (electric deionized water production device (EDI)). Later, an example of a system that performs filtering and UV oxidation is shown. FIG. 10A is an example in the case of sterilizing activated carbon and RO membrane with hot water. Normally, a hot water source isolated from the line is connected to the line, and hot water is supplied from the hot water source by a route indicated by a broken line. The apparatus and activated carbon tower are sterilized with hot water. When the treatment is completed, the hot water is cooled and drained. FIG. 10B is an example in the case of hot water sterilization of EDI, filter, and ultraviolet oxidation device. Normally, a hot water source (heating heat exchange) isolated from the line is connected to the line, and the route shown by the broken line from the hot water source Hot water is supplied and EDI is sterilized with hot water. When the treatment is completed, the hot water is cooled and drained. Hot water is cooled and drained. Since the blow water after heat sterilization (water flowing into the cooling heat exchanger) is high-temperature water, it can be used as a heat source for the heat pump.
 図8A~10Bにおいては排熱配管区間と吸熱配管区間を太線で示しているが、以上説明したように、水処理システムにおいては通常運転時、メンテナンス時を問わず、様々な排熱配管区間及び吸熱配管区間が存在している。 In FIGS. 8A to 10B, the exhaust heat pipe section and the endothermic pipe section are indicated by bold lines. As described above, in the water treatment system, various exhaust heat pipe sections and An endothermic piping section exists.
 次に、以上説明した第1の実施形態に係る水処理システムを、実施例によってさらに詳細に説明する。図11A~11Cは図9のA部を切り出して示した模式図である。図11Aは従来技術に従い、排熱配管区間と吸熱配管区間を別々の装置(例えば熱交換器)で加熱冷却する場合を示している。以降の説明では、排熱配管区間を流れる流体の流量は100t/h(毎時トン)、加熱前の水温は288K、加熱後の温度は298Kとし、吸熱配管区間を流れる流体の流量は100t/h(毎時トン)、冷却前の水温は303K、冷却後の温度は298Kとする。水の比熱は4.2J/g・Kとする。 Next, the water treatment system according to the first embodiment described above will be described in more detail by way of examples. 11A to 11C are schematic views showing the A part of FIG. FIG. 11A shows a case where the exhaust heat pipe section and the endothermic pipe section are heated and cooled by separate devices (for example, a heat exchanger) according to the prior art. In the following description, the flow rate of the fluid flowing through the exhaust heat piping section is 100 t / h (tons per hour), the water temperature before heating is 288 K, the temperature after heating is 298 K, and the flow rate of the fluid flowing through the heat absorption piping section is 100 t / h. The water temperature before cooling is 303K, and the temperature after cooling is 298K. The specific heat of water is 4.2 J / g · K.
 以上の条件で必要エネルギーを求めると、排熱配管区間での必要エネルギーは約1.17×10kW、吸熱配管区間での必要エネルギーは約5.8×10kWであり、合計約1.8×10kWのエネルギーが必要となる。 When the required energy is obtained under the above conditions, the required energy in the exhaust heat pipe section is about 1.17 × 10 3 kW, and the required energy in the heat absorption pipe section is about 5.8 × 10 2 kW, which is about 1 in total. .8 × 10 3 kW of energy is required.
 図11B,11Cは、本実施形態に従い、ヒートポンプによって吸熱配管区間から吸熱し、排熱配管区間に排熱する場合を示しており、各々図5,6に対応している。図11Bは、吸熱側の必要除熱量でヒートポンプ21(図中ではHP1と表記)のコンプレッサの容量を決定し、排熱側で不足する熱量を第2のヒートポンプ27(図中ではHP2と表記)で補う構成である。図11Cは排熱側の必要熱量でコンプレッサ21の容量を決定し、吸熱側では一部の熱を大気から吸熱する構成である。ここでは、水温15℃~25℃の範囲でのヒートポンプ21,27の成績係数は、加温で5、冷却で4とした。 11B and 11C show a case where heat is absorbed from the heat absorption pipe section by the heat pump and exhausted to the exhaust heat pipe section according to the present embodiment, and corresponds to FIGS. In FIG. 11B, the capacity of the compressor of the heat pump 21 (indicated as HP1 in the figure) is determined based on the necessary heat removal amount on the heat absorption side, and the amount of heat that is insufficient on the exhaust heat side is determined as the second heat pump 27 (indicated as HP2 in the figure). It is the structure which supplements with. FIG. 11C is a configuration in which the capacity of the compressor 21 is determined based on the required heat amount on the exhaust heat side, and a part of heat is absorbed from the atmosphere on the heat absorption side. Here, the coefficient of performance of the heat pumps 21 and 27 in the water temperature range of 15 ° C. to 25 ° C. is 5 for heating and 4 for cooling.
 図11Bの場合(実施例1)、吸熱側で必要な除熱量約5.8×10kWを得るための必要コンプレッサ能力は約1.46×10kWである。このコンプレッサ能力では、排熱側で約7.3×10kWの排熱量が得られる。排熱側における実際に必要な排熱量約1.17×10との差分(約4.4×10kW)は第2のヒートポンプ27で補われる。第2のヒートポンプの必要コンプレッサ能力は約0.88×10kWであり、合計約2.3×10kWの電気エネルギーが必要となる。これは図11Aに示す比較例(従来例)の1/7である。 In the case of FIG. 11B (Example 1), the necessary compressor capacity to obtain the heat removal amount of about 5.8 × 10 2 kW required on the heat absorption side is about 1.46 × 10 2 kW. With this compressor capacity, an exhaust heat amount of about 7.3 × 10 2 kW is obtained on the exhaust heat side. The difference between the actual amount of exhaust heat of about 1.17 × 10 3 required in heat removal side (about 4.4 × 10 2 kW) is supplemented by a second heat pump 27. The required compressor capacity of the second heat pump is about 0.88 × 10 2 kW, and a total electric energy of about 2.3 × 10 2 kW is required. This is 1/7 of the comparative example (conventional example) shown in FIG. 11A.
 同様に、図11Cの場合(実施例2)、排熱側での必要な排熱量約1.17×10を得るための必要コンプレッサ能力は約2.3×10kWである。このコンプレッサ能力では、吸熱側は必要な除熱量約5.8×10kW以上に除熱されることになるが、余剰分は大気冷却に用いられる。よって、必要電気エネルギーは図11Bの場合と同様、約2.3×10kWとなる。 Similarly, in the case of FIG. 11C (Example 2), the required compressor capacity for obtaining the required exhaust heat amount of about 1.17 × 10 3 on the exhaust heat side is about 2.3 × 10 2 kW. With this compressor capacity, the heat absorption side is removed to a necessary heat removal amount of about 5.8 × 10 2 kW or more, but the surplus is used for air cooling. Therefore, the required electrical energy is about 2.3 × 10 2 kW, as in FIG. 11B.
 なお、参考例として、図11Aの場合で、加熱及び冷却をヒートポンプを用いて行う場合、加熱側における必要な加熱量約1.17×10と冷却側で必要な除熱量約5.8×10kWは各々別のヒートポンプでまかなわれる。加熱側のヒートポンプの必要コンプレッサ能力は約2.3×10kW、冷却側のヒートポンプの必要コンプレッサ能力は約1.5×10kWであるから、合計約3.8×10kWの電気エネルギーが必要となる。従って、比較例よりは有利であるが、実施例と比べると60%以上消費エネルギーが多い結果となった。以上をまとめて表1に示す。 As a reference example, in the case of FIG. 11A, when heating and cooling are performed using a heat pump, a necessary heating amount on the heating side is about 1.17 × 10 3 and a heat removal amount necessary on the cooling side is about 5.8 ×. Each 10 2 kW is provided by a separate heat pump. The required compressor capacity of the heat pump on the heating side is about 2.3 × 10 2 kW, and the required compressor capacity of the heat pump on the cooling side is about 1.5 × 10 2 kW, so a total of about 3.8 × 10 2 kW of electricity Energy is required. Therefore, although it is more advantageous than the comparative example, the result showed that the energy consumption was more than 60% compared to the example. The above is summarized in Table 1.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  (第2の実施形態)
 従来、ヒートポンプの熱サイクルは高温状態(凝縮時)と低温状態(蒸発時)の温度差を大きく取るように設計されることが一般的であった。これは、従来の水加温用ヒートポンプはボイラ代替用途であり、ボイラ同様高温水を出湯するよう設計されているからである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
(Second Embodiment)
Conventionally, the heat cycle of a heat pump is generally designed so as to take a large temperature difference between a high temperature state (during condensation) and a low temperature state (during evaporation). This is because the conventional water heating heat pump is an alternative to a boiler and is designed to discharge hot water like a boiler.
 しかし、一般に水処理システムでは、内部を流通する水の温度は常温付近に維持されることが多く、極端な高温や低温にされることはない。加温する場合は、温度は20~35℃となるように制御されることが多い。 However, in general, in the water treatment system, the temperature of the water flowing through the inside is often maintained at around room temperature, and is not brought to an extremely high or low temperature. In the case of heating, the temperature is often controlled to be 20 to 35 ° C.
 さらに、冷媒の温度差が大きいとコンプレッサの圧縮仕事を増加する必要があり、このことは運転コストの増加に直接的につながる。冷媒の温度差が大きいとヒートポンプの内部からの放熱ロスも大きくなる。冷媒の温度差は必要最小限であることが望ましい。 Furthermore, if the temperature difference of the refrigerant is large, it is necessary to increase the compression work of the compressor, which directly leads to an increase in operating cost. If the temperature difference of the refrigerant is large, the heat dissipation loss from the inside of the heat pump also increases. It is desirable that the temperature difference of the refrigerant is the minimum necessary.
 第2の実施形態はこのような課題に鑑みて、エネルギー効率が高く、しかも安定した温度制御が可能な水処理システム及び水処理方法を提供する。 In view of such problems, the second embodiment provides a water treatment system and a water treatment method that have high energy efficiency and can perform stable temperature control.
 本実施形態では、ヒートポンプ21として蒸気圧縮式ヒートポンプを用いている。本実施形態では、図1~6に示す第1の実施形態の各例において、第2の配管区間12(排熱配管区間)のヒートポンプ21の出口側及び第1の配管区間11(吸熱配管区間)のヒートポンプ21の入口側での温度が、上述の温度範囲に制御される。すなわち、本実施形態では、第2の配管区間12は、ヒートポンプの出口側(より一般的には、第2の配管区間12の、蒸気圧縮式ヒートポンプとの間で熱の授受が行われる部位131の出口側)における水温が20~35℃となるようにされている。このような温度条件下でヒートポンプを作動させると、エネルギー効率が飛躍的に高まる。 In this embodiment, a vapor compression heat pump is used as the heat pump 21. In this embodiment, in each example of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 6, the outlet side of the heat pump 21 in the second piping section 12 (exhaust heat piping section) and the first piping section 11 (endothermic piping section). ) On the inlet side of the heat pump 21 is controlled within the above temperature range. That is, in the present embodiment, the second piping section 12 is located on the outlet side of the heat pump (more generally, the portion 131 where heat is transferred between the second piping section 12 and the vapor compression heat pump. The water temperature at the outlet side) is set to 20 to 35 ° C. When the heat pump is operated under such temperature conditions, the energy efficiency is dramatically increased.
 図12は、蒸気圧縮式ヒートポンプの熱サイクルを示すモリエル線図である。上述の通り、蒸気圧縮式ヒートポンプは内部を循環する冷媒が、蒸発、圧縮、凝縮、膨張の熱サイクルを受ける。具体的には、冷媒は点Aから点Bの区間で、冷媒よりも高温の流体と熱交換し(冷媒は加熱され、高温の流体は冷却される)蒸発する。点Bから点Cの区間ではコンプレッサにより圧縮され、温度及び圧力が上昇する。点Cから点Dの区間では、冷媒よりも低温の流体と熱交換し(冷媒は冷却され、低温の流体は加熱される)凝縮する。点Dから点Aの区間では、冷媒は膨張弁を通過しながら膨張し、減圧される。冷媒は、点Aから点Bの区間では外部の流体から熱Qを奪い(冷却工程)、点Bから点Cの区間ではコンプレッサによる圧縮仕事Wを受け、点Cから点Dの区間では外部の流体へ熱Qを与える(加熱工程)。加熱時の成績係数はQ/Wであり、冷却時の成績係数はQ/Wである。従って、Wが小さいほど成績係数は増加し、エネルギー効率が向上する。 FIG. 12 is a Mollier diagram showing the thermal cycle of the vapor compression heat pump. As described above, in the vapor compression heat pump, the refrigerant circulating inside undergoes a thermal cycle of evaporation, compression, condensation, and expansion. Specifically, in the section from point A to point B, the refrigerant exchanges heat with a fluid having a temperature higher than that of the refrigerant (the refrigerant is heated and the high temperature fluid is cooled) and evaporates. In the section from point B to point C, compression is performed by the compressor, and the temperature and pressure rise. In the section from point C to point D, heat exchange is performed with a fluid having a temperature lower than that of the refrigerant (the refrigerant is cooled and the low-temperature fluid is heated) to be condensed. In the section from point D to point A, the refrigerant expands while passing through the expansion valve and is depressurized. Refrigerant takes heat Q C from the outside of the fluid at the point A at point B interval (cooling step), subjected to compression work W by the compressor from the point B in the section the point C, outside the section of the point D from point C Heat Q H is applied to the fluid (heating process). The coefficient of performance during heating is Q H / W, and the coefficient of performance during cooling is Q C / W. Therefore, the smaller the W is, the higher the coefficient of performance is, and the energy efficiency is improved.
 サイクルABCDは凝縮温度T2と蒸発温度T1に対応している。これに対してサイクルABC’D’は、従来一般的であったより高い凝縮温度T2’に対応しており(蒸発温度T1は一定)、QはQ’に増加するが、圧縮仕事WもW’に増加する。図より明らかな通りQ/W≧Q’/W’であるため、凝縮温度が増加すると加熱時の成績係数が低下する。同様にQ/W≧Q/W’であるため、凝縮温度が増加すると冷却時の成績係数が低下する。 The cycle ABCD corresponds to the condensation temperature T2 and the evaporation temperature T1. On the other hand, the cycle ABC′D ′ corresponds to a higher condensing temperature T2 ′ than usual (the evaporation temperature T1 is constant), and Q H increases to Q H ′, but the compression work W also increases. Increase to W '. As is clear from the figure, since Q H / W ≧ Q H '/ W', the coefficient of performance during heating decreases as the condensation temperature increases. Similarly, since Q C / W ≧ Q C / W ′, when the condensation temperature increases, the coefficient of performance during cooling decreases.
 以上のように、成績係数を上げるには凝縮温度と蒸発温度の差をできるだけ小さくすることが有効である。ところで、水処理システムでは水の温度がシステム内で大きく変動することはなく、常温付近の温度から高々数十度の範囲内で変動するにすぎない。従って、温度制御対象となる水の目標水温を常温付近に設定することで、冷媒の凝縮温度と蒸発温度の差も抑えることができる。水処理システムにおける加温箇所(例えばRO膜装置)は、一般に20~35℃程度の範囲で温度制御することが多い。よって、特定の部位の水温を20~35℃程度となるように調整すれば、凝縮温度と蒸発温度の差が抑えられ、極めてエネルギー効率の高い運転が可能となる。 As described above, to increase the coefficient of performance, it is effective to reduce the difference between the condensation temperature and the evaporation temperature as much as possible. By the way, in a water treatment system, the temperature of water does not fluctuate greatly in the system, but only fluctuates within a range of several tens of degrees from a temperature near normal temperature. Therefore, by setting the target water temperature of the water to be temperature controlled to around normal temperature, the difference between the refrigerant condensation temperature and the evaporation temperature can be suppressed. In many cases, the temperature of a heating point (for example, an RO membrane device) in a water treatment system is generally controlled in a range of about 20 to 35 ° C. Therefore, if the water temperature of a specific part is adjusted to be about 20 to 35 ° C., the difference between the condensation temperature and the evaporation temperature can be suppressed, and an operation with extremely high energy efficiency becomes possible.
 この点について補足すると、一般の水加温、または給湯用蒸気圧縮式ヒートポンプでは、熱源は水と空気に大別される。水の場合、主として冷水を対象としている。空気の場合、外気である。水はもちろん、外気であっても0℃付近では含有水分が凍結する恐れがある。このために凝縮温度は0℃より上、したがって線ABは縦軸方向に下向きには実用上動かせないことになる。これに対して、線CD(C’D’)の位置はコンプレッサの圧縮仕事によって決まる。第2の配管区間12の、蒸気圧縮式ヒートポンプの出口側における水温を従来よりも低めに設定することで、凝縮温度T2を下げることができ、その結果コンプレッサの圧縮仕事を減らすことができる。これによって、ヒートポンプの成績係数を上げ、運転効率を高めることができる。 Suppose that this point is supplemented, in general water heating or steam compression heat pumps for hot water supply, heat sources are roughly divided into water and air. In the case of water, cold water is mainly targeted. In the case of air, it is outside air. In addition to water, even if it is outside air, the contained water may freeze near 0 ° C. For this reason, the condensation temperature is higher than 0 ° C., and therefore the line AB cannot be moved practically downward in the vertical axis direction. On the other hand, the position of the line CD (C′D ′) is determined by the compression work of the compressor. By setting the water temperature at the outlet side of the vapor compression heat pump in the second piping section 12 to be lower than the conventional one, the condensation temperature T2 can be lowered, and as a result, the compression work of the compressor can be reduced. As a result, the coefficient of performance of the heat pump can be increased and the operation efficiency can be increased.
 吸熱配管区間11のヒートポンプ21の入口側(より一般的には、第1の配管区間11の、蒸気圧縮式ヒートポンプとの間で熱の授受が行われる部位132の入口側)での温度を20~35℃とすると、ヒートポンプ21の凝縮温度と蒸発温度の差が小さくなる場合があり、さらにエネルギー効率を向上させることができる。 The temperature on the inlet side of the heat pump 21 in the endothermic piping section 11 (more generally, the inlet side of the portion 132 in the first piping section 11 where heat is transferred to and from the vapor compression heat pump) is 20 When it is set to ˜35 ° C., the difference between the condensation temperature and the evaporation temperature of the heat pump 21 may be reduced, and the energy efficiency can be further improved.
 このように、図1~6に示すいずれの実施形態でも、第2の配管区間12(または14)を温度制御対象配管とする場合は、第2の配管区間12(または14)の、蒸気圧縮式ヒートポンプとの間で熱の授受が行われる部位131の出口側における水温が20~35℃となるようにすればよい。 As described above, in any of the embodiments shown in FIGS. 1 to 6, when the second piping section 12 (or 14) is the temperature control target piping, the vapor compression of the second piping section 12 (or 14) is performed. What is necessary is just to make it the water temperature in the exit side of the site | part 131 in which heat | fever transfer is performed between a heat pump to be 20-35 degreeC.
 従来は、中間ループを設ける場合でも、中間ループに用いる媒体が高温となることが多く、中間ループにおける放熱ロスが大きかったが、本実施形態では蒸気圧縮式ヒートポンプの出口側における温度が20~35℃と低温であるため、媒体の温度も低く抑えられ、放熱ロスを抑えることができる。 Conventionally, even when an intermediate loop is provided, the medium used in the intermediate loop is often at a high temperature and the heat dissipation loss in the intermediate loop is large. In this embodiment, the temperature on the outlet side of the vapor compression heat pump is 20 to 35. Since the temperature is as low as ° C., the temperature of the medium can be kept low, and heat dissipation loss can be suppressed.
 次に、以上説明した第2の実施形態に係る水処理システムを、実施例によってさらに詳細に説明する。図13に示すように、出力1.5kWのコンプレッサを備えた蒸気圧縮式ヒートポンプによって、蒸気圧縮式ヒートポンプの出口側における温度が20~35℃となるように、第2の配管区間12を流れる水を加熱した。本実施例では、装置3,4は設けておらず、空気を熱源とした。加熱対象水のヒートポンプ入口側水温は21℃、周囲の空気温度は23℃であった。加熱対象水の流量を変化させることでヒートポンプ出口側水温を変化させた。このときの、流量毎の出口側水温、消費エネルギー、成績係数(COP)は以下の通りとなった。 Next, the water treatment system according to the second embodiment described above will be described in more detail by way of examples. As shown in FIG. 13, the water flowing through the second piping section 12 so that the temperature at the outlet side of the vapor compression heat pump becomes 20 to 35 ° C. by the vapor compression heat pump provided with a compressor with an output of 1.5 kW. Was heated. In this embodiment, the devices 3 and 4 are not provided, and air is used as a heat source. The water temperature at the inlet side of the heat pump water to be heated was 21 ° C., and the ambient air temperature was 23 ° C. The heat pump outlet side water temperature was changed by changing the flow rate of the water to be heated. At this time, the outlet water temperature, energy consumption, and coefficient of performance (COP) for each flow rate are as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  従来のヒートポンプでは、加熱対象水のヒートポンプ出口側水温を高めに設定することが多い。これに対し、加熱対象水のヒートポンプ出口側水温を低めに設定するとCOPが著しく改善される。20~35℃の温度範囲では特に高いCOPが得られた。これは、凝縮温度と蒸発温度の差が小さくなっているためであると考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
In conventional heat pumps, the heat pump outlet water temperature of the water to be heated is often set higher. On the other hand, COP is remarkably improved if the heat pump outlet side water temperature of the water to be heated is set lower. A particularly high COP was obtained in the temperature range of 20-35 ° C. This is probably because the difference between the condensation temperature and the evaporation temperature is small.
 (第3の実施形態)
 従来から、水処理システム内を流通する被処理水等の温度調整を行う場合、冷却塔やボイラなどの設備を設けることが一般的であった。例えば、加熱のためにボイラを使用する場合には、ボイラに投入された熱量によって、加熱対象部位よりも高温の温水や蒸気が製造され、熱媒体である温水や蒸気の持つ熱が加熱対象部位に加えられる。冷却のために冷却塔を使用する場合には、冷却対象部位よりも低温の冷却水が製造され、冷却対象部位から熱が奪われる。
(Third embodiment)
Conventionally, when adjusting the temperature of the water to be treated that circulates in the water treatment system, it has been common to provide equipment such as a cooling tower and a boiler. For example, when a boiler is used for heating, hot water or steam having a temperature higher than that of the heating target part is manufactured by the amount of heat input to the boiler, and the heat of the hot water or steam that is the heating medium is heated. Added to. When a cooling tower is used for cooling, cooling water having a temperature lower than that of the cooling target portion is produced, and heat is taken away from the cooling target portion.
 水処理システムの場合、多くの部位は常温に近い温度に制御されており、例えばボイラで得られる温水や蒸気の温度は水処理システム内の水温よりはるかに高い。このため、温水や蒸気を配管で輸送する際、大きな放熱ロスが生じる可能性がある。 In the case of a water treatment system, many parts are controlled at a temperature close to room temperature, and for example, the temperature of hot water or steam obtained in a boiler is much higher than the water temperature in the water treatment system. For this reason, when transporting warm water or steam by piping, there is a possibility that a large heat dissipation loss occurs.
 ヒートポンプは、ボイラなどと異なり、熱媒体を過度の高温まで加熱する必要がないため、水処理システムにおける温度調整手段として有利である。また、ボイラなどと比べエネルギー効率が高く、消費電力を抑えることも容易である。しかし、水処理システム内の水温は、例えば1日の昼夜での温度変化など様々な原因によって変動する。これに対して水処理システム内の様々な装置は最適な水温範囲で作動するように構成されており、温度条件の変動に対してはヒートポンプで適切に対処する必要がある。ユースポイントで要求される温度範囲も、使用用途によっては厳密に管理される。ヒートポンプに過剰な容量(コンプレッサ容量)を持たせれば温度条件の変動による影響を緩和することはできるが、コストに多大の影響が生じる。 Unlike a boiler or the like, a heat pump is advantageous as a temperature adjusting means in a water treatment system because it is not necessary to heat a heat medium to an excessively high temperature. In addition, it is more energy efficient than a boiler or the like, and it is easy to reduce power consumption. However, the water temperature in the water treatment system fluctuates due to various causes, such as temperature changes during the day and night. On the other hand, various apparatuses in the water treatment system are configured to operate in an optimal water temperature range, and it is necessary to appropriately cope with fluctuations in temperature conditions with a heat pump. The temperature range required at the point of use is also strictly controlled depending on the intended use. If the heat pump has an excessive capacity (compressor capacity), it is possible to mitigate the effects of fluctuations in temperature conditions, but it has a significant effect on cost.
 第3~第6の実施形態は、ヒートポンプ容量の増加を抑制することの容易な水処理システム及びこれを用いた水処理方法を提供する。 The third to sixth embodiments provide a water treatment system that can easily suppress an increase in heat pump capacity, and a water treatment method using the water treatment system.
 図14Aを参照すると、水処理システム201aは、互いに隣接する複数の装置D1,D2同士を接続する第1の配管区間202(吸熱配管区間)と、第1の配管区間202の一部と熱的に接続されたヒートポンプ203と、第1の熱貯蔵手段204と、第1のバイパス管205と、を有している。第1の配管区間202は水処理システム内の冷却が必要な任意の配管区間である。第1の配管区間202は通常、水が流れるようにされているが、水以外の液体または気体を含む任意の流体が流れるようにされていてもよい。 Referring to FIG. 14A, the water treatment system 201a includes a first piping section 202 (heat absorption piping section) that connects a plurality of adjacent devices D1 and D2, and a part of the first piping section 202 and the thermal treatment. A heat pump 203, a first heat storage means 204, and a first bypass pipe 205. The first piping section 202 is an arbitrary piping section that requires cooling in the water treatment system. Although the first piping section 202 is normally configured to allow water to flow, any fluid including a liquid or gas other than water may flow.
 水処理システム201aはさらに、互いに隣接する複数の装置D3,D4同士を接続する第2の配管区間222(排熱配管区間)と、第2の熱貯蔵手段224と、第2のバイパス管225とを有している。第2の配管区間222も水が流れるようにされている。ヒートポンプ203は、第1の配管区間202の接続部206において第1の配管区間202と熱的に接続され、第1の配管区間202を流れる水との間で熱量の授受を行うことができる。ヒートポンプ203は第2の配管区間222の一部とも、接続部226において熱的に接続され、第2の配管区間222を流れる水との間で熱量の授受を行うことができる。このため、ヒートポンプ203を介して第1の配管区間202と第2の配管区間222との間で熱量の授受を行うことができる。 The water treatment system 201a further includes a second piping section 222 (exhaust heat piping section) that connects a plurality of adjacent devices D3 and D4, a second heat storage means 224, and a second bypass pipe 225. have. The second piping section 222 is also configured to allow water to flow. The heat pump 203 is thermally connected to the first piping section 202 at the connection portion 206 of the first piping section 202, and can exchange heat with the water flowing through the first piping section 202. The heat pump 203 is thermally connected to a part of the second piping section 222 at the connection portion 226, and can exchange heat with the water flowing through the second piping section 222. For this reason, heat quantity can be exchanged between the first piping section 202 and the second piping section 222 via the heat pump 203.
 ヒートポンプ203は本実施形態では蒸気圧縮式を用いている。図14Bは、図14Aに示すヒートポンプ203の部分詳細図である。ヒートポンプ203は、アンモニア、二炭化炭素、フロン類やR410Aを始めとする代替フロン類などの冷媒を蒸発させる蒸発器203aと、冷媒を圧縮するコンプレッサ203bと、冷媒を凝縮させる凝縮器203cと、冷媒を膨張させる膨張弁203d、とを備え、これらの要素がこの順で閉ループ203e上に配置されている。冷媒は、閉ループ203e内を循環しながら、蒸発、圧縮、凝縮、膨張の熱サイクルを受ける。蒸発器203aは接続部206で第1の配管区間202と熱的に接続しており、冷媒が蒸発した際の気化熱によって、第1の配管区間202を流れる水から熱QCが奪われる。蒸発した冷媒はコンプレッサ203bで圧縮され、高温高圧の気相となる。冷媒は次に凝縮器203cに送られる。凝縮器203cは接続部226で第2の配管区間222と熱的に接続しており、凝縮の際に放出された凝縮熱QHが第2の配管区間222を流れる水に与えられる。凝縮した冷媒は膨張弁203dを通って減圧冷却される。このようにしてヒートポンプ203の1サイクルの運転の間に、第1の配管区間202の冷却と第2の配管区間222の加熱が行われる。 The heat pump 203 uses a vapor compression type in this embodiment. FIG. 14B is a partial detailed view of the heat pump 203 shown in FIG. 14A. The heat pump 203 includes an evaporator 203a that evaporates refrigerant such as ammonia, carbon dioxide, chlorofluorocarbons, and alternative chlorofluorocarbons such as R410A, a compressor 203b that compresses the refrigerant, a condenser 203c that condenses the refrigerant, And an expansion valve 203d for expanding these components, and these elements are arranged on the closed loop 203e in this order. The refrigerant undergoes a thermal cycle of evaporation, compression, condensation, and expansion while circulating in the closed loop 203e. The evaporator 203a is thermally connected to the first piping section 202 at the connecting portion 206, and heat QC is taken from the water flowing through the first piping section 202 by the heat of vaporization when the refrigerant evaporates. The evaporated refrigerant is compressed by the compressor 203b and becomes a high-temperature and high-pressure gas phase. The refrigerant is then sent to the condenser 203c. The condenser 203c is thermally connected to the second piping section 222 at the connection portion 226, and the condensation heat QH released during the condensation is given to the water flowing through the second piping section 222. The condensed refrigerant is cooled under reduced pressure through the expansion valve 203d. In this way, the cooling of the first piping section 202 and the heating of the second piping section 222 are performed during one cycle operation of the heat pump 203.
 ヒートポンプ203は蒸気圧縮式に加えて、熱電子式、化学式、吸着式または吸収式のヒートポンプを用いることも可能である。 The heat pump 203 may be a thermoelectric, chemical, adsorption, or absorption heat pump in addition to the vapor compression type.
 第1の熱貯蔵手段204は、第1の配管区間202のヒートポンプ203との接続部206よりも下流側に設けられており、冷却された水の少なくとも一部を一時的に貯蔵する。第1の熱貯蔵手段204としては、一般的なタンクを用いることができる。第1の熱貯蔵手段204の下流側には第1の流量調整手段211が設けられている。第1の流量調整手段211としては一般的な流量調整弁を用いることができる。 The first heat storage means 204 is provided on the downstream side of the connection portion 206 with the heat pump 203 in the first piping section 202, and temporarily stores at least a part of the cooled water. As the first heat storage means 204, a general tank can be used. A first flow rate adjusting unit 211 is provided on the downstream side of the first heat storage unit 204. As the first flow rate adjusting means 211, a general flow rate adjusting valve can be used.
 第1のバイパス管205は接続部206の上流側で第1の配管区間202から分岐して、第1の熱貯蔵手段204の下流側で第1の配管区間202と合流している。分岐部には三方弁208が設けられ、第1の配管区間202と第1のバイパス管205に流れる水の流量比を調整することができる。第1の流量調整手段211に代えて、第1のバイパス管205と第1の配管区間202の合流部に三方弁を設けてもよい。 The first bypass pipe 205 is branched from the first piping section 202 on the upstream side of the connecting portion 206 and merges with the first piping section 202 on the downstream side of the first heat storage means 204. A three-way valve 208 is provided at the branch portion, and the flow rate ratio of the water flowing through the first piping section 202 and the first bypass pipe 205 can be adjusted. Instead of the first flow rate adjusting means 211, a three-way valve may be provided at the junction of the first bypass pipe 205 and the first piping section 202.
 第1の配管区間202の第1のバイパス管205との合流部より下流側には第1の温度センサ209が設けられている。 A first temperature sensor 209 is provided on the downstream side of the junction with the first bypass pipe 205 in the first piping section 202.
 第1の制御部210は、第1の温度センサ209で測定された水の温度T2に応じて、三方弁208の開度を調整し、第1のバイパス管205へ流入する水の流量を制御するとともに、第1の流量調整手段211を調整し、第1の熱貯蔵手段204から流出する水の流量を制御する。 The first control unit 210 controls the flow rate of water flowing into the first bypass pipe 205 by adjusting the opening degree of the three-way valve 208 according to the water temperature T2 measured by the first temperature sensor 209. At the same time, the first flow rate adjusting means 211 is adjusted to control the flow rate of water flowing out from the first heat storage means 204.
 第2の熱貯蔵手段224は、第2の配管区間222のヒートポンプ203との接続部226よりも下流側に設けられ、加熱された水の少なくとも一部を一時的に貯蔵する。第2の熱貯蔵手段224は第1の熱貯蔵手段204と同様、一般的なタンクを用いることができる。第2の熱貯蔵手段224の下流側には第2の流量調整手段231が設けられている。第2の流量調整手段231としては一般的な流量調整弁を用いることができる。 The second heat storage means 224 is provided on the downstream side of the connection part 226 with the heat pump 203 in the second piping section 222, and temporarily stores at least a part of the heated water. As the second heat storage means 224, a general tank can be used in the same manner as the first heat storage means 204. A second flow rate adjusting means 231 is provided on the downstream side of the second heat storage means 224. A general flow rate adjusting valve can be used as the second flow rate adjusting means 231.
 第2のバイパス管225は接続部226の上流側で第2の配管区間222から分岐して、第2の熱貯蔵手段224の下流側で第2の配管区間222と合流している。分岐部には三方弁228が設けられ、第2の配管区間222と第2のバイパス管225に流れる水の流量比を調整することができる。第2の流量調整手段231に代えて、第2のバイパス管225と第2の配管区間222の合流部に三方弁を設けてもよい。 The second bypass pipe 225 branches from the second piping section 222 on the upstream side of the connecting portion 226 and joins with the second piping section 222 on the downstream side of the second heat storage means 224. A three-way valve 228 is provided at the branch portion, and the flow rate ratio of the water flowing through the second piping section 222 and the second bypass pipe 225 can be adjusted. Instead of the second flow rate adjusting means 231, a three-way valve may be provided at the junction of the second bypass pipe 225 and the second piping section 222.
 第2の配管区間222の第2のバイパス管225との合流部より下流側には第2の温度センサ229が設けられている。 A second temperature sensor 229 is provided on the downstream side of the junction with the second bypass pipe 225 in the second piping section 222.
 第2の制御部230は、第2の温度センサ229で測定された水の温度T2’に応じて、第2のバイパス管225へ流入する水の流量と、第2の熱貯蔵手段224から流出する水の流量とを制御する。第2の制御部230は第1の制御部210と共通の制御部として構成することができる。 The second controller 230 controls the flow rate of water flowing into the second bypass pipe 225 and outflow from the second heat storage means 224 according to the water temperature T2 ′ measured by the second temperature sensor 229. To control the flow rate of water. The second control unit 230 can be configured as a common control unit with the first control unit 210.
 次に、以上述べた水処理システム201aの作動について説明する。ここでは簡単な例として、温度T1’の水が一定流量で第2の配管区間222に流入し、三方弁228で第2の配管区間222と第2のバイパス管225とに分岐し、その後合流して温度T2’の温水として供給される場合を考える。温度T2’は一定の目標温度となるように制御される。これに対して温度T1’は、時間の経過に従い変動すると仮定する。また、ヒートポンプ203から加えられる供給熱量QHは一定とし、水処理システム201a内の熱交換効率や第2の熱貯蔵手段224での放熱は無視する。 Next, the operation of the water treatment system 201a described above will be described. Here, as a simple example, water of temperature T1 ′ flows into the second piping section 222 at a constant flow rate, branches to the second piping section 222 and the second bypass pipe 225 by the three-way valve 228, and then merges. Let us consider a case where the hot water is supplied at the temperature T2 ′. The temperature T2 'is controlled so as to be a constant target temperature. On the other hand, it is assumed that the temperature T1 'varies with time. In addition, the supply heat quantity QH applied from the heat pump 203 is constant, and heat exchange efficiency in the water treatment system 201a and heat radiation in the second heat storage unit 224 are ignored.
 まず初期状態として、第2の配管区間222と第2のバイパス管225への流入比率が所定の値となるように三方弁228を調整しておく。ここでは簡単のために、第2のバイパス管225への流入は全くないと仮定する。第2の熱貯蔵手段224の第2の流量調整手段231は流量調整を行わない状態、すなわち水の全量がそのまま第2の熱貯蔵手段224を通過する状態としておく。その後ヒートポンプ203を起動し、水を温度T1’で供給し、第2の温度センサ229で出口側での水の温度T2’を連続的に測定する。 First, as an initial state, the three-way valve 228 is adjusted so that the inflow ratio to the second piping section 222 and the second bypass pipe 225 becomes a predetermined value. Here, for simplicity, it is assumed that there is no inflow into the second bypass pipe 225. The second flow rate adjusting unit 231 of the second heat storage unit 224 is in a state where the flow rate is not adjusted, that is, a state in which the total amount of water passes through the second heat storage unit 224 as it is. Thereafter, the heat pump 203 is activated, water is supplied at the temperature T1 ', and the temperature T2' of the water at the outlet side is continuously measured by the second temperature sensor 229.
 温度T2’が目標温度を超えている場合には以下の操作を行う。まず、三方弁228を調整し、水の一部を第2のバイパス管225に流入させる。しかしこれだけでは、第2の配管区間222を流れる水の温度が上昇し、第2のバイパス管225を流れる水と合流して温度T2’に戻るだけであるため、温度T2’は変わらない。そこで、第2の熱貯蔵手段224の出口側に設けられた第2の流量調整手段231によって第2の熱貯蔵手段224の出口側での流量を絞り、第2の流量調整手段231を通過した水と、第2のバイパス管225を通過した水とを混合させる。これによって、合流後の水に与えられる総熱量が下がったのと同じ効果が得られ、温度T2’を下げ、温度T2’を目標温度となるように制御することができる。以上の操作を行った結果、第2の熱貯蔵手段224には温水、すなわち熱量が貯蔵されていく。 When the temperature T2 'exceeds the target temperature, the following operation is performed. First, the three-way valve 228 is adjusted so that a part of the water flows into the second bypass pipe 225. However, only by this, the temperature of the water flowing through the second piping section 222 rises, and only the water flowing through the second bypass pipe 225 joins and returns to the temperature T2 ', so the temperature T2' does not change. Therefore, the flow rate on the outlet side of the second heat storage unit 224 is reduced by the second flow rate adjustment unit 231 provided on the outlet side of the second heat storage unit 224 and passed through the second flow rate adjustment unit 231. Water and water that has passed through the second bypass pipe 225 are mixed. As a result, the same effect as when the total amount of heat given to the combined water is reduced can be obtained, and the temperature T2 'can be lowered and the temperature T2' can be controlled to the target temperature. As a result of the above operation, the second heat storage means 224 stores hot water, that is, the amount of heat.
 次に、温度T2’が目標温度から下がった場合を考える。この場合には、温度T2’を目標温度に維持するために必要な熱量が不足しているため、第2の流量調整手段231を制御して、第2の熱貯蔵手段224から流出する流量を増加させる。途中で温度T2’が目標温度に回復した場合はその状態を維持する。温度T2’が目標温度に達しない場合は、第2の熱貯蔵手段224から流出する流量をさらに増加させる。この際、第2の熱貯蔵手段224の貯蔵量が減少していく場合が起こり得る。これは、第2の熱貯蔵手段224に貯蔵されていた熱量を解放し、不足分の熱量を補うことを意味する。このようにして、ヒートポンプ203から加えられる供給熱量QH以上の熱量を水に与えて、温度T2’を目標温度となるように制御することができる。 Next, consider a case where the temperature T2 'falls from the target temperature. In this case, since the amount of heat necessary to maintain the temperature T2 ′ at the target temperature is insufficient, the second flow rate adjusting means 231 is controlled so that the flow rate flowing out from the second heat storage means 224 is reduced. increase. If the temperature T2 'recovers to the target temperature on the way, this state is maintained. When the temperature T2 'does not reach the target temperature, the flow rate flowing out from the second heat storage unit 224 is further increased. At this time, the storage amount of the second heat storage means 224 may decrease. This means that the amount of heat stored in the second heat storage means 224 is released, and the shortage of heat is compensated. In this way, it is possible to control the temperature T2 'to be the target temperature by giving water the amount of heat equal to or higher than the supply heat amount QH applied from the heat pump 203.
 図15A,15Bは以上説明したことを模式的に示している。図15Aは時間と温度T1’の関係を、図15Bは時間と第2の熱貯蔵手段224内における温水の貯蔵量の関係を示している。温度T1’が高い場合は余剰の加熱量が生じるため、第2の熱貯蔵手段224に貯蔵される温水の量が増加していく(すなわち、熱量が貯蔵される)。つまり第2の貯蔵手段224は、ヒートポンプ203と第2の配管区間222との間で熱交換可能な熱量の一部を一時的に貯蔵することができる。温度T1’によっては、熱交換可能な熱量の全量を一時的に貯蔵する場合もあり得る。温度T1’が低くなると加熱量が不足するため、第2の熱貯蔵手段224に貯蔵される温水の量が減少していく(すなわち、熱量が消費されていく)。 15A and 15B schematically show what has been described above. FIG. 15A shows the relationship between time and temperature T <b> 1 ′, and FIG. 15B shows the relationship between time and the amount of hot water stored in the second heat storage means 224. When the temperature T1 'is high, an excessive amount of heating is generated, so that the amount of hot water stored in the second heat storage means 224 increases (that is, the amount of heat is stored). That is, the second storage unit 224 can temporarily store a part of the heat quantity that can be exchanged between the heat pump 203 and the second piping section 222. Depending on the temperature T <b> 1 ′, the total amount of heat exchangeable may be temporarily stored. When the temperature T1 'becomes lower, the amount of heating becomes insufficient, so the amount of warm water stored in the second heat storage means 224 decreases (that is, the amount of heat is consumed).
 第1の配管区間202の温度T2についても同様に制御することができる。入口側の温度T1が低い場合は冷却して温度の下がった水の一部を第1の熱貯蔵手段204に貯蔵しておき、温度T2が高い場合は第1の熱貯蔵手段204に貯蔵されていた低温の水を放出し、所望の温度まで水を冷却する。第1の熱貯蔵手段204は、ヒートポンプ203と第1の配管区間202との間で熱交換可能な熱量の少なくとも一部(すなわち、一部または全量)を一時的に貯蔵することができる。第1の熱貯蔵手段204に実際に貯蔵されているのは冷水であるが、この冷水は第1の配管区間202を流れる水から熱量を奪うことができる。従って、第1の熱貯蔵手段204には冷却のための熱量が貯蔵されているということができる。 The temperature T2 of the first piping section 202 can be similarly controlled. When the temperature T1 on the inlet side is low, a part of the cooled and cooled water is stored in the first heat storage means 204, and when the temperature T2 is high, it is stored in the first heat storage means 204. The cold water that has been discharged is discharged and the water is cooled to the desired temperature. The first heat storage means 204 can temporarily store at least a part (that is, part or all) of the heat amount that can be exchanged between the heat pump 203 and the first piping section 202. Although cold water is actually stored in the first heat storage means 204, this cold water can take heat from the water flowing through the first piping section 202. Therefore, it can be said that the first heat storage means 204 stores the amount of heat for cooling.
 本実施形態のように、水処理システム内で一つの配管区間から吸熱しその熱で他の配管区間を加熱する方式を、熱貯蔵手段と組み合わせることで、エネルギー効率を大幅に高めることができる。この点について図16A~16Fを参照して説明する。 As in this embodiment, energy efficiency can be significantly increased by combining a method of absorbing heat from one piping section within the water treatment system and heating the other piping section with the heat with the heat storage means. This point will be described with reference to FIGS. 16A to 16F.
 図16Aは、左側に加熱が必要な配管区間における必要加熱熱量を、右側に冷却が必要な配管区間における必要吸熱熱量を示している。簡単のために、必要加熱熱量は時間に従い変動し、必要吸熱熱量は時間によらず一定とする。水処理システムにおいて必要加熱熱量が変動する原因としては、原水温度の昼夜での変動などが考えられる。 FIG. 16A shows the required amount of heat in the pipe section that needs heating on the left side, and the required endothermic heat amount in the pipe section that needs to be cooled on the right side. For the sake of simplicity, the required heating heat amount varies with time, and the required endothermic heat amount is constant regardless of time. A possible cause of fluctuations in the amount of heat required for heating in the water treatment system may be fluctuations in the raw water temperature between day and night.
 図16Bは、必要加熱熱量の最低値にあわせてヒートポンプ203を構成した場合を示している。冷却対象から熱量QCを奪い、これをヒートポンプ203によって移送し、加熱対象に熱量QHを与えるため、個別に冷却及び加熱を行った場合と比べてエネルギー効率が高まる。しかし、この例では吸熱熱量QCは必要吸熱熱量よりも小さいため、図16Cに示すように、不足分の吸熱熱量QC’を他の冷却手段で補う必要がある。同様に、不足分の加熱熱量QH’も他の加熱手段で補う必要がある。 FIG. 16B shows a case where the heat pump 203 is configured according to the minimum value of the required heating heat amount. Since the amount of heat QC is taken from the object to be cooled and transferred by the heat pump 203 to give the amount of heat QH to the object to be heated, the energy efficiency is increased as compared with the case where cooling and heating are performed individually. However, in this example, since the endothermic heat quantity QC is smaller than the necessary endothermic heat quantity, as shown in FIG. 16C, it is necessary to supplement the insufficient endothermic heat quantity QC 'with other cooling means. Similarly, it is necessary to supplement the insufficient heating heat quantity QH ′ with other heating means.
 図16Dは、必要加熱熱量の平均値にあわせてヒートポンプ203を構成した場合を示している。この例では、ヒートポンプ203によって移送する熱量が増加するため、図16Bに示すケースよりもさらにエネルギー効率が高まる。しかしこの例でも、吸熱熱量QCは依然として必要吸熱熱量よりも小さいため、図16Eに示すように、不足分の吸熱熱量QC”は他の冷却手段で補う必要がある。同様に、不足分の加熱熱量QH”も他の加熱手段で補う必要がある。さらに、過剰の加熱熱量QH'''は廃棄しなければならず、エネルギー効率の低下の要因となる。 FIG. 16D shows a case where the heat pump 203 is configured in accordance with the average value of the required heating heat amount. In this example, since the amount of heat transferred by the heat pump 203 is increased, the energy efficiency is further increased as compared with the case shown in FIG. 16B. However, even in this example, since the endothermic heat quantity QC is still smaller than the necessary endothermic heat quantity, as shown in FIG. 16E, the insufficient endothermic heat quantity QC ″ needs to be supplemented by other cooling means. The amount of heat QH "needs to be supplemented by other heating means. Furthermore, the excessive amount of heat QH ′ ″ must be discarded, which causes a reduction in energy efficiency.
 図16Fは、図16Dの例において廃棄されていた過剰の加熱熱量QH'''を蓄熱し、不足分の加熱熱量QH"を過剰の加熱熱量QH'''で補う例を示している。この例は過剰の加熱熱量QH'''と不足分の加熱熱量QH"とが一致している理想的な場合を示しており、加熱のために他の加熱手段を併用する必要はない。しかし、仮に一致していなくても、過剰の加熱熱量QH'''の少なくとも一部を不足分の加熱熱量QH"の少なくとも一部として利用することができるため、エネルギー効率の向上は可能である。吸熱熱量QC”は他の冷却手段で補う必要があるが、全体としてみればエネルギーの利用効率は最も高く、エネルギー効率の大幅な向上が可能になる。 FIG. 16F shows an example in which the excess heating heat quantity QH ′ ″ discarded in the example of FIG. 16D is stored, and the insufficient heating heat quantity QH ″ is supplemented with the excess heating heat quantity QH ′ ″. The example shows an ideal case where the excess heating heat quantity QH ′ ″ and the insufficient heating heat quantity QH ″ coincide with each other, and it is not necessary to use other heating means together for heating. However, even if they do not coincide with each other, at least a part of the excessive heating heat quantity QH ′ ″ can be used as at least a part of the insufficient heating heat quantity QH ″, so that energy efficiency can be improved. The endothermic heat quantity QC "needs to be supplemented by other cooling means, but the energy utilization efficiency is the highest as a whole, and the energy efficiency can be greatly improved.
 (第4の実施形態)
 図17を参照すると、第4の実施形態の水処理システム201bは、第3の実施形態に加えて、第1の熱貯蔵手段204から、接続部206の上流側でかつ第1のバイパス管205の分岐部より下流側の第1の配管区間202に水を還流させる第1の還流管215を有している。第1の還流管215は第1の配管区間202とともに循環ループを構成する。この循環ループでは常にヒートポンプ203による吸熱を行うことができる。第1の熱貯蔵手段204に貯蔵された冷水は周囲との熱交換によって温度が上昇する場合がある。ヒートポンプ203の冷却能力に余裕がある場合に第1の熱貯蔵手段204に貯蔵された水の再冷却を行うことで、余剰の冷却能力を維持することができる。
(Fourth embodiment)
Referring to FIG. 17, in addition to the third embodiment, the water treatment system 201 b of the fourth embodiment is connected to the first bypass pipe 205 from the first heat storage unit 204 on the upstream side of the connection portion 206. The first reflux pipe 215 for refluxing water is provided in the first piping section 202 on the downstream side of the branch portion. The first reflux pipe 215 forms a circulation loop together with the first piping section 202. In this circulation loop, heat absorption by the heat pump 203 can always be performed. The temperature of the cold water stored in the first heat storage means 204 may increase due to heat exchange with the surroundings. When the cooling capacity of the heat pump 203 has a margin, the excess cooling capacity can be maintained by recooling the water stored in the first heat storage unit 204.
 第2の熱貯蔵手段224についても同様の還流管を設けることができる。図17を参照すると、第2の配管区間222の接続部226の上流側でかつ第2のバイパス管225の分岐部より下流側の第2の配管区間222に水を還流させる第2の還流管235が設けられている。第2の熱貯蔵手段224に貯蔵された温水は周囲との熱交換によって温度が低下する場合があるため、第2の還流管235によって温度の低下した水をヒートポンプ203によって再加熱することで、第2の熱貯蔵手段224に貯蔵された余剰の加熱能力を維持することができる。 A similar reflux pipe can be provided for the second heat storage means 224 as well. Referring to FIG. 17, the second reflux pipe for refluxing water to the second pipe section 222 upstream of the connection portion 226 of the second pipe section 222 and downstream of the branch portion of the second bypass pipe 225. 235 is provided. Since the temperature of the warm water stored in the second heat storage means 224 may decrease due to heat exchange with the surroundings, the water whose temperature has been decreased by the second reflux pipe 235 is reheated by the heat pump 203. The surplus heating capacity stored in the second heat storage means 224 can be maintained.
 第2の熱貯蔵手段224において、第2の還流管235への流出部Lは第2の配管区間222からの流入部Hよりも下方に位置していることが望ましい。特に第2の配管区間222からの流入部Hは第2の熱貯蔵手段224の最上部に、第2の還流管235への流出部Lは第2の熱貯蔵手段224の底部に設けることが望ましい。第2の熱貯蔵手段224に水が貯蔵されている状態でヒートポンプ203の運転を開始すると、ヒートポンプ203によって加熱された温水が上側に位置する流入部Hから第2の熱貯蔵手段224に流入し、それによって、第2の熱貯蔵手段224に貯蔵されていたこれより低温の水が下部に移動する。第2の熱貯蔵手段224に高温水と低温水とが成層化された状態が一時的に生じるため、低温の水が効率的に第2の熱貯蔵手段224からヒートポンプ203に供給され、加熱効率を高めることができる。 In the second heat storage means 224, the outflow portion L to the second reflux pipe 235 is preferably located below the inflow portion H from the second piping section 222. In particular, the inflow portion H from the second piping section 222 is provided at the top of the second heat storage means 224, and the outflow portion L to the second reflux pipe 235 is provided at the bottom of the second heat storage means 224. desirable. When the operation of the heat pump 203 is started in a state where water is stored in the second heat storage means 224, the hot water heated by the heat pump 203 flows into the second heat storage means 224 from the inflow portion H located on the upper side. Thereby, the cooler water stored in the second heat storage means 224 moves to the lower part. Since a state where high temperature water and low temperature water are stratified temporarily occurs in the second heat storage means 224, low temperature water is efficiently supplied from the second heat storage means 224 to the heat pump 203, and the heating efficiency Can be increased.
 (第5の実施形態)
 第5の実施形態は、第3,4の実施形態と同様、一つの配管区間から吸熱し、その熱で他の配管区間を加熱する場合に適用されるが、中間ループを有している点でこれらの実施形態と異なる。図18を参照すると、水処理システム201cは、第1の実施形態と同様、水が流れるようにされた第1の配管区間202と、ヒートポンプ203と、を有している。本実施形態では、水処理システム201cは第1の中間ループ212を有している。第1の中間ループ212は、第1の配管区間202の一部及びヒートポンプ203と、それぞれ接続部206,216において熱的に接続されている。第1の中間ループ212は、第1の配管区間202を流れる水とヒートポンプ203との間で熱量の授受を行うための第1の熱媒体が流れるようにされている。第1の熱媒体に特に制約はなく、腐食性の強い流体やスケールの発生しやすい流体を使う必要性はない。第1の中間ループ212にCOを充填すれば、水を充填する場合よりも効率的に熱を運搬できる。
(Fifth embodiment)
As in the third and fourth embodiments, the fifth embodiment is applied when heat is absorbed from one pipe section and the other pipe sections are heated by the heat, but has an intermediate loop. And differ from these embodiments. Referring to FIG. 18, the water treatment system 201 c includes a first piping section 202 in which water flows and a heat pump 203, as in the first embodiment. In the present embodiment, the water treatment system 201 c has a first intermediate loop 212. The first intermediate loop 212 is thermally connected to a part of the first piping section 202 and the heat pump 203 at connection portions 206 and 216, respectively. The first intermediate loop 212 is configured such that a first heat medium for transferring heat between water flowing through the first piping section 202 and the heat pump 203 flows. The first heat medium is not particularly limited, and there is no need to use a highly corrosive fluid or a fluid that easily generates scale. If filled with CO 2 to the first intermediate loop 212, it can carry heat efficiently than when filled with water.
 水処理システム201cは、第1の中間ループ212から三方弁218で分岐し、その下流で第1の中間ループ212と合流する第1の中間ループバイパス管214を有している。具体的には、第1の中間ループバイパス管214は、第1の熱媒体の流れる方向に沿ってヒートポンプ203側の接続部216の下流側で第1の中間ループ212から分岐して、第1の配管区間202側の接続部206の上流側で第1の中間ループ212と合流している。第1の中間ループバイパス管214には、第1の中間ループ212を流れる第1の熱媒体の少なくとも一部を一時的に貯蔵する第3の熱貯蔵手段213が設けられている。第3の熱貯蔵手段213の、第1の熱媒体の流れ方向に沿った下流側には第1の流量調整手段211が設けられている。 The water treatment system 201c has a first intermediate loop bypass pipe 214 that branches from the first intermediate loop 212 by a three-way valve 218 and joins the first intermediate loop 212 downstream thereof. Specifically, the first intermediate loop bypass pipe 214 branches from the first intermediate loop 212 on the downstream side of the connection part 216 on the heat pump 203 side along the direction in which the first heat medium flows, The first intermediate loop 212 is joined upstream of the connecting portion 206 on the piping section 202 side. The first intermediate loop bypass pipe 214 is provided with third heat storage means 213 for temporarily storing at least a part of the first heat medium flowing through the first intermediate loop 212. A first flow rate adjusting unit 211 is provided downstream of the third heat storage unit 213 along the flow direction of the first heat medium.
 第1の配管区間202の第1の中間ループ212との接続部206より下流側には、第1の温度センサ209が設けられている。 The first temperature sensor 209 is provided on the downstream side of the connecting portion 206 with the first intermediate loop 212 in the first piping section 202.
 第1の制御部210は、第1の温度センサ209で測定された水の温度に応じて第1の中間ループバイパス管214へ流入する第1の熱媒体の流量と、第3の熱貯蔵手段213から流出する第1の熱媒体の流量とを制御する。 The first control unit 210 includes a flow rate of the first heat medium flowing into the first intermediate loop bypass pipe 214 according to the temperature of the water measured by the first temperature sensor 209, and a third heat storage unit. The flow rate of the first heat medium flowing out from 213 is controlled.
 水処理システム201cはさらに、第2の配管区間222と、第2の中間ループ232と、第4の熱貯蔵手段233と、第2の中間ループバイパス管234と、を有している。第2の中間ループ232は、第2の配管区間222の一部及びヒートポンプ203と、それぞれ接続部226,236において熱的に接続されている。第2の中間ループ232は、第2の配管区間222を流れる水とヒートポンプ203との間で熱量の授受を行うための第2の熱媒体が流れるようにされている。これによって、ヒートポンプ203を介して、第1の配管区間202と第2の配管区間222との間で熱量の授受が行われる。利用可能な第2の熱媒体は、第1の熱媒体と同様に考えることができる。 The water treatment system 201 c further includes a second piping section 222, a second intermediate loop 232, a fourth heat storage unit 233, and a second intermediate loop bypass pipe 234. The second intermediate loop 232 is thermally connected to a part of the second piping section 222 and the heat pump 203 at connection portions 226 and 236, respectively. The second intermediate loop 232 is configured such that a second heat medium for transferring heat between water flowing through the second piping section 222 and the heat pump 203 flows. As a result, heat is exchanged between the first piping section 202 and the second piping section 222 via the heat pump 203. The second heat medium that can be used can be considered in the same way as the first heat medium.
 水処理システム201cは、第2の中間ループ232から三方弁238で分岐し、その下流で第2の中間ループ232と合流する第2の中間ループバイパス管234を有している。具体的には、第2の中間ループバイパス管234は、第2の熱媒体の流れる方向に沿ってヒートポンプ203側の接続部236の下流側で第2の中間ループ232から分岐して、第2の配管区間222側の接続部226の上流側で第2の中間ループ232と合流している。第2の中間ループバイパス管234には、第2の中間ループ232を流れる第2の熱媒体の少なくとも一部を一時的に貯蔵する第4の熱貯蔵手段233が設けられている。第4の熱貯蔵手段233の、第2の熱媒体の流れ方向に沿った下流側には第2の流量調整手段231が設けられている。 The water treatment system 201 c has a second intermediate loop bypass pipe 234 that branches from the second intermediate loop 232 by the three-way valve 238 and merges with the second intermediate loop 232 downstream thereof. Specifically, the second intermediate loop bypass pipe 234 branches from the second intermediate loop 232 on the downstream side of the connection part 236 on the heat pump 203 side along the direction in which the second heat medium flows. The second intermediate loop 232 joins upstream of the connecting portion 226 on the piping section 222 side. The second intermediate loop bypass pipe 234 is provided with fourth heat storage means 233 for temporarily storing at least a part of the second heat medium flowing through the second intermediate loop 232. A second flow rate adjusting means 231 is provided downstream of the fourth heat storage means 233 along the flow direction of the second heat medium.
 第2の配管区間222の第2の中間ループ232との接続部226より上流側には、第2の温度センサ229が設けられている。 A second temperature sensor 229 is provided on the upstream side of the connection portion 226 with the second intermediate loop 232 in the second piping section 222.
 第2の制御部230は、第2の温度センサ229で測定された水の温度T2’に応じて第2の中間ループバイパス管234へ流入する第2の熱媒体の流量と、第4の熱貯蔵手段233から流出する第2の熱媒体の流量を制御する。 The second controller 230 controls the flow rate of the second heat medium flowing into the second intermediate loop bypass pipe 234 in accordance with the water temperature T2 ′ measured by the second temperature sensor 229, and the fourth heat. The flow rate of the second heat medium flowing out from the storage means 233 is controlled.
 本実施形態は2つの中間ループ212,232を備えているが、一方の中間ループを第1の実施形態のような中間ループを設けない構成とすることもできる。 Although the present embodiment includes two intermediate loops 212 and 232, one intermediate loop may be configured not to have an intermediate loop as in the first embodiment.
 第1の中間ループ212及び第2の中間ループ232を設けることで、ヒートポンプ3の設置場所の制約が緩和される場合がある。すなわち、ヒートポンプ203が第1の配管区間202等から離れている場合、これらの配管区間をヒートポンプ203まで引きまわす必要が生じる。水処理システムでは一般に、膜装置やイオン交換装置など圧力損失の大きい装置が多数設置されているため、圧力損失を抑えることが重要である。図18の例では、例えば第1の配管区間202は最短の配管長で設置し、第1の配管区間202とヒートポンプ203の間は圧力損失の小さい第1の中間ループ212で接続すればよいので、水処理システムの圧力損失を抑えることが可能である。この利点は、ヒートポンプ3が第1の配管区間202等から離れている場合に、特に大きい。図示は省略するが、第1の中間ループ212は、必要に応じ二重、三重のループとして構成することも可能である。第2の中間ループ232についても同様である。 By providing the first intermediate loop 212 and the second intermediate loop 232, restrictions on the installation location of the heat pump 3 may be relaxed. That is, when the heat pump 203 is away from the first piping section 202 and the like, it is necessary to draw these piping sections to the heat pump 203. In water treatment systems, in general, many devices with large pressure loss such as membrane devices and ion exchange devices are installed, so it is important to suppress pressure loss. In the example of FIG. 18, for example, the first piping section 202 is installed with the shortest piping length, and the first piping section 202 and the heat pump 203 may be connected by the first intermediate loop 212 with a small pressure loss. It is possible to suppress the pressure loss of the water treatment system. This advantage is particularly great when the heat pump 3 is away from the first piping section 202 and the like. Although not shown, the first intermediate loop 212 can be configured as a double or triple loop as necessary. The same applies to the second intermediate loop 232.
 さらに図示は省略するが、第1の中間ループ212と第2の中間ループ232の少なくともいずれかは、複数の配管区間と熱的に接続していていてもよい。例えば第2の中間ループ232に沿って加熱の必要な他の配管区間を設け、第2の配管区間222とともに加熱するようにしてもよい。中間ループはルートの制約が少ないため、1台のヒートポンプで複数の配管区間を同時に冷却し、複数の配管区間を同時に加熱することが容易である。 Further, although not shown, at least one of the first intermediate loop 212 and the second intermediate loop 232 may be thermally connected to a plurality of piping sections. For example, another piping section that needs to be heated may be provided along the second intermediate loop 232 and heated together with the second piping section 222. Since the intermediate loop has few route restrictions, it is easy to simultaneously cool a plurality of piping sections and heat the plurality of piping sections simultaneously with a single heat pump.
 次に、以上述べた水処理システム201cの作動について説明する。ここでは簡単な例として、温度T1’の水が一定流量で第2の配管区間222に流入し、温度T2’の温水として供給される場合を考える。温度T2’は一定の目標温度となるように制御される。これに対して温度T1’は、時間の経過に従い変動すると仮定する。ヒートポンプ203から加えられる熱量QHは一定とし、水処理システム201c内の熱交換効率や第4の熱貯蔵手段233での放熱は無視する。第2の中間ループ232はヒートポンプ203と熱的に接続されており、第2の中間ループ232を流れる第2の熱媒体は、ヒートポンプ203によって加熱され、第2の配管区間222を流れる水と熱交換して冷却される。 Next, the operation of the water treatment system 201c described above will be described. Here, as a simple example, consider a case where water at a temperature T1 'flows into the second piping section 222 at a constant flow rate and is supplied as hot water at a temperature T2'. The temperature T2 'is controlled so as to be a constant target temperature. On the other hand, it is assumed that the temperature T1 'varies with time. The amount of heat QH applied from the heat pump 203 is constant, and the heat exchange efficiency in the water treatment system 201c and the heat dissipation in the fourth heat storage means 233 are ignored. The second intermediate loop 232 is thermally connected to the heat pump 203, and the second heat medium flowing through the second intermediate loop 232 is heated by the heat pump 203 and heat and water flowing through the second piping section 222. Replace and cool.
 まず初期状態として、第2の中間ループバイパス管234への流入比率が所定の値となるように三方弁238を調整しておく。ここでは簡単のために、第2の中間ループバイパス管234への流入は全くないと仮定する。第4の熱貯蔵手段233の出口側に設けられた第2の流量調整手段231は閉止状態としておく。その後ヒートポンプ203を起動し、水を温度T1’で供給し、第2の温度センサ229で出口側での水の温度T2’を連続的に測定する。 First, as an initial state, the three-way valve 238 is adjusted so that the inflow ratio to the second intermediate loop bypass pipe 234 becomes a predetermined value. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that there is no flow into the second intermediate loop bypass pipe 234. The second flow rate adjusting means 231 provided on the outlet side of the fourth heat storage means 233 is kept closed. Thereafter, the heat pump 203 is activated, water is supplied at the temperature T1 ', and the temperature T2' of the water at the outlet side is continuously measured by the second temperature sensor 229.
 温度T2’が目標温度を超えている場合には以下の操作を行う。まず、三方弁238を調整し、第2の熱媒体の一部を第2の中間ループバイパス管234に流入させる。これによって、第2の中間ループ232を循環する第2の熱媒体の流量が低下し、水に単位時間に与えられる熱量が下がる。この結果、温度T2’を下げ、温度T2’を目標温度となるように制御することができる。以上の操作を行った結果、第4の熱貯蔵手段233には昇温した第2の熱媒体、すなわち熱量が貯蔵されていく。 When the temperature T2 'exceeds the target temperature, the following operation is performed. First, the three-way valve 238 is adjusted so that a part of the second heat medium flows into the second intermediate loop bypass pipe 234. As a result, the flow rate of the second heat medium circulating in the second intermediate loop 232 decreases, and the amount of heat given to water per unit time decreases. As a result, the temperature T2 'can be lowered and the temperature T2' can be controlled to be the target temperature. As a result of the above operation, the fourth heat storage means 233 stores the heated second heat medium, that is, the amount of heat.
 次に、温度T2’が目標温度から下がった場合を考える。この場合には、温度T2’を目標温度に維持するために必要な熱量が不足しているため、第2の流量調整手段231を制御して、第4の熱貯蔵手段233に貯蔵された第2の熱媒体を所定の流量で放出させる。放出させる流量は不足する熱量に依存し、温度T2’の測定結果に基づき決定することができる。このようにして、第4の熱貯蔵手段233に貯蔵されていた熱量を解放し、不足分の熱量を補うことができるため、温度T2’を目標温度となるように制御することができる。 Next, consider a case where the temperature T2 'falls from the target temperature. In this case, since the amount of heat necessary to maintain the temperature T2 ′ at the target temperature is insufficient, the second flow rate adjusting means 231 is controlled to store the first heat stored in the fourth heat storage means 233. Two heat carriers are discharged at a predetermined flow rate. The flow rate to be discharged depends on the amount of heat that is insufficient, and can be determined based on the measurement result of the temperature T2 '. In this way, the amount of heat stored in the fourth heat storage means 233 can be released to compensate for the shortage of heat, so the temperature T2 'can be controlled to be the target temperature.
 第1の配管区間202についても同様である。第1の配管区間202は、入口側の温度T1が低い場合は冷却して温度の下がった第1の熱媒体の一部が第3の熱貯蔵手段213に貯蔵され、温度T1が高い場合は第3の熱貯蔵手段213に貯蔵されていた低温の第1の熱媒体が放出されて、水を所望の温度まで冷却する。 The same applies to the first piping section 202. In the first piping section 202, when the temperature T1 on the inlet side is low, a part of the first heat medium cooled and cooled is stored in the third heat storage means 213, and when the temperature T1 is high. The low-temperature first heat medium stored in the third heat storage means 213 is released to cool the water to a desired temperature.
 (第6の実施形態)
 図19を参照すると、水処理システム201dは、第1の配管区間202及びヒートポンプ203の各々と熱的に接続され、第1の配管区間202を流れる水とヒートポンプ203との間で熱量の授受を行うための第1の熱媒体が流れるようにされた第3の中間ループ217を有している。水処理システム201dはさらに、第1の熱媒体の少なくとも一部を一時的に貯蔵する第3の熱貯蔵手段213を有している。第3の中間ループ217は、第3の熱貯蔵手段213を挟んで第1の循環ループ217aと第2の循環ループ217bとに区画されている。第1の循環ループ217aは、接続部206で第1の配管区間202と熱的に接続されており、第3の熱貯蔵手段213を介して第1の熱媒体が循環するようにされている。第2の循環ループ217bは、接続部216でヒートポンプ203と熱的に接続されており、第3の熱貯蔵手段213を介して第1の熱媒体が循環するようにされている。第2の循環ループ217bは第1の熱媒体を補給するための補給管219aを備えている。
(Sixth embodiment)
Referring to FIG. 19, the water treatment system 201d is thermally connected to each of the first piping section 202 and the heat pump 203, and exchanges heat between the water flowing through the first piping section 202 and the heat pump 203. It has a third intermediate loop 217 adapted to flow a first heat medium for performing. The water treatment system 201d further includes third heat storage means 213 that temporarily stores at least a part of the first heat medium. The third intermediate loop 217 is partitioned into a first circulation loop 217a and a second circulation loop 217b with the third heat storage means 213 interposed therebetween. The first circulation loop 217a is thermally connected to the first piping section 202 at the connection portion 206, and the first heat medium circulates through the third heat storage means 213. . The second circulation loop 217 b is thermally connected to the heat pump 203 at the connection portion 216, and the first heat medium circulates through the third heat storage unit 213. The second circulation loop 217b includes a supply pipe 219a for supplying the first heat medium.
 同様に、水処理システム201dは、第2の配管区間222及びヒートポンプ203の各々と熱的に接続され、第2の配管区間222を流れる水とヒートポンプ203との間で熱量の授受を行うための第2の熱媒体が流れるようにされた第4の中間ループ237と、第2の熱媒体の少なくとも一部を一時的に貯蔵する第4の熱貯蔵手段233と、を有している。第4の中間ループ237は、第4の熱貯蔵手段233を挟んで第3の循環ループ237aと第4の循環ループ237bとに区画されている。第3の循環ループ237aは、接続部226で第2の配管区間222と熱的に接続されており、第4の熱貯蔵手段233を介して第2の熱媒体が循環するようにされている。第4の循環ループ237bは、接続部236でヒートポンプ203と熱的に接続されており、第4の熱貯蔵手段233を介して第2の熱媒体が循環するようにされている。第4の循環ループ237bは第2の熱媒体を補給するための補給管239aを備えている。 Similarly, the water treatment system 201d is thermally connected to each of the second piping section 222 and the heat pump 203, and exchanges heat between the water flowing through the second piping section 222 and the heat pump 203. A fourth intermediate loop 237 in which the second heat medium flows is provided, and fourth heat storage means 233 that temporarily stores at least a part of the second heat medium. The fourth intermediate loop 237 is partitioned into a third circulation loop 237a and a fourth circulation loop 237b with the fourth heat storage means 233 interposed therebetween. The third circulation loop 237a is thermally connected to the second piping section 222 at the connection portion 226, and the second heat medium circulates through the fourth heat storage means 233. . The fourth circulation loop 237b is thermally connected to the heat pump 203 at the connection portion 236 so that the second heat medium circulates through the fourth heat storage means 233. The fourth circulation loop 237b includes a supply pipe 239a for supplying the second heat medium.
 第2の配管区間222の入口側の温度T1’が高い場合は、加熱して温度の上がった第2の熱媒体の熱の一部が第4の熱貯蔵手段233に貯蔵され、温度T1’が低い場合は第2の流量調整手段231が調整され、第4の熱貯蔵手段233に貯蔵されていた高温の第2の熱媒体が放出されて、水を所望の温度まで加熱する。 When the temperature T1 ′ on the inlet side of the second piping section 222 is high, a part of the heat of the second heat medium heated by the heating is stored in the fourth heat storage means 233, and the temperature T1 ′. Is low, the second flow rate adjusting means 231 is adjusted, the high-temperature second heat medium stored in the fourth heat storage means 233 is released, and the water is heated to a desired temperature.
 第1の配管区間202の入口側の温度T1が低い場合は、冷却して温度の下がった第1の熱媒体の熱の一部が第3の熱貯蔵手段213に貯蔵され、温度T1が高い場合は第1の流量調整手段211が調整され、第3の熱貯蔵手段213に貯蔵されていた低温の第1の熱媒体が放出されて、水を所望の温度まで冷却する。 When the temperature T1 on the inlet side of the first piping section 202 is low, a part of the heat of the first heat medium cooled and cooled is stored in the third heat storage means 213, and the temperature T1 is high. In this case, the first flow rate adjusting unit 211 is adjusted, and the low-temperature first heat medium stored in the third heat storage unit 213 is released to cool the water to a desired temperature.
 第4の熱貯蔵手段233において、第4の循環ループ239への流出部Lは第4の循環ループからの流入部Hよりも下方に位置していることが望ましい。特に、第4の循環ループからの流入部Hは第4の熱貯蔵手段233の最上部に、第4の循環ループへの流出部Lは第4の熱貯蔵手段233の低部に位置していることが望ましい。その理由は第5の実施形態と同様である。 In the fourth heat storage means 233, it is desirable that the outflow portion L to the fourth circulation loop 239 is located below the inflow portion H from the fourth circulation loop. In particular, the inflow portion H from the fourth circulation loop is located at the top of the fourth heat storage means 233, and the outflow portion L to the fourth circulation loop is located at the lower portion of the fourth heat storage means 233. It is desirable. The reason is the same as in the fifth embodiment.
 以上説明したように、第3~第6の各実施形態では、ヒートポンプ203から供給される熱量が、配管区間の加熱または冷却に必要な熱量に対して余った場合、これを熱貯蔵手段で貯蔵し、必要な熱量が不足した場合にこれを有効利用している。従って、熱量が余っても、負荷変動に対応するためにヒートポンプの無駄な待機や抑制運転を行う必要がなく、一方熱量が不足した場合に備えてヒートポンプの容量を増加する必要もない。 As described above, in each of the third to sixth embodiments, when the amount of heat supplied from the heat pump 203 is greater than the amount of heat necessary for heating or cooling the piping section, this is stored in the heat storage means. However, this is effectively utilized when the required amount of heat is insufficient. Therefore, even if there is a surplus of heat, there is no need to perform wasteful standby or suppression operation of the heat pump in order to cope with load fluctuations, while there is no need to increase the capacity of the heat pump in preparation for a shortage of heat.
 (実施例)
 図20に示す、中間ループを持つシステムを用いて以下の測定を行った。熱貯蔵手段としては容量5mのタンクを用い、ヒートポンプとしてはコンプレッサ動力7.5kW、成績係数4(加温時)のものを用いた。負荷に応じたヒートポンプの調整運転は行わず、供給熱量は30kW(=7.5kW×成績係数4)で一定とした。ヒートポンプの出口温度(出湯温度)T4は65℃とした。排熱配管区間における加熱対象水の入口温度T1は1日の中で時間帯によって変動するものとし、出口温度T2は25℃となるように制御した。熱貯蔵手段からの熱媒体の放出流量は温度センサでの測定結果に基づき制御した。
(Example)
The following measurements were performed using a system having an intermediate loop shown in FIG. A tank with a capacity of 5 m 3 was used as the heat storage means, and a heat pump with a compressor power of 7.5 kW and a coefficient of performance of 4 (when heated) was used. The adjustment operation of the heat pump according to the load was not performed, and the amount of heat supplied was constant at 30 kW (= 7.5 kW × performance coefficient 4). Heat pump outlet temperature (tapping temperature) T4 was set to 65 ° C. The inlet temperature T1 of the heating target water in the exhaust heat piping section was assumed to vary depending on the time zone during the day, and the outlet temperature T2 was controlled to be 25 ° C. The discharge flow rate of the heat medium from the heat storage means was controlled based on the measurement result of the temperature sensor.
 水の入口温度T1と出口温度T2は表3の通りとした。 Water inlet temperature T1 and outlet temperature T2 were as shown in Table 3.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  このときの水処理システムにおける2時間毎の各種パラメータの変化を表4に示している。表中、「流量(L/h)」は水の供給流量であり、6500L/hの一定値とした。「必要熱量(kW)」は水を25℃まで加温するのに必要な熱量を示しており、時間(すなわち入口温度T1)によって変動している。「過不足熱量(kW)」は、ヒートポンプの供給熱量と必要熱量との差分であり、熱量が余る場合を正、不足する場合を負としている。「貯蔵熱量(kWh)」は、熱貯蔵手段に貯蔵されている熱量である。ヒートポンプの供給熱量30kWのうち余剰分がある場合には、熱貯蔵手段に貯蔵されていくため、余剰の状態が続くと、貯蔵熱量は増加していく。図21Aは、実施例における過不足の熱量の経時的変化をグラフに示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Table 4 shows changes in various parameters every two hours in the water treatment system at this time. In the table, “flow rate (L / h)” is the supply flow rate of water, which is a constant value of 6500 L / h. “Necessary heat amount (kW)” indicates the amount of heat necessary for heating water to 25 ° C., and fluctuates with time (ie, inlet temperature T1). The “over / under heat amount (kW)” is a difference between the heat supply amount of the heat pump and the necessary heat amount, and the case where the heat amount is excessive is positive and the case where it is insufficient is negative. “Storage heat amount (kWh)” is the amount of heat stored in the heat storage means. When there is a surplus in the amount of heat supplied by the heat pump of 30 kW, the heat is stored in the heat storage means. Therefore, if the surplus state continues, the amount of stored heat increases. FIG. 21A is a graph showing changes with time in excess or deficiency of heat in the examples.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表5には、中間ループにおける各種パラメータの変化を示している。温度T3は水の出口温度T2に等しいとした。「熱媒体貯蔵手段貯水量(L/h)」は時間当たりに熱貯蔵手段に貯蔵された熱媒体の量を示し、「熱媒体手段放水量(L/h)」は時間当たりに熱貯蔵手段から放出された熱媒体の量を示している。これに対し、表4の「貯蔵熱量(kWh)」は熱貯蔵手段にそれまでに蓄積された熱量の累積値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Table 5 shows changes in various parameters in the intermediate loop. The temperature T3 was assumed to be equal to the water outlet temperature T2. “Heat medium storage means water storage amount (L / h)” indicates the amount of heat medium stored in the heat storage means per hour, and “Heat medium means water discharge amount (L / h)” is the heat storage means per hour. The amount of the heat medium released from the is shown. On the other hand, “storage heat quantity (kWh)” in Table 4 is a cumulative value of the heat quantity accumulated so far in the heat storage means.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 実施例では、「貯蔵熱量(kWh)」が徐々に増加していき、その後温度T1が下がるとともに徐々に消費されていき、最終的に0になる。従って、他の熱源で不足分を補う必要はなく、トータルの必要加熱熱量は720kWhであった。実際に消費したエネルギーは、コンプレッサの電力に換算して180kWhとなった。ヒートポンプからの供給熱量30kWは、ヒートポンプと排熱配管区間との間で熱交換可能な熱量ということができる。8時からの20時までの間は、熱交換可能な熱量の一部だけが熱交換に用いられ、残りの熱量は熱貯蔵手段に一時的に貯蔵される。22時から8時までの間は、熱貯蔵手段に一時的に貯蔵された熱量が、排熱配管区間への排熱の不足分を補填するために用いられている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
In the embodiment, the “storage heat quantity (kWh)” gradually increases, and then gradually consumed as the temperature T1 decreases and finally becomes zero. Therefore, there was no need to make up for the shortage with other heat sources, and the total amount of heat required for heating was 720 kWh. The actual energy consumed was 180 kWh in terms of compressor power. The amount of heat supplied from the heat pump of 30 kW can be said to be the amount of heat that can be exchanged between the heat pump and the exhaust heat pipe section. Between 8 o'clock and 20 o'clock, only a part of the heat exchangeable heat is used for heat exchange, and the remaining heat is temporarily stored in the heat storage means. From 22:00 to 8:00, the amount of heat temporarily stored in the heat storage means is used to compensate for the shortage of exhaust heat to the exhaust heat piping section.
 (比較例1)
 実施例の装置構成で熱貯蔵手段を設けない場合について同様の測定を行った。結果を表6に示す。図21Bは、比較例1における過不足の熱量の経時的変化をグラフに示した。「他の熱源からの供給熱量(kW)」は、加熱熱量が不足する場合に他の手段(ボイラ等)で補うべき熱量であり、不足する場合を負としている。前半はヒートポンプの供給熱量が必要熱量を上回るため、他の熱源からの熱供給は不要であるが、余った熱は棄てられることになる。後半ではヒートポンプの供給熱量が必要熱量を下回るため、他の熱源からの熱供給が必要となる。不足分は全て他の熱源から供給する必要がある。これに要する熱量は90kWhであった。仮に、この熱量をボイラで供給する場合、トータルの必要エネルギーは180kWh(ヒートポンプの必要エネルギー)に90kWhを加えた270kWhとなる。従って、第1の熱貯蔵手段を設けることでトータルの必要エネルギーを節約することが可能となる。
(Comparative Example 1)
The same measurement was performed for the case where no heat storage means was provided in the apparatus configuration of the example. The results are shown in Table 6. FIG. 21B is a graph showing the change over time in the amount of heat in excess and deficiency in Comparative Example 1. “Supply heat quantity from other heat source (kW)” is a heat quantity to be supplemented by other means (boiler, etc.) when the heating heat quantity is insufficient, and negative when it is insufficient. In the first half, the amount of heat supplied by the heat pump exceeds the required amount of heat, so heat supply from other heat sources is unnecessary, but excess heat is discarded. In the second half, the heat supply from the heat pump is less than the required heat, so heat supply from other heat sources is required. All deficiencies need to be supplied from other heat sources. The amount of heat required for this was 90 kWh. If this amount of heat is supplied by a boiler, the total required energy is 270 kWh obtained by adding 90 kWh to 180 kWh (necessary energy for the heat pump). Therefore, it is possible to save the total required energy by providing the first heat storage means.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
(比較例2)
 実施例の装置構成でヒートポンプをボイラ等の熱源に置換した構成を用いて同様の測定を行った。結果を表7に示す。図21Cは、比較例2における過不足の熱量の経時的変化をグラフに示した。この場合、実施例と同様、トータルの必要熱量は720kWhとなるが、必要エネルギーも720kWhであり、実施例と比べて4倍のエネルギーを必要とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
(Comparative Example 2)
The same measurement was performed using a configuration in which the heat pump was replaced with a heat source such as a boiler in the apparatus configuration of the example. The results are shown in Table 7. FIG. 21C is a graph showing the change over time in the amount of heat in excess and deficiency in Comparative Example 2. In this case, as in the example, the total required heat amount is 720 kWh, but the required energy is 720 kWh, which requires four times as much energy as in the example.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 1~6 第1~6の装置
 11,13 第1,第3の配管区間(吸熱配管区間)
 12,14 第2,第4の配管区間(排熱配管区間)
 21,21’,21” ヒートポンプ
 202 第1の配管区間(吸熱配管区間)
 203 ヒートポンプ
 204 第1の熱貯蔵手段
 222 第2の配管区間(排熱配管区間)
 224 第2の熱貯蔵手段
1 to 6 First to sixth devices 11, 13 First and third piping sections (endothermic piping sections)
12, 14 2nd and 4th piping section (exhaust heat piping section)
21, 21 ', 21 "heat pump 202 first piping section (endothermic piping section)
203 heat pump 204 first heat storage means 222 second piping section (exhaust heat piping section)
224 Second heat storage means

Claims (28)

  1.  複数の装置と、
     互いに隣接する前記複数の装置同士を接続し、内部を水が流れる複数の配管区間と、
     少なくとも1つの前記配管区間を吸熱配管区間として該吸熱配管区間から吸熱し、該吸熱配管区間から吸熱した熱を、少なくとも1つの他の前記配管区間を排熱配管区間として、該排熱配管区間に排熱するヒートポンプと、
     を有する、水処理システム。
    Multiple devices;
    A plurality of piping sections that connect the plurality of adjacent devices, and through which water flows;
    At least one of the piping sections is used as an endothermic piping section to absorb heat from the endothermic piping section, and the heat absorbed from the endothermic piping section is used as at least one other piping section as an exhaust heat piping section. A heat pump that exhausts heat,
    Having a water treatment system.
  2.  前記吸熱配管区間からの吸熱の不足もしくは過剰な吸熱、または前記排熱配管区間への排熱の不足もしくは過剰な排熱を補償するために、前記吸熱配管区間または排熱配管区間を加熱または除熱する手段、または水処理システムの系外と熱を授受する手段を有する、請求項1に記載の水処理システム。 In order to compensate for insufficient or excessive heat absorption from the endothermic piping section, or insufficient or excessive exhaust heat to the exhaust heat piping section, the endothermic piping section or the exhaust heat piping section is heated or removed. The water treatment system according to claim 1, further comprising means for heating or means for transferring heat to and from the outside of the water treatment system.
  3.  前記手段は第2のヒートポンプである、請求項2に記載の水処理システム。 The water treatment system according to claim 2, wherein the means is a second heat pump.
  4.  前記吸熱配管区間と前記ヒートポンプとの間に設けられ、該吸熱配管区間からの吸熱を前記ヒートポンプに伝達する第1の中間ループと、前記排熱配管区間と前記ヒートポンプとの間に設けられ、前記ヒートポンプからの排熱を該排熱配管区間に伝達する第2の中間ループの少なくともいずれかを有する、請求項1に記載の水処理システム。 Provided between the heat absorption piping section and the heat pump, provided between the first intermediate loop for transferring heat absorption from the heat absorption piping section to the heat pump, the exhaust heat piping section and the heat pump, The water treatment system according to claim 1, comprising at least one of second intermediate loops that transmits waste heat from the heat pump to the waste heat pipe section.
  5.  前記吸熱配管区間は複数個所設けられ、該複数の吸熱配管区間と前記ヒートポンプとの間に、該複数の吸熱配管区間からの吸熱を前記ヒートポンプに伝達する第1の中間ループを有する、請求項1に記載の水処理システム。 The heat absorption piping section is provided in a plurality of places, and a first intermediate loop that transmits heat absorption from the plurality of heat absorption piping sections to the heat pump is provided between the plurality of heat absorption piping sections and the heat pump. Water treatment system as described in.
  6.  前記排熱配管区間は複数個所設けられ、該複数の排熱配管区間と前記ヒートポンプとの間に、前記ヒートポンプからの排熱を該複数の排熱配管区間に伝達する第2の中間ループを有する、請求項1に記載の水処理システム。 A plurality of the exhaust heat piping sections are provided, and a second intermediate loop for transmitting the exhaust heat from the heat pump to the plurality of exhaust heat piping sections is provided between the plurality of exhaust heat piping sections and the heat pump. The water treatment system according to claim 1.
  7.  前記ヒートポンプは蒸気圧縮式、吸収式、吸着式、熱電子式または化学式のいずれかである、請求項1に記載の水処理システム。 The water treatment system according to claim 1, wherein the heat pump is any one of a vapor compression type, an absorption type, an adsorption type, a thermoelectronic type, and a chemical type.
  8.  前記ヒートポンプと前記吸熱配管区間との間で熱交換可能な熱量の少なくとも一部、または前記ヒートポンプと前記排熱配管区間との間で熱交換可能な熱量の少なくとも一部を一時的に貯蔵する熱貯蔵手段を有する、請求項1に記載の水処理システム。 Heat that temporarily stores at least part of the heat quantity that can be exchanged between the heat pump and the heat absorption pipe section, or at least part of the heat quantity that can be exchanged between the heat pump and the exhaust heat pipe section. The water treatment system according to claim 1, comprising storage means.
  9.  前記吸熱配管区間の前記ヒートポンプとの接続部よりも下流側に設けられた第1の熱貯蔵手段と、
     前記接続部の上流側で前記吸熱配管区間から分岐して、前記熱貯蔵手段の下流側で前記吸熱配管区間と合流する第1のバイパス管と、を有している、請求項8に記載の水処理システム。
    A first heat storage means provided on the downstream side of the connection portion with the heat pump in the endothermic piping section;
    The first bypass pipe that branches from the endothermic pipe section upstream of the connecting portion and merges with the endothermic pipe section downstream of the heat storage means. Water treatment system.
  10.  前記吸熱配管区間の前記ヒートポンプとの接続部よりも下流側に設けられた第1の熱貯蔵手段と、
     前記接続部の上流側で前記吸熱配管区間から分岐して、前記第1の熱貯蔵手段の下流側で前記吸熱配管区間と合流する第1のバイパス管と、
     前記第1の熱貯蔵手段から、前記接続部の上流側でかつ前記第1のバイパス管の分岐部より下流側の前記吸熱配管区間に水を還流させる第1の還流管と、を有している、請求項8に記載の水処理システム。
    A first heat storage means provided on the downstream side of the connection portion with the heat pump in the endothermic piping section;
    A first bypass pipe branched from the endothermic pipe section upstream of the connecting portion and joined to the endothermic pipe section downstream of the first heat storage means;
    A first reflux pipe for refluxing water from the first heat storage means to the endothermic pipe section upstream of the connecting portion and downstream of the branch portion of the first bypass pipe; The water treatment system according to claim 8.
  11.  前記排熱配管区間の前記ヒートポンプとの接続部よりも下流側に設けられた第2の熱貯蔵手段と、
     前記排熱配管区間の前記接続部の上流側で前記排熱配管区間から分岐して、前記第2の熱貯蔵手段の下流側で前記排熱配管区間と合流する第2のバイパス管と、を有している、請求項8に記載の水処理システム。
    Second heat storage means provided on the downstream side of the connection portion with the heat pump in the exhaust heat pipe section;
    A second bypass pipe branched from the exhaust heat pipe section upstream of the connecting portion of the exhaust heat pipe section and joining the exhaust heat pipe section downstream of the second heat storage means; The water treatment system according to claim 8, comprising:
  12.  前記排熱配管区間の前記ヒートポンプとの接続部よりも下流側に設けられた第2の熱貯蔵手段と、
     前記排熱配管区間の前記接続部の上流側で前記排熱配管区間から分岐して、前記第2の熱貯蔵手段の下流側で前記排熱配管区間と合流する第2のバイパス管と、
     前記第2の熱貯蔵手段から、前記排熱配管区間の前記接続部の上流側でかつ前記第2のバイパス管の分岐部より下流側の前記排熱配管区間に水を還流させる第2の還流管と、を有している、請求項8に記載の水処理システム。
    Second heat storage means provided on the downstream side of the connection portion with the heat pump in the exhaust heat pipe section;
    A second bypass pipe branched from the exhaust heat piping section upstream of the connection portion of the exhaust heat piping section and joined to the exhaust heat piping section downstream of the second heat storage means;
    A second recirculation for recirculating water from the second heat storage means to the exhaust heat piping section upstream of the connection portion of the exhaust heat piping section and downstream of the branch portion of the second bypass pipe. The water treatment system according to claim 8, comprising: a pipe.
  13.  前記排熱配管区間の前記ヒートポンプとの接続部よりも下流側に設けられた第2の熱貯蔵手段と、
     前記排熱配管区間の前記接続部の上流側で前記排熱配管区間から分岐して、前記第2の熱貯蔵手段の下流側で前記排熱配管区間と合流する第2のバイパス管と、
     前記第2の熱貯蔵手段から、前記排熱配管区間の前記接続部の上流側でかつ前記第2のバイパス管の分岐部より下流側の前記排熱配管区間に水を還流させる第2の還流管と、を有し、
     前記第2の熱貯蔵手段において、前記第2の還流管への流出部は前記排熱配管区間からの流入部よりも下方に位置している、請求項8に記載の水処理システム。
    Second heat storage means provided on the downstream side of the connection portion with the heat pump in the exhaust heat pipe section;
    A second bypass pipe branched from the exhaust heat piping section upstream of the connection portion of the exhaust heat piping section and joined to the exhaust heat piping section downstream of the second heat storage means;
    A second recirculation for recirculating water from the second heat storage means to the exhaust heat piping section upstream of the connection portion of the exhaust heat piping section and downstream of the branch portion of the second bypass pipe. A tube, and
    9. The water treatment system according to claim 8, wherein in the second heat storage unit, an outflow portion to the second reflux pipe is located below an inflow portion from the exhaust heat pipe section.
  14.  前記吸熱配管区間及び前記ヒートポンプの各々と熱的に接続され、前記吸熱配管区間を流れる水と前記ヒートポンプとの間で熱量の授受を行うための第1の熱媒体が流れるようにされた第1の中間ループと、
     前記第1の熱媒体の流れる方向に沿って前記第1の中間ループの前記ヒートポンプとの接続部の下流側で分岐して、前記吸熱配管区間との接続部の上流側で合流する第1の中間ループバイパス管と、
     前記第1の中間ループバイパス管に設けられ、該第1の中間ループを流れる前記第1の熱媒体の少なくとも一部を一時的に貯蔵する第3の熱貯蔵手段と、を有している、請求項8に記載の水処理システム。
    A first heat medium that is thermally connected to each of the endothermic piping section and the heat pump and configured to flow a first heat medium for transferring heat between water flowing through the endothermic piping section and the heat pump. An intermediate loop of
    A first branching along the flow direction of the first heat medium branches at the downstream side of the connection portion with the heat pump of the first intermediate loop, and merges at the upstream side of the connection portion with the heat absorption pipe section. An intermediate loop bypass pipe,
    A third heat storage means provided in the first intermediate loop bypass pipe and temporarily storing at least a part of the first heat medium flowing through the first intermediate loop; The water treatment system according to claim 8.
  15.  前記吸熱配管区間及び前記ヒートポンプの各々と熱的に接続され、前記吸熱配管区間を流れる水と前記ヒートポンプとの間で熱量の授受を行うための第1の熱媒体が流れるようにされた第3の中間ループと、
     前記第1の熱媒体の少なくとも一部を一時的に貯蔵する第3の熱貯蔵手段と、を有し、
     前記第3の中間ループは、前記吸熱配管区間と熱的に接続され、前記第3の熱貯蔵手段を介して前記第1の熱媒体が循環するようにされた第1の循環ループと、前記ヒートポンプと熱的に接続され、前記第3の熱貯蔵手段を介して前記第1の熱媒体が循環するようにされた第2の循環ループと、を有している、請求項8に記載の水処理システム。
    A third heat medium that is thermally connected to each of the endothermic piping section and the heat pump and configured to flow a first heat medium for transferring heat between water flowing through the endothermic piping section and the heat pump. An intermediate loop of
    And third heat storage means for temporarily storing at least a part of the first heat medium,
    The third intermediate loop is thermally connected to the endothermic pipe section, and the first circulation loop is configured to circulate the first heat medium via the third heat storage unit; A second circulation loop that is thermally connected to a heat pump and is configured to circulate the first heat medium through the third heat storage means. Water treatment system.
  16.  前記排熱配管区間及び前記ヒートポンプの各々と熱的に接続され、前記排熱配管区間を流れる水と前記ヒートポンプとの間で熱量の授受を行うための第2の熱媒体が流れるようにされた第2の中間ループと、
     前記第2の熱媒体の流れる方向に沿って前記第2の中間ループの前記ヒートポンプとの接続部の下流側で分岐して、前記排熱配管区間との接続部の上流側で合流する第2の中間ループバイパス管と、
     前記第2の中間ループバイパス管に設けられ、該第2の中間ループを流れる前記第2の熱媒体の少なくとも一部を一時的に貯蔵する第4の熱貯蔵手段と、を有している、請求項8に記載の水処理システム。
    A second heat medium that is thermally connected to each of the exhaust heat piping section and the heat pump and that transfers heat between the water flowing through the exhaust heat piping section and the heat pump flows. A second intermediate loop;
    A second branching along the direction in which the second heat medium flows branches downstream from the connection portion with the heat pump of the second intermediate loop, and joins upstream from the connection portion with the exhaust heat pipe section. Intermediate loop bypass pipe of
    A fourth heat storage means provided in the second intermediate loop bypass pipe and temporarily storing at least a part of the second heat medium flowing through the second intermediate loop. The water treatment system according to claim 8.
  17.  前記排熱配管区間及び前記ヒートポンプの各々と熱的に接続され、前記排熱配管区間を流れる水と前記ヒートポンプとの間で熱量の授受を行うための第2の熱媒体が流れるようにされた第4の中間ループと、
     前記第2の熱媒体の少なくとも一部を一時的に貯蔵する第4の熱貯蔵手段と、を有し、
     前記第4の中間ループは、前記排熱配管区間と熱的に接続され、前記第4の熱貯蔵手段を介して前記第2の熱媒体が循環するようにされた第3の循環ループと、前記ヒートポンプと熱的に接続され、前記第4の熱貯蔵手段を介して前記第2の熱媒体が循環するようにされた第4の循環ループと、を有する、請求項8に記載の水処理システム。
    A second heat medium that is thermally connected to each of the exhaust heat piping section and the heat pump and that transfers heat between the water flowing through the exhaust heat piping section and the heat pump flows. A fourth intermediate loop;
    And fourth heat storage means for temporarily storing at least part of the second heat medium,
    The fourth intermediate loop is thermally connected to the exhaust heat pipe section, and a third circulation loop in which the second heat medium is circulated through the fourth heat storage means; The water treatment according to claim 8, further comprising: a fourth circulation loop thermally connected to the heat pump and configured to circulate the second heat medium through the fourth heat storage unit. system.
  18.  前記排熱配管区間及び前記ヒートポンプの各々と熱的に接続され、前記排熱配管区間を流れる水と前記ヒートポンプとの間で熱量の授受を行うための第2の熱媒体が流れるようにされた第4の中間ループと、
     前記第2の熱媒体の少なくとも一部を一時的に貯蔵する第4の熱貯蔵手段と、を有し、
     前記第4の中間ループは、前記排熱配管区間と熱的に接続され、前記第4の熱貯蔵手段を介して前記第2の熱媒体が循環するようにされた第3の循環ループと、前記ヒートポンプと熱的に接続され、前記第4の熱貯蔵手段を介して前記第2の熱媒体が循環するようにされた第4の循環ループと、を有し、
     前記第4の熱貯蔵手段において、前記第4の循環ループへの流出部は前記第4の循環ループからの流入部よりも下方に位置している、請求項8に記載の水処理システム。
    A second heat medium that is thermally connected to each of the exhaust heat piping section and the heat pump and that transfers heat between the water flowing through the exhaust heat piping section and the heat pump flows. A fourth intermediate loop;
    And fourth heat storage means for temporarily storing at least part of the second heat medium,
    The fourth intermediate loop is thermally connected to the exhaust heat pipe section, and a third circulation loop in which the second heat medium is circulated through the fourth heat storage means; A fourth circulation loop thermally connected to the heat pump and adapted to circulate the second heat medium through the fourth heat storage means;
    9. The water treatment system according to claim 8, wherein in the fourth heat storage unit, an outflow portion to the fourth circulation loop is located below an inflow portion from the fourth circulation loop.
  19.  前記ヒートポンプは蒸気圧縮式ヒートポンプであり、前記排熱配管区間の、前記ヒートポンプの間で熱の授受が行われる部位の出口側における水の温度が20~35℃となるように構成されている、請求項1に記載の水処理システム。 The heat pump is a vapor compression heat pump, and is configured such that the temperature of water at the outlet side of the portion where heat is transferred between the heat pumps in the exhaust heat pipe section is 20 to 35 ° C. The water treatment system according to claim 1.
  20.  前記吸熱配管区間は、前記ヒートポンプとの間で熱の授受が行われる部位の入口側で温度20~35℃の水が流れるようにされている、請求項19に記載の水処理システム。 The water treatment system according to claim 19, wherein the heat absorption pipe section is configured such that water having a temperature of 20 to 35 ° C flows on an inlet side of a portion where heat is exchanged with the heat pump.
  21.  前記ヒートポンプとは別に、前記排熱配管区間または前記吸熱配管区間を加熱または冷却する手段を有する、請求項19に記載の水処理システム。 The water treatment system according to claim 19, further comprising means for heating or cooling the exhaust heat pipe section or the heat absorption pipe section separately from the heat pump.
  22.  前記排熱配管区間と前記ヒートポンプとの間、または前記吸熱配管区間と前記蒸気圧縮式ヒートポンプとの間の少なくとも一方に設けられ、前記排熱配管区間または前記吸熱配管区間と前記ヒートポンプとの間で熱の授受を行うための中間ループを有する、請求項19に記載の水処理システム。 Between the exhaust heat piping section and the heat pump, or at least one of the heat absorption piping section and the vapor compression heat pump, between the exhaust heat piping section or the heat absorption piping section and the heat pump. The water treatment system according to claim 19, comprising an intermediate loop for transferring heat.
  23.  前記ヒートポンプは、逆浸透膜装置の入口側配管区間を流れる水を、水温が23~25℃となるように加熱する、請求項19に記載の水処理システム。 The water treatment system according to claim 19, wherein the heat pump heats the water flowing through the inlet-side piping section of the reverse osmosis membrane device so that the water temperature becomes 23 to 25 ° C.
  24.  前記ヒートポンプは、紫外線酸化装置の入口側配管区間を流れる水を、水温が20~30℃となるように加熱する、請求項19に記載の水処理システム。 The water treatment system according to claim 19, wherein the heat pump heats the water flowing through the inlet side piping section of the ultraviolet oxidizer so that the water temperature becomes 20 to 30 ° C.
  25.  前記ヒートポンプは、アンモニアストリッピング装置の入口側配管区間を流れる水を、水温が20~35℃となるように加熱する、請求項19に記載の水処理システム。 The water treatment system according to claim 19, wherein the heat pump heats the water flowing in the inlet side piping section of the ammonia stripping device so that the water temperature becomes 20 to 35 ° C.
  26.  前記ヒートポンプは、好気性処理装置の入口側配管区間を流れる水を、水温が20~30℃となるように加熱する、請求項19に記載の水処理システム。 The water treatment system according to claim 19, wherein the heat pump heats the water flowing through the inlet side piping section of the aerobic treatment device so that the water temperature becomes 20 to 30 ° C.
  27.  複数の装置と、互いに隣接する前記複数の装置同士を接続し、内部を水が流れる複数の配管区間と、を有する水処理システムを用いた水処理方法であって、
     ヒートポンプによって、少なくとも1つの前記配管区間を吸熱配管区間として該吸熱配管区間から吸熱し、該吸熱配管区間から吸熱した熱を、少なくとも1つの他の前記配管区間を排熱配管区間として該排熱配管区間に排熱することを含む、水処理方法。
    A water treatment method using a water treatment system having a plurality of devices and a plurality of piping sections that connect the plurality of devices adjacent to each other and through which water flows,
    The heat pump absorbs heat from the endothermic piping section using at least one of the piping sections as an endothermic piping section, and the exhaust heat piping uses the heat absorbed from the endothermic piping section as at least one other piping section. A water treatment method comprising exhausting heat to a section.
  28.  蒸気圧縮式ヒートポンプと熱的に接続された排熱配管区間及び吸熱配管区間に水を通水することと、
     前記排熱配管区間で冷媒の凝縮工程が、吸熱配管区間で前記冷媒の蒸発工程が行われるように前記蒸気圧縮式ヒートポンプを運転することと、
     を含み、
     前記蒸気圧縮式ヒートポンプを運転することは、前記排熱配管区間の、前記蒸気圧縮式ヒートポンプとの間で熱の授受が行われる部位の出口側における水の温度が20~35℃となるように制御することを含む、水処理方法。
    Passing water through an exhaust heat pipe section and an endothermic pipe section thermally connected to the vapor compression heat pump;
    Operating the vapor compression heat pump so that the refrigerant condensing step is performed in the exhaust heat piping section and the refrigerant condensing step is performed in the heat absorbing piping section;
    Including
    The operation of the vapor compression heat pump is such that the temperature of water at the outlet side of the portion where heat is transferred to and from the vapor compression heat pump in the exhaust heat pipe section is 20 to 35 ° C. A water treatment method comprising controlling.
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