WO2016120952A1

WO2016120952A1 - 固液分離システム

Info

Publication number: WO2016120952A1
Application number: PCT/JP2015/051956
Authority: WO
Inventors: 陽子國眼; 楠本　寛; 佐野　理志; 道治渡部; 光宏松澤
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2016-08-04
Also published as: US20180003438A1; JP6524115B2; JPWO2016120952A1; US10197331B2

Abstract

　液相で水分または油分を溶解する作動流体を液化し、固体物質と接触させることで前記固体物質に含まれる水分や油分を含有させ、その後、作動流体を気化させることで水分や油分を析出させる固液分離システムにおいて、作動流体を冷媒により気化させる高温側熱交換器と、作動流体を冷媒により液化させる低温側熱交換器とを接続して作動流体を循環させる流体回路と、圧縮機と作動流体以外の熱源と熱交換する凝縮器と、高温側熱交換器と膨張機構と低温側熱交換器とを、順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルとを備えるとともに、固液分離とは別に充填槽内の作動流体を気化する回収運転モードを備えることにより、安定した運転を連続して行うことや導入コストおよびランニングコストを抑制することを可能とする。この回収運転モードを行うための手段としては、凝縮器と高温側熱交換器の間の第二の膨張機構や、流体回路に冷媒を熱源としない加熱部がある。

Description

固液分離システム

　本発明は、固体と液体を分離する固液分離システム、及びその方法に関する。

　水分を含有する物質の脱水方法として、温度や圧力の変化により相変化する化学物質（作動流体）を用いた方法が知られている。〔特許文献１〕には、高水分炭のような高水分含有固体から水分を除去する方法の一例として、ジメチルエーテルなどの水との相互融解性の高い、大気圧か、外気温度に近い温度で気体である物質の液化物を用いた脱水方法が開示されている。

　〔特許文献１〕では、まず、ジメチルエーテルを圧縮機で加圧して昇圧させ、高圧高温の気体とした後、高圧側と低圧側を熱交換する熱交換器において冷却して高圧低温の液体とし、脱水器中の水分含有固体中の水分と接触させ、水分を溶解することによって脱水を行う。その後、膨張機構により減圧して低圧低温の液体とした後、高圧側と低圧側を熱交換する熱交換器において加熱して低圧高温の気体となって圧縮機へ戻す構成が開示されている。

　上記の構成により、液化ジメチルエーテルに固体物質中の水分を溶出させた後、液化ジメチルエーテルと水分の混合液からジメチルエーテルだけを選択的に蒸発させ、水分を分離すると同時に、水分を蒸発させることなく固体物質から除去した上で、蒸発したジメチルエーテルを液化するため、ジメチルエーテルのリサイクルすることができる、としている。

　また一方で、液化ジメチルエーテルは水分だけでなく、油分も溶解する特性を有していることが知られているため、高水分炭だけでなく、水分・油分を含む物質の脱水・脱油への適用も可能と考えられる。

特許第4291772号

　　従来技術では、気化したジメチルエーテルを回収して再度液化することで再利用することが可能としているが、脱水器内には常に脱水された固体物質とともに液化ジメチルエーテルが満たされた状態である。水分を含有した固体物質の水分除去システムとして作用するためには、脱水後の固体物質と、脱水前の水分を含有した固体物質を定期的に入れ替え、順次システム内で処理する必要がある。

　このように、従来技術には、脱水器内の液化ジメチルエーテルを回収する構成がなく、脱水完了後の固体物質の取り出し時については考慮がなされていなかった。仮に固体物質取り出しのために、脱水器を開放して液化ジメチルエーテルを廃棄する場合、システム内を循環するためのジメチルエーテルを損失し、それを補充するために、ランニングコストを増加させる虞がある。また、ジメチルエーテルは可燃性の物質であるため、脱水器を開放することで大気に放出されるジメチルエーテルの廃棄量は、環境保全または安全の観点から、抑制することが求められる。

　また一方で、油と水を含有する固体物質に従来技術を適用する場合、以下の課題が生じる。まず、ジメチルエーテルを圧縮機で直接圧縮する方法は、圧縮機内部に圧縮機の作動油とは異なる種類の油が混入したり、圧縮機中の作動油を液化ジメチルエーテルが溶解して圧縮機外へ排出してしまうことで、圧縮機を破損させる可能性がある。このため、従来技術では、作動油を使用しない圧縮機を選定する必要がある。しかし、ターボ冷凍機やスクリュー冷凍機、レシプロ冷凍機等の作動油を必要としない圧縮機も存在するが、いずれも用途が限られていたり、大型であったりするため、商業的に適切な圧縮機とは言えない。またこれらの圧縮機を用いることで、システムの導入コストが増大する可能性がある。

　本発明は上記従来の技術課題を解決するためになされたものであり、脱水または脱油後の固体物質の取出しにおいて、ジメチルエーテルのような化学物質の廃棄量を抑制し、かつ、温度や圧力の変化により相変化する流体を用いて水分・油分を含む物質の脱水・脱油を行う場合においても、所要エネルギーを少なく効率的に運転可能で、システム内の温度を安定させて連続運転することができる固液分離システムを提供することを目的とするものである。

　上記課題を解決するために、本発明は液相で水分または油分を溶解する性質を有した作動流体を液化し、固体物質と接触させることで前記固体物質に含まれる水分、又は油分を含有させ、その後、前記作動流体を気化させることで前記水分、又は油分を析出させる固液分離システムであって、前記固液分離システムは、前記作動流体を冷媒により加熱して気化させる高温側熱交換器と、前記作動流体を前記冷媒により冷却して液化させる低温側熱交換器と、前記固体物質を保持する充填槽とを接続して前記作動流体を循環させる流体回路と、圧縮機と、前記作動流体以外の熱源と熱交換する凝縮器と、前記高温側熱交換器と、第一の膨張手段と、前記低温側熱交換器とを接続して前記冷媒を循環させる冷凍サイクルを備え、前記充填槽内の作動流体を気化させる回収運転モードを備えていることを特徴とするものである。

　更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記流体回路には、前記冷媒を熱源とせずに前記作動流体を加熱する加熱部を備えていることを特徴とするものである。

　更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記冷凍サイクルは、前記凝縮器と前記高温側熱交換器の間に、第二の膨張手段を備えていることを特徴とするものである。

　更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記第二の膨張手段は、前記回収運転モードにおいて、前記第一の膨張手段により膨張された前記冷媒を、さらに膨張させることを特徴とするものである。

　更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記高温側熱交換器の少なくとも一部は、前記充填槽の底部よりも低い位置に配置されていることを特徴とするものである。

　更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記流体回路は、前記高温側熱交換器と前記充填槽との間に液相状態の前記作動流体の搬送手段を備えていることを特徴とするものである。

　更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記流体回路は、前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器との間に気相状態の前記作動流体の搬送手段を備えていることを特徴とするものである。

　更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記充填槽は、底部に前記固体物質が前記充填槽外へ流出することを防ぐ機構を備えていることを特徴とするものである。

　更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記充填槽の前記作動流体の入口側と出口側には、閉めきり可能な弁を備えていることを特徴とするものである。

　　更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記充填槽を、前記流体回路内に並列して複数設けていることを特徴とするものである。

　本発明の固液分離システムは、凝縮器と高温側熱交換との間に膨張機構を備えることにより、脱水または脱油後の固体物質の取り出しにおいて、作動流体を気化することが可能になり、廃棄する作動流体の量を低減することができるので、流体回路内を循環するジメチルエーテルの損失量を低減し、システムのランニングコストを低減するという利点がある。また、作動流体の大気への放出量が抑制されるため、安全性または環境保全の効果を得られる。

本発明に係る第１実施例の固液分離システムを示す構成図である。本発明に係る第１実施例の固液分離システムのバリエーションを示す構成図である。本発明に係る第１実施例の冷媒の状態を示すモリエル線図である。本発明に係る第１実施例の固液分離システムの運転切換制御を示すフローチャートである。本発明に係る第２実施例の固液分離システムを示す構成図である。本発明に係る第３実施例の固液分離システムを示す構成図である。

　以下、本発明の第１から第３の実施例に係る固液分離システムについて、図１から図６を参照しながら詳細に説明する。

　まず、図１から図４を用いて本発明の第１の実施例に係る固液分離システムの構成および制御を説明する。図１から図３は、本実施例の固液分離システムの構成を示す構成図であり、図４は本実施例の固液分離システムの運転切換に関する制御のフローチャートである。尚、以下の説明では、水分・油分を含有する汚泥の脱水・脱油についての例を説明するが、固体物質と分離するのは、水分と油分のいずれか一方でもよく、また水分や油分を含有する固体物質は汚泥に限ったものではない。例えば、水処理で発生した汚泥の水と油と固体の分離，油汚染された土壌の浄化，プランクトンからの脱水・脱油，水処理に使用した活性炭に吸着した不純物の脱着等，様々な固液分離に適用可能である。

　まず、図1の構成を説明する。固液分離システム200は、圧縮機2、凝縮器3、高温側熱交換器4、第一の膨張弁5、低温側熱交換器6を、順次配管で接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル1と、ポンプ12、高温側熱交換器4、低温側熱交換器6、充填槽11を、順次配管で接続して作動流体を循環させる流体回路10とから構成される。冷凍サイクル1には凝縮器3と高温側熱交換器4の間に第二の膨張弁7を設けたバイパス回路が備えてあり、切換弁7aにより、バイパス回路への冷媒の流通が制御される。また、流体回路10にはポンプ12にバイパス回路12aが備えてあり、汚泥の処理量や運転モードにより、ポンプ12での循環量を調整する構成である。

　また、冷凍サイクル1と流体回路10は高温側熱交換器4と低温側熱交換器6とでそれぞれ冷媒と作動流体とを熱交換する構成となっている。また、高温側熱交換器4の流体回路側の流路には抽出物の取出し弁4aが設けられており、高温側熱交換器4で固体から分離された水分や油分はここから取り出される。

　高温側熱交換器4は、低温側熱交換器6と充填槽11よりも低い位置に配置されており、液化DMEが重力により高温側熱交換器4へ流入可能な構成となっている。

　なお、今回冷凍サイクル1の冷媒にはR410Aを、流体回路10の作動流体にはジメチルエーテル（以下、DMEと記載）を封入した場合を想定しているが、封入する冷媒や作動流体はこれに限ったものではない。流体回路10には、液体で水分や油分を溶解可能な流体であればよく、DMEの他にエチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドなども使用可能であり、冷凍サイクル1の冷媒には、R410Aの他にHFO1234yfやR１３４a、R32なども使用可能である。

　また、圧縮機2は容量制御が可能な可変容量型圧縮機である。このような圧縮機としては、ピストン式、ロータリー式、スクロール式、スクリュー式、遠心式のものを採用可能であるが、今回はスクロール式の圧縮機を想定しており、インバータ制御により容量制御が可能で、低速から高速まで回転速度が可変である。冷媒や圧縮機2の種類は、システムの動作範囲や使用目的に応じて選定することができる。

　図中の破線の矢印はR410Aの流れ方向を、実線の矢印はDMEの流れ方向を示している。固液分離システム200は、冷媒温度を検知する手段として、高温側熱交換器4の冷媒入口に冷媒入口温度センサ100aと冷媒出口に冷媒出口温度センサ100bを、作動流体の温度を検知する手段として、高温側熱交換器4の作動流体入口に流体入口温度センサ100dと出口に流体出口温度センサ100cを備えている。制御装置100は、各温度センサ100a～100dからの出力を受信し、この値を元に、圧縮機2の回転数や凝縮器用ファン3aの回転数、膨張弁5の開度、ポンプ12の出力および、切換弁7a、第二の膨張弁7の開度を制御する。

　本実施例の固液分離システム200は、固体物質から水分・油分を分離する固液分離運転に加え、脱水・脱油済みの固体物質を取り出すために充填槽内の作動流体を気化する、回収運転機能を備えている。

　まず、固液分離運転での固液分離システム200の運転時の冷媒と作動流体の動きについて説明する。固液分離運転では、切換弁7aが開放されており、第二の膨張弁7は閉鎖されている。

　冷凍サイクル1では、圧縮機2で昇圧されて高温・高圧の気体となったR410Aが、凝縮器3を通過する過程で外気へ一度目の放熱をした後、切換弁7aを通過して高温側熱交換器4に流入する。高温側熱交換器4では流体回路10のDMEへ二度目の放熱を行い、冷媒は気体から二相状態、液体へと相変化する。その後膨張弁5を通過し減圧されることで低圧の二相状態となったR410Aは、低温側熱交換器6を通過する過程で流体回路10のDMEから吸熱し、再び二相状態から気体へと相変化し、圧縮機2へと戻される。

　一方、流体回路10では、DMEが低温側熱交換器6を通過する過程で冷凍サイクル1のR410Aにより冷却され、気体から二相状態、さらに液体へと相変化する。その後、液化したDMEは汚泥が充填された充填槽11で汚泥中の水分と油分を溶解して、溶出した水分と油分とともにポンプ12もしくはバイパス12aを通過して高温側熱交換器4へと移動する。高温熱交換器4は低温熱交換器6および充填槽11と高低差を設けているために、重力を利用して液化DMEを高温側熱交換器4へ移動できるので、ポンプ12での循環量を低減し、動力を削減することが可能である。

　なお、充填槽11の底部には膜状の部材（図示せず）が設けられている。これにより、液化DMEに溶出した水分や油分とともに、充填槽11から固体物質が流出しない構成となっている。

　高温側熱交換器4を通過する過程で冷凍サイクル1のR410Aからの放熱により、DMEは液体から二相状態、気体へと相変化する。液化DMEに溶出していた水分や油分は、高温側熱交換器4に留まり、抽出物取り出し弁4aより搬出される。高温側熱交換器4で気体となったDMEは、再び低温側熱交換器6へと戻され、流体回路内はDMEの液化、気化が繰り返される。上記の固液分離運転により、充填槽11内の汚泥は脱水・脱油され、液化DME内に保持される。

　なお、本発明では凝縮器3をフィンチューブ熱交換器、高温側熱交換器4をシェルチューブ熱交換器、低温側熱交換器6をプレート熱交換器と想定しているが、用途を満たすものであればこの限りではない。また、凝縮器3については、熱源を空気に限ったものではなく、チラーなどを利用することも可能である。

　次に、回収運転での固液分離システム200の運転時の冷媒と作動流体の動きについて説明する。固液分離運転では、切換弁7aが閉鎖されており、第二の膨張弁7aの開度は冷媒の状態により適宜調整される。

　冷凍サイクル1では、圧縮機2で昇圧されて高温・高圧の気体となったR410Aが、凝縮器3を通過する過程で外気へ放熱することで気体から二相状態、液体へと相変化する。その後第二の膨張弁7を通過し減圧されることで低圧低温の二相状態となったR410Aは、高温側熱交換器4に流入する。そして高温側熱交換器4を通過する過程で流体回路10のDMEから吸熱し、第一の膨張弁5で再び減圧され、さらに低圧低温冷媒となって低圧側熱交換器6へ流入する。そして低圧側熱交換器6を通過する過程でR410Aは再度流体回路10のDMEから吸熱し、再び二相状態から気体へと相変化し、圧縮機2へと戻される。

　一方流体回路10では、DMEが低温側熱交換器6を通過する過程で冷凍サイクル1のR410Aにより冷却され、気体から二相状態へと相変化する。その後、DMEは充填槽11を通過し、ポンプ12もしくはバイパス12aを通過して高温側熱交換器4へと移動する。高温側熱交換器4では再度冷凍サイクル1のR410Aにより冷却され、さらに低温の二相状態へと相変化する。その後、再び低温側熱交換器6へと戻され、流体回路内ではDMEの冷却が繰り返される。冷却が繰り返されることにより、DMEの圧力は低下し、流体回路10内のDMEは二相状態となる。　
　ここで、本実施例の固液分離システム200は、低圧側熱交換器6と充填槽11が高温側熱交換器4よりも高い位置に配置されているため、二相のDMEの液状部分は重力によって高温側熱交換器4へ貯留される。このとき、ポンプ12を稼動させることで、早期に高温側熱交換器4へと移動でき、回収運転の時間を短縮することもできる。また、ポンプ12は停止しても良く、その場合には、液状のDMEはバイパス回路12aより移動する。この場合はポンプの動力が削減できるため、回収運転中のシステムの消費電力を抑制することができる。いずれの場合も流体回路10が冷却され続けることで、液状のDMEが高温側熱交換器へ移動するため、回収運転を開始してから一定時間が経過すると、充填槽11内には密度の低いガス状のDMEと汚泥が封入されている状態となる。

　本実施例の制御装置100は、温度センサ100dの値により、回収運転中の充填槽11の圧力を推定し、回収運転の完了を決定する。温度センサ100dが目標値以下になった後、切換弁11aおよび11bを閉鎖し、回収運転を終了する。充填槽11と切換弁11aおよび11bの間には、それぞれムシ押しと呼ばれるピン状の部材付きの継手（図示せず）が設けてある。切換弁11aおよび11bと継手を分離することで継手のピンの押しが解除されて流路が閉鎖されるため、切換弁11aおよび切換弁11bを閉鎖した後は、充填槽11を流体回路10から取り外しても流体回路内のDMEが周囲に漏れることは無い。固液分離運転および回収運転が完了した脱水・脱油処理済の汚泥が封入された充填槽11は、流体回路10より取り外され、水分および油分を含有した汚泥を充填した新たな充填槽11‘へと取り替えられて、再び固液分離運転と回収運転を繰り返す。

　上記のように、本実施例の固液分離システム200は、液化したDMEを用いて汚泥を脱水・脱油した後、充填槽11内のDMEを液体よりも密度の低い気体とすることで、脱水・脱油処理済の汚泥を取り出す際の、流体回路10内のDME量の減少を抑制することが可能である。これにより、流体回路10内へDMEを補充するためのランニングコストが低減される。また、脱水・脱油処理済の汚泥を取り出す際に大気に放出されるDME量が抑制されるため、環境負荷を低減できるという点で優れたシステムである。

　図2は充填槽11の構成の一例を示した図である。図2に示す固液分離システム200は、充填槽11が複数並列に備えられた構成であり、その他の構成部品は図1と同様である。固液分離システム0は、並列に配置された充填槽11のうち、いずれか1つを選択して、切換弁11aおよび11b、または切換弁11a’および11b’を開放して固液分離運転と回収運転を行う。

　図2の構成とすることにより、本実施例の固液分離システム200では、いずれかの充填槽の固液分離運転と回収運転が終了した後、もう一方の充填槽に対して固液分離運転と回収運転を行えばよく、その間に、処理済汚泥の取り出しや処理前汚泥の封入ができるため、固液分離運転にかけられる時間を増加できる。固液分離運転にかける時間が増加することで、汚泥を同一量処理する場合の冷凍サイクル1からの供給熱量は抑制されるため、図2に示す固液分離システム200では、他の構成部品が図1と同一であっても、より高効率なシステムとなり、消費電力の抑制が可能である。

　なお、図2では充填槽11を2つとして説明したが、固液分離運転と回収運転、処理済汚泥の取り出しや処理前汚泥の封入にかかる時間によって、並列して備える充填槽の数は任意に決定することができる。

　図3は、本実施例の固液分離システム0の冷凍サイクル1の冷媒状態の変化について圧力と比エンタルピで示したモリエル線図である。固液分離運転では、圧縮機2の出口で高温高圧の気体Aとなり、凝縮器3で周囲空気に、そして高温側熱交換器4でDMEに放熱することで高温側熱交換器4の出口で高温の液体Bへ変化する。その後、第一の膨張弁5を通過することで低温低圧の２相C’に至る。その後DMEから吸熱することで低温側熱交換器6の出口で低圧のガスとなってFに至り、再び圧縮機2の吸込みへ戻るといった相変化が繰り返される。

　これに対し、回収運転では、圧縮機2の出口で高温高圧の気体Aとなり、周囲空気に放熱することで高温側熱交換器4の出口で高温の液体Bへ変化する。その後、第二の膨張弁7を通過することで低温低圧の２相Cに至る。そして高温側熱交換器4でDMEから吸熱することで温度を上昇させて２相Dとなり、さらに第一の膨張弁5を通過する過程で減圧され、膨張弁5の出口ではさらに低温低圧の２相Eとなる。その後低圧側熱交換器6で再びDMEから吸熱することで、低温側熱交換器6の出口で低圧のガスとなってFに至り、再び圧縮機2の吸込みへ戻るといった相変化が繰り返される。

　上記のように、本実施例の固液分離システム200は、冷凍サイクル1内の冷媒を2度にわたって減圧するため、高温側熱交換器4での冷媒温度よりも低温側熱交換器6での冷媒温度を低下させることができ、効率的に流体回路10内のDEMを冷却することができる。

　図4は、本実施例の固液分離システム200の固液分離運転と回収運転の運転切換に関する制御のフローチャートである。制御装置100は図4のフローチャートに従い運転切換を行う。なお、運転前の前提として、充填槽11にはすでに水分と油分を含有した汚泥が充填されているものとする。まず、Step1で充填槽11内の汚泥の脱水・脱油を行うため、固液分離運転が開始される。固液分離運転では、切換弁7a、バイパス回路12aが開放されており、第二の膨張弁7は閉鎖され、圧縮機2、膨張弁4、ポンプ12、凝縮器用ファン3aが所定の回転数や開度で運転を始める。その後、Step2へ移行し、固液分離システム200の周囲温度、冷凍サイクル1の供給熱量、充填槽11の充填汚泥量、汚泥の含有物（水分、油分、固形物）の構成比などを元に固液分離運転の運転時間を演算し、運転時間が経過したか否かを判定する。運転時間に達していなければStep1へ戻り固液分離運転を継続させるが、運転時間に達していれば、Step3へ移行する。なお、固液分離運転を行う時間は必ずしも上記の演算をする必要は無く、固体物質とその含有水分・油分が分離されるのに十分な時間であれば、一定時間として固定してもよい。

　Step3では固体物質を回収する際の廃棄する作動流体の量を抑制するために、充填槽11内の作動流体であるDMEを気化して回収運転を行う。回収運転では、バイパス回路12aが開放され、切換弁7aが閉鎖された状態で、第二の膨張弁7、圧縮機2、膨張弁4、ポンプ12、凝縮器用ファン3aが所定の回転数や開度で運転を始める。その後、Step4へ移行し、高温側熱交換器4の作動流体側入口温度100dを元に、充填槽11内の作動流体が所定の圧力以下に達したか否かを判定する。目標の作動流体側入口温度100dに達していなければStep3へ戻り回収運転を継続させるが、目標の入口温度に達していれば、Step5へ移行する。

　Step5では脱水・脱油処理済みの固体物質が封入された充填槽11の内容物を、水分や油分を含有している処理前の固体物質へ交換する。充填槽の交換では、まず、切換弁11aおよび11bを閉鎖した後、充填槽11を固液分離システム20から取り外す。取り外した充填槽11はガス状の作動流体を廃棄した後、固体物質を取り出し、一旦充填槽11内を空にする。その後、充填槽11内に水分や油分を含有している処理前の固体物質を封入して真空引きを行った後、再度固液分離システム200へ接続する。接続後は切換弁11aおよび11bを開放し、再びStep1～Step5を繰り返し行う。

　本実施例の固液分離システム200は、図4の運転切換の制御を行うことにより、廃棄する作動流体の量を抑制させて、順次新しい含水・含油した固体物質の脱水・脱油を行うことができる。

　次に、図5を用いて本発明の第２の実施例に係る固液分離システムの構成を説明する。図5は、本実施例の固液分離システム200の構成図であり、実施例１と比較し、流体回路10中の高温側熱交換器4と低温側熱交換器6との間に、ブロア14およびバイパス回路14aが配置されていることが特徴である。なお、実施例１と同じ構成や制御、効果については省略する。

　本実施例の固液分離システム200の流体回路10は、固液分離運転時には切換弁13aを開放し、ポンプ12、高温側熱交換器4、低温側熱交換器6、充填槽11を順次配管で接続して構成される。一方、回収運転時には、切換弁13aを閉鎖し、ポンプ12、高温側熱交換器4、ブロア13、低温側熱交換器6、充填槽11を順次配管で接続して構成される。なお、冷凍サイクル1は特に言及しない限りはいずれの運転においても実施例1と同じ構成である。

　本実施例の固液分離システム0は、回収運転が開始されると、冷凍サイクル1の冷媒によって冷却されて流体回路10内のDMEは2相状態となる。このとき低温側熱交換器6と充填槽11は高温側熱交換器4よりも高い位置に配置されているため、2相状態のDMEのうち、液体の部分は重力により高温側熱交換器4へ貯留される。高温側熱交換器4内のDMEのうち、ガス状の部分は、液体のDMEに押し出されて高温側熱交換器4の出口側へ向かうが、このときブロア13でガス状のDMEを送ることで、低温側熱交換器6と充填槽11内の液体のDMEを高温側熱交換器4へ押し出すことができる。

　これにより、本実施例の固液分離システム0は、より短い時間で充填槽11内全体をガス状のDMEで満たすことができ、回収運転の運転時間を短縮し、固液分離運転にかけられる時間を増加できる。固液分離運転にかける時間が増加することで、汚泥を同一量処理する場合の冷凍サイクルからの供給熱量は抑制されるため、消費電力の抑制が可能である。

　次に、図6を用いて本発明の第3の実施例に係る固液分離システムの構成を説明する。図6は、本実施例の固液分離システムの構成図であり、実施例１および実施例２と比較し、充填槽11にヒータ14を備えていることが特徴である。実施例３では実施例１および実施例２と同じ構成や制御、効果についてはその説明を省略する。

　本実施例の固液分離システム200の流体回路10は、固液分離運転時には、ヒータ14を停止した状態で、ポンプ12、高温側熱交換器4、低温側熱交換器6、充填槽11を順次配管で接続して構成される。一方、回収運転時には、ポンプ12、高温側熱交換器4、ブロア13、低温側熱交換器6、充填槽11を順次配管で接続する構成は同じであるが、切換弁11aを閉鎖し、ヒータ14を稼動して充填槽11を加熱する。なお、冷凍サイクル1は特に言及しない限りはいずれの運転においても実施例1と同じ構成である。

　本実施例の固液分離システム0は、回収運転時に切換弁11aを閉鎖することで、充填槽11へのDMEの流入を停止する。その後充填槽11をヒータ14で加熱することにより、充填槽11内のDMEは加熱され、回収運転を開始してから一定時間が経過すると、充填槽11内のDMEは液相から2相へと変化する。2相となったDMEの内の液状の部分は重力により高温側熱交換器4へと貯留され、充填槽11内はガス状のDMEで満たされる。これにより、充填槽11内には密度の低いガス状のDMEと汚泥が封入された状態となる。

　このように、本実施例の固液分離システム200は、固液分離運転と、回収運転とで冷媒流路を変更する必要が無く、配管構成を簡素化し、第二の膨張弁を削減することが可能である。これにより、本実施例の固液分離システム200は、充填槽11内のDMEを液体よりも密度の低い気体とすることで、脱水・脱油処理済の汚泥を取り出す際の、流体回路10内のDMEの廃棄量を抑制してランニングコストを低減するだけでなく、固液分離システム200を製造する際のイニシャルコストの削減が可能である。

　また、実施例1や実施例2に記載の第二の膨張弁を備えた固液分離システム0へも容易に装着可能であり、冷凍サイクル１に第二の膨張弁と流体回路10にヒータ14のどちらも設けることで、冗長性を備えたシステムを実現することができる。

200…固体液体分離システム
1…冷凍サイクル
2…圧縮機
3…凝縮器
3a…凝縮器用ファン
4…高温側熱交換器
5…第一の膨張弁
6…低温側熱交換器
7…第二の膨張弁
7a…切換弁
8…流量調整弁
10…流体回路
11…充填槽
11a, 11b …切換弁
12…ポンプ
12a…バイパス回路
13…ブロア
13a…切換弁
14…ヒータ
100…制御装置
100a～100d…温度センサ

Claims

液相で水分または油分を溶解する性質を有した作動流体を液化し、固体物質と接触させることで前記固体物質に含まれる水分、又は油分を含有させ、その後、前記作動流体を気化させることで前記水分、又は油分を析出させる固液分離システムであって、
前記固液分離システムは、前記作動流体を冷媒により加熱して気化させる高温側熱交換器と、
前記作動流体を前記冷媒により冷却して液化させる低温側熱交換器と、
前記固体物質を保持する充填槽とを接続して前記作動流体を循環させる流体回路と、
圧縮機と、前記作動流体以外の熱源と熱交換する凝縮器と、前記高温側熱交換器と、第一の膨張手段と、前記低温側熱交換器とを接続して前記冷媒を循環させる冷凍サイクルを備え、
前記充填槽内の作動流体を気化させる回収運転モードを備えていることを特徴とする固液分離システム。
請求項1の固液分離システムにおいて、
前記流体回路には、前記冷媒を熱源とせずに前記作動流体を加熱する加熱部を備えていることを特徴とする固液分離システム。
請求項1の固液分離システムにおいて、前記冷凍サイクルは、前記凝縮器と前記高温側熱交換器の間に、第二の膨張手段を備えていることを特徴とする固液分離システム。
請求項3の固液分離システムにおいて、前記第二の膨張手段は、前記回収運転モードにおいて、前記第一の膨張手段により膨張された前記冷媒を、さらに膨張させることを特徴とする固液分離システム。
請求項1の固液分離システムにおいて、
前記高温側熱交換器の少なくとも一部は、前記充填槽の底部よりも低い位置に配置されていることを特徴とする固液分離システム。
請求項1の固液分離システムにおいて、前記流体回路は、前記高温側熱交換器と前記充填槽との間に液相状態の前記作動流体の搬送手段を備えていることを特徴とする固液分離システム。
請求項1の固液分離システムにおいて、
前記流体回路は、前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器との間に気相状態の前記作動流体の搬送手段を備えていることを特徴とする固液分離システム。
請求項1の固液分離システムにおいて、前記充填槽は、底部に前記固体物質が前記充填槽外へ流出することを防ぐ機構を備えていることを特徴とする固液分離システム。
請求項1の固液分離システムにおいて、
前記充填槽の前記作動流体の入口側と出口側には、閉めきり可能な弁を備えていることを特徴とする固液分離システム。
請求項1の固液分離システムにおいて、
前記充填槽を、前記流体回路内に並列して複数設けていることを特徴とする固液分離システム。