排熱利用システム
【課題】排水が保有する熱量を回収し、年間を通して有効に利用できる排熱利用システムを提供する。
【解決手段】排水処理槽１１内の排水を汲み上げるポンプ装置１２と、排水が通る熱交換器１次側１３ａと熱交換を行う熱交換器２次側１３ｂを有する排熱回収用熱交換器１３と、外気を予熱処理する予熱用熱交換器１６を有し、かつ、外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーン１４に供給する空気調和装置１５と、冷却塔１７と、空気調和装置または生産装置側１８内を冷却する冷凍機１９と、熱交換器２次側１３ｂを通る冷媒流体を予熱用熱交換器１６と冷却塔１７と冷凍機１９に流通させる冷媒回路２１と、該冷媒回路２１に配設され、冷媒流体の循環経路を、熱交換器２次側１３ｂと予熱用熱交換器１６とを循環する予熱経路態様と熱交換器２次側１３ｂと冷却塔と１７と冷凍機１９とを循環する冷却経路態様とに切り換え可能な予熱・冷却経路切換弁３５とを備える。
【解決手段】排水処理槽１１内の排水を汲み上げるポンプ装置１２と、排水が通る熱交換器１次側１３ａと熱交換を行う熱交換器２次側１３ｂを有する排熱回収用熱交換器１３と、外気を予熱処理する予熱用熱交換器１６を有し、かつ、外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーン１４に供給する空気調和装置１５と、冷却塔１７と、空気調和装置または生産装置側１８内を冷却する冷凍機１９と、熱交換器２次側１３ｂを通る冷媒流体を予熱用熱交換器１６と冷却塔１７と冷凍機１９に流通させる冷媒回路２１と、該冷媒回路２１に配設され、冷媒流体の循環経路を、熱交換器２次側１３ｂと予熱用熱交換器１６とを循環する予熱経路態様と熱交換器２次側１３ｂと冷却塔と１７と冷凍機１９とを循環する冷却経路態様とに切り換え可能な予熱・冷却経路切換弁３５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排熱利用システムに関するものであり、特に、例えば工場の製造過程で排水される低温の工場排水を有効に利用して空調等を行うための排熱利用システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば飲食品を製造する工場での製造過程では、原料や容器の洗浄水等が多量に発生する。この洗浄水は、排水処理が施された後、排熱を利用することなく公共下水に流されている。また、一般に、これら工場からの排水は、排水設備の都合上、年間を通して２０〜２５℃程度である場合が多い。一方、空調設備や生産設備で必要とされる加熱源、あるいは、冷熱源の温度は、通常、加熱源で４０℃以上、冷熱源で１５℃以下であり、２５℃前後の排熱水は加熱側にも冷却側にも利用しにくい中途半端な温度域である。このため、予熱や再熱として利用する程度であり、この予熱や再熱に排熱を利用している空調システムは従来から数多く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００３−２０２１６５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の工場の製造過程で発生する２５℃前後の低温排水は、効率良く熱を回収することが困難であり、そのため予熱や再熱として用いられる程度であり、その熱を用いる用途も限られていた。また、年間を通して使用することが難しく、運用上での問題があった。
【０００５】
そこで、排水が保有する熱量を簡易なシステムで回収し、かつ、年間を通して有効に利用することができる排熱利用システムを提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、排水処理槽に排出された低温排水の熱を回収して利用する排熱利用システムにおいて、前記排水処理槽内の前記排水を汲み上げるポンプ装置と、該ポンプ装置で汲み上げられた前記排水が通る熱交換器１次側と該熱交換器１次側と熱交換を行う熱交換器２次側を有する排熱回収用熱交換器と、外気を予熱処理する予熱用熱交換器を有し、かつ、該予熱用熱交換器で調整された前記外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーンに供給する空気調和装置と、外気と熱交換をする冷却塔と、空気調和装置または生産装置を冷却する冷凍機と、前記熱交換器２次側を通る冷媒流体を前記予熱用熱交換器と前記冷却塔と前記冷凍機に流通させる冷媒回路と、前記冷媒回路に配設され、前記冷媒流体が循環して流通する経路を、前記熱交換器２次側と前記予熱用熱交換器を経由して循環する予熱経路態様と前記熱交換器２次側と前記冷却塔と前記冷凍機を経由して循環する冷却経路態様とに切り換え可能な予熱・冷却経路切換弁と、を備える排熱利用システムを提供する。
【０００７】
この構成によれば、排熱回収用熱交換器における熱交換器１次側に供給される排水温度が年間を通して例えば２０〜２５℃であり、また、冬季の外気温が例えば１７℃以下であるような場合、予熱・冷却経路切換弁を操作し、冷媒流体が冷媒回路内で循環して流通する経路を熱交換器２次側と予熱用熱交換器を経由して循環する予熱経路態様側に切り換えると、熱交換器２次側で回収された排水の熱が予熱用熱交換器に送られ、該予熱用熱交換器において外気を前記回収された熱で温める。ここで温められた外気は、空気調和装置でさらに適宜な温度及び湿度に調整された後、屋内空調ゾーンに供給される。したがって、冬季等には外気導入の予熱処理を行うことで、空気調和装置における外気熱処理負荷が軽減する。
【０００８】
反対に、夏季等で、外気温が例えば１７℃以上であって、回収された熱が外気予熱として効果的に利用することができないような場合、予熱・冷却経路切換弁を操作し、冷媒流体が冷媒回路内で循環して流通する経路を冷却経路態様側に切り換えると、熱交換器２次側で回収された排水の熱は冷却塔を通って冷凍機に送られ、該冷凍機を冷却する熱として利用される。これによって、冷凍機における夏季の冷却水の温度が従来よりも低温度になり、該冷凍機における熱処理負荷が軽減する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、上記冷媒回路には、上記熱交換器２次側から上記冷却塔に向かう上記冷媒流体が途中でバイパスされて上記冷凍機と前記熱交換器２次側を経由して循環するバイパス路と、前記冷媒流体が上記冷却経路態様から該バイパス路を経由して循環するバイパス経路態様及び該バイパス経路態様から前記冷却経路態様に切り換え可能なバイパス・冷却経路切換弁とを設けてなる排熱利用システムを提供する。
【００１０】
この構成によれば、夏季等で、外気温が例えば１７℃以上ではあるが、熱交換器２次側を経由して冷却された冷媒流体がさほど高くない例えば３２℃以下のとき、バイパス・冷却経路切換弁を操作し、冷媒流体が冷媒回路内で循環して流通する経路をバイパス冷却経路態様側に切り換え、該冷媒流体が冷却塔を通らず、冷凍機と熱交換器２次側を通って循環する経路にすると、冷却塔を停止した状態で冷凍機を運転することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、上記排水処理槽は、上流側に設けられる調整槽と該調整槽からオーバーフローされた排水を受ける最終中和槽を備え、前記ポンプ装置は、前記最終中和槽から汲み上げられた前記排水が上記熱交換器１次側を通って該最終中和槽に戻る循環用配管を備える排熱利用システムを提供する。
【００１２】
この構成によれば、ポンプ装置は調整槽で一度浄化処理された排水を最終中和槽から汲み上げ、熱交換器１次側を通して再び最終中和槽に戻すようにしているので、熱交換器１次側の内部等の汚れが少なくなる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の構成において、上記循環用配管は、上記熱交換器１次側の上流側に、上記排水処理槽から汲み上げられた上記排水を濾過するストレーナを配設してなる排熱利用システムを提供する。
【００１４】
この構成によれば、ポンプ装置で汲み上げられた排水はストレーナを通して濾過された後、熱交換器１次側に送られるので、該熱交換器１次側の内部等における金属表面の腐食や目詰まり等の汚れをさらに少なくすることができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の構成において、上記循環用配管は、上記ストレーナの内部に逆方向から上記排水を流して該ストレーナの内部を洗浄する洗浄手段を有する排熱利用システムを提供する。
【００１６】
この構成によれば、ストレーナの内部に逆方向から排水を流すと、該ストレーナのフィルタ等に付着しているゴミ等が都合よく剥離され、該ストレーナの内部をきれいに洗浄することができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明は、排水の熱を回収し、冬季等には外気導入の予熱処理を行うエネルギーとして使用し、夏季等には冷凍機の冷却水を冷却するエネルギーとして使用するので、年間を通して排熱を使用することができる。すなわち、冬季等には外気導入の予熱処理を行うことで、空気調和装置における外気熱処理負荷が軽減され、ボイラー等の加熱源機器のエネルギー消費量を少なくすることができる。一方、夏季等には冷凍機の冷却水を冷却して従来よりも低い温度にすることができるので、冷凍機のエネルギー効率が向上する。これにより、年間を通して省エネルギー効果を得ることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、外気温に応じて冷却塔を停止した状態で冷凍機を運転することができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、さらに省エネルギー効果を得ることができる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、熱交換器１次側の内部等の汚れを少なくすることができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、メンテナンスのコストを低く抑えることができる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、熱交換器１次側の内部等が汚れるのを少なくして運転することができるので、請求項３記載の発明の効果に加えて、さらにメンテナンスの回数を減らしてコストを低く抑えることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、ストレーナ内部の洗浄を簡単に行うことができるので、請求項４記載の発明の効果に加えて、さらにメンテナンスが簡単になり、コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る排熱利用システムの概念図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、排水が保有する熱量を簡易なシステムで回収し、かつ、年間を通して有効に利用することができる排熱利用システムを提供するという目的を達成するために、排水処理槽に排出された低温排水の熱を回収して利用する排熱利用システムにおいて、前記排水処理槽内の前記排水を汲み上げるポンプ装置と、該ポンプ装置で汲み上げられた前記排水が通る熱交換器１次側と該熱交換器１次側と熱交換を行う熱交換器２次側を有する排熱回収用熱交換器と、外気を予熱処理する予熱用熱交換器を有し、かつ、該予熱用熱交換器で調整された前記外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーンに供給する空気調和装置と、外気と熱交換をする冷却塔と、気調和装置または生産装置を冷却する冷凍機と、前記熱交換器２次側を通る冷媒流体を前記予熱用熱交換器と前記冷却塔と前記冷凍機に流通させる冷媒回路と、前記冷媒回路に配設され、前記冷媒流体が循環して流通する経路を、前記熱交換器２次側と前記予熱用熱交換器を経由して循環する予熱経路態様と前記熱交換器２次側と前記冷却塔と前記冷凍機を経由して循環する冷却経路態様とに切り換え可能な予熱・冷却経路切換弁とを備える構成としたことにより実現した。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の排熱利用システムについて、好適な実施例を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る排熱利用システムの概念図である。
【００２５】
同図において、この排熱利用システムは、例えば工場等から排出される排水を受ける排水処理槽１１と、該排水処理槽１１内の排水を汲み上げるポンプ装置１２と、該排水の熱を回収する排熱回収用熱交換器１３と、外気を取り入れ、かつ、該外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーン１４に供給する空気調和装置１５と、該空気調和装置１５に取り入れる外気を予熱処理する予熱用熱交換器１６と、冷却塔１７と、空気調和装置または生産装置側１８を冷却する冷凍機１９等を備えている。また、前記排熱回収用熱交換器１３と前記予熱用熱交換器１６と前記冷却塔１７と前記冷凍機１９は、互いに冷媒配管２０で直接連結されており、同一の空調系循環水(以下、「冷媒流体」という)が流通する冷媒回路２１を構成している。
【００２６】
前記排水処理槽１１は、互いに並置された調整槽２２と最終中和槽２３とを備えている。該調整槽２２には工場からの排水が流入されて浄化処理され、最終中和槽２３は該調整槽２２でオーバーフローした排水が流入するようになっている。なお、本実施例における最終中和槽２３の排水温度は年間を通して例えば２０〜２５℃であり、また、調整槽２２で浄化処理された排水は無色透明ではあるが、通常、有機物やシリカ等の微細な浮遊物が僅かに存在している。
【００２７】
前記排熱回収用熱交換器１３は、前記排水が流通する熱交換器１次側１３ａと前記冷媒回路２１の冷媒流体が流れる熱交換器２次側１３ｂを備え、該熱交換器１次側１３ａ内を通る排水の熱を該熱交換器２次側１３ｂ側に伝えて該排水の熱を回収することが可能になっている。
【００２８】
前記ポンプ装置１２は、ポンプ２４と、ストレーナ２５と、循環用配管２６とを備えている。該循環用配管２６は、前記最終中和槽２３内から該ポンプ２４と該ストレーナ２５及び前記排熱回収用熱交換器１３の前記熱交換器１次側１３ａを通って再び該最終中和槽２３に戻る経路で配設されている。
【００２９】
前記ポンプ２４は、インバータ式の電動ポンプであり、最終中和槽２３内の排水を汲み上げ、この汲み上げた排水を前記ストレーナ２５を通して前記交換器１次側１３ａに送るためのポンプである。
【００３０】
前記ストレーナ２５は、前記ポンプ２４で汲み上げられた排水内に含まれる不純物を濾過して取り除く装置であり、定期的に洗浄処理及びフィルタ交換が行われる。
【００３１】
なお、前記ポンプ装置１２には、前記排熱回収用熱交換器１３の前記熱交換器１次側１３ａ内に溜まる不純物及びストレーナ２５内に溜まる不純物を取り除くための手段として洗浄用管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄと、開閉弁２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ、２８ｇ、２８ｈが設けられている。
【００３２】
そして、通常の運転時は、開閉弁２８ａ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｆを開、開閉弁２８ｂ、２８ｅ、２８ｇ、２８ｈを閉にしてポンプ２４を駆動する。これにより、ポンプ２４で汲み上げられた最終中和槽２３内の排水は、開閉弁２８ａ、ストレーナ２５、開閉弁２８ｃ、２８ｄを通り、かつ、熱交換器１次側１３ａの上部から下部に向かって該熱交換器１次側１３ａ内を流れ、その後、開閉弁２８ｆを通って再び最終中和槽２３に戻る経路で流される。
【００３３】
一方、ストレーナ２５を洗浄するときは、開閉弁２８ａ、２８ｃを閉、開閉弁２８ｂ、２７ｈを開にして、ポンプ２４を駆動する。これにより、該ポンプ２４で汲み上げられた最終中和槽２３内の排水は、開閉弁２８ｂを通り、ストレーナ２５の下部から該ストレーナ２５内に入り、その後、開閉弁２８ｈを通って調整槽２２に戻る経路で流される。これにより、ストレーナ２５内は、通常の運転時とは逆の方向から排水を流すことによってフラッシング洗浄が行われ、簡易洗浄を行うことができる。なお、該簡易洗浄で対応することができなくなったら内部フィルタの交換が行われる。
【００３４】
また、排水が熱媒体として供給される前記排熱回収用熱交換器１３の交換器１次側１３ａ内は、排水内の微細な浮遊物が内部に付着し、金属表面の腐食や、細菌が繁殖してスラム状となって目詰まりを起こしやすく、その結果、流量不足による省エネルギー効果の低減や、腐食による水漏れ事故が発生する可能性があるので、本実施例の構造では該熱交換器１次側１３ａ内を定期的に洗浄できるようにしている。該熱交換器１次側１３ａ内を洗浄する場合は、開閉弁２８ａ、２８ｄ、２８ｆ、２８ｈを閉、開閉弁２８ｂ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇを開にしてポンプ２４を駆動する。これにより、ポンプ２４で汲み上げられた最終中和槽２３内の排水は、開閉弁２８ｂ、開閉弁２８ｃ、２８ｅを通り、かつ、該熱交換器１次側１３ａの下部から上部に向かって該熱交換器１次側１３ａ内を流れ、その後、開閉弁２８ｇを通って再び最終中和槽２３に戻る経路で流される。これにより、熱交換器１次側１３ａ内は、通常の運転時とは逆に、下から上に向かって排水が流され、洗浄が行われる。なお、洗浄時、該熱交換器１次側１３ａの配管系統内に薬液洗浄用のポートを設置し、酸・アルカリ洗浄を行うようにしてもよい。
【００３５】
また、前記ポンプ装置１２の循環用配管２６内には、該循環用配管２６内の圧力を検出する圧力センサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄが配設されており、該圧力センサ２９ａ〜２９ｄで検出された配管内の圧力に応じて、図示せぬ制御回路がポンプ２４を駆動制御するようになっている。
【００３６】
前記空気調和装置１５は、予熱用熱交換器１５ａ、冷却用熱交換器１５ｂ、加熱用熱交換器１５ｃ、加湿器１５ｄ、給気ファン１５ｅを備えている。また、該空気調和装置１５には、該空気調和装置１５内を通る空気の温度及び湿度を検出するセンサ３０が設けられている。
【００３７】
そして、該空気調和装置１５においては、給気ファン１５ｅの駆動により取り込まれた外気は、冬季等の暖房・加湿運転時、予熱用熱交換器１５ａ及び加熱用熱交換器１５ｃにより所定の温度まで温められるとともに、加湿器１５ｄにより必要な湿度が付加され、その後、該給気ファン１５ｅの駆動により屋内空調ゾーン１４へ送り出される。一方、夏季などの冷房・除湿運転時は、冷却用熱交換器１５ｃにおいて所定の露点温度まで除湿・冷却された後、給気ファン１５ｅの駆動により屋内空調ゾーン１４へ送り出される。なお、図示していないが、予熱用熱交換器１５ａと冷却用熱交換器１５ｂと加熱用熱交換器１５ｃに対する熱媒流体の経路は、前記冷媒回路２１とは独立している別経路で設けられている。
【００３８】
前記予熱用熱交換器１６は、前記空気調和装置１５の前側に配設され、冬季等の暖房・加湿運転時に該空気調和装置１５に取り入れられる外気の温度が例えば１７℃以下と低い場合に、前記排熱回収用熱交換器１３で回収された熱を利用して該外気を温めるもので、前記冷媒回路２１の開閉弁３１ａ、３１ｂ、開閉弁３２及びインバータ式のポンプ３３を介して前記排熱回収用熱交換器１３の熱交換器２次側１３ｂに連結されている。また、予熱用熱交換器１６の外気取り入れ側には、該外気の温度を検出する温度センサ３４が設けられている。なお、開閉弁３１ａ,３１ｂは、同じく冷媒回路２１内に配設されている開閉弁３１ｃ、３１ｄ、３１ｅとともに予熱・冷却経路切換弁３５を形成している。
【００３９】
そして、該予熱用熱交換器１６において、該開閉弁３１ａ、３１ｂ、３２が開の状態で該ポンプ３３が駆動されると、前記冷媒回路２１内の冷媒流体が、該熱交換器２次側１３ｂ、開閉弁３１ａ、予熱用熱交換器１６、開閉弁３２、３１ｂを順に流通して再び該ポンプ３３に戻る経路で流れ、予熱用熱交換器１６を通る外気を所定の温度まで温めることができるようになっている。
【００４０】
前記冷却塔１７は、冷却用熱交換器１７ａ、貯水タンク１７ｂ、ポンプ１７ｃ、散水器１７ｄ、送風ファン１７ｅを備えている。なお、冷却用熱交換器１７ａは、前記冷媒回路２１に接続された熱交換器であり、該冷媒回路２１には該冷却用熱交換器１７ａを通った冷媒流体の温度を検出する温度センサ３９を備える。該温度センサ３９の信号は、送風ファン１７ｅの駆動・停止を制御するコントローラ１７ｆ等に供給される。
【００４１】
そして、該冷却塔１７において、ポンプ１７ｃが駆動されると、貯水タンク１７ｂ内の水が散水器１７ｄに汲み上げられ、該散水器１７ｄから冷却用熱交換器１７ａに水が散水されて該冷却用熱交換器１７ａが冷却され、該冷却用熱交換器１７ａ内を流通する冷媒流体も冷却される。
【００４２】
前記冷媒回路２１には、前記予熱・冷却系路切換弁３５の他に、冷凍機１９へ送られる冷媒流体の温度を検出するセンサ３６と、冷凍機１９内から排熱回収用熱交換器１３を流通して来る冷媒流体の温度を検出するセンサ３１、該冷凍機１９へ送られる冷媒流体の温度が所定の温度より低くなったときにバイパス路２１ａを流通する冷媒流体の流量を調整して、冷却用熱交換器１７ａ内を流通して来る冷媒流体とバイパス路２１をバイパスして流入される冷媒流体とを混合させ、冷凍機１９に供給される冷媒流体の温度が所定の温度より低くならないにように制御するバイパス冷却系路切換弁としての三方弁３７と、冷媒回路２１内の冷媒流体を冷凍機１９に送る冷媒用ポンプ３８等が設けられている。なお、前記三方弁３７は、図示しないコントローラで制御される。
【００４３】
次に、上記構成の排熱利用システムの動作について説明する。以下の説明では、熱交換器２次側で回収された排水温度が年間を通して例えば２０〜２５℃である場合とし、また、冬季等では外気温が例えば１７℃以下の場合に排水の排熱温度を予熱用として使用し、夏季等で外気温度が１７℃以上である場合に排水の排熱温度を冷却用として使用する場合として説明するが、これらの温度は環境に応じて自由に変更されるものである。
【００４４】
（１）冬季等で外気温が例えば１７℃以下であるような場合；
予熱・冷却経路切換弁３５を構成している開閉弁３１ａ,３１ｂ,３１ｅを開、開閉弁３１ｃ,３１ｄを閉とした予熱経路態様側に切り換える。この予熱経路態様では、冷媒回路２１は予熱・冷却経路切換弁３５の切り換えにより、空気調和装置１５側と冷凍機１９側とに分離され、前記冷媒流体は各側で各々独立して流通する。そして、空気調和装置１５側では、冷媒回路２１側のポンプ３３及びポンプ装置１２側のポンプ２４が駆動されると、排熱回収用熱交換器１３では排水と冷媒流体の間の熱交換が行われ、冷媒流体が２０〜２５℃に近い所定の温度に温められる。また、ここで温められた冷媒流体は予熱用熱交換器１６に送られ、該予熱用熱交換器１６において外気と熱交換され、該外気を２０〜２５℃に近い所定の温度に温めて、空気調和装置１５側に送る。該空気調和装置１５側では、該予熱用熱交換器１６側から送られて来る外気の温度及び湿度をさらに調整して屋内空調ゾーン１４に送り、該屋内空調ゾーン１４内の空調を行う。
【００４５】
一方、冷凍機１９側における空気調和装置または生産装置側１８の冷却では、前記排熱回収用熱交換器１３で回収された熱は使わずに、冷却塔１７の冷却用熱交換器１７ａと該冷凍機１９を循環する冷媒流体を使う。
【００４６】
（２）夏季等で、外気温が例えば１７℃以上であるような場合；
予熱・冷却経路切換弁３５を構成している開閉弁３１ａ,３１ｂ,３１ｅを閉、開閉弁３１ｃ,３１ｄを開とした冷却経路態様側に切り換える。この冷却経路態様では、冷媒回路２１は予熱・冷却経路切換弁３５の切り換えにより、予熱用熱交換器１６と排熱回収用熱交換器１３の間が切り離される。そして、排熱回収用熱交換器１３は該冷凍機１９側及び冷却塔１７側に接続される。また、冷凍機１９内から排熱回収用熱交換器１３を流通して来る冷媒流体の温度を検出するセンサ３１の温度が例えば３２℃より高い場合は三方弁３７の切り換えにより、該冷媒流体は排熱回収用熱交換器１３と冷却塔１７と冷凍機１９を通って循環される。反対に、３２℃より低い場合はバイパス路２１ａが使用され、冷媒流体は冷却塔１７を通らずに排熱回収用熱交換器１３と冷凍機１９を通って循環する。そして、冷却塔１７の運転は休止状態に保持される。
【００４７】
すなわち、排熱回収用熱交換器１３での冷媒流体の温度が例えば３７℃程度のとき、冷媒回路２１側のポンプ３３及びポンプ装置１２側のポンプ２４が駆動されると、排熱回収用熱交換器１３では排水と冷媒流体の間の熱交換が行われて、冷媒流体が３２℃以下の温度に冷却される。また、この冷却された冷媒流体は冷却塔１７に送られ、該冷却塔１７においてさらに３０℃程度まで冷却され、冷凍機１９側に送られる。該冷凍機１９側では、該冷却塔１７側から送られて来る冷媒流体により空気調和装置または生産装置側１８内の冷却を行う。
【００４８】
一方、排熱回収用熱交換器１３での冷媒流体の温度が例えば３２℃程度のとき、冷媒回路２１側のポンプ３３及びポンプ装置１２側のポンプ２４が駆動されると、排熱回収用熱交換器１３では排水と冷媒流体の間の熱交換が行われ、冷媒流体が２７℃以下の温度に冷却される。また、この冷却された冷媒流体は冷凍機１９側に送られる。該冷凍機１９側では、排熱回収用熱交換器１３側から送られて来る冷媒流体により空気調和装置または生産装置側１８の冷却を行う。
【００４９】
次に、空気調和装置１５側では、冷媒流体の温度に応じて予熱用熱交換器１６及び該空気調和装置１５が駆動され、外気の温度及び湿度を調整して屋内空調ゾーン１４に送り、該屋内空調ゾーン１４内の空調を行う。
【００５０】
したがって、本実施例の排熱利用システムでは、排水の熱を回収し、冬季等には外気導入の予熱処理を行うエネルギーとして使用し、夏季等には冷凍機１９の冷却水を冷却するエネルギーとして使用するので、年間を通して排熱を使用することができる。すなわち、冬季等には外気導入の予熱処理を行うことで、空気調和装置１５における外気熱処理負荷が軽減され、エネルギー消費量を少なくすることができる。一方、夏季等には冷凍機１９の冷却水を冷却して従来よりも低い温度にすることができるので、冷凍機１９のエネルギー効率が向上する。これにより、年間を通して省エネルギー効果を得ることができる。
【００５１】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は工場排水を有効利用する場合について説明したが、工場排水以外の排水の熱を利用する場合にも応用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１１ 排水処理槽
１２ ポンプ装置
１３ 排熱回収用熱交換器
１３ａ 熱交換器１次側
１３ｂ 熱交換器２次側
１４ 屋内空調ゾーン
１５ 空気調和装置
１５ａ 予熱用熱交換器
１５ｂ 冷却用熱交換器
１５ｃ 加熱用熱交換器
１５ｄ 加湿器
１５ｅ 給気ファン
１６ 予熱用熱交換器
１７ 冷却塔
１７ａ 冷却用熱交換器
１７ｂ 貯水タンク
１７ｃ ポンプ
１７ｄ 散水器
１７ｆ コントローラ
１８ 空気調和装置または生産装置側
１９ 冷凍機
２０ 冷媒配管
２１ 冷媒回路
２１ａ バイパス路
２２ 調整槽
２３ 最終中和槽
２４ ポンプ
２５ ストレーナ
２６ 循環用配管
２７ａ〜２７ｄ 洗浄用管
２８ａ〜２８ｈ 開閉弁
２９ａ〜２９ｄ 圧力センサ
３０ センサ
３１ａ〜３１ｅ 開閉弁
３１ センサ
３２ 開閉弁
３３ ポンプ
３４ センサ
３５ 予熱・冷却系路切換弁
３６ センサ
３７ 三方弁（バイパス冷却系路切換弁）
３８ 冷媒用ポンプ
３９ センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は排熱利用システムに関するものであり、特に、例えば工場の製造過程で排水される低温の工場排水を有効に利用して空調等を行うための排熱利用システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば飲食品を製造する工場での製造過程では、原料や容器の洗浄水等が多量に発生する。この洗浄水は、排水処理が施された後、排熱を利用することなく公共下水に流されている。また、一般に、これら工場からの排水は、排水設備の都合上、年間を通して２０〜２５℃程度である場合が多い。一方、空調設備や生産設備で必要とされる加熱源、あるいは、冷熱源の温度は、通常、加熱源で４０℃以上、冷熱源で１５℃以下であり、２５℃前後の排熱水は加熱側にも冷却側にも利用しにくい中途半端な温度域である。このため、予熱や再熱として利用する程度であり、この予熱や再熱に排熱を利用している空調システムは従来から数多く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００３−２０２１６５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の工場の製造過程で発生する２５℃前後の低温排水は、効率良く熱を回収することが困難であり、そのため予熱や再熱として用いられる程度であり、その熱を用いる用途も限られていた。また、年間を通して使用することが難しく、運用上での問題があった。
【０００５】
そこで、排水が保有する熱量を簡易なシステムで回収し、かつ、年間を通して有効に利用することができる排熱利用システムを提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、排水処理槽に排出された低温排水の熱を回収して利用する排熱利用システムにおいて、前記排水処理槽内の前記排水を汲み上げるポンプ装置と、該ポンプ装置で汲み上げられた前記排水が通る熱交換器１次側と該熱交換器１次側と熱交換を行う熱交換器２次側を有する排熱回収用熱交換器と、外気を予熱処理する予熱用熱交換器を有し、かつ、該予熱用熱交換器で調整された前記外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーンに供給する空気調和装置と、外気と熱交換をする冷却塔と、空気調和装置または生産装置を冷却する冷凍機と、前記熱交換器２次側を通る冷媒流体を前記予熱用熱交換器と前記冷却塔と前記冷凍機に流通させる冷媒回路と、前記冷媒回路に配設され、前記冷媒流体が循環して流通する経路を、前記熱交換器２次側と前記予熱用熱交換器を経由して循環する予熱経路態様と前記熱交換器２次側と前記冷却塔と前記冷凍機を経由して循環する冷却経路態様とに切り換え可能な予熱・冷却経路切換弁と、を備える排熱利用システムを提供する。
【０００７】
この構成によれば、排熱回収用熱交換器における熱交換器１次側に供給される排水温度が年間を通して例えば２０〜２５℃であり、また、冬季の外気温が例えば１７℃以下であるような場合、予熱・冷却経路切換弁を操作し、冷媒流体が冷媒回路内で循環して流通する経路を熱交換器２次側と予熱用熱交換器を経由して循環する予熱経路態様側に切り換えると、熱交換器２次側で回収された排水の熱が予熱用熱交換器に送られ、該予熱用熱交換器において外気を前記回収された熱で温める。ここで温められた外気は、空気調和装置でさらに適宜な温度及び湿度に調整された後、屋内空調ゾーンに供給される。したがって、冬季等には外気導入の予熱処理を行うことで、空気調和装置における外気熱処理負荷が軽減する。
【０００８】
反対に、夏季等で、外気温が例えば１７℃以上であって、回収された熱が外気予熱として効果的に利用することができないような場合、予熱・冷却経路切換弁を操作し、冷媒流体が冷媒回路内で循環して流通する経路を冷却経路態様側に切り換えると、熱交換器２次側で回収された排水の熱は冷却塔を通って冷凍機に送られ、該冷凍機を冷却する熱として利用される。これによって、冷凍機における夏季の冷却水の温度が従来よりも低温度になり、該冷凍機における熱処理負荷が軽減する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、上記冷媒回路には、上記熱交換器２次側から上記冷却塔に向かう上記冷媒流体が途中でバイパスされて上記冷凍機と前記熱交換器２次側を経由して循環するバイパス路と、前記冷媒流体が上記冷却経路態様から該バイパス路を経由して循環するバイパス経路態様及び該バイパス経路態様から前記冷却経路態様に切り換え可能なバイパス・冷却経路切換弁とを設けてなる排熱利用システムを提供する。
【００１０】
この構成によれば、夏季等で、外気温が例えば１７℃以上ではあるが、熱交換器２次側を経由して冷却された冷媒流体がさほど高くない例えば３２℃以下のとき、バイパス・冷却経路切換弁を操作し、冷媒流体が冷媒回路内で循環して流通する経路をバイパス冷却経路態様側に切り換え、該冷媒流体が冷却塔を通らず、冷凍機と熱交換器２次側を通って循環する経路にすると、冷却塔を停止した状態で冷凍機を運転することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、上記排水処理槽は、上流側に設けられる調整槽と該調整槽からオーバーフローされた排水を受ける最終中和槽を備え、前記ポンプ装置は、前記最終中和槽から汲み上げられた前記排水が上記熱交換器１次側を通って該最終中和槽に戻る循環用配管を備える排熱利用システムを提供する。
【００１２】
この構成によれば、ポンプ装置は調整槽で一度浄化処理された排水を最終中和槽から汲み上げ、熱交換器１次側を通して再び最終中和槽に戻すようにしているので、熱交換器１次側の内部等の汚れが少なくなる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の構成において、上記循環用配管は、上記熱交換器１次側の上流側に、上記排水処理槽から汲み上げられた上記排水を濾過するストレーナを配設してなる排熱利用システムを提供する。
【００１４】
この構成によれば、ポンプ装置で汲み上げられた排水はストレーナを通して濾過された後、熱交換器１次側に送られるので、該熱交換器１次側の内部等における金属表面の腐食や目詰まり等の汚れをさらに少なくすることができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の構成において、上記循環用配管は、上記ストレーナの内部に逆方向から上記排水を流して該ストレーナの内部を洗浄する洗浄手段を有する排熱利用システムを提供する。
【００１６】
この構成によれば、ストレーナの内部に逆方向から排水を流すと、該ストレーナのフィルタ等に付着しているゴミ等が都合よく剥離され、該ストレーナの内部をきれいに洗浄することができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明は、排水の熱を回収し、冬季等には外気導入の予熱処理を行うエネルギーとして使用し、夏季等には冷凍機の冷却水を冷却するエネルギーとして使用するので、年間を通して排熱を使用することができる。すなわち、冬季等には外気導入の予熱処理を行うことで、空気調和装置における外気熱処理負荷が軽減され、ボイラー等の加熱源機器のエネルギー消費量を少なくすることができる。一方、夏季等には冷凍機の冷却水を冷却して従来よりも低い温度にすることができるので、冷凍機のエネルギー効率が向上する。これにより、年間を通して省エネルギー効果を得ることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、外気温に応じて冷却塔を停止した状態で冷凍機を運転することができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、さらに省エネルギー効果を得ることができる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、熱交換器１次側の内部等の汚れを少なくすることができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、メンテナンスのコストを低く抑えることができる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、熱交換器１次側の内部等が汚れるのを少なくして運転することができるので、請求項３記載の発明の効果に加えて、さらにメンテナンスの回数を減らしてコストを低く抑えることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、ストレーナ内部の洗浄を簡単に行うことができるので、請求項４記載の発明の効果に加えて、さらにメンテナンスが簡単になり、コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る排熱利用システムの概念図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、排水が保有する熱量を簡易なシステムで回収し、かつ、年間を通して有効に利用することができる排熱利用システムを提供するという目的を達成するために、排水処理槽に排出された低温排水の熱を回収して利用する排熱利用システムにおいて、前記排水処理槽内の前記排水を汲み上げるポンプ装置と、該ポンプ装置で汲み上げられた前記排水が通る熱交換器１次側と該熱交換器１次側と熱交換を行う熱交換器２次側を有する排熱回収用熱交換器と、外気を予熱処理する予熱用熱交換器を有し、かつ、該予熱用熱交換器で調整された前記外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーンに供給する空気調和装置と、外気と熱交換をする冷却塔と、気調和装置または生産装置を冷却する冷凍機と、前記熱交換器２次側を通る冷媒流体を前記予熱用熱交換器と前記冷却塔と前記冷凍機に流通させる冷媒回路と、前記冷媒回路に配設され、前記冷媒流体が循環して流通する経路を、前記熱交換器２次側と前記予熱用熱交換器を経由して循環する予熱経路態様と前記熱交換器２次側と前記冷却塔と前記冷凍機を経由して循環する冷却経路態様とに切り換え可能な予熱・冷却経路切換弁とを備える構成としたことにより実現した。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の排熱利用システムについて、好適な実施例を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る排熱利用システムの概念図である。
【００２５】
同図において、この排熱利用システムは、例えば工場等から排出される排水を受ける排水処理槽１１と、該排水処理槽１１内の排水を汲み上げるポンプ装置１２と、該排水の熱を回収する排熱回収用熱交換器１３と、外気を取り入れ、かつ、該外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーン１４に供給する空気調和装置１５と、該空気調和装置１５に取り入れる外気を予熱処理する予熱用熱交換器１６と、冷却塔１７と、空気調和装置または生産装置側１８を冷却する冷凍機１９等を備えている。また、前記排熱回収用熱交換器１３と前記予熱用熱交換器１６と前記冷却塔１７と前記冷凍機１９は、互いに冷媒配管２０で直接連結されており、同一の空調系循環水(以下、「冷媒流体」という)が流通する冷媒回路２１を構成している。
【００２６】
前記排水処理槽１１は、互いに並置された調整槽２２と最終中和槽２３とを備えている。該調整槽２２には工場からの排水が流入されて浄化処理され、最終中和槽２３は該調整槽２２でオーバーフローした排水が流入するようになっている。なお、本実施例における最終中和槽２３の排水温度は年間を通して例えば２０〜２５℃であり、また、調整槽２２で浄化処理された排水は無色透明ではあるが、通常、有機物やシリカ等の微細な浮遊物が僅かに存在している。
【００２７】
前記排熱回収用熱交換器１３は、前記排水が流通する熱交換器１次側１３ａと前記冷媒回路２１の冷媒流体が流れる熱交換器２次側１３ｂを備え、該熱交換器１次側１３ａ内を通る排水の熱を該熱交換器２次側１３ｂ側に伝えて該排水の熱を回収することが可能になっている。
【００２８】
前記ポンプ装置１２は、ポンプ２４と、ストレーナ２５と、循環用配管２６とを備えている。該循環用配管２６は、前記最終中和槽２３内から該ポンプ２４と該ストレーナ２５及び前記排熱回収用熱交換器１３の前記熱交換器１次側１３ａを通って再び該最終中和槽２３に戻る経路で配設されている。
【００２９】
前記ポンプ２４は、インバータ式の電動ポンプであり、最終中和槽２３内の排水を汲み上げ、この汲み上げた排水を前記ストレーナ２５を通して前記交換器１次側１３ａに送るためのポンプである。
【００３０】
前記ストレーナ２５は、前記ポンプ２４で汲み上げられた排水内に含まれる不純物を濾過して取り除く装置であり、定期的に洗浄処理及びフィルタ交換が行われる。
【００３１】
なお、前記ポンプ装置１２には、前記排熱回収用熱交換器１３の前記熱交換器１次側１３ａ内に溜まる不純物及びストレーナ２５内に溜まる不純物を取り除くための手段として洗浄用管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄと、開閉弁２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ、２８ｇ、２８ｈが設けられている。
【００３２】
そして、通常の運転時は、開閉弁２８ａ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｆを開、開閉弁２８ｂ、２８ｅ、２８ｇ、２８ｈを閉にしてポンプ２４を駆動する。これにより、ポンプ２４で汲み上げられた最終中和槽２３内の排水は、開閉弁２８ａ、ストレーナ２５、開閉弁２８ｃ、２８ｄを通り、かつ、熱交換器１次側１３ａの上部から下部に向かって該熱交換器１次側１３ａ内を流れ、その後、開閉弁２８ｆを通って再び最終中和槽２３に戻る経路で流される。
【００３３】
一方、ストレーナ２５を洗浄するときは、開閉弁２８ａ、２８ｃを閉、開閉弁２８ｂ、２７ｈを開にして、ポンプ２４を駆動する。これにより、該ポンプ２４で汲み上げられた最終中和槽２３内の排水は、開閉弁２８ｂを通り、ストレーナ２５の下部から該ストレーナ２５内に入り、その後、開閉弁２８ｈを通って調整槽２２に戻る経路で流される。これにより、ストレーナ２５内は、通常の運転時とは逆の方向から排水を流すことによってフラッシング洗浄が行われ、簡易洗浄を行うことができる。なお、該簡易洗浄で対応することができなくなったら内部フィルタの交換が行われる。
【００３４】
また、排水が熱媒体として供給される前記排熱回収用熱交換器１３の交換器１次側１３ａ内は、排水内の微細な浮遊物が内部に付着し、金属表面の腐食や、細菌が繁殖してスラム状となって目詰まりを起こしやすく、その結果、流量不足による省エネルギー効果の低減や、腐食による水漏れ事故が発生する可能性があるので、本実施例の構造では該熱交換器１次側１３ａ内を定期的に洗浄できるようにしている。該熱交換器１次側１３ａ内を洗浄する場合は、開閉弁２８ａ、２８ｄ、２８ｆ、２８ｈを閉、開閉弁２８ｂ、２８ｃ、２８ｅ、２８ｇを開にしてポンプ２４を駆動する。これにより、ポンプ２４で汲み上げられた最終中和槽２３内の排水は、開閉弁２８ｂ、開閉弁２８ｃ、２８ｅを通り、かつ、該熱交換器１次側１３ａの下部から上部に向かって該熱交換器１次側１３ａ内を流れ、その後、開閉弁２８ｇを通って再び最終中和槽２３に戻る経路で流される。これにより、熱交換器１次側１３ａ内は、通常の運転時とは逆に、下から上に向かって排水が流され、洗浄が行われる。なお、洗浄時、該熱交換器１次側１３ａの配管系統内に薬液洗浄用のポートを設置し、酸・アルカリ洗浄を行うようにしてもよい。
【００３５】
また、前記ポンプ装置１２の循環用配管２６内には、該循環用配管２６内の圧力を検出する圧力センサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄが配設されており、該圧力センサ２９ａ〜２９ｄで検出された配管内の圧力に応じて、図示せぬ制御回路がポンプ２４を駆動制御するようになっている。
【００３６】
前記空気調和装置１５は、予熱用熱交換器１５ａ、冷却用熱交換器１５ｂ、加熱用熱交換器１５ｃ、加湿器１５ｄ、給気ファン１５ｅを備えている。また、該空気調和装置１５には、該空気調和装置１５内を通る空気の温度及び湿度を検出するセンサ３０が設けられている。
【００３７】
そして、該空気調和装置１５においては、給気ファン１５ｅの駆動により取り込まれた外気は、冬季等の暖房・加湿運転時、予熱用熱交換器１５ａ及び加熱用熱交換器１５ｃにより所定の温度まで温められるとともに、加湿器１５ｄにより必要な湿度が付加され、その後、該給気ファン１５ｅの駆動により屋内空調ゾーン１４へ送り出される。一方、夏季などの冷房・除湿運転時は、冷却用熱交換器１５ｃにおいて所定の露点温度まで除湿・冷却された後、給気ファン１５ｅの駆動により屋内空調ゾーン１４へ送り出される。なお、図示していないが、予熱用熱交換器１５ａと冷却用熱交換器１５ｂと加熱用熱交換器１５ｃに対する熱媒流体の経路は、前記冷媒回路２１とは独立している別経路で設けられている。
【００３８】
前記予熱用熱交換器１６は、前記空気調和装置１５の前側に配設され、冬季等の暖房・加湿運転時に該空気調和装置１５に取り入れられる外気の温度が例えば１７℃以下と低い場合に、前記排熱回収用熱交換器１３で回収された熱を利用して該外気を温めるもので、前記冷媒回路２１の開閉弁３１ａ、３１ｂ、開閉弁３２及びインバータ式のポンプ３３を介して前記排熱回収用熱交換器１３の熱交換器２次側１３ｂに連結されている。また、予熱用熱交換器１６の外気取り入れ側には、該外気の温度を検出する温度センサ３４が設けられている。なお、開閉弁３１ａ,３１ｂは、同じく冷媒回路２１内に配設されている開閉弁３１ｃ、３１ｄ、３１ｅとともに予熱・冷却経路切換弁３５を形成している。
【００３９】
そして、該予熱用熱交換器１６において、該開閉弁３１ａ、３１ｂ、３２が開の状態で該ポンプ３３が駆動されると、前記冷媒回路２１内の冷媒流体が、該熱交換器２次側１３ｂ、開閉弁３１ａ、予熱用熱交換器１６、開閉弁３２、３１ｂを順に流通して再び該ポンプ３３に戻る経路で流れ、予熱用熱交換器１６を通る外気を所定の温度まで温めることができるようになっている。
【００４０】
前記冷却塔１７は、冷却用熱交換器１７ａ、貯水タンク１７ｂ、ポンプ１７ｃ、散水器１７ｄ、送風ファン１７ｅを備えている。なお、冷却用熱交換器１７ａは、前記冷媒回路２１に接続された熱交換器であり、該冷媒回路２１には該冷却用熱交換器１７ａを通った冷媒流体の温度を検出する温度センサ３９を備える。該温度センサ３９の信号は、送風ファン１７ｅの駆動・停止を制御するコントローラ１７ｆ等に供給される。
【００４１】
そして、該冷却塔１７において、ポンプ１７ｃが駆動されると、貯水タンク１７ｂ内の水が散水器１７ｄに汲み上げられ、該散水器１７ｄから冷却用熱交換器１７ａに水が散水されて該冷却用熱交換器１７ａが冷却され、該冷却用熱交換器１７ａ内を流通する冷媒流体も冷却される。
【００４２】
前記冷媒回路２１には、前記予熱・冷却系路切換弁３５の他に、冷凍機１９へ送られる冷媒流体の温度を検出するセンサ３６と、冷凍機１９内から排熱回収用熱交換器１３を流通して来る冷媒流体の温度を検出するセンサ３１、該冷凍機１９へ送られる冷媒流体の温度が所定の温度より低くなったときにバイパス路２１ａを流通する冷媒流体の流量を調整して、冷却用熱交換器１７ａ内を流通して来る冷媒流体とバイパス路２１をバイパスして流入される冷媒流体とを混合させ、冷凍機１９に供給される冷媒流体の温度が所定の温度より低くならないにように制御するバイパス冷却系路切換弁としての三方弁３７と、冷媒回路２１内の冷媒流体を冷凍機１９に送る冷媒用ポンプ３８等が設けられている。なお、前記三方弁３７は、図示しないコントローラで制御される。
【００４３】
次に、上記構成の排熱利用システムの動作について説明する。以下の説明では、熱交換器２次側で回収された排水温度が年間を通して例えば２０〜２５℃である場合とし、また、冬季等では外気温が例えば１７℃以下の場合に排水の排熱温度を予熱用として使用し、夏季等で外気温度が１７℃以上である場合に排水の排熱温度を冷却用として使用する場合として説明するが、これらの温度は環境に応じて自由に変更されるものである。
【００４４】
（１）冬季等で外気温が例えば１７℃以下であるような場合；
予熱・冷却経路切換弁３５を構成している開閉弁３１ａ,３１ｂ,３１ｅを開、開閉弁３１ｃ,３１ｄを閉とした予熱経路態様側に切り換える。この予熱経路態様では、冷媒回路２１は予熱・冷却経路切換弁３５の切り換えにより、空気調和装置１５側と冷凍機１９側とに分離され、前記冷媒流体は各側で各々独立して流通する。そして、空気調和装置１５側では、冷媒回路２１側のポンプ３３及びポンプ装置１２側のポンプ２４が駆動されると、排熱回収用熱交換器１３では排水と冷媒流体の間の熱交換が行われ、冷媒流体が２０〜２５℃に近い所定の温度に温められる。また、ここで温められた冷媒流体は予熱用熱交換器１６に送られ、該予熱用熱交換器１６において外気と熱交換され、該外気を２０〜２５℃に近い所定の温度に温めて、空気調和装置１５側に送る。該空気調和装置１５側では、該予熱用熱交換器１６側から送られて来る外気の温度及び湿度をさらに調整して屋内空調ゾーン１４に送り、該屋内空調ゾーン１４内の空調を行う。
【００４５】
一方、冷凍機１９側における空気調和装置または生産装置側１８の冷却では、前記排熱回収用熱交換器１３で回収された熱は使わずに、冷却塔１７の冷却用熱交換器１７ａと該冷凍機１９を循環する冷媒流体を使う。
【００４６】
（２）夏季等で、外気温が例えば１７℃以上であるような場合；
予熱・冷却経路切換弁３５を構成している開閉弁３１ａ,３１ｂ,３１ｅを閉、開閉弁３１ｃ,３１ｄを開とした冷却経路態様側に切り換える。この冷却経路態様では、冷媒回路２１は予熱・冷却経路切換弁３５の切り換えにより、予熱用熱交換器１６と排熱回収用熱交換器１３の間が切り離される。そして、排熱回収用熱交換器１３は該冷凍機１９側及び冷却塔１７側に接続される。また、冷凍機１９内から排熱回収用熱交換器１３を流通して来る冷媒流体の温度を検出するセンサ３１の温度が例えば３２℃より高い場合は三方弁３７の切り換えにより、該冷媒流体は排熱回収用熱交換器１３と冷却塔１７と冷凍機１９を通って循環される。反対に、３２℃より低い場合はバイパス路２１ａが使用され、冷媒流体は冷却塔１７を通らずに排熱回収用熱交換器１３と冷凍機１９を通って循環する。そして、冷却塔１７の運転は休止状態に保持される。
【００４７】
すなわち、排熱回収用熱交換器１３での冷媒流体の温度が例えば３７℃程度のとき、冷媒回路２１側のポンプ３３及びポンプ装置１２側のポンプ２４が駆動されると、排熱回収用熱交換器１３では排水と冷媒流体の間の熱交換が行われて、冷媒流体が３２℃以下の温度に冷却される。また、この冷却された冷媒流体は冷却塔１７に送られ、該冷却塔１７においてさらに３０℃程度まで冷却され、冷凍機１９側に送られる。該冷凍機１９側では、該冷却塔１７側から送られて来る冷媒流体により空気調和装置または生産装置側１８内の冷却を行う。
【００４８】
一方、排熱回収用熱交換器１３での冷媒流体の温度が例えば３２℃程度のとき、冷媒回路２１側のポンプ３３及びポンプ装置１２側のポンプ２４が駆動されると、排熱回収用熱交換器１３では排水と冷媒流体の間の熱交換が行われ、冷媒流体が２７℃以下の温度に冷却される。また、この冷却された冷媒流体は冷凍機１９側に送られる。該冷凍機１９側では、排熱回収用熱交換器１３側から送られて来る冷媒流体により空気調和装置または生産装置側１８の冷却を行う。
【００４９】
次に、空気調和装置１５側では、冷媒流体の温度に応じて予熱用熱交換器１６及び該空気調和装置１５が駆動され、外気の温度及び湿度を調整して屋内空調ゾーン１４に送り、該屋内空調ゾーン１４内の空調を行う。
【００５０】
したがって、本実施例の排熱利用システムでは、排水の熱を回収し、冬季等には外気導入の予熱処理を行うエネルギーとして使用し、夏季等には冷凍機１９の冷却水を冷却するエネルギーとして使用するので、年間を通して排熱を使用することができる。すなわち、冬季等には外気導入の予熱処理を行うことで、空気調和装置１５における外気熱処理負荷が軽減され、エネルギー消費量を少なくすることができる。一方、夏季等には冷凍機１９の冷却水を冷却して従来よりも低い温度にすることができるので、冷凍機１９のエネルギー効率が向上する。これにより、年間を通して省エネルギー効果を得ることができる。
【００５１】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は工場排水を有効利用する場合について説明したが、工場排水以外の排水の熱を利用する場合にも応用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１１ 排水処理槽
１２ ポンプ装置
１３ 排熱回収用熱交換器
１３ａ 熱交換器１次側
１３ｂ 熱交換器２次側
１４ 屋内空調ゾーン
１５ 空気調和装置
１５ａ 予熱用熱交換器
１５ｂ 冷却用熱交換器
１５ｃ 加熱用熱交換器
１５ｄ 加湿器
１５ｅ 給気ファン
１６ 予熱用熱交換器
１７ 冷却塔
１７ａ 冷却用熱交換器
１７ｂ 貯水タンク
１７ｃ ポンプ
１７ｄ 散水器
１７ｆ コントローラ
１８ 空気調和装置または生産装置側
１９ 冷凍機
２０ 冷媒配管
２１ 冷媒回路
２１ａ バイパス路
２２ 調整槽
２３ 最終中和槽
２４ ポンプ
２５ ストレーナ
２６ 循環用配管
２７ａ〜２７ｄ 洗浄用管
２８ａ〜２８ｈ 開閉弁
２９ａ〜２９ｄ 圧力センサ
３０ センサ
３１ａ〜３１ｅ 開閉弁
３１ センサ
３２ 開閉弁
３３ ポンプ
３４ センサ
３５ 予熱・冷却系路切換弁
３６ センサ
３７ 三方弁（バイパス冷却系路切換弁）
３８ 冷媒用ポンプ
３９ センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水処理槽に排出された低温排水の熱を回収して利用する排熱利用システムにおいて、
前記水処理槽内の前記排水を汲み上げるポンプ装置と、
該ポンプ装置で汲み上げられた前記排水が通る熱交換器１次側と該熱交換器１次側と熱交換を行う熱交換器２次側を有する排熱回収用熱交換器と、
外気を予熱処理する予熱用熱交換器と、
該予熱用熱交換器で調整された前記外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーンに供給する空気調和装置と、
外気と熱交換をする冷却塔と、
空気調和装置または生産装置を冷却する冷凍機と、
前記熱交換器２次側を通る冷媒流体を前記予熱用熱交換器と前記冷却塔と前記冷凍機に流通させる冷媒回路と、
前記冷媒回路に配設され、前記冷媒流体が循環して流通する経路を、前記熱交換器２次側と前記予熱用熱交換器を経由して循環する予熱経路態様と前記熱交換器２次側と前記冷却塔と前記冷凍機を経由して循環する冷却経路態様とに切り換え可能な予熱・冷却経路切換弁と、
を備えることを特徴とする排熱利用システム。
【請求項２】
上記冷媒回路には、上記熱交換器２次側から上記冷却塔に向かう上記冷媒流体が途中でバイパスされて上記冷凍機と前記熱交換器２次側を経由して循環するバイパス路と、前記冷媒流体が上記冷却経路態様から該バイパス路を経由して循環するバイパス経路態様及び該バイパス経路態様から前記冷却経路態様に切り換え可能なバイパス・冷却経路切換弁とを設けてなることを特徴とする請求項１記載の排熱利用システム。
【請求項３】
上記排水処理槽は、上流側に設けられる調整槽と該調整槽からオーバーフローされた排水を受ける最終中和槽を備え、前記ポンプ装置は、前記最終中和槽から汲み上げられた前記排水が上記交換器１次側を通って該最終中和槽に戻る循環用配管を備えることを特徴とする請求項１または２記載の排熱利用システム。
【請求項４】
上記循環用配管は、上記熱交換器１次側の上流側に、上記排水処理槽から汲み上げられた上記排水を濾過するストレーナを配設してなることを特徴とする請求項３記載の排熱利用システム。
【請求項５】
上記循環用配管は、上記ストレーナの内部に逆方向から上記排水を流して該ストレーナの内部を洗浄する洗浄手段を有することを特徴とする請求項４記載の排熱利用システム。
【請求項１】
排水処理槽に排出された低温排水の熱を回収して利用する排熱利用システムにおいて、
前記水処理槽内の前記排水を汲み上げるポンプ装置と、
該ポンプ装置で汲み上げられた前記排水が通る熱交換器１次側と該熱交換器１次側と熱交換を行う熱交換器２次側を有する排熱回収用熱交換器と、
外気を予熱処理する予熱用熱交換器と、
該予熱用熱交換器で調整された前記外気の温度と湿度を調整して屋内空調ゾーンに供給する空気調和装置と、
外気と熱交換をする冷却塔と、
空気調和装置または生産装置を冷却する冷凍機と、
前記熱交換器２次側を通る冷媒流体を前記予熱用熱交換器と前記冷却塔と前記冷凍機に流通させる冷媒回路と、
前記冷媒回路に配設され、前記冷媒流体が循環して流通する経路を、前記熱交換器２次側と前記予熱用熱交換器を経由して循環する予熱経路態様と前記熱交換器２次側と前記冷却塔と前記冷凍機を経由して循環する冷却経路態様とに切り換え可能な予熱・冷却経路切換弁と、
を備えることを特徴とする排熱利用システム。
【請求項２】
上記冷媒回路には、上記熱交換器２次側から上記冷却塔に向かう上記冷媒流体が途中でバイパスされて上記冷凍機と前記熱交換器２次側を経由して循環するバイパス路と、前記冷媒流体が上記冷却経路態様から該バイパス路を経由して循環するバイパス経路態様及び該バイパス経路態様から前記冷却経路態様に切り換え可能なバイパス・冷却経路切換弁とを設けてなることを特徴とする請求項１記載の排熱利用システム。
【請求項３】
上記排水処理槽は、上流側に設けられる調整槽と該調整槽からオーバーフローされた排水を受ける最終中和槽を備え、前記ポンプ装置は、前記最終中和槽から汲み上げられた前記排水が上記交換器１次側を通って該最終中和槽に戻る循環用配管を備えることを特徴とする請求項１または２記載の排熱利用システム。
【請求項４】
上記循環用配管は、上記熱交換器１次側の上流側に、上記排水処理槽から汲み上げられた上記排水を濾過するストレーナを配設してなることを特徴とする請求項３記載の排熱利用システム。
【請求項５】
上記循環用配管は、上記ストレーナの内部に逆方向から上記排水を流して該ストレーナの内部を洗浄する洗浄手段を有することを特徴とする請求項４記載の排熱利用システム。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−５２９４２（Ｐ２０１１−５２９４２Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０４６４１（Ｐ２００９−２０４６４１）
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（５９２０３１３１８）富士古河Ｅ＆Ｃ株式会社 (7)
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（５９２０３１３１８）富士古河Ｅ＆Ｃ株式会社 (7)
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