生産排水からの排熱回収システム
【課題】排水から供給される熱量を簡易なシステムで回収し、かつ、容易に利用することができる排熱回収システムを提供する。
【解決手段】高温の排水Ｈ１と該排水よりも低温である循環水Ｗ(c)との熱交換を行う第１熱交換器２と、その第１熱交換器２から排出される加温された循環水Ｗ(h)が通水される第２熱交換器５と、その第２熱交換器５から得られる温熱を利用する熱利用手段６とを備えた排水からの排熱回収システムであって、前記第２熱交換器から排出される冷却された循環水Ｗ(c)が第１熱交換器２に通水される排熱回収システム１。
【解決手段】高温の排水Ｈ１と該排水よりも低温である循環水Ｗ(c)との熱交換を行う第１熱交換器２と、その第１熱交換器２から排出される加温された循環水Ｗ(h)が通水される第２熱交換器５と、その第２熱交換器５から得られる温熱を利用する熱利用手段６とを備えた排水からの排熱回収システムであって、前記第２熱交換器から排出される冷却された循環水Ｗ(c)が第１熱交換器２に通水される排熱回収システム１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生産排水の排熱を回収するシステムに関する、さらに詳しくは、公共下水に放流する前の生産排水から排熱を回収して有効に用いる排水からの排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場、特に飲食品を製造する工場からは、原料や容器の洗浄水などの高温の有機性の排水が大量に発生する。その排水は、井戸水などで温度希釈された後に、生物排水処理が施され、公共下水に放流されている。以下に、このような排水を公共下水に放流するための従来技術について、ビール工場を例にして説明する。
【０００３】
従来のビール工場における生産排水の処理の概略配管図を図７ａに示す。図７ａに示すように、ビール工場の生産工程１０１より排出される生産排水Ｈは、有機物・リンおよび窒素を除去する排水処理施設１０２を経て公共下水に放流される。前記排水処理施設１０２に流入する生産排水Ｈは流量約６，０００ｍ３／日で、夏期において温度約４０〜４３℃である。その排水Ｈは、排水処理施設１０２に流入する前に、井戸水Ｊが加えられ排水の温度が４０℃以下になるように温度希釈されている。
【０００４】
また、図７ｂには従来のビール工場の製造工程における熱を利用する手段の概略配管図を示す。図７ｂには、缶ウォーマ１０３と、ボイラー設備１０４と、洗浄水加熱設備１０５とが示されている。缶ウォーマ１０３は、内容物が充填された缶製品に、水蒸気を熱源とする温水を散水し、箱詰めする前に缶表面が結露しないようにする装置である。
【０００５】
前記缶ウォーマ１０３に用いられる水蒸気は、前記ボイラー設備１０４より得られる。その水蒸気は、純水タンク１０６に蓄えられた純水が、ボイラー給水タンク１０７を介してボイラー１０８で加熱されることにより生成される。生成された水蒸気は、缶ウォーマ１０３の散水用の水を蓄えた温水槽に投入され、その水温を上昇させる。このようにして得られた缶ウォーマ用の温水が缶製品に散水される。前記缶ウォーマ１０３用の温水を生成するために用いられる熱量は約２３,６００ＧＪ／年である。
【０００６】
また、ボイラー１０８により生成された水蒸気は、他の熱を必要とする工程１０９あるいは洗浄水加熱設備１０５に用いられる。その洗浄水加熱設備１０５は、洗浄水タンク１１０に蓄えた洗浄水を前記ボイラー１０８により生成した水蒸気と熱交換器１１１で熱交換し、洗浄温水タンク１１２に貯留している。
【０００７】
排熱を利用する技術としては、特許文献１に、炭焼き窯、食品加熱用石窯などの商用窯の炉体の基礎中に通水可能な管を配設し、炉体からの伝熱により温水を得ること、得られた温水は入浴、サウナ浴あるいは温砂浴などの温熱治療に利用されることが開示されている。また、特許文献２に、家庭用風呂の温排水から熱を回収し給湯装置に利用することが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−５５０９９
【特許文献２】特開昭５７−５５３３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
工場、特に飲食品を製造する工場では大量に高温の生産排水が排出される。その生産排水は生物排水処理施設により浄化され、公共下水に放流される。夏季になると、その処理施設に流入する生産排水の温度が４０℃を超える場合がある。前記処理施設に流入する排水の温度変化が大きいと安定した生物処理の能力が維持できない。また、極端に高温の排水が流入すると、生物の活性が低下する恐れがある。そのため、生物処理が施される前に、井戸水により排水の温度を４０℃以下にするように温度希釈される。
【００１０】
一方、工場の生産工程では、缶ウォーマ・瓶ウォーマ・洗浄水加熱設備・ボイラー設備・炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器のように熱源を必要とする工程がある。近年、工場等における消費エネルギーの節約が重要視されている。前記の大量に排出される生産排水（温水）の熱エネルギーを回収し、熱源を必要とする工程のために用いることができれば省エネとなる。しかし、排水から得られる熱の供給と生産工程に必要な熱の需要とは、必ずしも需要と供給のバランスが取れていないので、効率よく熱を回収するのが困難である。また、生産排水の温度が約６０℃程度のようにあまり高くない場合には、その熱を用いる用途が限られる。
【００１１】
そこで、本発明では排水が保有する熱量を簡易なシステムで回収し、かつ、有効に利用することができる排熱回収システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の排熱回収システム（請求項１）は、排水と該排水よりも低温である循環水との熱交換を行う第１熱交換器と、その第１熱交換器から排出される加温された循環水が通水される第２熱交換器と、その第２熱交換器から得られる温熱を利用する熱利用手段とを備えた排水からの排熱回収システムであって、前記第２熱交換器から排出される冷却された循環水が前記第１熱交換器に通水されることを特徴としている。
【００１３】
このような排熱回収システムは、第１熱交換器から排出される加温された循環水を貯留する高温タンクと、第２熱交換器から排出される冷却された循環水を貯留する低温タンクとを備えていることが好ましい（請求項２）。また、排水を貯留する排水タンクを備えていることが好ましく（請求項３）、その排水タンクを複数個有する場合には、排水タンク毎に第１熱交換器が配置されていることが好ましい（請求項４）。これは、例えばビール工場の場合に、排水がビール製造プロセスにおける種々の高温排水であり、それら排水がそれぞれ別個の貯槽・タンクに貯留され、それら貯槽・タンク毎に第１熱交換器が配置されていることを意味するものである。
また、前記熱利用手段が缶ウォーマ、瓶ウォーマ、洗浄水加熱設備、ボイラー設備、炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器から選択される少なくとも１以上の手段であるものが好ましい（請求項５）。
さらに、第１熱交換器から排出される冷却された排水を処理する排水処理手段を備えたものが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排熱回収システム（請求項１）は、循環水を２つの熱交換器（第１熱交換器、第２熱交換器）に通水して循環させるという簡易なシステムで、生産排水の排熱を回収して熱エネルギーとして有効に利用することができるばかりか、生産工程から発生する冷熱をも回収して排水等を冷却することに役立てることができるものである。すなわち、循環水を熱媒体として工場内の各設備（各工程）に接触させることにより、生産過程で発生する温熱および冷熱を熱エネルギーとして総合的に有効利用できるものである。
また、本発明の排熱回収システム（請求項２）は、第１熱交換器から排出される加温された循環水を貯留する高温タンクと、第２熱交換器から排出される冷却された循環水を貯留する低温タンクとを備えている。高温の排水と熱交換されて温度が上昇した循環水が高温タンクに貯留されるので、熱利用手段の停止時には、循環水を高温タンクに貯留することで、排熱を蓄熱させておくことができる。また、第２熱交換器では循環水と熱利用手段との間で熱交換される。その熱交換により温度が降下した循環水は低温タンクに貯留される。そのため、高温の排水が排出されない時には、高温の排水の冷却用の循環水として低温タンクに貯留される。
このように、熱利用手段と排水とに必要とされる熱を、循環水を熱媒体として高温および低温のタンクに蓄熱することができるので、無駄に熱を捨てることがなく、省エネである。さらに、排水による熱の供給と熱利用手段による熱の需要とが同時に行われなくても、必要な時に蓄熱された熱を循環水としてタンクより取り出して用いることができる。
【００１５】
排水を連続的に第１熱交換器に通水して熱交換を行ってもよいが、排水タンクを設けて排水を一時的に貯水した後に熱交換を行う、すなわちバッチ式に第１熱交換器に通水するシステムが、安定性および効率面から有用である（請求項３）。排水タンクを設置すると、高温の排水が短時間に集中して排出されても、排水タンクに一時溜めておいて必要に応じて取り出すことができ、確実に温度を下げてから排水を生物処理施設に通水する等の処理を行うことができるためである。
排水タンクを複数個備える場合には、それらタンク毎に第１熱交換器を配置する（請求項４）。例えば、前記排水がビール製造プロセスにおける種々の高温排水であり、それら排水がそれぞれ別個のタンクに貯留され、それらタンク毎に第１熱交換器が配置される場合は、同じ性質の排水を１つのタンクに貯留するので、浮遊しているスラッジが少ない排水の場合には、熱交換器内での圧損が少ないので、熱交換器において熱交換するための流路断面積を小さくできる。反対に、スラッジ等を多く含む排水の場合は熱交換器内の圧損が大きくなりやすいので、圧損を小さくするなどの対策を講じることができる。そのため、排水毎に効率よく排熱を回収することができる。
また、前記熱利用手段が、缶ウォーマ、瓶ウォーマ、洗浄水加熱設備、ボイラー設備、炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器から選択される少なくとも１以上の手段である場合は（請求項５）、排水と共に排出される、使い道の乏しい６０℃程度の熱を有効に活用することができ、かつ、排水の温度を下げることができる。また、排熱を有効に活用することで、例えば、従来の缶ウォーマ用の温水を生成するために使用される水蒸気を大幅に削減できる。
さらに、第１熱交換器から排出される冷却された排水を処理する排水処理手段を備えた場合には（請求項６）、排水処理施設に流入する排水の温度を大量の温度希釈水などを用いて調整をしなくても、安定させることができる。そのため、温度希釈水の工程を省くことができ、施設の排水処理能力が向上・安定するばかりか、排水を冷却するために使用される温度希釈水（井戸水）の使用をなくすもしくは大幅に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
つぎに図面を参照しながら本発明の排熱回収システムを説明する。図１および図２は本発明の排熱回収システムを示す概略配管図、図３は本発明に関わる排水処理手段の実施例を示す概略配管図、図４は本発明に関わる熱利用手段の実施例を示す概略配管図、図５は本発明の排熱回収システムの他の実施例を示す配管図、図６は本発明の排水回収システムのさらに他の実施例を示す配管図である。
【００１７】
図１に、本発明の請求項１に係る排水からの排熱回収システム１の概略図を示す。排熱回収システム１は、高温の排水Ｈ１とその排水よりも低温である循環水Ｗ(c)との間で熱交換を行う第１熱交換器２と、その第１熱交換器２から排出される加温された循環水Ｗ(h)が通水される第２熱交換器５と、その第２熱交換器５により得られた温熱Ｅ´を利用する熱利用手段６とからなり、前記第２熱交換器５により冷却された循環水Ｗ(c)が、前記第１熱交換器２に通水されるシステムである。
本発明では、前記第２熱交換器５により冷却された循環水Ｗ(c)を、高温の排水Ｈ１を冷却させるための冷却媒体として再利用することができる。第２熱交換器５により冷却された循環水Ｗ(c)は、そのままの状態で第１熱交換器２に供給してもよいし、一旦タンクに貯蓄させてから第１熱交換器２に供給してもよい（図２参照）。いずれにせよ、循環水Ｗが循環しているので、循環水Ｗ(c)を別途用意する必要はなく、極めて簡便にかつ経済的に生産過程に発生する温熱および冷熱を回収して熱エネルギーとして有効に利用できるシステムである。
【００１８】
前記排水Ｈ１は、ビール工場、食品工場などの排水であり、有機物、リンあるいは窒素などを含んでいてもよい。排水のＨ１の液温は特に限定されないが、本発明は、排水と該排水よりも低温である循環水との熱交換を行うことによって、排水から排熱を回収するものであるから、ある程度高温であることが好ましく、具体的には５０℃以上、より好ましくは６０℃以上がよい。また、液温の上限は特に限定されないが、安全性の観点から、９５℃以下、好ましくは９０℃以下がよい。
前記循環水Ｗ（Ｗ(c)、Ｗ(h)）は、熱媒体として利用可能であれば水に限定されるものではなく、不凍液なども用いることができるが、安全性の観点から水が好適に用いられる。循環水Ｗ(c)の液温は、排水Ｈ１よりも低温であれば特に限定されないが、排水処理の観点から、前記排水Ｈ１が第１熱交換器２によって４０℃以下まで冷却されることが好ましい。したがって、循環水Ｗ(c)の液温は、４０℃以下、好ましくは３０℃以下、より好ましくは２０℃程度がよい。
【００１９】
前記第１熱交換器２には、スラッジを多く含む排水の場合、スラリーの熱交換に適したスパイラル熱交換器などが用いられる。そのスパイラル熱交換器としては、２枚の金属板をスパイラル状に巻き付け２つの流路を形成したものがある。なお、スパイラル熱交換器の他に、多管式等単一流路の熱交換器を用いてもよい。スラッジを含まない排水の場合はプレート式熱交換器等を用いてもよい。前記第２熱交換器５はプレート式熱交換器であるが、第１熱交換器２と同様にスパイラル熱交換器あるいは多管式等の熱交換器を用いることができる。
【００２０】
前記熱利用手段６は、第２熱交換器５により循環水Ｗ(h)と熱交換することにより温熱Ｅ´を得て工場の生産工程に利用する手段である。すなわち、熱利用手段６は、前記第２熱交換器５により得られる温熱Ｅ´を熱源として利用する手段である。熱源を必要とする手段であれば特に制限されず、具体的には、缶ウォーマ、瓶ウォーマ、洗浄水加熱設備、ボイラー設備、炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器等を例示することができる。また、第２熱交換器へ供給される前記熱利用手段６の熱媒体Ｅの態様は、熱利用手段６の熱源の好ましい態様により液体、気体等、その状態を問うものではないが、伝熱効率の観点から液体を好適に用いることができる。上記の缶ウォーマ、瓶ウォーマでは、シャワー用水Ｅ１を加温して温水Ｅ１´を得、また上記のボイラー設備では純水Ｅ２を加温してボイラー用温水Ｅ２´を得、洗浄水加熱設備では、洗浄水Ｅ３を加温して洗浄用温水Ｅ３´を得ている（図４参照）。
【００２１】
また、図２に、本発明の請求項２に係る排水からの排熱回収システム１の概略図を示す。排熱回収システム１は、高温の排水Ｈ１と循環水Ｗ(c)との間で熱交換を行う第１熱交換器２と、前記第１熱交換器２により熱交換された循環水Ｗ(h)を貯留する高温タンク４と、その高温タンク４に蓄えられる循環水Ｗ(h)が熱交換される第２熱交換器５と、その第２熱交換器５により得られた温熱を利用する熱利用手段６と、前記第２熱交換器５により熱交換された循環水Ｗ(c)を貯留する低温タンク７とからなる。なお、図２には、本発明の請求項６に係る第１熱交換器２により熱交換された排水Ｈ１’を処理する排水処理手段３も図示されている。
【００２２】
前記高温タンク４および低温タンク７は断熱材により保温されている。また、高温タンク４および低温タンク７のそれぞれの容量は、容量が大きいほど蓄えられる熱量を多くすることができるが、排水Ｈ１からの排熱の供給量および熱利用手段６が利用する熱の需要量に応じて設計されるのが好ましい。
【００２３】
このように形成される排熱回収システム１が稼動する状態を、図２を用いて説明する。工場等から排出される高温の排水Ｈ１は排水ポンプＰ１により第１熱交換器２に通水される。一方、低温タンク７に貯留された循環水Ｗ(c)は第１ポンプＰ２により第１熱交換器２に通水される。前記排熱Ｈ１と循環水Ｗ(c)とは第１熱交換器２で熱交換され、排水Ｈ１の温度は下降し、循環水Ｗ(c)の温度は上昇する。温度が上昇した循環水Ｗ(h)は高温タンク４に貯留される。その高温タンク４に貯留された循環水Ｗ(h)は第２ポンプＰ３により第２熱交換器５に通水される。その第２熱交換器５では循環水Ｗ(h)と熱利用手段６とが熱交換を行い、循環水Ｗ(h)の温度が下降する。温度が下降した循環水Ｗ(c)は低温タンク７に送られ、貯留される。
【００２４】
このように図１の排熱回収システム１は、排水Ｈ１側と熱利用手段６側とで、それぞれ別個に蓄熱することができる。すなわち、熱利用手段６の停止時には、第１熱交換器２で高温の排水Ｈ１と熱交換された循環水Ｗ(h)を高温タンク４に貯留することで、排熱を蓄熱させておくことができる。また、高温の排水Ｈ１が排出されない時は、第２熱交換器５で温度が下降した循環水Ｗ(c)は、高温の排水Ｈ１の冷却用として低温タンク７に貯留される。そのため、熱を無駄に排出することがないので省エネである。また、排水を冷却するための井戸水等の温度希釈水を無駄に使用しないので、環境保護になる。
さらに、排水Ｈ１による熱の供給量と熱利用手段６での熱の需要量とが一致しなくても、必要な時に蓄熱された熱をタンクから取り出して用いることができる。
なお、排水ポンプＰ１と第１ポンプＰ２とが協同して動作するように制御しておくこともできる。例えば、排水の温度（または排水Ｈ１を貯留する貯槽８に貯蓄された排水の温度）が高温であること、具体的には６０℃を超える温度であること、かつ低温タンクに貯蓄された循環水Ｗ(c)の液量が一定レベル以上である場合に、排水ポンプＰ１および第１ポンプＰ２を協同して運転可とするような制御を挙げることができる。
【００２５】
排水処理手段３は、排水Ｈ１を公共下水に放流できるように、ｐＨを調節したり、有機物、リンおよび窒素を除去するものである。図３を用いて排水処理手段３の実施の形態を説明する。排水処理手段３は、排水Ｈ１を貯留する貯槽８と、第１熱交換器２で冷却された排水Ｈ１’を生物処理するための排水処理施設９とからなる。
また、前記排水処理施設９では、排水Ｈ１’は生物処理により浄化され、公共下水に放流される。
【００２６】
前記第１熱交換器２で高温の排水Ｈ１が熱交換され、温度が下げられると、その後に続く排水の生物処理の工程において流入する排水の温度も安定する。特に夏場において、過度に温度が上昇した排水の流入を防ぐことができるので、微生物を用いた排水処理施設９の処理能力が安定する。
【００２７】
図４を用いて熱利用手段６の実施の形態を説明する。熱利用手段６は、缶ウォーマ１０と、ボイラー設備１１と、洗浄水加熱設備１２とからなる。前記缶ウォーマ１０は、内容物が充填された缶製品に約２５〜４０℃の温水を散水することで、箱詰めする前に缶表面が結露しないように防止する装置である。その缶ウォーマ１０では、シャワー用水Ｅ１が、シャワー用ポンプＰ４により第２熱交換器５に送られ循環水Ｗ(h)と熱交換されて温められ（Ｅ１´）、缶製品に散水される。そして、缶製品を約２０℃に昇温し、缶表面の結露を防止している。
【００２８】
前記ボイラー設備１１は、純水Ｅ２が蓄えられた純水タンク１３と、その純水タンク１３の純水Ｅ２を第２熱交換器５に送るボイラー水補給ポンプＰ５と、第２熱交換器５で循環水Ｗ(h)と熱交換され予備加熱された純水Ｅ２´を貯留するボイラー給水タンク１４と、そのボイラー給水タンク１４の純水を加熱し水蒸気を生成するボイラー１５とからなる。そのボイラー１５により生成された水蒸気は、他の生産工程２１などに送られる。このボイラー設備１１では、循環水W(h)により純水E２が、３０〜６０℃に予備加熱されて貯蓄されている。
前記洗浄水加熱設備１２は、洗浄水Ｅ３が蓄えられた洗浄水タンク１６と、その洗浄水タンク１６の洗浄水Ｅ３を第２熱交換器５に送る洗浄水ポンプＰ６と、第２熱交換器５で循環水Ｗ(h)と熱交換され予備加熱された洗浄水Ｅ３´を貯留する洗浄温水タンク１７とからなる。この洗浄水加熱設備１２では、洗浄水Ｅ３が上記のボイラー設備１１の純水Ｅ２と同様に予備加熱され、貯蓄されている。
【００２９】
このように、缶ウォーマ１０では、シャワー用水Ｅ１を第２熱交換器５により加温してそのまま散水することができるので、従来必要であったシャワー用水の加熱設備をなくすことができ、加熱設備に要していたエネルギーを削減することができるので、省エネである。また、ボイラー設備１１あるいは洗浄水加熱設備１２は、純水あるいは洗浄水などを予備的に加温して貯留させておくので、その後のボイラー１５による加熱工程等のエネルギーや設備等を削減することができ、省エネである。
【００３０】
図５は、排熱回収システム１をビール工場に用いた実施の形態を示す配管図である。図５に示す排熱回収システム２０は、前記排熱回収システム１の排水処理手段３としての貯槽８および排水処理施設９と、熱利用手段６としての缶ウォーマ１０、ボイラー設備１１および洗浄水加熱設備１２とを備えている。なお、前述の説明と重複する箇所には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
前記排熱回収システム２０を、生産排水の流れる経路を中心にして説明する。仕込工程からの生産排水Ｈ１は、貯槽８に流入する。このときの排水Ｈ１は約１，０００ｍ３／日の流量であり、その温度は約６５℃である。前記貯槽８に貯留されている排水Ｈ１の温度も約６５℃である。その貯槽８より生産排水Ｈ１は、排水ポンプＰ１によって第１熱交換器２に通水される。その排水ポンプＰ１の流量は約５０ｍ３／ｈである。
【００３２】
前記生産排水Ｈ１は、第１熱交換器２で循環水Ｗ(c)と熱交換され、約４３℃に冷却される。その冷却された生産排水Ｈ１´は、排水処理施設９に向かう経路の途中で、他の工程からの排水Ｈ２と混合される。その排水Ｈ２の流量は約５，０００ｍ３／日で、温度は約３５〜４５℃である。混合された排水Ｈ（Ｈ１＋Ｈ２）は、流量が約６，０００ｍ３／日で、夏場において温度が約３６〜４０℃であり、排水処理施設９に流入する。
【００３３】
前記排水処理施設９では、嫌気的な排水処理および好気的な排水処理が行なわれ、排水を浄化した後、公共下水に放流する。その放流量は約６，０００ｍ３／日で、温度は４０℃以下である。
【００３４】
このように、排熱回収システム２０において、排水処理施設９に流入する排水温度が約３６〜４０℃であるので、従来技術のように温度希釈水として、井戸水Ｊ（図７参照）を加えなくてもよい。特に夏場においては、過度に高い温度の排水Ｈが排水処理施設９に流入しないので、安定した生物を用いた排水処理を行うことができる。
【００３５】
次に、排熱回収システム２０を循環水の流れる経路を中心にして説明する。前記低温タンク７には循環水Ｗ(c)が貯留されている。その低温タンク７の容積は約１００ｍ３で、貯留されている循環水Ｗ(c)の温度は約３７℃である。低温タンク７に貯留されている循環水Ｗ(c)は、第１ポンプＰ２により第１熱交換器２へ通水される。その第１ポンプＰ２の流量は約４５ｍ３／ｈである。なお、第１熱交換器２の入口側には第１熱交換器バルブ２６が設けられ、第１熱交換器２に流入する循環水Ｗ(c)の流れを調整することができる（図６参照）。前記第１熱交換器２において循環水Ｗ(c)は排水Ｈ１と熱交換されて温度が約６０℃に温められ（Ｗ(h)）、高温タンク４に貯留される。その高温タンク４の容積は約１００ｍ３である。
【００３６】
前記高温タンク４に貯留された循環水Ｗ(h)は、第２ポンプＰ３により流量約８０ｍ３／ｈで第２熱交換器５に通水される。第２熱交換器５は缶ウォーマ１０、ボイラー設備１１および洗浄水加熱設備１２等のための複数個の熱交換器により構成されている。前記循環水Ｗ(h)は第２熱交換器５で熱利用手段６に熱を奪われ温度が約３７℃とされ、再び低温タンク７に戻される。なお、第２熱交換器５の入口側には第２熱交換器バルブ１８が設けられ、第２熱交換器５に流入する循環水Ｗ(h)の流れを調整することができる。また、高温タンク７と低温タンク４の間にはバイパスが設けられており、そのバイパスを開けたり、閉じたりするバイパスバルブ１９が設けられている。
【００３７】
前記缶ウォーマ１０では４つの第２熱交換器５、５、５、５により温度約３４℃の温水が得られ、その温水がシャワー用のポンプＰ４により缶製品に散水される。また、ボイラー設備１１は、純水タンク１３に蓄えられた温度約２０℃の純水がボイラー水補給用ポンプＰ５により第２熱交換器５に通水され、温度約５５℃の温水としてボイラー給水タンク１４に貯留されている。また、洗浄水タンク１６に蓄えられた温度約２０℃の洗浄水は、洗浄水ポンプＰ６により第２熱交換器５に通水され、温度約５９℃の温水として、洗浄温水タンク１７に貯留される。
なお、第２ポンプＰ３は、高温タンク４の液温が一定温度以上（具体的には５０℃以上、好ましくは５５℃以上）、液量が一定レベル以上である場合に運転可となるように制御しておくことが好ましい。前記シャワー用のポンプＰ４は缶ウォーマ１０が稼動している場合にＯＮとなる。また、前記ボイラー水補給用ポンプＰ５はボイラー設備１１のボイラー給水タンク１４が一定の液量以下となった場合、および洗浄水ポンプＰ６は洗浄水加熱設備１２の洗浄温水タンク１７が一定の液量以下となった場合に稼動する。したがって、前記シャワー用のポンプＰ４、前記ボイラー水補給用ポンプＰ５または洗浄水ポンプＰ６のいずれか運転時に、第２ポンプＰ３が動作するように制御しておくことが好ましい。
【００３８】
このように、排熱回収システム２０によれば、排水Ｈ１の熱を回収して公共下水への放流温度を４０℃以下にすることができる。そして、回収した熱により缶ウォーマ１０、ボイラー設備１１および洗浄水加熱設備１２に用いる温水あるいはボイラーの予備加熱用の温水を得ることができるので、省エネである。この排熱回収システム２０により、従来の缶ウォーマ用の温水を生成するために使用される水蒸気の量を約７０００ｔ／年削減することができた。
【００３９】
図６は、本発明の排熱回収システムのさらに他の実施例を示す配管図である。図６に示す排熱回収システム２２は、前述した排熱回収システム２０とほぼ同じであるので、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。排熱回収システム２２の熱利用手段６は、缶ウォーマ１０の他に、瓶ウォーマ１０ａ、炭酸ガス・窒素ガス蒸発器１０ｂおよびその他設備１０ｃ等がある。瓶ウォーマ１０ａは缶ウォーマ１０と同様に内容物が充填された瓶製品に温水を散水し、ラベルを貼る際に瓶表面が結露しないようにする装置である。炭酸ガス・窒素ガス蒸発器１０ｂはビール製造プロセスに炭酸ガス・窒素ガスを供給する為、液化炭酸ガス及び液化窒素を蒸発させる装置である。
その他設備１０ｃとしては、糖化スターチ貯留タンクの温度保持設備、ビール製造プロセスタンク洗浄設備、暖房用空調機、床暖房装置あるいは除湿機の再生ヒータなどである。
【００４０】
ビール工場でビール・発泡酒等が約２８０，０００ＫＬ／年生産される場合、前記缶ウォーマ１０で必要とされる熱量は約２３,６００ＧＪ／年である。瓶ウォーマ１０ａでは約１，６００ＧＪ／年であり、炭酸ガス・窒素ガス蒸発器１０ｂでは約４,８００ＧＪ／年であり、ボイラー設備１１では約３，８００ＧＪ／年であり、洗浄水加熱設備１２では約７，３００ＧＪ／年である。これらの使用熱量の総和は約４１，１００ＧＪ／年である。
【００４１】
また、熱回収システム２２の排水処理施設３には、仕込排水貯槽８の他に、醗酵排温水回収タンク２３、ろ過排温水回収タンク２４および樽詰排温水回収タンク２５がある。前記仕込排水貯槽８は容積が４０ｍ３で、平均６５℃の排水が年間約２００，０００ｍ３排水される。醗酵排温水回収タンク２３は容積が５０ｍ３で、平均７５℃程度の排水が年間約２５，０００ｍ３排水される。ろ過排温水回収タンク２４は容積が５０ｍ３で、平均７５℃程度の排水が年間約４０，０００ｍ３排水される。樽詰排温水回収タンク２５は容積が１０ｍ３で、平均８０℃程度の排水が年間約２７，０００ｍ３排水される。また、仕込排水貯槽８、発酵排温水回収タンク２３およびろ過排温水回収タンク２４に接続された排水ポンプＰ１の流量はそれぞれ５０ｍ３／ｈであり、樽詰排温水回収タンク２５の排水ポンプＰ１の流量は７ｍ３／ｈである。
【００４２】
このように、排水は、その工程により排水量、温度あるいはその性質も異なる。同じ性質の排水を１つのタンクに貯留するので、浮遊しているスラッジが少ない排水の場合には、熱交換器内での圧損が少ないので、熱交換器において熱交換するための流路断面積を小さくできる。反対に、スラッジ等を多く含む排水の場合は熱交換器内の圧損が大きくなりやすいので、圧損を小さくするなどの対策を講じることができる。そのため、排水毎に効率よく排熱を回収することができる。さらに、排水は一旦貯槽・タンクに貯留されるので、高温の排水が集中しても、貯槽・タンクに溜めておいて、必要に応じて取り出すことができる。この場合、タンクを断熱する効果が高い。確実に排水の温度を低下させた後に、排水を生物処理施設に通水することができるため、安定したシステムである。
【００４３】
前記４つのタンクに貯留された排水は、それぞれ第１熱交換器５、５、５、５により水温４３℃となり、排水処理施設９（図５参照）に流れる。その際に回収される熱量は、仕込排水貯槽８では約１８，４００ＧＪ／年であり、醗酵排温水回収タンク２３では約３，４００ＧＪ／年であり、ろ過排温水回収タンク２４では約５，４００ＧＪ／年であり、樽詰排温水回収タンク２５では約４，２００ＧＪ／年である。そして回収熱量の総和は約３１，４００ＧＪ／年である。前述した使用熱量の総和が約４１，１００ＧＪ／年であるので、排水は確実に冷却され使用熱量の７６％を削減できる。
【００４４】
なお、この排熱回収システム２２では、高温タンク４から熱利用手段６に供給される循環水Ｗと低温タンク７から排熱処理手段３に供給される循環水Ｗが、それぞれのタンクにより系統分離されている。
このような場合、高温タンク４の循環水Ｗを他の熱利用手段に供給する、あるいは低温タンク７の循環水Ｗを他の排熱処理手段に供給する事が容易になり、スケールアップを簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は本発明の排熱回収システムを示す概略配管図である。
【図２】図２は本発明の排熱回収システムを示す概略配管図である。
【図３】図４は本発明に関わる排水処理手段を示す概略配管図である。
【図４】図４は本発明に関わる熱利用手段を示す概略配管図である。
【図５】図５は本発明の排熱回収システムの他の実施例を示す配管図である。
【図６】図６は本発明の排水回収システムのさらに他の実施例を示す配管図である。
【図７】図７ａは従来のビール工場における生産排水の処理の概略配管図、図７ｂは従来のビール工場の製造工程における缶ウォーマの概略配管図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 排水からの排熱回収システム
２ 第１熱交換器
３ 排水処理手段
４ 高温タンク
５ 第２熱交換器
６ 熱利用手段
７ 低温タンク
８ 貯槽
９ 排水処理施設
１０ 缶ウォーマ
１０ａ 瓶ウォーマ
１０ｂ 炭酸ガス・窒素ガス蒸発器
１０ｃ その他設備
１１ ボイラー設備
１２ 洗浄水加熱設備
１３ 純水タンク
１４ ボイラー給水タンク
１５ ボイラー
１６ 洗浄水タンク
１７ 洗浄温水タンク
１８ 第２熱交換器バルブ
１９ バイパスバルブ
２０ 排熱回収システム
２１ 他の生産工程
２２ 排熱回収システム
２３ 醗酵排温水タンク
２４ ろ過排温水回収タンク
２５ 樽詰排温水回収タンク
２６ 第１熱交換器バルブ
Ｐ１ 排水ポンプ
Ｐ２ 第１ポンプ
Ｐ３ 第２ポンプ
Ｐ４ シャワー用ポンプ
Ｐ５ ボイラー水補給ポンプ
Ｐ６ 洗浄水ポンプ
Ｈ 生産排水
E 第２熱交換器に供給される熱利用手段の水（シャワー用水、ボイラー用水、洗浄水用水、等）
Ｗ 循環水
Ｊ 井戸水
【技術分野】
【０００１】
本発明は生産排水の排熱を回収するシステムに関する、さらに詳しくは、公共下水に放流する前の生産排水から排熱を回収して有効に用いる排水からの排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場、特に飲食品を製造する工場からは、原料や容器の洗浄水などの高温の有機性の排水が大量に発生する。その排水は、井戸水などで温度希釈された後に、生物排水処理が施され、公共下水に放流されている。以下に、このような排水を公共下水に放流するための従来技術について、ビール工場を例にして説明する。
【０００３】
従来のビール工場における生産排水の処理の概略配管図を図７ａに示す。図７ａに示すように、ビール工場の生産工程１０１より排出される生産排水Ｈは、有機物・リンおよび窒素を除去する排水処理施設１０２を経て公共下水に放流される。前記排水処理施設１０２に流入する生産排水Ｈは流量約６，０００ｍ３／日で、夏期において温度約４０〜４３℃である。その排水Ｈは、排水処理施設１０２に流入する前に、井戸水Ｊが加えられ排水の温度が４０℃以下になるように温度希釈されている。
【０００４】
また、図７ｂには従来のビール工場の製造工程における熱を利用する手段の概略配管図を示す。図７ｂには、缶ウォーマ１０３と、ボイラー設備１０４と、洗浄水加熱設備１０５とが示されている。缶ウォーマ１０３は、内容物が充填された缶製品に、水蒸気を熱源とする温水を散水し、箱詰めする前に缶表面が結露しないようにする装置である。
【０００５】
前記缶ウォーマ１０３に用いられる水蒸気は、前記ボイラー設備１０４より得られる。その水蒸気は、純水タンク１０６に蓄えられた純水が、ボイラー給水タンク１０７を介してボイラー１０８で加熱されることにより生成される。生成された水蒸気は、缶ウォーマ１０３の散水用の水を蓄えた温水槽に投入され、その水温を上昇させる。このようにして得られた缶ウォーマ用の温水が缶製品に散水される。前記缶ウォーマ１０３用の温水を生成するために用いられる熱量は約２３,６００ＧＪ／年である。
【０００６】
また、ボイラー１０８により生成された水蒸気は、他の熱を必要とする工程１０９あるいは洗浄水加熱設備１０５に用いられる。その洗浄水加熱設備１０５は、洗浄水タンク１１０に蓄えた洗浄水を前記ボイラー１０８により生成した水蒸気と熱交換器１１１で熱交換し、洗浄温水タンク１１２に貯留している。
【０００７】
排熱を利用する技術としては、特許文献１に、炭焼き窯、食品加熱用石窯などの商用窯の炉体の基礎中に通水可能な管を配設し、炉体からの伝熱により温水を得ること、得られた温水は入浴、サウナ浴あるいは温砂浴などの温熱治療に利用されることが開示されている。また、特許文献２に、家庭用風呂の温排水から熱を回収し給湯装置に利用することが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−５５０９９
【特許文献２】特開昭５７−５５３３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
工場、特に飲食品を製造する工場では大量に高温の生産排水が排出される。その生産排水は生物排水処理施設により浄化され、公共下水に放流される。夏季になると、その処理施設に流入する生産排水の温度が４０℃を超える場合がある。前記処理施設に流入する排水の温度変化が大きいと安定した生物処理の能力が維持できない。また、極端に高温の排水が流入すると、生物の活性が低下する恐れがある。そのため、生物処理が施される前に、井戸水により排水の温度を４０℃以下にするように温度希釈される。
【００１０】
一方、工場の生産工程では、缶ウォーマ・瓶ウォーマ・洗浄水加熱設備・ボイラー設備・炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器のように熱源を必要とする工程がある。近年、工場等における消費エネルギーの節約が重要視されている。前記の大量に排出される生産排水（温水）の熱エネルギーを回収し、熱源を必要とする工程のために用いることができれば省エネとなる。しかし、排水から得られる熱の供給と生産工程に必要な熱の需要とは、必ずしも需要と供給のバランスが取れていないので、効率よく熱を回収するのが困難である。また、生産排水の温度が約６０℃程度のようにあまり高くない場合には、その熱を用いる用途が限られる。
【００１１】
そこで、本発明では排水が保有する熱量を簡易なシステムで回収し、かつ、有効に利用することができる排熱回収システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の排熱回収システム（請求項１）は、排水と該排水よりも低温である循環水との熱交換を行う第１熱交換器と、その第１熱交換器から排出される加温された循環水が通水される第２熱交換器と、その第２熱交換器から得られる温熱を利用する熱利用手段とを備えた排水からの排熱回収システムであって、前記第２熱交換器から排出される冷却された循環水が前記第１熱交換器に通水されることを特徴としている。
【００１３】
このような排熱回収システムは、第１熱交換器から排出される加温された循環水を貯留する高温タンクと、第２熱交換器から排出される冷却された循環水を貯留する低温タンクとを備えていることが好ましい（請求項２）。また、排水を貯留する排水タンクを備えていることが好ましく（請求項３）、その排水タンクを複数個有する場合には、排水タンク毎に第１熱交換器が配置されていることが好ましい（請求項４）。これは、例えばビール工場の場合に、排水がビール製造プロセスにおける種々の高温排水であり、それら排水がそれぞれ別個の貯槽・タンクに貯留され、それら貯槽・タンク毎に第１熱交換器が配置されていることを意味するものである。
また、前記熱利用手段が缶ウォーマ、瓶ウォーマ、洗浄水加熱設備、ボイラー設備、炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器から選択される少なくとも１以上の手段であるものが好ましい（請求項５）。
さらに、第１熱交換器から排出される冷却された排水を処理する排水処理手段を備えたものが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排熱回収システム（請求項１）は、循環水を２つの熱交換器（第１熱交換器、第２熱交換器）に通水して循環させるという簡易なシステムで、生産排水の排熱を回収して熱エネルギーとして有効に利用することができるばかりか、生産工程から発生する冷熱をも回収して排水等を冷却することに役立てることができるものである。すなわち、循環水を熱媒体として工場内の各設備（各工程）に接触させることにより、生産過程で発生する温熱および冷熱を熱エネルギーとして総合的に有効利用できるものである。
また、本発明の排熱回収システム（請求項２）は、第１熱交換器から排出される加温された循環水を貯留する高温タンクと、第２熱交換器から排出される冷却された循環水を貯留する低温タンクとを備えている。高温の排水と熱交換されて温度が上昇した循環水が高温タンクに貯留されるので、熱利用手段の停止時には、循環水を高温タンクに貯留することで、排熱を蓄熱させておくことができる。また、第２熱交換器では循環水と熱利用手段との間で熱交換される。その熱交換により温度が降下した循環水は低温タンクに貯留される。そのため、高温の排水が排出されない時には、高温の排水の冷却用の循環水として低温タンクに貯留される。
このように、熱利用手段と排水とに必要とされる熱を、循環水を熱媒体として高温および低温のタンクに蓄熱することができるので、無駄に熱を捨てることがなく、省エネである。さらに、排水による熱の供給と熱利用手段による熱の需要とが同時に行われなくても、必要な時に蓄熱された熱を循環水としてタンクより取り出して用いることができる。
【００１５】
排水を連続的に第１熱交換器に通水して熱交換を行ってもよいが、排水タンクを設けて排水を一時的に貯水した後に熱交換を行う、すなわちバッチ式に第１熱交換器に通水するシステムが、安定性および効率面から有用である（請求項３）。排水タンクを設置すると、高温の排水が短時間に集中して排出されても、排水タンクに一時溜めておいて必要に応じて取り出すことができ、確実に温度を下げてから排水を生物処理施設に通水する等の処理を行うことができるためである。
排水タンクを複数個備える場合には、それらタンク毎に第１熱交換器を配置する（請求項４）。例えば、前記排水がビール製造プロセスにおける種々の高温排水であり、それら排水がそれぞれ別個のタンクに貯留され、それらタンク毎に第１熱交換器が配置される場合は、同じ性質の排水を１つのタンクに貯留するので、浮遊しているスラッジが少ない排水の場合には、熱交換器内での圧損が少ないので、熱交換器において熱交換するための流路断面積を小さくできる。反対に、スラッジ等を多く含む排水の場合は熱交換器内の圧損が大きくなりやすいので、圧損を小さくするなどの対策を講じることができる。そのため、排水毎に効率よく排熱を回収することができる。
また、前記熱利用手段が、缶ウォーマ、瓶ウォーマ、洗浄水加熱設備、ボイラー設備、炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器から選択される少なくとも１以上の手段である場合は（請求項５）、排水と共に排出される、使い道の乏しい６０℃程度の熱を有効に活用することができ、かつ、排水の温度を下げることができる。また、排熱を有効に活用することで、例えば、従来の缶ウォーマ用の温水を生成するために使用される水蒸気を大幅に削減できる。
さらに、第１熱交換器から排出される冷却された排水を処理する排水処理手段を備えた場合には（請求項６）、排水処理施設に流入する排水の温度を大量の温度希釈水などを用いて調整をしなくても、安定させることができる。そのため、温度希釈水の工程を省くことができ、施設の排水処理能力が向上・安定するばかりか、排水を冷却するために使用される温度希釈水（井戸水）の使用をなくすもしくは大幅に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
つぎに図面を参照しながら本発明の排熱回収システムを説明する。図１および図２は本発明の排熱回収システムを示す概略配管図、図３は本発明に関わる排水処理手段の実施例を示す概略配管図、図４は本発明に関わる熱利用手段の実施例を示す概略配管図、図５は本発明の排熱回収システムの他の実施例を示す配管図、図６は本発明の排水回収システムのさらに他の実施例を示す配管図である。
【００１７】
図１に、本発明の請求項１に係る排水からの排熱回収システム１の概略図を示す。排熱回収システム１は、高温の排水Ｈ１とその排水よりも低温である循環水Ｗ(c)との間で熱交換を行う第１熱交換器２と、その第１熱交換器２から排出される加温された循環水Ｗ(h)が通水される第２熱交換器５と、その第２熱交換器５により得られた温熱Ｅ´を利用する熱利用手段６とからなり、前記第２熱交換器５により冷却された循環水Ｗ(c)が、前記第１熱交換器２に通水されるシステムである。
本発明では、前記第２熱交換器５により冷却された循環水Ｗ(c)を、高温の排水Ｈ１を冷却させるための冷却媒体として再利用することができる。第２熱交換器５により冷却された循環水Ｗ(c)は、そのままの状態で第１熱交換器２に供給してもよいし、一旦タンクに貯蓄させてから第１熱交換器２に供給してもよい（図２参照）。いずれにせよ、循環水Ｗが循環しているので、循環水Ｗ(c)を別途用意する必要はなく、極めて簡便にかつ経済的に生産過程に発生する温熱および冷熱を回収して熱エネルギーとして有効に利用できるシステムである。
【００１８】
前記排水Ｈ１は、ビール工場、食品工場などの排水であり、有機物、リンあるいは窒素などを含んでいてもよい。排水のＨ１の液温は特に限定されないが、本発明は、排水と該排水よりも低温である循環水との熱交換を行うことによって、排水から排熱を回収するものであるから、ある程度高温であることが好ましく、具体的には５０℃以上、より好ましくは６０℃以上がよい。また、液温の上限は特に限定されないが、安全性の観点から、９５℃以下、好ましくは９０℃以下がよい。
前記循環水Ｗ（Ｗ(c)、Ｗ(h)）は、熱媒体として利用可能であれば水に限定されるものではなく、不凍液なども用いることができるが、安全性の観点から水が好適に用いられる。循環水Ｗ(c)の液温は、排水Ｈ１よりも低温であれば特に限定されないが、排水処理の観点から、前記排水Ｈ１が第１熱交換器２によって４０℃以下まで冷却されることが好ましい。したがって、循環水Ｗ(c)の液温は、４０℃以下、好ましくは３０℃以下、より好ましくは２０℃程度がよい。
【００１９】
前記第１熱交換器２には、スラッジを多く含む排水の場合、スラリーの熱交換に適したスパイラル熱交換器などが用いられる。そのスパイラル熱交換器としては、２枚の金属板をスパイラル状に巻き付け２つの流路を形成したものがある。なお、スパイラル熱交換器の他に、多管式等単一流路の熱交換器を用いてもよい。スラッジを含まない排水の場合はプレート式熱交換器等を用いてもよい。前記第２熱交換器５はプレート式熱交換器であるが、第１熱交換器２と同様にスパイラル熱交換器あるいは多管式等の熱交換器を用いることができる。
【００２０】
前記熱利用手段６は、第２熱交換器５により循環水Ｗ(h)と熱交換することにより温熱Ｅ´を得て工場の生産工程に利用する手段である。すなわち、熱利用手段６は、前記第２熱交換器５により得られる温熱Ｅ´を熱源として利用する手段である。熱源を必要とする手段であれば特に制限されず、具体的には、缶ウォーマ、瓶ウォーマ、洗浄水加熱設備、ボイラー設備、炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器等を例示することができる。また、第２熱交換器へ供給される前記熱利用手段６の熱媒体Ｅの態様は、熱利用手段６の熱源の好ましい態様により液体、気体等、その状態を問うものではないが、伝熱効率の観点から液体を好適に用いることができる。上記の缶ウォーマ、瓶ウォーマでは、シャワー用水Ｅ１を加温して温水Ｅ１´を得、また上記のボイラー設備では純水Ｅ２を加温してボイラー用温水Ｅ２´を得、洗浄水加熱設備では、洗浄水Ｅ３を加温して洗浄用温水Ｅ３´を得ている（図４参照）。
【００２１】
また、図２に、本発明の請求項２に係る排水からの排熱回収システム１の概略図を示す。排熱回収システム１は、高温の排水Ｈ１と循環水Ｗ(c)との間で熱交換を行う第１熱交換器２と、前記第１熱交換器２により熱交換された循環水Ｗ(h)を貯留する高温タンク４と、その高温タンク４に蓄えられる循環水Ｗ(h)が熱交換される第２熱交換器５と、その第２熱交換器５により得られた温熱を利用する熱利用手段６と、前記第２熱交換器５により熱交換された循環水Ｗ(c)を貯留する低温タンク７とからなる。なお、図２には、本発明の請求項６に係る第１熱交換器２により熱交換された排水Ｈ１’を処理する排水処理手段３も図示されている。
【００２２】
前記高温タンク４および低温タンク７は断熱材により保温されている。また、高温タンク４および低温タンク７のそれぞれの容量は、容量が大きいほど蓄えられる熱量を多くすることができるが、排水Ｈ１からの排熱の供給量および熱利用手段６が利用する熱の需要量に応じて設計されるのが好ましい。
【００２３】
このように形成される排熱回収システム１が稼動する状態を、図２を用いて説明する。工場等から排出される高温の排水Ｈ１は排水ポンプＰ１により第１熱交換器２に通水される。一方、低温タンク７に貯留された循環水Ｗ(c)は第１ポンプＰ２により第１熱交換器２に通水される。前記排熱Ｈ１と循環水Ｗ(c)とは第１熱交換器２で熱交換され、排水Ｈ１の温度は下降し、循環水Ｗ(c)の温度は上昇する。温度が上昇した循環水Ｗ(h)は高温タンク４に貯留される。その高温タンク４に貯留された循環水Ｗ(h)は第２ポンプＰ３により第２熱交換器５に通水される。その第２熱交換器５では循環水Ｗ(h)と熱利用手段６とが熱交換を行い、循環水Ｗ(h)の温度が下降する。温度が下降した循環水Ｗ(c)は低温タンク７に送られ、貯留される。
【００２４】
このように図１の排熱回収システム１は、排水Ｈ１側と熱利用手段６側とで、それぞれ別個に蓄熱することができる。すなわち、熱利用手段６の停止時には、第１熱交換器２で高温の排水Ｈ１と熱交換された循環水Ｗ(h)を高温タンク４に貯留することで、排熱を蓄熱させておくことができる。また、高温の排水Ｈ１が排出されない時は、第２熱交換器５で温度が下降した循環水Ｗ(c)は、高温の排水Ｈ１の冷却用として低温タンク７に貯留される。そのため、熱を無駄に排出することがないので省エネである。また、排水を冷却するための井戸水等の温度希釈水を無駄に使用しないので、環境保護になる。
さらに、排水Ｈ１による熱の供給量と熱利用手段６での熱の需要量とが一致しなくても、必要な時に蓄熱された熱をタンクから取り出して用いることができる。
なお、排水ポンプＰ１と第１ポンプＰ２とが協同して動作するように制御しておくこともできる。例えば、排水の温度（または排水Ｈ１を貯留する貯槽８に貯蓄された排水の温度）が高温であること、具体的には６０℃を超える温度であること、かつ低温タンクに貯蓄された循環水Ｗ(c)の液量が一定レベル以上である場合に、排水ポンプＰ１および第１ポンプＰ２を協同して運転可とするような制御を挙げることができる。
【００２５】
排水処理手段３は、排水Ｈ１を公共下水に放流できるように、ｐＨを調節したり、有機物、リンおよび窒素を除去するものである。図３を用いて排水処理手段３の実施の形態を説明する。排水処理手段３は、排水Ｈ１を貯留する貯槽８と、第１熱交換器２で冷却された排水Ｈ１’を生物処理するための排水処理施設９とからなる。
また、前記排水処理施設９では、排水Ｈ１’は生物処理により浄化され、公共下水に放流される。
【００２６】
前記第１熱交換器２で高温の排水Ｈ１が熱交換され、温度が下げられると、その後に続く排水の生物処理の工程において流入する排水の温度も安定する。特に夏場において、過度に温度が上昇した排水の流入を防ぐことができるので、微生物を用いた排水処理施設９の処理能力が安定する。
【００２７】
図４を用いて熱利用手段６の実施の形態を説明する。熱利用手段６は、缶ウォーマ１０と、ボイラー設備１１と、洗浄水加熱設備１２とからなる。前記缶ウォーマ１０は、内容物が充填された缶製品に約２５〜４０℃の温水を散水することで、箱詰めする前に缶表面が結露しないように防止する装置である。その缶ウォーマ１０では、シャワー用水Ｅ１が、シャワー用ポンプＰ４により第２熱交換器５に送られ循環水Ｗ(h)と熱交換されて温められ（Ｅ１´）、缶製品に散水される。そして、缶製品を約２０℃に昇温し、缶表面の結露を防止している。
【００２８】
前記ボイラー設備１１は、純水Ｅ２が蓄えられた純水タンク１３と、その純水タンク１３の純水Ｅ２を第２熱交換器５に送るボイラー水補給ポンプＰ５と、第２熱交換器５で循環水Ｗ(h)と熱交換され予備加熱された純水Ｅ２´を貯留するボイラー給水タンク１４と、そのボイラー給水タンク１４の純水を加熱し水蒸気を生成するボイラー１５とからなる。そのボイラー１５により生成された水蒸気は、他の生産工程２１などに送られる。このボイラー設備１１では、循環水W(h)により純水E２が、３０〜６０℃に予備加熱されて貯蓄されている。
前記洗浄水加熱設備１２は、洗浄水Ｅ３が蓄えられた洗浄水タンク１６と、その洗浄水タンク１６の洗浄水Ｅ３を第２熱交換器５に送る洗浄水ポンプＰ６と、第２熱交換器５で循環水Ｗ(h)と熱交換され予備加熱された洗浄水Ｅ３´を貯留する洗浄温水タンク１７とからなる。この洗浄水加熱設備１２では、洗浄水Ｅ３が上記のボイラー設備１１の純水Ｅ２と同様に予備加熱され、貯蓄されている。
【００２９】
このように、缶ウォーマ１０では、シャワー用水Ｅ１を第２熱交換器５により加温してそのまま散水することができるので、従来必要であったシャワー用水の加熱設備をなくすことができ、加熱設備に要していたエネルギーを削減することができるので、省エネである。また、ボイラー設備１１あるいは洗浄水加熱設備１２は、純水あるいは洗浄水などを予備的に加温して貯留させておくので、その後のボイラー１５による加熱工程等のエネルギーや設備等を削減することができ、省エネである。
【００３０】
図５は、排熱回収システム１をビール工場に用いた実施の形態を示す配管図である。図５に示す排熱回収システム２０は、前記排熱回収システム１の排水処理手段３としての貯槽８および排水処理施設９と、熱利用手段６としての缶ウォーマ１０、ボイラー設備１１および洗浄水加熱設備１２とを備えている。なお、前述の説明と重複する箇所には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
前記排熱回収システム２０を、生産排水の流れる経路を中心にして説明する。仕込工程からの生産排水Ｈ１は、貯槽８に流入する。このときの排水Ｈ１は約１，０００ｍ３／日の流量であり、その温度は約６５℃である。前記貯槽８に貯留されている排水Ｈ１の温度も約６５℃である。その貯槽８より生産排水Ｈ１は、排水ポンプＰ１によって第１熱交換器２に通水される。その排水ポンプＰ１の流量は約５０ｍ３／ｈである。
【００３２】
前記生産排水Ｈ１は、第１熱交換器２で循環水Ｗ(c)と熱交換され、約４３℃に冷却される。その冷却された生産排水Ｈ１´は、排水処理施設９に向かう経路の途中で、他の工程からの排水Ｈ２と混合される。その排水Ｈ２の流量は約５，０００ｍ３／日で、温度は約３５〜４５℃である。混合された排水Ｈ（Ｈ１＋Ｈ２）は、流量が約６，０００ｍ３／日で、夏場において温度が約３６〜４０℃であり、排水処理施設９に流入する。
【００３３】
前記排水処理施設９では、嫌気的な排水処理および好気的な排水処理が行なわれ、排水を浄化した後、公共下水に放流する。その放流量は約６，０００ｍ３／日で、温度は４０℃以下である。
【００３４】
このように、排熱回収システム２０において、排水処理施設９に流入する排水温度が約３６〜４０℃であるので、従来技術のように温度希釈水として、井戸水Ｊ（図７参照）を加えなくてもよい。特に夏場においては、過度に高い温度の排水Ｈが排水処理施設９に流入しないので、安定した生物を用いた排水処理を行うことができる。
【００３５】
次に、排熱回収システム２０を循環水の流れる経路を中心にして説明する。前記低温タンク７には循環水Ｗ(c)が貯留されている。その低温タンク７の容積は約１００ｍ３で、貯留されている循環水Ｗ(c)の温度は約３７℃である。低温タンク７に貯留されている循環水Ｗ(c)は、第１ポンプＰ２により第１熱交換器２へ通水される。その第１ポンプＰ２の流量は約４５ｍ３／ｈである。なお、第１熱交換器２の入口側には第１熱交換器バルブ２６が設けられ、第１熱交換器２に流入する循環水Ｗ(c)の流れを調整することができる（図６参照）。前記第１熱交換器２において循環水Ｗ(c)は排水Ｈ１と熱交換されて温度が約６０℃に温められ（Ｗ(h)）、高温タンク４に貯留される。その高温タンク４の容積は約１００ｍ３である。
【００３６】
前記高温タンク４に貯留された循環水Ｗ(h)は、第２ポンプＰ３により流量約８０ｍ３／ｈで第２熱交換器５に通水される。第２熱交換器５は缶ウォーマ１０、ボイラー設備１１および洗浄水加熱設備１２等のための複数個の熱交換器により構成されている。前記循環水Ｗ(h)は第２熱交換器５で熱利用手段６に熱を奪われ温度が約３７℃とされ、再び低温タンク７に戻される。なお、第２熱交換器５の入口側には第２熱交換器バルブ１８が設けられ、第２熱交換器５に流入する循環水Ｗ(h)の流れを調整することができる。また、高温タンク７と低温タンク４の間にはバイパスが設けられており、そのバイパスを開けたり、閉じたりするバイパスバルブ１９が設けられている。
【００３７】
前記缶ウォーマ１０では４つの第２熱交換器５、５、５、５により温度約３４℃の温水が得られ、その温水がシャワー用のポンプＰ４により缶製品に散水される。また、ボイラー設備１１は、純水タンク１３に蓄えられた温度約２０℃の純水がボイラー水補給用ポンプＰ５により第２熱交換器５に通水され、温度約５５℃の温水としてボイラー給水タンク１４に貯留されている。また、洗浄水タンク１６に蓄えられた温度約２０℃の洗浄水は、洗浄水ポンプＰ６により第２熱交換器５に通水され、温度約５９℃の温水として、洗浄温水タンク１７に貯留される。
なお、第２ポンプＰ３は、高温タンク４の液温が一定温度以上（具体的には５０℃以上、好ましくは５５℃以上）、液量が一定レベル以上である場合に運転可となるように制御しておくことが好ましい。前記シャワー用のポンプＰ４は缶ウォーマ１０が稼動している場合にＯＮとなる。また、前記ボイラー水補給用ポンプＰ５はボイラー設備１１のボイラー給水タンク１４が一定の液量以下となった場合、および洗浄水ポンプＰ６は洗浄水加熱設備１２の洗浄温水タンク１７が一定の液量以下となった場合に稼動する。したがって、前記シャワー用のポンプＰ４、前記ボイラー水補給用ポンプＰ５または洗浄水ポンプＰ６のいずれか運転時に、第２ポンプＰ３が動作するように制御しておくことが好ましい。
【００３８】
このように、排熱回収システム２０によれば、排水Ｈ１の熱を回収して公共下水への放流温度を４０℃以下にすることができる。そして、回収した熱により缶ウォーマ１０、ボイラー設備１１および洗浄水加熱設備１２に用いる温水あるいはボイラーの予備加熱用の温水を得ることができるので、省エネである。この排熱回収システム２０により、従来の缶ウォーマ用の温水を生成するために使用される水蒸気の量を約７０００ｔ／年削減することができた。
【００３９】
図６は、本発明の排熱回収システムのさらに他の実施例を示す配管図である。図６に示す排熱回収システム２２は、前述した排熱回収システム２０とほぼ同じであるので、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。排熱回収システム２２の熱利用手段６は、缶ウォーマ１０の他に、瓶ウォーマ１０ａ、炭酸ガス・窒素ガス蒸発器１０ｂおよびその他設備１０ｃ等がある。瓶ウォーマ１０ａは缶ウォーマ１０と同様に内容物が充填された瓶製品に温水を散水し、ラベルを貼る際に瓶表面が結露しないようにする装置である。炭酸ガス・窒素ガス蒸発器１０ｂはビール製造プロセスに炭酸ガス・窒素ガスを供給する為、液化炭酸ガス及び液化窒素を蒸発させる装置である。
その他設備１０ｃとしては、糖化スターチ貯留タンクの温度保持設備、ビール製造プロセスタンク洗浄設備、暖房用空調機、床暖房装置あるいは除湿機の再生ヒータなどである。
【００４０】
ビール工場でビール・発泡酒等が約２８０，０００ＫＬ／年生産される場合、前記缶ウォーマ１０で必要とされる熱量は約２３,６００ＧＪ／年である。瓶ウォーマ１０ａでは約１，６００ＧＪ／年であり、炭酸ガス・窒素ガス蒸発器１０ｂでは約４,８００ＧＪ／年であり、ボイラー設備１１では約３，８００ＧＪ／年であり、洗浄水加熱設備１２では約７，３００ＧＪ／年である。これらの使用熱量の総和は約４１，１００ＧＪ／年である。
【００４１】
また、熱回収システム２２の排水処理施設３には、仕込排水貯槽８の他に、醗酵排温水回収タンク２３、ろ過排温水回収タンク２４および樽詰排温水回収タンク２５がある。前記仕込排水貯槽８は容積が４０ｍ３で、平均６５℃の排水が年間約２００，０００ｍ３排水される。醗酵排温水回収タンク２３は容積が５０ｍ３で、平均７５℃程度の排水が年間約２５，０００ｍ３排水される。ろ過排温水回収タンク２４は容積が５０ｍ３で、平均７５℃程度の排水が年間約４０，０００ｍ３排水される。樽詰排温水回収タンク２５は容積が１０ｍ３で、平均８０℃程度の排水が年間約２７，０００ｍ３排水される。また、仕込排水貯槽８、発酵排温水回収タンク２３およびろ過排温水回収タンク２４に接続された排水ポンプＰ１の流量はそれぞれ５０ｍ３／ｈであり、樽詰排温水回収タンク２５の排水ポンプＰ１の流量は７ｍ３／ｈである。
【００４２】
このように、排水は、その工程により排水量、温度あるいはその性質も異なる。同じ性質の排水を１つのタンクに貯留するので、浮遊しているスラッジが少ない排水の場合には、熱交換器内での圧損が少ないので、熱交換器において熱交換するための流路断面積を小さくできる。反対に、スラッジ等を多く含む排水の場合は熱交換器内の圧損が大きくなりやすいので、圧損を小さくするなどの対策を講じることができる。そのため、排水毎に効率よく排熱を回収することができる。さらに、排水は一旦貯槽・タンクに貯留されるので、高温の排水が集中しても、貯槽・タンクに溜めておいて、必要に応じて取り出すことができる。この場合、タンクを断熱する効果が高い。確実に排水の温度を低下させた後に、排水を生物処理施設に通水することができるため、安定したシステムである。
【００４３】
前記４つのタンクに貯留された排水は、それぞれ第１熱交換器５、５、５、５により水温４３℃となり、排水処理施設９（図５参照）に流れる。その際に回収される熱量は、仕込排水貯槽８では約１８，４００ＧＪ／年であり、醗酵排温水回収タンク２３では約３，４００ＧＪ／年であり、ろ過排温水回収タンク２４では約５，４００ＧＪ／年であり、樽詰排温水回収タンク２５では約４，２００ＧＪ／年である。そして回収熱量の総和は約３１，４００ＧＪ／年である。前述した使用熱量の総和が約４１，１００ＧＪ／年であるので、排水は確実に冷却され使用熱量の７６％を削減できる。
【００４４】
なお、この排熱回収システム２２では、高温タンク４から熱利用手段６に供給される循環水Ｗと低温タンク７から排熱処理手段３に供給される循環水Ｗが、それぞれのタンクにより系統分離されている。
このような場合、高温タンク４の循環水Ｗを他の熱利用手段に供給する、あるいは低温タンク７の循環水Ｗを他の排熱処理手段に供給する事が容易になり、スケールアップを簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は本発明の排熱回収システムを示す概略配管図である。
【図２】図２は本発明の排熱回収システムを示す概略配管図である。
【図３】図４は本発明に関わる排水処理手段を示す概略配管図である。
【図４】図４は本発明に関わる熱利用手段を示す概略配管図である。
【図５】図５は本発明の排熱回収システムの他の実施例を示す配管図である。
【図６】図６は本発明の排水回収システムのさらに他の実施例を示す配管図である。
【図７】図７ａは従来のビール工場における生産排水の処理の概略配管図、図７ｂは従来のビール工場の製造工程における缶ウォーマの概略配管図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 排水からの排熱回収システム
２ 第１熱交換器
３ 排水処理手段
４ 高温タンク
５ 第２熱交換器
６ 熱利用手段
７ 低温タンク
８ 貯槽
９ 排水処理施設
１０ 缶ウォーマ
１０ａ 瓶ウォーマ
１０ｂ 炭酸ガス・窒素ガス蒸発器
１０ｃ その他設備
１１ ボイラー設備
１２ 洗浄水加熱設備
１３ 純水タンク
１４ ボイラー給水タンク
１５ ボイラー
１６ 洗浄水タンク
１７ 洗浄温水タンク
１８ 第２熱交換器バルブ
１９ バイパスバルブ
２０ 排熱回収システム
２１ 他の生産工程
２２ 排熱回収システム
２３ 醗酵排温水タンク
２４ ろ過排温水回収タンク
２５ 樽詰排温水回収タンク
２６ 第１熱交換器バルブ
Ｐ１ 排水ポンプ
Ｐ２ 第１ポンプ
Ｐ３ 第２ポンプ
Ｐ４ シャワー用ポンプ
Ｐ５ ボイラー水補給ポンプ
Ｐ６ 洗浄水ポンプ
Ｈ 生産排水
E 第２熱交換器に供給される熱利用手段の水（シャワー用水、ボイラー用水、洗浄水用水、等）
Ｗ 循環水
Ｊ 井戸水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水と該排水よりも低温である循環水との熱交換を行う第１熱交換器と、その第１熱交換器から排出される加温された循環水が通水される第２熱交換器と、その第２熱交換器から得られる温熱を利用する熱利用手段とを備えた排水からの排熱回収システムであって、前記第２熱交換器から排出される冷却された循環水が、前記第１熱交換器に通水されることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
第１熱交換器から排出される加温された循環水を貯留する高温タンクと、第２熱交換器から排出される冷却された循環水を貯留する低温タンクとを備え、前記低温タンクに蓄えられた循環水が、前記第１熱交換器に通水されることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収システム。
【請求項３】
排水を貯留する排水タンクを備え、前記排水タンクに蓄えられた排水が、前記第１熱交換器に通水されることを特徴とする請求項１または２に記載の排熱回収システム。
【請求項４】
排水タンクを複数有し、それらタンク毎に第１熱交換器が配置される請求項３記載の排熱回収システム。
【請求項５】
熱利用手段が、缶ウォーマ、瓶ウォーマ、洗浄水加熱設備、ボイラー設備、炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器から選択される少なくとも１以上の手段である請求項１〜４のいずれか記載の排熱回収システム。
【請求項６】
さらに、第１熱交換器から排出される冷却された排水を処理する排水処理手段を備えた請求項１〜５のいずれか記載の排熱回収システム。
【請求項１】
排水と該排水よりも低温である循環水との熱交換を行う第１熱交換器と、その第１熱交換器から排出される加温された循環水が通水される第２熱交換器と、その第２熱交換器から得られる温熱を利用する熱利用手段とを備えた排水からの排熱回収システムであって、前記第２熱交換器から排出される冷却された循環水が、前記第１熱交換器に通水されることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
第１熱交換器から排出される加温された循環水を貯留する高温タンクと、第２熱交換器から排出される冷却された循環水を貯留する低温タンクとを備え、前記低温タンクに蓄えられた循環水が、前記第１熱交換器に通水されることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収システム。
【請求項３】
排水を貯留する排水タンクを備え、前記排水タンクに蓄えられた排水が、前記第１熱交換器に通水されることを特徴とする請求項１または２に記載の排熱回収システム。
【請求項４】
排水タンクを複数有し、それらタンク毎に第１熱交換器が配置される請求項３記載の排熱回収システム。
【請求項５】
熱利用手段が、缶ウォーマ、瓶ウォーマ、洗浄水加熱設備、ボイラー設備、炭酸ガス蒸発器及び窒素ガス蒸発器から選択される少なくとも１以上の手段である請求項１〜４のいずれか記載の排熱回収システム。
【請求項６】
さらに、第１熱交換器から排出される冷却された排水を処理する排水処理手段を備えた請求項１〜５のいずれか記載の排熱回収システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２６３４１９（Ｐ２００７−２６３４１９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８７２５１（Ｐ２００６−８７２５１）
【出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【出願人】（０００００１９０４）サントリー株式会社 (319)
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【出願人】（０００００１９０４）サントリー株式会社 (319)
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