(57)【要約】【課題】コストアップを抑制しつつ、システム始動時における排水温度を効率よく上昇させることができる、熱交換システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】本実施形態に係る熱交換システムは、熱源水を取水して養殖水槽Ｗに温水を供給する給水ライン１と、養殖水槽Ｗから排水を外部に放出する排水ライン２と、給水ライン１と排水ライン２との間で熱交換可能に配置されたヒートポンプ３と、ヒートポンプ３を通過した熱源水を養殖水槽Ｗに供給せずに排水ライン２に供給するバイパスライン４と、熱源水の流路を給水ライン１又はバイパスライン４に変更する切換弁５と、ヒートポンプ３及び切換弁５を操作する制御装置６と、を備えている。【選択図】図１
2020112284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源水を取水して対象物に温水を供給する給水ラインと、
前記対象物から排水を外部に放出する排水ラインと、
前記給水ラインと前記排水ラインとの間で熱交換可能に配置されたヒートポンプと、
前記ヒートポンプを通過した熱源水を前記対象物に供給せずに前記排水ラインに供給するバイパスラインと、
前記熱源水の流路を前記給水ライン又は前記バイパスラインに変更する切換弁と、
前記ヒートポンプ及び前記切換弁を操作する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記熱源水の供給開始時に、前記熱源水の流路を前記バイパスラインに変更し、排水温度が所定の第一基準値よりも低い場合に、前記排水が凍結しないように前記ヒートポンプの設定温度を調整して前記熱源水を加熱し、前記排水温度が前記第一基準値よりも高い場合に、前記ヒートポンプの設定温度を調整せずに前記熱源水を加熱し、前記排水温度が所定の第二基準値よりも高い場合に、前記熱源水の流路を前記給水ラインに変更するように構成されている、
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項２】
前記給水ラインのヒートポンプ入口温度を計測する第一温度計と、前記給水ラインのヒートポンプ入口流量を計測する第一流量計と、前記給水ラインの対象物入口温度を計測する第二温度計と、前記給水ラインの対象物入口流量を計測する第二流量計と、を備え、前記制御装置は、これらの計測値を用いて前記排水温度を算出する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記第一基準値は、前記排水ラインが凍結し得る温度であり、前記第二基準値は、定常運転時におけるヒートポンプの設定温度である、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記給水ラインは、熱交換後の前記熱源水を貯水する貯水槽を備える、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記給水ラインと前記ヒートポンプとの間又は前記排水ラインと前記ヒートポンプとの間に介在するブラインラインを備える、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項６】
前記給水ライン及び前記排水ラインは、前記ヒートポンプ以外の加熱手段を備えていない、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項７】
熱源水を取水して対象物に温水を供給する給水ラインと、前記対象物から排水を外部に放出する排水ラインと、前記給水ラインと前記排水ラインとの間で熱交換可能に配置されたヒートポンプと、前記ヒートポンプを通過した熱源水を前記対象物に供給せずに前記排水ラインに供給するバイパスラインと、を備えた熱交換システムの運転方法であって、
前記熱源水の供給開始時に、排水温度が所定の第一基準値よりも低い場合に凍結防止モードを選択し、前記排水温度が前記第一基準値よりも高い場合に加熱運転モードを選択し、前記排水温度が所定の第二基準値よりも高い場合に定常運転モードを選択する、
ことを特徴とする熱交換システムの運転方法。
【請求項８】
前記凍結防止モードは、前記熱源水の流路を前記バイパスラインに保持しながら、前記排水が凍結しないように前記ヒートポンプの設定温度を調整して前記熱源水を加熱する運転モードである、請求項７に記載の熱交換システムの運転方法。
【請求項９】
前記加熱運転モードは、前記熱源水の流路を前記バイパスラインに保持しながら、前記ヒートポンプの設定温度を調整せずに前記熱源水を加熱する運転モードである、請求項７に記載の熱交換システムの運転方法。
【請求項１０】
前記定常運転モードは、前記熱源水の流路を前記給水ラインに保持しながら、前記給水ラインと前記排水ラインとの間で熱交換する運転モードである、請求項７に記載の熱交換システムの運転方法。
【請求項１１】
前記第一基準値は、前記排水ラインが凍結し得る温度であり、前記第二基準値は、定常運転時におけるヒートポンプの設定温度である、請求項７に記載の熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換システム及びその運転方法に関し、特に、熱源水と排水との間で熱交換するヒートポンプを含む熱交換システムに適した、熱交換システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水、河川水、湖水、地下水、排水等の水は、養殖設備、空調設備、発電システム、熱回収システム等の種々の分野で利用されている。これらの設備及びシステムでは、低温水を温水に変換したり、温水を低温水に変換したりする熱交換システムを備えていることが多い。かかる熱交換システムでは、熱源水と排水との間で熱交換するヒートポンプを備えているものが既に知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、河川や海などの給水源から魚貝類のふ化飼養池（Ｂ）へ向けて、原水（Ａ１）供給用の給水管路（１）を配設し、この給水管路（１）の途中に、原水（Ａ１）を冷却又は加熱することにより自然界温度変動曲線に沿って温度変化する生産水（Ａ２）が作成される水温調整手段（Ｃ）を設け、上記ふ化飼養池（Ｂ）には、生産水（Ａ２）を排水して全てが入れ替わるように垂れ流す排水管路（３）を設けたことを特徴とする魚貝類成長コントロール装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３８５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、熱源水と排水との間で熱交換するヒートポンプを備えた熱交換システムでは、排水温度が十分に高くなった状態では効率よく熱交換可能であるものの、システム始動時のように排水温度が低い場合には熱交換効率が低下したり、熱交換によって排水が凍結したりすることとなる。また、排水温度を高めるためにボイラーやヒータ等の加熱手段を配置した場合には、設備コスト及びランニングコストの増大を招くこととなる。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、コストアップを抑制しつつ、システム始動時における排水温度を効率よく上昇させることができる、熱交換システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、熱源水を取水して対象物に温水を供給する給水ラインと、前記対象物から排水を外部に放出する排水ラインと、前記給水ラインと前記排水ラインとの間で熱交換可能に配置されたヒートポンプと、前記ヒートポンプを通過した熱源水を前記対象物に供給せずに前記排水ラインに供給するバイパスラインと、前記熱源水の流路を前記給水ライン又は前記バイパスラインに変更する切換弁と、前記ヒートポンプ及び前記切換弁を操作する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記熱源水の供給開始時に、前記熱源水の流路を前記バイパスラインに変更し、排水温度が所定の第一基準値よりも低い場合に、前記排水が凍結しないように前記ヒートポンプの設定温度を調整して前記熱源水を加熱し、前記排水温度が前記第一基準値よりも高い場合に、前記ヒートポンプの設定温度を調整せずに前記熱源水を加熱し、前記排水温度が所定の第二基準値よりも高い場合に、前記熱源水の流路を前記給水ラインに変更するように構成されている、ことを特徴とする熱交換システムが提供される。
【０００８】
前記熱交換システムは、前記給水ラインのヒートポンプ入口温度を計測する第一温度計と、前記給水ラインのヒートポンプ入口流量を計測する第一流量計と、前記給水ラインの対象物入口温度を計測する第二温度計と、前記給水ラインの対象物入口流量を計測する第二流量計と、を備え、前記制御装置は、これらの計測値を用いて前記排水温度を算出するようにしてもよい。
【０００９】
前記第一基準値は、前記排水ラインが凍結し得る温度であり、前記第二基準値は、定常運転時におけるヒートポンプの設定温度であってもよい。
【００１０】
前記給水ラインは、熱交換後の前記熱源水を貯水する貯水槽を備えていてもよい。
【００１１】
前記熱交換システムは、前記給水ラインと前記ヒートポンプとの間又は前記排水ラインと前記ヒートポンプとの間に介在するブラインラインを備えていてもよい。
【００１２】
前記給水ライン及び前記排水ラインは、前記ヒートポンプ以外の加熱手段を備えていなくてもよい。
【００１３】
また、本発明によれば、熱源水を取水して対象物に温水を供給する給水ラインと、前記対象物から排水を外部に放出する排水ラインと、前記給水ラインと前記排水ラインとの間で熱交換可能に配置されたヒートポンプと、前記ヒートポンプを通過した熱源水を前記対象物に供給せずに前記排水ラインに供給するバイパスラインと、を備えた熱交換システムの運転方法であって、前記熱源水の供給開始時に、排水温度が所定の第一基準値よりも低い場合に凍結防止モードを選択し、前記排水温度が前記第一基準値よりも高い場合に加熱運転モードを選択し、前記排水温度が所定の第二基準値よりも高い場合に定常運転モードを選択する、ことを特徴とする熱交換システムの運転方法が提供される。
【００１４】
前記凍結防止モードは、前記熱源水の流路を前記バイパスラインに保持しながら、前記排水が凍結しないように前記ヒートポンプの設定温度を調整して前記熱源水を加熱する運転モードであってもよい。
【００１５】
前記加熱運転モードは、前記熱源水の流路を前記バイパスラインに保持しながら、前記ヒートポンプの設定温度を調整せずに前記熱源水を加熱する運転モードであってもよい。
【００１６】
前記定常運転モードは、前記熱源水の流路を前記給水ラインに保持しながら、前記給水ラインと前記排水ラインとの間で熱交換する運転モードであってもよい。
【００１７】
前記第一基準値は、前記排水ラインが凍結し得る温度であり、前記第二基準値は、定常運転時におけるヒートポンプの設定温度であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明に係る熱交換システム及びその運転方法によれば、排水温度が第一基準値よりも低い場合に、排水が凍結しないようにヒートポンプの設定温度を調整して熱源水を加熱するようにしたことから、ヒートポンプを用いて排水を凍結させずに熱源水を加熱することができる。
【００１９】
また、排水温度が第一基準値よりも高い場合には、排水が凍結することがないため、ヒートポンプの設定温度を調整せずにヒートポンプを用いて熱源水を加熱することができる。最終的に、排水温度が第二基準値を超えた場合に、熱源水の流路を給水ラインに変更することにより、定常運転に移行することができる。
【００２０】
したがって、本発明によれば、システム始動時であっても、ボイラーやヒータ等の加熱手段を用いずに、かつ、排水を凍結させることなく、熱源水を加熱することができ、コストアップを抑制しつつ、システム始動時における排水温度を効率よく上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る熱交換システムを示す全体構成図である。
【図２】図１に示した熱交換システムの運転方法を示すフロー図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る熱交換システムを示す全体構成図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る熱交換システムを示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る熱交換システムを示す全体構成図である。図２は、図１に示した熱交換システムの運転方法を示すフロー図である。
【００２３】
図１に示した第一実施形態に係る熱交換システムは、魚等の海洋生物の養殖設備に使用される自己熱再生サイクルシステムに適用したものである。したがって、本実施形態において温水を必要とする対象物は養殖水槽Ｗである。また、本実施形態において、熱源水は、海水であるが、河川水、湖水、地下水等であってもよい。
【００２４】
本実施形態に係る熱交換システムは、図１に示したように、熱源水を取水して養殖水槽Ｗに温水を供給する給水ライン１と、養殖水槽Ｗから排水を外部に放出する排水ライン２と、給水ライン１と排水ライン２との間で熱交換可能に配置されたヒートポンプ３と、ヒートポンプ３を通過した熱源水を養殖水槽Ｗに供給せずに排水ライン２に供給するバイパスライン４と、熱源水の流路を給水ライン１又はバイパスライン４に変更する切換弁５と、ヒートポンプ３及び切換弁５を操作する制御装置６と、を備えている。
【００２５】
給水ライン１は、温水を必要とする対象物である養殖水槽Ｗの上流に、ヒートポンプ３で加熱された熱源水（熱交換後の熱源水）を一時的に貯水しておく保温貯水槽７を備えていてもよい。保温貯水槽７は、例えば、断熱構造を有するタンクであり、ボイラーやヒータ等の加熱手段を備えていない。なお、熱源水を保温貯水槽７に供給するまでの間に熱源水の温度が低下する場合には、その低下分を見込んで熱源水をヒートポンプ３で加熱するようにすればよい。
【００２６】
かかる保温貯水槽７を配置することにより、例えば、熱源水を汲み取るポンプが故障した際やメンテナンスを行う時のように、熱源水を取水できない場合であっても、温水を養殖水槽Ｗに供給することができる。
【００２７】
また、給水ライン１は、例えば、熱源水を汲み取ってヒートポンプ３で加熱された熱源水を保温貯水槽７に供給する第一給水ライン１１と、保温貯水槽７から養殖水槽Ｗに温水を供給する第二給水ライン１２と、を備えている。
【００２８】
第一給水ライン１１の上流側は、海等の外部環境に繋がっており、取水口付近には、海水を汲み取るポンプや異物・海洋生物等を除去するフィルタ等が配置されている。また、第一給水ライン１１の下流側は、保温貯水槽７に接続されている。
【００２９】
第二給水ライン１２の上流側は保温貯水槽７に接続されており、第二給水ライン１２の下流側は養殖水槽Ｗに接続されている。また、第二給水ライン１２の中間部には、切換弁５を構成する第一切換弁５１が配置されている。第一切換弁５１は、例えば、養殖水槽Ｗへの給水のオン／オフを切り換える開閉弁である。第一切換弁５１は、制御装置６からの電気信号によってオン／オフが切り換えられる。
【００３０】
また、給水ライン１は、ヒートポンプ入口温度Ｔ１を計測する第一温度計１ａと、ヒートポンプ入口流量Ｑ１を計測する第一流量計１ｃと、養殖水槽入口温度Ｔ２を計測する第二温度計１ｂと、養殖水槽入口流量Ｑ２を計測する第二流量計１ｄと、を備えている。第一温度計１ａ及び第一流量計１ｃは、第一給水ライン１１のヒートポンプ３の上流側に配置されている。第二温度計１ｂは、保温貯水槽７に配置され、第二流量計１ｄは、第二給水ライン１２に配置されている。第一温度計１ａ、第二温度計１ｂ、第一流量計１ｃ及び第二流量計１ｄの計測値は、制御装置６に送信される。
【００３１】
排水ライン２は、養殖水槽Ｗからの排水を一時的に溜めておく排水溝８を備えていてもよい。また、排水ライン２は、養殖水槽Ｗ内の温水を排水溝８に排水する第一排水ライン２１と、排水溝８内の排水を外部環境に排水する第二排水ライン２２と、備えている。図示しないが、第二排水ライン２２には、排水溝８内の排水を汲み取るポンプや排水内の固形分を除去するストレーナが配置されていてもよい。
【００３２】
ヒートポンプ３は、給水ライン１（第一給水ライン１１）と熱交換する第一熱交換器３１と、排水ライン２（第二排水ライン２２）と熱交換する第二熱交換器３２と、第一熱交換器３１及び第二熱交換器３２に熱媒体を供給する循環ライン３３と、ヒートポンプ３を構成する機器を制御するコントローラ３４と、を備えている。なお、図１において、説明の便宜上、循環ライン３３を一点鎖線で図示してある。
【００３３】
第一熱交換器３１は、低温の海水に熱を与えて熱媒体の熱が奪われることから凝縮器として機能する。第二熱交換器３２は、温水（排水）から熱を奪い熱媒体に熱を与えることから蒸発器として機能する。循環ライン３３は、閉ループの管路を備え、ライン中に圧縮機３３ａ及び膨張弁３３ｂが配置されている。管路内に流通される熱媒体は、例えば、Ｒ２４５ｆａ（ペンタフルオロプロパン）等の一般的な冷媒である。コントローラ３４は、給水ライン１（第一給水ライン１１）により供給される熱源水が所定の設定温度となるように、圧縮機３３ａ及び膨張弁３３ｂの操作を制御する。
【００３４】
本実施形態に係る熱交換システムでは、外部環境の海水を汲み取ってヒートポンプ３で加熱していることから、そのまま外部環境に排水した場合には、外部環境に存在する海水よりも排水温度が高く、排水口に海洋生物が増殖することが予想される。そこで、本熱交換システムでは、ヒートポンプ３で排水の廃熱を回収することにより、排水を排水先の外部環境の海水と略同じ温度まで下げてから排水し、海洋生物の増殖を抑制している。
【００３５】
バイパスライン４は、熱源水を養殖水槽Ｗに供給せずに排水溝８に供給する流路である。バイパスライン４の上流側は保温貯水槽７に接続されており、バイパスライン４の下流側は排水溝８に接続されている。また、バイパスライン４の中間部には、切換弁５を構成する第二切換弁５２が配置されている。第二切換弁５２は、例えば、排水溝８への排水のオン／オフを切り換える開閉弁である。第二切換弁５２は、制御装置６からの電気信号によってオン／オフが切り換えられる。
【００３６】
養殖水槽Ｗでは、稚魚等の海洋生物を飼育していることから、水温の変化によって成育が悪くなったり死滅したりする場合がある。そこで、熱源水の温度が、養殖水槽Ｗに供給可能な温度に達するまでは、養殖水槽Ｗに熱源水を供給しない方が好ましい。また、第一給水ライン１１の構成部品のメンテナンスや清掃を行う際にも、養殖水槽Ｗに汚水が供給されないようにしておくことが好ましい。これらの場合に備えて、本実施形態に係る熱交換システムはバイパスライン４を備えている。
【００３７】
切換弁５は、例えば、上述したように、第二給水ライン１２に配置される第一切換弁５１と、バイパスライン４に配置される第二切換弁５２と、により構成される。本実施形態では、給水ライン１が途中に保温貯水槽７を備え、保温貯水槽７から養殖水槽Ｗへの供給流路と排水溝８への排水路とが二系統に別れていることから、それぞれの系統に開閉弁を配置することによって、給水ライン１の流路の変更を行うことができる。
【００３８】
制御装置６は、例えば、第一温度計１ａ、第二温度計１ｂ、第一流量計１ｃ、第二流量計１ｄ、第一切換弁５１、第二切換弁５２、ヒートポンプ３のコントローラ３４等に接続されている。本実施形態に係る制御装置６は、第一温度計１ａ、第二温度計１ｂ、第一流量計１ｃ及び第二流量計１ｄの計測値を用いて、第一切換弁５１、第二切換弁５２及びヒートポンプ３の操作を制御することに特徴を有している。
【００３９】
制御装置６は、熱源水の供給開始時に、熱源水の流路をバイパスライン４に変更し、排水温度Ｔｅが所定の第一基準値Ｔαよりも低い場合に、排水が凍結しないようにヒートポンプ３の設定温度Ｔｓを調整して熱源水を加熱し、排水温度Ｔｅが第一基準値Ｔαよりも高い場合に、ヒートポンプ３の設定温度Ｔｓを調整せずに熱源水を加熱し、排水温度Ｔｅが所定の第二基準値Ｔβよりも高い場合に、熱源水の流路を給水ライン１に変更するように構成されている。
【００４０】
ここで、図２を参照しつつ、制御装置６が行う処理について詳細に説明する。図２に示したフロー図は、システム始動時（熱源水の供給開始時）に制御装置６が行う処理を図示したものである。
【００４１】
図２に示した熱交換システムの運転方法は、熱源水を養殖水槽Ｗに供給しない状態に設定しておく初期設定工程Ｓｔｅｐ１と、熱源水の給水を開始する給水開始工程Ｓｔｅｐ２と、給水した熱源水から想定される排水温度Ｔｅを算出する排水温度計算工程Ｓｔｅｐ３と、算出した排水温度Ｔｅが所定の第一基準値Ｔαよりも高いか否か判断する第一判断工程Ｓｔｅｐ４と、排水温度Ｔｅが所定の第一基準値Ｔαよりも低い場合（Ｔｅ≦Ｔαの場合）に凍結防止モードを選択する第一選択工程Ｓｔｅｐ５と、排水温度Ｔｅが第一基準値Ｔαよりも高い場合（Ｔｅ＞Ｔαの場合）に加熱運転モードを選択する第二選択工程Ｓｔｅｐ６と、を備えている。
【００４２】
初期設定工程Ｓｔｅｐ１は、システム始動時の冷たい熱源水が養殖水槽Ｗに供給されないようにしておく工程である。具体的には、第一切換弁５１をオフ（閉）に設定し、第二切換弁５２をオン（開）に設定しておく。
【００４３】
給水開始工程Ｓｔｅｐ２は、給水ライン１に熱源水を汲み上げる工程である。具体的には、第一給水ライン１１の取水口付近に配置されたポンプ（図示省略）を作動させて外部環境から海水を汲み上げる。
【００４４】
排水温度計算工程Ｓｔｅｐ３は、加熱運転モードを選択したときに排水ライン２が凍結する可能性を判断するために排水温度を予め計算によって算出しておく工程である。具体的には、以下の計算を制御装置６で行うことによって排水温度Ｔｅを算出する。
【００４５】
ここで、養殖水槽Ｗを所定の温度に維持するために必要な加熱量をＨｗ、第一温度計１ａの計測値をＴ１、第一流量計１ｃの計測値をＱ１、熱源水（海水）の比熱をＣｐ、ヒートポンプ３の設定温度（熱源水の到達温度）をＴｓとすれば、Ｈｗ＝Ｑ１×Ｃｐ×（Ｔｓ−Ｔ１）の式が成り立つ。また、第二温度計１ｂの計測値をＴ２、第二流量計１ｄの計測値をＱ２とすれば、加熱量Ｈｗをヒートポンプ３で排水から抜熱した場合における排水温度Ｔｅは、Ｔｅ＝Ｔ２−Ｈｗ／（Ｑ２×Ｃｐ）の計算式により求めることができる。
【００４６】
第一判断工程Ｓｔｅｐ４は、排水温度Ｔｅが、加熱量Ｈｗをヒートポンプ３で排水から抜熱した場合に排水が凍結する温度であるか否か判断する工程である。第一基準値Ｔαは、排水が凍結し得る温度（例えば、５℃）に設定され、排水温度Ｔｅが第一基準値Ｔαよりも高いか否か、すなわち、Ｔｅ＞Ｔαを満たすか否か、を判断する。
【００４７】
そして、排水温度Ｔｅが第一基準値Ｔαよりも低い場合、すなわち、排水が凍結する可能性がある場合に凍結防止モードを選択し（Ｓｔｅｐ５）、排水温度Ｔｅが第一基準値Ｔαよりも高い場合、すなわち、排水が凍結する可能性がない場合に加熱運転モードを選択する（Ｓｔｅｐ６）。
【００４８】
凍結防止モードは、熱源水の流路をバイパスライン４に保持しながら、排水が凍結しないようにヒートポンプ３の設定温度Ｔｓを調整して熱源水を加熱する運転モードである。具体的には、凍結防止モードは、Ｔｅ＞Ｔαを満たす加熱量Ｈｆを計算する加熱量計算工程Ｓｔｅｐ５１と、ヒートポンプ３の設定温度Ｔｓを調整する設定温度調整工程Ｓｔｅｐ５２と、を備えている。
【００４９】
加熱量計算工程Ｓｔｅｐ５１において、加熱量Ｈｆは、加熱量Ｈｆ＝Ｑ２×Ｃｐ×（Ｔ２−Ｔα）の計算式により算出することができる。この数式を満たす加熱量Ｈｆをヒートポンプ３で加熱するための新しい設定温度Ｔｓ′は、Ｑ１×Ｃｐ×（Ｔｓ′−Ｔ１）＝Ｑ２×Ｃｐ×（Ｔ２−Ｔα）の関係式から求めることができる。
【００５０】
設定温度調整工程Ｓｔｅｐ５２では、ヒートポンプ３のコントローラ３４に記憶されている定常運転時における設定温度Ｔｓを前工程で算出した新しい設定温度Ｔｓ′に変更する。このようにヒートポンプ３の設定温度を調整（変更）することにより、排水を凍結させない範囲で熱源水を加熱することができる。
【００５１】
凍結防止モードは、第一判断工程Ｓｔｅｐ４において、排水温度Ｔｅが第一基準値Ｔαを超えるまで、第一選択工程Ｓｔｅｐ５→加熱量計算工程Ｓｔｅｐ５１→設定温度調整工程Ｓｔｅｐ５２→第一判断工程Ｓｔｅｐ４の処理が繰り返される。
【００５２】
加熱運転モードは、熱源水の流路をバイパスライン４に保持しながら、ヒートポンプ３の設定温度Ｔｓを調整せずに熱源水を加熱する運転モードである。具体的には、ヒートポンプ３のコントローラ３４に初期設定として記録された設定温度Ｔｓのままヒートポンプ３を作動させて熱源水を加熱する。
【００５３】
また、本実施形態に係る熱交換システムの運転方法は、第二選択工程Ｓｔｅｐ６で加熱運転モードを選択した後、排水温度Ｔｅが所定の第二基準値Ｔβよりも高いか否か判断する第二判断工程Ｓｔｅｐ７と、排水温度Ｔｅが所定の第二基準値Ｔβよりも高い場合に定常運転モードを選択する第三選択工程Ｓｔｅｐ８と、熱源水の流路を給水ライン１に変更する流路切換工程Ｓｔｅｐ９と、を備えている。
【００５４】
第二判断工程Ｓｔｅｐ７は、熱源水の温度が設定温度Ｔｓまで加熱されたか否かを判断する工程である。したがって、第二基準値Ｔβは、定常運転時におけるヒートポンプ３の設定温度Ｔｓに設定される。熱源水の温度が設定温度Ｔｓに達した場合には、養殖水槽Ｗに熱源水を供給することができる。すなわち、熱源水の温度が設定温度Ｔｓに到達するまで加熱運転モードが継続される。
【００５５】
第三選択工程Ｓｔｅｐ８は、熱源水の温度が設定温度Ｔｓに到達した場合に、加熱運転モードから定常運転モードに移行する工程である。定常運転モードは、熱源水の流路を給水ライン１に保持しながら、給水ライン１と排水ライン２との間で熱交換する運転モードである。
【００５６】
加熱運転モードでは、熱源水の流路がバイパスライン４に変更されていることから、定常運転モードに移行した後、熱源水の流路を給水ライン１に変更する必要がある。この処理は、流路切換工程Ｓｔｅｐ９において処理される。流路切換工程Ｓｔｅｐ９は、具体的には、第一切換弁５１をオン（閉）に変更し、第二切換弁５２をオフ（閉）に変更する工程である。
【００５７】
上述した本実施形態に係る熱交換システムによれば、排水温度Ｔｅが第一基準値Ｔαよりも低い場合に、排水が凍結しないようにヒートポンプ３の設定温度Ｔｓを調整して熱源水を加熱するようにしたことから、ヒートポンプ３を用いて排水を凍結させずに熱源水を加熱することができる。
【００５８】
また、排水温度Ｔｅが第一基準値Ｔαよりも高い場合には、排水が凍結することがないため、ヒートポンプ３の設定温度Ｔｓを調整せずにヒートポンプ３を用いて熱源水を加熱することができる。最終的に、排水温度Ｔｅが第二基準値Ｔβを超えた場合に、熱源水の流路を給水ライン１に変更することにより、定常運転に移行することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る熱交換システムでは、給水ライン１（保温貯水槽７を含む）及び排水ライン２はヒートポンプ３以外のボイラーやヒータ等の加熱手段を備えていない。したがって、本実施形態によれば、システム始動時であっても、ボイラーやヒータ等の加熱手段を用いずに、かつ、排水を凍結させることなく、熱源水を加熱することができ、コストアップを抑制しつつ、システム始動時における排水温度を効率よく上昇させることができる。
【００６０】
次に、本発明の他の実施形態について、図３及び図４を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明の第二実施形態に係る熱交換システムを示す全体構成図である。図４は、本発明の第三実施形態に係る熱交換システムを示す全体構成図である。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
【００６１】
図３に示した第二実施形態に係る熱交換システムは、図１に示した第一実施形態に係る熱交換システムにおいて保温貯水槽７を省略したものである。第二実施形態では、バイパスライン４は、給水ライン１（第一給水ライン１１）に直接的に接続されている。
【００６２】
また、切換弁５は、バイパスライン４の分岐点に配置された三方切換弁であってもよい。また、切換弁５の上流側に第二温度計１ｂが配置され、切換弁５の下流側に第二流量計１ｄが配置されていてもよい。このように、保温貯水槽７を省略した場合であっても、上述した第一実施形態に係る熱交換システムと実質的に同一の効果を有する。
【００６３】
図４に示した第三実施形態に係る熱交換システムは、給水ライン１とヒートポンプ３との間に介在する第一ブラインライン９１と、排水ライン２とヒートポンプ３との間に介在する第二ブラインライン９２と、を備えたものである。第一ブラインライン９１及び第二ブラインライン９２は、閉ループの管路に熱媒体である真水を循環させるラインである。
【００６４】
なお、図４において、説明の便宜上、第一ブラインライン９１及び第二ブラインライン９２を二点鎖線で図示してある。また、第一ブラインライン９１及び第二ブラインライン９２において、真水を循環させるポンプの図を省略してある。
【００６５】
第一ブラインライン９１は、第一給水ライン１１と熱交換する第三熱交換器９１ａを備え、第二ブラインライン９２は、第二排水ライン２２と熱交換する第四熱交換器９２ａを備えている。また、第一ブラインライン９１の一部は、ヒートポンプ３の第一熱交換器３１に配置され、第二ブラインライン９２の一部は、ヒートポンプ３の第二熱交換器３２に配置されている。
【００６６】
このように、真水のブラインライン９（第一ブラインライン９１及び第二ブラインライン９２）を介在させることによって、例えば、ブラインライン９の配管が破損した場合であっても、真水が給水ライン１に混入するだけであり、養殖対象の海洋生物や排水先の外部環境に与える影響がない。
【００６７】
本発明は、上述した実施形態に限定されず、例えば、海洋生物の養殖設備以外の自己熱再生サイクルシステムにも適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６８】
１  給水ライン
１ａ  第一温度計
１ｂ  第二温度計
１ｃ  第一流量計
１ｄ  第二流量計
２  排水ライン
３  ヒートポンプ
４  バイパスライン
５  切換弁
６  制御装置
７  保温貯水槽
８  排水溝
９  ブラインライン
１１  第一給水ライン
１２  第二給水ライン
２１  第一排水ライン
２２  第二排水ライン
３１  第一熱交換器
３２  第二熱交換器
３３  循環ライン
３３ａ  圧縮機
３３ｂ  膨張弁
３４  コントローラ
５１  第一切換弁
５２  第二切換弁
９１  第一ブラインライン
９１ａ  第三熱交換器
９２  第二ブラインライン
９２ａ  第四熱交換器
Ｗ  養殖水槽（対象物）
Ｓｔｅｐ１  初期設定工程
Ｓｔｅｐ２  給水開始工程
Ｓｔｅｐ３  排水温度計算工程
Ｓｔｅｐ４  第一判断工程
Ｓｔｅｐ５  第一選択工程
Ｓｔｅｐ５１  加熱量計算工程
Ｓｔｅｐ５２  設定温度調整工程
Ｓｔｅｐ６  第二選択工程
Ｓｔｅｐ７  第二判断工程
Ｓｔｅｐ８  第三選択工程
Ｓｔｅｐ９  流路切換工程
【図１】
2020112284.tif 000003
【図２】
2020112284.tif 000004
【図３】
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【図４】
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