(57)【要約】【課題】より省資源、より省エネルギーで、洗浄用水等の所望の温水を排水から得ることができる、排水の有効利用技術を提供することを課題とする。【解決手段】排水利用システム１に、排水を浄化処理し、処理水を生成するＵＦ膜処理システム１１と、冷却塔３２から冷却水の供給を受けて空調用の冷水を循環供給する冷凍機３１を有する空調システム３における、冷却塔３２と冷凍機３１との間を循環し処理水よりも高温である冷却水が流入され、処理水を冷却水との間で熱交換して昇温する熱回収用熱交換器１３と、熱回収用熱交換器１３で昇温されて流入する処理水を、空調システム３の冷凍機３１へ還る冷水から吸熱して更に昇温し、昇温した処理水を温水の需要設備である洗浄設備４へ供給する熱回収ヒートポンプ１４とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を浄化処理し、処理水を生成する浄化処理装置と、
冷却塔から冷却水の供給を受けて空調用の冷水を循環供給する熱源機を有する空調システムにおける、前記冷却塔と前記熱源機との間を循環し前記処理水よりも高温である冷却水が流入され、前記処理水を前記冷却水との間で熱交換して昇温する熱交換器と、
前記熱交換器で昇温されて流入する処理水を、前記空調システムの熱源機へ還る前記冷水から吸熱して更に昇温し、昇温した処理水を温水の需要設備へ供給する熱回収ヒートポンプと、
を備える、排水利用システム。
【請求項２】
前記温水の需要設備は、洗浄設備である、
請求項１に記載の排水利用システム。
【請求項３】
前記浄化処理装置は、ろ過膜を用いて、前記排水を浄化処理する、
請求項１または２に記載の排水利用システム。
【請求項４】
排水を浄化処理して処理水を生成し、
冷却塔から冷却水の供給を受けて空調用の冷水を循環供給する熱源機を有する空調システムにおける、前記冷却塔と前記熱源機との間を循環し前記処理水よりも高温である冷却水との間で、前記処理水を熱交換して昇温し、
前記熱交換で昇温されて流入する処理水を、前記空調システムの熱源機へ還る前記冷水から吸熱して更に昇温し、前記昇温した処理水を温水の需要設備へ供給する、
排水利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水の利用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃熱の残る排水を常時排出して廃棄している、生産工場、大型温浴施設等の施設がある。例えば、食品を生産、加工する工場からは、原料や容器の洗浄等に使用した温水が排出される。
【０００３】
このような施設や付近の施設等では、洗浄等のための適当な水質の温水の需要が存在し得る。従来、このような温水は、水道等から新たに受水した水を、ガス等の燃料を用いてボイラにより加熱することで製造されていた。
【０００４】
また、このような施設や付近の施設等では、空調等のための冷熱の需要も存在し得る。例えば、水冷方式の空調設備では、冷水を空調機へ循環供給するための冷熱の需要がある。このような空調設備では、電力を消費する冷凍機等を用いた冷却によって、冷水の供給が行われている。
【０００５】
従来、排水を処理する技術として、生物処理方式による排水処理設備用ヒートポンプシステムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、廃熱を有効利用するための技術が提案されている（例えば、特許文献２から４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１１５８１３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４９５６２号公報
【特許文献３】特開２００７−２０２４４６号公報
【特許文献４】特公平７−４２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した施設等では、原水は目的の処理をして単に排水され、あるいは排水を資源として利用しておらず、排水は、資源利用の観点では有効とはいえない。また、上述の提案されている排水処理設備用ヒートポンプシステムや、廃熱を有効利用するための技術によっても、他の系のサイクルへの利用、例えば廃熱の冷熱の利用に改善の余地がある。
【０００８】
また、上述のように、新たに受水した水をボイラにより加熱して温水を製造することは、水や燃料等の資源、電力等のエネルギーの有効利用の観点からは、好ましくない場合がある。
【０００９】
このような状況に鑑み、本発明は、より省資源、より省エネルギーで、洗浄用水等の所望の温水を排水から得ることができる、排水の有効利用技術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】
【００１０】
本発明では、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、排水を浄化処理し、処理水を生成する浄化処理装置と、冷却塔から冷却水の供給を受けて空調用の冷水を循環供給する熱源機を有する空調システムにおける、前記冷却塔と前記
熱源機との間を循環し前記処理水よりも高温である冷却水が流入され、前記処理水を前記冷却水との間で熱交換して昇温する熱交換器と、前記熱交換器で昇温されて流入する処理水を、前記空調システムの熱源機へ還る前記冷水から吸熱して更に昇温し、昇温した処理水を温水の需要設備へ供給する熱回収ヒートポンプとを備える、排水利用システムである。
【００１１】
本発明によれば、排水が浄化処理されて他の温度利用系（冷熱需要系）である空調システムとの熱融通で昇温される。そのため、排水を有効利用して浄化された温水を供給できる。また、冷熱需要系の冷却用熱媒体である空調システムの冷水及び冷却水の降温と、処理水の昇温とを併せて行うため、それぞれ独立に行う場合に比べ、全体として、電力等のエネルギーや燃料等の資源の消費がより抑制される。したがって、排水を有効利用し、より省資源、より省エネルギーで、空調システムの稼働及び所望の温水の供給を行うことができる。
【００１２】
水冷方式の空調システムにおいて、冬季と比較して外気温が高い夏季等には、冷却塔の冷却能力が低下し、高温のままの冷却水が冷凍機等の熱源機へ供給される場合がある。このような場合、熱源機に関する消費電力あたりの冷却能力等であるエネルギー消費効率が低下する。本発明によれば、このような高温の冷却水と処理水との間で熱交換がされ、熱源機へ供給される冷却水が降温されるとともに、処理水が昇温される。そのため、熱源機のエネルギー効率を向上させるとともに、冷却水が含む熱を利用して所望の温水を得ることができる。よって、空調システムの稼働及び温水の製造、供給をより省エネルギーで行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係る排水利用システムにおいて、前記温水の需要設備は、洗浄設備であってもよい。
【００１４】
このような本発明によれば、所望の温度に加温された温水であり、適当な水質である洗浄用水を、省資源、省エネルギーで供給することができる。
【００１５】
また、本発明に係る排水利用システムにおいて、前記浄化処理装置は、ろ過膜を用いて、前記排水を浄化処理してもよい。
【００１６】
また、本発明は、排水を浄化処理して処理水を生成し、冷却塔から冷却水の供給を受けて空調用の冷水を循環供給する熱源機を有する空調システムにおける、前記冷却塔と前記熱源機との間を循環し前記処理水よりも高温である冷却水との間で、前記処理水を熱交換して昇温し、前記熱交換で昇温されて流入する処理水を、前記空調システムの熱源機へ還る前記冷水から吸熱して更に昇温し、前記昇温した処理水を温水の需要設備へ供給する、排水利用方法であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、より省資源、より省エネルギーで、洗浄用水等の所望の温水を排水から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施の形態に係る排水利用システム等を例示する構成図である。
【図２】図２は、排水を処理水との熱交換により降温するための構成例を示す図である。
【図３】図３は、夏季における排水利用システムの運用を例示する説明図である。
【図４】図４は、冬季における排水利用システムの運用を例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的な構成に限定するものではない。本発明を実施するにあたっては、実施の形態に応じた具体的な構成が適宜採用されることが好ましい。
【００２０】
本実施形態に係る排水利用システムは、生産施設から排出される排水を回収し、浄化処理された温水を生成し、生成した温水を温水の需要設備である洗浄設備へ供給するシステムとして説明される。なお、排水利用システムは、生産施設以外の施設等から回収される排水を利用するものであってもよい。また、本実施形態に係る空調システムは、冷熱の需要を有する冷熱需要系であり、冷却水や冷水を冷却用熱媒体として循環させる水冷方式の空調システムとして説明される。なお、本実施形態では、排水利用システムと空調システムとは、別個のシステムとして説明されるが、排水利用システムが空調システムを含むシステムとして実施されてもよい。
【００２１】
＜構成＞
図１は、本実施形態に係る排水利用システム等を例示する構成図である。図１には、排水利用システム１、生産施設２、空調システム３、及び洗浄設備４が示されている。排水利用システム１と生産施設２との間には、排水処理槽２１を介して排水を供給する水路が設けられている。排水利用システム１と洗浄設備４との間には、排水利用システム１から洗浄設備４へ温水を供給する水路が設けられている。空調システム３と排水利用システム１との間には、空調システム３の冷却水及び冷水を空調システム３から排水利用システム１へ引き入れて、空調システム３へ戻すための水路が設けられている。図１において、矢印の向きは、水路における水流の向きを示している。なお、各水路には、保温性の高い材質や断熱材被覆などの構造が採用されることが好ましい。以下、生産施設２、空調システム３、排水利用システム１、洗浄設備４の順に構成の詳細を説明する。
【００２２】
生産施設２は、生産活動が行われる工場等の施設である。生産施設２は、生産活動に伴い、排水を排出する。排出された排水は、排水処理槽２１に一時的に貯水される。排水処理槽２１に貯水された排水は、ポンプＰ１１によって送り出され、排水利用システム１のＵＦ膜処理システム１１へ供給される。すなわち、排水が浄化されて廃棄されずに回収されることになる。
【００２３】
空調システム３は、水冷方式の空調設備である。空調システム３は、冷凍機３１、冷却塔３２、及び空調機３２を有する。空調システム３には、ポンプＰ３４が設置された冷却水の循環水路が設けられており、冷却水は冷凍機３１及び冷却塔３２を通流する。また、空調システム３には、ポンプＰ３３及びＰ３５が設置された冷水の循環水路が設けられており、冷水は冷凍機３１及び空調機３３を通流する。
【００２４】
冷凍機３１は、電力等を動力として、冷却塔３２から冷却水の循環供給を受けて、空調機３３へ空調用の冷水を循環供給する熱源機である。冷凍機３１は、冷凍機３１の蒸発器などの吸熱部位へ流入する冷水を、所定の温度に降温し、空調機３３へ供給する。冷凍機３１へ流入した冷却水は、冷凍機３１の凝縮器や再生器などの発熱部位によって昇温され、その後冷却塔３２へ向かう。冷凍機３１へ流入する冷却水の温度が所定より高温の場合、冷凍機３１におけるエネルギー効率が低下する。
【００２５】
冷却塔３２は、屋外等に設置され、流入する冷却水を、大気等と熱交換して冷却し、冷凍機３１へ供給する。気温が高い夏季等には、冷却塔３２の冷却能力が低下する場合がある。
【００２６】
空調機３３は、供給される冷水と室内の空気との間で熱交換を行う。空調機３３としてファンコイルユニットを例示できる。熱交換後の昇温された冷水は、冷凍機３１へ還る。
【００２７】
排水利用システム１は、生産施設２から排出され、回収された排水を利用して、所望の温水を供給するシステムである。排水利用システム１は、ＵＦ膜処理システム１１、処理水槽１２、熱回収用熱交換器１３、及び熱回収ヒートポンプ１４を備える。排水利用システム１には、ポンプＰ１２が設置された処理水の水路が設けられており、ＵＦ膜処理システム１１から供給される処理水が、処理水槽１２、熱回収用熱交換器１３、熱回収ヒートポンプ１４を順に経由して、温水となって洗浄設備４へ供給される。
【００２８】
ＵＦ膜処理システム１１は、浄化処理装置である。ＵＦ膜処理システム１１は、ＵＦ膜（限外ろ過膜）を用いて、排水処理槽２１から供給される廃熱を帯びた排水を浄化処理し、所定の水質の処理水を生成する。ＵＦ膜として、分画分子量１５万、径８インチのスパイラル型のＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）膜を例示できる。ＵＦ膜処理システム１１は、排水の浄化処理を行い、処理水を処理水槽１２へ供給する。なお、ＵＦ膜処理システム１１の代わりに、ＲＯ膜（逆浸透膜）により浄化処理を行うシステム、その他の浄化装置が採用されてもよい。
【００２９】
なお、排水処理槽２１からＵＦ膜処理システム１１へ向かう排水とＵＦ膜処理システム１１から処理水槽１２へ向かう処理水との間で熱交換する熱交換器を更に設けてもよい。例えば、図２に示すように、ＵＦ膜処理システム１１の上流側に熱交換器１５、下流側に熱交換器１６を設け、ポンプＰ１３によって水等の熱媒体を熱交換器１５及び熱交換器１６の間で循環させて、当該熱交換を行ってもよい。この場合、循環する熱媒体を介して、排水の温熱を、熱交換器１５において吸熱し、熱交換器１６において処理水へ放熱することができる。このようにすることで、当該熱交換によって、ＵＦ膜処理システム１１へ向かう排水を降温するとともに、処理水槽１２へ向かう処理水を昇温することができる。そのため、処理水槽１２からＵＦ膜処理システム１１へ供給される排水がＵＦ膜の耐熱温度を超えるときに、当該排水をＵＦ膜の耐熱温度内の温度等へ降温しつつ、排水の温熱を廃棄せずに有効利用することが可能となる。
【００３０】
処理水槽１２は、処理水を一時的に貯留する。処理水槽１２は、処理水の供給量を安定化させる役割を担う。また、処理水槽１２に貯留される処理水に対しては、水質分析あるいは濁度計を用いた水質確認が実施される。処理水槽１２に貯水された処理水は、ポンプＰ１２によって、熱回収用熱交換器１３へ供給される。なお、処理水槽１２には、保温性の高い材質、構造が採用されることが好ましい。
【００３１】
熱回収用熱交換器１３は、処理水槽１２から供給される処理水を、空調システム３における冷却水の循環水路から流入される冷却水との間で熱交換する。熱回収用熱交換器１３として、対向流式の顕熱交換器を例示できる。処理水は、図１における右側に示される水路から熱回収用熱交換器１３へ流入する。また、冷却水は、ポンプＰ３１によって送り出されて、左側に示される水路から熱回収用熱交換器１３へ流入する。処理水は、熱回収用熱交換器１３を通流した後、熱回収ヒートポンプ１４へ供給される。冷却水は、熱回収用熱交換器１３を通流した後、冷却水の循環水路へ戻され、冷凍機３１へ供給される。
【００３２】
本実施形態の熱回収用熱交換器１３によれば、流入する冷却水が流入する処理水より高温である場合、熱交換によって、冷却水が降温するとともに、処理水が昇温することになる。そのため、空調システム３の冷熱の需要を満たすとともに、冷却水から回収した温熱を処理水の昇温に利用することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、冷却塔３２から冷凍機３１へ向かう冷却水が、熱回収用熱交換
器１３に流入して処理水と熱交換するが、冷凍機３１から冷却塔３２へ向かう冷却水が熱回収用熱交換器１３に流入して処理水と熱交換するように構成することもできる。ただし、冷凍機３１に流入する冷却水温度を降温させる方が、より冷凍機３１のエネルギー効率を向上させることができるので、冷却塔３２から冷凍機３１へ向かう冷却水と処理水とで熱交換する構成とするのが望ましい。
【００３４】
なお、排水利用システム１は、冷却塔３２によって冷却された冷却水が処理水槽１２から熱回収用熱交換器１３へ流入する処理水より高温である場合、ポンプＰ３１を稼働した状態で運用される。具体的には、夏季等において、空調システム３の冷却塔３２の冷却能力が低下し、冷却水が十分に冷却されない場合に、このような運用がされる。また、排水利用システム１は、冷却塔３２によって冷却された冷却水が処理水槽１２から熱回収用熱交換器１３へ流入する処理水より高温ではない場合、ポンプＰ３１の稼働を停止した状態で運用される。具体的には、冬季等において、空調システム３の冷却塔３２の冷却能力が十分である場合に、このような運用がされる。
【００３５】
なお、排水利用システム１には、熱回収用熱交換器１３へ流入する処理水の温度を計測する温度計と、冷却塔３２から冷凍機３１へ向かう冷却水の温度を計測する温度計とを設けてもよい。この場合において、排水利用システム１には、冷却水の計測温度が処理水の計測温度より高いときにポンプＰ３１を稼働し、それ以外のときにポンプＰ３１を停止する自動制御機構が設けられてもよい。
【００３６】
熱回収ヒートポンプ１４は、熱回収用熱交換器１３から供給される処理水を、空調システム３の冷水の循環水路より流入される冷水から吸熱（同時に処理水へ放熱）して昇温するヒートポンプである。処理水は、図１における右側に示される水路から熱回収ヒートポンプ１４へ流入する。冷水は、ポンプＰ３２によって送り出されて、左側に示される水路から熱回収ヒートポンプ１４へ流入する。ここで流入される冷水は、冷水の循環水路において空調機３３から冷凍機３１へ還る冷水、すなわち熱を消費した後の冷水である。熱回収ヒートポンプ１４は、処理水を所定の温度（例えば、３５℃以上）に昇温するように、冷水から処理水への熱移動を行う。熱回収ヒートポンプ１４は、昇温した処理水を洗浄設備４へ供給する。また、熱回収ヒートポンプ１４によって降温された冷水は、冷水の循環水路へ戻され、冷凍機３１へ供給される。
【００３７】
本実施形態の熱回収ヒートポンプ１４によれば、冷水を降温するという空調システム３の冷熱の需要を満たすとともに、冷水から吸熱した温熱を処理水の昇温に利用することができる。特に、処理水が熱回収用熱交換器１３において昇温されている場合、処理水が熱回収用熱交換器１３において昇温されずに熱回収ヒートポンプ１４単体で所定の温度まで昇温される場合に比べ、より少ない熱移送の動力で、所望の温度の温水を得ることができる。また、得られる温水は、適切な水質に浄化されているため、洗浄力の高い洗浄用水として利用できる。
【００３８】
洗浄設備４は、洗浄用水としての温水を需要する洗浄設備である。洗浄設備４は、熱回収ヒートポンプ１４から供給される昇温された処理水を、洗浄用水として使用する。洗浄設備４として、食品等の運搬容器を３５℃程度の温水で洗浄する設備を例示できる。なお、洗浄対象及び温水の温度は、このような例示に限定されない。洗浄設備４は、例えば、野菜、工業製品その他の物を洗浄するものであってもよい。なお、洗浄設備４は、図１では生産施設２の外部に設置されているが、生産施設２の内部に設置されるものであってもよい。この場合において、洗浄設備４における洗浄に用いられた温水が、排水として回収され、再度、排水利用システム１へ供給されて利用されてもよい。
【００３９】
なお、洗浄設備４は、熱回収ヒートポンプ１４から供給される温水のみを使用するもの
に限らず、別系統からの温水も供給されるようにし、当該別系統からの温水の温度や供給量を調整することによって、洗浄設備４に供給する温水の温度を調整するものであってもよい。また、熱回収ヒートポンプ１４から供給される温水を更に昇温して温度を調整するものであってもよい。この場合でも、洗浄設備４へ供給される処理水は予熱に供されており、別途昇温するための装置の電力等のエネルギーや燃料等の資源の消費が抑制される。また、洗浄設備４の代わりに、衣料用洗濯機、温水プール等その他の温水の需要設備が採用されてもよい。
【００４０】
＜夏季の運用＞
図３は、夏季における排水利用システム１の運用を例示する説明図である。この例では、ポンプＰ３１が稼働した状態で排水利用システム１が運用されている。そのため、空調システム３の冷却水が排水利用システム１へ引き入れられ、熱回収用熱交換器１３において、冷却水と処理水との間での熱交換が行われる。図３において、熱回収用熱交換器１３には、処理水槽１２から２０℃の処理水が流入する。一方、冷却水の循環水路から熱回収用熱交換器１３へ、処理水よりも高温である３０℃の冷却水が流入する。この冷却水は、上述のように、冷却塔３２の冷却能力が低下したために、十分には冷却されていない冷却水である。熱回収用熱交換器１３における処理水と冷却水との間での熱交換によって、処理水は２８℃へ昇温し、冷却水は２３℃へ降温する。
【００４１】
図３において、熱回収用熱交換器１３において２８℃に昇温された処理水は、熱回収ヒートポンプ１４へ流入する。一方、冷水の循環水路から熱回収ヒートポンプ１４へ、冷水が流入する。熱回収ヒートポンプ１４において、冷水は降温され、処理水は所定の温度である３５℃まで更に昇温される。
【００４２】
なお、処理水、冷却水、冷水の温度は、図３に例示される温度に限定されるものではない。
【００４３】
＜冬季の運用＞
図４は、冬季における排水利用システム１の運用を例示する説明図である。この例では、ポンプＰ３１の稼働が停止した状態で排水利用システム１が運用されている。そのため、空調システム３の冷却水が排水利用システム１へ引き入れられず、熱回収用熱交換器１３において、冷却水と処理水との間の熱交換が行われない。一方、ポンプＰ３２は稼働しており、冷水は排水利用システム１へ引き入れられる。そのため、熱回収ヒートポンプ１４において、冷水が降温され、処理水が所定の温度である３５℃まで昇温される。なお、春、秋等の中間期にも、ポンプＰ３１の稼働が停止された状態で、冬季と同様の運用がされてよい。
【００４４】
以上説明した本実施形態によれば、排水が回収され、浄化処理されて昇温される。そのため、排水を有効利用して浄化された温水を生成できる。この際、空調システム３の冷水の降温と処理水の昇温とが併せて行われる。よって、空調システム３の冷水の降温と処理水の昇温とをそれぞれ独立に行う場合に比べ、全体として、電力等のエネルギー、燃料、水等の資源の消費がより抑制される。そのため、排水を有効利用し、より省資源、より省エネルギーで、空調システム３の稼働及び所望の温水の供給を行うことができる。
【００４５】
夏季等には、更に、空調システム３の高温の冷却水と処理水との間で熱交換がされる。そのため、冷凍機３１へ供給される冷却水が降温されるとともに、処理水が昇温される。そのため、冷凍機３１のエネルギー効率を向上させるとともに、冷却水が含んでいた熱を利用して所望の温水を得ることができる。よって、空調システム３の稼働及び温水の供給を更に省エネルギーで行うことができる。
【符号の説明】
【００４６】
１    排水利用システム
１１  ＵＦ膜処理システム（浄化処理装置）
１２  処理水槽
１３  熱回収用熱交換器（熱交換器）
１４  熱回収ヒートポンプ（ヒートポンプ）
１５、１６  熱交換器
２    生産施設
２１  排水処理槽
３    空調システム
３１  冷凍機
３２  冷却塔
３３  空調機
４    洗浄設備（温水の需要設備）
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４、Ｐ３５  ポンプ
【図１】
2015117909.tif 000003
【図２】
2015117909.tif 000004
【図３】
2015117909.tif 000005
【図４】
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