(57)【要約】      （修正有）【課題】導入コストが安価でかつ、所要エネルギーが少ない効率的な運転を連続して行うことが可能な固液分離システムの提供。【解決手段】液相で水分又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２００であり、作動流体を冷媒により気化させる高温側熱交換器４と、作動流体を冷媒により液化させる低温側熱交換器６とを接続して作動流体を循環させる流体回路１０と、圧縮機２と高温側熱交換器４と膨張機構５と低温側熱交換器６とを、順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル１とを備えるとともに、流体回路１０の作動流体と冷凍サイクル１の冷媒とが熱的に接触しない凝縮器３または蒸発器を、冷凍サイクル１又は流体回路１０に設ける固液分離システム２００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前期作動流体を気化させることで前記水分や油分を析出させる固液分離システムにおいて、
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、
圧縮機と前記高温側熱交換器と膨張機構と前記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、
前記圧縮機と前記膨張機構との間には、前記作動流体以外の流体と熱交換する凝縮器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２】
請求項１の固液分離システムにおいて、
前記凝縮器は、前記高温側熱交換器に対して、直列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３】
請求項１の固液分離システムにおいて、
前記凝縮器は、前記高温側熱交換器に対して、並列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４】
請求項１の固液分離システムにおいて、
前記凝縮器は熱交換する熱量を任意に調節できることを特徴とする固液分離システム。
【請求項５】
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、油分や水分を含有した物質を充填するためのタンクが備えてあることを特徴とする固液分離システム。
【請求項６】
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、前記流体回路を循環する作動流体を、強制的に循環させる手段を設けていることを特徴とする固液分離システム。
【請求項７】
請求項１の固液分離システムにおいて、
前記流体回路を循環する作動流体は、前記高温側熱交換器入口では液体であり、前記高温側熱交換器出口では気体であることを特徴とする固液分離システム。
【請求項８】
請求項１の固液分離システムにおいて、
前記流体回路を循環する作動流体は、ジメチルエーテルであることを特徴とする固液分離システム。
【請求項９】
請求項１の固液分離システムにおいて、
前記冷凍サイクルを循環する冷媒の低温側熱交換器の出入口温度差を取得する手段と、
前記流体回路を循環する作動流体の前記低温側熱交換器の出入口温度、または前記流体回路を循環する作動流体の高温側熱交換器の出入口温度を取得する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１０】
請求項９の固液分離システムにおいて、
前記冷凍サイクルを循環する冷媒の低温側熱交換器の出入口温度差と、前記流体回路を循環する作動流体の前記低温側熱交換器の出入口温度、または前記流体回路を循環する作動流体の高温側熱交換器の出入口温度をもとに、前記圧縮機の回転数と、前記膨張機構の制御量と、前記凝縮器または前記蒸発器の交換熱量を制御可能な制御装置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１１】
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、前期作動流体を気化させることで前記水分や油分を析出させる固液分離システムにおいて、
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、
圧縮機と前記高温側熱交換器と膨張機構と前記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、
前記流体回路には、前記冷凍サイクルを循環する冷媒以外の流体と熱交換する蒸発器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１２】
請求項１１の固液分離システムにおいて、
前記冷凍サイクルを循環する冷媒以外の流体と熱交換する蒸発器は、前記低温側熱交換器に対して直列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１３】
請求項１１の固液分離システムにおいて、
前記冷凍サイクルを循環する冷媒以外の流体と熱交換する蒸発器は、前記低温側熱交換器に対して並列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１４】
請求項１１の固液分離システムにおいて、
前記冷凍サイクルの前記圧縮機と前記膨張機構との間に、前記流体回路を循環する作動流体以外の流体と熱交換する凝縮器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１５】
請求項１１の固液分離システムにおいて、
前記蒸発器は、熱交換する熱量を任意に調節できることを特徴とする固液分離システム。
【請求項１６】
請求項１１の固液分離システムにおいて、
前記流体回路には、油分や水分を含有した物質を充填するためのタンクが備えてあることを特徴とする固液分離システム。
【請求項１７】
請求項１１の固液分離システムにおいて、
前記流体回路には、前記流体回路を循環する作動流体を、強制的に循環させる手段を設けていることを特徴とする固液分離システム。
【請求項１８】
請求項１１の固液分離システムにおいて、
前記流体回路を循環する作動流体は、前記高温側熱交換器入口では液体であり、前記高温側熱交換器出口では気体であることを特徴とする固液分離システム。
【請求項１９】
請求項１1の固液分離システムにおいて、
前記流体回路を循環する作動流体は、ジメチルエーテルであることを特徴とする固液分離システム。
【請求項２０】
請求項１１の固液分離システムにおいて、
前記冷凍サイクルを循環する冷媒の低温側熱交換器の出入口温度差を取得する手段と、
前記流体回路を循環する作動流体の前記低温側熱交換器の出入口温度、または前記流体回路を循環する作動流体の高温側熱交換器の出入口温度を取得する手段を備えていることを特徴とする固液分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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薬品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、ジメチルエーテルを用いた脱水方法が開示されている。
【０００３】
ジメチルエーテルは液体で水分を溶解する特性を有しているため、液体ジメチルエーテルを高水分炭と混合し、水分を溶解して固体から分離する。その後、高含水の液体ジメチルエーテルを気体へ相変化させ、気体のジメチルエーテルと水分を分離する。気化したジメチルエーテルは回収され、再度液化させて再び水分含有固体の水分の除去に使用して固体含有水分の水分を除去する。
【０００４】
（特許文献１）では、ジメチルエーテルを圧縮機で直接圧縮して昇圧させ、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する。その後、外部の熱源へ放熱する冷却器を用いてさらに冷却して高圧低温の液体とした後、膨張機構により減圧され低圧低温の液体となる。さらにその後、高圧側と低圧側を熱交換する熱交換器を通過する際に加熱されて、低圧低温の気体となって圧縮機へ戻す。このようにひとつの熱交換器で同一流体の高圧側と低圧側を熱交換させることにより、少ない所要エネルギーで水分の除去が可能であるとしている。
【０００５】
一方、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・脱油への適用も考えられる。しかしながら、油と水を含有する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、従来技術の固液分離システムでは、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。
【０００６】
また、従来技術にはシステム内のジメチルエーテルの流れは示されているが、ジメチルエーテルの温度制御に関する考慮はなされていない。圧縮機を用いた冷凍サイクルは、圧縮機によるジメチルエーテルへの加熱量と冷却器での放熱量を適切に制御しなければ、システムの温度が安定しない。システムの温度が安定しない場合、所要エネルギーを少なく効率的に運転できないばかりか、システムの温度が上昇もしくは下降し続け、連続運転をすることができない。このため、固液分離システムではシステム温度の安定が必須の課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第4291772号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前期作動流体を気化させることで前記水分や油分を析出させる固液分離システムにおいて、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、圧縮機と前記高温側熱交換器と膨張機構と前記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、前記圧縮機と前記膨張機構との間には、前記作動流体以外の流体と熱交換する凝縮器を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記凝縮器は、前記高温側熱交換器に対して、直列に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記凝縮器は、前記高温側熱交換器に対して、並列に配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記凝縮器は熱交換する熱量を任意に調節できることを特徴とするものである。
【００１３】
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、油分や水分を含有した物質を充填するためのタンクが備えてあることを特徴とするものである。
【００１４】
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、前記流体回路を循環する作動流体を、強制的に循環させる手段を設けていることを特徴とするものである。
【００１５】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記流体回路を循環する作動流体は、前記高温側熱交換器入口では液体であり、前記高温側熱交換器出口では気体であることを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記流体回路を循環する作動流体は、ジメチルエーテルであることを特徴とするものである。
【００１７】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記冷凍サイクルを循環する冷媒の低温側熱交換器の出入口温度差を取得する手段と、前記流体回路を循環する作動流体の前記低温側熱交換器の出入口温度、または前記流体回路を循環する作動流体の高温側熱交換器の出入口温度を取得する手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記冷凍サイクルを循環する冷媒の低温側熱交換器の出入口温度差と、前記流体回路を循環する作動流体の前記低温側熱交換器の出入口温度、または前記流体回路を循環する作動流体の高温側熱交換器の出入口温度をもとに、前記圧縮機の回転数と、前記膨張機構の制御量と、前記凝縮器または前記蒸発器の交換熱量を制御可能な制御装置を備えていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、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、前期作動流体を気化させることで前記水分や油分を析出させる固液分離システムにおいて、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、圧縮機と前記高温側熱交換器と膨張機構と前記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、前記流体回路には、前記冷凍サイクルを循環する冷媒以外の流体と熱交換する蒸発器を備えていることを特徴とするものである。
【００２０】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記冷凍サイクルを循環する冷媒以外の流体と熱交換する蒸発器は、前記低温側熱交換器に対して直列に配置されていることを特徴とするものである。
【００２１】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記冷凍サイクルを循環する冷媒以外の流体と熱交換する蒸発器は、前記低温側熱交換器に対して並列に配置されていることを特徴とするものである。
【００２２】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記冷凍サイクルの前記圧縮機と前記膨張機構との間に、前記流体回路を循環する作動流体以外の流体と熱交換する凝縮器を備えていることを特徴とするものである。
【００２３】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記蒸発器は、熱交換する熱量を任意に調節できることを特徴とするものである。
【００２４】
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、油分や水分を含有した物質を充填するためのタンクが備えてあることを特徴とするものである。
【００２５】
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、前記流体回路を循環する作動流体を、強制的に循環させる手段を設けていることを特徴とするものである。
【００２６】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記流体回路を循環する作動流体は、前記高温側熱交換器入口では液体であり、前記高温側熱交換器出口では気体であることを特徴とするものである。
【００２７】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記流体回路を循環する作動流体は、ジメチルエーテルであることを特徴とするものである。
【００２８】
更に、本発明は固液分離システムにおいて、前記冷凍サイクルを循環する冷媒の低温側熱交換器の出入口温度差を取得する手段と、前記流体回路を循環する作動流体の前記低温側熱交換器の出入口温度、または前記流体回路を循環する作動流体の高温側熱交換器の出入口温度を取得する手段を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の固液分離システムは、上記の手段を用いることにより、作動油を必要とする圧縮機を用いてもシステムを構成することが可能で、かつ任意の動作点でジメチルエーテルの相変化を安定して行う制御を可能とする。これにより、作動油の要否に関わらず圧縮機を選定できるため、固液分離システムをより安価に提供できる。
【００３０】
また、ジメチルエーテルの相変化に冷凍サイクルを用いることにより、圧縮機の所要エネルギーで作動流体の相変化の大部分を行うことができ、所要エネルギーが少なく効率的な運転が可能となる。
【００３１】
また、水分・油分を含む物質の脱水・脱油を行う場合においてもシステム内の温度を安定させて連続運転することが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】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
【図２】本発明に係る第１実施例の固液分離システムの制御を示すフローチャート
【図３】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
【図４】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
【図５】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
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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５を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００３４】
まず、図１から図３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および図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２は本実施例の固液分離システムの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。
【００３５】
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、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11、充填槽12、高温側熱交換器4、低温側熱交換器6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の流体回路には抽出物貯蔵槽13が設けられており、固体から分離された水分や油分はここに貯められる。
【００３６】
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には、冷媒R410Aの他にHFO1234yfやR134a、R32なども使用可能である。
【００３７】
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。
【００３８】
図中の破線の矢印は冷媒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、低温側熱交換器6の冷媒入口に冷媒入口温度センサ100bと冷媒出口に冷媒出口温度センサ100aを、作動流体の温度を検知する手段として、低温側熱交換器6の流体入口に流体入口温度センサ100cと流体出口温度センサ100d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11の出力を制御する。
【００３９】
次に、固液分離システム200の運転時の冷媒と流体の動きについて説明する。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冷媒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、高温側熱交換器4を通過する。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。
【００４０】
一方、流体回路10では、ポンプ11の動力によって移動する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により吸熱され、気体から二相状態、液体へと相変化する。液化したDMEは汚泥が充填された充填槽12で汚泥中の水分と油分を溶解して高温側熱交換器4へと移動する。なお、充填槽12は出入口から固体が流出できない構造となっている。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。高温側熱交換器4では気体のDMEのみ回収され、再びポンプ11へと戻されるため、液化したDMEが充填槽12から保持してきた水分や油分は高温側熱交換器4で留まり、抽出物貯蔵槽13へと移動する。
【００４１】
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、熱交換する対象が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。また、本実施例では凝縮器3を冷凍サイクル1の圧縮機2と高温側熱交換器4との間に設けているが、高温側熱交換器4と膨張弁5との間に設けてもよい。ただし、本実施例の設置位置の方が凝縮器3の伝熱性能が高いため、小型化が可能である点で望ましい。
【００４２】
固液分離システム200の運転を行うため、制御装置100では図２に示す制御のフローチャートに従い制御を行う。運転前の前提として、充填槽12は水分と油分を含有した汚泥が充填されている。運転が開始されると、圧縮機2、膨張弁4、ポンプ11、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、Step1へ移行し、温度センサ100aおよび温度センサ100bの値を元に低温側熱交換器6の冷媒側出入口温度差が目標値であるか否か、つまり冷媒側の過熱度を判定する。目標から外れていれば、膨張弁5の開度を調整し再びStep1の判定を行うが、目標値であれば、Step2へ移行する。
【００４３】
Step2では温度センサ100cおよび温度センサ100dを元に低温側熱交換器6の流体回路10の出入口温度差が一定値であるか、つまり高温側熱交換器4と低温側熱交換器6とでの交換熱量が等しいか否かを判定する。一定値で無ければ凝縮器用ファン3aの回転数を調整し、再びStep1へ戻るが、一定値であればStep3へ移行する。
【００４４】
Step3では、温度センサ100cおよび温度センサ100dを元に低温側熱交換器6での温度差が目標値か否か、つまり交換熱量を判定する。目標値から外れていれば、圧縮機2の回転数を調整し、再びStep1へ戻るが、目標値であれば調整せずに再び過熱度判定へもどり、運転中は常にStep1〜Step3を繰り返し行う。
【００４５】
本実施例の固液分離システム200は、上記の構成および制御により、以下の効果が得られる。まず、DMEの相変化は、圧縮機2を備えた冷凍サイクル1を熱源として加熱、冷却により行うため、直接DMEを圧縮機2で圧縮する必要が無い。このため、作動油が必要な圧縮機も使用可能となり、汎用品の圧縮機を用いた固液分離システムが実現できる。これにより、ユーザに対し安価な固液分離システムを提供できる。
【００４６】
また、本実施例の固液分離システム200は、遠心分離をした後の汚泥に対して、さらに脱水できるため、汚泥の体積を減らすことが可能である。これにより、環境に対して産業廃棄物が低減される効果があるのに加え、汚泥の処理が必須の事業者にとっては産業廃棄物処理にかかるコストを削減できる効果がある。
【００４７】
また、本実施例の固液分離システム200は、温度センサ100a〜100bの値を元に、圧縮機2、膨張弁4、ポンプ11、凝縮器用ファン3aを制御装置100により制御するため、任意の動作点でシステムを運転でき、少ない所要エネルギーで効率的に固体と水分や油分を分離することが可能である。さらに周囲温度の変化や水分や油分の溶解状態により、DME側の濃度変化が生じる場合がある。このような伝熱性能の変化に対しても、本実施例の固液分離システム200はシステムを任意の動作点で運転するよう制御することにより、連続してシステムを稼動することが可能である。
【００４８】
なお、図３に示す固液分離システム200の構成は、凝縮器3が高温側熱交換器4と並列に配置されていることが図１と異なる特徴である。その他の構成や効果については、図１の構成と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００４９】
冷凍サイクル1では、運転が開始されると、圧縮機2で昇圧されて高温・高圧の気体となったR410Aが、圧縮機2出口で分岐され、凝縮器3と、高温側熱交換器4とにそれぞれ同時に通過する構成となっている。必要に応じて、凝縮器3の流路に流量調整弁8を設けてもよい。その後膨張弁5の手前で合流し、その後は図１に示した構成と同じである。
【００５０】
凝縮器3と高温側熱交換器4を並列に配置することにより、熱交換器3と高温側熱交換器4での冷媒の圧力損失が抑えられるため、交換熱量が多い条件においては図３に示すサイクル構成はシステムの所要エネルギーの低減に対し効果的である。また、図３の構成は、図１の構成に比べ高温側熱交換器4の入口冷媒温度が高くなるため、伝熱性能を向上させ、高温側熱交換器4の省スペース化にも効果がある。
【実施例２】
【００５１】
次に、図４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４は、本実施例の固液分離システムの構成を示すサイクル図であり、実施例１と比較し、蒸発器7が流体回路10に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。
【００５２】
本実施例の固液分離システム200は、圧縮機2、高温側熱交換器4、膨張弁5、低温側熱交換器6を、順次配管で接続した冷凍サイクル1と、ポンプ11、充填槽12、高温側熱交換器4、蒸発器7、低温側熱交換器6、を順次配管で接続した流体回路10とから構成される。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10には抽出物貯蔵槽13が設けられており、固体から分離された水分や油分はここに貯められる。なお、ここでは蒸発器7は高温側熱交換器4と低温側熱交換器6の間に設置しているが、低温側熱交換器6とポンプ11の間に設置してもよい。
【００５３】
次に、固液分離システム200の運転時の冷媒と流体の動きについて説明する。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、高温側熱交換器4を通過する。高温側熱交換器4では流体回路10のDMEへ放熱を行い、冷媒R410A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。
【００５４】
一方流体回路10では、ポンプ11の動力によって移動するDMEが、蒸発器7を通過する過程で外気から一度目の吸熱をされる。その後、低温側熱交換器6で冷凍サイクル1のR410Aにより二度目の吸熱をされることで状態を気体から二相状態、液体へと相変化させる。液化したDMEは汚泥が充填された充填槽12で汚泥中の水分と油分を溶解して高温側熱交換器4へと移動する。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は状態を液体から二相状態、気体へと相変化させる。高温側熱交換器4では気体のDMEのみ回収され、再び蒸発器7へと戻されるため、液化したDMEが充填槽12から保持してきた水分や油分は高温側熱交換器4で留まり、抽出物貯蔵槽13へと移動する。
【００５５】
制御に関しては、実施例１の図２で示したフローチャートのうち、凝縮器用ファン3aの項目を蒸発器用ファン7aに置き換えればよく、フローチャートに従い運転することで、システムを任意の温度に安定して運転することができる。
【００５６】
本実施例の固液分離システム200は、DMEの温度を外気からの吸熱量を調整することにより制御できるため、外気温度がDMEの沸点よりも低く露点よりも高い条件では、流体回路10の温度の安定が容易となる。また、実施例１と比較し、冷凍サイクルの圧縮機2の所要エネルギーに対する高温側熱交換器4でのR410AとDMEの交換熱量が増加するため、システムの効率を向上させることができる。
【実施例３】
【００５７】
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の構成を示すサイクル図であり、冷凍サイクル1に凝縮器3を、流体回路10に蒸発器7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、効果については省略する。
【００５８】
本実施例の固液分離システム200は、圧縮機2、凝縮器3、高温側熱交換器4、膨張弁5、低温側熱交換器6を、順次配管で接続した冷凍サイクル1と、ポンプ11、充填槽12、高温側熱交換器4、蒸発器7、低温側熱交換器6、を順次配管で接続した流体回路10とから構成される。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10の流路には抽出物貯蔵槽13が設けられており、固体から分離された水分や油分はここに貯められる。なお、ここでは凝縮器3を冷凍サイクル1の圧縮機2と高温側熱交換器4との間に設けているが、高温側熱交換器4と膨張弁5との間に設けてもよい。また、蒸発器7は高温側熱交換器4と低温側熱交換器6の間に設置しているが、低温側熱交換器6とポンプ11の間に設置してもよい。
【００５９】
次に、固液分離システム200の運転時の冷媒と流体の動きについて説明する。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、高温側熱交換器4を通過する。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。
【００６０】
一方流体回路10では、ポンプ11によって移動するDMEが、蒸発器7を通過する。しかしここでは外気との熱交換は行わず、その後、低温側熱交換器6で冷凍サイクル1のR410Aにより吸熱をされることで状態を気体から二相状態、液体へと相変化させる。液化したDMEは汚泥が充填された充填槽12で汚泥中の水分と油分を溶解して高温側熱交換器4へと移動する。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は状態を液体から二相状態、気体へと相変化させる。高温側熱交換器4では気体のDMEのみ回収され、再び蒸発器7へと戻されるため、液化したDMEが充填槽12から保持してきた水分や油分は高温側熱交換器4で留まり、抽出物貯蔵槽13へと移動する。
【００６１】
本実施例の固液分離システム200は、凝縮器3で所望の熱交換が実行されている場合には蒸発器用ファン7aを停止し、蒸発器7が外気との熱交換しないよう制御される。しかし温度センサ100a〜100dのデータより、制御装置100が熱交換器3のみでは放熱しきれない非常事態と判断した場合には、蒸発器用ファン7aを起動し、蒸発器7でDMEが外気から吸熱されるよう制御する。なお、ここで想定している非常事態とは、凝縮器用ファン3aの故障や、圧縮機2の所要エネルギーが何らかの理由で増加した場合などである。
【００６２】
本実施例の固液分離システムは、上記の非常事態に備えた構成および制御を備えることにより、特に冷凍サイクル1と流体回路10に封入する冷媒や流体が、高圧ガスが可燃性ガスの場合、システムの信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
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…膨張弁
6…低温側熱交換器
7…蒸発器
7a…蒸発器用ファン
8…流量調整弁
10…流体回路
11…ポンプ
12…充填槽
13…抽出物貯蔵槽
100…制御装置
100a〜100d…温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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