特許 6367024 消化槽の加熱システム及び汚泥消化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6367024

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】消化槽の加熱システム及び汚泥消化システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/04 20060101AFI20180723BHJP

   F25B 27/00 20060101ALI20180723BHJP

   F25B 27/02 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/04 ZZAB

   F25B27/00 H

   F25B27/02 Q

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-139811(P2014-139811)

(22)【出願日】2014年7月7日

(65)【公開番号】特開2016-16351(P2016-16351A)

(43)【公開日】2016年2月1日

【審査請求日】2017年6月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(73)【特許権者】

【識別番号】506122327

【氏名又は名称】公立大学法人大阪市立大学

(73)【特許権者】

【識別番号】591023479

【氏名又は名称】ダイダン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】593190674

【氏名又は名称】株式会社寺田鉄工所

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】貫上 佳則

(72)【発明者】

【氏名】中尾 正喜

(72)【発明者】

【氏名】長廣 剛

(72)【発明者】

【氏名】早川 慶朗

(72)【発明者】

【氏名】大平 昭仁

(72)【発明者】

【氏名】寺田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】栂野 良枝

(72)【発明者】

【氏名】上田 憲治

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０３６７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６７６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−０７６８９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５８−０２３７００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５９−１６６２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−０１７９９２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表平０３−５０３２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２０７９１１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００−１１／２０

Ｆ２５Ｂ ２７／００

Ｆ２５Ｂ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒートポンプを用いず、再生可能エネルギーを熱源として用いて熱媒体を加熱する第１加熱手段と、
前記ヒートポンプを有するとともに、消化処理完了後の汚泥、下水処理水、湖水及び井水のうち少なくとも一つから採取する未利用熱エネルギー及び再生可能エネルギーの少なくともいずれか一方を熱源として用いて、熱媒体を加熱する第２加熱手段と、
前記第１加熱手段により加熱された熱媒体及び前記第２加熱手段により加熱された熱媒体の少なくともいずれか一方と消化槽の汚泥との間で熱交換を行わせて、前記消化槽の汚泥を加熱する熱交換器と
を具備し、
前記第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が所定の第１閾値以上である場合に、前記第１加熱手段を用いて前記消化槽の汚泥を加熱し、
前記第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値未満である場合に、前記第２加熱手段を用いて前記消化槽の汚泥を加熱し、
前記第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値以上であり、かつ、前記熱交換器入口側の熱媒体の温度が所定の第２閾値以下である場合に、前記第１加熱手段により加熱された熱媒体及び前記第２加熱手段により加熱された熱媒体が前記熱交換器に供給される消化槽の加熱システム。

【請求項2】

前記第２加熱手段は、前記第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記第２加熱手段入口側の熱媒体の温度が所定の第３閾値未満である場合に、前記再生可能エネルギーを用いて前記第１加熱手段により加熱された熱媒体及び前記未利用熱エネルギーを熱源として用いて熱媒体を加熱する請求項１に記載の消化槽の加熱システム。

【請求項3】

下水等の汚泥を取り込んで嫌気性微生物処理を実行して消化させる消化槽と、
請求項１または請求項２に記載の消化槽の加熱システムと
を備える汚泥消化システム。

【請求項4】

ヒートポンプを用いず、再生可能エネルギーを熱源として用いて熱媒体を加熱する第１加熱工程と、
消化処理完了後の汚泥、下水処理水、湖水及び井水のうち少なくとも一つから採取する未利用熱エネルギー及び再生可能エネルギーの少なくともいずれか一方を熱源として用いて、前記ヒートポンプにより熱媒体を加熱する第２加熱工程と、
前記第１加熱工程により加熱された熱媒体及び前記第２加熱工程により加熱された熱媒体の少なくともいずれか一方と消化槽の汚泥との間で熱交換を行わせて、前記消化槽の汚泥を加熱する熱交工程と
を含み、
前記第１加熱工程により加熱された熱媒体の温度が所定の第１閾値以上である場合に、前記第１加熱工程を用いて前記消化槽の汚泥を加熱し、
前記第１加熱工程により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値未満である場合に、前記第２加熱工程を用いて前記消化槽の汚泥を加熱し、
前記第１加熱工程により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値以上であり、かつ、前記熱交工程を行う熱交換器入口側の熱媒体の温度が所定の第２閾値以下である場合に、前記第１加熱工程により加熱された熱媒体及び前記第２加熱工程により加熱された熱媒体が前記熱交換器に供給される消化槽の加熱方法。

【請求項5】

前記第２加熱工程は、前記第１加熱工程により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記第２加熱工程を行う第２加熱手段入口側の熱媒体の温度が所定の第３閾値未満である場合に、前記再生可能エネルギーを用いて前記第１加熱工程により加熱された熱媒体及び前記未利用熱エネルギーを熱源として用いて熱媒体を加熱する請求項４に記載の消化槽の加熱方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、消化槽の加熱システム及び汚泥消化システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、下水の浄化処理で生ずる汚泥を嫌気性菌等の微生物の作用で消化する汚泥消化システムにおいて、水冷ヒートポンプを用いて汚泥消化槽の汚泥を加熱するシステムが知られている。
例えば、特許文献１には、水冷ヒートポンプを用いて下水から回収した排熱で消化槽内の汚泥を加熱する汚泥消化システムが開示されている。特許文献２には、消化槽（生物反応槽）から排出される消化汚泥中から熱回収する第１の熱交換器と、第１の熱交換器との間でヒートポンプサイクルを構成し、第１の熱交換器で回収された熱により消化槽内の汚泥を所定温度に加熱する第２の熱交換器とを備える汚泥消化システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−３６７８１号公報

【特許文献2】特開２０１１−１６７６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の汚泥消化システムは、下水や消化が完了した消化汚泥から熱回収して、ヒートポンプを用いて消化槽内の汚泥を加熱するものであるが、場合によっては採熱量が不足し、消化槽内の汚泥を所望の温度にできないおそれがある。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、環境負荷の増大抑制及び省エネルギー化を図りながら、消化槽内の汚泥加熱の信頼性を向上させることのできる消化槽の加熱システム及び汚泥消化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】

【0006】

本発明の第１態様は、ヒートポンプを用いず、再生可能エネルギーを熱源として用いて熱媒体を加熱する第１加熱手段と、前記ヒートポンプを有するとともに、消化処理完了後の汚泥、下水処理水、湖水及び井水のうち少なくとも一つから採取する未利用熱エネルギー及び再生可能エネルギーの少なくともいずれか一方を熱源として用いて、熱媒体を加熱する第２加熱手段と、前記第１加熱手段により加熱された熱媒体及び前記第２加熱手段により加熱された熱媒体の少なくともいずれか一方と消化槽の汚泥との間で熱交換を行わせて、前記消化槽の汚泥を加熱する熱交換器とを具備し、前記第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が所定の第１閾値以上である場合に、前記第１加熱手段を用いて前記消化槽の汚泥を加熱し、前記第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値未満である場合に、前記第２加熱手段を用いて前記消化槽の汚泥を加熱し、前記第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値以上であり、かつ、前記熱交換器入口側の熱媒体の温度が所定の第２閾値以下である場合に、前記第１加熱手段により加熱された熱媒体及び前記第２加熱手段により加熱された熱媒体が前記熱交換器に供給される消化槽の加熱システムである。

【0007】

本態様によれば、第１加熱手段において再生可能エネルギーを熱源として熱媒体が加熱され、ヒートポンプを備える第２加熱手段において未利用熱エネルギー及び再生可能エネルギーの少なくともいずれか一方を熱源として用いて熱媒体が加熱される。そして、このようにして加熱された熱媒体と消化槽の汚泥との間で熱交換が行われることにより、消化槽の汚泥が加熱される。
このように、本態様によれば、第１加熱手段と第２加熱手段とからなる２つの熱媒生成手段を備えているので、消化槽の汚泥を加熱するためのより多くの熱量を確保することが可能となる。更に、第１加熱手段は再生可能エネルギーを熱源とし、第２加熱手段は未利用熱エネルギー及び再生可能エネルギーの少なくともいずれか一方を熱源としているので、環境負荷の増大を抑制できるとともに、省エネルギー化を図ることができる。

【0008】

またこのような構成によれば、第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が第１閾値以上である場合には、第１加熱手段によって加熱された熱媒体と消化槽の汚泥との間で熱交換が行われることにより汚泥が加熱され、第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が第１閾値未満である場合には、第２加熱手段により加熱された熱媒体と消化槽の汚泥との間で熱交換が行われることにより汚泥が加熱される。
第１加熱手段は、ヒートポンプを起動させる必要がないことから第２加熱手段よりも省エネルギー化を望むことが可能である一方、再生可能エネルギーを熱源とするため、第２加熱手段に比べて熱量が不安定となる。このような特性から、第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が第１閾値以上である場合、換言すると、第１加熱手段によって加熱された熱媒体によって消化槽の汚泥を所望の温度まで加熱できる場合には、第１加熱手段を優先的に利用することにより、省エネルギー化を図ることができる。また、第１加熱手段だけでは、消化槽の汚泥を所望の温度まで加熱できないと判定した場合には、第２加熱手段を用いることにより、安定した汚泥の加熱を行うことが可能となる。
上記「第１の閾値」は、消化槽の汚泥を所望の温度まで加熱可能な熱媒体の温度に設定
されている。

【0009】

第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が第１閾値以上であっても、前記熱交換器入口側の熱媒体温度、換言すると、前記熱交換器に供給される熱媒体の温度が第２閾値以下の場合には、消化槽の汚泥を所望の温度まで加熱できないおそれがある。このため、熱交換器入口側の熱媒体温度が第２閾値以下である場合には、第１加熱手段と第２加熱手段とを併用して消化槽の汚泥を加熱することとしている。これにより、消化槽の汚泥加熱の信頼性を向上させることができる。
上記「第２の閾値」は、消化槽の汚泥を所望の温度まで加熱可能な熱媒体の温度に設定されている。また、第２の閾値は、第１の閾値と同値であってもよい。

【0010】

上記消化槽の加熱システムにおいて、前記第２加熱手段は、前記第１加熱手段により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記第２加熱手段入口側の熱媒体の温度が所定の第３閾値未満である場合に、前記再生可能エネルギーを用いて前記第１加熱手段により加熱された熱媒体及び前記未利用熱エネルギーを熱源として用いて熱媒体を加熱することとしてもよい。

【0011】

本発明の第２態様は、下水等の汚泥を取り込んで嫌気性微生物処理を実行して消化させ
る消化槽と、上記の消化槽の加熱システムとを備える汚泥消化システムである。

【0012】

本発明の第３態様は、ヒートポンプを用いず、再生可能エネルギーを熱源として用いて熱媒体を加熱する第１加熱工程と、消化処理完了後の汚泥、下水処理水、湖水及び井水のうち少なくとも一つから採取する未利用熱エネルギー及び再生可能エネルギーの少なくともいずれか一方を熱源として用いて、前記ヒートポンプにより熱媒体を加熱する第２加熱工程と、前記第１加熱工程により加熱された熱媒体及び前記第２加熱工程により加熱された熱媒体の少なくともいずれか一方と消化槽の汚泥との間で熱交換を行わせて、前記消化槽の汚泥を加熱する熱交工程とを含み、前記第１加熱工程により加熱された熱媒体の温度が所定の第１閾値以上である場合に、前記第１加熱工程を用いて前記消化槽の汚泥を加熱し、前記第１加熱工程により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値未満である場合に、前記第２加熱工程を用いて前記消化槽の汚泥を加熱し、前記第１加熱工程により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値以上であり、かつ、前記熱交工程を行う熱交換器入口側の熱媒体の温度が所定の第２閾値以下である場合に、前記第１加熱工程により加熱された熱媒体及び前記第２加熱工程により加熱された熱媒体が前記熱交換器に供給される消化槽の加熱方法である。

【0013】

上記消化槽の加熱方法において、前記第２加熱工程は、前記第１加熱工程により加熱された熱媒体の温度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記第２加熱工程を行う第２加熱手段入口側の熱媒体の温度が所定の第３閾値未満である場合に、前記再生可能エネルギーを用いて前記第１加熱工程により加熱された熱媒体及び前記未利用熱エネルギーを熱源として用いて熱媒体を加熱することとしてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、環境負荷の増大抑制及び省エネルギー化を図りながら、消化槽内の汚泥加熱の信頼性を向上させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る汚泥消化システムの概略構成を示したシステム構成図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る消化槽の加熱システムの制御方法を示したフローチャートである。

【図3】本発明の一実施形態に係る消化槽の加熱システムの制御方法を示したフローチャートである。

【図4】本発明の一実施形態に係る消化槽の加熱システムの第１運転モードについてのシステム構成を示した図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る消化槽の加熱システムの第２運転モードについてのシステム構成を示した図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る消化槽の加熱システムの第３運転モードにおいて、熱源水の熱源として消化汚泥のみを用いる場合のシステム構成を示した図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る消化槽の加熱システムの第３運転モードにおいて、熱源水の熱源として消化汚泥と太陽熱温水を用いる場合のシステム構成を示した図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る消化槽の加熱システムの第３運転モードにおいて、熱源水の熱源として消化汚泥、下水処理水、及び太陽熱温水を用いる場合のシステム構成を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明に係る汚泥消化システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る汚泥消化システムの概略構成を示したシステム構成図である。図１に示すように、汚泥消化システム１は、下水等の汚泥を取り込んで嫌気性微生物処理を実行して消化させる消化槽２と、消化槽２に滞留される汚泥を加熱するための消化槽の加熱システム３とを備えている。

【0017】

消化槽２には、汚泥が循環する循環配管Ｌ３０が設けられている。循環配管Ｌ３０には、汚泥を圧送するためのポンプＰｅ１が設けられている。
消化槽の加熱システム３は、第１加熱装置（第１加熱手段）１１、第２加熱装置（第２加熱手段）１２、熱交換器１４、及び制御装置１０を主な構成として備えている。
第１加熱装置１１は、再生可能エネルギーを熱源として用いて熱媒体を加熱するものである。本実施形態では、第１加熱装置１１として、太陽熱を利用して熱媒体を加熱する太陽熱パネルを採用する場合について説明するが、この例に限定されず、例えば、地熱を利用して熱媒体を加熱する装置等を利用してもよい。

【0018】

第２加熱装置１２は、ヒートポンプを有し、未利用熱エネルギー及び太陽熱等の再生可能エネルギーの少なくともいずれか一方を熱源として熱媒体を加熱するものである。具体的には、未利用熱エネルギー及び太陽熱等の再生可能エネルギーの少なくともいずれか一方を熱源として熱源水を加熱し、加熱後の熱源水を用いて熱媒体を加熱する。なお、ヒートポンプを用いて熱媒体を加熱するための構成や機能については公知のため、詳細な説明は省略する。第２加熱装置１２の一例としては、例えば、水熱源ヒートポンプ等が挙げられる。

【0019】

本実施形態では、未利用熱エネルギーとして、消化処理完了後の汚泥（以下「消化汚泥」という。）および下水処理水を用いている。消化汚泥から熱を採取するために、消化汚泥と熱源水との間で熱交換を行う汚泥熱交換器１６が設けられている。同様に、下水処理水から熱を採取するために、熱源水との間で熱交換を行う処理水熱交換器１７が設けられている。汚泥熱交換器１６に消化汚泥を供給する配管Ｌ２１には、消化汚泥を圧送するポンプＰｓｌが設けられ、同様に、処理水熱交換器１７に下水処理水を供給する配管Ｌ２２には、下水処理水を圧送するポンプＰｓｗが設けられている。

【0020】

本実施形態では、熱媒体として水を利用するが、これに限定されず、他の媒体であってもよい。また、未利用熱エネルギーの一例として消化汚泥、下水処理水を例示しているが、湖水、井水等の他の未利用熱エネルギーを利用してもよい。

【0021】

第１加熱装置１１により加熱された温水（以下「太陽熱温水」という。）は配管Ｌ１に送出される。第２加熱装置１２により加熱された温水は配管Ｌ２に送出される。配管Ｌ１と配管Ｌ２とは配管Ｌ３に接続しており、配管Ｌ３を通じてそれぞれの温水が熱交換器１４に供給される。熱交換器１４は、配管Ｌ３を通じて供給される温水と消化槽２の汚泥との間で熱交換させ、汚泥を加熱する。熱交換器１４において熱交換を終えることにより温度が低下した低温水は、配管Ｌ５に送出される。配管Ｌ５は、配管Ｌ７と配管Ｌ８に分岐し、配管Ｌ７を通じて低温水が第２加熱装置１２に供給され、配管Ｌ８を通じて低温水が第１加熱装置１１に供給され、上述のように加熱されて温水が生成される。

【0022】

また、配管Ｌ３及び配管Ｌ５の間には、熱交換器１４をバイパスするバイパス配管Ｌ６が接続されている。バイパス配管Ｌ６にはバルブＢｐ５が設けられている。夏期などにおいて、配管Ｌ３から熱交換器１４に供給される温水の温度が高すぎる場合には、バルブＢｐ５の開度を調節することにより、熱交換機１４に供給される温水の量が調整され、熱交換器１４における熱量が適切な値に調整される。

【0023】

なお、本実施形態において、熱交換器１４の入口側にタンクを設け、タンクを経由して熱交換器１４に熱媒体が供給される構成としてもよい。タンクを設けることにより、熱交換器１４に供給される温水の温度の変動を更に抑制することが期待できる。また、熱交換器１４の出口側にタンクを設けることとしてもよい。

【0024】

上記配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ７、Ｌ８には、バルブＢｐ３、Ｂｔ３、Ｂｔ１、Ｂｈｐ１、Ｂｐ１がそれぞれ設けられている。更に、配管Ｌ４、Ｌ５、Ｌ８には、熱媒体である水を圧送するためのポンプＰｅ２、Ｐｔ、Ｐｐがそれぞれ設けられている。

【0025】

次に、第２加熱装置１２の熱源水の循環経路について説明する。汚泥熱交換器１６において消化汚泥との間で熱交換されて加熱された熱源水（例えば、温水）は、配管Ｌ１１に送出される。処理水熱交換器１７において下水処理水との間で熱交換されて加熱された熱源水（例えば、温水）は、配管Ｌ１２に送出される。配管Ｌ１１、Ｌ１２、及び配管Ｌ１から分岐した配管Ｌ１３は、配管Ｌ１４に接続しており、この配管Ｌ１４を通じてそれぞれの熱源水（温水）が第２加熱装置１２に供給される。ここで、配管Ｌ１３が配管Ｌ１から分岐して配管Ｌ１４に接続されていることにより、第１加熱装置１１により加熱された温水を第２加熱装置１２の熱源水としても利用することができる。

【0026】

第２加熱装置１２の凝縮器（図示略）において、第２加熱装置１２内を循環する冷媒を加熱することで冷やされた熱源水は、配管Ｌ１５に送出される。配管Ｌ１５は、配管Ｌ１６、１７、１８にそれぞれ分岐され、配管Ｌ１６を通じて汚泥熱交換器１６に、配管Ｌ１７を通じて処理水熱交換器１７に、熱源水が供給される。また、配管Ｌ１８は、配管Ｌ８に接続しており、配管１８及び配管８を通じて熱源水（低温水）が第１加熱装置１１に供給される。

【0027】

配管Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１６、Ｌ１７、Ｌ１８には、バルブＢｐ４、Ｂｈｐ２、Ｂｓｌ、Ｂｓｗ、Ｂｐ２がそれぞれ設けられている。更に、配管Ｌ１４には、熱源水を圧送するためのポンプＰｈｐが設けられている。

【0028】

配管Ｌ１には第１加熱装置１１から送出される太陽熱温水の温度（以下「太陽熱温水温度」という）Ｔｐを計測する温度センサＳ１が、配管Ｌ１４には第２加熱装置１２に供給される熱源水の温度（以下「熱源水入口温度」という）Ｔｈｐを計測する温度センサＳ２が、配管Ｌ３には熱交換器１４の入口側の熱媒体温度（以下「熱交換器入口温度」という）Ｔｔを計測する温度センサＳ３がそれぞれ設けられている。

【0029】

配管Ｌ３には、バルブＢｔ１をバイパスするバイパス流路Ｌ２０が設けられている。バイパス流路Ｌ２０には、ボイラ２０が設けられ、熱交換器入口温度Ｔｔに応じて、ボイラ２０による熱媒体の加熱が可能な構成とされている。バイパス流路Ｌ２０には、バルブＢｂ１及びボイラ２０に温水を圧送するためのポンプＰｂが設けられている。

【0030】

上記温度センサＳ１〜Ｓ３によって計測された太陽熱温水温度Ｔｐ、熱源水入口温度Ｔｈｐ、熱交換器入口温度Ｔｔは制御装置１０に送信される。制御装置１０は、これらの計測温度に基づいて上述した各種バルブの開度及びポンプを制御する。

【0031】

制御装置１０は、例えば、コンピュータシステム（計算機システム）であり、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納されているプログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、後述する処理が実現される。

【0032】

次に、制御装置１０により実行されるバルブ及びポンプの制御について図２及び図３を参照して説明する。なお、以下に説明する処理は、所定のサンプリング周期で繰り返し実行されるものである。

【0033】

まず、太陽熱温水温度Ｔｐが所定の第１閾値以上であるか否かを判定し（ステップＳＡ１）、第１閾値以上であれば（ステップＳＡ１において「ＹＥＳ」）、第１加熱装置１１によって加熱された太陽熱温水により消化槽２の汚泥を加熱する第１運転モードが選択される（ステップＳＡ２）。

【0034】

この場合、図４に示すように、バルブＢｐ３、Ｂｔ１、Ｂｐ１は開状態、他のバルブは閉状態とされる。図４において、白抜きのバルブは全開状態、黒抜きのバルブは全閉状態を示している。図５から図８においても同様である。また、ポンプＰｅ１、Ｐｅ２、Ｐｔ、Ｐｐは駆動状態、ポンプＰｈｐ、Ｐｂ、Ｐｓｌ、Ｐｓｗは停止状態とされる。また、この場合、第２加熱装置１２、ボイラ２０、汚泥熱交換器１６、処理水熱交換器１７は停止状態とされる。なお、本実施形態では、バルブＢｐ３、Ｂｔ１、Ｂｐ１以外のバルブについては全て閉状態としたが、ポンプＰｈｐ、Ｐｂが停止していることを条件に開状態とされていてもよい。この場合でも、バルブＢｐ４については閉状態とされることが必要である。これにより、第１加熱装置１１から送出される太陽熱温水のみが熱交換器１４に供給される配管接続とされ、この太陽熱温水を用いた消化槽２の汚泥加熱が行われる。

【0035】

次に、熱交換器入口温度Ｔｔが所定の第２閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳＡ３）。この結果、熱交換器入口温度Ｔｔが第２閾値以上である場合には（ステップＳＡ３において「ＹＥＳ」）、図４に示した第１運転モードが継続して選択され、第１加熱装置１１からの太陽熱温水による消化槽２の汚泥の加熱が行われる（ステップＳＡ４）。

【0036】

一方、ステップＳＡ３において、熱交換器入口温度Ｔｔが第２閾値未満である場合には、太陽熱温水だけでは熱量不足として、第１加熱装置１１と第２加熱装置１２とを併用する第２運転モードが選択される（ステップＳＡ５）。また、第２加熱装置１２に供給される熱源水は、汚泥熱交換器１６において消化汚泥と熱交換されて温められた熱源水とされる（ステップＳＡ６）。

【0037】

具体的には、図５に示すように、図４の状態に対して、バルブＢｔ３、Ｂｈｐ１が開状態とされるとともに、第２加熱装置１２が起動することにより、熱媒体の循環経路に第２加熱装置１２が追加される。また、バルブＢｓｌ、Ｂｈｐ２が開状態とされ、ポンプＰｈｐが駆動されることにより、第２加熱装置１２に熱源水を供給する配管系統が形成される。そして、汚泥熱交換器１６が起動されるとともにポンプＰｓｌが駆動されることにより、消化汚泥の熱により熱源水が加熱され、加熱後の熱源水が第２加熱装置１２に供給されることとなる。

【0038】

次に、第２加熱装置１２の熱源水入口温度Ｔｈｐが所定の第３閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳＡ７）。ここで、第３閾値は、例えば、熱交換をする消化汚泥（例えば、４５℃程度）、下水処理水（例えば、冬期１８度程度、夏期２８℃程度）の温度帯をもとに設定される。この結果、熱源水入口温度Ｔｈｐが第３閾値以上である場合には（ステップＳＡ７において「ＹＥＳ」）、図５の状態が維持される。他方、ステップＳＡ７において、熱源水入口温度Ｔｈｐが第３閾値未満である場合には（ステップＳＡ７において「ＮＯ」）、第２運転モードにおいて、消化汚泥に加えて排水処理水からも採熱して熱源水を加熱する構成とされる（ステップＳＡ８）。すなわち、この場合には、図５の状態に対して、バルブＢｓｗが更に開状態とされるとともに、処理水熱交換器１７が起動され、ポンプＰｓｗが駆動される。

【0039】

また、ステップＳＡ１において、太陽熱温水温度Ｔｐが第１閾値未満であった場合には（ステップＳＡ１において「ＮＯ」）、第１加熱装置１１において加熱された太陽熱温水は消化槽２の汚泥加熱に用いずに、第２加熱装置１２で加熱された温水のみを用いて消化槽２の汚泥を加熱する第３運転モードが選択される（図３のステップＳＡ９）。このとき第２加熱装置１２に供給される熱源水は、汚泥熱交換器１６において消化汚泥と熱交換されて温められた熱源水とされる（ステップＳＡ１０）。この場合、図６に示すように、バルブＢｔ３、Ｂｔ１、Ｂｈｐ１は開状態、バルブＢｐ１、Ｂｐ３が閉状態、ポンプＰｅ１、Ｐｅ２、Ｐｔは駆動状態とされることにより、第２加熱装置１２と熱交換器１４との間を熱媒体が循環する循環経路が形成される。また、第２加熱装置１２の熱源水の循環経路については、バルブＢｓｌ、Ｂｈｐ２が開状態、バルブＢｓｗ、Ｂｐ２、Ｂｐ４が閉状態、ポンプＰｈｐが駆動状態とされることで、汚泥熱交換器１６において消化汚泥から採熱されて温められた熱源水が第２加熱装置１２に熱源として供給されることとなる。この場合、第１加熱装置１１及びポンプＰｐは停止される。

【0040】

次に、第２加熱装置１２の熱源水入口温度Ｔｈｐが所定の第４閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳＡ１１）。ここで、第４閾値は、例えば、上述した第３閾値と同様、熱交換をする消化汚泥（例えば、４５℃程度）、下水処理水（例えば、冬期１８度程度、夏期２８℃程度）の温度帯をもとに設定されている。この結果、熱源水入口温度Ｔｈｐが第４閾値以上である場合には（ステップＳＡ１１において「ＹＥＳ」）、図６の状態が維持される。一方、ステップＳＡ１１において、熱源水入口温度Ｔｈｐが第４閾値未満である場合には（ステップＳＡ１１において「ＮＯ」）、消化汚泥からの採熱に加えて第１加熱装置１１により加熱された温水を第２加熱装置１２の熱源水として利用する（ステップＳＡ１２）。この場合、図７に示すように、図６の状態に対して、バルブＢｐ２、Ｂｐ４が開状態とされ、ポンプＰｐ及び第１加熱装置１１が駆動される。これにより、熱源水の循環経路に第１加熱装置１１が含められることとなる。

【0041】

また、図７に示した状態においても熱源水入口温度Ｔｈｐが第４閾値未満である場合には（ステップＳＡ１３において「ＮＯ」）、下水処理水からの採熱が加えられ、消化汚泥及び下水処理水から採熱されて温められた熱源水とともに、第１加熱装置１１による太陽熱温水が第２加熱装置１２に熱源として供給される（ステップＳＡ１４）。この場合、図８に示すように、図７に示した状態に対して、バルブＢｓｗが更に開状態とされ、処理水熱交換器１７が起動されるとともに、ポンプＰｓｗが駆動される。
なお、上記の制御において、第１加熱装置１１及び第２加熱装置１２の両方を駆動しても温水の熱量が不足する場合には、バルブＢｂ１を開状態とするとともに、ポンプＰｂお及びボイラ２０を起動させ、ボイラ２０により温水を加熱することで、熱量不足分を補うこととしてもよい。

【0042】

以上説明したように、本実施形態に係る汚泥消化システム１及び消化槽の加熱システム３によれば、第１加熱装置１１と第２加熱装置１２とを備えているので、消化槽２の汚泥を加熱するためのより多くの熱量を確保することが可能となる。これにより、消化槽２の汚泥加熱の信頼性を向上させることができる。更に、第１加熱装置１１は再生可能エネルギーを熱源とし、第２加熱装置１２は消化汚泥、下水処理水等の未利用熱エネルギーや第１加熱装置１１において得られた太陽熱温水を用いて加熱された熱源水を熱源としているので、環境負荷の増大を抑制でき、かつ、省エネルギー化を図ることができる。

【0043】

更に、太陽熱温水温度Ｔｐが第１閾値以上である場合には、太陽熱温水と消化槽２の汚泥との間で熱交換が行われることにより汚泥が加熱され、太陽熱温水温度Ｔｐが第１閾値未満である場合には、第２加熱装置１２で生成された温水と消化槽２の汚泥との間で熱交換が行われることにより汚泥が加熱される。ここで、第１加熱装置１１は、第２加熱装置１２よりも省エネルギー化を望むことが可能である一方、太陽光を熱源とするため、第２加熱装置１２に比べて出力が不安定となる。このような特性から、本実施形態では、太陽熱温水が第１閾値以上である場合、換言すると、太陽熱温水によって消化槽２の汚泥を所望の温度まで加熱できる場合には、第１加熱装置１１を優先的に利用し、太陽熱温水の熱量が不足する場合に、第２加熱装置１２を優先的に利用することとしている。これにより、省エネルギー化と安定した汚泥の加熱とを可能とすることができる。

【0044】

また、太陽熱温水温度Ｔｐが第１閾値以上であり、かつ、熱交換器入口温度Ｔｔが第２閾値以下である場合に、第１加熱装置１１と第２加熱装置１２との両方を用いて消化槽２の汚泥を加熱するので、天候等に作用されずに安定した汚泥の加熱が可能となり、消化槽２の汚泥加熱の信頼性を向上させることができる。

【0045】

また本実施形態によれば、熱交換器１４をバイパスするバイパス配管Ｌ６を設け、熱交換器入り口温度Ｔｔが第１閾値よりも大きな値である所定の設定値以上になった場合には、バイパス弁Ｂｐ５の開度を調整する。これにより、熱交換器１４に供給される熱媒体温度を適度な値に調整することが可能となる。

【0046】

また、本実施形態では、熱源水の採熱先を消化汚泥、太陽熱温水、下水処理水の優先順としたが、この順番は、各熱源の温度帯、熱量に応じて設定すればよい。すなわち、温度帯、熱量が大きい順に優先順位を決定すればよい。

【0047】

本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。

【符号の説明】

【0048】

１ 汚泥消化システム
２ 消化槽
３ 消化槽の加熱システム
１０ 制御装置
１１ 第１加熱装置
１２ 第２加熱装置
１４ 熱交換器
１６ 汚泥熱交換器
１７ 処理水熱交換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】