特開 2023-59368 冷熱システムおよび運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023059368

(43)【公開日】2023-04-27

(54)【発明の名称】冷熱システムおよび運転方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 30/02 20060101AFI20230420BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20230420BHJP

   A22C 21/00 20060101ALI20230420BHJP

   F24H 4/02 20220101ALI20230420BHJP

   F24H 1/18 20220101ALI20230420BHJP

   F24H 1/00 20220101ALI20230420BHJP

【ＦＩ】

F25B30/02 Z

F25B1/00 399Y

A22C21/00 A

F24H4/02 F

F24H1/18 D

F24H1/00 631Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021169327

(22)【出願日】2021-10-15

(71)【出願人】

【識別番号】000148357

【氏名又は名称】株式会社前川製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】江原 誠

(72)【発明者】

【氏名】小松 富士夫

(72)【発明者】

【氏名】高見 太郎

【テーマコード（参考）】

3L122

【Ｆターム（参考）】

3L122AA02

3L122AA23

3L122AB42

3L122AC14

(57)【要約】

【課題】食肉加工工場において、カーボンニュートラルで冷水および温水を生成することのできる、冷熱システムを提供する。
【解決手段】
冷熱システム１は、冷熱および温熱を同時に取り出し可能なヒートポンプ１０、２０と、ヒートポンプから取り出される温熱によって加熱される第１媒体を温水タンク４０に供給する温水経路３０、３１と、ヒートポンプから取り出される冷熱によって冷却される第２媒体によって、冷水タンク５０内の水を冷却する冷水経路３２、３３と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷熱および温熱を同時に取り出し可能なヒートポンプと、
前記ヒートポンプから取り出される前記温熱によって加熱される第１媒体を温水タンクに供給する温水経路と、
前記ヒートポンプから取り出される前記冷熱によって冷却される第２媒体によって、冷水タンク内の水を冷却する冷水経路と、を有する、冷熱システム。

【請求項2】

前記ヒートポンプは、
水熱源ヒートポンプと、水空気熱源ヒートポンプと、を有する、請求項１に記載の冷熱システム。

【請求項3】

前記水熱源ヒートポンプから取り出される前記冷熱によって冷却された前記第２媒体が、前記冷水タンクに連結される循環経路を循環する水と熱交換される第１熱交換器と、
前記水空気熱源ヒートポンプから取り出される前記冷熱によって冷却された前記第２媒体が、外気と熱交換される第２熱交換器と、
前記水空気熱源ヒートポンプから取り出される前記冷熱によって冷却された前記第２媒体が、冷凍機の廃熱によって加温された冷却水と熱交換される第３熱交換器と、を有する、請求項２に記載の冷熱システム。

【請求項4】

前記冷水タンク内の冷水は、屠体を冷却するための水槽に供給され、
前記水空気熱源ヒートポンプから取り出された前記冷熱によって冷却された前記外気は、生鳥ホームの冷却に使用され、
前記水空気熱源ヒートポンプから取り出された前記冷熱によって冷却された前記冷凍機の前記冷却水は、前記冷凍機に再度供給される、請求項３に記載の冷熱システム。

【請求項5】

請求項４に記載の冷熱システムの運転方法であって、
工場が停止する夜間において、
前記水熱源ヒートポンプから取り出される前記冷熱によって冷却される前記第２媒体を用いて前記冷水タンク内の水を冷却するとともに、前記水熱源ヒートポンプから取り出される前記温熱によって加熱される前記第１媒体を前記温水タンクに供給し、
前記水空気熱源ヒートポンプを用いて、前記外気から採熱した前記温熱を用いて温水を生成し、前記温水タンクに供給する、運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷熱システムおよび運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、鶏肉加工工場のような食肉加工工場において、冷熱と温熱の需要が大量にあり、冷熱および温熱の生成のために、大量のエネルギーを投入している。

【0003】

冷熱は、例えば、屠体の冷却、生肉の凍結、生鳥ホームの空調等に用いられる。冷熱は、冷凍機を用いて冷水を生成することで得ることができる（例えば下記の特許文献１）。

【0004】

温熱は、例えば、生鳥脱毛のための温水加熱、屠体の中抜き後の洗浄、および工場内の温水洗浄等に用いられる。温熱は、ボイラー等で化石燃料を使って温水を生成することで得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６－２６２７０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ボイラー等で化石燃料を用いて温水を生成する場合、ＣＯ_２や燃焼熱を排出している。したがって、地球規模の環境悪化の一因となる。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、食肉加工工場において、カーボンニュートラルで冷水および温水を生成することのできる、冷熱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】

【0008】

上記目的を達成する本発明に係る冷熱システムは、冷熱および温熱を同時に取り出し可能なヒートポンプと、前記ヒートポンプから取り出される前記温熱によって加熱される第１媒体を温水タンクに供給する温水経路と、前記ヒートポンプから取り出される前記冷熱によって冷却される第２媒体によって、冷水タンク内の水を冷却する冷水経路と、を有する。

【発明の効果】

【0009】

上述のように構成した冷熱システムによれば、ヒートポンプから取り出される温熱によって加熱される第１媒体を、温水タンクに供給して温水を生成するとともに、ヒートポンプから取り出される冷熱によって冷却される第２媒体によって、冷水タンク内の水を冷却して冷水を生成することができる。したがって化石燃料を電化して、再生可能エネルギー（例えばソーラー発電）を用いることによって、温水を生成することができる。以上から、食肉加工工場において、カーボンニュートラルで冷水および温水を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に係る冷熱システムを示す系統図である。

【図2】日中運転時（工場稼働時）における、冷熱システムの運転方法を説明するための系統図である。

【図3】夜間運転時（工場停止時）における、冷熱システムの運転方法を説明するための系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態を、図１を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0012】

図１は、本実施形態に係る冷熱システム１を示す系統図である。本実施形態に係る冷熱システム１は、一例として、鶏肉加工工場に配置されるものとして説明する。

【0013】

冷熱システム１は、図１に示すように、水熱源ヒートポンプ（ヒートポンプに相当）１０と、水空気熱源ヒートポンプ（ヒートポンプに相当）２０と、水熱源ヒートポンプ１０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体が流れる第１温水経路（温水経路に相当）３０と、水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体が流れる第２温水経路（温水経路に相当）３１と、水熱源ヒートポンプ１０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体が循環する第１冷水経路（冷水経路に相当）３２と、水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体が循環する第２冷水経路（冷水経路に相当）３３と、第１温水経路３０および第２温水経路３１に連結される温水タンク４０と、第１冷水経路３２を循環する第２媒体の冷熱を受け取って冷却される冷水が貯蔵される冷水タンク５０と、水熱源ヒートポンプ１０および冷水タンク５０の間に配置される第１熱交換器６０と、第２冷水経路３３を循環する第２媒体と外気を熱交換する第２熱交換器６１と、第２冷水経路３３を循環する第２媒体と冷凍機７０の廃熱によって加温された冷却水を熱交換する第３熱交換器６２と、を有する。

【0014】

水熱源ヒートポンプ１０は、供給水の熱エネルギーを利用して冷熱および温熱を同時に取り出し可能に構成されている。水熱源ヒートポンプ１０は、図示を省略するが、冷媒が循環する冷媒流路と、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を膨張する膨張弁と、第１温水経路３０内を循環する第１媒体に温熱を供給する温水熱交換器と、第１冷水経路３２内を循環する第２媒体に冷熱を供給する冷水熱交換器と、を有する。

【0015】

水熱源ヒートポンプ１０としては、例えば、株式会社前川製作所製の水熱源エコキュートユニモＷＷを用いることができる。水熱源ヒートポンプ１０は、電気によって作動される。

【0016】

水空気熱源ヒートポンプ２０は、水・空気の熱エネルギーを利用して冷熱および温熱を同時に取り出し可能に構成されている。水空気熱源ヒートポンプ２０は、上述した水熱源ヒートポンプ１０の構成に対して、外部から取り込んだ空気を冷却する空気熱交換器をさらに有する。

【0017】

水空気熱源ヒートポンプ２０としては、例えば、株式会社前川製作所製の空気・水両熱源エコキュートユニモＡＷＷを用いることができる。水空気熱源ヒートポンプ２０は、電気によって作動される。

【0018】

第１温水経路３０は、水熱源ヒートポンプ１０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体が内部を移動する。第１媒体は水である。第１温水経路３０は、温水タンク４０に連結されて、加熱された第１媒体は温水タンク４０に貯蔵される。第１温水経路３０内の第１媒体の循環は、ポンプによって行われる。

【0019】

第２温水経路３１は、水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体が内部を移動する。第２温水経路３１は、温水タンク４０に連結されて、加熱された第１媒体は温水タンク４０に貯蔵される。第２温水経路３１内の第１媒体の循環は、ポンプによって行われる。

【0020】

第１冷水経路３２は、水熱源ヒートポンプ１０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体が内部を移動する。第２媒体は水である。第１冷水経路３２を循環する第２媒体は、第１熱交換器６０において、冷水タンク５０に連結される循環経路５１を循環する水と熱交換される。第１冷水経路３２内の第２媒体の循環は、ポンプによって行われる。

【0021】

第２冷水経路３３は、水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体が内部を移動する。第２冷水経路３３を循環する第２媒体は、まず第２熱交換器６１において外気と熱交換され、その後、第３熱交換器６２において冷凍機７０の廃熱によって加温された冷却水と熱交換される。第２冷水経路３３内の第２媒体の循環は、ポンプによって行われる。

【0022】

温水タンク４０には、水熱源ヒートポンプ１０および水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体（水）が供給される。温水タンク４０内の温水の温度は例えば８０℃である。

【0023】

温水タンク４０内の温水は、図１に示すように、スコルダー９０および手洗い場９１等に供給される。スコルダー９０では、屠体を温水に浸漬させて、屠体の脱毛が行われる。スコルダー９０内の温水の温度は、例えば、６０℃である。また、手洗い場９１における温水の温度は、例えば４０℃である。

【0024】

冷水タンク５０内には新水が供給される。冷水タンク５０内の水は、循環経路５１を循環して、第１熱交換器６０において、水熱源ヒートポンプ１０から取り出される冷熱によって冷却された第２媒体と熱交換して冷却される。冷水タンク５０内の冷水の温度は、例えば、３℃である。

【0025】

冷水タンク５０内の冷水は、屠体の冷却用の水槽８０に供給される。

【0026】

冷凍機７０は、冷凍機７０に供給された新水を、例えば２℃まで冷却する。冷凍機７０によって２℃まで冷却された新水は、水槽８０に供給される。水槽８０内の冷水の温度は、例えば、２～３℃である。

【0027】

第１熱交換器６０では、第１冷水経路３２を循環する第２媒体および循環経路５１を循環する水で熱交換が行われる。これによって、循環経路５１を循環する水は、第１冷水経路３２を循環する第２媒体から冷熱を受け取って、冷却される。一方、第１冷水経路３２を循環する第２媒体は、循環経路５１を循環する水から温熱を受け取って、加熱される。

【0028】

第２熱交換器６１では、第２冷水経路３３を循環する第２媒体および取り込んだ外気で熱交換が行われる。これによって、取り込んだ外気は、第２冷水経路３３を循環する第２媒体から冷熱を受け取って冷却される。第２媒体から冷熱を受け取って冷却された外気は、生鳥ホーム８１の冷却に使用される。一方、第２冷水経路３３を循環する第２媒体は、取り込んだ外気から温熱を受け取って、加熱される。

【0029】

第３熱交換器６２では、第２冷水経路３３を循環する第２媒体および冷凍機７０からの廃熱によって加温された冷却水で熱交換が行われる。冷却水は、冷凍機７０および第３熱交換器６２を連結する循環経路６４を循環する。これによって、冷凍機７０からの廃熱によって加温された冷却水は、第２冷水経路３３を循環する第２媒体から冷熱を受け取って冷却される。第２媒体から冷熱を受け取って冷却された冷却水は、再度冷却水として冷凍機７０に供給される。一方、第２冷水経路３３を循環する第２媒体は、冷却水から温熱を受け取って、加熱される。

【0030】

循環経路６４には、図１に示すように、バイパス経路６５が連結される。冷凍機７０からの廃熱によって加温された冷却水は、バイパス経路６５を移動して冷却塔７１において冷却されて、再度冷却水として冷凍機７０に供給される場合もある。

【0031】

次に、図２を参照して、日中運転時（工場稼働時）における、冷熱システム１の運転方法について説明する。図２において、稼働している系統を実線で示し、稼働していない系統を点線で示す。

【0032】

日中運転時は、水熱源ヒートポンプ１０を駆動させて、水熱源ヒートポンプ１０から冷熱および温熱を同時に取り出す。また、水空気熱源ヒートポンプ２０は、水のみを熱源として利用して、冷熱および温熱を同時に取り出す。

【0033】

水熱源ヒートポンプ１０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体は、温水タンク４０内に貯蔵される。また、水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体も、温水タンク４０内に貯蔵される。温水タンク４０内の温水は、スコルダー９０および手洗い場９１に供給される。

【0034】

水熱源ヒートポンプ１０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体は、第１熱交換器６０において、冷水タンク５０に連結される循環経路５１を循環する水と熱交換される。冷水タンク５０内の冷水は水槽８０に供給される。

【0035】

水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体は、第２熱交換器６１において、外気と熱交換されるとともに、第３熱交換器６２において、冷凍機７０の廃熱によって加温された冷却水と熱交換される。

【0036】

ここで、例えば、水熱源ヒートポンプ１０に供給される電気エネルギーを１、第１熱交換器６０において循環経路５１を循環する水から回収する熱エネルギーを３とすると、温水タンク４０に供給される第１媒体に与えられる熱エネルギーは４（＝１＋３）となる。すなわち、温水タンク４０に供給する温水の加熱に、循環経路５１を循環する水の温熱が利用されている。

【0037】

また、例えば、水空気熱源ヒートポンプ２０に供給される電気エネルギーを１、第２熱交換器６１において外気から回収する熱エネルギーを２、第３熱交換器６２において冷却水から回収する熱エネルギーを１とすると、温水タンク４０に供給される第１媒体に与えられる熱エネルギーは４（＝１＋２＋１）となる。すなわち、温水タンク４０に供給する温水の加熱に、外気の熱および冷凍機７０の廃熱が利用されている。

【0038】

次に、図３を参照して、夜間運転時（工場停止時）における、冷熱システム１の運転方法について説明する。図３において、稼働している系統を実線で示し、稼働していない系統を点線で示す。

【0039】

夜間運転時は、水熱源ヒートポンプ１０を駆動させて、水熱源ヒートポンプ１０から冷熱および温熱を同時に取り出す。また、水空気熱源ヒートポンプ２０は、空気のみを熱源として利用して、温熱を取り出す。

【0040】

水熱源ヒートポンプ１０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体は、温水タンク４０内に貯蔵される。

【0041】

水熱源ヒートポンプ１０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体は、第１熱交換器６０において、冷水タンク５０に連結される循環経路５１を循環する水と熱交換される。

【0042】

水空気熱源ヒートポンプ２０では、外気から採熱した温熱を用いて第１媒体を加熱して温水を生成し、生成された温水は温水タンク４０内に供給されて貯蔵される。

【0043】

ここで、例えば、水熱源ヒートポンプ１０に供給される電気エネルギーを１、第１熱交換器６０において循環経路５１を循環する水から回収する熱エネルギーを３とすると、温水タンク４０に供給される第１媒体に与えられる熱エネルギーは４（＝１＋３）となる。すなわち、温水タンク４０に供給する温水の加熱に、循環経路５１を循環する水の温熱が利用されている。

【0044】

また、例えば、水空気熱源ヒートポンプ２０に供給される電気エネルギーを１、外気から採熱される熱エネルギーを３とすると、温水タンク４０に供給される第１媒体に与えられる熱エネルギーは４（＝１＋３）となる。すなわち、温水タンク４０に供給する温水の加熱に、外気の熱が利用されている。

【0045】

ここで従来の工場の場合、温水はボイラー等で化石燃料を使用してＣＯ_２や燃焼熱を排出していた。一方、冷水は冷凍機を用いて生成し、凝縮熱は再利用することなく排出していた。このため、従来の工場では化石燃料や電力の消費が多くランニングコストがかかっていた。

【0046】

これに対して、本実施形態に係る冷熱システム１によれば、ボイラーの燃焼行程が存在せず、ＣＯ_２を排出することなく温水を生成することができる。このため、カーボンニュートラルな工場を設置することができる。

【0047】

また、本実施形態に係る冷熱システム１によれば、冷水や温水が稼働していない夜間に、水熱源ヒートポンプ１０を用いて、冷水タンク５０に冷水を貯蔵し、温水タンク４０に温水を貯湯することができる。さらに夜間に、水空気熱源ヒートポンプ２０を用いて、外気から採熱して、温水の不足分を温水タンク４０に貯湯することができる。このため、冷水および温水をバランスよく生成することができる。

【0048】

以上説明したように、本実施形態に係る冷熱システム１は、冷熱および温熱を同時に取り出し可能なヒートポンプ１０、２０と、ヒートポンプ１０、２０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体を温水タンク４０に供給する温水経路３０、３１と、ヒートポンプ１０、２０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体によって、冷水タンク５０内の水を冷却する冷水経路３２、３３と、を有する。このように構成された冷熱システム１によれば、ヒートポンプ１０、２０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体を、温水タンク４０に供給して温水を生成するとともに、ヒートポンプ１０、２０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体によって、冷水タンク５０内の水を冷却して冷水を生成することができる。したがって化石燃料を電化して、再生可能エネルギー（例えばソーラー発電）を用いることによって、温水を生成することができる。以上から、食肉加工工場において、カーボンニュートラルで冷水および温水を生成することができる。

【0049】

また、ヒートポンプ１０、２０は、水熱源ヒートポンプ１０と、水空気熱源ヒートポンプ２０と、を有する。このように構成された冷熱システム１によれば、水空気熱源ヒートポンプ２０を用いることで、外気の熱を利用して温水を生成することができる。

【0050】

また、冷熱システム１は、水熱源ヒートポンプ１０から取り出される冷熱によって冷却された第２媒体が、冷水タンク５０に連結される循環経路５１を循環する水と熱交換される第１熱交換器６０と、水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出される冷熱によって冷却された第２媒体が、外気と熱交換される第２熱交換器６１と、水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出される冷熱によって冷却された第２媒体が、冷凍機７０の廃熱によって加温された冷却水と熱交換される第３熱交換器６２と、を有する。このように構成された冷熱システム１によれば、第１熱交換器６０、第２熱交換器６１、および第３熱交換器６２において熱交換した温熱を用いて、ヒートポンプ１０、２０で所望の量の温水を生成することができる。

【0051】

また、冷水タンク５０内の冷水は、屠体を冷却するための水槽８０に供給され、水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出された冷熱によって冷却された外気は、生鳥ホーム８１の冷却に使用され、水空気熱源ヒートポンプ２０から取り出された冷熱によって冷却された冷凍機７０の冷却水は、冷凍機７０に再度供給される。このように構成された冷熱システム１によれば、ヒートポンプ１０、２０において得られる冷熱を好適に使用することができる。

【0052】

また、本実施形態に係る冷熱システム１の運転方法であって、工場が停止する夜間において、水熱源ヒートポンプ１０から取り出される冷熱によって冷却される第２媒体を用いて冷水タンク５０内の水を冷却するとともに、水熱源ヒートポンプ１０から取り出される温熱によって加熱される第１媒体を温水タンク４０に供給し、水空気熱源ヒートポンプ２０を用いて、外気から採熱した温熱を用いて温水を生成し、温水タンク４０に供給する。この運転方法によれば、冷水および温水をバランスよく生成することができる。

【0053】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

【0054】

例えば、上述した実施形態では、冷熱システム１は鶏肉加工工場に適用されたが、豚等の加工工場にも適用することができる。

【0055】

また、上述した実施形態では、ヒートポンプは、水熱源ヒートポンプ１０と、水空気熱源ヒートポンプ２０と、を有したが、どちらか一方であってもよい。

【0056】

また、上述した実施形態では、冷水タンク５０内の冷水は屠体の冷却用の水槽８０に供給され、温水タンク４０内の温水はスコルダー９０および手洗い場９１に供給されたが、供給先はこれらに限定されない。

【符号の説明】

【0057】

１ 冷熱システム、
１０ 水熱源ヒートポンプ（ヒートポンプ）、
２０ 水空気熱源ヒートポンプ（ヒートポンプ）、
３０ 第１温水経路（温水経路）、
３１ 第２温水経路（温水経路）、
３２ 第１冷水経路（冷水経路）、
３３ 第２冷水経路（冷水経路）、
４０ 温水タンク、
５０ 冷水タンク、
５１ 循環経路、
６０ 第１熱交換器、
６１ 第２熱交換器、
６２ 第３熱交換器、
６４ 循環経路、
６５ バイパス経路、
７０ 冷凍機、
７１ 冷却塔
８０ 水槽、
８１ 生鳥ホーム、
９０ スコルダー、
９１ 手洗い場。

【図1】

【図2】

【図3】