(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】
(24)【登録日】2024-06-18
(45)【発行日】2024-06-26
(54)【発明の名称】廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法
(51)【国際特許分類】
F24H 1/00 20220101AFI20240619BHJP
F24H 1/18 20220101ALI20240619BHJP
F24H 4/02 20220101ALI20240619BHJP
F24H 15/248 20220101ALI20240619BHJP
F24H 15/429 20220101ALI20240619BHJP
【FI】
F24H1/00 631A
F24H1/18 B
F24H1/18 H
F24H4/02 G
F24H15/248
F24H15/429
(21)【出願番号】P 2019239506
(22)【出願日】2019-12-27
【審査請求日】2022-12-20
(73)【特許権者】
【識別番号】303040183
【氏名又は名称】サッポロビール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100176773
【氏名又は名称】坂西 俊明
(74)【代理人】
【識別番号】100182006
【氏名又は名称】湯本 譲司
(72)【発明者】
【氏名】多賀 啓之
(72)【発明者】
【氏名】谷口 清二
【審査官】豊島 ひろみ
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-117005(JP,A)
【文献】特許第5703746(JP,B2)
【文献】特開2019-174050(JP,A)
【文献】特開2010-025431(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F24H 1/00 - 15/493
F24D 1/00 - 19/10
F25B 31/00 - 41/48
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
食品工場において発生した廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯システムであって、
前記廃熱を回収すると共に湯を貯留する第1タンクと、
前記第1タンクに接続されており、前記第1タンクから供給される湯を貯留する第2タンクと、
前記第1タンクに配管を介して接続されると共に、前記配管に熱媒体を循環させることによって前記第1タンクに貯留されている湯の温度制御を行うヒートポンプと、
前記第1タンクに温度調整用の水を供給する水供給部と、
を備え
、
前記第1タンクは、前記食品工場における仕込煮沸工程において排出された廃熱を回収する回収湯タンクであり、
前記第2タンクは、前記回収湯タンクから湯の供給を受けると共に前記廃熱回収給湯システムの外部への湯を貯留する送り湯タンクである、
廃熱回収給湯システム。
【請求項2】
前記配管は、前記ヒートポンプを通る熱媒体が循環する第1配管と、前記水供給部からの水が通る第2配管と、を含んでおり、
前記第1配管を通る熱媒体と、前記第2配管を通る水との間で熱交換を行う熱交換器を備える、
請求項1に記載の廃熱回収給湯システム。
【請求項3】
前記ヒートポンプに接続されると共に前記ヒートポンプに冷媒を供給する第3配管と、
前記第3配管に接続されると共に前記冷媒が通る三方弁と、
を備える、
請求項1又は2に記載の廃熱回収給湯システム。
【請求項4】
食品工場において発生した廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯方法であって、
前記廃熱を第1タンクに回収すると共に前記第1タンクに湯を貯留する工程と、
前記第1タンクから供給される湯を第2タンクに貯留する工程と、
前記第1タンクに配管を介して接続されたヒートポンプが前記配管に熱媒体を供給することによって前記第1タンクに貯留されている湯の温度制御を行う工程と、
前記第1タンクに水を供給して前記第1タンクに貯留されている湯の温度調整を行う工程と、
を備え
、
前記第1タンクは、前記食品工場における仕込煮沸工程において排出された廃熱を回収する回収湯タンクであり、
前記第2タンクは、前記回収湯タンクから湯の供給を受けると共に廃熱回収給湯システムの外部への湯を貯留する送り湯タンクである、
廃熱回収給湯方法。
【請求項5】
前記湯の温度制御を行う工程では、前記第1タンクに貯留されている湯の量に応じて前記第1タンクの湯の温度制御を行う、
請求項4に記載の廃熱回収給湯方法。
【請求項6】
前記湯の温度制御を行う工程、及び前記湯の温度調整を行う工程は、
前記第1タンクへの給湯を高速で行う第1モード、前記第1タンクへの給湯を低速で行う第2モード、及び、前記第1タンクへの前記湯の循環を行う第3モード、の切り替えによって行う、
請求項4又は5に記載の廃熱回収給湯方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、食品工場に設けられる廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法については種々のものが知られている。特開2014-173821号公報には、冷熱供給システムが記載されている。冷熱供給システムは、複数の空冷式の冷凍機からなる冷熱生成部と、冷熱生成部で作られた冷熱流体を利用するビール製造設備とを備える。上記空冷式の冷凍機としてヒートポンプが用いられる。
【0003】
冷熱生成部とビール製造設備とは冷熱流体を蓄積可能な冷熱バッファタンクを介して接続されており、ビール製造設備は必要とする量の冷熱流体を継続的にバッファタンクから抽出する。複数の冷凍機のそれぞれは制御装置に電気的に接続されており、制御装置は個々の冷凍機の運転容量を制御する。
【0004】
制御装置は、ビール製造設備において必要とされる熱容量を判定する必要熱量判定部と、必要熱量判定部によって判定された熱容量に応じた冷凍機の運転総容量を判定する運転総容量判定部と、運転総容量判定部によって判定された冷凍機の運転総容量に基づいて最大効率での運転に適した冷凍機の稼働台数を判定する稼働台数判定部とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述したビール製造設備等の食品工場では、食品の加熱を行うことが多く、更に、食品を製造するための設備・配管の洗浄・殺菌に多くの湯を使うため、加熱又は殺菌を行う一定温度以上の湯を所定量確保しておくことが求められる場合がある。ところで、食品工場において得られる廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯システムとして、廃熱を回収する回収湯タンクと、回収湯タンクに貯留された湯が供給される送り湯タンクと、回収湯タンク及び送り湯タンクの間に設けられた蒸気加熱器とを備えたシステムが知られている。このシステムでは、廃熱が回収湯タンクに回収されると共に、回収した廃熱によって回収湯タンクの湯が加温される。
【0007】
しかしながら、回収湯タンクに貯留されている湯の温度、及び当該湯の量は安定しないことがあり、その場合、送り湯タンクに安定した湯の供給を行えなくなることが懸念される。回収湯タンクの湯の量及び当該湯の温度が安定しない場合、蒸気加熱器の稼働が安定しなくなることがある上に、蒸気加熱器等によって消費されるエネルギーが大きくなることが想定される。従って、安定した湯の供給を行うと共に省エネルギー化を実現させることが求められる。
【0008】
本開示は、安定した湯の供給を行うことができると共に省エネルギー化を実現させることができる廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯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】
【0009】
本開示に係る廃熱回収給湯システムは、食品工場において発生した廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯システムであって、廃熱を回収すると共に湯を貯留する第1タンクと、第1タンクに接続されており、第1タンクから供給される湯を貯留する第2タンクと、第1タンクに配管を介して接続されると共に、配管に熱媒体を循環させることによって第1タンクに貯留されている湯の温度制御を行うヒートポンプと、第1タンクに温度調整用の水を供給する水供給部と、を備える。
【0010】
この廃熱回収給湯システムは、廃熱を回収すると共に湯を貯留する第1タンクと、第1タンクからの湯の供給を受ける第2タンクとを備える。第1タンクには配管を介してヒートポンプが接続されており、ヒートポンプは配管に熱媒体を循環させることによって第1タンクの湯の温度制御を行う。従って、ヒートポンプによって第1タンクの湯の温度制御を行うので、第1タンクの湯の温度を安定させることができる。また、ヒートポンプで第1タンクの湯の温度制御を行うことにより、例えば前述した蒸気加熱器等によって消費されるエネルギーを低減させることができるので、省エネルギー化を実現させることができる。この廃熱回収給湯システムは、第1タンクに温度調整用の水を供給する水供給部を備える。従って、第1タンクの湯の温度、及び第1タンクの湯の量を水供給部からの水の供給によって制御することが可能であるため、ヒートポンプを長時間効率的に且つ安定して運転させることができる。従って、省エネルギー化及び省コストを実現させることができる。
【0011】
配管は、ヒートポンプを通る熱媒体が循環する第1配管と、水供給部からの水が通る第2配管と、を含んでおり、第1配管を通る熱媒体と、第2配管を通る水との間で熱交換を行う熱交換器を備えてもよい。すなわち、第2配管を必須として、第1配管及び熱交換器を備えてもよい。この場合、第1配管と第2配管との間に熱交換器が介在し、熱交換器は第1配管を通る熱媒体と第2配管を通る水との間で熱交換を行う。よって、水供給部からの水はヒートポンプからの熱媒体と熱交換されてから第1タンクに供給される。従って、ヒートポンプ及び熱交換器によって温度調整された水が第1タンクに供給されることにより、熱交換器で適切な温度に加温された水を第1タンクに供給することができるので、第1タンクの湯の温度と量を一定以上に安定させることができる。また、ヒートポンプが接続されると共に熱媒体が通る第1配管が熱交換器に接続され、第1タンクへの水が通る第2配管が第1配管とは別に設けられることにより、ヒートポンプを通る熱媒体が第1タンクに混入する可能性を回避することができる。ここでの熱媒体は、例えば、ヒートポンプ内で使われる冷媒(フロン)を示している。従って、食品工場における湯の供給において、高い品質を維持することができる。
【0012】
前述した廃熱回収給湯システムは、ヒートポンプに接続されると共にヒートポンプに冷媒を供給する第3配管と、第3配管に接続されると共に冷媒が通る三方弁と、を備えてもよい。この冷媒は、例えば、ブライン、PG(プロピレングリコール)が含まれる水又は不凍液を示している。この場合、三方弁によって第3配管を介してヒートポンプに供給される冷媒を制御することが可能であるため、ヒートポンプの稼働をより効率的に行うことができる。
【0013】
本開示に係る廃熱回収給湯方法は、食品工場において発生した廃熱を回収して給湯を行う廃熱回収給湯方法であって、廃熱を第1タンクに回収すると共に第1タンクに湯を貯留する工程と、第1タンクから供給される湯を第2タンクに貯留する工程と、第1タンクに配管を介して接続されたヒートポンプが配管に熱媒体を供給することによって第1タンクに貯留されている湯の温度制御を行う工程と、第1タンクに水を供給して第1タンクに貯留されている湯の温度調整を行う工程と、を備える。
【0014】
この廃熱回収給湯方法は、第1タンクに廃熱を回収すると共に第1タンクに湯を貯留し、第1タンクから第2タンクに湯が供給される。第1タンクに配管を介して接続されたヒートポンプは、配管に熱媒体を供給して第1タンクの湯の温度制御を行う。従って、ヒートポンプが第1タンクの湯の温度制御を行うので、第1タンクの湯の温度と量を一定以上に安定させることができる。前述の廃熱回収給湯システムと同様、ヒートポンプが第1タンクの湯の温度制御を行うので、蒸気加熱器等の消費エネルギーを低減させることができる。従って、省エネルギー化を実現させることができる。更に、この廃熱回収給湯方法では、第1タンクに水を供給して第1タンクの水の温度調整を行うので、ヒートポンプを長期間効率的に且つ安定して運転させることができる。その結果、省エネルギー化及び省コストを実現させることができる。
【0015】
湯の温度制御を行う工程では、第1タンクに貯留されている湯の量に応じて第1タンクの湯の温度制御を行ってもよい。この場合、第1タンクに貯留されている湯の量に応じた湯の温度制御を行うことができる。従って、第1タンクの湯の温度をより高精度に制御することができる。
【0016】
湯の温度制御を行う工程、及び湯の温度調整を行う工程は、第1タンクへの給湯を高速で行う第1モード、第1タンクへの給湯を低速で行う第2モード、及び、第1タンクへの湯の循環を行う第3モード、の切り替えによって行ってもよい。この場合、高速給湯モード、低速給湯モード及び循環モードの切り替えによって第1タンクの湯の温度制御を行うことができるので、一層高精度な湯の温度制御が可能となる。
【発明の効果】
【0017】
本開示によれば、安定した湯の供給を行うことができると共に省エネルギー化を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】実施形態に係る廃熱回収給湯システムの構成を模式的に示す図である。
【
図2】
図1の廃熱回収給湯システムの第1タンクを模式的に示す側面図である。
【
図3】
図1の廃熱回収給湯システムの第1タンクにおける湯の量が少ない場合における動作を模式的に示す図である。
【
図4】
図1の廃熱回収給湯システムの第1タンクにおける湯の量が中程度である場合における動作を模式的に示す図である。
【
図5】
図1の廃熱回収給湯システムの第1タンクにおける湯の量が多い場合における動作を模式的に示す図である。
【
図6】変形例に係る廃熱回収給湯システムの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下では、図面を参照しながら本開示に係る廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法の実施形態について説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。図面は、説明の容易のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。
【0020】
本開示において、「熱媒体」とは、加熱又は冷却が行われて水に所望の温度の熱を供給するための液体又は気体等の流体を示している。「熱媒体」は、例えば、ヒートポンプの中で状態変化してブラインから熱を奪う役割を担うフロンである。「冷媒」とは、熱媒体を含む流体に冷熱を付与する媒体を示しており、例えば、不凍液、ブライン及び冷水を示している。「廃熱を回収」とは、本来捨てられる熱を湯の製造のために利用することを示している。「ヒートポンプ」は、空気熱源ヒートポンプと水熱源ヒートポンプとを含んでいる。「湯」は、熱が加えられた水を示しており、例えば、加熱された水、及び冷熱が付与された水を含んでいてもよい。
【0021】
本実施形態では、「ヒートポンプ」が水熱源ヒートポンプである例について説明する。水熱源ヒートポンプは、冷水を製造する一方で廃熱を回収して湯の製造を同時に行うことによって熱回収を実現する熱回収ヒートポンプを含んでいる。本実施形態に係るヒートポンプは、冷水及び温水(湯)の双方を取り出すことが可能なダブルバンドル型のダブルバンドルヒートポンプである。
【0022】
図1は、実施形態に係る廃熱回収給湯システム1の構成を模式的に示す図である。廃熱回収給湯システム1は、食品工場に設けられている。廃熱回収給湯システム1は、食品工場において発生した廃熱を用いて給湯を行う。例えば、廃熱回収給湯システム1が設けられる食品工場は、飲料が製造される工場、及び飲料以外の食品(一例としてアイスクリーム等)が製造される工場の双方を含んでおり、食品に対する加熱又は冷却が行われる工場を示している。本実施形態では、廃熱回収給湯システム1が設けられる工場がビールテイスト飲料が製造される工場である例について説明する。
【0023】
ビールテイスト飲料は、ビールのような味わいを奏する飲料、及び、ビールを飲用したような感覚が与えられる飲料を含む。アルコール度数が1%以上であるビールテイスト飲料は、ビールテイストアルコール飲料とも称される。更に、ビールテイスト飲料は、原料として麦芽を使用するビール、発泡酒、ノンアルコールビール、リキュール(例えば、酒税法上「その他の醸造酒(発泡性)(1)」)に分類される飲料を含んでいる。
【0024】
ビールテイスト飲料が製造される工場では、例えば、麦汁の煮沸、麦汁の冷却、発酵、醸造、及び熟成において加熱又は冷却が行われる。本実施形態に係る廃熱回収給湯システム1は、例えば、仕込煮沸工程において排出された廃熱を回収する回収湯タンク11(第1タンク)を備え、回収湯タンク11に貯留された湯の量及び温度が調整される。回収湯タンク11は、例えば、回収した廃熱によって貯留された湯の保温を行う。
【0025】
廃熱回収給湯システム1は、例えば、回収湯タンク11と、回収湯タンク11から湯の供給を受けると共に廃熱回収給湯システム1の外部への湯を貯留する送り湯タンク12とを備える。一例として、廃熱回収給湯システム1は、回収湯タンク11と送り湯タンク12の間に蒸気熱交換器19を備える。蒸気熱交換器19は蒸気によって回収湯タンク11からの湯を加熱し、蒸気熱交換器19によって加熱された湯が送り湯タンク12に供給される。
【0026】
例えば、廃熱回収給湯システム1は、回収湯タンク11と並列に配置される工程用水タンク13を備えていてもよく、工程用水タンク13から蒸気熱交換器19及び送り湯タンク12に水(工程用水)が供給されてもよい。例えば、回収湯タンク11から蒸気熱交換器19までの湯の流路と、工程用水タンク13から蒸気熱交換器19までの水の流路とは途中で合流している。
【0027】
一例として、回収湯タンク11と蒸気熱交換器19との間には、互いに並列に配置されたポンプN3,N4と、ポンプN3,N4に直列に配置されたバルブV1とが配置されている。工程用水タンク13と蒸気熱交換器19との間にも、例えば、ポンプN5,N6及びバルブV2が配置されている。
【0028】
例えば、回収湯タンク11から蒸気熱交換器19までの湯の移動経路において、ポンプN3,N4、バルブV1、及び工程用水タンク13からの水の移動経路との合流地点、がこの順で配置されている。工程用水タンク13から蒸気熱交換器19までの水の移動経路においても、ポンプN5,N6、バルブV2、及び回収湯タンク11からの湯の移動経路との合流地点、がこの順で配置されている。但し、各移動経路の構成、並びに、ポンプ及びバルブの配置は、上記の各例に限られず適宜変更可能である。
【0029】
廃熱回収給湯システム1は、例えば、後述する第1配管P1に接続されたヒートポンプ15と、第1配管P1及び第2配管P2に接続された熱交換器14と、第2配管P2に接続された水供給部16とを備える。一例として、第2配管P2には、回収湯タンク11、水供給部16、ポンプN1及び熱交換器14がこの順で配置されている。
【0030】
第2配管P2は回収湯タンク11に温度調整された湯を供給する配管であり、例えば、第2配管P2には水が通される。一例として、湯の温度調整は熱交換器14及び水供給部16によって行われる。水供給部16は、例えば、回収湯タンク11への湯の温度を調整すると共に、回収湯タンク11に貯留される湯の量を調整する。
【0031】
ヒートポンプ15は、例えば、熱交換器14を介して回収湯タンク11に接続された水熱源ヒートポンプであり、回収湯タンク11に貯留される湯の温度を熱交換器14を介して調整する。第1配管P1には熱媒体が通される。第1配管P1に通される熱媒体は、例えば、水(湯)である。一例として、第1配管P1には、ヒートポンプ15、ポンプN2、及び熱交換器14がこの順で配置されている。しかしながら、ヒートポンプ15、ポンプN2、及び熱交換器14の配置の順序及び配置態様は上記の例に限られず適宜変更可能である。
【0032】
熱交換器14は、例えば、第1配管P1を通る熱媒体と、第2配管P2を通る水(湯)との間で熱交換を行う。一例として、ヒートポンプ15は、第1配管P1の熱媒体の温度を制御する温度制御部として機能する。例えば、ヒートポンプ15は熱媒体の加熱及び冷却のいずれかを行い、加熱又は冷却された熱媒体が熱交換器14に供給されることで第2配管P2を通る水の温度調整が行われる。
【0033】
ヒートポンプ15は第1配管P1及び第3配管P3のそれぞれに接続されていてもよく、例えば、第3配管P3には三方弁17及び冷媒供給部18が設けられる。第3配管P3には、例えば、ヒートポンプ15に供給される冷媒が流れる。第3配管P3を流れる冷媒は水、ブライン又は不凍液であってもよい。
【0034】
第3配管P3にはポンプ(不図示)が設けられており、当該ポンプによって、ヒートポンプ15への冷媒の量、及びヒートポンプ15への冷媒の温度を制御する。三方弁17は、例えば、第3配管P3に冷媒の一部を循環させるものであってもよく、第3配管P3における冷媒の循環量が三方弁17によって調整されてもよい。一例として、第3配管P3を循環する冷媒の温度は-4℃以上且つ2℃以下の範囲で調整可能であってもよい。
【0035】
前述したように、廃熱回収給湯システム1において、回収湯タンク11に貯留されている湯の温度及び量は制御される。
図2は、回収湯タンク11の湯の量に応じた回収湯タンク11への湯の供給制御を模式的に示す図である。廃熱回収給湯システム1は、例えば、第1モード、第2モード及び第3モードを有し、第1モード、第2モード及び第3モードのそれぞれで回収湯タンク11への湯の供給を行うことによって当該湯の温度及び量を制御する。
【0036】
第1モード、第2モード及び第3モードにおいて、回収湯タンク11に供給される湯の温度、及び回収湯タンク11に供給される湯の量が互いに異なっている。例えば、第1モードは高速給湯モードであり、第2モードは低速給湯モードであり、第3モードは循環モードである。この場合、第1モードで回収湯タンク11に供給される湯の量は第2モードで回収湯タンク11に供給される湯の量よりも多く、第2モードで回収湯タンク11に供給される湯の量は第3モードで回収湯タンク11に供給される湯の量よりも多い。
【0037】
本実施形態に係る廃熱回収給湯システム1では、回収湯タンク11に貯留されている湯の量に応じて回収湯タンク11への湯の温度制御、及び回収湯タンク11への湯の量の制御が行われる。例えば、回収湯タンク11の湯の量が第1上限値H1に達するまでの間に第1モードで回収湯タンク11に湯を供給し、回収湯タンク11の湯の量が第1上限値H1に達してから第1上限値H1よりも大きい第2上限値H2に達するまでの間に第2モードで回収湯タンク11に湯を供給してもよい。
【0038】
回収湯タンク11の湯の量が第2上限値H2に達してから第2上限値H2よりも大きい第3上限値H3に達するまでの間に第3モードで回収湯タンク11に湯を供給し、回収湯タンク11の湯の量が第3上限値H3に達したときに回収湯タンク11への湯の供給を停止してもよい。
【0039】
回収湯タンク11の湯の量が低下して第1下限値L1に達するまでの間に回収湯タンク11への湯の供給を停止していてもよい。回収湯タンク11の湯の量が第1下限値L1に達してから第1下限値L1よりも小さい第2下限値L2に達するまでの間に第3モードで回収湯タンク11に湯を供給してもよい。
【0040】
回収湯タンク11の湯の量が第2下限値L2に達してから第2下限値L2より小さい第3下限値L3に達するまでの間に第2モードで回収湯タンク11に湯を供給してもよい。そして、回収湯タンク11の湯の量が第3下限値L3に達したときに回収湯タンク11への湯の供給を第1モードで行ってもよい。
【0041】
一例として、第3下限値L3が最も小さく、第2下限値L2が2番目に小さく、第1上限値H1が3番目に小さい。そして、第3上限値H3が最も大きく、第2上限値H2が2番目に大きく、第1下限値L1が3番目に大きい。しかしながら、これらの値の大小関係は、上記の例に限られず適宜変更可能である。
【0042】
前述した回収湯タンク11への湯の供給制御は、例えば、
図1に示されるように、廃熱回収給湯システム1の制御部20によって行われる。制御部20は、例えば、回収湯タンク11の湯の量を検出する湯量センサを有し、検出した湯の量に応じて第1モード、第2モード及び第3モードの切り替えを行う。例えば、制御部20がヒートポンプ15、水供給部16及び三方弁17の少なくともいずれかに制御信号を出力することによって、回収湯タンク11への湯の供給制御(温度及び量の制御)が行われ、第1モード、第2モード及び第3モードへの切り替えが行われる。
【0043】
次に、本実施形態に係る廃熱回収給湯方法の例について説明する。まず、廃熱を回収湯タンク11に回収すると共に回収湯タンク11に湯を貯留する(第1タンクに湯を貯留する工程)。例えば、水供給部16及び熱交換器14を通って温度制御された湯が回収湯タンク11に供給される。
【0044】
次に、回収湯タンク11に供給される湯を送り湯タンク12に貯留する(第2タンクに貯留する工程)。このとき、回収湯タンク11からの湯は蒸気熱交換器19で蒸気と熱交換されることによって加熱され、送り湯タンク12には蒸気熱交換器19で加熱された湯が供給される。
【0045】
ヒートポンプ15が第1配管P1に熱媒体を供給して回収湯タンク11に貯留されている湯の温度制御を行う(温度制御を行う工程)。そして、水供給部16が第2配管P2を介して回収湯タンク11に水を供給することにより、回収湯タンク11に貯留されている湯の温度調整を行う(温度調整を行う工程)。
【0046】
回収湯タンク11の湯に対する上記の温度制御及び温度調整は、例えば、前述した第1モード、第2モード及び第3モードの切り替えによって行われる。以下では、
図3、
図4及び
図5を参照しながら制御部20による第1モード、第2モード及び第3モードのそれぞれにおける回収湯タンク11への湯の供給制御について説明する。
【0047】
まず、
図3に示されるように、回収湯タンク11の湯の量が少ない場合(例えば、第1上限値H1以下である場合)、制御部20は、第1モードで回収湯タンク11に湯を供給する。第1モードでは、温度T1の湯を大量に(高速で)回収湯タンク11に供給する。温度T1は、比較的低温であって、一例として、35℃以上且つ45℃以下である。
【0048】
このとき、三方弁17からヒートポンプ15への冷媒の供給、及びヒートポンプ15から熱交換器14への熱媒体の供給と共に、熱交換器14から回収湯タンク11への湯の供給が行われる。一例として、三方弁17からヒートポンプ15に0℃の冷媒が供給され、当該冷媒の熱によってヒートポンプ15が第1配管P1の40℃の熱媒体を50℃に加熱する。このとき、ヒートポンプ15から第3配管P3に-5℃の冷媒が流れる。
【0049】
一例として、ヒートポンプ15からの50℃の熱媒体が熱交換器14に流れると、熱交換器14は水供給部16からの35℃の湯を45℃に加熱する。このとき、熱交換器14から回収湯タンク11に45℃の湯が供給されると共に、熱交換器14から第1配管P1に40℃の熱媒体が流れる。こうして、第1モードでは、大量の45℃の湯が供給されるので、回収湯タンク11の湯の量が速やかに増加する。
【0050】
例えば、第1モード、第2モード及び第3モードのいずれの場合であっても、送り湯タンク12には、蒸気熱交換器19によって回収湯タンク11の湯の温度よりも高温の湯が供給される。第1モード、第2モード及び第3モードのいずれの場合であっても、例えば、送り湯タンク12には一定温度の湯が供給される。一例として、当該一定温度は、82℃以上且つ83℃以下である。
【0051】
図4に示されるように、回収湯タンク11の湯の量が中程度である場合(例えば、第3下限値L3以上且つ第2上限値H2以下である場合)、制御部20は、第2モードで回収湯タンク11に湯を供給する。第2モードでは、温度T2の湯を少量(低速で)回収湯タンク11に供給する。例えば、温度T2は、温度T1よりも高く、45℃以上且つ55℃以下であってもよい。
【0052】
第2モードでは、例えば、三方弁17からヒートポンプ15への冷媒の供給、及びヒートポンプ15から熱交換器14への熱媒体の供給と共に、熱交換器14から回収湯タンク11への湯の供給が行われる。このとき、三方弁17からヒートポンプ15に0℃の冷媒が供給され、この冷媒の熱によってヒートポンプ15が第1配管P1の熱媒体を60℃に加熱する。このとき、ヒートポンプ15から第3配管P3に-5℃の冷媒が流れる。
【0053】
ヒートポンプ15からの60℃の熱媒体が熱交換器14に流れると、熱交換器14は水供給部16からの45℃の湯を55℃に加熱する。そして、熱交換器14から回収湯タンク11に55℃の湯が供給されると共に、熱交換器14から第1配管P1に50℃の熱媒体が流れる。第2モードでは、少量の55℃の湯が供給されることにより、回収湯タンク11の湯の量が増加する。
【0054】
図5に示されるように、回収湯タンク11の湯の量が多い場合(例えば、第2下限値L2以上且つ第3上限値H3以下である場合)、制御部20は、第3モードで回収湯タンク11に湯を供給する。第3モードでは、水供給部16から水を供給せずに、第2配管P2において温度T3の湯を循環させる過程で回収湯タンク11に湯を供給する。例えば、温度T3は、温度T2よりも高く、55℃以上且つ65℃以下であってもよい。
【0055】
第3モードでも、三方弁17からヒートポンプ15への冷媒の供給、及びヒートポンプ15から熱交換器14への熱媒体の供給と共に、熱交換器14から回収湯タンク11への湯の供給が行われる。例えば、三方弁17からヒートポンプ15に0℃の冷媒が供給され、当該冷媒の熱によってヒートポンプ15が第1配管P1の60℃の熱媒体を70℃に加熱する。このとき、ヒートポンプ15から第3配管P3に-5℃の冷媒が流れる。
【0056】
ヒートポンプ15からの70℃の熱媒体が熱交換器14に流れると、熱交換器14は第2配管P2を通る55℃の湯を65℃に加熱する。これにより、熱交換器14から回収湯タンク11に65℃の湯が供給されると共に、熱交換器14から第1配管P1に60℃の熱媒体が流れる。第3モードでは、回収湯タンク11の湯の量は増加しない。
【0057】
以上、本実施形態に係る例示的な廃熱回収給湯方法では、第1モード、第2モード及び第3モードへの切り替えが制御部20によって自動的に行われ、これにより、回収湯タンク11の湯の温度及び量が制御される。従って、廃熱を回収する回収湯タンク11からの湯の供給を安定させることが可能となる。
【0058】
以下では、本実施形態に係る廃熱回収給湯システム1及び廃熱回収給湯方法の作用効果について詳細に説明する。本実施形態に係る廃熱回収給湯システム1及び廃熱回収給湯方法は、廃熱を回収すると共に湯を貯留する回収湯タンク11と、回収湯タンク11からの湯の供給を受ける送り湯タンク12とを備える。回収湯タンク11には配管(第1配管P1及び第2配管P2)を介してヒートポンプ15が接続されており、ヒートポンプ15は当該配管に熱媒体を循環させることによって回収湯タンク11の湯の温度制御を行う。
【0059】
従って、ヒートポンプ15によって回収湯タンク11の湯の温度制御を行うので、回収湯タンク11の湯の温度を安定させることができる。また、ヒートポンプ15で回収湯タンク11の湯の温度制御を行うことにより、蒸気熱交換器19によって消費されるエネルギーを低減させることができるので、省エネルギー化を実現させることができる。
【0060】
廃熱回収給湯システム1は、回収湯タンク11に温度調整用の水を供給する水供給部16を備える。従って、回収湯タンク11の湯の温度、及び回収湯タンク11の湯の量を水供給部16からの水の供給によって制御することが可能であるため、ヒートポンプ15を長時間効率的に且つ安定して運転させることができる。従って、省エネルギー化及び省コストを実現させることができる。
【0061】
前述した配管は、ヒートポンプ15を通る熱媒体が循環する第1配管P1と、水供給部16からの水が通る第2配管P2と、を含んでいてもよい。廃熱回収給湯システム1は、第1配管P1を通る熱媒体と、第2配管P2を通る水との間で熱交換を行う熱交換器14を備えてもよい。すなわち、第2配管P2を必須として、第1配管P1及び熱交換器14を備えてもよい。この場合、第1配管P1と第2配管P2との間に熱交換器14が介在し、熱交換器14は第1配管P1を通る熱媒体と第2配管P2を通る水との間で熱交換を行う。
【0062】
よって、水供給部16からの水はヒートポンプ15からの熱媒体と熱交換された後に回収湯タンク11に供給される。従って、ヒートポンプ15及び熱交換器14によって温度調整された水が回収湯タンク11に供給されることにより、熱交換器14で適切な温度に加温された水を回収湯タンク11に供給することができる。よって、回収湯タンク11の湯の温度と量を一定以上に安定させることができる。
【0063】
また、ヒートポンプ15が接続されると共に熱媒体が通る第1配管P1が熱交換器14に接続され、回収湯タンク11への水が通る第2配管P2が第1配管P1とは別に設けられることにより、ヒートポンプ15を通る熱媒体(例えば、ヒートポンプ15内で使われている冷媒(フロン))が回収湯タンク11に混入する可能性を回避することができる。従って、食品工場における湯の供給において、高い品質を維持することができる。
【0064】
廃熱回収給湯システム1は、ヒートポンプ15に接続されると共にヒートポンプ15に冷媒を供給する第3配管P3と、第3配管P3に接続されると共に冷媒が通る三方弁17を備えてもよい。この冷媒は、例えば、ブライン、又はPG(プロピレングリコール)が含まれる水を示している。この場合、三方弁17によって第3配管P3を介してヒートポンプ15に供給される冷媒を制御することが可能であるため、ヒートポンプ15の稼働をより効率的に行うことができる。
【0065】
湯の温度制御を行う工程では、回収湯タンク11に貯留されている湯の量に応じて回収湯タンク11の湯の温度制御を行ってもよい。この場合、回収湯タンク11に貯留されている湯の量に応じた湯の温度制御を行うことができる。従って、回収湯タンク11の湯の温度をより高精度に制御することができる。
【0066】
湯の温度制御を行う工程、及び湯の温度調整を行う工程は、回収湯タンク11への給湯を高速で行う第1モード、回収湯タンク11への給湯を低速で行う第2モード、及び、回収湯タンク11への湯の循環を行う第3モード、の切り替えによって行ってもよい。この場合、高速給湯モード、低速給湯モード及び循環モードの切り替えによって回収湯タンク11の湯の温度制御を行うことができるので、一層高精度な湯の温度制御が可能となる。
【0067】
以上、本開示に係る廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法の実施形態について説明した。しかしながら、本開示は、前述した実施形態に限られず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲において変形し、又は他のものに適用されるものであってもよい。すなわち、本開示では、各請求項の要旨を変更しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、廃熱回収給湯システムの各部の構成及び配置態様、並びに、廃熱回収給湯方法の各工程の内容及び順序は、上記の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【0068】
以下では、変形例に係る廃熱回収給湯システム31について
図6を参照しながら説明する。廃熱回収給湯システム31は、回収湯タンク41、送り湯タンク42、ヒートポンプ45、水供給部46、三方弁47、冷媒供給部48、及び蒸気熱交換器49を含む。回収湯タンク41、送り湯タンク42、ヒートポンプ45、水供給部46、三方弁47、冷媒供給部48及び蒸気熱交換器49のそれぞれの構成は、例えば、前述した回収湯タンク11、送り湯タンク12、ヒートポンプ15、水供給部16、三方弁17、冷媒供給部18及び蒸気熱交換器19のそれぞれの構成と同様である。以下では、前述した廃熱回収給湯システム1の説明と重複する説明を適宜省略する。
【0069】
廃熱回収給湯システム31は、一例として、蒸気と水とを熱交換する熱交換器32,33とバルブV11,V12,V13,V14,V15,V16,V17とを備え、回収湯タンク41はバルブV11、熱交換器32,33及びバルブV12,V13を介して廃熱を回収する。回収湯タンク41はポンプN11を介して送り湯タンク42に接続されていてもよい。例えば、熱交換器33は、バルブV14を介して送り湯タンク42に接続されている。しかしながら、回収湯タンク41及び送り湯タンク42の周辺の構成は、熱交換器32,33及びバルブV11~V14を備えたものに限られず適宜変更可能である。
【0070】
例えば、水供給部46は回収湯タンク41が接続された第2配管P12に設けられており、第2配管P12には回収湯タンク41、ポンプN12、熱交換器44b及びバルブV15がこの順で配置されている。しかしながら、第2配管P12の各機器の配置態様は上記の例に限られず適宜変更可能である。
【0071】
熱交換器44bは、前述した熱交換器14と同様、ヒートポンプ15が接続されている第1配管P11に配置されている。また、回収湯タンク41と送り湯タンク42との間の経路と熱交換器44bとの間には、熱交換器44cが配置されている。熱交換器44cは、バルブV16を介して回収湯タンク41に接続されていてもよいし、バルブV17を介して送り湯タンク42に接続されていてもよい。
【0072】
以上、変形例に係る廃熱回収給湯システム31は、廃熱を回収すると共に湯を貯留する回収湯タンク41と、回収湯タンク41からの湯の供給を受ける送り湯タンク42とを備え、回収湯タンク41に配管(第1配管P11及び第2配管P12)を介してヒートポンプ45が接続されている。
【0073】
ヒートポンプ45は、当該配管に熱媒体を循環させることによって回収湯タンク41の湯の供給制御を行う。従って、ヒートポンプ45によって回収湯タンク41の湯の温度制御を行うので、回収湯タンク41の湯の温度を安定させることができ、前述した廃熱回収給湯システム1と同様の作用効果が得られる。
【0074】
以上、変形例に係る廃熱回収給湯システム31について説明したが、廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法の構成は前述した実施形態又は変形例から更に変更することも可能である。例えば、前述の実施形態では、回収湯タンクの湯、熱媒体及び冷媒の温度に関し、種々の温度の例について説明した。しかしながら、回収湯タンクの湯、熱媒体及び温度の値は、前述した例に限られず適宜変更可能である。
【0075】
前述した実施形態では、制御部20が第1モード、第2モード及び第3モードの切り替えを行って回収湯タンク11の湯の量及び温度を制御する例について説明した。しかしながら、回収湯タンクの湯に対する量及び温度の制御のモードは、上記の第1モード、第2モード及び第3モードに限られず適宜変更可能である。例えば、当該制御のモードの数は、2又は4以上であってもよい。更に、廃熱回収給湯システムの制御部は、モードの切り替えによる制御ではなく、例えば、回収湯タンクの湯の量及び温度に応じて当該量及び温度を徐々に変化させる制御を行ってもよい。
【0076】
前述の実施形態では、制御部20が三方弁17に制御信号を出力してヒートポンプ15への冷媒の供給制御を行う例について説明した。しかしながら、三方弁17を省略してもよいし、三方弁17以外の機器によってヒートポンプ15への冷媒制御を行ってもよい。
【0077】
前述した実施形態では、熱交換器14及びヒートポンプ15が第1配管P1に設けられ、熱交換器14及び水供給部16が第2配管P2に設けられ、ヒートポンプ15が熱交換器14を介して回収湯タンク11に接続されている例について説明した。しかしながら、本開示に係る廃熱回収給湯システムにおいて、ヒートポンプは、配管を介して回収湯タンクに直接接続されていてもよい。すなわち、ヒートポンプと回収湯タンクとの間に配置される機器の構成は、前述した例に限られず適宜変更可能である。
【0078】
前述した実施形態では、回収湯タンク11、送り湯タンク12及び工程用水タンク13を備える廃熱回収給湯システム1について説明した。しかしながら、工程用水タンク13を省略することも可能である。また、廃熱回収給湯システムが備えるタンクの種類は回収湯タンク11及び送り湯タンク12に限られず適宜変更可能である。すなわち、廃熱回収給湯システムは、回収した廃熱で湯の保温を行う第1タンクと、第1タンクから湯の供給を受ける第2タンクとを備えていればよい。
【0079】
前述した実施形態では、ビールテイスト飲料が製造される工場に設けられる廃熱回収給湯システム1について例示した。しかしながら、本開示に係る廃熱回収給湯システム及び廃熱回収給湯方法は、ビールテイスト飲料が製造される工場に限られず、炭酸飲料が製造される工場、炭酸飲料以外の飲料が製造される工場、又は飲料以外の食品が製造される工場に適用することも可能である。
【符号の説明】
【0080】
1,31…廃熱回収給湯システム、11,41…回収湯タンク(第1タンク)、12,42…送り湯タンク(第2タンク)、13…工程用水タンク、14,44b,44c…熱交換器、15,45…ヒートポンプ、16,46…水供給部、17,47…三方弁、18,48…冷媒供給部、19,49…蒸気熱交換器、20…制御部、32,33…熱交換器、H1…第1上限値、H2…第2上限値、H3…第3上限値、L1…第1下限値、L2…第2下限値、L3…第3下限値、N1,N2,N3,N4,N5,N6…ポンプ、N11,N12…ポンプ、P1,P11…第1配管、P2,P12…第2配管、P3…第3配管、T1,T2,T3…温度、V1,V2,V11,V12,V13,V14,V15…バルブ。