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【発明の名称】 排水処理機能付き氷蓄熱装置の水処理システムとその使用方法
【発明者】 【氏名】市川 雅英

【氏名】佐藤 尚之

【氏名】戸田 雅之

【氏名】佐藤 利晴
【要約】 【課題】システム構成を容易にするとともに設置スペースの低減を図る。

【解決手段】第１排水水送出手段１１から送出された排水は、排水槽１２および排水中水兼用槽１３に貯蔵される。排水槽１２に貯蔵された排水は、第１蓄熱槽１４に供給され、兼用槽１３に貯蔵された排水は第２蓄熱槽１５に、中水は第１蓄熱槽１４と第２蓄熱槽１５に供給される。第１、第２蓄熱槽１４、１５では、夜間に汚水が凍結されるように制御され、凍結残水は汚濁成分が濃縮された状態となって槽内に貯留される。第１熱交換器１６には、兼用槽１３からの中水と第１、第２蓄熱槽１４、１５からの残水が供給され、残水の冷熱は兼用槽１３からの中水と熱交換される。第２熱交換器１７には、第２蓄熱槽１５から中水が供給され、使用量に応じて中水槽１８に供給される。第２排水送出手段１９から送出された排水は、除害施設手段２０に供給され、処理された水の一部は排水槽１２に供給される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 排水送出手段から送出された汚水が貯蔵される排水槽と、この排水槽に貯蔵された汚水が供給され、夜間に汚水が凍結されるように制御されるとともに中水が供給される第１蓄熱槽と、前記排水送出手段から送出された汚水が貯蔵されるとともに、時間帯によって汚水を送出して中水を貯蔵するように設定された排水中水兼用槽と、この排水中水兼用槽に貯蔵された汚水あるいは中水が供給され、夜間には汚水が凍結されるように制御される第２蓄熱槽と、前記排水中水兼用槽への汚水貯蔵か中水貯蔵かを選択制御する指令を送出するとともに、前記第１蓄熱槽を使用するか第２蓄熱槽を使用するかを選択する際に、一方の蓄熱槽を優先的に使用し、中水と冷熱を使い切ったときに、他方の蓄熱槽に切り替え選択する指令を送出する制御装置とを備えたことを特徴とする排水処理機能付き氷蓄熱装置の水処理システム。
【請求項２】 前記排水中水兼用槽は、槽本体と、この槽本体の上部に設けられ、槽本体内を洗浄するための散水装置と、中水が流入して来たときに消毒剤を注入する薬品設備とからなる請求項１記載の排水処理機能付き氷蓄熱装置の水処理システム。
【請求項３】 前記排水中水兼用槽は、槽本体と、この槽本体内に設けられ、汚水貯留時には形状が収縮されるとともに、中水を貯留するときには、形状が拡大する袋状の防水性セパレータと、中水が流入して来たときに消毒剤を注入する薬品設備とからなる請求項１記載の排水処理機能付き氷蓄熱装置の水処理システム。
【請求項４】 前記蓄熱槽は、槽本体と、この槽本体内に設けられた洗浄用散水装置および冷凍機に連結された伝熱管と、前記冷凍機に連結され、槽本体内の水温を計測して氷点より僅かに高い温度のときに、槽本体内に投入される種氷を製造する種氷製造装置とを備えたことを特徴とする請求項１記載の排水処理機能付き氷蓄熱装置の水処理システム。
【請求項５】 前記蓄熱槽は、槽本体と、この槽本体内に設けられ、冷凍機に連結された伝熱管と、前記槽本体内の底部に設けられ、槽本体内に温風を送風する散気装置と、前記冷凍機に連結され、槽本体内の水温を計測して氷点より僅かに高い温度のときに、槽本体内に投入される種氷を製造する種氷製造装置とを備えたことを特徴とする請求項１記載の排水処理機能付き氷蓄熱装置の水処理システム。
【請求項６】 排水送出手段から送出された汚水を排水槽および排水中水兼用槽に貯蔵するとともに、時間帯によっては中水を前記排水中水兼用槽に貯蔵するように設定した後、貯蔵された汚水を第１蓄熱槽および第２蓄熱槽に供給してその汚水を凍結するように構成した氷蓄熱方法において、汚水凍結後に残された水を冷熱と中水利用が始まる直前に排出する排出工程と、この排出工程で水を排出した後、蓄熱槽内に、凍結された汚水から清浄な氷だけを得た後、兼用槽から中水を両蓄熱槽に導入する工程と、この工程で導入された第２蓄熱槽の中水を熱交換器に供給して中水の冷熱が冷房負荷に利用されるようにした中水の利用工程と、この利用工程で第２蓄熱槽の中水が使い切られると第１蓄熱槽の中水に切り替えられて冷熱の供給が行われる冷熱利用工程と、この冷熱利用工程が終了した後、兼用槽から第２蓄熱槽に汚水が送水され、その送水で空になった兼用槽を洗浄した後、第１蓄熱槽より兼用槽に中水が送水されるとともに、排水槽より第１蓄熱槽には汚水が送水されて汚水と中水との入れ替えが行われる工程とを備えたことを特徴とする排水処理機能付き氷蓄熱装置の水処理システムの使用方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、夜間電力を貯蔵するための氷蓄熱装置に、排水を、処理する機能を併せ持つ排水処理機能付き氷蓄熱装置の水処理システムとその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビル等から排出される排水を安価な夜間電力により凍結して、純粋な氷を製造し、この氷を融かすことで昼間の冷房需要に冷熱を供給し、さらにこの融解した水を再利用する氷蓄熱装置とそのシステムが開発されて来ている。この装置では、排水は凍結により汚濁成分が極端に少なく、再利用に供される部分と高濃度に濃縮される部分に分けられる。濃縮された部分は、その濃度や環境条件により、下水放流、産業廃棄物として処分、放流のために再処理等の処置がなされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】氷蓄熱の方法としては、スタティック型とダイナミック型に分けられる。前者は製氷と蓄熱が同じ槽で行われ、氷は移動することはない。これに対して後者では製氷器で氷が作られた後、氷が蓄熱槽へ移動する機構を持っている。前者は装置が容易であるが、蓄熱槽における氷の充填率を高くするのが難しいことと、製氷速度や冷熱の取り出し速度が遅くなる問題がある。また、後者では製氷装置が複雑になったり、氷の移送時に着氷を防止しなければならないと言う問題をもっている。
【０００４】排水処理機能付き氷蓄熱槽は、濃縮汚水と処理水を分離する必要からダイナミック型を採用している（特願平１０−１９９３７９号）。しかしながら、このダイナミック型のものは、製氷装置が複雑になることと、熱効率の低下や安定した処理水質を確保するための運転操作が難しい等の問題が残されている。
【０００５】一方、スタティック型を採用した排水処理機能付き氷蓄熱システム（特願平６−１８０６９号）は、処理下水受槽や濃縮された汚水と中水（ある程度水質が改善され、便器洗浄等に再利用が可能な処理水）を入れ替えるための処理下水受槽を必要とする。このため、全体の装置が大きくなり、これらの槽の設置スペースが、一般の水処理システムの設置スペースとほとんど同じぐらいになるために、再利用を兼ねる長所がなくなる可能性がある。また、製氷手段として、一般に用いられている方法では、中水として要求される水質の処理水を得ることは困難である。従って、スタティック型を採用した排水処理機能付き氷蓄熱システムの実用化は困難な状況にある。
【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、システム構成が容易で、かつシステムの設置スペースの低減を図るとともに、安定した処理水質を確保することができる排水処理機能付き氷蓄熱装置の水処理システムとその使用方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、排水送出手段から送出された汚水が貯蔵される排水槽と、この排水槽に貯蔵された汚水が供給され、夜間に汚水が凍結されるように制御されるとともに中水が供給される第１蓄熱槽と、前記排水送出手段から送出された汚水が貯蔵されるとともに、時間帯によって汚水を送出して中水を貯蔵するように設定された排水中水兼用槽と、この排水中水兼用槽に貯蔵された汚水あるいは中水が供給され、夜間には汚水が凍結されるように制御される第２蓄熱槽と、前記排水中水兼用槽への汚水貯蔵か中水貯蔵かを選択制御する指令を送出するとともに、前記第１蓄熱槽を使用するか第２蓄熱槽を使用するかを選択する際に、一方の蓄熱槽を優先的に使用し、中水と冷熱を使い切ったときに、他方の蓄熱槽に切り替え選択する指令を送出する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】第２発明は、前記排水中水兼用槽が、槽本体と、この槽本体の上部に設けられ、槽本体内を洗浄するための散水装置と、中水が流入して来たときに消毒剤を注入する薬品設備とからなるものである。
【０００９】第３発明は、前記排水中水兼用槽が、槽本体と、この槽本体内に設けられ、汚水貯留時には形状が収縮されるとともに、中水を貯留するときには、形状が拡大する袋状の防水性セパレータと、中水が流入して来たときに消毒剤を注入する薬品設備とからなるものである。
【００１０】第４発明は、前記蓄熱槽が、槽本体と、この槽本体内に設けられた洗浄用散水装置および冷凍機に連結された伝熱管と、前記冷凍機に連結され、槽本体内の水温を計測して氷点より僅かに高い温度のときに、槽本体内に投入される種氷を製造する種氷製造装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】第５発明は、前記蓄熱槽が、槽本体と、この槽本体内に設けられ、冷凍機に連結された伝熱管と、前記槽本体内の底部に設けられ、槽本体内に温風を送風する散気装置と、前記冷凍機に連結され、槽本体内の水温を計測して氷点より僅かに高い温度のときに、槽本体内に投入される種氷を製造する種氷製造装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】第６発明は、排水送出手段から送出された汚水を排水槽および排水中水兼用槽に貯蔵するとともに、時間帯によっては中水を前記排水中水兼用槽に貯蔵するように設定した後、貯蔵された汚水を第１蓄熱槽および第２蓄熱槽に供給してその汚水を凍結するように構成した氷蓄熱方法において、汚水凍結後に残された水を冷熱と中水利用が始まる直前に排出する排出工程と、この排出工程で水を排出した後、蓄熱槽内に、凍結された汚水から清浄な氷だけを得た後、兼用槽から中水を両蓄熱槽に導入する工程と、この工程で導入された第２蓄熱槽の中水を熱交換器に供給して中水の冷熱が冷房負荷に利用されるようにした中水の利用工程と、この利用工程で第２蓄熱槽の中水が使い切られると第１蓄熱槽の中水に切り替えられて冷熱の供給が行われる冷熱利用工程と、この冷熱利用工程が終了した後、兼用槽から第２蓄熱槽に汚水が送水され、その送水で空になった兼用槽を洗浄した後、第１蓄熱槽より兼用槽に中水が送水されるとともに、排水槽より第１蓄熱槽には汚水が送水されて汚水と中水との入れ替えが行われる工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態である処理プロセスを示すブロック構成図で、図１において、１１はビル等から出る洗面・手洗い、湯沸かし等（厨房や飲食店舗からの汚水を除く）の排水からなる第１排水送出手段で、この第１排水送出手段１１から送出された排水（図中実線で示す）は、排水槽１２および排水中水兼用槽１３に汚水として貯蔵される。特に、排水中水兼用槽１３は、時間帯によって排水以外に中水（図中破線で示す）が流入貯蔵されるような構成になっている。
【００１４】排水槽１２に貯蔵された汚水は、第１蓄熱槽１４に供給され、また、兼用槽１３に貯蔵された汚水は第２蓄熱槽１５に、中水は第１蓄熱槽１４と第２蓄熱槽１５に供給される。この第１、第２蓄熱槽１４、１５は、一方の槽を優先的に使用し、中水と冷熱を使い切った後、他方の槽を使用するように制御装置２１により制御される。この制御装置２１からは上記のような制御指令の他に、排水槽１２の排水や兼用槽１３の汚水貯蔵か中水貯蔵かの制御も行う。
【００１５】なお、第１、第２蓄熱槽１４、１５では、夜間に汚水が凍結されるように制御され、凍結残水は汚濁成分が濃縮された状態となって槽内に貯留される。また、両蓄熱槽１４、１５では、清浄な氷を得るために、種氷供給装置と撹拌装置および氷洗浄装置を備えている。
【００１６】１６、１７は第１、第２熱交換器で、第１熱交換器１６には、兼用槽１３からの中水と第１、第２蓄熱槽１４、１５からの残水が供給され、残水の冷熱は兼用槽１３からの中水と熱交換される。その後、残水は下水道に排出される。第２熱交換器１７には、第２蓄熱槽１５から中水が供給され、中水の冷熱が冷房負荷に供給される。この熱交換により温度が上昇した中水は、中水の使用量に応じて中水槽１８に供給され、これ以外の中水量は再び第２蓄熱槽１５に戻される。と同時に兼用槽１３には中水の原水となる雑排水が貯留される。
【００１７】第２蓄熱槽１５の中水を使い切ると、第１蓄熱槽１４に切り替えられ、第２熱交換器１７には冷熱の供給が継続される。この後の中水の需要に対しては中水槽１８で貯留された量で対応し、不足がある場合は上水が供給される。従って、第１蓄熱槽１４の中水はこの水量が保持される。雑排水も兼用槽１３が満水となると、排水槽１２に切り替えて貯留される。なお、中水槽１８の中水は再利用された後、下水道に放流される。１９は厨房・飲食店舗等の排水からなる第２排水送出手段で、この第２排水送出手段１９から送出された排水は、除害施設手段２０に供給される。この除害施設手段２０は、自然沈殿法、凝集沈殿法、ろ過法や浮上分離法等からなる浮遊物質を物理化学的処理法で処理するもので、ここで、処理した処理水の一部は排水槽１２に供給され、その他は下水道に放流される。
【００１８】次に上記実施の形態の作用を述べる。図２は、濃縮汚水の排出工程を述べるために、図１に示す実施の形態から主要部を抽出したブロック構成図で、図２において、夜間に第１、第２蓄熱槽１４、１５で汚水が凍結され、凍結残水は汚濁成分が濃縮された状態となる。冷熱と中水利用が始まる直前に、これらの残水が下水道に排出される。このとき残水の冷熱は、兼用槽１３の中水と第１熱交換器１６で熱交換される。なお、最初の中水は、上水道よりホース等による手動操作で注入する。
【００１９】図３は、兼用槽１３の中水の第１、第２蓄熱槽１４、１５への導入工程を述べるためのブロック構成図で、図３において、残水の排出後、第１、第２蓄熱槽１４、１５で氷の表面に付着していた濃縮汚水は、洗浄手段により取り去られて、清浄な氷だけの状態になる。この第１、第２蓄熱槽１４、１５に兼用槽１３より中水が導入され、第１、第２蓄熱槽１４、１５は満水となる。
【００２０】図４は、冷熱と中水の利用工程を述べるためのブロック構成図で、図４において、冷熱と中水の需要が始まると、第２蓄熱槽１５より中水が第２熱交換器１７に送られ、中水の冷熱が冷房負荷に供給される。この供給により温度が上がった中水は、中水の使用量に応じて中水槽１８に送られ、これ以外の量は再び第２蓄熱槽１５に戻される。同時に兼用槽１３には、中水の原水となる雑排水が貯留される。
【００２１】図５は、冷熱の利用工程を述べるためのブロック構成図で、図５において、第２蓄熱槽１５の中水を使い切ると第１蓄熱槽１４に切り替えられ、冷熱の供給が行われる。この後の中水の需要に対しては、中水槽１８で貯留された量で対応し、不足が有る場合は、上水が供給される。従って、第１蓄熱槽１４の中水は、この水量が保持される。雑排水も兼用槽１３が満水となると、排水槽１２に切り替えて貯留される。
【００２２】図６、図７、図８は、汚水と中水の入れ替え工程を述べるためのブロック構成図で、図６、図７、図８において、昼間の冷熱と中水の需要が終了すると、汚水と中水の入れ替え作業が行われる。始めに兼用槽１３より第２蓄熱槽１５に雑排水が送水される。次に、空になった兼用槽１３の槽内を洗浄した後、第１蓄熱槽１４より中水が送水される。最後に排水槽１２より第１蓄熱槽１４に雑排水が送水されて、この作業が終了する。この状態で夜間電力を利用して第１、第２蓄熱槽１４、１５で製氷による蓄熱が行われる。また兼用槽１３には、次の日の第１、第２蓄熱槽１４、１５に供給する中水が貯留される。
【００２３】最後に、スタティック方式による雑排水の凍結処理工程が行われる。この工程では、第１、第２蓄熱槽１４、１５では、図示しない冷凍機により製氷が行われる。このとき水温が、氷点より少し高い段階で種氷を投入することにより、過冷却を防止して氷点付近で製氷を開始させる。この処理を行うことにより、凍結部分は純氷に近い状態となり、汚濁成分は未凍結水に濃縮される。この現象は、撹拌により促進される。従って、これら第１、第２蓄熱槽１４、１５は、スタティック型の製氷装置と種氷供給手段および撹拌手段を備えている。
【００２４】図９はこの発明の実施の形態における排水中水兼用槽１３の概略的な構成図で、図９において、１３ａは排水と中水が交互に貯留される兼用槽本体である。この兼用槽本体１３ａは排水と中水が交互に貯留されるため、中水が貯留される前に槽本体内を洗浄する必要がある。このため、上水による散水装置１３ｂが兼用槽本体１３ａの上部に設けられる。また、中水が流入して来たときに消毒剤を注入する設備として、薬品貯留槽１３ｃ、薬品注入ポンプ１３ｄも設けられる。１３ｅは汚水排水弁、１３ｆは撹拌装置である。
【００２５】図１０Ａ，Ｂは排水中水兼用槽１３の別の例を示す概略的な構成図である。上記図９の兼用槽本体１３ａでは、散水装置１３ｂを必要としたが、槽本体１３ａ内の汚れ状況によっては、洗浄に大量の用水を必要とする可能性がある。このような場合“排水再利用機能付き”と言う利点がなくなる可能性もある。そこで、図１０Ａ，Ｂに示すように、槽本体１３ａ内に形状が自在になる袋状の防水性セパレータ１３ｇを設置する。
【００２６】そして、中水貯留時は図１０Ａに示すように袋状の防水性セパレータ１３ｇ（袋が開いた状態）の中に貯留され、図示しない送水装置による送水と共に防水性セパレータ１３ｇが閉じて行く。このとき、撹拌装置１３ｆの撹拌部は上方に引き上げられる。また、雑排水貯留時は図１０Ｂに示すように袋状の防水性セパレータ１３ｇの外に貯留され、袋状の防水性セパレータ１３ｇの中には流入できない構造にする。従って、中水と雑排水の入れ替えの度に、図９に示すように兼用槽本体１３ｇを洗浄する必要が無くなり、洗浄水の節約が可能となる。なお、中水注入と排水は逆回転可能な送排水ポンプ１３ｈにより行う。また、雑排水注入用の散水装置は図示省略してある。
【００２７】図１１はこの発明の実施の形態における第１、第２蓄熱槽１４、１５の具体的な構成を示す再利用機能付きスタティック型氷蓄熱装置の構成図で、図１１において、排水再利用機能付きスタティック型氷蓄熱装置は、氷蓄熱槽本体３１内に伝熱管３３が設置されており、その伝熱管３３には本体３１の外部に設けられた冷凍機３２が連結され、かつその伝熱管３３内に低温の図示矢印で示すブラインを流すことにより、その周りに純氷３４を作る方式である。
【００２８】冷凍機３２には、種氷供給装置３５が設けられ、この種氷供給装置３５で作られた種氷３６が氷蓄熱装置本体３１に供給される。氷蓄熱槽本体３１には、さらに撹拌装置３７及び洗浄用散水装置３８を設置することで、雑排水から作られる氷の汚濁成分を再利用可能な濃度まで下げることを可能にする。種氷３６の原水は上水であり、氷は特に限定しないが体積当たりの表面積が大きくなるような形状が好ましい。また、種氷３６は槽内の水温を計測して氷点よりわずかに高い温度で投入する。製氷が終了し、濃縮排水を排水した後、氷表面に付着した濃縮排水を除くため洗浄を行う。洗浄は、上水または中水を使用して槽内の底部より散水装置３８により散水して行われる。底部から槽内の天井部分まで散水することにより、天井から落下する水により氷の表面の洗浄も可能となる。３９は汚水排水弁である。
【００２９】図１２は、排水再利用機能付きスタティック型氷蓄熱槽の異なる例で、上記図１１では、洗浄のため上水または中水が使用されるが、洗浄効果が小さいと大量の用水を使用することになる。このため、図１２に示す例では、氷蓄熱槽本体３１の下部に設置された散気装置４１から送風される温風で氷自らの融解により表面の濃縮排水を脱着させようとする方式である。この散気装置４１は、製氷時には散気による撹拌装置となり、送風の取り入れ口は温風の場合とは別系統になり、蓄熱槽本体３１の上部から冷風を取り入れる。このような構造にすることで洗浄水の節約と撹拌装置を別に設ける必要がなくなるという利点がある。なお、４２はブロアーである。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、装置構造が容易なスタティック型氷蓄熱装置で排水再利用機能を付加することができるとともに、排水中水兼用槽を導入することで装置の容積を減らすことができ、しかも洗浄水の節約が可能となるなどの利点がある。また、この発明の方法を使用すれば、安定した処理水質を確保することができるようになる。
【出願人】 【識別番号】０００００６１０５
【氏名又は名称】株式会社明電舎
【出願日】 平成１０年１２月２５日（１９９８．１２．２５）
【代理人】 【識別番号】１０００６２１９９
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 富士弥 （外１名）
【公開番号】 特開２０００−１９３２７６（Ｐ２０００−１９３２７６Ａ）
【公開日】 平成１２年７月１４日（２０００．７．１４）
【出願番号】 特願平１０−３６８３７９