JP3584671B2

JP3584671B2 - 生産工程における冷却システム

Info

Publication number: JP3584671B2
Application number: JP10114297A
Authority: JP
Inventors: 尚之佐藤; 俊英大園; 雅英市川
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: JPH10292964A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、氷蓄熱方式を用いた生産工程における冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
生産工程における冷却システムには、水道水や工業用水による冷却、冷凍機による冷却、氷蓄熱による冷却等種々ある。この冷却システムを使用する１つにガスタービン発電機がある。このガスタービン発電機は、生産工程で必要な多量な電力を自給するために使用されるが、ガスタービン発電機は、吸入空気の温度が上昇するに伴い、出力が低下するという特性がある。このため、電力需要の多い夏場にガスタービン発電機は十分な性能を発揮できない問題がある。この問題を解決するために、ガスタービン発電機の吸気側の空気を冷却する手段が採られている。
【０００３】
この手段には、通常、水道水や工業用水を凍結させる氷蓄熱方式が近年採用されるようになって来た。この氷蓄熱方式は製氷して氷を蓄える製氷部と、この製氷部の氷を融解した冷水をガスタービン発電機の吸気冷却部に循環させる冷水循環部とから構成されている。また、一般に各種の産業の生産工程では、上記ガスタービン発電機の冷却以外にも多量の冷却水として水道水や工業用水が使用されており、ガスタービン発電機以外の生産工程によるこれらの水は各種のリサイクル方法を用いて再利用されている。
【０００４】
なお、再利用システムとしては、単なる物理的な沈殿法、中和等の化学的処理法、活性汚泥法等の生物処理法等を用いた水処理法により、冷却水や洗浄水等の工業廃水が再利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したガスタービン発電機の吸気冷却用に用いた氷蓄熱方式における冷熱水は、その発電機の吸気冷却用としてだけにしか使用されていない。これは、冷熱水を生産工程の冷却工程に流用するには、冷熱水の水質悪化を安価に再生する処理方法が難しいためである。また、上記氷蓄熱方式における冷却水は、特殊な冷媒を含む溶液で、かつ冷却水としての水質レベルが一定していることが条件になっているため、生産工程の冷却工程には流用が難しい問題がある。
【０００６】
さらに、生産工程の冷却は、主に工業用水によって冷却している。業種によっては生産工程の冷却中に冷却水が汚濁した排水となり、安価に再利用するには処理方法が難しい問題がある。また、再利用システムとして単なる物理的な沈殿法、中和等の化学的処理方法、活性汚泥等の生物処理方法等を用いた水処理法があるけれども、これらの方法は、業種によっては水質改善の再処理コストが高くなる問題がある。これら両問題の他に、上記生産工程の冷却と再利用システムにおける水処理方法は、簡易処理だけして排出している業種もあり、工業用水の汲み上げによる地盤沈下の原因にもなっている。
【０００７】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、生産工程で利用し終えた排水から純氷の氷塊と濃縮汚水を分離生成し、その氷塊を氷蓄熱水槽に貯蔵してその水槽の冷熱を生産工程の冷却に使用するようした生産工程における冷却システムを提供することを課題とする。
【０００８】
【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、排水を冷却し、冷却された排水から純氷と濃縮排水とを分離生成する純氷製氷装置と、この純氷製氷装置により生成された純氷を貯蔵するとともに、貯蔵された純氷を融解して冷却水として蓄える氷蓄熱水槽と、この氷蓄熱水槽に蓄えられた冷却水が供給される第１冷却部と、この第１冷却部を冷却し終えた冷却水が供給される生産工程からなる第２冷却部と、この第２冷却部を冷却し終えた排水を前記純氷製氷装置に供給するとともに、復水として蓄えられる復水貯水槽と、蒸発器、凝縮器を有し、蒸発器側で前記純氷製氷装置に供給される排水を冷却し、凝縮器側で前記復水貯水槽の復水を暖めるようにした余剰電力で運転される冷凍装置とを備え、
前記純氷製氷装置は、排水が導入される槽と、この槽内の水中に配設され、外部から供給されるエアで槽内の水に気泡を連続的に吹き出す散気管と、前記槽内の水に一部分が没し、他の部分は水面上に位置するように配設された回転ベルトと、この回転ベルトが前記槽内の水に没する位置に設けられるとともに、この位置の回転ベルトの内側に配設され、前記冷凍装置の蒸発器により冷却される冷却部と、この冷却部により前記回転ベルトが冷却され、前記散気管からの気泡が回転ベルトに吹き付けられて氷の結晶が成長されて氷が生成される氷生成部と、この氷生成部で成長した氷を回転ベルトで搬送し、氷の表面に付着した不純物と純氷とを分離させるヒータとからなる、ことを特徴とするものである。
【０００９】
第２発明から第４発明は、第１冷却部が、ガスタービン発電機の吸気冷却部からなり、第２冷却部は、生産工程の冷却工程または洗浄工程からなるとともに、生産工程の冷却工程と洗浄工程とからなり、冷却工程を冷却した冷却水が洗浄工程に供給されるようにしたものである。
【００１１】
第５発明は、氷蓄熱水槽に、復水貯水槽から復水を供給して純氷を融解させるようにしたものである。
【００１２】
【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第１形態を示す概略構成図で、図１において、１０は氷蓄熱装置で、この氷蓄熱装置１０は次のように構成されている。１１は詳細を後述する排水から氷塊を生成する純氷製氷装置で、この純氷製氷装置１１は、夜間電力や自家発電電力等の安価な余剰電力を利用して冷凍装置１２を運転し、冷却側である蒸発器１２１で排水を冷却して、排水から純度の高い純氷を生成するとともに、高濃度に濃縮された濃縮排水とを分離生成する。そして、生成した濃縮排水は排水処理装置１３に送られるとともに、純氷は氷蓄熱水槽１４に供給される。
【００１３】
排水処理装置１３は供給された濃縮排水から、汚泥を回収する。一方、氷蓄熱水槽１４には純度の高い純氷が貯蔵される。この氷蓄熱水槽１４の純氷は、復水貯水槽１５からの復水で融解され、一定温度（約４℃）の冷却水として氷蓄熱水槽１４に貯水される。この冷却水はポンプ１６で汲み上げられてガスタービン発電機１７の吸気冷却部１７ａに空気冷却用として供給される。なお、１７ｂは圧縮機、１７ｃはタービン、１７ｄは発電機である。
【００１４】
ポンプ１６で汲み上げられ、ガスタービン発電機１７の吸気冷却部１７ａに供給された冷却水は各業種の生産工程の冷却工程１８に供給されて、その冷却工程１８の冷却に使用される。冷熱利用が終わった廃熱を含んだ冷却工程１８からの排水は復水として復水貯水槽１５に貯水される。復水貯水槽１５には、冷凍装置１２の放熱側である凝縮器１２２が装着され、貯水槽１５の復水を暖めるとともに、凝縮器１２２の冷却を行って冷凍装置１２の効率を向上させるようにしている。
【００１５】
次に、上述した純氷製氷装置１１の概略構成を図２により述べる。図２において、３１は図示しない排水供給管から排水４１が導入される槽で、この槽３１の内底部には散気管３２が配置される。散気管３２にはエアポンプ３３からエアが供給され、散気管３２からは気泡４２が連続的に吹き出される。３４は回転ベルトで、この回転ベルト３４は一部分が排水中に没し、他の部分は槽３１の水面上部に出ている。３５ａ、３５ｂ、３５ｃはローラで、そのローラの内、少なくとも１つは駆動ローラとして形成される。
【００１６】
回転ベルト３４の内側には冷却部３６とヒータ部３７が配設され、図１に示す冷凍装置１２の蒸発器１２１により冷却される冷却部３６は、海水中に没する回転ベルト３４の内側に、またヒータ部３７は槽３１の上部の回転ベルト３４の内側にそれぞれ配設される。３８は温風ヒータ、３９は純氷である氷塊、４０は氷生成部である。
【００１７】
上記のように構成された純氷製氷装置１１において、エアポンプ３３を回転させて散気管３２により気泡４２を連続的に吹き出させる。この気泡４２により排水は撹拌されると同時に、過冷却状態にはならず０℃を保持する。冷却部３６の表面では、連続的な気泡４２の吹き付けにより不純物を排除しながら、氷の結晶が成長して行く。成長した氷の結晶は回転ベルト３４で搬送され、ヒータ部３７の位置に到達すると、ヒータ部３７と温風ヒータ３８により氷が暖められ、特に氷の表面の一部が融けて水となり、氷の表面に付着した不純物はその水で洗われて流れ去ってしまう。このため、純粋な氷塊３９となって回転ベルト３４から外れて氷塊３９が連続的に生成される。このようにして生成された氷塊３９が図１に示した氷蓄熱水槽１４に貯蔵される。
【００１８】
図３および図４はこの発明の実施の第２および第３形態を示す概略構成図で、第１形態と同一部分には同一符号を付して示す。図３の第２形態は、氷蓄熱装置１４からポンプ１６で汲み上げた冷却水を、ガスタービン発電機１７の吸気冷却部１７ａに供給した後、生産工程の洗浄工程１９の冷却用として供給するとともに、洗浄工程１９からの排水を復水として復水貯水槽１５に供給するように構成したものである。なお、洗浄工程１９での冷却が終わった冷却返送水（排水）は、純氷製氷装置１１に供給されて、第１形態と同様にして純氷が製氷される。
【００１９】
図４の第３形態は、第１形態で示した冷却工程１８に冷却水を供給した後、冷却工程１８から排出された冷却水は洗浄工程１９の冷却用に供給されるようにしたもので、洗浄工程１９を冷却した後の排水は、純氷製氷装置１１に供給され、以後、第１形態と同様にして純氷が製氷される。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、水道水や工業用水を凍結する氷蓄熱方式とは構成が異なり、生産工程で利用し終えた排水を純氷製氷装置により純氷の氷塊と濃縮汚水とに分離生成し、生成した氷塊を氷蓄熱水槽に貯蔵してその冷熱を利用するようにしたので、良好な水質を保持したまま生産工程の冷却が可能となり、しかも生産工程の洗浄工程にその冷熱を利用することができる。また、この発明によれば、夜間電力や自家発電電力等の余剰電力利用して冷凍装置を運転して得られた冷熱で、排水を冷却して純氷製氷装置における純氷と濃縮汚水を分離生成に寄与できる利点がある。さらに、分離された濃縮汚水を汚水処理装置によって、汚水を高濃度汚泥に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の第１形態を示す概略構成図。
【図２】純氷製氷装置の概略構成図。
【図３】この発明の実施の第２形態を示す概略構成図。
【図４】この発明の実施の第３形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
１０…氷蓄熱装置
１１…純氷製氷装置
１２…冷凍装置
１３…排水処理装置
１４…氷蓄熱水槽
１５…復水貯水槽
１６…ポンプ
１７…ガスタービン発電機
１８…冷却工程
１９…洗浄工程

Claims

排水を冷却し、冷却された排水から純氷と濃縮排水とを分離生成する純氷製氷装置と、この純氷製氷装置により生成された純氷を貯蔵するとともに、貯蔵された純氷を融解して冷却水として蓄える氷蓄熱水槽と、この氷蓄熱水槽に蓄えられた冷却水が供給される第１冷却部と、この第１冷却部を冷却し終えた冷却水が供給される生産工程からなる第２冷却部と、この第２冷却部を冷却し終えた排水を前記純氷製氷装置に供給するとともに、復水として蓄えられる復水貯水槽と、蒸発器、凝縮器を有し、蒸発器側で前記純氷製氷装置に供給される排水を冷却し、凝縮器側で前記復水貯水槽の復水を暖めるようにした余剰電力で運転される冷凍装置とを備え、
前記純氷製氷装置は、排水が導入される槽と、この槽内の水中に配設され、外部から供給されるエアで槽内の水に気泡を連続的に吹き出す散気管と、前記槽内の水に一部分が没し、他の部分は水面上に位置するように配設された回転ベルトと、この回転ベルトが前記槽内の水に没する位置に設けられるとともに、この位置の回転ベルトの内側に配設され、前記冷凍装置の蒸発器により冷却される冷却部と、この冷却部により前記回転ベルトが冷却され、前記散気管からの気泡が回転ベルトに吹き付けられて氷の結晶が成長されて氷が生成される氷生成部と、この氷生成部で成長した氷を回転ベルトで搬送し、氷の表面に付着した不純物と純氷とを分離させるヒータとからなる、
ことを特徴とする生産工程における冷却システム。
前記第１冷却部は、ガスタービン発電機の吸気冷却部からなることを含む請求項１項記載の生産工程における冷却システム。
前記第２冷却部は、生産工程の冷却工程または洗浄工程からなることを含む請求項１記載の生産工程における冷却システム。
前記第２冷却部は、生産工程の冷却工程と洗浄工程とからなり、冷却工程を冷却した冷却水が洗浄工程に供給されるようにした請求項１記載の生産工程における冷却システム。
前記氷蓄熱水槽には、復水貯水槽から復水を供給して純氷を融解させるようにしたことを含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の生産工程における冷却システム。