JPH0799862A

JPH0799862A - 海洋生物生産用の海洋深層水、及び表層水の水温制御システム

Info

Publication number: JPH0799862A
Application number: JP5246774A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Nakajima; 敏光中島; Takayoshi Toyoda; 孝義豊田; Hitoo Morino; 仁夫森野; Kazuhiro Hagiwara; 運弘萩原
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Japan Atomic Energy Research Institute; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Japan Atomic Energy Agency; Shimizu Corp
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 1995-04-18
Anticipated expiration: 2017-05-13
Also published as: JP3282152B2

Abstract

(57)【要約】【目的】深層水の清浄性を維持して深層水の加熱を行う
とともに、深層水の加熱、及び表層水の冷却に要するエ
ネルギー消費量を大幅に低減する。【構成】分流型三方弁９を介して給水される海洋深層
水、及び深層水の水温よりも高温の表層水を送水される
熱交換器１０と、熱交換器出口側の表層水水温を検出す
る温度検出手段１１からの検出値に基づいて三方弁９の
弁開度を制御し、熱交換器１０への深層水の送水流量を
制御する温度調節手段１２と、熱交換器１０からの予熱
深層水を送水される凝縮器１４、及び表層水の一部を分
岐して送水される蒸発器１５を備えるヒートポンプ１３
と、凝縮器出口側の深層水の水温を検出する温度検出手
段１８からの検出信号に基づいてヒートポンプ１３を起
動制御する起動手段１６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海洋生物を生産するた
めの海洋深層水の加熱、及び表層水を冷却する水温制御
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、海洋に生息する魚介類等の海洋水
産資源の栽培漁業に関する研究や、実験が盛んになって
いる。これに付随して行われる水産養殖、種苗生産等の
栽培漁業における事業的生産規模での研究、実験では、
大量の海水を使用した飼育水槽による人工的生産方法が
採用される傾向にある。

【０００３】ところで、魚類等の海洋生物の人工的生産
施設では、海洋表層水のみを取水して飼育する際に水温
の季節変化による温度変動を解消するため、表層水を冬
季にはボイラーにより加熱し、夏期には冷凍機により冷
却して所定の水温に維持している。

【０００４】他方、取水した海洋深層水は清浄で、無機
栄養分に富むとともに、一年中を通じて安定した低水温
性を有するため、これを寒帯性や、深海性の魚類の飼
育、及び海藻の生育用の生産水として使用する場合に
は、夏期には表層水と混合してこれら魚類等の生育に適
合する水温に加熱するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】表層水のみを用いて海
洋生物を生産する場合には、使用する水量が大量である
ため、ボイラーや、冷凍機による水温制御方式では、そ
のエネルギー費用は膨大なものとなる上、特に、冷却に
要するエネルギー費用が大であるため、現実では冷却は
行われておらず、従って、夏期の水温上昇による飼育生
物の斃死が大きな問題となっている。このため、エネル
ギー費用が低廉で、経済性に優れた水温制御方式の開発
が要望されていた。

【０００６】また、深層水の水温制御は深層水と表層水
との混合調整方式であるため、深層水と表層水との混合
率が季節により変化し、これにより、深層水の清浄性が
損なわれる他、深層水が含有する栄養分も希釈されると
いう問題があるため、水質等を問題とする実験研究や、
藻類の生産では、深層水単独での利用が必須の要件とな
っており、このため、深層水と表層水とを混合しない深
層水の水温制御方法が要求されていた。また、冷凍機に
よる冷却が考えられるが、上述したエネルギー費用が大
となる同様の問題を孕んでいる。

【０００７】本発明は、上述した課題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、取水した深層水を、
深層水自体が有する清浄性を何ら損なわず、かつ、その
水質に変化を与えずに加熱するとともに、深層水の加
熱、及び表層水の冷却に要するエネルギー消費量を大幅
に低減し得る海洋生物生産用の海洋深層水、及び表層水
の水温制御システムを提供するにある。

【０００８】さらに、本発明は、熱交換器とヒートポン
プの蒸発器とから排出される冷却された表層水を、海洋
生物生産用の海洋水として用いることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、分流型三方弁
を介して給水される海洋深層水、及び深層水の水温より
も高温の表層水を送水される熱交換器と、熱交換器出口
側の表層水の水温を検出する温度検出手段からの検出値
に基づいて三方弁の弁開度を制御し、熱交換器への深層
水の送水流量を制御する温度調節手段と、熱交換器から
予熱された深層水を送水される凝縮器、及び表層水の一
部を分岐して送水される蒸発器を備えるヒートポンプ
と、凝縮器出口側の深層水の水温を検出する温度検出手
段からの検出信号に基づいてヒートポンプを起動制御す
る起動手段とを備えるよう構成したものである。

【００１０】また、本発明は、熱交換器とヒートポンプ
の蒸発器とから排出される冷却された表層水を、海洋生
物生産用の海洋水として用いるよう構成したものであ
る。

【００１１】

【作用】取水した深層水と表層水とを熱交換器に送水
し、表層水の有する熱を深層水に与えて熱交換を行う。
そして、熱交換器出口側の表層水水温を検出し、これを
温度調節手段に入力して三方弁の弁開度を制御し、深層
水の熱交換器への送水流量を制御し、表層水の水温を所
定温度に冷却する。

【００１２】また、表層水から熱を与えられて熱交換器
から送出される予熱深層水をヒートポンプの凝縮器に送
水する。そして、凝縮器出口側の深層水水温を検出し、
その検出温度に基づいて起動手段によりヒートポンプを
起動制御し、これにより凝縮器で深層水を加熱する。さ
らに、取水された表層水の一部を分岐させてヒートポン
プの蒸発器に給水して冷却する。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の詳細を、添付した図面に示す
実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の水温制御
システムの一実施例のブロック図を示すものであって、
取水した低温の海洋深層水は、給水管１を介し、熱交換
器１０への給水管２と、熱交換器１０からヒートポンプ
１３の凝縮器１４への給水管４に分流させる分流管３と
に接続されるとともに、後述する温度調節器１２からの
制御信号により弁開度を制御し、熱交換器１０への深層
水送水流量を制御する分流型三方弁９に給水される。

【００１４】他方、深層水よりも高温の表層水は給水管
５を介して公知の、例えば、プレート型熱交換器１０に
給水され、ここで表層水の熱を図示しないプレートを介
して深層水に熱を伝熱し、これにより表層水は冷却され
る。熱交換器１０の表層水出口側の管には、熱交換後の
表層水の水温を検出する温度センサ１１が設けられてい
る。温度センサ１１の検出信号を信号伝送線１２Ａを介
して入力される温度調節器１２は、温度検出信号の値に
基づいて平衡をとり、その平衡信号を制御信号として制
御信号伝送線１２Ｂを介して三方弁９の励磁コイル９Ａ
に入力し、その弁開度を制御して給水される深層水の一
部を分流管３を介して凝縮器への給水管４に分流させ、
熱交換器１０への深層水の送水流量を制御して所定の表
層水水温になるように制御する公知の比例動作型電子式
温度調節器である。

【００１５】圧縮器１７、凝縮器１４、及び蒸発器１５
を具備するヒートポンプ１３の凝縮器１４には、熱交換
器１０からの予熱された深層水を給水する給水管４が接
続され、蒸発器１５には、表層水給水管５の上流側に設
けた表層水分岐管６が接続されている。そして、凝縮器
１４の出口側には、ヒートポンプ１３の運転中は、高温
の気化冷媒との熱交換によりさらに加熱された深層水を
給水管７を介し、深層水を一時的に貯溜して図示しない
水槽に向けて安定的に給水するバッファー・タンク８が
接続されている。バッファー・タンク８には、深層水の
水温を検出する温度センサ１８が設けられ、その検出温
度は信号伝送線１６Ａを介し、公知のサーモスタットタ
イプの２位置型温度調節器１６に入力される。この温度
調節器１６は、入力された検出信号が所定の値になる
と、図示しないバイメタルの加熱変位によりスイッチを
閉止させ、これによりヒートポンプ１３を起動させる起
動手段として作用するものである。また、蒸発器１５の
出口側からは、分岐管６から給水される表層水が液化冷
媒との熱交換により冷却された表層水を図示しない水槽
に向けて吐出される。なお、図中符号Ｔ、及びＦはモニ
タ用の温度計、流量計を示す。

【００１６】このように構成された本発明の水温制御シ
ステムの作用を、図２に示す表層水のみを冷却する運転
モード１を実行するフローチャート、図３に示す深層水
の加熱、及び表層水の冷却を行う運転モード２のフロー
チャートを参照しながら説明する。

【００１７】図２の運転モード１において、取水した表
層水を管５を介して熱交換器１０に送水し、表層水の水
温よりも低温の深層水を管１、及び三方弁９を介して熱
交換器１０に送水する（ステップＳ１）。熱交換器１０
では、深層水に熱を与えて表層水を冷却し、その出口側
水温は温度センサ１１により検出され、その検出信号は
信号伝送線１２Ａを介して温度調節器１２に入力され、
水温の高低を判別し（ステップＳ２）、水温が高ければ
三方弁９から分流管３への分流量を減じるようにその弁
開度を制御して熱交換器１０への送水流量を増加させ
（ステップＳ３）、水温が低ければ、分流管３への分流
量を増加させて熱交換器１０への送水流量を減少させる
ように弁開度を制御し（ステップＳ４）、所定水温に冷
却された表層水を図示しない水槽に給水する（ステップ
Ｓ５）。そして、熱交換器１０において表層水の水温に
より予熱された深層水は、停止中のヒートポンプ１３の
凝縮器１４を介してバッファー・タンク８に貯溜され、
排水として外部に吐出される（ステップＳ６）。なお、
バッファー・タンク８から排出される予熱深層水を、生
産用水として用い得ることは言う迄もない。

【００１８】次に、図３の運転モード２において、取水
された表層水は管５を介して熱交換器１０に送水される
とともに、分岐管６を介してヒートポンプ１３の蒸発器
１５に送水され、また、深層水は管１、及び三方弁９を
介して熱交換器１０に送水される。そして、熱交換器１
０の表層水出口側の水温を検出した温度センサ１１の検
出信号は温度調節器１２に入力され、三方弁９の弁開度
を制御して熱交換器１０への送水流量を制御し、所定水
温に冷却された表層水を吐出するとともに、熱交換器１
０から予熱された深層水を凝縮器１４に送水する。これ
らのステップは、上述した運転モード１で行うステップ
Ｓ１乃至Ｓ６と同一であるので、その詳細な説明は省略
する。

【００１９】熱交換器１０にて表層水の熱を与えられた
予熱深層水は管４を介し、さらに、停止中のヒートポン
プ１３の凝縮器１４を経てバッファー・タンク８に貯溜
され、その水温を検出した温度センサ１８からの温度検
出信号は信号伝送線１６Ａを介して２位置型温度調節器
１６に入力される。そして、温度センサ１８からの検出
信号の値が設定値以下であれば（ステップＳ７）、温度
調節器１６から出力される起動信号により圧縮機１７が
駆動され、これによりヒートポンプ１３は運転を開始す
る（ステップＳ８）。凝縮器１４では、気化した冷媒と
の熱交換により給水された予熱深層水をさらに加熱し
（ステップＳ９）、この加熱深層水を管７を介してバッ
ファー・タンク８に貯溜し、ここから図示しない深層水
用の水槽に給水する。また、分岐管６を介して給水され
る表層水はヒートポンプ１３の蒸発器１５に送水され、
液化冷媒の気化熱により冷却された表層水は排水として
外部に吐出される（ステップＳ１０）。なお、上述した
蒸発器１５から吐出される冷却表層水を生産用水として
用い得ることは言う迄もない。

【００２０】そして、本実施例の水温制御システムによ
れば、表層水は年間を通じて水温が変動するものである
から、表層水、及び深層水を海洋生物生産用水として利
用するに際し、熱交換器１０から送水される冷却された
表層水、及び予熱された深層水の有する水温レベルで十
分な期間には、運転モード１により熱交換器１０から送
水される表層水、及び深層水を用い、また、熱交換器１
０からの冷却表層水、及び予熱深層水の水温レベルで不
十分な期間には、自動的に運転モード２に切換えてヒー
トポンプ１３を駆動し、蒸発器１５から排出される冷却
表層水、及び凝縮器から排出される加熱深層水を利用す
ることが出来る。

【００２１】従って、取水される表層水の季節的な水温
変動、ならびに深層水、表層水の設定水温に応じ、熱交
換器、ヒートポンプを選択的に使用し、あるいは、両者
を併用する等して、エネルギー消費量を極力少なくし、
設定された水温レベルを有する表層水、深層水が得られ
るように水温制御が行える。

【００２２】図４（Ａ）は、海洋生物の生産工程におい
て、図示しない海洋生物生産用の水槽に給水される深層
水、及び表層水の水温レベルが、例えば、共に１５℃、
１８℃、２３℃の温度レベルを必要とする場合に、高知
県海洋深層水研究所にて計測した表層水と、深層水との
年間水温変動記録結果を考慮して作成した本発明による
水温制御システムの運転方法の表を示すもので、図中点
線はヒートポンプの駆動を、実線は熱交換器の使用を示
す。

【００２３】この表によれば、深層水、及び表層水が共
に１５℃の温度レベルを必要とする場合には、年間を通
じて熱交換器のみの使用で十分であることが示されてい
る。また、深層水、及び表層水が共に１８℃の温度レベ
ルを必要とする場合には、深層水については６月から１
１月迄、表層水については４月半ばから１２月迄は熱交
換器を使用し、また、ヒートポンプは、深層水に対して
は１月乃至５月、及び１２月の期間に駆動し、表層水に
対しては１月から４月半ば迄の期間に駆動する。さら
に、深層水、及び表層水が共に２３℃の温度レベルを必
要とする場合には、深層水については８月から９月半ば
迄、表層水については７月から１０月迄は共に熱交換器
を使用し、また、ヒートポンプは、深層水に対しては１
月から７月迄、及び９月半ばから１２月迄の期間に駆動
し、表層水に対しては１月から６月迄、及び１１月、１
２月の期間に駆動する。このことから、本実施例の水温
制御システムによれば、熱交換器単独で、また、熱交換
器と、ヒートポンプとの併用により深層水の加熱、表層
水の冷却が適宜に行えることが分かる。

【００２４】図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す温度レベ
ル条件の下で水温制御を行うと仮定した場合、水温制御
に要する本実施例システムと、ボイラーによる加熱、及
び冷凍機による冷却を行う従来システムとの単位水量当
たりの加熱、もしくは冷却に要するエネルギー消費量の
比較グラフを示すもので、斜線部分は従来システムによ
るエネルギー消費量を、黒地部分は本実施例システムに
よるエネルギー消費量を示す。このグラフから、１月は
両システムのエネルギー消費量は同じであるが、２月乃
至７月、及び１０月乃至１２月の本実施例によるエネル
ギー消費量は従来技術によるものに比し遥かに少量であ
り、しかも、８月、９月にはその差が顕著に現れている
ことがわかる。このことから、本実施例による水温制御
システムのエネルギー消費量は、従来システムのそれに
比しほぼ２分の１以下になると予測される。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、熱交
換器に深層水と、深層水よりも高温の表層水とを送水
し、熱交換後の表層水の出口側水温を検出し、この検出
値に基づいて三方弁からの熱交換器への深層水送水流量
を制御して所定の水温になるように冷却した表層水を排
出する一方、表層水の一部を分岐してヒートポンプの蒸
発器に送水するとともに、熱交換後の予熱された深層水
をヒートポンプの凝縮器に送水し、凝縮器出口側の深層
水水温を検出し、その検出値に応じてヒートポンプを起
動し、凝縮器から加熱された深層水を、また、蒸発器か
ら冷却された表層水を得るよう構成してあるので、冷却
された表層水は勿論のこと、加熱された深層水を各別に
生産用水として得ることが出来る。しかも、熱交換器
や、凝縮器に深層水を送水して加熱する方式であるた
め、深層水自体の有する清浄性を何ら損なうこともなけ
れば、その水質に変化を与えることなく深層水を得るこ
とが出来る。

【００２６】さらに、表層水の水温の季節的変化、なら
びに表層水、深層水の設定温度に応じ、何ら駆動エネル
ギーを必要としない熱交換器のみを運転する運転モード
に切換えたり、また、熱交換器、及びヒートポンプの選
択的運転や、併用運転による運転モードに切換えたりし
て、設定された水温レベルを有する表層水、深層水を得
ることが出来るため、冷却、加熱に要するエネルギー消
費量を大幅に低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水温制御システムの一実施例のブロ
ック図である。

【図２】上記実施例を運転モード１にして表層水のみ
を冷却するフローチャートである。

【図３】上記実施例を運転モード２にして表層水を冷
却し、深層水を加熱するフローチャートである。

【図４】図４（Ａ）は年間を通じて熱交換器、及びヒ
ートポンプの駆動により深層水の加熱と、表層水の冷却
とを行う運転方法を示す表、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に
示す温度レベル条件の下で、本実施例、及び従来システ
ムにより表層水の冷却、深層水の加熱に要する年間を通
じてのエネルギー消費量の比較を示すグラフである。

【符号の説明】

１深層水給水管、２熱交換器への深層水給水管、３
分流管、４深層水を熱交換器からヒートポンプの凝
縮器に給水する管、５表層水給水管、６ヒートポン
プの蒸発器への表層水給水管、９励磁コイル９Ａを備
える分流型三方弁、１０熱交換器、１１表層水出口
側水温を検出する温度センサ、１２三方弁の弁開度を
制御する温度調節器、１３ヒートポンプ、１４凝縮
器、１５蒸発器、１６ヒートポンプを起動制御する温
度調節器、１７圧縮機、８バッファー・タンク、１８
加熱された深層水の水温を検出する温度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森野仁夫東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者萩原運弘東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分流型三方弁を介して給水される海洋深
層水、及び該深層水の水温よりも高温の表層水を送水さ
れる熱交換器と、熱交換器出口側の表層水の水温を検出
する温度検出手段からの検出値に基づいて上記三方弁の
弁開度を制御し、熱交換器への深層水の送水流量を制御
する温度調節手段と、熱交換器から予熱された深層水を
送水される凝縮器、及び表層水の一部を分岐して送水さ
れる蒸発器を備えるヒートポンプと、上記凝縮器出口側
の深層水の水温を検出する温度検出手段からの検出信号
に基づいて上記ヒートポンプを起動制御する起動手段と
を備えることを特徴とする海洋生物生産用の海洋深層
水、及び表層水の水温制御システム。
【請求項２】上記熱交換器と上記ヒートポンプの蒸発
器とから排出される冷却された表層水を、海洋生物生産
用の海洋水として用いることを特徴とする「請求項１」
記載の海洋生物生産用の海洋深層水、及び表層水の水温
制御システム。