JP2016175049A - 多重効用式造水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で性能を向上させ得る多重効用式造水装置を提供する。
【解決手段】複数段２Ａ〜２Ｚに配置された蒸発缶２と、サーモコンプレッサ３とを備える多重効用式造水装置１である。サーモコンプレッサ３は、２段目の蒸発缶２Ｂにおける蒸気（被吸引蒸気）を駆動蒸気により昇圧させて最前段の蒸発缶２Ａに供給する。多重効用式造水装置１は、サーモコンプレッサ３に吸引される被吸引蒸気を熱源４１により予め加熱する予熱器４０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、多重効用式造水装置に関するものである。

海水淡水化プラントの一つである多重効用式造水装置は、逆浸透膜を使用する造水装置と比べて、海水の水質悪化に強く、保守点検が容易という長所を有する。一方で、多重効用式造水装置は、消費するエネルギーが大きいという短所も有する。このため、多重効用式造水装置のような消費するエネルギーが大きい海水淡水化プラントは、エネルギー資源の豊富な湾岸アラブ諸国などで、広く採用されている。

このような多重効用式造水装置は、蒸発法により海水を淡水化する装置の一種、言い換えれば、海水の蒸発により得られる蒸気を冷却することにより、純水を得る装置の一種である。多重効用式造水装置は、より効率的に純水を得るために、低圧の蒸気を昇圧するサーモコンプレッサを備える。サーモコンプレッサは、別途の蒸気である高圧の駆動蒸気により、低圧の蒸気（被吸引蒸気という）を吸引するとともに昇圧させるものである。

多重効用式造水装置のようなサーモコンプレッサを備える海水淡水化プラントでは、駆動蒸気の流量に対する被吸引蒸気の流量（サーモコンプレッサの吸引比という）を上げるほど、少ない駆動蒸気の量で多くの純水を得ることができる。言い換えれば、サーモコンプレッサの吸引比を上げるほど、その海水淡水化プラントの性能が向上する。このため、従来の海水淡水化プラントとして、サーモコンプレッサの吸引比を上げた海水淡水化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の海水淡水化装置におけるサーモコンプレッサは、被吸引蒸気の流量および昇圧が向上するように構成されたものである。

特開２０１２−１４５００６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の海水淡水化装置は、複雑な構造のノズルを備えるサーモコンプレッサが必須の構成となる。このため、上記海水淡水化装置は、性能が向上するものの、構成が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明は、簡素な構成で性能を向上させ得る多重効用式造水装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る多重効用式造水装置は、 複数段に配置された蒸発缶と、サーモコンプレッサとを備える多重効用式造水装置であって、
上記蒸発缶は、外部からの原水を蒸発させるとともに、蒸気を冷却して凝縮させることで純水を得るように構成され、
上記サーモコンプレッサは、２段目以降の蒸発缶における蒸気を吸引して駆動蒸気により昇圧させ、昇圧した蒸気を最前段の蒸発缶に供給するものであり、
上記サーモコンプレッサに吸引される蒸気を熱源により予め加熱する予熱器を備える。

また、本発明の請求項２に係る多重効用式造水装置は、請求項１に記載の多重効用式造水装置における予熱器の熱源が、駆動蒸気である。

上記多重効用式造水装置によると、予熱器によりサーモコンプレッサの吸引比が上昇するので、簡素な構成で性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る多重効用式造水装置の全体構成図である。 同多重効用式造水装置が備えるサーモコンプレッサおよび予熱器の構成図である。 被吸引蒸気の圧力とサーモコンプレッサの吸引比との関係を示すグラフである。 同予熱器の他の例を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態に係る多重効用式造水装置について図面に基づき説明する。
この多重効用式造水装置は、図１に示すように、原水（例えば海水である）から蒸発法により純水を得るための蒸発缶２が複数段２Ａ〜２Ｚに配置されたものである。また、上記多重効用式造水装置１は、サーモコンプレッサ３と、このサーモコンプレッサ３を駆動するための駆動蒸気供給部９と、本発明の要旨である予熱器４０とを備える。

各蒸発缶２の内部は、所定の高さ以上でデミスター７ｄが設けられた仕切壁７により、上流側の蒸発室４と、下流側の貯留室８とに区分けされる。
蒸発室４では、最前段２Ａだとサーモコンプレッサ３から蒸気が伝熱管５に供給され、それ以外２Ｂ〜２Ｚだと直前段の蒸発缶２から蒸気が伝熱管５に供給される。一方で、この伝熱管５には、散布器６から原水が散布される。これにより、伝熱管５の蒸気は冷却されて一部が凝縮水になるとともに、散布された原水は一部が蒸発して蒸気になる。この蒸気は、蒸発室４だけでなく、デミスター７ｄを通って貯留室８にも充満する。散布された原水のうち、蒸発しなかったものは、濃縮原水として蒸発室４の下部に溜まる。一方で、伝熱管５の上記凝縮水は、純水として貯留室８の下部に溜まる。

前後の蒸発室４は原水移送管１０により接続され、前後の貯留室８は純水移送管１１により接続される。最前段２Ａの純水移送管１１は、コンデンセイト管１２に分岐する。最後段２Ｚの蒸発室４は濃縮原水を排出する濃縮原水排出管１３に接続され、最後段２Ｚの貯留室８は純水を取り出す純水取出管１４に接続される。なお、コンデンセイト管１２にはコンデンセイトポンプ２２が設けられ、濃縮原水排出管１３にはブローダウンポンプ２３が設けられ、純水取出管１４には生産水ポンプ２４が設けられる。

冷却原水は、最後段２Ｚの貯留室８における冷却原水供給管１５に導かれて、その貯留室８の蒸気を冷却して凝縮水にする。これにより、冷却原水は、温度が上昇して、単に原水となる。この原水のうち、一部は原水排出管１６により排出され、それ以外は上記原水排出管１６から分岐するとともにメイクアップポンプ２７が設けられた原水供給管１７により各蒸発缶２の散布器６に供給される。なお、散布器６に供給される原水は、原水供給管１７に設けられる加熱器（図示省略）などにより加熱される。

２段目（２段目以降であればよい）２Ｂの貯留室８の蒸気は、３段目２Ｃの伝熱管５に供給されるだけでなく、蒸気吸引管１８を通じてサーモコンプレッサ３に吸引される。このサーモコンプレッサ３では、吸引される低圧の蒸気（以下では被吸引蒸気という）が、駆動蒸気供給部９から供給される高圧の駆動蒸気により昇圧される。なお、駆動蒸気は飽和蒸気であっても過熱蒸気であってもよい。このサーモコンプレッサ３で昇圧された中圧の蒸気は、蒸気供給管１９を通じて最前段２Ａの伝熱管５に供給される。

上記サーモコンプレッサ３は、図２に示すように、蒸気吸引管１８に接続されて被吸引蒸気を吸引する吸引部３１と、駆動蒸気供給部９に接続されて駆動蒸気が供給される駆動部３２と、これら吸引部３１および駆動部３２が設けられるボディ３４と、このボディ３４の下流側に設けられるスリーブ３５と、このスリーブ３５の下流側に接続されるディフューザ３６とを有する。上記駆動部３２は、ボディ３４の内部に配置されるノズル部３３を有する。このノズル部３３は、ボディ３４の内部における駆動蒸気の流れを超音速流にすることで、ボディ３４の内部における圧力を低下させるものである。この圧力の低下により、被吸引蒸気が吸引部３１から吸引される。

ここで、多重効用式造水装置の性能は、サーモコンプレッサの吸引比（駆動蒸気の流量に対する被吸引蒸気の流量）に依存する。このため、多重効用式造水装置の性能を向上させるには、（１）サーモコンプレッサの吸引比を上げる、および／または、（２）サーモコンプレッサの吸引比が下がりにくいようにする、ことが要求される。本発明では、上記（１）を満たすように、多重効用式造水装置１が構成される。上記（１）を満たすための構成が、上記多重効用式造水装置１が上記蒸気吸引管１８に備える予熱器４０である。この予熱器４０は、被吸引蒸気を熱源４１により予め加熱することにより、被吸引蒸気の温度を上昇させるものである。

以下、上記吸引比と被吸引蒸気の温度との関係について説明する。
上記熱源４１により加熱される被吸引蒸気は、閉鎖された空間である予熱器４０の内部にあるので、その温度の上昇に伴って理想気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）に従い圧力Ｐｓが上昇する。図３のグラフに示すように、被吸引蒸気の圧力Ｐｓとサーモコンプレッサ３の吸引比ＥＲとは、正の相関関係にあることが本発明に関する実験により得られた。これは、被吸引蒸気の圧力Ｐｓが上昇すると、サーモコンプレッサ３の圧縮比Ｐｄ／Ｐｓ（被吸引蒸気の圧力Ｐｓに対するディフューザ３６から吐出される蒸気の圧力Ｐｄ）が低下し、一方で圧縮比Ｐｄ／Ｐｓと吸引比ＥＲとは負の相関関係にあることが知られているので、上記圧縮比Ｐｄ／Ｐｓの低下により吸引比ＥＲが上昇するからである。簡潔に言えば、被吸引蒸気の温度が上昇すると、その圧力Ｐｓが上昇し、これにより圧縮比Ｐｄ／Ｐｓが低下し、これにより吸引比ＥＲが上昇する。

以下、上記多重効用式造水装置１の作用について説明する。
図１に示すように、サーモコンプレッサ３には、２段目２Ｂの貯留室８から蒸気吸引管１８を通じて蒸気（被吸引蒸気）が吸引されるとともに、駆動蒸気供給部９から駆動蒸気が供給される。上記被吸引蒸気の温度は予熱器４０により上昇するので、上記被吸引蒸気の圧力Ｐｓが上昇し、これにより圧縮比Ｐｄ／Ｐｓが低下し、これにより吸引比ＥＲが上昇する。

このように、上記実施の形態に係る多重効用式造水装置１によると、予熱器４０によりサーモコンプレッサ３の吸引比ＥＲが上昇するので、簡素な構成で性能を向上させることができる。

ところで、上記実施の形態では、熱源４１について詳しく説明しなかったが、熱源４１には多重効用式造水装置１の据付場所で入手容易なものが用いられる。例えば、上記熱源４１の具体的なものとして、重油やガス等を燃料とするバーナ、電気ヒータ、太陽熱、地熱、またはボイラ若しくは焼却炉等からの排熱などを挙げることができる。

また、上記実施の形態では、一例として、２段目２Ｂの貯留室８の蒸気が蒸気吸引管１８を通じてサーモコンプレッサ３に吸引されるとして説明したが、２段目以降であればよく、予熱器４０の性能などによって適切な段（２Ｂ〜２Ｚ）の貯留室８が選択される。

さらに、図４に示すように、予熱器４０の熱源に駆動蒸気を用いてもよい。具体的には、予熱器４０が被吸引蒸気と駆動蒸気とを熱交換するように構成される。この場合、駆動蒸気として過熱蒸気を用いるとドレンアタックの発生を回避することができるので好ましい。この構成により、駆動蒸気は、閉鎖された空間である予熱器の内部にあるので、被吸引蒸気との熱交換による温度の低下に伴って理想気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）に従い圧力が低下する。駆動蒸気の圧力が低下すると、ディフューザ３６から吐出される蒸気の圧力Ｐｄが低下するので、上述した被吸引蒸気の圧力Ｐｓが上昇することも寄与して、圧縮比Ｐｄ／Ｐｓが顕著に低下する。これにより吸引比ＥＲが顕著に上昇する。したがって、図４の構成により、他の熱源を必要としない一層簡素な構成で性能を顕著に向上させることができる。

１ 多重効用式造水装置
２ 蒸発缶
３ サーモコンプレッサ
５ 伝熱管
８ 貯留室
９ 駆動蒸気供給部
１８ 蒸気吸引管
１９ 蒸気供給管
３１ 吸引部
３２ 駆動部
３３ ノズル部
３４ ボディ
３５ スリーブ
３６ ディフューザ
４０ 予熱器
４１ 熱源

Claims (2)

1. 複数段に配置された蒸発缶と、サーモコンプレッサとを備える多重効用式造水装置であって、
   上記蒸発缶は、外部からの原水を蒸発させるとともに、蒸気を冷却して凝縮させることで純水を得るように構成され、
   上記サーモコンプレッサは、２段目以降の蒸発缶における蒸気を吸引して駆動蒸気により昇圧させ、昇圧した蒸気を最前段の蒸発缶に供給するものであり、
   上記サーモコンプレッサに吸引される蒸気を熱源により予め加熱する予熱器を備えることを特徴とする多重効用式造水装置。
2. 予熱器の熱源が、駆動蒸気であることを特徴とする請求項１に記載の多重効用式造水装置。
   

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