JPH09108653A

JPH09108653A - 海水淡水化装置

Info

Publication number: JPH09108653A
Application number: JP7267058A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Jitsuhara; 定幸實原; Masakazu Okubo; 正和大久保; Yoshiyuki Kitano; 良幸北野
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】温度の低い排熱を利用して効率よく安定して蒸
発を行い、海水から淡水を得ること。【解決手段】海水温排水を、減圧された容器内にノズル
６を介して噴出することによって、その一部を蒸発させ
る蒸発器５と、海水を冷却水として使用する熱交換器で
ある凝縮器１０，１１とを備え；前記蒸発器で発生した
蒸気を、前記凝縮器に導いて凝縮させることによって、
前記蒸発器内を減圧状態に維持すると同時に淡水を得る
海水淡水化装置において；前記凝縮器としてシェル・プ
レート式凝縮器を使用したことを特徴とする海水淡水化
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排熱を利用して蒸
発法により海水を淡水化し、工業用水や飲料水・生活用
水としての使用に供する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来実用化されている海水の淡水化に
は、蒸発法、逆浸透膜法、電気透析法等があり、本発明
に関連する排熱を利用した淡水化には蒸発法が用いられ
る。図２に実施の一例を示す（舶用補機の基礎、重川亘
著、成山堂書店（１９８２）１２３頁）。

【０００３】エゼクタポンプ１で取水された海水の一部
を給水として蒸発器２に送る。蒸発器２に入った給水
は、蒸発器下部の加熱器３を通過する間で加熱され、一
部は蒸発する。加熱源にはディーゼル機関４のジャケッ
ト冷却清水（８０〜８５°Ｃの排熱）を使用する。蒸発
した蒸気は、気水分離板５を経て、蒸留器６で冷却され
て蒸留水（清水）となる。蒸留器６の冷却水には、冷却
海水ポンプ７で供給された海水を使用する。

【０００４】得られた蒸留水は、蒸留水ポンプ８を通っ
てタンクに溜められたあと、飲料水などに使用される。
給水は、蒸発器２内で大気圧より低い圧力で蒸発、凝縮
を行うため、抽気エゼクタ９で不凝縮ガスを抽気して真
空度を維持する。また、蒸発しなかった海水はブライン
エゼクタ１０で排出される。これらのエゼクタ９，１０
の駆動には、エゼクタポンプ１で取水された海水を用い
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸発法で、排熱
を利用した場合、効果的に蒸発させて淡水を得るために
は、８０°Ｃ程度以上の温度を有する排熱が必要であっ
た。一方、もっと温度の低い排熱の利用も提案されてい
る。そして、蒸発を行わせるために、蒸発は減圧状態に
したフラッシュ室でなされている。この場合にも、供給
海水の温度と蒸発温度との差及び蒸気の凝縮温度と凝縮
器（蒸留器）冷却海水の温度との差が、十分にとれない
ため、うまく蒸発／凝縮せず、淡水を有効に取り出すこ
とが難しいという問題がある。

【０００６】具体例として、特開昭５５−５６８８０で
は、火力発電プラントの復水器排熱を利用し、復水器出
入口温度差を利用している。淡水化の方法として多段フ
ラッシュ式を用いている。

【０００７】この場合、復水器出入口温度差のように５
〜１０°Ｃの温度差では、現実には淡水化が困難であ
る。また、復水器入口前の海水を凝縮用の冷却水として
使用するため、復水器に入る海水の温度が上昇してしま
い、復水器の真空度が低下し、タービンの出力低下を招
いてしまうという問題もある。

【０００８】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、従来は無理であった温度の低い
排熱を利用して効率よく安定して蒸発を行い、海水から
淡水を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の海水淡水化装置
は、海水温排水を、減圧された容器内にノズルを介して
噴出することによって、その一部を蒸発させる蒸発器
と、海水を冷却水として使用する熱交換器である凝縮器
とを備え；前記蒸発器で発生した蒸気を、前記凝縮器に
導いて凝縮させることによって、前記蒸発器内を減圧状
態に維持すると同時に淡水を得る海水淡水化装置におい
て；前記凝縮器としてシェル・プレート式凝縮器を使用
したことを特徴とするものである。

【００１０】また、前記蒸発器は、温海水を上方に噴出
するノズルを備えていることを特徴とするものである。
また、前記蒸発器の前段に、脱気器を設けたことを特徴
とするものである。

【００１１】また、前記蒸発器からの排出水により駆動
されるエジェクタを備え、このエジェクタを用いて前記
脱気器の排気を行うことを特徴とするものである。ま
た、前記凝縮器が切替え可能に複数基設けられ、前記蒸
発器からの排水により逆洗されるようになっていること
を特徴とするものである。

【００１２】また、前記凝縮器の後に補助凝縮器が設け
られていることを特徴とするものである。また、前記温
海水として、火力発電所の復水器の排水または火力発電
所の軸冷装置の排水を使用したことを特徴とするもので
ある。

【００１３】こうして、凝縮器としてシェル・プレート
式凝縮器を使用し、蒸発器は温海水を上方に噴出するノ
ズルを備えており、また、蒸発器の前段に、脱気器を設
け、蒸発器からの排出水により駆動されるエジェクタを
備え、このエジェクタを用いて前記脱気器の排気を行う
こと等により、海水温排水と凝縮器冷却海水として使用
する周囲の海水との温度差が小さい場合でも、効率よく
海水の淡水化を行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の一
例を示す全体構成図である。１は冷却海水ポンプ、２は
冷却器、３は脱気器、４は気泡発生器、５は蒸発器、６
は上向きノズル、７は排出ポンプ、８はエジェクタ、９
はデミスタである。また、１０，１１は切替えて使用さ
れるシェル・プレート式の凝縮器、１３は補助凝縮器で
ある。

【００１５】冷却器２は、海水を冷却水とする熱交換器
である。脱気器３は、排出ポンプ７による排水のエネル
ギにより作動されるエジェクタ８によって減圧されるよ
うになっている。蒸発器５は、発生した蒸気を凝縮器１
０，１１に導いて凝縮させることによって、蒸発器５内
を減圧状態に維持すると同時に、淡水を得るようになっ
ている。そして、凝縮器１０，１１は、弁１８，１９；
２０，２１；２２，２３；２４，２５；２６，２７；を
開閉することにより、切替えて使用できるようになって
おり、また休止中に海水により逆洗されるようになって
いる。

【００１６】ポンプ１により汲上げられた海水は、冷却
器２で熱交換を行い、温度が５〜１０°Ｃ上昇する。こ
の冷却器２は、発電所であれば、復水器や軸受装置冷却
器など、各種工場でも様々な海水冷却器が使用されてい
る。

【００１７】５〜１０°Ｃ温度上昇した海水温排水を減
圧した脱気器３に入れ、圧力を低下させて、海水中に溶
け込んでいる空気を脱気する。脱気器３の圧力は、脱気
器内で蒸気を発生させないように、海水の温度に相当す
る蒸気の飽和圧力より高い値に設定する。

【００１８】脱気後の海水に、気泡発生器４で、例えば
超音波などの振動で海水内部に局所的に圧力の低い部分
を生じさせる、いわゆるキャビテーションにて、内部に
微細な気泡を発生させる。この微細な気泡が核になり、
後段の蒸発器５での海水の蒸発が促進される。微細な気
泡を含む海水は、ノズル６から減圧された蒸発器５内に
噴出される。

【００１９】ノズル６は、噴出した海水滴の落下までの
時間が長くとれるように上向きに配置されている。ノズ
ルの口径は、海水の汚れやスケールによる詰まりを無く
すために、大きなもの（１インチ以上）を用いる。（１
０t ／日程度までの造水量では、口径１インチ程度、ま
た、１００t ／日を越えて、大規模になれば最大で１０
インチくらいまでになる。）ノズル６から噴出した海水は、一部は蒸発し、同時に温
度が低下する。海水の温度の低下は、海水温排水と凝縮
器冷却海水との温度差の約半分が目安となる（例えば、
海水温排水の温度が、周囲海水温度より１０°Ｃ高い場
合には、約５°Ｃの温度低下になるようにする。）。

【００２０】蒸発しなかった海水は排出ポンプ７で排出
される。その途中にエジェクタ８を設け、排出ポンプで
送られた海水を駆動源として、脱気器３で発生した空気
などのガスも一緒に排出する。なお、エジェクタ８を用
いず、真空ポンプを用いてガスを排出する方法もある。

【００２１】蒸発した蒸気はデミスタ９（金網や山形鋼
等で構成）で、水滴分を排除したあと、シェルプレート
式の凝縮器１０，１１に流入する。流入した蒸気は凝縮
器内で、凝縮器冷却海水ポンプ１２で送られた海水で冷
却され、凝縮して淡水となる。凝縮器の終端温度差（蒸
気の凝縮温度と凝縮器冷却海水出口温度との差）は０．
８〜１．５°Ｃになるように設計する。

【００２２】凝縮器は複数で構成され、通常運転時は複
数使用し、１週間あるいは１０日毎などに、海洋生物に
よる凝縮器伝熱面の汚れを防止するために、蒸発器５か
らの排出海水の一部を排出ポンプ７によって、凝縮器の
内の１台に導き、通常時の冷却海水とは逆向きに流し、
逆洗を行う。

【００２３】凝縮器を出た凝縮液（清水）は、補助凝縮
器１３に入る。補助凝縮器では、一部凝縮しなかった蒸
気、あるいは凝縮器を出たあと再蒸発した蒸気を凝縮さ
せる。補助凝縮器の冷却海水は、凝縮器冷却海水ポンプ
１２で送られる海水の一部を分岐させ、使用する。

【００２４】真空排気装置１６は、蒸気が凝縮する際に
残った不凝縮ガスを系外に排出し、凝縮温度と圧力が不
凝縮ガスのために上がらないようにする。補助凝縮器１
３を出た清水は、清水タンク１４に溜められたあと、清
水ポンプ１５で必要な場所に送られる。

【００２５】なお、利用対象となる排熱として、発電所
内には、復水器、軸受装置、変圧器など、１０°Ｃ程度
の温度差の排熱は様々に存在する。発電所に限らず、種
々の工場の排熱にも、この温度レベルの排熱は無数に存
在する。また、５０〜１００°Ｃの排熱（ガス）を利用
して海水を加熱し、１０°Ｃ程度の温度差をつけて利用
する方法もある。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、海水淡水化装置を構成し
たため、海水温排水と周囲の海水（凝縮器冷却海水とし
て使用）との温度差が５〜１０°Ｃと小さな場合でも、
効率よく海水の淡水化を行うことができ、飲料水や工業
用水を確保でき、発電所をはじめ種々の工場で、棄てら
れている排熱の有効利用・省エネルギに効果的である。

【００２７】以下に、装置構成の具体的な作用、効果に
ついて説明する。１）内部が減圧状態に維持された蒸発器内で、温海水を
上向きノズルから噴出することにより、温度差が小さな
条件でも効果的な蒸発が可能となる。

【００２８】蒸発は供給海水（温排水）が上向きノズル
から噴出し、落下する間に温度降下して発生する。そし
て、一部が蒸発して残った、温度が下がった海水は蒸発
器から排出される。このため、温度の高い供給海水と、
蒸発後温度が低下した海水の混在がないため、海水の温
度低下に伴う熱量がそのまま効果的に蒸発熱量として利
用できる。

【００２９】２）シェル・プレート式の凝縮器の採用に
より、温度差が小さな条件で凝縮が可能になった。シェ
ル・プレート式凝縮器では、単位冷却水量当りの伝熱面
積が、チューブタイプに比べて大きくとれるため、伝熱
性能が高く、冷却水と凝縮蒸気の温度は近くなる。した
がって、終端温度差（蒸気の凝縮温度と凝縮器冷却海水
出口温度との差）を小さくする（０．８〜１．５°Ｃ）
ことができる。

【００３０】以上の大きい２つの作用により、供給海水
（温排水）と凝縮器冷却海水との温度差が１０°Ｃ以下
のように小さな場合でも、海水の淡水化が可能である。
その他の構成による効果について以下に説明する。

【００３１】３）脱気器３の作用、効果脱気器３により蒸発器５の前段で脱気を行うため、真空
排気装置１６で排出する不凝縮ガス量が減り、真空排気
装置が小型になる。脱気器の圧力は蒸発器５での圧力よ
り高いため、海水中に溶けている空気が出ても、それは
容積では小さくなり、小さな排気流量の排気装置（エジ
ェクタ８または真空ポンプ；排気装置の能力は体積流量
に依存する。）ですむ。

【００３２】４）気泡発生器４の作用、効果気泡発生器４を設け、微細な気泡を発生させるようにし
たため，この微細な気泡が核になり、特に温排水と凝縮
器冷却海水との温度差が小さな状態においても、蒸発器
５内で安定した蒸発が行われる。

【００３３】５）エジェクタ８の駆動源は、排水ポンプ
７で送られる海水である。そのため、脱気器３からのガ
ス排出の動力が不要となる。さらに、エジェクタにより
排出海水に空気が混入するため、無酸素状態の海水の環
境への排出が避けられ、環境への悪影響がない。

【００３４】６）デミスタ９による効果デミスタ９を蒸発器５内に設置して、蒸気からの水滴分
離を行うため、別にセパレータを設ける必要がなく、装
置がコンパクトになり、大容量化に適する。

【００３５】７）蒸発器５からの排出海水を凝縮器１
０，１１の逆洗に用いる構成この構成により、無酸素状態の海水が凝縮器に満たさ
れ、海洋生物を死滅させるため、伝熱面の汚れ防止に効
果的である。

【００３６】８）補助凝縮器１３の作用、効果凝縮器１０，１１内部に蒸気が溜まることを抑え、真空
度を保ち、高い凝縮性能を維持することができる。ま
た、真空排気装置１６に、不凝縮ガスと混じって排出さ
れる蒸気を凝縮させて取り除くため、真空排気装置は小
型になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の態様の一例の全体構成を示す説
明図。

【図２】従来技術の説明図。

【符号の説明】

３…脱気器，４…気泡発生器，５…蒸発器、６…上向き
ノズル、８…エジェクタ、９…デミスタ、１０，１１…
シェル・プレート式凝縮器、１３…補助凝縮器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】海水温排水を、減圧された容器内にノズ
ルを介して噴出することによって、その一部を蒸発させ
る蒸発器と、海水を冷却水として使用する熱交換器であ
る凝縮器とを備え；前記蒸発器で発生した蒸気を、前記
凝縮器に導いて凝縮させることによって、前記蒸発器内
を減圧状態に維持すると同時に淡水を得る海水淡水化装
置において；前記凝縮器としてシェル・プレート式凝縮
器を使用したことを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項２】前記蒸発器は、温海水を上方に噴出する
ノズルを備えていることを特徴とする請求項１に記載の
海水淡水化装置。
【請求項３】前記蒸発器の前段に、脱気器を設けたこ
とを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の海水
淡水化装置。
【請求項４】前記脱気器と前記蒸発器との間に、気泡
発生器を設けたことを特徴とする請求項３に記載の海水
淡水化装置。
【請求項５】前記蒸発器からの排出水により駆動され
るエジェクタを備え、このエジェクタを用いて前記脱気
器の排気を行うことを特徴とする請求項３あるいは請求
項４に記載の海水淡水化装置。
【請求項６】前記蒸発器は、その内部にデミスタを備
えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記
載の海水淡水化装置。
【請求項７】前記凝縮器が切替え可能に複数基設けら
れ、前記蒸発器からの排水により逆洗されるようになっ
ていることを特徴とする請求項１〜６にのいずれかに記
載の海水淡水化装置。
【請求項８】前記凝縮器の後に更に補助凝縮器が設け
られていることを特徴とする請求項７に記載の海水淡水
化装置。
【請求項９】前記温海水として、火力発電所の復水器
の排水を使用したことを特徴とする請求項１〜８のいず
れかに記載の海水淡水化装置。
【請求項１０】前記温海水として、火力発電所の軸冷
装置の排水を使用したことを特徴とする請求項１〜８の
いずれかに記載の海水淡水化装置。