(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器本体内に仕切壁を介して海水の蒸発室が多段に形成され且つ上記各仕切壁の下部に形成された開口部により上流側蒸発室と下流側蒸発室とが連通されて成る各蒸発室内の上部にフラッシュ蒸発された蒸気を導き冷却を行う熱交換手段が配置された多段フラッシュ式造水装置において、
上記各仕切壁の開口部の上縁部に複数の放出穴が形成された筒状体を取り付けるとともに、これら各筒状体に、上流側蒸発室内の海水の温度よりも低い低温海水を供給する低温流体供給管および上流側蒸発室内の海水の温度よりも高い高温海水を供給する高温流体供給管を接続し、
上記各蒸発室内の海水の液面を検出する液面計をそれぞれ設けるとともに、これら各液面計からの計測高さを入力して各蒸発室の下流側の仕切壁の筒状体に接続された上記各供給管に設けられた開閉弁をそれぞれ制御する制御手段を設け、
且つこの制御手段により、上記計測高さが設定高さより高い場合には、低温流体供給管に設けられた開閉弁を開くとともに、上記計測高さが設定高さより低い場合には、高温流体供給管に設けられた開閉弁を開くようにしたことを特徴とする多段フラッシュ式造水装置。
【請求項２】
筒状体の横断面における放出穴の設置範囲は、上流側の水平線と下方の鉛直線との間の９０度の範囲としたことを特徴とする請求項１に記載の多段フラッシュ式造水装置。
【請求項３】
高温海水の代わりに蒸気を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の多段フラッシュ式造水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段フラッシュ式造水装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多段フラッシュ式造水装置は、蒸発用容器内に複数の蒸発室が多段に（直列に）形成されており、これら各蒸発室においては、順次、海水（以下、ブラインともいう）のフラッシュ蒸発（減圧蒸発）が行われるとともに各蒸発室にて蒸発した蒸気を冷却することにより、海水から清水を得るようにしたものである。
【０００３】
すなわち、多段フラッシュ式造水装置は、蒸発用容器内に、所定間隔置きに設けられた仕切壁により、複数個の蒸発室が、順次、多段に配置されるとともに、各蒸発室内に、ブラインのフラッシュ蒸発により得られた蒸気（水蒸気）を導き冷却することにより清水を得るための熱交換手段が配置されたもので、また仕切壁の下部には、ブラインが移動するための開口部が形成されている。
【０００４】
ところで、造水負荷に応じてブラインの流量も変化することになるが、このとき、各蒸発室同士を連通する開口部の高さについても、適正な高さ、例えば少なくとも吹き抜けが生じないような高さに維持する必要があり、またブラインの液面高さが高い場合には、蒸発室底面を流れるブラインは蒸発しにくくなって（静圧が高くなるため）、蒸発性能が低下していることを意味している。
【０００５】
このため、ブライン側の液面高さを適正な値にするために、開口部には、その開口高さを調節し得る可動堰が設けられていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１３６９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述したように、蒸発室を仕切るための仕切壁に設けられた開口部に可動堰を設けて、ブラインの液面高さに応じて、その開口高さを調節する作業は非常に面倒であるとともに、その調節時には、造水装置の運転を停止させる必要があり、運転効率が低下するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、ブラインの高さが変化した場合に、開口部の高さを調節することなく、つまり、造水装置の運転を停止させることなく、ブラインの高さを最適に維持し得る多段フラッシュ式造水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る多段フラッシュ式造水装置は、容器本体内に仕切壁を介して海水の蒸発室が多段に形成され且つ上記各仕切壁の下部に形成された開口部により上流側蒸発室と下流側蒸発室とが連通されて成る各蒸発室内の上部にフラッシュ蒸発された蒸気を導き冷却を行う熱交換手段が配置された多段フラッシュ式造水装置において、
上記各仕切壁の開口部の上縁部に複数の放出穴が形成された筒状体を取り付けるとともに、これら各筒状体に、上流側蒸発室内の海水の温度よりも低い低温海水を供給する低温流体供給管および上流側蒸発室内の海水の温度よりも高い高温海水を供給する高温流体供給管を接続し、
上記各蒸発室内の海水の液面を検出する液面計をそれぞれ設けるとともに、これら各液面計からの計測高さを入力して各蒸発室の下流側の仕切壁の筒状体に接続された上記各供給管に設けられた開閉弁をそれぞれ制御する制御手段を設け、
且つこの制御手段により、上記計測高さが設定高さより高い場合には、低温流体供給管に設けられた開閉弁を開くとともに、上記計測高さが設定高さより低い場合には、高温流体供給管に設けられた開閉弁を開くようにしたものである。
【００１０】
また、請求項２に係る多段フラッシュ式造水装置は、請求項１に記載の造水装置における筒状体の横断面における放出穴の設置範囲は、上流側の水平線と下方の鉛直線との間の９０度の範囲としたものである。
【００１１】
さらに、請求項３に係る多段フラッシュ式造水装置は、請求項１または２に記載の造水装置における高温海水の代わりに蒸気を用いたものである。
【発明の効果】
【００１３】
上記多段フラッシュ式造水装置の構成によると、仕切壁の開口部の上縁部に筒状体を配置したので、筒状体が設けられていない場合に比べて、圧力損失が減少して開口部における海水すなわちブラインの蒸発が抑制され、さらにこのブラインが開口部手前で静圧が下がり蒸発することによって液面が上昇した場合に、低温のブラインを開口部に吹き込んで飽和圧力を低下させることにより、ブラインの蒸発を抑制するようにしたので、上流側におけるブライン液面の上昇を抑制することができ、したがって上流側における蒸発室内でのブラインの蒸発を促進することができるので、蒸発性能の低下を防止することができる。
【００１４】
また、蒸発室内のブラインが低下し過ぎて開口部で吹き抜けが発生している場合に、高温のブラインまたは蒸気を開口部に吹き込みブラインの蒸発を促進させるようにしたので、開口部での圧力損失が大きくなって静圧が増大し、したがって開口部での吹き抜けを防止することができる。
【００１５】
すなわち、ブラインの高さが変化した場合、開口部の高さを調節することなく、つまり、造水装置の運転を停止させることなく、ブラインの高さを最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る多段フラッシュ式造水装置の概略断面図である。
【図２】同多段フラッシュ式造水装置の蒸発室の要部断面図である。
【図３】同蒸発室の筒状体の作用を説明するための比較用断要部面図である。
【図４】同蒸発室の筒状体による他の作用を説明する要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る多段フラッシュ式造水装置について、具体的に示した実施例に基づき説明する。
まず、この多段フラッシュ式造水装置の概略構成を、図１に基づき説明する。
【００１８】
この多段フラッシュ式造水装置は、海水を導き蒸気により加熱する加熱器１と、この加熱器１にて加熱された高温の海水を導きフラッシュ蒸発を行うための蒸発用容器（蒸発器ともいえる）２と、この蒸発用容器２内の空気を吸引して所定圧力以下にするための真空装置３と、海水等を移送する配管系統（後述する）とから構成されている。
【００１９】
上記蒸発用容器２の容器本体２ａは、所定長さで且つ横断面形状が矩形状にされた箱型形状であり、その内部には、所定間隔置きに設けられた仕切壁１１により、複数の蒸発室１２が、順次、多段に（直列に）配置されるとともに、これら各蒸発室１２内には、海水（以下、ブラインともいう）ａのフラッシュ蒸発（減圧蒸発）により得られた蒸気（水蒸気）ｂを導き冷却することにより清水を得る熱交換手段（熱交換部ともいえる）としての冷却用伝熱管（以下、伝熱管という）１３およびその下方位置で清水を受けるための受け皿（受け部）１４が配置されており、さらに各蒸発室１２の伝熱管１３の下手側（海水の流路方向の下流側）に設けられた蒸気導入通路１５の途中には、蒸気ｂのミスト分を除去（捕捉）するためのデミスター１６が設けられている。なお、各蒸発室１２の圧力は、真空装置３により、加熱器１側から順次低くなるようにされており、例えば隣接する蒸発室１２同士間の飽和温度差が３〜４℃にされている。
【００２０】
上記各仕切壁１１の下部には、図２に示すように、上流側蒸発室１２（１２Ｕ）と下流側蒸発室１２（１２Ｄ）とを連通させてブラインａを上流側から下流側に導くための開口部（連通用開口部ともいえる）１１ａが設けられている。
【００２１】
なお、図１においては、分かり易くするために、容器本体２ａ内には、蒸発室１２を３つ設けた場合を示しているが、実際には、蒸発室１２は１０段以上でもって配置されるとともに蒸発用容器２そのものについても２つ（二段に）配置されている。具体的に言うと、加熱器１に供給される海水を加熱して熱回収を行う熱回収部としての蒸発用容器と、この熱回収部としての蒸発用容器から排出される海水（ブライン）を冷却して熱を外部に放出する熱放出部としての蒸発用容器とが具備されているが、本実施例においては、熱回収部としての蒸発用容器について説明する。
【００２２】
次に、この造水装置における配管系統について説明する。
この造水装置の蒸発用容器２の各蒸発室１２内に配置されている伝熱管１３にそれぞれ直列に接続されて冷却用の海水（低温海水）を導く海水供給管（冷却用低温海水供給管）２１と、第１段目の初段蒸発室１２（１２Ａ）内に配置される伝熱管１３（１３Ａ）から出た海水を加熱器１に導く第１海水移送管２２と、上記加熱器１で加熱された高温の海水を蒸発用容器１の初段蒸発室１２（１２Ａ）に移送する第２海水移送管２３と、上記各蒸発室１２における受け皿１４に溜まった清水を取り出す清水取出管２４と、最終段蒸発室１２（１２Ｌ）内のブラインａを熱放出部の蒸発用容器に移送するための第３海水移送管２５とが設けられている。なお、加熱器１に供給された蒸気は復水ドレンとして排出される。
【００２３】
ここで、全体的な流れについて簡単に説明しておく。
上記構成において、加熱器１に蒸気が供給されるとともに、真空装置３により、各蒸発室１２内がそれぞれ所定圧力（負圧）に維持されている状態において、海水供給管２１より蒸発用容器２に供給された低温の海水（海水温度は３５℃程度であるが、熱放出部を通過して４３℃程度に加熱されている）は、各蒸発室１２内の伝熱管１３を順次通過して加熱器１内に移送され、ここで蒸気により所定温度（例えば、１０５℃程度）に加熱される。なお、図示していないが、実際には、上述したように、海水は、熱放出部としての蒸発用容器内を通過して或る程度加熱された状態で、熱回収部としての蒸発用容器１内に供給されることになる。
【００２４】
そして、加熱された高温の海水すなわちブラインａは、初段蒸発室１２（１２Ａ）内に移送されて減圧下でフラッシュ蒸発が行われ、この蒸気は伝熱管１３内を流れる低温の海水により冷却されて凝縮し清水となり、清水受け皿１４上に落下する。
【００２５】
また、開口部１１ａを介して次段の蒸発室１２内に入ったブラインも、同様に、フラッシュ蒸発するとともに伝熱管１３内を通過する低温の海水により凝縮されて清水となり、受け皿１４上に落下する。
【００２６】
このように、加熱器１からの高温の海水は、順次、初段蒸発室１２（１２Ａ）から最終段蒸発室１２（１２Ｌ）に移動される。
また、熱放出部としての蒸発用容器においても、熱回収部である蒸発用容器と同様に、初段蒸発室から最終段蒸発室に移動するとともに、それぞれの蒸発室にて伝熱管内を流れる低温の海水により凝縮されて清水が得られ、それぞれ清水受け皿上に落下する。これら両蒸発用容器にて得られた清水は、最終的には、清水取出管より取り出される。
【００２７】
なお、図示しないが、少なくとも、海水供給管２１および所定の各移送管２４，２５の途中には、各流体を移送するためのポンプが具備されている。
以上、造水装置の全体について概略的に説明したが、次に、本発明の要旨である蒸発用容器の構成、特に、仕切壁の構成およびその開口部での圧力損失の増加および海水の吹き抜けなどを防止し得る構成について説明する。
【００２８】
この蒸発用容器１は、上述したように、容器本体２ａ内に仕切壁１１により複数の蒸発室１２が順次形成されるとともに、この仕切壁１１の下部には、上流側蒸発室１２（１２Ｕ）と下流側蒸発室１２（１２Ｄ）とを連通させる開口部（連通用開口部ともいえる）１１ａが設けられている。
【００２９】
そして、各仕切壁１１の開口部１１ａの上縁部には、水平方向で筒状体（例えば、パイプが用いられている）３１が取り付けられるとともに、この筒状体３１の外周面には、その軸心方向（水平方向）に沿って多数の穴部すなわち放出穴３１ａが形成されている。
【００３０】
また、この筒状体３１の横断面（鉛直面）における放出穴３１ａの形成範囲は、上流側で且つ下方部の９０度範囲（つまり、数学上の座標系で言えば、第３象限（１８０〜２７０°）に相当する）にされている。
【００３１】
さらに、この筒状体３１には、その仕切壁１１により形成される上流側の蒸発室１２内のブラインの温度よりも、３〜４℃低い温度の微低温海水または３〜４℃高い温度の微高温海水が、各蒸発室１２内の海水の液面の高さに応じて、微低温または微高温の海水が供給されるように構成されている。
【００３２】
すなわち、筒状体３１には、３〜４℃低い微低温海水を供給するための微低温海水供給管（微低温流体供給管）４１および３〜４℃高い温度の微高温海水を供給するための微高温海水供給管（微高温流体供給管）４２が接続されており、またこれら各供給管４１，４２の途中には、開閉弁４３，４４がそれぞれ設けられるとともに、各蒸発室１２内に配置された液面計３２により、上記各開閉弁４３，４４を制御するための制御手段３３が具備されている。
【００３３】
この制御手段３３には、図１に示すように、各蒸発室１１内でのブラインの液面高さを個別に設定し得る液面高さ設定部３４と、各蒸発室１２内にそれぞれ配置された液面計３２からの計測高さおよび上記液面高さ設定部３４で設定された設定高さ（設定値）を入力するとともに両者を比較し、計測高さが設定高さより高い（深い）場合には、微低温海水供給管４１に設けられた開閉弁４３を開閉するとともに、逆に、計測高さが設定高さより低い（浅い）場合には、微高温海水供給管４２に設けられた開閉弁４４を開閉する判断制御部３５とが具備されている。具体的には、計測高さが設定高さより高い場合には、開閉弁４３が開かれるとともに、計測高さが設定高さより低い場合には、開閉弁４４が開かれる。
【００３４】
このように、仕切壁１１の開口部１１ａの上縁部に筒状体３１が設けられているため、設けない場合に比べて、縮流の発生を防止して（つまり流動抵抗を低下させる）流れの圧力損失を小さくすることができ、したがってブラインの流れをスムーズにすることができる。さらに、この筒状体３１から上流側で且つ下半分部に微低温のブラインが放出（噴出）されるため、温度が低下されて、つまり飽和温度が低下して、ブラインの蒸発を抑制することができる。図３に開口部１１ａの上縁部でフラッシュ蒸発が発生して静圧が高くなり液面が上昇した状態を示しておく。なお、図２は、筒状体３１の放出穴３１ａから微低温のブラインが噴出されてフラッシュ蒸発が抑制されて液面が低下した場合を示している。
【００３５】
上記構成において、加熱されたブラインａは仕切壁１１の下部に設けられた開口部１１ａを介して各蒸発室１２内を順次移動されて、フラッシュ蒸発が行われる。
当然ながら、ブラインａが蒸発室１２を順次移動する場合、上流側蒸発室１２Ｕから当該蒸発室１２Ｕの仕切壁１１に移動すると、筒状体３１の存在により、および放出穴３１ａからのブラインａの放出により、圧力が低下されて、フラッシュ蒸発が効率良く行われることになる。
【００３６】
すなわち、ブラインａはフラッシュ蒸発により急激に膨張して、下流側の蒸気導入通路１５から伝熱管１３に導かれ、温度が低いブラインａにより冷却が行われて清水が得られる。勿論、ブラインａのミスト分は、デミスター１６にて除去される。
【００３７】
ところで、このとき、筒状体３１の放出穴３１ａから微低温海水が上流側に且つ下側に向かって放出されてブラインａの温度が低下される。すなわち、飽和温度が低下されて開口部１１ａすなわちオリフィス部の上流側での蒸発が抑制されて、圧力が低下される。さらに、開口部１１ａの上縁部に設けられている筒状体３１により縮流が防止されて、すなわち圧力損失（流動抵抗）が低下されて、上流側でのブライン液面の上昇が抑制され、したがって蒸発性能の低下が防止される。
【００３８】
一方、蒸発室１２内のブラインａの液面が下がってくると、やはり、制御手段３３により、そのことが検出されて、微高温海水供給管４２の開閉弁４４が開かれて、微高温海水が筒状体３１から上流側に且つ下側に向かって噴出される。
【００３９】
このように、３〜４℃程度高い微高温海水が噴出されると、図４に示すように、開口部１１ａでの温度が上昇するため、フラッシュ蒸発が盛んになって開口部での圧力損失が増加し、したがって液面が上昇するため吹き抜けが防止される。
【００４０】
上記の構成によると、仕切壁の開口部の上縁部に筒状体を配置したので、筒状体が設けられていない場合に比べて、圧力損失（流動抵抗）が減少して開口部における海水すなわちブラインの蒸発が抑制され、さらにこのブラインが開口部手前で蒸発することにより静圧が上がり液面が上昇した場合に、微低温のブラインを開口部に吹き込んで飽和圧力を低下させることにより、ブラインの蒸発を抑制するようにしたので、上流側でのブライン液面の上昇が抑制され、したがって蒸発性能の低下が防止される。
【００４１】
また、蒸発室内のブラインが低下し過ぎて開口部で吹き抜けが発生している場合に、微高温のブラインまたは蒸気を開口部に吹き込みブラインの蒸発を促進させるようにしたので、開口部での圧力損失が大きくなって静圧が増大し、したがって開口部での吹き抜けを防止することができる。
【００４２】
すなわち、ブラインの高さが変化した場合、開口部の高さを調節することなく、つまり、造水装置の運転を停止させることなく（運転効率を低下させることなく）、ブラインの高さを最適に維持することができる。
【００４３】
ところで、上記実施例においては、ブラインの液面を上昇させるのに、微高温海水を筒状体に供給するようにしたが、その代わりに、蒸気を供給するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１      加熱器
２      蒸発用容器
２ａ    容器本体
３      真空装置
１１      仕切壁
１１ａ    開口部
１２      蒸発室
１３      冷却用伝熱管
１４      受け皿
１５      蒸気導入用通路
１６      デミスター
２１      海水供給管
２２      第１海水移送管
２３      第２海水移送管
２４      清水取出管
３１      筒状体
３１ａ    放出穴
３２      液面計
３３      制御手段
３４      液面高さ設定部
３５      判断制御部
４１      微低温海水供給管
４２      微高温海水供給管
４３      開閉弁
４４      開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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