(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩水タンク、太陽熱集熱器、気液分離器、蒸発濃縮器、凝縮器を主要構成機器として、これらを塩水経路及び水・蒸気経路で接続し、太陽熱集熱器からの熱を熱源として、塩水を加熱蒸発させて淡水を作る多重効用型塩水淡水化装置において、前記太陽熱集熱器と前記気液分離器とで蒸発濃縮器を構成し、該太陽熱集熱器の上部と該気液分離器の上部とを配管で連結し、該太陽熱集熱器の下部と該気液分離器の下部とを配管で連結し、該太陽熱集熱器の下部と気液分離器下部とを結ぶ前記配管と、前記塩水タンクとを配管で連結し、前記太陽熱集熱器の上部と、前記塩水タンクを配管で連結し、該塩水タンク内に凝縮器を設けたことを特徴とする多重効用型塩水淡水化装置。
【請求項２】
塩水タンク、太陽熱集熱器、気液分離器、蒸発濃縮器、凝縮器を主要構成機器として、これらを塩水経路及び水・蒸気経路で接続し、太陽熱集熱器からの熱を熱源として、塩水を加熱蒸発させて淡水を作る多重効用型塩水淡水化装置において、前記太陽熱集熱器と気液分離器とで第１段目の蒸発濃縮器を構成し、該太陽熱集熱器は、水平面から傾斜させて設置され、その上部と気液分離器の上部空間とを配管で結び、その下部と気液分離器の下部とを配管で連結し、また、該太陽熱集熱器下部と気液分離器下部とを結ぶ配管と、前記塩水タンクの下部とを配管で連結し、前記太陽熱集熱器の上部と、塩水タンクの液を有する上部位置とを配管で連結し、該塩水タンクには、レベルスイッチを設け、塩水液面を所定のレベルに保つ制御手段を有すると共に、該塩水タンク内に凝縮器用熱交換器を設けたことを特徴とする多重効用型塩水淡水化装置。
【請求項３】
前記太陽熱集熱器の上部と、気液分離器又は塩水タンク上部とを結ぶ配管、及び太陽熱集熱器下部と、塩水タンク又は気液分離器下部とを結ぶ配管には、それぞれ弁を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の多重効用型塩水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩水淡水化装置に係り、特に、太陽熱によって、海水等から淡水を得る塩水淡水化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水等の塩分を含んだ水を加熱し、水分を蒸発させ、その水蒸気を凝縮させることで、塩分を含まない水である淡水を得る塩水淡水化装置はよく知られた装置である。該装置は、通常、発生した蒸気を用いて、低圧部の塩水を順次加熱蒸発させる、所謂、多重効用とすることが多い。
前記塩水淡水化装置に用いる電気としては、真空発生装置（真空ポンプ、又は水ジェットポンプ）、濃塩水排出ポンプ及び淡水取出ポンプ等のモーターや、切替弁駆動モーターなどの小容量モーター類の駆動用電源と制御用電源とが必要であり、使用する電力量が多くなるという問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、消費電力を極端に減らし、太陽電池単独、あるいは太陽電池と蓄電池とで駆動し、外部電力を不要とする太陽熱利用の塩水淡水化装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、塩水タンク、太陽熱集熱器、気液分離器、蒸発濃縮器、凝縮器を主要構成機器として、これらを塩水経路及び水・蒸気経路で接続し、太陽熱集熱器からの熱を熱源として、塩水を加熱蒸発させて淡水を作る多重効用型塩水淡水化装置において、前記太陽熱集熱器と前記気液分離器とで蒸発濃縮器を構成し、該太陽熱集熱器の上部と該気液分離器の上部とを配管で連結し、該太陽熱集熱器の下部と該気液分離器の下部とを配管で連結し、該太陽熱集熱器の下部と気液分離器下部とを結ぶ前記配管と、前記塩水タンクとを配管で連結し、前記太陽熱集熱器の上部と、前記塩水タンクを配管で連結し、該塩水タンク内に凝縮器を設けたことを特徴とする多重効用型塩水淡水化装置としたものである。
また、本発明では、塩水タンク、太陽熱集熱器、気液分離器、蒸発濃縮器、凝縮器を主要構成機器として、これらを塩水経路及び水・蒸気経路で接続し、太陽熱集熱器からの熱を熱源として、塩水を加熱蒸発させて淡水を作る多重効用型塩水淡水化装置において、前記太陽熱集熱器と気液分離器とで第１段目の蒸発濃縮器を構成し、該太陽熱集熱器は、水平面から傾斜させて設置され、その上部と気液分離器の上部空間とを配管で結び、その下部と気液分離器の下部とを配管で連結し、また、該太陽熱集熱器下部と気液分離器下部とを結ぶ配管と、前記塩水タンクの下部とを配管で連結し、前記太陽熱集熱器の上部と、塩水タンクの液を有する上部位置とを配管で連結し、該塩水タンクには、レベルスイッチを設け、塩水液面を所定のレベルに保つ制御手段を有すると共に、該塩水タンク内に凝縮器用熱交換器を設けることとしたものである。
【０００５】
前記多重効用型塩水淡水化装置において、太陽熱集熱器の上部と、気液分離器又は塩水タンク上部とを結ぶ配管、及び太陽熱集熱器下部と、塩水タンク又は気液分離器下部とを結ぶ配管には、それぞれ弁を設け、選択的に液を連通させるようにすることができる。
また、前記塩水タンクの液面を所定のレベルに保つ制御手段は、外部からの塩水供給を制御して行うことができ、太陽熱集熱器の上部と塩水タンクとを連結する配管の該塩水タンクの上部位置は、前記の所定の液面レベルよりは下である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、蓄熱タンク内の蓄熱剤として塩水を用い、該タンク内に塩水淡水化装置の凝縮器用熱交換器を設け、夜間に天空放射により集熱器を冷却させ、集熱器と蓄熱タンクとを結んで、塩水を循環させて、蓄熱タンク内の塩水を冷却することに特徴を有する。
次に、図面を用いて、本発明を詳細に説明する。
図１〜４は、本発明の塩水淡水化装置のフロー構成図を示し、図１は淡水化運転、図２は夜間冷却運転、図３及び図４は塩水淡水化装置の別の構成を示すフロー構成図である。
図において、１は塩水タンク、２Ａ、２Ｂ、２Ｃは予熱器、３は太陽熱集熱器、４は気液分離器、５、６、７は蒸発濃縮器、８は濃塩水タンク、９は凝縮器、１０は淡水タンク、１１は液面センサーを示す。
【０００７】
まず、図１を用いて塩水淡水化運転を説明する。
図１は、四重効用として示しており、外部からの塩水ａを塩水タンク１に管２１から入れ、凝縮器９の冷却に利用する。塩水タンク１の塩水ａは、大気圧と塩水淡水化装置の内圧の差により、管２２を通り装置内に吸入されて行く。予熱器２Ａ、２Ｂ、２Ｃで各蒸発濃縮器７、６、５からの蒸気で加熱された後、第１段目の蒸発濃縮器としての太陽熱集熱器３に入る。
集熱器３で加熱され、沸騰しながら集熱器出口にある気液分離器４に入る。発生した蒸気は管３１を通り、第２段目の蒸発濃縮器５の熱交換器に入り、熱交換器外側の塩水を加熱し、一部液化し、予熱器２Ｃに入り、供給塩水を加熱して液化し、下段の予熱器２Ｂに入る。一方、第１段目で濃縮された塩水は、管２６から第２段目の蒸発濃縮器５に入り、前述の管３１からの発生蒸気で加熱され、蒸発濃縮される。
【０００８】
第２段目の蒸発濃縮器５で発生した蒸気は、管３２から第３段目の蒸発濃縮器６の熱交換器に入り、また第３段目の蒸発濃縮器６で発生した蒸気は、管３３から第４段目の蒸発濃縮器７の熱交換器に入って同様の蒸発濃縮を行う。また第２段目で濃縮された塩水は、管２７から第３段目の蒸発濃縮器６に入り、第３段目で濃縮された塩水は、管２８から第４段目の蒸発濃縮器７に入り、蒸発濃縮され、管２９から濃塩水タンク８に入る。濃塩水ｂは液面センサー等の信号を基にポンプ１９により断続的に排出される。
第４段目の蒸発濃縮器７で発生した蒸気は、管３４から凝縮器９に入り、冷却されて液化し、一方、第４段目の蒸発濃縮器を加熱した蒸気は、管３３から予熱器２Ａに入り、液化し、管３５から凝縮器９に入り、管３６より淡水タンク１０に貯えられ、貯えられた水ｃは、液面センサー等の信号を基に、ポンプ２０により断続的に排出される。
【０００９】
塩水ａ中に含まれていた溶存気体は、蒸発濃縮器で放出され、蒸気系を通して、最終的には、凝縮器９に集まってくる。凝縮器９から、真空装置３７にてこの気体を排出する。
塩水タンク１内の塩水ａは、凝縮器９を冷却し、自らは加熱されて、上昇流となって、自然対流を起こす。凝縮器９はこのため、塩水タンク１内の下部に設けるのが好ましい。太陽熱が確保できる間は、淡水化運転が可能であり、この間、凝縮熱が塩水タンクに放出される。塩水タンク容量はこの温度上昇を考慮して決める。なお、淡水化運転中であっても、塩水タンク１は外側から外気で冷却されている。しかし、凝縮熱の方が多いので温度は上昇する。
このような塩水淡水化運転においては、弁１３が閉、弁１２、１４が開となり、弁１５〜１８は制御されている。
【００１０】
このように太陽熱集熱器で、塩水ａは加熱され、一部蒸気となって、気液分離器４に入る。蒸気は、塩水淡水化装置の第２段目の蒸発濃縮器５の熱交換器に入る。分離された塩水の一部は、第２段目の蒸発濃縮器５に行き、残りは太陽熱集熱器３の下部に導かれ、予熱器２Ｃからの塩水とともに集熱器３に入る。
集熱器３での蒸気発生が気泡ポンプの役目をし、気液分離器４からの塩水は自然循環が可能である。
なお、破線で示したように、循環ポンプ３８を用い、強制循環も当然可能であり、この場合、ポンプは太陽電池で駆動するのも良い。
【００１１】
図２は、塩水タンクを冷却する夜間冷却運転を示す。
太陽熱による塩水淡水化で、塩水タンク１内の塩水は温度上昇している。
夜間は、気液分離器４を弁１２、１４で仕切り、集熱器３と塩水タンク１との間に塩水の循環経路を設ける。塩水タンク１上部の塩水が管２５から弁１３を通って集熱器３上部に入り、集熱器３で夜間の冷気及び天空放射により冷却され、集熱器３内を下降し、管２３、弁１５、管２２を通り、塩水タンク１下部に入る。循環は、温度差による自然循環が可能である。
この夜間運転では、弁１３と１５は全開で、弁１２、１４、１６、１７、１８は閉である。
【００１２】
図３は、本発明の塩水淡水化装置の別の構成を示すフロー構成図であり、図３では、塩水タンク１の上部空間部に真空装置３７の配管が接続されると共に、この空間部と太陽熱集熱器３の上部とを配管３０で結んでいる。
図３では、塩水タンク１を減圧して、塩水から溶存気体を放出させる。この場合、塩水タンク１の圧力によっては、塩水ａを淡水化装置に供給するのにポンプ３９が必要になる。
夜間冷却中、塩水タンク１上部と集熱器３上部を弁４０を開として連通させると、塩水が落下し、冷却を完了させることができる。
図４は、図３と同様に塩水タンク１を減圧して、塩水ａから溶存気体を放出させた例であり、図３との相違は、管３０がない点にある。また、夜間の冷却に際しては、ポンプ４１を設けて強制循環させることができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、塩水の循環を自然循環とすることができるので、消費電力を極端に減らし、太陽電池単独、あるいは太陽電池と蓄電池で駆動し、外部電力を不要とすることができる塩水淡水化装置とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の塩水淡水化装置の淡水化運転を説明するフロー構成図。
【図２】本発明の塩水淡水化装置の夜間冷却運転を説明するフロー構成図。
【図３】本発明の塩水淡水化装置の別の構成を説明するフロー構成図。
【図４】本発明の塩水淡水化装置の別の構成を説明するフロー構成図。
【符号の説明】
１：塩水タンク、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ：予熱器、３：太陽熱集熱器、４：気液分離器、５、６、７：蒸発濃縮器、８：濃塩水タンク、９：凝縮器、１０：淡水タンク、１１：液面センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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