(57)【要約】  水処理装置（２２０）は、原水を加熱して一部を蒸発部（３４）で気化させ、気化した蒸気を凝縮領域（２４０）で凝縮させることにより凝縮水を得る。水処理装置（２２０）は、原水を加熱するヒータ（３２）と、ヒータ（３２）により加熱された原水から気化した蒸気を凝縮領域（２４０）に向けて案内する蒸気案内部（３５、３６）と、凝縮領域（２４０）から蒸発部（３４）に還流水を案内し、蒸気案内部（３５、３６）により凝縮領域（２４０）に案内された蒸気と還流水とを熱交換させるとともに、蒸発部（３４）において原水と還流水とを熱交換させるパイプ（２２１）と、を備える。
2013154011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を加熱して一部を蒸発領域で気化させ、気化した蒸気を凝縮領域で凝縮させることにより凝縮水を得る水処理装置であって、
前記原水を加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された原水から気化する蒸気を前記凝縮領域に向けて案内する蒸気案内部と、
前記凝縮領域から前記蒸発領域に還流水を案内し、前記蒸気案内部により前記凝縮領域に案内された蒸気と前記還流水とを熱交換させるとともに、前記蒸発領域において前記原水と前記還流水とを熱交換させる還流水案内部と、
を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記還流水案内部は、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向と反対方向に前記還流水を案内する、
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記還流水案内部は、単位時間当たりに、前記凝縮領域で得られる凝縮水よりも多くの量の前記還流水を案内する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記還流水案内部は、前記還流水として前記原水を案内する、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記原水と前記凝縮水とを熱交換させることにより前記原水を加熱するとともに前記凝縮水を冷却する熱交換器と、
前記凝縮領域にて得られる凝縮水の少なくとも一部を前記熱交換器に案内するとともに、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を前記凝縮領域にて前記原水から気化した蒸気と気液接触させる凝縮水案内部と、
を更に備え、
前記凝縮水案内部は、前記凝縮領域にて得られる凝縮水のうち、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の上流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の下流側と熱交換し、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の下流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の上流側と熱交換するように前記凝縮水を案内する、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記凝縮水案内部は、前記凝縮領域にて得られる凝縮水を前記蒸気案内部による蒸気の案内方向で複数に区分けして、該区分けした凝縮水ごとに前記熱交換器に流通する原水と熱交換するよう案内する、
ことを特徴とする請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記蒸発領域において、前記加熱部により加熱された原水を落下させるとともに、落下する原水を衝突部材と衝突させることにより該原水の一部を気化させる気化部を備え、
前記蒸気案内部は、前記気化部により気化した蒸気のうち、鉛直上方で気化した蒸気を前記凝縮領域における鉛直下方に案内し、鉛直下方で気化した蒸気を前記凝縮領域における鉛直上方に案内する、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記凝縮水案内部は、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を鉛直上方から前記凝縮領域に滴下または噴霧して前記原水から気化した蒸気と気液接触させる、
ことを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記凝縮水案内部は、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を滴下する滴下部と、該滴下部の下方に配設されて前記滴下された凝縮水を粉砕する粉砕部と、を有する、
ことを特徴とする請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記凝縮水案内部は、底面に複数の孔が形成されているトレイを有し、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を該トレイに導いて、前記複数の孔から前記凝縮水を滴下する、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記凝縮水案内部は、側面に複数の孔が形成されている筒状部材を有し、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を該筒状部材の内部に導いて、前記複数の孔から前記凝縮水を滴下する、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記凝縮領域を内部に有する容器を備え、
前記熱交換器は、前記容器の外部に配設される、
ことを特徴とする請求項５乃至１１の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記熱交換器は、プレート形熱交換器である、
ことを特徴とする請求項５乃至１２の何れか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に係り、詳しくは、原水を加熱して一部を気化させ、気化した蒸気を凝縮させることにより凝縮水を得る水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の水処理装置としては、海水などの原水を加熱して容器内でミスト化し、ミスト化に伴って発生した水蒸気と空気との混合気に、噴霧状の水を気液接触させて水蒸気を凝縮させることにより、原水を淡水化もしくは浄水化するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この水処理装置では、淡水化もしくは浄水化された凝縮水と海水などの原水とで熱交換を行わせた後に、原水を太陽光エネルギを用いて加熱機で加熱することにより、効率よく原水を加熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０２９７２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした水処理装置では、加熱機で原水を加熱するのに必要なエネルギを低減すれば、浄水化または淡水化の水処理効率を高めることができる。【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、加熱機で原水を加熱するのに必要なエネルギを低減し、水処理効率の高い水処理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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る水処理装置は、
原水を加熱して一部を蒸発領域で気化させ、気化した蒸気を凝縮領域で凝縮させることにより凝縮水を得る水処理装置であって、
前記原水を加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された原水から気化する蒸気を前記凝縮領域に向けて案内する蒸気案内部と、
前記凝縮領域から前記蒸発領域に還流水を案内し、前記蒸気案内部により前記凝縮領域に案内された蒸気と前記還流水とを熱交換させるとともに、前記蒸発領域において前記原水と前記還流水とを熱交換させる還流水案内部と、
を備えることを特徴とする。【０００７】
また、前記還流水案内部は、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向と反対方向に前記還流水を案内してもよい。【０００８】
また、前記還流水案内部は、単位時間当たりに、前記凝縮領域で得られる凝縮水よりも多くの量の前記還流水を案内してもよい。【０００９】
また、前記還流水案内部は、前記還流水として前記原水を案内してもよい。【００１０】
また、前記原水と前記凝縮水とを熱交換させることにより前記原水を加熱するとともに前記凝縮水を冷却する熱交換器と、
前記凝縮領域にて得られる凝縮水の少なくとも一部を前記熱交換器に案内するとともに、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を前記凝縮領域にて前記原水から気化した蒸気と気液接触させる凝縮水案内部と、
を更に備え、
前記凝縮水案内部は、前記凝縮領域にて得られる凝縮水のうち、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の上流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の下流側と熱交換し、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の下流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の上流側と熱交換するように前記凝縮水を案内してもよい。【００１１】
また、前記凝縮水案内部は、前記凝縮領域にて得られる凝縮水を前記蒸気案内部による蒸気の案内方向で複数に区分けして、該区分けした凝縮水ごとに前記熱交換器に流通する原水と熱交換するよう案内してもよい。【００１２】
また、前記蒸発領域において、前記加熱部により加熱された原水を落下させるとともに、落下する原水を衝突部材と衝突させることにより該原水の一部を気化させる気化部を備え、前記蒸気案内部は、前記気化部により気化した蒸気のうち、鉛直上方で気化した蒸気を前記凝縮領域における鉛直下方に案内し、鉛直下方で気化した蒸気を前記凝縮領域における鉛直上方に案内してもよい。【００１３】
また、前記凝縮水案内部は、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を鉛直上方から前記凝縮領域に滴下または噴霧して前記原水から気化した蒸気と気液接触させてもよい。【００１４】
また、前記凝縮水案内部は、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を滴下する滴下部と、該滴下部の下方に配設されて前記滴下された凝縮水を粉砕する粉砕部と、を有してもよい。【００１５】
また、前記凝縮水案内部は、底面に複数の孔が形成されているトレイを有し、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を該トレイに導いて、前記複数の孔から前記凝縮水を滴下してもよい。【００１６】
また、前記凝縮水案内部は、側面に複数の孔が形成されている筒状部材を有し、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を該筒状部材の内部に導いて、前記複数の孔から前記凝縮水を滴下してもよい。【００１７】
前記凝縮領域を内部に有する容器を備え、
前記熱交換器は、前記容器の外部に配設されてもよい。【００１８】
前記熱交換器は、プレート形熱交換器でもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、淡水化もしくは浄水化された凝縮水と海水などの原水との熱交換効率を高くして、水処理効率の高い水処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水処理装置の構成の概略を模式的に示す側面図である。
【図２】実施の形態１に係る水処理装置の構成の概略を模式的に示す上面図である。
【図３】凝縮領域に水を滴下するトレイの一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る水処理装置の構成の概略を模式的に示す側面図である。
【図５】空気の流れを鉛直方向において入れ替える入替板の概略を示す斜視図である。
【図６】複数の空気の流れが鉛直方向において入れ替えられるのを説明する説明図である。
【図７】変形例の水処理装置の構成の概略を模式的に示す側面図である。
【図８】水処理装置の循環空気の温度変化を説明する図である。
【図９】実施の形態３に係る水処理装置を説明する図である。
【図１０】多段に構成した水処理装置の海水と循環空気との温度変化を説明する図である。
【図１１】還流水の流通量と、水処理装置で得られる水量、及び加熱に必要なエネルギとの関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】還流水の場所ごとの温度分布を示す図である。
【図１３】凝縮領域に水を滴下する穴あきパイプの一例を示す斜視図である。
【図１４】変形例の水処理装置の構成の概略を模式的に示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る水処理装置２０は、海水、下水などの原水を淡水化または浄水化する装置として構成されている。実施の形態１に係る水処理装置２０は、図１の側面図および図２の上面図に示すように、円筒状のケース２２と、原水、淡水（凝縮水）を圧送するポンプ２８、２９と、原水と淡水とを熱交換させる熱交換器３０と、原水を加熱するヒータ３２と、原水を蒸発させる蒸発部３４と、蒸気を凝縮させる凝縮部４０と、を備える。なお、図１、図２、後述する図７、及び、図１４中の細線矢印はケース２２内の空気の流れる方向を示しており、太線矢印は淡水の流れる方向を模式的に示しており、破線矢印は原水の流れる方向を模式的に示している。
【００２３】
円筒状のケース２２は、外筒と内筒とによって挟まれたドーナツ状（肉厚の円筒状）の空間を内部に有し、蒸発部３４と凝縮部４０を内部に収容する。以下、ケース２２における凝縮部４０が配置されている領域を「凝縮領域」という（図２中、ハッチングが施された領域）。この実施の形態では、ケース２２の内部では、図２に示すように、上から見て右回りに空気が循環する。以下、左回りの方向を上流側といい、右回りの方向を下流側という。
【００２４】
ケース２２には、蒸発部３４から落ちた原水を集める液溜め２３が設けられている。液溜め２３には、ケース２２の外部の図示しない排水層に連通する排水管２４が取り付けられている。また、ケース２２には、凝縮領域で得られた淡水（凝縮水）を集める液溜め２５が設けられている。淡水を集める液溜め２５は、ケース２２内部の空気の循環方向に沿って複数に区分けされている。一例として、この実施の形態では、液溜め２５は、上流側から順に、等間隔に仕切板２６が設けられて４つの液溜め２５ａ〜２５ｄに区分けされている。複数に区分けされた液溜め２５ａ〜２５ｄでは、凝縮部４０で得られる淡水が互いに混じらないように集められ、それぞれにパイプ３１を通じて熱交換器３０に導かれる。なお、液溜め２５は、ケース２２内部の空気の循環方向に沿って少なくとも２つ以上に区分けされていればよく、上流側から順に等間隔に４つに区分けされるものに限定されるものではない。
【００２５】
ポンプ２８は、浄水化または淡水化する対象としての原水を例えば海などから汲み上げて熱交換器３０に圧送する。また、ポンプ２９は、液溜め２５ａ〜２５ｄから熱交換器３０に導かれて、熱交換器３０を通った淡水を凝縮部４０に向けて圧送する。ポンプ２８、２９の駆動源は、例えば、燃料を燃焼させることにより動力を出力する周知の内燃機関、同期電動機又は誘導電動機といった周知の電動機など種々のものを用いることができる。なお、原水を圧送するポンプ２８は、この実施の形態では、熱交換器３０の上流側に設けられるものとしたが、熱交換器３０の下流側に設けられてもよいし、ヒータ３２の下流側に設けられてもよい。
【００２６】
熱交換器３０は、原水を流通させる流通経路３０ａと淡水を流通させる流通経路３０ｂとを有し、原水と、凝縮部４０で得られた淡水とを熱交換させる。熱交換器３０は、例えばプレート式、パイプ式の熱交換器を用いることができ、ケース２２の外部に設けられている。熱交換器３０の原水を流通させる流通経路３０ａには、原水を圧送するポンプ２８が上流側に取り付けられ、ヒータ３２が下流側に取り付けられている。また、熱交換器３０の淡水を流通させる流通経路３０ｂには、液溜め２５ａ〜２５ｄと流通経路３０ｂをそれぞれに接続するパイプ３１が上流側から所定区間ごとに順に取り付けられるとともに、淡水を凝縮部４０に向けて圧送するポンプ２９が下流側に取り付けられている。なお、液溜め２５ａ〜２５ｄで得られる淡水は、後で詳述するように、原水から気化した蒸気が凝縮することによって得られるので、ポンプ２８によって圧送される原水に比して温度が高い。このため、熱交換器３０で原水と淡水が熱交換することによって、淡水から原水に熱が伝えられ、原水が加熱されるとともに、淡水が冷却される。
【００２７】
また、熱交換器３０では、凝縮領域で得られる淡水のうち、上流側で得られる淡水ほど、熱交換器３０を流通する原水の下流側と熱交換が行われるように、原水と淡水の流通経路３０ａ、３０ｂが構成されている。この実施の形態では、具体的には、凝縮部４０で得られる淡水を集める液溜め２５ａ〜２５ｄのうち、上流側の液溜め２５に溜められた淡水が、流通経路３０ｂの上流側から導かれ、下流側の液溜め２５に溜められた淡水が順々に合流するように、熱交換器３０と液溜め２５ａ〜２５ｄとがパイプ３１で接続されている（図２参照）。そして、熱交換器３０は、原水の流通経路３０ａの上流側と淡水の流通経路３０ｂの下流側とで熱交換が行われ、原水の流通経路３０ａの下流側と淡水の流通経路３０ｂの上流側とで熱交換が行われるように構成されている。なお、図２では、熱交換器３０がケース２２の外側に沿うように円弧状に形成されているが、こうした例に限定されるものではなく、例えば平面部を有するプレート状などであってもよい。この実施の形態では、熱交換器３０をケース２２の外部に設けるので、熱交換器３０がケース２２内部に収容されるものに比べて、熱交換器３０のメンテナンスを容易に行うことができる。特に、原水に塩が含まれている場合には、パイプの外を流れるように海水を流すことができるという利点が大きい。
【００２８】
ヒータ３２は、熱交換器３０を通って加熱された原水を所定の温度（例えば７０〜９０℃程度）まで更に加熱する。ヒータ３２は、例えば、水などの媒体を加熱し、媒体から原水に熱を伝えて間接的に原水を加熱する。この実施の形態では、ヒータ３２は、ケース２２の鉛直上方に配置されるものとしたが、ケース２２の側面など如何なる場所に配置されてもよい。また、ヒータ３２による加熱は、例えば、太陽熱を用いて行ってもよいし、電熱線を加熱することによって行ってもよいし、マグネシウムなどを媒体内で燃焼または酸化させることによって行ってもよい。さらに、ヒータ３２による加熱は、媒体を介して間接的に原水を加熱するものに限定されず、直接に原水を加熱してもよい。ヒータ３２によって加熱された原水は、ケース２２の上方から蒸発部３４に案内される。
【００２９】
蒸発部３４は、ヒータ３２によって加熱された原水をケース２２内部で気化させる。蒸発部３４は、ミスト化機構３５と、ガイド３６と、デミスタ群３７とを有する。ミスト化機構３５は、ケース２２の上下方向（鉛直方向）に伸びる軸を回転軸として回転する複数のフィン３５ａと、このフィン３５ａを回転させる駆動源３５ｂとを有する。なお、駆動源３５ｂは、原水による被水が防止されるように、ケース２２の外側に設けられることが好ましい。ヒータ３２で加熱された原水がミスト化機構３５に案内されると、原水は、ケース２２の上からフィン３５ａに向かって落下し、回転するフィン３５ａに衝突することによって、その一部が粉砕される。さらに、原水は、フィン３５ａと衝突して飛散する過程で風圧によってさらに分裂して微小な水滴となり、ケース２２内の空気にミストとして放散される。放散されたミストは、その一部が自然蒸発して水蒸気となる。このようにミスト化機構３５では、加熱された原水をミスト化することによって、原水の気化を促す。ミストのうち比較的大きな水滴及びミスト化しなかった原水は、重力によってケース２２下方に落下して液溜め２３に集められ、排水管２４からケース２２外部に排出される。
【００３０】
ガイド３６は、図２に示すように、ミスト化機構３５から飛散される原水がガイド３６より上流側に向かうのを防止して、ミストを下流側（右回り方向）に案内する板として構成されている。上述したように、この実施の形態のミスト化機構３５は、回転する複数のフィン３５ａに原水を衝突させることにより原水をミスト化し、原水は、フィン３５ａによって方向を問わず周囲に飛散される。ガイド３６は、ミスト化機構３５の上流側に配置されて、ミスト化機構３５から飛散される原水のうち上流側に飛散される原水を下流側に案内する。また、ガイド３６は、熱交換器３０を通って右回りに流れてくる空気は通過することができるように形成されており、ガイド３６と、ミスト化機構３５とによって、ケース２２内に時計回りの気流が生じる。ここで、この実施の形態では、ガイド３６とミスト化機構３５とが本発明の「蒸気案内部」に相当する。
【００３１】
デミスタ群３７は、ミスト化機構３５の下流側（右時計回りの方向）に配置され、デミスタ群３７を通過する空気に含まれるミストを取り除く。デミスタ群３７は、ケース２２の底部から上壁まで延びる複数の板によって構成されている。この複数の板は、上から見て山と谷とを複数有する板状にそれぞれ形成され、複数の板の間を空気が通過できるように所定の隙間が空けられて複数並列に配置される。こうしたデミスタ群３７を通過する空気は、デミスタ群３７の複数の板に衝突し、衝突した空気に含まれるミストが板に付着して、空気からミストが取り除かれる。デミスタ群３７によって取り除かれたミストは、重力によってケース２２の下部に落下し、液溜め２３に集められて排水管２４からケース２２の外部に排出される。したがって、デミスタ群３７を通過することにより、下流側に運ばれる空気には水蒸気のみが含まれることになる。なお、ミスト化などに伴って原水の一部が気化しているので、排水管２４から排出される水は、原水に比して異物（例えば、海水であれば塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなど）の割合が高い濃縮液となる。
【００３２】
凝縮部４０は、熱交換器３０を通った淡水を凝縮領域に導いて、淡水とケース２２内部の循環空気とを気液接触させる。凝縮部４０は、この実施の形態では、図１に示すように、トレイ４１と、網板（粉砕部）４２とを有する。トレイ４１は、図３に示すように、底面に複数の孔４１ａが形成された箱状に形成され、ケース２２内の凝縮領域の鉛直上方に配置される。ここで、トレイ４１に形成されている複数の孔４１ａは、トレイ４１に案内された淡水が重力によって凝縮領域に滴下されるように形成されていればよく、その大きさ及び数は任意である。
【００３３】
網板４２は、トレイ４１の鉛直下方に置かれ、例えば複数の穴が格子状に形成されている金網などを用いることができる。網板４２は、トレイ４１から滴下される淡水と衝突して、淡水を粉砕して凝縮領域に案内する。
【００３４】
凝縮部４０では、熱交換器３０を通って冷却された淡水がポンプ２９によってトレイ４１に導かれ、トレイ４１に導かれた淡水は、トレイ４１の複数の孔４１ａから滴下される。滴下された淡水は、網板４２と衝突して粉砕され、細かい水滴となってケース２２内の凝縮領域を落下する。なお、この実施の形態では、液溜め２５ａ〜２５ｄに集められた淡水を熱交換器３０に導くパイプ３１と、熱交換器３０を通った淡水を凝縮部４０に導くポンプ２９と、淡水をケース２２内の凝縮領域に案内する凝縮部４０とが、本発明の「凝縮水案内部」に相当する。
【００３５】
次に、この実施の形態における水処理装置２０の動作を説明する。水処理装置２０では、ポンプ２８によって海などから原水が汲み上げられて熱交換器３０に圧送されるとともに、液溜め２５ａ〜２５ｄに溜められた淡水がパイプ３１を通って熱交換器３０に導かれる。熱交換器３０に圧送された原水と淡水は熱交換し、淡水から原水に熱が伝えられて、原水が加熱されるとともに淡水が冷却される。熱交換器３０を通って加熱された原水は、ヒータ３２に案内されて更に加熱される。続いて、原水は、蒸発部３４のミスト化機構３５に案内され、ミスト化機構３５によってケース２２内の空気にミストとして放散される。そして、放散されたミストは、その一部が自然蒸発して水蒸気となる。
【００３６】
ミスト化した原水および水蒸気を含んだケース２２内の空気は、ケース２２内を移動してデミスタ群３７を通過し、ミストが取り除かれて蒸気のみを含んだ空気となる。この空気がケース２２内の凝縮領域に至ると、蒸気を含んだ空気は、凝縮部４０によって凝縮領域に案内される淡水と気液接触し、蒸気が凝縮して淡水が得られる。
【００３７】
蒸気が凝縮することによって得られる淡水は、凝縮部４０によって凝縮領域に案内される淡水とともに液溜め２５ａ〜２５ｄに集められ、それぞれにパイプ３１を通じて熱交換器３０に案内されて原水と熱交換する。液溜め２５ａ〜２５ｄに溜められた淡水は、加熱された原水から気化した蒸気が凝縮して集められているので、原水より温度が高く、淡水から原水に熱が伝えられる。熱交換器３０を通った淡水は、オーバーフローした分が集水配管２７を通じて図示しない外部の貯水槽に集められる。また、熱交換器３０を通った淡水の一部は、ポンプ２９によって凝縮部４０のトレイ４１に導かれ、トレイ４１から滴下されるとともに、網板４２によって細かい液滴とされて凝縮領域に案内される。そして、凝縮部４０によって凝縮領域に案内された淡水は、ケース２２内を循環する蒸気を含む空気と気液接触し、蒸気を凝縮させて再び液溜め２５ａ〜２５ｄに集められる。このように、凝縮領域において、淡水と蒸気とを気液接触させることによって、効率よく蒸気を凝縮させることができる。しかも、この実施の形態では、底面に複数の孔４１ａが形成されたトレイ４１を用いて、トレイ４１から淡水を滴下させるので、簡易な構成で凝縮領域で気液接触を行わせることができる。さらに、トレイ４１の鉛直下方には、トレイ４１から滴下された淡水を粉砕して細かい液滴にする網板４２が設けられているので、淡水と蒸気とを効率よく気液接触させることができる。
【００３８】
ここで、凝縮領域を通過する蒸気は、凝縮部４０によって案内される淡水と気液接触することによって冷却されるので、下流側に向かうほど、空気に含まれる蒸気は冷却される。このため、凝縮領域で得られる淡水は、ケース２２内部の空気の循環方向の上流側で得られる淡水ほど温度が高く、下流側で得られる淡水ほど温度が低くなる。このように凝縮領域で得られる淡水には温度勾配が生じるので、この実施の形態の水処理装置２０では、ケース２２内部の空気の循環方向に沿って、ケース２２の液溜め２５ａ〜２５ｄを複数に区分けしている。これにより、上流側の液溜め２５ａ〜２５ｃに集められる淡水ほど温度が高く、下流側の液溜め２５ｂ〜２５ｄに集められる淡水ほど温度が低くなり、得られる淡水が互いに交わって温度が均一化してしまうことがない。そして、下流側の液溜め２５ｃ、２５ｄに集められた温度が低い淡水（ただし、原水に比べて温度は高い）ほど、熱交換器３０に流通する原水の上流側と熱交換させ、上流側の液溜め２５ａ、２５ｂに集められた温度の高い淡水ほど、熱交換器３０に流通する原水の下流側と熱交換させる。これにより、凝縮領域で得られた淡水を原水と効率よく熱交換させることができ、ヒータ３２によって原水を加熱するエネルギを低減させて、水処理装置の水処理能力を向上させることができる。
【００３９】
また、この実施の形態では、液溜め２５ａ〜２５ｄに溜められた淡水は、凝縮領域の上流側で得られる淡水から順に、パイプ３１を通じて熱交換器３０に導かれて合流するように構成され、熱交換器３０を通った淡水を凝縮部４０に向けてポンプ２９で圧送するので、１つのポンプ２９で淡水を凝縮部４０まで導くことができ、水処理層１０の小型化及び省エネルギ化を図ることができる。
【００４０】
この実施の形態の水処理装置２０では、一例として、液溜め２５ａ〜２５ｄに集められる淡水が、ケース２２内部の空気の循環方向の上流側から順に、９２℃、９０℃、８８℃、８６℃だった場合、温度の低い淡水から順に原水と熱交換を行わせることによって、理想的には原水を９２℃まで加熱することができる。一方、液溜め２５が区分けされていない場合には、液溜め２５に集められる淡水は温度が均一化されて例えば８９℃となるので、原水と淡水との熱交換によって原水を９２℃まで加熱することはできない。このように、この実施の形態では、凝縮領域で得られる淡水が、ケース２２内部の蒸気の循環方向に沿って複数に区分けされて集められ、下流側で集められた淡水を熱交換器３０を流通する原水の上流側と熱交換させ、上流側で集められた淡水を熱交換器３０を流通する原水の下流側と熱交換させるので、凝縮領域で得られた淡水と原水とを効率よく熱交換させて水処理能力を向上させることができる。
【００４１】
以上説明した実施の形態１の水処理装置２０では、凝縮領域にて得られる淡水のうち、ケース２２内の空気の循環方向の上流側で得られる淡水が熱交換器３０に流通する原水の下流側と熱交換し、下流側で得られる淡水が熱交換器３０に流通する原水の上流側と熱交換するように構成されているので、凝縮領域で得られた淡水と原水とを効率よく熱交換させて水処理能力を向上させることができる。
【００４２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る水処理装置１２０は、図４に示すように、実施の形態１の凝縮部４０及び液溜め２５が鉛直方向に複数設けられた多段式に構成されている。実施の形態２に係る水処理装置１２０は、円筒状のケース１２２と、原水、淡水（凝縮水）を圧送するポンプ２８、２９と、原水と淡水とを熱交換させる熱交換器１３０と、原水を加熱するヒータ３２と、原水を蒸発させる蒸発部３４と、蒸気を凝縮させる凝縮部１４０Ａ〜１４０Ｃと、ケース１２２内の空気の流れを鉛直方向において入れ替える空気流通ガイド５０と、を備える。なお、ポンプ２８、２９、ヒータ３２、及び蒸発部３４の構成は、実施の形態１と同一であり、重複する説明は省略する。
【００４３】
ケース１２０は、内部にドーナツ状の空間を有する円筒状に形成されている。ケース１２０は、実施の形態１と異なり、凝縮領域において、鉛直方向に複数に区分けされ、鉛直方向に並んで複数の液溜め１２５Ａ〜１２５Ｃが形成されている。なお、ケース１２０は、凝縮領域以外の領域では鉛直方向に区分けされていない。一例として、図４に示す例では、ケース１２０は、凝縮領域で鉛直方向に３つに区分けされて、３つの液溜め１２５Ａ〜１２５Ｃが形成されている。液溜め１２５Ａ〜１２５Ｃのそれぞれは、ポンプ２９を介して熱交換器１３０に連結されている。なお、ポンプ２９は、実施の形態１と同様に、熱交換器１３０の下流側に設けられていてもよい。また、鉛直上方の液溜め１２５Ａ、１２５Ｂは、オーバーフローした淡水が下方の凝縮部１４０Ｂ、１４０Ｃに案内されるように構成されており、最も鉛直下方の液溜め１２５Ｃは、オーバーフローした淡水が集水配管２７を通じてケース２２外部の図示しない貯水槽に集められるように構成されている。なお、ケース１２０は、凝縮領域が鉛直方向の３層に区分けされるものに限定されず、鉛直方向に２層、または４層以上に区分けされていてもよい。
【００４４】
熱交換器１３０は、ポンプ２８によって圧送される原水と、凝縮領域で得られてポンプ２９によって圧送される淡水とを熱交換させるように構成されている。熱交換器１３０は、凝縮領域で得られる淡水のうち、鉛直上方の液溜め１２５Ａに集められた淡水が、熱交換器１３０を流通する原水の上流側と熱交換し、鉛直下方の液溜め１２５Ｃで集められた淡水が、熱交換器１３０を流通する原水の下流側と熱交換するように構成されている。
【００４５】
凝縮部１４０Ａ〜１４０Ｃは、ケース１２０の凝縮領域が鉛直方向に複数区分けされているのに合わせて、区分けされたそれぞれの領域の上方に設けられている。凝縮部１４０Ａ〜１４０Ｃのそれぞれは、実施の形態１の凝縮部４０と同様に、トレイ４１と網板４２とを有し、熱交換器１３０を通った淡水を凝縮領域に案内する。
【００４６】
空気流通ガイド５０は、ケース１２０内部を循環する空気を、鉛直方向において複数層に分けて上下を入れ換えるように構成されている。空気流通ガイド５０は、図５に示すように、ケース１２０内部を循環する空気の流れ方向に沿った回転軸回りに、板面が１８０度ひねられたガイド板５１を有する。図５に示す例では、一枚のガイド板５１の鉛直上面に沿って流れる空気は、ガイド板５１の鉛直下方に導かれ、反対に、ガイド板５１の鉛直下面に沿って流れる空気は、ガイド板５１の板面に沿って、ガイド板５１の鉛直上方に導かれる。
【００４７】
また、図６に示すように、複数枚のガイド板５１ａ〜５１ｃを設けることによって、ケース１２０内部を循環する空気の流れを、鉛直方向において複数層に分けて上下を入れ替えることができる。複数枚のガイド板５１ａ〜５１ｃは、鉛直方向に並べて配置された板状の部材が、ケース１２０内部を循環する空気の流れ方向に沿った共通の回転軸回りに、板面が１８０度ひねられた螺旋状に構成されている。こうしたガイド板５１ａ〜５１ｃによって、ガイド板５１ａとガイド板５１ｂに挟まれる流路Ａと、ガイド板５１ｂとガイド板５１ｃに挟まれる流路Ｂは、図６中の右から左に空気が流れることによって上下が入れ替えられる。さらにガイド板５１の枚数を増やすことで、ケース１２０内部を循環する空気の流れを、鉛直方向において複数層に分けて入れ替えることができる。具体的には、空気の循環方向に沿った共通の回転軸回りに１８０度ひねられた螺旋状のガイド板５１を（Ｎ＋１）枚（Ｎは任意の自然数）設けれることにより、ケース１２０内部を循環する空気の流れを、鉛直方向においてＮ層に分けて上下を入れ替えることができる。
【００４８】
この実施の形態では、空気流通ガイド５０によって、蒸発部３４で生じた蒸気のうち、鉛直上方で生じた蒸気が凝縮領域の鉛直下方に導かれ、鉛直下方で生じた蒸気が凝縮領域の鉛直上方に導かれるように構成されている。なお、空気流通ガイド５０は、デミスタ群３７の上流側に設けられてもよいし、下流側に設けられてもよい。また、空気流通ガイド５０がデミスタ群３７を兼ねるものとしてもよい。
【００４９】
実施の形態２の水処理装置１２０では、実施の形態１の水処理装置２０と同様に、熱交換器１３０に原水と淡水とが導かれ、原水は、淡水から熱が伝えられて加熱される。熱交換器１３０を通って加熱された原水は、ヒータ３２によって更に加熱され、蒸発部３４のミスト化機構３５に案内されて、ミスト化機構３５によってケース２２内の空気にミストとして放散される。そして、放散されたミストは、その一部が自然蒸発して水蒸気となる。ミスト化した原水および水蒸気を含んだケース２２内の空気は、ケース２２内を移動してデミスタ群３７を通過することによって、ミストが取り除かれて蒸気のみを含んだ空気となる。この空気は、空気流通ガイド５０によって上下が入れ替えられて、鉛直方向に複数層に区分けされた凝縮領域まで案内される。そして、各層の凝縮領域において、蒸気を含んだ空気は、凝縮部１４０Ａ〜１４０Ｃによって凝縮領域に案内される淡水と気液接触し、空気に含まれる蒸気が凝縮して淡水となる。
【００５０】
蒸気が凝縮することによって得られる淡水は、液溜め１２５Ａ〜１２５Ｃに集められ、その一部は、ポンプ２９によって熱交換器１３０に圧送されて原水と熱交換する。熱交換器１３０から排出された淡水は、その淡水が集められた層の凝縮部１４０Ａ〜１４０Ｃに案内されて再び凝縮領域に案内される。そして、凝縮部１４０Ａ〜１４０Ｃによって凝縮領域に案内された淡水は、ケース２２内を循環する蒸気を含む空気と気液接触し、蒸気を凝縮させて再び液溜め１２５Ａ〜１２５Ｃに集められる。そして、液溜め１２５Ａ、１２５Ｂをオーバーフローした淡水は、一つ下の層の凝縮部１４０Ｂ、１４０Ｃに案内され、最下層の液溜め１２５Ｃをオーバーフローした淡水が集水配管２７から外部の貯水槽に集められる。
【００５１】
実施の形態２の水処理装置１２０では、実施の形態１の水処理装置２０と同様に、ヒータ３２によって加熱された原水は、ミスト化機構３５に案内されて複数のフィン３５ａに落下しながら衝突してミスト化される。このミスト化に伴って原水の一部は気化する。原水は、その一部が気化するときに、気化熱だけ温度が低下するので、複数のフィン３５ａに衝突しながら鉛直下方に向かうほど温度が低下する。このため、蒸発部３４で生じる蒸気は、鉛直上方の方が温度が高く、鉛直下方の方が温度が低くなる。
【００５２】
一方、熱交換器１３０を通って凝縮部１４０Ａ〜１４０Ｃによって凝縮領域に案内される淡水は、凝縮領域で蒸気と気液接触することによって蒸気から熱が伝えられるとともに蒸気の凝縮熱によって温度が上昇し、落下に伴って温度が上昇していく。このため、凝縮部１４０Ａ〜１４０Ｃによって凝縮領域に案内される淡水は、鉛直上方の方が温度が低く、鉛直下方の方が温度が高くなる。
【００５３】
ここで、実施の形態２の水処理装置１２０では、蒸発部３４で生じた蒸気のうち、鉛直上方で生じた蒸気を鉛直下方に案内し、鉛直下方で生じた蒸気を鉛直上方に案内する空気流通ガイド５０を設けているので、蒸発部３４で生じた蒸気のうち、温度の高い蒸気を下層の凝縮領域に案内し、温度の低い蒸気を上層の凝縮領域に案内することができる。そして、上層の凝縮領域で得られて液溜め１２５Ａに集められる淡水を、熱交換器１３０を流通する原水の上流側と熱交換させ、下層の凝縮領域で得られて液溜め１２５Ｃに集められる淡水を、熱交換器１３０を流通する原水の下流側と熱交換させる。このため、温度の低い淡水から温度の高い淡水の順に原水と熱交換させることができ、凝縮領域で得られた淡水と原水とを効率よく熱交換させて水処理能力を向上させることができる。
【００５４】
実施の形態２の水処理装置１２０では、各層の液溜め１２５Ａ〜１２５Ｃのそれぞれは、ケース１２２内の空気の循環方向に沿って区分けされていないものとしたが、図７の変形例の水処理装置１２０Ａに示すように、実施の形態１の水処理装置２０の液溜め２５と同様に、各層の液溜め１２５Ａ〜１２５Ｃのそれぞれがケース１２２内の空気の循環方向に沿って仕切板２６で仕切られて区分けされていてもよい。このように各層の液溜め１２５Ａ〜１２５Ｃのそれぞれをケース１２２内の空気の循環方向に沿って区分けして、実施の形態１の水処理装置２０と同様に、ケース１２２内の空気の循環方向の上流側で得られる淡水が、熱交換器１３０を流通する原水の下流側と熱交換し、下流側で得られる淡水が熱交換器１３０を流通する原水の上流側と熱交換するように構成することによって、凝縮領域で得られた淡水と原水とを更に効率よく熱交換させて水処理能力を向上させることができる。
【００５５】
また、実施の形態２の水処理装置１２０では、蒸発部３４で生じた蒸気のうち、鉛直上方で生じた蒸気を鉛直下方に案内し、鉛直下方で生じた蒸気を鉛直上方に案内する空気流通ガイド５０を設けるものとしたが、多段に構成される水処理装置は、こうした空気流通ガイド５０が設けられるものに限定されない。例えば、ケース１２０は、ミスト化機構３５が設けられた領域だけ鉛直方向に区分けされず、その他の領域では鉛直方向に区分けされて、各段でミスト化された原水および水蒸気を含む空気が同じ段の凝縮領域に導かれてもよい。
【００５６】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３に係る水処理装置２２０について説明する。この実施の形態の水処理装置では、実施の形態１、２と同様に、海水を熱して蒸発部３４で蒸発させ、その蒸気を凝縮領域２４０で凝縮させて蒸留水（淡水）を得る（以下、蒸発法ともいう）。蒸発法では、得られる蒸留水よりも多くの海水を加熱する必要がある。例えば、図８の説明図に示すように、温度Ｔｈｏｔの水蒸気を含む空気を凝縮領域で冷却して温度Ｔｃｏｌｄとし、これをまた蒸発領域へと循環させる場合を考える。ここで、温度Ｔｈｏｔを９５℃とすると、空気中の飽和水蒸気量は４９７．７ｇ／ｍ３となり、温度Ｔｃｏｌｄを４０℃とすると、空気中の飽和水蒸気量は５０．７ｇ／ｍ３となる。いま、５０ｃｍ×５０ｃｍの通路を流速３ｍ／秒で空気を循環させたとすると、循環空気流量は、２７００ｍ３／ｈ（毎時）となる。この場合に、飽和水蒸気量を含んだ９５℃の空気が４０℃に冷やされると、得られる蒸留水の量Ｚは、１．２トン／ｈとなる。水の蒸発・凝縮の潜熱は、２４００Ｊ（ジュール）／ｇのため、蒸留水量Ｚから生じる潜熱ＥＬは、次式（１）で表される。
【００５７】
EL=2400・Z [MJ（メガジュール）/h]      ・・・（１）
【００５８】
反対に、蒸発領域では、空気に水蒸気を含ませるために、海水に熱ＥＬを加えて温度Ｔｈｅａｔの海水を用意する必要がある。蒸発領域が、海水の温度をΔＴ［℃］上昇させるものとすると、温度差ΔＴを実現する顕熱ＥＳは、海水の流入量がＸ［トン／ｈ］の場合、次式（２）で表される。
【００５９】
ES=4.2・ΔT・X [MJ/h]      ・・・（２）
【００６０】
仮に海水を温度Ｔｈｅａｔ＝１００℃まで加熱し、海水の蒸発によって水蒸気を含む空気が温度Ｔｈｏｔ＝９５℃に至るとすると、蒸発領域では温度差ΔＴ＝５℃の加熱が必要となり、このときの顕熱ＥＳは、２１・Ｘ［ＭＪ／トン］となる。顕熱ＥＳと潜熱ＥＬとが等しくなるには、蒸留水の量Ｚ＝１．２トン／ｈに対してＸ＝１３７トン／ｈが必要となる。つまり、１．２トンの淡水を得るために、その１１４倍の１３７トンの海水を加熱しなくてはならない。逆浸透膜を用いた淡水装置（以下、ＲＯという）と比較すると、ＲＯが６ｋＷｈ／（淡水１トン）の効率に対して、蒸発法では式（１）から６７０ｋＷｈ／（淡水１トン）の効率となる。蒸発法では、実施の形態２で説明したように、多段にすることで段数分効率を向上させることができるが、１０段設けて１０倍の効率を得ても、なおＲＯより効率が劣る。
【００６１】
蒸発法の効率を向上させるために、図９の実施の形態３に係る水処理装置２２０に示すように、凝縮領域２４０で生じる潜熱を回収して再利用することを提案する。図８と図９とで異なるのは、空気の循環流路に、空気とは逆向きに液体を流通させるパイプ２２１を配置した点である。このパイプ２２１を流通する液体を還流水と呼ぶ。還流水は、海水と水（淡水）との何れとしても構わないが、以下の説明では水とする。
【００６２】
実施の形態３に係る水処理装置２２０は、パイプ２２１の他に、実施の形態１、２と同様に、原水を加熱するヒータ３２と、蒸発領域に備えられた蒸発部３４（ミスト化機構３５、ガイド３６、デミスタ群３７）とを備える。この実施の形態に係る水処理装置２２０では、ヒータ３２で加熱された原水の一部が蒸発部３４で気化し、気化した蒸気が空気とともに凝縮領域２４０に案内されて蒸気が凝縮する。ここで、凝縮領域２４０には、実施の形態１、２の凝縮部４０、１４０Ａ〜１４０Ｃは、備えられなくてよい。また、実施の形態３に係る水処理装置２２０は、原水を圧送する図示しないポンプ、及び、還流水をパイプ２２１の内部に圧送する図示しないポンプを備える。
【００６３】
パイプ２２１を流通する還流水は、凝縮領域２４０で生じる凝縮熱（潜熱）によって加熱される。還流水は、例えば図示しないポンプによってパイプ２２１の内部を流通し、パイプ２２１を介して凝縮領域２４０の蒸気と熱交換する。理想的には、還流水は、循環空気と同じ温度Ｔｈｏｔまで加熱される。そして、蒸発部３４では、温度Ｔｃｏｌｄで流入する空気が、加熱された海水（温度Ｔｈｅａｔ）のみならず、還流水（温度Ｔｈｏｔ）によっても加熱される。この場合には、蒸留水量Ｚから生じる潜熱ＥＬが、加熱された海水と還流水との顕熱で供給されることになり、理想的には次式（３）で示す関係が成り立つ。ここで、Ｘ［トン／ｈ］は、海水の流入量であり、Ｙ［トン／ｈ］は、還流水の流入量である。
【００６４】
2400・Z=4.2・ΔT・X+4.2・(Thot-Tcold)・Y      ・・・（３）
【００６５】
ここで、海水の温度変化量ΔＴを５℃、温度Ｔｈｏｔを９５℃、温度Ｔｃｏｌｄを４０℃、Ｚ＝１．２トン／ｈとすると、式（３）から次式（４）が導かれる。
【００６６】
X+11Y=137 [トン/h]      ・・・（４）
【００６７】
いま、ＹがＸの１０倍であるとすると、Ｘは１．２３トン／ｈとなる。これは、上記した蒸留水の量Ｚとほぼ同量に当たる。このとき、式（３）の右辺第１項が、２５．８ＭＪ／ｈとなり、淡水製造量Ｚ＝１．２トン／ｈであるので、淡水１トンを製造するために海水を加熱すべきエネルギーは、６．０ｋＷｈ／（淡水１トン）となり、ＲＯとほぼ同じ効率となる。しかも、ＲＯは電気で駆動されるのに対して、蒸発法は海水を単に加熱すればよく、発電時のエネルギロス（例えば発熱による発電ではロスが６０％程度）が無いので、ＲＯよりも高効率とすることができる。
【００６８】
ところで、式（４）は、蒸発部３４でのエネルギバランスを考慮した関係式であるが、海水はもともと温度が低いため、海水の加熱に凝縮領域２４０での凝縮潜熱を利用することが考えられる。この場合には、凝縮領域２４０で生じる潜熱を用いて、海水と還流水とを加熱することになる。例えば、海水が始めに、温度Ｔｃｏｌｄ、流量Ｘで流入し、凝縮領域２４０で生じる潜熱が全て海水と還流水との加熱に用いられるとすると、次式（５）に示す関係が成り立つ。
【００６９】
2400・Z=4.2・(Thot-Tcold)・X+4.2・(Thot-Tcold)・Y      ・・・（５）
【００７０】
ここで、式（３）と式（５）が同時に成り立つのは、蒸発部３４での海水の温度変化量ΔＴと、凝縮領域２４０での海水の温度変化量（Ｔｈｏｔ−Ｔｃｏｌｄ）とが等しくなる場合である。つまり、蒸発部３４での海水の加熱量を小さくするには、凝縮領域２４０での海水の温度変化量（Ｔｈｏｔ−Ｔｃｏｌｄ）を小さくする必要がある。このため、図１０の変形例に係る水処理装置３２０に示すように、凝縮領域２４０での海水の加熱も水処理装置を多段にして、複数回にわけて行うことが望ましい。
【００７１】
図１０では、水処理装置３２０の段数を３段としている。なお、図１０では還流水を流通させるパイプ２２１の図示を省略している。また、簡単のために、空気の加熱およびエネルギ損失を無視している。また、水処理装置３２０の全ての段において、海水の温度変化量は等しいものとする。図１０中左側は、凝縮領域２４０の潜熱で加熱される海水を示す。水処理装置３２０の３段目（下から１段目）において、海水は、凝縮領域２４０で生じる凝縮潜熱により、還流水とともに温度Ｔｃｏｌｄ３から温度Ｔｈｏｔ３へと加熱される。温度Ｔｈｏｔ３に加熱された海水は、水処理装置３２０の２段目に向かう。このため、図１０中、温度Ｔｃｏｌｄ２と温度Ｔｈｏｔ３とは等しくなる。同様に、水処理装置３２０の２段目において、海水は、凝縮領域２４０で生じる凝縮潜熱により、温度Ｔｃｏｌｄ２から温度Ｔｈｏｔ２へと加熱されて、その後、水処理装置３２０の１段目（下から３段目）に向かう。そして、同様に、水処理装置３２０の１段目において、海水は、凝縮領域２４０で生じる凝縮潜熱により、温度Ｔｃｏｌｄ１（Ｔｈｏｔ２）から温度Ｔｈｏｔ１へと加熱され、最後に外部のヒータ３２で加熱されて温度Ｔｈｅａｔの海水となる。ここで、ヒータ３２による海水の温度変化量も、各段での海水の温度変化量と等しいものとする。ヒータ３２で加熱された海水は、１段目の蒸発部３４に流入することで潜熱により温度が低下し、温度Ｔｈｏｔ１となる。この海水は、２段目の蒸発部３４に流入し、同様に潜熱により温度が低下して、温度Ｔｈｏｔ２となる。水処理装置３２０の３段目においても同様である。
【００７２】
こうして各段から生成される水（淡水）の量Ｚは、式（４）中、（Ｔｈｏｔ−Ｔｃｏｌｄ）＝ΔＴとして、次式（６）で示される。これを、Ｎ段（Ｎは自然数）積み重ねた場合を考えると、ヒータ３２による加熱は最上部だけで行われて、そのパワーＰｈは次式（７）で示される。そして、式（６）、式（７）から、Ｎ段の水処理装置全体で得られる水量に対する、加熱器による加熱のパワーを淡水製造率で除したもの（Ｐｈ／（Ｎ・Ｚ））［ＭＪ／（淡水１トン）］として、式（８）、式（９）が導かれる。
【００７３】
Z=4.2・ΔT・(X+Y)/ 2400      ・・・（６）
Ph=4.2・ΔT・X      ・・・（７）
Ph/(N・Z) [MJ/t]=2400・X/(N・(X+Y))      ・・・（８）
Ph/(N・Z) [kWh/t]=670・X/(N・(X+Y))      ・・・（９）
【００７４】
そして、ＹがＸの１０倍であり、段数Ｎを１０とすると、水処理装置の効率は、６．１ｋＷｈ／（淡水１トン）となる。比較として、電気生成効率を４０％としたＲＯの効率は、１５ｋＷh／（淡水１トン）となり、還流水を流通させるパイプ２２１を備えるこの実施の形態の水処理装置が優れていることがわかる。
【００７５】
図１１は、１段の水処理装置２２０において、空気の循環量を２７００ｍ３／ｈ、蒸発部２３４を通過した空気の温度Ｔｈｅａｔを９５℃、凝縮領域２４０を通過した空気の温度Ｔｃｏｌｄを８５℃、海水の流入量Ｘを１．２トン／ｈとしたときに、還流水の流通量Ｙと、水処理装置２２０で２４時間当たりに得られる水量Ｗ［トン／２４ｈ］、及び加熱に必要なパワーＰｈ［ｋＷ］との関係のシミュレーション結果を示す図である。なお、図１１では、水量Ｗについて実線で示し、パワーＰｈについて破線で示している。図１１に示すように、還流水の流通量Ｙは、海水の流入量Ｘの１７倍近傍で、最も水処理装置２２０における淡水製造量が多くなり、且つ、加熱に必要なエネルギが小さくなる。図１２は、ＹがＸの１７倍のときの還流水の温度分布を示す。図１２では、中央の場所Ｃに９５℃の海水を流通させたときの各場所ごとの還流水の温度を示している。図１２に示すように、還流水は、海水が流入する場所Ｃで９０℃となっており、蒸発部３４での海水および還流水の温度変化量が５℃近傍であることを示している。そして、還流水は、場所Ｂから場所Ａへと続いており、場所Ａで、ヒータ３２に向かう前の８５℃の海水と合流する。それに対して、図１２に示す場所Ａでは、入力海水が８５℃にも関わらず、８７℃以上の温度を維持しており、還流水が大きなエネルギを保持していることが分かる。そして、図１２に示す例から、還流水が十分にエネルギ回収に寄与していることが理解できる。なお、図１１及び図１２に示す結果は、１段のものであるが、装置を多段とした場合にも同様の結果となることは明らかである。装置を多段とした場合には、淡水製造量が増加するのに対して、加熱機による加熱は１段目を通過した海水に対してのみ行うので、淡水製造量に対して必要とされるエネルギは段数の増加とともに減少する。
【００７６】
以上説明した実施の形態３に係る水処理装置２２０、３２０は、原水を加熱して一部を蒸発部３４で気化させ、気化した蒸気を凝縮領域２４０で凝縮させることにより凝縮水を得る。水処理装置２２０、３２０は、原水を加熱するヒータ３２と、ヒータ３２により加熱された原水から気化した蒸気を凝縮領域２４０に向けて案内する蒸気案内部（ガイド３６及びミスト化機構３５）と、凝縮領域２４０から蒸発部３４に還流水を案内し、蒸気案内部により凝縮領域２４０に案内された蒸気と還流水とを熱交換させるとともに、蒸発部３４において原水と還流水とを熱交換させるパイプ２２１と、を備える。これにより、凝縮領域２４０では蒸気が凝縮する潜熱によって還流水が加熱され、蒸発部３４では還流水から原水が気化するための熱が加えられる。したがって、凝縮領域２４０で蒸気が凝縮する潜熱を効率よく利用することができ、水処理能力の高い水処理装置を提供することができる。
【００７７】
なお、実施の形態３に係る水処理装置２２０、３２０では、還流水を流通させるパイプ２２１を備えるものとしたが、パイプ２２１は、凝縮領域２４０や蒸発領域で熱交換が促されるように、例えば凝縮領域２４０や蒸発領域で蛇行していたりプレート式の熱交換器が用いられてもよい。また、還流水は、装置内部の空気の流れの反対方向に流通するのが好ましいが、凝縮領域２４０から蒸発領域に案内されて、蒸気および原水と熱交換すればよく、空気の流れに沿って流通させたり、空気の流れにかかわらず案内されてもよい。
【００７８】
この発明は、上記実施の形態に限定されず、様々な変形及び応用が可能である。例えば、実施の形態１、２の水処理装置２０、１２０に、還流水を流通させるパイプ２２１が設けられてもよい。また、上記した実施の形態では、凝縮部４０は、底面に複数の孔４１ａが形成されたトレイ４１に淡水を案内して、トレイ４１から淡水を滴下させるものとしたが、凝縮部４０は、例えば図１３に示すように、側面に複数の孔４３ａが形成されているパイプ４３に淡水を案内して、複数の孔４３ａから淡水を滴下させるなど他の構成としてもよい。また、こうした淡水を滴下させる機構に代えて、または加えて、淡水を霧化して凝縮領域に案内する構成としてもよい。さらに、上気した実施の形態では、トレイ４１の下に、網板４２を設けるものとしたが、網板４２を備えなくても構わない。
【００７９】
上記した実施の形態１、２では、液溜め２５ａ〜２５ｄに溜められた淡水は、凝縮領域の上流側で得られる淡水から順に、パイプ３１を通じて熱交換器３０に導かれて合流するように構成されるものとしたが、図１４の変形例の浄水装置４２０に示すように、複数に区分けされた液溜め２５ａ〜２５ｄのそれぞれにポンプ２９が取り付けられて熱交換器３０に導かれるように構成されてもよい。変形例の浄水装置４２０では、液溜め２５ａ〜２５ｄに溜められた淡水が、互いに混じることなく熱交換器３０の流通経路３０ｂを流通する。また、変形例の浄水装置４２０では、凝縮部４０のトレイ４１は、鉛直上方から見て、ケース２２の液溜め２５ａ〜２５ｄの区分けと一致するように、仕切板によって４つに区分けられている（図示せず）。そして、液溜め２５ａ〜２５ｄからポンプ２９によってそれぞれに圧送された淡水は、熱交換器３０を通って、液溜め２５ａ〜２５ｄのそれぞれの鉛直上方に位置するトレイ４１の区分け位置に案内される。こうした構成によって、液溜め２５ａ〜２５ｄに溜められる淡水の温度勾配を顕著にすることができ、原水を効果的に加熱して水処理能力を向上させることができる。
【００８０】
また、変形例の水処理装置４２０では、上流側の液溜め２５ａ〜２５ｃは、液溜め２５ａ〜２５ｃに淡水が所定高さ以上に集められたときに、オーバーフローした淡水が一つ下流側の液溜め２５ｂ〜２５ｄに送られるように構成され（例えば、液溜め２５ａでオーバーフローした淡水が液溜め２５ｂに送られるなど）、最も下流側の液溜め２５ｄは、オーバーフローした淡水が集水配管２７を通じてケース２２外部の図示しない貯水槽に集められるように構成してもよいし、全ての液溜め２５ａ〜２５ｄにおいてオーバーフローした淡水が外部の貯水槽に集められるように構成されていてもよい。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更（構成要素の削除を含む）をなし得ることはいうまでもない。
【００８２】
本出願は、２０１２年４月１０日に出願された日本国特許出願２０１２−０８９７０８号に基づく。本明細書中に、日本国特許出願２０１２−０８９７０８号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【００８３】
２０、１２０、１２０Ａ、２２０、３２０、４２０  水処理装置
２２  ケース
２３  液溜め
２４  排水管
２５、２５ａ〜２５ｄ  液溜め
２６  仕切板
２７  集水配管
２８、２９  ポンプ
３０  熱交換器
３１  パイプ
３２  ヒータ
３４  蒸発部
３５  ミスト化機構
３５ａ  フィン
３５ｂ  駆動源
３６  ガイド
３７  デミスタ群
４０  凝縮部
４１  トレイ
４２  網板
５０  空気流通ガイド
５１、５１ａ〜５１ｃ  ガイド板
２２１  パイプ
２４０  凝縮領域
【図１】
2013154011.tif 000003
【図２】
2013154011.tif 000004
【図３】
2013154011.tif 000005
【図４】
2013154011.tif 000006
【図５】
2013154011.tif 000007
【図６】
2013154011.tif 000008
【図７】
2013154011.tif 000009
【図８】
2013154011.tif 000010
【図９】
2013154011.tif 000011
【図１０】
2013154011.tif 000012
【図１１】
2013154011.tif 000013
【図１２】
2013154011.tif 000014
【図１３】
2013154011.tif 000015
【図１４】
2013154011.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月26日(2014.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を加熱して一部を蒸発領域で気化させ、気化した蒸気を凝縮領域で凝縮させることにより凝縮水を得る水処理装置であって、
前記原水を加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された前記原水から気化する蒸気を前記凝縮領域に向けて案内する蒸気案内部と、
前記凝縮領域から前記蒸発領域に、前記原水とは異なる還流水を前記原水とは独立させて案内し、前記蒸気案内部により前記凝縮領域に案内された蒸気と前記還流水とを熱交換させるとともに、前記蒸発領域において前記原水と前記還流水とを熱交換させる還流水案内部と、
を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記還流水案内部は、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向と反対方向に前記還流水を案内する、
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記還流水案内部は、単位時間当たりに、前記凝縮領域で得られる凝縮水よりも多くの量の前記還流水を案内する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記還流水を、淡水とする
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記還流水案内部が、前記還流水を流通させるパイプを備える
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記原水と前記凝縮水とを熱交換させることにより前記原水を加熱するとともに前記凝縮水を冷却する熱交換器と、
前記凝縮領域にて得られる凝縮水の少なくとも一部を前記熱交換器に案内するとともに、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を前記凝縮領域にて前記原水から気化した蒸気と気液接触させる凝縮水案内部と、
を更に備え、
前記凝縮水案内部は、前記凝縮領域にて得られる凝縮水のうち、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の上流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の下流側と熱交換し、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の下流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の上流側と熱交換するように前記凝縮水を案内する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記凝縮水案内部は、前記凝縮領域にて得られる凝縮水を前記蒸気案内部による蒸気の案内方向で複数に区分けして、該区分けした凝縮水ごとに前記熱交換器に流通する原水と熱交換するよう案内する、
ことを特徴とする請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記蒸発領域において、前記加熱部により加熱された原水を落下させるとともに、落下する原水を衝突部材と衝突させることにより該原水の一部を気化させる気化部を備え、
前記蒸気案内部は、前記気化部により気化した蒸気のうち、鉛直上方で気化した蒸気を前記凝縮領域における鉛直下方に案内し、鉛直下方で気化した蒸気を前記凝縮領域における鉛直上方に案内する、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記凝縮水案内部は、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を鉛直上方から前記凝縮領域に滴下または噴霧して前記原水から気化した蒸気と気液接触させる、
ことを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記凝縮水案内部は、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を滴下する滴下部と、該滴下部の下方に配設されて前記滴下された凝縮水を粉砕する粉砕部と、を有する、
ことを特徴とする請求項９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記凝縮水案内部は、底面に複数の孔が形成されているトレイを有し、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を該トレイに導いて、前記複数の孔から前記凝縮水を滴下する、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記凝縮水案内部は、側面に複数の孔が形成されている筒状部材を有し、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を該筒状部材の内部に導いて、前記複数の孔から前記凝縮水を滴下する、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記凝縮領域を内部に有する容器を備え、
前記熱交換器は、前記容器の外部に配設される、
ことを特徴とする請求項６乃至１２の何れか１項に記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記熱交換器は、プレート形熱交換器である、
ことを特徴とする請求項６乃至１３の何れか１項に記載の水処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2013154011.tif 000017
【国際調査報告】
2013154011.tif 000018
2013154011.tif 000019
2013154011.tif 000020
2013154011.tif 000021
2013154011.tif 000022
2013154011.tif 000023