(57)【要約】【課題】海水を予め加熱しないスプレー式海水淡水化装置を提供する。【解決手段】海水Ｓがノズル部２２で加圧蒸気ｂと混合された時に初めて加熱されて水蒸気化するためスケールが発生しない。加圧蒸気ｂの殆どは海水Ｓを水蒸気化した後に、海水Ｓから発生した水蒸気ｃと一緒に凝縮室２３内へ導かれて淡水化されるため淡水のロスが少ない。蒸気発生部１６における熱源として太陽熱による加熱空気ｂを利用すれば、温室効果ガスの原因となる化石燃料を使用せずに済む。【選択図】図３
2011240240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源により淡水を加熱して加圧蒸気を発生させる蒸気発生部と、
蒸気発生部で発生した加圧蒸気と海水等の原水とを混合した状態で噴射するノズル部と、
ノズル部から混合された加圧蒸気及び原水をスプレー状に噴射する蒸発室と、  蒸発室内の水蒸気を導いて冷源により淡水に凝縮させる凝縮室と、
を備えていることを特徴とするスプレー式原水淡水化装置。
【請求項２】
凝縮室で凝縮された淡水の一部を蒸気発生部に送って繰り返し使用することを特徴とする請求項１記載のスプレー式原水淡水化装置。
【請求項３】
蒸気発生部における熱源が太陽熱による加熱空気で、該加熱空気が蒸気発生部を通過後に蒸発室内に供給され、蒸発室内の雰囲気温度を高めることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスプレー式原水淡水化装置。
【請求項４】
凝縮室における冷源が、ノズル部へ供給される前の原水であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスプレー式原水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスプレー式原水淡水化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水等の原水を淡水化する方法としてスプレー式の蒸発法が知られている。すなわち、蒸発室内で加熱した海水をノズルの先端からスプレー状に噴射して蒸発させ、その蒸発した水蒸気を凝縮室内に導いて凝縮させて淡水を得る構造である。凝縮室内での水蒸気の冷却源としては加熱する前の原水が使用される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１０８６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、加熱海水をノズルの先端からスプレー状に噴射するため、スケールなどによりノズルの先端が目詰まりを起こしやすい。スケールが一度付着すると除去作業がとても面倒である。
【０００５】
特に昨今では環境問題から海水を蒸発させるための熱源として太陽熱を利用する技術が多く提案され、このような分野の技術発展にも前記スケールの問題は解決しなければならない課題である。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、海水を予め加熱しないスプレー式原水淡水化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、熱源により淡水を加熱して加圧蒸気を発生させる蒸気発生部と、蒸気発生部で発生した加圧蒸気と海水等の原水とを混合した状態で噴射するノズル部と、ノズル部から混合された加圧蒸気及び原水をスプレー状に噴射する蒸発室と、蒸発室内の水蒸気を導いて冷源により淡水に凝縮させる凝縮室と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、凝縮室で凝縮された淡水の一部を蒸気発生部に送って繰り返し使用することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、蒸気発生部における熱源が太陽熱による加熱空気で、該加熱空気が蒸気発生部を通過後に蒸発室内に供給され、蒸発室内の雰囲気温度を高めることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、
凝縮室における冷源が、ノズル部へ供給される前の原水であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、原水がノズル部で加圧蒸気と混合された時に初めて加熱されて水蒸気化するためスケールが発生しない。加圧蒸気の殆どは原水を水蒸気化した後に、原水から発生した水蒸気と一緒に凝縮室内へ導かれて淡水化されるため淡水のロスが少ない。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、蒸気発生部で加圧蒸気となる淡水は、凝縮室で得た淡水を繰り返して使用するため、一度凝縮室内を淡水で満たした後は、新たな淡水の供給が殆ど不要となる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、蒸気発生部における熱源として太陽熱による加熱空気を利用すため、温室効果ガスの原因となる化石燃料を使用せずに済む。また加熱空気は最終的に蒸気発生部内に供給して、蒸気発生部内の雰囲気温度を上げるため、蒸気発生部内における海水の蒸発を促進する。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、ノズル部に供給する前の原水を冷源として使用するため、ノズル部に供給される原水の温度が凝縮室内で水蒸気により温められ、海水淡水化装置全体の熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】スプレー式原水淡水化装置を示す概略断面図。
【図２】スプレー式原水淡水化装置を示す概略平面図。
【図３】スプレー式原水淡水化装置を示す構造図。
【図４】空気加熱部を示す断面図。
【図５】筒型集光鏡を示す平面図。
【図６】空気加熱部を示す平面図。
【図７】多貫通孔構造の熱交換部材を示す分解斜視図。
【図８】蒸気発生部の蒸気の取出部を示す断面図。
【図９】ノズル部を示す断面図。
【図１０】淡水及び海水の相変化を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図１０は、本発明の好適な実施形態を示す図である。この実施形態では原水の典型として海水に着目し、太陽熱を利用したスプレー式原水淡水化装置を例に説明する。また、日本のような北半球の中緯度の地域の場合を例にして説明する。
【００１７】
まず、太陽熱を得るための太陽集光装置の説明をする。太陽集光装置はビームダウン式と言われているタイプのものである。中心にはセンターミラー１が図示せぬ３本のタワーにより支持されている。センターミラー１は、日中に太陽が存在する方角とは反対側が切欠かれた部分回転楕円形状をしている。センターミラー１は図１に示すように、断面が楕円に合致した湾曲面を有し、下方に第１焦点Ａと第２焦点Ｂが存在する。
【００１８】
センターミラー１は図２に示すように、平面視で、半円よりも東側及び西側に所定の角度範囲だけ張り出した状態になっている。センターミラー１の北側及び東西両側には複数のヘリオスタット２が放射状に設置されている。
【００１９】
ヘリオスタット２は図示せぬセンサーにより太陽の動きに連動して向きを変化させる構造となっており、常に太陽光Ｌを第１焦点Ａへ向けて反射するように制御される。第１焦点Ａを通過した太陽光Ｌはセンターミラー１で反射され第２焦点Ｂに集光する。
【００２０】
第２焦点Ｂには筒型集光鏡３が設置されている。筒型集光鏡３は上部開口よりも下部開口が狭い概略テーパー筒形状で、内面はマルチミラー式の複数のセグメントにより構成された鏡面になっている。ヘリオスタット２の反射光は、センターミラー１で反射された後に、すべてこの筒型集光鏡３内に導入される。筒型集光鏡３の下側には空気加熱部４が設けられ、そこで空気ａを１０００℃程度の加熱空気ｂにすることができる。
【００２１】
次に、図４〜図７に基づいて、加熱空気の製造について説明する。
【００２２】
筒型集光鏡３は周囲が角型のハウジング５により覆われていて、筒型集光鏡３とハウジング５との間には中空部６が存在する。ハウジング５の上部には中空部６への空気取入口７が形成されている。
【００２３】
筒型集光鏡３の下側の空気加熱部４は下部が細くなったロート状のハウジング８を有し、多数の熱交換部材９により上部空間１０と下部空間１１に区画されている。上部空間１０と、筒型集光鏡３の中空部６とは、通気路１２を介して連結されている。筒型集光鏡３の下部開口に臨むハウジング８の上面には透明窓１３が形成されている。この透明窓１３は耐熱性を有する石英硝子で形成されている。
【００２４】
熱交換部材９は黒色で炭化珪素膜（ＳｉＣ）製の多貫通孔構造で１０００℃以上の耐熱性を有している。この熱交換部材９は通過空気を均一化するためのロート状のカバー１４（図７）内に収納されている。この熱交換部材９を複数並べて設置することで、空気加熱部４の上部空間１０と下部空間１１を区画している。
【００２５】
次に加熱空気ｂが製造される過程を説明する。
【００２６】
センターミラー１で反射された太陽光Ｌは全て筒型集光鏡３内に導入され、その内面で反射されて集光されるが、反射の際に筒型集光鏡３も加熱されるため筒型集光鏡３が高温になる。そのため、空気取入口７から取り入れられた空気ａは中空部６内で筒型集光鏡３の裏面と接して予備的に加熱される。
【００２７】
ある程度加熱された空気ａは通気路１２を介して空気加熱部４の上部空間１０に導入される。上部空間１０に導入された空気ａは熱交換部材９を通過して下部空間１１に至る。この際、熱交換部材９には筒型集光鏡３の下部開口から透明窓１３を経て高エネルギーの太陽光Ｌが集光された状態で照射され、高い効率で太陽熱を吸収した熱交換部材９が高温になっているので、空気ａが熱交換部材９を通過することにより加熱空気ｂとなる。加熱空気ｂはファン１５により引かれて蒸気発生部１６へ送られる。
【００２８】
蒸気発生部１６には空気パイプ１７がコイル状に設置されている。蒸気発生部１６内の内部には所定の液面高さに制御された淡水Ｗが保持されている。空気パイプ１７内を加熱空気ｂが通過することにより蒸気発生部１６内の淡水Ｗを加熱して沸騰させ、水蒸気ｃを発生させる。水蒸気ｃは蒸気発生部１６の上部の取出部１８から取り出される。取出部１８には圧力調整用の弁１９が設けられ、蒸気発生部１６内の圧力を高めている。この弁１９の付勢力を調整することにより蒸気発生部１６内の圧力を調整することができる。この弁１９を経ることで、水蒸気ｃは大気圧以上の加圧蒸気ｄとなって排出される。
【００２９】
加圧蒸気ｄは蒸気パイプ２０を経て蒸発室２１に送られる。蒸発室２１にはノズル部２２が形成されて、蒸気パイプ２０の先端は、ノズル部２２の噴射口に臨まされている。ノズル部２２には原水としての海水Ｓが供給される。海水Ｓは、蒸発室２１に隣接する凝縮室２３に設置された凝縮パイプ２４を通過してノズル部２２へ供給される。また、前記蒸気発生部１６内の空気パイプ１７は蒸気発生部１６から蒸発室２１内に導入されて、先端がノズル部２２の真下に臨まされている。
【００３０】
ノズル部２２に導入された海水Ｓは、蒸気パイプ２０から勢い良く噴射される加圧蒸気ｄと混合された状態で蒸発室２１内へスプレー状に噴射される。
【００３１】
加圧蒸気ｄが混合されるため、海水Ｓは加熱されて水蒸気ｃ’となり、残りがミストとなる。空気パイプ１７を通過した加熱空気ｂ’も一緒に噴出されるため海水Ｓは蒸発しやすい。更に、加熱空気ｂが蒸発室２１内に供給され、蒸発室２１の雰囲気温度を高めるため、更にミストが蒸発しやすい。蒸発せずに残ったミストは濃縮海水Ｓ’となって蒸発室２１の下部の排出口２５から海に戻される。
【００３２】
蒸発室２１で蒸発した水蒸気ｃ’はデミスタ２６を通過して凝縮室２３へ送られる。デミスタ２６は通気性はあるが微細な水分飛沫（ミスト）の通過は防止する性能を有している。凝縮室２３内には前記凝縮パイプ２４がコイル状に設置され、そこに加熱前の海水Ｓが供給されるため、そこが冷源となって水蒸気ｃ’を凝縮させる。凝縮された淡水Ｗは凝縮室２３の下部に溜められる。海水Ｓは水蒸気ｃ’の凝縮の際に若干温められてノズル部２２へ送られるため、スプレー噴射時の蒸発を促進する。海水Ｓは若干温められるだけでスケールを発生させるほどの加熱ではない。
【００３３】
凝縮室２３内で凝縮された淡水Ｗは淡水パイプ２７を経て蒸気発生部１６へ送られる。淡水パイプ２７の途中にはポンプ２８が設置されており、このポンプ２８により蒸気発生部１６内における淡水Ｗの液面を制御することができる。凝縮室２３内の加熱空気ａ’と一部の水蒸気ｃ’は排気口２９から外部へ放出される。
【００３４】
この実施形態では、海水Ｓを直接加熱せず、加圧蒸気ｄを混合させることにより蒸発させているため、ノズル部２２にスケールが発生しない。従ってメンテナンスが容易である。
【００３５】
図１０に示すように、加圧蒸気ｄは海水Ｓの水蒸気ｃ’と一緒に凝縮室２３内で淡水化され、再度蒸気発生部１６に送られて繰り返し使用される。図中、実線ハッチングが液相で、破線ハッチングが気相である。蒸発室２１内で濃縮海水Ｓ’と一緒に排出される淡水Ｗ等も僅かにあるが、淡水Ｗのロスが少ない。
【００３６】
更に、凝縮室２３で得た淡水Ｗを蒸気発生部１６に供給して繰り返し使用するため、一度凝縮室２３内を淡水Ｗで満たした後は、海水淡水化装置への新たな淡水Ｗの供給が殆ど不要である。
【００３７】
以上の実施形態では、加圧蒸気ｄを使用する例を示したが、加圧蒸気ｄを更に空気加熱部４の上部空間１０に供給して、加熱加圧蒸気にしてからノズル部２２へ供給しても良い。また、凝縮室２３内の水蒸気ｃ’を再度蒸発室２１内に循環しても良い。
【符号の説明】
【００３８】
３  筒型集光鏡
４  空気加熱部
９  熱交換部材
１６  蒸気発生部
２１  蒸発室
２２  ノズル部
２３  凝縮室
Ｌ  太陽光
ａ  空気
ｂ  加熱空気
ｃ  水蒸気
ｄ  加圧蒸気
Ｗ  淡水
Ｓ  海水
【図１】
2011240240.tif 000003
【図２】
2011240240.tif 000004
【図３】
2011240240.tif 000005
【図４】
2011240240.tif 000006
【図５】
2011240240.tif 000007
【図６】
2011240240.tif 000008
【図７】
2011240240.tif 000009
【図８】
2011240240.tif 000010
【図９】
2011240240.tif 000011
【図１０】
2011240240.tif 000012