(57)【要約】  海水などの原水から淡水を得る水処理装置において、多段の構造を用いずに、小型でかつ熱交換効率の高い水処理装置を提供する。水処理装置１０は、蒸発部１１，１２と、凝縮部１３と、熱交換器２４と、を備え、装置内に導入された海水などの原水は、蒸発部１１，１２と熱交換器２４の間を、原水流通路４０ａ〜４０ｄを流通して循環する。また、循環水は凝縮部１３と熱交換器２４の間を、４１ａ〜４１ｃを流通して循環し、蒸発部１１，１２で気化し空気流路４２ａ〜４２ｃを流通してきた水蒸気と凝縮部１３において気液接触する。熱交換器２４では、凝縮部１３を経た循環水と、蒸発部１１，１２を経た原水とが熱交換を行う。
2017069031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水から凝縮水を得るための水処理装置であって、
前記原水の一部を気化させる気化手段をそれぞれに備える２つの蒸発部ＡおよびＢと、
前記装置内を循環する循環水が流通する凝縮部流通管を備える凝縮部と、
前記原水を加熱する加熱装置と、
前記循環水を冷却する冷却装置と、
前記蒸発部Ａと前記凝縮部、前記凝縮部と前記蒸発部Ｂ、また、前記蒸発部ＡおよびＢをそれぞれ移動する空気流路と、
前記原水が流通する原水流通パイプと前記循環水が流通する循環水流通パイプとを備える熱交換部と、
前記凝縮部流通管と前記循環水流通パイプとを接続し、その途中で前記冷却装置を通る循環水流通路と、
前記原水流通パイプの流出部と前記蒸発部Ａの流入部、前記蒸発部Ａの流出部と前記蒸発部Ｂの流入部、および前記蒸発部Ｂの流出部と前記原水流通パイプの流入部を、各々接続し、その途中で前記加熱装置を通る原水流通路と、
を備え、
前記蒸発部ＡおよびＢにおいて前記原水から気化した蒸気と前記循環水とが前記凝縮部において気液接触して凝縮する際の潜熱により加熱された前記循環水と、前記蒸発部ＡおよびＢを経て一部が気化することにより段階的に冷却された前記原水とが、前記熱交換部で、熱交換される、
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記水処理装置は、前記蒸発部を２以上備え、それぞれの蒸発部は流出部と次の蒸発部の流入部を前記原水流通路によって接続されるとともに、
それぞれの蒸発部は気化した蒸気が移動する前記空気流路で接続される、
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】
前記気化手段は、回転軸と該回転軸に取り付けられた放射方向に延びる回転体を１以上有し、前記蒸発部へ流入する前記原水を落下と同時に該気化手段によって一部を気化させる、
ことを特徴とする請求項１から２いずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項４】
原水から凝縮水を得るための水処理装置であって、
水平方向に延びた回転軸と該回転軸に取り付けられた放射方向に延びる回転体を１以上有する気化手段と、
前記原水を受け止めまた排水する排水口を備える受け皿と、前記気化手段とを備え、前記気化手段を、前記受け皿に溜まった前記原水を前記回転体が巻き上げることで一部を気化するよう収容した蒸発部を少なくとも１つと、
前記装置内を循環する循環水が流通する凝縮部流通管を備える凝縮部と、
前記原水を加熱する加熱装置と、
前記循環水を冷却する冷却装置と、
前記蒸発部と前記凝縮部、前記凝縮部と前記蒸発部とをそれぞれ接続する空気流路と、
前記原水が流通する原水流通パイプと前記循環水が流通する循環水流通パイプとを備える熱交換部と、
前記凝縮部流通管と前記循環水流通パイプとを接続し、その途中で前記冷却装置を通る循環水流通路と、
前記原水流通パイプの流出部と前記蒸発部の流入部、前記蒸発部の流出部と前記原水流通パイプの流入部を、各々接続し、その途中で前記加熱装置を通る原水流通路と、
を備え、
前記蒸発部において前記原水から気化した蒸気と前記循環水とが前記凝縮部において気液接触して凝縮する際の潜熱により加熱された前記循環水と、前記蒸発部において前記気化手段において気化することにより上流から段階的に冷却された前記原水とが、前記熱交換部で、熱交換される、
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
前記空気流路は、気流形成手段を含む、
ことを特徴とする請求項１から４いずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項６】
請求項４に記載の水処理装置であって、前記気化手段において、前記回転体の回転部材の平面部が回転軸方向から見て斜めになるように角度をもたせることにより、前記原水の気化と同時に、気流および水流を発生させる、
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項７】
前記水処理装置は、円筒状である、
ことを特徴とする請求項１から６いずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記凝縮部流通管は、得られる凝縮水を鉛直下方に滴下する滴下部を含む、
ことを特徴とする請求項１から７いずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載の水処理装置であって、前記滴下部は、前記空気流路によって導かれる水蒸気が前記滴下部と前記流通管との間を吹き抜けられるように水蒸気の進行方向に前記滴下部の板の平面部が平行になるように設置される、
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項１０】
前記凝縮部流通管は、前記凝縮部において複数回折れ曲がった形状を有し、前記循環水を蛇行しながら流通させる、
ことを特徴とする水処理装置請求項１から９のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記凝縮部は、得られた凝縮水を受け止め貯留する、貯留室を含む、
ことを特徴とする請求項１から１０いずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記熱交換部は、前記容器の外部に配設される、
ことを特徴とする請求項１から１１いずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記熱交換部は、プレート形熱交換器である、
ことを特徴とする請求項１から１２いずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記循環水は、淡水である、
ことを特徴とする請求項１から１３いずれか一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、該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体に、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。特許文献１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することにより、効率よく原水を加熱している。また、特許文献２では、装置で発生する潜熱を回収する際に、上流と下流での温度の違いを利用して、原水を効率よく加熱している。【０００３】
このような凝縮部と蒸発部を一つずつ備えた１段の水処理装置においては、凝縮水を得るためには、凝縮の潜熱に相当する加熱エネルギを必要とする。そこで、１段あたりの加熱のエネルギを軽減するために、従来は多段法が用いられてきた。特許文献２では、装置を多段にしたうえで、さらに装置の上流と下流における潜熱の温度の違いを利用して加熱量を軽減することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０２９７２３号
【特許文献２】国際公開第２０１３／１５４０１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような多段法を用いた水処理装置においては、多段にすればするほど加熱量が少なくなるという利点がある一方、複数の減圧室を必要とすることから装置が大型になるという問題がある。【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、多段の構造を必要とせず、装置内で発生する排熱を利用し、原水との熱交換率を高くして原水をその後加熱するのに必要とされるエネルギを軽減した水処理効率の高い水処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
原水から凝縮水を得るための水処理装置であって、
前記原水の一部を気化させる気化手段をそれぞれに備える２つの蒸発部ＡおよびＢと、
前記装置内を循環する循環水が流通する凝縮部流通管を備える凝縮部と、
前記原水を加熱する加熱装置と、
前記循環水を冷却する冷却装置と、
前記蒸発部Ａと前記凝縮部、前記凝縮部と前記蒸発部Ｂ、また、前記蒸発部ＡおよびＢをそれぞれ移動する空気流路と、
前記原水が流通する原水流通パイプと前記循環水が流通する循環水流通パイプとを備える熱交換部と、
前記凝縮部流通管と前記循環水流通パイプとを接続し、その途中で前記冷却装置を通る循環水流通路と、
前記原水流通パイプの流出部と前記蒸発部Ａの流入部、前記蒸発部Ａの流出部と前記蒸発部Ｂの流入部、および前記蒸発部Ｂの流出部と前記原水流通パイプの流入部を、各々接続し、その途中で前記加熱装置を通る原水流通路と、
を備え、
前記蒸発部ＡおよびＢにおいて前記原水から気化した蒸気と前記循環水とが前記凝縮部において気液接触して凝縮する際の潜熱により加熱された前記循環水と、前記蒸発部ＡおよびＢを経て一部が気化することにより段階的に冷却された前記原水とが、前記熱交換部で、熱交換される、
ことを特徴とする水処理装置。  【０００８】
前記水処理装置は、前記蒸発部を２以上備え、それぞれの蒸発部は流出部と次の蒸発部の流入部を前記原水流通路によって接続されるとともに、
それぞれの蒸発部は気化した蒸気が移動する前記空気流路で接続されてもよい。          【０００９】
前記気化手段は、回転軸と該回転軸に取り付けられた放射方向に延びる回転体を１以上有し、前記蒸発部へ流入する前記原水を落下と同時に該気化手段によって一部を気化させてもよい。【００１０】
原水から凝縮水を得るための水処理装置であって、
水平方向に延びた回転軸と該回転軸に取り付けられた放射方向に延びる回転体を１以上有する気化手段と、
前記原水を受け止めまた排水する排水口を備える受け皿と、前記気化手段とを備え、前記気化手段を、前記受け皿に溜まった前記原水を前記回転体が巻き上げることで一部を気化するよう収容した蒸発部を少なくとも１つと、
前記装置内を循環する循環水が流通する凝縮部流通管を備える凝縮部と、
前記原水を加熱する加熱装置と、
前記循環水を冷却する冷却装置と、
前記蒸発部と前記凝縮部、前記凝縮部と前記蒸発部とをそれぞれ接続する空気流路と、
前記原水が流通する原水流通パイプと前記循環水が流通する循環水流通パイプとを備える熱交換部と、
前記凝縮部流通管と前記循環水流通パイプとを接続し、その途中で前記冷却装置を通る循環水流通路と、
前記原水流通パイプの流出部と前記蒸発部の流入部、前記蒸発部の流出部と前記原水流通パイプの流入部を、各々接続し、その途中で前記加熱装置を通る原水流通路と、
を備え、
前記蒸発部において前記原水から気化した蒸気と前記循環水とが前記凝縮部において気液接触して凝縮する際の潜熱により加熱された前記循環水と、前記蒸発部において前記気化手段において気化することにより上流から段階的に冷却された前記原水とが、前記熱交換部で、熱交換される、
ことを特徴とする水処理装置。【００１１】
前記空気流路は、気流形成手段を含んでもよい。【００１２】
前記気化手段において、前記回転体の回転部材の平面部が回転軸方向から見て斜めになるように角度をもたせることにより、前記原水の気化と同時に、気流および水流を発生させてもよい。  【００１３】
前記水処理装置は、円筒状であってもよい。【００１４】
前記凝縮部流通管は、得られる凝縮水を鉛直下方に滴下する滴下部を含んでもよい。【００１５】
前記滴下部は、前記空気流路によって導かれる水蒸気が前記滴下部と前記流通管との間を吹き抜けられるように水蒸気の進行方向に前記滴下部の板の平面部が平行になるように設置されてもよい。【００１６】
前記凝縮部流通管は、前記凝縮部において複数回折れ曲がった形状を有し、前記循環水を蛇行しながら流通させてもよい。【００１７】
前記凝縮部は、得られた凝縮水を受け止め貯留する、貯留室を含んでもよい。【００１８】
前記熱交換部は、前記容器の外部に配設されてもよい。【００１９】
前記熱交換部は、プレート形熱交換器であってもよい。  【００２０】
前記循環水は、淡水であってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、多段の構造を必要とせず、装置内で発生する排熱を利用し、原水との熱交換率を高くして原水をその後加熱するのに必要とされるエネルギを軽減した水処理効率の高い水処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水処理装置を上からみた際の構成の概略を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る水処理装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る水処理装置の蒸発部の構成を模式的に示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る水処理装置の凝縮部の構成を模式的に示す側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１とは別の、一般的な多段方式の水処理装置の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る水処理装置の蒸発部の構成を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
水処理装置１０は、海水や下水などの原水を淡水化や浄水化する装置として構成されている。図１は、水処理装置１０を上から見た模式図である。水処理装置１０は、円筒状の容器２０の内部に、原水を蒸発させるための気化手段２６をそれぞれに備えた蒸発部１１、１２と、水蒸気を凝縮して淡水を回収するための凝縮部１３とを備える。  【００２５】
図２は、水処理装置１０の水蒸気や原水などの流路を示した模式図である。【００２６】
図２に示すように、水処理装置１０は、原水と、装置内を前記原水とは異なる流路で循環する循環水とが熱交換する熱交換器２４と、蒸発部１１，１２で気化した蒸気が移動する空気流路４２ａ〜４２ｃと、前記原水が熱交換器２４と蒸発部１１，１２との間を循環し流路の途中に加熱装置２５を備える原水流通路４０ａ〜４０ｄと、循環水が凝縮部１３と熱交換器２４との間を循環し流路の途中に冷却装置２７を備える循環水流通路４１ａ〜４１ｃと、を備える。【００２７】
図２に示すように、熱交換器２４は、原水が流通する原水流通パイプ２４ａと、循環水が流通する循環水流通パイプ２４ｂとを備え、これらを流通する原水と循環水とが互いに熱交換を行う。また、凝縮部１３は、内部を循環水が流通する循環水流通管３２を備え、流通管３２を流れる循環水と蒸発部１１，１２で気化した蒸気とが気液接触する。  【００２８】
循環水は、循環水流通管３２の凝縮部１３からの流出部と循環水流通パイプ２４ｂの熱交換器２４への流入部を接続する循環水流通路４１ｂ、循環水流通パイプ２４ｂの熱交換器２４からの流出部と冷却装置２７を接続する循環水流通路４１ｃ、冷却装置２７と凝縮部流通管３２の凝縮部１３への流入部を接続する循環水流通路４１ａ、を通って凝縮部１３と熱交換器２４の間を図示していないポンプで圧送されて循環する。循環水としては、例えば淡水であれば海水に比して塩分などの異物が少ないため、メンテナンスが容易になる。【００２９】
原水は、原水流通パイプ２４ａの熱交換器２４からの流出部と加熱装置２５を接続する原水流通路４０ｄ、加熱装置２５と蒸発部１１の流入部を接続する４０ａ、蒸発部１１の流出部と蒸発部１２の流入部を接続する４０ｂ、蒸発部１２の流出部と原水流通パイプ２４ａの熱交換器２４への流入部を接続する４０ｃ、を通って蒸発部１１、１２と熱交換器２４の間を図示していないポンプで圧送されて循環する。このとき、熱交換器２４へ流入する原水流通路４０ｃの途中に、海水などの原水を水処理装置１０内へ取り込む原水導入口４０ｅを備えてもよい。【００３０】
蒸気は、蒸発部１１と凝縮部１３を接続する空気流路４２ａ、凝縮部１３と蒸発部１２を接続する空気流路４２ｂ、蒸発部１２と蒸発部１１を接続する４２ｃ、を通って蒸発部１１、１２と凝縮部１３の間を循環する。このとき、空気流路４２ａ〜４２ｃの途中に送風器などの気流形成手段を備え、蒸気を循環させてもよい。【００３１】
容器２０の構造は、閉回路であればよく、図１のような円筒である必要はない。たとえば、楕円や矩形状でもよく、空気の流れが抵抗なく流れるようなガイドを持たせればよい。円筒形状であれば、空気は装置の内部で抵抗なく流れ、循環することができる。【００３２】
熱交換器２４は例えばプレート式やパイプ式の熱交換器を用いることができる。配置する場所は任意であるが、熱交換器２４を容器２０の外部に配置することで、メンテナンスを容易に行うことができる。【００３３】
加熱装置２５は、蒸発部１１，１２を経て冷却された原水が熱交換器２４を経て循環水により加熱された後、再び蒸発部１１に導入される前に、蒸発に必要な温度（例えば７０〜９０℃程度）まで加熱する。加熱装置２５は、例えば水などの媒体を加熱して、媒体から原水に間接的に熱を伝えることで加熱してもよい。また、加熱装置２５による加熱は、例えば太陽熱を用いてもよいし、電熱線を加熱することによって行なってもよいし、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り行なってもよい。【００３４】
冷却装置２７は、凝縮部１３を経て加熱された循環水が熱交換器２４を経て冷却された後、再び凝縮部１３に導入される前に、蒸気の凝縮に必要な温度まで冷却する。冷却装置２７としては、例えば、循環水と同じ種類の冷却された液体を混ぜて、そこからポンプで、所定の流量を取り出してもよい。【００３５】
ポンプは、原水や循環水を循環するよう圧送する。ポンプの駆動源は、例えば燃料を燃焼させることにより出力を得る周知の内燃機関や、同期電動機や誘導電動機などの周知の電動機など種々のものを用いることができる。【００３６】
次に、水処理装置１０の動作について図２を用いて説明する。【００３７】
水処理装置１０は、原水導入口４０ｅから海水などの原水を装置に導入する。装置に導入された原水は、熱交換器２４と蒸発部１１，１２との間を原水導入流路４０ａ〜４０ｄを通って循環する。【００３８】
原水は、原水流通路４０ａから蒸発部１１に導入され、気化手段２６により一部が気化される。図３に蒸発部１１の模式図を示す。蒸発部１１は、蒸発部入口１１ａから原水を導入する際に、気化手段２６によって機械的な粉砕作用を与えて、原水の一部を気化させる。気化手段２６の下方には原水を溜める液溜め３０を備え、気化手段２６を通過した原水のうち、比較的大きな水滴や、気化しなかった原水が溜まり、蒸発部出口１１ｂより排出される。図３では気化手段２６は鉛直方向に延びた回転軸２６ｃを中心に放射状に延びた回転体２６ａが、モーター２６ｂによって駆動する構成を示しているが、気化手段２６の構成は原水に機械的な粉砕作用を加えられればこれに限らない。回転体２６ａは、複数組取り付けてもよいし、回転体の形状も例えば単純な円盤でもよい。蒸発部１１から排出された原水は、原水流通路４０ｂを通って蒸発部１２に導入され、再び気化熱を奪われて冷却され、原水流通路４０ｃを流通する際には、さらに冷却されて熱交換器２４に導入される。【００３９】
一方、蒸発部１１、１２で原水から気化した蒸気は、図２に示す空気流路４２ａ〜４２ｃを通って凝縮部１３と蒸発部１１，１２の間を循環する。これと同時に、循環水は循環水流通路４１ａ〜４１ｄを通って熱交換器２４と凝縮部１３の間を循環する。【００４０】
図４に凝縮部１３の模式図を示す。循環水流通路４１ａを通って凝縮部１３に導入された循環水は循環水流通管３２を流通しながら循環水流通路４１ｂより凝縮部１３を通過する。その際、蒸発部１１，１２で気化した蒸気がこの循環水と循環水流通管３２の表面で気液接触して凝縮水を生じる。凝縮水は凝縮部１３の下部に滴下して貯留室３４に貯留される。このとき、循環水流通管３２に、例えば板状で、凝縮水が重力によって貯留室３４に滴下するよう、凝縮板３３を設置してもよい。凝縮板３３は、凝縮部１３に複数設置してもよい。循環水は、循環水流通路４１ｂを流通する際には、凝縮熱により加熱されており、このあと熱交換器２４に導入される。【００４１】
その際、凝縮板３３は、空気流路４２ａ、４２ｂを通って凝縮部１３に流れ込んできた蒸気が複数の凝縮板３３の間を通過できるように所定の隙間が空けられて設置されてもよい。このとき、蒸気の進行方向を妨げぬよう平行に配置することで、蒸気を抵抗なく循環させることができる。図４では、手前から奥に向かって平面の奥行きを有する凝縮板３３が平行に並べられ、その隙間を蒸気が流れる。また、凝縮板３３を、下部に配置される貯留室３４に対して鉛直に配置することで、凝縮水が、凝縮板３３をつたって下方にある貯留室３４に自然に滴下される。【００４２】
次に、熱交換器２４では、蒸発部１１，１２を経て冷却された原水と、凝縮部１３を経て加熱された循環水とが互いに熱交換を行う。原水は、循環水の熱により加熱されて、さらに加熱装置２５により加熱されて再び蒸発部１１へ導入される。【００４３】
循環水流通管３２は、図４にしめすように、凝縮部１３において複数回蛇行した形状をもたせてもよい。こうすることで、より多くの循環水を凝縮部１３に導入し、水蒸気が通過する際の凝縮効率を上げることができる。【００４４】
次に、水処理装置１０における原水および循環水の温度変化について再び図２に戻り、参照しながら説明する。【００４５】
２つの蒸発部１１，１２を通過する前後の原水の温度降下ΔＴｃと、凝縮部１３を通過した前後の循環水の温度上昇ΔＴｖは、蒸発部１１，１２において蒸発の潜熱を奪って気化した水蒸気が凝縮部１３で凝縮の潜熱を発して凝縮するため、ΔＴｃとΔＴｖは等しくなる。２つ目の蒸発部１２を経て冷却された原水は、熱交換器２４がなければ、加熱装置２５によって凝縮の潜熱に相当する加熱を行なわなくてはならないが、凝縮部１３における凝縮の潜熱を熱交換器２４で回収し、蒸発の潜熱の供給を行なってから加熱装置２５に導入することで、加熱に必要なエネルギを軽減することができる。【００４６】
このことを、具体的に説明する。比較のため、図５に示すような水処理装置２００について考える。水処理装置２００は、蒸発部２０１，２０２と、凝縮部２０４，２０５と、加熱された原水が蒸発部２０１，２０２を順に経る流路２０１ａ、２０１ｂ（あるいは２０２ａ）、２０２ｂと、このとき発生した蒸気が循環する空気流路２１０ａ、２１０ｂ（蒸発部２０１と凝縮部２０４の間）、２２０ａ、２２０ｂ（蒸発部２０２と凝縮部２０５の間）と、冷却された原水が凝縮部２０５，２０４を順に経る流路２０５ａ、２０５ｂ（あるいは２０４ａ）、２０４ｂと、を備える。これはすなわち、蒸発部、凝縮部、蒸気の流路、を１段とした、従来の多段法による水処理装置の２段の場合である。【００４７】
水処理装置２００が、蒸発部２０１と凝縮部２０４と空気流路２１０による１段のみであるときを考えると、凝縮部２０４を通過した原水では、（１）の温度上昇がある。Ｔ（）は各地点の温度を表す。【００４８】
ΔＴ＝Ｔ（２０４ｂ）−Ｔ（２０４ａ）  ・・・（１）【００４９】
これを蒸発部２０１に導き、蒸発の潜熱が奪われるとき、ここでの蒸発がそのまま凝縮部２０４における凝縮に使われるとすると、蒸発で奪われる潜熱は、凝縮の潜熱とほぼ同じでなければならない。そのため、（２）が成立しなくてはならない。【００５０】
ΔＴ＝Ｔ（２０１ａ）−Ｔ（２０１ｂ）  ・・・（２）【００５１】
蒸発部で気化した蒸気の温度は、Ｔ（２０１）＝Ｔ（２０１ｂ）となっており、これが循環するので、（３）が成立する。【００５２】
Ｔ（２１０ａ）＝Ｔ（２０１ｂ）  ・・・（３）【００５３】
したがって、凝縮が起こるには、（４）が成立する必要がある。【００５４】
Ｔ（２０１ｂ）＝Ｔ（２０１ａ）−ΔＴ＞Ｔ（２０４ｂ）  ・・・（４）【００５５】
これは、蒸発部２０１を経た原水Ｔ（２０１ｂ）は、凝縮部２０４を経た原水Ｔ（２０４ｂ）よりもΔＴ以上加熱してから再び蒸発部２０１に導入しなくてはならないことを表し、すなわち１段の場合では蒸発の潜熱と加熱に必要な熱量が同じになり、凝縮水を得るために非常に大きな加熱量が必要になる。この加熱量を軽減するために用いられているのが、従来の多段法である。【００５６】
再び図５の水処理装置に戻り、温度の変化を考える。凝縮部２０５では、（１）と同様に、（５）の温度上昇がある。【００５７】
ΔＴ２＝Ｔ（２０５ｂ）−Ｔ（２０５ａ）  ・・・（５）【００５８】
これがそのまま凝縮部２０４に流入するので、凝縮部２０４を通過する前後の温度変化は、（６）のようになる。【００５９】
ΔＴ１＝Ｔ（２０４ｂ）−Ｔ（２０４ａ）  ・・・（６）【００６０】
この原水を加熱し、１段目の蒸発部２０１で気化により冷却され、２段目の蒸発部２０２に導入される。このときの加熱量を調べる。この水処理装置２００での合計の凝縮は、ΔＴ１＋ΔＴ２となる。一方、蒸発部で気化した蒸気が凝縮に寄与するためには、（４）および、それと同様に、（７）、（８）が成立する必要がある。【００６１】
Ｔ（２０１ｂ）＝Ｔ（２０１ａ）−ΔＴ１＞Ｔ（２０４ｂ）  ・・・（７）【００６２】
Ｔ（２０２ｂ）＝Ｔ（２０２ａ）−ΔＴ２＞Ｔ（２０５ｂ）  ・・・（８）【００６３】
ここで、（８）は、以下の（９）のように書き換えられる。【００６４】
Ｔ（２０２ｂ）＝Ｔ（２０２ａ）−ΔＴ２＝Ｔ（２０１ａ）−ΔＴ１−ΔＴ２＞Ｔ（２０５ｂ）＝Ｔ（２０４ｂ）−ΔＴ１  ・・・（９）【００６５】
すなわち、Ｔ（２０１ｂ）はＴ（２０４ｂ）よりもΔＴ２以上加熱されなければならない。（７）からはＴ（２０１ｂ）はＴ（２０４ｂ）よりもΔＴ１以上加熱されなければならないので、ΔＴ１，ΔＴ２のうち大きい方以上に加熱しなければならない。これはすなわち、凝縮熱はΔＴ１＋ΔＴ２だが、加熱は凝縮熱の半分で済むことを意味する。これが多段の効果で、少ない加熱で大きな蒸発量を得ることができ、効率よく凝縮水を得ることができる。多段法にはこのような利点がある一方、装置の高さが必要となり、またそれぞれに熱交換器が必要になるため高価となる。【００６６】
次に、本発明の実施形態１の水処理装置１０に戻る。図２に示す水処理装置１０は、図５の水処理装置２００における凝縮部２０４，２０５が一つになったものとして考えられる。図２の凝縮部１３における循環水の温度上昇は、（１０）となる。【００６７】
ΔＴｃ＝Ｔ（４１ｂ）−Ｔ（４１ａ）  ・・・（１０）【００６８】
一方、蒸発部１１，１２は独立に二つの蒸発部として残す。Ｔ（４０ａ）で蒸発部１１に導入された原水は、蒸発部１１で気化によりＴ（４０ｂ）として排出され、蒸発部１２で再び気化によりＴ（４０ｃ）となる。このときの温度降下は、（１１）となる。【００６９】
ΔＴｖ＝Ｔ（４０ａ）−Ｔ（４０ｃ）  ・・・（１１）【００７０】
蒸発の潜熱を奪って蒸発した空気は、凝縮部１３で凝縮の潜熱を発して凝縮するので、ΔＴｃ＝ΔＴｖが成立している。したがってこの２段の蒸発により冷却されたＴ（４０ｃ）をＴ（４０ａ）まで加熱しなくてはならないとすると、前に述べた一段の水処理装置と同様に、凝縮の潜熱に相当する加熱が必要になる。【００７１】
一方、蒸発部１１での温度降下は、（１２）となる。【００７２】
ΔＴ１１＝Ｔ（４０ａ）−Ｔ（４０ｂ）  ・・・（１２）【００７３】
したがって、凝縮部１３で凝縮が成立するには、Ｔ（４２ａ）＝Ｔ（４０ｂ）はＴ（４１ｂ）より高温でなくてはならないので、（１３）が成立する。【００７４】
Ｔ（４０ｂ）＝Ｔ（４０ａ）−ΔＴ１１＞Ｔ（４１ｂ）  ・・・（１３）【００７５】
すなわち、Ｔ（４０ａ）は、Ｔ（４１ｂ）よりもΔＴ１１以上高温でなくてはならない。【００７６】
さらに、蒸発部１２の温度降下により、排出される原水はＴ（４０ｃ）なので、このまま加熱すると、先に述べたようにこの加熱分は、ΔＴｖとなる。そこで、加熱する前に凝縮部１３を通過して加熱された循環水の熱を使用する。熱交換部２４により、Ｔ（４０ｄ）＝Ｔ（４１ｂ）が成立し、Ｔ（４１ｂ）がＴ（４０ｂ）に相当する温度であることから、熱交換部２４では、蒸発部１２における温度降下、ΔＴ１２に相当する加熱（１４）が行われている。【００７７】
ΔＴ１２＝Ｔ（４０ｂ）−Ｔ（４０ｃ）  ・・・（１４）【００７８】
このあと、加熱装置２５によりＴ（４０ｂ）からＴ（４０ａ）まで、すなわちΔＴ１１の加熱を行なえばよく、これはすなわち、Ｔ（４０ｃ）から合計ΔＴ１１＋ΔＴ１２＝ΔＴｖの加熱が行われていることになる。このことからも明らかなように、ΔＴ１１＝ΔＴ１２のときは、ΔＴｖ＝ΔＴｃに相当する凝縮を得るために必要な加熱温度はΔＴｃ／２となる。【００７９】
このように、本発明の実施形態によれば、１段の構造により、多段の水処理装置のように加熱量を軽減する効果がある水処理装置を提供できる。
【実施例２】
【００８０】
第二の実施形態は、実施形態１における蒸発部１１、１２の代わりに、図６に示すような蒸発部１０１を有する水処理装置１００である。図６は、蒸発部１０１の構成の概要を示す斜視図である。蒸発部１０１は、原水を導入する蒸発部入口１０１ａと、気化手段１２６と、蒸発部出口１０１ｂと、液溜め１３０と、を備える。なお、熱交換器や凝縮部の構成は実施形態１と同一であり、重複する説明は省略する。【００８１】
気化手段１２６は、水平方向に設置される回転軸１２６ｃと、回転軸１２６ｃを共有する回転体である回転体１２６ａと、回転体１２６ａを回転させるモーター１２６ｂとを有する。原水が蒸発部入口１０１ａから蒸発部１０１に導入され、液溜め１３０に徐々に原水が溜められつつ回転体１２６ａが回転することで原水が巻き上げられて蒸発を促される。このため、回転体１２６ａの下方が少し液溜め１３０に溜まった原水に浸かるように配置される。この回転体１２６ａは、液溜め１３０に収容されるように複数個設置される。【００８２】
液溜め１３０は、内部に気化手段を収容する。回転軸方向（水平方向）に長さを有し、内部に原水を溜め、また、底面に蒸発部出口１０１ｂを備える。蒸発部出口１０１ｂは、蒸発部入口１０１ａからなるべく離れた位置に設置されることで、導入された原水は蒸発部出口１０１ｂに向かって（図６においては、矢印の方向に）自然な水流を形成しつつ、次々に回転体１２６ａによって気化されて冷却される。【００８３】
回転体１２６ａは、蒸発部１０１に複数配置することができる。回転体１２６ａを複数設置することによる効果を、図６を用いて説明する。回転体１２６ａが回転することで原水が気化され、蒸発の潜熱を奪われた原水は冷却されて蒸発部出口１０１ｂに向かう自然な水流に乗って次々に隣の回転体１２６ａへと流れてゆき、冷却されていく。こうして水流に沿って上流から徐々に冷却されてゆくことで、図２における蒸発部から次の蒸発部へ原水を流通させる原水流通路４０ｂのような水路を必要とせずに、複数の蒸発室を有することと同様の効果を得る。すなわち回転体１２６ａひとつ分の蒸発で大きな温度変化がなくとも、複数の回転体１２６ａによる蒸発を経ることによって、温度変化を大きくし、加熱に必要なエネルギを軽減した水処理装置を提供できる。【００８４】
このとき、回転体１２６ａの回転体形状は、例えば扇風機のように風を送るように回転の軸方向から見て斜めに傾け角度を持たせることにより、回転する空気の循環流が蒸気の気流を形成する。この気流によって、原水から気化した水蒸気は蒸発部１０１を出て凝縮部へ送られるようにしてもよい。なお、回転体１２６ａの回転体形状は図６に示したような形にこだわらない。たとえば、単純な円盤でもよい。【００８５】
蒸発部１０１は、図２における蒸発部１１，１２が一つになった水処理装置として蒸発部出口１０１ｂから熱交換器２４に接続し、また、熱交換器２４の流出部からは加熱装置２５へ、加熱装置２５からは再び蒸発部１０１の蒸発部入口１０１ａに接続して、原水が循環する。【００８６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８７】
１０、１００、２００  水処理装置
１１、１２、２０１，２０２  蒸発部
１１ａ、１２ａ、１０１ａ  蒸発部入口
１１ｂ、１２ｂ、１０１ｂ  蒸発部出口
１３  凝縮部
２０  容器
２４  熱交換器
２４ａ  原水流通パイプ
２４ｂ  循環水流通パイプ
２５  加熱装置
２６、１２６  気化手段
２６ａ、１２６ａ  回転体
２６ｂ、１２６ｂ  モーター
２６ｃ、１２６ｃ  回転軸
２７  冷却装置
３０、１３０  液溜め
３２  流通管
３３  凝縮板
３４  貯留室
４０ａ〜４０ｄ  原水流通路
４０ｅ  原水導入口
４１ａ〜４１ｃ  循環水流通路
４２ａ〜４２ｃ  空気流路
２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ  水処理装置２００における原水流路
２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ  水処理装置２００における空気流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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