(57)【要約】【課題】蒸留装置内の加熱殺菌を、蒸留装置に供給されている熱源を利用して行なうことができる真空蒸発式蒸留装置を提供すること。【解決手段】多重効用に接続した複数の蒸発器を有し、第一段の蒸発器に熱源２３と原水２５とを供給してこの熱源２３により原水２５を加熱し、順次各段の蒸発器で蒸発・凝縮を繰り返させる蒸発装置１１と、蒸発装置１１の最終段の蒸発器で蒸発した水蒸気を冷却して凝縮する凝縮器１２と、蒸発装置１１内を大気圧以下に保つ真空手段１５とを具備する。真空手段１５で減圧された蒸発装置１１内で原水２５の蒸発・凝縮を繰り返すことで蒸留水２６と不純物が濃縮した濃縮水２７とを得る。冷却水量調整弁２２によって凝縮器１２に供給する冷却水２４の量を減少又は零として凝縮器１２における水蒸気の冷却量を減少又は零とすることで熱源２３により真空蒸発式蒸留装置を加熱して殺菌する加熱殺菌手段を有する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重効用に接続した複数の蒸発器を有し、第一段の蒸発器に熱源と原水とを供給してこの熱源により原水を加熱し、順次各段の蒸発器で蒸発・凝縮を繰り返させる蒸発装置と、
前記蒸発装置の最終段の蒸発器で蒸発した水蒸気を冷却して凝縮する凝縮器と、
前記蒸発装置内を大気圧以下に保つ真空手段とを具備し、
前記真空手段で減圧された蒸発装置内で原水の蒸発・凝縮を繰り返すことで蒸留水と不純物が濃縮された濃縮水とを製造する真空蒸発式蒸留装置であって、
前記凝縮器における水蒸気の冷却量を減少又は零とすることで前記熱源により真空蒸発式蒸留装置を加熱して殺菌する加熱殺菌手段を有することを特徴とする真空蒸発式蒸留装置。
【請求項２】
多重効用に接続した複数の蒸発器を有し、第一段の蒸発器に熱源と原水とを供給してこの熱源により原水を加熱し、順次各段の蒸発器で蒸発・凝縮を繰り返させる蒸発装置と、
前記蒸発装置の最終段の蒸発器で蒸発した水蒸気を冷却して凝縮する凝縮器と、
前記蒸発装置内を大気圧以下に保つ真空手段とを具備し、
前記真空手段で減圧された蒸発装置内で原水の蒸発・凝縮を繰り返すことで蒸留水と不純物が濃縮された濃縮水とを製造する真空蒸発式蒸留装置であって、
前記凝縮器における水蒸気の冷却量を減少又は零とするとともに、蒸発装置に投入する原水の流量を通常運転時よりも減少又は零とすることで、前記熱源により真空蒸発式蒸留装置を加熱して殺菌する加熱殺菌手段を有することを特徴とする真空蒸発式蒸留装置。
【請求項３】
請求項２記載の真空蒸発式蒸留装置において、
前記加熱殺菌手段は、凝縮器における冷却量を減少又は零として熱源をして真空蒸発式蒸留装置を加熱するとともに、真空蒸発式蒸留装置の温度上昇に伴って蒸発装置に投入する原水の流量を通常運転時の流量よりも減少させる手段であることを特徴とする真空蒸発式蒸留装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工水、市水、工場排水等を原水として供給し、減圧下で熱源により原水を加熱し、蒸発・凝縮法により、蒸留水と、原水中の不純物が濃縮された濃縮水とを得る真空蒸発式蒸留装置において、簡便にこの真空蒸発式蒸留装置の殺菌が行える手段を設けた真空蒸発式蒸留装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空蒸発式蒸留装置は、機内の圧力を大気圧よりも減圧して沸点温度を低減することで、熱源の温度が比較的低くても（８５℃程度）運転が可能なため、このような温度の排熱が多量に得られる場所を中心に使用されることがある。
【０００３】
しかし、この種の真空蒸発式蒸留装置においては、運転中の蒸留装置内温度が生菌を死滅させるに十分な温度まで上がらないため、運転と共に機内で生菌が繁殖し、得られる蒸留水中の生菌数、及び死菌が増加するという問題があった。
【０００４】
この問題を解消するには、装置内を過酸化水素等の殺菌剤で定期的に洗浄して殺菌する方法を用いたり、別途設置した加熱装置によって蒸留装置を加熱して殺菌する方法を用いたりすればよい。
【０００５】
しかし、過酸化水素等の殺菌剤による殺菌方法の場合は、殺菌終了後も長時間に渡り蒸留水中に過酸化水素等の殺菌剤が残留するという問題があり、また加熱装置を別途使用する殺菌方法の場合は、加熱装置の設置スペースが必要になるばかりかコスト増になってしまうという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、蒸留装置内の加熱殺菌を、蒸留装置に供給されている熱源を利用して行なうことができ、他に殺菌用の特別な設備を必要としない真空蒸発式蒸留装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、多重効用に接続した複数の蒸発器を有し、第一段の蒸発器に熱源と原水とを供給してこの熱源により原水を加熱し、順次各段の蒸発器で蒸発・凝縮を繰り返させる蒸発装置と、前記蒸発装置の最終段の蒸発器で蒸発した水蒸気を冷却して凝縮する凝縮器と、前記蒸発装置内を大気圧以下に保つ真空手段とを具備し、前記真空手段で減圧された蒸発装置内で原水の蒸発・凝縮を繰り返すことで蒸留水と不純物が濃縮された濃縮水とを製造する真空蒸発式蒸留装置であって、前記凝縮器における水蒸気の冷却量を減少又は零とすることで前記熱源により真空蒸発式蒸留装置を加熱して殺菌する加熱殺菌手段を有することを特徴とする真空蒸発式蒸留装置である。ここで加熱殺菌手段は、凝縮器における水蒸気の冷却量を調整する冷却量調整手段によって構成される。冷却量調整手段は具体的には水冷式凝縮器にあっては冷却水量調整弁等であり、空冷式凝縮器にあってはファン等である。
【０００８】
上記のように凝縮器における水蒸気の冷却量を減少又は零とすれば、通常運転時に蒸留装置に供給されている熱源、原水を供給するだけで、真空蒸発式蒸留装置を加熱して殺菌することが可能となり、殺菌剤を用いなくて済むばかりか、別途加熱殺菌用の設備を設ける必要もなくなる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、多重効用に接続した複数の蒸発器を有し、第一段の蒸発器に熱源と原水とを供給してこの熱源により原水を加熱し、順次各段の蒸発器で蒸発・凝縮を繰り返させる蒸発装置と、前記蒸発装置の最終段の蒸発器で蒸発した水蒸気を冷却して凝縮する凝縮器と、前記蒸発装置内を大気圧以下に保つ真空手段とを具備し、前記真空手段で減圧された蒸発装置内で原水の蒸発・凝縮を繰り返すことで蒸留水と不純物が濃縮された濃縮水とを製造する真空蒸発式蒸留装置であって、前記凝縮器における水蒸気の冷却量を減少又は零とするとともに、蒸発装置に投入する原水の流量を通常運転時よりも減少又は零とすることで、前記熱源により真空蒸発式蒸留装置を加熱して殺菌する加熱殺菌手段を有することを特徴とする真空蒸発式蒸留装置である。ここで加熱殺菌手段は、凝縮器における水蒸気の冷却量を調整する冷却量調整手段と、蒸発装置に投入する原水の流量を調整する原水量調整手段とによって構成される。冷却量調整手段は具体的には水冷式凝縮器にあっては冷却水量調整弁等であり、空冷式凝縮器にあってはファン等である。原水量調整手段は具体的には原水流量調整弁等である。
【００１０】
上記のように凝縮器における水蒸気の冷却量を減少又は零とするとともに、原水の流量を通常運転時よりも減少又は零とすれば、請求項１に示す発明の場合よりもさらに真空蒸発式蒸留装置の温度を高くすることができ、加熱殺菌効果を高めることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の真空蒸発式蒸留装置において、前記加熱殺菌手段は、凝縮器における冷却量を減少又は零として熱源をして真空蒸発式蒸留装置を加熱するとともに、真空蒸発式蒸留装置の温度上昇に伴って蒸発装置に投入する原水の流量を通常運転時の流量よりも減少させる手段であることを特徴とする真空蒸発式蒸留装置である。
【００１２】
上記のように真空蒸発式蒸留装置の温度上昇に伴って徐々に原水の流量を減少させていけば、真空蒸発式蒸留装置の温度が低い状態からでも、最上段の蒸発器（その上段に脱気室を設置した場合は脱気室）内に投入した原水が全量蒸発することなしに、真空蒸発式蒸留装置を十分に加熱することができる。
【００１３】
そして上記請求項１，２，３に記載の発明にかかる加熱殺菌を定期的に行うことで、蒸留水系に混入した生菌を殺菌することが可能となり、通常運転中に得られる蒸留水中の生菌、微生物数を、加熱殺菌を行わない場合に比べて、大幅に低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明にかかる真空蒸発式蒸留装置（以下単に「蒸留装置」という）の一構成例を示す図である。図１において、１１は減圧下で原水２５を加熱し、蒸留水を製造する複数の蒸発器が多重効用に接続された蒸発装置である。蒸発装置１１中の各蒸発器は熱交換器を有しており、一段目（最上段）の蒸発器には、原水２５と熱源２３とが投入されている。熱源流路２９により投入された熱源２３により原水２５が加熱され、これによって蒸発した水蒸気は、二段目の蒸発器の熱交換器に送られ、最上段の蒸発器で蒸発しなかった原水が供給された二段目の蒸発器で再び原水を加熱・蒸発させると共に、自らは二段目の蒸発器の原水によって冷却され、凝縮し、蒸留水となる。このようにして順次蒸発・凝縮を繰り返し、最終的には最終段（最下段）の蒸発器から発生した水蒸気と、各蒸発器で凝縮した蒸留水とが得られる。原水２５は、原水流量計１８で流量が測定され、その流量が予め設定された設定値になるように原水流量調整弁（原水流量調整手段）１９で流量調整された後、原水供給流路３１から蒸発装置１１の最上段の蒸発器に供給される。
【００１５】
次に本構成例では、凝縮器１２の冷却源として冷却水２４を用い、冷却水流路３０で凝縮器１２に供給される。蒸発装置１１からの蒸留水は蒸留水流路３６を経由して凝縮器１２へ移動し、一方蒸発装置１１の最終段の蒸発器で発生した水蒸気は、原水中に含まれていた溶存ガス成分、揮発性不純物と共に蒸気流路３５を経由して凝縮器１２へ移動する。
【００１６】
蒸発装置１１の最終段の蒸発器で発生した水蒸気は、凝縮器１２で凝縮した後、蒸留水流路３６を経由して凝縮器１２へ移動した蒸留水と共に蒸留水タンク１３に貯留される。蒸留水タンク１３内の水位は、例えば水位計４１等によって検知される。蒸留水タンク１３内の蒸留水がある程度溜まると、蒸留水ポンプ１６が起動し、蒸留水ポンプ１６、蒸留水供給流路３２、蒸留水供給弁２０を通り、外部に蒸留水２６として供給される。ここで蒸留装置内は減圧されているため、蒸留水ポンプ１６が起動した後に蒸留水供給弁２０を開いて、外部に蒸留水２６を供給するように操作される。
【００１７】
また原水２５中の不純物が濃縮した濃縮水２７は、蒸発装置１１の最終段の蒸発器から濃縮水タンク１４に貯留される。濃縮水タンク１４内の水位は、例えば水位計４２等によって検知される。濃縮水タンク１４内に濃縮水がある程度溜まると、濃縮水ポンプ１７が起動し、濃縮水ポンプ１７、濃縮水排水流路３３、濃縮水排水弁２１を通り、機外に排水される。ここで蒸留装置内は減圧されているため、濃縮水ポンプ１７が起動した後に濃縮水排水弁２１を開いて、機外に濃縮水２７を排出するように操作される。
【００１８】
なお上記例では、蒸留水ポンプ１６及び蒸留水供給弁２０の操作順、濃縮水ポンプ１７及び濃縮水排水弁２１の操作順により、内部が減圧されている蒸留装置内に外気等が流入するのを阻止する例を示したが、その代わりに蒸留水タンク１３、濃縮水タンク１４から下流側の適当な位置に、逆止弁等の適当な逆流防止機構を設けることで外気等の流入を阻止しても良い。
【００１９】
一方蒸発装置１１からの蒸気流路３５中を水蒸気と共に凝縮器１２に搬送された原水２５中の溶存ガス、揮発性不純物は、遮断弁４０及び排気流路３４を経由して、真空手段１５から排気２８として機外に排出される。
【００２０】
このようにして通常の運転時は、蒸留装置は熱源２３、原水２５、冷却水２４を供給されることにより、連続的に蒸留を行い、蒸留水２６を外部に供給することが可能となる。
【００２１】
なお図１に示す蒸留装置においては、凝縮器１２として水冷凝縮器を用い、冷却源として凝縮器１２に冷却水２４を投入しているが、本発明の凝縮器は水冷式の凝縮器に限定されるものではなく、他の冷却方式を用いた凝縮器や、冷却源として冷却水以外の流体（例えば空気）を用いたものであっても良い。また蒸発装置１１内を減圧下に保つ真空手段１５としては、真空ポンプ、エゼクタ等、蒸発装置１１内を所定の減圧下に保てる機能を有するものであればどのようなものでも良い。
【００２２】
以上の図１に示す蒸留装置において、本発明（請求項１に記載の発明）においては、冷却水流路３０中に冷却水量調整弁２２等の冷却量調整手段を設け、蒸留装置内の加熱殺菌を行う際は、冷却水量調整弁２２によって凝縮器１２に供給する冷却水流量を減少若しくは零とする。このような操作を行うことにより、凝縮器１２における水蒸気の冷却量を減少若しくは零とし、この状態で熱源２３を供給し続ければ、蒸留装置内の原水２５が加熱され蒸発すると共に、蒸留装置内の蒸気圧が上昇するため、蒸留装置の加熱を行うことが可能となり、蒸留装置内の微生物・細菌類を加熱殺菌することができる。その際冷却水２４の流量を零とすれば、加熱による温度上昇は最も早くなるが、一方で通常運転時よりも冷却水２４の流量を減少させて加熱すればその冷却量に相当するだけ蒸留水が得られ外部に排出されるので、加熱殺菌によって死んだ微生物・細菌類をこの蒸留装置の外に排出する目的で、冷却量を減少させて加熱殺菌運転を行う場合もある。
【００２３】
なお図１に示す蒸留装置の構成例においては、蒸発装置１１内を減圧下に保つために必要な真空手段１５として真空ポンプを使用しているので、上記加熱時には真空ポンプの保護のため、真空手段１５への流路を遮断する遮断弁４０を閉とする。一方真空手段１５としてエゼクタ等を使用する場合は、装置保護の観点では蒸発装置１１からの抽気を停止する必要は特にないため、蒸発装置１１からの抽気は行っても行わなくてもかまわない。
【００２４】
また図１に示す蒸留装置の構成例においては、凝縮器１２として冷却水２４を用いた水冷凝縮器を用いているため冷却量調整手段として冷却水調整弁２２を設けているが、凝縮器１２として空冷式凝縮器を用いた場合は、空気を送るファン（これを減速又は停止すること）が冷却量調整手段になる等、凝縮器１２の種類・構造に応じて凝縮器１２における水蒸気の冷却量を減少又は零にして蒸留装置を加熱して殺菌する加熱殺菌手段は相違する。
【００２５】
次に図１に示す蒸留装置において、本願の別の発明（請求項２に記載の発明）においては、上記のように冷却水２４の流量を減少若しくは零とすると同時に、この蒸留装置に供給する原水２５の流量を通常運転時よりも減少若しくは零とする。原水２５の流量の調整は前記原水流量調整弁１９等の原水量調整手段によって行う。これによって原水２５を加熱する熱量を低減できるため、さらに蒸留装置の温度を高くすることが可能となり、より効果的に蒸留装置内の微生物・細菌類を加熱殺菌することができる。供給する原水２５の流量を零とすれば、その効果は最大となる。
【００２６】
ところで図１に示す蒸留装置が暖まっていない状態で原水２５の流量を通常運転時よりも減少若しくは零として加熱殺菌を行うと、蒸留装置内の蒸気圧力がまだ低いため、加熱と共に熱源２３を投入している蒸発装置１１中の最上段の蒸発器内の原水２５が全量蒸発してしまい、加熱による伝熱が悪化し、その結果、蒸発装置１１の温度が十分に上昇しなくなる。例えば蒸留装置が暖まっていない状態でいきなり原水２５の供給量を零とすると、蒸発装置１１の最上段の蒸発器が干上がり（原水２５が全量蒸発する）、後段の蒸発器の温度がそれほど上昇しなくなる（例えば最下段の蒸発器の温度で６５℃）。このため本願の別の発明（請求項３に記載の発明）においては、上記図１に示す蒸留装置において、冷却水２４の流量を減少若しくは零とすることで蒸留装置を加熱すると共に、蒸留装置の温度及び蒸気圧が上昇するに伴い、徐々に原水２５の供給量を通常運転時の供給量から減少させる制御手段（例えば冷却水量調整弁２２によって冷却水２４の流量を減少若しくは零としてから所定時間経過した後に、原水流量調整弁１９を徐々に閉じて原水２５の供給量を減少させるように制御するコンピュータやその他の電気回路等からなる制御手段）を設けることで、蒸留装置全体を十分に加熱することを可能とした。例えば通常運転時の原水２５の定格流量６．３（Ｌ／ｍｉｎ）で冷却水２４の流量を減少若しくは零とすることで蒸留装置をある時間加熱した後に、原水２５の供給量を３（Ｌ／ｍｉｎ）、０（Ｌ／ｍｉｎ）と減少させて加熱するように制御することで、効果的に加熱を行うことができる。そして原水２５の供給量を最終的に零とすることで、その効果は最大となる。
【００２７】
ここで図１に示す蒸留装置の構成例において、原水流量調整弁１９、蒸留水供給弁２０、濃縮水排水弁２１、冷却水量調整弁２２、遮断弁４０の各弁は、手動弁、電動弁、電磁弁等、流量調整／遮断が可能なものならば、特に形式を制限しない。
【００２８】
図２は本発明にかかる蒸留装置の他の構成例を示す図である。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示している。図２に示す蒸留装置において図１に示す蒸留装置と相違する点は、蒸発装置１１の上段に原水２５中の溶存ガス、揮発性不純物を蒸発装置１１に供給する前に分離する脱気室１０を設けている点である。
【００２９】
脱気室１０には少なくとも熱源２３の一部を投入し、原水供給流路３１から供給される原水２５を加熱し、溶存ガス、揮発性不純物を分離し、分離されたこれらのガス成分は、減圧機構４３を有する第二の排気流路３４´を経由して凝縮器１２に導入される。凝縮器１２にてガス成分と共に蒸発した水蒸気は凝縮し蒸留水として蒸留水タンク１３に移動すると共に、ガス成分は蒸発装置１１の最終段蒸発器より水蒸気と共に蒸気流路３５を経由して凝縮器１２に導入される残存ガス成分と共に排気流路３４を通り、真空手段１５によって排気２８として機外に排出される。脱気室１０にて脱気処理された原水は、脱気原水流路４４を通り蒸発装置１１中の最上段蒸発器に導入される。このように構成することにより、通常運転時においては、蒸発装置１１に導入される脱気原水中のガス成分が減少しているため、蒸発装置１１中の熱伝達率が高まり、蒸留効率が向上する他、加熱殺菌時においては、脱気室１０にて加熱・蒸発したガス成分及び水蒸気が凝縮器１２に移動するため、凝縮器１２を含む蒸留装置を早く加熱することが可能となる。
【００３０】
【実施例】
次に実施例をあげて本発明を更に具体的に説明する。
本実施例では、以下の仕様の蒸留装置を図２に示す構成で使用した。
原水：藤沢市水　水温２５℃　流量６．３（Ｌ／ｍｉｎ）
熱源：８５℃温水　流量１００（Ｌ／ｍｉｎ）
冷却水：３２℃冷水　流量８４（Ｌ／ｍｉｎ）
蒸留水量：４．７（Ｌ／ｍｉｎ）
【００３１】
上記条件で一ヶ月間通常運転をした後に原水、蒸留水中の微生物数を計測（比較例）し、加熱殺菌を行った後、定常状態に戻し、８時間ほど運転をして、再度蒸留水の微生物数を計測した（実施例）。その分析結果を表１に示す。
【表１】
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【００３２】
加熱殺菌は、冷却水流量を零として蒸留装置に熱源を供給し、原水流量を６．３（Ｌ／ｍｉｎ）（３０分保持）→３．０（Ｌ／ｍｉｎ）（３０分保持）→０（Ｌ／ｍｉｎ）（１時間保持）と変化させていった。この加熱によって蒸留装置は、原水流量が６．３（Ｌ／ｍｉｎ）の時に最終段の蒸発器の温度は６０℃、３．０（Ｌ／ｍｉｎ）で約６５℃、０（Ｌ／ｍｉｎ）で約８０℃まで昇温され、殺菌効果が得られた。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように、各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、凝縮器における水蒸気の冷却量を減少又は零とし、通常運転時に蒸留装置に供給されている熱源、原水を供給するだけで、蒸留装置の加熱殺菌を行うことが可能となり、別途加熱殺菌用の設備を設ける必要がなくなる。
【００３４】
請求項２に記載の発明によれば、原水の流量を通常の運転時よりも低減、若しくは零とすることにより、請求項１に示す発明の場合よりも蒸留装置の温度を高くすることができ、加熱殺菌効果を高めることが可能となる。
【００３５】
請求項３に記載の発明によれば、徐々に原水の流量を減少させることで、蒸留装置の温度が低い状態からでも、最上段の蒸発器（その上段に脱気室を設置した場合は脱気室）内の原水が全量蒸発することなく、蒸留装置を十分に加熱することが可能となる。
【００３６】
そして請求項１，２，３に記載の発明にかかる加熱殺菌を定期的に行うことで、蒸留水系に混入した生菌を殺菌することが可能となり、通常運転中に得られる蒸留水中の生菌、微生物数を、加熱殺菌を行わない場合に比べて、大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる真空蒸発式蒸留装置の一構成例を示す図である。
【図２】本発明にかかる真空蒸発式蒸留装置の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０　脱気室
１１　蒸発装置
１２　凝縮器
１３　蒸留水タンク
１４　濃縮水タンク
１５　真空手段
１６　蒸留水ポンプ
１７　濃縮水ポンプ
１８　原水流量計
１９　原水流量調整弁（原水流量調整手段）
２０　蒸留水供給弁
２１　濃縮水排水弁
２２　冷却水量調整弁（冷却量調整手段）
２３　熱源
２４　冷却水
２５　原水
２６　蒸留水
２７　濃縮水
２８　排気
２９　熱源流路
３０　冷却水流路
３１　原水供給流路
３２　蒸留水供給流路
３３　濃縮水排水流路
３４　排気流路
３４´　第二の排気流路
３５　蒸気流路
３６　蒸留水流路
４０　遮断弁
４１　水位計
４２　水位計
４３　減圧機構
４４　脱気原水流路
【図１】
2004121995.tif 000004
【図２】
2004121995.tif 000005