(57)【要約】蒸発室（２１）を中空略円柱形に形成し、下部に開口部（２１１）を形成する。蒸発室（２１）の側面外側に開口部（２１１）を覆うようにレベル調整壁（２１２）を形成し、蒸発室（２１）外壁との間に大気に開放されたレベル調整室（２１２Ａ）を形成する。蒸発室（２１）内に海水を充満して開口部（２１１）を開口すると、蒸発室（２１）内の海水がレベル調整室（２１２Ａ）に流出し、蒸発室（２１）内のヘッド圧とレベル調整室（２１２Ａ）内のヘッド圧が釣り合ったところで安定する。蒸発室（２１）の液面レベルが下がることにより、上部には減圧空間（２１Ａ）が形成される。開口部（２１１）を海水で封止しているので、簡単な構造で減圧空間（２１Ａ）を形成できる。
2004069370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体が収容されるとともに、上部に密閉空間を形成する密閉室と、内部に液体が収容されるとともに、前記密閉空間の圧力を調整する圧力調整室とを備え、前記密閉室内の液面および前記圧力調整室内の液面よりも下側には、前記密閉室と前記圧力調整室とを連通する開口部が形成され、前記圧力調整室は、前記開口部を液体で封止することにより、前記圧力調整室内の液面レベルと前記密閉室内の液面レベルとの差によって前記密閉空間の圧力を調整することを特徴とする液体封止装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体封止装置において、前記圧力調整室は、所定高さのレベル調整壁を有して大気に開放されており、前記密閉空間の圧力は、前記レベル調整壁の高さと前記密閉室内の前記液体の高さとの差によって調整されることを特徴とする液体封止装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液体封止装置において、前記密閉室は、中空略円柱状に形成されていることを特徴とする液体封止装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の液体封止装置において、前記開口部は、前記密閉室側面の最下部に形成されることを特徴とする液体封止装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液体封止装置において、前記密閉室外面から所定距離を有して配置され、その高さが前記開口部の高さより高いレベル調整壁が形成され、前記圧力調整室は、前記密閉室外面および前記レベル調整壁で囲まれた上部開口の空間とされることを特徴とする液体封止装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の液体封止装置において、前記密閉室は、鉄筋コンクリートで構成されていることを特徴とする液体封止装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の液体封止装置を備え、前記圧力調整室の圧力調整により、密閉空間は減圧空間とされ、かつ前記密閉室は減圧室とされていることを特徴とする液体封止減圧装置。
【請求項８】
請求項７に記載の液体封止減圧装置と、前記減圧空間内に液体を噴霧するスプレー手段とを備え、前記減圧空間は、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２における前記液体の飽和蒸気圧に等しい圧力に調整された蒸発室とされ、前記蒸発室に噴霧された温度Ｔ１の前記液体の少なくとも一部を気体に相転移させることを特徴とする蒸発装置。
【請求項９】
請求項７に記載の液体封止減圧装置と、前記減圧空間内に冷却媒体を噴霧するスプレー手段とを備え、前記減圧空間は、温度Ｔ３における前記液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室とされ、前記凝縮室に導入された圧力Ｐ３の気体を前記スプレー手段により噴霧された前記冷却媒体で冷却することにより前記気体の少なくとも一部を液体に凝縮することを特徴とする凝縮装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の液体封止減圧装置と、前記減圧室から隔離されてかつ当該減圧室内を流通する冷却媒体により前記減圧室内を間接的に冷却する間接熱交換手段とを備え、前記減圧空間は、温度Ｔ３における前記液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室とされ、前記凝縮室に導入された圧力Ｐ３の気体を前記間接熱交換手段で冷却することにより前記気体の少なくとも一部を液体に凝縮することを特徴とする凝縮装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の液体封止減圧装置と、前記減圧空間内に液体を噴霧するスプレー手段とを備え、このスプレー手段により前記減圧空間に前記液体を噴霧することにより、前記液体内の不凝縮ガスを除去することを特徴とする不凝縮ガス除去装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の蒸発装置と、前記蒸発装置で相転移した前記気体の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における前記液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に変更する圧力変更装置と、この圧力変更装置に連結されるとともに、温度Ｔ３における前記液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室を有し、かつ、圧力Ｐ３に変更された前記気体を冷却し、前記気体の少なくとも一部を液体に凝縮する凝縮装置とを備えたことを特徴とする蒸発凝縮装置。
【請求項１３】
温度Ｔ１より低い温度Ｔ２における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に調整された蒸発室を備えるとともに、温度Ｔ１の前記液体の少なくとも一部を気体に相転移させる蒸発装置と、前記蒸発装置で相転移した前記気体の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における前記液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に変更する圧力変更装置と、この圧力変更装置に連結される請求項９または請求項１０に記載の凝縮装置とを備えたことを特徴とする蒸発凝縮装置。
【請求項１４】
請求項８に記載の蒸発装置と、前記蒸発装置で相転移した前記気体の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における前記液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に変更する圧力変更装置と、この圧力変更装置に連結される請求項９または請求項１０に記載の凝縮装置とを備えたことを特徴とする蒸発凝縮装置。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の蒸発凝縮装置を備え、前記圧力変更装置は、圧力Ｐ２の前記気体を、圧力Ｐ３に昇圧する昇圧装置であり、温度Ｔ１の前記液体による単一の熱エネルギ源を、前記蒸発装置で前記気体に相転移されない温度Ｔ２の液体による低温熱エネルギ源と、前記凝縮装置で凝縮された液体および／または前記気体と熱交換した前記冷却媒体による少なくとも温度Ｔ２より高温の高温熱エネルギ源とに分離することを特徴とする熱エネルギ源分離装置。
【請求項１６】
請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の蒸発凝縮装置を備え、前記圧力変更装置は、圧力Ｐ２の前記気体を、圧力Ｐ３に降圧する降圧装置であり、前記蒸発装置で相転移された前記気体によって降圧装置を駆動することにより、前記降圧装置から仕事を取り出すことを特徴とする熱エネルギ変換装置。
【請求項１７】
温度Ｔ１の水の少なくとも一部を水蒸気に相転移させる請求項８に記載の蒸発装置と、前記蒸発装置で相転移した前記水蒸気の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における前記水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に昇圧する昇圧装置と、この昇圧装置に連結されるとともに、圧力Ｐ３に昇圧された前記水蒸気の少なくとも一部を水に凝縮する請求項９または請求項１０に記載の凝縮装置とを備えたことを特徴とする冷水製造装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の熱エネルギ変換装置と、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２における前記水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に調整された蒸発室を備えるとともに、温度Ｔ１の前記水の少なくとも一部を水蒸気に相転移させる蒸発装置と、この熱エネルギ変換装置の前記降圧装置に連結され当該降圧装置からの仕事により、前記蒸発装置で相転移した前記水蒸気の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における前記水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に昇圧する昇圧装置と、この昇圧装置に連結されるとともに、温度Ｔ３における前記水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室を有し、かつ、圧力Ｐ３に昇圧された前記水蒸気を冷却して前記水蒸気の少なくとも一部を水に凝縮する凝縮装置とを備えたことを特徴とする冷水製造装置。
【請求項１９】
温度Ｔ１の海水の少なくとも一部を蒸気に相転移させる請求項８に記載の蒸発装置と、前記蒸発装置で相転移した前記蒸気の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における前記海水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に昇圧する昇圧装置と、この昇圧装置に連結される請求項１０に記載の凝縮装置とを備えたことを特徴とする淡水化装置。
【請求項２０】
温度Ｔ１の液体の少なくとも一部を気体に相転移させる請求項８に記載の蒸発装置と、前記蒸発装置で相転移した前記気体によって回転するタービンと、このタービンに接続されて当該タービンの回転によって発電する発電機と、前記タービンに連結されるとともに、前記タービンから排出された前記気体の少なくとも一部を前記液体に凝縮する請求項９または請求項１０に記載の凝縮装置とを備えたことを特徴とする温度差発電装置。
【請求項２１】
請求項１１に記載の不凝縮ガス除去装置と、この不凝縮ガス除去装置に連結され、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に調整された蒸発室を備えるとともに、前記不凝縮ガス除去装置で不凝縮ガスが除去された温度Ｔ１の前記液体の少なくとも一部を気体に相転移させる蒸発装置と、この蒸発装置で相転移した前記気体によって回転するタービンと、このタービンに接続されて当該タービンの回転によって発電する発電機と、このタービンに連結されるとともに、温度Ｔ３における前記液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室を有し、かつ、タービンから排出された圧力Ｐ３の前記気体を冷却し、前記気体の少なくとも一部を液体に凝縮する凝縮装置とを備えたことを特徴とする温度差発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、液体で開口部を封止することにより、密閉空間を形成する液体封止装置に関する。また、本発明は液体で開口部を封止することにより、減圧空間を形成する液体封止減圧装置に関する。
また、本発明は、液体封止減圧装置を用いて液体を蒸発させて気体に相転移させる蒸発装置、および液体封止減圧装置を用いて気体を凝縮する凝縮装置に関する。また、本発明は液体封止減圧装置を用いて、液体中の不凝縮ガスを除去する不凝縮ガス除去装置に関する。そして、本発明は、液体を蒸発させ、その後その気体を凝縮して液体に再び相転移させる蒸発凝縮装置に関する。
さらに、本発明は、液体を蒸発凝縮させることにより、単一の熱エネルギ源を低温熱エネルギ源と高温熱エネルギ源とに分離する熱エネルギ源分離装置に関する。また、本発明は液体を蒸発凝縮させることにより、熱エネルギを仕事に変換する熱エネルギ変換装置に関する。そして、蒸発凝縮装置を用いて冷水を得る冷水製造装置、淡水化装置および温度差発電装置に関する。
【背景技術】  液体を蒸発室内でスプレーフラッシュして液体の一部を蒸発させ、その蒸気を凝縮室内で冷却して再び液体に凝縮する、いわゆるフラッシュ蒸留法は、例えば海水から淡水を得る淡水化装置などに利用されている（例えば特開平５−６４７０３号公報）。この淡水化装置では、真空ポンプにより減圧した蒸発室内に、原子力発電所などで発生した温排水をスプレーフラッシュすると、温排水が減圧下で沸点に達し蒸発する。そして、この蒸気をやはり減圧した凝縮室内で冷却することにより、蒸気を凝縮して純水を得ることができる。この時、蒸発室および凝縮室は共通の真空ポンプで同じ圧力に減圧されており、したがって蒸気を凝縮する際には、蒸気をその圧力における露点まで冷却する必要があり、蒸気よりも低温、つまり蒸発室でスプレーフラッシュする温排水よりも低温の冷却媒体を必要とする。
また、例えばＷＯ０１９８６６５で開示されたヒートポンプでは、蒸発室および凝縮室が一体となっている。つまり一つの減圧された密閉空間が蒸発用の空間、圧縮用の空間および凝縮用の空間に仕切られており、これらの中でそれぞれ蒸発、圧縮、および凝縮が行われることで冷水が製造される。
これらのようなフラッシュ蒸留法や冷水製造方法では、蒸発室での蒸発効率、および凝縮室での凝縮効率を良好にするため、真空ポンプによる蒸発室および凝縮室の減圧が重要となり、したがって真空ポンプによる仕事量が比較的大きくなる。つまり、蒸発および凝縮を効率よく行うためには、減圧空間をいかに効率よく形成するかが重要となってくる。
例えば特開平１１−２３０９４号公報では、都市下水等を熱源水として利用したヒートポンプが開示されている。このヒートポンプでは、蒸発器の底面が熱源水水面からの高さが１０ｍ以下でかつ蒸発器の天井面が熱源水水面から１０ｍ以上に設定されることにより、蒸発器内部に減圧空間を形成している。
ところが、このような構成のヒートポンプでは、蒸発器の設置高さが熱源水水面を基準として決定されるため、例えば熱源水として海水を利用した場合などでは、蒸発器の底面が常に海表面から１０ｍ以下となるように設定しなければならず、蒸発器の設置の自由度が低くなってしまうという問題がある。また、海抜１０ｍ以上の土地では蒸発器の底面を海表面から１０ｍ以下とすることが困難であるという問題がある。
本発明の目的は、簡単な構造で効率よく所望の圧力の空間を形成できる液体封止装置、液体封止減圧装置を提供すること、および簡単な構造で海水などの適宜な液体を蒸発可能な蒸発装置、また適宜な気体を凝縮可能な凝縮装置、これらの蒸発装置および凝縮装置を用いた蒸発凝縮装置を提供することにある。また、本発明の目的は、液体封止減圧装置を用いて液体中の不凝縮ガスを容易かつ確実に除去できる不凝縮ガス除去装置を提供すること、そして蒸発凝縮装置を利用して単一の熱エネルギ源を高温熱エネルギ源と低温熱エネルギ源とに分離できる熱エネルギ源分離装置、熱エネルギから仕事を取り出す熱エネルギ変換装置、冷水製造装置、淡水化装置、および温度差発電装置を提供することにある。
【発明の開示】
本発明の液体封止装置は、内部に液体が収容されるとともに、上部に密閉空間を形成する密閉室と、内部に液体が収容されるとともに、密閉空間の圧力を調整する圧力調整室とを備え、密閉室内の液面および圧力調整室内の液面よりも下側には、密閉室と圧力調整室とを連通する開口部が形成され、圧力調整室は、開口部を液体で封止することにより、圧力調整室内の液面レベルと密閉室内の液面レベルとの差によって密閉空間の圧力を調整することを特徴とする。
この構成の本発明では、開口部を液体で封止することにより密閉室上部に密閉空間が形成されるので、密閉構造が簡単となり、密閉空間の形成が容易となる。また、開口部を液体で封止し、圧力調整室の液面レベルを調整することにより、密閉室内の液面と液体の液面レベルとの差で密閉空間の圧力を調整可能となる。したがって、簡単な構造で所定の圧力の密閉空間を容易に形成可能となる。また、例えば液体として海水を利用する場合などでも海表面の高さとの差を確保する必要がなく、圧力調整室内の液面レベルを独立して調整すればよいので、液体封止装置の設置の自由度が高くなる。
本発明では、圧力調整室は、所定高さのレベル調整壁を有して大気に開放されており、密閉空間の圧力は、レベル調整壁の高さと密閉室内の液体の高さとの差によって調整されることが望ましい。
この構成の本発明では、圧力調整室が大気に開放されているので、密閉室内の液面レベルは、圧力調整室の液面レベルと密閉室の液面レベルとの差による圧力と、密閉空間内の圧力とを足し合わせた値が大気圧に釣り合う状態で安定する。よって、レベル調整壁の高さを所定の高さに調整するという簡単な構造で、密閉空間内の圧力を所定圧力に容易に調整可能となる。また、圧力調整室がレベル調整壁を有して構成されているので、密閉室から圧力調整室に流出した液体は、レベル調整壁の高さまで充填されると、それ以上はオーバーフローしてレベル調整壁から溢れる。圧力調整室の液面レベルが常にレベル調整壁の高さに調整されるので、密閉空間内の圧力の保持が安定する。
本発明では、密閉室は、中空略円柱状に形成されることが望ましい。
この構成の本発明では、密閉室が中空略円柱状に形成されているので、密閉空間の断面形状が略円形となり、密閉空間の圧力を加圧、減圧のいずれに調整する場合でも、密閉室の耐力が良好となり、液体封止装置の耐久性が向上する。
本発明では、開口部は、密閉室側面の最下部に形成されることが望ましい。
この構成の本発明では、開口部が密閉室側面の最下部に形成されているので、開口部を介して密閉室内へのアクセスが容易となり、メンテナンス性が良好となる。これは例えば密閉室を大型に形成した場合に、最下部に形成された開口部から作業者が容易に密閉室内に入ることができ、メンテナンスが容易となるので、特に有用である。
本発明では、密閉室外面から所定距離を有して配置され、その高さが開口部の高さより高いレベル調整壁が形成され、圧力調整室は、密閉室外面およびレベル調整壁で囲まれた上部開口の空間とされることが望ましい。
この構成の本発明では、圧力調整室が密閉室外面に隣接して設けられているので、圧力調整室の一部が密閉室外面で構成されるから、液体封止装置全体の構成が簡単となり、製造コストが低減する。
本発明では、密閉室は、鉄筋コンクリートで構成されていることが望ましい。
この構成の本発明では、密閉室が鉄筋コンクリートで構成されているので、密閉空間が加圧または減圧されても密閉室の耐力が飛躍的に向上し、液体封止装置の耐久性が向上する。また、大型化を促進する際にも製造が容易であり、経済的である。
本発明の液体封止減圧装置は、前述の液体封止装置を備え、圧力調整室の圧力調整により、密閉空間は減圧空間とされ、かつ密閉室は減圧室とされていることを特徴とする。
減圧室に液体を充填してから開口部を開くと、開口部から液体が流出する。開口部は圧力調整室と連通しているので、開口部から流出した液体は圧力調整室に収容される。そして、圧力調整室内の液面レベルと減圧室内の液面レベルとの差によって圧力が釣り合った状態となると、減圧室内の液体の流出が停止して液面レベルが安定する。このとき、減圧室上部には、流出した液体によって減圧空間が形成され、その減圧空間内の圧力は、減圧室の液面レベルと圧力調整室の液面レベルとの差に応じた値となる。
このように、開口部を液体で封止することにより減圧室を密閉しているので、密閉構造が簡単となり、減圧空間の形成が容易となる。
本発明の蒸発装置は、前述の液体封止減圧装置と、減圧空間内に液体を噴霧するスプレー手段とを備え、減圧空間は、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力に調整された蒸発室とされ、蒸発室に噴霧された温度Ｔ１の液体の少なくとも一部を気体に相転移させることを特徴とする。
この構成の本発明では、液体封止減圧装置を蒸発装置に利用する。このとき、スプレー手段により温度Ｔ１の液体を、温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に常時減圧調整された蒸発室に噴霧すると、液体の少なくとも一部が圧力Ｐ２下で沸点に達して気体に相転移する。この相転移の際に気体が液体から気化熱を奪うことにより、相転移しなかった液体は冷却されて最終的に温度Ｔ２で安定する。
減圧空間内に液体を導入するので、液体の沸点が大気圧中での沸点よりも低くなり、液体が蒸発しやすくなる。よって、蒸発効率が良好となる。また、スプレー手段により液体を減圧空間内に噴霧するので、液体が細かい粒子状になり沸点に到達しやすくなり、これによっても蒸発が促進され、蒸発効率が良好となる。
本発明の凝縮装置は、前述の液体封止減圧装置と、減圧空間内に冷却媒体を噴霧するスプレー手段とを備え、減圧空間は、温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室とされ、凝縮室に導入された圧力Ｐ３の気体をスプレー手段により噴霧された冷却媒体で冷却することにより気体の少なくとも一部を液体に凝縮することを特徴とする。
この構成の本発明では、液体封止減圧装置を凝縮装置として利用する。圧力Ｐ３の気体を温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室に導入し、スプレー手段により噴霧された冷却媒体と熱交換を行うと、気体が温度Ｔ３まで冷却されて露点に達し、少なくとも一部が液体に凝縮される。このとき、凝縮室が所定の圧力Ｐ３に減圧されているので、特に低い圧力の気体が導入された場合でも、効率よく気体が露点に達し、液体に凝縮される。したがって、低い圧力の気体を昇圧手段などによって大気圧まで直接昇圧する場合に比べて、効率よく大気に排出可能となる。なお、凝縮室で噴霧される冷却媒体は、蒸発室で蒸発される液体と同一であることが望ましい。この場合には、凝縮した液体と冷却媒体が混合しても同一液体であるので、液体の混合、汚染などが起こらず、凝縮後の液体の取扱が容易となる。
また、スプレー手段により凝縮室内に冷却媒体を噴霧することにより気体を直接的に冷却する。したがって、気体の冷却効率が向上し、凝縮装置における気体の凝縮効率が向上する。
本発明の凝縮装置は、前述の液体封止減圧装置と、減圧室から隔離されてかつ当該減圧室内を流通する冷却媒体により減圧室内を間接的に冷却する間接熱交換手段とを備え、減圧空間は、温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室とされ、凝縮室に導入された圧力Ｐ３の気体を間接熱交換手段で冷却することにより気体の少なくとも一部を液体に凝縮することを特徴とする。
この構成の本発明では、液体封止減圧装置を凝縮装置として利用する。圧力Ｐ３の気体を温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室に導入し、間接熱交換手段により減圧室と隔離されて流通する冷却媒体と間接的に熱交換を行うと、気体が温度Ｔ３まで冷却されて露点に達し、少なくとも一部が液体に凝縮される。このとき、凝縮室が所定の圧力Ｐ３に減圧されているので、特に低い圧力の気体が導入された場合でも、効率よく気体が露点に達して液体に凝縮され、低い圧力の気体を昇圧手段などで直接大気圧まで昇圧する場合に比べて、効率よく外部に排出可能となる。このような間接的な熱交換により、例えば液体として海水を用いれば、気体を凝縮することによって淡水を得ることができる。
本発明の不凝縮ガス除去装置は、前述の液体封止減圧装置と、減圧空間内に液体を噴霧するスプレー手段とを備え、このスプレー手段により減圧空間に液体を噴霧することにより、液体内の不凝縮ガスを除去することを特徴とする。
この構成の本発明では、液体封止減圧装置を不凝縮ガス除去装置として利用する。液体封止減圧装置により形成された減圧空間内にスプレー手段により液体を噴霧すると、液体中に存在する不凝縮ガスが減圧空間内で液体から抜ける。したがって、液体封止減圧装置内には不凝縮ガスが除去された液体が蓄積される。この不凝縮ガスが除去された液体は、例えば後述の蒸発凝縮装置などに使用された場合に、蒸発効率、凝縮効率を高めることができるので、特に有用である。
本発明の蒸発凝縮装置は、前述の蒸発装置と、蒸発装置で相転移した気体の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に変更する圧力変更装置と、この圧力変更装置に連結されるとともに、温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室を有し、かつ、圧力Ｐ３に変更された気体を冷却し、気体の少なくとも一部を液体に凝縮する凝縮装置とを備えたことを特徴とする。
従来より、蒸発器で蒸発させた気体を凝縮する際には、蒸発に使用した液体よりも低い温度の冷却媒体が必要であるため、深海から低温の深層水を汲み上げて海表付近の温まった海水との温度差を大きくすることによって凝縮効率を向上させる方法が開発されている。この方法では、海表付近の海水をスプレーフラッシュして蒸発させ、この蒸気を深海の深層水で冷却して凝縮する。しかしながらこの方法では、深海からポンプで深層水を汲み上げなくてはならないので、設備が大がかりとなり、製造コストも膨大となってしまう。
本発明の蒸発凝縮装置によれば、スプレー手段により温度Ｔ１の液体を、温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に常時減圧調整された蒸発室に噴霧すると、液体の少なくとも一部が圧力Ｐ２下で沸点に達して気体に相転移する。この相転移の際に気体が液体から気化熱を奪うことにより、相転移しなかった液体は冷却されて最終的に温度Ｔ２で安定する。
圧力変更装置では、蒸発室で相転移した気体を吸入して蒸発室を常に圧力Ｐ２に保持するとともに、吸入した気体の圧力を温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に変更する。この時、気体の圧力変化に伴って気体の温度も変化する。この気体を温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室に導入して冷却すると、気体が温度Ｔ３まで冷却されて露点に達し、少なくとも一部が液体に凝縮される。
このような蒸発凝縮装置によれば、圧力変更装置により気体の圧力および温度が変更されているので、凝縮室に導入される気体と、気体を冷却する冷却媒体との温度差が十分確保されるように気体の圧力および温度を簡単に調整可能となる。
また、蒸発室および凝縮室の圧力が別々に設定されているので、凝縮室の圧力Ｐ３を蒸発室の圧力Ｐ２よりも高く設定することにより、例えば凝縮室における気体の凝縮温度を蒸発室の液体の蒸発温度より高く設定することが可能となる。これにより、気体の凝縮に必要な熱交換手段の冷却媒体の温度が従来よりも高くても、気体が容易に凝縮温度まで冷却されて凝縮される。
さらに、前述の蒸発装置を用いているので、スプレー手段により減圧空間内に液体が噴霧されるから、効率的に液体の蒸発が行われる。
例えばこの蒸発凝縮装置において、蒸発室で気体に相転移しなかった液体を温度Ｔ２の冷水として使用すれば、冷水製造装置として利用可能となる。
本発明の蒸発凝縮装置は、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に調整された蒸発室を備えるとともに、温度Ｔ１の液体の少なくとも一部を気体に相転移させる蒸発装置と、蒸発装置で相転移した気体の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に変更する圧力変更装置と、この圧力変更装置に連結される前述の凝縮装置とを備えたことを特徴とする。
この構成の本発明では、温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に常時減圧調整された蒸発室で、温度Ｔ１の液体を気体に相転移させる。この相転移の際に気体が液体から気化熱を奪うことにより、相転移しなかった液体は冷却されて最終的に温度Ｔ２で安定する。
圧力変更装置では、蒸発室で相転移した気体を吸入して蒸発室を常に圧力Ｐ２に保持するとともに、吸入した気体の圧力を温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に変更する。この時、気体の圧力の変更に伴って気体の温度も変化する。この気体を温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室に導入し、直接的または間接的に冷却することにより、気体が温度Ｔ３まで冷却されて露点に達し、少なくとも一部が液体に凝縮される。
このような蒸発凝縮装置によれば、蒸発室で蒸発する温度Ｔ１の液体と凝縮室で気体を冷却する冷却媒体との温度差が小さい場合でも、圧力変更装置により気体の温度が変更されているので、凝縮室に導入される気体と凝縮室で気体を冷却する冷却媒体との温度差が十分確保可能となる。
また、蒸発室および凝縮室の圧力が別々に設定されているので、例えば凝縮室の圧力Ｐ３を蒸発室の圧力Ｐ２よりも高く設定することにより、凝縮室における気体の凝縮温度を蒸発室の液体の蒸発温度より高く設定することが可能となる。これにより、気体の凝縮に必要な冷却の温度が従来よりも高くても、気体が容易に凝縮温度まで冷却されて凝縮される。
本発明の蒸発凝縮装置は、前述の蒸発装置と、蒸発装置で相転移した気体の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に変更する圧力変更装置と、この圧力変更装置に連結される前述の凝縮装置とを備えたことを特徴とする。
この構成の本発明では、蒸発凝縮装置が前述の蒸発装置および凝縮装置を備えているので、前述の蒸発装置の効果と同様の効果および前述の凝縮装置の効果と同様の効果を得ることができる。
なお、前述の蒸発凝縮装置を用いる場合には、凝縮装置における熱交換手段の冷却媒体または凝縮室に噴霧される冷却媒体は、蒸発装置で噴霧される液体と略同温であることが望ましい。
この構成の本発明によれば、蒸発室に噴霧される液体の温度Ｔ１と、熱交換手段の冷却媒体または凝縮室に噴霧される冷却媒体の温度とが略同温なので、同じ液体源を利用することができ、液体の調達が容易になるとともに、共通の液体を扱えばよいので蒸発凝縮装置の構造がより一層簡単になり、製造コストの削減となる。
本発明の熱エネルギ分離装置は、前述の蒸発凝縮装置を備え、圧力変更装置は、圧力Ｐ２の気体を、圧力Ｐ３に昇圧する昇圧装置であり、温度Ｔ１の液体による単一の熱エネルギ源を、蒸発装置で気体に相転移されない温度Ｔ２の液体による低温熱エネルギ源と、凝縮装置で凝縮された液体および／または気体と熱交換した冷却媒体による少なくとも温度Ｔ２より高温の高温熱エネルギ源とに分離することを特徴とする。
この構成の本発明では、前述の蒸発凝縮装置により、蒸発室において気体に相転移しなかった液体は、気化熱を奪われて温度Ｔ２に冷却されて安定する。また、蒸発室で蒸発した気体は昇圧装置によって圧力Ｐ３まで昇圧されて凝縮装置に導入される。このとき、気体は昇圧とともに昇温もされている。凝縮室において、直接的に熱交換された場合には噴霧された液体と混合された形で、また間接的に熱交換された場合には液体単体の形で凝縮し、この液体および／または冷却媒体は、少なくとも温度Ｔ２より高い温度で安定する。このとき、昇圧装置により気体が昇圧かつ昇温されているので、比較的高温度の冷却媒体でも気体を良好に露点まで冷却することが容易に可能となる。また、減圧された気体の外部への排出を液体に凝縮してから行うので、直接昇圧装置によって気体を大気圧まで昇圧する場合に比べて、効率が飛躍的に向上する。
この熱エネルギ源分離装置により、温度Ｔ１の液体による単一エネルギ源が、温度Ｔ２の液体による低温熱エネルギ源および少なくとも温度Ｔ２よりも高温の液体による高温熱エネルギ源に簡単に分離される。そして、これらの低温熱エネルギ源または高温熱エネルギ源を利用して様々な機関や装置を構成することにより、仕事を取り出すことが可能となる。例えば、液体として海水を用いた場合では、海洋に蓄えられている膨大な熱エネルギを低温熱エネルギ源と高温熱エネルギ源とに分離して有効に利用することが可能となる。
本発明の熱エネルギ変換装置は、前述の蒸発凝縮装置を備え、圧力変更装置は、圧力Ｐ２の気体を、圧力Ｐ３に降圧する降圧装置であり、蒸発装置で相転移された気体によって降圧装置を駆動することにより、降圧装置から仕事を取り出すことを特徴とする。
この構成の本発明では、熱エネルギ変換装置が前述の蒸発凝縮装置を備えているので、蒸発凝縮装置の効果と同様の効果を得ることができる。また、圧力変更装置が例えばタービンなどの降圧装置となっているので、蒸発装置からの蒸気によって降圧装置を駆動することにより、降圧装置から仕事が取り出される。
すなわち、温度Ｔ１の液体による熱エネルギ源が仕事に変換される。この仕事を利用して様々な機関や装置を駆動することが可能となる。例えば、液体として海水を用いた場合では、海洋に蓄えられている膨大な熱エネルギ源から仕事を取り出すことにより、熱エネルギを有効に利用することが可能となる。
本発明の冷水製造装置は、温度Ｔ１の水の少なくとも一部を水蒸気に相転移させる前述の蒸発装置と、蒸発装置で相転移した水蒸気の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に昇圧する昇圧装置と、この昇圧装置に連結されるとともに、圧力Ｐ３に昇圧された水蒸気の少なくとも一部を水に凝縮する前述の凝縮装置とを備えたことを特徴とする。
この構成の本発明では、蒸発室内に温度Ｔ１の水をスプレー手段により噴霧すると、圧力Ｐ２に常時減圧調整された蒸発室内で水の少なくとも一部が水蒸気に相転移する。
この時、水蒸気に相転移しない水は気化熱を奪われて温度Ｔ２で安定する。これにより、蒸発室からは温度Ｔ２の冷水が得られる。この冷水は、例えば工場等の冷却水として利用可能である。
従来、工場等の冷却水として海水を使用していた場合では、外気温によって海水温度が変化してしまうため、例えば夏場では冷却水の温度が高く冷却効率が低下し、工場の稼働率を落とさなければならないことがある。このような冷水製造装置によれば、一定温度Ｔ２の冷却水が季節にかかわらず安定して製造される。
また、蒸発装置で相転移した圧力Ｐ２の水蒸気を排出する際に、昇圧装置で圧力Ｐ３に昇圧した後、凝縮装置によって液体に凝縮させることによって大気圧まで昇圧し、排出する。従って、減圧された圧力Ｐ２の気体を昇圧装置で直接大気圧まで昇圧する必要がないので、昇圧装置にかかる負担が大幅に軽減され、冷水製造装置の高効率化および省力化が促進される。
本発明の冷水製造装置は、前述の熱エネルギ変換装置と、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２における水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に調整された蒸発室を備えるとともに、温度Ｔ１の水の少なくとも一部を水蒸気に相転移させる蒸発装置と、この熱エネルギ変換装置の降圧装置に連結され当該降圧装置からの仕事により、蒸発装置で相転移した水蒸気の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に昇圧する昇圧装置と、この昇圧装置に連結されるとともに、温度Ｔ３における水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室を有し、かつ、圧力Ｐ３に昇圧された水蒸気を冷却して水蒸気の少なくとも一部を水に凝縮する凝縮装置とを備えたことを特徴とする。
この構成の本発明では、熱エネルギ変換装置で得られた仕事によって昇圧装置を駆動し、液体を蒸発、昇圧、凝縮することにより冷水を製造する。温度Ｔ１の液体による熱エネルギ源から取り出された仕事によって蒸発凝縮装置を駆動するので、高効率で冷水を製造することが可能となる。
本発明の淡水化装置は、温度Ｔ１の海水の少なくとも一部を蒸気に相転移させる前述の蒸発装置と、蒸発装置で相転移した蒸気の圧力Ｐ２を、温度Ｔ３における海水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に昇圧する昇圧装置と、この昇圧装置に連結される前述の凝縮装置とを備えたことを特徴とする。
従来、蒸発凝縮装置を備えた淡水化装置では、凝縮室で蒸気に接触して熱交換する伝熱管を薄肉にかつ接触面積が大きくなるように構成することによって、伝熱効率を向上させる方法が提案されている。この方法によれば、伝熱効率が向上するので、蒸気と冷却媒体とが小さい温度差であっても蒸気が冷却されやすく、凝縮しやすくなる。
しかしながら、この方法では伝熱管の接触面積を大きくするために凝縮室の構造が複雑となり、装置全体の製造コストやメンテナンスコストが高価となってしまうという問題がある。
この構成の本発明では、前述の蒸発装置および前述の凝縮装置を備えているので、前述の蒸発装置の効果と同様の効果、および前述の凝縮装置の効果と同様の効果が得られる。また、蒸発装置で蒸発した蒸気は、熱交換手段の冷却媒体と間接的に熱交換することにより凝縮される。これにより、凝縮室からは淡水が得られる。この淡水は飲料水や灌漑用の水などに利用可能である。
この時蒸発室に噴霧する海水と冷却媒体との温度差が小さくても、昇圧装置により蒸気が昇圧かつ昇温されるので、蒸気と冷却媒体との温度差が大きくなり、容易に凝縮が可能となる。
また、隔離されて流通する冷却媒体により気体を間接的に冷却するので、凝縮した液体と冷却媒体とが混合されることがない。したがって、例えば冷却媒体として蒸発、液化しやすい冷媒を用いる場合では、冷媒を作動流体としてサイクルなどを構成し、冷媒を繰り返し熱交換手段の冷却媒体として使用できるので、経済的である。
本発明の温度差発電装置は、温度Ｔ１の液体の少なくとも一部を気体に相転移させる前述の蒸発装置と、蒸発装置で相転移した気体によって回転するタービンと、このタービンに接続されて当該タービンの回転によって発電する発電機と、タービンに連結されるとともに、タービンから排出された気体の少なくとも一部を液体に凝縮する前述の凝縮装置とを備えたことを特徴とする。
この構成の本発明では、蒸発装置により蒸発した気体でタービンを回転させて発電機を駆動し、発電力を得ることが可能となる。
また、タービンから排出された気体を外部に排出する際には、凝縮装置で液体に凝縮させることによって大気圧まで昇圧し、排出する。したがって、タービンからの気体を昇圧装置などを用いて直接大気圧まで昇圧する必要がないので、高効率で発電力が得られる。
本発明の温度差発電装置は、前述の不凝縮ガス除去装置と、この不凝縮ガス除去装置に連結され、温度Ｔ１より低い温度Ｔ２における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に調整された蒸発室を備えるとともに、不凝縮ガス除去装置で不凝縮ガスが除去された温度Ｔ１の液体の少なくとも一部を気体に相転移させる蒸発装置と、この蒸発装置で相転移した気体によって回転するタービンと、このタービンに接続されて当該タービンの回転によって発電する発電機と、このタービンに連結されるとともに、温度Ｔ３における液体の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に調整された凝縮室を有し、かつ、タービンから排出された圧力Ｐ３の気体を冷却し、気体の少なくとも一部を液体に凝縮する凝縮装置とを備えたことを特徴とする。
この構成の本発明では、不凝縮ガス除去装置によって液体中の不凝縮ガスが除去されるので、蒸発装置での液体の蒸発効率が良好になる。また、気体中に不凝縮ガスが含まれないので、タービンの動作が安定し、その結果、発電機で得られる発電量が安定する。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第一実施形態にかかる冷水製造装置を示す全体概略図である。
図２は、本発明の第一実施形態にかかる蒸発手段を示す図である。
図３は、本発明の第二実施形態にかかる淡水化装置を示す全体概略図である。
図４は、本発明の第三実施形態にかかる淡水化装置を示す全体概略図である。
図５は、本発明の第四実施形態にかかる淡水化発電装置を示す全体概略図である。
図６は、本発明の第五実施形態にかかる淡水化発電装置を示す全体概略図である。
図７は、本発明の第六実施形態にかかる淡水化装置を示す全体概略図である。
図８は、本発明の液体封止減圧手段の適用例の変形例を示す図である。
図９は、本発明の蒸発凝縮装置の変形例を示す図である。
図１０は、本発明の蒸発凝縮装置の変形例を示す図である。
図１１は、本発明の温度差発電装置の変形例を示す図である。
図１２は、本発明の冷水製造装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
〔第一実施形態〕
図１には、第一実施形態にかかる冷水製造装置１１の概略図が示されている。この冷水製造装置１１は、液体としての海水（水）を蒸発凝縮させる蒸発凝縮装置を利用して低温海水と高温海水とを製造し、これらのうち低温海水を例えば工場等の冷却水として利用するものである。つまり、この冷水製造装置１１は海水による単一の熱エネルギ源を蒸発凝縮させることによって、低温熱エネルギ源と高温熱エネルギ源とに分離する熱エネルギ分離装置でもある。
図１において、冷水製造装置１１は、海水を蒸発させる蒸発装置としての蒸発手段２と、蒸発手段２の雰囲気圧力を調整するとともに、蒸発した蒸気を昇圧する昇圧装置としての圧縮機（圧力変更装置）３と、昇圧した蒸気を水に凝縮する凝縮装置としての凝縮手段４とを備えている。
蒸発手段２は、内部に海水を充填可能な減圧室としての蒸発室（密閉室）２１と、海表から海水を汲み上げ蒸発室２１内に供給する蒸発室用ポンプ２２と、この蒸発室用ポンプ２２で汲み上げた海水を蒸発室２１内にスプレーフラッシュするスプレー手段２３とを備えている。
蒸発室２１は、上部が密閉された有底円筒形、つまり中空の略円柱状に形成されており、例えば鉄筋コンクリート製や金属製などの気密性および耐圧性を有する任意の材料で構成されている。特に、蒸発室２１の寸法が大型となる場合では、蒸発室２１を鉄筋コンクリートで構成すれば金属製のものに比べて建設が容易で経済的となる。
図２には、蒸発手段２の具体的な構造が示されている。この図２にも示されるように、蒸発室２１の下方（本実施形態では最下部）には、複数の開口部２１１が形成されており、蒸発室２１内の海水を外部に排出可能となっている。また、蒸発室２１下方の外壁外側（外面）には、当該外壁外側から所定距離を有して配置され、蒸発室２１内の海水の液面レベルを調整することで密閉空間としての減圧空間２１Ａの圧力を調整するためのレベル調整壁２１２が設けられている。このレベル調整壁２１２は、開口部２１１を覆って開口部２１１よりも高く形成されており、レベル調整壁２１２および蒸発室２１の外壁（外面）で囲まれた部分によって大気に開放された上部開口の圧力調整室としてのレベル調整室２１２Ａが形成されている。なお、開口部２１１には適宜な開閉バルブや開閉扉などの開閉手段２１１Ａが設けられ、開口部２１１を封止可能となっている。
このような蒸発室２１では、蒸発室２１内に海水を充満させて開口部２１１を開くと、蒸発室２１内の海水が自重によって開口部２１１から流出し、レベル調整室２１２Ａに蓄積される。レベル調整壁２１２は開口部２１１より高く形成されているので、レベル調整室２１２Ａに蓄積された海水によって開口部２１１が封止される。この時、蒸発室２１上部は密閉されているのでこの上部には減圧空間２１Ａが形成され、蒸発室２１内の海水の液面レベルは、減圧空間２１Ａ内の圧力、蒸発室２１内の海水のヘッド圧、およびレベル調整室２１２Ａ内の海水のヘッド圧の圧力関係が釣り合うところで安定する。したがって、減圧空間２１Ａの圧力は、蒸発室２１内の液面レベルとレベル調整室２１２Ａ内の液面レベルとの差ΔＨによって決定される。
レベル調整壁２１２のさらに外側には、レベル調整壁２１２と同様の貯水壁２１３が形成されている。この貯水壁２１３により、レベル調整壁２１２との間には、レベル調整壁２１２からオーバーフローした海水を蓄積する貯水室２１３Ａが形成される。また、貯水室２１３Ａには、蓄積された海水を汲み上げる冷水用ポンプ２４が設けられている。
ここで、減圧空間２１Ａの圧力は温度Ｔ２における水の飽和蒸気圧Ｐ２と等しい圧力Ｐ２となるように設定、制御されている。つまり、蒸発室２１の寸法や、蒸発室２１内の海水の液面レベルとレベル調整壁２１２上端（つまりレベル調整室２１２Ａ内の海水の液面レベル）との高低差、レベル調整室２１２Ａの寸法などは、蒸発室２１内の圧力が圧力Ｐ２となるように適宜設定されている。そして、圧縮機３による蒸発室２１内の蒸気の吸入量を制御することにより、減圧空間２１Ａ内の圧力が常にＰ２となるように調整されている。
なお、具体的には、例えば蒸発手段２内部の底面から天面までの高さＨは約１５ｍ、減圧空間２１Ａ内の液面高さとレベル調整壁２１２の高さとの差ΔＨは約１０ｍと設定されている。つまり蒸発手段２の高さＨが１０ｍ以上であれば減圧空間２１Ａを作ることが可能となる。また減圧空間２１Ａ内の液面高さとレベル調整壁２１２の高さとの差ΔＨが１０ｍ以上であれば、減圧空間２１Ａが形成される。
また、図２に示されるように、スプレー手段２３の配管は、レベル調整室２１２Ａ内を通り、蒸発室２１に導入され、蒸発室２１内において液面から突出して減圧空間２１Ａの上部に配置されていることが望ましい。このような配置によれば、減圧空間２１Ａ側面にスプレー手段２３の配管が貫通する貫通孔などを形成する必要がなく、したがって配管と貫通孔との間の密封度を確保する必要もないので、配管構造を簡単にできる。
スプレー手段２３は、蒸発室２１内の上部に設けられ、複数の噴霧口２３１を備えている。蒸発室用ポンプ２２から汲み上げられた海水は、噴霧口２３１より減圧空間２１Ａに噴霧される。
なお、スプレー手段２３の噴霧口２３１の寸法や設置位置、設置数、設置間隔などは、噴霧流量や、噴霧圧力等を勘案して適宜設定されている。
圧縮機３は、蒸発室２１の上部に連通する配管３１に設けられ、蒸発室２１からの蒸気を所定の圧力Ｐ３に昇圧するように設定されている。配管３１は、蒸発室２１の上部にインサートジョイントなどによって所定の密封度を確保して接続されている。
なお、圧縮機３は、回転圧縮機や往復圧縮機、軸流圧縮機、遠心圧縮機など、任意の構造のものを採用できる。
凝縮手段４は、蒸発室２１とほぼ同様の構成を備え、減圧空間４１Ａを備えた凝縮室４１と、海洋から海水（冷却媒体）を汲み上げる凝縮室用ポンプ４２と、汲み上げた海水を減圧空間４１Ａ内にスプレーフラッシュするスプレー手段（熱交換手段）４３とを備えている。また、凝縮室４１上部には非凝縮気体を排出する脱気装置４４が設けられている。
凝縮室４１は、蒸発室２１と同様に気密性および耐圧性を有し、下方（本実施形態では最下部）に形成された開口部４１１と、この開口部４１１の外側に設けられたレベル調整壁４１２で形成されるレベル調整室４１２Ａと、さらにその外側に設けられた貯水壁４１３で形成される貯水室４１３Ａとを備えている。
ここで、減圧空間４１Ａの圧力は温度Ｔ３における水の飽和蒸気圧Ｐ３と等しい圧力Ｐ３となるように設定、制御されている。つまり、凝縮室４１の寸法や、凝縮室４１内の海水の液面レベルとレベル調整壁４１２の上端（つまりレベル調整室４１２Ａ内の海水の液面レベル）との高低差、レベル調整室４１２Ａの寸法などは、凝縮室４１内の圧力が圧力Ｐ３となるように適宜設定されている。そして、脱気装置４４により凝縮室４１内の非凝縮気体の排出量を制御することにより、減圧空間４１Ａ内の圧力が常にＰ３となるように調整されている。
スプレー手段４３は、凝縮室４１の上部に設けられ、複数の噴霧口４３１を備えている。凝縮室用ポンプ４２により汲み上げられた温度Ｔ１の海水は、これらの噴霧口４３１から減圧空間４１Ａ内に噴霧される。ここで、スプレー手段４３による海水の噴霧量や噴霧圧力などの諸設定は、圧縮機３からで昇圧された気体が温度Ｔ３に十分冷却されるように適宜設定されている。
また、圧縮機３からの配管３１は、凝縮室４１の側部から減圧空間４１Ａに連通しており、スプレー手段４３より低くかつ凝縮室４１内に蓄積された液面レベルより高い位置に配置されている。
このような冷水製造装置１１は、次のように動作する。
まず、蒸発室用ポンプ２２で海洋から温度Ｔ１の海水を汲み上げ、スプレー手段２３で海水を蒸発室２１の減圧空間２１Ａ内にスプレーフラッシュする。この時、減圧空間２１Ａは、圧縮機３で減圧空間２１Ａ内の蒸気を吸入することによって、温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２の水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に常に調整されているので、海水の一部は減圧下で沸点に達して蒸発する。
この蒸発工程において、蒸気に相転移しなかった海水は気化熱を奪われて冷却されながら蒸発室２１下部に落下し、温度Ｔ２で安定する。冷却された海水は、開口部２１１を通ってレベル調整壁２１２上部からオーバーフローし、貯水室２１３Ａに蓄積される。この海水を冷水用ポンプ２４で汲み上げることにより、工場等の冷却水として使用できる。
一方、蒸発室２１で蒸発した蒸気は、蒸発室２１上部から配管３１を通って排出され、圧縮機３に導入される。
ここで、蒸発室２１の減圧空間２１Ａ内の圧力は、海水の蒸発率を安定させるために常に一定に、つまり温度Ｔ２の水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に保たれる必要がある。そこで、本実施形態では、スプレー手段２３の蒸発室２１への海水の噴霧量と、蒸発室２１から圧縮機３への蒸気の排出量（圧縮機３の蒸気の吸入量）とを適切に制御することによって、減圧空間２１Ａの圧力を一定に保持している。
圧縮機３では、蒸気を凝縮室４１の圧力Ｐ３、つまり温度Ｔ３の水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３まで圧縮して昇圧する。昇圧された蒸気は、配管３１を通って凝縮室４１の減圧空間４１Ａに導入される。
凝縮室４１では、スプレー手段４３によって温度Ｔ１の海水が凝縮室４１上部から減圧空間４１Ａに噴霧されている。配管３１から減圧空間４１Ａに蒸気が導入されると、蒸気は噴霧された海水に接触して直接的に熱交換して冷却される。蒸気は、減圧空間４１Ａ内に充満して減圧空間４１Ａ内の蒸気圧が飽和蒸気圧となった後、スプレー手段４３から噴霧された海水により冷却されて温度Ｔ３で露点に達し、一部が水に凝縮する。この凝縮工程で水に凝縮（相転移）しなかった非凝縮気体（不凝縮ガス、つまり空気）は、脱気装置４４によって大気に放出される。
ここで、凝縮室４１の減圧空間４１Ａは、気体の凝縮率を安定させるために常に一定の圧力、つまり温度Ｔ３の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３に保たれている必要がある。そこで、本実施形態では脱気装置４４における非凝縮気体の排出量を制御することによって減圧空間４１Ａの圧力を一定に保持している。
凝縮した水およびスプレー手段４３により噴霧された海水の混合水は、温水となって凝縮室４１の下部に落下する。これらの混合水は、開口部４１１を通ってレベル調整室４１２Ａおよび貯水室４１３Ａ上部からオーバーフローし、海洋に放出される。
このような第一実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
（１）蒸発手段２、圧縮機３、および凝縮手段４を備えた蒸発凝縮装置を冷水製造装置１１として利用することにより、温度Ｔ１の海水を蒸発凝縮させて温度Ｔ２の低温の水と少なくとも温度Ｔ２より高温の高温の水とに分離でき、これらのうちの低温の水によって安定した温度の冷却水を得ることができる。つまり、蒸発室２１の減圧空間２１Ａ内に海水を噴霧することにより、海水の一部が残りの海水から気化熱を奪って蒸発するので、残りの海水は温度Ｔ２で安定し、これにより常に一定温度Ｔ２の冷却水を得ることができる。従来、海水をそのまま工場等の冷却水として使用していた場合と異なり、一定温度の冷却水を季節にかかわらず安定して得ることができ、工場の稼働率を向上させることができる。
（２）蒸発工程および凝縮工程において減圧空間２１Ａ，４１Ａの圧力を別々に設定し、圧縮機３によって蒸発室２１で蒸発した蒸気を昇圧および昇温するので、蒸発室２１に噴霧した海水と同じ温度Ｔ１の海水で冷却しても、気体を凝縮できる。従って、従来とは異なり深海から深層水を汲み上げて冷水を得る必要がないので、冷水製造装置１１の構造が非常に簡単になり、製造コストを大幅に低減できる。
（３）圧力Ｐ２の減圧下で蒸発した蒸気を、温度Ｔ１の海水で冷却凝縮できる圧力Ｐ３まで昇圧し、その後凝縮手段４で水に凝縮することによって大気圧まで昇圧して装置外部に排出するので、蒸気を圧縮機３で直接大気圧まで昇圧して排出する場合に比べて、圧縮機３の必要エネルギをはるかに少なくすることができる。これにより、圧縮機３にかかる負担を最小限に抑制できるとともに、冷水を高効率で製造でき、冷水製造装置１１の省力化を促進できる。
（４）凝縮手段４では、スプレー手段４３によって凝縮室４１に海水を噴霧して蒸気を直接的に冷却するので、蒸気の冷却効率つまり蒸気の凝縮効率を向上させることができる。
（５）蒸発室２１の減圧空間２１Ａおよび凝縮室４１の減圧空間４１Ａの圧力を別々に設定できるので、冷水の温度Ｔ２および凝縮した温水の温度Ｔ３をそれぞれ調節することができる。従って、温水の温度Ｔ３を海洋に戻せる規定温度限界に容易に設定することができ、冷水製造装置１１の稼働効率を向上させることができる。
（６）蒸発室２１，凝縮室４１の開口部２１１，４１１を海水で封止することによって上部に減圧空間２１Ａ，４１Ａを形成しているので、簡単な構造で密閉度の高い減圧空間２１Ａ，４１Ａを形成することができる。また、レベル調整壁２１２，４１２の高さによって蒸発室２１，凝縮室４１内の液面レベルを調整することができ、これによって減圧空間２１Ａ，４１Ａの圧力を簡単に調整することができる。さらに、レベル調整室２１２Ａ，４１２Ａが大気に開放されているので、レベル調整室２１２Ａ，４１２Ａ内の海水は、レベル調整壁２１２，４１２を越える分が順次貯水室２１３Ａ，４１３Ａにオーバーフローする。したがって、簡単な構造で、レベル調整室２１２Ａ，４１２Ａの液面レベルを常にレベル調整壁２１２，４１２の高さに保持することができる。すなわち、減圧空間２１Ａ，４１Ａの圧力を常に安定して一定に保持できる。
（７）レベル調整室２１２Ａ，４１２Ａは、レベル調整壁２１２，４１２と蒸発室２１，凝縮室４１外壁とで囲まれた空間により形成されるので、蒸発室２１，凝縮室４１外壁をレベル調整室２１２Ａ，４１２Ａの一部として利用でき、蒸発手段２および凝縮手段４の構造をさらに簡略化できる。また、蒸発室２１の外壁とレベル調整室２１２Ａの外壁とが共通化されているので、蒸発手段２の小型化を促進できる。凝縮手段４についても、凝縮室４１の外壁とレベル調整室４１２Ａの外壁とが共通化されているので、同様に凝縮手段４の小型化を促進できる。
開口部２１１，４１１が蒸発室２１，凝縮室４１の最下部に形成されているので、大型の蒸発室２１，凝縮室４１を製造した場合でも、開口部２１１，４１１から作業者が容易に蒸発室２１，凝縮室４１内に入ることができ、蒸発室２１，凝縮室４１内部の点検を容易に行うことができるから、メンテナンス性を向上させることができる。
ここで、第一実施形態の具体的な実施例を挙げる。
海水の温度Ｔ１を約２５℃とし、温度Ｔ２を約１℃、温度Ｔ３を約４０℃とすると、蒸発室２１の減圧空間２１Ａの圧力Ｐ２は、温度約１℃における水の飽和蒸気圧に等しく、約６６６Ｐａに設定される。ここで、減圧空間２１Ａの圧力を圧力Ｐ２に設定するために、蒸発室２１内の海水の液面レベルおよびレベル調整壁２１２上端（つまりレベル調整室２１２Ａ内の海水の液面レベル）には少なくとも１０ｍの高低差があることが望ましい。
蒸発室２１のスプレー手段２３は、約１３，５６０ｔ／ｈの冷却水を得るために、蒸発室２１内に噴霧する海水の噴霧量が約１４，１３０ｔ／ｈとなるように設定されている。従って、蒸発室２１の半径を約５ｍとすると、噴霧口２３１からの海水の噴霧流量は約１８０ｔ／ｍ２・ｈとなる。
凝縮室４１の減圧空間４１Ａの圧力Ｐ３は、温度約４０℃における水の飽和蒸気圧に等しく、約７，３７５Ｐａに設定されている。同様に、減圧空間４１Ａの圧力を圧力Ｐ３に設定するために、凝縮室４１内の海水の液面レベルおよびレベル調整壁４１２上端（つまりレベル調整室４１２Ａ内の海水の液面レベル）には少なくとも１０ｍの高低差があることが望ましい。
このような条件下の冷水製造装置１１では、蒸発室２１の減圧空間２１Ａ内に温度約２５℃の海水を噴霧すると、海水の一部は残りの海水から気化熱を奪いながら蒸発する。蒸気に相転移しない海水は気化熱を奪われて約１℃で安定し、蒸発室２１の下部に落下して蓄積される。この時、蒸発室２１における海水の蒸発率は約４．０２５％となる。貯水室２１３Ａに蓄積された温度約１℃の冷水は、冷水用ポンプ２４で汲み上げることにより、冷却水などとして利用できる。
圧縮機３で蒸発した蒸気を約７，３７５Ｐａに昇圧し、温度約１１４℃の蒸気として排出する。
凝縮室４１の減圧空間４１Ａ内に導入された蒸気は、スプレー手段４３により噴霧された約２５℃の海水と直接的に熱交換し、約４０℃で露点に達して一部が水に凝縮される。この水とスプレー手段４３で噴霧された海水との混合水は、約４０℃の温水としてレベル調整壁４１２および貯水壁４１３からオーバーフローして海洋に排出される。
なお、環境問題の観点より、工業排水は海水との温度差が１５℃以内と規定されているが、本実施形態では約２５℃の海水を得て約４０℃の温水を排出するので、この温水をそのまま海洋に放出する事が可能である。
前述のように海水を連続的に蒸発凝縮することにより、蒸発室２１では温度約１℃の冷却水が約１３，５６０ｔ／ｈで連続的に製造される。
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
図３には、第二実施形態にかかる淡水化装置１２の全体概略図が示されている。この淡水化装置１２は、液体を蒸発凝縮する蒸発凝縮装置を利用して海水から淡水を得るものである。図３において淡水化装置１２は、蒸発手段２と、圧縮機３と、凝縮手段４とを備えている。
蒸発手段２は、第一実施形態とほぼ同様の構成となっており、蒸発室２１と、蒸発室用ポンプ２２と、スプレー手段２３とを備えている。また、減圧空間２１Ａは温度Ｔ２の海水（水）の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ２に調整されている。
圧縮機３は、蒸発室２１からの気体を圧縮して凝縮手段４に導入するように、第一実施形態と同様の構成となっている。
凝縮手段４は、密閉され圧力Ｐ３に減圧された減圧空間４１Ａを有する凝縮室４１を備えており、この凝縮室４１の下部には凝縮室４１とは別個に、淡水貯蔵室４５が設けられている。淡水貯蔵室４５には、レベル調整壁４５１によるレベル調整室４５１Ａと、貯水壁４５２による貯水室４５２Ａとが形成され、レベル調整室４５１Ａと凝縮室４１とが配管４６で連通している。凝縮室４１内の液面レベルとレベル調整壁４５１上端との間の高さは、凝縮室４１Ａ内の圧力と、凝縮室４１およびレベル調整壁４５１上端の高低差による圧力と、レベル調整室３４１Ａの水によるヘッド圧とが釣り合った状態で、減圧空間４１Ａ内の圧力が温度Ｔ３の水の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３となるように設定されている。なお、凝縮室４１の底面をレベル調整壁４５１上端から１０ｍ以上に設定した場合には、凝縮室４１内には水が蓄積されず、液面レベルは配管４６内で安定する。この場合には、減圧空間４１Ａ内の圧力は、レベル調整壁４５１上端の高さと配管４６内の液面の高さとの差によって定まる。また、凝縮室４１下部には第一実施形態と同様の脱気装置４４が設けられている。
凝縮室４１内部には、凝縮室４１内部に導入される気体と熱交換する熱交換手段５が設けられている。熱交換手段５は、蒸発室２１の貯水室２１３Ａから温度Ｔ２の冷水（冷却媒体）を汲み上げる冷却水ポンプ５１と、この冷却水ポンプ５１で汲み上げられた温度Ｔ２の冷水が内部を流通する熱交換用配管（コイル）５２とを備えている。熱交換用配管５２は、蒸発手段２の貯水室２１３Ａから凝縮室４１内部を通って海洋に対して開放されており、これによりこの熱交換用配管５２は、凝縮室４１内部において凝縮室４１から隔離されている。
なお、熱交換用配管５２は、気体との熱交換率を向上させるために凝縮室４１内部で複数箇所折曲するなどして減圧空間４１Ａとの接触面積が広くなる形状とすることが望ましく、その形状や寸法などは、気体が所望の温度Ｔ３に冷却されるように適宜設定されている。
このような淡水化装置１２では、蒸発室２１で蒸発した気体は、圧縮機３で温度Ｔ３の飽和蒸気圧に等しい圧力Ｐ３まで昇圧されて凝縮室４１に導入される。凝縮室４１では、気体は熱交換用配管５２表面において熱交換用配管５２内部の温度Ｔ２の冷水と間接的に熱交換することにより温度Ｔ３で凝縮して淡水となる。一方、熱交換した熱交換用配管５２内の温水は海洋に排出される。
凝縮した淡水は、凝縮室４１から配管４６を通って排出され、レベル調整室４５１Ａおよび貯水室４５２Ａに蓄積される。これを淡水用ポンプ４７で汲み上げることにより淡水を得る。
このような第二実施形態によれば、構成は異なるものの、第一実施形態の（１）、（２）、（３）、（５）、（６）および（７）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（８）凝縮室４１内に熱交換用配管５２を設けて、内部に蒸発室２１で得た温度Ｔ２の冷水を流通させ、蒸発した蒸気と間接的に熱交換することにより蒸気を凝縮するので、蒸気が冷水と混合されることなく、従って容易に淡水を得ることができる。
（９）蒸発室２１で製造された温度Ｔ２の冷水を熱交換用配管５２内に流通させて冷却媒体として利用しているので、蒸気との温度差が大きくなり、蒸気の冷却効率を向上させることができる。これにより、淡水化装置１２の稼働効率をより一層向上させることができる。
ここで、第二実施形態の具体的な実施例を挙げる。
第二実施形態においては、温度Ｔ１は約２５℃、温度Ｔ２は約１℃、温度Ｔ３は約３０℃とし、従って、減圧空間２１Ａの圧力Ｐ２は温度約１℃の水の飽和蒸気圧である約６６６Ｐａ、減圧空間４１Ａの圧力Ｐ３は、温度約３０℃の水の飽和蒸気圧である約４，２４２Ｐａに設定されている。
このような淡水化装置１２によれば、海水を蒸発凝縮させることにより、約５７０ｔ／ｈの淡水が製造される。
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態について説明する。図４には、第三実施形態における淡水化装置１２の全体概略図が示されている。この淡水化装置１２は、第二実施形態の淡水化装置１２で蒸発室２１に噴霧する海水を、蒸発室２１および凝縮室４１に通過させて熱交換を行うものである。
図４において、スプレー手段２３で蒸発室２１に噴霧する温度Ｔ１の海水が流通する配管２６は、蒸発室２１を貫通して、蒸発室２１の下部に蓄積された冷水内に配置されている。配管２６は、蒸発室２１から凝縮室４１の熱交換用配管５２に連続しており、その後、蒸発室２１のスプレー手段２３に連続している。
配管２６と熱交換用配管５２との間には、貯水室２１３Ａから冷却水ポンプ５１で汲み上げられた温度Ｔ２の冷水が合流する合流弁５４が設けられ、また熱交換用配管５２とスプレー手段２３との間には、スプレー手段２３で噴霧される海水の流量を調整する調整弁５５と、調整弁５５で流量を調整された海水の余剰分を海洋に排出する排出配管５６とが設けられている。
このような淡水化装置１２では、温度Ｔ１の海水は配管２６を通過する際に蒸発室２１内の冷水と熱交換し、交換した熱エネルギ分だけ冷水を蒸発させる。熱交換により冷却された配管２６内の海水は、合流弁５４で貯水室２１３Ａからの冷水と合流して熱交換用配管５２内を流通する。凝縮室４１内で蒸気と熱交換を行うことで、蒸気は温度Ｔ３の淡水に凝縮され、熱交換用配管５２内の海水は温度Ｔ３に温められて凝縮室４１から出る。その後、調整弁５５で流量を調整され、必要量の海水がスプレー手段２３から蒸発室２１に噴霧される。調整弁５５で調整された不要な海水は、排出配管５６を介して海洋に排出される。
このような第三実施形態によれば、第一実施形態の（１）、（２）、（３）、（５）、（６）および（７）の効果と同様の効果および第二実施形態の（８）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（１０）温度Ｔ１の海水が温度Ｔ２の冷水中を通るので、蒸発室２１内の海水の蒸発を促進でき、海水の蒸発率を向上させることができる。従って、淡水の製造率を向上させることができる。
また、凝縮室４１内で蒸気と熱交換を行うことによりより高い温度Ｔ３の海水を蒸発室２１に噴霧することができ、これによっても蒸発室２１での海水の蒸発率を向上させることができる。
そして、海水の蒸発率を向上させることにより、淡水の製造効率を向上させることができる。
（１１）蒸発室２１内の温度Ｔ２の冷水中に配置された配管２６内に温度Ｔ１の海水を通過させることによって海水をある程度冷却し、この冷却された海水を冷却冷媒として利用しているので、第二実施形態の（９）の効果と同様に、蒸気との温度差が大きくなり、蒸気の冷却効率を向上させることができる。これにより、淡水化装置１２の稼働効率をより一層向上させることができる。
第三実施形態における具体的な実施例を挙げる。
温度Ｔ１を約２５℃、温度Ｔ２を約１℃、温度Ｔ３を約３０℃とすると、蒸発室２１は約１℃の水の飽和蒸気圧約６６６Ｐａに、凝縮室４１は約３０℃の水の飽和蒸気圧約４，２４２Ｐａに調整されている。
海洋から蒸発室用ポンプ２２で汲み上げられた温度約２５℃の海水は、蒸発室２１の冷水内を通過して約５℃に冷却される。この時、約１℃の冷水へ放出された熱エネルギにより冷水の一部が蒸気に相転移する。その後配管２６内の約５℃の海水は、合流弁５４で約１℃の冷水と合流して約３℃となり、凝縮室４１内の熱交換用配管５２に流通する。
熱交換用配管５２内の約３℃の海水は、凝縮室４１内で約１６１℃の蒸気と熱交換することにより約３０℃まで温められ、調整弁５５で適量に調整されてから、蒸発室２１に噴霧される。蒸発室２１内は約６６６Ｐａに減圧調整されているので、海水の一部が蒸発して蒸気となる。この時の海水の蒸発率は約８．２１％となる。
蒸気は圧縮機３に吸入され、約４，２４２Ｐａまで昇圧される。この時蒸気の温度は約１６１℃まで上昇する。
この蒸気は、凝縮室４１で熱交換用配管５２内の約３℃の海水と熱交換することにより約３０℃まで冷却され、露点に達して淡水に凝縮する。淡水は配管４６を通って淡水貯蔵室４５に蓄積され、淡水用ポンプ４７によって汲み上げられる。
以上の工程により、淡水化装置１２では、海水を蒸発凝縮させることにより、約１，１６０ｔ／ｈの淡水が製造される。
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態について説明する。図５には、第四実施形態における淡水化発電装置１３の全体概略図が示されている。この淡水化発電装置１３は、海水を蒸発凝縮して淡水を得るとともに、蒸発凝縮時に得られる低温海水を利用して発電するものである。
図５において、淡水化発電装置１３は、蒸発手段２および凝縮手段４と、圧縮機３と、作動流体により作動するタービン発電機６と、蒸発室２１に導入される海水を脱気する不凝縮ガス除去装置としての脱気手段７とを備えている。
蒸発手段２、圧縮機３および凝縮手段４は、第二実施形態とほぼ同様の構成を備えている。
タービン発電機６は、作動流体を蒸発させる蒸発用熱交換器（高温熱交換器）６１と、蒸発した作動流体で駆動されるタービン６２と、タービン６２から排出された作動流体を凝縮する凝縮用熱交換器（低温熱交換器）６３と、凝縮した作動流体を蒸発用熱交換器６１に送る作動流体用ポンプ６４とを備え、タービン６２には、発電機６５が直結している。
ここで、作動流体としては例えばアンモニアやＨＣ（炭化水素、プロパン、プロピレンなど）の自然冷媒や、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）やＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）などのフルオロカーボンなど、任意の冷媒を採用でき、低温で蒸発凝縮するものが望ましい。
蒸発用熱交換器６１は、作動流体が導入される作動流体蒸発室６１１内に、作動流体蒸発用配管５３が配置された構造となっている。作動流体蒸発用配管５３内部には、熱交換器用ポンプ６６で汲み上げられた温度Ｔ１の海水が流通している。作動流体蒸発用配管５３は、作動流体蒸発室６１１を出た後脱気手段７に連通している。
一方、凝縮用熱交換器６３は、蒸発した作動流体が導入される作動流体凝縮室６３１内に、貯水室２１３Ａから冷水用ポンプ２４で汲み上げられた温度Ｔ２の冷水が内部を流通する作動流体凝縮用配管２５が配置された構造となっている。作動流体凝縮用配管２５は、作動流体凝縮室６３１を出た後、凝縮室４１内の熱交換用配管５２に連続している。熱交換用配管５２は、凝縮室４１内で、蒸気の導入口に遠い側から近い側へ向かって折曲されながら配置されている。
脱気手段７は、上部が密閉された脱気室７１を備えている。脱気室７１の下部には、蒸発室２１と同様に開口部７１１が設けられ、その外周にレベル調整壁７１２および貯水壁７１３が設けられている。脱気室７１内部には、海水が蓄積され、開口部７１１を通してレベル調整壁７１２によって脱気室７１内部の海水レベルが適宜調整されている。また、これにより、脱気室７１上部には減圧空間７１Ａが形成され、この減圧空間７１Ａ内部の圧力は所定の圧力に調整されている。脱気室７１の上部には、減圧空間７１Ａ内の気体の一部を排出して脱気室７１内を適切な圧力に保持する脱気用圧縮機７２が設けられている。なお、この脱気手段７も、内部に減圧空間７１Ａを形成するので、蒸発手段２や凝縮手段４と同様に、鉄筋コンクリートで構成されることが好ましい。また、減圧空間７１Ａ内に海水を導入する際には、蒸発手段２と同様のスプレー手段によって海水を減圧空間７１Ａ内に噴霧してもよい。
このような淡水化発電装置１３では、蒸発室２１で蒸発した蒸気は圧縮機３に導入されて圧力Ｐ３まで昇圧され、凝縮室４１内で熱交換用配管５２の表面と接触することによって温度Ｔ３で凝縮して淡水となり、淡水貯蔵室４５に蓄積される。
一方、熱交換器用ポンプ６６で汲み上げられた温度Ｔ１の海水は、蒸発用熱交換器６１で作動流体と熱交換し、作動流体を蒸発させる。作動流体は、その気体の圧力によりタービン６２を駆動し、これにより発電機６５を駆動して発電する。タービン６２から排出された作動流体は、凝縮用熱交換器６３に入り、作動流体凝縮室６３１内において作動流体凝縮用配管２５表面で温度Ｔ２の冷水と熱交換することにより凝縮する。凝縮された作動流体は、作動流体用ポンプ６４によって再び作動流体蒸発室６１１に送液される。
蒸発用熱交換器６１で作動流体と熱交換した海水は、温度Ｔ４となって、脱気手段７の減圧空間７１Ａに導入される。ここで、海洋から汲み上げられた温度Ｔ４の海水は余剰空気を含むが、減圧空間７１Ａに導入されることで余剰空気（不凝縮ガス）が脱気（除去）されてレベル調整壁７１２と貯水壁７１３との間に蓄積される。この海水を蒸発室用ポンプ２２で汲み上げ、スプレー手段２３で減圧空間２１Ａに噴霧することにより、海水の一部を蒸気に相転移させる。
凝縮用熱交換器６３で作動流体と熱交換した海水は、温度Ｔ５となって熱交換用配管５２内を流通し、凝縮室４１内で蒸気と熱交換して蒸気を凝縮させた後、海洋に排出される。
以上のような各工程により、第四実施形態では淡水貯蔵室４５から淡水用ポンプ４７で淡水を汲み上げることができ、また、発電機６５により発電力を得ることができる。
このような第四実施形態によれば、第一実施形態の（１）、（２）、（３）、（５）、（６）および（７）の効果と同様の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（１２）凝縮室４１内に熱交換用配管５２を設けて内部に凝縮用熱交換器６３からの海水を流通させ、蒸発した蒸気と間接的に熱交換することにより蒸気を凝縮するので、蒸気が冷水と混合されることなく、従って容易に淡水を得ることができる。
（１３）蒸発室２１で製造された冷水と海洋からの海水とによる温度差を利用して作動流体を蒸発凝縮して循環させ、タービン発電機６を駆動することによって発電力を得ることができる。
（１４）凝縮用熱交換器６３で作動流体と熱交換させた海水を、蒸気の凝縮用の冷却媒体として用い、また蒸発用熱交換器６１で作動流体と熱交換させた海水を海水の蒸発用に用いているので、圧縮機３での必要仕事量を最小限に抑制でき、淡水化発電装置１３の稼働効率を向上させることができる。
（１５）脱気手段７が設けられているので、蒸発室２１へ導入される前の海水に含まれる余剰空気を除去でき、蒸発室２１の減圧空間２１Ａ内に導入される空気量を低減できる。従って、凝縮室４１に導入される空気量も低減できるので、凝縮効率を向上させることができ、脱気装置４４で排出する非凝縮気体量が低減するので脱気装置４４の負荷を低減できる。
第四実施形態の具体的な実施例を挙げる。
温度Ｔ１を約２５℃、温度Ｔ２を約１℃、温度Ｔ３を約２４℃とすると、蒸発室２１の減圧空間２１Ａの圧力Ｐ２は温度約１℃の水の飽和蒸気圧約６６６Ｐａに、蒸発室２１の減圧空間４１Ａの圧力Ｐ３は約３，０００Ｐａに設定される。また、温度Ｔ４は約１５℃、温度Ｔ５は約９℃となる。これにより、淡水貯蔵室４５からは約３３０ｔ／ｈの淡水を汲み上げることができ、また、発電機６５により約２２ＭＷの発電力を得ることができる。
〔第五実施形態〕
次に、本発明の第五実施形態について説明する。
図６には、第五実施形態にかかる発電装置１４の全体概略図が示されている。この発電装置１４は、第四実施形態の淡水化発電装置１３の凝縮手段４の構成が異なるものであり、海水を蒸発凝縮させることにより冷水を得て、この冷水と海洋からの海水との温度差を利用して発電力を得るものである。
図６において、凝縮手段４は凝縮室４１内にスプレー手段４３を備えた構成となっている。
このような発電装置１４では、蒸発室２１で蒸発した蒸気は圧縮機３で昇圧され、凝縮室４１に導入される。凝縮室４１ではスプレー手段４３により温度Ｔ５の海水が噴霧されており、蒸気はこの海水と直接的に熱交換することにより冷却されて温度Ｔ３で凝縮する。以上により、温度Ｔ１の海水は、蒸発室２１内の温度Ｔ２の海水と、凝縮室４１内の温度Ｔ３の海水とに分離される。
タービン発電機６の作動流体は、温度Ｔ１の海水が流通する作動流体蒸発用配管５３と熱交換を行うことにより蒸発し、タービン６２を回転させて発電機６５を駆動する。タービン６２から排出された作動流体は、温度Ｔ２の海水が流通する作動流体凝縮用配管２５と熱交換を行うことにより凝縮する。
このような第五実施形態によれば、第一実施形態の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）および（７）の効果と同様の効果および第四実施形態の（１３）、（１４）および（１５）の効果と同様の効果が得られる。
〔第六実施形態〕
次に、本発明の第六実施形態について説明する。第六実施形態は、第二実施形態の蒸発手段２で得られた冷水を凝縮手段４の凝縮のための冷却媒体として使用し、その後蒸発手段２にスプレーフラッシュするものである。
図７には、第六実施形態にかかる淡水化装置１２の概略図が示されている。この図７において、淡水化装置１２は、海水に含まれる空気を除去する脱気手段７と、蒸発手段２と、圧縮機３と、凝縮手段４とを備えている。
脱気手段７は、第四実施形態の脱気手段７と同様の構成となっている。脱気室７１の上部には、海洋から温度Ｔ１の海水が減圧空間７１Ａに供給される配管が設けられており、この配管の途中には海水を汲み上げる脱気手段用ポンプ７３が設けられている。
蒸発手段２および圧縮機３は、第二実施形態の蒸発手段２および圧縮機３と同様の構造となっている。蒸発室２１に噴霧される海水が流通する配管２６は、脱気手段７のレベル調整壁７１２および貯水壁７１３との間の空間から凝縮手段４の熱交換用配管５２に連続し、その後スプレー手段２３に接続されている。脱気手段７と熱交換用配管５２との間には脱気手段７から海水を汲み上げる蒸発室用ポンプ２２が設けられている。
蒸発室用ポンプ２２および熱交換用配管５２との間には、貯水室２１３Ａから冷却水ポンプ５１で汲み上げられた温度Ｔ２の冷水が合流する合流弁５４が設けられている。また、冷却水ポンプ５１と合流弁５４との間には、冷却水の量を調整する調整弁５７が設けられている。
このような淡水化装置１２では、海洋から脱気手段用ポンプ７３により温度Ｔ１の海水を汲み上げて脱気室７１に投入すると、海水内に含まれる空気（不凝縮ガス）が除去されて脱気室７１下部に蓄積される。脱気用圧縮機７２は、脱気した空気を大気圧まで昇圧して、大気に放出するとともに、この放出量を調整することにより、脱気室７１内の圧力を適切に保持する。
脱気された海水は蒸発室用ポンプ２２によって汲み上げられ、合流弁５４において蒸発手段２からの冷水と合流し、熱交換用配管５２内を流通して凝縮室４１内の蒸気を冷却、凝縮する。その後、この海水は蒸発手段２のスプレー手段２３によって蒸発室２１内に噴霧される。
貯水室２１３Ａから冷却水ポンプ５１によって汲み上げられた冷水は、合流弁５４によって脱気手段７からの海水と合流し、熱交換用配管５２に流入する。つまり、初期段階で汲み上げられた海水は、蒸発手段２および熱交換用配管５２とを循環することとなる。
ここで、蒸発手段２によって海水の一部が蒸気となるため、海水の循環を繰り返すと海水の塩分濃度が高くなる。この場合には、調整弁５７によって一定量の海水を海洋に排出し、同時に合流弁５４を調整することによって排出量に対応する量の海水を脱気手段７から取得する。このような制御により、全体の海水の流量を一定に保持する。したがって、本実施形態では蒸発手段２で蒸気に相転移されなかった海水のほとんどはスプレー手段２３で再び蒸発室２１内に噴霧され、蒸気に相転移した量に相当する量が脱気手段７から補充されることとなる。
このような第六実施形態によれば、第一実施形態の（１）、（２）、（３）、（５）、（６）および（７）の効果と同様の効果、および第二実施形態の（８）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（１６）蒸発手段２からの冷水を再び熱交換用配管５２に戻して循環させるので、凝縮手段４の冷却媒体としてより低温の媒体を流通させることができ、凝縮手段４での凝縮効率を向上させることができ、淡水化装置１２全体としても効率を向上させることができる。
また、蒸発手段２からの冷水を循環させるので、海洋から汲み上げる海水の量を最小限に抑制でき、脱気手段用ポンプ７３や、蒸発室用ポンプ２２の駆動エネルギを最小限に抑制できる。
（１７）調整弁５７および合流弁５４が設けられているので、冷水が循環を繰り返すうちに冷水内の塩分濃度が高くなった場合には、一定量の海水を排出して排出量に対応した量の海水を新たに脱気手段７から取り入れることができるので、淡水化装置１２内の塩の析出を確実に防止できる。
（１８）脱気手段７が設けられているので、海洋からの海水に含まれる余剰空気を蒸発手段２のスプレー手段２３で噴霧される前に予め除去できる。したがって、圧縮機３に導入される蒸気内の水蒸気の割合を高めることができ、凝縮手段４における凝縮効率を高めることができるから、淡水化装置１２の効率を向上させることができる。
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
昇圧装置は、電気で駆動される圧縮機３に限らず、例えば外部から気体を吸入して蒸気を昇圧する蒸気エゼクタを用いてもよい。この蒸気エゼクタは、本体と、この本体内を真空にして蒸発室２１からの低圧の蒸気を吸入するスチームノズルと、外部から気体を吸入して蒸気と混合させて所望の圧力に転換するディフーザとを備えている。このような蒸気エゼクタによれば、簡単な構造で気体を所望の圧力に昇圧できるので、昇圧装置の製造コストを低減でき、メンテナンスも簡略化でき、耐久性を向上させることができる。また、簡単な構造で効率よく気体を昇圧できるので、昇圧装置の省力化を促進できる。
なお、この際、蒸気エゼクタに吸入して気体に混合する蒸気として、工場等で安価に入手可能な約０．４５ＭＰａのスチームを使用して気体を昇圧してもよい。あるいは、この時、約０．４５ＭＰａのスチームでタービン圧縮機を駆動して気体をある程度圧縮し、この気体を蒸気エゼクタに吸入して、タービンから排出された約０．２ＭＰａのスチームを蒸気エゼクタで気体と混合することによって蒸気を二段階あるいは多段階に昇圧してもよい。
第四実施形態または第五実施形態では、作動流体でタービン発電機６を駆動しているが、このタービン発電機６のタービン６２と圧縮機３とを連結し、タービン６２で圧縮機３を駆動してもよい。この場合には、作動流体からのエネルギを有効利用して省電力化を図ることができ、淡水化発電装置１３の稼働効率をより一層向上させることができる。
第四実施形態、第五実施形態および第六実施形態では、脱気手段７が設けられていたが、この脱気手段７は例えば図８に示されるように第一実施形態の冷水製造装置１１に設けられていてもよい。この場合には、海洋から脱気装置用ポンプ７３で海水を汲み上げて脱気室７１に導入すればよい。このような構成でも蒸発手段２に導入される海水の余剰空気を除去できるので、海水の蒸発凝縮を効率よく行うことができる。なお、脱気手段７は、第一実施形態に限らず第二実施形態や第三実施形態にも適用できる。
各実施形態において、昇圧装置を駆動するボイラ等の駆動手段を設けてもよい。例えば駆動手段を第六実施形態の淡水化装置１２に適用する場合には、圧縮機３にタービンを接続し、このタービンをボイラからの水蒸気によって駆動する。このときボイラの復水器には、凝縮手段４の熱交換用配管５２と蒸発手段２のスプレー手段２３との間の配管を配設してもよい。このような構成によれば、スプレー手段２３に噴霧される海水が復水器で熱交換することにより、水蒸気の熱量を回収できるので、蒸発手段２での海水の蒸発率を向上させることができる。
また、このボイラにタービン発電機を接続し、ボイラからの水蒸気によってこのタービン発電機を駆動してもよい。この場合には、タービン発電機で得た発電力で圧縮機の他、脱気手段用ポンプ、蒸発室用ポンプ、淡水用ポンプ、冷却水ポンプ、ボイラ用ポンプなどを駆動してもよい。このような構成によれば、ボイラからの水蒸気の熱量を高効率に回収して、より効率よく活用できる。
さらに淡水化装置は、蒸発凝縮装置を多段階に設けてもよい。つまり、淡水化装置は、蒸発手段、圧縮機、および凝縮手段がそれぞれ二つずつ設けられ、これらが直列に接続されている。つまり、一方の凝縮手段の熱交換用配管は、他方の蒸発手段のスプレー手段に接続されている。他方の熱交換用配管は一方の蒸発手段のスプレー手段に接続されている。
このような構成によれば、蒸発凝縮装置が二つ（複数）設けられているので、淡水をより多量に得られる。また、蒸発凝縮装置が直列に接続されているので、より効率よく淡水化装置を稼働できる。
なお、複数の蒸発凝縮装置は、直列に接続するものに限らず、並列に接続してもよい。
蒸発凝縮装置は、前述の各実施形態に限られず、具体的に構成する場合には例えば図９のように構成してもよい。
図９には、蒸発凝縮装置１５の具体的な構造を簡略化して示した模式図が示されている。この図９に示されるように、蒸発凝縮装置１５は、蒸発手段２と、圧縮機３と、凝縮手段４とを備えている。なお、蒸発手段２および凝縮手段４の下部に設けられたレベル調整壁などの構造は図示を簡略化している。蒸発手段２および凝縮手段４は、互いの側壁の一部が共通化され、一体となっている。また、圧縮機３は、蒸発手段２と凝縮手段４とを連結する配管３１内に直接組み込まれており、外部に配置された駆動源３２により駆動される。このような構造にすれば、蒸発凝縮装置１５の構造が簡単になるので小型化を促進できる。また、蒸発手段２および凝縮手段４の側壁の一部が共通化されているので、蒸発室２１および凝縮室４１を形成するのに必要な鉄筋コンクリート量を減少でき、製造コストを低減できる。
また、このとき、凝縮手段４に噴霧する液体の不凝縮ガスを除去するために脱気手段７を設ける場合には、図１０に示されるように凝縮手段４の側壁の一部を利用して脱気手段７の脱気室７１を形成してもよい。このような構成によれば、より一層構造を簡単にでき、小型化を促進できる。また、この図１０において、凝縮手段４で得られた液体を調整弁４０Ａで供給量を調整した後、空冷装置４０によって冷却し、冷却後の液体を脱気手段７に投入してもよい。また、脱気手段７には、スプレー手段７４が設けられていることが望ましい。
発電装置は、作動流体によって駆動されるタービンに接続されるものに限らず、例えば図１１に示されるように、タービンが蒸発装置と凝縮装置との間に直接連結されて、蒸発装置からの気体によって直接駆動されるように構成されていてもよい。図１１において、発電装置１４は、蒸発室２１に噴霧された液体の少なくとも一部を気体に相転移させる蒸発手段２と、蒸発手段２からの気体によって回転する降圧装置としてのタービン（圧力変更装置）６２と、タービン６２から排出された気体の少なくとも一部を液体に凝縮する凝縮手段４とを備えている。タービン６２には発電機６５が接続されている。蒸発手段２によって蒸発した気体はタービン６２を回転させる。すると、その回転力によって発電機６５が駆されて発電力が得られる。タービン６２によって降圧された気体は、タービン６２から排出された後、凝縮手段４に導入され、スプレー手段４３によって冷却されて凝縮する。
このような構成の発電装置１４では、タービン６２が蒸発手段２と凝縮手段４との間に直接接続されているので、蒸発手段２からの気体の圧力を十分に利用でき、より高効率で発電力を得られる。
冷水製造装置１１は、図１２に示されるように圧縮機３を蒸発手段２０で得られた蒸気によって駆動してもよい。つまり、図１２において、冷水製造装置１１は、蒸発手段２と、圧縮機３と、凝縮手段４とを備えている。凝縮手段４には、蒸発手段２と同様の構成の別の蒸発手段２０が接続されており、この蒸発手段２０と凝縮手段４との間にはタービン６２が設けられており、このタービン６２は圧縮機３に直結している。このような冷水製造装置１１では、蒸発手段２０で蒸発した蒸気は、タービン６２を駆動して凝縮手段４で凝縮される。タービン６２は圧縮機３と直結しているので、タービン６２の回転により、圧縮機３が駆動され、蒸発手段２からの蒸気が圧縮される。圧縮された蒸気は凝縮手段４で凝縮される。つまり、この凝縮手段４は、二つの蒸発手段２から発生する蒸気を凝縮することとなる。このような構成によれば、蒸発手段２０からの蒸気からタービン６２において仕事を得られるので、冷水製造装置１１をより一層高効率で駆動できる。
ここで、蒸発手段２０、タービン６２、および凝縮手段４は、蒸発手段２０に噴霧された液体の熱エネルギを利用して仕事を取り出すことができるので、これら蒸発手段２０、タービン６２、および凝縮手段４を備えて熱エネルギ変換装置が構成されている。
また、工場の廃熱などを利用して熱交換手段２０Ａを構成し、この熱交換手段２０Ａにより温めた液体を蒸発手段２０に噴霧すれば、工場の廃熱などを有効利用でき、より高効率で冷水製造装置１１を駆動できる。
液体は、各実施形態において海洋からの海水を採用していたが、これに限らず、例えば海洋から遠く海水が得られない立地条件などで本発明を利用する場合には、河川水等の水を用いてもよい。このような場合でも本発明の蒸発凝縮装置により冷水や温水、蒸留した純水、発電力などを高効率で得ることができる。あるいは、液体は水に限らず任意の液体を採用できる。この場合でも、本発明の蒸発凝縮装置により低温液体および高温液体を得ることができ、これらを利用して発電装置などの装置を構成することができる。
また、第一実施形態において、凝縮室４１で蒸気と熱交換する冷却媒体は、蒸発室２１に噴霧される温度Ｔ１と同温の海水であったが、これに限らず例えば異なる箇所から海水を引くことによってこれらの海水の間にある程度の温度差が生じても、昇圧手段で気体を昇圧および昇温するので、蒸気を良好に冷却して凝縮することができ、本発明の目的を達成できる。従って、このような場合も本発明に含まれる。特にこのように蒸発室２１で噴霧される海水と凝縮室４１で蒸気と熱交換する冷却媒体との間に温度差がある場合には、冷却効率がより一層良好となり、高効率で気体を凝縮できる。
気体と熱交換する冷却媒体は、蒸発室２１で噴霧される海水と同じく海水であったが、例えば淡水化装置１２では熱交換用配管５２に海水でなくフルオロカーボンなどの冷媒を流通させて熱交換してもよい。この際、適宜冷却装置などを設けて、凝縮手段４で熱交換することによって温度が上昇した冷媒を冷却して再び凝縮室４１に戻すようなループを構成してもよい。この場合には、冷媒で閉ループを構成するので、取扱性が向上する。
このように、凝縮手段４で気体と熱交換する冷却媒体は、蒸発手段２で噴霧される液体と同一でなくても本発明に含まれる。
蒸発凝縮装置は、冷却水を得るための冷水製造装置１１や、淡水を得るための淡水化装置１２、淡水および発電力を得るための淡水化発電装置１３として利用されたが、これらに限らず様々な装置に利用できる。本発明の蒸発凝縮装置は、液体を蒸発凝縮することによって、単一の液体による温度Ｔ１の熱エネルギ源を、温度Ｔ２の低温熱エネルギ源と温度Ｔ３の高温熱エネルギ源とに分離できる熱エネルギ源分離装置でもある。従って、この蒸発凝縮装置（熱エネルギ源分離装置）によって分離された低温熱エネルギ源や高温熱エネルギ源と外部のエネルギ源との温度差を利用することにより、様々な熱機関や作動機を構成し、これらから仕事を取り出すことができる。
つまり、本発明の蒸発凝縮装置は、液体を蒸発凝縮させることにより、冷水を得る冷水製造装置、淡水を得る淡水化装置、および温度差発電装置などの様々な装置に適用できる。
また、液体封止減圧装置は、蒸発凝縮装置や、冷水製造装置などの装置に限らず、減圧空間を必要とする任意の装置に適用できる。
液体封止装置は、密閉空間に減圧空間を形成するものに限らず、加圧空間を形成するものであってもよい。この場合には、予め密閉室に空気を充填しておき、その後圧力調整室から液体を注入することにより開口部を封止すれば、圧力調整室内の液面レベルが上昇すれば、これに伴って密閉室内の空気が圧縮されて密閉空間に加圧空間が形成される。このように、液体封止装置の密閉空間内の圧力は任意に設定できる。
圧力調整室は、大気圧に開放されているものに限らず、密閉されて内部の圧力が調整されているものであってもよい。この場合には、圧力調整室の圧力を調整することにより圧力調整室内の液面レベルを調整し、これによって密閉空間の圧力を調整すればよい。また、圧力調整室は、密閉室に一体に設けられているものに限らず、例えば密閉室とは別個独立に形成され、密閉室と配管などで連通された構造であってもよい。
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】  本発明の液体封止減圧装置は、液体を蒸発、凝縮する蒸発装置または凝縮装置に利用できる。またこれらの蒸発装置および凝縮装置により、効率よく液体を蒸発、凝縮できるので、海水を淡水化する淡水化装置に利用できる。また、これらの蒸発装置または凝縮装置を用いることにより所望温度の冷水および温水を得る冷水製造装置、または温水製造装置に利用することができ、これらの冷水、温水を用いて発電力を得る発電装置に利用できる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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