(57)【要約】【課題】スペースの無駄を無くし、洗浄作業が容易な竪型蒸発缶を有する蒸気再圧縮式濃縮装置を提供すること。【解決手段】処理対象液を供給する上方の液供給部２１と、処理対象液を蓄える下方の液貯留部２３と、液供給部２２と液貯留部２３の間に筒状の缶本体３５が縦方向に置かれ、その缶本体に形成された気密な濃縮室３６を複数の伝熱管３１が縦方向に貫通して配置された濃縮部２２Ａ〜２２Ｄとを備える竪型蒸発缶１１とを有し、液供給部２１から伝熱管３１内に入って流れ落ちる処理対象液を加熱して蒸発させ、その蒸気を液貯留部側２３から引いて断熱圧縮し過熱蒸気にして濃縮室３６に送り込み、濃縮室３６を貫通する伝熱管３１内の処理対象液が蒸発する際、潜熱が奪われた過熱蒸気が凝縮してでききる濃縮室３６内の蒸留液を採取するようにした再圧縮式濃縮機１０。【選択図】        図２
2007181787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象液を供給する上方の液供給部と、処理対象液を蓄える下方の液貯留部と、液供給部と液貯留部の間に筒状の缶本体が縦方向に置かれ、その缶本体に形成された気密な濃縮室を複数の伝熱管が縦方向に貫通して配置された濃縮部とを備える竪型蒸発缶とを有し、
前記液供給部から前記伝熱管内に入って流れ落ちる処理対象液を加熱して蒸発させ、その蒸気を前記液貯留部側から引いて断熱圧縮し過熱蒸気にして前記濃縮室に送り込み、前記濃縮室を貫通する伝熱管内の処理対象液が蒸発する際、潜熱が奪われた過熱蒸気が凝縮してでききる濃縮室内の蒸留液を採取するようにしたものであることを特徴とする再圧縮式濃縮機。
【請求項２】
請求項１に記載する再圧縮式濃縮機において、
前記竪型蒸発缶は、前記濃縮室が縦方向に複数設けられ、下方の濃縮室から上方の濃縮室にかけて前記過熱蒸気が順に流れ、各濃縮室において前記加熱蒸気が凝縮して得られた蒸留液を採取するようにしたものであることを特徴とする再圧縮式濃縮機。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する再圧縮式濃縮機において、
前記液貯留部と液供給部とは処理対象液が汲み上げられるように循環ポンプを介してパイプが接続され、前記伝熱管内で蒸発しなかった処理対象液が再び貯留部に戻って供給部へ汲み上げられるようにしたものであることを特徴とする再圧縮式濃縮機。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する再圧縮式濃縮機において、
前記濃縮部は、上下方向に分割された複数の缶本体が連結されたものであり、
その缶本体内の上下両端部に仕切板を固定して形成された前記濃縮室を前記複数の伝熱管が上下の仕切板を貫通し、
前記液供給部から液貯留部までは伝熱管と缶本体同士の連結部を挟んで位置する上下の仕切板で挟まれた空間とを介して接続され、
上下に隣り合う前記濃縮室同士は連通管によって接続され、
前記液貯留部と最下位の前記前記濃縮室との間は圧縮機を配した蒸気圧縮管によって接続されたものであることを特徴とする再圧縮式濃縮機。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する再圧縮式濃縮機において、
前記濃縮部は、上下方向に分割された複数の缶本体が連結されたものであり、
その連結部のフランジ同士には環状のシール部材を重ねた仕切板が挟み込まれて前記各缶本体内に濃縮室が形成され、
当該仕切板に形成されたシール部材を保持したボス部を通した前記伝熱管によって前記濃縮室を全て貫通して前記液供給部から液貯留部までが接続され、
上下に隣り合う前記濃縮室同士は連通管によって接続され、
前記液貯留部と最下位の前記前記濃縮室との間は圧縮機を配した蒸気圧縮管によって接続されたものであることを特徴とする再圧縮式濃縮機。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載する再圧縮式濃縮機において、
前記缶本体に設けられた伝熱管の上方開口部の上位には、落下する処理対象液が直接伝熱管内に入らないように分散板が設けられているものであることを特徴とする再圧縮式濃縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば有機性廃液などのアンモニアを含む処理対象液から排水基準を満たす蒸留液（浄水）を得るための再圧縮式濃縮機に関し、特に、伝熱管を縦方向に配置してその中に処理対象液を流して蒸発させるようにした再圧縮式濃縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、バイオガスプラントでは嫌気発酵により蓄糞尿からバイオガスの採取処理が行われるが、処理後の消化液には多量の窒素分やＳＳ分が残存しているので、この液を一般の河川や水環境へ直接放流することはできない。そのため、消化液を液体肥料として有効に利用することが望まれる。この点、従来から特開２００３−１１７５９３号公報には有機性廃液の処理装置が提案されている。これは、アンモニア及び水分を含む有機性廃棄物の消化液などなどを処理するものであって、加熱濃縮して濃縮液と凝縮水とに分けることにより、廃水処理設備を必要とせず、濃縮工程で得られた凝縮水を簡便な方法で放流可能となるようにしたものである。
【０００３】
有機性廃液処理装置では、畜糞尿等の有機性廃棄物をメタン発酵した後の消化液は消化液貯槽に一旦蓄えられ、その後、送り出された消化液が加温された蒸発缶内に供給され、そこで蒸発したアンモニアが循環消化液と熱交換して冷却し、凝縮される。こうした有機性廃液処理装置には、主要な構成として複数の伝熱管から構成された蒸発缶が設けられている。そこで、図８は、有機性廃液処理装置を構成する従来の横型蒸発缶の一例を示す外観側面図であり、図９はその平面図である。
【０００４】
横型蒸発缶１００は、円筒形状の胴体部１０３の上下両端に、碗型をした鏡板部１０４が溶接されたカプセル型をした蒸発缶本体１０２によって構成されたものである。横型蒸発缶１００は、図示するように蒸発缶本体１０２が立った状態で配置される。そして、蒸発缶本体１０２には、その胴体部１０３に対して横向きに複数の伝熱管が通るように構成されている。更に図１０は、その横型蒸発缶内に設けられた伝熱管の取付状態を示す横型蒸発缶の一部断面図である。
【０００５】
伝熱管１１０は、カプセル形状をした蒸発缶本体１０２に対し、複数本が一体になって横向きに取り付けられている。蒸発缶本体１０２の胴体部１０３には、向かい合った位置に取付口１２１，１３１が突設され、そこには内側に取付フレーム１２２，１３２が溶接固定されている。複数本の伝熱管１１０は、両端が管板１２３，１３３に固定され、その管板１２３，１３３によって取付フレーム１２２，１３２に固定されている。そして、伝熱管１１０の両端には一面を開設した箱形のチャンバ１２５，１３５が被せられている。蒸発缶本体１０２は、ともに複数の伝熱管１１０が管板１２３，１３３に固定されて一体になった伝熱管ブロック１２０を構成し、それが蒸発缶本体１０２に対して着脱できるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１１７５９３号公報（第４−５頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−２４０４８２号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図示した従来の横型蒸発缶１００は、伝熱管１１０を横向きに配置した構成であるため次のような問題があった。
円筒形をした胴体部１０３内に伝熱管１１０を横向きに配置する場合、伝熱管１１０は配置方向（図９の上下方向）に距離がとれない部分には設けられないため、図面に示した当該部分が無駄なデッドスペースＤになってしまう。そして、伝熱管１１０は、管板１２３，１３３に固定され伝熱管ブロック１２０を構成し、それが蒸発缶本体１０２に対して着脱できるようになっている。しかし、これは胴体部１０３に取付口１２１，１３１を突設した取り付け構造であって、構成が複雑になる他、部品点数も多くなってコストアップにもなる問題があった。
【０００７】
また、横型蒸発缶１００の場合、蒸発缶本体１０２の上端から内部に消化液が噴霧され、管内部が加熱された伝熱管１１０の外側面に消化液が触れて蒸発する。従って、有機性廃液処理装置の運転中は、伝熱管１１０には消化液がかけられ続けるため、その管表面に汚れが付着して残ることになる。横型蒸発缶１００は定期的に洗浄やメンテナンスが行われるが、伝熱管１１０の汚れを取り除くことが困難であった。すなわち、管表面を万遍なく洗浄することの他、伝熱管ブロック１２０は、複数の伝熱管１１０が束になって一体に固定されているため、内部に位置する狭い空間に配置された伝熱管１１０を洗浄する困難さがあった。
【０００８】
よって、本発明は、かかる課題を解決すべく、スペースの無駄を無くした竪型蒸発缶を有する蒸気再圧縮式濃縮装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、かかる課題を解決すべく、洗浄作業が容易な竪型蒸発缶を有する蒸気再圧縮式濃縮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】
【０００９】
本発明の再圧縮式濃縮機は、処理対象液を供給する上方の液供給部と、処理対象液を蓄える下方の液貯留部と、液供給部と液貯留部の間に筒状の缶本体が縦方向に置かれ、その缶本体に形成された気密な濃縮室を複数の伝熱管が縦方向に貫通して配置された濃縮部とを備える竪型蒸発缶とを有し、前記液供給部から前記伝熱管内に入って流れ落ちる処理対象液を加熱して蒸発させ、その蒸気を前記液貯留部側から引いて断熱圧縮し過熱蒸気にして前記濃縮室に送り込み、前記濃縮室を貫通する伝熱管内の処理対象液が蒸発する際、潜熱が奪われた過熱蒸気が凝縮してでききる濃縮室内の蒸留液を採取するようにしたものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の再圧縮式濃縮機は、前記竪型蒸発缶が、前記濃縮室が縦方向に複数設けられ、下方の濃縮室から上方の濃縮室にかけて前記過熱蒸気が順に流れ、各濃縮室において前記加熱蒸気が凝縮して得られた蒸留液を採取するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明の再圧縮式濃縮機は、前記液貯留部と液供給部とは処理対象液が汲み上げられるように循環ポンプを介してパイプが接続され、前記伝熱管内で蒸発しなかった処理対象液が再び貯留部に戻って供給部へ汲み上げられるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明の再圧縮式濃縮機は、前記濃縮部が、上下方向に分割された複数の缶本体が連結されたものであり、その缶本体内の上下両端部に仕切板を固定して形成された前記濃縮室を前記複数の伝熱管が上下の仕切板を貫通し、前記液供給部から液貯留部までは伝熱管と缶本体同士の連結部を挟んで位置する上下の仕切板で挟まれた空間とを介して接続され、上下に隣り合う前記濃縮室同士は連通管によって接続され、前記液貯留部と最下位の前記前記濃縮室との間は圧縮機を配した蒸気圧縮管によって接続されたものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の再圧縮式濃縮機は、前記濃縮部が、上下方向に分割された複数の缶本体が連結されたものであり、その連結部のフランジ同士には環状のシール部材を重ねた仕切板が挟み込まれて前記各缶本体内に濃縮室が形成され、当該仕切板に形成されたシール部材を保持したボス部を通した前記伝熱管によって前記濃縮室を全て貫通して前記液供給部から液貯留部までが接続され、上下に隣り合う前記濃縮室同士は連通管によって接続され、前記液貯留部と最下位の前記前記濃縮室との間は圧縮機を配した蒸気圧縮管によって接続されたものであることが好ましい。
また、本発明の再圧縮式濃縮機は、前記缶本体に設けられた伝熱管の上方開口部の上位には、落下する処理対象液が直接伝熱管内に入らないように分散板が設けられているものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
よって本発明の再圧縮式濃縮機によれば、缶本体の中に複数の伝熱管を同方向に設けた竪型蒸発缶としたため、缶本体内に無駄なスペースをつくることなく配置させることができ、従来の横型蒸発缶のようなデッドスペースを無くしたものとすことができる。
また、竪型蒸発缶は、分割された缶本体によって複数の濃縮部を構成するものであるため、洗浄やメンテナンスに際して容易に分解することができ、取り扱いやすくなっている。しかも、処理対象液が流れる伝熱管の内側が汚れることになるため、その伝熱管内に多量の洗浄水を供給することによって洗浄が可能となり、しつこい汚れは伝熱管内にブラシなどを挿入して擦ることによって、きれいに且つ簡単に落とすことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明に係る蒸気再圧縮式濃縮装置について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。
バイオガスプラントでは、畜舎から排出される蓄糞尿においてＣＨ4 ，ＣＯ2 ，Ｈ2Ｓ ，Ｈ2 などのバイオガスを採取し、有機性廃液処理装置においてそのバイオガスプラントから得られる消化液を固液分離機にかけて固形分と、濾液に分離する。ここで得られる固形分は、バイオガスプラントにおいてメタン菌によって有機物が無機化されているので、そのまま発酵済み堆肥として利用することができる。そして、有機性廃液処理装置では、畜舎で排出される蓄糞尿などからバイオガスを採取した後の消化液について、固形分を取り除いて排水基準を満たした浄水として一般河川へ放流できるようにする。
【００１４】
図１は、そうした有機性廃液処理装置の実施形態を概念的に示した図である。有機性廃液処理装置１は、バイオガスプラントから送られた消化液を一時的に蓄える消化液タンク２を有し、それに所定量の消化液を二次側に送るための定量ポンプ３が接続されている。そして、この定量ポンプ３を介して固液分離機４が接続されている。固液分離機４としては、例えばフィルタープレス、スクリュープレスまたは遠心分離式のデカンタが用いられる。その固液分離機４には、消化液から分離して排出された固形分を蓄えておくための堆肥タンク５が接続され、更に、消化液から固形分が除かれたものを予熱するための加熱容器６が接続されている。
【００１５】
固液分離機４を用いて固形分を除去した消化液を送り出すのは、例えば蓄糞尿を扱うバイオガスプラントからの消化液には、藁くずなどの夾雑物が発酵されずに残っているので、それが二次側に接続されている濃縮機などにおいて悪影響を及ぼさないようにするためである。有機性廃液処理装置１は、連続処理によって消化液を浄水とアンモニア水に分離するようにしたものであり、加熱容器６の二次側には供給ポンプ７があって単位時間当たり一定量の消化液が連続して送られるようになっている。そして、その供給ポンプ７の先には、消化液を蒸発及び凝縮して液肥となるアンモニア水と放流可能な浄水を得るための蒸留部８が設けられている。
【００１６】
有機性廃液処理装置１を構成する蒸留部８は、再圧縮式濃縮機を中心に構成されており、図２は、第１実施形態の再圧縮式濃縮機を示した図である。
この再圧縮式濃縮機１０では、蒸発缶内に供給された消化液が加熱された伝熱管によって蒸発し、その蒸気を圧縮機によって断熱圧縮して加圧することで、その過熱蒸気を再度蒸発缶に送り込み、潜熱が奪われ凝縮して得られた蒸留液を採取するようにした蒸気再圧縮方式を実行するものである。そして、本実施形態の再圧縮式濃縮機１０は、特に伝熱管を縦方向に配置した竪型蒸発缶１１によって構成されている。
【００１７】
竪型蒸発缶１１は、縦置きの缶内に複数の伝熱管３１が同じ縦向きに配置され、その管内を消化液が流れる一方、缶内の伝熱管３１外側に圧縮した消化液の過熱蒸気が供給されるように構成されている。そして、竪型蒸発缶１１は、伝熱管３１の外側に供給される過熱蒸気が複数のセクションに順番に送られ、温度の異なる密閉された室内で段階的に凝縮が行われるように構成されている。
【００１８】
竪型蒸発缶１１は、図示するように上下を球面体で塞いだ縦方向に長いカプセル形状をしている。図１に示す供給ポンプ７から蒸留部８へ送られた消化液は、この竪型蒸発缶１１へ供給されるが、その最下部が液貯留部２３であり、一定量の消化液を蓄えるタンクが構成されている。一方、竪型蒸発缶１１の最上部が液供給部２１であり、液貯留部２３から消化液が汲み上げられるように循環ポンプ１２を介してパイプ１３が接続されている。その液供給部２１では、循環ポンプ１２によって汲み上げられた消化液が室内にシャワーのように降り注がれるようになっている。そして、液供給部２１と液貯留部２３との間には、４つに分割された第１乃至第４濃縮部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄが構成されている。
【００１９】
濃縮部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄは、いずれも同じように構成され、互いに分割及び組み付け可能であって、図示するように縦方向に一列に組み付けられる。そして、最上位の濃縮部２２Ａは、その上の液供給部２１と溶接されて一体に形成され、最下位の濃縮部２２Ｄは、その下の液貯留部２３と溶接されて一体に形成されている。濃縮部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄは、端部に取付フランジ３２が形成され、それぞれがその取付フランジ３２同士によって着脱可能になっている。
【００２０】
次に、濃縮部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの構成について具体的に説明する。ここで、図３は、濃縮部２２Ｂ部分を示した拡大断面図であるが、いずれも同様に構成されているため濃縮部２２として説明する。
濃縮部２２は、円筒形状の缶本体３１の上下端に前記接合用の取付フランジ３２が形成されている。そして、缶本体３１の内部には複数の伝熱管３１が同軸方向に入れられている。複数の伝熱管３１は、その上端部及び下端部が仕切板３３，３４に接合されて一体なり、円形の仕切板３３，３４が缶本体３１内に溶接され、これによって缶本体３５内に設けられる。
【００２１】
濃縮部２２は、仕切板３３，３４によって密閉された濃縮室３６が形成され、伝熱管３１は、その気密な空間を貫通するように配置されている。竪型蒸発缶１１は、この伝熱管３１内を消化液が流れる一方、仕切板３３，３４によって塞がれた濃縮室３６内に過熱蒸気が送り込まれるようになっている。このとき、上方から送り込まれる消化液が伝熱管３１に触れることなく落下しないように、伝熱管３１は、その端部が仕切板３３，３４から所定量だけ突き出るようにして固定され、更に上方には分散板３７が設けられている。
仕切板３３，３４は、濃縮部２２同士が上下に重なる部分では、缶本体３５の端部から少し内側に入った位置に固定され、図２に示すように上下の仕切板３４と３３との間には中間室３８が形成される。分散板３７は、そうした中間室３８や液供給部２１内における仕切板３３の上方に位置している。
【００２２】
ここで図４は、缶本体３５内に設けられた伝熱管３１の配置を示した図３のＡ−Ａ断面図である。そして図５は、分散板３７を示した図３のＢ−Ｂ断面図である。複数の伝熱管３１は、図４に示すように、缶本体３５の中全体にほぼ均等に配置されている。そして、分散板３３は、伝熱管３１の上方開口を覆うように形成され、上から落下してくる消化液が伝熱管３１内に直接入らないように形成されている。すなわち分散板３７は、伝熱管３１の流入口３１ａ（図４参照）を塞ぐように、その流入口３１ａの位置に対応させて遮断部３７ａが形成され、その遮断部３７ａが連結部３７ｂによって隣り合うもの同士接続され、更にそうした遮断部３７ａと連結部３７ｂを全て囲むように環状部３７ｃが形成されている。そして、分散板３７は、図３に示すように、遮断部３７ａが伝熱管３１上端のすぐ上に位置するように、環状部３７ｃが缶本体３５内に溶接などによって接合される。なお、遮断部３７ａは伝熱管３１のよりも大きく、伝熱管３１の外側に消化液が滴り落ちるように、周縁部には下方へ突き出たフランジが形成されていることが好ましい。
【００２３】
竪型蒸発缶１１は、縦方向に缶本体３５を重ね合わせ、取付フランジ３２をボルトによってネジ止めすることにより、濃縮部２２Ａ〜２２Ｄが図２に示すように上下に配置される。このとき竪型蒸発缶１１には、第１乃至第４濃縮部２２Ａ〜２２Ｄの各濃縮室３６と中間室３８との分割された空間が上下に並び、液供給部２１から液貯留部２３までは、第１乃至第４濃縮部２２Ａ〜２２Ｄの各伝熱管３１と中間室３８とを介して接続されている。
【００２４】
そして、中間室３８を挟んで上下に配置された第１乃至第４濃縮部２２Ａ〜２２Ｄの各濃縮室３６は、連通管４１によって中間室３８を跨ぐようにして接続されている。図３に示すように、缶本体３５には、濃縮室３６の上下２箇所に取付フランジを先端に有する接続管４２，４３が形成されている。そして、その接続管４２，４３が、それぞれ上下に位置する他の缶本体３５に形成された接続管４３，４２と連通管４１によって接続され、それぞれの濃縮室３６が接続している。なお、第１濃縮部２２Ａに形成された上部の接続管４３は大気解放されている。
【００２５】
液貯留部２３には、その中に蓄えられた消化液の液面よりも常に上に位置するように、取付フランジを有する接続管４４が形成され、第４濃縮部２２Ｄの下方の接続管４２と接続されている。すなわち、接続管４４，４２が蒸気圧縮管１４によって接続されている。その蒸気圧縮管１４には、後述するように伝熱管３１内で発生した消化液の蒸気を断熱圧縮するための圧縮機１５が配管されている。従って、本実施形態の竪型蒸発缶１１では、この圧縮機１５の断熱圧縮によって加圧された蒸気が各濃縮部２２Ａ〜２２Ｄの濃縮室３６を下から上へ順に流れ、伝熱管３１内を流れる消化液が加熱されて蒸気を発生させる一方、伝熱管３１周りの過熱蒸気は潜熱が奪われて凝縮するようになっている。そのため、濃縮部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄの各缶本体３５には、蒸気を凝縮した蒸留液を取り出すための液取出パイプ４５がそれぞれに設けられている。
【００２６】
続いて、再圧縮式濃縮機１０を用いた有機性廃液処理装置１による有機性廃液の処理方法について説明する。
先ず、図１に示す有機性廃液処理装置１では、バイオガスプラントから送られた消化液は消化液タンク２に一時的に蓄えられ、定量ポンプ３によって所定量の消化液が固液分離機４に送り込まれる。固液分離機４では、遠心分離によって固形分が取り除かれた消化液が加熱容器６へ送られ、藁くずなどの固形分は堆肥タンク５に入れられる。こうして堆肥タンク５に送られた固形分は、無機態の窒素、リン、カリを含んだ発酵済みの堆肥として利用される。加熱容器６では、消化液が撹拌されながらヒータによって暖められて予熱処理が施される。そして、供給ポンプ７によって単位時間当たりに一定量の消化液が図２に示す再圧縮式濃縮機１０の竪型蒸発缶１１へと供給される。
【００２７】
再圧縮式濃縮機１０では、図２に示すように消化液がタンクである液貯留部２３に蓄えられ、その後、循環ポンプ１２によって汲み上げられた消化液は液供給部２１内に降り注がれる。第１濃縮部２２Ａの上方には図３及び図５に示すように分散板３７が配置され、降り注がれた消化液が伝熱管３１内に直接入って落下しないようにしている。そのため、消化液は分散板３７に当たって仕切板３３に落ち、或いは仕切板３３の上に直接落ちる。伝熱管３１は、その上端が仕切板３３から突き出た高い位置にあるため、消化液は、仕切板３３上にある程度溜まってから流入口３１ａの周りから管内に流れ込み内壁面を伝わって落ちていく。
【００２８】
各熱変換部２２Ａ〜２２Ｄの濃縮室３６は、後述するように過熱蒸気が送り込まれているため、その濃縮室３６内の伝熱管３１は外側から加熱されて温度が高くなっている。従って、その伝熱管３１の内壁面を伝って流れる消化液は一部が蒸発し、残りは次の第２濃縮部２２Ｂへと送られる。第１濃縮部２２Ａの伝熱管３１から流れ落ちた消化液は、やはり第２濃縮部２２Ｂ側に設けられた分散板３７によって、中間室３８内を落下した消化液が伝熱管３１内に直接入ることはない。第１濃縮部２２Ａ側から落下してきた消化液は、分散板３７に当たって仕切板３３に落ち、或いは直接仕切板３３の上に落ちてその上面を流れ、流入口３１ａ周りから管内に流れ込み第２濃縮部２２Ｂの伝熱管３１の内壁面を伝って落ちていく。
【００２９】
そして、この第２濃縮部２２Ｂでも濃縮室３６内に過熱蒸気が送り込まれ、伝熱管３１が外側から過熱されて温度が高くなっているため、伝熱管３１の内壁面を伝って流れる消化液は一部が蒸発し、残りは次の第３濃縮部２２Ｃへと送られる。よって、こうした伝熱管３１内での蒸発が更に下の第３、第４濃縮部２２Ｃ，２２Ｄの伝熱管３１内でも同じように行われ、最終的に蒸発しなかった消化液は液貯留部２３内に戻され、再び循環ポンプ１２によって液供給部２１へと汲み上げられ、繰り返し濃縮部２２Ａ〜２２Ｄの伝熱管３１内を通って流れ落ちる。
【００３０】
各濃縮部２２Ａ〜２２Ｄの伝熱管３１内で消化液が蒸発すると、その蒸気は液貯留部２３に接続された蒸気圧縮管１４の圧縮機１５によって吸引される。従って、蒸気は、蒸発しなかった消化液と同様に下方の伝熱管３１と中間室３８とを通って蒸気圧縮管１４内に吸い込まれる。吸い込まれた蒸気は、蒸気圧縮管１４の途中で圧縮機１５による断熱圧縮が行われ、加圧された状態で先ず第４濃縮部２２Ｄの濃縮室３６内に送り込まれる。なお、運転開始時にはその濃縮室３６内に対して系外から一時的に過熱蒸気が送り込まれ、それによって加熱された伝熱管３１内の消化液が蒸発するようにしている。
【００３１】
第４濃縮部２２Ｄの濃縮室３６に送り込まれた過熱蒸気は上向きの流れを有し、連通管４１を介して上の第３濃縮部２２Ｃの濃縮室３６へ流れ込み、更に連通管４１を介して上の第２、第１濃縮部２２Ｂ，２２Ａの各濃縮室３６へと流れ、最終的には第１濃縮部２２Ａの接続管４３から、そこに設けられた不図示のフィルタを通して大気に放出される。そして、その間に過熱蒸気は各濃縮部２２Ｃ〜２２Ａの濃縮室３６内で凝縮し、得られた蒸留液が取り出される。すなわち、濃縮部２２Ａ〜２２Ｄの濃縮室３６内に送られた過熱蒸気は、消化液が流れる伝熱管３１に触れ、その消化液が蒸発する際に潜熱が奪われて凝縮する。
【００３２】
ところで、消化液内に含まれるアンモニアは水よりも沸点が低いため蒸発し易く凝縮し難い。そのため、この再圧縮式濃縮機１０では、竪型蒸発缶１１の４分割された濃縮部２２Ｄ〜２２Ａを過熱蒸気が流れる際、温度の異なる凝縮が段階的に行われてアンモニアが効果的に採取できる。つまり竪型蒸発缶１１では、加熱された伝熱管３１を消化液が流れ落ちる場合、第１濃縮部２２Ａから第４濃縮部２２Ｄにかけて次第に温度が高くなっている。従って、下の第４濃縮部２２Ｄでは、消化液の温度が高い高温の凝縮器として機能し、第１濃縮部２２Ａに向けて消化液の温度が低い低温の凝縮器として機能する。
【００３３】
そこで、圧縮機１５を経て断熱圧縮された過熱蒸気は、第４濃縮部２２Ｄから第１濃縮部２２Ａの濃縮室３６へと順に送られ、段階的に凝縮して蒸留液を取り出す分縮が行われる。具体的には、第４濃縮部２２Ｄでは、伝熱管３１の周りの過熱蒸気が伝熱管３１内の消化液によって潜熱を奪われて凝縮するが、高温側凝縮部であるため沸点が高い水分が先に凝縮する。そして、第３、第２、第１濃縮部２２Ｃ，２２Ｂ，２２Ａでも、伝熱管３１の周りの過熱蒸気が伝熱管３１内の消化液によって潜熱を奪われて凝縮するが、次第に消化液の温度が低くなっていくため、特に第１濃縮部２２Ａで沸点の低いアンモニア成分が多く凝縮してアンモニア濃度の高い蒸留液、つまりアンモニア水が得られる。
【００３４】
各濃縮部２２Ａ〜２２Ｄで得られた蒸留液は、それぞれ濃縮室３６の床面に相当する仕切板３４に溜まり、液取出パイプ４５から排水されて回収される。そして、特に第４濃縮部２２Ｄで得られた蒸留液は、低沸分（アンモニア）を含まない蒸留液（浄水）が取り出され、図示しない浄水タンクへと貯留される。また、第１濃縮部２２Ａで得られた蒸留液は、低沸分（アンモニア）が多く含まれた蒸留液（アンモニア水）が取り出され、図示しない液肥タンクへと貯留される。浄水タンク内の蒸留液は、排水基準を満たすアンモニア濃度であり、液肥タンク内のアンモニア水は肥料として利用される。そして、第２、第３濃縮部２２Ｂ，２２Ｃで得られた蒸留液は、そのままでは排水することはできず、肥料としてのアンモニア濃度も低いため、例えば再び液貯留部２３の消化液へ戻され蒸発と凝縮とが繰り返される。
【００３５】
以上、再圧縮式濃縮機１０の第１実施形態について説明したが、これによれば以下のような効果を奏する。
先ず、缶本体３５の中に複数の伝熱管３１を同方向に設けた竪型蒸発缶１１としたため、図４に示すように缶本体３５内に無駄なスペースをつくることなく配置させることができ、従来の横型蒸発缶のようなデッドスペースを無くしたものとすことができた。
また、竪型蒸発缶１１は、濃縮部２２Ａ〜２２Ｄが複数の伝熱管３１を缶本体３５内に仕切板３３，３４によって束にして固定した簡単な構造であり、それで内部圧力にも耐えるだけの剛性を得ることもでき、その点でコストを抑えることができた。
【００３６】
また、竪型蒸発缶１１は、第１から第４の濃縮部２２Ａ〜２２Ｄが組み付けられたものであるため、洗浄やメンテナンスに際して容易に分解することができ、取り扱いやすくなっている。しかも、消化液が流れる伝熱管３１の内側が汚れることになるため、その伝熱管３１内に多量の洗浄水を供給することによって洗浄が可能となり、しつこい汚れは伝熱管３１内にブラシなどを挿入して擦ることによって、きれいに且つ簡単に落とすことが可能である。更に、伝熱管３１内で発生した蒸気を圧縮機１５によって下方に引き込むため、伝熱管３１内の消化液は重力の他に蒸発ガスの流速の効果が加わって流下速度が上昇し、その結果、伝熱管３１内の液の濡れ特性が向上して汚れの付着が少なくなって洗浄頻度を軽減できる。
【００３７】
また、再圧縮式濃縮機１０を構成する竪型蒸発缶１１の構造は、処理量に応じて缶本体３５の径を大きくしたり高さ方向に長くするだけでスケールアップができるため、設計変更が容易である。更に、本実施形態では第１から第４の濃縮部２２Ａ〜２２Ｄによる分縮としたが、こうした各セクションの長さを変えることで所要伝熱面積が変更できるなど、設計に自由度がある。
また、伝熱管３１の端部が仕切板３３から突き出ているため、一旦仕切板３３上に溜まった状態から伝熱管３１内に入り、その内壁面を伝って流れ落ちるので、複数ある伝熱管３１に対して均等に消化液が流れ込み、伝熱管３１の全てを濡らすことができ、伝熱面積を最大限有効活用できる。
【００３８】
次に、再圧縮式濃縮機の第２実施形態について説明する。図６は、本実施形態の再圧縮式濃縮機を示した図である。なお、第１実施形態の再圧縮式濃縮機と同じ構成については同一符号を付して説明する。
この再圧縮式濃縮機５０は、竪型蒸発缶５１によって構成されたものであって、第１実施形態と同様に、伝熱管の外側に供給される過熱蒸気が複数のセクションで段階的に凝縮が行われるように、上下に分割された気密室を有する構成となっている。しかし、本実施形態では、上下方向に伝熱管を分割することなく１本の連続したものとした。
【００３９】
竪型蒸発缶５１は、図示するように上下を球面体で塞いだ縦方向に長いカプセル形状をしている。図１に示す供給ポンプ７から蒸留部８へ送られた消化液が、蓄えられるように最下部には液貯留部５４が構成され、一定量の消化液が蓄えられるようになっている。一方、竪型蒸発缶５１の最上部が液供給部５２となっており、液貯留部５４から消化液が汲み上げられるように循環ポンプ１２を介してパイプ１３が接続されている。その液供給部５２では、球面形状をした室内に消化液がシャワーのように降り注ぐよう形成されている。そして、液供給部５２と液貯留部５４との間には４つに分割された濃縮部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄが構成されている。
【００４０】
上から第１、第２、第３、第４濃縮部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄは、気密に形成された空間を複数の伝熱管５５が貫く構成となっている。濃縮部５３Ａ〜５３Ｄは、それぞれ図示するように缶本体６１が上下に連結され、その間に仕切板を挟み込んで各部屋の気密性を確保した構成となっている。ここで、図７は、缶本体６１同士の接合部を示した図６のＣ部拡大図である。缶本体６１は、その一端又は両端に接続用の取付フランジ６２が形成され、そこに円形の仕切板６３と、その上下に重ねた環状のパッキン６４とが挟み込まれている。缶本体６１同士は、仕切板６３とパッキン６４とを挟み込んだ取付フランジ６２を、複数の取付ボルトによってネジ止めされ上下一体に組み付けられる。
【００４１】
仕切板６３には伝熱管５５が通る複数の貫通孔が形成されている。その貫通孔には内側にＯリング６５を保持した取付ボス６６が固定され、その取付ボス６６を伝熱管５５が貫通し、仕切板６３の貫通部分の気密性が保たれている。すなわち、伝熱管５５は仕切板６５との間では固定されず、濃縮室６８内の気密性を保ったまま摺動可能な状態で取り付けられている。これは、缶本体６１と伝熱管５５との間の温度差による応力がかからないようにするためである。なお、缶本体６１内に設けられた複数の伝熱管３１は、図４に示す伝熱管３１と同様にほぼ均等に配置されている。
【００４２】
ところで、図６には示していないが、伝熱管５５の上端は、図３に示す前記第１実施形態の伝熱管３１と同様、仕切板３３に固定されている。そして、液供給部５２側に所定量だけ突き出し、その上には分散板３７が配置され、上から降り注がれた消化液が直接伝熱管５５内に入って落下しないように構成されている。
【００４３】
再圧縮式濃縮機５０は、第１乃至第４濃縮部５３Ａ〜５３Ｄの各濃縮室６８が、仕切板６３を跨いだ連通管４１によって接続されている。そして、伝熱管５５の下端開口部が連通する液貯留部５４は、その上の第４濃縮部５５の濃縮室６８に対して蒸気圧縮管１４によって接続され、その蒸気圧縮管１４には伝熱管５５内で発生した消化液の蒸気を断熱圧縮するための圧縮機１５が配管されている。更に、濃縮部５３Ａ〜５３Ｄには、各濃縮室６８内で凝縮した蒸留液を取り出すための液取出パイプ４５が缶本体６１に設けられている。
【００４４】
続いて、再圧縮式濃縮機５０を用いた有機性廃液処理装置１による有機性廃液の処理方法について説明する。
先ず、図１に示す有機性廃液処理装置１では、バイオガスプラントから送られた消化液は消化液タンク２に一時的に蓄えられ、定量ポンプ３によって所定量の消化液が固液分離機４に送り込まれる。固液分離機４では、遠心分離によって固形分が取り除かれた消化液が加熱容器６へ送られ、藁くずなどの固形分は堆肥タンク５に入れられる。こうして堆肥タンク５に送られた固形分は、無機態の窒素、リン、カリを含んだ発酵済みの堆肥として利用される。加熱容器６では、消化液が撹拌されながらヒータによって暖められて予熱処理が施される。そして、供給ポンプ７によって単位時間当たりに一定量の消化液が図６に示す再圧縮式濃縮機５０の竪型蒸発缶５１へと供給される。
【００４５】
再圧縮式濃縮機５０では、図６に示すように消化液がタンクである液貯留部５４に蓄えられ、そこから循環ポンプ１２によって汲み上げられた消化液が液供給部５２内に降り注がれる。しかし、伝熱管５５の上方には分散板３７（図５参照）が配置されているため、伝熱管３１内に消化液が直接入って落下しない。降り注がれた消化液は、分散板３７に当たって仕切板３３に落ち、或いは仕切板３３の上に直接落ちる（図３参照）。伝熱管５５の端部は仕切板３３から上に突き出しているため、その高さ分だけ消化液が溜まってから伝熱管５５内に流れ込み、内壁面を伝わって落ちていく。
【００４６】
濃縮部５３Ａ〜５３Ｄの濃縮室６８は、後述するように過熱蒸気が送り込まれているため、その濃縮室６８内の伝熱管５５は外側から加熱されて温度が高くなっている。従って、伝熱管５５の内壁面を伝って流れ落ちる消化液は、加熱された伝熱管５５内で一部が蒸発し、最終的に蒸発しなかった消化液は液貯留部５４内の消化液に戻され、再び循環ポンプ１２によって液供給部５２へと汲み上げられる。
【００４７】
伝熱管５５内で蒸発した消化液の蒸気は、液貯留部５４に接続された圧縮機１５によって吸引される。そして、吸引された蒸気は、圧縮機１５による断熱圧縮が行われ、加圧された状態で先ず第４濃縮部５３Ｄの濃縮室６８内に送り込まれる。なお、運転開始時にはその濃縮室６８内に対して系外から一時的に過熱蒸気が送り込まれ、それによって加熱された伝熱管５５内の消化液が蒸発するようにしている。
【００４８】
第４濃縮部５３Ｄの濃縮室６８に送り込まれた過熱蒸気は上向きの流れを有し、連通管４１を介して上の第３濃縮部５３Ｃの濃縮室６８へ流れ込み、更に連通管４１を介して上の第２、第１濃縮部５３Ｂ，５３Ａの各濃縮室６８へと流れ、最終的には第１濃縮部５３Ａの接続管４３から、そこに設けられた不図示のフィルタを通して大気に放出される。そして、本実施形態の再圧縮式濃縮機５０では、こうして竪型蒸発缶５１の下から上に流れる過熱蒸気は、濃縮室６８内にて伝熱管５５に触れ、その内部を流れる消化液が蒸発する際に潜熱が奪われて凝縮する。
【００４９】
第１濃縮部５３Ａから第４濃縮部５３Ｄにかけて伝熱管５５内を流れる消化液の温度が高くなっている。そのため、下の第４濃縮部５３Ｄが消化液の温度が高くなって高温の凝縮器として機能し、第１濃縮部５３Ａでは、消化液の温度が低い低温の凝縮器として機能する。従って、第４濃縮部５３Ｄでは、沸点が高い水分が先に凝縮し、第３、第２、第１濃縮部５３Ｃ，５３Ｂ，５３Ａでは、次第に消化液の温度が低くなっていき、第１濃縮部５３Ａでは沸点の低いアンモニア成分が多く凝縮してアンモニア濃度の高い蒸留液、つまりアンモニア水が採取される。
【００５０】
各濃縮部５３Ａ〜５３Ｄで得られた蒸留液は、それぞれ濃縮室６８の床面に相当する仕切板６３に溜まり、液取出パイプ４５から排水されて回収される。そして、特に第４濃縮部５３Ｄで得られた蒸留液は、低沸分（アンモニア）を含まない蒸留液（浄水）が取り出され、図示しない浄水タンクへと貯留される。また、第１濃縮部５３Ａで得られた蒸留液は、低沸分（アンモニア）が多く含まれた蒸留液（アンモニア水）が取り出され、図示しない液肥タンクへと貯留される。浄水タンク内の蒸留液は、排水基準を満たすアンモニア濃度であり、液肥タンク内のアンモニア水は肥料として利用される。そして、第２、第３濃縮部５３Ｂ，５３Ｃで得られた蒸留液は、そのままでは排水することはできず、アンモニア濃度も低いため、例えば液貯留部５４に戻されて再び蒸発と凝縮とが繰り返される。
【００５１】
以上、本実施形態の再圧縮式濃縮機５０について説明したが、これによれば以下のような効果を奏する。
先ず、缶本体６１の中に軸方向に合わせて複数の伝熱管５５を挿入した竪型蒸発缶５１としたため、図４に示す場合と同様、缶本体６１内に無駄なスペースをつくることなく配置させ、従来の横型蒸発缶のようなデッドスペースを無くすことができた。
また、竪型蒸発缶５１は、伝熱管５５を上下に連続させた構成としたことにより、極めて簡単な構造で内部圧力にも耐えるだけの剛性を得ることもでき、その点でコストを抑えることができた。
【００５２】
また、竪型蒸発缶５１は、第１から第４の濃縮部５３Ａ〜５３Ｄが組み付けて構成されたているので、洗浄やメンテナンスに際して容易に分割することができ、取り扱いやすくなっている。しかも、消化液の流れる伝熱管５５の内側が汚れるため、その伝熱管５５内に多量の洗浄水を供給することによって洗浄が可能となり、しつこい汚れは伝熱管５５内にブラシなどを挿入して擦ることによって、きれいに且つ簡単に落とすことが可能である。更に、伝熱管５５内で発生した蒸気を圧縮機１５によって下方に引き込むため、伝熱管５５内の消化液は重力の他に蒸発ガスの流速の効果が加わって流下速度が上昇し、その結果、伝熱管５５内の液の濡れ特性が向上して汚れの付着が少なくなって洗浄頻度を軽減できる。
【００５３】
また、再圧縮式濃縮機５０を構成する竪型蒸発缶５１の構造は、処理量に応じて缶本体６１径を大きくしたり高さ方向に長くするだけでスケールアップができるため、設計変更が容易である。更に、本実施形態では第１から第４の濃縮部５３Ａ〜５３Ｄによる分縮としたが、こうした各セクションの長さを変えることで所要伝熱面積が変更できるなど、設計に自由度がある。
また、伝熱管５５の上端が仕切板３３から突き出てし、一旦仕切板３３上に溜まった状態から伝熱管５５内に入り、その内壁面を伝って流れ落ちるので、複数ある伝熱管５５に対して均等に消化液が流れ込み、伝熱管５５の全てを濡らすことができ、伝熱面積を最大限有効活用できる。
【００５４】
以上、本発明に係る再圧縮式濃縮機について一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】有機性廃液処理装置の実施形態を概念的に示した図である。
【図２】第１実施形態の再圧縮式濃縮機を示した図である。
【図３】第１実施形態の再圧縮式濃縮機を構成する竪型蒸発缶の濃縮部を示した拡大断面図である。
【図４】竪型蒸発缶内に設けられた伝熱管の配置を示した図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】竪型蒸発缶内に設けられた分散板を示した図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】第２実施形態の再圧縮式濃縮機を示した図である。
【図７】第２実施形態の再圧縮式濃縮機における缶本体同士の接合部を示した図６のＣ部拡大図である。
【図８】従来の横型蒸発缶の一例を示す外観側面図である。
【図９】従来の横型蒸発缶の一例を示す平面図である。
【図１０】伝熱管の取付状態を示す横型蒸発缶の一部断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    有機性廃液処理装置
１０  再圧縮式濃縮機
１１  竪型蒸発缶
１２  循環ポンプ
１３  パイプ
１４  蒸気圧縮管
１５  圧縮機
２１  液供給部
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ  濃縮部
２３  液貯留部
３１  伝熱管
３５  缶本体
３６  濃縮室
３７  分散板
【図１】
2007181787.tif 000003
【図２】
2007181787.tif 000004
【図３】
2007181787.tif 000005
【図４】
2007181787.tif 000006
【図５】
2007181787.tif 000007
【図６】
2007181787.tif 000008
【図７】
2007181787.tif 000009
【図８】
2007181787.tif 000010
【図９】
2007181787.tif 000011
【図１０】
2007181787.tif 000012