(57)【要約】【課題】疎水性多孔質膜が設けられている蒸発部及び冷却面を含む凝結部からなる膜蒸留による造水装置であって、蒸発部における処理水の漏出が生じても、漏出した処理水が凝結水へ混入することがなく、漏出検出手段を設ける必要がない造水装置を提供する。【解決手段】処理水が流れる液相部と、気相部１と、疎水性多孔質膜とからなる蒸発部、冷却面及び前記冷却面と接する気相部２を含む凝結部、及び、前記液相部に処理水を送液する送液手段を有し、前記気相部１と気相部２は、互いに通気可能に連結されており、前記液体中の水は、前記疎水性多孔質膜が気相部１と接する蒸発面より水蒸気として取り出され、前記冷却面により冷却、凝結されて水として回収される造水装置であって、蒸発部と凝結部が、独立した領域に設けられていることを特徴とする造水装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理水が流れる液相部と、気相部１と、前記液相部及び気相部１を隔てる疎水性多孔質膜とからなる蒸発部、
冷却面及び前記冷却面と接する気相部２を含む凝結部、及び、
前記液相部に処理水を送液する送液手段を有し、
前記気相部１と気相部２は、互いに通気可能に連結されており、
前記処理水中の水は、前記疎水性多孔質膜が気相部１と接する蒸発面より水蒸気として放出され、前記冷却面により冷却、凝結されて水として回収される造水装置であって、
凝結されて回収される水と前記蒸発部より漏出する液が混合しないように、蒸発部と凝結部が、独立した領域に設けられていることを特徴とする造水装置。
【請求項２】
前記蒸発部が、中空糸状に形成された疎水性多孔質膜を束ねて収納し、中空糸内腔に処理水が通り、中空糸表面が蒸発面であることを特徴とする請求項１に記載の造水装置。
【請求項３】
前記冷却面の面積が、前記蒸発面の面積の１．２〜６倍であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の造水装置。
【請求項４】
前記疎水性多孔質膜が、ポリテトラフルオロエチレンの延伸多孔質膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の造水装置。
【請求項５】
前記送液手段が、処理水を、凝結部で生じた水蒸気の凝結熱により加熱する手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の造水装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の造水装置、及び、前記送液手段へ送液する処理水を太陽光による熱で加熱する太陽光加熱装置を有することを特徴とする造水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水や汚水等、飲用等の利用に適さない処理水から膜蒸留により淡水を取り出す造水装置、及びこの造水装置を用いた造水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生活に必要な水資源を確保する必要性から、海水、使用済みの生活排水、ヒ素などの人体に毒性のある成分を含む井戸水等から、利用可能な状態の水（淡水）を分離回収するための造水技術が検討されている。
【０００３】
海水等から塩分や有毒成分等を含まない淡水を分離回収する造水技術は、水から発生させた水蒸気を冷却し凝結して回収する蒸発法と、水を通すが塩分等を通さない逆浸透膜に浸透圧以上の高圧をかけて濾過して水を分離回収する逆浸透法に大きく分類される。蒸発法としては、フラッシュ法、効用缶法等とともに、海水等を加熱して、塩分は透過しないが水蒸気は透過する疎水性多孔質膜の一方の面に接触させ、膜を透過してくる水蒸気を他方の面から回収する膜蒸留法が知られている。
【０００４】
逆浸透法は、熱が不要であり大面積の膜を収納したモジュールの利用で比較的小さな設備規模で済む利点がある。しかし、高圧ポンプの設置費用とそれを運転する電力および膜の洗浄などのメンテナンス費用が問題点として指摘されている。一方、蒸発法では蒸気を発生させるための大容量の設備と熱源が必要である点が問題として指摘されている。
【０００５】
膜蒸留法は、逆浸透法と同様、疎水性多孔質膜をモジュール化することでコンパクトにすることが可能であり、蒸発法の問題として指摘されている設備の大型化の問題は緩和されている。さらに、他の蒸発法に比して比較的低温の水、例えば８０℃以下の水を処理できるので、熱源の問題もクリアしやすく、太陽光の利用による運転コストの低減も容易である。
【０００６】
そこで、その検討が盛んに行われており、例えば、特許文献１では、「特に海水または黒みを帯びた水または工程水から脱塩水を生じさせる目的である液体を膜蒸留で浄化する方法」が記載されている。又、特許文献２では、熱源として太陽光を利用した膜蒸留による海水淡水化装置が記載されている。
【０００７】
これらの先行技術文献に記載の造水装置は、疎水性濾過膜を含む蒸発部と、冷却手段を有する凝結部が、気相部を介して設けられている。そして、疎水性濾過膜の一表面に接している処理水（海水等の水を含む液体）中の水が膜を透過し、他の表面（蒸発面）から水蒸気として気相部に放出され、この水蒸気が凝結部の冷却手段により冷却されて凝結し淡水として回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００３−５１９００１号公報（請求項１）
【特許文献２】特開平９−１１４３号公報（請求項１、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
蒸発部の疎水性濾過膜は、理想的には水蒸気のみを透過し、処理水中の塩類等は透過しない。しかし、現実には、処理水が膜より漏出する場合もあり得る。特に、処理水である海水や排水には洗剤等が含まれている場合、その界面活性効果により膜の疎水性が低下し、処理水が膜を透過して凝結水への混入が生じることがある。処理水が混入した凝結水は淡水として使用できなくなるので、たとえば特許３２２３２３１号に記載のセンサーを設けて処理水の漏出を検出し、漏出した場合は凝結水の回収を中断する等の対策が必要であった。
【００１０】
本発明は、疎水性多孔質膜が設けられている蒸発部及び冷却手段を含む凝結部からなる膜蒸留による造水装置であって、蒸発部における処理水の漏出が生じても、漏出した処理水が凝結水へ混入することがなく、従って、前記センサーのような漏出検出手段を設ける必要がない造水装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、蒸発部と凝結部を、独立した領域に設けることにより、凝結されて回収される水と前記蒸発部より漏出する液の混合を防ぐことができることを見出し本発明に至った。すなわち、前記の課題は以下に述べる構成により達成される。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、
処理水が流れる液相部と、気相部１と、前記液相部及び気相部１を隔てる疎水性多孔質膜とからなる蒸発部、
冷却面及び前記冷却面と接する気相部２を含む凝結部、及び、
前記液相部に処理水を送液する送液手段を有し、
前記気相部１と気相部２は、互いに通気可能に連結されており、
前記処理水中の水は、前記疎水性多孔質膜が気相部１と接する蒸発面より水蒸気として放出され、前記冷却面により冷却、凝結されて水として回収される造水装置であって、
凝結されて回収される水と前記蒸発部より漏出する液が混合しないように、蒸発部と凝結部が、独立した領域に設けられていることを特徴とする造水装置である。
【００１３】
この造水装置では、蒸発部と凝結部が独立した領域に設けられているので、蒸発部より処理水が漏出した場合でも、回収される凝結水と混合することはない。従って、処理水の漏出を検出するセンサー等の手段を設ける必要はなく、処理水の漏出により、凝結水の回収が中断されることもなく、より安定した操業をすることができる。
【００１４】
さらに、凝結部が蒸発部と独立しているために、凝結部、蒸発部に対する洗浄等の操作をそれぞれ独立して行うことが容易である。例えば、蒸発部からの処理水の漏出が生じた場合でも、蒸発部をアルコールなどで容易に洗浄・乾燥することが可能であり、この洗浄により容易に疎水性多孔質膜の疎水性を回復して水漏れの無い当初の状態に回復させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記蒸発部が、中空糸状に形成された疎水性多孔質膜を束ねて収納し、中空糸内部（内腔）に処理水が通り、中空糸表面が蒸発面であることを特徴とする請求項１に記載の造水装置である。
【００１６】
本発明の造水装置の蒸発部を、シート状の疎水性多孔質膜により構成することは可能である。この場合は、シート上の疎水性多孔質膜を重ねるとともにその蒸発面に対向して凝結部の冷却面を設ける構成であるが、この構成では、凝結部と蒸発部を独立させることが構造上困難となりやすい。一方、中空糸状に形成された疎水性多孔質膜を束ねて収納したモジュールにより蒸発部を構成する場合は、凝結部と蒸発部を独立させやすい。又、この場合は、同じ体積に高い膜充填率でモジュール化が可能であり、同じ面積の蒸発面に対する装置の設置面積をより小さくしやすいので好ましい。
【００１７】
さらに、後述のように、蒸発面に対する冷却面の面積の比は、大きいことが好ましいが、蒸発面に対向して凝結部の冷却面を設ける構成では、蒸発面に対する冷却面の面積の比は約１であり、これを大きくすることは難しい。これに対して中空糸状に形成された疎水性多孔質膜を束ねて蒸発部を構成し、さらに中空糸状の管を束ねて凝結部を構成すると、前記の面積比やレイアウトを自由に設計することが可能であるので好ましい。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、前記冷却面の面積が、前記蒸発面の面積の１．２〜６倍であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の造水装置である。
【００１９】
前記のような蒸発部と凝結部を有する膜蒸留装置は、初期投資が少ない優れた造水方法である。特に処理水の加熱手段として太陽光を用いた場合は、運転コストも低いとも言われているが、淡水の生成速度の指標である単位面積、単位時間当たりの透過流束（ｋｇ／ｍ２・ｈｒ、単位面積、単位時間当たりの透過量）が十分とは言えず、造水にかかるコスト面では十分とは言えないとの指摘もあった。
【００２０】
しかし、単位面積、単位時間当たりの透過流束は、凝結部において水蒸気を冷却して凝結させる冷却面（凝結面）の面積の蒸発面の面積に対する比に影響され、凝結面の面積が蒸発面の面積に対して有意に大きい場合、単位面積、単位時間当たりの透過流束が向上する。特に、冷却面の面積が、前記蒸発面の面積の１．２〜６倍である場合優れた透過流束が得られるとともに設備の大型化も抑制でき好ましい。
【００２１】
前記のように、蒸発部と凝結部が独立した領域に設けられており、蒸発部が中空糸状に形成された疎水性多孔質膜を束ねて構成され、凝結部が中空糸状の管を束ねて構成されている場合、凝結面積と蒸発面積の比率を調整することが容易であり、高性能でかつコンパクトな造水装置を製造しやすいので好ましい。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、前記疎水性多孔質膜が、ポリテトラフルオロエチレンの延伸多孔質膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の造水装置である。
【００２３】
疎水性多孔質膜は、水をはじく疎水性の材質からなり、水蒸気を透過させるための微細な貫通孔（気孔）を有する膜である。疎水性の材質の種類及び気孔の孔径は、気体である水蒸気を透過し、液体である処理水（水を含んだ液体）を透過しないように選択される。すなわち、水蒸気の透過しやすさの点からは孔径は大きい方が好ましいが、孔径が大きいと処理水の透過（漏出）が生じやすくなるので、両者を考慮して最適な孔径が選択される。
【００２４】
又、水蒸気の透過しやすさの点からは膜の体積に占める気孔の体積の割合、すなわち気孔率は高い方が好ましく又膜が薄い方が好ましい。しかし、膜には、操業中に処理水から受ける圧力に十分耐える機械的強度が求められるので、両者を考慮して最適な気孔率や膜の厚みが選択される。
【００２５】
疎水性多孔質膜の材質としては、ポリテトラフルオロエチレン（四フッ化エチレン樹脂、以降ＰＴＦＥと記す）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン(ＰＣＴＦＥ)、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等、及びその混合物あるいは変性樹脂等の疎水性の樹脂を挙げることができる。本発明においては、容易に多孔質膜を得られる点で、ＰＴＦＥ（延伸法）、ＰＶＤＦ（溶媒相転移法）が主材料としては適しており、中でもＰＴＦＥは、疎水性、機械的強度、化学的耐久性（耐薬品性）に優れるとともに、ＰＴＦＥ微粒子の融着体を延伸する方法（延伸法）により、容易に均一孔径を有するＰＴＦＥの延伸多孔質膜を製造することができるので好適である。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、前記送液手段が、処理水を、凝結部で生じた水蒸気の凝結熱により加熱する手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の造水装置である。
【００２７】
淡水の生成速度、すなわち単位面積、単位時間当たりの透過流束を上げるためには、処理水を、蒸発部に供給される前に加熱することが好ましいので、前記送液手段には通常処理水の加熱手段が設けられる。一方、凝結部では、水蒸気の凝結熱が発生するので、この凝結熱を処理水の加熱手段として利用することにより熱（エネルギー）の有効な利用につながり、他の加熱手段（例えば、太陽熱加熱装置）の負荷を低減できるので好ましい。水蒸気の凝結熱により加熱する方法としては、凝結部において凝結面を冷やす冷媒として処理前の処理水を使用する方法を挙げることができる。この方法によれば、凝結面において熱交換が行われ、凝結面が低温の処理水により冷却されるとともに、処理水が凝結熱により加熱される。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の造水装置、及び、前記送液手段へ送液する処理水を太陽光による熱で加熱する太陽光加熱装置を有することを特徴とする造水システムである。
【００２９】
この造水システムは、前記の本発明の造水装置における、処理水の加熱手段（前記の送液手段に設けられる加熱手段）として、太陽光加熱装置を用いることを特徴とする。このシステムでは太陽光加熱装置に関わる若干の設置コストの増加が見込まれるが、造水時の加熱のためのコストを下げる効果が大きく、運転コストの低減を可能にし、全体としての処理コストの低減となる場合が多いので好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の造水装置は、疎水性多孔質膜が設けられている蒸発部及び冷却面を含む凝結部からなる膜蒸留による造水装置であるが、蒸発部における処理水の漏出が生じても、漏出した処理水が凝結水へ混入することがない。従って、漏出検出手段を設ける必要がなく、漏出による操業停止も生じない。この造水装置と太陽光加熱装置を組み合わせた本発明の造水システムは、前記の特徴とともに、運転コストを低減できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の造水装置の一例を模式的に示す一部切り欠き断面図である。
【図２】本発明の造水装置の他の例を模式的に示す横断面図である。
【図３】本発明の造水装置の他の例を模式的に示す図である。
【図４】本発明の造水装置の他の例を模式的に示す図である。
【図５】参考例１により得られた透過流束と、凝結面積／蒸発面積との関係を示すグラフである。
【図６】実施例で使用した造水装置のモジュールを模式的に示す図である。
【図７】実施例で膜蒸留を行った際の蒸発部および凝結部から回収した水の塩分濃度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
次に、本発明を実施するための形態を具体的に説明する。なお、本発明はこの形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、他の形態へ変更することができる。
【００３３】
本発明の造水装置により処理される処理水としては、摂取あるいは使用の限界以上のミネラル分や塩分、ヒ素等の重金属、藻類や大腸菌等のバクテリア、ウィルス等の人体に不要および有害な成分を含み飲用や生活用水に適さないような、井戸や河川、海からの取水、又は生活排水等を挙げることができる。例えば、本発明の造水装置は、海水淡水化や、バングラディッシュにおけるヒ素汚染井戸水やエジプトの沙漠における塩分を含む井戸水の浄化・飲用水化等に適用できる。処理水を液相部に供給する送液手段としては、従来の膜蒸留における送液手段と同様な手段、例えば、ポンプが使用できる。送液手段に通常設けられる加熱手段としても、従来の膜蒸留における加熱手段と同様な手段を用いることができるが、前記のように太陽光加熱装置を組み合わせることが好ましい。
【００３４】
本発明に供される疎水性多孔質膜として好適に用いられるＰＴＦＥからなる延伸多孔質体は、例えば次のようにして得ることができる。
【００３５】
ＰＴＦＥファインパウダーに灯油を２０〜３０重量部助剤として加え、容器を回転させる等をしてなるべく剪断力を加えないように混合し、ラム押出によってシート状あるいは中空糸状など所望の形状に成形する。この押出時の加圧、変形の際に加わる剪断力によってファインパウダーの粒子の表面で分子の絡みによる結合が生まれる。
【００３６】
次に該押出品を６０〜８０℃の熱風循環炉などで助剤が除去されるまで乾燥させ、その後加熱しながら延伸する。このとき押出で生じたＰＴＦＥ微粒子間の結合が、延伸方向に張力を受けて、ＰＴＦＥ微粒子の結晶から繊維が引き出される。延伸後のＰＴＦＥ成形品はこの引き出された繊維とその隙間の空間からなる多孔質構造となる。その後、ＰＴＦＥの融点以上に加熱することで繊維の一部が融けて、延伸と垂直方向に接着して塊状となった結節という構造が生まれ、これが冷えて固定されることで、繊維と結節から構成され全体として力学的強度を持ったＰＴＦＥ多孔質体となる。
【００３７】
従来の膜蒸留による造水装置は、例えば、複数本のＰＴＦＥ多孔質体中空糸と複数本の金属管などの不透過管を束ねて外筒に収納し、中空糸の端部において、該中空糸同士の隙間および該中空糸束と外筒の隙間を樹脂等で充填して密閉し、蒸発部、凝結部が形成される。さらにＰＴＦＥ多孔質体中空糸の内腔と不透過管の内腔は別の部屋で開口し隔離されており、処理水と冷却水が混合しないようにされている。
【００３８】
あるいは構造を簡単にするために、外筒内にはＰＴＦＥ多孔質体中空糸のみを入れ、不透過管を入れない代わりに外筒を二重構造にして、その内側と外側の隙間に冷却水を流す方式も採用されている。しかし、この方式は、構造は簡単であるが、蒸発面積に対して凝結面積を大きくしにくい問題がある。そこで、外筒の内側の冷却面をひだ状として冷却面を増大させる方法等が考えられる。
【００３９】
本発明の造水装置も、上記のような従来の膜蒸留による造水装置と同様な構造を採用できるが、凝結されて回収される水と蒸発部より漏出する液が混合しないように、蒸発部と凝結部を独立した領域に設けるために、好ましくは、ＰＴＦＥ多孔質体中空糸等の束と金属管などの不透過管の束は、分離されて設けられる。凝結されて回収される水と蒸発部より漏出する液が混合しないようにするためには、蒸発部が、前記疎水性多孔質膜より漏出する液を回収する漏出液回収部を有し、凝結部が、凝結された水を回収する凝結水回収部を有し、漏出液回収部と凝結水回収部が分離されていることがより好ましい。このような構造とすることにより、ＰＴＦＥ多孔質体の防水性が低下し処理水の漏れが発生しても、処理前の水が処理後の水に混入することを回避しやすくなる。
【００４０】
本発明の造水装置に用いられるシートモジュールの一例として、処理水の流路、ＰＴＦＥ多孔質体シート、凝結水が生成する間隙、金属板など不透過シート、冷却水の流路からなり、これらが前記の順で層状に重なり、この層が何層も積み重ねられた構造を挙げることができる。しかし、シートモジュールの場合は、蒸発部と凝結部を独立した領域に設ける構造を製造しにくい問題がある。
【００４１】
図１は、本発明の造水装置の一例を模式的に示す一部切り欠き断面図である。この造水装置は、疎水性多孔質膜からなる中空糸が複数本束ねられて形成されている蒸発部１と、金属性のパイプが複数本束ねられた束を複数有する凝結部２が、蒸発部１を中心にして、凝結部２がその外側になるように、外筒２１の中に設けられている。すなわち、蒸発部及び凝結部は、独立した領域に配置されている。外筒２１内の空間３は、蒸発部１と凝結部２が共に接する空間であるので請求項１における気相部１に該当するとともに気相部２にも該当する。
【００４２】
蒸発部１（中空糸）の両端は、処理水室５及び６にそれぞれ連結されており、処理水室５には配管４、処理水室６には配管７が設けられている。処理水は加熱されて配管４、処理水室５を通り蒸発部１（中空糸）に通液されている。蒸発部１を形成する中空糸内腔は処理水が流れるので、請求項１における液相部に該当する。蒸発部１（中空糸）に通液された処理水中の水は水蒸気として疎水性多孔質膜を透過し、空間３（気相部１）内に放出される。中空糸内腔を通過した処理水は、処理水室６、配管７を通り排出される。
【００４３】
凝結部２を構成する金属性のパイプの束は、処理水室５内及び処理水室６内を通過するように設けられている。この金属性のパイプ内には冷却水が、図中の矢印に示す方向で流されており、空間３（気相部１）内に放出された水蒸気は、冷却水が通るパイプ表面（冷却面）により冷却され凝結する。
【００４４】
この図の造水装置は、処理水室５が上で、処理水室６が下になるように鉛直に設けられている。従って、パイプ表面に凝結された凝結水は下に移動し、空間３の下部に設けられた凝結水回収部１０に貯留する。凝結水回収部１０には、配管１１が設けられており、貯留された凝結水（淡水）は、適時、配管１１から回収され、淡水として利用される。
【００４５】
この図の造水装置は、蒸発部１の下部、処理水室６上に、漏出液回収部８が設けられている。漏出液回収部８は漏出液を貯留するための容器であり、蒸発部１から処理水の漏出があっても漏出液は、中空糸を伝わって漏出液回収部８内に落下するので、凝結水回収部１０に貯留している凝結水と混合することはない。漏出液回収部８に貯留された漏出液（処理水）は、漏出液排出管９により排出される。
【００４６】
液相部１に送られた処理水中の水は、水蒸気として空間３中に放出されるが、放出された水蒸気は空間３と接する凝結部の冷却面で冷却されて凝結する。冷却面としては、水蒸気を凝結させるため十分な冷却がされているものであれば、特に限定されず、冷媒に一端が接触し、その一端からの熱伝動により冷却されている板でもよい。しかし、冷却効率を高めるためには、熱伝導率のよい金属等の板や管の一表面を冷却面とし、他の面に冷媒や冷却水等を流して冷却する方法が好ましく挙げられる。前記のように冷媒や冷却水としては、加熱前の処理水が好ましく用いられる。気相部２中の水蒸気は、冷却面により冷却、凝結されて水として回収される
【００４７】
図２は、本発明の造水装置の他の例を模式的に示す横断面図である。この例も図１の例と同様に、円筒形の外筒の中に、蒸発部及び凝結部を設け、蒸発部を中心部に、凝結部を蒸発部の周囲に配置している。すなわち、蒸発部及び凝結部は、独立した領域に配置されている。又、図１の例と同様に、蒸発部は、疎水性多孔質膜からなる中空糸の複数により、凝結部は、金属性のパイプ（冷却管）の複数により形成されている。金属性のパイプ内には冷却水が流れ、中空糸内には処理水が流れて、処理水中の水が水蒸気となり中空糸の外表面から気相部１内に放出され、気相部２内の水蒸気が金属性のパイプ（冷却管）により冷却されて凝結する。
【００４８】
この例の造水装置も、中空糸及び冷却管が鉛直になるように設けられている。そして図示されていないが、気相部１の真下には気相部１の横断面と同じ横断面の漏出液回収部が、そして気相部２の真下には気相部２の横断面と同じ横断面の凝結水回収部が、蒸発部（中空糸）からの漏出液が凝結水と混合しないように分離して設けられている。又、図より明らかなように、蒸発部の蒸発面積より凝結部の凝結面積が大きく、大きな透過流束が得られるようにされている。
【００４９】
図３は、本発明の造水装置の他の例を模式的に示す図である。この造水装置は、中空糸の束からなる蒸発部と金属のパイプの束からなる凝結部が、並列して設けられている例である。図３（ａ）は、一つの筒内に蒸発部と凝結部を並列して設けた例であり、図３（ｂ）は、互いに側面で通気可能に連結した２つの円筒内のそれぞれに蒸発部と凝結部を並列して設けた例である。すなわち、蒸発部と凝結部は独立して領域に設けられている。
【００５０】
中空糸の内腔を処理水が通り、金属のパイプの内腔を冷却水が通ることは、図１、２の例の場合と同じである。又、この例の造水装置も、中空糸及び冷却管が鉛直になるように設けられている。蒸発部で気相１に放出された水蒸気は、図中の矢印が示すように気相２に移動して、金属のパイプの表面で冷却され凝結し、金属のパイプの表面を伝って凝結部の下部に設けられた凝結水回収部に貯留し、凝結水回収部に設置された配管１により回収され淡水として利用される。
【００５１】
蒸発部の下部には漏出液回収部が設けられている。中空糸等から処理水が漏出した場合、漏出液は中空糸等を伝って漏出液回収部に貯留し、漏出液回収部に設置された配管２により排出される。
【００５２】
図３（ｃ）は、図３（ａ）の例の、漏出液回収部、凝結水回収部及びその近傍の断面図である。この図から明らかなように、凝結水回収部と漏出液回収部は分離されており、凝結水に漏出液が混合しない構造となっている。
【００５３】
図４は、本発明の造水装置の他の例を模式的に示す図である。この例では、中空糸の束からなる蒸発部と金属のパイプの束からなる凝結部が、異なる外筒内に設けられている例である。蒸発部が設けられている外筒と凝結部が設けられている外筒は、通気管で通気可能に連結されている。すなわち、蒸発部と凝結部は独立して領域に設けられている。
【００５４】
中空糸の内腔を処理水が通り、金属のパイプの内腔を冷却水が通ることは、前記の例の場合と同じである。図中の矢印（１）は処理水の流れを、矢印（２）は冷却水の流れを示す。蒸発部で気相１に放出された水蒸気は、通気管を通り気相２に移動して、金属のパイプの表面で冷却され凝結する。
【００５５】
図４（ａ）は、この例の造水装置の平面図であり、図４（ｂ）は、側面図である。図４（ｂ）に示されるように、蒸発部及び凝結部はいずれも下方への傾斜部分を有しており、その底部（最下部）には、凝結水回収管又は漏出液排出管を有している。凝結部で生じた凝結水は、傾斜により底部に移動し、凝結水回収管から回収され淡水として利用される。又、中空糸等から処理水が漏出した場合、漏出液は傾斜により底部に移動し、漏出液排出管から排出される。従って、凝結水に漏出液が混合しない構造となっている。
【００５６】
参考例１
孔径２．０μｍ、開孔率７９％の延伸ＰＴＦＥの多孔質体（住友電工製ＰＴＦＥ多孔質体中空糸ポアフロンＴＢ−２３１１−２００）からなり、外径２．３ｍｍ、内径１．１ｍｍである中空糸を、疎水性多孔質体として用いた。この中空糸の内腔に初期温度（中空糸の入口の温度）７５℃の海水を流して、中空糸の外表面から気相部に放出される水蒸気を、氷水で冷やしたステンレス容器の内面で凝結させて回収した。回収した水の重量を、疎水性多孔質中空糸の内表面積および単位時間当たりに換算した値を透過流束とした。
【００５７】
疎水性多孔質中空糸の内表面積（蒸発面積）と、ステンレス容器の内面の面積（凝結面積）の比率（凝結面積／蒸発面積）を様々に変えてその透過流束を測定した。図５は、この実験により得られた透過流束と、凝結面積／蒸発面積との関係を示すグラフである。
【００５８】
図５をみると、凝結面積／蒸発面積に対する透過流束の変化には、その変化の傾きから、大きく凝結面積／蒸発面積が１．２未満の領域Ａ、６を超える領域Ｃ、その間の領域Ｂの３つの領域に分けることができ、１．２未満の領域Ａ及び６を超える領域Ｃでは傾きが小さい。領域Ａでは蒸発面積に対する凝結面積の比が小さいためにせっかく蒸発しても凝結が律速になり淡水の回収が進みにくく、領域Ｃでは凝結能力は十分であるが蒸発がそれに追いつかず蒸発速度が律速になり淡水の回収が進みにくくなると考えられる。
【００５９】
図５の結果から、高い透過流束を得るためには、凝結面積／蒸発面積は１．２以上が好ましいことが示されている。一方、凝結面積を大きくすると設備が大型化する。凝結面積／蒸発面積が６を超える領域Ｃでは、設備が大型化する割には、透過流束の向上は小さくさらに凝結面積／蒸発面積を大きくしても透過流束の値は飽和する傾向がある。従って、全体の効率を考えると、凝結面積／蒸発面積は６以下が好ましい。
【００６０】
なお、凝結効率が蒸発効率より数倍低い原因は次のように考えられる。蒸発が起こる疎水性多孔質膜内面の気液界面では水蒸気が発生する際の気化熱が奪われ局所的に水温が下がっても温海水の流れによって新しい温水が供給されて温度は常時回復される。一方、凝結面では逆に水蒸気が水になる際に気化熱を放出するため、凝結面の温度は上昇するが金属面の裏側の冷却水に熱が逃げるまでには、金属壁の熱伝導を介する上に、凝結面上に生成した水は通常自重で水滴として流れていくまでそこに停滞することになり、常時更新される蒸発面に比べて効率が悪いためと考えられる。
【実施例】
【００６１】
参考例と同じ中空糸状多孔質膜（ＴＢ−２３１１−２００）３０本を束ねて内径２０ｍｍの塩化ビニル管に収納した蒸発モジュール（蒸発部）と、内径１ｍｍ、外径２ｍｍのステンレス管１２１本を束ねて内径４０ｍｍの塩化ビニル管に収納した凝結モジュール（凝結部）を作製し、図６に示すように配置した。蒸発部と凝結部を分ける原理としては図４の場合と同様である。なお、図６（ａ）は、縦断面を模式的に表す図であり、図６（ｂ）は、横断面を模式的に表す図である。
【００６２】
該蒸発モジュールの中空糸状多孔質膜の内腔に、７５℃の３．５％塩化ナトリウム水溶液（人工海水）を流束０．２ｍ／ｓの速度で流し、凝結モジュールのステンレス管の内腔には５℃の冷却水を０．０５ｍ／ｓの流束で流して冷却し、実験開始から３０分後に各モジュールに溜まる水を採取した。その後、人工海水に家庭用洗剤（主成分アリキルエーテル硫酸エステルナトリウム）１００ｐｐｍを添加した以外は前記と同様な実験を行い、３０分毎に各モジュールに溜まる水を採取、各モジュールに溜まる水の電気伝導度から塩分濃度を測定した。
【００６３】
運転開始から１２０分後（家庭用洗剤の添加から９０分後）、蒸発モジュールを実験系から外して、２−プロパノールに５分浸漬後、水道水に５分浸漬し、水を交換して３０分さらに放置した後に、６０℃恒温槽で一晩乾燥させた。蒸発モジュールを再度実験系にとりつけ人工海水（家庭用洗剤無し）による上記実験を再度行った。以上の実験における塩分濃度の変化を図７に示す。すなわち、図７は、膜蒸留を行った際に、人工海水に界面活性剤を混ぜて意図的に海水漏れを発生させたとき、その後にモジュールの洗浄によって漏れの回復処理を行ったとき、の前後における蒸発部および凝結部から回収した水の塩分濃度変化を示すグラフである。
【００６４】
人工海水のみを流している間は、蒸発モジュール内の水から塩分が検出されなかったが、家庭用洗剤を人工海水に入れた後は徐々に塩分が検出されるようになり、人工海水が疎水性多孔質膜の外に漏出したことが示されている。その後、アルコールと水で蒸発モジュールを洗浄すると、蒸発モジュール内に溜まった水からの塩分検出は無くなる。この結果より、簡単な洗浄で蒸発モジュール内の中空糸状疎水性多孔質は容易に保水性を回復していることが示されている。一方、凝結モジュール内の水は実験を通じて塩分を検出しておらず、図６に示す造水装置では蒸発部と凝結部が、独立した領域に設けられているので、蒸発部で塩分（人工海水、処理水）が漏れても生成水（凝結水）とは混合しないことが示されている。
【符号の説明】
【００６５】
１．      蒸発部
２．      凝結部
３．      空間
４．７．  配管
５．６.   処理水室
８．      漏出液回収部
９．      漏出液排出管
１０．    凝結水回収部
２１．    外筒
【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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