(57)【要約】【課題】ロバスト性を向上させ得る多重効用式造水装置を提供する。【解決手段】複数段に配置された蒸発缶と、サーモコンプレッサとを備える多重効用式造水装置である。サーモコンプレッサは、２段目の蒸発缶における蒸気（被吸引蒸気）を駆動蒸気により昇圧させて最前段の蒸発缶に供給する。サーモコンプレッサは、被吸引蒸気を吸引するために駆動蒸気を増速させる複数のノズル４１，４２が具備される。それぞれのノズル４１／４２は、駆動蒸気を増速する絞り部と、増速された駆動蒸気を噴出する開口部とを有する。それぞれのノズル４１，４２は、面積比（絞り部の横断面積に対する開口部の横断面積）ごとにグループに分類され、グループは２つである。それぞれのグループは、分類された全ノズル４１／４２の軸心が等ピッチで配置される円Ｃ１／Ｃ２を一つずつ有する。２つのグループがそれぞれ有する円Ｃ１／Ｃ２は、いずれも同心である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段に配置された蒸発缶と、サーモコンプレッサとを備える多重効用式造水装置であって、
上記蒸発缶は、外部からの原水を蒸発させるとともに、蒸気を冷却して凝縮させることで純水を得るように構成され、
上記サーモコンプレッサは、２段目以降の蒸発缶における蒸気を吸引して駆動蒸気により昇圧させ、昇圧した蒸気を最前段の蒸発缶に供給するものであり、
上記サーモコンプレッサは、２段目以降の蒸発缶における蒸気を吸引するために上記駆動蒸気を増速させる複数のノズルが具備され、
それぞれのノズルは、上記駆動蒸気を増速する絞り部と、増速された駆動蒸気を噴出する開口部とを有し、
それぞれのノズルは、上記絞り部の横断面積に対する上記開口部の横断面積である面積比ごとにグループに分類され、
上記グループは複数であり、
それぞれのグループは、分類された全ノズルの軸心が等ピッチで配置される円を一つずつ有し、
それぞれのグループが有する円は、いずれも同心であることを特徴とする多重効用式造水装置。
【請求項２】
それぞれのグループのノズルは、上記円の中心に対して対称に配置されるものであることを特徴とする請求項１に記載の多重効用式造水装置。
【請求項３】
上記駆動蒸気の圧力に応じてそれぞれのグループのノズルの内部を封止する制御装置が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の多重効用式造水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重効用式造水装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水淡水化プラントの一つである多重効用式造水装置は、逆浸透膜を使用する造水装置と比べて、海水の水質悪化に強く、保守点検が容易という長所を有する。一方で、多重効用式造水装置は、消費するエネルギーが大きいという短所も有する。このため、多重効用式造水装置のような消費するエネルギーが大きい海水淡水化プラントは、エネルギー資源の豊富な湾岸アラブ諸国などで、広く採用されている。
【０００３】
このような多重効用式造水装置は、蒸発法により海水を淡水化する装置の一種、言い換えれば、海水の蒸発により得られる蒸気を冷却することにより、純水を得る装置の一種である。多重効用式造水装置は、より効率的に純水を得るために、低圧の蒸気を昇圧するサーモコンプレッサを備える。サーモコンプレッサは、別途の蒸気である高圧の駆動蒸気により、低圧の蒸気（被吸引蒸気という）を吸引するとともに昇圧させるものである。
【０００４】
多重効用式造水装置のようなサーモコンプレッサを備える海水淡水化プラントでは、駆動蒸気の流量に対する被吸引蒸気の流量（サーモコンプレッサの吸引比という）を上げるほど、少ない駆動蒸気の量で多くの純水を得ることができる。言い換えれば、サーモコンプレッサの吸引比を上げるほど、その海水淡水化プラントの性能が向上する。このため、従来の海水淡水化プラントとして、サーモコンプレッサの吸引比を上げた海水淡水化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の海水淡水化装置におけるサーモコンプレッサは、被吸引蒸気の流量および昇圧が向上するように構成されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４５００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図１１に示すように、サーモコンプレッサが正常に作動するためのため駆動蒸気の圧力範囲、つまり運転範囲Ｒは、非常に狭い。さらに、この運転範囲Ｒから駆動蒸気の圧力が少しでも外れると、サーモコンプレッサの吸引比が一気に下がる。すなわち、サーモコンプレッサは、駆動蒸気の圧力に対して非常に敏感な機器である。このため、上記特許文献１に記載の海水淡水化装置は、純水を安定して得るために駆動蒸気の圧力を極めて安定させる必要があるので、ロバスト性が欠如するという問題を有する。
【０００７】
そこで、本発明は、ロバスト性を向上させ得る多重効用式造水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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る多重効用式造水装置は、複数段に配置された蒸発缶と、サーモコンプレッサとを備える多重効用式造水装置であって、
上記蒸発缶は、外部からの原水を蒸発させるとともに、蒸気を冷却して凝縮させることで純水を得るように構成され、
上記サーモコンプレッサは、２段目以降の蒸発缶における蒸気を吸引して駆動蒸気により昇圧させ、昇圧した蒸気を最前段の蒸発缶に供給するものであり、
上記サーモコンプレッサは、２段目以降の蒸発缶における蒸気を吸引するために上記駆動蒸気を増速させる複数のノズルが具備され、
それぞれのノズルは、上記駆動蒸気を増速する絞り部と、増速された駆動蒸気を噴出する開口部とを有し、
それぞれのノズルは、上記絞り部の横断面積に対する上記開口部の横断面積である面積比ごとにグループに分類され、
上記グループは複数であり、
それぞれのグループは、分類された全ノズルの軸心が等ピッチで配置される円を一つずつ有し、
それぞれのグループが有する円は、いずれも同心である。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る多重効用式造水装置は、請求項１に記載の多重効用式造水装置において、それぞれのグループのノズルは、上記円の中心に対して対称に配置される。
【００１０】
さらに、本発明の請求項３に係る多重効用式造水装置は、請求項１または２に記載の多重効用式造水装置において、上記駆動蒸気の圧力に応じてそれぞれのグループのノズルの内部を封止する制御装置が設けられるものである。
【発明の効果】
【００１１】
上記多重効用式造水装置によると、サーモコンプレッサの吸引比（駆動蒸気の流量に対する被吸引蒸気の流量）が変動しにくいので、ロバスト性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る多重効用式造水装置の全体構成図である。
【図２】同多重効用式造水装置が備えるサーモコンプレッサの縦断面図である。
【図３】同サーモコンプレッサのボディの内部を示す拡大断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視図である。
【図５】同サーモコンプレッサにおける駆動蒸気の圧力（横軸）と吸引比（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２に係るサーモコンプレッサの図４に相当する図である。
【図７】本発明の実施例２に係るサーモコンプレッサにおける小面積比のノズルの数および配置を変更した図である。
【図８】本発明の他の実施例に係るサーモコンプレッサの図４に相当する図である。
【図９】同サーモコンプレッサにおける駆動蒸気の圧力（横軸Ｐ）と吸引比（縦軸ＥＲ）との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の変形例に係るサーモコンプレッサにおける駆動蒸気の圧力（横軸Ｐ）と吸引比（縦軸ＥＲ）との関係を示すグラフである。
【図１１】従来のサーモコンプレッサにおける駆動蒸気の圧力（横軸Ｐ）と吸引比（縦軸ＥＲ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例１に係る多重効用式造水装置について図面に基づき説明する。
この多重効用式造水装置は、図１に示すように、原水（例えば海水である）から蒸発法により純水を得るための蒸発缶２が複数段２Ａ〜２Ｚに配置されたものである。また、上記多重効用式造水装置１は、本発明の要旨であるサーモコンプレッサ３と、このサーモコンプレッサ３を駆動するための駆動蒸気供給部９とを備える。
【００１４】
各蒸発缶２の内部は、所定の高さ以上でデミスター７ｄが設けられた仕切壁７により、上流側の蒸発室４と、下流側の貯留室８とに区分けされる。
蒸発室４では、最前段２Ａだとサーモコンプレッサ３から蒸気が伝熱管５に供給され、それ以外２Ｂ〜２Ｚだと直前段の蒸発缶２から蒸気が伝熱管５に供給される。一方で、この伝熱管５には、散布器６から原水が散布される。これにより、伝熱管５の蒸気は冷却されて一部が凝縮水になるとともに、散布された原水は一部が蒸発して蒸気になる。この蒸気は、蒸発室４だけでなく、デミスター７ｄを通って貯留室８にも充満する。散布された原水のうち、蒸発しなかったものは、濃縮原水として蒸発室４の下部に溜まる。一方で、伝熱管５の上記凝縮水は、純水として貯留室８の下部に溜まる。
【００１５】
前後の蒸発室４は原水移送管１０により接続され、前後の貯留室８は純水移送管１１により接続される。最前段２Ａの原水移送管１０は、コンデンセイト管１２に分岐する。最後段２Ｚの蒸発室４は濃縮原水を排出する濃縮原水排出管１３に接続され、最後段２Ｚの貯留室８は純水を取り出す純水取出管１４に接続される。なお、コンデンセイト管１２にはコンデンセイトポンプ２２が設けられ、濃縮原水排出管１３にはブローダウンポンプ２３が設けられ、純水取出管１４には生産水ポンプ２４が設けられる。
【００１６】
冷却原水は、最後段２Ｚの貯留室８における冷却原水供給管１５に導かれて、その貯留室８の蒸気を冷却して凝縮水にする。これにより、冷却原水は、温度が上昇して、単に原水となる。この原水のうち、一部は原水排出管１６により排出され、それ以外は上記原水排出管１６から分岐するとともにメイクアップポンプ２７が設けられた原水供給管１７により各蒸発缶２の散布器６に供給される。なお、散布器６に供給される原水は、原水供給管１７に設けられる予熱器（図示省略）などにより加熱される。
【００１７】
２段目（２段目以降であればよい）２Ｂの貯留室８の蒸気は、３段目２Ｃの伝熱管５に供給されるだけでなく、蒸気吸引管１８を通じてサーモコンプレッサ３に吸引される。このサーモコンプレッサ３では、吸引された低圧の蒸気（以下では被吸引蒸気という）が、駆動蒸気供給部９から供給される高圧の駆動蒸気により昇圧される。このサーモコンプレッサ３で昇圧された中圧の蒸気は、蒸気供給管１９を通じて最前段２Ａの伝熱管５に供給される。
【００１８】
ここで、多重効用式造水装置の性能は、サーモコンプレッサの吸引比（駆動蒸気の流量に対する被吸引蒸気の流量）に依存する。このため、多重効用式造水装置の性能を向上させるには、（１）サーモコンプレッサの吸引比を上げる、および／または、（２）サーモコンプレッサの吸引比が下がりにくいようにする、ことが要求される。本発明では、上記（２）を満たすように、サーモコンプレッサ３が構成される。
【００１９】
以下、本発明の要旨であるサーモコンプレッサ３について詳細に説明する。
このサーモコンプレッサ３は、図２に示すように、蒸気吸引管１８に接続されて被吸引蒸気を吸引する吸引部３１と、駆動蒸気供給部９に接続されて駆動蒸気が供給される駆動部３２と、これら吸引部３１および駆動部３２が設けられるボディ３４と、このボディ３４の下流側に設けられるスリーブ３５と、このスリーブ３５の下流側に接続されるディフューザ３６とを有する。上記駆動部３２は、ボディ３４の内部に配置されるノズル部３３を有する。このノズル部３３は、ボディ３４の内部における駆動蒸気の流れを超音速流にすることで、ボディ３４の内部における圧力を低下させるものである。この圧力の低下により、被吸引蒸気が吸引部３１から吸引される。
【００２０】
上記ノズル部３３は、従来のノズル部と異なり、供給される駆動蒸気の圧力が変動しても、ボディ３４の内部における圧力の低下が変動しにくいので、吸引部３１から吸引される被吸引蒸気の流量が変動しにくい構成である。言い換えれば、上記ノズル部３３は、供給される駆動蒸気の圧力が変動しても、吸引比が変動しにくい構成である。
【００２１】
以下、上記ノズル部３３の詳細な構成について図３および図４に基づき説明する。
このノズル部３３は、図３に示すように、収納管４０と、この収納管４０の内部に配置された複数のノズル４１，４２とから構成される。それぞれのノズル４１，４２は、駆動蒸気を増速する絞り部ｄと、増速された駆動蒸気をボディ３４の内部に噴出する開口部Ｄとを有する。ここで、絞り部ｄの横断面積に対する開口部Ｄの横断面積を、面積比と定義する。この定義を用いて説明すると、上記複数のノズルは、上記面積比が異なるノズルから構成される。言い換えれば、上記複数のノズルは、面積比が同一のノズルごとにグループに分類されるとともに、上記グループは複数となる。例えば、図４に示すように、上記複数のノズル４１，４２は、面積比がＤ１／ｄ１のノズル（以下、大面積比のノズル４１という）からなるグループと、面積比がＤ２／ｄ２のノズル（以下、中面積比のノズル４２という）からなるグループとに分類される。
【００２２】
次に、上記ノズル４１，４２の配置について図４に基づき詳細に説明する。
上記それぞれのグループに分類された全ノズルは、軸心が一つの円の上に等ピッチで位置するように配置される。すなわち、上記それぞれのグループは、分類された全ノズルの軸心が等ピッチで配置される円を一つずつ有する。また、それぞれのグループが有する円は、いずれも同心である。具体的に図４に基づき説明すると、中面積比のノズル４２の全ては、これらの軸心が一つの円Ｃ２の上に位置するように配置される。この円Ｃ２の上に位置するノズル（中面積比のノズル４２）は、中心角が全て４５°の等ピッチである。一方で、大面積比のノズル４１は、この軸心が一つの円（点、つまり直径が０の円）Ｃ１の上に位置するように配置される。この円（点）Ｃ１の上に位置するノズル（大面積比のノズル４１）は、一つだけであるから、等ピッチであるといえる。なお、中面積比のノズル４２の軸心が位置する円Ｃ２は、大面積比のノズル４１の軸心が位置する円（点）Ｃ１より大きい同心円である。
【００２３】
上記吸引比が変動しにくい構成として、面積比が同一のノズルは、これらの軸心が位置する円の中心に対して対称に配置されることが好ましい。具体的に図４に基づき説明すると、中面積比のノズル４２は、上記円Ｃ２の中心に対して、０時の位置および６時の位置に配置され、１．５時の位置および７．５時の位置に配置され、３時の位置および９時の位置に配置され、４．５時および１０．５時の位置に配置される。一方で、大面積比のノズル４１は、この軸心と上記円Ｃ１の中心とが一致するので、上記円Ｃ１の中心に対して対称に配置されるといえる。
【００２４】
以下、上記多重効用式造水装置１の作用について、本発明の要旨であるサーモコンプレッサ３の作用に着目して説明する。
図１に示すように、サーモコンプレッサ３には、２段目２Ｂの貯留室８から蒸気吸引管１８を通じて蒸気（被吸引蒸気）が吸引されるとともに、駆動蒸気供給部９から駆動蒸気が供給される。具体的には、図２に示すように、ノズル部３３からボディ３４の内部に駆動蒸気を超音速流で噴出することにより、ボディ３４の内部における圧力が低下する。この圧力の低下により、被吸引蒸気が吸引部３１から吸引される。そして、高圧の駆動蒸気と低圧の被吸引蒸気とを合流させた中圧の蒸気、つまり被吸引蒸気を駆動蒸気により昇圧させた中圧の蒸気が、スリーブ３５を通ってディフューザ３６から吐出される。ディフューザ３６から吐出された蒸気は、図１に示すように、蒸気供給管１９を通じて最前段２Ａの伝熱管５に供給される。
【００２５】
ここで、サーモコンプレッサ３が正常に作動する（吸引比が所定値以上になる）ための駆動蒸気の圧力範囲を、運転範囲と定義する。この定義を用いて説明すると、一般にサーモコンプレッサの吸引比は面積比に依存するので、上記サーモコンプレッサ３の運転範囲は、図５に示すように、大面積比のノズル４１による運転範囲Ｒ１と、小面積比のノズル４３による運転範囲Ｒ２とを加えたものとなる。このため、従来の面積比が１種類のみのノズルからなる従来のサーモコンプレッサ３の運転範囲Ｒに比べて（図１１参照）、上記サーモコンプレッサ３の運転範囲Ｒ１＋Ｒ２は広くなる。したがって、駆動蒸気供給部９から供給される駆動蒸気の圧力が変動しても、上記サーモコンプレッサ３の吸引比が変動しにくい。
【００２６】
このように、実施例１に係る多重効用式造水装置１によると、駆動蒸気の圧力が変動しても、サーモコンプレッサ３の吸引比が変動しにくいので、多重効用式造水装置１の性能の一つであるロバスト性を向上させることができる。
【実施例２】
【００２７】
本発明の実施例２に係る多重効用式造水装置１は、上記実施例１に係る多重効用式造水装置１におけるノズルの配置が異なるものである。
以下、上記実施例１と異なる部分であるノズルの配置に着目して説明するとともに、上記実施例１と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
本発明の実施例２に係る複数のノズルは、図６に示すように、面積比が３種類のノズル４１，４２，４３から構成される。すなわち、複数のノズルは、上記実施例１だと、大面積比（面積比がＤ１／ｄ１）のノズル４１からなるグループと中面積比（面積比がＤ２／ｄ２）のノズル４２からなるグループとに分類されるが、本実施例２だと、加えて小面積比（面積比がＤ３／ｄ３）４３のノズルからなるグループにも分類される。
【００２９】
具体的に図６に基づき説明すると、小面積比のノズル４３の全ては、これらの軸心が一つの円Ｃ３の上に位置するように配置される。この円Ｃ３の上に位置するノズル（小面積比のノズル４３）は、中心角が全て９０°の等ピッチである。一方で、中面積比のノズル４２の全ては、これらの軸心が一つの円Ｃ２の上に位置するように配置される。この円Ｃ２の上に位置するノズル（中面積比のノズル４２）は、中心角が全て９０°の等ピッチである。なお、図６に示す例では、小面積比のノズル４３の軸心が位置する円Ｃ３は、中面積比のノズル４２の軸心が位置する円Ｃ２と一致する。
【００３０】
また、小面積比のノズル４３は１本あたりの駆動蒸気の流量が小さいので、小面積比のノズル４３の数を増やしてもよい。具体的に図７に基づき説明すると、小面積比のノズル４３の全ては、これらの軸心が一つの円Ｃ３の上に位置するように配置される。この円Ｃ３の上に位置するノズル（小面積比のノズル４３）は、中心角が全て４５°の等ピッチである。なお、図７に示す例では、小面積比のノズル４３の軸心が位置する円Ｃ３は、中面積比のノズル４２の軸心が位置する円Ｃ２より大きい同心円である。
【００３１】
本発明の実施例２にサーモコンプレッサ３の運転範囲は、図９に示すように、大面積比のノズル４１による運転範囲Ｒ１と、中面積比のノズル４２による運転範囲Ｒ２とに、小面積比のノズル４３による運転範囲Ｒ３が加わることになる。このため、駆動蒸気供給部９から供給される駆動蒸気の圧力が変動しても、サーモコンプレッサ３の吸引比がさらに変動しにくい。
【００３２】
このように、実施例２に係る多重効用式造水装置１によると、駆動蒸気の圧力が変動しても、サーモコンプレッサ３の吸引比がさらに変動しにくいので、多重効用式造水装置１の性能の一つであるロバスト性をさらに向上させることができる。
【００３３】
ところで、上記実施例１および２では、面積比が２種類または３種類のノズルについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、サーモコンプレッサ３の運転範囲Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４が連続するように、面積比が異なるノズルの種類を増やしてもよい。
【００３４】
また、上記実施例１および２では詳しく説明しなかったが、図８に示すように、駆動蒸気の圧力に応じてノズルの内部を適切に封止する制御装置が設けられてもよい。この制御装置は、駆動蒸気の圧力が運転範囲から外れるノズル（例えば図８に示すような小面積比のノズル４３）を封止するものであるから、ノズル部３３としての吸引比を上げることになる。このため、上記制御装置が設けられた多重効用式造水装置１によると、その性能をより向上させることができる。
【００３５】
さらに、面積比が同一のノズルは、実施例１だと中心角が４５°の等ピッチに配置され、実施例２だと中心角が９０°の等ピッチに配置されるとして説明したが、これらの角度に限定されるものではなく、等ピッチに配置されていればよい。
【００３６】
加えて、上記実施例１および２で説明したノズル４１〜４３の数は例に過ぎず、ノズルの数は複数であれば任意でよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  多重効用式造水装置
２  蒸発缶
３  サーモコンプレッサ
５  伝熱管
８  貯留室
９  駆動蒸気供給部
１８  蒸気吸引管
１９  蒸気供給管
３１  吸引部
３２  駆動部
３３  ノズル部
３４  ボディ
３５  スリーブ
３６  ディフューザ
４０  収納管
４１  大面積比のノズル
４２  中面積比のノズル
４３  小面積比のノズル
Ｒ１  大面積比のノズルによる運転範囲
Ｒ２  中面積比のノズルによる運転範囲
Ｒ３  小面積比のノズルによる運転範囲
【図１】
2016138529.tif 000003
【図２】
2016138529.tif 000004
【図３】
2016138529.tif 000005
【図４】
2016138529.tif 000006
【図５】
2016138529.tif 000007
【図６】
2016138529.tif 000008
【図７】
2016138529.tif 000009
【図８】
2016138529.tif 000010
【図９】
2016138529.tif 000011
【図１０】
2016138529.tif 000012
【図１１】
2016138529.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月25日(2015.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
前後の蒸発室４は原水移送管１０により接続され、前後の貯留室８は純水移送管１１により接続される。最前段２Ａの純水移送管１１は、コンデンセイト管１２に分岐する。最後段２Ｚの蒸発室４は濃縮原水を排出する濃縮原水排出管１３に接続され、最後段２Ｚの貯留室８は純水を取り出す純水取出管１４に接続される。なお、コンデンセイト管１２にはコンデンセイトポンプ２２が設けられ、濃縮原水排出管１３にはブローダウンポンプ２３が設けられ、純水取出管１４には生産水ポンプ２４が設けられる。