(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空手段、太陽熱集熱器、複数台の蒸発器を多段の多重効用に配置した蒸発装置、及び凝縮器を有する冷却塔を具備し、前記真空手段で前記蒸発装置の蒸発器の蒸発空間及び凝縮空間と前記冷却塔の凝縮器の凝縮空間を大気圧以下に減圧すると共に、原水流量制御電動弁により前記蒸発装置の蒸発器に供給する原水量を制御しながら、前記太陽熱集熱器で加熱した熱媒を前記蒸発装置の最上段の蒸発器に導入し、前記原水との間で熱交換を行い、冷却した熱媒を前記太陽熱集熱器に戻し、前記蒸発装置の最終段の蒸発器で発生した水蒸気を前記冷却塔の凝縮器に導入して蒸留水とする淡水化装置であって、
前記原水流量制御電動弁の開度を制御する運転／停止制御手段と、前記太陽熱集熱器からの熱媒の前記蒸発装置入口での温度を検出する熱媒温度検出手段を設け、
前記運転／停止制御手段は、前記熱媒温度検出手段で検出された前記熱媒の太陽熱集熱器の出口温度が所定の温度或いは該所定の温度以下になるように前記原水流量制御電動弁の開度を制御して供給する原水流量を制御することを特徴とする淡水化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の淡水化装置において、
前記蒸発装置の蒸発器に供給される原水流量を検出する原水流量検出手段を設け、
前記運転／停止制御手段は、前記太陽熱集熱器出口での熱媒温度が所定の温度以上である場合、前記原水流量検出手段で検出する原水流量が所定の最低流量を常に確保するように前記原水流量制御電動弁を制御することを特徴とする淡水化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の淡水化装置において、
前記運転／停止制御手段は、前記電動弁が所定の開度になったにも関わらず、前記原水流量検出手段によって検出した原水流量が所定値以下である場合、原水減断水と判断し、淡水化装置の運転を停止することを特徴とする淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽熱を利用して海水、塩分を含んだ地下水（かん水）、産業廃水等の原水から蒸発・凝縮法により淡水（蒸留水）を得る淡水化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽熱を利用した淡水化装置には、装置が有効な日射を得る前に予め１日分の原水を装置内に導入し、１日単位で淡水を得るように構成したバッチ式淡水化装置がある。このようなバッチ式の淡水化装置では、当日の有効日射が不明の状態で、原水を装置内に導入している。
【０００３】
また、複数の蒸発器を備え、該複数の蒸発器を前段の蒸発器で発生した水蒸気を熱源として導入し、原水を加熱し発生した水蒸気を後段の蒸発器の熱源として次段の蒸発器に供給するように接続構成し、太陽熱集熱器からの加熱熱媒を最上段の蒸発器に熱源として導入する多重効用サイクルを利用した淡水化装置がある。このような淡水化装置では少なくとも原水が蒸発して減少する分、原水を装置内に補充しながら運転している。
【０００４】
上記バッチ式及び多重効用サイクル利用の淡水化装置では、日射量に対して原水量が少な過ぎると、原水温度及び太陽熱集熱器からの熱媒温度が高温となり、太陽熱集熱器の集熱効率が低下するという問題がある。また、原水が濃縮し過ぎる過濃縮や淡水収量の減少という問題もある。また、日射量に対して原水量が多すぎると、原水温度や熱媒温度が低温となり、装置の淡水化能力が低下するという問題もある。
【０００５】
また、多重効用サイクル利用の淡水化装置では、多重効用サイクル利用のため、太陽が陰るなどの理由によって、太陽熱集熱器からの熱媒温度が低下しても、装置内部の原水や水蒸気が保有する熱量によって、淡水化能力が暫くの間維持されるため、原水の過濃縮が発生する。
【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、太陽熱集熱器の熱媒温度及び原水温度が高温になり太陽熱集熱器の集熱効率が低下することなく、且つ原水の過濃縮が発生することのない多重効用式の淡水化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、真空手段、太陽熱集熱器、複数台の蒸発器を多段の多重効用に配置した蒸発装置、及び凝縮器を有する冷却塔を具備し、真空手段で蒸発装置の蒸発器の蒸発空間及び凝縮空間と冷却塔の凝縮器の凝縮空間を大気圧以下に減圧すると共に、原水流量制御電動弁により蒸発装置の蒸発器に供給する原水量を制御しながら、太陽熱集熱器で加熱した熱媒を蒸発装置の最上段の蒸発器に導入し、原水との間で熱交換を行い、冷却した熱媒を太陽熱集熱器に戻し、蒸発装置の最終段の蒸発器で発生した水蒸気を冷却塔の凝縮器に導入して蒸留水とする淡水化装置であって、原水流量制御電動弁の開度を制御する運転／停止制御手段と、太陽熱集熱器からの熱媒の蒸発装置入口での温度を検出する熱媒温度検出手段を設け、運転／停止制御手段は、熱媒温度検出手段で検出された熱媒の太陽熱集熱器の出口温度が所定の温度或いは該所定の温度以下になるように原水流量制御電動弁の開度を制御して供給する原水流量を制御することを特徴とする。
【０００８】
上記のように、太陽熱集熱器の出口の熱媒温度が所定の温度或いは所定の温度以下になるように原水の流入量を制御することにより、太陽熱集熱器の熱媒温度及び原水の温度が高温になり太陽熱集熱器の集熱効率が低下することを防ぐことができる。また、日射量に対して原水の流入量が多過ぎて、原水の温度及び熱媒温度が低温になり、装置の淡水化の能力が低下することも防止できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の淡水化装置において、蒸発装置の蒸発器に供給される原水流量を検出する原水流量検出手段を設け、運転／停止制御手段は、太陽熱集熱器出口での熱媒温度が所定の温度以上である場合、原水流量検出手段で検出する原水流量が所定の最低流量を常に確保するように原水流量制御電動弁を制御することを特徴とする。
【００１０】
上記のように、熱媒温度が所定の温度以上である場合、原水の流入量を所定の最低流量を常に確保することにより原水の過濃縮を防止することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の淡水化装置において、運転／停止制御手段は、電動弁が所定の開度になったにも関わらず、原水流量検出手段によって検出した原水流量が所定値以下である場合、原水減断水と判断し、淡水化装置の運転を停止することを特徴とする。
【００１３】
上記のように、原水流量制御電動弁の開度が所定の開度になったにも関わらず、原水の流入量が所定値以下である場合、淡水化装置の運転を停止することにより、蒸発器内の減圧状態（真空状態）が破られることを防止できる。即ち、原水の流入量が所定値以下となった場合、原水流路に空気が混入、該空気が蒸発器内に入り減圧状態を破るおそれがあるが、上記のように原水流量制御電動弁の開度が所定の開度になったにも関わらず原水の流入量が所定値以下である場合、淡水化装置の運転を停止することにより減圧状態の破壊は起こらない。
【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及び図２は本発明に係る淡水化装置の構成例を示す図で、図１は全体構成を、図２は一部の詳細構成をそれぞれ示す。本淡水化装置は太陽熱集熱器１、蒸発装置２、冷却塔３、蒸留水タンク４、濃縮水タンク５及び真空手段６等から構成される。
【００１５】
太陽熱集熱器１は太陽エネルギーにより熱媒を加熱する複数の太陽熱集熱パネル１−１〜１−６からなる。該太陽熱集熱器１の太陽熱集熱パネル１−１〜１−６で熱媒が加熱され発生した熱媒蒸気は配管７を通って蒸発装置２に送られ、蒸発装置２からの凝縮した凝縮熱媒が配管８を通してバッファタンク９に収容され、更に該バッファタンク９から熱媒循環ポンプ２６及び配管１０を通して太陽熱集熱器１に戻り循環するようになっている。この熱媒の循環はサーモサイフォンにより行われる。太陽熱集熱器１の熱媒出口には熱媒（熱媒蒸気）の温度を測定する熱媒温度検出手段３１が設けられている。
【００１６】
蒸発装置２は最上部に脱気室２−１が配置され、その下に複数台の蒸発器（ここでは第１蒸発器２−２〜第８蒸発器２−９の８台）が配置されて構成されている。例えば大気以上で常に原水を供給できる原水タンク（図示せず）等原水源から供給される原水（ここでは海水）Ｗは、原水予熱配管１２を通って予熱され、脱気室２−１に供給される。供給される原水Ｗは原水流量制御電動弁（ここでは所謂モータで駆動される電動弁だけではなく、電磁弁も含む電気で駆動される弁を指す）３３により流量が制御されるようになっている。また、原水流量は原水流量検出手段３２により検出されるようになっている。
【００１７】
原水予熱配管１２を通って脱気室２−１に供給される原水Ｗは所定量を超えるとオーバーフロー管１３を通して、順次第１蒸発器２−２〜第８蒸発器２−９の各蒸発器に所定量の原水Ｗが貯留され、次第に濃縮されて、最後にオーバーフロー管１４を通って濃縮水タンク５に収容されるようになっている。
【００１８】
太陽熱集熱器１からの熱媒蒸気は脱気室２−１内に配置された熱交換器２−１ａを通り、該脱気室２−１に貯留されている原水Ｗとの間で熱交換を行い、更に第１蒸発器２−２内に配置された熱交換器２−２ａを通り、該第１蒸発器２−２に貯留されている原水との間で熱交換を行う。第１蒸発器２−２の原水の加熱で蒸発した水蒸気Ｗａは蒸気配管１５を通って第２蒸発器２−３の熱交換器２−３ａに熱源として送られ原水Ｗとの間で熱交換が行われる。また、第３蒸発器２−４〜第７蒸発器２−８の原水Ｗの加熱で蒸発した水蒸気Ｗａも次段の蒸発器の熱交換器に熱源として送られ原水Ｗとの間で熱交換が行われ、凝縮されて蒸留水となって最後に蒸留水タンク４に収容される。
【００１９】
濃縮水タンク５の濃縮原水は濃縮原水排出ポンプ１６により配管２７を通って冷却塔３の凝縮器３−１の下部タンク３−１ａに送られ、更に濃縮原水循環ポンプ１７で散水ノズル３−１ｃに供給され、凝縮（伝熱）パイプ３−１ｂ上に冷却水として散水されるようになっている。最終段の第８蒸発器２−９の原水の加熱で蒸発した水蒸気Ｗａは配管１８を通って凝縮器３−１の凝縮パイプ３−１ｂに送られ、上記散水された濃縮原水との間で熱交換が行われ、凝縮して蒸留水となり配管１９を通って蒸留水タンク４に送られる。下部タンク３−１ａをオーバーフローした濃縮水は濃縮水排出配管２０を通って排水される。
【００２０】
真空手段６は気液分離器６−１及び該気液分離器６−１に接続された真空ポンプ６−２を具備する。気液分離器６−１は配管２１、２２、２３を介して太陽熱集熱器１からの熱媒が通る配管７、蒸発装置２の脱気室２−１、凝縮器３−１のヘッダー３−１ｄに接続される。これにより後に詳述するように、蒸発装置２の蒸発空間及びこれに連通する凝縮空間及び蒸留水貯蔵空間を減圧状態にすることができる。
【００２１】
また、蒸留水タンク４の蒸留水Ｗｂは蒸留水ポンプ２５により所定の場所に給水するようになっている。なお、図１において、Ｖ１〜Ｖ７はバルブである。
【００２２】
図３は本発明に係る淡水化装置の制御部の構成を示す図である。３５は電源（直流又は交流電源）であり、該電源３５からドライバーＤ１〜Ｄ６・・を介して、濃縮原水排出ポンプ１６、蒸留水ポンプ２５、濃縮原水循環ポンプ１７、熱媒循環ポンプ２６、送風ファン３−２、電動バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３・・、原水流量制御電動弁３３に供給されるようになっており、更に運転／停止制御手段３０の電源としても供給される。
【００２３】
各ドライバーＤ１〜Ｄｎは制御線３４を介して運転／停止制御手段３０に接続されており、該運転／停止制御手段３０は各ドライバーＤ１〜Ｄｎを介して各電動駆動機器を運転／停止制御できるようになっている。また、運転／停止制御手段３０には、熱媒温度検出手段３１と原水流量検出手段３２が接続され、熱媒温度検出手段３１で検出された太陽熱集熱器１の出口の熱媒温度と原水流量検出手段３２で検出された原水流量が入力されるようになっている。
【００２４】
運転／停止制御手段３０は熱媒温度検出手段３１の出力から太陽熱集熱器１の出口の熱媒温度を監視し、該熱媒温度が所定の温度或いは所定の温度以下になるようにドライバーＤｎを介して原水流量制御電動弁３３の開度を制御し、原水Ｗの流入量を制御する。このように、太陽熱集熱器１の出口の熱媒温度が所定の温度或いは所定の温度以下になるように原水Ｗの流入量を制御することにより、太陽熱集熱器１の熱媒温度及び原水Ｗの温度が高温になり太陽熱集熱器１の集熱効率が低下することを防ぐことができる。また、日射量に対して原水Ｗの流入量が多過ぎて、原水Ｗの温度及び熱媒温度が低温になり、装置の淡水化の能力が低下することも防止できる。
【００２５】
運転／停止制御手段３０は原水流量検出手段３２の出力から、原水Ｗの流入をを監視し、太陽熱集熱器１の熱媒温度が所定の温度以上である場合、該原水流量検出手段３２で検出する原水Ｗの流入量が所定の最低流量を常に確保するようにドライバーＤｎを介して原水流量制御電動弁３３の開度を制御する。このように熱媒温度が所定の温度以上である場合、原水Ｗの流入量を所定の最低流量を常に確保することにより原水Ｗの過濃縮を防止することができる。
【００２６】
また、運転／停止制御手段３０は原水流量制御電動弁３３の開度を所定の開度にしたにも関わらず、原水流量検出手段３２によって検出した原水Ｗの流量が所定値以下である場合、原水Ｗの減断水と判断し、淡水化装置の運転を停止する。具体的には、制御線３４に停止信号を送り、原水流量制御電動弁３３を閉にする。
【００２７】
このように原水流量制御電動弁３３の開度を所定の開度にしたにも関わらず、原水Ｗの流入量が所定値以下である場合、淡水化装置の運転を停止することにより、原水Ｗの過濃縮を防止できる。
【００２８】
上記構成の多重効用方式の淡水化装置では、太陽が陰るなどの理由によって、熱媒温度が低下しても、淡水化装置内部の原水Ｗや水蒸気Ｗａが保有している熱量によって、淡水化能力がしばらくの間維持されるため、原水Ｗの過濃縮が発生するが、運転／停止制御手段３０が上記のような制御を行うことにより、このような過濃縮も防止できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１に記載の発明によれば、太陽熱集熱器の出口の熱媒温度が所定の温度或いは所定の温度以下になるように原水の流入量を制御することにより下記のような優れた効果が得られる。
【００３０】
（１）太陽熱集熱器の熱媒温度及び原水Ｗの温度が高温になり太陽熱集熱器の集熱効率が低下することを防ぐことができる。
【００３１】
（２）日射量に対して原水Ｗの流入量が多過ぎて、原水Ｗの温度及び熱媒温度が低温になり、装置の淡水化の能力が低下することも防止できる。
【００３２】
多重効用方式の淡水化装置では、太陽が陰るなどの理由によって、熱媒温度が低下しても、淡水化装置内部の原水や水蒸気が保有している熱量によって、淡水化能力がしばらくの間維持されるため、原水Ｗの過濃縮が発生するが、このような過濃縮も防止できる。
【００３３】
請求項２に記載の発明によれば、熱媒温度が所定の温度以上である場合、原水Ｗの流入量を所定の最低流量を常に確保することにより原水Ｗの過濃縮を防止することができる。
【００３４】
請求項３に記載の発明によれば、原水流量制御電動弁の開度が所定の開度になったにも関わらず、原水の流入量が所定値以下である場合、淡水化装置の運転を停止することにより、蒸発器内の減圧状態が破られることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る淡水化装置の全体構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る淡水化装置の一部の詳細構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る淡水化装置の制御部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１            太陽熱集熱器
２            蒸発装置
２−１        脱気室
２−２〜９    第１〜第８蒸発器
３            冷却塔
３−１        凝縮器
３−２        ファン
４            蒸留水タンク
５            濃縮水タンク
６            真空手段
６−１        気液分離器
６−２        真空ポンプ
９            バッファタンク
１２          原水予熱配管
１３          オーバーフロー管
１４          オーバーフロー管
１５          蒸気配管
１６          濃縮原水排出ポンプ
１７          濃縮原水循環ポンプ
２６          熱媒循環ポンプ
２８          蒸留水流路
３０          運転／停止制御手段
３１          熱媒温度検出手段
３２          原水流量検出手段
３３          原水流量制御電動弁
３４          制御線
３５          電源
【図１】
0004112771.tif 000002
【図２】
0004112771.tif 000003
【図３】
0004112771.tif 000004