(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記蒸発装置の最上段の蒸発器に原水供給制御手段により原水を供給し、該蒸発器をオーバーフローした原水が順次次段の各蒸発器にオーバーフローして供給されると共に、次第に凝縮され最終段の蒸発器で濃縮原水となり、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、前記最上段の蒸発器で発生した水蒸気は順次次段の各蒸発器に送られ、該各蒸発器で原水との間で熱交換され蒸留水となり、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において、
前記凝縮器に濃縮原水を貯留する濃縮原水貯留槽を設けると共に、前記蒸発装置の最終段の蒸発器からの濃縮原水を前記濃縮原水貯留槽に供給する濃縮原水排出手段を設け、前記濃縮原水貯留槽の濃縮原水を前記凝縮器の冷却水とするように構成し、
前記濃縮原水貯留槽内の濃縮原水貯留量を検出する濃縮原水貯留量検出手段を設け、
淡水化装置の運転前、前記濃縮原水貯留量検出手段の出力から、濃縮原水の貯留量が所定量以下の場合、予め前記原水供給制御手段により原水を前記蒸発装置の蒸発器に供給すると共に、前記濃縮原水排出手段により前記蒸発装置の最終段の蒸発器の濃縮原水を前記濃縮原水貯留槽に供給する運転制御手段を設けた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、
前記運転制御手段は、前記淡水化装置の運転前、前記原水供給制御手段により原水を前記蒸発装置の蒸発器に供給すると共に、前記濃縮原水排出手段により前記蒸発装置の最終段の蒸発器からの濃縮原水を前記濃縮原水貯留槽に供給した場合に、前記濃縮原水貯留量検出手段の出力から前記凝縮器の濃縮原水貯留槽内の濃縮原水が所定量に回復した場合、前記原水供給制御手段による原水の供給を停止すると共に、前記濃縮原水排出手段による前記凝縮器の濃縮原水貯留槽への濃縮原水の供給を停止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、
前記原水供給制御手段が電気で直接又は間接的に駆動される電動弁であることを特徴とする淡水化装置。
【請求項４】
請求項１又は２又は３に記載の淡水化装置において、
前記濃縮原水排出手段は、濃縮原水排出ポンプと該濃縮原水排出ポンプの排出側に設けた電動弁で構成され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。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多重効用式の淡水化装置がある。
【０００３】
上記従来の淡水化装置においては、発生した水蒸気を凝縮するための凝縮器の冷水として、淡水化装置に供給する前の原水を使用するか、若しくは市水等を使用していた。
【０００４】
上記のように凝縮器の冷却水として、淡水化装置に供給する前の原水を使用する場合は、淡水化装置を運転するに従い、冷却水温度が上昇し、淡水化能力が低下するという問題がある。また、市水等を冷却水として使用する場合は、冷却水の供給／補給手段を設ける必要があり、コストが嵩む他そのメンテナンスが必要となるという等の問題がある。
【０００５】
上記問題を解決するため、冷却水の供給／補給手段を設けず、濃縮原水を凝縮器の冷却水として使用するようにした淡水化装置もある。この場合は、淡水化装置の運転を開始し、濃縮原水が十分排出されるまで、冷却水が不足した状態で、即ち凝縮器の凝縮能力が低下した状態での運転となり、最悪の場合は冷却水が全くない状態が発生するという問題がある。
【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、濃縮原水を凝縮器の冷却水として使用し、且つ淡水化装置の運転を開始した時に、凝縮器の冷却水が不足し凝縮器の凝縮能力が低下した状態で運転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、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、蒸発装置の最上段の蒸発器に原水供給制御手段により原水を供給し、該蒸発器をオーバーフローした原水が順次次段の各蒸発器にオーバーフローして供給されると共に、次第に凝縮され最終段の蒸発器で濃縮原水となり、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、最上段の蒸発器で発生した水蒸気は順次次段の各蒸発器に送られ、該各蒸発器で原水との間で熱交換され蒸留水となり、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において、凝縮器に濃縮原水を貯留する濃縮原水貯留槽を設けると共に、蒸発装置の最終段の蒸発器からの濃縮原水を濃縮原水貯留槽に供給する濃縮原水排出手段を設け、濃縮原水貯留槽の濃縮原水を凝縮器の冷却水とするように構成し、濃縮原水貯留槽内の濃縮原水貯留量を検出する濃縮原水貯留量検出手段を設け、淡水化装置の運転前、濃縮原水貯留量検出手段の出力から、濃縮原水の貯留量が所定量以下の場合、予め原水供給制御手段により原水を蒸発装置の蒸発器に供給すると共に、濃縮原水排出手段により蒸発装置の最終段の蒸発器の濃縮原水を濃縮原水貯留槽に供給する運転制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
上記のように運転制御手段を設け、淡水化装置の運転前、濃縮原水貯留量検出手段の出力から、濃縮原水貯留槽内の濃縮原水の貯留量が所定量以下の場合、予め原水供給制御手段により原水を蒸発装置の蒸発器に供給すると共に、濃縮原水排出手段により該蒸発装置の最終段の蒸発器の濃縮原水を濃縮原水貯留槽に供給するので、濃縮原水を凝縮器の冷却水とする多重効用式の淡水化装置において、運転を開始した時に、凝縮器の冷却水が不足し凝縮器の凝縮能力が低下した状態で運転するということはなくなる。
【０００９】
また、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、運転制御手段は、淡水化装置の運転前、原水供給制御手段により原水を蒸発装置の蒸発器に供給すると共に、濃縮原水排出手段により蒸発装置の最終段の蒸発器からの濃縮原水を濃縮原水貯留槽に供給した場合に、濃縮原水貯留量検出手段の出力から凝縮器の濃縮原水貯留槽内の濃縮原水が所定量に回復した場合、原水供給制御手段による原水の供給を停止すると共に、濃縮原水排出手段による凝縮器の濃縮原水貯留槽への濃縮原水の供給を停止することを特徴とする。
【００１０】
上記のように濃縮原水貯留量検出手段の出力から該凝縮器の濃縮原水貯留槽内の濃縮原水が所定量に回復したと判断した場合、原水供給制御手段による原水の供給を停止すると共に、濃縮原水排出手段による濃縮原水の凝縮器の濃縮原水貯留槽への供給を停止するので、必要以上に原水が供給されることなく、太陽熱集熱器からの熱媒による原水加熱による温度上昇が遅くなったり、原水温度低下による水蒸気の発生率、即ち淡水化率の低下を防止できる。
【００１１】
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、原水供給制御手段が電気で直接又は間接的に駆動される電動弁であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２又は３に記載の淡水化装置において、濃縮原水排出手段は、濃縮原水排水ポンプと該濃縮原水排出ポンプの排出側に設けた電動弁で構成されることを特徴とする。
【００１３】
【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乃至図３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及び図３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。
【００１４】
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で熱媒が加熱されて発生した熱媒蒸気Ｑ１は配管７を通って蒸発装置２の脱気室２−１の熱交換器２−１ａ及び第１蒸発器２−２の熱交換器２−２ａに送られ、凝縮した凝縮熱媒Ｑ２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。
【００１５】
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。例えば大気圧以上で常に原水を供給できる原水タンク等の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３３により流量が制御されるようになっている。なお、原水流量制御電動弁３３は電気モータで駆動させる電動弁のみではなく、電磁弁を含む電気で直接又は間接的に駆動される弁を指す。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
濃縮水タンク５の濃縮原水Ｗは濃縮原水排出ポンプ１６により濃縮原水流量制御電動弁３４及び配管２７を通って冷却塔３の凝縮器３−１の下部タンク（濃縮原水貯留槽）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、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の熱交換器２−９ａによる原水加熱で蒸発した水蒸気Ｗａは配管１８を通って凝縮器３−１の伝熱パイプ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。
【００１９】
凝縮器３−１の下部タンク３−１ａには濃縮原水貯留量を検出する濃縮原水貯留量検出手段３１が設けられている。また、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ようになっている。
【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、電動Ｖ１〜Ｖ６はバルブである。
【００２２】
図４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。３０は運転制御手段であり、該運転制御手段３０には濃縮原水貯留量検出手段３１の出力が入力されるようになっている。また、運転制御手段３０には原水流量制御電動弁３３、濃縮原水排出ポンプ１６及び濃縮原水流量制御電動弁３４が接続され、後に詳述するように、蒸発装置２への原水Ｗの供給及び凝縮器３−１の下部タンク３−１ａへ濃縮原水を供給できるようになっている。
【００２３】
運転制御手段３０は淡水化装置の運転前、濃縮原水貯留量検出手段３１の出力を監視し、凝縮器３−１の下部タンク３−１ａの濃縮原水Ｗの貯留量が所定量以下の場合、予め原水供給ポンプ１１及び原水流量制御電動弁３３により原水Ｗを蒸発装置２の脱気室２−１及び各蒸発器に供給すると共に、濃縮原水排出ポンプ１６及び濃縮原水流量制御電動弁３４により蒸発装置２の濃縮水タンク５内の濃縮原水Ｗを凝縮器３−１の下部タンク３−１ａに供給する。これにより、淡水化装置の運転が開始した時に、凝縮器の冷却水が不足し凝縮器の凝縮能力が低下した状態で運転するということはなくなる。
【００２４】
また、運転制御手段３０は濃縮原水貯留量検出手段３１の出力から凝縮器３−１の下部タンク３−１ａ内の濃縮原水Ｗが所定量に回復した場合、原水供給ポンプ１１及び原水流量制御電動弁３３により原水Ｗの蒸発装置２への供給を停止すると共に、濃縮原水排出ポンプ１６及び原水流量制御電動弁３３による濃縮原水Ｗの凝縮器３−１の下部タンク３−１ａへの供給を停止する。
【００２５】
このように、凝縮器３−１の下部タンク３−１ａの濃縮原水が所定量に回復した場合、原水の蒸発装置２への供給を停止すると共に、濃縮原水Ｗの凝縮器３−１の下部タンク３−１ａへの供給を停止するので、必要以上に原水が淡水化装置に供給されることなく、太陽熱集熱器１からの熱媒による原水加熱の温度上昇が遅くなったり、原水温度低下による水蒸気の発生率、即ち淡水化率の低下を防止できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果がえられる。
【００２７】
請求項１に記載の発明によれば、運転制御手段を設け、淡水化装置の運転前、濃縮原水貯留量検出手段の出力から、濃縮原水貯留槽内の濃縮原水の貯留量が所定量以下の場合、予め原水供給制御手段により原水を蒸発装置の蒸発器に供給すると共に、濃縮原水排出手段により該蒸発装置の最終段の蒸発器の濃縮原水を濃縮原水貯留槽に供給するので、濃縮原水を凝縮器の冷却水とする多重効用式の淡水化装置において、運転を開始した時に、凝縮器の冷却水が不足し凝縮器の凝縮能力が低下した状態で運転するということはなくなる。
【００２８】
また、請求項２に記載の発明によれば、濃縮原水貯留量検出手段の出力から該凝縮器の濃縮原水貯留槽内の濃縮原水が所定量に回復したと判断した場合、原水供給制御手段による原水の供給を停止すると共に、濃縮原水排出手段による濃縮原水の凝縮器の濃縮原水貯留槽への供給を停止するので、必要以上に原水が供給されることなく、太陽熱集熱器からの熱媒による原水加熱による温度上昇が遅くなったり、原水温度低下による水蒸気の発生率、即ち淡水化率の低下を防止できる。
【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一部の詳細構成例を示す図である。
【図４】  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          オーバフロー管
１４          オーバフロー管
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          運転制御手段
３１          濃縮原水貯留量検出手段
３３          原水流量制御電動弁
３４          濃縮原水流量制御電動弁
【図１】
0004112772.tif 000002
【図２】
0004112772.tif 000003
【図３】
0004112772.tif 000004
【図４】
0004112772.tif 000005