JP2004209353A

JP2004209353A - 不凍液濃縮装置

Info

Publication number: JP2004209353A
Application number: JP2002380426A
Authority: JP
Inventors: Keiji Yoshimoto; 圭司吉本
Original assignee: YONDEN ENGINEERING CO Ltd; Shikoku Electric Power Co Inc; SHI Mechanical and Equipment Inc
Current assignee: YONDEN ENGINEERING CO Ltd; Shikoku Electric Power Co Inc; SHI Mechanical and Equipment Inc
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】エネルギーコストの低減化を確保した上でブライン等の溶液の希釈率の変動に容易且つ迅速・確実に対応させ得るようにする。
【解決手段】水によって希釈された希釈ブラインＢ１を加熱するリボイラー３２と、該リボイラー３２によって濃縮された濃縮ブラインＢ２′を受け入れて加熱処理するとともに、濃縮ブラインＢ２′の一部が再生ブラインＢ２として抜き出される蒸留釜３１と、前記リボイラー３２内および蒸留釜３１内で蒸発した蒸気でブラインＢに蒸留処理を施して濃縮ブラインＢ２′と高純度水蒸気Ｂ４とに分離する蒸留塔３３と、該蒸留塔３３から導出された高純度水蒸気Ｂ４に圧縮処理を施して加圧蒸気Ｂ５を得るとともに、当該加圧蒸気Ｂ５を熱源として前記リボイラー３２へ供給する圧縮機４１とが備えられ、前記蒸留釜３１に濃縮ブラインＢ２′を加熱する電気ヒーター３４が設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばヒーティングタワー等の屋外熱交換器で外気と熱交換されるブライン等の溶液を脱水して濃縮処理し、当該溶液を再生するのに適した不凍液濃縮装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば空調用の熱媒体としてエチレングリコールやプロピレングリコールを主成分とした溶液（ブライン）である不凍液が好適に使用されることが知られている。かかるブラインは、ヒーティングタワーにおいて雨滴状態で大気と熱交換され、ヒートポンプとの熱交換に使用される。
【０００３】
かかるブラインは、ヒーティングタワーにおいて大気と熱交換されるに際し、大気中の水分を吸収することによって希釈され、これによって氷点が上昇するなど性能が劣化するという不都合が発生する。性能が劣化したブラインは、熱媒体として良好に使用し得なくなるため、劣化したブラインに原液を補充することが行われていたが、定期的な補充で原液コストが嵩むばかりか、かかる原液の補充を見越してブライン貯留タンクの容量を大きくしなければならず、設備コストが嵩むという問題点を有していた。
【０００４】
かかる問題点を解消するために、従来、例えば特開昭６３−１２３０１号公報に記載されているようなブラインを対象とした不凍液濃縮装置が採用される場合がある。この不凍液濃縮装置は、系内に取り入れた希釈ブライン（水を吸収して性能が劣化したブライン）を、圧縮機で圧縮されて高温になった熱媒体との熱交換で加熱し、この加熱で希釈ブライン中の水分を蒸発させて濃縮することにより再生するようになっている。前記熱媒体は、圧縮機を介して循環管路を循環するようになされており、前記熱交換は、所定の再生器内で循環管路を介して行われるようになっている。
【０００５】
また、系内の各所には熱交換器が設けられ、系内に取り入れられた直後の希釈ブラインが再生器から導出される再生ブラインと事前に熱交換されたり、当該熱交換後の希釈ブラインが再生器内で希釈ブラインの加熱に供された後の熱媒体とさらに事前に熱交換されたりし、これによって不凍液濃縮装置の熱効率の向上が図られている。さらに、事前の熱交換に供された熱媒体は、膨張弁による断熱膨張で降温された後に再生器内で水蒸気の凝縮用に供され、その後圧縮機に戻されて循環使用されるようになっている。
【０００６】
このように構成された不凍液濃縮装置によれば、希釈ブラインを蒸留して濃縮するための熱源として圧縮機による熱媒体の圧縮熱を使用するとともに、得られた熱を熱交換器による熱交換で有効に利用するようになされているため、希釈ブラインを効率的に再生ブラインにすることが可能であり、エネルギーコストの低減化に貢献することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−１２３０１号公報
【特許文献２】
特開昭６３−７８０１号公報
【特許文献３】
特開昭６３−２４２３０１号公報
【特許文献４】
特開平６−７９１０２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の不凍液濃縮装置にあっては、再生器において希釈ブラインの再生に使用される熱は、圧縮機の駆動により得られるものであるが、圧縮機は予め設定された所定の出力で行ういわゆる定格運転で駆動されるのが一般的であるため、希釈ブラインの水分含有率の変動に圧縮機の駆動を追随させることは難しく、これによって希釈ブラインＢ１から水分を常に確実に安定した状態で取り除くことができないという問題点を有していた。また、不凍液濃縮装置の始動時に、圧縮機の駆動のみで希釈ブライン加熱用の熱を迅速に得ることができず、不凍液濃縮装置の初期の立ち上げが困難であるという問題点も存在する。
【０００９】
因みに、上記のような圧縮機の駆動で希釈ブライン再生用の熱源を得るものの他に、再生器中の希釈ブラインに対する直焚きのみで濃縮処理を行うものや、系外から導入された冷熱源や温熱源と、系内の各種の流体とを熱交換させるようにした不凍液濃縮装置も存在するが、これらは、投入エネルギーに対して回収エネルギー（希釈ブラインの再生に有効に使用されるエネルギー）が非常に少なく、熱効率の点で上記圧縮機熱源方式よりもさらに劣るものである。
【００１０】
本発明は、上記のような従来の溶剤再生装置の問題点を解消するためになされたものであり、エネルギーコストの低減化を確保した上で、ブライン等の溶液の水による希釈率の変動に対応して希釈溶液から確実に水分を除去して当該溶液を常に安定的に再生することができ、加えて装置立ち上げ時などの非定常な運転にも容易に対応することができる不凍液濃縮装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、水で希釈された希釈溶液の濃縮処理で当該溶液を再生するように構成された不凍液濃縮装置であって、前記希釈溶液を加熱し蒸発させるリボイラーと、該リボイラーによって濃縮された濃縮溶液を気液分離状態で受け入れるとともに、濃縮溶液の一部が再生溶液として抜き出される蒸留釜と、前記リボイラー内および蒸留釜内で蒸発した蒸気を用いて導入された希釈溶液に蒸留処理を施し水蒸気を分離する蒸留塔と、該蒸留塔から導出された水蒸気に圧縮処理を施し加圧昇温された加圧蒸気を前記リボイラーへ熱源として供給する圧縮機とが備えられ、前記蒸留釜に濃縮溶液を加熱する加熱手段が設けられてなることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明によれば、圧縮機によって減圧された不凍液濃縮装置の系内において、リボイラーに供給された希釈溶液は、当該リボイラーでの加熱処理により含有水分が蒸発して分離される一方、水分が除去されることによって形成した濃縮溶液は、一旦蒸留釜に貯留された状態で一部が再生溶液として抜き出されるとともに、残部が加熱手段によって加熱され、これによって蒸発した蒸気は蒸留塔に導入され、蒸留に供されたのち高純度水蒸気として分離される。この分離された高純度水蒸気は圧縮機において圧縮され、この圧縮された高純度水蒸気はリボイラーにおける希釈溶液加熱用の熱源として利用される。
【００１３】
そして、蒸留釜には、濃縮溶液を加熱する加熱手段が設けられているため、希釈溶液の水分含有率に応じてこの加熱手段による濃縮溶液への熱供給量を制御することにより、希釈溶液量やその水分量に応じた蒸留処理を迅速かつ確実に施すことができ、希釈溶液の水分含有量の変動に対する対応性を格段に向上させることができる。
【００１４】
また、不凍液濃縮装置の稼働初期の立ち上げ時には、系内の流体バランスや熱バランスが定常化されるまでの間、主に加熱手段による熱供給で希釈ブラインの再生処理を行うことができるため、迅速な立ち上げ運転が実現する。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記リボイラーおよび蒸留塔は、それぞれ前記蒸留釜に並設状態で立設されてなることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明によれば、不凍液濃縮装置は、リボイラーおよび蒸留塔がそれぞれ立設状態で蒸留釜に並設されているため、リボイラーに蒸留塔が積み重ねられた状態で連設されてなる従来の不凍液濃縮装置に比較して高さ寸法を低くすることができ、不凍液濃縮装置の占有空間の容量を高さ寸法が低くなった分小さくすることが可能になり、これによって不凍液濃縮装置のコンパクト化を実現することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記希釈溶液を、前記蒸留釜から導出された再生溶液との熱交換で第１次予熱する第１熱交換器と、該第１熱交換器から導出された希釈溶液を、前記リボイラーから導出された凝縮水との熱交換で第２次予熱する第２熱交換器とが設けられ、第２次予熱後の希釈溶液がリボイラーおよび蒸留塔に供給されるように構成されてなることを特徴とするものである。
【００１８】
この発明によれば、希釈溶液は、まず最初に蒸留釜から導出される再生溶液との第１熱交換器における熱交換で第１次予熱され、引き続きリボイラーから導出された凝縮水との第２熱交換器における熱交換で第２次予熱される。したがって、発生した熱の用済み後のものがこれらの熱交換によって回収されるため、不凍液濃縮装置の熱効率が向上し省エネルギー化が実現する。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記リボイラーは、希釈溶液を筒体の内周面に沿わせて液膜状で流下させることにより筒体周壁を介した熱源との接触面積を増大させるように構成された縦型流下液膜式熱交換器を備えて構成されてなることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明によれば、希釈溶液は、縦型流下液膜式熱交換器において大きな接触面積で熱源と効果的に熱交換されるため、エネルギー効率が向上し、エネルギーコストの低減化に貢献する。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記圧縮機は、多段メカニカル式圧縮機が採用されてなることを特徴とするものである。
【００２２】
この発明によれば、蒸留塔の塔頂から導出された水蒸気は、多段メカニカル式圧縮機によって多段階で圧縮処理されるため、効率的な圧縮処理が実現し、安定した状態で当該多段メカニカル式圧縮機の上流側を低圧状態にすることができるとともに、同下流側を微加圧状態にすることができるなど、系内の圧力制御が容易になる。
【００２３】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記加熱手段は、電気ヒーターであることを特徴とするものである。
【００２４】
この発明によれば、電気ヒーターは、構造が簡単であるばかりか、発熱量の制御を電力供給量の調節で容易に行うことができるため、設備コストの低減化に貢献した上で、被加熱物の加熱制御構造を簡単なものにすることができる。
【００２５】
特に電力供給量の調節をサイリスタ制御で行うようにすれば、不凍液濃縮装置の立ち上げ時の非定常な状態での運転に良好に対応することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかる不凍液濃縮装置の一実施形態を示す系統図である。本実施形態の不凍液濃縮装置１０は、ヒーティングタワー１２０とヒートポンプ１２１との間で循環使用されるブラインＢ（エチレングリコールやプロピレングリコールを主成分とする溶液）を再生するために使用されるものである。
【００２７】
すなわち、屋外に設置されたヒーティングタワー１２０と、空調用に使用されるヒートポンプ１２１との間には、ブラインＢを循環させるブライン集熱経路１２２が介設され、ヒーティングタワー１２０において外気との直接的な気液接触で冷却されたブラインＢがヒートポンプ１２１に戻されるようになっている。かかるブラインＢは、ヒーティングタワー１２０において大気と熱交換されるに際し、大気中の水分を吸収することによって希釈され、これによって氷点が上昇するなど品質が劣化するという不都合が発生する。品質が劣化したブラインは、熱媒体として良好に使用し得なくなるため、これを再生すべく不凍液濃縮装置１０が使用される。
【００２８】
かかる不凍液濃縮装置１０は、ブライン集熱経路１２２を循環流通しているブラインＢの一部を分流させ、この水で希釈されたブラインＢ（以下分流されたブラインＢを希釈ブラインＢ１という）に対して水分を取り除く再生処理を施した後、得られた再生ブラインＢ２をブライン集熱経路１２２へ戻すように構成され、これによってブライン集熱経路１２２を循環流通するブラインＢの濃度を一定の高い濃度に維持するようになっている。
【００２９】
図１に示すように、不凍液濃縮装置１０は、水を吸収することにより希釈されたブラインＢの希釈溶液（希釈ブラインＢ１）を熱交換によって予熱する第１モジュール２０と、この第１モジュール２０で予熱された希釈ブラインＢ１に対して加熱処理および蒸留処理を施し当該希釈ブラインＢ１から余分な水分を取り除いて再生ブラインＢ２を得る第２モジュール３０と、この第２モジュール３０における水分除去操作のための環境を作り出す第３モジュール４０とを備えた基本構成を有している。図１において、各モジュール２０，３０，４０は、それぞれ二点鎖線で囲っている。
【００３０】
第１モジュール２０では、ブライン集熱経路１２２から分流された希釈ブラインＢ１は、予熱によって略１５℃から最大で略６８℃にまで昇温される一方、希釈ブラインＢ１との熱交換に使用される再生ブラインＢ２は略２５℃にまで冷却されるとともに、同第２モジュール３０で希釈ブラインＢ１から蒸発除去され、第３モジュール４０での圧縮後に後述するリボイラー３２で凝縮された抜取水Ｂ３は、略４５℃にまで冷却されるようになっている。
【００３１】
かかる第１モジュール２０には、ブライン集熱経路１２２から分岐された希釈ブラインＢ１を分流させるための取入配管５０（図１において太い実線で示している）と、第２モジュール３０から送り出された再生ブラインＢ２をブライン集熱経路１２２へ戻すための戻し配管５１（図１において細い実線で示している）と、第２モジュール３０で希釈ブラインＢ１から蒸気として取り除かれた後に凝縮された抜取水Ｂ３を系外に排出するための排出配管５２（図１において一点鎖線で示している）とが配設されている。
【００３２】
そして、取入配管５０と戻し配管５１との交差位置には第１熱交換器２１が設けられ、この第１熱交換器２１での再生ブラインＢ２との熱交換によって取入配管５０中の希釈ブラインＢ１に第１次の熱交換処理が施されて第１次予熱が実行されるようになっている。第１次予熱に使用された再生ブラインＢ２は、第１熱交換器２１より下流側の戻し配管５１を通って取入配管５０の分岐点より下流側のブライン集熱経路１２２へ戻されるようになっている。
【００３３】
また、第１熱交換器２１より下流側の取入配管５０と排出配管５２との交差位置には第２熱交換器２２が設けられ、第１次予熱処理が行われた希釈ブラインＢ１は、この第２熱交換器２２における抜取水Ｂ３との間の第２次熱交換処理でさらに昇温される第２次予熱が実行されるようになっている。
【００３４】
第２熱交換器２２より下流側の排出配管５２には第３熱交換器２３が設けられ、第２熱交換器２２で希釈ブラインＢ１の予熱に供された抜取水Ｂ３は、この第３熱交換器２３でさらに略４５℃にまで降温させられたのち、系外に排出されるようになっている。因みに第３熱交換器２３で抜取水Ｂ３との熱交換に使用される冷熱源は、本実施形態では系外の適所から（例えば上水道から）調達される。
【００３５】
加えて、第１モジュール２０には、第２モジュール３０から排出配管５２を介して導出されてくる抜取水Ｂ３を一時貯留するためのドレンタンク２４が設けられ、このドレンタンク２４のバッファー機能によって第２熱交換器２２に供給される抜取水Ｂ３の定流量を確保し得るようになされている。
【００３６】
前記第２モジュール３０には、蒸留釜３１と、この蒸留釜３１の天板に立設されたリボイラー３２と、同天板にリボイラー３２と平行に並設された蒸留塔３３と、蒸留釜３１付設された電気ヒーター（加熱手段）３４とが設けられている。
【００３７】
一方、前記取入配管５０は、第２モジュール３０において下流端側が２つに分岐され、リボイラー３２の頂部に接続された第１分岐支管５０ａと、蒸留塔３３の上下方向の略中間位置に接続された第２分岐支管５０ｂとに分かれている。
【００３８】
前記蒸留釜３１は、第１分岐支管５０ａを介して供給された希釈ブラインＢ１がリボイラー３２で濃縮されて形成した濃縮ブラインＢ２′を一時貯留するとともに、当該濃縮ブラインＢ２′を電気ヒーター３４によって加熱し、得られた加熱蒸気を蒸留塔３３に導くためのものであるとともに、リボイラー３２で蒸発された水分（気体）と、濃縮ブラインＢ２′（液体）とを気液分離するためのものである。再生ブラインＢ２は、戻し配管５１を通ってブライン集熱経路１２２へ戻されるようになっている。
【００３９】
また、戻し配管５１からは循環配管５３が分岐されているとともに、その先端部がリボイラー３２の頂部に接続されている。そして、蒸留釜３１から抜き出された再生ブラインＢ２の一部がこの循環配管５３を通ってリボイラー３２の頂部に還流され、リボイラー３２における希釈ブラインＢ１からの水分離の熱源の一部を担うようになされている。
【００４０】
前記リボイラー３２は、第１分岐支管５０ａから供給された希釈ブラインＢ１に対して加熱処理を施すことにより、エチレングリコールなどより沸点の低い水を気化させて当該希釈ブラインＢ１を濃縮するためのものである。かかる濃縮処理の熱源としては、第３モジュール４０から供給される加圧蒸気Ｂ５が採用されるが、これに加えて蒸留釜３１から循環配管５３を介して供給される前述の再生ブラインＢ２も熱源としての役割を担っている。
【００４１】
図２は、本実施形態で採用されているリボイラー３２の一実施形態を示す縦断面図である。また、図３は、リボイラー３２に適用される加熱パイプの要部を示す部分拡大図であり、（イ）は斜視図、（ロ）は、（イ）のＸ−Ｘ線断面図である。まず、図２に示すように、リボイラー３２は、加熱パイプ３５が内装されるリボイラー本体３２１と、このリボイラー本体３２１の頂部に被せられる蓋体３２２とを備えて構成されている。
【００４２】
リボイラー本体３２１は、円筒状の周壁３２１ａと、この周壁３２１ａの底部を封鎖した底板３２１ｂと、同頂部を封鎖した天板３２１ｃとからなっている。かかるリボイラー本体３２１の底板３２１ｂと天板３２１ｃとの間に複数本の前記加熱パイプ３５が貫設されている。周壁３２１ａの上方部には、第３モジュール４０からの加圧蒸気Ｂ５をリボイラー本体３２１内に導入するための加圧蒸気導入口３２１ｄが設けられているとともに、同下方部には加熱パイプ３５を介して希釈ブラインＢ１との熱交換の結果得られた抜取水Ｂ３を導出するための抜取水導出口３２１ｅが設けられている。
【００４３】
また、周壁３２１ａの下縁部には天板３２１ｃと一体的に下部フランジ３２１ｆが設けられているとともに、同上縁部には底板３２１ｂと一体的に上部フランジ３２１ｇが設けられ、下部フランジ３２１ｆを蒸留釜３１の天板にボルト止めすることによりリボイラー本体３２１が蒸留釜３１に固定されるとともに、上部フランジ３２１ｇを蓋体３２２にボルト止めすることにより蓋体３２２がリボイラー本体３２１に固定されるようになっている。
【００４４】
前記蓋体３２２は、伏せた椀状に形成され、下端縁部に前記上部フランジ３２１ｇに対応したフランジ３２２ａが設けられ、このフランジ３２２ａをリボイラー本体３２１の上部フランジ３２１ｇに合わせた状態で両者がボルト止めされるようになっている。
【００４５】
かかる蓋体３２２の周壁３２２ｂには、希釈ブラインＢ１を第１分岐支管５０ａを介して導入するための希釈ブライン導入口３２２ｃと、蒸留釜３１からの再生ブラインＢ２を循環配管５３を介して導入するための再生ブライン導入口３２２ｄとが設けられている。
【００４６】
そして、希釈ブライン導入口３２２ｃを介して蓋体３２２内に導入された希釈ブラインＢ１、および再生ブライン導入口３２２ｄを介して蓋体３２２内に導入された再生ブラインＢ２は、互いに混合された状態で加熱パイプ３５内を流下しながら加圧蒸気導入口３２１ｄを介してリボイラー本体３２１内に導入された加圧蒸気Ｂ５とリボイラー本体３２１の壁面を介して接触され、これによる凝縮熱を含む加圧蒸気Ｂ５との熱交換で希釈ブラインＢ１中の水分が蒸発分離されるようになっている。この熱交換で加圧蒸気Ｂ５が凝縮することにより形成された濃縮ブラインＢ２′は、分離された水蒸気を同伴して蒸留釜３１内に供給されることになる。
【００４７】
前記加熱パイプ３５には、図３の（イ）に示すように、その上縁部と天板３２１ｃとの間に筒心側に向けて筒心と平行になるように切り起しで形成された周方向等ピッチの複数の整流片３５ａが設けられているとともに、当該押し起しの結果得られた矩形孔３５ｂが形成されている。
【００４８】
前記整流片３５ａは、図３の（ロ）に示すように、周方向であって時計回り方向の先端側が加熱パイプ３５の内周面と平行になるように曲折処理されている。したがって、蓋体３２２内に導入された希釈ブラインＢ１と再生ブラインＢ２との混合液は、矩形孔３５ｂを通って加熱パイプ３５内に導入されるに際し、整流片３５ａに誘導されることによって加熱パイプ３５の内周面に沿うように誘導される。したがって、加熱パイプ３５内に導入された前記混合液は、加熱パイプ３５の内周面全面に液膜を形成した状態で流下するため、リボイラー本体３２１内に存在する加圧蒸気Ｂ５との加熱パイプ３５を介した接触面積が極めて大きくなり、これによって両者間での極めて効率的な熱交換が実現する。
【００４９】
ついで図１に戻り前記蒸留塔３３について説明する。蒸留塔３３は、リボイラー３２によって希釈ブラインＢ１から加熱分離された水蒸気や、電気ヒーター３４による加熱で蒸留釜３１内の濃縮ブラインＢ２′から気化した水蒸気を熱源として希釈ブラインＢ１に蒸留処理を施し、気液の平衡関係から希釈ブラインＢ１中の水を取り除いて当該希釈ブラインＢ１を濃縮処理する一方、水蒸気中に僅かに含まれているエチレングリコール等を取り除いて当該水蒸気から高純度水蒸気Ｂ４を得るためのものである。
【００５０】
かかる蒸留塔３３は、低圧力損失で高性能の規則充填物（本実施形態においては、住友重機械工業株式会社製の商品名「メラパック」を使用）が上下方向の略中央部より下方位置に充填されることによって形成された下部充填層３３ａと、同充填物が前記中央部より上方位置に充填されることによって形成した上部充填層３３ｂとを備えて構成されている。
【００５１】
そして、ブライン集熱経路１２２から取入配管５０を通して抜き出された希釈ブラインＢ１は、第２分岐支管５０ｂを介して蒸留塔３３の下部充填層３３ａと上部充填層３３ｂとの間に供給され、リボイラー３２によって分離除去されたエチレングリコール等を若干含む高温の水蒸気および蒸留釜３１から上昇する高温の蒸気によって蒸留処理に付されるようになっている。この蒸留処理によって、希釈ブラインＢ１中のエチレングリコール等より沸点の低い水は精留され高純度水蒸気Ｂ４となって塔頂から抜き出される一方、希釈ブラインＢ１は濃縮されつつ下部充填層３３ａ内を流下し、蒸留釜３１内に一時貯留されることになる。
【００５２】
因みに、高純度水蒸気Ｂ４が凝縮して得られる抜取水Ｂ３は、系外の排水溝などに排出される直前のものを実測した結果、ｐＨ（水素イオン指数）が６．８１〜７．０６、ＢＯＤ（生物学的酸素要求量）が３〜６ｍｇ／ｌ、およびエチレングリコールが４．６ｍｇ／ｌであり、ｐＨ、ＢＯＤおよびＣＯＤ（化学的酸素要求量）が下水道法によって規定された基準値以下になっていることを確認することができた。
【００５３】
前記第３モジュール４０は、第２モジュール３０における希釈ブラインＢ１の蒸留環境を整えるとともに、当該蒸留処理に必要な熱源を供給するためのものであり、蒸留塔３３の塔頂から吸引配管５４を通って導出された水蒸気に対し圧縮処理を施す圧縮機４１を備えて構成されている。
【００５４】
そして、高純度水蒸気Ｂ４が圧縮機４１で圧縮されることにより加圧され、且つ圧縮熱で高温になった加圧蒸気Ｂ５は、圧縮機４１の下流端とリボイラー３２の加圧蒸気導入口３２１ｄ（図２）間に配設された加圧蒸気配管５５を通ってリボイラー本体３２１内に供給され、ここで加熱パイプ３５内を流下する希釈ブラインＢ１と熱交換することにより当該希釈ブラインＢ１を加熱処理するようになされている。
【００５５】
本実施形態においては、圧縮機４１として多段メカニカル式のものが採用されている。かかる圧縮機４１の駆動による吸引処理で、吸引配管５４を介して蒸留釜３１、リボイラー３２および蒸留塔３３内を真空に近い極低圧（真空度１００〜３００Тｏｒｒ）にすることができ、これによる水の沸点の降下で蒸留処理を円滑に行い得るようにすることができる一方、圧縮機４１の駆動による圧縮処理で加圧蒸気配管５５側を微加圧状態（０．１ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ）にすることができるなど、第２モジュール３０の蒸留環境が良好なものになる。
【００５６】
なお、以上の説明において参照した図１に示す取入配管５０、戻し配管５１、排出配管５２、循環配管５３、吸引配管５４および加圧蒸気配管５５の各適所には、開閉弁や流量調節を行うための制御弁、さらには流体の流量や温度を検出するための各種のセンサー等が設けられているとともに、センサーからの検出信号に基いて制御弁の開度を調節するための制御信号を出力する制御装置が設けられているが、これらの図示は省略している。
【００５７】
以下、図１を基に必要に応じて図２または図３を参照しながら本発明の作用について説明する。不凍液濃縮装置１０を運転するに際しては、まず最初に圧縮機４１が運転され、これによる吸引処理で蒸留釜３１、リボイラー３２および蒸留塔３３内が所定の減圧状態とされる。また、電気ヒーター３４に通電され、蒸留釜３１内に貯留している濃縮ブラインＢ２′の温度が所定の温度となるように加熱される。
【００５８】
そして準備が整ったら、ブライン集熱経路１２２を流通するブラインＢから取入配管５０を通して希釈ブラインＢ１が分流される。この分流された希釈ブラインＢ１は、まず、第１モジュール２０において系内で発生した熱源との熱交換により第２モジュール３０に導入されるまでに所定の温度にまで昇温される予熱処理が施される。具体的には、希釈ブラインＢ１は、第１熱交換器２１において蒸留釜３１から抜き出された再生ブラインＢ２との熱交換で第１次の昇温処理がなされた後、第２熱交換器２２においてボイラー３２から導出されドレンタンク２４を介し排出配管５２を通って排出される抜取水Ｂ３との熱交換で第２次の昇温処理が施される。
【００５９】
ついで、前記予熱処理で所定の温度にまで昇温した希釈ブラインＢ１に対し、第２モジュール３０において水分を取り除くことによる濃縮処理が施され、これによって再生ブラインＢ２が得られるとともに、取り除かれた水分は抜取水Ｂ３として系外に排出される。
【００６０】
具体的には、第２モジュール３０に導入された希釈ブラインＢ１は、一部が第１分岐支管５０ａを介してリボイラー３２の頂部の蓋体３２２（図２）内に供給されるとともに、残部が第２分岐支管５０ｂを介して蒸留塔３３の中央部に供給される。そして、蓋体３２２内に供給された希釈ブラインＢ１は、蒸留釜３１から抜き出され循環配管５３を介して蓋体３２２内に導入された再生ブラインＢ２ととともに加熱パイプ３５内を内周面に沿うように膜状で流下し、圧縮機４１から加圧蒸気配管５５を介してリボイラー本体３２１内に導入された熱源としての加圧蒸気Ｂ５との熱交換で加熱処理される。
【００６１】
この加熱パイプ３５内を流下しながらの加熱処理で希釈ブラインＢ１から成分のエチレングリコールなどより沸点の低い水が順次蒸発除去され、当該希釈ブラインＢ１は、その濃縮処理が進行し、最後に濃縮ブラインＢ２′となって蒸留釜３１内に滴下し貯留される。このとき、希釈ブラインＢ１から分離された水は、水蒸気となって濃縮ブラインＢ２′と同伴し蒸留釜３１内の上部空間に導入される。
【００６２】
これに対しリボイラー本体３２１内に導入された加圧蒸気Ｂ５は、希釈ブラインＢ１との熱交換で凝縮により液化された状態で排出配管５２を通り、一旦ドレンタンク２４に貯留された後、第２熱交換器２２で希釈ブラインＢ１の予熱に荷担してさらに降温し、最後に第３熱交換器２３で最終的な降温処理が施されてから系外へ排出される。
【００６３】
一方、第２分岐支管５０ｂを介して蒸留塔３３の中央部に供給された希釈ブラインＢ１は、下部充填層３３ａを流下しながら蒸留釜３１内から上昇してくる蒸気と向流接触することにより水分が蒸発除去され濃縮ブラインＢ２′となって蒸留釜３１内に流下する。そして、希釈ブラインＢ１から取り除かれた気化状態の水（すなわち水蒸気）は、上部充填層３３ｂを上昇中に不純物として含有しているエチレングリコール等が分離除去され、高純度水蒸気Ｂ４となって塔頂から吸引配管５４を介して抜き出される。
【００６４】
抜き出された高純度水蒸気Ｂ４は、圧縮機４１により圧縮処理され、圧縮熱による昇温を得て希釈ブライン濃縮用の熱源としての加圧蒸気Ｂ５となる。この加圧蒸気Ｂ５は、加圧蒸気配管５５を介してリボイラー３２に供給される。
【００６５】
このような希釈ブラインＢ１の濃縮処理において、蒸留釜３１に一時貯留された再生ブラインＢ２は、戻し配管５１を介して抜き出され、第１熱交換器２１でブライン集熱経路１２２から分留された直後の希釈ブラインＢ１との間の第１熱交換器２１を介した熱交換に使用され、その後ブライン集熱経路１２２へ戻される。
【００６６】
なお、排出配管５２には、第３熱交換器２３の下流側で分岐された分岐管５６が設けられている。この分岐管５６は、蒸留塔３３の頂部に接続され、熱バランスおよび物質バランスの調整を行うために当該分岐管５６を介して抜取水Ｂ３の一部を還流用として蒸留塔３３内に供給し得るようになされている。
【００６７】
本発明の不凍液濃縮装置１０は、以上詳述したように、ヒーティングタワー１２０とヒートポンプ１２１との間を循環するブラインＢに吸収された水分を、当該ブラインＢから分取された希釈ブラインＢ１の加熱処理による蒸留処理で除去して再生ブラインＢ２とするように構成されたものであり、希釈ブラインＢ１を加熱するリボイラー３２と、該リボイラー３２によって濃縮された濃縮ブラインＢ２′を受け入れて加熱処理するとともに、濃縮ブラインＢ２′の一部が再生ブラインＢ２として抜き出される蒸留釜３１と、前記リボイラー３２内および蒸留釜３１内で蒸発した蒸気でブラインＢに蒸留処理を施して濃縮ブラインＢ２′と高純度水蒸気Ｂ４とに分離する蒸留塔３３と、該蒸留塔３３から導出された高純度水蒸気Ｂ４に圧縮処理を施して加圧蒸気Ｂ５を得るとともに、当該加圧蒸気Ｂ５を熱源として前記リボイラー３２へ供給する圧縮機４１とが備えられ、前記蒸留釜３１に濃縮ブラインＢ２′を加熱する電気ヒーター３４が設けられてなるものである。
【００６８】
このように構成された不凍液濃縮装置１０によれば、圧縮機４１により圧縮された系内においてリボイラー３２に供給された希釈ブラインＢ１は、当該リボイラー３２での加熱処理により含有水分が蒸発して分離される一方、水分が除去されることによって形成した濃縮ブラインＢ２′は、蒸留釜３１で気液分離された後、一旦一部が再生ブラインＢ２として抜き出されるとともに、残部が電気ヒーター３４によって加熱され、これによって蒸発した蒸気は、蒸留塔３３に導入されて蒸留処理に供されたのち高純度水蒸気Ｂ４として分離される。
【００６９】
この分離された高純度水蒸気Ｂ４は、圧縮機４１において圧縮され、この圧縮された高純度の加圧蒸気Ｂ５は、リボイラー３２における希釈ブラインＢ１加熱用の熱源として利用される。
【００７０】
そして、蒸留釜３１には、濃縮ブラインＢ２′を加熱する電気ヒーター３４が設けられているため、希釈ブラインＢ１の水分含有率に応じてこの電気ヒーター３４による濃縮ブラインＢ２′への熱供給量を制御することにより、当該水分含有率に応じた蒸留処理を迅速かつ確実に施すことができる。
【００７１】
そして、リボイラー３２および蒸留塔３３は、それぞれ前記蒸留釜３１に立設されているため、リボイラー３２に蒸留塔３３が積み重ねられた状態で両者が連設されている従来の不凍液濃縮装置に比較して高さ寸法を低くすることができ、蒸留釜３１の占有面積によって決定されてしまう不凍液濃縮装置１０の占有空間を高さ寸法が低くなった分小さくすることが可能になり、これによって不凍液濃縮装置１０のコンパクト化を実現することができる。
【００７２】
また、希釈ブラインＢ１を、蒸留釜３１から導出された再生ブラインＢ２との熱交換で第１次予熱する第１熱交換器２１と、該第１熱交換器２１から導出された希釈ブラインＢ１を、前記リボイラー３２で加熱されることにより分離した抜取水Ｂ３との熱交換で第２次予熱する第２熱交換器２２とが設けられ、第２次熱交換後の希釈ブラインＢ１がリボイラー３２に供給されるように構成されているため、これらの熱交換で系内で発生した熱が有効に回収され、これによって不凍液濃縮装置１０の全体的な熱効率が向上し、エネルギーコストの低減化に貢献することができる。
【００７３】
さらに、リボイラー３２は、希釈ブラインＢ１を加熱パイプ３５の内周面に沿わせて液膜状で流下させることにより熱源との接触表面積を増大させるようにした、いわゆる縦型流下液膜式熱交換器が採用されているため、希釈ブラインＢ１は、熱源としての加圧蒸気Ｂ５と加熱パイプ３５を介してより効果的に熱交換され、これによるエネルギー効率の向上によってもエネルギーコストの低減化に貢献することができる。
【００７４】
これらに加えて圧縮機４１として多段メカニカル式圧縮機が採用されているため、蒸留塔３３の塔頂から導出された高純度水蒸気Ｂ４は、多段階で圧縮処理されることによってより効率的に圧縮処理され、安定した状態で当該圧縮機４１の上流側を真空状態に近い減圧状態にすることができるとともに、同下流側を微加圧状態にすることができるなど、系内の適正な圧力制御を容易に達成することができる。
【００７５】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【００７６】
（１）上記の実施形態においては、ヒーティングタワー１２０およびヒートポンプ１２１間でブライン集熱経路１２２を介して循環しているブラインＢから取入配管５０を介してブラインＢ（希釈ブラインＢ１）を常時抜き出して濃縮処理し、得られた再生ブラインＢ２を常時ブライン集熱経路１２２へ戻し、これによってブライン集熱経路１２２を循環しているブラインＢが常に一定の性能を維持するようにした、いわゆる常時再生方式を採用しているが、本発明は、不凍液濃縮装置１０を常時再生方式で使用することに限定されるものではなく、例えばブライン集熱経路１２２にブラインＢの水分含有率を検出する水分センサーを設け、この水分センサーが検出した水分値が予め設定された上限値を越えたときのみ不凍液濃縮装置１０を運転する、いわゆる必要時再生方式を採用してもよい。
【００７７】
必要時再生方式を採用することにより、大気の温度や湿度によって大きく変動するブラインＢの水分含有率対応して、必要なときのみ不凍液濃縮装置１０が自動的に稼働される一方、不必要なときには不凍液濃縮装置１０の運転が自動的に停止されるため、エネルギーコストの低減化が達成された上でブラインＢは、常に適正な性能が保持されることになる。
【００７８】
（２）また、ブラインＢの水分含有率が予め設定された上限値を越えたときに、ヒーティングタワー１２０およびヒートポンプ１２１の運転を一旦中断させた上で当該ブラインＢをブライン集熱経路１２２から全量抜き出し、この抜き出された希釈ブラインＢ１に対してバッチ処理で濃縮処理を施し、得られた再生ブラインＢ２をブライン集熱経路１２２へ戻す、いわゆるバッチ方式を採用してもよい。
【００７９】
かかるバッチ方式によれば、ヒーティングタワー１２０、ヒートポンプ１２１およびブライン集熱経路１２２からなる一組の熱交換システム毎に不凍液濃縮装置１０を付設しなくても、一個所に設けられた不凍液濃縮装置１０を複数の熱交換システムで共用することが可能になるため、その分設備コストの低減化に貢献することができる。
【００８０】
（３）上記の実施形態においては、不凍液濃縮装置１０が処理対象とする溶液としてブラインＢが採用されているが、本発明は、処理対象の溶液がブラインＢであることに限定されるものではなく、水分除去を目的とした各種の溶液に適用することができる。
【００８１】
（４）上記の実施形態においては、蒸留釜３１に設けられる加熱手段として電気ヒーター３４が採用されているが、本発明は、加熱手段が電気ヒーター３４であることに限定されるものではなく、燃料を燃焼させることにより得られた熱で濃縮ブラインＢ２′を加熱するものであってもよいし、近隣に例えば煙道排ガスのような廃棄されるべき廃熱が存在するような場合には、当該廃熱を熱源として利用してもよい。
【００８２】
（５）上記の実施形態においては、リボイラー３２として、リボイラー本体３２１内に多数の加熱パイプ３５が配設されてなる、いわゆる縦型流下膜式熱交換器を採用しているが、本発明は、リボイラー３２が縦型流下膜式熱交換器であることに限定されるものではなく、例えば、コイル状の配管内に希釈ブラインＢ１および加圧蒸気Ｂ５のいずれか一方を流通させた状態で、当該コイル状配管を沈めた他方との熱交換を行うように構成されたものなどの通常の熱交換器を採用してもよい。
【００８３】
（６）上記の実施形態においては、圧縮機４１として多段メカニカル式圧縮機を採用しているが、本発明は、圧縮機４１が多段メカニカル式圧縮機であることに限定されるものではなく、例えば通常のスクリュー式の圧縮機などを採用してもよい。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の不凍液濃縮装置によれば、リボイラーに供給された希釈溶液は、当該リボイラーでの加熱処理により含有水分が蒸発して分離される一方、水分が除去されることによって形成した濃縮溶液は、一旦蒸留釜に貯留された状態で一部が再生溶液として抜き出されるとともに、残部が加熱手段によって加熱され、これによって蒸発した蒸気は、圧縮機によって減圧された蒸留塔に導入されて蒸留処理に供されたのち高純度水蒸気として回収することができる。この回収された高純度の水蒸気は、圧縮機により圧縮されることにより圧縮熱により昇温された加圧蒸気としてリボイラーでの希釈溶液加熱用の熱源として利用することができる。
【００８５】
このように、系内で発生した熱を希釈溶液からの水分除去の熱源として利用されるため、別途用意した熱媒体の循環使用で熱源を確保するようにした従来のものに比べて前記熱媒体が不要であるため、その分材料コストおよび設備コストの低減化に貢献することができる。
【００８６】
また、熱交換器を使用した間接加熱に比べ、直接加熱であるため、回収エネルギーのロスが少なく、その分エネルギーの回収効率が向上し、省エネルギーを図る上で好都合である。
【００８７】
そして、蒸留釜には、濃縮溶液を加熱する加熱手段が設けられているため、希釈溶液の水分含有率に応じてこの加熱手段による濃縮溶液への熱供給量を制御することが可能になり、これによって水分含有率に応じた蒸留処理を迅速かつ確実に行うことができ、従来のように圧縮機による圧縮熱のみを蒸留熱源として使用しているものに比較し、希釈溶液の水分含有量の変動に対する対応性を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる不凍液濃縮装置の一実施形態を示す系統図である。
【図２】本実施形態で採用されているリボイラーの一実施形態を示す縦断面図である。
【図３】リボイラーに適用される加熱パイプの要部を示す部分拡大図であり、（イ）は斜視図、（ロ）は、（イ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１０不凍液濃縮装置２０第１モジュール
２１第１熱交換器２２第２熱交換器
２３第３熱交換器２４ドレンタンク
３０第２モジュール３１蒸留釜
３２リボイラー３２リボイラー
３２１リボイラー本体３２１ａ周壁
３２１ｂ底板３２１ｃ天板
３２１ｄ加圧蒸気導入口３２１ｅ抜取水導出口
３２１ｆ下部フランジ３２１ｇ上部フランジ
３２１ｇ前記上部フランジ３２２蓋体
３２２ａフランジ３２２ｂ周壁
３２２ｃ希釈ブライン導入口
３２２ｄ再生ブライン導入口
３３蒸留塔３３ａ下部充填層
３３ｂ上部充填層３４電気ヒーター
３５加熱パイプ３５ａ整流片
３５ｂ矩形孔４０第３モジュール
４１圧縮機５０取入配管
５０ａ第１分岐支管５０ｂ第２分岐支管
５１戻し配管５２排出配管
５３循環配管５４吸引配管
５５加圧蒸気配管５６分岐管
１２２ブライン集熱経路Ｂブライン
Ｂ１希釈ブラインＢ２再生ブライン
Ｂ２′ 濃縮ブラインＢ３抜取水
Ｂ４高純度水蒸気Ｂ５加圧蒸気

Claims

水で希釈された希釈溶液の濃縮処理で当該溶液を再生するように構成された不凍液濃縮装置であって、前記希釈溶液を加熱し蒸発させるリボイラーと、該リボイラーによって濃縮された濃縮溶液を気液分離状態で受け入れるとともに、濃縮溶液の一部が再生溶液として抜き出される蒸留釜と、前記リボイラー内および蒸留釜内で蒸発した蒸気を用いて導入された希釈溶液に蒸留処理を施し水蒸気を分離する蒸留塔と、該蒸留塔から導出された水蒸気に圧縮処理を施し加圧昇温された加圧蒸気を前記リボイラーへ熱源として供給する圧縮機とが備えられ、前記蒸留釜に濃縮溶液を加熱する加熱手段が設けられてなることを特徴とする不凍液濃縮装置。
前記リボイラーおよび蒸留塔は、それぞれ前記蒸留釜に並設状態で立設されてなる請求項１記載の不凍液濃縮装置。
前記希釈溶液を、前記蒸留釜から導出された再生溶液との熱交換で第１次予熱する第１熱交換器と、該第１熱交換器から導出された希釈溶液を、前記リボイラーから導出された凝縮水との熱交換で第２次予熱する第２熱交換器とが設けられ、第２次予熱後の希釈溶液がリボイラーおよび蒸留塔に供給されるように構成されてなる請求項１または２記載の不凍液濃縮装置。
前記リボイラーは、希釈溶液を筒体の内周面に沿わせて液膜状で流下させることにより筒体周壁を介した熱源との接触面積を増大させるように構成された縦型流下液膜式熱交換器を備えて構成されてなる請求項１乃至３のいずれかに記載の不凍液濃縮装置。
前記圧縮機は、多段メカニカル式圧縮機が採用されてなる請求項１乃至４のいずれかに記載の不凍液濃縮装置。
前記加熱手段は、電気ヒーターである請求項１乃至５のいずれかに記載の不凍液濃縮装置。