JP2008272668A - 造水装置及び造水方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】スケール析出を防止しつつ、効率よく凝縮水を生成することができる造水装置および造水方法を提供する。
【解決手段】多重効用型の蒸発缶２０を備える造水装置１であって、複数の蒸発缶２０は、前段側から後段側に沿って、高温蒸発缶群２ａと低温蒸発缶群２ｂとにグループ分けされており、原水に含まれるスケール成分の少なくとも一部を除去して除スケール水を生成するスケール成分除去手段５と、前記除スケール水を被処理水として、高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０の伝熱管２２１に供給する除スケール水供給手段６と、原水を被処理水として、低温蒸発缶群２ｂを構成する各蒸発缶２０の伝熱管２２１に供給する原水供給手段７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、造水装置及び造水方法に関する。
従来、海水から飲料用水を生成する造水方法として、例えば特許文献１に開示されているような方法が知られている。この方法は、生海水に含まれるスケール成分をナノ濾過膜装置により除去したスケール成分除去海水と、生海水とをブレンドしたブレンド海水を多重効用型の蒸発装置により蒸留することにより飲料用の凝縮水を生成するというものである。
特表２００３−５０７１８３号公報
しかしながら、上述の造水方法においては、蒸発装置内部にスケールが析出することを確実に防止することできず、この結果、蒸発装置の熱効率が悪化し、飲料用の凝縮水を効率よく生成することが困難であるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、スケール析出を防止しつつ、効率よく凝縮水を生成することができる造水装置および造水方法を提供することを目的とする。
本発明の上記目的は、蒸気が内部を通過する伝熱管の外表面に被処理水を供給することにより被処理水から蒸気と濃縮水とを生成すると共に、前記伝熱管内で蒸気が凝縮することにより凝縮水を生成する蒸発缶を複数備え、前記複数の蒸発缶の相互間を、前段の蒸発缶で生成された蒸気を後段の蒸発缶の伝熱管内部に熱源として導くように接続された造水装置であって、前記複数の蒸発缶は、前段側から後段側に沿って、高温蒸発缶群と低温蒸発缶群とにグループ分けされており、原水に含まれるスケール成分の少なくとも一部を除去して除スケール水を生成するスケール成分除去手段と、前記除スケール水を被処理水として、前記高温蒸発缶群を構成する各蒸発缶の伝熱管に供給する除スケール水供給手段と、原水を被処理水として、前記低温蒸発缶群を構成する各蒸発缶の伝熱管に供給する原水供給手段とを備える造水装置により達成される。
また、この造水装置において、前記高温蒸発缶群において生成される濃縮水の一部を前記除スケール水供給手段に還流する高温缶群用還流手段を備えることが好ましい。
また、前記低温蒸発缶群において生成される濃縮水の一部を前記原水供給手段に還流する低温缶群用還流手段を備えることが好ましい。
また、前記スケール成分除去手段は、ナノ濾過膜装置であることが好ましい。
また、本発明の上記目的は、蒸気が内部を通過する伝熱管の外表面に被処理水を供給することにより被処理水から蒸気と濃縮水とを生成すると共に、前記伝熱管内で蒸気が凝縮することにより凝縮水を生成する蒸発缶を複数備え、前記複数の蒸発缶の相互間を、前段の蒸発缶で生成された蒸気を後段の蒸発缶の伝熱管内部に熱源として導くように接続されており、前記複数の蒸発缶が、前段側から後段側に沿って、高温蒸発缶群と低温蒸発缶群とにグループ分けされた造水装置を用いて原水から凝縮水を生成する造水方法であって、原水に含まれるスケール成分の少なくとも一部を除去して除スケール水を生成するスケール成分除去ステップと、前記除スケール水を被処理水として、前記高温蒸発缶群を構成する各蒸発缶の伝熱管に供給する除スケール水供給ステップと、原水を被処理水として、前記低温蒸発缶群を構成する各蒸発缶の伝熱管に供給する原水供給ステップとを備える造水方法により達成される。
本発明によれば、スケール析出を防止しつつ、効率よく凝縮水を生成することができる造水装置および造水方法を提供することができる。
以下、本発明に係る造水装置について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る造水装置１の概略構成図であり、図２は、造水装置１を構成する蒸発缶２０を示す概略構成図である。なお、各図面は、構成の理解を容易にするため、実寸比ではなく部分的に拡大又は縮小されている。
図１に示すように、造水装置１は、多重効用型の蒸発装置２と、図示しないボイラー等において生成される高い温度の駆動蒸気を蒸発装置２に導く駆動蒸気管路３と、海水等の原水が貯留されるタンク４と、原水に含まれるスケール成分を除去するナノ濾過膜装置５と、除スケール水供給手段６と、原水供給手段７と、凝縮装置８とを備えている。
蒸発装置２は、複数の蒸発缶２０を直列的に接続して構成されており、各蒸発缶２０は、図２に示すように、密閉型の蒸発室２１、間接式加熱器２２および処理水を散布する散布ノズル２３を備えている。蒸発室２１内の底部は、間接式加熱器２２が備える伝熱管２２１の外表面に散布ノズル２３から散布され、伝熱管２２１の熱交換作用により被処理水の一部が蒸気となって蒸発した後の濃縮水が貯留される濃縮水貯留部２４を構成している。また、蒸発室２１の底部には、他の蒸発缶２０において生成される濃縮水を導入するための濃縮水導入部２６ａと、濃縮水貯留部２４に貯留された濃縮水を外部に排出するための濃縮水排出部２６ｂとを備えている。蒸発室２１の上部には、伝熱管２２１の熱交換作用により伝熱管２２１の外表面において生成した蒸気を外部に排出するための蒸気排出部２５ａを備えている。
間接式加熱器２２は、蒸発室２１内に設けられる複数の伝熱管２２１と、これら複数の伝熱管２２１の両端にそれぞれ接続されている第１ヘッダ２２２、第２ヘッダ２２３とを備えている。第１ヘッダ２２２は、伝熱管２２１内に蒸気を導く蒸気導入部２５ｂと、他の蒸発缶２０の伝熱管２２１内で生成される凝縮水を導入するための凝縮水導入部２７ａとを備えている。第２ヘッダ２２３は、伝熱管２２１の熱交換作用により伝熱管２２１内で生成した凝縮水（淡水）を外部に排出する凝縮水排出部２７ｂを備えている。なお、第１ヘッダ２２２に貯留される凝縮水は、その水量が所定量を超えた場合、最下部に配置される伝熱管２２１の内部を通過して第２ヘッダ２２３に導かれる。
散布ノズル２３は、間接式加熱器２２の上方に配置されており、被処理水を伝熱管２２１の外表面に向けて散布する散布手段である。
各蒸発缶２０の相互間は、図１に示すように、前段の蒸発缶２０で生成された蒸気を一つ後段側の蒸発缶２０の伝熱管２２１内部に熱源として導くように、前段の蒸発缶２０における蒸気排出部２５ａと、後段の蒸発缶２０における蒸気導入部２５ｂとが蒸気管路２５を介して接続されている。また、前段の蒸発缶２０で生成され濃縮水貯留部２４に貯留される濃縮水を一つ後段側の蒸発缶２０における濃縮水貯留部２４に導くように、前段の蒸発缶２０における濃縮水排出部２６ｂと、後段の蒸発缶２０における濃縮水導入部２６ａとが濃縮水管路２６を介して接続されている。また、前段の蒸発缶２０における伝熱管２２１内で生成され第２ヘッダ２２３内に貯留される凝縮水を一つ後段側の蒸発缶２０における間接式加熱器２２の第１ヘッダ２２２内に導くように、前段の蒸発缶２０における凝縮水排出部２７ｂと、後段の蒸発缶２０における凝縮水導入部２７ａとが凝縮水管路２７を介して接続されている。
また、最初段の蒸発缶２０における間接式加熱器２２の第１ヘッダ２２２の蒸気導入部２５ｂには、ボイラー等において生成される駆動蒸気を導く駆動蒸気管路３が接続している。なお、最初段の蒸発缶２０においては、凝縮水導入部２７ａや濃縮水導入部２６ａを設ける必要はない。
最終段の蒸発缶２０における間接式加熱器２２の第２ヘッダ２２３の蒸気排出部２５ａには、後述する凝縮装置８に蒸気を導く蒸気取出管路８１が接続しており、凝縮水排出部２７ｂには、凝縮水を外部に排出する凝縮水取出管路９０が接続している。また、蒸発室２１の底部に形成される濃縮水排出部２６ｂには、貯留される濃縮水を外部に排出する濃縮水取出管路９１が接続している。
このように構成される蒸発装置２における複数の蒸発缶２０は、前段側から後段側に沿って、作動温度が高い環境下で運転される高温蒸発缶群２ａと、作動温度が比較的低い環境下で運転される低温蒸発缶群２ｂとにグループ分けされている。図１に示す構成においては、高温蒸発缶群２ａおよび低温蒸発缶群２ｂが、それぞれ８つの蒸発缶２０を備えている。なお、高温蒸発缶群２ａおよび低温蒸発缶群２ｂをそれぞれ構成する蒸発缶２０の数は、設計条件により適宜変更することができる。
ナノ濾過膜装置５は、タンク４に貯留される海水等の原水に含まれる硫酸カルシウム（ＣａＳｏ４）等のスケール成分の少なくとも一部を除去して除スケール水を生成するスケール成分除去手段であり、タンク４と凝縮装置８との間に配置されている。ナノ濾過膜装置５は、主に２価イオンを排除する機能を有するが、特に硫酸イオンを高く排除するものが好ましい。
除スケール水供給手段６は、ナノ濾過膜装置５において原水中のスケール成分が除去された除スケール水を、高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０に被処理水として供給する手段であり、高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０の散布ノズル２３およびナノ濾過膜装置５を接続する除スケール水供給管路６１と、図示しない供給ポンプとを備えている。なお、除スケール水供給管路６１の一部は、凝縮装置８の内部に設けられる図示しない冷却器部分を通過するように構成されており、除スケール水供給管路６１を通過する除スケール水が、凝縮装置８に導かれる蒸気を凝縮させるための冷媒として作用するように構成されている。
原水供給手段７は、タンク４内の原水を、低温蒸発缶群２ｂを構成する各蒸発缶２０に被処理水として供給する手段であり、低温蒸発缶群２ｂを構成する各蒸発缶２０の散布ノズル２３およびタンク４を接続する原水供給管路７１と、図示しない供給ポンプとを備えている。なお、原水供給管路７１の一部は、凝縮装置８の内部に設けられる図示しない冷却器部分を通過するように構成されており、原水供給管路７１を通過する原水が、凝縮装置８に導かれる蒸気を凝縮させるための冷媒として作用するように構成されている。
凝縮装置８は、多段効用型の蒸発装置２における最も後段側に配置される蒸発缶２０の蒸気排出部２５ａから排出される蒸気を、ナノ濾過膜装置５によりスケール成分が除去された除スケール水およびタンク４から導かれた原水によって間接的に冷却して凝縮水を生成する装置である。生成された凝縮水は、管路８２を介して外部に排出される。
このように構成された造水装置１により、例えば、飲料用等に用いられる凝縮水を海水から生成する方法について以下説明する。まず、駆動蒸気管路３を介してボイラー等により生成された駆動蒸気を蒸発装置２に供給する。そして、スケール成分除去手段であるナノ濾過膜装置５により海水中のスケール成分の少なくとも一部が除去された除スケール水を、除スケール水供給手段６が高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０に被処理水として供給すると共に、スケール成分が除去されていない海水（原水）を、原水供給手段７が低温蒸発缶群２ｂを構成する各蒸発缶２０に被処理水として供給する。
蒸発装置２に供給された駆動蒸気は、高温蒸発缶群２ａにおける最前段の蒸発缶２０の伝熱管２２１に導かれる。除スケール水供給手段６により導かれた除スケール水は、高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０の散布ノズル２３に分配供給され、各蒸発缶２０の伝熱管２２１の外表面に被処理水として散布される。一方、原水供給手段７により導かれた海水（原水）は、低温蒸発缶群２ｂを構成する各蒸発缶２０の散布ノズル２３に分配供給され、各蒸発缶２０の伝熱管２２１の外表面に被処理水として散布される。
高温蒸発缶群２ａにおける最前段の蒸発缶２０の伝熱管２２１外表面に散布された除スケール水は、伝熱管２２１の内部を通過する駆動蒸気との間で熱交換を行い、その一部が蒸発して蒸気となり、一つ後段側の蒸発缶２０における伝熱管２２１に熱源として導かれる。また、伝熱管２２１の外表面において蒸発しなかった除スケール水は、その塩分濃度が高められた濃縮水となり、伝熱管２２１の外表面に沿って流下して蒸発室２１の底部に貯留され、濃縮水排出部２６ｂから濃縮水管路２６を介して一つ後段側の蒸発缶２０に導かれる。また、伝熱管２２１の内部を通過する駆動蒸気は、伝熱管２２１の外表面に散布された除スケール水との熱交換により凝縮水に変換され、間接式加熱器２２の第２ヘッダ２２３に貯留され、凝縮水管路２７を介して、一つ後段側の蒸発缶２０における間接式加熱器２２の第１ヘッダ２２２に導かれる。
高温蒸発缶群２ａにおける最前段の蒸発缶２０の一つ後段側の蒸発缶２０においては、散布ノズル２３から伝熱管２２１の外表面に散布される除スケール水と、一つ前側の蒸発缶２０（最前段の蒸発缶）において生成され伝熱管２２１内を通過する蒸気との間で熱交換を行い、蒸気と濃縮水とが生成されると共に、伝熱管２２１内において凝縮水が生成される。高温蒸発缶群２ａを構成する他の蒸発缶２０においても同様な処理が順次行われる。
低温蒸発缶群２ｂにおける最前段の蒸発缶２０の伝熱管２２１外表面に散布された海水（原水）は、高温蒸発缶群２ａの最後段側に位置する蒸発缶２０において生成され伝熱管２２１の内部を通過する蒸気との間で熱交換を行う。この熱交換により、海水（原水）の一部が蒸気に変換されると共に、残りが塩分濃度が高められた濃縮水となる。また、伝熱管２２１の内部を通過する蒸気は、凝縮水に変換される。低温蒸発缶群２ｂにおける最前段の蒸発缶２０の一つ後段側の蒸発缶２０においては、散布ノズル２３から伝熱管２２１の外表面に散布される海水（原水）と、一つ前側の蒸発缶２０（最前段の蒸発缶２０）において生成され伝熱管２２１内を通過する蒸気との間で熱交換を行い、蒸気と濃縮水とが生成されると共に、伝熱管２２１内において凝縮水が生成される。低温蒸発缶群２ｂを構成する他の蒸発缶２０においても同様な処理が順次行われる。
蒸発装置２を構成する各蒸発缶２０の伝熱管２２１内で生成された凝縮水は、順次、凝縮水管路２７を介して後段側の蒸発缶２０に導かれ、最終的に、蒸発装置２の最も後段側に配置される蒸発缶２０の凝縮水排出部２７ｂから凝縮水取出管路９０を介して取り出される。また、蒸発装置２の最も後段側に配置される蒸発缶２０の伝熱管２２１表面において生成された蒸気は、蒸気取出管路８１を介して、凝縮装置８に導かれて凝縮水に変換された後、管路８２を介して取り出される。蒸発装置２から取り出された凝縮水および凝縮装置８から取り出された凝縮水は、その後、飲料用水や、電子工業等の各種工業における洗浄用水等として利用される。
なお、蒸発装置２の最も後段側に配置される蒸発缶２０に貯留される濃縮水の一部は、濃縮水排出部２６ｂから濃縮水取出管路９１を介して外部に排出される。
本実施形態に係る造水装置１によれば、作動温度が高温となりスケールが析出しやすい高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０に対して、ナノ濾過膜装置５により海水中に含まれるスケール成分を高い割合で除去された除スケール水を被処理水として供給し、蒸発凝縮処理を行って凝縮水を得るように構成しているため、各蒸発缶２０の伝熱管２２１等にスケールが析出することを確実に防止することが可能になる。
また、低温蒸発缶群２ｂを構成する各蒸発缶２０には、ナノ濾過膜装置５によりスケール成分が除去された除スケール水ではなく、海水を直接供給するように構成されているため、造水装置１全体として、ナノ濾過膜装置５の作動負荷を低減させつつ、大量の凝縮水を効率よく生成することができる。なお、海水が供給される低温蒸発缶群２ｂは、硫酸カルシウム等のスケール成分が伝熱管２２１表面等に析出する温度領域からはるかに外れた低い温度条件下で運転されるので、スケール析出のおそれはない。
このように、蒸発缶２０の伝熱管２２１の表面等にスケールが析出することを確実に防止できる結果、伝熱管２２１の熱交換効率が低下することを回避し、海水等の原水から凝縮水を効率よく製造することが可能になる。また、スケールの析出を防止できるので、蒸発装置２に供給される駆動蒸気の温度をより一層高めて、各蒸発缶２０を更に高温の作動温度条件下で駆動することや、高濃度条件下で駆動することが可能になり、効率よくの大量の凝縮水を製造することができる。
この点について、発明者らは、溶解度積計算により上記効果を確認したので、以下に説明する。原水である海水の成分は、塩素成分が２３０００ｐｐｍ、カルシウム成分が４８０ｐｐｍ（０．０１２モル／Ｌ）、硫酸イオン成分が３２００ｐｐｍ（０．０３３モル／Ｌ）である。海水からスケール成分の一部をナノ濾過膜装置５により除去した除スケール水の成分は、塩素成分が２００００ｐｐｍ、カルシウム成分が１８０ｐｐｍ（０．００４５モル／Ｌ、排除率６２．５％）、硫酸イオン成分が１００ｐｐｍ（０．００１モル／Ｌ、排除率９７％）である。
このような除スケール水を、濃縮倍率を１．６として蒸発濃縮処理する場合、硫酸カルシウムの溶解度積は、（カルシウム成分）×（硫酸イオン成分）＝０．００４５×１．６×０．００１×１．６＝０．００００１２となる。これに対し、濃縮海水温度が１２５℃で、塩素成分濃度が３２０００ｐｐｍ（２００００ｐｐｍ×１．６）の時の硫酸カルシウムの溶解度積限界は、図３の溶解度積限界と濃縮海水温度との関係図から、約０．０００３である。ここで、図３は、米国内務省塩水局（Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｓａｌｉｎｅ Ｗａｔｅｒ）のテクニカルデータブック（ＯＳＷ１４．１６ Ｐａｇｅ１Ａ、１４．１６Ｐａｇｅ１Ｂ）に基づいて算出したものである。但し、このデータは無処理の原海水、ならびに濃縮海水に硫酸カルシウム無水塩を溶解して溶解度積限界を測定したものであり、除スケール水を被処理水として処理する場合に直接当て嵌めるには無理があるが、塩素成分濃度を基準として比較した場合、除スケール水よりも米国内務省塩水局(Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｓａｌｉｎｅ Ｗａｔｅｒ)のデータの方がより厳しい条件であるので、溶解度積限界の判断には便宜上問題なく、むしろ一層安全であると言える。なお、より正確に溶解度積限界を判断するには被処理水のイオン強度を基準にすることも可能である。
このように、除スケール水を濃縮倍率１．６で造水処理する場合の硫酸カルシウムの溶解度積（０．００００１２）は、溶解度積限界（約０．０００３）よりも十分低いので、１２５℃という高い温度の駆動蒸気を蒸発装置２に供給して各蒸発缶２０を駆動したとしても、スケールが発生する可能性がない。また、濃縮海水温度が１４９℃で、塩素成分濃度が３２０００ｐｐｍの場合における硫酸カルシウムの溶解度積限界は、図３より、約０．０００２であるから、１２５℃よりも更に高い１４９℃の温度を有する駆動蒸気を蒸発装置２に供給して各蒸発缶２０を駆動したとしても、スケール析出は発生せず、更に高温度の条件下で蒸発装置２を駆動できることが分かる。
また、濃縮倍率を４に設定して除スケール水を蒸発濃縮処理する場合、硫酸カルシウムの溶解度積は、（カルシウム成分）×（硫酸イオン成分）＝０．００４５×４×０．００１×４＝０．００００７２となる。これに対し、濃縮海水温度が１２５℃で、塩素成分濃度が８００００ｐｐｍ（２００００ｐｐｍ×４）の時の硫酸カルシウムの溶解度積限界は、図４の溶解度積限界と濃縮海水温度との関係図から、約０．０００７である。ここで、図４は、図３と同様に、米国内務省塩水局（Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｓａｌｉｎｅ Ｗａｔｅｒ）のテクニカルデータブック（ＯＳＷ１４．１６ Ｐａｇｅ１Ａ、１４．１６Ｐａｇｅ１Ｂ）に基づいて算出したものである。
このように濃縮倍率を４に設定した場合であっても、硫酸カルシウムの溶解度積（０．００００７２）は、溶解度積限界（約０．０００７）よりも十分低いので、１２５℃という高い温度の駆動蒸気を蒸発装置２に供給して各蒸発缶２０を駆動したとしても、スケールが析出することがないことが分かる。また、濃縮海水温度が１４９℃で、塩素成分濃度が８００００ｐｐｍの場合の溶解度積限界は、図４より、約０．０００５であるから、濃縮倍率を４に設定し、１２５℃よりも更に高い１４９℃の温度を有する駆動蒸気を蒸発装置２に供給して各蒸発缶２０を駆動したとしても、スケールが析出しないことが分かる。
以上、本発明に係る造水装置１の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、図５に示すように、造水装置１が、高温蒸発缶群２ａにおいて生成された濃縮水の一部を除スケール水供給手段６に還流する高温缶群用還流手段２８と、低温蒸発缶群２ｂにおいて生成された濃縮水の一部を原水供給手段７に還流する低温缶群用還流手段２９とを備えるような構成を採用することもできる。高温缶群用還流手段２８は、高温蒸発缶群２ａの最後段側に位置する蒸発缶２０の底部および除スケール水供給管路６１を接続する高温缶群用還流管路２８ａと、図示しない循環ポンプとを備えている。低温缶群用還流手段２９は、低温蒸発缶群２ｂの最後段側に位置する蒸発缶２０の底部および原水供給管路７１を接続する低温缶群用還流管路２９ａと、図示しない循環ポンプとを備えている。なお、高温缶群用還流管路２８ａおよび低温缶群用還流管路２９ａがそれぞれ接続される蒸発缶２０は、特に限定されず、設計条件により適宜接続する蒸発缶２０を選択できる。また、除スケール水供給管路６１および原水供給管路７１との接続位置も適宜選択できる。
このような構成を採用した場合、高温缶群用還流手段２８によって、高温蒸発缶群２ａにおいて生成された濃縮水の一部を、除スケール水供給手段６により供給される除スケール水に混合して高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０の伝熱管２２１表面に散布することができるので、ナノ濾過膜装置５から高温蒸発缶群２ａに供給される除スケール水の量を少なくすることができる。これにより、ナノ濾過膜装置５の作動負荷を低減し、効率よく造水処理を行うことができる。また、高温蒸発缶群２ａにおいて生成される濃縮水の温度は、高温蒸発缶群２ａに供給される除スケール水の温度よりも高い温度であるため、濃縮水を除スケール水供給手段６に還流させることにより、各蒸発缶２０の散布ノズル２３が伝熱管２２１に散布する被処理水の温度を高めることができる。この結果、被処理水と伝熱管２２１内を通過する蒸気との温度差を小さくすることができるため、各蒸発缶２０内における発生蒸気量を増大させることができ、効率よく海水等の原水から飲料用等の凝縮水を製造することができる。
また、低温缶群用還流手段２９により、低温蒸発缶群２ｂにおいて生成された濃縮水の一部を、原水供給手段７により供給される原水に混合することができるので、低温蒸発缶群２ｂを構成する蒸発缶２０の散布ノズル２３が伝熱管２２１に散布する被処理水の温度を高めることができ、各蒸発缶２０内における発生蒸気量を増大させることができ、効率よく原水から凝縮水を製造することができる。
また、例えば、図６に示すように、予熱手段９５を設け、除スケール水供給管路６１を通過する除スケール水および原水供給管路７１を通過する原水を加熱するように構成してもよい。図６においては、高温蒸発缶群２ａを構成する複数の蒸発缶２０を前段側と後段側の２つのグループ２ａ１，２ａ２に更に分け、また、低温蒸発缶群２ｂを構成する複数の蒸発缶２０を前段側と後段側の２つのグループ２ｂ１，２ｂ２に分けて構成し、高温蒸発缶群２ａの前段側蒸発缶グループ２ａ１の各蒸発缶２０に供給される除スケール水が、低温蒸発缶群２ｂを構成する全蒸発缶２０および高温蒸発缶群２ａの後段側蒸発缶グループ２ａ２の蒸発缶２０において生成される蒸気を熱源として加熱されるように構成されている。また、高温蒸発缶群２ａの後段側蒸発缶グループ２ａ２の各蒸発缶２０に供給される除スケール水は、低温蒸発缶群２ｂを構成する全蒸発缶２０において生成される蒸気を熱源として加熱されるように構成されている。更に、低温蒸発缶群２ｂの前段側蒸発缶グループ２ｂ１の各蒸発缶２０に供給される原水が、低温蒸発缶群２ｂの後段側蒸発缶グループ２ｂ２の各蒸発缶２０において生成される蒸気を熱源として加熱されるように構成されている。
このような構成により、各蒸発缶２０の伝熱管２２１の表面に散布される除スケール水および原水の温度を効率よく昇温させて、各蒸発缶２０の伝熱管２２１内を通過する蒸気の温度との温度差をより小さくすることができる。この結果、各蒸発缶２０の内部で発生する蒸気量を増大させることができ、原水から凝縮水を効率よく製造することが可能になる。
また、図６に示すような予熱手段９５を備えた場合、高温蒸発缶群２ａの前段側蒸発缶グループ２ａ１に供給される除スケール水の温度は、高温蒸発缶群２ａの後段側蒸発缶グループ２ａ２に供給される除スケール水の温度よりも高くなる。このような場合、図６に示すように、前段側蒸発缶グループ２ａ１において生成される濃縮水の一部を前段側蒸発缶グループ２ａ１の各蒸発缶２０に供給される除スケール水に混合するように、また、後段側蒸発缶グループ２ａ２において生成される濃縮水の一部を後段側蒸発缶グループ２ａ２の各蒸発缶２０に供給される除スケール水に混合するように、複数の高温缶群用還流手段２８を備えることが好ましい。このような構成により、高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０の伝熱管２２１にそれぞれ散布される被処理水の温度と、各伝熱管２２１の内部を通過する蒸気の温度との温度差を確実に小さくすることができるので、各蒸発缶２０内における発生蒸気量を確実に増大させることができ、効率よく原水から飲料用等の凝縮水を製造することが可能になる。
また、低温蒸発缶群２ｂにおいても同様に、前段側蒸発缶グループ２ｂ１に供給される原水の温度は、後段側蒸発缶グループ２ｂ２に供給される原水の温度よりも高くなるので、前段側蒸発缶グループ２ｂ１において生成される濃縮水の一部を前段側蒸発缶グループ２ｂ１の各蒸発缶２０に供給される原水に混合するように低温缶群用還流手段２９を設置することが好ましい。
また、本実施形態において、除スケール水供給手段６が、逆浸透膜装置（ＲＯ装置）を備えるように構成し、ナノ濾過膜装置５を通過した除スケール水から純水の一部を分離させて分離水を生成し、この分離水を被処理水として、高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０に供給するようにしてもよい。これにより、飲料用等に用いられる水を逆浸透膜装置からも得ることができ、効率よく造水処理を行うことが可能になる。また、必要に応じて、別途ナノ濾過膜処理された海水と分離水とを混合した混合液を被処理水として、高温蒸発缶群２ａを構成する各蒸発缶２０に供給するようにしてもよい。
また、本実施形態において、駆動蒸気管路３を通過する駆動蒸気の圧力が、蒸発装置２の適当な蒸発缶２０において生成される蒸気を圧縮するのに十分な場合には、図７に示すように、駆動蒸気管路３の途中に蒸気再圧縮エゼクター３１を設けると共に、蒸発缶２０において生成される蒸気の一部を蒸気再圧縮エゼクター３１に導くような構成を採用してもよい。図７においては、高温蒸発缶群２ａの最後段側に配置される蒸発缶２０において生成される蒸気の一部を抽気管路３２を介して蒸気再圧縮エゼクター３１に導くように構成している。このような構成によれば、蒸発缶で蒸発した蒸気をその蒸発缶の上流側に配置される他の蒸発缶の加熱に利用することができるので、より少ない蒸発缶の数で目的とする凝縮水（製造水）が得られる。蒸発装置２の作動温度領域（最前段側に配置される蒸発缶における作動温度と、最後段側に配置される蒸発缶における作動温度との差に相当）を蒸発缶数で割った値は、ほぼ隣接する蒸発缶間における作動温度差となるから、必要な蒸発缶の数が少なくなればそれだけ隣接する蒸発缶間における作動温度差を大きくすることができるので、海水等の原水から飲料用等の凝縮水を効率よく生成することができる。なお、抽気管路３２が接続する蒸発缶２０は、設計条件により適宜変更することができる。
また、図８に示すように、複数の蒸気再圧縮エゼクター３１，３１を備え、異なる蒸発缶２０において生成される蒸気を各蒸気再圧縮エゼクター３１に導くように構成すると共に、一方の蒸気再圧縮エゼクター３１を通過する駆動蒸気を高温蒸発缶群２ａの最前段側の蒸発缶２０に導くようにし、他方の蒸気再圧縮エゼクター３１を通過する駆動蒸気を高温蒸発缶群２ａの最前段側の蒸発缶２０とは異なる蒸発缶２０に導くように構成してもよい。
また、本実施形態において、炭酸カルシウムなどのソフトスケールが蒸発缶２０の内部に発生することを防止するために、海水等の原水に対して酸を予め添加して脱炭酸処理を行うように構成してもよい。なお、低温蒸発缶群２ｂの運転温度が低く、ソフトスケール発生の問題がない場合は、脱炭酸処理を行う必要がない。
本発明の一実施形態に係る造水装置を示す概略構成図である。 図１に示す造水装置を構成する蒸発缶を示す概略構成図である。 塩素成分濃度が３２０００ｐｐｍの場合における硫酸カルシウムの溶解度積限界と濃縮海水温度との関係を示すグラフである。 塩素成分濃度が８００００ｐｐｍの場合における硫酸カルシウムの溶解度積限界と濃縮海水温度との関係を示すグラフである。 図１に示す造水装置の変形例を示す概略構成図である。 図１に示す造水装置の他の変形例を示す概略構成図である。 図１に示す造水装置の更に他の変形例を示す概略構成図である。 図７に示す造水装置の変形例を示す概略構成図である。
符号の説明
１ 造水装置
２ 蒸発装置
２ａ 高温蒸発缶群
２ｂ 低温蒸発缶群
２０ 蒸発缶
４ タンク
５ ナノ濾過膜装置（スケール成分除去手段）
６ 除スケール水供給手段
７ 原水供給手段
８ 凝縮装置

Claims (5)

  1. 蒸気が内部を通過する伝熱管の外表面に被処理水を供給することにより被処理水から蒸気と濃縮水とを生成すると共に、前記伝熱管内で蒸気が凝縮することにより凝縮水を生成する蒸発缶を複数備え、前記複数の蒸発缶の相互間を、前段の蒸発缶で生成された蒸気を後段の蒸発缶の伝熱管内部に熱源として導くように接続された造水装置であって、
    前記複数の蒸発缶は、前段側から後段側に沿って、高温蒸発缶群と低温蒸発缶群とにグループ分けされており、
    原水に含まれるスケール成分の少なくとも一部を除去して除スケール水を生成するスケール成分除去手段と、
    前記除スケール水を被処理水として、前記高温蒸発缶群を構成する各蒸発缶の伝熱管に供給する除スケール水供給手段と、
    原水を被処理水として、前記低温蒸発缶群を構成する各蒸発缶の伝熱管に供給する原水供給手段とを備える造水装置。
  2. 前記高温蒸発缶群において生成される濃縮水の一部を前記除スケール水供給手段に還流する高温缶群用還流手段を備える請求項１に記載の造水装置。
  3. 前記低温蒸発缶群において生成される濃縮水の一部を前記原水供給手段に還流する低温缶群用還流手段を備える請求項１又は請求項２に記載の造水装置。
  4. 前記スケール成分除去手段は、ナノ濾過膜装置である請求項１から請求項３のいずれかに記載の造水装置。
  5. 蒸気が内部を通過する伝熱管の外表面に被処理水を供給することにより被処理水から蒸気と濃縮水とを生成すると共に、前記伝熱管内で蒸気が凝縮することにより凝縮水を生成する蒸発缶を複数備え、前記複数の蒸発缶の相互間を、前段の蒸発缶で生成された蒸気を後段の蒸発缶の伝熱管内部に熱源として導くように接続されており、前記複数の蒸発缶が、前段側から後段側に沿って、高温蒸発缶群と低温蒸発缶群とにグループ分けされた造水装置を用いて原水から凝縮水を生成する造水方法であって、
    原水に含まれるスケール成分の少なくとも一部を除去して除スケール水を生成するスケール成分除去ステップと、
    前記除スケール水を被処理水として、前記高温蒸発缶群を構成する各蒸発缶の伝熱管に供給する除スケール水供給ステップと、
    原水を被処理水として、前記低温蒸発缶群を構成する各蒸発缶の伝熱管に供給する原水供給ステップとを備える造水方法。
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