JP2008289976A - 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】多重効用型の蒸発装置２を備える造水装置１であって、複数の蒸発缶２ａ〜２ｔは、前段側から後段側に沿って、複数の蒸発缶群３Ａ〜３Ｅ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、原水と除スケール水とを混合した混合水を被処理水として、複数の蒸発缶群３Ａ〜３Ｅの内、最前段側に配置される第１蒸発缶群３Ａの各蒸発缶２ａ〜２ｄの伝熱管に供給する混合水供給手段６と、濃縮水と混合水とを混合した希釈水を被処理水として、第１蒸発缶群３Ａの一つ低温側に配置される第２蒸発缶群３Ｂの各蒸発缶２ｅ〜２ｈの伝熱管に供給する希釈水供給手段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被処理水として供給して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
多重効用型の蒸発装置に供給される被処理水中に含まれる硫酸カルシウム等のスケール成分は、温度が高くなればその溶解度が低下し蒸発装置内部の伝熱管表面に析出しやすくなる。硫酸カルシウムスケールの析出を防止するためには、蒸発装置の運転最高温度や、供給される被処理水の濃縮倍率を低く抑えて運転せざるを得ず、飲料用等の純水を効率よく生成することが難しい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多重効用型の蒸発装置を備える造水装置であって、前記複数の蒸発缶は、前段側から後段側に沿って、複数の蒸発缶群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、原水と除スケール水とを混合した混合水を被処理水として、前記複数の蒸発缶群の内、最前段側に配置される第１蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給する混合水供給手段と、濃縮水と混合水とを混合した希釈水を被処理水として、前記第１蒸発缶群の一つ低温側に配置される第２蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給する希釈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、前記希釈水供給手段は、前記第１蒸発缶群において生成された濃縮水と混合水とを混合した希釈水を前記第２蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給するように構成されていることが好ましい。
また、前記第１蒸発缶群および前記第２蒸発缶群以外の各蒸発缶群は、当該各蒸発缶群をそれぞれ構成する各蒸発缶の伝熱管に対して、前記第１蒸発缶群および前記第２蒸発缶群以外の各蒸発缶群のいずれかにおいて生成される濃縮水を被処理水として供給する濃縮水供給手段をそれぞれ備えることが好ましい。
また、前記第１蒸発缶群において生成された濃縮水を前記第２蒸発缶群の各蒸発缶に供給してフラッシュ蒸発させる手段を更に備え、前記希釈水供給手段は、フラッシュ蒸発により生成された濃縮水、前記第２蒸発缶群において生成された濃縮水、及び、混合水を混合した希釈水を前記第２蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給するように構成されていることが好ましい。
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、複数の蒸発缶群にグループ分けされた多重効用型の蒸発装置を用いた造水方法であって、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、原水と除スケール水とを混合した混合水を被処理水として、前記複数の蒸発缶群の内、最前段側に配置される第１蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給する混合水供給ステップと、濃縮水と混合水とを混合した希釈水を被処理水として、前記第１蒸発缶群の一つ低温側に配置される第２蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給する希釈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、高温、高濃縮運転により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の概略構成図であり、図２は、造水装置を構成する蒸発缶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、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、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１０と、混合水供給手段６と、希釈水供給手段７と、凝縮装置８とを備えている。
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。これにより、ナノ濾過膜装置に供給される原水中（海水中）に含まれるスケール成分が高い割合で除去された除スケール水を生成することが可能になる。
蒸発装置２は、複数の蒸発缶（蒸発缶２ａ〜蒸発缶２ｔ）を直列的に接続して構成されており、各蒸発缶は、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及び第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。
各蒸発缶の相互間は、図１に示すように、前段の蒸発缶で生成された蒸気を一つ後段側の蒸発缶の伝熱管２２１内部に熱源として導くように、前段の蒸発缶における蒸気排出部２５ａと、後段の蒸発缶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における濃縮水貯留部２４に導くように、前段の蒸発缶における濃縮水排出部２６ｂと、後段の蒸発缶における濃縮水導入部２６ａとが濃縮水供給管路９１２６を介して接続されている。また、前段の蒸発缶における伝熱管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、前段の蒸発缶における凝縮水排出部２７ｂと、後段の蒸発缶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２ａ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１０が接続している。なお、最初段の蒸発缶２ａ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２ｐ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５１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５３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５４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（蒸発缶２ａ〜蒸発缶２ｔ）は、前段側から後段側に沿って、複数の蒸発缶群にグループ分けされている。具体的に説明すると、複数の蒸発缶の前段側から順に、第１蒸発缶群３Ａ、第２蒸発缶群３Ｂ、第３蒸発缶群３Ｃ、第４蒸発缶群３Ｄおよび第５蒸発缶群３Ｅとなるようにグループ分けされており、各蒸発缶群３Ａ〜３Ｅは、それぞれ４つの蒸発缶を備えるように構成されている。なお、各蒸発缶群３Ａ〜３Ｅをそれぞれ構成する蒸発缶の数は、設計条件により適宜変更することができる。ここで、第１蒸発缶群３Ａの最前段側に配置される蒸発缶２ａに駆動蒸気が導かれるので、各蒸発缶群３Ａ〜３Ｅにおける作動温度は、第１蒸発缶群３Ａが最も高く、第２蒸発缶群３Ｂ、第３蒸発缶群３Ｃ、第４蒸発缶群３Ｄ、第５蒸発缶群３Ｅの順に作動温度は低下していく。なお、各蒸発缶群３Ａ〜３Ｅをそれぞれ構成する各蒸発缶の作動温度は、後段側に向かうほど温度が低下していく。
混合水供給手段６は、ナノ濾過膜装置５において原水中のスケール成分の少なくとも一部が除去された除スケール水と、タンク４から導かれる原水とを混合した混合水を被処理水として、複数の蒸発缶群３Ａ〜３Ｅの内、最前段側に配置される第１蒸発缶群３Ａの各蒸発缶の伝熱管に供給する手段である。この混合水供給手段６は、第１蒸発缶群３Ａを構成する各蒸発缶２ａ〜２ｄの散布ノズル２３に接続する混合水供給管路６１と、図示しない供給ポンプとを備えている。なお、混合水供給管路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、混合水供給管路６１を通過する混合水が、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。
希釈水供給手段７は、第１蒸発缶群３Ａの一つ低温側に配置される前記第２蒸発缶群３Ｂにおいて生成された濃縮水と混合水とを混合した希釈水を被処理水として、第２蒸発缶群３Ｂの各蒸発缶２ｅ〜２ｈの伝熱管に供給する手段である。より具体的に説明すると、希釈水供給手段７は、第２蒸発缶群３Ｂの最終段に配置される蒸発缶２ｈにおいて貯留される濃縮水を第２蒸発缶群３Ｂの各蒸発缶２ｅ〜２ｈの散布ノズル２３に導く濃縮水管路７１と、当該濃縮水管路７１及び混合水供給管路６１を接続して混合水供給手段６が供給する混合水の一部を濃縮水管路７１に導く混合水導出管路７２と、図示しない供給ポンプとを備えている。このような構成により、第２蒸発缶群３Ｂを構成する各蒸発缶２ｅ〜２ｈの伝熱管２２１に供給される被処理水における硫酸カルシウム等のスケール成分濃度を低下させることができる。
また、第１蒸発缶群３Ａ及び第２蒸発缶群３Ｂ以外の各蒸発缶群３Ｃ，３Ｄ、３Ｅは、当該各蒸発缶群３Ｃ，３Ｄ，３Ｅをそれぞれ構成する各蒸発缶に対して、第１蒸発缶群３Ａおよび第２蒸発缶群３Ｂ以外の各蒸発缶群のいずれかにおいて生成される濃縮水を被処理水として供給する濃縮水供給手段をそれぞれ備えている。図１に示す本実施形態においては、第３蒸発缶群３Ｃが備える濃縮水供給手段９は、第３蒸発缶群３Ｃの最終段に配置される蒸発缶２ｌにおいて貯留される濃縮水を第３蒸発缶群３Ｃの各蒸発缶２ｉ〜２ｌに被処理水として供給するように構成されている。第４蒸発缶群３Ｄが備える濃縮水供給手段９は、第４蒸発缶群３Ｄの最終段に配置される蒸発缶２ｐにおいて貯留される濃縮水を第４蒸発缶群３Ｄの各蒸発缶２ｍ〜２ｐに被処理水として供給するように構成されている。第５蒸発缶群３Ｅが備える濃縮水供給手段９は、第５蒸発缶群３Ｅの最終段に配置される蒸発缶２ｔにおいて貯留される濃縮水を第５蒸発缶群３Ｅの各蒸発缶２ｑ〜２ｔに被処理水として供給するように構成されている。なお、各濃縮水供給手段９は、各蒸発缶群３Ｃ，３Ｄ，３Ｅを構成する各蒸発缶の散布ノズル２３に濃縮水を導く濃縮水供給管路９１と、図示しない供給ポンプとを備えている。
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２ｔの蒸気排出部２５ａから排出される蒸気を、混合水供給管路６１を通過する混合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５２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生成する方法について以下説明する。まず、駆動蒸気管路１０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、混合水供給手段６により除スケール水と原水との混合水を蒸発装置２に供給する。
蒸発装置２に供給された駆動蒸気は、第１蒸発缶群３Ａにおける最前段に配置される蒸発缶２ａの伝熱管２２１の内部に導かれる。混合水供給手段６により導かれた混合水は、第１蒸発缶群３Ａを構成する各蒸発缶２ａ〜２ｄの散布ノズル２３に分配供給され、各蒸発缶２ａ〜２ｄの伝熱管２２１の外表面に被処理水として散布される。
第１蒸発缶群３Ａにおける最前段の蒸発缶２ａの伝熱管２２１外表面に散布された混合水は、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２ｂ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混合水は、その塩分濃度やスケール成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から濃縮水供給管路９１２６を介して一つ後段側の蒸発缶２ｂ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混合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２ｂにおける間接式加熱器２２の第１ヘッダ２２２に導かれる。
第１蒸発缶群３Ａにおける最前段の蒸発缶２ａの一つ後段側に配置される蒸発缶２ｂ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混合水と、一つ前側の蒸発缶２ａ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。第１蒸発缶群３Ａを構成する他の蒸発缶２ｃ，２ｄにおいても同様な処理が順次行われる。
次に、第２蒸発缶群３Ｂの作動について説明する。第２蒸発缶群３Ｂにおける各蒸発缶２ｅ〜２ｈの伝熱管２２１外表面には、第２蒸発缶群３Ｂの最後段側に配置される蒸発缶２ｈに貯留される濃縮水と、混合水混合手段３３を介して導かれる混合水とが混合された希釈水が被処理水として散布される。第２蒸発缶群３Ｂの最前段側に配置される蒸発缶２ｅにおいては、伝熱管２２１に散布された希釈水と、第１蒸発缶群３Ａの最後段側の蒸発缶２ｄ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い、蒸気と濃縮水とが生成されると共に、伝熱管２２１の内部において凝縮水が生成される。第２蒸発缶群３Ｂにおける最前段の蒸発缶２ｅの一つ後段側に配置される蒸発缶２ｆ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希釈水と、一つ前側の蒸発缶２ｅ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。第２蒸発缶群３Ｂを構成する他の蒸発缶２ｇ，２ｈにおいても同様な処理が順次行われる。
第３蒸発缶群３Ｃにおける各蒸発缶２ｉ〜２ｌの伝熱管２２１外表面には、第３蒸発缶群３Ｃの最後段側に配置される蒸発缶２ｌに貯留される濃縮水が散布される。第３蒸発缶群３Ｃの最前段側に配置される蒸発缶２ｉにおいては、伝熱管２２１に散布された濃縮水と、第２蒸発缶群３Ｂの最後段側の蒸発缶２ｈ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い、蒸気と更に塩分濃度等が高められた濃縮水とが生成されると共に、伝熱管２２１の内部において凝縮水が生成される。第３蒸発缶群３Ｃにおける最前段の蒸発缶２ｉの一つ後段側に配置される蒸発缶２ｊ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濃縮水と、一つ前側の蒸発缶２ｉ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、蒸気が生成されると共に、濃縮水が生成される。伝熱管２２１内においては、凝縮水が生成される。第３蒸発缶群３Ｃを構成する他の蒸発缶２ｋ，２ｌにおいても同様な処理が順次行われる。
第４、５蒸発缶群３Ｄ、３Ｅにおいても、第３蒸発缶群３Ｃと同様な処理が行われる。
蒸発装置２を構成する各蒸発缶２ａ〜２ｔ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２ｔ（第５蒸発缶群３Ｅの最後段側の蒸発缶）の凝縮水排出部２７ｂから凝縮水取出管路５３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２t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５１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５２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２t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５４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、作動温度が最も高く硫酸カルシウム等のスケールが析出しやすい第１蒸発缶群３Ａを構成する各蒸発缶２ａ〜２ｄに対して、最もスケール成分濃度の低い混合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２ａ〜２ｄ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、第１蒸発缶群３Ａの次に作動温度が高い第２蒸発缶群３Ｂを構成する各蒸発缶２ｅ〜２ｈに対して、スケール成分濃度が低い希釈水を供給するように構成されているので、第２蒸発缶群３Ｂを構成する各蒸発缶２ｅ〜２ｈの伝熱管等にスケールが析出することを確実に防止することも可能になる。
このように、蒸発缶の伝熱管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、飲料用等の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２ａ〜２ｔ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、効率よく大量の凝縮水を製造することができる。さらに、各蒸発缶２ａ〜２tにおける作動温度を高めることができる結果、各蒸発缶２ａ〜２tにおける蒸気比容積を小さくすることができるので、各蒸発缶２ａ〜２tの体積を縮小させることが可能になり、造水装置１を小型化することができる。
また、第２蒸発缶群３Ｂを構成する各蒸発缶２ｅ〜２ｈにおいて蒸発濃縮処理される被処理水の一部は、混合水導出管路７２を介して供給される原水と除スケール水との混合水であるので、第１蒸発缶群３Ａを構成する各蒸発缶２ａ〜２ｄに供給される混合水の流量を各蒸発缶２ａ〜２ｄで最も効率よく処理することができる流量に維持したまま、造水装置１全体で造水処理される混合水の流量を増加させることができる。この結果、大量の混合水から飲料用等の凝縮水を効率よく生成することが可能になる。
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。本実施形態においては、希釈水供給手段７は、第２蒸発缶群３Ｂにおいて生成された濃縮水と混合水導出管路７２により導かれた混合水とを混合した希釈水を、第２蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給するように構成しているが、例えば、図３に示すように、第１蒸発缶群において生成された濃縮水と混合水導出管路７２により供給された混合水とを混合した希釈水を第２蒸発缶群３Ｂの各蒸発缶２ｅ〜２ｈの伝熱管に供給するように構成することもできる。
また、本実施形態においては、図１に示すように、各濃縮水供給手段９が設置される蒸発缶群３Ｃ，３Ｄ、３Ｅにおいて生成され貯留される濃縮水の一部を被処理水として、各濃縮水供給手段９が各蒸発缶群３Ｃ，３Ｄ、３Ｅを構成する各蒸発缶にそれぞれ供給するように構成されているが、このような構成に特に限定されない。例えば、図３に示すように、各濃縮水供給手段９は、それぞれの濃縮水供給手段９が設置される蒸発缶群３Ｃ，３Ｄ，３Ｅの一つ前段側に配置される蒸発缶群３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの最終段の蒸発缶２ｈ，２ｌ，２ｐにおいて生成されて貯留される濃縮水の一部を各蒸発缶に供給するように構成することもできる。
また、本実施形態においては、第２蒸発缶群３Ｂを構成する各蒸発缶２ｅ〜２ｈに対してのみ、濃縮水と混合水とを混合した希釈水を供給するように構成されているが、このような構成に特に限定はされない。例えば、第３蒸発缶群３Ｃを構成する各蒸発缶２ｉ〜２ｌにおいても硫酸カルシウム等のスケールが発生するおそれがある場合には、第３蒸発缶群３Ｃを構成する各蒸発缶２ｉ〜２ｌに対しても、濃縮水と混合水とを混合した希釈水を供給するように構成することもできる。
また、本実施形態において、例えば、図４に示すように、予熱手段１００を設け、混合水供給管路６１を通過する混合水を加熱するように構成してもよい。図４においては、第２蒸発缶群３Ｂ〜第５蒸発缶群３Ｅを構成する各蒸発缶２ｅ〜２ｔにおいて生成される蒸気を熱源として混合水を加熱するように構成している。このような構成により、第１蒸発缶群３Ａの各蒸発缶２ａ〜２ｄの伝熱管２２１表面に散布される混合水の温度を効率よく昇温させて、各蒸発缶２ａ〜２ｄの伝熱管２２１内を通過する駆動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２ａ〜２ｄの内部で発生する蒸気量を増大させることができ、混合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、本実施形態において、逆浸透膜装置（ＲＯ装置）を更に備えるように構成し、ナノ濾過膜装置５を通過して生成された除スケール水を逆浸透膜装置（ＲＯ装置）の供給水として、純水を製造する一方、逆浸透膜装置（ＲＯ装置）にて生成されたＲＯブラインを原水に混合して混合水を生成して、当該混合水を被処理水として第１蒸発缶群３Ａを構成する各蒸発缶２ａ〜２ｄ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水とＲＯブラインとを混合した混合液を被処理水として、第１蒸発缶群３Ａを構成する各蒸発缶２ａ〜２ｄに供給するようにしてもよい。
また、図1に示す実施形態において、駆動蒸気管路１０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５に示すように、駆動蒸気管路１０の途中に蒸気再圧縮エゼクター１０１を設けると共に、蒸発缶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１０１に導くような構成を採用してもよい。図５においては、第１蒸発缶群３Ａの最後段側に配置される蒸発缶２ｄにおいて生成される蒸気の一部が、抽気管路１０２を介して蒸気再圧縮エゼクター１０１に導かれるように構成している。このような構成によれば、蒸発缶２ｄで蒸発した蒸気をその蒸発缶２ｄの上流側に配置される他の蒸発缶２ａ〜２ｃ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２ａにおける作動温度と、最後段側に配置される蒸発缶２ｔ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、混合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１０２が接続する蒸発缶は、設計条件により適宜変更することができる。
また、図６に示すように、複数の蒸気再圧縮エゼクター１０１，１０１を備え、異なる蒸発缶２ｄ，２ｈにおいて生成される蒸気を各蒸気再圧縮エゼクター１０１，１０１にそれぞれ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１０１を通過する駆動蒸気を第１蒸発缶群３Ａの最前段側の蒸発缶２ａにおける伝熱管２１１に導くようにし、他方の蒸気再圧縮エゼクター１０１を通過する駆動蒸気を第１蒸発缶群３Ａの最前段の蒸発缶２ａとは異なる蒸発缶２ｄの伝熱管２１１内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の内部に発生することを防止するために、混合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。
また、本実施形態において、第１蒸発缶群３Ａにおいて生成された濃縮水を第２蒸発缶群３Ｂの各蒸発缶２ｅ〜２ｈにそれぞれ導くフラッシュ蒸発用管路と、第２蒸発缶群３Ｂの各蒸発缶２ｅ〜２ｈ内部を減圧する減圧手段とを更に備え、第１蒸発缶群３Ａにおいて生成された濃縮水を第２蒸発缶群３Ｂの各蒸発缶２ｅ〜２ｈに供給してフラッシュ蒸発させるように構成することもできる。このような構成により、より一層効率よく飲料用等の凝縮水を生成することが可能になる。なお、このような構成を採用する場合、希釈水供給手段７は、フラッシュ蒸発により生成された濃縮水、伝熱管２１１における熱交換作用により生成された濃縮水、及び、混合水導出管路７２を介して導かれる混合水を混合した希釈水を第２蒸発缶群３Ｂの各蒸発缶２ｅ〜２ｈの伝熱管に供給することになる。
また、発明者らは、本発明の効果について溶解度積計算により確認したので、その結果を以下に示す。同じ性状を持つ被処理水を造水装置の給水として使用した場合、スケールの析出が起こらない範囲で出来るだけ多くの凝縮水（製造水）を得られる給液方法が最適と判断出来る。すなわち、多重効用型の蒸発装置２に供給される被処理水の濃縮倍率が上げられるほど、より多くの製造水を効率よく得ることが出来るといえる。本発明に係る造水装置２及び造水方法によって、効率よく凝縮水（製造水）を生成できることを以下に示す。まず、表1に典型的な原水（未処理海水）、ナノ濾過膜装置５によりスケール成分の一部が除去された除スケール水（NF製造水）、及び、ROブラインのスケール成分濃度を示す。なお、表１中のＮＦ製造水の水質については、The Dow Chemical Company社製のＮＦ膜（XUS-229323）をナノ濾過膜装置５に使用し、当該ナノ濾過膜装置５により生成されたＮＦ製造水のスケール成分濃度を示し、ＲＯブラインの水質については、The Dow Chemical Company社製のＲＯ膜（SW30HRLE-400）を逆浸透膜装置（ＲＯ装置）に使用し、当該逆浸透膜装置（ＲＯ装置）により生成されたＲＯブラインのスケール成分濃度を示している。
Figure 2008289976
 混合水供給手段６により第１蒸発缶群３Ａの各蒸発缶２ａ〜２ｄに供給される混合水として、上記表１に示す未処理海水（原水）、ＮＦ製造水、ＲＯブラインを一定の比率で混合した混合水を採用する。具体的には、未処理海水（原水）が５５重量％、ＮＦ製造水が１８重量％、ＲＯブラインが２７重量％とした。このようにして生成された混合水におけるスケール成分濃度を表２に示す。
Figure 2008289976
 図１に示す構成の造水装置１を用いて、上記表２に示されるスケール成分濃度を有する混合水から一日当り２４０００ｔの凝縮水（製造水）を生成する場合の各蒸発缶における蒸発量及び運転温度（蒸発温度）の条件を表３に示す。表３においては、各蒸発缶群３Ａ〜３Ｅにおける最前段側に配置される蒸発缶２ａ，２ｅ，２ｉ，２ｍ，２ｑの蒸発量及び運転温度（蒸発温度）を代表的に示している。なお、図１に示されるように、加熱蒸気は第一蒸発缶群３Ａの最前段側に配置される蒸発缶２ａに供給され、各蒸発缶内の温度と圧力は、第１蒸発缶群３Ａの最前段における蒸発缶２ａから第５蒸発缶群３Ｅの最後段における蒸発缶２ｔまで順次降下する。各蒸発缶群３Ａ〜３Ｅでは各缶並列に被処理水が給水され、各蒸発缶での蒸発量が同じになるように設定されているので各蒸発缶の伝熱管表面での濃縮水の濃度は同一となる。また、表３に示す各蒸発缶２ａ，２ｅ，２ｉ，２ｍ，２ｑは、各蒸発缶群中、最もスケールの析出しやすい蒸発缶である。
Figure 2008289976
 上記表２に示されるスケール成分濃度を有する混合水を、表３に示す蒸発温度条件及び蒸発量条件にて、造水装置１の濃縮倍率を２として蒸発濃縮処理した場合、及び、濃縮倍率を３として蒸発濃縮処理した場合の溶解度積計算結果を表４に示す。また、造水装置１の濃縮倍率を２とした場合のフロー図を図７に、濃縮倍率を３とした場合のフロー図を図８に示す。なお、今回の溶解度積計算においては、混合水供給手段６から希釈水供給手段７に導かれる混合水の流量を０としている。
表４には、各蒸発缶における伝熱管表面における濃縮液の最高濃度（ＴＤＳ）の値、カルシウムイオンと硫酸イオンによる溶解度積の値、最高許容溶解度積の値を示す。装置運転において溶解度積の値が、最高許容溶解度積の値を超える場合はスケールの析出が起こる。ここで、表４に示される最高許容溶解度積（[Ｃａ] × [ＳＯ４]）の値は、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、除スケール水と原水（原海水）との混合水を被処理水として処理する場合に直接当ては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、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いえる。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。
ここで、表４中における溶解度積の算出方法について説明する。代表的に、造水装置における濃縮倍率を２とした場合の、第１蒸発缶群３Ａにおける蒸発缶２ａにおける溶解度積の求め方を示す。まず、第１蒸発缶群３Ａにおける蒸発缶２ａに供給される混合水の流量は、図７より（２０００ｔ／ｈｒ）／４缶＝５００ｔ／ｈｒであり、蒸発缶２ａにおいて生成される蒸気流量は、（２００ｔ／ｈｒ）／４缶＝５０ｔ／ｈｒとなる。よって、蒸発缶２ａにおける濃縮倍率は、（５００ｔ／ｈｒ）／（５００ｔ／ｈｒ−５０ｔ／ｈｒ）＝１．１１１となる。したがって、蒸発缶２ａにおける濃縮水濃度は、カルシウム成分が４１１×１．１１１＝４５７ｐｐｍであり、硫酸イオン成分が１８４９×１．１１１＝２０５４ｐｐｍである。これより、カルシウム成分は、４５７／４０／１０００＝０．０１１１０２５ｍｏｌｅｓ／ｌとなり（式中の４０はカルシウムの原子量である）、硫酸イオン成分は、２０５４／９４／１０００＝０．０２１３９５ｍｏｌｅｓ／ｌとなる（式中の９４は硫酸イオンの分子量である）。よって、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）＝０．０１１１０２５×０．０２１３９５＝０．０００２４４となる。
Figure 2008289976
 表４に示す結果から、スケール成分が析出しやすい各蒸発缶群３Ａ〜３Ｅの最前側に配置される蒸発缶２ａ，２ｅ，２ｉ，２ｍ，２ｑの全てにおいて、カルシウムイオンと硫酸イオンとの溶解度積の値が、最高許容溶解度積の値よりも小さいことが分かる。つまり、運転最高温度が１２５℃という極めて高温の条件下で造水装置を運転したとしても、蒸発缶の伝熱管表面等にスケールの析出が発生する可能性はなく、本実施形態に係る造水装置によれば、効率よく飲料用等の凝縮水（製造水）を生成することができることが分かる。
また、比較のため、第３蒸発缶群３Ｃの各蒸発缶に混合水を供給した場合、及び第５蒸発缶群３Ｅの各蒸発缶に混合水を供給した場合について溶解度積計算を行ったので、この結果について表５及び表６に示す。なお、造水装置１における濃縮倍率は２及び３とした。また、第３蒸発缶群３Ｃの各蒸発缶に混合水を供給し、造水装置１の濃縮倍率を２とした場合のフロー図を図９に、濃縮倍率を３とした場合のフロー図を図１０に示す。第５蒸発缶群３Ｅの各蒸発缶に混合水を供給し、造水装置１の濃縮倍率を２とした場合のフロー図を図１１に、濃縮倍率を３とした場合のフロー図を図１２に示す。
Figure 2008289976
Figure 2008289976
 表５及び表６に示す結果から、第３、第５蒸発缶群３Ｃ，３Ｅへ混合水を給水する場合において、２倍濃縮及び３倍濃縮のいずれの場合にも、伝熱管表面にスケールの析出が起こるため造水装置における濃縮倍率を２倍以下に抑える必要があり、効率よく飲料用等の凝縮水（製造水）を生成することができないことが分かる。
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。 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６に示す造水装置の変形例を示す概略構成図である。 図１に示す造水装置を用いて、混合水を２倍濃縮する場合のフロー図である。 図１に示す造水装置を用いて、混合水を３倍濃縮する場合のフロー図である。 第３蒸発缶群に混合水を供給して、混合水を２倍濃縮する場合のフロー図である。 第３蒸発缶群に混合水を供給して、混合水を３倍濃縮する場合のフロー図である。 第５蒸発缶群に混合水を供給して、混合水を２倍濃縮する場合のフロー図である。 第５蒸発缶群に混合水を供給して、混合水を３倍濃縮する場合のフロー図である。
符号の説明
１ 造水装置
２ 蒸発装置
２ａ〜２ｔ 蒸発缶
３Ａ 第１蒸発缶群
３Ｂ 第２蒸発缶群
３Ｃ 第３蒸発缶群
３Ｄ 第４蒸発缶群
３Ｅ 第５蒸発缶群
４ タンク
５ スケール成分除去手段（ナノ濾過膜装置）
６ 混合水供給手段
７ 希釈水供給手段
８ 凝縮装置
９ 濃縮水供給手段

Claims (6)

  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多重効用型の蒸発装置を備える造水装置であって、
    前記複数の蒸発缶は、前段側から後段側に沿って、複数の蒸発缶群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、
    原水と除スケール水とを混合した混合水を被処理水として、前記複数の蒸発缶群の内、最前段側に配置される第１蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給する混合水供給手段と、
    濃縮水と混合水とを混合した希釈水を被処理水として、前記第１蒸発缶群の一つ低温側に配置される第２蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給する希釈水供給手段とを備える造水装置。
  2. 前記希釈水供給手段は、前記第１蒸発缶群において生成された濃縮水と混合水とを混合した希釈水を前記第２蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給するように構成されている請求項１に記載の造水装置。
  3. 前記第１蒸発缶群および前記第２蒸発缶群以外の各蒸発缶群は、当該各蒸発缶群をそれぞれ構成する各蒸発缶の伝熱管に対して、前記第１蒸発缶群および前記第２蒸発缶群以外の各蒸発缶群のいずれかにおいて生成される濃縮水を被処理水として供給する濃縮水供給手段をそれぞれ備える請求項２に記載の造水装置。
  4. 前記第１蒸発缶群において生成された濃縮水を前記第２蒸発缶群の各蒸発缶に供給してフラッシュ蒸発させる手段を更に備え、
    前記希釈水供給手段は、フラッシュ蒸発により生成された濃縮水、前記第２蒸発缶群において生成された濃縮水、及び、混合水を混合した希釈水を前記第２蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給するように構成されている請求項１に記載の造水装置。
  5. 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４のいずれかに記載の造水装置。
  6. 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、複数の蒸発缶群にグループ分けされた多重効用型の蒸発装置を用いた造水方法であって、
    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、
    原水と除スケール水とを混合した混合水を被処理水として、前記複数の蒸発缶群の内、最前段側に配置される第１蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給する混合水供給ステップと、
    濃縮水と混合水とを混合した希釈水を被処理水として、前記第１蒸発缶群の一つ低温側に配置される第２蒸発缶群の各蒸発缶の伝熱管に供給する希釈水供給ステップとを備える造水方法。
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