JP2017192942A

JP2017192942A - 造水装置

Info

Publication number: JP2017192942A
Application number: JP2017143432A
Authority: JP
Inventors: 亨織田; Toru Oda; 伸孝友田; Nobutaka Tomota; 統行島田; Noriyuki Shimada
Original assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Current assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2017-10-26

Abstract

【課題】冷却水の温度が高温であっても、安定した運転が行える造水装置及び造水方法を提供する。【解決手段】内燃機関を冷却する冷却水の循環管路４に接続される熱交換器８と、この熱交換器８で発生した蒸気を海水によって冷却して蒸留水を生成する凝縮器１０とを備え、凝縮器１０からの海水を、熱交換器８で冷却水との熱交換によって蒸気を発生させる造水装置であって、熱交換器８の上流側の往き管路７ａと下流側の戻り管路７ｂとを接続するバイパス管路１６を備え、該バイパス管路１６を介して、熱交換器８の下流側の冷却水を、上流側の冷却水へ戻している。【選択図】図２

Description

本発明は、造水装置に関する。

従来、船舶に搭載したディーゼル機関等の内燃機関を冷却するための、例えば、８０℃程度のジャケット冷却水を熱源とした造水装置では、内燃機関のジャケット冷却水の循環経路中に、大気圧未満に減圧した間接式の熱交換器を設けて、海から汲み上げた海水を、前記熱交換器において、前記内燃機関に対するジャケット冷却水を熱源として加熱し、水蒸気を発生させた後、気液分離し、気液分離後の水蒸気を凝縮することによって、淡水を製造するようにしている（例えば特許文献１参照）。

特許第３９２３８２０号公報

近年、船舶では、燃費の向上を図るのに伴って、内燃機関を冷却するジャケット冷却水の温度が高く、例えば、９０℃以上となりつつあり、海水が流れる熱交換器に、海水の蒸発によって析出する塩及びスケールが多量に付着し、伝熱係数の低下による造水量の減少を避けることができないばかりか、前記塩及びスケールを除去するメンテナンスに多大の労力を必要とするという課題がある。

本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであって、熱源とする冷却水が高温であっても、塩及びスケールの発生を抑制して安定した造水が行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。

（１）本発明の造水装置は、内燃機関を冷却する冷却水により海水を加熱し、大気圧未満に減圧して水蒸気を生成する熱交換器と、この熱交換器で発生した蒸気を冷却して蒸留水を生成する凝縮器とを備える造水装置であって、
前記熱交換器の上流側と下流側とを接続するバイパス経路を備え、該バイパス経路を介して、前記熱交換器の下流側の前記冷却水を、前記上流側の冷却水へ戻すものであり、前記熱交換器は、前記冷却水が循環する循環経路に分岐経路を介して接続され、前記分岐経路は、前記循環経路の前記冷却水を、前記熱交換器に供給する上流側の往き経路と、該熱交換器からの冷却水を前記循環経路に戻す下流側の戻り経路とを備え、前記バイパス経路は、上流側の前記往き経路と下流側の前記戻り経路とを接続するものであり、前記循環経路における前記往き経路の接続部と前記戻り経路の接続部との間には、該循環経路から前記熱交換器へ供給される前記冷却水の流量を調整する流量調整バルブが設けられ、前記内燃機関が駆動されるときには、該内燃機関を冷却する前記冷却水が、前記流量調整バルブを介して前記循環経路を流れると共に、前記熱交換器へ分流される。

本発明によると、熱交換器の上流側と下流側とを接続するバイパス経路を備え、該バイパス経路を介して、熱交換器で冷却された下流側の冷却水を、上流側の冷却水に戻すので、熱交換器の上流側の冷却水、すなわち、熱交換器へ供給される冷却水の温度を低下させることができる。これによって、内燃機関から供給される冷却水の温度が高温となっても、熱交換器へ供給する冷却水の温度を低く抑えることができるので、熱交換器で海水が蒸発して生じる塩及びケールの発生を抑制することが可能となり、当該造水装置の安定した運転を長期に亘って行なうことが可能となる。

また、本発明によると、循環経路を循環する冷却水が分岐経路へ分流され、分岐経路の往き経路を介して熱交換器へ供給されて、海水との熱交換によって冷却され、この冷却された冷却水が、分岐経路の戻り経路を介して循環経路に戻される一方、往き経路と戻り経路とを接続するバイパス経路を介して、熱交換器で冷却された冷却水が、熱交換器へ供給される冷却水に戻されて、熱交換器へ供給される冷却水の温度を低下させることができる。

（２）本発明の造水装置は、内燃機関を冷却する冷却水により海水を加熱し、大気圧未満に減圧して水蒸気を生成する熱交換器と、この熱交換器で発生した蒸気を冷却して蒸留水を生成する凝縮器とを備える造水装置であって、
前記熱交換器の上流側と下流側とを接続するバイパス経路を備え、該バイパス経路を介して、前記熱交換器の下流側の前記冷却水を、前記上流側の冷却水へ戻すものであり、前記熱交換器は、前記冷却水が循環する循環経路に分岐経路を介して接続され、前記分岐経路は、前記循環経路の前記冷却水を、前記熱交換器に供給する上流側の往き経路と、該熱交換器からの冷却水を前記循環経路に戻す下流側の戻り経路とを備え、前記バイパス経路は、上流側の前記往き経路と下流側の前記戻り経路とを接続するものであり、前記循環経路における前記往き経路の接続部と前記戻り経路の接続部との間には、該循環経路から前記熱交換器へ供給される前記冷却水の流量を調整する流量調整バルブが設けられ、前記流量調整バルブの上流側の前記冷却水の温度が、９０℃以上の高温であるときに、前記高温の冷却水が、前記流量調整バルブを介して前記循環経路を流れると共に、前記熱交換器へ分流される。

（３）本発明の好ましい実施態様では、前記往き経路には、前記バイパス経路との接続部よりも上流側に、バルブ及び逆止弁が設けられ、前記バイパス経路には、ポンプ及び逆止弁が設けられる。

（４）本発明の一実施態様では、前記戻り経路には、前記バイパス経路との接続部よりも下流側に、バルブが設けられる。

（５）本発明の他の実施態様では、前記バイパス経路には、該バイパス経路を流れる前記下流側の前記冷却水の流量を調整するバイパス経路用流量調整バルブが設けられ、前記熱交換器の上流側の前記冷却水の温度及び下流前の前記冷却水の温度の少なくともいずれか一方の温度を検出する水温センサと、前記水温センサの検出温度に基づいて、前記バイパス経路用流量調整バルブを制御する制御手段とを備える。

この実施態様によると、バイパス経路を流れる下流側の冷却水の流量、すなわち、熱交換器で冷却された後、上流側へ戻される冷却水の流量を調整できるので、この戻される冷却水と上流側の冷却水とが混合された冷却水の温度を調整することができる。つまり、熱交換器へ供給される冷却水の温度を調整することができる。

また、熱交換器の上流側の熱交換前の冷却水の温度や熱交換器の下流側の熱交換後の冷却水の温度を検出し、それに基づいて、バイパス経路を介して上流側へ戻す下流側の冷却水の流量を制御することができる。

（６）本発明の好ましい実施態様では、前記内燃機関が、船舶の内燃機関であり、前記冷却水が、前記内燃機関を冷却するジャケット冷却水である。

この実施態様によると、船舶の内燃機関を冷却するジャケット冷却水の温度が高温となっても、熱交換器へ供給する冷却水の温度を低く抑えることができるので、熱交換器で海水が蒸発して生じる塩及びスケールの発生を抑制することが可能となり、当該造水装置の安定した運転を長期に亘って行なうことが可能となる。

このように本発明によれば、熱交換器の上流側と下流側とを接続するバイパス経路を備え、該バイパス経路を介して、熱交換器で冷却された下流側の冷却水を、上流側の冷却水に戻すので、熱交換器の上流側の冷却水、すなわち、熱交換器へ供給される冷却水の温度を低下させることができる。これによって、内燃機関から供給される冷却水の温度が高温となっても、熱交換器へ供給する冷却水の温度を低く抑えることができるので、熱交換器で海水が蒸発して生じる塩及びスケールの発生を抑制することが可能となり、安定した造水を長期に亘って行うことが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態の造水装置を備えるシステムの概略構成図である。図２は、図１の造水装置の概略構成図である。図３は、本発明の他の実施形態の造水装置の概略構成図である。

以下、図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の造水装置１を備えるシステム２の概略構成図である。

この実施形態のシステム２は、船舶に搭載され、ディーゼル機関等の内燃機関３と、この内燃機関３を冷却するジャケット冷却水を循環するための循環管路４と、循環ポンプ５とを備えている。

内燃機関３を冷却するジャケット冷却水の循環管路４には、第１バルブ６が設置されると共に、この第１バルブ６をバイパスする分岐管路７が接続されている。この分岐管路７は、循環管路４からのジャケット冷却水を造水装置１に供給する往き管路７ａと、造水装置１からの冷却水を循環管路４に戻す戻り管路７ｂとを備えている。

循環回路４の第１バルブ６を操作することによって、造水装置１へのジャケット冷却水の流量を調整することができる。この造水装置１は、分岐管路７を介して供給されるジャケット冷却水を熱源として海水から淡水を製造するものである。

図２は、図１の造水装置１の概略構成を示す図である。

この実施形態の造水装置１は、原料水である海水とジャケット冷却水との間接熱交換を行い、海水を加熱して、大気圧未満に減圧して水蒸気を生成する熱交換器８と、この熱交換器８で発生した蒸気を気液分離する気液分離缶９と、気液分離缶９で気液分離された蒸気を、図示しないポンプによって汲み上げた原料水としての海水により冷却して蒸留水を生成する凝縮器１０とを備えている。

熱交換器８には、循環管路４から分岐された往き管路７ａを介してジャケット冷却水が供給され、熱交換器８で熱交換されて冷却されたジャケット冷却水は、戻り管路７ｂを介して循環管路４へ戻される。往き管路７ａには、第２バルブ１３及び第１逆止弁１４が設置される一方、戻り管路７ｂには、第３バルブ１５が設置される。

凝縮器１０、これに連通する気液分離缶９及び熱交換器８は、凝縮器１０に接続した真空ポンプ等の真空発生源１１によって、その内部が大気圧未満の減圧に維持される。気液分離缶９は、内部にデミスター１２を備えており、熱交換器８でジャケット冷却水との熱交換によって加熱されて蒸発した水蒸気が供給され、気液分離される。気液分離缶９内で気液分離された後のブライン海水は、海に再び返される。

凝縮器１０からの海水と往き管路７ａからのジャケット冷却水との熱交換を行う熱交換器８は、薄い金属製の熱交換プレートの複数枚を、その間にシール部材を挟んで積層し、この積層体を、その両側に配設した面板をボルトにて締結することによって、前記各熱交換プレートの間に、加熱側隙間流路の複数個と、被加熱側隙間流路の複数個とを交互に形成する、プレート式の熱交換器からなる。加熱側隙間流路にジャケット冷却水が供給され、被加熱側隙間流路に、凝縮器１０からの海水が供給される。

この実施形態の熱交換器８は、小型で軽量のプレート式の熱交換器であり、設置スペースも小さなものとなる。

近年、船舶の内燃機関３を冷却するための循環管路４を循環するジャケット冷却水の温度が高く、例えば、９０℃程度以上になり、循環管路４からのジャケット冷却水を、そのまま熱交換器８に導入して海水と熱交換させると、海水の蒸発によって析出する塩及びスケールが、熱交換器８に多量に付着する。熱交換器８に多量の塩及びスケールが付着すると、伝熱係数の低下による造水量の減少を避けることができないばかりか、前記塩及びスケールを除去するメンテナンスの頻度が増えると共に、多大の労力を必要とする。

そこで、この実施形態では、塩及びスケールの付着を抑制して安定した運転を長期に亘って行えるように、次のように構成している。

すなわち、熱交換器８の上流側の往き管路７ａと、下流側の戻り管路７ｂとを接続するバイパス管路１６を設けており、このバイパス管路１６を介して、戻り管路７ｂのジャケット冷却水の一部を、往き管路７ａのジャケット冷却水に戻すようにしている。

このバイパス管路１６には、ポンプ１７と、往き管路７ａへ戻すジャケット冷却水の流量を調整する第４バルブ１８と、第２逆止弁１９とが設けられる。

以上の構成を有する造水装置１では、図１の内燃機関３が駆動され、循環ポンプ５によってジャケット冷却水の循環が開始されると、造水装置１の往き管路７ａの第２バルブ１３及び戻り管路７ｂの第３バルブ１５が開放され、循環管路４のジャケット冷却水が、熱交換器８へ分流される。

また、造水装置１の運転が開始されると共に、バイパス管路１６のポンプ１７が駆動される。これによって、熱交換器８に供給されたジャケット冷却水が、凝縮器１０からの海水によって冷却され、戻り管路７ｂを介して循環回路４へ戻される。

このとき、戻り管路７ｂのジャケット冷却水の一部が、バイパス管路１６へ供給され、往き管路７ａに戻される。これによって、往き管路７ａの熱交換前のジャケット冷却水に、熱交換器８で冷却された戻り管路７ｂの冷却水が混合される。これによって、往き管路７ａとバイパス管路１６との接続部よりも下流側、すなわち、熱交換器８の入口付近のジャケット冷却水の温度が低下する。

例えば、この実施形態では、循環管路４から往き管路７ａへ供給されるジャケット冷却水の温度は、９０℃程度であり、バイパス管路１６からのジャケット冷却水が混合された後のジャケット冷却水、すなわち、熱交換器８の入口付近のジャケット冷却水の温度は、８０℃程度であり、熱交換器８で凝縮器１０からの海水との熱交換によって冷却された後のジャケット冷却水、すなわち、熱交換器８の出口付近のジャケット冷却水の温度は、７０℃程度である。

このように、熱交換器８に供給されるジャケット冷却水の温度を低下させることができるので、このジャケット冷却水と熱交換器８で熱交換する海水が蒸発する際に、熱交換器８に塩及びスケールが付着するのを抑制することができる。

これによって、塩及びスケールによる伝熱係数の低下によって造水量が減少することを低減できるとともに、塩及びスケールの除去等のメンテナンスの頻度及び労力を大幅に低減することができ、当該造水装置１を長期に亘って安定して運転することができる。

本発明の他の実施形態として、図３に示すように、熱交換器８の入口付近のジャケット冷却水の温度を検出する水温センサ２０を設けると共に、この水温センサ２０によって検出されるジャケット冷却水の水温に基づいて、バイパス管路１６の流量調整弁としての第４バルブ１８の開度を制御する制御手段としてのコントローラ２１を設け、熱交換器８の入口付近のジャケット冷却水の温度が、目標温度になるように、第４バルブ１８の開度を制御してもよい。

なお、水温センサ２０は、熱交換器８の入口付近に限らず、熱交換器８の出口付近に設けてもよい。

上述の実施形態では、造水装置１の熱交換器８は、循環管路４から分岐した分岐管路７に設けたけれども、造水装置１の熱交換器８を循環管路４中に設けてもよい。

熱交換器８は、プレート式の熱交換器に限らず、多管式やその他の熱交換器であってもよい。

１造水装置
３内燃機関
４循環管路（循環経路）
５循環ポンプ
７分岐管路（分岐経路）
８熱交換器
９気液分離缶
１０凝縮器
１６バイパス管路（バイパス経路）
２０水温センサ
２１コントローラ

Claims

内燃機関を冷却する冷却水により海水を加熱し、大気圧未満に減圧して水蒸気を生成する熱交換器と、この熱交換器で発生した蒸気を冷却して蒸留水を生成する凝縮器とを備える造水装置であって、
前記熱交換器の上流側と下流側とを接続するバイパス経路を備え、該バイパス経路を介して、前記熱交換器の下流側の前記冷却水を、前記上流側の冷却水へ戻すものであり、
前記熱交換器は、前記冷却水が循環する循環経路に分岐経路を介して接続され、前記分岐経路は、前記循環経路の前記冷却水を、前記熱交換器に供給する上流側の往き経路と、該熱交換器からの冷却水を前記循環経路に戻す下流側の戻り経路とを備え、
前記バイパス経路は、上流側の前記往き経路と下流側の前記戻り経路とを接続するものであり、
前記循環経路における前記往き経路の接続部と前記戻り経路の接続部との間には、該循環経路から前記熱交換器へ供給される前記冷却水の流量を調整する流量調整バルブが設けられ、
前記内燃機関が駆動されるときには、該内燃機関を冷却する前記冷却水が、前記流量調整バルブを介して前記循環経路を流れると共に、前記熱交換器へ分流される、
ことを特徴とする造水装置。
内燃機関を冷却する冷却水により海水を加熱し、大気圧未満に減圧して水蒸気を生成する熱交換器と、この熱交換器で発生した蒸気を冷却して蒸留水を生成する凝縮器とを備える造水装置であって、
前記熱交換器の上流側と下流側とを接続するバイパス経路を備え、該バイパス経路を介して、前記熱交換器の下流側の前記冷却水を、前記上流側の冷却水へ戻すものであり、
前記熱交換器は、前記冷却水が循環する循環経路に分岐経路を介して接続され、前記分岐経路は、前記循環経路の前記冷却水を、前記熱交換器に供給する上流側の往き経路と、該熱交換器からの冷却水を前記循環経路に戻す下流側の戻り経路とを備え、
前記バイパス経路は、上流側の前記往き経路と下流側の前記戻り経路とを接続するものであり、
前記循環経路における前記往き経路の接続部と前記戻り経路の接続部との間には、該循環経路から前記熱交換器へ供給される前記冷却水の流量を調整する流量調整バルブが設けられ、
前記流量調整バルブの上流側の前記冷却水の温度が、９０℃以上の高温であるときに、前記高温の冷却水が、前記流量調整バルブを介して前記循環経路を流れると共に、前記熱交換器へ分流される、
ことを特徴とする造水装置。
前記往き経路には、前記バイパス経路との接続部よりも上流側に、バルブ及び逆止弁が設けられ、前記バイパス経路には、ポンプ及び逆止弁が設けられる、
請求項１または２に記載の造水装置。
前記戻り経路には、前記バイパス経路との接続部よりも下流側に、バルブが設けられる、
請求項１ないし３のいずれかに記載の造水装置。
前記バイパス経路には、該バイパス経路を流れる前記下流側の前記冷却水の流量を調整するバイパス経路用流量調整バルブが設けられ、
前記熱交換器の上流側の前記冷却水の温度及び下流前の前記冷却水の温度の少なくともいずれか一方の温度を検出する水温センサと、
前記水温センサの検出温度に基づいて、前記バイパス経路用流量調整バルブを制御する制御手段とを備える、
請求項１ないし４のいずれかに記載の造水装置。
前記内燃機関が、船舶の内燃機関であり、前記冷却水が、前記内燃機関を冷却するジャケット冷却水である、
請求項１ないし５のいずれかに記載の造水装置。