JP3434238B2 - 減圧蒸留装置 - Google Patents
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Description
留方法により、原水(海水)や排水等から不純物を除去
して純度の高い淡水や浄化水を精製したり、あるいは各
種の有用物質混合排液から有用物質を回収することを、
省エネルギーで達成することができる減圧蒸留装置に関
するものである。
る手段として、海水を加熱蒸留する蒸留法(蒸気法)、
海水を加圧して半透膜を通過させることによって淡水を
得る逆浸透法、イオン交換膜の間に海水を入れて塩分を
除去する電気透析法、海水を凍結させた氷から淡水を得
る冷凍法等が知られている。
いし減圧下に加熱して沸騰させ、この発生した蒸気を凝
縮器において冷却を行って復水させ、これを回収する真
空ないし減圧蒸留方法も知られている。この真空ないし
減圧蒸留方法において、原水は、液体−気体−液体と相
が変化するが、液体から気体へ、また気体から液体へ相
が変化する時に、大きな熱エネルギーの授受が行われ
る。この熱エネルギーの授受を軽減するために、容器内
の圧力を低減して低温度で蒸留を行うことを特徴とする
ものである。
ずれも設備コストが増大するばかりでなく、運転の維持
・管理についても多大な労力と経費が必要である。例え
ば、半透膜を使用する逆浸透法やイオン交換膜を使用す
る電気透析法では、膜について耐圧性や特定溶媒の透過
性を満足させるための優れた性能が要求されることから
極めて高価なものとなるばかりでなく、運転に際して保
守、点検、交換等の複雑な作業を必要とする。
空ないし減圧蒸留方法を応用した蒸留装置として、熱エ
ネルギーの経済的な有効利用、省エネルギーあるいは効
率的な運転等を可能とする、種々の構成からなる減圧蒸
留装置が提案されている。
活用水等の用水を蒸留して精製する蒸留装置として、給
水予熱器に用水を供給すると共に蒸発器にも予め設定し
た上限レベルまで用水を満たし、次いで冷媒圧縮器の作
動により蒸発器内の用水を加熱すると共に凝縮器を冷却
する。一方、真空ポンプの作動により、蒸発器および凝
縮器の内部空間を、真空状態に近い低い圧力に保持し
て、常温に近い比較的低温度で用水の沸騰を開始する。
これにより、蒸発器で発生した蒸気は、蒸気管を通り、
前記給水予熱器で熱を放出しつつ、凝縮器に導入されて
復水する。そして、蒸発器内の水位が予め設定した下限
レベルまで低下した後、残水を排出すると同時に凝縮器
に復水した精製水を回収するように構成し、さらに前記
蒸発器に設けられる補助電熱器に太陽電池等のエネルギ
ーを使用することにより、熱エネルギー利用を経済的に
行うようにした真空蒸留装置が提案されている(特開平
6−320140号公報)。
や溶媒を蒸留する蒸気発生室と熱交換室とを有する蒸留
器を備えた蒸留装置において、前記蒸気発生室に高温の
前記混合溶液を、前記蒸留器への外部空気の侵入を防止
して導入する溶液導入手段と、濃縮された排液を外部空
気の侵入を防止して排出する排液排出手段とを設け、ま
た前記熱交換室に凝縮した有用物質溶液を、外部空気の
侵入を防止して排出する凝縮液排出手段と、空気排除用
蒸気の吹込みによって前記蒸留器内の空気を排除しかつ
外部空気の侵入を遮断する空気排除手段とを配設すると
共に、前記蒸気発生室と前記熱交換室とを蒸気流路で連
通した構成とすることにより、常に空気が残在しない低
圧環境下で蒸留が行われて、低圧蒸発によって低い温度
差で高い蒸留効率が長時間に亘って得られる、大幅な省
エネルギーを可能にした蒸留装置も提案されている(特
開平5−253405号公報)。
縮部を接続し、この凝縮部に凝縮液の貯留部を接続し、
この貯留部あるいは蒸気発生部または凝縮部のいずれか
もしくは全部に真空ポンプを接続して、これらを減圧可
能に接続すると共に、貯留部に対し供給部に凝縮液を供
給する供給路を一定の長さで設置し、この供給路に凝縮
液の貯留間隔を介して、貯留部側に第1バルブを、供給
部側に第2バルブを設置し、この第1バルブと第2バル
ブを別個に開閉可能とした構成とすることにより、凝縮
の完了した凝縮液を供給部に供給する際に、貯留部の減
圧を解除したり、蒸留作業を中断する等の必要性がな
く、連続した減圧蒸留作業を効率的に達成することを可
能とした減圧蒸留装置が提案されている(特開平9−1
50001号公報)。
係る種々の減圧蒸留装置においては、それぞれ熱エネル
ギーの経済的な有効利用、省エネルギー、あるいは効率
的な運転等を可能とする等の利点が得られるものである
が、装置や設備等が複雑となるばかりでなく、真空ポン
プの運転制御も重要であり、依然として設備コストが嵩
む難点がある。
ることができると共に、小型にして可搬性があり、制御
操作も簡単にして、災害時等の緊急時に即座に対応する
ことができる装置を得るべく、鋭意研究並びに試作を重
ねた結果、比較的簡単な構成にして、運転操作も簡便で
あり、真空ポンプの運転のみに頼ることなく、低いコス
トに製造ならびに稼動させることができる減圧蒸留装置
の開発に成功した。
は、原水貯槽と、分離槽と、排水槽および回収槽とを備
え、前記原水貯槽、排水槽および回収槽は、それぞれ大
気圧等の外圧に接する外圧接触室と、この外圧接触室と
連通し運転時に大気等の外圧に対し密閉された状態の隔
室とを設け、前記分離槽は、大気等の外圧に対し密閉さ
れると共に、内部に蒸発器を配設した構成とし、前記原
水貯槽に貯留される原水のレベルと前記排水槽における
呼び水のレベルとの有効落差によって、原水貯槽の隔室
から分離槽の蒸発器に対し原水を供給する給水手段と、
前記蒸発器の残水を排水槽の隔室へ排水する排水手段と
を設けると共に、前記分離槽の蒸発器の作用により原水
の蒸発および凝縮によって得られ分離槽の底部に滞留す
る精製水を回収槽の隔室へ回収する回収手段を設ける。
そして、前記分離槽を介して前記原水貯槽、排水槽およ
び回収槽の各隔室と相互に連通する連通手段を設けると
共に、前記分離槽の内部の排気を行って前記各隔室を減
圧保持する排気手段を設ける。このように構成すること
によって、前述した従来の課題を克服することが可能な
減圧蒸留装置を、容易に得ることができる。
成にして、運転操作も簡便であり、真空ポンプの運転の
みに頼ることなく、低いコストでの製造ならびに稼動が
可能となる減圧蒸留装置を提供することにある。
め、本発明に係る減圧蒸留装置は、原水貯槽と、分離槽
と、排水槽および回収槽とを備え、前記原水貯槽、排水
槽および回収槽は、それぞれ大気圧等の外圧に接する外
圧接触室と、この外圧接触室と連通し運転時に大気等の
外圧に対し密閉された状態の隔室とを設け、前記分離槽
は、大気等の外圧に対し密閉されると共に、内部に蒸発
器を配設してなり、前記原水貯槽に貯留される原水のレ
ベルと前記排水槽における呼び水のレベルとの有効落差
によって、原水貯槽の隔室から分離槽の蒸発器に対し原
水を供給する給水手段と、前記蒸発器の残水を排水槽の
隔室へ排水する排水手段とを設けると共に、前記分離槽
の蒸発器の作用により原水の蒸発によって得られる分離
槽の底部に滞留する精製水を回収槽の隔室へ回収する回
収手段を設け、前記分離槽を介して前記原水貯槽、排水
槽および回収槽の各隔室と相互に連通する連通手段を設
けると共に、前記分離槽の内部の排気を行って前記各隔
室を減圧保持する排気手段を設けることを特徴とする。
水を所要レベルまで貯留し、排水槽の外圧接触室に呼び
水を所要レベルまで貯留し、さらに回収槽の外圧接触室
に浄水からなる呼び水を所要レベルまで貯留し、前記原
水貯槽、排水槽および回収槽の各隔室と相互に連通する
と共に、分離槽の内部の排気を行って前記各隔室を減圧
することにより、前記原水貯槽、排水槽および回収槽の
各隔室内における原水、呼び水および浄水からなる呼び
水のレベルを大気圧等の外圧に対しほぼ一定に保持する
ように構成することができる。
の各隔室内における原水、呼び水および浄水からなる呼
び水のレベルをほぼ一定に保持した後、前記原水貯槽、
排水槽および回収槽の各隔室との相互連通を適宜遮断し
て、原水貯槽に貯留される原水のレベルと前記排水槽に
おける呼び水のレベルとの有効落差によって、原水貯槽
の隔室から分離槽の蒸発器に対し原水を供給すると共
に、前記蒸発器の残水を排水槽の隔室へ排水するように
構成することができる。
の実施例につき、添付図面を参照しながら、以下詳細に
説明する。
概略構成を示すものである。すなわち、図1において、
参照符号10は原水貯槽、12は分離槽、14は排水
槽、16は回収槽をそれぞれ示し、前記分離槽12に
は、蒸発器18および加熱器20が設けられている。
通する大気に開放されて大気圧等の外圧に接する外圧接
触室としての大気開放室110Aと、運転時に大気に対
し密閉された状態の隔室110Bとを設け、前記大気開
放室110Aに対し、原水供給弁VF0を介して原水供給
管10F が接続配置されている。また、前記隔室110
Bには、給水弁VF1を介して給水管10a が分離槽12
内へ導出され、蒸発器18に対し給水を行うように構成
配置されている。さらに、前記原水貯槽10の隔室11
0Bは、原水貯槽連通弁VF2、VF3を介して原水貯槽連
通管10cpにより、分離槽12の上部と相互に連通接続
されている。
大気に開放されて大気圧等の外圧に接する外圧接触室と
しての大気開放室114Aと、運転時に大気に対し密閉
された状態の隔室114Bとが設けられ、前記隔室11
4Bに対し、排水弁VD1を介して排水管14a により、
分離槽12の蒸発器18と相互に接続され、蒸発器18
の残水を排水し得るように構成配置されている。また、
前記排水槽14の隔室114Bは、排水槽連通弁VD3、
VD2を介して排水槽連通管14cpにより、分離槽12の
上部と相互に連通接続されている。さらに、前記大気開
放室114Aにおいては、排水槽開閉弁VD4を介して外
部排水管14b が導出されている。
る大気に開放されて大気圧等の外圧に接する外圧接触室
としての大気開放室116Aと、運転時に大気に対し密
閉された状態の隔室116Bとが設けられ、前記隔室1
16Bに対し、回収弁VC1を介して回収管16a によ
り、分離槽12の底部と相互に接続され、分離槽12で
回収された精製水を回収するように構成配置されてい
る。また、前記回収槽16の隔室116Bは、回収槽連
通弁VC3、VC2を介して回収槽連通管16cpにより、分
離槽12の上部と相互に連通接続されている。さらに、
前記大気開放室116Aにおいては、回収槽開閉弁VC4
を介して外部取水管16b が導出されている。
弁VE1、真空ポンプ22および逆止弁VE2を介して排気
管22a が導出されている。なお、前記加熱器20およ
び真空ポンプ22は、それぞれ電源端子Tに接続され
て、適宜稼動し得るように構成配置されている。
いて、それぞれ運転開始準備状態、運転開始直前の減圧
調整状態および運転・稼動状態を、図2〜図4を参照し
ながら説明する。
槽開閉弁VC4と、給水弁VF1、排水弁VD1、回収弁VC1
とを除き、他のすべての弁、すなわち原水貯槽連通弁V
F2、VF3、排水槽連通弁VD2、VD3、および回収槽連通
弁VC2、VC3を開放し、原水貯槽10、排水槽14およ
び回収槽16の各大気開放室110A、114Aおよび
116Aに対し、それぞれ給水を行う。
供給弁VF0を適宜開放して、原水供給管10F より原水
W1 を供給する。また、排水槽14に対しては、外部よ
り原水等の呼び水W2 を供給する。そして、回収槽16
に対しては、外部より浄水からなる呼び水W3 を供給す
る。
放室110Aにおける原水W1 の初期レベルL01と、前
記排水槽14の大気開放室114Aにおける呼び水W2
の初期レベルL02との間においては、所要の落差ΔLi
(=L01−L02)を有するように設定する。なお、前記
回収槽16の大気開放室116Aにおける浄水からなる
呼び水W3 の初期レベルL03は、分離槽12の底部より
下方に設定する。
VF1、排水弁VD1および回収弁VC1を閉じたままの状態
にして、真空ポンプ22を駆動する。これにより、分離
槽12を介して原水貯槽10、排水槽14、回収槽16
は、それぞれの隔室110B、114B、116Bより
排気が行われて減圧される。この結果、図3に示すよう
に、前記3つの槽、すなわち原水貯槽10、排水槽1
4、回収槽16の原水W1 、呼び水W2 、浄水からなる
呼び水W3 の各水位(レベル)は変位し、前記各大気開
放室110A、114A、116Aに作用する大気圧P
0 と、前記各隔室110B、114B、116Bの減圧
状態とは、均衡を維持することになる。
4、回収槽16の各隔室110B、114B、116B
における原水レベルL10、呼び水レベルL20、浄水レベ
ルL30は、それぞれ図3に示す通りとなる。従って、前
記原水貯槽10、排水槽14、回収槽16の各大気開放
室110A、114A、116Aにおける原水変位レベ
ルL1n、呼び水変位レベルL2n、浄水変位レベルL3n
は、それぞれ図3に示す通りとなる。
6および分離槽12の減圧状態の均衡が維持された際
に、図4に示すように、原水貯槽連通弁VF2、VF3、排
水槽連通弁VD2、VD3、回収槽連通弁VC2、VC3を閉じ
ると共に、給水弁VF1および排水弁VD1を開放する。
給水管10aを介して分離槽12内の蒸発器18に滴下
されるようにして供給される。このようにして、前記蒸
発器18に供給された原水W1 は、加熱器20の作動に
より減圧下に加熱されて蒸発すると共に、分離槽12内
で冷却凝縮されて復水し、分離槽12の底部に精製水W
3 ′として貯留される。そして、前記蒸発器18の残水
W2 ′は、適宜排水管14aを介して排水槽14に回収
される。
原水貯槽10からの導出端部と、排水弁VD1を備えた排
水管14aの蒸発器18からの開口端部との間には、原
水W1 および残水W2 ′が自然流下するように、所要レ
ベルの有効落差ΔLi (実験例によれば、最大有効落差
は約0.5m)が設定されており、これにより前記各弁
VF1、VD1の開度を調整すれば、蒸発させるのに適した
適量の原水W1 を、蒸発器18に対して連続的に供給す
ることができる。
Bにおける原水W1 のレベルL10はほぼ一定であり、大
気開放室110Aの原水W1 のレベルL1nが順次下降変
位していく。一方、前記排水槽14の隔室114Bにお
ける呼び水W2 のレベルL20もほぼ一定であり、大気開
放室114Aの呼び水W2 のレベルL2nが順次上昇変位
していく。
ては、分離槽12の底部に貯留される精製水W3 ′のレ
ベルが次第に上昇する。そこで、回収槽16と連通する
回収管16a に設けた回収弁VC1を開放することによ
り、前記精製水W3 ′を回収槽16に回収することがで
きる。
16の隔室116Bにおける浄水W3 のレベルL30は一
定であり、大気開放室116Aの浄水W3 のレベルL3n
が順次上昇変位していく。
8による原水W1 と減圧気相との接触時間および接触表
面積を大きくするために、例えば原水W1 の流下面を往
復する階段状斜面として形成することにより、原水W1
の蒸発効果を促進することができる。
8により発生した蒸気の凝縮効果を高めるために、例え
ば分離槽12の外周面に対し、適宜送風ファンFan(図
4参照)等を使用して送風冷却することにより、前記分
離槽12内で発生した蒸気の結露を促進させることがで
きる。
的に行うため、図5に示すように、原水貯槽10の大気
開放室110A、分離槽12、排水槽14の大気開放室
114Aおよび回収槽16の大気開放室116Aに対
し、それぞれ水位計LMを設置する。また、前記分離槽
12に対して圧力計PMを設置する。そして、前記原水
貯槽10に設けた水位計LMにより原水供給弁VF0を開
閉制御し、前記分離槽12に設けた水位計LMにより回
収弁VC1を開閉制御し、前記排水槽14に設けた水位計
LMにより排水槽開閉弁VD4を開閉制御し、さらに前記
回収槽16に設けた水位計LMにより回収槽開閉弁VC4
を開閉制御するように構成する。また、前記分離槽12
に設けた圧力計PMにより真空ポンプ22を駆動制御す
ると共に、適宜制御器(図示せず)を介して、貯槽連通
弁VF2、VF3、排水槽連通弁VD2、VD3、回収槽連通弁
VC2、VC3、および給水弁VF1と排水弁VD1をそれぞれ
開閉制御するように構成する。
10の大気開放室110Aにおける原水変位レベルL1n
の低下に応じて、適宜原水を補給しながら、前述した減
圧蒸留装置の連続的な運転の自動化を容易に達成するこ
とができる。
50×200×200mmの分離槽を作成すると共に、
蒸発面積100000mm2 の金属板を使用する蒸発器
を組込んだ減圧蒸留装置を構成し、それぞれ外気温度の
異なる条件において、原水として海水を使用してこれを
精製する減圧蒸留実験を行った結果、次のような実験デ
ータが得られた。
収効率により精製水の減圧蒸留を達成できることが確認
された。
る減圧蒸留装置においては、真空ポンプの駆動は、前述
した運転開始直前における減圧調整時および運転後の減
圧補正時のみでよく、従って真空ポンプの長時間稼動に
よる運転コストの増大を回避することができる。また、
この場合、真空ポンプおよび加熱器の駆動電源として、
太陽光発電を利用することができ、この場合には非常時
における仮設の減圧蒸留装置としての利用が可能とな
る。
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、例
えば原水貯槽、分離槽、排水槽および回収槽の構成配置
について種々の設計変更を行うことができると共に、前
記各槽の大気に開放する大気開放室についても、大気圧
以外の外圧と接する外圧接触室として構成することがで
きる等、その他本発明の精神を逸脱しない範囲内におい
て、多くの設計変更を行うことができる。
明に係る減圧蒸留装置によれば、原水貯槽と、分離槽
と、排水槽および回収槽とを備え、前記原水貯槽、排水
槽および回収槽は、それぞれ大気圧等の外圧に接する外
圧接触室と、この外圧接触室と連通し運転時に大気等の
外圧に対し密閉された状態の隔室とを設け、前記分離槽
は、大気等の外圧に対し密閉されると共に、内部に蒸発
器を配設してなり、前記原水貯槽に貯留される原水のレ
ベルと前記排水槽における呼び水のレベルとの有効落差
によって、原水貯槽の隔室から分離槽の蒸発器に対し原
水を供給する給水手段と、前記蒸発器の残水を排水槽の
隔室へ排水する排水手段とを設けると共に、前記分離槽
の蒸発器の作用により原水の蒸発によって得られる分離
槽の底部に滞留する精製水を回収槽の隔室へ回収する回
収手段を設け、前記分離槽を介して前記原水貯槽、排水
槽および回収槽の各隔室と相互に連通する連通手段を設
けると共に、前記分離槽の内部の排気を行って前記各隔
室を減圧保持する排気手段を設けた構成としたことによ
り、比較的簡単な構成にして、運転操作も簡便であり、
真空ポンプの運転のみに頼ることなく、低いコストに製
造ならびに稼動させることができ、しかも設備製造コス
トを低減でき、小型で可搬性があり、さらに制御操作も
簡単にして、災害等の緊急時に即座に対応することがで
きる等、多くの優れた利点が得られる。
略構成系統説明図である。
示す概略構成系統説明図である。
調整状態を示す概略構成系統説明図である。
す概略構成系統説明図である。
を行う自動化システムを達成する概略構成系統説明図で
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 原水貯槽と、分離槽と、排水槽および回
収槽とを備え、前記原水貯槽、排水槽および回収槽は、
それぞれ大気圧等の外圧に接する外圧接触室と、この外
圧接触室と連通し運転時に大気等の外圧に対し密閉され
た状態の隔室とを設け、前記分離槽は、大気等の外圧に
対し密閉されると共に、内部に蒸発器を配設してなり、 前記原水貯槽に貯留される原水のレベルと前記排水槽に
おける呼び水のレベルとの有効落差によって、原水貯槽
の隔室から分離槽の蒸発器に対し原水を供給する給水手
段と、前記蒸発器の残水を排水槽の隔室へ排水する排水
手段とを設けると共に、前記分離槽の蒸発器の作用によ
り原水の蒸発によって得られる分離槽の底部に滞留する
精製水を回収槽の隔室へ回収する回収手段を設け、 前記分離槽を介して前記原水貯槽、排水槽および回収槽
の各隔室と相互に連通する連通手段を設けると共に、前
記分離槽の内部の排気を行って前記各隔室を減圧保持す
る排気手段を設けることを特徴とする減圧蒸留装置。 - 【請求項2】 原水貯槽の外圧接触室に原水を所要レベ
ルまで貯留し、排水槽の外圧接触室に呼び水を所要レベ
ルまで貯留し、さらに回収槽の外圧接触室に浄水からな
る呼び水を所要レベルまで貯留し、前記原水貯槽、排水
槽および回収槽の各隔室と相互に連通すると共に、分離
槽の内部の排気を行って前記各隔室を減圧することによ
り、前記原水貯槽、排水槽および回収槽の各隔室内にお
ける原水、呼び水および浄水からなる呼び水のレベルを
大気圧等の外圧に対しほぼ一定に保持するよう構成して
なる請求項1記載の減圧蒸留装置。 - 【請求項3】 原水貯槽、排水槽および回収槽の各隔室
内における原水、呼び水および浄水からなる呼び水のレ
ベルをほぼ一定に保持した後、前記原水貯槽、排水槽お
よび回収槽の各隔室との相互連通を適宜遮断して、原水
貯槽に貯留される原水のレベルと前記排水槽における呼
び水のレベルとの有効落差によって、原水貯槽の隔室か
ら分離槽の蒸発器に対し原水を供給すると共に、前記蒸
発器の残水を排水槽の隔室へ排水するよう構成してなる
請求項1または2記載の減圧蒸留装置。
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