JP4140677B2 - 淡水化設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽エネルギーやその他の熱源を利用して海水、塩分を含んだ地下水（かん水）、産業廃水等の原水から蒸発・凝縮法により淡水（蒸留水）を得る自立型の淡水化設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の淡水化設備は、原水供給ポンプ、製造された淡水を排出する淡水排水ポンプ、濃縮原水を排出する濃縮原水排出ポンプ、真空手段及び凝縮手段を具備すると共に、これらを駆動するための電動機や電動バルブ等の直流及び交流駆動の電動機器を具備している。そしてこれらを駆動する電力を外部電力に頼らず、淡水化設備を自立型にするため、太陽電池を備えた電源設備を設け、該電源設備からの直流及び交流電力を上記電動機器に供給するようにしている。
【０００３】
従来、上記太陽電池を備えた電源設備は通常、バッテリーと、該バッテリーの過充電を防止するためのチャージコントローラを備え、太陽電池で発電した電力を、該チャージコントローラを介してバッテリー充電している。そしてこのバッテリーに充電した直流出力を直流変圧手段又は直流／交流変換手段を介して直流駆動電動機器又は交流駆動電動機器に供給している。
【０００４】
しかしながら、上記バッテリーを設けると、バッテリーを用意する必要があり、イニシャルコストが増大する。また、鉛蓄電池等のバッテリーは過放電すると、寿命が低下するため、例えばバッテリーを大型化する等の過放電対策を施さなければならない。また、充放電を繰返すことにより、バッテリーの蓄電能力が低下するため、バッテリー液の補充やバッテリー交換等のメンテナンスが必要となる。
【０００５】
上記バッテリーを設けることによる問題を避けるため、淡水化設備においては日射がある場合のみ淡水化運転できることに鑑み、電源設備にバッテリーを設けず、太陽電池とその付属機器のみで構成し、日射がなくなったら上記電動機器への通電を停止し、淡水化設備の運転を停止することが考えられる。
【０００６】
上記のような淡水化設備においては、多くの電動開閉バルブが使用されており、このような開閉バルブには、淡水化設備の運転が開始されると、開動作方向に通電し開動作をさせ、運転終了するときに閉方向に通電して閉動作をさせるものがある。このような電動開閉を淡水化設備に装備した場合、上記のように電源設備にバッテリーがないと、太陽が急に陰り、急激に発電能力がなくなった場合、淡水化運転終了時に閉じなければならない電動開閉バルブを閉じることができず、例えば設備内の真空が破壊されてしまうという問題がある。
【０００７】
また、上記のような淡水化設備においては、真空手段、濃縮原水排出ポンプ、淡水排出ポンプを具備しており、太陽が急に陰り、急激に発電能力がなくなった場合に濃縮原水排出ポンプ、淡水排出ポンプを急激に停止してしまうと、複数の蒸発器が多重効用関係に接続構成された蒸発装置を具備する淡水化設備では、上位段の蒸発器より流下してくる濃縮水が最終段の蒸発器から溢れ、濃縮水が凝縮手段や該凝縮手段の後段に設ける淡水タンクに浸水し、淡水を汚染する等の問題が発生する場合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、太陽電池を備えた電源設備にバッテリーを設ける必要がなく、太陽が急に陰り、急激に発電能力がなくなった場合でも真空が破壊されることなく、且つ濃縮原水排出ポンプ、淡水排出ポンプの急激停止による濃縮原水の溢れや淡水の汚染がなく、更にメンテナンス作業を少なくできる淡水化設備を供給することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、太陽熱集熱器、複数の蒸発器を具備し該複数の蒸発器を多重効用関係に接続構成した蒸発装置、凝縮手段、真空ポンプを具備し、該太陽熱集熱器からの熱媒蒸気を熱源として蒸発装置の最上段の蒸発器に導入し凝縮した熱媒を該太陽熱集熱器に戻し、該蒸発装置の最下段の蒸発器で発生した水蒸気を凝縮手段に送り凝縮させて蒸留水とし、真空ポンプで蒸発装置の蒸発器の蒸発空間及び凝縮手段の凝縮空間を真空配管を通して大気圧以下に減圧するように構成した淡水化設備であって、淡水化設備が具備する直流及び交流電動機器を駆動する電力を得るための太陽電池と、直流電圧を変圧する直流変圧手段と、該直流変圧手段の出力を交流に変換する直流／交流変換手段を設け、真空ポンプで蒸発装置の蒸発器の蒸発空間及び凝縮手段の凝縮空間を大気圧以下に減圧するための真空配管には太陽電池の発電量が低下したら機械的に閉止する電動バルブを設け、太陽電池の出力をバッテリーを介さず直流変圧手段に入力し、該直流変圧手段の出力を直流駆動電動機器に供給すると共に、直流／交流変換手段の交流出力を交流駆動電動機器に供給するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
上記のように太陽電池の出力をバッテリーを介さず直流変圧手段に入力し、該直流変圧手段の出力を直流駆動電動機器に供給すると共に、該直流変圧手段の出力を直流／交流変換手段に入力し、該直流／交流変換手段の交流出力を交流駆動電動機器に供給するので、淡水化設備の電源設備にバッテリー、チャージコントローラ等が必要なくなると共に、そのメンテナンスも必要なくなる。また、真空配管には前記太陽電池の発電量が低下したら機械的に閉止する電動バルブを設けたので、太陽が急に陰り、太陽電池の発電能力が急激に低下した場合、蒸発器の蒸発空間及び凝縮手段の凝縮空間に連通する真空配管が閉止され、この蒸発空間及び凝縮空間の真空が破壊されることがない。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の淡水化設備において、直流変圧手段は出力電圧を所定の定電圧にする定電圧手段を具備することを特徴とする。
【００１２】
上記のように直流変圧手段が定電圧手段を具備することにより、太陽電池での発電量が増大し、過電圧となった場合に、直流変圧手段以降の機器を保護することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の淡水化設備において、電動機器の一部は電動バルブであり、該電動バルブは太陽電池の発電量が低下した場合に機械的に閉止する電動バルブであることを特徴とする。
【００１４】
発電量が低下した場合に機械的に閉止する電動バルブを用いることにより、太陽が陰った場合に太陽電池の発電量も低下するが、該電動バルブは機械的に閉となるため、この電動バルブを真空系に用いれば、太陽が急に陰って発電量が低下しても真空が破壊されることがない。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２又は３に記載の淡水化設備において、当該淡水化設備は、蒸留水を貯留する蒸留水タンクと、該蒸留水タンクの蒸留水を排出する蒸留水排出ポンプと、濃縮した原水を貯留する濃縮水タンクと、該濃縮水タンクの濃縮原水を排出する濃縮原水排水ポンプと、太陽電池の発電量を検出する発電量検出手段とを備え、発電量検出手段が太陽電池の発電量が所定量以下に低下したことを検出した場合、真空ポンプを蒸留水排出ポンプ及び濃縮原水排水ポンプに優先して停止させる運転／停止制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の淡水化設備において、運転／停止制御手段は、真空ポンプ停止後、発電量検出手段が前記太陽電池の発電量が所定量以下に低下したことを検出した場合、蒸留水排出ポンプを濃縮原水排水ポンプに優先させて停止させることを特徴とする。
【００１７】
上記のように、真空ポンプを蒸留水排出ポンプ及び濃縮原水排水ポンプに優先して停止させることにより、太陽電池の発電量が低下し、全ての電動機器を駆動するだけの発電能力がなくなった場合に、真空ポンプを優先的に停止し、それでも太陽電池の発電量が足りない場合、淡水汚染の危険度の低い蒸留水ポンプを淡水汚染の危険度の高い濃縮原水排出ポンプに優先して停止することにより、淡水の汚染を防止することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の淡水化設備において、運転／停止制御手段は、全ての電動機器が停止した後にその機能を停止するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記のように、運転／停止制御手段は、全ての電動機器が停止した後にその機能を停止するように構成されているので、全ての電動機器が停止しその運転／停止制御の必要がなくなった時、停止することになり、淡水化設備の安全な停止制御が可能となる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項４又は５又は６に記載の淡水化設備において、発電量検出手段は、日射量を検出する日射計又は、太陽電池とは別途設けた小型太陽電池であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。本実施の形態例では熱源として太陽エネルギーを用いた淡水化装置を例に説明する。図１及び図２は本発明に係る淡水化装置の構成例を示す図で、図１は全体構成を、図２は一部の詳細をそれぞれ示す。本淡水化装置は太陽熱集熱器１、蒸発装置２、冷却塔３、蒸留水タンク４、濃縮水タンク５及び真空手段６等から構成される。
【００２２】
太陽熱集熱器１は太陽エネルギーにより熱媒を加熱する複数の太陽熱集熱パネル１−１〜１−６からなる。該太陽熱集熱器１で加熱された熱媒蒸気は配管７を通って蒸発装置２に送られ、蒸発装置２からの凝縮した熱媒が配管８を通してバッファタンク９に収容され、更に該バッファタンク９から熱媒循環ポンプ２６及び配管１０を通して太陽熱集熱器１に戻り循環するようになっている。この熱媒の循環は後に詳述するようにサーモサイフォンにより行われる。
【００２３】
蒸発装置２は最上部に脱気室２−１が配置され、その下に複数台の蒸発器（ここでは第１蒸発器２−２〜第８蒸発器２−９の８台）が配置されて構成されている。例えば大気圧以上で常に原水を供給できる原水タンク（図示せず）等の水源から供給される原水（ここでは海水）Ｗは、原水予熱配管１２を通って予熱され、脱気室２−１に供給される。脱気室２−１をオーバーフローした原水Ｗはオーバーフロー管１３を通して、順次第１蒸発器２−２〜第８蒸発器２−９の各蒸発器に所定量の原水Ｗが貯留され、次第に濃縮されて、最後にオーバーフロー管１４を通って濃縮水タンク５に収容されるようになっている。なお、原水Ｗは原水供給ポンプ１１を用いて供給するように構成してもよい。
【００２４】
太陽熱集熱器１からの熱媒蒸気は脱気室２−１内に配置された熱交換器２−１ａを通り、該脱気室２−１に貯留されている原水Ｗとの間で熱交換を行い、更に第１蒸発器２−２内に配置された熱交換器２−２ａを通り、該第１蒸発器２−２に貯留されている原水との間で熱交換を行う。第１蒸発器２−２の原水の加熱で蒸発した水蒸気Ｗａは蒸気配管１５を通って第２蒸発器２−３の熱交換器２−３ａに熱源として送られ原水との間で熱交換が行われる。また、第３蒸発器２−４〜第７蒸発器２−８の原水の加熱で蒸発した水蒸気Ｗａも次段の蒸発器の熱交換器に熱源として送られ原水との間で熱交換が行われ、凝縮されて蒸留水となって最後に蒸留水タンク４に収容される。
【００２５】
濃縮水タンク５の濃縮原水は濃縮原水排出ポンプ１６により配管２７を通って冷却塔３の凝縮器３−１の下部タンク３−１ａに送られ、更に濃縮原水循環ポンプ１７で散水ノズル３−１ｃに供給され、凝縮（伝熱）パイプ３−１ｂ上に冷却水として散水されるようになっている。最終段の第８蒸発器２−９の原水の加熱で蒸発した水蒸気Ｗａは配管１８を通って凝縮器３−１の凝縮パイプ３−１ｂに送られ、上記散水された濃縮原水との間で熱交換が行われ、凝縮して蒸留水となり配管１９を通って蒸留水タンク４に送られる。下部タンク３−１ａをオーバーフローした濃縮水は濃縮水排出配管２０を通って排水される。
【００２６】
真空手段６は気液分離器６−１及び該気液分離器６−１に接続された真空ポンプ６−２を具備する。気液分離器６−１は配管２１、２２、２３を介して太陽熱集熱器１からの熱媒が通る配管７、蒸発装置２の脱気室２−１、凝縮器３−１のヘッダー３−１ｄに接続される。これにより後に詳述するように、蒸発装置２の蒸発空間及びこれに連通する凝縮空間及び蒸留水貯蔵空間を減圧状態にすることができる。
【００２７】
また、蒸留水タンク４の蒸留水Ｗｂは蒸留水ポンプ２５により所定の場所に給水するようになっている。なお、図１において、Ｖ１〜Ｖ８はバルブである。これらのバルブ、特に真空ポンプ６−２に接続されるバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３には駆動電圧が低下した場合に機械的に閉止する電動バルブを用いる。これは後に詳述するように、太陽電池を電源とする駆動電圧が低下した場合、機械的にバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を閉じて真空破壊を防止するためである。
【００２８】
図３は本発明に係る淡水化装置の電源設備の構成を示す図である。４１は太陽電池であり、該太陽電池４１で発電された直流出力は直流変圧手段４２に入力され、昇圧される。直流変圧手段４２は直流変圧器４２−１と定電圧手段４２−２から構成され、定電圧手段４２−２は直流変圧手段４２の出力電圧を所定の一定値に維持し、太陽電池４１の発電量が多くなり、直流変圧器４２−１の出力電圧が過電圧となっても以降の電気機器を保護するようになっている。
【００２９】
直流変圧手段４２の出力は直流／交流変換手段４３に入力され、交流（３相交流）に変換される。この交流出力は、ドライバーＤ１〜Ｄ６・・を介して、原水供給ポンプ１１、濃縮原水排出ポンプ１６、蒸留水ポンプ２５、濃縮原水循環ポンプ１７、熱媒循環ポンプ２６、送風ファン３−２等の交流駆動電動機器に供給されるようになっており、更に運転／停止制御手段４４の電源としても供給される。
【００３０】
また、直流変圧手段４２の直流出力はドライバーＤ１１〜Ｄ１８・・を介して電動バルブＶ１〜Ｖ８等の直流駆動電動機器に供給されるようになっている。また、太陽電池４１の直流出力もドライバーＤ２１、Ｄ２２・・を介して直流駆動電動機器３０、３１に供給されるようになっている。
【００３１】
また、各ドライバーＤ１・・、Ｄ１１・・、Ｄ２１・・は制御線４６を介して運転／停止制御手段４４に接続されており、該運転／停止制御手段４４は各ドライバーＤ１・・、Ｄ１１・・、Ｄ２１・・を介して各電動駆動機器を運転／停止できるようになっている。また、太陽電池４１の出力電圧は電圧検出手段４５により検出され、その検出出力は運転／停止制御手段４４に入力されるようになっている。
【００３２】
上記のように太陽電池４１の出力をバッテリーを介さず直流変圧手段４２に入力し、該直流変圧手段４２の出力をドライバーＤ１１〜Ｄ１８、・・を介してバルブＶ１〜Ｖ８等の直流駆動電動機器に供給すると共に、該直流変圧手段４２の出力を直流／交流変換手段４３に入力し、その交流出力をドライバーＤ１〜Ｄ６・・を介して原水供給ポンプ１１、濃縮原水排出ポンプ１６、蒸留水ポンプ２５、濃縮原水循環ポンプ１７、熱媒循環ポンプ２６、送風ファン３−２等の交流駆動電動機器に供給するので、淡水化設備の電源設備にバッテリー、チャージコントローラ等が必要なくなる。
【００３３】
なお、上記例では熱媒循環ポンプ２６はドライバーＤ５を介し直流／交流変換手段４３からの交流出力で駆動するようになっているが、直流変圧手段４２からの直流出力で駆動される小型の直流ポンプとしてもよい。なお、他の電動機器も適宜直流又は交流駆動としてもよい。
【００３４】
また、電動バルブＶ１〜Ｖ８、特に電動バルブＶ１〜Ｖ３には、太陽電池４１の発電量が低下して電圧が低下した場合、機械的に閉止する電動バルブを用いるので、太陽が陰った場合に太陽電池４１の発電量も低下するが、該電動バルブＶ１〜Ｖ３は機械的に閉となるため、蒸発装置２の蒸発空間や凝縮空間及び凝縮器３−１の凝縮空間の真空が破壊されることがない。
【００３５】
また、運転／停止制御手段４４は電圧検出手段４５の出力を監視し、太陽電池４１の発電量が所定量以下に低下したことを検出した場合、真空手段６を蒸留水（淡水）ポンプ２５及び濃縮原水排出ポンプ１６に優先して停止させるようになっている。また、真空手段６の停止後、太陽電池４１の発電量が低下した場合、蒸留水ポンプ２５を濃縮原水排出ポンプ１６を優先して停止する。
【００３６】
上記のように、真空手段６を蒸留水ポンプ２５及び濃縮原水排出ポンプ１６に優先して停止させることにより、太陽電池４１の発電量が低下し、全ての電動機器を駆動するだけの発電量がなくなった場合に、最も実害の少ない真空手段６を優先的に停止し、それでも太陽電池４１の発電量が足りない場合、淡水汚染の危険度の低い蒸留水ポンプ２５を淡水汚染の危険度の高い濃縮原水排出ポンプ１６に優先して停止することにより、淡水の汚染を防止することができる。
【００３７】
太陽電池４１の発電量を検出する手段としては、太陽電池４１の出力電圧を検出する電圧検出手段４５の他に、日射計４８又は小型の太陽電池４７を設け、その出力を運転／停止制御手段４４に出力するようにしてもよい。運転／停止制御手段４４はこの日射計４８又は小型の太陽電池４７の出力を監視し、太陽電池４１の発電量が低下したことを知ることができる。
【００３８】
また、運転／停止制御手段４４は、太陽電池４１の発電量が低下した場合、その低下量に応じて、上記優先順位及びその他所定の順位に従って各電動機器を停止するが、運転／停止制御手段４４自身は全ての主電動機器が停止してから、その機能を停止するように構成されている。これにより全ての電動機器が停止し、運転／停止制御の必要がなくなった時に停止することになり、淡水化設備の安全な運転／停止制御が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明した様に各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００４０】
太陽電池の出力をバッテリーを介さず直流変圧手段に入力し、該直流変圧手段の出力を直流駆動電動機器に供給すると共に、該直流変圧手段の出力を直流／交流変換手段に入力し、該直流／交流変換手段の交流出力を交流駆動電動機器に供給するので、淡水化設備にバッテリー、チャージコントローラ等が必要なくなり、イニシャルコストの低減が図れると共に、バッテリーを用いないことにより、バッテリー液の補充やバッテリー交換等のメンテナンス項目も削減でき、ランニングコストの低減が図れる。また、真空配管には太陽電池の発電量が低下したら機械的に閉止する電動バルブを設けたので、太陽が急に陰り、太陽電池の発電能力が急激に低下した場合、蒸発器の蒸発空間及び凝縮手段の凝縮空間に連通する真空配管が閉止され、この蒸発空間及び凝縮空間の真空が破壊されることがない。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、直流変圧手段は定電圧手段を具備するので、太陽電池での発電量が増大し、過電圧となった場合に、直流変圧手段以降の機器を過電圧から保護することができる。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、電動バルブに太陽電池の発電量が低下した場合に機械的に閉止する電動バルブを用いるので、淡水化設備の真空系の電動バルブは太陽電池の発電量が急激に低下した場合、機械的に閉止するから真空が破壊されることがない。
【００４３】
請求項４及び５に記載の発明によれば、真空ポンプを蒸留水排出ポンプ及び濃縮原水排水ポンプに優先して停止させることにより、太陽電池の発電量が低下し、全ての電動機器を駆動するだけの発電能力がなくなった場合に、実害の少ない真空ポンプを優先的に停止し、それでも太陽電池の発電量が足りない場合、淡水汚染の危険度の低い蒸留水排出ポンプを淡水汚染度の危険度の高い濃縮原水排水ポンプに優先して停止することにより、淡水の汚染を防止できるという効果を有すものである。
【００４４】
請求項６に記載の発明によれば、運転／停止制御手段は全ての電動機器が停止した後にその機能を停止するように構成されているので、全ての電動機器が停止しその運転／停止制御の必要がなくなった時、停止することになり、淡水化設備の安全な停止制御が可能となる。
【００４５】
請求項７に記載の発明によれば、発電量検出手段に日射量を検出する日射計又は、太陽電池とは別途設けた小型太陽電池を用いるので、太陽電池の出力電圧で発電量を検出する場合のように、負荷の状態に左右されることなく、正確に太陽電池の発電量を検出でき、運転／停止制御は太陽電池の発電量に応じた適切な運転／停止制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る淡水化装置の全体構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る淡水化装置の一部の詳細構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る淡水化装置の電源設備の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 太陽熱集熱器
２ 蒸発装置
２−１ 脱気室
２−２〜９ 第１〜第８蒸発器
３ 冷却塔
３−１ 凝縮器
３−２ ファン
４ 蒸留水タンク
５ 濃縮水タンク
６ 真空手段
６−１ 気液分離器
６−２ 真空ポンプ
９ バッファタンク
１１ 原水供給ポンプ
１２ 原水予熱配管
１３ オーバーフロー管
１４ オーバーフロー管
１５ 蒸気配管
１６ 濃縮原水排出ポンプ
１７ 濃縮原水循環ポンプ
２６ 熱媒循環ポンプ
３０ 直流駆動電動機器
３１ 直流駆動電動機器
４１ 太陽電池
４２ 直流変圧手段
４３ 直流／交流変換手段
４４ 運転／停止制御手段
４５ 電圧検出手段
４６ 制御線
４７ 小型の太陽電池
４８ 日射計
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽エネルギーやその他の熱源を利用して海水、塩分を含んだ地下水（かん水）、産業廃水等の原水から蒸発・凝縮法により淡水（蒸留水）を得る自立型の淡水化設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の淡水化設備は、原水供給ポンプ、製造された淡水を排出する淡水排水ポンプ、濃縮原水を排出する濃縮原水排出ポンプ、真空手段及び凝縮手段を具備すると共に、これらを駆動するための電動機や電動バルブ等の直流及び交流駆動の電動機器を具備している。そしてこれらを駆動する電力を外部電力に頼らず、淡水化設備を自立型にするため、太陽電池を備えた電源設備を設け、該電源設備からの直流及び交流電力を上記電動機器に供給するようにしている。
【０００３】
従来、上記太陽電池を備えた電源設備は通常、バッテリーと、該バッテリーの過充電を防止するためのチャージコントローラを備え、太陽電池で発電した電力を、該チャージコントローラを介してバッテリー充電している。そしてこのバッテリーに充電した直流出力を直流変圧手段又は直流／交流変換手段を介して直流駆動電動機器又は交流駆動電動機器に供給している。
【０００４】
しかしながら、上記バッテリーを設けると、バッテリーを用意する必要があり、イニシャルコストが増大する。また、鉛蓄電池等のバッテリーは過放電すると、寿命が低下するため、例えばバッテリーを大型化する等の過放電対策を施さなければならない。また、充放電を繰返すことにより、バッテリーの蓄電能力が低下するため、バッテリー液の補充やバッテリー交換等のメンテナンスが必要となる。
【０００５】
上記バッテリーを設けることによる問題を避けるため、淡水化設備においては日射がある場合のみ淡水化運転できることに鑑み、電源設備にバッテリーを設けず、太陽電池とその付属機器のみで構成し、日射がなくなったら上記電動機器への通電を停止し、淡水化設備の運転を停止することが考えられる。
【０００６】
上記のような淡水化設備においては、多くの電動開閉バルブが使用されており、このような開閉バルブには、淡水化設備の運転が開始されると、開動作方向に通電し開動作をさせ、運転終了するときに閉方向に通電して閉動作をさせるものがある。このような電動開閉を淡水化設備に装備した場合、上記のように電源設備にバッテリーがないと、太陽が急に陰り、急激に発電能力がなくなった場合、淡水化運転終了時に閉じなければならない電動開閉バルブを閉じることができず、例えば設備内の真空が破壊されてしまうという問題がある。
【０００７】
また、上記のような淡水化設備においては、真空手段、濃縮原水排出ポンプ、淡水排出ポンプを具備しており、太陽が急に陰り、急激に発電能力がなくなった場合に濃縮原水排出ポンプ、淡水排出ポンプを急激に停止してしまうと、複数の蒸発器が多重効用関係に接続構成された蒸発装置を具備する淡水化設備では、上位段の蒸発器より流下してくる濃縮水が最終段の蒸発器から溢れ、濃縮水が凝縮手段や該凝縮手段の後段に設ける淡水タンクに浸水し、淡水を汚染する等の問題が発生する場合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、太陽電池を備えた電源設備にバッテリーを設ける必要がなく、太陽が急に陰り、急激に発電能力がなくなった場合でも真空が破壊されることなく、且つ濃縮原水排出ポンプ、淡水排出ポンプの急激停止による濃縮原水の溢れや淡水の汚染がなく、更にメンテナンス作業を少なくできる淡水化設備を供給することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、太陽熱集熱器、複数の蒸発器を具備し該複数の蒸発器を多重効用関係に接続構成した蒸発装置、凝縮手段、真空ポンプを具備し、該太陽熱集熱器からの熱媒蒸気を熱源として蒸発装置の最上段の蒸発器に導入し凝縮した熱媒を該太陽熱集熱器に戻し、該蒸発装置の最下段の蒸発器で発生した水蒸気を凝縮手段に送り凝縮させて蒸留水とし、真空ポンプで蒸発装置の蒸発器の蒸発空間及び凝縮手段の凝縮空間を真空配管を通して大気圧以下に減圧するように構成した淡水化設備であって、淡水化設備が具備する直流及び交流電動機器を駆動する電力を得るための太陽電池と、直流電圧を変圧する直流変圧手段と、該直流変圧手段の出力を交流に変換する直流／交流変換手段を設け、真空ポンプで蒸発装置の蒸発器の蒸発空間及び凝縮手段の凝縮空間を大気圧以下に減圧するための真空配管には太陽電池の発電量が低下したら機械的に閉止する電動バルブを設け、太陽電池の出力をバッテリーを介さず直流変圧手段に入力し、該直流変圧手段の出力を直流駆動電動機器に供給すると共に、直流／交流変換手段の交流出力を交流駆動電動機器に供給するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
上記のように太陽電池の出力をバッテリーを介さず直流変圧手段に入力し、該直流変圧手段の出力を直流駆動電動機器に供給すると共に、該直流変圧手段の出力を直流／交流変換手段に入力し、該直流／交流変換手段の交流出力を交流駆動電動機器に供給するので、淡水化設備の電源設備にバッテリー、チャージコントローラ等が必要なくなると共に、そのメンテナンスも必要なくなる。また、真空配管には前記太陽電池の発電量が低下したら機械的に閉止する電動バルブを設けたので、太陽が急に陰り、太陽電池の発電能力が急激に低下した場合、蒸発器の蒸発空間及び凝縮手段の凝縮空間に連通する真空配管が閉止され、この蒸発空間及び凝縮空間の真空が破壊されることがない。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の淡水化設備において、直流変圧手段は出力電圧を所定の定電圧にする定電圧手段を具備することを特徴とする。
【００１２】
上記のように直流変圧手段が定電圧手段を具備することにより、太陽電池での発電量が増大し、過電圧となった場合に、直流変圧手段以降の機器を保護することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の淡水化設備において、電動機器の一部は電動バルブであり、該電動バルブは太陽電池の発電量が低下した場合に機械的に閉止する電動バルブであることを特徴とする。
【００１４】
発電量が低下した場合に機械的に閉止する電動バルブを用いることにより、太陽が陰った場合に太陽電池の発電量も低下するが、該電動バルブは機械的に閉となるため、この電動バルブを真空系に用いれば、太陽が急に陰って発電量が低下しても真空が破壊されることがない。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２又は３に記載の淡水化設備において、当該淡水化設備は、蒸留水を貯留する蒸留水タンクと、該蒸留水タンクの蒸留水を排出する蒸留水排出ポンプと、濃縮した原水を貯留する濃縮水タンクと、該濃縮水タンクの濃縮原水を排出する濃縮原水排水ポンプと、太陽電池の発電量を検出する発電量検出手段とを備え、発電量検出手段が太陽電池の発電量が所定量以下に低下したことを検出した場合、真空ポンプを蒸留水排出ポンプ及び濃縮原水排水ポンプに優先して停止させる運転／停止制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の淡水化設備において、運転／停止制御手段は、真空ポンプ停止後、発電量検出手段が前記太陽電池の発電量が所定量以下に低下したことを検出した場合、蒸留水排出ポンプを濃縮原水排水ポンプに優先させて停止させることを特徴とする。
【００１７】
上記のように、真空ポンプを蒸留水排出ポンプ及び濃縮原水排水ポンプに優先して停止させることにより、太陽電池の発電量が低下し、全ての電動機器を駆動するだけの発電能力がなくなった場合に、真空ポンプを優先的に停止し、それでも太陽電池の発電量が足りない場合、淡水汚染の危険度の低い蒸留水ポンプを淡水汚染の危険度の高い濃縮原水排出ポンプに優先して停止することにより、淡水の汚染を防止することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の淡水化設備において、運転／停止制御手段は、全ての電動機器が停止した後にその機能を停止するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記のように、運転／停止制御手段は、全ての電動機器が停止した後にその機能を停止するように構成されているので、全ての電動機器が停止しその運転／停止制御の必要がなくなった時、停止することになり、淡水化設備の安全な停止制御が可能となる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項４又は５又は６に記載の淡水化設備において、発電量検出手段は、日射量を検出する日射計又は、太陽電池とは別途設けた小型太陽電池であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。本実施の形態例では熱源として太陽エネルギーを用いた淡水化装置を例に説明する。図１及び図２は本発明に係る淡水化装置の構成例を示す図で、図１は全体構成を、図２は一部の詳細をそれぞれ示す。本淡水化装置は太陽熱集熱器１、蒸発装置２、冷却塔３、蒸留水タンク４、濃縮水タンク５及び真空手段６等から構成される。
【００２２】
太陽熱集熱器１は太陽エネルギーにより熱媒を加熱する複数の太陽熱集熱パネル１−１〜１−６からなる。該太陽熱集熱器１で加熱された熱媒蒸気は配管７を通って蒸発装置２に送られ、蒸発装置２からの凝縮した熱媒が配管８を通してバッファタンク９に収容され、更に該バッファタンク９から熱媒循環ポンプ２６及び配管１０を通して太陽熱集熱器１に戻り循環するようになっている。この熱媒の循環は後に詳述するようにサーモサイフォンにより行われる。
【００２３】
蒸発装置２は最上部に脱気室２−１が配置され、その下に複数台の蒸発器（ここでは第１蒸発器２−２〜第８蒸発器２−９の８台）が配置されて構成されている。例えば大気圧以上で常に原水を供給できる原水タンク（図示せず）等の水源から供給される原水（ここでは海水）Ｗは、原水予熱配管１２を通って予熱され、脱気室２−１に供給される。脱気室２−１をオーバーフローした原水Ｗはオーバーフロー管１３を通して、順次第１蒸発器２−２〜第８蒸発器２−９の各蒸発器に所定量の原水Ｗが貯留され、次第に濃縮されて、最後にオーバーフロー管１４を通って濃縮水タンク５に収容されるようになっている。なお、原水Ｗは原水供給ポンプ１１を用いて供給するように構成してもよい。
【００２４】
太陽熱集熱器１からの熱媒蒸気は脱気室２−１内に配置された熱交換器２−１ａを通り、該脱気室２−１に貯留されている原水Ｗとの間で熱交換を行い、更に第１蒸発器２−２内に配置された熱交換器２−２ａを通り、該第１蒸発器２−２に貯留されている原水との間で熱交換を行う。第１蒸発器２−２の原水の加熱で蒸発した水蒸気Ｗａは蒸気配管１５を通って第２蒸発器２−３の熱交換器２−３ａに熱源として送られ原水との間で熱交換が行われる。また、第３蒸発器２−４〜第７蒸発器２−８の原水の加熱で蒸発した水蒸気Ｗａも次段の蒸発器の熱交換器に熱源として送られ原水との間で熱交換が行われ、凝縮されて蒸留水となって最後に蒸留水タンク４に収容される。
【００２５】
濃縮水タンク５の濃縮原水は濃縮原水排出ポンプ１６により配管２７を通って冷却塔３の凝縮器３−１の下部タンク３−１ａに送られ、更に濃縮原水循環ポンプ１７で散水ノズル３−１ｃに供給され、凝縮（伝熱）パイプ３−１ｂ上に冷却水として散水されるようになっている。最終段の第８蒸発器２−９の原水の加熱で蒸発した水蒸気Ｗａは配管１８を通って凝縮器３−１の凝縮パイプ３−１ｂに送られ、上記散水された濃縮原水との間で熱交換が行われ、凝縮して蒸留水となり配管１９を通って蒸留水タンク４に送られる。下部タンク３−１ａをオーバーフローした濃縮水は濃縮水排出配管２０を通って排水される。
【００２６】
真空手段６は気液分離器６−１及び該気液分離器６−１に接続された真空ポンプ６−２を具備する。気液分離器６−１は配管２１、２２、２３を介して太陽熱集熱器１からの熱媒が通る配管７、蒸発装置２の脱気室２−１、凝縮器３−１のヘッダー３−１ｄに接続される。これにより後に詳述するように、蒸発装置２の蒸発空間及びこれに連通する凝縮空間及び蒸留水貯蔵空間を減圧状態にすることができる。
【００２７】
また、蒸留水タンク４の蒸留水Ｗｂは蒸留水ポンプ２５により所定の場所に給水するようになっている。なお、図１において、Ｖ１〜Ｖ８はバルブである。これらのバルブ、特に真空ポンプ６−２に接続されるバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３には駆動電圧が低下した場合に機械的に閉止する電動バルブを用いる。これは後に詳述するように、太陽電池を電源とする駆動電圧が低下した場合、機械的にバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を閉じて真空破壊を防止するためである。
【００２８】
図３は本発明に係る淡水化装置の電源設備の構成を示す図である。４１は太陽電池であり、該太陽電池４１で発電された直流出力は直流変圧手段４２に入力され、昇圧される。直流変圧手段４２は直流変圧器４２−１と定電圧手段４２−２から構成され、定電圧手段４２−２は直流変圧手段４２の出力電圧を所定の一定値に維持し、太陽電池４１の発電量が多くなり、直流変圧器４２−１の出力電圧が過電圧となっても以降の電気機器を保護するようになっている。
【００２９】
直流変圧手段４２の出力は直流／交流変換手段４３に入力され、交流（３相交流）に変換される。この交流出力は、ドライバーＤ１〜Ｄ６・・を介して、原水供給ポンプ１１、濃縮原水排出ポンプ１６、蒸留水ポンプ２５、濃縮原水循環ポンプ１７、熱媒循環ポンプ２６、送風ファン３−２等の交流駆動電動機器に供給されるようになっており、更に運転／停止制御手段４４の電源としても供給される。
【００３０】
また、直流変圧手段４２の直流出力はドライバーＤ１１〜Ｄ１８・・を介して電動バルブＶ１〜Ｖ８等の直流駆動電動機器に供給されるようになっている。また、太陽電池４１の直流出力もドライバーＤ２１、Ｄ２２・・を介して直流駆動電動機器３０、３１に供給されるようになっている。
【００３１】
また、各ドライバーＤ１・・、Ｄ１１・・、Ｄ２１・・は制御線４６を介して運転／停止制御手段４４に接続されており、該運転／停止制御手段４４は各ドライバーＤ１・・、Ｄ１１・・、Ｄ２１・・を介して各電動駆動機器を運転／停止できるようになっている。また、太陽電池４１の出力電圧は電圧検出手段４５により検出され、その検出出力は運転／停止制御手段４４に入力されるようになっている。
【００３２】
上記のように太陽電池４１の出力をバッテリーを介さず直流変圧手段４２に入力し、該直流変圧手段４２の出力をドライバーＤ１１〜Ｄ１８、・・を介してバルブＶ１〜Ｖ８等の直流駆動電動機器に供給すると共に、該直流変圧手段４２の出力を直流／交流変換手段４３に入力し、その交流出力をドライバーＤ１〜Ｄ６・・を介して原水供給ポンプ１１、濃縮原水排出ポンプ１６、蒸留水ポンプ２５、濃縮原水循環ポンプ１７、熱媒循環ポンプ２６、送風ファン３−２等の交流駆動電動機器に供給するので、淡水化設備の電源設備にバッテリー、チャージコントローラ等が必要なくなる。
【００３３】
なお、上記例では熱媒循環ポンプ２６はドライバーＤ５を介し直流／交流変換手段４３からの交流出力で駆動するようになっているが、直流変圧手段４２からの直流出力で駆動される小型の直流ポンプとしてもよい。なお、他の電動機器も適宜直流又は交流駆動としてもよい。
【００３４】
また、電動バルブＶ１〜Ｖ８、特に電動バルブＶ１〜Ｖ３には、太陽電池４１の発電量が低下して電圧が低下した場合、機械的に閉止する電動バルブを用いるので、太陽が陰った場合に太陽電池４１の発電量も低下するが、該電動バルブＶ１〜Ｖ３は機械的に閉となるため、蒸発装置２の蒸発空間や凝縮空間及び凝縮器３−１の凝縮空間の真空が破壊されることがない。
【００３５】
また、運転／停止制御手段４４は電圧検出手段４５の出力を監視し、太陽電池４１の発電量が所定量以下に低下したことを検出した場合、真空手段６を蒸留水（淡水）ポンプ２５及び濃縮原水排出ポンプ１６に優先して停止させるようになっている。また、真空手段６の停止後、太陽電池４１の発電量が低下した場合、蒸留水ポンプ２５を濃縮原水排出ポンプ１６を優先して停止する。
【００３６】
上記のように、真空手段６を蒸留水ポンプ２５及び濃縮原水排出ポンプ１６に優先して停止させることにより、太陽電池４１の発電量が低下し、全ての電動機器を駆動するだけの発電量がなくなった場合に、最も実害の少ない真空手段６を優先的に停止し、それでも太陽電池４１の発電量が足りない場合、淡水汚染の危険度の低い蒸留水ポンプ２５を淡水汚染の危険度の高い濃縮原水排出ポンプ１６に優先して停止することにより、淡水の汚染を防止することができる。
【００３７】
太陽電池４１の発電量を検出する手段としては、太陽電池４１の出力電圧を検出する電圧検出手段４５の他に、日射計４８又は小型の太陽電池４７を設け、その出力を運転／停止制御手段４４に出力するようにしてもよい。運転／停止制御手段４４はこの日射計４８又は小型の太陽電池４７の出力を監視し、太陽電池４１の発電量が低下したことを知ることができる。
【００３８】
また、運転／停止制御手段４４は、太陽電池４１の発電量が低下した場合、その低下量に応じて、上記優先順位及びその他所定の順位に従って各電動機器を停止するが、運転／停止制御手段４４自身は全ての主電動機器が停止してから、その機能を停止するように構成されている。これにより全ての電動機器が停止し、運転／停止制御の必要がなくなった時に停止することになり、淡水化設備の安全な運転／停止制御が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明した様に各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００４０】
太陽電池の出力をバッテリーを介さず直流変圧手段に入力し、該直流変圧手段の出力を直流駆動電動機器に供給すると共に、該直流変圧手段の出力を直流／交流変換手段に入力し、該直流／交流変換手段の交流出力を交流駆動電動機器に供給するので、淡水化設備にバッテリー、チャージコントローラ等が必要なくなり、イニシャルコストの低減が図れると共に、バッテリーを用いないことにより、バッテリー液の補充やバッテリー交換等のメンテナンス項目も削減でき、ランニングコストの低減が図れる。また、真空配管には太陽電池の発電量が低下したら機械的に閉止する電動バルブを設けたので、太陽が急に陰り、太陽電池の発電能力が急激に低下した場合、蒸発器の蒸発空間及び凝縮手段の凝縮空間に連通する真空配管が閉止され、この蒸発空間及び凝縮空間の真空が破壊されることがない。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、直流変圧手段は定電圧手段を具備するので、太陽電池での発電量が増大し、過電圧となった場合に、直流変圧手段以降の機器を過電圧から保護することができる。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、電動バルブに太陽電池の発電量が低下した場合に機械的に閉止する電動バルブを用いるので、淡水化設備の真空系の電動バルブは太陽電池の発電量が急激に低下した場合、機械的に閉止するから真空が破壊されることがない。
【００４３】
請求項４及び５に記載の発明によれば、真空ポンプを蒸留水排出ポンプ及び濃縮原水排水ポンプに優先して停止させることにより、太陽電池の発電量が低下し、全ての電動機器を駆動するだけの発電能力がなくなった場合に、実害の少ない真空ポンプを優先的に停止し、それでも太陽電池の発電量が足りない場合、淡水汚染の危険度の低い蒸留水排出ポンプを淡水汚染度の危険度の高い濃縮原水排水ポンプに優先して停止することにより、淡水の汚染を防止できるという効果を有すものである。
【００４４】
請求項６に記載の発明によれば、運転／停止制御手段は全ての電動機器が停止した後にその機能を停止するように構成されているので、全ての電動機器が停止しその運転／停止制御の必要がなくなった時、停止することになり、淡水化設備の安全な停止制御が可能となる。
【００４５】
請求項７に記載の発明によれば、発電量検出手段に日射量を検出する日射計又は、太陽電池とは別途設けた小型太陽電池を用いるので、太陽電池の出力電圧で発電量を検出する場合のように、負荷の状態に左右されることなく、正確に太陽電池の発電量を検出でき、運転／停止制御は太陽電池の発電量に応じた適切な運転／停止制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る淡水化装置の全体構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る淡水化装置の一部の詳細構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る淡水化装置の電源設備の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 太陽熱集熱器
２ 蒸発装置
２−１ 脱気室
２−２〜９ 第１〜第８蒸発器
３ 冷却塔
３−１ 凝縮器
３−２ ファン
４ 蒸留水タンク
５ 濃縮水タンク
６ 真空手段
６−１ 気液分離器
６−２ 真空ポンプ
９ バッファタンク
１１ 原水供給ポンプ
１２ 原水予熱配管
１３ オーバーフロー管
１４ オーバーフロー管
１５ 蒸気配管
１６ 濃縮原水排出ポンプ
１７ 濃縮原水循環ポンプ
２６ 熱媒循環ポンプ
３０ 直流駆動電動機器
３１ 直流駆動電動機器
４１ 太陽電池
４２ 直流変圧手段
４３ 直流／交流変換手段
４４ 運転／停止制御手段
４５ 電圧検出手段
４６ 制御線
４７ 小型の太陽電池
４８ 日射計
Claims (7)
- 太陽熱集熱器、複数の蒸発器を具備し該複数の蒸発器を多重効用関係に接続構成した蒸発装置、凝縮手段、真空ポンプを具備し、該太陽熱集熱器からの熱媒蒸気を熱源として前記蒸発装置の最上段の蒸発器に導入し凝縮した熱媒を該太陽熱集熱器に戻し、該蒸発装置の最下段の蒸発器で発生した水蒸気を前記凝縮手段に送り凝縮させて蒸留水とし、
前記真空ポンプで前記蒸発装置の蒸発器の蒸発空間及び前記凝縮手段の凝縮空間を真空配管を通して大気圧以下に減圧するように構成した淡水化設備であって、
前記淡水化設備が具備する直流及び交流電動機器を駆動する電力を得るための太陽電池と、直流電圧を変圧する直流変圧手段と、該直流変圧手段の出力を交流に変換する直流／交流変換手段を設け、
前記真空ポンプで前記蒸発装置の蒸発器の蒸発空間及び前記凝縮手段の凝縮空間を大気圧以下に減圧するための前記真空配管には前記太陽電池の発電量が低下したら機械的に閉止する電動バルブを設け、
前記太陽電池の出力をバッテリーを介さず前記直流変圧手段に入力し、該直流変圧手段の出力を前記直流駆動電動機器に供給すると共に、前記直流／交流変換手段の交流出力を前記交流駆動電動機器に供給するように構成したことを特徴とする淡水化設備。 - 請求項１に記載の淡水化設備において、
前記直流変圧手段は出力電圧を所定の定電圧にする定電圧手段を具備することを特徴とする淡水化設備。 - 請求項１又は２に記載の淡水化設備において、
前記電動機器の一部は電動バルブであり、該電動バルブは前記太陽電池の発電量が低下した場合に機械的に閉止する電動バルブであることを特徴とする淡水化設備。 - 請求項１又は２又は３に記載の淡水化設備において、
当該淡水化設備は、前記蒸留水を貯留する蒸留水タンクと、該蒸留水タンクの蒸留水を排出する蒸留水排出ポンプと、濃縮した原水を貯留する濃縮水タンクと、該濃縮水タンクの濃縮原水を排出する濃縮原水排水ポンプと、前記太陽電池の発電量を検出する発電量検出手段とを備え、
前記発電量検出手段が前記太陽電池の発電量が所定量以下に低下したことを検出した場合、前記真空ポンプを前記蒸留水排出ポンプ及び前記濃縮原水排水ポンプに優先して停止させる運転／停止制御手段を設けたことを特徴とする淡水化設備。 - 請求項４に記載の淡水化設備において、
前記運転／停止制御手段は、前記真空ポンプ停止後、前記発電量検出手段が前記太陽電池の発電量が所定量以下に低下したことを検出した場合、前記蒸留水排出ポンプを前記濃縮原水排水ポンプに優先させて停止させることを特徴とする淡水化設備。 - 請求項５に記載の淡水化設備において、
前記運転／停止制御手段は、全ての電動機器が停止した後にその機能を停止するように構成されていることを特徴とする淡水化設備。 - 請求項４又は５又は６に記載の淡水化設備において、
前記発電量検出手段は、日射量を検出する日射計又は、前記太陽電池とは別途設けた小型太陽電池であることを特徴とする淡水化設備。
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