JP5150785B2

JP5150785B2 - 純粋液体製造装置

Info

Publication number: JP5150785B2
Application number: JP2012512612A
Authority: JP
Inventors: 春男上原
Original assignee: 春男上原
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: EP2564911A1; CN102905768A; CN102905768B; US8617358B2; EP2564911B1; EP2564911A4; JPWO2011135724A1; US20130092522A1; KR101632252B1; WO2011135724A1; KR20130080421A

Description

本発明は、純水等の純粋な液体を製造して利用可能に供給する純粋液体製造装置に関する。

水から不純物を取り去った純水は、不純物による悪影響が生じない特徴から、検査や試験用途に加えて、半導体をはじめとする各種機器の洗浄や医薬品等の化学物質の製造に広く用いられていたが、この純水の他の物質を水中に溶かし込む性質が通常の水のそれに比べて高いことから、近年では天然由来の栄養成分や風味成分を添加して飲用や食用の用途でも用いられるようになっている。

純水の製造には、濾過やイオン交換、逆浸透膜を用いる方法等様々な製造方法があるが、簡易で効率のよい方法として従来から蒸留による製造方法が多く用いられてきた。こうした蒸留の手法を用いた純水製造装置の例として、特開平６−６３５３５号や特開２００６−１６７５３５号公報、特開２００２−７９２３７号公報等に開示されるものがある。

特開平６−６３５３５号公報特開２０００−１６７５３５号公報特開２００２−７９２３７号公報

従来の純水製造装置は、前記各特許文献に示されるようなものとなっており、純水の収量を多くしようとすると、製造装置が複雑化、大型化することとなり、導入が難しくなるという課題を有していた。また、水の蒸発を減圧された装置内空間で行うようにする場合、設備が複雑化、大型化するほど、減圧状態を得るための真空ポンプ等の減圧排気装置の負荷が大きくなり、より処理能力の高い大型の減圧排気装置を採用せざるを得なくなることに加え、製造装置内各部に気密を維持するための弁も多数必要となり、これらが装置のコストを上昇させ、そのまま純水を得るためのコスト増大につながるという課題を有していた。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、簡略な構造で効率よく純水等の純粋液体を製造でき、純水等の供給に係るコストを抑えられる純粋液体製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る純粋液体製造装置は、供給された液体を所定の高温熱源との熱交換で加熱して所定温度の液体及び／又は蒸気とする加熱器と、当該加熱器で得られた液体及び／又は蒸気を供給され、減圧空間で少なくとも前記液体を蒸発させ、蒸気を送り出す蒸発器と、当該蒸発器から出た蒸気に混じった液体を捕集して取り除く分離器と、当該分離器を経由した蒸気を所定の冷却用流体と熱交換させて凝縮させ、純粋な液体を得る凝縮器と、前記蒸発器で蒸発しなかった残りの液体及び前記分離器で取り除かれた液体を集めて一時的に貯留するドレインタンクと、当該ドレインタンク内の液体を加圧して前記加熱器に供給するポンプとを少なくとも備え、前記ドレインタンクが、所定の液体供給源から新規に液体を導入され、当該導入された新規の液体と前記蒸発器及び分離器からの液体とを混合状態とした液体が、ドレインタンクからポンプを経て前記加熱器に供給されるものである。

このように本発明によれば、加熱器から凝縮器までの、蒸発させた蒸気から純粋な液体を得るための一連の各機器と共に、蒸発器で蒸発しなかった液体や分離器で捕集された液体を貯留するドレインタンクを配設し、ドレインタンクで蒸発器や分離器を出た液体と新規の液体をあらかじめ混合した上で、この混合した液体をポンプで加圧して加熱器に供給することにより、ドレインタンクが圧力の緩衝部となって蒸発器や分離器等の各機器内の圧力の維持が容易となり、液体の蒸発のために減圧状態を生じさせる減圧排気装置の負荷を軽減できると共に、圧力を維持するためのバルブ等の配設も必要最小限とすることができ、装置構造を簡略化してコストダウンが図れる。また、新規の液体をドレインタンクに導入し、このドレインタンクで混合された液体を加熱器に供給することにより、蒸発器で蒸発しなかった液体や分離器で捕集された液体を加熱器で加熱される液体の一部として用いることとなり、加熱器で発生させた熱を適切に回収でき、加熱器に継続して大量の熱を投入せずに済み、エネルギ消費を節減できると共に、加熱器へ新規に外部から供給する液体の量を抑えて液体消費量の低減も図れ、純粋液体製造にかかるコストを大きく低減できることとなる。

また、本発明に係る純粋液体製造装置は必要に応じて、前記凝縮器を出た純粋な液体及び凝縮されずに残った蒸気とを導入され、所定の冷却用流体と熱交換させて気相分を凝縮させ、純粋な液体を後段側に送り出す補助凝縮器を備えるものである。

このように本発明によれば、凝縮器の後段側に補助凝縮器を配設し、蒸発器から凝縮器に至る各機器の内部空間と管路内を減圧する外部の真空ポンプ等の減圧排気装置に対し、凝縮器と補助凝縮器の二段階で凝縮を進めることにより、減圧排気装置へ向って流れる未凝縮の蒸気を確実に凝縮させて、減圧排気装置の負荷を軽減すると共に、純粋液体の収量を高めることができる。

また、本発明に係る純粋液体製造装置は必要に応じて、前記液体供給源とドレインタンクとの間に介在させて配設され、液体供給源から導入される新規の液体を一時的に貯留してドレインタンク側に送出す液体供給タンクを備え、前記ドレインタンクに、前記新規の液体と前記蒸発器及び分離器からの液体とを混合状態とした液体の電気伝導率を測定するセンサを配設し、前記ドレインタンクにおける前記混合状態の液体の電気伝導率があらかじめ設定された上限値を超えた場合には、混合状態の液体の一部を流出させ、前記液体供給タンクに流入させるものである。

このように本発明によれば、ドレインタンクにおける新規の液体の供給流路前段側に液体供給タンクを配設する一方、ドレインタンクに電気伝導率測定用のセンサを設け、ドレインタンクにおける混合状態の液体の電気伝導率が高すぎる場合には、混合状態の液体の一部をドレインタンクから液体供給タンクに向け流出させることにより、装置の動作継続に伴って、ドレインタンク内での混合状態の液体の電解質成分が濃縮され、新規な液体の供給のみでは電解質濃度が十分に低下しないような場合でも、ドレインタンクのセンサで混合水の電気伝導率が上限値を超えた状態を検知して、電解質成分の濃い混合状態の液体をドレインタンクから一部流出させると、流出量を補うように、液体供給タンクからドレインタンクに電解質成分のより少ない水が供給されることとなり、ドレインタンク内の混合状態の液体における電解質濃度を問題のない値まで低下させられ、混合状態の液体の流入する加熱器や蒸発器等に悪影響を及す危険性を排除できる。また、ドレインタンクから一部流出した混合状態の液体は、液体供給タンクに流入して、新規の液体と混合され、希釈されることで、液体を外部に無駄に排出せずに済み、液体の損失や排出流路構築に伴うコストを抑えられる。

本発明の第１の実施形態に係る純水製造装置のブロック構成図である。本発明の第２の実施形態に係る純水製造装置のブロック構成図である。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。本実施形態では純粋液体として純水を製造する装置の例について説明する。
前記図１において本実施形態に係る純水製造装置１は、供給された前記液体としての水を加熱して所定温度の温かい液体すなわち温水とする加熱器１１と、この加熱器１１で得られた温水を供給され、この温水を減圧空間で蒸発させる蒸発器１２と、この蒸発器１２から出た気相の水（水蒸気）に混じった液相の水を取り除く分離器１３と、この分離器１３を経由した気相の水を冷却用流体と熱交換させて凝縮させ、純水を得る凝縮器１４と、この凝縮器１４を出た純水及び凝縮されずに残った気相の水を導入され、冷却用流体と熱交換させて気相分を凝縮させる補助凝縮器１５と、前記蒸発器１２で蒸発しなかった残りの温水及び前記分離器１３で取り除かれた液相の水を集めて一時的に貯留するドレインタンク１８と、このドレインタンク１８内の水を加圧して加熱器１１に供給するポンプ１９とを備える構成である。

前記加熱器１１は、内部の伝熱部を介して隔てられた流路の一方に公知のボイラ５０等で得られた前記高温熱源としての高温の水や蒸気を流通させ、他方の流路に供給された加熱対象の水を流通させ、伝熱部を介した高温の水や蒸気との熱交換により、供給された水を加熱する一種の熱交換器であり、熱交換器としての構造自体は公知の構成である。この加熱器１１で、供給された水を加熱し、後段の蒸発器１２で蒸発可能な所定温度に達した温水として、蒸発器１２に送り出すこととなる。

前記蒸発器１２は、加熱された水をこれと同温度における水の飽和蒸気圧以下の圧力に減圧した内部空間に導入することで効率よく蒸発させて水蒸気を得る公知の装置であり、前段の加熱器１１で所定温度まで加熱された温水を直接供給され、この温水を蒸発させて、不純物をほとんど含まない気相の水（水蒸気）を得るものとなっている。この蒸発器１２は、多段フラッシュ式やスプレーフラッシュ式など、いずれのフラッシュ蒸発機構とすることもできる。この蒸発器１２で得られた水蒸気は分離器１３に達する一方、蒸発しきれずに残った液相の水は、蒸発器１２外に排出されてドレインタンク１８に導入される仕組みである。この液相の水は、気相分の気相への変化の際に熱を奪われることで温度を低下させている。

この蒸発器１２に導入される温水の温度をなるべく低い温度、例えば５０℃以下とすると共に、こうした低い温度の温水を蒸発させられる圧力に内部空間を減圧した状態では、温水の一部の蒸発にあたり不純物が水蒸気に混じり込む割合を抑えることができ、得られる水蒸気は電気伝導率σ＝０．１〜１［μＳ／ｃｍ］のレベルの純水となる。

前記分離器１３は、蒸発器１２から凝縮器１４へ向かう水蒸気の中に混じった液相の水の微細水滴（ミスト）を捕捉して取り除き、水蒸気のみを凝縮器１４へ送り出すものである。この分離器１３で捕集された液相の水は、分離器１３外に排出され、ドレインタンク１８に導入される。

前記凝縮器１４は、内部の伝熱部を介して隔てられた流路の一方に、蒸発器１２で蒸発し分離器１３を経由した水蒸気を流通させ、他方の流路に所定の冷却用流体を流通させ、伝熱部を介して水蒸気と冷却用流体とを熱交換させて水蒸気を凝縮させるものであり、熱交換器としての構造自体は公知の構成である。この凝縮器１４で水蒸気を凝縮させることで、不純物をほとんど含まない純水が得られることとなる。

この凝縮器１４における冷却用流体の流路には、冷却用流体を冷却するための外部の冷却装置６０が接続されており、冷却装置６０は、凝縮器１４での水蒸気との熱交換により温度を上昇させた冷却用流体を導入され、この冷却用流体を外気等別の冷却用媒体との熱交換で冷却し、温度を低下させた状態であらためて凝縮器１４に流入させる。

前記補助凝縮器１５は、凝縮器１４で凝縮された液相の純水と凝縮器１４では凝縮しきれなかった水蒸気を導入され、水蒸気と冷却用流体とを熱交換させて水蒸気を凝縮させ、全て液相の純水とした状態で後段側へ送り出すものである。

補助凝縮器１５における冷却用流体の流路は、凝縮器１４同様に冷却装置６０と接続しており、補助凝縮器１５には、冷却装置６０から冷却用流体の一部が流入し、補助凝縮器１５での熱交換により温度を上昇させた冷却用流体が、凝縮器１４を流れた分と共に冷却装置６０に導入されて冷却され、温度の低下した冷却用流体があらためて凝縮器１４及び補助凝縮器１５に流入することとなる。

この補助凝縮器１５における水側流路、並びに補助凝縮器の後段側の管路には、蒸発器１２に至る各機器の内部空間と管路内を減圧する外部の真空ポンプ等の減圧排気装置７０が接続される。この減圧排気装置７０に対し、凝縮器１４と補助凝縮器１５の二段階で凝縮を進める構成とすることで、減圧排気装置７０へ向って流れる未凝縮の水蒸気を確実に凝縮させて、減圧排気装置７０の負荷を軽減すると共に、純水の収量を高めることができる仕組みである。

この補助凝縮器１５から出た純水は、外部の純水タンク８０へ送り出される。外部の純水タンク８０は、貯留した純水をある程度連続してさらに後段側に供給できるものとなっている。

前記ドレインタンク１８は、蒸発器１２で蒸発しなかった残りの温水及び分離器１３で取り除かれた液相の水を集めて一時的に貯留するものである。このドレインタンク１８は、こうした温水や水の貯留と共に、所定の水供給源から新規に水を導入され、装置内部で新規の水と蒸発器１２からの温水及び分離器１３からの液相の水とを混合状態とし、得られた混合水を加熱器１１に供給する役割も果たしている。

このドレインタンク１８では、比較的温度が高くなっている、蒸発器１２で蒸発しなかった残りの温水及び分離器１３で取り除かれた液相の水を、水供給源から導入された温度の低い新規の水と混合することで、一度加熱器１１を経た水の保有する熱を回収し、加熱器１１に新たに供給される水の温度をあらかじめ高めて、加熱器１１における投入熱量の軽減を図っている。

なお、製造装置起動直後は、装置各機器を通った水がドレインタンク１８に到達していないため、加熱器１１に導入される水としては、全て新規の水が用いられ、新規の水はドレインタンク１８を経て供給される。装置が起動して一定期間が経過すると、装置各機器を通った水がドレインタンク１８に達するため、ドレインタンク１８への新規の水の導入量を低下させられる。この新規の水としては水道水の他、連続的に取水されている地下水等を利用することもできる。

前記各機器の製造装置における配置は、蒸発器１２と分離器１３、凝縮器１４を最も高い位置に配置し、蒸発器１２より下側に加熱器１１及びドレインタンク１８を配置することとなる。また、凝縮器１４より下側に補助凝縮器１５を配置している。このため、蒸発器１２及び分離器１３からの水のドレインタンク１８への流入、並びに凝縮器１４と補助凝縮器１５における純水の流れは、水の自然流下を利用でき、ポンプ等を使用せずに済むこととなる。

次に、本実施形態に係る純水製造装置の動作について説明する。前提として、水供給源から新規の水として水道水が供給されるものとする。まず、本製造装置が起動した直後は、水供給源から供給された新規の水としての水道水のみが、ドレインタンク１８に導入され、この新規の水がドレインタンク１８を経てポンプ１９で加圧され、加熱器１１に供給される。

加熱器１１ではボイラ５０からの高温熱源としての高温水も供給されていることで、この高温水の熱で供給された水を加熱し、温水を得ることとなる。温水は、加熱器１１を出て、蒸発器１２へ向かう。

温水が蒸発器１２に達すると、減圧された蒸発器１２内で一部の温水がフラッシュ蒸発により気相に変化する。気相の水、すなわち水蒸気は、ドレインタンク１８内の水に含まれるガスと共に蒸発器１２を出て分離器１３に達し、浮遊する液相の水（ミスト）等を分離器１３で適切に分離された上で、凝縮器１４の一方の流路に導入される。また、蒸発器１２で蒸発せず液相のまま残った水や、分離器１３で水蒸気から分離された液相の水は、それぞれ各機器から排出され、ドレインタンク１８に向かうこととなる。

凝縮器１４では、水蒸気が導入される一方の流路に対し、伝熱部を隔てた他方の流路に温度の低い冷却用流体が導入されていることで、水蒸気が冷却用流体と熱交換して凝縮し、不純物をほとんど含まない純水となる。この純水及び未凝縮の気相の水は、凝縮器１４を出て補助凝縮器１５に達し、再び温度の低い冷却用流体と熱交換して、水蒸気のさらなる凝縮が生じることとなる。そして、純水や未凝縮の水蒸気と共に補助凝縮器１５に達したガスは、補助凝縮器１５内及びその後段の管路から減圧排気装置７０へ向い、外部に排出されることとなる。

こうして凝縮器１４及び補助凝縮器１５での凝縮により得られた純水は、補助凝縮器１５を出た後、外部の純水タンク８０に送られる。また、凝縮器１４や補助凝縮器１５で凝縮する純水側からの熱を受け取り昇温した冷却用流体は、凝縮器１４や補助凝縮器１５を出て冷却装置６０入口側へ向かう。

ドレインタンク１８では、導入された新規の水が、蒸発器１２や分離器１３を出た水と混合状態となり、この混合される過程で新規の水は温度を上昇させる。この混合されて温度上昇した新規の水の分を含む混合水がドレインタンク１８を出て、ポンプ１９で加圧された上で加熱器１１へ導かれ、加熱器１１でさらに高い温度まで温められることとなる。このように、蒸発器１２を出た水、分離器１３を出た水、及び水供給源からの新規の水が合流し、加熱器１１に供給される水となることから、一度加熱器１１から出た水の還流した分、加熱器１１に供給する新規の水の量を低減できる。また、蒸発器１２や分離器１３を出た水と新規の水をあらかじめ混合した上で、この混合水をポンプ１９で加圧して加熱器１１に供給することで、各機器内の圧力の維持が容易となり、減圧排気装置７０の負荷を軽減できると共に、蒸発器１２から蒸発しなかった水を、また分離器１３から捕集された液相の水を、それぞれスムーズに排出させ、再度加熱器１１に効率よく導入できることとなる。

この後、加熱器１１入口側にドレインタンク１８を出た水を供給しながら、前記同様に純水の生成に係る各過程が繰返されることとなる。動作の継続に伴い、加熱器１１では供給される水における蒸発器１２や分離器１３を出た水の割合が増え、供給される水の温度が高くなることで、加熱器１１で水を所定温度まで上昇させるにあたり必要とする高温熱源としての温水の量を低減でき、外部のボイラ５０等で用いる燃料の消費も抑えることができる。

このように、本実施形態に係る純水製造装置においては、加熱器１１から補助凝縮器１５までの、蒸発させた水蒸気から純水を得るための一連の各機器と共に、蒸発器１２で蒸発しなかった水や分離器１３で捕集された液相の水を貯留するドレインタンク１８を配設し、ドレインタンク１８で蒸発器１２や分離器１３を出た水と新規の水をあらかじめ混合した上で、この混合した水をポンプ１９で加圧して加熱器１１に供給することから、ドレインタンク１８が圧力の緩衝部となって蒸発器１２や分離器１３等の各機器内の圧力の維持が容易となり、水の蒸発のために減圧状態を生じさせる減圧排気装置７０の負荷を軽減できると共に、圧力を維持するためのバルブ等の配設も必要最小限とすることができ、装置構造を簡略化してコストダウンが図れる。また、新規の水をドレインタンク１８に導入し、このドレインタンク１８で混合された水を加熱器１１に供給することで、蒸発器１２で蒸発しなかった水や分離器１３で捕集された液相の水を加熱器１１で加熱される水の一部として用いることとなり、加熱器１１で発生させた熱を適切に回収でき、加熱器１１に継続して大量の熱を投入せずに済み、エネルギ消費を節減できると共に、加熱器１１へ新規に外部から供給する水量を抑えて水消費量の低減も図れ、純水製造にかかるコストを大きく低減できる。

なお、前記実施形態に係る純水製造装置において、加熱器１１に導入する高温熱源として、ボイラ５０等で得られた高温の水や蒸気を用いる構成としているが、この他、後段の蒸発器で蒸発可能な温水の温度条件により、加熱器で加熱した結果得られる温水の温度が低い温度、例えば５０℃以下でよい場合には、前記高温熱源として、工場排熱や温暖地域の表層海水等を使用する構成とすることもできる。この場合、蒸発器で蒸発させた水蒸気を凝縮器で適切に凝縮させるには、少なくとも高温熱源の温度と凝縮器における冷却用流体の温度との差が５℃以上あればよいことから、前記冷却装置で継続的に冷却される冷却用流体を利用する仕組み以外に、高温熱源が工場排熱の場合には冷却用流体として表層海水等を用いることができ、また、高温熱源が温暖地域の表層海水の場合には冷却用流体として深層海水等を用いることができる。

（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図２に基づいて説明する。本実施形態でも、前記第１の実施形態同様、純粋液体として純水を製造する装置の例について説明する。
前記図２において本実施形態に係る純水製造装置２は、前記第１の実施形態同様、加熱器２１と、蒸発器２２と、分離器２３と、凝縮器２４と、補助凝縮器２５と、ドレインタンク２８と、ポンプ２９とを備える一方、異なる点として、補助凝縮器２５を出た純水を一時貯留する二つの純水タンク２６、２７と、ドレインタンク２８に接続される水供給タンク２８ａとを備える構成を有するものである。

前記純水タンク２６、２７は、補助凝縮器２５における水側流路の後段側に配設され、凝縮器２４及び補助凝縮器２５で凝縮された純水をそれぞれ所定量貯留して、この貯留された水を連続して後段側に送り出せるようにするものである。各純水タンク２６、２７は、補助凝縮器２５に対し二系統に分けた状態で接続、配設される構成であり、こうして二系統の純水タンク２６、２７を設けることで、凝縮された純水を一方の純水タンクに導入して貯留する間、他方の純水タンクは純水の流路から切り離して純水の導入を停止し、既に貯留した純水を後段側に流すことができ、流路の圧力を維持しつつ純水の貯留と後段側への純水の排出を同時に行えることとなる。これらの純水タンク２６、２７から出た純水は、後段側に配設されたポンプ２０により所定の送給圧力で外部の純水タンク８１へ送り出される。

なお、外部の純水タンク８１は、二つの純水タンク２６、２７より大容量となっており、貯留した純水をある程度連続してさらに後段側に供給できるものとなっている。

前記水供給タンク２８ａは、ドレインタンク２８に新規の水を導入する経路の前段側に配設され、新規の水を一時的に貯留すると共に、ドレインタンク２８内で新規の水と蒸発器２２からの温水、及び分離器２３からの液相の水とが混合した混合水の電気伝導率が限界値を超えた場合に、ドレインタンク２８から流出するこの混合水を流入させ、これを新規の水と混合してさらに薄め、電気伝導率を下げた上であらためてドレインタンク２８へ向かわせるものである。

この水供給タンク２８ａとドレインタンク２８との間の水流路には、新規の水に不純物が含まれる場合にこれを除去するフィルタ２８ｂと、通常状態では水供給タンク２８ａ側からドレインタンク２８への水の流入のみ許容する一方、必要に応じて水供給タンク２８ａ側からドレインタンク２８への水の流入を止めると同時に、ドレインタンク２８側から水供給タンク２８ａへの混合水の流入を許容する切替弁２８ｃとが、それぞれ配設される構成である。

なお、製造装置起動直後は、装置各機器を通った水がドレインタンク２８に到達していないため、ドレインタンク２８から水供給タンク２８ａへの混合水の流入もなく、水供給タンク２８ａ内の水は、全て新規の水となっている。この新規の水としては水道水や、連続的に取水されている地下水といった清水の他、海水や工場廃水等を利用することもできる。

前記ドレインタンク２８は、前記第１の実施形態同様、蒸発器２２で蒸発しなかった残りの温水及び分離器２３で取り除かれた液相の水を集めて一時的に貯留すると共に、水供給タンク２８ａから新規の水を導入され、装置内部で新規の水と蒸発器２２からの温水、及び分離器２３からの液相の水とを混合状態として、得られた混合水を加熱器２１に供給する他、異なる点として、ドレインタンク２８内の混合水の電気伝導率が高過ぎる場合には、前記切替弁２８ｃを作動させて混合水を水供給タンク２８ａに向けて流出させるものである。このドレインタンク２８には、混合水の電気伝導率を測定するセンサ２８ｄが配設される。

このドレインタンク２８では、前記第１の実施形態同様、蒸発器２２で蒸発しなかった残りの温水及び分離器２３で取り除かれた液相の水を、水供給源から水供給タンク２８ａを経て導入される温度の低い新規の水と混合することで、一度加熱器２１を経た水の保有する熱を回収し、加熱器２１に新たに供給される水の温度をあらかじめ高めて、加熱器２１における投入熱量の軽減を図っている。

本実施形態に係る純水製造装置２における各機器の配置は、蒸発器２２と分離器２３、凝縮器２４を最も高い位置に配置し、蒸発器２２より下側に加熱器２１及びドレインタンク２８を配置することとなる。また、凝縮器２４より下側に補助凝縮器２５を配置すると共に、補助凝縮器２５より下側に純水タンク２６、２７を配置している。このため、蒸発器２２及び分離器２３からの水のドレインタンク２８への流入、並びに補助凝縮器２５を出た純水の各純水タンク２６、２７への流入は、水の自然流下を利用でき、ポンプ等を使用せずに済むこととなる。

次に、本実施形態に係る純水製造装置の動作について説明する。前提として、前記第１の実施形態同様、水供給源から新規の水として水道水が供給されるものとする。まず、本製造装置が起動した直後は、水供給源から供給された新規の水としての水道水のみが、水供給タンク２８ａを経てドレインタンク２８に導入され、この新規の水がドレインタンク２８を経てポンプ２９で加圧され、加熱器２１に供給される。

加熱器２１ではボイラ５０からの高温熱源としての高温水も供給されていることで、この高温水の熱で供給された水を加熱し、温水を得ることとなる。温水は、加熱器２１を出て、蒸発器２２へ向かう。

温水が蒸発器２２に達すると、減圧された蒸発器２２内で一部の温水がフラッシュ蒸発により水蒸気に変化する。水蒸気は、ドレインタンク２８内の水に含まれるガスと共に蒸発器２２を出て分離器２３に達し、液相の水（ミスト）等を分離器２３で適切に分離された上で、凝縮器２４の一方の流路に導入される。また、蒸発器２２で蒸発せず液相のまま残った水や、分離器で水蒸気から分離された液相の水は、それぞれ各機器から排出され、ドレインタンク２８に向かうこととなる。

凝縮器２４では、前記第１の実施形態同様、水蒸気が冷却用流体と熱交換して凝縮し、不純物をほとんど含まない純水となる。この純水及び未凝縮の水蒸気は、凝縮器２４を出て補助凝縮器２５に達し、再び温度の低い冷却用流体と熱交換して、水蒸気のさらなる凝縮が生じることとなる。そして、純水や未凝縮の水蒸気と共に補助凝縮器２５に達したガスは、補助凝縮器２５内及びその後段の管路から減圧排気装置７０へ向い、外部に排出されることとなる。

こうして凝縮器２４及び補助凝縮器２５での凝縮により得られた純水は、補助凝縮器２５を出て後段側の純水タンク２６、２７にそれぞれ振り分けられて一時的に貯留された後、まとまった所定量の純水としてポンプ２０を経由して外部の純水タンク８１に送られる。また、凝縮器２４や補助凝縮器２５で凝縮する純水側からの熱を受け取り昇温した冷却用流体は、凝縮器２４や補助凝縮器２５を出て冷却装置６０入口側へ向かう。

ドレインタンク２８では、導入された新規の水が、蒸発器２２や分離器２３を出た水と混合状態となり、この混合される過程で新規の水は温度を上昇させる。この混合されて温度上昇した新規の水の分を含む混合水がドレインタンク２８を出て、ポンプ２９で加圧された上で加熱器２１へ導かれ、加熱器２１でさらに高い温度まで温められることとなる。このように、蒸発器２２を出た水、分離器２３を出た水、及び水供給源からの新規の水が合流し、加熱器２１に供給される水となることから、一度加熱器２１から出た水の還流した分、加熱器２１に供給する新規の水の量を低減できる。また、蒸発器２２や分離器２３を出た水と新規の水をあらかじめ混合した上で、この混合水をポンプ２９で加圧して加熱器２１に供給することで、各機器内の圧力の維持が容易となり、減圧排気装置７０の負荷を軽減できると共に、蒸発器２２から蒸発しなかった水を、また分離器２３から捕集された液相の水を、それぞれスムーズに排出させ、再度加熱器２１に効率よく導入できることとなる。

この後、加熱器２１入口側にドレインタンク２８を出た水を供給しながら、前記同様に純水の生成に係る各過程が繰返されることとなる。動作の継続に伴い、加熱器２１では供給される水における蒸発器２２や分離器２３を出た水の割合が増え、供給される水の温度が高くなることで、加熱器２１で水を所定温度まで上昇させるにあたり必要とする高温熱源としての温水の量を低減でき、外部のボイラ５０等で用いる燃料の消費も抑えることができる。

なお、新規な水の水質によっては、装置の動作継続に伴って、ドレインタンク２８内での混合水の電解質成分が濃縮されていき、新規な水の供給によっても電解質濃度が十分に低下せず、混合水の流入する加熱器２１や蒸発器２２等に悪影響を及す危険性が高まる。このため、ドレインタンク２８のセンサ２８ｄで混合水の電気伝導率を測定し、混合水中における電解質成分がある程度増加することで、混合水の電気伝導率があらかじめ設定された上限値を超えた場合には、水供給タンク２８ａとドレインタンク２８との間にある切替弁２８ｃを作動させ、電解質成分の濃い混合水をドレインタンク２８から一部流出させる。この流出の後、流出量を補うように、水供給タンク２８ａからドレインタンク２８に電解質成分のより少ない水が供給されるため、ドレインタンク２８内の混合水中における電解質濃度を問題のない値まで低下させることができる。ドレインタンク２８から流出した一部の混合水は、水供給タンク２８ａに流入して、新規の水と混合され、希釈されることとなり、水を外部に無駄に排出せずに済む。

なお、前記各実施形態においては、純粋液体製造装置で製造する純粋な液体を純水とし、新規の水として導入される水道水や井戸水、海水等を用いて純水を得ているが、これに限らず、純粋液体として、純粋な塩酸や硫酸、アルコール、アセトン、ヘキサン等の液体を、不純物を含んだこれらの液体から製造する装置とすることもできる。

本発明の純粋液体製造装置を純水製造装置として用いた場合における、蒸発器に導入される水の温度と最終的に得られる純水の電気伝導率との関係、及び、ドレインタンク内の水の電気伝導率と最終的に得られる純水の電気伝導率との関係を、それぞれ検証した結果について説明する。

前記第２の実施形態に示した純水製造装置で、蒸発器に導入される水を加熱するボイラからの温水の温度を複数通り変えて、各温度で装置を連続運転した場合に最終的に得られた純水の電気伝導率を測定した。前記純水製造装置でボイラからの温水温度を５５℃、６０℃、６５℃とした各場合における純水の電気伝導率測定値を、表１に示す。

表１より、電気伝導率は、ボイラからの温水の温度が高くなるほど大きくなる、すなわち悪化しており、蒸発器に導入される水の温度が低いほど、最終的に得られる純水の電気伝導率が小さくなることがわかる。上記のボイラからの温水の温度と純水の電気伝導率との関係から、近似曲線を求めて複数の温度における電気伝導率の値をそれぞれ計算すると、表２に示すような関係が得られ、ボイラからの温水の温度が５０℃を下回ると、電気伝導率が１．０［μＳ／ｃｍ］以下になる。

このように、蒸発器に導入される水の温度をなるべく下げる、特に５０℃以下に抑えることで、純水として申し分ない電気伝導率の値となった純水を製造できることがわかる。

次に、前記第２の実施形態に示した純水製造装置で、蒸発器に導入される水を加熱するボイラからの温水の温度を５５℃に固定して装置を連続運転した場合に、ドレインタンク内の水の電気伝導率と、最終的に得られた純水の電気伝導率とを、所定経過時間ごとにそれぞれ測定した。前記純水製造装置の運転時における所定経過時間での、ドレインタンク内の水の電気伝導率と、最終的に得られた純水の電気伝導率の各測定値を表３に示す。

表３より、いずれの電気伝導率も時間の経過と共に大きくなっている。ドレインタンク内の水の電気伝導率が、時間経過と共に大きくなる原因としては、蒸発器における蒸発により水のみが蒸発してドレインタンクに還流しない状態となることで、ドレインタンク内の水に含まれる電解質成分が濃縮されていくことによると考えられる。また、ドレインタンク内の水の電気伝導率と、最終的に得られる純水の電気伝導率との関係を曲線近似して考察すると、ドレインタンク内の水の電気伝導率の値が大きくなると、最終的に得られる純水の電気伝導率の値が指数関数的に大きくなっていくことがわかる。

最終的に得られる純水の電気伝導率の値を小さく、例えば１．０［μＳ／ｃｍ］以下に抑えるためには、ドレインタンク内の水の電気伝導率も小さく抑えておく必要があり、前記第２の実施形態に示した純水製造装置のように、ドレインタンクのセンサで電気伝導率を測定し、このドレインタンク内の水の電気伝導率が上限値、例えば約５００［μＳ／ｃｍ］を超えた場合に、電解質成分の濃い混合水をドレインタンクから一部流出させる一方、水供給タンクからドレインタンクに電解質成分のより少ない水を供給させて、ドレインタンク内の水の電解質濃度を低下させる仕組み、が有効であることは明らかである。

１、２純水製造装置
１１、２１加熱器
１２、２２蒸発器
１３、２３分離器
１４、２４凝縮器
１５、２５補助凝縮器
１８、２８ドレインタンク
１９、２９ポンプ
２０ポンプ
２６、２７純水タンク
２８ａ水供給タンク
２８ｂフィルタ
２８ｃ切替弁
２８ｄセンサ
５０ボイラ
６０冷却装置
７０減圧排気装置
８０、８１純水タンク

Claims

供給された液体を所定の高温熱源との熱交換で加熱して所定温度の液体及び／又は蒸気とする加熱器と、
当該加熱器で得られた液体及び／又は蒸気を供給され、減圧空間で少なくとも前記液体を蒸発させ、蒸気を送り出す蒸発器と、
当該蒸発器から出た蒸気に混じった液体を捕集して取り除く分離器と、
当該分離器を経由した蒸気を所定の冷却用流体と熱交換させて凝縮させ、純粋な液体を得る凝縮器と、
前記蒸発器で蒸発しなかった残りの液体及び前記分離器で取り除かれた液体を集めて一時的に貯留するドレインタンクと、
当該ドレインタンク内の液体を加圧して前記加熱器に供給するポンプとを少なくとも備え、
前記ドレインタンクが、所定の液体供給源から新規に液体を導入され、当該導入された新規の液体と前記蒸発器及び分離器からの液体とを混合状態とした液体が、ドレインタンクからポンプを経て前記加熱器に供給されることを
特徴とする純粋液体製造装置。
前記請求項１に記載の純粋液体製造装置において、
前記凝縮器を出た純粋な液体及び凝縮されずに残った蒸気とを導入され、所定の冷却用流体と熱交換させて気相分を凝縮させ、純粋な液体を後段側に送り出す補助凝縮器を備えることを
特徴とする純粋液体製造装置。