JP5555168B2 - 多段蒸発濃縮・凝縮装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発濃縮／凝縮技術を応用し、例えば、海水や雨水などの原液から淡水を生産したり、食品やその他の工業生産過程において対象原液を蒸発濃縮すると共に蒸発した蒸気を凝縮する場合に好適な多段蒸発濃縮・凝縮装置および方法に関する。

蒸発濃縮／凝縮技術は、工業や農業分野は勿論、最近の温暖化伴う水不足対策、特に淡水化技術として重要となる。例えば、海水を淡水化する方法には、逆浸透膜法（例えば、特開２００６−１２２７８７）と蒸発法（例えば、特許文献１）がよく知られている。このうち、蒸発法は、蒸発濃縮／凝縮技術を利用したもので、特許文献１に例示されるごとく、装置底部を流れる原液（海水）が減圧フラッシュされて水蒸気を発生させる蒸発室と、その蒸発室の上方に複数の凝縮伝熱管が配置され、同伝熱管を上から臨むように原液散布装置を設けた凝縮器とからなる。そして、複数の凝縮伝熱管の内側に上記水蒸気が通されて、同伝熱管外面を流下する原液（海水）で水蒸気が冷却凝縮され、淡水となる。

特開２００７−９８３５０号公報

しかしながら、逆浸透膜法は、加圧に多大な電力を消費し維持経費がかさばるという問題がある。これに対し、従来の蒸発法では、原液（海水）を高温で加熱して蒸発したり、蒸発効率を高めるため減圧したりと大量のエネルギーを必要とし、エネルギー資源に乏しい国や地域では採用が困難となる。また、従来の蒸発法では、生産量を上げるため主要部である蒸発室や凝縮器を多段に設けるようにしているが、主要部が水平方向に配置され設置面積が広く必要となる。

本発明は、以上のような課題を解決するものであり、気化効率および凝縮効率を向上したり、省エネルギー化、メンテナンス性、設置面積の点で改善し易い多段蒸発濃縮・凝縮装置および方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の多段蒸発濃縮・凝縮装置は、原液を加熱し、蒸発室で溶媒の一部を気化して濃縮液に処理すると共に、前記気化した蒸気を凝縮室に導いて凝縮液に処理する蒸発濃縮・凝縮装置において、前記蒸発室の複数を上下に積層している蒸発処理部、および前記蒸発処理部と対向して設けられて前記各蒸発室とそれぞれ所定寸法ずらして前記凝縮室の複数を上下に積層している凝縮処理部、並びに隣接している前記蒸発室と前記凝縮室とを連通するよう設けられたデミスターとからなり、前記蒸発室のうち最上段の蒸発室、その隣の凝縮室、下段の蒸発室、その隣の凝縮室というように、一方
向の気体流を前記デミスターを介して前記最上段の蒸発室から前記凝縮室のうち最下段の凝縮室まで循環させる気流形成手段と、前記原液と前記凝縮室に溜まる凝縮液との間で熱交換を行って前記原液を加熱し、前記凝縮液を冷却する液液熱交換器と、前記原液又は前記濃縮液を液滴又は噴霧状にして、前記気流形成手段にて形成される気体と気液接触させて前記蒸発室での気化を促進する噴霧手段と、前記凝縮液を液滴又は噴霧状にして、前記気流形成手段にて形成される気体と気液接触させて前記凝縮室での凝縮を促進する噴霧手段とを備えていることを特徴としている。

以上の本発明において、図１〜図３に例示されるごとく、蒸発処理部は複数の蒸発室を上下に配置している。凝縮処理部は、蒸発処理部と対向して設けられて各蒸発室とそれぞれ所定寸法ずらして複数の凝縮室を上下に配置している。デミスターは、液体と気体を分離して気体流中の気体を専ら通過させるものであればよい。気流形成手段は、空気等の気体を気体流として所定流量および流速で圧送するとともに、最上段の蒸発室と最下段の凝縮室とを接続している接続管などを介して気体を一方向へ循環式に移送する。

以上の本発明は請求項２〜５のように具体化されることがより好ましい。
即ち、（ア）前記噴霧手段は、前記最上段の蒸発室に設けられて加熱した前記原液を噴霧する第１噴霧手段と、前記最上段以外の蒸発室に設けられて上段の蒸発室に溜まる濃縮液を下段の蒸発室で噴霧する第２噴霧手段と、前記各凝縮室に設けられて対応凝縮室に溜まる凝縮液を対応凝縮室で噴霧する第３噴霧手段とを有している構成である（請求項２）。なお、各噴霧手段は、蒸発・凝縮効率をより向上するため、噴霧方向が気流形成手段により形成される空気等の気体流の流れ方向とできるだけ交わる、つまり交流するように設置することが好ましい。
（イ）前記噴霧手段は、スプレーノズルである（請求項３）、又は、供給される液をモータによる回転力で液滴又は噴霧状にする回転翼である（請求項４）。
（ウ）前記蒸発処理部および前記凝縮処理部が略円筒形の内部を縦方向の仕切壁を介して分割した状態で対向配置されていると共に、前記デミスターが前記仕切壁に取り付けられている構成である（請求項５）。
（エ）前記蒸発処理部および前記凝縮処理部が角槽ないしは角筒形の内部を縦方向の仕切壁を介して分割した状態で対向配置されていると共に、前記デミスターが前記仕切壁に取り付けられている構成である（請求項６）。

また、上記目的を達成するために、本発明の多段蒸発濃縮・凝縮方法は、原液を加熱し、蒸発室で溶媒の一部を気化して濃縮液に処理するとともに、前記気化した蒸気を凝縮室に導いて凝縮液に処理する蒸発濃縮・凝縮方法において、請求項１から６の何れかに記載の多段蒸発濃縮・凝縮装置を使用して、加熱した前記原液を、前記最上段の蒸発室に噴霧すると同時に、前記気流形成手段より形成される気体流に接触させ、一部をその気体流に同伴させて前記最上段の蒸発室から前記デミスターを介して隣接している前記凝縮室、更にその凝縮室から前記デミスターを介して下段の前記蒸発室というように、前記最下段の凝縮室まで一方向へ流出させながら、前記最上段を除く下段の各蒸発室で対応蒸発室に溜まる前記濃縮液を噴霧して蒸発させ、前記各凝縮室で対応凝縮室に溜まる凝縮液を噴霧して冷却凝縮させることを特徴としている。

請求項１の発明では、蒸発処理部を構成している各蒸発室と凝縮処理部を構成している各凝縮室とがそれぞれ縦配置、かつ所定寸法ずらした状態で、気体流形成手段により空気等の気体流を最上段の蒸発室、その隣の凝縮室、下段の蒸発室、その隣の凝縮室というように対応デミスターを介して一方向へ圧送するため、各蒸発室側で液滴又は噴射される原液や濃縮液をその気体流の気体と気液接触させて気化効率を向上したり、凝縮室側で液滴又は噴射される凝縮液をその気体流の気体と気液接触させて凝縮効率を向上できる。また、特許文献１の構造に比べてメンテナンス性および設置面積の点で有利となり、液液熱交換器により原液と各凝縮室に溜まる凝縮液との間で熱交換を行って原液を加熱し凝縮液を冷却するため省エネルギー化からも優れている。しかも、従来のごとく減圧しないため制御を簡易化したり稼動経費を低減できる。

請求項２の発明では、第１噴射手段により加熱された原液を最上段の蒸発室で噴射し、第２噴霧手段により上段側蒸発室に溜まる濃縮液を下段側蒸発室で噴射し、第３噴霧手段により凝縮室に溜まる凝縮液を対応凝縮室で噴射して、原液、濃縮液、凝縮液を前記気体流の気体とそれぞれ効率よく気液接触可能にする。

請求項３と４の発明では、蒸発室および凝縮室に設けられる噴射手段として公知のものから選択可能にすることで設計自由度を得られるようにする。

請求項５の発明では、蒸発処理部および凝縮処理部が略円筒形の内部に仕切壁を介して分割した状態で設けられると、上記した気体流形成手段からの気体流を各室に順に送り易くなる。これに対し、請求項６の発明では、蒸発処理部および凝縮処理部が角槽ないしは角筒形の内部に仕切壁を介して分割した状態で設けられると、図１と図４の比較から明らかなように蒸発室および凝縮室の各室内容積、つまり液と気体とを接触するための室内空間を大きく確保し易くなる。

請求項７の発明では、原液を加熱し、蒸発室で溶媒の一部を気化して濃縮液に処理するとともに、前記気化した蒸気を凝縮室に導いて凝縮液に処理する蒸発濃縮・凝縮方法として、請求項１〜６の多段蒸発濃縮・凝縮装置の利点を具備でき、それにより熱効率およびメンテナンス性等に優れたものとして適用分野の拡大が図られる。

第１形態の多段蒸発濃縮・凝縮装置を示し、（ａ）はその模式上面図、（ｂ）は模式縦断面図である。 第２形態の多段蒸発濃縮・凝縮装置を示し、（ａ）はその模式上面図、（ｂ）は模式縦断面図である。 第３形態の多段蒸発濃縮・凝縮装置を示す模式縦断面図である。 実施例に用いた多段蒸発濃縮・凝縮装置を示す模式縦断面図である。

以下、本発明に係る多段蒸発濃縮・凝縮装置および方法として、図１に示した形態例の装置構造、それを用いた蒸発濃縮・凝縮方法、図２の変形例１、図３の変形例２、実施例の順に詳述する。変形例１と２では、形態例と同一部材および部位に同じ符号を付して重複した説明を極力省く。また、蒸発濃縮・凝縮方法の説明では、原液が海水で該海水から淡水を製造する場合の例で述べる。

（装置構造）図１に示した多段蒸発濃縮・凝縮装置は、主要部が複数の蒸発室１０〜１３を上下に積層している蒸発処理部１と、複数の凝縮室２０〜２２を上下に積層している凝縮処理部２と、前記蒸発室１０〜１２および凝縮室２０〜２２のうち、隣り合う蒸発室と凝縮室とを連通するよう設けられたデミスター３とからなり、空気等の気体を最上段の蒸発室からその隣の凝縮室、下段の蒸発室、その隣の凝縮室というように送る気体形成手段であるブロアー４と、原液である海水ａと各凝縮室２０〜２２に溜まる凝縮液２０ａ〜２２ａとの間で熱交換を行って海水ａを加熱し、凝縮液２０ａ〜２２ａを冷却する液液熱交換器５と、原液である海水ａ、濃縮液１０ａ〜１２ａ、凝縮液２０ａ〜２２ａを液滴又は噴霧状にする噴霧手段６ａ〜６ｃとを備えている。

ここで、蒸発処理部１および凝縮処理部２は、略円筒形状の塔７の内空間を縦方向の仕切壁８を介して分割した状態で対向配置されている。また、蒸発処理部１は、塔７の対応内周面と仕切壁８との間に複数（この例では２枚）の底壁９ａを間隔を保って平行に設けることで蒸発室１０〜１２を上下に積層した状態に形成している。最下段の蒸発室１２に溜まる濃縮液１２ａは、最も濃縮された液（濃厚塩水）として排出可能となっている。凝縮処理部２は、塔７の対応内周面と仕切壁８との間に複数（この例では２枚）の底壁９ｂを間隔を保って平行に設けることで凝縮室２０〜２２を上下に積層した状態に形成している。この場合、各蒸発室１０〜１２と各凝縮室２０〜２２とはそれぞれ所定寸法上下にずらされている。このずれ寸法は、図１のごとく最上段の蒸発室１０と最上段の凝縮室２０との間、その下段（中段）の蒸発室１１と最上段の凝縮室２０との間およびその下段（中段）の凝縮室２１との間、最下段の蒸発室１３と中段の凝縮室２１との間およびその最下段の凝縮室２２との間を所定大のデミスター３を介して連通可能にする値である。

すなわち、各デミスター３は、仕切壁８のうち、最上段の蒸発室１０と最上段の凝縮室２０とを仕切っている仕切部分、中段の蒸発室１１と最上段の凝縮室２０とを仕切っている仕切部分、中段の蒸発室１１と中段の凝縮室２１とを仕切っている仕切部分、最下段の蒸発室１３と中段の凝縮室２１とを仕切っている仕切部分、最下段の蒸発室１３と最下段の凝縮室２２とを仕切っている仕切部分にそれぞれ取り付けられている。このため、この多段蒸発濃縮・凝縮装置では、最上段の蒸発室１０から最下段の凝縮室２２までが最上段の蒸発室１０、その隣の凝縮室２０、中段の蒸発室１１、その隣の凝縮室２１というように各デミスター３を介して連通可能になっている。

なお、以上の仕切壁８は、図１のごとく塔７内を蒸発処理部ないしは蒸発室側と凝縮処理部ないしは凝縮室側とに等分つまり円を半分に仕切る設計であるが、これに限られず蒸発処理部ないしは蒸発室側を凝縮処理部ないしは凝縮室側より大きくしたり、逆に凝縮処理部ないしは凝縮室側を蒸発処理部ないしは蒸発室側より大きくなるよう設けてもよい。勿論、装置構造としては、例えば、図４のごとく角槽ないしは角筒形状の塔７Ａ内を分割、つまり塔７Ａ内を仕切壁８を介して矩形状の蒸発処理部１ないしは蒸発室側と矩形状の凝縮処理部２ないしは凝縮室側とに仕切ってもよい。つまり、図４の装置構造は、作図上、符号を一部省いたが、塔７Ａの形状および原液加熱部Ｈを除いて図１のものと同じである。また、上記各デミスター３は、公知のミストセパレーターを用いることができ、メッシュ型ミストセパレーター、波板型ミストセパレーター、ファイバーベット型ミストセパレーターのいずれでもよい。各デミスター３の大きさは、全て同じ大きさや形状にする以外に、上段側と下段側で大きさや形状を変えるようにしてもよい。

最上段の蒸発室１０には気体導入用の入口１ａが所定高さ位置に設けられている。最下段の凝縮室２２には気体排出用の出口２ａが所定高さ位置に設けられている。入口１ａと出口２ａとは図示を省略した接続管により連通されている。その接続管には、気体形成手段であるブロアー４が介在されており、そのブロアー４から気体が入口１ａ側へ向けて圧送される。ブロアー４としては、空気等の気体を所定流量および流速で供給可能なものであればよい。なお、この構成では、ブロアー４が気体流を一方向へ流すため単一のブロアーでよく、また塔７の外部に配置されるため劣化し難くなるという利点がある。しかも、ブロアー４が単一であると流量および流速制御も簡単となる。

凝縮処理部２側において、最上段の凝縮室２０と中段の凝縮室２１とは、凝縮室２０の底壁９ｂに設けられた流出部９ｃを介して連通されている。中段の凝縮室２１と最下段の凝縮室２２とは、凝縮室２１の底壁９ｂに設けられた流出部９ｃを介して連通されている。各流出部９ｃは、オーバーフロー用排水筒であり、当該凝縮室に溜まる凝縮液が所定高さになったときに凝縮液を下段の凝縮室側へオーバーフローにより排出可能にする。

上記噴霧手段６は、最上段の蒸発室１０に設けられて外部の原液加熱部Ｈから配管ｂ１を介して送られてくる加熱された海水ａを噴霧する第１噴霧手段６ａと、最上段以外の蒸発室１１や１２に設けられて最上段の蒸発室１０からポンプＰおよび配管ｂ２を介して送られてくる濃縮液１０ａ、或いは中段の蒸発室１１からポンプＰおよび配管ｂ２を介して送られてくる濃縮液１０ｂを噴霧する第２噴霧手段６ｂと、各凝縮室２０〜２２に設けられて対応凝縮室からポンプＰおよび配管ｂ３を介して送られてくる対応凝縮室の凝縮液２０ａ，２１ａ，２２ａを噴射する第３噴霧手段６ｃとを有している。各噴霧手段６ａ〜６ｃは、対象液を液滴又は噴霧状に噴射するスプレーノズルが使用されており、該スプレーノズルによる安定的なミスト化が可能となる。この場合、スプレーノズルとしては、全面シャワーでかつ目詰まりを生じさせにくい構造のもの、例えば商品名「ノズレス」と称されているノズルタイプが好ましい。なお、ノズル構成としては、蒸発室側ノズルは閉塞可能性が高いため目詰まりしにくいタイプが好ましいが、凝縮室側ノズルは閉塞可能性が低いため蒸発室より粒子が細かくなるノズルタイプが好ましい。ノズル設置位置としては、噴霧液と気体流が十分接触する位置であればよく、気体流方向に対してノズル噴霧方向が並流、向流、交流を問わない。

原液の海水ａは、原液加熱部ＨにポンプＰおよび配管ｂを介して供給される。液液熱交換器５は、その配管ｂの対応部と、凝縮室２０内の第３噴射手段６ｃとその凝縮室２０内の下側とを接続している配管ｂ３、凝縮室２１内の第３噴射手段６ｃとその凝縮室２１内の下側とを接続している配管ｂ３、凝縮室２２内の第３噴射手段６ｃとその凝縮室２２内の下側とを接続している配管ｂ３との間にそれぞれ介在されている。すなわち、この構造では、凝縮室２０に溜まる凝縮液２０ａ、凝縮室２１に溜まる凝縮液２１ａ、凝縮室２２に溜まる凝縮液２２ａの順に液温が次第に低くなる。海水ａは、ポンプＰおよび配管ｂを介して原液加熱部Ｈへ供給される過程で、最も液温の低い最下段の凝縮室２２に溜まる凝縮液２２ａとの間で液液熱交換器５を介して暖められ、次に先の液温よりやや高い中段の凝縮室２１に溜まる凝縮液２１ａとの間で液液熱交換器５を介して暖められ、最後に最も液温の高い最上段の凝縮室２０に溜まる凝縮液２０ａとの間で液液熱交換器５を介して暖められるため、効率よく加熱される。なお、原液加熱部Ｈは、太陽熱を利用して海水ａを所定温度（例えば、約９０℃）まで加熱する例であるが、太陽熱以外でもよい。例えば、下記実施例のごとくヒーターを用いて原液を加熱する構成である。省エネの点からは、工場から排出される１２０〜１５０℃程度の低温排熱を利用して原液を加熱する構成である。また、最下段の凝縮室２２に溜まる凝縮液２２ａは、噴射手段６ｃに接続されている配管ｂ３の一部から製品（淡水）として排出可能となっている。

（蒸発濃縮・凝縮方法）以上の蒸発濃縮・凝縮装置は、海水ａを加熱し、蒸発室で溶媒の一部を気化して濃縮液に処理するとともに、前記気化した蒸気を凝縮室に導いて凝縮液に処理する蒸発濃縮・凝縮方法に好適なものである。すなわち、その蒸発濃縮・凝縮方法としては、海水ａがポンプＰおよび配管ｂを介して原液加熱部Ｈへ供給される。この場合、海水ａは、上記したように原液加熱部Ｈへ供給される過程で、各凝縮室２０〜２２に対応して塔７の外部に設けられた複数の液液熱交換器５を介して凝縮室２２の凝縮液２０ａ、凝縮室２１の凝縮液２１ａ、凝縮室２２の凝縮液２２ａにより所定温度まで加熱される。

原液加熱部Ｈで所定温度まで加熱された海水ａは、配管ｂ１から送られて最上段の蒸発室１０内に設けられた第１噴射手段６ａから噴射される。その際、ブロアー４が予め駆動される。そして、生成される気体流は、最上段の蒸発室１０からデミスター３を介して隣接している最上段の凝縮室２０、その凝縮室２０からデミスター３を介して中段の蒸発室１１、その蒸発室１１からデミスター３を介して中段の凝縮室２１、更にその凝縮室２１からデミスター３を介して最下段の蒸発室１２、その蒸発室１２からデミスター３を介して最下段の凝縮室２２、更に上記した出口２ａと入口１ａとを接続している接続管などを介して一方向へ圧送され循環される。

前記加熱された海水ａは、第１噴射手段６ａから液適又は噴霧状に噴射されると、前記気体流の気体と気液接触されて、一部が溶媒である水の一部を気化しながら、残りが蒸発室１０の下側に濃縮液１０ａとして溜められる。前記気化した蒸気は、前記気体流に同伴されて最上段の蒸発室１０からデミスター３を介して隣接している最上段の凝縮室２０、その凝縮室２０からデミスター３を介して中段の蒸発室１１、その蒸発室１１からデミスター３を介して中段の凝縮室２１、更にその凝縮室２１からデミスター３を介して最下段の蒸発室１２、その蒸発室１２からデミスター３を介して最下段の凝縮室２２というように一方向へ流出される。そして、中段の蒸発室１１でその上段の蒸発室１０に溜まる濃縮液１０ａが第２噴射手段６ｂから液適又は噴霧状に噴射されると、前記気体流の気体と気液接触されて、一部が溶媒である水の一部を気化しながら、残りが蒸発室１１の下側に濃縮液１１ａとして溜められる。最下段の蒸発室１２で中段の蒸発室１１に溜まる濃縮液１１ａが第２噴射手段６ｂから液適又は噴霧状に噴射されると、前記気体流の気体と気液接触されて、一部が溶媒である水の一部を気化しながら、残りが蒸発室１２の下側に濃縮液１２ａとして溜められる。同時に、各凝縮室２０，２１，２２では対応凝縮室に溜まる凝縮液２０ａ，２１ａ，２２ａを前記した第３噴射手段６ｃから液適又は噴霧状に噴射されると、前記気体流の気体と気液接触されて、一部が溶媒である水の一部を気化しながら、残りが各凝縮室２０，２１，２２の下側に凝縮液２０ａ，２１ａ，２２ａとして溜められる。この場合、最下段の凝縮室２２に溜まる凝縮液２２ａが最も純度の高い淡水となっている。

（変形例１）図２に示した多段蒸発濃縮・凝縮装置は、図１の第１噴射手段６ａおよび第２噴射手段６ｂ、それの関連部（配管ｂ２およびポンプＰ）を変更した一例である。すなわち、この噴射手段６０は、モータＭにより回転されて供給される加熱された海水ａや濃縮液１０ａ，１１ａを遠心力で液滴又は噴霧状にする回転翼６１ａ，６１ｂから構成されている。

詳述すると、変形例１において、まず、最上段の蒸発室１０と中段の蒸発室１１とは、蒸発室１０の底壁９ａに設けられた流出部９ｄを介して連通されている。中段の蒸発室１１と最下段の蒸発室１２とは、蒸発室１１の底壁９ａに設けられた流出部９ｄを介して連通されている。各流出部９ｄは、同軸線上に設けられたオーバーフロー用排水筒であり、当該蒸発室に溜まる濃縮液が所定高さになったときに濃縮液を下段の蒸発室側へオーバーフローにより排出可能にする。

そして、前記モータＭは、塔７の上壁のうち、流出部９ｄの真上に設置されて、出力部に接続されたシャフト６２を回動する。シャフト６２は、蒸発室１０の流出部９ｄから蒸発室１１の流出部９ｄを通って最下段の蒸発室１２まで挿通されている。シャフト６２の軸周りには、原液加熱部Ｈより配管ｂ１を介して送られてくる加熱された海水ａを液適又は噴霧状にする蒸発室１０内の回転翼６１ａと、蒸発室１０の流出部９ｄから排出される濃縮液１０ａを液適又は噴霧状にする蒸発室１１内の回転翼６１ｂと、蒸発室１１の流出部９ｄから排出される濃縮液１１ａを液適又は噴霧状にする蒸発室１２内の回転翼６１ｂとが装着されている。このような構成では、回転翼６１ａ，６１ｂの回転数をモータＭを介して制御することにより、最適なミスト化が可能となる。なお、以上の回転翼は、液を遠心力でミスト化できればよく翼形状や翼形態等は任意である。

（変形例２）図３に示した多段蒸発濃縮・凝縮装置は、図１の蒸発処理部１を構成している蒸発室および凝縮処理部２を構成している凝縮室の数を増やし、また、変形例１と同様な考え方で第１噴射手段６ａおよび第２噴射手段６ｂ並びに第３噴射手段６ｃ、それの関連部（配管ｂ２およびポンプＰ）を変更した一例である。

すなわち、この蒸発処理部１は、塔７の対応内周面と仕切壁８との間に複数（この例では３枚）の底壁９ａを間隔を保って平行に設けることで蒸発室１０〜１３を上下に積層した状態に形成している。最下段の蒸発室１３に溜まる濃縮液１３ａは、最も濃縮された液（濃厚塩水）として排出可能となっている。凝縮処理部２は、塔７の対応内周面と仕切壁８との間に複数（この例では３枚）の底壁９ｂを間隔を保って平行に設けることで凝縮室２０〜２３を上下に積層した状態に形成している。この場合も、各蒸発室１０〜１３と各凝縮室２０〜２３とはそれぞれ所定寸法上下にずらされている。

また、噴射手段６０Ａは、モータＭにより回転されて供給される加熱された海水ａや濃縮液１０ａ，１１ａ，１２ａを遠心力で液滴又は噴霧状にする回転翼６１ａ，６１ｂから構成されている。噴射手段６０Ｂは、モータＭにより回転されて供給される凝縮液２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａを遠心力で液滴又は噴霧状にする回転翼６１ｃから構成されている。

詳述すると、図３において、まず、最上段の蒸発室１０と３段目の蒸発室１１とは、蒸発室１０の底壁９ａに設けられた流出部９ｄを介して連通されている。３段目の蒸発室１１と２段目の蒸発室１２とは、蒸発室１１の底壁９ａに設けられた流出部９ｄを介して連通されている。２段目の蒸発室１２と最下段の蒸発室１３とは、蒸発室１２の底壁９ａに設けられた流出部９ｄを介して連通されている。各流出部９ｄは、同軸線上に設けられたオーバーフロー用排水筒であり、当該蒸発室に溜まる濃縮液が所定高さになったときに濃縮液を真下の蒸発室側へオーバーフローにより排出可能にする。また、前記モータＭは、塔７の上壁のうち、流出部９ｄの真上に設置されて、出力部に接続されたシャフト６２を回動する。シャフト６２は、蒸発室１０の流出部９ｄから蒸発室１２の流出部９ｄを通って最下段の蒸発室１３まで挿通されている。シャフト６２の軸周りには、原液加熱部Ｈより配管ｂ１を介して送られてくる加熱された海水ａを液適又は噴霧状にする蒸発室１０内の回転翼６１ａと、蒸発室１０の流出部９ｄから排出される濃縮液１０ａを液適又は噴霧状にする蒸発室１１内の回転翼６１ｂと、蒸発室１１の流出部９ｄから排出される濃縮液１１ａを液適又は噴霧状にする蒸発室１２内の回転翼６１ｂと、更に蒸発室１２の流出部９ｄから排出される濃縮液１２ａを液適又は噴霧状にする蒸発室１３内の回転翼６１ｂとが装着されている。

また、最上段の凝縮室２０と３段目の凝縮室２１とは、凝縮室２０の底壁９ｂに設けられた流出部９ｅを介して連通されている。３段目の凝縮室２１と２段目の凝縮室２２とは、凝縮室２１の底壁９ｂに設けられた流出部９ｅを介して連通されている。２段目の凝縮室２２と最下段の凝縮室２３とは、凝縮室２２の底壁９ｅに設けられた流出部９ｅを介して連通されている。各流出部９ｅは、同軸線上に設けられたオーバーフロー用排水筒であり、当該凝縮室に溜まる凝縮液が所定高さになったときに凝縮液を真下の凝縮室側へオーバーフローにより排出可能にする。また、前記モータＭは、塔７の上壁のうち、流出部９ｅの真上に設置されて、出力部に接続されたシャフト６２を回動する。シャフト６２は、凝縮室２０の流出部９ｅから凝縮室２２の流出部９ｅを通って最下段の凝縮室２３まで挿通されている。シャフト６２の軸周りには、ポンプＰおよび配管ｂ３を介して送られてくる凝縮液２０ａを液適又は噴霧状にする凝縮室２０内の回転翼６１ｃと、ポンプＰおよび配管ｂ３を介して送られてくる凝縮液２１ａを液適又は噴霧状にする凝縮室２１内の回転翼６１ｃと、ポンプＰおよび配管ｂ３を介して送られてくる凝縮液２２ａを液適又は噴霧状にする凝縮室２２内の回転翼６１ｃと、ポンプＰおよび配管ｂ３を介して送られてくる凝縮液２３ａを液適又は噴霧状にする凝縮室２３内の回転翼６１ｃとが装着されている。また図示しないが、蒸発室や凝縮室内に充填物を備えることも可能である。

次に、以上の多段蒸発濃縮・凝縮装置の有用性を実施例により明らかにする。この実施例は、原液を加熱し、蒸発室で溶媒の一部を気化して濃縮液に処理するとともに、前記気化した蒸気を凝縮室に導いて凝縮液に処理する蒸発濃縮・凝縮方法として、図４の多段蒸発濃縮・凝縮装置を用いて行った例である。なお、この実施例において、原液としては、目視により判断容易となるよう海水の疑似水として、水道水に市販品の墨汁を入れ、墨汁濃度が０．１ｗｔ％の黒色水を作り、それを使用した。なお、該黒色水は貯槽に入れ温度１７℃に保った。

ここで、図４の多段蒸発濃縮・凝縮装置において、塔７Ａは耐熱塩ビ製で縦１ｍ、横１ｍ、高さ２ｍの大きさの角槽である。
（ア）原液加熱部Ｈは、トバデン製の３０ｋＷ電気ヒーターを使用した。
（イ）各ポンプＰは、荻原製の０．１５ｋＷ渦巻きポンプを使用した。
（ウ）ブロアー４は、武藤電機製の２．２ｋＷ遠心ブロアーを使用した。
（エ）スプレーノズル（噴霧手段）６ａ〜６ｃは、目詰まりしにくいタイプとして、いけうち製ＡＪＰシリーズを使用した。
（オ）熱交換器５は、日坂製作所製プレート式熱交換器を使用した（伝熱面積２ｍ^２）。

操作では、まず、上記貯槽内の黒色水を図４の最下段のポンプＰにより流量１５Ｌ／ｍｉｎとなるよう供給し、ヒーターにより加熱し、８９℃の黒色水として供給して蒸発室１０のノズル６ａから噴霧すると同時に、ブロアー４より空気流を循環させた。この場合、循環空気はブロアー４にて２８８ｋｇ／日となるよう設定した。そして、黒色水がノズル６ａから噴霧されると、ブロアー４から吐出される空気流に接触され、一部がその空気流に同伴させて最上段の蒸発室１０からデミスター３を介して隣接している凝縮室２０、該凝縮室２０からデミスター３を介してその下段の蒸発室１１、該蒸発室１１からデミスター３を介して隣接している凝縮室２１、該凝縮室２１からデミスター３を介して最下段の蒸発室１２、該蒸発室１２からデミスター３を介して最下段の凝縮室２２まで一方向へ流出される。この過程では、各蒸発室１１，１２のノズル６ｂがひとつ上の蒸発室１０，１１に溜まる濃縮液１０ａ，１１ａを噴霧して蒸発され、かつ、凝縮室２０〜２２で各ノズル６ｃが該凝縮室２０〜２２に溜まる凝縮液を噴霧して冷却凝縮される。以上の操作において、中段の蒸発室１１のノズル６ｂには上段の蒸発室１０の濃縮液１０ａを供給量１６．５Ｌ／ｍｉｎとなるよう供給制御し、中段の凝縮室２１のノズル６ｃには、該凝縮室２１の凝縮液２０ａを供給量１６．５Ｌ／ｍｉｎとなるよう供給制御した。

そして、以上の蒸発濃縮・凝縮方法では、各室の温度として、蒸発室１１が５６℃、蒸発室１２が４６℃、凝縮室２０が６５℃、凝縮室２１が５７℃、でそれぞれ安定した。また、凝縮水（淡水）としては１０２８Ｌ／日となる量が採れた。この量は供給した水に対して５％の収率であった。また、その凝縮水は、原液に使用した水道水と比較して、目視では違いがわからない程の透明度であり、かつ墨汁臭もなかった。

以上のように、本発明は請求項で特定される構成を実質的に備えておればよく、細部は形態例や変形例を参考にして更に変更可能なものである。

１・・・蒸発処理部（１ａは入口、９ａは底壁、１０〜１３は蒸発室）
２・・・凝縮処理部（２ａは出口、９ｂは底壁、２０〜２３は凝縮室）
３・・・デミスター
４・・・ブロアー（気体形成手段）
５・・・液液熱交換器
６・・・噴射手段（６ａ〜６ｃは第１〜第３噴射手段）
９ｃ〜９ｅ・・・流出部
１０ａ〜１３ａ・・・濃縮液
２０ａ〜２３ａ・・・凝縮液
ｂ１〜ｂ３・・・配管
６０，６０Ａ，６０Ｂ・・・噴射手段（６１ａ〜６１ｃは回転翼）
Ｈ・・・原液加熱部

Claims (7)

1. 原液を加熱し、蒸発室で溶媒の一部を気化して濃縮液に処理すると共に、前記気化した蒸気を凝縮室に導いて凝縮液に処理する蒸発濃縮・凝縮装置において、
   前記蒸発室の複数を上下に積層している蒸発処理部、および前記蒸発処理部と対向して設けられて前記各蒸発室とそれぞれ所定寸法ずらして前記凝縮室の複数を上下に積層している凝縮処理部、並びに隣接している前記蒸発室と前記凝縮室とを連通するよう設けられたデミスターとからなり、
   前記蒸発室のうち最上段の蒸発室、その隣の凝縮室、下段の蒸発室、その隣の凝縮室というように、一方向の気体流を前記デミスターを介して前記最上段の蒸発室から前記凝縮室のうち最下段の凝縮室まで循環させる気流形成手段と、
   前記原液と前記凝縮室に溜まる凝縮液との間で熱交換を行って前記原液を加熱し、前記凝縮液を冷却する液液熱交換器と、
   前記原液又は前記濃縮液を液滴又は噴霧状にして、前記気流形成手段にて形成される気体と気液接触させて前記蒸発室での気化を促進する噴霧手段と、
   前記凝縮液を液滴又は噴霧状にして、前記気流形成手段にて形成される気体と気液接触させて前記凝縮室での凝縮を促進する噴霧手段とを備えていることを特徴とする多段蒸発濃縮・凝縮装置。
2. 前記噴霧手段は、前記最上段の蒸発室に設けられて加熱した前記原液を噴霧する第１噴霧手段と、前記最上段以外の蒸発室に設けられて上段の蒸発室に溜まる濃縮液を下段の蒸発室で噴霧する第２噴霧手段と、前記各凝縮室に設けられて対応凝縮室に溜まる凝縮液を対応凝縮室で噴霧する第３噴霧手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の多段蒸発濃縮・凝縮装置。
3. 前記噴霧手段は、スプレーノズルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の多段蒸発濃縮・凝縮装置。
4. 前記噴霧手段は、供給される液をモータによる回転力で液滴又は噴霧状にする回転翼であることを特徴とする請求項１又は２に記載の多段蒸発濃縮・凝縮装置。
5. 前記蒸発処理部および前記凝縮処理部が略円筒形の内部を縦方向の仕切壁を介して分割した状態で対向配置されていると共に、前記デミスターが前記仕切壁に取り付けられていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の多段蒸発濃縮・凝縮装置。
6. 前記蒸発処理部および前記凝縮処理部が角槽ないしは角筒形の内部を縦方向の仕切壁を介して分割した状態で対向配置されていると共に、前記デミスターが前記仕切壁に取り付けられていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の多段蒸発濃縮・凝縮装置。
7. 原液を加熱し、蒸発室で溶媒の一部を気化して濃縮液に処理するとともに、前記気化した蒸気を凝縮室に導いて凝縮液に処理する蒸発濃縮・凝縮方法において、
   請求項１から６の何れかに記載の多段蒸発濃縮・凝縮装置を使用して、
   加熱した前記原液を、前記最上段の蒸発室に噴霧すると同時に、前記気流形成手段より形成される気体流に接触させ、一部をその気体流に同伴させて前記最上段の蒸発室から前記デミスターを介して隣接している前記凝縮室、更にその凝縮室から前記デミスターを介して下段の前記蒸発室というように、前記最下段の凝縮室まで一方向へ流出させながら、前記最上段を除く下段の各蒸発室で対応蒸発室に溜まる前記濃縮液を噴霧して蒸発させ、前記各凝縮室で対応凝縮室に溜まる凝縮液を噴霧して冷却凝縮させることを特徴とする多段蒸発濃縮・凝縮方法。

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