JP5708927B2 - 海水の淡水化システム - Google Patents

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Description

本発明は、海水を淡水化するための淡水化システムに関するものである。
海水を淡水化する方法としては、多段フラッシュ法やRO膜法等が用いられていている。多段フラッシュ法は、加熱された海水を減圧された蒸発器で沸騰蒸発させ、その発生蒸気を凝縮して淡水を生産する海水の淡水化方法である。この多段フラッシュ法は、海水の品質を問わず使用でき、大量の淡水を作成できるが、熱効率が悪く、そのために多量のエネルギを必要とする。RO膜法は、半透膜を通して海水から淡水を得るものである。このRO膜法は、半透膜が海水中の微生物や析出物で目詰まりしないように入念に前処理をする必要があり、その整備にコストがかかり、さらには製造した淡水の塩濃度が高いこと等の難点がある。
一方で、蒸発器で発生した蒸気を圧縮させ沸点上昇させて海水蒸発の熱源とする蒸気圧縮法による海水の淡水化方法が実用化されている。一般的な蒸気圧縮法としては例えば特許文献1に記載されている。すなわち、蒸気を圧縮して断熱温度上昇させ、この温度をもって熱交換に用いる温度差を得るものである。この蒸気圧縮法は上述した多段フラッシュ法と同様、蒸発法に属するが、多段フラッシュ法に比して半分程度のエネルギで運転が可能である。
特開2008−188514号公報
ところで、蒸気圧縮法で海水を淡水化する方法において、近年、システム全体としての熱効率を高めるよう、蒸発器に流入する海水を予熱する技術が開発されており、例えば海水を分流させ、一方の海水については蒸発器を経て凝縮した高圧且つ高温の蒸留水(淡水)の熱で予熱し、他方の海水については蒸発器で生成された濃縮水の熱で予熱することが行われつつある。また、海水の濃縮水の飽和温度は常圧下で102℃程度であるために海水を十分に昇温させることができないことから、他方の海水については濃縮水の熱で予熱した後にさらに高圧且つ高温の蒸留水の熱でも予熱することが考えられている。
しかしながら、蒸気圧縮法で海水を淡水化する方法では、通常は蒸気の潜熱を多く回収するべく蒸発器において全量が凝縮し液化して蒸留水となるように運転を行っており、この場合、例えば先に他方の海水を予熱した蒸留水を使用してさらに一方の海水を予熱しようとしても十分な熱量を確保できないという問題がある。この問題を解決するためには蒸留水の熱量を増やせばよいのであるが、そのためには圧縮機の圧縮能力を増強して蒸気をさらに圧縮し昇温させる必要があり、システム全体としての熱効率の低下に繋がり、好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、淡水化した蒸留水を圧縮して海水蒸発の熱源として利用するとともに海水の予熱に効果的に利用でき、システム全体として熱効率を高めることの可能な海水の淡水化システムを提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明の海水の淡水化システムは、海水が流通する海水供給流路と、該海水供給流路の終端に配設された蒸発器と、該蒸発器によって発生した前記海水の蒸気又は蒸留水が流通する蒸留水還り流路と、該蒸留水還り流路に前記蒸発器の上流に位置して配設され、前記蒸気を圧縮するための圧縮機と、前記蒸発器によって発生した前記海水の濃縮水が流通する濃縮水還り流路と、前記海水供給流路、前記蒸留水還り流路、前記濃縮水還り流路に配設され、前記海水と前記蒸留水及び前記濃縮水とで熱交換を行うための熱交換ユニットとを備え、前記蒸発器で前記海水と前記圧縮機にて圧縮された前記蒸気とを熱交換する海水の淡水化システムにおいて、前記海水供給流路に配設された分離器及び混合器と、前記熱交換ユニットに流入する前記蒸留水の凝縮水に対する蒸気の気液比を計測する気液比計測装置と、該気液比計測装置により計測される気液比を調整する蒸留水気液比調整部を有する制御装置とを備え、前記熱交換ユニットは、前記海水供給流路の一部を形成し、前記分離器及び混合器の間に架け渡された第1の流路及び第2の流路と、該第1及び第2の流路に配設された第1及び第2の熱交換器とを有し、前記蒸発器は、前記海水の飽和温度である第1の飽和温度で前記海水を蒸発させ、前記蒸留水還り流路は、前記蒸発器によって発生し蒸気から凝縮水に相変化する蒸留水を前記蒸発器及び前記第1の熱交換器の順番で通過させ、前記濃縮水還り流路は、前記蒸発器によって発生した濃縮水を前記第2の熱交換器に通過させるものであって、前記熱交換ユニットは、さらに、前記第2の熱交換器にて前記濃縮水との間で熱交換を行った後の前記海水の温度を上昇させるよう前記第2の流路に配設され、該海水と前記蒸留水との間で熱交換を行う第3の熱交換器を備え、前記制御装置は、前記蒸発器内での蒸発による前記海水の沸点上昇後の前記海水の飽和温度である第2の飽和温度よりも高い前記蒸留水の飽和温度である第3の飽和温度を求め、前記第1の熱交換器にて前記蒸留水が前記第3の飽和温度となるような圧力を決定して前記圧縮機での圧縮率を定める圧縮率演算部と、前記第1の熱交換器にて前記蒸留水との間で熱交換を行った後の前記海水の温度が前記第3の飽和温度に対し一定の熱交換温度差をもって前記第1の飽和温度となるように、及び、前記第2の熱交換器にて前記濃縮水との間で熱交換を行った後の前記海水の温度が前記第2の飽和温度に対し一定の熱交換温度差をもった低い温度となるように各温度差を調整する温度差調整部とを含み、前記蒸留水気液比調整部は、前記第3の熱交換器において前記第2の熱交換器にて前記濃縮水との間で熱交換を行った後の前記海水の温度が前記蒸留水の蒸気の潜熱で前記第1の飽和温度となり且つ前記蒸留水の蒸気が完全に凝縮されるような所定気液比となるよう、前記気液比計測装置により計測される気液比を調整することを特徴とする。
好ましくは、前記海水供給流路には前記蒸発器への前記海水の供給量を調節する海水供給ポンプが配設されており、前記蒸留水気液比調整部は、該海水供給ポンプにより海水の供給量を調節することで気液比を調整するのがよい。
また、好ましくは、前記気液比は、前記蒸発器によって発生した前記濃縮水の濃縮率に応じて設定されるのがよい。
この場合において、前記蒸発器によって発生した前記濃縮水の濃縮率が50%であるとき、前記気液比は1%であるのが好ましい。
本発明の海水の淡水化システムによれば、熱交換ユニットは、第2の熱交換器にて濃縮水との間で熱交換を行った後の海水の温度を上昇させるよう第2の流路に配設され、該海水と蒸留水との間で熱交換を行う第3の熱交換器を備え、制御装置は、蒸発器内での蒸発による海水の沸点上昇後の海水の飽和温度である第2の飽和温度よりも高い蒸留水の飽和温度である第3の飽和温度を求め、第1の熱交換器にて蒸留水が第3の飽和温度となるような圧力を決定して圧縮機での圧縮率を定める圧縮率演算部と、第1の熱交換器にて蒸留水との間で熱交換を行った後の海水の温度が第3の飽和温度に対し一定の熱交換温度差をもって第1の飽和温度となるように、及び、第2の熱交換器にて濃縮水との間で熱交換を行った後の海水の温度が第2の飽和温度に対し一定の熱交換温度差をもった低い温度となるように各温度差を調整する温度差調整部とを含み、蒸留水気液比調整部は、第3の熱交換器において第2の熱交換器にて濃縮水との間で熱交換を行った後の海水の温度が蒸留水の蒸気の潜熱で第1の飽和温度となり且つ蒸留水の蒸気が完全に凝縮されるような所定気液比となるよう、気液比計測装置により計測される気液比を調整するようにしている。
このように、熱交換ユニットに流入する蒸留水の凝縮水に対する蒸気の気液比を調整することにより、熱交換ユニットにて蒸留水と海水との間で熱交換を行う際、蒸留水の蒸気の潜熱で海水の温度を良好に上昇させることができる。
従って、蒸留水の潜熱を利用してシステム全体として熱量を極めて効率よく利用することができる。
本発明に係る海水の淡水化システムの概念を示した概略図である。 本発明に係る海水の淡水化システムの装置構成を示した概略図である。 海水の濃縮率を50%としたときの温度と熱量との関係を示したグラフである。 上記図3のうちA部分とB部分とを合体しC部分とD部分とを拡大して模式的に表した図である。
本発明が適用される淡水化システムについて説明する。
図1に示すように、このシステムSは、熱交換器1〜4と圧縮機5とを備えている。熱交換器は、それぞれ第1の熱交換器1〜3及び蒸発器4からなる。蒸発器4は海水供給端6と海水供給流路7を介して接続されている。システムSは、海水供給端6から供給される海水を淡水にするためのものである。海水供給流路7には、第1〜3の熱交換器1、2、3が配設されている。具体的には、海水供給流路7には分離器8が設けられていて、ここで流路7は第1の流路11及び第2の流路12に分岐される。第1の流路11には上述した第1の熱交換器1が配設され、第2の流路12には上述した第2の熱交換器2及び第3の熱交換器3がそれぞれ第2の流路12の上流側から順番に配設されている。そして、第1及び第2の流路11、12は混合器9にて再び一つの流路となり、蒸発器4に接続される。
蒸発器4は、供給された海水を蒸発させるものである。蒸発器4は気液分離器10に接続されている。蒸発器4で生じた蒸気及び濃縮水は、気液分離器10にてそれぞれ分離され、蒸気は蒸留水還り流路13に、濃縮水は濃縮水還り流路14に導かれる。蒸留水還り流路13には上述した圧縮機5が配設され、この圧縮機5で蒸気は圧縮される。圧縮機5の下流には、上述した蒸発器4、第3の熱交換器3、第1の熱交換器1がそれぞれ順番に配設されている。すなわち、蒸留水(淡水)は蒸発器4、第3の熱交換器3、第1の熱交換器1の順番でそれぞれ海水と熱交換される。なお、蒸発器4で熱交換されるまでは、蒸留水は蒸発した状態で流通している。
そして、蒸発器4と第3の熱交換器3との間には、蒸発器4で熱交換された蒸留水の気液比を計測する気液比計測装置30が介装されている。すなわち、蒸発器4で熱交換された蒸留水は蒸発器4で熱交換されて凝縮され液化するが、ここでは僅かに一部を蒸気のまま流通させるように図っており、この蒸留水の気液比を気液比計測装置30にて計測するようにしている。
また、蒸留水還り流路13における第1の熱交換器1のさらに下流には、熱交換器16が配設されていて、この熱交換器16にて蒸留水はさらに冷却水によって冷却される。蒸留水還り流路13は蒸留水回収端18を出口としている。蒸留水は十分に冷却されてから蒸留水回収端18より回収される。
一方、濃縮水還り流路14には上述した第2の熱交換器2が配設されている。すなわち、濃縮水は第2の熱交換器2で海水と熱交換される。濃縮水還り流路14における第2の熱交換器2のさらに下流には、熱交換器17が配設されていて、この熱交換器17にて濃縮水はさらに冷却水によって冷却される。濃縮水還り流路14は濃縮水回収端19を出口としている。濃縮水は十分に冷却されてから濃縮水回収端19より回収される。
海水供給端6には、海水供給ポンプ40が設けられており、この海水供給ポンプ40により海水供給流路7ひいては蒸発器4に供給される海水の量が適宜調整される。
このように構成されるシステムSでは、図2に示すように、第1〜第3の熱交換器1〜3は例えば熱交換ユニット15として一体化されている。図2を参照して海水から淡水化への流れを概説すると、海水供給端6から海水供給ポンプ40により供給された海水は、海水供給流路7にある熱交換ユニット15を通って蒸発器4に導かれ、この蒸発器4で蒸発される。蒸発された海水は蒸気状態の蒸留水と濃縮水に分離される。蒸気状態の蒸留水は圧縮機5によって圧縮されて蒸発器4での熱交換により僅かに一部が蒸気の略液状の蒸留水となる。この蒸発器4を出た僅かに一部が蒸気をなす蒸留水は、気液比計測装置30を通り、ここで気液比が計測される。
詳しくは、気液比計測装置30は、同図に示すように、蒸留水還り流路13に気液分離器32が介装され、この気液分離器32から分岐し再び蒸留水還り流路13に合流する気体通路13a及び液体通路13bに気体流量計34及び液体流量計36がそれぞれ介装されて構成されている。すなわち、気液比計測装置30では、蒸留水のうち蒸気である気体部分の流量と凝縮水である液体部分の流量をそれぞれ計測し、気液比を求める。
そして、このように気液比計測装置30を経た蒸留水は、熱交換ユニット15を通って蒸留水回収端18から回収される。一方で濃縮水は濃縮水還り流路14にある熱交換ユニット15を通って濃縮水回収端19から回収される。
さらに、このシステムSには制御装置20が備わっている。この制御装置20は、システム全体としての熱効率を高め、海水の淡水化に要するための無駄なエネルギが極力使用されないようにするためのものである。そのために、制御装置20は、蒸発器4、圧縮機5、熱交換ユニット15、気液比計測装置30、海水供給ポンプ40に接続されている。図1に示すように、制御装置20には、分離器8での海水の分離率を調整するための分離率調整部21が備わっている。また、圧縮機5による蒸気の圧縮率を定めるための圧縮率演算部22も備わっている。また、各熱交換器での熱交換温度差を調整するための温度差調整部23も備わっている。また、蒸発器4内での蒸発による海水の沸点上昇を認識するための沸点上昇認識部24も備わっている。そして、気液比計測装置30からの気液比情報に基づき蒸発器4で熱交換された蒸留水の気液比を調整する蒸留水気液比調整部25が備わっている。
上述したシステムSを用いて海水を淡水化させる方法を以下に説明する。なお、図1では各流路における海水、蒸留水、濃縮水の温度及び圧力を記載している。
まず、海水供給端6から海水(例えば20℃)を供給する。ここで、分離率に応じて海水は分離率調整部21によって調整された分離器8で分離される。この分離率は、蒸発器4での海水の濃縮率(蒸発率)に応じて定められるものであり、作業者が予め決定する。
濃縮率としては、25%〜75%の範囲が適しているが、濃縮率が高いとスケールが発生しそれが蒸発器4内の機器等に付着するため、あるいは濃縮率が低いと熱交換率が低下してしまうため、50%が最も適している。濃縮率が50%であれば、分離器8での分離率は50:50となる。濃縮率が25%であれば、第1の流路11と第2の流路12への分離率は、75:25となる。分離器8によってそれぞれ第1の流路11と第2の流路12に流通するように分離された海水は、熱交換ユニット15にて温度が上昇される。具体的には、第1の流路11内の海水は、第1の熱交換器1内を通って後述する蒸留水と熱交換されて予熱される。熱交換後、海水は飽和温度である101℃(第1の飽和温度)まで上昇される。
第2の流路12内の海水は、まず第2の熱交換器2内を通って後述する濃縮水と熱交換されて予熱される。そしてさらに、第3の熱交換器3内を通って後述する蒸留水と熱交換されて予熱される。第2及び第3の熱交換器2、3での熱交換後、海水は飽和温度(101℃)まで上昇される。第1の流路11及び第2の流路12は混合器9で一つにまとめられる。すなわち、第1及び第2の流路11、12を流通してきた海水は、それぞれ同一の飽和温度の状態で混合される。そして、飽和温度のまま蒸発器4内に導かれ、後述する蒸気(蒸留水)と熱交換されて蒸発される。
蒸発器4で生じた濃縮水は、気液分離器10にて濃縮水のみが流通する濃縮水還り流路14に導かれる。このとき、蒸発器4での蒸発により濃縮水は沸点上昇を起こしている。濃縮率が50%のときは飽和温度101℃の海水が濃縮水となって102℃(第2の飽和温度)になっている。濃縮水はこの状態で第2の熱交換器2で海水と熱交換される。具体的には、濃縮水の入口温度に対し海水の出口温度が一定の熱交換温度差をもった低い温度となるように熱交換される。すなわち、102℃で濃縮水が入ってくるので、海水は97℃となる。このようにして、濃縮率50%で得られた濃縮水の顕熱は第2の熱交換器2で回収される(例えば濃縮水は25.4℃となる)。そのため、上述した分離器8での分離率は50%になっている。濃縮水はさらに熱交換器17で冷却され、濃縮水回収端19から回収される。
蒸発器4で生じた蒸気(蒸気状態の蒸留水)は、気液分離器10にて蒸気のみが流通する蒸留水還り流路13に導かれる。ここで蒸気は圧縮率演算部22の結果に基づいて動作する圧縮機5により圧縮され、温度上昇される。この蒸気は、圧縮機5での圧縮に伴い蒸発潜熱を有している。この状態の蒸気が蒸発器4にて海水の蒸発に用いられる。すなわち、飽和温度で蒸発器4に供給された海水は、蒸気の潜熱を用いて熱交換されて蒸発されるため、潜熱はここで回収される。このとき蒸気は殆どが凝縮されて蒸留水となる。
上述した圧縮機5での圧縮率は、蒸発器4にて熱交換した後の蒸留水の飽和温度を基準にして定められる。この蒸留水の飽和温度は、蒸発器4を通過した後の海水の飽和温度(海水濃縮(蒸発)後の飽和温度)に対して予め定めた熱交換温度差だけ高く設定される。蒸留水の飽和温度がこの高く設定された温度となるように、蒸気は圧縮機5にて圧縮される。例えば、濃縮率50%の場合、飽和温度101℃で蒸発器4に流入した海水は、蒸気の潜熱を用いて蒸発されて蒸気となるが、このとき濃縮により沸点上昇が起こり、飽和温度は102℃となる。予め設定された熱交換温度差が5℃であれば、海水蒸発のために用いられた蒸気は熱交換後107℃(第3の飽和温度)になって凝縮されるように設定される。
飽和温度が107℃に相当する蒸留水となるような圧力は飽和蒸気圧表を用いて求められる。例えば、飽和温度が107℃の蒸留水を得るためには、圧縮機5で蒸気を28PaGまで圧縮すればよい。なお、沸点上昇の幅は濃縮率によって異なるため、この沸点上昇後の飽和温度の値は、上述した沸点上昇認識部24に予め入力するか、あるいはセンサ等によって計測した結果を入力してもよい。
ところで、上述したように、蒸発器4を通過した蒸留水は、僅かに一部の蒸気を包含した状態とされる。この蒸気が有する潜熱は第3の熱交換器3にて回収される。具体的には、この蒸気が有する潜熱は第2の熱交換器2で温度上昇された海水をさらに飽和温度まで高めるために用いられる。ここでは海水の顕熱と蒸留水が有する蒸気の潜熱とが熱交換される。これにより、第2の熱交換器2で97℃まで上昇した海水の温度は、飽和温度である101℃までさらに上昇される。したがって、上述したように、第1の流路11又は第2の流路12を経て混合器9にて混合された海水はともに飽和温度の101℃となるため、蒸発器4内での海水の温度低下を防止でき、蒸発に関するエネルギのロスを防止することができる。
この際、蒸気が有する潜熱は第2の熱交換器2で温度上昇された海水をさらに飽和温度まで高めるために必要十分であればよい。換言すれば、蒸留水の僅かに一部の蒸気は、第2の熱交換器2で温度上昇された海水をさらに飽和温度まで高めるために必要十分であって蒸気が完全に凝縮可能な所定量あればよい。この所定量は蒸留水の所定気液比と同義であると言えることから、ここでは、蒸留水の僅かに一部の蒸気が完全に凝縮可能な所定気液比を求めておき、蒸留水の気液比が当該所定気液比となるようにする。
詳しくは、制御装置20の蒸留水気液比調整部25において、気液比計測装置30により計測される蒸留水の気体部分の流量と液体部分の流量との比を気液比として求め(気液比=気体流量[kg/s]÷液体流量[kg/s]×100)、この気液比が所定気液比(後述する如く、例えば1%)となるように調整する。
具体的には、気液比を所定気液比に調整するために、海水供給ポンプ40の回転速度を調節し、海水供給ポンプ40の吐出容量を可変操作する。例えば気液比が所定気液比よりも小さいときには、蒸留水の凝縮が過剰であって蒸発器4に供給される海水の量が多いと判断でき、海水供給ポンプ40の吐出容量を少なく抑えるようにし、一方、気液比が所定気液比以上であるときには、蒸留水の凝縮が足りず蒸発器4に供給される海水の量が少ないと判断でき、海水供給ポンプ40の吐出容量を増加させるようにする。これにより、容易に気液比を所定気液比に調整することができる。
第3の熱交換器3を通過し完全に凝縮し液化した蒸留水は、第1の熱交換器1で海水と熱交換される。具体的には、蒸留水の入口温度が107℃である場合に、海水の出口温度は101℃となる。上述では、熱交換温度差を5℃としたが、このような値にすると、海水の出口温度が102℃となってしまい、海水が飽和温度よりも高くなってしまうので蒸発してしまう。したがって、温度差調整部23において、海水の出口温度が飽和温度となることを限度として、予め定めた熱交換温度差以上の最小値を新たな熱交換温度差として定める。この例では新たな熱交換温度差は6℃になり、海水は蒸留水との間でこの一定の熱交換温度差をもって飽和温度の101℃まで上昇される。このようにして、濃縮率50%で得られた蒸留水の顕熱は、第1の熱交換器1で回収される(例えば蒸留水は28℃となる)。そのため、上述した分離器8での分離率は50%になっている。蒸留水はさらに熱交換器16で冷却され、濃縮水回収端18から回収される。
このような制御を行うことで、熱効率は向上する。例えば、図3は海水の濃縮率を50%としたときの温度と熱量との関係を示したグラフ(いわゆるT−Q線図)であるが、同図を参照すれば明らかなように、熱交換温度差を一定にすることで、要した熱はほぼ回収できることになり、熱効率は向上することになる。
図3について説明すると、グラフのA部分は、蒸留水からの顕熱の回収と海水の温度上昇を示している。グラフのB部分は、濃縮水からの顕熱の回収と海水の温度上昇を示している。グラフのC部分は、海水の蒸発と蒸留水(蒸気)の潜熱の回収とを示している。なお、C部分の上側のグラフで128℃まで立ち上がっている部分は、蒸気を圧縮させて断熱温度上昇をさせたときの状態を示している。このT−Q線図のA部分及びB部分を見れば、海水の温度を上昇させるときと蒸留水又は濃縮水の温度を下降させるときの温度を一定(グラフとしては平行)として熱交換温度差を一定にすることで、効率が高まっていることがわかる。このグラフの平行の幅が開くと、その分無駄な熱が必要になるので、温度差は可能な限り小さい方がよい。現状の装置等の性能を考慮すれば、理想の一定の熱交換温度差は5℃であることがわかっている。
そして、グラフのD部分が、第3の熱交換器3における蒸留水に僅かに含まれる蒸気の潜熱の回収、すなわち第2の流路12内において第2の熱交換器2で温度上昇された海水をさらに飽和温度まで高めるときの蒸留水の蒸気の潜熱の回収と海水の温度上昇を示している。システムS全体としてみると第3の熱交換器3による熱回収は少量であるため、蒸留水の潜熱を用いずに他の加熱手段を用いることも可能ではある。しかしながら、加熱手段として第3の熱交換器3を用い、第3の熱交換器3により蒸留水の潜熱を回収して第2の流路12内の海水を飽和温度まで高めるようにすることで、蒸留水の潜熱を利用してシステムS全体として熱量を効率よく利用することができる。
すなわち、図4には上記図3のT−Q線図のうちA部分とB部分とを合体しC部分とD部分とを拡大して模式的に表した図が示されているが、第3の熱交換器3において同図に未凝縮蒸気熱量として示す蒸留水の蒸気の潜熱で海水を昇温させることにより、第1の熱交換器1や第2の熱交換器2において上記の如く蒸留水または濃縮水と海水との熱交換温度差を一定に確保しながら、第1の流路11内及び第2の流路12内の海水の温度を共に飽和温度まで良好に高めることができる。
より詳しくは、上記の如く濃縮率50%とした場合には、第3の熱交換器3において蒸気が完全に凝縮可能な気液比、すなわち図3のT−Q線図のC部分の熱量(横軸方向の幅)に対するD部分の熱量(横軸方向の幅)の割合は略1%となることから、蒸留水の所定気液比を例えば1%に設定する。これにより、第2の熱交換器2において、蒸留水と海水との熱交換温度差を5℃で一定に保つようにしながら、過不足なく蒸留水の蒸気の潜熱を利用して第2の流路12内の97℃の海水を飽和温度である101℃まで高めることができる。また、蒸留水還り流路13を流れる蒸留水は107℃を保持したまま完全に凝縮し液化した状態で第1の熱交換器1に流入することになり、第1の熱交換器1において蒸留水と海水の熱交換温度差を6℃で一定に保つようにしながら、上述の如く第1の流路11内の海水を飽和温度である101℃まで高めることができる。
このように、本発明に係る海水の淡水化システムによれば、第2の流路12内の海水は第2の熱交換器2で102℃の濃縮水と熱交換されて97℃とされ、さらに第3の熱交換器3において蒸留水の蒸気と熱交換されて、蒸留水の蒸気が有する潜熱によって飽和温度である101℃まで良好に上昇されることになるが、この際、蒸留水の蒸気の潜熱で第3の熱交換器3において海水の温度を過不足なく飽和温度である101℃まで上昇可能なよう、蒸留水の蒸気の量ひいては蒸留水の気液比を所定気液比(例えば1%)に調整するようにしている。これにより、上記の如く第1の熱交換器1において蒸留水と海水の熱交換温度差を6℃で一定に保つようにしながら、また第2の熱交換器2において濃縮水と海水との熱交換温度差を理想の熱交換温度差5℃で一定に保つようにしながら、すなわち各熱交換器で最も効率よく熱交換できる温度差を確保しながら、第2の流路12内の海水の温度を第1の流路11内の海水と同様に飽和温度である101℃まで過不足なく確実に上昇させるようにできる。
従って、蒸留水の潜熱を利用してシステムS全体として熱量を極めて効率よく利用することができる。
以上で本発明に係る海水の淡水化システムの実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に制約されるものではない。
例えば、上記実施形態では、蒸留水の気液比を気液分離器32から分岐し再び蒸留水還り流路13に合流する気体通路13a及び液体通路13bに気体流量計34及び液体流量計36を介装し、蒸留水のうち蒸気である気体部分の流量と凝縮水である液体部分の流量をそれぞれ計測して気液比を求めるようにしているが、他の手法を用いて気液比を求めるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、蒸留水の気液比を所定気液比に調整するために、海水供給ポンプ40の回転速度を調節し、海水供給ポンプ40の吐出容量を可変操作するようにしているが、蒸留水の気液比を所定気液比に調整することができれば、これに限られるものではない。
また、上記実施形態では、上記の如く濃縮率50%とした場合に、蒸留水の所定気液比を例えば1%に設定するようにしているが、第3の熱交換器3において蒸気が完全に凝縮可能な気液比は濃縮率に応じて変化することから、所定気液比については濃縮率に応じて可変設定するのがよく、これにより濃縮率が変化しても気液比を常に適正な値にすることができる。
1 第1の熱交換器
2 第2の熱交換器
3 第3の熱交換器
4 蒸発器
5 圧縮機
7 海水供給流路
8 分離器
9 混合器
11 第1の流路
12 第2の流路
13 蒸留水還り流路
14 濃縮水還り流路
15 熱交換ユニット
20 制御装置
22 圧縮率演算部
23 温度差調整部
25 蒸留水気液比調整部
30 気液比計測装置
32 気液分離器
34 気体流量計
36 液体流量計
40 海水供給ポンプ

Claims (4)

  1. 海水が流通する海水供給流路と、
    該海水供給流路の終端に配設された蒸発器と、
    該蒸発器によって発生した前記海水の蒸気又は蒸留水が流通する蒸留水還り流路と、
    該蒸留水還り流路に前記蒸発器の上流に位置して配設され、前記蒸気を圧縮するための圧縮機と、
    前記蒸発器によって発生した前記海水の濃縮水が流通する濃縮水還り流路と、
    前記海水供給流路、前記蒸留水還り流路、前記濃縮水還り流路に配設され、前記海水と前記蒸留水及び前記濃縮水とで熱交換を行うための熱交換ユニットとを備え、
    前記蒸発器で前記海水と前記圧縮機にて圧縮された前記蒸気とを熱交換する海水の淡水化システムにおいて、
    前記海水供給流路に配設された分離器及び混合器と、
    前記熱交換ユニットに流入する前記蒸留水の凝縮水に対する蒸気の気液比を計測する気液比計測装置と、
    該気液比計測装置により計測される気液比を調整する蒸留水気液比調整部を有する制御装置とを備え
    前記熱交換ユニットは、前記海水供給流路の一部を形成し、前記分離器及び混合器の間に架け渡された第1の流路及び第2の流路と、該第1及び第2の流路に配設された第1及び第2の熱交換器とを有し、
    前記蒸発器は、前記海水の飽和温度である第1の飽和温度で前記海水を蒸発させ、前記蒸留水還り流路は、前記蒸発器によって発生し蒸気から凝縮水に相変化する蒸留水を前記蒸発器及び前記第1の熱交換器の順番で通過させ、前記濃縮水還り流路は、前記蒸発器によって発生した濃縮水を前記第2の熱交換器に通過させるものであって、
    前記熱交換ユニットは、さらに、前記第2の熱交換器にて前記濃縮水との間で熱交換を行った後の前記海水の温度を上昇させるよう前記第2の流路に配設され、該海水と前記蒸留水との間で熱交換を行う第3の熱交換器を備え、
    前記制御装置は、前記蒸発器内での蒸発による前記海水の沸点上昇後の前記海水の飽和温度である第2の飽和温度よりも高い前記蒸留水の飽和温度である第3の飽和温度を求め、前記第1の熱交換器にて前記蒸留水が前記第3の飽和温度となるような圧力を決定して前記圧縮機での圧縮率を定める圧縮率演算部と、前記第1の熱交換器にて前記蒸留水との間で熱交換を行った後の前記海水の温度が前記第3の飽和温度に対し一定の熱交換温度差をもって前記第1の飽和温度となるように、及び、前記第2の熱交換器にて前記濃縮水との間で熱交換を行った後の前記海水の温度が前記第2の飽和温度に対し一定の熱交換温度差をもった低い温度となるように各温度差を調整する温度差調整部とを含み、
    前記蒸留水気液比調整部は、前記第3の熱交換器において前記第2の熱交換器にて前記濃縮水との間で熱交換を行った後の前記海水の温度が前記蒸留水の蒸気の潜熱で前記第1の飽和温度となり且つ前記蒸留水の蒸気が完全に凝縮されるような所定気液比となるよう、前記気液比計測装置により計測される気液比を調整することを特徴とする海水の淡水化システム。
  2. 前記海水供給流路には前記蒸発器への前記海水の供給量を調節する海水供給ポンプが配設されており、
    前記蒸留水気液比調整部は、該海水供給ポンプにより前記海水の供給量を調節することで気液比を調整することを特徴とする、請求項1に記載の海水の淡水化システム。
  3. 前記気液比は、前記蒸発器によって発生した前記濃縮水の濃縮率に応じて設定されることを特徴とする、請求項1または2に記載の海水の淡水化システム。
  4. 前記蒸発器によって発生した前記濃縮水の濃縮率が50%であるとき、前記気液比は1%であることを特徴とする、請求項3に記載の海水の淡水化システム。
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