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

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２８ｋＰａＧ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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