JP5836398B2 - 水処理装置 - Google Patents
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Description
原水を加熱して一部を蒸発領域で気化させ、気化した蒸気を凝縮領域で凝縮させることにより凝縮水を得る水処理装置であって、
前記原水を加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された原水から気化する蒸気を前記凝縮領域に向けて案内する蒸気案内部と、
前記凝縮領域から前記蒸発領域に還流水を案内し、前記蒸気案内部により前記凝縮領域に案内された蒸気と前記還流水とを熱交換させるとともに、前記蒸発領域において前記原水と前記還流水とを熱交換させる還流水案内部と、
を備えることを特徴とする。
前記凝縮領域にて得られる凝縮水の少なくとも一部を前記熱交換器に案内するとともに、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を前記凝縮領域にて前記原水から気化した蒸気と気液接触させる凝縮水案内部と、
を更に備え、
前記凝縮水案内部は、前記凝縮領域にて得られる凝縮水のうち、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の上流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の下流側と熱交換し、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の下流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の上流側と熱交換するように前記凝縮水を案内してもよい。
前記熱交換器は、前記容器の外部に配設されてもよい。
本発明の実施の形態1に係る水処理装置20は、海水、下水などの原水を淡水化または浄水化する装置として構成されている。実施の形態1に係る水処理装置20は、図1の側面図および図2の上面図に示すように、円筒状のケース22と、原水、淡水(凝縮水)を圧送するポンプ28、29と、原水と淡水とを熱交換させる熱交換器30と、原水を加熱するヒータ32と、原水を蒸発させる蒸発部34と、蒸気を凝縮させる凝縮部40と、を備える。なお、図1、図2、後述する図7、及び、図14中の細線矢印はケース22内の空気の流れる方向を示しており、太線矢印は淡水の流れる方向を模式的に示しており、破線矢印は原水の流れる方向を模式的に示している。
本発明の実施の形態2に係る水処理装置120は、図4に示すように、実施の形態1の凝縮部40及び液溜め25が鉛直方向に複数設けられた多段式に構成されている。実施の形態2に係る水処理装置120は、円筒状のケース122と、原水、淡水(凝縮水)を圧送するポンプ28、29と、原水と淡水とを熱交換させる熱交換器130と、原水を加熱するヒータ32と、原水を蒸発させる蒸発部34と、蒸気を凝縮させる凝縮部140A〜140Cと、ケース122内の空気の流れを鉛直方向において入れ替える空気流通ガイド50と、を備える。なお、ポンプ28、29、ヒータ32、及び蒸発部34の構成は、実施の形態1と同一であり、重複する説明は省略する。
次に本発明の実施の形態3に係る水処理装置220について説明する。この実施の形態の水処理装置では、実施の形態1、2と同様に、海水を熱して蒸発部34で蒸発させ、その蒸気を凝縮領域240で凝縮させて蒸留水(淡水)を得る(以下、蒸発法ともいう)。蒸発法では、得られる蒸留水よりも多くの海水を加熱する必要がある。例えば、図8の説明図に示すように、温度Thotの水蒸気を含む空気を凝縮領域で冷却して温度Tcoldとし、これをまた蒸発領域へと循環させる場合を考える。ここで、温度Thotを95℃とすると、空気中の飽和水蒸気量は497.7g/m3となり、温度Tcoldを40℃とすると、空気中の飽和水蒸気量は50.7g/m3となる。いま、50cm×50cmの通路を流速3m/秒で空気を循環させたとすると、循環空気流量は、2700m3/h(毎時)となる。この場合に、飽和水蒸気量を含んだ95℃の空気が40℃に冷やされると、得られる蒸留水の量Zは、1.2トン/hとなる。水の蒸発・凝縮の潜熱は、2400J(ジュール)/gのため、蒸留水量Zから生じる潜熱ELは、次式(1)で表される。
Ph=4.2・ΔT・X ・・・(7)
Ph/(N・Z) [MJ/t]=2400・X/(N・(X+Y)) ・・・(8)
Ph/(N・Z) [kWh/t]=670・X/(N・(X+Y)) ・・・(9)
22 ケース
23 液溜め
24 排水管
25、25a〜25d 液溜め
26 仕切板
27 集水配管
28、29 ポンプ
30 熱交換器
31 パイプ
32 ヒータ
34 蒸発部
35 ミスト化機構
35a フィン
35b 駆動源
36 ガイド
37 デミスタ群
40 凝縮部
41 トレイ
42 網板
50 空気流通ガイド
51、51a〜51c ガイド板
221 パイプ
240 凝縮領域
Claims (13)
- 原水を加熱して一部を蒸発領域で気化させ、気化した蒸気を凝縮領域で凝縮させることにより凝縮水を得る水処理装置であって、
前記原水を加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された前記原水から気化する蒸気を前記凝縮領域に向けて案内する蒸気案内部と、
前記凝縮領域から前記蒸発領域に、前記原水とは異なる還流水を前記原水とは独立させて案内し、前記蒸気案内部により前記凝縮領域に案内された蒸気と前記還流水とを熱交換させるとともに、前記蒸発領域において前記原水と前記還流水とを熱交換させる還流水案内部と、
前記原水と前記凝縮水とを熱交換させることにより前記原水を加熱するとともに前記凝縮水を冷却する熱交換器と、
前記凝縮領域にて得られる凝縮水の少なくとも一部を前記熱交換器に案内するとともに、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を前記凝縮領域にて前記原水から気化した蒸気と気液接触させる凝縮水案内部と、
を備え、
前記凝縮水案内部は、前記凝縮領域にて得られる凝縮水のうち、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の上流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の下流側と熱交換し、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向の下流側で得られる凝縮水が前記熱交換器に流通する原水の上流側と熱交換するように前記凝縮水を案内する、
ことを特徴とする水処理装置。 - 前記還流水案内部は、前記蒸気案内部による蒸気の案内方向と反対方向に前記還流水を案内する、
ことを特徴とする請求項1に記載の水処理装置。 - 前記還流水案内部は、単位時間当たりに、前記凝縮領域で得られる凝縮水よりも多くの量の前記還流水を案内する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の水処理装置。 - 前記還流水を、淡水とする
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の水処理装置。 - 前記還流水案内部が、前記還流水を流通させるパイプを備える
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の水処理装置。 - 前記凝縮水案内部は、前記凝縮領域にて得られる凝縮水を前記蒸気案内部による蒸気の案内方向で複数に区分けして、該区分けした凝縮水ごとに前記熱交換器に流通する原水と熱交換するよう案内する、
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の水処理装置。 - 前記蒸発領域において、前記加熱部により加熱された原水を落下させるとともに、落下する原水を衝突部材と衝突させることにより該原水の一部を気化させる気化部を備え、
前記蒸気案内部は、前記気化部により気化した蒸気のうち、鉛直上方で気化した蒸気を前記凝縮領域における鉛直下方に案内し、鉛直下方で気化した蒸気を前記凝縮領域における鉛直上方に案内する、
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の水処理装置。 - 前記凝縮水案内部は、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を鉛直上方から前記凝縮領域に滴下または噴霧して前記原水から気化した蒸気と気液接触させる、
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の水処理装置。 - 前記凝縮水案内部は、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を滴下する滴下部と、該滴下部の下方に配設されて前記滴下された凝縮水を粉砕する粉砕部と、を有する、
ことを特徴とする請求項8に記載の水処理装置。 - 前記凝縮水案内部は、底面に複数の孔が形成されているトレイを有し、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を該トレイに導いて、前記複数の孔から前記凝縮水を滴下する、
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の水処理装置。 - 前記凝縮水案内部は、側面に複数の孔が形成されている筒状部材を有し、前記原水と熱交換して冷却された凝縮水を該筒状部材の内部に導いて、前記複数の孔から前記凝縮水を滴下する、
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の水処理装置。 - 前記凝縮領域を内部に有する容器を備え、
前記熱交換器は、前記容器の外部に配設される、
ことを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の水処理装置。 - 前記熱交換器は、プレート形熱交換器である、
ことを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載の水処理装置。
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