JP6303009B2 - 船舶用の真空膜蒸留式造水装置 - Google Patents
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Description
本発明は、船舶用の真空膜蒸留式造水装置に関する。
海洋を航行する船舶では、飲料水や生活用水等の水を確保することが重要となる。そこで、船舶に、海水から淡水を造水する造水装置を搭載する技術が開発されている。この種の造水装置には、蒸発缶を用いて海水を蒸留し淡水を得る（蒸留法）ものがある（特許文献１参照）。また、別の造水装置には、膜を用いて海水を蒸留し淡水を得る（膜蒸留法）ものがある（特許文献２参照）。
しかしながら、上述のような蒸留法による造水装置は、処理水の飛沫同伴を抑えるため蒸発部と凝縮部の間の距離をとる必要があり、蒸発缶及び装置が大型化する傾向にある。一方、膜蒸留法を用いた造水装置は、造水効率が高くないため、高い造水能力が必要な場合には、装置が大型化する傾向にある。
一方で、船舶には、エンジンや発電機などの大型機械を搭載する必要があり、十分なスペースがないため、造水装置を可能な限りコンパクト化することが求められている。
本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、コンパクトで高い造水効率を実現できる船舶用の真空膜蒸留式造水装置を提供することをその目的とする。
上記目的を達成するための本発明には、船舶が有する熱源の熱を利用して、船舶に取り入れられる海水から淡水を製造する船舶用の真空膜蒸留式造水装置であって、
船舶に取り入れられた海水を加熱する加熱装置と、前記加熱装置で加熱された海水が流れる加熱海水通液部と、真空部と、前記加熱海水通液部と前記真空部とを隔てる疎水性多孔質膜と、前記加熱海水通液部の海水から前記疎水性多孔質膜を通じて前記真空部に流入した蒸気を冷却して凝縮する冷却部と、を備えた真空蒸留モジュールと、前記真空部を減圧する減圧手段としての水エゼクタと、前記海水を前記水エゼクタに送液する送液装置と、を有し、前記水エゼクタは、前記送液装置の前記海水の送液により駆動し、前記加熱装置は、前記海水を前記船舶の熱源の熱により加熱し、前記減圧手段は、前記真空部を、前記加熱海水通液部の海水速度における水の飽和蒸気圧以下、０．１atm以上の圧力に減圧する、船舶用の真空膜蒸留式造水装置が含まれる。
船舶に取り入れられた海水を加熱する加熱装置と、前記加熱装置で加熱された海水が流れる加熱海水通液部と、真空部と、前記加熱海水通液部と前記真空部とを隔てる疎水性多孔質膜と、前記加熱海水通液部の海水から前記疎水性多孔質膜を通じて前記真空部に流入した蒸気を冷却して凝縮する冷却部と、を備えた真空蒸留モジュールと、前記真空部を減圧する減圧手段としての水エゼクタと、前記海水を前記水エゼクタに送液する送液装置と、を有し、前記水エゼクタは、前記送液装置の前記海水の送液により駆動し、前記加熱装置は、前記海水を前記船舶の熱源の熱により加熱し、前記減圧手段は、前記真空部を、前記加熱海水通液部の海水速度における水の飽和蒸気圧以下、０．１atm以上の圧力に減圧する、船舶用の真空膜蒸留式造水装置が含まれる。
前記冷却部は、前記加熱装置により加熱される前の海水が流れる冷却用海水通液部と、前記冷却用海水通液部と前記真空部を隔てる冷却体と、を備えるものであってもよい。
上記船舶用真空膜蒸留式造水装置は、前記真空蒸留モジュールを複数備え、前記海水が、各真空蒸留モジュールの冷却部の冷却用海水通液部を所定の順番で通った後、前記加熱装置で加熱され、その後前記順番の逆の順番で前記各真空蒸留モジュールの加熱海水通液部を通るように構成された海水流路を有するようにしてもよい。
上記船舶用真空膜蒸留式造水装置は、前記真空部に通じる淡水容器と、前記真空部で凝縮された淡水を淡水容器に送液する送液手段と、をさらに有していてもよい。
前記疎水性多孔質膜が、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる少なくとも一つの樹脂を含んでいてもよい。
本発明によれば、船舶用の真空膜蒸留式造水装置において、コンパクトで高い造水効率を実現できる。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態の一例について説明する。なお、図面の上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る船舶用の真空膜蒸留式造水装置（本明細書において単に「造水装置」ともいう。）１の構成の概略を示す説明図である。真空膜蒸留式造水装置１は、船舶が有する熱源の熱を利用して、船舶に取り入れられる海水から淡水を製造するものである。
図１は、本実施の形態に係る船舶用の真空膜蒸留式造水装置（本明細書において単に「造水装置」ともいう。）１の構成の概略を示す説明図である。真空膜蒸留式造水装置１は、船舶が有する熱源の熱を利用して、船舶に取り入れられる海水から淡水を製造するものである。
真空膜蒸留式造水装置１は、例えば海水を加熱する加熱装置１０と、海水の蒸留が行われる真空蒸留モジュール１１と、海水の送液を行うための減圧手段としての例えば水エゼクタ６１と、生成された淡水を貯留する淡水容器１３等を備えている。
真空蒸留モジュール１１は、海水が流れる加熱海水通液部２０と、真空部２１と、加熱海水通液部２０と真空部２１とを隔てる疎水性多孔質膜２２と、真空部２１の蒸気を冷却して凝縮する冷却部２３を備えている。真空蒸留モジュール１１では、加熱海水通液部２０と真空部２１の間の温度差、圧力差により、加熱海水通液部２０の海水から生成される蒸気が疎水性多孔質膜２２を通じて真空部２１に流入し、その蒸気が冷却部２３により冷却されて凝縮される。
疎水性多孔質膜２２には、例えば樹脂製の平膜が用いられる。また、疎水性多孔質膜２２には、例えばポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる少なくとも一つの樹脂を含むものが用いられる。
冷却部２３は、加熱装置１０により加熱される前の海水が流れる冷却用海水通液部３０と、冷却用海水通液部３０と真空部２１を隔てる冷却体としての冷却板３１を備えている。
疎水性多孔質膜２２と冷却板３１との間には、例えば１０ｍｍ未満の所定距離のギャップが形成されている。
真空膜蒸留式造水装置１は、船舶に取り入れられた海水を冷却用海水通液部３０および減圧手段、例えば水エゼクタ６１に供給する第１の海水流路４０と、冷却用海水通液部３０を通過した海水を加熱装置１０に供給する第２の海水流路４１と、加熱装置１０で加熱された海水を真空蒸留モジュール１１の加熱海水通液部２０に供給する第３の海水流路４２と、加熱海水通液部２０を通過した海水を外部に排出する第４の海水流路４３と、を有している。
加熱装置１０は、例えば熱交換器であり、船舶の熱源の熱と海水との間で熱交換して海水を加熱できる。船舶の熱源としては、ディーゼルエンジンからの廃熱やボイラーからの蒸気等が挙げられる。また、熱交換は、熱源と熱媒体を介して熱交換してもよいし、熱源と直接熱交換してもよい。
水エゼクタ６１には、第１の海水流路４０から分岐した分岐路６２が接続されている。分岐路６２には、送液装置としてのエゼクタポンプ６３が設けられている。水エゼクタ６１は、エゼクタポンプ６３による第１の海水流路４０から分岐した海水の送液により駆動する減圧手段の一つであり、水エゼクタ６１の上流部には、真空部２１の上部に通じる真空吸引路６０が接続されている。また、水エゼクタ６１の下流側は、第４の海水流路４３に接続されている。この水エゼクタ６１により、真空吸引路６０を通じて真空部２１を真空吸引し、真空部２１を、加熱海水通液部２０の海水温度における水の飽和蒸気圧以下、０．１ａｔｍ（１０．１３２５ｋＰａ）に減圧することができる。なお、加熱海水通液部２０の海水温度、例えば入口温度は、加熱海水通液部２０に設けられた熱電対温度計や測温抵抗体温度計を用いて測定してもよい。また、水エゼクタ６１は、海水から膜蒸留して得られた淡水を用いて駆動力としてもよい。
淡水容器１３は、淡水回収路７０により真空部２１の下部に通じている。淡水回収路７０には、真空部２１で凝縮した淡水を淡水容器１３に送液する送液手段としての送液ポンプ７１が設けられている。淡水容器１３から淡水を採水できる。
次に、以上のように構成された船舶の真空膜蒸留式造水装置１における造水プロセスについて説明する。まず、船舶に取り込まれた海水が第１の海水流路４０を通じて真空蒸留モジュール１１の冷却用海水通液部３０に供給され、冷却用海水通液部３０から第２の海水流路４１を通じて加熱装置１０に供給される。この加熱装置１０において、海水は、船舶の熱源からの熱により例えば５０℃以上に加熱される。加熱された海水は、第３の海水流路４２を通じて加熱海水通液部２０に供給され、その後第４の海水流路４３を通って海水が排水される。
加熱海水通液部２０において海水は、疎水性多孔質膜２２を挟んだ温度差、圧力差により蒸気となって疎水性多孔質膜２２を通り、真空部２１に流入する。このとき、真空部２１は、水エゼクタ６１により、加熱海水通液部２０の海水温度における水の飽和蒸気圧以下、０．１ａｔｍ以上の圧力に減圧されている。真空部２１に流入した蒸気は、冷却部２３により冷却され凝縮される。こうして生成された淡水は、真空部２１の下部に溜り、送液ポンプ７１により淡水回収路７０を通じて淡水容器１３に回収される。
本実施の形態によれば、加熱装置１０が海水を船舶の熱源の熱により加熱し、減圧手段である水エゼクタ６１が、真空部２１を、加熱海水通液部２０の海水温度における水の飽和蒸気圧以下、０．１ａｔｍ以上の圧力に減圧している。この結果、造水装置１の熱効率を向上しつつ、造水効率も大幅に向上できる。よって、コンパクトで高い造水効率の船舶用の造水装置を実現できる。
冷却部２３は、加熱装置１０により加熱される前の海水が流れる冷却用海水通液部３０と、冷却用海水通液部３０と真空部２１を隔てる冷却板３１を備えているので、新たな冷媒を冷却部２３に供給する必要がなく、造水装置におけるエネルギー効率を向上できる。
真空部２１の減圧手段が、海水の送液により駆動される水エゼクタ６１であるので、新たに駆動源を設ける必要はなく、造水装置におけるエネルギー効率を向上できる。
淡水回収路７０に、真空部２１で凝縮された淡水を淡水容器１３に送液する送液ポンプ７１を設けているので、真空部２１が高い真空度で減圧されていても、淡水を適正に回収できる。
（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態において、真空膜蒸留式造水装置１は、真空蒸留モジュール１１を複数、例えば２つ備えていてもよい。本実施の形態において２つの真空蒸留モジュールを第１の真空蒸留モジュール１１ａ及び第２の真空蒸留モジュール１１ｂとする。
上記第１の実施の形態において、真空膜蒸留式造水装置１は、真空蒸留モジュール１１を複数、例えば２つ備えていてもよい。本実施の形態において２つの真空蒸留モジュールを第１の真空蒸留モジュール１１ａ及び第２の真空蒸留モジュール１１ｂとする。
真空膜蒸留式造水装置１は、例えば海水が、各真空蒸留モジュール１１ａ、１１ｂの冷却部２３の冷却用海水通液部３０を所定の順番で通った後、加熱装置１０で加熱され、その後その逆の順番で各真空蒸留モジュール１１ａ、１１ｂの加熱海水通液部２０を通るように構成された海水流路を有している。
すなわち、海水流路は、船舶に取り入れられた海水を第１の真空蒸留モジュール１１ａの冷却用海水通液部３０に供給する第１の海水流路１００と、その冷却用海水通液部３０を通過した海水を第２の真空蒸留モジュール１１ｂの冷却用海水通液部３０に供給する第２の海水流路１０１と、その冷却用海水通液部３０を通過した海水を加熱装置１０に供給する第３の海水流路１０２と、加熱装置１０で加熱された海水を第２の真空蒸留モジュール１１ｂの加熱海水通液部２０に供給する第４の海水流路１０３と、その加熱海水通液部２０を通過した海水を第１の真空蒸留モジュール１１ａの加熱海水通液部２０に供給する第５の海水流路１０４と、その加熱海水通液部２０を通過した海水を排出する第６の海水流路１０５により構成されている。
また、分岐路６２は、第１の海水流路１００から分岐し水エゼクタ６１に通じている。水エゼクタ６１の下流側は、第５の海水流路１０５に通じている。水エゼクタ６１は、真空吸引路６０により、各真空蒸留モジュール１１ａ、１１ｂの真空部２１に連通している。また、淡水容器１３に通じる淡水回収路７０は、各真空蒸留モジュール１１ａ、１１ｂの真空部２１ａ、２１ｂに連通している。なお、第１の実施の形態と同じ部分については、同じ符号を用いて説明を省略する。
本実施の形態によれば、第２の真空蒸留モジュール１１ｂの冷却用海水通液部３０の海水温度が、第１の真空蒸留モジュール１１ａの冷却用海水通液部３０の海水温度より高くなり、第２の真空蒸留モジュール１１ｂの加熱海水通液部２０の海水温度が、第１の真空蒸留モジュール１１ａの加熱海水通液部２０の海水温度より高くなる。つまり、各真空蒸留モジュール１１ａ、１１ｂにおいて加熱海水通液部の海水温度が異なり、それぞれの海水温度に適した真空度を設定することができる。これにより、各真空蒸留モジュール１１ａ、１１ｂにおいて海水の蒸留が十分かつ好適に行われ、造水効率を向上できる。なお、第２の真空蒸留モジュール１１ｂの真空部２１ｂの圧力を第１の真空蒸留モジュール１１ａの真空部２１ａの圧力よりも高くしてもよい。
（第３の実施の形態）
上記第１の実施の形態では疎水性多孔質膜２２に平膜を用いていたが、中空糸膜を用いてもよい。かかる場合、例えば図３に示すように真空蒸留モジュール１１０は、例えば蒸発部１２０と凝縮部１２１を備えていてもよい。例えば蒸発部１２０は、円筒状の容器を有し、その内部に、容器の長手方向（上下方向）に配置された疎水性多孔質膜としての束状の中空糸膜１２３を備えている。この中空糸膜１２３の一次側（管内側）は、第３の海水流路４２と第４の海水流路４３に連通している。凝縮部１２１は、例えば蒸発部１２０と同様の円筒状の容器を有し、その内部に、容器の長手方向に配置された冷却体としての冷却管１２４を備えている。冷却管１２４の管路内は、第１の海水流路４０と第２の海水流路４１に連通している。蒸発部１２０と凝縮部１２１は、平行に並べて配置され、それらの間に配置された接続空間１２５により互いに接続されている。接続空間１２５には、真空吸引路６０が接続されている。よって、本実施の形態では、蒸発部１２０の中空糸膜１２３の一次側（管内側）の空間が加熱海水通液部２０となり、中空糸膜１２３の二次側（外側）空間、接続空間１２５及び冷却管１２４の外側空間が真空部２１となり、冷却管１２４の管路内が冷却用海水通液部３０になっている。淡水回収路７０は、例えば凝縮部１２１の下面の冷却管１２４の外側空間に接続されている。なお、第１の実施の形態と同じ部分については、同じ符号を用いて説明を省略する。
上記第１の実施の形態では疎水性多孔質膜２２に平膜を用いていたが、中空糸膜を用いてもよい。かかる場合、例えば図３に示すように真空蒸留モジュール１１０は、例えば蒸発部１２０と凝縮部１２１を備えていてもよい。例えば蒸発部１２０は、円筒状の容器を有し、その内部に、容器の長手方向（上下方向）に配置された疎水性多孔質膜としての束状の中空糸膜１２３を備えている。この中空糸膜１２３の一次側（管内側）は、第３の海水流路４２と第４の海水流路４３に連通している。凝縮部１２１は、例えば蒸発部１２０と同様の円筒状の容器を有し、その内部に、容器の長手方向に配置された冷却体としての冷却管１２４を備えている。冷却管１２４の管路内は、第１の海水流路４０と第２の海水流路４１に連通している。蒸発部１２０と凝縮部１２１は、平行に並べて配置され、それらの間に配置された接続空間１２５により互いに接続されている。接続空間１２５には、真空吸引路６０が接続されている。よって、本実施の形態では、蒸発部１２０の中空糸膜１２３の一次側（管内側）の空間が加熱海水通液部２０となり、中空糸膜１２３の二次側（外側）空間、接続空間１２５及び冷却管１２４の外側空間が真空部２１となり、冷却管１２４の管路内が冷却用海水通液部３０になっている。淡水回収路７０は、例えば凝縮部１２１の下面の冷却管１２４の外側空間に接続されている。なお、第１の実施の形態と同じ部分については、同じ符号を用いて説明を省略する。
かかる場合、海水は、第１の海水流路４０から冷却管１２４の冷却用海水通液部３０に供給され、冷却管１２４から第２の海水流路４１を通って加熱装置１０に供給される。加熱装置１０で加熱された海水は、第３の海水流路４２を通じて蒸発部１２０の中空糸膜１２３の一次側の加熱海水通液部２０に供給される。加熱海水通液部２０に供給された海水は、中空糸膜１２３の一次側と二次側を挟んだ温度差、圧力差により蒸気となって中空糸膜１２３の側壁を通り、中空糸膜１２３の二次側の真空部２１に流入する。このとき、真空部２１は、水エゼクタ６１により、加熱海水通液部２０の海水温度における水の飽和蒸気圧以下、０．１ａｔｍ以上の圧力に減圧されている。中空糸膜１２３の二次側の真空部２１に流入した蒸気は、接続空間１２５を通って凝縮部１２１の冷却管１２４に達し、そこで冷却され凝縮される。こうして生成された淡水は、凝縮部１２１の下部に溜り、送液ポンプ７１により淡水回収路７０を通じて淡水容器１３に回収される。
本実施の形態によれば、省スペースで疎水性多孔質膜２２の膜面積を増加できるので、膜単位面積あたりの蒸留水量（Ｆluｘ）が増えて、造水装置１における造水効率及び造水量を向上できる。よって、船舶における造水装置１においてコンパクトで高い造水効率を実現できる。
（第４の実施の形態）
上記第２の実施の形態においても疎水性多孔質膜２２の平膜の代わりに中空糸膜１２３を用いてもよい。図４に示すように中空糸膜１２３を用いる真空蒸留モジュール１１０ａ、１１０ｂは、上記第３の実施の形態で用いた真空蒸留モジュール１１０と同様の構成を有していてもよい。
上記第２の実施の形態においても疎水性多孔質膜２２の平膜の代わりに中空糸膜１２３を用いてもよい。図４に示すように中空糸膜１２３を用いる真空蒸留モジュール１１０ａ、１１０ｂは、上記第３の実施の形態で用いた真空蒸留モジュール１１０と同様の構成を有していてもよい。
かかる場合、海水は、第１の海水流路１００から第１の真空蒸留モジュール１１０ａの凝縮部１２１の冷却管１２４内に供給され、その冷却管１２４から第２の海水流路１０１を通って第２の真空蒸留モジュール１１０ｂの冷却管１２４内に供給され、その冷却管１２４から第３の海水流路１０２を通じて加熱装置１０に供給される。加熱装置１０で加熱された海水は、第４の海水流路１０３を通じて第２の真空蒸留モジュール１１０ｂの蒸発部１２０の中空糸膜１２３の一次側（加熱海水通液部２０）に供給され、その後第５の海水流路１０４を通じて第１の真空蒸留モジュール１１０ｂの中空糸膜１２３の一次側（加熱海水通液部２０）に供給される。その後海水は、第６の海水流路１０５を通じて排水される。本実施の形態によれば、小型の造水装置１で造水量及び造水効率をさらに向上できる。
（第５の実施の形態）
以上の実施の形態では、２つの真空蒸留モジュールの各真空部からそれぞれ淡水の排出や排気を行っていたが、図５に示すように第２の真空蒸留モジュール１１ｂの真空部２１ｂの淡水回収路７０と真空吸引路６０を第１の真空蒸留モジュール１１ａの真空部２１ａに接続し、第２の真空蒸留モジュール１１ｂの真空部２１ｂで生成された淡水を第１の真空蒸留モジュール１１ａの真空部２１ａに供給して真空部２１ａの淡水と混合し、その淡水を真空部２１ａから回収容器１３に排出してもよい。また、第２の真空蒸留モジュール１１ｂの真空部２１ｂの気体を真空部２１ａに吸引し、その真空部２１ａから水エゼクタ６１に吸引してもよい。かかる場合、例えば真空部２１ｂの熱を真空部２１ａで利用できるので、加熱装置１０の使用熱量を減らし、造水装置における熱効率を向上できる。なお、この例は、第４の実施の形態に示したような膜モジュールを用いる場合にも適用できる。
以上の実施の形態では、２つの真空蒸留モジュールの各真空部からそれぞれ淡水の排出や排気を行っていたが、図５に示すように第２の真空蒸留モジュール１１ｂの真空部２１ｂの淡水回収路７０と真空吸引路６０を第１の真空蒸留モジュール１１ａの真空部２１ａに接続し、第２の真空蒸留モジュール１１ｂの真空部２１ｂで生成された淡水を第１の真空蒸留モジュール１１ａの真空部２１ａに供給して真空部２１ａの淡水と混合し、その淡水を真空部２１ａから回収容器１３に排出してもよい。また、第２の真空蒸留モジュール１１ｂの真空部２１ｂの気体を真空部２１ａに吸引し、その真空部２１ａから水エゼクタ６１に吸引してもよい。かかる場合、例えば真空部２１ｂの熱を真空部２１ａで利用できるので、加熱装置１０の使用熱量を減らし、造水装置における熱効率を向上できる。なお、この例は、第４の実施の形態に示したような膜モジュールを用いる場合にも適用できる。
（第６の実施の形態）
以上の実施の形態では、減圧手段である水エゼクタ６１が、海水の送液により駆動されていたが、海水から製造された淡水の送液により駆動されるものであってもよい。かかる場合、例えば図６に示すように淡水回収路７０が水エゼクタ６１を介して回収容器１３に接続される。また、回収容器１３には、回収容器１３の淡水（製造水）を水エゼクタ６１に戻し循環させる循環路１３０が接続されている。循環路１３０には、ポンプ１３１が設けられている。かかる場合、例えばポンプ１３１の駆動により回収容器１３内の淡水を水エゼクタ６１に送液することにより、水エゼクタ６１が作動し、真空吸引路６０を通じて真空部２１を減圧する。また、このとき真空部２１の淡水を、淡水回収路７０を通じ水エゼクタ６１を介して回収容器１３に排出できる。なお、この例は、上記すべての実施の形態に適用できる。
以上の実施の形態では、減圧手段である水エゼクタ６１が、海水の送液により駆動されていたが、海水から製造された淡水の送液により駆動されるものであってもよい。かかる場合、例えば図６に示すように淡水回収路７０が水エゼクタ６１を介して回収容器１３に接続される。また、回収容器１３には、回収容器１３の淡水（製造水）を水エゼクタ６１に戻し循環させる循環路１３０が接続されている。循環路１３０には、ポンプ１３１が設けられている。かかる場合、例えばポンプ１３１の駆動により回収容器１３内の淡水を水エゼクタ６１に送液することにより、水エゼクタ６１が作動し、真空吸引路６０を通じて真空部２１を減圧する。また、このとき真空部２１の淡水を、淡水回収路７０を通じ水エゼクタ６１を介して回収容器１３に排出できる。なお、この例は、上記すべての実施の形態に適用できる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば以上の実施の形態において、真空蒸留モジュール１１、１１ａ、１１ｂ、１１０、１１０ａ、１１０ｂの冷却部２３の冷媒として、加熱する前の海水を用いていたが、別の冷媒を用いてもよい。また、減圧手段として水エゼクタ６１を用いていたが、ポンプ、アスピレータなどの他の減圧手段を用いてもよい。減圧装置の構成も上記実施の形態の水エゼクタに限られない。
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明するが、本実施形態は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
（実施例１）
疎水性多孔質膜２２として膜厚１９０μｍ、分画分子量５００ｋＤａのポリスルホン製平膜（Ｓｅｐｒｏ社製）を用い、冷却板３１として厚み２ｍｍのステンレス板を用いて、図１に示した疎水性多孔質膜２２と冷却板３１との距離（Ｇａｐ）が４ｍｍになるようスペーサーを用いて調整した。３０℃の模擬海水（３．５重量％塩化ナトリウム水溶液）を６００ｍＬ／ｍｉｎの流量で流し、加熱海水通液部２０の入口温度を６５℃になるよう調整した。真空部２１内の圧力は、真空ポンプと真空制御装置を用いて０．１０ａｔｍになるよう調整し、膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に淡水容器１３に溜まる水を採取し、Ｆｌｕｘを算出したところ、２５．０ｋｇ／ｍ2／ｈの高い値（１０．０ｋｇ／ｍ2／ｈ以上の値）が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．０μＳ／ｃｍであった。なお、このときの海水温度（６５℃）における水の飽和水蒸気圧は、約０．２５ａｔｍである。
疎水性多孔質膜２２として膜厚１９０μｍ、分画分子量５００ｋＤａのポリスルホン製平膜（Ｓｅｐｒｏ社製）を用い、冷却板３１として厚み２ｍｍのステンレス板を用いて、図１に示した疎水性多孔質膜２２と冷却板３１との距離（Ｇａｐ）が４ｍｍになるようスペーサーを用いて調整した。３０℃の模擬海水（３．５重量％塩化ナトリウム水溶液）を６００ｍＬ／ｍｉｎの流量で流し、加熱海水通液部２０の入口温度を６５℃になるよう調整した。真空部２１内の圧力は、真空ポンプと真空制御装置を用いて０．１０ａｔｍになるよう調整し、膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に淡水容器１３に溜まる水を採取し、Ｆｌｕｘを算出したところ、２５．０ｋｇ／ｍ2／ｈの高い値（１０．０ｋｇ／ｍ2／ｈ以上の値）が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．０μＳ／ｃｍであった。なお、このときの海水温度（６５℃）における水の飽和水蒸気圧は、約０．２５ａｔｍである。
（実施例２）
疎水性多孔質膜２２と冷却板３１のＧａｐを４ｍｍの代わりに１０ｍｍに変更した以外は実施例１と同様の方法で膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に採水容器に溜まる水を採取し、図７に示すようにＦｌｕｘ２４．１ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．０μＳ／ｃｍであった。
疎水性多孔質膜２２と冷却板３１のＧａｐを４ｍｍの代わりに１０ｍｍに変更した以外は実施例１と同様の方法で膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に採水容器に溜まる水を採取し、図７に示すようにＦｌｕｘ２４．１ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．０μＳ／ｃｍであった。
（実施例３）
真空部２１の圧力を０．１０ａｔｍの代わりに０．２０ａｔｍに変更した以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留を行った。図７に示すようにＦｌｕｘ１１．１ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．１μＳ／ｃｍであった。
真空部２１の圧力を０．１０ａｔｍの代わりに０．２０ａｔｍに変更した以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留を行った。図７に示すようにＦｌｕｘ１１．１ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．１μＳ／ｃｍであった。
（実施例４）
実施例１で使用したポリスルホン製平膜の疎水性多孔質膜２２とステンレス板の冷却板３１を用いて、疎水性多孔質膜２２と冷却板３１との距離（Ｇａｐ）が２ｍｍになるようスペーサーを用いて調整した。図２に示すように２組の真空蒸留モジュール１１a、１１ｂを連結し、３０℃の模擬海水（３．５重量％塩化ナトリウム水溶液）を６００ｍＬ／ｍｉｎの流量で流し、真空蒸留モジュール１１aの蒸発部１２０の入口温度を６５℃、凝縮部１２１の入口温度を５０℃、真空蒸留モジュール１１ｂの蒸発部１２０の入口温度を４７℃、凝縮部１２１の入口温度を３０℃になるよう調整した。第１の真空蒸留モジュール１１ａと第２の真空蒸留モジュール１１ｂの各真空部２１ａ、２１ｂの圧力は、それぞれ調整され、第１の真空蒸留モジュール１１ａの真空部２１ａ内を０．２４ａｔｍ、第２の真空蒸留モジュール１１ｂの真空部２１ｂ内の圧力を０．１０ａｔｍになるよう調整し、膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に淡水容器１３に溜まる水を採取し、Ｆｌｕｘを算出したところ、１１．２ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．１μＳ／ｃｍであった。
実施例１で使用したポリスルホン製平膜の疎水性多孔質膜２２とステンレス板の冷却板３１を用いて、疎水性多孔質膜２２と冷却板３１との距離（Ｇａｐ）が２ｍｍになるようスペーサーを用いて調整した。図２に示すように２組の真空蒸留モジュール１１a、１１ｂを連結し、３０℃の模擬海水（３．５重量％塩化ナトリウム水溶液）を６００ｍＬ／ｍｉｎの流量で流し、真空蒸留モジュール１１aの蒸発部１２０の入口温度を６５℃、凝縮部１２１の入口温度を５０℃、真空蒸留モジュール１１ｂの蒸発部１２０の入口温度を４７℃、凝縮部１２１の入口温度を３０℃になるよう調整した。第１の真空蒸留モジュール１１ａと第２の真空蒸留モジュール１１ｂの各真空部２１ａ、２１ｂの圧力は、それぞれ調整され、第１の真空蒸留モジュール１１ａの真空部２１ａ内を０．２４ａｔｍ、第２の真空蒸留モジュール１１ｂの真空部２１ｂ内の圧力を０．１０ａｔｍになるよう調整し、膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に淡水容器１３に溜まる水を採取し、Ｆｌｕｘを算出したところ、１１．２ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．１μＳ／ｃｍであった。
（比較例１）
真空部２１の圧力を、加熱海水通液部２０の海水温度における水の飽和蒸気圧より高い大気圧で行った以外は実施例１と同様の方法で膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に淡水容器１３に溜まる水を採取し、Ｆｌｕｘを算出したところ、３．３ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．１μＳ／ｃｍであった。
真空部２１の圧力を、加熱海水通液部２０の海水温度における水の飽和蒸気圧より高い大気圧で行った以外は実施例１と同様の方法で膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に淡水容器１３に溜まる水を採取し、Ｆｌｕｘを算出したところ、３．３ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．１μＳ／ｃｍであった。
（比較例２）
真空部２１の圧力を０．１０ａｔｍの代わりに０．３０ａｔｍに変更した以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留を行った。図７に示すようにＦｌｕｘ５．５ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．２μＳ／ｃｍであった。
真空部２１の圧力を０．１０ａｔｍの代わりに０．３０ａｔｍに変更した以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留を行った。図７に示すようにＦｌｕｘ５．５ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．２μＳ／ｃｍであった。
（比較例３）
真空部２１の圧力を０．１０ａｔｍの代わりに０．５０ａｔｍに変更した以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留を行った。図７に示すようにＦｌｕｘ３．０ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．２μＳ／ｃｍであった。
真空部２１の圧力を０．１０ａｔｍの代わりに０．５０ａｔｍに変更した以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留を行った。図７に示すようにＦｌｕｘ３．０ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．２μＳ／ｃｍであった。
（比較例４）
２組の真空蒸留モジュール１１a、１１ｂ内の真空部２１ａ、２１ｂの圧力を大気圧で行った以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に淡水容器１３に溜まる水を採取し、Ｆｌｕｘを算出したところ、３．４ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．３μＳ／ｃｍであった。
２組の真空蒸留モジュール１１a、１１ｂ内の真空部２１ａ、２１ｂの圧力を大気圧で行った以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留を行った。実験開始から３０分後に淡水容器１３に溜まる水を採取し、Ｆｌｕｘを算出したところ、３．４ｋｇ／ｍ2／ｈの値が得られた。また、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃で０．３μＳ／ｃｍであった。
本発明は、コンパクトで高い造水効率を実現する船舶用の真空膜蒸留式造水装置を提供する際に有用である。
１ 船舶用の膜蒸留式造水装置
１０ 加熱装置
１１ 真空蒸留モジュール
１３ 淡水容器
２０ 加熱海水通液部
２１ 真空部
２２ 疎水性多孔質膜
２３ 冷却部
６１ 水エゼクタ
１０ 加熱装置
１１ 真空蒸留モジュール
１３ 淡水容器
２０ 加熱海水通液部
２１ 真空部
２２ 疎水性多孔質膜
２３ 冷却部
６１ 水エゼクタ
Claims (5)
- 船舶が有する熱源の熱を利用して、船舶に取り入れられる海水から淡水を製造する船舶用の真空膜蒸留式造水装置であって、
船舶に取り入れられた海水を加熱する加熱装置と、
前記加熱装置で加熱された海水が流れる加熱海水通液部と、真空部と、前記加熱海水通液部と前記真空部とを隔てる疎水性多孔質膜と、前記加熱海水通液部の海水から前記疎水性多孔質膜を通じて前記真空部に流入した蒸気を冷却して凝縮する冷却部と、を備えた真空蒸留モジュールと、
前記真空部を減圧する減圧手段としての水エゼクタと、
前記海水を前記水エゼクタに送液する送液装置と、を有し、
前記水エゼクタは、前記送液装置の前記海水の送液により駆動し、
前記加熱装置は、前記海水を前記船舶の熱源の熱により加熱し、
前記減圧手段は、前記真空部を、前記加熱海水通液部の海水速度における水の飽和蒸気圧以下、０．１atm以上の圧力に減圧する、船舶用の真空膜蒸留式造水装置。 - 前記冷却部は、前記加熱装置により加熱される前の海水が流れる冷却用海水通液部と、前記冷却用海水通液部と前記冷却用海水通液部と前記真空部を隔てる冷却体と、を備える、請求項１に記載の船舶用の真空膜蒸留式造水装置。
- 前記真空蒸留モジュールを複数備え、前記海水が、各真空蒸留モジュールの冷却部の冷却用海水通液部を所定の順番で通った後、前記加熱装置で加熱され、その後前記順番の逆の順番で前記各真空蒸留モジュールの加熱海水通液部を通るように構成された海水流路を有する、請求項２に記載の船舶用の真空膜蒸留式造水装置。
- 前記真空部に通じる淡水容器と、
前記真空部で凝縮された淡水を前記淡水容器に送液する送液手段と、をさらに有する、請求項１〜３のいずれかに記載の船舶用の真空膜蒸留式造水装置。 - 前記疎水性多孔質膜が、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる少なくとも一つの樹脂を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の船舶用の真空膜蒸留式造水装置。
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