JP6575626B1 - 純水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して高い水質の純水を製造することができる純水製造装置を提供する。【解決手段】淡水タンク１内の淡水の一部は、低圧ボイラ又は中圧ボイラの給水として用いられる。淡水タンク１内の淡水は、主系列１０を構成する配管２、バルブ３、給水ポンプ４及びＭＦ膜装置５を介してＲＯ装置６へ供給される。ＲＯ装置６の透過水は、電気脱イオン装置１１に供給される。主系列１０からの純水の水量又は水質に応じて予備系列２０を作動させ、電気脱イオン装置１１からの純水又は淡水タンク１からの淡水をＭＦ膜装置２５及びイオン交換樹脂装置２６に通水する。【選択図】図１

Description

本発明は、純水製造装置に係り、特に船舶内の純水製造装置に好適な純水製造装置に関する。

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。そこで船舶には、海水から蒸留等により淡水を造水する造水装置が搭載されていることが多い。また、造水装置で製造した淡水は飲料水等のほかボイラ給水としても使用されることがある（特許文献１）。

ここで、船内におけるボイラは例えば以下のような用途で用いられている。
（１） タービン船では過熱蒸気をタービンに供給する蒸気発生装置として主ボイラを設置する。
（２） ディーゼル船では、燃料、潤滑油、冷却清水の加熱、調理、給湯、暖房などのために大量の蒸気が必要であり、ディーゼル機関を補うために飽和蒸気を供給する補助ボイラを設置する。
（３） タンカー船では、カーゴタンク内の揮発性ガスを押し出すためのイナートガスとして酸素濃度≦５％のボイラ排気（不燃性）を供給するためのボイラを設置する。

従来はいずれの用途においても船内ボイラとして低圧・中圧ボイラが主に用いられている。この場合は、ボイラ給水として淡水を用いたときに淡水の水質が運転不良につながるケースは顕在化しにくい。
ここで、特にタービン船は蒸気タービンを稼働するための蒸気を主にボイラで製造する必要があり燃費へのボイラ稼働台数の影響が大きい。そこで近年、ボイラとして高圧ボイラを使用して１台の高圧ボイラで複数の蒸気タービンを稼働することで、ボイラ稼働台数を削減して燃費の改善を図る取組みが検討されている。

しかし、船内ボイラとして高圧ボイラを使用する場合は、ボイラ給水が高温であるため水質の悪さ（例えば腐食性）がボイラの運転不良に繋がりやすい。ボイラが運転不良となったときの影響が甚大であることから、ボイラ給水の水質を淡水からさらに高度化して、脱塩していわゆる純水を製造して純水をボイラ給水として使用することが望ましいと考えられる。

ボイラ用純水製造装置として、ＵＦ膜装置とＲＯ装置と電気膜イオンとを直列に設置したものが知られている（特許文献２）。

特開２００７−１３２２２７号公報 特開２００３−１３６０６５号公報

通常の場合、船内には交換部品が保管されていないので、航行中に純水製造装置が部品の劣化、損傷、閉塞等によって運転不良になっても、部品を交換できず、運転不良を解消できない。

本発明は、安定して高い水質の純水を製造することができる純水製造装置を提供することを目的とする。

本発明の純水製造装置は、被処理水を処理して純水を製造する主系列を有する純水製造装置において、該主系列からの純水を受け入れ可能に、純水製造用の予備系列を設置したことを特徴とする。

本発明の一態様では、前被処理水を、前記主系列を経ることなく前記予備系列に導入する手段を備える。

本発明の一態様の純水製造装置は、船舶搭載用である。

本発明の一態様では、前記予備系列はイオン交換樹脂装置を有する。

本発明の一態様では、前記主系列は、ＲＯ装置及び該ＲＯ装置の透過水を処理する電気脱イオン装置を有する。

本発明の純水製造装置は、主系列からの純水を受け入れ可能な予備系列を備えるので、主系列が機能低下したときには、予備系列で仕上げ処理することができる。

本発明の一態様では、予備系列単独でも純水製造可能であるので、主系列が機能低下したり故障したときに直ちにバックアップとして予備系列により純水製造を続行することができる。

本発明の純水製造装置を搭載した船舶は、純水製造装置の主系列が故障したときでも、本系列の故障を修理することなく、次の寄港地まで航行できる。

実施の形態に係る純水製造装置の構成図である。 実施の形態に係る純水製造装置の制御フローチャートである。

図１は実施の形態に係る純水製造装置を示すものである。海水を蒸留して得られた淡水が淡水タンク１内に導入される。この淡水タンク１内の淡水の一部は、低圧ボイラ又は中圧ボイラの給水として用いられる。淡水タンク１内の淡水は、主系列１０を構成する配管２、バルブ３、給水ポンプ４及びＭＦ膜装置５を介してＲＯ（逆浸透）装置６へ供給される。ＲＯ装置６の濃縮水は、配管７を介して淡水タンク１に返送され、その一部は配管７から分岐したブロー配管８及びブロー弁９を介して系外に排出される。

ＲＯ装置６の透過水は、電気脱イオン装置１１に供給される。電気脱イオン装置１１は、特許文献２の通り、陰極及び陽極と、該陰極と陽極の間に配列された複数のカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、これらの膜同士の間に形成された濃縮室及び脱塩室と、該脱塩室に充填されたイオン交換体と、該陽極と陰極との間に電圧を印加する電源装置とを有する。ＲＯ透過水は、該脱塩室を通過する間に脱イオン処理され、純水となる。この純水は、配管３０、バルブ３１、配管１２及びバルブ１３を介して一部が取り出され、高圧ボイラ等の給水として使用される。純水の残部は、配管１５を介して淡水タンク１へ返送される。

以上が主系列１０である。電気脱イオン装置１１からの純水の水質（比抵抗又は電気伝導度など）が比抵抗計、電気伝導度計などのセンサで計測されると共に、電気脱イオン装置１１からの純水流量が流量センサで計測され、これらのセンサの検出信号が制御器（図示略）に入力される。該制御器は、以上の主系列１０の運転の間中、純水の水質及び水量を監視しており、図２の通り、水質及び水量の少なくとも一方が所定期間以上、設定値を下回る（水質が悪い又は水量が少ない）場合には、主系列１０に何らかの異常が生じたものと判断し、純水製造装置の管理部門に衛星通信システム等を利用して異常を通知すると共に、予備系列２０の作動を開始させる。

予備系列２０は、電気脱イオン装置１１からの純水を、配管３０から分岐した配管３３、バルブ３４、配管３５，２３及び給水ポンプ２４によってＭＦ膜装置２５に通水し、ＭＦ濾過水をイオン交換樹脂装置２６に通水して脱イオン処理して純水を製造するよう構成されている。予備系列２０からの純水は配管２７からバルブ２９Ａ、前記配管１２，１５を介して淡水タンク１へ返送され、使用時はバルブ１３を開きバルブ１３を介して一部が取り出される。

この実施の形態では、淡水タンク１からの淡水を配管２１及びバルブ２２によって直接に予備系列２０へ導入可能としている。

主系列１０からの純水の水量及び水質が設定値以上（水量が多く、水質が良好）である場合には、主系列１０のみによって純水を製造する（図２のステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３）。この場合、バルブ３，３１，２９Ｂは開、バルブ３４，２２，２９Ａは閉、バルブ１３は使用時のみ開とされる。

ＲＯ膜や電気脱イオン装置１１の劣化等に起因して、主系列１０からの純水の水量は十分であるが、水質が悪い（設定値未満）の場合は、主系列１０と予備系列２０とを直列運転する（図２のステップＳ４）。この場合、バルブ３１，２２，２９Ｂは閉、バルブ３，３４，２９Ａは開、バルブ１３は使用時のみ開とされ、ポンプ２４が作動される。電気脱イオン装置１１からの純水は、配管３０，３５，２３、ポンプ２４、ＭＦ膜装置２５、イオン交換樹脂装置２６、配管２７，１２の順に流れ配管１５を介して淡水タンク１へ返送され、使用時はバルブ１３を介して一部が取り出される。

このように、主系列１０からの純水の水質低下を予備系列２０での仕上げ処理により補うことができる。

主系列１０からの純水の水量が不足するが、該純水の水質が良好（設定値以上）である場合には、図２のステップＳ５，Ｓ６の通り、主系列１０と予備系列２０とを並列運転する。この場合、バルブ３，３１，２２，２９Ａは開、バルブ３４，２９Ｂは閉、バルブ１３は使用時のみ開とされ、ポンプ２４が作動される。これにより、淡水タンク１からの淡水は主系列１０及び予備系列２０の双方で処理されてそれぞれ純水が製造され、各系列からの純水は配管１２で合流して配管１５を介して淡水タンク１へ返送され、使用時はバルブ１３を介して一部が取り出される。

このように、主系列１０からの純水の不足量を予備系列２０によって補うことができる。

主系列１０からの純水の水量及び水質のいずれもが設定値未満であるときには、図２のステップＳ７の通り、予備系列２０によってのみ純水を製造する。この場合、バルブ３，３１，３４，２９Ｂは閉、ポンプ４は停止、バルブ２２，２９Ａは開、ポンプ２４は作動される。これにより、淡水タンク１内の淡水は、予備系列２０によってのみ処理され、得られた純水が配管２７，１２の順に流れ配管１５を介して淡水タンク１へ返送され、使用時はバルブ１３を介して一部が取り出される。

このように、主系列１０と予備系列２０とを設置し、直列にも並列にも流すことができるようにしているので、主系列１０にトラブルが生じた場合でも純水を安定して製造することができる。また、高圧ボイラに純水が安定して供給されるので、船舶を次の寄港地まで航行させることができる。

上記実施の形態では、淡水タンク１内の淡水を予備系列２０へ供給する配管２１は淡水タンク１に直接に接続されているが、該配管２１は配管２から分岐されてもよい。

上記実施の形態ではＭＦ膜装置５が用いられているが、ＵＦ膜装置が用いられてもよい。また、これらの膜装置は省略されてもよい。図１では、ＲＯ装置６は１段だけ図示されているが、２段以上に設置されてもよい。

なお、イオン交換樹脂装置２６は、省スペースである；立ち上がりが早い；原水水質の変動に耐えられる；メンテナンス作業が簡易または不要である等の特徴を有している。イオン交換樹脂装置は、電気脱イオン装置等に比べて、破過までの寿命が短いが、次の寄港地まで短期間だけ安定して脱塩処理できればよいので、予備系列２０にイオン交換樹脂装置を用いることができる。特に装置の単純化による省スペース化を図るため非再生型のイオン交換樹脂装置とすることが好ましい。

イオン交換樹脂装置としては１塔のみ、または２塔直列で配置すればよい。２塔の場合、カチオン交換→アニオン交換、アニオン交換→カチオン交換、アニオン・カチオン混合→アニオン・カチオン混合など各種の組み合わせを採用することができる。また、塔内に層状態でカチオン樹脂とアニオン樹脂を充填する方式や、塔内に水平遮水板で上室・下室に区分すると共に上室から排水して下室に導入する配管を設ける方式など１塔でカチオン交換・アニオン交換の２段処理を行うようにしてもよい。

さらに、より安定処理が求められる場合には、図１の通り予備系列においてＭＦ膜やＵＦ膜などにより膜濾過処理を行うことが好ましい。

このように主系列１０とは異なる除去メカニズムの予備系列２０を設置することにより、主系列と同じ原因でのトラブルを回避できるというメリットもある。

主系列１０が正常運転している間は、予備系列は基本的に脱塩には使用せず、浸漬状態で通水停止してもよいが、菌の発生を抑制して、切替え後にすぐに採水できるように、配管２８を用いて予備系列内で水を循環させてスタンバイしておくことが好ましい（バルブ２２，２９Ａ，３４を閉、バルブ３，３１，２９Ｂを開、バルブ１３は使用時のみ開とする。）。ただしこの場合、予備系列内の水温の上昇（５０℃超）やイオン交換樹脂からの溶出有機物の蓄積が懸念されるため、定期的に系外にブローするなどして水温や水質が所定範囲内になるよう制御するのが好ましい。また、配管２８からの戻り水を淡水タンク１に戻すと、大気中のＣＯ_２が溶解した水を取込むことになりイオン交換樹脂に負荷がかかるので、配管２３に返送するのが好ましい。

なお、流路の切り替えは三方弁で行うようにしてもよい。

１ 淡水タンク
６ ＲＯ装置
１０ 主系列
１１ 電気脱イオン装置
２０ 予備系列
２６ イオン交換樹脂装置

Claims (5)

1. 船舶の航行中に被処理水を処理して純水を製造する、船舶搭載用の主系列を有する純水製造装置において、該主系列からの純水を受け入れ可能に、該主系列とは異なる除去メカニズムによって純水を製造する、イオン交換樹脂装置を有する予備系列を設置したことを特徴とする純水製造装置。
2. 前記被処理水を、前記主系列を経ることなく前記予備系列に導入する手段を備えることを特徴とする請求項１の純水製造装置。
3. 前記主系列は、ＲＯ装置及び該ＲＯ装置の透過水を処理する電気脱イオン装置を有する請求項１又は２の純水製造装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの純水製造装置を備えた船舶。
5. 前記純水製造装置を、船舶の航行中に作動させる請求項４の船舶における純水製造方法。

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