JPH11267644A

JPH11267644A - 水処理装置

Info

Publication number: JPH11267644A
Application number: JP9685498A
Authority: JP
Inventors: Hiroyo Matsumoto; 曠世松本; Hiroaki Matsumoto; 浩明松本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】直接冷却式の膜蒸留法による水処理システム
を改良することにより、装置を大型化することなく小型
コンパクトとして原水の処理量を増大し得る水処理装置
を提供する。【解決手段】原水を加熱手段により加熱し、該加熱原
水から膜を介して水蒸気を生成し、該水蒸気から純水を
生成する水処理装置において、前記膜の２次側を１次側
よりも低圧にして、１次側と２次側との圧力差により前
記２次側に水蒸気を生成せしめる蒸留手段と、前記水蒸
気を凝縮して気液２相体とせしめる凝縮手段と、前記気
液２相体から気体と純水とを分離する分離手段とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水処理装置に係り、
特に宇宙ステーション等の系内で排出される水分等の除
去等に適用される水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば宇宙ステーションにおいて、原水
を処理して純水（生産水）を生成する水処理システムと
して、従来、逆浸透法による水処理システム（以下ＲＯ
システムという）、及び直接冷却式の膜蒸留法による水
処理システム（以下ＭＤシステムという）が提案されて
いる。

【０００３】図２はかかるＲＯシステムの系統図であ
り、２４は原水の元タンク、２３は原水を高圧に加圧す
る加圧ポンプである。該加圧ポンプ２３の下流側には、
２つの逆浸透膜モジュール（Ａ）２２及び（Ｂ）２７が
直列に設置されている。該逆浸透膜モジュール（Ａ）２
２、及び（Ｂ）２７は水以外の有機物等を排除する機能
を有するものである。２５はバッファタンク、２６は該
バッファタンク２５出口と前記２つの逆浸透膜モジュー
ル（Ａ）２２及び（Ｂ）２７との間の接続管路に設けら
れた加圧ポンプである。

【０００４】かかるＲＯシステムにおいては、元タンク
２４内の原水を加圧ポンプ２３によって高圧に加圧し
て、直列に設けられた２つの逆浸透膜モジュール（Ａ）
２２及び（Ｂ）２７に送り込む。そして、前記逆浸透膜
モジュール（Ａ）２２及び（Ｂ）２７において、水以外
の有機物等が除去されて水だけが透過され、純水が生成
される。この純水（生産水）は生産水タンク２１に貯溜
される。

【０００５】また図３は前記ＭＤシステムの系統図であ
り、図３において３１は原水元タンク、３３は循環タン
ク、３２は前記原水元タンク３１内の原水を前記循環タ
ンク３３に送給する原水ポンプ、３４は前記循環タンク
３３内の原水を加熱するヒータ、３６は膜蒸留膜モジュ
ール、４４は該モジュール３６と前記循環タンク３３と
の間を接続する循環路である。３５は該循環路４４内に
おいて原水を循環させる循環ポンプである。前記膜蒸留
膜モジュール３６は、高温に加熱された原水を、該原水
と２次水との水の飽和蒸気圧差を利用して水分を膜の２
次側（下流側）に移動させるものである。

【０００６】４０は親水性膜モジュール、４２は該親水
性膜モジュール４０と前記膜蒸留膜モジュール３６の２
次側（下流側）とを接続する水の循環路、３７は該循環
路４２内においての水（２次水）を循環させる循環ポン
プ、３８は前記循環路４２を通流する水（２次水）と冷
却水とを熱交換して該２次水を降温する熱交換器であ
る。また４１は生産水タンク、４３は前記親水性膜モジ
ュール４０と生産水タンク４１を接続する純水管、３９
は純水取出し用のポンプである。

【０００７】かかるＭＤシステムにおいては、膜蒸留膜
モジュール３６の膜の１次側（上流側）にヒータ３４に
よって７０℃程度に加熱された原水を流し、前記モジュ
ール３６の膜の２次側（下流側）に熱交換器３８にて冷
却された２次水（純水）を流すことによって、前記膜の
１次側と２次側との間に飽和蒸気圧差を生ぜしめ、この
飽和蒸気圧差によって原水中の水分を２次側に移動さ
せ、この２次水（純水）を熱交換器３８にて冷却しなが
ら循環路４２を流す。そして前記２次水即ち純水は親水
性膜モジュール４０によって透過されて抜き出され、純
水管４３を通って生産水タンク４１に導入され、該タン
ク４１内に貯溜される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示すＲＯシステムにおいては、高圧仕様の加圧ポンプ２
３の装備を必要とするとともに、所要の水処理量が多く
なり、これを確保するためには２つの逆浸透膜モジュー
ル（Ａ）２２及び（Ｂ）２７の容量を増大させる必要が
あり、装置が大型化し、装置コストも高くなる。

【０００９】一方、図３に示すＭＤシステムは、前記Ｒ
Ｏシステムよりも装置は小型コンパクトとなるが、原水
の処理量を増大し、処理速度を大きくするには、前記膜
蒸留膜モジュール４０における膜の接触面積を増大する
必要があり、装置が大型化するとともに複雑化する。

【００１０】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、直
接冷却式の膜膜蒸留法による水処理システムを改良する
ことにより、装置を大型化することなく小型コンパクト
として、原水の処理量を増大し得る水処理装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、原水を加熱手段により加熱し、該加熱原水
から膜を介して水蒸気を生成し、該水蒸気から純水を生
成する水処理装置であって、前記膜の２次側を１次側よ
りも低圧にして、１次側と２次側との圧力差により前記
２次側に水蒸気を生成せしめる蒸留手段と、前記水蒸気
を凝縮して気液２相体とせしめる凝縮手段と、前記気液
２相体から気体と純水とを分離する分離手段とを備えた
ことを特徴とする水処理装置を提案する。

【００１２】かかる発明によれば、蒸留手段の膜の１次
側に導入された加熱原水は、膜の２次側が真空ポンプ等
によって降圧されることにより生ずる１次側と２次側と
の圧力差を駆動力として、水蒸気となって膜を透過して
２次側に移動し、凝縮手段に送られる。該凝縮手段にお
いては、前記水蒸気を冷却して気液２相体とする。この
気液２相体は分離手段に送られ、疎水性膜を透過させた
気体と親水性膜を透過させた液体つまり純水とに分離さ
れ、該純水（生産水）は生産水タンクに貯溜される。

【００１３】従って、かかる発明によれば、蒸留手段に
おける膜の１次側つまり原水側と膜の２次側、つまり水
蒸気側とに差圧を生ぜしめ、該差圧を駆動力として加熱
原水から水蒸気を生成し、該水蒸気を冷却して気液２相
体とした後、分離手段によって気体を分離して純水を得
るようにしたので、逆浸透法による水処理装置や直接冷
却式の膜蒸留法による水処理装置等の従来技術に較べて
水処理システム全体を小型コンパクト化することが可能
となる。

【００１４】また、前記のように膜式の蒸留手段におい
て、膜の１次側と２次側との差圧を駆動力として１次側
の原水から２次側に水蒸気を生成するので、原水の処理
量が前記従来技術に較べて増大することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。

【００１６】図１は本発明の実施形態に係る宇宙用水処
理装置の構成図である。図１において、２は処理対象液
である原水が収容される原水タンクで、原水管１から原
水が供給されている。１０は該原水タンク２内の原水を
加熱するヒータ、４は前記原水から水蒸気を生成する膜
式の膜蒸留膜モジュール、５１は前記原水タンク２と膜
蒸留膜モジュール４との間を接続する原水の循環路、３
は該循環路５１に設けられて原水を循環させる循環ポン
プである。

【００１７】６は前記膜蒸留膜モジュール４で生成され
た水蒸気を冷却・凝縮させる凝縮器、５２は該凝縮器６
と前記膜蒸留膜モジュール４とを接続する水蒸気管であ
る。７は膜式気液分離器で、内部に疎水性膜と親水性膜
の２つの膜が設けられて、前記凝縮器６から送られてく
る気液２相体から気体と純水（生産水）とを分離するも
のである。５３は該膜式気液分離器７と前記凝縮器６と
を接続する気液管である。８、９は前記膜式気液分離器
７で生成された純水（生産水）が収容される生産水タン
ク、５５は該生産水タンク８、９と前記膜式気液分離器
７とを接続する純水管である。

【００１８】５は真空ポンプで、前記膜蒸留膜モジュー
ル４の水蒸気側から凝縮器６、膜式気液分離器７、生産
水タンク８、９を含む系内を真空に降圧する真空ポンプ
である。５４は該真空ポンプ５の吸入側と前記膜式気液
分離器７の疎水性膜側とを接続する気体管、５６は前記
真空ポンプ５入口の気体を加熱するヒータである。

【００１９】かかる構成からなる宇宙用水処理装置の稼
動時において、原水タンク２内の原水はヒータ１０によ
り加熱され、循環ポンプ３により循環路５１を通って膜
蒸留膜モジュール４内に送られる。膜蒸留膜モジュール
４内における膜（不図示）の１次側、即ち前記ヒータ１
０により加熱された原水が循環する膜の内側と、水蒸気
管５２に接続される２次側即ち膜の外側との間は、前記
真空ポンプ５によって２次側が真空に降圧されることに
より、圧力差が生じており、該膜蒸留膜モジュール４に
おいては、この差圧を駆動力として原水は水蒸気となっ
て膜を透過し、外側つまり２次側に流出してくる。

【００２０】この水蒸気は水蒸気管５２を通って凝縮器
６に送られる。該凝縮器６においてはチラーによって前
記水蒸気を冷却して一部または大部分を気化する。この
気液２相体は気液管５３を通って膜式気液分離器７に送
られる。該膜式気液分離器７に導入された気液２相体の
うち、気体は疎水性膜を透過して気体管５４を通り、ヒ
ータ５６で加熱されて真空ポンプ５へと吸引される。一
方、液体は親水性膜を透過し、純水管５５を通って生産
水タンク８及び９に導入される。これにより生産水タン
ク８、９には連続的に純水が貯溜される。

【００２１】以上のように、かかる実施形態によれば、
真空ポンプ５により膜蒸留膜モジュール４の膜の外側、
つまり２次側を真空に降圧して膜の内側つまり１次側に
ある加熱原水と２次側との間に差圧を生ぜしめ、この差
圧によって加熱原水から水蒸気を生成し、この水蒸気を
冷却して気液２相体とし、該気液２相体を気体を透過す
る疎水性膜と液体を透過する親水性膜とを備えた膜式気
液分離器７にて気体と純水とを完全に分離して、純水を
連続的に生成するように構成されているので、従来の逆
浸透法による水処理装置（図２）や直接冷却式の膜蒸留
法による水処理装置（図３）に較べて水処理装置のシス
テム全体をきわめてコンパクトにすることができる。

【００２２】しかも、前記のように膜蒸留膜モジュール
４において、膜の１次側と２次側との間に差圧を生成
し、この差圧を駆動力として原水から水蒸気を生成する
ので、原水の処理量も前記従来技術に増大することがで
きる。

【００２３】また、前記膜蒸留膜モジュール４には溌水
性の高い膜を用いているので、原水を直接該モジュール
４内に送入することが可能となり処理工程が短縮され
る。

【００２４】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、蒸留
手段において膜の１次側つまり原水側と膜の２次側、つ
まり水蒸気側とに差圧を生ぜじめ、該差圧を駆動力とし
て１次側の加熱原水から２次側にて水蒸気を生成し、該
水蒸気を冷却して気液２相体とした後、分離手段によっ
て気体を分離して純水を得るようにしたので、逆浸透法
による水処理装置や直接冷却式の膜蒸留法による水処理
装置等の従来技術に較べて水処理システム全体を簡単な
構造で、かつ小型コンパクト化することができる。

【００２５】また、前記のように膜式の蒸留手段におい
て、膜の１次側と２次側との差圧を駆動力として原水か
ら水蒸気を生成するので、原水の処理量を前記従来技術
に較べて増大することができ、装置を大型化することな
く、大容量で高効率の水処理装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る宇宙用水処理装置の構
成図である。

【図２】従来技術に係る逆浸透法による水処理システム
（ＲＯシステム）の構成図である。

【図３】従来技術に係る直接冷却式の膜蒸留法による水
処理システム（ＭＤシステム）の構成図である。

【符号の説明】

２原水タンク３循環ポンプ４膜蒸留膜モジュール５真空ポンプ６凝縮器７膜式気液分離器８、９生産水タンク１０、５６ヒータ５１循環路５２水蒸気管５３気液管５４気体管５５純水管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原水を加熱手段により加熱し、該加熱原
水から膜を介して水蒸気を生成し、該水蒸気から純水を
生成する水処理装置において、前記膜の２次側を１次側よりも低圧にして、１次側と２
次側との圧力差により前記２次側に水蒸気を生成せしめ
る蒸留手段と、前記水蒸気を凝縮して気液２相体とせしめる凝縮手段
と、前記気液２相体から気体と純水とを分離する分離手段と
を備えたことを特徴とする水処理装置。