JPS5955301A - 多段濃縮装置の被濃縮液供給量制御システム - Google Patents

多段濃縮装置の被濃縮液供給量制御システム

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JPS5955301A
JPS5955301A JP57165819A JP16581982A JPS5955301A JP S5955301 A JPS5955301 A JP S5955301A JP 57165819 A JP57165819 A JP 57165819A JP 16581982 A JP16581982 A JP 16581982A JP S5955301 A JPS5955301 A JP S5955301A
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Japan
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liquid
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concentrated
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Kenji Tsumura
津村 健児
Masayuki Yamashita
正幸 山下
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ORIENTAL METAL SEIZO KK
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  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特定の多段濃縮装置に用いる被濃縮液供給量制
御システムに関する。
本発明に用いる特定の多段濃縮装置は、低濃度の溶液を
とくに沸騰せしめたり減圧にして蒸発せしめたりするこ
となく、最小の熱量で最大の濃縮効率をうろことができ
るものであり、本出願人が先に開発したものである(特
願昭56−69649号)。
その多段濃縮装置は第1図に示すように、6枚以上の熱
伝導性の良好な加熱凝縮板(El)〜(E□+1)を断
熱ケース(1)内に間隔を設けて配置し、各板の下面に
吸液層(S])〜(Sρを設けて複数の濃縮段を形成し
てなるものである。
熱源(H8)が太陽熱のように上方から加えられるばあ
い、吸液層(Sl)〜(Srl)は濃縮部となり、板(
E2)〜(Eユ+1)の上面が凝縮面となる。被濃輪液
は供給パイプ(PL)〜(Pn)から吸液層(Sl)〜
(Sn)に供給され、濃縮液排出パイプ(OPI )〜
(op□)から濃縮液が、また凝縮液排出パイプ(WP
I)〜(wpn)から凝縮液が排出される。
熱源が地熱や他の廃熱などのような下方から加えられる
ものであるばあいは、濃縮部と凝縮部とが逆の位置とな
る。
以下、本発明に用いる多段濃縮装置の作用を熱源(H3
)として太陽熱を用い、被濃縮液として海水を用いた太
陽熱を利用した海水の溶縮化を代表例にあげて説明する
前記の構成を有する多段濃縮装置は、太陽熱により板(
El)を加熱し、各段における海水の蒸発→凝縮の繰返
しによって潜熱の形で熱をつぎの段へ順次移動せし僧る
ものである。このばあイ板(El)〜(En+1)の一
方の面が蒸発面となり他方の面が凝縮面となる。しかし
排出される蒸f、′7水および濃縮海水により熱が系外
に排出されるなどの熱損失によって上段から下段へと温
度勾配が生じており、そのため連続的な蒸発→凝縮が繰
り返されるのである。そこで今1段目の吸湯水層(Sl
)の蒸発温度をT1とすると、フラジウス・タラパイロ
ンの式から1段目で生成する蒸留水の生成iw4は次式
で近似的に表わされる。
Wi−10T□     (I) (式中、AおよびBは定数である。) 式(I)から明らかなようにT1が大きくなればWlは
大となり、したがって定常的に連続運転するためにはW
lに見合う海水を補充しなければならない。本発明者ら
の実験および研究の結果、その海水の補充量F1は、次
式: %式%) で近似的に表わされ、定数aは約1.6〜6.0が適当
であることが見出された。
それを超えて多量に海水を補給すると海水の加熱に多く
の熱量が消費されしかも蒸発残量が   ′多いため、
糸外に多量の熱が排出されるので熱効率がわるくなる。
また少なすぎても濃縮されすぎてスケールや固形塩分の
析出などの問題が生ずる。
さらに前記のごとく各段の温度はそれぞれ異なり、熱源
に近い方から順次低くなる温度勾配を有しているため、
各段に供給する海水の最適量も変化する。すなわち飽和
蒸気圧曲線に対応して蒸発においても凝縮においても高
温はどその量は大きい。したがって上段は下段よりも多
く海水を供給する必要がある。ところで、段間隔などの
条件を同じにするときは、隣接する段の値でマクロ的に
みればほぼ一定の値Gをとる。
したがって1段目の海水の供給量F1は次式、によって
表わされる。
11= aG’J −1(Ill) 以上のごとく、本発明者らは種々研究を重ねた結果、各
段の供給量は各段またはいずれかの段より取り出される
凝縮液の量を測定することにより決定できる。さらに本
発明に用いる濃縮システムでは、被濃縮液から蒸発する
溶g(水)は濃縮段から逃げ出さずほとんどすべてが凝
縮液となるため凝縮液の量と濃縮液の濃度とは1対1に
対応しており、したがって濃縮液の濃度を測定すること
によっても各段へ供給すべき最適被濃縮液の量を決定し
うる。
すなわち被濃縮液の濃度をK。%(重量%、以下同様)
とし、濃縮後の濃度をに1%とすると(式中、Wmは溶
媒の重量、Stは溶質の重量、Wlは凝縮した溶媒の重
量を示す)で示される。
(Wm + St)を単位重量1kgとすればとなる。
1段目の被濃縮液供給量F1は Fl == aW4         (III= a
GWll       (In)で示され、任意のn段
目の凝縮液の量W□を測定すれば、1段目の被濃縮液供
給ff1Fiは下記の如< (III一式で表わされる
−1−n Fl −aG   Wn(m、) (式中、aは1,6〜3.0の間の定数であり、Gは装
置および運転榮件によって影響される減衰率で、0.8
5〜0.95の範囲にある定数である。)Koは供給す
る被濃縮液の濃度で海水ならば約3.5%である。それ
を加熱して濃縮後の濃度Kiを検知すれば、式(II)
および(]II)はそれぞれ式双)および(2)で示さ
れ、 式(]11a)はn段目の濃縮後の濃度をKnとすれば
Fj = aGl−n(1’ )     (va)K
℃ で示される。
適正供給量F1は任意のn段目の濃度Knがわかれは(
Va)式により求めることができる。
以上のごとき事実に基づき、本発明者らは鋭意研究した
結果、本発明を完成した。
すなわち本発明は、6枚以上の熱伝導性の良好な加熱凝
縮板を断熱ケース内に間隔を設けて配Vtシ、各版の少
なくとも下面に吸液層を設けて複数の濃縮段を形成し、
被濃縮液を各加熱凝縮板の熱源に対して背面側に通して
加熱蒸発せしめ、対面する加え(−凝縮板の凝縮面で蒸
気を凝縮する多段濃縮装置において、該多段濃縮装置T
(。
の濃縮率−を該多段濃縮装置から取り出されにす る濃縮液の濃度01および(または)凝縮液の量W1を
測定し、該濃度および(または)凝縮液の爪に関する情
報に基づいて各段への被濃縮液の供給量を最適量に維持
することを特徴とする多段製縮装Uの被濃縮液供給量制
御システムに関する。濃度および(または)量の測定は
いずれか1つの濃縮段の濃縮液の濃度および(または)
凝縮液の貝について行なってもよく、全段の濃縮液の濃
度および(または)凝縮液の量について行なってもよい
そこでまずいずれか1つの濃縮段からのa hl液の濃
度を測定して制御を行なうばあいについて説明する。な
お、以下被濃縮液として海水を用い、熱源として太陽熱
を用いるばあいを代表例をしてあげて説明する。
第2図に本発明の制御システムを用いるスケールアップ
された濃縮システムの系統図を、第3図に本発明に用い
る多段濃縮装置と最終分配器の一実施例を示す。
第2図に示す濃縮システムは5段m縮装置(2)を6台
組合せたものであり、海水はタンク(3)からメインポ
ンプ(4)で第1分配器(5)に送られ、2等分されて
第2分配器(6)に送られ、この第2分配器でさらに6
等分されて最終分配器(7)に送られる。最終分配器(
7)からは濃縮装置(2)の各段に5本のパイプが連結
されている。
最終分配器(7)からの各段への供給量の比率は、前記
式(イ)を参考にして実験の繰返しによってあらかじめ
決められCいる。このような供給量の比率が固定されて
いる最終分配器(7)の一実施例を第6図に基づいて説
明する。
最終分配器(7)はタンク(8)と5本のキャピラリ’
FJ(9a)〜(9e)からなり、各キャビフリー管(
9a)〜(9e)のヘッド00)は大気と連通している
キャピラリー管(9a)〜(9e)はそれぞれ口径また
は管長の異なるものであり、それらによって5本のキャ
ピラリー管を通過する海水の量をあらかじめ決められた
比率にすることができる。
また各キャピラリー管を通過する海水の量の増減はタン
ク(8)中の海水の水位でコントロールすることができ
る。
すなわち、濃縮装置(2)の各段への海水の最適量のコ
ントリールは、タンク(8)への海水の供給量によって
コントロールすることができるのである。
したがって、最終分配器(7)への海水の供給量をたと
えばメインポンプ(4)、第1分配器(5)および(ま
たは)第2分配器(6)でコントロールすればよい。ま
たはそれらを連結するパイプにバルブ(図示されていな
い)を設けてフントロールしてもよい。
本実施例では、そのコントロールを濃縮装置から取り出
される濃縮液の濃度Kiを測定することによって行なっ
ている。
第3図に最上段の濃縮液の濃度に□を測定できるように
濃度センサ(11)を配置したばあいの実施例を示す。
濃度センサ(lυで測定された濃度情報はコントロール
ボックスθ2)に送られ、コントロールボックスθ2)
からの信号により第2分配器(6)中のバルブ(図示さ
れていない)の開度をコントロールし、最終分配器(7
)への海水の供給量を調節してタンク(8)の水位をコ
ントロールする。その結果濃度装置の全段に供給される
海水の量が最適量に調節される。
このように最上段の濃縮液の濃度に1を測定するばあい
、コントロールボックス02)での処理は、第1段用の
キャピラリー管(9a)の流量が前記式(I)と(■)
を満足するように第2分配器からの供給量の制御を行な
うだけでよい。というのは、残りのキャピラリー管(9
b)〜(9e)はそれぞれ前記式(ホ)および@a)を
満足するようにあらかじめ供給比率が固定されているか
らである。
また濃縮装置の中間の段に濃度センサを配置しても同様
に全段の供給量をフン)o−ルすることができる。
さらにまた、濃度センサ0])からの信号をメインポン
プ(4)に送り、メインポンプ(4)の出力を制御して
もよく、メインポンプ(4)にダイヤフラムポンプを使
用してダイヤフラムのストロークを制御してもよい。
なお、第3図に示す濃縮装置について前記式(3)で用
いた減衰率Gは、本発明者らが繰返し実験した結果、は
ぼ0.85〜0.95の範囲の値であった。
いずれか1つの濃縮段からの濃縮液の濃度を測定すると
ともに、または測定するかわりに、凝縮液排出パイプ(
wpりから排出される凝縮液のfitW4を流量計(図
に示されていない)により測定して、被濃縮液の供給量
を濃縮液の濃度に1を測定するばあいと同様にコントロ
ールすることもできる。
つぎに全段の濃縮液の濃度をそれぞれ測定するばあいに
ついて第4図に基づいて説明する。
本実施例ではメインポンプ(4)によりレベルスイッチ
05)を有する高架タンクQ→に被濃縮液が供給される
。供給された被濃縮液はボールタップ0ηを有する定水
頭タンク06)へ供給され、定木頭タンク06)から第
2分配器(0)を通って最終分配器(7)に供給される
。最終分配器(7)と濃縮装置(2)とを連結するパイ
プにはそれぞれパルたす〜(v5)が設けられており、
最終分配器(7)から各段ごとに供給される海水の供給
量が調節される。
濃縮装置(2)の各段の最後にある濃度センサー(11
1)〜(115)で測定された濃度情報はコントロール
ボックス(+8)に送られ、コントロールボックス03
)で各段につき前記式(5))および関に基づいて各濃
度情報を処理し、ついで各段のバルブ(vl)〜(v5
)にそれぞれ制御信号を送る。その制御信号に応じて各
バルブ(V])〜(v5)は開度を調整し、その結果各
段ごとに最適量の海水が供給される。
前記のように各段に濃度センサを設けるはあいは、連続
運転による濃縮段の経時変化にも的確に対処しうる制御
を行なうことができる。
コントロールボックス(+2) 、(+3)における処
理を通常の電気回路で行なってもよいが、段数が増加す
るなど濃縮システムが複雑になるときには、マイクロプ
ロセッサにより行なうこともできる。
各段の濃縮液の濃度を測定するとともに、ま。
たは測定するかわりに、凝縮液の量W1を測定して被濃
縮液の供給量をコントロールすることもまた前記と同様
できる。
なお、本発明に用いる多段濃縮装置は海水の濃縮化だけ
でなく、種々の溶液の濃縮、蒸留に用いることもできる
。しかしながら、他の溶液を用いるばあいにはその溶液
ごとに実験により前記定数aや減衰率G1、その他の条
件をあらかじめ決定する必要がある。また溶液の濃縮だ
けでなく、蒸留水の製造にも応用できる。
本発明に用いる濃度センサとしては、たとえば屈折率計
、導電率計、電磁濃度計など流量計としては、たとえば
フローメーター、ローターメーター、転倒桝など通常使
用され名ものが使用される。
本発明に用?)る濃縮装置がラフな濃縮に使用されるば
あい、たとえば海水を濃縮して、臭素やヨウ素を回収し
たりまたウラニウムなどの吸着などに用いるばあいでは
、さほど正確さを要求されないから各儂縮段の濃縮液を
1つにしたものの濃度および(または)各段の凝縮液を
1つにしたものの量を測定して制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の制御システムによって制御する多段濃
縮装置の一実施例の概略断面図、第2図は本発明の制御
システムの一実施例を用いる濃縮システムの系統図、第
3図は多段濃縮装置の別の実施例と最終分配器とを組合
せた状態の斜視図、第4図は本発明の制御システムの別
の実施例の概略説明図である。 (図面の主要符号) (2):多段濃縮装置 (3);海水タンク (4):メインポンプ (5):第1分配器 (6):第2分配器 (7);最終分配器 (8):タンク (9a)、(9b)、(9C)、 9d)、(9θ):キャピラリー管 (11) :濃度上ンサ (12)、03):コントロールボックス(El)、(
Eハ、 (E3)、■:加熱凝縮板 (H8) :熱 源 (Pl) 、(P2)、 (P3)、(Pn):被濃縮液供給パイプ(Sl)、(
S2)、 (S3)、(Snl : 吸液層 (V:i)、(V、Q、(17s)、 (v4)、Q5):バルブ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 16枚以上の熱伝導性の良好な加熱凝縮板を断熱ケース
    内に間隔を設けて配置し、各板の少なくとも下面に吸液
    層を設けて複数の濃縮段を形成し、被濃縮液を各加熱凝
    縮板の熱源に対して背面側に通して加熱蒸発せしめ、対
    面する加熱凝縮板の凝縮面で蒸気を凝縮する多段濃縮装
    置において、該多段濃縮装置の濃濃縮液の濃度および(
    または)凝縮液の量を測定し、該濃度および(または)
    凝縮液の量に関する情報に基づいて各段への、被濃縮液
    の・供給量を最適量に維持することを特徴とする多段濃
    縮装置の被濃縮液供給量制御システム。 2 前記被濃縮液の供給量が前記凝縮液の愈の1.6〜
    3.0倍である特許請求の範囲第1項記載の制御システ
    ム。
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JPS57127401A (en) * 1981-01-28 1982-08-07 Hitachi Ltd Method for controlling concentrating vessel

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