JPS599232B2 - 塩水蒸留方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 海水淡水化に太陽熱を利用するという技術は以前から多
く研究され実験されてきた。

その代表例として、容器に収容した海水を太陽熱によっ
て自然蒸発させ、発生蒸気は該容器を被覆する屋根型の
ガラス板或はプラスチック板に接触凝縮させ、樋によっ
て集める方法があるが、蒸発は自然気化によるため蒸発
速度が頗る遅く、さらに蒸発容器本体、ガラス板或はプ
ラスチック板等の凝縮面による反射、吸収、更には装置
内の空気循環による熱損失等があって効果的でなく、ま
た太陽に直面させるための回動装置なども提案されてい
るが、コスト面で問題がある。

その他板面を傾斜させて該傾斜面に海水を薄層として流
下させる方式や、該薄層を多重構造とするなど、各種の
工夫がなされているが、何れも自然気化によるため効果
的でない。

我が国における太陽エネルギ密度は直達日射で１ｋｗ／
ゴ、年間平均ｏ． ２ ３ ｋｗ／’と計算されてその
値は小さく、また熱源となり得る赤外線は太陽光線全エ
ネルギに対して５５〜６０％で、そのエネルギ密度は小
さい。

従って太陽エネルギを利用する上述の各方式では該エネ
ルギ自体が小さく、かつ季節、天候、時間、或は地域等
の自然条件に左右されて受熱量は一定せず、しかも自然
蒸発を行なわせる関係上効率は頗る悪く、定温の水を常
時使用状態に保つため犬型貯槽を設置しなければならな
いなど実用化は仲々困難であった。

一方、清水の需要側からは、季節、天候、昼夜の別なく
常に一定量を確保しなければならず、これは従来より工
業的に実施されている。

例えば多段フラッシュ蒸発装置においては、海水の加熱
はボイラ発生蒸気などの人工熱源によって加熱蒸発させ
、清水の供給は安定できる。

しかしながら、加熱用蒸気を別途に取得しなければなら
ず、該加熱用蒸気の占めるコストの割合は全体の約５０
％にも達し、これが清水のコスト高の原因となっていた
。

この清水コストを低下させるため、コスト高となるボイ
ラ発生蒸気の代りに太陽熱を収斂して、海水を伝熱面を
介して直接高温に加熱したのち蒸発室に導く方式もある
が、海水中に含まれるＣａ，Ｍｇ等のスケール成分が高
温下で伝熱面に析出して熱伝達率を極度に低下させる虞
れがあり、温度調節が困難となる。

従って無限に存する太陽熱を有効に利用して原料塩水を
沸とうさせて蒸発速度を促進し、しかも安価な清水を得
るとともに太陽熱の最犬の欠点ともいうべき不安定な供
給を、人工熱源を併用することによって回避し、大型の
貯槽も必要とせず、常に安定した清水の供給を行なわせ
るのが本発明の目的である。

不安定な熱源としてごみ焼却炉の廃熱ボイラで発生する
蒸気がある。

最近各都市とも急激な人口集中とこれに伴ってごみ排出
量が増大し、ごみ焼却炉が環境衛生上のみならずエネル
ギ回収の上からも問題になってきている。

ごみは種類によって発熱量は大幅に異なり、例えば野菜
、果実、魚貝類などの厨芥では４００〜８ ０ ０ Ｋ
ｃａｌ／Ｋグと低く、紙、木片、合成樹脂等の可燃性雑
芥は１０００〜２ ５ ０ ０ Ｋｃａｌ／Ｋ２ と
高い値を示している。

従ってこれらを燃料とする廃熱ボイラの発生蒸気は頗る
不安定な熱源となる。

これらの不安定な熱量の供給を、通常のボイラ発生蒸気
と併用して安定した清水を取得することも本発明の目的
である。

以下本発明の実施例を添付の図面によって説明するが、
本発明はこの実施例に限定されるものではない。

第１図において、１は多段フラッシュ蒸発装置で、多数
の蒸発室２を有する熱回収部３と少数の蒸発室からなる
熱放出部４で主要蒸発部を構成し、各蒸発室２は上部に
凝縮管群５、凝縮水受皿６を有し、下部はオリフイス７
で連通させて一連の蒸発室を形成し、真空装置８によっ
て順次低温低圧とする通常の構造である。

９は太陽熱加熱器で、内部にブラインを通す加熱管群１
０を備え、胴体に後記高温熱媒体の入口管１１および出
口管１２を取付けて形成する。

１３は太陽熱吸収装置で、例えば凸レンズを多数設けて
太陽熱を加熱管に収斂し、管内を流れる熱媒体となると
ころの例えば高沸点炭化水素を高温に加熱し、該高温熱
媒体は入口管１１から太陽熱加熱器９の胴体に導入され
、ブラインを熱交換によって加熱し、自らは冷却して出
口管１２から取出され、太陽熱吸収装置１３へ戻り再循
環使用される。

太陽熱加熱器９の胴体はその熱容量を犬となして、熱媒
体の温度に多少の変化が生じても加熱管群１０内を流れ
るブラインに影響を与えないようにした方が好ましい。

１４は人工熱源であるボイラよりの蒸気による加熱器で
、内部にブラインを通す加熱管群１５を備え、該管群１
５は太陽熱加熱器９の加熱管群１０に直列に連絡させ、
ボイラ１６で発生した蒸気を温度調節弁１７を有する導
管１８を経て胴体１４に導き、加熱管群１５内のブライ
ンを熱交換によって加熱させ、自らは冷却凝縮し、戻管
１９によってボイラ１６へ循環する。

加熱されたブラインはボイラ加熱器１４を去り、出口管
１９′によって第１段蒸発室２ａに導へ 前記温度調節弁１７は、ボイラ加熱器１４の出口管１９
′に設けた温度検出端２０がブライン温度を検出して発
した信号を受けて、ボイラ加熱器１４への供給蒸気量を
調節し、第１段蒸発室２ａ入口のブライン温度を例えば
１２０゜Ｃに維持する。

上記の構成を有する蒸発装置の作動は次のとおりである
。

原料海水は給水ポンプ２１によって熱放出部４の凝縮管
群を通過したのち外部に排出され、一部は管２２によっ
て最終段蒸発室２ｎに供給され、循環ブラインと混合す
る。

循環ブラインはブライン循環ポンプ２３によって圧送さ
れ、熱回収部３の凝縮管群５を通過する間に各蒸発室で
発生した蒸気と熱交換して順次加熱され、約１１４゜Ｃ
まで上昇し、管２４を通って太陽熱加熱器９の加熱管群
１０およびボイラ加熱器１４の加熱管群１５でほぼ１２
０℃まで加熱されたのち、出口管１９を経て第１段蒸発
室２ａでフラッシュ蒸発し、ブラインはほぼ１１８℃ま
で低下する。

ここで第１段蒸発室入口のブライン温度を約１２０℃に
保つのに、太陽熱加熱器９だけで所定の温度を保ち得る
ときは、調節弁１７は閉止してボイラ１６からの蒸気の
導入を中止し、雲天、降雨時あるいは夜間に太陽熱によ
る温度上昇が不可能又は不十分なときは、出口管１９′
のブライン温度力〉低下するから、調節弁１７が作動し
て蒸気をボイラ加熱器１４へ導入し、ブラインを所定の
温度まで上昇させて、常に一定温度のブラインを第１段
蒸発室２ａに供給できる。

各蒸発室２ではフラッシュ蒸発が行なわれ、発生蒸気は
凝縮管群５の管内を流れる循環ブラインと熱交換して凝
縮し、凝縮水受皿６に溜ったのち、順次力スケードして
凝縮水ポンプ２５によって外部に取出され、残存濃縮ブ
ラインは順次フラッシュ蒸発を繰返して最終段蒸発室２
ｎに至り再循環する。

第２図は太陽熱加熱器９とボイラ加熱器１４とを並列に
用いた実施例であって、両加熱器の温度調節方法は次の
とおりである。

太陽熱を十分に利用でき、熱媒体が高温となって太陽熱
加熱器９の加熱管群１０を通過するブラインの温度が１
２０℃以上に上昇したときは、温度検出端２６が信号を
送って入口側流量調節弁２７を開く方向に作動しで、多
量のブラインを太陽熱加熱器９の加熱管群１０に流すと
ともに、ボイラ加熱器１４の入口側流量調節弁２８を閉
じる方向に作動して、分岐してボイラ加熱器１４の加熱
管群１５に流れるブライン量を減じてボイラ加熱器１４
の負荷を軽減し、同時にボイラ加熱器１４出口側の温度
検出端２９の信号によって蒸気供給調節弁３０を閉止す
る方向に作動させる。

逆に、太陽熱を十分に利用できない時は熱媒体の温度が
低下するから、太陽熱加熱器９の出口側のブライン温度
は低下し、これを検知した検出端２６の発する信号によ
って入口側調節弁２７が閉じる方向に作動するとともに
、ボイラ加熱器の入口側調節弁２８は開く方向に作動し
、ブライン流量が多量となるため、ボイラ加熱器１４出
口側のブライン温度は低下する。

そこで検出端２９が信号を発して蒸気供給調節弁３０を
開く方向に作動し、第１段蒸発室２ａに入るブラインを
一定温度に保つ。

上述の実施例では人工熱源としてボイラを示したが、そ
の他の熱源も利用でき、塩水も海水、工業用水、井戸水
等各種の塩水に適用できることは勿論である。

また太陽熱吸収装置は凸レンズの使用に限らず凹面鏡な
ども使用でき、さらに蒸発装置も多段フラッシュ蒸発装
置以外に各種の蒸発装置に応用できる。

さらに、塩水がスケールを生成し難いものであれば、第
３図のように熱媒体を用いず直接太陽熱により塩水を加
熱することも可能である。

なお、ここに述べたプロセスは単に太陽熱の利用の場合
のみにしか適用できないものではなく、一般に不安定な
熱源を有効に利用して安定した作動を達成するためのプ
ロセスとしても有用なものである。

たとえば、ごみ焼却プラントの熱を利用する場合がこれ
にあたる。

第４図は太陽熱の代りにごみ焼却炉における廃熱ボイラ
で発生した蒸気を熱媒体とした実施例であり、ごみ焼却
炉３１において投入口３２にごみが投入され、廃熱ボイ
ラ３３で発生した蒸気は管３４を通って焼却炉加熱器３
５に送られて熱媒体となり、管２４から送られ加熱管群
１０を通るブラインを加熱する。

前記焼却炉加熱器３５は図示のようにボイラ加熱器１４
と直列に設置し、或は第２図実施例に準じて並列に設置
することもでき、何れの場合も、投入されるごみの種類
が異なり、発熱量が一定せず不安定であっても、ボイラ
発生蒸気との併用によってブラインを常に一定の温度に
保ち第１段蒸発室に送入できる。

前述のとおり太陽熱を塩水の淡水化に利用する場合は、
太陽熱は無限でコストも零という大きな利点を有する反
面、天候、季節、時間あるいは地域等の自然条件によっ
てその利用率は著しい制約を受け、さらに従来は殆んど
が自然蒸発を採用しており効率が悪く、これのみでは安
定した淡水化作業は継続できない。

ごみ焼却炉の熱源とて同様不安定である。

一方、加熱源としてボイラ発生蒸気を使用すれば、季節
その他の自然条件による不安定な作業という制約は解消
できるが、蒸気発生に費用が嵩み、淡水コストが頗る高
価となる欠点があり、これを飲料水、生活用水とする場
合に生計費の支出が過大となって社会的に問題を生ずる
。

本発明によれば、上述のごとき両者のもつ欠点をカバー
し、安価で、しかも自然条件に左右されず、常に安定し
た淡水の供給が可能となり、従来必要とした太型貯槽も
不要で管理費も減少でき、さらに太陽熱を或は直接、或
は一旦高沸点炭化水素のごとき熱媒体に吸収させ該高温
となった熱媒体によって塩水を加熱するため、蒸発量は
従来の自然蒸発方法に比べて飛躍的に犬となり、熱媒体
を用いるときはその種類を選択することによって、温度
の過度の上昇はなく温度調節は容易となり、スケール成
分の析出を防止できるから長期間にわたって安定した淡
水化が継続でき、またスケール成分の析出し難い塩水を
用いる場合は熱媒体を用いず直接太陽熱の加熱も可能で
、この場合も人工熱源との両者を併用して安定した淡水
化が実施でき、装置は簡易化できる利点を有する。

このように不安定な熱源を安定できて塩水蒸留法を一層
効率的となしその効果は犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図ならびに第４図は本発明のそ
れぞれ異った実施例を示す説明図である。 １・・・多段フラッシュ蒸発装置、２，２ａ，２ｎ・・
・蒸発室、３・・・熱回収部、４・・・熱放出部、５・
・・凝−縮管群、６・・・凝縮水受皿、７・・・オリフ
ィス、８・・・真空装置、９・・・太陽熱加熱器、１０
・・・加熱管群、１１・・・入口管、１２・・・出口管
、１３・・・太陽熱吸収装置、１４・・・ボイラ加熱器
、１５・・・加熱管群、１６・・・ボイラ、１７・・・
温度調節弁、１８・・・導管、１９′・・・出口管、２
０・・・温度検出端、２１・・・給水ポンプ、２２・・
・管、２３・・・ブライン循環ポンプ、２４・・・管、
２５・・・凝縮水ポンプ、２６・・・温度検出端、２７
・・・入口側流量調節弁、２８・・・ボイラ加熱器のブ
ライン入口側流量調節弁、２９・・・温度検出端、３０
・・・蒸気供給調節弁、３１・・・ごみ焼却炉、３２・
・・投入口、３３・・・廃熱ボイラ、３４・・・管、３
５・・・焼却炉加熱器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 塩水蒸発装置で予熱した塩水を不安定熱源装置で高
   温となった熱媒が流れる加熱器で加熱したのち該塩水蒸
   発装置に戻入して蒸発させるに際し、該塩水蒸発装置に
   入る前の塩水温度を検出し、蒸発に要する熱量が不足す
   る場合は、ボイラ発生蒸気導入管に設けた調節弁を開い
   てボイラ発生蒸気を熱媒とする加熱器に該塩水を導いて
   蒸発温度まで加熱したのち塩水蒸発装置に戻入して塩水
   を蒸発させ、加熱器凝縮水はボイラヘ循環させることを
   特徴とする塩水蒸留方法。 ２ 塩水蒸発装置で予熱した塩水を、不安定熱源装置で
   高温となった熱媒が流れる熱媒加熱器とボイラ発生蒸気
   を熱媒とする蒸気加熱器に並列に流して蒸発温度まで加
   熱する際に、熱媒加熱器の出口塩水の温度を検出して前
   記予熱された塩水が両加熱器に導入される量を制御し、
   かつ蒸気加熱器出口塩水の温度を検出して蒸気加熱器へ
   のボイラ発生蒸気量を制御して塩水を蒸発温度まで加熱
   したのち塩水蒸発装置に戻入して塩水を蒸発させ、蒸気
   加熱器凝縮水はボイラヘ循環させることを特徴とする塩
   水蒸留方法。