JPS60110388A - 海水淡水化装置 - Google Patents

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】 本発明は太陽熱を利用した海水淡水化装置の改良に関す
る。

本発明者はこれまでに太陽熱を利用した海水淡水化装置
をいくつか　提案してきたが、特に特公昭５６−３７９
３号においては、集熱回路【こ油などの熱伝達媒体を使
用することにより、キュプロニッケル、エバープラス、
チタニウムなどの高価な材料を使用せずに且つ高温海水
による腐蝕を考慮した配管、継手などの技術上の困難性
を排除した海水淡水化装置を提案した。

本発明は油などの熱媒体を用いて海水と熱交換する型式
の海水淡水化装置の熱効率を向上することを目的とし、
そのために太陽熱を利用して熱媒体を加熱し、加熱され
た熱媒体と海水とを熱交換し、加熱された海水を１気圧
以上または減圧された蒸留器内で蒸発させ、次段の蒸留
器内で前段の蒸留器で得られた海水と水蒸気とを熱交換
させながら海水を蒸発させ、連続する複数の蒸留器で同
様の熱交換と蒸発を繰り返しながら、各蒸留段で得られ
る水蒸気は抽気エゼクタ一に導き、淡水は貯槽に導くこ
とにより海水から淡水を得るように構成したものである
。

以下添付図面を参照して本発明を説明する。

第１図には本発明による海水淡水装置の系統図を示して
あり、蒸発段は所望段数設けることができるが、便宜上
、６段だけ示しである。図において、１は油などの熱媒
体を加熱する集熱管１′　を含む集熱器、２は集熱器ｌ
により加熱した熱媒体と海水との熱交換を行なう海水加
熱用の熱交換器、３〜８はこの熱交換器２の下流に接続
され、熱媒体との熱交換により加熱された海水を蒸発さ
せて、水蒸気を得る蒸留器で。

この実施例では６段の蒸留器を構成している。

９．１１、Ｉ３、ｊ５．１７．１９は蒸留器３〜８から
の水蒸気をさら昏こ凝結して水にする熱交換器％　１Ｏ
１１２，１４，１６，１８はそれぞれ熱交換器９．１１
，１３．１５．１７の下流をこ接続した気水分離器であ
る。２０は蒸留器内を減圧する抽気エゼクタ−１２１は
淡水プールである。Ｐエ　は集熱回路に熱媒体を循環さ
せるためのポンプ、Ｐ、は海水を汲み上げて装置内に圧
送する海水ポンプ、Ｐ３　は淡水プール２１の淡水を抽
気エゼクタ−２０に圧送するポンプである。

次に」二記海水淡水化装置を４’：４成する各構成要素
＆こついて説明する。

１３０℃程度またはそれ以」−まで高める。そのために
は、太陽熱の程度に応じ、集熱管１′　の受光面積を大
きくするとか、集熱管１′　の内壁に長手の方向にらせ
ん状に走るフィンを設ケて、内部を流れる油を乱流状と
して熱伝達率を高めるとか、集熱管ｌ′　の外管瘉こ選
択透過膜を被覆し且つ内管と外管との間を真空にして一
旦油に吸収された熱が赤外線の放射として失なわれるの
を防止するなどの手数を必要に応じてとる。

本発明をこおいては集熱器ｌを含む集熱回路１００に油
を循環させるが、これは集熱回路１００の伝熱管系に及
ぼす腐蝕、変質などの悪影響が高温の海水に比べてはる
かに小さいからである。

集熱回路１００に使用し得る油は、比熱（特に使用時の
）ができるだけ大きく、長時間変質せず、比較的高温（
１００℃以上）での使用に耐え、粘性ができるだけ小さ
く、引火点、発火点が高い性質を有することが必要であ
り、この条件をほぼ満足する油には化学工業用の熱媒体
として開発された軽油があり、その−例とし日本石油化
学製のハイザープＰＳ−５（商品名）（比熱１００℃で
０．４６　ｃａｌ　７ｇ−ｃ、１２０℃で０、５　ｃａ
ｌ　／　ｇ”Ｃ、粘性０．０５ポアズ（３７，８℃）引
火点１４６°Ｃ）が挙げられる。このように本発明では
集熱回路１００を循還する熱媒体として油を使用するの
で、伝熱管には安価な鉄管を使用することができ、集熱
ａ−ｔの集熱管１′　にも外側表面を吸熱処理した鉄管
などを使用することができる。太陽熱を利用した海水淡
水化装置をこおいては、前述したように、集熱回路１０
０自体の規模が大きいばかりでなく装置の全管束に対す
る集熱回路の伝熱管系の占める割合が相当大きいために
、集熱回路１００の伝熱管系に安価な鉄管などを使用で
きることは経済性に大きく貢献する。

次に海水加熱用熱交換器２はその詳細を第２図および第
３図をこ示すように、たとえばコン２リート製外管２２
の内部下方昏こ集熱回路１００の一部を構成する多数の
熱交換管２３が配置されている。外管２２の両端近くに
は海水導入口２４と導出口２５とが設けられている。熱
交換管２３は内部に１３０℃以上の軽油が流れ、外面は
９０℃位の海水と接触するから耐海水性の金属管とする
のが好ましく、たとえばエバーブラス（商品名）やキュ
プロニッケルとかの銅合金やチタンが使用される。軽油
と海水との間の熱交換効率を高めるために、熱交換管２
３の内面長手の方向にらせん状フィンを形成したり。

ねじれた金属を管内に挿入して軽油の流れを敢えて乱流
とするなどの手段を採用することもできる。なお、外管
２２がコンクリート管である場合その内面に生ずる亀裂
またはリークを防止蒸留器３の＃Ｉ造を第４図３よび第
５図に示した。この蒸留器の構造は本発明の重要な要旨
ではなくこの構造については本発明者がすセに出願した
特公昭５４−３６１５０号に詳細に説明しであるので、
ここでは詳細な説明は省略するが、要するにコンクリー
ト製外管３１の内部上方に水気止め管３２と水滴防止板
３３とを配設したものである。外管３Ｈこは海水出口３
４および海水人口３５が設けられ、水気止め管３２から
の水蒸気流出口３６も設けられていることはもちろんで
ある。水気止め管３２は次段の蒸留器４を介して抽気エ
ゼクタ−２０により減圧されている。

蒸留器４．５．６．７．８は同じ構造のもので、蒸留器
３の水気止め管３２から取り出される水蒸気を海水によ
り冷却し淡水化すると同時に持っている熱量を海水に与
えて温める。この蒸留器は第６図をこ示すように外管４
１に、前蒸留段からの加熱海水流入口４２および水蒸気
流入口４３と、次の蒸留段への海水流出口４４および水
蒸気流出口４５と、外管４１の内部に熱交換兼蒸留管４
６が設けられている。この熱交換兼蒸留管４６では加熱
海水流入口４２から流入する加熱海水と水蒸気流入口４
３かも流入する水蒸気とが熱交換することにより海水が
蒸発し、水蒸気は上部の開口４６ａから流通口４６ｂを
通り、さらに水滴防止スクリーン４７を通過して水蒸気
流出口４５から次段に流出する。熱交換兼蒸留管４６で
海水と熱交換して冷却された水蒸気は下部の熱交換器４
８を経て流出口４９から熱交換器９および気水分離器１
０に向う。

な３、熱交換兼蒸留管４６の内部には前蒸留段から加熱
海水流入口４２を通って高温の海水が流入し蒸発するの
で、熱交換管５０には耐海水性のエバープラス（商品名
）やキュプロニッケルのような銅合金やチタンが使用さ
れる。熱交換兼蒸留管４６の海水は樋４６ｃを通って外
管４１の底部に流下しここでさらに減圧蒸留される。

第７図は第６図の蒸留器の代りに用いる蒸留器の一例で
、熱交換兼蒸留器４６を流れてきた海水の温度がある程
度下がり、かつ集熱回路を流れる油の温度がまだかなり
高くて７０℃〜８０℃位である場合は、蒸留器内の海水
流路の一部にこの油を循環させて熱交換させ海水の温度
を上昇させるもので、これは蒸留器内を流れる海水の温
度を考慮して適当な蒸留段で行なえばよい。第７図に３
いて、３７で他は第６図と同様である。第６図と同じ参
照数字は同じ構成部分を示しており、１００は熱媒体で
ある油が流れる集熱回路の一部で、５１がこの油と海水
との熱交換を行なう熱交換部である。

上記淡水化装置は次のように運転される。

第１図を参照すると、海水ポンプＰ、を作動させて海水
を汲み上げ銅イオン除去装置や脱酸素装置（図示せず）
を通して、熱交換器１９．１７．１５．１３．１１．９
を通過させ、海水加熱用熱交換器２に供給する。一方集
熱回路１００にはポンプＰ□　により軽油が剰環され集
熱器ｌにより約１３０℃以上に加熱されて熱交換器２に
供給され、ここで海水導入口２４から流入する海水と熱
交換する。熱交換器２に導入された海水の温度は約４０
℃以上であるが、ここで軽油と熱交換して約９０”Ｃま
で加熱される。

この熱交換には熱交換管２３の内壁に形成したらせん状
フィンが貢献していることに注意しなければなりない。

熱交換器２で約９０℃まで加熱された海水は海水導出口
２５から流出して蒸留器３に供給される。蒸留器３の内
部は次段の蒸留器４を介して抽気エゼクタ−２０により
減圧されているために、蒸留器３に導入された約９０℃
の海水は激しく沸騰して水蒸気を放出し自らは気化熱を
多量をこ奪われて温度が下っていく。蒸留器３内の水気
止め管３２に取出された水蒸気は蒸留器４に導かれる。

第６図に示したように、この水蒸気は水蒸器流人口４３
かも流入し、熱交換管５０を通過する。一方前段の蒸留
器３かも送られてくる海水が海水流入口４２から管内に
流入し、この熱交換管５０の上部からふりそそいで水蒸
気と熱交換し温度が上る。熱交換兼蒸留管４６の内部は
水滴防止スクリーン４７を通して抽気エゼクタ−２０に
より減圧されているので蒸留管４６では海水が激しく沸
騰し、開口４６ａから水蒸気を放出する。水蒸気は流通
口４ｆｉｂを通り水滴防止スクリーン４７へ流れ込んで
いく。熱交換兼蒸留管４６から海水は樋４６ｃを通って
蒸留器の外管４１の底部に落下し、ここで熱交換器４８
から熱をもらいながらさらに水蒸気を放出し、海水流出
口４４から次段へ向う。

水滴防止スクリーン４７を通過した水蒸気も水蒸気流出
口４５から次段の蒸留器５の熱交換管へ流入する。

以下蒸留器５．６．７．８でも同様に海水の蒸留が行な
われ、海水の温度は次第に低下していく。この間蒸留器
４〜８で発生する水蒸気と水はそれぞれ９，１１，１３
．１５％Ｉ７で低温海水と熱交換し、水蒸気はさらに水
をこなり、気水分離器１０．１２．１４．１６．１８で
。

淡水は淡水プールへ、水蒸気は抽気エゼクタ−２０に導
かれる。

本実施例では、蒸留器７において前段の蒸留器６から送
られてくる比較的温度の低い（たとえば６０℃）海水を
集熱回路１００を流れる温度の高い熱媒体により加熱す
る場合を示している。蒸留器７でも前段同様に水蒸気を
蒸発、させ。

その結果得られる水蒸気は熱交換器１５および気水分離
器１６を通って淡水ブー）Ｌ’２１または抽気エゼクタ
−２０に送られる。そして、蒸留器７で再び暖められた
海水は蒸留器８へ送られ、ここでもそれ以前の蒸留器で
行なわれたと同じ採水をくり返す。各蒸留器で蒸留が繰
り返される間に海水の塩分濃度は最初の平均３．５％か
ら順次高くなり、最終蒸留段で約６％になるまで濃縮さ
れる。濃縮された海水すなわちブラインは最終的には装
置外に排出されるが、製塩工程に回される。

本発明をこおいては好ましい熱媒体として軽油を例示し
たがその他前述した物理的、化学的な条件を具備した物
質であれば熱媒体として使用できる。さらに将来集熱回
路に耐水性、耐熱性の材料（たとえばステンレス鋼・プ
ラスチックの改良等）が出現し〜それが安価なものであ
れば。

淡水を熱媒体として使用することも可能である。

もし、海水を採水前Ｇこ化学的（薬品使用）または物理
的（たとえば６０００ガウス位の強い磁界を通過させる
）に処理することにより１１０℃前後に加熱してもスケ
ールの発生が小さい場合、あるいは、汚染水でスケール
発生のおそれがあまりない場合は１００℃以上に加熱す
れば蒸気圧はｌ気圧以上になるので蒸留器内部を抽気エ
ゼクタ−で減圧する必要はなく、気化熱も１００℃以下
より小さい値ですむので採水の効率は良くなる。その後
海水または汚染水の温度が１００℃以下になったときは
上記実施例におけるように減圧して採水を続けることが
できる。

上記実施例では５段の蒸留器を有する淡水化装置を例示
したが、蒸留器の段数はさらに多くすることができる。

このように蒸留段の数を多くすることにより淡水の収率
はそれだけ多くなり、淡水化率が向上する。

本発明による海水淡水化装置は淡水化率の向上という効
果に加えて次のような有利な点がある。すなわち装置の
配管系は高温の海水を処理する熱交換器２の内部を除き
鉄管５合成樹脂管またはコンクリート管でよい。特に装
置の全配管系中に占める割合の大きい集熱回路の伝熱管
が鉄管でよいことは装置の経済性に大きく貢献し且つ高
温の海水を処理せずに済むために配管継手などに海水の
腐蝕を全く考慮する必要がなく技術上有利となる。これ
は専ら集熱回路を流れる熱媒体に油を使用したことによ
るものである。全配管系のうちで耐海水性を考慮しなけ
ればならない部分は高温の海水に直接接触して熱交換す
る熱交換器の内部に配設された熱交換管であり、これに
はたとえばエバープラスト、キュプロニッケル等の銅合
金またはチタン等の耐海水性金属パイプが使用されるが
、装置の全配管系に占める割合は小さい。本発明におい
ては集熱回路に軽油等の油を循環して使用するので海水
との熱交換を必要としそれ故に従来の海水を直接使用す
る装置と比べて熱効率は低下するが、それを抽気エゼク
タ−の使用と蒸留段数の増加により補償している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る海水淡水化装置の系統図、第２図
は本発明の装置に使用する海水加熱用熱交換器の縦断面
図、第３図は第２図のＡ−Ａ線に沿って見た横断面図、
第４図は本発明の装置に使用する蒸留器の一実施例を一
部切欠いて示す斜視図、第５図は第４図のＢ−Ｂ線に沿
って見た横断面図、第６図は本発明の装置に使用する蒸
留器の他の実施例の横断面図、第７図は本発明の装置に
使用する蒸留器のさらに他の実施例の横断面図である。 １・・・集熱器　１′・・・集熱管 ２．９．１１，１人１５．１７．１９、鎚・・・熱交換
器３〜８・・・蒸留器 １Ｏ１１２，１４，１６，１８・・・気水分離器２０・
・・抽気エゼクタ−２１・・・淡水フールＰｌ、Ｐ２．
Ｐ３・・・ポンプ ２２．３１・・・コンクリート製外管 ２３・・・熱交換管　２４・・・海水導入口２５・・・
海水導出口　３２・・・水気止め管３３・・・水滴防止
板　３４・・・海水出口３５・・・海水人口　４１・・
・蒸留器の外管４２・・・加熱海水流入口　４３・・・
水蒸気流入口４４・・・海水流出口　４５・・・水蒸気
流出口４６・・・熱交換兼蒸留管　４６ａ・・・開口４
６ｂ・・・流通口　４６ｃ・・・樋 ４７・・・水滴防止スクリーン ４９・・・流出口　５０・・・熱交換管５Ｉ・・・熱交
換部　１００・・・集熱回路特許出願人　飯　１）富　
丸 代理人　弁理士　鈴　木　弘　男 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 太陽熱を利用した集熱器と、この集熱器によ叱り加熱さ
   れた熱媒体と熱交換させて海水を加熱する第１の熱交換
   器と、複数個の直列に接続された蒸留器と、前記第１の
   熱交換器に海水を供給する液圧手段と、前記蒸留器内を
   減圧する抽気エゼクタ−と、前記蒸留器から得られる水
   蒸気を海水と熱交換させて淡水を得る複数の第２の熱交
   換器と、こうして得られた淡水を貯蔵する貯槽とから成
   り、前記第１の熱交換器は、外管と、この外管内に配設
   され前記集熱器をこより加熱された熱媒体が流れる熱交
   換管とから構成され、前記蒸留器は外管とこの外管内に
   配設された蒸留管および水滴防止手段とから構成され。 前記第１の熱交換器の上流口は前記第２の熱交換器を介
   して前記液圧手段に接続され、下流口は第１の蒸留器内
   の蒸留管の海水流入口に接続され、蒸留器の流出口は次
   段の蒸留器内の蒸留管の流入口に接続されており、各蒸
   留器の蒸留管で蒸発して生成される水蒸気は前記水滴防
   止手段を介して次段の蒸留器の蒸留管の水蒸気流）　人
   口に導入され、前記各蒸留器の水蒸気流出口は前記貯槽
   または前記油気エゼクタに接続されたことを特徴とする
   海水淡水化装置。