JPS60209201A - 濃縮装置の蒸発面の構造 - 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】 面を有しかつ被濃縮液供給用の溝が設けられており、ざ
らに該溝の側縁から下向きに蒸発簡に向って急斜面が設
けられている薄板が、短い間隔を設けて￥下方ｉに積層
されてなる多段濃縮装置における蒸発面の構造に関する
。

前記多段濃縮装置としては、たとλば海水（被濃縮液）
の太陽熱利用濃縮装置として第１２図に示すセルを用い
たものが知られている。

第１２図に示すセルは、両端に海水、供給用の溝（Ｃｍ
）および濃縮海水排出用の溝（０−）が設けられている
薄板（Ｅｍ）と、同様に溝（Ｃｎ）および溝（Ｏｎ）が
設けられている薄板（Ｅｎ）とが断熱材（１）を介して
密閉系となるようにわずかに傾斜して積層されたもので
あり、このセルが上下方向に短い間隔を設けて積重ねら
れて多段濃縮装置が構成されている。薄板（Ｅｍ）の下
面には蒸発部として海水吸収層（Ｓｓ）が設けられてお
り、該吸収層（Ｓｍ）にはパイプ（Ｐ−）から供給され
溝（Ｃｎ）に貯溜されている海水が主として毛細管現象
で吸い上げられて供給されるウィック層が設けられてい
る。

なお、薄板（ＥＯ）の上面にも凝縮水吸収層としてウィ
ック層を設けてもよい。

この装置の濃縮原理は熱源（Ｈ８）により加熱された薄
板（Ｅ−）により海水吸収層（Ｓｇ＋）中を流れる海水
が加熱されて水を蒸発させる。生じた水蒸気は薄板（［
ｎ）に至り、そこで凝縮する。そのとき凝縮潜熱を薄板
（Ｅｎ）に与え、その熱により薄板（Ｅｎ）を加熱して
下段のセルに熱を伝える。

凝縮水は屈曲部（［ｎ）に集められ、取出口（図示され
ていない）から装置の外へ取り出される。

濃縮された海水は溝（ＤＯ）に染められたのち、装置外
に取り出される。

このように従来の多段濃縮装置における被濃縮液の供給
は、被濃縮液吸収層における毛細管現象と薄板のゆるや
かな傾斜を利用したものである。

しかしそうした現象を利用する従来の′ＩＡ置では、海
水などの被濃縮液の供給量に限界があり、濃縮された溶
液回収用の溝に至るまでに濃縮されすぎ、結晶などが析
出して吸収層の目詰まりなどが生じている。

供給量の増大を図るには、蒸発部（薄板）全体の傾斜を
大きくする方法が考えられるが、そうすると施工作業′
が複雑となったり付属品が増えたりするほか、太陽光線
などを熱源とするときは単位面積当りの照射エネルギー
―が少なくなる。そ・の結果、海水などの被濃縮液の加
熱蒸発が充分に行なわれないで流出してしまうなどの欠
点が生じたりするため、好ましくない。また海水吸収層
を厚くすれば供給量は増大できるが、熱伝導がわるくな
るという欠点がある。

本発明者は海水の供給部、すなわち溝（Ｃｎ）部分を改
良した多段濃縮装置を開発した。かかる多段濃縮’ａｒ
ｍは第１３図に示すセルから構成されている。このセル
は第１２図と比較すれば明らかなように、海水供給用の
溝（Ｃ−）、（Ｃｎ）の側縁に急斜面（２）が設けられ
ている点に特徴がある。

第１３図に示されているように急斜面（２）を溝（Ｃｍ
）、（Ｃｎ）に設けるときは、溝（Ｃｎ）中の海水面と
薄板（Ｅ＋＋＋）の急斜面（２）の最下点との水頭差（
１４Ｈ＋　）が短く、海水を供給するのに要する水頭差
を小さくすることができる。すなわち、第１３図に示さ
れるように、溝（Ｃ＋ｎ）、（Ｃｎ）の側縁部最上点と
溝（Ｃｎ）中の海水面との水頭差を（ＭＨｚ　）とすれ
ば（ＭＨｚ）＞＞（−〇＋　）となり、この構造にする
ときは、従来は（１４Ｈ２）の水頭差が必要であったの
が、わずかに（１４Ｈ＋　）だけの水頭差でよく、した
がってその分第１３図の装置は１１２図の装置に比較し
て吸収層（Ｓｍ＋）の吸い上げ社が多くなる。

また、急斜面（２）の最下点を溝（Ｃｎ）の海水面下に
するときは水頭差が負になり、さらに海水の流量が増大
する。

こ、の現象は明らかではないが、海水面と急斜面の最下
点との間でサイホン現象に類似した現象が毛細管、現象
に重複して生じているのではないかと考えられる。

本発明はさらに研究を重ねた結果、急斜、シ１を設ける
ことによるサイホン作用は急斜面で＋４えず、まだその
作用が残っていることに看目し、急斜面の最下点以降に
おいて被濃縮液吸収Ｎを通してサイホン作用が及ぶ距離
内の蒸発面に下方に向けて少なくとも１つのステア（Ｓ
ｔａｉｒｌを設けるときは、サイボン作用を最大限に利
用することができ、蒸発面における被濃縮液の１Ｊ（給
量をさらに増大せしめうるだけでなく、そ・ｆ）保持量
をも増大せしめうろことを見出し、本是明を完成した。

本発明でいうステアとは、段階状の段の１段のことであ
り、このステアを設けることにより薄板の蒸発面に段差
が形成される。　２つぎに本発明の蒸発面の構造の実施
態様を図面−に基づいて説明するが、本発明はかかる実
施態様のみに限定されるものではない。

第１図は本発明の構造を有する濃縮装置のセルの一実施
例の概略断面図であり、第１図中第１３図と同じ符号は
第１３図と同じ部分を示す。

（Ｔ１）および（Ｔ２）はそれぞれステアでの液面より
も低い方が好ましいが、サイホン作用がステア（Ｔ２）
まで及ぶときは、ステア（Ｔ１）最下点は溝（Ｃｎ）の
液面よりも上でもよい。

サイホン作用の及ぶ範囲は、被濃縮液の種類、被濃縮液
吸収層の種類や厚さ、吸収層を構成する材料と被濃縮液
との接触角度、毛細管の平均直径、被濃縮液の粒度、表
面張力、比重、濃度、ステアまたは傾斜度などによって
異なり、それらの組合わせにおいてそれぞれ実験的にめ
ればよい。　一 本発明の構造を採用するときは、少なくともサイホン作
用が及ぶ範囲ではステアの間の薄板（Ｅ＋ｎ）、（Ｅｎ
）の段丘面（ＴＦ＋　）　、（ＴＦ２　）は水平でもよ
く、したがって多段濃縮装置の設置方式を単純にほぼ水
平にすることができる。

さらに、従来の蒸発面のごとく平板状のｂのでは、急斜
□面（２）から屈曲部（ＩＪ）距離が長くなると撓みが
生ずることがある。撓みが生ずると撓みの最下点に被濃
縮液や凝縮液が溜まり、滴下してしまう。本発明のごと
く、ステアを設けるときは薄板を補強することができ、
撓みを生ずることはない。したがって、サイホン作用が
及ばない部分の薄板にもステ・アを設けて、補強を。

行な〕でもよい。

また従来は、所望の蒸留水生産能力を達成するために海
水吸収層を厚くして海水の流量を高めているが、前記の
ごとく本発明の構造によるときは海水吸収層を薄（して
も所望の流量で海水を供給することができ、さらに薄板
の間隔を狭くすることができるため、空間の熱移動抵抗
をさらに少なくすることができる。

このように本発明の蒸発面の構造を用いるときは、充分
な被濃縮液量を蒸発面に供給することができるので濃縮
しすぎて結晶が析出するような事態は生じない。したが
って、蒸発部ウィックの被濃縮液保持量が多く、空隙率
が小さくなるからウィックの熱伝達率が増大し濃縮効果
率を著しく高めることができる。

本発明に用いる薄板は加熱と凝縮の両方の作用を果すも
のであり、良げな熱伝導性を有しているものである。薄
板の材質としては、適用する溶液に腐食されないもので
あればよく、たとえばハロゲン化金属塩の水溶液に対し
ては耐蝕性ステンレス、チタン、モネルメタルなどを用
いればよく、そのほかポリプロピレン、フッ素樹脂、ナ
イロンなどの耐熱性プラスチック板またはシートなども
使用できる。厚さｔは材料によって異なるＦ１約０．１
〜１０ｍ１のものが好ましい。

吸収層は水溶液のばあい、吸収性の良好なりロス、フェ
ルト、海綿、ポリビニルフォルマール、ナイロン、セル
ロース、カーボンｍ維、アスベスト、ガラスウール、ス
テンレス綿、グラファイト混入ウレタン、樹脂発泡体な
どを用い、それらのシート状物を薄板に貼着して形成す
る。

そのほかこれらの短繊維を植毛して形成することもでき
る。有機溶液を濃縮するばあいも前記材料を同様に使用
できるが、これらのうち溶液に冒されないものを選び吸
収層として用いればよい。吸収層の厚さは約ｏ、１〜１
ｏＩｌｌ１ｇが好ましい。

第２〜７図に本発明の蒸発面の構造の種々の実施態様を
示す。

第２図に示す実施態様は、急斜面（２）の最下点を海水
面下に設定したばあいの例である。このばあい、ステア
（Ｔ１）の位置を段丘面（ＴＦ＋　）の長さが２５〜６
０ｃｍ程度となるように設定するのが好ましく、段差を
約１０〜５０＋ｕ＋、ステア傾斜角度を水平に対して３
０〜９０度とするのが好ましい。

第３図に示す実施態様は、ステアの間隔を段階的に広く
したときの例である。この実施態様は、前方のステアに
おける蒸発温度と後方のステアにおける蒸発温度との差
が比較的大きいばあいに有効である。

第４図に示す実ｍ態様は、−海水供給部を水平方向に連
続して設けた例であり、蒸発量が大きくて被濃縮液の濃
度が高いばあいに有効に伯らくタイプのものである。

ステアは後述の第１１図に示すように海水供給用の溝と
平行に直線的に設けても、弧状に設けてもよい。

第５図にステアを弧状に設けたばあいの実施態様の平面
図を示す。弧状に設けるときは海水の流れ方向に対する
強度がさらに向上して、蒸発面の変形や歪みをさらに防
止することができる。

ステアは第１〜５図に示すごとく傾斜面をもつようなも
のでもよいし、また第６図に示すように垂″直面をもつ
ようなものでもよい。また第７図に示すように、傾斜面
をもつステアと垂直面をもつステアとを組合せてもよい
。

また、後述の第１０図に示すごとく隣接する薄板間のス
テアの位置をずらせて、薄板間距離が長くならないよう
にしてもよい。

さらに第８〜９図に示すごとく、最終ステア（Ｔｓ）の
傾斜面（■３）の°上面に熱交換用のパイプ（Ｑ６　）
　、（Ｑｍ）、（Ｑｎ）ヲ１ｔＱＧｔ、該ハイフニ海水
を通して熱交換を行なうときは、熱効率がさらに向上す
る。熱交換用のパイプを、さらに濃縮海水排出用溝（口
１　）　、（Ｄｉ）、（Ｄｎ）の濃縮海水中に通しても
よい。熱交換用のパイプは第９図に示すごとく蛇行させ
る方が熱交換率がよい。

熱交換された海水は、同じセルの海水供給用の溝に供給
してもよいし、下のセルの溝に供給してもよい。たとえ
ば第８図に示すごとく、熱交換用パイプ（Ｑ１２）中の
海水はパイプ（Ｐｄ）から溝（Ｃｍ）に供給され、パイ
プ（Ｑｌｌ）中の海水はパイプ（Ｐ＋＋＋）から溝（Ｃ
ｎ）に供給される。このような熱交換システムをとると
きは、各セルに温度差のついた海水を供給することがで
きるので、各セルの温度差を安定させることができる。

またステアとして垂直面をもつものを最終ステアに採用
するときは、第１０図に示すように各セル間の最終ステ
ア（Ｔ３７２）　、（Ｔｓ　ｌ）、（Ｔａｎ）の位置を
ずらして熱交換室または熱交換用パイプ配設空間を形成
し、該配設空間における凝縮面上に熱交換用パイプ（Ｑ
７２）　、（Ｑ＋ｌｌ）、（Ｏｎ）を通せばよい。

熱交換用パイプは、熱交換用パイプが設けられているス
テア以降では濃縮海水および凝縮水の濃度が熱交換によ
り下がり、セル間の熱伝達がわるくなるという点を考慮
し、熱交換効率および伝゛達効率の両者を調整して配設
するステアの数および位置を選定１ればよく、したがっ
て海水供給用の溝から遠ければ＠終ステアに限定されず
、またステアの数も１つに限定されない。

熱交換用パイプは最終ステアの傾斜面または熱交換用パ
イプ配設空間に配置することが重要である。その位置に
配置することにより、熱交換用パイプの配設により広が
る薄板間距離を最小限に抑えることができる。すなわち
第８図および第１０図に示すごとくステアの位置をずら
すことにより容易に熱交換用パイプの配設空間を形成す
ることができ、段丘面に熱交換用パイプを通すばあいよ
りも薄板間距離を短くすることができ、薄板間距離の増
大による伝熱効率の低下を回避することができる。

ざらに熱交換システムを濃縮装置内に設けることにより
、装置外での熱交換が不要になり、設備コストを低減さ
せることができると共に、凝縮水および濃縮水を低温度
で取り出すことができる。

熱交換用パイプの断面形状は第８図に示すごとく円形で
あってもよいし、矩形であってもよく、任意の形状のも
のが使用できる。また熱交換用パイプはすべてのセルに
設けられていてもよいし、一部のセルのみに設けられて
いてもよ第１１図は本発明の構造を有する濃縮装置を、
太陽光線を利用する海水の多段濃縮装置に用いるばあい
の実ｍｓ様の断面斜視図であり、（３）は太陽光線をよ
く透過す、る材料、たとえばガラ曳または透明プラスチ
ックカバーである。なお、もっとも熱源側に近い薄板（
ＥＯ）の上面には、熱吸収をよくするために選択吸収膜
を設けるのが好ましい。装置の側壁は、断熱材（４）お
よび断熱カバー（５）で覆われている。このように構成
することにより、熱源の熱量を効果的に利用することが
できる。

うな海水の濃縮（淡水化）の′ほか、ヨウ化リチウムな
どのハロゲン化アルカリ金属塩や塩化カルシウム、塩化
マグネシウムなどのハロゲン化アルカリ土類金属塩など
の希薄水溶液の濃縮に好適に用いられうるが、それらの
みにかぎられるものではなく、他の水溶液や有機溶液の
濃縮にも適用できる。たとえば、グリセリン、グリコー
ルの水溶液またはブドウ酒のごときアルコール醗酵液の
蒸溜にも適用できる。

熱源としては、太陽熱に限らずいかなる熱源も何ら制限
なく採用することができるが、価格の点から地熱、温泉
熱、太陽熱などの天然熱源やプラントなどの廃熱を利用
するのが好ましい。

熱源としては約４０℃以上あればある程度の濃縮効率が
えられるが、通常１００℃前後の熱源を用なお、熱源が
下方にあるときは、薄板の両面に吸収層を設け、そのう
ち上面側の吸収層を被濃縮液吸収層とし、下面側の吸収
層を凝縮液吸収層とすればよい。

つぎに第１図に示すタイプのセルを用いて吸収層の溝に
沿った方向の幅１１１１当りの通液量を調べた結果を第
１表に示す。セルの仕様はつぎのとおりであった。

仕　様 薄　板：厚さ０．４１ｍ、幅１．０ｍ　、長さ３．２ｍ
のステンレス綱板 ウィック：厚さ１．２１１のポリエステル不織布（見掛
は密度：　０．２（１／ＣＩ”　）急斜面：落差２０ｍ
ｇ＋、斜面長４０ａｍ海水面と急斜面の最下点との間隔
：　０１１ステア：第１表に示す。

段丘面の傾斜度ニア、５度 比較のため、ステアを設けなかったものについても同様
に通液量を調べた。

なお、ステアを設けなかったセルの通液量を５７００ｃ
ｃ／ｈｒ　−ｖｈに強制的に高めたところ、海水が蒸発
面から滴下した。

第１表に示すごとく、蒸発面にステアを設けるときは、
通液量が増大しかつ海水や凝縮水の滴下も生じない。

つぎに第８図に示すタイプの最終ステアに熱交換用パイ
プを配設した濃縮装置を作製し、太陽熱によって海水の
淡水化を行ない、４時間後の熱交換用パイプ通過後の海
水の温度を調べた。

結果を第２表に示す。

仕　様 薄　板：厚さ０．４＋ｕ、幅１．０ｍ　、長さ３．２−
のステンレス綱板 ウィック：厚さ１　、２ｍｍのポリエステル不゛織布（
見掛は密度：　０．２Ｑ／ＣＷＡＳ　）急斜面：落差２
０ｓ＋ａ、斜面長４Ｈｍ薄板間隔（段丘面）二８１膳 ステア数＝９個 段丘面の長さ＝３００―脂 段　差＝２０ＩＩＩＩＩｌ 熱交換用パイプ：外径７．ｊｍ１肉厚ｌｌｌ１ｍのプラ
□　スチック製パイプを濃縮海 水中を１回、最終ステアの 凝縮面上を１往復半通して、 下のセルの海水供給パイプ に連結。ただし、上から５ 番目までのセルのみに配設。

熱　源：太陽光（受熱量：　７５０ＫＣａｌ／Ｔｆｈｒ
）第　２　表 第２表に示すごとく、熱交換用パイプを配設するときは
確実に海水澗が上昇しており、しが　′も各セル間の温
度勾配も保たれている。この結果から、熱交換用パイプ
を用いないばあいに化して、装置全体の熱効率を３０〜
４０％も高めることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構造を有する濃縮装置の１つのセルの
一実施態様の概略縦断面図、第２〜４および６〜７図は
それぞれ本発明の構造を有する薄板の別の実施例態様の
概略縦断面図、第５図は本発明の構造を有する薄板の別
の実施態様の概略平面図、第８図は本発明の構造の別の
実施態様の概略断面図、第９図は第８図の実施態様の概
略平面図、第１０図は本発明の構造のさらに別の実施態
様の概略縦断面図、第１１図は第１図に示すセルを用い
た太陽光線利用の海水の濃縮装置の一実施例ａｍの断面
斜視図、第１２〜１３図はそれぞれ従来の濃縮装置に用
いられているセルの概略断面図である。 （図面の主要符号） （２）：急斜面 （Ｃｍ）、（ｃｎ）：被濃縮液供給用溝（Ｅ／　）　、
（Ｅｍ）、（Ｅｎ）　：薄板（ロー）、（Ｏｎ）　：濃
縮液排出用窮（ＱＩｉ２）　、（Ｑｍ）、（Ｑｎ）　：
熱交換用パイプ（ａｍ）　：被濃縮液吸収層 （■１）、（■２）、 （Ｔ３）　、（Ｔ４）　ニステア （ＴＦ　）、（ＴＦ２）二段６面 特許出願人　オリエンタルメタル製造株式会社はか１名 ２２図 ｍ　− 第３口 １６図 オフ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被濃縮液吸収層が敷設された蒸発面を有しかつ被濃
   縮液供給用の溝が設けられておりざらに該溝の側縁から
   下向きに蒸発面に向って急斜面が設けられている薄板が
   短い間隔４設けて上下方向に積層されてなる多段濃縮重
   置の蒸発面であって、該急斜面の最下点以−においで被
   濃縮液吸収層を通してサイホンη用が及ぶ距離内の蒸発
   面に下方に向けて少４くとも１つのステアが設けられて
   いること４特徴とする蒸発面の構造。 ２　前記ステアが傾斜面を有するものであイ、特許請求
   の範囲第１項記載の構造。 ３　前記ステアが垂直面を有するものであイ・特許請求
   の範囲第１項記載の構造。 ４　前記ステアのうち被濃縮液供給用の溝から遠いステ
   アの傾斜面上または傾斜面の最下端近くの平坦面上に、
   被濃縮液を通すための熱交換用パイプが設けられてなる
   特許請求の範囲第２項記載の構造。 ５　前記ステアのうち被濃縮液供給用の溝から遠いステ
   アの垂直面の最下端近くの平坦面上に、被濃縮液を通す
   ための熱交換用パイプが配設されてなる特許請求の範囲
   第３項記載の構造。