真水化装置
【課題】原水蒸発室などを減圧するポンプを効率良く動かして省エネルギー化を図ることが可能な真水化装置を提供する。
【解決手段】この真水化装置１は、原水Ｗを原水貯留室２０に貯留する原水貯留部２と、原水貯留部２から輸送されてくる原水Ｗを原水蒸発室３０で蒸発させて水蒸気Ｓにする原水蒸発部３と、原水蒸発部３で生じた水蒸気Ｓを凝縮させて真水Ｗｔを得るよう冷却室４０で冷却する冷却部４と、冷却部４から輸送されてくる真水Ｗｔを真水貯留室５０に貯留する真水貯留部５と、真空ポンプ６１とエゼクター６２を有し、そのいずれかが作動することによって原水蒸発室３０の空気を冷却室４０と真水貯留室５０を介して吸引することで原水蒸発室３０を減圧する減圧部６と、を備える。
【解決手段】この真水化装置１は、原水Ｗを原水貯留室２０に貯留する原水貯留部２と、原水貯留部２から輸送されてくる原水Ｗを原水蒸発室３０で蒸発させて水蒸気Ｓにする原水蒸発部３と、原水蒸発部３で生じた水蒸気Ｓを凝縮させて真水Ｗｔを得るよう冷却室４０で冷却する冷却部４と、冷却部４から輸送されてくる真水Ｗｔを真水貯留室５０に貯留する真水貯留部５と、真空ポンプ６１とエゼクター６２を有し、そのいずれかが作動することによって原水蒸発室３０の空気を冷却室４０と真水貯留室５０を介して吸引することで原水蒸発室３０を減圧する減圧部６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水の真水化に好適な蒸留方式の真水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、淡水の水源による飲料水等の供給が困難な地域などのために、海水を真水化する真水化装置が提供されている。海水の真水化装置は、これから将来に向けて、わが国のみならず世界中においてその需要が拡がって行くと考えられている。海水の真水化装置の主な方式の一つとして、海水を蒸発させ、その水蒸気を冷やして凝縮させることにより真水を得る蒸留方式が有る。この蒸留方式による真水化装置は、装置を稼働させるのに必要な電力消費が特に大きくなり易いため、省エネルギー化を図ることが非常に重要である。
【０００３】
特許文献１に記載のものは、海面付近から取った比較的高温の海水（温海水）を原水蒸発室でノズルにより噴霧することによって蒸発させ、この水蒸気を深海部から取った比較的低温の海水で冷やされた冷却室に導いて凝縮させることにより、真水化を行っている。また、真空ポンプで負圧を発生させ、水蒸気が通る配管を介して原水蒸発室を減圧している。
【０００４】
特許文献２に記載のものは、太陽熱集熱器を設けることにより、塩水を加熱し、かつ、自然循環をさせてポンプを省略している。また、ポンプの駆動のための他の手段として、太陽電池を設けることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−２１４５８５号公報
【特許文献２】特開２０００−３２５９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、太陽エネルギーや風力エネルギーだけを用いたり、化石燃料を最小限にしたりして真水化装置を稼働することが望まれる場合も多く、特許文献１や特許文献２も含めこれまでの公知技術では、省エネルギー化の達成度合いが不十分な場合も少なくない。このため、蒸留方式による真水化装置では、加熱・冷却の効率化とともに、電力消費が大きいポンプをより効率良く動かすことが重要である。
【０００７】
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、原水蒸発室などを減圧するポンプを効率良く動かして省エネルギー化を図ることが可能な真水化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の真水化装置は、原水を原水貯留室に貯留する原水貯留部と、原水貯留部から輸送されてくる原水を原水蒸発室で蒸発させて水蒸気にする原水蒸発部と、原水蒸発部で生じた水蒸気を凝縮させて真水を得るよう冷却室で冷却する冷却部と、冷却部から輸送されてくる真水を真水貯留室に貯留する真水貯留部と、真空ポンプとエゼクターを有し、そのいずれかが作動することによって原水蒸発室の空気を冷却室と真水貯留室を介して吸引することで原水蒸発室を減圧する減圧部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の真水化装置は、請求項１に記載の真水化装置において、前記エゼクターは、真水貯留室に貯留された真水を駆動水とするものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の真水化装置は、請求項１又は２に記載の真水化装置において、前記原水蒸発室の底面及び側面下部の内壁の少なくとも一部は、炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になった炭素成型品であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の真水化装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の真水化装置において、前記冷却室には、原水貯留室から原水蒸発室までつながった原水輸送パイプが通過しており、冷却室の内部の原水輸送パイプの少なくとも一部が、炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になった炭素成型品であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る真水化装置によれば、真水化装置の動作に応じて真空ポンプとエゼクターの作動を切り換え、原水蒸発室の空気を冷却室と真水貯留室を介して吸引することにより原水蒸発室を減圧するので、省エネルギー化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る真水化装置１の全体構成を示す模式図である。
【図２】同上の真水化装置１のエゼクター６２を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための好ましい形態を説明する。本発明の実施形態に係る真水化装置１は、図１に示すように、海水を真水化するものであって、原水貯留部２と原水蒸発部３と冷却部４と真水貯留部５と減圧部６とを備えている。なお、図１中、原水Ｗ、水蒸気Ｓ、真水Ｗｔを破線で示している。
【００１５】
原水貯留部２は、原水Ｗを貯留する原水貯留室２０を有している。海水である原水Ｗは、原水汲上パイプ２Ａを介して海から原水貯留室２０に汲み上げて取り込まれる。原水汲上パイプ２Ａの途中には、原水汲上ポンプ２Ｂが設けられている。原水貯留室２０は、後述の真水貯留室５０を構成する上部真水貯留室５０ａを内包し、取り込まれた原水Ｗにて包囲するような形状になっている。この原水貯留室２０に貯留される原水Ｗは、後述の原水蒸発部３の原水蒸発室３０が減圧部６によって減圧状態になると、原水輸送パイプ２Ｃを介して原水蒸発室３０に輸送される。なお、原水輸送パイプ２Ｃは原水蒸発部３までに冷却部４を通過しているが、これについては後述する。
【００１６】
原水蒸発部３は、原水貯留部２から輸送されてくる原水Ｗを原水蒸発室３０で蒸発させて水蒸気Ｓにする部分である。原水蒸発室３０は、作動状態では減圧されかつ加温される。原水輸送パイプ２Ｃは、原水蒸発室３０の内部まで延長しており、その端部２Ｃａはノズル形状になっている。原水蒸発室３０が減圧加温されておれば、原水輸送パイプ２Ｃの中の原水Ｗは、端部２Ｃａから噴出し、蒸発して水蒸気Ｓとなる。このとき、原水蒸発室３０がよく減圧されていれば、その温度はかなり低いものとなる。例えば、原水蒸発室３０の気圧が約０．９気圧程度で、元々の原水Ｗの温度にもよるが、原水蒸発室３０の温度は約４０℃程度が可能である。水蒸気Ｓは、原水蒸発室３０の中を上昇し、水蒸気輸送パイプ３Ａを介して冷却部４に輸送される。なお、水蒸気輸送パイプ３Ａにはバルブ３Ｂが設けられているが、通常、これは開いた状態である。
【００１７】
原水蒸発室３０の底部３０ａには、バルブ３Ｃを介して濃縮液排出口３ａが設けられている。これは、原水蒸発室３０の底部３０ａには、海水である原水Ｗの濃縮液が溜まるので、これを定期的に回収するためである。この濃縮液には、ミネラル、レアメタルなどの有効な成分が豊富に含まれる場合が少なくないので、それの有効利用が可能である。回収には、回収ボンベ７（図１の右側参照。）が用いられる。回収ボンベ７の上方開口部を原水蒸発部３の濃縮液排出口３ａに接続し、そのバルブ３Ｃを開いて濃縮液を回収し、その後回収ボンベ７の上方開口部に設けたバルブ７Ａを閉じる。この接続の前に、後述の真空ポンプ６１により、原水蒸発室３０と同程度に回収ボンベ７の内部を減圧しておくのが好ましく、こうすると、濃縮液が回収し易く、かつ、原水蒸発室３０の減圧状態に影響を与えないようにすることができる。
【００１８】
原水蒸発室３０の側部の外側には、加温のための熱源（ヒータ）３１が設けられる。この熱源３１は、原水蒸発室３０の側部を介して内部を加温する。
【００１９】
原水蒸発室３０の底部３０ａ及び／又は側部の一部３０ｂは、好ましくは炭素成型品を用いる。炭素成型品は、焼成により炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になったものである。炭素成型品は、金属成型品（ステンレス鋼や銅など）や樹脂成型品に比べて、原水Ｗによって腐食し難く、また、原水濃縮液がこびりつき難い。また、炭素成型品は、熱拡散率が高いために、原水蒸発室３０の温度が噴霧された原水Ｗによって低下する状況にあっても、熱源３１の熱が炭素成型品を迅速に拡散して原水蒸発室３０に伝達される。従って、原水蒸発室３０の温度を維持するための熱源３１の温度を低く抑えることができる。
【００２０】
炭素成型品は、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、黒鉛、又は竹炭などの炭化物の炭素粉にフェノール系接着剤、ピッチ又はタールなどのバインダを５重量％程度加えて固め、所定の塊（例えば方形もの）に加圧成形する。そして、酸素が欠乏した状態で加熱し、２０００〜３０００℃程度で焼成する。この状態で、原料の炭素粉同士は結合し結晶化（黒鉛化、定形炭素化）する。なお、フェノール成分、ピッチ又はタールは昇温途中の約１２００℃程度で揮発している。その後、加熱を止め、温度を下げてから、所望の形状に加工する。この炭素成型品は、バインダが揮発しているので、ほぼ１００％（９９％以上）が炭素材となっている。
【００２１】
冷却部４は、原水蒸発部３で生じた水蒸気Ｓを凝縮させて真水Ｗｔを得るよう冷却室４０で冷却する部分である。冷却室４０は、長く伸びており、その中心軸のまわりに螺旋状の原水輸送パイプ２Ｃが通過している。冷却室４０の原水蒸発室３０側から流入した水蒸気Ｓは、冷却室４０の長さ方向に移動しながら凝縮し、大部分は液体、すなわち真水Ｗｔとなり、真水輸送パイプ４Ａを介して後述する真水貯留部５に輸送される。冷却室４０は、真水輸送パイプ４Ａを接続する側が下方となるように斜めに傾いており、真水Ｗｔが真水貯留部５に輸送され易いようになっている。また、冷却部４の内部で原水輸送パイプ２Ｃが螺旋状になっているのは、その中を通過する原水Ｗとその外側を通過する水蒸気Ｓとの熱交換の効率を良くし、水蒸気Ｓが冷却され易いようにするためである。
【００２２】
また、冷却部４は、原水輸送パイプ２Ｃの原水Ｗによる冷却と合わせて、冷却室４０の周壁の外側を冷やして、その内部を通過する水蒸気Ｓが更に冷却され易いようにすることも可能である。例えば、冷却室４０の周壁の外側を外気に曝したり、風を当てたり、冷却機により強制的に冷やしたりすることが可能である。
【００２３】
冷却室４０の内部の原水輸送パイプ２Ｃの少なくとも一部は、原水蒸発室３０の底部３０ａ及び側部の一部３０ｂと同様な炭素成型品を用いることが好ましい。炭素成型品は、上述のように、金属成型品（ステンレス鋼や銅など）や樹脂成型品に比べて、原水Ｗによって腐食し難い。また、炭素成型品は、熱拡散率が高いために、熱交換の効率が良くなる。また、冷却室４０の周壁を炭素成型品にすることも可能である。そうすると、冷却室４０の周壁の外側を冷やす場合に、熱拡散率が高いために内部の水蒸気Ｓが冷却され易く、また、冷却室４０の周壁の外側を海辺の外気に曝す場合には、冷却室４０の周壁が腐食し難くなる。
【００２４】
真水貯留部５は、冷却部４から輸送されてくる凝縮により得られた真水Ｗｔを真水貯留室５０に貯留する部分である。真水貯留室５０は、上部真水貯留室５０ａと下部真水貯留室５０ｂに分かれている。前述したように上部真水貯留室５０ａは原水貯留室２０に内包されているのに対し、下部真水貯留室５０ｂは原水貯留室２０に内包されず、原水貯留室２０の下方に有って、真水連通部５０ｃにより上部真水貯留室５０ａに連設されている。この真水連通部５０ｃはバルブ５Ａにより開閉される。
【００２５】
前述した真水輸送パイプ４Ａは、原水貯留室２０を通過して、上部真水貯留室５０ａの天頂部に出口が設けられるように取り付けられている。凝縮により得られた真水Ｗｔは、真水輸送パイプ４Ａから上部真水貯留室５０ａに落下する。真水Ｗｔは、バルブ５Ａが開いているときは、下部真水貯留室５０ｂから溜まり、やがて上部真水貯留室５０ａにも溜まるようになる。バルブ５Ａが閉じているときは、上部真水貯留室５０ａに溜まる。なお、上部真水貯留室５０ａが原水貯留室２０に貯留される原水Ｗに包囲されるようになっているのは、凝縮されきれずに上部真水貯留室５０ａに到達した水蒸気Ｓをここでも凝縮させるためである。
【００２６】
上部真水貯留室５０ａと下部真水貯留室５０ｂには、それぞれに貯留された真水Ｗｔを排出する取水栓５１、５２が設けられている。これらの取水栓５１、５２から外部に、飲料水や農業用水などとして真水Ｗｔを供給することができる。
【００２７】
下部真水貯留室５０ｂの天頂部の一部には、外部との連通を断続（開閉）するバルブ５Ｂが設けられ、バルブ５Ｂが開いたときには下部真水貯留室５０ｂの気圧は大気圧と等しくなる。後述する水循環ポンプ６４を作動させるときは、真水連通部５０ｃのバルブ５Ａを閉じ、下部真水貯留室５０ｂのバルブ５Ｂを開いておくようにする。
【００２８】
上部真水貯留室５０ａの天頂部には、空気排出パイプ５Ｃが取り付けられており、その途中に空気排出パイプ５Ｃを開閉するバルブ５Ｄが設けられている。なお、上部真水貯留室５０ａの天頂部よりも僅かに下側に、液面検知器（図示せず）を設けて満水近くになれば、自動的にバルブ５Ｄを閉じ、また、後述の水循環ポンプ６４を止めるのが好ましい。
【００２９】
減圧部６は、原水蒸発室３０の空気を冷却室４０と真水貯留室５０を介して吸引することで原水蒸発室３０を減圧する部分である。減圧部６は、原水蒸発室３０を減圧するとともに、原水貯留室２０から原水蒸発室３０への原水Ｗの流れ、原水蒸発室３０から冷却室４０への水蒸気Ｓの流れ、冷却室４０から真水貯留室５０への真水Ｗｔの流れ、を生じさせる。
【００３０】
減圧部６は、真空ポンプ６１とエゼクター６２を有しており、そのいずれかが作動することによって、負圧が生じ、空気排出パイプ５Ｃを介して真水貯留室５０等の空気が吸引される。空気排出パイプ５Ｃは、減圧部６の中で分岐しており、第１吸引路６Ａがバルブ６Ｃを介して真空ポンプ６１まで延び、第２吸引路６Ｂがバルブ６Ｄを介してエゼクター６２まで延びている。また、バルブ６Ｃから真空ポンプ６１までの途中に分岐があって、その先にバルブ６Ｅを介して、前述の回収ボンベ７の上方開口部が接続可能な回収ボンベ取付口６ａが設けられている。真水貯留室５０等の空気を真空ポンプ６１により吸引するときは、バルブ６Ｃは開いてバルブ６Ｅは閉じており、回収ボンベ７の内部を真空ポンプ６１により減圧するときには、バルブ６Ｃを閉じバルブ６Ｅを開くようにする。
【００３１】
真空ポンプ６１は、例えば、ロータリーポンプなどであり、空気を外部に強制的に排出することによって吸引力（負圧）を生じさせる。真空ポンプ６１は、エゼクター６２よりも吸引力が大きいものである。
【００３２】
エゼクター６２は、水循環パイプ６３の一部を構成している。水循環パイプ６３の途中に水循環ポンプ６４が設けられており、水循環ポンプ６４は、真水貯留室５０に貯留された真水Ｗｔを吸引し水循環パイプ６３の中を循環させる。真水Ｗｔは、下部真水貯留室５０ｂから水循環パイプ６３に入り、駆動水としてエゼクター６２を通過し、再度、下部真水貯留室５０ｂに吐出される。
【００３３】
エゼクター６２は、図２に示すように、Ｔ字管の形状であり、縦管６２ａに第２吸引路６Ｂが接続されている。エゼクター６２では、駆動水（真水Ｗｔ）の速度は大きく、その速度に応じた負圧が生じて第２吸引路６Ｂの空気が吸引される。駆動水に吸い込まれた空気は、下部真水貯留室５０ｂの上方に位置するバルブ５Ｂを通して排出される。
【００３４】
このように、エゼクター６２は、駆動水として真水Ｗｔを用いており、その水流を作る水循環ポンプ６４が異物による抵抗力や損傷を受けることがないので耐久性が高くなり、また、第２吸引路６Ｂが異物により汚染されることもない。また、駆動水を別に用意する必要もない。
【００３５】
減圧部６は、真水化装置１の動作の初期には、真空ポンプ６１を作動させる。真空ポンプ６１は、真水貯留室５０（上部真水貯留室５０ａ、下部真水貯留室５０ｂ）、原水蒸発部３などの空気を排出してそれらの減圧状態を維持する。原水貯留部２の原水Ｗが原水蒸発部３で水蒸気Ｓとなって、冷却部４で冷却され、真水Ｗｔが真水貯留室５０に落下する。真水貯留室５０に、水循環パイプ６３で循環できる程度に真水Ｗｔが溜まると、減圧部６のバルブ６Ｃを閉じてバルブ６Ｄを開き、真空ポンプ６１を止めて水循環ポンプ６４を作動させ、真水貯留部５のバルブ５Ａを閉じてバルブ５Ｂを開く。そうすると、エゼクター６２が作動し、上部真水貯留室５０ａ、原水蒸発部３などの減圧状態を維持し、真水Ｗｔを生成し貯留する安定動作となる。
【００３６】
このように、真空ポンプ６１とエゼクター６２の作動を切り換えて用いている。消費電力の大きい真空ポンプ６１が作動する期間を短くすることができるので、真水化装置１全体としての省エネルギー化を図ることが可能となる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態に係る真水化装置１について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、バルブ５Ｂの上下の位置などを考慮して、真水貯留室５０を上部真水貯留室５０ａと下部真水貯留室５０ｂに分けないようにすることも可能である。また、殺菌性のある液体又は粉末を、原水貯留室２０、原水蒸発室３０、真水貯留室５０などに添加することも可能である。また、湖沼などの淡水を原水Ｗとして、濾過装置の代わりに、真水化装置１を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 真水化装置
２ 原水貯留部
２０ 原水貯留室
３ 原水蒸発部
３０ 原水蒸発室
４ 冷却部
４０ 冷却室
５ 真水貯留部
５０ 真水貯留室
５０ａ 上部真水貯留室
５０ｂ 下部真水貯留室
６ 減圧部
６１ 真空ポンプ
６２ エゼクター
２Ｃ 原水輸送パイプ
Ｗ 原水
Ｗｔ 真水
Ｓ 水蒸気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水の真水化に好適な蒸留方式の真水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、淡水の水源による飲料水等の供給が困難な地域などのために、海水を真水化する真水化装置が提供されている。海水の真水化装置は、これから将来に向けて、わが国のみならず世界中においてその需要が拡がって行くと考えられている。海水の真水化装置の主な方式の一つとして、海水を蒸発させ、その水蒸気を冷やして凝縮させることにより真水を得る蒸留方式が有る。この蒸留方式による真水化装置は、装置を稼働させるのに必要な電力消費が特に大きくなり易いため、省エネルギー化を図ることが非常に重要である。
【０００３】
特許文献１に記載のものは、海面付近から取った比較的高温の海水（温海水）を原水蒸発室でノズルにより噴霧することによって蒸発させ、この水蒸気を深海部から取った比較的低温の海水で冷やされた冷却室に導いて凝縮させることにより、真水化を行っている。また、真空ポンプで負圧を発生させ、水蒸気が通る配管を介して原水蒸発室を減圧している。
【０００４】
特許文献２に記載のものは、太陽熱集熱器を設けることにより、塩水を加熱し、かつ、自然循環をさせてポンプを省略している。また、ポンプの駆動のための他の手段として、太陽電池を設けることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−２１４５８５号公報
【特許文献２】特開２０００−３２５９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、太陽エネルギーや風力エネルギーだけを用いたり、化石燃料を最小限にしたりして真水化装置を稼働することが望まれる場合も多く、特許文献１や特許文献２も含めこれまでの公知技術では、省エネルギー化の達成度合いが不十分な場合も少なくない。このため、蒸留方式による真水化装置では、加熱・冷却の効率化とともに、電力消費が大きいポンプをより効率良く動かすことが重要である。
【０００７】
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、原水蒸発室などを減圧するポンプを効率良く動かして省エネルギー化を図ることが可能な真水化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の真水化装置は、原水を原水貯留室に貯留する原水貯留部と、原水貯留部から輸送されてくる原水を原水蒸発室で蒸発させて水蒸気にする原水蒸発部と、原水蒸発部で生じた水蒸気を凝縮させて真水を得るよう冷却室で冷却する冷却部と、冷却部から輸送されてくる真水を真水貯留室に貯留する真水貯留部と、真空ポンプとエゼクターを有し、そのいずれかが作動することによって原水蒸発室の空気を冷却室と真水貯留室を介して吸引することで原水蒸発室を減圧する減圧部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の真水化装置は、請求項１に記載の真水化装置において、前記エゼクターは、真水貯留室に貯留された真水を駆動水とするものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の真水化装置は、請求項１又は２に記載の真水化装置において、前記原水蒸発室の底面及び側面下部の内壁の少なくとも一部は、炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になった炭素成型品であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の真水化装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の真水化装置において、前記冷却室には、原水貯留室から原水蒸発室までつながった原水輸送パイプが通過しており、冷却室の内部の原水輸送パイプの少なくとも一部が、炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になった炭素成型品であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る真水化装置によれば、真水化装置の動作に応じて真空ポンプとエゼクターの作動を切り換え、原水蒸発室の空気を冷却室と真水貯留室を介して吸引することにより原水蒸発室を減圧するので、省エネルギー化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る真水化装置１の全体構成を示す模式図である。
【図２】同上の真水化装置１のエゼクター６２を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための好ましい形態を説明する。本発明の実施形態に係る真水化装置１は、図１に示すように、海水を真水化するものであって、原水貯留部２と原水蒸発部３と冷却部４と真水貯留部５と減圧部６とを備えている。なお、図１中、原水Ｗ、水蒸気Ｓ、真水Ｗｔを破線で示している。
【００１５】
原水貯留部２は、原水Ｗを貯留する原水貯留室２０を有している。海水である原水Ｗは、原水汲上パイプ２Ａを介して海から原水貯留室２０に汲み上げて取り込まれる。原水汲上パイプ２Ａの途中には、原水汲上ポンプ２Ｂが設けられている。原水貯留室２０は、後述の真水貯留室５０を構成する上部真水貯留室５０ａを内包し、取り込まれた原水Ｗにて包囲するような形状になっている。この原水貯留室２０に貯留される原水Ｗは、後述の原水蒸発部３の原水蒸発室３０が減圧部６によって減圧状態になると、原水輸送パイプ２Ｃを介して原水蒸発室３０に輸送される。なお、原水輸送パイプ２Ｃは原水蒸発部３までに冷却部４を通過しているが、これについては後述する。
【００１６】
原水蒸発部３は、原水貯留部２から輸送されてくる原水Ｗを原水蒸発室３０で蒸発させて水蒸気Ｓにする部分である。原水蒸発室３０は、作動状態では減圧されかつ加温される。原水輸送パイプ２Ｃは、原水蒸発室３０の内部まで延長しており、その端部２Ｃａはノズル形状になっている。原水蒸発室３０が減圧加温されておれば、原水輸送パイプ２Ｃの中の原水Ｗは、端部２Ｃａから噴出し、蒸発して水蒸気Ｓとなる。このとき、原水蒸発室３０がよく減圧されていれば、その温度はかなり低いものとなる。例えば、原水蒸発室３０の気圧が約０．９気圧程度で、元々の原水Ｗの温度にもよるが、原水蒸発室３０の温度は約４０℃程度が可能である。水蒸気Ｓは、原水蒸発室３０の中を上昇し、水蒸気輸送パイプ３Ａを介して冷却部４に輸送される。なお、水蒸気輸送パイプ３Ａにはバルブ３Ｂが設けられているが、通常、これは開いた状態である。
【００１７】
原水蒸発室３０の底部３０ａには、バルブ３Ｃを介して濃縮液排出口３ａが設けられている。これは、原水蒸発室３０の底部３０ａには、海水である原水Ｗの濃縮液が溜まるので、これを定期的に回収するためである。この濃縮液には、ミネラル、レアメタルなどの有効な成分が豊富に含まれる場合が少なくないので、それの有効利用が可能である。回収には、回収ボンベ７（図１の右側参照。）が用いられる。回収ボンベ７の上方開口部を原水蒸発部３の濃縮液排出口３ａに接続し、そのバルブ３Ｃを開いて濃縮液を回収し、その後回収ボンベ７の上方開口部に設けたバルブ７Ａを閉じる。この接続の前に、後述の真空ポンプ６１により、原水蒸発室３０と同程度に回収ボンベ７の内部を減圧しておくのが好ましく、こうすると、濃縮液が回収し易く、かつ、原水蒸発室３０の減圧状態に影響を与えないようにすることができる。
【００１８】
原水蒸発室３０の側部の外側には、加温のための熱源（ヒータ）３１が設けられる。この熱源３１は、原水蒸発室３０の側部を介して内部を加温する。
【００１９】
原水蒸発室３０の底部３０ａ及び／又は側部の一部３０ｂは、好ましくは炭素成型品を用いる。炭素成型品は、焼成により炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になったものである。炭素成型品は、金属成型品（ステンレス鋼や銅など）や樹脂成型品に比べて、原水Ｗによって腐食し難く、また、原水濃縮液がこびりつき難い。また、炭素成型品は、熱拡散率が高いために、原水蒸発室３０の温度が噴霧された原水Ｗによって低下する状況にあっても、熱源３１の熱が炭素成型品を迅速に拡散して原水蒸発室３０に伝達される。従って、原水蒸発室３０の温度を維持するための熱源３１の温度を低く抑えることができる。
【００２０】
炭素成型品は、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、黒鉛、又は竹炭などの炭化物の炭素粉にフェノール系接着剤、ピッチ又はタールなどのバインダを５重量％程度加えて固め、所定の塊（例えば方形もの）に加圧成形する。そして、酸素が欠乏した状態で加熱し、２０００〜３０００℃程度で焼成する。この状態で、原料の炭素粉同士は結合し結晶化（黒鉛化、定形炭素化）する。なお、フェノール成分、ピッチ又はタールは昇温途中の約１２００℃程度で揮発している。その後、加熱を止め、温度を下げてから、所望の形状に加工する。この炭素成型品は、バインダが揮発しているので、ほぼ１００％（９９％以上）が炭素材となっている。
【００２１】
冷却部４は、原水蒸発部３で生じた水蒸気Ｓを凝縮させて真水Ｗｔを得るよう冷却室４０で冷却する部分である。冷却室４０は、長く伸びており、その中心軸のまわりに螺旋状の原水輸送パイプ２Ｃが通過している。冷却室４０の原水蒸発室３０側から流入した水蒸気Ｓは、冷却室４０の長さ方向に移動しながら凝縮し、大部分は液体、すなわち真水Ｗｔとなり、真水輸送パイプ４Ａを介して後述する真水貯留部５に輸送される。冷却室４０は、真水輸送パイプ４Ａを接続する側が下方となるように斜めに傾いており、真水Ｗｔが真水貯留部５に輸送され易いようになっている。また、冷却部４の内部で原水輸送パイプ２Ｃが螺旋状になっているのは、その中を通過する原水Ｗとその外側を通過する水蒸気Ｓとの熱交換の効率を良くし、水蒸気Ｓが冷却され易いようにするためである。
【００２２】
また、冷却部４は、原水輸送パイプ２Ｃの原水Ｗによる冷却と合わせて、冷却室４０の周壁の外側を冷やして、その内部を通過する水蒸気Ｓが更に冷却され易いようにすることも可能である。例えば、冷却室４０の周壁の外側を外気に曝したり、風を当てたり、冷却機により強制的に冷やしたりすることが可能である。
【００２３】
冷却室４０の内部の原水輸送パイプ２Ｃの少なくとも一部は、原水蒸発室３０の底部３０ａ及び側部の一部３０ｂと同様な炭素成型品を用いることが好ましい。炭素成型品は、上述のように、金属成型品（ステンレス鋼や銅など）や樹脂成型品に比べて、原水Ｗによって腐食し難い。また、炭素成型品は、熱拡散率が高いために、熱交換の効率が良くなる。また、冷却室４０の周壁を炭素成型品にすることも可能である。そうすると、冷却室４０の周壁の外側を冷やす場合に、熱拡散率が高いために内部の水蒸気Ｓが冷却され易く、また、冷却室４０の周壁の外側を海辺の外気に曝す場合には、冷却室４０の周壁が腐食し難くなる。
【００２４】
真水貯留部５は、冷却部４から輸送されてくる凝縮により得られた真水Ｗｔを真水貯留室５０に貯留する部分である。真水貯留室５０は、上部真水貯留室５０ａと下部真水貯留室５０ｂに分かれている。前述したように上部真水貯留室５０ａは原水貯留室２０に内包されているのに対し、下部真水貯留室５０ｂは原水貯留室２０に内包されず、原水貯留室２０の下方に有って、真水連通部５０ｃにより上部真水貯留室５０ａに連設されている。この真水連通部５０ｃはバルブ５Ａにより開閉される。
【００２５】
前述した真水輸送パイプ４Ａは、原水貯留室２０を通過して、上部真水貯留室５０ａの天頂部に出口が設けられるように取り付けられている。凝縮により得られた真水Ｗｔは、真水輸送パイプ４Ａから上部真水貯留室５０ａに落下する。真水Ｗｔは、バルブ５Ａが開いているときは、下部真水貯留室５０ｂから溜まり、やがて上部真水貯留室５０ａにも溜まるようになる。バルブ５Ａが閉じているときは、上部真水貯留室５０ａに溜まる。なお、上部真水貯留室５０ａが原水貯留室２０に貯留される原水Ｗに包囲されるようになっているのは、凝縮されきれずに上部真水貯留室５０ａに到達した水蒸気Ｓをここでも凝縮させるためである。
【００２６】
上部真水貯留室５０ａと下部真水貯留室５０ｂには、それぞれに貯留された真水Ｗｔを排出する取水栓５１、５２が設けられている。これらの取水栓５１、５２から外部に、飲料水や農業用水などとして真水Ｗｔを供給することができる。
【００２７】
下部真水貯留室５０ｂの天頂部の一部には、外部との連通を断続（開閉）するバルブ５Ｂが設けられ、バルブ５Ｂが開いたときには下部真水貯留室５０ｂの気圧は大気圧と等しくなる。後述する水循環ポンプ６４を作動させるときは、真水連通部５０ｃのバルブ５Ａを閉じ、下部真水貯留室５０ｂのバルブ５Ｂを開いておくようにする。
【００２８】
上部真水貯留室５０ａの天頂部には、空気排出パイプ５Ｃが取り付けられており、その途中に空気排出パイプ５Ｃを開閉するバルブ５Ｄが設けられている。なお、上部真水貯留室５０ａの天頂部よりも僅かに下側に、液面検知器（図示せず）を設けて満水近くになれば、自動的にバルブ５Ｄを閉じ、また、後述の水循環ポンプ６４を止めるのが好ましい。
【００２９】
減圧部６は、原水蒸発室３０の空気を冷却室４０と真水貯留室５０を介して吸引することで原水蒸発室３０を減圧する部分である。減圧部６は、原水蒸発室３０を減圧するとともに、原水貯留室２０から原水蒸発室３０への原水Ｗの流れ、原水蒸発室３０から冷却室４０への水蒸気Ｓの流れ、冷却室４０から真水貯留室５０への真水Ｗｔの流れ、を生じさせる。
【００３０】
減圧部６は、真空ポンプ６１とエゼクター６２を有しており、そのいずれかが作動することによって、負圧が生じ、空気排出パイプ５Ｃを介して真水貯留室５０等の空気が吸引される。空気排出パイプ５Ｃは、減圧部６の中で分岐しており、第１吸引路６Ａがバルブ６Ｃを介して真空ポンプ６１まで延び、第２吸引路６Ｂがバルブ６Ｄを介してエゼクター６２まで延びている。また、バルブ６Ｃから真空ポンプ６１までの途中に分岐があって、その先にバルブ６Ｅを介して、前述の回収ボンベ７の上方開口部が接続可能な回収ボンベ取付口６ａが設けられている。真水貯留室５０等の空気を真空ポンプ６１により吸引するときは、バルブ６Ｃは開いてバルブ６Ｅは閉じており、回収ボンベ７の内部を真空ポンプ６１により減圧するときには、バルブ６Ｃを閉じバルブ６Ｅを開くようにする。
【００３１】
真空ポンプ６１は、例えば、ロータリーポンプなどであり、空気を外部に強制的に排出することによって吸引力（負圧）を生じさせる。真空ポンプ６１は、エゼクター６２よりも吸引力が大きいものである。
【００３２】
エゼクター６２は、水循環パイプ６３の一部を構成している。水循環パイプ６３の途中に水循環ポンプ６４が設けられており、水循環ポンプ６４は、真水貯留室５０に貯留された真水Ｗｔを吸引し水循環パイプ６３の中を循環させる。真水Ｗｔは、下部真水貯留室５０ｂから水循環パイプ６３に入り、駆動水としてエゼクター６２を通過し、再度、下部真水貯留室５０ｂに吐出される。
【００３３】
エゼクター６２は、図２に示すように、Ｔ字管の形状であり、縦管６２ａに第２吸引路６Ｂが接続されている。エゼクター６２では、駆動水（真水Ｗｔ）の速度は大きく、その速度に応じた負圧が生じて第２吸引路６Ｂの空気が吸引される。駆動水に吸い込まれた空気は、下部真水貯留室５０ｂの上方に位置するバルブ５Ｂを通して排出される。
【００３４】
このように、エゼクター６２は、駆動水として真水Ｗｔを用いており、その水流を作る水循環ポンプ６４が異物による抵抗力や損傷を受けることがないので耐久性が高くなり、また、第２吸引路６Ｂが異物により汚染されることもない。また、駆動水を別に用意する必要もない。
【００３５】
減圧部６は、真水化装置１の動作の初期には、真空ポンプ６１を作動させる。真空ポンプ６１は、真水貯留室５０（上部真水貯留室５０ａ、下部真水貯留室５０ｂ）、原水蒸発部３などの空気を排出してそれらの減圧状態を維持する。原水貯留部２の原水Ｗが原水蒸発部３で水蒸気Ｓとなって、冷却部４で冷却され、真水Ｗｔが真水貯留室５０に落下する。真水貯留室５０に、水循環パイプ６３で循環できる程度に真水Ｗｔが溜まると、減圧部６のバルブ６Ｃを閉じてバルブ６Ｄを開き、真空ポンプ６１を止めて水循環ポンプ６４を作動させ、真水貯留部５のバルブ５Ａを閉じてバルブ５Ｂを開く。そうすると、エゼクター６２が作動し、上部真水貯留室５０ａ、原水蒸発部３などの減圧状態を維持し、真水Ｗｔを生成し貯留する安定動作となる。
【００３６】
このように、真空ポンプ６１とエゼクター６２の作動を切り換えて用いている。消費電力の大きい真空ポンプ６１が作動する期間を短くすることができるので、真水化装置１全体としての省エネルギー化を図ることが可能となる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態に係る真水化装置１について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、バルブ５Ｂの上下の位置などを考慮して、真水貯留室５０を上部真水貯留室５０ａと下部真水貯留室５０ｂに分けないようにすることも可能である。また、殺菌性のある液体又は粉末を、原水貯留室２０、原水蒸発室３０、真水貯留室５０などに添加することも可能である。また、湖沼などの淡水を原水Ｗとして、濾過装置の代わりに、真水化装置１を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 真水化装置
２ 原水貯留部
２０ 原水貯留室
３ 原水蒸発部
３０ 原水蒸発室
４ 冷却部
４０ 冷却室
５ 真水貯留部
５０ 真水貯留室
５０ａ 上部真水貯留室
５０ｂ 下部真水貯留室
６ 減圧部
６１ 真空ポンプ
６２ エゼクター
２Ｃ 原水輸送パイプ
Ｗ 原水
Ｗｔ 真水
Ｓ 水蒸気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を原水貯留室に貯留する原水貯留部と、
原水貯留部から輸送されてくる原水を原水蒸発室で蒸発させて水蒸気にする原水蒸発部と、
原水蒸発部で生じた水蒸気を凝縮させて真水を得るよう冷却室で冷却する冷却部と、
冷却部から輸送されてくる真水を真水貯留室に貯留する真水貯留部と、
真空ポンプとエゼクターを有し、そのいずれかが作動することによって原水蒸発室の空気を冷却室と真水貯留室を介して吸引することで原水蒸発室を減圧する減圧部と、
を備えることを特徴とする真水化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真水化装置において、
前記エゼクターは、真水貯留室に貯留された真水を駆動水とするものであることを特徴とする真水化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の真水化装置において、
前記原水蒸発室の底面及び側面下部の内壁の少なくとも一部は、炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になった炭素成型品であることを特徴とする真水化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の真水化装置において、
前記冷却室には、原水貯留室から原水蒸発室までつながった原水輸送パイプが通過しており、冷却室の内部の原水輸送パイプの少なくとも一部が、炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になった炭素成型品であることを特徴とする真水化装置。
【請求項１】
原水を原水貯留室に貯留する原水貯留部と、
原水貯留部から輸送されてくる原水を原水蒸発室で蒸発させて水蒸気にする原水蒸発部と、
原水蒸発部で生じた水蒸気を凝縮させて真水を得るよう冷却室で冷却する冷却部と、
冷却部から輸送されてくる真水を真水貯留室に貯留する真水貯留部と、
真空ポンプとエゼクターを有し、そのいずれかが作動することによって原水蒸発室の空気を冷却室と真水貯留室を介して吸引することで原水蒸発室を減圧する減圧部と、
を備えることを特徴とする真水化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真水化装置において、
前記エゼクターは、真水貯留室に貯留された真水を駆動水とするものであることを特徴とする真水化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の真水化装置において、
前記原水蒸発室の底面及び側面下部の内壁の少なくとも一部は、炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になった炭素成型品であることを特徴とする真水化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の真水化装置において、
前記冷却室には、原水貯留室から原水蒸発室までつながった原水輸送パイプが通過しており、冷却室の内部の原水輸送パイプの少なくとも一部が、炭素が黒鉛化して結晶構造により一体になった炭素成型品であることを特徴とする真水化装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−６０５（Ｐ２０１２−６０５Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１０７６（Ｐ２０１０−１４１０７６）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（３９７０２９８７３）株式会社大木工藝 (21)
【出願人】（５９９０８９８０４）有限会社沼本商会 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（３９７０２９８７３）株式会社大木工藝 (21)
【出願人】（５９９０８９８０４）有限会社沼本商会 (1)
【Ｆターム（参考）】
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