水处理装置的制作方法

本发明涉及一种水处理装置，具体地涉及通过对原水加热而使其部分汽化，并使该汽化的蒸气冷凝，从而获得冷凝水的水处理装置。

背景技术：

以往，作为这种水处理装置提出了通过对海水等原水加热而使其在容器内雾化，并使喷雾状的水与伴随着雾化产生的水蒸气和空气的混合气体进行气液接触而使水蒸气冷凝，从而将原水淡化或净化的水处理装置。在专利文献1的水处理装置中，通过在使经淡化或净化的冷凝水与海水等原水进行热交换之后，利用太阳能对原水加热，从而有效地对原水进行加热。此外，在专利文献2中，回收由装置产生的潜热时，利用在上游与下游之间的温度的不同来有效地对原水进行加热。

在这样的具备冷凝部和蒸发部各一个的一级的水处理装置中，为了获得冷凝水，需要与冷凝的潜热相当的加热能量。因此，为了减少每一级的加热能量，以往使用有多级法。在专利文献2中，提出了在将装置设置为多级的基础上，进一步利用装置的上游与下游中潜热的温度的不同来减少加热量的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2010/029723号

专利文献2：国际公开第2013/154011号

技术实现要素：

技术问题

在这样的使用了多级法的水处理装置中，具有越设置为多级则加热量变得越少的优点，另一方面，由于需要多个减压室，所以存在装置变大的问题。

本发明是鉴于这样的问题而完成的，提供一种不需要多级结构，利用在装置内产生的余热，提高与原水的热交换率而减少之后对原水加热所需的能量的水处理效率高的水处理装置。

技术方案

一种水处理装置，用于从原水获得冷凝水，其特征在于，所述水处理装置具备：

两个蒸发部a和b，分别具备使所述原水部分汽化的汽化单元；

冷凝部，具备供在所述装置内循环的循环水流通的冷凝部流通管；

加热装置，对所述原水加热；

冷却装置，使所述循环水冷却；

空气流路，分别移动所述蒸发部a与所述冷凝部、所述冷凝部与所述蒸发部b、以及所述蒸发部a与b；

热交换部，具备供所述原水流通的原水流通管和供所述循环水流通的循环水流通管；

循环水流通路，将所述冷凝部流通管与所述循环水流通管连接，并在其中途通过所述冷却装置；以及

原水流通路，分别连接所述原水流通管的流出部与所述蒸发部a的流入部、所述蒸发部a的流出部与所述蒸发部b的流入部、以及所述蒸发部b的流出部与所述原水流通管的流入部，并在其中途通过所述加热装置，

其中，由在所述蒸发部a和b中从所述原水汽化而得到的蒸气与所述循环水在所述冷凝部进行气液接触而冷凝时的潜热进行加热的所述循环水，与通过经过所述蒸发部a和b而部分进行汽化来阶段性地被冷却的所述原水，在所述热交换部进行热交换。

可选地，所述水处理装置具备两个以上的所述蒸发部，各个蒸发部通过所述原水流通路来连接流出部与下一个蒸发部的流入部，并且，各个蒸发部利用供汽化而得到的蒸气移动的所述空气流路进行连接。

可选地，所述汽化单元具有一组以上的旋转轴和安装于该旋转轴的沿放射方向延伸的旋转体，使流入所述蒸发部的所述原水在下落的同时通过该汽化单元而部分汽化。

一种水处理装置，用于从原水获得冷凝水，其特征在于，所述水处理装置具备：

汽化单元，具有一组以上的沿水平方向延伸的旋转轴和安装于该旋转轴的沿放射方向延伸的旋转体；

至少一个蒸发部，具备接收容器和所述汽化单元，所述接收容器接收所述原水且具备进行排水的排水口，所述蒸发部以通过所述旋转体将积存在所述接收容器的所述原水卷起而使所述原水部分汽化的方式容纳所述汽化单元；

冷凝部，具备供在所述装置内循环的循环水流通的冷凝部流通管；

加热装置，对所述原水加热；

冷却装置，使所述循环水冷却；

空气流路，分别连接所述蒸发部与所述冷凝部、和所述冷凝部与所述蒸发部；

热交换部，具备供所述原水流通的原水流通管和供所述循环水流通的循环水流通管；

循环水流通路，将所述冷凝部流通管与所述循环水流通管连接，并在其中途通过所述冷却装置；以及

原水流通路，分别连接所述原水流通管的流出部与所述蒸发部的流入部、和所述蒸发部的流出部与所述原水流通管的流入部，并在其中途通过所述加热装置，

其中，由在所述蒸发部中从所述原水汽化而得到的蒸气与所述循环水在所述冷凝部进行气液接触而冷凝时的潜热进行加热的所述循环水，与在所述蒸发部通过在所述汽化单元进行汽化而从上游起阶段性地被冷却的所述原水，在所述热交换部进行热交换。

可选地，所述空气流路包括气流形成单元。

可选地，在所述汽化单元中，通过使所述旋转体的旋转部件的平面部具有从旋转轴方向观察时成为倾斜的角度，从而与所述原水的汽化同时地产生气流和水流。

可选地，所述水处理装置为圆筒状。

可选地，所述冷凝部流通管包括使获得的冷凝水滴落到铅垂下方的滴落部。

可选地，所述滴落部以使由所述空气流路引导的水蒸气能够穿过所述滴落部与所述流通管之间的方式将所述滴落部的板的平面部平行地设置在水蒸气的行进方向。

可选地，所述冷凝部流通管在所述冷凝部具有多次折弯而成的形状，使所述循环水蜿蜒地流通。

可选地，所述冷凝部包括接收并储存所获得的冷凝水的储存室。

可选地，所述热交换部配置在所述容器的外部。

可选地，所述热交换部为板式热交换器。

可选地，所述循环水为淡水。

技术效果

根据本发明，能够提供一种不需要多级结构，利用在装置内产生的余热，提高与原水的热交换率而减少之后对原水加热所需的能量的水处理效率高的水处理装置。

附图说明

图1是示出从上方观察本发明的实施方式一的水处理装置时的结构概况的示意图。

图2是示出本发明的实施方式一的水处理装置的结构的示意图。

图3是示意性地示出本发明的实施方式一的水处理装置的蒸发部的结构的侧视图。

图4是示意性地示出本发明的实施方式一的水处理装置的冷凝部的结构的侧视图。

图5是示出与本发明的实施方式一不同的通常的多级式的水处理装置的结构的示意图。

图6是示意性地示出本发明的实施方式二的水处理装置的蒸发部的结构的立体图。

符号说明

10、100、200：水处理装置

11、12、201、202：蒸发部

11a、12a、101a：蒸发部入口

11b、12b、101b：蒸发部出口

13：冷凝部

20：容器

24：热交换器

24a：原水流通管

24b：循环水流通管

25：加热装置

26、126：汽化单元

26a、126a：旋转体

26b、126b：马达

26c、126c：旋转轴

27：冷却装置

30、130：储液槽

32：流通管

33：冷凝板

34：储存室

40a～40d：原水流通路

40e：原水导入口

41a～41c：循环水流通路

42a～42c：空气流路

201a、201b、202a、202b、204a、204b、205a、205b：水处理装置200中的原水流路

210a、210b、220a、220b：水处理装置200中的空气流路

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。

实施例一

水处理装置10被构成为将海水和/或污水等原水淡化和/或净化的装置。图1是从上方观察水处理装置10的示意图。水处理装置10在圆筒状的容器20的内部具备：分别具备用于使原水蒸发的汽化单元26的蒸发部11、12，和用于将水蒸气冷凝而回收淡水的冷凝部13。

图2是示出水处理装置10的水蒸气和/或原水等的流路的示意图。

如图2所示，水处理装置10具备：使原水与在装置内通过与所述原水不同的流路循环的循环水进行热交换的热交换器24、供由蒸发部11、12汽化的蒸气移动的空气流路42a～42c、供所述原水在热交换器24与蒸发部11、12之间循环并在流路的中途具备加热装置25的原水流通路40a～40d、和供循环水在冷凝部13与热交换器24之间循环并在流路的中途具备冷却装置27的循环水流通路41a～41c。

如图2所示，热交换器24具备供原水流通的原水流通管24a、和供循环水流通的循环水流通管24b，在原水流通管24a和循环水流通管24b中流通的原水和循环水相互进行热交换。此外，冷凝部13具备内部供循环水流通的循环水流通管32，使在流通管32中流动的循环水与由蒸发部11、12汽化的蒸气进行气液接触。

循环水由未图示的泵压送而通过循环水流通路41b、循环水流通路41c、循环水流通路41a从而在冷凝部13与热交换器24之间循环，该循环水流通路41b连接循环水流通管32的自冷凝部13的流出部和循环水流通管24b的向热交换器24的流入部，该循环水流通路41c连接循环水流通管24b的自热交换器24的流出部和冷却装置27，该循环水流通路41a连接冷却装置27和冷凝部流通管32的向冷凝部13的流入部。作为循环水例如如果是淡水，则由于与海水相比盐分等异物较少，所以容易进行维护。

原水由未图示的泵压送而通过连接原水流通管24a的自热交换器24的流出部和加热装置25的原水流通路40d、连接加热装置25和蒸发部11的流入部的原水流通路40a、连接蒸发部11的流出部和蒸发部12的流入部的原水流通路40b、连接蒸发部12的流出部和原水流通管24a的向热交换器24的流入部的原水流通路40c，从而在蒸发部11、12与热交换器24之间循环。此时，可以在向热交换器24流入的原水流通路40c的中途具备将海水等原水导入到水处理装置10内的原水导入口40e。

蒸气通过连接蒸发部11和冷凝部13的空气流路42a、连接冷凝部13和蒸发部12的空气流路42b、连接蒸发部12和蒸发部11的空气流路42c，而在蒸发部11、12与冷凝部13之间循环。此时，可以在空气流路42a～42c的中途具备送风机等气流形成单元，使蒸气循环。

容器20的结构只要是封闭回路即可，并非一定是图1那样的圆筒。例如，也可以是椭圆或矩形，只要具备使气流没有阻力地流动的引导功能即可。如果是圆筒形，则空气能够在装置的内部没有阻力地流动、循环。

热交换器24可以使用例如板式或管式的热交换器。虽然配置位置随意，但是通过将热交换器24配置在容器20的外部，能够容易地进行维护。

加热装置25将经过蒸发部11、12而被冷却的原水在经过热交换器24被循环水加热之后且再次导入到蒸发部11之前，加热到蒸发所需的温度(例如，70～90℃的程度)。加热装置25可以通过对例如水等媒介加热而间接地使热量从媒介传递到原水来进行加热。此外，由加热装置25进行的加热，可以使用例如太阳热能，也可以通过对电热丝加热来进行，还可以通过使镁等在媒介内燃烧或氧化来进行。

冷却装置27将经过冷凝部13而被加热的循环水在经过热交换器24被冷却之后且再次导入到冷凝部13之前，冷却到蒸气冷凝所需的温度。作为冷却装置27例如可以掺入与循环水相同种类的经冷却的液体，并利用泵从其中导出预定的流量。

泵以使原水和/或循环水进行循环的方式进行压送。泵的驱动源可以使用例如通过使燃料燃烧而获得输出的公知的内燃机、同步电动机或异步电动机等公知的电动机等各种驱动源。

接下来，利用图2对水处理装置10的动作进行说明。

水处理装置10将海水等原水从原水导入口40e导入到装置。导入到装置的原水通过原水导入流路40a～40d在热交换器24与蒸发部11、12之间循环。

原水从原水流通路40a导入到蒸发部11，并通过汽化单元26被部分汽化。图3中示出蒸发部11的示意图。蒸发部11在从蒸发部入口11a导入原水时，通过汽化单元26施加机械性的粉碎作用，使原水部分汽化。在汽化单元26的下方具备储存原水的储液槽30，将通过了汽化单元26的原水之中比较大的水滴和/或未汽化的原水积存，并从蒸发部出口11b排出。在图3中示出了汽化单元26通过马达26b来驱动以沿铅垂方向延伸的旋转轴26c为中心呈放射状延伸的旋转体26a的结构，但是汽化单元26的结构只要能够对原水施加机械性的粉碎作用，则不限于此。旋转体26a可以安装多组，旋转体的形状也可以是例如单纯的圆盘。从蒸发部11排出的原水通过原水流通路40b导入到蒸发部12，再次被吸收汽化热而被冷却，并且在原水流通路40c中流通时，进一步被冷却而导入到热交换器24。

另一方面，由蒸发部11、12从原水汽化而得到的蒸气通过图2所示的空气流路42a～42c而在冷凝部13与蒸发部11、12之间循环。与此同时，循环水通过循环水流通路41a～41d而在热交换器24与冷凝部13之间循环。

图4中示出冷凝部13的示意图。通过循环水流通路41a而导入到冷凝部13的循环水一边在循环水流通管32中流通一边由循环水流通路41b通过冷凝部13。此时，由蒸发部11、12汽化而得到的蒸气与该循环水在循环水流通管32的表面进行气液接触而产生冷凝水。冷凝水滴落到冷凝部13的下部而储存在储存室34。此时，可以在循环水流通管32设置例如板状的冷凝板33以使冷凝水由于重力而滴落到储存室34。可以在冷凝部13设置多个冷凝板33。循环水在循环水流通路41b流通时，通过冷凝热而被加热，然后被导入到热交换器24。

此时，冷凝板33可以以使通过空气流路42a、42b而流入到冷凝部13的蒸气能够通过多个冷凝板33之间的方式隔开预定的间隙进行设置。此时，通过以不妨碍蒸气的行进方向的方式平行地配置，能够使蒸气没有阻力地进行循环。在图4中，具有平面纵深的冷凝板33从前面向里侧平行地排列，蒸气在其间隙流动。此外，通过将冷凝板33以相对于配置在下部的储存室34垂直的方式配置，使冷凝水沿着冷凝板33自然地滴落到位于下方的储存室34。

接下来，在热交换器24中，经过蒸发部11、12而被冷却的原水与经过冷凝部13而被加热的循环水相互进行热交换。原水通过循环水的热量而被加热，进一步地被加热装置25加热而再次导入到蒸发部11。

循环水流通管32如图4所示在冷凝部13中可以具有进行了多次蜿蜒而成的形状。通过这样设置，能够将更多的循环水导入到冷凝部13，提高水蒸气通过时的冷凝效率。

接下来，再次返回到图2，参照图2对水处理装置10中的原水和循环水的温度变化进行说明。

对通过两个蒸发部11、12前后的原水的温度下降δtc和通过冷凝部13前后的循环水的温度上升δtv而言，由于在蒸发部11、12中吸收蒸发的潜热进行汽化而得到的水蒸气在冷凝部13放出冷凝的潜热而进行冷凝，所以δtc与δtv变得相等。经过第二个蒸发部12而被冷却的原水如果没有热交换器24，则必须由加热装置25进行与冷凝的潜热相当的加热，但是，通过利用热交换器24回收在冷凝部13中的冷凝的潜热，并在供应蒸发的潜热之后导入到加热装置25，能够减少加热所需的能量。

对这一情况进行具体说明。为了进行比较，考虑图5所示的水处理装置200。水处理装置200具备：蒸发部201、202；冷凝部204、205；供经加热的原水依次经过蒸发部201、202的流路201a、201b(或202a)、202b；供此时产生的蒸气进行循环的空气流路210a、210b(蒸发部201与冷凝部204之间)、220a、220b(蒸发部202与冷凝部205之间)；供经冷却的原水依次经过冷凝部205、204的流路205a、205b(或204a)、204b。即，这是将蒸发部、冷凝部、蒸气的流路作为一级的以往的利用多级法的水处理装置的两级的情况。

如果考虑水处理装置200仅为由蒸发部201、冷凝部204和空气流路210构成的一级的水处理装置时，通过了冷凝部204的原水中存在(1)的温度上升。t()表示各位置的温度。

δt＝t(204b)-t(204a)…(1)

在将其导入到蒸发部201，蒸发的潜热被吸收时，如果要将这里的蒸发直接被冷凝部204的冷凝所使用，则蒸发中被吸收的潜热必须与冷凝的潜热大致相同。因此，(2)必须成立。

δt＝t(201a)-t(201b)…(2)

在蒸发部汽化而得的蒸气的温度成为t(201)＝t(201b)，由于这是循环，所以(3)成立。

t(210a)＝t(201b)…(3)

因此，要发生冷凝，需要(4)成立。

t(201b)＝t(201a)-δt＞t(204b)…(4)

这表示经过了蒸发部201的原水t(201b)必须在加热为比经过了冷凝部204的原水t(204b)高δt以上之后再次导入到蒸发部201，即，在一级的情况下，加热所需的热量变得与蒸发的潜热相同，为了获得冷凝水而需要非常大的加热量。为了减少该加热量而使用的方法是以往的多级法。

再次返回到图5的水处理装置，考虑温度的变化。在冷凝部205中，与(1)相同，存在(5)的温度上升。

δt2＝t(205b)-t(205a)…(5)

由于其直接流入到冷凝部204，所以通过冷凝部204前后的温度变化为如(6)所示。

δt1＝t(204b)-t(204a)…(6)

对该原水加热，并在第一级的蒸发部201通过汽化来冷却，导入到第二级的蒸发部202。调查此时的加热量。对在该水处理装置200中的合计的冷凝而言，成为δt1+δt2。另一方面，为了使在蒸发部汽化而得到的蒸气有助于冷凝，需要(4)和与其相同的(7)、(8)成立。

t(201b)＝t(201a)-δt1＞t(204b)…(7)

t(202b)＝t(202a)-δt2＞t(205b)…(8)

这里，(8)可以改写为以下的(9)那样。

t(202b)＝t(202a)-δt2＝t(201a)-δt1-δt2＞t(205b)＝t(204b)-δt1…(9)

即，t(201b)必须加热为比t(204b)高δt2以上。由于根据(7)，t(201b)必须加热为比t(204b)高δt1以上，所以必须加热为比t(204b)高δt1、δt2中较高的一方以上。即，这意味着虽然冷凝热为δt1+δt2，但加热为冷凝热的一半即可。这是多级的效果，能够以少的加热获得大的蒸发量，能够有效地获得冷凝水。多级法具有这样的优点，另一方面，由于需要装置具有一定高度，且每一级都需要热交换器，所以价格高。

接下来，返回到本发明的实施方式一的水处理装置10。图2所示的水处理装置10可以考虑为图5的水处理装置200中的冷凝部204、205成为一个而得。图2的冷凝部13中的循环水的温度上升为(10)。

δtc＝t(41b)-t(41a)…(10)

另一方面，蒸发部11、12独立地作为两个蒸发部而保留。以t(40a)导入到蒸发部11的原水在蒸发部11因汽化而作为t(40b)排出，并在蒸发部12再次因汽化而成为t(40c)。此时的温度下降为(11)。

δtv＝t(40a)-t(40c)…(11)

吸收蒸发的潜热进行蒸发而得到的空气在冷凝部13放出冷凝的潜热而进行冷凝，因此，δtc＝δtv成立。因此，如果必须将由这两级的蒸发而冷却的t(40c)加热到t(40a)，则与前面所述的一级的水处理装置同样地，需要与冷凝的潜热相当的加热。

另一方面，在蒸发部11的温度下降为(12)。

δt11＝t(40a)-t(40b)…(12)

因此，为了使在冷凝部13的冷凝成立，t(42a)＝t(40b)必须为比t(41b)高的温度，因此，(13)成立。

t(40b)＝t(40a)-δt11＞t(41b)…(13)

即，t(40a)必须为比t(41b)高δt11以上的高温。

进一步地，因蒸发部12的温度下降，排出的原水为t(40c)，因此，如果直接加热，则如前所述该加热量成为δtv。因此，在加热前使用通过冷凝部13而被加热的循环水的热量。因热交换部24，t(40d)＝t(41b)成立，t(41b)为与t(40b)相当的温度，由此，在热交换部24中，进行与在蒸发部12中的温度下降δt12相当的加热(14)。

δt12＝t(40b)-t(40c)…(14)

此后，只要由加热装置25进行从t(40b)到t(40a)，即δt11的加热即可，即从t(40c)起进行合计δt11+δt12＝δtv的加热。由此也明显可知，在δt11＝δt12时，为了获得与δtv＝δtc相当的冷凝所需的加热温度成为δtc/2。

这样，根据本发明的实施方式，能够提供通过一级结构，而具有像多级的水处理装置那样减少加热量的效果的水处理装置。

实施例二

第二实施方式为具有图6所示的蒸发部101来替代实施方式一中的蒸发部11、12的水处理装置100。图6是示出蒸发部101的结构的概况的立体图。蒸发部101具备：导入原水的蒸发部入口101a、汽化单元126、蒸发部出口101b、和储液槽130。应予说明，热交换器、冷凝部的结构与实施方式一相同，省略重复说明。

汽化单元126具有沿水平方向设置的旋转轴126c、作为共有旋转轴126c的旋转体的旋转体126a、和使旋转体126a旋转的马达126b。原水从蒸发部入口101a被导入到蒸发部101，并通过将原水缓慢地积存在储液槽130，同时使旋转体126a旋转，从而将原水卷起而促进蒸发。因此，以使旋转体126a的下方稍微浸泡到积存在储液槽130的原水中的方式进行配置。该旋转体126a以能够容纳在储液槽130的方式设置有多个。

储液槽130在内部容纳汽化单元。储液槽130沿旋转轴方向(水平方向)具有长度，并在内部积存原水，此外，在底面具备蒸发部出口101b。通过将蒸发部出口101b设置在尽可能远离蒸发部入口101a的位置，使被导入的原水朝向蒸发部出口101b(在图6中为箭头方向)形成自然的水流，同时逐渐地被旋转体126a汽化并被冷却。

旋转体126a可以在蒸发部101中配置多个。使用图6来说明将旋转体126a设置多个所带来的效果。通过旋转体126a进行旋转，原水被汽化，被吸收了蒸发的潜热的原水被冷却并随着朝向蒸发部出口101b的自然的水流逐渐地流向相邻的旋转体126a，并逐渐被冷却。这样通过沿着水流从上游逐渐被冷却，不需要图2中的使原水从蒸发部流通到下一个蒸发部的原水流通路40b那样的水路，就获得与具有多个蒸发室的情况相同的效果。即，即使在一个旋转体126a的蒸发中没有大的温度变化，通过经过利用多个旋转体126a的蒸发，也能够提供增大温度变化，并减少了加热所需的能量的水处理装置。

此时，通过使旋转体126a的旋转体形状以像例如风扇那样送风的方式从旋转的轴向观察倾斜地具有倾斜角度，从而使旋转的空气的循环流形成蒸气的气流。通过该气流，自原水汽化而得到的水蒸气可以离开蒸发部101而送到冷凝部。应予说明，旋转体126a的旋转体形状不限于图6所示那样的形状。例如，可以是单纯的圆盘。

作为使图2中的蒸发部11、12成为一个的水处理装置，蒸发部101从蒸发部出口101b连接到热交换器24，此外，从热交换器24的流出部连接到加热装置25，从加热装置25再次连接到蒸发部101的蒸发部入口101a，使原水循环。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但并不限定于本发明的实施方式。