水处理装置制造方法

水处理装置制造方法
【专利摘要】水处理装置(220)通过将原水加热而使其一部分在蒸发部(34)汽化，使汽化的蒸气在凝结区域(240)凝结而得到冷凝水。水处理装置(220)具备：加热器(32)，加热原水；蒸气引导部(35、36)，将由通过加热器(32)加热的原水汽化的蒸气向凝结区域(240)引导；管(221)，将回流水从凝结区域(240)引导到蒸发部(34)，使通过蒸气引导部(35、36)引导到凝结区域(240)的蒸气与回流水进行热交换，同时在蒸发部(34)中使原水与回流水进行热交换。
【专利说明】水处理装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及水处理装置,详细来说,涉及通过将原水加热而使其一部分汽化,使汽化的蒸气凝结而得到冷凝水的水处理装置。

【背景技术】
[0002]以往，作为这种水处理装置，提出了如下装置(例如，参照专利文献I)，即，通过将海水等原水加热而使其在容器内进行雾化，使喷雾状的水同随着雾化产生的水蒸气与空气的混合气体进行气液接触而使水蒸气凝结，从而使原水淡化或净化。在该水处理装置中，通过在利用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并利用加热装置加热原水，从而高效地加热原水。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:国际公开第2010/029723号


【发明内容】

[0006]技术问题
[0007]在这样的水处理装置中，如果降低利用加热装置加热原水所需的能量，则能够提高净化或淡化的水处理效率。
[0008]本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种降低利用加热装置加热原水所需的能量、水处理效率高的水处理装置。
[0009]技术方案
[0010]为了实现上述目的，本发明的水处理装置的特征在于，通过将原水加热而使其一部分在蒸发区域汽化，使汽化的蒸气在凝结区域凝结而得到冷凝水，所述水处理装置具备:加热部，加热所述原水；蒸气引导部，将由通过所述加热部加热的原水汽化的蒸气向所述凝结区域引导；以及回流水引导部，将回流水从所述凝结区域引导到所述蒸发区域，使通过所述蒸气引导部引导到所述凝结区域的蒸气与所述回流水进行热交换，同时在所述蒸发区域中使所述原水与所述回流水进行热交换。
[0011]并且，所述回流水引导部可以向与利用所述蒸气引导部引导蒸气的方向相反的方向引导所述回流水。
[0012]并且，所述回流水引导部可以在每单位时间引导比在所述凝结区域得到的冷凝水的量多的所述回流水。
[0013]并且，所述回流水引导部可以引导所述原水作为所述回流水。
[0014]并且，所述水处理装置还可以具备:热交换器，通过使所述原水与所述冷凝水进行热交换来加热所述原水，同时使所述冷凝水冷却；以及冷凝水引导部，将在所述凝结区域得到的冷凝水的至少一部分引导到所述热交换器，同时使与所述原水进行热交换而冷却的冷凝水在所述凝结区域与由所述原水汽化的蒸气进行气液接触；所述冷凝水引导部可以以在所述凝结区域得到的冷凝水中的、在利用所述蒸气引导部引导蒸气的方向的上游侧得到的冷凝水与在所述热交换器中流通的原水的下游侧进行热交换，在利用所述蒸气引导部引导蒸气的方向的下游侧得到的冷凝水与在所述热交换器中流通的原水的上游侧进行热交换的方式引导所述冷凝水。
[0015]并且，所述冷凝水引导部可以以如下方式进行引导，所述方式是将在所述凝结区域得到的冷凝水在利用所述蒸气引导部引导蒸气的方向划分为多道，引导该划分的每道冷凝水与在所述热交换器中流通的原水进行热交换。
[0016]并且，在所述蒸发区域中，可以具备通过使由所述加热部加热的原水滴落并且使滴落的原水与碰撞部件碰撞而使该原水的一部分汽化的汽化部，所述蒸气引导部可以将通过所述汽化部汽化的蒸气中的、在垂直上方汽化的蒸气引导到所述凝结区域中的垂直下方，将在垂直下方汽化的蒸气引导到所述凝结区域中的垂直上方。
[0017]并且，所述冷凝水引导部可以使与所述原水进行热交换而冷却的冷凝水从垂直上方向所述凝结区域滴落或雾化，而与由所述原水汽化的蒸气进行气液接触。
[0018]并且，所述冷凝水引导部可以具有:使与所述原水进行热交换而冷却的冷凝水滴落的滴落部、以及配设在该滴落部的下方而将所述滴落的冷凝水粉碎的粉碎部。
[0019]并且，所述冷凝水引导部可以具有在底面形成有多个孔的托盘，将与所述原水进行热交换而冷却的冷凝水导入到该托盘而使所述冷凝水从所述多个孔滴落。
[0020]并且，所述冷凝水引导部可以具有在侧面形成有多个孔的筒状部件，将与所述原水进行热交换而冷却的冷凝水导入到该筒状部件的内部而使所述冷凝水从所述多个孔滴落。
[0021]并且，所述水处理装置可以具备在内部具有所述凝结区域的容器，所述热交换器可以被配设在所述容器的外部。
[0022]并且，所述热交换器可以是板式热交换器。
[0023]有益效果
[0024]根据本发明，能够得到提高经淡化或净化的冷凝水与海水等原水的热交换效率而水处理效率高的水处理装置。

【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1是示意地表示本发明的实施方式I的水处理装置的构成概况的侧视图。
[0026]图2是示意地表示实施方式I的水处理装置的构成概况的俯视图。
[0027]图3是表示使水滴落到凝结区域的托盘的一个示例的立体图。
[0028]图4是示意地表示本发明的实施方式2的水处理装置的构成概况的侧视图。
[0029]图5是表示在垂直方向改变空气流动的换向板的概况的立体图。
[0030]图6是说明在垂直方向改变多道空气的流动的说明图。
[0031]图7是示意地表示变形例的水处理装置的构成概况的侧视图。
[0032]图8是说明水处理装置的循环空气的温度变化的图。
[0033]图9是说明实施方式3的水处理装置的图。
[0034]图10是说明多段地构成的水处理装置的海水与循环空气的温度变化的图。
[0035]图11是表示回流水的流通量与利用水处理装置得到的水量和加热所需的能量的关系的模拟结果的图。
[0036]图12是表示回流水的每个位置的温度分布的图。
[0037]图13是表示水滴落到凝结区域的穿孔管的一个示例的立体图。
[0038]图14是示意地表示变形例的水处理装置的构成概况的俯视图。
[0039]符号说明
[0040]20、120、120A、220、320、420 水处理装置
[0041]22 壳体
[0042]23储水槽
[0043]24排水管
[0044]25、25a ?25d 储水槽
[0045]26 隔板
[0046]27集水配管
[0047]28、29 泵
[0048]30热交换器
[0049]31 管
[0050]32加热器
[0051]34蒸发部
[0052]35雾化机构
[0053]35a 翼片
[0054]35b驱动源
[0055]36导向部
[0056]37除雾器组
[0057]40凝结部
[0058]41 托盘
[0059]42 网板
[0060]50气流导向部
[0061]51、51a ?51c 导向板
[0062]221 管
[0063]240凝结区域

【具体实施方式】
[0064]以下，参照附图详细说明本发明的一个实施方式。
[0065](实施方式I)
[0066]本发明的实施方式I的水处理装置20作为使海水、污水等原水淡化或净化的装置而构成。如图1的侧视图和图2的俯视图所示，实施方式I的水处理装置20具备圆筒状的壳体22、压送原水和淡水(冷凝水)的泵28和泵29、使原水与淡水进行热交换的热交换器30、加热原水的加热器32、使原水蒸发的蒸发部34以及使蒸气凝结的凝结部40。需要说明的是，图1、图2、后述的图7以及图14中的细线箭头表示壳体22内的空气的流动方向，粗线箭头示意地表示淡水的流动方向，虚线箭头示意地表示原水的流动方向。
[0067]圆筒状的壳体22在内部具有被外筒与内筒夹着的环状的(壁厚的圆筒状)的空间，并在内部收纳蒸发部34和凝结部40。以下，将壳体22中的配置有凝结部40的区域称为“凝结区域”(图2中描绘了阴影线的区域)。在该实施方式中，如图2所示，在壳体22的内部，从上方观察空气顺时针循环。以下，将逆时针方向称为上游侧，将顺时针方向称为下游侧。
[0068]在壳体22设有收集从蒸发部34滴落的原水的储水槽23。在储水槽23安装有与壳体22的外部的未图示的排水层连通的排水管24。并且，在壳体22设有收集在凝结区域得到的淡水(冷凝水)的储水槽25。收集淡水的储水槽25沿着壳体22内部的空气的循环方向被划分为多个。作为一个示例，对于储水槽25，在该实施方式中，从上游侧起依次等间隔地设有隔板26而将其划分为四个储水槽25a?25d。在被划分为多个的储水槽25a?25d中，以使由凝结部40得到的淡水不相互混合的方式进行收集，分别通过管31被导入到热交换器30。需要说明的是，储水槽25沿着壳体22内部的空气的循环方向被划分为至少两个以上即可，不限于从上游侧起依次等间隔地被划分为四个。
[0069]泵28将作为净化或淡化的对象的原水从例如海洋等汲取后压送到热交换器30。并且，泵29将从储水槽25a?25d导入到热交换器30并通过热交换器30的淡水向凝结部40压送。泵28、29的驱动源可以使用例如通过使燃料燃烧来输出动力的众所周知的内燃机、同步电动机或感应电动机这类众所周知的电动机等各种装置。需要说明的是，压送原水的泵28在该实施方式中是设置在热交换器30的上游侧的泵，但也可以设置在热交换器30的下游侧，还可以设置在加热器32的下游侧。
[0070]热交换器30具有使原水流通的流通路径30a和使淡水流通的流通路径30b，使原水与在凝结部40得到的淡水进行热交换。热交换器30可以利用例如板式、管式的热交换器，并被设置在壳体22的外部。在使热交换器30的原水流通的流通路径30a，在上游侧安装有压送原水的泵28，在下游侧安装有加热器32。并且，在使热交换器30的淡水流通的流通路径30b，从上游侧起按照每个预定区间依次安装有分别连接储水槽25a?25d与流通路径30b的管31，并且在下游侧安装有向凝结部40压送淡水的泵29。需要说明的是，由储水槽25a?25d得到的淡水如后详述是通过使从原水汽化的蒸气凝结而得到的，因此温度比通过泵28压送的原水更高。因此，通过利用热交换器30使原水与淡水进行热交换，从而热从淡水传递至原水，原水被加热的同时冷却淡水。
[0071]并且，在热交换器30中，以在凝结区域得到的淡水中的、在上游侧得到的淡水与在热交换器30中流通的原水的下游侧进行热交换的方式构成原水与淡水的流通路径30a、30b。在该实施方式中，具体来说，以收集在凝结部40得到的淡水的储水槽25a?25d中的、被储存在上游侧的储水槽25中的淡水被从流通路径30b的上游侧导入，并逐渐与储存下游侧的储水槽25中的淡水合流的方式用管31连接热交换器30与储水槽25a?25d(参照图2)。而且，热交换器30以如下方式构成，即，在原水的流通路径30a的上游侧与淡水的流通路径30b的下游侧进行热交换，并且在原水的流通路径30a的下游侧与淡水的流通路径30b的上游侧进行热交换。需要说明的是，在图2中，以沿着壳体22的外侧的方式呈圆弧状地形成热交换器30，但不受这种示例限定，例如也可以是具有平面部的板状。在该实施方式中，由于在壳体22的外部设置热交换器30，因此与热交换器30被收纳于壳体22内部的结构相比，能够容易地进行热交换器30的维护。特别是在原水中含有盐的情况下，能够以在管外流动的方式流通海水的优点显著。
[0072]加热器32将通过热交换器30而加热的原水进一步加热到预定的温度(例如，70°C?90°C左右)。加热器32例如将水等介质加热，并使热从介质传递到原水而间接地加热原水。在该实施方式中，加热器32被配置在壳体22的垂直上方，但也可以设置在壳体22的侧面等任何位置。并且，利用加热器32进行的加热例如可以利用太阳能进行，也可以通过加热电热线来进行，还可以通过在介质内使镁等燃烧或氧化来进行。而且，利用加热器32进行的加热不限于通过介质间接地加热原水，也可以直接加热原水。通过加热器32加热的原水被从壳体22的上方引导到蒸发部34。
[0073]蒸发部34使通过加热器32加热的原水在壳体22内部汽化。蒸发部34具有雾化机构35、导向部36和除雾器组37。雾化机构35具有以向壳体22的上下方向(垂直方向)延伸的轴为旋转轴而进行旋转的多个翼片35a和使该翼片35a旋转的驱动源35b。需要说明的是，驱动源35b优选以防止由原水导致的进水的方式被设置在壳体22的外侧。如果被加热器32加热的原水被引导到雾化机构35，则原水从壳体22的上方向翼片35a滴落，通过与旋转的翼片35a碰撞,从而其一部分被粉碎。然后,原水在与翼片35a碰撞而飞散的过程中因风压而进一步分裂为微小的水滴，在壳体22内的空气中以雾的形式扩散。扩散的雾的一部分自然蒸发成水蒸气。这样在雾化机构35中，通过使经加热的原水雾化来促使原水的汽化。雾中的较大的水滴和没有雾化的原水因重力向壳体22下方滴落而被收集到储水槽23中，并从排水管24排出到壳体22外部。
[0074]如图2所示，导向部36防止从雾化机构35飞散的原水从导向部36向上游侧飞散而作为将雾引导至下游侧(顺时针方向)的板进行构成。如上所述，该实施方式的雾化机构35通过使原水与旋转的多个翼片35a碰撞来使原水雾化,原水通过翼片35a而无论方向地向周围飞散。导向部36被配置在雾化机构35的上游侧，将从雾化机构35飞散的原水中的、飞散到上游侧的原水引导至下游侧。并且，导向部36以通过热交换器30而顺时针流动的空气能够通过的方式形成，通过导向部36和雾化机构35而在壳体22内产生顺时针旋转的气流。在此，在该实施方式中，导向部36和雾化机构35相当于本发明的“蒸气引导部”。
[0075]除雾器组37被配置在雾化机构35的下游侧(顺时针旋转的方向)，将通过除雾器组37的空气中所含的雾除去。除雾器组37由从壳体22的底部延伸到上壁的多个板构成。该多个板分别形成为从上方观察具有多个山和谷的板状，以空气能够在多个板之间通过的方式隔开预定的间隙而并列配置有多个。通过这样的除雾器组37的空气与除雾器组37的多个板碰撞，经碰撞的空气所含的雾附着在板上，从而可从空气中除去雾。通过除雾器组37除去的雾因重力而向壳体22的下部滴落，被储水槽23收集而从排水管24排出到壳体22的外部。因此，由于通过除雾器组37，所以在被输送到下游侧的空气中仅含有水蒸气。需要说明的是，由于随着雾化等而原水的一部分发生汽化，因此从排水管24排出的水成为杂质(例如，如果是海水则为氯化钠、氯化镁等)的比例比原水高的浓缩液。
[0076]凝结部40将通过了热交换器30的淡水引导到凝结区域而使淡水与壳体22内部的循环空气进行气液接触。凝结部40在该实施方式中如图1所示，具有托盘41和网板(粉碎部)42。如图3所示，托盘41形成为在底面形成有多个孔41a的箱状，并被配置在壳体22内的凝结区域的垂直上方。在此，在托盘41形成的多个孔41a以被引导到托盘41的淡水因重力而向凝结区域滴落的方式形成即可，其大小和数量是任意的。
[0077]网板42被设置在托盘41的垂直下方，例如可以使用多个孔呈格子状形成的金属网等。网板42与从托盘41滴落的淡水碰撞而将淡水粉碎并引导至凝结区域。
[0078]在凝结部40中，通过热交换器30而冷却的淡水被泵29导入到托盘41，被导入到托盘41的淡水从托盘41的多个孔41a滴落。滴落的淡水与网板碰撞而粉碎,成为小水滴而在壳体22内的凝结区域滴落。需要说明的是，在该实施方式中，将收集到储水槽25a?25d中的淡水导入到热交换器30的管31、将通过热交换器30的淡水导入到凝结部40的泵29以及将淡水引导到壳体22内的凝结区域的凝结部40相当于本发明的“冷凝水引导部”。
[0079]接着，对在该实施方式中的水处理装置20的工作进行说明。在水处理装置20中，通过泵28从海等汲取原水并将其压送至热交换器30，同时储存在储水槽25a?25d中的淡水通过管31被导入到热交换器30。被压送到热交换器30的原水与淡水进行热交换，热从淡水传递至原水而将原水加热，同时冷却淡水。通过热交换器30而加热的原水被引导至加热器32进行进一步加热。然后，原水被引导至蒸发部34的雾化机构35，在壳体22内的空气中以雾的形式通过雾化机构35进行扩散。然后，经扩散的雾的一部分自然蒸发而成为水蒸气。
[0080]含有经雾化的原水和水蒸气的壳体22内的空气在壳体22内移动而通过除雾器组37，除去雾后成为仅含有蒸气的空气。如果该空气到达壳体22内的凝结区域，则含有蒸气的空气与通过凝结部40引导至凝结区域的淡水发生气液接触，进行蒸气凝结而得到淡水。
[0081]通过蒸气凝结而得到的淡水与通过凝结部40引导至凝结区域的淡水一起被收集到储水槽25a?25d，分别通过管31被引导至热交换器30而与原水进行热交换。由于储存在储水槽25a?25d中的淡水是由加热的原水汽化的蒸气凝结并进行收集而得的，因此温度比原水高，热从淡水传递至原水。通过热交换器30的淡水的溢出的部分通过集水配管27被收集到未图示的外部的储水槽中。并且，通过热交换器30的淡水的一部分被泵29导入到凝结部40的托盘41，从托盘41滴落，同时通过网板42成为小液滴而被引导至凝结区域。然后，通过凝结部40被引导至凝结区域的淡水与包括在壳体22内循环的蒸气的空气发生气液接触，使蒸气凝结而再次被收集到储水槽25a?25d中。这样，在凝结区域中，通过使淡水与蒸气进行气液接触，能够高效地使蒸气凝结。而且，在该实施方式中，由于使用在底面形成有多个孔41a的托盘41，使淡水从托盘41滴落，因此能够通过简易的构成在凝结区域进行气液接触。而且，由于在托盘41的垂直下方设有将从托盘41滴落的淡水粉碎成小液滴的网板42，因此能够使淡水与蒸气高效地进行气液接触。
[0082]在此，通过凝结区域的蒸气与通过凝结部40引导的淡水进行气液接触而被冷却，因此越向下游侧，空气所含的蒸气越被冷却。因此，在凝结区域得到的淡水的温度比在壳体22内部的空气的循环方向的上游侧得到的淡水的温度高，比在下游侧得到的淡水的温度低。这样在凝结区域得到的淡水中产生温度梯度，因此在该实施方式的水处理装置20中，沿着壳体22内部的空气的循环方向而划分为多个壳体22的储水槽25a?25d。由此，比收集到上游侧的储水槽25a?25c的淡水温度高，比收集到下游侧的储水槽25b?25d的淡水温度低，得到的淡水不会相互交流而发生温度均匀化。而且，使收集到下流侧的储水槽25c、25d的温度低的淡水(但是温度比原水高)与在热交换器30中流通的原水的上游侧进行热交换；使收集到上游侧的储水槽25a、25b的温度高的淡水与在热交换器30中流通的原水的下游侧进行热交换。由此，能够使在凝结区域得到的淡水与原水高效地进行热交换；能够降低通过加热器32加热原水的能量而提高水处理装置的水处理能力。
[0083]并且，在该实施方式中，储存在储水槽25a?25d中的淡水以从在凝结区域的上游侧得到的淡水起依次通过管31而被导入到热交换器30而进行合流的方式构成，由于利用泵29向凝结部40压送通过热交换器30的淡水，因此能够用一个泵29将淡水导入至凝结部40,能够实现水处理层10的小型化和节能化。
[0084]在该实施方式的水处理装置20中，作为一个示例，通过收集到储水槽25a?25d的淡水在从壳体22内部的空气的循环方向的上游侧起依次为92°C、90°C、88°C、86°C的情况下，从温度低的淡水起依次与原水进行热交换，从而能够理想地将原水加热至92°C。另一方面，在不划分储水槽的情况下，由于收集到储水槽25的淡水的温度被均匀化为例如89°C，因此无法通过原水与淡水的热交换而将原水加热至92°C。这样，在该实施方式中，在凝结区域得到的淡水沿着壳体22内部的蒸气的循环方向被划分为多个而进行收集，使在下游侧收集的淡水与在热交换器30流通的原水的上游侧进行热交换，使在上游侧收集的淡水与流通热交换器30的原水的下游侧进行热交换，因此能够使在凝结区域得到的淡水与原水高效地进行热交换而提高水处理能力。
[0085]在以上说明的实施方式I的水处理装置20中，由于构成为在凝结区域得到的淡水中的、在壳体22内的空气的循环方向的上游侧得到的淡水与在热交换器30中流通的原水的下游侧进行热交换，在下游侧得到的淡水与在热交换器30中流通的原水的上游侧进行热交换的方式，因此能够使在凝结区域得到的淡水与原水高效地进行热交换而提高水处理能力。
[0086](实施方式2)
[0087]如图4所示，本发明的实施方式2的水处理装置120构成为在垂直方向设置多个实施方式I的凝结部40和储水槽25的多段式。实施方式2的水处理装置120具备圆筒状的壳体122、压送原水、淡水(冷凝水)的泵28和29、使原水与淡水进行热交换的热交换器130、加热原水的加热器32、使原水蒸发的蒸发部34、使蒸气凝结的凝结部140A?140C、在垂直方向改变壳体122内的空气的流动的气流导向部50。需要说明的是，泵28、泵29、加热器32以及蒸发部34的构成与实施方式I相同，省略重复的说明。
[0088]壳体120形成为在内部具有环状空间的圆筒状。壳体120与实施方式I不同，在凝结区域，在垂直方向被划分为多个，在垂直方向并排而形成有多个储水槽125A?125C。需要说明的是，在凝结区域以外的区域，在垂直方向不划分壳体120。作为一个示例，在图4所示的示例中，壳体120在凝结区域在垂直方向被划分为三个，形成有三个储水槽125A?125C。储水槽125A?125C分别通过泵29与热交换器130连接。需要说明的是，泵29与实施方式I相同，可以设置在热交换器130的下游侧。并且，垂直上方的储水槽125AU25B以溢出后的淡水被引导至下方的凝结部140B、140C的方式构成，处于最垂直下方的储水槽125C以溢出后的淡水通过集水配管27而被收集到壳体22外部的未图示的储水槽中集的方式构成。需要说明的是，壳体120不限于凝结区域被划分为垂直方向的三层，也可以在垂直方向被划分为两层或四层以上。
[0089]热交换器130以使被泵28压送的原水与在凝结区域得到并被泵29压送的淡水进行热交换的方式构成。热交换器130的构成为:在凝结区域得到的淡水中的、被收集到垂直上方的储水槽125A的淡水与在热交换器130中流通的原水的上游侧进行热交换，由垂直下方的储水槽125C收集的淡水与在热交换器130中流通的原水的下游侧进行热交换。
[0090]凝结部140A?140C与壳体120的凝结区域在垂直方向上被划分为多个相配合而设置在被划分成的各区域的上方。凝结部140A?140C分别与实施方式I的凝结部40同样地具有托盘41和网板42，使通过热交换器130的淡水引导至凝结区域。
[0091]气流导向部50构成为:将在壳体120内部循环的空气在垂直方向分成多层而改变上下位置。如图5所示，气流导向部50具有板面绕着沿在壳体120内部循环的空气的流动方向的旋转轴扭转180度的导向板51。在图5所示的示例中，将沿一片导向板51的垂直上表面流动的空气导入到导向板51的垂直下方,相反,将沿导向板51的垂直下表面流动的空气沿导向板51的板面而导入到导向板51的垂直上方。
[0092]并且，如图6所示，通过设置多片导向板51a?51c，能够将在壳体120内部循环的空气的流动在垂直方向分成多层而改变上下位置。多片导向板51a?51c构成为:在垂直方向并列配置的板状的部件为板面绕着沿在壳体120内部循环的空气的流动方向的共同的旋转轴扭转180度的螺旋状。通过这样的导向板51a?51c，从而被导向板51a与导向板51b夹着的流路A和被导向板51b与导向板51c夹着的流路B的空气从图6中的右侧向左侧流动并改变上下位置。而且通过增加导向板51的片数，能够将在壳体120内部循环的空气的流动在垂直方向分成多层而改变上下位置。具体来说，通过设置(N+1)片(N为任意自然数)的绕着沿空气的循环方向的共同的旋转轴扭转180度的螺旋状的导向板51，能够将在壳体120内部循环的空气的流动在垂直方向分为N层而改变上下位置。
[0093]在该实施方式中，构成为以通过气流导向部50而在蒸发部34产生的蒸气中的、在垂直上方产生的蒸气被导入到凝结区域的垂直下方，在垂直下方产生的蒸气被导入到凝结区域的垂直上方。需要说明的是，气流导向部50可以设置在除雾器组37的上游侧，也可以设置在下游侧。并且，气流导向部50可以兼具除雾器组37。
[0094]在实施方式2的水处理装置120中，与实施方式I的水处理装置20同样地向热交换器130导入原水和淡水，从淡水传递热来加热原水。通过热交换器130加热的原水通过加热器32被进一步加热后，被导入到蒸发部34的雾化机构35而在壳体22内的空气中以雾的形式被雾化机构35扩散。而且，扩散的雾的一部分自然蒸发而成为水蒸气。含有经雾化的原水和水蒸气的壳体22内的空气通过在壳体22内移动而通过除雾器组37，从而将雾除去而成为仅含有蒸气的空气。该空气通过气流导向部50改变上下位置，被弓I导至在垂直方向被划分为多层的凝结区域。而且，在各层的凝结区域，含有蒸气的空气与通过凝结部140A?140C引导到凝结区域的淡水进行气液接触，从而使空气所含的蒸气凝结而成为淡水。
[0095]通过蒸气凝结而得到的淡水被收集到储水槽125A?125C，其一部分通过泵29被压送至热交换器130而与原水进行热交换。从热交换器130排出的淡水被收集有该淡水的层的凝结部140A?140C引导而再次被引导至凝结区域。然后，通过凝结部140A?140C被引导到凝结区域的淡水与在壳体22内循环的包括蒸气在内的空气进行气液接触，使蒸气凝结而再次被收集到储水槽125A?125C中。然后，在储水槽125AU25B溢出的淡水被引导至下一层的凝结部140B、140C,在最下层的储水槽125C溢出的淡水由集水配管27被收集到外部的储水槽中。
[0096]在实施方式2的水处理装置120中，与实施方式I的水处理装置20同样地，通过加热器32加热的原水被引导至雾化机构35而向多个翼片35a滴落，同时发生碰撞而被雾化。原水的一部分随着该雾化而汽化。当原水的一部分汽化时，由于温度仅通过汽化热降低，因此在与多个翼片35a碰撞的同时，越向垂直下方温度越低。因此，在蒸发部34产生的蒸气在垂直上方的温度高，在垂直下方的温度低。
[0097]另一方面，通过热交换器130而通过凝结部140A?140C引导至凝结区域的淡水在凝结区域与蒸气进行气液接触，从而在从蒸气传递热的同时因蒸气的凝结热而温度上升，随着滴落而温度上升。因此，通过凝结部140A?140C向凝结区域引导的淡水在垂直上方的温度低，在垂直下方的温度高。
[0098]在此，由于在实施方式2的水处理装置120中设置气流导向部50，从而因此能够将在蒸发部34产生的蒸气中的、温度高的蒸气引导到下层的凝结区域，将温度低的蒸气引导到上层的凝结区域，所述气流导向部50将在蒸发部34产生的蒸气中的、在垂直上方产生的蒸气引导到垂直下方，将在垂直下方产生的蒸气引导到垂直上方。然后，使在上层的凝结区域得到、并被收集到储水槽125A的淡水与在热交换器130中流通的原水的上游侧进行热交换，使在下层的凝结区域得到、并被收集到储水槽125C中的淡水与在热交换器130中流通的原水的下游侧进行热交换。因此，能够按照从温度低的淡水至温度高的淡水的顺序与原水进行热交换，能够使在凝结区域得到的淡水与原水高效地进行热交换而提高水处理能力。
[0099]在实施方式2的水处理装置120中，各层的储水槽125A?125C分别沿着壳体122内的空气的循环方向而没有被划分，但如图7的变形例的水处理装置120A所示，可以与实施方式I的水处理装置20的储水槽25同样地沿着壳体122内的空气的循环方向用隔板26隔开各层的储水槽125A?125C而进行划分。这样沿着壳体122内的空气的循环方向划分各层的储水槽125A?125C而与实施方式I的水处理装置20同样地通过以在壳体122内的空气的循环方向的上游侧得到的淡水与在热交换器130中流通的原水的下游侧进行热交换，在下游侧得到的淡水与在热交换器130中流通的原水的上游侧进行热交换的方式构成，能够使在凝结区域得到的淡水与原水更有效地进行热交换而提高水处理能力。
[0100]并且，在实施方式2的水处理装置120中，虽然设置气流导向部气流导向部将在蒸发部34产生的蒸气中的、在垂直上方产生的蒸气引导至垂直下方，将在垂直下方产生的蒸气引导至垂直上方的气流导向部50，但多段构成的水处理装置不限于设有这样的气流导向部50的水处理装置。例如，壳体120可以不是仅在设有雾化机构35的区域而在垂直方向进行划分，而在其它区域在垂直方向进行划分，从而将包括在各段雾化的原水和水蒸气的空气导入到相同段的凝结区域。
[0101](实施方式3)
[0102]接着对本发明的实施方式3的水处理装置220进行说明。在该实施方式的水处理装置中，与实施方式1、2同样地加热海水而使其在蒸发部34蒸发，在凝结区域240使该蒸气凝结而得到蒸馏水(淡水)(以下，也称为蒸发法)。在蒸发法中，需要加热比所得的蒸馏水多的海水。例如，如图8的说明图所示，在凝结区域冷却含有温度Ts的水蒸气的空气而记为温度T&考虑到使其再次向蒸发区域循环的情况。在此，将温度！^设为95°C时，空气中的饱和水蒸气量为497.7g/m3 ;将温度IV设为40°C时，空气中的饱和水蒸气量为50.7g/m3。此时，如果使空气以3m/秒在50cmX 50cm的通路中循环，则循环空气流量为2700mVh (每小时)。在该情况下，如果将含有饱和水蒸气量的95°C的空气冷却至40°C，则所得的蒸馏水的量Z为1.2吨/h。由于水的蒸发、凝结的潜热为2400J(焦耳)/g，因此由蒸馏水量Z产生的潜热EL由下式⑴表示。
[0103]EL = 2400父2[^1(兆焦耳)/11]…(I)
[0104]相反，为了在蒸发区域，在空气中含有水蒸气，需要向海水施加热EL而准备温度T^_的海水。如果蒸发区域使海水的温度上升AITC ]，则实现温度差AT的显热ES在海水的流入量为X[吨Λ]的情况下由下式(2)表示。
[0105]ES = 4.2X ATXX[MJ/h]...(2)
[0106]假设如果将海水加热至温度Twft= 100°C，通过海水的蒸发使包含水蒸气的空气达到温度Ts= 95°C，则在蒸发区域需要温度差AT = 5°C的加热，这时的显热ES为21 XX[MJ/吨]。显热ES与潜热EL变得相等需要相对于蒸馏水的量Z = 1.2吨/h为X =137吨/h。即，为了获得1.2吨的淡水，必须加热其114倍的、S卩137吨的海水。如果与使用了反渗透膜的淡水装置(以下称为R0)比较，则相对于RO为6kWh/(淡水I吨)的效率，利用蒸发法中由式(I)得到670kWh/(l吨淡水)的效率。对于蒸发法，如实施方式2所说明，通过设为多段，能够提高段数部分的效率，但是即使设为10段而获得10倍的效率，效率仍然比RO差。
[0107]为了提高蒸发法的效率，提出了像图9的实施方式3的水处理装置220所示那样，回收而再利用在凝结区域240产生的潜热。图8与图9的不同之处在于，在空气的循环流路配置与空气逆向地流通液体的管221。将在该管221中流通的液体称为回流水。回流水可以为海水和水(淡水)中的任一方，在以下的说明中为水。
[0108]实施方式3的水处理装置220除了管22以外，与实施方式1、2同样地具备加热原水的加热器32、在蒸发区域中具备的蒸发部34 (雾化机构35、导向部36、除雾器组37)。在该实施方式的水处理装置220中，通过加热器32加热的原水的一部分在蒸发部34汽化，汽化的蒸气与空气一起被引导至凝结区域240而蒸气发生凝结。在此，在凝结区域240可以不具备实施方式1、2的凝结部40、140A?140C。并且，实施方式3的水处理装置220具备压送原水的未图示的泵和向管221的内部压送回流水的未图示的泵。
[0109]在管221中流通的回流水通过在凝结区域240产生的凝结热(潜热)进行加热。回流水例如通过未图示的泵而在管221的内部流通，通过管221而与凝结区域240的蒸气进行热交换。理想的是回流水被加热到与循环空气相同的温度Ts。然后，在蒸发部34中，以温度IV流入的空气不仅被加热的海水(温度Twft)加热，还被回流水(温度！^)加热。在该情况下，由蒸馏水量Z产生的潜热EL变为通过加热的海水与回流水的显热供给，理想的是由下式(3)表示的关系成立。在此，X[吨/h]为海水的流入量，Y[吨/h]为回流水的流入量。
[0110]2400XZ = 4.2X ΛΤΧΧ+4.2X (T热-T冷)XY...(3)
[0111]在此，将海水的温度变化量Λ T设为5 °C、将温度Ts设为95°C、将温度T &设为400C > Z = 1.2吨/h时，可由式(3)导出下式(4)。
[0112]X+1IY = 137 [吨 /h]…(4)
[0113]这时，如果将Y设为X的10倍，则X为1.23吨/h。这与上述的蒸馏水的量Z几乎相等。这时，式(3)的右边的第I项为25.8MJ/h，淡水制造量为Z= 1.2吨/h，因此为了生产I吨淡水所应当加热海水的能量为6.0kffh/(I吨淡水)，是与RO几乎相同的效率。而且，对于R0，相对于用电力进行驱动，蒸发法仅加热海水即可，由于没有发电时的能量损耗(例如如果利用发热进行发电则损耗为60%左右)，因此能够获得比RO高的效率。
[0114]然而，式(4)是考虑到蒸发部34中的能量平衡的关系式，但由于海水本来温度就低，因此考虑在海水的加热中利用在凝结区域240中的凝结潜热。在该情况下成为利用在凝结区域240产生的潜热而将海水和回流水加热。例如，如果海水开始以温度IV、流量X流入，在凝结区域240产生的潜热完全被用于海水与回流水的加热，则下式(5)所示的关系成立。
[0115]2400XZ = 4.2X (T热-T冷)XX+4.2X (T热-T冷)XY...(5)
[0116]在此，式(3)与式(5)同时成立是在蒸发部34的海水的温度变化量Λ T变为与在凝结区域240的海水的温度变化量(Ts— IV)相等的情况。即，为了减小在蒸发部34的海水的加热量，需要减小在凝结区域240的海水的温度变化量(Ts — Ta)。因此，优选如图10的变形例的水处理装置320所示，在凝结区域240的海水的加热也是将水处理装置设为多段而分为多次进行。
[0117]在图10中，将水处理装置320的段数设为三段。需要说明的是，在图10中省略了使回流水流通的管221的图示。并且，为了方便，忽视空气的加热和能量损失。并且，在水处理装置320的所有段中，海水的温度变化量相等。图10中左侧表示利用凝结区域240的潜热加热的海水。在水处理装置320的第三段(从下方起第一段)中，海水通过在凝结区域240产生的凝结潜热与回流水一起被从温度1^3加热到温度Ts3。加热至温度Ts3的海水向水处理装置320的第二段行进。因此，图10中，温度1^2与温度、3变得相等。同样地，在水处理装置320的第二段中，海水通过在凝结区域240产生的凝结潜热被从温度T冷2加热到温度1^2，然后，前往水处理装置320的第一段(从下方起第三段)。然后，同样地在水处理装置320的第一段中，海水通过在凝结区域240产生的凝结潜热而被从温度Tal(Ta2)加热到温度1^1，最后被外部的加热器32加热而成为温度Twft的海水。在此，被加热器32加热的海水的温度变化量也与各段中的海水的温度变化量相等。被加热器32加热的海水通过向第一段的蒸发部34流入，从而温度因潜热而降低，为温度Ts I。该海水向第二段的蒸发部34流入，同样地温度因潜热而降低，为温度Ts 2。在水处理装置320的第三段中也同样。
[0118]这样由各段生成的水(淡水)的量Z作为式(4)中的(Ts-1V) = AT而由下式(6)表示。如果考虑到累计N段(N为自然数)的情况，则利用加热器32进行的加热仅在最上部进行，其功率Ph由下式(7)表示。然后，由式￠)、式(7)，用淡水生产率的(Ph/(NXZ)) [MJ/(淡水I吨)]去除利用加热器进行加热的功率相对于由N段的水处理装置整体得到的水量，从而导出式(8)、式(9)。
[0119]Z = 4.2X ΔΤΧ (X+Y)/2400...(6)
[0120]Ph = 4.2X ΔΤΧΧ...(7)
[0121]Ph/(NXZ) [MJ/t] = 2400 XX/(NX (X+Y))...(8)
[0122]Ph/(NXZ) [kffh/t] = 670XX/(NX (X+Y))…(9)
[0123]而且，如果Y为X的10倍，将段数N设为10，则水处理装置的效率为6.1kffh/ (I吨淡水)。作为比较，将电力产生效率设为40%的RO的效率为15kWh/(l吨淡水)，可知具备使回流水流通的管221的该实施方式的水处理装置是优异的。
[0124]图11是表示在一段的水处理装置220中，在将空气的循环量设为2700m3/h、将通过蒸发部234的空气的温度Twft设为95°C、将通过凝结区域240的空气的温度设为85°C、将海水的流入量X设为1.2吨/h时回流水的流通量Y与每24小时由水处理装置220得到的水量W[吨/24h]和加热所需的功率Ph[kW]的关系的模拟结果的图。需要说明的是，在图11中，用实线表示水量W，用虚线表示功率Ph。如图11所示，回流水的流通量Y在海水的流入量X的17倍附近且水处理装置220中淡水制造量最多，且加热所需的能量变小。图12表示Y是X的17倍时的回流水的温度分布。在图12中，示出了在中央位置C处使95°C的海水流通时的各位置的回流水的温度。如图12所示，示出了回流水在海水流入的位置C为90°C，在蒸发部34的海水和回流水的温度变化量为5°C附近。而且，回流水连续地从位置B流向位置A，在位置A，与朝向加热器32前的85°C的海水合流。对此，可知在图12所示的位置A，尽管输入海水为85°C，也维持了 87V以上的温度，回流水保持较大能量。而且，由图12所示的示例能够理解的是有利于回流水充分回收能量。需要说明的是，可知图11和图12所示的结果是一段的结果，但在将装置设为多段时也为同样的结果。在将装置设为多段时，相对对于淡水制造量增加，利用加热装置进行的加热仅对通过第一段的海水进行，因此对淡水制造量来说所需要的能量随着段数的増加而减少。
[0125]以上说明的实施方式3的水处理装置220、320通过加热原水而使一部分在蒸发部34汽化，使汽化的蒸气在凝结区域240凝结，从而得到冷凝水。水处理装置220、320具备:加热原水的加热器32、将从通过加热器32加热的原水汽化的蒸气向凝结区域240引导的蒸气引导部(导向部36和雾化机构35)、以及管221，所述管221将回流水从凝结区域240引导到蒸发部34，通过蒸气引导部使被引导至凝结区域240的蒸气与回流水进行热交换，并且在蒸发部34中使原水与回流水进行热交换。由此，在凝结区域240利用蒸气凝结的潜热来加热回流水，在蒸发部34由回流水增加用于原水汽化的热。因此，在凝结区域240能够高效地利用蒸气凝结的潜热，能够提供水处理能力高的水处理装置。
[0126]需要说明的是，在实施方式3的水处理装置220、320中，具备使回流水流通的管221，但管221也可以以促进在凝结区域240和/或蒸发区域进行热交换的方式例如在凝结区域240和/或蒸发区域中蜿蜒或者利用板式热交换器等。并且，优选回流水向装置内部的空气的流动的相反方向流通，但也可以从凝结区域240引导到蒸发区域而与与蒸气和原水进行热交换即可，也可以沿着空气的流动而流通或者无论空气是否流动均被引导。
[0127]本发明不限于上述实施方式，可以是各种变形和应用。例如，在实施方式1、2的水处理装置20、120中可以设置使回流水流通的管221。并且，在上述的实施方式中，凝结部40是将淡水引导到在底面形成有多个孔41a的托盘41而使淡水从托盘41滴落,但凝结部40也可以例如如图13所示，将淡水引导到在侧面形成有多个孔43a的管43而使淡水从多个孔43a滴落等结构。另外,可以代替或增加这样的使淡水滴落的机构而使淡水雾化而将其引导至凝结区域的结构。而且，在上述的实施方式中，可以在托盘41的下方设置网板42，但也可以不具备网板42。
[0128]在上述的实施方式1、2中，被储存在储水槽25a?25d中的淡水以从在凝结区域的上游侧得到的淡水起依次通过管31而被导入到热交换器30后合流的方式构成，也可以如图14的变形例的净水装置420所示，以分别在被划分为多个的储水槽25a?25d安装泵29而被导入到热交换器30的方式构成。在变形例的净水装置420中，被储存在储水槽25a?25d中的淡水在不相互混合的情况下在热交换器30的流通路径30b中流通。并且，在变形例的净水装置420中，从垂直上方观察，凝结部40的托盘41以与壳体22的储水槽25a?25d的划分一致的方式被隔板划分为四个(未图示)。而且，通过泵29从储水槽25a?25d分别压送的淡水通过热交换器30而被引导到位于各储水槽25a?25d的垂直上方的托盘41的划分位置。通过这样的结构，能够使储存在储水槽25a?25d中的淡水的温度梯度更加显著，能够有效地加热原水而提高水处理能力。
[0129]另外，在变形例的水处理装置420中，上游侧的储水槽25a?25c以如下方式构成，即，在储水槽25a?25c中收集淡水至预定高度以上时，溢出的淡水被送至一个下游侧的储水槽25b?25d (例如，储水槽25a中溢出淡水被送至储水槽25b等)，最下游侧的储水槽25d可以以溢出的淡水通过集水配管27而被收集到壳体22外部的未图示的储水槽中的方式构成，也可以以在所有的储水槽25a?25d中溢出淡水被收集到外部的储水槽的方式构成。
[0130]以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不受上述实施方式任何限制，在不脱离本发明主旨的范围内，当然可以做出各种改变(包括删除构成要素)。
[0131]本申请基于2012年4月10日申请的日本专利申请2012-089708号。在本说明书中，以日本专利申请2012-089708号的说明书、权利要求书、说明书附图为参照而援引于此。
【权利要求】
1.一种水处理装置，其特征在于，通过将原水加热而使其一部分在蒸发区域汽化，使汽化的蒸气在凝结区域凝结而得到冷凝水，所述水处理装置具备: 加热部，加热所述原水， 蒸气引导部，将由通过所述加热部加热的原水汽化的蒸气向所述凝结区域引导，以及 回流水引导部，将回流水从所述凝结区域引导到所述蒸发区域，使通过所述蒸气引导部引导到所述凝结区域的蒸气与所述回流水进行热交换，同时在所述蒸发区域中使所述原水与所述回流水进行热交换。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述回流水引导部向与利用所述蒸气引导部引导蒸气的方向相反的方向引导所述回流水。
3.根据权利要求1或2所述的水处理装置，其特征在于，所述回流水引导部在每单位时间弓I导比在所述凝结区域得到的冷凝水的量多的所述回流水。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所述回流水引导部引导所述原水作为所述回流水。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所述水处理装置还具备: 热交换器，通过使所述原水与所述冷凝水进行热交换来加热所述原水，同时使所述冷凝水冷却，以及 冷凝水引导部，将在所述凝结区域得到的冷凝水的至少一部分引导到所述热交换器，同时使与所述原水进行热交换而冷却的冷凝水在所述凝结区域与由所述原水汽化的蒸气进行气液接触； 所述冷凝水引导部以在所述凝结区域得到的冷凝水中的、在利用所述蒸气引导部引导蒸气的方向的上游侧得到的冷凝水与在所述热交换器中流通的原水的下游侧进行热交换，在利用所述蒸气引导部引导蒸气的方向的下游侧得到的冷凝水与在所述热交换器中流通的原水的上游侧进行热交换的方式引导所述冷凝水。
6.根据权利要求5所述的水处理装置，其特征在于，所述冷凝水引导部以如下方式进行引导，所述方式是将在所述凝结区域得到的冷凝水在利用所述蒸气引导部引导蒸气的方向划分为多道，该划分的每道冷凝水与在所述热交换器中流通的原水进行热交换。
7.根据权利要求5或6所述的水处理装置，其特征在于，在所述蒸发区域中，具备通过使由所述加热部加热的原水滴落并且使滴落的原水与碰撞部件碰撞而使该原水的一部分汽化的汽化部， 所述蒸气引导部将通过所述汽化部汽化的蒸气中的、在垂直上方汽化的蒸气引导到所述凝结区域中的垂直下方，将在垂直下方汽化的蒸气引导到所述凝结区域中的垂直上方。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所述冷凝水引导部使所述原水进行热交换而冷却的冷凝水与从垂直上方向所述凝结区域滴落或雾化而由所述原水汽化的蒸气进行气液接触。
9.根据权利要求8所述的水处理装置，其特征在于，所述冷凝水引导部具有使与所述原水进行热交换而冷却的冷凝水滴落的滴落部以及配设在该滴落部的下方而将所述滴落的冷凝水粉碎的粉碎部。
10.根据权利要求8或9所述的水处理装置，其特征在于，所述冷凝水引导部具有在底面形成有多个孔的托盘，将与所述原水进行热交换而冷却的冷凝水导入到该托盘而使所述冷凝水从所述多个孔滴落。
11.根据权利要求8或9所述的水处理装置，其特征在于，所述冷凝水引导部具有在侧面形成有多个孔的筒状部件，将与所述原水进行热交换而冷却的冷凝水导入到该筒状部件的内部而使所述冷凝水从所述多个孔滴落。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所述水处理装置具备在内部具有所述凝结区域的容器，所述热交换器被配设在所述容器的外部。
13.根据权利要求5至12中任一项所述的水处理装置，其特征在于，所述热交换器是板式热交换器。
【文档编号】B01D1/16GK104245593SQ201380019158
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年4月4日 优先权日:2012年4月10日
【发明者】矢部孝 申请人:Yts科学财富私人有限公司