船舶用的真空膜蒸馏式造水装置的制作方法

本发明涉及船舶用的真空膜蒸馏式造水装置。

背景技术：

对于在海洋中航行的船舶，确保饮用水和生活用水等水非常重要。因此，开发了在船舶上搭载用于从海水制造淡水的造水装置的技术。在这种造水装置中，存在利用蒸发罐对海水蒸馏而得到淡水(蒸馏法)的装置(参照专利文献1)。另外，在其它造水装置中，存在利用膜对海水蒸馏而得到淡水(膜蒸馏法)的装置(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-289976号公报

专利文献2：日本特开平2-9490号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

可是，对于基于上述蒸馏法的造水装置，为了抑制与处理水相伴随的飞沫，需要确保蒸发部与冷凝部之间距离，从而存在蒸发罐和装置变得大型化的倾向。另一方面，对于使用膜蒸馏法的造水装置，由于造水效率不高，因此，在需要较高造水能力的情况下，存在装置变得大型化的倾向。

另一方面，在船舶上，由于需要搭载发动机或发电机等大型设备，因此没有充足的空间，因此要求造水装置尽可能紧凑。

本申请是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种紧凑且能够实现高造水效率的船舶用的真空膜蒸馏式造水装置。

用于解决问题的手段

在用于达成上述目的的本发明中包含一种船舶用的真空膜蒸馏式造水装置，其利用船舶所具有的热源的热，从取入到船舶的海水中制造出淡水，其中，该船舶用的真空膜蒸馏式造水装置具有：加热装置，其对取入到船舶的海水进行加热；真空蒸馏模块，其具备：供被所述加热装置加热后的海水流过的加热海水通过部；真空部；将所述加热海水通过部和所述真空部隔开的疏水性多孔质膜；以及使从所述加热海水通过部的海水通过所述疏水性多孔质膜而流入到所述真空部中的蒸气冷却而冷凝的冷却部；以及减压单元，其使所述真空部减压，所述加热装置利用所述船舶的热源的热来加热所述海水，所述减压单元使所述真空部的压力减压为水在所述加热海水通过部的海水温度下的饱和蒸气压以下且0.1atm以上的压力。

所述冷却部可以具备：冷却用海水通过部，其供被所述加热装置加热之前的海水流过；和冷却体，其将所述冷却用海水通过部与所述真空部隔开。

上述船舶用的真空膜蒸馏式造水装置可以是，具备多个所述真空蒸馏模块，并且具有以如下方式构成的海水流路：所述海水在以规定的顺序通过各真空蒸馏模块的冷却部的冷却用海水通过部后被所述加热装置加热，然后以与所述顺序相反的顺序通过所述各真空蒸馏模块的加热海水通过部。

所述减压单元可以是借助对所述海水的输送而被驱动的喷水器。

上述船舶用的真空膜蒸馏式造水装置可以是，还具有将所述海水输送到所述喷水器的液体输送装置，所述喷水器借助所述液体输送装置对所述海水的输送而被驱动。

上述船舶用的真空膜蒸馏式造水装置可以还具有：淡水容器，其与所述真空部连通；和液体输送单元，其将在所述真空部中冷凝出的淡水输送至所述淡水容器。

所述疏水性多孔质膜可以包含从由聚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯以及聚四氟乙烯构成的群中选择的至少一种树脂。

发明的效果

根据本发明，在船舶用的真空膜蒸馏式造水装置中，能够紧凑地实现高造水效率。

附图说明

图1是示出第1实施方式中的船舶用的真空膜蒸馏式造水装置的结构的概要的示意图。

图2是示出第2实施方式中的船舶用的真空膜蒸馏式造水装置的结构的概要的示意图。

图3是示出第3实施方式中的船舶用的真空膜蒸馏式造水装置的结构的概要的示意图。

图4是示出第4实施方式中的船舶用的真空膜蒸馏式造水装置的结构的概要的示意图。

图5是示出第5实施方式中的船舶用的真空膜蒸馏式造水装置的结构的概要的示意图。

图6是示出第6实施方式中的船舶用的真空膜蒸馏式造水装置的结构的概要的示意图。

图7是示出实施例中的真空部的压力与蒸馏水量之间的关系的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施方式的一例进行说明。并且，只要不特别说明，附图的上下左右等的位置关系是基于附图所示的位置关系。附图的尺寸比率不限于图示的比率。而且，以下的实施方式是用于说明本发明的例示，本发明不仅限于该实施方式。另外，本发明只要不脱离其主旨就能够进行各种变形。

(第1实施方式)

图1是示出本实施方式涉及的船舶用的真空膜蒸馏式造水装置(在本说明书中仅称为“造水装置”。)1的结构的概要的说明图。真空膜蒸馏式造水装置1利用船舶所具有的热源的热，从取入船舶的海水中制造出淡水。

真空膜蒸馏式造水装置1例如具备：加热海水的加热装置10；进行海水的蒸馏的真空蒸馏模块11；用于进行海水的输送的作为减压单元的例如喷水器61；以及储存所生成的淡水的淡水容器13等。

真空蒸馏模块11具备：供海水流过的加热海水通过部20；真空部21；将加热海水通过部20和真空部21隔开的疏水性多孔质膜22；以及对真空部21的蒸气进行冷却而使其冷凝的冷却部23。在真空蒸馏模块11中，借助加热海水通过部20与真空部21之间的温度差和压力差，使得从加热海水通过部20的海水生成的蒸气通过疏水性多孔质膜22而流入真空部21中，该蒸气被冷却部23冷却而冷凝。

疏水性多孔质膜22使用了例如树脂制的平膜。另外，疏水性多孔质膜22使用了含有从下述的群中选择的至少一种树脂的膜，其中，该群例如由聚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯以及聚四氟乙烯构成。

冷却部23具备：供被加热装置10加热之前的海水流过的冷却用海水通过部30；和将冷却用海水通过部30与真空部21隔开的作为冷却体的冷却板31。

在疏水性多孔质膜22与冷却板31之间，形成有例如不足10mm的规定的距离的间隙。

真空膜蒸馏式造水装置1具有：第1海水流路40，其将取入到船舶的海水供给至冷却用海水通过部30和减压单元例如喷水器61中；第2海水流路41，其将在冷却用海水通过部30中通过后的海水供给至加热装置10；第3海水流路42，其将被加热装置10加热了的海水供给至真空蒸馏模块11的加热海水通过部20；以及第4海水流路43，其将在加热海水通过部20中通过后的海水排出到外部。

加热装置10例如是热交换器，在船舶的热源的热与海水之间进行热交换而能够加热海水。作为船舶的热源，可以列举出来自柴油发动机的废热或来自锅炉的蒸气等。另外，关于热交换，可以经由热介质与热源进行热交换，也可以直接与热源进行热交换。

在喷水器61上连接有从第1海水流路40分支的分支路62。在分支路62上设置有作为液体输送装置的喷射泵63。喷水器61是借助由喷射泵63进行的从第1海水流路40分支的海水的输送而驱动的减压单元的一种，在喷水器61的上游部连接有与真空部21的上部连通的真空抽吸路60。另外，喷水器61的下游侧与第4海水流路43连接。利用该喷水器61通过真空抽吸路60对真空部21进行真空抽吸，能够使真空部21减压为水在加热海水通过部20的海水温度下的饱和蒸气压以下、0.1atm(10.1325kPa)。并且，对于加热海水通过部20的海水温度、例如入口温度，可以使用设置于加热海水通过部20的热电偶温度计或测温电阻体温度计来测定。另外，喷水器61也可以使用从海水进行膜蒸馏所得到的淡水来作为驱动力。

淡水容器13通过淡水回收路70与真空部21的下部相通。在淡水回收路70上设有作为液体输送单元的液体输送泵71，该液体输送泵71将在真空部21中冷凝出的淡水输送到淡水容器13。能够从淡水容器13取用淡水。

接下来，对以上那样构成的船舶的真空膜蒸馏式造水装置1中的造水过程进行说明。首先，取入船舶中的海水通过第1海水流路40被供给至真空蒸馏模块11的冷却用海水通过部30，并从冷却用海水通过部30通过第2海水流路41被供给至加热装置10。在该加热装置10中，海水被来自船舶的热源的热加热到例如50℃以上。加热后的海水通过第3海水流路42被供给至加热海水通过部20，此后将海水通过第4海水流路43排出。

在加热海水通过部20中，海水由于夹着疏水性多孔质膜22的温度差和压力差而变成蒸气，并通过疏水性多孔质膜22而流入真空部21。此时，真空部21借助喷水器61被减压为水在加热海水通过部20的海水温度下的饱和蒸气压以下且0.1atm以上的压力。流入真空部21中的蒸气被冷却部23冷却而冷凝。这样生成的淡水存留在真空部21的下部，并被液体输送泵71通过淡水回收路70回收到淡水容器13中。

根据本实施方式，加热装置10借助船舶的热源的热加热海水，作为减压单元的喷水器61将真空部21减压为水在加热海水通过部20的海水温度下的饱和蒸气压以下且0.1atm以上的压力。结果是，能够提高造水装置1的热效率，还能够大幅提高造水效率。因此，能够实现紧凑且造水效率高的船舶用的造水装置。

由于冷却部23具备：供被加热装置10加热之前的海水流经的冷却用海水通过部30；和将冷却用海水通过部30与真空部21隔开的冷却板31，因此，无需对冷却部23供给新介质，能够提高造水装置中的能效。

由于真空部21的减压单元是借助海水的输送而被驱动的喷水器61，因此无需新设置驱动源，能够提高造水装置中的能效。

由于在淡水回收路70中设置有液体输送泵71，其中，该液体输送泵71将被真空部21冷凝的淡水输送到淡水容器13中，因此，即使真空部21被以较高的真空度减压，也能够恰当地回收淡水。

(第2实施方式)

在上述第1实施方式中，真空膜蒸馏式造水装置1可以具备多个、例如2个真空蒸馏模块11。在本实施方式中，将2个真空蒸馏模块设为第1真空蒸馏模块11a和第2真空蒸馏模块11b。

真空膜蒸馏式造水装置1具有例如以如下方式构成的海水流路：海水在按照规定的顺序通过各真空蒸馏模块11a、11b的冷却部23的冷却用海水通过部30后被加热装置10加热，然后按照相反的顺序通过各真空蒸馏模块11a、11b的加热海水通过部20。

即，海水流路由下述部分构成：第1海水流路100，其将取入船舶中的海水供给至第1真空蒸馏模块11a的冷却用海水通过部30；第2海水流路101，其将通过第1真空蒸馏模块11a的冷却用海水通过部30后的海水供给至第2真空蒸馏模块11b的冷却用海水通过部30；第3海水流路102，其将通过第2真空蒸馏模块11b的冷却用海水通过部30后的海水供给至加热装置10；第4海水流路103，其将被加热装置10加热了的海水供给至第2真空蒸馏模块11b的加热海水通过部20；第5海水流路104，其将通过第2真空蒸馏模块11b的加热海水通过部20后的海水供给至第1真空蒸馏模块11a的加热海水通过部20；以及第6海水流路105，其将通过第1真空蒸馏模块11a的加热海水通过部20后的海水排出。

另外，分支路62从第1海水流路100分支并与喷水器61相通。喷水器61的下游侧与第5海水流路105相通。喷水器61通过真空抽吸路60与各真空蒸馏模块11a、11b的真空部21连通。另外，与淡水容器13相通的淡水回收路70和各真空蒸馏模块11a、11b的真空部21a、21b连通。并且，对于和第1实施方式相同的部分，使用相同的标号并省略说明。

根据本实施方式，第2真空蒸馏模块11b的冷却用海水通过部30的海水温度变得比第1真空蒸馏模块11a的冷却用海水通过部30的海水温度高，第2真空蒸馏模块11b的加热海水通过部20的海水温度比第1真空蒸馏模块11a的加热海水通过部20的海水温度高。即，在各真空蒸馏模块11a、11b中，加热海水通过部的海水温度不同，能够设定为与各自的海水温度相适合的真空度。由此，在各真空蒸馏模块11a、11b中，能够充分且恰当地进行海水的蒸馏，从而能够提高造水效率。并且，可以使第2真空蒸馏模块11b的真空部21b的压力比第1真空蒸馏模块11a的真空部21a的压力高。

(第3实施方式)

在上述第1实施方式中对疏水性多孔质膜22使用了平膜，但也可以使用中空纤维膜。这种情况下，真空蒸馏模块110例如可以如图3所示那样具备例如蒸发部120和冷凝部121。例如蒸发部120具有圆筒状的容器，并在该容器的内部具备在容器的长度方向(上下方向)上配置的作为疏水性多孔质膜的束状的中空纤维膜123。该中空纤维膜123的一次侧(管内侧)与第3海水流路42和第4海水流路43连通。冷凝部121具有例如与蒸发部120相同的圆筒状的容器，并在该容器内部具备在容器的长度方向上配置的作为冷却体的冷却管124。冷却管124的管路内与第1海水流路40和第2海水流路41连通。蒸发部120和冷凝部121平行地并排配置，并通过配置在它们之间的连接空间125互相连接。真空抽吸路60与连接空间125连接。因此，在本实施方式中，蒸发部120在中空纤维膜123的一次侧(管内侧)的空间成为加热海水通过部20，中空纤维膜123的二次侧(外侧)的空间、连接空间125以及冷却管124的外侧空间成为真空部21，冷却管124的管路内成为冷却用海水通过部30。淡水回收路70例如与冷凝部121的下面的冷却管124的外侧空间连接。并且，对于和第1实施方式相同的部分，使用相同的标号并省略说明。

这种情况下，海水被从第1海水流路40供给至冷却管124的冷却用海水通过部30中，并从冷却管124通过第2海水流路41被供给至加热装置10。被加热装置10加热了的海水通过第3海水流路42被供给至蒸发部120在中空纤维膜123的一次侧的加热海水通过部20中。被供给至加热海水通过部20中的海水由于夹着中空纤维膜123的一次侧和二次侧的温度差和压力差而变成蒸气，并通过中空纤维膜123的侧壁流入中空纤维膜123的二次侧的真空部21中。此时，真空部21借助喷水器61被减压为水在加热海水通过部20的海水温度下的饱和蒸气压以下且0.1atm以上的压力。流入中空纤维膜123的二次侧的真空部21中的蒸气穿过连接空间125到达冷凝部121的冷却管124，在此处被冷却而冷凝。这样生成的淡水存留在冷凝部121的下部，并被液体输送泵71通过淡水回收路70回收到淡水容器13中。

根据本实施方式，能够节省空间且能够增加疏水性多孔质膜22的膜面积，因此，膜的每单位面积的蒸馏水量(Flux)增加，能够提高造水装置1中的造水效率和造水量。因此，能够在船舶的造水装置1中紧凑地实现高造水效率。

(第4实施方式)

也可以在上述第2实施方式中针对疏水性多孔质膜22使用中空纤维膜123来代替平膜。使用中空纤维膜123的真空蒸馏模块110a、110b可以如图4所示那样具有与在上述第3实施方式中使用的真空蒸馏模块110相同的结构。

这种情况下，海水被从第1海水流路100供给至第1真空蒸馏模块110a的冷凝部121的冷却管124内，并从第1真空蒸馏模块110a的冷却管124通过第2海水流路101供给至第2真空蒸馏模块110b的冷却管124内，再从第2真空蒸馏模块110b的冷却管124通过第3海水流路102供给至加热装置10。被加热装置10加热了的海水通过第4海水流路103被供给至第2真空蒸馏模块110b的蒸发部120的中空纤维膜123的一次侧(加热海水通过部20)，然后通过第5海水流路104被供给至第1真空蒸馏模块110b的中空纤维膜123的一次侧(加热海水通过部20)。该后海水通过第6海水流路105排出。根据本实施方式，能够以小型的造水装置1进一步提高造水量和造水效率。

(第5实施方式)

在以上的实施方式中，从2个真空蒸馏模块各自的真空部分别进行淡水的排出和排气，但也可以如图5所示那样，将第2真空蒸馏模块11b的真空部21b的淡水回收路70和真空抽吸路60与第1真空蒸馏模块11a的真空部21a连接，将在第2真空蒸馏模块11b的真空部21b中生成的淡水供给至第1真空蒸馏模块11a的真空部21a而与真空部21a的淡水混合，并将该淡水从真空部21a排出到回收容器13。另外，也可以将第2真空蒸馏模块11b的真空部21b的气体抽吸至真空部21a，并从该真空部21a抽吸至喷水器61。这种情况下，例如能够在真空部21a中利用真空部21b的热，因此能够减少加热装置10的用热量，从而能够提高造水装置的热效率。并且，该例也适用于第4实施方式所示那样的使用膜模块的情况。

(第6实施方式)

在以上的实施方式中，作为减压单元的喷水器61通过海水的输送而被驱动，但也可以借助对从海水制造出的淡水的输送而被驱动。这种情况下，例如如图6所示，淡水回收路70经由喷水器61与回收容器13连接。另外，在回收容器13上连接有循环路130，该循环路130使回收容器13的淡水(制造水)返回喷水器61进行循环。在循环路130上设有泵131。这种情况下，例如通过泵131的驱动将回收容器13内的淡水输送至喷水器61，由此，喷水器61动作，通过真空抽吸路60使真空部21减压。另外，此时能够将真空部21的淡水通过淡水回收路70并经由喷水器61排出到回收容器13。并且，该例能够应用于上述所有的实施方式。

以上虽然参照附图并对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于所涉及的例子。应该了解，对于本领域人员来说，很明显能够在权利要求书所记载的思想范畴内想到各种变更例或者修改例，这些变更例或者修改例也当然属于本发明的技术范围。

例如在以上的实施方式中，作为真空蒸馏模块11、11a、11b、110、110a、110b的冷却部23的制冷剂，使用了加热之前的海水，但也可以使用其它的制冷剂。另外，作为减压单元，使用了喷水器61，但也可以使用泵、吸气器等其它减压单元。减压装置的结构也不限于上述实施方式的喷水器。

实施例

以下，针对具体示出本发明的结构和效果的实施例等进行说明，但本实施方式完全不限于以下的实施例。

(实施例1)

使用膜厚为190μm、截留分子量为500kDa的聚砜制平膜(Sepro社制)作为疏水性多孔质膜22，使用厚度为2mm的不锈钢板作为冷却板31，并利用间隔件进行调整，以使图1所示的疏水性多孔质膜22与冷却板31之间的距离(Gap)成为4mm。以600mL/min的流量使30℃的模拟海水(3.5重量％氯化钠水溶液)流动，将加热海水通过部20的入口温度调整为65℃。使用真空泵或真空控制装置将真空部21内的压力调整成为0.10atm，进行膜蒸馏。在实验开始30分钟后取出存留在淡水容器13中的水，并计算Flux，得到了25.0kg/m²/h的高值(10.0kg/m²/h以上的值)。另外，得到的膜蒸馏水的导电率在25℃时为0.0μS/cm。并且，水在此时的海水温度(65℃)下的饱和水蒸气压为大约0.25atm。

(实施例2)

除了将疏水性多孔质膜22与冷却板31之间的Gap(距离)变更为10mm以代替4mm之外，利用与实施例1相同的方法进行了膜蒸馏。在实验开始30分钟后取出存留在取水容器中的水，如图7所示，得到了Flux为24.1kg/m²/h的值。另外，得到的膜蒸馏水的导电率在25℃时为0.0μS/cm。

(实施例3)

除了将真空部21的压力变更为0.20atm以代替0.10atm之外，利用与实施例2相同的方法进行了膜蒸馏。如图7所示，得到了Flux为11.1kg/m²/h的值。另外，得到的膜蒸馏水的导电率在25℃时为0.1μS/cm。

(实施例4)

使用了在实施例1中使用的聚砜制平膜的疏水性多孔质膜22和不锈钢板的冷却板31，并利用间隔件进行调整，以使疏水性多孔质膜22与冷却板31之间的距离(Gap)成为2mm。如图2所示那样连结2组真空蒸馏模块11a、11b，使30℃的模拟海水(3.5重量％氯化钠水溶液)以600mL/min的流量流动，进行调整，以使真空蒸馏模块11a的蒸发部120的入口温度成为65℃，使冷凝部121的入口温度成为50℃，使真空蒸馏模块11b的蒸发部120的入口温度成为47℃，并使冷凝部121的入口温度成为30℃。第1真空蒸馏模块11a和第2真空蒸馏模块11b各自的真空部21a、21b的压力被分别调整，并且以使第1真空蒸馏模块11a的真空部21a内成为0.24atm、使第2真空蒸馏模块11b的真空部21b内的压力成为0.10atm的方式进行调整，并进行了膜蒸馏。在实验开始30分钟后取出存留在淡水容器13中的水，并计算Flux，得到了11.2kg/m²/h的值。另外，得到的膜蒸馏水的导电率在25℃时为0.1μS/cm。

(比较例1)

除了将真空部21的压力设置为比水在加热海水通过部20的海水温度下的饱和蒸气压高的大气压之外，利用与实施例1相同的方法进行了膜蒸馏。在实验开始30分钟后取出存留在淡水容器13中的水，并计算Flux，得到了3.3kg/m²/h的值。另外，得到的膜蒸馏水的导电率在25℃时为0.1μS/cm。

(比较例2)

除了将真空部21的压力变更为0.30atm以代替0.10atm之外，利用与实施例2相同的方法进行了膜蒸馏。如图7所示，得到了Flux为5.5kg/m²/h的值。另外，得到的膜蒸馏水的导电率在25℃时为0.2μS/cm。

(比较例3)

除了将真空部21的压力变更为0.50atm以代替0.10atm之外，利用与实施例2相同的方法进行了膜蒸馏。如图7所示，得到了Flux为3.0kg/m²/h的值。另外，得到的膜蒸馏水的导电率在25℃时为0.2μS/cm。

(比较例4)

除了将2组真空蒸馏模块11a、11b内的真空部21a、21b的压力设置成大气压之外，利用与实施例2相同的方法进行了膜蒸馏。在实验开始30分钟后取出存留在淡水容器13中的水，并计算Flux，得到了3.4kg/m²/h的值。另外，得到的膜蒸馏水的导电率在25℃时为0.3μS/cm。

产业上的可利用性

本发明在提供能够紧凑地实现高造水效率的船舶用的真空膜蒸馏式造水装置时有用。

标号说明

1：船舶用的膜蒸馏式造水装置；

10：加热装置；

11：真空蒸馏模块；

13：淡水容器；

20：加热海水通过部；

21：真空部；

22：疏水性多孔质膜；

23：冷却部；

61：喷水器。