特開 2025-16139 造水システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025016139

(43)【公開日】2025-01-31

(54)【発明の名称】造水システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/04 20230101AFI20250124BHJP

   C02F 1/16 20230101ALI20250124BHJP

【ＦＩ】

C02F1/04 A

C02F1/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023119215

(22)【出願日】2023-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】000143972

【氏名又は名称】株式会社ササクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 充志

【テーマコード（参考）】

4D034

【Ｆターム（参考）】

4D034AA01

4D034BA03

4D034CA12

4D034CA13

4D034CA14

4D034DA04

(57)【要約】

【課題】掃気空気冷却水の廃熱を有効利用できる造水システムを提供する。
【解決手段】船舶に取り入れられた海水を淡水化する造水システム１であって、造水システム１は、海水を加熱して蒸発させる加熱器３、及び、海水の蒸発により発生する蒸気を冷却して凝縮させる復水器４を備える造水装置２と、船舶用内燃機関（ディーゼルエンジン１０）に供給される掃気空気を掃気空気冷却水との熱交換により冷却するように構成された掃気空気冷却器１４と、加熱器３に供給される海水を掃気空気冷却器１４から排出される掃気空気冷却水の少なくとも一部との熱交換により加熱するように構成された給水加熱器５と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船舶に取り入れられた海水を淡水化する造水システムであって、
海水を加熱して蒸発させる加熱器、及び、海水の蒸発により発生する蒸気を冷却して凝縮させる復水器を備える造水装置と、
船舶用内燃機関に供給される掃気空気を掃気空気冷却水との熱交換により冷却するように構成された掃気空気冷却器と、
前記加熱器に供給される海水を前記掃気空気冷却器から排出される掃気空気冷却水の少なくとも一部との熱交換により加熱するように構成された給水加熱器と、
を備える、造水システム。

【請求項2】

前記復水器は、海水の蒸発により発生する蒸気を前記船舶に取り入れられた海水との熱交換により冷却するように構成されており、
前記復水器において前記蒸気と熱交換した後の海水が前記給水加熱器において加熱される、請求項１に記載の造水システム。

【請求項3】

前記掃気空気冷却水が清水である、請求項１に記載の造水システム。

【請求項4】

前記加熱器は、海水を前記内燃機関の冷却に使用されたジャケット冷却水との熱交換により加熱するように構成されている、請求項１に記載の造水システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、海水を淡水化する造水システムに関し、船舶の主機関であるディーゼルエンジンなどの内燃機関における廃熱を利用した造水システムに関する。

【背景技術】

【0002】

船舶においては、船舶に搭載したディーゼルエンジンなどの内燃機関からの廃熱を熱源として利用して、海から汲み上げた海水を真空下などの減圧下で蒸発させて淡水を製造することが従来から行われている。例えば特許文献１に記載の造水装置では、ディーゼルエンジンに供給される掃気空気の冷却に使用された掃気空気冷却水を造水装置に導き、造水装置において、掃気空気冷却水の廃熱を海水の蒸発に利用している。造水装置では、海水を掃気空気冷却水との熱交換により蒸発させ、発生した蒸気を冷却して凝縮することで、海水を淡水化している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４４０９５４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、掃気空気の冷却に使用された掃気空気冷却水の温度は、掃気空気冷却水が清水の場合で約６０℃程度であり、掃気空気冷却水が海水の場合は清水の場合よりも一般的に低い。造水装置では、減圧下において海水を蒸発させているものの、約６０℃の掃気空気冷却水では海水を効率よく蒸発させることが困難である。そのため、掃気空気冷却水の廃熱を造水装置における造水の主な熱源に利用した場合、十分な量の淡水（清水）を得るための熱量が足りずに造水装置の性能が低下するという課題がある。もしくは、十分な量の淡水（清水）を得るために海水及び掃気空気冷却水の熱交換の際の伝熱面積を大きく確保すると、造水装置が大型化するという課題がある。

【0005】

本発明は、上記課題を解決することに着目してなされたものであり、掃気空気冷却水の廃熱を有効利用できる造水システムの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記課題を解決するため、以下の項１に記載の造水システムを主題とする。

【0007】

項１．船舶に取り入れられた海水を淡水化する造水システムであって、
海水を加熱して蒸発させる加熱器、及び、海水の蒸発により発生する蒸気を冷却して凝縮させる復水器を備える造水装置と、
船舶用内燃機関に供給される掃気空気を掃気空気冷却水との熱交換により冷却するように構成された掃気空気冷却器と、
前記加熱器に供給される海水を前記掃気空気冷却器から排出される掃気空気冷却水の少なくとも一部との熱交換により加熱するように構成された給水加熱器と、
を備える、造水システム。

【0008】

また本発明の造水システムは、上記項１に記載の造水システムの好ましい態様として、以下の項２に記載の造水システムを包含する。

【0009】

項２．前記復水器は、海水の蒸発により発生する蒸気を前記船舶に取り入れられた海水との熱交換により冷却するように構成されており、
前記復水器において前記蒸気と熱交換した後の海水が前記給水加熱器において加熱される、項１に記載の造水システム。

【0010】

また本発明の造水システムは、上記項１から項２に記載の造水システムの好ましい態様として、以下の項３に記載の造水システムを包含する。

【0011】

項３．前記掃気空気冷却水が清水である、請求項１又は２に記載の造水システム。

【0012】

また本発明の造水システムは、上記項１から項３に記載の造水システムの好ましい態様として、以下の項４に記載の造水システムを包含する。

【0013】

項４．前記加熱器は、海水を前記内燃機関の冷却に使用されたジャケット冷却水との熱交換により加熱するように構成されている、項１から３のいずれか一項に記載の造水システム。

【発明の効果】

【0014】

本発明の造水システムによれば、掃気空気冷却水の廃熱を有効利用して、造水装置の性能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係る造水システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。本発明の造水システムは、船舶において推進力を発生させる主機関である内燃機関からの廃熱を、造水装置における海水の淡水化に利用することで、造水装置の性能向上を実現するものである。内燃機関は、例えばディーゼルエンジンである。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態に係る造水システム１の概略構成図である。造水システム１は、加熱器３及び復水器４を備えた造水装置２と、ディーゼルエンジン１０に供給される掃気空気を冷却する掃気空気冷却器１４と、給水加熱器５と、を少なくとも備える。

【0018】

ディーゼルエンジン１０は、燃料油及び燃料ガスの少なくともいずれかを主燃料とし、主燃料を掃気空気とともに燃焼させる内燃機関である。ディーゼルエンジン１０は、第一循環流路１５により、ディーゼルエンジン１０を冷却するための冷却水（ジャケット冷却水）が循環している。

【0019】

第一循環流路１５は、ディーゼルエンジン１０にジャケット冷却水を供給する管路であり、ポンプ１９の駆動によりジャケット冷却水は第一循環流路１５を循環する。第一循環流路１５には、流量調整弁２０及び冷却器２１が接続されている。流量調整弁２０は、ディーゼルエンジン１０に供給されるジャケット冷却水の流量を調整する。流量調整弁２０には流量計が備えられていてもよい。冷却器２１は、ディーゼルエンジン１０から排出されて高温となったジャケット冷却水を冷却する。冷却器２１は、例えば熱交換器であり、セントラル冷却器から冷却水が供給される。冷却器２１では、ジャケット冷却水が冷却水との熱交換により冷却される。

【0020】

過給機１１は、ディーゼルエンジン１０に掃気空気を供給する。過給機１１は、ディーゼルエンジン１０が主燃料を燃焼させることにより排出される排出ガスにより駆動されるタービン１２と、タービン１２の回転動力によって外気を圧縮する圧縮機１３とを備える。過給機１１は、圧縮された外気を掃気空気としてディーゼルエンジン１０に供給する。

【0021】

掃気空気冷却器１４は、過給機１１からディーゼルエンジン１０に供給される掃気空気を冷却する。掃気空気は、断熱圧縮されて高温となっているため、空気密度（単位体積当たりの重量）を高めるなどの目的で、掃気空気冷却器１４において冷却されてからディーゼルエンジン１０に供給される。掃気空気冷却器１４は、例えば熱交換器であり、第二循環流路１７により、掃気空気を冷却するための冷却水（掃気空気冷却水）が循環している。掃気空気冷却水には、清水又は海水が用いられる。

【0022】

第二循環流路１７は、掃気空気冷却器１４に掃気空気冷却水を供給する管路であり、掃気空気冷却水は循環ポンプ２２の駆動により第二循環流路１７を循環する。第二循環流路１７は、流量調整弁２３及び冷却器２４が接続されている。流量調整弁２３は、掃気空気冷却器１４に供給される掃気空気冷却水の流量を調整する。流量調整弁２３には流量計が備えられていてもよい。冷却器２４は、掃気空気冷却器１４において掃気空気を冷却して高温となった掃気空気冷却水を冷却する。冷却器２４は、例えば熱交換器であり、セントラル冷却器から冷却水が供給される。冷却器２４では、掃気空気冷却水が冷却水との熱交換により冷却される。

【0023】

造水装置２は、海水を加熱して蒸気を発生させた後、気液分離し、気液分離後の蒸気を凝縮することによって淡水を生成する。造水装置２内は、例えば水エゼクタなどの減圧手段により、減圧（真空）状態に保持されている。造水装置２は、海水を淡水化するものであれば特に限定されない。造水装置２は、例えば、フラッシュ式の造水装置（例えば特開２００９－９０２２８号公報）、プレート式の造水装置（例えば特開平９－２９９９２７号公報）、多管式の造水装置（例えば特開２０１３－１６６１４１号公報）、膜蒸留式の造水装置（例えば特開平６－７６４４号公報）など、を例示できる。造水装置２は、単効用式の蒸発濃縮装置であってもよいし、二重効用以上の多重効用式の蒸発濃縮装置であってもよい。

【0024】

造水装置２において、加熱器３は、造水装置２に導入される海水を加熱して蒸発させる。加熱器３には、海水供給流路６により、淡水の原料となる海水が供給される。加熱器３は、特に限定されないが、例えばチューブラー式の熱交換器を備えている。加熱器３には、海水を蒸発させるための熱源として、特に限定されないが、例えばディーゼルエンジン１０の冷却に使用されたジャケット冷却水が供給される。加熱器３では、供給される海水がジャケット冷却水との熱交換により加熱され、温度が上昇した後に蒸発する。海水の蒸発により発生した蒸気は、復水器４に供給される。

【0025】

ジャケット冷却水は、ディーゼルエンジン１０を冷却した後の温度が約８０℃から９０℃である。そのため、減圧下においてはジャケット冷却水により海水を加熱することで効果的に海水を蒸発させることができる。そのため、ジャケット冷却水を造水装置２における造水の主な熱源に利用することで、十分な量の淡水（清水）を得ることができる。

【0026】

加熱器３は、第一バイパス流路１６により、ディーゼルエンジン１０を冷却した後のジャケット冷却水が循環している。第一バイパス流路１６は、ディーゼルエンジン１０の冷却により高温となったジャケット冷却水を加熱器３に導く管路である。ジャケット冷却水の一部は、第一バイパス流路１６を介して、第一循環流路１５から分流した後に加熱器３を通過して第一循環流路１５に還流する。

【0027】

第一バイパス流路１６には、温度センサ２５及び流量調整弁２６が接続されている。流量調整弁２６は、第一循環流路１５から第一バイパス流路１６へ分流するジャケット冷却水（加熱器３に供給されるジャケット冷却水）の流量を調整する。流量調整弁２６には流量計が備えられていてもよい。温度センサ２５は、加熱器３に供給されるジャケット冷却水の温度を測定する。温度センサ２５で検出されたジャケット冷却水の温度に基づき、加熱器３に供給されるジャケット冷却水の流量が調整される。

【0028】

造水装置２において、復水器４は、海水の蒸発により発生する蒸気を冷却して凝縮させる。復水器４は、特に限定されないが、例えばチューブラー式の熱交換器を備えている。復水器４には、蒸気を凝縮させるための熱源として、特に限定されないが、海水導入流路７により、海から汲み上げて船舶に取り入れられた海水が供給される。海から汲み上げた海水が造水装置２に導入されると、海水は復水器４に供給される。復水器４では、海水の蒸発により発生した蒸気が海水との熱交換により冷却され、温度が低下した後に凝縮する。蒸気の凝縮により発生した淡水（蒸留水）は、ポンプにより造水装置２の外部に排出された後、貯水タンクにて貯留される。

【0029】

復水器４において蒸気と熱交換した後の海水は、一部が船舶外などの系外に排出され、一部は原料海水として海水供給流路６を通って加熱器３に供給される。

【0030】

給水加熱器５は、海水供給流路６に設けられ、復水器４から加熱器３に供給される海水を加熱する。淡水の原料となる海水の温度を上昇させて加熱器３に供給することで、加熱器３において海水の蒸発までの温度上昇に必要な熱（顕熱）の量を抑制でき、実質的な造水量に寄与する海水の蒸発に必要とする熱（潜熱）の量を大きくすることができる。これにより、加熱器３の熱効率の向上を図ることができ、造水量の増加などの造水装置２の性能を向上でき、造水装置２の小型化も図ることができる。

【0031】

給水加熱器５は、特に限定されないが、例えばチューブラー式の熱交換器である。給水加熱器５には、海水の温度を上昇させるための熱源として、掃気空気の冷却に使用された掃気空気冷却水が供給される。給水加熱器５では、供給される海水が掃気空気冷却水との熱交換により加熱され、温度が上昇する。温度が上昇した海水は原料海水として加熱器３に供給される。

【0032】

掃気空気冷却水は、清水の場合、掃気空気を冷却した後の温度が約６０℃である。一方、掃気空気冷却水は、海水の場合、掃気空気を冷却した後の温度が一般的には約４５℃から５０℃である。掃気空気冷却水が海水の場合、掃気空気を冷却した後の温度が高温になり過ぎると、スケールの発生が顕著になるおそれがある。掃気空気冷却水が流れる熱交換器に、スケールが多量に付着すると、熱交換器の性能低下につながる。そのため、掃気空気冷却水が海水の場合には、掃気空気を冷却した後の温度は約４５℃から５０℃に制限される。よって、給水加熱器５により淡水の原料となる海水の温度をできる限り上昇させて加熱器３に供給するためには、掃気空気冷却水は清水であることが好ましい。

【0033】

給水加熱器５は、第二バイパス流路１８により、掃気空気を冷却した後の掃気空気冷却水が循環している。第二バイパス流路１８は、掃気空気の冷却により高温となった掃気空気冷却水を給水加熱器５に導く管路である。掃気空気冷却水の少なくとも一部は、第二バイパス流路１８を介して、第二循環流路１７から分流した後に給水加熱器５を通過して第二循環流路１７に還流する。

【0034】

第二循環路１７には、温度センサ２７及び流量調整弁２８が接続されている。流量調整弁２８は、第二循環流路１７から第二バイパス流路１８へ分流する掃気空気冷却水（給水加熱器５に供給される掃気空気冷却水）の流量を調整する。流量調整弁２８には流量計が備えられていてもよい。温度センサ２７は、給水加熱器５に供給される掃気空気冷却水の温度を測定する。温度センサ２７で検出された掃気空気冷却水の温度に基づき、給水加熱器５に供給される掃気空気冷却水の流量が調整される。

【0035】

上述した実施形態の造水システム１によれば、ディーゼルエンジン１０に供給される掃気空気の冷却に使用された掃気空気冷却水の少なくとも一部を給水加熱器５に供給し、給水加熱器５において、掃気空気冷却水と造水装置２の加熱器３に供給される原料海水との熱交換により、原料海水の温度を上昇させている。これにより、造水装置２の加熱器３には、より高い温度の原料海水が供給され、加熱器３においては効率よく原料海水を加熱して蒸発させることができるので、造水装置２の性能を向上できる。

【0036】

このように、上述した実施形態の造水システム１では、掃気空気冷却水の廃熱を原料海水に回収させることで造水装置２の性能を向上しており、掃気空気冷却水の廃熱を有効利用できる。

【0037】

また、上述した実施形態の造水システム１によれば、ディーゼルエンジン１０の冷却に使用されたジャケット冷却水の少なくとも一部を造水装置２の加熱器３に供給し、加熱器３において、ジャケット冷却水と原料海水との熱交換により、原料海水を蒸発させている。よって、上述した実施形態の造水システム１では、ジャケット冷却水の廃熱を有効利用できる。

【0038】

以上、本発明の造水システムの一つの実施形態について説明したが、上述した実施形態は、あくまでも例示であって制限的なものではない。そのため、本発明の造水システムは上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。

【0039】

例えば上述した実施形態において、給水加熱器５は造水装置２の外部に設けられているが、造水装置２の内部に設けられていてもよい。

【0040】

例えば上述した実施形態において、造水装置２は、例えばチューブラー式の熱交換器を備えた予熱器を備えていてもよい。具体的には、造水装置２の復水器４において蒸気の凝縮に利用した海水の一部を予熱器に供給して蒸気との熱交換により海水を予熱し、予熱した海水を給水加熱器５に供給し、その後、原料海水として加熱器３に供給してもよい。

【0041】

例えば上述した実施形態において、造水装置２の加熱器３における海水の蒸発の主な熱源は、必ずしもジャケット冷却水の廃熱である必要はなく、ボイラーからの蒸気であってもよい。

【符号の説明】

【0042】

１ 造水システム
２ 造水装置
３ 加熱器
４ 復水器
５ 給水加熱器
１０ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１４ 掃気空気冷却器

【図1】