特許 7051268 水蒸気発生装置と水処理システムと水蒸気発生方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-01

(45)【発行日】2022-04-11

(54)【発明の名称】水蒸気発生装置と水処理システムと水蒸気発生方法

(51)【国際特許分類】

   G21F 9/06 20060101AFI20220404BHJP

   C02F 1/04 20060101ALI20220404BHJP

   G21F 9/08 20060101ALI20220404BHJP

   F22B 27/16 20060101ALN20220404BHJP

【ＦＩ】

G21F9/06 591

C02F1/04 E

G21F9/08 511A

G21F9/08 521G

F22B27/16

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021109616

(22)【出願日】2021-05-21

【審査請求日】2021-05-21

【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、実施許諾の用意がある。

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000170808

【氏名又は名称】黒田 重治

(72)【発明者】

【氏名】黒田 重治

【審査官】高橋 成典

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１２９３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３２０３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－１２５１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０４９４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０４８１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０４９２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４６－００７４２８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実開昭５９－０５９６０５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】韓国登録特許第１０－１３２９１４８（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】韓国登録特許第１０－１０２２３６７（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００１７５２９（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／０２ － １／１８

Ｂ０１Ｂ １／００ － １／０８

Ｂ０１Ｄ １／００ － ８／００

Ｂ０８Ｂ ３／００ － ３／１４

Ｇ２１Ｆ ９／００ － ９／３６

Ｆ２２Ｂ ５／００ － ３３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水を受ける供給板と、
前記供給板で、前記水を広げ、前記水を受け、表面で水蒸気を発生させる加熱プレートと、
前記加熱プレートの表面を清掃する清掃部と、を含む水蒸気発生装置であり、
前記供給板は、下部に開口があり、前記開口から、前記加熱プレートに前記水を均等に広げ提供するように形成され、
前記供給板は、内部の空洞で前記水を流し、
前記空洞は、下方へ進むにつれて、厚みが薄くなり、かつ、横幅が広くなる水蒸気発生装置。

【請求項6】

前記カバーに排気管があり、
前記排気管は、気体放出管と廃液管とに分かれ、前記廃液管には冷却部がある請求項４に記載の水蒸気発生装置。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の水蒸気発生装置が複数台と、
タンクの水を前記水蒸気発生装置の内の２台へ送る１つのポンプと、を含む水処理システム。

【請求項9】

請求項１～７のいずれか１項に記載の水蒸気発生装置の複数台と、
タンクの水を前記水蒸気発生装置の内の２台へ送る１つのポンプと、
前記水蒸気発生装置の内の２台の加熱プレート間にある１つの加熱源と、
を含む水処理システム。

【請求項10】

ポンプで水をくみ上げる工程と、
前記ホンプから連結部を経由して、供給板へ前記水が移動させる工程と、
前記供給板により前記水が水平方向へ広げられ、加熱プレートへ供給する工程と、
前記水は前記加熱プレートの下方へ進むにつれて、前記加熱プレートの熱で、蒸発し水蒸気とする工程と、
前記水蒸気は、カバーで制御され排気管へ移動させる工程と、を含む水蒸気発生方法であり、
前記供給板は、下部に開口があり、前記開口は、前記加熱プレートに前記水を均等に広げるように形成され、
前記供給板は、内部の空洞で前記水を流し、
前記空洞は、下方へ進むにつれて、厚みが薄くなり、かつ、横幅が広くなる水蒸気発生方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水蒸気発生装置と水処理システムと水蒸気発生方法に関する。特にトリチウム水を蒸発される方法、装置、システムに関する。

【背景技術】

【0002】

原子力発電所の事故で発生した放射性元素であるトリチウムを含む水の処理が問題となっている。いろいろ処理方法がある（特許文献１）。そのうちで、トリチウムを含む水を蒸発させる方法がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－７２０８４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、トリチウムを含む水を蒸発させる方法は、他の方法より効率が悪くコストがかかる。本発明の課題は、上記従来の課題を解決するもので、効率よく水を蒸発させ、コストを低減する水蒸気発生装置と水処理システムと水蒸気発生方法とを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記従来の課題を解決するために、水を受ける供給板と、上記供給板で、上記水を薄く均等に広げ、上記水を受け、適度の傾斜が可能であり、表面で水蒸気を発生させる加熱プレートと、上記加熱プレートの表面を清掃する清掃部と、を含む水蒸気発生装置を用いる。また、上記水蒸気発生装置と、タンクの水を上記水蒸気発生装置へ送るポンプと、を含む水処理システムを用いる。加熱プレートは、カバーで覆われ、密閉された加熱室がある。さらに、ポンプで水をくみ上げる工程と、上記ホンプから連結部を経由して、供給板へ上記水が移動させる工程と、上記供給板により上記水が薄く均等に水平方向へ流れ、傾斜した加熱プレートへ供給する工程と、上記水は上記加熱プレートの下方へ進むにつれて、上記加熱プレートの熱で蒸発し水蒸気とする工程と、上記水蒸気は、カバーで制御され排気管へ移動させる工程と、を含む水蒸気発生方法を用いる。

【発明の効果】

【0006】

本発明の水蒸気発生装置と水処理システムと水蒸気発生方法では、ポンプでくみ上げた大量の水を加熱プレートの表面へ薄く均等に広げ、流下され、水蒸気化が確実になるので、効率よく、水を処理できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】（ａ）実施の形態１の水蒸気発生装置の正面図、（ｂ）実施の形態１の水蒸気発生装置の断面図、（ｃ）実施の形態１の加熱プレートの変形例の断面図

【図2】（ａ）～（ｂ）実施の形態１の供給板の底面図

【図3】（ａ）実施の形態１の水蒸気発生装置の使用例を示す断面図、（ｂ）実施の形態１の水蒸気発生装置の使用例を示す上面図

【図4】実施の形態１の水蒸気発生装置の変形例の断面図

【図5】（ａ）実施の形態２の水蒸気発生装置の使用例を示す断面図、（ｂ）実施の形態２の水蒸気発生装置の使用例を示す上面図

【図6】（ａ）実施の形態２の水蒸気発生装置の別の使用例を示す断面図、（ｂ）実施の形態２の水蒸気発生装置の別の使用例を示す上面図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
＜全体構成＞図１（ａ）と図１（ｂ）で実施の形態の水蒸気発生装置１００を説明する。
水蒸気発生装置１００は、ホンプ１０と、加熱プレート１２とを有する。
＜加熱プレート１２＞加熱プレート１２は、一例として、横幅１～１．５ｍ、縦幅が２ｍで大きい。ヒータ１４を有し、加熱プレート１２の上面は加熱される。加熱プレート１２は、その表面で水を蒸発させる。加熱プレート１２には、供給板１１と清浄部１３とをさらに有する。

【0009】

供給板１１は、加熱プレート１２の上部にあり、ポンプ１０からの水を加熱プレート１２の上辺全体に薄く均等な厚み（例えば、２～５ｍｍ厚み）で広げ、加熱プレート１２の上辺に流し、水は下辺へ流れる。
＜供給板１１＞供給板１１は、下部へ行くに従って横幅が広がるが、厚みが薄くなる空洞を有する。上部で水を受け、空洞で、均等な厚みの薄いシート状の水にする。図２（ａ）、図２（ｂ）に下面の開口２１の平面図を示す。図２（ａ）では、長方形の開口が１つである。図２（ｂ）では、円形状の複数の開口が均等な間隔で設けられている。円形状でなく、多角形、楕円でも、それらの組み合わせでもよい。開口２１を出た水は、加熱プレート１２上で、均等な厚みの水シートとなる。供給板１１に、ヒータがあるのが好ましい。水を温めて、加熱プレート１２へ供給すればより早く水蒸気にできる。

【0010】

＜清掃部１３＞清掃部１３は、定期的に、加熱プレート１２の表面を清浄する。全体的に金属のプレートで形成されている。
＜ポンプ＞ホンプ１０は、水をくみ上げ、供給板１１で水の厚みを均等化し、加熱プレート１２の表面へ流す。ホンプがなくとも、水が供給されればよい。たとえば、タンクが上部にあり、下部に水蒸気発生装置１００がある場合などである。ホンプ１０は、水を送るポンプでダイヤフラム式でもピストン式でもよい。図示しない制御部で、送る水の量が制御される。
＜連結部１５＞ホンプ１０と、加熱プレート１２とは、連結部１５で接続されている。連結部１５は、水をホンプ１０から加熱プレート１２へ渡たす管、筒、ホースなどである。

【0011】

＜加熱プレート１２＞加熱プレート１２には、鉄の板が表面にあり、裏側にヒータ１４がある。加熱プレート１２の表面は加熱され、その上を流れる水を水蒸気にする。加熱プレート１２の上部ほど、加熱させるため、ヒータ１４の密度を上げるのが好ましい。水が、下部へ移動するまでに水蒸気へ変えるためである。加熱プレート１２は、カバー１９で覆われており、発生した水蒸気を外部へ逃がさず、排気管１６から外部（建物外）へ放出する。なお、ヒータ１４がなく、裏面から加熱源で加熱してもよい。加熱プレート１２の表面は凹凸がないのが好ましい。水が表面の全体に広がりやすく、効率がよい。
図１（ｃ）に加熱プレート１２の変形例を示す。下部が上方へ曲がっている。この場合、水が、加熱プレート１２の表面を流れる時、下方でその速度を緩め、より水蒸気となりやすくできる。

【0012】

＜清浄部１３＞清浄部１３は、加熱プレート１２の表面を洗浄する。洗浄部１３は、加熱プレート１２の下部に位置する。洗浄時は、加熱プレート１２の表面を上方へ移動可能である。１つの例として、円筒形状の回転ブラシで、表面に凹凸があり、回転しながら、上下して、加熱プレート１２の汚れを取りさる。または、板状体で、そのエッジで、加熱プレート１２の表面の汚れをかぎ取る。
＜移動部１７＞水蒸気発生装置１００の下面には、移動部１７がある。コマなどであり、水蒸気発生装置１００を移動できる。また、微動できる。特に、加熱プレート１２の傾斜を微調整する時に有効である。

【0013】

＜角度調整部３１＞水蒸気発生装置１００に、角度調整部３１がさらにあると好ましい。角度調整部３１は、加熱プレート１２の裏面にあり、加熱プレート１２を傾斜させることができる。角度調整部３１は、つっかえ棒的な構造で、加熱プレート１２の裏面の凹凸３７と、下面との間に棒を立てることで、加熱プレート１２を傾斜させ固定できる。なお、別の機構で加熱プレート１２を傾斜させてもよい。この例では、左右に２つの角度調整部３１あり、左右の傾きも調整できる。この角度調整部３１により、加熱プレート１２の傾斜角度を調整でき、その上を流れる水の流下速度を調整にできる。完全に蒸発させることができる。

【0014】

＜プロセス＞１：ポンプ１０が水をくみ上げる。２：ホンプ１０から連結部１５を経由して、供給板１１へ水が移動する。３：供給板１１により水が水平方向へ薄く均等な厚みに広げられ、加熱プレート１２へ流される。水は加熱プレート１２の下方へ流れるにつれて、加熱プレート１２の熱で、蒸発し水蒸気となる。水は、加熱プレート１２の下辺へ流れるまでに蒸発される。４：水蒸気は、カバー１９で包囲された加熱室から排気管１６へ移動する。その後、水蒸気は、外部へ放出される。なお、排気管１６やカバー１９で水蒸気の温度が下がらないように、保温、または、加温されているのが好ましい。水が、加熱プレート１２の下端に到達する前に蒸発させるように、水量と、加熱プレート１２の温度と、加熱プレート１２の傾斜のいずれか１つ以上を調整する。図示しない制御部がある。また、水温と加熱源との関係で水の厚さを調整してもよい。時間を優先し、水量と、加熱プレート１２の温度（水温）と、加熱プレート１２の傾斜との関係から、少なくとも１つ以上を調整する。

【0015】

＜使用例＞図３（ａ）、図３（ｂ）で、水蒸気発生装置１００の使用例（水処理システム１０１）を説明する。タンク３０には、水２２が保管されている。タンク３０に水蒸気発生装置１００をセットする。ホンプ１０を、タンク３０上部にセットし、加熱プレート１２をタンク３０の側面に配置する。ホンプ１０は、吸い上げ管２３で水２２を吸い上げ、連結部１５を介して、加熱プレート１２へ供給する。上記と同様である。加熱プレート１２は、斜め目に保持され、その上を水２２が流れつつ水蒸気へ変換される。傾斜角度は、水平方向に対して、３０度から７５度が好ましい。ただしそれ以外でも傾斜していればよい。図３（ａ）、図３（ｂ）では、１つのタンク３０に１つの水蒸気発生装置１００であるが、複数の水蒸気発生装置１００を設けるのがよい。例えば、図３（ａ）、図３（ｂ）で、タンク３０の２辺に２個の水蒸気発生装置１００、４辺に４つの水蒸気発生装置１００を設けてもよい。

【0016】

＜別の例＞図４で、別の例を説明する。水蒸気発生装置１００にさらに、気体排出管３２、廃液管３５，冷却部３３がある。水処理システム１０１の水蒸気発生装置１００でも、水蒸気発生装置１００単独でもよい。排気管１６の先が２つに分かれ、１方が、気体排出管３２で、他方が、廃液管３５である。廃液管３５には、冷却部３３がある。排気管１６を流れてきた水蒸気は、一部、気体排出部３２から外部へ放出され、残りは、廃液管３５の冷却部３３で、水になり、外部へ放出される。気体排出部３２には、弁４１があり、開口度合いを調整できる。例えば、トリチウム水の場合、トリチウムが、気体排出部３２から出され、水が廃液管３５へ流れる。水は廃棄される。トリチウムの気体は、外部へ放出してもよいし、タンクなどに貯め廃棄してもよい。水２２中の不純物ガスを除去できる。気体排出部３２は、弁４１で調節できる。不純物ガスを通し、水蒸気を通さない程度にしめるのが好ましい。なお、不純物ガスが、空気より重たい場合、気体排出口３２を下向きに設ける。また、廃液管３５からの水を再度、連結部１５から、加熱プレート１２へ供給して、さらに、不純物ガスを取り除いてもよい。

【0017】

（実施の形態２）
図５（ａ）、図５（ｂ）で、実施の形態２の水処理システム１０２を説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。水処理システム１０２では、２つの加熱プレート１２を用いて、内部に加熱源４０を設けた。接続プレート４２で２つの加熱プレート１２間を接続し、内部に加熱源４０を配置した。供給板１１、連結部１５、カバー１９などはそれぞれある。ホンプ１０は、１つでそれぞれに供給するのがよいが、それぞれに２つのポンプ１０をもうけてもよい。
加熱プレート１２に、ヒータを設けてもよいが、ヒータを無くし、加熱源４０により２つの加熱プレート１２を加熱してもよい。加熱源４０として、ガス、赤外線などいろいろな加熱機構をとることができる。加熱源４０により効率的に加熱できる。

【0018】

＜変形例＞
図６（ａ）、図６（ｂ）に、図５（ａ）、図５（ｂ）の例を変形した水処理システム１０３をしめす。説明しない事項は、上記と同様である。異なる点を説明する。水処理システム１０２では、接続プレート４２がなく、ドーナツ状の１つの供給板１１と、円錐の側面形状の１つの加熱プレート１２とがある。内部には加熱源４０がある。１つの供給板１１で、１つの加熱プレート１２の全体へ広げ、水蒸気にする。
（全体として）
タンク３０より低部に、水蒸気発生装置１００を配置すると、ホンプ１０は不要である。例えば、タンク３０の下部に蛇口を設け、蛇口と連結部１５を接続すれば、ポンプ１０は不要である。蛇口で水量を調整できる。
水処理システム１０１の水蒸気発生装置１００は、それ単独で水蒸気発生装置１００として利用できる。実施の形態は組み合わせできる。

【産業上の利用可能性】

【0019】

本願の水蒸気発生装置、方法は、原発の汚染水の処理で用いることができる。原発以外の汚染水の除去にも用いることができる。

【符号の説明】

【0020】

１０ ポンプ、１１ 供給板、１２ 加熱プレート、１３ 清浄部、１４ ヒータ、１５ 連結部、１６ 排気管、１７ 移動部、１９ カバー、２１ 開口、２１ａ 第１開口、２１ｂ 第２開口、２２ 水、２３吸い上げ管、２９ 貯め部、３０ タンク、３１ 角度調整部、３２ 気体排出部、３３ 冷却部、３５ 廃液管、４０ 熱源、４１ 弁、４２ 接続プレート、１００ 水蒸気発生装置、１０１，１０２，１０３ 水処理システム

【要約】

【課題】効率のよく水を蒸発させる水蒸気発生方法と水蒸気発生装置を提供すること。
【解決手段】水を受ける供給板と、上記供給板で、上記水を広げ、上記水を受け、表面で水蒸気を発生させる加熱プレートと、上記加熱プレートの表面を清掃する清掃部と、を含む水蒸気発生装置を用いる。上記水蒸気発生装置と、タンクの水を上記水蒸気発生装置へ送るポンプと、を含む水処理システムを用いる。ポンプで水をくみ上げる工程と、上記ホンプから連結部を経由して、供給板へ上記水が移動させる工程と、上記供給板により上記水が水平方向へ広げられ、加熱プレートへ供給する工程と、上記水は上記加熱プレートの下方へ進むにつれて、上記加熱プレートの熱で、蒸発し水蒸気とする工程と、上記水蒸気は、カバーで制御され排気管へ移動させる工程と、を含む水蒸気発生方法を用いる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】