特許 7250325 膜蒸留式蒸留装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-24

(45)【発行日】2023-04-03

(54)【発明の名称】膜蒸留式蒸留装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/36 20060101AFI20230327BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20230327BHJP

   B01D 69/08 20060101ALI20230327BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20230327BHJP

【ＦＩ】

B01D61/36

B01D61/58

B01D69/08

C02F1/44 G

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019098971

(22)【出願日】2019-05-28

(65)【公開番号】P2020192495

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2022-03-02

(73)【特許権者】

【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】110001597

【氏名又は名称】弁理士法人アローレインターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】池田 充志

【審査官】富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１９６１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０００７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／００６６６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０５－０５７３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３４９２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｃ０２Ｆ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給された被処理液の蒸気が透過する蒸留膜を有する蒸発部と、前記蒸発部で発生した蒸気を前記蒸発部に供給する前の被処理液により冷却して蒸留水を生成する復水部とを備える船舶用の膜蒸留式蒸留装置であって、
前記蒸発部を通過した被処理液を循環ポンプで昇圧し、前記循環ポンプで昇圧された被処理液を、前記復水部を通過して前記循環ポンプを通過していない被処理液の一部と共に前記蒸発部に供給する膜蒸留式蒸留装置。

【請求項2】

前記蒸留膜は、多孔質中空糸膜である請求項１に記載の膜蒸留式蒸留装置。

【請求項3】

前記復水部を通過した被処理液の一部を加熱して前記蒸発部に供給する加熱部を更に備える請求項１または２に記載の膜蒸留式蒸留装置。

【請求項4】

供給された被処理液の蒸気が透過する蒸留膜を有する蒸発部と、前記蒸発部で発生した蒸気を前記蒸発部に供給する前の被処理液により冷却して蒸留水を生成する復水部とを備える膜蒸留式蒸留装置であって、
前記蒸発部を通過した被処理液を循環ポンプで昇圧して、前記復水部を通過した被処理液の一部と共に前記蒸発部に供給し、
エゼクタポンプの作動により前記復水部に供給される被処理液を作動流体として、前記蒸発部を通過した被処理液の一部を吸引する水エゼクタを更に備える膜蒸留式蒸留装置。

【請求項5】

前記蒸発部および前記復水部は、それぞれ多段に接続されており、
最後段の前記蒸発部を通過した被処理液を前記循環ポンプで昇圧して、前記復水部を通過して前記循環ポンプを通過していない被処理液の一部と共に最前段の前記蒸発部に供給する請求項１から４のいずれかに記載の膜蒸留式蒸留装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、膜蒸留式蒸留装置に関し、より詳しくは、船舶用の造水装置等に好適に使用される膜蒸留式蒸留装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の膜蒸留式蒸留装置として、例えば、特許文献１に開示された船舶用の造水装置が知られている。図３に示すように、この造水装置５０は、船舶に取り入れられた海水を加熱する加熱装置６０と、加熱装置６０で加熱された海水が流れる加熱海水通液部７０と、真空部７１と、加熱海水通液部７０と真空部７１とを隔てる疎水性多孔質膜７２と、加熱海水通液部７０の海水から疎水性多孔質膜７２を通じて真空部７１に流入した蒸気を冷却して凝縮する冷却部７３と、を備えた真空蒸留モジュール６１と、真空部７１を減圧する水エゼクタ６２とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１６／００６６６６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に開示された造水装置は、加熱海水通液部７０を通過した海水が船外に排出されるため、船舶の喫水線の高さによっては、海水の排出揚程を十分高める必要が生じる（例えば、約８ｍＡｑ）。ところが、真空蒸留モジュール６１への海水の供給圧力を高くして排出揚程を高めようとすると、疎水性多孔質膜７２に大きな力が作用し、海水の漏れが発生するおそれがあった。特に、真空蒸留モジュール６１の蒸留膜として中空糸膜を使用する場合には、海水の排出揚程に加えて、中空糸膜を通過する際の圧力損失も考慮して真空蒸留モジュール６１への供給圧力を設定する必要があることから、中空糸膜に過大な力が作用するおそれがあり、蒸留膜の耐久性を高める観点から更に改良の余地があった。

【0005】

そこで、本発明は、蒸留膜の耐久性を向上させることができる膜蒸留式蒸留装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の前記目的は、供給された被処理液の蒸気が透過する蒸留膜を有する蒸発部と、前記蒸発部で発生した蒸気を前記蒸発部に供給する前の被処理液により冷却して蒸留水を生成する復水部とを備える船舶用の膜蒸留式蒸留装置であって、前記蒸発部を通過した被処理液を循環ポンプで昇圧し、前記循環ポンプで昇圧された被処理液を、前記復水部を通過して前記循環ポンプを通過していない被処理液の一部と共に前記蒸発部に供給する膜蒸留式蒸留装置により達成される。

【0007】

この膜蒸留式蒸留装置において、前記蒸留膜は、多孔質中空糸膜であることが好ましい。

【0008】

また、前記復水部を通過した被処理液の一部を加熱して前記蒸発部に供給する加熱部を更に備えることが好ましい。

【0009】

あるいは、本発明の前記目的は、供給された被処理液の蒸気が透過する蒸留膜を有する蒸発部と、前記蒸発部で発生した蒸気を前記蒸発部に供給する前の被処理液により冷却して蒸留水を生成する復水部とを備える膜蒸留式蒸留装置であって、前記蒸発部を通過した被処理液を循環ポンプで昇圧して、前記復水部を通過した被処理液の一部と共に前記蒸発部に供給し、エゼクタポンプの作動により前記復水部に供給される被処理液を作動流体として、前記蒸発部を通過した被処理液の一部を吸引する水エゼクタを更に備える膜蒸留式蒸留装置により達成される。

【0010】

これらの膜蒸留式蒸留装置において、前記蒸発部および前記復水部は、それぞれ多段に接続することが可能である。この場合、最後段の前記蒸発部を通過した被処理液を前記循環ポンプで昇圧して、前記復水部を通過して前記循環ポンプを通過していない被処理液の一部と共に最前段の前記蒸発部に供給するように構成することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、蒸留膜の耐久性を向上させることができる膜蒸留式蒸留装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る膜蒸留式蒸留装置の概略構成図である。

【図2】本発明の他の実施形態に係る膜蒸留式蒸留装置の概略構成図である。

【図3】従来の膜蒸留式蒸留装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る膜蒸留式蒸留装置の概略構成図である。図１に示すように、膜蒸留式蒸留装置１は、被処理液の蒸気が生成される蒸発部１０と、蒸発部１０で発生した蒸気から蒸留水を生成する復水部２０と、被処理液を加熱する加熱部３０とを備えている。

【0014】

蒸発部１０は、疎水性多孔質膜からなる複数の中空糸膜を束状に構成した蒸留膜１２を備えている。疎水性多孔質膜の材料としては、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等を例示することができる。蒸発部１０に供給された海水等の被処理液は、各中空糸膜に一端側から導入されて他端側から排出される間に、一部が蒸気となって中空糸膜を透過する。蒸留膜１２は、膜蒸留が可能な構成であれば必ずしも多孔質中空糸膜に限定されるものではなく、例えば、上記特許文献１に開示された構成と同様に、平膜状の疎水性多孔質膜などであってもよい。

【0015】

復水部２０は、蒸発部１０から蒸気路４１を介して供給される蒸気を、被処理液により伝熱面を介して冷却することにより、蒸留水を生成する。生成された蒸留水は、ポンプ７の作動により回収路４２に接続された不図示の回収タンク等に回収される。本実施形態においては、蒸留部１０および復水部２０が蒸気路４１を介して連通されているが、蒸留部１０および復水部２０を同一のケーシング内に収容する等して一体化してもよい。

【0016】

復水部２０への被処理液の供給は、エゼクタポンプ２の作動により水エゼクタ３を介して行われる。水エゼクタ３は、復水部２０に連通する吸引路４３が接続されており、被処理液を作動流体として復水部２０および蒸発部１０の内部を抽気することにより、蒸発部１０における蒸気の生成が促される。蒸発部１０の抽気は、水エゼクタ３を使用する代わりに、真空ポンプやアスピレータ等の真空装置によって行うことも可能である。

【0017】

加熱部３０は、供給された被処理液を熱源との熱交換により加熱する。膜蒸留式蒸留装置１を船舶用として使用する場合には、ディーゼル機関の冷却等に用いられたジャケット冷却水を、加熱部３０の熱源として使用することができる。但し、膜蒸留式蒸留装置１は、船舶用以外の用途にも適用可能であり、それぞれの用途に応じて利用可能な温水や蒸気等の高温流体を熱源とすることができる。

【0018】

エゼクタポンプ２の作動により流路４４から復水部２０に供給された被処理液は、蒸気との熱交換を行った後に、被処理液の一部が流路４５を経て加熱部３０に供給される一方、被処理液の残部は流路４５から分岐する排出路４６を経て船外等の系外に排出される。被処理液の系外への排出流量は、流路４５に設けられたバルブ４の開度調整により制御することができる。

【0019】

加熱部３０で加熱された被処理液は蒸発部１０に供給され、蒸留膜１２を構成する中空糸膜の内部を通過する過程で一部が蒸気になって、中空糸膜を透過する。一方、蒸発部１０を通過した被処理液は、循環ポンプ５の作動により流路４７を経て、流路４５における加熱部３０の上流側に戻される。

【0020】

流路４７は、循環ポンプ５の上流側で分岐路４８が分岐しており、分岐路４８が水エゼクタ３に接続されている。水エゼクタ３は、エゼクタポンプ２の作動により復水部２０に供給される被処理液を作動流体として、蒸発部１０を通過した被処理液の一部を吸引する。分岐路４８は、水エゼクタ３に接続する代わりに、ポンプ等の排出装置に接続して、被処理液の一部を系外に排出するようにしてもよい。

【0021】

上記の構成を備える蒸留式蒸留装置１によれば、復水部２０で蒸気の冷却を行った被処理液の一部のみを蒸発部１０に供給するように構成されており、被処理液の残部を蒸発部１０の上流側で系外に排出することができる。したがって、被処理液の排出揚程を高める必要がある場合でも、蒸発部１０の蒸留膜１２に過大な力が作用するおそれがなく、蒸留膜１２の耐久性を高めることができる。

【0022】

また、蒸発部１０を通過した被処理液が、循環ポンプ５により昇圧されて、復水部２０を通過した被処理液の一部と共に蒸発部１０に供給されるので、蒸留膜１２および加熱部３０での圧力損失に相当する分のみを、循環ポンプ５の作動により補うことができる。したがって、蒸留膜１２に供給される被処理液の圧力を、蒸留膜１２の許容圧力以下である所望の圧力（例えば、０．１～０．１５ＭＰａ）に容易に維持することができ、膜蒸留を確実に行いつつ、蒸留膜１２の良好な耐久性を得ることができる。蒸発部１０に供給される被処理液の圧力調整は、分岐路４８に設けられたバルブ６の開度を操作して行うことができる。また、このように、循環ポンプ５の作動により被処理液を蒸発部１０の上流側に還流させることで熱回収を行うことができるので、加熱部３０の小型化を図ることができる。

【0023】

循環ポンプ５により被処理液を還流させる位置は、本実施形態においては加熱部３０の上流側としているが、還流される被処理液の温度が十分高い場合には、加熱部３０の下流側（加熱部３０と蒸発部１０との間）であってもよい。

【0024】

図２は、本発明の他の実施形態に係る膜蒸留式蒸留装置１の概略構成図である。図２に示す膜蒸留式蒸留装置１は、図１に示す膜蒸留式蒸留装置１において、蒸発部１０および復水部２０をそれぞれ２段式として、２つの蒸発部１０－１，１０－２および２つの復水部２０－１，２０－２を備える構成としたものであり、他の構成については図１の構成と同様である。蒸発部１０－１，１０－２は、図１に示す構成と同様に蒸留膜を備えており、生成された蒸気が蒸気路４１－１，４１－２を介してそれぞれ復水部２０－１，２０－２に供給される。蒸発部１０－１，１０－２および復水部２０－１，２０－２は、３段以上設けてもよい。

【0025】

このように、蒸発部１０－１，１０－２および復水部２０－１，２０－２を、２段以上の多段式に構成する場合、最後段の蒸発部１０－２を通過した被処理液を循環ポンプ５で昇圧して、復水部２０－１，２０－２を通過した被処理液の一部と共に、最前段の蒸発部１０－１に供給することで、各蒸発部１０－１，１０－２が備える蒸留膜の耐久性を良好に維持しつつ、被処理液の膜蒸留を効率良く行うことができる。

【0026】

本発明の膜蒸留式蒸留装置は、海水を膜蒸留して淡水を生成するのに好適に使用され、特に、排出揚程を高める必要がある船舶用の膜蒸留式造水装置として好適に使用することができる。但し、被処理液は海水以外であってもよく、例えば、種々の水溶液の濃縮等に使用することもできる。

【0027】

（実施例）
図１に示す膜蒸留式蒸留装置１を用いて、エゼクタポンプ２の作動により２６ｔ／ｈ（３２℃）の海水を供給して、1日あたり約２０ｔの蒸留水を生成した。水エゼクタ３の通過により海水の流量は２７．９ｔ／ｈとなり、復水器２０の通過により海水が３３℃から５４℃まで昇温された。この後、２５．１ｔ／ｈの海水を８０～１００ｋＰａで系外に排出し、残りの２．８ｔ／ｈの海水を、循環ポンプ５により還流される２３．３ｔ／ｈの海水と合流させて、加熱部３０に供給した。加熱部３０を通過した海水の流量および温度は、２６ｔ／ｈ、７５℃となり、これを蒸発部１０に供給することで０．８ｔ／ｈの蒸気が生成され、これを復水部２０において蒸留水として回収した。蒸発部１０を通過した２５．２ｔ／ｈの海水は、１．９ｔ／ｈが水エゼクタ３に吸引されて、残りを循環ポンプ５により還流した。上記の条件下で、蒸留膜１２の入口圧力は０．１～０．１５ＭＰａの範囲に維持され、蒸留膜１２の耐久性を良好に維持できることを確認した。

【符号の説明】

【0028】

１ 膜蒸留式蒸留装置
２ エゼクタポンプ
３ 水エゼクタ
５ 循環ポンプ
１０ 蒸発部
２０ 復水部
３０ 加熱部

【図1】

【図2】

【図3】