(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層海水と深層海水との温度差を利用して熱媒を蒸発させ、得られた蒸気によって発電用タービンを駆動して発電する装置と、表層海水と深層海水との温度差を利用して海水を淡水化する装置とを併設し、前記両装置に深層海水を供給する海水ポンプを兼用すると共に、前記発電装置側の温排水を淡水化装置の熱源とし、前記淡水化装置側の温排水を発電装置側の熱媒を加熱する熱源に利用することを特徴とする海水温度差を利用した発電・淡水化装置。
【請求項２】
表層海水を海水ポンプによって発電装置側と海水淡水化装置側とに圧力損失の調整用具を介して逆流を防止しながら供給するように構成した請求項１記載の海水温度差を利用した発電・淡水化装置。
【請求項３】
圧力損失の調整用具はバルブあるいはオリフイスである請求項２記載の海水温度差を利用した発電・淡水化装置。
【請求項４】
海水を淡水化する装置は膜分離装置である請求項１記載の海水温度差を利用した発電・淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は海水の温度差を利用した発電・淡水化装置、更に詳しくは比較的深海域に浮揚するバージ等に設置して海水温度差を効果的に利用して発電と淡水化とを同時に行うことができる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自然エネルギーの利用を図るため風力や波力又は太陽熱を利用することが提案され、その一部は実用化されつつある。海水の温度差を利用してエネルギーを回収する方法もその一つであり、この方法は海水の表層の２８℃程度と５００〜６００ｍ程度の深層の７℃程度の海水温度差を効果的に利用して電力等を得ようとするものである。
【０００３】
この海水温度差発電の一例を示すと、図４に示すように蒸発器１で得られたアンモニアガスＧを管路Ｌ1 でアンモニアタービン２に供給してこのアンモニアタービン２を作動して発電機３を駆動して電力を発生させ、このアンモニアタービン２で低温低圧となったアンモニアガスＧ’を管路Ｌ2 を介して凝縮器４に供給し、こゝで深層海水ポンプ５で管路Ｌ3 を介して供給される低温の深層海水Ｗ1 によって冷却されて凝縮して液体アンモニアＬＧとなり、管路Ｌ4 を経由してアンモニアポンプ６で加圧して蒸発器１に供給する。そしてこの蒸発器１において表層海水ポンプ７により管路Ｌ5 を介して供給される高温の表層海水Ｗ2 より熱を受けてアンモニアガスＧを発生するようになっている。
【０００４】
また、一方で海水温度差発電とは独立して海水を淡水化する装置が提案されている。なお、海水温度差発電は、陸地より遠く離れた海域に浮揚する浮体上にプラントを設置して行うものであるので、このプラントを操作する人達の生活水が必要であり、このプラントは必要なものである。
この淡水化装置は、図５に示すように分離膜装置８の冷却側８a に冷却水ポンプ９で管路Ｌ6 を経由して低温の深層海水Ｗ1 を供給する。そして、原海水投入ポンプ１０で表層海水Ｗ2 を海水ポンプ１１を有する管路Ｌ7 を経由して熱交換器１２に供給して昇温させた後、分離膜装置８の高温側８b に供給するようにしている。この高温側８b には膜体８c が配置されており、この膜体８c を表層海水Ｗ2 の一部が蒸気の状態で透過し、この蒸気は冷却側８a を流れる低温の深層海水Ｗ1 によって冷却されて淡水Ｗ3 となり、真空ポンプ１３を経て貯槽１４に回収するようになっている。
【０００５】
前記のように海水温度差発電装置と、海水の淡水化装置とは独立して実施されており、両者を合体化して効率化を図るという手段が提案されていなかった。ところで、海水温度差発電装置と海水淡水化装置には次のような大きな問題があった。
即ち、図４に示す発電装置の場合は、海水より大量の熱を得るために蒸発器１と凝縮器４に大量の海水を供給する必要があり、そのため深層海水ポンプ５と表層海水ポンプ７を駆動する電力は発電量の２０％も必要とするために有効に利用できる電力が減少するばかりでなく、更に通常は表層海水Ｗ2 の温度が２８℃程度と比較的低く、十分な熱量を確保するためには蒸発器１に大量の表層海水Ｗ2 を供給する必要とすることから装置が大型化するという問題があった。また、図５に示す淡水化装置の場合は、冷却水ポンプ９と原海水投入ポンプ１０に多量の動力を必要とするという問題があった。
【０００６】
前記のように海水温度差発電装置と海水淡水化装置には各種の問題が存在しているが、これをまとめると次のようになる。
１）海水温度差発電装置
ア）深層海水と表層海水の温度差が比較的小さい。
イ）深層と表層との海水の温度差が小さいことから、十分な熱量を得るためには大量の海水を必要とする。具体的には発電量12.5ＭＷで30 t/sもの海水を必要とする。
【０００７】
ウ）イ）のように、大量の海水を移送する必要があることから大型の海水ポンプが必要となる。
エ）タービンの冷却用に使用した温排水が多量に廃棄され、エネルギーが無駄になる。
２）海水淡水化装置
Ａ）十分な熱量を得るために海水を大量に必要とする。但し、１）の方法とは比較にならない程度に少ない。
【０００８】
Ｂ）海水を大量に必要とするために大型の海水ポンプを必要とする。
Ｃ）廃棄される温排水が多量に発生する。
Ｄ）淡水製造のため海水を温める必要がある。
本発明は前記海水温度差発電方法と海水淡水化方法との両方法の欠点を分析した結果、両者を結合することによってこれらの欠点を大幅に改善できることを見出し、提案することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本的な技術思想は、（ア〜Ｃ）、（イ〜Ｂ）、（ウ〜Ａ）及び（エ〜Ｄ）の２条件あるいはそれ以上の条件を相互に組合わせることによって両工程の欠点を互いに補完させて結合された両工程の総合的な効率化を図ろうとするものである。
【００１０】
本発明に係る海水温度差を利用した発電・淡水化装置は、表層海水と深層海水との温度差を利用して熱媒を蒸発させ、得られた蒸気によって発電用タービンを駆動して発電する装置と、表層海水と深層海水との温度差を利用して海水を淡水化する装置とを併設し、前記両装置に深層海水を供給する海水ポンプを兼用すると共に、前記発電装置側の温排水を淡水化装置の熱源とし、前記淡水化装置側の温排水を発電装置側の熱媒を加熱する熱源に利用することを特徴としている。
【００１１】
表層海水を海水ポンプによって発電装置側と海水淡水化装置側とに圧力損失の調整用具を介して逆流を防止しながら供給するように構成している。また、この圧力損失の調整用具はバルブあるいはオリフイスを使用するのがよい。更に、海水を淡水化する装置は膜分離装置を使用するのが好ましい。
【００１２】
【作  用】
海水温度差を利用した発電設備に海水淡水化装置を併設したので、海水淡水化装置の海水ポンプを削減することが可能となる。海水淡水化装置の排水の熱を発電装置側の熱媒を加熱する熱源として利用できるので、熱を効率的に利用することができる。
【００１３】
【実  施  例】
以下、図１及び２に基づき本発明による海水温度差利用による発電・淡水化装置の実施例を説明する。
（実施例−１）
図１は「電力優先」の実施例のプロセスフローシートであり、蒸発器２１でガス化したアンモニアガスＧは例えば２２．９℃程度の温度で管路２２からアンモニアタービン２３に供給され、このアンモニアタービン２３を作動させて発電機２４（出力：１２９．５ＭＷ）を駆動する。
【００１４】
そしてこのアンモニアタービン２３で使用されたアンモニアガスＧ’は低温となって管路２５から凝縮器２６に供給され、こゝで深層海水ポンプ２７（出力：１４．４ＭＷ）により管路２８を経て７℃程度の深層海水Ｗ1 （流量：２．９２×１０5 kg/s）により冷却されて凝縮し、例えば１２．５℃程度の液体アンモニアＬＧとなってアンモニアポンプ２９により管路３０を経て蒸発器２１に供給される。
【００１５】
そしてこの蒸発器２１には表層海水ポンプ３１により管路３２を経て供給される２８℃程度の表層海水Ｗ2 （流量：３．５２×１０5 kg/s）と、後述する管路３３から供給される約４１．８℃程度の加熱海水Ｗ4 （流量：１．３５×１０3 kg/s）との混合海水Ｗ5 （流量：３．５２×１０5 kg/s）が２８℃程度となって供給され、液体アンモニアＬＧを気化させる。このようにして海水温度差発電が行なわれるのである。
【００１６】
一方、分離膜装置３４の冷却側３４ａには管路２８上で、かつ深層海水ポンプ２７の下流側に連結された管路３５から約７℃程度の深層海水Ｗ1 （流量：１．１０×１０3 kg/s）が供給され、膜体３４ｃを透過した蒸気を冷却した後、約２５℃に昇温し、管路３６において蒸発器２１から送出された海水と合流して系外へ排出される。
【００１７】
表層海水ポンプ３１により管路３２に供給された表層海水Ｗ2 （流量：１．３９×１０3 kg/s）の一部は管路３７から熱交換器３８に至り、こゝで５５℃程度の加熱海水Ｗ4 となって分離膜装置３４の高温側３４ｂに至り、その一部が膜体３４ｃを水蒸気となって透過して真空側３４ｄに至り、こゝで冷却されて透過液となる。即ち、淡水（流量：３４．７kg/s）が製造されることになる。なお、４０は真空側３４ｄ内を真空に保持するための真空ポンプである。
【００１８】
分離膜装置３４の高温側３４ｂに供給された加熱海水Ｗ4 は、これを通過する間に４１．８℃程度に減温されて加熱海水Ｗ5 となって管路３３から管路３２に流入し、蒸発器２１に供給される。
この場合、実際の運転においては前記した発電系と淡水化系においては圧力損失が異なる。即ち、一般には淡水化系の圧力損失が大きい（抵抗が大きい）ために表層海水ポンプ３１から供給される表層海水Ｗ2 が蒸発器２１側へ流入し易く、管路３７への流入量が減少する傾向がある。そのため、この管路３２にバルブ３９を設けてこれによって自動的に圧力制御して分離膜装置３４側へ供給される表層海水Ｗ2 の流量を調節する。このバルブ３９の代わりに流量を管路にオリフイスを設けて流量を調節するようにしてもよい。
【００１９】
なお、４１は凝縮器２６の排出管路であり、更に４２は熱交換器２１を通過した海水Ｗ5 の一部をアンモニアタービン２３の軸受冷却水として利用して６０℃程度に昇温させて熱交換器３８の熱源とするための管路である。
図２に図１におけるラインを丸印内の記号で示し、物質・熱収支を下記の表１に示している。
【００２０】
0003640410.tif 000002
（実施例−２）
図３は「淡水優先」の実施例のプロセスフローシートであり、淡水の製造量を増加させ、その代わりに淡水製造の排熱を用いてアンモニア蒸発器の大きさを小さくすることを目的としたものである。図３と図２との装置を比較すると、蒸発器の入口での海水温度が２８℃から３９℃と高くなっている。従って、ΔＴm が大きくなるので熱交換器の伝熱面積を小さくすることができ、熱交換器全体の大きさを小さくすることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明にかかる海水温度差を利用した発電・淡水化装置は、表層海水Ｗ2 と深層海水Ｗ1 との温度差を利用して熱媒を蒸発させ、得られた蒸気によって発電用タービン２３を駆動して発電する装置と、表層海水Ｗ2 と深層海水Ｗ1 との温度差を利用して海水を淡水化する装置３４とを併設し、前記両装置に深層海水Ｗ1 を供給する海水ポンプ２７を兼用すると共に、前記発電装置側の温排水を淡水化装置の熱源とし、前記淡水化装置側の温排水を発電装置側の熱媒を加熱する熱源に利用することを特徴としており、次の効果を奏することができる。
【００２２】
Ａ）発電装置側の深層海水ポンプ２７を淡水化装置側の深層海水ポンプと兼用するために高価なポンプを１台あるいは少数台準備するだけで良く、ポンプ購入費のコストを低減することができる。
なお、ポンプの容量にもよるが、１０3 〜１０5 t/h の容量のポンプは１台では実現できず、複数台のものを必要とする。従って、淡水化装置のポンプも複数台あり、このポンプ台数の削減による建設費の低下は大きいものがある。
【００２３】
Ｂ）淡水化装置の分離膜装置と３４より排出される高温の温排水Ｗ5 を発電装置側の蒸発器２１の熱原として使用することにより、この熱交換器２１を小型化することができ、これもまた熱交換器２１の製造コストを低減することができることになる。
Ｃ）タービン２３の軸受部分を冷却した冷却水を淡水化装置の熱交換器３８の熱原として使用することにより、表層海水Ｗ2 を温めるヒータが不要となる。
【００２４】
Ｄ）既設の海水温度差発電装置に、海水温度差淡水化装置を併設することによって陸地より離れた海域の発電設備に生活用淡水を供給することができるので、一連の装置を効率的に設置し、運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すフローシートである。
【図２】図２のフローシートにおける物質・熱収支を示すための図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示すフローシートである。
【図４】従来の海水温度差発電装置の一例を示すフローシートである。
【図５】従来の海水温度差淡水化装置の一例を示すフローシートである。
【符号の説明】
２１  蒸発器    ２２，２５，２８，３０，３２，３３  管路
２３  アンモニアタービン  ２６  凝縮器    ２７  深層海水ポンプ
２９  アンモニアポンプ    ３１  表層海水ポンプ    ３４  分離膜装置
３４ａ  冷却側    ３４ｂ  高温側    ３４ｃ  膜体    ３４ｄ  真空側
３８  熱交換器    ３９  圧力損失の調整用具：バルブ
４０  真空ポンプ    ４１  排水管路
【図１】
0003640410.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003640410.tif 000006
【図５】
0003640410.tif 000007