(57)【要約】【課題】逆浸透膜装置を用いることなく淡水を生成することが可能な発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムを提供すること。【解決手段】発電装置（１００）と淡水化装置（２００）とを組み合わせたシステムにおいて、発電装置（１００）は、第一熱交換器（１１）と、膨張機（１２）と、空間（１３ａ）を有しており海水（Ｓ）を蒸発させて水蒸気（Ｍ）を発生させる第二熱交換器（１３）と、作動媒体ポンプ（１４）とが直列に接続された循環回路（１０）と、発電機（１５）とを備え、淡水化装置（２００）は、空間（１３ａ）内の気体を吸引する吸引ポンプ（２１）と、空間（１３ａ）内の気圧が飽和水蒸気圧となるように吸引ポンプ（２１）を駆動する制御手段（３１）と、空間（１３ａ）から導入された水蒸気（Ｍ）を凝縮させる凝縮器（２２）と、凝縮器（２２）で凝縮された淡水（Ｗ）を貯留する淡水貯留タンク（２０３）とを備えること。【選択図】図１
2014058903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムであって、
前記発電装置は、外部から供給される発電用熱媒体と作動媒体とを熱交換させることにより当該作動媒体を蒸発させる第一熱交換器と、前記作動媒体を膨張させる膨張機と、所定の空間を有しており、前記作動媒体と外部から前記空間に供給された海水とを熱交換させることにより、当該作動媒体を凝縮させるとともに前記海水を蒸発させて水蒸気を発生させる第二熱交換器と、前記第二熱交換器で凝縮された作動媒体を前記第一熱交換器へと送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環回路と、
前記膨張機内で前記作動媒体が膨張することにより駆動される発電機と、を備え、
前記淡水化装置は、前記第二熱交換器の前記空間内の気体を吸引する吸引ポンプと、
前記空間内の気圧が飽和水蒸気圧となるように前記吸引ポンプを駆動する制御手段と、
外部から供給される冷却媒体と前記第二熱交換器の前記空間から導入された水蒸気とを熱交換させることにより当該水蒸気を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された淡水を貯留する淡水貯留タンクと、を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムにおいて、
前記制御手段は、定期的に前記吸引ポンプを駆動するシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムにおいて、
前記淡水化装置は、前記第二熱交換器の前記空間内の気圧を検知する圧力センサをさらに有し、
前記制御手段は、前記圧力センサで検知された値が前記空間内の水蒸気の飽和水蒸気圧よりも高い所定値になったときに前記空間内の気圧が飽和水蒸気圧になるように前記吸引ポンプを駆動するシステム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムにおいて、
前記淡水化装置は、外部から供給される淡水化用熱媒体と海水とを熱交換させることにより当該海水を蒸発させる蒸発器と、
海水を前記蒸発器に送り込む蒸発器用ポンプと、
前記蒸発器で発生した水蒸気が前記第一熱交換器の発電用熱媒体として利用されるように当該水蒸気を前記第一熱交換器へ導く第一導入流路と、
前記第一熱交換器で凝縮された淡水を前記淡水貯留タンクへ導く第二導入流路と、をさらに備えるシステム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムにおいて、
前記凝縮器の冷却媒体として、海水が用いられるシステム。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の発電装置において、
前記淡水化装置は、前記蒸発器に供給される淡水化用熱媒体を加熱するための太陽熱集熱器をさらに備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電を行うとともに、海水から淡水を生成する（造水する）システムが知られている。例えば、特許文献１には、発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムが開示されている。前記発電装置は、作動媒体を蒸発させる第一熱交換器と、この第一熱交換器の下流側に設けられた膨張機と、この膨張機から排出された作動媒体と外部から供給される海水とを熱交換させる第二熱交換器と、この第二熱交換器から流出した作動媒体を前記第一熱交換器へ送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環回路と、前記膨張機に接続された発電機と、を備える。前記淡水化装置は、前記第二熱交換器に海水を導入する海水導入流路と、逆浸透膜を有しており第二熱交換器を経由した後の海水から淡水を得る逆浸透膜装置と、第二熱交換器を経由した後の海水を加圧して前記逆浸透膜装置に送る加圧ポンプと、逆浸透膜装置で搾り出された淡水を回収する淡水回収タンクと、を備える。
【０００３】
前記発電装置では、前記循環回路を循環する作動媒体により前記膨張機が駆動され、これにより前記発電機から電力が発生する。前記淡水化装置では、加圧ポンプにより加圧された海水が逆浸透膜装置に送られることにより、当該逆浸透膜装置の逆浸透膜から淡水が搾り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０９２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のシステムで用いられる逆浸透膜装置は、逆浸透膜の機能低下を防ぐために、当該逆浸透膜の定期的なメンテナンスが要求される。さらに、この逆浸透膜装置とともに用いられる加圧ポンプは、逆浸透膜から淡水を搾り出すために海水を非常に高圧となるまで加圧する必要があり、そのために当該加圧ポンプの駆動には非常に大きな電力が必要となるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、逆浸透膜装置を用いることなく淡水を生成することが可能な発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムであって、前記発電装置は、外部から供給される発電用熱媒体と作動媒体とを熱交換させることにより当該作動媒体を蒸発させる第一熱交換器と、前記作動媒体を膨張させる膨張機と、所定の空間を有しており、前記作動媒体と外部から前記空間に供給された海水とを熱交換させることにより、当該作動媒体を凝縮させるとともに前記海水を蒸発させて水蒸気を発生させる第二熱交換器と、前記第二熱交換器で凝縮された作動媒体を前記第一熱交換器へと送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環回路と、前記膨張機内で前記作動媒体が膨張することにより駆動される発電機と、を備え、前記淡水化装置は、前記第二熱交換器の前記空間内の気体を吸引する吸引ポンプと、前記空間内の気圧が飽和水蒸気圧となるように前記吸引ポンプを駆動する制御手段と、外部から供給される冷却媒体と前記第二熱交換器の前記空間から導入された水蒸気とを熱交換させることにより当該水蒸気を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された淡水を貯留する淡水貯留タンクと、を備えるシステムを提供する。
【０００８】
本発明によれば、前記第二熱交換器の空間内の海水を蒸発させることにより水蒸気を発生させ、その水蒸気を前記凝縮器で凝縮させることによって淡水が生成されるため、従来のような逆浸透膜装置を省略することができ、これにより、逆浸透膜のメンテナンスや、その駆動に非常に大きな電力が必要となる加圧ポンプが不要となる。特に、本発明では、前記制御手段は、前記第二熱交換器の空間内の気圧が飽和水蒸気圧となるように前記吸引ポンプを駆動するので、当該空間内の海水は、前記作動媒体から熱を受け取ることによってすぐに蒸発する。このようにして発生した十分な量の水蒸気は、前記凝縮器に導かれ当該凝縮器で凝縮される。すなわち、本発明では、前記吸引ポンプで前記空間内の気圧を飽和水蒸気圧とすることによって当該空間内の海水の蒸発が促進されるので、十分な量の淡水が生成される。さらに、前記吸引ポンプは、前記空間内の気圧を飽和水蒸気圧に下げることができる程度の動力で十分なので、従来のように、逆浸透膜から淡水を搾り出すための加圧ポンプに比べて必要な電力が削減される。
【０００９】
この場合において、前記制御手段は、定期的に前記吸引ポンプを駆動することが好ましい。
【００１０】
このように、定期的に前記吸引ポンプを駆動するという簡単な制御により、造水効率の低下を抑制しながら、前記吸引ポンプの駆動電力を低減することができる。すなわち、前記吸引ポンプを常時駆動すると、造水効率は最大となるものの、前記吸引ポンプの駆動電力が大きくなる一方、前記空間内の気圧が飽和水蒸気圧となった後に前記吸引ポンプの駆動を完全に停止すると、前記第二熱交換器の空間内に外気が浸入する等して当該空間内の気圧が上昇し、当該空間内の海水の蒸発量、つまり造水効率が低下することが懸念される。これに対し、定期的に前記吸引ポンプを駆動して前記空間内の気圧を飽和水蒸気圧とすることによって、当該空間内の海水の蒸発が促進されるので、造水効率の低下を抑制しながら、前記吸引ポンプの駆動電力を低減することができる。また、定期的に吸引ポンプを駆動するという単純な制御なので、安価に導入することができる。
【００１１】
また、本発明において、前記淡水化装置は、前記第二熱交換器の前記空間内の気圧を検知する圧力センサをさらに有し、前記制御手段は、前記圧力センサで検知された値が前記空間内の水蒸気の飽和水蒸気圧よりも高い所定値になったときに前記空間内の気圧が飽和水蒸気圧になるように前記吸引ポンプを駆動することが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、前記吸引ポンプを定期的に駆動する場合に比べ、造水効率の低下をさらに抑制しながら、前記吸引ポンプの駆動電力をさらに抑制することができる。すなわち、前記圧力センサで検知された値が前記空間内の気体の飽和水蒸気圧よりも高い所定値になったときに前記吸引ポンプを駆動して前記空間内の気圧を飽和水蒸気圧とするので、前記空間内の気圧は常に前記所定値と飽和水蒸気圧との間に保たれる。よって、高い造水効率を維持しながら、前記吸引ポンプの駆動電力を低減させることができる。
【００１３】
また、本発明において、前記淡水化装置は、外部から供給される淡水化用熱媒体と海水とを熱交換させることにより当該海水を蒸発させる蒸発器と、海水を前記蒸発器に送り込む蒸発器用ポンプと、前記蒸発器で発生した水蒸気が前記第一熱交換器の発電用熱媒体として利用されるように当該水蒸気を前記第一熱交換器へ導く第一導入流路と、前記第一熱交換器で凝縮された淡水を前記淡水貯留タンクへ導く第二導入流路と、をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、前記蒸発器での海水の蒸発により生じた水蒸気が前記第一熱交換器の発電用熱媒体として用いられ、かつ、その水蒸気は前記作動媒体と熱交換することにより凝縮して淡水となって前記淡水貯留タンクへ導かれるので、効率的に造水量を増加させることができる。換言すれば、この発明では、前記第二熱交換器の空間内で発生した水蒸気を凝縮させることによって淡水を得る造水系統とは別の造水系統が追加されるが、この追加された造水系統は、前記作動媒体を加熱するという機能と、造水するという機能を両立する。
【００１５】
また、本発明において、前記凝縮器の冷却媒体として、海水が用いられることが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、前記冷却媒体として特別に専用の媒体を準備する必要がなくなるので、淡水化の製造コストが削減される。
【００１７】
また、本発明において、前記淡水化装置は、前記蒸発器に供給される淡水化用熱媒体を加熱するための太陽熱集熱器をさらに備えることが好ましい。
【００１８】
このようにすれば、化石燃料を燃焼させて淡水化用熱媒体を加熱する場合に比べ、二酸化炭素等の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、逆浸透膜装置を用いることなく淡水を生成することが可能な発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の発電装置と淡水化装置とを組み合わせたシステムの概略を示す図である。
【図２】図１に示すシステムの変形例の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態の発電装置１００と淡水化装置２００とを組み合わせたシステムについて、図１を参照しながら説明する。
【００２２】
発電装置１００は、作動媒体が循環する循環回路１０と、発電機１５とを備える。なお、前記作動媒体として、水よりも沸点の低い作動媒体（例えば、Ｒ２４５ｆａ）が用いられる。
【００２３】
循環回路１０は、作動媒体を蒸発させる第一熱交換器１１と、作動媒体を膨張させる膨張機１２と、膨張機１２から排出された作動媒体を凝縮させる第二熱交換器１３と、第二熱交換器１３で凝縮された作動媒体を第一熱交換器１１へ送る作動媒体ポンプ１４とが配管を介して直列に接続された閉回路である。
【００２４】
第一熱交換器１１は、液状の作動媒体を蒸発させて湿り蒸気、飽和蒸気、あるいは過熱蒸気とするものである。第一熱交換器１１は、作動媒体が流れる作動媒体流路１１ａと、外部の熱源から供給される発電用熱媒体が流れる熱媒体流路１１ｂとを有している。作動媒体流路１１ａは、循環回路１０の配管に接続されている。すなわち、作動媒体流路１１ａの一端は、作動媒体ポンプ１４と第一熱交換器１１との間に設けられる配管に接続されており、作動媒体流路１１ａの他端は、第一熱交換器１１と膨張機１２との間に設けられる配管に接続されている。作動媒体流路１１ａを流れる作動媒体は、熱媒体流路１１ｂを流れる発電用熱媒体と熱交換することにより蒸発する。本実施形態では、熱媒体流路１１ｂを流れる発電用熱媒体として、後述するように太陽熱を熱源とする太陽熱集熱器４０により生成された水蒸気Ｍが用いられる。ただし、この発電用熱媒体は、これに限られない。
【００２５】
膨張機１２は、循環回路１０における第一熱交換器１１の下流側に設けられており、第一熱交換器１１で蒸発した作動媒体を膨張させることによって当該作動媒体から運動エネルギーを取り出す。本実施形態では、膨張機１２としてスクリュ膨張機が用いられている。スクリュ膨張機は、膨張機のケーシング内に形成されたロータ室（図示せず）に雌雄一対のスクリュロータ（図示せず）が収容されている。このスクリュ膨張機では、前記ケーシングに形成された吸気口から前記ロータ室に供給された作動媒体の膨張力によって前記スクリュロータが回転する。そして、前記ロータ室内で膨張することにより圧力が低下した作動媒体は、前記ケーシングに形成された排出口から排出される。本実施形態では、この排出口から排出された作動媒体の温度は約６０℃である。なお、膨張機１２は、スクリュ膨張機に限られず、スクロール膨張機等であってもよい。
【００２６】
第二熱交換器１３は、所定の空間１３ａが形成された本体部と、この空間１３ａ内を通過するように設けられておりその内部を作動媒体が流れる作動媒体流路１３ｂとを有している。作動媒体流路１３ｂは、循環回路１０の配管に接続されている。すなわち、作動媒体流路１３ｂの一端は、膨張機１２と第二熱交換器１３との間に設けられる配管に接続されており、作動媒体流路１３ｂの他端は、第二熱交換器１３と作動媒体ポンプ１４との間に設けられる配管に接続されている。この空間１３ａ内に外部から表層の海水Ｓが供給されることにより、作動媒体流路１３ｂは当該海水Ｓ中に浸される。第二熱交換器１３は、空間１３ａに供給された海水Ｓと作動媒体流路１３ｂ内を流れる作動媒体とを熱交換させることにより、当該作動媒体を凝縮させる。このとき、前記海水Ｓが蒸発して空間１３ａ内に水蒸気Ｍが発生するが、この水蒸気Ｍについては後述する。この第二熱交換器１３の作動媒体流路１３ｂには、膨張機１２から排出されたガス状の作動媒体、例えば６０℃、２００ｋＰａ程度の作動媒体が流入する。そして、この作動媒体流路１３ｂからは、海水Ｓと熱交換することにより凝縮した液状の作動媒体、例えば３３℃、２００ｋＰａ程度の作動媒体が流出する。
【００２７】
作動媒体ポンプ１４は、循環回路１０における第二熱交換器１３の下流側（第二熱交換器１３と第一熱交換器１１との間）に設けられており、作動媒体を循環回路１０内で循環させるためのものである。この作動媒体ポンプ１４は、第二熱交換器１３で凝縮された液状の作動媒体を所定の圧力まで加圧して第一熱交換器１１に送り出す。作動媒体ポンプ１４としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプや、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が用いられる。
【００２８】
発電機１５は、膨張機１２に接続されており、膨張機１２内で作動媒体が膨張して前記スクリュロータが駆動されることにより駆動される。具体的には、発電機１５は、膨張機１２の一対のスクリュロータのうちの一方に接続された回転軸を有しており、この回転軸が前記スクリュロータの回転に伴って回転することにより電力を発生させる。本実施形態では、この発電機１５からは、約１００ｋＷの発電量が得られる。
【００２９】
次に、淡水化装置２００について説明する。この淡水化装置２００は、第一の造水系統２０１と第二の造水系統２０２と、淡水Ｗを貯留する淡水貯留タンク２０３とを有する。第一の造水系統２０１は、第二熱交換器１３の空間１３ａ内で発生した水蒸気Ｍを利用して造水する系統であり、第二の造水系統２０２は、後述の蒸発器３３の空間３３ａ内で発生した水蒸気Ｍを利用して造水する系統である。
【００３０】
第一の造水系統２０１は、その内部を気体が流れる気体流路２０と、気体を吸引する吸引ポンプ２１と、外部から供給される冷却媒体としての海水Ｓと水蒸気Ｍとを熱交換させることにより当該水蒸気Ｍを凝縮させる凝縮器２２と、第二熱交換器１３の空間１３ａ内の水蒸気Ｍを凝縮器２２に導入する水蒸気導入流路２３と、その内部を冷却媒体が流れる冷却媒体流路２４と、この冷却媒体流路２４に設けられた凝縮器用ポンプ２５と、凝縮器２２で凝縮した淡水を淡水貯留タンク２０３に導入する淡水導入流路２７と、この淡水導入流路２７に設けられた淡水送出ポンプ２８と、第二熱交換器１３の空間１３ａに海水Ｓを補充する海水補充流路２９と、この海水補充流路２９に設けられており空間１３ａに海水Ｓを送り込む第二熱交換器用ポンプ３０と、制御手段３１と、第二熱交換器１３の空間１３ａ内の温度を検知する温度センサ３２ａと、第二熱交換器１３の空間１３ａ内の気圧を検知する圧力センサ３２ｂとを備える。第二の造水系統２０２は、外部から供給される淡水化用熱媒体と海水Ｓとを熱交換させることにより、淡水化用熱媒体を凝縮させるとともに当該海水Ｓを蒸発させる蒸発器３３と、蒸発器３３に海水Ｓを補充する海水補充流路３４と、この海水補充流路３４に設けられた蒸発器用ポンプ３５と、蒸発器３３で発生した水蒸気Ｍを第一熱交換器１１へ導く第一導入流路３６と、第一熱交換器１１で凝縮された淡水を淡水貯留タンク２０３へ導く第二導入流路３７と、淡水化用熱媒体を循環させる循環回路３８と、この循環回路３８に設けられた循環ポンプ３９と、淡水化用熱媒体を加熱する太陽熱集熱器４０とを備える。
【００３１】
まず、第一の造水系統２０１について説明する。
【００３２】
凝縮器２２は、所定の空間２２ａが形成された本体部を有している。気体流路２０の一端は空間２２ａに接続されており、この気体流路２０に吸引ポンプ２１が設けられている。そして、水蒸気導入流路２３は、第二熱交換器１３の空間１３ａと凝縮器２２の空間２２ａとを接続している。このため、吸引ポンプ２１が駆動されると、第二熱交換器１３の空間１３ａ内の気体が水蒸気導入流路２３及び凝縮器２２の空間２２ａを通って気体流路２０の他端側へ吐出される。
【００３３】
冷却媒体流路２４は、空間２２ａ内を通過するように設けられているとともに、その両端が海水Ｓ中に配置されている。そのため、凝縮器用ポンプ２５は、冷却媒体流路２４内に海水Ｓを送り込む。本実施形態では、この海水Ｓの温度は、例えば２５℃である。なお、この凝縮器２２で用いられる冷却媒体、すなわち、冷却媒体流路２４内を流れる冷却媒体は、海水Ｓに限られない。
【００３４】
淡水導入流路２７は、凝縮器２２と淡水貯留タンク２０３とを接続しており、淡水送出ポンプ２８は、凝縮器２２内の淡水Ｗを淡水貯留タンク２０３に送り込む。
【００３５】
海水補充流路２９は、第二熱交換器１３の空間１３ａに海水Ｓを補充するための流路である。本実施形態では、この海水Ｓの温度は、例えば２５℃である。ただし、空間１３ａに補充される海水Ｓは、低温の海水、すなわち、深層の海水Ｓでもよい。これは、発電機１５からより多くの電力が得られるという理由による。つまり、発電機１５から得られる電力は、膨張機１２の排出側の作動媒体の圧力が低いほど大きくなり、膨張機１２の排出側の作動媒体の圧力は、空間１３ａに供給される海水Ｓの温度が低いほど低くなるからである。
【００３６】
制御手段３１は、温度に応じた飽和水蒸気圧が記録された記録部３１ａと、記録部３１ａを参照することにより温度センサ３２ａで検知された値から当該温度での飽和水蒸気圧を算出する算出部３１ｂと、圧力センサ３２ｂで検知された値が、算出部３１ｂで算出された空間１３ａ内の飽和水蒸気圧に一定値だけ加えられた所定値となったときに吸引ポンプ２１を駆動するポンプ駆動部３１ｃと、圧力センサ３２ｂで検知された値が前記飽和水蒸気圧以下となったときに吸引ポンプ２１の駆動を停止するポンプ停止部３１ｄとを有する。
【００３７】
この第一の造水系統２０１での造水を開始する前は、空間１３ａ内に海水Ｓが充填されており、この状態での空間１３ａ内の気圧は前記所定値よりも高くなっている場合がある。この場合、第一の造水系統２０１での造水を開始すると、ポンプ駆動部３１ｃが吸引ポンプ２１を駆動し、空間１３ａ内の気体は、吸引ポンプ２１に吸引されて気体流路２０の他端側に吐出される。そして、空間１３ａ内の気圧が飽和水蒸気圧以下になると、ポンプ停止部３１ｄが吸引ポンプ２１の駆動を停止する。
【００３８】
この状態、すなわち、空間１３ａ内及び空間２２ａ内の気圧が飽和水蒸気圧となった状態では、当該空間１３ａ内の海水Ｓは、循環回路１０を循環する作動媒体から熱を受け取ることによりすぐに蒸発する。なお、本実施形態では、このときに発生する水蒸気Ｍの温度は、例えば３１℃であり、その飽和水蒸気圧は４．５０ｋＰａである。このようにして空間１３ａ内に水蒸気Ｍが発生すると、当該空間１３ａ内の気圧は凝縮器２２の空間２２ａ内の気圧よりも高くなるので、当該水蒸気Ｍは、水蒸気導入流路２３を通って凝縮器２２の空間２２ａに導かれ、冷却媒体流路２４内の海水Ｓと熱交換することにより凝縮する。これにより生成された淡水Ｗは、淡水導入流路２７を通って淡水貯留タンク２０３に導かれる。ここで、第二熱交換器１３の空間１３ａ内から凝縮器２２の空間２２ａに至った水蒸気Ｍは、当該凝縮器２２で凝縮するので、空間１３ａ内の気圧が空間２２ａ内の気圧よりも高い状態が維持される。そのため、空間１３ａで発生した水蒸気Ｍは、自ずと空間２２ａに導かれる。
【００３９】
次に、第二の造水系統２０２について説明する。
【００４０】
蒸発器３３は、所定の空間３３ａが形成された本体部を有している。循環回路３８は、この空間３３ａ内を通過するように設けられておりその内部を淡水化用熱媒体が流れる。この循環回路３８は、空間３３ａ内に配置された熱媒体流路３３ｂを有している。この空間３３ａ内に外部から海水Ｓが供給されることにより、熱媒体流路３３ｂは当該海水Ｓ中に浸される。
【００４１】
海水補充流路３４は、蒸発器３３の空間３３ａに海水Ｓを補充するための流路である。海水Ｓは、蒸発器用ポンプ３５により空間３３ａに送り込まれる。この海水補充流路３４を通じて補充される海水Ｓは、淡水化用熱媒体との熱交換により蒸発される必要があるので、その温度は高い方が、つまり、表層の海水Ｓであることが好ましい。
【００４２】
第一導入流路３６は、蒸発器３３の空間３３ａと第一熱交換器１１の熱媒体流路１１ｂの一端側との間を接続しており、第二導入流路３７は、第一熱交換器１１の熱媒体流路１１ｂの他端側と淡水貯留タンク２０３との間を接続している。
【００４３】
この第二の造水系統２０２での造水を開始するとき、蒸発器用ポンプ３５と循環ポンプ３９とが駆動される。これにより、淡水化用作動媒体は、循環ポンプ３９により加圧されて循環回路３８を循環する。すなわち、淡水化用作動媒体は、循環ポンプ３９により太陽熱集熱器４０側に送られ、この太陽熱集熱器４０で加熱されることによって蒸発した後、蒸発器３３の熱媒体流路３３ｂに流入する。そして、この淡水化用作動媒体は、蒸発器３３の空間３３ａ内の海水Ｓと熱交換することにより凝縮し、蒸発器３３から流出して再び循環ポンプ３９に至るというようにして循環回路３８を循環する。
【００４４】
このとき、蒸発器３３内では、海水Ｓが淡水化用熱媒体から熱を受け取ることによって蒸発し、水蒸気Ｍが発生する。この水蒸気Ｍは、第一導入流路３６を通って第一熱交換器１１の熱媒体流路１１ｂに導かれ、作動媒体流路１１ａを循環する作動媒体と熱交換することによって凝縮して淡水となる。そして、この淡水Ｗは、第二導入流路３７を通って淡水貯留タンク２０３に導かれる。
【００４５】
すなわち、この第二の造水系統２０２は、海水Ｓから淡水Ｗを生成する過程で生じる水蒸気Ｍを、発電装置１００の発電用熱媒体として利用するので、造水する機能に加え、前記作動媒体を加熱するという機能も兼ね備えている。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態の発電装置１００と淡水化装置２００とを組み合わせたシステムによれば、第二熱交換器１３の空間１３ａ内の海水Ｓを蒸発させることにより水蒸気Ｍを発生させ、その水蒸気Ｍを凝縮器２２で凝縮させることによって淡水Ｗが生成されるため、従来のような逆浸透膜装置を省略することができ、これにより、逆浸透膜のメンテナンスや、その駆動に非常に大きな電力が必要となる加圧ポンプが不要となる。特に、この実施形態では、制御手段３１は、第二熱交換器１３の空間１３ａ内の気圧が飽和水蒸気圧となるように吸引ポンプ２１を駆動するので、当該空間１３ａ内の海水Ｓは、作動媒体から熱を受け取ることによってすぐに蒸発する。このようにして発生した十分な量の水蒸気Ｍは、凝縮器２２に導かれ当該凝縮器２２で凝縮される。すなわち、本実施形態では、吸引ポンプ２１で空間１３ａ内の気圧を飽和水蒸気圧とすることによって当該空間１３ａ内の海水Ｓの蒸発が促進されるので、十分な量の淡水Ｗが生成される。さらに、吸引ポンプ２１は、空間１３ａ内の気圧を飽和水蒸気圧に下げることができる程度の動力で十分なので、従来のように、逆浸透膜から淡水を搾り出すための加圧ポンプに比べて必要な電力が削減される。
【００４７】
また、本実施形態の制御手段３１は、圧力センサ３２ｂで検知された値が空間１３ａ内の水蒸気Ｍの飽和水蒸気圧よりも高い所定値になったときに空間１３ａ内の気圧が飽和水蒸気圧になるように吸引ポンプ２１を駆動するので、造水効率の低下を抑制しながら、吸引ポンプ２１の駆動電力を抑制することができる。すなわち、吸引ポンプ２１を常時駆動すると、造水効率は最大となるものの、吸引ポンプ２１の駆動電力が大きくなる一方、第二熱交換器１３の空間１３ａ内の気圧が飽和水蒸気圧となった後に吸引ポンプ２１の駆動を完全に停止すると、空間１３ａ内に外気が浸入する等して当該空間１３ａ内の気圧が上昇し、当該空間１３ａ内の海水の蒸発量、つまり造水効率が低下することが懸念される。これに対し、圧力センサ３２ｂで検知された値が空間１３ａ内の気体の飽和水蒸気圧よりも高い所定値になったときに吸引ポンプ２１を駆動して空間１３ａ内の気圧を飽和水蒸気圧とすることにより、空間１３ａ内の気圧は常に前記所定値と飽和水蒸気圧との間に保たれる。よって、高い造水効率を維持しながら、吸引ポンプ２１の駆動電力を低減させることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、蒸発器３３での海水Ｓの蒸発により生じた水蒸気Ｍが第一熱交換器１１の発電用熱媒体として用いられ、かつ、その水蒸気Ｍは作動媒体と熱交換することにより凝縮して淡水Ｗとなって淡水貯留タンク２０３へ導かれるので、効率的に造水量を増加させることができる。換言すれば、本実施形態の淡水化装置２００は、第二熱交換器１３の空間１３ａ内で発生した水蒸気Ｍを凝縮させることによって淡水Ｗを得る第一の造水系統２０１とは別の第二の造水系統２０２を有するが、この第二の造水系統２０２は、作動媒体を加熱するという機能と、造水するという機能を両立する。
【００４９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、第一熱交換器１１の発電用熱媒体として、太陽熱集熱器４０により生成された水蒸気Ｍを用いることが例示されているが、発電用熱媒体はこれに限定されない。この発電用熱媒体は、坑井（蒸気井）から採取された蒸気や温水、工場等から排出された蒸気や温水、あるいは、バイオマスや化石燃料を熱源とするボイラーから生成された蒸気や温水等であってもよい。ただし、造水量の点から、蒸発器３３において海水Ｓを蒸発させることにより発生させた水蒸気Ｍを用いる方が好ましい。
【００５１】
また、上記実施形態では、制御手段３１は、温度センサ３２ａ及び圧力センサ３２ｂで検知された値に基づいて吸引ポンプ２１を駆動する例を示したが、これら温度センサ３２ａ及び圧力センサ３２ｂを省略するとともに、この制御手段３１のポンプ駆動部３１ｃが吸引ポンプ２１の停止から一定時間経過後に当該吸引ポンプ２１を駆動し、ポンプ停止部３１ｄが吸引ポンプ２１の駆動から所定時間経過後に当該吸引ポンプ２１を停止するようにしてもよい。なお、この場合、記録部３１ａ及び算出部３１ｂも省略される。この場合であっても、造水効率の低下を抑制しながら、吸引ポンプ２１の駆動電力を抑制することができる。つまり、定期的に吸引ポンプ２１を駆動して空間１３ａ内の気圧を飽和水蒸気圧とすることによって、当該空間１３ａ内の海水Ｓの蒸発が促進されるので、造水効率の低下を抑制しながら、吸引ポンプ２１の駆動電力を低減することができる。また、この場合、定期的に吸引ポンプ２１を駆動するという単純な制御となるので、制御手段３１を安価に構築することができる。
【００５２】
また、上記実施形態では、淡水化用熱媒体が太陽熱集熱器４０により加熱される例が示されているが、この淡水化用熱媒体は、坑井（蒸気井）から採取された蒸気や温水、工場等から排出された蒸気や温水、あるいは、バイオマスや化石燃料を熱源とするボイラーから生成された蒸気や温水等により加熱される構成であってもよい。
【００５３】
また、図２に示すように、第一の造水系統２０１に、脱気筒４１、海水流路４２及び脱気筒用ポンプ４３が付加されてもよい。脱気筒４１は、気体流路２０における凝縮器２２と吸引ポンプ２１との間に設けられる。この脱気筒４１は、所定の空間４１ａが形成された本体部と、当該空間４１ａと凝縮器２２の空間２２ａとを接続する接続流路４１ｂとを有する。海水流路４２は、空間４１ａ内を通過するように設けられておりその内部を海水Ｓが流れる流路である。脱気筒用ポンプ４３は、海水流路４２に設けられており当該海水流路４２内に海水Ｓを送り込む。なお、本実施形態では、この海水Ｓの温度は、例えば２５℃である。
【００５４】
このように、第一の造水系統２０１が脱気筒４１、海水流路４２及び脱気筒用ポンプ４３を含む場合において吸引ポンプ２１が駆動されると、空間２２ａ内の水蒸気Ｍは脱気筒４１の空間４１ａに至り、当該空間４１ａ内で海水流路４２内を流れる海水Ｓと熱交換することにより凝縮する。これにより生成された淡水Ｗは、接続流路４１ｂを通じて空間２２ａ内に戻される。このようにすれば、吸引ポンプ２１の駆動時に凝縮器２２の空間２２ａ内の水蒸気Ｍが吸引ポンプ２１側に吸引されたとしても、当該水蒸気Ｍは、脱気筒４１で凝縮されて凝縮器２２に戻されるので、凝縮器２２の空間２２ａ内の水蒸気Ｍが吸引ポンプ２１により吸引されて造水量が低下するといった不具合の発生が抑制される。
【符号の説明】
【００５５】
１０    循環回路
１１    第一熱交換器
１１ａ  作動媒体流路
１１ｂ  熱媒体流路
１２    膨張機
１３    第二熱交換器
１３ａ  空間
１３ｂ  作動媒体流路
１４    作動媒体ポンプ
１５    発電機
２０    吸引流路
２１    吸引ポンプ
２２    凝縮器
２２ａ  空間
２３    水蒸気導入流路
２４    冷却媒体流路
２５    凝縮器用ポンプ
２７    淡水導入流路
２８    淡水送出ポンプ
２９    海水補充流路
３０    第二熱交換器用ポンプ
３１    制御手段
３１ａ  記録部
３１ｂ  算出部
３１ｃ  ポンプ駆動部
３１ｄ  ポンプ停止部
３２ａ  温度センサ
３２ｂ  圧力センサ
３３    蒸発器
３３ａ  空間
３３ｂ  熱媒体流路
３４    海水補充流路
３５    蒸発器用ポンプ
３６    第一導入流路
３７    第二導入流路
３８    循環回路
３９    循環ポンプ
４０    太陽熱集熱器
４１    脱気筒
４１ａ  空間
４２    海水流路
４３    脱気筒用ポンプ
１００  発電装置
２００  淡水化装置
２０１  第一の造水系統
２０２  第二の造水系統
２０３  淡水貯留タンク
Ｍ      水蒸気
Ｓ      海水
Ｗ      淡水
【図１】
2014058903.tif 000003
【図２】
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