(57)【要約】【課題】本発明は、低コストで海水を取水できる海水取水システムを提供する。【解決手段】本発明の海水取水システムは、海岸近くに設けられかつ井戸穴を有しかつ地中に浸透した海水が前記井戸穴の側壁又は底から流入するように設けられた井戸と、貯水槽と、前記井戸と前記貯水槽とを連通させる連通流路と、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水を揚水する第１ポンプとを備え、前記井戸は、前記井戸内の塩水の水面の水位が海水面の水位に連動するように設けられ、前記連通流路は、前記井戸内の塩水の水面の水位が高くなると前記井戸内の塩水が前記貯水槽に流入するように設けられ、前記貯水槽は、前記井戸から流入した塩水を貯留することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海岸近くに設けられかつ井戸穴を有しかつ地中に浸透した海水が前記井戸穴の側壁又は底から流入するように設けられた井戸と、貯水槽と、前記井戸と前記貯水槽とを連通させる連通流路と、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水を揚水する第１ポンプとを備え、
前記井戸は、前記井戸内の塩水の水面の水位が海水面の水位に連動するように設けられ、
前記連通流路は、前記井戸内の塩水の水面の水位が高くなると前記井戸内の塩水が前記貯水槽に流入するように設けられ、
前記貯水槽は、前記井戸から流入した塩水を貯留することを特徴とする海水取水システム。
【請求項２】
前記井戸穴は、海水が前記井戸内に流入する海水流入部と非透水性を有する非透水部とを有する側壁を有し、
前記海水流入部は、干潮における海水面より低い部分に設けられ、
前記非透水部は、干潮における海水面より高い部分に設けられた請求項１に記載の海水取水システム。
【請求項３】
前記井戸は、前記井戸内の塩水の水面の上の気体を実質的に密閉できるように設けられた請求項２に記載の海水取水システム。
【請求項４】
前記貯水槽は、淡水が流入するように設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載の海水取水システム。
【請求項５】
前記井戸の底の土砂を吸揚する第２ポンプをさらに備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の海水取水システム。
【請求項６】
前記井戸穴は、傾斜した底部を有する請求項５に記載の海水取水システム。
【請求項７】
前記連通流路は、前記貯水槽の底部に近接する流出口を有する請求項１〜６のいずれか１つに記載の海水取水システム。
【請求項８】
前記連通流路は、逆流防止弁を有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の海水取水システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の海水取水システムと、脱塩装置とを備え、
前記脱塩装置は、前記海水取水システムにより取水した塩水から淡水と高濃度塩水を製造する淡水化プラント。
【請求項１０】
前記脱塩装置は、逆浸透膜によるろ過により淡水と高濃度塩水を製造する請求項９に記載の淡水化プラント。
【請求項１１】
自然エネルギーを用いた発電装置をさらに備え、
前記脱塩装置は、前記発電装置から供給される電力を利用してろ過を行う請求項１０に記載の淡水化プラント。
【請求項１２】
前記発電装置は、太陽電池である請求項１１に記載の淡水化プラント。
【請求項１３】
第１放熱部および第１吸熱部を有する第１熱交換器をさらに備え、
第１吸熱部は、前記太陽電池から吸熱するように設けられ、
第１放熱部は、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水に放熱するように設けられた請求項１２に記載の淡水化プラント。
【請求項１４】
浸透圧発電装置をさらに備え、
前記浸透圧発電装置は、半透膜と、前記半透膜により仕切られた高濃度側流路および低濃度側流路と、前記高濃度側流路または前記低濃度側流路と連通した水力発電タービンとを有し、
前記高濃度側流路は、前記高濃度塩水が流入するように設けられた請求項９〜１３のいずれか１つに記載の淡水化プラント。
【請求項１５】
第２放熱部および第２吸熱部を有する第２熱交換器をさらに備え、
第２吸熱部は、前記高濃度側流路を流れる塩水から吸熱するように設けられ、
第２放熱部は、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水に放熱するように設けられた請求項１４に記載の淡水化プラント。
【請求項１６】
加熱により前記高濃度塩水を濃縮する加熱装置をさらに備える請求項１４または１５に記載の淡水化プラント。
【請求項１７】
第３放熱部および第３吸熱部を有する第３熱交換器をさらに備え、
第３吸熱部は、前記加熱装置により加熱された前記高濃度塩水から生じた水蒸気を冷却するように設けられ、
第３放熱部は、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水に放熱するように設けられた請求項１６に記載の淡水化プラント。
【請求項１８】
前記加熱装置は、前記高濃度塩水から生じた水蒸気を前記井戸内の塩水中または前記貯水槽内の塩水中に供給するように設けられた請求項１６に記載の淡水化プラント。
【請求項１９】
前記海水取水システムにより取水した塩水に接触可能に設けられかつ受光可能に設けられた光触媒部をさらに備える請求項９〜１８のいずれか１つに記載の淡水化プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水取水システムおよび淡水化プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料水などの生活用水が不足しやすい地域において、海水を淡水化して生活用水を製造する淡水化プラントが建設されている。淡水化プラントでは、海から海水を取水し、海水に含まれるゴミやバクテリアなどを取り除いた後、逆浸透膜ろ過装置などにより、淡水を製造する。海水を海から取水する方法としては、海中から直接海水を取水する方法、海岸近くに掘った井戸から海水を取水する方法（例えば、特許文献１参照）、海底に埋設した取水管を介して海水を取水する方法（例えば、特許文献２参照）などが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】昭６１−８２８８５号公報
【特許文献２】特開２００６−１５２７９８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、従来の海水の取水方法では、干潮により海水面の水位が低くなった場合、揚水に用いるポンプの消費電力が大きくなり、淡水の製造コストを増大させている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストで海水を取水できる海水取水システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、海岸近くに設けられかつ井戸穴を有しかつ地中に浸透した海水が前記井戸穴の側壁又は底から流入するように設けられた井戸と、貯水槽と、前記井戸と前記貯水槽とを連通させる連通流路と、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水を揚水する第１ポンプとを備え、前記井戸は、前記井戸内の塩水の水面の水位が海水面の水位に連動するように設けられ、前記連通流路は、前記井戸内の塩水の水面の水位が高くなると前記井戸内の塩水が前記貯水槽に流入するように設けられ、前記貯水槽は、前記井戸から流入した塩水を貯留することを特徴とする海水取水システムを提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、海岸近くに設けられかつ井戸穴を有しかつ地中に浸透した海水が前記井戸穴の側壁又は底から流入するように設けられた井戸を備えるため、海中と井戸との間の砂礫などによるろ過により、海水に含まれていたゴミなどが取り除かれた塩水を井戸内に溜めることができる。
本発明によれば、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水を揚水する第１ポンプを備えるため、第１ポンプにより井戸内の塩水または貯水槽内の塩水を取水することができる。
本発明によれば、前記井戸は、前記井戸内の塩水の水面の水位が海水面の水位に連動するように設けられるため、井戸内の塩水の水面の水位を、潮の干満による海水面の水位の変化に連動して変動させることができる。このことにより、満潮時に井戸内の塩水を揚水し取水することにより、揚水に用いるポンプの消費エネルギーを小さくすることができる。
【０００７】
本発明によれば、貯水槽と、前記井戸と前記貯水槽とを連通させる連通流路とを備え、前記連通流路は、前記井戸内の塩水の水面の水位が高くなると前記井戸内の塩水が前記貯水槽に流入するように設けられるため、潮の干満により井戸内の塩水の水位が上昇したとき、井戸内の塩水を連通流路を介して貯水槽に流入させることができる。従って、貯水槽への塩水の流入を潮の干満を利用して行うことができ、ポンプなどを利用する必要がなく、低コスト化することができる。
本発明によれば、前記貯水槽は、前記井戸から流入した塩水を貯留するため、潮の干満により井戸内の塩水の水位が低下したときでも貯水槽内の塩水の水面の水位を高い状態で維持することができる。従って、満潮時など井戸内の塩水の水位が高いときには、井戸から塩水を取水し、干潮時など井戸内の塩水の水位が低いときには、塩水の水位が高い貯水槽から塩水を取水することができる。このことにより、より小さい消費電力で塩水を揚水することができ、海水を取水するコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の海水取水システムの構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の海水取水システムの構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の淡水化プラントの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の海水取水システムは、海岸近くに設けられかつ井戸穴を有しかつ地中に浸透した海水が前記井戸穴の側壁又は底から流入するように設けられた井戸と、貯水槽と、前記井戸と前記貯水槽とを連通させる連通流路と、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水を揚水する第１ポンプとを備え、前記井戸は、前記井戸内の塩水の水面の水位が海水面の水位に連動するように設けられ、前記連通流路は、前記井戸内の塩水の水面の水位が高くなると前記井戸内の塩水が前記貯水槽に流入するように設けられ、前記貯水槽は、前記井戸から流入した塩水を貯留することを特徴とする。
【００１０】
本発明の海水取水システムにおいて、前記井戸穴は、海水が前記井戸内に流入する海水流入部と非透水性を有する非透水部とを有する側壁を有し、前記海水流入部は、干潮における海水面より低い部分に設けられ、前記非透水部は、干潮における海水面より高い部分に設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、干潮における海水面より低い部分に設けられた海水流入部のみから海水を井戸内に流入させることができ、砂礫によるろ過距離を長くすることができる。このことにより、井戸内の塩水の水質を向上させることができる。
【００１１】
本発明の海水取水システムにおいて、前記井戸は、前記井戸内の塩水の水面の上の気体を実質的に密閉できるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、井戸内の気圧を低下させることが可能となり、水蒸気から生じた水滴を井戸内の塩水に流入させることができ、井戸内の塩水の塩分濃度を低下させることができる。
本発明の海水取水システムにおいて、前記貯水槽は、淡水が流入するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、貯水槽内の塩水の塩分濃度を低減することができる。このことにより、貯水槽から取水した塩水を淡水化するためのコストを低減することができる。
【００１２】
本発明の海水取水システムにおいて、前記井戸の底の土砂を吸揚する第２ポンプをさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、第２ポンプにより井戸の底に堆積した砂などを浚渫することができる。
本発明の海水取水システムにおいて、前記井戸穴は、傾斜した底部を有することが好ましい。
このような構成によれば、井戸の底に堆積した砂などを底部の最低部に集めることができ、第２ポンプにより効率的に浚渫することができる。
【００１３】
本発明の海水取水システムにおいて、前記連通流路は、前記貯水槽の底部に近接する流出口を有することが好ましい。
このような構成によれば、連通流路に貯水槽内の気体が流入することを抑制することができ、井戸を容易に気密構造とすることができる。
本発明の海水取水システムにおいて、前記連通流路は、逆流防止弁を有することが好ましい。
このような構成によれば、貯水槽内の塩水が連通流路を流れ井戸に流入することを抑制することができる。
【００１４】
本発明は、本発明の海水取水システムと、脱塩装置とを備え、前記脱塩装置は、前記海水取水システムにより取水した塩水から淡水と高濃度塩水を製造する淡水化プラントも提供する。
本発明の淡水化プラントによれば、本発明の海水取水システムにより低コストで取水した塩水から淡水を製造することができる。
本発明の淡水化プラントにおいて、前記脱塩装置は、逆浸透膜によるろ過により淡水と高濃度塩水を製造することが好ましい。
このような構成によれば、優れたエネルギー効率で淡水を製造することができる。
【００１５】
本発明の淡水化プラントにおいて、自然エネルギーを用いた発電装置をさらに備え、前記脱塩装置は、前記発電装置から供給される電力を利用してろ過を行うことが好ましい。
このような構成によれば、化石燃料や核燃料による発電装置による電力を用いずに淡水を製造することができる。
本発明の淡水化プラントにおいて、前記発電装置は、太陽電池であることが好ましい。
このような構成によれば、太陽光エネルギーを利用して淡水を製造することができる。
【００１６】
本発明の淡水化プラントにおいて、第１放熱部および第１吸熱部を有する第１熱交換器をさらに備え、第１吸熱部は、前記太陽電池から吸熱するように設けられ、第１放熱部は、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水に放熱するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、太陽電池の発電効率を高くすることができる。また、井戸内の塩水の温度または貯水槽内の塩水の温度を高くすることができ、取水する塩水の水粘性を低下させることができる。このことにより、淡水化コストを低減することができる。
本発明の淡水化プラントにおいて、浸透圧発電装置をさらに備え、前記浸透圧発電装置は、半透膜と、前記半透膜により仕切られた高濃度側流路および低濃度側流路と、前記高濃度側流路または前記低濃度側流路と連通した水力発電タービンとを有し、前記高濃度側流路は、前記高濃度塩水が流入するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、脱塩装置から排出される高濃度塩水を利用して発電することができる。
【００１７】
本発明の淡水化プラントにおいて、第２放熱部および第２吸熱部を有する第２熱交換器をさらに備え、第２吸熱部は、前記高濃度側流路を流れる塩水から吸熱するように設けられ、第２放熱部は、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水に放熱するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、浸透圧発電装置の発電効率を向上させることができる。また、井戸内の塩水の温度または貯水槽内の塩水の温度を高くすることができ、取水する塩水の水粘性を低下させることができる。このことにより、淡水化コストを低減することができる。
本発明の淡水化プラントにおいて、加熱により前記高濃度塩水を濃縮する加熱装置をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、脱塩装置から排出される高濃度塩水の塩分濃度を高くすることができ、高濃度塩水を利用して発電する浸透圧発電装置の発電性能を向上させることができる。
【００１８】
本発明の淡水化プラントにおいて、第３放熱部および第３吸熱部を有する第３熱交換器をさらに備え、第３吸熱部は、前記加熱装置により加熱された前記高濃度塩水から生じた水蒸気を冷却するように設けられ、第３放熱部は、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水に放熱するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、加熱装置から生じる水蒸気を利用して淡水を製造することができる。また、井戸内の塩水の温度または貯水槽内の塩水の温度を高くすることができ、取水する塩水の水粘性を低下させることができる。このことにより、淡水化コストを低減することができる。
本発明の淡水化プラントにおいて、前記加熱装置は、前記高濃度塩水から生じた水蒸気を前記井戸内の塩水中または前記貯水槽内の塩水中に供給するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、井戸内の塩水の温度または貯水槽内の塩水の温度を高くすることができ、取水する塩水の水粘性を低下させることができる。このことにより、淡水化コストを低減することができる。また、貯水槽内の塩水の塩分濃度を低減することができ、貯水槽から取水した塩水を淡水化するためのコストを低減することができる。
【００１９】
本発明の淡水化プラントにおいて、前記海水取水システムにより取水した塩水に接触可能に設けられかつ受光可能に設けられた光触媒部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、光触媒部の光触媒活性により塩水に含まれる有機物などを除去することができ、塩水の水質を向上させることができる。
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００２０】
海水取水システム
図１、２は、それぞれ本実施形態の海水取水システムの構成を示す概略断面図である。
本実施形態の海水取水システム２０は、海岸近くに設けられかつ井戸穴を有しかつ地中に浸透した海水が前記井戸穴の側壁又は底から流入するように設けられた井戸３と、貯水槽４と、井戸３と貯水槽４とを連通させる連通流路８と、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水を揚水する第１ポンプ１２ａとを備え、井戸３は、井戸３内の塩水６の水面の水位が海水面の水位に連動するように設けられ、連通流路８は、井戸３内の塩水６の水面の水位が高くなると井戸３内の塩水６が貯水槽４に流入するように設けられ、貯水槽４は、井戸３から流入した塩水７を貯留することを特徴とする。
以下、本実施形態の海水取水システム２０について説明する。
【００２１】
１．井戸
井戸３は、海岸近くに設けられる。また、井戸３は、海水が地中から流入するように設けられる。井戸３の井戸穴は、例えば、油圧ショベルやボーリング機械などで砂浜などを掘削し、金属管やコンクリート管などの井戸管を砂浜などに埋設することにより形成することができる。
井戸３は、例えば、海水が井戸穴の底（海水流入部）の砂礫層１から井戸内に流入するように設けてもよく、井戸穴の側壁の流入孔１０を設けた海水流入部から海水が井戸３に流入するように設けてもよい。流入孔１０は、例えば、側壁に直径０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の穴を設けることにより形成してもよく、幅が０．５〜２ｍｍ程度のスリットを設けることにより形成してもよく、側壁に網状の材料や多孔質材料を用いることにより形成してもよい。
【００２２】
井戸３の深さは、井戸の底が大潮の干潮時における海水面より深くなり、海水が井戸３に流入することができれば特に限定されないが、例えば、７ｍ以上４０ｍ以下とすることができる。また、深い部分は内径１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の金属管などで形成し、浅い部分はコンクリートなどで多くの塩水を溜めることができるように設けてもよい。
なお、井戸３内の塩水は、井戸３内に設けた揚水管内の塩水を揚水用ポンプ１２ａにより揚水することにより取水することができる。
【００２３】
井戸３の海水流入部が砂礫層１などを介して海と繋がっていると、海から砂礫層１に浸透した海水が海水流入部から井戸３内に流入することができる。また、井戸３内の塩水は海水流入部から砂礫層１に流出することもできる。このため、井戸３に海水流入部を設けることにより、井戸内の塩水の水面の水位が、海の干満に伴う海水面の水位に連動することになる。このため、満潮時に井戸３内の塩水を揚水することにより、揚水に用いるポンプの消費エネルギーを低くすることができる。例えばセイシェルなどの干満の差（約９ｍ）が大きい地域において、より消費エネルギーを低くすることができる。
【００２４】
流入孔１０を有する海水流入部を、図１のように井戸３の底および側壁の広い範囲に設けてもよい。このことにより、井戸３に流入する海水の量を多くすることができ、井戸３から取水する塩水の量を多くすることができる。
また、海水流入部を図２のように大潮の干潮における海水面より低い部分に設け、大潮の干潮における海水面よりも高い部分は、非透水性を有する非透水部とすることができる。このことにより、深い砂礫層１から井戸３内に海水を流入させることができ、この海水が通過する砂礫層１の距離を長くすることができる。このことにより、井戸３に流入する海水の砂礫層１によるろ過距離を長くすることができ、井戸３内の塩水の水質を向上させることができる。
【００２５】
また、図２のように海水流入部と非透水部とを設けると、井戸３を、井戸３内の塩水の水面の上の気体が実質に密閉された気密構造とすることができる。井戸３が図２のような気密構造を有すると井戸３内の塩水６の水位を高くすることができる。また、井戸内の気圧を低くすることができ、井戸内に生じた水滴を塩水に流入させることができる。このことを以下に説明する。
上げ潮においては、井戸３の上部に設けたリークバルブ１５を開き流入孔１０から井戸３内に海水を流入させる。満潮となると、井戸３内の塩水６の水面の水位は、満潮時の海面の水位と実質的に同じになる。この際、リークバルブ１５を閉じる。引き潮となり、海水面の水位が低くなると、海水面の水位に連動して井戸３内の塩水６の水面の水位も低下するが、塩水６の水位が低下すると、井戸３内の気圧が低下する。このため、井戸３内の気圧と大気圧との間に差が生じ、井戸３内の塩水６の水面の水位は、海水面よりも高くなる。また、井戸３内の気圧が低下すると、塩水６が気化しやすくなり井戸３内の水蒸気の量が増加する。
次に、リークバルブ１５を閉めたまま上げ潮となり、井戸３内の塩水の水位が上昇すると、井戸３内の気圧は上昇し、井戸３内の水蒸気は水滴となり井戸３内の塩水に流入する。このため、井戸３内の塩水の塩分濃度は低下する。このことにより、井戸３内の塩水を取水して淡水化するコストを低減することができる。
【００２６】
なお、連通流路８を介して貯水槽４内の気体が井戸３内に流入しないように連通流路８の貯水槽４側の開口を貯水槽４内の塩水中となるように設けることができる。例えば、連通流路の流出口を貯水槽４の底部に近接して設けることができる。また、井戸３内の気圧が低下することにより、貯水槽４に溜めた塩水が井戸３内に流入することを抑制するために連通流路８は逆流防止弁２２を有することができる。
【００２７】
井戸３は、井戸３の底部に近接した流入口を有し、浚渫用ポンプ１２ｂに接続された浚渫管を有することができる。また、流入孔１０などから井戸３内に侵入し、井戸３の底部３に堆積した砂や土は、浚渫管の流入口から吸揚され、井戸３から排出される。このような浚渫用設備を備えることにより、井戸３内に砂や土が溜まるのを抑制することができ、井戸３から取水できる塩水の量が減少することを抑制することができる。
また、井戸３は、傾斜した底部を有することができる。また、浚渫管の流入口は、傾斜した底部の最低部に近接して設けることができる。このことにより、井戸３の底部に堆積した砂や土を最低部に集めることができ、集めた砂や土を浚渫管により吸揚することができる。
また、井戸３に引き上げ可能に設けられた可動底を設けることもできる。このことにより、可動底を引き上げ井戸の底に堆積した砂や土を浚渫することができる。
井戸３の底に堆積した砂や土の浚渫は、例えば、満潮時に行うことができる。このことにより、浚渫に要する消費エネルギーを小さくすることができる。
【００２８】
２．貯水槽、連通流路
貯水槽４は、連通流路８により井戸３と連通し、井戸３から流入した塩水を貯留できるように設けられる。また、連通流路８は、井戸３内の塩水の水面の水位が高くなると井戸３内の塩水が貯水槽４に流入するように設けられる。
連通流路８の井戸３側の流入口は、満潮時の海水面の水位よりも少し低い位置に設けることができる。このことにより、満潮時に井戸３内の塩水の水位は連通流路８の井戸３側の流入口よりも高くなり、井戸３内の塩水を連通流路８に流入させることができ、連通流路８を流れた塩水を貯水槽４に流入させることができる。また、連通流路８の井戸３側の流入口をこの位置に設けることにより、干潮により井戸３内の塩水の水位が低下したときに、貯水槽４内の塩水が連通流路８を介して井戸３に流入することを防止することができ、貯水槽４が井戸３から流入した塩水を貯留することができる。
【００２９】
貯水槽４は、井戸３から流入した塩水を貯留できるものであれば特に限定されないが、例えば、コンクリート製であってもよく、プラスチック製であってもよく、金属製であってもよい。
また、貯水槽４は、井戸３と隔壁により分離された水槽であってもよい。また、この場合、連通流路８は、隔壁またはその上端に設けられてもよい。
なお、貯水槽４は、揚水用ポンプ１２ａに接続された揚水管を内部に有することができる。この揚水管から貯水槽４内の塩水を取水することができる。
【００３０】
貯水槽４は、淡水が流入することができるように設けられてもよい。このことにより、貯水槽４内の塩水の塩分濃度を低下させることができ、塩水を淡水化するときのコストを低減することができる。貯水槽４に流入する淡水は、例えば、淡水化プラントによる淡水化に伴い副生成する淡水であってもよく、地下水であってもよく、河川などから取水した淡水であってもよい。
連通流路８は、管状の流路であってもよく、井戸３と貯水槽４とを分離する隔壁上に設けられ井戸３内の塩水がオーバーフローすることにより塩水が流れるような流路であってもよい。
【００３１】
淡水化プラント
図３は、本実施形態の淡水化プラントの概略構成図である。
本実施形態の淡水化プラント７０は、本実施形態の海水取水システム２０と、脱塩装置２５とを備え、脱塩装置２５は、海水取水システム２０により取水した塩水から淡水と高濃度塩水を製造する。
また、本実施形態の淡水化プラント７０は、自然エネルギーを用いた発電装置、浸透圧発電装置３０、加熱装置４０、ろ過装置５０、光触媒部４８、熱交換器４５などを備えることができる。
【００３２】
１．海水取水システム
まず、海水取水システム２０が備える揚水用ポンプ１２ａにより、塩水を取水する。取水した塩水は、ろ過装置５０に流入させることができる。また、取水した塩水は、光触媒装置を流通した後ろ過装置５０に流入してもよい。
【００３３】
２．光触媒装置
光触媒装置は、光触媒部４８を備え、太陽光を受光できるように設けられる。光触媒装置に流入した塩水は、受光することにより光触媒活性が生じた光触媒部４８に接触した後、光触媒装置から流出する。塩水をこのような光触媒装置を流通させることにより、塩水に含まれる有機物を光触媒部４８の光触媒活性により分解除去することができる。特に、海水中に含まれる微量の臭素から生成される可能性のある臭素酸を分解することができる。また、ろ過装置５０、脱塩装置２５などにおける膜の目詰まりを抑制することができ、さらに、塩水に菌などが繁殖することを抑制することができる。
光触媒部４８には、酸化チタンなど公知の光触媒材料を用いることができる。
【００３４】
３．ろ過装置
ろ過装置５０は、ＭＦ（精密ろ過）膜またはＵＦ（限外ろ過）膜などのろ過膜５１により流入した塩水のろ過を行う。このようなろ過装置５０を設けることにより、塩水に含まれる微粒子や菌体などを除去することができる。ろ過装置５０は、ろ過膜５１によりろ過するために加圧装置または減圧装置を備えることができる。
ろ過装置５０によりろ過された塩水は、塩水タンク５５に溜められ、その後、脱塩装置２５に供給される。また、ろ過装置５０によりろ過された塩水は、直接脱塩装置２５に供給されてもよい。
【００３５】
４．脱塩装置
脱塩装置２５は、供給される塩水から淡水と高濃度塩水を製造することができれば限定されないが、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）によるろ過により淡水と高濃度塩水とを製造する逆浸透法を用いた装置であってもよく、塩水を加熱し発生させた水蒸気を冷却することにより淡水を製造する装置であってもよい。ここでは、逆浸透法を用いた脱塩装置２５について説明する。
脱塩装置２５は、逆浸透膜と、逆浸透膜により仕切られた塩水流路および淡水流路とを備える。逆浸透膜は、直径が約２ナノメートル以下の孔が多数設けられており、水分子はこの孔を通過することができるが、水和したナトリウムイオンや塩素イオンはこの孔を通過することができない。脱塩装置２５はこの逆浸透膜の性質を利用して淡水と高濃度塩水とを製造する。
【００３６】
脱塩装置２５に供給された塩水は、加圧用ポンプ１２ｃにより加圧され塩水流路へと供給される。塩水流路を流れる塩水に含まれる水分子は、塩水流路を流れる塩水と、淡水流路との圧力差により逆浸透膜の孔を通過し、淡水流路において淡水となる。また、塩水流路を流れる塩水に含まれるナトリウムイオンや塩素イオンは、逆浸透膜の孔を通過することができないため、塩水流路を流れていく。このため、塩水流路からは高濃度塩水が排出され、淡水流路からは淡水が排出される。
脱塩装置２５から排出された淡水は、淡水タンク５７に貯留され、生活用水などとして利用される。
脱塩装置２５から排出された高濃度塩水は、高濃度塩水タンク５６に貯留される。また、高濃度塩水は、加熱装置４０を流通した後、高濃度塩水タンク５６に貯留されてもよい。
【００３７】
加圧用ポンプ１２ｃは、脱塩装置２５の塩水流路に供給される塩水が６０気圧程度の圧力を有するように加圧する。加圧ポンプ１２ｃとしては、タービンポンプやプランジャーポンプなどの高圧ポンプを用いることができる。
加圧用ポンプ１２ｃは、自然エネルギーを用いた発電装置から供給される電力を利用して塩水を加圧することができる。
【００３８】
５．自然エネルギーを用いた発電装置
自然エネルギーを用いた発電装置としては、たとえば、太陽電池２８、太陽熱発電装置、風力発電装置、波力発電装置、潮汐力発電装置、地熱発電装置、海洋温度差発電装置、バイオマス発電装置などである。
このような自然エネルギーを用いた発電装置を用いることにより、化石燃料や核燃料を用いずに発電した電力により塩水を淡水化することができる。
【００３９】
ここでは、自然エネルギーを用いた発電装置が太陽電池２８である場合について説明する。
太陽電池２８は、太陽光を受光することにより光起電力が生じるものであれば特に限定されない。また、太陽電池２８が発電した電力は、加圧用ポンプ１２ｃに供給され塩水の淡水化に利用される。また、太陽電池２８が発電した電力は、揚水用ポンプ１２ａに供給され、井戸３内の塩水６または貯水槽４内の塩水７を揚水するために用いることもできる。
太陽電池２８は、夜間発電することができないため、夜間は、系統電力や後述する浸透圧発電装置３０により発電される電力を利用して塩水を淡水化することができる。
【００４０】
太陽電池２８は、熱交換器４５ａの吸熱部４６ａにより冷却されるように設けることができる。このことにより、太陽電池２８の温度が上昇し太陽電池２８の発電能力が低下することを抑制することができる。
また、熱交換器４５ａの放熱部４７ａは、井戸３内の塩水６または貯水槽４内の塩水７に放熱するように設けることができる。このことにより、取水する塩水の温度を上昇させることにより塩水の水粘性を低下させることができ、ろ過装置５０によるろ過の効率や、逆浸透膜を用いた淡水化の効率を向上させることができる。放熱部４７は、井戸３内の塩水６中または貯水槽４内の塩水７中に設けることもでき、井戸３の外壁上や貯水槽４の外壁上に設けることもできる。
【００４１】
６．加熱装置
加熱装置４０は、脱塩装置２５から供給される高濃度塩水を加熱し高濃度塩水を濃縮する。加熱装置４０は、例えば、太陽光を受光することにより高濃度塩水を加熱できるように設けることができる。加熱装置４０を備えることにより、高濃度塩水の塩分濃度を上昇させることができ、後述する浸透圧発電装置３０による発電量を大きくすることができる。
【００４２】
加熱装置４０は、高濃度塩水を加熱することにより生じる水蒸気が熱交換器４５ｃの吸熱部４６ｃにより冷却されるように設けることができる。このことにより、水蒸気から淡水を製造することができる。この淡水は、淡水タンク５７に流入するように設けることができる。
また、熱交換器４５ｃの放熱部４７ｃは、井戸３内の塩水６または貯水槽４内の塩水７に放熱するように設けることができる。このことにより、取水する塩水の温度を上昇させることにより塩水の水粘性を低下させることができ、ろ過装置５０によるろ過の効率や、逆浸透膜を用いた淡水化の効率を向上させることができる。
【００４３】
加熱装置４０は、高濃度塩水を加熱することにより生じる水蒸気が井戸３内の塩水中または貯水槽４内の塩水中に供給されるように設けることができる。このことにより、井戸３内の塩水または貯水槽４内の塩水を加温することができると共に、これらの塩水の塩水濃度を低下させることができ、脱塩装置２５よる淡水化のコストを低減することができる。
【００４４】
７．浸透圧発電装置
浸透圧発電装置３０は、半透膜３２と、半透膜３２により仕切られた高濃度側流路３５および低濃度側流路３４と、高濃度側流路３５または低濃度側流路３４と連通した水力発電タービン３７とを有する。また、浸透圧発電装置３０は、高濃度側流路３５に、高濃度塩水タンク５６に溜めた高濃度塩水６２が流入するように設けられる。
【００４５】
半透膜３２は、例えば、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜などである。このような半透膜３２により仕切られた高濃度側流路３５に高濃度塩水タンク５６に溜めた高濃度塩水６２を流通させ、低濃度側流路３４に淡水または低濃度塩水を流通させると、塩分濃度差による浸透圧により低濃度側流路３４から高濃度側流路３５へ水が浸透する。この水の浸透により生じる流れにより水力発電タービン３７を回転させ発電する。
【００４６】
水力発電タービン３７は、低濃度側流路３４に淡水または低濃度塩水６２を供給する流路に設けてもよく、高濃度側流路３５から高濃度塩水を排出する流路に設けてもよい。
水力発電タービン３７により発電した電力は、加圧用ポンプ１２ｃに供給することができる。
なお、図３に示した淡水化プラント７０では、塩水タンク５５に溜めた低濃度塩水を低濃度側流路３４に流通させている。また、低濃度側流路３４において水が高濃度側流路３５に浸透することにより塩分濃度が高くなった低濃度塩水は、加熱装置４０に流入させている。また、図３に示した淡水化プラント７０では、水力発電タービン３７を高濃度側流路３５から高濃度塩水を排出する流路に設けている。
【００４７】
浸透圧発電装置３０は、高濃度側流路３５を流れる高濃度塩水が熱交換器４５ｂの吸熱部４６ｂにより冷却されるように設けることができる。このことにより、浸透圧発電装置３０の発電効率を向上させることができる。
また、熱交換器４５ｂの放熱部４７ｂは、井戸３内の塩水６または貯水槽４内の塩水７に放熱するように設けることができる。このことにより、取水する塩水の温度を上昇させることにより塩水の水粘性を低下させることができ、ろ過装置５０によるろ過の効率や、逆浸透膜を用いた淡水化の効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１：砂礫層    ３：井戸    ４：貯水槽    ６：井戸内の塩水    ７：貯水槽内の塩水    ８：連通流路    １０：流入孔    １２ａ：揚水用ポンプ    １２ｂ：浚渫用ポンプ    １２ｃ：加圧用ポンプ    １５：バルブ    ２０：海水取水システム    ２２：逆流防止弁    ２５：脱塩装置    ２８：太陽電池    ３０：浸透圧発電装置    ３２：半透膜    ３４：低濃度側流路    ３５：高濃度側流路    ３７：水力発電タービン    ４０：加熱装置    ４５：熱交換器    ４５ａ：第１熱交換器    ４５ｂ：第２熱交換器    ４５ｃ：第３熱交換器    ４６：吸熱部    ４６ａ：第１吸熱部    ４６ｂ：第２吸熱部    ４６ｃ：第３吸熱部    ４８：光触媒部    ５０：ろ過装置    ５１：ろ過膜    ５５：塩水タンク    ５６：高濃度塩水タンク    ５７：淡水タンク    ６１：塩水    ６２：高濃度塩水    ６３：淡水    ６５：水蒸気凝縮装置    ７０：淡水化プラント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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