(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を霧化する静電霧化機(1)と、
前記静電霧化機(1)によって生成したミストをキャリアガスで搬送する送風機(2)と、
前記送風機(2)で搬送されるキャリアガスに含まれるミストを粒径で分離して、設定粒径よりも大きな大粒ミストを除去するセパレータ(3)と、
このセパレータ(3)から排出されるキャリアガスを通過させる親水性吸着剤(5)を内蔵する吸着器(4)とを備え、
前記セパレータ(3)で大粒ミストの除去されたキャリアガスを前記吸着器(4)に通過させて、キャリアガスに含まれる水分を前記親水性吸着剤(5)に吸着し、液化して回収する装置であって、
前記吸着器(4)から排出されるキャリアガスの熱エネルギを回収するヒートポンプ式の加温装置(7)を備え、
前記加温装置(7)でもって、前記静電霧化機(1)に供給されるキャリアガスと、前記静電霧化機(1)に供給される海水の少なくともひとつを加温することを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項２】
海水を霧化する静電霧化機(1)と、
前記静電霧化機(1)によって生成したミストをキャリアガスで搬送する送風機(2)と、
前記送風機(2)で搬送されるキャリアガスに含まれるミストを粒径で分離して、設定粒径よりも大きな大粒ミストを除去するセパレータ(3)と、
このセパレータ(3)から排出されるキャリアガスを通過させる親水性吸着剤(5)を内蔵する吸着器(4)とを備え、
前記セパレータ(3)で大粒ミストの除去されたキャリアガスを前記吸着器(4)に通過させて、キャリアガスに含まれる水分を前記親水性吸着剤(5)に吸着し、液化して回収する装置であって、
前記セパレータ(3)から排出されて、前記吸着器(4)に供給されるキャリアガスを太陽熱のエネルギーで加温する加温装置(6)を有することを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項３】
請求項２に記載される海水淡水化装置であって、
前記加温装置(6)が前記キャリアガスを加熱する温度が８０℃以下とすることを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載される海水淡水化装置であって、
前記セパレータ(3)をデミスターとすることを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項５】
請求項４に記載される海水淡水化装置であって、
前記デミスターが、キャリアガスの送風する通路に、複数のパンチングメタル、網材、不織布の何れかからなる多孔板を配置しており、送風されるキャリアガスに含まれる大粒ミストが多孔板に衝突してキャリアガスから分離されるようにしてなる海水淡水化装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載される海水淡水化装置であって、
前記セパレータ(3)が分離するミストの設定粒径を１００ｎｍ以上であって１０μｍ以下とすることを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載される海水淡水化装置であって、
前記親水性吸着剤(5)が、全体を多孔質とし、あるいは、表面に２００μｍ以上の厚さを有する多孔質層を有していることを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項８】
請求項７に記載される海水淡水化装置であって、
前記親水性吸着剤(5)が、多孔質または多孔質層の表面の平均孔径を１０ｎｍ以上であって１０００ｎｍ以下とし、かつ比表面積を１．９８ｍ2／ｇ以上としてなることを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載される海水淡水化装置であって、
前記親水性吸着剤(5)の多孔質または多孔質層が、チタニアとシリカの両方を有することを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれかに記載される海水淡水化装置であって、
前記親水性吸着剤(5)が、最表面では４ｍｏｌ％以上、かつ最表面より深さ方向に１５０μｍの地点において１ｍｏｌ％以上のチタン原子を有していることを特徴とする海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水から塩分などの溶解物質を除去して淡水化する装置に関し、とくに海水をミストとし、ミストを回収して淡水化する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の海水淡水化装置には、海水を加熱して水分を気化し、気化された水蒸気を回収して淡水化する蒸発装置と、海水を逆浸透膜に通過させて淡水とする逆浸透膜装置とがあり、この二つの方法が現在の主流技術である。
蒸発装置は、気化熱の大きな水を気化させるので、水を水蒸気とするために多大な熱量を消費する。また逆浸透膜装置は、海水を高圧に加圧して逆浸透膜に透過させることから、ランニングコストが高く、また定期的に逆浸透膜を交換するので取り替えコストが高くなる欠点がある。
改良された海水淡水化装置として、海水を霧状に噴霧し、これを冷却凝集して淡水とする装置は開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４９３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される、海水を霧にして淡水化する装置は、図７に示すように、大気圧以下に減圧する減圧容器９２と、この減圧容器９２内に配設されて、放熱手段９０から排出された海水をスプレーフラッシュ式により霧状に噴射して水分を一部蒸発させて水蒸気を得る一方、蒸発しなかった残りの海水を排出するフラッシュ蒸発手段９３と、フラッシュ蒸発手段９３の排出側に設けている霧取り手段９４と、この霧取り手段９４で霧の除去された水蒸気を海水で冷却して凝縮させて淡水とする凝縮器９５とを備える。
【０００５】
以上の海水淡水化装置は、海水をスプレーフラッシュ式で霧状に噴射して水分を一部蒸発させて水蒸気とし、この水蒸気を冷却し、凝縮させて淡水を得る。スプレーフラッシュ式で海水を霧状とするときに、水蒸気を液化させるときに発生する潜熱を回収し、回収する潜熱で海水を加温してスプレーフラッシュ式で霧状に噴射する。この装置は、霧を液化させる潜熱で海水を加温して霧状に噴射して一部を水蒸気に気化させる。スプレーフラッシュ式で噴射された霧を除去し、気化された水蒸気を液化し、凝縮して淡水を得る。水蒸気は塩分を含まないので、水蒸気を液化し、凝縮して回収する水は塩分を含まない淡水となる。この装置は、気化されて水蒸気となった成分のみを液化し、凝縮させて淡水を回収するので、効率よく多量の淡水を得ることが難しい欠点がある。
【０００６】
本発明は、さらに従来の装置の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、海水を加熱して蒸発させることなく、海水から効率よく淡水を得ることができる海水淡水化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の海水淡水化装置は、海水を霧化する静電霧化機１と、静電霧化機１によって生成したミストをキャリアガスで搬送する送風機２と、送風機２で搬送されるキャリアガスに含まれるミストを粒径で分離して、設定粒径よりも大きな大粒ミストを除去するセパレータ３と、このセパレータ３から排出されるキャリアガスを通過させる親水性吸着剤５を内蔵する吸着器４とを備える。以上の海水淡水化装置は、セパレータ３で大粒ミストの除去したキャリアガスを吸着器４に通過させて、キャリアガスに含まれるミストと水蒸気からなる水分を吸着器４の親水性吸着剤５に吸着し、液化させて回収する。
【０００８】
以上の海水淡水化装置は、海水を熱エネルギで加熱して蒸発させることなく、海水から効率よく淡水を得ることができる。それは、以上の海水淡水化装置が、海水を静電霧化機でキャリアガス中にミストとして噴射し、このキャリアガスから塩分濃度の高い大粒ミストをセパレータで除去して、大粒ミストの除去されたキャリアガスの水分を親水性吸着剤に吸着し、水蒸気を吸着、液化して淡水を回収するからである。親水性吸着剤は、キャリアガスに含まれる塩分濃度が低い微細ミストと水蒸気を吸着し、液化して淡水を回収する。親水性吸着剤は、キャリアガスに含まれるミストのみを回収して淡水を得るのではなく、キャリアガスに含まれる水蒸気をも吸着し、これを液化して淡水を回収するので、より効果的に淡水を回収できる。
【０００９】
とくに、本発明の海水淡水化装置は、キャリアガスを冷却してキャリアガス内の水蒸気を液化して回収するのではない。キャリアガスを冷却して、水蒸気を凝縮し、液化して回収する装置は、キャリアガスの冷却に大きなエネルギーを必要とする。水蒸気が液化すると、大きな凝縮熱を発生するので、この凝縮熱に相当する熱エネルギでキャリアガスを冷却する必要があるからである。
さらに、本発明の海水淡水化装置は、キャリアガスに含まれる塩分濃度の低い、あるいは塩分をほとんど含まない微細ミストのみを回収して淡水を得るのでもない。本発明の海水淡水化装置は、キャリアガスを冷却しないにもかかわらず、キャリアガスに含まれる微細ミストに加えて、水蒸気をも親水性吸着剤に吸着し、液化して淡水を回収する。このため、親水性吸着剤でもって、極めて効率よく水分を吸着して多量の淡水を回収できる特徴を実現する。とくに、親水性吸着剤は吸着するミストによって常に冷却されるので、これを冷却することなく、キャリアガスに含まれる水蒸気を吸着し、液化して淡水として回収する。
【００１０】
本発明の海水淡水化装置は、セパレータ３をデミスターとすることができる。この海水淡水化装置は、セパレータを簡単な構造としながら、ミストを粒径で分離して、大粒ミストを除去できる。また、デミスターは、多孔板の形状や構造、あるいは間隔などを調整して、除去するタイミングの設定粒径を用途に最適なようにコントロールできる。
【００１１】
本発明の海水淡水化装置は、デミスターが、キャリアガスの送風する通路に、複数のパンチングメタル、網材、不織布の何れかからなる多孔板を配置しており、送風されるキャリアガスに含まれる大粒ミストが多孔板に衝突してキャリアガスから分離される構造とすることができる。
【００１２】
本発明の海水淡水化装置は、セパレータ３が分離するミストの設定粒径を１００ｎｍ以上であって１０μｍ以下とすることができる。
【００１３】
本発明のある態様にかかる海水淡水化装置は、セパレータ３から排出されて、吸着器４に供給されるキャリアガスを太陽熱のエネルギーで加温する加温装置６を設ける。この海水淡水化装置は、キャリアガスを加温して、淡水の回収効率を高くできる。この海水淡水化装置は、加温装置でキャリアガスを加温する温度を８０℃以下とすることができる。
【００１４】
さらに、本発明の他の態様にかかる海水淡水化装置は、吸着器４から排出されるキャリアガスの熱エネルギを回収するヒートポンプ式の加温装置７を設け、この加温装置でもって、静電霧化機に供給されるキャリアガスと、静電霧化機に供給される海水の少なくともひとつを加温することができる。この海水淡水化装置も、淡水の回収効率を高くできる特徴がある。
【００１５】
さらに、本発明の海水淡水化装置は、親水性吸着剤５が、全体を多孔質とし、あるいは、表面に２００μｍ以上の厚さを有する多孔質層を有することができる。
【００１６】
さらに、本発明の海水淡水化装置は、親水性吸着剤５が、多孔質または多孔質層の表面の平均孔径を１０ｎｍ以上であって１０００ｎｍ以下とし、かつ比表面積を１．９８ｍ2／ｇ以上とすることができる。
【００１７】
さらに、本発明の海水淡水化装置は、親水性吸着剤５の多孔質または多孔質層が、チタニアとシリカの両方を有することができる。
【００１８】
さらに、本発明の海水淡水化装置は、親水性吸着剤５が、最表面では４ｍｏｌ％以上、かつ最表面より深さ方向に１５０μｍの地点において１ｍｏｌ％以上のチタン原子を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる海水淡水化装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す海水淡水化装置の静電霧化機の霧化ユニットを示す拡大断面図であって、図４のＩＩ−ＩＩ線断面に相当する図である。
【図３】図２に示す霧化ユニットの底面斜視図である。
【図４】図３に示す霧化ユニットの底面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかる海水淡水化装置の概略構成図である。
【図６】セパレータの一例を示す一部拡大断面図である。
【図７】従来の海水淡水化装置の概略構成図であり。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための海水淡水化装置を例示するものであって、本発明は海水淡水化装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２１】
図１に示す海水淡水化装置は、海水を霧化する静電霧化機１と、静電霧化機１によって生成したミストをキャリアガスで搬送する送風機２と、送風機２で搬送されるキャリアガスに含まれるミストを粒径で分離して、設定粒径よりも大きな大粒ミストを除去するセパレータ３と、このセパレータ３から排出されるキャリアガスを通過させて、キャリアガスに含まれる水分を吸着し、液化して回収する親水性吸着剤５を内蔵する吸着器４とを備える。
【００２２】
図１の静電霧化機１は、複数の噴霧ユニット１１からなる噴霧器１０と、この噴霧器１０から噴霧されるミストを静電気で微細な粒子とする霧化電極１８と、この霧化電極１８と噴霧器１０とに接続されて霧化電極１８と噴霧器１０とに高電圧をかけて噴霧器１０から噴霧されるミストを微細化する高圧電源１９とを噴霧ケース１２に設けている。噴霧ユニット１１を、図２ないし図４に示す。これ等の図に示す噴霧ユニット１１は、ノズルブロック１４に複数のキャピラリーチューブ１３を平行に固定している。キャピラリーチューブ１３は、内径を０．１ｍｍφ〜０．２ｍｍφとする金属製の細管で、加圧された海水を先端から噴射してミストに噴霧する。
【００２３】
ノズルブロック１４は、外周部に鍔状のフランジ１４ａを有し、複数のキャピラリーチューブ１３を中央部に設けている。図２ないし図４のノズルブロック１４は、フランジ１４ａを設けている本体部１４Ａに、キャピラリーチューブ１３を固定しているプレート部１４Ｂをネジ止めしている。プレート部１４Ｂは、キャピラリーチューブ１３を挿通する貫通孔１４ｘを設けている。貫通孔１４ｘの内形はキャピラリーチューブ１３の外形にほぼ等しく、キャピラリーチューブ１３をほぼ隙間のない状態に挿通している。キャピラリーチューブ１３と貫通孔１４ｘとの液漏れを防止するために、プレート部１４Ｂの内面にはパッキン１５を配置している。パッキン１５はゴム状弾性体で、キャピラリーチューブ１３とプレート部１４Ｂとの隙間を気密に密閉する。パッキン１５を押圧状態で固定するために、挟着プレート１６を配置している。パッキン１５は、プレート部１４Ｂと挟着プレート１６に押し潰されて、本体部１４Ａに固定される。挟着プレート１６も貫通孔１６ｘを設けている。挟着プレート１６は、本体部１４Ａの段差部１４ｂに配設され、本体部１４Ａに固定されるプレート部１４Ｂでパッキン１５を弾性的に押圧して本体部１４Ａに固定される。さらに、本体部１４Ａは、背面に突出する筒部１４ｃを有する。筒部１４ｃは、内側に複数のキャピラリーチューブ１３を配置できる内形として、外側には雄ネジ１４ｄを設けている外形としている。本体部１４Ａは、この筒部１４ｃの内側にキャピラリーチューブ１３を配置している。筒部１４ｃは、海水を供給する給水栓ソケット１７を後端に連結している。
【００２４】
図４のノズルブロック１４は、プレート部１４Ｂに設けた複数の貫通孔１４ｘを複数列のリング状に配置している。キャピラリーチューブ１３は、ノズルブロック１４から突出して、その先端を放電突出部として、内部の中心孔を微細噴霧孔１３ａとしている。ノズルブロック１４に固定されるキャピラリーチューブ１３の数は、噴霧ユニット１１の微細噴霧孔１３ａの個数を特定する。噴霧ユニット１１は、好ましくは１０個以上、好ましくは２０個以上、さらに好ましくは３０個以上の微細噴霧孔１３ａを設けて、１組の噴霧ユニット１１が単位時間に噴霧するミスト量を多くしている。噴霧ユニット１１は、微細噴霧孔１３ａの個数が多すぎると、全体が大きくなるので、１００個以下の微細噴霧孔１３ａを設けている。図２と図３の噴霧ユニット１１は、ノズルブロック１４の中央部に配置するキャピラリーチューブ１３の突出量を外周部のキャピラリーチューブ１３よりも高くして、多量のキャピラリーチューブ１３で形成される先端面を中央凸の山形としている。ただ、噴霧ユニットは、キャピラリーチューブの突出量を同じとして、多量のキャピラリーチューブで形成される先端面を平面状とすることもできる。
【００２５】
以上の噴霧ユニット１１は、多数のキャピラリーチューブ１３からなる細管を備え、各々のキャピラリーチーブ１３から海水をミストに噴霧する。噴霧ユニット１１は、キャピラリーチューブに代わって、多数の微細な噴霧孔を設けた多孔板とすることもできる。多孔板は、金属等の導電性のある材料で製作される。この多孔板は、金属板にレーザーで微細な噴霧孔を設けて製作できる。さらに、多孔板は、微細な噴霧孔のある焼結金属とすることもできる。導電性のある多孔板は、高圧電源に接続されて、霧化電極との間に高電圧を印加できる。ただし、多孔板は必ずしも導電性のある材質とする必要はない。それは、海水が導電性を有するので、噴霧孔から噴霧される海水と霧化電極との間に高電圧を印加して、噴霧されるミストを静電気の作用で霧化できるからである。したがって、多孔板は、微細な噴霧孔を有する連続気泡のプラスチック発泡体等も使用できる。
【００２６】
さらに、海水淡水化装置は、静電霧化機１から吸着器４に供給されるキャリアガスを加温して淡水の回収効率を高くすることができる。図１の海水淡水化装置は、吸着器４に供給されるキャリアガスを加温する加温装置６を備える。この加温装置６は、たとえば太陽熱のエネルギーでキャリアガスを加熱する。この加温装置６は、太陽熱で加熱されるパイプの内部にキャリアガスを通過してキャリアガスを加温する。加温装置６は、たとえばキャリアガスを８０℃以下に加温して吸着器４に供給する。加温されたキャリアガスは、ミストの一部を気化して水蒸気とするので、キャリアガスに含まれる水蒸気を親水性吸着剤５で回収することで淡水を効率よく回収できる。水蒸気は大粒ミストからも気化されるので、親水性吸着剤５で水蒸気を回収して、淡水の回収効率を向上できる。
【００２７】
加温装置は、静電霧化機に供給するキャリアガス、あるいは海水の両方、あるいは何れか一方を加温して、淡水の回収効率を高くすることもできる。図２の海水淡水化装置は、吸着器４から排出されるキャリアガスから熱エネルギを回収して、静電霧化機１に供給するキャリアガスや海水を加温する。この図の加温装置７は、ヒートポンプ式の加温装置７でキャリアガスや海水を加熱する。ヒートポンプ式の加温装置７は、廃棄される熱エネルギを効率よく回収して、海水を加熱できる。排出されるキャリアガスから潜熱とけん熱の両方を回収して、キャリアガスや海水を加温できるからである。
【００２８】
ヒートポンプ式の加温装置７は、排出されるキャリアガスの熱エネルギに加温されて冷媒を気化させる蒸発器２１と、この蒸発器２１で気化された冷媒を加圧するコンプレッサ２２と、このコンプレッサ２２から供給される加圧された気体状の冷媒を液化させる凝縮器２４と、この凝縮器２４で液化された冷媒を通過させて蒸発器２１に供給する膨張弁２３とを備える。蒸発器２１は周囲の熱を吸収して冷媒を加温し、凝縮器２４は周囲に放熱して冷媒を液化させる。以上のヒートポンプ式の加温装置７は、排出されるキャリアガスの熱エネルギを蒸発器２１で吸収し、吸収した熱エネルギを凝縮器２４から外部に放熱する。したがって、凝縮器２４の熱で静電霧化機１に供給するキャリアガスや海水を加温できる。キャリアガスを加温する凝縮器２４Ａは、熱交換器の凝縮器２４Ａにキャリアガスを通過させる。海水を加温する凝縮器２４Ｂは、互いに熱結合状態に配置している二重パイプとして、一方のパイプに冷媒を、他方のパイプに海水を通過させて、冷媒の凝縮熱で海水を加温する。
【００２９】
加温された海水を霧化する静電霧化機１は、海水の表面張力を小さくして、微細なミストの発生量を多くして、淡水の回収率を高くできる。微細なミストはミネラル濃度が低いので、このミストを回収してより効果的に淡水を回収できるからである。静電霧化機１に供給するキャリアガスを加温する海水淡水化装置は、微細なミストの発生率を高くすると共に、キャリアガスに含まれる水蒸気量を多くして淡水の回収率を高くできる。キャリアガスの温度が高くなると、相対湿度１００％の状態で、含有できる水蒸気量が増加するからである。
【００３０】
図５の海水淡水化装置は、ヒートポンプ式の加温装置７でもって静電霧化機１に供給するキャリアガスや海水を加温するが、この加温装置は図１の装置のように、静電霧化機１から排出されるキャリアガスを加温することもできる。
【００３１】
セパレータ３は、キャリアガスに含まれるミストから、設定粒径よりも大きな大粒ミストを除去する。静電霧化機で得られるミストは、粒径によって塩分濃度が異なり、大粒ミストは塩分濃度が高く、微細なミストは塩分濃度が低くなる。それは、水の分子とＮａＣｌとの結合強度は弱く、水の分子同士の結合強度は強いので、微細な粒子に霧化されたミストにはほとんど塩分が含まれなくなるからである。
【００３２】
セパレータ３は、設定粒径よりも大きなミストをキャリアガスから除去して、キャリアガスから塩分濃度の高い大粒ミストを除去する。セパレータ３は、多数の多孔板を互いに離して積層状態に配置しているデミスターである。ただ、セパレータはサイクロンなど、ミストを粒径で分離できる全てのものが使用できる。セパレータ３のデミスターは、多孔板をパンチングメタルとし、網材とし、あるいは繊維を立体的に方向性なく集合している不織布とする。デミスターは簡単な構造で大粒ミストを除去できる。図６は、デミスター３０が大粒ミストを除去する状態を示している。この図の一部拡大断面図に示すように、大粒ミストは質量が大きいので移動する方向が曲がり難く、直進して風下側の多孔板３１の表面に衝突してキャリアガスから除去される。微細なミストは質量が小さいのでキャリアガスと一緒に曲がって風下側の多孔板３１の透過孔３２を通過する。このため、多孔板３１の表面に衝突して除去されない。デミスター３０は、大粒ミストを風下側の多孔板３１の表面に衝突させて除去するので、キャリアガスの流速、多孔板３１の形状、とくに、多孔板３１の間隔と透過孔３２のピッチなどで除去する大粒ミストの粒径をコントロールする。デミスター３０は、キャリアガスの流速を遅くして、除去する大粒ミストの粒径を小さくできる。流速の遅いキャリアガスで移送されるミストは曲がりやすくなって、多孔板３１の透過孔３２を透過しやすくなる。すなわち、より大粒のミストが透過孔３２を通過するからである。また、デミスター３０は、多孔板３１の間隔を狭く、また、透過孔３２のピッチを大きくして、除去するミストの粒径を小さくできる。したがって、デミスター３０はキャリアガスの流速や多孔板３１の位置や形状で除去するミストの設定粒径を調整して、大粒ミストを分離できる。
【００３３】
セパレータに使用されるサイクロンは、キャリアガスの流速と内径を変更して、キャリアガスから除去するミストの粒径をコントロールする。サイクロンは、接線方向に流入されるキャリアガスの流速を速くして、除去するミストの粒径を大きくできる。流速が速くなると遠心力が大きくなってサイクロンの内面に衝突して除去されるからである。円運動するミストに作用する遠心力は、流速の二乗とミストの質量の積に比例して、回転半径に反比例する。したがって、サイクロンは、内径を小さくして、流速を速くすると、遠心力が大きくなって、より微細なミストが遠心力でサイクロンの内面に衝突して除去される。したがって、サイクロンは内径とキャリアガスの流速とで、除去するミストの設定粒径を調整できる。
【００３４】
デミスターやサイクロンからなるセパレータ３は、キャリアガスから除去するミストの設定粒径をキャリアガスの流速や構造でコントロールする。これ等のセパレータ３は、キャリアガスから除去する大粒ミストの設定粒径を、例えば１００ｎｍ以上であって１０μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上であって５μｍ以下、さらに好ましくは１００ｎｍ以上であって３μｍ以下とする。１００ｎｍ以上のミストを大粒ミストとして除去したキャリアガスに含まれる微細ミストは、塩分濃度が極めて低く、ほとんど塩分を含有しない。したがって、セパレータ３で１００ｎｍ以下以上のミストを除去して、キャリアガスからミストを凝集して得られる淡水は、塩分を含む残留物濃度が低く、塩分濃度を１０ｐｐｍ以下とする極めて高純度な純水となる。淡水は、全ての用途において高純度なものが要求されるとは限らない。たとえば、市販されているミネラルウォーターは、塩分濃度を１０ｐｐｍ以上とするものがある。本発明の海水淡水化装置は、セパレータ３で分離する大粒ミストの設定粒径をコントロールして、得られる淡水の塩分濃度を調整でき、設定粒径を小さくして得られる淡水の塩分濃度を低く、反対に設定粒径を大きくして得られる淡水の塩分濃度を高くできる。
【００３５】
大粒ミストの除去されたキャリアガスは、図１と図５に示すように、親水性吸着剤５を内蔵する吸着器４を通過する。キャリアガスは、吸着器４の内部を通過するときに親水性吸着剤５に接触する。親水性吸着剤５は、接触するキャリアガスに含まれるミストと水蒸気の両方の水分を吸着し、液化して回収する。親水性吸着剤５は、キャリアガスと接触する表面積を大きくして、キャリアガスに含まれる水分を効果的に吸着し、液化して回収する。キャリアガスとの接触面積が大きい親水性吸着剤５は、棒状セラミック５Ａ、あるいは粒状セラミック５Ｂの表面に親水性の被膜を設けている。親水性被膜は、たとえばシロキサン骨格の側鎖にシラノール基を配向するシリコンコーティングである。ただ、親水性被膜は、セラミックの表面をコーティングして親水性とする全ての被膜を使用できる。
【００３６】
吸着器４は、多数の親水性吸着剤５をキャリアガスを通過させる外装ケース４０に収納している。棒状セラミック５Ａからなる親水性吸着剤５は、キャリアガスの流動方向と平行な姿勢に束ねられて外装ケース４０内に収納され、粒状セラミック５Ｂは通気性の袋４１に入れて外装ケース４０に収納される。棒状セラミック５Ａを内蔵する吸着器４は、キャリアガスの流動方向に棒状セラミック５Ａを配置して、棒状セラミック５Ａの間で棒状セラミック５Ａに沿ってキャリアガスを流動させて、キャリアガスの水分を吸着する。粒状セラミック５Ｂを内蔵する吸着器４は、粒状セラミック５Ｂの間にできる隙間にキャリアガスを通過させて、キャリアガスの水分を吸着する。
【００３７】
外装ケース４０は、吸着し、液化した水を流下させて下端から排水して水槽８に供給する。図１と図５の海水淡水化装置は、吸着器４の外装ケース４０を上下に延びる細長い筒状として、内部に親水性吸着剤５を収納している。この吸着器４は、親水性吸着剤５に吸着された水を流下させて効率よく外部に排水できる。親水性吸着剤５は、表面の親水性被膜が水と水素結合を作って混ざりやすく、ミストや水蒸気に接触して吸着しやすく、これ等の水分を吸着し、液化して効果的に回収する。多量のミストを吸着する親水性吸着剤５は、次々と吸着する水で冷却される。さらに、静電霧化はキャリアガス中に多量のミストを噴射するので、キャリアガスは相対湿度が極めて高く、過飽和に近い状態にある。このキャリアガスが親水性吸着剤５の表面に接触すると、キャリアガスに含まれる水蒸気の一部が結露して親水性吸着剤５の表面に付着して回収される。したがって、親水性吸着剤５は、微細なミストのみでなく、キャリアガスに含まれる水蒸気の一部も吸着し、液化して効率よく回収する。水蒸気が結露すると気化熱を発生するが、親水性吸着剤５は次々と送られて来る無数のミストを吸着してミストで冷却されるので、温度はほとんど上昇しない。このため、親水性吸着剤５は、微細なミストと水蒸気の一部を効率よく吸着し、液化してキャリアガスに含まれる水分を極めて効果的に回収する。
【００３８】
親水性吸着剤５は、回収した淡水を回収することにより、水膜を伝わせること親水層の隙間を移動・充填させる事が出来る。その為、親水性吸着剤５は多孔質かつ高い比表面積を有するものが適している。充填した親水層のうち、親水層の末端もしくは最も低所にある部分から液滴が発生し、水滴として排出させる。このプロセスは高比表面積を利用して大気中の淡水を効率よく回収可能であり、また仕組みそのものが微小領域で行われているために装置自体の小型化も可能にしている。さらに、繊維・ペレット・ハニカム等の各種構造を有するセラミック基材に対して適用も可能である。
【００３９】
親水性吸着剤５の構造としては、全体が多孔質、もしくは最表面より深さ方向に対して２００μｍ以上が多孔質である形状、言い換えると２００μｍ以上の厚みを持つ多孔質層をもつ形状が望ましい。この数値は、深さ方向２００μｍ未満の範囲において親水性を付与するだけで、効率的な水蒸気の回収が可能であると考えられる為である。
【００４０】
また、効率的な水蒸気の為には比表面積を保持することが大切である。これは、水蒸気に対して接触しやすくするためであり、比表面積は大きければ大きい程良く、好ましくは１．９８ｍ2／ｇ以上として、水蒸気の回収を効率よくする。
【００４１】
また、全体又は表面を多孔質とする親水性吸着剤は、表面付近の親水性酸化物層表面の平均孔径を、回収効率と不純物の除去を考慮して、霧状淡水の直径に近くすることが望ましく、例えば１０ｎｍ以上とする。また、不純物が混入した場合は１μｍを超える場合が多いことから、表面の平均孔径を１０ｎｍ以上であって１０００ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００４２】
さらに、全体又は表面を多孔質とする親水性吸着剤は、多孔質または多孔質層に、チタニアとシリカの両方を含有し、とくに、最表面ではチタン原子の含有量を４ｍｏｌ％以上とし、かつ最表面より深さ方向に１５０μｍの地点において１ｍｏｌ％以上として、水蒸気の回収を効率よくすることができる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例について、詳しく説明する。ただし、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１）
比表面積２．９４ｍ2／ｇを有する、表面がチタニアとシリカの混合物である多孔質な親水性セラミックスペレットを作製し、試料を用いて霧状の淡水を回収した結果、７６．２％の回収率が見られた。これはガラス繊維（シリカ繊維）を用いた場合に比べ、３．１％も向上していた。
【００４５】
（実施例２）  
比表面積１．９８ｍ2／ｇを有する、表面がチタニアとシリカの混合物である多孔質な親水性セラミックスペレットを作製した。水銀ポロシにて本試料の孔径を調査した結果、平均孔径が１５０ｎｍであった。ＥＤＳ分析の結果、最表面のＴｉ原子の存在比は４ｍｏｌ％Ｔｉであり、表面より深さ方向５０μｍでは２ｍｏｌ％Ｔｉ、１００μｍでは１．５ｍｏｌ％Ｔｉ、１５０μｍでは１ｍｏｌ％Ｔｉと、連続的にＴｉ原子の存在比が減少している事が確認された。最表面より深さ２００μｍの地点ではＴｉ原子は全く観測されなかった。試料を用いて霧状の淡水を回収した結果、７５．６％の回収率が見られた。これはガラス繊維（シリカ繊維）を用いた場合に比べ、２．５％も向上していた。連続して回収試験を行った結果、回収率は７３．１％であり、連続的に使用しても回収率は２．２％しか低下しないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の海水淡水化装置は、少ないエネルギーコストでもって、海水から能率よく淡水を分離し、さらに得られる淡水の塩分濃度を自由にコントロールすることで、種々の用途に最適な淡水とする用途に便利に使用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１…静電霧化機
２…送風機
３…セパレータ
４…吸着器
５…親水性吸着剤
５Ａ…棒状セラミック
５Ｂ…粒状セラミック
６…加温装置
７…加温装置
８…水槽
１０…噴霧器
１１…噴霧ユニット
１２…噴霧ケース
１３…キャピラリーチューブ
１３ａ…噴霧孔
１４…ノズルブロック
１４Ａ…本体部
１４Ｂ…プレート部
１４ａ…フランジ
１４ｂ…段差部
１４ｃ…筒部
１４ｄ…雄ネジ
１４ｘ…貫通孔
１５…パッキン
１６…挟着プレート
１６ｘ…貫通孔
１７…給水栓ソケット
１８…霧化電極
１９…高圧電源
２１…蒸発器
２２…コンプレッサ
２３…膨張弁
２４…凝縮器
２４Ａ…凝縮器
２４Ｂ…凝縮器
３０…デミスター
３１…多孔板
３２…透過孔
４０…外装ケース
４１…通気性の袋
９０…放熱手段
９２…減圧容器
９３…フラッシュ蒸発手段
９４…霧取り手段
９５…凝縮器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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