(57)【要約】【課題】極めて効率よく、海水を淡水化することのできる海水淡水化方法及び海水淡水化装置を提供する。【解決手段】ナトリウムイオン（Ｎａ＋）が分離された海水をリング積層体１１の互いに隣接する濾過リング１０の接触面にて形成される間隙ｇに差し向け、そして、密着積層された濾過リング１０の間を流動させ、その後、濾過リング１０の間から解放することにより、海水中の塩素イオン（Ｃｌ−）をガス化して水（Ｈ２Ｏ）と分離し、海水を淡水化する。【選択図】        図１
2004267980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）少なくとも互いに密着対面する部分の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜２０μｍとされる導電性の濾過リングを多数枚互いに密着、積層してリング積層体を形成し、
（ｂ）前記リング積層体を前記濾過リングの積層方向に接触面圧（ｐ）が０〜１７７ｋｇ／ｃｍ２の範囲にて押圧し、かつ、
（ｃ）前記リング積層体と、前記リング積層体とは異なる他の電極部材との間に、前記リング積層体が陽極に、前記電極部材が陰極となるように直流電圧を印加し、
（ｄ）淡水化する海水中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）を前記電極部材により収集して分離し、
（ｅ）前記ナトリウムイオン（Ｎａ＋）が分離された海水を前記リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に差し向け、そして、密着積層された前記濾過リングの間を流動させ、その後、前記濾過リングの間から解放することにより、海水中の塩素イオン（Ｃｌ−）をガス化して水（Ｈ２Ｏ）と分離し、海水を淡水化することを特徴とする海水淡水化方法。
【請求項２】
前記濾過リングの互いに密着対面した部分の距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１の海水淡水化方法。
【請求項３】
前記直流電圧は、１．２〜２４Ｖであることを特徴とする請求項１又は２の海水淡水化方法。
【請求項４】
海水を淡水化するための海水淡水化装置において、
細長筒状の本体外筒と、
導電性の環状の濾過リングを多数枚互いに積層して形成され、前記細長筒状本体外筒内に配置されたリング積層体と、
前記リング積層体に作用して、前記濾過リングを互いに所定の圧力にて密着させるリング押圧手段と、
前記リング積層体の内周部にて形成される内部円筒状空間部に配置された導電性の内筒と、
前記リング積層体と前記内筒との間に、前記リング積層体を陽極とし前記内筒を陰極として直流電圧を印加する直流電源手段と、
海水を前記リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に差し向けるために、前記内筒の内側空間部から、前記内筒と前記リング積層体とにて形成される環状空間部へと海水を供給する海水供給手段と、
を有することを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項５】
海水を淡水化するための海水淡水化装置において、
細長筒状の本体外筒と、
導電性の環状の濾過リングを多数枚互いに積層して形成され、前記細長筒状本体外筒内に配置されたリング積層体と、
前記リング積層体に作用して、前記濾過リングを互いに所定の圧力にて密着させるために前記リング積層体の内周部にて形成される内部円筒状空間部に配置され、且つ、海水を前記リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に差し向けるために、中心部にノズル中心穴と、このノズル中心穴から半径方向へと開口したノズル孔とを備えた締付シャフトと、
前記締付シャフトの前記ノズル中心孔へと海水を供給する海水供給手段と、
前記リング積層体と、前記海水供給手段に設けられた電極部材との間に、前記リング積層体を陽極とし前記内筒を陰極として直流電圧を印加する直流電源手段と、
を有することを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項６】
前記濾過リングの少なくとも互いに密着対面した部分の表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項４又は５の海水淡水化装置。
【請求項７】
前記リング押圧手段は、前記リング積層体を０〜１７７ｋｇ／ｃｍ２にて押圧することを特徴とする請求項４、５又は６の海水淡水化装置。
【請求項８】
前記濾過リングの互いに密着対面した部分の距離は、０．２ｎｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項４〜７のいずれかの項に記載の海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水淡水化方法及び海水淡水化装置に関するものであり、特に、複数枚の濾過リングを積層して使用して海水の淡水化を行う海水淡水化方法及び海水淡水化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水淡水化装置としては、海水を加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気を凝縮して淡水を得る蒸発型海水淡水化装置とか、或いは、海水を逆浸透膜に５０〜６０気圧といった圧力を加えて加圧供給して淡水を得る逆浸透膜方式海水淡水化装置が広く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の蒸発型海水淡水化装置は、海水を加熱して水蒸気を発生させることが必要であり、多くのエネルギーを必要とする。
【０００４】
一方、逆浸透膜方式海水淡水化装置は、逆浸透膜の洗浄を頻繁に行うことが必要であるが、洗浄作業を繰り返し行う中に膜は次第に目詰まりを起こし、交換が余儀なくされる。逆浸透膜の頻繁な交換は、作業効率の点でも問題があり、又、生成処理水のコストを高いものとする。
【０００５】
従って、本発明の目的は、極めて効率よく、海水を淡水化することのできる海水淡水化方法及び海水淡水化装置を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、単純な操作にて逆洗浄作業を行うことができ、運転操作性の高い海水淡水化方法及び海水淡水化装置を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、機構が簡単で、小型で省スペース、省エネルギーを達成することができ、設備、運用などに要するコストを従来装置に比較して著しく低減することのできる海水淡水化方法及び海水淡水化装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る海水淡水化方法及び海水淡水化装置にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、（ａ）少なくとも互いに密着対面する部分の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜２０μｍとされる導電性の濾過リングを多数枚互いに密着、積層してリング積層体を形成し、
（ｂ）前記リング積層体を前記濾過リングの積層方向に接触面圧（ｐ）が０〜１７７ｋｇ／ｃｍ２の範囲にて押圧し、かつ、
（ｃ）前記リング積層体と、前記リング積層体とは異なる他の電極部材との間に、前記リング積層体が陽極に、前記電極部材が陰極となるように直流電圧を印加し、
（ｄ）淡水化する海水中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）を前記電極部材により収集して分離し、
（ｅ）前記ナトリウムイオン（Ｎａ＋）が分離された海水を前記リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に差し向け、そして、密着積層された前記濾過リングの間を流動させ、その後、前記濾過リングの間から解放することにより、海水中の塩素イオン（Ｃｌ−）をガス化して水（Ｈ２Ｏ）と分離し、海水を淡水化することを特徴とする海水淡水化方法が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、海水を淡水化するための海水淡水化装置において、
細長筒状の本体外筒と、
導電性の環状の濾過リングを多数枚互いに積層して形成され、前記細長筒状本体外筒内に配置されたリング積層体と、
前記リング積層体に作用して、前記濾過リングを互いに所定の圧力にて密着させるリング押圧手段と、
前記リング積層体の内周部にて形成される内部円筒状空間部に配置された導電性の内筒と、
前記リング積層体と前記内筒との間に、前記リング積層体を陽極とし前記内筒を陰極として直流電圧を印加する直流電源手段と、
海水を前記リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に差し向けるために、前記内筒の内側空間部から、前記内筒と前記リング積層体とにて形成される環状空間部へと海水を供給する海水供給手段と、
を有することを特徴とする海水淡水化装置が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、海水を淡水化するための海水淡水化装置において、
細長筒状の本体外筒と、
導電性の環状の濾過リングを多数枚互いに積層して形成され、前記細長筒状本体外筒内に配置されたリング積層体と、
前記リング積層体に作用して、前記濾過リングを互いに所定の圧力にて密着させるために前記リング積層体の内周部にて形成される内部円筒状空間部に配置され、且つ、海水を前記リング積層体の互いに隣接する前記濾過リングの接触面にて形成される間隙に差し向けるために、中心部にノズル中心穴と、このノズル中心穴から半径方向へと開口したノズル孔とを備えた締付シャフトと、
前記締付シャフトの前記ノズル中心孔へと海水を供給する海水供給手段と、
前記リング積層体と、前記海水供給手段に設けられた電極部材との間に、前記リング積層体を陽極とし前記内筒を陰極として直流電圧を印加する直流電源手段と、
を有することを特徴とする海水淡水化装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る海水淡水化方法及び海水淡水化装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１２】
実施例１
図１及び図２を参照して、本発明の海水淡水化方法の原理について説明する。
【００１３】
本発明の海水淡水化方法を実施するには、導電性の濾過リング１０を多数枚互いに密着、積層してリング積層体１１を形成し、このリング積層体１１に並置して、或いは、離隔配置して電極部材１２を設ける。リング積層体１１と電極部材１２の間には、リング積層体１１、即ち、濾過リング１０を陽極とし電極部材１２を陰極として直流電源１３により直流電圧が印加され、電界を発生させる。本発明によると、この直流電圧は、１．２〜２４Ｖとされ、リング積層体１１と電極部材１２の間には、３〜２０Ａの電流が流れるようにする。ただし、リング積層体１１と電極部材１２の間に流れる流量が増大した場合には、電流は６０Ａにまで増大することができる。
【００１４】
上述のように、本発明によれば、濾過リング１０を陽極とし、電極部材１２を陰極とすることにより、海水中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）がリング積層体１１へと供給されるのを防止し、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）によるリング積層体１１が目詰まりするのを防止する。
【００１５】
直流電圧が１．２Ｖ以下の場合には、化学平衡が問題となり、又、２４Ｖ以上では、安全上（感電）の問題が発生する。
【００１６】
又、直流電流が３Ａ以下の場合には、流量や塩の量に比例する（ｍｏｌ）電子量の不足が問題となり、又、６０Ａ以上では、省エネルギーの再考といった問題が発生する。
【００１７】
更に、リング積層体１１は、濾過リング１０の積層方向に接触面圧（ｐ）が０〜１７７ｋｇ／ｃｍ２の範囲にて押圧され、リング積層体１１と電極部材１２の間に海水を供給し、リング積層体１１の互いに隣接する濾過リング１０の接触面にて形成される間隙（ｇ）に海水を差し向ける。
【００１８】
上述のように、濾過リング１０を陽極とし、電極部材１２を陰極とすることにより、海水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は、リング積層体１１の側へと引き寄せられ、ナトリウムイオン（Ｎａ−）は、電極部材１２へと引き寄せられる。塩素イオン（Ｃｌ−）を含む海水が、濾過リング１０の入口側間隙（ｇ）へと押入され、加圧されながら濾過リング１０の出口へと流動する。
【００１９】
塩素イオン（Ｃｌ−）を含む水は、濾過リング出口から流出すると、圧力解放により、水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は気体（Ｃｌ２）となり、水（Ｈ２Ｏ）と分離される。この水は、塩分が除去された浄水であり、飲料に適したものである。
【００２０】
このとき、本発明の方法によれば、濾過リング１０の少なくとも互いに密着対面した部分の表面仕上げ精度、即ち、表面粗さは、Ｒａ（中心線平均粗さ）で０．０１μｍ〜２０μｍ、通常、０．１μｍ〜２０μｍとし、且つ、リング積層体１１の押圧力は、隣接する濾過リング１０の接触面での圧力ｐが０〜１７７ｋｇ／ｃｍ２、通常、８〜８０ｋｇ／ｃｍ２程度の範囲内とされる。この押付圧力ｐを変えることにより、淡水化精度や処理速度を変更することができる。
【００２１】
更に説明すると、本発明では、濾過リング１０の少なくとも互いに密着対面した部分の仕上げ精度は重要であり、本発明者の実験研究の結果、この部分の表面粗さは、Ｒａ（中心線平均粗さ）で０．０１μｍ〜２０μｍにて好結果を得ることができた。下限値は、０．０１μｍより小さくても良いが、下限値Ｒａ＝０．０１μｍは、現在の技術で実際に達成し得る表面粗さであると考えられる。また、上限値の表面粗さ２０μｍは、現在の技術で容易に達成可能であり、実際的である。一方、２０μｍを越えると、例えば１０μｍ以下といった微粒固形分の濾過能力が大幅に減退する傾向にある。そのために、２０μｍの場合と同じ濾過能力を維持するには、２０μｍ以下の場合に比べてリング押圧力を著しく大とすることが必要となり、実際的でない。
【００２２】
このような濾過リング１０は、図１及び図２に示すように、多数枚互いに積層し、所定のリング固定圧力Ｐにて互いに密着され、リング積層体１１を形成している。実験の結果、この圧力Ｐは、各濾過リング１０の接触面における単位面積当たりの圧力、即ち、接触面圧ｐで０〜１７７ｋｇ／ｃｍ２の範囲とすることにより良好な結果を得ることができた。微粒固形分の除去の場合には、接触面圧ｐは、７〜８０ｋｇ／ｃｍ２程度とすることができるが、特に、海水の淡水化の場合には、最大１７７ｋｇ／ｃｍ２にまで増大することができる。
【００２３】
また、本発明者の測定によれば、濾過リング３の互いに密着対面した部分の間隙距離（ｇ）は、０．２ｎｍ〜２００μｍの範囲内で良好な結果を得ることができた。通常、間隙距離（ｇ）は、２０μｍ〜２００μｍ程度とすることができるが、特に、微粒固形分の除去或いは特に、海水の淡水化の場合には、０．１μｍ以下とすることができ、現実的には、０．２ｎｍ程度にまで小さくすることができる。
【００２４】
本発明者の実験の結果、接触面圧ｐが１７７、８０、４０及び２０ｋｇ／ｃｍ２のとき、それぞれ、間隙距離（ｇ）は、ほぼ０．２ｎｍ、０．１μｍ、２０μｍ及び１００μｍであることが分かった。
【００２５】
図３に、本発明の本発明の海水淡水化方法を実施するのに適した海水淡水化装置の一実施例の概略構成を示す。
【００２６】
図３に示す本実施例では、海水淡水化装置１は、その軸線方向が垂直とされた縦型の装置であるとして説明するが、海水淡水化装置１は、これに限定されるものではなく、水平方向に配置しても、或いは、所定の角度にて配置しても使用し得るものであることを理解されたい。
【００２７】
図４及び図５をも参照するとより良く理解されるように、本実施例によると、海水淡水化装置１は、樹脂又は金属にて作製することのできる細長円筒形状の本体ハウジング、即ち、本体外筒２を有する。本体外筒２の上端には一体にフランジ３が形成され、下端には床板４が一体に設けられている。床板４の中央部にはねじ穴４ａが形成され、、同中心にて絶縁床座５が螺入して取り付けられる。この絶縁床座５には、後で詳しく説明するように、内筒６が取り付けられる。
【００２８】
本実施例によると、本体外筒２の内部には、中筒７が配置される。本体外筒２の内周部と中筒７との間には距離Ｇ１の空隙が設けられる。中筒７の上端７ａは、フランジ３に形成された取付穴部３ａに嵌合して、フランジ３の上面近傍にまで延在している。又、中筒７の下端７ｂは、床板４の上面に当接して配置される。中筒７は、多数の孔７ｃが形成されており、例えば、多数の孔が形成されたパンチング板にて形成することができる。
【００２９】
中心部に穴１０ａが形成された環状の濾過リング１０が、中筒７の長手軸線方向に整列して中筒７内に複数枚積層される。これにより、積層された濾過リング１０は、リング積層体１１を形成し、リング積層体１１の下端は、床板４の上面に載置される。
【００３０】
この構成により、各濾過リング１０がリング積層体１１の軸線方向に対して垂直方向に、即ち、本実施例では、水平横方向への揺れを防止することができる。一方、各濾過リング１０は、中筒７内にて軸線方向に、即ち、本実施例では上下方向に移動自在とされる。
【００３１】
また、中筒７の上端７ａには、リング積層体１１の軸線方向の上方端に位置して、押さえシリンダ８が載置される。本実施例では、押さえシリンダ８とリング積層体１１との間には、円盤状の押さえ板９が配置されている。
【００３２】
これにより、本体外筒２の内周面と中筒７の外周面との間には、所定間隔Ｇ１の空隙にて形成される、リング積層体１１の長手軸線方向に沿った環状の流体通路２１が形成される。
【００３３】
この流体通路２１は、下端が淡水出口２２に連通し、上端は、フランジ３に形成された塩素ガス排出孔３ｂに連通している。
【００３４】
また、濾過リング１０の穴１０ａにより形成されたリング積層体１１の内部の円筒状空間部１１ａ内には、上述のように、内筒６が配置される。
【００３５】
本実施例にて、内筒６は、リング積層体１１の長手方向に沿って延在した円筒形状の円筒体とされ、下方端部６ａが縮径されてねじ溝６ｂが形成されている。内筒６は、このねじ溝６ｂを介して絶縁床座５のねじ穴５ａに螺着される。内筒６の上端６ｃは、前記押さえ板９にまでは達しておらず、内筒６の上端６ｃと押さえ板９との間には空隙Ｇ２が設けられる。
【００３６】
又、内筒６の外周面とリング積層体１１との間には空隙Ｇ３が設けられ、内筒６とリング積層体１１との間には、リング積層体１１の長手軸線方向に沿って環状の海水流通路２３が形成される。
【００３７】
内筒６の下端開口部６ｄは、絶縁床座５に形成された連通孔５ｂ及び床板４に形成された海水圧入口４ｂに連通している。また、海水流通路２３は、絶縁床座５に形成された連通孔５ｃ及び床板４に形成された排水出口４ｃに連通している。
【００３８】
本体外筒２のフランジ３には、上フランジ３１がシートパッキング３２を介して配置され、ボルト３３、ナット３４にて外筒フランジ３に固定される。上フランジ３１の中央部にはボス部３５が形成され、中心部にねじ孔３６が形成されている。このねじ孔３６には、締めボルト３７が螺合されており、締めボルト３７の下端３７ａは、押さえシリンダ８の中心凹部８ａに当接している。
【００３９】
従って、締めボルト３７を回すことによって、押さえシリンダ８は押さえ板９を介してリング積層体１１の方へと押圧される。即ち、締めボルト３７は、リング積層体１１に作用して、リング積層体１１における隣接する濾過リング１０の接触面圧力ｐ（ｋｇ／ｃｍ２）を調整するリング押圧手段として機能する。
【００４０】
このように、締めボルト３７を回すことにより、押さえシリンダ８がリング積層体１１の上端面に作用して、各濾過リング１０を互いに所定の圧力ｐにて密着させる。
【００４１】
又、上フランジ３１には、フランジ３のガス排出孔３ｂと連通して塩素ガス排出口を形成するガス排出孔３１ａが形成され、シートパッキング３２にも、ガス排出孔３２ａが形成されている。
【００４２】
本実施例によると、締めボルト３７は、ボス部３５の外周ねじ部３５ａに螺着されるキャップ３８にてカバーされている。キャップ３８は、パッキン３９にてボス部３５に液密にて取り付けられる。
【００４３】
前記圧入口４ｂには、供給側ポンプを備えた海水供給手段１０１が接続され、海水を供給圧力Ｐ１にて圧入口４ｂへと供給する。この時、海水供給手段１０１に濾過装置を設け、海水中の固形分を除去し、圧入口４ｂには固形分を含まない海水が供給される。
【００４４】
一方、排水出口４ｃには、排出側ポンプを備えた海水加圧手段１０２が接続され、排水出口４ｃを圧力Ｐ２に維持する。
【００４５】
従って、本実施例によれば、海水供給手段１０１による供給圧力Ｐ１と、海水加圧手段１０２の圧力Ｐ２とを調節することにより、両者の差圧、即ち、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２により海水は、リング積層体１１の各濾過リング１０の接触面に形成された間隙ｇへと押入される。
【００４６】
海水加圧手段１０２としては、ポンプの代わりに電動式の仕切り弁を使用することも可能である。この場合は、仕切り弁の開閉を調整することにより、ポンプを使用した場合と同様の作用を達成することができる。
【００４７】
本実施例によれば、内筒６は、図１を参照して説明した電極部材１２として機能するものであり、図３に示すように、内筒６の内側にマイナス端子４１が取り付けられている。マイナス端子４１は、内筒６の下端開口部６ｄから絶縁床座５の連通孔５ｂ、床板４の海水圧入口４ｂを介して配線されたリード線４２により、外部電源１３のマイナス極へと電気的に接続される。
【００４８】
一方、床板４には、その外面にプラス端子４３が取り付けられており、リード線４３により、外部電源１３のプラス極へと電気的に接続される。これにより、リング積層体１１には床板４を介して外部電源１３からプラスの電圧が印加される。
【００４９】
次に、濾過リング１０及びリング積層体１１の構造について説明する。
【００５０】
濾過リング１０は、これに限定されるものではないが、本実施例では、図１に示すように、平板形状のリング状とされ、リング積層体１１は、濾過リング１０を、例えば、１００〜１０００枚積層して構成される。本実施例では、リング積層体１１は、濾過リング３を１６０〜８００枚積層して形成した。
【００５１】
更に説明すると、本実施例にて濾過リング１０は、中心に内径（ｄ１）の穴が形成された板厚（ｔ）とされる平板形状をしたリングとされる。リング１０の内径ｄ１は、電極部材１２として機能する内筒６の外径Ｄ１より大きくされ、また、リング１０の外径（ｄ２）は、中筒７の内径（Ｄ２）より僅かに小さくされる。濾過リング１０の内径（ｄ１）、外径（ｄ２）及び板厚（ｔ）は、装置に要求される濾過能力によって種々の寸法を採用し得る。
【００５２】
本実施例では、濾過リング１０は、リング１０の内径（ｄ１）が１３６ｍｍ、外径（ｄ２）が１５６ｍｍ、板厚（ｔ）が、１ｍｍのものを使用した。
【００５３】
濾過リング１０の内周部は、好ましくは湾曲形状とされ、一方、外周部は、半径方向外方へと先細状に成形された楔形状とされる。通常、先端角度（α）は、４０〜８０度、通常６０度とされる。
【００５４】
上述したように、濾過リング１０の材質としては、上述にて理解されるように、導電性であることが要求され、金属、特に、ステンレススチール、又は、チタン若しくはその合金などが好適に使用される。
【００５５】
次に、上記構成の海水淡水化装置１の作動態様について説明する。
【００５６】
本実施例では、図３にて、先ず、リング押圧手段、即ち、締めボルト３７を回転して、押さえシリンダ８及び押さえ板９をリング積層体１１の方へと押し付け、リング積層体１１を構成する各濾過リング１０を互いに所定の接触面圧ｐにて密着させる。これにより、リング積層体１１における隣接する濾過リング間の間隙距離（ｇ）が所定値に調整され、設定される。
【００５７】
次いで、海水供給手段１０１により、微粒固形分が除去された、通常、塩分濃度３．５％とされる海水を圧力Ｐ１にて海水圧入口４ｂに供給する。
【００５８】
海水は、内筒６の内部空間２４内へと供給され、内筒上端６ｃと押さえ板９との空隙Ｇ２から、内筒６とリング積層体１１との間に形成された海水流通路２３へと流動する。
【００５９】
海水流通路２３内の海水は、海水加圧手段１０２により排水出口４ｃが圧力Ｐ２に維持されていることにより、海水供給手段１０１による供給圧力Ｐ１と、海水加圧手段１０２の圧力Ｐ２との差圧、即ち、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２によりリング積層体１１の各濾過リング１０の接触面に形成された間隙ｇへと押入される。
【００６０】
リング積層体１１と、電極部材としての内筒６の間には、直流電源１３により直流電圧が印加され、電界を発生しており、上述したように、海水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は、リング積層体１１の側へと引き寄せられ、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）は、内筒６へと引き寄せられる。
【００６１】
塩素イオン（Ｃｌ−）を含む水は、濾過リング１０の入口側間隙（ｇ）へと押入され、加圧されながら濾過リング１０の出口へと流動し、濾過リング出口から流出すると、圧力解放により、水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は気体（Ｃｌ２）となり、流体通路２１へと流出する。流体通路２１内の塩素ガス（Ｃｌ２）は、流体通路２１を上方へと流動し、フランジ３、シートパッキング３２、上フランジ３１により形成された塩素ガス排出口３ｂ、３２ａ、３１ａにより装置外へと排出され、タンクに貯蔵される。
【００６２】
一方、水（Ｈ２Ｏ）は、流体通路２１内を下方へと流下し、淡水排出口２２から装置外へと排出され、タンクに貯められる。この水は、塩分が除去された浄水であり、飲料に適したものである。
【００６３】
また、海水流通路２３内の排出海水は、海水中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）が反応して生成される水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含んだものとなり、排水出口５ｃ、４ｃから排水タンクへと排出される。
【００６４】
上述のように構成されそして作動する本実施例の海水淡水化装置１によると、供給圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とを調節することにより、濾過分離精度、処理速度を変えることができる。
【００６５】
本実施例の上記構成とされる海水淡水化装置１では、リング積層体４における目詰まりは、極めて少なく実質的に排除されるが、それでも長期間の使用により、目詰まりを起こす。この場合には、逆洗浄作業を行う。
【００６６】
つまり、図３にて、塩素ガス排出口として利用したガス孔３ｂ、３２ａ、３１ａを逆洗浄エア投入口として利用し、このエア投入口３ｂ、３２ａ、３１ａより、本体円筒２と中筒７との間に形成された環状流体通路２１へと逆洗用の加圧エアーを吹き込む。このとき、リング積層体１１と内筒６とに印加されている電界を切ることが好ましい。これにより、両部材１１、６に付着したイオンが剥がれ易くなり、洗浄効率を高めることができる。又、所定時間の間、例えば、数秒間、海水加圧側手段１０１の作動を停止するのが好ましい。
【００６７】
これにより、加圧エアーは、各濾過リング間の間隙に目詰まりしていた付着微粒子をリング積層体１１の半径方向内方へと吹き飛ばし、逆洗浄が達成される。加圧エアーとしては、７〜１５ｋｇ／ｃｍ２とされる。
【００６８】
このとき、本実施例の濾過リング１０は、その外周部が楔形状に成形されているために、加圧エアーが隣接する濾過リング１０を互いに離間させる方向に働き、リング積層体１１において、隣接する濾過リング間の空隙距離（ｇ）が、濾過工程時に比較して拡がり、逆洗浄効果を増大させる。
【００６９】
上記逆洗浄工程は、自動制御で流体処理を行う流体処理装置においては、処理工程中に定期的に組み込むことができる。
【００７０】
このように、本実施例の海水淡水化装置１は、構造が簡単であるので、フィルタの目詰まりを逆洗浄によって簡単に解消できる。
【００７１】
この逆洗作業が終了すると、再度海水加圧側手段１０１を作動して、海水を海水圧入口４ｂへと送給開始する。
【００７２】
本発明の海水淡水化方法及び海水淡水化装置の効果を立証するために、下記具体例１に示す寸法形状を有した濾過リング１０を備えた海水淡水化装置１を作製し、実験した。その結果、塩分濃度１５０ｐｐｍ以下の淡水を１時間当たり１８〜３０Ｌ（リットル）で得ることができた。
【００７３】
具体例１
濾過リング
材質：チタン
板厚（ｔ）：                  １ｍｍ
内径（ｄ１）：            １３６ｍｍ
外径（ｄ２）：            １５６ｍｍ
楔部の角度（α）：            ６０度
仕上げ精度（Ｒａ）：          ２０μｍ
リング積層体
濾過リング積層枚数：      １６０枚〜８００枚
直流電源
印加電圧：１．２〜２４Ｖ
電流：３〜２０Ａ
作動条件
リング固定圧力（接触面圧ｐ）：      ８〜１７７ｋｇ／ｃｍ２
海水供給圧力Ｐ１：                  １０〜６０ｋｇ／ｃｍ２
海水排出側圧力Ｐ２：                １０〜６０ｋｇ／ｃｍ２
濾過時の圧力ΔＰ：                  １０〜６０ｋｇ／ｃｍ２
処理流体の性状
塩分濃度３５０００ｐｐｍの海水を使用した。
【００７４】
実施例２
図６、図７及び図８に濾過リング１０の他の実施例を示す。実施例１では、濾過リング１０の互いに対面する接触する表面は、平面とされたが、実施例２に示す濾過リング１０では、濾過リング１０の片側表面には、凹溝５０（５１Ａ、５１Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ）が形成される。
【００７５】
本実施例によると、この凹溝５０は、濾過リング１０を半径方向に、内周側から外周側フリンジ部５０ａにまで延在する第１の半径方向溝５１Ａと、濾過リング１０を半径方向に、外周側から内周側フリンジ部５０ｂにまで延在する第２の半径方向溝５１Ｂと、第１及び第２半径方向溝５１Ａ、５１Ｂから互いの方へと互い違いにとなるように円周方向に所定距離だけ延在した第１及び第２円周方向溝５２Ａ、５２Ｂとにより構成されている。斯かる構成により、濾過リング１０の表面には、円周方向に所定の数に区画された領域にて、千鳥状の平面５０ａ、１０ｂ、５０ｂが形成される。
【００７６】
本実施例では、内径（ｄ１）が３０ｍｍ、外径（ｄ２）が１２０ｍｍの濾過リング１０とされ、第１及び第２の半径方向溝５１Ａ、５１Ｂはそれぞれ６本とされ、そして、第１及び第２円周方向溝５２Ａ、５２Ｂはそれぞれ所定の間隔にて形成される。
【００７７】
つまり、本実施例では、図７及び図８にて理解されるように、内周部及び外周部には幅（ｗ１）が３ｍｍの溝のないフリンジ部５０ａ、５０ｂを形成し、第１及び第２半径方向溝５１Ａ、５１Ｂの幅（ｗ２）は２ｍｍ、第１及び第２円周方向溝５２Ａ、５２Ｂ及び第１及び第２円周方向溝５２Ａ、５２Ｂの間の溝でない部分１０ｂの幅（ｗ３）は１ｍｍ、各溝の深さ（ｈ）は０．３ｍｍとした。これにより、濾過リング１０の表面には、６条７８３本の溝が形成される。このような濾過リング１０は、当業者には周知のエッチングの技術により好適に作製し得る。
【００７８】
この構成により、実施例１で説明した濾過リング１０を使用した場合に比較して、リング積層体１１の濾過面積が飛躍的に増大し、海水淡水化精度及び処理速度が向上する。
【００７９】
実施例３
図９及び図１０に、本発明に係る海水淡水化装置１の他の実施例を示す。本実施２では、海水淡水化装置１は、その軸線方向が水平とされた横型の装置であるとして説明するが、垂直方向に配置しても、或いは、所定の角度にて配置しても使用し得るものであることを理解されたい。
【００８０】
本実施例によると、海水淡水化装置１は、実施例１と同様に、細長円筒形状の本体ハウジング、即ち、本体外筒２と、本体外筒２の両側に配置された側板、即ち、図１０にて左側側板５１及び右側側板５２とを有する。本実施例の海水淡水化装置１は、本体外筒２は、圧力の影響が少ない部分であるので、材質としてはアクリルやガラスなどの透明部材を使用することが可能であり、可視化による点検メリットなど衛生感覚的にも好ましい。
【００８１】
外筒２の両端２ａ、２ｂは、側板５１、５２の端面に形成された嵌合溝５１ａ、５２ａ内に遊嵌される。又、左側側板５１には、中心部に貫通穴５１ｂを備え、右側側板には、中心部にねじ穴５２ｂが形成されている。
【００８２】
本実施例によると、本体外筒２の内部には、後述する締付シャフト５３が配置され、このシャフト５３に、環状の濾過リング１０の中心孔１０ａを嵌合させることにより、濾過リング１０が複数枚積層されたリング積層体１１を形成する。本体外筒２の内周部とリング積層体１１の外周部との間に環状の流体通路２１が形成される。
【００８３】
濾過リング１０は、実施例１のものでも良いが、本実施例では、図１１に示すように、実施例２で説明した構成のものを使用した。また、リング積層体１１は、濾過リング１０を、例えば、１００〜１０００枚積層して構成される。本実施例においても、リング積層体４は、濾過リング３を１６０〜８００枚積層して形成した。隣接する濾過リング１０は、一方の濾過リングの溝形成面が、他方の濾過リングの溝が形成されていない面と対面して密着するように積層される。
【００８４】
本実施例では、上述のように、締付シャフト５３が左側側板５１の貫通穴５１ｂ、濾過リング１０の中心穴１０ａにて形成されるリング積層体１１の円筒状空間部１１ａ、を貫通して配置される。
【００８５】
締付シャフト５３は、図１０、図１１に示すように、外径断面が六角形とされるノズル軸５４と、ノズル軸部５４の右側端部に形成されたねじ軸５５と、左側側板５１より外方へと突出したノズル軸５４の左側端部に形成された締付ボス部５６とを有する。
【００８６】
ねじ軸５５は、右側側板５２のねじ穴５２ｂに螺合される。また、締付ボス部５６は、ナイザーリング５７を介し、左側側板５１に当接している。
【００８７】
従って、締付ボス部５６を回すことによって、両側板５１、５２を互いの方へと引き寄せ、それによって、リング積層体１１は、両側板５１、５２により押圧され、各濾過リング１０を互いに所定の圧力ｐにて密着させる。このように、締付シャフト５３は、リング積層体１１に作用して、リング積層体１１における隣接する濾過リング１０の接触面圧力ｐ（ｋｇ／ｃｍ２）を調整するリング押圧手段として機能する。
【００８８】
また、本体外筒２の両端２ａ、２ｂは、両側板５１、５２の嵌合溝内に配置したＯリングシール５８、５９と当接し、それにより、本体外筒２と両側板５１、５２は、上記締付シャフト５３により液密状態にて一体とされる。
【００８９】
締付シャフト５３は、上述したように、外径断面が六角形とされ、更に、中心には、長手軸線方向に沿って細長状のノズル中心穴６０が形成される。ノズル中心穴６０は、略リング積層体１１の長手方向領域において形成されており、更に、長手軸線方向に沿って所定のピッチにて半径方向にノズル孔６１が形成される。隣り合ったノズル孔６１は、所定の角度、本実施例では、６０度だけ円周方向にずれるように形成される。
【００９０】
本実施例によれば、直流電源１３の陰極は、後述する海水供給手段１０１に設けられた電極部材１２に接続される。そして、直流電源１３の陽極が接続されたプラグ７０を右側板５２に取り付けることにより、リング積層体１１はプラス電位とされる。
【００９１】
次に、上記構成の海水淡水化装置１の作動態様について説明する。
【００９２】
本実施例では、図１０にて、先ず、リング押圧手段、即ち、締付シャフト５３のボス部５６を回転して、両側板５１、５２によりリング積層体１１を両側より押圧し、リング積層体１１を構成する各濾過リング１０を互いに所定の接触面圧ｐにて密着させる。これにより、リング積層体１１における隣接する濾過リング間の間隙距離（ｇ）が所定値に調整され、設定される。
【００９３】
次いで、海水供給手段１０１により、微粒固形分が除去された海水を圧力Ｐ１にて、右側側板５２の海水圧入口５２ｃに供給する。
【００９４】
また、本実施例によれば、上述のように、海水供給手段１０１には予備タンク１０１ａが設けられる。この予備タンク１０１ａには、電極部材１２が設置され、直流電源１３の陰極が接続される。従って、海水中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）は電極部材１２により海水から分離され、海水圧入口５２ｃには、塩素イオン（Ｃｌ−）を含む海水が供給される。
【００９５】
海水は、海水圧入口５２ｃから締付シャフト５３のノズル中心孔６０へと供給され、次いで、ノズル孔６１を介してリング積層体１１の各濾過リング１０の接触面に形成された間隙（ｇ）へと押入される。
【００９６】
リング積層体１１には、直流電源１３によりプラス電圧が印加されており、上述したように、海水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は、リング積層体１１の側へと引き寄せられる。塩素イオン（Ｃｌ−）を含む水は、濾過リング１０の入口側間隙（ｇ）から加圧されながら濾過リング１０の出口へと流動する。
【００９７】
塩素イオン（Ｃｌ−）を含む加圧された水が、濾過リング出口から流出すると、圧力解放により、水中の塩素イオン（Ｃｌ−）は気体（Ｃｌ２）となり、流体通路２１へと流出する。流体通路２１内の塩素ガス（Ｃｌ２）を含んだ水は、流体通路２１を右側へと流動し、右側側板５２に形成された排出口５２ｄより装置外へと排出され、装置外にて、塩素ガス（Ｃｌ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分離され、それぞれタンクに貯蔵される。この水（Ｈ２Ｏ）は、塩分が除去された浄水であり、飲料に適したものである。
【００９８】
また、締付シャフト５３の外周とリング積層体１１との間の海水は、排水出口５２ｅ（図９）から排水タンクへと排出される。
【００９９】
上述のように構成されそして作動する本実施例の海水淡水化装置１においても、実施例１と同様に、供給圧力Ｐ１と、排水出口圧力Ｐ２とを調節することにより、濾過分離精度、処理速度を変えることができる。
【０１００】
本実施例の上記構成とされる海水淡水化装置１においても、実施例１と同様にして逆洗浄作業を行うことができる。勿論、このとき、排出口５２ｄから環状流体通路２１へと逆洗用の加圧エアーを吹き込むと同時に、リング積層体１１に印加された電界を切ることが好ましい。これにより、リング積層体１１に付着したイオンが剥がれ易くなり、洗浄効率を高めることができる。又、所定時間の間、例えば、数秒間、海水加圧側手段１０１の作動を停止するのが好ましい。
【０１０１】
このように、本実施例の海水淡水化装置１においても、実施例１の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０２】
本実施例の海水淡水化方法及び海水淡水化装置の効果を立証するために、実施例２にて説明した構成の、下記具体例２に示す寸法形状を有した濾過リング１０を備えた海水淡水化装置１を作製し、実験した。その結果、塩分濃度１５０ｐｐｍ以下の淡水を１時間当たり２２５〜４５０Ｌ（リットル）で得ることができた。
【０１０３】
具体例２
濾過リング
材質：チタン
板厚（ｔ）：                  １ｍｍ
内径（ｄ１）：              ３０ｍｍ
外径（ｄ２）：            １２０ｍｍ
楔部の角度（α）：            ６０度
仕上げ精度（Ｒａ）：          ２０μｍ
溝幅                        １ｍｍ
溝深さ                      ０．３３ｍｍ
締付シャフト：
最大直径            ３１ｍｍ
最小直径            ２７ｍｍ
ノズル中心孔の直径  １０ｍｍ
ノズル孔径            ２ｍｍ
リング積層体
濾過リング積層枚数：      ５００枚
直流電源
印加電圧：１．２〜２４Ｖ
電流：６〜６０Ａ
作動条件
リング固定圧力（接触面圧ｐ）：      ８〜１７７ｋｇ／ｃｍ２
海水供給圧力Ｐ１：                  １０〜６０ｋｇ／ｃｍ２
海水排出側圧力Ｐ２：                １０〜６０ｋｇ／ｃｍ２
濾過時の圧力ΔＰ：                  １０〜６０ｋｇ／ｃｍ２
処理流体の性状
塩分濃度３５０００ｐｐｍの海水を使用した。
【０１０４】
上記実施例１、３では、１台の海水淡水化装置１により海水を淡水化するものとして説明したが、複数台の海水淡水化装置１により海水を淡水化することも可能である。例えば、６台を組み合わせて使用した場合は、海水中の３．５％の塩分を、１台につき０．７％相当の塩分除去を行っても良い。
【０１０５】
また、本発明の海水淡水化装置１は、最初の１台目は、ゴミ取りのフィルタ装置として使用することもでき、その後に５台の装置にて塩分濃度が０にまで塩分除去することもできる。
【０１０６】
また、本発明の海水淡水化装置１は、処理水を飲料水として使用しない場合には、その使用目的に合わせた品質に操作可能であるし、処理途中での分流使用も可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の海水淡水化方法及び海水淡水化装置は、
（１）極めて効率よく、海水を淡水化することができる。
（２）単純な操作にて逆洗浄作業を行うことができ、運転操作性が高い。
（３）機構が簡単で、小型で省スペース、省エネルギーを達成することができ、設備、運用などに要するコストを従来装置に比較して著しく低減することができる。
といった種々の効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の海水淡水化方法の原理を説明する概略構成図である。
【図２】本発明の海水淡水化方法の原理を説明する概略構成拡大図である。
【図３】本発明の海水淡水化装置の一実施例の概略構成断面図である。
【図４】本発明の海水淡水化装置の分解斜視図である。
【図５】本発明の海水淡水化装置の分解斜視図である。
【図６】濾過リングの他の実施例を示す平面図である。
【図７】図６の濾過リングの一部拡大図である。
【図８】図７の線Ｘ−Ｘに取った濾過リングの断面図である。
【図９】本発明の海水淡水化装置の他の実施例の斜視図である。
【図１０】図９の海水淡水化装置の断面図である。
【図１１】図１０の線Ｙ−Ｙに取った濾過リングの断面図である。
【符号の説明】
１            海水淡水化装置
２            本体外筒
３            フランジ
４            床板
５            絶縁床座
６            内筒
７            中筒
８            押さえシリンダ
１０          濾過リング
１１          リング積層体
１２          電極部材
１３          直流電源
２１          流体通路
２２          淡水出口
２３          海水流通路
５１、５２    側板
５３          締付シャフト
【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】
2004267980.tif 000009
【図８】
2004267980.tif 000010
【図９】
2004267980.tif 000011
【図１０】
2004267980.tif 000012
【図１１】
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