(57)【要約】【課題】隔膜を使用せずとも海水から高度に脱塩化された淡水を得る方法及び装置を提供すること。【解決手段】左右に対向配置された一対の電極５、５’を有する流通式電気化学セル１を用い、両電極間に直流電圧を印加して海水を淡水化する方法において、前記流通式電気化学セル１として、両電極５、５’間の横方向の距離が入口端２から出口端３へ向かって順次長くなされ、該セル１及び両電極５、５’の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなされ、該セルの出口２端の中央部９から淡水を得る。【選択図】    図１
2004167335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右に対向配置された一対の電極を有する流通式電気化学セルを用い、両電極間に直流電圧を印加して海水を淡水化する方法において、前記流通式電気化学セルとして、両電極間の横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなされ、該セル及び両電極の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなされ、該セルの出口端の中央部から淡水を得るようになされたものを使用することを特徴とする海水淡水化方法。
【請求項２】
前記流通式電気化学セルを複数個使用し、前段の流通式電気化学セルの出口端より得られた淡水を次段の流通式電気化学セルの入口端へ導入するようになしたことを特徴とする請求項１に記載の海水淡水化方法。
【請求項３】
（ａ）入口端及び出口端を有し、横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなり、かつ、縦方向の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっている細長い筒状体と、
（ｂ）前記入口端に接続された少なくとも１つの入口と、
（ｃ）前記細長い筒状体の左右内面に接してそれぞれ設けられた高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっている一対の電極と、
（ｄ）前記細長い筒状体の出口端に前記一対の電極にほぼ平行に設けられた２つの分離板により区画された３個の出口室と、
を有する流通式電気化学セルと、
前記一対の電極間に直流電圧を印加する直流電源とを備え、前記流通式電気化学セルの３個の出口室のうち、中央の出口室から淡水を得るようになされていることを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項４】
前記流通式電気化学セルを複数個有し、前段の流通式電気化学セルの中央の出口室が次段の流通式電気化学セルの入口に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の海水淡水化装置。
【請求項５】
前記一対の電極間には粒状充填材又は多孔性充填材が配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の海水淡水化装置。
【請求項６】
少なくとも左右に対向配置された一対の電極を有する第１及び第２の流通式電気化学セルを用い、両電極間にそれぞれ直流電圧を印加して海水を淡水化する海水淡水化方法において、前記第１の流通式電気化学セルの一方の電極側から得られる水を前記第２の流通式電気化学セルの入口端へ導入し、前記第１の流通式電気化学セルの一方の電極の極性とは反対の極性を有する前記第２の流通式電気化学セルの電極側から淡水を得ることを特徴とする海水淡水化方法。
【請求項７】
前記第１及び第２の流通式電気化学セルは、両電極間の横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなされ、該セル及び両電極の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなされていることを特徴とする請求項６に記載の海水淡水化方法。
【請求項８】
前記第１及び第２の流通式電気化学セルの組み合わせを複数組使用し、前の組の出口端より得られた淡水を次の組の入口端に導入するようにしたことを特徴とする請求項６又は７に記載の海水淡水化方法。
【請求項９】
それぞれ、
（ａ）入口端及び出口端を有する細長い筒状体と、
（ｂ）前記入口端に接続された少なくとも１つの入口と、
（ｃ）前記細長い筒状体の左右内面に接してそれぞれ設けられた一対の電極と、
（ｄ）前記細長い筒状体の出口端に前記一対の電極にほぼ平行に設けられた１つの分離板により区画された２個の出口室と、
を有する第１及び第２の流通式電気化学セルと、
前記各流通式電気化学セルの電極間にそれぞれ直流電圧を印加する直流電源と、
を備えた海水淡水化装置において、
前記第１の電気化学セルの一方の出口室が前記第２の流通式電気化学セルの入口に接続されていると共に、前記第１の電気化学セルの一方の出口室側の電極とは反対の極性を有する前記第２の流通式電気化学セルの電極側の出口室より淡水を得るようになされた海水淡水化装置。
【請求項１０】
前記細長い筒状体は、横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなり、かつ、縦方向の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっており、更に、前記両電極の高さは入口端から出口端へ向かって順次低くなっていることを特徴とする請求項９に記載の海水淡水化装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２の流通式電気化学セルの各電極間には粒状充填材又は多孔性充填材が配置されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の海水淡水化装置。
【請求項１２】
前記海水淡水化装置を複数個有し、前段海水淡水化装置の淡水の出口端が次段の海水淡水化装置の入口端に接続されていることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、海水淡水化方法及び装置に関し、更に詳しくは電気的に海水を脱塩しミネラル分が豊富な飲用水ないしは植物育成用の淡水を得るための隔膜を使用しない海水淡水化方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から海水を脱塩して淡水（真水）を得る方法は種々のものが知られており、その淡水化の原理の差異により分類すると、蒸発法、逆浸透法及び電気透析法の３つに大きく分けられる。
【０００３】
蒸発法は、最も歴史が古いものであり、海水を加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気を冷却して淡水を得る方法である。この方法は、２段フラッシュ蒸発法、多段フラッシュ蒸発法等が実用化されており、非常に純度の高い真水が得られるという利点を有しているが、熱源を必要とするためにエネルギー効率が悪く、多量の真水を必要とする用途には適しておらず、主として船舶に使用されている。
【０００４】
また、逆浸透法は、半透膜の一方の側に海水を接させて海水の浸透圧以上に加圧すると真水が半透膜を通って押し出される現象を利用したものであり、加圧圧力が高いほど多量の塩分濃度の低い淡水が得られ、通常の逆浸透法淡水化プラントでは、５０〜６０気圧の圧力を加え、塩分濃度１５０ｐｐｍ程度の淡水が得られている。最近は多くの大型プラントが建設されており、一日の増水能力が１０万トン以上のものも稼働している。
【０００５】
一方、電気透析法は、２つの対向配置された隔膜の外側にそれぞれ設けられた一対の電極間に直流電圧を印加してその２つの隔膜の間に海水を流すと、海水中のナトリウムイオンは隔膜を通って負極方向へ移動し、同じく塩素イオンは別の隔膜を通って正極方向へ移動するので、２つの隔膜の間を通された海水中の塩濃度が低下するという現象を利用したものであり、その一例として下記特許文献１に記載されているものを例にとり、電気透析法による海水淡水化装置の動作原理を詳細に説明する。
【０００６】
図５は下記特許文献１に実施例として例示されている電気透析法による海水淡水化装置の一例であって、脱塩すべき原水は、活性炭フィルタ１０１で有機物を除去された後、３個の流量調節弁１０２、１０２’、１０２”を通って陽極室１０３、脱イオン水室１０４、陰極室１０５に送られる。陽極室１０３、脱イオン水室１０４、陰極室１０５は、多孔性の隔膜１０７、１０７’により区切られている。多孔性膜の他に、陽イオン交換及び陰イオン交換両方の機能を有するバイポーライオン交換膜を使用すると更に高効率でイオン交換可能である。陽極室１０３、陰極室１０５にはＰｔ電極１０６、１０６’がそれぞれ設置されている。
Ｐｔ電極１０６、１０６’に電圧可変直流電源１０８により一定電圧が印加されると、脱イオン水室１０４の中の水中に含まれる陰イオンは、隔膜１０７を通って陽極室１０３側へ移動し、一方、陽イオンは隔膜１０７’を通って陰極室１０５側へ移動して、脱イオン水室１０４のからは溶存イオン濃度の低い脱イオン水が得られる。
【０００７】
なお、この公知例では、電源１０８からの印加電圧を水の電気分解電圧以下、好ましくは０．７〜２Ｖに設定し、また、流量調節弁１０２、１０２’、１０２”のうち、１０２、１０２”の水流量設定値を１０２’の水流量設定値より小さく、１／２以下、好ましくは１／５以下に設定することにより、少量の電力で大量の脱イオン水を効率良く製造することが可能である。
【０００８】
一方、Ｐｔ電極１０６、１０６’への印加電圧を水の電気分解電圧以上、即ち、２Ｖ以上、好ましくは４Ｖ以上に設定した場合、前述のものと同様に陰イオンは陽極室１０３に、陽イオンは陰極室１０５に移動して脱イオン水室１０４では溶存イオン濃度の低い脱イオン水が生成される他に、陽極室１０３内の水は電気分解反応によるＯ２の生成により酸化還元電位が上昇すると同時に、隔膜１０７を通って移動してきたＣｌ−、ＳＯ４２−イオン等の存在により、ｐＨは酸性となる。一方、陰極室１０５内の水は電気分解反応によるＨ２の生成により酸化還元電位が低下すると同時に、隔膜１０７’を通って移動してきたＮａ＋、Ｃａ２＋、アンモニアイオン等の存在により、ｐＨはアルカリ性となる。
【特許文献１】
特開平８−１８７４９２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来から知られている脱塩方法では、蒸発法はエネルギー効率が悪くて大量の海水の脱塩処理には適さないものであり、また、逆浸透法は半透膜を、また電気浸透法は隔膜を、それぞれ必要とするように、何れも何等かの隔膜が必要であり、これらの隔膜は、使用中に表面にスケールが析出したり目詰まりしたりし、或いは半透性が劣化したりするために、周期的にメンテナンスが必要であるという問題点が存在しており、これら隔膜を用いる海水淡水化装置は長期間、無保守で連続操業できるようになすことは困難であった。
【００１０】
ところで、対向する２個の電極間に直流電圧を印加すると、既に述べたように、海水中のナトリウムイオンは負極側へ移動し、同じく塩素イオンは正極側へ移動する。しかしながら、そのままでは直流電圧の印加を停止すると拡散により両イオンは互いに混じり合って元の海水の状態に戻ってしまう。そのため、上記特許文献１に記載されているものでは、流通式で隔膜ないしはイオン交換膜を用いることにより、海水中のナトリウムイオン及び塩素イオンを隔膜ないしはイオン交換膜を介して両電極近傍へ移動させることにより分離し、淡水を得るようになしているわけである。
【００１１】
発明者等は、上述のような隔膜を使用する方法の問題点に鑑みて、海水の淡水化に際し隔膜を必要としない方法を種々検討を重ねた結果、上記公知の電気浸透法においては隔膜を使用せずともエネルギー効率よく、長期間無保守でかつ連続的に多量の海水を脱塩処理して淡水を得ることができることを見出して、本発明を完成するに至ったのである。
【００１２】
すなわち、対向する２個の電極を有する第１の流通式電気化学セルを用い、この２個の電極間に直流電圧を印加すると海水中のナトリウムイオンは負極側へ移動し、同じく塩素イオンは正極側へ移動するが、その状態で両電極の中間部付近にナトリウムイオン濃度及び塩素イオン濃度が低い領域が存在する。この場合、この両電極の中間部からイオン濃度が低い領域のみを取り出せれば淡水が得られるわけである。しかしながら、従来から普通に使用されている直方体型の流通式電気化学セルでは、隔膜を使用しない限り、出口端の中央部から淡水を取り出そうとしても、両電極端側からのイオン濃度が高い成分が混入しやすく、効率よく淡水が得られない。
【００１３】
しかしながら、流通式電気化学セルの形状を、入口端から出口端へと向かうに従ってセルの横方向の距離を大きくし、また入口端から出口端へと向かうに従ってセルの高さ及び電極の高さを低くすると、そのセルの物理的構造に基いて海水が入口端から出口端へと向かうに従って各種イオンがそれぞれの電極へ向かって移動する距離が長くなるので、両電極間の中央部に生じるイオン濃度が低い領域の幅が広くなり、容易に出口端の中央部から塩分濃度の低い淡水を得ることができるようになるわけである。
【００１４】
更に、対向する２個の電極を有する第１の流通式電気化学セルを用い、この２個の電極間に直流電圧を印加すると海水中のナトリウムイオンは負極側へ移動し、同じく塩素イオンは正極側へ移動するが、例えば正極近傍の海水を連続的に排出すれば、負極近傍から塩素イオン濃度が低くかつナトリウムイオンに富んだ海水が得られる。そして、この海水を更に前記第１の電気化学セルと同じ構成を有する第２の電気化学セルを通過させて再度ナトリウムイオンを負極側へ移動させ、同じく塩素イオンを正極側へ移動させ、今度は逆に負極近傍の海水を連続的に排出すれば、正極側からナトリウムイオン濃度及び塩素イオン濃度ともに低い淡水が得られるわけである。
【００１５】
その際、各流通式電気化学セルの形状を、前記のものと同じように、入口端から出口端へと向かうに従ってセルの横方向の距離を大きくし、また入口端から出口端へと向かうに従ってセルの高さ及び電極の高さを低くすると、その物理的構造に基いて海水が入口端から出口端へと向かうに従って各種イオンがそれぞれの電極へ向かって移動する距離が長くなるので、各種イオンの分離効率が向上し、効率よく淡水が得られるようになる。
【００１６】
以上が本発明の海水淡水化装置の基本となる動作原理であるが、上述のような構成の海水淡水化装置では得られる淡水の塩濃度はまだ高いとしても、前記海水淡水化装置を複数個使用して直列に接続すると所望の塩濃度の淡水を得ることができるようになる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の第１の態様によれば左右に対向配置された一対の電極を有する流通式電気化学セルを用い、両電極間に直流電圧を印加して海水を淡水化する方法において、前記流通式電気化学セルとして、両電極間の横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなされ、該セル及び両電極の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなされ、該セルの出口端の中央部から淡水を得るようになされたものを使用する海水淡水化方法が提供される。
【００１８】
また、本発明の第２の態様によれば、
（ａ）入口端及び出口端を有し、横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなり、かつ、縦方向の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっている細長い筒状体と、
（ｂ）前記入口端に接続された少なくとも１つの入口と、
（ｃ）前記細長い筒状体の左右内面に接してそれぞれ設けられた高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっている一対の電極と、
（ｄ）前記細長い筒状体の出口端に前記一対の電極にほぼ平行に設けられた２つの分離板により区画された３個の出口室と、
を有する流通式電気化学セルと、
前記一対の電極間に直流電圧を印加する直流電源とを備え、前記流通式電気化学セルの３個の出口室のうち、中央の出口室から淡水を得るようになされている海水淡水化装置が提供される。
【００１９】
かかる第１及び第２の態様によれば、その流通式電気化学セルの独自の物理的構造に基いて海水が入口端から出口端へと向かうに従って各種イオンがそれぞれの電極へ向かって移動する距離が長くなるので、両電極間の中央部に生じるイオン濃度が低い領域の幅が広くなり、容易に出口端の中央部から塩分濃度の低い淡水を得ることができるようになる
【００２０】
かかる第１及び第２の態様においては、前記流通式電気化学セルを複数個使用し、前段の流通式電気化学セルの出口室より得られた淡水を次段の流通式電気化学セルの入口端へ導入するようになすことが好ましい。このような方法を採用すれば、１個の海水淡水化装置では高度に脱塩されないとしても、複数個直列に使用することにより高度に脱塩された淡水を得ることができるようになる。
【００２１】
さらに、かかる第１及び第２の態様においては、前記流通式電気化学セルの一対の電極間には粒状充填材又は多孔性充填材を配置することが望ましい。かかる構成を採用すれば、一度移動したイオンは拡散により元の状態に戻りにくくなるので、脱塩効率が向上する。
【００２２】
また、本発明の第３の態様によれば、少なくとも左右に対向配置された一対の電極を有する第１及び第２の流通式電気化学セルを用い、両電極間にそれぞれ直流電圧を印加して海水を淡水化する海水淡水化方法において、前記第１の流通式電気化学セルの一方の電極側から得られる水を前記第２の流通式電気化学セルの入口端へ導入し、前記第１の流通式電気化学セルの一方の電極の極性とは反対の極性を有する前記第２の流通式電気化学セルの電極側から淡水を得るようになされた海水淡水化方法が提供される。
【００２３】
さらに本発明の第４の態様によれば、
それぞれ、
（ａ）入口端及び出口端を有する細長い筒状体と、
（ｂ）前記入口端に接続された少なくとも１つの入口と、
（ｃ）前記細長い筒状体の左右内面に接してそれぞれ設けられた一対の電極と、
（ｄ）前記細長い筒状体の出口端に前記一対の電極にほぼ平行に設けられた１つの分離板により区画された２個の出口室と、
を有する第１及び第２の流通式電気化学セルと、
前記各流通式電気化学セルの電極間にそれぞれ直流電圧を印加する直流電源と、
を備えた海水淡水化装置において、
前記第１の電気化学セルの一方の出口室が前記第２の流通式電気化学セルの入口に接続されていると共に、前記第１の電気化学セルの一方の出口室側の電極とは反対の極性を有する前記第２の流通式電気化学セルの電極側の出口室より淡水を得るようになされた海水淡水化装置が提供される。
【００２４】
かかる第３及び第４の態様によれば、その流通式電気化学セルの独自の構成により、隔膜を使用することなく海水を高度に脱塩し、効率よく多量の淡水を長期間連続に生成することができるようになる。
【００２５】
さらに、かかる第３及び第４の態様においては、前記第１及び第２の流通式電気化学セルとして、両電極間の横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなされ、該セル及び両電極の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなされているものを使用することが好ましい。かかる構成を採用することにより、そのセルの物理的構造に基いて海水が入口端から出口端へと向かうに従って各種イオンがそれぞれの電極へ向かって移動する距離が長くなるので、各種イオンの分離効率が向上し、効率よく淡水が得られるようになる
【００２６】
また、かかる第３及び第４の態様においては、前記流通式電気化学セルの一対の電極間には粒状充填材又は多孔性充填材を配置することが望ましい。かかる構成を採用すれば、一度移動したイオンは拡散により元の状態に戻りにくくなるので、脱塩効率が向上する。
【００２７】
さらに、かかる第３及び第４の態様においては、前記流通式電気化学セルの組み合わせからなる海水淡水化装置を複数個使用し、前段の海水淡水化装置の出口端より得られた淡水を次段の海水淡水化装置の入口端へ導入するようになすことが好ましい。このような方法を採用すれば、１個の海水淡水化装置では高度に脱塩されないとしても、複数個直列に使用することにより高度に脱塩された淡水を得ることができるようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体例を図面を用いて詳細に説明する。
（実施例１）
図１は本発明の実施例１に係る海水淡水化装置で使用する流通式電気化学セルを説明する図であり、図１（Ａ）は正面図及び図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った平面断面図である。この流通式電気化学セル１は、入口端２及び出口端３を有し、入口端２から出口端３へ向かうに従って、横方向の距離が大きくなり、かつ縦方向の高さが低くなっている独自の構成を有している。なおここでは入口端２が縦に細長い長方形であり、出口端３が横に細長い長方形のものを使用したが、必ずしもこのような形状のものである必要はなく、入口端が正方形のものであっても、或いは、入口端が縦に細長い楕円状であり、出口端が横の細長い楕円状のものであっても同様の効果が得られる。
【００２９】
入口端２には脱塩すべき海水の入口管路４が接続されている。ここでは入口管路４を、４−１、４−２、４−３と３個に分割して設けた例を示したが、これは流通式電気化学セルに流入する海水の流れを均一にしてデッドスペースが少なくなるようにするためであり、必ずしもこのようにする必要はなく、１個であっても４個以上設けてもかまわない。この流通式電気化学セル１の内部には、左右の内壁に沿って１対の銀薄膜の表面をプラチナメッキした電極５及び５’が設けられており、この電極５及び５’からはそれぞれ図示しない電極リードが外部に引き出されている。この電極の形状は、流通式電気化学セル１の形状に従って、入口端２から出口端３に向かうに従って高さが低くなっており、さらに入口端２から出口端３に向かうに従って両電極５及び５’間の距離が長くなるようになっている。なお、電極５及び５’としては、銀薄膜の表面をプラチナメッキしたものを使用したが、これに限られるものではなく、チタン薄膜表面をプラチナメッキしたものやプラチナ薄膜自体を使用することもできるが、経済性や作成の容易性を考慮すると銀薄膜表面をプラチナメッキしたものが好ましい。
【００３０】
なお、両電極５及び５’間には所望に応じて不活性の粒状充填材又は多孔性充填材６を配置してもよい。この充填材は、電気的に分離したイオンが拡散により元の状態に戻るのを遅らせるため等のために設けられる。充填材としては、アルミナ、シリカ、ムライト等のセラミックの粒子、繊維、多孔質焼結体等、ガラス繊維、粉砕した花崗岩、タルク、カオリン、ゼオライト、雲母、トルマリン等を適宜選択して使用することができる。
【００３１】
また、この流通式電気化学セル１の出口端３には中央部に２枚の分離板７、７’が所定の狭い間隔を隔てて、両電極５及び５’とほぼ並行に設けられ、出口端３の両分離板７、７’の間には淡水出口室８が設けられ、この淡水出口室８には淡水出口流路９が接続されている。また、両分離板７、７’の両電極５及び５’側にはそれぞれ出口室８’、８”が設けられ、出口室８’及び８”にはそれぞれ出口流路９’及び９”が接続されている。なお、出口端３の両分離板７、７’の幅は、狭ければ狭いほど高度に脱塩化された淡水を得ることができるが、得られる淡水量が少なくなるのと分離板７、７’の位置によって得られる淡水中の塩分量が変化してしまうので、実験的に許容できる位置及び幅を定めればよい。
【００３２】
なお、両電極５及び５’間に印加する直流電圧は、約０．７〜２Ｖ程度の水の電気分解電圧以下の電圧でも、それよりも大きい電圧でも任意に選択できる。本願発明では、各電極表面での電気化学反応を利用するものではなく、各電極間に印加された直流電圧による各イオンの電気泳動現象を利用するものであるので、印加電圧は高ければ高いほど分離速度は向上する。そのため、両電極間に１００Ｖ以上の電圧を印加することも可能であるが、その場合は、電流が流れすぎないようにするために電流規制が必要であり、また、水の分解電圧以上の電圧を印加する場合は、電極表面に各種析出物が付着するのを防止するため及び両電極でのガスの発生を少なくするために、電圧をパルス状に印加することが望ましく、更に両電極で発生したガスが容易に混ざらないようにするためには両電極間に不活性の粒状充填材又は多孔性充填材６を配置することが望ましい。
【００３３】
このような構成の流通式電気化学セル１を採用することにより、両電極の距離が入口端から出口端へと長くなっているため、入口端では両電極間の電位傾度が大きいために各種イオンは急速に各電極に向かって動く。しかし、出口端へ向かうに従って、両電極間の距離が長くなるので電位傾度は小さくなり、本来各種イオンの移動速度は理論的には遅くなるが、流通式電気化学セルの高さが次第に低くなっているために流通式電気化学セルを移動している海水に横方向の移動速度が加わるため、実質的に横方向のイオンの移動速度の低下は少なくなり、各イオンの移動効率が向上し、両電極５、５’の中央部にイオン濃度の低い部分の幅が広くなる。
【００３４】
したがって、出口端３側に設けられた分離板７、７’の間に形成された淡水出口室８にはイオン濃度が低くなった淡水が得られ、この淡水は出口流路９より回収することができる。なお、分離板７、７’の間隔及び長さにより得られる淡水中のイオン濃度は変化し、正負各イオンの移動速度の差異を考慮して両分離板を設ける位置を実験的に定める必要はあるが、両分離板７、７’を間隔を狭くすればするほど、塩分濃度の低い淡水を得ることができるが、得られる淡水流量は少なくなる。したがって、必要とする塩分濃度及び淡水の流量を考慮の上で分離板７、７’の間隔及び長さを定めればよい。また、得られた淡水の塩分濃度が高すぎるとしても、もう一度上述の海水淡水化装置を通すことにより、すなわち、上記の海水淡水化装置を少なくとも２個用い、全段の海水淡水化装置で得られた淡水を次段の海水淡水化装置の入口に導入することにより、次段の海水淡水化装置の出口室よりより塩分濃度が低い淡水を得ることができることは当業者にとり自明であろう。
【００３５】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２を表す図である。図２において、海水淡水化装置１０は第１の流通式電気化学セル１１及び第２の流通式電気化学セル２１を有している。第１の流通式電気化学セル１１には、内側左右に正極１３及び負極１４が、また、出口端には正極１３及び負極１４とほぼ並行に分離板１６が、それぞれ設けられており、更に正極１３及び負極１４の間に必要に応じて粒状充填材或いは多孔性充填材１５が配置されている。同様に第２の流通式電気化学セル２１には、内側左右に正極２３及び負極２４が、出口端には正極２３及び負極２４とほぼ並行に分離板２６が設けられ、更に正極２３と負極２４の間には多孔性の充填材２５が配置されている。すなわち、この実施態様では第１の流通式電気化学セル１１及び第２の流通式電気化学セル２１は実質的に同一の形状ないし電極配置を有している。
【００３６】
そして、第１の流通式電気化学セル１１の分離板１６で分けられた正極側の出口流路１８は流路２０を経てポンプ５０に接続され、同じく分離板１６で分けられた負極１４側の出口流路１９は第２の流通式電気化学セル２１の入口端に接続されている。また、第２の電気化学セル２１の分離板２６で分けられた負極２４側の出口流路２８は第１の電気化学セルからの流路１８と合流して流路２０を経てポンプ５０に接続され、同じく分離板２６で分けられた正極２３側の出口流路２９は流路３０を経てポンプ５２に接続され、流路５３を経て脱塩化された淡水を得るようになされている。
【００３７】
図３は、図２の流通式電気化学セル１１の一具体例を説明するための図であって、図３（Ａ）は正面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った平面断面図である。図３に示すように、この流通式電気化学セル１１は、実施例１に記載のものと同様に、入口端６２及び出口端６３を有し、入口端６２から出口端６３へ向かうに従って、横方向の距離が大きくなり、かつ縦方向の高さが低くなっている独自の構成を有したものを示している。なおここでは入口端が縦に細長い長方形であり、出口端が横に細長い長方形のものを使用したが、必ずしもこのような形状のものである必要はなく、入口端が正方形であっても、或いは、縦に細長い楕円状であり、出口端が横の細長い楕円状のものであっても同様の効果が得られる。さらに、本実施例では従来から使用されているような直方体形状の流通式電気化学セルも使用し得るが、上記の構成のものを使用した方が、その独自の物理的形状に基いて良好な正負イオン分離効率を達成し得るので、望ましい。
【００３８】
入口端６２には脱塩すべき海水の入口１２が接続されている。ここでは入口１２を、１２−１、１２−２、１２−３と３つの管路に分割して設けた例を示したが、これは流通式電気化学セルに流入する海水の流れを均一にしてデッドスペースが少なくなるようにするためであり、必ずしもこのようにする必要はなく、１個であっても４個以上設けてもかまわない。この流通式電気化学セル１１の内部には、左右の内壁に沿って１対の電極１３及び１４が設けられており、この電極１３及び１４からはそれぞれ図示しない電極リードが外部に引き出されている。
この電極の形状は、流通式電気化学セル１１の形状に従って、入口端６２から出口端６３に向かうに従って高さが低くなっており、さらに入口端６２から出口端６３に向かうに従って両電極１３及び１４間の距離が長くなるようになっている。なお、電極１３及び１４として、更に両電極１３及び１４間に所望に応じて設けられる不活性の粒状充填材又は多孔性充填材１５としては、実施例１で使用したものと同じものを使用し得る。
【００３９】
また、この流通式電気化学セル１１の出口端６３には中央部に分離板１６が両電極１３及び１４とほぼ並行に設けられ、出口端６３の分離板１６の左右には出口室６８、６８’が設けられ、この出口室６８及び６８’にはそれぞれ出口流路１８及び１９が接続されている。
【００４０】
図２に戻ると、入口１２から第１の流通式電気化学セル１１に導入された海水は、多孔質の充填材１５の間を通りながら、一対の電極１３及び１４に印加された直流電圧の作用により、塩素イオン等の陰イオンは正極１３の方へ移動し、ナトリウムイオン等の陽イオンは負極１４の方へ移動する。多孔性充填材１５は電気的に分離したイオンが拡散により元の状態に戻るのを遅らせるため等のために設けられるものである。
【００４１】
正極１３及び負極１４に印加する直流電圧は、実施例１と同様に水の分解電圧以下であっても水の分解電圧以上であってもかまわない。前記第１の流通式電気化学セル１１の多孔性充填材１５を通り抜けた海水は、正極側が塩素イオンに富んだ水となっており、負極側がナトリウムイオンに富んだ水となっている。この両者を分離板１６により分離し、正極側の塩素イオンに富んだ水は流路１８、２０を経てポンプ５０により吸引して廃棄し、負極側のナトリウムイオンに富んだ水は第２の流通式電気化学セル２１に流入させ、ここで、前記第１の電気化学セルと同様の分離処理を行わせる。
【００４２】
そうすると、この第２の流通式電気化学セルの負極２４側の水は、ナトリウムイオンに富んだ水となっているので、これを分離板２６により分離して負極側出口流路２８、流路２０及びポンプ５０を経て流路５１を介して廃棄し、正極２３側は、流路１９を経て第２の流通式電気化学セル２１の入口端へ導入される水中の塩素イオンの濃度よりは高くなってはいるが、第１の流通式電気化学セルの入口１２に導入された海水中のナトリウムイオン濃度及び塩素イオン濃度よりも遙かに低い濃度の水が得られるので、これを正極側出口流路２９、流路３０及びポンプ５２を経て流路５３より淡水として回収する。
【００４３】
なお、ここに示した例では第１の流通式電気化学セル１１では、一方の電極１３に正電圧を、他方の電極１４に負電圧を印加するとともに、第２の流通式電気化学セル２１では電極２４に負電圧を、電極２３に正電圧を印加するようになしたが、それぞれの流通式電気化学セルにおいて電圧の印加方向を上述のものと逆となしても同様の効果が得られる。すなわち、第１の流通式電気化学セルの一方の電極側から得られる水を前記第２の流通式電気化学セルの入口端へ導入すれば、前記第１の流通式電気化学セルの一方の電極の極性とは反対の極性の前記第２の流通式電気化学セルの電極側から淡水を得ることができるわけである。
【００４４】
ポンプ５０及び５２は、それぞれ両ポンプの合計流量が第１の流通式電気化学セル１の入口１２から流入する海水の流量と等しくなるように同期して作動させる。その際、廃棄側のポンプ５０の流量を大きくして回収側のポンプ５２の流量を小さくすると、得られる淡水中の塩分濃度が低下するが、得られる淡水の流量が減少するので好ましい範囲を実験的に適宜決定する。
【００４５】
なお、前記各一対の電極１３、１４間及び電極２３、２４間に印加する直流電圧が水の分解電圧以上であると、理論上、正極１３及び２３では塩素ガス及び酸素ガスが発生し、また、負極１４及び２４では水素ガスが発生する。この実施例では、各流通式電気化学セルが密閉型であると、第２の流通式電気化学セル２１で水素ガスと酸素ガス及び塩素ガスとが混合してしまうこと、及び流路５３より得られる淡水中にも水素ガスと酸素ガス及び塩素ガスが混入してしまうため、好ましくはないので、それぞれの電極で発生したガスが混合しないように別個に回収するか、あるいは開放型として発生したガスを外方に逃がすようにした方がよい。
【００４６】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３を表す図である。図３に記載の海水淡水化装置１０において、図２に記載のものと構成が相違している部分は、第２の流通式電気化学セル２１の負極側出口流路２８が、第１の流通式電気化学セル１１の正極側出口流路１８とは合流せず、ポンプ５４に直結されて直接廃棄されるようになっている点である。このような構成を採用すれば、流路５１から得られる水は塩素イオンに富んだ水となっており、又流路５５から得られる水はナトリウムイオンに富んだ水となっており、それぞれの水の性質に応じた用途に提供することができる。
【００４７】
実施例２及び実施例３で用いた海水淡水化装置は第１及び第２の流通式電気化学セル１１及び２１を一組として用いた海水淡水化装置あるが、かかる構成で所望の程度まで塩濃度が低下した淡水が得られない場合は、図２又は図４に示した海水淡水化装置を複数個直列に接続することにより塩濃度がより低い淡水を得ることができる。しかしながら、後の海水淡水化装置になればなるほど水中のイオン濃度が減少しているために脱塩効率が低下するので、あまり多く組み合わせてもエネルギー消費面及びコスト面で不利となる。したがって、多くても３組まで、好ましくは２組が最適である。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明による海水淡水化方法及び装置によれば、隔膜を有せずとも、簡単な構成により多量の海水を容易にかつ長時間連続的に脱塩して塩分濃度の低い淡水を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様で使用する流通式電気化学セルの概略を示す図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った平面断面図である。
【図２】本発明の第２態様を示す図である。
【図３】本発明で第２の態様で使用する流通式電気化学セル概略を示す図であり、図３（Ａ）は正面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った平面断面図である。
【図４】図２に示された装置の改良形態を示す図である。
【図５】従来例の電気透析法による海水淡水化装置を説明する図である。
【符号の説明】
１      流通式電気化学セル
２      入口端
３      出口端
４      入口管路
５、５’    電極
６        充填材
７、７’    分離板
８、８’、８”  出口室
９      出口流路
２１      流通式電気化学セル
１３、２３      正極
１４、２４      負極
１５、２５      充填材
１８、２８      正極側出口流路
１９、２９      負極側出口流路
５０〜５２      ポンプ
【図１】
2004167335.tif 000003
【図２】
2004167335.tif 000004
【図３】
2004167335.tif 000005
【図４】
2004167335.tif 000006
【図５】
2004167335.tif 000007