(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から第１の海水が導入されるボイラー、発電を行うためのタービン、および凝縮器を有し、発電用媒体が前記ボイラー、タービンおよび凝縮器を順に循環移動するようになっている発電設備と、
第１の海水よりも温度が低い第２の海水を前記発電設備の凝縮器に送る海水ポンプ、前記発電設備のボイラーの下流側に接続されこのボイラーから送られた第１の海水を蒸発させる蒸発器、前記凝縮器の下流側に接続されるとともに前記蒸発器から蒸気が送られる淡水凝縮器、および前記淡水凝縮器の下流側に設けられた逆浸透膜装置を有する淡水化設備と、
を備え、
前記発電設備において、前記発電用媒体はボイラーにおいて外部から導入された第１の海水との熱交換によって加熱され、この加熱された発電用媒体のうち気体が前記タービンに送られて当該気体によりタービンで発電が行われ、
前記淡水化設備において、前記海水ポンプから前記凝縮器に送られる第２の海水は熱交換によって前記発電用媒体を冷却し、前記淡水凝縮器は、前記蒸発器から送られた蒸気を、前記発電設備の凝縮器から送られた第２の海水を用いて熱交換により凝縮し、前記逆浸透膜装置はこの凝縮された凝縮水から淡水を逆浸透膜により分離するようになっていることを特徴とする淡水化発電プラント。
【請求項２】
第１の海水は海洋の表層水であり、第２の海水は海洋の深層水であることを特徴とする請求項１記載の淡水化発電プラント。
【請求項３】
前記発電設備は、海洋から前記ボイラーに第１の海水を導入するための第１の取水管を有し、この第１の取水管の取水口はメッシュにより覆われていることを特徴とする請求項１または２記載の淡水化発電プラント。
【請求項４】
前記淡水化設備は、海洋から前記海水ポンプに第２の海水を導入するための第２の取水管を有し、この第２の取水管の取水口はメッシュにより覆われていることを特徴とする請求項１または２記載の淡水化発電プラント。
【請求項５】
前記発電設備は、海洋から前記ボイラーに第１の海水を導入するための第１の取水管を有し、この第１の取水管は、前記発電設備のボイラー側の一部分が地中に配設され、取水口近傍において地中から海洋に突出するような構造となっていることを特徴とする請求項１または２記載の淡水化発電プラント。
【請求項６】
前記淡水化設備は、海洋から前記海水ポンプに第２の海水を導入するための第２の取水管を有し、この第２の取水管は、前記淡水化設備の海水ポンプ側の一部分が地中に配設され、取水口近傍において地中から海洋に突出するような構造となっていることを特徴とする請求項１または２記載の淡水化発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の表面海水等を熱源とし低温の深層海水等を冷源として発電を行うとともに、深層海水等から淡水を生成する淡水化発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、逆浸透膜を利用した海水淡水化装置が知られている。このシステムは、海水に対して通常５ＭＰａ以上の圧力をかけ、濃度による浸透圧以上にして塩水より淡水を得る方法である。しかしながら、大量に淡水を得るためには昇圧ポンプなど電力を使用する設備が必要であり、通常、燃料や電力配線網からの電力供給が必要となる。また、フラッシュ蒸発法を使用する場合でも何らかの熱源が必要となる。
【０００３】
一方、海洋温度差発電と造水とを組み合わせたシステムに関する提案において、ランキンサイクルによる発電とフラッシュ蒸発とを組み合わせた装置等が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。このような方法では、ＣＯ２発生量の低減に効果があり、水不足を解消する装置として大きな注目を集めている。図５は、このような従来の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
図５に示す淡水化発電プラントは、発電設備と淡水化設備とに分けられる。発電設備は、外部から海洋の表層水Ｓ（温水）が表層水ポンプ８６により導入されるボイラー８１と、発電を行うためのタービン８２と、凝縮器８３とを有しており、発電用媒体、具体的には例えばアンモニアがボイラー８１、タービン８２および凝縮器８３を順に循環移動するようになっている。この循環移動は、ポンプ８４により行われる。また、淡水化設備は、海洋の深層海水Ｄ（冷水）を凝縮器８３に送る深層水ポンプ８７と、ボイラー８１の下流側に接続されこのボイラー８１から送られた表層水をフラッシュ蒸発させるフラッシュ蒸発器８８と、凝縮器８３の下流側に接続されるとともにフラッシュ蒸発器８８から水蒸気が送られる淡水凝縮器８９と、淡水凝縮器８９により凝縮された淡水を回収する淡水回収タンク９０とを有している。
【０００４】
ここで、発電設備において、発電用媒体であるアンモニアはボイラー８１において外部から導入された表層水（温水）との熱交換によって加熱され、この加熱により生成されるアンモニア蒸気がタービン８２に送られる。そして、当該アンモニア蒸気により、タービン８２に接続された発電機８５で発電が行われるようになっている。
また、淡水化設備において、深層水ポンプ８７から凝縮器８３に送られる深層海水（冷水）は熱交換によって、タービンから排出されたアンモニア蒸気を冷却するようになっている。また、淡水凝縮器８９は、フラッシュ蒸発器８８から送られた水蒸気を、発電設備の凝縮器８３から送られた深層海水を用いて熱交換により凝縮するようになっている。さらに、淡水回収タンク９０は、淡水凝縮器８９により凝縮された淡水を回収するようになっている。
【０００５】
而して、海洋の深層水はミネラル豊富でかつ雑菌がほとんど存在しない非常にきれいな水であり、化粧水や健康的価値のある深層水からの造水が望まれていた。また、濃縮水は健康食品等の原料としての活用が望まれていた。
【０００６】
しかしながら、通常、海水の淡水化においてこのようなフラッシュ蒸発を適用した場合には、フラッシュ蒸発器８８においてミスト発生などに伴う塩分の移動を無視することができないという問題があった。
【０００７】
また、例えば特許文献１等には、発電サイクルを造水装置に組み合わる他の構成が提案されている。しかしながら、発電設備のボイラー側、凝縮器側共に下流側に造水装置の熱交換器がある場合には、ランキンサイクルの沸騰側および凝縮側温度は一定のため、熱交換器入口側で大きな差とする必要があること、および凝縮器の使用温度が限られて発電側で大きな温度差を取ることができず、このため発電サイクルの利点である温度変化を沸騰、凝縮プロセスに十分に取り込むことができず、熱効率向上や表層水、深層水の駆動ポンプの低減をそれほど見込むことができないという問題があり、発電サイクルの熱効率向上、発電設備の各機器の動力の低減が望まれるという課題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−４７０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、発電設備における発電サイクルの熱効率を向上させることができるとともに各機器の動力を低減させることができ、さらに十分に精製された淡水を得ることができる淡水化発電プラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、外部から第１の海水が導入されるボイラー、発電を行うためのタービン、および凝縮器を有し、発電用媒体が前記ボイラー、タービンおよび凝縮器を順に循環移動するようになっている発電設備と、第１の海水よりも温度が低い第２の海水を前記発電設備の凝縮器に送る海水ポンプ、前記発電設備のボイラーの下流側に接続されこのボイラーから送られた第１の海水を蒸発させる蒸発器、前記凝縮器の下流側に接続されるとともに前記蒸発器から蒸気が送られる淡水凝縮器、および前記淡水凝縮器の下流側に設けられた逆浸透膜装置を有する淡水化設備と、を備え、前記発電設備において、前記発電用媒体はボイラーにおいて外部から導入された第１の海水との熱交換によって加熱され、この加熱された発電用媒体のうち気体が前記タービンに送られて当該気体によりタービンで発電が行われ、前記淡水化設備において、前記海水ポンプから前記凝縮器に送られる第２の海水は熱交換によって前記発電用媒体を冷却し、前記淡水凝縮器は、前記蒸発器から送られた蒸気を、前記発電設備の凝縮器から送られた第２の海水を用いて熱交換により凝縮し、前記逆浸透膜装置はこの凝縮された凝縮水から淡水を逆浸透膜により分離するようになっていることを特徴とする淡水化発電プラントである。ここで、第１の海水は海洋の表層水であり、第２の海水は海洋の深層水であることが好ましい。
【００１６】
このような淡水化発電プラントによれば、逆浸透膜装置によって凝縮水中に含まれる塩分を更に除去することにより、塩分濃度が十分に低い、精製された水を得ることができる。
【００１７】
上記の淡水化発電プラントにおいては、前記発電設備は、海洋から前記ボイラーに第１の海水を導入するための第１の取水管を有し、この第１の取水管の取水口はメッシュにより覆われていることが好ましい。また、前記淡水化設備は、海洋から前記海水ポンプに第２の海水を導入するための第２の取水管を有し、この第２の取水管の取水口はメッシュにより覆われていることが好ましい。このことにより、海洋生物の発電設備や淡水化設備内への侵入を防止することができる。
【００１８】
上記の淡水化発電プラントにおいては、前記発電設備は、海洋から前記ボイラーに第１の海水を導入するための第１の取水管を有し、この第１の取水管は、前記発電設備のボイラー側の一部分が地中に配設され、取水口近傍において地中から海洋に突出するような構造となっていることが好ましい。また、前記淡水化設備は、海洋から前記海水ポンプに第２の海水を導入するための第２の取水管を有し、この第２の取水管は、前記淡水化設備の海水ポンプ側の一部分が地中に配設され、取水口近傍において地中から海洋に突出するような構造となっていることが好ましい。このことにより、取水システムのコストを低減することができるとともに、構造信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の淡水化発電プラントによれば、発電設備における発電サイクルの熱効率を向上させることができるとともに各機器の動力を低減させることができ、さらに十分に精製された淡水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明による淡水化発電プラントの第１の実施の形態を示す図である。具体的には、図１は、本実施の形態の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態の淡水化発電プラントは、発電設備１と、淡水化設備２と、これらの発電設備１および淡水化設備２を制御する制御設備３とから構成されている。発電設備１は、外部から海洋の表層水（第１の海水）が導入されるボイラー１１と、発電を行うためのタービン１３と、凝縮器１４とを有している。この発電設備１において、アンモニアと水との混合媒体（発電用媒体）がボイラー１１、タービン１３および凝縮器１４を順に循環移動するようになっている。また、淡水化設備２は、海洋の深層海水（第１の海水よりも温度が低い第２の海水）を凝縮器１４に送る深層水ポンプ（海水ポンプ）１９と、凝縮器１４から深層海水が送られる逆浸透膜装置２２とを有している。
【００２７】
ここで、発電設備１において、発電用媒体である混合媒体はボイラー１１において外部から導入された温水との熱交換によって加熱され、この加熱された混合媒体のうち気体がタービン１３に送られてこの気体によりタービン１３で発電が行われるようになっている。
また、淡水化設備２において、深層水ポンプ１９から凝縮器１４に送られる深層海水は熱交換によって混合媒体を冷却し、逆浸透膜装置２２は凝縮器１４から送られる深層海水から淡水を逆浸透膜により分離するようになっている。さらに、淡水化設備２は、凝縮器１４から排出された深層海水を海洋へ直接戻すための戻り管２８を更に有し、逆浸透膜装置２２から排出された深層海水は戻り管２８の途中部分に送られるようになっている。
【００２８】
さらに、制御設備３は、淡水化設備２を夜間のみにおいて運転させるよう当該淡水化設備２の運転制御を行うようになっている。
【００２９】
以下、このような淡水化発電プラントの各構成要素について詳述する。
【００３０】
図１に示すように、発電設備１は、ボイラー１１と、気液分離器１２と、タービン１３と、凝縮器１４と、熱交換器１６と、凝縮液体の搬送を行うための混合媒体ポンプ１７と、弁３４と、接続配管とを有している。また、淡水化設備２は、搬送ポンプ２１と、逆浸透膜装置２２と、淡水回収タンク２３と、動力回収タービン２５と、接続配管とを有している。海洋のうち表層水Ｓは熱源となり、この表層水Ｓをボイラー１１に送るための表層水ポンプ１８および配管が配設されている。また、海洋のうち深層水Ｄは冷源となり、前述のように深層水Ｄを凝縮器１４に送るための深層水ポンプ１９および配管が配設されている。本実施の形態では、深層水ポンプ１９は淡水化設備２に含まれているものとする。
【００３１】
まず、発電設備１について説明する。
この淡水化発電プラントのシステムは、海洋温度差を駆動源とするシステムである。このため、例えば熱帯または亜熱帯地方の比較的温暖な海洋水を熱源とする。海洋の表層水Ｓから表層水ポンプ１８によって２６〜３０℃程度の表層海水を汲み上げ、混合媒体のボイラー１１の熱源とする。ボイラー１１において表層海水により熱を受けた混合媒体は沸騰して二相流となり、気液分離器１２へ流出する。
【００３２】
ここで、混合媒体はアンモニアと水との混合物からなるので、非共沸混合物であるアンモニア水が気液分離する場合、混合媒体の低沸点成分であるアンモニア濃度の高い気体とアンモニア濃度の低い液体とに分離する。ボイラー１１で最初に沸騰し始める気体のアンモニア濃度は極めて高く、次第に沸騰が進むにつれ低濃度へと段階的に移行する。このため、ボイラー１１で実際に沸騰が生じる温度は当初は比較的低い温度となるが、混合媒体が伝熱面を進むにつれて次第にこの温度が上昇する。このため、表層海水と混合媒体とを向流操作で熱交換させれば表層海水の温度に近い状態まで最終的な温度レベルを上げることができる。
【００３３】
しかも、表層海水の出口温度レベルは、熱交換器１６から混合媒体がボイラー１１に入ってくる温度レベルに近い温度まで低減させることが可能であり、これによってボイラー１１に出入りする表層海水の温度差を大きくすることができる。このことにより、同じ熱量をボイラー１１に伝える場合、供給される表層海水の流量を極めて小さくすることができ、表層水ポンプ１８の動力を極めて小さいレベルに抑えることができる。
【００３４】
気液分離器１２で分離された気体はタービン１３で膨張仕事を行い、発電機２６によって電力を発生させる。一方、気液分離器１２内の液体部分は熱交換器１６において、混合媒体ポンプ１７（後述）によって凝縮器１４から送られた混合媒体と熱交換を行い、その後弁３４を通過し、タービン１３から排出される少し湿分を含む気体と混合する。十分低い温度レベルであるタービン１３からの排出気体は、上記の液体に吸収されて温度が上昇し、凝縮器１４に流入する。凝縮器１４では、６、７℃の深層海水と向流操作により熱交換されて凝縮される。凝縮された液体は混合媒体ポンプ１７で熱交換器１６に送られ、この熱交換器１６で上記の気液分離した液体と熱交換を行い、最終的にボイラー１１に送られる。このようにして発電設備１における混合媒体の循環が行われる。
【００３５】
次に、淡水化設備２について説明する。
深層水ポンプ１９によって発電設備１の凝縮器１４で凝縮が行われて温められた深層水は、６ＭＰａ程度の圧力まで搬送ポンプ２１によって加圧されて逆浸透膜装置２２に送られる。この逆浸透膜装置２２において淡水が逆浸透膜により搾り出され、淡水回収タンク２３に回収される。一方、淡水が搾り出された後の、濃度の高くなった深層水は動力回収タービン２５によって動力が回収される。この動力は搬送ポンプ２１の動力の一部に使用される。そして、動力回収タービン２５から排出された深層水は戻り管２８に戻される。
【００３６】
この戻り管２８に戻された濃縮液は塩分濃度が高く比重が大きいので、戻り管２８にあるうちは密度差による深層水ポンプ１９の動力の回収に役立つ。また、深層水排出口から海中に放出された濃縮液を含み表層水と比較して未だ冷たく比重が大きな水は、海洋の深層に向けて自然に落下していき、表層の海洋に影響を与えないようにすることができる。これらの動力回収および自然落下の効果を生み出すために、数十ｍの深さまで深層水出口管が延びていることが好ましい。
【００３７】
なお、上記のような動力回収を行わない場合は、海水１ｍ３／ｈの淡水化を行うのに６，７ｋＷ程度の電力が必要となるが、動力回収を行うことにより２〜３ｋＷ程度の電力で済むようになる。例えば１０００ｋＷのプラントを形成した場合、そのうち５００〜６００ｋＷ程度の電力を使用することができるが、深夜１０時間程度の電力だけを振り分けることにより一日２０００ｍ３程度の淡水を得ることができるようになる。しかも深層水は非常に清潔であり、前処理を必要としない。これは逆浸透膜装置２２における逆浸透膜のコストにとっても極めて好ましい。また、深層水の温度を発電設備１の凝縮器１４を通過させて幾分高くして使用しているので、逆浸透膜の透過係数を比較的高くすることができ、逆浸透膜装置２２の小型化、コスト低減等に役立つこととなる。
【００３８】
上記の態様においては水産利用等を考えない場所で淡水化発電プラントを使用する場合、すなわち、深層水の発電および淡水化以外の他の用途は行わずにそのまま深層水を海洋に戻す方式を適用する場合について説明したが、深層水や濃縮塩水の水産物への利用を行う場合や、地域冷房に使用する場合は、深層水を追加的に利用しても良いのは当然のことである。深層水や濃縮塩水の水産物への利用を行う場合は、深層水排出側の配管は上記のような数十ｍの深さまで延びる必要はなく、水産利用する海域にそのまま放出するような構成とすればよい。
【００３９】
表層水ポンプ１８や深層水ポンプ１９の取水管は、陸地から穴を掘ってこの穴の中に設置され、海面下の暴風や波浪、潮位の影響のないレベルで海中に入っている。陸中、海中ではこの取水管を硬質ポリエチレンで構成し、取水管の陸上における部分はライナー被覆鋼管で構成されている。このことにより、１０００ｋＷクラスのプラントで直径が例えば１．５ｍ程度の取水管を比較的低コストで配設することができる。また、表層水ポンプ１８や深層水ポンプ１９の取水管の取水口に粗い網（メッシュ）を設置することにより、海洋生物の取水管への侵入を防ぐことができる。
【００４０】
〔第２の実施の形態〕
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は、本発明による淡水化発電プラントの第２の実施の形態を示す図である。具体的には、図２は、本実施の形態の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
図２に示す本実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４１】
図２に示すように、発電設備１は、外部から海洋の表層水（第１の海水）が導入されるボイラー１１と、発電を行うためのタービン１３と、凝縮器１４とを有しており、アンモニアと水との混合媒体（発電用媒体）がボイラー１１、タービン１３および凝縮器１４を順に循環移動するようになっている。また、淡水化設備２は、海洋の深層海水（第１の海水よりも温度が低い第２の海水）を凝縮器１４に送る深層水ポンプ（海水ポンプ）１９と、ボイラー１１の下流側に接続されこのボイラー１１から送られた表層水を蒸発させるフラッシュ蒸発器３１と、凝縮器１４の下流側に接続されるとともにフラッシュ蒸発器３１から水蒸気が送られる淡水凝縮器３２と、淡水凝縮器３２の下流側に設けられた逆浸透膜装置２２とを有している。
【００４２】
ここで、発電設備１において、発電用媒体である混合媒体はボイラー１１において外部から導入された温水との熱交換によって加熱され、この加熱された混合媒体のうち気体がタービン１３に送られてこの気体によりタービン１３で発電が行われるようになっている。
また、淡水化設備２において、深層水ポンプ１９から凝縮器１４に送られる深層海水は熱交換によって混合媒体を冷却するようになっている。また、淡水凝縮器３２は、フラッシュ蒸発器３１から送られた水蒸気を、発電設備１の凝縮器１４から送られた深層海水を用いて熱交換により凝縮するようになっている。さらに、逆浸透膜装置２２は、この凝縮された凝縮水から淡水を逆浸透膜により分離するようになっている。また、淡水化設備２は、淡水凝縮器３２から排出された深層海水を海洋へ直接戻すための戻り管２８を更に有し、逆浸透膜装置２２から排出された深層海水は戻り管２８の途中部分に送られるようになっている。
【００４３】
以下、このような淡水化発電プラントの各構成要素について詳述する。
本実施の形態の淡水化発電プラントについて、第１の実施の形態に係る淡水化発電プラントと異なる点は、発電設備１において発電に使用した後の海洋の表層水から水蒸気を生成するフラッシュ蒸発器３１が設置されており、このフラッシュ蒸発器３１で発生した水蒸気は、発電設備１の凝縮器１４を通過した深層水により淡水凝縮器３２において凝縮されて淡水となることである。表層水に一部含まれる溶存空気や塩分を含むミストは、フラッシュ蒸発器３１で発生した水蒸気とともに淡水凝縮器３２に送られて、このミストは水蒸気とともに淡水凝縮器３２の底部のタンクに塩分を含む淡水となって溜められる。
【００４４】
一方、溶存空気と一部の水蒸気は飽和水蒸気圧を維持し、非凝縮性の空気が溜まらないように真空ポンプ３３によって除去される。この真空ポンプ３３は動力を低減するために多段とし、途中に熱交換器を設け、進入する水蒸気を凝縮除去しながら真空ポンプ３３を運転するようになっている。淡水凝縮器３２の底部タンクに溜まった、塩分を少し含む水から、逆浸透膜装置２２を用いることによって精製された淡水を得ることができる。多少のミストを含む水蒸気は、元々は清潔な水であるので前処理を必要としない。また、塩分濃度はきわめて低いので、逆浸透膜における逆浸透圧を１ＭＰａ以下の極めて低い圧力とすることができ、逆浸透膜装置２２における動力費を低減させることができる。淡水精製後の塩分濃度が増大した濃縮液は戻り管２８に戻される。
【００４５】
〔第３の実施の形態〕
以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。図３は、本発明による淡水化発電プラントの第３の実施の形態を示す図である。具体的には、図３は、本実施の形態の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
図３に示す本実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
図３に示すように、本実施の形態の淡水化発電プラントは、発電設備１と、淡水化設備２と、これらの発電設備１および淡水化設備２を制御する制御設備３とから構成されている。発電設備１は、外部から海洋の表層水（第１の海水）が導入されこの表層水を用いて熱交換によってアンモニアと水との混合媒体（発電用媒体）を加熱するボイラー１１と、ボイラー１１から送られた混合媒体を液体および気体に分離する気液分離器１２と、気液分離器１２から送られた気体を用いて発電を行うためのタービン１３と、気液分離器１２から送られた液体およびタービン１３から送られた気体が合流して送られる第１凝縮器１５ａおよび第２凝縮器１５ｂと、を有している。この発電設備１において、アンモニアと水との混合媒体がボイラー１１、タービン１３、第１凝縮器１５ａ、第２凝縮器１５ｂを順に循環移動するようになっている。
【００４７】
また、淡水化設備２は、導入される流体の冷却を行うための一対の氷蓄熱装置４１，４２と、海洋の深層海水（第１の海水よりも温度が低い第２の海水）を各氷蓄熱装置４１，４２および第１凝縮器１５ａに送る深層水ポンプ（海水ポンプ）１９と、各氷蓄熱装置４１，４２に接続された淡水回収タンク４５と、各氷蓄熱装置４１，４２に接続された濃縮液回収タンク４４とを有している。
【００４８】
ここで、発電設備１において、上記の混合媒体はボイラー１１において外部から表層水ポンプ１８により導入された表層海水との熱交換によって加熱され、この加熱された混合媒体のうち気体がタービン１３に送られてこの気体によりタービン１３で発電が行われるようになっている。
また、淡水化設備２において、深層水ポンプ１９から第１凝縮器１５ａに送られる深層海水は熱交換によって混合媒体を冷却し、一方、氷蓄熱装置４１，４２は深層水ポンプ１９から送られた深層海水から製氷を行って淡水を生成するようになっている。また、氷蓄熱装置４１，４２から淡水回収タンク４５に淡水が送られるとともに濃縮液回収タンク４４に深層海水の濃縮液が送られるようになっている。さらに、氷蓄熱装置４１，４２は発電設備１の第２凝縮器１５ｂに冷水を送り、この第２凝縮器１５ｂに送られる冷水は熱交換によって混合媒体を更に冷却するようになっている。
氷蓄熱装置４１，４２にはそれぞれ圧縮機（具体的には例えば冷凍機）が設けられており、この冷凍機により深層海水から製氷を行うようになっている。この冷凍機は、発電設備により生成される電力を利用することにより駆動されるようになっている。
【００４９】
以下、このような淡水化発電プラントの各構成要素について詳述する。
【００５０】
図１に示すように、発電設備１は、ボイラー１１と、気液分離器１２と、タービン１３と、第１凝縮器１５ａと、第２凝縮器１５ｂと、熱交換器１６と、凝縮液体の搬送を行うための混合媒体ポンプ１７と、弁３４と、接続配管とを有している。また、淡水化設備２は、氷蓄熱装置４１，４２と、淡水回収タンク４５と、濃縮液回収タンク４４と、氷蓄熱ポンプ４３と、弁５２〜６２と、接続配管とを有している。海洋のうち表層水Ｓは熱源となり、この表層水Ｓをボイラー１１に送るための表層水ポンプ１８および配管が配設されている。また、海洋のうち深層水Ｄは冷源となり、前述のように深層水Ｄを氷蓄熱装置４１，４２および第１凝縮器１５ａに送るための深層水ポンプ１９および配管が配設されている。本実施の形態では、深層水ポンプ１９は淡水化設備２に含まれているものとする。
【００５１】
本実施の形態の淡水化発電プラントにおいて、発電設備１の構成は、凝縮器が第１凝縮器１５ａと第２凝縮器１５ｂとに分けられている点以外は、図１に示すような第１の実施の形態における淡水化発電プラントの発電設備と同様の構成となっている。
【００５２】
淡水化設備２について以下に説明する。
氷蓄熱装置は、２台またはそれ以上設けられており、それぞれ回分操作され順次交代して運転されるようになっている。ここでは、主に氷蓄熱装置４１を用いて氷蓄熱操作を説明する。
氷蓄熱装置４１は、淡水回収タンク４５よりも高い位置に設置されており、氷蓄熱操作の前に弁５３，５８を開け、弁５８により氷蓄熱装置４１内の保有水を淡水回収タンク４５に全量回収する。次に弁５８を閉めるとともに弁５２を開け、深層海水を氷蓄熱装置４１内に導き、氷蓄熱装置４１内の冷凍機を作動させて製氷動作を行う。このときに他の弁５２，５７，５９は閉じた状態、すなわちいわゆる隔離された状態で動作を行う。冷熱機の排熱は、第１凝縮器１５ａを通過した後の深層水を用いて当該冷熱機のＣＯＰを高く維持する。
【００５３】
一方、このときに、もう一方の氷蓄熱装置４２は解氷動作を行っており、冷熱を第２凝縮器１５ｂに送っている。つまり、弁５６，６１，５４は開の状態で、他の弁５５，６０，６２は閉の状態となっている。この状態で、氷蓄熱ポンプ４３によって淡水回収タンク４５、氷蓄熱装置４２、第２凝縮器１５ｂとの間で淡水を循環させ、氷蓄熱装置４２で０℃近くまで冷却された淡水により、第２凝縮器１５ｂを冷却している。氷蓄熱装置４１に十分氷が溜まれば、氷蓄熱運転は停止され、弁５７，５３を開けて、製氷が進んで塩分濃度の高くなった液体を濃縮液回収タンク４４に回収し、この濃縮液を健康食品、養殖などの原料として用いる。
【００５４】
次に、弁５７を閉め、淡水回収タンク４５と弁５８との間にあるポンプ４６を作動させ、氷蓄熱装置４１に淡水を満水位置まで充填して弁５８を閉じる。充填後、弁５３を閉止させて氷蓄熱装置４１の解氷操作を開始する。すなわち、弁５８，５９を開け、淡水回収タンク４５、氷蓄熱装置４１，４２（並列）、第２凝縮器１５ｂの間で冷水を循環させ冷熱を第２凝縮器１５ｂに伝える。しばらく並列運転を行った後、氷蓄熱装置４２を切り離してこの氷蓄熱装置４２は製氷運転に移行する。すなわち、弁５６，６０を閉じ、弁５５，６１を開けて氷蓄熱装置４２の淡水を淡水回収タンク４５に回収する。その後弁６１を閉じ、弁６０を開けて深層海水を氷蓄熱装置４２に導き、満水となったら弁５５を閉じ、氷蓄熱装置４２の冷凍機を運転して製氷を行う。この冷凍機の排熱は、第１凝縮器１５ａを通過した後の深層水を用いることにより当該冷熱機のＣＯＰを高く維持する。このときにもう一方の氷蓄熱装置４１が解氷運転を行っているのは上記の通りである。
【００５５】
上述のように、製氷、解氷を切り換えて氷蓄熱装置４１，４２を運転する。このような運転によって、雑菌を含まない健康飲料や化粧水の原料となる、経済価値の高い深層水からの淡水を淡水回収タンク４５に回収することができる。また、発電用媒体として混合媒体を使用しているので、ボイラー１１の作動流体温度を高くすることができ、第１凝縮器１５ａの作業流体温度を低くすることができる。さらに、第２凝縮器１５ｂの冷却温度が約０℃と低いので、プラントの熱効率を大きく向上させることができる。また、表層水、深層水の各々のボイラー１１、第１凝縮器１５ａでの出入り口温度差を大きくすることができるので、各々の流量を低いレベルに維持することができ、表層水ポンプ１８および深層水ポンプ１９の動力を小さくすることができる。
【００５６】
なお、経済的価値のある深層水からの淡水を多量に発生させる場合には、氷蓄熱装置の数を増やし、順次運転を切り換えるようにして深層水充填と製氷とを次々に行うようにすることが好ましい。このことにより、充填流量を平準化させることができ、充填操作による第１凝縮器１５ａにおける深層水流量の変動を防ぐことができる。
【００５７】
また、深層水による淡水をそれほど必要としない場合、第２凝縮器１５ｂの意味合いは混合媒体の凝縮性能が若干低下するのを補完するものとなる。すなわち、凝縮しきれない気体部分を残さずに完全に凝縮させる補完的機器の意味合いや、凝縮器における熱交換部分の伝熱面積を小さくすることができるといった効果が強くなる。このことも、プラントの安定運転や経済性にとって重要なことである。更に、本プラントでは、副産物として、健康食品や養殖用の原料となる経済的付加価値の高い深層水製濃縮栄養塩水が得られる。
【００５８】
〔第４の実施の形態〕
以下、図面を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。図４は、本発明による淡水化発電プラントの第４の実施の形態を示す図である。具体的には、図４は、本実施の形態の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
【００５９】
図４に示す淡水化発電プラントは、発電設備１の気液分離器１２の下流側に外部タンク２７を追加的に設置し、氷蓄熱運転を深夜の安価な電力を用いて行い、昼間に解氷を行う点が異なるのみであり、他は実質的に図３に示す第３の実施の形態と同様の構成を有している。
図４に示す本実施の形態において、図３に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６０】
上述のように、本実施の形態の淡水化発電プラントは、氷蓄熱運転を深夜の安価な電力を用いて行い、昼間に解氷を行うようになっている。すなわち、この淡水化発電プラントの制御設備３は、夜間において氷蓄熱装置４１，４２の運転を行いこれらの氷蓄熱装置４１，４２において深層海水から製氷を行い、昼間において氷蓄熱装置４１，４２から第２凝縮器１５ｂに冷水を送るよう淡水化設備２の運転制御を行うようになっている。このような淡水化発電プラントにおいては、発電設備１の循環系のアンモニア水におけるアンモニアの濃度を調整して運転を行う。このために、図４に示すように、発電設備１は、気液分離器１２により分離された液体を貯留するための外部タンク２７を有している。
【００６１】
具体的に説明すると、昼間の解氷運転時において発電設備１は第３の実施の形態で説明した通りの運転を行う。ただし、気液分離器１２から排出された液体を、ガス圧操作によって例えば液面計が設置された外部タンク２７に一部回収する。このことにより、発電設備１におけるアンモニア濃度を高める。また、タービンの蒸気圧力は高くしてタービン１３の下段にある凝縮器の操作圧力を低くする。これによってタービン入口出口圧力比が大きくなり、タービン出力は向上する。このために、発電設備１において混合媒体ポンプ１７ａから混合媒体ポンプ１７への切り換えを行う。すなわち、昼間の解氷運転時において、弁６３，６４を開け、弁６５，６６を閉じて第２凝縮器１５ｂを使用した運転操作を行い、タービンの出力を増大させる。
【００６２】
一方、深夜において、外部タンク２７のガス圧力を上げて、弁６７を開けて液体を発電設備１の循環系内に充填させてアンモニア濃度を幾分低下させる。これに伴ないタービン蒸気圧力は低くなり、凝縮器圧力は幾分高くなる。これによってタービン入口出口圧力比は前記の昼の場合より小さくなり、発電出力は低下する。また、弁６３，６４を閉じ、弁６５，６６を開けて第２凝縮器１５ｂをバイパスする。このことにより、第１凝縮器１５ａにおいて深層水による冷却で十分液体に戻るような濃度条件、圧力条件となる。このように、昼間において電力需要の大きなときには発電量を大きくして運転を行い、一方夜間において電力需要の小さなときには発電量を低下させて運転を行う。また、淡水化設備２は、昼間は解氷運転を行い、深夜には製氷運転を行う。
【００６３】
このことにより、深夜には電力を多量に使い、一方昼間には電力をあまり使用せずに出力を大きくすることができ、日間電力需要の変動に応じた運転を行うことができる。このため、電力負荷の平準化に寄与することができる。
【００６４】
このような低沸点濃度変化運転において、本実施の形態のプラントを温泉水と表層水との間で使用したり、下水などを熱源に使用したりするときには、冷熱源、温熱源が季節変動する。このようなときに、本実施の形態のプラントでは、季節によって低沸点成分濃度を変化させ、運転圧力を変化させて最適な状態で運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
【図５】従来の淡水化発電プラントの構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    発電設備
２    淡水化設備
３    制御設備
１１  ボイラー
１２  気液分離器
１３  タービン
１４  凝縮器
１５ａ  第１凝縮器
１５ｂ  第２凝縮器
１６  熱交換器
１７  混合媒体ポンプ
１７ａ  追加の混合媒体ポンプ
１８  表層水ポンプ
１９  深層水ポンプ
２１  搬送ポンプ
２２  逆浸透膜装置
２３  淡水回収タンク
２５  動力回収タービン
２６  発電機
２７  外部タンク
２８  戻り管
３１  フラッシュ蒸発器
３２  淡水凝縮器
３３  真空ポンプ
３４  弁
４１，４２  氷蓄熱装置
４３  氷蓄熱ポンプ
４４  濃縮液回収タンク
４５  淡水回収タンク
４６  ポンプ
５２〜６７  弁
８１  ボイラー
８２  タービン
８３  凝縮器
８４  ポンプ
８５  発電機
８６  表層水ポンプ
８７  深層水ポンプ
８８  フラッシュ蒸発器
８９  淡水凝縮器
９０  淡水回収タンク
【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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