(57)【要約】【課題】  無駄なエネルギーを消費せず、淡水を得るまでに要するコストを従来程度に抑えつつ、環境への影響を大幅に削減することができる淡水化装置を提供する。【解決手段】  太陽熱を集める集熱装置１と、集熱装置１によって集められた太陽熱で直接的に水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器２と、蒸気発生器２によって発生させた蒸気のもつエネルギーを利用して水を加圧しながら送出する蒸気駆動ポンプ３と、蒸気駆動ポンプ３から供給された水を淡水と塩分その他の不純物を多く含む濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュール４と、蒸気駆動ポンプ３の駆動に供した後の余剰の蒸気を、蒸気法のひとつである多段フラッシュ法を利用して淡水化するＭＳＦ淡水化装置５とを備える淡水化装置を採用する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を利用して水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器と、
前記上記発生器によって発生させた蒸気のもつエネルギーを利用して塩分その他の不純物を含む水を加圧しながら送出する送出手段と、
前記送出手段から送出された水を逆浸透膜に透過させて塩分その他の不純物を取り除く逆浸透膜モジュールとを備えることを特徴とする淡水化装置。
【請求項２】
前記蒸気発生器が、別途調達した化石燃料を燃焼させて水を加熱することも可能であることを特徴とする請求項１記載の淡水化装置。
【請求項３】
前記送出手段が、前記蒸気発生器によって発生させた蒸気を作動流体として動力を発生させる原動機と、前記原動機によって発生させた動力を利用して塩分その他の不純物を含む水を加圧しながら前記逆浸透膜モジュールに押し込むポンプとを備えることを特徴とする請求項１または２記載の淡水化装置。
【請求項４】
前記送出手段が、前記蒸気発生器によって発生させた蒸気を作動流体として動力を発生する原動機と、前記原動機によって発生させた動力を利用して発電する発電機と、前記発電機によって発電した電力を利用して動力を発生する電動機と、前記電動機によって発生させた動力を利用して塩分その他の不純物を含む水を加圧しながら前記逆浸透膜モジュールに押し込むポンプとを備えることを特徴とする請求項１または２記載の淡水化装置。
【請求項５】
前記電動機が、別途調達した電力によっても駆動することを特徴とする請求項４記載の淡水化装置。
【請求項６】
太陽熱を集める集熱手段を具備することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の淡水化装置。
【請求項７】
前記送出手段の駆動に供した後の蒸気を、蒸気法を利用して淡水化する蒸気淡水化手段を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水や地下水等のように塩分その他の不純物を含む水を淡水化する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の淡水化装置としては、多段フラッシュ法（Multi
Stage Flush）、多重効用（Multi Effective Distillution）等のいわゆる蒸気法を利用して淡水化を行うものが存在する（例えば下記の特許文献１）。また、太陽電池で発電を行い、得られた電力で塩分その他の不純物を含む水を加圧し、加圧した水を逆浸透膜モジュールに導入して淡水化する装置も研究されている。
【特許文献１】特開２０００−２７９９４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の淡水化装置は大量の化石エネルギーを使用しているため、大気汚染・地球温暖化などの環境への影響が問題となっている。又、太陽電池を利用する淡水化装置では、1トンの真水を製造するためにコストが５００円かかるという試算がされている。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、化石エネルギーを消費せず、淡水を得るまでに要するコストを安価に抑えることができる淡水化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の淡水化装置を採用する。
すなわち本発明の請求項１記載の淡水化装置は、太陽熱を利用して水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器と、前記蒸気発生器によって発生させた蒸気のもつエネルギーを利用して塩分その他の不純物を含む水を加圧しながら送出する送出手段と、前記送出手段から送出された水を逆浸透膜に透過させて塩分その他の不純物を取り除く逆浸透膜モジュールとを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明においては、無償でほぼ無尽蔵に得られる太陽の熱エネルギーを利用して塩分その他の不純物を含む水を送出し、逆浸透膜モジュールに押し込んで塩分その他の不純物を取り除くことにより、有償の燃料や電力を利用しないでも、海水や地下水等、塩分その他の不純物を含む水を淡水化することができる。
【０００７】
請求項２記載の淡水化装置は、請求項１記載の淡水化装置において、前記蒸気発生器が、別途調達した化石燃料を燃焼させて水を加熱することも可能であることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、夜間や悪天候のとき等、日照を十分に確保できない場合に、化石燃料を燃焼させて得た熱エネルギーを利用することにより、設備の稼働率を高め生産性を安定させることができる。
【０００９】
請求項３記載の淡水化装置は、請求項１または２記載の淡水化装置において、前記送出手段が、前記蒸気発生器によって発生させた蒸気を作動流体として動力を発生させる原動機と、前記原動機によって発生させた動力を利用して塩分その他の不純物を含む水を加圧しながら前記逆浸透膜モジュールに押し込むポンプとを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、太陽の熱エネルギーを利用して蒸気を発生させ、その蒸気を作動流体として動力を得、その動力を利用してポンプを駆動することにより、塩分その他の不純物を含む水を逆浸透膜モジュールに供給する際に高い押し込み圧が得られ、逆浸透膜モジュールにおける透過性能が向上する。
【００１１】
請求項４記載の淡水化装置は、請求項１または２記載の淡水化装置において、前記送出手段が、前記蒸気発生器によって発生させた蒸気を作動流体として動力を発生する原動機と、前記原動機によって発生させた動力を利用して発電する発電機と、前記発電機によって発電した電力を利用して動力を発生する電動機と、前記電動機によって発生させた動力を利用して塩分その他の不純物を含む水を加圧しながら前記逆浸透膜モジュールに押し込むポンプとを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、太陽の熱エネルギーを利用して蒸気を発生させ、その蒸気を作動流体として動力を得、その動力を利用して発電を行い、その電力を利用してポンプを駆動することにより、塩分その他の不純物を含む水を逆浸透膜モジュールに供給する際に高い押し込み圧が得られ、逆浸透膜モジュールにおける透過性能が向上する。
【００１３】
請求項５記載の淡水化装置は、請求項４記載の淡水化装置において、前記電動機が、別途調達した電力によっても駆動することを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、夜間や悪天候のとき等、日照を十分に確保できない場合に、別途調達された電力を利用することにより、生産性を安定させることができる。
【００１５】
請求項６記載の淡水化装置は、請求項１から５のいずれか一項記載の淡水化装置において、太陽熱を集める集熱手段を具備することを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、太陽熱を集めてより多くの熱エネルギーを得ることにより、生産性をさらに高めることができる。
【００１７】
請求項７記載の淡水化装置は、請求項１から６のいずれか一項記載の淡水化装置において、前記送出手段の駆動に供した後の蒸気を、蒸気法を利用して淡水化する蒸気淡水化手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、送出手段の駆動に供した後の蒸気を、蒸気法を利用して淡水化することにより、装置内に取り込んだ太陽の熱エネルギーを無駄なく消費して生産性をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、無償でほぼ無尽蔵に得られる太陽の熱エネルギーを利用して塩分その他の不純物を含む水を送出し、逆浸透膜モジュールに押し込んで塩分その他の不純物を取り除くことにより、有償の燃料や電力を利用しないでも、海水や地下水等、塩分その他の不純物を含む水を淡水化することができ、淡水化にかかるコストを従来程度に抑えたままで、環境への影響を大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の第１の実施形態について説明する。
図１に示す淡水化装置は、太陽熱を集める集熱装置（集熱手段）１と、集熱装置１によって集められた太陽熱で直接的に水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器２と、蒸気発生器２によって発生させた蒸気のもつエネルギーを利用して水を加圧しながら送出する蒸気駆動ポンプ（送出手段）３と、耐圧容器に逆浸透膜を組み込んだ装置であって蒸気駆動ポンプ３から供給された水を淡水と塩分その他の不純物を多く含む濃縮水とに分離する逆浸透膜モジュール４と、蒸気駆動ポンプ３の駆動に供した後の余剰の蒸気を、蒸気法のひとつである多段フラッシュ法を利用して淡水化するＭＳＦ淡水化装置（蒸気淡水化手段）５とを備える。この淡水化装置では、蒸気発生器２において加熱される水、逆浸透膜モジュール４に供給される水には、いずれも水源６から調達される塩分その他の不純物を含んだ水（海水、地下水等）が使用される。
【００２１】
集熱装置１には、パラボラ式、タワー式、トラフ式といった各種構造が採用される。蒸気発生器２には、集めた太陽熱で水を直接加熱して蒸気を発生させる方式、または集めた太陽熱で熱媒体を加熱しその顕熱を利用して蒸気を発生させる方式のいずれかが採用される。蒸気駆動ポンプ３は、蒸気のもつエネルギーを利用して動力を発生させる蒸気タービンの機能と、その動力を利用して水を加圧しながら送出するポンプの機能とを併せ持つ装置である。
【００２２】
上記のように構成された淡水化装置を使用して海水を淡水化する際の工程について説明する。
まず、水源６から蒸気発生器２に海水を導き、この海水に、集熱装置１によって集められた太陽熱を直に照射し、加熱、気化させて蒸気を発生させる。続いて、蒸気発生器２によって発生させた蒸気を蒸気駆動ポンプ３に導き、この蒸気を作動流体として蒸気駆動ポンプ３を駆動して水源６から海水を吸い上げ、加圧しながら逆浸透膜モジュール４に供給する。海水の供給圧は、逆浸透膜モジュール４の仕様にもよるが少なくとも２５〜３０気圧相当が必要である。逆浸透膜モジュール４に押し込まれた海水は、逆浸透膜の作用により、淡水と塩分その他の不純物を多く含む濃縮水とに分離され、それぞれ別個に排出される。
逆浸透膜モジュール４による淡水化と並行して、蒸気駆動ポンプ３の駆動に供した後の余剰の蒸気をＭＳＦ淡水化装置５に導き、多段フラッシュ法を利用して淡水化する。
【００２３】
本実施形態の淡水化装置によれば、無償でほぼ無尽蔵に得られる太陽の熱エネルギーを利用するので、淡水を得るまでに要するコストを安価に抑えることができる。しかも、地球温暖化の原因ともなる炭酸ガスの排出もなく、環境への影響も非常に少ない。
【００２４】
さらに、太陽の熱エネルギーを利用して蒸気を発生させ、その蒸気を作動流体として蒸気駆動ポンプ３を駆動し、海水を逆浸透膜モジュール４に押し込むことにより、高い押し込み圧が得られ、逆浸透膜モジュール４における透過性能が向上するので、淡水の生産性を高めることができる。加えて、集熱装置１を使って太陽熱を集め、より多くの熱エネルギーを得ることにより、さらなる生産性の向上が見込める。
【００２５】
太陽の熱エネルギーを利用して発生させた蒸気は、蒸気駆動ポンプ３を駆動するためにすべて消費されてしまう訳ではなく、蒸気駆動ポンプ３を駆動した後にもかなりの量の蒸気が残る。そこで、残った蒸気をＭＳＦ淡水化装置５に導き、多段フラッシュ法を利用して淡水化することにより、装置内に取り込んだ太陽の熱エネルギーを無駄なく消費して淡水の生産性をさらに高めることができる。
本実施形態において上記と同様の試算を行うと、日中８時間だけの稼動でも、１トンの真水を製造するためにかかるコストが１５０円程度に抑えられる。
【００２６】
ところで、本実施形態においては、図２に示すように、別途調達した石油や天然ガス等の化石燃料を蒸気発生器２に供給して燃焼させ、水源から導いた海水を加熱するようにしてもよい。これにより、夜間や悪天候のとき等、日照を十分に確保できない場合でも、淡水の生産を安定して実施することができる。この場合の試算では、設備稼働率が高くなり、減価償却費が低減されるので、１トンの真水を製造するためにかかるコストがさらに安くなり、１００円程度に抑えられる。
【００２７】
本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図３に示す淡水化装置は、第１の実施形態における蒸気駆動ポンプ３にかえて、蒸気発生器２によって発生させた蒸気を作動流体として動力を発生する蒸気タービン（原動機）１１と、蒸気タービン１１によって発生させた動力を利用して発電する発電機１２と、発電機１２によって発電した電力を利用して動力を発生する電動モータ（電動機）１３と、電動モータ１３によって発生させた動力を利用して水を加圧しながら送出するポンプ１４とを備える。
【００２８】
上記のように構成された淡水化装置を使用して海水を淡水化する際の工程について説明する。
まず、水源６から蒸気発生器２に海水を導き、この海水に、集熱装置１によって集められた太陽熱を直に照射し、加熱、気化させて蒸気を発生させる。続いて、蒸気発生器２によって発生させた蒸気を蒸気タービン１１に導き、この蒸気を作動流体として蒸気タービン１１を駆動して動力を発生させ、その動力で発電機１２を駆動して電力を発生させ、その電力でモータ１３を駆動して動力を発生させ、その動力でポンプ１４を駆動して水源６から海水を吸い上げ、２５〜３０気圧相当に加圧しながら逆浸透膜モジュール４に供給する。逆浸透膜モジュール４に押し込まれた海水は、逆浸透膜の作用により、淡水と塩分その他の不純物を多く含む濃縮水とに分離され、それぞれ別個に排出される。
逆浸透膜モジュール４による淡水化と並行して、蒸気タービン１１の駆動に供した後の余剰の蒸気をＭＳＦ淡水化装置５に導き、多段フラッシュ法を利用して淡水化する。
【００２９】
本実施形態の淡水化装置によっても、無償でほぼ無尽蔵に得られる太陽の熱エネルギーを利用するので、淡水を得るまでに要するコストを安価に抑えることができる。また、同様に地球温暖化の原因ともなる炭酸ガスの排出もなく、環境への影響も非常に少ない。
【００３０】
さらに、太陽の熱エネルギーを利用して蒸気を発生させ、その蒸気を作動流体として蒸気タービン１１を駆動して動力を発生させ、その動力で発電機１２を駆動して電力を発生させ、その電力でモータ１３を駆動して動力を発生させ、その動力でポンプ１４を駆動し、海水を逆浸透膜モジュール４に押し込むことにより、高い押し込み圧が得られ、逆浸透膜モジュール４における透過性能が向上するので、淡水の生産性を高めることができる。
本実施形態において上記と同様の試算を行うと、日中８時間だけの稼動でも、１トンの真水を製造するためにかかるコストが１５０円程度に抑えられる。
【００３１】
ところで、本実施形態においては、図４に示すように、別途調達した電力をモータ１３に供給し、水源から吸い上げた海水を加圧しながら逆浸透膜モジュール４に供給するようにしてもよい。これにより、夜間や悪天候のとき等、日照を十分に確保できない場合でも、淡水の生産を安定して実施することができる。また、図示は省くが、上記した図２のように、別途調達した石油や天然ガス等の化石燃料を蒸気発生器２に供給して燃焼させ、水源から導いた海水を加熱するようにしてもよい。この場合の試算では、設備稼働率が高くなり、減価償却費が低減されるので、１トンの真水を製造するためにかかるコストがさらに安くなり、１００円程度に抑えられる。
【００３２】
本実施形態においては、図５に示すように、逆浸透膜モジュール４から排出された濃縮水のもつ運動エネルギーを利用して水車１５を駆動して動力を発生させ、その動力をポンプ１４に伝達して海水を加圧する動力を補うようにしてもよい。例えば、ポンプ１４によって海水を１００気圧相当に加圧することで、逆浸透膜モジュール４から排出される淡水が２５〜６０気圧相当に、濃縮水が７５〜４０気圧相当に加圧されたとして、この加圧された濃縮水でエネルギー回収率２０％の水車１５を駆動して動力を発生させ、その動力をポンプ１４に伝達すれば、水車１５の動力だけで海水を８気圧相当に加圧することが可能になり、その分少ないエネルギーで淡水化を行うことができる。
【００３３】
本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上記の各実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図６に示す淡水化装置は、第１の実施形態における蒸気駆動ポンプ３にかえて、蒸気発生器２によって発生させた蒸気を作動流体として動力を発生させる蒸気エンジン（原動機）２１と、蒸気エンジン２１によって発生させた動力を利用して水を加圧しながら逆浸透膜モジュール４に押し込むポンプ２２とを備える。
【００３４】
上記のように構成された淡水化装置を使用して海水を淡水化する際の工程について説明する。
まず、水源６から蒸気発生器２に海水を導き、この海水に、集熱装置１によって集められた太陽熱を直に照射し、加熱、気化させて蒸気を発生させる。続いて、蒸気発生器２によって発生させた蒸気を蒸気エンジン２１に導き、この蒸気を作動流体として蒸気エンジン２１を駆動して動力を発生させ、その動力でポンプ２２を駆動して水源６から海水を吸い上げ、２５〜３０気圧相当に加圧しながら逆浸透膜モジュール４に供給する。逆浸透膜モジュール４に押し込まれた海水は、逆浸透膜の作用により、淡水と塩分その他の不純物を多く含む濃縮水とに分離され、それぞれ別個に排出される。
逆浸透膜モジュール４による淡水化と並行して、蒸気タービン１１の駆動に供した後の余剰の蒸気をＭＳＦ淡水化装置５に導き、多段フラッシュ法を利用して淡水化する。
【００３５】
本実施形態の淡水化装置によっても、無償でほぼ無尽蔵に得られる太陽の熱エネルギーを利用するので、淡水を得るまでに要するコストを安価に抑えることができる。また、同様に地球温暖化の原因ともなる炭酸ガスの排出もなく、環境への影響も非常に少ない。
【００３６】
さらに、太陽の熱エネルギーを利用して蒸気を発生させ、その蒸気を作動流体として蒸気エンジン２１を駆動して動力を発生させ、その動力でポンプ２２を駆動し、海水を逆浸透膜モジュール４に押し込むことにより、高い押し込み圧が得られ、逆浸透膜モジュール４における透過性能が向上するので、淡水の生産性を高めることができる。
本実施形態において上記と同様の試算を行うと、日中８時間だけの稼動でも、１トンの真水を製造するためにかかるコストが１５０円程度に抑えられる。
【００３７】
ところで、本実施形態においては、図７に示すように、別途調達した石油や天然ガス等の化石燃料を蒸気発生器２に供給して燃焼させ、水源から導いた海水を加熱するようにしてもよい。これにより、夜間や悪天候のとき等、日照を十分に確保できない場合でも、淡水の生産を安定して実施することができる。この場合の試算では、設備稼働率が高くなり、減価償却費が低減されるので、１トンの真水を製造するためにかかるコストがさらに安くなり、１００円程度に抑えられる。
また、図８に示すように、逆浸透膜モジュール４から排出された濃縮水のもつ運動エネルギーを利用して水車１５を駆動して動力を発生させ、その動力をポンプ１４に伝達して海水を加圧する動力を補うようにしてもよい。
【００３８】
なお、上記したすべての実施形態において、蒸気駆動ポンプ３を駆動した後に残った蒸気を多段フラッシュ法を利用して淡水化するが、その他の蒸気法、例えば多重効用の手法を利用して淡水化を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の淡水化装置の第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態の変形例を示す概略図である。
【図３】本発明の淡水化装置の第２の実施形態を示す概略図である。
【図４】第２の実施形態の変形例を示す概略図である。
【図５】第２の実施形態のその他の変形例を示す概略図である。
【図６】本発明の淡水化装置の第３の実施形態を示す概略図である。
【図７】第３の実施形態の変形例を示す概略図である。
【図８】第３の実施形態のその他の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      集熱装置（集熱手段）
２      蒸気発生器
３      蒸気駆動ポンプ（送出手段）
４      逆浸透膜モジュール
５      ＭＳＦ淡水化装置（蒸気淡水化手段）
６      水源
【図１】
2005087821.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005087821.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005087821.tif 000009
【図８】
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