(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を貯留した第１のタンクと、
前記第１のタンクに貯留された海水を加熱する加熱手段と、
内部に設けられた膜を隔てて配置された温海水が通過する第１の通路と冷海水が通過する第２の通路とを備えると共に前記加熱手段によって加熱された海水が前記第１のタンクと前記第１の通路との間で循環されかつ前記第２の通路に加熱されていない海水が通過された際に前記加熱された海水から淡水のみを抽出する淡水抽出手段と、
前記加熱手段によって加熱された海水の前記第１のタンクと前記第１の通路との間の循環を制御すると共に前記第１のタンクに貯留されている海水の塩分濃度が所定の濃度に達した場合に前記循環を停止するように制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記海水の原水の塩分濃度、前記所定の濃度、及び前記第１のタンクの寸法に基づいて前記第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が前記所定の濃度に達した場合の前記第１のタンクの水位を算出し、該算出された水位に前記第１のタンクの水位が達したときに前記第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が前記所定の濃度に達したと判断して前記循環を停止するように制御する塩水生成装置。
【請求項２】
前記淡水抽出手段によって抽出された淡水を貯留する第２のタンクと、
前記第２の通路を通過した加熱されていない海水を貯留する第３のタンクと、
前記第２のタンクに貯留された淡水と前記第３のタンクに貯留された海水とを混合して生成した希釈海水を貯留する第４のタンクと、
を更に備え、前記制御手段は、前記第２のタンクに貯留された淡水と前記第３のタンクに貯留された海水との混合を制御する請求項１記載の塩水生成装置。
【請求項３】
前記第１のタンク、前記第２のタンク、前記第３のタンク、及び前記第４のタンクの少なくとも１つのタンクに、タンク内の水位を検知する第１の検知手段と、タンク内の貯留水の塩分濃度を検知する第２の検知手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第１の検知手段と前記第２の検知手段とが備えられたタンクにおいて、前記第１の検知手段により検知された水位に基づいてタンク内の貯留水の塩分濃度を算出し、算出された塩分濃度と前記第２の検知手段により検知された塩分濃度との差が所定値より大きい場合は前記第２の検知手段の点検を促し、前記第２の検知手段により検知された塩分濃度に基づいてタンク内の水位を算出し、算出された水位と前記第１の検知手段により検知された水位との差が所定値より大きい場合は前記第１の検知手段の点検を促す請求項２記載の塩水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩水生成装置に係り、特に、複数の塩分濃度の塩水を生成する塩水生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の塩分濃度の塩水を生成する技術として適用し得るものとして、蒸発法及び電気透析法があった。
【０００３】
蒸発法は、図８（Ａ）に示すように、海水９０を火力等により加熱することによって、水のみを蒸発させて、淡水と濃塩水とに分離する方法である。この際の海水９０に対する加熱時間、加熱温度等を調整することによって、複数の塩分濃度の塩水を生成することができる。
【０００４】
また、電気透析法は、図８（Ｂ）に示すように、海水９０が貯留された容器内に２枚のイオン交換膜９７を所定間隔隔てて設け、容器内における一方のイオン交換膜９７の外側にプラス電極９８Ａを、他方のイオン交換膜９７の外側にマイナス電極９８Ｂを、各々海水９０に浸すように設置して海水９０内に電気を流すことによってイオンを移動させて、イオン交換膜９７によって淡水と濃塩水とに分離する方法である。この際の各電極間の電位差、電気を流す期間等を調整することによって、複数の塩分濃度の塩水を生成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記蒸発法では、設備の設置面積を小さくするために海水９０の加熱面積を小さくした場合には海水９０の加熱のためのエネルギー消費量が多くなり、エネルギー消費量を小さくしようとすると加熱面積を大きくする必要があり設備の設置面積が大きくなる、という問題があった。
【０００６】
また、上記電気透析法では、電気エネルギーの消費量が非常に大きい、という問題点があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解消するために成されたものであり、エネルギー消費量が少なく、かつ設備の設置面積が小さい塩水生成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の塩水生成装置は、海水を貯留した第１のタンクと、前記第１のタンクに貯留された海水を加熱する加熱手段と、内部に設けられた膜を隔てて配置された温海水が通過する第１の通路と冷海水が通過する第２の通路とを備えると共に前記加熱手段によって加熱された海水が前記第１のタンクと前記第１の通路との間で循環されかつ前記第２の通路に加熱されていない海水が通過された際に前記加熱された海水から淡水のみを抽出する淡水抽出手段と、前記加熱手段によって加熱された海水の前記第１のタンクと前記第１の通路との間の循環を制御すると共に前記第１のタンクに貯留されている海水の塩分濃度が所定の濃度に達した場合に前記循環を停止するように制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記海水の原水の塩分濃度、前記所定の濃度、及び前記第１のタンクの寸法に基づいて前記第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が前記所定の濃度に達した場合の前記第１のタンクの水位を算出し、該算出された水位に前記第１のタンクの水位が達したときに前記第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が前記所定の濃度に達したと判断して前記循環を停止するように制御する。
【０００９】
請求項１に記載の塩水生成装置によれば、第１のタンクに貯留された海水が加熱手段によって加熱され、該加熱された海水の第１のタンクと淡水抽出手段に備えられた温海水が通過する第１の通路との間の循環が制御手段によって制御される。
【００１０】
淡水抽出手段には、内部に設けられた膜を隔てて配置された温海水が通過する上述した第１の通路と冷海水が通過する第２の通路とが備えられており、加熱された海水が第１のタンクと第１の通路との間で循環されかつ第２の通路に加熱されていない海水が通過された際に加熱された海水から淡水のみが抽出されるように構成されている。従って、上記循環の際に第２の通路に加熱していない海水を通過させることによって加熱された海水から淡水のみが抽出される。なお、上述した淡水抽出手段による淡水の抽出方法は膜蒸留法と呼ばれている。
【００１１】
以上の動作によって時間の経過に伴って第１のタンクに貯留された海水から淡水が徐々に抽出されるので、第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が徐々に高くなる。
【００１２】
一方、制御手段によって第１のタンクに貯留されている海水の塩分濃度が所定の濃度に達した場合に上記循環を停止するように制御される。従って、第１のタンクに貯留されている塩水の塩分濃度を所定の濃度とすることができる。
【００１３】
なお、ここで生成される塩水は、海水の塩分濃度以上の塩分濃度のものである。
【００１４】
このように、請求項１に記載の塩水生成装置によれば、加熱されていない海水を膜蒸留法における冷却源として用いていると共に、加熱されていない海水と加熱された海水とを各々淡水抽出手段の内部を膜を隔てて隣接して通過させることにより所定の塩分濃度の塩水を生成しているので、エネルギー効率が非常によく、エネルギー消費量を少なくすることができると共に、海水の加熱面積を小さくすることができ、設備の設置面積を小さくすることができる。
【００１６】
また、請求項１記載の制御手段によって、海水の原水の塩分濃度、上記所定の濃度、及び上記第１のタンクの寸法に基づいて第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が上記所定の濃度に達した場合の第１のタンクの水位が算出され、該算出された水位に第１のタンクの水位が達したときに第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が所定の濃度に達したと判断されて上記循環が停止される。
【００１７】
このように、請求項１に記載の塩水生成装置によれば、塩分濃度が所定の濃度に達した場合の第１のタンクの水位を予め算出しておき、該算出された水位に第１のタンクの水位が達したときに循環動作を停止するように制御しているので、第１のタンクの塩分濃度を測定することなしに所定の塩分濃度の塩水を容易に生成することができる。
【００１８】
また、請求項２記載の塩水生成装置は、請求項１記載の塩水生成装置において、前記淡水抽出手段によって抽出された淡水を貯留する第２のタンクと、前記第２の通路を通過した加熱されていない海水を貯留する第３のタンクと、前記第２のタンクに貯留された淡水と前記第３のタンクに貯留された海水とを混合して生成した希釈海水を貯留する第４のタンクと、を更に備え、前記制御手段は、前記第２のタンクに貯留された淡水と前記第３のタンクに貯留された海水との混合を制御するものである。
【００１９】
請求項２に記載の塩水生成装置によれば、請求項１記載の塩水生成装置の淡水抽出手段によって抽出された淡水が第２のタンクに貯留されると共に、淡水抽出手段に備えられた第２の通路を通過した加熱されていない海水が第３のタンクに貯留される。
【００２０】
さらに、第２のタンクに貯留された淡水と第３のタンクに貯留された海水との混合が制御手段によって制御されて、この混合によって生成された希釈海水が第４のタンクに貯留される。
【００２１】
このように、請求項２に記載の塩水生成装置によれば、淡水抽出手段によって抽出された淡水を第２のタンクに貯留し、加熱されていない海水を第３のタンクに貯留すると共に、第２のタンクに貯留された淡水と第３のタンクに貯留された海水とを混合することによって希釈海水を生成しているので、淡水抽出手段により抽出された淡水を有効利用して、塩分濃度が０％から海水の塩分濃度までの塩水を安価でかつ容易に生成することができる。
【００２２】
また、請求項３記載の塩水生成装置は、請求項２記載の塩水生成装置において、前記第１のタンク、前記第２のタンク、前記第３のタンク、及び前記第４のタンクの少なくとも１つのタンクに、タンク内の水位を検知する第１の検知手段と、タンク内の貯留水の塩分濃度を検知する第２の検知手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１の検知手段と前記第２の検知手段とが備えられたタンクにおいて、前記第１の検知手段により検知された水位に基づいてタンク内の貯留水の塩分濃度を算出し、算出された塩分濃度と前記第２の検知手段により検知された塩分濃度との差が所定値より大きい場合は前記第２の検知手段の点検を促し、前記第２の検知手段により検知された塩分濃度に基づいてタンク内の水位を算出し、算出された水位と前記第１の検知手段により検知された水位との差が所定値より大きい場合は前記第１の検知手段の点検を促すものである。
【００２３】
請求項３に記載の塩水生成装置によれば、請求項２記載の塩水生成装置における第１のタンク、第２のタンク、第３のタンク、及び第４のタンクの少なくとも１つのタンク内の水位が第１の検知手段によって検知されると共に、タンク内の貯留水の塩分濃度が第２の検知手段によって検知される。
【００２４】
この際、制御手段によって、第１の検知手段と第２の検知手段とが備えられたタンクにおける第１の検知手段により検知された水位に基づいてタンク内の貯留水の塩分濃度が算出され、算出された塩分濃度と第２の検知手段により検知された塩分濃度との差が所定値より大きい場合は第２の検知手段の点検が促される。
【００２５】
また、制御手段によって、第２の検知手段により検知された塩分濃度に基づいてタンク内の水位が算出され、算出された水位と第１の検知手段により検知された水位との差が所定値より大きい場合は第１の検知手段の点検が促される。
【００２６】
このように、請求項３に記載の塩水生成装置によれば、第１のタンク、第２のタンク、第３のタンク、及び第４のタンクの少なくとも１つのタンクにタンク内の水位を検知する第１の検知手段と、タンク内の貯留水の塩分濃度を検知する第２の検知手段と、を備え、これらの検知手段における一方の検知手段の検知精度を、他方の検知手段による検知結果に基づいて確認すると共に、検知精度が所定の精度より低い場合には上記一方の検知手段の点検を促すので、第１の検知手段及び第２の検知手段の故障を未然に防止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る塩水生成装置の実施の形態について詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の塩水生成装置の淡水抽出手段として本実施形態で適用する膜蒸留法の原理について説明する。
【００２８】
同図に示すように、本実施形態で適用する膜蒸留法では、厚さ約３００ミクロンの膜９２により仕切られた一方側に所定温度に加熱された温海水９０Ａを膜９２の表面に平行（図１矢印Ａ方向）に流すと共に、他方側に上記温海水９０Ａより温度が低い冷海水９０Ｂを温海水９０Ａと平行でかつ逆方向（図１矢印Ｂ方向）に流す。
【００２９】
従って、膜９２の両側には温度差が発生し、この温度差によって温海水９０Ａの水蒸気が図１矢印Ｃ方向に膜９２を通過して移動し、冷海水９０Ｂの通過によって冷却された冷却面９４の表面で凝縮されて水滴９６になり、この水滴９６を図１矢印Ｄ方向に移動させて淡水を得ることができる。従って、このような膜蒸留法を実施した後の温海水９０Ａは、得られた淡水の量に応じた塩分濃度の塩水となる。
【００３０】
次に、図２を参照して、本実施形態に係る塩水生成装置１０の構成について説明する。同図に示すように、本実施形態に係る塩水生成装置１０は海水９０を汲み上げる原水ポンプ１２を備えており、原水ポンプ１２の海水９０を流出する流出口は図示しないろ過装置等によって構成された前処理部１４の流入口に配管されている。
【００３１】
前処理部１４のろ過処理等がなされた海水９０を流出する流出口は上述した膜蒸留法を実現する膜蒸留膜モジュール１８の冷海水９０Ｂを流入する流入口に配管されており、膜蒸留膜モジュール１８の冷海水９０Ｂを流出する流出口はモータ２０によって流出方向が変更される１流入２流出のモータ弁２２の流入口に配管されている。なお、モータ２０は塩水生成装置１０全体の動作を制御する制御盤３２に接続されており、制御盤３２はモータ弁２２の流出方向を随時変更することができる。
【００３２】
また、前処理部１４と膜蒸留膜モジュール１８との間の配管の途中には、該配管を流れる海水９０の塩分濃度を検知するセンサ１６が設置されている。なお、センサ１６は制御盤３２に接続されており、制御盤３２は、この部分を通過する海水９０の塩分濃度を随時知ることができる。センサ１６としては、電気伝導度計や塩分計等が適用できる（後述するセンサ３０、センサ５０及びセンサ７４も同様）。
【００３３】
また、モータ弁２２の一方の流出口は濃塩水タンク２４の流入口に配管されている。また、濃塩水タンク２４の上部には濃塩水タンク２４内に貯留された塩水を攪拌する攪拌器２６及び濃塩水タンク２４内に貯留された塩水の水位を検知するレベル計２８が設置されており、さらに、濃塩水タンク２４内部には濃塩水タンク２４内に貯留された塩水の塩分濃度を検知するセンサ３０が設置されている。なお、攪拌器２６、レベル計２８、及びセンサ３０は制御盤３２に接続されており、制御盤３２は濃塩水タンク２４内に貯留された塩水の攪拌動作を制御することができると共に、濃塩水タンク２４内に貯留された塩水の水位及び塩分濃度を随時知ることができる。
【００３４】
一方、濃塩水タンク２４の流出口は循環ポンプ３４の流入口に配管されており、循環ポンプ３４の流出口はモータ３６によって流出方向が変更される１流入２流出のモータ弁３８の流入口に配管されている。なお、循環ポンプ３４及びモータ３６は制御盤３２に接続されており、制御盤３２は循環ポンプ３４の作動の制御及びモータ弁３８の流出方向の変更を随時行うことができる。
【００３５】
また、モータ弁３８の一方の流出口は塩水生成装置１０の外部へと配管されており、他方の流出口は流入された海水９０を所定温度（本実施形態では最高約８０℃）に加熱する熱源４０の流入口に配管されている。さらに、熱源４０の流出口は膜蒸留膜モジュール１８の温海水９０Ａを流入する流入口に配管されており、膜蒸留膜モジュール１８の温海水９０Ａを流出する流出口は濃塩水タンク２４の流入口に配管されている。
【００３６】
一方、膜蒸留膜モジュール１８の淡水を流出する流出口は、モータ４２によって流出方向が変更される１流入２流出のモータ弁４４の流入口に配管されており、モータ弁４４の一方の流出口は塩水生成装置１０の外部へと配管されており、他方の流出口は淡水タンク４６の流入口に配管されている。なお、モータ４２は制御盤３２に接続されており、制御盤３２はモータ弁４４の流出方向を随時変更することができる。
【００３７】
淡水タンク４６の上部には、淡水タンク４６内に貯留された淡水の水位を検知するレベル計４８が設置されており、淡水タンク４６内部には淡水タンク４６内に貯留された淡水の塩分濃度を検知するセンサ５０が設置されている。なお、レベル計４８及びセンサ５０は制御盤３２に接続されており、制御盤３２は淡水タンク４６内に貯留された淡水の水位及び塩分濃度を随時知ることができる。
【００３８】
淡水タンク４６の流出口は淡水供給ポンプ５２の流入口に配管されており、淡水供給ポンプ５２の流出口はモータ５４によって流出方向が変更される１流入３流出のモータ弁５６の流入口に配管されている。また、モータ弁５６の一つ目の流出口は塩水生成装置１０の外部へと配管されており、二つ目の流出口は濃塩水タンク２４の流入口に配管されており、三つ目の流出口は後述する混合タンク７２の流入口に配管されている。なお、淡水供給ポンプ５２及びモータ５４は制御盤３２に接続されており、制御盤３２は淡水供給ポンプ５２の作動の制御及びモータ弁５６の流出方向の変更を随時行うことができる。
【００３９】
一方、前処理部１４と膜蒸留膜モジュール１８との間の配管は分岐されており、モータ５８により流出方向が変更される１流入２流出のモータ弁６０の流入口に配管されている。また、この前処理部１４とモータ弁６０との間の配管には、上述したモータ弁２２の他方の流出口からの配管が合流されている。なお、モータ５８は制御盤３２に接続されており、制御盤３２はモータ弁６０の流出方向の変更を随時行うことができる。
【００４０】
一方、モータ弁６０の一方の流出口は塩水生成装置１０の外部へと配管されており、他方の流出口は海水タンク６２の流入口に配管されている。
【００４１】
海水タンク６２の上部には、海水タンク６２内に貯留された海水の水位を検知するレベル計６４が設置されている。なお、レベル計６４は制御盤３２に接続されており、制御盤３２は海水タンク６２内に貯留された海水の水位を随時知ることができる。
【００４２】
海水タンク６２の流出口は海水供給ポンプ６６の流入口に配管されており、海水供給ポンプ６６の流出口はモータ６８によって流出方向が変更される１流入２流出のモータ弁７０の流入口に配管されている。また、モータ弁７０の一方の流出口は塩水生成装置１０の外部へと配管されており、他方の流出口は後述する混合タンク７２の流入口に配管されている。なお、海水供給ポンプ６６及びモータ６８は制御盤３２に接続されており、制御盤３２は海水供給ポンプ６６の作動の制御及びモータ弁７０の流出方向の変更を随時行うことができる。
【００４３】
一方、本実施形態に係る塩水生成装置１０には混合タンク７２が設けられており、混合タンク７２の流入口には、上述したようにモータ弁５６の他方の流出口及びモータ弁７０の他方の流出口が各々配管されている。
【００４４】
また、混合タンク７２内部には混合タンク７２内に貯留された塩水の塩分濃度を検知するセンサ７４が、混合タンク７２の上部には混合タンク７２内に貯留された塩水の水位を検知するレベル計７６及び混合タンク７２内に貯留された塩水を攪拌する攪拌器７８が、各々設置されている。なお、センサ７４、レベル計７６、及び攪拌器７８は各々制御盤３２に接続されており、制御盤３２は混合タンク７２内に貯留された塩水の塩分濃度及び水位を随時知ることができると共に、混合タンク７２内に貯留された塩水の攪拌動作を随時制御することができる。
【００４５】
一方、混合タンク７２の流出口は希釈塩水供給ポンプ８０の流入口に配管されており、希釈塩水供給ポンプ８０の流出口は塩水生成装置１０の外部へと配管されている。なお、希釈塩水供給ポンプ８０は制御盤３２に接続されており、制御盤３２は希釈塩水供給ポンプ８０の作動の制御を随時行うことができる。
【００４６】
なお、本実施形態における濃塩水タンク２４、淡水タンク４６、海水タンク６２、及び混合タンク７２の形状は各々円柱状とされている。
【００４７】
また、膜蒸留膜モジュール１８が本発明の淡水抽出手段に、濃塩水タンク２４が本発明の第１のタンクに、制御盤３２が本発明の制御手段に、熱源４０が本発明の加熱手段に、淡水タンク４６が本発明の第２のタンクに、海水タンク６２が本発明の第３のタンクに、混合タンク７２が本発明の第４のタンクに、レベル計２８、４８、７６が本発明の第１の検知手段に、センサ３０、５０、７４が本発明の第２の検知手段に、各々相当する。
【００４８】
次に、図３及び図４の流れ図を参照して、塩水生成装置１０の作用について詳細に説明する。まず、図３を参照して、濃塩水を生成する際の作用について説明する。なお、塩水生成装置１０は初期状態として、モータ弁２２の流出方向が海水タンク６２の方向に、モータ弁３８の流出方向が膜蒸留膜モジュール１８の方向に、モータ弁４４の流出方向が淡水タンク４６の方向に、モータ弁５６の流出方向が濃塩水タンク２４の方向に、モータ弁６０の流出方向が海水タンク６２の方向に、各々設定されている。
【００４９】
まず制御盤３２は、モータ弁２２の流出方向を濃塩水タンク２４の方向に変更した後に原水ポンプ１２の稼動を開始する。これによって、原水ポンプ１２によって海水９０が汲み上げられ、該汲み上げられた海水９０が前処理部１４、膜蒸留膜モジュール１８、モータ弁２２を順に介して濃塩水タンク２４内へ至ることにより、濃塩水タンク２４内への海水９０の貯留が開始される。
【００５０】
次に、レベル計２８によって濃塩水タンク２４内の水位ｈを測定し、該水位ｈが濃塩水タンク２４のタンク最高水位ｈmax と等しくなったか否かを判定し、等しくなった場合にモータ弁２２の流出方向を海水タンク６２の方向に変更し、海水タンク６２への海水９０の貯留を開始する。その後、制御盤３２は、海水タンク６２への海水９０の流入量が海水タンク６２のタンク容量に達した場合にモータ弁６０の流出方向を塩水生成装置１０の外部方向に変更する。なお、以上の動作によって濃塩水タンク２４及び海水タンク６２に貯留された海水９０は前処理部１４によってろ過等の処理がなされたものとなる。
【００５１】
次に制御盤３２は、図示しないキーボード等の入力手段を介して必要とする塩水の塩分濃度Ｃk の入力を行い、センサ１６によって取水海水の塩分濃度Ｃ0 を測定した後、次の（１）式により目標水位レベルｈe を算出する。
【００５２】
【数１】
0003913885.tif 000002
【００５３】
ここで、Ｖは濃塩水タンク２４のタンク容量、Ａは濃塩水タンク２４の水平断面積である。
【００５４】
次に制御盤３２は、循環ポンプ３４の稼動を開始すると共に熱源４０による加熱動作を開始する。これによって、熱源４０により最高約８０℃に加熱された海水９０が濃塩水タンク２４と膜蒸留膜モジュール１８との間で循環される。この循環の際に膜蒸留膜モジュール１８内には加熱されていない海水９０が通過されているので、この加熱されていない海水９０及び上記加熱された海水９０の間の温度差によって膜蒸留膜モジュール１８では加熱された海水９０からの淡水の抽出が行われ、抽出された淡水は淡水タンク４６に貯留される。一方、加熱された海水９０は、海水９０中の水分が淡水として抽出されるので、徐々に量が減少すると共に塩分濃度が高くなる。なお、本実施形態に係る塩水生成装置１０では、最大約１５％の塩分濃度の濃塩水を生成することができる。
【００５５】
次に制御盤３２は、レベル計２８によって濃塩水タンク２４内の水位ｈを測定し、該水位ｈが上記目標水位レベルｈe と等しくなったか否かを判定し、等しくなった場合は循環ポンプ３４の稼動及び熱源４０の加熱動作を停止した後に攪拌器２６による濃塩水タンク２４内の攪拌を開始する。
【００５６】
その後、センサ３０によって濃塩水タンク２４内の濃塩水の塩分濃度Ｃk ’を測定した後、該塩分濃度Ｃk ’が所望の塩分濃度Ｃk と等しいか否かを判定し、等しくない場合は塩分濃度Ｃk ’が塩分濃度Ｃk より低いか否かを判定し、低い場合は循環ポンプ３４の稼動を再開した後に上述したセンサ３０による濃塩水タンク２４内の塩分濃度Ｃk ’の測定動作に戻る。一方、塩分濃度Ｃk ’が塩分濃度Ｃk より低くないと判定された場合は淡水供給ポンプ５２の稼動を開始した後に上述したセンサ３０による濃塩水タンク２４内の塩分濃度Ｃk ’の測定動作に戻る。
【００５７】
一方、塩分濃度Ｃk ’が塩分濃度Ｃk と等しい場合は、攪拌器２６の稼動を停止することによって濃塩水タンク２４内の攪拌を停止すると共に、循環ポンプ３４が稼動している場合は該稼動を停止し、淡水供給ポンプ５２が稼動している場合は該稼動を停止する。
【００５８】
その後、モータ弁３８の流出方向を濃塩水供給方向（塩水生成装置１０の外部方向）に変更した後に循環ポンプ３４の稼動を開始することにより、濃塩水タンク２４内に生成された所望の塩分濃度の濃塩水の外部への供給が開始される。
【００５９】
その後、レベル計２８によって濃塩水タンク２４内の濃塩水の水位ｈを測定し、該水位ｈが０となったか否かを判定し、０となった場合に循環ポンプ３４の駆動を停止した後、モータ弁３８の流出方向を膜蒸留膜モジュール１８の方向に変更する。
【００６０】
以上の動作によって、塩分濃度が海水の塩分濃度（約３．５％）から約１５％までの濃塩水を得ることができる。なお、この際の上限の塩分濃度（約１５％）は、膜蒸留膜モジュール１８内に設けられた膜９２（図１参照）の耐塩性に基づいて試算したものであり、必ずしも約１５％であるとは限らず、膜９２の性能等によって左右されるものである。
【００６１】
次に、図４を参照して、塩分濃度が０％から海水の塩分濃度（約３．５％）までの希釈塩水を生成する際の作用について説明する。なお、塩水生成装置１０は初期状態として、モータ弁５６の流出方向が混合タンク７２の方向に、モータ弁７０の流出方向が混合タンク７２の方向に、各々設定されている。
【００６２】
まず制御盤３２は、レベル計４８によって淡水タンク４６の水位ｈ1 を測定した後、該水位ｈ1 が淡水タンク４６のタンク最高水位ｈ1maxと等しいか否かを判定し、等しい場合はレベル計６４によって海水タンク６２の水位ｈ2 を測定した後、該水位ｈ2 が海水タンク６２のタンク最高水位ｈ2maxと等しいか否かを判定し、等しい場合は図示しないキーボード等の入力手段を介して必要とする塩水の塩分濃度Ｃk を入力する。
【００６３】
その後、制御盤３２は、センサ１６によって取水海水の塩分濃度Ｃ0 を測定し、かつセンサ５０によって淡水タンク４６内の淡水の塩分濃度Ｃp を測定した後、次の（２）式乃至（５）式によって海水投入水量Ｖ2 、淡水投入水量Ｖ1 、海水投入水位ｈ2e及び淡水投入水位ｈ1eを算出する。
【００６４】
【数２】
0003913885.tif 000003
【００６５】
【数３】
0003913885.tif 000004
【００６６】
【数４】
0003913885.tif 000005
【００６７】
【数５】
0003913885.tif 000006
【００６８】
ここで、Ｖは混合タンク７２のタンク容量、Ａは混合タンク７２のタンク水平断面積である。
【００６９】
次に制御盤３２は、海水供給ポンプ６６の稼動を開始することによって海水タンク６２内の海水の混合タンク７２への給水を開始した後、レベル計７６によって混合タンク７２の水位ｈ3 を測定し、該水位ｈ3 が海水投入水位ｈ2eと等しくなったか否かを判定し、等しくなった場合には海水供給ポンプ６６の稼動を停止した後に淡水供給ポンプ５２の稼動を開始することによって淡水タンク４６内の淡水の混合タンク７２への給水を開始する。
【００７０】
その後、制御盤３２は、レベル計７６によって混合タンク７２の水位ｈ3 を測定した後、該水位ｈ3 がｈ1e＋ｈ2eと等しくなったか否かを判定し、等しくなった場合には淡水供給ポンプ５２の稼動を停止した後に攪拌器７８による混合タンク７２内の攪拌を開始する。
【００７１】
次に制御盤３２は、センサ７４により混合タンク７２内の希釈塩水の塩分濃度Ｃk ’を測定した後、該塩分濃度Ｃk ’が所望の塩分濃度Ｃk と等しいか否かを判定し、等しくない場合は塩分濃度Ｃk ’が塩分濃度Ｃk より低いか否かを判定し、低い場合は海水供給ポンプ６６の稼動を再開した後に上述したセンサ７４による混合タンク７２内の希釈塩水の塩分濃度Ｃk ’の測定動作に戻る。一方、塩分濃度Ｃk ’が塩分濃度Ｃk より低くないと判定された場合は淡水供給ポンプ５２の稼動を再開した後に上述したセンサ７４による混合タンク７２内の希釈塩水の塩分濃度Ｃk ’の測定動作に戻る。
【００７２】
一方、塩分濃度Ｃk ’が所望の塩分濃度Ｃk と等しい場合は、攪拌器７８の稼動を停止することによって混合タンク７２内の攪拌を停止すると共に、海水供給ポンプ６６が稼動している場合は該稼動を停止し、淡水供給ポンプ５２が稼動している場合は該稼動を停止する。
【００７３】
その後、希釈塩水供給ポンプ８０の稼動を開始することにより、混合タンク７２内に生成された所望の塩分濃度とされた希釈塩水の塩水生成装置１０の外部への供給が開始される。
【００７４】
その後、レベル計７６によって混合タンク７２内の希釈塩水の水位ｈ3 を測定し、該水位ｈ3 が０となったか否かを判定し、０となった場合に希釈塩水供給ポンプ８０の稼動を停止する。
【００７５】
以上の動作によって、塩分濃度が０％から海水の塩分濃度（約３．５％）までの範囲の希釈塩水を得ることができる。
【００７６】
一方、本実施形態に係る塩水生成装置１０では、図３に示した動作によって淡水タンク４６内に貯留された淡水及び海水タンク６２内に貯留された海水９０を各々淡水供給ポンプ５２及び海水供給ポンプ６６を稼動することによっても、塩分濃度０％の淡水及び塩分濃度約３．５％の海水を直接得ることができる。なお、この際には、モータ弁５６及びモータ弁７０の各々の流出方向を塩水生成装置１０の外部方向に設定する必要がある。
【００７７】
ところで、複数の塩分濃度の塩水を生成するに当たって、所望の塩分濃度の塩水を高精度にかつ安定して生成するためには、配管途中及び各タンクに設置されたレベル計及びセンサの故障を未然に防止する必要がある。
【００７８】
次に、図５を参照して、濃塩水タンク２４に設置されたセンサ３０及びレベル計２８の故障を濃塩水の生成中において検出する手順の一例について説明する。
【００７９】
まず制御盤３２は、レベル計２８によって濃塩水タンク２４内の塩水の水位ｈを測定すると共にセンサ１６によって取水海水の塩分濃度Ｃ0 を測定し、測定した各値を次の（６）式に代入することによって水位換算塩分濃度Ｃh を算出する。
【００８０】
【数６】
0003913885.tif 000007
【００８１】
ここで、ｈmax は濃塩水タンク２４のタンク最高水位を示す。
次に、センサ３０によって濃塩水タンク２４内の塩分濃度Ｃを測定し、該塩分濃度Ｃと水位換算塩分濃度Ｃh との差の絶対値が所定の許容塩分範囲Ｃx より大きいか否かを判定し、大きい場合には濃塩水の生成動作を緊急停止した後にセンサ３０の点検を指示する。
【００８２】
一方、制御盤３２は、センサ１６によって測定した取水海水の塩分濃度Ｃ0 、センサ３０によって測定した濃塩水タンク２４内の塩分濃度Ｃ、及び濃塩水タンク２４のタンク最高水位ｈmax を次の（７）式に代入することによって塩分換算水位ｈc を算出する。
【００８３】
【数７】
0003913885.tif 000008
【００８４】
次に、レベル計２８によって測定した濃塩水タンク２４内の塩水の水位ｈと塩分換算水位ｈc との差の絶対値が所定の許容水位範囲ｈx より大きいか否かを判定し、大きい場合は濃塩水の生成動作を緊急停止した後にレベル計２８の点検を指示する。
【００８５】
次に、図６を参照して、混合タンク７２に設置されたセンサ７４及びレベル計７６の故障を希釈塩水の生成中において検出する手順の一例について説明する。
【００８６】
まず制御盤３２は、淡水タンク４６内に生成された淡水を混合タンク７２内に流入して希釈している際に、センサ１６による取水海水の塩分濃度Ｃ0 の測定、センサ５０による淡水タンク４６内の淡水の塩分濃度Ｃp の測定、及びレベル計７６による混合タンク７２内の水位ｈの測定を行い、各測定値と（４）式により算出した海水投入水位ｈ2eとを次の（８）式に代入することによって水位換算塩分濃度Ｃh を算出する。
【００８７】
【数８】
0003913885.tif 000009
【００８８】
この水位換算塩分濃度Ｃh とセンサ７４によって測定された塩分濃度Ｃとの差の絶対値が所定の許容塩分範囲Ｃx より大きいか否かを判定し、大きい場合は希釈塩水の生成動作を緊急停止した後にセンサ７４の点検を指示する。
【００８９】
一方、制御盤３２は、塩分濃度Ｃ0 、塩分濃度Ｃp 、塩分濃度Ｃ、及び海水投入水位ｈ2eを次の（９）式に代入することによって塩分換算水位ｈc を算出する。
【００９０】
【数９】
0003913885.tif 000010
【００９１】
次に、レベル計７６によって測定した混合タンク７２内の水位ｈと塩分換算水位ｈc との差の絶対値が所定の許容水位範囲ｈx より大きいか否かを判定し、大きい場合は希釈塩水の生成動作を緊急停止した後にレベル計７６の点検を指示する。
【００９２】
センサ１６及びセンサ５０については、各々初期のデータを記憶しておき、該初期のデータと実際の測定値との差の絶対値が所定の許容範囲より大きいか否かを判定し、大きい場合に塩水生成装置１０の動作を緊急停止した後に許容範囲を超えたセンサの点検を指示する。
【００９３】
図７には、本実施形態に係る塩水生成装置１０における各種塩分濃度の塩水の供給水量と各タンクの容量の試算結果が示されている。なお、この試算の際の前提条件として、濃塩水の塩分濃度を１５％、淡水の塩分濃度を０％、希釈塩水の濃度を０．９％（等張水）、海水の濃度を３．５％、各用水の供給量を１０ｍ3 ／ｄ（ｍ3 ／ｄは１日当たりの供給容量（ｍ3 ）を示す）とした。また、ここでは、膜蒸留膜モジュール１８として、旭硝子株式会社製、商品名ＴＰＶモジュールを適用した場合について試算を行った。
【００９４】
１０ｍ3 ／ｄの濃塩水の供給を実現することができる膜蒸留膜モジュール１８への海水９０の流入量は２１００ｍ3 ／ｄであった。この場合、膜蒸留膜モジュール１８により３３ｍ3 ／ｄの淡水が生成される。
【００９５】
一方、１０ｍ3 ／ｄの希釈塩水の供給を実現するためには、７．４ｍ3 ／ｄの淡水及び２．６ｍ3 ／ｄの海水を混合して混合タンク７２に貯留する必要がある。従って、淡水タンク４６には外部への淡水供給量（１０ｍ3 ／ｄ）に上記７．４ｍ3 ／ｄを加算した１７．４ｍ3 ／ｄの淡水を流入する必要があると共に、海水タンク６２には外部への海水供給量（１０ｍ3 ／ｄ）に上記２．６ｍ3 ／ｄを加算した１２．６ｍ3 ／ｄの海水を流入する必要がある。
【００９６】
従って、膜蒸留膜モジュール１８により生成される淡水（３３ｍ3 ／ｄ）の内の１７．４ｍ3 ／ｄについては淡水タンク４６に流入し、残りの１５．６ｍ3 ／ｄについては外部に排出して、放流、他の施設への供給、他のタンクへの貯留等を行うことができる。また、膜蒸留膜モジュール１８から流出される海水（２０５７ｍ3 ／ｄ）の内の１２．６ｍ3 ／ｄについては海水タンク６２に流入し、残りの２０４４ｍ3 ／ｄについては外部に排出して、放流、他の施設への供給、他のタンクへの貯留等を行うことができる。
【００９７】
以上の動作の際の各タンクの最低容量は、濃塩水タンク２４が４２．９ｍ3 、淡水タンク４６が１７．４ｍ3 、混合タンク７２が１０ｍ3 、海水タンク６２が１２．６ｍ3 と各々試算された。なお、濃塩水タンク２４の最低容量は、３．５％の取水海水から１５％の濃塩水を生成するためには生成する濃塩水の約４．２９倍（１５％÷３．５％）の取水海水が必要であるので、１０ｍ3 ×４．２９から４２．９ｍ3 と試算した。
【００９８】
このように、本実施形態に係る塩水生成装置１０では、加熱していない海水９０を膜蒸留法における冷却源として用いていると共に、加熱していない海水９０と熱源４０によって加熱した海水９０とを各々膜蒸留膜モジュール１８内部を膜を隔てて平行に通過させることにより所望の塩分濃度の塩水を生成しているので、エネルギー効率が非常によく、エネルギー消費量を少なくすることができると共に、海水の加熱面積を小さくすることができ、設備の設置面積を小さくすることができる。
【００９９】
なお、本実施形態では、各タンクの形状を円柱状とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば直方体状、立方体状等としてもよいことは言うまでもない。
【０１００】
また、本実施形態では、濃塩水タンク２４から膜蒸留膜モジュール１８に向けて流出された塩水に対して濃塩水タンク２４と膜蒸留膜モジュール１８との間の配管において熱源４０により加熱を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、濃塩水タンク２４に貯留された塩水を加熱することができる形態であれば如何なる形態であってもよく、例えば、濃塩水タンク２４に加熱手段を一体的に設置して濃塩水タンク２４内の塩水を直接加熱する形態としてもよい。
【０１０１】
【発明の効果】
請求項１記載の塩水生成装置によれば、加熱されていない海水を膜蒸留法における冷却源として用いていると共に、加熱されていない海水と加熱された海水とを各々淡水抽出手段の内部を膜を隔てて隣接して通過させることにより所定の塩分濃度の塩水を生成しているので、エネルギー効率が非常によく、エネルギー消費量を少なくすることができると共に、海水の加熱面積を小さくすることができ、設備の設置面積を小さくすることができる、という効果が得られる。
【０１０２】
また、請求項１記載の塩水生成装置によれば、塩分濃度が所定の濃度に達した場合の第１のタンクの水位を予め算出しておき、該算出された水位に第１のタンクの水位が達したときに循環動作を停止するように制御しているので、第１のタンクの塩分濃度を測定することなしに所定の塩分濃度の塩水を容易に生成することができる、という更なる効果が得られる。
【０１０３】
また、請求項２記載の塩水生成装置によれば、淡水抽出手段によって抽出された淡水を第２のタンクに貯留し、加熱されていない海水を第３のタンクに貯留すると共に、第２のタンクに貯留された淡水と第３のタンクに貯留された海水とを混合することによって希釈海水を生成しているので、淡水抽出手段により抽出された淡水を有効利用して、塩分濃度が０％から海水の塩分濃度までの塩水を安価でかつ容易に生成することができる、という更なる効果が得られる。
【０１０４】
さらに、請求項３記載の塩水生成装置によれば、第１のタンク、第２のタンク、第３のタンク、及び第４のタンクの少なくとも１つのタンクにタンク内の水位を検知する第１の検知手段と、タンク内の貯留水の塩分濃度を検知する第２の検知手段と、を備え、これらの検知手段における一方の検知手段の検知精度を、他方の検知手段による検知結果に基づいて確認すると共に、検知精度が所定の精度より低い場合には上記一方の検知手段の点検を促すので、第１の検知手段及び第２の検知手段の故障を未然に防止することができる、という更なる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る膜蒸留法の構成及び原理の説明に用いる概略図である。
【図２】実施形態に係る塩水生成装置の概略構成を示す構成図である。
【図３】実施形態に係る塩水生成装置の濃塩水を生成する際の動作の説明に用いる流れ図である。
【図４】実施形態に係る塩水生成装置の希釈塩水を生成する際の動作の説明に用いる流れ図である。
【図５】実施形態に係る塩水生成装置のレベル計２８及びセンサ３０の故障検出の手順の一例を示す概略図である。
【図６】実施形態に係る塩水生成装置のセンサ７４及びレベル計７６の故障検出の手順の一例を示す概略図である。
【図７】実施形態に係る塩水生成装置における各種塩分濃度の塩水の供給量及び各タンクの最低容量の試算結果を示す概略図である。
【図８】従来の複数の塩分濃度の塩水を生成するための技術として適用し得るものの説明に用いる図であり、（Ａ）は蒸発法の構成及び手順を示す概略図、（Ｂ）は電気透析法の構成及び手順を示す概略図である。
【符号の説明】
１０    塩水生成装置
１８    膜蒸留膜モジュール（淡水抽出手段）
２４    濃塩水タンク（第１のタンク）
２８    レベル計（第１の検知手段）
３０    センサ（第２の検知手段）
３２    制御盤（制御手段）
３４    循環ポンプ
４０    熱源（加熱手段）
４６    淡水タンク（第２のタンク）
４８    レベル計（第１の検知手段）
５０    センサ（第２の検知手段）
５２    淡水供給ポンプ
６２    海水タンク（第３のタンク）
６６    海水供給ポンプ
７２    混合タンク（第４のタンク）
７４    センサ（第２の検知手段）
７６    レベル計（第１の検知手段）
８０    希釈塩水供給ポンプ
９０    海水
９２    膜
【図１】
0003913885.tif 000011
【図２】
0003913885.tif 000012
【図３】
0003913885.tif 000013
【図４】
0003913885.tif 000014
【図５】
0003913885.tif 000015
【図６】
0003913885.tif 000016
【図７】
0003913885.tif 000017
【図８】
0003913885.tif 000018