(57)【要約】【課題】  生産淡水への溶質の混入を最小限に抑え、さらに大掛かりな蒸留装置や溶質溶解装置が不要、且つエネルギー消費の少ない正浸透造水システムおよび正浸透造水システムの運転方法を提供すること。【解決手段】  実施形態によれば、原水が供給される供給液流路と溶質を含む吸収液が供給される第１の吸収液流路とを区画する正浸透膜を有する正浸透装置と、第１の熱交換器と、第１の凝縮器と、第２の熱交換器と、気液分離器とを具備する正浸透造水システムが提供される。正浸透造水システムにおいて、第１の吸収液流路と第１の熱交換器と第１の凝縮器と第２の熱交換器と気液分離器とは、第１の吸収液ラインにより接続されている。気液分離器と第１の熱交換器と第１の吸収液流路とは、第２の吸収液ラインにより接続されている。気液分離器と第１の凝縮器とは、蒸気ラインにより接続されている。【選択図】図２
2017113675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水が供給される供給液流路と溶質を含む吸収液が供給される第１の吸収液流路とを区画する正浸透膜を有する正浸透装置と、
第２の吸収液流路と第３の吸収液流路とを有する第１の熱交換器と、
第４の吸収液流路と第１の蒸気−凝縮水流路とを有する第１の凝縮器と、
第５の吸収液流路と加熱媒体流路とを有する第２の熱交換器と、
気液分離器と、
前記第１の吸収液流路と前記第２の吸収液流路と前記第４の吸収液流路と前記第５の吸収液流路と前記気液分離器とを接続する第１の吸収液ラインと、
前記気液分離器と前記第３の吸収液流路と前記第１の吸収液流路とを接続する第２の吸収液ラインと、
前記気液分離器と前記第１の蒸気−凝縮水流路とを接続する蒸気ラインとを具備する正浸透造水システム。
【請求項２】
冷媒流路と第２の蒸気−凝縮水流路とを有し、真空ポンプの接続された第２の凝縮器と、
前記第１の蒸気−凝縮水流路と前記第２の蒸気−凝縮水流路とを接続する蒸気−凝縮水ラインとをさらに具備する請求項１に記載の正浸透造水システム。
【請求項３】
混合気体流路と単離水蒸気流路とを区画する水蒸気分離膜を有する蒸気分離装置と、
前記混合気体流路から前記気液分離器へ気体を返送するファンが設置された気体返送ラインと、
前記単離水蒸気流路と前記第１の蒸気−凝縮水流路とを接続する単離水蒸気ラインとをさらに具備し、
前記気液分離器と前記混合気体流路とが前記蒸気ラインにより接続されている請求項１または２に記載の正浸透造水システム。
【請求項４】
原水が供給される供給液流路と溶質を含む吸収液が供給される第１の吸収液流路とを区画する正浸透膜を有する正浸透装置と、
第５の吸収液流路と加熱媒体流路とを有する第２の熱交換器と、
気液分離器と、
混合気体流路と単離水蒸気流路とを区画する水蒸気分離膜を有する蒸気分離装置と、
冷媒流路と第２の蒸気−凝縮水流路とを有し、真空ポンプの接続された第２の凝縮器と、
前記第１の吸収液流路と前記第５の吸収液流路と前記気液分離器とを接続する第１の吸収液ラインと、
前記気液分離器と前記第１の吸収液流路とを接続する第２の吸収液ラインと、
前記気液分離器と混合気体流路とを接続する蒸気ラインと、
前記混合気体流路から前記気液分離器へ気体を返送するファンが設置された気体返送ラインと、
前記単離水蒸気流路と前記第２の蒸気−凝縮水流路とを接続する単離水蒸気ラインとを具備する正浸透造水システム。
【請求項５】
前記気液分離器、前記混合気体流路、前記蒸気ライン、または前記気体返送ラインのいずれかに排気弁が設置されている請求項３または４に記載の正浸透造水システム。
【請求項６】
原水が供給される供給液流路と溶質を含む吸収液が供給される第１の吸収液流路とを区画する正浸透膜を有する正浸透装置と、
第５の吸収液流路と加熱媒体流路とを有する第２の熱交換器と、
第６の吸収液流路と単離水蒸気流路とを区画する蒸留膜を有する蒸気分離装置と、
冷媒流路と第２の蒸気−凝縮水流路とを有し、真空ポンプの接続された第２の凝縮器と、
前記第１の吸収液流路と前記第５の吸収液流路と前記第６の吸収液流路とを接続する第１の吸収液ラインと、
前記第６の吸収液流路と前記第１の吸収液流路とを接続する第２の吸収液ラインと、
前記単離水蒸気流路と前記第２の蒸気−凝縮水流路とを接続する単離水蒸気ラインとを具備する正浸透造水システム。
【請求項７】
第２の吸収液流路と第３の吸収液流路とを有する第１の熱交換器と
第４の吸収液流路と第１の蒸気−凝縮水流路とを有する第１の凝縮器と、
前記第１の蒸気−凝縮水流路と前記第２の蒸気−凝縮水流路とを接続する蒸気−凝縮水ラインとをさらに具備し、
前記第１の吸収液流路と第２の吸収液流路と前記第４の吸収液流路と前記第５の吸収液流路とが第１の吸収液ラインにより接続されており、
前記第６の吸収液流路と前記第３の吸収液流路と前記第１の吸収液流路とが第２の吸収液ラインにより接続されている請求項６に記載の正浸透造水システム。
【請求項８】
前記加熱媒体流路に接続された加熱媒体供給ラインをさらに具備し、前記加熱媒体供給ラインは、発電所排ガスまたはボイラー蒸気を供給する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の正浸透造水システム。
【請求項９】
原水が供給される供給液流路と溶質を含む吸収液が供給される第１の吸収液流路とを区画する正浸透膜を有する正浸透装置と、
第２の吸収液流路と第３の吸収液流路とを有する第１の熱交換器と、
第４の吸収液流路と第１の蒸気−凝縮水流路とを有する第１の凝縮器と、
第５の吸収液流路と加熱媒体流路とを有する第２の熱交換器と、
気液分離器と、
前記第１の吸収液流路と前記第２の吸収液流路と前記第４の吸収液流路と前記第５の吸収液流路と前記気液分離器とを接続する第１の吸収液ラインと、
前記気液分離器と前記第３の吸収液流路と前記第１の吸収液流路とを接続する第２の吸収液ラインと、
前記気液分離器と前記第１の蒸気−凝縮水流路とを接続する蒸気ラインとを具備する正浸透造水システムの運転方法であって、
前記正浸透装置において原水から水を吸収して希釈された吸収液と前記気液分離器内で気液分離された吸収液とが前記第１の熱交換器において熱交換をし、さらに前記希釈された吸収液と前記気液分離器内で気液分離された蒸気とが前記第１の凝縮器において熱交換をする
正浸透造水システムの運転方法。
【請求項１０】
原水が供給される供給液流路と溶質を含む吸収液が供給される第１の吸収液流路とを区画する正浸透膜を有する正浸透装置と、
第５の吸収液流路と加熱媒体流路とを有する第２の熱交換器と、
気液分離器と、
混合気体流路と単離水蒸気流路とを区画する水蒸気分離膜を有する蒸気分離装置と、
冷媒流路と第２の蒸気−凝縮水流路とを有し、真空ポンプの接続された第２の凝縮器と、
前記第１の吸収液流路と前記第５の吸収液流路と前記気液分離器とを接続する第１の吸収液ラインと、
前記気液分離器と前記第１の吸収液流路とを接続する第２の吸収液ラインと、
前記混合気体流路から前記気液分離器へ気体を返送するファンが設置された気体返送ラインと、
前記単離水蒸気流路と前記第２の蒸気−凝縮水流路とを接続する単離水蒸気ラインとを具備する正浸透造水システムの運転方法であって、
前記気液分離器内で気液分離された蒸気に含まれる水蒸気のみが前記蒸気分離装置において前記水蒸気分離膜を透過して前記第２の凝縮器に供給される
正浸透造水システムの運転方法。
【請求項１１】
原水が供給される供給液流路と溶質を含む吸収液が供給される第１の吸収液流路とを区画する正浸透膜を有する正浸透装置と、
第５の吸収液流路と加熱媒体流路とを有する第２の熱交換器と、
第６の吸収液流路と単離水蒸気流路とを区画する蒸留膜を有する蒸気分離装置と、
冷媒流路と第２の蒸気−凝縮水流路とを有し、真空ポンプの接続された第２の凝縮器と、
前記第１の吸収液流路と前記第５の吸収液流路と前記第６の吸収液流路とを接続する第１の吸収液ラインと、
前記第６の吸収液流路と前記第１の吸収液流路とを接続する第２の吸収液ラインと、
前記単離水蒸気流路と前記第２の蒸気−凝縮水流路とを接続する単離水蒸気ラインとを具備する正浸透造水システムの運転方法であって、
前記第２の熱交換器で加熱媒体と熱交換された吸収液から、前記蒸気分離装置において水蒸気のみが分離して前記第２の凝縮器に供給される
正浸透造水システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、正浸透造水システムおよび正浸透造水システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半透膜を介して溶質濃度が異なる２種類の水溶液を接触させると、それら溶液の間に浸透圧差が生じる。正浸透（ＦＯ；Forward Osmosis）法を用いた造水技術では、その圧力差を減らす方向（溶質の濃度差をなくす方向）、即ち溶質濃度が低い方から高い方に水が移動する現象を利用して、原水から淡水を得ることができる。
【０００３】
正浸透法では原水（供給液）、例えば海水の塩分濃度より濃度（浸透圧）が高くなるように溶質（水溶性化合物）を溶解させた吸収液（ドロー溶液）を用いて、動力（圧力）をかけることなく、原水側から水を吸収液に移動させる。その後、吸収液中の水と溶質を分離することにより、原水から淡水を得る。さらに、分離した溶質を再度、吸収液に溶解させて、高濃度の溶液に再生し、循環させる。正浸透法では、下水、排水、さまざまな成分が溶解した工業廃水などの原水から淡水を得ることもできる。
【０００４】
吸収液の溶質として、例えば揮発性の溶質または温度による溶解度変化の大きい溶質が用いられている。しかし、これらの溶質を用いる場合には、吸収液を加熱、冷却するために熱源が必要となるうえに、溶質を完全に分離することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−７８８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、生産淡水への溶質の混入を最小限に抑え、さらに大掛かりな蒸留装置や溶質溶解装置が不要、且つエネルギー消費の少ない正浸透造水システムおよび正浸透造水システムの運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、原水が供給される供給液流路と溶質を含む吸収液が供給される第１の吸収液流路とを区画する正浸透膜を有する正浸透装置と、第２の吸収液流路と第３の吸収液流路とを有する第１の熱交換器と、第４の吸収液流路と第１の蒸気−凝縮水流路とを有する第１の凝縮器と、第５の吸収液流路と加熱媒体流路とを有する第２の熱交換器と、気液分離器とを具備する正浸透造水システムが提供される。正浸透造水システムにおいて、第１の吸収液流路と第２の吸収液流路と第４の吸収液流路と第５の吸収液流路と気液分離器とは、第１の吸収液ラインにより接続されている。気液分離器と第３の吸収液流路と第１の吸収液流路とは、第２の吸収液ラインにより接続されている。気液分離器と第１の蒸気−凝縮水流路とは、蒸気ラインにより接続されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る正浸透造水システムを示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る正浸透造水システムの変形例１を示す概略図である。
【図３】第１の実施形態に係る正浸透造水システムの変形例２を示す概略図である。
【図４】第１の実施形態に係る正浸透造水システムの変形例３を示す概略図である。
【図５】第２の実施形態に係る正浸透造水システムを示す概略図である。
【図６】第２の実施形態に係る正浸透造水システムの変形例１を示す概略図である。
【図７】第２の実施形態に係る正浸透造水システムの変形例２を示す概略図である。
【図８】水の蒸気圧曲線を示すグラフである。
【図９】図８のグラフを拡大したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態に係る正浸透造水システムおよび正浸透造水システムの運転方法について図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る正浸透造水システムについて図１を参照して説明する。正浸透造水システム１は、正浸透膜（半透膜）２７を有する正浸透装置２と、第１の熱交換器３と、第１の凝縮器４と、第２の熱交換器５と、気液分離器６とが第１の吸収液ライン１１、１２、１３、１４により接続されている。また、気液分離器６の下部と、第１の熱交換器３と、正浸透装置２とが第２の吸収液ライン１５、１６、１７により接続されている。気液分離器６と正浸透装置２との間の第２の吸収液ライン１５、１６、１７上には、循環ポンプ９が設置されている。気液分離器６の上部と第１の凝縮器４とが蒸気ライン１９により接続されている。第１の凝縮器４と第２の凝縮器７とが蒸気−凝縮水ライン２０により接続されている。また、第２の凝縮器７には、真空ポンプ２８が接続されている。
【００１１】
正浸透装置２は、正浸透膜（半透膜）２７で区画された供給液流路２７aと第１の吸収液流路２７ｂとを有する。正浸透装置２の供給液流路２７ａの上流側には原水ライン１０が接続されており、下流側には排水ライン１８が接続されている。また、第１の吸収液流路２７ｂの上流側には、第２の吸収液ライン１７が接続されており、下流側には第１の吸収液ライン１１が接続されている。
【００１２】
正浸透膜（半透膜）２７は、材質、形状、大きさ、構造などが特に制限されず、水を選択的に透過する膜であればよい。例えば、逆浸透（ＲＯ；Reverse Osmosis）膜を用いることもできる。膜の材質は、原水水質、吸収液の種類に応じて適宣選択され、例えば酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、芳香族スルホン、ポリベンゾイミダゾール、グラフェン等を挙げることができる。膜の形状は、例えば平膜、平膜によるスパイラル型モジュール、中空糸型モジュール、円筒型モジュール等を挙げることができる。
【００１３】
実施形態に用いる原水として、例えば海水、下水、排水、工業廃水、発電所排水、ボイラーブロー水、クーリングタワーブロー水等を用いることができる。原水は、必要に応じて除濁等の前処理を行ってから、原水ライン１０を通して正浸透装置２に供給できる。
【００１４】
吸収液としては、例えば原水より浸透圧が高い水溶液を用いる。このような水溶液を得るには、例えば溶媒としての水に、大量の溶質を溶解させる。また、溶質には、吸収液を加熱することにより、水蒸気と水溶液に分離が可能な溶質を用いる。このような溶質としては、例えば無機塩（NaCl、Na2SO4、KCl、MgSO4、KNO3等）、糖類（スクロース、グルコース、フルクトース等、特に食品添加物として使われている人畜無害な糖類全般）、アルコール(メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、イソプロピルアルコール等）や多価アルコール（グリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、マンニトール、ソルビトール、キシリトール等）、高アルコールのキシリトールなどが好ましい。
【００１５】
上記した溶質は、一例であり、実施形態の吸収液に用いることのできる溶質は、原水より高い浸透圧の水溶液を得ることができ、且つ加熱による水蒸気の分離が可能な溶質であれば特に限定されない。ただし、アルコール類(メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール）は、沸点、蒸気圧が水に近いため、本実施形態に用いる場合には、留意する必要があり、後述する第２の実施形態にて用いることが好ましい。
【００１６】
第１の熱交換器３は、第２の吸収液流路３ａと第３の吸収液流路３ｂとを有する。第２の吸収液流路３ａの上流側は、第１の吸収液ライン１１により第１の吸収液流路２７ｂと接続されており、下流側は、第１の吸収液ライン１２により第１の凝縮器４と接続されている。また、第３の吸収液流路３ｂの上流側は、第２の吸収液ライン１５により気液分離器６の下部と接続されており、下流側は、第２の吸収液ライン１６、１７により吸収液流路２７ｂと接続されている。第２の吸収液ライン１６、１７には、循環ポンプ９が接続されている。なお、循環ポンプ９は、第２の吸収液ライン１６、１７に接続する代わりに、第２の吸収液ライン１５上に設置してもよく、第１の吸収液ライン１１、１２、１３、１４上に設置してもよい。
【００１７】
第１の凝縮器４は、第４の吸収液流路４ａと第１の蒸気−凝縮水流路４ｂとを有する。第１の凝縮器４の第４の吸収液流路４ａの上流側は、第１の吸収液ライン１２により第２の吸収液流路３ａと接続されており、下流側は、第１の吸収液ライン１３により第２の熱交換器５と接続されている。また、第１の蒸気−凝縮水流路４ｂの上流側は、蒸気ライン１９により気液分離器６と接続されており、下流側は、蒸気−凝縮水ライン２０により第２の凝縮器７と接続されている。
【００１８】
第２の熱交換器５は、第５の吸収液流路５ａと加熱媒体流路５ｂとを有する。第５の吸収液流路５ａの上流側は、第１の吸収液ライン１３により第４の吸収液流路４ａと接続されている。第５の吸収液流路５ａの下流側は、第１の吸収液ライン１４により気液分離器６に接続されている。加熱媒体流路５ｂの上流側には加熱媒体供給ライン２３が接続されており、下流側には加熱媒体排出ライン２４が接続されている。
【００１９】
第２の熱交換器５の具体的な設計の一例では、加熱媒体として高温排ガスを用いる。この例では、高温排ガスが加熱媒体供給ライン２３より加熱媒体流路５ｂへ供給され、加熱媒体排出ライン２４から排出される。また、高温排ガスの温度は、例えば４０℃以上であり、５０℃以上であることが好ましい。実施形態の一例では、高温排ガスは、石炭火力ボイラーから排出される１００〜１４０℃の発電所排ガス、或は、低圧蒸気タービンの途中から抽気した１００〜１４０℃のボイラー蒸気である。第２の熱交換器５の態様は特に限定されず、公知のさまざまな加熱媒体を用いることができる。
【００２０】
気液分離器６の上部は、蒸気ライン１９により第１の蒸気−凝縮水流路４ｂに接続されている。気液分離器６の下部は、第２の吸収液ライン１５により第３の吸収液流路３ｂに接続されている。
【００２１】
第２の凝縮器７は、冷媒流路７ａと第２の蒸気−凝縮水流路７ｂとを有する。冷媒流路７ａの上流側には冷媒供給ライン２５が接続されており、下流側には冷媒排出ライン２６が接続されている。第２の蒸気−凝縮水流路７ｂの上流側には蒸気−凝縮水ライン２０が接続されており、下流側には凝縮水ライン２１が接続されている。また、第２の凝縮器７には、その内部の圧力を一定以下に維持するための真空ポンプ２８が接続されている。そして、第２の蒸気−凝縮水流路７ｂの下流側に接続された凝縮水ライン２１には、ポンプ８を介して生産水ライン２２が接続されている。
【００２２】
詳細については後述するが、第２の凝縮器７の具体的な設計の一例では、冷媒として大気を用いる。また、他の例では、河川水などの環境から供給される冷却水を冷媒として用いる。第２の凝縮器７の冷却手段（冷媒流路７ａ、冷媒供給ライン２５、冷媒排出ライン２６）の態様は特に限定されず、公知のさまざまな冷媒を用いることができる。
【００２３】
次に、第１の実施形態に係る正浸透造水システムの作用を説明する。正浸透装置２において、原水ライン１０からFeed Solution（供給液）として原水を供給液流路２７aに供給すると共に、第２の吸収液ライン１７からDraw Solution（高濃度吸収液）を第１の吸収液流路２７ｂに供給する。原水は、供給液流路２７a内を流れる間に、正浸透膜２７を介して第１の吸収液流路２７ｂ内を流れる高濃度吸収液と接触し、原水と高濃度吸収液との間に浸透圧差が生じる。その浸透圧差を解消するため、水が濃度の低い方から高い方に半透膜中を移動する。すなわち、原水中の水が正浸透作用により供給液流路２７a側から第１の吸収液流路２７ｂ側に移動する。このとき、供給液は水の高濃度吸収液側への移動により濃縮されて濃縮排水として排水ライン１８を通して排水される。
【００２４】
原水から水を吸収して希釈された低濃度吸収液は、第１の吸収液ライン１１、１２、１３、１４を通して、途中、第１の熱交換器３、第１の凝縮器４、第２の熱交換器５にて、それぞれ高濃度吸収液、蒸気、加熱媒体と熱交換される事により、気液分離温度まで加熱してから、気液分離器６に供給される。この時、低濃度吸収液は、気液分離温度まで加熱されているため、気液分離器６内で蒸気相６aと液相６ｂに気液分離する。また、実施形態における気液分離温度は、例えば40℃以上、好ましくは50℃以上である。気液分離温度の具体的な例は100℃である。
【００２５】
正浸透装置２の第１の吸収液流路２７ｂから排出された低濃度吸収液は、第１の吸収液ライン１１を通して第１の熱交換器３に供給される。ここで、第２の吸収液流路３ａ内を流れる低濃度吸収液は、第３の吸収液流路３ｂ内を流れる高濃度吸収液と熱交換されることにより加熱される。第３の吸収液流路３ｂ内の高濃度吸収液は、第２の吸収液ライン１５を通して気液分離器６から供給されており、その液温は吸収液の気液分離温度である（40℃以上、好ましくは、50℃以上）。
【００２６】
第２の吸収液流路３ａ内を流れる低濃度吸収液と第３の吸収液流路３ｂ内を流れる高濃度吸収液との熱交換では、低濃度吸収液が、低濃度吸収液の温度上昇のための顕熱（約4.19 kJ/kg・K）を高濃度吸収液から吸収する。また、低濃度吸収液の温度上昇のための顕熱は、高濃度吸収液の温度低下のための顕熱（約4.19 kJ/kg・K）に相当する。すなわち、熱交換により低濃度吸収液が加熱されると同時に、高濃度吸収液が冷却される。
【００２７】
第２の吸収液流路３ａ内の低濃度吸収液の温度上昇量は、低濃度吸収液が高濃度吸収液から吸収できる熱量に依存するが、この熱量は、第１の熱交換器３に供給される前の低濃度吸収液や高濃度吸収液の温度および流速、低濃度吸収液と高濃度吸収液との熱交換面積などにより変化する。第２の吸収液流路３ａの流路を長くするなどして、低濃度吸収液と高濃度吸収液との熱交換面積を多くし、十分に熱交換がされるように設計されていることが好ましい。こうすることで、後段の第１の凝縮器４及び熱交換器５に到達する前に低濃度吸収液を予め加熱すると同時に、正浸透装置２へと循環される前に高濃度吸収液を予め冷却することができる。
【００２８】
第１の熱交換器３において高濃度吸収液との熱交換により加熱された低濃度吸収液は、第１の吸収液ライン１２を通して第１の凝縮器４に供給される。ここで、第４の吸収液流路４ａ内を流れる低濃度吸収液と第１の蒸気−凝縮水流路４ｂ内の蒸気との熱交換により、低濃度吸収液が温度上昇のための顕熱（約4.19 kJ/kg・K）を蒸気から吸収することで加熱される。加熱された低濃度吸収液の液温は、気液分離器６での気液分離温度に達する。また、気液分離温度まで加熱された低濃度吸収液に含まれている水の一部は、蒸気から蒸発潜熱（約2257 kJ/kg）をさらに吸収することで蒸気へと相転移する。これら低濃度吸収液が吸収する熱は（顕熱および蒸発潜熱）、蒸気−凝縮水流路４ｂ内の蒸気の温度低下のための顕熱（約2 kJ/kg・K）や液体水への凝縮潜熱（約2257 kJ/kg）に相当する。すなわち、熱交換により低濃度吸収液が加熱及び吸収液中の水の一部を蒸発すると同時に、蒸気−凝縮水流路４ｂ内の蒸気が冷却される。また、冷却された蒸気の一部は凝縮されて液体の水になる。
【００２９】
第４の吸収液流路４ａ内の低濃度吸収液の温度上昇量及び水分の蒸発量は、低濃度吸収液が蒸気−凝縮水流路４ｂ内の蒸気から吸収できる熱量に依存するが、この熱量は、第１の凝縮器４に供給される前の低濃度吸収液や蒸気の温度や流速、低濃度吸収液と蒸気との熱交換面積などにより変化する。第４の吸収液流路４ａの流路を長くするなどして低濃度吸収液と蒸気との熱交換面積を多くし、十分に熱交換がされるように設計されていることが好ましい。こうすることで、後段の第２の熱交換器５に到達する前に低濃度吸収液を予め加熱し、吸収液中の水の一部を蒸発させると同時に、後段の第２の凝縮器７に到達する前に蒸気を予め冷却し、蒸気の一部を凝縮させることができる。
【００３０】
第１の凝縮器４において蒸気との熱交換により加熱された低濃度吸収液及び生成した蒸気は、第１の吸収液ライン１３を通して第２の熱交換器５に供給される。ここで、第５の吸収液流路５ａ内の低濃度吸収液は、加熱媒体流路５ｂ内の加熱媒体との熱交換により加熱される。第５の吸収液流路５ａ内の低濃度吸収液は、第１の凝縮器４での加熱により気液分離温度に達している（40℃以上、好ましくは、50℃以上）。低濃度吸収液に含まれている水は、加熱媒体から蒸発潜熱（約2257 kJ/kg）をさらに得ることで蒸気へと相転移する。
【００３１】
第２の熱交換器５に供給された低濃度吸収液は、第１の熱交換器３および第１の凝縮器４において予め加熱されているため、気液分離温度までの低濃度吸収液の加熱が不要なほか（顕熱）、低濃度吸収液に含まれている水の一部を蒸発させるために（蒸発潜熱）、多くの熱量を必要としない。そのため、通常、排ガス等の高流速の高温気体と熱交換する際に必要となる多大な熱交換面積の確保が不要となり、第５の吸収液流路５ａの長さや表面積を少なくできるので、第２の熱交換器５を小型化することができる。
【００３２】
なお、第２の熱交換器５に供給された低濃度吸収液の液温が気液分離温度未満の場合もあるが、その場合、低濃度吸収液は気液分離温度まで加熱される。その後、低濃度吸収液に含まれている水が蒸発潜熱を吸収して蒸気へと相転移する。このような場合にも、供給された低濃度吸収液の液温が気液分離温度に近いため、低濃度吸収液の温度上昇に必要な顕熱は少量で済む。
【００３３】
このようにして加熱された低濃度吸収液は、第１の吸収液ライン１４を通して気液分離器６に供給される。ここで、低濃度吸収液は、気液分離温度以上に達しているため（40℃以上、好ましくは、50℃以上）、上述したとおり気液分離器６内で蒸気相６ａと液相６ｂとに気液分離する。すなわち、水の相転移により生成された蒸気が蒸気相６ａとなり、低濃度吸収液に含まれていた水の一部が蒸発することにより溶質が濃縮されて得られた高濃度吸収液が液相６ｂとなる。高濃度吸収液は（液相６ｂ）、循環ポンプ９の駆動により気液分離器６から排出されて、第２の吸収液ライン１５を通して第１の熱交換器３の第３の吸収液流路３ｂに送られる。第３の吸収液流路３ｂ内の高濃度吸収液は、上述したように第２の吸収液流路３ａ内の低濃度吸収液と熱交換する事で冷却されて正浸透装置２内の吸収液流路２７ｂに供給される。
【００３４】
高濃度吸収液の排出量は、循環ポンプ９にて所定流量に設定する。正浸透装置２で浸透圧として生じた圧力エネルギーを利用するため、循環ポンプ９の駆動に必要なエネルギーを軽減できる。循環ポンプ９の駆動に実質的に必要なエネルギーは、吸収液を循環させ、かつ正浸透装置２の第１の吸収液流路２７ｂから高濃度吸収液の逆流を防ぐエネルギー分程度で済み、消費電力を低く抑えることができる。その結果、気液分離器６の液相６ｂから高濃度吸収液を第２の吸収液ライン１５に排出し、循環ポンプ９の駆動により正浸透装置２の第１の吸収液流路２７ｂに供給できる。
【００３５】
一方、気液分離器６で気液分離した蒸気は（蒸気相６ａ）、気液分離器６から排出されて、蒸気ライン１９を通して第１の凝縮器４の第１の蒸気−凝縮水流路４ｂに送られる。第１の蒸気−凝縮水流路４ｂ内の蒸気は、上述したように第４の吸収液流路４ａ内の低濃度吸収液と熱交換する事で第１の熱交換器３から供給される低濃度吸収液の液温に近い温度まで冷却される。なお、気液分離温度を100℃とした場合、冷却後の温度は例えば50℃である。冷却の間、水蒸気の一部が凝縮する。凝縮水と凝縮しなかった蒸気は、第１の凝縮器４から第２の凝縮器７に送られ、第２の蒸気−凝縮水流路７ｂ内の蒸気が冷媒との熱交換により冷やされて、蒸気の大部分が凝縮し凝縮水となる。即ち、冷媒により冷却された第２の蒸気−凝縮水流路７ｂ内の蒸気は、顕熱を失うことで凝縮温度に到達したあと、さらに凝縮潜熱を失って、凝縮する。
【００３６】
実施形態の一例では、第２の凝縮器７の冷媒として、大気中の空気を用いる。そのため、凝縮温度を、外気温とすることができる。正浸透圧造水システムを運用する環境における気候によって異なるが、一例では、外気温は、夏場では約30℃、冬場では約15℃である。実施形態の別の例では、河川水、地下水、海水、上水、下水、再生水などの冷却水を冷媒とする事で、凝縮温度を数℃から20℃にすることができる。ただし、こういった冷却水を用いても、夏場では凝縮温度が30℃程度となる場合もあり得る。
【００３７】
凝縮した凝縮水はポンプ８により凝縮水ライン２１、生産水ライン２２から純水として排出され、飲料水として消費者へ供給される、或は、発電所内の用水として供給される。
【００３８】
また、第２の凝縮器７には、その内部の真空度を一定の圧力以下に維持するための真空ポンプ２８が接続されている。ここで、図８に水の蒸気圧曲線を示す。また、図９に、図８に示す水の蒸気圧曲線の一部を拡大したものを示す。温度が30℃の場合の飽和蒸気圧は、4.3 kPa、15℃では1.7 kPaである。また、100℃での飽和蒸気圧は101 kPaである。すなわち、第２の凝縮器７における凝縮温度を30℃または15℃とした場合には、第２の凝縮器７にて凝縮温度まで蒸気を冷却する事で第１の蒸気−凝縮水流路４ｂおよび第２の蒸気−凝縮水流路７ｂ内の圧力が4.3 kPaまたは1.7 kPaまで下がる。一方で、気液分離温度を100℃とした場合には、気液分離器６における蒸気相６ａの圧力が101 kPaとなる。
【００３９】
このように、気液分離器６における圧力と第１の凝縮器４、第２の凝縮器７の蒸気−凝縮水流路４ｂ、７ｂにおける圧力とで圧力差が生じる。この圧力差は、ファン、ブロワ―等の動力なしに気液分離器６から蒸気ライン１９を通して第１の凝縮器４、第２の凝縮器７へと蒸気を流すための駆動力となる。なお、上述した正浸透装置２において浸透圧として生じている圧力エネルギーに加え、このように気液分離器６の蒸気相６ａから蒸気ライン１９へと蒸気が排出されることによっても低濃度吸収液を正浸透装置２から第１の吸収液ライン１１、１２、１３、１４を通して気液分離器６へと流す駆動力が働く。そのため、循環ポンプ９の駆動に必要な電力をさらに削減することができる。
【００４０】
また、一部、第１の吸収液ライン１１、１２、１３、１４、第２の吸収液ライン１５、１６、１７、熱交換器３、５、凝縮器４、７、気液分離器６の吸収液系統内に原水中の溶存気体や外部からの気体（空気等）がリークした場合には、蒸気−凝縮水流路４ｂ、７ｂにおける圧力が下がらなくなり、駆動力が低下する。その場合、前述した圧力差を維持するように真空ポンプ２８にて第２の凝縮器７における真空度を調整する。
【００４１】
実施形態の正浸透造水システムでは、第１の熱交換器３における低濃度吸収液の加熱および高濃度吸収液の冷却、並びに第１の凝縮器４における低濃度吸収液の加熱および蒸気の冷却のために、システム内を循環する熱（顕熱、蒸発潜熱、凝縮潜熱）を用いて熱交換を行う。つまり、該システムでは、システム内における熱交換を効率的に利用することで、第２の熱交換器５における加熱の前に低濃度吸収液を予備的に加熱し、第２の凝縮器７における冷却および凝縮の前に蒸気を予備的に冷却する。こうすることで、外部からの加熱手段や冷却手段に必要なエネルギーを削減することができる。
【００４２】
第1の熱交換器３や第1の凝縮器４における熱交換効率が１００％の場合、蒸気−凝縮水流路４ｂ内の蒸気が低濃度吸収液により冷却されて生成する凝縮水の量と、第４の吸収液流路４ａ内を流れる低濃度吸収液からの水の蒸発量が同じになる。
【００４３】
しかし、実際には、第１の熱交換器３での熱交換効率は１００％にならず、また、配管途中での放熱もあるため、熱交換効率は６０〜９８％程度になる。さらに、低濃度吸収液は、正浸透装置２において処理原水から水を吸収しており、その液量が多くなっている。また、正浸透装置２の仕組上、当該装置からの放熱や処理原水による冷却もある。そのため、正浸透装置２から排出されて第１の吸収液ライン１１を流れる低濃度吸収液の温度は、第２の吸収液ライン１７を流れる高濃度吸収液の温度より下がっている。そのため、第１の熱交換器３で低濃度吸収液が気液分離温度まで加熱されることが無く、第１の凝縮器４で加熱されることで気液分離温度に達する。
【００４４】
第４の吸収液流路４ａ内の低濃度吸収液を気液分離温度まで加熱するための熱量が必要であることや、第１の熱交換器３と同様に熱交換効率が１００％にならないため、第１の凝縮器４では、蒸気−凝縮水流路４ｂ内の蒸気が低濃度吸収液により冷却されて生成される凝縮水量より、吸収液流路４ａ内を流れる低濃度吸収液からの水の蒸発量が少なくなる。正浸透造水システム１では、第２の熱交換器５を設ける事で、外部熱源により加熱して、低濃度吸収液からの水の蒸発量を補っている。つまり、第１の凝縮器４における加熱により蒸発して得られる蒸気に加え、第２の熱交換器における加熱により蒸発して得られる蒸気が蒸気ライン１９を通して第１の蒸気−凝縮水流路４ｂへ供給される。そのため、低濃度吸収液から蒸発する蒸気の量を十分に多く保つことができる。
【００４５】
これらのヒートバランスは、システム内で変化し得る。季節変化、原水温度変化、原水量変化、原水水質変化により正浸透装置２で原水から低濃度吸収液への水の移動量が変化するため、システムにおけるヒートバランスが変化する。また、第２の熱交換器５に供給する加熱媒体の温度や流量の変化、各熱交換機や凝縮器の熱交換効率の変化、放熱量の変化によりヒートバランスが変化する。正浸透造水システム１は、これらのヒートバランスを調整するために、上述した例のように第２の凝縮器７を備えることができる。
【００４６】
また、第１の熱交換器３、第１の凝縮器４、および第２の熱交換器５における熱交換のヒートバランスが一致するのであれば、図２に示す変形例１のように第２の凝縮器７を省略してもよい。ヒートバランスを一致させるためには、例えば上述したように第１および第２の熱交換器３および５や第１の凝縮器４の設計を調整することができる。第２の凝縮器７を省略することで、冷媒を用いる必要がなくなり、エネルギー消費やコストをさらに削減することができる。なお、第２の凝縮器７を省略した場合には、第１の凝縮器４に真空ポンプを接続して、原水中の溶存気体や外部からの気体のリークに対応することが好ましい。
【００４７】
上述した例では、気液分離器６における気液分離温度を100℃に設定した場合について説明したが、40℃以上であれば、気液分離温度をより低く設定してもよい。吸収液には、溶質および不純物などが含まれる。吸収液が高温に加熱されると、水蒸気だけでなく、これら溶質や不純物に由来する気体不純物が気液分離器６から蒸気ライン１９へと排出され得る。気液分離温度を低くすることで、蒸気ライン１９へと排出される蒸気に溶質などが含まれることを抑制できる。そのため、生産水への溶質などの混入を最小限に抑え、安全な生産水を提供することができる。
【００４８】
また、気液分離器６における気液分離温度を低く設定した場合には、図３に示す変形例２のように第１の熱交換器３を省略することができる。気液分離温度が低く設定されている場合には、第１の凝縮器４および第２の熱交換器５における加熱だけでも、低濃度吸収液の温度が気液分離温度に達することができる。
【００４９】
次に、第１の実施形態の変形例３について図４を参照して説明する。ただし、第１の実施形態と同様な部材は、同符号を付して説明を省略する。正浸透造水システム２９では、原水ライン１０が正浸透装置２ではなく、第２の凝縮器７の冷媒流路７ａの上流側に接続されている。また、冷媒排出ライン２６が冷媒流路７ａの下流側と正浸透装置２の原水ライン２７ａの上流側とを接続している。
【００５０】
正浸透造水システム２９では、第２の凝縮器７で用いる冷媒として、原水を用いる。なお、上述したとおり、原水には、例えば海水、下水、排水、工業廃水、発電所排水、ボイラーブロー水、クーリングタワーブロー水等を用いることができ、必要に応じて除濁等の前処理を行ってから、原水ライン１０を通して供給する。
【００５１】
上述した正浸透造水システム１の場合と同様に、第２の凝縮器７では冷媒流路７ａ内の原水と第２の蒸気−凝縮水流路７ｂ内の蒸気とが熱交換することにより、蒸気が冷却されて凝縮水となる。また、原水は、蒸気から顕熱を吸収することで加熱される。加熱された原水は、冷媒排出ライン２６を通して原水ライン２７ａへ供給される。原水ライン２７ａ内を流れる原水は、温度が上昇しているため、正浸透膜２７の透過速度が向上する。そのため、正浸透膜２７の膜面積を削減することができ、結果、正浸透装置２を小型化することができる。また、正浸透造水システム２９では、外部から冷媒を供給する必要がない。
【００５２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る正浸透造水システムについて図５を参照して説明する。ただし、第１の実施形態と同様な部材は、同符号を付して説明を省略する。正浸透造水システム３０は、蒸気分離装置３１をさらに備えている。蒸気分離装置３１は、混合気体流路３６ａと単離水蒸気流路３６ｂとを区画する水蒸気透過膜３６を有する。混合気体流路３６ａの上流側および下流側は、それぞれ蒸気ライン１９および気体返送ライン３４、３５により気液分離器６と接続されている。また、気体返送ライン３４、３５上には、ファン３２が設置されている。単離水蒸気流路３６ｂは、単離水蒸気ライン３３により第１の凝縮器４の第１の蒸気−凝縮水流路４ｂと接続されている。
【００５３】
水蒸気透過膜３６の材質としては、例えばポリイミド、フッ素系高分子膜、三酢酸セルロース、ポリウレタン、ポリスルフォン―シリコーン、ゼオライトの何れかを用いることができる。特に、ポリイミドでできた中空糸を束ねた膜を用いた場合には、体積当たりの水蒸気の透過面積を大きくでき、水蒸気の透過量を増加できるため、膜コストを低減できるので好ましい。
【００５４】
次に第２の実施形態に係る正浸透造水システムの作用を説明する。本実施形態に係る正浸透造水システム３０では、第１の実施形態に係る正浸透造水システム１と同様に、原水から水を吸収した低濃度吸収液が正浸透装置２から排出され、第１の熱交換器３、第１の凝縮器４、第２の熱交換器５にて加熱されて気液分離器６に供給される。また、気液分離温度以上に達した低濃度吸収液が、水の相転移により生成された蒸気と溶質が濃縮された高濃度吸収液とに分離する作用も同様である。
【００５５】
低濃度吸収液から分離した蒸気には、水の蒸発に由来する水蒸気に加え、正浸透膜２７を透過して吸収液側に移動した不純物に由来する気体や溶存ガス（空気等）が含まれる。つまり、気液分離器６の気相６ａ内の蒸気は、水蒸気とその他の不純物ガス等との混合気体である。
【００５６】
蒸気（混合気体）は、気液分離器６から蒸気ライン１９を通して蒸気分離装置３１の混合気体流路３６ａに供給される。蒸気分離装置３１において、蒸気（混合気体）に含まれる水蒸気のみ水蒸気透過膜３６を透過して単離水蒸気流路３６ｂに移動する。そして、単離水蒸気流路３６ｂに移動した水蒸気は、単離水蒸気ライン３３を通して第１の凝縮器４および第２の凝縮器７の蒸気−凝縮水流路４ｂ、７ｂに順次供給され、上述したと同様に、凝縮した後に生産水ライン２２から純水として排出される。水蒸気透過膜３６を透過しなかった一部の水蒸気およびその他の気体を含む混合気体は、気体返送ライン３４、３５を通してファン３２により気液分離器６へ返送される。
【００５７】
気液分離器６の気相６ａにおける圧力は蒸気（混合気体）の圧力に依存するが、この圧力は、水蒸気とその他の気体との分圧を合せたものに等しい。なお、それぞれの分圧は、正浸透装置２で生じた浸透圧や第１および第２の熱交換器３および５、第１の凝縮器４における加熱に起因して上昇している。
【００５８】
蒸気（混合気体）は、混合気体流路３６ａに供給されるまでは気液分離器６の気相における圧力を維持するが、その後水蒸気分離膜３６を透過する水蒸気の分圧だけ圧力が下がる。それでも気液分離器６へ返送される混合気体は、透過しなかった水蒸気の分圧とその他の不純物気体の分圧とを合わせた圧力を維持している。すなわち、気液分離器６の気相６ａと蒸気分離装置３１の混合気体流路３６ａと蒸気ライン１９と気体返送ライン３４、３５とを含む経路、つまりは混合気体流路３６ａ側の経路における圧力は、一定以上に保たれる。
【００５９】
例えば、正浸透造水システム３０の停止時には（水温および外気温は、例えば30℃）、混合気体流路３６ａ側の経路は、外部から侵入した空気と停止温度の蒸気で満たされている。この時、経路内の圧力は、大気圧（101 kPa）になっている。なお、大気圧には（101 kPa）蒸気分圧（30℃では4.3 kPa）が含まれる。
【００６０】
気液分離温度を100℃として正浸透造水システム３０を運転した場合には、次に説明するとおり混合気体流路３６ａ側の経路内の圧力は220 kPa程度となる。停止時(30℃)の混合気体中の水蒸気以外の気体の分圧PT1は、101 kPa - 4.3 kPa = 96.7 kPaである。気液分離温度を100℃として運転した場合の分圧PT2は、PT2 = PT1T2/T1より96.7 kPa × 373.15 K / 303.15 K = 119 kPaとなる。すなわち、混合気体流路３６ａ側の経路内の圧力は、100℃における水蒸気圧101 kPaと気体分圧PT2 = 119 kPaを加えた220 kPaになる。これに対応して、多少の配管や凝縮器、熱交換器における圧力損失による違いがあるが、低濃度吸収液および高濃度吸収液の圧力は、220 kPa程度になる。なお、圧力損失は、低濃度吸収液流量、高濃度吸収液流量、蒸気量によって異なる。なお、気液分離器６の水位の変化に応じて混合気体流路３６ａ側における混合気体体積が変化するため、100℃における混合気体の分圧は119 kPaとは異なる値に変化し得る。本実施形態に係る正浸透造水システム３０では、混合気体の体積が変化しないようにシステムを運転した場合は、その分圧は119 kPaになる。
【００６１】
なお、運転時の混合気体流路３６ａ側の経路内の圧力が220 kPa程度となっている場合には、それ以上の圧力となるように吸収液を循環ポンプ９により加圧する必要がある。気液分離器６における気液分離温度をより低く設定すれば、混合気体流路３６ａ側の経路内の圧力を抑えることができるため、循環ポンプ９による吸収液の加圧に必要な電力消費を削減できる。なお、気液分離温度が低い場合には、上述したと同様に、第１の熱交換器３を省略することができる。
【００６２】
或いは、蒸気ライン１９、気体返送ライン３０、３４、気液分離器６、混合気体流路３６ａのいずれかの場所に排気弁を設置することで（図示せず）、吸収液に必要とされる圧力を低減できる。正浸透造水システム３０の運転時に、混合気体流路３６ａ側の経路内に停止時に滞留する空気を排気弁から排気することで、混合気体流路３６ａ側の経路内を気液分離温度まで加熱された低濃度吸収液から分離した蒸気で満たすことができる。上述したとおり、100℃における水の飽和蒸気圧は101 kPaである（図８）。従って、正浸透造水システム３０の混合気体流路３６ａ側の経路を蒸気で満たし、気液分離温度を100℃として運転した場合には、混合気体流路３６ａ側の経路内の圧力は101 kPaとなる。なお、説明の簡略化のため、ここでは低濃度吸収液から分離した蒸気のすべてが水蒸気であり、不純物由来の気体を含まないと仮定している。この場合は、圧力が101 kPa以上程度となるように循環ポンプ９が低濃度吸収液を加圧すれば十分である。
【００６３】
一方で、第１の凝縮器４および第２の凝縮器７では、蒸気−凝縮水流路４ｂ、７ｂに供給された水蒸気が凝縮温度まで冷却されて凝縮するため、単離水蒸気流路３６ｂと蒸気−凝縮水流路４ｂ、７ｂと蒸気−凝縮水ライン２０、単離水蒸気ライン３３とを含む経路、つまり単離水蒸気流路３６ｂ側の経路における圧力は、凝縮温度における水の飽和蒸気圧まで低下している。
【００６４】
また、この経路内の真空度は、空気のリークに対応するために第２の凝縮器７に接続された真空ポンプ２８により保たれている。本実施形態に係る正浸透造水システム３０では、単離水蒸気流路３６ｂ側の経路が水蒸気分離膜３６により隔離されており、真空ポンプ２８の駆動により真空に保つ必要のある範囲が単離水蒸気流路３６ｂから、間に蒸気−凝縮水流路４ｂ、７ｂおよび蒸気−凝縮水ライン２０、単離水蒸気ライン３３を経由した凝縮水ライン２１までの範囲に留まる。このように、蒸気分離装置３１を設置することで、真空ポンプ２８により真空度を維持する範囲が小さくなり、真空ポンプ２８の駆動に要する電力消費を削減できる。
【００６５】
第１の実施形態に係る正浸透造水システム１について説明したとおりに、第２の凝縮器７における飽和蒸気圧は、凝縮温度を30℃とした場合には4.3 kPa、凝縮温度を15℃とした場合には1.7 kPaである。従って、単離水蒸気流路３６ｂ側の経路内の圧力は、一例では1.7 kPa乃至4.3 kPa程度である。
【００６６】
つまり、水蒸気分離膜３６の一次側、すなわち混合気体流路３６ａ側では上昇した圧力と蒸気圧とが維持される一方で（気液分離温度を100℃とした場合、混合気体の圧力は220 kPa程度、蒸気圧は101 kPa）、水蒸気分離膜３６の二次側、すなわち単離水蒸気流路３６ｂ側では真空に近い圧力（例えば、1.7 kPa乃至4.3 kPa）に保たれる。このように、正浸透造水システム３０では、蒸気分離装置３１を設けることで、気液分離器６と凝縮器４、７との間の蒸気圧差を確保することができる。この蒸気圧差が、気液分離器６における気相６ｂから蒸気ライン１９と混合気体流路３６ａと水蒸気分離膜３６とを通して単離水蒸気膜３６ｂ側の経路へと水蒸気を移動させる駆動力となる。
【００６７】
また、この圧力差は、第１の実施形態に係る正浸透造水システム１における気液分離器６の気相６ａと第２の蒸気−凝縮水流路７ｂとの圧力差と同様に、低濃度吸収液を流す駆動力にも寄与するため、循環ポンプ９への負荷を軽減する。特に、混合気体流路３６ａ側の経路のいずれかの場所に排気弁を設けて、正浸透造水システム３０の停止時に滞留する空気を運転時に排気することで、混合気体流路３６ａ側の経路内の圧力が過剰になることを抑制することができる。その結果、循環ポンプ９の加圧動力を下げることができ、正浸透造水システム３０の運転時の消費電力を削減できる。
【００６８】
さらに、水蒸気分離膜３６を介することで、加熱された低濃度吸収液から分離した蒸気（混合気体）から水蒸気のみを単離することができる。そのため、生産される純水の純度をより高くすることができる。また、本実施形態では、沸点、蒸気圧が水に近いアルコール類(メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール等）であっても、吸収液の溶質として好適に用いることができる。
【００６９】
なお、正浸透造水システム１と同様に、正浸透造水システム３０についても、第１および第２の熱交換器３および５、並びに第１の凝縮器４にける熱交換のヒートバランスが一致すれば、第２の凝縮器７を省略してもよい。この場合、第１の凝縮器４に真空ポンプを接続して、原水中の溶存気体や外部からの気体のリークに対応することが好ましい。
【００７０】
或いは、第１および第２の熱交換器３および５、並びに第２の凝縮器７における熱交換のヒートバランスが一致すれば、第１の凝縮器４を省略してもよい。例えば、気液分離器６における気液分離温度を低く設定している場合には、第１および第２の熱交換器３および５における加熱だけでも十分に気液分離温度に達し得る。さらに、気液分離温度が十分に低く設定されていれば（ただし40℃以上）、図６に示す変形例１のように、第１の熱交換器３と第１の凝縮器４とを省略してもよい。この場合は、第２の熱交換器５における加熱だけでも、低濃度吸収液の温度が気液分離温度に達し得る。
【００７１】
次に第２の実施形態の変形例２について図７を参照して説明する。ただし、第１の実施形態、第２の実施形態と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。正浸透造水システム３７は、第２の実施形態に係る正浸透造水システム３０と異なり、気液分離器６を有さない。正浸透造水システム３７では、第１の吸収液ライン１４が第２の熱交換器５と蒸気分離装置３１とを直接接続している。また、正浸透造水システム３７における蒸気分離装置３１は、第６の吸収液流路３８ａと単離水蒸気流路３８ｂとを区画する蒸留膜３８を有する。
【００７２】
正浸透造水システム３７では、加熱された低濃度吸収液が第２の熱交換器５から排出されて、蒸気分離装置３１へ直接供給される。ここで、膜蒸留法により、蒸留膜３８と接触する低濃度吸収液から、浸透気化により水蒸気のみが分離して単離水蒸気流路３８ｂへと移動する。単離水蒸気流路３８ｂへ移動した水蒸気は、その後単離水蒸気ライン３３を通して蒸気−凝縮水流路４ｂ、７ｂへと供給される。
【００７３】
蒸気分離装置３１の蒸留膜３８にて浸透気化により水蒸気が生成する際、水が蒸発潜熱を吸収するため（約2257 kJ/kg）、蒸留膜３８付近の温度が低下し得る。そのため、温度低下による気化性能の低下を防止するために、熱伝導に優れたゼオライト系の水蒸気透過膜を蒸留膜３８として用いることが好ましい。
【００７４】
正浸透造水システム３７では、正浸透装置２の第１の吸収液流路２７から排出された低濃度吸収液が、加熱されながら第２、第４、第５の吸収液流路３ａ、４ａ、５ａおよび第１の吸収液ライン１１、１２、１３、１４を通して蒸気分離装置３１の第６の吸収液流路３８ａに供給される。第６の吸収液流路３８ａ内を流れる吸収液は、蒸留膜３８での浸透気化により水蒸気が分離されることで溶質が濃縮されて、高濃度吸収液となり、第２の吸収液ライン１５、１６、１７、第３の吸収液流路３ｂ、循環ポンプ９を通して正浸透装置２の第１の吸収液流路２７へ返送される。このような経路を循環する吸収液は循環ポンプ９により加圧されており、そのため経路内が液相で満たされている、つまり経路内に蒸気相がない状態となっている。
【００７５】
例えば、蒸気分離装置３１における蒸留膜３８での浸透気化における温度、すなわち水蒸気分離温度を100℃とする場合、循環ポンプ９は圧力が101 kPa以上になるように吸収液を加圧する。ただし、配管リークにより導入される空気や水に溶解した成分の気化に由来する気体が吸収液の経路内に含まれることがあり、これらの気体を定期的に排気する必要がある。例えば、第６の吸収液流路３８ａや第１の吸収液ライン１４上に排気機構を設けることで（図示せず）、これらの気体を排気し、吸収液の経路を液相で満たすことができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、第１の実施形態に係る正浸透造水システムとは異なり、第１の凝縮器４や第２の熱交換器５における第４、第５の吸収液流路４ａ、５ａ内では、低濃度吸収液の一部が蒸発することがない。
【００７７】
このように、吸収液の経路内を液相で満たすことで、蒸気分離装置３１において吸収液を蒸留膜３８に効率良く接触させることができる。そのため、蒸留膜３８での浸透気化が滞りなく進行し、その結果純水を効率よく生産できる。
【００７８】
正浸透造水システム３７では、水のみを透過する膜蒸留法により水蒸気のみを吸収液から気化分離できる。そのため、エタノール等の水と共沸点を有する共沸物質を溶質として用いたり、複数の溶媒を用いたりした場合でも、共沸蒸留法と比較して低エネルギーコストおよび高純度で共沸物質（溶質）から水を分離することが可能である。
【００７９】
なお、正浸透造水システム１や正浸透造水システム３０において気液分離温度を低く設定した場合と同様に、正浸透造水システム３７において水蒸気分離温度を低く設定した場合には、第１の熱交換器３および第１の凝縮器４の一方または両方を省略しても良い。
【００８０】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、生産淡水への溶質の混入を最小限に抑え、さらに大掛かりな蒸留装置や溶質溶解装置が不要、且つエネルギー消費を少なくすることができる。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８２】
１、２９、３０、３７、…正浸透造水システム、２…正浸透装置、３…第１の熱交換器、３ａ…第２の吸収液流路、３ｂ…第３の吸収液流路、４…第１の凝縮器、４ａ…第４の吸収液流路、４ｂ…第１の蒸気−凝縮水流路、５…第２の熱交換器、５ａ…第５の吸収液流路、５ｂ…加熱媒体流路、６…気液分離器、６ａ…蒸気相、６ｂ…液相、７…第２の凝縮器、７ａ…冷媒流路、７ｂ…第２の蒸気−凝縮水流路、８…ポンプ、９…循環ポンプ、１０…原水ライン、１１、１２、１３、１４…第１の吸収液ライン、１５、１６、１７…第２の吸収液ライン、１８…排水ライン、１９…蒸気ライン、２０…蒸気−凝縮水ライン、２１…凝縮水ライン、２２…生産水ライン、２３…加熱媒体供給ライン、２４…加熱媒体排出ライン、２５…冷媒供給ライン、２６…冷媒排出ライン、２７…正浸透膜、２７ａ…供給液流路、２７ｂ…第１の吸収液流路、２８…真空ポンプ、３１…蒸気分離装置、３２…ファン、３３…単離水蒸気ライン、３４、３５…気体返送ライン、３６…水蒸気分離膜、３６ａ…混合気体流路、３６ｂ、３８ｂ…単離水蒸気流路、３８…蒸留膜、３８ａ…第６の吸収液流路。
【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】
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【図８】
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【図９】
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