(57)【要約】      （修正有）【課題】昼夜、運転が可能な淡水化装置あるいは冷凍空調装置を提供する。【解決手段】水の収受により蓄熱および放熱を行う化学蓄熱材１１１を内包する蓄熱材タンク１１０と、淡水化する水を外部から取得する取水口を設けた水タンク１３０と、前記蓄熱材タンク１１０の発熱により前記水タンク１３０内の水を気化する熱交換器１２２と、前記水タンク１３０と前記蓄熱材タンク１１０に接続し前記水タンク１３０内で生成した蒸気を前記蓄熱材タンク１１０に供給する第一の蒸気回路１３１と、外部から前記化学蓄熱材１１１を加熱する加熱回路と、前記蓄熱材タンク１１０に接続されて外部に蒸気を出力する第二の蒸気回路１３２とを有する。化学蓄熱材１１１の水和動作における放熱を利用して水を気化して蒸留水を得て、これを化学吸着材１１１に反応せしめ、その水を化学蓄熱材１１１の脱水動作時に外部へ蒸気出力して復水することにより蒸留水を得る。【選択図】図４
2017209648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
淡水化装置であって、
水和反応で発熱し、脱水反応で吸熱する化学蓄熱材を内包した蓄熱材タンクと、
淡水化したい原水を取得するための取水口を設けた水タンクと、
前記蓄熱材タンクと前記水タンクを熱的に接触させる熱交換器と、
外部からの熱入力がない場合には、前記蓄熱材タンクに内包した前記化学蓄熱材の水和反応によって生じる熱を、前記熱交換器を介して前記水タンクに伝え、前記水タンク内の原水を蒸発させて生成した第一の蒸気を、前記化学蓄熱材の水和反応に供して当該水和反応を継続させるための第二の蒸気と、前記淡水化装置の外部に出力するための第三の蒸気に分配する手段を有し、
前記淡水化装置の外部に、前記第三の蒸気を出力するための水和反応蒸気出力回路と、
外部からの熱入力がある場合には、外部からの熱入力がない場合に水和反応に供された水和水を脱水反応により取り出すために、前記淡水化装置の外部からの熱入力により前記化学蓄熱材を加熱する加熱回路と、
前記脱水反応による脱水により取り出した第四の蒸気を出力するために、前記蓄熱材タンクに接続された脱水反応蒸気出力回路と、
を備えた淡水化装置。
【請求項２】
数１による水和反応出力蒸気のエネルギー量（A）と数２による脱水反応出力蒸気のエネルギー量（B）  が、式3の関係を満たすことを特徴とする請求項1記載の淡水化装置。
（数１）  A  ＝  H1  -  H2
ここにH1は蓄熱材の水和反応エネルギー、H2は水和反応に供される水の気化潜熱
（数2）  B  ＝  H2
ここにH2は式1で水和反応に供された水の気化潜熱
（数３）      0.3  ≦  A/B  ≦  3.0
【請求項３】
蓄熱材が組成としてマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、またはカリウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の淡水化装置
【請求項４】
前記水タンクと前記蓄熱材タンクの間を接続し、前記第一の蒸気を前記蓄熱材タンクに供給するための蓄熱材蒸気回路を有し、前記水タンクに接続された前記水和反応蒸気出力回路を有し、前記第二の蒸気が前記蓄熱材蒸気回路に分配され、前記第三の蒸気が前記水和反応蒸気出力回路より出力されることを特徴とする請求項１から請求項３記載の淡水化装置。
【請求項５】
前記水タンクと前記蓄熱材タンクの間を接続し、前記第一の蒸気を前記蓄熱材タンクに供給するための蓄熱材蒸気回路を有し、前記蓄熱材タンクに接続された前記水和反応蒸気出力回路を有し、前記第一の蒸気が前記蓄熱材蒸気回路に全て供給され、その後蓄熱材タンク内で前記第二の蒸気と前記第三の蒸気に分配され、前記第三の蒸気が前記水和反応蒸気出力回路より出力されることを特徴とする請求項１から請求項３記載の淡水化装置。
【請求項６】
前記蓄熱材タンクに接続された脱水反応蒸気出力回路が、前記蓄熱材タンクに接続された水和反応蒸気出力回路を兼ねることを特徴とする、請求項５記載の淡水化装置。
【請求項７】
前記した構成に加えて、前記水タンク内もしくは前記蓄熱材タンク内に、水和反応開始のためのコールドスタート加熱回路を備えた請求項１から６記載の淡水化装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７の少なくともいずれか一つの淡水化装置と、当該淡水化装置の蒸気出力により駆動される熱消費機器を有していることを特徴とする複合淡水化装置。
【請求項９】
熱消費機器が熱機関であることを特徴とする請求項８記載の複合淡水化装置。
【請求項１０】
熱消費機器が冷凍機であることを特徴とする請求項８に記載の複合淡水化装置。
【請求項１１】
冷凍機が吸着冷凍淡水化装置であることを特徴とする請求項１０に記載の複合淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、淡水化技術あるいは冷凍空調技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸収式冷凍サイクルもしくは吸着式冷凍サイクルは、電動機（電動コンプレッサー）の出現以前から存在する古典的な冷凍技術である。２０世紀には電力の普及、電動機やコンプレッサーの性能向上、冷媒性能の向上等による性能の飛躍的向上により、電動式冷凍機が大幅に普及したため、主にその利用はビル空調、産業用に用いられる大型の吸収冷凍機等に留まっている。しかし、近年はエネルギー価格の高騰、地球温暖化、これらに端を発した省エネルギー化の潮流があり、太陽熱が利用できるこれら熱式ヒートポンプ技術に対する見直しの機運がある。とりわけ、日射量が多く外気温が高い地域、通称サンベルトといわれる地域（インド、中近東、中南米等）においては、冷凍空調用電力の伸びによる電力需給の逼迫という現状があり、これら熱式ヒートポンプ技術に対する期待が近年高まっている。
【０００３】
太陽熱による吸収式ないし吸着式冷凍空調については、たとえば特許文献１に示す公知例がある。本公知例は比較的単純な太陽熱集熱器と冷凍サイクルの組み合わせであるが、太陽光エネルギーが天候に依存すること、冷熱需要が時間的に増減することなどから、たとえば特許文献２、特許文献３に示すように、蓄熱材による負荷平準機能を持たせるのが通常である。
【０００４】
さらに、吸着式冷凍に関しては、特許文献４に示すように、吸着材が海水等から真水だけを吸着することを利用して、冷凍空調と海水淡水化を同時に行う吸着冷凍淡水化が考案されている。当然のことながら上記サンベルト地帯は概ね水資源に乏しい地域であり、莫大な冷凍空調エネルギーの供給と水資源確保を両立しうる技術としてシンガポール、中近東等を中心に鋭意実用化開発が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３０２８５９号公報
【特許文献２】特許第３１３８７８４号公報
【特許文献３】特許第３１６８３６２号公報
【特許文献４】特開２００３−２２５６５３号公報
【特許文献５】特許第５１７７３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、太陽熱集熱器と冷凍サイクルを組み合わせた方法であり、昼間であれば、冷凍空調運転をすることが可能である。しかしながら、太陽熱集熱器が夜間は働かないため、特許文献１に記載の従来の冷凍空調装置は、昼夜連続で運転することはできなかった。
【０００７】
本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたものであり、昼間だけでなく、夜間でも運転が可能な淡水化装置あるいは冷凍空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係る淡水化装置は、水の収受により蓄熱および放熱を行う化学蓄熱材を内包する蓄熱材タンクと、淡水化する水を外部から取得する取水口を設けた水タンクと、前記蓄熱材タンクの発熱により前記水タンク内の水を気化する熱交換器と、前記水タンクと前記蓄熱材タンクに接続し前記水タンク内で生成した蒸気を前記蓄熱材タンクに供給する第一の蒸気回路と、外部から前記化学蓄熱材を加熱する加熱回路と、前記蓄熱材タンクに接続されて外部に蒸気を出力する第二の蒸気回路とを有する。
【０００９】
また、前記水タンクで発生した蒸気のうち、前記化学蓄熱材で消費されない余剰蒸気を外部に出力するための第三の蒸気回路を有する。
【００１０】
発生した蒸気を水タンクから外部と蓄熱材タンクに分岐してもよいことから、前記第三の蒸気回路は前記水タンクと接続しても良く、また発生した蒸気を全量前記蓄熱材タンクに供給して、そこから外部に分岐してもよいことから前記第三の蒸気回路は前記蓄熱材タンクと接続していても良い。従って、前記蓄熱材タンクから前記第二および第三の蒸気回路が独立して存在する形態のほか、前記第二の蒸気回路が前記第三の蒸気回路をかねる形態もとりうる。
【００１１】
さらに、本開示の一様態に係る淡水化装置は、前記の少なくともいずれか一つの特徴を有する淡水化装置と、当該淡水化装置の蒸気出力により駆動される熱機関を有している複合熱機関型淡水化装置であって、とりわけ、熱機関が吸収式冷凍装置ないしは吸着式冷凍装置、あるいは吸着冷凍淡水化装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本淡水化装置は、化学蓄熱材の水和動作における放熱を利用して水を気化して蒸留水を得てこれを化学吸着材に反応せしめ、その水を化学蓄熱材の脱水動作時に外部へ蒸気出力して復水することにより蒸留水を得ることを淡水化原理とする。さらに水和動作において、発生した蒸気のうち蓄熱材の水和反応自己消費分を差し引いた余剰蒸気を外部に蒸気出力することを可能にするので、脱水動作、水和動作の両方で蒸留水が得られる点はもとよりであるが、脱水動作、水和動作両方において連続的に熱機関を駆動できるという効果を奏する。すなわちこの淡水化装置を熱機関の負荷平準（エネルギー貯蔵デバイス）として見た場合、水和動作、脱水動作の両方で淡水化装置から蒸気を出力し、これを後段の熱機関でエネルギー消費して連続的に仕事と蒸留水を取り出すことを可能とする。
【００１３】
サンベルト地域においては、日照が豊富であるが故に莫大な冷凍空調エネルギーの需要があり、同時に乾燥地である故の水資源確保という社会ニーズがある。この点から、吸収式ないし吸着式冷凍と組み合わせて、例えば太陽光を用いて淡水化と冷凍空調を行うようなシステムは有望と考えられる。とりわけこの社会ニーズのために考案された吸着冷凍淡水化装置との組み合わせにおいては、第一段目（化学蓄熱淡水化装置）では化学蓄熱剤の水蒸気吸収効果を利用し、この廃蒸気で動く第二段目（吸着冷凍淡水化装置）では物理吸着剤の水蒸気吸着効果を利用して淡水化を行うことになり、すなわち淡水製造の二重効用化を行うことで製造効率を倍化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の吸着冷凍淡水化装置の構成および順動作説明図である。
【図２】従来の吸着冷凍淡水化装置の構成および逆動作説明図である。
【図３】本開示の複合熱機関型淡水化装置の構成および昼間動作説明図である。
【図４】本開示の複合熱機関型淡水化装置の構成および夜間動作説明図である。
【図５】本実施の異なる形態に係る第一の淡水化装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（本発明者らの知見１）
以下、公知の吸着冷凍淡水化装置の構成と動作の一例を、図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。
【００１６】
（構成）
図１を参照して、吸着冷凍淡水化装置２００の構成を説明する。吸着冷凍機２５０は蒸発室２１０、第一の吸着室２２０、第二の吸着室２３０、放出蒸気室２４０が一体化された冷凍機である。
【００１７】
蒸発室２１０には海水２１５を内部に供給して蒸発室熱交換器２１２に吹き付けるシャワーノズル２１１を具備している。さらに、蒸発室熱交換器２１２において一部が蒸発して濃縮された濃縮海水２１６を内部に保持することが可能であり、また過剰の濃縮海水が排出可能な構造となっている。さらに、蒸発室には内部を真空に保つ真空ポンプ２１４が接続されている。上記の蒸発室熱交換器２１２は外部の冷凍負荷２１３と、例えば不凍液等の冷媒の循環により熱的に接続されている。
【００１８】
第一の吸着室２２０には、一例としてシリカゲル等を組成として有する第一の吸着部２２１が内蔵されている。また、この第一の吸着部には吸着した水を加熱して脱離するための第一の再生熱交換器２２２を備えている。さらに、第一の吸着室２２０と蒸発室２１０との間には、蒸発室２１０から発生した水蒸気を第一の吸着室２２０に供給する、もしくは遮断するために開閉可能な第一の蒸発室弁２２３を備える。
【００１９】
さらに、第一の吸着室２２０と放出蒸気室２４０との間には、第一の吸着室２２０で脱離した水蒸気を放出蒸気室２４０に供給する、もしくは遮断するために開閉可能な第一の放出蒸気室弁２２４を備える。
【００２０】
全く同様に第二の吸着室２３０には、一例としてシリカゲル等を組成として有する第二の吸着部２３１が内蔵されている。また、この第二の吸着部には吸着した水を加熱して脱離するための第二の再生熱交換器２３２を備えている。さらに、第二の吸着室２３０と蒸発室２１０との間には、蒸発室２１０から発生した水蒸気を第二の吸着室２３０に供給する、もしくは遮断するために開閉可能な第二の蒸発室弁２３３を備える。
【００２１】
さらに、第二の吸着室２３０と放出蒸気室２４０との間には、第二の吸着室２３０で脱離した水蒸気を放出蒸気室２４０に供給する、もしくは遮断するために開閉可能な第二の放出蒸気室弁２３４を備える。
【００２２】
放出蒸気室２４０には、水の循環により冷却塔２４３と熱的に接続されている第一の復水器２４２が接続しており、さらに第一の復水器２４２は第一の淡水タンク２４４に接続している。放出蒸気室２４０から第一の復水器２４２に流入した蒸気は復水して、第一の淡水タンク２４４にて淡水として回収される。
【００２３】
さらに、吸着冷凍機２５０には、一例としてソーラーコレクタ２６０により生成した９０℃程度の温水が供給可能な構成になっている。この温水経路には第一の切替弁２５１および第二の切替弁２５２が設けられ、温水を第一の吸着室２２０内の第一の再生熱交換器２２２に供給するか、第二の吸着室２３０内の第二の再生熱交換器２３２に供給するかを切り替えることが可能な構成になっている。
【００２４】
（動作）
まず、図１を参照して、第一の熱変換部である吸着冷凍淡水化装置２００の順動作を説明する。
【００２５】
蒸発室２１０を一例として１/１００気圧程度に減圧すると、蒸発室内のシャワーノズル２１１から噴霧された海水２１５は、蒸発室熱交換器２１２から熱を奪い一例として７℃程度で気化する。この気化潜熱を冷凍出力として冷凍負荷２１３に取り出すことが、吸着冷凍機２５０の基本原理である。また、このとき海水から気化するものは塩分を含まない淡水のみであることが、淡水化の基本原理である。
【００２６】
第一の吸着室２２０内の第一の吸着部２２１は、図１においては開かれている第一の蒸発室弁２２３を介して、その吸着能力が飽和するまで蒸発室２１０から水蒸気を吸着する。このとき、第一の吸着部２２１は上記の圧力まで蒸発室を減圧する吸着ポンプの役割を果たしている。
【００２７】
このときソーラーコレクタ２６０により生成した９０℃程度の温水は、第一の切替弁２５１および第二の切替弁２５２の切り替え機能により、第二の吸着室２３０内の第二の再生熱交換器２３２に供給され、第二の吸着室２３０内の第二の吸着部２３１を加熱して吸着水を脱離する。脱離された水蒸気は、図１においては開かれている第二の放出蒸気室弁２３４を介して放出蒸気室２４０に流入し、その後第一の復水器２４２に送られ復水し、直下にある第一の淡水タンク２４４に滴下して、淡水として回収される。
【００２８】
続いて、図２を参照して、第一の熱変換部である吸着冷凍淡水化装置２００の逆動作を説明する。
【００２９】
図１の順動作を継続すると、第一の吸着室２２０内の第一の吸着部２２１は、水蒸気吸着につれてその吸着能力を失い、従い蒸発室２１０における蒸発量が減少して冷凍能力が減少する。他方第二の吸着室２３０内の第二の吸着部２３１は吸着水の脱離につれて吸着能力を回復する。
【００３０】
このとき、第一の切替弁２５１および第二の切替弁２５２の切り替え、第一の蒸発室弁２２３を閉じて第二の蒸発室弁２３３を開く蒸発室弁の切り替え、第二の放出蒸気室弁２３４を閉じて第一の放出蒸気室弁２２４を開く放出蒸気室弁の切り替えによって、図２に示す如く逆動作の状態を生じせしめる。
【００３１】
吸着能力の回復した第二の吸着室２３０内の第二の吸着部２３１は、図２においては開かれている第二の蒸発室弁２３３を介して、その吸着能力が飽和するまで蒸発室２１０から水蒸気を吸着する。また、ソーラーコレクタ２６０により生成した９０℃程度の温水は、第一の吸着室２２０内の第一の再生熱交換器２２２に供給され、図１の順動作で水を吸着した第一の吸着室２２０内の第一の吸着部２２１を加熱して吸着水を脱離し、時間とともに吸着能力が回復する。このとき脱離された水蒸気は、図２においては開かれている第一の放出蒸気室弁２２４を介して放出蒸気室２４０に流入し、その後第一の復水器２４２に送られ復水し、直下にある第一の淡水タンク２４４に滴下して、淡水として回収される。
【００３２】
すなわち、図１に示した順動作と図２に示した逆動作を交互に繰り返すことによって、連続的に冷凍出力を得ることが可能であり、また連続的に海水から淡水を製造することが可能である。ただし、本公知技術の吸着冷凍淡水化装置は、ソーラーコレクタにより生成された９０℃程度の温水を必要とするため、昼間での動作が前提となる。なお、海水に換えて重金属汚染等した不純水を用いた場合にも、同じ動作で重金属等を含まない純水を得ることが出来る。
【００３３】
（発明の開示）
本開示の一態様に係る淡水化装置は、水和反応で発熱し、脱水反応で吸熱する化学蓄熱材を内包した蓄熱材タンクと、淡水化したい原水を取得するための取水口を設けた水タンクと、前記蓄熱材タンクと前記水タンクを熱的に接触させる熱交換器とを備え、
外部からの熱入力がない場合には、前記蓄熱材タンクに内包した前記化学蓄熱材の水和反応によって生じる熱を、前記熱交換器を介して前記水タンクに伝え、前記水タンク内の原水を蒸発させて生成した蒸気を、前記化学蓄熱材の水和反応に供して当該水和反応を継続させるための第一の蒸気と、前記淡水化装置の外部に出力するための第二の蒸気に分配する、少なくとも二本の蒸気回路を備え、
さらに前記淡水化装置の外部に、前記第二の蒸気を出力するための水和反応蒸気出力回路を備え、
さらに外部からの熱入力がある場合には、外部からの熱入力がない場合に水和反応に供された水和水を脱水反応により取り出すために、前記淡水化装置の外部からの熱入力により前記化学蓄熱材を加熱する加熱回路と、前記脱水反応による脱水により取り出した第三の蒸気を出力するために、前記蓄熱材タンクに接続された脱水反応蒸気出力回路と、を備えた淡水化装置である。
【００３４】
ここに化学蓄熱材とは、一例として特許文献５に開示される塩化リチウム添加水酸化マグネシウム等である。この化学蓄熱材の反応熱は（数４）（数５）に示すとおりであり、また水の気化潜熱は40.6kJ/molである。従って、水和反応１モルの進行における水和熱81kJ/molより約２モルの蒸気を生成することができる。
【００３５】
かかる構成により、外部からの熱入力がない場合には、前記蓄熱材タンクに内包した前記化学蓄熱材の水和反応によって生じる熱（一例として特許文献５に開示される塩化リチウム添加水酸化マグネシウムの場合には81kJ/mol）を、前記熱交換器を介して前記水タンクに伝え、前記水タンク内の原水を蒸発させて生成した2モルの蒸気のうち、１モル分を前記化学蓄熱材の水和反応に供して当該水和反応を継続し、かつ１モル分を前記淡水化装置の外部に出力することができる。
【００３６】
そして、外部からの熱入力がある場合には、上述の通り水和反応に供された1モル分の水和水を、加熱により脱水して前記淡水化装置の外部に出力することができる。
【００３７】
これら外部に出力された蒸気はこれを単純に外部復水器により復水して蒸留水を得ることが出来るほか、何らかの熱消費機器を駆動してエネルギー消費して復水することもできる。
【００３８】
すなわち、この一連のサイクルによって、外部供給される原水から蒸留水を得ることが可能であり、また外部からの熱入力がある場合、無い場合に、それぞれ脱水動作、水和動作の両方で蒸気出力が可能であり、連続して何らかの熱消費機器を駆動できるという効果を奏し、かつ連続して蒸気を復水して蒸留水がを得ることが可能となる。これはこの淡水化装置をエネルギー貯蔵デバイスとして見たときに、例えば太陽エネルギーで熱機関を昼夜に亘り動かすような場合において重要な優位性となる。
【００３９】
（数４）  Ｍｇ（ＯＨ）２  →  ＭｇＯ  ＋  Ｈ２Ｏ  δH＝−８１ｋJ/mol  吸熱
（数５）  ＭｇＯ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  Ｍｇ（ＯＨ）２  δH＝８１ｋJ/mol  発熱
さらに、本開示の一態様に係る複合淡水化装置は、数１による水和反応出力蒸気のエネルギー量（A）と式2による脱水反応出力蒸気のエネルギー量（B）  が、数３の関係を満たすことを特徴とする淡水化装置である。
【００４０】
（数１）  A  ＝  H1  -  H2
ここにH1は蓄熱材の水和反応エネルギー、H2は水和反応に供される水の気化潜熱
（数２）  B  ＝  H2
ここにH2は式1で水和反応に供された水の気化潜熱
（数３）      0.3  ≦  A/B  ≦  3.0
（数１）と（数２）から明らかなように、AとBを合計したものはH1、すなわち蓄熱材の水和反応エネルギー（発熱）であり、これは蓄熱材の脱水反応エネルギー（吸熱）と等しく、従って外部から供給される熱入力値に等しい。従い、A/Bとは外部から供給される熱入力の分配比である。
【００４１】
例えば熱入力が太陽エネルギーである場合、現実的な日照時間を勘案し、昼間より夜間に熱需要が多い場合（給湯・暖房等）にはA/Bが大きいほうが便利である。一例として時間換算すると、仮に夜間が１８時間、昼間が６時間程度とすれば、A/Bの値は3.0程度が望まれる。逆に夜間より昼間に熱需要が多い場合（冷房等）にはA/Bが小さいほうが便利である。一例として時間換算すると、仮に昼間が１８時間、夜間が６時間程度とすれば、A/Bの値は0.3程度が望まれる。さらに、何かの熱機関を昼夜に亘り同負荷で動かすような場合においては、A/Bが1程度であることが好ましい。（数６）から（数９）には各種蓄熱系の反応エネルギーとＡ／Ｂ値を示すが、これらの系から適宜用途に適うものを選択して適用することが可能である。
【００４２】
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【００４３】
とりわけ、（数６）および（数７）のＭｇ系およびＣａ系は比較的反応温度が低いことからも特に好ましい。
【００４４】
さらに、本開示の一態様に係る複合淡水化装置は、前記少なくとも二本の蒸気回路のうちの一本が、前記水タンクと前記蓄熱材タンクの間を接続し、前記第一の蒸気を前記蓄熱材タンクに供給するための蓄熱材蒸気回路であり、もう一本が前記水タンクに接続された前記水和反応蒸気出力回路である淡水化装置である。
【００４５】
また、本開示の一態様に係る複合淡水化装置は、前記少なくとも二本の蒸気回路のうちの一本が、  前記水タンクと前記蓄熱材タンクの間を接続し、前記第一の蒸気を前記蓄熱材タンクに供給するための蓄熱材蒸気回路であり、もう一本が前記蓄熱材タンクに接続された前記水和反応蒸気出力回路である淡水化装置である。
【００４６】
すなわち、水タンク内で生成した蒸気を、水タンクから外部に分岐してもよいことから、水和反応蒸気出力回路は水タンクと接続しても良く、また発生した蒸気を一旦全量前記蓄熱材タンクに供給して、そこから余剰蒸気を外部に分岐してもよいことから水和反応蒸気出力回路は前記蓄熱材タンクと接続していても良い。
【００４７】
従って、本開示の一態様に係る複合淡水化装置は、前記蓄熱材タンクに接続された脱水反応蒸気出力回路が、前記蓄熱材タンクに接続された水和反応蒸気出力回路を兼ねていても良い。
【００４８】
さらに、本開示の一態様に係る複合淡水化装置は、前記した構成に加えて、前記水タンク内もしくは前記蓄熱材タンク内に、水和反応開始のためのコールドスタート加熱回路を備える。すなわち、外部から熱入力を受けて脱水反応により蒸気出力を行った直後に、水和反応による蒸気出力を行う場合には、蓄熱材タンクの余熱により水を気化して水和反応を行うことが出来るが、この時間が空いて蓄熱材タンクが冷えた状態から起動することが必要な場合がある。かかる構成により、その場合であっても水和反応をスタートアップすることが可能である。なお蓄熱材タンクと水タンクは熱交換機能を持っているので、水タンク内に適切なスペースが無い場合には蓄熱タンク内に加熱回路を備えていても可である。また、ここに加熱回路は電気ヒーターのような電気的加熱回路を含む。
【００４９】
さらに、本開示の一態様に係る淡水化装置は、上記のいずれかの特徴を有する化学蓄熱材を用いた淡水化装置と、当該淡水化装置の蒸気出力により駆動される熱消費機器を有していることを特徴とする複合淡水化装置である。
【００５０】
かかる構成により、水和動作、脱水動作の両方で淡水化装置から蒸気を出力し、これを後段の熱消費機器でエネルギー消費（復水）することにより、連続的に機器を駆動し、かつ蒸留水を製造することが可能である。
【００５１】
例えば蒸気機関のような熱機関を接続して仕事を取り出してもよく、また熱式冷凍機を接続して冷熱を取り出すことも可である。
【００５２】
また、本開示の一態様に係る淡水化装置は、熱消費機器が吸着冷凍淡水化装置であることを特徴とする複合熱機関型淡水化装置である。
【００５３】
サンベルト地域においては、日照が豊富であるが故に莫大な冷凍空調エネルギーの需要があり、同時に乾燥地である故の水資源確保という社会ニーズがある。この点から、吸収式ないし吸着式冷凍と組み合わせて、例えば太陽光を用いて淡水化と冷凍空調を行うようなシステムは有望と考えられる。とりわけ、この社会ニーズのために考案された吸着冷凍淡水化装置との組み合わせにおいては、第一段目（化学蓄熱淡水化装置）では化学蓄熱剤の水蒸気吸収効果を利用し、この廃蒸気で動く第二段目（吸着冷凍淡水化装置）では物理吸着剤の水蒸気吸着効果を利用して淡水化を行うことになり、すなわち淡水製造の二重効用化を行うことで製造効率を倍化することが可能となる。
【００５４】
（実施の形態１）（図３、図４）
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。
【００５５】
（構成）
図３を参照して、本実施の形態に係る複合淡水化装置１０００の構成の一例を説明する。複合淡水化装置１０００は大きく第一の淡水化装置１００（蓄熱淡水化装置）と第二の淡水化装置２００（吸着冷凍淡水化装置）から構成される。第二の淡水化装置２００（吸着冷凍淡水化装置）の構成と動作は既に（本発明者らの知見）にて詳述したため説明を割愛し、図面においても既に説明した部分については符号を省略している。
【００５６】
第一の淡水化装置１００は、化学蓄熱材１１１を内包する化学蓄熱材タンク１１０を有する。また前記化学蓄熱材を加熱するための、高温熱入力熱交換器１２１、高温熱出力熱交換機１２２を有する加熱回路を有している。この高温熱入力熱交換器１２１は、熱入力が太陽光であるときには、例えばトラフ型、リニアフレネル型などのソーラーコレクタが利用でき、合成油等の熱媒体を循環させることにより化学蓄熱材１１１を加熱することが可能である。
【００５７】
化学蓄熱材タンク１１０には二種類の蒸気回路が接続されている。第一の蒸気回路は蓄熱材蒸気回路１３１であり、化学蓄熱材タンク１１０と水タンク１３０とを接続し、水和反応において水タンク１３０で発生する蒸気を化学蓄熱材タンク１１０に供給するためのものである。第二の蒸気回路は脱水反応蒸気出力回路１３２であり、脱水動作において放出される水蒸気を外部に出力するものである。
【００５８】
水タンク１３０は原水（海水等）１３４が外部から供給可能であり、さらに排水（濃縮海水等）１３７が排出可能な構成となっている。さらに、水タンク１３０には第三の蒸気回路である水和反応蒸気出力回路１３３が接続されるが、これは水和動作において放出される水蒸気を外部に出力するものである。
【００５９】
これらの蒸気回路は、図示するように回路を開閉する、あるいは蒸気量を加減する弁を有し、またその他ここでは図示されない機能部品（圧力センサ、逆止弁、リリーフ弁等）を有する。
【００６０】
化学蓄熱材タンク１１０と、水タンク１３０との間には、蓄熱材の水和熱により原水（海水等）を加熱し気化するための熱交換器を有する。一例として、図３には化学蓄熱材タンク１１０の外周を水タンク１３０が覆う形、すなわちこの二つのタンクそのものが全体として熱交換機能を持つ筺体熱交換器の形態が示されている。
【００６１】
上記のタンク類、配管類はSUS304、SUS316等のステンレス材料で構成することが可能であり、さらに海水に対する耐蝕性を増すためにはチタン等で構成することが出来る。
【００６２】
（動作）
図３を参照して、本実施の形態の一例に係る複合淡水化装置１０００における、昼間動作について説明する。図中太実線を用いた部分が、昼間にアクティブな系統である。第二の熱変換部（吸着冷凍機）の構成と動作は既に（本発明者らの知見）にて詳述したため説明を割愛する。
【００６３】
昼間は、高温熱入力熱交換器１２１であるソーラーコレクタにより太陽熱が集熱され、コレクタから３００℃程度の高温の熱媒が蓄熱材タンク１１０に供給され、高温熱出力熱交換機１２２を介して内部の化学蓄熱材１１０が加熱される。一例として、化学蓄熱材１１１に水酸化マグネシウムであるときには、モルあたり81ｋJの熱を吸収して、水を脱水して酸化マグネシウムに転化する。
【００６４】
（数１）  Ｍｇ（ＯＨ）２  →  ＭｇＯ  ＋  Ｈ２Ｏ  δH＝−８１ｋJ/mol
脱水反応蒸気出力回路１３２を開くことによって、脱水反応における発生蒸気は第一の淡水化装置１００から第二の淡水化装置２００（吸着冷凍淡水化装置）に流入し、冷熱発生のための所定のエネルギーを失って復水し、最終的に冷却塔２４３と熱的に接続されている第二の復水器２４５に流入して完全に復水し、直下にある第二の淡水タンク２４６に滴下して、淡水として回収される。
【００６５】
従って、昼間動作において、この複合淡水化装置１０００からは、連続した冷凍出力を取り出すことができると同時に、第一の淡水タンク２４３と第二の淡水タンク２４６から蒸留水を取り出すことができる。また、このときにこの複合淡水化装置１０００から取り出される冷凍出力あたりの淡水量は、図１および図２に示した通常の吸着冷凍淡水化装置に対して約二倍である。
【００６６】
続いて図４を参照して、夜間動作について説明する。図中太実線を用いた部分が、夜間にアクティブな系統である。
【００６７】
昼間に脱水された化学蓄熱材１１１には水和余地があり、水蒸気を与えることにより水和物となり、モルあたり81ｋJの熱を放出する。
【００６８】
（数２）  ＭｇＯ  ＋  Ｈ２Ｏ    →      Ｍｇ（ＯＨ）２  δH＝８１ｋJ/mol
水の気化潜熱は40.6kJ/molであるので、エネルギー収支的には水和反応で１モルあたり２モルの蒸気を生成することができる。
【００６９】
前述の通り化学蓄熱材タンク１１０と水タンク１３０は、筺体熱交換器であるため、化学蓄熱材タンク１１０内の水和反応によって発生した熱は水タンク１３０に伝達され、水タンク１３０に供給される原水１３４を、その水和反応１モル進行に対して２モル気化する。この２モルの蒸気のうち、１モル分の蒸気を次なる水和反応のため蓄熱材タンクに供給して蓄熱材において消費し、残り1モル分の蒸気を水和反応蒸気出力回路１３３外部に出力することによって、連続的な水和反応と蒸気出力が可能である。
【００７０】
水和反応の反応速度は蓄熱材に供給される蒸気圧に依存しており、また蓄熱材蒸気回路１３１が開かれた状態では、蓄熱材タンク１１０と水タンク１３０の内部蒸気圧は等しい。従い、水和反応蒸気出力回路１３３から外部に放出される蒸気量を制御することにより、蓄熱材タンク１１０内の蒸気圧を制御し、水和反応を制御する。一例として、蓄熱材タンク１１０内の蒸気圧がゲージ圧２気圧（１２１度）となるように、水和反応蒸気出力回路１３３の弁開度を制御しながら水和動作を行う、等の制御様式を取る。
【００７１】
水和反応蒸気出力回路１３３から放出された蒸気は、第二の淡水化装置２００（吸着冷凍淡水化装置）に流入し、冷熱発生のための所定のエネルギーを失って復水し、最終的に冷却塔２４３と熱的に接続されている第二の復水器２４５に流入して完全に復水し、直下にある第二の淡水タンク２４６に滴下して、淡水として回収される。
【００７２】
従い夜間動作においても、この複合淡水化装置１０００からは、連続した冷凍出力を取り出すことができると同時に、第一の淡水タンク２４３と第二の淡水タンク２４６から蒸留水を取り出すことができる。また、このときにこの複合淡水化装置１０００から取り出される冷凍出力あたりの淡水量は、昼間動作と同じく、図１および図２に示した通常の吸着冷凍淡水化装置に対して約二倍である。
【００７３】
（実施の形態２）
図５を参照して、本実施の異なる形態に係る第一の淡水化装置１００を説明する。
本形態においては、脱水反応蒸気出力回路１３２、水和反応蒸気出力回路１３３ともに蓄熱材タンク１１０に接続されている。水和反応における発生蒸気は、まず蓄熱材蒸気回路１３１を介して蓄熱材タンク１１０に送られ、その後蓄熱材タンク１１０から水和反応蒸気出力回路１３３に分配される形態である。脱水反応蒸気出力回路１３２、水和反応蒸気出力回路１３３ともに蓄熱材タンク１１０に接続され、これを同時に開くことはないので、さらに簡略化して兼用することも可能である。
【００７４】
さらに、水タンク１３０内にはコールドスタート加熱回路１４０を有しており、コールドスタートが可能な構成となっている。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上を纏め、本発明の淡水化装置は下記の効用を奏するため、産業上有益である。
【００７６】
（１）第一の淡水化装置の第一の機能は淡水化である。夜間の水和動作により原水から蒸気を生成して、その一部を蒸気出力し、その一部を蓄熱材の水和に用いる。さらに昼間の脱水動作により水和水を蒸気出力する。いずれの出力蒸気もこれを復水して淡水（蒸留水）を得ることができる。
【００７７】
（２）第一の淡水化装置の第二の機能は蓄熱である。昼間の脱水動作により蓄熱を行い、夜間の水和動作により放熱を行う。
【００７８】
（３）第一の淡水化装置から発生した蒸気で、種々の熱機関を駆動することが可能であり、熱機関から連続して仕事を得られると同時に、蒸気を復水して淡水が得られる。例示として、熱機関が吸着冷凍淡水化装置の場合には、冷熱が得られると同時に、通常の倍の淡水を製造することができる。
【００７９】
（４）第一の変換部の第一の機能は蓄熱であるので、熱機関のエネルギー消費に見合う適切な受熱容量や蓄熱容量の設計により、例えば日照時間１０時間／日で２４時間／日、前記の熱機関を駆動し、同時に淡水を製造するというようなことが可能となる。
【００８０】
上記の開示内容から導出される発明が、以下、列挙される。
１．  淡水化装置であって、以下を具備する：
第１淡水化装置（１００）、および
第２淡水化装置（２００）、
ここで、
前記第１淡水化装置（１００）は、水蒸気を発生させ、かつ
前記第２淡水化装置は、以下を具備する：
外部の冷凍負荷（２１３）に接続可能な熱交換器（２１２）を具備し、かつ減圧下で水が内部に噴霧される蒸発室（２１０）、
第１バルブ（２２３）を介して前記蒸発室から流入した水をその表面に吸着可能な第１水分吸着剤を含む第１吸着室（２２０）、
前記第１吸着室に設けられ、かつ前記第１水分吸着剤に吸着した水を加熱することによって前記第１水分吸着剤から前記水を脱離するための第１再生熱交換器（２２２）、
第２バルブ（２３３）を介して前記蒸発室から流入した水をその表面に吸着可能な第２水分吸着剤を含む第２吸着室（２３０）、
前記第２吸着室（２３０）に設けられ、かつ前記第２水分吸着剤に吸着した水を加熱することによって前記第２水分吸着剤から前記水を脱離するための第２再生熱交換器（２３２）、
それぞれ第３バルブ（２２４）および第４バルブ（２３４）を介して前記第１吸着室および前記第２吸着室に接続され、かつ前記第１水分吸収剤または前記第２水分吸収剤から脱離した水を復水させるための第１復水器（２４２）、
前記第１淡水化装置に接続され、前記第１淡水化装置（１００）で発生した前記水蒸気を前記第１再生熱交換器または前記第２再生熱交換器からなる群から選択される一方の再生熱交換器に選択的に流すための切替弁（２５１）、および
前記一方の再生熱交換器から排出された水蒸気を復水させるための第２復水器（２４５）。
【００８１】
【表１】
2017209648.tif 000004
【００８２】
【表２】
2017209648.tif 000005
【符号の説明】
【００８３】
１００  第一の淡水化装置（蓄熱淡水化装置）
１１０  化学蓄熱材タンク
１１１  化学蓄熱材
１２１  高温熱入力熱交換器  またはソーラーコレクタ
１２２  高温熱出力熱交換器
１３１  蓄熱材蒸気回路
１３２  脱水反応蒸気出力回路
１３３  水和反応蒸気出力回路
１３４  原水（海水等）
１３５  排水（濃縮海水等）
１４０  コールドスタート加熱回路
２００  第二の淡水化装置（吸着冷凍淡水化装置）
２１０  蒸発室
２１１  シャワーノズル
２１２  蒸発室熱交換器
２１３  冷熱負荷
２１４  真空ポンプ
２１５  原水（海水等）
２１６  排水（濃縮海水等）
２２０  第一の吸着室
２２１  第一の吸着部
２２２  第一の再生熱交換器
２２３  第一の蒸発室弁
２２４  第一の発生蒸気室弁
２３０  第二の吸着室
２３１  第二の吸着部
２３２  第二の再生熱交換器
２３３  第二の蒸発室弁
２３４  第二の発生蒸気室弁
２４０  発生蒸気室
２４２  第一の復水器
２４３  冷却塔
２４４  第一の淡水タンク
２４５  第二の復水器
２４６  第二の淡水タンク
２５０  吸着冷凍機
２５１  第一の切替弁
２５２  第二の切替弁
１０００  複合淡水化装置
【図１】
2017209648.tif 000006
【図２】
2017209648.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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