JP2000501650A - 水の脱塩 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 塩の通路を画成する複数の逆浸透膜を有する全体として円筒形のフィルタエレメント(30)へ50ないし65バールの圧力で揚水するポンプを含む脱塩装置(10)が開示されている。フィルタエレメント(30)のすぐ上流には、中に複数の穴(44)を備えた円盤(40)がある。円盤(40)は障害部材を形成し、これは、その上流側と下流側との間で圧力降下を生じる。これはまた、水の流れを一連の別個の水流に分割し、これらの流れがフィルタエレメントの端部に当たり、塩の通路へ流入する。障害部材の下流の水は、障害部材の上流の水より低い圧力にあるばかりでなく、乱流としても流れる。円盤(40)およびフィルタエレメント(30)は円筒形のケーシング(12)内にある。フィルタエレメントから出て、まだかなりの圧力にある塩水は、ペルトン水車などの装置を通して、そこから残留エネルギーの一部を回収することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 水の脱塩発明の分野 本発明は水の脱塩、すなわち溶解固形物の海水および塩水からの除去に関する ものである。発明の背景 飲料水および灌漑用水の世界的な不足に関する話はありふれている。世界には 、長引く旱魃のため都市全体を放棄しなければならなくなるところもある。 唯一の無尽蔵の水源は海であるが、大人口集中地、もしくは大規模灌漑事業へ 供給するための大量の海水の脱塩には費用がかかる。多くの脱塩装置は逆浸透に 基づいて作動するものである。この種の装置では、脱塩される水は半浸透性の膜 を透過して、溶解固形物がその膜によって除去される。他の装置は蒸発脱水法に 基づいて作動するものである。 上述の両方法の大きな問題は、得られた水が、蒸発脱水方法の場合、純粋な蒸 留水であり、また逆浸透方法では蒸留水と同程度の純度であることである。そこ に溶解しているミネラル分がほとんどすべて除去されてしまう。カルシウムもし くはマグネシウムを含有しない水は、その接触する金属管および他の金属物体に 対して害を及ぼす。したがって、回収した水にこれらのミネラルを添加する必要 がある。さらに、蒸留水は無味乾燥であり、必須ミネラル類を持っていないので 、人間の長期にわたる消費には用いることができない。したがって、飲用のため には、一連のミネラル類を添加して、水を「味のない」蒸留水から許容できる飲 料水へ転換する必要がある。上述の両方法では、海水に存在していた必須ミネラ ル類は、工程の副産物である塩水中に移る。したがって、いずれの方式の装置か ら水を生産するにしても、主なコストは、水に再導入する必要のあるミネラル類 と、そのために必要な設備のコストである。 蒸発脱水装置では、海水を蒸発するに必要な動力も、回収した水のメガリット ル当りのコストを計算すると、かなりのものになる。 逆浸透膜は合成構造であり、１つの広く使用されている形状は、複合重合体樹 脂の２枚のフィルムを有し、これらがともに塩の通路を画成する。その通路内に は流れに乱流を誘導するエレメントがある。このエレメントは通常、プラスチッ ク材のフィラメントの溶接網である。多数のこれらの膜が複雑な方法で中央の管 へ巻き付けられている。上記フィルムを通過する水は隣接する膜の間の空間に入 り、中央管へ流れる。中央管はその壁に開口部を有して、回収した水がその管へ 入ることができる。塩水、すなわち海水の残りの部分と溶解固形物の塊が多数の 塩通路から流れて廃棄され、もしくは塩回収装置へ流れる。 それぞれの塩通路の各側で、それぞれのフィルムのすぐ隣に、濃度分極層を置 くことは、当業者に受け入れられている。これらの層は、多分子の層から成り、 各フィルム間の塩の通路の途中の部分における全体の流れより高い溶解固形物濃 度を有している。乱流誘導エレメントは濃度分極層の厚さを減らすためであり、 したがって、膜の能力が高まって、水がその中を浸透できる。典型的には、最新 技術の逆浸透膜は、99.3% の溶解固形物阻止率を達成する。この膜を通過する溶 解固形物は、その分子が他の多くのミネラル類の分子より小さいので、主として 普通の塩から成る。0.7%の率は、海水の初期塩分に応じて、回収した水の溶解固 形物の 400〜500ppmを表わし、溶解固形物が水に味を与える閾値より低い。 逆浸透膜の汚れが大きな問題であり、その対策は、水の生産コストを増加させ るが、汚れを阻止し、また発生した時に汚れを除去するためにはそれを行なう必 要がある。汚れは、ミネラルの膜内堆積によって、もしくは有機物の成長によっ て生じる。一例として、海水は、膜に到達する前に、ヘキサメタリン酸ナトリウ ム（一般に「シュリンプ」として知られている）などの防止剤で処理される。こ れによって、カルシウムおよびマグネシウムの膜上への炭酸カルシウムおよび炭 酸マグネシウムの形での沈殿が抑制されるが、生産コストに他の要因が付加され る。 膜製造業者は、急速な汚れを回避するため、比較的低い流量（膜の単位平方メ ートル当りの毎時のリットル単位で表わした膜通過水量）を推奨している。膜の 逆洗浄、すなわち塩の通路の中に水を逆方向に流すことは、汚れを取り除く標準 的方法である。膜が非常に汚れている場合、それを回収装置から外して、汚れ を除去する目的で様々な処理にかける必要がある。極端な場合、汚れは除去する ことができないで、膜を廃棄しなければない。 これらのすべての要因の結果、逆浸透装置から生成される水は、貯水ダムもし くは河川からの水を純化して得られる水より高くつく。したがって、世界的な水 不足にもかかわらず、世界の水のほんの少量だけしか、海水を脱塩する逆浸透装 置を用いて生成されていない。発明の目的 本発明は、逆浸透工程の効率を改善し、逆浸透工程により生成される水のコス トを有意に低減し、逆浸透膜の汚れを防止し、望ましいミネラル類を含有した水 を、投薬の必要なしに生産することを目的とする。発明の概要 本発明の１つの態様によれば、次のような逆浸透脱塩装置が提供される。すな わち、この装置は、塩の通路を画成する逆浸透膜から成るフィルタエレメントと 、脱塩する水を上記フィルタエレメントへ揚水するポンプと、上記ポンプおよび フィルタエレメントの間にあり、乱流を流水に導入して、障害部材全体にわたっ て圧力降下を生じさせる障害部材とを含み、これによって障害部材の下流の水は 、フィルタエレメントの塩の通路へ入るに従って、障害部材の上流の水より低い 圧力になり、その流れが障害部材の上流にあったときより大きな乱流になるよう にする。 この障害部材は、望ましくはその中に複数の穴を有する板の形状にして、これ によって流水が妨げられ、多数の円錐状の乱流分水流に分割され、各分水流は、 板の上流の水の圧力より低圧になる。板の各穴は、様々な大きさに、もしくは互 いに同じ大きさにすることができる。好ましい実施形では、この板は円盤形状で あり、各穴は円盤の中央を中心としてらせん状に配列されている。他の形状では 、各穴は円形の配列をとり、また他の形状では、各穴は円盤中央から外へ放射状 に広がる線に沿って配されている。 所望に応じて、一連の流量絞り弁を設けて、独立した水流を作り出す板の各穴 の流れ面積を変えることができる。 本発明の他の態様によれば、次のような水の脱塩方法が提供される。すなわ ち、この方法は、塩の通路を画成する逆浸透膜から成るフィルタエレメントへ被 脱塩水を送り、このフィルタエレメントへ流れる水に圧力降下を生じさせると同 時に乱流をその水流へ導入し、この低圧状態にある乱流水をフィルタエレメント の塩の通路へ供給する工程を含むものである。 好ましい実施例では、水は、圧力を降下させ乱流を導入する上記障害部材によ って複数の乱流状の円錐形分水流に分割され、それぞれの乱流水流はフィルタエ レメントに突き当る。 50〜60バールの範囲の入口圧と、1.5 〜2.0 バールの圧力降下が最良の結果を もたらすことがわかった。 本発明による装置および方法によれば、許容できる水準の溶解固形物、すなわ ちミネラル類をその中に含有した水が回収される。回収した水への投薬は、許容 できる味を与えるのに充分な溶解固形物を含有しているので、必要ない。マグネ シウムおよびカルシウムがその回収した水に存在するため、金属管および取付け 機器類に害を与えないし、これらのミネラルの投与を必要としない。 乱流状態で流れている水を膜の塩の通路へ導入することによって、濃度分極層 の厚さが減ると考えられる。これによって、汚れが甚だしく増すことなく流量が 増加する。更なる効果は、普通の塩に加えてミネラル類が膜を通過でき、その場 合、回収した水における普通の塩の量が容認できない水準まで増加しないことで ある。実験研究で判明したことは、圧力降下および乱流を変えることによって、 例えば板が障害部材を形成している場合にその各穴の大きさを変えることによっ て、様々な溶解固形物を制御可能な量で膜に通することができることである。し たがって、試験および実験によって、すなわち圧力降下および乱流を変えること によって、所定の量の溶解固形物を有する水を回収することができる。 更なる利点は、乱流水を膜に供給すると、膜の汚れが著しく減ることが実験研 究で示されたことである。 従来の逆浸透装置から出る塩水は海水より比重が大きく、したがって海へ還流 すると、沈降する。しかし、本発明による脱塩装置から出る塩水は、海へ戻すと 、最初は沈降しないで羽のように浮上する。この塩水は、気体が混入することが 分かり、その混入気体は酸素であることが分かった。さらに、回収した水には 酸素の気泡がある。 試験では、海水に溶解している酸素の量より、回収した水および塩水中の酸素 の方が多いことが示された。酸素の気泡は小さい。なぜなら、障害部材の下流で もかなりの圧力、例えば45〜50バールあるからである。乱流中のこれらの小さな 気泡が濃度分極層の厚さを減らす役目をしていると考えられる。これらの気泡は また、膜の汚れを防止する役割も果していると思われる。図面の簡単な説明 本発明をよりよく理解するため、またその実施方法を示すために、ここで一例 として添付図面を参照する。 第1A図および第1B図はともに、脱塩装置の一部を成す脱塩装置の軸方向断面を 構成する図であり、 第２図は、第1A図および第1B図と同じ面で取った断面図であり、装置の一方の 端部を拡大して示し、 第３図は円盤の立面図であり、 第４図は、第２図と同じ面で取った同じ縮尺の断面図であり、第1A図および第 1B図の装置の改造型を示し、 第5A図および第5B図は他の円盤を示し、 第６図は手動の水脱塩装置の概略断面図であり、 第７図はモータ駆動式脱塩装置を概略図であり、 第８図は他の脱塩装置の概略図であり、 第９図は水中用脱塩装置の概略図であり、 第10図は水脱塩装置の配置を示す線図であり、 第11図は水中用脱塩装置を示し、 第12A 図および第12B 図はともに、単一の外側ケーシング内にある脱塩装置を 示し、 第13図は浮動型脱塩装置を示し、 第14図はタンクおよびそれに関連した配管系統を示す。図面の詳細な説明 先ず、第1A図および第1B図を参照して、図示の脱塩装置は、全体を10で示し、 エンドキャップ14および16が相対する端部に支持された円筒形ケーシング12を有 している。中に溶解した固形物を含有する水のための入口管18がエンドキャップ 14を通り抜け、水をチャンバ20へ送り込む。管18は、水をおよそ50ないし65バー ルで送出することができるポンプ（第1A図には図示せず）の圧力側に連結されて いる。塩水出口管22がチャンバ24からエンドキャップ16を通っている。リップシ ール26および28がエンドキャップ14および16を取り囲み、キャップ14および16と ケーシング12との間を密封している。 参照番号30は逆浸透フィルタエレメント全体を示し、ぴったりとケーシング12 の中にはめ込まれている。エレメント30は、フィルタエレメント30の回収した水 の出口を形成する中央管34を含む中子構体32を有している。管34は、その中に複 数の穴36を有し、その一方の端部がエンドキャップ16を通り抜ける。管34の他方 の端部は、円盤40の形を成す支持板内にそれ用に設けられた盲ソケット38（第２ 図も参照）内に支持されている。円盤40およびキャップ14がチャンバ20の境界壁 を形成している。リップシール42が円盤40とケーシング12との間で円盤40を取り 囲んでいる。円盤40とフィルタエレメント30との間にはギャップ（第２図参照） がある。 フィルタエレメント30は、中子構体32に加えて、半透過膜を有し、この膜は中 子構造32へ巻き付けられている。この巻き付けられた膜が中子構体32とケーシン グ12の内面との間の全空間を埋めて、それと円盤40との間のギャップとは別に、 円盤40とチャンバ24との間の空間を埋めている。 本発明に使用するのに適した市販のフィルタエレメントの１つの形態は、Dow Chemical Companyの全持ち株子会社であるFilmtec Corporation により製造販売 されているものである。その製品は品名FT30を持っている。米国特許第 4277344 号には、逆浸透原理で作動する膜が詳細に説明されている。フィルタエレメント 30の膜の巻付けは複雑である。それは先ず、一連の平坦なポケットの形に形成さ れ、これらを次に中子構体32へ重なり合う関係で巻き付ける。 円盤40（第３図参照）はその中に８個一組の穴44.1、44.2他を有している。こ れらの穴は大きさが様々であり、実施例では、8.805mm 、9.185mm 、8.077mm 、 7.772mm 、7.675mm 、7.351mm 、7.094mm および7.881mm の穴が用いられてい る。円盤40の直径は約20cmであり、これはまた、ケーシング12の内径およびフィ ルタエレメント30の外径でもある。 円盤40の後ろで、これと巻き付けられた膜との間にはスパイダ46（第３図に概 略図示）があり、これは、中央ハブ、外側リング、ならびにそのハブおよびリン グの間へ延びる複数のスポークを有している。スパイダ46はFilmtec 社から入手 可能なフィルタエレメントの一部であり、一連のくさび形の開口部を画成してい る。各穴44.1、44.2はそれらの開口部の一つと一致し、各水流がそのフィルタエ レメントへ突き当たるようにする。 加圧された水が加圧状態の絞られた穴を通過すると、穴から出る水流は円錐形 に広がり、次いで穴から離れて、砕けて水滴になる。その穴と水流が破砕する点 との間の水流の円錐部分は、それ自体がその中に渦流および渦巻きを有する乱流 になっている。フィルタエレメント30は、それらの穴44.1他から出て来る水の流 れがフィルタエレメントへ当り、塩の通路へ流れ込んでから破砕して水滴の噴霧 になるように配置されている。図示の装置では、破砕は阻止されている、なぜな ら、水が流れ始めると直ちに円盤40とエレメント30との間のギャップが加圧され た水で満たされるからである。 本出願人は、上述の特定の圧力でフィルタエレメント30へ送り込まれた水は、 除去される溶解固形物が99.3% にならず、それより低い割合で除去されることを 発見した。50バールの入口圧で上述の円盤40の場合、本装置は、海水を脱塩して 、南アフリカ基準局仕様書241-1984に規定されている基準に合致する飲料水にす る。 約48.5バールないし49.5バールの範囲の圧力が、約50バールのチャンバ20内で 圧力を与えた穴44.1,44.2 他の下流で得られる。本出願人はさらに、円盤40全体 に非常に僅かな温度上昇を検知し、これは、乱流を流れへ導入した結果生じたも のと考えている。 第４図の構造は、円盤40の下流側において様々な圧力が円形配列の水流量制御 弁48を設定することによって達成される点で、第1A図、第1B図、第２図および第 ３図の構造とは異なる。これらの弁48は、それらの有効流れ面積を変化させるシ ャッタまたはダイアフラムを含み、ともに、乱流を導入して圧力降下を生じさ せる障害部材を構成している。それぞれの弁48は、それへ通じる制御用ケーブル 50を有し、それぞれの弁48は管52の中にある。これらの管52は互いに同じ直径で あり、円盤40を通り抜けている。弁48は電動であり、それらの開く度合いはプロ グラム式制御装置により制御することができる。各弁48を設定することによって 、それぞれの管52の出口での圧力が決まる。制御装置によって圧力を変化させる と、回収した水における溶解固形物を所望に変えることができる。これらの弁は 円盤40の裏へ示されているが、使用可能な構造では、円盤内にあって、円盤40の 穴からの各出口に隣接することになる。 第３図の円盤40は、円形配列に配設された穴をその中に有している。第5A図で は、各穴は円盤と同心の螺旋配列になっている。この螺旋は、フィルタエレメン ト30が巻かれるのと同じ方向に巻いている。第5B図では、穴は多数の放射線上に 配設されている。第5A図および第5B図に穴は第３図に示すものより小さく、数も 多い。 ここで第６図を参照すると、図示の手動式水脱塩装置54は円筒形ケーシング56 を有し、これは、上述の第1A図および第1B図に30で示したような市販のフィルタ エレメント58をその中に有している。シール60がフィルタエレメント58を取り囲 んで、ケーシング56とフィルタエレメント58との間の漏水を防止している。フィ ルタエレメント58の一方の端面に隣接して、円盤62がある。円盤62とケーシング 56との間にはシール64がある。円盤62の左方への移動が止め輪66によって防止さ れる。 円盤62内の穴は図示しない。円盤62とフィルタエレメント58との間にはギャッ プがある。 フィルタエレメント58の他方の端部に隣接してエンドキャップ68があり、これ は、その中を通る中心ねじ穴70と、穴70の片側に補助穴72とを有している。 フィルタエレメント58は、その巻き付けた膜から反対方向に突出した中央管74 を有するように図示されている。管74の一方の端部は円盤62の盲逃げ穴76内に着 座して、管74の他方の端部はエンドキャップ68の穴70に入っている。穴72は、エ ンドキャップ68とフィルタエレメント58の隣接する端部との間にある78で示すチ ャンバに連絡している。 フィルタエレメント58、円盤62およびエンドキャップ68は第1A図および第1B図 に図示した通りであり、したがってこれらの構成要素が脱塩装置10を構成してい る。 円盤62の左へ、ケーシング56はピストン80用の胴部を形成している。ピストン 80はロッド82を含み、これは、ケーシング56から84で示す密閉構体を通して出て いる。スパイダ86が密閉構体84を定位置に保っている。 ２つのリップシール88および90と、Ｏリング92とがピストン80を取り囲んでい る。 作動用ハンドル94がロッド82に対して滑り継手（図示せず）によって連結され ている。回動自在にハンドル94がエンドプレート98へ連結され、これは、ケーシ ング56のフランジ100へそれ自体保持されている。ハンドル94を振動させること によって、ピストン80をその胴部内で前進行程および戻り行程を繰り返すことが できる。 穴72は管102 によってチャンバ104 へ連結され、これは、ロッド82および密閉 構体84を取り囲んでいる。 一方向弁106 によって、円盤62とピストン80との間にあるチャンバ108 へ水が 入ることができる。弁106 は、ケーシング56の壁仕切りの開口部内に取り付けら れ、圧力逃がし口110 もケーシング56の壁仕切り内に設けられている。 出口管（図示せず）がねじ穴70へねじ込まれ、回収された飲料水が管74からこ の出口管へ流入する。 第６図に示す脱塩装置を使用する場合、ケーシング56は、脱塩すべき塩水すな わち塩分のある水に弁106 を沈めて固定する。ハンドル94の上端部をピストン80 をその戻り行程で動く図示の位置へ押し、もしくは引っ張る。ピストンが左へ動 くに従って、弁106 は開き、塩分のある水すなわち塩水がチャンバ108 へ引き込 まれる。ハンドル94を左へ押すと、ピストン80がその作動行程を開始し、円盤62 の方へ移動する。弁106 は、チャンバ108 の圧力が上昇するとすぐ閉じる。チャ ンバ108 の水は円盤62の穴を通り、フィルタエレメント58を通って、さらにフィ ルタエレメントから飲料水として管74を経由して、もしくは塩水として穴72およ び管102 を通って押し出される。ピストン80は、リップシール90が弁106 を通り 過ぎるまで、右へ動き続ける。 ハンドル94の数行程後に、圧力が管102 内で増大し、したがってチャンバ104 内でも増大する。ピストン80の前進行程は結局、管102 およびチャンバ104 内の 圧力に支援される。ピストン80がその行程の前進端に到達すると、リップシール 88が移動して圧力逃がし口110 を通り過ぎ、チャンバ104 内の圧力が降下する。 したがって、ピストン80の戻り行程がチャンバ104 内の圧力によって妨げられる ことはない。 水をフィルタエレメント58へ押し込み、この水を飲料水の流れおよび塩水の流 れに分離するのに必要な圧力は、15ないし25バールの程度（塩分のある水の場合 ）および50ないし60バールの程度（海水の場合）である。所要の圧力は水の溶解 固形物の量によって変化する。フィルタエレメント58における圧力損失は比較的 小さく、管102 内の塩水の圧力は、水がフィルタエレメント58へ入る位置の圧力 の75% ないし85% にすることができる。この過剰な圧力は、そうしなければ損失 となるであろうが、上述のように用いて、ポンプの作動を助ける。 さて、第７図に移り、図示の脱塩装置はケーシング112 を有し、これは垂直に 配設されている。ケーシングの両端部は、エンドキャップ114 および116 によっ て密閉されて、エンドキャップ114 および116 とケーシング112 との間には密封 用リング（図示せず）がある。キャップ114 の直下にはチャンバ118 と円盤120 がある。円盤120 より下にはフィルタエレメント122 がある。円盤120 とフィル タエレメント122 との間にはギャップ124 がある。 フィルタエレメント122 は中央管126 を有している。管126 の上端部は円盤12 0 に位置決し、管126 の下端部はエンドキャップ116 に位置している。入口管12 8 がチャンバ118 の中へ通っている。塩水出口管130 はエンドキャップ116 の中 を通り、飲料水出口管132 はエンドキャップ114 の中を通り、管126 の上端部へ 連結されている。円盤120 は、例えば第３図、第5A図もしくは第5B図に示す構成 のものである。説明した各構成要素で脱塩装置10が構成されている。 垂直に配設されているグランフォス型のポンプ134 は、その吸引入口132 がフ ィルタ138 を通して池、もしくは他の脱塩する水の源へ接続されている。管128 はポンプ134 の圧力出口へ連結されて、管128 には制御弁140 がある。 管130 はＴ型部品142 および制御弁144 を経由してペルトン水車146 へ連結さ れている。Ｔ型部品の他方の突出部は制御弁148 を経由して廃棄出口150 へ連結 されて、そこから塩水が排出される。ペルトン水車146 の出口側も排出する。 ポンプ134 のモータを152 で示す。その電源には、いくつかの方法として、22 0 ボルト電源への直接接続、またはソーラパネル154 、電池156 およびインバー タ158 への接続を含めることができる。モータ152 を駆動する速度を可変とする ための制御装置160 が電源回路内に設けられている。 ペルトン水車の中心シャフトはモータ152 の駆動シャフトに連結されている。 第６図を参照して上述したように、フィルタエレメント122 内で圧力降下がある が、フィルタエレメント122 から出る塩水はまだかなりの圧力状態にある。塩水 の一部もしくは全部を圧力をかけてペルトン水車へ送り込むことによって、モー タ152 の電力必要量を、そうしなければ損失となるであろう圧力エネルギーの一 部を用いることによって、減らすことができる。 第８図では、第７図のものに類似した装置を示し、同様の構成要素は同様の参 照番号で示す。この形態では、被脱塩水はケーシング112 の頂部でなく底部に入 り、ポンプおよびモータ（162 および164 でそれぞれ示す）は一体化されていな い。その代わり、これらは、並んで自身のベースプレート166 および168 によっ て装着されている。112 で示すケーシングへの圧力入口は管128 を経由している 。脱塩された水は管132 から出て、また塩水は管130 から出る。 ペルトン水車146 はポンプ162 の駆動の助ける。 第９図に示す脱塩装置は垂直の主ケーシング170 を有し、これは、内部に塩水 を溜める鑿井の底、もしくは海水を溜める貯水池の底に置かれる。ポンプを172 で示し、そのポンプを駆動するモータを174 で示す。このポンプの圧力側がチャ ンバ176 へ連結され、チャンバ176 の上端部は円盤178 によって構成されている 。円盤178 より上にフィルタエレメント180 がある。 フィルタエレメント180 より上にはエンドキャップ182 があり、これは、それ 自体とフィルタエレメント180 との間のチャンバを画成している。フィルタエレ メント180 から出る塩水はこのチャンバへ入り、回収された水はフィルタエレメ ント180 から管184 を通して出る。 ケーシング170 上のエンドキャップ182 より上にペルトン水車186 が装着され ている。 エンドキャップ182 とフィルタエレメント180 の間のチャンバは管188 によっ てペルトン水車へ連結されている。このチャンバにはかなりの圧力があることが 解ろう。このチャンバへ加圧されてフィルタエレメント180 から入り込む塩水は 管188 およびペルトン水車186 から190 で示す排出管へ送られる。ペルトン水車 186 はポンプ（図示せず）を駆動する。このポンプは、ペルトン水車186 と軸が 一致し、管184 がこのポンプへ連結されている。ペルトン水車により駆動される ポンプの目的は、回収した水を中空の柱192 を通して（ケーシング170 が鑿井内 にある場合）地面の高さまで、もしくは貯水池の表面（ケーシング170 が塩水貯 水池に沈められている場合）まで揚水することにある。 モータ174 は、電池192 を充電するのに用いられるソーラパネル列194 から給 電される。220 ボルト給電装置を198 で示す。これは減電圧変圧整流器200 へ接 続されている。これはまた、制御装置202 にも接続されて、制御装置を通して電 力がモータ 174へ供給される。パネル194 および整流器200 は電池196 へ充電す る機能を有する。電池196 からの出力はインバータ204 を通して供給され、イン バータは、電池の12ボルト直流出力を220 ボルト交流に変換する。切換スイッチ 206 は、電池で得られる電力に応じて電力をインバータ204 から、もしくは給電 装置198 から取れるようにする。制御装置202 は、220 ボルト入力電圧を380 出 力電圧へ増圧してモータ174 へ供給する。 第９図の装置の利点は、回収した水だけが表層へ揚水されることである。 第 10図に示す装置は、フィルタエレメント210 をその中に備えたケーシング208 を 有している。被脱塩水用入口は212 で示し、塩水用出口は214 で示す。回収した 水の出口は216 で示す。フィルタエレメント210 の上流で圧力降下を生じ、フィ ルタエレメント210 に当る水の流れを作り出す手段は、第４図に示す形のままで 示す。 被脱塩水の供給部は218 で示し、海水貯水池もしくは塩分を含んだ水の水源に することができる。給水ポンプを220 で示し、これは、水を供給部218 から抽出 して、それを砂フィルタ222 およびディスクフィルタ224 へ送り込む。高圧ポン プを226 で示し、これの吸引側はフィルタ224 へ連結され、その圧力側は入口21 2 へ連結されている。 出口216 は容器228 へ連結され、この中で、回収された水が紫外線(UV)に当て られる。水のUVへの露光は水の浄化では標準的な工程である。容器228 からの出 口は貯水タンク230 へ通っている。 例えば、貯水槽に回収された水が充分あるため装置をある期間運転しない場合 、エレメント210 にバクテリアおよび藻類が発生する危険がある。これは単に、 エレメント210 に水を連続的に循環させることによって回避することができる。 この目的で、タンク230 をポンプ232 および弁234 を通して入口212 へ接続する ことができる。弁236 は弁234 が開くと閉じる。この回路を用いて、回収した水 を連続的にエレメント210 に循環させ、これによってバクテリアの成長を確実に 抑制することができる。ポンプ232 が生成する圧力が比較的低いので、「洗浄」 作用はあるが、圧力は、水を膜へ押し通しそこからタンク230 へ押しやるには不 充分である。洗浄目的で使用された水は排出される。 塩水出口214 はペルトン水車238 へ連結されて、フィルタエレメント210 の下 流の残圧を利用できる利点がある。このペルトン水車を用いて、回収水を揚水し 、または発電し、またはポンプ220 もしくは226 のいずれかの回転子の駆動を助 けることができる。 管内に取りつけられその管内で流れが発生するとこれを検知する流れスイッチ 240 と、流速を検知する流量計242 とを組み込むことができる。回収水の pH お よび導電率も測定（244 および246 で）することができる。得られたすべての情 報が主制御装置248 へ出力され、制御装置は、システム全体の制御を行なう。各 管を閉鎖することができるように各管に取り付けられた他の弁を、250、252、254、 256、258、260、262 および264 で示す。 ディスクフィルタ224 を逆洗浄するには、弁234 および250 を閉じ、弁236 お よび262 を開く。そこで、水をタンク230 からポンプ232 によって引き出し、開 いている弁236 へ送り込み、フィルタ224 の中へ逆方向に通して、開いている弁 262 を通して排出する。 タンク230 内の液面検知器266 を用いてタンクの満杯を判定することができ る。その結果の信号を用いて、水源218 からの水の引出しを停止し、ポンプ232 および弁234 を通る再循環を開始してバクテリアの繁殖を防止することができる 。 ペルトン水車268 のトルクは、トルク検知器270 を組み込むことによって制御 することができる。トルクが所定のレベルより大きくなると、弁256 を開いて、 塩水の一部がペルトン水車268 を迂回し、弁256 を通して直接排出される。 水のフィルタエレメント210 への流れを制御する各弁の設定は、パソコンで使 用される種類のキーパッド272 を用いて制御することができる。 第11図に示す装置は、第１図に示すような脱塩装置10を、池274 に垂直に立つ 垂直位置型として有する。同様の要素は同様の参照番号で示す。脱塩される水の 入口は18で示し、脱塩された水の出口は管34に連結された状態で示され、塩水の 出口は22で示す。 第11図では、ポンプを276 で示す。ポンプ276 は垂直作動のラム型ポンプであ り、その入口が上端部に、またその出口が下端部にある。出口管を278 で示し、 出口278 内には補助ポンプ280 がある。ポンプ280 のモータはソーラパネル282 へ接続されている。ポンプ280 の機能は、ラム型ポンプ276 を通して流れを開始 させることにある。この機能は、ラム型ポンプ276 を通して水を吸い上げ、この 水を出口管284 を通して排出することによってこれを行なう。 ポンプ276 は流量制御弁286 および288 を含み、一方はポンプの上端部にあり 、他方はポンプの下端部にある。ポンプ276 が始動すると、それで生ずるポンプ 276 を通る下方への流れによって弁286 が開位置へ吸引され、また弁288 は閉位 置へ押される。弁288 が閉じるので、衝撃波がポンプ276 の中を伝搬する。この 衝撃波によって、高圧状態にある水が一方向弁290 を通ってケーシング12の入口 18に押しさられる。入口18には別の一方向弁292 がある。 ダイアフラム294 が弁290 へ連結されている。弁290 が開くと、このダイアフ ラムは死点位置を通過する。圧力衝撃が消散すると、ダイアフラム294 が働いて 弁290 を再び閉鎖する。 弁286、288 はロッド296 によって連結され、したがって、揃って動く。ラム型 ポンプを通る流れが開始すると、ポンプ280 の給電を遮断して開状態のままに し、流れがその中を通れるようにすることができる。池の水の揚程（側壁298 と 底壁300 により画成される）によって、ポンプ276 は確実に反復運動を続けるこ とができる。 出口22における塩水の残圧を上述の目的のいずれかに用いることができる。 望ましくは、壁298 で池274 を海から分離する。上げ潮のとき、水が壁298 を 越えて流れ、池274 を満たす。これによって、必要な作動揚程がポンプ276 に与 えられる。潮が引き、水が池に入らなくなると、池の水位は、水がラム型ポンプ 276 および出口管 284を通して流れ出るにつれ、確実に低下する。 第12A 図および第12B 図に示す水中用脱塩装置は円筒形ケーシング302 を有し ている。そのケーシング内で、その一方の端部には、ポンプ306 を駆動する電動 モータ304 がある。ポンプ304 は、例えばピストンポンプ、斜板ポンプなどの適 切な種類のものにすることができる。ポンプ306 への塩水の入口は図示しないが 、ポンプの出口は308 で示す。出口308 は２つの分岐路310 および312 に分割さ れ、これらの２つの分岐路310 および312 内には弁314 および316 がある。分岐 路310 は、空洞部320 内に含まれているディスクフィルタ318 の中子へ通じてい る。円盤322 が空洞部320 の一方の境界を成し、円盤322 の他方の側にはフィル タエレメント324 がある。円盤322 は、第1A図、第1B図、第２図、第３図、また は第４図、または第5A図もしくは第5B図を参照して上述したものにすることがで きる。円盤322 内の穴は図示しない。 分岐路312 は直接、空洞部320 の中へ通じて、出口326 はフィルタ318 の中子 から円盤322 を通り抜ける。出口326 は、通常状態では閉じていない弁（図示せ ず）をその中に有する。 ディスクフィルタ318 は、弁314 を閉じ、弁316 および出口326 内の弁の両方 を開くことによって洗浄することができる。そこで、水が空洞部320 へ流入し、 空洞部320 から逆方向にディスクフィルタ318 を通り抜け、出口326 から流出し て、ディスクフィルタ318 に捕捉されていたどんな塵片も運び去る。 ケーシング302 内の回収水は装置321 内で紫外線にさらされる。 塩水は、上述のように、モータおよびポンプへ送り戻されて、その残圧を用い てモータ304 の所要電力量を低減することができるようにしている。 モータ304 への給電は、例えば第７図および第９図を参照して上述したように することができる。 第13図に示す浮動型脱塩装置は、ハウジング330 と、海床に固定した、もしく は海床上に単に置いたアンカブロック332 と、ハウジング330 をアンカブロック 332 へ連結するアンカケーブル334 とを有している。 水平の隔壁336 によって、障壁336 より上にある浮き空間338 を隔壁336 より 下にある取水チャンバ340 から分離している。ハウジング330 の各穴342 によっ て、海水が取水チャンバ340 へ入ることができる。 電動モータ344 が装着されて、その大部分はチャンバ340 内にあり、したがっ てチャンバ340 へ流れ込む海水によって冷却されるようになっている。モータ34 4 より上にはポンプ346 が装着され、これは、モータ344 によって駆動される。 水がポンプ346 によってフィルタ348 を通してチャンバ340 から汲み上げられる 。 ポンプ346 の圧力口は、全体を350 で示す配管によって第1A図および1B図に示 す方式の３台の装置10へ連結されている。３台の装置10がハウジング330 内に示 されているが、１台以上の適切な台数を用いることができる。 塩水がこれらの装置10から352 で示す配管を通して出て、354 で示す出口から 排出される。全体を356 で示す配管から回収された水が出て、紫外線装置358 を 通り抜けて出口360 へ達する。配管（図示せず）が出口360 から海岸へ走り、図 示の実施例では電線ケーブル（図示せず）が海岸から延びて、モータ344 へ給電 する。 ハウジング330 の上端部にはソーラパネル362 があり、これを用いて電灯およ び全体を364 で示す無線送信器へ電力を供給する。これらのものは、浮動式装置 により引き起こされる危険を通過する船舶へ警告する目的を持つ。 装置への電力供給を不要にして、モータ344 およびポンプ346 をなくすため、 ピストンポンプをケーシング330 およびアンカブロック332 の間に設けることが できる。さらに詳しく言うと、ロッド（図示せず）をハウジング330 から下方へ 延ばし、ピストンをその下端部に備えることができる。シリンダをアンカブロッ ク332 に取り付け、ピストンはシリンダ内に置く。ピストンおよびシリンダに よってポンプを構成し、ポンプは複動式もしくは単動式にすることができる。 ハウジング330 は、それを通るうねりの大きさに応じた距離を上下動すること は、解るであろう。ハウジング330 が上昇すると、このハウジングによって、ピ ストンロッドおよびピストンは、上昇をアンカブロックで阻止されているシリン ダに対して上昇する。シリンダの下部チャンバは、したがって、大きさが増大し 、逆止め弁を通して海水で満たすことができる。ハウジング330 が２つのうねり の谷へ下降するにつれ、ピストンによってケーシングが下に動いて上記の下部チ ャンバの容積が減少する。下部チャンバ内の増大する圧力の影響で別の一方向弁 が開き、海水が下部チャンバから配管系350 へ押し込まれる。所望の場合、ピス トンロッドを中空にすることができ、これによって下部チャンバから配管系350 への流路を形成することができる。 シリンダの上部チャンバは単に海へ開放することができる。しかし、これはま た、一方向入口弁および一方向出口弁を備え、ピストンがシリンダに対して下降 するときと、シリンダに対して上昇するときの両方に水が汲み上げられるように することが望ましい。 最後に第14図を参照すると、参照番号366 は垂直に長いタンクを示し、これは 、海水入口368 を有して、これを通して海水がタンクへ汲み入れられる。タンク はその上部が開いていて、空気口370 を設けている。第1A図および1B図に示す装 置へ水を送るポンプの吸込み口へ出口372 が連結される。第1A図および1B図の装 置からの回収水出口はタンク366 の入口372 へ連結されて、低濃度の溶解固形物 をそれ自体に含む水がタンク366 へ戻される。他の出口を374 で示し、これによ ってタンクを排水し、その中にある固形物を除去することができる。縦長の覗き 窓を376 で示す。 脱塩装置の始動時において、その一部を成すタンク366 は、その中に一定量の 回収水を有し、これは、結局は有することになる水量の約1/3 に等しい。海水は 入口368 から汲み入れられ、回収された水は入口372 を通して供給される。その 後、水は連続的にタンク366 から出口372 を通して吸い上げられる。入口368 を 通して入った海水は、出口372 を通してタンクを出る前に希釈される。回収水の 一部が再循環されるが、回収水のすべてが直ちに本装置から除去されるのではな く、回収水の合計除去量が増加し、望ましくない溶解固形物を水から確実に除去 するには低圧が必要であることが分かった。 実験研究によれば、低い溶解固形物含有率の回収水を入口372 を通して送り込 むことができるが、従来の脱塩装置を用いて、入口372 に連結された水源として 蒸留水と同じ質の水を供給することが望ましいことが分かった。 さらに、本発明の方法および装置によって生成される水に少量の塩水を、普通 の塩含有量を容認できないレベルまで増加させることなく、添加することができ ることも分かった。この方法は、例えば、充分な量の１種類のミネラルを水に残 そうとする条件を設定できない場合に、用いることができる。充分な量では存在 しないミネラルを塩水の添加により補うことは、したがって、必要なミネラルの バランスを達成するのに可能な方法である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．塩の通路を画成する逆浸透膜から成るフィルタエレメントと、被脱塩水を該 フィルタエレメントへ送るポンプと、該ポンプおよび前記フィルタエレントの間 の水の流路において乱流を流水へ導入し、障害部材全体にわたって圧力降下を生 じさせる障害部材とを含み、これによって、該障害部材の下流の水は、前記フィ ルタエレメントの前記塩の通路へ入るに従って、前記障害部材の上流の水より低 い圧力になり、その流れが前記障害部材の上流にあったより大きな乱流になるこ とを特徴とする逆浸透脱塩装置。 ２．請求の範囲第１項記載の装置において、前記障害部材は、その中に複数の穴 を有する板の形をとり、これによって前記流水が阻害され、多数の乱流水に分流 され、該分流のそれぞれが前記板の上流の水の圧力より低い圧力になることを特 徴とする逆浸透脱塩装置。 ３．請求の範囲第２項記載の装置において、一連の流量絞り弁が設けられ、個々 の水の流れを作り出す板の穴の流れ面積を変えることを特徴とする逆浸透脱塩装 置。 ４．請求の範囲第２項または第３項に記載され、円筒形ケーシングを含む脱塩装 置において、前記フィルタエレメントは前記ケーシング内にあり、前記塩の通路 の入口が該フィルタエレメントの一方の端部にあるように組み立てられ、円盤が 前記板を構成し、該円盤は、前記ケーシングの一方の端部と前記フィルタエレメ ントとの間にあり、該フィルタエレメントの前記一方の端部から、および前記ケ ーシングの前記一方の端部で脱塩される水の出口から離隔され、使用状態で前記 ケーシングへ前記入口から入る水が前記円盤の穴を流れ通り、複数の分水流に分 割され、前記フィルタエレメントの前記一方の端部に当たることを特徴とする脱 塩装置。 ５．請求の範囲第２項または第３項に記載だれ、円筒形ケーシングを含む脱塩装 置において、前記フィルタエレメントは前記ケーシング内にあり、前記塩の通路 の入口が該フィルタエレメントの一方の端部にあるように組み立てられ、円盤が 前記板を構成し、該円盤は、前記ケーシングの一方の端部と前記フィルタエレメ ントとの間にあり、該フィルタエレメントの前記一方の端部から離隔し、前記シ リンダ内には、ポンプおよび該ポンプを駆動するモータがあり、該ポンプは、前 記円盤と前記ケーシングの前記一方の端部との間にあり、被脱塩水を前記円盤の 穴を通して送り、これを複数の分水流に分割し、該分水流が前記フィルタエレメ ントの前記一方の端部に当たるように機能することを特徴とする脱塩装置。 ６．請求の範囲第５項に記載され、固形物質を被脱塩水から除去するフィルタを 含む脱塩装置において、前記フィルタは、前記ポンプと前記円盤との間にあるこ とを特徴とする脱塩装置。 ７．請求の範囲第６項記載の脱塩装置において、前記ポンプは、２つの分路を備 えた出口を有し、第１の分路は前記フィルタを通して、一方の境界が前記円盤に より構成されるチャンンバへ通じ、水が通常、前記一方の分路を流れ通り、前記 フィルタを通って前記チャンバへ、次いで前記円盤の穴を通り抜け、他方の分路 は、前記フィルタを迂回して直接、前記チャンバへ通り、前記フィルタの中子と 連絡している通常は閉鎖されている出口があり、該出口は、開くと、逆洗浄水を 前記チャンバから前記フィルタへ逆方向に流入させ、前記出口から流出させるこ とを特徴とする脱塩装置。 ８．請求の範囲第２項、第３項または第４項に記載され、ハウジングを浮動可能 にする少なくとも１つの浮き空間を備えたハウジングを含む脱塩装置において、 前記フィルタエレメントおよび円盤をその中に有する前記円筒形ケーシングは、 前記ハウジング内にあり、使用中は前記ポンプが海水を圧力をかけて前記ケーシ ングへ送出することを特徴とする脱塩装置。 ９．請求の範囲第８項記載の脱塩装置において、前記ハウジングは垂直に長く、 該ハウジングは水平隔壁を有し、該水平隔壁は、該隔壁より下の取水チャンバを 該隔壁より上の浮き空間から隔絶し、前記ハウジングはその中に穴を有して海水 を前記取水チャンバへ流入させ、使用中、前記ポンプは、海水を前記チャンバか ら引き出して、これを前記ケーシングの前記浮き空間内へ送出することを特徴と する脱塩装置。 10．請求の範囲第４項ないし第９項のいずれかに記載の脱塩装置において、該装 置は、回収した水を紫外線に当てる手段を含むことを特徴とする脱塩装置。 11．請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の脱塩装置において、前記 ポンプはラム型ポンプであることを特徴とする脱塩装置。 12．請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の脱塩装置において、前記 ポンプは、水を加圧状態で前記フィルタエレメントへ送出する手動操作式ピスト ンポンプであることを特徴とする脱塩装置。 13．請求の範囲第１項ないし第12項のいずれかに記載の脱塩装置において、該装 置は、前記塩の通路から出る塩水から得られる圧力主体のエネルギーを利用して 前記ポンプの動力源を補助する手段を含むことを特徴とする脱塩装置。 14．請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項に記載の脱塩装置において 、該装置は、中を回収した水が前記フィルタエレメントから流れる出口と、自身 の吸込み口が前記回収水用出口へ連結された補助ポンプと、該補助ポンプから上 方へ延びて該補助ポンプの圧力出口へ連結された中空の柱と、前記フィルタエレ メントからの塩水用出口と、該塩水出口へ連結された駆動用モータとを含み、使 用中は加圧状態にある塩水が前記モータへ流入し、これを駆動させ、該モータは 、前記補助ポンプへ連結されて該補助ポンプを駆動することを特徴とする脱塩装 置。 15．請求の範囲第14項記載の脱塩装置において、前記駆動モータはペルトン水車 であることを特徴とする脱塩装置。 16．塩の通路を画成する逆浸透膜から成るフィルタエレメントへ被脱塩水を送り 、該フィルタエレメントへ流れる水に圧力降下を生じさせ、同時に乱流を該水の 流れに導入し、該乱流水を低圧で前記フィルタエレメントの塩の通路へ送り込む ことを特徴とする水の脱塩方法。 17．請求の範囲第16項記載の方法において、前記障害部材によって前記水を複数 の円錐形の分水流に分割し、該障害部材は、圧力を降下させ、乱流を導入し、そ れぞれの乱流の流れを前記フィルタエレメントに当てることを特徴とする脱塩方 法。 18．請求の範囲第16項または第17項に記載の方法において、海水を逆浸透膜を通 して送って、実質的に溶解固形物のない補給水を生成し、この水を海水と混合し 、希釈海水を前記フィルタエレメントへ送出することを特徴とする脱塩方 法。 19．請求の範囲第16項、第17項または第18項に記載の方法において、ある量の塩 水を前記脱塩回収した水に加えて該回収水のミネラルのバランスを変えることを 特徴とする脱塩方法。 20．請求の範囲第16項ないし第19項のいずれかに記載の方法において、前記水は 、最初は50ないし65バールの圧力にあり、圧力降下は1.5 ないし2.0 バールであ ることを特徴とする脱塩方法。