JP2004335312A

JP2004335312A - 海水淡水化設備における濃縮海水を利用した発電方法及び装置

Info

Publication number: JP2004335312A
Application number: JP2003130617A
Authority: JP
Inventors: Sachihiro Mori; 祥宏森
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】海水淡水化設備で生成される濃縮海水をエネルギー的に有効利用するようにする。
【解決手段】海水淡水化設備１の濃縮海水排出管７を濃淡電池８の濃縮海水供給用マニホールド１８に接続する。海水淡水化設備１の海水導入管３より分岐させた海水供給管３ａを濃淡電池８の海水供給用マニホールド２０に接続する。濃淡電池８の交互に並べてある陽イオン交換膜１０と陰イオン交換膜１１の間に、濃縮海水６と海水２を交互に流すことにより発電を行わせるようにする。これにより濃縮海水６の化学エネルギーを電気エネルギーに変換してエネルギーの有効利用を図るようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は海水淡水化設備で生成される塩分濃度の高い濃縮海水を有効利用するための濃縮海水を利用した発電方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海より採取した海水（自然海水）を原料として淡水を作り出すようにする海水淡水化設備は、海水を蒸発させて塩を取り除く操作で淡水を作り出すようにする蒸留法や、海水と淡水との間を堰で仕切り、加圧して海水側から浸透させる操作で淡水を作り出すようにする逆浸透法等により海水を淡水化させるもので、従来より知られているものである。
【０００３】
かかる海水を原料として蒸留や逆浸透等の操作を行い淡水を作り出す海水淡水化設備１は、図４に概略を示す如く、海水２を導入させる海水導入管３と、作り出された淡水４を取り出す淡水取出管５とを備えた構成としてあり、更に、淡水４を作り出すことに伴い副産物として海水よりも塩分濃度の高い濃縮海水６を生成しているので、この濃縮海水６を排出する濃縮海水排出管７を備えた構成としてある。
【０００４】
これまでの海水淡水化設備１では、生成された濃縮海水６を廃棄しないで利用するものとして、濃縮海水６を電解槽に導き、該電解槽で電気分解をして次亜塩素酸ソーダを生成させるようにしたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、ほとんどの場合は、上記海水淡水化設備１で生成される濃縮海水６を有効利用することなく濃縮海水排出管７よりそのまま海洋へ放流させているのが実状であった。
【０００６】
そのため、塩分濃度の高い濃縮海水と自然海水との塩分濃度差による周囲環境への影響が大きいことが懸念されていた。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５４−６８９８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献１に示されているものは、海水淡水化設備で生成される濃縮海水を、そのまま廃棄することなく利用するものではあるが、塩分濃度の高い濃縮海水をエネルギー的に有効利用するものではない。
【０００９】
そこで、本発明は、海水淡水化設備で生成される塩分濃度の高い濃縮海水をエネルギー的に有効利用するために、該濃縮海水の有する化学エネルギーを電気エネルギーに交換させるようにする濃縮海水を利用した発電方法及び装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、海水淡水化設備で淡水を作るときに生成される塩分濃度の高い濃縮海水を、濃淡電池に供給し、この際、濃淡電池の交互に並べられている陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間に、海水と濃縮海水を交互に流すようにして、該濃淡電池で海水と濃縮海水との塩分濃度差を利用して発電させるようにする発電方法及び装置とする。
【００１１】
海水淡水化設備で生成される濃縮海水を海水とともに濃淡電池に通すことにより発電を行うことができ、これまで未利用であった濃縮海水の化学エネルギーを電気エネルギーに変換してエネルギーの有効利用を図ることができる。又、このとき濃縮海水を海水で希釈することができて、濃縮海水と海水との濃度差を小さくして海に放流することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の海水淡水化設備における濃縮海水を利用した発電装置の実施の一形態の概要を示すもので、図４に示した海水淡水化設備１と同様に、海水導入管３と淡水取出管５と濃縮海水排出管７を備えて、海水導入管３から導入される海水２を海水淡水化設備１にて淡水化し、そのとき生成された塩分濃度の高い濃縮海水６を濃縮海水排出管７より排出させるようにしてある構成において、上記海水２と濃縮海水６との塩分濃度差を利用した濃淡電池８を設置し、該濃淡電池８の入口側に、濃縮海水排出管７と、海水導入管３より分岐させた海水供給管３ａとを接続する。又、濃淡電池８の出口側に海水排出管９を接続して、海水２で希釈して海水２との塩分濃度差を小さくした濃縮海水６を海へ放流させるようにする。
【００１４】
濃淡電池８は、図３に基本原理を示す如く、陽イオン交換膜１０と陰イオン交換膜１１を交互に配置して、その間に海水２と濃縮海水６を交互に流すときの仕切りとしてなるセルと、該セルを両端から挟むように配置してある陽極１２及び陰極１３とからなる構成のものであり、陽イオン交換膜１０と陰イオン交換膜１１との間に海水２と濃縮海水６を交互に流すと、濃縮海水６からＮａイオンが陽イオン交換膜１０を通って海水２中浸透し、又、塩化物イオンが陰イオン交換膜１１を通って海水２中に浸透することにより電極１２，１３間に起電力を発生させるようにしたものである。
【００１５】
図２（イ）（ロ）（ハ）は、図１の海水淡水化設備に組み込んだ濃淡電池８の一例を示すもので、周辺部の板厚を厚くしたセパレータとして機能する陽イオン交換膜１０と、同じく周辺部の板厚を厚くしたセパレータとして機能する陰イオン交換膜１１とを、図に示す基本原理と同様に、交互に並べたセルＣを積層するようにしてスタックとし、該スタックの周辺部をシールし、周辺部を除く中央部の各段のイオン交換膜１０，１１の間に、海水２と濃縮海水６が交互に流れるような通路１６，１７を形成させるようにする。上記スタックの両端には、陽極１２を内側に取り付けたホルダー１４と陰極１３を内側に取り付けたホルダー１５を配置して、該陽極１２のホルダー１４と陰極１３のホルダー１５でスタックを挟むようにする。又、上記各セルＣの周辺部の一側とその対向側には、濃縮海水６を給排するための濃縮海水供給用マニホールド１８と濃縮海水排出用マニホールド１９を設け、該給排用のマニホールド１８，１９と濃縮海水６を流す通路１６とを連通路１６ａにより連通させて、濃縮海水６が供給用マニホールド１８から各段の通路１６を流れて排出用マニホールド１９へ導かれるようにする。更に、上記各セルＣの周辺部の別の一側とその対向側には、海水２を給排するための海水供給用マニホールド２０と海水排出用マニホールド２１を設けて、該給排用のマニホールド２０，２１と海水２を流す通路１７とを連通路１７ａにより連通させ、海水２が供給用マニホールド２０から各段の海水通路１７を流れて排出用マニホールド２１へ導かれるようにする。
【００１６】
上記構成としてある濃淡電池８の濃縮海水供給用マニホールド１８には、図１に示す濃縮海水排出管７を接続して、海水淡水化設備１で生成される濃縮海水６を濃淡電池８の通路１６に流すようにし、更に、海水導入管３より分岐させた海水供給管３ａを濃淡電池８の海水供給用マニホールド２０に接続して、海水２を濃淡電池８の海水通路１７に流すようにし、濃縮海水６と海水２の塩分濃度差を利用して電気を発生させるようにする。
【００１７】
なお、濃淡電池８の濃縮海水排出用マニホールド１９と海水排出用マニホールド２１から排出される濃縮海水６と海水２は合流させて海水排出管９により海へ放流させるようにする。
【００１８】
上記構成としてあるので、海水淡水化設備１で海水から淡水を作り出すときに副産物として生成された濃縮海水６と海から採取した海水２とを濃淡電池８に供給し、濃縮海水６と海水２との濃度差を利用して発電させ、同時に濃縮海水６の濃度を下げるようにする。
【００１９】
この場合は、濃縮海水６を濃縮海水排出管７に導いて、ここから濃淡電池８の濃縮海水供給用マニホールド１８に供給するようにする。一方、海水導入管３に分岐接続した海水供給管３ａに導いた海水２を、濃淡電池８の海水供給用マニホールド２０に供給するようにする。
【００２０】
上記濃淡電池８の濃縮海水供給用マニホールド１８に供給された濃縮海水６は、各層のイオン交換膜１０，１１で仕切られた通路１６に入り、該通路１６を通って反対側の濃縮海水排出用マニホールド１９に達し、ここから排出される。一方、濃淡電池８の海水供給用マニホールド２０へ供給された海水２は、上記濃縮海水６の通路１６と交互に形成されている通路１７に入り、該通路１７を通って反対側の海水排出用マニホールド２１に達し、ここから排出される。この間、陽イオン交換膜１０及び陰イオン交換膜１１と、これらイオン交換膜１０，１１の間を交互に流れる濃縮海水６と海水２の塩分濃度差とを利用した発電、すなわち、イオン交換膜１０，１１の間に濃縮海水６と海水２を交互に流すことにより、塩分濃度の高い濃縮海水６の方からＮａイオン、塩化物イオンがそれぞれ逆向きに拡散して海水２に浸透することによって陽極１２と陰極１３の両極間に起電力が発生する。又、上記発電の際に濃縮海水中の電解質が海水２へ移動することから、濃縮海水６の塩分濃度は低くなり、海水２の塩分濃度が高くなって、塩分濃度が互に近づく。これにより、濃縮海水６と海水２との濃度差を小さくして海へ放流させることができ、周囲環境への影響を小さくすることができる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施の形態のものに限定されるものではなく、たとえば、濃淡電池８としては、濃縮海水６と海水２をイオン交換膜１０，１１間に交互に流す際に直交する方向へ流すようにした直交流方式のものを示したが、濃縮海水供給用マニホールド１８と海水供給用マニホールド２０とを片側に設けると共に、その反対側に、濃縮海水排出用マニホールド１９と海水排出用マニホールド２１とを設けて、濃縮海水６と海水２が並行して流れる並行流方式としてもよく、又、片側に、濃縮海水供給用マニホールド１８と海水排出用マニホールド２１を設けると共に、その反対側に、濃縮海水排出用マニホールド１９と海水供給用マニホールド２０とを設けて、濃縮海水６と海水２が対向して流れるようにする向流方式としてもよい。更に、内部マニホールド方式としたものを示しているが、外部マニホールド方式としてもよい。更に又、イオン交換膜１０，１１を並べてなるセルの積層段数は任意であり、又、上記各マニホールド１８，１９，２０，２１の数も任意である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の海水淡水化設備における濃縮海水を利用した発電方法及び装置によれば、海水淡水化設備で淡水を作るときに生成される塩分濃度の高い濃縮海水を、濃淡電池に供給し、この際、濃淡電池の交互に並べられている陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間に、海水と濃縮海水を交互に流すようにして、該濃淡電池で海水と濃縮海水との塩分濃度差を利用して発電させるようにする発電方法及び装置としてあるので、次のような優れた効果を奏し得る。
（１）海水淡水化設備で生成される濃縮海水を海水と共に濃淡電池に通すことにより発電を行うことができ、これにより、これまで有効利用が図られていなかった濃縮海水の化学エネルギーを電気エネルギーに変換してエネルギーの有効利用を図ることができる。
（２）これまで海へ放流していた濃縮海水を濃淡電池に通すことにより、濃縮海水を海水で希釈することができて、濃縮海水と海水との濃度差を小さくして海へ放流することができ、塩分濃度差による周囲環境への影響を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】本発明に用いる濃淡電池の一例を示すもので、（イ）は切断斜視図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ矢視図、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】濃淡電池の基本原理を示す図である。
【図４】従来の海水淡水化設備の概要図である。
【符号の説明】
１海水淡水化設備
２海水
３海水導入管
３ａ海水供給管
６濃縮海水
７濃縮海水排出管
８濃淡電池
１０陽イオン交換膜
１１陰イオン交換膜
１２陽極
１３陰極
１６通路
１７通路
１８濃縮海水供給用マニホールド
１９濃縮海水排出用マニホールド
２０海水供給用マニホールド
２１海水排出用マニホールド

Claims

海水淡水化設備で淡水を作るときに生成される塩分濃度の高い濃縮海水を、濃淡電池に供給し、該濃淡電池で海水と上記濃縮海水との塩分濃度差を利用して発電させるようにすることを特徴とする海水淡水化設備における濃縮海水を利用した発電方法。
濃淡電池の交互に並べられている陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間に、海水と濃縮海水を交互に流すようにする請求項１記載の海水淡水化設備における濃縮海水を利用した発電方法。
海水淡水化設備に備えられた海水よりも塩分濃度の高い濃縮海水の排出管を、濃淡電池の濃縮海水供給用マニホールドに接続すると共に、濃淡電池の海水供給用マニホールドに海水供給管を接続し、濃淡電池の交互に並べられている陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間に、上記海水と濃縮海水を交互に流して各々の排出用マニホールドから排出させるようにしたことを特徴とする海水淡水化設備における濃縮海水を利用した発電装置。