JP2010000418A - 海水の淡水化装置及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】海水を効率良く淡水化する。
【解決手段】淡水化装置１の装置本体１０内の流路１１を第１フィルタ４１によって第１領域１３と第２領域１４に仕切る。第１領域１３に設けた第１電極３１と第２領域１４に設けた第２電極３２を対向させ、第１領域１３の下流側部に設けた第３電極３３と第２領域１４の下流側部に設けた第４電極３４を対向させる。第１電極３１と第３電極３３を直流電源２０で繋ぎ、第２電極３２と第４電極３４を短絡線２２で繋ぐ。海水に活性炭粉末９２を混合して流路１１に流す。
【選択図】図１

Description

この発明は、海水を淡水化する装置及びシステムに関する。

例えば特許文献１では、ペースト状の活性炭を含む電気二重層キャパシタを食塩水に漬け、電気二重層キャパシタに電界を印可し、ペースト状活性炭に食塩水のナトリウムイオンと塩素イオンを吸着させ、低濃度の食塩水（淡水）を取り出している。
特開２００３−２８５０６６号公報

上掲特許文献１の淡水化装置は、バッチ式であるため、効率が上がらず、淡水の生産量が悪い。
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、海水を効率良く淡水化することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る淡水化装置は、
海水に活性炭粉末を混合して流す流路を有する装置本体と、
前記流路を互いに並行する第１、第２の領域に仕切るようにして前記装置本体に収容され、海水の透過を許容し活性炭粉末の透過を阻止する第１フィルタと、
前記第１領域に設けられた第１電極と、
前記第１フィルタを挟んで前記第１電極と対向するようにして前記第２領域に設けられた第２電極と、
海水が電気分解されない範囲で前記第１電極を前記第２電極より高電位にする直流電源と、
前記第１電極及び第２電極より下流側の前記流路に連なる第１取り出し口と、
前記第１取り出し口に設けられ、海水の透過を許容し活性炭粉末の透過を阻止する第２フィルタと、
を備えたことを特徴とする。
この特徴構成によれば、第１電極で活性炭粉末がプラス帯電し、この活性炭粉末に第１領域の海水中の塩素イオンが吸着する。さらに、第２領域の海水中の塩素イオンが、第１フィルタを透過し、前記プラス帯電した活性炭粉末に吸着する。また、第２電極で活性炭粉末がマイナス帯電し、この活性炭粉末に第２領域の海水中のナトリウムイオンが吸着する。さらに、第１領域の海水中のナトリウムイオンが、第１フィルタを透過し、前記マイナス帯電した活性炭粉末に吸着する。これにより、海水を効率よく淡水化できる。ここで、海水中には、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）、塩素イオン（Ｃｌ⁻）だけでなく、マグネシウムイオン（Ｍｇ^＋）や硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）等も存在しており、それらの他のイオンもナトリウムイオンや塩素イオンと同様な挙動をする。

前記第１取り出し口が前記流路の中間部に配置され、前記第１フィルタひいては前記第１、第２領域が前記流路の前記中間部より下流側に延びており、
前記第１取り出し口より下流側の第１領域に設けられた第３電極と、
前記第１フィルタを挟んで前記第３電極と対向するようにして前記第１取り出し口より下流側の第２領域に設けられた第４電極と、
を更に備え、前記第３電極から電流の流出が起き、前記第４電極への電流の流入が起きるよう配線することが好ましい。
前記第３、第４電極間には第３電極が第４電極に対して高位の起電力が生じる。このとき、第３電極から流出する電流が存在し、第４電極へ流入する電流が存在することで、第３電極では活性炭粉末から塩素イオンを離脱させることができ、第４電極では活性炭粉末からナトリウムイオンを離脱させることができる。

前記第３電極から電流を流出させ、かつ前記第４電極へ電流を流入させるためは、前記第３電極と第４電極を短絡させた配線構造でもよいが、好ましくは以下の配線構造を採る。
すなわち、前記直流電源の正極が、前記第１電極に接続され、前記直流電源の負極が、前記第３電極に接続され、前記第２電極と前記第４電極が短絡されているか、又は前記直流電源の正極が、前記第４電極に接続され、前記直流電源の負極が、前記第２電極に接続され、前記第１電極と前記第３電極が短絡されていることが好ましい。
これによって、第３電極から電流が流出し、第４電極へ電流が流入するようにできる。しかも、第３、第４電極間に生じる起電力の分だけ直流電源の電圧を低くできる。これにより、電力効率を向上できる。

前記淡水化装置が、前記流路の下流端に連なる第２取り出し口と、
前記第２取り出し口に設けられ、海水の透過を許容し活性炭粉末の透過を阻止する第３フィルタと、
前記活性炭粉末を前記流路の下流端から上流端に戻す回収路と、
を更に備えていることが好ましい。
これにより、活性炭粉末を再利用できる。

前記第１電極が、海水及び活性炭粉末の透過を許容することが好ましい。これにより、活性炭粉末の第１電極への接触頻度を高めることができ、活性炭粉末のプラス帯電や塩素イオンの吸着を効率よく起こさせることができる。
前記第２電極が、海水及び活性炭粉末の透過を許容することが好ましい。これにより、活性炭粉末の第２電極への接触頻度を高めることができ、活性炭粉末のマイナス帯電やナトリウムイオンの吸着を効率よく起こさせることができる。
前記第３電極が、海水及び活性炭粉末の透過を許容することが好ましい。これにより、塩素イオンを吸着した活性炭粉末の第３電極への接触頻度を高めることができ、正電荷の回収や塩素イオンの離脱を効率よく起こさせることができる。
前記第４電極が、海水及び活性炭粉末の透過を許容することが好ましい。これにより、ナトリウムイオンを吸着した活性炭粉末の第４電極への接触頻度を高めることができ、負電荷の回収やナトリウムイオンの離脱を効率よく起こさせることができる。

前記第１電極が、金属ウールで構成されていることが好ましい。これにより、海水及び活性炭粉末が第１電極を確実に透過するようにできる。
前記第２電極が、金属ウールで構成されていることが好ましい。これにより、海水及び活性炭粉末が第２電極を確実に透過するようにできる。
前記第３電極が、金属ウールで構成されていることが好ましい。これにより、海水及び活性炭粉末が第３電極を確実に透過するようにできる。
前記第４電極が、金属ウールで構成されていることが好ましい。これにより、海水及び活性炭粉末が第４電極を確実に透過するようにできる。

前記第１フィルタが絶縁体であることが好ましい。前記第１電極が、前記第１フィルタに接していることが好ましい。前記第２電極が、前記第１フィルタに接していることが好ましい。前記第３電極が、前記第１フィルタに接していることが好ましい。前記第４電極が、前記第１フィルタに接していることが好ましい。
これにより、塩素イオン又はナトリウムイオンが、第１フィルタを介して第１、第２領域間を移動する際の抵抗を小さくできる。

前記第１電極が、前記第１領域の流通断面の全体に充填されていることが好ましい。これにより、第１領域を通る海水と活性炭粉末の混合流体の全体が第１電極の内部を透過するようにでき、第１電極での反応を十分に確保できる。
前記第２電極が、前記第２領域の流通断面の全体に充填されていることが好ましい。これにより、第２領域を通る海水と活性炭粉末の混合流体の全体が第２電極の内部を透過するようにでき、第２電極での反応を十分に確保できる。
前記第３電極が、前記第１領域の流通断面の全体に充填されていることが好ましい。これにより、第１領域を通る海水と活性炭粉末の混合流体の全体が第３電極の内部を透過するようにでき、第３電極での反応を十分に確保できる。
前記第４電極が、前記第２領域の流通断面の全体に充填されていることが好ましい。これにより、第２領域を通る海水と活性炭粉末の混合流体の全体が第４電極の内部を透過するようにでき、第４電極での反応を十分に確保できる。

本発明に係る淡水化システムは、前記淡水化装置を複数段備え、前段の淡水化装置の第１取り出し口を後段の淡水化装置の流路の上流端に連ねたことを特徴とする。
この特徴構成によれば、海水を複数段の淡水化装置に順次通し、段ごとに淡水化を進めることにより、良質の淡水を得ることができる。
本淡水化装置の後段に逆浸透膜法の淡水化装置を設けてもよい。そのようにすると、本淡水化装置では海水中の食塩濃度を低減させることができ、海水の浸透圧を大幅に下げることができる。このため、後段の逆浸透膜法淡水化装置では加圧圧力が低くて済み、膜の耐久性や、加圧装置の簡易化に貢献できる。

本発明によれば、海水を効率よく淡水化できる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図３に示すように、海水淡水化システムＳは、複数段の海水淡水化装置１，１…を有している。これら淡水化装置１，１…は、直列に連結され、カスケードを構成している。

図１に示すように、各淡水化装置１は、装置本体１０と、直流電源２０と、電極３１〜３４とを備えている。

装置本体１０は、好ましくは耐塩水性を有する樹脂（絶縁体）で構成され、縦長の容器状になっている。図２に示すように、装置本体１０の断面は四角形になっているが、これに限定されるものではなく、円形断面や四角形以外の多角形断面になっていてもよい。

図１に示すように、装置本体１０の内部空間は、流路１１になっている。装置本体１０の長手方向の一端の壁（上流側の端壁、図１において上）には海水供給口１２が設けられている。図１及び図３に示すように、１段目の淡水化装置１の供給口１２には海水供給路５１が接続されている。海水が、供給路５１を通って供給口１２から流路１１内に供給されるようになっている。流路１１内の海水には活性炭粉末９２が混入されている。活性炭粉末９２の平均粒径は、例えば１０〜１０００μｍである。

装置本体１０の内部１１に第１フィルタ４１が設けられている。第１フィルタ４１は、例えばセルロースやテフロン（登録商標）等の樹脂（絶縁体）からなるフィルタで構成され、海水の透過を許容し、活性炭粉末の透過を阻止する。第１フィルタ４１の目の大きさは、例えば０．５〜５００μｍ程度の範囲で活性炭粉末９２の粒径より小さくなるように形成されている。第１フィルタ４１の厚さは、例えば１０〜５０μｍ程度である。
第１フィルタ４１として濾紙を用いてもよい。

第１フィルタ４１は、装置本体１０の長手方向（図１において上下）に延びている。図１に示すように、第１フィルタ４１の長手方向の両端部は、それぞれ装置本体１０の長手方向の同側の端壁に達しておらず、該端壁から少し離れている。図２に示すように、第１フィルタ４１の幅方向の両端部は、装置本体１０の周壁に達している。図１及び図２に示すように、第１フィルタ４１によって、流路１１が第１領域１３と第２領域１４に仕切られている。図１に示すように、第１、第２領域１３，１４は、互いに並行して装置本体１０の長手方向に延びている。

第１領域１３の中間部より上流側（図１において上）の部分に第１電極３１が収容されている。第１電極３１は、例えばステンレスウールで構成されている。第１電極３１の内部を海水だけでなく活性炭粉末９２も透過できるようになっている。図２に示すように、第１電極３１は、第１領域１３の流通断面の全体に充填されている。第１電極３１の周面は、第１フィルタ４１及び装置本体１０の内面にぴったり接している。

第２領域１４の中間部より上流側の部分に第２電極３２が収容されている。第２電極３２は、第１電極３１と同様に例えばステンレスウールで構成され、海水及び活性炭粉末９２の透過を許容する。第２電極３２は、第２領域１４の流通断面の全体に充填されている。第２電極３２の周面は、第１フィルタ４１及び装置本体１０の内面にぴったり接している。

第１電極３１と第２電極３２は、第１フィルタ４１を挟んで互いに対向している。

図１に示すように、装置本体１０の上流側の端壁と、電極３１，３２及び第１フィルタ４１の上流側の端部との間には、上流路部分１１ａが形成されている。上流路部分１１ａは、供給口１２に連なるとともに、第１領域１３と第２領域１４の上流端どうし間に跨り、各領域１３，１４に連通している。

第１フィルタ４１ひいては第１、第２領域１３，１４は、第１、第２電極３１，３２より下流側に延びている。
第１領域１３の第１電極３１より下流側（供給口１２とは反対側）の部分には、第３電極３３が配置されている。第３電極３３は、例えばステンレスウールで構成され、海水及び活性炭粉末９２の透過を許容する。第３電極３３は、第１領域１３の流通断面の全体に充填されている。第３電極３３の周面は、第１フィルタ４１及び装置本体１０の内面にぴったり接している。

第２領域１４の第２電極３２より下流側の部分には、第４電極３４が配置されている。第４電極３４は、例えばステンレスウールで構成され、海水及び活性炭粉末９２の透過を許容する。第４電極３４は、第２領域１４の流通断面の全体に充填されている。第４電極３４の周面は、第１フィルタ４１及び装置本体１０の内面にぴったり接している。

第３電極３３と第４電極３４は、第１フィルタ４１を挟んで互いに対向している。

直流電源２０は、電池２１を主要構成として含んでいる。直流電源２０の正極が、第１電極３１に接続されている。直流電源２０の負極が、第３電極３３に接続されている。第２電極３２と第４電極３４が、短絡線２２によって繋がれている。直流電源２０のオンにより、第１電極３１が第２電極３２より高電位になる。電極３１，３２間の電位差は、海水が電気分解する大きさ（約１Ｖ前後）より小さい。第２電極３２と第４電極３４は等電位である。

第１電極３１と第３電極３３は、両者間に作用する電界が無視できる程度に十分大きく離れている。第１電極３１と第３電極３３との間に第１中間領域部１３ａ（流路１１の第１領域１３の中間部）が形成されている。

第２電極３２と第４電極３４は、第１、第３電極３１，３３と略同じ距離だけ離れている。第２電極３２と第４電極３４との間に第２中間領域部１４ａ（流路１１の第２領域１４の中間部）が形成されている。

装置本体１０ひいては流路１１の長手方向の中間部には第１取り出し口１５が設けられている。取り出し口１５は、第２中間領域部１４ａに連なるように開口している。取り出し口１５には第２フィルタ４２が設けられている。第２フィルタ４２は、第１フィルタ４１と同様に、例えばセルロースやテフロン（登録商標）等の樹脂（絶縁体）からなるフィルタで構成され、海水の透過を許容し、活性炭粉末の透過を阻止する。第２フィルタ４２の目の大きさは、活性炭粉末９２の粒径より小さく、例えば１０μｍ程度である。

取り出し口１５から淡水供給路５２が延びている。図３に示すように、供給路５２は、次段の淡水化装置１の供給口１２に連なっている。

図１に示すように、電極３３，３４及び第１フィルタ４１の下流側の端部と、装置本体１０の下流側の端壁との間には、下流路部分１１ｂが形成されている。下流路部分１１ｂは、第１領域１３と第２領域１４の下流端どうし間に跨り、各領域１３，１４に連通している。

装置本体１０の下流側の端壁には、第２取り出し口１６が設けられている。取り出し口１６は、下流路部分１１ｂに連なるように開口している。取り出し口１６には、第３フィルタ４３が設けられている。第３フィルタ４３は、第１、第２フィルタ４１，４２と同様に、例えばセルロースやテフロン（登録商標）等の樹脂（絶縁体）からなるフィルタで構成され、海水の透過を許容し、活性炭粉末の透過を阻止する。第３フィルタ４３の目の大きさは、活性炭粉末９２の粒径より小さく、例えば１０μｍ程度である。

取り出し口１６から排出路５３が引き出されている。

装置本体１０の周壁の下流側の端部には、下流路部分１１ｂに連なる活性炭回収口１７が設けられている。回収口１７は、下流路部分１１ｂ内の活性炭粉末９２を少量の海水と共に取り込むことができる。回収口１７から活性炭回収路５４が延びている。回収路５４にねじポンプやチューブポンプ等からなる活性炭回収ポンプ５５が設けられている。装置本体１０の周壁の上流側の端部には、活性炭戻し口１８が設けられている。この活性炭戻し口１８に回収路５４が連なっている。戻し口１８は、上流路部分１１ａに開口している。
なお、活性炭回収ライン１７，１８，５４，５５は、第１、第２の領域１３，１４にそれぞれ対応するよう二組設けられているが、一組だけにしてもよい。回収口１７を装置本体１０の長手方向の下流側の端壁に設けてもよく、戻し口１８を装置本体１０の長手方向の上流側の端壁に設けてもよい。

上記構成の淡水化システムＳによって海水を淡水化する方法を説明する。
常時一定量の海水が供給路５１を経て１段目の淡水化装置１の供給口１２から上流路部分１１ａに供給される。海水は、上流路部分１１ａ内の活性炭粉末９２と混合する。この海水と活性炭粉末９２の混合流体の約半分は、第１領域１３に流れ込み、ステンレスウールからなる第１電極３１の内部に入り込む。混合流体の残り約半分は、第２領域１４に流れ込み、ステンレスウールからなる第２電極３２の内部に入り込む。
各電極３１，３２が領域１３，１４の流通断面の全体に充填されているため、混合流体が各電極３１，３２の内部に確実に入り込むようにでき、電極３１，３２の外側を通り抜けないようにできる。ひいては、後述する反応（式１〜４）が確実に起きるようにできる。

第１電極３１と第２電極３２との間には直流電源２０によって電位差が形成され、第１電極３１が第２電極３２より高電位になっている。電極３１，３２間の電位差は、例えば１Ｖ程度であり、海水の電気分解電圧より小さい。よって、塩酸等が発生するのを防止できる。

第１電極３１には正電荷が誘起され、第２電極３２には負電荷が誘起される。したがって、第１領域１３に流れ込んだ混合流体中の活性炭粉末９２は、第１電極３１を構成するステンレスウールに接触したとき、電子を奪われ（正電荷を与えられ）、プラスに帯電する（式１）。
Ｃ → Ｃ^＋ ＋ ｅ⁻ （式１）
このプラス帯電した活性炭粉末９２に海水の塩素イオンが吸着する（式２）。この活性炭粉末９２と塩素イオンの結合体を便宜上、ＣＣlと表記する。
Ｃ^＋ ＋ Ｃｌ⁻ → ＣＣｌ （式２）
さらに、電極３１，３２間の電界によって、第２領域１４の上流側部（第２電極３２の内部）の塩素イオンが、第１フィルタ４１を透過し、第１領域１３の上流側部（第１電極３１の内部）に移って来る。この第２領域１４からの塩素イオンも第１電極３１内のプラス帯電した活性炭粉末９２に吸着される（式２）。電極３１，３２がフィルタ４１にそれぞれぴったり接しているため、第２領域１４の塩素イオンが第１領域１３へ移動する際の抵抗を小さくでき、電極３１，３２間の電界強度を大きくしなくても、塩素イオンの移動を促進できる。

また、第２領域１４に流れ込んだ混合流体中の活性炭粉末９２は、第２電極３２を構成するステンレスウールに接触したとき、第２電極３２から電子を受け取り、マイナスに帯電する（式３）。
Ｃ ＋ ｅ⁻ → Ｃ⁻ （式３）
このマイナス帯電した活性炭粉末９２に海水中のナトリウムイオンが吸着する（式４）。この活性炭粉末９２とナトリウムイオンの結合体を便宜上、ＣＮａと表記する。
Ｃ⁻ ＋ Ｎａ^＋ → ＣＮａ （式４）
さらに、電極３１，３２間の電界によって、第１領域１３の上流側部（第１電極３１の内部）のナトリウムイオンが、第１フィルタ４１を透過し、第２領域１４の上流側部（第２電極３２の内部）に移って来る。この第１領域１３からのナトリウムイオンも第２電極３２内のマイナス帯電した活性炭粉末９２に吸着される（式４）。電極３１，３２がフィルタ４１にそれぞれぴったり接しているため、第１領域１３のナトリウムイオンが第２領域１４へ移動する際の抵抗を小さくでき、電極３１，３２間の電界強度を大きくしなくても、ナトリウムイオンの移動を促進できる。

これによって、電極３１，３２の内部では、混合流体中の海水の塩素イオン及びナトリウムイオンの濃度が低下する。したがって、海水が淡水化される。

第１電極３１内の活性炭粉末９２は、第１フィルタ４１を透過できず、第２電極３２内へ移ることはない。
第２電極３２内の活性炭粉末９２は、第１フィルタ４１を透過できず、第１電極３１内へ移ることはない。

淡水化された海水と活性炭粉末９２の混合流体は、電極３１，３２の内部から中間領域部１３ａ，１４ａへ流れ出る。第２電極３２から中間領域部１４ａに入った淡海水は、第２フィルタ４２を透過する。第１電極３１から第１中間領域部１３ａに入った淡海水は、第１フィルタ４１を透過し、第２中間領域部１４ａを経由して、第２フィルタ４２を透過する。これにより、淡海水を取り出し口１５から取り出すことができる。

第１中間領域部１３ａに入った活性炭粉末９２は、第２中間領域部１４ａに入るのを第１フィルタ４１によって阻止され、ひいては取り出し口１５から流出するのを阻止される。
第２中間領域部１４ａに入った活性炭粉末９２は、第１中間領域部１３ａに入るのを第１フィルタ４１によって阻止され、かつ取り出し口１５から流出するのを第２フィルタ４２によって阻止される。

１段目の淡水化装置１の取り出し口１５から取り出された淡海水は、該取り出し口１５から延びる供給路５２を経て、２段目の淡水化装置１の供給口１２から装置本体１０内に導入される。そして、１段目と同様の操作により更に淡水化され、２段目の取り出し口１５から取り出される。続いて、２段目と３段目を繋ぐ取り出し口１５を経て、３段目の淡水化装置１に導入され、更に淡水化される。このようにして、海水を複数段の淡水化装置１に順次通し、段ごとに淡水化を進めることにより、良質の淡水を得ることができる。

第１中間領域部１３ａ内に残った海水と活性炭粉末９２の混合流体は、ステンレスウールからなる第３電極３３の内部に入り込む。この混合流体中の活性炭粉末９２は、プラスに帯電し、かつ塩素イオンが吸着している。この活性炭粉末９２が、第３電極３３を構成するステンレスウールに接触すると、第３電極３３から電子を受け取り（第３電極３３に正電荷を与え）、電気的に中性になる。これにより、塩素イオンが、活性炭粉末９２から離れ、海水に溶け込む（式５）。
ＣＣｌ ＋ ｅ⁻ → Ｃ ＋ Ｃｌ⁻ （式５）
したがって、高塩素イオン濃度の海水と電気的中性の活性炭粉末９２との混合流体が出来る。この混合流体が第３電極３３から下流路部分１１ｂへ流れ出る。

第２中間領域部１４ａ内に残った海水と活性炭粉末９２の混合流体は、ステンレスウールからなる第４電極３４の内部に入り込む。この混合流体中の活性炭粉末９２は、マイナスに帯電し、かつナトリウムイオンが吸着している。この活性炭粉末９２が、第４電極３４を構成するステンレスウールに接触すると、第４電極３４に電子を与え、電気的に中性になる。これにより、ナトリウムイオンが、活性炭粉末９２から離れ、海水に溶け込む（式６）。
ＣＮａ − ｅ⁻ → Ｃ ＋ Ｎａ^＋ （式６）
したがって、高ナトリウムイオン濃度の海水と電気的中性の活性炭粉末９２との混合流体が出来る。この混合流体が第４電極３４から下流路部分１１ｂへ流れ出る。

第３、第４電極３１，３２がそれぞれ領域１３，１４の流通断面の全体に充填されているため、混合流体が、各電極３３，３４の内部に確実に入り込むようにでき、電極３３，３４の外側を通り抜けないようにできる。したがって、上記の反応（式５〜６）を十分に起こすことができる。

第３電極３３では活性炭粉末９２から正電荷を回収でき、第４電極３４では活性炭粉末９２から負電荷を回収できる。第３電極３３で回収した正電荷は、第１電極３１での活性炭粉末９２のプラス帯電に供することができる。第４電極３４で回収した負電荷は、第２電極３２での活性炭粉末９２のマイナス帯電に供することができる。したがって、直流電源２０から供出する電流は少量で済む。また、第３電極３３が正電荷を受け取り、第４電極３４が負電荷を受け取るため、電極３３，３４間に起電力が生じ、第３電極３３が第４電極３４より高電位になる。第３電極３３と第４電極３４の電位差は、第１電極３１と第２電極３２の電位差より若干小さい。例えば、電極３１，３２間が１Ｖ程度であるとき、電極３３，３４間が０．９５Ｖ程度になる。この電位差の差が、直流電源２０の電圧に対応する。したがって、直流電源２０の電圧は、例えば０．０５Ｖ程度の僅少な大きさで済む。これにより、電力効率を向上できる。

第３電極３３内の活性炭粉末９２は、第１フィルタ４１を透過できず、第４電極３４内に移ることはない。第４電極３４内の活性炭粉末９２は、第１フィルタ４１を透過できず、第３電極３３内に移ることはない。したがって、プラス帯電した活性端粉末９２とマイナス帯電した活性炭粉末９２とが直接接触するのを防止できる。これにより、電荷の回収効率を高めることができる。

下流路部分１１ｂでは、第３電極３３からの混合流体と第４電極３４からの混合流体が混ざる。これにより、高塩分濃度の濃縮海水と電気的に中性化した活性炭粉末９２との混合流体が出来る。この混合流体の濃縮海水は、第３フィルタ４３を透過する。これにより、濃縮海水が取り出し口１６から取り出され、排出路５３を経て廃棄される。

下流路部分１１ｂ内の活性炭粉末９２は、第３フィルタ４３を透過できない。この活性炭粉末９２は、回収ポンプ５５の駆動によって少量の海水に混じった状態で回収口１７を経て回収路５４を通過し、戻し口１８から上流路部分１１ａに戻される。これによって、活性炭粉末９２を循環させ、再利用できる。

淡水化システムＳでは、ある量ごとに淡水化処理するバッチ式とは異なり、各淡水化装置１の装置本体１０内に海水を常時流通させながら、連続的に淡水化できる。したがって、生産性を向上できる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図４の実施形態では、直流電源２０の正極が、第４電極３４に接続されている。直流電源２０の負極が、第２電極３２に接続されている。第１電極３１と第３電極３３が、短絡線２２によって繋がれている。この実施形態は、図１に示した第１実施形態と電気的に等価であり、各電極３１〜３４で第１実施形態と同様の反応が起き、海水が淡水化される。

図５の実施形態では、第１取り出し口１５が、装置本体１０の第２中間領域部１４ａ側に代えて第１中間領域部１３ａ側の周壁に設けられ、第１中間領域部１３ａに連なっている。第１電極３１から中間領域部１３ａに入った淡海水は、第２フィルタ４２を透過し、取り出し口１５から取り出される。第２電極３２から中間領域部１４ａに入った淡海水は、第１フィルタ４１を透過し、中間領域部１３ａを経て、第２フィルタ４２を透過し、取り出し口１５から取り出される。

図６の実施形態では、第１取り出し口１５が、装置本体１０の第１中間領域部１３ａ側の周壁と、第２中間領域部１４ａ側の周壁とにそれぞれ設けられている。各第１取り出し口１５から供給路５２が延びている。２つの供給路５２，５２が互いに合流している。第１電極３１から第１中間領域部１３ａに入った淡海水は、第１中間領域部１３ａ側の第２フィルタ４２を透過し、中間領域部１３ａ側の取り出し口１５から取り出される。第２電極３２から第２中間領域部１４ａに入った淡海水は、第２中間領域部１４ａ側の第２フィルタ４２を透過し、中間領域部１４ａ側の取り出し口１５から取り出される。そして、２つの取り出し口１５，１５からの淡海水が互いに合流される。この実施形態では、第１フィルタ４１における第１、第２中間領域部１３ａ，１４ａを仕切る部分は、活性炭粉末９２の透過を阻止するだけでなく海水の透過をも阻止するようになっていてもよい。

この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、図７に示すように、直流電源２０の正極を第１電極３１に接続し、直流電源２０の負極を第２電極３２に接続し、第３電極３３と第４電極３４を短絡線２２で接続してもよい。これによって、第３電極３３から電流の流出が起き、第４電極３４への電流の流入が起きるようにすることができる。この場合、配線２２上に負荷を設け、電極３３，３４間に生じる起電力を負荷で消費するようにしてもよい。

直流電源２０の正極を第１電極３１に接続し、直流電源２０の負極を第２電極３２に接続し、かつ、電極３３，３４を省略してもよい。この場合、中間領域部１３ａより下流側の第１領域１３を経て下流路部分１１ｂに流れ込んだ混合流体と、中間領域部１４ａより下流側の第２領域１４を経て下流路部分１１ｂに流れ込んだ混合流体とが混合し、第１領域１３からのプラス帯電した活性炭粉末９２と第２領域１４からのマイナス帯電した活性炭粉末９２とが互いに電荷を受け渡して電気的に中性になり、各活性炭粉末９２から塩素イオン又はナトリウムイオンが離れる。

電極３１〜３４は、海水及び活性炭粉末９２の透過を許容することが好ましく、かかる電極３１〜３４としては、ステンレスウール等の金属ウールに限られず、ウール状炭素繊維を用いてもよく、多孔質の導電体を用いてもよく、複数の金属板を並べ、これら金属板の間を海水及び活性炭粉末９２が流通（透過）するようにしてもよい。電極３１〜３４をそれぞれ１つの金属板で構成してもよい。上記式１〜６の反応は金属板の表面で起こり得る。
電極３１〜３４をフィルタ４１から離し、電極３１〜３４とフィルタ４１との間に隙間が形成されていてもよい。この場合、フィルタ４１は、導電体であってもよい。
カスケードシステムＳの後段の淡水化装置１ほど装置本体１０の容積を小さくしてもよい。

本発明は、海水の淡水化処理に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る海水淡水化装置の縦断面図である。 図１のII-II線に沿う上記海水淡水化装置の平面断面図である。 本発明の第１実施形態に係る海水淡水化システムの概略構成図である。 本発明の第２実施形態を示し、海水淡水化装置の一部の縦断面図である。 本発明の第３実施形態を示し、海水淡水化装置の一部の縦断面図である。 本発明の第４実施形態を示し、海水淡水化装置の一部の縦断面図である。 本発明に係る海水淡水化装置の配線構造の変形例を示す縦断面図である。

符号の説明

Ｓ 海水淡水化システム
１ 海水淡水化装置
１０ 装置本体
１１ 流路
１１ａ 上流路部分
１１ｂ 下流路部分
１２ 海水供給口
１３ 第１領域
１３ａ 第１中間領域部
１４ 第２領域
１４ａ 第２中間領域部
１５ 第１取り出し口
１６ 第２取り出し口
１７ 活性炭回収口
１８ 活性炭戻し口
２０ 直流電源
２２ 短絡線
３１ 第１電極
３２ 第２電極
３３ 第３電極
３４ 第４電極
４１ 第１フィルタ
４２ 第２フィルタ
４３ 第３フィルタ
５１ 海水供給路
５２ 淡水供給路
５３ 排出路
５４ 活性炭回収路
５５ 活性炭回収ポンプ
９２ 活性炭粉末

Claims (9)

1. 海水を淡水化する装置であって、
   海水に活性炭粉末を混合して流す流路を有する装置本体と、
   前記流路を互いに並行する第１、第２の領域に仕切るようにして前記装置本体に収容され、海水の透過を許容し活性炭粉末の透過を阻止する第１フィルタと、
   前記第１領域に設けられた第１電極と、
   前記第１フィルタを挟んで前記第１電極と対向するようにして前記第２領域に設けられた第２電極と、
   海水が電気分解されない範囲で前記第１電極を前記第２電極より高電位にする直流電源と、
   前記第１電極及び第２電極より下流側の前記流路に連なる第１取り出し口と、
   前記第１取り出し口に設けられ、海水の透過を許容し活性炭粉末の透過を阻止する第２フィルタと、
   を備えたことを特徴とする淡水化装置。
2. 前記第１取り出し口が前記流路の中間部に配置され、前記第１フィルタひいては前記第１、第２領域が前記流路の前記中間部より下流側に延びており、
   前記第１取り出し口より下流側の第１領域に設けられた第３電極と、
   前記第１フィルタを挟んで前記第３電極と対向するようにして前記第１取り出し口より下流側の第２領域に設けられた第４電極と、
   を更に備え、前記第３電極から電流の流出が起き、前記第４電極への電流の流入が起きるよう配線したことを特徴とする請求項１に記載の淡水化装置。
3. 前記直流電源の正極が、前記第１電極に接続され、前記直流電源の負極が、前記第３電極に接続され、前記第２電極と前記第４電極が短絡されているか、又は前記直流電源の正極が、前記第４電極に接続され、前記直流電源の負極が、前記第２電極に接続され、前記第１電極と前記第３電極が短絡されていることを特徴とする請求項２に記載の淡水化装置。
4. 前記流路の下流端に連なる第２取り出し口と、
   前記第２取り出し口に設けられ、海水の透過を許容し活性炭粉末の透過を阻止する第３フィルタと、
   前記活性炭粉末を前記流路の下流端から上流端に戻す回収路と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の淡水化装置。
5. 前記第１〜第４電極の各々が、海水及び活性炭粉末の透過を許容することを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の淡水化装置。
6. 前記第１〜第４電極の各々が、金属ウールで構成されていることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の淡水化装置。
7. 前記第１フィルタが絶縁体であり、前記第１〜第４電極の各々が、前記第１フィルタに接していることを特徴とする請求項５又は６に記載の淡水化装置。
8. 前記第１〜第４電極の各々が、前記第１領域又は第２領域の流通断面の全体に充填されていることを特徴とする請求項７に記載の淡水化装置。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の淡水化装置を複数段備え、前段の淡水化装置の第１取り出し口を後段の淡水化装置の流路の上流端に連ねたことを特徴とする淡水化システム。

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