JP2014069092A

JP2014069092A - 淡水化装置

Info

Publication number: JP2014069092A
Application number: JP2012214358A
Authority: JP
Inventors: Nobutoshi Arai; 暢俊洗
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: JP5982244B2

Abstract

【課題】本発明は、低コストで安定して塩水を淡水化できる淡水化装置を提供する。
【解決手段】本発明の淡水化装置は、脱塩装置と、塩水を貯留する第１塩水槽と、供給流路とを備え、前記供給流路は、第１塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給するように設けられ、前記脱塩装置は、供給された塩水をろ過し淡水と高濃度塩水とに分離する逆浸透膜と、前記淡水を排出する淡水用排出口と、前記高濃度塩水を排出する高濃度塩水用排出口とを有し、第１塩水槽は、前記脱塩装置より高い位置に設置されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、淡水化装置に関する。

飲料水などの生活用水が不足しやすい地域において、海水を淡水化して生活用水を製造する淡水化プラントが建設されている。海水淡水化の方法としては、塩水を加熱して生じる水蒸気を冷却して淡水を製造する多段フラッシュ法と、逆浸透膜（ＲＯ膜）により加圧した塩水を淡水と高濃度塩水とに分離する逆浸透法とがある。逆浸透法は多段フラッシュ法に比べエネルギー効率に優れているため、逆浸透法を利用した逆浸透膜ろ過装置が多くの淡水化プラントで採用されている。
また、太陽電池や風力発電装置などの自然エネルギーを用いた発電装置の電力を利用して塩水を淡水化する淡水化プラントが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−４１８８７号公報

しかし、従来の逆浸透膜ろ過装置では、ポンプにより約６０気圧に加圧した塩水を逆浸透膜に供給する必要があり、淡水化コストを増大させている。また、塩水を加圧するポンプに太陽電池や風力発電装置などの電力を利用すると発電量の変動により安定して淡水化を行うことができない。また、発電量の変動を蓄電池により安定化すると、蓄電池を定期的に交換する必要がありコストが高くなるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストで安定して塩水を淡水化できる淡水化装置を提供する。

本発明は、脱塩装置と、塩水を貯留する第１塩水槽と、供給流路とを備え、前記供給流路は、第１塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給するように設けられ、前記脱塩装置は、供給された塩水をろ過し淡水と高濃度塩水とに分離する逆浸透膜と、前記淡水を排出する淡水用排出口と、前記高濃度塩水を排出する高濃度塩水用排出口とを有し、第１塩水槽は、前記脱塩装置より高い位置に設置されたことを特徴とする淡水化装置を提供する。

本発明によれば、脱塩装置と、塩水を貯留する第１塩水槽と、供給流路とを備え、前記供給流路は、第１塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給するように設けられるため、供給流路により第１塩水槽に貯留した塩水を脱塩装置に供給することができる。
本発明によれば、前記脱塩装置は、供給された塩水をろ過し淡水と高濃度塩水とに分離する逆浸透膜と、前記淡水を排出する淡水用排出口と、前記高濃度塩水を排出する高濃度塩水用排出口とを有するため、脱塩装置により淡水を製造することができる。

本発明によれば、第１塩水槽は、前記脱塩装置より高い位置に設置されるため、脱塩装置に供給する塩水に、第１塩水槽と脱塩装置との高低差に応じた水圧をかけることができる。このことにより、脱塩装置に供給する塩水を加圧するポンプの消費電力を小さくすることができ、淡水化コストを低減することができる。また、第１塩水槽を脱塩装置に比べ約６００ｍ以上高い位置に設置すると、第１塩水槽と脱塩装置との高低差に応じた水圧が約６０気圧以上になり、この水圧により淡水を製造することができる。
さらに、余剰電力があるときや安価な電力を利用できるときに塩水を第１塩水槽に揚水し、利用できる電力が不足したときや安価な電力を利用できないときに第１塩水槽に貯留した塩水を利用して淡水化を行うことができる。このため、発電量が変動する発電装置の電力により淡水化を行う場合や安価な電力を安定して利用できない場合でも、安定して低コストで淡水化を行うことができる。

本発明の一実施形態の淡水化装置の概略構成図である。本発明の一実施形態の淡水化装置に含まれる海水取水装置の概略断面図である。本発明の一実施形態の淡水化装置に含まれる海水取水装置の概略断面図である。

本発明の淡水化装置は、脱塩装置と、塩水を貯留する第１塩水槽と、供給流路とを備え、前記供給流路は、第１塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給するように設けられ、前記脱塩装置は、供給された塩水をろ過し淡水と高濃度塩水とに分離する逆浸透膜と、前記淡水を排出する淡水用排出口と、前記高濃度塩水を排出する高濃度塩水用排出口とを有し、第１塩水槽は、前記脱塩装置より高い位置に設置されたことを特徴とする。

本発明の淡水化装置において、第１塩水槽は、第１塩水槽に貯留する塩水の水面を前記脱塩装置中に塩水に比べ１０ｍ以上高い位置とすることができるように設置されたことが好ましい。
このような構成によれば、脱塩装置に供給する塩水に１気圧以上の水圧をかけることができ、淡水化コストを低減することができる。
本発明の淡水化装置において、前記供給流路に接続された第１ポンプをさらに備え、第１ポンプは、前記脱塩装置に供給する塩水を加圧するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、第１塩水槽と脱塩装置との高低差に応じた水圧と、第１ポンプが加圧する水圧とをかけた塩水を脱塩装置に供給することにより、淡水を製造することができる。
本発明の淡水化装置において、自然エネルギーを用いた発電装置をさらに備え、前記発電装置は、第１ポンプに電力を供給するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、化石燃料や核燃料による発電装置による電力を用いずに淡水を製造することができる。

本発明の淡水化装置において、前記発電装置は、太陽電池であることが好ましい。
このような構成によれば、太陽光エネルギーを利用して淡水を製造することができる。
本発明の淡水化装置において、前記脱塩装置と実質的に同じ高さに設置され、かつ、塩水を貯留する第２塩水槽をさらに備え、前記供給流路は、第１塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給する流路と、第２塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給する流路とを切り替えることができるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、淡水化に利用できる電力が十分にある場合には、第２塩水槽に貯留した塩水を淡水化し、淡水化に利用できる電力が不足する場合には、第１塩水槽に貯留した塩水を淡水化することができる。このことにより、淡水化に利用する電力が変動する場合にも安定して塩水の淡水化を行うことができる。

本発明の淡水化装置において、前記供給流路は、前記発電装置の発電量が大きいと第２塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給する流路となり、前記発電装置の発電量が小さいと第１塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給する流路となるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、発電量が変動する自然エネルギーを用いた発電装置を利用して塩水を淡水化する場合でも安定して淡水を製造することができる。
本発明の淡水化装置において、第１塩水槽に塩水を揚水する第２ポンプをさらに備え、前記発電装置は、第２ポンプに電力を供給するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、自然エネルギーを用いた発電装置の発電量が大きいときに第１塩水槽に塩水を溜めることができる。

本発明の淡水化装置において、第２ポンプは、前記発電装置の発電量が大きいと塩水を第１塩水槽に揚水するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、自然エネルギーを用いた発電装置の余剰電力を第１塩水槽に溜める塩水の位置エネルギーとして溜めることができる。
本発明の淡水化装置において、浸透圧発電装置をさらに備え、前記浸透圧発電装置は、半透膜と、前記半透膜により仕切られた高濃度側流路および低濃度側流路と、前記高濃度側流路または前記低濃度側流路と連通した水力発電タービンとを有し、前記高濃度側流路は、前記高濃度塩水が流入するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、脱塩装置から排出される高濃度塩水を利用して、浸透圧発電装置により発電することができる。

本発明の淡水化装置において、前記浸透圧発電装置は、前記自然エネルギーを用いた発電装置の発電量が小さいと発電するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、自然エネルギーを用いた発電装置の発電量が低下したときに、浸透圧発電装置により発電することができ、利用できる電力を安定化することができる。
本発明の淡水化装置において、前記浸透圧発電装置は、第１ポンプに電力を供給するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、自然エネルギーを用いた発電装置の発電量が低下したときに、浸透圧発電装置が発電した電力を利用して塩水を淡水化することができる。このことにより、塩水を安定して淡水化することができる。
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。

淡水化装置
図１は、本実施形態の淡水化装置７０の概略構成図である。
本実施形態の淡水化装置７０は、脱塩装置２５と、塩水を貯留する第１塩水槽５５ａと、供給流路１３とを備え、供給流路１３は、第１塩水槽５５ａ内の塩水を脱塩装置２５に供給するように設けられ、脱塩装置２５は、供給された塩水をろ過し淡水と高濃度塩水とに分離する逆浸透膜と、前記淡水を排出する淡水用排出口１６と、前記高濃度塩水を排出する高濃度塩水用排出口１７とを有し、第１塩水槽５５ａは、脱塩装置２５により高い位置に設置されたことを特徴とする。
また、本実施形態の淡水化装置７０は、海水取水装置２０、自然エネルギーを用いた発電装置、浸透圧発電装置３０、加熱装置４０、ろ過装置５０、光触媒部４８、熱交換器４５などを備えることができる。
以下、本実施形態の淡水化装置７０について説明する。

１．海水取水装置
本実施形態の淡水化装置７０に含まれる海水取水装置は、淡水化する塩水の原料となる海水を取水できれば特に限定されないが、例えば、図２、３に示したような構造を有することができる。
図２、３は、それぞれ海水取水装置２０の構成を示す概略断面図である。
本実施形態の淡水化装置７０では、海水取水装置２０が備える第３ポンプ１２ｃにより、塩水を取水することができる。取水した塩水は、ろ過装置５０に流入させることができる。また、取水した塩水は、光触媒装置を流通した後ろ過装置５０に流入してもよい。
海水取水装置２０は、海岸近くに設けられかつ井戸穴を有しかつ地中に浸透した海水が前記井戸穴の側壁又は底から流入するように設けられた井戸３と、貯水槽４と、井戸３と貯水槽４とを連通させる連通流路８と、前記井戸内の塩水または前記貯水槽内の塩水を揚水する第３ポンプ１２ｃとを備え、井戸３は、井戸３内の塩水６の水面の水位が海水面の水位に連動するように設けられ、連通流路８は、井戸３内の塩水６の水面の水位が高くなると井戸３内の塩水６が貯水槽４に流入するように設けられ、貯水槽４は、井戸３から流入した塩水７を貯留する。

１−１．井戸
井戸３は、海岸近くに設けられる。また、井戸３は、海水が地中から流入するように設けられる。井戸３の井戸穴は、例えば、油圧ショベルやボーリング機械などで砂浜などを掘削し、金属管やコンクリート管などの井戸管を砂浜などに埋設することにより形成することができる。
井戸３は、例えば、海水が井戸穴の底（海水流入部）の砂礫層１から井戸内に流入するように設けてもよく、井戸穴の側壁の流入孔１０を設けた海水流入部から海水が井戸３に流入するように設けてもよい。流入孔１０は、例えば、側壁に直径０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の穴を設けることにより形成してもよく、幅が０．５〜２ｍｍ程度のスリットを設けることにより形成してもよく、側壁に網状の材料や多孔質材料を用いることにより形成してもよい。

井戸３の深さは、井戸の底が大潮の干潮時における海水面より深くなり、海水が井戸３に流入することができれば特に限定されないが、例えば、７ｍ以上４０ｍ以下とすることができる。また、深い部分は内径１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の金属管などで形成し、浅い部分はコンクリートなどで多くの塩水を溜めることができるように設けてもよい。
なお、井戸３内の塩水は、井戸３内に設けた揚水管内の塩水を第３ポンプ１２ｃにより揚水することにより取水することができる。

井戸３の海水流入部が砂礫層１などを介して海と繋がっていると、海から砂礫層１に浸透した海水が海水流入部から井戸３内に流入することができる。また、井戸３内の塩水は海水流入部から砂礫層１に流出することもできる。このため、井戸３に海水流入部を設けることにより、井戸内の塩水の水面の水位が、海の干満に伴う海水面の水位に連動することになる。このため、満潮時に井戸３内の塩水を揚水することにより、揚水に用いるポンプの消費エネルギーを低くすることができる。例えばセイシェルなどの干満の差（約９ｍ）が大きい地域において、より消費エネルギーを低くすることができる。

流入孔１０を有する海水流入部を、図２のように井戸３の底および側壁の広い範囲に設けてもよい。このことにより、井戸３に流入する海水の量を多くすることができ、井戸３から取水する塩水の量を多くすることができる。
また、海水流入部を図３のように大潮の干潮における海水面より低い部分に設け、大潮の干潮における海水面よりも高い部分は、非透水性を有する非透水部とすることができる。このことにより、深い砂礫層１から井戸３内に海水を流入させることができ、この海水が通過する砂礫層１の距離を長くすることができる。このことにより、井戸３に流入する海水の砂礫層１によるろ過距離を長くすることができ、井戸３内の塩水の水質を向上させることができる。

また、図３のように海水流入部と非透水部とを設けると、井戸３を、井戸３内の塩水の水面の上の気体が実質に密閉された気密構造とすることができる。井戸３が図３のような気密構造を有すると井戸３内の塩水６の水位を高くすることができる。また、井戸内の気圧を低くすることができ、井戸内に生じた水滴を塩水に流入させることができる。このことを以下に説明する。
上げ潮においては、井戸３の上部に設けたリークバルブ１５を開き流入孔１０から井戸３内に海水を流入させる。満潮となると、井戸３内の塩水６の水面の水位は、満潮時の海面の水位と実質的に同じになる。この際、リークバルブ１５を閉じる。引き潮となり、海水面の水位が低くなると、海水面の水位に連動して井戸３内の塩水６の水面の水位も低下するが、塩水６の水位が低下すると、井戸３内の気圧が低下する。このため、井戸３内の気圧と大気圧との間に差が生じ、井戸３内の塩水６の水面の水位は、海水面よりも高くなる。また、井戸３内の気圧が低下すると、塩水６が気化しやすくなり井戸３内の水蒸気の量が増加する。
次に、リークバルブ１５を閉めたまま上げ潮となり、井戸３内の塩水の水位が上昇すると、井戸３内の気圧は上昇し、井戸３内の水蒸気は水滴となり井戸３内の塩水に流入する。このため、井戸３内の塩水の塩分濃度は低下する。このことにより、井戸３内の塩水を取水して淡水化するコストを低減することができる。

なお、連通流路８を介して貯水槽４内の気体が井戸３内に流入しないように連通流路８の貯水槽４側の開口を貯水槽４内の塩水中となるように設けることができる。例えば、連通流路の流出口を貯水槽４の底部に近接して設けることができる。また、井戸３内の気圧が低下することにより、貯水槽４に溜めた塩水が井戸３内に流入することを抑制するために連通流路８は逆流防止弁２２を有することができる。

井戸３は、井戸３の底部に近接した流入口を有し、第４ポンプ１２ｄに接続された浚渫管を有することができる。また、流入孔１０などから井戸３内に侵入し、井戸３の底部３に堆積した砂や土は、浚渫管の流入口から吸揚され、井戸３から排出される。このような浚渫用設備を備えることにより、井戸３内に砂や土が溜まるのを抑制することができ、井戸３から取水できる塩水の量が減少することを抑制することができる。
また、井戸３は、傾斜した底部を有することができる。また、浚渫管の流入口は、傾斜した底部の最低部に近接して設けることができる。このことにより、井戸３の底部に堆積した砂や土を最低部に集めることができ、集めた砂や土を浚渫管により吸揚することができる。
また、井戸３に引き上げ可能に設けられた可動底を設けることもできる。このことにより、可動底を引き上げ井戸の底に堆積した砂や土を浚渫することができる。
井戸３の底に堆積した砂や土の浚渫は、例えば、満潮時に行うことができる。このことにより、浚渫に要する消費エネルギーを小さくすることができる。

１−２．貯水槽、連通流路
貯水槽４は、連通流路８により井戸３と連通し、井戸３から流入した塩水を貯留できるように設けられる。また、連通流路８は、井戸３内の塩水の水面の水位が高くなると井戸３内の塩水が貯水槽４に流入するように設けられる。
連通流路８の井戸３側の流入口は、満潮時の海水面の水位よりも少し低い位置に設けることができる。このことにより、満潮時に井戸３内の塩水の水位は連通流路８の井戸３側の流入口よりも高くなり、井戸３内の塩水を連通流路８に流入させることができ、連通流路８を流れた塩水を貯水槽４に流入させることができる。また、連通流路８の井戸３側の流入口をこの位置に設けることにより、干潮により井戸３内の塩水の水位が低下したときに、貯水槽４内の塩水が連通流路８を介して井戸３に流入することを防止することができ、貯水槽４が井戸３から流入した塩水を貯留することができる。

貯水槽４は、井戸３から流入した塩水を貯留できるものであれば特に限定されないが、例えば、コンクリート製であってもよく、プラスチック製であってもよく、金属製であってもよい。
また、貯水槽４は、井戸３と隔壁により分離された水槽であってもよい。また、この場合、連通流路８は、隔壁またはその上端に設けられてもよい。
なお、貯水槽４は、第３ポンプ１２ｃに接続された揚水管を内部に有することができる。この揚水管から貯水槽４内の塩水を取水することができる。

貯水槽４は、淡水が流入することができるように設けられてもよい。このことにより、貯水槽４内の塩水の塩分濃度を低下させることができ、塩水を淡水化するときのコストを低減することができる。貯水槽４に流入する淡水は、例えば、淡水化プラントによる淡水化に伴い副生成する淡水であってもよく、地下水であってもよく、河川などから取水した淡水であってもよい。
連通流路８は、管状の流路であってもよく、井戸３と貯水槽４とを分離する隔壁上に設けられ井戸３内の塩水がオーバーフローすることにより塩水が流れるような流路であってもよい。

２．光触媒装置
光触媒装置は、光触媒部４８を備え、太陽光を受光できるように設けられる。光触媒装置に流入した塩水は、受光することにより光触媒活性が生じた光触媒部４８に接触した後、光触媒装置から流出する。塩水をこのような光触媒装置を流通させることにより、塩水に含まれる有機物を光触媒部４８の光触媒活性により分解除去することができる。特に、海水中に含まれる微量の臭素から生成される可能性のある臭素酸を分解することができる。また、ろ過装置５０、脱塩装置２５などにおける膜の目詰まりを抑制することができ、さらに、塩水に菌などが繁殖することを抑制することができる。
光触媒部４８には、酸化チタンなど公知の光触媒材料を用いることができる。

３．ろ過装置
ろ過装置５０は、ＭＦ（精密ろ過）膜またはＵＦ（限外ろ過）膜などのろ過膜５１により流入した塩水のろ過を行う。このようなろ過装置５０を設けることにより、塩水に含まれる微粒子や菌体などを除去することができる。ろ過装置５０は、ろ過膜５１によりろ過するために加圧装置または減圧装置を備えることができる。
ろ過装置５０によりろ過された塩水は、塩水槽５５に溜められ、その後、供給流路１３により脱塩装置２５に供給される。

４．塩水槽、供給流路
塩水槽５５は、ろ過装置５０によりろ過された塩水を貯留する。
本実施形態の淡水化装置７０は、脱塩装置２５より高い位置に設置された第１塩水槽５５ａを有する。第１塩水槽５５ａは、例えば、山の上、丘の上、やぐらの上、ビルの屋上や上層階などに設置することができる。
第１塩水槽５５ａは、第１塩水槽５５ａに貯留する塩水の水面を脱塩装置２５中に塩水に比べ１０ｍ以上高い位置とすることができるように設置することができる。また、第１塩水槽５５ａに貯留する塩水の水面の位置が、脱塩装置２５中に塩水に比べ、１０ｍ以上高く７００ｍより低い位置、３０ｍ以上高く７００ｍより低い位置、５０ｍ以上高く７００ｍより低い位置、又は８０ｍ以上高く７００ｍより低い位置とすることができるように第１塩水槽５５ａを設置することができる。
このように第１塩水槽５５ａと脱塩装置２５とに高低差を設けることにより、第１塩水槽５５ａ内の塩水を脱塩装置２５に供給すると、脱塩装置２５に供給する塩水に、第１塩水槽５５ａと脱塩装置２５との高低差に応じた水圧をかけることができる。この水圧は、脱塩装置２５による淡水化に利用することができる。つまり、第１塩水槽５５に貯留した塩水が有する位置エネルギーを脱塩装置２５による淡水化に利用することができる。

また、本実施形態の淡水化装置７０は、脱塩装置２５と実質的に同じ高さに設置された第２塩水槽５５ｂを有することができる。ここで実質的に同じ高さに設置されるとは、実質的に同じフロアに脱塩装置２５と第２塩水槽５５ｂとが設置される場合などである。

ろ過装置５０によりろ過された塩水は、第２ポンプ１２ｂによりろ過装置５０から第１塩水槽５５ａに揚水されてもよい。また、ろ過装置５０によりろ過された塩水は、第２塩水槽５５ｂに貯留され、第２塩水槽５５ｂ内の塩水を第２ポンプ１２ｂにより第１塩水槽５５ａに揚水してもよい。第２ポンプ１２ｂにより塩水を揚水することにより、第１塩水槽５５ａに塩水を溜めることができる。
第２ポンプの駆動に用いられる電力は、後述する自然エネルギーを用いた発電装置から供給されてもよい。このことにより、自然エネルギーを用いた発電装置の電気エネルギーを第１塩水槽５５ａに貯留した塩水の位置エネルギーとして蓄えることができる。

第１塩水槽５５ａ内の塩水は、供給流路１３を流れ、脱塩装置２５に供給される。
また、第１塩水槽５５ａ内の塩水は、供給流路１３を流れた後第１ポンプ１２ａにより加圧し、脱塩装置２５に供給されてもよい。
第１ポンプ１２ａとしては、タービンポンプやプランジャーポンプなどの高圧ポンプを用いることができる。
例えば、第１塩水槽５５ａが脱塩装置２５に比べ６００ｍ以上高い位置に設置されている場合、第１塩水槽５５ａ内の塩水を供給流路１３を介して脱塩装置２５に直接供給することができる。この場合、第１塩水槽５５ａと脱塩装置２５との高低差に応じた水圧が６０気圧以上であるため、６０気圧以上の水圧を有する塩水を脱塩装置２５に供給することができ、脱塩装置２５において供給された塩水を逆浸透膜によりろ過することができる。従って、第１ポンプ１２ａを駆動させずに脱塩装置２５により淡水を製造することができる。

また、例えば、第１塩水槽５５ａが脱塩装置２５に比べ約５０ｍ高い位置に設置されている場合、第１塩水槽５５ａ内の塩水を供給流路１３及び第１ポンプ１２ａを介して脱塩装置２５に供給することができる。この場合、第１塩水槽５５ａと脱塩装置２５との高低差に応じた水圧が約５気圧であるため、第１ポンプ１２ａにより約５５気圧の加圧を行い、約６０気圧の水圧を有する塩水を脱塩装置２５に供給することができる。このことにより、脱塩装置２５において供給された塩水を逆浸透膜によりろ過することができ、脱塩装置２５により淡水を製造することができる。
このように第１塩水槽５５ａと脱塩装置２５との高低差に応じた水圧、つまり、第１塩水槽５５ａに貯留した塩水の位置エネルギーを利用することにより、第１ポンプ１２ａの消費電力を少なくすることができる。

供給流路１３は、第１塩水槽５５ａ内の塩水を脱塩装置２５に供給する流路と、第２塩水槽５５ｂ内の塩水を脱塩装置２５に供給する流路とを切り替えることができるように設けることができる。流路の切り替えは、バルブ１５により切り替えることができる。また、バルブ１５の開閉は、コンピューターなどにより制御することもできる。
また、供給流路１３には、第１ポンプ１２ａが接続されてもよい。

供給流路１３により、第２塩水槽５５ｂ内の塩水を脱塩装置２５に供給する場合、第１ポンプ１２ａにより加圧を行った約６０気圧の塩水を脱塩装置２５に供給する。このことにより、脱塩装置２５において供給された塩水を逆浸透膜によりろ過することができ、脱塩装置２５により淡水を製造することができる。
この場合、第１塩水槽５５ａ内の塩水を脱塩装置２５に供給する場合に比べ第１ポンプ１２ａが消費する電力が大きくなる。

第１ポンプ１２ａは、後述する自然エネルギーを用いた発電装置により駆動されてもよい。
自然エネルギーを用いた発電装置の発電量が大きい場合、供給流路１３は、第２塩水槽５５ｂ内の塩水を第１ポンプ１２ａにより加圧し脱塩装置２５に供給する流路に切り替わる。この場合、第１ポンプ１２ａが利用できる電力が十分にあるため、脱塩装置２５により第２塩水槽５５ｂ内の塩水から淡水を製造する。
前記発電装置にさらに余剰電力がある場合、前記発電装置は、第２ポンプ１２ｂに電力を供給し、第２ポンプ１２ｂによりろ過装置５０によりろ過された塩水を第１塩水槽５５ａに揚水する。このことにより、第１塩水槽５５ａに貯留される塩水の量を多くすることができ、第１塩水槽５５ａから脱塩装置２５に供給することができる塩水の量を多くすることができる。

自然エネルギーを用いた発電装置の発電量が小さい場合、供給流路１３は、第１塩水槽５５ａ内の塩水を脱塩装置２５に供給する流路に切り替わる。このことにより、より小さい消費電力で第１ポンプを駆動させ脱塩装置２５により塩水から淡水を製造することができる。また、第１塩水槽５５ａが十分に高い場所に設置されている場合、第１ポンプ１２ａを駆動させずに脱塩装置２５により塩水から淡水を製造することができる。
また、この場合、第１ポンプを後述する浸透圧発電装置３０が発電する電力により駆動させてもよい。

５．脱塩装置
脱塩装置２５は、供給された塩水をろ過し淡水と高濃度塩水とを分離する逆浸透膜（ＲＯ膜）と、分離された淡水を排出する淡水用排出口１６と、分離された高濃度塩水を排出する高濃度塩水用排出口１７とを有する。また、脱塩装置２５は、逆浸透膜により仕切られた塩水流路および淡水流路を備えることができる。逆浸透膜は、直径が約２ナノメートル以下の孔が多数設けられており、水分子はこの孔を通過することができるが、水和したナトリウムイオンや塩素イオンはこの孔を通過することができない。脱塩装置２５はこの逆浸透膜の性質を利用して淡水と高濃度塩水とを製造する。

脱塩装置２５には、第１ポンプ１２ａなどによる加圧により約６０気圧の水圧を有する塩水が供給され、脱塩装置２５に供給された塩水は、塩水流路を流れる。塩水流路を流れる塩水に含まれる水分子は、塩水流路を流れる塩水と、淡水流路との圧力差により逆浸透膜の孔を通過し、淡水流路において淡水となる。また、塩水流路を流れる塩水に含まれるナトリウムイオンや塩素イオンは、逆浸透膜の孔を通過することができないため、塩水流路を流れていく。このため、塩水流路の出口である高濃度塩水用排出口１７からは高濃度塩水が排出され、淡水流路の出口である淡水用排出口１６からは淡水が排出される。
脱塩装置２５から排出された淡水は、淡水タンク５７に貯留され、生活用水などとして利用される。
脱塩装置２５から排出された高濃度塩水は、高濃度塩水タンク５６に貯留される。また、高濃度塩水は、加熱装置４０を流通した後、高濃度塩水タンク５６に貯留されてもよい。

６．自然エネルギーを用いた発電装置
自然エネルギーを用いた発電装置としては、たとえば、太陽電池２８、太陽熱発電装置、風力発電装置、波力発電装置、潮汐力発電装置、地熱発電装置、海洋温度差発電装置、バイオマス発電装置などである。
このような自然エネルギーを用いた発電装置を用いることにより、化石燃料や核燃料を用いずに発電した電力により塩水を淡水化することができる。

ここでは、自然エネルギーを用いた発電装置が太陽電池２８である場合について説明する。
太陽電池２８は、太陽光を受光することにより光起電力が生じるものであれば特に限定されない。また、太陽電池２８が発電した電力は、第１ポンプ１２ａに供給され塩水の淡水化に利用される。また、太陽電池２８が発電した電力は、第２ポンプ１２ｂに供給され第１塩水槽５５ａに塩水を揚水するために利用されてもよく、第３ポンプ１２ｃに供給され、井戸３内の塩水６または貯水槽４内の塩水７を揚水するために利用されてもよい。
太陽電池２８は、夜間発電することができないため、夜間は、系統電力や後述する浸透圧発電装置３０により発電される電力を利用して塩水を淡水化することができる。

太陽電池２８は、熱交換器４５ａの吸熱部４６ａにより冷却されるように設けることができる。このことにより、太陽電池２８の温度が上昇し太陽電池２８の発電能力が低下することを抑制することができる。
また、熱交換器４５ａの放熱部４７ａは、井戸３内の塩水６または貯水槽４内の塩水７に放熱するように設けることができる。このことにより、取水する塩水の温度を上昇させることにより塩水の水粘性を低下させることができ、ろ過装置５０によるろ過の効率や、逆浸透膜を用いた淡水化の効率を向上させることができる。放熱部４７は、井戸３内の塩水６中または貯水槽４内の塩水７中に設けることもでき、井戸３の外壁上や貯水槽４の外壁上に設けることもできる。

７．加熱装置
加熱装置４０は、脱塩装置２５から供給される高濃度塩水を加熱し高濃度塩水を濃縮する。加熱装置４０は、例えば、太陽光を受光することにより高濃度塩水を加熱できるように設けることができる。加熱装置４０を備えることにより、高濃度塩水の塩分濃度を上昇させることができ、後述する浸透圧発電装置３０による発電量を大きくすることができる。

加熱装置４０は、高濃度塩水を加熱することにより生じる水蒸気が熱交換器４５ｃの吸熱部４６ｃにより冷却されるように設けることができる。このことにより、水蒸気から淡水を製造することができる。この淡水は、淡水タンク５７に流入するように設けることができる。
また、熱交換器４５ｃの放熱部４７ｃは、井戸３内の塩水６または貯水槽４内の塩水７に放熱するように設けることができる。このことにより、取水する塩水の温度を上昇させることにより塩水の水粘性を低下させることができ、ろ過装置５０によるろ過の効率や、逆浸透膜を用いた淡水化の効率を向上させることができる。

加熱装置４０は、高濃度塩水を加熱することにより生じる水蒸気が井戸３内の塩水中または貯水槽４内の塩水中に供給されるように設けることができる。このことにより、井戸３内の塩水または貯水槽４内の塩水を加温することができると共に、これらの塩水の塩水濃度を低下させることができ、脱塩装置２５よる淡水化のコストを低減することができる。

８．浸透圧発電装置
浸透圧発電装置３０は、半透膜３２と、半透膜３２により仕切られた高濃度側流路３５および低濃度側流路３４と、高濃度側流路３５または低濃度側流路３４と連通した水力発電タービン３７とを有する。また、浸透圧発電装置３０は、高濃度側流路３５に、高濃度塩水タンク５６に溜めた高濃度塩水６２が流入するように設けられる。

半透膜３２は、例えば、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜などである。このような半透膜３２により仕切られた高濃度側流路３５に高濃度塩水タンク５６に溜めた高濃度塩水６２を流通させ、低濃度側流路３４に淡水または低濃度塩水を流通させると、塩分濃度差による浸透圧により低濃度側流路３４から高濃度側流路３５へ水が浸透する。この水の浸透により生じる流れにより水力発電タービン３７を回転させ発電する。

水力発電タービン３７は、低濃度側流路３４に淡水または低濃度塩水６２を供給する流路に設けてもよく、高濃度側流路３５から高濃度塩水を排出する流路に設けてもよい。
水力発電タービン３７により発電した電力は、第１ポンプ１２ａに供給することができる。
また、前記自然エネルギーを用いた発電装置の発電量が小さい場合、高濃度塩水タンク５６に溜めた高濃度塩水６２を高濃度側流路３５に供給することにより浸透圧発電装置３０により発電を行い、発電した電力を第１ポンプ１２ａに供給することができる。このことにより、前記自然エネルギーを用いた発電装置の発電量が変動し発電量が低下した場合でも、第１ポンプ１２ａに十分な電力を供給することができ、淡水化装置７０による塩水の淡水化を継続することができる。

なお、図１に示した淡水化装置７０では、第２塩水槽５５ｂに溜めた低濃度塩水を低濃度側流路３４に流通させている。また、低濃度側流路３４において水が高濃度側流路３５に浸透することにより塩分濃度が高くなった低濃度塩水は、加熱装置４０に流入させている。また、図１に示した淡水化装置７０では、水力発電タービン３７を高濃度側流路３５から高濃度塩水を排出する流路に設けている。

浸透圧発電装置３０は、高濃度側流路３５を流れる高濃度塩水が熱交換器４５ｂの吸熱部４６ｂにより冷却されるように設けることができる。このことにより、浸透圧発電装置３０の発電効率を向上させることができる。
また、熱交換器４５ｂの放熱部４７ｂは、井戸３内の塩水６または貯水槽４内の塩水７に放熱するように設けることができる。このことにより、取水する塩水の温度を上昇させることにより塩水の水粘性を低下させることができ、ろ過装置５０によるろ過の効率や、逆浸透膜を用いた淡水化の効率を向上させることができる。

１：砂礫層３：井戸４：貯水槽６：井戸内の塩水７：貯水槽内の塩水８：連通流路１０：流入孔１２：ポンプ１２ａ：第１ポンプ１２ｂ：第２ポンプ１２ｃ：第３ポンプ１２ｄ：第４ポンプ１３：供給流路１５：バルブ１６：淡水用排出口１７：高濃度塩水用排出口２０：海水取水装置２２：逆流防止弁２５：脱塩装置２８：太陽電池３０：浸透圧発電装置３２：半透膜３４：低濃度側流路３５：高濃度側流路３７：水力発電タービン４０：加熱装置４５：熱交換器４５ａ：第１熱交換器４５ｂ：第２熱交換器４５ｃ：第３熱交換器４６：吸熱部４６ａ：第１吸熱部４６ｂ：第２吸熱部４６ｃ：第３吸熱部４８：光触媒部５０：ろ過装置５１：ろ過膜５５：塩水槽５５ａ：第１塩水槽５５ｂ：第２塩水槽５６：高濃度塩水タンク５７：淡水タンク６１：塩水６２：高濃度塩水６３：淡水６５：水蒸気凝縮装置７０：淡水化装置

Claims

脱塩装置と、塩水を貯留する第１塩水槽と、供給流路とを備え、
前記供給流路は、第１塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給するように設けられ、
前記脱塩装置は、供給された塩水をろ過し淡水と高濃度塩水とに分離する逆浸透膜と、前記淡水を排出する淡水用排出口と、前記高濃度塩水を排出する高濃度塩水用排出口とを有し、
第１塩水槽は、前記脱塩装置より高い位置に設置されたことを特徴とする淡水化装置。
第１塩水槽は、第１塩水槽に貯留する塩水の水面を前記脱塩装置中に塩水に比べ１０ｍ以上高い位置とすることができるように設置された請求項１に記載の淡水化装置。
前記供給流路に接続された第１ポンプをさらに備え、
第１ポンプは、前記脱塩装置に供給する塩水を加圧するように設けられた請求項１または２に記載の淡水化装置。
自然エネルギーを用いた発電装置をさらに備え、
前記発電装置は、第１ポンプに電力を供給するように設けられた請求項３に記載の淡水化装置。
前記発電装置は、太陽電池である請求項４に記載の淡水化装置。
前記脱塩装置と実質的に同じ高さに設置され、かつ、塩水を貯留する第２塩水槽をさらに備え、
前記供給流路は、第１塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給する流路と、第２塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給する流路とを切り替えることができるように設けられた請求項４または５に記載の淡水化装置。
前記供給流路は、前記発電装置の発電量が大きいと第２塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給する流路となり、前記発電装置の発電量が小さいと第１塩水槽内の塩水を前記脱塩装置に供給する流路となるように設けられた請求項６に記載の淡水化装置。
第１塩水槽に塩水を揚水する第２ポンプをさらに備え、
前記発電装置は、第２ポンプに電力を供給するように設けられた請求項４〜７のいずれか１つに記載の淡水化装置。
第２ポンプは、前記発電装置の発電量が大きいと塩水を第１塩水槽に揚水するように設けられた請求項８に記載の淡水化装置。
浸透圧発電装置をさらに備え、
前記浸透圧発電装置は、半透膜と、前記半透膜により仕切られた高濃度側流路および低濃度側流路と、前記高濃度側流路または前記低濃度側流路と連通した水力発電タービンとを有し、
前記高濃度側流路は、前記高濃度塩水が流入するように設けられた請求項４〜９のいずれか１つに記載の淡水化装置。
前記浸透圧発電装置は、前記自然エネルギーを用いた発電装置の発電量が小さいと発電するように設けられた請求項１０に記載の淡水化装置。
前記浸透圧発電装置は、第１ポンプに電力を供給するように設けられた請求項１０または１１に記載の淡水化装置。