JP3651170B2 - 海水淡水化システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、海水を処理して淡水化にする海水淡水化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
海水を処理し淡水化を図る方式には、蒸発法、逆浸透法、電気透析法等が実用化されている。この他に、実用化されていないが、凍結融解法（冷凍法）、透過気化法等がある。（参考資料：平成８年版 日本の水資源（水資源白書） 国土庁編）
上述した海水淡水化システムの中で蒸発法は、海水を加熱して蒸発させたり、蒸発器に海水を吹き付けたりして蒸発させたりすることにより、発生した水蒸気を冷却して淡水を得る方式である。また、逆浸透法は、水は透過するが、塩分は透過させないような半透過膜を用いて、海水を入れた半透過膜の片側に圧力を加えて水だけを透過させて淡水を得る方式である。
【０００３】
上記の方式は実用化された海水淡水化方式であるが、非実用化の方式の中で凍結融解法は、海水中で純氷の結晶を成長させ、海水中に浮遊する氷結晶だけを分離融解するものである。この方式は、ＬＮＧの冷熱を利用して海水を淡水と濃縮海水に分離するシステムである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した実用化された海水淡水化方式の中で、蒸発法は海水を加熱蒸発させたりして水蒸気を発生させ、その水蒸気を冷却するために、エネルギー消費コストが大きいので、造水コストが高くつく問題がある。逆浸透法のように、半透過膜を用いた海水淡水化方式は、造水コストは安くなるが、プラントの敷地面積を多く必要とし、維持費等を多く必要とするとともに、造水純度が悪く２段階の脱塩工程が必要となる問題がある。また、非実用化方式である凍結融解法は、夜間電力、自家発電電力等の余剰電力を利用して、安価に海水を純氷と濃縮海水に分離する方式ではなく、単にＬＮＧの冷熱を利用するだけであるとともに、単に海水を凍結させると次のような問題が発生する。
【０００５】
通常、水は液体である限り、各種の気体、液体、固体を十分に溶解し、また、各種の液体、固体と混合し、各物質を非常によく溶解または、混合するけれども、氷になるときには、分子レベルの大きさではすべての溶質、混合物を排除して、純粋な氷分子の結晶として成長することが知られている。しかし、氷塊のレベルの大きさでは、氷分子の結晶と結晶の間に海水を含んでいた溶質、混合物を内包している氷塊になり、純氷だけを結晶として大きく成長させることは大変に難しい問題がある。
【０００６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、海水から不純物を含まない氷塊を析出させた純氷の冷熱を利用しながら淡水を生成するようにした海水淡水化システムを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、海水を冷却し、冷却された海水から純氷と濃縮海水とを生成する純氷製氷装置と、この純氷製氷装置により生成された純氷を貯蔵するとともに、貯蔵される純氷を融解して冷水として蓄えられる氷蓄熱水槽と、この氷蓄熱水槽に蓄えられた冷水を冷熱として利用し終わった廃熱を含んだ復水を貯水するとともに、淡水として蓄える淡水貯水槽と、余剰電力で運転され、蒸発器側で前記純氷製氷装置に供給される海水を冷却し、凝縮器側で前記淡水貯水槽の淡水を暖める冷凍装置とを設け、
前記純氷製氷装置は、海水が導入される槽と、この槽の内底部に配置され、外部から供給されるエアで槽内の海水に気泡を連続的に吹き出す散気管と、前記槽内の海水に一部分が没し、他の部分は水面上に位置するように配設された氷塊搬送体と、この搬送体が海水に没する位置に設けられるとともに、この位置の搬送体の内側に配設され、前記冷凍装置の蒸発器により冷却される冷却部と、この冷却部により前記搬送体が冷却され、前記散気管からの気泡が前記搬送体に吹き付けられて不純物を排除しながら氷の結晶が成長されて氷が生成される氷生成部と、この氷生成部で成長した氷の結晶が前記搬送体で前記海水導入槽の上部に搬送され、その槽上部に配設された氷の結晶の表面を暖める加熱部と、この加熱部で氷の表面の一部を融かし、融かした水で氷の表面の不純物を流して生成される純氷とからなる、
ことを特徴とするものである。
【０００８】
第２発明は、純氷製氷装置により生成された濃縮海水が導入され、この濃縮海水から食塩を生成する海水処理装置を設けたものである。
【００１０】
第３発明は、氷蓄熱水槽には、淡水貯水槽の淡水を復水として供給して純氷を融解させることを含むものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１１は詳細を後述する海水から氷塊を生成する純氷製氷装置で、この純氷製氷装置１１は、夜間電力や自家発電電力等の安価な余剰電力を利用して冷凍装置１２を運転し、冷却側である蒸発器１２１で海水を冷却して、海水から純度の高い純氷を生成するとともに、高濃度に濃縮された濃縮海水とを生成する。そして、生成した濃縮海水は海水処理装置１３に送られるとともに、純氷は氷蓄熱水槽１４に供給される。
【００１２】
海水処理装置１３は供給された濃縮海水から、食塩を生成し、塩分として回収する。一方、氷蓄熱水槽１４には純度の高い純氷が貯蔵される。この氷蓄熱水槽１４の純氷は、淡水貯水槽１５からの復水で融解され、一定温度（約４℃）の冷水として氷蓄熱水槽１４に貯水される。この冷水は冷蔵倉庫１６の冷熱用として供給される。なお、この冷水は冷蔵倉庫１６に限らず各種冷却に利用される。
【００１３】
冷蔵倉庫１６での冷熱利用が終わった廃熱を含んだ復水は淡水貯水槽１５に貯水される。淡水貯水槽１５には、冷凍装置１２の放熱側である凝縮器１２２が装着され、貯水槽１５の淡水を暖めるとともに、凝縮器１２２の冷却を行って冷凍装置１２の効率を向上させるようにしている。なお、淡水貯水槽１５の淡水は、各種用水に利用したり、前述したように氷蓄熱水槽１４の純氷を融解するための復水として利用される。
【００１４】
次に、上述した純氷製氷装置１１の概略構成を図２により述べる。図２において、３１は図示しない海水供給管から海水４１が導入される槽で、この槽３１の内底部には散気管３２が配置される。散気管３２にはエアポンプ３３からエアが供給され、散気管３２からは気泡４２が連続的に吹き出される。３４は回転ベルトで、この回転ベルト３４は一部分が海水中に没し、他の部分は槽３１の水面上部に出ている。３５ａ、３５ｂ、３５ｃはローラで、そのローラの内、少なくとも１つは駆動ローラとして形成される。
【００１５】
回転ベルト３４の内側には冷却部３６とヒータ部３７が配設され、図１に示す冷凍装置１２の蒸発器１２１により冷却される冷却部３６は、海水中に没する回転ベルト３４の内側に、またヒータ部３７は槽３１の上部の回転ベルト３４の内側にそれぞれ配設される。３８は温風ヒータ、３９は純氷である氷塊、４０は氷生成部である。
【００１６】
上記のように構成された純氷製氷装置において、エアポンプ３３を回転させて散気管３２により気泡４２を連続的に吹き出させる。この気泡４２により海水は撹拌されると同時に、過冷却状態にはならず０℃を保持する。冷却部３６の表面では、連続的な気泡４２の吹き付けにより不純物を排除しながら、氷の結晶が成長して行く。成長した氷の結晶は回転ベルト３４で搬送され、ヒータ部３７の位置に到達すると、ヒータ部３７と温風ヒータ３８により氷が暖められ、特に氷の表面の一部が融けて水となり、氷の表面に付着した不純物はその水で洗われて流れ去ってしまう。このため、純粋な氷塊３９となって回転ベルト３４から外れて氷塊３９が連続的に生成される。このようにして生成された氷塊３９が図１に示した氷蓄熱水槽１４に貯蔵される。
【００１７】
上記のように構成されたこの発明の実施の形態においては、純氷だけが成長する部分を設置して、そこに大きな氷塊を析出させることができるとともに、ＬＮＧの冷熱は勿論、夜間電力や自家発電電力などの余剰電力を利用した冷凍装置による冷熱を用いることができる。また、分離した純氷は氷蓄熱水槽に貯蔵され、その冷熱を大型業務用冷蔵庫や空調設備に利用した後の冷水を、淡水として利用でき、さらに、濃縮海水から海水処理装置により食塩を生成することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、海水を純氷と濃縮海水とに分離して、純氷の冷熱を利用しながら淡水を生成し、一方では濃縮海水から食塩を生成することができる効果がある。また、この発明によれば、冷熱と淡水が同時に利用できるため、例えば地域冷暖房を導入するような地域では、省エネルギーだけでなく、水の有効利用も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す海水淡水化システムのシステム構成図。
【図２】純氷製氷装置の概略構成図。
【符号の説明】
１１…純氷製氷装置
１２…冷凍装置
１３…海水処理装置
１４…氷蓄熱水槽
１５…淡水貯水槽
１６…冷蔵倉庫
【発明の属する技術分野】
この発明は、海水を処理して淡水化にする海水淡水化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
海水を処理し淡水化を図る方式には、蒸発法、逆浸透法、電気透析法等が実用化されている。この他に、実用化されていないが、凍結融解法（冷凍法）、透過気化法等がある。（参考資料：平成８年版 日本の水資源（水資源白書） 国土庁編）
上述した海水淡水化システムの中で蒸発法は、海水を加熱して蒸発させたり、蒸発器に海水を吹き付けたりして蒸発させたりすることにより、発生した水蒸気を冷却して淡水を得る方式である。また、逆浸透法は、水は透過するが、塩分は透過させないような半透過膜を用いて、海水を入れた半透過膜の片側に圧力を加えて水だけを透過させて淡水を得る方式である。
【０００３】
上記の方式は実用化された海水淡水化方式であるが、非実用化の方式の中で凍結融解法は、海水中で純氷の結晶を成長させ、海水中に浮遊する氷結晶だけを分離融解するものである。この方式は、ＬＮＧの冷熱を利用して海水を淡水と濃縮海水に分離するシステムである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した実用化された海水淡水化方式の中で、蒸発法は海水を加熱蒸発させたりして水蒸気を発生させ、その水蒸気を冷却するために、エネルギー消費コストが大きいので、造水コストが高くつく問題がある。逆浸透法のように、半透過膜を用いた海水淡水化方式は、造水コストは安くなるが、プラントの敷地面積を多く必要とし、維持費等を多く必要とするとともに、造水純度が悪く２段階の脱塩工程が必要となる問題がある。また、非実用化方式である凍結融解法は、夜間電力、自家発電電力等の余剰電力を利用して、安価に海水を純氷と濃縮海水に分離する方式ではなく、単にＬＮＧの冷熱を利用するだけであるとともに、単に海水を凍結させると次のような問題が発生する。
【０００５】
通常、水は液体である限り、各種の気体、液体、固体を十分に溶解し、また、各種の液体、固体と混合し、各物質を非常によく溶解または、混合するけれども、氷になるときには、分子レベルの大きさではすべての溶質、混合物を排除して、純粋な氷分子の結晶として成長することが知られている。しかし、氷塊のレベルの大きさでは、氷分子の結晶と結晶の間に海水を含んでいた溶質、混合物を内包している氷塊になり、純氷だけを結晶として大きく成長させることは大変に難しい問題がある。
【０００６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、海水から不純物を含まない氷塊を析出させた純氷の冷熱を利用しながら淡水を生成するようにした海水淡水化システムを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、海水を冷却し、冷却された海水から純氷と濃縮海水とを生成する純氷製氷装置と、この純氷製氷装置により生成された純氷を貯蔵するとともに、貯蔵される純氷を融解して冷水として蓄えられる氷蓄熱水槽と、この氷蓄熱水槽に蓄えられた冷水を冷熱として利用し終わった廃熱を含んだ復水を貯水するとともに、淡水として蓄える淡水貯水槽と、余剰電力で運転され、蒸発器側で前記純氷製氷装置に供給される海水を冷却し、凝縮器側で前記淡水貯水槽の淡水を暖める冷凍装置とを設け、
前記純氷製氷装置は、海水が導入される槽と、この槽の内底部に配置され、外部から供給されるエアで槽内の海水に気泡を連続的に吹き出す散気管と、前記槽内の海水に一部分が没し、他の部分は水面上に位置するように配設された氷塊搬送体と、この搬送体が海水に没する位置に設けられるとともに、この位置の搬送体の内側に配設され、前記冷凍装置の蒸発器により冷却される冷却部と、この冷却部により前記搬送体が冷却され、前記散気管からの気泡が前記搬送体に吹き付けられて不純物を排除しながら氷の結晶が成長されて氷が生成される氷生成部と、この氷生成部で成長した氷の結晶が前記搬送体で前記海水導入槽の上部に搬送され、その槽上部に配設された氷の結晶の表面を暖める加熱部と、この加熱部で氷の表面の一部を融かし、融かした水で氷の表面の不純物を流して生成される純氷とからなる、
ことを特徴とするものである。
【０００８】
第２発明は、純氷製氷装置により生成された濃縮海水が導入され、この濃縮海水から食塩を生成する海水処理装置を設けたものである。
【００１０】
第３発明は、氷蓄熱水槽には、淡水貯水槽の淡水を復水として供給して純氷を融解させることを含むものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１１は詳細を後述する海水から氷塊を生成する純氷製氷装置で、この純氷製氷装置１１は、夜間電力や自家発電電力等の安価な余剰電力を利用して冷凍装置１２を運転し、冷却側である蒸発器１２１で海水を冷却して、海水から純度の高い純氷を生成するとともに、高濃度に濃縮された濃縮海水とを生成する。そして、生成した濃縮海水は海水処理装置１３に送られるとともに、純氷は氷蓄熱水槽１４に供給される。
【００１２】
海水処理装置１３は供給された濃縮海水から、食塩を生成し、塩分として回収する。一方、氷蓄熱水槽１４には純度の高い純氷が貯蔵される。この氷蓄熱水槽１４の純氷は、淡水貯水槽１５からの復水で融解され、一定温度（約４℃）の冷水として氷蓄熱水槽１４に貯水される。この冷水は冷蔵倉庫１６の冷熱用として供給される。なお、この冷水は冷蔵倉庫１６に限らず各種冷却に利用される。
【００１３】
冷蔵倉庫１６での冷熱利用が終わった廃熱を含んだ復水は淡水貯水槽１５に貯水される。淡水貯水槽１５には、冷凍装置１２の放熱側である凝縮器１２２が装着され、貯水槽１５の淡水を暖めるとともに、凝縮器１２２の冷却を行って冷凍装置１２の効率を向上させるようにしている。なお、淡水貯水槽１５の淡水は、各種用水に利用したり、前述したように氷蓄熱水槽１４の純氷を融解するための復水として利用される。
【００１４】
次に、上述した純氷製氷装置１１の概略構成を図２により述べる。図２において、３１は図示しない海水供給管から海水４１が導入される槽で、この槽３１の内底部には散気管３２が配置される。散気管３２にはエアポンプ３３からエアが供給され、散気管３２からは気泡４２が連続的に吹き出される。３４は回転ベルトで、この回転ベルト３４は一部分が海水中に没し、他の部分は槽３１の水面上部に出ている。３５ａ、３５ｂ、３５ｃはローラで、そのローラの内、少なくとも１つは駆動ローラとして形成される。
【００１５】
回転ベルト３４の内側には冷却部３６とヒータ部３７が配設され、図１に示す冷凍装置１２の蒸発器１２１により冷却される冷却部３６は、海水中に没する回転ベルト３４の内側に、またヒータ部３７は槽３１の上部の回転ベルト３４の内側にそれぞれ配設される。３８は温風ヒータ、３９は純氷である氷塊、４０は氷生成部である。
【００１６】
上記のように構成された純氷製氷装置において、エアポンプ３３を回転させて散気管３２により気泡４２を連続的に吹き出させる。この気泡４２により海水は撹拌されると同時に、過冷却状態にはならず０℃を保持する。冷却部３６の表面では、連続的な気泡４２の吹き付けにより不純物を排除しながら、氷の結晶が成長して行く。成長した氷の結晶は回転ベルト３４で搬送され、ヒータ部３７の位置に到達すると、ヒータ部３７と温風ヒータ３８により氷が暖められ、特に氷の表面の一部が融けて水となり、氷の表面に付着した不純物はその水で洗われて流れ去ってしまう。このため、純粋な氷塊３９となって回転ベルト３４から外れて氷塊３９が連続的に生成される。このようにして生成された氷塊３９が図１に示した氷蓄熱水槽１４に貯蔵される。
【００１７】
上記のように構成されたこの発明の実施の形態においては、純氷だけが成長する部分を設置して、そこに大きな氷塊を析出させることができるとともに、ＬＮＧの冷熱は勿論、夜間電力や自家発電電力などの余剰電力を利用した冷凍装置による冷熱を用いることができる。また、分離した純氷は氷蓄熱水槽に貯蔵され、その冷熱を大型業務用冷蔵庫や空調設備に利用した後の冷水を、淡水として利用でき、さらに、濃縮海水から海水処理装置により食塩を生成することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、海水を純氷と濃縮海水とに分離して、純氷の冷熱を利用しながら淡水を生成し、一方では濃縮海水から食塩を生成することができる効果がある。また、この発明によれば、冷熱と淡水が同時に利用できるため、例えば地域冷暖房を導入するような地域では、省エネルギーだけでなく、水の有効利用も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す海水淡水化システムのシステム構成図。
【図２】純氷製氷装置の概略構成図。
【符号の説明】
１１…純氷製氷装置
１２…冷凍装置
１３…海水処理装置
１４…氷蓄熱水槽
１５…淡水貯水槽
１６…冷蔵倉庫
Claims (3)
- 海水を冷却し、冷却された海水から純氷と濃縮海水とを生成する純氷製氷装置と、この純氷製氷装置により生成された純氷を貯蔵するとともに、貯蔵される純氷を融解して冷水として蓄えられる氷蓄熱水槽と、この氷蓄熱水槽に蓄えられた冷水を冷熱として利用し終わった廃熱を含んだ復水を貯水するとともに、淡水として蓄える淡水貯水槽と、余剰電力で運転され、蒸発器側で前記純氷製氷装置に供給される海水を冷却し、凝縮器側で前記淡水貯水槽の淡水を暖める冷凍装置とを設け、
前記純氷製氷装置は、海水が導入される槽と、この槽の内底部に配置され、外部から供給されるエアで槽内の海水に気泡を連続的に吹き出す散気管と、前記槽内の海水に一部分が没し、他の部分は水面上に位置するように配設された氷塊搬送体と、この搬送体が海水に没する位置に設けられるとともに、この位置の搬送体の内側に配設され、前記冷凍装置の蒸発器により冷却される冷却部と、この冷却部により前記搬送体が冷却され、前記散気管からの気泡が前記搬送体に吹き付けられて不純物を排除しながら氷の結晶が成長されて氷が生成される氷生成部と、この氷生成部で成長した氷の結晶が前記搬送体で前記海水導入槽の上部に搬送され、その槽上部に配設された氷の結晶の表面を暖める加熱部と、この加熱部で氷の表面の一部を融かし、融かした水で氷の表面の不純物を流して生成される純氷とからなる、
ことを特徴とする海水淡水化システム。 - 前記純氷製氷装置により生成された濃縮海水が導入され、この濃縮海水から食塩を生成する海水処理装置を設けた請求項１記載の海水淡水化システム。
- 前記氷蓄熱水槽には、淡水貯水槽の淡水を復水として供給して純氷を融解させることを含む請求項１記載の海水淡水化システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09176697A JP3651170B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 海水淡水化システム |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP09176697A JP3651170B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 海水淡水化システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10277535A JPH10277535A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3651170B2 true JP3651170B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=14035692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09176697A Expired - Fee Related JP3651170B2 (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | 海水淡水化システム |
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| JP (1) | JP3651170B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| CN106629951A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-05-10 | 房诗宏 | 固液相转化盐水浓缩装置 |
| CN107128993A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-09-05 | 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 | 具有烟气再加热功能的电厂烟气余热直接蒸发式淡化系统 |
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1997
- 1997-04-10 JP JP09176697A patent/JP3651170B2/ja not_active Expired - Fee Related
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