JP4587297B2 - 塩水を脱塩するための方法及びプラント - Google Patents

Description

本発明は、塩水を脱塩するための方法に関する。

英国特許第２０１６９３８号明細書には、塩水を脱塩するための方法及びプラントが記載されており、この場合、塩水（海水）がリザーバ又は容器から抜き取られ、ボイラに供給され、ボイラにおいて塩水が沸騰させられる。前記ボイラから、前記ボイラにおいて発生された蒸気が、凝縮のために熱交換器へ送られる。
米国特許第４３２８７８８号明細書は、水溶液における熱の貯蔵及び水溶液からの熱の回復のためのプラントを開示している。熱回復の間、溶液は、容器のゾーンから、開口と、インテークパイプと、マニホールドと、別のパイプとを介して抜き取られ、前記容器の外側に設けられた熱交換器へ供給される。この後、前記溶液は前記容器へリサイクルされる。

本発明の課題は、単純な手段を使用して、塩が水から効率的に除去されることができる方法を得ることである。

本発明によれば、この課題は、塩水が、ブラインを含む容器内に配置された熱交換器を通過させられ、前記ブラインが、容器内に互いに上下に位置する複数の水の層によって形成されており、それぞれの水の層が、上方に存在する層よりも高い含塩量を有しており、前記ブラインが太陽エネルギによって加熱され、熱交換器が、高温の、最も下側の水の層に配置されており、これにより、熱交換器において加熱された塩水が、塩水の少なくとも一部を蒸発させるために蒸発器を通過させられ、この後、このように形成された蒸気が、塩が除去された水を得るために、コンデンサに導入される、方法において達成することができる。

本発明による方法を用いる場合、容器において形成された比較的高い含塩量を有するブラインの層が、太陽からの放射の影響により比較的高い温度にまで加熱されることができることを利用する。高い温度を有する、ブラインの前記層に配置された熱交換器を使用して、塩水は、高価でない形式で加熱され、続いて蒸発器へ供給されることができ、蒸発器において、塩を含まない水蒸気を形成することができ、この水蒸気は次いで凝縮プロセスを受ける。

このように、少なくとも実質的に排他的に太陽エネルギで作動する方法が得られ、この方法により、塩水の高価でない効率的な脱塩を達成することができる。

本発明の別の態様は、塩水を脱塩するためのプラントに関し、このプラントは、前記方法を実施するのに特に適しており、この場合、プラントが、ブラインを含む容器を有しており、前記ブラインが、容器内に互いに上下に位置する複数の水の層によって形成されており、それぞれの水の層が、上方に存在する層よりも高い含塩量を有しておりかつ太陽エネルギによって加熱されるようになっており、熱交換器が、最も下側の水の層に配置されており、脱塩したい水を供給するための手段が、熱交換器の入口に接続されており、蒸発器の入口が熱交換器の出口に接続されているのに対し、蒸発器の出口が、蒸発器において形成された水蒸気を凝縮するための手段に接続されている。

本発明を使用することにより、水を脱塩するための単純かつ効率的なプラントを得ることができ、このプラントは、自動的にかつ特に無人で作動することができる。

以下に添付の概略的な図面を参照して発明をより詳細に説明する。

図１は本発明によるプラントを概略的に示している。

図２は、図１に示されたプラントにおいて使用される容器の一部を示しており、容器内には、それぞれ異なる含塩量を有する３つの層が存在している。

図３は、塩水を容器に供給するための装置を示している。

図４は、図１に示されたプラントにおいて使用される容器の一部を示しており、容器の一部に亘って延びたキャットウォークを備えている。

図５は図４の概略的な上面図である。

図１に示されたプラントは容器１を有しており、この容器の底側は、地下水面２から少なくとも約２ｍの距離だけ間隔を有している。

容器１の上側の近傍において、パイプ３が容器１内へ開口しており、このパイプを介して塩水、特に海水が容器内へ圧送されることができる。

さらに、容器１の近傍にピット４が設けられており、このピット４は脱塩される水、特に海水で、少なくとも地下水面又は海面にまで満たされている。ピット４が少なくとも部分的に海水レベルの下方に延びている場合、海水は、ポンプ又は同様のものを使用する必要なしに自動的にピット４に流入するようにすることができる。

熱交換器５が容器内に、容器の底部の近傍に配置されており、この熱交換器にピット４からの水をパイプ６を介して供給することができる。効率的な実施形態においては、パイプ６の一方の端部に接続された、ピット４に配置されたプランジャポンプ７がこの目的のために使用されるが、もちろん、ピット４からの脱塩される水を熱交換器５へ圧送するためのその他の手段が使用されてもよい。

熱交換器５の出口にはパイプ８が接続されており、このパイプ８を介して、熱交換器５を通過させられている脱塩したい水が、自体公知の蒸発器９へ供給されることができる。有利には、いわゆる低温蒸発器が使用され、この低温蒸発器によって、蒸発器に供給された水は既に約３０℃の低い温度から蒸発させられることができる。

効率的な実施形態において、パイプ８にはフローヒータ１０が配置されており、このフローヒータ１０によって、熱交換器５から流入する水が付加的に加熱されることができる。

蒸発器９の上端部はパイプ１１を介してコンデンサ１２の上端部に接続されているが、さらに、蒸発器において形成された蒸気を搬送するためにパイプ１１にはファン１３が取り付けられている。

コンデンサに供給されている水蒸気を冷却するために、コンデンサ１２には冷却ユニット１４が接続されている。

コンデンサ１２の底側の近くにはポンプ１５が設けられており、このポンプ１５によって、コンデンサ１２において凝縮された、塩が除去された水が、パイプ１６を介して排出されることができる。

蒸発器９の底側には排水パイプ１７が接続されており、この排水パイプ１７を介して、蒸発器９において残った水が海へ排水される及び／又は中間パイプ１８を介して熱交換器５へ戻されることができる。

パイプ１６は、ピット４に配置された熱交換器１９に接続されており、この熱交換器１９は、より高温の凝縮された水から熱を与えることによって、ピット内に存在する脱塩されるべき水を予熱するために使用される。熱交換器９の出口は、パイプ２０を介して脱塩された水のための収集容器２１に接続されている。

容器１は有利には地面に掘って設置されるが、地上に建てられたこのような容器も考えられる。

容器は有利に少なくとも約３ｍの深さを有しているが、容器の立ち上がった壁は有利には約４５゜の角度で傾斜している。図２に概略的に示したように、容器の底部及び側壁は、地面の性質がそれを必要とするならば、約１０ｃｍの厚さを有する砂の層２２で被覆されている。次いで、容器１の底部及び傾斜した壁部は、箔、有利には黒色箔で被覆され、この箔は、水が透過することができないように底部及び側壁全体を被覆する。

次いで、容器は塩水で満たされ、この場合、約１ｍの高さ及び約２４％の含塩量を有する下部水層２３と、約１ｍの高さ及び約１５％の含塩量を有する中間水層２４と、約１ｍの高さ及び約０〜４％の含塩量を有する上部水層２５とが形成される。

それぞれが異なる含塩量を有する水層の形成は、図３に概略的に示された装置２６を使用することによって効率的に行われることができる。２つのこのような装置が、容器の一方の側から容器の一部の上方に延びたキャットウォーク２７の自由端部に接続されており、このキャットウォークには有利にはガードレール２８が設けられている。

装置２６は、キャットウォーク２７に固定された支持体３０において垂直方向に可動な垂直チューブ２９を有している。互いに平行に延びた円形プレート３１及び３２がチューブの下端部に取り付けられており、これらのプレートは、相互結合されており、プレートの間に配置されたスペーサ３３によって離間させられている。上部ディスク３は、例えば約１００ｃｍの直径を有しており、下部ディスク３２は、例えば約８０ｃｍの僅かに小さな直径を有しており、スペーサは有利にはプレートを約３ｃｍ離している。

プレート３１及び３２は、支持体３０においてチューブ２９を移動させることによって容器内のあらゆる所望のレベルに位置決めされることができる。

プラントを運転させようとする場合、容器はまず約１．８０ｍの高さまで海水又は同様のもので満たされる。

次いで、装置２６は、容器内に存在する熱交換器５の僅かに上方にプレート３１及び３２が位置決めされるように、配置される。この後、高い含塩量を有する水がそれぞれの装置２６のパイプ２９の上端部に供給され、この水は、図３に矢印によって示したように、容器内に既に存在する水にいかなる望ましくない渦をも生じることなく、均一に水平方向にプレート３１及び３２の間をパイプ２９から容器内へ流れる。このように、高い含塩量を有する層２３が、容器内に約１ｍの高さまで形成されることができ、水のレベルは、約１．８０のもとのレベルから約２．８０のレベルまで上昇する。次いで、２つの装置２６は、プレート３１，３２が容器１の底部から約１．８０ｍの距離だけ離間させられる点にまで上昇させられる。この位置において、適切な含塩量を有する水が、約１５％の含塩量を有する第２の層２４を形成するために再び容器に供給され、容器における水のレベルは、結果的に約３ｍまで上昇する。

実用上、それぞれが固有の特定の含塩量を有する個々の層２３〜２５の比重量値により、様々な層の間に極めて安定した境界面が形成され、これらの境界面は、外部影響によって妨害された場合でさえも自動的に回復することが明らかになった。

このように満たされた容器が太陽からの放射に曝されると、太陽熱が、高い含塩量を有する下部層の温度を上昇させ、次いでこの温度はそこで維持される。実用上、下部層２３の温度は一日に約１℃だけ上昇し、そのうちに約８０℃の温度が前記下部層において達成されることができることが明らかになった。例えば４０×５０ｍの底部を有する容器の場合、約２０００ｍ^２の面積を覆う約２４％の含塩量を有する高温のブラインの層２３が得られる。

中間層２４は絶縁層として機能し、太陽熱は上部層２５を介して吸収され、下方へ伝達される。

このように下部層２３が所望の温度に加熱された後、水をピット４から熱交換器を介して蒸発器へ圧送するためにポンプ７が作動されることができる。熱交換器は層２３から熱を奪い取り、これにより、熱交換器から排出される水は、層２３における水の温度とほぼ等しい温度を有する。望ましいならば、前記温度はフローヒータ１０においてさらに高められてもよい。このように蒸発器９に供給される水は、高い程度に蒸発し、次いで蒸気がコンデンサに供給される。比較的高い含塩量を有する残った水は、上記のように、パイプ１７を介して排出されることができる。

コンデンサ１２に供給される水蒸気は、コンデンサにおいて蒸発し、このように形成された脱塩された水は、上記のようにポンプ１５によってコンデンサ１２から排水されることができる。ピット４内に存在する水は、凝縮された水からの残留熱によって既に予熱されているので、熱交換器５に供給される水の温度は、ピットに供給される海水の温度よりも既に高い。

容器２１に供給された脱塩された水は、望ましいならば、使用される前に別の処理を受けてもよい。

プラントの運転は小さなエネルギしか必要とせず、このエネルギは、ポンプ７及び１５及びフローヒータ１０を駆動するために必要とされる。このエネルギは、例えば風車によって発生されるが、この目的のために太陽熱収集器又は同様のものを使用することも考えられる。発生されたエネルギは、風車を駆動するための風がない時及び／又は太陽熱収集器が十分なエネルギを発生しない時に使用するために電池に貯蔵されてよい。

さらに図２に概略的に示したように、容器の水面に望ましくない波が生じるのを防ぐために容器１の上側の近傍に、いわゆる波発生防止装置３４（概略的に示されている）が設けられていてよい。

さらに、容器における様々な層における温度を測定し、様々な層の含塩量を測定するために、センサ３５及び３６が設けられていてよい。

さらに、空気温度を測定するための、また風車が使用されるならば風速を測定するためのゲージが設けられていてよい。プラントの運転を制御し、例えばポンプ７及び１５を作動させ、風車を制御し、例えば風車のブレードを調整しかつ風車を作動及び／又は停止させるために、様々なセンサ及びゲージが中央制御ユニットに接続されていてよい。

上の説明から、少ないメンテナンスしか必要とせず、小さなエネルギを消費するプラントが提供され、このエネルギはさらに風車又は太陽熱収集器又は同様のものによって発生することができることが明らかである。

図１は本発明によるプラントを概略的に示している。 図１に示されたプラントにおいて使用される容器の一部を示されており、容器内には、それぞれ異なる含塩量を有する３つの層が存在している。 塩水を容器に供給するための装置を示している。 図１に示されたプラントにおいて使用される容器の一部を示しており、容器の一部に亘って延びたキャットウォークを備えている。 図４の概略的な上面図である。

１ 容器、 ２ 地下水面、 ３ パイプ、 ４ ピット、 ５ 熱交換器、 ６ パイプ、 ７ プランジャポンプ、 ８ パイプ、 ９ 蒸発器、 １０ フローヒータ、 １１ パイプ、 １２ コンデンサ、 １３ ファン、 １４ 冷却ユニット、 １５ ポンプ、 １６ パイプ、 １７ 排水パイプ、 １８ 中間パイプ、 １９ 熱交換器、 ２０ パイプ、 ２１ 収集容器、 ２２ 砂の層、 ２３ 下部水層、 ２４ 中間水層、 ２５ 上部水層、 ２６ 装置、 ２７ キャットウォーク、 ２８ ガードレール、 ２９ 垂直チューブ、 ３０ 支持体、 ３１，３２ 円形プレート、 ３４ 波発生防止装置、 ３５，３６ センサ

Claims (8)

1. 塩水を脱塩するための方法において、塩水が、ブラインを含む容器内に配置された熱交換器を通過させられ、前記ブラインが、容器内に互いに上下に位置する複数の水の層によって形成されており、それぞれの水の層が、上方に存在する層よりも高い含塩量を有しており、前記ブラインが太陽エネルギによって加熱され、熱交換器が、高温の、最も下側の水の層に配置されており、これにより、熱交換器において加熱された塩水が、塩水の少なくとも一部を蒸発させるために蒸発器を通過させられ、この後、このように形成された蒸気が、塩が除去された水を得るために、コンデンサに導入されることを特徴とする、塩水を脱塩するための方法。
2. ２４％の含塩量を有する下部水層と、１５％の含塩量を有する中間水層と、０〜４％の含塩量を有する上部水層とが、容器内に形成される、請求項１記載の方法。
3. それぞれの水の層が、１ｍの高さに形成される、請求項２記載の方法。
4. 脱塩されるべき水が、水を含んだピットから、容器内に配置された熱交換器に供給され、前記ピット内に熱交換器が配置されており、該熱交換器に凝縮された水が通過させられる、請求項２又は３記載の方法。
5. 蒸発器において形成された水蒸気が、コンデンサにおいて凝縮プロセスを受け、該コンデンサに、冷却された空気をコンデンサに供給するための冷却装置が接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 塩水を脱塩するためのプラントにおいて、ブラインを含む容器が設けられており、前記ブラインが、容器内に互いに上下に位置する複数の水の層によって形成されており、それぞれの水の層が、上方に存在する層よりも高い含塩量を有しておりかつ太陽エネルギによって加熱されるようになっており、熱交換器が、最も下側の水の層に配置されており、脱塩したい水を供給するための手段が、熱交換器の入口に接続されており、蒸発器の入口が熱交換器の出口に接続されているのに対し、蒸発器の出口が、蒸発器において形成された水蒸気を凝縮するための手段に接続されていることを特徴とする、塩水を脱塩するためのプラント。
7. 前記プラントがピットを含んでおり、該ピットに、脱塩されるべき海水が供給され、前記ピットから水が、容器内に配置された熱交換器へ搬送される、請求項６記載のプラント。
8. 蒸発器がコンデンサに接続されており、プラントがポンプを含んでおり、該ポンプによって、コンデンサにおいて凝縮された水が、水のための受容容器へ搬送されることができる、請求項６又は７記載のプラント。

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