JP4913635B2 - 淡水化装置 - Google Patents

Description

本発明は、海水を淡水化する淡水化装置に関するものであり、特に、海水を蒸発させて生成した水蒸気を含む湿潤気体を効率よく冷却して淡水の生成効率を向上させた淡水化装置に関するものである。

従来、海水を淡水化する淡水化装置としては、逆浸透膜を利用した逆浸透法による淡水化装置が知られている。この逆浸透法による淡水化装置では、海水に高圧力を加えて逆浸透膜を通過させることにより、逆浸透膜によって塩分の通過を防止しながら水だけを通過させることによって淡水化している。

しかしながら、逆浸透法による淡水化装置では、高圧の海水が必要となるために海水を高圧で送給するための高圧ポンプが必要であって、この高圧ポンプを駆動させるための大きな電力が必要となるために、淡水の製造コストが極めて大きくなるという問題があった。

そこで、昨今では、逆浸透法ではなく蒸発法による淡水化装置が数多く提案されている。特に、蒸発法による淡水化装置では、海水を蒸発させる際に太陽光を利用することにより、水蒸気を生成するために化石燃料や原子力などを用いた高コストなエネルギーを不要として、低コストのエネルギーでの淡水の生成を可能としている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−０７０９２９号公報

しかしながら、従来の蒸発法による淡水化装置では凝縮水の生成効率が小さいという問題があった。本発明者は、凝縮水の生成効率を向上させるべく研究開発を行い、本発明を成すに至ったものである。

本発明の淡水化装置では、海水を蒸発させて生成した水蒸気を含ませることにより高湿度とした湿潤気体を冷却して、この湿潤気体中の前記水蒸気を凝縮させることにより淡水の凝縮水を生成する淡水化装置において、前記海水を貯留して太陽光で加熱することにより前記湿潤気体を生成する蒸発ユニットと、この蒸発ユニットで生成した前記湿潤気体を冷却して前記凝縮水を生成する冷却ユニットと、前記凝縮水を貯留する貯水タンクと、前記冷却ユニットで冷却されて低温となった前記湿潤気体からなる冷温気体を太陽光で加熱して前記蒸発ユニットに送給する気体加熱ユニットと、前記冷却ユニットで前記湿潤気体を冷却するために用いた冷却用の海水を太陽光で加熱して前記蒸発ユニットに送給する海水加熱ユニットとを備え、前記冷却ユニットには、前記湿潤気体を上昇させる上昇用配管と、この上昇用配管内を上昇した前記湿潤気体を下降させる下降用配管とを設け、前記上昇用配管及び前記下降用配管を前記冷却用海水で冷却することにより前記上昇用配管及び前記下降用配管の内周面に前記凝縮水を生成することとした。

さらに、下降用配管は、下端の高さを蒸発ユニットの高さよりも低くし、気体加熱ユニットは、下降用配管の下端の高さと、蒸発ユニットの高さの間の高さに設けて、下降用配管の下端と第１連通配管を介して連通連結するとともに、蒸発ユニットと第２連通配管を介して連通連結したことにも特徴を有し、蒸発ユニットには、貯留した海水を冷却ユニットの冷却用の海水に合流させる合流用配管を設けたことにも特徴を有するものである。

また、海水加熱ユニットは最上部に配置するとともに、この海水加熱ユニットの高さを海水面の高さよりも低い位置としたことにも特徴を有するものである。

請求項１記載の淡水化装置によれば、水蒸気を含んだ湿潤気体を上昇させる上昇用配管と、この上昇用配管内を上昇した湿潤気体を下降させる下降用配管を冷却ユニットに設け、上昇用配管及び下降用配管を冷却用の海水で冷却することにより上昇用配管及び下降用配管の内周面に凝縮水を生成することによって、凝縮水の生成効率を向上させることができる。

すなわち、蒸発ユニットで海水を効率よく蒸発させて生成した水蒸気を含む湿潤気体は、上昇用配管で冷却されることにより水蒸気が凝縮され、凝縮水を生じるとともに凝縮にともなう凝縮熱の放出によって加熱されて上昇しやすくなり、上昇用配管内における湿潤気体の速やかな上昇を促して、蒸発ユニットで生成された水蒸気を含む湿潤気体を上昇用配管に効果的に誘引する作用を生じさせることができる。

しかも、上昇用配管内で冷却されて低温高密度となった湿潤気体が上昇用配管から下降用配管に達すると、冷却されて高密度化することにより比重が大きくなった湿潤気体の自重による降下の作用によって下降気流を生成することができ、この下降用配管に生じた下降気流を利用して上昇用配管内の湿潤気体を下降用配管に誘引することができ、上昇用配管内及び下降用配管内の湿潤気体の流通性を高めて凝縮水の生成効率を向上させることができる。

特に、水蒸気を含んだ湿潤気体は下降用配管内においても冷却されることによって、さらに凝縮水を生成することができる。

そのうえ、冷却ユニットでは、蒸発ユニットにおいて水蒸気の生成に使用された潜熱を、上昇用配管内及び下降用配管内での水蒸気の凝縮時に凝縮熱として発生させて冷却用の海水に蓄熱させることにより回収でき、冷却用の海水を海水加熱ユニットでさらに加熱して蒸発ユニットに送給することによって、エネルギーの利用効率を向上させることができる。

請求項２記載の淡水化装置によれば、請求項１記載の淡水化装置において、下降用配管は、下端の高さを蒸発ユニットの高さよりも低くし、気体加熱ユニットは、下降用配管の下端の高さと、蒸発ユニットの高さの間の高さに設けて、下降用配管の下端と第１連通配管を介して連通連結するとともに、蒸発ユニットと第２連通配管を介して連通連結したことによって、下降用配管内を通過して気体加熱ユニットに導かれた気体を気体加熱ユニットで加熱して高温低密度の気体とし、低密度化することにより比重が小さくなった気体に上昇の作用を生じさせて第２連通配管内に上昇気流を生じさせることにより、この上昇気流を利用して下降用配管から気体加熱ユニットに気体をスムーズに導くことができる。

請求項３記載の淡水化装置によれば、請求項１または請求項２に記載の淡水化装置において、蒸発ユニットには、貯留した海水を冷却ユニットの冷却用の海水に合流させる合流用配管を設けたことによって、蒸発ユニットに供給された海水のうち、蒸発による潜熱の消費にともなって冷却されて低温となった海水を冷却ユニットへと排出する一方で、排出した低温の海水を冷却ユニット及び海水加熱ユニットを介して再利用することができ、海水の利用効率を向上させることができる。

請求項４記載の淡水化装置によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の淡水化装置において、海水加熱ユニットは最上部に配置するとともに、この海水加熱ユニットの高さを海水面の高さよりも低い位置としたことによって、海水面との差圧を利用して海水を最上部の海水加熱ユニットまで送給することができ、海水を送給するためのポンプを用いることなく海水を循環させることができる。

本発明の淡水化装置は、海水を蒸発させて水蒸気を含んだ湿潤気体を生成し、この湿潤気体を冷却して凝縮水を生成することによって海水を淡水化する淡水化装置であって、海水を効率よく蒸発させて水蒸気が飽和した湿潤気体を生成し、この湿潤気体を効率よく冷却して凝縮水の生成効率を向上させた冷却ユニットに特徴を有しているものである。

特に、本発明の淡水化装置では、蒸発ユニット→冷却ユニット→気体加熱ユニット→蒸発ユニットの順で気体を循環させる循環路を形成して、蒸発ユニットで水蒸気を生成して高温の飽和空気となった湿潤気体を生成し、冷却ユニットで湿潤気体を冷却することにより凝縮水を生成するとともに低温の飽和空気となった湿潤気体を生成し、気体加熱ユニットで低温の湿潤気体を加熱することにより高温の乾燥空気を生成し、この乾燥空気を蒸発ユニットに送給することにより水蒸気を取り込ませて高温の湿潤気体を生成している。

しかも、冷却ユニット及び気体加熱ユニットでは、それぞれ湿潤気体を誘引する誘引作用が生じていることにより、湿潤気体を常時高速で循環させることができ、海水の淡水化を連続的に効率よく生じさせることができる。

そのうえ、本発明の淡水化装置では、冷却ユニットにおける冷却用の海水によって、水蒸気の凝縮を生じさせる際に発生する熱量や、高温の湿潤気体の熱量を吸熱し、海水を蒸発させて水蒸気を生成する際に要した熱量を回収し、しかも、吸熱にともなって高温となった冷却用の海水を海水加熱ユニットでさらに加熱して蒸発ユニットに送給することによって、熱エネルギーのいわゆるリサイクルあるいはリユースを連続的に行うことができ、熱エネルギーの利用効率を向上させることができる。

なお、本発明の淡水化装置は、海水を淡水化することを目的としているが、淡水化される水は海水に限定するものではなく、陸地上にある塩水湖などの塩水の淡水化、あるいは塩分以外の飲用に対して不適切な成分が溶存している水の淡水化に用いることができる。

以下において、図面に基づいて、具体的に説明する。図１に示すように、淡水化装置は、海水を貯留して太陽光で加熱することにより海水から水蒸気を生成し、この水蒸気を含有する高温の湿潤気体を生成する蒸発ユニット10と、この蒸発ユニット10で生成した高温の湿潤気体を冷却して凝縮水を生成する冷却ユニット20と、凝縮水を貯留する貯水タンク30と、凝縮水が分離された気体を太陽光で加熱する気体加熱ユニット40と、冷却ユニット20で水蒸気を冷却するために用いた冷却用の海水を太陽光で加熱して蒸発ユニット10に送給する海水加熱ユニット50を備えている。

蒸発ユニット10は、海水を貯留する貯留槽11と、この貯留槽11の上方に設けた所定の大きさの空間で構成した蒸発部12と、この蒸発部12の上方に設けた集光部13とで構成し、６０〜８０℃程度の湿潤気体を生成可能としている。

貯留槽11は海水を貯留可能な容器であって、内部に不織布（図示せず）を収容している。不織布は、山折りと谷折りを交互に繰返して折畳み状とし、山折り部分をそれぞれ貯留槽11内の海水面よりも上方に突出させて、海水の蒸発に寄与する面積を増大させている。また、不織布は、黒色などの暗色系の色調として太陽光を吸収しやすくしている。なお、貯留槽11には不織布を設ける場合に限定するものではなく、貯留槽11内の海水の蒸発を促せる機構であれば適宜設けてよく、例えば太陽光発電によって得られた電力によって発熱するヒータを設けて、海水の蒸発を促してもよい。

貯留槽11の大きさは、貯留した海水の水面上を吹走する湿潤気体が、海水から蒸発した水蒸気によって飽和状態となる程度としている。

蒸発部12は、貯留槽11内の海水面から所定間隔だけ隔てて設けた天井壁によって貯留槽11を閉塞して形成した空間であって、天井壁は透明材料で構成して、太陽光を貯留槽11内に入射可能としている。天井壁の上側面には、夜間に貯留槽11の上面を覆って貯留槽11内の海水の放射冷却を防止する適宜の遮蔽材を設けてもよい。また、蒸発部12には、水蒸気が凝結する際の核となるヨウ化銀などの凝結核を湿潤気体に供給する供給器を設け、凝結効率の高い湿潤気体を生成するようにしてもよい。供給器は、具体的にはヨウ化銀の噴霧器などであればよい。

集光部13は、集光用のレンズを備えており、より多くの太陽光を貯留槽11内に入射可能としている。集光部13は、集光用のレンズだけで構成する場合に限定するものではなく、適宜の鏡などの反射体を用いて太陽光を集光して貯留槽11内に入射させてもよい。

冷却ユニット20は、蒸発ユニット10の蒸発部12で生成された水蒸気を含む湿潤気体を上昇させる上昇用配管21と、この上昇用配管21内を上昇した湿潤気体を下降させる下降用配管22と、上昇用配管21及び下降用配管22を冷却する冷却槽23とで構成している。

上昇用配管21は、熱伝導率を高めるために金属製の配管としており、湿潤気体の送気における上流側端部で蒸気案内管14を介して蒸発部12に連通連結している。

上昇用配管21は鉛直方向に沿って直線状に設けて、上昇用配管21内に送給された湿潤気体を速やかに上方向に導いている。図示しないが、上昇用配管21の外周面には適宜の放熱フィンを設けて、熱交換の効率向上を図ってもよい。

上昇用配管21では、蒸発ユニット10から送給された湿潤気体が冷却されて内周面に凝縮水を生じさせており、内周面に生じた凝縮水を内周面に沿って流れ落とさせて凝縮水を採取可能とするとともに、水蒸気の凝縮にともなって放出された潜熱によって湿潤気体の加熱を生じさせて、一般的な積乱雲中での上昇気流と同様に上昇用配管21内の湿潤気体により強い上昇気流を生じさせ、蒸発ユニット10から上昇用配管21に湿潤気体を効果的に誘引可能としている。

なお、蒸発ユニット10から上昇用配管21に湿潤気体を導く蒸気案内管14は水平状態に配置するとともに、この水平状態の蒸気案内管14も冷却槽23内に配置して蒸気案内管14においても凝縮水を生成し、生成された凝縮水を貯水タンク30に送給している。

下降用配管22も、熱伝導率を高めるために金属製の配管としており、上端において上昇用配管21の上端と連通連結し、上昇用配管21内の湿潤気体を下降用配管22に導いている。

下降用配管22も鉛直方向に沿って直線状に設けて、下降用配管22内に送給された湿潤気体を速やかに下方向に導いている。図示しないが、上昇用配管21の外周面には適宜の放熱フィンを設けて、熱交換の効率向上を図ってもよい。

下降用配管22においても、上昇用配管21から送給された湿潤気体をさらに冷却して内周面に凝縮水を生じさせており、内周面に生じた凝縮水を内周面に沿って流れ落とさせて凝縮水を採取可能するとともに、十分に冷却されて低温高密度となることにより比重が大きくなった湿潤気体に自重による降下の作用を生じさせて下降気流を生成し、この下降気流によって上昇用配管21内の湿潤気体を下降用配管22に効果的に誘引している。

また、下降用配管22は、上昇用配管21よりも長く構成し、下降用配管22の下端の位置を、上昇用配管21の下端の位置よりも下としている。この上昇用配管21と下降用配管22の長さの違いは、気体加熱ユニット40を設けるためである。

冷却槽23は、内部に上昇用配管21及び下降用配管22、さらには蒸気案内管14を収容し、冷海水を貯留して上昇用配管21、下降用配管22及び蒸気案内管14を冷却している。冷却槽23の外周面には適宜の断熱材を装着して、外部との熱の出入りを遮断し、冷却槽23内の海水を低温に維持するとともに、上昇用配管21、下降用配管22及び蒸気案内管14による熱交換で加熱された冷却用の海水を上方に迅速に輸送している。

冷却槽23には一端を海中に設けた取水管24を接続し、この取水管24を介して海中の冷海水を冷却用の海水として取水可能としている。冷海水は海水面Ｗ近傍の海水よりも温度の低い海水であって、所望の温度の冷海水が存在する深さまで取水管24を伸延させている。冷海水は、約３０℃以下の海水であればよく、冷たければ冷たいほど望ましい。

本実施形態では、冷却槽23は、逆Ｊ字状となっている上昇用配管21と下降用配管22に沿わせて、上昇用配管21を収容した第１収容部23aと、下降用配管22を収容した第２収容部23bとで逆Ｊ字状としており、取水管24は中途部で分岐させて第１収容部23aの下端、及び第２収容部23bの下端にそれぞれ接続し、上昇用配管21と下降用配管22を別々に冷却可能としている。したがって、第１収容部23aに冷海水を供給することができるので、高温の湿潤気体が送給される上昇用配管21を効果的に冷却することができる。図１中、23cは、蒸気案内管14を収容した第３収容部23cである。

しかも、冷却槽23では、上昇用配管21及び下降用配管22を介して水蒸気の凝縮熱を熱交換することにより加熱されて高温になった冷却用の海水を対流によって上方に輸送して、６０〜８０℃程度の高温の海水として海水加熱ユニット50に供給することができる。

貯水タンク30は、上昇用配管21及び下降用配管22の下方位置に設けて、上昇用配管21の内周面を流れ落ちた凝縮水、及び下降用配管22の内周面を流れ落ちた凝縮水を貯留可能としている。なお、貯水タンク30は、上昇用配管21用と、下降用配管22用とでそれぞれ別々に設けてもよい。

気体加熱ユニット40は、冷却ユニット20で凝縮水が分離された気体を加熱して、約８０℃以上の高温の乾燥気体としており、一端を気体加熱ユニット40に接続した第１連通配管41の他端を下降用配管22の下端に接続し、下降用配管22を通過した気体を気体加熱ユニット40に導いている。

さらに、気体加熱ユニット40には、端部を蒸発ユニット10の蒸発部12に接続した第２連通配管42を接続して、気体加熱ユニット40で生成した乾燥気体を蒸発ユニット10の蒸発部12に送給可能としている。

気体加熱ユニット40には、下降用配管22から送給された気体を通過させる配管に太陽光を照射して配管内の気体を加熱する加熱部を設けている。また、気体加熱ユニット40には、太陽光で気体を加熱する加熱部だけでなく、太陽光で加熱した温海水を用いて気体を加熱する温海水熱浴を設けて、夜間はもとより悪天候などによって太陽光による十分な加熱が困難な場合に、温海水熱浴によって気体を加熱してもよい。加熱部及び温海水熱浴には夜間の放射冷却を抑制するための遮蔽体を着脱自在に設けてもよい。また、温海水熱浴の熱源は太陽光に限るものではなく、地熱や人工の廃熱などの各種の熱源を用いてもよく、温海水熱浴によって昼間だけでなく夜間でも淡水化装置を稼働可能として、一日中連続して稼働させることにより淡水の生成効率を向上させることができる。

気体加熱ユニット40では、下降用配管22から送給された気体を加熱することによって高温低密度の気体を生成しており、低密度化することにより比重が小さくなった気体の上昇の作用を利用して第２連通配管42に上昇気流を生じさせている。この上昇気流によって、下降用配管22から気体加熱ユニット40に気体をスムーズに導くことができる。

特に、蒸発ユニット10は上昇用配管21の下端の高さと同じ程度の高さに設けることにより下降用配管22の下端の高さを蒸発ユニット10の高さよりも低くして、気体加熱ユニット40を、下降用配管22の下端の高さと、蒸発ユニット10の高さの間の高さに設けることによって、上昇用配管21、下降用配管22、及び第２連通配管42でそれぞれ生じさせた気体を下流側へと送給する作用を利用して、蒸発ユニット10→冷却ユニット20→気体加熱ユニット40→蒸発ユニット10の順で気体の自発的な循環を生じさせることができる。

また、他の実施形態として、蒸発ユニットの上方位置に気体加熱ユニットを配置し、蒸発ユニットで生成した湿潤気体を上昇用配管で気体加熱ユニットに送気して加熱し、気体加熱ユニットから送り出された湿潤気体を気体加熱ユニットの上方位置に設けた冷却ユニットに送気し、冷却ユニットで冷却された湿潤気体を下降用配管で蒸発ユニットに送気して、蒸発ユニット→気体加熱ユニット→冷却ユニット→蒸発ユニットの順で湿潤気体の自発的な循環を生じさせることもできる。

この循環の場合には、冷却ユニットの側から蒸発ユニット内の海水面上に流れて来る乾燥空気の気温が海水表面より低温なため、成層が極めて不安定になり、蒸発ユニット内で活発な対流が生じて蒸発が活発に行われる。

このような活発な蒸発をともなう不安定な状態は、冬季に大陸の乾燥した寒気が日本海の暖かい海水面上に流れてきた場合にしばしば生じる現象と同じであり、盛んな蒸発によって水蒸気が大量に生成されることにより湿度の極めて高い湿潤気体となる。この湿潤気体が日本列島にぶつかって上昇し、冷却されて雪や雨などを降らせている。すなわち、湿潤気体は上昇した際に低圧なるため、湿潤気体の冷却が生じて水蒸気の凝縮を生じさせているものである。ここでは冷却ユニットで冷海水を用いて湿潤気体を冷却しており、空気加熱ユニットの後段に蒸発ユニットを配置した場合と比べて、蒸発ユニットの後段に空気加熱ユニットを設けて冷却ユニットを設けると、蒸発ユニットから送り出されて空気加熱ユニットに入る前の湿潤空気が低温になって水蒸気量が減少するおそれがある。この場合には、蒸発面積を広くすることによりこのような欠点を補うことができる。

本実施形態の淡水化装置では、気体を強制的に送給するポンプなどの送給装置を不要とすることができるだけでなく、例えば第１連通配管41の中途部に発電用の風車60を設けることにより、蒸発ユニット10→冷却ユニット20→気体加熱ユニット40→蒸発ユニット10の順で循環する気体によって風車60を回転駆動させて発電することができる。なお、風車60の配設位置は、第１連通配管41の中途部に限定するものではなく、適宜の箇所に設置することができる。

しかも、蒸発ユニット10→冷却ユニット20→気体加熱ユニット40→蒸発ユニット10の循環流路を気密構造として、第２連通配管42の中途部に減圧器70を設けて気体加熱ユニット40を通過した気体を減圧した場合には、蒸発ユニット10における温海水の蒸発を促進させることもできる。なお、減圧器70は常時動作させるのではなく、断続的に動作させて減圧を行っている。なお、循環流路は、上述した他の実施形態の蒸発ユニット→気体加熱ユニット→冷却ユニット→蒸発ユニットでもよい。

また、蒸発ユニット10→冷却ユニット20→気体加熱ユニット40→蒸発ユニット10の循環流路内、または蒸発ユニット→気体加熱ユニット→冷却ユニット→蒸発ユニットの循環流路内には二酸化炭素の配合比率を高めた気体を注入して、蒸発ユニット10において生じる温室効果により、温海水の蒸発を促してもよい。あるいは、循環流路内に空気よりも高密度の気体を封入することによって、空気の循環流路内の移動速度が同じ速度の場合には、気体の運動エネルギーを大きくすることができるので、風車60の回転駆動力を高め、発電量を高めることができる。

特に、淡水の生成ではなく発電を目的とする場合には、蒸発ユニット10を省き、冷却ユニット20→気体加熱ユニット40→冷却ユニット20の循環流路を形成することにより比較的少量のエネルギーで循環流路内を循環する気体の循環流を生成できる。しかも、気体における二酸化炭素の配合割合を増大させて高密度の気体とした場合には、風車60の回転駆動力を高めて発電効率を向上させることができる。

海水加熱ユニット50では、冷却ユニット20で湿潤気体を冷却するために用いた冷却用の海水を太陽光で加熱して温海水を生成しており、生成した温海水を蒸発ユニット10の貯留槽11に送給している。

特に、海水加熱ユニット50は、冷却ユニット20の最上部の高さよりも高い位置に設け、冷却ユニット20の冷却槽23内で上昇用配管21及び下降用配管22の冷却にともなう熱交換によって加温され、対流作用によって冷却槽23の最上部に達した海水を、冷却槽23の最上に一端を連通連結した第１排水管25を介して海水加熱ユニット50に送給している。

なお、図示しないが、冷却ユニット20には、冷却槽23内の冷却用海水を適宜排出する第２排水管を設けており、この第２排水管からの排水を制御することにより、取水管24から冷海水を冷却槽23内に常時導いて、上昇用配管21及び下降用配管22を効率よく冷却可能としている。

海水加熱ユニット50では、第１排水管25を介して送給された海水に太陽光を照射させて加熱することにより温海水を生成しており、本実施形態では、海水を流通させる金属製の配管を設けて、この配管に太陽光を照射して加熱することによって海水を加熱している。なお、海水の加熱はこの形態に限定するものではなく、例えば、海水を貯留する適宜の貯留槽を設けて、この貯留槽内の海水に太陽光を照射して加熱したり、地熱や人工の廃熱などの各種の熱源を用いて加熱したりしてもよい。このように貯留槽内の海水を加熱しておくことによって、夜間や曇天時などのように日射量が多くない場合でも海水加熱ユニット50を高温とすることができ、蒸発ユニット10に高温の海水を供給できるので、淡水化装置を連続的に加増させて淡水の製造量を増大させることができる。

海水加熱ユニット50で加熱された温海水は、一端を蒸発ユニット10の貯留槽11に接続した温海水補給配管51を介して貯留槽11に送給している。なお、温海水補給配管51には適宜の開閉弁（図示せず）を設け、この開閉弁で貯留槽11への温海水の送給を制御して貯留槽11内の海水の水位を常に一定としている。

また、海水加熱ユニット50で加熱された温海水は気体加熱ユニット40に送給して、気体の加熱の熱源として用いてもよい。

蒸発ユニット10の貯留槽11には底部に排水管15を接続して、貯留槽11内に生じた低温の海水、及び塩分濃度が所定値よりも大きくなった海水を排水可能としている。図１中、81は排水管15に設けた第１開閉弁である。

排水管15は、第１開閉弁81の下流側において、第１合流用配管16と第２合流用配管17を介して取水管24に連通連結している。さらに、第１合流用配管16には第２開閉弁82を設けるとともに、第２合流用配管17には第３開閉弁83を設け、第１合流用配管16及び第２合流用配管17が連結された取水管24の第１合流用配管16との連結部と、第２合流用配管17との連結部との間に第４開閉弁84を設けている。

通常、第１開閉弁81と第４開閉弁84は開弁状態とするとともに、第２開閉弁82と第３開閉弁83は閉弁状態として、排水管15内に貯留槽11内に生じた低温の海水、及び塩分濃度が所定値よりも大きくなった海水を貯留し、所定のタイミングで、第１開閉弁81と第４開閉弁84を閉弁状態とするとともに、第２開閉弁82と第３開閉弁83を開弁状態とすることにより、第２合流用配管17→排水管15→第１合流用配管16の順で冷海水を送流させて、排水管15内の海水を冷却槽23の第１収容部21aに排出可能としている。なお、本実施形態では、各配管の配設位置の関係上、排水管15内の海水を第１収容部21aに排出可能としているが、第２収容部21bに排出可能としてもよい。

このように貯留槽11内の海水を冷却ユニット20の冷却槽23に排出することによって、排出した海水を冷却ユニット20及び海水加熱ユニット50を介して再利用することができ、海水の利用効率を向上させることができる。

第１〜４開閉弁81〜84の開閉制御は、図示しない制御部で行っており、この制御部では、取水管24による冷海水の取水制御、及び温海水補給配管51による貯留槽11への温海水の送給制御なども行っている。

このように構成した淡水化装置では、最上部に位置する海水加熱ユニット50の高さを海水面Ｗの高さよりも低い位置とすることにより、海水面Ｗとの差圧によって、海水を送給するポンプを用いることなく海水を海水加熱ユニット50にまで送給することができ、極めて省エネルギーで駆動可能な淡水化装置とすることができる。

なお、淡水化装置を海水面Ｗの高さよりも低い位置に設置することが不可能な場合には、真空ポンプその他の各種の省エネルギー型のポンプを用いて海水を一定高度まで汲み上げて、差圧を利用してもよい。また、塩水湖などのように海水面よりも高い位置にある塩水を淡水化する場合には、最上部に配置する海水加熱ユニットの高さを塩水湖面の高さよりも低い位置とすれば、容易に省エネルギーの淡水化装置とすることができる。

淡水化装置では、より高効率で凝縮水を生成する場合には、下降用配管22を３０ｍ程度よりも長くしておくことにより、下降用配管22内に効果的に下降気流を生じさせて湿潤気体に停留が生じることを抑制して、上昇用配管21に湿潤気体を引き込むことができる。なお、上昇用配管21及び下降用配管22は、鉛直方向に沿って設ける形態に限定するものではなく、例えば地形の傾斜面に沿った傾斜状態に設けてもよい。

本発明の淡水化装置は、海岸地域に設置して海水の淡水化を行うために利用できるばかりでなく、陸地上にある塩水湖などの塩水の淡水化にも利用できる。世界各地には、チベット高原をはじめ中国、欧米、オーストラリアなどにも数多くの塩水湖があり、塩水の淡水化が要請されており、これらの塩水湖のある地域では、太陽熱が豊富に得られることも多いため、省エネルギーを実現できる本発明の淡水化装置は、海岸地域ばかりでなく、内陸部においても有効に活用できると期待される。また、汚染した海水や淡水を蒸留して浄化する目的のためにも利用できる。

本発明の実施形態に係る淡水化装置の概略模式図である。

符号の説明

10 蒸発ユニット
11 貯留槽
12 蒸発部
13 集光部
14 蒸気案内管
15 排水管
16 第１合流用配管
17 第２合流用配管
20 冷却ユニット
21 上昇用配管
22 下降用配管
23 冷却槽
23a 第１収容部
23b 第２収容部
23c 第３収容部
24 取水管
25 第１排水管
30 貯水タンク
40 気体加熱ユニット
41 第１連通配管
42 第２連通配管
50 海水加熱ユニット
51 温海水補給配管
60 風車
70 減圧器
81 第１開閉弁
82 第２開閉弁
83 第３開閉弁
84 第４開閉弁

Claims (4)

1. 海水を蒸発させて生成した水蒸気を含ませることにより高湿度とした湿潤気体を冷却して、この湿潤気体中の前記水蒸気を凝縮させることにより淡水の凝縮水を生成する淡水化装置において、
   前記海水を貯留して太陽光で加熱することにより前記湿潤気体を生成する蒸発ユニットと、
   この蒸発ユニットで生成した前記湿潤気体を冷却して前記凝縮水を生成する冷却ユニットと、
   前記凝縮水を貯留する貯水タンクと、
   前記冷却ユニットで冷却されて低温となった前記湿潤気体からなる冷温気体を太陽光で加熱して前記蒸発ユニットに送給する気体加熱ユニットと、
   前記冷却ユニットで前記湿潤気体を冷却するために用いた冷却用の海水を太陽光で加熱して前記蒸発ユニットに送給する海水加熱ユニットと
   を備え、
   前記冷却ユニットには、前記湿潤気体を上昇させる上昇用配管と、この上昇用配管内を上昇した前記湿潤気体を下降させる下降用配管とを設け、
   前記上昇用配管及び前記下降用配管を前記冷却用海水で冷却することにより前記上昇用配管及び前記下降用配管の内周面に前記凝縮水を生成することを特徴とする淡水化装置。
2. 前記下降用配管は、下端の高さを前記蒸発ユニットの高さよりも低くし、
   前記気体加熱ユニットは、前記下降用配管の下端の高さと、前記蒸発ユニットの高さの間の高さに設けて、前記下降用配管の下端と第１連通配管を介して連通連結するとともに、前記蒸発ユニットと第２連通配管を介して連通連結したことを特徴とする請求項１記載の淡水化装置。
3. 前記蒸発ユニットには、貯留した前記海水を前記冷却ユニットの前記冷却用の海水に合流させる合流用配管を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の淡水化装置。
4. 前記海水加熱ユニットは最上部に配置するとともに、この海水加熱ユニットの高さを海水面の高さよりも低い位置としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の淡水化装置。

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