JPH11244669A - 塩水生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー消費量が少なく、かつ設備の設置
面積が小さい塩水生成装置を得る。 【解決手段】 原水ポンプ１２を稼動することにより濃
塩水タンク２４に海水９０を貯留した後、循環ポンプ３
４及び熱源４０を稼動することにより、濃塩水タンク２
４に貯留した海水９０を加熱すると共に濃塩水タンク２
４と膜蒸留膜モジュール１８との間で循環させる。これ
と同時に加熱していない海水９０を膜蒸留膜モジュール
１８内を通過させる。これによって、膜蒸留膜モジュー
ル１８では、上記循環されている海水から淡水のみを抽
出して淡水タンク４６に貯留する。従って、上記循環さ
れている海水は、時間の経過に従って、抽出された淡水
の量に応じて塩分濃度が徐々に高くなるので、濃塩水タ
ンク２４に貯留されている海水の塩分濃度が所望の濃度
に達した時点で上記循環を停止することにより、所望の
塩分濃度の塩水を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塩水生成装置に係
り、特に、複数の塩分濃度の塩水を生成する塩水生成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の塩分濃度の塩水を生成する
技術として適用し得るものとして、蒸発法及び電気透析
法があった。

【０００３】蒸発法は、図８（Ａ）に示すように、海水
９０を火力等により加熱することによって、水のみを蒸
発させて、淡水と濃塩水とに分離する方法である。この
際の海水９０に対する加熱時間、加熱温度等を調整する
ことによって、複数の塩分濃度の塩水を生成することが
できる。

【０００４】また、電気透析法は、図８（Ｂ）に示すよ
うに、海水９０が貯留された容器内に２枚のイオン交換
膜９７を所定間隔隔てて設け、容器内における一方のイ
オン交換膜９７の外側にプラス電極９８Ａを、他方のイ
オン交換膜９７の外側にマイナス電極９８Ｂを、各々海
水９０に浸すように設置して海水９０内に電気を流すこ
とによってイオンを移動させて、イオン交換膜９７によ
って淡水と濃塩水とに分離する方法である。この際の各
電極間の電位差、電気を流す期間等を調整することによ
って、複数の塩分濃度の塩水を生成することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記蒸
発法では、設備の設置面積を小さくするために海水９０
の加熱面積を小さくした場合には海水９０の加熱のため
のエネルギー消費量が多くなり、エネルギー消費量を小
さくしようとすると加熱面積を大きくする必要があり設
備の設置面積が大きくなる、という問題があった。

【０００６】また、上記電気透析法では、電気エネルギ
ーの消費量が非常に大きい、という問題点があった。

【０００７】本発明は上記問題点を解消するために成さ
れたものであり、エネルギー消費量が少なく、かつ設備
の設置面積が小さい塩水生成装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の塩水生成装置は、海水を貯留した第
１のタンクと、前記第１のタンクに貯留された海水を加
熱する加熱手段と、内部に設けられた膜を隔てて配置さ
れた温海水が通過する第１の通路と冷海水が通過する第
２の通路とを備えると共に前記加熱手段によって加熱さ
れた海水が前記第１のタンクと前記第１の通路との間で
循環されかつ前記第２の通路に加熱されていない海水が
通過された際に前記加熱された海水から淡水のみを抽出
する淡水抽出手段と、前記加熱手段によって加熱された
海水の前記第１のタンクと前記第１の通路との間の循環
を制御すると共に前記第１のタンクに貯留されている海
水の塩分濃度が所定の濃度に達した場合に前記循環を停
止するように制御する制御手段と、を備えている。

【０００９】請求項１に記載の塩水生成装置によれば、
第１のタンクに貯留された海水が加熱手段によって加熱
され、該加熱された海水の第１のタンクと淡水抽出手段
に備えられた温海水が通過する第１の通路との間の循環
が制御手段によって制御される。

【００１０】淡水抽出手段には、内部に設けられた膜を
隔てて配置された温海水が通過する上述した第１の通路
と冷海水が通過する第２の通路とが備えられており、加
熱された海水が第１のタンクと第１の通路との間で循環
されかつ第２の通路に加熱されていない海水が通過され
た際に加熱された海水から淡水のみが抽出されるように
構成されている。従って、上記循環の際に第２の通路に
加熱していない海水を通過させることによって加熱され
た海水から淡水のみが抽出される。なお、上述した淡水
抽出手段による淡水の抽出方法は膜蒸留法と呼ばれてい
る。

【００１１】以上の動作によって時間の経過に伴って第
１のタンクに貯留された海水から淡水が徐々に抽出され
るので、第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が徐
々に高くなる。

【００１２】一方、制御手段によって第１のタンクに貯
留されている海水の塩分濃度が所定の濃度に達した場合
に上記循環を停止するように制御される。従って、第１
のタンクに貯留されている塩水の塩分濃度を所定の濃度
とすることができる。

【００１３】なお、ここで生成される塩水は、海水の塩
分濃度以上の塩分濃度のものである。

【００１４】このように、請求項１に記載の塩水生成装
置によれば、加熱されていない海水を膜蒸留法における
冷却源として用いていると共に、加熱されていない海水
と加熱された海水とを各々淡水抽出手段の内部を膜を隔
てて隣接して通過させることにより所定の塩分濃度の塩
水を生成しているので、エネルギー効率が非常によく、
エネルギー消費量を少なくすることができると共に、海
水の加熱面積を小さくすることができ、設備の設置面積
を小さくすることができる。

【００１５】また、請求項２記載の塩水生成装置は、請
求項１記載の塩水生成装置における前記制御手段が、前
記海水の原水の塩分濃度、前記所定の濃度、及び前記第
１のタンクの寸法に基づいて前記第１のタンクに貯留さ
れた海水の塩分濃度が前記所定の濃度に達した場合の前
記第１のタンクの水位を算出し、該算出された水位に前
記第１のタンクの水位が達したときに前記第１のタンク
に貯留された海水の塩分濃度が前記所定の濃度に達した
と判断して前記循環を停止するように制御するものであ
る。

【００１６】請求項２に記載の塩水生成装置によれば、
請求項１記載の制御手段によって、海水の原水の塩分濃
度、上記所定の濃度、及び上記第１のタンクの寸法に基
づいて第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が上記
所定の濃度に達した場合の第１のタンクの水位が算出さ
れ、該算出された水位に第１のタンクの水位が達したと
きに第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度が所定の
濃度に達したと判断されて上記循環が停止される。

【００１７】このように、請求項２に記載の塩水生成装
置によれば、塩分濃度が所定の濃度に達した場合の第１
のタンクの水位を予め算出しておき、該算出された水位
に第１のタンクの水位が達したときに循環動作を停止す
るように制御しているので、第１のタンクの塩分濃度を
測定することなしに所定の塩分濃度の塩水を容易に生成
することができる。

【００１８】また、請求項３記載の塩水生成装置は、請
求項１又は請求項２記載の塩水生成装置において、前記
淡水抽出手段によって抽出された淡水を貯留する第２の
タンクと、前記第２の通路を通過した加熱されていない
海水を貯留する第３のタンクと、前記第２のタンクに貯
留された淡水と前記第３のタンクに貯留された海水とを
混合して生成した希釈海水を貯留する第４のタンクと、
を更に備え、前記制御手段は、前記第２のタンクに貯留
された淡水と前記第３のタンクに貯留された海水との混
合を制御するものである。

【００１９】請求項３に記載の塩水生成装置によれば、
請求項１又は請求項２記載の塩水生成装置の淡水抽出手
段によって抽出された淡水が第２のタンクに貯留される
と共に、淡水抽出手段に備えられた第２の通路を通過し
た加熱されていない海水が第３のタンクに貯留される。

【００２０】さらに、第２のタンクに貯留された淡水と
第３のタンクに貯留された海水との混合が制御手段によ
って制御されて、この混合によって生成された希釈海水
が第４のタンクに貯留される。

【００２１】このように、請求項３に記載の塩水生成装
置によれば、淡水抽出手段によって抽出された淡水を第
２のタンクに貯留し、加熱されていない海水を第３のタ
ンクに貯留すると共に、第２のタンクに貯留された淡水
と第３のタンクに貯留された海水とを混合することによ
って希釈海水を生成しているので、淡水抽出手段により
抽出された淡水を有効利用して、塩分濃度が０％から海
水の塩分濃度までの塩水を安価でかつ容易に生成するこ
とができる。

【００２２】また、請求項４記載の塩水生成装置は、請
求項３記載の塩水生成装置において、前記第１のタン
ク、前記第２のタンク、前記第３のタンク、及び前記第
４のタンクの少なくとも１つのタンクに、タンク内の水
位を検知する第１の検知手段と、タンク内の貯留水の塩
分濃度を検知する第２の検知手段と、を備え、前記制御
手段は、前記第１の検知手段と前記第２の検知手段とが
備えられたタンクにおいて、前記第１の検知手段により
検知された水位に基づいてタンク内の貯留水の塩分濃度
を算出し、算出された塩分濃度と前記第２の検知手段に
より検知された塩分濃度との差が所定値より大きい場合
は前記第２の検知手段の点検を促し、前記第２の検知手
段により検知された塩分濃度に基づいてタンク内の水位
を算出し、算出された水位と前記第１の検知手段により
検知された水位との差が所定値より大きい場合は前記第
１の検知手段の点検を促すものである。

【００２３】請求項４に記載の塩水生成装置によれば、
請求項３記載の塩水生成装置における第１のタンク、第
２のタンク、第３のタンク、及び第４のタンクの少なく
とも１つのタンク内の水位が第１の検知手段によって検
知されると共に、タンク内の貯留水の塩分濃度が第２の
検知手段によって検知される。

【００２４】この際、制御手段によって、第１の検知手
段と第２の検知手段とが備えられたタンクにおける第１
の検知手段により検知された水位に基づいてタンク内の
貯留水の塩分濃度が算出され、算出された塩分濃度と第
２の検知手段により検知された塩分濃度との差が所定値
より大きい場合は第２の検知手段の点検が促される。

【００２５】また、制御手段によって、第２の検知手段
により検知された塩分濃度に基づいてタンク内の水位が
算出され、算出された水位と第１の検知手段により検知
された水位との差が所定値より大きい場合は第１の検知
手段の点検が促される。

【００２６】このように、請求項４に記載の塩水生成装
置によれば、第１のタンク、第２のタンク、第３のタン
ク、及び第４のタンクの少なくとも１つのタンクにタン
ク内の水位を検知する第１の検知手段と、タンク内の貯
留水の塩分濃度を検知する第２の検知手段と、を備え、
これらの検知手段における一方の検知手段の検知精度
を、他方の検知手段による検知結果に基づいて確認する
と共に、検知精度が所定の精度より低い場合には上記一
方の検知手段の点検を促すので、第１の検知手段及び第
２の検知手段の故障を未然に防止することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る塩水生成装置の実施の形態について詳細に説明す
る。まず、図１を参照して、本発明の塩水生成装置の淡
水抽出手段として本実施形態で適用する膜蒸留法の原理
について説明する。

【００２８】同図に示すように、本実施形態で適用する
膜蒸留法では、厚さ約３００ミクロンの膜９２により仕
切られた一方側に所定温度に加熱された温海水９０Ａを
膜９２の表面に平行（図１矢印Ａ方向）に流すと共に、
他方側に上記温海水９０Ａより温度が低い冷海水９０Ｂ
を温海水９０Ａと平行でかつ逆方向（図１矢印Ｂ方向）
に流す。

【００２９】従って、膜９２の両側には温度差が発生
し、この温度差によって温海水９０Ａの水蒸気が図１矢
印Ｃ方向に膜９２を通過して移動し、冷海水９０Ｂの通
過によって冷却された冷却面９４の表面で凝縮されて水
滴９６になり、この水滴９６を図１矢印Ｄ方向に移動さ
せて淡水を得ることができる。従って、このような膜蒸
留法を実施した後の温海水９０Ａは、得られた淡水の量
に応じた塩分濃度の塩水となる。

【００３０】次に、図２を参照して、本実施形態に係る
塩水生成装置１０の構成について説明する。同図に示す
ように、本実施形態に係る塩水生成装置１０は海水９０
を汲み上げる原水ポンプ１２を備えており、原水ポンプ
１２の海水９０を流出する流出口は図示しないろ過装置
等によって構成された前処理部１４の流入口に配管され
ている。

【００３１】前処理部１４のろ過処理等がなされた海水
９０を流出する流出口は上述した膜蒸留法を実現する膜
蒸留膜モジュール１８の冷海水９０Ｂを流入する流入口
に配管されており、膜蒸留膜モジュール１８の冷海水９
０Ｂを流出する流出口はモータ２０によって流出方向が
変更される１流入２流出のモータ弁２２の流入口に配管
されている。なお、モータ２０は塩水生成装置１０全体
の動作を制御する制御盤３２に接続されており、制御盤
３２はモータ弁２２の流出方向を随時変更することがで
きる。

【００３２】また、前処理部１４と膜蒸留膜モジュール
１８との間の配管の途中には、該配管を流れる海水９０
の塩分濃度を検知するセンサ１６が設置されている。な
お、センサ１６は制御盤３２に接続されており、制御盤
３２は、この部分を通過する海水９０の塩分濃度を随時
知ることができる。センサ１６としては、電気伝導度計
や塩分計等が適用できる（後述するセンサ３０、センサ
５０及びセンサ７４も同様）。

【００３３】また、モータ弁２２の一方の流出口は濃塩
水タンク２４の流入口に配管されている。また、濃塩水
タンク２４の上部には濃塩水タンク２４内に貯留された
塩水を攪拌する攪拌器２６及び濃塩水タンク２４内に貯
留された塩水の水位を検知するレベル計２８が設置され
ており、さらに、濃塩水タンク２４内部には濃塩水タン
ク２４内に貯留された塩水の塩分濃度を検知するセンサ
３０が設置されている。なお、攪拌器２６、レベル計２
８、及びセンサ３０は制御盤３２に接続されており、制
御盤３２は濃塩水タンク２４内に貯留された塩水の攪拌
動作を制御することができると共に、濃塩水タンク２４
内に貯留された塩水の水位及び塩分濃度を随時知ること
ができる。

【００３４】一方、濃塩水タンク２４の流出口は循環ポ
ンプ３４の流入口に配管されており、循環ポンプ３４の
流出口はモータ３６によって流出方向が変更される１流
入２流出のモータ弁３８の流入口に配管されている。な
お、循環ポンプ３４及びモータ３６は制御盤３２に接続
されており、制御盤３２は循環ポンプ３４の作動の制御
及びモータ弁３８の流出方向の変更を随時行うことがで
きる。

【００３５】また、モータ弁３８の一方の流出口は塩水
生成装置１０の外部へと配管されており、他方の流出口
は流入された海水９０を所定温度（本実施形態では最高
約８０℃）に加熱する熱源４０の流入口に配管されてい
る。さらに、熱源４０の流出口は膜蒸留膜モジュール１
８の温海水９０Ａを流入する流入口に配管されており、
膜蒸留膜モジュール１８の温海水９０Ａを流出する流出
口は濃塩水タンク２４の流入口に配管されている。

【００３６】一方、膜蒸留膜モジュール１８の淡水を流
出する流出口は、モータ４２によって流出方向が変更さ
れる１流入２流出のモータ弁４４の流入口に配管されて
おり、モータ弁４４の一方の流出口は塩水生成装置１０
の外部へと配管されており、他方の流出口は淡水タンク
４６の流入口に配管されている。なお、モータ４２は制
御盤３２に接続されており、制御盤３２はモータ弁４４
の流出方向を随時変更することができる。

【００３７】淡水タンク４６の上部には、淡水タンク４
６内に貯留された淡水の水位を検知するレベル計４８が
設置されており、淡水タンク４６内部には淡水タンク４
６内に貯留された淡水の塩分濃度を検知するセンサ５０
が設置されている。なお、レベル計４８及びセンサ５０
は制御盤３２に接続されており、制御盤３２は淡水タン
ク４６内に貯留された淡水の水位及び塩分濃度を随時知
ることができる。

【００３８】淡水タンク４６の流出口は淡水供給ポンプ
５２の流入口に配管されており、淡水供給ポンプ５２の
流出口はモータ５４によって流出方向が変更される１流
入３流出のモータ弁５６の流入口に配管されている。ま
た、モータ弁５６の一つ目の流出口は塩水生成装置１０
の外部へと配管されており、二つ目の流出口は濃塩水タ
ンク２４の流入口に配管されており、三つ目の流出口は
後述する混合タンク７２の流入口に配管されている。な
お、淡水供給ポンプ５２及びモータ５４は制御盤３２に
接続されており、制御盤３２は淡水供給ポンプ５２の作
動の制御及びモータ弁５６の流出方向の変更を随時行う
ことができる。

【００３９】一方、前処理部１４と膜蒸留膜モジュール
１８との間の配管は分岐されており、モータ５８により
流出方向が変更される１流入２流出のモータ弁６０の流
入口に配管されている。また、この前処理部１４とモー
タ弁６０との間の配管には、上述したモータ弁２２の他
方の流出口からの配管が合流されている。なお、モータ
５８は制御盤３２に接続されており、制御盤３２はモー
タ弁６０の流出方向の変更を随時行うことができる。

【００４０】一方、モータ弁６０の一方の流出口は塩水
生成装置１０の外部へと配管されており、他方の流出口
は海水タンク６２の流入口に配管されている。

【００４１】海水タンク６２の上部には、海水タンク６
２内に貯留された海水の水位を検知するレベル計６４が
設置されている。なお、レベル計６４は制御盤３２に接
続されており、制御盤３２は海水タンク６２内に貯留さ
れた海水の水位を随時知ることができる。

【００４２】海水タンク６２の流出口は海水供給ポンプ
６６の流入口に配管されており、海水供給ポンプ６６の
流出口はモータ６８によって流出方向が変更される１流
入２流出のモータ弁７０の流入口に配管されている。ま
た、モータ弁７０の一方の流出口は塩水生成装置１０の
外部へと配管されており、他方の流出口は後述する混合
タンク７２の流入口に配管されている。なお、海水供給
ポンプ６６及びモータ６８は制御盤３２に接続されてお
り、制御盤３２は海水供給ポンプ６６の作動の制御及び
モータ弁７０の流出方向の変更を随時行うことができ
る。

【００４３】一方、本実施形態に係る塩水生成装置１０
には混合タンク７２が設けられており、混合タンク７２
の流入口には、上述したようにモータ弁５６の他方の流
出口及びモータ弁７０の他方の流出口が各々配管されて
いる。

【００４４】また、混合タンク７２内部には混合タンク
７２内に貯留された塩水の塩分濃度を検知するセンサ７
４が、混合タンク７２の上部には混合タンク７２内に貯
留された塩水の水位を検知するレベル計７６及び混合タ
ンク７２内に貯留された塩水を攪拌する攪拌器７８が、
各々設置されている。なお、センサ７４、レベル計７
６、及び攪拌器７８は各々制御盤３２に接続されてお
り、制御盤３２は混合タンク７２内に貯留された塩水の
塩分濃度及び水位を随時知ることができると共に、混合
タンク７２内に貯留された塩水の攪拌動作を随時制御す
ることができる。

【００４５】一方、混合タンク７２の流出口は希釈塩水
供給ポンプ８０の流入口に配管されており、希釈塩水供
給ポンプ８０の流出口は塩水生成装置１０の外部へと配
管されている。なお、希釈塩水供給ポンプ８０は制御盤
３２に接続されており、制御盤３２は希釈塩水供給ポン
プ８０の作動の制御を随時行うことができる。

【００４６】なお、本実施形態における濃塩水タンク２
４、淡水タンク４６、海水タンク６２、及び混合タンク
７２の形状は各々円柱状とされている。

【００４７】また、膜蒸留膜モジュール１８が本発明の
淡水抽出手段に、濃塩水タンク２４が本発明の第１のタ
ンクに、制御盤３２が本発明の制御手段に、熱源４０が
本発明の加熱手段に、淡水タンク４６が本発明の第２の
タンクに、海水タンク６２が本発明の第３のタンクに、
混合タンク７２が本発明の第４のタンクに、レベル計２
８、４８、７６が本発明の第１の検知手段に、センサ３
０、５０、７４が本発明の第２の検知手段に、各々相当
する。

【００４８】次に、図３及び図４の流れ図を参照して、
塩水生成装置１０の作用について詳細に説明する。ま
ず、図３を参照して、濃塩水を生成する際の作用につい
て説明する。なお、塩水生成装置１０は初期状態とし
て、モータ弁２２の流出方向が海水タンク６２の方向
に、モータ弁３８の流出方向が膜蒸留膜モジュール１８
の方向に、モータ弁４４の流出方向が淡水タンク４６の
方向に、モータ弁５６の流出方向が濃塩水タンク２４の
方向に、モータ弁６０の流出方向が海水タンク６２の方
向に、各々設定されている。

【００４９】まず制御盤３２は、モータ弁２２の流出方
向を濃塩水タンク２４の方向に変更した後に原水ポンプ
１２の稼動を開始する。これによって、原水ポンプ１２
によって海水９０が汲み上げられ、該汲み上げられた海
水９０が前処理部１４、膜蒸留膜モジュール１８、モー
タ弁２２を順に介して濃塩水タンク２４内へ至ることに
より、濃塩水タンク２４内への海水９０の貯留が開始さ
れる。

【００５０】次に、レベル計２８によって濃塩水タンク
２４内の水位ｈを測定し、該水位ｈが濃塩水タンク２４
のタンク最高水位ｈ_max と等しくなったか否かを判定
し、等しくなった場合にモータ弁２２の流出方向を海水
タンク６２の方向に変更し、海水タンク６２への海水９
０の貯留を開始する。その後、制御盤３２は、海水タン
ク６２への海水９０の流入量が海水タンク６２のタンク
容量に達した場合にモータ弁６０の流出方向を塩水生成
装置１０の外部方向に変更する。なお、以上の動作によ
って濃塩水タンク２４及び海水タンク６２に貯留された
海水９０は前処理部１４によってろ過等の処理がなされ
たものとなる。

【００５１】次に制御盤３２は、図示しないキーボード
等の入力手段を介して必要とする塩水の塩分濃度Ｃ_k の
入力を行い、センサ１６によって取水海水の塩分濃度Ｃ
₀ を測定した後、次の（１）式により目標水位レベルｈ
_e を算出する。

【００５２】

【数１】

【００５３】ここで、Ｖは濃塩水タンク２４のタンク容
量、Ａは濃塩水タンク２４の水平断面積である。

【００５４】次に制御盤３２は、循環ポンプ３４の稼動
を開始すると共に熱源４０による加熱動作を開始する。
これによって、熱源４０により最高約８０℃に加熱され
た海水９０が濃塩水タンク２４と膜蒸留膜モジュール１
８との間で循環される。この循環の際に膜蒸留膜モジュ
ール１８内には加熱されていない海水９０が通過されて
いるので、この加熱されていない海水９０及び上記加熱
された海水９０の間の温度差によって膜蒸留膜モジュー
ル１８では加熱された海水９０からの淡水の抽出が行わ
れ、抽出された淡水は淡水タンク４６に貯留される。一
方、加熱された海水９０は、海水９０中の水分が淡水と
して抽出されるので、徐々に量が減少すると共に塩分濃
度が高くなる。なお、本実施形態に係る塩水生成装置１
０では、最大約１５％の塩分濃度の濃塩水を生成するこ
とができる。

【００５５】次に制御盤３２は、レベル計２８によって
濃塩水タンク２４内の水位ｈを測定し、該水位ｈが上記
目標水位レベルｈ_e と等しくなったか否かを判定し、等
しくなった場合は循環ポンプ３４の稼動及び熱源４０の
加熱動作を停止した後に攪拌器２６による濃塩水タンク
２４内の攪拌を開始する。

【００５６】その後、センサ３０によって濃塩水タンク
２４内の濃塩水の塩分濃度Ｃ_k ’を測定した後、該塩分
濃度Ｃ_k ’が所望の塩分濃度Ｃ_k と等しいか否かを判定
し、等しくない場合は塩分濃度Ｃ_k ’が塩分濃度Ｃ_k よ
り低いか否かを判定し、低い場合は循環ポンプ３４の稼
動を再開した後に上述したセンサ３０による濃塩水タン
ク２４内の塩分濃度Ｃ_k ’の測定動作に戻る。一方、塩
分濃度Ｃ_k ’が塩分濃度Ｃ_k より低くないと判定された
場合は淡水供給ポンプ５２の稼動を開始した後に上述し
たセンサ３０による濃塩水タンク２４内の塩分濃度
Ｃ_k ’の測定動作に戻る。

【００５７】一方、塩分濃度Ｃ_k ’が塩分濃度Ｃ_k と等
しい場合は、攪拌器２６の稼動を停止することによって
濃塩水タンク２４内の攪拌を停止すると共に、循環ポン
プ３４が稼動している場合は該稼動を停止し、淡水供給
ポンプ５２が稼動している場合は該稼動を停止する。

【００５８】その後、モータ弁３８の流出方向を濃塩水
供給方向（塩水生成装置１０の外部方向）に変更した後
に循環ポンプ３４の稼動を開始することにより、濃塩水
タンク２４内に生成された所望の塩分濃度の濃塩水の外
部への供給が開始される。

【００５９】その後、レベル計２８によって濃塩水タン
ク２４内の濃塩水の水位ｈを測定し、該水位ｈが０とな
ったか否かを判定し、０となった場合に循環ポンプ３４
の駆動を停止した後、モータ弁３８の流出方向を膜蒸留
膜モジュール１８の方向に変更する。

【００６０】以上の動作によって、塩分濃度が海水の塩
分濃度（約３．５％）から約１５％までの濃塩水を得る
ことができる。なお、この際の上限の塩分濃度（約１５
％）は、膜蒸留膜モジュール１８内に設けられた膜９２
（図１参照）の耐塩性に基づいて試算したものであり、
必ずしも約１５％であるとは限らず、膜９２の性能等に
よって左右されるものである。

【００６１】次に、図４を参照して、塩分濃度が０％か
ら海水の塩分濃度（約３．５％）までの希釈塩水を生成
する際の作用について説明する。なお、塩水生成装置１
０は初期状態として、モータ弁５６の流出方向が混合タ
ンク７２の方向に、モータ弁７０の流出方向が混合タン
ク７２の方向に、各々設定されている。

【００６２】まず制御盤３２は、レベル計４８によって
淡水タンク４６の水位ｈ₁ を測定した後、該水位ｈ₁ が
淡水タンク４６のタンク最高水位ｈ_1maxと等しいか否か
を判定し、等しい場合はレベル計６４によって海水タン
ク６２の水位ｈ₂ を測定した後、該水位ｈ₂ が海水タン
ク６２のタンク最高水位ｈ_2maxと等しいか否かを判定
し、等しい場合は図示しないキーボード等の入力手段を
介して必要とする塩水の塩分濃度Ｃ_k を入力する。

【００６３】その後、制御盤３２は、センサ１６によっ
て取水海水の塩分濃度Ｃ₀ を測定し、かつセンサ５０に
よって淡水タンク４６内の淡水の塩分濃度Ｃ_p を測定し
た後、次の（２）式乃至（５）式によって海水投入水量
Ｖ₂ 、淡水投入水量Ｖ₁ 、海水投入水位ｈ_2e及び淡水投
入水位ｈ_1eを算出する。

【００６４】

【数２】

【００６５】

【数３】

【００６６】

【数４】

【００６７】

【数５】

【００６８】ここで、Ｖは混合タンク７２のタンク容
量、Ａは混合タンク７２のタンク水平断面積である。

【００６９】次に制御盤３２は、海水供給ポンプ６６の
稼動を開始することによって海水タンク６２内の海水の
混合タンク７２への給水を開始した後、レベル計７６に
よって混合タンク７２の水位ｈ₃ を測定し、該水位ｈ₃
が海水投入水位ｈ_2eと等しくなったか否かを判定し、等
しくなった場合には海水供給ポンプ６６の稼動を停止し
た後に淡水供給ポンプ５２の稼動を開始することによっ
て淡水タンク４６内の淡水の混合タンク７２への給水を
開始する。

【００７０】その後、制御盤３２は、レベル計７６によ
って混合タンク７２の水位ｈ₃ を測定した後、該水位ｈ
₃ がｈ_1e＋ｈ_2eと等しくなったか否かを判定し、等しく
なった場合には淡水供給ポンプ５２の稼動を停止した後
に攪拌器７８による混合タンク７２内の攪拌を開始す
る。

【００７１】次に制御盤３２は、センサ７４により混合
タンク７２内の希釈塩水の塩分濃度Ｃ_k ’を測定した
後、該塩分濃度Ｃ_k ’が所望の塩分濃度Ｃ_k と等しいか
否かを判定し、等しくない場合は塩分濃度Ｃ_k ’が塩分
濃度Ｃ_k より低いか否かを判定し、低い場合は海水供給
ポンプ６６の稼動を再開した後に上述したセンサ７４に
よる混合タンク７２内の希釈塩水の塩分濃度Ｃ_k ’の測
定動作に戻る。一方、塩分濃度Ｃ_k ’が塩分濃度Ｃ_k よ
り低くないと判定された場合は淡水供給ポンプ５２の稼
動を再開した後に上述したセンサ７４による混合タンク
７２内の希釈塩水の塩分濃度Ｃ_k ’の測定動作に戻る。

【００７２】一方、塩分濃度Ｃ_k ’が所望の塩分濃度Ｃ
_k と等しい場合は、攪拌器７８の稼動を停止することに
よって混合タンク７２内の攪拌を停止すると共に、海水
供給ポンプ６６が稼動している場合は該稼動を停止し、
淡水供給ポンプ５２が稼動している場合は該稼動を停止
する。

【００７３】その後、希釈塩水供給ポンプ８０の稼動を
開始することにより、混合タンク７２内に生成された所
望の塩分濃度とされた希釈塩水の塩水生成装置１０の外
部への供給が開始される。

【００７４】その後、レベル計７６によって混合タンク
７２内の希釈塩水の水位ｈ₃ を測定し、該水位ｈ₃ が０
となったか否かを判定し、０となった場合に希釈塩水供
給ポンプ８０の稼動を停止する。

【００７５】以上の動作によって、塩分濃度が０％から
海水の塩分濃度（約３．５％）までの範囲の希釈塩水を
得ることができる。

【００７６】一方、本実施形態に係る塩水生成装置１０
では、図３に示した動作によって淡水タンク４６内に貯
留された淡水及び海水タンク６２内に貯留された海水９
０を各々淡水供給ポンプ５２及び海水供給ポンプ６６を
稼動することによっても、塩分濃度０％の淡水及び塩分
濃度約３．５％の海水を直接得ることができる。なお、
この際には、モータ弁５６及びモータ弁７０の各々の流
出方向を塩水生成装置１０の外部方向に設定する必要が
ある。

【００７７】ところで、複数の塩分濃度の塩水を生成す
るに当たって、所望の塩分濃度の塩水を高精度にかつ安
定して生成するためには、配管途中及び各タンクに設置
されたレベル計及びセンサの故障を未然に防止する必要
がある。

【００７８】次に、図５を参照して、濃塩水タンク２４
に設置されたセンサ３０及びレベル計２８の故障を濃塩
水の生成中において検出する手順の一例について説明す
る。

【００７９】まず制御盤３２は、レベル計２８によって
濃塩水タンク２４内の塩水の水位ｈを測定すると共にセ
ンサ１６によって取水海水の塩分濃度Ｃ₀ を測定し、測
定した各値を次の（６）式に代入することによって水位
換算塩分濃度Ｃ_h を算出する。

【００８０】

【数６】

【００８１】ここで、ｈ_max は濃塩水タンク２４のタン
ク最高水位を示す。次に、センサ３０によって濃塩水タ
ンク２４内の塩分濃度Ｃを測定し、該塩分濃度Ｃと水位
換算塩分濃度Ｃ_h との差の絶対値が所定の許容塩分範囲
Ｃ_x より大きいか否かを判定し、大きい場合には濃塩水
の生成動作を緊急停止した後にセンサ３０の点検を指示
する。

【００８２】一方、制御盤３２は、センサ１６によって
測定した取水海水の塩分濃度Ｃ₀ 、センサ３０によって
測定した濃塩水タンク２４内の塩分濃度Ｃ、及び濃塩水
タンク２４のタンク最高水位ｈ_max を次の（７）式に代
入することによって塩分換算水位ｈ_c を算出する。

【００８３】

【数７】

【００８４】次に、レベル計２８によって測定した濃塩
水タンク２４内の塩水の水位ｈと塩分換算水位ｈ_c との
差の絶対値が所定の許容水位範囲ｈ_x より大きいか否か
を判定し、大きい場合は濃塩水の生成動作を緊急停止し
た後にレベル計２８の点検を指示する。

【００８５】次に、図６を参照して、混合タンク７２に
設置されたセンサ７４及びレベル計７６の故障を希釈塩
水の生成中において検出する手順の一例について説明す
る。

【００８６】まず制御盤３２は、淡水タンク４６内に生
成された淡水を混合タンク７２内に流入して希釈してい
る際に、センサ１６による取水海水の塩分濃度Ｃ₀ の測
定、センサ５０による淡水タンク４６内の淡水の塩分濃
度Ｃ_p の測定、及びレベル計７６による混合タンク７２
内の水位ｈの測定を行い、各測定値と（４）式により算
出した海水投入水位ｈ_2eとを次の（８）式に代入するこ
とによって水位換算塩分濃度Ｃ_h を算出する。

【００８７】

【数８】

【００８８】この水位換算塩分濃度Ｃ_h とセンサ７４に
よって測定された塩分濃度Ｃとの差の絶対値が所定の許
容塩分範囲Ｃ_x より大きいか否かを判定し、大きい場合
は希釈塩水の生成動作を緊急停止した後にセンサ７４の
点検を指示する。

【００８９】一方、制御盤３２は、塩分濃度Ｃ₀ 、塩分
濃度Ｃ_p 、塩分濃度Ｃ、及び海水投入水位ｈ_2eを次の
（９）式に代入することによって塩分換算水位ｈ_c を算
出する。

【００９０】

【数９】

【００９１】次に、レベル計７６によって測定した混合
タンク７２内の水位ｈと塩分換算水位ｈ_c との差の絶対
値が所定の許容水位範囲ｈ_x より大きいか否かを判定
し、大きい場合は希釈塩水の生成動作を緊急停止した後
にレベル計７６の点検を指示する。

【００９２】センサ１６及びセンサ５０については、各
々初期のデータを記憶しておき、該初期のデータと実際
の測定値との差の絶対値が所定の許容範囲より大きいか
否かを判定し、大きい場合に塩水生成装置１０の動作を
緊急停止した後に許容範囲を超えたセンサの点検を指示
する。

【００９３】図７には、本実施形態に係る塩水生成装置
１０における各種塩分濃度の塩水の供給水量と各タンク
の容量の試算結果が示されている。なお、この試算の際
の前提条件として、濃塩水の塩分濃度を１５％、淡水の
塩分濃度を０％、希釈塩水の濃度を０．９％（等張
水）、海水の濃度を３．５％、各用水の供給量を１０ｍ
³／ｄ（ｍ³ ／ｄは１日当たりの供給容量（ｍ³ ）を示
す）とした。また、ここでは、膜蒸留膜モジュール１８
として、旭硝子株式会社製、商品名ＴＰＶモジュールを
適用した場合について試算を行った。

【００９４】１０ｍ³ ／ｄの濃塩水の供給を実現するこ
とができる膜蒸留膜モジュール１８への海水９０の流入
量は２１００ｍ³ ／ｄであった。この場合、膜蒸留膜モ
ジュール１８により３３ｍ³ ／ｄの淡水が生成される。

【００９５】一方、１０ｍ³ ／ｄの希釈塩水の供給を実
現するためには、７．４ｍ³ ／ｄの淡水及び２．６ｍ³
／ｄの海水を混合して混合タンク７２に貯留する必要が
ある。従って、淡水タンク４６には外部への淡水供給量
（１０ｍ³ ／ｄ）に上記７．４ｍ³ ／ｄを加算した１
７．４ｍ³ ／ｄの淡水を流入する必要があると共に、海
水タンク６２には外部への海水供給量（１０ｍ³ ／ｄ）
に上記２．６ｍ³ ／ｄを加算した１２．６ｍ³ ／ｄの海
水を流入する必要がある。

【００９６】従って、膜蒸留膜モジュール１８により生
成される淡水（３３ｍ³ ／ｄ）の内の１７．４ｍ³ ／ｄ
については淡水タンク４６に流入し、残りの１５．６ｍ
³ ／ｄについては外部に排出して、放流、他の施設への
供給、他のタンクへの貯留等を行うことができる。ま
た、膜蒸留膜モジュール１８から流出される海水（２０
５７ｍ³ ／ｄ）の内の１２．６ｍ³ ／ｄについては海水
タンク６２に流入し、残りの２０４４ｍ³ ／ｄについて
は外部に排出して、放流、他の施設への供給、他のタン
クへの貯留等を行うことができる。

【００９７】以上の動作の際の各タンクの最低容量は、
濃塩水タンク２４が４２．９ｍ³ 、淡水タンク４６が１
７．４ｍ³ 、混合タンク７２が１０ｍ³ 、海水タンク６
２が１２．６ｍ³ と各々試算された。なお、濃塩水タン
ク２４の最低容量は、３．５％の取水海水から１５％の
濃塩水を生成するためには生成する濃塩水の約４．２９
倍（１５％÷３．５％）の取水海水が必要であるので、
１０ｍ³ ×４．２９から４２．９ｍ³ と試算した。

【００９８】このように、本実施形態に係る塩水生成装
置１０では、加熱していない海水９０を膜蒸留法におけ
る冷却源として用いていると共に、加熱していない海水
９０と熱源４０によって加熱した海水９０とを各々膜蒸
留膜モジュール１８内部を膜を隔てて平行に通過させる
ことにより所望の塩分濃度の塩水を生成しているので、
エネルギー効率が非常によく、エネルギー消費量を少な
くすることができると共に、海水の加熱面積を小さくす
ることができ、設備の設置面積を小さくすることができ
る。

【００９９】なお、本実施形態では、各タンクの形状を
円柱状とした場合について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えば直方体状、立方体状等
としてもよいことは言うまでもない。

【０１００】また、本実施形態では、濃塩水タンク２４
から膜蒸留膜モジュール１８に向けて流出された塩水に
対して濃塩水タンク２４と膜蒸留膜モジュール１８との
間の配管において熱源４０により加熱を行う場合につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、濃塩水タンク２４に貯留された塩水を加熱すること
ができる形態であれば如何なる形態であってもよく、例
えば、濃塩水タンク２４に加熱手段を一体的に設置して
濃塩水タンク２４内の塩水を直接加熱する形態としても
よい。

【０１０１】

【発明の効果】請求項１記載の塩水生成装置によれば、
加熱されていない海水を膜蒸留法における冷却源として
用いていると共に、加熱されていない海水と加熱された
海水とを各々淡水抽出手段の内部を膜を隔てて隣接して
通過させることにより所定の塩分濃度の塩水を生成して
いるので、エネルギー効率が非常によく、エネルギー消
費量を少なくすることができると共に、海水の加熱面積
を小さくすることができ、設備の設置面積を小さくする
ことができる、という効果が得られる。

【０１０２】また、請求項２記載の塩水生成装置によれ
ば、塩分濃度が所定の濃度に達した場合の第１のタンク
の水位を予め算出しておき、該算出された水位に第１の
タンクの水位が達したときに循環動作を停止するように
制御しているので、第１のタンクの塩分濃度を測定する
ことなしに所定の塩分濃度の塩水を容易に生成すること
ができる、という更なる効果が得られる。

【０１０３】また、請求項３記載の塩水生成装置によれ
ば、淡水抽出手段によって抽出された淡水を第２のタン
クに貯留し、加熱されていない海水を第３のタンクに貯
留すると共に、第２のタンクに貯留された淡水と第３の
タンクに貯留された海水とを混合することによって希釈
海水を生成しているので、淡水抽出手段により抽出され
た淡水を有効利用して、塩分濃度が０％から海水の塩分
濃度までの塩水を安価でかつ容易に生成することができ
る、という更なる効果が得られる。

【０１０４】さらに、請求項４記載の塩水生成装置によ
れば、第１のタンク、第２のタンク、第３のタンク、及
び第４のタンクの少なくとも１つのタンクにタンク内の
水位を検知する第１の検知手段と、タンク内の貯留水の
塩分濃度を検知する第２の検知手段と、を備え、これら
の検知手段における一方の検知手段の検知精度を、他方
の検知手段による検知結果に基づいて確認すると共に、
検知精度が所定の精度より低い場合には上記一方の検知
手段の点検を促すので、第１の検知手段及び第２の検知
手段の故障を未然に防止することができる、という更な
る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る膜蒸留法の構成及び原理の説明
に用いる概略図である。

【図２】実施形態に係る塩水生成装置の概略構成を示す
構成図である。

【図３】実施形態に係る塩水生成装置の濃塩水を生成す
る際の動作の説明に用いる流れ図である。

【図４】実施形態に係る塩水生成装置の希釈塩水を生成
する際の動作の説明に用いる流れ図である。

【図５】実施形態に係る塩水生成装置のレベル計２８及
びセンサ３０の故障検出の手順の一例を示す概略図であ
る。

【図６】実施形態に係る塩水生成装置のセンサ７４及び
レベル計７６の故障検出の手順の一例を示す概略図であ
る。

【図７】実施形態に係る塩水生成装置における各種塩分
濃度の塩水の供給量及び各タンクの最低容量の試算結果
を示す概略図である。

【図８】従来の複数の塩分濃度の塩水を生成するための
技術として適用し得るものの説明に用いる図であり、
（Ａ）は蒸発法の構成及び手順を示す概略図、（Ｂ）は
電気透析法の構成及び手順を示す概略図である。

【符号の説明】

１０ 塩水生成装置 １８ 膜蒸留膜モジュール（淡水抽出手段） ２４ 濃塩水タンク（第１のタンク） ２８ レベル計（第１の検知手段） ３０ センサ（第２の検知手段） ３２ 制御盤（制御手段） ３４ 循環ポンプ ４０ 熱源（加熱手段） ４６ 淡水タンク（第２のタンク） ４８ レベル計（第１の検知手段） ５０ センサ（第２の検知手段） ５２ 淡水供給ポンプ ６２ 海水タンク（第３のタンク） ６６ 海水供給ポンプ ７２ 混合タンク（第４のタンク） ７４ センサ（第２の検知手段） ７６ レベル計（第１の検知手段） ８０ 希釈塩水供給ポンプ ９０ 海水 ９２ 膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安井 泉 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 川原田 稔 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 戸塚 康昭 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中工務店東京本店内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 海水を貯留した第１のタンクと、 前記第１のタンクに貯留された海水を加熱する加熱手段
   と、 内部に設けられた膜を隔てて配置された温海水が通過す
   る第１の通路と冷海水が通過する第２の通路とを備える
   と共に前記加熱手段によって加熱された海水が前記第１
   のタンクと前記第１の通路との間で循環されかつ前記第
   ２の通路に加熱されていない海水が通過された際に前記
   加熱された海水から淡水のみを抽出する淡水抽出手段
   と、 前記加熱手段によって加熱された海水の前記第１のタン
   クと前記第１の通路との間の循環を制御すると共に前記
   第１のタンクに貯留されている海水の塩分濃度が所定の
   濃度に達した場合に前記循環を停止するように制御する
   制御手段と、 を備えた塩水生成装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記海水の原水の塩分
   濃度、前記所定の濃度、及び前記第１のタンクの寸法に
   基づいて前記第１のタンクに貯留された海水の塩分濃度
   が前記所定の濃度に達した場合の前記第１のタンクの水
   位を算出し、該算出された水位に前記第１のタンクの水
   位が達したときに前記第１のタンクに貯留された海水の
   塩分濃度が前記所定の濃度に達したと判断して前記循環
   を停止するように制御する請求項１記載の塩水生成装
   置。
3. 【請求項３】 前記淡水抽出手段によって抽出された淡
   水を貯留する第２のタンクと、 前記第２の通路を通過した加熱されていない海水を貯留
   する第３のタンクと、 前記第２のタンクに貯留された淡水と前記第３のタンク
   に貯留された海水とを混合して生成した希釈海水を貯留
   する第４のタンクと、 を更に備え、前記制御手段は、前記第２のタンクに貯留
   された淡水と前記第３のタンクに貯留された海水との混
   合を制御する請求項１又は請求項２記載の塩水生成装
   置。
4. 【請求項４】 前記第１のタンク、前記第２のタンク、
   前記第３のタンク、及び前記第４のタンクの少なくとも
   １つのタンクに、タンク内の水位を検知する第１の検知
   手段と、タンク内の貯留水の塩分濃度を検知する第２の
   検知手段と、を備え、 前記制御手段は、前記第１の検知手段と前記第２の検知
   手段とが備えられたタンクにおいて、前記第１の検知手
   段により検知された水位に基づいてタンク内の貯留水の
   塩分濃度を算出し、算出された塩分濃度と前記第２の検
   知手段により検知された塩分濃度との差が所定値より大
   きい場合は前記第２の検知手段の点検を促し、前記第２
   の検知手段により検知された塩分濃度に基づいてタンク
   内の水位を算出し、算出された水位と前記第１の検知手
   段により検知された水位との差が所定値より大きい場合
   は前記第１の検知手段の点検を促す請求項３記載の塩水
   生成装置。