WO2001053210A1

WO2001053210A1 - Systeme et procede de dessalement d'eau salee

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Publication number: WO2001053210A1
Application number: PCT/JP2000/000250
Authority: WO
Inventors: Mikio Kinoshita
Original assignee: Mikio Kinoshita
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2001-07-26
Also published as: AU2000230746A1

Description

明細書塩水淡水化システム及び塩水淡水化方法技術分野

本発明は塩水淡水化システム及び塩水淡水化方法に関する。

背景技術

海水や塩水が存在する地域で淡水が不足する場合、塩水淡水化が行われる。従来技術における塩水淡水化は、水分を提供する脱塩対象の塩水を直接的に脱塩する行程を有し、フラッシュ蒸発法、多重効用蒸留法、及び太陽熱蒸留法等の蒸留法、あるいは逆浸透法等、様々なものが使用されている。更に、濃厚塩水と希薄塩水との供給を受ける吸収冷凍機を利用する塩水淡水化装置及び方法も開示されている。

上記脱塩対象の塩水にはさまざまな塩類や有機物、あるいは有害物質等の不純物が一般的に含まれている。例えば、フラッシュ蒸発法や多重効用蒸留法を海水淡水化に用いた場合、海水中の塩類の一部が装置内部にスケールとして付着する問題があった。また、逆浸透法で脱塩を行う場合、有機物に起因する微生物の繁殖などの問題カあった。

更に、従来の技術における塩水の淡水化は多大なエネルギー消費を必要とするため、省エネルギー、あるいは収率の向上が要求されている。しかし上述したスケール発生の抑制と省エネルギーの実現との両立は困難な場合があった。更に、コスト削減も求められている。

本発明は上記に鑑みなされたもので、本発明の一目的は、省エネルギ一を実現する新規な塩水淡水化システム及び塩水淡水化方法の提供にある。

別の一目的は、スケール、あるいは微生物など不純物の付着の問題を生じない新規な塩水淡水化システム及び塩水淡水化方法の提供にある。

更に別の一目的は塩水淡水化のコスト j'jlj減にある。発明の開示

本発明の一実施形態によれば、水蒸気を濃厚塩水に吸収させる水分提供装置と該濃厚塩水に対する濃厚塩水淡水化装置とを有する塩水淡水化システムが提供される。該水分提供装匿からは水蒸気を吸収して塩分の濃度が低下した該濃厚塩水が徘出される該水分提供装置から排出された該濃厚塩水は該濃^塩水淡水化装 fgに供給され該濃厚塩水淡水化装置は該濃厚塩水を淡水化する。該濃厚塩水淡水化装置からは水分を放出して塩分の濃^が上^した该濃厚塩水が排出される。該濃厚塩水淡水化装置から排出された該濃厚塩水は該水分提供装置に供給される。即ち、該濃厚塩水中の塩分は該水分提供装置と該濃厚塩水淡水化装置との問で循環する。

該水分提供装置は、希薄塩水から蒸発した水分を該濃厚塩水に吸収させる直列配列された複数の吸収冷凍機（以下吸収ヒ一トボンプとして言及される）を有していてもよい。該水分提供装置内部において、該希薄塩水のモル沸点上昇の値は該濃厚塩水のモル沸点上昇の値を下回る。該水分提供装置は該直列配列中のそれぞれの吸収ヒ一トポンプの高温熱源と隣接する吸収ヒ一トポンプの低温熱源との間に配備される不透水性の伝熱板を更に有していてもよい。該複数の伝熱板により、該直列配列中の該吸収ヒートポンプの高温熱源と隣接する該吸収ヒ一トポンプの低温熱源との間の熱伝導関係が維持される。該高温熱源のそれぞれには該濃厚塩水が供給される。該低温熱源のそれぞれには該稀薄塩水が供給される。該希薄塩水から蒸発した水蒸気を吸収した該濃厚塩水は該濃厚塩水淡水化装置に供給される。

該直列配列中のそれぞれの吸収ヒートポンプの高温熱源は該濃厚塩水を浸透する濃厚塩水浸透部材を有していてもよい。更に、該直列配列中のそれぞれの吸収ヒ一トポンプの低温熱源は該稀薄塩水を浸透する稀薄塩水浸透部材を有していてもよい。この場合該複数の伝熱板のそれぞれは該濃厚塩水と該稀薄塩水との接触による混合を防止する。

水蒸気の拡散量を向上させるため、上記複数の吸収ヒー卜ポンプは真空状態で動作されてもよい。この為に、該塩水淡水化システムは真空システムを更に有していてもよレ、。これに替わり該塩水淡水化システムは該吸収ヒートポンプを高温状態で動作させるための温度制御システムを更に有していてもよい。

該吸収ヒートポンプの高温熱源から隣接する吸収ヒートポンプの低温熱源に流入する熱を利用して該稀薄塩水が淡水化されてもよい _t この場合、該吸収ヒ一トポンプの高温熱源と低温熱源との問に該稀薄塩水のモル沸点上昇を上回る温度差が生じる動作条件が選択される。

上記濃厚塩水淡水化装置は蒸発法により該濃厚塩水の蒸留を行つてもよい。該濃厚塩水淡水化装置はフラッシュ蒸発装置または多重効用蒸留装置であってもよい。

段数の多い多重効用の蒸留を行う上で、該濃厚塩水の加熱における熱力学的不可逆性を低減することは重要である。この観点から、該多重効用蒸留装置の各段の蒸留水の凝結潜熱を利用して、導入される該濃厚塩水を予備的に加熱する濃厚塩水予熱器が配備されてもよい。更に、生成される該蒸留水と導入される該濃厚塩水との間で熱交換を行う熱交換機が配備されてもよい。

該多重効用蒸留装置は複数の圧力容器を有していてもよい。更に該複数の圧力容器のそれぞれの内部で、多重効用の蒸留が行われてもよい。この場合、該複数の圧力容器のそれぞれに所定の分圧の残留ガスが存在する状態としてもよい。

該濃厚塩水淡水化装置は逆浸透法による塩水淡水化装置でもよい本発明の別の一実施形態によれば、水蒸気を濃厚塩水に吸収させる吸収工程と、該濃厚塩水に対する濃厚塩水淡水化工程とを有する塩水淡水化方法が提供される。該塩水淡水化方法は稀薄塩水から水分を蒸発させる蒸発工程を更に有ていてもよい。該蒸発工程により生成した水蒸気は該吸収工程で該濃厚塩水に吸収される。

該塩水淡水化方法は該吸収工程及び該蒸発工程により発生する温度差を利用して該稀薄塩水を蒸留する蒸留工程を更に有していてもよい。

水蒸気の拡散量を増加させるため、該塩水淡水化方法は該吸収ェ程及び該蒸発工程を真空状態で行うための真空排気工程を更に有していてもよい。これに替わり、該塩水淡水化方法は該吸収工程及び該蒸発工程を高温状態で行うための温度制御工程を更に有していてもよい。

該濃厚塩水淡水化工程は蒸発法、例えばフラッシュ蒸発法または多重効用蒸留法で行われてもよい。該濃厚塩水淡水化工程は該濃厚塩水淡水化工程を所定の分圧の残留ガスが混在した雰囲気で行うための分圧管理工程を更に有していてもよい。該多重効用の蒸留においては該濃厚塩水淡水化工程が該濃厚塩水の沸点以下の温度で行われてもよレ、。

該塩水淡水化方法は多重効用蒸留の各段の蒸留水の凝結潜熱を利用して、導入される該濃厚塩水を予備的に加熱する工程を更に有していてもよい。更に、該塩水淡水化方法は生成される該蒸留水と導入される該濃厚塩水との間で熱交換を行う工程を更に有していてもよい。

該濃厚塩水淡水化工程は逆浸透法により行われてもよい。この場合、該濃厚塩水として純水を溶媒とする濃厚塩水が使用されてもよい ₀

該塩水淡水化方法は該濃厚塩水の平均塩類濃度を調整する工程を更に有していてもよレ、。図面の簡単な説明

第 1 図は、本発明の一実施形態による塩水淡水化システムを説示する概念図である。

第 2図は、第 1 図に説示された塩水淡水化システムに使用される水分提供装置の内部に配列される複数の吸収ヒートポンプの断面の一部を説示する概念図である。

第 3図は、第 1 図に説示された濃厚塩水淡水化装置の断面を説示する概念図である。

第 4図は、本発明の別の一実施形態による塩水淡水化システムに使用される濃厚塩水淡水化装置の断面を説示する概念図である。第 5図は、本発明の更に別の一実施形態による塩水淡水化システムに使用される濃厚塩水淡水化装置の断面を説示する概念図である第 6図は、本発明の更に別の一実施形態による塩水淡水化システムに使用される濃厚塩水淡水化装置の圧力容器の内部を説示する概念図である。

第 7図は、本発明の更に別の一実施形態による塩水淡水化システムを説示する概念図である。

第 8図は、第 7図に説示された塩水淡水化システムに使用される水分提供装置の内部に配列される複数の吸収ヒートポンプの断面の一部を説示する概念図である。

第 9図は、第 8図に説示された吸収'ヒ一トボンプの 1 単位の断面を説示する概念図である。

第 1 0図は、本発明の更に別の一実施形態による塩水淡水化システムを説示する概念図である。

第 1 1 図は、第 1 0図に説示された 2 £効用の蒸留を行う水分提供装置に配列される複数の吸収ヒー卜ボンプの〗単位の断而を説示する概念図である。発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面を引用して本発明を説明する。いくつかの図を通して、同一の参照番号は同一もしくは対応する部分を示す。第 1図は、本発明の一実施形態による塩水淡水化システムを説示する概念図である。第 1 図において、塩水淡水化システムは濃厚塩水及び希薄塩水の供給を受ける水分提供装置 5 1 と、該希薄塩水から蒸発した水分を吸収して低濃度となった該濃厚塩水に対する濃厚塩水淡水化装置 5 3 とを有する。該希薄塩水のモル沸点上昇の値は該濃厚塩水のモル沸点上昇の値より小さな値を有する。

第 1 の濃厚塩水供給装置 6 1 、希薄塩水供給装置 6 3、第 1 の濃厚塩水排出装置 7 1 、及び稀薄塩水棑出装置 7 3が該水分提供装置 5 1 に配備されている。第 2の濃厚塩水供給装置 8 1 、第 ' 2の濃厚塩水排出装置 8 3、及び第 1 の淡水回収装置 8 5が該濃厚塩水淡水化装置 5 3に配備されている。

第 1 図に説示された該水分提供装置 5 1 の内部には複数の吸収ヒ — トポンプが直列に配列される。第 2図は、その直列配列の一部を例示する概念図である。該配列中の吸収ヒートポンプ 1 0の単位数は任意である。該配列は直線に沿って配列されてもよい。あるいは閉じた線に沿って配列されてもよい。

該複数の吸収ヒートポンプ 1 0の 1 単位は、該第 1の濃厚塩水供給装置 6 1 により該濃厚塩水が供給される高温熱源 2 1 と該希薄塩水供給装置 6 3 により希薄塩水が供給される低温熱源 3 1 とを有する。該高温熱源 2 1 と該低温熱源 3 1 とはギャップを介して対向しており、該低温熱源 3 1 に存在する該希薄塩水から蒸発した水蒸気が該高温熱源 2 1 に向かって拡散し、該高温熱源 2 1 に存在する該濃厚塩水に吸収される。該高温熱源 2 1 では水蒸気の凝結に伴う潜熱が放出され、該低温熱源 3 1 では水分の蒸発に伴う潜熱が奪われる。該配列中のそれぞれの高温熱源 2 1 と隣接する吸収ヒートボンプの低温熱源 3 1 との間には伝熱板 4 1 があり、該高温熱源 2 1 と隣接する該吸収ヒートポンプ 1 0の該低温熱源 3 1 との熱伝達を向上させる。即ち、該配列中で該高温熱源 2 1 から放出される熱は該伝熱板 4 1 を介して隣接する低温熱源に吸収される。第 2図においてこの熱エネルギーは左から右に移動する。該伝熱板 4 1 は不透水性を有しており、該濃厚塩水と該稀薄塩水との接触による混合や塩類の移動が生じないように該高温熱源 2 1 と該低温熱源 3 ] との間を隔てる。

該希薄塩水から蒸発した水蒸気を吸収して塩分濃度が低下した該濃厚塩水は該第 1 の濃厚塩水排出装置 7 1 により排出される。第 1 図に説示されるように、排出された該濃厚塩水は該第 2の濃厚塩水供給装置 8 1 に送られる。水分を喪失して塩分濃度が上昇した該希薄塩水は該希薄塩水排出装置 7 3により系外に排出される。

該高温熱源 2 1及び該低温熱源 3 1 として、該濃厚塩水及び該希薄塩水を浸透する部材が用いられてもよい。スポンジ、織布、不織布、紙など水や塩水が浸透する材質が使用可能である。また、該伝熱板 4 1 にコーティングされた親水基を有するコーティング材でも良い。さらに、土壌や木炭など、水を浸透する任意の材質も使用可能である。なお、上記浸透部材ゃコ一ティング材は良好な熱伝達特性を行うため適宜適切なパターン、例えばストライプ状に配列されても良い。

該濃厚塩水中の塩類は任意である。例えば、濃縮海水、塩化ナトリウム溶液、塩化マグネシウム溶液、あるいはこれらの混合溶液が該濃厚塩水として使用可能である。しかし人体や生態系に有毒な塩類の使用は好ましくない。該希薄塩水は淡水化の為の水分を該濃厚塩水に提供する。例えば、海水、塩分を有する地下水、工業廃水、生活排水、浄化水等が該稀薄塩水として使用可能である。

上記水分提供装置 5 1 の動作を好適に行う指針を以下に述べる。第 1 に、該希薄塩水から該濃厚塩水への水分の移動量を増加させる場合、該吸収ヒートポンプ 1 0の動作は一般的には動作圧力における該希薄塩水の沸点近傍で行われる。このため、室温で動作を行う場合には真空雰囲気で動作を行うための真空システムが付加される。これに替わり加熱により動作温度を上昇させてもよい。加熱におけるエネルギー消費を低減する場合、該水分提供装置 5 1 に流入する該濃厚塩水及び該稀薄塩水と流出する該濃厚塩水及び該稀薄塩水との間で熱交換が行われてもよい。沸騰に伴う塩水滴の飛散による塩類の移動は好ましくないので、これを考慮して動作条件が選択される。

第 2に、該高温熱源 2 1 と該低温熱源 3 1 との間の該伝熱板 4 1 による熱の伝導が良好な場合に、該希薄塩水から該濃厚塩水への水分の移動量は増加する。

第 3に、該高温熱源 2 1 と該低温熱源 3 1 との間のギヤップの長さは短い場合に、該希薄塩水から該濃厚塩水への水分の移動量は増加する。この場合該高温熱源 2 1 と該低温熱源 3 1 とが直接接触することは好ましくないので、適宜ギヤップ維持部材を該ギヤップ中に配置することが好ましい。

第 4に、排出される該稀薄塩水の濃度の増加が小さい場合に該希薄塩水から該濃厚塩水への水分の移動量は増加する。従って、適切な流量で該稀薄塩水を供給し、かつ排出することが好ましい。この 0 場合、該低温熱源におけるスケール発生量も大幅に低減される。第 5に、排出される該濃厚塩水の濃度を低下させた場合に、該濃厚塩水の淡水化に伴うエネルギー消費が低減される。

第 6に、水蒸気が該ギャップの面内方向、即ち該伝熱板 4 1 の面に平行な方向に拡散して流出することは効率を低下させるので、必要に応じ流出防止のための遮蔽板が該ギャッブの侧部に配備されてもよい。

第 3図は、第 1 図に説示された該濃厚塩水淡水化装置 5 3 の内部を説示する概念図である。該濃厚塩水淡水化装置 5 3は多重効用蒸留により該濃厚塩水を蒸留する。該濃厚塩水淡水化装置 5 3は圧力容器 1 4 1 と、該圧力容器 1 4 1 内の空問を隔てる複数の側壁 1 1 1 を有する。それぞれの側壁 1 1 1 は気密性を有しており、この側壁 1 1 1 の部位での所定の圧力差に耐えられる構造を有する。大気圧での沸点を下回る温度領域に対応する個所は、該圧力容器の内部を所定の圧力の真空状態とするため、図示されない真空排気システムが該圧力容器 1 4 1 に配備される。複数の第 1 の濃厚塩水浸透体 1 2 1 と、それぞれの濃厚塩水浸透体 1 'λ 1 にギャップを介し対向する第 1 の蒸留水浸透体 1 3 1 とが該濃厚塩水淡水化装置 5 3に配備されている。該複数の第 1 の濃厚塩水浸透体 1 2 1 は該第 2の濃厚塩水供給装置 8 1及び該第 2の濃厚塩水排出装置 8 3にそれぞれ接続されている。該複数の第 1 の蒸留水浸透体 1 3 1 はそれぞれ該第 1 の淡水回収装置 8 5に接続される。

図示されない熱源から該濃厚塩水淡水化装置 5 3は加熱され、第 3図において右から左に熱が流れる。それぞれの第 1 の濃厚塩水浸透体 1 2 1 に浸透した該濃厚塩水はこの熱により蒸発し、対向する該第 1 の蒸留水浸透体 1 3 1 で凝結する。該濃厚塩水中の塩類は該水分提供装置 5 1及び該濃厚塩水淡水化装置 5 3間を循環するが、該希薄塩水から該濃厚塩水への塩類の流入は原理的に無いため、スケールの継続的発生は無い。このため該第 1の濃厚塩水浸透体 1 2 1 と該第 1の蒸留水浸透体 1 3 1 との間のギヤップを極めて短く設計することができる。この場合該圧力容器 1 4 1 の単位容積あたりの収量は増加する。また、沸点以下の温度領域での蒸発においても高い収量を実現することができる。

第 3図に説示された該濃厚塩水淡水化装置 5 3は 5重の蒸留を行うが、該熱源の温度及び該濃厚塩水のモル沸点上昇の値に応じて任意の段数の蒸留が行われてもよい。更に、省エネルギーのため供給される該濃厚塩水と回収される該淡水との間で熱交換が行われてもよい。

また、供給される該濃厚塩水は凝結に伴う潜熱を吸収するため、該複数の該側壁 1 1 1等との熱交換を行う図示されない熱交換器により予備的に加熱さてもよい。この場合、該濃厚塩水の予備的加熱は低温側の側壁 1 1 1 から順次行われる。即ち、該濃厚塩水は最も低温の側壁により予備的に加熱され、次に、隣接する高温の側壁に順次送られる。そして、最も高温の側壁と熱交換した後、該第 2の濃厚塩水供給装置 8 1 により該第 1 の濃厚塩水浸透体 1 2 ] に供給され、該熱源により加熱される。

第 3図に説示された該圧力容器に替わり、該圧力容器としてして円柱状の外形を有するものが使用されてもよい。この場合同心円の断面形状を有する円柱状の複数の側壁が使用される。

第 4図は、本発明の別の一実施形態による塩水淡水化システムに使用される濃厚塩水淡水化装置の内部を説示する概念図である。第 3図を引用して説述された該濃厚塩水淡水化装置の内部と類似する圧力容器 1 4 1 の構造を有する。相違点は、該第 2の濃厚塩水供給装置 8 1 により供給された濃厚塩水は図示されない送液手段により順次隣接する第 1 の濃厚塩水浸透体 1 2 1 に送られ、第 3図の左側に配備された第 2 の濃厚塩水排出装置 8 3により排出される点である。生成した淡水は図示されない送液手段により順次第 ] の淡水回収装置 8 5に送られる。

該濃厚塩水は該第 2の濃厚塩水供給装置 8 1 に到着する前に、予備的に該側壁 1 1 1 により加熱される。また、生成された該淡水との間で熱交換も行われる。

第 5図は、本発明の別の一実施形態による塩水淡水化システムに使用される濃厚塩水淡水化装置の内部を説示する概念図である。該濃厚塩水淡水化装置 5 3は圧力容器 ] 4 3 と、微小な開口部を有する複数の側壁 1 1 3を有する。図示されない熱源により該圧力容器 1 4 3は第 5図の右側から加熱される。

該容器内に水蒸気以外の残留ガスが残存する場合、該圧力容器 ] 4 3内の全圧を実質的に均一なものとすることができる。このためそれぞれの側壁 1 1 3 での差圧は実質的に 0 となる。最も高温の部位で該残留ガスの分圧が 0以上の所定の値となるように残留ガスの分圧が設定される。

このため薄い板材が該側壁 1 1 3 として使用されてもよい。これにより伝熱が促進される。更に側壁の材料コストは低下する。

第 6図は、本発明の更に別の一実施形態による塩水淡水化システムに使用される濃厚塩水淡水化装置の圧力容器の内部を説示する概念図である。複数の側壁 1 1 1 と微小な開口部を有する複数の側壁 1 1 3が該圧力容器 1 4 5内に配備されている。該複数の側壁 1 1 1 は気密性を有し、該圧力容器 1 4 5内の空間を 1 2個のサブ空間に分割する。それぞれのサブ空間の中には 3個の開口部を有する側壁 1 1 3が配備される。それぞれのサブ空間の中の全圧は均一である。これにより 4 8重の蒸留が行われる。導入される濃厚塩水は側壁 1 1 1及び Zまたは側壁 1 1 3により予備的に加熱されてもよい _c 第 7図は、本発明の更に別の一実施形態による塩水淡水化システムを説示する概念図である。

第 7図に説示された塩水淡水化システムは、濃厚塩水及び希薄塩水の供給を受ける水分提供装置 5 2 と、該希薄塩水から蒸発した水分を吸収して低濃度となった該濃厚塩水に対する濃厚塩水淡水化装置 5 3 とを有する。

該水分提供装置 5 2は、第〗の濃厚塩水供給装置 6 1 、希薄塩水供給装置 6 3、第 1 の濃厚塩水排出装置 7 1 、稀薄塩水排出装置 7 3、及び第 2 の淡水回収装置 7 5を有する。該濃厚塩水淡水化装置 5 3は、第 ' 2の濃厚塩水供給装置 8 1 、第 2の濃厚塩水排出装置 8 3、及び第 1 の淡水回収装置 8 5を有する。

該水分提供装置 5 2は、該濃厚塩水と該希薄塩水との供給を受け動作する複数の吸収ヒートポンプを有している。第 8図に該水分提供装置 5 2の内部に配列された複数の吸収ヒートポンプ 1 0の配列の一部が説示されている。第 9図は、第 8図に説示された吸収ヒートポンプの 1 単位を説示する概念図である。

第 9図において、該吸収ヒ一トポンプ 1 0の 1 単位は高温熱源 2 〗、低温熱源 3 1 、希薄塩水浸透体 9 1 、高温熱源板 9 3、低温熱 4 源板 9 5、及び第 2の蒸留水浸透体 9 7を有する。該高温熱源 2 1 には該第 1 の濃厚塩水供給装置 6 1 により該濃厚塩水が供給される _c 該低温熱源 3 1 には該稀薄塩水供給装置 6 3により該希薄塩水が供給される。該高温熱源 2 1 と該低温熱源 3 1 とはギャップを介して対向しており、該低温熱源にある該稀薄塩水から蒸発した水蒸気は高温の該高温熱源にある該濃厚塩水に吸収される。該高温熱源と該低温熱源との温度差が該希薄塩水のモル沸点上の値を上回るように、該濃厚塩水の塩分濃度が制御される。即ち、該希薄塩水のモル沸点上昇の値の 2倍を上回る所定のモル沸点上昇の値を有する塩水が該濃厚塩水として該第 1 の濃厚塩水供給装置 6 1 から供給される,. 該高温熱源板 9 3が該高温熱源 2 1 と密着しており、該高温熱源板 9 3の別の一面には該希薄塩水浸透体 9 1 が密着している。該稀薄塩水浸透体 9 1 は稀薄塩水供給装置 6 から該希薄塩水の供給を受ける。該低温熱源板 9 5が該低温熱源 3 1 と密着しており、該低温熱源板 9 5の別の一面には該第 2の蒸留水浸透体 9 7が密着している。該稀薄塩水浸透体 9 1 の温度は該第 2の蒸留水浸透体 9 7より高温となる。

第 8図に説示される該複数の吸収ヒー卜ポンプ 1 0の配列において、それぞれの吸収ヒートポンプ 1 0の該希薄塩水浸透体 9 1 は隣接する吸収ヒートポンプの該蒸留水浸透体 9 7 と対向している。このため該希薄塩水浸透体 9 1 から蒸発した水蒸気は蒸留水浸透体 9 7で凝結し、蒸留水が得られる。この蒸留水は第 9図に説示される第 2の蒸留水回収装置 7 5により回収される。

第 7図において、水分を失い塩分濃度が上昇した該希薄塩水は希薄塩水排出装置 7 3により排出される。水分を吸収して塩分濃度が 5 低下した該濃厚塩水は第 1の濃厚塩水排出装置 7 1 により排出され、該第 2の濃厚塩水供給装置 8 1 により該濃厚塩水淡水化装置 5 3に供給される。該濃厚塩水淡水化装置 5 3により生成された淡水は第 1 の淡水回収装置 8 5により回収される。該濃厚塩水淡水化装置内で塩分濃度が上昇した該濃厚塩水は該第 2の塩水排出装置 8 3により排出され、該第 1 の濃厚塩水供給装置 6 1 に送られる。

該塩水淡水化システムは、第 1 図に説示される塩水淡水化システムに加え、第 7図を引用して説述される水分提供装置 5 2 と、 2重効用の蒸留を行う水分提供装置 5 4 とを更に有する。

第 1 1 図は、水分提供装置により 2重効用の蒸留が行われる場合に使用される吸収ヒ一トポンプの ] 単位を説示する概念図である。第 9図に説示される該吸収冷凍機の構造に加え、 2重効用蒸留板 4 と、該 2重効用蒸留板 4 3の一面に配備された希薄塩水浸透体 9 1 と、該 2重効用蒸留板 4 3 の別の一面に配備された第 2の蒸留水浸透体 9 7が配備されている。

第 1 0図において、該濃厚塩水淡水化装置 5 3は該希薄塩水のモル沸点上昇の値の 3倍を上回る所定のモル沸点上昇の値を有する濃厚塩水を該水分提供装置 5 4に供給する。該水分提供装置 5 4は希薄塩水のモル沸点上昇の値の 3倍を上回るモル沸点上昇の値を有する該濃厚塩水を該水分提供装置 5 2に供給する。該水分提供装置 5 2は該希薄塩水のモル沸点上昇の値の 2倍を上回るモル沸点上昇の値を有する該濃厚塩水を水分提供装置 5 1 に供給する。

以下に本発明による塩水淡水化システムの動作の例が説明される。 6 この動作例は、本発明による塩水淡水化システム及び塩水淡水化方法をより具体的に説明するためにのみなされるもので、本発明による塩水淡水化システム及び塩水淡水化方法について限定するために記述されるものではない。

例 1 として以下に説述される動作条件は第 1 図に説示された塩水淡水化システムにおける動作条件である。水分提供装置 5 1 として、第 2図に説示された構造を有する複数の吸収ヒートポンプ 1 ()が使用される。伝熱板 4 1 は陽極酸化により耐食性が向上した板厚 1 m _mのアルミニウムが使用される。高温熱源及び低温熱源の材質として薄い布が浸透体として使用される。該高温熱源と該低温熱源との間の距離は 5 m mと設定される。

1 0 0 0単位の吸収ヒートポンプ 1 0を直列配列して一つのブロックの配列が構成される。該水分提供装置 5 1 は排気系を有する真空槽を有し、この真空槽内に該配列された該複数の吸収ヒートボンプ 1 0の 1 0個のブロックが該水分提供装置 5 1 に配置される。陽極酸化処理を施した別のアルミ板からなる熱伝導手段により該ブ口ックの端部の高温熱源は隣接するプロックの低温熱源と熱的に接続される。該真空槽の内容積は 1 0 0 m ³である。

海水が希薄塩水として用られる。該海水は概ね 0 . 5 tのモル沸点上昇の値を示す。塩化ナトリゥム溶液が濃厚塩水として使用される。濃厚塩水供給装置 6 1 に供給される該塩化ナトリゥム溶液のモル沸点上昇の値は、 1 . 6 °Cと設定される。該海水の温度が該塩化ナトリゥム溶液の温度を下回る場合には、該温度差が低下するように予め熱交換工程が施される。該水分提供装置 5 1 の動作圧力は動作温度における該海水の飽和蒸気圧近傍に設定される。 7 該第 1 の濃厚塩水排出装置 7 1 から排出される該塩化ナトリウム溶液のモル沸点上昇の値が、 0. 9 °Cとなるように該濃厚塩水の供給量が設定される。該希薄塩水排出装置 7 3における海水のモル沸点上昇の値が 0. 6 °Cとなるように海水の流量が調整される。熱源として 1 5 0 °Cの高温蒸気が使用され、上述した多重効用蒸留法により該濃厚塩水淡水化装置 5 3は 3 0段の多重効用の蒸留を行う。長期にわたり該濃厚塩水淡水化装置のスケール除去を行うことなく動作が継続される。海水淡水化における省エネルギーが実現される。例 2 として以下に説述される本発明による淡水化システムの駆動例は、第 1 0図に説示された塩水淡水化システムにおける動作条件である。

該塩水淡水化システムは、該濃厚塩水淡水化装置として 2 0段の多重効用蒸留を行う多重効用蒸留装置 5 3が使用される。また、この塩水淡水化システムは吸収ヒートポンプにより 2重効用の蒸留を行う第 1 の水分提供装置 5 4 と、該第 1 の水分提供装置 5 4から排出される濃厚塩水の供給を受ける吸収ヒートポンプにより単段の蒸留を行う第 2の水分提供装置 5 2 と、該第 2の水分提供装置 5 2から排出される該濃厚塩水の供給を受ける水分提供装置 5 1 とを有している。

海水が希薄塩水として用られ、塩化ナトリウム、塩化マグネシゥム、及び塩化カルシウムを塩類として含む混合液が該濃厚塩水として使用される。該濃厚塩水の飽和溶液のモル沸点上昇は 5 °Cを上回るようにその組成が調整される。

該第 2の濃厚塩水供給装置 8 1 に供給される該濃厚塩水のモル沸点上昇の値は、 0 . 9 °Cと設定される。そして、該多重効用蒸留装 8 置 5 3により蒸留された蒸留水は第 1 の淡水回収装置 8 5により回収される。該第 2の濃厚塩水排出装置 8 3における該濃厚塩水のモル沸点上昇の値が 5 °Cとなるように多重効用の蒸留が行われる。スケールの除去作業を行うこと無く長期にわたり該多重効用の蒸留動作が継続的に行われる。

該水分供給装置 5 4に供給される該濃厚塩水と該海水とのモル沸点上昇の差は約 4 . 5 °Cであるため、この値を上限とする温度差がそれぞれの吸収ヒートポンプの高温熱源と低温熱源との問で生じる。これは 2重効用の海水の蒸留を行うために必要な温度差の下限 1 "C を上回る。

該水分提供装置 5 4からは約 3 Cのモル沸点上昇を有する濃厚塩水が排出され、該水分提供装置 5 2 へ供給される。該水分供給装置 5 2は上記のように、単段の蒸留を行う。該水分供給装 5 2から排出される濃厚塩水のモル沸点上昇の値は約 1 . 7 °Cとなる。

該水分提供装置 5 1 は更に該濃厚塩水に水分を提供し、約 0 . 9 C のモル沸点上昇の値を有する濃厚塩水を排出し、該多重効蒸留装置 5 3は該濃厚塩水の供給を受ける。該多重効用蒸 ¾装置 5 3により製造される淡水に加え、該水分提供装置 5 2及び 5 4により淡水が製造されるため、淡水の収量が更に増加する。コスト低下及びせ、ェネルギ一が実現される。フラッシュ蒸発による該濃厚塩水の淡水化を行う場合についても同様の結果が得られる。

例 3 として以下に説述される本発明による淡水化システムの駆動例は、第 1 図に説示された塩水淡水化システムにおける別の動作条件である。濃厚塩水として塩化ナトリゥムを有機物などを除去した純水に溶解した溶液を使用する。希薄塩水として海水を使用する。水分提供装置は第 2図に説示される構造を有する。該濃厚塩水淡水化装置として逆浸透法によるモジュールが使用される。該逆浸透モジュールは該水分提供装置から提供された約 0 . 8 °Cのモル沸点上昇を有する濃厚塩水を淡水化し、約 1 . 2 °Cのモル沸点上昇を有する濃厚塩水を排出する。モル沸点上昇の増加により淡水化に必要な理論的圧力は増加するが、純水を使用するため、モジュールの寿命が大幅に延長される。このためコストが低下する。また、海水に対する前処理のコストも大幅に低減される。多数のモジュールを使用する場合、エネルギー消費は低減される。

以上において詳細に説述された本発明の実施において、本発明による塩水の淡水化を好適に行うための付加的な行程が行われても良い。例えば、濾過などの脱油処理、あるいは揮発性の成分及び溶存気体の除去等である。揮発性の成分を除去する一つの方法として、曝気、あるいは真空中で水を超音波処理して揮発成分を脱離させる方法がある。この揮発性の成分を除去は蒸留水に対して施されても良い。淡水の水質や味覚を改善するために鉱物質の添加や酸素ゃ窒素、あるいは二酸化炭素などの気体の添加を行っても良い。また、オゾン処理や塩素添加など、殺菌処理が施されても良い。力ビの発生を防止する処理を浸透部材等に施してもよい。

その他、本発明による塩水淡水化システム及び塩水淡水化方法を好適に動作させるための補助的な手段、例えば、圧力センサ、温度センサ、または塩分濃度モニタリングなど伴って本発明が実施されてもよい。

即ち、ここに開示された本発明は、新規な塩水淡水化システム及び塩水淡水化方法を提供するが、以上の詳細な説明に開示された教唆に鑑み、本発明の実施は、本発明の最良の形態を説明するためになされた上記実施例に限定されるものではなく、以下の請求の範囲の中で、諸変化を伴ってその他の形態で実施してもよく、あるいは上記実施例の中の最良の一実施形態を説明するために附加された付加的な形態や構成要素を伴わずに実施されてもよい。産業上の利用可能性

本発明による塩水淡水化システム及び塩水淡水化方法により、脱塩対象の塩水の不純物に起因する問題の無い塩水淡水化が実現する, また、エネルギー消費の低減した塩水淡水化が実現される。

これはスケールや有機物に起因する問題のある海水淡水化や塩分を有する地下水や湖水の淡水化において実施されてもよい。更に、安価な淡水を提供する手段として使用されてもよい。また、吸収ェ程及び該蒸発工程により発生する温度差を利用する蒸留工程は高温で不安定な物質の蒸留を効果的に行う手段として実施されてもよい,

Claims

2 請求の範囲

1 . 水蒸気を濃厚塩水に吸収させる水分提供装置と該濃厚塩水に対する濃厚塩水淡水化装置とを有する塩水淡水化システム。

2 . 該水分提供装置が、希薄塩水から蒸発した水分を該濃厚塩水に吸収させる直列配列された複数の吸収ヒ一トポンプを有することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の塩水淡水化システム。

3 . 該水分提供装置が該直列配列中のそれぞれの吸収ヒートポンプの高温熱源と隣接する吸収ヒートポンプの低温熱源との間に配備される不透水性の伝熱板を更に有することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の塩水淡水化システム。

4 . 該直列配列中のそれぞれの吸収ヒ一トポンプの高温熱源が該濃厚塩水を浸透する濃厚塩水浸透部材を有すること特徴とする請求の範囲第 2項記載の塩水淡水化システム。

5 . 該直列配列中のそれぞれの吸収ヒートポンプの低温熱源が該稀薄塩水を浸透する稀薄塩水浸透部材を有することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の塩水淡水化システム。

6 . 該複数の吸収ヒートポンプを真空状態で動作させるための真空システムを更に有することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の塩水淡水化システム。

7 . 該吸収ヒートポンプを高温状態で動作させるための温度制御システムを更に有することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の塩水淡水化システム。

8 . 該吸収ヒートポンプの高温熱源から該吸収ヒ一トポンプの低温熱源に流入する熱を利用して該稀薄塩水を淡水化することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の塩水淡水化システム。

9 . 該濃厚塩水淡水化装置がフラッシュ蒸発法により該濃厚塩水の蒸留を行うことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の塩水淡水化システム。

1 0 . 該濃厚塩水淡水化装置が多重効用蒸留装置であることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の塩水淡水化システム。

1 1 . 該多重効用蒸留装置の各段の蒸留水の凝結潜熱を利用して、導人される濃厚塩水を加熱する濃厚塩水予熱器を更に有する請求の範囲第 1 0項記載の塩水淡水化システム。

1 2 - 生成した淡水と導入される該濃厚塩水との問で熱交換を行う熱交換器を更に有することを特徴とする請求の範囲第 1 0 ¾記載の塩水淡水化システム。

3 . 該多重効用蒸留装置が複数の圧力容器を有し、かつ、該複数の圧力容器のそれぞれの内部で、多重効用の蒸留が行われることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の塩水淡水化システム。

1 4 . 該複数の圧力容器のそれぞれに所定の分圧の残留ガスが存在する状態とすることを特徴とする請求の範 111第 1 3项, id載の塩水淡水化システム。

1 5 . 該多重効用蒸留装置の多重効用の蒸部のそれぞれの雰囲気を所定の分圧の残留ガスが存在する状態とし、かつ該多重効用の蒸留部における該濃厚塩水の温度を沸点以下の温度とすることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の塩水淡水化システム。

1 6 . 該濃厚塩水淡水化装置が逆浸透法による塩水淡水化装置であることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の塩水淡水化システム。

1 7 . 水蒸気を濃厚塩水に吸収させる吸収工程と、該濃厚塩水に対する濃厚塩水淡水化工程とを有する塩水淡水化方法。

1 8 . 稀薄塩水から水分を蒸発させる蒸発工程を更に有し、かつ該蒸発工程により生成した水蒸気が該吸収工程で該濃厚塩水に吸収されることを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の塩水淡水化方法。

1 9 . 該吸収工程及び該蒸発工程により発生する温度差を利用して該稀薄塩水を蒸留する蒸留工程を更に有することを特徴とする請求の範囲第 1 8項記載の塩水淡水化方法。

2 0 . 該吸収工程及び該蒸発工程を真空状態で行うための真空排気工程を更に有することを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の塩水淡水化方法。

2 1 . 該吸収工程及び該蒸発工程を高温状態で行うための温度制御工程を更に有することを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の塩水淡水化方法。

2 2 . 該濃厚塩水淡水化工程がフラッシュ蒸発法により行われることを特徴とする請求の範囲第】 7項記載の塩水淡水化方法。

2 3 . 該濃厚塩水淡水化工程が多重効用蒸留法により行われることを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の塩水淡水化方法。

2 4 . 該濃厚塩水淡水化工程を所定の分圧の残留ガスが混在した雰囲気で行うための分圧管理工程を更に有することを特徴とする請求の範囲第 2 3項記載の塩水淡水化方法。

2 5 . 該濃厚塩水淡水化工程が該濃厚塩水の沸点以下の温度で行われることを特徴とする請求の範囲第 2 3項記載の塩水淡水化方法。 2 6 . 該濃厚塩水淡水化工程が逆浸透法により行われることを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の塩水淡水化方法。

2 7 . 該濃厚塩水が純水を溶媒とする濃厚塩水であることを特徴とする請求の範囲第 2 6項記載の塩水淡水化方法。

2 8 . 該濃厚塩水の平均塩類濃度を調整する工程を更に有する請求の範囲第 1 7項記載の塩水淡水化方法。