WO2020179689A1

WO2020179689A1 - 海水淡水化装置および海水淡水化方法

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Publication number: WO2020179689A1
Application number: PCT/JP2020/008395
Authority: WO
Inventors: 奨越智; 豪鎌田; 井出　哲也; 洋香濱田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: JP2022065220A

Abstract

省エネルギーで効率よく海水を淡水化できる海水淡水化装置および海水淡水化方法を提供する。海水淡水化装置は、海水と多価アルコールとの混合液からなる霧化溶液を霧化させて、ほぼ水からなる霧化液滴を生成する霧化分離部と、霧化分離部に供給する海水および多価アルコールを貯留する貯留部と、霧化液滴を回収する霧化液滴回収部と、を備え、霧化分離部は、混合液を貯留する霧化分離槽と、霧化分離槽に設けられ、霧化溶液に対して超音波を照射する超音波発生部と、を有している。

Description

海水淡水化装置および海水淡水化方法

　本発明は、海水淡水化装置および海水淡水化方法に関するものである。
　本願は、２０１９年３月６日に日本で出願された特願２０１９－４０４５８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、海水淡水化技術として、加熱蒸発させた水蒸気を凝縮させる蒸留法や、水分子のみを選択透過させる逆浸透膜法が適用されているが、蒸留法の場合は、潜熱変換による消費エネルギーが大きく、逆浸透膜法の場合は、イニシャルコストがかかるとともに高圧プロセスのため大規模装置に用途限定されるといった課題があった。
　そこで、海水を霧化し、霧中のナノミストのみを分離した後、液体を回収することで淡水を得る方法が存在する（例えば、特許文献１，２）。

　特許文献１では、海水を霧化した後、霧化微粒子のみを分離して冷却凝縮し、淡水を回収する技術が開示されています。また、特許文献２では、静電霧化して海水を搬送気体中にミストに霧化すると共に、霧化されたミストを粒径でミスト分級器で分級して、塩分を含まない極めて微細なミストを回収して淡水を得る技術が開示されています。

特開２０１６－１６５６７６号公報国際公開第２０１２／１０５６５４号

　しかしながら、従来の方法では、マイクロサイズの霧化液滴が生成される。マイクロミスト中には海水成分が漏洩しているため、淡水のみを分離させる分離プロセスが別途必要になる。この分離プロセス時にマイクロミストが蒸発してしまい、後段での淡水回収効率を低下させてしまうという問題があった。また、蒸発して気体の状態になった水蒸気を再び液体に戻すために冷却凝縮による回収プロセスが必要になり、その分のエネルギーロスが大きくなってしまう。さらに、引用文献１，２では、霧に海水成分が漏洩している可能性が高く、淡水のみを回収するのは難しい。

　本発明の一つの態様は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、省エネルギーで効率よく海水を淡水化できる海水淡水化装置および海水淡水化方法を提供することを目的とする。

　本発明における一態様の海水淡水化装置は、海水と多価アルコールとの混合液からなる霧化溶液を霧化させて、ほぼ水からなる霧化液滴を生成する霧化分離部と、前記霧化分離部に供給する前記海水および前記多価アルコールを貯留する貯留部と、前記霧化液滴を回収する霧化液滴回収部と、を備え、前記霧化分離部は、前記霧化溶液を貯留する霧化分離槽と、前記霧化分離槽に設けられ、前記霧化溶液に対して超音波を照射する超音波発生部と、を有している。

　本発明の一態様の海水淡水化装置において、前記霧化分離部内の前記霧化溶液を濾過して析出した塩を除去する濾過部を備えている構成としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化装置において、前記霧化分離部に貯留された前記霧化溶液における水、海水溶質および前記多価アルコールの濃度比を管理する管理部を備えている構成としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化装置において、前記霧化分離槽は、前記貯留部から前記海水および前記多価アルコールが供給される供給口を有し、前記管理部は、前記供給口および前記超音波発生部から離れたところに設けられている構成としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化装置において、前記管理部は、前記霧化溶液の屈折率を測定する屈折率測定器と、前記霧化溶液の粘度を測定する粘度測定器と、前記霧化溶液に対する電気伝導率を測定する電気伝導率測定器と、を有する構成としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化装置において、少なくとも、前記霧化分離部、前記貯留部および前記霧化液滴回収部を接続する流路系を有し、前記流路系は、前記霧化分離部から前記霧化溶液を排出する排出流路を有している構成としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化装置において、前記海水あるいは前記霧化溶液を加温する加温装置を備えている構成としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化装置において、前記加温装置は、加熱部および冷却部を有するヒートポンプを備え、前記加熱部により前記海水あるいは前記霧化溶液を加熱し、前記冷却部により前記霧化液滴を冷却する構成としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化装置において、前記霧化分離部と前記霧化液滴回収部との間に、前記霧化液滴に対して音波を照射する音波発生部が配置されている構成としてもよい。

　本発明における一態様の海水淡水化方法は、霧化分離部において海水と多価アルコールとの混合液からなる霧化溶液を霧化させてほぼ水からなる霧化液滴を生成するとともに、前記霧化分離部に前記海水および前記多価アルコールを供給する工程と、前記霧化液滴を回収する工程と、を備えており、前記霧化分離部では、霧化分離槽に貯留された前記霧化溶液に対して超音波を照射し、前記霧化溶液の液面に液柱を形成することで前記霧化液滴を生成している、海水淡水化方法。

　本発明の一態様の海水淡水化方法は、前記霧化分離部内の前記霧化溶液を濾過する工程を有している方法としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化方法は、前記霧化液滴の生成中は前記霧化溶液の組成を管理し、前記霧化分離部に対する前記海水および前記多価アルコールの供給比率を調整する方法としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化方法は、前記海水あるいは前記霧化溶液を加熱して霧化を行う方法としてもよい。

　本発明の一態様の海水淡水化方法は、前記霧化液滴に対して音波を照射することで液滴にする方法としてもよい。

　本発明の一態様によれば、省エネルギーで効率よく海水を淡水化できる海水淡水化装置および海水淡水化方法を提供することができる。

図１は、第１実施形態における海水淡水化装置の全体構成を示す概略図である。図２は、多価アルコールの濃度と屈折率との関係を示すグラフである。図３は、多価アルコールの濃度と粘度の関係を示すグラフである。図４は、多価アルコールの電気伝導率と重量濃度との関係を示すグラフである。図５は、霧化液滴回収部の構成を示す概略図である。図６は、霧化液滴回収部の他の構成を示す概略図である。図７は、三成分の組成条件を示す相関図である、また、霧化溶液Ｗ３の海水溶質（ＮａＣｌ）、水、グリセリン（多価アルコール）の三成分の濃度比を示す相関図である。図８は、第２実施形態の海水淡水化装置の全体構成を示す概略図である。図９は、第３実施形態の海水淡水化装置の全体構成を示す概略図である。図１０は、第４実施形態の海水淡水化装置の全体構成を示す概略図である。図１１は、音波発生部の位置を拡大して示す図である。

[第1実施形態]
　以下、本発明の第1実施形態の海水淡水化装置１００について説明する。
　なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

　図１は、第１実施形態における海水淡水化装置１００の全体構成を示す概略図である。図２は、多価アルコールの濃度と屈折率との関係を示すグラフである。図３は、多価アルコールの濃度と粘度の関係を示すグラフである。図４は、多価アルコールの電気伝導率と重量濃度との関係を示すグラフである。図５は、霧化液滴回収部１５の構成を示す概略図である。図６は、霧化液滴回収部１５の他の構成を示す概略図である。

　図１に示すように、本実施形態の海水淡水化装置１００は、海水貯留部（貯留部）１１、霧化分離部１２、濾過部１３、多価アルコール貯留部（貯留部）１４、霧化液滴回収部１５、管理部１６、流路系１９および制御部３を有して構成されている。

　海水貯留部１１は、海水Ｗ１を貯留する。海水Ｗ１の主成分は塩化ナトリウムであり、塩分濃度は３．５％である。海水貯留部１１は、第１供給流路１９Ａを介して霧化分離部１２に接続されており、第１供給流路１９Ａ上に配置された供給ポンプＰ１の駆動によって、海水貯留部１１に貯留された海水Ｗ１が霧化分離部１２へと供給されるようになっている。

　多価アルコール貯留部１４は、海水Ｗ１に添加する所定の多価アルコールＷ２を貯留する。多価アルコール貯留部１４は、第２供給流路１９Ｂを介して霧化分離部１２に接続されており、第２供給流路１９Ｂ上に配置された供給ポンプＰ２の駆動によって、多価アルコール貯留部１４に貯留された多価アルコールＷ２が霧化分離部１２へと供給されるようになっている。

　本実施形態では、多価アルコールＷ２として、例えばグリセリンを用いている。グリセリンは、化粧水等にも用いられる成分であるため、人が触れても問題はなく扱いやすいという利点がある。これ以外にも、多価アルコールＷ２として、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ブタントリオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等が挙げられる。これら多価アルコールＷ２のなかでも、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコールは、粘度調整が容易で水との溶解度も高く、水との分離も可能である。

　霧化分離部１２は、霧化分離槽（貯留槽）１２１と超音波振動子（超音波発生部）１２２とを少なくとも備えている。
　霧化分離槽１２１の内部空間１２１ｃには、これら海水貯留部１１および多価アルコール貯留部１４のそれぞれから第１供給流路１９Ａおよび第２供給流路１９Ｂを通じて供給される、海水Ｗ１と多価アルコールＷ２との混合液からなる霧化溶液Ｗ３が貯留される。

　本実施形態の霧化分離槽１２１は、第１供給流路１９Ａが接続される第１供給口（供給口）１２１ａと、第２供給流路１９Ｂが接続される第２供給口（供給口）１２１ｂとの２つの供給口を有しているが、霧化分離槽１２１よりも前段側（上流側）に第１供給流路１９Ａと第２供給流路１９Ｂとの合流点を設ける場合は供給口を１つにしてもよい。

　超音波振動子１２２は、液柱Ｓを発生させるための超音波を発振する。本実施形態では、１つの超音波振動子１２２のみ図示しているが、超音波振動子１２２の数は適宜変更でき、複数設けてもよい。

　超音波振動子１２２は、霧化分離槽１２１の底面１２１ｅに対して傾斜して設けられていることが好ましい。超音波振動子１２２の超音波照射面１２２ａの中心から超音波照射面１２２ａに対して垂直な軸を超音波の放射軸Ｊと定義する。超音波振動子１２２が霧化分離槽１２１の底面１２１ｅに対して傾斜していることにより、超音波は、放射軸Ｊが霧化溶液Ｗ３の液面９に対して傾くように、超音波照射面１２２ａから液面９に向けて伝搬される。これにより、液面９で反射した超音波が超音波振動子１２２に戻りにくくなり、超音波振動子１２２が超音波によるダメージを受けにくくなるという利点がある。

　霧化分離槽１２１に貯留されている霧化溶液Ｗ３に対して超音波振動子１２２から超音波が照射されると、霧化溶液Ｗ３の液面９に液柱Ｓが形成され、液柱Ｓの表面から水分が分離されてナノミスト（霧化液滴）が発生する。超音波振動子１２２から霧化溶液Ｗ３に超音波が照射される際、超音波の出力および周波数など、超音波発生条件を調整することにより、霧化溶液Ｗ３の液面９に所定の高さの霧化溶液Ｗ３の液柱Ｓを生じさせることができる。

　本実施形態では、霧化分離部１２において、海水に多価アルコールを添加してなる霧化溶液Ｗ３を霧化させてほぼ水からなるナノミスト（霧化液滴）Ｎを生成し、海水Ｗ１に含まれる水分の少なくとも一部を霧化分離する。生成されたナノミストＮは、流路系１９を介して霧化液滴回収部１５へと送られる。
　ここで、「ほぼ水からなるナノミスト」とは、水比重量分率が９９．９％以上のミストである。

　管理部１６は、霧化分離槽１２１に貯留された霧化溶液Ｗ３の屈折率を測定する屈折率測定器と、霧化溶液Ｗ３の粘度を測定する粘度測定器と、霧化溶液Ｗ３に対する電気伝導率を測定する電気伝導率測定器と、を少なくとも有するモニタリング計器１６１を備えている。

　図２に示すように、多価アルコールＷ２において、屈折率はその濃度に対して単調に増加する傾向にあり、多価アルコールＷ２の濃度によって霧化溶液Ｗ３の屈折率が変動する。このため、屈折率測定器により霧化溶液Ｗ３の屈折率を測定することで、霧化溶液Ｗ３における多価アルコールＷ２の濃度を識別することが可能となる。

　また、図３に示すように、多価アルコールＷ２において、粘度はその濃度に対して単調に増加する傾向にあり、多価アルコールＷ２の濃度によって霧化溶液Ｗ３の粘度が変動する。このため、粘度測定器によって霧化溶液Ｗ３の粘度を測定することで、霧化溶液Ｗ３における多価アルコールＷ２の濃度を識別することが可能となる。

　さらに、図４に示すように、霧化溶液Ｗ３における塩分（塩化カルシウム、塩化リチウム）の重量濃度は、その電気伝導率に対して単調に増加する傾向にあり、塩分は濃度によって電気伝導率が大きく変動する。このため、電気伝導率測定器を設けることによって霧化溶液Ｗ３の塩分濃度を識別することが可能となる。海水Ｗ１の主成分は塩化ナトリウムであるが、塩化カルシウム、塩化リチウムも含まれる。図４には記載していないが、塩化ナトリウムにおいても重量濃度は電気伝導率に対して単調に増加する傾向にある。

　このような複数の測定器を備えたモニタリング計器１６１は、少なくとも霧化動作中において、霧化分離部１２内に貯留されている霧化溶液Ｗ３の組成状態をモニタリングし、制御部３にフィードバックする。本実施形態では、霧化溶液Ｗ３の各組成における屈折率、粘度、電気伝導率のデータベースを予め構築しておき、モニタリング計器１６１における各測定器によるそれぞれの結果に応じて、制御部３においてポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の出力を制御することにより、霧化溶液Ｗ３における水、海水溶質（塩分）、多価アルコールの濃度比を管理している。

　本実施形態における管理部１６は、霧化分離槽１２１内に貯留されている霧化溶液Ｗ３の水位を測定する水位測定部１８を備えていることが好ましい。霧化溶液Ｗ３の水位は、霧化効率が最大になるように霧化溶液Ｗ３の組成に応じて調整してもよいし、超音波振動子１２２の数、出力等によって調整してもよい。

　また、管理部１６は、霧化分離槽１２１内に貯留されている霧化溶液Ｗ３を撹拌する撹拌部を別途備えていてもよい。上述した超音波振動子１２２によっても霧化溶液Ｗ３は撹拌されるが、撹拌部１６３によって霧化溶液Ｗ３を積極的に撹拌することで、多価アルコールＷ２の濃度ムラをより抑えることができる。

　モニタリング計器１６１は、霧化分離槽１２１のうち、供給される海水Ｗ１によって多価アルコールＷ２の濃度が低くなりやすい第１供給口（供給口）１２１ａや、供給される多価アルコールＷ２によって多価アルコールＷ２の濃度が高まりやすい第２供給口（供給口）１２１ｂから離れたところに配置されていることが好ましい。また、霧化によって塩分濃度が高まりやすい超音波振動子１２２からも離れたところに配置されていることが好ましい。例えば、霧化分離槽１２１のうち、上述した撹拌部の近傍に設けられていることがより好ましい。これにより、霧化溶液Ｗ３の組成をより正確に測定することができる。

　霧化分離槽１２１の後段側には、濾過部１３が接続されている。
　濾過部１３は、排出循環流路１９Ｃおよび供給循環流路１９Ｄを介して霧化分離槽１２１に接続されており、霧化分離槽１２１内に貯留されている霧化溶液Ｗ３を濾過して析出した塩を取り除く機能を有する。取り除いた塩Ｅは、濾過部１３に接続された塩排出流路１９Ｊを介して塩回収部７において回収される。回収した塩Ｅは他の用途において再利用することも可能である。

　排出循環流路１９Ｃおよび供給循環流路１９Ｄのうち少なくとも排出循環流路１９Ｃは、霧化分離槽１２１の底部側であって、霧化分離槽１２１内に貯留される霧化溶液Ｗ３の液面９よりも常に下位になる箇所に設けられる。これにより、霧化分離槽１２１内から霧化溶液Ｗ３を効率よく取り出して濾過を行うことができる。

　制御部３は、管理部１６から計測結果がフィードバックされると、予め構築しておいた上記データベースに基づいて、流路系１９に設けられた複数のポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を個々に制御し、霧化分離槽１２１内に貯留する海水および多価アルコールＷ２の供給量、濾過スピード、排水量をそれぞれ調整することで、霧化溶液Ｗ３の組成を管理することが可能である。

　霧化分離槽１２１には、これよりも後段側に配置された霧化液滴回収部１５が接続されている。霧化液滴回収部１５では、霧化分離部１２において生成されたナノミストを回収し、液体に戻すことで淡水を得ている。霧化液滴回収部１５は、ミスト送出流路１９Ｇを介して霧化分離槽１２１に接続されている。ミスト送出流路１９Ｇは、霧化分離槽１２１の壁部１２１ｄの上部側であって、霧化分離槽１２１内に貯留される霧化溶液Ｗ３の水位よりも常に上位になる箇所に接続されている。これにより、霧化分離槽１２１内に貯留された霧化溶液Ｗ３を流入させることなく、生成されたナノミストＮを含む気体Ａ１を効率よく霧化液滴回収部１５へ送り出すことができる。

　霧化液滴回収部１５としては、例えば、図５に示すように、親水性吸着材１５１を利用した構成としてもよい。親水性吸着材１５１は、水分子を吸着させる親水性能の高いナノ細孔シリカ粒子やチタニア粒子が分散されたもので、筐体１５２内に複数設けられている。互いに離間して配置された複数の親水性吸着材１５１どうしの間を、霧化分離部１２から送られてきたナノミストＮを含む気体Ａ１が流動することで、上述したナノ細孔シリカ粒子等において水分が回収され、淡水Ｗが得られる。

　霧化液滴回収部１５の後段には淡水排出流路１９Ｅを介して淡水貯留槽８が接続されており、当該淡水貯留槽８において、霧化液滴回収部１５で得られた淡水Ｗが貯留される。さらに、霧化液滴回収部１５は、空気供給流路１９Ｆを介して霧化分離槽１２１に接続されており、水分が除去されて除湿された乾燥空気Ａ２を、空気供給流路１９Ｆを介して霧化分離部１２へと送られる構成となっている。

　霧化液滴回収部１５は、親水性吸着材１５１を備えた構成に限られず、例えば、図６に示すように、所定の間隔で配置された複数のフィン１５３と、これら複数のフィン１５３を跨ぐようにして配置された熱交換パイプ１５４と、コンプレッサー１５５とを用いて、熱交換パイプ１５４で冷媒を循環させることによってナノミストＮを冷却し、淡水Ｗを得る構成を採用してもよい。

　また、サクロン、シェブロンおよびデミスタなどの機械衝突作用によってナノミストを液体化し、淡水を得る構成を採用してもよい。
　なお、冷却熱交換作用と機械衝突作用とを組み合わせた構成にしてもよい。

　次に、海水淡水化装置１００の運転時における霧化溶液Ｗ３の組成条件について述べる。
　図７は、霧化溶液Ｗ３の海水溶質（ＮａＣｌ）、水、グリセリン（多価アルコール）の三成分の濃度比を示す相関図である。

　　海水Ｗ１の塩分は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）が主成分である。発明者は、海水Ｗ１を再現した海水濃度３．５％の塩化ナトリウム水溶液、飽和濃度２６．５％の塩化ナトリウム水溶液に対してそれぞれ超音波霧化を行い、水だけを分離できるか試したが、生成されるマイクロミスト中には塩化ナトリウムが漏洩してしまい、水だけを回収するのは難しいことが分かった。図７に「マイクロミスト発生領域Ｒ３」の範囲を示す。
　このため、塩化ナトリウム水溶液を超音波霧化して淡水を得るためには、マイクロミストからさらに水のみを分離する分離プロセスが後段において必要となってしまう。

　そこで、発明者は、塩化ナトリウム水溶液（海水）に多価アルコールＷ２を混合することで三成分系にし、霧化溶液Ｗ３の粘度をうまく調整できる状態にして霧化を行ったところ、ほぼ水のみからなるナノミストＮを生成することが可能となり、水だけを分離して回収することができた。このように、水だけを回収するためには、霧化溶液Ｗ３の組成条件が重要となる。本発明の一態様の海水淡水化装置１００は、霧化分離部１２における霧化溶液Ｗ３の多価アルコールＷ２の濃度バランスを調整することが可能である。

　そこで、塩化ナトリウム水溶液に対してグリセリンを加えていくと、ある領域からマイクロミストが減少し、ナノミストＮが多く生成されるようになった。つまり、霧化溶液Ｗ３におけるグリセリンの割合が増えていくと、生成されるミストに漏洩する塩化ナトリウムの量が少なくなって、ほぼ水のみからなるナノミストＮだけを生成することができた。図７に「ナノミスト発生領域Ｒ１」の範囲を示す。

　海水Ｗ１から淡水Ｗを得るためには、海水淡水化装置１００の運転中、霧化溶液Ｗ３の組成条件を、上述した「ナノミスト発生領域Ｒ１」内に維持することが重要である。この「ナノミスト発生領域Ｒ１」における霧化溶液Ｗ３の組成条件を「初期条件」とする。

（海水淡水化方法）
　次に、海水淡水化装置１００を用いた海水淡水化方法について述べる。
　まず、第１供給流路１９Ａおよび第２供給流路１９Ｂ上に配置されたポンプＰ１，Ｐ２を駆動させることで、海水貯留部１１から霧化分離槽１２１に対して海水Ｗ１を供給するとともに、多価アルコール貯留部１４から霧化分離槽１２１に対してグリセリンなどの多価アルコールＷ２を供給する。

　このとき、管理部１６のモニタリング計器１６１によって、霧化分離槽１２１内に供給された海水Ｗ１と多価アルコールＷ２との混合液、つまり、霧化溶液Ｗ３における屈折率、粘度、電気伝導率を計測し、多価アルコールＷ２の濃度をモニタリングする。霧化溶液Ｗ３の組成が上述した「初期条件」になるまで、海水Ｗ１および多価アルコールＷ２の供給を行う。

　次に、超音波振動子１２２を駆動することで、霧化分離槽１２１内に貯留された初期条件の霧化溶液Ｗ３に対して超音波を照射し、液柱Ｓを形成することで、霧化溶液Ｗ３を高く持ち上げる。

　また、超音波振動子１２２を駆動させるのとほぼ同時期に、空気供給流路１９Ｆ内に被設けられたファン１７を駆動させることで、霧化分離槽１２１内に空気を供給し、液柱Ｓに接触させることでナノミストＮを生じさせる。生成されるナノミストＮはほぼ水からなり、霧化溶液Ｗ３から水のみが分離される。

　生成されたナノミストＮを含む気体Ａ１は、ミスト送出流路１９Ｇを介して霧化液滴回収部１５へと送られる。霧化液滴回収部１５において、複数配列された親水性吸着材１５１どうしの間を上記気体Ａ１が通過する際に、気体Ａ１に含まれるナノミストＮが多数のナノ細孔シリカ粒子に吸着されて集められ、液体となった淡水Ｗは淡水排出流路１９Ｅを介して淡水貯留槽８に排出されて回収される。

　一方、霧化液滴回収部１５において水分が除去されて除湿された乾燥空気は、空気供給流路１９Ｆを介して霧化分離部１２へと送られる。

　海水淡水化装置１００では、連続運転によって霧化分離を継続していくと、霧化溶液Ｗ３から水分が徐々に分離されて組成条件が初期条件から変動してくる。

　霧化溶液Ｗ３の組成が「初期条件」から外れてしまうと、水のみを分離、回収するのが難しくなってしまう。また、霧化溶液Ｗ３の組成が「初期条件」から外れていなくても、水の分離、回収に伴って塩分濃度が高まり、霧化溶液Ｗ３の組成バランスが変動して図２に示す「不飽和領域Ｒ２」との境界ラインＫ上に到達すると、液柱ＳによってナノミストＮが生成されるのと同時に塩が析出されるという現象が生じる。つまり、霧化溶液Ｗ３における塩分濃度が高い状況下で液柱Ｓが形成されると、部分的にさらに高濃度になっていくので、局所的に塩が析出される。そのため、析出した塩を常に濾過しながら霧化を行わなければならず、霧化効率が低下してしまう。

　そのため、霧化を行っている間、モニタリング計器１６１によって霧化溶液Ｗ３における各組成の濃度比率をモニタリングし、海水貯留部１１から海水Ｗ１を霧化分離槽１２１へ定常的に供給するとともに、供給した海水Ｗ１の量に対応する多価アルコールＷ２を多価アルコール貯留部１４から適宜供給する。

　一方、多価アルコールＷ２を供給することなく海水Ｗ１のみを定常的に供給し、濾過を行いながら霧化を行う場合は、霧化溶液Ｗ３の組成が、「初期条件」の中でも「不飽和領域Ｒ２」との境界ラインＫ上に制限されてしまう。

　そのため、「初期条件」の中でより霧化効率を高めたい場合は、霧化溶液Ｗ３の組成が「不飽和領域Ｒ２」との境界ラインＫ側に傾いてきたときに、所定量の多価アルコールＷ２を供給する。このとき、多価アルコールＷ２の供給量だけでなく、海水Ｗ１の供給量、超音波の出力、濾過スピードも管理することで、霧化溶液Ｗ３の組成を、上記境界ラインＫ上の条件から離れる方向、例えば、図７に示した「ナノミスト発生領域Ｒ１」の中央に向かう方向へ戻しながら霧化を行う。

　超音波霧化によって生成されるナノミストＮには、海水溶質がほとんど含まれておらず、ほぼ淡水のミストが生成される。

　このように、本実施形態の海水淡水化装置１００によれば、海水に多価アルコールＷ２を添加することで、超音波霧化を行った段階でほぼ水からなるナノミストＮを生成することができることから、従来のような分離装置を用いてミストから淡水をさらに分離する必要もなくなり、省エネルギーでより効率よく淡水を回収することが可能となる。

　また、装置運転中、管理部１６により霧化溶液Ｗ３の組成を常時モニタリングしながら、海水溶質および多価アルコールＷ２の濃度比を「ナノミスト発生領域Ｒ１」に留めるよう、海水と多価アルコールとの供給比率および濾過スピード等を制御し、霧化溶液Ｗ３の組成を「初期条件」に維持することによって、霧化分離部１２において液柱Ｓが良好に形成され、霧化によるナノミストＮの生成効率を高めることができる。このように、霧化効率を維持しながら海水淡水化装置１００を連続運転することが可能なため、多量の海水Ｗ１を効率よく淡水化することができる。

　なお、本実施形態では、海水貯留部１１および多価アルコール貯留部１４をそれぞれ備え、霧化分離部１２において海水Ｗ１と多価アルコールＷ２とが混合される構成となっているが、海水Ｗ１および多価アルコールＷ２を予め混合させておき、「初期条件」に調整した初期条件液を貯留する初期条件液供給部を、海水貯留部１１および多価アルコール貯留部１４に代えて設けてもよい。

　また、本実施形態の流路系１９は、霧化分離部１２から霧化溶液Ｗ３を排出する霧化溶液排出流路（排出流路）１９Ｈを有している。霧化分離部１２からの霧化溶液Ｗ３の排出量を調整することによって、霧化溶液Ｗ３における海水溶質と多価アルコールＷ２との濃度比をより効率よく管理することができる。

［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態の海水淡水化装置２００について説明する。
　以下に示す本実施形態の海水淡水化装置２００の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、加温装置２１を備えた点において異なる。よって、以下の説明では、先の実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、先の実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付すものとする。

　図８は、第２実施形態の海水淡水化装置２００の全体構成を示す概略図である。
　本実施形態の海水淡水化装置２００は、海水貯留部１１、霧化分離部１２、濾過部１３、多価アルコール貯留部１４、霧化液滴回収部１５、管理部１６、流路系１９および制御部３を備えるとともに、さらに加温装置２１を備えている。

　加温装置２１は、海水貯留部１１と霧化分離部１２との間の第１供給流路１９Ａ上に配置され、海水貯留部１１から霧化分離部１２へ供給される海水Ｗ１を加温する。本実施形態における加温装置２１は、例えば太陽熱を利用したものであるが、これに限らない。

　また、多価アルコールＷ２と霧化分離部１２との間の第２供給流路１９Ｂ上にも加温装置２１を配置してもよい。海水Ｗ１および多価アルコールＷ２の両方を加温させてもよいし、どちらか一方だけでもよい。

　また、霧化分離部１２に加温装置２１を付加し、霧化溶液Ｗ３を加温させるようにしてもよい。
　海水Ｗ１、多価アルコールＷ２、霧化溶液Ｗ３のうちのいずれかを加温させることにより、霧化分離部１２における霧化効率を高めることができる。

［第３実施形態］
　次に、本発明の第３実施形態の海水淡水化装置３００について説明する。
　以下に示す本実施形態の海水淡水化装置３００の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、ヒートポンプ３１を備えた点において異なる。よって、以下の説明では、先の実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、先の実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付すものとする。

　図９は、第３実施形態の海水淡水化装置３００の全体構成を示す概略図である。
　本実施形態の海水淡水化装置３００は、海水貯留部１１、霧化分離部１２、濾過部１３、多価アルコール貯留部１４、霧化液滴回収部１５、管理部１６、流路系１９および制御部３を備えるとともに、さらにヒートポンプ３１を備えている。本実施形態の霧化液滴回収部１５は、ヒートポンプ３１の冷却部３３における冷却作用によってナノミストＮを液滴にして回収し、淡水を得ている。

　具体的には、図６で示したような熱交換パイプ１５４で冷媒を循環させることによってナノミストＮを含む気体を冷却しており、本実施形態では、この際得られる冷却熱（吸熱）を利用して海水Ｗ１を加温させる構成となっている。

　コンプレッサー３４で冷媒を圧縮することで冷媒の温度を上昇させ、加熱された冷媒を加熱部３２に供給して熱交換パイプ１５４で循環させることにより、海水貯留部１１から霧化分離部１２へと送られる海水Ｗ１を加温させている。

　本実施形態では、ヒートポンプ３１の加熱部３２および冷却部３３におけるそれぞれの作用を利用することにより、ナノミストＮを効率よく液体化できるとともに、このときの冷却熱を利用して海水Ｗ１を加熱するため、省エネルギーで霧化効率を高めることができる。

［第４実施形態］
　次に、本発明の第４実施形態の海水淡水化装置４００について説明する。
　以下に示す本実施形態の海水淡水化装置３００の基本構成は、上記第３実施形態と略同様であるが、音波発生部４１を備えた点において異なる。よって、以下の説明では、先の実施形態と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、先の実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付すものとする。

　図１０は、第４実施形態の海水淡水化装置４００の全体構成を示す概略図である。図１１は、音波発生部４１の配置位置を拡大して示す図である。
　本実施形態の海水淡水化装置４００は、海水貯留部１１、霧化分離部１２、濾過部１３、多価アルコール貯留部１４、霧化液滴回収部１５、管理部１６、流路系１９および制御部３、ヒートポンプ３１を備えるとともに、音波発生部４１をさらに備えている。

　図１０および図１１に示すように、霧化分離部１２と霧化液滴回収部１５との間のミスト送出流路１９Ｇ上に音波発生部４１を設け、ナノミストＮを含む気体Ａ１に対して音波を照射することで、音の振動によってナノミストＮを粗大化することができる。例えば、図１１の一点鎖線で示す領域においてナノミストを凝集させることができ、このようにして粗大化したミストを含む気体を霧化液滴回収部１５へ供給することによって、霧化液滴回収部１５において淡水を回収するプロセスを省エネ化することが可能である。

　音波発生部４１としてスピーカーを用い、例えば音域が１００～１０００Ｈｚの音波を発生させることが好ましい。

　以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

Claims

　海水と多価アルコールとの混合液からなる霧化溶液を霧化させて、ほぼ水からなる霧化液滴を生成する霧化分離部と、
　前記霧化分離部に供給する前記海水および前記多価アルコールを貯留する貯留部と、
　前記霧化液滴を回収する霧化液滴回収部と、
を備え、
　前記霧化分離部は、前記霧化溶液を貯留する霧化分離槽と、前記霧化分離槽に設けられ、前記霧化溶液に対して超音波を照射する超音波発生部と、を有している、
海水淡水化装置。
　前記霧化分離部内の前記霧化溶液を濾過して析出した塩を除去する濾過部を備えている、
請求項１に記載の海水淡水化装置。
　前記霧化分離部に貯留された前記霧化溶液における水、海水溶質および前記多価アルコールの濃度比を管理する管理部を備えている、
請求項１または２に記載の海水淡水化装置。
　前記霧化分離槽は、前記貯留部から前記海水および前記多価アルコールが供給される供給口を有し、
　前記管理部は、前記供給口および前記超音波発生部から離れたところに設けられている、
請求項３に記載の海水淡水化装置。
　前記管理部は、前記霧化溶液の屈折率を測定する屈折率測定器と、前記霧化溶液の粘度を測定する粘度測定器と、前記霧化溶液に対する電気伝導率を測定する電気伝導率測定器と、を有する、
請求項３または４に記載の海水淡水化装置。
　少なくとも、前記霧化分離部、前記貯留部および前記霧化液滴回収部を接続する流路系を有し、
　前記流路系は、前記霧化分離部から前記霧化溶液を排出する排出流路を有している、
請求項１から５のいずれか一項に記載の海水淡水化装置。
　前記海水あるいは前記霧化溶液を加温する加温装置を備えている、
請求項１から６のいずれか一項に記載の海水淡水化装置。
　前記加温装置は、加熱部および冷却部を有するヒートポンプを備え、
　前記加熱部により前記海水あるいは前記霧化溶液を加熱し、
　前記冷却部により前記霧化液滴を冷却する構成とされている、
請求項７に記載の海水淡水化装置。
　前記霧化分離部と前記霧化液滴回収部との間に、前記霧化液滴に対して音波を照射する音波発生部が配置されている、
請求項１から８のいずれか一項に記載の海水淡水化装置。
　霧化分離部において海水と多価アルコールとの混合液からなる霧化溶液を霧化させて
ほぼ水からなる霧化液滴を生成するとともに、前記霧化分離部に前記海水および前記多価アルコールを供給する工程と、
　前記霧化液滴を回収する工程と、を備えており、
　前記霧化分離部では、霧化分離槽に貯留された前記霧化溶液に対して超音波を照射し、前記霧化溶液の液面に液柱を形成することで前記霧化液滴を生成している、
海水淡水化方法。
　前記霧化分離部内の前記霧化溶液を濾過する工程を有している、
請求項１０に記載の海水淡水化方法。
　前記霧化液滴の生成中は前記霧化溶液の組成を管理し、
　前記霧化分離部に対する前記海水および前記多価アルコールの供給比率を調整する、
請求項１０または１１に記載の海水淡水化方法。
　前記海水あるいは前記霧化溶液を加熱して霧化を行う、
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の海水淡水化方法。
　前記霧化液滴に対して音波を照射することで液滴にする、
請求項１０から１３のいずれか一項に記載の海水淡水化方法。