JPS5820286A - 太陽熱を利用した海水淡水化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱を利用した海水淡水化装置に関する。

石油、石炭など渥鳳量の限られた化石燃料に代って無尽
蔵な太陽エネルギーの利用が多くの分野で提案され一部
ではすでに実用化されている。海水淡水化技術の分野に
おいても従来の化石燃料による多段フラッシュ法に代わ
る太陽熱利用の海水淡水化装置が提案されており、本発
明者もこれまでにいくつか提案してきた（たとえば特公
昭５４−３０７７号、特公＄１８！ｉ４−３６１５０号
、特公昭５６−３７９３号）。これらのすでに提案され
ている海水淡水化装置の多くは、海水を加熱するための
太陽熱集熱器には固定式のものを採用しているので設備
や運転に必要な費用はそれはどでもないが、集熱量が太
陽の位置によって変ってしまい特に朝、夕のような太陽
の位置が低い時島では集熱量が少ないので集熱器により
加熱される海水の湿度は一般に１００Ｃ以下である。そ
のために化石燃料を用いて補助的に加熱してさらに高温
にするとかあるいは抽気エゼクタ−のような減圧装置を
用いるなどの必要がある。

そこで太陽熱の集熱量を増すために集熱器を追尾式とし
、−日の太陽の動きに合わせて集熱面を移動させる方式
が提案されている。この方式によれば海水を直接または
熱媒体を介して１００Ｃ以上に加熱することは可能であ
るが、モのためには集光型集熱器の鏡を正確に太陽の方
向に向は且つ鏡の各々に追尾機構を設は集熱器全体とし
て連動させる必要があり、装置が相当大がかりなものと
なるため１１Ｔ＆費ならびに運転費、維持費が膨大にな
る。

本発明は上記の点にかんがみ且つ海水の淡水化は海水の
温度が高いけど効率が高いことを考慮し、構成がそれは
ど複雑でなく且つ太陽熱の別間のみで海水の温度を高く
することのできる海水淡水化装置を提案するもので、太
陽熱により加熱した熱媒体を断熱圧縮して少なくても１
３０Ｃ１好ましくはｘｓｏｃ〜１６・ＯＣ以上の高温と
し、この高温熱媒体と海水とを熱交換して海水を約１２
０Ｃで蒸留するようにしたものである。

以下添付図面を参照して本発明を説明する０図は本発明
による海水淡水化装置の系統図な示しており、説明の便
宜上蒸留段は一段だけ示しであるが、必要に応じて同一
構成のものを直列または並列［ＩＷ１段連結することも
できる。

図示した海水淡水化装置は集熱回路Ａと蒸留回路Ｂとか
ら構成されており、前者を流れる熱媒体の流路は矢印−
親で、後者を流ねる海水および淡水（水蒸気も含む）の
流路は矢印→で示しである。

集熱回路Ａは、固定式太陽熱集熱器１と、コンプレッサ
２と、膨張装置３とから成り、太陽熱集熱器１は内部に
集熱管または集熱板ｒが設けられ、熱媒体がこの集熱板
１′を通過するとき太陽熱により加熱される。コンプト
ン゛す２は集熱器１により加熱された熱媒体を断熱圧縮
（熱力学的な断熱圧縮とは多少意味が異なるが、当該分
野でこう言われている）７６゜！ｌ＃脹装散３は、後述
する熱交換器４から熱交換を終えて流出する熱媒体を側
熱膨張させる１１１Ｉ室３１と、熱交換器３ｂとにより
構成されており、＃Ｉ［！♀３ａで断熱ｆ＃脹して低温
になった熱媒体は、この熱交換器３ｂで海水から熱をう
ばうＯ上記集熱回路Ａを循環する熱媒体としては、沸点
が低くて気化熱が比較的大きし１ものがよく、たとえば
フロンやアルコールなどが好まし１１力ｉ。

そのほか有機ないし無機の物質または元素、たとえばへ
ブタン、水、フルチックＰＰ２など利用できる物質があ
る。

蒸留回路Ｂは、熱交換器４と、蒸留器５および６と、水
蒸気凝結用熱交換器７および８とから裁り、熱交換器４
は、集熱回路Ａのコンプレッサ２により断熱圧縮された
熱媒体と海水との間で熱交換を行なう。この熱交換器４
の構造は第２図および第３図に詳細に示したように、外
管４１の内部下方に集熱回路Ａの一部を構成する多数の
熱交換管４２と、そのさらに下方に外管４１内に加圧空
気を吹込む空気吹込管４３とが配設され、外管４１の内
部上方には空気抜き管４４とそのすぐ下方に海水阻止板
４５とが配設されている。空気吹込管４３および空気抜
き管４４には長手方向に等間隔にそれぞれ開口４３′お
よび４４゛が形成されている。外管４１の両端近くには
海水導入口４６と導出口４７とが設番すられている。熱
交換管４２は内部を１３ｏＵ以上の気体状熱媒体が流れ
外面は４σ〜１２０℃の海水と接触するから耐海水性の
金ＭＷとするのが好ましく、たとえばエバープラス（商
品名）やキュプロニッケルとかの鋼合金やチタンが使用
される。熱媒体と海水との間の熱交換効率を高めるため
に、熱交換管４２の内面長手方向にらせん状フィンを形
成したりねじれた金属の管内に挿入して熱媒体の流れを
敢えて乱流とするなどの手段を採用することもできる。

熱媒体と海水上の間の熱交換効率を高めるもう１つの手
段として空気吹込＠＜３の開口４３′から加圧空気を海
水中に吹込んでその撹乱作用を利用する方法がある。こ
の気泡撹乱作用により伝熱特性は層流のときより遥かに
すぐれた熱伝達係１か２〜３倍に向上する。空気吹込ｔ
４３、空気抜き管４４、海水阻止板４５はパイレックス
ガラスのようなガラス−または前述した高温の海水にた
える金属等の耐熱材料で作るのが好ましい。

なお、外管４１がヒユーム：管である場合内面を例えば
ガラスファイバーのネットを張りその上にエポキシ樹脂
の様な接着性耐化学薬品性の大きい樹脂等で被覆するの
がよい。空気吹込ｌＲ４３は圧縮空気源１０に接続され
ているが、その接続導管は安価なステンレス製で充分で
ある。蒸留口５．６は主熱交換器４で加熱された海水を
蒸発させて水蒸気を得る部分で、その構造については本
発明者がすでに出願した特願昭５１−１２４３９３号に
詳細に説明しであるのでここでは詳細な説明は省略する
が、要するに第４図および第５図に示すように、コンク
リート製外管５１の内部上方に水気止め管５２を配管し
て１１１改したものである。外管５１には海水人口（図
示せず）および海水出口５３が設けられ、水気止め管５
２からの水蒸気流出口５４も設けられていることはもち
ろんである。水気止め管５２は、蒸留器５についでは後
述する発電用タービン１】に、また蒸留器６については
水蒸気凝結用熱交換器８を介して抽気エゼクタ−装置Ｉ
Ｂに接続され減圧されている。

水蒸気凝結用熱交換器７はタービン１１から出る水蒸気
と海水とを熱交換させて淡水を得、水蒸気凝結用熱交換
器８は蒸留器６の水気止め管５２から取出される水蒸気
をやはり海水により冷却して淡水に変え同時に海水は温
められる。

いずれも慣用型式のものでよい。

この実施例では、上記集熱回路Ａおよび蒸留回路Ｂのは
かに、蒸留Ｗ５から出る水蒸気を利用した発電用タービ
ン１１および発電機１２と、淡水を貯蔵する淡水プール
１４とが設けられている。

上記の海水淡水化装置は次のように運転される。

熱媒体が集熱回路Ａを循ｍされ集熱器１の集熱板ｒを液
体または気液共存状態で通過する際太陽熱によって加熱
され、集熱器ｌの出口では約６０〜８０Ｃの気体になっ
ている。この熱媒体はコンフ゛レツサ２により断熱圧縮
されその温度は１０００前後になる。こうして得られた
高温の熱媒体過熱蒸気は熱交換ａ４の熱交換管４２に導
かれる。

一方、ポンプＰにより海から汲み上げられた海水は熱交
換器７により約４０Ｃに温められて熱交換器４の海水導
入口４６がら熱交換器４の内部に導入され、ここで高温
の熱媒体過熱蒸気により約１２００まで加熱され６ｏこ
のとき、空気吹込管４３の開口４３′からは圧縮空気＄
１０から送られるたとえば２気圧以上の加圧空気が海水
中に吹込まれる。海水はこの吹込み空気による撹乱作用
を受けて熱交換９ｔ４２を流れる高温の熱媒体と効率よ
く熱交換をする。この気泡撹乱作用により熱伝達係数は
急増し、装置全体の熱効率向上に大いに貢献する。空気
吹込管４３の開口４３′の数、開口面積、加圧空気の圧
力などは装置の規模、特に熱交換すべ・き海水の流量な
どを考慮して決定される。海水中に吹込まれた空気は気
泡撹乱作用を果した後海水表面から上方に放出され外管
４１の上方に配設した空気抜き管４４の開口４（から吸
入されて外部に排出されＥ）ｏこの空気は第１図に示し
たようＫｐａによって循環させられる。なお、この空気
と共に海水が飛散して空気抜き管４４の開口４４′へ入
るのを阻止するために海水阻止板４５が設けられている
。こうして海水導入口４６から導入された約４０Ｃの海
水は熱媒体と熱交換して約１２０［まで加熱される。熱
交換１１４３の内壁にフィンを形成した場合はさらに熱
交換効率の向上が期待できる。熱交換管４２と空気軟込
管４３との配置は＆々考えられるが、熱交換効率が最大
となるように決定されるべきである。また、気泡撹乱作
用は加圧空気のほかに過熱水蒸気などのような海水と反
応しない気体により起すこともでき、過熱水蒸気を用い
た場合は空気抜き管４４が不要にな乙ほか過熱水蒸気が
水になる際に出す凝結熱が海水に与えられるので海水の
温度を高めるのに役立つ〇 一方、熱交換管４２を流れる熱媒体は海水により冷却さ
れ凝結熱を放出して釣１２０Ｃの液体になり、一部は蒸
留器６に、残部はＩ！脹装置３の膨張室３ａに送られそ
こで卿１熱膨張され、圧力、温度とも低下する。こうし
て数１０度程度の気体となった熱媒体は再び集熱器１に
送られる。

熱交換器４で約ｘｚｏｃ薫で加熱された海水は海水導出
口４７から出て蒸留器５に供給される。蒸留器５では海
水の水蒸気圧は約２気圧であり水気止め管５２内の気圧
は１気圧であるため激しく沸騰して水蒸気１を放出し自
らは気化熱を多量に奪われ海水の沸騰は１００Ｃ１気圧
になるまで行なわれ、この間水蒸気を放出しつづける。

こうして蒸ｉＩｌ器５内の水気止め管５２に取出された
水蒸気は発電用低圧タービン１１に導かれタービンを回
転して水蒸気凝結用熱交換器７に導かれ、そこで濁水に
より冷却されて完全に淡水にされ淡水プール１４に導か
れる。発電機１２は低圧タービン１１により回転され発
電する。こうして得られる電力は海水を汲み上げるのに
用いられるポンプや断熱圧縮用フンプレツサなど装置の
動力源の一部として利用され乙。低圧タービン１１は上
記水蒸気で加熱された過当な熱媒体によって駆動するこ
ともできる。

蒸留器５から流出する１ｏｏｒ以下になった海水は蒸留
器６に送られ、ここで約１２０Ｃの熱媒体により加熱さ
れなから抽気エゼクタ−１３により減圧蒸留され１ＪＩ
Ｅが下ってし１〈。こうして蒸留器６では海水のｆＡｍ
か約６０Ｃ位になるまで蒸留が行なわれ、流出してＩｌ
＆装ｆｆ１３に送られここで熱媒体に熱を与えて次段へ
送られるかまたは装置外に排出される。・蒸留段６から
出る水蒸気は水蒸器凝結用熱交換器８で海水に熱を与え
ながら自らは淡水となって一部＆ま抽気エゼクタ−１３
ｘ−残部は淡水ンール１４に貯えられる。淡水の流れは
第１図中に矢印→で示しである。

蒸留器５は多段とし、各段ごとに減圧度を炙えて海水か
ら有効に水蒸気を得るようにするのが好ましい。

以上本発明を一実施列について説明したカミ・本発明は
基本的には熱媒体を太陽熱により力り熱しさらに断熱圧
縮して少なくとも１３０Ｃ，女ｆましくは１５０Ｃ〜１
６０Ｃ以上の高温とし、この高温熱媒体と海水とを熱交
換して海水を約１２０ｔ：’に加熱し蒸留するようにし
たものであり、その範囲内で種々の変形が司能又゛ある
。また、本発明における熱媒体加熱用熱源として太陽熱
に代えて地熱、海洋熱、微生物の醗酵により生ずる熱工
場排水、エンジンの冷却液なども利用することができる
。

以上説明したように、本発明においては、太陽熱により
加熱した熱媒体を断熱圧縮して少なくとも１３０Ｃ，好
ましくは１５０Ｃ−１６０Ｃ以上の高温とし、この高温
熱媒体と海水とを熱交換して海水を約１２０Ｃで蒸留す
るようにしたので、追尾式集熱器を用いた海水淡水化装
置に比べて構造が大がかりにならずしかも従来の固定式
集熱器より遥かに高い温度の海水を得ることができる・ なお最近、海水の淡水化において、海水からのスケール
の析出をできるだけおさえるために、予め海水に数１０
００ガウスの強磁界をかけるとか、適当な方法で海水中
のスケールの原因となる塩類をとり除くとかする方法が
試みられているが、本発明による装置もそれらの方法と
組合せることにより海水の最高湯度を１２０Ｃ以上に高
め、熱効率を更に上げることも司能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によ、る海水淡水化装置の一実施例の系
統図、第２図は第１図に示した濁水淡水化装置に用いら
れる熱交換器の縦断面図、第３図は第２図のＡ−Ａｌ１
に沿って見た横１１ｉｉＯ図、第４図は同海水淡水化装
置に用いられる蒸留器を一部切欠いて示す斜視図、第５
図は第４図のＢ−ＢＩＭに沿って見たｌＩＩ断面図であ
る。 １・・・固定式太陽熱集熱儀、２・・・コンプレッサ、
３・・・Ｍ１脹装置、４・・・熱交換器、５．６・・・
蒸留器、７．８・・・水蒸気凝結用熱交換器＠ 特許出願人　飯　　　１）　　富　　　丸代理人弁理土
鈴木弘男 第２図 第３１！ｌ ４乙 第４ＩｙｉＪ ３ 第５＠ 手続補正書 昭和５７年４月λｇ日 特許庁長官　烏　田“春　樹　殿 １、事件の表示 昭和５６年特許願第１１９２３５号 ２・発明の名称 太−熱を利用した海水淡水化装置 ３、補正をする考 事件との胸像　特許出馳人 住所　東京都世田谷区痔々力５丁目２０４１１号氏名　
　　　飯　　　１）　　富　　　丸４、代　珈　人 住所　東京都港区芝３丁目４９１６号　表相ビルう ６、補正の対象 ）。 ７、補正の内容 本願明細書を下記のとおり補正する。 （１）　ｊＩＩ６頁＠１０行の「下方」の後Ｋ「ないし
は熱交換管４２の閏の適当な論所」を加入し、第１９行
の「気体状」の後Ｋ「ないし一部は液体状の」を加入す
る。 （２）第７頁第１０行の「撹乱作用」の後に「と気泡が
熱交換管４２の＆１１に衝突することＫよって管の表１
の汚れを除去する作用と」を加入し、第１１行の「撹乱
作用」を「撹乱などの作用」Ｋ１１１正す６゜ （３）　　第７頁第１０行の「た」を１、」Ｋ補正し、
同行から総１１３行の「２〜３倍Ｋ」を「著しく」Ｋｔ
ｌｌｉ正し、１ｈｘ９行の「接着性」の後Ｋ「耐熱」を
加入する。 （４）謝８頁ＩＩＰｉ２行の「安価な」を削除する。 （５）　　第９ｊｊ第１７行の「熱媒体過熱蒸気」の奈
Ｋ「または熱媒体液」を加入する。 （６）第１０頁第２行の「熱媒体過熱蒸気」の後Ｋ「ま
たは熱媒体液」を加入し、第９行のＦ攪乱作用」の後Ｋ
「および管の表面の汚染除去作用」を加入し、第１４行
の「撹乱作用」の＊Ｋ「など」を加入し、第１７行の「
Ｐ３」を［圧縮空気＠ｌ０ＪＫ補止す６゜ （７）＄１４頁第２行の「地熱」の前に「太陽熱をｌ５
ＩＩＩ＆的に利用する場合、たとえば日中太陽熱を蓄楡
した地表あるいは地表近くの岩石、砂などを日中以外の
時間に熱源として利用することもできる。」を加入し、
第３行の「熱工場排水」を「熱、工場排水」に袖止する
。 手続補正書 昭和５７年５月３１日 特許庁長官島田春樹殿 １６事件の表示 昭和５６年特許に第１１９２３５号 ２、発明の名称 太−熱を利用した海水淡水化ｈｔ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　ＪＩＬ京都世出谷区等々力５丁目２０査１１号氏
名　　　　飯　　　出　　　富　　　丸４、代　理　人 住所　東Ｐ＄ＦＪ区芝３丁目４査１６号　友和ビル７、
補正の内容 本願明細書の第１４員第４行の［することができる。」
のａｌｌさらに本発明におし１ては、水、化学工業用の
熱媒体油または水銀のような液体金属などの熱媒体で集
めた熱をブタンまたはフロンガスなどの熱媒体と熱交換
させ、この熱媒体を断熱圧縮、熱交換、１１俵などの一
連のサイクルをさせて海水を温めるようにしてもよい。 」を加入する。 手続補正書 昭和５７年？月３０日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 餡和５６年特許願第１１９２３５号 ２、発明の名称 太陽熱を利用した海水淡水化装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都世田谷区等々力５丁目２０番４１号氏名　
　　　飯　　　１）　　富　　　丸４、代　理　人 住所　東京都港区芝３丁目４番１６号　友和ビル５、補
正命令の日付　　（自　発） ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の橢。 ７、補正の内容 本願明細書の第１２頁第１８行の［熱媒体Ｊの後に「ま
たは集熱回路ムを循環する熱媒体」を加入する。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　熱媒体を加熱する太陽熱集熱器と、この太陽
   熱集熱器により加熱された熱媒体を断熱圧縮する断熱圧
   縮手段と、断熱圧縮された熱媒体と海水との熱交換によ
   り海氷を加熱する＠１の熱交換器と、前記熱媒体を熱交
   換後断熱ｌ１ｍする断熱ｍａｔ手段と、内部に気水分離
   器な有し前記第１の熱交換器により加熱された海水を蒸
   発させる蒸留器と、該蒸留器から得られる水蒸気を海水
   と熱交換する少なくとも１つの第２の熱交換器と、該第
   ２の熱交換器から得られる淡水を貯蔵する貯槽とを有す
   ることを特徴とする海水淡水化装置。
2. （２）前記第１の熱交換器は、その内部に気体を吹込む
   気体吹込み手段と、気体供給源とを有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の海水淡水化装置。
3. （３）前記蒸留器が少なくとも２つ設けられ、その１つ
   が蒸留器内を減圧する抽気エセクターを有することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２１１に記載の
   海水淡水化装置。
4. （４）　　前記熱媒体が７四ンガスであることを特徴と
   する特許−求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の海水淡水化装置。
5. （５）前記熱媒体がアルコールであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
   海水淡水化装置。