淡水製造装置
【課題】安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造する。
【解決手段】第１領域１１に第１溶液ｗａを設ける。第２領域１２に被処理水ｗｂを設ける。好ましくは、第１領域１１と第２領域１２を変位可能な可動仕切り１３によって仕切る。第１領域１１と第１外部領域２１を第１膜２３で仕切る。第１外部領域２１には、第１溶液ｗａより浸透圧が低い外部溶液ｗｃを設ける。第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差が、被処理水ｗｂの浸透圧より大きい。第１膜２３は、外部溶液ｗｃの成分のうち溶媒のみ透過を許容する。第２領域１２と淡水取り出し領域３２を第２膜３３で仕切る。第２膜３３は、被処理水ｗｂの成分のうち水分のみ透過を許容する。好ましくは、被処理水ｗｂが塩水であり、第１溶液ｗａが被処理水ｗｂより高濃度の塩水であり、外部溶液ｗｃが第１溶液ｗａより低濃度の塩水である。
【解決手段】第１領域１１に第１溶液ｗａを設ける。第２領域１２に被処理水ｗｂを設ける。好ましくは、第１領域１１と第２領域１２を変位可能な可動仕切り１３によって仕切る。第１領域１１と第１外部領域２１を第１膜２３で仕切る。第１外部領域２１には、第１溶液ｗａより浸透圧が低い外部溶液ｗｃを設ける。第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差が、被処理水ｗｂの浸透圧より大きい。第１膜２３は、外部溶液ｗｃの成分のうち溶媒のみ透過を許容する。第２領域１２と淡水取り出し領域３２を第２膜３３で仕切る。第２膜３３は、被処理水ｗｂの成分のうち水分のみ透過を許容する。好ましくは、被処理水ｗｂが塩水であり、第１溶液ｗａが被処理水ｗｂより高濃度の塩水であり、外部溶液ｗｃが第１溶液ｗａより低濃度の塩水である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、海水等の被処理水から淡水を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１では、太陽光を集光レンズで集光して塩水に照射する。これにより、塩水を加熱し、水蒸気を発生させる。この水蒸気を凝縮させて淡水を得ている。
【０００３】
非特許文献１では、塩田で生成された濃縮塩水の水蒸気吸収力を駆動力として、海水又は低濃度塩水から水蒸気を発生させ、この水蒸気を凝縮させて淡水を得ている。
【特許文献１】特開２００３−１２６８４１号公報
【非特許文献１】木下幹夫、濃厚塩水−希薄塩水利用の吸収ヒートポンプによる脱塩システム、平成１２年２月２３日、インターネット ＜ＵＲＬ：http://www2.neweb.ne.jp/wd/kinoshita/desalt.htm＞又はMACRO REVIEW, VOl.12,No.1,pp.25-36
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、太陽光の集熱効率を高めるには集光レンズを大口径にする必要がある。したがって、設備コストが嵩む。レンズに代えて集熱パネルを用いたとしても設備コストが嵩む。
非特許文献１では、集光レンズや太陽熱集熱パネルを設ける必要がなく、比較的低い設備コストで淡水製造装置を造ることができる。しかし、海水又は低濃度塩水から水分子を蒸発させるために、多くの蒸発潜熱を必要とする。この蒸発潜熱はプロセス内の凝縮熱と相殺されるため外部から加える必要はないが、プロセスに温度差があると、系のエントロピーが増大して効率が低下する。
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、海水等の被処理水を原料にして、安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる淡水製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、被処理水から淡水を製造する装置であって、
第１の溶液が設けられた第１領域と、
前記被処理水（第２の溶液）が設けられた第２領域と、
前記第１、第２領域を変位可能に仕切る可動仕切りと、
前記第１領域を、前記第１溶液より浸透圧が低い外部溶液（第３の溶液）が設けられた第１外部領域から仕切り、又は前記第１領域に連なる第１中間領域を、前記第１外部領域から仕切り、前記外部溶液の成分のうち溶媒のみ透過を許容する第１膜と、
前記第２領域を淡水取り出し領域から仕切り、又は前記第２領域に連なる第２中間領域を前記淡水取り出し領域から仕切り、前記被処理水の成分のうち水分のみ透過を許容する第２膜と、
を備え、前記第１領域と第２領域の合計容積が一定であり、前記可動仕切りの変位により前記第１領域と第２領域のうち一方の容積が増え、他方の容積が減り、前記第１溶液と前記外部溶液の浸透圧の差が、前記被処理水の浸透圧より大きいことを特徴とする。
第１領域の第１溶液の浸透圧が第１外部領域の外部溶液の浸透圧より高い。そのため、外部溶液の溶媒が第１膜を透過して第１領域に直接又は第１中間領域を経て入り込む。すると、第１領域の体積が増大し、可動仕切りが第２領域側に変位する。したがって、第２領域内の被処理水に圧力がかかり、被処理水が第２膜に向けて押圧される。この押圧力の大きさは、第１溶液と外部溶液の浸透圧の差に対応し、被処理水の浸透圧より大きい。したがって、被処理水の水分が第２膜を透過して淡水取り出し領域へ漉し出される。これにより、淡水取り出し領域から淡水を取り出すことができる。安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる。被処理水の水分を第２膜から漉し出す駆動力を第１溶液及び外部溶液の浸透圧の差によって得ることができる。したがって、外部から投入すべき駆動エネルギーを十分に小さくできる。
【０００６】
前記可動仕切りが、前記第１溶液及び前記被処理水の各成分が透過不能な柔軟なシート（不透過膜）であることが好ましい。
これによって、外部溶液の溶媒が第１膜を透過して第１領域に入るのに応じて、可動仕切りが確実に第２領域の側へ変位できる。可動仕切りが第１溶液の各成分の透過を阻止し、かつ被処理水の各成分の透過を阻止するため、第１領域の第１溶液と第２領域の被処理水が混ざるのを防止できる。
【０００７】
容器を備え、該容器の内部が前記可動仕切りによって前記第１領域と前記第２領域とに仕切られていることが好ましい。
これによって、第１領域及び第２領域を確実かつ容易に形成できる。
【０００８】
第１膜ユニットを備え、該第１膜ユニットの内部が前記第１膜によって前記第１外部領域と前記第１中間領域とに仕切られ、前記第１中間領域と第１領域とが、第１連通路にて連なっていることが好ましい。
これによって、第１外部領域の外部溶液の溶媒が第１膜を透過し、第１中間領域に入り込み、第１溶液に混ざる。したがって、第１溶液の体積が増える。第１溶液の増加分が、第１連通路を介して第１領域に入り、第１領域の容積が増大する。これにより、可動仕切りが第２領域側に変位し、被処理水の水分が第２膜を透過して淡水取り出し領域へ漉し出される。この結果、淡水が得られる。第１膜の面積及び形状を第１領域の断面積及び断面形状に制限されることなく設定できる。したがって、第１膜の面積を十分に大きくすることが可能であり、そうすることで、外部溶液の溶媒の透過効率を高めることができ、ひいては淡水の生産効率を向上できる。
【０００９】
第２膜ユニットを備え、該第２膜ユニットの内部が前記第２膜によって前記第２中間領域と前記淡水取り出し領域とに仕切られ、前記第２中間領域と第２領域とが、第２連通路にて連なっていることが好ましい。
第２連通路によって前記第２領域の被処理水を第２中間領域へ送ることができる。第２中間領域では被処理水の水分が第２膜を透過し淡水取り出し領域へ漉し出される。これにより、淡水が得られる。第２膜の面積及び形状を第２領域の断面積及び断面形状に制限されることなく設定できる。したがって、第２膜の面積を十分に大きくすることが可能であり、そうすることで、被処理水の水分の漉し出し効率ひいては淡水の生産効率を向上できる。
【００１０】
前記第１外部領域に、前記外部溶液として海水を導入する外部海水導入路と、前記海水の導入流量に対応する流量の外部溶液を排出する第１排出路とが接続されていることが好ましい。
外部溶液として海水を用いることができ、ランニングコストを低減できる。外部溶液（海水）の水分が第１膜を透過して第１溶液に移ると、外部溶液（海水）の塩分濃度が上昇するが、外部海水導入路及び第１排出路によって外部溶液（海水）を入れ替えることで、第１外部領域内の塩分濃度を常に一定にできる。したがって、外部溶液（海水）の浸透圧の上昇速度を抑制でき、反応が平衡に達するのを遅らせることができる。この結果、稼働可能時間を長くでき、淡水のトータルの生産量を増やすことができる。
【００１１】
前記第２領域に前記被処理水として海水を導入する被処理海水導入路が接続されていることが好ましい。
被処理水として海水を用いることができ、海水から淡水を得ることができる。
【００１２】
本発明は、被処理水から淡水を製造する装置であって、
内部に、第１溶液と、前記第１溶液の上に積層された前記被処理水とが設けられた容器と、
前記容器内の第１溶液を、第１溶液より浸透圧が低い外部溶液から仕切り、前記外部溶液の成分のうち溶媒のみ透過を許容する第１膜と、
前記容器内の被処理水を、淡水取り出し領域から仕切り、前記被処理水の成分のうち水分のみ透過を許容する第２膜と、
を備え、前記第１溶液と前記外部溶液の浸透圧の差が、前記被処理水の浸透圧より大きいことを他の特徴とする。
容器内の第１溶液の浸透圧が第１外部領域の外部溶液の浸透圧より高い。そのため、外部溶液の溶媒が第１膜を透過して第１溶液に混ざる。これにより、第１溶液の上側の被処理水が圧力を持って第２膜に押し当たる。この押圧力の大きさは、第１溶液と外部溶液の浸透圧の差に対応し、被処理水の浸透圧より大きい。したがって、被処理水の水分が第２膜を透過して淡水取り出し領域へ漉し出される。これにより、淡水取り出し領域から淡水を取り出すことができる。安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる。被処理水の水分を第２膜から漉し出す駆動力を第１溶液及び外部溶液の浸透圧の差によって得ることができる。したがって、外部から投入すべき駆動エネルギーを十分に小さくできる。
【００１３】
前記第１溶液の溶媒と前記外部溶液の溶媒が、互いに同一組成の液体であることが好ましい。
これにより、外部溶液の溶媒が第１膜を透過して第１溶液に混ざっても、第１溶液の成分構成が変わるのを防止できる。
【００１４】
前記被処理水が、塩水であることが好ましい。前記被処理水として海水を用いることがより好ましい。前記第１溶液が、前記被処理水より高塩分濃度の塩水であることが好ましい。前記外部溶液が、前記第１溶液より低塩分濃度の塩水であることが好ましい。
これにより、塩水から淡水を製造できる。好ましくは海水から淡水を製造できる。かつ、塩水を用いて、淡水製造の駆動エネルギーを得ることができる。被処理水と第１溶液が混合しても、混合物を塩水として使用又は廃棄できる。第１溶液と外部溶液が混合しても、混合物を塩水として使用又は廃棄できる。混合物を濃度調節すれば、被処理水、第１溶液、外部溶液の何れかとして再使用できる。
【００１５】
前記第１溶液が、塩水であり、
塩田の濃縮塩水を前記第１溶液として前記第１領域に送る濃縮塩水導入路を更に備えたことが好ましい。
塩田は、海水等の塩水を原料にして塩を生産するものである。塩の生産過程で塩水が濃縮される。この濃縮塩水を濃縮塩水導入路によって第１領域に導入し、第１溶液（塩水）として用いることができる。したがって、稼働開始時の第１溶液の塩分濃度を十分に高くでき、第１溶液と外部溶液の塩分濃度差を十分に大きくできる。よって、稼働可能時間を長くでき、淡水のトータルの生産量を増やすことができる。
【００１６】
前記第１溶液が、塩水であり、前記外部溶液の溶媒が水であり、
前記第１溶液を塩田に送る塩水送路を更に備えたことが好ましい。
淡水製造装置を稼働すると、外部溶液の水分（溶媒）が第１領域に入り込み、第１溶液の塩分濃度が低下する。第１溶液の塩分濃度がある程度低下したときは、第１溶液を塩水送路によって塩田に送ることができる。これにより、第１溶液を塩田で再度濃縮できる。前記被処理水として海水を用いた場合、或いは前記外部溶液として塩水を用いた場合、第１溶液の塩分濃度は、海水或いは外部溶液の塩分濃度と比べると高濃度であるため、塩田の負担を軽減できる。
【００１７】
前記被処理水に、第２膜又は可動仕切りを損傷したり目詰まりさせたりする不要物（ゴミ等）が含まれている場合、本装置に前記被処理水を導入する前に前記不要物を取り除くことが好ましい。前記第１溶液又は前記外部溶液に、可動仕切り又は第１膜を損傷したり目詰まりさせたりする不要物（ゴミ等）が含まれている場合、本装置に第１溶液又は外部溶液を導入する前に前記不要物を取り除くことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の基本態様に係る第１実施形態を示したものでる。淡水製造装置１は、被処理水ｗｂから淡水を取り出すものであり、容器１０と、第１外部領域画成部２９と、第２外部領域画成部３９を備えている。
【００２０】
容器１０は、例えば両端が開口された筒状になっている。容器１０の内部に可動仕切り１３が設けられている。可動仕切り１３は、水分及び塩分が透過不能な柔軟なシート（不透過膜）で構成されている。可動仕切り１３は耐塩性を有していることが好ましい。可動仕切り１３の材質は、例えばオレフィン樹脂や塩化ビニール樹脂である。可動仕切り１３の周縁部が容器１０の内周面に全周にわたって固定されている。可動仕切り１３によって、容器１０の内部が第１領域１１と第２領域１２に仕切られている。容器１０の下側部は、第１領域画成部を構成している。容器１０の上側部は、第２領域画成部を構成している。
【００２１】
第１領域１１の容積と第２領域１２の容積の合計は、可動仕切り１３の変位状態に拘らず一定であり、容器１０の容積に等しい。可動仕切り１３の変位により第１領域１１と第２領域１２のうち一方の容積が増え、他方の容積が減る。
【００２２】
第１領域１１には第１溶液ｗａが充填されている。第１溶液ｗａは、海水（被処理水ｗｂ）より十分に高い塩分濃度の濃縮塩水になっている。一般に、海水の塩分濃度が３．５％（重量百分率、以下同じ）程度であるのに対し、初期状態（淡水製造装置１の稼働開始時）での第１溶液ｗａの塩分濃度は例えば１０％程度である。なお、第１溶液ｗａの塩分濃度は、淡水製造装置１の稼働に伴なって漸減する。
【００２３】
第２領域１２には被処理水ｗｂが充填されている。被処理水ｗｂとして海水（塩分濃度：約３．５％）が用いられている。被処理水ｗｂの塩分濃度は、第１溶液ｗａの塩分濃度より低い。なお、被処理水ｗｂの塩分濃度は、淡水製造装置１の稼働に伴なって上昇する。
【００２４】
容器１０の第１領域１１側の端部（図１において下）に第１外部領域画成部２９が接続されている。第１外部領域画成部２９は、例えば上部が開放された容器で構成されている。第１外部領域画成部２９の内部に第１外部領域２１が画成されている。第１外部領域２１に外部溶液ｗｃが充填されている。外部溶液ｗｃとして海水（塩分濃度：約３．５％）が用いられている。したがって、外部溶液ｗｃの塩分濃度は、第１溶液ｗａの塩分濃度より低い（後記式（１））。なお、外部溶液ｗｃの塩分濃度は、淡水製造装置１の稼働に伴なって上昇する。第１溶液ｗａの溶媒と外部溶液ｗｃの溶媒は、互いに同一組成の液体（水）である。
【００２５】
容器１０の第１領域１１側の端部（下端部）の開口に第１膜２３が設けられている。第１膜２３によって第１外部領域２１と第１領域１１とが仕切られている。第１膜２３は、逆浸透膜（ＲＯ膜）で構成され、水分（溶媒）と塩分（溶質）のうち水分（溶媒）のみ透過を許容する。
【００２６】
容器１０の第２領域１２側の端部（図１において上）に第２外部領域画成部３９が設けられている。第２外部領域画成部３９の内部に淡水取り出し領域３２が画成されている。淡水取り出し領域３２に淡水ｗｄ（塩分濃度：０％）が充填されている。淡水取り出し領域３２から淡水取り出し路４９が延びている。
【００２７】
容器１０の第２領域１２側の端部（上端部）の開口に第２膜３３が設けられている。第２膜３３によって、第２領域１２と淡水取り出し領域３２とが仕切られている。第２膜３３は、逆浸透膜（ＲＯ膜）で構成され、水分（溶媒）と塩分（溶質）のうち水分（溶媒）のみ透過を許容する。
【００２８】
ここで、第１溶液ｗａの塩分濃度をＣａ、被処理水ｗｂの塩分濃度をＣｂ、外部溶液ｗｃの塩分濃度をＣｃ、淡水ｗｄの塩分濃度をＣｄとすると、以下の式（１）及び（２）が成り立つ。
Ｃａ＞Ｃｃ …（１）
Ｃａ−Ｃｃ＞Ｃｂ−Ｃｄ＝Ｃｂ …（２）
すなわち、外部溶液ｗｃの塩分濃度Ｃｃが、第１溶液ｗａの塩分濃度Ｃａより低い。かつ、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの塩分濃度差が、被処理水ｗｂと淡水ｗｄとの塩分濃度差より大きい。淡水の塩分濃度ＣｄはＣｄ＝０％であるから、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの塩分濃度差が、被処理水ｗｂの塩分濃度より大きい。なお、Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄは浸透圧に関連する濃度であり、それぞれＣａは第１溶液ｗａの浸透圧に対応し、Ｃｂは被処理水ｗｂの浸透圧に対応し、Ｃｃは外部溶液ｗｃの浸透圧に対応し、Ｃｄは淡水ｗｄの浸透圧に対応する。溶液ｗａ，ｗｂ，ｗｃの溶質が同種の場合、浸透圧はモル濃度に概略比例する。溶液ｗａ，ｗｂ，ｗｃがイオン性液体の場合、イオンの電離率などの変化により浸透圧が多少変化する。ここでは、簡単のため、溶液ｗａ，ｗｂ，ｗｃが完全電離しているものとする。
【００２９】
上記構成の淡水製造装置１の動作を説明する。
第１領域１１の第１溶液ｗａの塩分濃度が第１外部領域２１の外部溶液ｗｃの塩分濃度より高い（式（１））。ひいては、第１溶液ｗａの浸透圧が外部溶液ｗｃの浸透圧より高い。そのため、外部溶液ｗｃの水分（溶媒）が第１膜２３を透過して第１領域１１に入り込む。すると、第１領域１１の体積が増大し、可動仕切り１３が第２領域１２の側に押され、第２領域１２内の被処理水ｗｂに圧力がかかる。したがって、被処理水ｗｂの水分が第２膜３３を透過して淡水取り出し領域３２へ漉し出される。よって、淡水取り出し領域３２の淡水ｗｄの量が増える。この淡水ｗｄを取り出し路４９によって取り出すことができる。
【００３０】
上記可動仕切り１３が被処理水ｗｂを押す圧力は、理論上は第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差に等しく、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差より大きい（式（２）より）。したがって、淡水取り出し領域３２の淡水ｗｄが第２膜３３を透過して第２領域１２に逆流することはない。
【００３１】
淡水製造装置１によれば、安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる。被処理水ｗｂの水分を第２膜３３から漉し出す駆動力を第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差によって得ることができる。したがって、外部から投入すべき駆動エネルギーを十分に小さくできる。外部から投入すべきエネルギーは、基本的には第１溶液ｗａとして濃縮塩水を作るエネルギーのみである。第１溶液ｗａとして塩田で生成した濃縮海水を用いることにすれば、コストを安価にできる。塩田は、太陽エネルギーで濃縮塩水を作るものである。したがって、装置１の駆動エネルギーとして、化石燃料などのエネルギーを用いなくても済む。
【００３２】
第１外部領域２１の外部溶液ｗｃは、水分が第１領域１１に透過した分だけ塩分濃度が上昇する。第１領域１１の第１溶液ｗａは、第１外部領域２１から水分が透過して来た分だけ塩分濃度が低下する。第２領域１２の被処理水ｗｂは、水分が淡水取り出し領域３２に透過した分だけ塩分濃度が上昇する。したがって、淡水製造装置１の稼働（淡水の取り出し）に伴なって、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差（可動仕切り１３が被処理水ｗｂを押す圧力）が漸減し、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差が漸増する。
【００３３】
第１溶液ｗａの塩分濃度が例えば約７％になると、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差と、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差とが平衡するようになり、淡水製造装置１の稼働（淡水の取り出し）が停止される。その後、塩水ｗａ，ｗｂ，ｗｃをそれぞれ初期濃度のものに入れ替える。そして、装置１の運転を再実行する。
【００３４】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を適宜省略する。
【００３５】
図２は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の淡水製造装置１Ｘは、容器１０と、第１膜ユニット２０と、第２膜ユニット３０を備えている。容器１０の内部が可動仕切り１３によって第１領域１１と第２領域１２に仕切られている。容器１０は、有底かつ有蓋であり、第１領域１１側（図２において下）の端部及び第２領域１２側（図２において上）の端部は共に塞がれている。
【００３６】
第１膜ユニット２０は、容器状になっている。第１膜ユニット２０の内部に逆浸透膜からなる第１膜２３が設けられている。第１膜２３によって、第１膜ユニット２０の内部が第１外部領域２１と第１中間領域２２に仕切られている。
【００３７】
この実施形態の第１膜２３は、複数（図では１つのみ図示）の管状になっている。第１膜２３を構成する各管の内部が第１中間領域２２になり、管の外部が第１外部領域２１になっている。第１外部領域２１内には外部溶液（塩水）ｗｃが充填されている。管状の各第１膜２３内の第１中間領域２２には第１溶液（濃縮塩水）ｗａが充填されている。第１溶液ｗａは、外部溶液ｗｃより高圧になっている。したがって、第１膜２３を構成する管が潰れることはない。
【００３８】
第１外部領域２１の一端部（図２において右）に外部海水導入路４１が連なっている。外部海水導入路４１は、海水を通す。この海水が外部溶液ｗｃになる。外部海水導入路４１に液ポンプｐ１が設けられている。第１外部領域２１の他端部（図２において左）から第１排出路４２が延びている。
【００３９】
第１中間領域２２の一端部（図２において右）と第１領域１１の一側部（図２において右）が第１連通往路４３にて接続されている。第１連通往路４３に液ポンプｐ２が設けられている。液ポンプｐ２の吸込みポートは、第１中間領域２２側に向けられている。液ポンプｐ２の吐出ポートは第１領域１１側に向けられている。第１領域１１の他側部（図２において左）と第１中間領域２２の他端部（図２において左）が第１連通復路４４にて接続されている。第１中間領域２２と第１領域１１が第１連通路４３，４４を介して連通している。
【００４０】
第２膜ユニット３０は、容器状になっている。第２膜ユニット３０の内部に逆浸透膜からなる第２膜３３が設けられている。第２膜３３によって、第２膜ユニット３０の内部が第２中間領域３１と淡水取り出し領域３２に仕切られている。
【００４１】
この実施形態の第２膜３３は、複数（図では１つのみ図示）の管状になっている。第２膜３３を構成する各管の内部が第２中間領域３１になり、管の外部が淡水取り出し領域３２になっている。管状の各第２膜３３内の第２中間領域３１には被処理水（塩水）ｗｂが充填されている。淡水取り出し領域３２内には淡水ｗｄが充填されている。被処理水ｗｂは、淡水ｗｄより高圧になっている。したがって、第２膜３３を構成する管が潰れることはない。
【００４２】
第２領域１２の一側部（図２において右）と第２中間領域３１の一端部（図２において右）が第２連通往路４５にて接続されている。第２連通往路４５に液ポンプｐ３が設けられている。液ポンプｐ３の吸込みポートは、第２領域１２側に向けられている。液ポンプｐ３の吐出ポートは第２中間領域３１側に向けられている。第２中間領域３１の他端部（図２において左）と第２領域１２の他側部（図２において左）が第２連通復路４６にて接続されている。第２領域１２と第２中間領域３１が、第２連通路４５，４６を介して連通している。
【００４３】
外部海水導入路４１から被処理海水導入路４７が分岐している。被処理海水導入路４７は、液ポンプｐ３より上流側の第２連通往路４５に合流している。被処理海水導入路４７に開閉弁ｖ３が設けられている。
【００４４】
第２連通復路４６から第２排出路４８が分岐している。第２排出路４８に開閉弁ｖ４が設けられている。
【００４５】
淡水取り出し領域３２の一端部（図２において右）から淡水取り出し路４９が延びている。
【００４６】
淡水製造装置１Ｘは、塩田２と接続されている。塩田２は、塩水濃縮路２ａを有している。塩水濃縮路２ａは、天日開放され、たとえば九十九折り状になっている。太陽エネルギーで塩水濃縮路２ａの塩水の塩分濃度が漸次高められ、濃縮塩水が得られ、更に塩分が取り出される。
【００４７】
塩水濃縮路２ａの下流端から濃縮塩水導入路５１が延びている。濃縮塩水導入路５１は、第１連通復路４４に連なっている。濃縮塩水導入路５１には、液ポンプｐ４と開閉弁ｖ１が上流の塩田２側から順次設けられている。
【００４８】
第１連通往路４３から塩水送路５２が分岐している。塩水送路５２が、塩田２の塩水濃縮路２ａの上流端に連なっている。塩水送路５２は、液ポンプｐ２と第１膜ユニット２０との間の第１連通往路４３から分岐しているが、液ポンプｐ２と容器１０との間の第１連通往路４３から分岐していてもよい。塩水送路５２には、開閉弁ｖ２と液ポンプｐ５が上流側（第１連通往路４３の側）から順次設けられている。
【００４９】
淡水製造装置１Ｘの運転は、準備工程、淡水生成工程、後処理工程の順に実行する。
［準備工程］
いま、可動仕切り１３は、容器１０の第１領域１１側（図２において下）の端部の近くに位置し、第１領域１１の容積が十分に小さく、第２領域１２の容積が十分に大きくなっているものとする。
【００５０】
塩田２によって海水より十分に高塩分濃度の濃縮塩水を生成する。そして、開閉弁ｖ１を開け、液ポンプｐ４を駆動する。これにより、塩水濃縮路２ａの濃縮塩水が、濃縮塩水導入路５１を通り、連通路４４の一部を経て、第１領域１１に導入される。この濃縮塩水が第１溶液ｗａになる。なお、濃縮塩水導入路５１を通る濃縮塩水の一部は、連通路４４の他の一部を経て、第１中間領域２２に導入される。
【００５１】
開閉弁ｖ２、ｖ３は、閉じておく。液ポンプｐ２、ｐ３、ｐ５は、停止しておく。
【００５２】
第１溶液ｗａが第１領域１１に導入されるにしたがって、可動仕切り１３が第２領域１２の側に変位する。第１領域１１の容積が増大し、第２領域１２の容積が減少する。開閉弁ｖ４は、開状態にしておく。これにより、可動仕切り１３の第２領域１２側への変位に伴なって、第２領域１２の被処理水ｗｂが、第２領域１２から連通路４６を経て第２排出路４８に押し出され、海へ排出される。
【００５３】
第１領域１１の容積（第１溶液ｗａの体積）がある程度の大きさになったとき、ポンプｐ４を停止し、弁ｖ１及びｖ４を閉じ、準備工程を終了する。
【００５４】
［淡水生成工程］
淡水生成工程は、すべての開閉弁ｖ１〜ｖ４を閉じた状態で行なう。ポンプｐ４，ｐ５は停止しておく。そして、ポンプｐ１，ｐ２，ｐ３を駆動する。なお、これらポンプｐ１〜ｐ３の出力は、対応する各路４１，４３，４５に流れが生じる程度であればよく低出力でよい。
【００５５】
液ポンプｐ１の駆動によって、海水（塩分濃度：約３．５％）が外部海水導入路４１を通り、第１外部領域２１（第１膜ユニット２０内における管状第１膜２３の外側の部分）に導入される。この海水が外部溶液ｗｃになる。海水を外部溶液ｗｃとして用いるため、ランニングコストを低減できる。
【００５６】
管状第１膜２３内の第１中間領域２２には第１溶液（濃縮塩水）ｗａが通される。第１溶液ｗａは外部溶液ｗｃより塩分濃度ひいては浸透圧が十分に高い。したがって、外部溶液ｗｃの水分（溶媒）が管状第１膜２３を透過して第１中間領域２２内に入り込み、第１溶液ｗａに混入する。第１膜２３は、容器１０とは別の第１膜ユニット２０に設けられているため、容器１０の断面積及び形状に制限されることなく、大きさ及び形状を設定できる。第１膜２３を複数の管で構成することで、第１膜２３の総面積を十分に大きくでき、可動仕切り１３の受圧面積より十分に大きくすることができる。よって、外部溶液ｗｃの水分の浸透効率を十分に高くすることができる。
【００５７】
第１溶液ｗａは、液ポンプｐ２の駆動によって第１連通路４３，４４を介して第１中間領域２２と第１領域１１とを循環する。第１溶液ｗａの総体積は、外部溶液ｗｃの水分の透過分だけ増大する。この第１溶液ｗａの体積増大によって、可動仕切り１３が第２領域１２側に変位する。可動仕切り１３には第２領域１２の側に向けて押圧力が作用する。これにより、第２領域１２内の被処理水ｗｂの圧力が高まる。第２実施形態でも式（１）及び式（２）が満たされている。したがって、上記押圧力は、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧差より大きく、被処理水ｗｂの浸透圧より大きい。
【００５８】
被処理水ｗｂは、液ポンプｐ３の駆動によって第２連通路４５，４６を介して第２領域１２と管状第２中間領域３１とを循環する。この被処理水ｗｂが管状第２中間領域３１を通るとき、被処理水ｗｂの水分が管状第２中間領域３１を透過して淡水取り出し領域３２へ漉し出される。これにより、取り出し路４９から淡水を取り出すことができる。
【００５９】
第２膜３３が容器１０とは別の第２膜ユニット３０に設けられているため、容器１０の断面積及び形状に制限されることなく、第２膜３３の大きさ及び形状を設定できる。第２膜３３を複数の管で構成することで、第２膜３３の総面積を十分に大きくできる。よって、被処理水ｗｂの水分の漉し出し効率を十分に高くすることができる。ひいては、淡水の生産効率を十分に高くすることができる。
【００６０】
淡水生成工程の継続に伴なって、第１領域１１の容積が漸増し、第２領域１２の容積が漸減し、可動仕切り１３が第２領域１２側へ片寄っていく。第１溶液ｗａの塩分濃度は、外部溶液ｗｃからの水分混入により漸減する。また、被処理水ｗｂの塩分濃度は、淡水取り出し領域３２への水分の漉し出しによって漸増する。
【００６１】
第１外部領域２１の下流部分（図２において左側部分）における外部溶液ｗｃの塩分濃度は、水分の第１中間領域２２への透過によって若干高くなり、例えば約３．６％程度になる。この外部溶液ｗｃが、第１外部領域２１から第１排出路４２に排出される。第１排出路４２に排出される外部溶液ｗｃの流量は、外部海水導入路４１によって第１外部領域２１に供給される海水の流量に対応する。厳密には、外部溶液ｗｃの第１排出路４２への排出流量は、外部海水導入路４１からの海水供給流量から上記水分の透過流量を差し引いた大きさである。外部海水導入路４１及び第１排出路４２によって、第１外部領域２１内の外部溶液ｗｃを常時新たな海水に入れ替えることができる。したがって、第１外部領域２１内の外部溶液ｗｃの塩分濃度分布を常に一定に保つことができ、外部溶液ｗｃの塩分濃度が時間の経過とともに漸増するのを防止できる。よって、外部溶液ｗｃの浸透圧の上昇速度を抑制でき、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差と、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差とが平衡に達するのを遅らせることができる。この結果、淡水のトータルの生産量を増やすことができる。
【００６２】
第１溶液ｗａの塩分濃度が例えば約７％になったとき、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差と、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差とが平衡するようになる。このとき、ポンプｐ１〜ｐ３を停止し、淡水生成工程を終了する。
【００６３】
［後処理工程］
後処理工程では、開閉弁ｖ２を開き、液ポンプｐ５を駆動する。これにより、第１領域１１及び第１中間領域２２の使用済みの第１溶液ｗａを、塩水送路５２を経て塩田２の塩水濃縮路２ａに送る。これにより、使用済みの第１溶液ｗａを塩田２で再度濃縮できる。上述したように、淡水生成工程の終了時の第１溶液ｗａの塩分濃度は、例えば約７％程度である。したがって、海水（塩分濃度：約３．５％）を直接濃縮するよりも塩田２の負荷を軽減できる。
【００６４】
また、第２領域１２及び第２中間領域３１の被処理水ｗｂを新たな海水に入れ替える。すなわち、開閉弁ｖ３，ｖ４を開け、第２領域１２及び第２中間領域３１内の使用済みの被処理水ｗｂを第２排出路４８に排出するとともに、被処理海水導入路４７から海水（新たな被処理水ｗｂ）を第２領域１２及び第２中間領域３１に導入する。この操作を行なうために被処理海水導入路４７又は第２排出路４８に液ポンプを設けることにしてもよい。上記使用済みの被処理水ｗｂは、第２排出路４８を経て海に廃棄する。なお、この使用済みの被処理水ｗｂをも塩田２に送ることにしてもよい。淡水生成工程の終了時の被処理水ｗｂは、海水と比べると高塩分濃度であるため、海水を直接濃縮するよりも塩田２の負担を軽減できる。
【００６５】
第１領域１１からの第１溶液ｗａの排出及び第２領域１２への新たな海水（被処理水）ｗｂの導入により、可動仕切り１３が容器１０の第１領域１１側（図２において下側）の端部に向けて変位し、第１領域１１の容積が小さくなり、第２領域１２の容積が大きくなる。
【００６６】
後処理工程の後、塩田２で十分高濃度の濃縮塩水が得られたとき、再度、上述した準備工程を経て、淡水生成工程を反復して実行する。
後処理工程の際に、塩田２に十分高濃度の濃縮塩水が出来ている場合は、後処理工程と準備工程を同時併行して実行することにしてもよい。すなわち、第１領域１１及び第１中間領域２２から使用済みの第１溶液ｗａを排出して塩田２に送るとともに、塩田２の濃縮塩水を新たな第１溶液ｗａとして第１領域１１及び第１中間領域２２に充填する。
【００６７】
図３は、第３実施形態を示したものである。第３実施形態の淡水製造装置１Ｙは、容器１０の内部に可動仕切り１３が設けられていない点で第１実施形態の淡水製造装置１と異なっている。また、淡水製造装置１Ｙの容器１０は、上下に長く延びている。容器１０の内部の下側部に濃縮塩水からなる第１溶液ｗａが充填されている。容器１０の内部の上側部に希薄塩水（海水）からなる被処理水ｗｂが充填されている。上側の低塩分濃度の被処理水ｗｂと下側の高塩分濃度の第１溶液ｗａとは、攪拌しない限り、上下二層に積層された状態を維持する。
【００６８】
容器１０の下端の開口に第１膜２３が設けられ、容器１０の下端部に外部溶液（塩水）ｗｃを充填した第１外部領域画成部２９が接続され、容器１０の上端の開口に第２膜３３が設けられ、容器１０の上端部に淡水ｗｄを充填した第２外部領域画成部３９が接続されている点は、第１実施形態と同じである。
【００６９】
淡水製造装置１Ｙにおいて、容器１０内の下側部の第１溶液ｗａの塩分濃度は、第１外部領域画成部２９内の外部溶液ｗｃの塩分の濃度より高い。そのため、外部溶液ｗｃの水分（溶媒）が第１膜２３を透過して容器１０内の下側部に入り込む。これにより、容器１０内の上側部の被処理水ｗｂが圧力を持って第２膜３３に押し当たり、被処理水ｗｂの水分が第２膜３３を透過して淡水取り出し領域３２へ漉し出される。これにより、取り出し路４９から淡水を取り出すことができる。
淡水製造装置１Ｙは、可動仕切り１３が省略され、構造が簡素である。したがって、設備コストを一層安くできる。
【００７０】
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、第１溶液ｗａは、塩水に限られず、例えばミョウバン水溶液でもよい。被処理水ｗｂは、水を含んでいればよく、塩水ないしは海水に限られず、塩以外の水溶液でもよく、下水等の汚水や泥水でもよい。外部溶液ｗｃは、塩水に限られず、例えばミョウバン水溶液でもよい。
第１、第２実施形態では、第１領域１１が第２領域１２の上側に配置されていてもよく、第１領域１１と第２領域１２が左右に並んでいてもよい。
第１、第２実施形態の容器１０は、第１領域１１を画成する部分と、第２領域１２を画成する部分が別々の部材で構成されていてもよく、これら別々の部材どうし間に可動仕切り１３を挟むようにしてもよい。
第１、第３実施形態の容器１０が、第１外部領域画成部２９を一体に有していてもよい。第１、第３実施形態の容器１０が、第２外部領域画成部３９を一体に有していてもよい。
第１、第２実施形態の可動仕切り１３は、第１領域１１と第２領域１２の体積が変動するように変位するものであればよく、一部又は全体が柔軟性を有していなくてもよい。
第１、第３実施形態では、第１外部領域画成部２９が海に直接連なっていてもよい。海が第１膜２３に直接面していてもよい。
淡水取り出し領域３２は、大気に開放されていてもよい。第２膜３３が大気に直接面していてもよい。
第２実施形態の塩水回路は、適宜、変更可能である。例えば、被処理海水導入路４７が、第２連通往路４５を介さずに第２領域１２及び第２中間領域３１に直接連なっていてもよい。第２排出路４８が、第２連通復路４６を介さずに第２領域１２及び第２中間領域３１に直接連なっていてもよい。濃縮塩水導入路５１が、第１連通往路４３を介さずに第１領域１１及び第１中間領域２２に直接連なっていてもよい。塩水送路５２が、第１連通復路４４を介さずに第１領域１１及び第１中間領域２２に直接連なっていてもよい。
複数の実施形態を互いに組み合わせてもよい。例えば、第１実施形態（図１）又は第３実施形態（図３）において、第２実施形態（図２）と同様に、容器１０の第１領域１１に塩田２からの濃縮塩水導入路５１を接続してもよく、第１領域１１から塩水送路５２を塩田２へ延ばしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、海水から淡水を製造するのに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態（基本態様）に係る淡水製造装置の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る淡水製造装置の回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態（他の基本態様）に係る淡水製造装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 淡水製造装置
１Ｘ 淡水製造装置
１Ｙ 淡水製造装置
２ 塩田
２ａ 塩水濃縮路
１０ 容器
１１ 第１領域
１２ 第２領域
１３ 可動仕切り
２０ 第１膜ユニット
２１ 第１外部領域
２２ 第１中間領域
２３ 第１膜
２９ 第１外部領域画成部
３０ 第２膜ユニット
３１ 第２中間領域
３２ 淡水取り出し領域
３３ 第２膜
３９ 第２外部領域画成部
４１ 外部海水導入路
４２ 排出路
４３，４４ 第１連通路
４５，４６ 第２連通路
４７ 被処理海水導入路
４８ 第２排出路
４９ 淡水取り出し路
５１ 濃縮塩水導入路
５２ 塩水送路
ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５ ポンプ
ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４ 開閉弁
ｗａ 第１溶液
ｗｂ 被処理水
ｗｃ 外部溶液
ｗｄ 淡水
【技術分野】
【０００１】
この発明は、海水等の被処理水から淡水を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１では、太陽光を集光レンズで集光して塩水に照射する。これにより、塩水を加熱し、水蒸気を発生させる。この水蒸気を凝縮させて淡水を得ている。
【０００３】
非特許文献１では、塩田で生成された濃縮塩水の水蒸気吸収力を駆動力として、海水又は低濃度塩水から水蒸気を発生させ、この水蒸気を凝縮させて淡水を得ている。
【特許文献１】特開２００３−１２６８４１号公報
【非特許文献１】木下幹夫、濃厚塩水−希薄塩水利用の吸収ヒートポンプによる脱塩システム、平成１２年２月２３日、インターネット ＜ＵＲＬ：http://www2.neweb.ne.jp/wd/kinoshita/desalt.htm＞又はMACRO REVIEW, VOl.12,No.1,pp.25-36
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、太陽光の集熱効率を高めるには集光レンズを大口径にする必要がある。したがって、設備コストが嵩む。レンズに代えて集熱パネルを用いたとしても設備コストが嵩む。
非特許文献１では、集光レンズや太陽熱集熱パネルを設ける必要がなく、比較的低い設備コストで淡水製造装置を造ることができる。しかし、海水又は低濃度塩水から水分子を蒸発させるために、多くの蒸発潜熱を必要とする。この蒸発潜熱はプロセス内の凝縮熱と相殺されるため外部から加える必要はないが、プロセスに温度差があると、系のエントロピーが増大して効率が低下する。
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、海水等の被処理水を原料にして、安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる淡水製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、被処理水から淡水を製造する装置であって、
第１の溶液が設けられた第１領域と、
前記被処理水（第２の溶液）が設けられた第２領域と、
前記第１、第２領域を変位可能に仕切る可動仕切りと、
前記第１領域を、前記第１溶液より浸透圧が低い外部溶液（第３の溶液）が設けられた第１外部領域から仕切り、又は前記第１領域に連なる第１中間領域を、前記第１外部領域から仕切り、前記外部溶液の成分のうち溶媒のみ透過を許容する第１膜と、
前記第２領域を淡水取り出し領域から仕切り、又は前記第２領域に連なる第２中間領域を前記淡水取り出し領域から仕切り、前記被処理水の成分のうち水分のみ透過を許容する第２膜と、
を備え、前記第１領域と第２領域の合計容積が一定であり、前記可動仕切りの変位により前記第１領域と第２領域のうち一方の容積が増え、他方の容積が減り、前記第１溶液と前記外部溶液の浸透圧の差が、前記被処理水の浸透圧より大きいことを特徴とする。
第１領域の第１溶液の浸透圧が第１外部領域の外部溶液の浸透圧より高い。そのため、外部溶液の溶媒が第１膜を透過して第１領域に直接又は第１中間領域を経て入り込む。すると、第１領域の体積が増大し、可動仕切りが第２領域側に変位する。したがって、第２領域内の被処理水に圧力がかかり、被処理水が第２膜に向けて押圧される。この押圧力の大きさは、第１溶液と外部溶液の浸透圧の差に対応し、被処理水の浸透圧より大きい。したがって、被処理水の水分が第２膜を透過して淡水取り出し領域へ漉し出される。これにより、淡水取り出し領域から淡水を取り出すことができる。安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる。被処理水の水分を第２膜から漉し出す駆動力を第１溶液及び外部溶液の浸透圧の差によって得ることができる。したがって、外部から投入すべき駆動エネルギーを十分に小さくできる。
【０００６】
前記可動仕切りが、前記第１溶液及び前記被処理水の各成分が透過不能な柔軟なシート（不透過膜）であることが好ましい。
これによって、外部溶液の溶媒が第１膜を透過して第１領域に入るのに応じて、可動仕切りが確実に第２領域の側へ変位できる。可動仕切りが第１溶液の各成分の透過を阻止し、かつ被処理水の各成分の透過を阻止するため、第１領域の第１溶液と第２領域の被処理水が混ざるのを防止できる。
【０００７】
容器を備え、該容器の内部が前記可動仕切りによって前記第１領域と前記第２領域とに仕切られていることが好ましい。
これによって、第１領域及び第２領域を確実かつ容易に形成できる。
【０００８】
第１膜ユニットを備え、該第１膜ユニットの内部が前記第１膜によって前記第１外部領域と前記第１中間領域とに仕切られ、前記第１中間領域と第１領域とが、第１連通路にて連なっていることが好ましい。
これによって、第１外部領域の外部溶液の溶媒が第１膜を透過し、第１中間領域に入り込み、第１溶液に混ざる。したがって、第１溶液の体積が増える。第１溶液の増加分が、第１連通路を介して第１領域に入り、第１領域の容積が増大する。これにより、可動仕切りが第２領域側に変位し、被処理水の水分が第２膜を透過して淡水取り出し領域へ漉し出される。この結果、淡水が得られる。第１膜の面積及び形状を第１領域の断面積及び断面形状に制限されることなく設定できる。したがって、第１膜の面積を十分に大きくすることが可能であり、そうすることで、外部溶液の溶媒の透過効率を高めることができ、ひいては淡水の生産効率を向上できる。
【０００９】
第２膜ユニットを備え、該第２膜ユニットの内部が前記第２膜によって前記第２中間領域と前記淡水取り出し領域とに仕切られ、前記第２中間領域と第２領域とが、第２連通路にて連なっていることが好ましい。
第２連通路によって前記第２領域の被処理水を第２中間領域へ送ることができる。第２中間領域では被処理水の水分が第２膜を透過し淡水取り出し領域へ漉し出される。これにより、淡水が得られる。第２膜の面積及び形状を第２領域の断面積及び断面形状に制限されることなく設定できる。したがって、第２膜の面積を十分に大きくすることが可能であり、そうすることで、被処理水の水分の漉し出し効率ひいては淡水の生産効率を向上できる。
【００１０】
前記第１外部領域に、前記外部溶液として海水を導入する外部海水導入路と、前記海水の導入流量に対応する流量の外部溶液を排出する第１排出路とが接続されていることが好ましい。
外部溶液として海水を用いることができ、ランニングコストを低減できる。外部溶液（海水）の水分が第１膜を透過して第１溶液に移ると、外部溶液（海水）の塩分濃度が上昇するが、外部海水導入路及び第１排出路によって外部溶液（海水）を入れ替えることで、第１外部領域内の塩分濃度を常に一定にできる。したがって、外部溶液（海水）の浸透圧の上昇速度を抑制でき、反応が平衡に達するのを遅らせることができる。この結果、稼働可能時間を長くでき、淡水のトータルの生産量を増やすことができる。
【００１１】
前記第２領域に前記被処理水として海水を導入する被処理海水導入路が接続されていることが好ましい。
被処理水として海水を用いることができ、海水から淡水を得ることができる。
【００１２】
本発明は、被処理水から淡水を製造する装置であって、
内部に、第１溶液と、前記第１溶液の上に積層された前記被処理水とが設けられた容器と、
前記容器内の第１溶液を、第１溶液より浸透圧が低い外部溶液から仕切り、前記外部溶液の成分のうち溶媒のみ透過を許容する第１膜と、
前記容器内の被処理水を、淡水取り出し領域から仕切り、前記被処理水の成分のうち水分のみ透過を許容する第２膜と、
を備え、前記第１溶液と前記外部溶液の浸透圧の差が、前記被処理水の浸透圧より大きいことを他の特徴とする。
容器内の第１溶液の浸透圧が第１外部領域の外部溶液の浸透圧より高い。そのため、外部溶液の溶媒が第１膜を透過して第１溶液に混ざる。これにより、第１溶液の上側の被処理水が圧力を持って第２膜に押し当たる。この押圧力の大きさは、第１溶液と外部溶液の浸透圧の差に対応し、被処理水の浸透圧より大きい。したがって、被処理水の水分が第２膜を透過して淡水取り出し領域へ漉し出される。これにより、淡水取り出し領域から淡水を取り出すことができる。安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる。被処理水の水分を第２膜から漉し出す駆動力を第１溶液及び外部溶液の浸透圧の差によって得ることができる。したがって、外部から投入すべき駆動エネルギーを十分に小さくできる。
【００１３】
前記第１溶液の溶媒と前記外部溶液の溶媒が、互いに同一組成の液体であることが好ましい。
これにより、外部溶液の溶媒が第１膜を透過して第１溶液に混ざっても、第１溶液の成分構成が変わるのを防止できる。
【００１４】
前記被処理水が、塩水であることが好ましい。前記被処理水として海水を用いることがより好ましい。前記第１溶液が、前記被処理水より高塩分濃度の塩水であることが好ましい。前記外部溶液が、前記第１溶液より低塩分濃度の塩水であることが好ましい。
これにより、塩水から淡水を製造できる。好ましくは海水から淡水を製造できる。かつ、塩水を用いて、淡水製造の駆動エネルギーを得ることができる。被処理水と第１溶液が混合しても、混合物を塩水として使用又は廃棄できる。第１溶液と外部溶液が混合しても、混合物を塩水として使用又は廃棄できる。混合物を濃度調節すれば、被処理水、第１溶液、外部溶液の何れかとして再使用できる。
【００１５】
前記第１溶液が、塩水であり、
塩田の濃縮塩水を前記第１溶液として前記第１領域に送る濃縮塩水導入路を更に備えたことが好ましい。
塩田は、海水等の塩水を原料にして塩を生産するものである。塩の生産過程で塩水が濃縮される。この濃縮塩水を濃縮塩水導入路によって第１領域に導入し、第１溶液（塩水）として用いることができる。したがって、稼働開始時の第１溶液の塩分濃度を十分に高くでき、第１溶液と外部溶液の塩分濃度差を十分に大きくできる。よって、稼働可能時間を長くでき、淡水のトータルの生産量を増やすことができる。
【００１６】
前記第１溶液が、塩水であり、前記外部溶液の溶媒が水であり、
前記第１溶液を塩田に送る塩水送路を更に備えたことが好ましい。
淡水製造装置を稼働すると、外部溶液の水分（溶媒）が第１領域に入り込み、第１溶液の塩分濃度が低下する。第１溶液の塩分濃度がある程度低下したときは、第１溶液を塩水送路によって塩田に送ることができる。これにより、第１溶液を塩田で再度濃縮できる。前記被処理水として海水を用いた場合、或いは前記外部溶液として塩水を用いた場合、第１溶液の塩分濃度は、海水或いは外部溶液の塩分濃度と比べると高濃度であるため、塩田の負担を軽減できる。
【００１７】
前記被処理水に、第２膜又は可動仕切りを損傷したり目詰まりさせたりする不要物（ゴミ等）が含まれている場合、本装置に前記被処理水を導入する前に前記不要物を取り除くことが好ましい。前記第１溶液又は前記外部溶液に、可動仕切り又は第１膜を損傷したり目詰まりさせたりする不要物（ゴミ等）が含まれている場合、本装置に第１溶液又は外部溶液を導入する前に前記不要物を取り除くことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の基本態様に係る第１実施形態を示したものでる。淡水製造装置１は、被処理水ｗｂから淡水を取り出すものであり、容器１０と、第１外部領域画成部２９と、第２外部領域画成部３９を備えている。
【００２０】
容器１０は、例えば両端が開口された筒状になっている。容器１０の内部に可動仕切り１３が設けられている。可動仕切り１３は、水分及び塩分が透過不能な柔軟なシート（不透過膜）で構成されている。可動仕切り１３は耐塩性を有していることが好ましい。可動仕切り１３の材質は、例えばオレフィン樹脂や塩化ビニール樹脂である。可動仕切り１３の周縁部が容器１０の内周面に全周にわたって固定されている。可動仕切り１３によって、容器１０の内部が第１領域１１と第２領域１２に仕切られている。容器１０の下側部は、第１領域画成部を構成している。容器１０の上側部は、第２領域画成部を構成している。
【００２１】
第１領域１１の容積と第２領域１２の容積の合計は、可動仕切り１３の変位状態に拘らず一定であり、容器１０の容積に等しい。可動仕切り１３の変位により第１領域１１と第２領域１２のうち一方の容積が増え、他方の容積が減る。
【００２２】
第１領域１１には第１溶液ｗａが充填されている。第１溶液ｗａは、海水（被処理水ｗｂ）より十分に高い塩分濃度の濃縮塩水になっている。一般に、海水の塩分濃度が３．５％（重量百分率、以下同じ）程度であるのに対し、初期状態（淡水製造装置１の稼働開始時）での第１溶液ｗａの塩分濃度は例えば１０％程度である。なお、第１溶液ｗａの塩分濃度は、淡水製造装置１の稼働に伴なって漸減する。
【００２３】
第２領域１２には被処理水ｗｂが充填されている。被処理水ｗｂとして海水（塩分濃度：約３．５％）が用いられている。被処理水ｗｂの塩分濃度は、第１溶液ｗａの塩分濃度より低い。なお、被処理水ｗｂの塩分濃度は、淡水製造装置１の稼働に伴なって上昇する。
【００２４】
容器１０の第１領域１１側の端部（図１において下）に第１外部領域画成部２９が接続されている。第１外部領域画成部２９は、例えば上部が開放された容器で構成されている。第１外部領域画成部２９の内部に第１外部領域２１が画成されている。第１外部領域２１に外部溶液ｗｃが充填されている。外部溶液ｗｃとして海水（塩分濃度：約３．５％）が用いられている。したがって、外部溶液ｗｃの塩分濃度は、第１溶液ｗａの塩分濃度より低い（後記式（１））。なお、外部溶液ｗｃの塩分濃度は、淡水製造装置１の稼働に伴なって上昇する。第１溶液ｗａの溶媒と外部溶液ｗｃの溶媒は、互いに同一組成の液体（水）である。
【００２５】
容器１０の第１領域１１側の端部（下端部）の開口に第１膜２３が設けられている。第１膜２３によって第１外部領域２１と第１領域１１とが仕切られている。第１膜２３は、逆浸透膜（ＲＯ膜）で構成され、水分（溶媒）と塩分（溶質）のうち水分（溶媒）のみ透過を許容する。
【００２６】
容器１０の第２領域１２側の端部（図１において上）に第２外部領域画成部３９が設けられている。第２外部領域画成部３９の内部に淡水取り出し領域３２が画成されている。淡水取り出し領域３２に淡水ｗｄ（塩分濃度：０％）が充填されている。淡水取り出し領域３２から淡水取り出し路４９が延びている。
【００２７】
容器１０の第２領域１２側の端部（上端部）の開口に第２膜３３が設けられている。第２膜３３によって、第２領域１２と淡水取り出し領域３２とが仕切られている。第２膜３３は、逆浸透膜（ＲＯ膜）で構成され、水分（溶媒）と塩分（溶質）のうち水分（溶媒）のみ透過を許容する。
【００２８】
ここで、第１溶液ｗａの塩分濃度をＣａ、被処理水ｗｂの塩分濃度をＣｂ、外部溶液ｗｃの塩分濃度をＣｃ、淡水ｗｄの塩分濃度をＣｄとすると、以下の式（１）及び（２）が成り立つ。
Ｃａ＞Ｃｃ …（１）
Ｃａ−Ｃｃ＞Ｃｂ−Ｃｄ＝Ｃｂ …（２）
すなわち、外部溶液ｗｃの塩分濃度Ｃｃが、第１溶液ｗａの塩分濃度Ｃａより低い。かつ、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの塩分濃度差が、被処理水ｗｂと淡水ｗｄとの塩分濃度差より大きい。淡水の塩分濃度ＣｄはＣｄ＝０％であるから、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの塩分濃度差が、被処理水ｗｂの塩分濃度より大きい。なお、Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄは浸透圧に関連する濃度であり、それぞれＣａは第１溶液ｗａの浸透圧に対応し、Ｃｂは被処理水ｗｂの浸透圧に対応し、Ｃｃは外部溶液ｗｃの浸透圧に対応し、Ｃｄは淡水ｗｄの浸透圧に対応する。溶液ｗａ，ｗｂ，ｗｃの溶質が同種の場合、浸透圧はモル濃度に概略比例する。溶液ｗａ，ｗｂ，ｗｃがイオン性液体の場合、イオンの電離率などの変化により浸透圧が多少変化する。ここでは、簡単のため、溶液ｗａ，ｗｂ，ｗｃが完全電離しているものとする。
【００２９】
上記構成の淡水製造装置１の動作を説明する。
第１領域１１の第１溶液ｗａの塩分濃度が第１外部領域２１の外部溶液ｗｃの塩分濃度より高い（式（１））。ひいては、第１溶液ｗａの浸透圧が外部溶液ｗｃの浸透圧より高い。そのため、外部溶液ｗｃの水分（溶媒）が第１膜２３を透過して第１領域１１に入り込む。すると、第１領域１１の体積が増大し、可動仕切り１３が第２領域１２の側に押され、第２領域１２内の被処理水ｗｂに圧力がかかる。したがって、被処理水ｗｂの水分が第２膜３３を透過して淡水取り出し領域３２へ漉し出される。よって、淡水取り出し領域３２の淡水ｗｄの量が増える。この淡水ｗｄを取り出し路４９によって取り出すことができる。
【００３０】
上記可動仕切り１３が被処理水ｗｂを押す圧力は、理論上は第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差に等しく、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差より大きい（式（２）より）。したがって、淡水取り出し領域３２の淡水ｗｄが第２膜３３を透過して第２領域１２に逆流することはない。
【００３１】
淡水製造装置１によれば、安価な設備コストで、かつ効率良く淡水を製造できる。被処理水ｗｂの水分を第２膜３３から漉し出す駆動力を第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差によって得ることができる。したがって、外部から投入すべき駆動エネルギーを十分に小さくできる。外部から投入すべきエネルギーは、基本的には第１溶液ｗａとして濃縮塩水を作るエネルギーのみである。第１溶液ｗａとして塩田で生成した濃縮海水を用いることにすれば、コストを安価にできる。塩田は、太陽エネルギーで濃縮塩水を作るものである。したがって、装置１の駆動エネルギーとして、化石燃料などのエネルギーを用いなくても済む。
【００３２】
第１外部領域２１の外部溶液ｗｃは、水分が第１領域１１に透過した分だけ塩分濃度が上昇する。第１領域１１の第１溶液ｗａは、第１外部領域２１から水分が透過して来た分だけ塩分濃度が低下する。第２領域１２の被処理水ｗｂは、水分が淡水取り出し領域３２に透過した分だけ塩分濃度が上昇する。したがって、淡水製造装置１の稼働（淡水の取り出し）に伴なって、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差（可動仕切り１３が被処理水ｗｂを押す圧力）が漸減し、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差が漸増する。
【００３３】
第１溶液ｗａの塩分濃度が例えば約７％になると、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差と、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差とが平衡するようになり、淡水製造装置１の稼働（淡水の取り出し）が停止される。その後、塩水ｗａ，ｗｂ，ｗｃをそれぞれ初期濃度のものに入れ替える。そして、装置１の運転を再実行する。
【００３４】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を適宜省略する。
【００３５】
図２は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の淡水製造装置１Ｘは、容器１０と、第１膜ユニット２０と、第２膜ユニット３０を備えている。容器１０の内部が可動仕切り１３によって第１領域１１と第２領域１２に仕切られている。容器１０は、有底かつ有蓋であり、第１領域１１側（図２において下）の端部及び第２領域１２側（図２において上）の端部は共に塞がれている。
【００３６】
第１膜ユニット２０は、容器状になっている。第１膜ユニット２０の内部に逆浸透膜からなる第１膜２３が設けられている。第１膜２３によって、第１膜ユニット２０の内部が第１外部領域２１と第１中間領域２２に仕切られている。
【００３７】
この実施形態の第１膜２３は、複数（図では１つのみ図示）の管状になっている。第１膜２３を構成する各管の内部が第１中間領域２２になり、管の外部が第１外部領域２１になっている。第１外部領域２１内には外部溶液（塩水）ｗｃが充填されている。管状の各第１膜２３内の第１中間領域２２には第１溶液（濃縮塩水）ｗａが充填されている。第１溶液ｗａは、外部溶液ｗｃより高圧になっている。したがって、第１膜２３を構成する管が潰れることはない。
【００３８】
第１外部領域２１の一端部（図２において右）に外部海水導入路４１が連なっている。外部海水導入路４１は、海水を通す。この海水が外部溶液ｗｃになる。外部海水導入路４１に液ポンプｐ１が設けられている。第１外部領域２１の他端部（図２において左）から第１排出路４２が延びている。
【００３９】
第１中間領域２２の一端部（図２において右）と第１領域１１の一側部（図２において右）が第１連通往路４３にて接続されている。第１連通往路４３に液ポンプｐ２が設けられている。液ポンプｐ２の吸込みポートは、第１中間領域２２側に向けられている。液ポンプｐ２の吐出ポートは第１領域１１側に向けられている。第１領域１１の他側部（図２において左）と第１中間領域２２の他端部（図２において左）が第１連通復路４４にて接続されている。第１中間領域２２と第１領域１１が第１連通路４３，４４を介して連通している。
【００４０】
第２膜ユニット３０は、容器状になっている。第２膜ユニット３０の内部に逆浸透膜からなる第２膜３３が設けられている。第２膜３３によって、第２膜ユニット３０の内部が第２中間領域３１と淡水取り出し領域３２に仕切られている。
【００４１】
この実施形態の第２膜３３は、複数（図では１つのみ図示）の管状になっている。第２膜３３を構成する各管の内部が第２中間領域３１になり、管の外部が淡水取り出し領域３２になっている。管状の各第２膜３３内の第２中間領域３１には被処理水（塩水）ｗｂが充填されている。淡水取り出し領域３２内には淡水ｗｄが充填されている。被処理水ｗｂは、淡水ｗｄより高圧になっている。したがって、第２膜３３を構成する管が潰れることはない。
【００４２】
第２領域１２の一側部（図２において右）と第２中間領域３１の一端部（図２において右）が第２連通往路４５にて接続されている。第２連通往路４５に液ポンプｐ３が設けられている。液ポンプｐ３の吸込みポートは、第２領域１２側に向けられている。液ポンプｐ３の吐出ポートは第２中間領域３１側に向けられている。第２中間領域３１の他端部（図２において左）と第２領域１２の他側部（図２において左）が第２連通復路４６にて接続されている。第２領域１２と第２中間領域３１が、第２連通路４５，４６を介して連通している。
【００４３】
外部海水導入路４１から被処理海水導入路４７が分岐している。被処理海水導入路４７は、液ポンプｐ３より上流側の第２連通往路４５に合流している。被処理海水導入路４７に開閉弁ｖ３が設けられている。
【００４４】
第２連通復路４６から第２排出路４８が分岐している。第２排出路４８に開閉弁ｖ４が設けられている。
【００４５】
淡水取り出し領域３２の一端部（図２において右）から淡水取り出し路４９が延びている。
【００４６】
淡水製造装置１Ｘは、塩田２と接続されている。塩田２は、塩水濃縮路２ａを有している。塩水濃縮路２ａは、天日開放され、たとえば九十九折り状になっている。太陽エネルギーで塩水濃縮路２ａの塩水の塩分濃度が漸次高められ、濃縮塩水が得られ、更に塩分が取り出される。
【００４７】
塩水濃縮路２ａの下流端から濃縮塩水導入路５１が延びている。濃縮塩水導入路５１は、第１連通復路４４に連なっている。濃縮塩水導入路５１には、液ポンプｐ４と開閉弁ｖ１が上流の塩田２側から順次設けられている。
【００４８】
第１連通往路４３から塩水送路５２が分岐している。塩水送路５２が、塩田２の塩水濃縮路２ａの上流端に連なっている。塩水送路５２は、液ポンプｐ２と第１膜ユニット２０との間の第１連通往路４３から分岐しているが、液ポンプｐ２と容器１０との間の第１連通往路４３から分岐していてもよい。塩水送路５２には、開閉弁ｖ２と液ポンプｐ５が上流側（第１連通往路４３の側）から順次設けられている。
【００４９】
淡水製造装置１Ｘの運転は、準備工程、淡水生成工程、後処理工程の順に実行する。
［準備工程］
いま、可動仕切り１３は、容器１０の第１領域１１側（図２において下）の端部の近くに位置し、第１領域１１の容積が十分に小さく、第２領域１２の容積が十分に大きくなっているものとする。
【００５０】
塩田２によって海水より十分に高塩分濃度の濃縮塩水を生成する。そして、開閉弁ｖ１を開け、液ポンプｐ４を駆動する。これにより、塩水濃縮路２ａの濃縮塩水が、濃縮塩水導入路５１を通り、連通路４４の一部を経て、第１領域１１に導入される。この濃縮塩水が第１溶液ｗａになる。なお、濃縮塩水導入路５１を通る濃縮塩水の一部は、連通路４４の他の一部を経て、第１中間領域２２に導入される。
【００５１】
開閉弁ｖ２、ｖ３は、閉じておく。液ポンプｐ２、ｐ３、ｐ５は、停止しておく。
【００５２】
第１溶液ｗａが第１領域１１に導入されるにしたがって、可動仕切り１３が第２領域１２の側に変位する。第１領域１１の容積が増大し、第２領域１２の容積が減少する。開閉弁ｖ４は、開状態にしておく。これにより、可動仕切り１３の第２領域１２側への変位に伴なって、第２領域１２の被処理水ｗｂが、第２領域１２から連通路４６を経て第２排出路４８に押し出され、海へ排出される。
【００５３】
第１領域１１の容積（第１溶液ｗａの体積）がある程度の大きさになったとき、ポンプｐ４を停止し、弁ｖ１及びｖ４を閉じ、準備工程を終了する。
【００５４】
［淡水生成工程］
淡水生成工程は、すべての開閉弁ｖ１〜ｖ４を閉じた状態で行なう。ポンプｐ４，ｐ５は停止しておく。そして、ポンプｐ１，ｐ２，ｐ３を駆動する。なお、これらポンプｐ１〜ｐ３の出力は、対応する各路４１，４３，４５に流れが生じる程度であればよく低出力でよい。
【００５５】
液ポンプｐ１の駆動によって、海水（塩分濃度：約３．５％）が外部海水導入路４１を通り、第１外部領域２１（第１膜ユニット２０内における管状第１膜２３の外側の部分）に導入される。この海水が外部溶液ｗｃになる。海水を外部溶液ｗｃとして用いるため、ランニングコストを低減できる。
【００５６】
管状第１膜２３内の第１中間領域２２には第１溶液（濃縮塩水）ｗａが通される。第１溶液ｗａは外部溶液ｗｃより塩分濃度ひいては浸透圧が十分に高い。したがって、外部溶液ｗｃの水分（溶媒）が管状第１膜２３を透過して第１中間領域２２内に入り込み、第１溶液ｗａに混入する。第１膜２３は、容器１０とは別の第１膜ユニット２０に設けられているため、容器１０の断面積及び形状に制限されることなく、大きさ及び形状を設定できる。第１膜２３を複数の管で構成することで、第１膜２３の総面積を十分に大きくでき、可動仕切り１３の受圧面積より十分に大きくすることができる。よって、外部溶液ｗｃの水分の浸透効率を十分に高くすることができる。
【００５７】
第１溶液ｗａは、液ポンプｐ２の駆動によって第１連通路４３，４４を介して第１中間領域２２と第１領域１１とを循環する。第１溶液ｗａの総体積は、外部溶液ｗｃの水分の透過分だけ増大する。この第１溶液ｗａの体積増大によって、可動仕切り１３が第２領域１２側に変位する。可動仕切り１３には第２領域１２の側に向けて押圧力が作用する。これにより、第２領域１２内の被処理水ｗｂの圧力が高まる。第２実施形態でも式（１）及び式（２）が満たされている。したがって、上記押圧力は、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧差より大きく、被処理水ｗｂの浸透圧より大きい。
【００５８】
被処理水ｗｂは、液ポンプｐ３の駆動によって第２連通路４５，４６を介して第２領域１２と管状第２中間領域３１とを循環する。この被処理水ｗｂが管状第２中間領域３１を通るとき、被処理水ｗｂの水分が管状第２中間領域３１を透過して淡水取り出し領域３２へ漉し出される。これにより、取り出し路４９から淡水を取り出すことができる。
【００５９】
第２膜３３が容器１０とは別の第２膜ユニット３０に設けられているため、容器１０の断面積及び形状に制限されることなく、第２膜３３の大きさ及び形状を設定できる。第２膜３３を複数の管で構成することで、第２膜３３の総面積を十分に大きくできる。よって、被処理水ｗｂの水分の漉し出し効率を十分に高くすることができる。ひいては、淡水の生産効率を十分に高くすることができる。
【００６０】
淡水生成工程の継続に伴なって、第１領域１１の容積が漸増し、第２領域１２の容積が漸減し、可動仕切り１３が第２領域１２側へ片寄っていく。第１溶液ｗａの塩分濃度は、外部溶液ｗｃからの水分混入により漸減する。また、被処理水ｗｂの塩分濃度は、淡水取り出し領域３２への水分の漉し出しによって漸増する。
【００６１】
第１外部領域２１の下流部分（図２において左側部分）における外部溶液ｗｃの塩分濃度は、水分の第１中間領域２２への透過によって若干高くなり、例えば約３．６％程度になる。この外部溶液ｗｃが、第１外部領域２１から第１排出路４２に排出される。第１排出路４２に排出される外部溶液ｗｃの流量は、外部海水導入路４１によって第１外部領域２１に供給される海水の流量に対応する。厳密には、外部溶液ｗｃの第１排出路４２への排出流量は、外部海水導入路４１からの海水供給流量から上記水分の透過流量を差し引いた大きさである。外部海水導入路４１及び第１排出路４２によって、第１外部領域２１内の外部溶液ｗｃを常時新たな海水に入れ替えることができる。したがって、第１外部領域２１内の外部溶液ｗｃの塩分濃度分布を常に一定に保つことができ、外部溶液ｗｃの塩分濃度が時間の経過とともに漸増するのを防止できる。よって、外部溶液ｗｃの浸透圧の上昇速度を抑制でき、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差と、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差とが平衡に達するのを遅らせることができる。この結果、淡水のトータルの生産量を増やすことができる。
【００６２】
第１溶液ｗａの塩分濃度が例えば約７％になったとき、第１溶液ｗａと外部溶液ｗｃの浸透圧の差と、被処理水ｗｂと淡水ｗｄの浸透圧の差とが平衡するようになる。このとき、ポンプｐ１〜ｐ３を停止し、淡水生成工程を終了する。
【００６３】
［後処理工程］
後処理工程では、開閉弁ｖ２を開き、液ポンプｐ５を駆動する。これにより、第１領域１１及び第１中間領域２２の使用済みの第１溶液ｗａを、塩水送路５２を経て塩田２の塩水濃縮路２ａに送る。これにより、使用済みの第１溶液ｗａを塩田２で再度濃縮できる。上述したように、淡水生成工程の終了時の第１溶液ｗａの塩分濃度は、例えば約７％程度である。したがって、海水（塩分濃度：約３．５％）を直接濃縮するよりも塩田２の負荷を軽減できる。
【００６４】
また、第２領域１２及び第２中間領域３１の被処理水ｗｂを新たな海水に入れ替える。すなわち、開閉弁ｖ３，ｖ４を開け、第２領域１２及び第２中間領域３１内の使用済みの被処理水ｗｂを第２排出路４８に排出するとともに、被処理海水導入路４７から海水（新たな被処理水ｗｂ）を第２領域１２及び第２中間領域３１に導入する。この操作を行なうために被処理海水導入路４７又は第２排出路４８に液ポンプを設けることにしてもよい。上記使用済みの被処理水ｗｂは、第２排出路４８を経て海に廃棄する。なお、この使用済みの被処理水ｗｂをも塩田２に送ることにしてもよい。淡水生成工程の終了時の被処理水ｗｂは、海水と比べると高塩分濃度であるため、海水を直接濃縮するよりも塩田２の負担を軽減できる。
【００６５】
第１領域１１からの第１溶液ｗａの排出及び第２領域１２への新たな海水（被処理水）ｗｂの導入により、可動仕切り１３が容器１０の第１領域１１側（図２において下側）の端部に向けて変位し、第１領域１１の容積が小さくなり、第２領域１２の容積が大きくなる。
【００６６】
後処理工程の後、塩田２で十分高濃度の濃縮塩水が得られたとき、再度、上述した準備工程を経て、淡水生成工程を反復して実行する。
後処理工程の際に、塩田２に十分高濃度の濃縮塩水が出来ている場合は、後処理工程と準備工程を同時併行して実行することにしてもよい。すなわち、第１領域１１及び第１中間領域２２から使用済みの第１溶液ｗａを排出して塩田２に送るとともに、塩田２の濃縮塩水を新たな第１溶液ｗａとして第１領域１１及び第１中間領域２２に充填する。
【００６７】
図３は、第３実施形態を示したものである。第３実施形態の淡水製造装置１Ｙは、容器１０の内部に可動仕切り１３が設けられていない点で第１実施形態の淡水製造装置１と異なっている。また、淡水製造装置１Ｙの容器１０は、上下に長く延びている。容器１０の内部の下側部に濃縮塩水からなる第１溶液ｗａが充填されている。容器１０の内部の上側部に希薄塩水（海水）からなる被処理水ｗｂが充填されている。上側の低塩分濃度の被処理水ｗｂと下側の高塩分濃度の第１溶液ｗａとは、攪拌しない限り、上下二層に積層された状態を維持する。
【００６８】
容器１０の下端の開口に第１膜２３が設けられ、容器１０の下端部に外部溶液（塩水）ｗｃを充填した第１外部領域画成部２９が接続され、容器１０の上端の開口に第２膜３３が設けられ、容器１０の上端部に淡水ｗｄを充填した第２外部領域画成部３９が接続されている点は、第１実施形態と同じである。
【００６９】
淡水製造装置１Ｙにおいて、容器１０内の下側部の第１溶液ｗａの塩分濃度は、第１外部領域画成部２９内の外部溶液ｗｃの塩分の濃度より高い。そのため、外部溶液ｗｃの水分（溶媒）が第１膜２３を透過して容器１０内の下側部に入り込む。これにより、容器１０内の上側部の被処理水ｗｂが圧力を持って第２膜３３に押し当たり、被処理水ｗｂの水分が第２膜３３を透過して淡水取り出し領域３２へ漉し出される。これにより、取り出し路４９から淡水を取り出すことができる。
淡水製造装置１Ｙは、可動仕切り１３が省略され、構造が簡素である。したがって、設備コストを一層安くできる。
【００７０】
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、第１溶液ｗａは、塩水に限られず、例えばミョウバン水溶液でもよい。被処理水ｗｂは、水を含んでいればよく、塩水ないしは海水に限られず、塩以外の水溶液でもよく、下水等の汚水や泥水でもよい。外部溶液ｗｃは、塩水に限られず、例えばミョウバン水溶液でもよい。
第１、第２実施形態では、第１領域１１が第２領域１２の上側に配置されていてもよく、第１領域１１と第２領域１２が左右に並んでいてもよい。
第１、第２実施形態の容器１０は、第１領域１１を画成する部分と、第２領域１２を画成する部分が別々の部材で構成されていてもよく、これら別々の部材どうし間に可動仕切り１３を挟むようにしてもよい。
第１、第３実施形態の容器１０が、第１外部領域画成部２９を一体に有していてもよい。第１、第３実施形態の容器１０が、第２外部領域画成部３９を一体に有していてもよい。
第１、第２実施形態の可動仕切り１３は、第１領域１１と第２領域１２の体積が変動するように変位するものであればよく、一部又は全体が柔軟性を有していなくてもよい。
第１、第３実施形態では、第１外部領域画成部２９が海に直接連なっていてもよい。海が第１膜２３に直接面していてもよい。
淡水取り出し領域３２は、大気に開放されていてもよい。第２膜３３が大気に直接面していてもよい。
第２実施形態の塩水回路は、適宜、変更可能である。例えば、被処理海水導入路４７が、第２連通往路４５を介さずに第２領域１２及び第２中間領域３１に直接連なっていてもよい。第２排出路４８が、第２連通復路４６を介さずに第２領域１２及び第２中間領域３１に直接連なっていてもよい。濃縮塩水導入路５１が、第１連通往路４３を介さずに第１領域１１及び第１中間領域２２に直接連なっていてもよい。塩水送路５２が、第１連通復路４４を介さずに第１領域１１及び第１中間領域２２に直接連なっていてもよい。
複数の実施形態を互いに組み合わせてもよい。例えば、第１実施形態（図１）又は第３実施形態（図３）において、第２実施形態（図２）と同様に、容器１０の第１領域１１に塩田２からの濃縮塩水導入路５１を接続してもよく、第１領域１１から塩水送路５２を塩田２へ延ばしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、海水から淡水を製造するのに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態（基本態様）に係る淡水製造装置の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る淡水製造装置の回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態（他の基本態様）に係る淡水製造装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 淡水製造装置
１Ｘ 淡水製造装置
１Ｙ 淡水製造装置
２ 塩田
２ａ 塩水濃縮路
１０ 容器
１１ 第１領域
１２ 第２領域
１３ 可動仕切り
２０ 第１膜ユニット
２１ 第１外部領域
２２ 第１中間領域
２３ 第１膜
２９ 第１外部領域画成部
３０ 第２膜ユニット
３１ 第２中間領域
３２ 淡水取り出し領域
３３ 第２膜
３９ 第２外部領域画成部
４１ 外部海水導入路
４２ 排出路
４３，４４ 第１連通路
４５，４６ 第２連通路
４７ 被処理海水導入路
４８ 第２排出路
４９ 淡水取り出し路
５１ 濃縮塩水導入路
５２ 塩水送路
ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５ ポンプ
ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４ 開閉弁
ｗａ 第１溶液
ｗｂ 被処理水
ｗｃ 外部溶液
ｗｄ 淡水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水から淡水を製造する装置であって、
第１の溶液が設けられた第１領域と、
前記被処理水が設けられた第２領域と、
前記第１、第２領域を変位可能に仕切る可動仕切りと、
前記第１領域を、前記第１溶液より浸透圧が低い外部溶液が設けられた第１外部領域から仕切り、又は前記第１領域に連なる第１中間領域を、前記第１外部領域から仕切り、前記外部溶液の成分のうち溶媒のみ透過を許容する第１膜と、
前記第２領域を淡水取り出し領域から仕切り、又は前記第２領域に連なる第２中間領域を前記淡水取り出し領域から仕切り、前記被処理水の成分のうち水分のみ透過を許容する第２膜と、
を備え、前記第１領域と第２領域の合計容積が一定であり、前記可動仕切りの変位により前記第１領域と第２領域のうち一方の容積が増え、他方の容積が減り、前記第１溶液と前記外部溶液の浸透圧の差が、前記被処理水の浸透圧より大きいことを特徴とする淡水製造装置。
【請求項２】
前記可動仕切りが、前記第１溶液及び前記被処理水の各成分が透過不能な柔軟なシートであることを特徴とする請求項１に記載の淡水製造装置。
【請求項３】
容器を備え、該容器の内部が前記可動仕切りによって前記第１領域と前記第２領域とに仕切られていることを特徴とする請求項１又は２に記載の淡水製造装置。
【請求項４】
第１膜ユニットを備え、該第１膜ユニットの内部が前記第１膜によって前記第１外部領域と前記第１中間領域とに仕切られ、前記第１中間領域と第１領域とが、第１連通路にて連なっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項５】
第２膜ユニットを備え、該第２膜ユニットの内部が前記第２膜によって前記第２中間領域と前記淡水取り出し領域とに仕切られ、前記第２中間領域と第２領域とが、第２連通路にて連なっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項６】
前記第１外部領域に、前記外部溶液として海水を導入する外部海水導入路と、前記海水の導入流量に対応する流量の外部溶液を排出する第１排出路とが接続されていることを特徴とする請求項１〜５に記載の淡水製造装置。
【請求項７】
前記第２領域に前記被処理水として海水を導入する被処理海水導入路が接続されていることを特徴とする請求項１〜６に記載の淡水製造装置。
【請求項８】
被処理水から淡水を製造する装置であって、
内部に、第１溶液と、前記第１溶液の上に積層された前記被処理水とが設けられた容器と、
前記容器内の第１溶液を、第１溶液より浸透圧が低い外部溶液から仕切り、前記外部溶液の成分のうち溶媒のみ透過を許容する第１膜と、
前記容器内の被処理水を、淡水取り出し領域から仕切り、前記被処理水の成分のうち水分のみ透過を許容する第２膜と、
を備え、前記第１溶液と前記外部溶液の浸透圧の差が、前記被処理水の浸透圧より大きいことを特徴とする淡水製造装置。
【請求項９】
前記第１溶液の溶媒と前記外部溶液の溶媒が、互いに同一組成の液体であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１０】
前記被処理水が、塩水であり、前記第１溶液が、前記被処理水より高塩分濃度の塩水であり、前記外部溶液が、前記第１溶液より低塩分濃度の塩水であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１１】
前記第１溶液が、塩水であり、
塩田の濃縮塩水を前記第１溶液として前記第１領域に送る濃縮塩水導入路を更に備えたことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１２】
前記第１溶液が、塩水であり、前記外部溶液の溶媒が水であり、
前記第１溶液を塩田に送る塩水送路を更に備えたことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１】
被処理水から淡水を製造する装置であって、
第１の溶液が設けられた第１領域と、
前記被処理水が設けられた第２領域と、
前記第１、第２領域を変位可能に仕切る可動仕切りと、
前記第１領域を、前記第１溶液より浸透圧が低い外部溶液が設けられた第１外部領域から仕切り、又は前記第１領域に連なる第１中間領域を、前記第１外部領域から仕切り、前記外部溶液の成分のうち溶媒のみ透過を許容する第１膜と、
前記第２領域を淡水取り出し領域から仕切り、又は前記第２領域に連なる第２中間領域を前記淡水取り出し領域から仕切り、前記被処理水の成分のうち水分のみ透過を許容する第２膜と、
を備え、前記第１領域と第２領域の合計容積が一定であり、前記可動仕切りの変位により前記第１領域と第２領域のうち一方の容積が増え、他方の容積が減り、前記第１溶液と前記外部溶液の浸透圧の差が、前記被処理水の浸透圧より大きいことを特徴とする淡水製造装置。
【請求項２】
前記可動仕切りが、前記第１溶液及び前記被処理水の各成分が透過不能な柔軟なシートであることを特徴とする請求項１に記載の淡水製造装置。
【請求項３】
容器を備え、該容器の内部が前記可動仕切りによって前記第１領域と前記第２領域とに仕切られていることを特徴とする請求項１又は２に記載の淡水製造装置。
【請求項４】
第１膜ユニットを備え、該第１膜ユニットの内部が前記第１膜によって前記第１外部領域と前記第１中間領域とに仕切られ、前記第１中間領域と第１領域とが、第１連通路にて連なっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項５】
第２膜ユニットを備え、該第２膜ユニットの内部が前記第２膜によって前記第２中間領域と前記淡水取り出し領域とに仕切られ、前記第２中間領域と第２領域とが、第２連通路にて連なっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項６】
前記第１外部領域に、前記外部溶液として海水を導入する外部海水導入路と、前記海水の導入流量に対応する流量の外部溶液を排出する第１排出路とが接続されていることを特徴とする請求項１〜５に記載の淡水製造装置。
【請求項７】
前記第２領域に前記被処理水として海水を導入する被処理海水導入路が接続されていることを特徴とする請求項１〜６に記載の淡水製造装置。
【請求項８】
被処理水から淡水を製造する装置であって、
内部に、第１溶液と、前記第１溶液の上に積層された前記被処理水とが設けられた容器と、
前記容器内の第１溶液を、第１溶液より浸透圧が低い外部溶液から仕切り、前記外部溶液の成分のうち溶媒のみ透過を許容する第１膜と、
前記容器内の被処理水を、淡水取り出し領域から仕切り、前記被処理水の成分のうち水分のみ透過を許容する第２膜と、
を備え、前記第１溶液と前記外部溶液の浸透圧の差が、前記被処理水の浸透圧より大きいことを特徴とする淡水製造装置。
【請求項９】
前記第１溶液の溶媒と前記外部溶液の溶媒が、互いに同一組成の液体であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１０】
前記被処理水が、塩水であり、前記第１溶液が、前記被処理水より高塩分濃度の塩水であり、前記外部溶液が、前記第１溶液より低塩分濃度の塩水であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１１】
前記第１溶液が、塩水であり、
塩田の濃縮塩水を前記第１溶液として前記第１領域に送る濃縮塩水導入路を更に備えたことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【請求項１２】
前記第１溶液が、塩水であり、前記外部溶液の溶媒が水であり、
前記第１溶液を塩田に送る塩水送路を更に備えたことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の淡水製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１１０７１６（Ｐ２０１０−１１０７１６Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８６９３９（Ｐ２００８−２８６９３９）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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