溶媒抽出装置及び方法
【課題】溶媒抽出装置の溶媒抽出効率を高める。
【解決手段】伝熱隔壁１４にて第１通路１１と溶媒抽出室１３とを熱交換可能に仕切る。気体の透過を許容し液体の透過を阻止する蒸留膜１５にて溶媒抽出室１３と第２通路１２を仕切る。溶液を第１通路１１に流し、第１通路１１の下流端から端連通路２２に出して、熱源２により加熱する。加熱後の溶液を第２通路１２に第１通路１１と対向流をなすよう流す。中間連通手段３０にて第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の中間部どうしを連通する。溶液の一部を中間連通手段３０によって第２通路１２の流路方向の中間部から第１通路１１の流路方向の中間部に戻し、第１通路１１の溶液に混合する。
【解決手段】伝熱隔壁１４にて第１通路１１と溶媒抽出室１３とを熱交換可能に仕切る。気体の透過を許容し液体の透過を阻止する蒸留膜１５にて溶媒抽出室１３と第２通路１２を仕切る。溶液を第１通路１１に流し、第１通路１１の下流端から端連通路２２に出して、熱源２により加熱する。加熱後の溶液を第２通路１２に第１通路１１と対向流をなすよう流す。中間連通手段３０にて第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の中間部どうしを連通する。溶液の一部を中間連通手段３０によって第２通路１２の流路方向の中間部から第１通路１１の流路方向の中間部に戻し、第１通路１１の溶液に混合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、海水等の溶液から溶媒を抽出する装置及び方法に関し、特に膜蒸留法（MD；Membrane Distillation法）による溶媒抽出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜蒸留法は、海水等の溶液から淡水等の溶媒を抽出する方法として公知である（例えば特許文献１、２等参照）。膜蒸留法を実施する装置は、蒸留器を備えている。蒸留器の内部には２つの膜により３つの通路が形成されている。２つの膜のうち１つは、気体も液体も通さない不透過膜（伝熱隔壁）であり、もう１つは、気体は通すが液体は通さない蒸留膜である。不透過膜によって第１通路と第３通路が仕切られている。蒸留膜によって第２通路と第３通路が仕切られている。不透過膜と蒸留膜との間に第３通路が画成されている。第３通路は、溶媒抽出室を構成している。
【０００３】
海水（溶液）を先ず第１通路に通す。第１通路内を流通中の海水が、第３通路すなわち溶媒抽出室の水蒸気の凝縮潜熱を不透過膜を介して受け取り、下流に向かうにしたがって温度が上昇する。第１通路を通過後の海水を太陽熱集熱器等の熱源で加熱して更に高温にする。熱源からの高温海水を第２通路に導入する。第２通路での海水は、第１通路での海水と対向流をなすように流れる。この第２通路の海水中の水蒸気が蒸留膜を透過して溶媒抽出室に入る。この水蒸気が不透過膜を介して第１通路の海水と接触して冷却し、凝縮する。これにより、溶媒抽出室から淡水を取り出すことができる。第２通路では、淡水抽出に伴って海水から蒸発潜熱が奪われ、下流になるにしたがって海水温度が低下していく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−０１６８０２号公報
【特許文献２】特開昭６０−３４７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の溶媒抽出装置における第１通路と第２通路の連通箇所は、第１通路の下流端と第２通路の上流端の一箇所のみである。第１通路を流通中の低温海水と第２通路を流通中の高温海水とは、これら通路の流通方向の中間部で互いに混合しない構造になっている。したがって、第１通路での海水流量は、第１通路の流路方向の全区間にわたって一定である。淡水の抽出流量は海水の流量に比べて十分に小さいから、第２通路での海水流量は、第２通路の流路方向の全区間にわたって一定とみなせる。
【０００６】
海水等の溶液が高温であるほど、蒸気圧が高く、淡水等の溶媒の抽出効率が高く、第２通路の溶液から第１通路の溶液への潜熱移動量も大きい。そのため、溶液流量が一定であれば、高温時の温度変化は比較的大きく、低温時の温度変化は比較的小さい。したがって、従来の溶媒抽出装置の第１通路では、上流側の部分において温度が緩やかな勾配で上昇し、下流端の近くで温度が急勾配で上昇する。第２通路の温度は、上記第１通路の下流端と同じ側の上流端の近くで急勾配で低下し、下流に向かうにしたがって低下勾配が緩やかになる。よって、溶媒抽出装置の高温領域は狭く、低温領域は広くなる傾向がある。このため、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量が十分でない。蒸留膜は比較的高価であるにも拘わらず、その利用効率が低い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、本発明装置は、互いに並んで延びる第１通路及び第２通路に、溶液を第１通路、第２通路の順に対向流をなすよう流し、上記第１通路の下流端と上記第２通路の上流端とを連ねる端連通路において上記溶液を加熱し、上記第１、第２通路間に挟まれた溶媒抽出室から上記溶液の溶媒を抽出する溶媒抽出装置であって、
上記第１通路と上記溶媒抽出室とを熱交換可能に仕切る伝熱隔壁と、
上記第２通路と上記溶媒抽出室とを仕切り、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する蒸留膜と、
上記端連通路より小さいコンダクタンスを有して、上記第１通路及び第２通路の流路方向の中間部どうしを連通する中間連通手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
海水等の溶液を第１通路の上流端に供給し、第１通路の内部に通す。このとき、溶媒抽出室の溶媒蒸気の後記凝縮潜熱が伝熱隔壁を介して第１通路の溶液に伝わる。これにより、第１通路の溶液の温度が下流に向かうにしたがって上昇する。溶液を第１通路の下流端から端連通路に導出する。この溶液を更に加熱する。加熱後の溶液を端連通路から第２通路の上流端へ導入し、第２通路の内部に通す。第２通路の上流端は第１通路の下流端と上記流路方向の同じ側に配置されている。第２通路内の溶液の流れは、第１通路内の溶液の流れに対し対向流をなす。第２通路内の溶液中の溶媒が蒸発して蒸留膜を透過して溶媒抽出室に入る。この溶媒蒸気が、伝熱隔壁を介して第１通路の溶液によって冷却されて凝縮する。これにより、溶媒を抽出できる。第２通路内の溶液から蒸発潜熱が奪われることによって、第２通路の下流に向かうにしたがって溶液温度が低下する。したがって、第１通路及び第２通路の流路方向に第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い領域は高温になり、第１通路の上流端及び第２通路の下流端に近い領域は低温になる。第２通路の中間部の溶液の一部を中間連通手段によって第１通路の中間部へ戻し、第１通路の溶液と混合する。これにより、第１通路及び第２通路の上記高温の領域の流量が増え、上記低温の領域の流量が減る。したがって、高温領域において、第２通路から第１通路への潜熱移動量が大きくても、第１通路の溶液の温度上昇を小さく抑えることができ、かつ第２通路の溶液の温度低下を小さく抑えることができる。よって、第１通路及び第２通路の流路方向に高温領域を広くできる。それだけ、低温領域を狭くできる。この結果、溶媒抽出装置のトータルの溶媒抽出流量を増大させることができ、かつ蒸留膜の利用効率を高めることができる。また、低温領域での流量低減に伴い、第１通路の上流端への溶液の供給流量を低減できる。
【０００９】
上記端連通路に、上記溶液を上記第１通路から上記第２通路へ向かうよう送る送液手段を設けるのが好ましい。
これにより、第２通路を第１通路より高圧にできる。したがって、第１通路の溶液が中間連通手段を逆流して第２通路へ入るのを防止でき、中間連通手段での溶液の流れ方向を確実に第２通路から第１通路へ向かう方向にすることができる。
【００１０】
上記中間連通手段が、上記第１通路及び第２通路における上記流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを連通していることが好ましい。
これにより、第１通路及び第２通路における流路方向の互いにほぼ同じ位置の溶液どうしを混合できる。
【００１１】
上記中間連通手段は、上記第１通路及び第２通路の流路方向の中間部の単一箇所どうしだけを連通していてもよく、上記第１通路及び第２通路の中間部を上記流路方向に断続的に連通していてもよく、上記第１通路及び第２通路の中間部を上記流路方向に連続的に連通していてもよい。
上記断続的又は連続的な中間連通手段によれば、第２通路の流路方向の中間部の広い範囲から溶液を第１通路の流路方向の中間部の広い範囲に戻すことができる。したがって、第１通路の流量を下流に向かうにしたがって段階的又は連続的に増大させることができる。第２通路の流量を下流に向かうにしたがって段階的又は連続的に減少させることができる。上記断続的又は連続的な中間連通手段の全体のコンダクタンスが上記端連通路のコンダクタンスより小さいことが好ましい。上記中間連通手段のコンダクタンスは、上記第１通路及び第２通路の流路方向に一定でもよく、上記流路方向の位置に応じて異なっていてもよい。上記中間連通手段のコンダクタンスが上記流路方向の位置に応じて異ならせることによって、第２通路から第１通路への溶液の戻り流量を流路方向の位置に応じて異ならせることができる。
【００１２】
上記中間連通手段が、上記流路方向に分散して配置された複数の中間連通路を含み、各中間連通路が、上記第１通路の上記中間部の一箇所と上記第２通路の上記中間部の一箇所とを連通していることが好ましい。
これにより、第２通路の流路方向の中間部の複数箇所から溶液を第１通路の流路方向の中間部の複数箇所に戻すことができる。したがって、第１通路の流量を下流に向かうにしたがって漸次増大させることができる。第２通路の流量を下流に向かうにしたがって漸次減少させることができる。
【００１３】
上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い位置には上記中間連通路が相対的に疎に配置され、上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端から遠い位置には上記中間連通路が相対的に密に配置されていることが好ましい。上記中間連通路が疎に配置されている部分では、中間連通路のコンダクタンスが小さく、上記中間連通路が密に配置されている部分では、中間連通路のコンダクタンスが大きい。
これにより、第１通路及び第２通路の流路方向の溶液流量変化を上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い位置では小さくでき、上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端から遠い位置では大きくできる。上記中間連通路の疎密は、上記第１通路及び第２通路の流路方向の単位長さあたりの中間連通路の数又は各中間連通路の流路断面積によって調節できる。
【００１４】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室における溶媒抽出流量密度の最大値と最小値の差が上記中間連通手段を設けなかった場合より小さくなるよう上記流路方向に分布していることが好ましい。
これにより、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量を確実に増大させることができる。たとえば、中間連通路の配置間隔又は流路断面積を上記流路方向の位置に応じて設定することによって、上記中間連通手段の分布を設定できる。
【００１５】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が上記流路方向に概略一定になるよう上記流路方向に分布していることがより好ましい。
これにより、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量を一層確実に増大させることができる。たとえば、中間連通路の配置間隔又は流路断面積を上記流路方向の位置に応じて設定することによって、上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が概略一定になるよう、上記中間連通手段の分布を設定できる。
【００１６】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室の内部に収容された環状体を含み、この環状体の中心穴が、上記第１通路と上記第２通路とを連通する中間連通路になることが好ましい。
これにより、第２通路の溶液を環状体の中心穴からなる中間連通路を経て第１通路に戻し、第１通路の溶液と混合できる。溶媒抽出室と中間連通路とを環状体によって仕切ることができ、溶液が中間連通路から溶媒抽出室へ入り込むのを防止できる。中間連通路の長さを溶媒抽出室の厚さ程度にすることができる。上記第１通路及び第２通路の流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを確実に連通できる。
【００１７】
上記環状体が、上記伝熱隔壁及び蒸留膜の互いに対向する面どうしを接着する接着剤であり、上記中間連通路が、上記蒸留膜と上記接着剤と上記伝熱隔壁とを貫通する貫通穴であることが好ましい。
これにより、中間連通路を容易に形成できる。第２通路の溶液を上記貫通穴からなる中間連通路を経て第１通路に戻し、第１通路の溶液と混合できる。接着剤にて伝熱隔壁と蒸留膜とを接着できるだけでなく、溶媒抽出室と中間連通路とを接着剤によって仕切ることができ、溶液が中間連通路から溶媒抽出室へ入り込むのを防止できる。接着剤によって溶媒抽出室の厚さを確保できる。
【００１８】
本発明方法は、溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出方法であって、
伝熱隔壁を介して溶媒抽出室と熱交換可能に仕切られた第１通路に上記溶液を流す第１工程と、
上記第１通路の下流端から出た上記溶液を熱源により加熱する加熱工程と、
気体の透過を許容し液体の透過を阻止する蒸留膜を介して上記溶媒抽出室と仕切られた第２通路に、上記加熱後の上記溶液を上記第１通路と対向流をなすように流す第２工程と、
上記第２工程の途中の溶液の一部を、上記第２通路の流路方向の中間部から上記第１通路の流路方向の中間部に戻して上記第１工程の途中の溶液に混合する混合工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
溶液を第１の通路に通すと（第１工程）、溶媒抽出室の溶媒蒸気の凝縮潜熱が伝熱隔壁を介して第１の通路の溶液に伝わる。これにより、第１通路の溶液の温度が下流に向かうにしたがって上昇する。第１通路を通過後の溶液を熱源で加熱し（加熱工程）、更に高温にする。加熱後の溶液を第２通路に通すと（第２工程）、溶液中の溶媒が蒸発して蒸留膜を透過して蒸発し溶媒抽出室に入る。この溶媒蒸気が、伝熱隔壁を介して第１通路の溶液にて冷却されて凝縮する。これにより、溶媒抽出室から凝縮溶媒を取り出すことができる。第２通路内の溶液から蒸発潜熱が奪われることによって、第２通路の下流に向かうにしたがって溶液温度が低下する。したがって、第１通路及び第２通路の流路方向に第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い領域は高温になり、第１通路の上流端及び第２通路の下流端に近い領域は低温になる。第２通路の中間部の溶液の一部を第１通路の中間部へ戻し、第１通路の溶液と混合する（混合工程）。これにより、第１通路及び第２通路の上記高温の領域の流量が増え、上記低温の領域の流量が減る。したがって、高温領域において、第２通路から第１通路への潜熱移動量が大きくても、第１通路の溶液の温度上昇及び第２通路の溶液の温度低下をそれぞれ小さく抑えることができる。よって、第１通路及び第２通路の流路方向に高温領域を広くできる。それだけ、低温領域を狭くできる。この結果、トータルの溶媒抽出流量を増大させることができ、かつ蒸留膜の機能を十分に活用することができる。また、低温領域での流量を低減できるから、第１通路の上流端への溶液の供給流量を低減できる。
【００２０】
上記流路方向の複数の位置において位置ごとに上記第２通路から上記第１通路への上記溶液の戻しを行うことが好ましい。
これにより、第１通路の流量を下流に向かって段々と増大させることができる。第２通路の流量を下流に向かって段々と減少させることができる。
【００２１】
上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度の最大値と最小値の差が上記戻しを行わなかった場合より小さくなるよう、上記位置ごとの上記溶液の戻し流量を設定することが好ましい。
これにより、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量を確実に増大させることができる。
【００２２】
上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が上記流路方向に沿って概略一定になるよう、上記位置ごとの上記溶液の戻し流量を設定することが好ましい。
これにより、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量を一層確実に増大させることができる。
【００２３】
上記溶液は、例えば海水、塩水（かん水）、又は汚水である。
これにより、海水、塩水から淡水を製造できる。或いは、汚水から浄水を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、溶媒の抽出効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る溶媒抽出装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示し、（ａ）は、溶媒抽出装置の蒸留器を溶媒抽出室の厚さ方向の中央部で切断して伝熱隔壁の側を平面視した解説平面図であり、（ｂ）は、上記蒸留器の第１通路及び第２通路内の溶液流量分布を示すグラフである。
【図３】本発明の第３実施形態を示し、溶媒抽出装置の蒸留器の流路方向の一部分を溶媒抽出室の厚さ方向の中央部で切断して伝熱隔壁の側を平面視した解説平面図である。
【図４】上記第３実施形態の中間連通手段の製造工程を、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って切断して示した断面図であり、（ａ）は、伝熱隔壁上に中間連通手段の環状体となるべき接着剤を配置した状態を示し、（ｂ）は、上記接着剤を介して伝熱隔壁と蒸留膜を貼り合わせた状態を示し、（ｃ）は、伝熱隔壁と接着剤と蒸留膜とに、中間連通路となる貫通穴を形成した状態を示す。
【図５】本発明の第４実施形態に係る溶媒抽出装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】上記第４実施形態の変形例を示す断面図である。
【図７】実施例１のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水流量の分布を示し、（ｂ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する溶媒抽出室における淡水抽出流量密度の分布を示し、（ｃ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水温度の分布を示し、（ｄ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路の海水と第２通路内の海水との温度差の分布を示す。グラフ中、太実線ａは近似的な拡散方程式を用いたシミュレーション結果であり、二点鎖線ｂは最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果であり、細線ｃは中間連通手段が無い比較例のシミュレーション結果である。
【図８】実施例２のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水流量の分布を示し、（ｂ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する溶媒抽出室における淡水抽出流量密度の分布を示し、（ｃ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水温度の分布を示し、（ｄ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路の海水と第２通路内の海水との温度差の分布を示す。グラフ中、太実線ａは近似的な拡散方程式を用いたシミュレーション結果であり、二点鎖線ｂは最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果であり、細線ｃは中間連通手段が無い比較例のシミュレーション結果である。
【図９】実施例３のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水流量の分布を示し、（ｂ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する溶媒抽出室における淡水抽出流量密度の分布を示し、（ｃ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水温度の分布を示し、（ｄ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路の海水と第２通路内の海水との温度差の分布を示す。グラフ中、太実線ａは近似的な拡散方程式を用いたシミュレーション結果であり、二点鎖線ｂは最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果であり、細線ｃは中間連通手段が無い比較例のシミュレーション結果である。
【図１０】実施例４のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水流量の分布を示し、（ｂ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する溶媒抽出室における淡水抽出流量密度の分布を示し、（ｃ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水温度の分布を示し、（ｄ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路の海水と第２通路内の海水との温度差の分布を示す。グラフ中、太実線ａは近似的な拡散方程式を用いたシミュレーション結果であり、二点鎖線ｂは最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果であり、細線ｃは中間連通手段が無い比較例のシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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、本発明の第１実施形態を示したものである。第１実施形態の溶媒抽出装置１は、蒸留器１０と、熱源２を備えている。
【００２７】
蒸留器１０は、伝熱隔壁１４と、蒸留膜１５と、外隔壁１６，１７を備えている。各隔壁ないし膜１４〜１７は、薄い平板状をなし、幅方向を図１の紙面と直交する方向へ向けて、図１の左右方向に長く延びている。各隔壁ないし膜１４〜１７の左右方向の長さは、例えば０．２ｍ〜１０ｍ程度であり、図１の紙面と直交する幅は、例えば０．１ｍ〜１．５ｍ程度であるが、これに限定されるものではない。隔壁ないし膜１４〜１７は、互いに平行をなし、外隔壁１６、伝熱隔壁１４、蒸留膜１５、外隔壁１７の順に積層されている。
【００２８】
伝熱隔壁１４は、気体も液体も透過させることがなく、かつ熱伝導可能な良伝熱性の不透過膜にて構成されている。伝熱隔壁１４は、アルミニウム等の金属フィルムでもよく、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの樹脂フィルムでもよい。ＰＥＴフィルムなどの樹脂フィルムは、金属フィルムより腐蝕しにくくコスト面でも有利である。伝熱隔壁１４の厚さは、例えば２０μｍ〜２００μｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
蒸留膜１５は、例えば多孔質の膜で構成され、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する。蒸留膜１５の材料としては、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成樹脂が挙げられる。蒸留膜１５の厚さは、例えば３０μｍ〜３００μｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
【００３０】
外隔壁１６，１７は、蒸留器２の外形を保持する剛性を有し、好ましくは断熱性に優れ、更に気体及び液体の透過を阻止するものであればよく、樹脂であってもよく、ガラスやセラミックスでもよく、ステンレスやアルミニウム等の金属であってもよい。外隔壁１６，１７は、断熱性に優れていることが好ましい。外隔壁１６，１７の厚さは、伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５より大きくてもよく、伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５の厚さと同程度でもよい。
【００３１】
これら隔壁ないし膜１４〜１７によって、３つの路ないし室１１，１２，１３が形成されている。３つの路ないし室１１，１２，１３は、互いに並んで図１の左右方向に沿って平行に延びている。
【００３２】
第１通路１１は、伝熱隔壁１４と外隔壁１６との間に形成されている。第１通路１１の厚さは、例えば０．３ｍｍ〜２０ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。第２通路１２は、蒸留膜１５と外隔壁１７との間に形成されている。第２通路１２の厚さは、例えば０．３ｍｍ〜２０ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。溶媒抽出室１３は、不透過膜１４と蒸留膜１５の間に画成されている。溶媒抽出室１３の厚さは、例えば０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。伝熱隔壁１４が、第１の通路１１と溶媒抽出室１３を仕切っている。蒸留膜１５が、第２の通路１２と溶媒抽出室１３を仕切っている。第１通路１１と第２通路１２の間に溶媒抽出室１３が挟まれている。路ないし室１１，１２，１３の左右方向の長さは、隔壁ないし膜１４〜１７の左右方向の長さとほぼ等しい。路ないし室１１，１２，１３の幅（図１の紙面と直交する方向の寸法）は、隔壁ないし膜１４〜１７の幅とほぼ等しい。
【００３３】
第１通路１１の上流端と第２通路１２の下流端は、これら通路１１，１２の延び方向の互いに同じ端たとえば右端に配置されている。第１通路１１の下流端と第２通路１２の上流端は、これら通路１１，１２の延び方向の互いに同じ端たとえば左端に配置されている。
【００３４】
供給路２１が、海水（溶液）の供給源９から引き出され、第１通路１１の右端（上流端）に連なっている。海水供給源９は、海そのものでもよく、海水を貯めたタンクでもよい。供給源９の海水の温度（初期温度）は通常、常温（数℃〜３０数℃）である。図示は省略するが、供給路２１には海水中の不純物を除去するフィルターが設けられている。
【００３５】
第１通路１１と第２通路１２の左端どうし、すなわち第１通路１１の下流端と第２通路の上流端とが、端連通路２２にて連通されている。端連通路２２に熱源２が熱的に接続されている。熱源２は、例えば太陽熱集熱器にて構成されている。端連通路２２の中間部分が太陽熱集熱器の集熱路を構成している。
熱源２は、太陽熱集熱器に限定されず、各種工場の設備機械やエンジン等から出る排熱の回収部であってもよく、電熱ヒーターであってもよく、熱交換器であってもよい。
【００３６】
熱源２と第１通路１１との間の端連通路２２に送液ポンプ３（送液手段）が設けられている。送液ポンプ３は、端連通路２２の海水（溶液）を第１通路１１側から第２通路１２側へ向かうよう送る。ひいては、海水（溶液）を供給路２１、第１通路１１、端連通路２２、第２通路１２の順に送る。第１通路１１内の海水と第２通路１２内の海水は、互いに対向流を構成する。海水は送液ポンプ３により加圧される。したがって、第２通路１２が第１通路１１より圧力が高い状態になる。
送液ポンプ３は、熱源２と第２通路１２との間の端連通路２２に設けられていてもよい。
【００３７】
第２通路１２の右端（下流端）から排出路２４が延びている。
【００３８】
溶媒抽出室１３から出力路２５が延びている。出力路２５は、溶媒抽出室１３における第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端と同じ右端に接続されているが、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端と同じ左端に接続されていてもよい。
【００３９】
更に、蒸留器１０には中間連通手段３０が設けられている。中間連通手段３０は、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向（延び方向）の中間部どうしを連通している。ここで、第１通路１１の中間部は、第１通路１１における供給路２１との接続部より下流側（左側）かつ端連通路２２との接続部より上流側（右側）の部分である。第２通路１２の中間部は、第２通路１２における端連通路２２との接続部より下流側（右側）かつ排出路２４との接続部より上流側（左側）の部分である。中間連通手段３０は、第１通路１１及び第２通路１２における流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを連通している。更に中間連通手段３０は、第１通路１１及び第２通路１２を流路方向に断続的に連通している。
【００４０】
中間連通手段３０の具体的態様を説明する。
中間連通手段３０は、複数の環状体（短い管）３１を含む。環状体３１は、軸線を溶媒抽出室１３の厚さ方向（図１において上下方向）に向けて溶媒抽出室１３の内部に収容されている。環状体３１の外直径は、たとえば５ｍｍ〜４０ｍｍ程度であり、内直径は、たとえば０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。環状体３１の軸長（図１の上下方向の寸法）は、溶媒抽出室１３の厚さとほぼ等しい。
【００４１】
環状体３１の中心穴が中間連通路３２になっている。中間連通路３２の一端（図１において下端）は、伝熱隔壁１４を貫通して第１通路１１に連通している。中間連通路３２の他端（図１において上端）は、蒸留膜１５を貫通して第２通路１２に連通している。各中間連通路３２を介して第１通路１１の中間部の一箇所と第２通路１２の中間部の一箇所とが連通されている。第１、第２通路１１，１２における各中間連通路３２による上記連通箇所は、これら通路１１，１２の流路方向のほぼ同じ位置に位置している。中間連通路３２と溶媒抽出室１３とは、環状体３１の周壁によって隔てられている。
【００４２】
複数の環状体３１ひいては複数の中間連通路３２は、通路１１，１２の流路方向に分散して配置され、かつ通路１１，１２の幅方向（図１の紙面と直交する方向）にも分散して配置されている。複数の環状体３１の大きさは互いに等しい。複数の中間連通路３２の流路断面積は互いに等しい。この実施形態では、環状体３１は、通路１１，１２の流路方向に等間隔置きに配置され、かつ通路１１，１２の幅方向に等間隔置きに配置されている（図３参照）。通路１１，１２の流路方向に隣り合う環状体３１どうしの間隔Ｄは、例えばＤ＝１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。通路１１，１２の幅方向（図１の紙面と直交する方向）の環状体３１の配置間隔は、例えば１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
【００４３】
各中間連通路３２のコンダクタンスは、端連通路２２のコンダクタンスより十分に小さい。中間連通手段３０を構成する全部の中間連通路３２のコンダクタンスを合計しても、端連通路２２のコンダクタンスより小さい。
【００４４】
環状体３１ひいては中間連通路３２の大きさ、数、配置間隔等は、送液ポンプ３の出力、海水の第１通路１１への供給温度、熱源２からの供給熱量、海水（溶液）の粘度等に基づいて適宜設定するとよい。
【００４５】
上記構成の溶媒抽出装置１の動作を説明する。
送液ポンプ３を駆動し、海水を、供給路２１から蒸留器１０の第１通路１１の上流端に供給し、第１通路１１に通す（第１工程）。第１通路１１内の海水は、溶媒抽出室１３における後述する凝縮潜熱を伝熱隔壁１４を介して受け取る。この海水を第１通路１１の下流端から端連通路２２に導出する。この海水を送液ポンプ３にて加圧する。更に、海水を熱源２にて加熱する（加熱工程）。
【００４６】
加熱工程後の海水を、熱源３より下流の端連絡路２２を経て第２通路１２に通す（第２工程）。第２通路１２での海水は、第１通路１１での海水に対し対向流をなすよう流れる。第２通路１２内において、高温海水中の水蒸気が蒸留膜１５を透過して溶媒抽出室１３に入る。この水蒸気が伝熱隔壁１４を介して第１通路１１の海水により冷却され凝縮する。これにより、淡水が得られる。淡水は、溶媒抽出室１３から出力路２５を経て、種々の利用に供される。
【００４７】
第１通路１１では、海水が溶媒抽出室１３での凝縮潜熱を受け取ることにより、第１通路１１の下流すなわち左端に向かうにしたがって海水温度が上昇する。第２通路１２では海水から蒸発潜熱が奪われることによって、第２通路１２の下流すなわち右端に向かうにしたがって海水温度が低下する。したがって、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向に、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端に近い左寄りの部分は高温領域になり、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端に近い右寄りの部分は低温領域になる。
【００４８】
送液ポンプ３の加圧によって、第２通路１２が第１通路１１より高圧になっている。このため、第２通路１２の中間部の海水の一部が、中間連通路３２を通り、第１通路１１の中間部へ戻り、第１通路１１の海水と混り合う（混合工程）。これによって、第１通路１１及び第２通路１２の主に左寄りの高温領域どうし間で海水が循環するような流れが生じる。したがって、第１通路１１及び第２通路１２の上記高温領域の海水流量が増え、低温領域の海水流量が減る。よって、高温領域において、第２通路１２から第１通路１１への潜熱移動量が大きくても、第１通路１１の溶液の温度上昇を小さく抑えることができ、かつ第２通路１２の溶液の温度低下を小さく抑えることができる。これにより、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向に高温領域を広くできる。それだけ、低温領域を狭くできる。
【００４９】
第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の互いにほぼ同じ位置における蒸気圧差が大きいほど、蒸留膜１４からの水蒸気透過量が増大する。また、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の互いに同じ位置における温度差が一定であれば、各通路１１，１２の海水（溶液）の温度が高いほど、蒸気圧差が大きい。したがって、高温領域を広くすることによって蒸留膜１５の広い範囲において大きな水蒸気透過量を確保できる。この結果、溶媒抽出装置１のトータルの淡水抽出流量を増大させることができる。ゆえに、蒸留膜１５の機能を十分に活用することができる。
【００５０】
各中間連通路３２が第１通路１１及び第２通路１２における流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを連通しているため、第１通路１１及び第２通路１２における流路方向の互いにほぼ同じ位置の海水どうしを混合できる。
【００５１】
中間連通路３２が第１通路１１及び第２通路１２の流路方向に分散されることによって、第１通路１１及び第２通路１２の高温領域側の端に向かうにしたがって海水流量を漸次増大させることができ、低温領域側の端に向かうにしたがって海水流量を漸次減少させることができる。これにより、淡水抽出流量密度の最大値と最小値の差（分布幅）を小さくでき、溶媒抽出装置１のトータルの淡水抽出流量を確実に増大させることができる。
低温領域での流量低減に伴い、供給路２１から第１通路１１への海水の供給流量を低減できる。
【００５２】
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実施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省略する。
図２（ａ）の平面図に示すように、第２実施形態では、中間連通路３２の配置密度が第１通路１１及び第２通路１２の流路方向（同図において左右）の位置に応じて異なっている。具体的には、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端に近い位置（同図において左寄りの位置）では、中間連通路３２が疎に配置され、しかも中間連通路３２の配置密度がほぼ一様になっている。第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端に近い位置（同図において右寄りの位置）では、中間連通路３２が密に配置され、しかも中間連通路３２の配置密度が左右方向に変化し、右端に近付くにしたがって中間連通路３２の配置がより密になっている。第２実施形態では、中間連通路３２の左右方向すなわち通路１１，１２の流路方向に沿う間隔は一定であり、通路１１，１２の幅方向に中間連通路３２の間隔が変化しているが、これに限定されるものではなく、通路１１，１２の流路方向に沿う中間連通路３２の間隔を変化させ、通路１１，１２の幅方向には中間連通路３２の間隔を一定にしてもよい。中間連通路３２の間隔を通路１１，１２の流路方向にも幅方向にも変化させることにしてもよい。
【００５３】
中間連通路３２の配置密度は、次の手順にて設定することができる。
図２（ｂ）のグラフの太実線の曲線Ａに示すように、第１通路１１及び第２通路１２の理想の流量分布を設定する。理想の流量分布は、溶媒抽出室１３における淡水抽出流量密度の最大値と最小値の差が中間連通手段３０を設けなかった場合より小さくなるよう設定する。例えば、第１通路１１の上流端での海水温度が３０℃程度であり、第２通路１２の上流端での海水温度が８０℃程度である場合には、溶媒抽出室１３における淡水抽出流量密度の最大値と最小値の差が、中間連通手段３０を設けなかった場合の５０％以下になるよう設定するのが好ましい。なお、中間連通手段３０を設けない場合、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端に対応する位置で淡水抽出流量密度が最大値を示し、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端に対応する位置で淡水抽出流量密度が最小値を示す。より好ましくは、理想の流量分布を、淡水抽出流量密度が溶媒抽出室１３の流路方向の全体で一定値（最大値と最小値の差が０）になるよう設定する（後記の実施例１〜４参照）。
【００５４】
次に、図２（ｂ）のグラフにおいて、細実線にて示す階段状の折れ線Ｂを上記の理想流量分布曲線Ａに沿うように作成する。階段状折れ線Ｂには、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の中間連通路３２を配置する位置ごとに段差を付ける。そして、図２（ａ）に示すように、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の各位置における中間連通路３２の数を、図２（ｂ）のグラフ上の対応する位置における階段状折れ線Ｂの段差の高さに応じて設定する。階段状折れ線Ｂは、第１通路１１及び第２通路１２の実際の流量分布に近似する。
【００５５】
第２実施形態によれば、中間連通手段３０のコンダクタンスを流路方向の位置に応じて異ならせることができ、第２通路１２から第１通路１１への海水の戻し流量を流路方向の位置に応じて異ならせることができる。これにより、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の流量変化の度合いを高温領域では小さくでき、低温領域では大きくできる。したがって、高温領域を確実に広くでき、低温領域を確実に狭くできる。よって、溶媒抽出装置１全体の淡水抽出流量を確実に増大させることができる。
【００５６】
図３及び図４は、第３実施形態を示したものである。第３実施形態は、中間連通手段３０の材質及び形成方法の一態様に係る。図３及び図４（ｃ）に示すように、第３実施形態では、環状体３１が接着剤４１にて構成されている。接着剤４１からなる環状体３１が、複数、溶媒抽出室１３の内部に整列して並べられている。環状体３１は、第１及び第２通路１１，１２の延び方向（図３において左右方向）に等間隔置きに配置され、かつ幅方向（図３において上下方向）にも等間隔置きに配置されているが、第２実施形態（図２）と同様に、環状体３１の配置間隔が第１及び第２通路１１，１２の延び方向の位置に応じて異なっていてもよい。
【００５７】
図４（ｃ）に示すように、環状体３１を構成する接着剤４１によって、伝熱隔壁１４と蒸留膜１５の互いに対向する面どうしが接着されている。接着剤４１の厚さは、溶媒抽出室１３の厚さに等しい。貫通穴４２が、伝熱隔壁１４と接着剤４１と蒸留膜１５を貫通するよう形成されている。この貫通穴４２が中間連通路３２になる。貫通穴４２の伝熱隔壁１４に形成された部分が、第１通路１１に連なっている。貫通穴４２の接着剤４１を貫通する部分が、環状体３１の中心穴を構成する。貫通穴４２の蒸留膜１５に形成された部分が、第２通路１２に連なっている。接着剤４１によって、中間連通路３２と溶媒抽出室１３とが隔てられている。
【００５８】
なお、図３に示すように、溶媒抽出室１３の幅方向（同図において上下方向）の両縁には、これら縁に沿って接着剤４０が設けられている。伝熱隔壁１４の周縁には、位置決め穴１９が形成されている。図示は省略するが、接着剤４０は、溶媒抽出室１３の流路方向（同図において左右方向）の縁にも設けられている。接着剤４０によって、伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５の周縁どうしが接着されている。接着剤４０は、溶媒抽出室１３の周縁を塞ぐシール材になる。更に、接着剤４０，４１は、溶媒抽出室１３の厚さを確保するスペーサとなる。
【００５９】
第３実施形態における蒸留器１０の製造方法を、中間連通手段３０の製造工程を中心に説明する。
図４（ａ）に示すように、伝熱隔壁１４の溶媒抽出室１３側の面（図４（ａ）において上面）に接着剤４１を塗布する。接着剤４１は、中間連通路３２を形成すべき各位置にスポット状に塗布する。また、図３に示すように、伝熱隔壁１４の溶媒抽出室１３側の面の周縁に接着剤４０をスジ状に塗布する。
【００６０】
次に、図４（ｂ）に示すように、蒸留膜１５を伝熱隔壁１４に貼り合わせる。このとき、位置決め穴１９を使って蒸留膜１５及び伝熱隔壁１４を位置決めする。接着剤４０，４１によって伝熱隔壁１４と蒸留膜１５を接着する。伝熱隔壁１４と蒸留膜１５との間には、接着剤４０，４１の厚さ分の隙間が形成される。この隙間が溶媒抽出室１３となる。
【００６１】
次に、図４（ｃ）に示すように、伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５の各接着剤４１に対応する位置に貫通穴４２を形成する。貫通穴４２は、伝熱隔壁１４と接着剤４１と蒸留膜１５を貫通する。この貫通穴４２が中間連通路３２になる。
【００６２】
更に、外隔壁１６，１７（図１参照）を伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５の両側に設けることにより、第１通路１１及び第２通路１２を形成する。
【００６３】
中間連通手段３０は、溶媒抽出室１３内を貫通するのに限られず、溶媒抽出室１３を迂回してもよく、蒸留器１０の外部に付設してもよい。
図５は、本発明の第４実施形態を示したものである。この実施形態では、中間連通手段３０として、溶媒抽出室１３内の環状体３１に代えて、蒸留器１０の外側に複数の管３３が設けられている。各管３３の一端は、蒸留器１０の外隔壁１６に接続されている。各管３３の他端は、蒸留器１０の外隔壁１７に接続されている。
【００６４】
管３３の内部空間が中間連通路３２を構成する。管３３の内部空間からなる中間連通路３２の一端が、外隔壁１６を貫通して第１通路１１に連なっている。管３３の内部空間からなる中間連通路３２の他端が、外隔壁１７を貫通して第２通路１２に連なっている。管３３の第１通路１１との接続端と第２通路１２との接続端は、第１通路１１及び第２通路１２の延び方向（図５において左右方向）の互いにほぼ同じ位置に配置されている。
【００６５】
図５の仮想線に示すように、管３３には、溶液を第１通路１１側から第２通路１２側へ流すポンプ等の送液手段３４を設けてもよい。この場合、メインの送液ポンプ３を供給路２１に設けてもよく、第２通路１２が第１通路１１より低圧であってもよい。管３３に絞り弁等の流通抵抗調節手段３５を設け、コンダクタンスを調節することもできる。
【００６６】
図６に示すように、各管３３の第１通路１１との接続端と第２通路との接続端を通路１１，１２の流路方向にずらして配置することにしてもよい。
【００６７】
本発明は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変をなすことができる。
例えば、蒸留器１０全体の環状体３１ないし管３３の数が単数であってもよく、中間連通路３２の数が単数であってもよい。
中間連通路３２の流路断面積を変えることによって、第１通路及び第２通路１２の流路方向の各位置における中間連通路３２の疎密度ひいては中間連通手段３０のコンダクタンスを調節してもよい。
中間連通手段３０は、第１通路及び第２通路１２の流路方向に連続していてもよい。中間連通路３２が、第１通路及び第２通路１２の流路方向に延びるスリット状になっていてもよい。
環状体３１の断面は、真円形に限られず、楕円や多角形等でもよい。
【００６８】
蒸留器１０が、隔壁ないし膜１４，１５ひいては路ないし室１１，１２，１３をそれぞれ多数（複数）有する多段積層構造になっていてもよい。多段積層構造の蒸留器１０では、第１通路１１の積層方向の両側にそれぞれ溶媒抽出室１３が配置され、かつ第２通路１２の積層方向の両側にそれぞれ溶媒抽出室１３が配置され、かつ各溶媒抽出室１３が第１通路１１と第２通路１２に挟まれていることが好ましい。積層方向の最も両外側にはそれぞれ第１通路１１を介して外隔壁１６又は１７が配置されることが好ましい。上記多段積層構造の蒸留器１０において、中間連通手段３０が、各溶媒抽出室１３を挟んで隣り合う第１通路１１と第２通路１２の中間部どうしを連通していてもよく、任意の１又は複数の第１通路１１と任意の１又は複数の第２通路１２の中間部どうしを連通していてもよく、すべての第１通路１１とすべての第２通路１２の中間部どうしを連通していてもよい。
【００６９】
蒸留器１０の延び方向は任意であり、左右方向に限られず、上下方向であってもよく、水平又は垂直に対し斜めの方向であってもよい。
【実施例１】
【００７０】
実施例を説明する。本発明が以下の実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。
実施例１では、第１通路１１及び第２通路１２の流量を流路方向に変化させることの効果をコンピュータシミュレーションによって確認した。
【００７１】
第１通路１１の流路方向の長さを３０ｍとし、流路方向と直交する流路幅を１ｍとし、流路厚さを０．６ｍｍとした。第２通路１２及び溶媒抽出室１３についても同様に、流路方向の長さを３０ｍとし、流路方向と直交する流路幅を１ｍとし、流路厚さを０．６ｍｍとした。
第１通路１１の上流端での海水温度を３０℃とした。第２通路１２の上流端での海水温度を８０℃とした。熱源２から海水に与えられる熱量を４８００Ｗとした。
【００７２】
淡水抽出流量密度が溶媒抽出室１３の全体にわたってなるべく一定になる流量分布（図７（ａ））を算出し、この流量分布の算出結果から淡水抽出流量密度（図７（ｂ））を逆算し、更に温度分布（図７（ｃ））及び温度差分布（図７（ｄ））を算出した。算出には近似的に下記の拡散方程式を用いた。
【００７３】
【数１】
ここで、Ｊは、第２通路１２の各位置から溶媒抽出室１３への水蒸気の透過流量、すなわち淡水抽出流量密度である。Ｄは、水蒸気の拡散定数である。Ｒは、気体定数である。Ｔは、上記各位置における第１通路１１の海水温度と第２通路１２の海水温度の平均（絶対温度）である。Ｐ（Ｔ）は、温度Ｔにおける海水の蒸気圧である。τは、上記各位置における第２通路１２の海水温度から第１通路１１の海水温度を差し引いた温度差である。
【００７４】
図７（ａ）〜（ｄ）において、太実線ａは上記近似式１を用いた算出結果であり、二点鎖線ｂは、更に滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して淡水出力流量が最大になるよう流量分布を最適化したときの算出結果である。細実線は、比較例であり、中間連通手段３０を設けなかった場合、すなわち第２通路１２から第１通路１１への戻しを行なわなかった場合の算出結果である。横軸は、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の位置である。位置「０ｍ」は、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（高温領域側の端）を示す。位置「３０ｍ」は、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（低温領域側の端）を示す。同図（ｃ）の温度分布は、流路方向の各位置における第１通路１１の海水と第２通路１２の海水の平均温度（上記絶対温度Ｔを摂氏に換算した値）の分布である。同図（ｄ）の温度差分布は、流路方向の各位置における第１、第２通路１１，１２の海水温度差（τ）の分布である。
【００７５】
図７（ａ）及び（ｂ）の細線ｃに示すように、中間連通手段３０を設けなかった場合の流量は、第１通路１１及び第２通路１２の全区間を通じてほぼ一定であり、淡水抽出流量密度は、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）へ向かうにしたがって漸減する。なお、第２通路１２の流量は、淡水抽出に伴い、下流端（「３０ｍ」の位置）へ向かうにしたがって厳密には減少するが、その減少量は無視できる程度に小さい。図７（ｃ）の細線ｃに示すように、中間連通手段３０を設けなかった場合の流路方向の温度変化は、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（「０ｍ」の位置）に近いほど急であり、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）に近いほど緩やかである。したがって、温度分布が下に凸の曲線になる。よって、高温領域が比較的狭く、低温領域が比較的広い。出力路２５から取り出される淡水流量の算出値は、１１．９ｃｃ／ｓｅｃであった（表１参照）。
【００７６】
これに対し、図７（ａ）の太実線ａに示すように、中間連通手段３０を設けることによって、第１、第２通路１１，１２内の海水流量が、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（「０ｍ」の位置）に近い位置では大きく、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）に近い位置では小さくなる。そして、図７（ｃ）の太実線ａに示すように、第１、第２通路１１，１２の流路方向の温度変化が、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（「０ｍ」の位置）に近いほど緩やかになり、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）に近いほど急になる。したがって、温度分布が上に凸の曲線になる。よって、高温領域を、通路１１，１２の流量を一定とした場合すなわち中間連通手段３０を設けなかった場合（図７の細線ｃ）より広くでき、低温領域を狭くできる。図７（ｄ）の太実線ａに示すように、中間連通手段３０を設けた場合の第２通路１２と第１通路１１の温度差は、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（「０ｍ」の位置）に近いほど小さくなり、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）に近いほど大きくなる。出力路２５から取り出される淡水流量は、１２．３ｃｃ／ｓｅｃになり、中間連通手段３０を設けなかった場合より大きくなった（表１参照）。
【００７７】
図７（ａ）〜（ｄ）の二点鎖線ｂにて示すように、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して流量分布を設定した場合も、上記拡散の近似式１を適用した場合（図７の実線ａ）と似た挙動を示し、高温領域を広くでき、低温領域を狭くできる。出力路２５から取り出される淡水流量は、１２．４ｃｃ／ｓｅｃになり、中間連通手段３０を設けなかった場合より大きくなった（表１参照）。
【実施例２】
【００７８】
実施例２では、第１通路１１、第２通路１２、溶媒抽出室１３の厚さをそれぞれ０．１２ｍｍとし、それ以外の条件は実施例１と同一にして、実施例１と同様のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図８に示す。同図（ｃ）の太実線ａ及び二点鎖線ｂに示すように、実施例２の温度分布は、実施例１の流路厚さ０．６ｍｍのときと比べ、より上に凸の曲線になり、高温領域がより広くなった。出力路２５から取り出される淡水流量は、中間連通手段３０を設けなかった場合（図８の細線ｃ）が１４．１ｃｃ／ｓｅｃであったのに対し、拡散の近似式１を用いて流量分布を設定した場合（図８の太実線ａ）が１５．５ｃｃ／ｓｅｃになり、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して流量分布を設定した場合（図８の二点鎖線ｂ）が１５．６ｃｃ／ｓｅｃになった（表１参照）。
【実施例３】
【００７９】
実施例３では、第１通路１１の上流端での海水温度を２５℃とし、かつ第２通路１２の上流端での海水温度を９０℃とし、それ以外の条件は実施例１と同一にして、実施例１と同様のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図９に示す。出力路２５から取り出される淡水流量は、中間連通手段３０を設けなかった場合（図９の細線ｃ）が１４．０ｃｃ／ｓｅｃであったのに対し、拡散の近似式１を用いて流量分布を設定した場合（図９の太実線ａ）が１４．８ｃｃ／ｓｅｃになり、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して流量分布を設定した場合（図９の二点鎖線ｂ）が１４．９ｃｃ／ｓｅｃになった（表１参照）。
【実施例４】
【００８０】
実施例４では、第１通路１１の上流端での海水温度を２５℃とし、かつ第２通路１２の上流端での海水温度を９０℃とし、更に第１通路１１、第２通路１２、溶媒抽出室１３の厚さをそれぞれ０．１２ｍｍとし、それ以外の条件は実施例１と同一にして、実施例１と同様のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図１０に示す。出力路２５から取り出される淡水流量は、中間連通手段３０を設けなかった場合（図１０の細線ｃ）が１６．３ｃｃ／ｓｅｃであったのに対し、拡散の近似式１を用いて流量分布を設定した場合（図１０の太実線ａ）が１６．８ｃｃ／ｓｅｃになり、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して流量分布を設定した場合（図１０の二点鎖線ｂ）が１８．７ｃｃ／ｓｅｃになった（表１参照）。
【００８１】
表１は、実施例１〜４における出力路２５から得られる淡水流量をまとめたものである。表１の「ａ;式１」は、拡散近似式１を用いたシミュレーション結果（図７〜図１０の太実線ａ）を示す。「ｂ;最適化」は、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果（図７〜図１０の二点鎖線ｂ）を示す。「ｃ;比較例」は、通路１１，１２の流量を一定とした場合のシミュレーション結果（図７〜図１０の細線ｃ）を示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
何れの実施例においても、通路１１，１２の流量を一定とした場合すなわち中間連通手段３０を設けなかった場合（「ｃ;比較例」）より、中間連通手段３０を設けて流量を変化させた場合（ａ;式１」及び「ｂ;最適化」）
のほうが、淡水流量を大きくできた。特に、実施例４の最適化アルゴリズムを用いて流量分布を設定した場合、中間連通手段３０を設けなかった場合に対して淡水流量の増加量が大きかった。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、例えば海水から淡水を取り出す淡水化装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 溶媒抽出装置
２ 熱源
３ 送液手段
１０ 蒸留器
１１ 第１通路
１２ 第２通路
１３ 溶媒抽出室
１４ 伝熱隔壁（不透過膜）
１５ 蒸留膜
１６，１７ 外隔壁
１９ 位置決め穴
２１ 供給路
２２ 端連通路
２４ 排出路
２５ 出力路
３０ 中間連通手段
３１ 環状体
３２ 中間連通路
３３ 管
３４ 送液手段
３５ 流通抵抗調節手段
４０ 接着剤
４１ 接着剤
４２ 貫通穴
【技術分野】
【０００１】
この発明は、海水等の溶液から溶媒を抽出する装置及び方法に関し、特に膜蒸留法（MD；Membrane Distillation法）による溶媒抽出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜蒸留法は、海水等の溶液から淡水等の溶媒を抽出する方法として公知である（例えば特許文献１、２等参照）。膜蒸留法を実施する装置は、蒸留器を備えている。蒸留器の内部には２つの膜により３つの通路が形成されている。２つの膜のうち１つは、気体も液体も通さない不透過膜（伝熱隔壁）であり、もう１つは、気体は通すが液体は通さない蒸留膜である。不透過膜によって第１通路と第３通路が仕切られている。蒸留膜によって第２通路と第３通路が仕切られている。不透過膜と蒸留膜との間に第３通路が画成されている。第３通路は、溶媒抽出室を構成している。
【０００３】
海水（溶液）を先ず第１通路に通す。第１通路内を流通中の海水が、第３通路すなわち溶媒抽出室の水蒸気の凝縮潜熱を不透過膜を介して受け取り、下流に向かうにしたがって温度が上昇する。第１通路を通過後の海水を太陽熱集熱器等の熱源で加熱して更に高温にする。熱源からの高温海水を第２通路に導入する。第２通路での海水は、第１通路での海水と対向流をなすように流れる。この第２通路の海水中の水蒸気が蒸留膜を透過して溶媒抽出室に入る。この水蒸気が不透過膜を介して第１通路の海水と接触して冷却し、凝縮する。これにより、溶媒抽出室から淡水を取り出すことができる。第２通路では、淡水抽出に伴って海水から蒸発潜熱が奪われ、下流になるにしたがって海水温度が低下していく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−０１６８０２号公報
【特許文献２】特開昭６０−３４７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の溶媒抽出装置における第１通路と第２通路の連通箇所は、第１通路の下流端と第２通路の上流端の一箇所のみである。第１通路を流通中の低温海水と第２通路を流通中の高温海水とは、これら通路の流通方向の中間部で互いに混合しない構造になっている。したがって、第１通路での海水流量は、第１通路の流路方向の全区間にわたって一定である。淡水の抽出流量は海水の流量に比べて十分に小さいから、第２通路での海水流量は、第２通路の流路方向の全区間にわたって一定とみなせる。
【０００６】
海水等の溶液が高温であるほど、蒸気圧が高く、淡水等の溶媒の抽出効率が高く、第２通路の溶液から第１通路の溶液への潜熱移動量も大きい。そのため、溶液流量が一定であれば、高温時の温度変化は比較的大きく、低温時の温度変化は比較的小さい。したがって、従来の溶媒抽出装置の第１通路では、上流側の部分において温度が緩やかな勾配で上昇し、下流端の近くで温度が急勾配で上昇する。第２通路の温度は、上記第１通路の下流端と同じ側の上流端の近くで急勾配で低下し、下流に向かうにしたがって低下勾配が緩やかになる。よって、溶媒抽出装置の高温領域は狭く、低温領域は広くなる傾向がある。このため、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量が十分でない。蒸留膜は比較的高価であるにも拘わらず、その利用効率が低い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、本発明装置は、互いに並んで延びる第１通路及び第２通路に、溶液を第１通路、第２通路の順に対向流をなすよう流し、上記第１通路の下流端と上記第２通路の上流端とを連ねる端連通路において上記溶液を加熱し、上記第１、第２通路間に挟まれた溶媒抽出室から上記溶液の溶媒を抽出する溶媒抽出装置であって、
上記第１通路と上記溶媒抽出室とを熱交換可能に仕切る伝熱隔壁と、
上記第２通路と上記溶媒抽出室とを仕切り、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する蒸留膜と、
上記端連通路より小さいコンダクタンスを有して、上記第１通路及び第２通路の流路方向の中間部どうしを連通する中間連通手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
海水等の溶液を第１通路の上流端に供給し、第１通路の内部に通す。このとき、溶媒抽出室の溶媒蒸気の後記凝縮潜熱が伝熱隔壁を介して第１通路の溶液に伝わる。これにより、第１通路の溶液の温度が下流に向かうにしたがって上昇する。溶液を第１通路の下流端から端連通路に導出する。この溶液を更に加熱する。加熱後の溶液を端連通路から第２通路の上流端へ導入し、第２通路の内部に通す。第２通路の上流端は第１通路の下流端と上記流路方向の同じ側に配置されている。第２通路内の溶液の流れは、第１通路内の溶液の流れに対し対向流をなす。第２通路内の溶液中の溶媒が蒸発して蒸留膜を透過して溶媒抽出室に入る。この溶媒蒸気が、伝熱隔壁を介して第１通路の溶液によって冷却されて凝縮する。これにより、溶媒を抽出できる。第２通路内の溶液から蒸発潜熱が奪われることによって、第２通路の下流に向かうにしたがって溶液温度が低下する。したがって、第１通路及び第２通路の流路方向に第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い領域は高温になり、第１通路の上流端及び第２通路の下流端に近い領域は低温になる。第２通路の中間部の溶液の一部を中間連通手段によって第１通路の中間部へ戻し、第１通路の溶液と混合する。これにより、第１通路及び第２通路の上記高温の領域の流量が増え、上記低温の領域の流量が減る。したがって、高温領域において、第２通路から第１通路への潜熱移動量が大きくても、第１通路の溶液の温度上昇を小さく抑えることができ、かつ第２通路の溶液の温度低下を小さく抑えることができる。よって、第１通路及び第２通路の流路方向に高温領域を広くできる。それだけ、低温領域を狭くできる。この結果、溶媒抽出装置のトータルの溶媒抽出流量を増大させることができ、かつ蒸留膜の利用効率を高めることができる。また、低温領域での流量低減に伴い、第１通路の上流端への溶液の供給流量を低減できる。
【０００９】
上記端連通路に、上記溶液を上記第１通路から上記第２通路へ向かうよう送る送液手段を設けるのが好ましい。
これにより、第２通路を第１通路より高圧にできる。したがって、第１通路の溶液が中間連通手段を逆流して第２通路へ入るのを防止でき、中間連通手段での溶液の流れ方向を確実に第２通路から第１通路へ向かう方向にすることができる。
【００１０】
上記中間連通手段が、上記第１通路及び第２通路における上記流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを連通していることが好ましい。
これにより、第１通路及び第２通路における流路方向の互いにほぼ同じ位置の溶液どうしを混合できる。
【００１１】
上記中間連通手段は、上記第１通路及び第２通路の流路方向の中間部の単一箇所どうしだけを連通していてもよく、上記第１通路及び第２通路の中間部を上記流路方向に断続的に連通していてもよく、上記第１通路及び第２通路の中間部を上記流路方向に連続的に連通していてもよい。
上記断続的又は連続的な中間連通手段によれば、第２通路の流路方向の中間部の広い範囲から溶液を第１通路の流路方向の中間部の広い範囲に戻すことができる。したがって、第１通路の流量を下流に向かうにしたがって段階的又は連続的に増大させることができる。第２通路の流量を下流に向かうにしたがって段階的又は連続的に減少させることができる。上記断続的又は連続的な中間連通手段の全体のコンダクタンスが上記端連通路のコンダクタンスより小さいことが好ましい。上記中間連通手段のコンダクタンスは、上記第１通路及び第２通路の流路方向に一定でもよく、上記流路方向の位置に応じて異なっていてもよい。上記中間連通手段のコンダクタンスが上記流路方向の位置に応じて異ならせることによって、第２通路から第１通路への溶液の戻り流量を流路方向の位置に応じて異ならせることができる。
【００１２】
上記中間連通手段が、上記流路方向に分散して配置された複数の中間連通路を含み、各中間連通路が、上記第１通路の上記中間部の一箇所と上記第２通路の上記中間部の一箇所とを連通していることが好ましい。
これにより、第２通路の流路方向の中間部の複数箇所から溶液を第１通路の流路方向の中間部の複数箇所に戻すことができる。したがって、第１通路の流量を下流に向かうにしたがって漸次増大させることができる。第２通路の流量を下流に向かうにしたがって漸次減少させることができる。
【００１３】
上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い位置には上記中間連通路が相対的に疎に配置され、上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端から遠い位置には上記中間連通路が相対的に密に配置されていることが好ましい。上記中間連通路が疎に配置されている部分では、中間連通路のコンダクタンスが小さく、上記中間連通路が密に配置されている部分では、中間連通路のコンダクタンスが大きい。
これにより、第１通路及び第２通路の流路方向の溶液流量変化を上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い位置では小さくでき、上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端から遠い位置では大きくできる。上記中間連通路の疎密は、上記第１通路及び第２通路の流路方向の単位長さあたりの中間連通路の数又は各中間連通路の流路断面積によって調節できる。
【００１４】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室における溶媒抽出流量密度の最大値と最小値の差が上記中間連通手段を設けなかった場合より小さくなるよう上記流路方向に分布していることが好ましい。
これにより、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量を確実に増大させることができる。たとえば、中間連通路の配置間隔又は流路断面積を上記流路方向の位置に応じて設定することによって、上記中間連通手段の分布を設定できる。
【００１５】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が上記流路方向に概略一定になるよう上記流路方向に分布していることがより好ましい。
これにより、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量を一層確実に増大させることができる。たとえば、中間連通路の配置間隔又は流路断面積を上記流路方向の位置に応じて設定することによって、上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が概略一定になるよう、上記中間連通手段の分布を設定できる。
【００１６】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室の内部に収容された環状体を含み、この環状体の中心穴が、上記第１通路と上記第２通路とを連通する中間連通路になることが好ましい。
これにより、第２通路の溶液を環状体の中心穴からなる中間連通路を経て第１通路に戻し、第１通路の溶液と混合できる。溶媒抽出室と中間連通路とを環状体によって仕切ることができ、溶液が中間連通路から溶媒抽出室へ入り込むのを防止できる。中間連通路の長さを溶媒抽出室の厚さ程度にすることができる。上記第１通路及び第２通路の流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを確実に連通できる。
【００１７】
上記環状体が、上記伝熱隔壁及び蒸留膜の互いに対向する面どうしを接着する接着剤であり、上記中間連通路が、上記蒸留膜と上記接着剤と上記伝熱隔壁とを貫通する貫通穴であることが好ましい。
これにより、中間連通路を容易に形成できる。第２通路の溶液を上記貫通穴からなる中間連通路を経て第１通路に戻し、第１通路の溶液と混合できる。接着剤にて伝熱隔壁と蒸留膜とを接着できるだけでなく、溶媒抽出室と中間連通路とを接着剤によって仕切ることができ、溶液が中間連通路から溶媒抽出室へ入り込むのを防止できる。接着剤によって溶媒抽出室の厚さを確保できる。
【００１８】
本発明方法は、溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出方法であって、
伝熱隔壁を介して溶媒抽出室と熱交換可能に仕切られた第１通路に上記溶液を流す第１工程と、
上記第１通路の下流端から出た上記溶液を熱源により加熱する加熱工程と、
気体の透過を許容し液体の透過を阻止する蒸留膜を介して上記溶媒抽出室と仕切られた第２通路に、上記加熱後の上記溶液を上記第１通路と対向流をなすように流す第２工程と、
上記第２工程の途中の溶液の一部を、上記第２通路の流路方向の中間部から上記第１通路の流路方向の中間部に戻して上記第１工程の途中の溶液に混合する混合工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
溶液を第１の通路に通すと（第１工程）、溶媒抽出室の溶媒蒸気の凝縮潜熱が伝熱隔壁を介して第１の通路の溶液に伝わる。これにより、第１通路の溶液の温度が下流に向かうにしたがって上昇する。第１通路を通過後の溶液を熱源で加熱し（加熱工程）、更に高温にする。加熱後の溶液を第２通路に通すと（第２工程）、溶液中の溶媒が蒸発して蒸留膜を透過して蒸発し溶媒抽出室に入る。この溶媒蒸気が、伝熱隔壁を介して第１通路の溶液にて冷却されて凝縮する。これにより、溶媒抽出室から凝縮溶媒を取り出すことができる。第２通路内の溶液から蒸発潜熱が奪われることによって、第２通路の下流に向かうにしたがって溶液温度が低下する。したがって、第１通路及び第２通路の流路方向に第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い領域は高温になり、第１通路の上流端及び第２通路の下流端に近い領域は低温になる。第２通路の中間部の溶液の一部を第１通路の中間部へ戻し、第１通路の溶液と混合する（混合工程）。これにより、第１通路及び第２通路の上記高温の領域の流量が増え、上記低温の領域の流量が減る。したがって、高温領域において、第２通路から第１通路への潜熱移動量が大きくても、第１通路の溶液の温度上昇及び第２通路の溶液の温度低下をそれぞれ小さく抑えることができる。よって、第１通路及び第２通路の流路方向に高温領域を広くできる。それだけ、低温領域を狭くできる。この結果、トータルの溶媒抽出流量を増大させることができ、かつ蒸留膜の機能を十分に活用することができる。また、低温領域での流量を低減できるから、第１通路の上流端への溶液の供給流量を低減できる。
【００２０】
上記流路方向の複数の位置において位置ごとに上記第２通路から上記第１通路への上記溶液の戻しを行うことが好ましい。
これにより、第１通路の流量を下流に向かって段々と増大させることができる。第２通路の流量を下流に向かって段々と減少させることができる。
【００２１】
上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度の最大値と最小値の差が上記戻しを行わなかった場合より小さくなるよう、上記位置ごとの上記溶液の戻し流量を設定することが好ましい。
これにより、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量を確実に増大させることができる。
【００２２】
上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が上記流路方向に沿って概略一定になるよう、上記位置ごとの上記溶液の戻し流量を設定することが好ましい。
これにより、溶媒抽出装置全体の溶媒抽出流量を一層確実に増大させることができる。
【００２３】
上記溶液は、例えば海水、塩水（かん水）、又は汚水である。
これにより、海水、塩水から淡水を製造できる。或いは、汚水から浄水を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、溶媒の抽出効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る溶媒抽出装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示し、（ａ）は、溶媒抽出装置の蒸留器を溶媒抽出室の厚さ方向の中央部で切断して伝熱隔壁の側を平面視した解説平面図であり、（ｂ）は、上記蒸留器の第１通路及び第２通路内の溶液流量分布を示すグラフである。
【図３】本発明の第３実施形態を示し、溶媒抽出装置の蒸留器の流路方向の一部分を溶媒抽出室の厚さ方向の中央部で切断して伝熱隔壁の側を平面視した解説平面図である。
【図４】上記第３実施形態の中間連通手段の製造工程を、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って切断して示した断面図であり、（ａ）は、伝熱隔壁上に中間連通手段の環状体となるべき接着剤を配置した状態を示し、（ｂ）は、上記接着剤を介して伝熱隔壁と蒸留膜を貼り合わせた状態を示し、（ｃ）は、伝熱隔壁と接着剤と蒸留膜とに、中間連通路となる貫通穴を形成した状態を示す。
【図５】本発明の第４実施形態に係る溶媒抽出装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】上記第４実施形態の変形例を示す断面図である。
【図７】実施例１のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水流量の分布を示し、（ｂ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する溶媒抽出室における淡水抽出流量密度の分布を示し、（ｃ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水温度の分布を示し、（ｄ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路の海水と第２通路内の海水との温度差の分布を示す。グラフ中、太実線ａは近似的な拡散方程式を用いたシミュレーション結果であり、二点鎖線ｂは最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果であり、細線ｃは中間連通手段が無い比較例のシミュレーション結果である。
【図８】実施例２のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水流量の分布を示し、（ｂ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する溶媒抽出室における淡水抽出流量密度の分布を示し、（ｃ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水温度の分布を示し、（ｄ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路の海水と第２通路内の海水との温度差の分布を示す。グラフ中、太実線ａは近似的な拡散方程式を用いたシミュレーション結果であり、二点鎖線ｂは最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果であり、細線ｃは中間連通手段が無い比較例のシミュレーション結果である。
【図９】実施例３のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水流量の分布を示し、（ｂ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する溶媒抽出室における淡水抽出流量密度の分布を示し、（ｃ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水温度の分布を示し、（ｄ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路の海水と第２通路内の海水との温度差の分布を示す。グラフ中、太実線ａは近似的な拡散方程式を用いたシミュレーション結果であり、二点鎖線ｂは最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果であり、細線ｃは中間連通手段が無い比較例のシミュレーション結果である。
【図１０】実施例４のシミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水流量の分布を示し、（ｂ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する溶媒抽出室における淡水抽出流量密度の分布を示し、（ｃ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路及び第２通路内の海水温度の分布を示し、（ｄ）は、第１通路及び第２通路の流路方向の位置に対する第１通路の海水と第２通路内の海水との温度差の分布を示す。グラフ中、太実線ａは近似的な拡散方程式を用いたシミュレーション結果であり、二点鎖線ｂは最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果であり、細線ｃは中間連通手段が無い比較例のシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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、本発明の第１実施形態を示したものである。第１実施形態の溶媒抽出装置１は、蒸留器１０と、熱源２を備えている。
【００２７】
蒸留器１０は、伝熱隔壁１４と、蒸留膜１５と、外隔壁１６，１７を備えている。各隔壁ないし膜１４〜１７は、薄い平板状をなし、幅方向を図１の紙面と直交する方向へ向けて、図１の左右方向に長く延びている。各隔壁ないし膜１４〜１７の左右方向の長さは、例えば０．２ｍ〜１０ｍ程度であり、図１の紙面と直交する幅は、例えば０．１ｍ〜１．５ｍ程度であるが、これに限定されるものではない。隔壁ないし膜１４〜１７は、互いに平行をなし、外隔壁１６、伝熱隔壁１４、蒸留膜１５、外隔壁１７の順に積層されている。
【００２８】
伝熱隔壁１４は、気体も液体も透過させることがなく、かつ熱伝導可能な良伝熱性の不透過膜にて構成されている。伝熱隔壁１４は、アルミニウム等の金属フィルムでもよく、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの樹脂フィルムでもよい。ＰＥＴフィルムなどの樹脂フィルムは、金属フィルムより腐蝕しにくくコスト面でも有利である。伝熱隔壁１４の厚さは、例えば２０μｍ〜２００μｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
蒸留膜１５は、例えば多孔質の膜で構成され、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する。蒸留膜１５の材料としては、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成樹脂が挙げられる。蒸留膜１５の厚さは、例えば３０μｍ〜３００μｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
【００３０】
外隔壁１６，１７は、蒸留器２の外形を保持する剛性を有し、好ましくは断熱性に優れ、更に気体及び液体の透過を阻止するものであればよく、樹脂であってもよく、ガラスやセラミックスでもよく、ステンレスやアルミニウム等の金属であってもよい。外隔壁１６，１７は、断熱性に優れていることが好ましい。外隔壁１６，１７の厚さは、伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５より大きくてもよく、伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５の厚さと同程度でもよい。
【００３１】
これら隔壁ないし膜１４〜１７によって、３つの路ないし室１１，１２，１３が形成されている。３つの路ないし室１１，１２，１３は、互いに並んで図１の左右方向に沿って平行に延びている。
【００３２】
第１通路１１は、伝熱隔壁１４と外隔壁１６との間に形成されている。第１通路１１の厚さは、例えば０．３ｍｍ〜２０ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。第２通路１２は、蒸留膜１５と外隔壁１７との間に形成されている。第２通路１２の厚さは、例えば０．３ｍｍ〜２０ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。溶媒抽出室１３は、不透過膜１４と蒸留膜１５の間に画成されている。溶媒抽出室１３の厚さは、例えば０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。伝熱隔壁１４が、第１の通路１１と溶媒抽出室１３を仕切っている。蒸留膜１５が、第２の通路１２と溶媒抽出室１３を仕切っている。第１通路１１と第２通路１２の間に溶媒抽出室１３が挟まれている。路ないし室１１，１２，１３の左右方向の長さは、隔壁ないし膜１４〜１７の左右方向の長さとほぼ等しい。路ないし室１１，１２，１３の幅（図１の紙面と直交する方向の寸法）は、隔壁ないし膜１４〜１７の幅とほぼ等しい。
【００３３】
第１通路１１の上流端と第２通路１２の下流端は、これら通路１１，１２の延び方向の互いに同じ端たとえば右端に配置されている。第１通路１１の下流端と第２通路１２の上流端は、これら通路１１，１２の延び方向の互いに同じ端たとえば左端に配置されている。
【００３４】
供給路２１が、海水（溶液）の供給源９から引き出され、第１通路１１の右端（上流端）に連なっている。海水供給源９は、海そのものでもよく、海水を貯めたタンクでもよい。供給源９の海水の温度（初期温度）は通常、常温（数℃〜３０数℃）である。図示は省略するが、供給路２１には海水中の不純物を除去するフィルターが設けられている。
【００３５】
第１通路１１と第２通路１２の左端どうし、すなわち第１通路１１の下流端と第２通路の上流端とが、端連通路２２にて連通されている。端連通路２２に熱源２が熱的に接続されている。熱源２は、例えば太陽熱集熱器にて構成されている。端連通路２２の中間部分が太陽熱集熱器の集熱路を構成している。
熱源２は、太陽熱集熱器に限定されず、各種工場の設備機械やエンジン等から出る排熱の回収部であってもよく、電熱ヒーターであってもよく、熱交換器であってもよい。
【００３６】
熱源２と第１通路１１との間の端連通路２２に送液ポンプ３（送液手段）が設けられている。送液ポンプ３は、端連通路２２の海水（溶液）を第１通路１１側から第２通路１２側へ向かうよう送る。ひいては、海水（溶液）を供給路２１、第１通路１１、端連通路２２、第２通路１２の順に送る。第１通路１１内の海水と第２通路１２内の海水は、互いに対向流を構成する。海水は送液ポンプ３により加圧される。したがって、第２通路１２が第１通路１１より圧力が高い状態になる。
送液ポンプ３は、熱源２と第２通路１２との間の端連通路２２に設けられていてもよい。
【００３７】
第２通路１２の右端（下流端）から排出路２４が延びている。
【００３８】
溶媒抽出室１３から出力路２５が延びている。出力路２５は、溶媒抽出室１３における第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端と同じ右端に接続されているが、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端と同じ左端に接続されていてもよい。
【００３９】
更に、蒸留器１０には中間連通手段３０が設けられている。中間連通手段３０は、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向（延び方向）の中間部どうしを連通している。ここで、第１通路１１の中間部は、第１通路１１における供給路２１との接続部より下流側（左側）かつ端連通路２２との接続部より上流側（右側）の部分である。第２通路１２の中間部は、第２通路１２における端連通路２２との接続部より下流側（右側）かつ排出路２４との接続部より上流側（左側）の部分である。中間連通手段３０は、第１通路１１及び第２通路１２における流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを連通している。更に中間連通手段３０は、第１通路１１及び第２通路１２を流路方向に断続的に連通している。
【００４０】
中間連通手段３０の具体的態様を説明する。
中間連通手段３０は、複数の環状体（短い管）３１を含む。環状体３１は、軸線を溶媒抽出室１３の厚さ方向（図１において上下方向）に向けて溶媒抽出室１３の内部に収容されている。環状体３１の外直径は、たとえば５ｍｍ〜４０ｍｍ程度であり、内直径は、たとえば０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。環状体３１の軸長（図１の上下方向の寸法）は、溶媒抽出室１３の厚さとほぼ等しい。
【００４１】
環状体３１の中心穴が中間連通路３２になっている。中間連通路３２の一端（図１において下端）は、伝熱隔壁１４を貫通して第１通路１１に連通している。中間連通路３２の他端（図１において上端）は、蒸留膜１５を貫通して第２通路１２に連通している。各中間連通路３２を介して第１通路１１の中間部の一箇所と第２通路１２の中間部の一箇所とが連通されている。第１、第２通路１１，１２における各中間連通路３２による上記連通箇所は、これら通路１１，１２の流路方向のほぼ同じ位置に位置している。中間連通路３２と溶媒抽出室１３とは、環状体３１の周壁によって隔てられている。
【００４２】
複数の環状体３１ひいては複数の中間連通路３２は、通路１１，１２の流路方向に分散して配置され、かつ通路１１，１２の幅方向（図１の紙面と直交する方向）にも分散して配置されている。複数の環状体３１の大きさは互いに等しい。複数の中間連通路３２の流路断面積は互いに等しい。この実施形態では、環状体３１は、通路１１，１２の流路方向に等間隔置きに配置され、かつ通路１１，１２の幅方向に等間隔置きに配置されている（図３参照）。通路１１，１２の流路方向に隣り合う環状体３１どうしの間隔Ｄは、例えばＤ＝１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。通路１１，１２の幅方向（図１の紙面と直交する方向）の環状体３１の配置間隔は、例えば１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
【００４３】
各中間連通路３２のコンダクタンスは、端連通路２２のコンダクタンスより十分に小さい。中間連通手段３０を構成する全部の中間連通路３２のコンダクタンスを合計しても、端連通路２２のコンダクタンスより小さい。
【００４４】
環状体３１ひいては中間連通路３２の大きさ、数、配置間隔等は、送液ポンプ３の出力、海水の第１通路１１への供給温度、熱源２からの供給熱量、海水（溶液）の粘度等に基づいて適宜設定するとよい。
【００４５】
上記構成の溶媒抽出装置１の動作を説明する。
送液ポンプ３を駆動し、海水を、供給路２１から蒸留器１０の第１通路１１の上流端に供給し、第１通路１１に通す（第１工程）。第１通路１１内の海水は、溶媒抽出室１３における後述する凝縮潜熱を伝熱隔壁１４を介して受け取る。この海水を第１通路１１の下流端から端連通路２２に導出する。この海水を送液ポンプ３にて加圧する。更に、海水を熱源２にて加熱する（加熱工程）。
【００４６】
加熱工程後の海水を、熱源３より下流の端連絡路２２を経て第２通路１２に通す（第２工程）。第２通路１２での海水は、第１通路１１での海水に対し対向流をなすよう流れる。第２通路１２内において、高温海水中の水蒸気が蒸留膜１５を透過して溶媒抽出室１３に入る。この水蒸気が伝熱隔壁１４を介して第１通路１１の海水により冷却され凝縮する。これにより、淡水が得られる。淡水は、溶媒抽出室１３から出力路２５を経て、種々の利用に供される。
【００４７】
第１通路１１では、海水が溶媒抽出室１３での凝縮潜熱を受け取ることにより、第１通路１１の下流すなわち左端に向かうにしたがって海水温度が上昇する。第２通路１２では海水から蒸発潜熱が奪われることによって、第２通路１２の下流すなわち右端に向かうにしたがって海水温度が低下する。したがって、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向に、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端に近い左寄りの部分は高温領域になり、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端に近い右寄りの部分は低温領域になる。
【００４８】
送液ポンプ３の加圧によって、第２通路１２が第１通路１１より高圧になっている。このため、第２通路１２の中間部の海水の一部が、中間連通路３２を通り、第１通路１１の中間部へ戻り、第１通路１１の海水と混り合う（混合工程）。これによって、第１通路１１及び第２通路１２の主に左寄りの高温領域どうし間で海水が循環するような流れが生じる。したがって、第１通路１１及び第２通路１２の上記高温領域の海水流量が増え、低温領域の海水流量が減る。よって、高温領域において、第２通路１２から第１通路１１への潜熱移動量が大きくても、第１通路１１の溶液の温度上昇を小さく抑えることができ、かつ第２通路１２の溶液の温度低下を小さく抑えることができる。これにより、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向に高温領域を広くできる。それだけ、低温領域を狭くできる。
【００４９】
第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の互いにほぼ同じ位置における蒸気圧差が大きいほど、蒸留膜１４からの水蒸気透過量が増大する。また、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の互いに同じ位置における温度差が一定であれば、各通路１１，１２の海水（溶液）の温度が高いほど、蒸気圧差が大きい。したがって、高温領域を広くすることによって蒸留膜１５の広い範囲において大きな水蒸気透過量を確保できる。この結果、溶媒抽出装置１のトータルの淡水抽出流量を増大させることができる。ゆえに、蒸留膜１５の機能を十分に活用することができる。
【００５０】
各中間連通路３２が第１通路１１及び第２通路１２における流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを連通しているため、第１通路１１及び第２通路１２における流路方向の互いにほぼ同じ位置の海水どうしを混合できる。
【００５１】
中間連通路３２が第１通路１１及び第２通路１２の流路方向に分散されることによって、第１通路１１及び第２通路１２の高温領域側の端に向かうにしたがって海水流量を漸次増大させることができ、低温領域側の端に向かうにしたがって海水流量を漸次減少させることができる。これにより、淡水抽出流量密度の最大値と最小値の差（分布幅）を小さくでき、溶媒抽出装置１のトータルの淡水抽出流量を確実に増大させることができる。
低温領域での流量低減に伴い、供給路２１から第１通路１１への海水の供給流量を低減できる。
【００５２】
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実施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省略する。
図２（ａ）の平面図に示すように、第２実施形態では、中間連通路３２の配置密度が第１通路１１及び第２通路１２の流路方向（同図において左右）の位置に応じて異なっている。具体的には、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端に近い位置（同図において左寄りの位置）では、中間連通路３２が疎に配置され、しかも中間連通路３２の配置密度がほぼ一様になっている。第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端に近い位置（同図において右寄りの位置）では、中間連通路３２が密に配置され、しかも中間連通路３２の配置密度が左右方向に変化し、右端に近付くにしたがって中間連通路３２の配置がより密になっている。第２実施形態では、中間連通路３２の左右方向すなわち通路１１，１２の流路方向に沿う間隔は一定であり、通路１１，１２の幅方向に中間連通路３２の間隔が変化しているが、これに限定されるものではなく、通路１１，１２の流路方向に沿う中間連通路３２の間隔を変化させ、通路１１，１２の幅方向には中間連通路３２の間隔を一定にしてもよい。中間連通路３２の間隔を通路１１，１２の流路方向にも幅方向にも変化させることにしてもよい。
【００５３】
中間連通路３２の配置密度は、次の手順にて設定することができる。
図２（ｂ）のグラフの太実線の曲線Ａに示すように、第１通路１１及び第２通路１２の理想の流量分布を設定する。理想の流量分布は、溶媒抽出室１３における淡水抽出流量密度の最大値と最小値の差が中間連通手段３０を設けなかった場合より小さくなるよう設定する。例えば、第１通路１１の上流端での海水温度が３０℃程度であり、第２通路１２の上流端での海水温度が８０℃程度である場合には、溶媒抽出室１３における淡水抽出流量密度の最大値と最小値の差が、中間連通手段３０を設けなかった場合の５０％以下になるよう設定するのが好ましい。なお、中間連通手段３０を設けない場合、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端に対応する位置で淡水抽出流量密度が最大値を示し、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端に対応する位置で淡水抽出流量密度が最小値を示す。より好ましくは、理想の流量分布を、淡水抽出流量密度が溶媒抽出室１３の流路方向の全体で一定値（最大値と最小値の差が０）になるよう設定する（後記の実施例１〜４参照）。
【００５４】
次に、図２（ｂ）のグラフにおいて、細実線にて示す階段状の折れ線Ｂを上記の理想流量分布曲線Ａに沿うように作成する。階段状折れ線Ｂには、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の中間連通路３２を配置する位置ごとに段差を付ける。そして、図２（ａ）に示すように、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の各位置における中間連通路３２の数を、図２（ｂ）のグラフ上の対応する位置における階段状折れ線Ｂの段差の高さに応じて設定する。階段状折れ線Ｂは、第１通路１１及び第２通路１２の実際の流量分布に近似する。
【００５５】
第２実施形態によれば、中間連通手段３０のコンダクタンスを流路方向の位置に応じて異ならせることができ、第２通路１２から第１通路１１への海水の戻し流量を流路方向の位置に応じて異ならせることができる。これにより、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の流量変化の度合いを高温領域では小さくでき、低温領域では大きくできる。したがって、高温領域を確実に広くでき、低温領域を確実に狭くできる。よって、溶媒抽出装置１全体の淡水抽出流量を確実に増大させることができる。
【００５６】
図３及び図４は、第３実施形態を示したものである。第３実施形態は、中間連通手段３０の材質及び形成方法の一態様に係る。図３及び図４（ｃ）に示すように、第３実施形態では、環状体３１が接着剤４１にて構成されている。接着剤４１からなる環状体３１が、複数、溶媒抽出室１３の内部に整列して並べられている。環状体３１は、第１及び第２通路１１，１２の延び方向（図３において左右方向）に等間隔置きに配置され、かつ幅方向（図３において上下方向）にも等間隔置きに配置されているが、第２実施形態（図２）と同様に、環状体３１の配置間隔が第１及び第２通路１１，１２の延び方向の位置に応じて異なっていてもよい。
【００５７】
図４（ｃ）に示すように、環状体３１を構成する接着剤４１によって、伝熱隔壁１４と蒸留膜１５の互いに対向する面どうしが接着されている。接着剤４１の厚さは、溶媒抽出室１３の厚さに等しい。貫通穴４２が、伝熱隔壁１４と接着剤４１と蒸留膜１５を貫通するよう形成されている。この貫通穴４２が中間連通路３２になる。貫通穴４２の伝熱隔壁１４に形成された部分が、第１通路１１に連なっている。貫通穴４２の接着剤４１を貫通する部分が、環状体３１の中心穴を構成する。貫通穴４２の蒸留膜１５に形成された部分が、第２通路１２に連なっている。接着剤４１によって、中間連通路３２と溶媒抽出室１３とが隔てられている。
【００５８】
なお、図３に示すように、溶媒抽出室１３の幅方向（同図において上下方向）の両縁には、これら縁に沿って接着剤４０が設けられている。伝熱隔壁１４の周縁には、位置決め穴１９が形成されている。図示は省略するが、接着剤４０は、溶媒抽出室１３の流路方向（同図において左右方向）の縁にも設けられている。接着剤４０によって、伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５の周縁どうしが接着されている。接着剤４０は、溶媒抽出室１３の周縁を塞ぐシール材になる。更に、接着剤４０，４１は、溶媒抽出室１３の厚さを確保するスペーサとなる。
【００５９】
第３実施形態における蒸留器１０の製造方法を、中間連通手段３０の製造工程を中心に説明する。
図４（ａ）に示すように、伝熱隔壁１４の溶媒抽出室１３側の面（図４（ａ）において上面）に接着剤４１を塗布する。接着剤４１は、中間連通路３２を形成すべき各位置にスポット状に塗布する。また、図３に示すように、伝熱隔壁１４の溶媒抽出室１３側の面の周縁に接着剤４０をスジ状に塗布する。
【００６０】
次に、図４（ｂ）に示すように、蒸留膜１５を伝熱隔壁１４に貼り合わせる。このとき、位置決め穴１９を使って蒸留膜１５及び伝熱隔壁１４を位置決めする。接着剤４０，４１によって伝熱隔壁１４と蒸留膜１５を接着する。伝熱隔壁１４と蒸留膜１５との間には、接着剤４０，４１の厚さ分の隙間が形成される。この隙間が溶媒抽出室１３となる。
【００６１】
次に、図４（ｃ）に示すように、伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５の各接着剤４１に対応する位置に貫通穴４２を形成する。貫通穴４２は、伝熱隔壁１４と接着剤４１と蒸留膜１５を貫通する。この貫通穴４２が中間連通路３２になる。
【００６２】
更に、外隔壁１６，１７（図１参照）を伝熱隔壁１４及び蒸留膜１５の両側に設けることにより、第１通路１１及び第２通路１２を形成する。
【００６３】
中間連通手段３０は、溶媒抽出室１３内を貫通するのに限られず、溶媒抽出室１３を迂回してもよく、蒸留器１０の外部に付設してもよい。
図５は、本発明の第４実施形態を示したものである。この実施形態では、中間連通手段３０として、溶媒抽出室１３内の環状体３１に代えて、蒸留器１０の外側に複数の管３３が設けられている。各管３３の一端は、蒸留器１０の外隔壁１６に接続されている。各管３３の他端は、蒸留器１０の外隔壁１７に接続されている。
【００６４】
管３３の内部空間が中間連通路３２を構成する。管３３の内部空間からなる中間連通路３２の一端が、外隔壁１６を貫通して第１通路１１に連なっている。管３３の内部空間からなる中間連通路３２の他端が、外隔壁１７を貫通して第２通路１２に連なっている。管３３の第１通路１１との接続端と第２通路１２との接続端は、第１通路１１及び第２通路１２の延び方向（図５において左右方向）の互いにほぼ同じ位置に配置されている。
【００６５】
図５の仮想線に示すように、管３３には、溶液を第１通路１１側から第２通路１２側へ流すポンプ等の送液手段３４を設けてもよい。この場合、メインの送液ポンプ３を供給路２１に設けてもよく、第２通路１２が第１通路１１より低圧であってもよい。管３３に絞り弁等の流通抵抗調節手段３５を設け、コンダクタンスを調節することもできる。
【００６６】
図６に示すように、各管３３の第１通路１１との接続端と第２通路との接続端を通路１１，１２の流路方向にずらして配置することにしてもよい。
【００６７】
本発明は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変をなすことができる。
例えば、蒸留器１０全体の環状体３１ないし管３３の数が単数であってもよく、中間連通路３２の数が単数であってもよい。
中間連通路３２の流路断面積を変えることによって、第１通路及び第２通路１２の流路方向の各位置における中間連通路３２の疎密度ひいては中間連通手段３０のコンダクタンスを調節してもよい。
中間連通手段３０は、第１通路及び第２通路１２の流路方向に連続していてもよい。中間連通路３２が、第１通路及び第２通路１２の流路方向に延びるスリット状になっていてもよい。
環状体３１の断面は、真円形に限られず、楕円や多角形等でもよい。
【００６８】
蒸留器１０が、隔壁ないし膜１４，１５ひいては路ないし室１１，１２，１３をそれぞれ多数（複数）有する多段積層構造になっていてもよい。多段積層構造の蒸留器１０では、第１通路１１の積層方向の両側にそれぞれ溶媒抽出室１３が配置され、かつ第２通路１２の積層方向の両側にそれぞれ溶媒抽出室１３が配置され、かつ各溶媒抽出室１３が第１通路１１と第２通路１２に挟まれていることが好ましい。積層方向の最も両外側にはそれぞれ第１通路１１を介して外隔壁１６又は１７が配置されることが好ましい。上記多段積層構造の蒸留器１０において、中間連通手段３０が、各溶媒抽出室１３を挟んで隣り合う第１通路１１と第２通路１２の中間部どうしを連通していてもよく、任意の１又は複数の第１通路１１と任意の１又は複数の第２通路１２の中間部どうしを連通していてもよく、すべての第１通路１１とすべての第２通路１２の中間部どうしを連通していてもよい。
【００６９】
蒸留器１０の延び方向は任意であり、左右方向に限られず、上下方向であってもよく、水平又は垂直に対し斜めの方向であってもよい。
【実施例１】
【００７０】
実施例を説明する。本発明が以下の実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。
実施例１では、第１通路１１及び第２通路１２の流量を流路方向に変化させることの効果をコンピュータシミュレーションによって確認した。
【００７１】
第１通路１１の流路方向の長さを３０ｍとし、流路方向と直交する流路幅を１ｍとし、流路厚さを０．６ｍｍとした。第２通路１２及び溶媒抽出室１３についても同様に、流路方向の長さを３０ｍとし、流路方向と直交する流路幅を１ｍとし、流路厚さを０．６ｍｍとした。
第１通路１１の上流端での海水温度を３０℃とした。第２通路１２の上流端での海水温度を８０℃とした。熱源２から海水に与えられる熱量を４８００Ｗとした。
【００７２】
淡水抽出流量密度が溶媒抽出室１３の全体にわたってなるべく一定になる流量分布（図７（ａ））を算出し、この流量分布の算出結果から淡水抽出流量密度（図７（ｂ））を逆算し、更に温度分布（図７（ｃ））及び温度差分布（図７（ｄ））を算出した。算出には近似的に下記の拡散方程式を用いた。
【００７３】
【数１】
ここで、Ｊは、第２通路１２の各位置から溶媒抽出室１３への水蒸気の透過流量、すなわち淡水抽出流量密度である。Ｄは、水蒸気の拡散定数である。Ｒは、気体定数である。Ｔは、上記各位置における第１通路１１の海水温度と第２通路１２の海水温度の平均（絶対温度）である。Ｐ（Ｔ）は、温度Ｔにおける海水の蒸気圧である。τは、上記各位置における第２通路１２の海水温度から第１通路１１の海水温度を差し引いた温度差である。
【００７４】
図７（ａ）〜（ｄ）において、太実線ａは上記近似式１を用いた算出結果であり、二点鎖線ｂは、更に滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して淡水出力流量が最大になるよう流量分布を最適化したときの算出結果である。細実線は、比較例であり、中間連通手段３０を設けなかった場合、すなわち第２通路１２から第１通路１１への戻しを行なわなかった場合の算出結果である。横軸は、第１通路１１及び第２通路１２の流路方向の位置である。位置「０ｍ」は、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（高温領域側の端）を示す。位置「３０ｍ」は、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（低温領域側の端）を示す。同図（ｃ）の温度分布は、流路方向の各位置における第１通路１１の海水と第２通路１２の海水の平均温度（上記絶対温度Ｔを摂氏に換算した値）の分布である。同図（ｄ）の温度差分布は、流路方向の各位置における第１、第２通路１１，１２の海水温度差（τ）の分布である。
【００７５】
図７（ａ）及び（ｂ）の細線ｃに示すように、中間連通手段３０を設けなかった場合の流量は、第１通路１１及び第２通路１２の全区間を通じてほぼ一定であり、淡水抽出流量密度は、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）へ向かうにしたがって漸減する。なお、第２通路１２の流量は、淡水抽出に伴い、下流端（「３０ｍ」の位置）へ向かうにしたがって厳密には減少するが、その減少量は無視できる程度に小さい。図７（ｃ）の細線ｃに示すように、中間連通手段３０を設けなかった場合の流路方向の温度変化は、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（「０ｍ」の位置）に近いほど急であり、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）に近いほど緩やかである。したがって、温度分布が下に凸の曲線になる。よって、高温領域が比較的狭く、低温領域が比較的広い。出力路２５から取り出される淡水流量の算出値は、１１．９ｃｃ／ｓｅｃであった（表１参照）。
【００７６】
これに対し、図７（ａ）の太実線ａに示すように、中間連通手段３０を設けることによって、第１、第２通路１１，１２内の海水流量が、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（「０ｍ」の位置）に近い位置では大きく、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）に近い位置では小さくなる。そして、図７（ｃ）の太実線ａに示すように、第１、第２通路１１，１２の流路方向の温度変化が、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（「０ｍ」の位置）に近いほど緩やかになり、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）に近いほど急になる。したがって、温度分布が上に凸の曲線になる。よって、高温領域を、通路１１，１２の流量を一定とした場合すなわち中間連通手段３０を設けなかった場合（図７の細線ｃ）より広くでき、低温領域を狭くできる。図７（ｄ）の太実線ａに示すように、中間連通手段３０を設けた場合の第２通路１２と第１通路１１の温度差は、第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端（「０ｍ」の位置）に近いほど小さくなり、第１通路１１の上流端及び第２通路１２の下流端（「３０ｍ」の位置）に近いほど大きくなる。出力路２５から取り出される淡水流量は、１２．３ｃｃ／ｓｅｃになり、中間連通手段３０を設けなかった場合より大きくなった（表１参照）。
【００７７】
図７（ａ）〜（ｄ）の二点鎖線ｂにて示すように、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して流量分布を設定した場合も、上記拡散の近似式１を適用した場合（図７の実線ａ）と似た挙動を示し、高温領域を広くでき、低温領域を狭くできる。出力路２５から取り出される淡水流量は、１２．４ｃｃ／ｓｅｃになり、中間連通手段３０を設けなかった場合より大きくなった（表１参照）。
【実施例２】
【００７８】
実施例２では、第１通路１１、第２通路１２、溶媒抽出室１３の厚さをそれぞれ０．１２ｍｍとし、それ以外の条件は実施例１と同一にして、実施例１と同様のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図８に示す。同図（ｃ）の太実線ａ及び二点鎖線ｂに示すように、実施例２の温度分布は、実施例１の流路厚さ０．６ｍｍのときと比べ、より上に凸の曲線になり、高温領域がより広くなった。出力路２５から取り出される淡水流量は、中間連通手段３０を設けなかった場合（図８の細線ｃ）が１４．１ｃｃ／ｓｅｃであったのに対し、拡散の近似式１を用いて流量分布を設定した場合（図８の太実線ａ）が１５．５ｃｃ／ｓｅｃになり、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して流量分布を設定した場合（図８の二点鎖線ｂ）が１５．６ｃｃ／ｓｅｃになった（表１参照）。
【実施例３】
【００７９】
実施例３では、第１通路１１の上流端での海水温度を２５℃とし、かつ第２通路１２の上流端での海水温度を９０℃とし、それ以外の条件は実施例１と同一にして、実施例１と同様のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図９に示す。出力路２５から取り出される淡水流量は、中間連通手段３０を設けなかった場合（図９の細線ｃ）が１４．０ｃｃ／ｓｅｃであったのに対し、拡散の近似式１を用いて流量分布を設定した場合（図９の太実線ａ）が１４．８ｃｃ／ｓｅｃになり、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して流量分布を設定した場合（図９の二点鎖線ｂ）が１４．９ｃｃ／ｓｅｃになった（表１参照）。
【実施例４】
【００８０】
実施例４では、第１通路１１の上流端での海水温度を２５℃とし、かつ第２通路１２の上流端での海水温度を９０℃とし、更に第１通路１１、第２通路１２、溶媒抽出室１３の厚さをそれぞれ０．１２ｍｍとし、それ以外の条件は実施例１と同一にして、実施例１と同様のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図１０に示す。出力路２５から取り出される淡水流量は、中間連通手段３０を設けなかった場合（図１０の細線ｃ）が１６．３ｃｃ／ｓｅｃであったのに対し、拡散の近似式１を用いて流量分布を設定した場合（図１０の太実線ａ）が１６．８ｃｃ／ｓｅｃになり、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用して流量分布を設定した場合（図１０の二点鎖線ｂ）が１８．７ｃｃ／ｓｅｃになった（表１参照）。
【００８１】
表１は、実施例１〜４における出力路２５から得られる淡水流量をまとめたものである。表１の「ａ;式１」は、拡散近似式１を用いたシミュレーション結果（図７〜図１０の太実線ａ）を示す。「ｂ;最適化」は、滑降シンプレックス法による最適化アルゴリズムを適用したシミュレーション結果（図７〜図１０の二点鎖線ｂ）を示す。「ｃ;比較例」は、通路１１，１２の流量を一定とした場合のシミュレーション結果（図７〜図１０の細線ｃ）を示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
何れの実施例においても、通路１１，１２の流量を一定とした場合すなわち中間連通手段３０を設けなかった場合（「ｃ;比較例」）より、中間連通手段３０を設けて流量を変化させた場合（ａ;式１」及び「ｂ;最適化」）
のほうが、淡水流量を大きくできた。特に、実施例４の最適化アルゴリズムを用いて流量分布を設定した場合、中間連通手段３０を設けなかった場合に対して淡水流量の増加量が大きかった。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、例えば海水から淡水を取り出す淡水化装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 溶媒抽出装置
２ 熱源
３ 送液手段
１０ 蒸留器
１１ 第１通路
１２ 第２通路
１３ 溶媒抽出室
１４ 伝熱隔壁（不透過膜）
１５ 蒸留膜
１６，１７ 外隔壁
１９ 位置決め穴
２１ 供給路
２２ 端連通路
２４ 排出路
２５ 出力路
３０ 中間連通手段
３１ 環状体
３２ 中間連通路
３３ 管
３４ 送液手段
３５ 流通抵抗調節手段
４０ 接着剤
４１ 接着剤
４２ 貫通穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並んで延びる第１通路及び第２通路に、溶液を第１通路、第２通路の順に対向流をなすよう流し、上記第１通路の下流端と上記第２通路の上流端とを連ねる端連通路において上記溶液を加熱し、上記第１、第２通路間に挟まれた溶媒抽出室から上記溶液の溶媒を抽出する溶媒抽出装置であって、
上記第１通路と上記溶媒抽出室とを熱交換可能に仕切る伝熱隔壁と、
上記第２通路と上記溶媒抽出室とを仕切り、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する蒸留膜と、
上記端連通路より小さいコンダクタンスを有して、上記第１通路及び第２通路の流路方向の中間部どうしを連通する中間連通手段と、
を備えたことを特徴とする溶媒抽出装置。
【請求項２】
上記端連通路に、上記溶液を上記第１通路から上記第２通路へ向かうよう送る送液手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の溶媒抽出装置。
【請求項３】
上記中間連通手段が、上記第１通路及び第２通路における上記流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶媒抽出装置。
【請求項４】
上記中間連通手段が、上記流路方向に分散して配置された複数の中間連通路を含み、各中間連通路が、上記第１通路の上記中間部の一箇所と上記第２通路の上記中間部の一箇所とを連通していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【請求項５】
上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い位置には上記中間連通路が相対的に疎に配置され、上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端から遠い位置には上記中間連通路が相対的に密に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の溶媒抽出装置。
【請求項６】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室における溶媒抽出流量密度の最大値と最小値の差が上記中間連通手段を設けなかった場合より小さくなるよう上記流路方向に分布していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【請求項７】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が上記流路方向に概略一定になるよう上記流路方向に分布していることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【請求項８】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室の内部に収容された環状体を含み、この環状体の中心穴が、上記第１通路と上記第２通路とを連通する中間連通路になることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【請求項９】
上記環状体が、上記伝熱隔壁及び蒸留膜の互いに対向する面どうしを接着する接着剤であり、上記中間連通路が、上記蒸留膜と上記接着剤と上記伝熱隔壁とを貫通する貫通穴であることを特徴とする請求項８に記載の溶媒抽出装置。
【請求項１０】
溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出方法であって、
伝熱隔壁を介して溶媒抽出室と熱交換可能に仕切られた第１通路に上記溶液を流す第１工程と、
上記第１通路の下流端から出た上記溶液を熱源により加熱する加熱工程と、
気体の透過を許容し液体の透過を阻止する蒸留膜を介して上記溶媒抽出室と仕切られた第２通路に、上記加熱後の上記溶液を上記第１通路と対向流をなすように流す第２工程と、
上記第２工程の途中の溶液の一部を、上記第２通路の流路方向の中間部から上記第１通路の流路方向の中間部に戻して上記第１工程の途中の溶液に混合する混合工程と、
を備えたことを特徴とする溶媒抽出方法。
【請求項１１】
上記流路方向の複数の位置において位置ごとに上記第２通路から上記第１通路への上記溶液の戻しを行うことを特徴とする請求項１０に記載の溶媒抽出方法。
【請求項１２】
上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度の最大値と最小値の差が上記戻しを行わなかった場合より小さくなるよう、上記位置ごとの上記溶液の戻し流量を設定することを特徴とする請求項１１に記載の溶媒抽出方法。
【請求項１３】
上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が上記流路方向に沿って概略一定になるよう、上記位置ごとの上記溶液の戻し流量を設定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の溶媒抽出方法。
【請求項１】
互いに並んで延びる第１通路及び第２通路に、溶液を第１通路、第２通路の順に対向流をなすよう流し、上記第１通路の下流端と上記第２通路の上流端とを連ねる端連通路において上記溶液を加熱し、上記第１、第２通路間に挟まれた溶媒抽出室から上記溶液の溶媒を抽出する溶媒抽出装置であって、
上記第１通路と上記溶媒抽出室とを熱交換可能に仕切る伝熱隔壁と、
上記第２通路と上記溶媒抽出室とを仕切り、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する蒸留膜と、
上記端連通路より小さいコンダクタンスを有して、上記第１通路及び第２通路の流路方向の中間部どうしを連通する中間連通手段と、
を備えたことを特徴とする溶媒抽出装置。
【請求項２】
上記端連通路に、上記溶液を上記第１通路から上記第２通路へ向かうよう送る送液手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の溶媒抽出装置。
【請求項３】
上記中間連通手段が、上記第１通路及び第２通路における上記流路方向の互いにほぼ同じ位置にある箇所どうしを連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶媒抽出装置。
【請求項４】
上記中間連通手段が、上記流路方向に分散して配置された複数の中間連通路を含み、各中間連通路が、上記第１通路の上記中間部の一箇所と上記第２通路の上記中間部の一箇所とを連通していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【請求項５】
上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端に近い位置には上記中間連通路が相対的に疎に配置され、上記第１通路の下流端及び第２通路の上流端から遠い位置には上記中間連通路が相対的に密に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の溶媒抽出装置。
【請求項６】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室における溶媒抽出流量密度の最大値と最小値の差が上記中間連通手段を設けなかった場合より小さくなるよう上記流路方向に分布していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【請求項７】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が上記流路方向に概略一定になるよう上記流路方向に分布していることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【請求項８】
上記中間連通手段が、上記溶媒抽出室の内部に収容された環状体を含み、この環状体の中心穴が、上記第１通路と上記第２通路とを連通する中間連通路になることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【請求項９】
上記環状体が、上記伝熱隔壁及び蒸留膜の互いに対向する面どうしを接着する接着剤であり、上記中間連通路が、上記蒸留膜と上記接着剤と上記伝熱隔壁とを貫通する貫通穴であることを特徴とする請求項８に記載の溶媒抽出装置。
【請求項１０】
溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出方法であって、
伝熱隔壁を介して溶媒抽出室と熱交換可能に仕切られた第１通路に上記溶液を流す第１工程と、
上記第１通路の下流端から出た上記溶液を熱源により加熱する加熱工程と、
気体の透過を許容し液体の透過を阻止する蒸留膜を介して上記溶媒抽出室と仕切られた第２通路に、上記加熱後の上記溶液を上記第１通路と対向流をなすように流す第２工程と、
上記第２工程の途中の溶液の一部を、上記第２通路の流路方向の中間部から上記第１通路の流路方向の中間部に戻して上記第１工程の途中の溶液に混合する混合工程と、
を備えたことを特徴とする溶媒抽出方法。
【請求項１１】
上記流路方向の複数の位置において位置ごとに上記第２通路から上記第１通路への上記溶液の戻しを行うことを特徴とする請求項１０に記載の溶媒抽出方法。
【請求項１２】
上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度の最大値と最小値の差が上記戻しを行わなかった場合より小さくなるよう、上記位置ごとの上記溶液の戻し流量を設定することを特徴とする請求項１１に記載の溶媒抽出方法。
【請求項１３】
上記溶媒抽出室の溶媒抽出流量密度が上記流路方向に沿って概略一定になるよう、上記位置ごとの上記溶液の戻し流量を設定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の溶媒抽出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１６７５９９（Ｐ２０１１−１６７５９９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１５９４（Ｐ２０１０−３１５９４）
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【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２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【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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