JPH0957258A

JPH0957258A - 淡水化方法及び装置

Info

Publication number: JPH0957258A
Application number: JP7216261A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Moriguchi; 哲雄森口; Shiro Yamauchi; 四郎山内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-08-24
Filing date: 1995-08-24
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【課題】電気透析法で海水の淡水化を行う際、これに
投入した電力を回収して再使用することにより低コスト
で省電力形の淡水化方法及び装置を得る。【解決手段】電気透析のための給電用のカソード２９
側上部に発生する水素ガスを保持する密閉空間３５ｂを
形成し、かつ該密閉空間を形成する壁面の一部に開口部
を形成し、該開口部に水素イオンを導体とする固体高分
子電解質膜の両面に電極を形成した電気化学素子３６を
取り付けると共に、電気透析のための電極に給電する主
電力系統に連系してなり、上記電気化学素子によって上
記水素ガスを電解する過程で発生する起電力を取り出し
て電力回収を行い回収電力を上記主電力系統に給電する
集電部４０を備えた。主電力系統の電源は、太陽電池ま
たは商用電源またはそれらの組み合わせとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電気透析法によ
って海水または鹹水を淡水にする淡水化方法及び装置に
関し、特に電解生成ガスを回収して有効利用を図るもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電気を使って海水または鹹水を淡水にす
るものとして従来から電気透析法が知られている。図６
は太陽光発電装置と商用電源とを併用して電気透析法に
よって海水または鹹水を淡水にするシステム例（太陽光
発電ガイドブック、太陽光発電懇話会発行、ｐｐ．２
３）を示したものである。図６において、電気透析缶１
を中心として、濃縮タンク２、製造水タンク３、脱塩水
タンク４、濾過器５、濾過水タンク６、ポンプ類７から
なる電気透析系統８に、太陽光発電装置９または商用電
源１０から直交変換装置１１を経由して電力制御装置１
２に直流電力が供給され、電気透析系統８に給電され
る。

【０００３】図７は上記太陽光発電装置９で発電された
電気を集めて商用電力系統に連結して電力を利用するシ
ステムの構成例を示したものである。図７において、太
陽電池セル１３で発電された電気は整流器１４を経て蓄
電池１５に蓄えられ、逐次パワーコンディショナー１
６、切替器１７を経由して負荷１８に供給されている。
商用電源１０から負荷１８に給電する場合は、切替器１
７を操作して太陽電池系統を切り離し、商用電源１０に
連系される。

【０００４】従来、太陽エネルギーを電気エネルギーに
変換して利用する場合、図８（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、複数の太陽電池セル１３を太陽電池セル収納箱２０
に収めて電気的に直並列に連結したものを発電ユニット
２１にし、太陽光が集光できる角度に勾配を持たせた架
台２２を地上に設置して、上記発電ユニット２１を複数
個これに固定して電気的に直並列に連結して発電してい
た。図８（ａ）は発電ユニット２１の側断面図、図８
（ｂ）はその正面図を示したものである。太陽電池セル
収納箱２０の太陽光の照射面は透光性のよい透明板２３
で構成され、集光効率を高めると共に太陽電池セル１３
の表面汚損を防止している。

【０００５】ここで、電気透析缶１の内部の部分断面図
を図９（ａ）に示す。同図は淡水にする海水を通水する
通水部２４の断面を示している。海水には、カチオン
（陽イオン）であるナトリウムイオンＮａ⁺ とアニオン
（陰イオン）である塩素イオンＣ１^- が含まれており、
これらのイオンを除去すると海水を淡水に変えることが
できる。

【０００６】同図において、通水部２４は矩形の通水路
２５が形成され海水が流れている。矩形の通水路２５の
アノード（陽極）側の面はアニオン（陰イオン）は通過
させるがカチオン（陽イオン）は通過させない機能を持
つアニオン（陰イオン）交換膜２６で構成し、カソード
（陰極）側の面はカチオン（陽イオン）は通過させるが
アニオン（陰イオン）は通過させない機能を持つカチオ
ン（陽イオン）交換膜２７で壁が形成され、アノード２
８とカソード２９との間に設置されている。両電極に電
圧が印加されると、カチオンはカソード２９側に移動
し、アニオンはアノード２８側に移動するため、海水が
通水路２５を通過する間にイオンが除去され、脱塩され
て脱塩水（淡水）が生成される。

【０００７】また、両電極とその間の海水が形成する閉
回路の中を電流が流れる間に、海水を電気分解して次式
で示される化学式に基づいてアノード２８で塩素ガス、
カソード２９で水素ガスをそれぞれ発生する。アノード電極：２Ｃｌ^- →２ｅ^- ＋Ｃｌ₂ ↑ （１）カソード電極：２Ｎａ⁺ ＋２Ｈ₂ Ｏ＋２ｅ^- →２ＮａＯＨ＋Ｈ₂ ↑ （２）全体：２Ｈ₂Ｏ＋２（Ｎａ⁺＋Ｃｌ^-）→２ＮａＯＨ＋Ｈ₂ ↑＋Ｃｌ₂↑（３）両極で発生した塩素ガスと水素ガスは各々図示矢印Ａ、
Ｂに沿って流れ、回収されて、例えば塩素ガスは殺菌
に、水素ガスは可燃ガスとして有効利用される。

【０００８】なお、電気透析缶１の内部の別の部分断面
図を図９（ｂ）に示す。同図は、淡水にする海水を通水
する通水路２５を複数に分割し、アニオン交換膜２６と
カチオン交換膜２７を交互に配置し、脱塩水３０の水路
と濃縮塩水３０ａの水路を交互に形成して多重水路によ
って構成された電気透析缶の例を示したものである。

【０００９】このような電気透析法によって海水を淡水
化する方法のうち供給電力源に関するものとして、変動
電力を蓄電することなく直接利用すると共に淡水化効率
を向上させる方法が特開昭６４−７５００４号公報に開
示されている。これは、淡水化の過程で塩分濃度の変化
に伴って電気抵抗が変化し、必要電力量が変動するた
め、いわゆる回分運転法を導入して電力が十分使用でき
るときは高濃度状態の海水を脱塩し、電力が十分使用で
きないときは低濃度状態になった処理水を脱塩するもの
である。

【００１０】また、実公平４−１５２９９号公報に開示
された電気透析法による海水の淡水化装置では、図１０
に示すように、太陽電池セル１３で受光した太陽エネル
ギーは、電気エネルギーに変換され、直流電源として電
気透析缶１に印加され、一方、太陽電池セル１３により
得られた直流電圧は、交流電圧に変換された後、海水ポ
ンプ７ａ、脱塩水ポンプ７ｂ、濃縮水ポンプ７ｃ等の動
力用電源として、または計装用電源として利用されるよ
うになされ、太陽光発電によって必要な電力の供給を受
けているが、太陽光発電設備を小規模化するため、集光
器１９を設けて太陽電池セル１３を照射する太陽光を高
密度にして発電量を上げている。

【００１１】また、海水ポンプ７ａ、海水濾過器５ａ、
海水予熱器５ｂ、脱塩水ポンプ７ｂを介して太陽電池セ
ル収納箱２０に海水を送水して太陽電池セル１３の温度
上昇を抑え、太陽電池セルを冷却することによって加温
された海水を電気透析缶１に給水して電気透析効率を向
上させている。なお、４ｂと４ｃは脱塩水タンクと濃縮
水タンクである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気透析法によ
る海水または鹹水の淡水化は以上のようにして行われ、
電解生成物として発生する塩素ガスおよび水素ガスは回
収され有効利用が図られ、また、上述したような電力供
給方法が提案されている。しかるに、電解生成物として
カソード電極（陰極）から生成される水素ガスは可燃ガ
スであるため、可燃物を取り扱うための法規に適合した
設備が必要になり、大規模容量の設備には対応が可能で
あるが、小規模なものには経済的あるいは維持管理的に
対応できない欠点があった。

【００１３】また、太陽電池セル１３による太陽光発電
およびその利用形態は、図６〜８、及び図１０に示すよ
うに構成されていたため、太陽電池セル収納箱２０、架
台２２等の機械的付帯設備や、商用電源１０と連係する
ための電気設備、あるいは常時変動の無い一定給電を行
うために、太陽電池セル１３で発電された電気を一旦蓄
えて逐次給電するための蓄電池１５等の高額な電気設備
を必要とするため、発電電力当たりの設備費は高額とな
り、太陽エネルギー利用形態としては設備費の点で経済
的な難点があった。

【００１４】この発明は上述した従来例に係る問題点を
解消するためになされたもので、電気透析法で海水の淡
水化を行う際、これに投入した電力を回収して再使用す
ることにより、供給電力量を大幅に低減でき、太陽光発
電による電力を使用する場合にも発電容量の小さいもの
で対応できると共に、建設費を低減できる設備構成にし
て従来の太陽エネルギー利用形態の経済性を改善するこ
とができる低コストで省電力形の淡水化方法及び装置を
得ることを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る淡水化方
法は、電気透析法により海水または鹹水を淡水化する淡
水化方法において、電気透析のための給電用の陰極側で
発生する水素ガスを電解作用を有する電気化学素子によ
って電解する過程で発生する起電力を取り出し、電気透
析に必要な電力の一部として回収し再使用するようにし
たことを特徴とするものである。

【００１６】また、この発明に係る淡水化装置は、電気
透析を行う電気透析槽を備え、海水または鹹水を淡水化
する淡水化装置において、電気透析のための給電用の陰
極側上部に該陰極側で発生する水素ガスを保持する密閉
空間を形成し、かつ該密閉空間を形成する壁面の一部に
開口部を形成し、該開口部に水素イオンを導体とする固
体高分子電解質膜の両面に電極を形成した電気化学素子
を取り付けると共に、電気透析のための電極に給電する
主電力系統に連系してなり、上記電気化学素子によって
上記水素ガスを電解する過程で発生する起電力を取り出
して電力回収を行い回収電力を上記主電力系統に給電す
る集電部を備えたことを特徴とするものである。

【００１７】また、内部に取り付けられた隔壁を介して
海水または鹹水上に電気透析により発生する電解生成ガ
スを保持する一対の密閉空間を形成してなる缶体を備
え、上記電気透析槽は、上記缶体内の隔壁下部に連結さ
れかつ海水または鹹水中に配置されると共に、電気透析
のための給電用の陽極及び陰極は、上記缶体内に取り付
けられて上記一対の密閉空間下部で上記電気透析槽の両
側の海水または鹹水中に配設されてなることを特徴とす
るものである。

【００１８】また、上記電気化学素子は、固体高分子電
解質膜でできたプロトン伝導体の両面に網状もしくは繊
維状あるいは多孔板の金属鍍金電極を取り付けたことを
特徴とするものである。

【００１９】また、上記電気化学素子は、一方の電極に
水素ガスが接すると共に他方の電極に外気が接するよう
に配置されて、水素ガスの電解反応に必要な酸素を外気
から吸収させるようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００２０】また、主電力系統を構成する電源は、商用
電源または太陽電池、またはその組み合せのいずれかで
あることを特徴とするものである。

【００２１】また、上記缶体は、底板が開口してなり、
海水または鹹水上に浮く浮体であることを特徴とするも
のである。

【００２２】また、上記浮体上に少なくとも太陽電池セ
ルを取り付けると共に、該浮体に、気体が給排気される
ことによって膨張収縮する浮袋を取り付け、かつ上記浮
袋に気体を給排気することにより上記浮体及び上記太陽
電池セルの位置及び姿勢を制御する位置および姿勢制御
機構を具備したことを特徴とするものである。

【００２３】また、上記缶体は、陸上に設置されてい
て、海水または鹹水が通水されることを特徴とするもの
である。

【００２４】また、上記電気透析槽は、海水または鹹水
が通水される液相部の上部に気相部が形成され、該気相
部に空気、または酸素濃度を高くした酸素富化空気、あ
るいは酸素ガスを通気し、かつ気相部を構成する壁面の
上記水素ガスを保持する空間に面する部分に開口部が形
成されてなり、該開口部に上記電気化学素子を取り付け
たことを特徴とするものである。

【００２５】さらに、海水または鹹水は、プール状に形
成された水槽に貯水されて太陽熱を吸収しかつ保温され
たものであることを特徴とするものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る海
水または鹹水の淡水化装置のうち太陽電池セルによる発
電を電力源としたものを示したものである。同図におい
て、海面３１に缶体の底板が開口された箱状の浮体３２
が浮いており、浮体３２には複数の太陽電池セル１３が
取り付けられ、アノード２８とカソード２９の一対の電
極に接続されている。両電極は浮体３２の内部で海中に
配置されて海水３１ａと接触している。

【００２７】浮体３２の内部に垂直下方に向けて隔壁３
３を取り付けており、アノード２８とカソード２９はこ
の隔壁３３によって区切られている。図１に示す隔壁３
３下部に連結され海水中に配置された電気透析槽の矩形
の通水路２５が設けられ、図示しないポンプ等の駆動手
段により海水を通水路２５に通水した後、図示しない淡
水取水器に脱塩水（淡水）３０を取水している。

【００２８】矩形の通水路２５は、図９に示す電気透析
槽の内部構成と同じ構成となっており、そのアノード側
の面はアニオンは通過させるがカチオンは通過させない
機能を持つアニオン交換膜２６、カソード側の面はカチ
オンは通過させるがアニオンは通過させない機能を持つ
カチオン交換膜２７でそれぞれ壁を構成している。

【００２９】浮体３２の材質および形状は、複数の太陽
電池セル１３と、電極２８、２９、隔壁３３および通水
路２５などで構成された電気透析槽との構造体を海面３
１に浮かせて保持できる浮力を持つもので、海水に安定
な材料であればどの様なものでも良い。

【００３０】浮体３２の上面には、太陽電池セル１３、
電力制御機構１２等が取り付けられていて、これらを包
囲する形で透光性薄膜もしくは透光性薄板で出来たドー
ム状構造体３４を配置し、浮体３２の上面で密閉空間を
形成して太陽電池セル１３、電力制御機構１２等への塵
埃あるいは水滴等による汚損を防止してもよい。

【００３１】図１に示す構成では、浮体３２、隔壁３３
および海面３１の間で密閉空間３５（３５ａ及び３５ｂ
の総称）が形成され、アノード２８とカソード２９で発
生する電解生成ガスはこの空間に集気される。前述した
電解反応式（１）及び（２）によって、アノード２８で
は塩素ガス、カソード２９では水素ガスがそれぞれ生成
されて、上記隔壁３３によって区画されたアノード２８
側の密閉空間３５ａでは塩素ガス、カソード電極２９側
の密閉空間３５ｂでは水素ガスが保持される。

【００３２】浮体３２の側面で水素ガスを保持する密閉
空間３５ｂを形成する壁面の一部には開口部が形成さ
れ、該開口部に水素ガスを電解する機能をもつ電気化学
素子３６が複数個取り付けられており、一方の面は水素
ガス、他方の面は外気に接している。

【００３３】電気化学素子３６の構成例を図２に示す。
図２に示す電気化学素子３６は、例えば特開昭６０−１
１４３２５号公報および特開昭６１−２１６７１４号公
報に示された除湿素子の構成と同様なもので、これを水
素ガスの電解素子に利用しようとするものである。

【００３４】図２において、３７はプロトンを選択的に
通過させる固体高分子電解質膜でできたプロトン伝導
体、３８ａ、３８ｂは電極、３９は樹脂製のフレームで
ある。ここで、プロトン伝導体３７としては、例えばデ
ュポン社製のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）−１１７（登
録商標）等のプロトン交換膜（固体高分子電解質膜）が
用いられ、プロトン伝導体３７の表裏（両面）には白金
鍍金が施され、チタン、タンタル、あるいはステンレス
のメッシュ、あるいは繊維、あるいは多孔金属板を給電
体とした金属鍍金電極３８ａ、３８ｂが固定され、端面
はフレーム３９で保持され、両電極は、水素ガスを電解
する過程で発生する起電力を取り出して電力回収を行い
回収電力を主電力系統に給電するよう集電部４０に導電
線で連結されている。

【００３５】次に上記構成に係る実施の形態１の動作に
ついて説明する。淡水化すべき海水または鹹水は矩形の
通水路２５の一端から給水されるが、矩形の通水路２５
は、図９に示す電気透析槽と同じ構成となっており、そ
のアノード側の面はアニオンは通過させるがカチオンは
通過させない機能を持つアニオン交換膜２６で構成さ
れ、カソード側の面はカチオンは通過させるがアニオン
は通過させない機能を持つカチオン交換膜２７で構成さ
れているため、アノード２８側に塩素イオンが移動し、
カソード２９側にはナトリウムイオンが移動して、通水
路２５を流れる間にイオンが除去され、海水または鹹水
は脱塩されて脱塩水（淡水）３０が生成される。

【００３６】図１及び図２に示す電気化学素子３６の水
素ガスに接している一方の電極３８ａでは、下式（４）
で酸化反応を起こさせ、水素分子を水素イオンに変える
と共に電子を外部に取り出して電気を回収する。また、
この時、水素ガス側の電極３８ａはアノードを形成して
いる。一方、電気化学素子３６の他方の電極３８ｂは外
気と接しており、下式（５）で外気から酸素を取り込
み、酸素と水素イオンを反応させる還元反応を起こさ
せ、電気の回収を継続させる。この時、外気側の電極３
８ｂはカソードを形成している。

【００３７】全体ではアノード側の水素ガスを外気の酸
素ガスと反応させ、水を生成すると共に起電力を取り出
し集電部４０で電力回収を行っている。アノード側：Ｈ₂ →２Ｈ＋２ｅ^- （４）カソード側：２Ｈ＋１／２Ｏ₂（大気中）＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ（５）全体：Ｈ₂ →Ｈ₂ Ｏ＋起電力（６）集電部４０は、図１に示すように、電力制御機構１２に
電気的に接続されており、回収された電力は、主電力系
統１３ａからの給電に加えられ、電極２８、２９に給電
されている。

【００３８】従って、実施の形態１によれば、太陽電池
セル１３により投入した電気エネルギーを化学エネルギ
ーの形に変換された直後に電気化学素子３６により電気
エネルギーに変換して電気透析に必要な電力の一部に回
収し再利用することによって、投入電気量を低減すると
共に附帯設備費を低減し、かつ安全性を確保することが
できる。

【００３９】特に、陰極で発生した水素ガスをガス発生
直後にガス発生場所近傍で電解して電気を取り出し、回
収再使用することによって供給電力量を低減でき、太陽
電池セル１３を用いて太陽光発電を使用する場合に設備
規模を小型化すると共に、太陽電池セル１３を配列する
ための収納箱や架台等の高額な設備を省き設備費を低減
することができる。

【００４０】また、化学エネルギーを電気エネルギーに
変換する手段として小型で安価な固体高分子電解質を導
入して設備の小型化と建設コストの低減を実現すると共
に、可燃ガスである水素ガス生成直後に安定な水に変換
することによって設備の安全性を向上させることができ
る。

【００４１】なお、実施の形態１において、主電源系統
の電源として、太陽電池セル１３を用いたものを示した
が、商用電源や、商用電源と太陽電池セルとの組み合わ
せであっても良いのは勿論である。

【００４２】実施の形態２.上述した実施の形態１で
は、缶体の底板を開口した箱状の浮体３２に、複数の太
陽電池セル１３、電極２８、２９、通水路２５、その他
の構成部品を取り付け一体にして、海面３１に浮かせて
海水を淡水化していたが、この実施の形態２では、図３
に示すように、浮体３２に底板４１を取り付けて筒状体
４２にして陸上に設置しても良い。この場合、設備を屋
内に設置することによって屋内での淡水化操業を可能に
することができる。

【００４３】次に実施の形態２の動作について説明す
る。淡水化すべき海水または鹹水は、実施の形態１と同
様に、矩形の通水路２５の一端から給水され、同じプロ
セスで淡水化される。筒状体４２の内部には海水が貯水
されているが、電解反応式（２）によってカソード２９
（陰極）側でカセイソーダ（ＮａＯＨ）溶液が生成され
るため、新しい海水を逐次給水して新しい海水を取り入
れて電気透析が進行する環境を維持している。アノード
２８とカソード２９で発生する電解生成ガスの取り扱
い、および起電力を取り出し、集電部４０での電力回収
は、実施の形態１と同じ方法で行うことができるが、主
電力は太陽電池セル１３の他に商用電源１０から給電す
るようにしてもよい。

【００４４】このように、実施の形態２では、陸上で実
施の形態１と同様な効果を実現させるもので、電力源と
して商用電源の余剰電力を使用する場合は、設備を屋内
に設置して操業することもでき、小規模な淡水化に対応
させることができる。

【００４５】実施の形態３.上述した実施の形態１及び
２では、電気化学素子３６を、浮体３２の側面で水素ガ
スを保持する密閉空間３５ｂを形成する壁面の一部で外
気に接する位置に配置していたが、この実施の形態３で
は、図４に示すように、通水路２５を塩素ガスあるいは
水素ガス等の電解生成ガスが形成する密閉空間３５に拡
張し、さらに、脱塩水３０の上面に通気空間２５ａを形
成すると共に、この通気空間２５ａが水素ガスを保持す
る密閉空間３５ｂに接する壁面に開口部を設け、その部
分に上述の電気化学素子３６を取り付けるようにしたも
のである。

【００４６】すなわち、電気透析槽の海水または鹹水が
通水される液相部の上部に気相部としての通気空間２５
ａを形成し、その通気空間２５ａを構成する壁面の上記
水素ガスを保持する密閉空間３５ｂに面する部分に開口
部を形成して、該開口部に上記電気化学素子３６を取り
付けたものである。

【００４７】次に実施の形態３の動作について説明す
る。この場合、通気空間２５ａに空気または酸素濃度を
高くした酸素富化空気、あるいは酸素ガスを通気するこ
とによって上述の酸化還元反応式（４）、（５）を起こ
させて電気化学素子３６から電気を取り出し回収再使用
するが、通気空間２５ａに通気する気体に酸素富化空気
あるいは酸素ガスを通気した場合は、酸素濃度が高いた
め、酸化還元反応式（４）、（５）を加速することがで
き、上述の電気化学素子３６の小型化またはその取付数
を低減できる。

【００４８】また、通気空間２５ａ内では、酸化還元反
応式（５）に示すように、水が生成されるが、内部を流
れる脱塩水３０で冷却して凝縮水にして、脱塩水３０と
共に回収することによって淡水の収率を向上させてい
る。さらに、電気化学素子を設備内部に配置することに
よって、塵埃、水滴等による表面汚損を防止できる。

【００４９】実施の形態４.上述した実施の形態１及び
３では、浮体３２を海面３１に浮上させ、太陽光発電に
よって海水を淡水化する方法について述べたが、集光効
率を上げるために、太陽電池セル１３を太陽光に直角に
対向させたり、電気化学素子３６を海面３１上の適正位
置になるようにするため、浮体３２の姿勢制御が必要に
なる場合がある。

【００５０】図５は浮体３２の姿勢および位置制御の機
構例を示したものである。同図において、浮体３２の底
面の両脇の一部に添って内圧によって膨張収縮が自在な
帯状浮袋４３が取り付けられている。浮袋４３は空気等
の気体を給排気することによって膨張収縮するようにな
っており、その各々は独立して気体給排機構４４に流路
的に連結されている。

【００５１】次に実施の形態４の動作について説明す
る。淡水生成量は両極からの通電量に比例する。すなわ
ち、必要な電力を太陽電池セル１３で得る場合、太陽光
の受光量は太陽電池セル１３が斜めに光を受けると、集
光量は低減するため、高効率で集光するためには、受光
面を常に太陽光に直角に保持する必要がある。

【００５２】そのため、浮体３２の底面の両脇に添って
空気によって収縮膨張可能な一対の帯状浮袋４３を固定
し、気体給排機構４４を操作して一方の帯状浮袋４３の
空気を抜いて収縮させ、他方の帯状浮袋４３に空気を供
給して膨張させると、浮力の差によって浮体３２を矢印
Ｘに沿って傾斜させることができる。この操作によっ
て、浮袋４３の膨張収縮を適正に制御することによって
太陽光受光面を太陽の方向に直角に直面させることがで
きる。

【００５３】また、矢印Ｙに沿って上下方向の位置制御
を行うときは、気体給排機構４４によって一対の帯状浮
袋４３の収縮膨張を等しくすることによって実現し、構
成部品を適正な位置に保持している。このようにして、
実施の形態４では、簡単な機構で海面に浮上させた構造
体の姿勢を制御しており、また、太陽光の集光効率を改
善することができる。

【００５４】実施の形態５.上述した実施の形態１及び
３では、電気透析を行うための電気透析槽、電気透析の
ための給電用の陽極および陰極、水素ガス等の電解生成
ガスを保持する密閉空間、および陽極及び陰極に給電す
るための太陽電池セル等を缶体に一体に構成して海面上
に浮上させる例について述べているが、プール状の水槽
に海水を張り、この海水が形成する水面に上記一体に形
成された構造体を浮上させてもよい。この場合、プール
状に形成された水槽は太陽熱を吸収しかつ保温できるよ
うに形成することにより、貯水された海水は加温され
る。太陽熱の吸収手段は、水槽壁面あるいは密閉缶体を
黒色にして太陽熱吸収効率を向上させて貯水部に太陽熱
を蓄熱するなどの手段を講じ、また、保温手段として
は、水面をシート状のもので覆って水面からの水の蒸発
を防止して保温を行っている。

【００５５】次に実施の形態５の動作について説明す
る。電気透析法による海水の淡水化法において、脱塩水
温度に対する透析電力は、１７℃を１００とすると温度
上昇によって減少し、約４０℃で最小の７５％に低減で
きることが実公平４−１５２９９号公報によって明かに
されている。また、電気化学素子３６も動作温度が上昇
するにつれ活性化される。これによって、太陽光によっ
て発電して電気透析に必要な電力を得ると共に、同時に
太陽熱も吸収して消費電力を低減し、かつ電力回収速度
を向上させることができる。また、実施の形態１と同様
に、電解生成ガスである水素ガスから電気を回収再使用
して太陽光発電設備を小規模なものにしている。

【００５６】また、実施の形態５では、太陽熱を利用し
て電気透析の消費電力を低減し、かつ電気回収速度を向
上させて電解生成ガスである水素ガスから電気を高効率
で回収再使用することによって太陽光発電設備を小規模
なものにし、設備費を低減することができる。

【００５７】以上のように、この発明に係る淡水化方法
によれば、電気透析法により海水または鹹水を淡水化す
る淡水化方法において、電気透析のための給電用の陰極
側で発生する水素ガスを電解作用を有する電気化学素子
によって電解する過程で発生する起電力を取り出し、電
気透析に必要な電力の一部として回収し再使用するよう
にしたので、電気透析法で海水の淡水化を行う際、電解
生成ガスを安全な形態に変えて安全性を確保すると共
に、電力を取り出して回収再使用することによって、投
入電力量及び付帯設備費の低減を図り、さらには、小規
模な設備から大規模な設備まで適用できるなどの効果が
ある。

【００５８】また、この発明に係る淡水化装置によれ
ば、電気透析を行う電気透析槽を備え、海水または鹹水
を淡水化する淡水化装置において、電気透析のための給
電用の陰極側上部に該陰極側で発生する水素ガスを保持
する密閉空間を形成し、かつ該密閉空間を形成する壁面
の一部に開口部を形成し、該開口部に水素イオンを導体
とする固体高分子電解質膜の両面に電極を形成した電気
化学素子を取り付けると共に、電気透析のための電極に
給電する主電力系統に連系してなり、上記電気化学素子
によって上記水素ガスを電解する過程で発生する起電力
を取り出して電力回収を行い回収電力を上記主電力系統
に給電する集電部を備えたので、電気透析法で海水の淡
水化を行う際、電解生成ガスを安全な形態に変えて安全
性を確保すると共に、主電力系統の電源として発電容量
の小さいもので対応でき、かつ建設費を低減でき、低コ
ストで省電力形の淡水化装置を得ることができる。

【００５９】また、内部に取り付けられた隔壁を介して
海水または鹹水上に電気透析により発生する電解生成ガ
スを保持する一対の密閉空間を形成してなる缶体を備
え、上記電気透析槽を、上記缶体内の隔壁下部に連結さ
れかつ海水または鹹水中に配置すると共に、電気透析の
ための給電用の陽極及び陰極を、上記缶体内に取り付け
られて上記一対の密閉空間下部で上記電気透析槽の両側
の海水または鹹水中に配設することにより、構造体を一
体に構成することができ、建設費を低減して低コストの
淡水化方装置を得ることができる。

【００６０】また、電気化学素子として、固体高分子電
解質膜でできたプロトン伝導体の両面に網状もしくは繊
維状あるいは多孔板の金属鍍金電極を取り付けたものを
用いることにより、化学エネルギーを電気エネルギーに
変換する手段として小型で安価な固体高分子電解質を導
入して設備の小型化と建設コストの低減を実現すると共
に、可燃ガスである水素ガス生成直後に安定な水に変換
することによって設備の安全性を向上させることができ
る。

【００６１】また、上記電気化学素子を、一方の電極に
水素ガスが接すると共に他方の電極に外気が接するよう
に配置させて、水素ガスの電解反応に必要な酸素を外気
から吸収させるようにしたことにより、水素ガスに接し
ている電極側で酸化反応を起こさせ、水素分子を水素イ
オンに変えると共に電子を外部に取り出して電気を回収
でき、また、外気と接している電極側で酸素を取り込
み、酸素と水素イオンを反応させる還元反応を起こさ
せ、電気の回収を継続させることができる。

【００６２】また、主電力系統を構成する電源を、商用
電源または太陽電池、またはその組み合せのいずれかと
することにより、太陽光発電による電力を使用する場合
にも発電容量の小さいもので対応できると共に、建設費
を低減できる設備構成にして従来の太陽エネルギー利用
形態の経済性を改善することができる低コストで省電力
形の淡水化装置を得ることができる。

【００６３】また、上記缶体の底板を開口し、海水また
は鹹水上に浮く浮体とすることにより、淡水化装置の構
造体を海水または鹹水上に直接浮上させた構成で、電気
化学素子によって水素ガスを電解する過程で発生する起
電力を取り出して電力回収を行うことができる。

【００６４】また、上記浮体上に少なくとも太陽電池セ
ルを取り付けると共に、該浮体に、気体が給排気される
ことによって膨張収縮する浮袋を取り付け、かつ上記浮
袋に気体を給排気することにより上記浮体及び上記太陽
電池セルの位置及び姿勢を制御する位置および姿勢制御
機構を具備したので、簡単な機構で海面に浮上させた構
造体の姿勢を制御することができると共に、太陽光の集
光効率を改善することができる。

【００６５】また、上記缶体を、陸上に設置して海水ま
たは鹹水を通水させることにより、陸上でも、水素ガス
の電解作用を有する電気化学素子によって電解する過程
で発生する起電力を取り出して電気透析に必要な電力の
一部として回収し再使用することができ、電力源として
商用電源の余剰電力を使用する場合は、設備を屋内に設
置して操業することもでき、小規模な淡水化に対応させ
ることができる。

【００６６】また、上記電気透析槽は、海水または鹹水
が通水される液相部の上部に気相部が形成され、該気相
部に空気、または酸素濃度を高くした酸素富化空気、あ
るいは酸素ガスを通気し、かつ気相部を構成する壁面の
上記水素ガスを保持する空間に面する部分に開口部が形
成されてなり、該開口部に上記電気化学素子を取り付け
るようにしたので、水素イオンを反応させる気体として
酸素富化空気、あるいは酸素ガスを通気した場合は酸素
濃度が高いため酸化還元反応を加速することができ、電
気化学素子を小型化できると共に、反応生成物として水
が生成されるが内部を流れる脱塩水で冷却し、凝縮水に
して脱塩水と共に回収することによって淡水の収率を上
げることができる。さらに、電気化学素子を設備内部に
配置することによって、塵埃、水滴等による表面汚損を
防止できる。

【００６７】さらに、海水または鹹水を、プール状に形
成された水槽に貯水して太陽熱を吸収しかつ保温したも
のとすることにより、太陽熱を利用して電気透析の消費
電力を低減し、かつ電気回収速度を向上させて電解生成
ガスである水素ガスから電気を高効率で回収再使用する
ことによって太陽光発電設備を小規模なものにし、設備
費を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る淡水化装置を
示す縦断面図である。

【図２】図１の電気化学素子の構成例を示す断面図で
ある。

【図３】この発明の実施の形態２に係る淡水化装置を
示す縦断面図である。

【図４】この発明の実施の形態３に係る淡水化装置を
示す縦断面図である。

【図５】この発明の実施の形態４に係る淡水化装置を
示す縦断面図である。

【図６】従来の電気透析法による海水淡水化システム
の系統図である。

【図７】従来の太陽電池による給電系統図である。

【図８】従来の太陽電池の構成を示す側断面図および
正面図である。

【図９】従来の電解槽の一実施の形態を示す縦断面図
である。

【図１０】従来の太陽電池による電気透析法の別のシ
ステム系統図である。

【符号の説明】

１０商用電源、１３太陽電池セル、２５電気透析
槽の通水路、２５ａ通気空間、２６アニオン（陰イ
オン）交換膜、２７カチオン（陽イオン）交換膜、２
８アノード（陽極）、２９カソード（陰極）、３０
脱塩水、３１海面、３１ａ海水、３２浮体（缶
体の底板を開口したもの）、３３隔壁、３５ａ、３５
ｂ密閉空間、３６電気化学素子、３７プロトン伝
導体、３８ａ、３８ｂ金属鍍金電極、４０集電部、
４１底板、４３帯状浮袋、４４気体給排機構。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気透析法により海水または鹹水を淡水
化する淡水化方法において、電気透析のための給電用の
陰極側で発生する水素ガスを電解作用を有する電気化学
素子によって電解する過程で発生する起電力を取り出
し、電気透析に必要な電力の一部として回収し再使用す
るようにしたことを特徴とする淡水化方法。
【請求項２】電気透析を行う電気透析槽を備え、海水
または鹹水を淡水化する淡水化装置において、電気透析
のための給電用の陰極側上部に該陰極側で発生する水素
ガスを保持する密閉空間を形成し、かつ該密閉空間を形
成する壁面の一部に開口部を形成し、該開口部に水素イ
オンを導体とする固体高分子電解質膜の両面に電極を形
成した電気化学素子を取り付けると共に、電気透析のた
めの電極に給電する主電力系統に連系してなり、上記電
気化学素子によって上記水素ガスを電解する過程で発生
する起電力を取り出して電力回収を行い回収電力を上記
主電力系統に給電する集電部を備えたことを特徴とする
淡水化装置。
【請求項３】内部に取り付けられた隔壁を介して海水
または鹹水上に電気透析により発生する電解生成ガスを
保持する一対の密閉空間を形成してなる缶体を備え、上
記電気透析槽は、上記缶体内の隔壁下部に連結されかつ
海水または鹹水中に配置されると共に、電気透析のため
の給電用の陽極及び陰極は、上記缶体内に取り付けられ
て上記一対の密閉空間下部で上記電気透析槽の両側の海
水または鹹水中に配設されてなることを特徴とする請求
項２記載の淡水化装置。
【請求項４】上記電気化学素子は、固体高分子電解質
膜でできたプロトン伝導体の両面に網状もしくは繊維状
あるいは多孔板の金属鍍金電極を取り付けたことを特徴
とする請求項２または３記載の淡水化装置。
【請求項５】上記電気化学素子は、一方の電極に水素
ガスが接すると共に他方の電極に外気が接するように配
置されて、水素ガスの電解反応に必要な酸素を外気から
吸収させるようにしたことを特徴とする請求項２ないし
４のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項６】主電力系統を構成する電源は、商用電源
または太陽電池、またはその組み合せのいずれかである
ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の
淡水化装置。
【請求項７】上記缶体は、底板が開口してなり、海水
または鹹水上に浮く浮体であることを特徴とする請求項
３ないし６のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項８】上記浮体上に少なくとも太陽電池セルを
取り付けると共に、該浮体に、気体が給排気されること
によって膨張収縮する浮袋を取り付け、かつ上記浮袋に
気体を給排気することにより上記浮体及び上記太陽電池
セルの位置及び姿勢を制御する位置および姿勢制御機構
を具備したことを特徴とする請求項７記載の淡水化装
置。
【請求項９】上記缶体は、陸上に設置されていて、海
水または鹹水が通水されることを特徴とする請求項３な
いし６のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１０】上記電気透析槽は、海水または鹹水が
通水される液相部の上部に気相部が形成され、該気相部
に空気、または酸素濃度を高くした酸素富化空気、ある
いは酸素ガスを通気し、かつ気相部を構成する壁面の上
記水素ガスを保持する空間に面する部分に開口部が形成
されてなり、該開口部に上記電気化学素子を取り付けた
ことを特徴とする請求項３ないし９のいずれかに記載の
淡水化装置。
【請求項１１】海水または鹹水は、プール状に形成さ
れた水槽に貯水されて太陽熱を吸収しかつ保温されたも
のである請求項２ないし１０のいずれかに記載の淡水化
装置。