JP2015202457A - 複合淡水化装置、及び複合淡水化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比して大幅な動作時間延長を行い、また淡水製造効率を増大させた太陽熱利用型淡水製造機器を提供する。
【解決手段】外部から入力される所定以上の温度である第一の温度を有する高温熱入力を、前記第一の温度より５０℃以上低い第二の温度を有する中温熱出力に変換する第一の熱変換と、前記中温熱出力を、前記第二の温度よりも２０℃以上低い第三の温度を有する低温出力に変換する第二の熱変換とを含む複合淡水化方法である。
【選択図】図３

Description

本発明は、複合淡水化装置、及び複合淡水化方法に関する。

特許文献１に、太陽熱による吸収式ないし吸着式冷凍空調が開示されている。また、特許文献１には、太陽熱集熱器と冷凍サイクルとを組み合わせた装置が開示されている。

特許文献２及び特許文献３には、蓄熱材を用いた負荷平準機能について開示されている。

特許文献４には、吸着式冷凍において、吸着材が海水等から真水だけを吸着することを利用して、冷凍空調と海水淡水化を同時に行う吸着冷凍淡水化技術について開示されている。

特許第３３０２８５９号公報 特許第３１３８７８４号公報 特許第３１６８３６２号公報 特開２００３−２２５６５３号公報 特許第５１７７３８６号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記吸着冷凍淡水化の二重効用化による淡水製造効率の向上である。

本開示の一態様に係る複合淡水化装置は、２００度以上の高温熱入力を、これより少なくとも５０℃以上温度の低い中温熱出力に変換する第一の熱変換部と、前記第一の熱変換部からえられた中温熱入力を、これより少なくとも２０℃以上低い低温熱出力に変換する第二の熱変換部を備える。第一の熱変換部は水との化学反応によって蓄熱を行う化学蓄熱材を備えた蓄熱装置であり、第二の熱変換部は水を物理吸着する物理吸着材を備えた吸着式冷凍器である。第一の熱変換部は、前記化学蓄熱材の脱水動作により得られる水蒸気凝縮潜熱を回収して中温熱出力を行う第一の熱回路と、化学蓄熱材の水和動作より得られる水和熱を回収して中温熱出力を行う第二の熱回路と、前記第一の熱回路と前記第二の熱回路との切り替え機構を備える。さらに第一の熱変換部は、海水その他の不純水から水を気化して化学蓄熱材に供給する第一の水蒸気回路（水和用水蒸気回路）と、脱水動作において放出される水蒸気を凝縮して純水を得るための第二の水蒸気回路（脱水用水蒸気回路）と、前記第一の水蒸気回路と前記第二の水蒸気回路との切り替え機構を備える。また、第二の熱変換部は、海水その他の不純水から水を気化して物理吸着材に供給する蒸発系統と、物理吸着材の再生動作において放出される水蒸気を凝縮して純水を得るための凝縮系統を備える。

さらに、第一の熱変換部は、化学蓄熱材の水和動作、すなわち海水その他の不純水から水を気化して化学蓄熱材に供給する動作において、蓄熱材の水和熱により前記海水その他の不純水を加熱する熱交換器を有する。

第一の熱変換部と第二の熱変換部で熱をカスケード利用して、第一の熱変換部では化学蓄熱剤の水蒸気吸収効果を利用し、第二の熱変換部では物理吸着剤の水蒸気吸着効果を利用して淡水化を行うことにより、淡水製造の二重効用化により効率を増大することが可能である。同時に第一の熱変換部が蓄熱部であることから、冷凍空調ないし淡水化の動作時間延長や負荷平準を行うことが可能である。さらに、水和熱を用いて海水その他の不純水を加熱する機構を持つことにより、水和反応速度を向上し、第二の熱変換部の効率維持に必要な高い温度の中温出力を、安定的に第一の熱変換部から出力することが可能となる。

従来の吸着冷凍淡水化装置の構成および順動作説明図である。 従来の吸着冷凍淡水化装置の構成および逆動作説明図である。 本開示の複合淡水化装置の構成説明図である。 本開示の複合淡水化装置の脱水動作説明図である。 本開示の複合淡水化装置の水和動作説明図である。 本開示の複合淡水化装置を示す図である。

本開示の一態様に係る複合淡水化装置は、２００度以上の高温熱入力を、これより少なくとも５０℃以上温度の低い中温熱出力に変換する第一の熱変換部と、前記第一の熱変換部からえられた中温熱入力を、これより少なくとも２０℃以上低い低温熱出力に変換する第二の熱変換部を備え、第一の熱変換部は水との化学反応によって蓄熱を行う化学蓄熱材を備えた蓄熱装置であり、第二の熱変換部は水を物理吸着する物理吸着材を備えた吸着式冷凍器であることを特徴とする複合淡水化装置である。

第一の熱変換部は、海水もしくは不純水から水を気化して化学蓄熱材に供給する第一の水蒸気回路（水和用水蒸気回路）と、脱水動作において放出される水蒸気を凝縮して純水を得るための第二の水蒸気回路（脱水用水蒸気回路）と、前記第一の水蒸気回路と前記第二の水蒸気回路との切り替え機構を備える。

また、第二の熱変換部は、海水もしくは不純水から水を気化して物理吸着材に供給する蒸発系統と、物理吸着材の再生動作において放出される水蒸気を凝縮して純水を得るための凝縮系統を備える。

かかる構成によって、第一の熱変換部、第二の変換部の両方で海水淡水化ないし不純水の純水化が可能となり、二重効用化が可能となる。

また、本開示の一態様に係る複合淡水化装置は、第一の熱変換部にマグネシウムもしくはカルシウムを組成の少なくとも一部として含む化学蓄熱材を具備することを特徴とする複合淡水化装置である。

とりわけ、特許文献５に開示される塩化リチウム添加水酸化マグネシウム等は脱水反応の操作温度が低く、上述の高温熱入力温度を下げ、本原理による二重効用動作を容易化する点で特に好ましい。

また、本開示の一態様に係る複合淡水化装置は、前記化学蓄熱材の脱水動作により得られる水蒸気凝縮潜熱を回収して中温熱出力を行う第一の熱回路と、化学蓄熱材の水和動作より得られる水和熱を回収して中温熱出力を行う第二の熱回路と、前記第一の熱回路と前記第二の熱回路との切り替え機構を第一の熱変換部に備えることを特徴とする複合淡水化装置である。

かかる構成によって、化学蓄熱材の脱水動作（蓄熱動作）のときも、水和動作（放熱動作）のときにも第二の熱変換部（吸着冷凍機）に中温熱出力が可能であり、太陽光を利用した場合にも昼夜連続的な淡水製造および冷凍空調を行うことが可能となる。

さらに、第一の熱変換部は、化学蓄熱材の水和動作、すなわち海水もしくは不純水から水を気化して化学蓄熱材に供給する動作において、蓄熱材の水和熱により前記海水もしくは不純水を加熱する熱交換器を有する。

かかる構成を備えることにより、水和動作に供する海水の水蒸気分圧が上がり、水和反応の反応速度が上昇するため、前記第二の熱回路から充分な温度および量の中温熱出力を取り出すことを可能とする。

さらに、第一の熱変換部は、供給される海水と排出される濃縮海水とを熱交換する再生熱交換器を有していても良い。これによって熱ロスを減らして効率を高めることが出来る。

また、第一の熱変換部は、化学蓄熱材の水和状態を検知する検知部を備えていても良い。水和状態の情報の一例は、化学蓄熱材の水和割合である。水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２のモル重量（分子量）は５８であり、酸化マグネシウムＭｇＯのモル重量は４０であるので、例えば５８０ｋｇの水酸化マグネシウムを充填した場合、この完全脱水（０％水和）のときの重量は４００ｋｇであり、また重量が４９０ｋｇのときの水和割合は５０％水和である。このような重量検知によって容易に水和状態を検知することができる。この水和割合を検知することにより、特に水和動作におけるリザーブ量（残りの動作可能時間）を検知することが可能であり、利便性を向上することが可能である。

また、本開示の一態様における複合淡水化装置は第一の熱変換部と第二の熱変換部との間に二次蓄熱部を有していても良い。かかる構成によって第一の熱変換部からの熱出力と第二の熱変換部の熱需要を負荷平準して、利便性を向上することが可能である。

また、本開示の一態様における複合淡水化装置は高温熱入力が太陽光集熱器であることを特徴とするか、もしくは高温熱入力が産業排熱であることを特徴とする複合淡水化装置はである。

すなわち、本発明は太陽光利用を念頭においてなされたものであるが、例えば産業排熱等が高温熱源である場合にも作用効果は同様であり、特に熱源の種別を問わない。

（実施の形態１）
最初に、吸着冷凍淡水化装置（第一の熱変換部）の構成及び動作の一例を説明する。なお、以下、全ての図を通じて同一又は対応する構成に同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図１に、第一の熱変換部である吸着冷凍淡水化装置の構成を示す。図１に示す第一の熱変換部は、蒸発室２１０と、第一の吸着室２２０と、第二の吸着室２３０と、凝縮室２４０とを備える。例えば、蒸発室２１０と、第一の吸着室２２０と、第二の吸着室２３０と、凝縮室２４０とは一体化されている。

＜蒸発室２１０＞
蒸発室２１０は、蒸発室熱交換器２１２とシャワーノズル２１１とを有する。シャワーノズル２１１は、外部から取得された水を蒸発室熱交換器２１２に供給する。外部から取得された水の例は海水である。例えば、ポンプなどにより、外部から海水が取得される。

蒸発室２１０では、濃縮海水または濃縮不純水２１６が保持されるタンクを有する。濃縮海水または濃縮不純水２１６とは、外部から取得された海水のうち一部が蒸発した海水を意味する。また、蒸発室２１０は、外部に水を排出する排出口を有する。例えば、排出口から所定以上に濃縮された濃縮海水または濃縮不純水２１６が排出される。

蒸発室２１０は、真空ポンプ２１４を有する。真空ポンプ２１４により、蒸発室２１０の内部空間の真空度を調整し得る。

蒸発室熱交換器２１２は、外部の冷熱負荷２１３と熱的に接続されている。冷熱負荷２１３の例は不凍液等の冷媒である。

＜第一の吸着室２２０＞
第一の吸着室２２０には、第一の吸着部２２１が内蔵されている。第一の吸着部２２１は、水を吸着する。第一の吸着部２２１の例はシリカゲルである。

第一の吸着部２２１は、吸着された水を加熱し、かつ脱離するための第一の再生熱交換器２２２を有する。

さらに、第一の吸着室２２０と蒸発室２１０との間には、蒸発室２１０から発生した水蒸気を第一の吸着室２２０に供給する、もしくは遮断するために開閉可能な第一の蒸発室弁２２３を備える。

さらに、第一の吸着室２２０と凝縮室２４０との間には、第一の吸着室２２０で脱離した水蒸気を凝縮室２４０に供給する、もしくは遮断するために開閉可能な第一の凝縮室弁２２４を備える。

＜第二の吸着室２３０＞
第二の吸着室２３０には、第一の吸着部２２１と同様の第二の吸着部２３１が内蔵されている。第二の吸着部２３１の例もシリカゲルである。

第二の吸着部２３１は、吸着された水を加熱し、かつ脱離するための第二の再生熱交換器２３２を有する。

さらに、第二の吸着室２３０と蒸発室２１０との間には、蒸発室２１０から発生した水蒸気を第二の吸着室２３０に供給する、もしくは遮断するために開閉可能な第二の蒸発室弁２３３を備える。

さらに、第二の吸着室２３０と凝縮室２４０との間には、第二の吸着室２３０で脱離した水蒸気を凝縮室２４０に供給する、もしくは遮断するために開閉可能な第二の凝縮室弁２３４を備える。

＜凝縮室２４０＞
凝縮室２４０には、水の循環により冷却塔２４３と熱的に接続されている凝縮室熱交換器２４２が備えられている。さらに凝縮室熱交換器２４２において凝縮した水を回収する回収器２４１を備えており、回収器は外部の淡水タンク２４４に接続していて回収された淡水を排出することが可能な構成になっている。淡水タンクとは純粋タンクとも表記する。

第一の再生熱交換器２２２および第二の再生熱交換器２３２には、第一の中温熱入力切り替え弁２５１および第二の中温熱入力切り替え弁２５２を介して、一例としてソーラーコレクタ２６０により生成した６０−９０℃程度の温水が供給可能な構成になっている。

（動作）
まず、図１を参照して、第一の熱変換部である吸着冷凍淡水化装置の順動作を説明する。

一例として、蒸発室２１０が１／１００気圧程度に減圧されると、蒸発室内のシャワーノズル２１１から海水または不純水２１５が噴霧される。噴霧された海水または不純水２１５により、蒸発室熱交換器２１２から熱が奪われ、例えば、７℃程度で気化する。この気化潜熱を冷凍出力として冷熱負荷２１３に取り出すことが、吸着冷凍機２５０の基本原理である。また、海水から気化するものは塩分を含まない淡水のみが海水から気化することが、淡水化の基本原理である。

第一の吸着室２２０内の第一の吸着部２２１は、図１においては開かれている第一の蒸発室弁２２３を介して、その吸着能力が飽和するまで蒸発室２１０から水蒸気を吸着する。このとき、第一の吸着部２２１は上記の圧力まで蒸発室を減圧する吸着ポンプの役割を果たしている。

このときソーラーコレクタ２６０により生成した６０−９０℃程度の温水は、第一の中温熱入力切り替え弁２５１および第二の中温熱入力切り替え弁２５２の切り替えにより、第二の再生熱交換器２３２に供給され、第二の吸着室２３０内の第二の吸着部２３１を加熱して吸着水を脱離する。脱離された水蒸気は、図１においては開かれている第二の凝縮室弁２３４を介して凝縮室２４０に流入し、凝縮室熱交換器２４２により凝縮する。凝縮水は液滴として直下の回収器２４１に滴下し、淡水タンク２４４に排出される。

続いて、図２を参照して、第一の熱変換部である吸着冷凍淡水化装置の逆動作を説明する。

図１の順動作を継続すると、第一の吸着室２２０内の第一の吸着部２２１は、水蒸気吸着につれてその吸着能力を失い、従い蒸発室２１０における蒸発量が減少して冷凍能力が減少する。他方第二の吸着室２３０内の第二の吸着部２３１は吸着水の脱離につれて吸着能力を回復する。

このとき、第一の中温熱入力切り替え弁２５１および第二の中温熱入力切り替え弁２５２の切り替え、第一の蒸発室弁２２３を閉じて第二の蒸発室弁２３３を開く蒸発室弁の切り替え、第二の凝縮室弁２３４を閉じて第一の凝縮室弁２２４を開く凝縮室弁の切り替えによって、図２に示す如く逆動作の状態を生じせしめる。

吸着能力の回復した第二の吸着室２３０内の第二の吸着部２３１は、図２においては開かれている第二の蒸発室弁２３３を介して、その吸着能力が飽和するまで蒸発室２１０から水蒸気を吸着する。また、ソーラーコレクタ２６０により生成した６０−９０℃程度の温水は、第一の再生熱交換器２２２に供給され、図１の順動作で水を吸着した第一の吸着室２２０内の第一の吸着部２２１を加熱して吸着水を脱離し、時間とともに吸着能力が回復する。このとき脱離された水蒸気は、図２においては開かれている第一の凝縮室弁２２４を介して凝縮室２４０に流入し、凝縮室熱交換器２４２により凝縮する。凝縮水は液滴として直下の回収器２４１に滴下し、淡水タンク２４４に排出される。

すなわち、図１に示した順動作と図２に示した逆動作を交互に繰り返すことによって、連続的に冷凍出力を得ることが可能であり、また連続的に海水から淡水を製造することが可能である。なお、海水に換えて重金属汚染等した不純水を用いた場合にも、同じ動作で重金属等を含まない純水を得ることが出来る。

以下、図面を参照して、実施の形態１に係る複合淡水化装置を説明する。なお、以下、全ての図を通じて同一又は対応する構成に同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

＜複合淡水化装置１０００＞
図３に、実施の形態１に係る複合淡水化装置１０００の構成の一例を示す。

図３に示す複合淡水化装置１０００は、第一の熱変換部１００と、第二の熱変換部２００とを備える。第一の熱変換部１００を蓄熱装置とも表記し、第二の熱変換部２００を吸着冷凍機とも表記する。

第二の熱変換部２００の構成及び動作は上述の通りであり、説明を割愛する。

第一の熱変換部１００は、化学蓄熱材タンク１１１と、加熱回路と、蒸発タンク１３２と、蒸発熱交換器と、熱伝導回路とを備える。

＜化学蓄熱材タンク１１１＞
化学蓄熱材タンク１１１は、化学蓄熱材１１０を貯留する。化学蓄熱材１１０の一例は、水酸化マグネシウムである。化学蓄熱材１１０は後述する加熱回路により、高温熱が入力され、水及び脱水化学蓄熱材になる。詳細は後述する。

＜加熱回路＞
加熱回路は、高温熱入力熱交換器１２１と高温熱出力熱交換器１２２とを有する。
外部から高温熱が高温熱入力熱交換器１２１に入力される。高温熱入力熱交換器１２１の一例は、トラフ型のソーラーコレクタ又はリニアフレネル型のソーラーコレクタである。ソーラーコレクタは太陽熱を取得する。又は、高温熱入力熱交換器１２１は、ソーラーコレクタと熱的に接続された入力部であり、ソーラーコレクタから太陽熱が入力される。

高温熱出力熱交換器１２２は、化学蓄熱材１１０と熱的に接触しており、化学蓄熱材１１０に、高温熱入力熱交換器１２１に入力された熱を出力する。出力された熱により、例えば、化学蓄熱材１１０の温度は、２００℃以上に上がる。

例えば、加熱回路に、合成油などの熱媒体を循環させることもできる。高温熱入力熱交換器１２１により、外部から合成油に熱が入力される。加熱回路の高温熱出力熱交換器１２２において、合成油から化学蓄熱材１１０に熱が出力される。

化学蓄熱材タンク１１１は、水和動作水蒸気管１３４と脱水動作水蒸気管１２４とを備える。

化学蓄熱材タンク１１１は、水和動作水蒸気管１３４により、蒸発タンク１３２と接続されている。蒸発タンク１３２は、水が供給され、かつ、供給された水を蒸発させる。

＜蒸発タンク１３２＞
蒸発タンク１３２は、水が貯留されているタンクと水供給管を介して、接続される。例えば、水供給管から蒸発タンク１３２に海水が供給される。

蒸発タンク１３２は、貯留される水を排出する水排出管を備える。例えば、水排出管から外部に、濃縮海水が排出される。

水和動作水蒸気管１３４は水和動作水蒸気弁１３３を有する。水和動作水蒸気弁１３３の開閉により、蒸発タンク１３２から化学蓄熱材タンク１１１に供給される水蒸気の量が調整される。

＜淡水タンク１２５＞
化学蓄熱材タンク１１１は、脱水動作水蒸気管１２４により、淡水タンク１２５と接続される。化学蓄熱材１１０の脱水により発生した水蒸気が、脱水動作水蒸気管１２４を介して淡水タンク１２５に出力される。

脱水動作水蒸気管１２４は脱水動作水蒸気弁１２３を有する。脱水動作水蒸気弁１２３の開閉により、化学蓄熱材タンク１１１から淡水タンク１２５に供給される水蒸気の量が調整される。

＜蒸発熱交換器＞
化学蓄熱材タンク１１１と蒸発タンク１３２とに熱的に接するように、蒸発熱交換器が位置する。例えば、化学蓄熱材１１０の水和熱が蒸発タンク１３２に伝わる。水和熱により、蒸発タンク１３２に貯留される海水が気化される。

また、図３に示すように、蒸発タンク１３２が化学蓄熱材タンク１１１の少なくとも外周の一部を覆うように位置しても良い。このような蒸発タンク１３２及び化学蓄熱材タンク１１１は筐体熱交換器とも表記される。

＜熱伝導回路＞
熱伝導回路は、水和動作熱交換器１３６と脱水動作熱交換器１２６とを備え、第二の熱変換部２００と熱的に接触している。図３に示すように、熱伝導回路は、第二の熱変換部２００との間に、第一の中温熱出力切替弁１４１と、第二の中温熱出力切替弁１４２とを備える。いずれかの回路を用いて中温熱出力を行うかを切り替えることが可能な構成になっている。

第一の熱変換部１００は、第一の制御部を備える。第一の制御部は、所定の基準に基づいて、水供給管、水排出管、水和動作水蒸気弁１３３、脱水動作水蒸気弁１２３、第一の中温熱出力切替弁１４１と、第二の中温熱出力切替弁１４２の開閉を制御する。

例えば、上記のタンク及び配管は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス材料から構成される。また、上記のタンク及び配管は、チタン等で構成されることにより、海水に対して高い耐蝕性を有する。

＜制御部＞
制御部は、加熱回路により化学蓄熱材１１０を加熱し、水蒸気と脱水化学蓄熱材とを生成する回路（経路）と、脱水化学蓄熱材に淡水タンク１２５から水蒸気を供給し、化学蓄熱材１１０を生成する回路（経路）との切り替えを制御する。なお、水蒸気と脱水化学蓄熱材とを生成する回路は、熱を供給により反応を進められる。水蒸気を供給し、化学蓄熱材１１０を生成する回路は、反応により熱が得られる。

（動作）
＜第一動作＞
図４を参照して、本実施の形態の複合淡水化装置１０００の第一動作の一例を説明する。第一動作は、例えば、外部から高温熱が高温熱入力熱交換器１２１に入力される場合の動作である。例えば、太陽光からの熱を取得可能な昼間を意味する。

図４に示す太実線は、第一動作時に動作する構成及び経路を示す。図４に示す太実線の経路を第一の循環経路とも表記する。第二の熱変換部の構成及び動作は既に詳述したため説明を割愛する。

高温熱入力熱交換器１２１により熱が得られる。高温熱入力熱交換器１２１の一例はソーラーコレクタである。例えば、ソーラーコレクタにより太陽熱が得られる。高温熱入力熱交換器１２１により得られた熱を、高温の熱媒とも表記する。例えば、ソーラーコレクタにより得られた高温の熱媒は３００℃を有する。

高温熱入力熱交換器１２１から、化学蓄熱材タンク１１１に、高温の熱媒が入力される。化学蓄熱材タンク１１１は、高温熱出力熱交換器１２２と、化学蓄熱材１１０とを有する。高温熱出力熱交換器１２２により、入力された高温の熱媒を用いて、化学蓄熱材１１０が加熱される。

化学蓄熱材１１０の一例は、水酸化マグネシウムである。式１に、化学蓄熱材１１０が水酸化マグネシウムである場合に、化学蓄熱材１１０が加熱される反応式を示す。

（式１） Ｍｇ（ＯＨ）_２→ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ δＨ＝−８１ｋＪ／ｍｏｌ
水酸化マグネシウムは脱水し、酸化マグネシウムになる。このとき１モルあたり８１ｋＪの熱を吸収することにより、加熱される。

脱水動作水蒸気弁１２３を開くことによって、脱水された水は水蒸気として、脱水動作水蒸気管１２４通じて、淡水タンク１２５に供給される。

淡水タンク１２５の内部に位置する脱水動作熱交換器１２６により、水蒸気が冷却されて、凝縮して、淡水タンク１２５内に回収される。このとき、脱水動作熱交換器１２６は、水蒸気凝縮潜熱を回収し、一例として８５℃程度の温水が生成される。

生成された温水は、第二の中温熱出力切替弁１４２を介して、図４中の太線の熱回路に流入し、第二の熱変換部２００に供給される。その後、冷熱発生のための所定のエネルギーを失って、第一の中温熱出力切替弁１４１を介して、再度、脱水動作熱交換器１２６に流入する。この動作により、昼間動作では太陽熱から連続的に第一の熱変換部から中温熱出力が取り出され、第二の変換部で連続的に冷熱を供給することができる。

＜第二動作＞
図５を参照して、本実施の形態の複合淡水化装置１０００の第二動作の一例を説明する。第二動作は、例えば、外部から高温熱が高温熱入力熱交換器１２１に入力されていない場合の動作である。例えば、太陽光からの熱を取得できない夜間を意味する。

図５に示す太実線は、第二動作時に動作する構成及び経路を示す。図５に示す太実線の経路を第二の循環経路とも表記する。第二の熱変換部の構成及び動作は既に詳述したため説明を割愛する。

第一動作時に脱水された化学蓄熱材１１０には水和余地がある。そのため、化学蓄熱材１１０に水蒸気を与えることにより水和物となる。式２に、化学蓄熱材１１０の反応式を示す。水和物になる反応時に、モルあたり８１ｋＪの熱を放出する。

（式２）ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）_２ δＨ＝８１ｋＪ／ｍｏｌ
水の気化潜熱は４０．６ｋＪ／ｍｏｌであるので、上記８１ｋＪ／ｍｏｌのうち半分をこの反応で消費される水（海水）の気化に使い、半分を外部へ出力することで、連続的に熱出力を行うことが可能である。

図５において、化学蓄熱材タンク１１１の外周には蒸発タンク１３２が位置し、化学蓄熱材１１０の発熱で外部の海水または不純水１３１が加熱可能な筺体熱交換器となっている。蒸発タンク１３２に海水または不純水１３１を供給すると、上記化学反応において発生した熱により海水が加熱され、水蒸気を発生する。（この水蒸気は当然のことながら塩を含まず、これを凝縮すると淡水となる。）一例として、このときの海水温度は一例として８５℃であり、その蒸気圧は０．５８気圧である。この水蒸気は水和動作水蒸気弁１３３を開くことによって水和動作水蒸気管１３４通じて化学蓄熱材タンク１１１に供給され、上記（式２）の反応に与り、（式２）に示す水和熱を生じる。このうち約半分を水和動作熱交換器１３６から回収し、一例として８５℃程度の温水が生成される。

この温水は第二の中温熱出力切替弁１４２を介して図中太線の熱回路に流入し、第二の熱変換部２００に供給された後、冷熱発生のための所定のエネルギーを失って、第一の中温熱出力切替弁１４１を介して、再度、水和動作熱交換器１３６に流入するという図中太線の循環熱回路を構成する。この動作により、夜間動作では海水との水和反応により連続的に第一の熱変換部から中温熱出力が取り出され、第二の変換部で連続的に冷熱を供給することができる。

以上を纏め、本複合淡水化装置は下記の効用を奏する。

（１）第一の変換部の第一の機能は蓄熱である。昼間の脱水動作により蓄熱を行い、夜間の水和動作により放熱を行う。

（２）第一の変換部の第二の機能は淡水化である。夜間の水和動作により海水から淡水のみを水和し、昼間の脱水動作によりこれを放出して凝縮することにより淡水を製造する。

（３）第一の変換部と第二の変換部をカスケード接続することにより、第一の変換部、第二の変換部の双方で淡水を製造することが可能となり、すなわち二重効用化が可能となる。

（４）また、第一の変換部の第一の機能は蓄熱であるので、第二の変換部の動作時間を延長することが可能である。これは冷凍空調設備と共役した淡水化装置を想定した場合、夕方以降、日照はないが気温が高く冷房等が必要な場合における利便性を高めることができる。

（実施の形態２）（図６）
図６に、実施の形態２に係る冷凍機を示す。以下に、図６に示す冷凍機は、図３に示す冷凍機と異なる点を説明する。
（１）蒸発タンク１３２に供給される海水または不純水１３１と排出される濃縮海水または濃縮不純水１３７とを熱交換する再生熱交換器１３８を有している。

塩（塩化ナトリウム）の飽和濃度は２５重量％程度であり、例えば海水塩分濃度を２．５％とするならば１０倍以上濃縮すると塩が析出するため、適宜排出しながら水和動作を行わなければならない。他方、（実施の形態１）で述べたとおり、蒸発タンク内の海水温度は一例として８５℃である。従い、温濃縮海水を排出することにより熱ロスが発生するが、再生熱交換器によりこの廃熱で入りの海水を加熱することにより熱ロスを減らして効率を高めることが出来る。

（１）蒸発タンク１３２下部に検知部１５０（重量計）を有している。

化学蓄熱材の水和状態の情報の一例は、化学蓄熱材の水和割合である。水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２のモル重量（分子量）は５８であり、酸化マグネシウムＭｇＯのモル重量は４０であるので、例えば５８０ｋｇの水酸化マグネシウムを充填した場合、この完全脱水（０％水和）のときの重量は４００ｋｇであり、また重量が４９０ｋｇのときの水和割合は５０％水和である。このような重量検知によって容易に水和状態を検知することができる。この水和割合を検知することにより、特に水和動作におけるリザーブ量（残りの動作可能時間）を検知することが可能であり、利便性を向上することが可能である。図６では、海水水位を一定にしたときの蓄熱材タンクおよび蒸発タンク重量を予め測っておくことにより、総重量からこれを差し引いて蓄熱材重量を求め、水和状態を検知することが出来る。

（２）第一の熱変換部１００と第二の熱変換部２００との間に二次蓄熱部３００（温水タンク）を有している。

かかる構成によって第一の熱変換部（一次蓄熱部）からの熱出力と第二の熱変換部（吸着冷凍機）の熱需要を負荷平準して、利便性を向上することが可能である。

このように、本実施の形態は（実施の形態１）よりもさらに実用性の高い形態である。

吸収式冷凍サイクルもしくは吸着式冷凍サイクルは、電動機（電動コンプレッサー）の出現以前から存在する古典的な冷凍技術である。２０世紀には電力の普及、電動機やコンプレッサーの性能向上、冷媒性能の向上等による性能の飛躍的向上により、電動式冷凍機が大幅に普及したため、主にその利用はビル空調、産業用に用いられる大型の吸収冷凍機等に留まっている。しかし、近年はエネルギー価格の高騰、地球温暖化、これらに端を発した省エネルギー化の潮流があり、太陽熱が利用できるこれら熱式ヒートポンプ技術に対する見直しの機運がある。とりわけ、日射量が多く外気温が高い地域、通称サンベルトといわれる地域（インド、中近東、中南米等）においては、冷凍空調用電力の伸びによる電力需給の逼迫という現状があり、これら熱式ヒートポンプ技術に対する期待が近年高まっている。

上述のように、本発明はケミカルヒートポンプの往復動作により、昼間動作においては太陽熱から、夜間動作においては水和反応から連続的に冷熱および淡水を供給することが可能である。冷凍空調としては従来に比して大幅な動作時間延長を行い、また二重効用化により効率を高めた淡水製造装置を提供することを可能とする。

１００ 第一の熱変換部
１１０ 化学蓄熱材
１１１ 化学蓄熱材タンク
１２１ 高温熱入力熱交換器
１２２ 高温熱出力熱交換器
１２３ 脱水動作水蒸気弁
１２４ 脱水動作水蒸気管
１２５ 淡水タンク
１２６ 脱水動作熱交換器
１３１ 海水または不純水
１３２ 蒸発タンク
１３３ 水和動作水蒸気弁
１３４ 水和動作水蒸気管
１３６ 水和動作熱交換器
１３７ 濃縮海水または濃縮不純水
１３８ 再生熱交換器
１４１ 第一の中温熱出力切替弁
１４２ 第二の中温熱出力切替弁
１５０ 検知部
２００ 第二の熱変換部
２１０ 蒸発室
２１１ シャワーノズル
２１２ 蒸発室熱交換器
２１３ 冷熱負荷
２１４ 真空ポンプ
２１５ 海水または不純水
２１６ 濃縮海水または濃縮不純水
２２０ 第一の吸着室
２２１ 第一の吸着部
２２２ 第一の再生熱交換器
２２３ 第一の蒸発室弁
２２４ 第一の凝縮室弁
２３０ 第二の吸着室
２３１ 第二の吸着部
２３２ 第二の再生熱交換器
２３３ 第二の蒸発室弁
２３４ 第二の凝縮室弁
２４０ 凝縮室
２４１ 回収器
２４２ 凝縮室熱交換器
２４３ 冷却塔
２４４ 淡水タンク
２５０ 吸着冷凍機
２５１ 第一の中温熱入力切り替え弁
２５２ 第二の中温熱入力切り替え弁
２６０ ソーラーコレクタ
３００ 二次蓄熱部
１０００ 複合淡水化装置

Claims (10)

1. 外部から入力される所定以上の温度である第一の温度を有する高温熱入力を、前記第一の温度より５０℃以上低い第二の温度を有する中温熱出力に変換する第一の熱変換部と、
   前記中温熱出力を、前記第二の温度よりも２０℃以上低い第三の温度を有する低温出力に変換する第二の熱変換部とを備え、
   前記第一の変換部は、
   化学蓄熱材を貯留する化学蓄熱材タンクと、
   前記高温熱入力を取得し、前記化学蓄熱材を加熱により水蒸気と脱水化学蓄熱材とを生成する加熱回路と、
   前記生成された水蒸気を凝縮して淡水を得る淡水タンクと、
   前記化学蓄熱材タンクの前記脱水化学蓄熱材に、水蒸気を供給する水蒸気を貯留する蒸発タンクと、
   前記加熱回路による前記化学蓄熱材を加熱と、前記蒸発タンクからの前記脱水化学蓄熱材への水蒸気を供給と切り替える制御部とを有し、
   前記第二の熱変換部は、
   水を吸着する吸着部と、
   海水もしくは不純水から水を気化して物理吸着材に供給する蒸発系統と、
   物理吸着材の再生動作において放出される水蒸気を凝縮して純水を得るための凝縮系統とを有する、複合淡水化装置。
2. ２００度以上の高温熱入力を、これより少なくとも５０℃以上温度の低い中温熱出力に変換する第一の熱変換部と、前記第一の熱変換部からえられた中温熱入力を、これより少なくとも２０℃以上低い低温熱出力に変換する第二の熱変換部を備え、
   第一の熱変換部は水との化学反応によって蓄熱を行う化学蓄熱材を備えた蓄熱装置であり、第二の熱変換部は水を物理吸着する物理吸着材を備えた吸着式冷凍器であり、
   第一の熱変換部は、海水もしくは不純水から水を気化して化学蓄熱材に供給する第一の水蒸気回路と、脱水動作において放出される水蒸気を凝縮して純水を得るための第二の水蒸気回路と、前記第一の水蒸気回路と前記第二の水蒸気回路との切り替え機構を備え、
   第二の熱変換部は、海水もしくは不純水から水を気化して物理吸着材に供給する蒸発系統と、物理吸着材の再生動作において放出される水蒸気を凝縮して純水を得るための凝縮系統を備える、複合淡水化装置。
3. 前記第一の熱変換部は、マグネシウムもしくはカルシウムを組成の少なくとも一部として含む化学蓄熱材を具備する、請求項２に記載の複合淡水化装置。
4. 化学蓄熱材の脱水動作により得られる水蒸気凝縮潜熱を回収して中温熱出力を行う第一の熱回路と、化学蓄熱材の水和動作より得られる水和熱を回収して中温熱出力を行う第二の熱回路と、前記第一の熱回路と前記第二の熱回路との切り替え機構を第一の熱変換部に備える、請求項２又は３に記載の複合淡水化装置。
5. 前記第一の熱変換部に、化学蓄熱材の水和熱により前記海水もしくは不純水を加熱するための熱交換器を有する、請求項２から４のいずれか１つに記載の複合淡水化装置。
6. 前記第一の熱変換部に、供給される海水と排出される濃縮海水とを熱交換する再生熱交換器を有する、請求項２から５のいずれか１つに記載の複合淡水化装置。
7. 前記第一の熱変換部は、化学蓄熱材の水和状態を検知する検知部を備えている、
   請求項２から６のいずれか１つに記載の複合淡水化装置。
8. 第一の熱変換部と第二の熱変換部との間に二次蓄熱部を備えている、
   請求項２から請求項７のいずれか１つに記載の複合淡水化装置。
9. 前記高温熱入力が、太陽光集熱器により取得され、又は前記高温熱入力が産業排熱である、請求項２から請求項８に記載の複合淡水化装置。
10. 外部から入力される所定以上の温度である第一の温度を有する高温熱入力を、前記第一の温度より５０℃以上低い第二の温度を有する中温熱出力に変換する第一の熱変換と、
    前記中温熱出力を、前記第二の温度よりも２０℃以上低い第三の温度を有する低温出力に変換する第二の熱変換とを含む複合淡水化方法であって、
    前記第一の変換は、
    前記高温熱入力を取得し、化学蓄熱材タンクに貯留された化学蓄熱材を加熱により水蒸気と脱水化学蓄熱材とを生成し、
    前記生成された水蒸気を凝縮して淡水を取得し、
    前記化学蓄熱材タンクの前記脱水化学蓄熱材に、淡水タンクに貯留された水蒸気を供給しと、
    前記加熱回路による前記化学蓄熱材を加熱と、前記蒸発タンクからの前記脱水化学蓄熱材への水蒸気を供給と切り替え、
    前記第二の熱変換は、
    海水もしくは不純水から水を気化して物理吸着材に供給する蒸発系統と、物理吸着材の再生動作において放出される水蒸気を凝縮して純水を得るための凝縮系統とを含む、複合淡水化方法。

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