JP2022143099A - Seawater desalination apparatus - Google Patents

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啓太 安田
Keita Yasuda
あかり 宜保
Akari Gibo
亮 大村
Akira Omura
智美 矢島
tomomi Yajima
至高 中村
Noritaka Nakamura
亮 秋吉
Akira Akiyoshi
逸人 吉村
Itsuhito Yoshimura
亮 中村
Akira Nakamura
重男 戸村
Shigeo Tomura
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Keio University
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Abstract

To improve a recovery rate of fresh water.SOLUTION: A seawater desalination apparatus 100 includes: a mixing part 210 that generates a mixed liquid by mixing seawater and carbon dioxide; a generation part 220 that generates a solid-gas-liquid mixture containing carbon dioxide hydrate, a crystal chloride and salt water by cooling the mixed liquid to an eutectic temperature of the carbon dioxide hydrate and the crystal chloride; and a separation part 410 that separates the solid-gas-liquid mixture into carbon dioxide hydrate, a crystal chloride and salt water.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、海水を淡水化する海水淡水化装置に関する。 The present invention relates to a seawater desalination apparatus for desalinating seawater.

従来、海水を淡水化する技術として、多段フラッシュ（MSF: Multi-Stage Flash）法が利用されている。多段フラッシュ法は、海水を加熱して水を蒸発（フラッシュ）させ、蒸発した水（水蒸気）を冷却して凝縮する工程を複数回実行する。このため、多段フラッシュ法は、加熱に要する熱エネルギーが莫大となり、また、凝縮によって外部に廃棄される熱エネルギーも莫大となる。したがって、多段フラッシュ法は、加熱に要するコストが嵩むだけでなく、地球温暖化の要因ともなっている。 Conventionally, a multi-stage flash (MSF) method has been used as a technique for desalinating seawater. In the multi-stage flash method, the steps of heating seawater to evaporate water (flash) and cooling and condensing the evaporated water (steam) are performed multiple times. For this reason, the multi-stage flash method requires a huge amount of thermal energy for heating, and a huge amount of thermal energy is wasted to the outside due to condensation. Therefore, the multistage flash method not only increases the cost required for heating, but also contributes to global warming.

そこで、逆浸透膜に高圧の海水を通過させる逆浸透（RO: Reverse Osmosis）法が開発されている（例えば、特許文献１）。 Therefore, a reverse osmosis (RO) method has been developed in which high-pressure seawater is passed through a reverse osmosis membrane (for example, Patent Document 1).

特開２０２０－２０３２５８号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-203258

上記逆浸透法では、淡水の回収率が３０％程度と低い。そこで、淡水の回収率を向上できる技術の開発が希求されている。 In the reverse osmosis method, the recovery rate of fresh water is as low as about 30%. Therefore, there is a demand for the development of technology that can improve the recovery rate of freshwater.

本発明は、このような課題に鑑み、淡水の回収率を向上させることが可能な海水淡水化装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a seawater desalination apparatus capable of improving the recovery rate of freshwater.

上記課題を解決するために、本発明に係る海水淡水化装置は、海水と二酸化炭素とを混合して混合液を生成する混合部と、二酸化炭素ハイドレートおよび結晶塩化物の共晶温度に混合液を冷却して、二酸化炭素ハイドレート、結晶塩化物、および、塩水を含む固気液混合物を生成する生成部と、固気液混合物を、二酸化炭素ハイドレートと、結晶塩化物と、塩水とに分離する分離部と、を備える。 In order to solve the above problems, a seawater desalination apparatus according to the present invention includes a mixing unit that mixes seawater and carbon dioxide to produce a mixed liquid, and a mixture that mixes carbon dioxide hydrate and crystalline chloride at the eutectic temperature. a generator that cools the liquid to form a solid-gas-liquid mixture comprising carbon dioxide hydrate, crystalline chloride, and brine; and a separation unit that separates into

また、上記海水淡水化装置は、分離部によって分離された二酸化炭素ハイドレートを加熱して、二酸化炭素と水とに分解する分解部を備えてもよい。 Moreover, the seawater desalination apparatus may include a decomposing section that heats the carbon dioxide hydrate separated by the separating section to decompose it into carbon dioxide and water.

また、生成部は、混合液と冷媒とを熱交換させ、分解部は、生成部において熱交換された冷媒と、二酸化炭素ハイドレートとを熱交換させてもよい。 Further, the generating section may heat-exchange the liquid mixture and the refrigerant, and the decomposition section may heat-exchange the refrigerant heat-exchanged in the generating section with the carbon dioxide hydrate.

また、上記海水淡水化装置は、分離部によって分離された塩水を混合部に返送する返送ポンプを備えてもよい。 Moreover, the seawater desalination apparatus may include a return pump for returning the salt water separated by the separation section to the mixing section.

また、上記海水淡水化装置は、塩水より塩化ナトリウム濃度が低い淡水を分離部に供給して、塩水の層の上方に淡水の層を形成する淡水供給部を備えてもよい。 Further, the seawater desalination apparatus may include a freshwater supply unit that supplies freshwater having a lower sodium chloride concentration than saltwater to the separation unit to form a freshwater layer above the saltwater layer.

本発明によれば、淡水の回収率を向上させることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to improve the recovery rate of fresh water.

海水淡水化装置の概略的な構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure of a seawater desalination apparatus. 前処理部の概略的構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure of a pre-processing part. 混合部、生成部、および、冷媒冷却部の概略的構成を説明する図である。It is a figure explaining schematic structure of a mixing part, a production|generation part, and a refrigerant|coolant cooling part. 分離部の概略的構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure of a separation part. 分解部の概略的構成を説明する図である。It is a figure explaining the schematic structure of a disassembly part. 精製部の概略的構成を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a schematic configuration of a refining section; 塩水中の塩化ナトリウム濃度と、ハイドレートの生成温度および氷結温度との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between sodium chloride concentration in salt water and hydrate formation temperature and freezing temperature.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in these embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are given the same reference numerals to omit redundant description, and elements that are not directly related to the present invention are omitted from the drawings. do.

［海水淡水化装置１００］
図１は、海水淡水化装置１００の概略的な構成を説明する図である。なお、図１中、実線の矢印は、海水、固気液混合物ＳＬ、二酸化炭素ハイドレートＨ、分解水、混合ガスＭＧ、および、循環塩水Ｊの流れを示す。また、図１中、破線の矢印は、冷媒の流れを示す。図１に示すように、海水淡水化装置１００は、前処理部１１０と、混合部２１０と、生成部２２０と、冷媒冷却部３１０と、分離部４１０と、冷熱回収部５１０と、分解部６１０と、精製部７１０と、中央制御部８１０とを含む。 [Seawater desalination device 100]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a seawater desalination apparatus 100. As shown in FIG. In FIG. 1 , solid arrows indicate the flow of seawater, solid-gas-liquid mixture SL, carbon dioxide hydrate H, decomposed water, mixed gas MG, and circulating salt water J. Moreover, in FIG. 1, the dashed arrow indicates the flow of the refrigerant. As shown in FIG. 1, the seawater desalination apparatus 100 includes a pretreatment unit 110, a mixing unit 210, a generation unit 220, a refrigerant cooling unit 310, a separation unit 410, a cold recovery unit 510, and a decomposition unit 610. , a refining unit 710 , and a central control unit 810 .

前処理部１１０は、海水から夾雑物を取り除く。混合部２１０は、海水と混合ガスＭＧとを混合する。冷媒冷却部３１０は、冷媒を冷却する。生成部２２０は、海水および混合ガスＭＧの混合液を冷媒で冷却して、二酸化炭素ハイドレートＨおよび結晶塩化物を生成する。分離部４１０は、生成部２２０によって生成された固気液混合物ＳＬから二酸化炭素ハイドレートＨおよび結晶塩化物を分離する。冷熱回収部５１０は、二酸化炭素ハイドレートＨの冷熱を海水で回収して、混合部２１０に導く。分解部６１０は、二酸化炭素ハイドレートＨを水と混合ガスＭＧに分解する。精製部７１０は、二酸化炭素ハイドレートＨが分解することによって得られる分解水（水）を生成する。 The pretreatment unit 110 removes contaminants from seawater. Mixing section 210 mixes seawater and mixed gas MG. Coolant cooling unit 310 cools the coolant. The generation unit 220 cools the mixed liquid of the seawater and the mixed gas MG with a refrigerant to generate carbon dioxide hydrate H and crystal chloride. Separation section 410 separates carbon dioxide hydrate H and crystal chloride from solid-gas-liquid mixture SL produced by production section 220 . The cold energy recovery unit 510 recovers cold energy from the carbon dioxide hydrate H with seawater and guides it to the mixing unit 210 . The decomposition unit 610 decomposes the carbon dioxide hydrate H into water and the mixed gas MG. Purification unit 710 generates decomposed water (water) obtained by decomposing carbon dioxide hydrate H. FIG.

中央制御部８１０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部８１０は、ＲＯＭ（Read Only Memory：読み出し専用メモリ）からＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部８１０は、プログラム、ワークエリアとしてのＲＡＭ（Random Access Memory：読み書き可能なメモリ）や他の電子回路と協働して海水淡水化装置１００全体を管理および制御する。 The central control unit 810 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit). The central control unit 810 reads programs, parameters, etc. for operating the CPU itself from a ROM (Read Only Memory). The central control unit 810 manages and controls the entire seawater desalination apparatus 100 in cooperation with a program, RAM (random access memory: readable and writable memory) as a work area, and other electronic circuits.

以下、前処理部１１０、混合部２１０、生成部２２０、冷媒冷却部３１０、分離部４１０、冷熱回収部５１０、分解部６１０、精製部７１０について詳述する。 The pretreatment unit 110, the mixing unit 210, the generation unit 220, the refrigerant cooling unit 310, the separation unit 410, the cold heat recovery unit 510, the decomposition unit 610, and the purification unit 710 will be described in detail below.

［前処理部１１０］
図２は、前処理部１１０の概略的構成を説明する図である。図２中、実線の矢印は、海水および淡水の流れを示す。 [Preprocessing unit 110]
FIG. 2 is a diagram for explaining a schematic configuration of the preprocessing section 110. As shown in FIG. Solid arrows in FIG. 2 indicate the flow of seawater and freshwater.

図２に示すように、前処理部１１０は、粗精製部１１２と、海水昇圧ポンプ１１４と、逆浸透膜濾過器１１６と、浄水精製部１１８と、海水供給管１２０とを含む。 As shown in FIG. 2 , the pretreatment section 110 includes a crude refining section 112 , a seawater boosting pump 114 , a reverse osmosis membrane filter 116 , a water purification section 118 and a seawater supply pipe 120 .

粗精製部１１２は、海水（例えば、２℃以上２８℃以下）の夾雑物を除去するとともに、海水を殺菌する。粗精製部１１２は、例えば、フィルタおよび殺菌灯で構成される。 The crude refining unit 112 removes contaminants from seawater (for example, 2° C. or higher and 28° C. or lower) and sterilizes the seawater. The crude refinement unit 112 is composed of, for example, a filter and a germicidal lamp.

海水昇圧ポンプ１１４の吸入側は、粗精製部１１２に接続される。海水昇圧ポンプ１１４の吐出側は、逆浸透膜濾過器１１６に接続される。海水昇圧ポンプ１１４は、粗精製部１１２によって夾雑物が取り除かれ、殺菌された海水を昇圧して（例えば、５．６ＭＰａ）、逆浸透膜濾過器１１６に導く。 A suction side of the seawater booster pump 114 is connected to the crude refining section 112 . A discharge side of the seawater booster pump 114 is connected to a reverse osmosis membrane filter 116 . The seawater booster pump 114 pressurizes (for example, 5.6 MPa) the seawater from which contaminants have been removed by the crude refining section 112 and has been sterilized, and leads it to the reverse osmosis membrane filter 116 .

逆浸透膜濾過器１１６は、海水から淡水を一部（海水昇圧ポンプ１１４から導かれた海水の約３０％）回収する。回収された淡水は、浄水精製部１１８に導かれる。浄水精製部１１８は、淡水を浄化する。浄化された淡水は、飲料水等として利用される。 The reverse osmosis membrane filter 116 recovers a portion of freshwater (about 30% of the seawater introduced from the seawater booster pump 114) from the seawater. The collected fresh water is guided to the water purification section 118 . The water purification unit 118 purifies fresh water. Purified fresh water is used as drinking water or the like.

一方、逆浸透膜濾過器１１６において、淡水が一部回収された海水（海水昇圧ポンプ１１４から導かれた海水の約７０％）は、例えば、２．７ＭＰａに減圧され、海水供給管１２０を通じて混合部２１０に導かれる。海水供給管１２０は、逆浸透膜濾過器１１６と混合部２１０とを接続する配管である。海水供給管１２０には、安全弁１２４、流量調整弁１２６、および、冷熱回収部５１０が設けられる。 On the other hand, in the reverse osmosis membrane filter 116, the seawater from which fresh water is partially recovered (about 70% of the seawater introduced from the seawater booster pump 114) is decompressed to, for example, 2.7 MPa, and mixed through the seawater supply pipe 120. It is directed to section 210 . The seawater supply pipe 120 is a pipe that connects the reverse osmosis membrane filter 116 and the mixing section 210 . The seawater supply pipe 120 is provided with a safety valve 124 , a flow control valve 126 and a cold heat recovery section 510 .

［混合部２１０］
図３は、混合部２１０、生成部２２０、および、冷媒冷却部３１０の概略的構成を説明する図である。図３中、実線の矢印は、海水、固気液混合物ＳＬ、二酸化炭素ハイドレートＨ、混合ガスＭＧ、および、循環塩水Ｊの流れを示す。また、図３中、破線の矢印は、冷媒の流れを示す。 [Mixing section 210]
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the mixing section 210, the generating section 220, and the refrigerant cooling section 310. As shown in FIG. Solid arrows in FIG. Also, in FIG. 3, the dashed arrows indicate the flow of the coolant.

図３に示すように、海水は、海水供給管１２０を通じて、前処理部１１０から混合部２１０に導かれる。また、海水は、海水供給管１２０の通過過程において、後述する冷熱回収部５１０によって冷却される。混合ガスＭＧは、ゲスト供給管４３２を通じて、分離部４１０から混合部２１０に導かれる。混合ガスＭＧは、二酸化炭素および窒素からなる。混合ガスＭＧ中の二酸化炭素濃度は、例えば、９８ｍｏｌ％であり、窒素濃度は、例えば、２ｍｏｌ％である。循環塩水Ｊは、循環塩水供給管４４２を通じて、分離部４１０から混合部２１０に導かれる。 As shown in FIG. 3 , seawater is led from the pretreatment section 110 to the mixing section 210 through the seawater supply pipe 120 . In addition, the seawater is cooled by the cold heat recovery section 510 described later in the process of passing through the seawater supply pipe 120 . The mixed gas MG is led from the separating section 410 to the mixing section 210 through the guest supply pipe 432 . Mixed gas MG consists of carbon dioxide and nitrogen. The carbon dioxide concentration in the mixed gas MG is, for example, 98 mol %, and the nitrogen concentration is, for example, 2 mol %. The circulating salt water J is led from the separation unit 410 to the mixing unit 210 through the circulating salt water supply pipe 442 .

混合部２１０は、海水と、混合ガスＭＧと、循環塩水Ｊ（－１３．６℃）とを混合（気液混合）する。混合部２１０は、例えば、螺旋型のライン混合器（流体の流れで回転し流体が撹拌される混合器）である。混合部２１０は、液相（海水）において混合ガスＭＧの気泡（例えば、粒径１０μｍ以上４０μｍ以下のマイクロバブル）が実質的に均等に分布するようなミキサーで構成される。混合部２１０内の圧力は、例えば、２．７ＭＰａである。混合部２１０は、海水供給管１２０から導かれた海水と、後述する分離部４１０から導かれた混合ガスＭＧと循環塩水Ｊとを混合する。 The mixing unit 210 mixes (gas-liquid mixing) the seawater, the mixed gas MG, and the circulating salt water J (-13.6° C.). The mixing section 210 is, for example, a helical line mixer (a mixer that rotates with the flow of fluid and agitates the fluid). The mixing unit 210 is configured by a mixer in which the bubbles of the mixed gas MG (for example, microbubbles having a particle size of 10 μm or more and 40 μm or less) are substantially evenly distributed in the liquid phase (seawater). The pressure inside the mixing section 210 is, for example, 2.7 MPa. The mixing section 210 mixes the seawater introduced from the seawater supply pipe 120 with the mixed gas MG and the circulating salt water J introduced from the separation section 410 described later.

そうすると、混合ガスＭＧに含まれる二酸化炭素と、海水に含まれる水とによって、二酸化炭素ハイドレートＨが生成される。二酸化炭素と水（海水）とのハイドレート生成反応は、気液界面で進行する。したがって、混合部２１０が、混合ガスＭＧのマイクロバブルを海水と混合することにより、混合ガスＭＧと海水との接触面積を大きくすることができ、ハイドレート生成反応を促進させることが可能となる。 Then, carbon dioxide hydrate H is produced by the carbon dioxide contained in the mixed gas MG and the water contained in the seawater. A hydrate formation reaction between carbon dioxide and water (seawater) proceeds at the gas-liquid interface. Therefore, the mixing unit 210 mixes the microbubbles of the mixed gas MG with the seawater, thereby increasing the contact area between the mixed gas MG and the seawater, thereby promoting the hydrate formation reaction.

また、ハイドレート生成反応は、発熱反応である。したがって、混合部２１０が混合ガスＭＧと海水との接触面積を大きくすることにより、反応熱を効率よく除去することができる。これにより、ハイドレート生成反応を促進させることが可能となる。 Also, the hydrate formation reaction is an exothermic reaction. Therefore, by increasing the contact area between the mixed gas MG and the seawater in the mixing section 210, the heat of reaction can be removed efficiently. This makes it possible to promote the hydrate formation reaction.

また、分離部４１０から導かれる循環塩水Ｊの量は、前処理部１１０から導かれる海水の５倍以上１０倍以下である。後述する生成部２２０において、混合部２１０で生成された固気液混合物ＳＬを冷却すると、迅速に二酸化炭素ハイドレートＨが生成される。そうすると、固気液混合物ＳＬ中の水が減少して塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の濃度が上昇する。塩化ナトリウムの濃度が共晶濃度（例えば、２４．５質量％）に達すると、塩化ナトリウム二水和物（ＮａＣｌ・２Ｈ２Ｏ、結晶塩化物）が析出する。そこで、循環塩水Ｊの量を海水の５倍以上１０倍以下とすることにより、生成部２２０において、生成される固体量（二酸化炭素ハイドレートＨおよび塩化ナトリウム二水和物）を１０質量％以下とすることができる。これにより、固気液混合物送出管２２２の閉塞を防止することが可能となる。 Also, the amount of circulating salt water J led from the separation unit 410 is 5 times or more and 10 times or less the amount of sea water led from the pretreatment unit 110 . When the solid-gas-liquid mixture SL produced in the mixing section 210 is cooled in the producing section 220, which will be described later, the carbon dioxide hydrate H is rapidly produced. As a result, water in the solid-gas-liquid mixture SL decreases and the concentration of sodium chloride (NaCl) increases. Sodium chloride dihydrate (NaCl.2H 2 O, crystalline chloride) precipitates when the concentration of sodium chloride reaches the eutectic concentration (eg, 24.5% by weight). Therefore, by setting the amount of circulating salt water J to 5 times or more and 10 times or less that of seawater, the amount of solids (carbon dioxide hydrate H and sodium chloride dihydrate) generated in generation unit 220 is 10% by mass or less. can be This makes it possible to prevent clogging of the solid-gas-liquid mixture delivery pipe 222 .

［生成部２２０］
生成部２２０内の圧力は、例えば、２．７ＭＰａである。生成部２２０は、固気液混合物送出管２１２を通じて混合部２１０から導かれた固気液混合物ＳＬを、二酸化炭素ハイドレートＨおよび結晶塩化物の共晶温度（圧力が２．７ＭＰａの場合、－９．６℃）に冷却する。本実施形態において、生成部２２０は、固気液混合物ＳＬと冷媒とを熱交換させる熱交換器である。生成部２２０は、固気液混合物ＳＬを冷却し、冷媒を加熱する。生成部２２０によって冷却されることで、固気液混合物ＳＬにおいてハイドレート生成反応がさらに進行する。これにより、生成部２２０において、さらに二酸化炭素ハイドレートＨが生成される。生成部２２０によって生成された、二酸化炭素ハイドレートＨ、混合ガスＭＧ、結晶塩化物、および、共晶濃度の塩水を含む固気液混合物ＳＬは、固気液混合物送出管２２２を通じて分離部４１０に導かれる。 [Generation unit 220]
The pressure inside the generator 220 is, for example, 2.7 MPa. The generating unit 220 converts the solid-gas-liquid mixture SL introduced from the mixing unit 210 through the solid-gas-liquid mixture delivery pipe 212 to the eutectic temperature of carbon dioxide hydrate H and crystalline chloride (when the pressure is 2.7 MPa, − 9.6° C.). In the present embodiment, the generator 220 is a heat exchanger that exchanges heat between the solid-gas-liquid mixture SL and the refrigerant. The generator 220 cools the solid-gas-liquid mixture SL and heats the refrigerant. By being cooled by the generation unit 220, the hydrate generation reaction further proceeds in the solid-gas-liquid mixture SL. As a result, the carbon dioxide hydrate H is further generated in the generation unit 220 . The solid-gas-liquid mixture SL containing the carbon dioxide hydrate H, the mixed gas MG, the crystal chloride, and the eutectic salt water produced by the production unit 220 is sent to the separation unit 410 through the solid-gas-liquid mixture delivery pipe 222. be guided.

また、生成部２２０の長さ（固気液混合物ＳＬの通過な長さ）は、例えば、６０ｍ以上８０ｍ以下である。これにより、二酸化炭素ハイドレートＨの生成率を８０％以上とすることができる。 Also, the length of the generation unit 220 (the length through which the solid-gas-liquid mixture SL passes) is, for example, 60 m or more and 80 m or less. Thereby, the production rate of carbon dioxide hydrate H can be made 80% or more.

［冷媒冷却部３１０］
冷媒冷却部３１０は、バッファタンク３２０と、冷媒圧縮機３３０と、冷却器３４０と、バッファタンク３５０とを備える。 [Refrigerant cooling unit 310]
Refrigerant cooling unit 310 includes buffer tank 320 , refrigerant compressor 330 , cooler 340 , and buffer tank 350 .

バッファタンク３２０は、冷媒返送管３２２を通じて生成部２２０に接続される。また、バッファタンク３２０は、冷媒返送管３２４を通じて分離部４１０に接続される。バッファタンク３２０は、冷媒返送管３２２を通じて生成部２２０から導かれる気体状態の冷媒、および、冷媒返送管３２４を通じて分離部４１０から導かれる気体状態の冷媒を貯留する。冷媒冷却部３１０は、バッファタンク３２０を備えることにより、冷媒圧縮機３３０の吸入圧の変動、および、吸入量の変動を抑えることができる。 The buffer tank 320 is connected to the generator 220 through a refrigerant return pipe 322 . Also, the buffer tank 320 is connected to the separation section 410 through a refrigerant return pipe 324 . The buffer tank 320 stores gaseous refrigerant guided from the generator 220 through the refrigerant return pipe 322 and gaseous refrigerant guided from the separation unit 410 through the refrigerant return pipe 324 . Refrigerant cooling unit 310 is provided with buffer tank 320 , thereby suppressing fluctuations in the suction pressure and suction amount of refrigerant compressor 330 .

冷媒圧縮機３３０の吸入側は、バッファタンク３２０に接続される。冷媒圧縮機３３０の吐出側は、冷却器３４０および分解部６１０に接続される。冷媒圧縮機３３０は、冷媒を昇圧する。冷媒圧縮機３３０によって圧縮された冷媒は、冷却器３４０および分解部６１０に導かれる。 A suction side of the refrigerant compressor 330 is connected to the buffer tank 320 . The discharge side of refrigerant compressor 330 is connected to cooler 340 and decomposition section 610 . Refrigerant compressor 330 pressurizes the refrigerant. Refrigerant compressed by refrigerant compressor 330 is led to cooler 340 and decomposition section 610 .

冷却器３４０は、冷媒圧縮機３３０によって昇圧された冷媒を冷却して凝縮する。冷却器３４０は、例えば、空冷装置、または、水冷装置で構成される。 Cooler 340 cools and condenses the refrigerant pressurized by refrigerant compressor 330 . Cooler 340 is composed of, for example, an air cooler or a water cooler.

バッファタンク３５０は、冷却器３４０によって凝縮された冷媒（液体）、および、分解部６１０において凝縮された冷媒（液体）を貯留する。冷媒冷却部３１０は、バッファタンク３５０を備えることにより、冷媒（液体）の脈動（流量の変動、および、圧力の変動）を吸収することができる。 Buffer tank 350 stores the refrigerant (liquid) condensed by cooler 340 and the refrigerant (liquid) condensed in decomposition section 610 . Refrigerant cooling unit 310 is provided with buffer tank 350, so that it is possible to absorb the pulsation (fluctuations in flow rate and pressure) of the refrigerant (liquid).

冷媒供給管３６０は、冷媒圧縮機３３０の吐出側と分解部６１０（分解熱交換器６２２）とを接続する。冷媒供給管３６０には、流量調整弁３６２が設けられる。中央制御部８１０は、後述する分解部６１０の分解熱交換器６２２を通過する冷媒によって二酸化炭素ハイドレートＨが分解されるように、流量調整弁３６２の開度を調整する。冷媒返送管３６４は、分解部６１０とバッファタンク３５０とを接続する。 Refrigerant supply pipe 360 connects the discharge side of refrigerant compressor 330 and decomposition unit 610 (decomposition heat exchanger 622). A flow control valve 362 is provided in the coolant supply pipe 360 . The central control unit 810 adjusts the opening degree of the flow control valve 362 so that the carbon dioxide hydrate H is decomposed by the refrigerant passing through the decomposition heat exchanger 622 of the decomposition unit 610, which will be described later. Refrigerant return pipe 364 connects decomposition unit 610 and buffer tank 350 .

冷媒供給管３７０は、バッファタンク３５０と生成部２２０とを接続する。冷媒供給管３７０には、流量調整弁３７２が設けられる。中央制御部８１０は、生成部２２０における固気液混合物ＳＬの温度が共晶温度（－９．６℃）となるように、流量調整弁３７２の開度を調整する。 A coolant supply pipe 370 connects the buffer tank 350 and the generator 220 . A flow control valve 372 is provided in the coolant supply pipe 370 . Central control unit 810 adjusts the opening degree of flow control valve 372 so that the temperature of solid-gas-liquid mixture SL in generating unit 220 reaches the eutectic temperature (−9.6° C.).

冷媒供給管３８０は、バッファタンク３５０と分離部４１０とを接続する。冷媒供給管３８０には、流量調整弁３８２が設けられる。中央制御部８１０は、後述する分離部４１０の固気液分離器４１２における固気液混合物ＳＬの温度が共晶温度（例えば、－９．６℃）となるように、流量調整弁３８２の開度を調整する。 A coolant supply pipe 380 connects the buffer tank 350 and the separation section 410 . A flow control valve 382 is provided in the coolant supply pipe 380 . The central control unit 810 opens the flow control valve 382 so that the temperature of the solid-gas-liquid mixture SL in the solid-gas-liquid separator 412 of the separation unit 410, which will be described later, reaches the eutectic temperature (eg, −9.6° C.). adjust the degree.

［分離部４１０］
図４は、分離部４１０の概略的構成を説明する図である。図４中、実線の矢印は、液体、および、固体の流れを示す。図４中、破線の矢印は、気体の流れを示す。図４中、一点鎖線の矢印は、冷媒の流れを示す。また、図４中、破線は、塩水と淡水との界面を示し、一点鎖線は、淡水と気相（混合ガスＭＧ）との界面を示す。 [Separation unit 410]
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of the separating section 410. As shown in FIG. Solid arrows in FIG. 4 indicate liquid and solid flows. In FIG. 4, dashed arrows indicate gas flows. In FIG. 4, the dashed-dotted arrows indicate the flow of the refrigerant. In FIG. 4, the dashed line indicates the interface between salt water and fresh water, and the dashed line indicates the interface between fresh water and the gas phase (mixed gas MG).

図４に示すように、分離部４１０は、固気液分離器４１２と、熱交換器４２０と、脱水機４２２と、乾燥機４２４と、循環圧縮機４３０と、返送ポンプ４４０と、遊離水希釈器４５０と、脱水機４６０と、ゲスト供給部４７０とを含む。 As shown in FIG. 4, the separation unit 410 includes a solid-gas-liquid separator 412, a heat exchanger 420, a dehydrator 422, a dryer 424, a circulation compressor 430, a return pump 440, and a free water dilution It includes a vessel 450 , a dehydrator 460 and a guest supply 470 .

固気液分離器４１２は、円筒形状の容器である。固気液分離器４１２は、大径部４１２ａ、縮径部４１２ｂ、小径部４１２ｃを含む。大径部４１２ａは、円筒形状である。縮径部４１２ｂは、大径部４１２ａの上端に連続する。縮径部４１２ｂは、下端から上端に向かうに従って径が漸減する。小径部４１２ｃは、縮径部４１２ｂの上端に連続する。小径部４１２ｃは、大径部４１２ａよりも小径である。 The solid-gas-liquid separator 412 is a cylindrical container. The solid-gas-liquid separator 412 includes a large diameter portion 412a, a reduced diameter portion 412b, and a small diameter portion 412c. The large diameter portion 412a has a cylindrical shape. The reduced diameter portion 412b is continuous with the upper end of the large diameter portion 412a. The reduced diameter portion 412b gradually decreases in diameter from the lower end to the upper end. The small diameter portion 412c is continuous with the upper end of the reduced diameter portion 412b. The small diameter portion 412c has a smaller diameter than the large diameter portion 412a.

大径部４１２ａの内部には、噴出部４１４が設けられる。噴出部４１４は、混合ガスＭＧを噴出する。 A jetting portion 414 is provided inside the large diameter portion 412a. The ejection part 414 ejects the mixed gas MG.

固気液混合物送出管２２２は、生成部２２０と、固気液分離器４１２（大径部４１２ａ）における噴出部４１４の下方とを接続する。したがって、生成部２２０から導かれた固気液混合物ＳＬは、固気液分離器４１２における噴出部４１４の下方に供給される。 The solid-gas-liquid mixture delivery pipe 222 connects the generator 220 and the lower part of the ejection part 414 in the solid-gas-liquid separator 412 (large diameter part 412a). Therefore, the solid-gas-liquid mixture SL guided from the generation unit 220 is supplied below the ejection unit 414 in the solid-gas-liquid separator 412 .

熱交換器４２０は、大径部４１２ａ内の固気液混合物ＳＬを共晶温度（例えば、－９．６℃）に冷却する。熱交換器４２０には、冷媒供給管３８０および冷媒返送管３２４が接続される。熱交換器４２０は、冷媒冷却部３１０から導かれた冷媒と固気液混合物ＳＬとを熱交換して、固気液混合物ＳＬを冷却する。これにより、大径部４１２ａ内において、ハイドレート生成反応がさらに促進される。そして、固気液混合物ＳＬの温度が共晶温度（例えば、－９．６℃）となると、固気液混合物ＳＬに含まれる塩水における塩化ナトリウムの濃度が共晶濃度（例えば、２４．５質量％）に到達し、結晶塩化物が析出する。 The heat exchanger 420 cools the solid-gas-liquid mixture SL in the large-diameter portion 412a to the eutectic temperature (eg, −9.6° C.). A refrigerant supply pipe 380 and a refrigerant return pipe 324 are connected to the heat exchanger 420 . The heat exchanger 420 exchanges heat between the refrigerant guided from the refrigerant cooling section 310 and the solid-gas-liquid mixture SL to cool the solid-gas-liquid mixture SL. This further promotes the hydrate formation reaction within the large-diameter portion 412a. Then, when the temperature of the solid-gas-liquid mixture SL reaches the eutectic temperature (eg, −9.6° C.), the concentration of sodium chloride in the salt water contained in the solid-gas-liquid mixture SL becomes the eutectic concentration (eg, 24.5 mass %) is reached and crystalline chloride precipitates.

そして、固気液分離器４１２内において、固気液混合物ＳＬが、二酸化炭素ハイドレートＨと、結晶塩化物と、塩水とに比重差で分離される。具体的に説明すると、二酸化炭素ハイドレートＨの比重は、１．１５である。また、塩水の比重は、１．２０である。結晶塩化物の比重は、１．６９である。なお、詳しくは後述するが、固気液分離器４１２には、塩水よりも塩化ナトリウム濃度が低い淡水（比重１．０）が供給される。このため、塩水と淡水とが比重差で分離される。つまり、固気液分離器４１２内において、塩水で構成される下層、淡水で構成される上層（－５℃以上０℃以下）、淡水の上方に位置する気相が形成される。なお、本実施形態において、上層と下層との界面（図４中、破線で示す）が、小径部４１２ｃに形成されるように、固気液分離器４１２が設計される。 Then, in the solid-gas-liquid separator 412, the solid-gas-liquid mixture SL is separated into carbon dioxide hydrate H, crystalline chloride, and salt water due to the difference in specific gravities. Specifically, the specific gravity of carbon dioxide hydrate H is 1.15. Moreover, the specific gravity of salt water is 1.20. The specific gravity of the crystalline chloride is 1.69. Although details will be described later, the solid-gas-liquid separator 412 is supplied with fresh water (with a specific gravity of 1.0) having a sodium chloride concentration lower than that of salt water. Therefore, salt water and fresh water are separated due to the difference in specific gravity. That is, in the solid-gas-liquid separator 412, a lower layer composed of salt water, an upper layer composed of fresh water (-5° C. or higher and 0° C. or lower), and a gas phase above the fresh water are formed. In this embodiment, the solid-gas-liquid separator 412 is designed such that the interface between the upper layer and the lower layer (indicated by the dashed line in FIG. 4) is formed in the small diameter portion 412c.

したがって、固気液分離器４１２において、二酸化炭素ハイドレートＨは、淡水（上層）と塩水（下層）との界面上（図４中、破線で示す）に浮上し、結晶塩化物は、塩水中に沈降する。なお、二酸化炭素ハイドレートＨの約４％は、淡水（上層）に位置し、約９６％は、塩水中に位置する。また、二酸化炭素ハイドレートＨには、未反応の微小な気泡が付着するため、二酸化炭素ハイドレートＨの見かけの比重は軽くなる。したがって、二酸化炭素ハイドレートＨは、４％以上、上層（淡水）に位置することになる。なお、固気液分離器４１２内において、二酸化炭素ハイドレートＨの遊離水（随伴水）が、塩水から淡水に十分に置換される程度に、上層における二酸化炭素ハイドレートＨの滞留時間が長くなるように、固気液分離器４１２は設計される。 Therefore, in the solid-gas-liquid separator 412, the carbon dioxide hydrate H floats on the interface between the fresh water (upper layer) and the salt water (lower layer) (indicated by the broken line in FIG. 4), and the crystalline chloride is to settle. About 4% of the carbon dioxide hydrate H is located in fresh water (upper layer), and about 96% is located in salt water. In addition, since unreacted fine bubbles adhere to the carbon dioxide hydrate H, the apparent specific gravity of the carbon dioxide hydrate H is reduced. Therefore, 4% or more of carbon dioxide hydrate H is located in the upper layer (freshwater). In the solid-gas-liquid separator 412, the retention time of the carbon dioxide hydrate H in the upper layer is increased to such an extent that the free water (accompanied water) of the carbon dioxide hydrate H is sufficiently replaced from salt water with fresh water. As such, the solid-gas-liquid separator 412 is designed.

そして、不図示の液面計（比重計）によって、淡水で構成される上層に浮上した二酸化炭素ハイドレートＨの位置が検出され、上層に位置する二酸化炭素ハイドレートＨ（－５℃以上０℃以下）は、小径部４１２ｃに設けられた排出ノズルを通じて、遊離水希釈器４５０に導かれる。このため、二酸化炭素ハイドレートＨには、塩水がほとんど随伴されず、淡水が随伴されることになる。これにより、後段の分解部６１０において生成される水の塩化ナトリウム濃度を低減することができる。 Then, the position of the carbon dioxide hydrate H floating in the upper layer composed of fresh water is detected by a liquid level gauge (hydrometer) (not shown), and the carbon dioxide hydrate H located in the upper layer (-5 ° C. below) is led to the free water diluter 450 through a discharge nozzle provided in the small diameter portion 412c. For this reason, the carbon dioxide hydrate H is hardly accompanied by salt water, and is accompanied by fresh water. As a result, the concentration of sodium chloride in the water produced in the subsequent decomposition section 610 can be reduced.

なお、混合ガスＭＧは、二酸化炭素に加えて、水への溶解度が極めて小さい窒素を少量含む。このため、二酸化炭素が、二酸化炭素ハイドレートＨの生成条件（温度、圧力、二酸化炭素成分率）以内にある限り、二酸化炭素ハイドレートＨが生成され続ける。つまり、混合ガスＭＧ中の二酸化炭素がハイドレート生成限界分率に低下するまで、二酸化炭素は二酸化炭素ハイドレートＨに転化する。 The mixed gas MG contains, in addition to carbon dioxide, a small amount of nitrogen, which has extremely low solubility in water. Therefore, as long as carbon dioxide is within the conditions for producing carbon dioxide hydrate H (temperature, pressure, carbon dioxide component ratio), carbon dioxide hydrate H continues to be produced. That is, carbon dioxide is converted to carbon dioxide hydrate H until the carbon dioxide in the mixed gas MG is reduced to the hydrate formation limit fraction.

二酸化炭素ハイドレートＨの生成反応は、二酸化炭素と水との気液界面の気相中で進行し、また、生成された二酸化炭素ハイドレートＨは、反応場から分離される。このため、二酸化炭素ハイドレートＨの生成条件下において、二酸化炭素ハイドレートＨは連続的に析出され、気相中の二酸化炭素濃度は、ハイドレート生成限界濃度まで低下する。 The production reaction of carbon dioxide hydrate H proceeds in the gas phase at the gas-liquid interface between carbon dioxide and water, and the produced carbon dioxide hydrate H is separated from the reaction field. Therefore, the carbon dioxide hydrate H is continuously precipitated under the conditions for producing the carbon dioxide hydrate H, and the carbon dioxide concentration in the gas phase decreases to the hydrate production limit concentration.

残存した二酸化炭素は、二酸化炭素ハイドレートＨに転化しない水に平衡溶解する。このため、後述する返送ポンプ４４０によって塩水が混合部２１０に返送されると、塩水中に溶解する二酸化炭素濃度は、ハイドレート生成限界濃度と略平衡した溶解濃度に収束する。したがって、固気液分離器４１２から排出される二酸化炭素ハイドレートＨおよび随伴水中の二酸化炭素濃度は、この溶解濃度となる。 The remaining carbon dioxide dissolves in equilibrium in water without converting to carbon dioxide hydrate H. Therefore, when the salt water is returned to the mixing unit 210 by the return pump 440, which will be described later, the concentration of carbon dioxide dissolved in the salt water converges to a dissolved concentration substantially in equilibrium with the hydrate production limit concentration. Therefore, the concentrations of carbon dioxide in the carbon dioxide hydrate H discharged from the solid-gas-liquid separator 412 and the accompanying water are the dissolved concentrations.

一方、沈降した結晶塩化物は、脱水機４２２によって脱水される。脱水機４２２によって脱水された結晶塩化物は、乾燥機４２４で乾燥される。一方、脱水機４２２によって生じた塩水は、海水供給管１２０を通じて、混合部２１０に返送される。乾燥機４２４によって乾燥された結晶塩化物（塩化ナトリウム）は、製品として出荷される。 On the other hand, the precipitated crystal chloride is dehydrated by dehydrator 422 . The crystal chloride dehydrated by dehydrator 422 is dried by dryer 424 . On the other hand, salt water produced by the dehydrator 422 is returned to the mixing section 210 through the seawater supply pipe 120 . The crystalline chloride (sodium chloride) dried by the dryer 424 is shipped as a product.

また、脱水機４２２と海水供給管１２０とを接続する配管には、流量調整弁４２６が設けられる。中央制御部８１０は、脱水機４２２の脱水効率を維持するように、流量調整弁４２６の開度を調整する。 A pipe connecting the dehydrator 422 and the seawater supply pipe 120 is provided with a flow control valve 426 . The central control unit 810 adjusts the opening degree of the flow control valve 426 so as to maintain the dehydration efficiency of the dehydrator 422 .

また、固気液分離器４１２内で分離された、未反応の混合ガスＭＧは、循環圧縮機４３０によって混合部２１０および噴出部４１４に返送される。 In addition, unreacted mixed gas MG separated in solid-gas-liquid separator 412 is returned to mixing section 210 and jetting section 414 by circulation compressor 430 .

循環圧縮機４３０の吸入側は、固気液分離器４１２における小径部４１２ｃの上部に接続される。循環圧縮機４３０の吐出側は、アキュムレータ４３０ａを介して、ゲスト供給管４３２に接続される。ゲスト供給管４３２は、循環圧縮機４３０と混合部２１０とを接続する配管である。ゲスト供給管４３２には、流量調整弁４３４が設けられる。中央制御部８１０は、固気液分離器４１２内の物質収支を等しくすべく、注入された淡水量と海水中の未反応の水の合計量がプラスとなるように（つまり、固気液分離器４１２内において、水がすべて二酸化炭素ハイドレートＨとならないように）、流量調整弁４３４の開度を調整する。混合部２１０、生成部２２０、および、固気液分離器４１２における、二酸化炭素ハイドレートＨの転化率は、８０％以上９０％以下である。このため、１０％以上２０％以下の未反応の水が淡水とともに遊離水希釈器４５０に排出される。したがって、中央制御部８１０は、固気液分離器４１２内の噴出部４１４の上方の塩水の層の比重が一定になるように、流量調整弁４３４の開度を調整する。 The suction side of the circulation compressor 430 is connected to the upper portion of the small diameter portion 412 c of the solid-gas-liquid separator 412 . A discharge side of the circulation compressor 430 is connected to a guest supply pipe 432 via an accumulator 430a. The guest supply pipe 432 is a pipe that connects the circulation compressor 430 and the mixing section 210 . A flow control valve 434 is provided in the guest supply pipe 432 . In order to equalize the material balance in the solid-gas-liquid separator 412, the central control unit 810 controls the total amount of injected fresh water and unreacted water in the seawater to be positive (that is, solid-gas-liquid separation The opening degree of the flow control valve 434 is adjusted so that all the water does not become carbon dioxide hydrate H in the vessel 412 . The conversion rate of the carbon dioxide hydrate H in the mixing section 210, the generating section 220, and the solid-gas-liquid separator 412 is 80% or more and 90% or less. Therefore, 10% or more and 20% or less of unreacted water is discharged to the free water diluter 450 together with the fresh water. Therefore, the central control unit 810 adjusts the opening degree of the flow control valve 434 so that the specific gravity of the salt water layer above the ejection part 414 in the solid-gas-liquid separator 412 is constant.

ゲスト循環管４３６は、ゲスト供給管４３２における流量調整弁４３４と混合部２１０との間と、噴出部４１４とを接続する配管である。ゲスト循環管４３６には、流量調整弁４３８が設けられる。 The guest circulation pipe 436 is a pipe that connects between the flow control valve 434 and the mixing section 210 in the guest supply pipe 432 and the ejection section 414 . A flow control valve 438 is provided in the guest circulation pipe 436 .

固気液混合物送出管２２２から導かれる固気液混合物ＳＬは、共晶温度（－９．６℃）となっているため、二酸化炭素ハイドレートＨがこのまま上昇して淡水の層（上層）に到達すると、淡水の層が氷結してしまう。そこで、噴出部４１４を通じて、混合ガスＭＧを固気液分離器４１２に供給することで、固気液分離器４１２において二酸化炭素ハイドレートＨの生成反応をさらに促進する。これにより、二酸化炭素ハイドレートＨの反応熱によって、淡水の層の温度を－５℃以上０℃以下に維持することができる。中央制御部８１０は、固気液分離器４１２に導かれる混合ガスＭＧの量が、上層の温度を－５℃以上０℃以下にするために必要な量（例えば、約１０％）となるように、流量調整弁４３８の開度を調整する。 Since the solid-gas-liquid mixture SL led from the solid-gas-liquid mixture delivery pipe 222 is at the eutectic temperature (−9.6° C.), the carbon dioxide hydrate H rises as it is to the freshwater layer (upper layer). Upon arrival, the freshwater layer freezes over. Therefore, by supplying the mixed gas MG to the solid-gas-liquid separator 412 through the ejection part 414 , the production reaction of the carbon dioxide hydrate H is further promoted in the solid-gas-liquid separator 412 . As a result, the temperature of the fresh water layer can be maintained at −5° C. or higher and 0° C. or lower by the heat of reaction of the carbon dioxide hydrate H. The central control unit 810 controls the amount of the mixed gas MG introduced to the solid-gas-liquid separator 412 to be the amount (for example, about 10%) required to bring the temperature of the upper layer to −5° C. or higher and 0° C. or lower. Then, the opening degree of the flow control valve 438 is adjusted.

なお、上層に位置する二酸化炭素ハイドレートＨは、一部分解されるが、噴出部４１４から供給された混合ガスＭＧによって生成される二酸化炭素ハイドレートＨで補填される。 Note that the carbon dioxide hydrate H positioned in the upper layer is partially decomposed, but is supplemented with the carbon dioxide hydrate H produced by the mixed gas MG supplied from the ejection part 414 .

また、噴出部４１４から混合ガスＭＧを噴出させることにより、上層の二酸化炭素ハイドレートＨを振動させることができる。これにより、二酸化炭素ハイドレートＨの遊離水の淡水への置換を促進させることが可能となる。 In addition, by ejecting the mixed gas MG from the ejection part 414, the carbon dioxide hydrate H in the upper layer can be vibrated. This makes it possible to promote the replacement of free water of carbon dioxide hydrate H with fresh water.

また、固気液分離器４１２内で分離された塩水（例えば、－９．６℃）は、返送ポンプ４４０によって混合部２１０に返送される。返送ポンプ４４０の吸入側は、固気液分離器４１２における噴出部４１４の下方に接続される。返送ポンプ４４０の吐出側は、循環塩水供給管４４２に接続される。循環塩水供給管４４２は、返送ポンプ４４０と混合部２１０とを接続する配管である。循環塩水供給管４４２は、流量調整弁４４４が設けられる。中央制御部８１０は、混合部２１０に導かれる塩水（循環塩水Ｊ）の量が、海水の５倍以上１０倍以下となるように、流量調整弁４４４の開度を調整する。 Also, the salt water (eg, −9.6° C.) separated in the solid-gas-liquid separator 412 is returned to the mixing section 210 by the return pump 440 . The suction side of the return pump 440 is connected below the ejection part 414 in the solid-gas-liquid separator 412 . A discharge side of the return pump 440 is connected to a circulating salt water supply pipe 442 . The circulating salt water supply pipe 442 is a pipe that connects the return pump 440 and the mixing section 210 . The circulating salt water supply pipe 442 is provided with a flow control valve 444 . The central control unit 810 adjusts the opening degree of the flow control valve 444 so that the amount of salt water (circulating salt water J) introduced to the mixing unit 210 is 5 times or more and 10 times or less that of seawater.

遊離水希釈器４５０には、二酸化炭素ハイドレートＨと、二酸化炭素ハイドレートＨに随伴される淡水および塩水とが導かれる。遊離水希釈器４５０は、比重差によって、二酸化炭素ハイドレートＨと、塩化ナトリウム濃度が低い塩水（以下、「薄い塩水」とする）とを分離する。 The carbon dioxide hydrate H and the fresh water and salt water accompanying the carbon dioxide hydrate H are directed to the free water diluter 450 . The free water diluter 450 separates the carbon dioxide hydrate H and salt water with a low sodium chloride concentration (hereinafter referred to as "thin salt water") due to the difference in specific gravity.

遊離水希釈器４５０内において、薄い塩水は、上層に滞留する。また、二酸化炭素ハイドレートＨと、遊離水（塩化ナトリウム濃度が高い塩水（以下、「濃い塩水」とする））との混合物は、下層に滞留する。 Within the free water diluter 450, thin brine stays in the upper layer. A mixture of carbon dioxide hydrate H and free water (salt water with a high sodium chloride concentration (hereinafter referred to as “dense salt water”)) stays in the lower layer.

不図示の液面計（比重計）は、薄い塩水の層と、二酸化炭素ハイドレートＨの層との界面を検知する。滞留水排出ポンプ４５２（淡水供給部）は、遊離水希釈器４５０内における薄い塩水の層と、二酸化炭素ハイドレートＨの層との界面が一定位置になるように、薄い塩水を吸引する。吸引された薄い塩水の一部は、三方弁４５４を通じて、海水供給管１２０に導かれる。また、吸引された薄い塩水の残部は、接続管４５６、三方弁４５８を通じて、遊離水希釈器４５０と、固気液分離器４１２に返送される。 A liquid level gauge (hydrometer) (not shown) detects the interface between the thin salt water layer and the carbon dioxide hydrate H layer. The accumulated water discharge pump 452 (fresh water supply unit) sucks the thin salt water so that the interface between the thin salt water layer and the carbon dioxide hydrate H layer in the free water diluter 450 is at a constant position. A part of the sucked thin salt water is led to the seawater supply pipe 120 through the three-way valve 454 . Also, the remainder of the sucked thin salt water is returned to the free water diluter 450 and the solid-gas-liquid separator 412 through the connecting pipe 456 and the three-way valve 458 .

一方、脱水機４６０は、遊離水希釈器４５０内における薄い塩水の層と、二酸化炭素ハイドレートＨの層との界面が一定位置になるように、二酸化炭素ハイドレートＨおよび遊離水を吸引し、落圧（０．０７ＭＰａ程度）するとともに、脱水する。脱水機４６０は、例えば、随伴水を３０質量％以下にする。脱水機４６０によって脱水された二酸化炭素ハイドレートＨは、冷熱回収部５１０に導かれる。一方、脱水機４６０で生じた随伴水（濃い塩水）は、海水供給管１２０に返送される。なお、脱水機４６０と海水供給管１２０とを接続する配管には、流量調整弁４６２が設けられる。中央制御部８１０は、脱水機４６０の脱水効率を維持するように、流量調整弁４６２の開度を調整する。 On the other hand, the dehydrator 460 sucks carbon dioxide hydrate H and free water so that the interface between the thin salt water layer and the carbon dioxide hydrate H layer in the free water diluter 450 is at a fixed position, Dehydration is performed while reducing the pressure (about 0.07 MPa). The dehydrator 460 reduces the accompanying water to 30% by mass or less, for example. The carbon dioxide hydrate H dehydrated by the dehydrator 460 is guided to the cold heat recovery section 510 . On the other hand, the produced water (dense salt water) produced by the dehydrator 460 is returned to the seawater supply pipe 120 . A pipe connecting the dehydrator 460 and the seawater supply pipe 120 is provided with a flow control valve 462 . The central control unit 810 adjusts the opening degree of the flow control valve 462 so as to maintain the dehydration efficiency of the dehydrator 460 .

ゲスト供給部４７０は、混合ガスＭＧを固気液分離器４１２に導く。ゲスト供給部４７０は、窒素ボンベ４７２と、二酸化炭素ボンベ４７４と、ゲスト供給管４７６と、窒素供給管４７８とを含む。窒素ボンベ４７２は、窒素を貯蔵する。二酸化炭素ボンベ４７４は、二酸化炭素を貯蔵する。ゲスト供給管４７６は、二酸化炭素ボンベ４７４と、固気液分離器４１２の小径部４１２ｃの気相が形成される箇所とを接続する配管である。ゲスト供給管４７６には、安全弁４７６ａ、流量調整弁４７６ｂが設けられる。窒素供給管４７８は、窒素ボンベ４７２と、ゲスト供給管４７６における流量調整弁４７６ｂと、固気液分離器４１２との間とを接続する配管である。窒素供給管４７８には、安全弁４７８ａ、流量調整弁４７８ｂが設けられる。 The guest supply section 470 guides the mixed gas MG to the solid-gas-liquid separator 412 . Guest supply section 470 includes a nitrogen cylinder 472 , a carbon dioxide cylinder 474 , a guest supply pipe 476 and a nitrogen supply pipe 478 . Nitrogen cylinder 472 stores nitrogen. Carbon dioxide cylinder 474 stores carbon dioxide. The guest supply pipe 476 is a pipe that connects the carbon dioxide cylinder 474 and a portion of the small-diameter portion 412c of the solid-gas-liquid separator 412 where the gas phase is formed. The guest supply pipe 476 is provided with a safety valve 476a and a flow control valve 476b. The nitrogen supply pipe 478 is a pipe that connects the nitrogen cylinder 472 , the flow control valve 476 b in the guest supply pipe 476 and the solid-gas-liquid separator 412 . The nitrogen supply pipe 478 is provided with a safety valve 478a and a flow control valve 478b.

［冷熱回収部５１０］
冷熱回収部５１０は、脱水された二酸化炭素ハイドレートＨ（－５℃以上０℃以下）と、海水供給管１２０を通過する海水（２℃以上２８℃以下）とを熱交換させる。これにより、海水が４℃程度に冷却される。したがって、海水の冷却に要するコストを低減することができる。 [Cold heat recovery unit 510]
Cold heat recovery unit 510 performs heat exchange between dehydrated carbon dioxide hydrate H (-5° C. or higher and 0° C. or lower) and seawater (2° C. or higher and 28° C. or lower) passing through seawater supply pipe 120 . This cools the seawater to about 4°C. Therefore, the cost required for cooling seawater can be reduced.

また、冷熱回収部５１０により、二酸化炭素ハイドレートＨが加熱される。これにより、二酸化炭素ハイドレートＨの一部が分解され、水（分解水）が生成される。したがって、分解水が潤滑液として機能し、冷熱回収部５１０から分解部６１０への二酸化炭素ハイドレートＨの移送を容易に行うことができる。 In addition, the carbon dioxide hydrate H is heated by the cold heat recovery unit 510 . As a result, part of the carbon dioxide hydrate H is decomposed to produce water (decomposed water). Therefore, the cracked water functions as a lubricating liquid, and the carbon dioxide hydrate H can be easily transferred from the cold heat recovery section 510 to the cracking section 610 .

［分解部６１０］
分解部６１０は、分離部４１０によって分離された二酸化炭素ハイドレートＨを加熱して、二酸化炭素と水とに分解する。図５は、分解部６１０の概略的構成を説明する図である。図５中、実線の矢印は、二酸化炭素ハイドレートＨ、二酸化炭素、および、分解水の流れを示す。図５中、破線の矢印は、冷媒の流れを示す。また、図５中、破線は、水と二酸化炭素との界面を示す。 [Disassembler 610]
The decomposition unit 610 heats the carbon dioxide hydrate H separated by the separation unit 410 to decompose it into carbon dioxide and water. FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the disassembling section 610. As illustrated in FIG. In FIG. 5, solid arrows indicate the flow of carbon dioxide hydrate H, carbon dioxide, and decomposed water. In FIG. 5, dashed arrows indicate the flow of the coolant. Moreover, in FIG. 5, the dashed line indicates the interface between water and carbon dioxide.

図５に示すように、分解部６１０は、分解器６２０と、回収圧縮機６３０とを含む。 As shown in FIG. 5 , decomposition section 610 includes decomposer 620 and recovery compressor 630 .

分解器６２０は、円筒形状の容器である。分解器６２０の内部には、分解熱交換器６２２が設けられる。分解熱交換器６２２は、分解器６２０内の二酸化炭素ハイドレートＨと、冷媒冷却部３１０から導かれた冷媒とを熱交換させる。分解熱交換器６２２は、冷媒の凝縮熱によって、二酸化炭素ハイドレートＨを加熱する。 Decomposer 620 is a cylindrical vessel. A cracking heat exchanger 622 is provided inside the cracker 620 . The cracking heat exchanger 622 exchanges heat between the carbon dioxide hydrate H in the cracker 620 and the refrigerant guided from the refrigerant cooling section 310 . The decomposition heat exchanger 622 heats the carbon dioxide hydrate H with the heat of condensation of the refrigerant.

除熱（冷却）された冷媒は、液トラップ３６６において一旦貯留された後、冷媒返送管３６４を通じて、バッファタンク３５０に返送される。 The heat-removed (cooled) refrigerant is temporarily stored in the liquid trap 366 and then returned to the buffer tank 350 through the refrigerant return pipe 364 .

一方、冷媒によって加熱された二酸化炭素ハイドレートＨは、二酸化炭素と水（分解水）とに分解される。したがって、分解器６２０内において、二酸化炭素が上層を形成し、分解水が下層を形成する。 On the other hand, the carbon dioxide hydrate H heated by the refrigerant is decomposed into carbon dioxide and water (decomposed water). Thus, within decomposer 620, carbon dioxide forms the upper layer and cracked water forms the lower layer.

分解器６２０の下層に滞留した分解水は、精製部７１０に導かれる。 Decomposed water remaining in the lower layer of decomposer 620 is led to refining section 710 .

一方、分解器６２０の上層に滞留した二酸化炭素は、回収圧縮機６３０によって、分離部４１０のゲスト供給管４３２に導かれる。これにより、分解水を脱気して、分解水に溶解された二酸化炭素をとり除くことができる。また、分解器６２０の上層に滞留した二酸化炭素を分離部４１０に返送することにより、二酸化炭素を９９％回収することが可能となる。 On the other hand, the carbon dioxide retained in the upper layer of the decomposer 620 is guided to the guest supply pipe 432 of the separation section 410 by the recovery compressor 630 . Thereby, the decomposed water can be degassed and the carbon dioxide dissolved in the decomposed water can be removed. Further, by returning the carbon dioxide remaining in the upper layer of the decomposer 620 to the separation unit 410, it is possible to recover 99% of the carbon dioxide.

回収圧縮機６３０の吸入側は、分解器６２０における上部に接続される。回収圧縮機６３０の吐出側は、分離部４１０のゲスト供給管４３２に接続される。また、回収圧縮機６３０と分離部４１０のゲスト供給管４３２とを接続する配管には、流量調整弁６３２が設けられる。 The suction side of recovery compressor 630 is connected to the upper portion of decomposer 620 . The discharge side of recovery compressor 630 is connected to guest supply pipe 432 of separation section 410 . Further, a flow control valve 632 is provided in a pipe connecting the recovery compressor 630 and the guest supply pipe 432 of the separation unit 410 .

［精製部７１０］
図６は、精製部７１０の概略的構成を説明する図である。図６中、実線の矢印は、水の流れを示す。 [Refining section 710]
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the refiner 710. As shown in FIG. Solid arrows in FIG. 6 indicate the flow of water.

図６に示すように、精製部７１０は、分解水昇圧ポンプ７１２と、逆浸透膜濾過器７２０と、浄水精製部７２２と、淡水供給ポンプ７２６とを含む。 As shown in FIG. 6 , purification section 710 includes decomposition water booster pump 712 , reverse osmosis membrane filter 720 , water purification section 722 , and fresh water supply pump 726 .

分解水昇圧ポンプ７１２は、分解部６１０の分解熱交換器６２２で生成された分解水（水）を昇圧して逆浸透膜濾過器７２０に導く。分解水昇圧ポンプ７１２の吸入側は、分解熱交換器６２２の底部に接続される。分解水昇圧ポンプ７１２の吐出側は、逆浸透膜濾過器７２０に接続される。 The cracked water booster pump 712 boosts the cracked water (water) generated in the cracking heat exchanger 622 of the cracking section 610 and leads it to the reverse osmosis membrane filter 720 . The suction side of the decomposition water booster pump 712 is connected to the bottom of the decomposition heat exchanger 622 . A discharge side of the decomposition water boosting pump 712 is connected to a reverse osmosis membrane filter 720 .

逆浸透膜濾過器７２０は、分解水から塩分濃度８０ｐｐｍ以下の淡水を回収する。回収された淡水は、浄水精製部７２２に導かれる。浄水精製部７２２は、淡水を浄化する。浄化された淡水は、飲料水等として利用される。 The reverse osmosis membrane filter 720 recovers fresh water with a salt concentration of 80 ppm or less from the decomposed water. The collected fresh water is guided to the water purification section 722 . The water purification unit 722 purifies fresh water. Purified fresh water is used as drinking water or the like.

一方、逆浸透膜濾過器７２０において、淡水が回収された分解水の一部は、三方弁７２４を通じて、滞留水排出ポンプ４５２（淡水供給部）が吐出する薄い塩水とともに、分離部４１０の固気液分離器４１２の小径部４１２ｃに淡水として返送される。具体的に説明すると、淡水供給ポンプ７２６（淡水供給部）の吸入側は、三方弁７２４に接続され、吐出側は、分離部４１０の接続管４５６に接続される。したがって、淡水供給ポンプ７２６は、淡水が回収された分解水の一部を固気液分離器４１２および遊離水希釈器４５０に導く。 On the other hand, in the reverse osmosis membrane filter 720 , part of the decomposed water from which the fresh water is collected is passed through the three-way valve 724 together with the thin salt water discharged by the retained water discharge pump 452 (fresh water supply unit), and solids and gas in the separation unit 410 . It is returned to the small diameter portion 412c of the liquid separator 412 as fresh water. Specifically, the fresh water supply pump 726 (fresh water supply section) has a suction side connected to the three-way valve 724 and a discharge side connected to the connection pipe 456 of the separation section 410 . Accordingly, fresh water supply pump 726 directs a portion of the cracked water from which fresh water has been recovered to solid-gas-liquid separator 412 and free water diluter 450 .

また、淡水が回収された分解水の残り（３％以上５％以下）は、三方弁６２４を通じて外部に廃棄される。 The remainder (3% or more and 5% or less) of the decomposed water from which the fresh water has been recovered is discharged outside through the three-way valve 624 .

［起動方法］
続いて、海水淡水化装置１００の起動方法を説明する。まず、中央制御部８１０は、前処理部１１０の海水昇圧ポンプ１１４を駆動して、固気液分離器４１２に海水（原料）を充填する。そして、固気液分離器４１２の小径部４１２ｃに設けられた排出ノズルのわずかに下方まで海水が充填されたら、中央制御部８１０は、海水昇圧ポンプ１１４の駆動を停止する。そして、中央制御部８１０は、返送ポンプ４４０を駆動して、固気液分離器４１２内の海水を循環させる。また、中央制御部８１０は、ゲスト供給部４７０を駆動して、固気液分離器４１２に混合ガスＭＧを供給するとともに、循環圧縮機４３０を駆動して、混合ガスＭＧを混合部２１０に供給する。 [starting method]
Next, a method for activating the seawater desalination apparatus 100 will be described. First, the central control unit 810 drives the seawater booster pump 114 of the pretreatment unit 110 to fill the solid-gas-liquid separator 412 with seawater (raw material). Then, when the seawater is filled up to slightly below the discharge nozzle provided in the small-diameter portion 412c of the solid-gas-liquid separator 412, the central control unit 810 stops driving the seawater boosting pump 114. The central controller 810 then drives the return pump 440 to circulate the seawater in the solid-gas-liquid separator 412 . In addition, the central control unit 810 drives the guest supply unit 470 to supply the mixed gas MG to the solid-gas-liquid separator 412, and drives the circulation compressor 430 to supply the mixed gas MG to the mixing unit 210. do.

続いて、中央制御部８１０は、冷媒冷却部３１０を駆動する。なお、中央制御部８１０は、生成部２２０において、一定速度で二酸化炭素ハイドレートＨが析出される、つまり、一定速度で塩水中の塩化ナトリウム濃度が増加するように、冷媒冷却部３１０を制御する。 Subsequently, central control unit 810 drives coolant cooling unit 310 . The central control unit 810 controls the refrigerant cooling unit 310 so that the carbon dioxide hydrate H is precipitated at a constant rate in the generating unit 220, that is, the sodium chloride concentration in the salt water increases at a constant rate. .

そして、循環塩水Ｊの温度が、共晶温度（－９．６℃）、循環塩水Ｊの塩化ナトリウム濃度が２４．５質量％に到達したら、中央制御部８１０は、海水昇圧ポンプ１１４を起動し、通常運転に切り換える。また、中央制御部８１０は、冷媒冷却部３１０、循環圧縮機４３０、返送ポンプ４４０を通常運転に切り換える。 When the temperature of the circulating salt water J reaches the eutectic temperature (−9.6° C.) and the sodium chloride concentration of the circulating salt water J reaches 24.5% by mass, the central control unit 810 activates the seawater booster pump 114. , switch to normal operation. Central control unit 810 also switches refrigerant cooling unit 310, circulation compressor 430, and return pump 440 to normal operation.

なお、海水（原料）の比重は、二酸化炭素ハイドレートＨよりも小さい。このため、二酸化炭素ハイドレートＨの生成初期では、固気液分離器４１２内において、海水（原料）は二酸化炭素ハイドレートＨの上部に浮上する。つまり、二酸化炭素ハイドレートＨの生成初期において、二酸化炭素ハイドレートＨは、海水（原料）の下部に沈降する。一方、固気液分離器４１２内において、ハイドレート生成反応が進行するにつれ、海水（原料）中の水が二酸化炭素ハイドレートＨに転化する。そうすると、固気液分離器４１２内の海水の塩分濃度が上昇する。固気液分離器４１２内の海水（塩水）の塩分濃度が、約１９質量％程度（平衡温度－４℃）となると、海水（塩水）と二酸化炭素ハイドレートＨとの比重が等しくなり、二酸化炭素ハイドレートＨが海水（塩水）に懸濁された一相状態となる。ハイドレート生成反応がさらに進行すると、海水（塩水）の塩分濃度がさらに上昇し、海水（塩水）の比重が増加する。そうすると、海水（塩水）が二酸化炭素ハイドレートＨの下部に沈降する。このため、固気液分離器４１２内の海水（塩水）が共晶温度に到達するまでに生成される二酸化炭素ハイドレートＨを固気液分離器４１２の下部に滞留させておき、循環塩水Ｊへの二酸化炭素ハイドレートＨの混入を低減する。したがって、循環塩水Ｊの排出口は、固気液分離器４１２の底部から約２０体積％上方の位置に設けられるとよい。 The specific gravity of seawater (raw material) is smaller than that of carbon dioxide hydrate H. For this reason, seawater (raw material) floats above the carbon dioxide hydrate H in the solid-gas-liquid separator 412 in the initial stage of carbon dioxide hydrate H production. That is, the carbon dioxide hydrate H settles below the seawater (raw material) at the initial stage of the production of the carbon dioxide hydrate H. On the other hand, in the solid-gas-liquid separator 412, water in the seawater (raw material) is converted into carbon dioxide hydrate H as the hydrate-generating reaction progresses. Then, the salt concentration of seawater in the solid-gas-liquid separator 412 increases. When the salt concentration of the seawater (salt water) in the solid-gas-liquid separator 412 reaches about 19% by mass (equilibrium temperature −4° C.), the specific gravities of the seawater (salt water) and the carbon dioxide hydrate H become equal, and the dioxide Carbon hydrate H becomes a one-phase state suspended in seawater (salt water). As the hydrate formation reaction progresses further, the salt concentration of the seawater (salt water) further increases, and the specific gravity of the seawater (salt water) increases. Then, seawater (salt water) settles below the carbon dioxide hydrate H. For this reason, the carbon dioxide hydrate H generated until the seawater (salt water) in the solid-gas-liquid separator 412 reaches the eutectic temperature is retained in the lower part of the solid-gas-liquid separator 412, and the circulating salt water J reduce the contamination of carbon dioxide hydrate H into the Therefore, the outlet for the circulating salt water J is preferably provided at a position approximately 20% by volume above the bottom of the solid-gas-liquid separator 412 .

以上説明したように、本実施形態に係る海水淡水化装置１００は、海水から二酸化炭素ハイドレートＨを生成し、二酸化炭素ハイドレートＨを分解することで、海水のほとんどすべてを淡水に変換することができる。したがって、海水淡水化装置１００は、逆浸透法のみを採用する技術と比較して、淡水の回収率を向上させることが可能となる。したがって、海水淡水化装置１００は、ゼロエミッションを達成することができる。また、海水淡水化装置１００は、ほぼ無排水化（ＺＬＤ：Zero Liquid Discharge）を図ることが可能となる。 As described above, the seawater desalination apparatus 100 according to the present embodiment generates carbon dioxide hydrate H from seawater and decomposes the carbon dioxide hydrate H to convert almost all seawater into freshwater. can be done. Therefore, the seawater desalination apparatus 100 can improve the recovery rate of freshwater as compared with a technique that employs only the reverse osmosis method. Therefore, the seawater desalination device 100 can achieve zero emissions. In addition, the seawater desalination apparatus 100 can achieve almost zero liquid discharge (ZLD).

また、上記したように、海水淡水化装置１００は、混合部２１０、生成部２２０、冷媒冷却部３１０、および、分離部４１０を備え、海水および混合ガスＭＧを冷却して二酸化炭素ハイドレートＨおよび結晶塩化物を並行して生成する。図７は、塩水中の塩化ナトリウム濃度と、二酸化炭素ハイドレートＨの生成温度および氷結温度との関係を示す図である。図７中、横軸は、塩水中の塩化ナトリウム濃度［ｗｔ％（質量％）］を示す。図７中、縦軸は、温度［℃］を示す。また、図７中、実線は、二酸化炭素ハイドレートＨの生成温度を示し、破線は氷結温度を示し、一点鎖線は塩化ナトリウムの飽和溶解度を示す。つまり、実線と一点鎖線の交点は、二酸化炭素ハイドレートＨと塩化ナトリウム二水和物の共晶点（共晶温度）であり、破線と一点鎖線の交点は、氷と塩化ナトリウム二水和物の共晶点（共晶温度）である。 Further, as described above, the seawater desalination apparatus 100 includes the mixing unit 210, the generation unit 220, the refrigerant cooling unit 310, and the separation unit 410, and cools the seawater and the mixed gas MG to produce carbon dioxide hydrate H and A crystalline chloride is produced in parallel. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the concentration of sodium chloride in salt water and the formation temperature and freezing temperature of carbon dioxide hydrate H. In FIG. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the sodium chloride concentration [wt % (mass %)] in the salt water. In FIG. 7, the vertical axis indicates temperature [°C]. In FIG. 7, the solid line indicates the production temperature of carbon dioxide hydrate H, the dashed line indicates the freezing temperature, and the dashed-dotted line indicates the saturated solubility of sodium chloride. That is, the intersection of the solid line and the dashed line is the eutectic point (eutectic temperature) of carbon dioxide hydrate H and sodium chloride dihydrate, and the intersection of the dashed line and the dashed line is the ice and sodium chloride dihydrate. is the eutectic point (eutectic temperature) of

図７に示すように、塩化ナトリウム濃度に拘わらず、二酸化炭素ハイドレートＨハイドレートの生成温度は、氷結温度（氷点）よりも高い。このため、混合部２１０、生成部２２０、および、分離部４１０において、氷結に優先して、二酸化炭素ハイドレートＨが生成される。 As shown in FIG. 7, the production temperature of carbon dioxide hydrate H hydrate is higher than the freezing temperature (freezing point) regardless of the sodium chloride concentration. Therefore, in the mixing section 210, the generating section 220, and the separating section 410, carbon dioxide hydrate H is generated prior to freezing.

また、二酸化炭素ハイドレートＨハイドレートの生成温度は、氷結温度よりも高いため、海水を氷結させる場合と比較して、海水淡水化装置１００は、冷媒冷却部３１０による冷媒の冷却負荷を低減することができる。 In addition, since the production temperature of carbon dioxide hydrate H hydrate is higher than the freezing temperature, the seawater desalination apparatus 100 reduces the cooling load of the refrigerant by the refrigerant cooling unit 310 compared to the case where seawater is frozen. be able to.

また、上記したように、混合部２１０、生成部２２０、および、分離部４１０は、二酸化炭素ハイドレートＨと結晶塩化物との共晶温度に維持される。したがって、海水淡水化装置１００は、二酸化炭素ハイドレートＨと結晶塩化物とを並行して製造することができる。 Also, as described above, the mixing section 210, the generating section 220, and the separating section 410 are maintained at the eutectic temperature of the carbon dioxide hydrate H and the crystalline chloride. Therefore, the seawater desalination apparatus 100 can produce carbon dioxide hydrate H and crystal chloride in parallel.

また、上記したように、海水淡水化装置１００は、海水昇圧ポンプ１１４、混合部２１０、生成部２２０、分離部４１０、分解部６１０、および、精製部７１０を備える。これにより、海水淡水化装置１００は、淡水および塩を連続して製造することが可能となる。 Further, as described above, the seawater desalination apparatus 100 includes the seawater booster pump 114 , the mixing section 210 , the generating section 220 , the separating section 410 , the decomposing section 610 and the refining section 710 . This enables the seawater desalination apparatus 100 to continuously produce fresh water and salt.

また、上記したように、二酸化炭素および窒素（混合ガスＭＧ）は、不燃性である。このため、海水淡水化装置１００は、安全に運転することが可能となる。 Also, as described above, carbon dioxide and nitrogen (mixed gas MG) are nonflammable. Therefore, the seawater desalination apparatus 100 can be safely operated.

また、上記したように、海水淡水化装置１００は、冷媒冷却部３１０と分解熱交換器６２２とを備える。これにより、二酸化炭素ハイドレートＨによって冷媒を冷却することができる。したがって、二酸化炭素ハイドレートＨの反応熱を除去するためのエネルギーを低減することが可能となる。また、分解部６１０は、冷媒の熱で二酸化炭素ハイドレートＨを分解することができる。これにより、海水淡水化装置１００は、二酸化炭素ハイドレートＨの分解に要する熱エネルギーを削減することが可能となる。 Moreover, as described above, the seawater desalination apparatus 100 includes the refrigerant cooling section 310 and the cracking heat exchanger 622 . Thereby, the refrigerant can be cooled by the carbon dioxide hydrate H. Therefore, the energy for removing the reaction heat of carbon dioxide hydrate H can be reduced. Also, the decomposition unit 610 can decompose the carbon dioxide hydrate H with the heat of the refrigerant. Thereby, the seawater desalination apparatus 100 can reduce the thermal energy required for decomposing the carbon dioxide hydrate H.

また、上記したように、海水淡水化装置１００は、冷熱回収部５１０を備える。これにより、二酸化炭素ハイドレートＨによって海水を冷却することができる。これにより、海水淡水化装置１００は、海水の冷却に要するエネルギーを削減することが可能となる。 Moreover, as described above, the seawater desalination apparatus 100 includes the cold heat recovery unit 510 . Thereby, the seawater can be cooled by the carbon dioxide hydrate H. Thereby, the seawater desalination apparatus 100 can reduce the energy required for cooling seawater.

また、上記したように、海水淡水化装置１００は、返送ポンプ４４０を備える。これにより、海水淡水化装置１００は、結晶塩化物および分解水の回収率を向上させることができる。 Moreover, as described above, the seawater desalination apparatus 100 includes the return pump 440 . Thereby, the seawater desalination apparatus 100 can improve the recovery rate of crystal chlorides and decomposed water.

また、上記したように、固気液分離器４１２には、淡水が供給される。これにより、二酸化炭素ハイドレートＨの随伴水を塩水から淡水に置換することができる。これにより、二酸化炭素ハイドレートＨを分解した結果得られる、分解水の塩化ナトリウム濃度を低減することが可能となる。 In addition, fresh water is supplied to the solid-gas-liquid separator 412 as described above. Thereby, the accompanying water of the carbon dioxide hydrate H can be replaced from salt water to fresh water. This makes it possible to reduce the sodium chloride concentration in the decomposed water obtained as a result of decomposing the carbon dioxide hydrate H.

また、上記したように、固気液分離器４１２は、小径部４１２ｃを備え、淡水と塩水との界面が小径部４１２ｃとなる。これにより、遊離水希釈器４５０に導かれる、二酸化炭素ハイドレートＨと遊離水（随伴水）との組成の変動を抑制することができる。 Further, as described above, the solid-gas-liquid separator 412 has the small diameter portion 412c, and the small diameter portion 412c is the interface between the fresh water and the salt water. As a result, fluctuations in the composition of the carbon dioxide hydrate H and free water (accompanied water) guided to the free water diluter 450 can be suppressed.

また、上記したように、混合部２１０、生成部２２０、固気液分離器４１２は、２．７ＭＰａである。これにより、安価な部品を採用することができ、海水淡水化装置１００自体の製作コストを低減することが可能となる。 Further, as described above, the pressure of the mixing section 210, the generating section 220, and the solid-gas-liquid separator 412 is 2.7 MPa. As a result, inexpensive parts can be used, and the production cost of the seawater desalination apparatus 100 itself can be reduced.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope of the claims, and it should be understood that these also belong to the technical scope of the present invention. be done.

例えば、上記実施形態において、前処理部１１０が、逆浸透膜濾過器１１６を備える場合を例に挙げた。しかし、逆浸透膜濾過器１１６は、必須の構成ではない。 For example, in the above embodiment, the case where the pretreatment unit 110 includes the reverse osmosis membrane filter 116 is taken as an example. However, the reverse osmosis membrane filter 116 is not an essential component.

また、上記実施形態において、分解熱交換器６２２が二酸化炭素ハイドレートＨと熱交換させることで冷却された冷媒によって、生成部２２０が混合液を冷却する場合を例に挙げた。しかし、二酸化炭素ハイドレートＨの分解と、混合液の冷却とは、別の熱媒体や機器で行われてもよい。例えば、二酸化炭素ハイドレートＨの分解は、燃焼排ガスとの熱交換で行われてもよい。また、混合液の冷却は、ＬＮＧとの熱交換で行われてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the generation unit 220 cools the liquid mixture with the refrigerant cooled by the decomposition heat exchanger 622 exchanging heat with the carbon dioxide hydrate H is taken as an example. However, the decomposition of the carbon dioxide hydrate H and the cooling of the liquid mixture may be performed by different heat mediums or devices. For example, the decomposition of carbon dioxide hydrate H may be performed in heat exchange with flue gas. Also, cooling of the mixed liquid may be performed by heat exchange with LNG.

また、上記実施形態において、海水淡水化装置１００が返送ポンプ４４０を備える場合を例に挙げた。しかし、返送ポンプ４４０は、必須の構成ではない。 Moreover, in the above-described embodiment, the case where the seawater desalination apparatus 100 includes the return pump 440 was taken as an example. However, return pump 440 is not an essential feature.

また、上記実施形態において、固気液分離器４１２に淡水を供給する構成を例に挙げた。しかし、固気液分離器４１２に淡水が供給されずともよい。 Moreover, in the above-described embodiment, the configuration in which fresh water is supplied to the solid-gas-liquid separator 412 is taken as an example. However, fresh water may not be supplied to the solid-gas-liquid separator 412 .

また、上記実施形態において、生成部２２０が生成するハイドレートのゲスト物質として二酸化炭素を例に挙げた。しかし、ハイドレートのゲスト物質に限定はない。例えば、ゲスト物質として、二酸化炭素に代えて、または、加えて、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、キセノン、および、クリプトンのうちのいずれか１または複数を用いてもよい。 In the above embodiment, carbon dioxide was taken as an example of the guest substance of the hydrate produced by the production unit 220 . However, the hydrate guest material is not limited. For example, any one or more of methane, ethane, propane, butane, ethylene, xenon, and krypton may be used as guest substances in place of or in addition to carbon dioxide.

また、上記実施形態において、分離部４１０（固気液分離器４１２）が、固気液混合物ＳＬを、二酸化炭素ハイドレートＨと、結晶塩化物と、塩水とに比重差で分離する構成を例に挙げた。しかし、分離部４１０（固気液分離器４１２）は、遠心分離機で構成されてもよい。つまり、分離部４１０（固気液分離器４１２）は、固気液混合物ＳＬを、二酸化炭素ハイドレートＨと、結晶塩化物と、塩水とに遠心分離してもよい。これにより、海水淡水化装置１００を船内等に設けることが可能となる。 Further, in the above embodiment, the separation unit 410 (solid-gas-liquid separator 412) separates the solid-gas-liquid mixture SL into carbon dioxide hydrate H, crystal chloride, and salt water by specific gravity difference. listed in However, the separation unit 410 (solid-gas-liquid separator 412) may be configured by a centrifugal separator. That is, the separation unit 410 (solid-gas-liquid separator 412) may centrifuge the solid-gas-liquid mixture SL into carbon dioxide hydrate H, crystal chloride, and salt water. This makes it possible to install the seawater desalination device 100 inside a ship or the like.

１００ 海水淡水化装置
２１０ 混合部
２２０ 生成部
４１０ 分離部
４４０ 返送ポンプ
４５２ 滞留水排出ポンプ（淡水供給部）
６１０ 分解部
７２６ 淡水供給ポンプ（淡水供給部） 100 Seawater Desalination Apparatus 210 Mixing Section 220 Generation Section 410 Separation Section 440 Return Pump 452 Accumulated Water Discharge Pump (Fresh Water Supply Section)
610 Decomposition unit 726 Fresh water supply pump (fresh water supply unit)

Claims (5)

海水と二酸化炭素とを混合して混合液を生成する混合部と、
二酸化炭素ハイドレートおよび結晶塩化物の共晶温度に前記混合液を冷却して、前記二酸化炭素ハイドレート、前記結晶塩化物、および、塩水を含む固気液混合物を生成する生成部と、
前記固気液混合物を、前記二酸化炭素ハイドレートと、前記結晶塩化物と、前記塩水とに分離する分離部と、
を備える海水淡水化装置。 a mixing unit that mixes seawater and carbon dioxide to produce a mixed liquid;
a generator that cools the mixture to a eutectic temperature of the carbon dioxide hydrate and the crystalline chloride to produce a solid-gas-liquid mixture comprising the carbon dioxide hydrate, the crystalline chloride, and brine;
a separation unit that separates the solid-gas-liquid mixture into the carbon dioxide hydrate, the crystalline chloride, and the salt water;
seawater desalination equipment. 前記分離部によって分離された前記二酸化炭素ハイドレートを加熱して、二酸化炭素と水とに分解する分解部を備える請求項１に記載の海水淡水化装置。 The seawater desalination apparatus according to claim 1, further comprising a decomposing unit that heats the carbon dioxide hydrate separated by the separating unit and decomposes it into carbon dioxide and water. 前記生成部は、前記混合液と冷媒とを熱交換させ、
前記分解部は、前記生成部において熱交換された前記冷媒と、前記二酸化炭素ハイドレートとを熱交換させる請求項２に記載の海水淡水化装置。 The generation unit heat-exchanges the mixed liquid and the refrigerant,
The seawater desalination apparatus according to claim 2, wherein the desalination unit causes heat exchange between the refrigerant heat-exchanged in the generation unit and the carbon dioxide hydrate. 前記分離部によって分離された前記塩水を前記混合部に返送する返送ポンプを備える請求項１から３のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。 The seawater desalination apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a return pump that returns the salt water separated by the separation section to the mixing section. 前記塩水より塩化ナトリウム濃度が低い淡水を前記分離部に供給して、前記塩水の層の上方に前記淡水の層を形成する淡水供給部を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。 5. The fresh water supply unit according to any one of claims 1 to 4, further comprising a fresh water supply unit that supplies fresh water having a sodium chloride concentration lower than that of the salt water to the separation unit to form the fresh water layer above the salt water layer. Seawater desalination equipment.
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