JP2004098065A - 深層水の淡水化方法及び濃縮方法並びに淡水化深層水及び濃縮深層水 - Google Patents

Abstract

【課題】　深層水から得られた淡水や濃縮深層水を種々の商品に利用する際に、得られる淡水や濃縮深層水の用途に応じて含まれる溶質の量を調整可能で、かつ常圧で効率のよい淡水化及び濃縮が可能な方法及び装置を提供する。
【解決手段】　深海から採取した海水を減圧室に注入して加熱し、当該深層水中の水分を蒸発させ、これを凝縮して淡水を得る。また、前記減圧室内に残存した濃縮深層水を取り出す。必要に応じて濃縮深層水の水分を更に蒸発させて塩を得る。短時間で深層水中の水分を分離できる。減圧室の真空度を高めると蒸留水中への溶質の混入が増え、真空度を低くすると減る。このことを利用して、得られる淡水や濃縮深層水のミネラル成分の割合を変えることができる。
【選択図】　　　図１

Description

　この発明は、深海から採取した海水（深層水）を食品、飲料、調味料、化粧品等の商品の原料ないし添加物として利用する際に特に好適な、深層水の淡水化方法及び濃縮（製塩を含む）方法並びに当該方法により得られた淡水化深層水及び濃縮深層水（塩を含む）に関するものである。

　海水中の水分を蒸発・凝縮して淡水化すること、及び残存した濃縮海水を更に加熱して塩を得ることは、古来から行われていることである。また液体の加熱に蒸気を用いることも一般的に行われている技術である。蒸気加熱の場合は、加熱用蒸気の温度が加熱される液体の沸騰温度よりある程度高くないと、速やかな伝熱が期待できず、効率のよい処理を行うことができない。

　また深海から採取した深層水は、通常の海水と異なるミネラル成分を含んでいることから、これを淡水化ないし減塩したミネラル含有水を使用した飲料水や化粧品などが商品化されている。従来、深層水を淡水化ないし濃縮する方法として、イオン交換法、冷凍法、電気分解法、逆浸透法などが提案されている。
特開２００１−２１１８６４号公報 特開２００１−１２９５４２号公報 特開２０００−２３６４６号公報 特開２０００−３５４８６４号公報

　この発明は、深層水から得られた淡水や濃縮深層水ないし塩を種々の商品に利用する際に、得られる淡水や濃縮深層水の用途に応じてそれらに含まれる溶質（塩分やミネラル分）の割合を調整可能で、かつ効率のよい淡水化及び濃縮ないし製塩が可能な方法並びに当該方法により得られた淡水化深層水及び濃縮深層水を提供することを課題としている。

　上記課題を解決したこの出願の請求項１の発明に係る深層水の淡水化方法は、減圧室１３に深層水を注入し、当該減圧室内の深層水を加熱して当該深層水中の水分を蒸発させ、これを凝縮して淡水を得るというものである。

　またこの出願の請求項２の発明に係る深層水の淡水化方法は、上記方法における深層水の加熱限として蒸気を用いるもので、減圧室１３の周囲に伝熱壁１１を隔てて蒸気室１４を設けた減圧タンク１の前記減圧室に深海から採取した深層水を注入し、前記蒸気室に水蒸気を供給して、前記減圧室内の深層水を加熱して当該深層水中の水分を蒸発させ、これを凝縮して淡水を得るというものである。

　この出願の請求項４の発明に係る深層水の濃縮方法は、減圧室１３に深層水を注入し、当該減圧室内の深層水を加熱して当該深層中の水分を蒸発させて前記減圧室内に残存した濃縮深層水を得るというものである。

　またこの出願の請求項５の発明に係る深層水の濃縮方法は、上記方法における深層水の加熱限として蒸気を用いるもので、減圧室１３の周囲に伝熱壁１１を隔てて蒸気室１４を設けた減圧タンク１の前記減圧室に深層水を注入し、前記蒸気室に水蒸気を供給して、前記減圧室内の深層水を加熱して当該深層中の水分を蒸発させて前記減圧室内に残存した濃縮深層水を得るというものであり、更に請求項１０の発明に係る製塩方法は、上記濃縮深層水の水分を更に蒸発させて塩を得るというものである。

　またこの出願の請求項７の発明に係る淡水化深層水の濃縮方法は、減圧室１３に、イオン交換法又は請求項１又は２記載の方法で淡水化した深層水を注入し、前記減圧室内の淡水化深層水を加熱して当該淡水化深層水中の水分を蒸発させて前記減圧室内に残存した濃縮淡水化深層水を得るというものである。

　またこの出願の請求項８の発明に係る深層水の濃縮方法は、上記方法における淡水化深層水の加熱限として蒸気を用いるもので、減圧室１３の周囲に伝熱壁１１を隔てて蒸気室１４を設けた減圧タンク１の前記減圧室に、イオン交換法又は請求項１若しくは２記載の方法で淡水化した深層水を注入し、前記蒸気室に水蒸気を供給して、前記減圧室内の淡水化深層水を加熱して当該淡水化深層水中の水分を蒸発させて前記減圧室内に残存した濃縮淡水化深層水を得るというものである。

　上記濃縮方法の実施に用いる濃縮装置は、多数の襞１０を有する伝熱壁１１によって周囲の蒸気室１４とその内側の減圧室１３とに区画されたドラム１と、減圧室１３に開口する深層水注入口２３と、減圧室１３に開口する真空吸引口２２と、蒸気室１４に開口する加熱用蒸気の供給口及び排出口３９、４０とを備えている。

　また上記淡水化方法の実施に用いる淡水化装置は、上記濃縮装置の真空吸引口２２に真空ポンプ２５を介してコンデンサ２６が接続されているものである。

　減圧室１３と蒸気室１４との間の伝熱壁１１を襞１０のある伝熱壁とすることで、伝熱面積の増大による伝熱率の向上が図れる。減圧室内に残った濃縮深層水は、真空吸引して取り出すことができる。取り出した濃縮深層水を加熱容器に入れて適宜な熱源で再加熱することにより、更に水分を蒸散させて塩を得ることができる。

　減圧室１３内への深層水の供給は、減圧室の負圧を利用して行う。減圧室１３内で蒸発した水は、真空吸引口２２から真空ポンプ２５へと導かれ、コンデンサ２６で凝縮されて淡水となる。なお、この蒸気を加熱したあと凝縮して淡水化することもできる。

　この発明では、深層水を真空環境下で蒸発させるため、短時間で深層水中の水分の分離を行うことができ、この蒸気を凝縮することにより、微量成分を含んだ淡水と減圧室内に残存する濃縮深層水とを得ることができる。減圧室１３の真空度を高めると激しく沸騰して深層水中に含まれる各種の化合物が蒸気中に巻き込まれて蒸留水中への溶質の混入が増え、真空度を低くすると残存する濃縮深層水中への溶質の残存割合が増える。このことを利用して、減圧室内の真空度の設定を行うことにより、得られる淡水と濃縮深層水中の微量成分の割合を変えることができ、用途にあった淡水化深層水及び濃縮深層水を得ることができる。

　この発明によれば、深層水を蒸発・凝縮して得られる淡水及び残った濃縮深層水中の溶質成分の調整が可能で、用途に応じてミネラル分の含有割合を変えた淡水化深層水及び濃縮深層水が容易に得られる。また、深層水を蒸留ないし濃縮するための加熱手段として、過熱蒸気を用いることにより、伝熱効率の向上によって速やかな処理が可能になると共に、コンパクトな処理装置を安価に提供することが可能となり、個々の食品加工場や化粧品工場等での低コストで効率のよい淡水化ないし濃縮処理が可能になるという効果がある。

　図１は、淡水化装置の一実施形態を示す模式図である。処理容器となるドラム１は円筒状で、その両側外周部分に支持鍔２を備え、各支持鍔の円周２箇所を基台３上の支持ローラ４で支持することにより、基台３に水平軸回りに自由回転可能に支持されている。ドラム１の外周中央部には、リング状のスプロケット５が固定され、このスプロケットとモータ６の出力軸に取付けたスプロケットとがチェン７で連結されて、ドラム１を駆動する。

　ドラム１は、外周数箇所に透明ガラスを嵌め込んだ開閉扉８を備えている。ドラムの外周壁９の内側には、図２に示すように深い波形に屈曲することによって軸方向の多数の襞１０を形成した伝熱壁１１が、その両端をドラムの鏡板１２Ｌ、１２Ｒに気密に固定して配置され、ドラム１の内部を伝熱壁１１の内側の減圧室１３と外側の蒸気室１４とに区画している。

　ドラム１の両側の鏡板１２Ｌ、１２Ｒの中心には、それぞれ２重管１５Ｌ、１５Ｒが固定され、各２重管の内管１６Ｌ、１６Ｒ及び外管１７Ｌ、１７Ｒの端部には、それぞれ回転継手１８Ｌ、１９Ｌ、１８Ｒ、１９Ｒが連結されている。図１の左側の２重管の内管１６Ｌの基端は、減圧室１３内に突出して開口する真空吸引口２２となっており、外管１７Ｌの基端は、鏡板１２Ｌの内面にリング状に開口する深層水注入口２３となっている。真空吸引口２２は、回転継手１８Ｌ及び真空配管２４を介して真空ポンプ２５に連結され、この真空ポンプ２５の吐出側にコンデンサ２６が連結されている。深層水注入口２３は、回転継手１９Ｌ及び深層水配管２７を介して深層水タンク２８に連結されている。深層水配管２７には開閉弁２９が設けられている。

　図１では、ドラム１の図の左側の２重管の内管１６Ｌを真空ポンプ２５に連結して蒸気通路とし、外管１７Ｌを深層水タンク２８に連結して深層水通路としているが、内管１６Ｌを深層水タンク２８に連結して深層水通路とし、外管１７Ｌを真空ポンプ２５に連結して蒸気通路としてもよい。深層水の流量より蒸気の流量が大きくなることを考慮すれば、後者の構造がむしろ好ましい。

　図１の右側の２重管の内管１６Ｒの回転継手１８Ｒは、セラミックス製の蒸気供給管３０に連結されている。この蒸気供給管３０には高周波加熱器３１が設けられ、当該供給配管に巻回された高周波コイル３２が高周波電源３３に接続されている。高周波加熱器３１の手前側（蒸気流れの上流側）には、蒸気供給管３０内に水を噴霧する水噴霧装置３４が設けられており、更にその上流側に押込ファン３５が設けられている。図１の右側の２重管の外管１７Ｒの回転継手１９Ｒには、蒸気排出パイプ３６が連結されている。この内管１６Ｒ及び外管１７Ｒは、半径方向の連結管３７、３８を介して、蒸気室１４の端部に供給口３９と排出口４０として開口している。

　次に上記装置を用いて行う深層水の淡水化方法について説明する。深海から採取した深層水は、深層水タンク２８に投入される。真空ポンプ２５及びコンデンサ２６を運転し、減圧室１３内を真空にする。また、押込ファン３５を運転し、高周波加熱器３１のコイル３２に高周波電流を流して、水噴霧装置３４から水を噴霧する。噴霧された水は、高周波加熱され、押込ファン３５により空気と共に蒸気室１４へと流入する。

　この状態で開閉弁２９を開くと、深層水タンク内の深層水が真空圧により減圧室１３内に吸引される。適当な量が吸引されたら開閉弁２９を閉じ、ドラム１を連続回転する。減圧室１３内の深層水の水分は、蒸気室１４の蒸気によって熱せられた伝熱壁１１で加熱されて蒸発し、真空ポンプ２５で吸引されてコンデンサ２６で凝縮する。蒸発した水分を補充するように、開閉弁２９を適時開閉して、深層水を減圧室１３内に供給する。深層水タンク２８が空になり、減圧室１３内の深層水が濃縮されたら、装置を停止する。

　深層水中に溶解していた各種の化合物は、減圧室内に濃縮された状態で残るから、開閉扉８を開けて真空吸引して回収する。回収した濃縮深層水は、適宜希釈して調味料の原料や健康食品、化粧水の添加液として用いる。また得られた濃縮深層水を加熱容器に入れ、更にガスコンロ等で加熱して水分を蒸散させて塩を得る。得られた塩は、調味料の原料として用いる。コンデンサ２６で凝縮された蒸留水は、淡水化深層水として清涼飲料水や化粧水などの原料として用いる。

　深層水タンク２８内にイオン交換法又は上記実施例の方法で得られた淡水化深層水を注入して上記操作を行うことにより、減圧室１３で更に濃縮することができ、淡水化深層水中のミネラル濃度を高くすることができる。この方法で得られた濃縮深層水は、高濃度のミネラルを含む淡水化深層水として清涼飲料水や化粧水などの原料として用いる。

　図３は過熱蒸気を得る他の装置を示した図である。図３の装置は、飽和水蒸気を得るボイラ４１と得られた飽和水蒸気の過熱装置４２とを備えている。ボイラ４１は、金属製の缶４３の周囲に間隔をあけて高周波コイル４４を巻装したものである。缶４３に水を入れてコイル４４に高周波電流を印加することにより、誘導加熱された缶壁の熱を缶内の水に伝達して沸騰させ、飽和水蒸気を発生させる。過熱装置４２は、飽和水蒸気が通過するセラミックス製の蒸気供給管３０の周囲に高周波コイル４５を巻装したものである。ボイラ４１で発生した飽和水蒸気は、蒸気供給管３０を通過する間に高周波コイル４５で誘導加熱され、過熱蒸気となって蒸気室に供給される。

淡水化兼濃縮装置の例を示す模式的な断面側面図 図１の装置のドラムの縦断面図 過熱水蒸気発生装置の例を示した模式的な断面側面図

符号の説明

　１　ドラム
　10　襞
　11　伝熱壁
　13　減圧室
　14　蒸気室
　22　真空吸引口
　23　深層水注入口
　30　蒸気供給管
　39　蒸気の供給口
　40　蒸気の排出口

Claims (11)

1. 　減圧室(13)に深層水を注入し、当該減圧室内の深層水を加熱して当該深層水中の水分を蒸発させ、これを凝縮して淡水を得ることを特徴とする、深層水の淡水化方法。
2. 　減圧室(13)の周囲に伝熱壁(11)を隔てて蒸気室(14)を設けた減圧タンク(1)の前記減圧室に深層水を注入し、前記蒸気室に水蒸気を供給して、前記減圧室内の深層水を加熱することを特徴とする、請求項１記載の深層水の淡水化方法。
3. 　深層水を請求項１又は２の方法で淡水化した、淡水化深層水。
4. 　減圧室(13)に深層水を注入し、当該減圧室内の深層水を加熱して当該深層中の水分を蒸発させて前記減圧室内に残存した濃縮深層水を得ることを特徴とする、深層水の濃縮方法。
5. 　減圧室(13)の周囲に伝熱壁(11)を隔てて蒸気室(14)を設けた減圧タンク(1)の前記減圧室に深層水を注入し、前記蒸気室に水蒸気を供給して、前記減圧室内の深層水を加熱することを特徴とする、請求項４記載の深層水の濃縮方法。
6. 　深層水を請求項４又は５の方法で濃縮した、濃縮深層水。
7. 　減圧室(13)に、イオン交換法又は請求項１若しくは２記載の方法で淡水化した深層水を注入し、前記減圧室内の淡水化深層水を加熱して当該淡水化深層水中の水分を蒸発させて前記減圧室内に残存した濃縮淡水化深層水を得ることを特徴とする、淡水化深層水の濃縮方法。
8. 　減圧室(13)の周囲に伝熱壁(11)を隔てて蒸気室(14)を設けた減圧タンク(1)の前記減圧室に、イオン交換法又は請求項１若しくは２記載の方法で淡水化した深層水を注入し、前記蒸気室に水蒸気を供給して、前記減圧室内の淡水化深層水を加熱することを特徴とする、請求項７記載の淡水化深層水の濃縮方法。
9. 　淡水化深層水を請求項７又は８記載の方法で濃縮して得られる、濃縮淡水化深層水。
10. 　請求項４又は５記載の方法で得られた濃縮深層水の水分を更に蒸発させて塩を得ることを特徴とする、製塩方法。
11. 　深層水を請求項１０の方法で製塩して得られる、塩。

Images