JP2005334882A - 海洋深層水の淡水化方法、濃縮方法及び装置並びに淡水化深層水及び濃縮深層水 - Google Patents

Abstract

【課題】 淡水化深層水や濃縮深層水を種々の商品に利用する際に、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】 減圧室の周囲に伝熱壁を隔てて蒸気室を設けた減圧タンクの前記減圧室に深海から採取した海水を注入し、前記蒸気室に高周波加熱により沸騰温度以上に過熱した常圧の水蒸気を供給して、前記減圧室内の海水を加熱して当該海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。短時間で海洋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（海洋深層水）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、海洋深層水の淡水化方法、濃縮（製塩を含む）方法及び装置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、及び残存した濃縮深層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。蒸気加熱による海水中の水分の蒸散においては、水の沸点より加熱用蒸気の温度を高くする必要が生ずるので、加圧された圧力蒸気を用いる。従って、加熱容器や蒸気発生用のボイラなどは圧力容器となり、強度や気密性についての配慮が必要である。

また深海から採取した海洋深層水は、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、特許文献１にはイオン交換法が、特許文献２には冷凍法が、特許文献３には電気分解法が、特許文献４には逆浸透法が提案されている。
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、かつ常圧で効率のよい淡水化及び濃縮ないし製塩が可能な方法及び装置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の発明に係る海洋深層水の淡水化方法は、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の前記減圧室に海洋深層水を注入し、前記蒸気室に過熱水蒸気、好ましくは高周波加熱により過熱した常圧の水蒸気を供給して、前記減圧室内の海洋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５の発明に係る海洋深層水の濃縮方法は、上記の減圧室１３内の海洋深層水を加熱して水分を蒸発させる工程のあとに当該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６の発明に係る海洋深層水の濃縮方法は、上記の減圧室１３内に、イオン交換法又は請求項１、２若しくは３記載の方法で淡水化した海洋深層水を注入し、前記蒸気室に沸騰温度以上に過熱した水蒸気、好ましくは高周波加熱により過熱した常圧の水蒸気を供給して、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。

過熱した常圧の水蒸気を得る手段としては、高周波コイル中を通過する空気に水を噴霧する方法、ボイラで生成した飽和水蒸気を高周波コイルを巻装した蒸気配管に通す方法が実用上好ましい。

また上記濃縮方法の実施に用いるこの発明の海洋深層水の濃縮装置は、回転中心軸と平行な方向に多数の襞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とに区画された回転ドラム１と、回転継手１９Ｌを介して減圧室１３に開口する海水注入口２３と、回転継手１８Ｌを介して前記減圧室に開口する真空吸引口２２と、回転継手１８Ｒ、１９Ｒを介して蒸気室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。加高周波加熱された過熱蒸気で加熱する装置においては、前記加熱用蒸気の供給口に連なる蒸気供給管３０に高周波コイル３２が設けられている。

また上記淡水化方法の実施に用いるこの発明の海洋深層水の淡水化装置は、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。

この発明では、深層水を飽和温度以上に加熱した過熱蒸気を熱源として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。

周知のように、水は常圧（大気圧）では沸騰温度（約１００℃）より高くはならない。処理速度を上げるためにより高い温度の水蒸気を得ようとすると、蒸気室の加圧が必要である。この問題は、深層水を加熱する熱源として、高周波コイルで誘導加熱した過熱蒸気を用いることで解決できる。高周波加熱により過熱蒸気を得る方法によれば、常圧でも２００℃以上の過熱蒸気が得られ、しかも水分子が電磁場を通過するときに電子が励起されて分子間及び分子自体の結合が緩くなるという現象が起り、分子が細かくなるため伝熱性が向上する。すなわち、加熱用蒸気として常圧の飽和蒸気を用いる代わりに、高周波加熱された過熱蒸気を用いることにより、温度差が大きくなることによる伝熱率の向上と、蒸気分子が細分化されることによる伝熱率の向上との相乗効果が得られ、より速やかな処理が可能になる。

過熱蒸気を得る方法の一つは、ボイラで得られた飽和水蒸気を高周波コイルを巻装した金属管に通し、加熱された管壁から熱を受けて過熱水蒸気を得るというものである。飽和水蒸気を通す管として、高周波コイルを巻装したガラス管やセラミックス管などの非導電性の管を用いることにより、より効率よくかつより伝熱性に優れた過熱蒸気を得ることができる。

また、空気中に噴霧した水を高周波コイルを巻装した非導電性の管に通して高周波加熱するという方法を採用することもできる。この方法により、簡単な装置で速やかに過熱蒸気を得ることができ、装置コストを安価にできる。

減圧室１３と蒸気室１４との間の伝熱壁１１を回転ドラムの軸方向の襞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、水分を更に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、この蒸気を高周波コイルで加熱したあと凝縮して淡水化することもできる。

以上説明したこの発明によれば、海洋深層水を蒸発・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、海洋深層水を蒸留ないし濃縮するための加熱手段として、高周波加熱された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海洋深層水の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、この発明の海洋深層水の淡水化装置の一実施形態を示す模式図である。処理容器となる回転ドラム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。回転ドラム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、回転ドラム１を駆動する。

回転ドラム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。回転ドラムの外周壁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、その両端を回転ドラムの鏡板１２Ｌ、１２Ｒに気密に固定して配置され、回転ドラム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。

回転ドラム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海水注入口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。海水注入口２３は、回転継手１９Ｌ及び海水配管２７を介して深層水タンク２８に連結されている。海水配管２７には開閉弁２９が設けられている。

図１では、回転ドラム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に連結して海水通路としているが、内管１６Ｌを深層水タンク２８に連結して海水通路とし、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。

次に上記実施例装置を用いて行う海洋深層水の淡水化方法について説明する。深海から採取した海洋深層水は、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。

十分な容量の高周波加熱器を設けることにより、噴霧水を常圧で２００℃程度に過熱する。この状態で開閉弁２９を開くと、深層水タンク内の海洋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、回転ドラム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の過熱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、海洋深層水を減圧室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淡水化深層水は、高濃度のミネラルを含む濃縮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はこの発明の方法で用いる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一実施例を示す模式的な断面側面図 図１の装置の回転ドラムの縦断面図 過熱水蒸気発生装置の他の例を示した模式的な断面側面図

符号の説明

１ 回転ドラム
10 襞
11 伝熱壁
13 減圧室
14 蒸気室
18L 回転継手
18R 回転継手
19L 回転継手
19R 回転継手
22 真空吸引口
23 海水注入口
30 蒸気供給管
32 高周波コイル
39 蒸気の供給口
40 蒸気の排出口

Claims (13)

1. 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)の前記減圧室に海洋深層水を注入し、前記蒸気室に沸騰温度以上に過熱した水蒸気を供給して、前記減圧室内の海洋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、海洋深層水の淡水化方法。
2. 高周波コイル中を通過する空気に水を噴霧して上記過熱した水蒸気を得ることを特徴とする、請求項１記載の海洋深層水の淡水化方法。
3. ボイラで生成した飽和水蒸気を高周波コイルを巻装した蒸気配管に通すことにより上記過熱した水蒸気を得ることを特徴とする、請求項１記載の海洋深層水の淡水化方法。
4. 海洋深層水を請求項１、２又は３の方法で淡水化した、淡水化深層水。
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)の前記減圧室に海洋深層水を注入し、前記蒸気室に沸騰温度以上に過熱した水蒸気を供給して、前記減圧室内の海洋深層水を加熱して当該深層水中の水分を蒸発させて前記減圧室内に濃縮深層水を残存させることを特徴とする、海洋深層水の濃縮方法。
6. 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、２若しくは３記載の方法で淡水化した海洋深層水を注入し、前記蒸気室に沸騰温度以上に過熱した水蒸気を供給して、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濃縮淡水化深層水を残存させることを特徴とする、淡水化深層水の濃縮方法。
7. 高周波コイル中を通過する空気に水を噴霧して上記過熱した水蒸気を得ることを特徴とする、請求項５又は６記載の深層水の濃縮方法。
8. ボイラで生成した飽和水蒸気を高周波コイルを巻装した蒸気配管に通すことにより上記過熱した水蒸気を得ることを特徴とする、請求項５又は６記載の深層水の濃縮方法。
9. 海洋深層水を請求項５、６、７又は８の方法で濃縮した、濃縮深層水。
10. 請求項５、７又は８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. 海洋深層水を請求項１０の方法で製塩して得られる、塩。
12. 回転中心軸と平行な方向に多数の襞(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)とに区画された回転ドラム(1)と、回転継手(19L)を介して減圧室(13)に開口する海水注入口(23)と、回転継手(18L)を介して前記減圧室に開口する真空吸引口(22)と、回転継手(18R,19R)を介して蒸気室(14)に開口する過熱蒸気の供給口及び排出口(39,40)とを備えた、海洋深層水の濃縮装置。
13. 回転中心軸と平行な方向に多数の襞(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)とに区画された回転ドラム(1)と、回転継手(19L)を介して減圧室(13)に開口する海水注入口(23)と、回転継手(18L)を介して前記減圧室に開口する真空吸引口(22)と、回転継手(18R,19R)を介して蒸気室(14)に開口する過熱蒸気の供給口及び排出口(39,40)と、真空ポンプ(25)を介して真空吸引口(22)に連結されたコンデンサ(26)とを備えた、海洋深層水の淡水化装置。
    

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