JP2010269953A

JP2010269953A - 太陽熱を利用した真空式二重管による海水塩の製造装置および製造方法

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Publication number: JP2010269953A
Application number: JP2009121474A
Authority: JP
Inventors: Motoaki Watari; 元明亘
Original assignee: FUJI ENERGY CO Ltd
Current assignee: FUJI ENERGY CO Ltd
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】特別の動力を用いることなく、海水を効率的に蒸発させ、ミネラル成分を多く含む海水塩を得ることのできる、海水塩の製造装置と製造方法を提供する。
【解決手段】海水収容部３を有するＵ字形の内管４と外管５の二重管構造からなると共にそれら内管４と外管５の間に真空層６が形成され、海水収容部３を覆うようにして内管４の側周部４ａに集熱膜７が設けられた真空式二重管１を用いて、内管４の上端開口部２から海水収容部３内に海水を収容して上端開口部２を蓋体８で気密に閉塞し、太陽光を外管５から内管４に透過させて集熱膜７により太陽熱を集熱し、これにより海水収容部３内の海水を蒸発させ、海水収容部３内で生じる蒸気を蓋体８に接続された蒸気管９を通して外部に淡水Ｔとして取り出し、海水収容部３内で結晶化された塩成分を含む固形分を取り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱を利用して、海水を蒸発させ、自然の海水塩を製造する装置と方法に関するものである。

海水を原材料とする従来からの製塩方法としては、塩田法、イオン交換膜法が公知である。塩田法は、海水を塩田に引き込み、太陽熱と風を利用して海水を濃縮し、得られた塩分濃度の濃い塩水（かん水）を釜で煮詰めて結晶化し、結晶化した塩を収穫する伝統的な方法である。イオン交換膜法は、海水を入れた槽の中に陽イオン膜と陰イオン膜を交互に並べ、両端から電流を流して、ナトリウムイオン（陽）と塩素イオン（陰）を陽イオン膜と陰イオン膜の間に集めて濃縮し、濃縮した塩水（かん水）を煮詰めて結晶化し、結晶化した塩を収穫する方法である。

塩田法は、海水の濃縮に自然の太陽熱と風を利用するため、生産効率が悪いという問題がある。イオン交換膜法は、海水の濃縮に電力を利用するため、多大な電力費用がかかるという問題がある。海水から自然塩を生成する装置に関するものとして、例えば特許文献１の例が公知である。当該装置は、散布管の直下に蒸発ドラムおよびその下に回収槽を設置し、回収槽内の海水を散布管に導いて、散布管から蒸発ドラムに散布し、蒸発ドラムで水分を蒸発させ、濃縮された海水を蒸発ドラムの表面から回収槽内に回収し、海水を濃縮してかん水を得るものである。

特開２００５−２８９７１７号公報

しかしながら、上に述べた特許文献１の装置は、蒸発ドラムに蒸気や熱を供給する動力や、回収槽から散布管に海水を循環させる循環ポンプ等の動力が必要とされ、省電力、省エネルギーの観点からは改善すべき点が多々ある。本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、これらの動力をほぼ無くし、太陽熱を利用して、海水を効率的に蒸発させ、ミネラル成分を多く含む自然の結晶塩を得ることに成功し、本発明を完成するに至ったものである。さらには、海水から自然の結晶塩を得ると同時にミネラル成分を多く含む淡水を分離する方法も見出すことに成功した。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、特別の動力を用いることなく、太陽熱を利用して、海水を効率的に蒸発させ、ミネラル成分を多く含む海水塩を得ることのできる、海水塩の製造装置と製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る海水塩の製造装置は、太陽光をそれぞれ透過するＵ字形の内管と外管の二重管構造からなり、それら内管と外管の間に真空層が形成された真空式二重管と、前記内管の開口部を気密に閉塞する蓋体と、この蓋体に接続され前記内管の内部空間に形成された海水収容部に連通する蒸気管を備えてなり、前記海水収容部の周囲を覆うようにして前記内管の側周部に太陽光からの集熱を司る集熱膜が設けられていることを第１の特徴とする。

本発明に係る海水塩の製造装置は、前記集熱膜として、可視から近赤外線域で高い吸収率を持ち、赤外線域で低い放射率を持つ選択吸収材料からなる選択吸収膜が用いられていることを第２の特徴とする。

本発明に係る海水塩の製造装置は、蒸気管を流れる蒸気を冷却し、凝縮する凝縮器を備えることを第３の特徴とする。

本発明に係る海水塩の製造装置は、凝縮後の淡水を貯留する淡水タンクを備えることを第４の特徴とする。

本発明に係る海水塩の製造装置は、前記蒸気管の入口に所定の蒸気圧で開く蒸気弁を備えることを第５の特徴とする。

本発明に係る海水塩の製造装置は、蒸気管を流れる蒸気を利用して海水収容部に導入される海水を予め予熱する熱交換器を備えることを第６の特徴とする。

本発明に係る海水塩の製造装置は、海水収容部に海水を供給する海水タンクを備えることを第７の特徴とする。

本発明に係る海水塩の製造方法は、海水収容部を有するＵ字形の内管と外管の二重管構造からなると共にそれら内管と外管の間に真空層が形成され、前記海水収容部を覆うようにして内管の側周部に集熱膜が設けられた真空式二重管を用いて、内管の開口部から前記海水収容部内に海水を収容して前記開口部を蓋体で気密に閉塞する工程と、太陽光を前記外管から内管に向けて透過させて前記集熱膜により太陽熱を集熱し、これにより海水収容部内の海水を１００〜２５０℃に昇温させる工程と、海水の蒸発により海水収容部内で生じる蒸気を蓋体に接続された蒸気管を通して外部に排出する工程と、海水収容部内で結晶化された塩を含む固形分を取り出す工程とを備えることを第１の特徴とする。

なお、本発明における海水塩は、海水収容部内で結晶化された結晶塩を指すだけでなく、結晶塩と同時に生成される海水中のミネラル成分をも含む固形分全体を指す広い概念である。また、海水収容部内から取り出される固形分は、ペースト状の状態も含む広い概念である。

本発明に係る海水塩の製造方法は、結晶化された塩成分を含む固形分を取り出す代わりに、海水の濃縮液の状態で取り出す工程を備えることを第２の特徴とする。

本発明に係る海水塩の製造方法は、蒸気管を通して外部に排出された蒸気を淡水として取り出す工程をさらに備えることを第３の特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る海水塩の製造装置によると、太陽熱を集熱して、海水収容部内の海水を約１００〜２５０℃程度の温度に昇温させて効率よく蒸発させ、これにより、海水中のミネラル成分を多く含む自然の海水塩を、電気やモータ等の動力を用いることなく、効率的に製造できるという優れた効果を奏する。

また、海水収容部内で加熱により生じる蒸気を、蒸気管を通して外部に取り出し、これを冷却して、海水中のミネラル成分を多く含む淡水として回収し、飲料その他の用途に利用できるという優れた効果を奏する。

また、本発明に係る海水塩の製造方法によると、太陽熱を集熱して、海水収容部内の海水を蒸発させ、海水中のミネラル成分を多く含み栄養に富む自然の海水塩を、電気やモータ等の動力を用いることなく、低コストで製造できるという優れた効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。図１ないし図４は本発明の第１実施形態を示すもので、図１中、符号Ｓは本発明に係る海水塩の製造装置を示している。

海水塩の製造装置（以下、「製造装置」と略する）Ｓは、図１に示すようにＵ字形の真空式二重管１を主要要素としている。この真空式二重管１は、上端開口部２を有すると共に内部に海水収容部３を有するＵ字形の有底の内管４と、この内管４の周囲に配置されるＵ字形の有底の外管５とからなる二重管構造をしており、内管４の上端部と外管５の上端部は全周に亘り互いに接続され、内管４と外管５の間には密閉され真空引きされた真空層６が形成されている。かかる内管４と外管５はともに太陽光を９０％以上透過させる透明なガラス管からなる。

内管４の側周部４ａの外面には海水収容部３の周囲を覆うようにして集熱膜７が全周に亘り取り付けられている。この集熱膜７は、外管５を透過し、真空層６を通過した太陽光の太陽熱を集熱して、海水収容部３内の海水を加熱、沸騰させる役目をする。この集熱膜７としては、可視から近赤外線域で高い吸収率を持ち、赤外線域で低い放射率を持つ材料を用いたいわゆる選択吸収材料を内管４の外面に選択吸収膜として施すことが望ましい。太陽光を効率良く吸収して熱に変換し、かつ加熱された吸収材料自体の熱放射による損失を抑制することができる。そして、集熱膜７による集熱作用と真空層６による断熱（熱損失の抑制）作用の組合せによって、海水収容部３内の海水温度を約１００〜２５０℃程度まで速やかに昇温させることができる。

内管４の上端開口部２は、着脱可能な蓋体８により気密に閉塞されている。この蓋体８によって、内部の海水収容部３は密閉状態が維持されるようになっている。蓋体８には蒸気管９の一端が接続されており、海水収容部３内で生じる蒸気を外部に取り出すことができるようになっている。蒸気管９の入口には蒸気弁１０が設けられている。この蒸気弁１０は通常は蒸気管９の入口を閉じ、海水収容部３内の蒸気圧が所定値以上となった場合に蒸気管９の入口を開くように作動する。

蒸気管９の他端には凝縮器１１が接続されている。凝縮器１１は、蒸気管９から送られた蒸気を冷却して凝縮し、淡水を生成するようになっている。なお、凝縮器１１で生成された淡水は淡水回収管１２を通して淡水タンク１３に貯留されるようになっている。なお、図１中、符号１４は蒸気管９の一端を蓋体８に取り付ける取付具を示している。

次に、上記構造の製造装置Ｓを用いて、太陽熱を利用して海水を蒸発させ、自然の海水塩を得る方法について、図３および図４を参照して説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、Ｕ字形の真空式二重管１の内管４の上端開口部２から内部の海水収容部３内に所定の高さまで海水Ｗを入れ、次いで、図３（Ｂ）に示すように、上端開口部２を蓋体８により閉塞し、内部の海水収容部３を密閉状態とする。蓋体８には蒸気管９の一端を接続する。

そして、図４（Ａ）に示すように、真空式二重管１を所定位置に立設状態に設置し、太陽光Ｌを当てる。太陽光Ｌは真空式二重管１の透明ガラス製の外管５を９０％以上透過し、さらに真空層６を通過し、透明ガラス製の内管４の外周面に設けられた集熱膜７に吸収される。集熱膜７で集熱された太陽熱は、内管４内部の海水Ｗを加熱し、沸騰させ、海水Ｗを１００〜２５０℃まで昇温させる。

内管４内部の海水収容部３内で海水Ｗが加熱沸騰して、飽和水蒸気Ｊが発生し、所定の蒸気圧を超えると、蒸気弁１０が開かれ、海水収容部３内で発生した水蒸気Ｊが蒸気管９を通り、凝縮器１１へと送られる。海水収容部３内では海水が濃縮されて、塩分濃度が約２３％程度の濃縮液Ｎとなる。塩分濃度が約２３％程度になると塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の結晶が析出を始める。最終的に図４（Ｂ）に示すように内菅４の底部に結晶化した塩化ナトリウムを主成分とするペースト状または固形状の固形分Ｋが残る。そこで、図４（Ｃ）に示すように蓋体８を取り外して、上端開口部２から内部の結晶化した塩化ナトリウムを主成分とする固形分Ｋを掻き出して、自然の海水塩として取り出す。取り出した固形分Ｋの海水塩には、成分として塩化ナトリウムの他、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）などの海水中に含まれるミネラル成分が含まれる。

固形分Ｋを取り出す前の状態、即ち図４（Ａ）に示す塩分濃度が約２３％程度の状態の濃縮液Ｎとして取り出すこともできる。濃縮液Ｎには、前述の塩化ナトリウムの他、にがり成分（塩化ナトリウムを除く塩化マグネシウムや塩化カルシウムの他、カリウム、鉄などのミネラル成分を含む）が含まれる。

凝縮器１１へ送られた蒸気は、凝縮器１１内で冷却され、凝縮されて、海水中のミネラル成分を含む淡水が生成される。生成された淡水は、淡水回収管１２を通して淡水タンク１３に貯留され、飲料や液肥その他の用途に用いられる。

図５は本発明の第２実施形態を示すもので、蒸気管９を流れる蒸気Ｊを利用して海水収容部３に導入される海水Ｗを予め加温する熱交換器１５を備えている。

即ち、本実施形態では、真空式二重菅１の海水収容部３に海水Ｗを供給する海水タンク１６が設けられ、蒸気管９が途中から海水タンク１６の内部で複数回巻回され、蒸気管９を流れる蒸気Ｊの蒸気熱を利用して海水タンク１６内に貯留された海水を予熱するようになっている。海水タンク１６の内部に複数回巻回された蒸気管９部分が熱交換器１５を構成する。なお、図５中、符号１７は海水タンク１６から海水収容部３内に海水Ｗを供給する供給ホースを示している。

海水収容部３より回収された水蒸気の蒸気熱を、廃棄することなく、熱交換器１５により海水タンク１６内の海水を予熱することで排熱を有効利用し、海水Ｗの蒸発および濃縮をより効率よく行うことができる。また、熱交換器１５において蒸気熱を放出した水蒸気は冷えて水分となり、淡水Ｔが生成される。生成された淡水Ｔは、熱交換器１５から続く淡水回収管１２を通って淡水タンク１３に貯留され、飲料や液肥その他の用途に用いられる。

なお、海水塩や淡水の生産効率を上げるために、図５に示すように、淡水回収管１２に真空ポンプ１８を接続して真空引きし、蒸気Ｊを効率よく回収してもよい。

図６は本発明の第３実施形態を示すもので、複数の真空式二重菅１（図示例では５つ）を並べ、各真空式二重菅１・・・の海水収容部３から水蒸気を蒸気管９に排出できるようにしたものである。複数の真空式二重菅１・・・を並列に接続することで、海水塩の製造量を増大させることができる。図６中、符号１９は各真空式二重菅１の各上端を保持する上端保持部、符号２０は各真空式二重菅１の各下端を保持する下端保持部をそれぞれ示している。

本発明に係る海水塩の製造装置および製造方法は、太陽熱を利用して、海水をほぼ動力を用いることなく蒸発させて、ミネラル成分を多く含む自然の海水塩を製造できる装置と方法として、利用可能である。

本発明の第１実施形態を示す海水塩の製造装置を示す全体説明図、図１に示す真空式二重菅のＡ−Ａ断面図、（Ａ）（Ｂ）は図１の装置を用いて海水塩を製造する手順の前半を示す説明図、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は図１の装置を用いて海水塩を製造する手順の後半を示す説明図、本発明の第２実施形態を示す海水塩の製造装置を示す要部説明図、本発明の第３実施形態を示す海水塩の製造装置を示す要部説明図である。

１真空式二重管
２上端開口部
３海水収容部
４内管
４ａ側周部
５外管
６真空層
７集熱膜
８蓋体
９蒸気管
１０蒸気弁
１１凝縮器
１２淡水回収管
１３淡水タンク
１４取付具
１５熱交換器
１６海水タンク
１７供給ホース
１８真空ポンプ
１９上端保持部
２０下端保持部
Ｊ蒸気
Ｋ固形分
Ｎ濃縮液
Ｔ淡水
Ｗ海水
Ｓ製造装置

Claims

太陽光をそれぞれ透過するＵ字形の内管と外管の二重管構造からなり、それら内管と外管の間に真空層が形成された真空式二重管と、前記内管の開口部を気密に閉塞する蓋体と、この蓋体に接続され前記内管の内部空間に形成された海水収容部に連通する蒸気管を備えてなり、前記海水収容部の周囲を覆うようにして前記内管の側周部に太陽光からの集熱を司る集熱膜が設けられていることを特徴とする海水塩の製造装置。
前記集熱膜として、可視から近赤外線域で高い吸収率を持ち、赤外線域で低い放射率を持つ選択吸収材料からなる選択吸収膜が用いられていることを特徴とする請求項１記載の海水塩の製造装置。
蒸気管を流れる蒸気を冷却し、凝縮する凝縮器を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の海水塩の製造装置。
凝縮後の淡水を貯留する淡水タンクを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の海水塩の製造装置。
前記蒸気管の入口に所定の蒸気圧で開く蒸気弁を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の海水塩の製造装置。
蒸気管を流れる蒸気を利用して海水収容部に導入される海水を予め予熱する熱交換器を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の海水塩の製造装置。
海水収容部に海水を供給する海水タンクを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の海水塩の製造装置。
海水収容部を有するＵ字形の内管と外管の二重管構造からなると共にそれら内管と外管の間に真空層が形成され、前記海水収容部を覆うようにして内管の側周部に集熱膜が設けられた真空式二重管を用いて、内管の開口部から前記海水収容部内に海水を収容して前記開口部を蓋体で気密に閉塞する工程と、太陽光を前記外管から内管に向けて透過させて前記集熱膜により太陽熱を集熱し、これにより海水収容部内の海水を加熱する工程と、海水の加熱により海水収容部内で生じる蒸気を蓋体に接続された蒸気管を通して外部に排出する工程と、海水収容部内で濃縮および結晶化された塩成分を含む固形分を取り出す工程とを備えることを特徴とする海水塩の製造方法。
結晶化された塩成分を含む固形分を取り出す代わりに、海水の濃縮液の状態で取り出す工程を備えることを特徴とする請求項８記載の海水塩の製造方法。
蒸気管を通して外部に排出された蒸気を淡水として取り出す工程をさらに備えることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の海水塩の製造方法。