JP3993058B2 - 海水の淡水化方法、濃縮方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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、海水の淡水化方法、濃縮(製塩を含む)方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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。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。
【0003】
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(特開2001−211864号)、冷凍法(特開2001−129542号)、電気分解法(特開2000−23646号)、逆浸透法(特開2000−354864号)などが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、深層水から得られた淡水や濃縮海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海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を提供することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決したこの出願の請求項1の発明に係る海水の淡水化方法は、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の前記減圧室に海水、特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というものである。
【0006】
またこの出願の請求項4の発明に係る海水の濃縮方法は、上記回転ドラムの減圧室13内の海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海水を得るというものであり、更に請求項8の発明に係る製塩方法は、上記濃縮海水の水分を更に蒸発させて塩を得るというものである。
【0007】
またこの出願の請求項5の発明に係る海水の濃縮方法は、上記回転ドラムの減圧室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水、特に好ましくは上記方法で淡水化した深層水を注入し、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、前記減圧室内の淡水化海水を加熱して当該淡水化海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海水を得るというものである。
【0008】
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。
【0009】
また上記濃縮方法の実施に用いるこの発明の海水の濃縮装置は、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、加熱用蒸気の供給口に連なる蒸気供給管30に設けられて当該蒸気供給管内の常圧の水蒸気を沸騰温度以上に過熱する高周波コイル32とを備えている。
【0010】
また上記淡水化方法の実施に用いるこの発明の海水の淡水化装置は、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。
【0011】
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、短時間で海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海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海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海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。
【0012】
またこの発明では、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ている。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。これに対して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。
【0013】
過熱蒸気を得る方法は、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。
【0014】
更に、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。
【0015】
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海水は、真空吸引して取り出すことができる。取り出した濃縮海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。
【0016】
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。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の海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。
【0018】
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。
【0019】
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を介して海水タンク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。
【0020】
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を海水タンク28に連結して海水通路としているが、内管16Lを海水タンク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。海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。
【0021】
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。
【0022】
次に上記実施例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、海水タンク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。
【0023】
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、海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、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、深層水を減圧室13内に供給する。海水タンク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。
【0024】
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。
【0025】
海水タンク28内にイオン交換法又は上記実施例の方法得られた淡水化海水ないし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、淡水化海水ないし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海水ないし濃縮深層水は、高濃度のミネラルを含む淡水化海水ないし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。
【0026】
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。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したこの発明によれば、深層水を蒸発・凝縮して得られる淡水及び残った濃縮海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、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】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2】図1の装置の回転ドラムの縦断面図
【図3】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 (10)
- 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)の前記減圧室に海水を注入し、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ことを特徴とする、海水の淡水化方法。
- 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常圧の水蒸気を得ることを特徴とする、請求項1記載の海水の淡水化方法。
- 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ことにより上記過熱した常圧の水蒸気を得ることを特徴とする、請求項1記載の海水の淡水化方法。
- 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)の前記減圧室に海水を注入し、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て前記減圧室内に残存した濃縮海水を得ることを特徴とする、海水の濃縮方法。
- 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)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、前記減圧室内の淡水化海水を加熱して当該淡水化海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海水を得ることを特徴とする、海水の濃縮方法。
- 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常圧の水蒸気を得ることを特徴とする、請求項4又は5記載の海水の濃縮方法。
- 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ことにより上記過熱した常圧の水蒸気を得ることを特徴とする、請求項4又は5記載の海水の濃縮方法。
- 請求項4、6又は7の方法で得られた濃縮海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。
- 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、前記過熱蒸気の供給口に連なる蒸気供給管(30)に設けられて当該蒸気供給管内の常圧の水蒸気を沸騰温度以上に過熱する高周波コイル(32)とを備えた、海水の濃縮装置。
- 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、前記過熱蒸気の供給口に連なる蒸気供給管(30)に設けられて当該蒸気供給管内の常圧の水蒸気を沸騰温度以上に過熱する高周波コイル(32)とを備えた、海水の淡水化装置。
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