JP4388267B2 - 海水蒸留装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、海水を蒸留して製塩を行なうと同時に淡水を得るための海水蒸留装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
海水から淡水を得るために、逆浸透膜法や多段フラッシュ法などが従来から知られているが、いずれも造水単価やランニングコストが高いのが現状であり、太陽熱を利用した蒸留システムの開発が種々試みられている。
【0003】
一方、最近商品化の著しい自然塩の製造方法には多くの方法、工夫が行われているが、淡水化と自然塩の製造は、それぞれ独立しているのが現状である。
【0004】
これに対し、本発明の発明者は、特許第3038372号において、海水を沸騰させて発生した蒸気で発電機を駆動し、使用後の蒸気を凝縮させて淡水として回収し、蒸発後の濃縮海水から塩を析出させる一石三鳥システムを提案した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記の一石三鳥システムは、発電を前提としているため、発電した電力を利用して沸騰用の熱源を供給できる利点はあるが、例えば風力発電機などが装備されている場合や、通常の他の電力を利用できる場合には、必ずしも一石三鳥システムにする必要性は少ない。しかも、一石三鳥システムは、システムが大がかりとなる。
【0006】
したがって、一石三鳥システムの応用として、発電は行なわないで、海水を加熱して発生した水蒸気から淡水を得ると共に加熱濃縮された海水から塩を析出させることもできる。この場合、一石三鳥システムをそのまま利用したのでは、塩と淡水製造のための専用装置としては、必ずしも効率的でない。
【0007】
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、先に提案した一石三鳥システムの製塩、淡水製造部をさらに改良して、より効率的に塩と淡水を製造可能とすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項1は、海水からの蒸発水分を凝縮させる凝縮室の内部に温度成層室を配置し、該温度成層室に原料海水を導く海水供給管の出口を、温度成層室内の上部で、海水面に向けて上向きに開口させ、該出口と、常時一定となるように水位制御されている海水面との間に加熱手段を配置してなることを特徴とする海水蒸留装置である。
【0009】
このように、海水からの蒸発水分を凝縮させる凝縮室の内部に温度成層室を配置し、該温度成層室に原料海水を導く海水供給管の出口を、温度成層室内の上部で、海水面に向けて上向きに開口させ、該出口と、常時一定となるように水位制御されている海水面との間に加熱手段を配置した構造になっているため、温度成層室内の海水の最上部が加熱手段で加熱されて水蒸気が凝縮室に放出されて凝縮し、淡水が製造される。
【0010】
一方、温度成層室内の海水は上層部が加熱されて水分が蒸発し、海水濃度が上がると自重で下降する。そして、下降沈殿すると共に塩分が析出し、塩が製造できる。すなわち、淡水と塩を製造できる。
【0011】
請求項2は、請求項1に記載の凝縮室の内部にフィン付きの熱回収手段を配置し、該熱回収手段と連結した熱伝達手段を前記の温度成層室の内部の海水中に延長し浸漬した構造としたことを特徴とする海水蒸留装置である。
【0012】
このように、凝縮室の内部にフィン付きの熱回収手段を配置してあるので凝縮潜熱を回収できる。そして、該熱回収手段と連結した熱伝達手段が前記の温度成層室の内部の海水中に延長し浸漬されているので、熱回収手段で回収された熱が温度成層室内の海水中に伝わって、海水の加熱に利用される。したがって、こうした予熱と加熱手段による加熱で温度成層室内の海水中の水分の蒸発と海水濃縮が促進される。
【0013】
請求項3は、請求項1または請求項2に記載の加熱手段として電気ヒーターを用いると共に、海水面に浮くように、浮上構造としてなることを特徴とする海水蒸留装置である。
【0014】
このように、温度成層室内の海水の加熱手段として電気ヒーターを用いると、海水面付近の海水を効率的に加熱して、効率的に水蒸気を発生できる。また、この電気ヒーターを、海水面に浮くような浮上構造にしてあると、常に海水面の海水を加熱できるので、蒸気発生がより効率化される。
【0015】
請求項4は、請求項1、請求項2または請求項3に記載の温度成層室の上部開口を絞って、温度成層室の海水面の面積より狭くすることで、水蒸気が噴出するようにしてなることを特徴とする海水蒸留装置である。
【0016】
このように、温度成層室の上部開口を絞って、温度成層室の海水面の面積より狭くし、水蒸気の噴出力の増大を図っているので、発生した水蒸気が凝縮室内に勢い良く噴出して効率的に拡散され、効率的に凝縮が行われる。
【0017】
請求項5は、請求項1から請求項4までのいずれかの項に記載の温度成層室の下部の濃縮海水部とその下側の塩の析出部との間に、析出した塩を取り出す際に仕切るための開閉手段を設けてなることを特徴とする海水蒸留装置である。
【0018】
このように、温度成層室の下部の濃縮海水部とその下側の塩の析出部との間に、析出した塩を取り出す際に仕切るための開閉手段を設けてあるので、通常は高濃度で重い海水が連続的に沈降して来て塩の析出が行われるが、析出した塩を取り出す際は、前記の開閉手段を閉じて海水部と遮断できる。したがって、析出した塩を容易に取り出すことができる。
【0019】
請求項6は、請求項1から請求項5までのいずれかの項に記載の凝縮室の内部に海水管を配置し、その海水管出口を温度成層室内の上部に導き、前記のヒーターに向けて開口させてなることを特徴とする海水蒸留装置である。
【0020】
このように、凝縮室の内部に海水管を配置し、その海水管出口を温度成層室内の上部に導き、前記のヒーターに向けて開口させてあるので、凝縮熱によって予熱された海水を温度成層室内に導いてヒーターで加熱できるので、ヒーターで加熱する前の予熱を効率的に行なうことができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に本発明による海水蒸留装置が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。図1は海水蒸留装置の一実施形態を示す縦断面図である。1は凝縮室であり、外気と遮断する隔壁2で囲まれている。この凝縮室1のほぼ中央に立っているのが温度成層管3であり、その内部が温度成層室4となる。
【0022】
この温度成層室4中に海水5が供給されて溜まる。温度成層室4中のほぼ中央には、海水供給管6が立っていて、上端は海水面5aに向かって開口している。海水供給管6の下端は、凝縮室壁2の外部において、温度成層室4中の下部を経由して、温度成層管3の側壁を貫通し、原料海水の槽7と連通している。
【0023】
温度成層室4の海水面5aと海水供給管6の上端の開口との間に電気ヒーターhを配設して、海水面付近の海水を加熱して、水蒸気を発生させる。温度成層管3の上端には、水蒸気を排出する開口8が開いている。この開口8は、温度成層室4中の海水面5aの面積に比較して小さくしてあり、発生した水蒸気が勢い良く噴出可能となる。その結果、水蒸気の噴出力で、凝縮室1内の全体に拡散して、効率的に凝縮が行われる。
【0024】
温度成層室4の内部に延びている熱伝達手段9が、温度成層管3を貫通して、凝縮室1内に広がっている熱回収部10と連結している。熱回収部10は、凝縮室1内の水蒸気との接触面積の拡大を図るべく、表面積が広くなるように多数の孔を開けるなどの工夫がなされている。また、多数のフィンfを一体化して、水蒸気との接触面積がより大きくなるようにしてある。
【0025】
温度成層管3の下部は、凝縮室1の底壁2bを貫通して外部に突出しており、仕切り弁Vなどの開閉手段を介して、塩の析出室11が形成されている。析出室壁12は、大量の析出塩を貯蔵できるように、温度成層室4より大型化されている。
【0026】
凝縮室1中で凝縮した淡水13は、凝縮室底壁2bから延びた淡水管14で淡水槽15に排出されて貯留される。
【0027】
次に、この海水蒸留装置の動作を説明する。温度成層室4内には、海水供給管6によって新鮮な海水が常時供給されるが、温度成層室4内の海水面5aが常時一定となるように水位制御が行われているため、ヒーターhによって、海水面付近の海水が加熱される。その結果、発生した水蒸気が温度成層管3の上端の開口8から凝縮室1中に噴出する。
【0028】
凝縮室1中に拡散した水蒸気は、フィンf付き熱回収部10に伝わり、凝縮潜熱を放出して凝縮し、淡水の水滴となって滴下し、凝縮室1中に溜まる。そして、淡水管14で淡水槽15に排出されて貯留される。
【0029】
凝縮室1中で水蒸気から放出された凝縮潜熱は、フィンf付きの熱回収部10に伝わり、さらに熱伝達手段9を経由して、温度成層室4中の海水5に伝わり、海水の加熱に利用される。したがって、温度成層室中の海水5は、ヒーターhで加熱される前に、熱伝達手段9によって予熱される。
【0030】
このようにして温度成層室4中の上部の海水が加熱されて水蒸気を発生することによって海水の濃縮が行われ、濃度が上がって比重が大きくなると、自重で海水5中を徐々に沈降する。この際、温度成層室4中の下部から立ち上がっている海水供給管6で供給される新鮮海水によって冷却されることによって、比重がさらに高くなり、遂には析出室11中まで沈降する。析出室11中に沈降する頃には、塩が析出している。
【0031】
前記のように、温度成層室4中の海水5の下部側は 海水供給管6で供給されて来る新鮮海水によって冷却され、上部側は熱伝達手段9やヒーターhで加熱されるため、上側ほど高温となり、下側ほど低温となる。その結果、温度成層を形成することになる。
【0032】
析出室11中で大量の塩が析出すると、仕切り弁Vを閉じて海水5部と遮断してから、析出室11中の塩を取り出して乾燥させ、ミネラルの豊富な自然塩にする。なお、析出室壁12には、析出塩の取り出し口が有ることは当然であるが、図示を省略してある。
【0033】
図2は、凝縮手段の別の実施形態を示す縦断面図である。温度成層室4の上部の海水5中に浸漬されている熱伝達手段9が温度成層管3を貫通して凝縮室1中まで延長しているが、この延長部9aには、屋根形の熱回収部10aを搭載し支持している。
【0034】
屋根形の熱回収部10aの上端には、新鮮な海水を通す海水管16を連結してあり、水蒸気の凝縮潜熱が海水管16中の海水に吸収されて、凝縮が促進される。凝縮潜熱で海水は加熱されるため、その熱は、熱回収部10a、延長部9a、熱伝達手段9を経て、温度成層室中の海水5に伝達して、海水5の予熱に利用される。なお、屋根形の熱回収部10aは、図1の熱回収部10と同様に、水蒸気の凝縮を促進すると共に、凝縮潜熱の回収を兼ねている。
【0035】
海水管16の出口は、図示のように、温度成層管3の上部側壁から温度成層室4内に導かれている。したがって、海水は、原料海水の槽7→凝固室外の海水供給管6→海水管16→温度成層室4内の上部の海水管出口16a→温度成層室4内の上端部、の順に流れることによって、海水管16中で予熱された海水が、温度成層室4の上端部でヒーターhによってさらに加熱される。なお、海水管16を採用する場合は、熱伝達手段9は省くこともできる。
【0036】
各フィンf間には、表面積を増やすために、熱伝導率の高い金属線材などを綿状に形成してなる表面積拡大部材wをフィンfと一体に配置してある。
【0037】
海水面5aにはヒーターhが浮いているので、海水面5aを効果的に加熱して、効率的に水蒸気を発生できる。したがって、ヒーターhは浮上し易いように、薄型にするのが望ましい。
【0038】
【発明の効果】
請求項1のように、海水からの蒸発水分を凝縮させる凝縮室の内部に温度成層室を配置し、該温度成層室に原料海水を導く海水供給管の出口を、温度成層室内の上部で、海水面に向けて上向きに開口させ、該出口と、常時一定となるように水位制御されている海水面との間に加熱手段を配置した構造になっているため、温度成層室内の海水の最上部が加熱手段で加熱されて水蒸気が凝縮室に放出されて凝縮し、淡水が製造される。
【0039】
一方、温度成層室内の海水は上層部が加熱されて水分が蒸発し、海水濃度が上がると自重で下降する。そして、下降沈殿すると共に塩分が析出し、塩が製造できる。すなわち、淡水と塩を製造できる。
【0040】
請求項2のように、凝縮室の内部にフィン付きの熱回収手段を配置してあるので凝縮潜熱を回収できる。そして、該熱回収手段と連結した熱伝達手段が前記の温度成層室の内部の海水中に延長し浸漬されているので、熱回収手段で回収された熱が温度成層室内の海水中に伝わって、海水の加熱に利用される。したがって、こうした予熱と加熱手段による加熱で温度成層室内の海水中の水分の蒸発と海水濃縮が促進される。
【0041】
請求項3のように、温度成層室内の海水の加熱手段として電気ヒーターを用いると、海水面付近の海水を効率的に加熱して、効率的に水蒸気を発生できる。また、この電気ヒーターを、海水面に浮くような浮上構造にしてあると、常に海水面の海水を加熱できるので、蒸気発生がより効率化される。
【0042】
請求項4のように、温度成層室の上部開口を絞って、温度成層室の海水面の面積より狭くし、水蒸気の噴出力の増大を図っているので、発生した水蒸気が凝縮室内に勢い良く噴出して効率的に拡散され、効率的に凝縮が行われる。
【0043】
請求項5のように、温度成層室の下部の濃縮海水部とその下側の塩の析出部との間に、析出した塩を取り出す際に仕切るための開閉手段を設けてあるので、通常は高濃度で重い海水が連続的に沈降して来て塩の析出が行われるが、析出した塩を取り出す際は、前記の開閉手段を閉じて海水部と遮断できる。したがって、析出した塩を容易に取り出すことができる。
【0044】
請求項6のように、凝縮室の内部に海水管を配置し、その海水管出口を温度成層室内の上部に導き、前記のヒーターに向けて開口させてあるので、凝縮熱によって予熱された海水を温度成層室内に導いてヒーターで加熱できるので、ヒーターで加熱する前の予熱を効率的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 海水蒸留装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図2】 凝縮手段の別の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 凝縮室
3 温度成層管
4 温度成層室
h ヒーター
5 海水
5a 海水面
6 海水供給管
8 開口
9・9a 熱伝達手段
10 熱回収部
10a 屋根形の熱回収部
f フィン
V 仕切り弁
11 析出室
13 淡水
15 淡水槽
16 海水管
16a 海水管出口
Claims (6)
- 海水からの蒸発水分を凝縮させる凝縮室の内部に温度成層室を配置し、該温度成層室に原料海水を導く海水供給管の出口を、温度成層室内の上部で、海水面に向けて上向きに開口させ、該出口と、常時一定となるように水位制御されている海水面との間に加熱手段を配置してなることを特徴とする海水蒸留装置。
- 前記の凝縮室の内部にフィン付きの熱回収手段を配置し、該熱回収手段と連結した熱伝達手段を前記の温度成層室の内部の海水中に延長し浸漬した構造としたことを特徴とする請求項1に記載の海水蒸留装置。
- 前記の加熱手段として電気ヒーターを用いると共に、海水面に浮くように、浮上構造としてなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の海水蒸留装置。
- 前記の温度成層室の上部開口を絞って、温度成層室の海水面面積より狭くすることで、水蒸気が噴出するようにしてなることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3に記載の海水蒸留装置。
- 前記の温度成層室の下部の濃縮海水部とその下側の塩の析出部との間に、析出した塩を取り出す際に仕切るための開閉手段を設けてなることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの項に記載の海水蒸留装置。
- 前記の凝縮室の内部に海水管を配置し、その海水管出口を温度成層室内の上部に導き、前記のヒーターに向けて開口させてなることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかの項に記載の海水蒸留装置。
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