JP5926760B2 - 製塩装置ならびに塩および飲料用海洋深層水の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、製塩装置ならびに塩および飲料用海洋深層水の製造方法に関する。さらに詳しくは、従来法に比べて簡略化された構成であり、かつ、製造効率を向上できる製塩装置ならびに塩および飲料用海洋深層水の製造方法に関する。

製塩方法として、従来、イオン交換膜を用いた方法が知られている（特許文献１等）。当該方法は、コストや効率の面から工業的に広範に採用されているが、イオン交換膜を用いた方法により得られる塩のミネラル分は、海水に含まれる量に比べるとわずかなものとなっている。

また、鉄製やアルマイト製の釜に海水を導入し、直火で加熱する方法も知られている。この方法は、イオン交換膜を用いた方法に比べてミネラル分の含量が多い塩を製造することができる。しかしながら、釜を形成する金属成分の塩への混入や焦げ付きにより、カルシウム分の結晶化が起こり、得られる塩に人体に好ましくない成分が含まれてしまう惧がある。このような成分の混入を避けるためには、コストをかける必要がある。

上記直火による方法に代わって、非直火式の装置により海水から水分を蒸発させる方法が提案されている（特許文献２）。特許文献２に開示された方法では、非直火式を採用することによって、海水からの水分の蒸発を80℃〜90℃程度の温度で行うので、釜による直火を用いた方法における金属成分の塩への混入や焦げ付きを阻止することができる可能性がある。

しかしながら、特許文献２に開示された装置において水分の蒸発は、蒸気の吹き付けと、外側水相の温水を用いて行われており、外側水相の温水の加熱に多大なエネルギーを要するものであった。また、製塩の原料の取り込みについては言及されておらず、海洋深層水からの塩の製造の一連の効率的な方法を提示するものではない。

特開2001-87762号公報 特開2001−158616号公報（特許第3623138号）

本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、ミネラル分が豊富となる非直火式で海水を塩と水に分離して、塩と所望の濃度を有する飲料用海洋深層水とを連続的に製造する装置および製造方法を提供することをその目的とする。

第１発明の製塩装置は、海水を導入して、該海水を熱風で加温する製造槽と、該製造槽へ海水を導入する前に貯蔵する海水蓄熱槽と、該海水蓄熱槽に海水を導入する前に貯蔵する海水貯水槽と、製造槽からの蒸気により生成される水が流入する貯水タンクと、該貯水タンクを有すると共に、製造槽からの蒸気排出口に連結している外部配管と、製造槽に導入される海水を、導入前に暖める太陽熱温水器と、を備え、該太陽熱温水器が、海水貯水槽内の海水を暖めた後、海水蓄熱槽へ供給するように、海水貯水槽と海水蓄熱槽との間に介装されていることを特徴とする。
第２発明の製塩装置は、第１発明において、前記外部配管は、前記海水貯水槽の内部を貫通するように配置されてなり、外部配管の、海水貯水槽を貫通している部分は、製造槽からの蒸気が流入してくる側が、該蒸気が流出する側よりも低位置になるように傾斜していることを特徴とする。
第３発明の塩の製造方法は、第１または第２発明のいずれかの製塩装置を用いたことを特徴とする。
第４発明の飲料用海洋深層水の製造方法は、第１または第２発明のいずれかの製塩装置を用いたことを特徴とする。

第１発明によれば、海水が太陽熱温水器で加温されたうえで製造槽に導入され、製造槽で更に加熱するので、海水を加熱する熱効率に優れた製塩装置を提供することができる。
第２発明によれば、製造槽から排出された蒸気が、外部配管の海水貯水槽を貫通する部分において、他の動力なしに、貯蔵された海水温により冷却できるので、従来の装置にくらべて省エネルギーでの製塩が可能となる。
また、外部配管の、海水貯水槽を貫通している部分は、製造槽からの蒸気が流入してくる側が、上記が流出する側よりも低位置になるように傾斜していることにより、冷却されて液化した水が、貯水タンクへ自然と流れ込むこととなり、この水を回収する装置等を設ける必要がなく、省エネルギーにて濃縮された海水を収集することができる。
第３発明によれば、第１発明または第２発明の製塩装置を用いるので、熱効率よく製塩を行うことができ、また、非直火式での加熱によるので、イオン交換方式に比べてミネラル分の豊富な塩を製造することができる。
第４発明によれば、第１発明または第２発明の製塩装置を用いるので、熱効率よく飲料用海洋深層水を製造でき、また、非直火式での加熱によるので、イオン交換方式に比べてミネラル分の豊富な天然塩を製造することができる。

本発明の製塩装置であって、海水貯水槽を備えた製塩装置の一例を示す概略断面図である。 本発明の製塩装置の一例を示す概略断面図である。 本発明の製塩装置であって、貯水タンクを備えた製塩装置の一例を示す概略断面図である。 不純物排出装置の説明図である。 （Ａ）は掻取りドラムの側面図、（Ｂ）は正面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（製塩装置全体）
図１に本発明の製塩装置の一例の概略断面図を示す。同図に示す製塩装置は、塩および飲料用海洋深層水を製造するための製造槽１４を含む製造ユニットと、原料となる海水を貯蔵しておく海水貯水槽１６および海水蓄熱槽１７とを含む貯蔵ユニットと、これらを連結する連結ユニットとを含む。

図１に示す製塩装置による製塩等の概略を説明する。貯蔵ユニットに備えられた海水貯水槽１６および海水蓄熱槽１７に海洋より汲みあげられた海水が貯蔵され、この海水貯水槽１６および海水蓄熱槽１７から製造ユニットに海水が送られて、製塩または飲料用海洋深層水（以下において、「飲料用水」または「海洋深層水」ということがある）が製造槽１４にて製造され、製造された塩または飲料用水が連結ユニットに設けられた貯水タンク２３に貯められる。
以下、各ユニットまたは装置について詳細に説明する。

（製塩装置、製造ユニット）
上記製造ユニットは、第１発明の製塩装置に該当するものであり、図１に示すように、内槽１と外槽２とからなる二重槽構造を有する製造槽１４と、前記内槽１の上部に設けられた蒸気排出口６と、前記外槽２を加熱する加熱装置１３とを備える。
製造槽１４は、塩と水とを製造するための槽である。上記内槽１と外槽２とからなる二重槽構造は密閉可能であり、かつ、外槽２から内槽１へ熱風を流入させることができる熱風流入口５を備えた構造である。密閉は、蓋３を設けることで達成することができる。

熱風流入口５は、少なくとも一つ設けられ、外槽２から内槽１へ効率よく熱風を送り込むためには、複数を内槽１の上部壁面や蓋３の部分に設けることが好ましい。
内槽１は、例えば、ステンレス製の槽とすることができる。内槽１の外壁には断熱材などがライニングされていてもよい。外槽２の材質は特に限定されず、内槽１に送る熱風に対する耐熱性と、耐候性を備える公知の材質から選択すればよい。

製造槽１４には、これらの他、原料となる海水を内槽１に流入させるための海水供給管９や、流入させる海水量を調整するための水位センサ４や、塩および海洋深層水を製造する際の海水の温度を検知するための温度センサ８などを備えていてもよい。

また、製造槽１４の外槽２に熱風を供給するために、熱風発生装置１０が備えられる。熱風発生装置１０は、公知の装置であって、ターボブロワ１１、エアフィルタ１２、および熱風発生ヒータ１３を含み、熱風発生ヒータ１３により発生した熱風が配管を通じて外槽２に供給されるように設置される。

（海水貯水槽、海水蓄熱槽）
海水貯水槽１６および海水蓄熱槽１７は、海洋から汲みあげた海水を貯蔵するための槽である。図示の槽は１本の大型タンクを途中で仕切り、海水流入側を海水貯水槽１６とし、海水流出側を海水蓄熱槽１７としている。
海水貯水槽１６と海水蓄熱槽１７との間は、配管で連結して太陽熱温水器２４が介装されている。この太陽熱温水器２４は海水貯水槽１６から供給される常温の海水を約８０℃に加温するために設けられている。加温された海水は海水蓄熱槽１７に戻され、さらにこの高温の海水が海水供給管９を介して製造槽１４に供給される。
このように太陽熱温水器２４で海水が加温されることから製造槽１４での加熱負荷は小さくなる。

上記海水蓄熱槽１７は、汲みあげた海水を製造槽１４に供給するための海水供給管９と槽外部で連結されている（図１参照）。
海水貯水槽１６および海水蓄熱槽１７の内部には、長手方向に沿って後述の連結ユニットと接続された外部配管２７が貫通するように設けられている。このように海水貯水槽１６の内部を貫通する配管を有することで、連結ユニットの製造槽１４側から流れ込んでくる、貯蔵ユニットよりも高温の蒸気を、更なる冷却装置や冷却媒を用いることなく、貯蔵している海水温との温度差により冷却することができる。

ここで、前記海水貯水槽１６および海水蓄熱槽１７において、少なくとも内部を貫通する配管２７が、連結ユニットとの連結側が非連結側よりも低位置になるように傾斜していることが好ましい。貯水槽と内部配管とが平行である場合は、貯水槽そのものが上記のように傾斜していることとなる（図３参照）。傾斜を設けることによって、連結ユニット側から流れ込んだ蒸気が、いわゆる冷却器での冷却の要領で、海水貯水槽１６および海水蓄熱槽１７の海水温との温度差で冷却され液化し、連結ユニットに備えられた貯水タンクへ自然と流れ込むことになる。それゆえ、他の液化物を回収する装置等を設ける必要がなく、省エネルギーにて濃縮された海水を収集することが可能である。

貯水ユニットは、海水を汲みあげて海水貯水槽１６および海水蓄熱槽１７に貯水するための海水汲みあげユニットを備える。海水汲みあげユニットは、例えば、ポンプ１８、浄化フィルタ１９、殺菌装置２０、海水汲みあげ管２１、粗ゴミ除去フィルタ２２を含む。これらの構成については、後述の製塩等の製造方法の説明において詳述する。

（貯水タンク、連結ユニット）
上述の製造ユニットと貯水ユニットとは、図３に示すように連結ユニットを介して外部配管により連結されている。外部配管は、製造槽１４の上部に設けられた蒸気排気口６から排出された蒸気が通過する蒸気排気ダクト７の役割を果たす。連結部には貯水タンク２３が設けられ、貯水タンク２３の上部には、貯水ユニット側の外部配管からの液体の流入を調節できるドレン排出バルブ１５を具備する。
連結ユニットにおいては、製造ユニット側と貯水ユニット側を連結する外部配管はＶ字型であり、貯水タンク２３に液体が自然と流入する構造を有する。このような構造とすることで、蒸気排気ダクト７に流入した蒸気の冷却を効率よく行うことが可能となる。

（不純物排出装置）
図４および図５に基づき不純物排出装置３０を説明する。
不純物排出装置３０は、掻取りドラム３１とその駆動部３６とからなる。掻取りドラム３１は、中心軸３２の周囲にドラム体３３を案内板３４を介して固定した構造である。ドラム体３３は接頭円錐型のドラムであり、円周方向で対抗する２か所には開口３５が形成されている。この開口３５は海水表面に浮ぶ不純物を取り込むため形成されている。案内板３４は中心軸３２を回転させたとき、取り込んだ不純物を槽中心方向に送る部材である。

駆動部３６は回転機構３７と旋回機構３８からなる。回転機構３７は掻取りドラム３１の中心軸３２を回転させる傘歯車３７ａ、駆動軸３７ｂおよびモータ３７ｃからなる。旋回機構３８は中心軸３２を保持するブラケット３８ａに取付けられた円筒軸３８ｂとモータ３８ｃとからなる。
モータ３７ｃを駆動すると掻取りドラム３１は中心軸３２回りに回転し、モータ３８ｃを駆動すると掻取りドラム３１は製造槽１４内の海水面上で旋回する。
この掻取りドラム３１の回転と旋回により、海水面上の不純物を掻き取って、製造槽１４の中心部にある不純物ストックバケット２６に排出することができる。

（塩および飲料用海洋深層水の製造方法）
本発明の製法は概ねつぎの４工程からなる。
（１）第１工程
予熱された海水が製造槽に連続的に入れられる。海水の供給量は蒸発量と同じで、常に一定の海水面を保持しながら塩分濃度を２０％程度（槽内液体重量に対する塩重量）まで濃縮させる。
（２）第２工程
２０％まで濃縮された海水（カン水と呼ばれる）は補給海水を絶った状態で、さらに３０％程度まで濃縮する。この時点で塩の８０％位は析出している。
（３）第３工程
析出した塩を製造槽から取り出し、別途脱水して、塩とニガリに分離する。
（４）第４工程
分離した塩を乾燥機で乾燥し、製品とする。

図１をもとに塩および飲料用海洋深層水の製造方法を更に詳細に説明する。
まず、海水汲みあげユニットにおいて、ポンプ１８の駆動により、粗ゴミ除去フィルタ２２を通過させて海水汲みあげ管２１に海水が汲みあげられる。汲みあげられた海水は、浄化フィルタ１９、殺菌装置２０を通過して、海水貯水槽１６にストックされる。ストックされた海水は太陽熱温水器２４に送られ、そこで約８０℃に加温され、その高温海水が海水蓄熱槽１７に戻される。そして、海水蓄熱槽１７から海水供給管９により内槽１に送られる。

次に、製造槽１４において海水を加熱する。具体的には、熱風発生装置１０において、エアフィルタ１２を通過した清浄空気をターボブロワ１１で熱風発生ヒータ１３に送り、加熱し、該加熱された清浄空気（熱風）を製造槽１４に送り込む。送り込まれた熱風は、外槽２と内槽１との空洞に充満し、熱風流入口５から内槽１に流入し、製造槽１４全体が加熱される。この方法により、内槽１に存在する海水を40℃〜90℃の低温で加熱する。この場合、海水は既に８０℃位に昇温しているので、熱風発生装置１０の加熱負荷は小さくて良い。海水温は温度センサ８により検知する。

上記熱風流入口５から流入した熱風と、内槽１と外槽２との空洞に充満した熱風による内槽１の昇温により加熱された内槽１中の海水が蒸発する。なお、この内槽１と外槽２との空間に仕切板（邪魔板）を設けて熱風を空間内に縦横無尽に通過させることにより、空間での熱風の滞在時間を長くし、加熱時の熱効率を上げることができる。その蒸気は、蒸気排気口６を通過して蒸気排気ダクト７に送られる。この蒸気排気ダクト７（外部配管）は、海水貯水槽１６内部を貫通し、また、海水貯水槽１６内部の外部配管は連結ユニット側から排出口１７側に向けてゆるやかに上昇している。熱風とともに排出された蒸気は、海水貯水槽１６との温度差により急速に冷却されて水滴となり、蒸気排気ダクト７内部を伝って下降し、貯水タンク２３に流入する。

熱された海水の蒸発により内槽１の水位が定位置より下がると、水位センサ４が働き、海水貯水槽１６から温まった海水が供給される。内槽１が所定水位になると電磁弁（不図示）が閉じ、原料となる海水の供給が停止する。内槽１に満たされた海水は、上述の工程により低温で加熱され、蒸発する。

この一連の工程を、内槽１の海水が所望の濃度になるまで繰り返す。３日目になると不純物である硫酸カルシウム（石膏成分）が浮いてくるので、不純物排出装置３０で除去する。そして、ほぼ４日目くらいで、高濃度の塩水になる。この時点で内槽１への原料海水の供給を停止させ、熱風を用いた加熱により製塩し、ミネラル分の豊富な塩を得ることができる。

この製塩または製飲料用水システムは、必要とする駆動力が少なく省エネルギーであることから、電源として太陽光発電か風力発電のような発電にて作動させることができる。また、水位センサや温度センサなどと連携させて、海水の流入や加熱を自動化することで、無人稼動させることもできる。
このシステムは省エネで自動化されているので、電源も太陽光発電、そして風力発電にて作動し、夜間については無人稼働させることができる。

本発明の塩および飲料用海洋深層水の製造方法によれば、従来の釜方式によるものと同等以上のミネラル分を含む塩を、商業レベルにまで効率的に製造することができる。

１ 内槽
２ 外槽
３ 蓋
４ 水位センサ
５ 熱風流入口
６ 蒸気排出口
７ 蒸気排気ダクト
８ 温度センサ
９ 海水供給管
１０ 熱風発生装置
１１ ターボブロワ
１２ エアフィルタ
１３ 熱風発生ヒータ
１４ 製造槽
１５ ドレン排出バルブ
１６ 海水貯水槽
１８ ポンプ
１９ 浄化フィルタ
２０ 殺菌装置
２１ 海水汲みあげ管
２２ 粗ゴミ除去フィルタ
２３ 貯水タンク
３０ 不純物排出装置

Claims (4)

1. 海水を導入して、該海水を熱風で加温する製造槽と、
   該製造槽へ前記海水を導入する前に貯蔵する海水蓄熱槽と、
   該海水蓄熱槽に前記海水を導入する前に貯蔵する海水貯水槽と、
   前記製造槽からの蒸気により生成される水が流入する貯水タンクと、
   該貯水タンクを有すると共に、前記製造槽からの蒸気排出口に連結している外部配管と、前記製造槽に導入される海水を、導入前に暖める太陽熱温水器と、を備え、
   該太陽熱温水器が、前記海水貯水槽内の前記海水を暖めた後、前記海水蓄熱槽へ供給するように、前記海水貯水槽と前記海水蓄熱槽との間に介装されている
   ことを特徴とする製塩装置。
2. 前記外部配管は、前記海水貯水槽の内部を貫通するように配置されてなり、
   前記外部配管の、前記海水貯水槽を貫通している部分は、前記製造槽からの蒸気が流入してくる側が、該蒸気が流出する側よりも低位置になるように傾斜している
   ことを特徴とする請求項１記載の製塩装置。
3. 請求項１または２記載の製塩装置を用いた塩の製造方法。
4. 請求項１または２記載の製塩装置を用いた飲料用海洋深層水の製造方法。