WO2012060036A1

WO2012060036A1 - 淡水化装置を用いて塩水を淡水化する方法

Info

Publication number: WO2012060036A1
Application number: PCT/JP2011/004715
Authority: WO
Inventors: 美濃　規央; 上田　大助
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2012-05-10
Also published as: CN102781845B; US20120138448A1; JP5045863B2; CN102781845A; US8652303B2; JPWO2012060036A1

Abstract

　本発明の目的は、淡水化装置を用いて塩水を淡水化する方法を提供することである。　淡水化装置は、容器の内部に、通気性シート、撥水粒子層、タンク層を具備し、タンク層は容器の下部に位置し、通気性シートは、撥水粒子層とタンク層との間に挟まれている。通気性シートは貫通孔を具備し、撥水粒子層は、密集した複数の撥水性粒子から構成されており、撥水性粒子の表面は、撥水膜を具備している。　容器に塩水を注ぎ、撥水粒子層の表面上に塩水を配置させる工程と、塩水を加熱し、前記塩水を蒸発させて水蒸気にする工程と、水蒸気を液化し、タンク層に淡水を得る工程から、塩水を淡水化する。

Description

淡水化装置を用いて塩水を淡水化する方法

　本発明は、淡水化装置を用いて塩水を淡水化する方法に関する。

　特許文献１は、海水を濾過して海水中の固体を除去するための砂濾過器を開示している。

　特許文献２は、多孔質の粒からなる濾過剤に撥水性を施すことを開示している（特に段落番号００１７）。

　砂濾過器を用いて、海水に含有されている固形物が除去され得る。しかし、海水に溶解しているイオンは除去されない。そのため、砂濾過器は、海水を淡水化し得ない。

実開昭６０－０１３２０６号公報特開平０５－１９２５６７号公報

　本発明の目的は、淡水化装置を用いて塩水を淡水化する方法を提供することである。

　淡水化装置は、容器の内部に、通気性シート、撥水粒子層、タンク層を具備し、タンク層は容器の下部に位置し、通気性シートは、撥水粒子層とタンク層との間に挟まれている。通気性シートは貫通孔を具備し、撥水粒子層は、密集した複数の撥水性粒子から構成されており、撥水性粒子の表面は、撥水膜を具備している。

　容器に塩水を注ぎ、撥水粒子層の表面上に塩水を配置させる工程と、塩水を加熱し、前記塩水を蒸発させて水蒸気にする工程と、水蒸気を液化し、タンク層に淡水を得る工程を含む方法により、塩水が淡水化される。

図１は、本発明による淡水化装置を示す。

　本発明の実施の形態が図面を参照しながら以下に説明される。

　（用語の定義）
　用語「濾過」とは、固体を含有する液体が多孔質の物質を通過し、当該固体を除去することを意味する。当該固体は、当該液体に溶解していない。

　用語「淡水化」とは、イオンのような不純物が溶解している海水から淡水を得ることである。すなわち、海水から塩を除去することである。当該塩は、海水に溶解している。

　用語「濾過」および用語「淡水化」は、本明細書において厳密に区別される。

　用語「濾過」は、液体に溶解している不純物を除去することを意味するために用いられてはならない。

　用語「淡水化」は、液体に溶解していない固体を除去することを意味するために用いられてはならない。

　（実施の形態１）
　（工程（ａ））
　まず、淡水化装置が用意される。図１は、本発明による淡水化装置を示す。淡水化装置は、容器１、通気性シート２、撥水粒子層３、およびタンク層５を具備する。通気性シート２、撥水粒子層３、およびタンク層５は、容器１の内部に設けられる。

　タンク層５は容器１の内部の下部に位置する。すなわち、タンク層５は、容器１の底面と通気性シート２との間に挟まれている。タンク層５は、通常、空気で満たされている。タンク層５の好ましい高さは、５ｃｍ以上１５ｃｍ以下である。

　通気性シート２は貫通孔を具備する。貫通孔の好ましい形状は円形である。貫通孔の断面積の例は、３．１４ｍｍ^２以上７８．５ｍｍ^２以下である。直径が１ｍｍ未満であると、気体が通気性シート２を通過することが困難になり得る。一方、直径が５ｍｍを超えると、撥水粒子層３を構成する粒子が貫通孔を通ってタンク層５に落ち得る。貫通孔の数は限定されない。

　通気性シート２の好ましい材質は樹脂である。樹脂の例は、ポリ塩化ビニルである。通気性シート２の好ましい厚みは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

　通気性シート２の周囲が、容器１の内壁面に接着剤を用いて接着される。すなわち、通気性シート２の周囲は、容器１の内壁面に接している。

　撥水粒子層３は、通気性シート２の上面に設けられる。撥水粒子層３は、複数の撥水性粒子から構成される。複数の撥水性粒子が密集し、撥水粒子層３を形成している。すなわち、１つの撥水性粒子の表面は、複数の他の撥水性粒子の表面に接している。

　各撥水性粒子は、粒子および撥水膜を具備する。粒子は砂粒であることが好ましい。

　撥水膜は、粒子の表面を被覆している。撥水膜は、化学式－（ＣＦ_２）ｎ－によって表されるフッ化炭素基を具備することが好ましい。ｎは自然数である。好ましいｎは２以上２０以下である。

　撥水膜は共有結合により粒子と結合していることが好ましい。以下の化学式（Ｉ）は、好ましい撥水膜を表す。

　Ｑは水素またはフッ素である。

　ｍ１およびｍ２は、独立して、０または１以上の自然数である。

　ｎは２以上２０以下である。

　撥水粒子層３の好ましい厚みは後述される。撥水性粒子を製造する方法の一例が以下、説明される。

　まず、化学式ＣＸ_３－（ＣＨ_２）_ｍ１－（ＣＦ_２）_ｎ－（ＣＨ_２）_ｍ２－ＳｉＸ_３によって表される界面活性剤が、非水系溶媒に溶解され、界面活性剤溶液を調製する。Ｘはハロゲンであり、好ましくは塩素である。

　次に、乾燥雰囲気下において、界面活性剤溶液に複数の粒子が浸漬され、複数の撥水性粒子を得る。

　詳しくは、米国特許第５２７００８０号公報（特公平０７－０６３６７０号公報に対応）を参照されたい。

　得られた複数の撥水性粒子は、通気性シート２を具備する容器１に入れられる。このようにして、複数の撥水性粒子は通気性シート２の上に積み重ねられ、撥水粒子層３を形成する。

　(工程（ｂ）)
　工程（ｂ）では、容器１に海水が注がれ、撥水粒子層３の上面上に海水層４を形成する。撥水粒子層３の撥水性のため、注がれた海水はタンク層５に流れ落ちない。すなわち、注がれた海水は、海水層４として撥水粒子層３の上面上に積み重ねられて維持される。

　撥水粒子層３の好ましい厚みは５ｃｍ以上１５ｃｍ以下である。撥水粒子層３があまりにも薄いと、注がれた海水がタンク層５に流れ落ち得る。一方、撥水粒子層３があまりにも分厚いと、撥水粒子層３の重すぎる重量のために、通気性シート２が壊れて容器１の内壁面から外れ得る。

　(工程（ｃ）)
　工程（ｃ）では、海水層４の海水が加熱される。これは、海水に含まれる水が蒸発することをもたらす。このようにして、海水に含まれる水は気体、すなわち、水蒸気になる。

　太陽光が海水層４の海水が加熱することが好ましい。ヒーターが海水層４の海水を加熱することもまた、好ましい。

　加熱した固形物を海水層４に供給して、海水を加熱し得る。言うまでもないが、当該固体は海水に不溶であることが求められる。当該固体の好ましい例は、石である。

　(工程（ｄ）)
　当該水蒸気は、上方向だけでなく、下方向にも移動する。下方向に移動する水蒸気は、撥水粒子層３を通り抜ける。厳密には、当該水蒸気は、撥水粒子層３を構成する複数の撥水性粒子の間に形成されている隙間を通り抜ける。このようにして、水蒸気は通気性シート２の上面に到達する。

　さらに、水蒸気は通気性シート２が具備する貫通孔を通り抜け、タンク層５の内部に到達する。タンク層５において水蒸気は液化され、液体の水になる。好ましくは、タンク層５において水蒸気は冷却され、液体の水になる。当該液体の水は、海水に含まれている不純物を含有しない。当該不純物の例はイオンである。すなわち、当該液体の水は、淡水である。

　このようにして、タンク層５に淡水が得られる。

　あるいは、撥水粒子層３における隙間を通り抜けた水蒸気は、撥水粒子層３の下部または通気性シート２の上面で液化し、液体の水となる。当該液体の水は、通気性シート２が具備する貫通孔を通り抜け、タンク層５に滴り落ちる。当該液体の水もまた、淡水である。

　このようにして、タンク層５に淡水が得られる。

　好ましくは、容器１はフタ７を具備する。フタ７は、上方向に移動する水蒸気を容器１から逃がさない。太陽光が海水層４を加熱する場合には、フタ７は透明であることが好ましい。

　タンク層５は、必要に応じて冷却され得る。

　以下の実施例は、本発明をより詳細に説明する。

　（実施例１）
　（容器１の用意）
　まず、容器１を用意した。当該容器は幅１０ｃｍ、高さ１５ｃｍ、および奥行き１０ｃｍの直方体であった。容器１の材質はポリ塩化ビニルであった。

　（通気性シートの取り付け）
　次に、容器１に通気性シート２が取り付けられた。通気性シート２は、通気性層２と規定することも出来る。通気性層２は、１ｍｍの厚みを有するポリ塩化ビニルからなる薄板であった。当該薄板に錐によりいくつかの孔が前もって形成された。各孔は、おおよそ３ｍｍの直径を有していた。当該薄板が、接着剤（セメダイン社製、商品名雨どい用セメダイン）により、容器１の内部に接着され、通気性層２およびタンク５を形成した。容器１の底および通気性層２の間の距離は、８ｃｍであった。

　（撥水性粒子の調製）
　撥水性粒子は、米国特許第５２７００８０号（これは本願に組み込まれる）に開示された手順に従って調製された。「豊浦砂」の商品名を有する砂が豊浦珪石鉱業株式会社より購入された。砂はアセトンにより洗浄され、表面の不純物を除去した。その後、砂は乾燥窒素雰囲気下にて保管された。

　次に、フッ化炭素系シラン系界面活性剤（化学式：ＣＦ_３（ＣＦ_２）_７（ＣＨ_２）_２ＳｉＣｌ_３、５ｍｌ）を非水系溶媒（入手先：住友スリーエム株式会社、商品名：ＨＦＥ７２００、５００ｍｌ）に溶解し、界面活性剤溶液を調製した。乾燥雰囲気下にて当該界面活性剤溶液に砂が浸漬され、撥水性粒子を得た。

　当該撥水性粒子は、容器１に供給され、厚み１０ｃｍの撥水性撥水粒子層３が形成された。撥水性粒子が、通気性層２に形成された孔を通過しないことを、本発明者はチェックした。

　（塩水の注入）
　塩化ナトリウム（関東化学株式会社から入手）が水道水に溶解され、３．５％の塩分濃度を有する模擬海水を調製した。当該模擬海水が容器１に注がれた。模擬海水は撥水性撥水粒子層３の上面上に溜まり、３ｃｍの厚みを有する海水層４が形成された。模擬海水が撥水性撥水粒子層３の下面から下方向に向かって滴ることはなかった。最後に、フタ７を容器１に載せた。

　（塩水の淡水化）
　ヒーター（オーエムヒーター株式会社製、商品名シリコンラバーヒーター）が海水層４を囲むように、当該ヒーターが容器１の外周面に巻かれた。海水層４の中に温度計が設けられた。ヒーターに電源を入れ、模擬海水を６７℃に加温した。その後、１１時間、容器１は放置された。タンク５には加熱装置および冷却装置のいずれもが設けられなかったので、タンク５内の温度はおそらく室温（２２℃）のままであった。

　１１時間後、水がタンク５に溜まった。タンク５に溜まった水の塩分濃度が、塩分濃度計（アズワン社製、商品名ポケット塩分計）により測定された。その結果は０．０％であった。すなわち、タンク５に溜まった水は塩化ナトリウムを含有しなかった。

　本発明者は、タンク５に溜まった水を飲んだ。塩味は感じられなかった。

　（実施例２）
　ヒーターに代えて、加熱用ランプ（岩崎電気株式会社、アイ赤外線電球）が用いられた。模擬海水は、４３℃に加温された。さらに、タンク層５の外周面が保冷剤により囲まれた。

　実施例２においてタンク層５に溜まる水の速度は、実施例１のそれよりも速かった。

　タンク５に溜まった水の塩分濃度は、０．０％であった。本発明者は、実施例２においても、タンク５に溜まった水を飲んだ。塩味は感じられなかった。

　（比較例１）
　撥水性粒子に代えて、「豊浦砂」の商品名を有する砂を用いたこと以外は、実施例１と同様の実験が行われた。いうまでもないが、当該砂は撥水性を有していなかった。

　タンク５に落ちてきた水の塩分濃度は、３．５％であった。本発明者は、比較例１においても、タンク５の水を飲んだ。塩味が感じられた。

　本発明は、海水の脱塩化を達成する。海水に代えて、塩水が用いられ得る。

　１　　容器
　２　　通気性シート（通気性層）
　３　　撥水粒子層
　４　　海水層
　５　　タンク層
　７　　フタ

Claims

　淡水化装置を用いて塩水を淡水化する方法であって、
　前記淡水化装置を用意する工程（ａ）と、
　　　前記淡水化装置は、
　　　容器と、
　　　通気性シートと、
　　　撥水粒子層と、
　　　タンク層と、を具備し、
　　　前記通気性シート、前記撥水粒子層、および前記タンク層は、前記容器の内部に設けられており、
　　　前記タンク層は、前記容器の内部の下部に位置しており、
　　　前記通気性シートは、前記撥水粒子層と前記タンク層との間に挟まれており、
　　　前記通気性シートは、貫通孔を具備しており、
　　　前記撥水粒子層は、複数の撥水性粒子から構成されており、
　　　前記各撥水性粒子の表面は、撥水膜を具備しており、
　　　前記複数の撥水性粒子は密集しており、
　前記容器に塩水を注ぎ、前記撥水粒子層の表面上に前記塩水を配置させる工程（ｂ）と、
　前記塩水を加熱し、前記塩水を蒸発させて水蒸気にする工程（ｃ）と、
　前記水蒸気を液化し、前記タンク層に前記淡水を得る工程（ｄ）と、
を含む、淡水化する方法。
　前記水蒸気の少なくとも一部が、前記工程（ｃ）の後、かつ前記工程（ｄ）の前に、前記容器の下部に向かって移動する、
請求項１に記載の方法。
　前記容器は、さらにフタを具備する、
請求項１に記載の方法。
　前記工程（ｃ）において、前記塩水は太陽光によって加熱される、
請求項１に記載の方法。
　前記工程（ｃ）において、前記塩水はヒーターによって加熱される、
請求項１に記載の方法。
　前記タンク層の外周面が冷却される、
請求項１に記載の方法。
　前記タンク層の外周面が保冷剤により囲まれる、
請求項６に記載の方法。
　前記撥水膜が化学式－（ＣＦ_２）ｎ－によって表されるフッ化炭素基を具備する、
請求項１に記載の方法。
　前記塩水が海水である、
請求項１に記載の方法。