(57)【要約】【課題】溶媒抽出のための仲介溶液の溶質が系外に流出するのを防止する。【解決手段】仲介溶液を溶解室４１にて加熱して仲介溶質を溶解させる。一次被吸収室１１の被処理溶液と一次吸収室１２の第２溶液とを一次吸収用半透膜１３を介して接触させる。二次被吸収室２１の第２溶液と二次吸収室２２の仲介溶液とを二次吸収用半透膜２３を介して接触させる。次に仲介溶液を析出室５１にて冷却して仲介溶質を析出させた後、被抽出室３１にて抽出用浸透膜３３と接触させる。【選択図】図１
2011255339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出方法であって、
溶解度が温度に依存する仲介溶液を加熱して前記仲介溶液の溶質（以下「仲介溶質」と称す）を溶解させる溶解工程と、
浸透圧が前記被処理溶液より高く前記溶解後の前記仲介溶液より低い第２溶液と前記被処理溶液とを一次吸収用半透膜を介して接触させる一次吸収工程と、
前記溶解後の前記仲介溶液と前記第２溶液とを二次吸収用半透膜を介して接触させる二次吸収工程と、
前記二次吸収工程後の前記仲介溶液を冷却して前記仲介溶質を析出させる析出工程と、
前記析出工程後の前記仲介溶液を抽出用浸透膜に接触させる抽出工程と、
を備え、前記抽出工程後の前記仲介溶液を前記溶解工程に供し、前記二次吸収工程後の前記第２溶液を前記一次吸収工程に供すことを特徴とする溶媒抽出方法。
【請求項２】
前記第２溶液の少なくとも一部を冷却し、かつフィルターに通すことを特徴とする請求項１に記載の溶媒抽出方法。
【請求項３】
前記抽出用浸透膜から抽出された液を透析することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶媒抽出方法。
【請求項４】
被処理溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出装置であって、
前記被処理溶液を容れる一次被吸収室を含む被処理溶液路と、
溶解度が温度に依存する仲介溶液を加熱して前記仲介溶液の溶質（以下「仲介溶質」と称す）を溶解させる溶解室と、二次吸収室と、前記仲介溶液を冷却して前記仲介溶質を析出させる析出室と、被抽出室とを環状に順次連ねてなり、前記仲介溶液を前記溶解室、前記吸収室、前記析出室、前記被抽出室の順に循環させる第１循環路と、
一次吸収室と、二次被吸収室とを有し、浸透圧が前記被処理溶液より高く前記二次吸収室における前記仲介溶液より低い第２溶液を、前記一次吸収室と前記二次被吸収室との間で循環させる第２循環路と、
前記一次被吸収室と前記一次吸収室とを仕切る一次吸収用半透膜と、
前記二次被吸収室と前記二次吸収室とを仕切る二次吸収用半透膜と、
前記被抽出室の少なくとも一部を画成する抽出用浸透膜と
を備えたことを特徴とする溶媒抽出装置。
【請求項５】
回収路を前記第２循環路から分岐させ、前記回収路に冷却器及びフィルタを上流側から順次設け、前記回収路の下流端を前記第２循環路に合流させたことを特徴とする請求項４に記載の溶媒抽出装置。
【請求項６】
前記被抽出室と前記抽出用浸透膜にて仕切られた抽出室に透析手段を接続したことを特徴とする請求項４又は５に記載の溶媒抽出装置。
【請求項７】
前記被処理溶液路が、前記一次被吸収室より上流側において前記析出室から熱を受け取る受熱室と、前記一次被吸収室より下流側において前記溶解室に熱を与える授熱室を含むことを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【請求項８】
前記仲介溶質が、ミョウバンであることを特徴とする請求項４〜７の何れか１項に記載の溶媒抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、海水や汚水等の被処理溶液から淡水等の溶媒を抽出する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、反応容器内に半透膜及び蒸留膜を設け、海水とブラインとを半透膜を介して接触させ、かつ上記ブラインと淡水とを蒸留膜を介して接触させている。ブラインは、バッファタンクと反応容器との間を循環する。海水の水分が半透膜を透過してブラインに混ざる。ブラインの水分が蒸留膜を透過して淡水に混ざる。これによって、海水の水分を、ブラインを経由して淡水側に取り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００７／１４７０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上掲のブラインを介在させる方式では、ブラインの成分が膜を透過して系外に漏れるおそれがある。一般に、ブライン（仲介溶液）は海水等の被処理溶液と比べ高価であり、上記のような漏れがあると、補充のためのランニングコストが上昇する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明に係る溶媒抽出方法は、被処理溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出方法であって、
溶解度が温度に依存する仲介溶液を加熱して前記仲介溶液の溶質（以下「仲介溶質」と称す）を溶解させる溶解工程と、
浸透圧が前記被処理溶液より高く前記溶解後の前記仲介溶液より低い第２溶液と前記被処理溶液とを一次吸収用半透膜を介して接触させる一次吸収工程と、
前記溶解後の前記仲介溶液と前記第２溶液とを二次吸収用半透膜を介して接触させる二次吸収工程と、
前記二次吸収工程後の前記仲介溶液を冷却して前記仲介溶質を析出させる析出工程と、
前記析出工程後の前記仲介溶液を抽出用浸透膜に接触させる抽出工程と、
を備え、前記抽出工程後の前記仲介溶液を前記溶解工程に供し、前記二次吸収工程後の前記第２溶液を前記一次吸収工程に供すことを特徴とする。
【０００６】
前記溶解工程によって仲介溶液の浸透圧が高くなる。前記一次吸収工程によって、被処理溶液の溶媒が一次吸収用半透膜を透過して第２溶液に吸収される。前記二次吸収工程では、第２溶液の溶媒が上記高浸透圧の仲介溶液に吸収される。この仲介溶液の仲介溶質が前記析出工程によって析出することで、仲介溶液の浸透圧が低くなる。したがって、前記抽出工程では加圧圧力をあまり高くしなくても仲介溶液から溶媒を抽出用浸透膜を介して容易に搾り出すことができる。これにより、被処理溶液の溶媒を、第２溶液、仲介溶液を順次介して取り出すことができる。仲介溶質が二次吸収用半透膜を透過した場合には第２溶液に混入される。これにより、仲介溶質が系外に流出するのを防止又は抑制できる。
【０００７】
前記第２溶液の少なくとも一部を冷却し、かつフィルターに通すことが好ましい。
これによって、たとえ第２溶液に仲介溶質が混入したとしても、前記少なくとも一部の第２溶液の仲介溶質濃度を前記冷却後の温度の飽和溶解度にできる。冷却によって析出した仲介溶質はフィルターで捕捉して第２溶液から分離することができる。したがって、第２溶液中の仲介溶質濃度を低くでき、仲介溶質が被処理溶液を経て系外へ流出するのを一層確実に防止できる。捕捉した仲介溶質を回収して仲介溶液に戻すことにすれば、新たに仲介溶質を補充する量を減らすことができ、ランニングコストを低減できる。
前記第２溶液の全体を冷却手段に通して冷却し、かつフィルターに通すことにしてもよい。
【０００８】
前記抽出用浸透膜から抽出された液を透析することが好ましい。
被処理溶液の溶媒が、第２溶液及び仲介溶液を順次経て、上記抽出液になる。仲介溶液中の仲介溶質が抽出用浸透膜を通して漏れた場合、抽出液に仲介溶質が混入する。この抽出液を透析することによって、透析後の抽出液の仲介溶質濃度を十分に小さくすることができる。
【０００９】
本発明に係る装置は、被処理溶液から溶媒を抽出する溶媒抽出装置であって、
前記被処理溶液を容れる一次被吸収室を含む被処理溶液路と、
溶解度が温度に依存する仲介溶液を加熱して前記仲介溶液の溶質（以下「仲介溶質」と称す）を溶解させる溶解室と、二次吸収室と、前記仲介溶液を冷却して前記仲介溶質を析出させる析出室と、被抽出室とを環状に順次連ねてなり、前記仲介溶液を前記溶解室、前記吸収室、前記析出室、前記被抽出室の順に循環させる第１循環路と、
一次吸収室と、二次被吸収室とを有し、浸透圧が前記被処理溶液より高く前記二次吸収室における前記仲介溶液より低い第２溶液を、前記一次吸収室と前記二次被吸収室との間で循環させる第２循環路と、
前記一次被吸収室と前記一次吸収室とを仕切る一次吸収用半透膜と、
前記二次被吸収室と前記二次吸収室とを仕切る二次吸収用半透膜と、
前記被抽出室の少なくとも一部を画成する抽出用浸透膜と
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
一次被吸収室の被処理溶液の溶媒が一次吸収用半透膜を透過して一次吸収室の第２溶液に吸収される。この第２溶液を二次被吸収室に送る。溶解室では、溶解によって仲介溶液の浸透圧が高まる。この高浸透圧の仲介溶液を吸収室に送る。これにより、上記二次被吸収室の第２溶液の溶媒を二次吸収用半透膜を透過して二次吸収室の仲介溶液に十分に吸収させることができる。溶媒吸収後の仲介溶液を析出室に送る。析出室では、仲介溶質の析出によって仲介溶液の浸透圧が下がる。この低浸透圧の仲介溶液を被抽出室に送ることで、仲介溶液から溶媒を抽出用浸透膜を介して容易に抽出できる。これにより、被処理溶液の溶媒を、第２溶液、仲介溶液を順次介して取り出すことができる。仲介溶質が二次吸収用半透膜を透過した場合には第２循環路の第２溶液に混入される。したがって、漏れた仲介溶質を第２循環路に閉じ込めることができる。これにより、仲介溶質が系外に流出するのを防止又は抑制できる。
【００１１】
前記第２循環路から回収路を分岐させ、前記回収路に冷却器及びフィルタを上流側から順次設け、前記回収路の下流端を前記第２循環路に合流させることが好ましい。
第２循環路の第２溶液の一部を回収路へ流し、冷却器にて冷却する。冷却温度を上記第２溶液中の仲介溶質の析出温度以下にすることによって、第２溶液中の仲介溶質を析出させることができる。この仲介溶質の析出体をフィルタにて捕捉できる。フィルターを通過後の第２溶液を回収路の下流側部を経て第２循環路に戻す。よって、第２循環路の仲介溶質濃度を十分に低くでき、仲介溶質が被処理溶液を経て系外へ流出するのを一層確実に防止できる。フィルタに捕捉した仲介溶質を回収して第１循環路に戻すことにすれば、仲介溶液を新たに補充する量を減らすことができ、ランニングコストを低減できる。
【００１２】
前記被抽出室と前記抽出用浸透膜にて仕切られた抽出室に透析手段を接続することが好ましい。
被処理溶液の溶媒が、第２溶液及び仲介溶液を順次経て、抽出用浸透膜を透過して抽出室に抽出される。仲介溶液中の仲介溶質が抽出用浸透膜を通して漏れた場合、抽出液に仲介溶質が混入する。この抽出液を透析手段にて透析する。これによって、透析後の抽出液の仲介溶質濃度を十分に小さくすることができる。仲介溶質を透析手段内に留めることで、仲介溶質が系外に流出するのを確実に防止又は抑制できる。透析手段内に仲介溶質の濃縮液が蓄積される。この仲介溶質を回収して第１循環路に戻すことにすれば、仲介溶液を新たに補充する量を減らすことができ、ランニングコストを低減できる。
【００１３】
前記被処理溶液路が、前記一次被吸収室より上流側において前記析出室から熱を受け取る受熱室と、前記一次被吸収室より下流側において前記溶解室に熱を与える授熱室を含むことが好ましい。
析出室において、仲介溶液と受熱室の被処理溶液とを熱交換させる。これにより、仲介溶液の熱が被処理溶液に移され、上記析出反応が起きる。被処理溶液によって析出室の仲介溶液を冷却できるから、専用の冷却手段を省略できる。溶解室において、仲介溶液と授熱室の被処理溶液とを熱交換させる。これにより、上記析出時に被処理溶液に移った熱の少なくとも一部を溶解室の仲介溶液に戻すことができる。したがって、熱効率を向上でき、溶解反応用の加熱手段の負荷を軽減できる。
【００１４】
前記被処理溶液としては、海水、泥水、汚水等が挙げられる。溶媒抽出装置は、海水の淡水化装置、泥水や汚水の浄化装置等として用いることができる。前記被処理溶液の溶媒は、水であることが好ましい。
【００１５】
前記第２溶液は、前記被処理溶液と同じ溶媒及び溶質を含み、かつ被処理溶液より高濃度の溶液であることが好ましい。前記第２溶液は、海水より高濃度の塩水または濃縮海水であることがより好ましい。
【００１６】
前記仲介溶液は、溶解度ひいては浸透圧の温度依存性が被処理溶液よりも大きい。前記仲介溶液の溶媒は、好ましくは前記被処理溶液の溶媒と同じ成分であり、好ましくは水である。前記仲介溶液は、水溶液であることが好ましい。
【００１７】
前記仲介溶質が、ミョウバンであることが好ましい。ここで、ミョウバンは、アルミニウムと金属（アンモニウム含む）の硫酸塩（ＡｌＭ（ＳＯ４）２；Ｍは１価の＋イオンを作る原子又は分子）であり、例えばＭは、カリウム又はナトリウムである。前記仲介溶質は、より好ましくはカリウムミョウバン（ＡｌＫ（ＳＯ４）２）またはナトリウムミョウバン（ＡｌＮａ（ＳＯ４）２）である。
【００１８】
ミョウバンは、対水溶解度ひいては浸透圧の温度依存性が海水よりも十分に大きい。図３は、カリウムミョウバン飽和水溶液の浸透圧の温度依存性を示したものである。図中、実線が発明者の実測値であり、破線はカリウムミョウバンが１００％電離したと仮定したときの計算値である。二点鎖線は、カリウムミョウバンの電離率であり、すなわち計算値を実測値で除した値の百分率である。同図の実線に示すように、実測の浸透圧は、３０℃近辺で１ＭＰａ程度であり、６０℃近辺で７ＭＰａ程度である。したがって、常温付近で十分に溶媒抽出できる。よって、上記析出用の冷却手段は、仲介溶液を常温以下又は湿球温度程度まで冷却できれば十分であり、常温以下又は湿球温度以下まで冷却する能力を要求されない。上記溶解用の加熱手段は、高い加熱能力を要求されない。したがって、冷却手段又は加熱手段として、ヒートポンプ等の大きな投入エネルギーを必要とする装置を用いなくても済む。例えば、冷却手段として被処理溶液を冷却源とする熱交換器を用いることができる。或いは、冷却手段として、湿球温度程度まで冷却可能なクーリングタワーを用いることもできる。また、加熱手段の熱源として、太陽熱集熱器や工場廃熱等を用いることができる。更に、ミョウバン溶液は２価イオンのＳＯ４２−及び３価イオンのＡｌ３＋を含む。多価のイオンは１価のイオンより静電ポテンシャルが大きいことから、多くの水分子を引き連れたクラスターを形成しやすく、半透膜を透過しにくい。したがって、仲介溶液の循環閉回路内にミョウバンすなわち仲介溶質を閉じ込め易い。よって、半透膜として疎水膜ではなく親水膜を用いたとしても仲介溶質が系外へ漏れるのを十分に防止できる。ナノフィルトレーション膜（ＮＦ膜）等の親水膜は、蒸留膜等の疎水膜より耐圧性が高いから、仲介溶液の循環閉回路を高圧にできる。例えば、循環閉回路の内圧を仲介溶液の常温又は湿球温度での浸透圧より確実に高圧にすることができる。したがって、溶媒を確実に抽出できる。蒸留膜等の疎水膜ではなく親水膜を用いることによって、溶媒が相変化を伴なうことなく液相のままで膜を透過でき、熱効率を高くすることができる。
更に、ミョウバンは食品添加物であり、飲用の淡水化装置に適している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、仲介溶液の溶質が半透膜を透過して漏れたとしても、第２循環路に閉じ込めることができる。これによって、仲介溶質が系外に流出するのを防止又は抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る淡水製造装置の回路構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る淡水製造装置の回路構成図である。
【図３】カリウムミョウバン飽和水溶液の浸透圧の温度依存性の実測値（実線）及び理想計算値（破線）並びに実測値の電離率（二点鎖線）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る溶媒抽出装置１を示したものである。溶媒抽出装置１は、被処理溶液からその溶媒を抽出する装置である。例えば、被処理溶液は、海水である。海水の塩分濃度は、一般に３．５％（重量百分率、以下同様）程度であり、その浸透圧は例えば２．５ＭＰａ程度である。抽出する溶媒は、水である。溶媒抽出装置１は、海水から水分を抽出する。抽出操作に仲介溶液及び第２溶液を介在させる。海水の水分が、第２溶液、仲介溶液を順次経て抽出される。
【００２２】
仲介溶液は、仲介溶質を含む。仲介溶液の溶媒は、被処理溶液の溶媒（水）と同じである。仲介溶液としては、溶解度の温度に対する依存性が被処理溶液及び第２溶液より高い溶液が用いられている。ここでは、仲介溶液は、ミョウバン水溶液にて構成されている。仲介溶質は、ミョウバンにて構成されている。具体的には、仲介溶質として、カリウムミョウバン（ＡｌＫ（ＳＯ４）２）またはナトリウムミョウバン（ＡｌＮａ（ＳＯ４）２）、アンモニウムミョウバン（ＡｌＮＨ４（ＳＯ４）２）が用いられている。カリウムミョウバン水溶液の場合、２０℃〜３０℃の浸透圧は１ＭＰａ程度であり、６０℃の浸透圧は７ＭＰａ程度である（図３参照）。
【００２３】
第２溶液は、被処理溶液より浸透圧が高い溶液にて構成されている。好ましくは、第２溶液は、被処理溶液と同じ溶媒及び溶質を含み、かつ被処理溶液より高濃度の溶液である。ここでは、第２溶液として、海水（被処理溶液）より高濃度の塩水が用いられているが、海水を濃縮し、これを第２溶液として用いてもよい。例えば、第２溶液の浸透圧は４ＭＰａ〜６ＭＰａ程度である。
【００２４】
溶媒抽出装置１は、一次吸収部１０と、二次吸収部２０と、抽出部３０と、溶解部４０と、析出部５０を備えている。
一次吸収部１０は、一次被吸収室１１と、一次吸収室１２を有している。これら室１１，１２が一次吸収用半透膜１３にて仕切られいている。一次吸収用半透膜１３は、好ましくは親水性の多孔質膜にて構成され、例えばフォワードオスモシス膜（ＦＯ膜）、逆浸透膜（ＲＯ膜）等にて構成されている。一次吸収用半透膜１３は、平面状でもよく、中空糸状でもよい。中空糸の内部が一次被吸収室１１と一次吸収室１２のうち何れか一方になり、中空糸の外部が一次被吸収室１１と一次吸収室１２のうち他方になっていてもよい。一次吸収用半透膜１３が、平面膜を螺旋状に捻じった形状になっていてもよい。
【００２５】
二次吸収部２０は、二次被吸収室２１と、二次吸収室２２を有している。これら室２１，２２が二次吸収用半透膜２３にて仕切られいている。二次吸収用半透膜２３は、好ましくは親水性の多孔質膜にて構成され、例えばＦＯ膜、ＲＯ膜等にて構成されている。二次吸収用半透膜２３は、平面状でもよく、中空糸状でもよい。中空糸の内部が二次被吸収室２１と二次吸収室２２のうち何れか一方になり、中空糸の外部が二次被吸収室２１と二次吸収室２２のうち他方になっていてもよい。二次吸収用半透膜２３が、平面膜を螺旋状に捻じった形状になっていてもよい。
【００２６】
抽出部３０は、被抽出室３１と、抽出室３２を有している。これら室３１，３２が抽出用浸透膜３３にて仕切られいている。抽出用浸透膜３３は、逆浸透膜（ＲＯ膜）にて構成されている。抽出用浸透膜３３は、平面状でもよく、中空糸状でもよい。中空糸の内部が被抽出室３１と抽出室３２のうち何れか一方になり、中空糸の外部が被抽出室３１と抽出室３２のうち他方になっていてもよい。抽出用浸透膜３３が、平面膜を螺旋状に捻じった形状になっていてもよい。
【００２７】
溶解部４０は、溶解室４１と、授熱室４２を有している。これら室４１，４２が隔壁４３にて仕切られている。隔壁４３は、被処理溶液及び仲介溶液に対して耐蝕性を有し、かつ伝熱性の良好な樹脂等の材料にて構成されている。溶解部４０は、隔壁４３を介して２つの室４１，４２間で熱交換する対向流型の熱交換器にて構成されている。溶解部４０は、長手方向（流通方向）を上下又は垂直に向けて配置されていてもよく、水平に向けて配置されていてもよい。
【００２８】
析出部５０は、析出室５１と、受熱室５２を有している。これら室５１，５２が隔壁５３にて仕切られている。隔壁５３は、被処理溶液及び仲介溶液に対して耐蝕性を有し、かつ伝熱性の良好な樹脂等の材料にて構成されている。析出部５０は、隔壁５３を介して２つの室５１，５２間で熱交換する対向流型の熱交換器にて構成されている。析出部５０は、長手方向（流通方向）を上下又は垂直に向けて配置されていてもよく、水平に向けて配置されていてもよい。
【００２９】
溶媒抽出装置１には、被処理溶液路２と、第１循環路３と、第２循環路４が設けられている。被処理溶液路２には、海水（被処理溶液）が通される。第１循環路３には、ミョウバン水溶液（仲介溶液）が通される。第２循環路４には、濃塩水（第２溶液）が通される。
【００３０】
被処理溶液路２は、上流側から受熱室５２と、一次被吸収室１１と、授熱室４２とを順次連ねている。図示は省略するが、被処理溶液路２の一箇所に送液ポンプが設けられている。被処理溶液路２の上流端に海水供給源が連なっている。海水供給源は、海自体でもよく、海水を溜めたタンクでもよい。被処理溶液路２の下流端は、排出路に連なっていてもよく、海水供給源に還流していてもよい。被処理溶液路２の内圧は、例えば略大気圧（０ＭＰａ）になっている。
【００３１】
第１循環路３は、溶解室４１と、二次吸収室２２と、析出室５１と、被抽出室３１をこの順に環状に接続している。図示は省略するが、第１循環路３の一箇所に送液ポンプが設けられている。この送液ポンプによって、ミョウバン水溶液が、溶解室４１、二次吸収室２２、析出室５１、被抽出室３１の順に循環される。第１循環路３の内圧は、定常状態で例えば２．８ＭＰａ程度になっている。第１循環路３は耐圧構造になっている。
【００３２】
被処理溶液路２と第１循環路３との間に第２循環路４が介在されている。詳細には、一次被吸収室１１と二次吸収室２２との間に第２循環路４が介在されている。第２循環路４は、一次吸収室１２と二次被吸収室２１を環状に接続している。図示は省略するが、第２循環路４の一箇所に送液ポンプが設けられている。この送液ポンプによって、濃塩水（第２溶液）が、一次吸収室１２と二次被吸収室２１の間を循環される。第２循環路４の内圧は、第１循環路３の内圧より低く、被処理溶液路２の内圧と同じ略大気圧（０ＭＰａ）になっている。
【００３３】
抽出室３２には淡水が入っている。抽出室３２から溶媒出力路５が延びている。溶媒出力路５に電気透析器７（透析手段）が設けられている。抽出室３２が溶媒出力路５を介して電気透析器７に接続されている。電気透析器７は、抽出室３２から抽出した淡水（抽出液）を電気透析し、淡水中のイオン成分を出力淡水から分離する。
【００３４】
更に、溶媒抽出装置１は、加熱器６（加熱手段）を備えている。加熱器６は、第１循環路３の溶解室４１と二次吸収室２２との間に設けられている。加熱器６としては、太陽熱集熱器、工場廃熱利用部、熱交換器、電熱ヒータ、ヒートポンプ等の種々の加熱手段を適用できる。加熱器６が、二次吸収室２２、析出室５１、受熱室５２、一次被吸収室１１を順次介して溶解室４１に熱的に接続されている。
【００３５】
上記構成の溶媒抽出装置１によって海水から淡水を抽出する方法を説明する。
海水を被処理溶液路２に沿って受熱室５２、一次被吸収室１１、授熱室４２の順に流す。かつ、ミョウバン水溶液を第１循環路３に沿って溶解室４１、加熱器６、二次吸収室２２、析出室５１、被抽出室３１の順に循環させる。かつ、濃塩水を第２循環路４に沿って一次吸収室１２と二次被吸収室２１の間で循環させる。
【００３６】
海水は、受熱室５２への導入時は常温（例えば１０℃〜３０℃程度）になっている。この海水が、析出室５１のミョウバン水溶液から熱を受け取って加温され、例えば６０℃〜７０℃程度になる。加温後の海水を一次吸収部１０へ送る。
【００３７】
一次吸収部１０では、一次被吸収室１１の海水と一次吸収室１２の濃塩水が互いに対向流を形成する。定常状態では、濃塩水は上記加温後の海水と略同じ温度（６０℃〜７０℃程度）を保ちながら第２循環路４を循環する。濃塩水の浸透圧は海水の浸透圧より高い。室１１，１２の内圧は共に略大気圧（０ＭＰａ）である。したがって、一次吸収部１０において、海水の水分が一次吸収用半透膜１３を透過して濃塩水に吸収される（一次吸収工程）。一次吸収部１０では室１１，１２の内圧が同じで共に約０ＭＰａであるため、濃塩水の浸透圧が海水の浸透圧を上回っていさえすれば、海水から濃塩水への水分移動が起きる。したがって、濃塩水の塩分濃度を高くする必要がなく、多くても９％程度の塩分濃度で十分である。
【００３８】
一次吸収工程によって、海水の浸透圧が当初の約２．５ＭＰａから例えば３ＭＰａ程度に上昇する。また、濃塩水の浸透圧が低下する。例えば、一次吸収室１２の入口での濃塩水の浸透圧が５ＭＰａ程度であったとして、一次吸収室１２の出口での濃塩水の浸透圧は４ＭＰａ程度になる。また、一次吸収部１０において海水と濃塩水との間で熱の授受が行なわれ、海水の温度が若干（例えば約１℃）上昇し、濃塩水の温度が若干（例えば約１℃）低下する。
【００３９】
水分放出後の海水を溶解部４０へ送る。水分吸収後の濃塩水を二次吸収部２０へ送る。
【００４０】
溶解部４０では、授熱室４２の海水と溶解室４１のミョウバン水溶液が互いに対向流を形成するように流れる。これら海水及びミョウバン水溶液が隔壁４３を介して熱交換する。授熱室４２の入口での海水の温度は例えば６０℃〜７０℃程度である。海水は、授熱室４２内を流れながら溶解室４１のミョウバン水溶液に熱を与え、冷やされる。授熱室４２の出口での海水の温度は例えば２０℃〜３０℃程度になる。溶解部４０から出た海水は、海（被処理溶液供給源）に戻され、又は廃棄される。
【００４１】
溶解室４１の入口でのミョウバン水溶液の温度は、例えば２０℃〜３０℃程度である。ミョウバン水溶液は、溶解室４１内を流れながら授熱室４２の海水から熱を受け取り、加温される。溶解室４１の出口でのミョウバン水溶液の温度は、５０℃以上が好ましく、６０℃以上がより好ましい。加温によりミョウバン水溶液の溶解度が常温時より高くなる。特にミョウバン水溶液が５０℃以上になるとその溶解度が急激に大きくなる（図３参照）。そのため、ミョウバン水溶液中のミョウバン結晶が溶解する（溶解工程）。溶解によって、ミョウバン水溶液の浸透圧が高まる。例えば、ミョウバン水溶液を６０℃以上に加温すると、その浸透圧を７ＭＰａ以上にすることができる（図３参照）。
【００４２】
溶解工程後のミョウバン水溶液を加熱部６にて加熱する。ミョウバン水溶液の加熱部６による温度上昇は、数℃（例えば１℃〜５℃程度）である。これにより、ミョウバン水溶液の温度が例えば７０℃程度になったとすると、その浸透圧は１１ＭＰａ程度になる。
【００４３】
上記の高浸透圧になったミョウバン水溶液を二次吸収室２２に導入する。二次吸収部２０では、二次被吸収室２１の濃塩水と二次吸収室２２のミョウバン水溶液が互いに対向流を形成する。二次被吸収室２１の入口での濃塩水（第２溶液）の浸透圧は、一次吸収室１２の出口での値と同じであり、上述したように例えば４ＭＰａ程度である。二次吸収室２２の入口でのミョウバン水溶液の浸透圧は、上述したように例えば１１ＭＰａ程度である。二次被吸収室２１の内圧は略大気圧（０ＭＰａ）であり、二次吸収室２２の内圧は上述したように２．８ＭＰａ程度である。これら室２１，２２の浸透圧差及び内圧差の相互関係によって、二次被吸収室２１の濃塩水中の水分（溶媒）が二次吸収用半透膜２３を透過して二次吸収室２２のミョウバン水溶液に吸収される（二次吸収工程）。
【００４４】
二次吸収工程によって、ミョウバン水溶液の浸透圧が低下する。二次吸収室２２の出口でのミョウバン水溶液の浸透圧は、例えば９ＭＰａ程度になる。濃塩水の浸透圧は上昇し、二次被吸収室２１の出口で例えば５ＭＰａ程度になる。また、二次吸収部２０においてミョウバン水溶液と濃塩水との間で熱の授受が行なわれ、ミョウバン水溶液の温度が若干（例えば約１℃）低下し、濃塩水の温度が若干（例えば約１℃）上昇する。濃塩水がミョウバン水溶液と同じ程度の高温になっているため、ミョウバン水溶液の温度が大きく低下するのを回避できる。これによって、二次吸収室２２内でミョウバンが析出するのを防止できる。
【００４５】
なお、溶媒抽出装置１の運転開始時には、第１循環路３の内圧が定常圧（２．８ＭＰａ）より低くなっている。二次吸収工程によって、第１循環路３の内圧が上昇し、定常圧に落ち着く。
【００４６】
二次吸収工程後の濃塩水を一次吸収部１０へ送る。濃塩水は、一次吸収部１０と二次吸収部２０を循環しながら、一次吸収工程と二次吸収工程に反復して供される。
【００４７】
また、二次吸収工程後のミョウバン水溶液を析出部５０へ送る。析出部５０においては、析出室５１のミョウバン水溶液と受熱室５２の海水が互いに対向流をなすように流れる。これらミョウバン水溶液と海水が隔壁５３を介して熱交換する。これにより、ミョウバン水溶液が海水に熱を奪われ、冷却される。冷却によって、ミョウバン水溶液中の溶質（ミョウバン）が析出する（析出工程）。これによって、ミョウバン水溶液の浸透圧が低下する。例えば、ミョウバン水溶液は２０℃〜３０℃程度まで冷却され、浸透圧は例えば１ＭＰａ程度になる（図３参照）。
【００４８】
海水は、析出工程におけるミョウバン水溶液の冷却源として提供される。したがって、専用の冷却手段を省略できる。海水が析出工程でミョウバン水溶液から奪った熱は、溶解工程におけるミョウバン水溶液の加熱に使われる。したがって、熱の利用効率を高めることができる。かつ、加熱器６の負担を軽減できる。加熱器６の熱は、加熱器６から析出室５１までの間の第１循環路３、及び第２循環路４、並びに受熱室５２から授熱室４２までの間の被処理溶液路２を介して、溶解室４１のミョウバン水溶液に与えられる。加熱器６が、加熱器６から析出室５１までの間の第１循環路３、及び第２循環路４、並びに受熱室５２から授熱室４２までの間の被処理溶液路２を介して、溶解室４１に熱的に接続される。
【００４９】
上記の低浸透圧（例えば１ＭＰａ程度）になったミョウバン水溶液を被抽出室３１に導入する。被抽出室３１の内圧は２．８ＭＰａ程度である。したがって、被抽出室３１のミョウバン水溶液の液圧がその浸透圧を上回る。更に、抽出室３２の内圧は略大気圧（０ＭＰａ）である。抽出室３２内の淡水の浸透圧は略０ＭＰａである。これにより、ミョウバン水溶液の水分が、抽出用浸透膜３３を透過し、抽出室３２に搾り出される（抽出工程）。これにより、溶媒出力路５から淡水を取り出すことができる。ミョウバンは無害な物質である。したがって、溶媒抽出装置１を飲用の淡水化装置として適用できる。
【００５０】
抽出工程後のミョウバン水溶液にはミョウバン結晶の析出体が含まれている。このミョウバン水溶液を溶解部４０へ送る。上述したように、溶解部４０において析出体が溶解する。
【００５１】
このようにして、ミョウバン水溶液を第１循環路３に沿って循環させながら、溶解工程、二次吸収工程、析出工程、抽出工程に順次供する。仲介溶質としてミョウバンを用いることで、仲介溶液を例えば６０℃〜７０℃程度まで加温すれば浸透圧を十分高くでき、溶媒を十分に吸収できる。かつ、仲介溶液を常温付近にすれば浸透圧を十分低くでき、溶媒を十分に抽出できる。
【００５２】
第１循環路３は閉鎖系であるからミョウバンを系内に閉じ込めることができる。一方、微量ではあるが二次吸収室２２のミョウバンが二次吸収用半透膜２３から漏れる可能性がある。特に、ミョウバン中の１価イオン（Ｋ＋、Ｎａ＋等）は、多価イオンと比べ水和性が低いため、半透膜２３を透過しやすい。２価のＳＯ４２−は、１価イオンより水和性が高く、水分子と結合して大きなクラスターを形成できるため、１価イオンと比べると二次吸収用半透膜２３を透過しにくい。しかし、二次吸収室２２と二次被吸収室２１の圧力差によってクラスターが破壊されるおそれがあり、そうすると、ＳＯ４２−も二次吸収用半透膜２３を透過するおそれがある。
【００５３】
二次吸収用半透膜２３から漏れたミョウバンは第２循環路４の濃塩水に混ざる。第２循環路４は閉鎖系である。したがって、上記漏出ミョウバンを濃塩水に混ざった状態で第２循環路４に閉じ込めることができる。一方、第２循環路の濃塩水中のミョウバンが、更に一次吸収用半透膜１３から開放系の被処理溶液路２に僅かに漏れる可能性がある。しかし、濃塩水中のミョウバン濃度自体が微量であるから、被処理溶液路２に漏れるミョウバンの量は極めて微量である。しかも、一次吸収部１０の両側の室１１，１２の圧力が等しいため、濃塩水中のミョウバンイオンと水分子とのクラスターが破壊されにくく、ミョウバンイオンが一次吸収用半透膜１３を透過しにくい。したがって、ミョウバンが被処理溶液路２ひいては系外へ漏れる量を十分に小さくすることができる。
【００５４】
また、第１循環路３のミョウバンは、微量ながら抽出用浸透膜３３からも漏れる可能性がある。抽出用浸透膜３３を透過したミョウバンは抽出室３２の淡水（抽出液）に混ざる。この淡水を電気透析器７に通して透析する。これによって、淡水中のミョウバン濃度を十分に小さくすることができる。ミョウバンを透析器７に留めて系外に流出するのを確実に防止することができる。透析器７内にミョウバンの濃縮液が蓄積される。このミョウバンを回収して第１循環路３に戻すことにすれば、ミョウバンを新たに補充する量を減らすことができ、ランニングコストを低減できる。本装置１によってイオン濃度を十分に下げることができるため、電気透析に必要なエネルギーは、海水を直接電気透析する場合よりも非常に少ない。上記抽出液をＲＯ膜によって濾過してもよく、この場合も海水を直接ＲＯ濾過するよりも駆動エネルギーを十分に小さくできる。
【００５５】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
［第２実施形態］
第２実施形態の回路図は図１（第１実施形態）と同じである。第２実施形態では、第１循環路３に加えて第２循環路４についても耐圧構造になっている。第２循環路４の内圧が、第２循環路４の内圧（略大気圧）より高く、第１循環路３の内圧（例えば２．８ＭＰａ程度）と略同じになっている。したがって、二次吸収部２０の二次吸収用半透膜２３を介して、両側の室２１，２２の圧力が略同じになっている。
【００５６】
そのため、二次吸収室２２内のミョウバン水溶液中のミョウバンイオンと水分子とのクラスターが破壊されにい。したがって、ミョウバンイオンが二次吸収用半透膜２３を透過しにくい。よって、ミョウバンが第２循環路４に漏れる量を十分に小さくできる。ひいては、ミョウバンが一次吸収部１０及び被処理溶液路２を介して系外へ漏れる量を十分に小さくすることができる。また、第２循環路４におけるミョウバン濃度の増大速度が第１実施形態と比べ遅くなるため、第２循環路４からのミョウバン回収等のための定期的なメンテナンス作業の間隔を長くできる。更には、二次吸収部２０の両室２１，２２の圧力を略同じにすることによって、二次吸収用半透膜２３等の耐圧性能を低く設定できる。したがって、二次吸収部２０の温度が７０℃程度の高温であっても、二次吸収用半透膜２３が要求耐圧を十分に満たすようにすることができる。
【００５７】
第２実施形態では、濃塩水（第２溶液）の濃度ひいては浸透圧が第１実施形態より高い。例えば、濃塩水の浸透圧は、海水（被処理溶液）の３倍強すなわち７ＭＰａ〜９ＭＰａ程度になっている。濃塩水は、浸透圧を上記範囲内に保ちながら第２循環路４を循環する。一次吸収部１０では、濃塩水を、例えば９ＭＰａ程度の浸透圧で一次吸収室１２に導入する。これによって、濃塩水と海水との浸透圧差（約６ＭＰａ）を一次被吸収室１１と一次吸収室１２との内圧差（約２．８ＭＰａ）よりも大きくでき、海水の水分が濃塩水に確実に吸収されるようにすることができる。一次吸収室１２の出口での濃塩水の浸透圧は例えば７ＭＰａ程度になる。二次吸収部２０では、濃塩水を、例えば７ＭＰａ程度の浸透圧で二次吸収室２１に導入して二次吸収工程に供し、例えば９ＭＰａ程度の浸透圧にて二次吸収室２１から出す。第２実施形態におけるその他の運転条件等については第１実施形態と同じとする。
【００５８】
［第３実施形態］
図２は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態では、第２循環路４に回収路８が付加されている。回収路８は、第２循環路４における二次被吸収室２１の下流端と一次吸収室２２の上流端との間の路部分４ａに設けられている。路部分４ａと回収路８が並列になっている。回収路８の上流端が路部分４ａから分岐し、かつ回収路８の下流端が路部分４ａに合流している。
【００５９】
回収路９に冷却器８１とフィルター８２が上流側から順次設けられている。冷却器８１は、熱交換器でもよくヒートポンプでもよい。冷却器８１は、濃塩水を該濃塩水中のミョウバンが析出する温度以下まで冷却する能力を有している。好ましくは、冷却器８１は、濃塩水を凝固点近くまで冷却する能力を有している。
【００６０】
フィルター８２は、液体の透過を許容し、固体の透過を阻止する。
【００６１】
第３実施形態の運転条件は、回収路８に関する部分を除き、第２実施形態と同じとする。したがって、二次吸収部２０における両側の室２１，２２の圧力は略等しい（２．８ＭＰａ程度）。そのため、第２実施形態と同様に、ミョウバンイオンと水分子のクラスターが破壊されにくく、二次吸収室２２から二次被吸収室２１へのミョウバンの漏れを小さくできる。よって、第２循環路４の濃塩水中のミョウバン濃度を低くできる。
【００６２】
加えて、第３実施形態においては、二次被吸収室２１から出た濃塩水の一部を回収路８に分流させる。分流量は微量ないしは少量でよい。この濃塩水を冷却器８１に導入する。冷却器８１は、濃塩水を該濃塩水中のミョウバンの析出温度以下、かつ該濃塩水の凝固点に達しない温度（例えば−５℃程度）まで冷却する。これによって、濃塩水中のミョウバンが析出し、濃塩水のミョウバン濃度を上記冷却温度（例えば約−５℃）の飽和濃度まで下げることができる。一方、濃塩水は海水の３倍強の濃度（１２％〜１３％程度）であるため、−５℃程度まで冷却しても凍らない。したがって、回収路８の流れを確保できる。
【００６３】
その後、濃塩水を冷却器８１からフィルター８２へ送る。濃塩水（液体）はフィルター８２を通過する。一方、濃塩水中のミョウバンの析出体は、フィルター８２によって捕捉され、通過を阻止される。これによって、濃塩水からミョウバンを分離できる。その後、濃塩水を路部分４ａに戻す。路部分４ａでの濃塩水の流量に対し回収路８での濃塩水の流量は僅かであるから、回収路８から−５℃程度の濃塩水が合流しても、路部分４ａの濃塩水の温度は殆ど変化しない。
【００６４】
第３実施形態によれば、循環路３，４の内圧を略同じにすることで第１循環路３から第２循環路４へのミョウバンの漏れを小さくできることに加えて、たとえ、第２循環路４のミョウバン濃度が上昇したとしても、回収路８においてミョウバンを析出させて分離することによって、一次被吸収室１２における濃塩水中のミョウバン濃度を十分に小さくできる。具体的には、一次被吸収室１２における濃塩水中のミョウバン濃度を、冷却器８１の冷却温度（約−５℃）の飽和濃度近く〜上記飽和濃度の２倍程度の値にまで下げることができる。したがって、一次吸収用半透膜１３から一次被吸収室１１に漏れるミョウバンの量を極めて小さくできる。
【００６５】
第２循環路４のミョウバン濃度が、装置１の運転期間中、略一定に保たれるように、濃塩水の回収路８への分流量を調節する。すなわち、ミョウバンの回収路８での回収流量が二次吸収部２０における漏れ流量とバランスするように調節する。上述したように、二次吸収室２２から二次被吸収室２１に漏れるミョウバンの量は僅かであるから、分流量は、極めて少量でよい。
第３実施形態において、二次吸収部２０の両室２１，２２の圧力を略同じにすることによって、二次吸収用半透膜２３等の耐圧性能を低く設定できる点は、第２実施形態と同様である。
フィルタ８２に捕捉したミョウバンを回収して第１循環路３に戻すことにすれば、ミョウバンを新たに補充する量を減らすことができ、ランニングコストを低減できる。
【００６６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨に反しない限りにおいて種々の改変をなすことができる。
例えば、上記の浸透圧、内圧、温度等の数値はあくまでも例示であり適宜変更できる。
仲介溶質がアンモニウムミョウバン（Ａｌ・ＮＨ４（ＳＯ４）２）であってもよい。仲介溶質として、ミョウバンに代えて、ショ糖、Ｎａ２ＨＰＯ４等を用いてもよい。
第２溶液の溶質は、ＮａＣｌに限られず、海水のＮａＣｌ以外の溶質成分をも含んでいてもよい。
加熱手段６が、被処理溶液路２の例えば受熱室５２と一次被吸収室１１との間に設けられていてもよい。加熱手段６を溶解室４１に直接的に接続してもよい。析出室５１に、クーラントタワー、熱交換器、ヒートポンプ等の冷却手段を接続してもよい。
第３実施形態に於いて、メンテナンス時にだけ濃塩水を回収路８へ分流させてミョウバンを回収することにしてもよい。回収路８を一次吸収室１２の下流端と二次被吸収室２１の上流端との間の第２循環路４に付加してもよい。第３実施形態における第２循環路４の内圧を被処理溶液路２の内圧と略同じ（０ＭＰａ程度）にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、海水から淡水を製造する淡水化装置や、汚水を浄化する浄水装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１      溶媒抽出装置
２      被処理溶液路
３      第１循環路
４      第２循環路
４ａ    第２循環路の一部分
５      溶媒出力路
６      加熱器（加熱手段）
７      電気透析器（透析手段）
８      回収路
１０    一次吸収部
１１    一次被吸収室
１２    一次吸収室
１３    一次吸収用半透膜
２０    二次吸収部
２１    二次被吸収室
２２    二次吸収室
２３    二次吸収用半透膜
３０    抽出部
３１    被抽出室
３２    抽出室
３３    抽出用浸透膜
４０    溶解部
４１    溶解室
４２    授熱室
４３    隔壁
５０    析出部
５１    析出室
５２    受熱室
５３    隔壁
８１    冷却器
８２    フィルター
【図１】
2011255339.tif 000003
【図２】
2011255339.tif 000004
【図３】
2011255339.tif 000005