JP4885641B2 - 海洋電気分解工場 - Google Patents

Description

浮体船甲板上に設置した風車や甲板下の表層海水中に船首が鋭角を成す単胴船を複数艇並べて形成した流路に列並みした水車などから得られる電力により海水の淡水化過程で得られる食塩を電気分解して苛性ソーダや船積みされたアルミナの溶融塩電気分解よりアルミニウム新地金を生産・貯蔵・輸送システムに関する。

ソーダ工業は、硫酸工業と共に化学工業の基礎工業で、化学工業はこの両者を出発点とする。２００５年の統計によると我が国の生産量は４５５万トンと順調に推移している。しかし我が国のソーダ工業は原料塩の全てを輸入塩に頼っているため、その輸入価格の半分以上が輸送費である。さらにこの塩から苛性ソーダを生産するには電気分解のための大電力が欠かせず、現在以上のコスト上昇は我が国の苛性ソーダ・塩素工業の国際競争力を失わせることになる。その対策として、電力の深夜電力への移行、自家発電設備の新設や増設、あるいは輸送船舶の大型化などを促進することが緊急課題となっている。

２００４年度の統計によると我が国の新地金アルミの消費量は世界の７％の２００万トンであり９９％以上を輸入に頼っている。軽金属の代表格アルミニウムの精錬には大量の電力が必要であるため、発電コストが低い国が有利で、非特許文献１によると大規模な水力発電所を有するロシア、カナダ、アメリカ、ブラジルなどが上位を占めている。一方、石油などの海外依存度が高く電力料金が高い我が国は圧倒的に不利で、現在ボーキサイトから新地金の精錬を行っているのは、自家水力発電所を持つ日本軽金属・蒲原工場のみである。アルミニウム生産高世界第一位の中国ですら、非特許文献２に開示するように「中国アルミ産業発展政策」（２００５年１０月７日）では、電解アルミ及びアルミナ生産は発電コストの高い東部地域の工場は閉鎖して、水力資源や石炭資源が豊富な西部地域に生産拠点をシフトすることが盛り込まれ、さらに電解アルミメーカーのアルミナ輸入を奨励し、アルミナの輸入関税を３〜５％引き下げることを検討している。

エネルギー、ソーダ、軽金属など国力を左右する産業の建て直しが急がれる。とくに食塩の電気分解による苛性ソーダの製造あるいはアルミニウムの精錬などには大電力が必要である。昨今のサンクトペテルブルクで開催されたロシアサミット、世界の原油生産シェアで１２％とサウジアラビアに次ぐ２位、天然ガスでは２２％と首位。「エネルギー安全保障」で世界に対する自国の影響力を誇示するロシア、豊富な天然資源を武器に国際的発言力を行使し始めた中国、こうした中で各国首脳の発言は原油消費の抑制策に重点を置いたが、脱石油の早急の対策として原子力、天然ガス、太陽などを挙げている。このように化石燃料を用いない自然エネルギーに頼ろうとする気運が大いに高まっている。自然エネルギー発電には風力、水力（潮力）、波力、太陽電池、太陽熱などがあるが、この中でも風力は地表に対して垂直に設置できるため他の自然エネルギー発電設置に比べて設置面積が少なく、しかも昼夜問わず利用できる。この風力発電を利用して未処理水や海水を逆浸透プラントで処理するための圧力ポンプの電力に利用することが特許文献１，２に開示されている。同様に海水の淡水化を目的として海水の汲み上げポンプの電力に風力発電を使用することが特許文献３に開示されている。また海水の淡水化装置から得られた淡水を電気分解して水素を生産する電力として風力発電を利用することが特許文献４に開示されている。

風力を直接動力源として用い海水の淡水化を行う試みもある。特許文献５には風車軸に空気圧縮機を連結し、圧縮空気タンクからの圧縮空気を海水に作用させて海水から真水を製造する浸透圧式海水淡水化装置が開示されている。また特許文献６には海水淡水化プラント用蒸発管に海水を送る手段として風力駆動式海水淡水化プラントが開示されている。

風力発電で得られるエネルギー（Ｗ）は、受風面積（Ａ）、空気密度（ρ）、風速（Ｖ）とすると Ｗ＝ＡρＶ^３／２ で与えられる。ここで空気の密度は1.2kg/m3に対し水の密度は1025kg/m3である。 このため風の流を水の流に換えれば８５４倍のエネルギーを得ることが出来る。日本周辺には黒潮（日本海流）と対馬海流があり、トカラ海峡、足摺岬、室戸岬、潮岬、三宅島・御蔵島を流れる黒潮は幅２５０ｋｍ、水深１０００ｍ、流速０．３〜２ｍ/秒であり格好の水流発電源である。

このように水車の出力は水流の３乗に比例するので水車の回転面を通過する水流速度を増大させれば効果絶大である。幸いにも単胴船を複数艇平行に並べて構成した流路は夫々の船首が鋭角であるため海流は必然的に舷に進むに連れて狭められるため流速は増速する。ここで船首が鋭角とは、水切り角が鋭い凸形を指し、V字型やU字型など船首から徐々に広がっていく形状を意味する。さらに船首を球状船首にすることにより単同船の造波抵抗は軽減する。このため流路中の水車からは高出力が得られる。このため流路に沿って垂直軸型水車あるいはプロペラ形水平軸水車を複数基列並みする。ただし１本の流路中に水車を縦に並べると後方すなわち下流の水車の速度は減衰する。このため各水車の前方に海水の流入速度を増大させるためにノズルフロー型増速装置を設備する。これにより、例えば流速を１．５倍に増速すると水車出力は３．３８倍に増加する。このノズルフロー型増速装置は曲面壁を両舷あるいは水車の上下面、あるいはその両方に一体物として設備するもので、水車が垂直軸型の場合は角型拡声器形状であり、プロペラ形水平軸の場合はラッパ形状である。

上述した風力、流水力などの自然エネルギーは地球環境に優しく、かつ、資源の枯渇も起こさない格好なエネルギー源であるように思われがちで在るが、しかしこれらは全て自然的・地理的条件に制約され、気象条件や場所によっては所望の発電電力を得ることは困難である。そこで風力エネルギーあるいは潮流や海流など自然エネルギーが豊富に存在する洋上でそれらを利用する方法が提案されている。特許文献７では海上に浮遊設置されたプールに海洋深層水を汲み上げるために風力発電で得られた電力を使用することが開示されている。特許文献８には海水の電気分解による淡水化に風力発電を用いることが開示されている。特許文献９には海上に設置する大型浮体構造物に風力発電、波力発電、海洋温度差発電など自然エネルギーを利用する発電設備が開示されている。移動可能な海上浮体上で太陽熱による蒸気タービン発電や波力発電、風力発電などで得られた電力により淡水化された水を電気分解して水素や酸素ガスを生産することが特許文献１０，１１に開示されている。洋上の浮遊あるいは浮体船の甲板に設置する風車は風向に関係ない無指向性が望ましい。本願発明者は風力や水力の両エネルギーから電力を取り出す垂直軸風水車を特許文献１２，１３に開示している。

上述した参考文献を統括すると本発明は自然的・地理的条件あるいは気象条件や場所に制約されない手法として洋上で所望の発電電力と原料を得る構成により、食塩の輸入に頼らない苛性ソーダの生産やアルミニウム新地金の９９％輸入から脱却し、原料のみの輸入に止め、自国精錬に切り替えるアルミ工業の育成を可能としている。

特公平２００４−５３７６６８号 特開平２０００−２０２４４１号公報 特開平２００４−２９０９４５号公報 特開平２００５−０６９１２５号公報 特開平２００３−０８３２３０号公報 特公平２００５−５２１５５７号 特開平２００２−０５９８９３号公報 特開平２００１−２１３３８８号公報 特開平２００２−２５５０９１号公報 特開平２００２−３０３４５４号公報 特開平２００５−１４５２１８号公報 特開平２００３−２０６８４８号公報 特開平２００３−２０６８４９号公報 特願２００６−１６８２７５号 日本国勢図会、財団法人矢野恒太記念会発行２００６年６月１日 発行 香港・経済通ニュース（２００５年１０月７日） 電気化学概論・高橋武彦著、槇書店、１９９１年２月２０日新版４刷 最新 商品の科学、株式会社 国勢社、79頁、昭和４８年１２月２０日発行

従来のエネルギー資源の調達は経済性の観点から資源の豊富な場所に限られ、それを消費地に如何に経済的に運搬するかが課題であった。しかし近代産業は度重なる資源の乱獲をもたらし、これに起因する資源の世界的枯渇は、資源高をもたらし、これによる資源供給国の台頭は国際社会で影響力を拡大し、しいては我が国など需要国を脅かすような資源大国が台頭して来ている。まさに資源ウオーズの始まりである。幸いにも我が国は４面を海に囲まれ、２００海里の大陸棚の外周を考えると豊富な資源国に成り得る可能性を持っている。海水に溶存する鉱物資源、海流・潮汐・海水の温度差などのエネルギー源、飲み水や工業用水も海洋資源である。これら無尽蔵にある海洋資源を化石燃料を使わず経済的に製造する事が本発明が解決しようとする課題である。

風力発電に比べ黒潮などによる海流発電は、流量、流速が一定で、海流の幅が広く、かつ流水が止まる事がない。さらに水は風に比べて密度が高いため風の流を水の流に換えれば８５４倍のエネルギーを得ることができる。例えば、風の年平均風速６メートルに比べ黒潮の流速は高々２メートルである。そこで単胴船を複数艇平行に並べて構成した流路は夫々の船首が鋭角であるため海流は必然的に舷に進むに連れて狭められ、流速は速くなる。さらに船首を球状船首にすることにより単同船の造波抵抗は軽減する。この流路に沿って垂直軸型水車あるいはプロペラ形水平軸水車を列並みし、さらに海流の速度を速めるため各水車の前方に流入速度を増大するためのノズルフロー型海流増速装置を設備することにより、水車の羽根車やプロペラの直径を小さくでき、かつ１基の水車から得られる電力を増大させることが本発明の課題である。

これまで海水の淡水化やマグネシウムなどの海水溶存金属の生産施設などは沿岸地域の火力発電所周辺に限られ、これら海水溶存金属はアルミニウム同様電力の化石と言われてきた。アルミニウム生産にいたっては非特許文献１に開示されている如く、我が国では新地金の９９％を輸入に頼り、新地金の精錬を行っているのは、自家発電所を持つ日本軽金属・蒲原（静岡県）のみである。金属ナトリウムも同様で、日本曹達・二本木工場（新潟県）１か所のみである。一方、ソーダ工業の主要品苛性ソーダは電気分解による電力消費が多いため、苛性ソーダ事業部門の平成１１年度収益は５億円の経営赤字であり、このままでは、我が国の苛性ソーダ・塩素工業の国際競争力を失わせることになる。これは製品１トン当たりの使用電力は非特許文献３に示してある如く、約２５００ｋＷｈと多く、かつ原料塩は１００％輸入である。とくに海水から原料塩が採取できる苛性ソーダ生産は本発明によって全て解決する。我が国では、昭和３０年代までは水銀法が食塩電解法の主流であったが、昭和６１年６月までに隔膜法やイオン交換膜法に全面転換が完了した。しかし非特許文献４に開示してあるように、製造の簡便さや高純度苛性ソーダ製造が可能な水銀法は捨てがたく、非特許文献３に示してあるように、世界の動静はいまだに水銀法が主流を占めている。

洋上構造物としては石油掘削井戸のようにプラットホームを建設するが、その開発に供給される莫大なエネルギーは石油に依存していた。ところが最近、洋上に豊富に在る太陽エネルギーや風力エネルギーを用いようとする提案がなされている。特許文献９には海上に設置する大型浮体構造物の発電設備として風力発電、波力発電、海洋温度差発電などの自然エネルギー利用が開示されている。特許文献１０、１１では太陽熱による蒸気タービン発電、波力発電、風力発電などで得られた電力により海水を淡水化した真水を電気分解して水素や酸素ガスを生産している。特許文献７では風力発電で得られた電力で海洋深層水を汲み上げている。風力発電を用いて海水の電気分解による淡水化が特許文献８に開示されている。しかし殆どが海水の淡水化止りでかん水の回収・濃縮・溶融塩電気分解による金属の製造は試みられず、まして、それら製造物を船倉に貯蔵・陸に寄港し、出航の際船積みしたアルミナや使用済み酸化マグネシウムを洋上で溶融塩電気分解して、新地金アルミニウムや金属マグネシウムを生産する海洋電気分解工場システムについては皆無である。

本発明は上述した問題点に鑑みて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、海流、風力などの流体エネルギーによるクリーンで再生可能なエネルギーで発生させた大電力を効果的に用い、電力生産現場にある海水を淡水化し真水を製造し、同時にその廃液の濃縮かん水から苛性ソーダ、金属ナトリウム、金属マグネシウム、塩素、水素ガスなどを生産し、それら生産物を寄港先で陸揚げし、陸地からはアルミナや使用済み酸化マグネシウムなどを船積みし、海流発電や風力発電から得られる豊富な電力を用いて港から船積みされた原料を溶融塩電気分解して金属アルミやマグネシウムを製造する。これらの全ての仕事を行う海洋工場・貨物船として、あるいは現場に留まって生産を続ける母船として、生産・貯蔵・輸送時におけるエネルギーロスを低減し、かつ、システム全体の効率を向上させることができる海洋電気分解工場を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の海洋電気分解工場は、本願発明者らが特許文献２３に開示したごとく、大型双胴船や複胴船または単胴船あるいは潜水艦やメガよりフロートよりなり、洋上の資源採取場所で大量の電力を流体エネルギーから得るために甲板上下に無指向性垂直軸風水車やプロペラ形水平軸水車を複数台備え、生産しながら洋上を航行したり、資源摂取現場で浮遊したり、係留したりすることが出来る。とくに黒潮などの海流の流れを利用した海流発電を行う際には船を係留する。また海流発電を行う為には単胴船よりも複胴船が望ましく、２つ以上の船体を結合した甲板上部に無指向性垂直軸風車を複数其備え、甲板下部の表層海面下には海流発電用垂直軸水車やプロペラ形水平水車を複数其備する。

単胴船を複数艇平行に並べて構成した流路は夫々の船首が鋭角であるため海流が舷に進むに連れて狭められ、必然的に流速は速くなる。さらに船首を球状船首にすることにより単同船の造波抵抗は軽減する。この単胴船を平行に複数艇並べて作った流路に垂直軸型水車あるいはプロペラ形水平軸水車をある間隔をおいて列並し、かつこれを各水路に設備する。さらに各水車の前面に上流の開口面積が広く水車タービン部が狭くなっているノズルフロー型海流増速装置を設置する。このノズルフロー型海流増速装置は垂直軸型水車の場合は角型拡声器状であり、プロペラ形水平軸水車の場合はラッパ状であり、これにより水車の発電効率をさらに高くすることができる。

海洋で生産した電力を用いて海水を逆浸透法により淡水化して真水を製造し、廃液として出るかん水を電気透析法により約３０％に濃縮し、さらに煎ごうして食塩結晶を析出させ、濾液として残る苦汁と分離する。この苦汁から得られた塩化マグネシウムを溶融塩電気分解して金属マグネシウムを製造し、他方の食塩結晶は淡水化によって得られた真水で濃度約３０％の食塩水を生成した後、水溶液電気分解を行い苛性ソーダを製造する。

苛性ソーダ製造には、純粋な食塩水が得られれば、わざわざ食塩を製造する代わりに海水をイオン交換膜透析により約３０％まで濃縮後、洋上工場で生産した苛性ソーダを少量入れて濃縮海水中の塩化マグネシウムなどの不純物を沈殿させ、その濾液を洋上工場で生産した塩化水素を真水と反応させて生産した塩酸で中和した電解液を電気分解することにより苛性ソーダを製造する。この苛性ソーダ製造工程で生成する水素は塩化水素や塩酸を作る原料として用い、残りはボンベに詰めて陸上に搬送する。塩素は苛性ソーダ製造工程およびナトリウムやマグネシウムの溶融塩電気分解で生産されるため塩化水素や塩酸を生産した残りはボンベに詰めて陸上に搬送する。

アルミニウム新地金は非特許文献３に開示してあるように、輸入されたボーキサイト鉱石を粗砕し、付着水、結晶水、有機物などを除去するために回転炉で４００〜６００℃でばい焼する。これを２０メッシュ以下に粉砕し、苛性ソーダを加え、オートクレーブ中１４０〜１７０℃、４〜５気圧で抽出するとアルミン酸ナトリウムとなって溶解する。これを水で希釈した後、不溶解分を沈殿または濾過により分離する。この溶液を冷却し、水で比重１．２に調節すると自然に加水分解されて水酸化アルミニウムが析出する。これに別に作った水酸化アルミ結晶を種結晶として加え、ゆっくり撹拌して反応を促進させると３〜５日で５０〜６０％の水酸化アルミが析出する。これをオリバーろ過機でろ過洗浄した後、高温で焼成して高純度アルミナを生産する。一般にアルミナ１トン製造するのにボーキサイト２トンと残渣が等倍出ることと高温でのばい焼および養生時間がかかるため、アルミナ製造は陸地あるいは輸入に頼ることが望ましいが、輸入ボーキサイトを洋上で生産した苛性ソーダおよび電力を用いて洋上生産することも可能である。このアルミナ約１トンに氷晶石を加え融点を９３５℃まで下げ、少量の蛍石を加え溶融塩電気分解により新地金アルミニウム約０．５トンを製造する。

上記したように、本発明によれば、海水採取現場で洋上の海流や風力などから得られた電力を効果的に使い、苛性ソーダ、真水、食塩、水素、塩素、塩酸、塩化水素、マグネシウム、ナトリウム等を製造し、同時に船積みしたアルミナや氷晶石および蛍石より新地金アルミニウムを製造し、生産品の貯蔵・輸送時のエネルギーロスをも低減することができ、かつシステム全体の効率を向上させることができる等の優れた効果が得られる。

以下、本発明の効果的な実施の形態を図１〜５に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の概略構成図である。この図に示すように、本願発明の海洋電気分解工場は、海洋に浮かぶ浮体船・潜水体船1に、海流や風などの流体エネルギー資源２を利用して海流発電３や風力発電４を行う手段と、海水すなわち海水溶存鉱物資源５から汲み上げた海水６にポンプで圧力をかけ逆浸透法７により真水８を製造する海水の淡水化手段と、同時に排出される食塩濃度約５％のかん水をさらにイオン交換膜透析法９によりあるいは汲み上げた海水６を直接イオン交換膜透析法９により濃度約３０％の濃縮かん水１０を、海流や風などの流体エネルギー資源２から得られた電力あるいは溶融塩電気分解１１，１２，１３で発生する熱を利用して煎ごう１４を行うと、かん水の沸点１０８℃以上で食塩の微結晶が析出し始め、約１６０℃で粗結晶の食塩１５が製造される。ここで同時に抽出する苦汁を取り出して煮詰め塩化マグネシウム１６を海流発電３や風力発電４で得られた電力により溶融塩電気分解１１して金属マグネシウム１７を製造する。この工程で得られた食塩１５を海水６の淡水化によって得られた真水８で溶解して電解質とした濃度約３０％の食塩水１８を水溶液電気分解１９して苛性ソーダ２０を製造する。この苛性ソーダ２０製造には高純度苛性ソーダが簡便な方法で得られる水銀法の採用が望ましいが、我が国では水銀法は全廃されているため隔膜法やイオン交換膜法を用いる。海水から直接苛性ソーダ２０を製造する方法として、イオン交換透析膜法９により生成した濃度約３０％の濃縮かん水１０を本発明で製造した苛性ソーダ２０を少量注ぎ、苛性ソーダ処理２１を行い、濃縮かん水１０に含まれる塩化マグネシウムを沈殿させる。ここで沈殿した塩化マグネシウム１６は金属マグネシウム１７の原料として使われ、他方の母液は塩酸で中和処理２２した後、電解質としての食塩水１８を水溶液電気分解１９して苛性ソーダ２０を製造する。ここで中和に使われる塩酸は苛性ソーダ２０を製造するための水溶液電気分解１９の副産物として陽極から得られる塩素２３と陰極から得られる水素２４を反応させて生成した塩化水素２５に真水８を加えて製造する。ここで苛性ソーダの製造工程に水銀法を採用すれば、水銀はきわめて高い水素過電圧のためナトリウムアマルガムを生成し、これに水を注げば簡単に苛性ソーダ２０と水素２４が高純度で取り出すことが出来る。ここで生産される残りの水素ガス２４はボンベに詰めて港２６から消費地に運ばれる。塩素ガス２３は溶融塩電気分解１１，１２でも排ガスとして得られるため、これらを含めてボンベに詰めて港２６から消費地に運ばれる。またここで製造された苛性ソーダ２０の一部を溶融塩電気分解１２により、金属ナトリウム２７を製造し石油の中に貯蔵し港２６から陸揚げする。他方陸地から船積みされた船積鉱物資源２８の内使用済み酸化マグネシウム２９は塩化工程３０で塩化水素２５と反応させて塩化マグネシウム１６とした後、溶融塩電気分解１１により金属マグネシウム１７に再生される。一方の陸積鉱物資源２８の内アルミの精錬原料であるアルミナ・氷晶石・蛍石３１は溶融塩電気分解１３により新地金アルミニウム３２を製造する。

本発明の海洋電気分解工場は、図1の浮体船・潜水体船１はタンカーなどの単胴船や複胴船あるいはメガフロートや潜水艦状の海中構造物を意味し、航行や浮遊しながら、あるいは係留して、苛性ソーダ、真水、食塩、水素、塩素、塩酸、塩化水素、マグネシウム、ナトリウム等を製造することが出来る。苛性ソーダを１トン製造するに必要な電力は約２５００Ｋｗｈ、アルミニウムは約１３０００ｋＷｈ/トン、ナトリウムは約１０５００ｋＷｈ/トン、マグネシウムは約１００００ｋＷｈ/トンと見込まれる。これらの電気分解に使用する電力を黒潮による海流発電や風力発電で賄おうとするのが本発明である。水車や風車１基当たりの発電量を５０００ｋＷに見込めば、これを２００〜３００基設備すれば１００〜１５０万ｋＷが得られる。浮体船・潜水体船１の大きさを幅１ｋｍ、長さ２ｋｍとし、この中に２０〜３０基の水車や風車を設備し、水車と風車の割合を３：１あるいは１：１とし、これを１０〜２０艇建造する。

図２は海流から効果的に電力を得るための概略構成図である。この図に示すように、海流３３中に係留した複胴浮体船１は、複数の単胴船３５で流路を作り、この流路に沿って垂直軸型水車３４をある間隔を隔てて複数基設備した模式図である。単胴船３５は鋭角な船首３６と舷３８と鈍角な船尾３７からなり所謂流線型構造を成し、造波抵抗を軽減し、かつ流路を構成する２艇の船首３６の流路入り口の面積が舷３８で構成される流路の面積より大であるため、海流は必然的に舷３８に進むに連れて狭められ、流速は速くなる。このため流路中の水車３４からは高出力が得られる。本発明では同様の水路を複数本作り電気分解用大電力を供給する。図３は図２の浮体船１を船首側から見た断面図である。複数の単胴船３５によって作られた水路には、上甲板４０と下甲板４１および単胴船３５の船底の竜骨近くには水車３４の回転軸を固定するための固定板（翼）４２を設備し、喫水線３９より下部に水車３４を設備する。尚この固定板４２の断面は水路中の流速が速く成り、かつ船体を浮かす様に翼状に成っている。さらに船首を球状船首４３にすることにより単同船の造波抵抗は軽減する。

図４は海流からさらに高電力を得るための概略構成図である。この図に示すように、海流３３中に係留した複胴浮体船１は、複数の単胴船３５で流路を作り、この流路に沿って垂直軸型水車３４とそれよりも水車羽根車の直径が小さい水車４５がある間隔を隔てて複数基設備した模式図である。単胴船３５は鋭角な船首３６と舷３８と鈍角な船尾３７からなり所謂流線型構造を成し、造波抵抗を軽減し、かつ流路を構成する２艇の船首３６の流路入り口の面積が舷３８で構成される流路の面積よりも大であるため、海流は必然的に舷３８に進むに連れて狭められ、流速は速くなる。このため流路中の水車３４からは高出力が得られる。ただし１本の流路中に水車を縦に並べると後方すなわち下流の水車の速度は減衰する。このため各水車の前方に海水の流入速度を増大させるために角型拡声器状のノズルフロー型増速装置４４を設備する。このノズルフロー型増速装置４４の概略を図５に示す。角型拡声器状のノズルフロー型増速装置４４は浮体船１の喫水線３９の下に設備され、複数の単胴船３５の舷３８に付けられた２枚一組の流体増速のための曲面板４４と水車４５の回転軸を固定する２枚の板兼増速のための曲面板４６から成る角型拡声器状の増速装置４３は水車４５の前の海水流入口４７から入った海流３３は海水流出口４８に進むにつれて断面積が小さくなり、流速が増大し、水車４５の回転速度が増加する。このため浮体船１の船首３６近くの水車３４の羽根車直径よりも角型拡声器状の増速装置４４の中の水車４５の羽根車直径は小さくすることができ、かつ出力も大きい。本発明では同様の水路を複数本作り電気分解用大電力を供給する。

以上説明したように、本発明によれば、上記したように、海洋の海流や風力などの自然エネルギーから大電力を効果的に製造し、海水採取現場で苛性ソーダ、真水、食塩、水素、塩素、塩酸、塩化水素、マグネシウム、ナトリウム等を製造し、同時に港から船積みしたアルミナや氷晶石および蛍石より新地金アルミニウムを製造し、生産品の貯蔵・輸送時のエネルギーロスを低減することが出来ることは勿論のこと、システム全体のエネルギー効率の向上をも図ることができる。

本願発明によれば、黒潮が流れる海域に係留した複胴船あるいはメガフロートで、その場生産した海流発電や風力発電から得た豊富な電力から、苛性ソーダや新地金アルミニウなどを製造し、副産物として、真水、食塩、水素、塩素、塩酸、塩化水素、マグネシウム、ナトリウム等を製造し、それら生産物を寄港先で陸揚げし、陸地からはアルミナや使用済み酸化マグネシウムなどを船積みし、新地金アルミニウムや金属マグネシウムを製造する。これらの全ての仕事を行う海洋工場・貨物船として、あるいは現場に留まって生産を続ける母船として、生産・貯蔵・輸送時におけるエネルギーロスを低減し、かつ、システム全体の効率を向上させることができる海洋電気分解工場である。このことは資源の世界的枯渇と資源高をもたらし、これに伴う資源供給国の台頭が国際社会に影響力を拡大させている現況を沈静化するに留まらず、無尽蔵にあるクリーンで再生可能な海洋資源を化石燃料を使わず経済的に製造する事は、４面を海に囲まれる我が国の産業に取って重要な手段である。

本発明の実施の形態を示す概略構成図である。図中の２重枠はエネルギー源や原料であり、白抜き文字は生産物を示す。 本発明の複胴船を水路として用いる流体エネルギー発電用水車の配置を説明するための平面図である。 本発明の複胴船を水路として用いる流体エネルギー発電用水車の配置を説明するための船首から見た断面図である。 本発明の複胴船を水路として用い、その水路中に流速増速装置を増設し、流体エネルギー発電用水車の配置を説明するための平面図である。 角型拡声器状ノズルフロー海流増速概略構成図である。

符号の説明

１ 浮体船・潜水体船
２ 流体エネルギー資源
３ 海流発電手段
４ 風力発電手段
５ 海水溶存鉱物資源
６ 海水
７ 逆浸透法
８ 真水
９ イオン交換膜透析法
１０ 濃縮かん水
１１ 溶融塩電気分解装置（マグネシウム用）
１２ 溶融塩電気分解装置（ナトリウム用）
１３ 溶融塩電気分解装置（アルミニウム用）
１４ 煎ごう
１５ 食塩
１６ 塩化マグネシウム
１７ マグネシウム
１８ 食塩水
１９ 水溶液電気分解（苛性ソーダ用）
２０ 苛性ソーダ
２１ 苛性ソーダ処理
２２ 塩素中和処理
２３ 塩素ガス
２４ 水素ガス
２５ 塩化水素ガス
２６ 港
２７ ナトリウム
２８ 船積み鉱物資源
２９ 使用済み酸化マグネシウム
３０ 塩化処理
３１ アルミナ・氷晶石・蛍石
３２ アルミニウム
３３ 海流
３４ 垂直軸型水車（直径大）
３５ 単胴船
３６ 船首
３７ 船尾
３８ 舷
３９ 喫水線（海面）
４０ 甲板上部
４１ 甲板下部
４２ 水車固定翼
４３ 球状船首
４４ 増速曲面板（舷の左右）
４５ 垂直軸型水車（直径小）
４６ 増速曲面板（水車軸の上下）
４７ 海流入口
４８ 海流出口

Claims (3)

1. 海洋に浮かぶ複胴又は単胴あるいはメガフロートからなる浮体船または浮遊船、あるいは潜水艦状の海中構造物において、
   海流や風などの流体エネルギーを利用して水車や風車による発電を行う手段と、
   海水を淡水化させて真水を製造する手段と、
   前記淡水化工程で排出されるかん水をさらに濃縮して得られた食塩を真水で希釈した食塩水、又はイオン交換透析膜により生成した濃縮塩水を苛性ソーダ処理した後の食塩水を電気分解して苛性ソーダを製造する手段と、
   船積みしたアルミナと氷晶石と蛍石を溶融塩電気分解してアルミニウム新地金を製造する手段と、
   食塩の製造工程で苦汁として得られた塩化マグネシウムを溶融塩電気分解して金属マグネシウムを製造する手段と、
   前記食塩水の電気分解により陰極で発生した水素と陽極で発生した塩素を反応させて生成した塩化水素を船積みした使用済み酸化マグネシウムと反応させて生成した塩化マグネシウムを溶融塩電気分解により金属マグネシウムを製造する手段と、
   苛性ソーダの溶融塩電気分解により金属ナトリウムを製造する手段と、
   前記塩化水素を真水と反応させて塩酸を製造する手段と、
   前記食塩水の電気分解で得られた副産物の水素ガスや塩素ガスあるいは溶融塩電気分解で得られた塩素ガスをボンベに貯蔵する手段とを具備したことを特徴とする海洋（洋上）電気分解工場。
2. 前記海洋（洋上）電気分解工場は、船首が鋭角な単胴船を複数艇平行に並べて形成された浮体船または浮遊船からなり、
   該複数単胴船の互いに対向した舷により形成される夫々の流路に沿って垂直軸型水車あるいはプロペラ型水平軸水車を列並みに配置させ、該水車による発電を行うことを特徴とする請求項１記載による海洋（洋上）電気分解工場における発電方法。
3. 前記垂直軸型水車または前記プロペラ型水平軸水車の作動領域でノズルフローを起こさせる機能を持たせるために、該単胴船の両舷（左右）に曲面壁を設備し、または前記流路に曲面壁からなる角型拡声器形状あるいはラッパ形状のホーン状構造体を設備し、
   船首方向が拡開させた開口部から流入した海流が曲面壁により船尾方向に絞り込まれる通路形状により海流を増速させ、絞り込まれた最狭部には、該水車を配備し、水車の回転運動を増幅させることにより発電させることを特徴とする請求項２記載による海洋（洋上）電気分解工場における発電方法。

Images