JP2001047033A - 太陽光利用淡水化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 需要地域の特性に対応して効率良く淡水を製
造できる太陽光利用淡水化装置を提供すること。 【解決手段】 太陽光を受け熱媒体１３が状態変化を伴
いつつ循環する閉鎖系からなるエネルギー収集部１２
と、該エネルギー収集部１２の熱媒体１３で原水２２を
蒸発させて水蒸気２３を得、該水蒸気２３を凝縮させて
淡水を製造する太陽光利用淡水化装置において、水平方
向に旋回可能な架台４１を設け、少なくともエネルギー
収集部１２を該架台４１に搭載した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は海水等の原水を蒸発
させる熱源に太陽光を利用した太陽光利用淡水化装置に
関し、少なくともその集熱部を太陽の日周の東西移動に
合わせて相対するように旋回させ、集熱効率を高めるよ
うに構成した太陽光利用淡水化装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】最近太陽エネルギーを利用し、海水等の
原水を淡水化する太陽光利用淡水化装置が関心を集めて
いる。太陽光のもつエネルギー密度が最高でも１ｋｗ／
ｍ²と低いこと、時間的、季節的変動が大きいことによ
り、その実用化には非常に困難があった。本出願の発明
者等は従来のベースン型の太陽光蒸留器の効率的及び耐
久的弱点を解決する技術として、その僅かな駆動力を太
陽電池により得ることが出来る多重効用缶を備えた太陽
熱蒸留淡水化装置を発明し、ＰＣＴ／ＪＰ９７／０２０
９８において開示提案した。

【０００３】しかしながら、太陽光エネルギーは、反射
によりその大半が失われる。従って、太陽光エネルギー
利用効率を高めるためには、太陽光の入射に集熱器や集
光器の受光面を相対向させ続ける必要がある。

【０００４】太陽光入射の変化には、東西方向の移動と
日中高度への上下方向の移動があり、従来も「ひまわ
り」等の三次元太陽追尾装置などが開発されている。し
かしながら、この三次元太陽追尾装置は高度なコンピュ
ータ制御や、複雑な運動を行わせる駆動装置等を用いる
ため、太陽熱利用淡水化装置の設置が要望されている厳
しい自然環境の砂漠や離島のような地域には技術的にな
じまないという問題がある。即ち、メンテナンスの困難
等により故障による運転停止が懸念される。

【０００５】また、集熱面積の大きい太陽光利用淡水化
装置は、砂漠地帯、離島等のように駆動力が得にくい地
域で使用されることになり、僅かな駆動動力で運転駆動
されることが要求される。このような、実際に太陽光エ
ネルギーの利用に適し、淡水化装置の需要がある地域の
特性に適した太陽光利用淡水化装置は未だ実現されてい
ないのが現状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、需要地域の特性に対応して効率良
く淡水を製造できる太陽光利用淡水化装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、太陽光を受け熱媒体が状態変
化を伴いつつ循環する閉鎖系からなる集熱部と、該集熱
部の熱媒体で原水を蒸発させて水蒸気を得、該水蒸気を
凝縮させて淡水を製造する太陽光利用淡水化装置におい
て、水平方向に旋回可能な架台を設け、少なくとも集熱
部を該架台に搭載したことを特徴とする。

【０００８】太陽光入射方向の変化を考えると、朝夕の
入射エネルギーは季節を問わず大気層を長く横切るの
で、集熱部の受光面の傾斜角度は入射エネルギーが大き
な南中時前後の太陽高度に設定されてさえいれば良い。
そして受光面を太陽の東西方向の移動にさえ追従できれ
ば、ある程度の集熱効率を維持できる。従って、上記集
熱部を保持し水平方向に旋回可能な架台を備えることに
より、集熱部の受光面を太陽の東西方向の移動に追従さ
せることができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は請求項１に
記載の太陽光利用淡水化装置において、集熱部を太陽光
入射方向に相対するように周日的に架台を旋回させる旋
回機構を設けたことを特徴とする。

【００１０】上記のように架台を旋回させる旋回機構を
設けることにより、集熱部を太陽の東西方向の移動に追
従させることが容易となる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の太陽光利用淡水化装置において、太陽光を反射
して集熱部に投光する仰角可変の太陽光反射機構を設け
たことを特徴とする。

【００１２】太陽の南中時の高度変化は季節的なもので
あるので、その追尾のために頻繁に集熱部自身の仰角を
調整することは、集熱部の密閉性の問題が生じ、なによ
りも効率的でない。そこで上記のように仰角可変の太陽
光反射機構を設けることにより、簡単な構成で、集熱効
率を向上させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図１は本発明に係る太陽光利用
淡水化装置の概略構成例を示す図である。図示するよう
に、本太陽光利用淡水化装置は、太陽光集熱器１０、蒸
発缶２０及びベースン型太陽光蒸留器３０を具備する。

【００１４】太陽光集熱器１０を具備し、該太陽光集熱
器１０は太陽光エネルギーを収集するエネルギー収集部
１２を有し、該エネルギー収集部１２で収集した太陽光
エネルギーを熱エネルギーに変換し内部の熱媒体１３と
熱交換するように構成されている。一般に太陽光集熱器
１０からの放熱損失を極力低く抑えるように断熱された
パネル形状をしており、太陽日射面は透明なガラス又は
樹脂等でカバーしている。

【００１５】太陽光集熱器１０で加熱され、蒸発した熱
媒体１３は蒸発缶２０に送られ蒸発缶２０内に貯留され
ている原水２２との間で熱交換を行い原水２２を蒸発さ
せる。蒸発缶２０で蒸発された水蒸気２３はベースン型
太陽光蒸留器３０の水盤３２内に送られ、該水盤３２内
に貯留されている原水３１との間で熱交換を行い、水蒸
気２３は凝縮して蒸留水３６となり、淡水貯留タンク４
０内に貯留される。

【００１６】ベースン型の太陽光蒸留器３０は、原水３
１を貯留する水盤３２を太陽光１１が殆ど通過する空気
遮蔽体３３で覆い、原水３１に太陽光エネルギーを直接
吸収させ、原水３１を加熱すると共に、空気遮蔽体３３
の外面を放熱部とし内面で原水から蒸発した水蒸気３４
を凝縮させて蒸留水３５を得る構成となっている。この
蒸留水３５は淡水貯留タンク４０内に貯留される。

【００１７】太陽光集熱器１０のエネルギー収集部１２
をベースン型太陽光蒸留器３０の水盤３２を覆う空気遮
蔽体３３の太陽光日射側の外面に設置している。なお、
蒸発缶２０の内部を図示しない真空ポンプ等の真空手段
で低圧にしておくことにより、蒸発缶２０での原水２２
の蒸発は効率良く行われる。

【００１８】上記のように構成された淡水化装置を淡水
貯留タンク４０と共に架台４１の上に搭載する。架台４
１は図２に示すように、回転軸４２に固着されており、
該回転軸４２は軸受装置４３で回転できるように支持さ
れている。回転軸４２には径の大きな歯車４４が固定さ
れており、該歯車４４は小径の歯車４５と噛み合ってお
り、該歯車４５は減速機４６を介してモータ４７により
回転できるようになっている。

【００１９】即ち、日中は太陽光集熱器１０の受光面が
太陽の移動に追従して旋回するように架台４１を旋回さ
せ、更に日没後夜間を通じて１８０°旋回させ、翌日太
陽が昇る直前に元の位置に戻るよう、２４時間かけて一
回転旋回するように運転する。このように２４時間かけ
て一回転するように運転することにより、モータ４７の
回転動力は極めて小さくて済み、例えば小容量の太陽光
発電システムで駆動出来るモータ４７を用いることがで
きる。なお、架台４１を旋回させる動力はモータ４７に
限定されるものではなく、どのようなものでも良く、例
えば所定の時間ごとに人力で回転させてもよい。

【００２０】なお、上記例では蒸発缶２０、ベースン型
太陽光蒸留器３０及び淡水貯留タンク４０等を太陽光集
熱器１０と共に架台４１に搭載しているが、これらは地
上に設置し、太陽光集熱器１０のエネルギー収集部１２
と蒸発缶２０の間で熱媒体１３が循環する閉鎖系を構成
するようにしても良い。この場合、淡水貯留タンク４０
は例えば日射を避け地下に設置してもよい。

【００２１】また、上記例では、一台の太陽光集熱器１
０の受光面を太陽の移動に追従させるようにしたが、図
３に示すように、２台の太陽光集熱器１０を架台４１上
に１８０°に互いに背向けて搭載配置し、日中、一方の
太陽光集熱器１０の受光面を太陽に向けて追従させ、夜
間は運転を中止し、翌朝他方の太陽光集熱器１０の受光
面を太陽に向けて追従させるように構成しても良い。つ
まり、１２時間かけて架台４１を１８０°回転させ、続
く１２時間は運転を停止し、１２時間経過したら再び１
２時間かけて架台４１を旋回させるように運転しても良
い。

【００２２】図４は本発明に係る太陽光利用淡水化装置
の概略構成例を示す図である。図示するように、太陽光
集熱器１０及びベースン型太陽光蒸留器３０を具備する
太陽光利用淡水化装置を架台４１に搭載すると共に、太
陽光１１を反射して太陽光集熱器１０の受光面に投光す
る仰角θを可変できる太陽光反射機構４８を設けてい
る。

【００２３】太陽光利用淡水化装置を赤道近辺の低緯度
地域に設置する場合、太陽光集熱器１０の受光面を太陽
光の入射に対して直角にするためには、略水平状態に設
置するのが良い。しかしながら、図１に示すように、太
陽光を受け熱媒体１３が状態変化を伴いつつ循環する閉
鎖系からなるエネルギー収集部１２では、熱媒体１３を
サーモサイフォンの原理で効率良く循環させるために
は、太陽光集熱器１０の受光面を３０°前後傾斜させて
設置する必要がある。ところがこのように受光面を傾斜
させて設置した場合は、図４に示すように、太陽光１１
が真上から入射する場合は、受光面に対して直角に入射
しないことにより、収集効率が悪くなる。

【００２４】そこで、図４に示すように仰角θを可変で
きる太陽光反射機構４８を架台４１に搭載し、該太陽光
反射機構４８の反射面が太陽の移動に追従するように架
台４１を旋回させると共に、太陽の高度により太陽光反
射機構４８の仰角θを変えることにより、該太陽光反射
機構４８の反射面で反射された反射光１１’も太陽光集
熱器１０の受光面で集光できるようになる。これによ
り、太陽光利用淡水化装置をより効率的に運転すること
が可能となる。

【００２５】また、太陽光反射機構４８の反射面を焦点
距離の長い凹状曲面に形成し、太陽光を数倍に収束させ
て太陽光集熱器１０の受光面に灯光するように構成して
もよい。

【００２６】なお、上記実施形態例では、架台４１を回
転軸４２に固着し、モータ４７により回転させるように
構成しているが、これに代えて円形のモノレールや軌道
を用い、太陽光集熱器１０を太陽光入射方向に相対する
ように旋回又は周回させるように構成してもよい。

【００２７】また、太陽光利用淡水化装置を設置する場
所の緯度や運転する季節によって、朝と夕方を中心に淡
水化装置の集熱部の背面から太陽光が入射してしまう
が、太陽光入射方向と相対するように太陽光集熱器１０
を旋回させることで解決できる。

【００２８】また、仰角θを可変できる太陽光反射機構
を日中対応用に集熱部の下部だけでなく、朝又は夕対応
用に上部にも取り付けることで更に効率的に運転するこ
とができる。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように各請求項に記載の
発明によれば下記のような優れた効果が得られる。

【００３０】請求項１に記載の発明によれば、太陽光利
用淡水化装置の集熱部を保持し水平方向に旋回可能な架
台を備えることにより、集熱部を太陽の東西方向の移動
に追従させて日周的に旋回させることができ、効率の良
い淡水化装置が実現できる。

【００３１】また、請求項２に記載の発明によれば、架
台を旋回させる旋回機構を設けることにより、集熱部を
日周的に太陽の東西方向の移動に追従させることが容易
となる。

【００３２】また、請求項３に記載の発明によれば、太
陽光を反射して集熱部に投光する仰角可変の太陽光反射
機構を設けたので、簡単な構成で、集熱効率を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽光利用淡水化装置の概略構成
例を示す図である。

【図２】本発明に係る太陽光利用淡水化装置の概略構成
例を示す図である。

【図３】本発明に係る太陽光利用淡水化装置の概略構成
例を示す図である。

【図４】本発明に係る太陽光利用淡水化装置の概略構成
例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 太陽光集熱器 １１ 太陽光 １１’ 反射光 １２ エネルギー収集部 １３ 熱媒体 ２０ 蒸発缶 ２１ 缶胴 ２２ 原水 ２３ 水蒸気 ３０ ベースン型太陽光蒸留器 ３１ 原水 ３２ 水盤 ３３ 空気遮蔽体 ３４ 水蒸気 ３５ 蒸留水 ３６ 蒸留水 ４０ 淡水貯留タンク ４１ 架台 ４２ 回転軸 ４３ 軸受装置 ４４ 歯車 ４５ 歯車 ４６ 減速機 ４７ モータ ４８ 太陽光反射機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽光を受け熱媒体が状態変化を伴いつ
   つ循環する閉鎖系からなる集熱部と、該集熱部の熱媒体
   で原水を蒸発させて水蒸気を得、該水蒸気を凝縮させて
   淡水を製造する太陽光利用淡水化装置において、 水平方向に旋回可能な架台を設け、少なくとも前記集熱
   部を該架台に搭載したことを特徴とする太陽光利用淡水
   化装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の太陽光利用淡水化装置
   において、 前記集熱部を太陽光入射方向に相対するように周日的に
   前記架台を旋回させる旋回機構を設けたことを特徴とす
   る太陽光利用淡水化装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の太陽光利用淡水化装置
   において、 太陽光を反射して前記集熱部に投光する仰角可変の太陽
   光反射機構を設けたことを特徴とする太陽光利用淡水化
   装置。