JP2001514573A - 太陽エネルギを用いて海水または汽水を脱塩もしくは蒸留するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 太陽エネルギを用いて海水または汽水を脱塩もしくは蒸留するための装置であって、太陽熱集熱器と熱交換器とから成る閉じた循環路が設けられていて、該循環路内を熱担持媒体が循環しており、処理されるべき海水または汽水が供給される槽が設けられており、該槽内に、海水または汽水を加熱および蒸発させるための熱交換器が配置されており、冷却面が設けられていて、該冷却面が上昇する蒸気を凝縮させるために前記槽の上方に位置しており、集水器が設けられいて、該集水器が凝縮水を補足するために、冷却面の下側の部分領域に配置されており、この場合、太陽熱集熱器が冷却面に対して上方に間隔を保って、該冷却面を日陰にするように配置されており、前記冷却面が熱伝導性材料から形成されており、前記冷却面と太陽熱集熱器との間に位置する中間室は、周囲の空気がこの中間室を側方から貫流するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 太陽エネルギを用いて海水または汽水を 脱塩もしくは蒸留するための装置 本発明は、太陽エネルギを用いて海水または汽水を脱塩もしくは蒸留するため の装置であって、 太陽熱集熱器と熱交換器とから成る閉じた循環路が設けられていて、該循環路 内を熱担持媒体が循環しており、 処理されるべき海水または汽水が供給される槽が設けられており、該槽内に、 海水または汽水を加熱および蒸発させるための熱交換器が配置されており、 冷却面が設けられていて、該冷却面が上昇する蒸気を凝縮させるために前記槽 の上方に位置しており、 集水器が設けられいて、該集水器が凝縮水を補足するために、冷却面の下側の 部分領域に配置されている形式のものに関する。 地中海にある所定の島々ならびにその他の地域において飲料水が不足している ことは知られている。飲料水不足の問題は、大陸からの飲料水の輸送によってか 、または様々なエネルギを利用する方法（例えば海水を浸透圧の転換に基づく方 法を用いた脱塩）によって暫定的に解決される。また古典的な別の方法によれば 、槽内の海水を日光によって直接、つまり同時に被覆 部として働くガラス板または透明シートを介して加熱して、この際に水の蒸発お よび凝縮水の捕捉が前記ガラス板被覆部を用いて行われるようになっている。こ のような形式の脱塩に関する最新の技術は、米国特許第４２３５６７９号明細書 、同４３４３６８３号明細書、同第４５２５２４２号明細書およびドイツ連邦共 和国特許第４３２１１９２号明細書に記載されている。 これらの古典的な方法では、非常に多くのエネルギを必要とするか、もしくは 太陽エネルギを用いる方法に関しては効率が非常に悪い。なぜならばこれらの公 知の構造では、一方では太陽によって加熱される同じ被覆部（ガラス板）が同時 に冷却面として働き、他方では、蒸発した水の損失が非常に高いからである。さ らにこのような方法では、限定的な効率しか得られないので、必要な要求に応じ ることはできない。 そこで本発明の課題は、最小限の所要スペースで、従来の解決策よりも著しく 高い効率を有する、海水または汽水を脱塩もしくは蒸留するための装置を提供す ることである。 この課題は、太陽熱集熱器が冷却面に対して上方に間隔を保って、該冷却面を 日陰にするように配置されており、前記冷却面が熱伝導性材料から形成されてお り、前記冷却面と太陽熱集熱器との間に位置する中間室は、周囲の空気がこの中 間室を側方から貫流するよ うになっていることを特徴とする、冒頭に記載の形式の装置によって達成される 。 このような形式で、太陽熱集熱器と冷却面とを重ねて配置したことによって得 られるスペースは、同時に、冷却面を日陰にし、ひいては冷却面を冷却するため にも利用される。この場合、太陽熱集熱器と冷却面との間の中間室を空気が自由 に貫流することによって、冷却面の冷却効果は著しく高められる。本発明の装置 では公知の構造に対して同じ設置面で著しく高い作業効率が得られる。 本発明の装置の有利な実施態様では、太陽熱集熱器が水平に対して傾けられて おり、冷却面が太陽熱集熱器よりも大きく傾斜されているので、中間室が上方に 向かってノズル形状に先細りしている。これにより空気循環が、後で詳説するよ うに、前記中間室によって著しく高められる。 蒸気を搬送するために、有利には槽と冷却面との間の空間が全面的に閉鎖され ていて、この空間を真空ポンプを用いて負圧下にさらすことができる。 別の実施例では、冷却面が鉛直断面図で見て波形の形状を有していて、集水器 が前記波形の谷部の下方に間隔を保って延びる収容樋として、または被覆された 目の細かい、連続的に延びるネットとして形成されている。 槽が鉛直断面図で見て、下方に向かって先細りする 楔形であると特に有利である。このような円錐形状の構造によって海水または汽 水が槽に流入する際に、槽底部における沈殿した堆積物を搬送する循環流を引き 起こす。 槽の底部に、濃塩水もしくはそれに類するもののような残留物を搬送するため の、トラフ形チェーンコンベアに通じるスクリュコンベアが設けられているので 特に好都合である。 装置が特に海水を脱塩するために使用されている場合、本発明による別の有利 な実施態様によれば、槽がほぼ海面と同じ高さに位置しており、満潮時には貫流 し干潮時には貫流しない接続管路を介して海と連通している。これにより干潮お よび満潮を、槽の自動的なバッチ式の供給循環を形成するために利用することが できる。 選択的に接続管路に接続された供給ポンプを介して、槽に海水または汽水貯水 場所例えば岸辺の泉から海水または汽水を供給することができる。 装置の高い効率に基づいて、本発明の別の実施態様では閉じた循環路内で、太 陽熱集熱器と熱交換器との間に、冷却室を運転するための吸収器が介在されてい るか、またジェネレータを運転するための蒸気タービンが介在されていて、この 吸収器または蒸気タービンは日差しが弱い際にはバイパス切り替えによって橋絡 可能になっている。 付加的に、光電集電器が装置の給電可能な部分を運転するために設けられてい るので、装置全体は自給自足可能である。 さらに本発明の別の有利な実施例によれば、接続管路が、槽に開口する手前で 、冷却面に対して熱を伝導するように配置された別の熱交換器を介して案内され ている。このように形成されていれば、冷却面は処理される海水または汽水の低 い出発温度に基づきより強く冷却することが可能であり、同時に前記海水または 汽水を予加熱することができるので本装置の効率をさらにあげることができる。 次に図面に基づき本発明の実施例を詳説する。 第１図は本発明の装置を部分的に断面して図示した正面図、 第２図は第１図に図示した装置を第１図のＢ−Ｂ線に沿って断面した水平方向 断面図、 第３図は第１図に図示した装置のＡ−Ａ線に沿って断面した鉛直方向断面図、 第４図は第３図の詳細Ｘに相応する冷却面の部分的な横断面図であり、 第５図は第３図に相当する本発明の装置の第２の実施例の鉛直方向断面図、 第６図は第５図による装置の熱担持媒体回路の回路図である。 第１図から第４図までには、本発明の装置の第１実 施例が示されており、特に冷却室１５を運転するための吸収器（Ａｂｓｏｒｂｅ ｒ）５を付加的に介在する装置の変化実施例に関するものである。太陽熱集熱器 ２が、閉じた循環路内に配置された特殊な担持媒体（例えば一種の鉱油；Ｍｉｎ ｅｒａｌｏｅｌ）を約２００℃に加熱する。この担持媒体は、冷却室15で冷却効 果をもたらすための吸収器５に供給される。次いで吸収器５でエネルギが放出さ れることによって約９０℃〜１００℃にまで冷却された担持媒体は、海水で充填 された海水槽（汽水槽）１１の下半分の領域に位置している熱交換器６に供給さ れる。温度補償によって熱交換器６内の担持媒体が海水槽１１内の水温にまでさ らに冷却された後で、真空ポンプもしくは循環ポンプ７によって循環路が閉鎖さ れるので、冷却された担持媒体は太陽熱集熱器２に再循環される。なお海水槽１ １内の水温は、この海水槽１１を海と連通する接続管路４を介して海水が新たに 供給された場合には約２０℃となり、海水の供給が中断された後には、温度補償 によって約６０℃〜７０℃にまで再び暖められる。 海水槽１１に存在する海水は、連続して暖められることによって蒸発される。 暖かい空気層は他の空気層より軽く、上昇していくという自然な対流によって、 蒸発した淡水を含有した（飽和された）空気層は、ステンレス金属（例えばアル ミニウム）から成る波形の冷却面３に供給され、この冷却面３で凝縮される。凝 縮水を相応に収集させると水滴が形成され、水滴は冷却面３の波形の勾配（第４ 図の詳細Ｘを参照）によって波形の谷部に流れ、下方に向かって滴下する。これ らの水滴は、（凝縮水は酸素を多く含有しているので錆び付くのを防止するため ）プラスチックから成る集水器１３に集められ、収集樋を介して、備え付けられ た淡水槽１２に案内される。 海水槽１１で常に蒸発させていることによって、海水層１１に残留している海 水には塩が多量に含有（飽和）されており、数日後には海水層１１の底部に濃塩 水８が形成される。この濃塩水８は要求に応じて周期的に取り除かれてよい（濃 塩水８の除去によって生じた自由な空間に後補充するために、例えば満潮時に行 われる）。濃塩水８は、海水槽１１の底部に組み込まれたスクリュコンベア９に よって、海水槽１１の側方に挿入されたトラフ形チェーンコンベア１０に搬送さ れる。また滴下手段を備えたトラフ形チェーンコンベア１０によって濃塩水８は 、屋外で乾燥させるために小さなコンテナを用いて平らな皿（図示されていない ）に積載される表面に搬送される。これによってこの装置を運転した場合に副産 物として、市場で売り出すことのできる塩が製造される。 海水槽１１は円錐形状に形成されているので、海水供給時毎に海水が流入する ことによって、海水槽１１内で水の循環運動が生じ、この循環動が海水槽底部の 濃塩水８を一掃させるかもしくは収集させるために働く。海水槽１１の寸法は要 望に応じて規定することができ、同様に高さａと幅ｂとの比は実験によって経験 的に求めることができる。 海水槽１１を海と連通させる接続管路４は海水槽１１の斜面の内側で水平な状 態で終わっている。この接続管路４の他方の端部は、海中で下方に向かって湾曲 されていて、つまり岸から少なくとも２００ｃｍ離れており、しかも水の中に常 に（干潮時の海水面が最も低い位置においても）少なくとも５０ｃｍは浸潰して いるようになっている。これにより、一方では漂っている堆積物の、他方では砂 の海水槽１１への到達を防止できる。海水槽１１への海水の供給は自動的に行わ れる。海水の供給は満ちていく潮が接続管路４の水平な管路部分の下縁部に達し た時に始まり、引き潮が接続管路４の水平な管路部分の同じ下縁部に達した時に 、つまりこの場合空気が海水槽１１側から接続管路４に入り込みサイホン効果が 中断された時に終わる。海水の供給が中断されるのは必要なことであり、これに より長期にわたって海水槽１１の水が蒸発に必要な温度に達することができるか 、もしくは蒸発に必要な温度を維持することができる。暖かい水の層はほぼ水面 あたりにあるので、新しい水が供給されるたびにこの暖かい水の層は容易に冷却 され、それによって蒸発プロセスは抑制されるか、もしくは中断されてしまう。 接続管路４の管片が海中に開口する手前に、目の細かい網が張られ、これによ り魚が海水槽１１の内部に入り込まない。さらに接続管路４には、封止コック１ ４が設けられている。これにより冬期および日差しが弱い間に、高温時に形成さ れ得るあらゆる海洋微生物およびその他の堆積物を海水槽１１および機械設備か ら徹底的に洗浄することができるように、海水の供給を中断することができる。 冷却面３に対する太陽熱集熱器２の配置は、西を向いているように選択されて いると有利である（地中海地方）。この太陽熱集熱器２は、下方と切り離された 通り抜け可能な、冷却面３の被覆部として形成されている。太陽熱集熱器２と冷 却面３との間の空間は、側方全てで開放されているので、風がどの方向から来よ うとも簡単に冷却面３に到達することができる。風が止んでいる場合でも、太陽 熱集熱器２と冷却面３との間に空気流を発生させるために、太陽熱集熱器２は冷 却面３の傾斜に対して傾けられており、これによって太陽熱集熱器２と冷却面３ との中間室が楔形をなすか、もしくは一種のノズル効果が生じるように成ってい る。ノズル形状部の最も狭い位置である冷却面３の上方側では、空気が周囲より も強く暖められ、楔形を介してこの位置で空気流の速度が高められる。従ってよ り早い空気循環が行われ、常に新しい空気が供給されてよりよい冷却効果が得ら れる。さらに太陽熱集熱器 ２の面の大きさは、つねに冷却面３を日陰におくことを保証するように設計され ている。 第５図および第６図には、本発明の装置の第２実施例が示されており、特に電 気的なジェネレータ１６を運転するために蒸気タービン５’が付加的に介在され ている変化実施例に関するものである。太陽熱集熱器２は、この変化実施例のた めの閉じた循環路内に位置する、担持媒体として働く特別な冷却媒体（例えば臭 化リチウム−水溶液）を約２００度にまで加熱し、４０バール（ｂａｒ）の圧力 を生ぜしめる。この担持媒体は、ジェネレータ１６の運転のために使用される蒸 気タービン５’に供給される。次いで蒸気タービン５’におけるエネルギの放出 によって９０度から１００度にまで冷却された担持媒体は、真空復水器（凝水器 ）６’に供給される。この真空復水器６’は熱交換器として、海水で充填された 海水槽１１内に位置している。さらに担持媒体は真空復水器６’で温度補償によ って海水槽１１内の水の温度にまで冷却された後で、真空ポンプ７を介して負荷 のもと液体化器１５’に供給される。冷却された担持媒体はこの液体化器１５か ら再び太陽熱集熱装置２に到達し、１循環を終える。 さらに第５図および第６図の実施例には、海水の海水槽１１への選択的な供給 形式が示されている。海水槽１１は、接続管路４を介して海水または汽水の貯水 場所、例えば海、岸辺の泉（Ｕｆｅｒｂｒｕｎｎｅｎ）１４’’、湿地もしくは 沼地等から、接続管路４に接続された給水ポンプ１４’を用いて供給されている 。海水槽１１へのバッチ式の供給を補償するために、有利にはこの給水ポンプ１ ４’は断続的に運転される。 さらに処理されるべき海水または汽水の低い出発温度は、冷却面３を予冷する 、もしくは処理されるべき水を予加熱するために利用することができる。この目 的のために第５図で示すように、接続管路４は別の熱交換器１７を介して案内さ れていてよい。この別の熱交換器１７は、冷却面３に対して熱を伝導するように 配置されていて、例えば冷却面３の下方で冷却面３と集水器１３との間に位置し ている。 さらに冬期もしくはタ刻時において、全ての変化実施例で、淡水を製造するこ とが可能である。冬期もしくはタ刻時のように日差しの弱い期間は、電子的な制 御によって担持媒体がバイパス切替部（図示されていない）を介して、吸収器５ もしくは蒸気タービン５’を通らず直接海水槽１１の熱交換器６，６’に供給さ れるので、担持媒体が少ししか暖められなかった場合でも海水槽１１内の海水を 再び加熱し、長い期間にわたって蒸発、つまり淡水をつくるための十分なエネル ギを有することが可能である。また夜間にさえも淡水をつくることが可能である 。なぜならば夜間は同時に 外気の温度も低下し、そのため冷却面３は同様により著しく冷却されるので、日 中に暖められた海水は３０℃の領域まで温度が低下することによって凝縮するこ とができるからである。 もちろん、吸収器５も蒸気タービン５’も接続されていないものも可能である 。つまり閉じた熱担持媒体循環路が、単に太陽熱集熱器２と、熱交換器６と、必 要とあらば循環ポンプ７とだけから構成されていてもよい。 海水槽１１と冷却面３との間の空間は有利には全ての側で閉鎖されていて、真 空ポンプ１２’を用いて負圧下にさらすことができる。なおこの真空ポンプ１２ ’は同時に集水器１３の収集樋の凝縮水を流出させ、凝縮水を淡水槽１２に導入 させる。 この装置には、さらに太陽エネルギから電流を作りだす光電集電装置１が設け られている。この電流は循環ポンプ７、真空ポンプ１２’、給水ポンプ１４’お よび装置の制御装置全体のために使用される。このため本システムはエネルギに 関しては自給自足できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 太陽エネルギを用いて海水または汽水を脱塩もしくは蒸留するための装置 であって、 太陽熱集熱器（２）と熱交換器（６，６’）とから成る閉じた循環路が設けら れていて、該循環路内を熱担持媒体が循環しており、 処理されるべき海水または汽水が供給される槽（１１）が設けられており、該 槽（１１）内に、海水または汽水を加熱および蒸発させるための熱交換器（６， ６’）が配置されており、 冷却面（３）が設けられていて、該冷却面（３）が上昇する蒸気を凝縮させる ために前記槽（１１）の上方に位置しており、 集水器（１３）が設けられいて、該集水器（１３）が凝縮水を補足するために 、冷却面（３）の下側の部分領域に配置されている形式のものにおいて、 太陽熱集熱器（２）が冷却面（３）に対して上方に間隔を保って、該冷却面（ ３）を日陰にするように配置されており、 前記冷却面（３）が熱伝導性材料から形成されており、 前記冷却面（３）と太陽熱集熱器（２）との間に位置する中間室は、周囲の空 気がこの中間室を側方から貫流するようになっていることを特徴とする、太陽エ ネルギを用いて海水または汽水を脱塩もしくは蒸留するための装置。 2. 太陽熱集熱器（２）が水平に対して傾けられており、冷却面（３）が太陽 熱集熱器（２）よりも大きく傾斜されていて、これによって中間室が上方に向か ってノズル形状に先細りしている、請求項１記載の装置。 3. 槽（１１）と冷却面（３）との間の空間が、全面的に閉鎖されていて、こ の空間を真空ポンプ（１２’）を用いて負圧下にさらすことができる、請求項１ または２記載の装置。 4. 冷却面（３）が鉛直断面図で見て波形の形状を有していて、集水器（１３ ）が前記波形の谷部の下方に間隔を保って延びる収容樋として、または被覆され た目の細かい、連続的に延びるネットとして形成されている、請求項１から３ま でのいずれか１項記載の装置。 5. 槽（１１）が鉛直断面図で見て、下方に向かって先細りする楔形である、 請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。 6. 槽（１１）の底部に濃塩水もしくはそれに類するもののような残留物（８ ）を搬送するためのトラフ形チェーンコンベア（１０）に通じるスクリュコンベ ア（９）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。 7. 海水を脱塩するための装置であって、槽（１１）がほぼ海面と同じ高さに 位置しており、満潮時には貫流し干潮時には貫流しない接続管路（４）を介して 海と連通している、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。 8. 接続管路（４）に接続された供給ポンプ（１４’）を介して、槽（１１） に、海水または汽水貯水場所例えば岸辺の泉（１４”）から海水または汽水が供 給されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。 9. 閉じた循環路内で、太陽熱集熱器（２）と熱交換器（６）との間に、冷却 室（１５）を運転するための吸収器（５）が介在されているか、またはジェネレ ータ（１６）を運転するための蒸気タービン（５’）が介在されている、請求項 １から８までのいずれか１項記載の装置。 10．吸収器（５）もしくは蒸気タービン（５’）が、日差しが弱い際にはバイ パス切り替えによって橋絡可能にされている、請求項９記載の装置。 11．光電パネル（１）が、真空ポンプ（１２’）、供給ポンプ（１４’）およ び閉じた循環路の循環ポンプ（７）等の装置の給電可能な部分を運転するために 設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。 12．接続管路（４）が、槽（１１）に開口する手前 で、冷却面（３）に対して熱を伝導するように配置された別の熱交換器（１７） を介して案内されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。