JP2010194500A

JP2010194500A - 淡水化装置

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Publication number: JP2010194500A
Application number: JP2009044851A
Authority: JP
Inventors: Koichi Haga; 浩一羽賀
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP5298949B2

Abstract

【課題】太陽光及び風力のみをエネルギー源とし、海水を蒸発させて冷却する蒸留法により淡水を得る。
【解決手段】海水揚水手段Ａと、海水を予備加熱すると共に異物を除去する前処理手段Ｂと、海水淡水化手段Ｃとで構成される。海水揚水手段Ａは動力源であるスターリングエンジン１２を備える。前処理手段Ｂは、海水予備加熱部Ｂ１と、異物を沈澱させる分離部Ｂ２と、海水予備加熱部Ｂ１を加熱するための太陽光反射板２２とを備える。海水淡水化手段Ｃは、高速回転して微細な海水の水滴を形成する霧噴霧ドラム４７と、その水滴を高温に蒸発させる加熱蒸発容器５０と、この加熱蒸発蒸気５０を太陽光で加熱するための反射板５２と、蒸発した水蒸気が冷却される冷却ラジェター４５と、冷却ラジェター４５を空冷し霧噴霧ドラム４７を回転させる風車４３と、水蒸気が液化して得られた淡水を保存する淡水収容容器とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光、風力等の自然エネルギーを用いて海水などを淡水化する淡水化装置に関する。

海水などの淡水化技術は数十年前から多くの研究機関、企業などで実施され、中近東や東南アジアには大型の淡水化プラントが構成されている。淡水化の手法には各種の方法が実施されている。一般的に消費エネルギーが少ない方法は逆浸透法である。この方法は、汚泥、砂、ゴミ等の不純物に弱く、事前に何段ものフイルタリングが必要とされている。

簡便な方法として単蒸留法があるが、エネルギー効率が低く、これを改善する方法として減圧環境で水の蒸発率を向上させる多段効用蒸発法、多段フラッシュ蒸発法が挙げられる。しかし、これらの方法の全ては、膨大な電気エネルギーが必要とされ、水力を使うことが出来ない地域では、電気エネルギーの取得に石油を大量に消費する火力発電が使われていた。従って、これらの設備を設置するには、産油国である中近東が最も好ましいとされている。

以下、各方法の概略について説明すると、前記逆浸透法は、海水を圧力をかけて逆浸透膜と呼ばれる濾過膜の一種に通し、海水の塩分を濃縮して捨て、淡水を漉し出す方式であり、エネルギー効率に優れている。反面、メンテナンスが難しく、コスト高となる。消費エネルギーは0.69ｋｗｈ/ｍ³程度である。

単蒸留法は、海水を加熱して蒸発させその後冷却して蒸留水を取り出す方法であり、高温が必要となりエネルギー効率が悪い。手法としては簡単だがエネルギー効率が低い。消費エネルギーは626ｋｗｈ/ｍ³程度である。

多重効用蒸発法は、単蒸留法で得られたエネルギーを再利用する方法であり、エネルギー効率は大幅に向上する。反面、減圧装置も必要となり、装置が大型化する。消費エネルギーは63ｋｗｈ/ｍ³程度である。

多段フラッシュ蒸留法は、単蒸留法と減圧法を組み合わせて蒸留効率を向上させる方法であり、減圧による海水の蒸発効率を上昇させてエネルギー効率を上昇させる。反面、全ての蒸留に減圧システムが必要で、装置が大型化する。消費エネルギーは42ｋｗｈ/ｍ³程度である。

冷凍法は、冷凍により海水から氷を作り、淡水化する方法であり、淡水化効率が高い。反面、大型の冷凍機が必要となる。消費エネルギーは93ｋｗｈ/ｍ³程度である。

アフリカ、東南アジア等の電力供給が乏しい地域では、海水の淡水化の恩恵を受けることが難しく、数十キロも移動して地下水を確保するという生活を強いられていた。また、これらの地域に居住する人々は汚れた河川や沼の水を飲料水に用いている。

アフリカ地域の地下水の供給源はキリマンジェロ等の高山に存在する氷河に依存することが多い。しかし近年の温暖化の影響を受け、高山の氷河の殆どが消滅し、地下に蓄えられている地下水も数年後には枯渇することが懸念されている。これらの飲料水の確保には地球上の水資源の97.47％を占める海水を淡水化して利用することが尤も好ましい。また、淡水化の手法としては、地球温暖化の原因となる火力発電等の炭素エネルギーを利用するのではなく、地球に無限に降り注ぐ太陽エネルギーの利用と陸と海の温度差による風力を利用することが地球規模の環境改善にも貢献できるものと思われる。

特開２００４−１６０３０１号公報

日刊工業新聞２００８年７月４日掲載記事「太陽光利用し淡水化」

海水の淡水化を実現するためのエネルギー源は、一般的に大量の石油エネルギーを消費する火力発電に依存することが多い。しかし、この方法は産油国の特権であり、電力供給さえ覚束ないアフリカや東南アジアの地域では極めて難しい。この課題を解決する手段として、太陽光の利用が叫ばれている。

昭和５９年のNEDOのプロジェクトにも太陽光を利用した海水の淡水化についての記載がある。しかしこの方法は太陽エネルギーによる単蒸留法の域を出ておらず、単蒸留法固有の大量な消費エネルギーのために、実用化には至らなかった。

上記特許文献１は太陽熱を利用して海水を淡水化する装置であって、上部を透光部材で形成した海水貯留用の容器と、前記容器の内部に設けた回転ドラムと、前記容器の内部を減圧する吸引ポンプと、前記容器内で発生する水蒸気を容器に供給する前の海水と熱交換する熱交換器と、前記容器内の海水温度の測定結果に基づき前記回転ドラムの回転速度を制御する制御装置を備えたことを特徴とする淡水化装置である。

しかし、前記回転ドラムは、回転することで、表面が順次海水へ浸り、表面に海水が付着し、この付着した海水に太陽光に連続して照射して水蒸気を得るためのものであり、減圧により沸点を下げているが、回転ドラム自体は単なる海水の供給手段であり、蒸発促進には寄与していない。

また、特許文献１では、海水の揚水構造について考慮されておらず、海水に含まれる砂、汚泥、ゴミなどを分離しなければ、装置を安定して駆動することができない。

これに対して、非特許文献１には、太陽光と風力を利用した海水の淡水化システムの構成が記載されているが、汚染された河川や沼に沈殿する汚泥、ゴミが原因となり、装置を安定して駆動できない虞がある。

そこで、本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであり、ゴミ類の影響を受けず、効率よく海水を淡水化することができる海水の淡水化装置を提供することを目的とする。

本発明の淡水処理装置は、処理水を加熱すると共にゴミを除去する前処理手段と、この前処理手段で処理した処理水を淡水化する淡水化手段とを備えた淡水化装置であって、前記淡水化手段は、複数の孔を有する回転ドラムと、この回転ドラムの回転により前記孔から排出された処理水が供給される加熱領域と、この加熱領域で発生した水蒸気を冷却して淡水を得る冷却手段とを備える。

これにより回転ドラムが回転すると、内部の処理水が複数の孔から加熱領域に供給され、処理水が蒸発して水蒸気が発生し、この水蒸気が冷却されて淡水が得られる。この場合、前処理手段により処理水からゴミを除去することにより、回転ドラムの孔に目詰まりを発生することなく、安定した処理が可能となり、また、前処理手段により予め処理水を加熱しておくことにより、蒸発処理を連続して効率よく行うことができる。

また、本発明の淡水処理装置は、前記加熱領域を太陽熱により加熱する太陽熱加熱手段を備えることができる。

これにより燃料などを使用することなく加熱することができる。

また、本発明の淡水処理装置は、揚水手段を備え、この揚水手段はスターリングエンジンを有し、このスターリングエンジンの動力源である熱源は、太陽光を集光してそのエネルギーを熱源として得る。

これにより太陽エネルギーを利用して揚水を行うことができる。

また、前記前処理手段は、処理水を加熱する予備加熱部と、異物を除去する分離部とを備え、予備加熱部は太陽光の熱を熱源として処理水を加熱し、分離部はゴミ類が沈殿する沈殿部を有する。

これにより処理水を予め加熱することができ、また、処理水中の異物を沈殿処理して分離することができる。

また、本発明の淡水処理装置は、前記回転ドラムを回転駆動する風車と、この風車を回転駆動する発電機兼用駆動手段と、太陽電池と、蓄電池とを備え、風車の回転数と風の強さを計測して、強風の場合は発電機兼用駆動手段で発電した電気を前記蓄電池に充電し、弱風の場合は回転ドラムを発電機兼用駆動手段により補助駆動する。

これにより風の強さに影響を受けずに、風車を回転駆動することができる。

また、本発明の淡水処理装置は、前記処理水が海水であり、前記加熱領域に付着した塩分を除去する除去手段を有し、その除去手段の動力が風力及び／又は太陽エネルギーで供給される。

これにより海水の蒸発により残った塩分を除去して連続した淡水化処理を行うことができる。

さらに、本発明の淡水処理装置は、前記淡水化手段は、回転中心軸を縦設した前記回転ドラムと、この回転ドラムの外側に配置した前記加熱領域と、前記回転ドラムの上方に配置された前記冷却手段と、この冷却手段で液化した淡水が落下する淡水収集部とを備える。

これにより、加熱領域で発生した水蒸気が上昇し、冷却手段で冷却されて淡水となり、この淡水が淡水収集部に落下し、淡水を収集することができる。

本発明の淡水処理装置によれば、太陽光及び風力のみをエネルギー源とし、海水を蒸発させて冷却する蒸留法により淡水を得ることができる。

本発明の淡水化装置の概略を示した説明図である。同上、海水揚水部の実施方法を示した説明図である。同上、海水予備加熱及びフィルタ部の実施方法を示した説明図である。同上、海水淡水化部の実施方法を示した説明図である。同上、海水淡水化部の要部のブロック図である。

海水を淡水化する方法を、風力と太陽光のエネルギーで実施するために、海水揚水部、海水予備加熱及びフィルター部、海水淡水化部を組み合わせ、それらの部分の可動情報を電気信号により相互にやり取りして高効率な淡水化方法を実現した。

本発明は、淡水化に必要なエネルギーを風力、太陽エネルギーに依存していることから、電気エネルギーの供給が困難な地域においても海水の淡水化が図られることを特徴としている。また、他の淡水化法のネックとなっていた汚水、砂、ゴミが海水中にある程度存在していても、それを除去できる構造が前処理手段及び淡水化手段に存在する。さらに、淡水化手段では低い太陽エネルギーの消費量で海水などを蒸留し、淡水化する構造となっている。最後に、海水を海から揚水する方法についても太陽エネルギーと海水などの温度差を利用したスターリングエンジンを動力源とした揚水手段を有している。

また、本発明の海水の淡水化の原型となる古来の単蒸留法が多くのエネルギーを消費する最大の理由は、水分が十分に蒸発する80〜100℃の温度を確保する必要があることである。また、水の蒸発は海水が入っている容器の水面でしか起こらないことから、蒸発面積が限定されてしまうこと、海水の蒸発した蒸気が容器内部にたまり飽和蒸気圧となってしまい蒸発量が確保できないという事も大きな理由となっている。この問題の従来の解決手段として、スプレーノズルから微細な水滴を噴出させ、その水滴全体を太陽光により加熱するという方法、超音波振動子を用いて霧状の水滴を発生させる方法等が提案されている。前者はゴミがスプレーノズルを詰まらせてしまうこと、後者は電力の供給そして超音波振動子が高温に適さないことから常温付近で霧状の水滴が発生してしまうこと等の問題がある。本発明はこれらの欠点を払拭するために、円筒形の回転体たる霧噴霧ドラムに開けた微細な孔より、霧噴霧ドラムが回転することによる遠心力により、微細な水滴が高温蒸発部位に噴霧され気化する仕組みとなっている。この構造は霧噴霧ドラムの回転数、孔の径により水滴の大きさをコントロールでき、霧噴霧ドラムに開けられた孔の数と面積が大きいことより、ゴミ、砂等が孔を詰まらせる確率がスプレーと比べて極めて少ない。本発明の実現には、海水揚水部、海水予備加熱及びフィルタ部、海水淡水化部の３つの機能を組み合わせることにより、少ない太陽光エネルギーでより高効率に淡水化が実現可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例について説明する。図１に示すように、本発明の海水の淡水化装置は、海水揚水手段Ａと、処理水たる海水を予備加熱すると共に処理水からゴミ類を除去する前処理手段Ｂと、海水淡水化手段Ｃの３つの部位を統合して実現できる。

図２は、本発明装置の実施例１中の海水揚水手段の断面図であって、１は加熱容器、２は太陽光反射板、３は塩水導入口、４はスターリングエンジンのディスプレーサピストン、５はスターリングエンジンの出力ピストン、６はスプリング、７はスプリング、８は摺動揚水ポンプ、９はポンプ排出口、１０は断熱材、１１は冷却容器である。尚、前記反射板２は凸状湾曲反射面を有する集光板である。

前記加熱容器１及び冷却容器１１の中は、熱伝導性の優れたＨｅ等の不活性ガスで充満されている。前記加熱容器１の下部には前記反射板２が外装され、この反射板２に照射された太陽光が収束して前記加熱容器１を加熱し、加熱容器１全体が高温となる。前記加熱容器１の下部には冷却容器１１が連続して設けられ、この冷却容器１１は水中たる海水中に位置し、海水の温度で冷却されている。前記加熱容器１と前記冷却容器１１との間には、両者間の温度差を保持するために断熱材１０が挿入されている。この断熱材１０は浮力を有する素材で構成され、海水揚水部Ａの断熱材１０の面と海面の水位Ｈが略一致する構造となっている。前記加熱容器１と前記冷却容器１１の温度差が内部のＨｅガスを加熱、冷却させ、前記ディスプレーサピストン４と前記出力ピストン５を動作させる。前記スプリング７はディスプレーサピストン４の動作を調整し、前記スプリング８は出力ピストン５の動作を調整し、これらスプリング７，８により、前記ピストン４，５の動作時間のタイミングを微妙にずらすことによりスターリングエンジン１２を動作させる。このスターリングエンジン１２の動作エネルギーは揚水ポンプ８を動作させ、揚水ポンプ８の下部から吸い上げた海水は、圧力が加えられポンプ排出部９から排出される。

このように海水揚水手段Ａは、太陽熱と海水との温度差を利用して駆動するスターリングエンジン１２を動力源として使用する。前記加熱容器１が加熱部分であり、前記冷却容器１１が冷却部分であり、前記加熱容器１は太陽光を集光させるための反射板２あるいは集光レンズの少なくとも１種を有し、その温度は100℃以上となる。前記冷却容器１１は海水中に埋没させることにより、20℃以下の温度を保持させる。加熱容器１と冷却容器１１の間には熱を遮蔽する前記断熱材１０があり、加熱容器１と冷却容器１１の温度差を維持させる。海水揚水手段Ａの内部には、加熱容器１と冷却容器１１を交互に行き交う前記デイスプレーサピストン４と出力ピストン５，５が存在し、それらピストン４，５，５の動作は、ピストン内部にあるスプリング６，７，７により調整されている。前記デイスプレーサピストン４の下部には摺動型の揚水ポンプ８が設置されており、海水を前処理手段Ｂへと移動させる。尚、摺動型の揚水ポンプ８の塩水導入口３には大型のゴミや汚泥を除去する荒いフィルター（図示せず）が設けられている。

前記海水揚水手段Ａから加圧されて排出された海水は、図３の海水予備加熱及びフィルタ部である前処理手段Ｂに導入される。２１が加熱容器、２２が太陽光反射板、２３が塩水導入口、２４が汚泥やゴミなどの沈澱容器、２５が回転中心、２６が加熱塩水排出口、２７が水位検出用浮子、２８が加熱塩水排出用固定パイプ、２９が加熱塩水排出用可動パイプ、３０が加熱塩水導入口である。塩水導入口２３から導入された海水は加熱容器２１に注水される。尚、前記反射板２２は凸状湾曲反射面を有する集光板である。

前記海水予備加熱及びフィルタ手段Ｂは、上部に略円筒状の前記加熱容器２１を備え、この加熱容器２１の下部に前記太陽光反射板２２を設け、前記加熱容器２１の下部に前記排出用固定パイプ２８を縦設し、この排出用固定パイプ２８の上部に、前記排出用可動パイプ２９を摺動自在に挿入連結し、この排出用可動パイプ２９の上部に前記浮子２７を設け、加熱容器２１内の水位Ｈにより浮子２７が上下することにより、可動パイプ２９が上下動する。前記可動パイプ２９の上部には加熱塩水導入口２３が設けられ、この加熱塩水導入口２３は前記浮子２７の下部に位置し、水面位置近傍の海水が前記加熱塩水導入口２３に導入される。

前記加熱容器２１の下部には、前記沈殿容器２４が連通して設けられている。前記加熱容器２１と固定パイプ２８と沈殿容器２４は一体に設けられ、これら加熱容器２１と固定パイプ２８と沈殿容器２４は、脚体３３に対して、前記回転中心２５を中心に３６０度傾動可能に設けられている。

そして、海水に含まれる重量の重い汚泥、砂、ゴミ等は沈澱容器２４内に沈澱する。この沈殿容器２４は加熱容器２１が太陽光に追尾して傾いても加熱容器２１中に逆流しない円柱状の容器となっており、一端にフランジが設けられ、このフランジに蓋体３１が着脱自在に設けられている。加熱容器２１はパラボラ形状の太陽光反射板２２からの収束した太陽光により加熱され、内部の海水を高温にする。高温となった海水は加熱容器２１中で対流を起こし、細かい砂は中心の加熱塩水排出用可動パイプ２９にぶつかり沈澱容器２４へと排出される。また、高温の海水は対流により水面付近に集まることになる。高温の海水は加熱塩水導入口３０を経由して、加熱塩水排出用固定パイプ２８から排出され、海水淡水化手段Ｃへと導入される。加熱塩水導入口２３は水位検出用浮子２７により、水面近傍の位置にあり、水面の低下と共に移動する。

また、水位検出用浮子２７の下部には、上方に向かって拡大するテーパ面２７Ａが形成され、このテーパ面２７Ａにフッ素樹脂などを塗布することにより摩擦を低減している。したがって、軽いゴミはテーパ面２７Ａに沿って浮上し、浮子２７の外側に移動するため、水面に浮遊するゴミを加熱塩水導入口２３から遠ざけることができ、海水予備加熱及びフィルタ手段Ｂから排出される海水は、高温で、かつ、汚泥、砂、ゴミ等の物質が混入しないものとなる。

さらに、前記海水揚水手段Ａと前処理手段Ｂとの間には、制御されたバルブ３２が配置され、前処理手段Ｂの加熱容器２１中の水位Ｈが低下するとバルブ３２が解放され海水が注入される。この場合、海水揚水手段Ａのスターリングエンジン１２は前記水位Ｈの低下に合わせて間欠的に動作させても良いが、100％の連続稼働させる場合は、前処理手段Ｂより高度の高い位置に貯水タンクを設置し、そのタンクに貯水しておいても良い。

また、前処理手段Ｂは、海水を70〜100℃の高温に加熱する海水予備加熱部Ｂ１と、海水中の砂、汚泥、ゴミを沈殿させて分離する分離部Ｂ２の２つに分けることが出来る。前記加熱領域Ｂ１では太陽光を効率的に集める前記反射板２２あるいは集光レンズの少なくとも１種が設置されている。前記分離部Ｂ２は前記沈殿容器２４を備え、前記加熱容器２１の下部に設置され海水の上澄みと沈殿物とを効率よく分離する構造となっている。また、加熱手段である反射板２２あるいは集光レンズは、太陽光を追尾する構造となっており、追尾させる動力源としてはバイメタルや形状記憶合金等の熱変性材料を用いる。また、小型の装置の場合にはセンサーで太陽の位置を検出し、反射板２２あるいは集光レンズの向きを駆動制御する構造であっても良い。次の海水淡水化手段Ｃに送水させる海水は、加熱容器２１の水面からわずかに低い部分から供給させる構造であることが望ましい。その供給方法を実現させるために、上述したように前記可動パイプ２９は、加熱容器１中の海水の水位Ｈに応じて上下に移動させる浮子２７と連動させる構造となっており、前記可動パイプ２９の浮子２７の直下に前記塩水導入口２３が設置されている。この構造は、加熱された海水の熱対流により、海水より重い汚泥、ゴミ、砂を自動的に分けることが出来、さらに、高温の海水を選択的に送水する有効な構造である。このように、前処理手段Ｂは海水の熱対流、可動パイプ２９及び浮子２７の形状を工夫することにより、汚泥、ゴミ、砂を自動的に除去し、さらに尤も高熱の海水を送水できる構造となっている。

前処理手段Ｂから排出した高温の海水は、図４の海水淡水化手段Ｃに導入される。海水淡水化手段Ｃの構成は、４１が太陽電池、４２が発電機兼用駆動手段たる回転駆動手段、４３が冷却ファン付き風車、４４が回転中心軸、４５が冷却手段たる冷却ラジェター、４６が淡水収集管、４７が霧噴霧ドラム、４８が散水管、４９が塩水保水媒体、５０が加熱蒸発容器、５１が塩回収板、５２が反射板、５３がハーネス、５４が集熱板回転治具、５５が集熱板回転駆動機器、５６が淡水冷却容器、５７が淡水収納容器、５８が塩成分排出口である。

前記太陽電池４１は機体５９の上に設けられ、この機体５９内に前記冷却ファン付き風車４３を設け、この風車４３は前記回転中心軸４４により縦設されている。また、前記機体５９の上蓋の下面に、前記回転駆動手段４６を構成する固定電磁石を設け、前記風車４３に磁石を設け、固定電磁石の磁極変化により風車４３と共に前記回転中心軸４４が回転する。前記機体５９の下部には、前記冷却ラジエター４５が固設され、この冷却ラジエター４５は略円盤型をなし、複数の凹凸部４５Ａを設けることにより表面積を多く取るように構成されている。尚、前記冷却ラジエター４５に、前記回転中心軸４４が回転可能に遊挿されている。また、風を受ける風車４３を安定して設定するため、前記機体５９と地面とを複数の前記ハーネス５３により連結している。

そして、風により冷却ファン付き風車４３を回転すると、前記冷却ファンの風により冷却ラジエター４５の上面が冷却される。

前記冷却ラジエター４５の下方には、略円筒状をなす前記加熱蒸発容器５０が設けられ、この加熱蒸発容器５０の上部５０Ａはテーパ状に縮小し、前記冷却ラジエター４５の下部に至る。尚、加熱蒸発容器５０と上部５０Ａとの間に断熱材５０Ｂを設け、加熱蒸発容器５０の下部側の熱が上部５０Ａに伝わり難くすることが好ましい。

前記加熱蒸発容器５０内には、略円筒状をなす前記霧噴霧ドラム４７が設けられ、この霧噴霧ドラム４７は前記回転中心軸４４に連結されている。また、霧噴霧ドラム４７の下部は下板４７Ａにより水密に閉塞され、下板４７Ａの下面中心が支持軸６０により回転可能に支持されている。多孔質の回転体である前記霧噴霧ドラム４７には、複数の孔（図示せず）が穿設されており、その霧噴霧ドラム４７の内周に、略円筒状の前記塩水保水媒体４９が設けられている。

前記塩水保水媒体４９は、多孔質のセラミックやステンレスの極細ワイヤを絡ませて形成したものなどからなり、前記塩水保水媒体４９の内部に供給した海水を保水するものであり、前記霧噴霧ドラム４７の孔を通過する海水の量を調整できる。

前記加熱蒸発容器５０内には、前記霧噴霧ドラム４７の上部に前記淡水収集管４６が配置され、この淡水収集管４６は、霧噴霧ドラム４７とは別体で、前記加熱蒸発容器５０内に固定されている。前記淡水収集管４６の上端には、上方に拡大する受口部６４Ａが設けられ、この拡大受口部６４と前記上部５０Ａとの間には、蒸気が通る隙間が設けられている。また、淡水収集管４６は二重管になっており、淡水収集管４６の上部４６Ｂに前記回転中心軸４４が遊挿され、二重管の間が流路４６Ｃになっている。また、淡水収集管４６の下部４６Ｄは、上部４６Ｂより大きく形成され、前記霧噴霧ドラム４７の上部開口を塞ぐように配置され、前記下部４６Ｄには、前記加熱塩水排出口２６から圧送されてきた高温の海水を前記霧噴霧ドラム４７内に供給する前記散水管４８が接続されている。

前記塩回収板５１は、前記加熱蒸発容器５０の内面を摺動することにより、その内面に付着した塩分を削り落とすものであり、塩分回収板５１の下部が駆動手段の回転体５１Ａに連結され、この回転体５１Ａは前記支持軸６０を中心に回転し、図示しない回転駆動手段が設けられている。

前記反射板５２は、前記加熱蒸発容器５０の下方に設けられ、太陽光を集光して前記加熱蒸発容器５０を加熱するものであり、反射板回転駆動機器５５により太陽の方向を向くように駆動され、太陽の方向を検出するセンサー（図示せず）と制御手段により駆動される。

海水淡水化手段Ｃに導入された高温の海水は、散水管４８に霧噴霧ドラム４７内に導入され、加熱蒸発容器５０の温度を温度センサ（図示せず）により検知しながら加熱蒸発容器５０の温度を一定に保つように注入され、この制御は図示しない制御手段により行われる。前記散水管４８から排出された高温の海水は、塩水保水媒体４９を内壁に設置した霧噴霧ドラム４７へと散水される。散水された海水は一時塩水保水媒体４９上に留まり、その後、冷却ファン付き風車４３で高速に回転している霧噴霧ドラム４７から遠心力により加熱蒸発容器５０の内周面に噴霧される。霧噴霧ドラム４７には例えば直径5mmの孔が無数に穿設されている。太陽光を集熱する反射板５２で加熱された加熱蒸発容器５０に噴霧された海水は急速に蒸発し、煙突状の加熱蒸発容器５０の上部５０Ａを上方に移動して冷却ラジュエター４５に到達する。冷却ラジュエター４５は冷却ファン付き風車４３の下部に設置された冷却ファンにより十分冷却されている。冷却ラジュエター４５に到達した高温水蒸気は急激に淡水へと変化し、淡水収集管４６を経由して土中に埋設された淡水収納容器５７へと移動する。この容器５７は、海水で満たされた海水冷却容器５６で周囲が覆われ、再蒸発することは無い。

加熱蒸発容器５０内壁に残留した塩は、冷却ファン付き風車５３から得られた動力を利用し、１時間に１度程度の頻度で塩回収板５１が回転することによりかきとる工夫がなされている。この塩は食用として容器下部に設置された溝に集められて回収する構造となっている。この場合、落下した塩分を排出手段（図示せず）により加熱蒸発容器５０の外部に排出する。

冷却ファン付き風車５３の駆動を補助する回転駆動手段４２は風車４３の上方に設置され、風車４３の回転数の低下を自動的に検知してこの回転駆動手段４２でアシストする仕組みとなっている。この回転駆動手段４２を駆動する電力源は回転駆動手段４２の上部に設置された太陽電５１である。この太陽電池４１を貼り付けた容器内部には高温でも動作する蓄電池６１が設置されており、その電力を利用して風車４３をアシストする。また、この風車４３を高速に回転できる強風が吹いている場合には、回転駆動手段４２は発電機となり、太陽電池４１と共に蓄電池６１を充電する。この充放電機能により、風が吹いていない場合でも風車が回り続ける仕組みとなる。また、全く無風の場合は風車４３の回転翼が空気抵抗を発生しないような位置に移動する仕組みも有している。

すなわち、図５に示すように、風車４３はアシスト源として回転駆動手段４２が付属し、その回転駆動手段４２は、上部に設置した太陽電池４１から得られた電気エネルギーを蓄電池６１に保存し、それを電源として利用することができ、風車４３の回転数と風の強さを計測して、強風の場合は回転駆動手段４２が発電機となり、その電気エネルギーを蓄電池６１に充電し、弱風の場合は霧噴霧ドラム４７をアシストするモータに回転駆動手段４２が切り替わり、風車４３の回転数又は風の強さをセンサ６２により検出し、制御部６３により上述した制御が行われる。

海水淡水化手段Ｃに設置された太陽光を集熱するパラボラ形状の反射板５２と太陽電池４１は太陽光を追尾する仕組みを有しており、その角度調整をバイメタル等の熱変性素子で行う。角度調整は連続的ではなく１時間程度の不連続な動作で実現する。

このように本実施例では、海水淡水化手段Ｃは砂や海水から結晶化した塩による詰まりを防ぐ目的で、比較的微細な水滴形成方法を使用する。これは、回転軸と直角方向に多孔質あるいは多くの孔が開けてある円筒容器である霧噴霧ドラム４７を、海水淡水化手段Ｃの中央に位置させ、その霧噴霧ドラム４７の内壁に、吸水性が高く、非常に軽量な塩水保水媒体４９を配置する。その塩水保水媒体４９は、金属、ガラス繊維、プラスチック、多孔質セラミックス等が考えられる。前記回転中心軸４４は、その上部に設置された風車４３とそれをアシストするモータあるいはリニアモータと直結されている。

前記微細な水滴は、塩水保水媒体４９を設置した霧噴霧ドラム４７を回転させ、その遠心力により形成させる。水滴のサイズは、霧噴霧ドラム４７の回転数、水滴が発生する孔の径で決定される。塩水保水媒体４９に供給される海水は、海水揚水手段Ａ及び前処理手段Ｂにおいて、70〜80℃に加熱されている。塩水保水媒体４９に供給される海水の量は水量制御システムで制御され、蒸発領域の温度を検知して温度が低下すれば供給量を低減させる構造となっている。霧噴霧ドラム４７から排出された高温の海水は、蒸発しやすいサイズの水滴となり、太陽熱で高温に加熱された加熱蒸発容器５０の内周面に衝突する。水滴のサイズは10μm〜500μmの範囲であり、好ましくは50μm〜200μmである。加熱蒸発容器５０の内周面に衝突した水滴は、反射板５２あるいは集光レンズの少なくとも1種を有する太陽光収束部品が蒸発領域である加熱蒸発容器５０を加熱することにより、高速に蒸発して水蒸気へと変化する。蒸発した水蒸気は、淡水化手段Ｃの煙突形状の構造により、上部の冷却部たる冷却ラジェター４５に移動する。セラミックや金属の積層構造あるいは多層構造で形成された冷却ラジェター４５は、風車４３の下部に設置した冷却ファンにより水蒸気が液化する温度まで冷却されており、冷却ラジェター４５で冷却した淡水は回転中心軸４４に沿って設置された淡水収集管４６を移動して地下に埋められた淡水収集容器５７に集められる。この容器５７は淡水の再蒸発を防ぐために地下に埋められ、この淡水収集容器５７は周囲を海水で冷却する２重構造となっており、淡水収集容器５７中に集められた淡水は殆ど再蒸発しない構造となっている。また、この淡水収集容器５７中に集められた淡水が腐敗することを防ぐために、可視光で動作する光触媒が設置される場合もある。この光触媒としては、地球環境に優しい酸化亜鉛を利用することが好ましい。

海水が蒸発すると塩分が残留することは知られている。この塩分が淡水化装置の故障の原因ともなっている。この塩分を除去する手法も重要な課題である。本装置においては塩分が最も付着する場所は、高温に加熱された蒸発領域たる加熱蒸発容器５０である。この塩分を除去しないと熱の水滴への伝導が阻害され、海水の蒸発効率が大幅に低減する。この除去方法として、本発明では、高温加熱した加熱蒸発容器５０に付着した塩分を定期的に除去する塩回収板５１を設置し、この塩回収板５１の動力を、太陽，風力及び回転駆動手段４２で供給して、機械的クラッチ構造により１〜２時間に１度程度加熱蒸発容器５０の内壁を擦り、塩分を除去する。その塩分は食用として別な位置に保存する構造を有することは言うまでもない。

以上のように本実施例では、処理水たる海水を加熱すると共にゴミを除去する前処理手段Ｂと、この前処理手段Ｂで処理した海水を淡水化する淡水化手段Ｃとを備えた淡水化装置であって、淡水化手段Ｃは、複数の孔を有する回転ドラムたる霧噴霧ドラム４７と、この霧噴霧ドラム４７の回転により孔から排出された海水が供給される加熱領域たる加熱蒸発容器５０と、この加熱蒸発容器５０で発生した水蒸気を冷却して淡水を得る冷却手段たる冷却ラジェター４５とを備えるから、霧噴霧ドラム４７が回転すると、内部の海水が複数の孔から加熱蒸発容器５０に供給され、海水が蒸発して水蒸気が発生し、この水蒸気が冷却されて淡水が得られる。この場合、前処理手段Ｂにより海水からゴミを除去することにより、霧噴霧ドラム４７の孔に目詰まりを発生することなく、安定した処理が可能となり、また、前処理手段Ｂにより予め海水を加熱しておくことにより、蒸発処理を連続して効率よく行うことができる。

また、加熱蒸発容器５０を太陽熱により加熱する太陽熱加熱手段たる反射板５２を備えるから、燃料などを使用することなく処理水たる海水を加熱することができる。

また、淡水処理装置は、海水揚水手段Ａを備え、この揚水手段Ａはスターリングエンジン１２を有し、このスターリングエンジン１２の動力源である熱源は、太陽光を集光してそのエネルギーを熱源として得るから、太陽エネルギーを利用して揚水を行うことができる。

また、前処理手段Ｂは、処理水たる海水を加熱する予備加熱部Ｂ１と、異物を除去する分離部Ｂ２とを備え、予備加熱部Ｂ１は太陽光の熱を熱源として海水を加熱し、分離部Ｂ２はゴミ類が沈殿する沈殿部たる沈殿容器２４を有するから、海水を予め加熱することができ、また、海水中の異物を沈殿処理して分離することができる。

また、回転ドラムたる霧噴霧ドラム４７を回転駆動する風車４３と、この風車４３を回転駆動する発電機兼用駆動手段たる回転駆動手段４２と、太陽電池４１と、蓄電池６１とを備え、風車４３の回転数又は風の強さを計測して、強風の場合は回転駆動手段４２で発電した電気を蓄電池６１に充電し、弱風の場合は霧噴霧ドラム４７を回転駆動手段４２により補助駆動するから、風の強さに影響を受けずに、風車４３を回転駆動することができる。

また、前記処理水が海水であり、加熱領域たる加熱蒸発容器５０に付着した塩分を除去する除去手段たる塩回収板５１を有し、その塩回収板５１の動力が風力及び／又は太陽エネルギーで供給されるから、海水の蒸発により残った塩分を除去して連続した淡水化処理を行うことができる。

さらに、淡水化手段Ｃは、回転中心軸４４を縦設した回転ドラムたる霧噴霧ドラム４７と、この霧噴霧ドラム４７の外側に配置した加熱領域たる加熱蒸発容器５０と、霧噴霧ドラム４７の上方に配置された冷却手段たる冷却ラジェター４５と、この冷却ラジェター４５で液化した淡水が落下する淡水収集部４６とを備えるから、加熱蒸発容器５０で発生した水蒸気が上昇し、冷却ラジェター４５で冷却されて淡水となり、この淡水が淡水収集部４６に落下し、淡水を収集することができる。

本発明の淡水化装置は電力供給の無い地域で利用することを前提にしているが、電力供給による回転、加熱が可能な地域でも転用できることは構造上明らかである。この装置は海水の淡水化を前提に発明されているが、基本原理が蒸留法であることから、汚染された河川や沼の水の浄化にも役立つことは言うまでもない。

本発明で提示している海水の淡水化装置は、外部エネルギーが不要なことから、川、沼、湖に浮かべて汚染された淡水を飲料水にしたり、浄化したりするような利用形態でもよい。

Ａ海水揚水手段
１加熱容器
２太陽光反射板
３塩水導入口
４ディスプレーサピストン
５出力ピストン
６スプリング
７スプリング
８摺動揚水ポンプ
９ポンプ排出口
１０断熱材
１１冷却容器
１２スターリングエンジン
Ｂ前処理手段
Ｂ１海水予備加熱部
Ｂ２分離部
２１加熱容器
２２太陽光反射板
２３塩水導入口
２４沈殿容器（沈殿部）
２５回転中心
２６加熱塩水排出口
２７水位検出用浮子
２８加熱塩水排出用固定パイプ
２９加熱塩水検出用可動パイプ
３０加熱塩水導入口
３１蓋体
３２バルブ
Ｃ海水淡水化手段
４１太陽電池
４２回転駆動手段（発電機兼用駆動手段）
４３冷却ファン付き風車
４４回転中心軸
４５冷却ラジェター
４６淡水収集管（淡水収集部）
４６Ａ受口部
４６Ｂ上部
４６Ｃ流路
４６Ｄ下部
４７霧噴霧ドラム（回転ドラム）
４７Ａ下板
４８散水管
４９塩水保水媒体
５０加熱蒸発容器（加熱領域）
５０Ａ上部
５０Ｂ断熱材
５１塩回収板（除去手段）
５１Ａ回転体
５２反射板（太陽熱加熱手段）
５３ハーネス
５４反射板回転治具
５５反射板回転駆動機器
５６淡水冷却容器
５７淡水収納容器
５８塩成分排出口
５９機体
６０支持軸
６１蓄電池
６２センサ
６３制御部

Claims

処理水を加熱すると共にゴミを除去する前処理手段と、この前処理手段で処理した処理水を淡水化する淡水化手段とを備えた淡水化装置であって、前記淡水化手段は、孔を有する回転ドラムと、この回転ドラムの回転により前記孔から排出された処理水が供給される加熱領域と、この加熱領域で発生した水蒸気を冷却して淡水を得る冷却手段とを備えることを特徴とする淡水化装置。
前記加熱領域を太陽熱により加熱する太陽熱加熱手段を備えることを特徴とする請求項１記載の淡水化装置。
揚水手段を備え、この揚水手段はスターリングエンジンを有し、このスターリングエンジンの動力源である熱源は、太陽光を集光してそのエネルギーを熱源として得ることを特徴とする請求項１記載の海水の淡水化装置。
前記前処理手段は、処理水を加熱する予備加熱部と、異物を除去する分離部とを備え、予備加熱部は太陽光の熱を熱源として処理水を加熱し、分離部はゴミ類が沈殿する沈殿部を有している事を特徴とする請求項１記載の淡水化装置。
前記回転ドラムを回転駆動する風車と、この風車を回転駆動する発電機兼用駆動手段と、太陽電池と、蓄電池とを備え、風車の回転数又は風の強さを計測して、強風の場合は発電機兼用駆動手段で発電した電気を前記蓄電池に充電し、弱風の場合は回転ドラムを発電機兼用駆動手段により補助駆動することを特徴とする請求項１記載の淡水化装置。
前記処理水が海水であり、前記加熱領域に付着した塩分を除去する除去手段を有し、その除去手段の動力が風力及び／又は太陽エネルギーで供給されることを特徴とする請求項１記載の淡水化装置。
前記淡水化手段は、回転中心軸を縦設した前記回転ドラムと、この回転ドラムの外側に配置した前記加熱領域と、前記回転ドラムの上方に配置された前記冷却手段と、この冷却手段で液化した淡水が落下する淡水収集部とを備えることを特徴とする請求項６記載の淡水化装置。