JP2011031157A

JP2011031157A - 淡水製造装置

Info

Publication number: JP2011031157A
Application number: JP2009179121A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ishida; 順一石田
Original assignee: RE Earth Corp
Current assignee: RE Earth Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】温室内に設置された海水貯槽内の海水から効率よく多量の淡水を得ることのできる淡水製造装置が望まれている。
【解決手段】淡水製造装置１は、太陽光Ｓを取り入れる透明天井板１３を有する温室２と、温室２内に設置された海水貯槽３と、水を毛細管現象により吸い上げる吸水シート４と、吸水シート４の少なくとも一部が海水貯槽３中の海水に浸漬するように吸水シート４を吊持する吊持部材５と、温室２内で生じた水蒸気を凝縮させて淡水Ｗを得る凝縮器６とを具備している。また、透明天井板１３を透過した太陽光Ｓを黒色塗装面１４Ａで受けるように、金属板１４が温室２内に配置されている。そして、加熱室１６と、海水貯槽３内に配置される散気ノズル４３と、加熱室１６内の空気を送気管路４２から散気ノズル４３に送る空気圧縮機４０とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料の海水から淡水を製造する淡水製造装置に関するものである。

近年、熱帯地方、アフリカ、中東湾岸諸国、インドなどのように、生活水に日々事欠き、不衛生な水の飲用が病気の発生原因となっている国が多々ある。一方で、石油産油国のようにオイルマネーをふんだんに使用して、多段フラッシュ方式、逆浸透方式あるいは逆浸透膜方式などの淡水化システムを採用し、高エネルギー、高コストにより淡水を製造している国もあるが、石油埋蔵量には限りがあり、地球温暖化の一因とされているＣＯ₂を大量に排出する。
他方、熱帯地方では日中温度が４０〜４５℃となるため、太陽熱を効率よく利用して淡水を製造することで、５０世帯程度の小集落の生活用水の確保が可能であり、自作農業の潅水にも利用できると考えられる。

そこで、熱帯の海上に、透明材を用いた温室風の海洋構造物を建設し、温室内の海上から発生した水蒸気を集め、集めた水蒸気を送気管から凝縮淡水化プラントへ継続的に送るようにした海水淡水化装置が、下記の特許文献１に記載されている。

特開２００９−５６３４３号

ところで、前記文献１開示の海水淡水化装置では、自然界の海面自体に太陽エネルギーを集めて海水から水蒸気を発生させるようにしている。しかしながら、自然界の海は非常に広いことから、海面に太陽エネルギーを集中させたとしてもそのエネルギーは膨大な量の海水に直ちに拡散してしまい、海水温度はほとんど上昇しない。従って、海面上に設置された温室で実用的な量の水蒸気を集めることは極めて困難であり、遠く離れた凝縮淡水化プラントに水蒸気を送ることは尚更困難であると考えられる。
一方で、陸上に設けた温室内に海水貯槽を設置し、温室内を太陽光で加温することにより、海水貯槽に貯留した海水から水蒸気を発生させることが考えられるが、海水貯槽内の海水面の面積をさほど大きくとれないため、多大な水蒸気発生量は見込めない。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、温室内に設置された海水貯槽内の海水から効率よく多量の淡水を得ることのできる淡水製造装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る淡水製造装置は、太陽光を取り入れる半透明ないし透明な透明材を有する温室と、温室内に設置された海水貯槽と、水を毛細管現象により吸い上げる吸水シートと、吸水シートの少なくとも一部が海水貯槽中の海水に浸漬するように吸水シートを吊持する吊持部材と、温室内で生じた水蒸気を凝縮させて淡水を得る凝縮器とを具備して成るものである。

また、前記構成において、片面が黒色に塗装された金属板が、透明材を透過した太陽光を黒色塗装面で受けるように温室内に配置されているものである。

そして、前記した各構成において、透明材と金属板を含んで温室内に形成される加熱室と、海水貯槽の海水中に配置される散気ノズルと、加熱室と散気ノズルとを連結する送気管路と、加熱室内の空気を送気管路から散気ノズルに送る空気圧縮機とを有するものである。

更に、前記した各構成において、海水貯槽に連結された送水管と、送水管から抜き出された海水貯槽の海水より水分を蒸発させて塩を製造する塩製造装置とを有するものである。

本発明に係る淡水製造装置によれば、温室内が太陽光を取り入れて加温されていることと、温室内に設置された海水貯槽内の海水が毛細管現象により吸水シートの上部に向かって吸い上げられることを併せて、海水から水蒸気を効率よく多量に生成することができる。これにより、多量の淡水を得ることができる。

また、片面が黒色に塗装された金属板が温室内に配置されているものでは、温室の透明材を透過した太陽光を黒色塗装面で受けられる。これにより、多量の太陽光エネルギーを金属板に蓄熱することができ、ひいては温室内の温度を高くすることができる。

そして、加熱室内の空気を散気ノズルから海水貯槽の海水中に散気するようにしたものでは、加熱室内で加熱された空気が空気圧縮機の作動により散気ノズルから海水貯槽内の海水中に散気されるので、加熱空気自体の持つ熱量と散気による撹拌効果により、よりいっそう多量の水蒸気を生成することができる。

更に、塩製造装置を有しているものでは、送水管から抜き出された海水貯槽の海水より水分を蒸発させて塩を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る淡水製造装置の正断面を含む構成図である。図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。本発明の別の実施形態に係る淡水製造装置の側断面図である。本発明の他の実施形態に係る淡水製造装置の多くの断面を含む構成図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。図１は本発明の一実施形態に係る淡水製造装置の正断面を含む構成図、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
各図において、この実施形態に係る淡水製造装置１は、温室２と、温室２内の底面上に設置された海水貯槽３と、水を毛細管現象により吸い上げる多数枚の吸水シート４，４，４，・・・と、塩製造装置３０と、温室２と接続された凝縮器６と、凝縮器６液出側の出水管２５と接続された淡水貯槽２６とを備えている。吸水シート４は例えば耐候性の高い合成繊維製の不織布シートで構成されている。

海水貯槽３は例えば上面が開口した平面視長方形状の水槽であり、基礎コンクリート７上に設置されている。海水貯槽３の左右辺の上面には前後に延びる溝条３Ｆ，３Ｆが形成されており、前後辺の上面には左右に延びる溝条３Ｇ，３Ｇが形成されている。温室２は海水貯槽３の上面に構築されており、四方を囲んで立設された透明な側壁９，１０，１１，１２と、側壁９，１０，１１，１２の上端に設置された２枚の透明屋根板１３，１３とから構成されている。側壁９，１０の下部は海水貯槽３の溝条３Ｆ，３Ｆに装入され支持されている。また、側壁１１，１２の下部は海水貯槽３の溝条３Ｇ，３Ｇに装入され支持されている。これらの側壁９，１０，１１，１２および透明屋根板１３，１３は、太陽光Ｓを取り入れ可能な、例えばポリカーボネートやガラスなどの透明材で構成されている。尚、側壁９，１０，１１，１２は、海水貯槽３の上面でなく、海水貯槽３の外方に配置して基礎コンクリート７上に直に構築しても構わない。

また、温室２内の上部には、対向する２枚の金属板１４，１４が側壁９，１０の上端部に架け渡されている。これらの金属板１４，１４により、温室２内が上側の加熱室１６と、下側の蒸発室１５とに区画される。すなわち、加熱室１５は、温室２内で透明屋根板１３，１３と金属板１４，１４との間に形成される。各金属板１４は例えばアルミニウム板で構成され、その上面は黒色塗料で塗装されている。これにより、金属板１４，１４は、透明屋根板１３、１３を透過した太陽光Ｓを黒色塗装面１４Ａで効率よく受けて加熱室１６内および蒸発室１５内の空気を十分に加熱するようになっている。但し、本発明の金属板の材質としては、アルミニウム以外に熱伝導率の高い金属であれば特に限定されない。そして、蒸発室１５内に温度センサ４６が配備され、加熱室１６内に温度センサ４７が配備されている。また、側壁９と透明屋根板１３との間には、外気を加熱室１６内に取り入れるための給気口２４が設けられている。

そして、海水貯槽３の内壁面には、貯留された海水ＳＷの水位や、海水ＳＷから水分が蒸発して塩濃度が高くなった濃縮水ＳＷ１の水位を検出する水位センサ４５が設置されている。海水貯槽３内の底部近傍位置、すなわち貯留された海水ＳＷに浸る位置には、多数の噴出口４４，４４，４４，・・・を有する散気ノズル４３が配置されている。散気ノズル４３は先端が閉塞しており末端が送気管路４２の一端と連結されている。送気管路４２の他端は加熱室１６内に配備された空気圧縮機４０の吐出口と連結されている。空気圧縮機４０はモータ４１の駆動により作動し、加熱室１６内で加熱された空気を送気管路４２から散気ノズル４３に送るようになっている。

蒸発室１５の一部、すなわちこの例で金属板１４，１４の上端部には排気口２３が設けられ、この排気口２３に排気管２２の一端が接続されている。温室２外には、温室２からの空気および水蒸気を冷却して水蒸気を凝縮し淡水化させる凝縮器６が設置されている。この凝縮器６は多数の管内に温室２からの空気および水蒸気を流通させ、管外に冷却空気が送風される例えば多管空冷式となっている。管外の冷却空気は、モータ４９により回転駆動されるファン４８により凝縮器６の外表面に送風される。但し、この空冷式に替え、水冷式で凝縮器６の外表面を冷やすようにしても構わない。前記した排気管２２の他端は凝縮器６の管内入側に接続されている。凝縮器６の管内出側には、出水管２５が連結されている。出水管２５の先端は、凝縮器６からの淡水Ｗを貯留する淡水貯槽２６内で開口している。淡水貯槽２６には、空気出入用のベント管２７と、淡水Ｗ取り出し用のコック２９が設けられている。また、淡水貯槽２６槽内には、淡水Ｗの水位を検出する水位センサ２８が設置されている。

基礎コンクリート７の海側の部分は、立ち上がった堤防８となっている。そして、導水管３５が堤防８および側壁９を貫通し海水貯槽３に連結されている。導水管３５の途中には電磁開閉弁３６が配備されている。また、堤防８よりも海側の導水管３５の途中には海水ＳＷ中の夾雑物を捕捉するストレーナ３７が配備されている。ストレーナ３７は上部の交換用蓋３９を開けてストレーナ内の濾し籠（図示省略）を交換できるようになっている。そして、例えばストレーナ３７の側面に海面の水位を検出する水位センサ３８が設置されている。

そして、吸水シート４，４，４，・・・を吊持する吊持部材５は、矩形枠状に形成された前後２枚の挟持枠１７，１７と、挟持枠１７，１７を一体に吊持する横架杆１８とから主として構成されている。この例では、前後２枚の挟持枠１７，１７間に、６枚の吸水シート４，４，４，・・・が左右横並びに配置された状態で前後２枚の挟持枠１７，１７間に挟持されている。１枚の吸水シート４は例えば横寸法が２ｍ、縦寸法が１０ｍである。前後の挟持枠１７，１７は複数箇所でビス１９，１９，１９，・・・により固定される。このように挟持枠１７，１７と吸水シート４，４，４，・・・を一体化したものの上面に横架杆１８がビス２１，２１，２１，・・・で取り付けられる。そして、海水貯槽３に貯留された海水中に吸水シート４，４，４，・・・の下部を浸漬し得る高さ位置で、横架杆１８の両端部が側壁９，１０の内面にビス２０，２０，２０，・・・で固定、支持される。

また、この淡水製造装置１は、海水貯槽３内で濃縮された濃縮水ＳＷ１から天然塩を製造する塩製造装置３０を有している。塩製造装置３０は、上面が開口して形成された蒸発皿３１と、蒸発皿３１内に置かれた多数の棕櫚３２，３２，３２，・・・とから構成されている。海水貯槽３と蒸発皿３１との間は送水管３３を介して連結されている。送水管３３の途中には電磁開閉弁３４が配備されている。

また、この淡水製造装置１は各種制御機器を制御する制御器５０を備えている。制御器５０は、中央演算処理装置ＣＰＵおよびメモリなどで構成される制御ユニット５１と、各種データを制御ユニット５１に取り入れる入力部５２と、制御機器に制御指令信号を出力する出力部５３とから主に構成されている。入力部５２には、温度センサ４６、温度センサ４７、水位センサ３８、水位センサ２８、および水位センサ４５からの信号線が接続され、出力部５３には、電磁開閉弁３４，電磁開閉弁３６、モータ４１、およびモータ４９を駆動させるそれぞれのドライバとつながった信号線が接続されている。

上記のように構成された淡水製造装置１の作用を次に説明する。制御器５０は、水位センサ４５により検出された海水貯槽３内の海水ＳＷまたは濃縮水ＳＷ１の水位と、水位センサ３８により検出された海面の水位とに基づいて、電磁開閉弁３６を開くべきか否かを判断する。例えば、海水貯槽３内の水位が所定高位レベルよりも高い場合、または海面の水位が海水貯槽３内の水位より低い場合は、電磁開閉弁３６を開かない。逆に、海水貯槽３内の水位が所定低位レベルよりも低く、且つ海面の水位が海水貯槽３内の水位より高い場合に、電磁開閉弁３６を開いて海水ＳＷを海水貯槽３内に取り込むのである。

一方、太陽光Ｓは温室２の透明屋根板１３を透過し、加熱室１６内の空気を加温するとともに、黒色塗装面１４Ａで吸収されて金属板１４を昇温させる。同時に、側壁９，１０，１１，１２を透過して蒸発室１５内の空気を加温する。そして、前記のように昇温した金属板１４により、加熱室１６内の空気温度が更に高められるとともに、蒸発室１５の空気温度も更に高められる。そして、制御器５０は、温度センサ４７および温度センサ４６により検出された加熱室１６および蒸発室１５の温度が、水分の蒸発を大きく促進させる所定温度（例えば５０℃）以上であるか否かを判断する。所定温度以上であれば、モータ４１を駆動して空気圧縮機４０を作動させるとともに、モータ４９を駆動してファン４８を作動させる。これにより、外気が給気口２４から加熱室１６に流入するともに、加熱室１６内で加熱された空気が送気管路４２を経て散気ノズル４３に送られ、噴出口４４，４４，４４，・・・から海水貯槽３内の海水ＳＷ中に噴き出させる。これにより、海水ＳＷが撹拌されるとともに、海水ＳＷが加温されて蒸気圧が高められ、毛細管現象による吸水シート４での上昇力も高められる。その結果、海水ＳＷの蒸発作用がいっそう促進され、蒸発室１５内に水蒸気が多量に発生し、塩分濃度が上がって濃縮水ＳＷ１となる。蒸発室１５内の水蒸気および空気は排気口２３から排気管２２を経て凝縮器６に流入し、凝縮器６でファン４８からの冷却空気により冷やされて水蒸気が凝縮液化し淡水Ｗとなって淡水貯槽２６内に溜まる。淡水Ｗと共に淡水貯槽２６内に入った空気はベント管２７から槽外に流出する。上記のようにして得られた淡水Ｗは低温蒸発水であって細菌が発生するおそれがあるため、減菌装置（図示省略）で減菌処理しておくことが望ましい。飲料水として使用する場合は、飲み心地を良くするミネラル等を添加するとよい。

そうしているうちに、水位センサ４５からのデータ信号により、海水貯槽３内の濃縮水ＳＷ１の水位が所定の抜出レベルに達したと、制御器５０が判定すると、制御器５０は電磁開閉弁３４を開き、海水貯槽３内の濃縮水ＳＷ１を送水管３３から塩製造装置３０の蒸発皿３１内に流出させる。塩製造装置３０では、蒸発皿３１の棕櫚３２，３２，３２，・・・上に散布された濃縮水ＳＷ１から天日により水分を蒸発させることにより、ミネラルの豊富な天然塩を生成することができる。尚、この実施形態では送水管３３に勾配をつけ、自然流下式で海水貯槽３の濃縮水ＳＷ１を蒸発皿３１に送るようにしたが、送水管３３の途中にポンプを介設し、ポンプ駆動で海水貯槽３の濃縮水を塩製造装置３０に送るようにすることも可能である。
一方で、淡水貯槽２６内の淡水Ｗが、予め設定されている満水レベルに達したことが水位センサ２８により検出されると、制御器５０はコック２９からの淡水Ｗの払出しを促す内容の画面表示を一定時間実行する。それでも、淡水貯槽２６内の水位が上昇し続けた場合、制御器５０はモータ４１，４９を駆動停止して空気圧縮機４０およびファン４８の作動を停止させる。これにより、凝縮器６での淡水Ｗの生成を止めるようになっている。

上記したように、この実施形態の淡水製造装置１は、海水ＳＷを貯留する海水貯槽３を海岸近くに構築し、潮の干満現象を海水ＳＷの取入れに利用するようにしたので、エネルギーを消費するポンプ等を使用することなく海水貯槽３内に海水ＳＷを取り込むことができる。
吸水シート４，４，４，・・・の毛細管現象により、海水ＳＷを吸水シート４の上部に向けて吸い上げることと、温室２内が加温されていることにより、水蒸気を効率よく発生させることができる。従って、吸水シート４，４，４，・・・を用いることなく、海水貯槽３内の海面のみから水を蒸発させた場合と比べて、水蒸気発生量を何十倍も多くすることができ、淡水Ｗの造水量を格段と増やすことができる。
そして、外気と遮断する温室２内を暖める壁体の一部に透明屋根板１３を採用し、天井部分には上面を黒色塗装面１４Ａとした金属板１４を配備し、これらの間を加熱室１６としたので、昼間の温度が４０〜４５℃の地域では、加熱室１６内の温度、ひいては蒸発室１５内の温度を８０℃程度まで上げることができる。

因みに、吸水シート４の寸法を横２ｍ×縦１０ｍとした場合、１枚の吸水シート４で２０ｍ²となり、左右１４ｍ、前後５０ｍの温水貯槽３では、約１５００枚の吸水シート４，４，４，・・・を吊り下げることが可能であり、蒸発面積は３００００ｍ²となる。１枚の吸水シート４で１日当り水５Ｌを蒸発させると想定されるので、５Ｌの淡水Ｗの造水が可能であり、１５００枚の吸水シート４，４，４，・・・で蒸発させると、７５００Ｌとなり、１日７．５トンの造水が可能となる。吸水シート４，４，４，・・・および吊持部材５を使用することなく、海水貯槽３の海面からのみ蒸発させた場合は、海水貯槽３の上面開口面積である７００ｍ²分の蒸発となるため、吸水シート４，４，４，・・・を用いた場合と比較すると、約４３分の１の蒸発面積となり、海面からの蒸発だけでは蒸発効率が極めて悪いことが判る。
このように、本実施形態の淡水製造装置１によれば、省エネルギーにつながる太陽熱を利用した淡水製造技術を確立することができたのである。

尚、上記の実施形態では、吊持部材５により短尺の吸水シート４を多数吊持させたものを例示したが、本発明はそれに限定されるものでない。例えば、図３に示す淡水製造装置１ａも本発明に含まれる。この淡水製造装置１ａでは、温室２内の前後に配置した横架杆５８，５８が側壁９，１０の内面上部間に架け渡され、側方から見て矩形枠状の左右１対の支持フレーム５４，５４が側壁９，１０の内面近傍に配置されてそれぞれの前部および後部が横架杆５８，５８に固定されている。左右の支持フレーム５４，５４の上辺間および下辺間には多数の枢支軸５６，５６，５６，・・・が架け渡され、これらの枢支軸５６，５６，５６，・・・にロール５５，５５，５５，・・・が回動自在に枢支されている。そして、原料ロールに巻かれた長尺の吸水シート４ａの繰り出し端が上下のロール５５，５５，５５，・・・に順次掛け回されて、吸水シート４ａが蛇腹状に配置され、後側で支持フレーム５４，５４間に架設された挟持杆５７に挟持される。そして、シート末端部は前側の支持フレーム５４，５４間に架設された挟持杆５７により挟持されて留められる。この場合も、吸水シート４ａの下部に位置する部分は海水貯槽３内の海水ＳＷまたは濃縮水ＳＷ１中に浸漬している。すなわち、横架杆５８，５８、支持フレーム５４，５４、枢支軸５６，５６，５６，・・・、ロール５５，５５，５５，・・・、および挟持杆５７，５７から成る構成が、本実施形態の吊持部材５ａである。ここで用いた温室２および海水貯槽３は、既述した淡水製造装置１の温室２と同じ構造である。
この淡水製造装置１ａによっても、海水ＳＷから効率よく多量の淡水Ｗを製造することができる。また、淡水製造装置１の吊持部材５と比べると、吊持部材５ａは構成が簡素で済むし、吸水シートの展張作業も容易である。

また、図４に示す淡水製造装置１ｂも本発明に含まれる。この淡水製造装置１ｂが淡水製造装置１と構成の異なるところは、温室２の替わりに、温室２ａを用いたことである。淡水製造装置１の温室２と比べ、この温室２ａは、金属板１４，１４、空気圧縮機４０、およびモータ４１を省略して室内を蒸発室１５ｂのみとし、排気管２２の一端を蒸発室１５ｂ内に開口させて排気口６０とし、排気口６０の近傍にファン６１および該ファン６１を駆動するモータ６２を設け、更に塩製造装置３０および電磁開閉弁３４を省略して送水管３３の先端にコック５９を設けたことが異なっている。
このような簡素な構成の淡水製造装置１ｂによっても、蒸発室１５ｂ内で海水ＳＷまたは濃縮水ＳＷ１が加熱され、これらの水が吸水シート４，４，４，・・・を上昇するので、効率よく水蒸気を得ることができる。そして、得られた水蒸気はファン６１の作動により排気管２２から凝縮器６に送られて淡水Ｗとなる。

尚、上記では透明屋根板１３などを透明材として用いたが、本発明の透明材は、太陽光Ｓを取り入れることのできる例えば擦りガラス板や半透明合成樹脂板などのような半透明のものでも構わない。

１，１ａ，１ｂ淡水製造装置
２，２ａ温室
３海水貯槽
４，４ａ吸水シート
５，５ａ吊持部材
６凝縮器
９，１０，１１，１２側壁（透明材）
１３透明屋根板（透明材）
１４金属板
１４Ａ黒色塗装面
１５，１５ｂ蒸発室
１６加熱室
２６淡水貯槽
３０塩製造装置
３１蒸発皿
３２棕櫚
３３送水管
４０空気圧縮機
４１モータ
４２送気管路
４３散気ノズル
４４噴出口
Ｓ太陽光
ＳＷ海水
ＳＷ１濃縮水
Ｗ淡水

Claims

太陽光を取り入れる半透明ないし透明な透明材を有する温室と、
温室内に設置された海水貯槽と、
水を毛細管現象により吸い上げる吸水シートと、
吸水シートの少なくとも一部が海水貯槽中の海水に浸漬するように吸水シートを吊持する吊持部材と、
温室内で生じた水蒸気を凝縮させて淡水を得る凝縮器と
を具備して成ることを特徴とする淡水製造装置。
片面が黒色に塗装された金属板が、透明材を透過した太陽光を黒色塗装面で受けるように温室内に配置されている請求項１に記載の淡水製造装置。
透明材と金属板を含んで温室内に形成される加熱室と、
海水貯槽の海水中に配置される散気ノズルと、
加熱室と散気ノズルとを連結する送気管路と、
加熱室内の空気を送気管路から散気ノズルに送る空気圧縮機と
を有する請求項１または請求項２に記載の淡水製造装置。
海水貯槽に連結された送水管と、
送水管から抜き出された海水貯槽の海水より水分を蒸発させて塩を製造する塩製造装置と
を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の淡水製造装置。