JP4199887B2 - Solar pump and system including the same - Google Patents

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Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はソーラーポンプ及びそれを備えたシステムに関し、特に液体の蒸発を利用して液体を吸引する新しいシステムに関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】
現在、実用的な海水の淡水化技術として、蒸発法と逆浸透法をあげることができる。
【0003】
前者の蒸発法は、水を蒸発させて、塩類等を分離し、蒸発した水蒸気を回収することにより、淡水(純水)を得る方法である。その蒸発法には、蒸発エネルギーを自然の太陽熱エネルギーに依存するソーラースチル法と、例えば電気や石油などの人工エネルギーに依存する方法とがある。
【0004】
後者の逆浸透法は、半透膜を通過させることによって水と溶質とを分離する方法である。純水と水溶液とでは、前者の方がその浸透ポテンシャルが高い(浸透圧が低い)ので、半透膜で両者を隔てただけでは、純水側から水溶液側へ水分子の移動(浸透)が生じる。よって、海水などの溶液から純水を獲得するには、溶液側にエネルギーを与えて、すなわち、溶液側に浸透圧以上の圧力をかけて、逆向き浸透を形成することが必要である。現在、この逆浸透のためのエネルギーは全面的に人工エネルギーに依存している。
【0005】
地球上の乾燥地、半乾燥地などにおいては、言うまでもなく水の確保が最も重要である。とりわけ、現在大きな問題として指摘されている砂漠化を防止し、更には植生を回復するには化石燃料の消費を最少限に抑えながら、多量の淡水を得る必要がある。
【0006】
これに関し、上記の従来技術の中でソーラースチル法は、太陽熱を利用するため、資源節約型であり、環境への負荷が少ない。しかし、入射する太陽日射をそのまま利用するため、必要な水量を確保するためには、大きな設備を要するという問題がある。また、海水などの水源から蒸発エリアへの海水の輸送、蒸発エリアに堆積する塩類の除去、あるいは、精製された淡水の配給などのために、かなりの労力ないしエネルギーを要するという問題がある。
【0007】
また、逆浸透法では、効率的な淡水化を行えるが、逆浸透のために高い圧力を発生させる必要があり、やはりかなりの人工エネルギーを要するという問題がある。
【0008】
ところで、太陽熱は、蒸気の生成による発電、温水の生成、上記のような淡水処理などで利用されているが、地球環境の保全、クリーンな代替エネルギー生成等の観点から、更なるその有効利用が期待されている。
【0009】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、太陽熱エネルギーを液体の輸送に利用するシステムを実現することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、太陽熱エネルギーを淡水化やろ過に利用することにある。
【0011】
本発明の他の目的は、太陽熱エネルギーを揚水に利用することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
(1)植物体においては、日中、太陽熱というを自然エネルギーを利用して、土壌中の水を吸い上げて大気へ水蒸気として発散している。樹木の揚水作用は例えば地上100mにも及ぶ場合がある。本発明は、この取水作用及び揚水作用の原理を利用して、淡水化や発電などに利用しようというものである。
【0013】
(2)本発明に係る実施形態において、ソーラーポンプは、液体源に浸漬された取込部と、その取込部から取り込まれた液体を導く通導媒体と、その通導媒体からの液体が供給される上端の蒸発部と、を有する蒸発装置と、前記蒸発部で蒸発した気化液体を凝結させて回収する回収装置と、を含む。ここで、前記回収装置は、前記蒸発部からの気化液体が付着し、その気化液体を凝結させる凝結器と、前記蒸発部と前記凝結器との間の拡散空間を密閉する透明な容器と、を含み、前記凝結器の内面は前記拡散空間からの気化液体を凝結させる凝結面であり、前記凝結器の外側表面は太陽日射を反射する作用をもった面であり、太陽日射が前記透明な容器を介して前記蒸発部に入射する。
【0014】
上記構成によれば、通導媒体(浸透媒体)の下端の取込部が液体源に浸漬されると、その取込部から通導媒体を介して液体が蒸発部に到達し、そこで太陽熱エネルギーにより液体が蒸発する。蒸発部で液体が蒸発すると、そこでのポテンシャルエネルギーが低下し、取込部と蒸発部のポテンシャルエネルギーの差により、液体の取込及び液体の通導(輸送)の作用が発揮される。すなわち、連続する取込部から蒸発部までの水理系において、蒸発部での蒸発を原動力とするマスフロー(液体輸送)が実現される。一方、蒸発した液体は、回収装置で回収され、再び利用される。このシステムによれば、太陽熱を利用して液体を高所に揚げることができ、また、太陽熱を吸引圧源として利用することができる。その用途としては各種のものをあげることができる。上記の液体は、海水、池や河川、油田のオイル、その他の液体であり、工業用設備における各種の液体の輸送にも利用可能である。
【0015】
望ましくは、前記通導媒体は多孔質部材で構成される。望ましくは、前記通導媒体及び前記蒸発部は一体成形された多孔質部材によって構成される。望ましくは、前記蒸発部は太陽日射を受ける半球状の形態を有し、またそれは太陽日射が照射される位置に設置される。
【0016】
通導媒体は多数の毛細管を有するものとして構成することもできるが、上記構成のように通導媒体を多孔質部材で構成すれば、それ自体の通導作用を有効利用して通導媒体に沿って液体をより上方へ導くことができる。多孔質部材は例えば保水性セラミックであり、煉瓦などの素焼き材料などを用いることができ、工業生産された素材なども利用可能である。部材間接合による通導抵抗を避けるために通導媒体と蒸発部を一体形成するのが望ましい。蒸発部はできる限り太陽日射を浴びるような形態にするのが望ましい。蒸発部を半球状にする代わりに、それに多数のフィンなどを設けてもよい。
【0017】
望ましくは、前記回収装置は、前記蒸発部からの気化液体が付着し、その気化液体を凝結させる凝結器と、前記蒸発部と前記凝結器との間の拡散空間を密閉する容器と、を含む。ここで、前記凝結器は、下側に向けて開いたドーム状の凝結面と、前記凝結面の周縁に設けられ、前記凝結面を伝わる液滴を捕集する捕集溝と、を有するのが望ましい。
【0018】
凝結器の温度は蒸発部に比べてできるだけ低い方がよい。よって、それを放射吸収率の低いアルミニウムなどで構成し、しかもその太陽日射を受ける側(外側表面)太陽日射の反射のために白色に着色してもよい。一方の蒸発部は通常、黒色にし、できるだけ太陽熱を吸収するようにする。なお、凝結器の太陽側に傘や覆いなどを形成してもよく、また大気側に放熱のためのフィンなどを設けてもよい。拡散空間を囲む容器は太陽日射の入射を妨げないように透明部材で構成するのが望ましい。なお、回収装置は、蒸発装置の上方に設けられるのが通常であるが、蒸発部から水平方向へ伸長させる等の形態変更も可能である。蒸発部から凝結器があまり隔てられていると、容器壁面への液滴の付着(結露)が多くなり、捕集効率が低下するため、蒸発器に太陽日射が十分に照射される限りにおいて(凝結器の影ができる限り蒸発器上に生じないようにしつつ)、蒸発部から凝結器はあまり遠ざけない方がよい。
【0019】
望ましくは、前記取込部には選択的に液体を取り込むフィルタが設けられる。ここで望ましくは、前記フィルタは交換可能に設けられる。
【0020】
フィルタを設けるのは、選択的に目的液体を取り込むためであり、また異物を除去するためである。目詰まりなどによるフィルタの劣化に対処するため、フィルタを交換自在にするのが望ましい。
【0021】
(3)本発明に係る実施形態において、ソーラーポンプは水源に浸漬された下端の取水部と、その取水部から取り込まれた水を導く通導媒体と、その通導媒体からの水が供給される上端の蒸発部と、を有し、その蒸発部での水の蒸発作用により吸水作用及び揚水作用が発揮される蒸発装置と、前記蒸発部で蒸発した水蒸気を凝結させて回収する回収装置と、を含む。
【0022】
(4)本発明に係る実施形態において、ソーラーシステムは水源に浸漬された下端の取水部と、その取水部から取り込まれた水を導く通導媒体と、その通導媒体からの水が供給される上端の蒸発部と、を有し、その蒸発部での水の蒸発作用により吸水作用及び揚水作用が発揮される蒸発装置と、前記取込部に設けられ、選択的に水のみを通過させる淡水化フィルタと、前記蒸発部からの水蒸気を凝結させて回収する淡水回収装置と、を含む。ここで、淡水化フィルタとしては例えば半透膜が利用される。
【0023】
上述の淡水化を行うシステムは、太陽熱を利用して蒸発を行う点において、上述の蒸発法に類似する。しかし、蒸留によって水と塩類とを分離するものではなく、蒸発法とは異なる原理に基づいている。むしろ、半透膜によって塩類を排他的に分離しているので、この観点から見れば上記の逆浸透法に類似する。しかし、逆浸透のためのエネルギーを太陽熱から得ているので、その面において逆浸透法と顕著に相違する。よって、本発明は、上記のいずれの方式とも異なる第三の方式(蒸発式逆浸透法)を実現するものと位置づけられる。
【0024】
また、本発明によれば、淡水化により得られた水を高所に貯留できるので、水配給のためのエネルギーを低減できる。更に、井戸水、地下水の揚水にも利用可能である。このように、本発明に係るシステムは、特に、生活用水や潅漑用水のための設備として活用可能である。
【0025】
(5)発明に係る実施形態において、ソーラーシステムは、水源に浸漬された下端の取水部と、その取水部から取り込まれた水を高所へ導く通導媒体と、その通導媒体からの水が供給される上端の蒸発部と、を有し、その蒸発部での水の蒸発作用により取水作用及び揚水作用が発揮される蒸発装置と、前記蒸発部から出る水蒸気を凝結させて回収する回収装置と、前記回収装置で回収された水によって発電を行う発電設備と、を含む。
【0026】
上記構成によれば、水の蒸発を利用して揚水を実現し、高所に貯留された水の位置エネルギーを利用してタービンを回せば発電を行うことができる。
【0027】
また、発明に係る実施形態において、ソーラーシステムは、液体源に浸漬された下端の取込部と、その取込部から取り込まれた液体を導く通導媒体と、その通導媒体からの液体が供給される上端の蒸発部と、を有し、その蒸発部での液体の蒸発作用により吸引作用が発揮される蒸発装置と、前記取込部に設けられた選択透過作用を有するフィルタと、前記蒸発部で蒸発した気化液体を凝結させて回収する回収装置と、を含む。すなわち、本発明に係るソーラーポンプは海水の淡水化、液体のろ過、発電などの各種のシステムに利用可能である。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【0029】
図1には、本発明に係るソーラーポンプを備えたシステムの好適な実施形態が示されており、図1はそのシステムの全体構成を示す概念図である。
【0030】
図1に示すソーラーポンプ10は、水源に設置され、水の淡水化(純水化)や揚水などを行うものであり、淡水化システムや発電システムなどの各種の用途に利用可能である。
【0031】
ソーラーポンプ10について図1に基づいて詳述すると、ソーラーポンプ10は、複数のステージによって構成されており、具体的には、取水部11、通導部(浸透部)12、蒸発部14、拡散部16及び凝結部18によって構成されている。ちなみに、このソーラーポンプ10は海、湖、河川などの水源に設置されるものである。もちろん、水以外の液体(例えば油)などに対して、このソーラーポンプ10を適用させることもできる。
【0032】
取水部11は、水源100の水面下に設置されるものであり、この取水部11では水源100からの水が浸透(osmosis)する。そのように取り込まれた水は通導部12が浸透(percolation)して上方に導かれ、その通導部12の上部に設けられた蒸発部14に到達する。この蒸発部14は、太陽日射102が照射される位置に設置されており、具体的には少なくとも水源100の水面よりも上方に設置されている。その蒸発部14に水が浸潤すると、そこで水が気化し、すなわち水が蒸発し、その結果、当該蒸発部14における水のポテンシャルエネルギーが低下する。そのポテンシャルエネルギーの低下によって、取水部11からの水の取り込みが促進される。
【0033】
蒸発部14にて蒸発した水蒸気は拡散部16内の拡散空間34を拡散し、その拡散空間内の圧力上昇に伴って上方に順次導かれ、凝結部18内の凝結面36A上に凝結する。すなわち、水蒸気がその凝結面36Aにて結露し水滴になる。その水滴は捕集部36Bによって捕集され、ドレイン40を介して外部のタンク104などに集められる。
【0034】
以上のように、ソーラーポンプ10においては、樹木において水の蒸発により樹木の根から水の取り込みが行われるように、太陽日射のエネルギーを水の蒸発のためのエネルギーとして変換し、さらにそのエネルギーを取水エネルギー及び揚水エネルギーとして利用可能である。すなわち、このソーラーポンプ10においては、太陽日射の照射が続く限り、かつ水源が存在する限り上記の揚水作用を連続的に行わせることが可能である。すなわち、省エネルギーの揚水システムあるいは淡水化システムを実現することが可能である。
【0035】
次に、上述した取水部11〜凝結部18までの各部の構造について具体的に説明する。
【0036】
取水部11は望ましくは水源100内の深い位置に設置される。この取水部11は、通導媒体28の下端部28Aと、その下端部28Aの周囲を包み込んだ浸透膜24と、その浸透膜24を補強する通水性を持った補強部材26と、によって構成されている。ここで、浸透膜24は例えば海水中から塩基などを除いて水のみを通導媒体28に浸透させるためのフィルタとして機能するものであって、半透膜などで構成されるが、それには限定されず、選択的透過性のあるフィルタであれば各種のものを利用可能である。浸透膜24における浸透圧は上述のように蒸発部14における水の蒸発によって獲得される。
【0037】
通導媒体28は吸水性多孔質媒体によって構成されるものであり、例えばセラミックなどの多孔質部材が用いられる。その通導媒体28は大別して下端部28Aと中間部28Bと上端部28Cによって構成され、その中間部28Bは通導部12に属し、上端部28Cは蒸発部14を構成している。図1に示されるように、通導媒体28はそれ全体として単一の部材で構成されており、下端部28A及び中間部28Bは円柱形状を有し、上端部28Cは半球状の形状を有する。
【0038】
通導部12において、中間部28Bは円筒形状の補強部材30によって包み込まれており、構造面で強化されている。この補強部材32は複数の支持部材20,22が連結され、そのような支持部材20,22によってソーラーポンプ10が水源100に固定的に設置されている。もちろん、水源100上に浮く方式でソーラーポンプ10を配置することも可能である。
【0039】
蒸発部14において、半球状の上端部28Cの表面は例えば黒色に着色されている。これは太陽日射102のエネルギーをできるだけ効率よく吸収するためである。もちろん、上端部28Cに多数のフィンなどを設け、より効率的に太陽日射102のエネルギーを吸収するようにしてもよい。
【0040】
蒸発部14の上部には図示されるように拡散部16が形成されている。拡散部16は円筒形状の容器32によって構成され、その内部の空間は上記の拡散空間34である。その拡散空間34内には蒸発部14から蒸発する蒸気が拡散する。ちなみに、容器32は太陽日射102を透過させる透明な部材で構成するのが望ましい。
【0041】
凝結部18は凝結キャップ36によって構成されている。この凝結キャップ36の外表面は太陽日射をできるだけ反射するように(つまり反射作用を有するように)例えば白色に着色され、具体的には凝結キャップ36として外側が白く塗装されたアルミ板などを用いるのが望ましい。この凝結部18及び拡散部16によって拡散空間34が密閉空間とされている。
【0042】
凝結キャップ36はドーム型の形態を有しており、その内面である凝結面36Aには水蒸気が結露し、水滴となって捕集部36Bで捕集される。この捕集部36Bは凝結キャップ36の下側を内側へ折り返した「樋」の形状を有するものである。その捕集部36Bには上述したようにドレイン40が連結されており、そのドレイン40を介して例えば地上に設置されたタンク104内に水が集められる。
【0043】
図において符号106はタンク104内の水を利用する設備を示しており、例えば、タンク104の水のポテンシャルエネルギーによって発電を行ったり、あるいは、淡水化した水を灌漑水として利用することなどが可能である。
【0044】
ちなみに、タンク104中の水を水源としてさらにソーラーポンプ10を設置し、それらを連結設置することによって低所にある水をより高い位置に運び上げることも可能である。
【0045】
図1に示す実施形態では、ソーラーポンプ10が垂直に設置されており、蒸発部14の垂直上方に凝結部18が設けられている。しかしながら、凝結部18の影が蒸発部14上にかかるような場合、凝結部18は蒸発部14の上方から水平方向に移動した位置に設置してもよい。その場合、拡散部16は例えば斜め方向に伸張する形態に構成される。
【0046】
本実施形態においては、ソーラーポンプ10において、取水部11における浸透膜24及び補強部材26が浸透モジュール(選択的透過モジュール)を構成しており、その浸透モジュールは交換可能である。すなわち、浸透膜24が劣化したような場合、浸透モジュール自体を交換し、その作用を再生させることが可能である。
【0047】
ソーラーポンプ10において、蒸発部14における温度はできる限り高い方が望ましく、一方、凝結部18の温度はできる限り低い方が望ましい。このため、蒸発部14に太陽日射を集光させるミラーなどを別途設置してもよく、また凝結部18の上部に太陽日射を遮る傘などを設置してもよい。
【0048】
ソーラーポンプ10は、全体として例えば10mの長さを有しており、その全長のうちで通導部12及び取水部11の長さは例えば7〜8mである。その場合、例えば2〜3mの深さに取水部11が設置される。拡散部16の長さは例えば数mであり、その長さは容器32における結露をできる限り防止するために比較的短い方がよい。
【0049】
上記のソーラーポンプ10を利用して回収される淡水量を試算すると、例えば設置場所として潮岬を想定し、本ソーラーポンプ10の日射変換効率(到達日射量のうち蒸発に利用できる割合)を0.5とすると、潮岬の平均日射量は166W/m2であるから、水平面からは3mm/dすなわち1m2、一日当たり3リットルの蒸発量が生じると推定可能である。この推定の下では、直径1mの蒸発部14から一日に約5リットルの淡水を回収できると見積もられる。よって、必要な水量に応じて複数台のソーラーポンプ10を並列設置してもよく、また発電用途であれば垂直方向にソーラーポンプ10を段階的に複数設置するようにしてもよい。
【0050】
以上説明したように、本実施形態に係るソーラーポンプ10によれば樹木などによって自然に形成される太陽エネルギーを利用したソーラシステムを人工的に再現し、これによって各種の水の利用を実現可能である。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、太陽熱エネルギーを液体の輸送に利用でき、例えばそれを淡水化あるいは揚水などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るソーラーポンプを備えたシステムの概念を示す概念図である。
【符号の説明】
10 ソーラーポンプ、11 取水部、12 通導部、14 蒸発部、16 拡散部、18 凝結部、28 通導媒体(保水性多孔質媒体)。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar pump and a system including the solar pump, and more particularly to a new system for sucking a liquid by utilizing evaporation of the liquid.
[0002]
[Prior art and problems]
At present, there are evaporation and reverse osmosis as practical seawater desalination technologies.
[0003]
The former evaporation method is a method of obtaining fresh water (pure water) by evaporating water, separating salts and the like, and collecting evaporated water vapor. The evaporation method includes a solar still method in which the evaporation energy depends on natural solar thermal energy and a method that depends on artificial energy such as electricity and oil.
[0004]
The latter reverse osmosis method is a method of separating water and solute by passing through a semipermeable membrane. For pure water and aqueous solution, the former has higher osmotic potential (lower osmotic pressure), so if only the semipermeable membrane separates the two, water molecules move (permeate) from the pure water side to the aqueous solution side. Arise. Therefore, in order to obtain pure water from a solution such as seawater, it is necessary to give energy to the solution side, that is, to apply reverse pressure osmosis by applying a pressure equal to or higher than the osmotic pressure to the solution side. At present, the energy for reverse osmosis depends entirely on artificial energy.
[0005]
Needless to say, securing water is the most important in dry and semi-arid areas on the earth. In particular, in order to prevent desertification, which has been pointed out as a major problem, and to restore vegetation, it is necessary to obtain a large amount of fresh water while minimizing the consumption of fossil fuels.
[0006]
In this regard, the solar still method among the above-described conventional techniques uses solar heat and is therefore a resource saving type and has a low environmental load. However, since incident solar solar radiation is used as it is, there is a problem that a large facility is required to secure a necessary amount of water. In addition, there is a problem that considerable labor or energy is required for transportation of seawater from a water source such as seawater to the evaporation area, removal of salts accumulated in the evaporation area, or distribution of purified fresh water.
[0007]
The reverse osmosis method can efficiently desalinate, but it is necessary to generate a high pressure for reverse osmosis, and there is a problem that considerable artificial energy is required.
[0008]
By the way, solar heat is used for power generation by generation of steam, generation of hot water, fresh water treatment as described above, etc., but from the viewpoints of global environment conservation, clean alternative energy generation, etc. Expected.
[0009]
This invention is made | formed in view of the said conventional subject, The objective is to implement | achieve the system which utilizes solar thermal energy for transport of a liquid.
[0010]
Another object of the present invention is to utilize solar thermal energy for desalination and filtration.
[0011]
Another object of the present invention is to use solar thermal energy for pumping water.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) In the plant body, solar heat is taken up during the day using natural energy, and the water in the soil is sucked up and diffused into the atmosphere as water vapor. The pumping action of trees may reach 100 m above the ground, for example. The present invention is intended to be used for desalination, power generation, and the like by using the principle of the water intake action and the pumping action.
[0013]
(2) In the embodiment according to the present invention, the solar pump includes an intake part immersed in a liquid source, a conductive medium that guides the liquid taken from the intake part, and a liquid from the conductive medium. And an evaporating device having an upper end evaporating unit, and a collecting device for condensing and recovering the vaporized liquid evaporated in the evaporating unit. Here, the recovery device is attached to the vaporized liquid from the evaporation unit, condensing the vaporized liquid, a transparent container that seals the diffusion space between the evaporation unit and the condensation unit, An inner surface of the condenser is a condensation surface that condenses the vaporized liquid from the diffusion space, and an outer surface of the condenser is a surface having an action of reflecting solar radiation, and the solar radiation is the transparent surface. It enters into the said evaporation part through a container.
[0014]
According to the above configuration, when the intake part at the lower end of the conducting medium (penetrating medium) is immersed in the liquid source, the liquid reaches the evaporation part from the taking part via the conducting medium, and solar thermal energy there. Causes the liquid to evaporate. When the liquid evaporates in the evaporating section, the potential energy there decreases, and the action of taking in the liquid and conducting (transporting) the liquid is exhibited due to the difference in potential energy between the taking-in section and the evaporating section. That is, in the hydraulic system from the continuous intake section to the evaporation section, mass flow (liquid transport) using the evaporation in the evaporation section as a driving force is realized. On the other hand, the evaporated liquid is recovered by the recovery device and used again. According to this system, the liquid can be raised to a high place using solar heat, and the solar heat can be used as a suction pressure source. Various applications can be given as the application. The above-mentioned liquids are seawater, ponds and rivers, oilfield oil, and other liquids, and can be used for transporting various liquids in industrial facilities.
[0015]
Desirably, the conducting medium is formed of a porous member. Desirably, the conducting medium and the evaporation portion are formed of a porous member formed integrally. Preferably, the evaporating part has a hemispherical shape for receiving solar solar radiation, and is installed at a position where solar solar radiation is irradiated.
[0016]
The conducting medium can be configured to have a large number of capillaries, but if the conducting medium is composed of a porous member as in the above configuration, the conducting medium itself can be used effectively to form a conducting medium. The liquid can be guided further upward along. The porous member is, for example, a water-retaining ceramic, and an unglazed material such as brick can be used, and industrially produced materials can also be used. In order to avoid conduction resistance due to joining between members, it is desirable to integrally form the conduction medium and the evaporation portion. It is desirable that the evaporating section be exposed to solar radiation as much as possible. Instead of making the evaporation part hemispherical, it may be provided with a large number of fins.
[0017]
Preferably, the recovery device includes a condensing unit to which vaporized liquid from the evaporation unit adheres and condenses the vaporized liquid, and a container for sealing a diffusion space between the evaporation unit and the condensing unit. . Here, the condenser has a dome-shaped condensation surface that opens downward, and a collection groove that is provided at a peripheral edge of the condensation surface and collects droplets that travel on the condensation surface. Is desirable.
[0018]
The temperature of the condenser should be as low as possible as compared with the evaporator. Therefore, it may be composed of aluminum or the like having a low radiation absorption rate, and the side that receives solar radiation (outer surface) may be colored white for reflection of solar radiation . One evaporation part is usually black and absorbs as much solar heat as possible. An umbrella or a cover may be formed on the sun side of the condenser, and fins for heat dissipation may be provided on the atmosphere side. It is desirable that the container surrounding the diffusion space is made of a transparent member so as not to prevent the incidence of solar radiation. The recovery device is usually provided above the evaporation device, but it is possible to change the form such as extending the evaporation device horizontally. If the condenser is too far away from the evaporation section, the deposition of liquid droplets (condensation) on the vessel wall surface will increase and the collection efficiency will decrease, so as long as the solar radiation is sufficiently irradiated to the evaporator ( It is better not to keep the condenser too far from the evaporator, while avoiding as much shadow as possible on the evaporator.
[0019]
Preferably, the take-in unit is provided with a filter that takes in liquid selectively. Preferably, the filter is replaceable.
[0020]
The filter is provided to selectively take in the target liquid and to remove foreign matter. In order to cope with the deterioration of the filter due to clogging or the like, it is desirable to make the filter replaceable.
[0021]
(3) In the embodiment according to the present invention, the solar pump is supplied with a water intake unit at the lower end immersed in a water source, a conductive medium for guiding water taken from the water intake unit, and water from the conductive medium An evaporating device having an upper end evaporating part, and exhibiting a water absorbing action and a pumping action by the evaporating action of water in the evaporating part, and a recovery apparatus for condensing and collecting the water vapor evaporated in the evaporating part And including.
[0022]
(4) In the embodiment according to the present invention, the solar system is supplied with water at the lower end immersed in a water source, a conductive medium for guiding water taken from the water intake, and water from the conductive medium An evaporating device having an upper end evaporating portion, and an evaporating device that exhibits water absorption and pumping by the evaporating action of water in the evaporating portion, and is provided in the intake portion and selectively passes only water And a fresh water recovery device that condenses and recovers the water vapor from the evaporation section. Here, for example, a semipermeable membrane is used as the desalination filter.
[0023]
The above-described desalination system is similar to the above-described evaporation method in that evaporation is performed using solar heat. However, it does not separate water and salts by distillation and is based on a principle different from the evaporation method. Rather, since the salts are exclusively separated by the semipermeable membrane, it is similar to the above reverse osmosis method from this viewpoint. However, since the energy for reverse osmosis is obtained from solar heat, it is significantly different from the reverse osmosis method in that aspect. Therefore, this invention is positioned as what implement | achieves the 3rd system (evaporation type reverse osmosis method) different from any said system.
[0024]
Moreover, according to this invention, since the water obtained by desalination can be stored in a high place, the energy for water distribution can be reduced. It can also be used for pumping well water and groundwater. As described above, the system according to the present invention can be used particularly as equipment for domestic water and irrigation water.
[0025]
(5) In the embodiment according to the present invention , the solar system includes a lower-side water intake section immersed in a water source , a conductive medium that guides water taken from the intake section to a high place, and the conductive medium An evaporation unit at the upper end to which water is supplied, an evaporation device that exhibits water intake and pumping action by the evaporation of water in the evaporation unit, and condenses and collects water vapor from the evaporation unit a collecting device, including a power generation facility, the which generates power by the water recovered by the recovery device.
[0026]
According to the above configuration, power can be generated by realizing pumping using evaporation of water and turning the turbine using the potential energy of water stored in a high place.
[0027]
In the embodiment according to the present invention , the solar system includes a lower-end intake section immersed in a liquid source , a conductive medium that guides the liquid taken in from the intake section, and a liquid from the conductive medium. An evaporation unit at the upper end to which is supplied, an evaporation device that exerts a suction action by the evaporation action of the liquid in the evaporation part, and a filter having a selective transmission action provided in the intake part, including a recovery device, a recovering by condensing vaporized liquid evaporated in the evaporating section. That is, the solar pump according to the present invention can be used in various systems such as seawater desalination, liquid filtration, and power generation.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a system including a solar pump according to the present invention, and FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the system.
[0030]
A solar pump 10 shown in FIG. 1 is installed in a water source and performs desalination (pure water) or pumping of water, and can be used for various applications such as a desalination system and a power generation system.
[0031]
The solar pump 10 will be described in detail with reference to FIG. 1. The solar pump 10 includes a plurality of stages. Specifically, the water intake unit 11, the conducting unit (permeation unit) 12, the evaporation unit 14, and the diffusion unit. The part 16 and the condensing part 18 are comprised. Incidentally, this solar pump 10 is installed in a water source such as the sea, a lake, or a river. Of course, this solar pump 10 can also be applied to liquids (for example, oil) other than water.
[0032]
The water intake unit 11 is installed below the water surface of the water source 100, and water from the water source 100 permeates (osmosis) in the water intake unit 11. The water thus taken in is percolated by the conducting part 12 and guided upward, and reaches the evaporation part 14 provided on the upper part of the conducting part 12. The evaporating unit 14 is installed at a position where the solar solar radiation 102 is irradiated. Specifically, the evaporating unit 14 is installed at least above the water surface of the water source 100. When water infiltrates into the evaporation part 14, water is vaporized there, that is, the water evaporates, and as a result, the potential energy of water in the evaporation part 14 decreases. The reduction of the potential energy promotes the intake of water from the water intake unit 11.
[0033]
The water vapor evaporated in the evaporation unit 14 diffuses in the diffusion space 34 in the diffusion unit 16, is sequentially guided upward as the pressure in the diffusion space increases, and condenses on the condensation surface 36 </ b> A in the condensation unit 18. That is, water vapor condenses on the condensation surface 36A and becomes water droplets. The water droplets are collected by the collection unit 36B and collected in the external tank 104 or the like via the drain 40.
[0034]
As described above, in the solar pump 10, the solar radiation energy is converted into energy for water evaporation so that water is taken in from the roots of the tree by water evaporation in the tree, and the energy is further taken in. It can be used as energy and pumping energy. That is, in this solar pump 10, as long as the solar irradiation continues and as long as the water source is present, the above pumping action can be continuously performed. That is, it is possible to realize an energy saving pumping system or desalination system.
[0035]
Next, the structure of each part from the water intake part 11 to the condensing part 18 mentioned above is demonstrated concretely.
[0036]
The water intake unit 11 is desirably installed at a deep position in the water source 100. The water intake unit 11 includes a lower end portion 28A of the conductive medium 28, a osmotic membrane 24 enclosing the periphery of the lower end portion 28A, and a water-permeable reinforcing member 26 that reinforces the permeable membrane 24. ing. Here, the osmotic membrane 24 functions as a filter for allowing only water to permeate into the conducting medium 28 by removing a base or the like from seawater, and is composed of a semipermeable membrane or the like, but is not limited thereto. In addition, various types of filters can be used as long as the filters have selective permeability. The osmotic pressure in the osmotic membrane 24 is acquired by the evaporation of water in the evaporation unit 14 as described above.
[0037]
The conducting medium 28 is composed of a water-absorbing porous medium, and for example, a porous member such as ceramic is used. The conducting medium 28 is roughly divided into a lower end portion 28A, an intermediate portion 28B, and an upper end portion 28C. The intermediate portion 28B belongs to the conducting portion 12, and the upper end portion 28C constitutes the evaporation portion 14. As shown in FIG. 1, the conductive medium 28 is composed of a single member as a whole, the lower end portion 28A and the intermediate portion 28B have a cylindrical shape, and the upper end portion 28C has a hemispherical shape. .
[0038]
In the conducting portion 12, the intermediate portion 28 </ b> B is encased by a cylindrical reinforcing member 30 and is reinforced by a structural surface. A plurality of support members 20 and 22 are connected to the reinforcing member 32, and the solar pump 10 is fixedly installed on the water source 100 by such support members 20 and 22. Of course, it is also possible to arrange the solar pump 10 so as to float on the water source 100.
[0039]
In the evaporation part 14, the surface of the hemispherical upper end part 28C is colored, for example, black. This is to absorb the solar radiation 102 as efficiently as possible. Of course, a large number of fins and the like may be provided on the upper end portion 28C to absorb the solar radiation 102 energy more efficiently.
[0040]
A diffusion unit 16 is formed on the evaporation unit 14 as illustrated. The diffusion part 16 is constituted by a cylindrical container 32, and the internal space is the diffusion space 34 described above. In the diffusion space 34, the vapor evaporated from the evaporation unit 14 is diffused. Incidentally, it is desirable that the container 32 is made of a transparent member that transmits the solar solar radiation 102.
[0041]
The condensing part 18 is constituted by a condensing cap 36. The outer surface of the condensing cap 36 is colored, for example, white so as to reflect solar radiation as much as possible (that is, to have a reflecting effect) , and specifically, an aluminum plate or the like painted white on the outside is used as the condensing cap 36. Is desirable. The condensing part 18 and the diffusion part 16 make the diffusion space 34 a sealed space.
[0042]
The condensing cap 36 has a dome shape, and water vapor is condensed on the condensing surface 36A which is the inner surface of the condensing cap 36, which is collected as water droplets by the collecting portion 36B. This collection part 36B has a shape of a “crown” in which the lower side of the condensation cap 36 is folded inward. As described above, the collection unit 36B is connected to the drain 40, and water is collected through the drain 40 into, for example, the tank 104 installed on the ground.
[0043]
In the figure, reference numeral 106 indicates a facility that uses the water in the tank 104. For example, it is possible to generate power using the potential energy of the water in the tank 104, or to use the desalinated water as irrigation water. It is.
[0044]
By the way, it is also possible to carry the water in the low place to a higher position by installing the solar pump 10 using the water in the tank 104 as a water source and connecting them.
[0045]
In the embodiment shown in FIG. 1, the solar pump 10 is installed vertically, and the condensation unit 18 is provided vertically above the evaporation unit 14. However, when the shadow of the condensation part 18 is applied to the evaporation part 14, the condensation part 18 may be installed at a position moved in the horizontal direction from above the evaporation part 14. In that case, the diffusion unit 16 is configured to extend in an oblique direction, for example.
[0046]
In this embodiment, in the solar pump 10, the osmosis membrane 24 and the reinforcing member 26 in the water intake unit 11 constitute an osmosis module (selective permeation module), and the osmosis module can be replaced. That is, when the osmotic membrane 24 is deteriorated, it is possible to replace the osmotic module itself and regenerate its action.
[0047]
In the solar pump 10, it is desirable that the temperature in the evaporation section 14 is as high as possible, while the temperature in the condensation section 18 is desirably as low as possible. For this reason, a mirror or the like for concentrating solar radiation on the evaporating unit 14 may be separately installed, and an umbrella or the like for blocking solar radiation may be installed on the condensing unit 18.
[0048]
The solar pump 10 has a length of, for example, 10 m as a whole, and the length of the conducting portion 12 and the water intake portion 11 is, for example, 7 to 8 m in the entire length. In that case, the water intake part 11 is installed in the depth of 2-3 m, for example. The length of the diffusion part 16 is several meters, for example, and the length is preferably relatively short in order to prevent condensation in the container 32 as much as possible.
[0049]
Assuming that the amount of fresh water collected using the solar pump 10 is estimated, for example, Shionomisaki is assumed as the installation location, and the solar conversion efficiency (the ratio of the amount of solar radiation that can be used for evaporation) of the solar pump 10 is set to 0. Assuming that the average solar radiation of Cape Shionomis is 166 W / m 2, it can be estimated that the evaporation from the horizontal plane is 3 mm / d, ie 1 m 2 , and 3 liters per day. Under this estimation, it is estimated that about 5 liters of fresh water can be recovered per day from the evaporation section 14 having a diameter of 1 m. Therefore, a plurality of solar pumps 10 may be installed in parallel according to the required amount of water, or a plurality of solar pumps 10 may be installed stepwise in the vertical direction for power generation applications.
[0050]
As described above, according to the solar pump 10 according to the present embodiment, a solar system using solar energy naturally formed by trees or the like is artificially reproduced, thereby making it possible to use various types of water. is there.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, solar thermal energy can be used for liquid transportation, for example, it can be used for desalination or pumping.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a concept of a system including a solar pump according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solar pump, 11 Water intake part, 12 Conducting part, 14 Evaporating part, 16 Diffusion part, 18 Condensing part, 28 Conducting medium (water retention porous medium).

Claims (10)

液体源に浸漬された取込部と、その取込部から取り込まれた液体を上方へ導く通導媒体と、その通導媒体からの液体が供給され太陽日射による蒸発が行われる蒸発部と、を有する蒸発装置と、
前記蒸発部で蒸発した気化液体を凝結させて回収する回収装置と、
を含み、
前記回収装置は、
前記蒸発部からの気化液体が付着し、その気化液体を凝結させる凝結器と、
前記蒸発部と前記凝結器との間の拡散空間を密閉する透明な容器と、
を含み、
前記凝結器の内面は前記拡散空間からの気化液体を凝結させる凝結面であり、
前記凝結器の外側表面は太陽日射を反射する作用をもった面であり、
太陽日射が前記透明な容器を介して前記蒸発部に入射する、
ことを特徴とするソーラーポンプ。
An intake section immersed in a liquid source, a conducting medium that guides the liquid taken in from the intake section upward, an evaporation section that is supplied with liquid from the conducting medium and is evaporated by solar radiation, and An evaporator having
A collection device for condensing and collecting the vaporized liquid evaporated in the evaporation section;
Including
The recovery device is
A condensing device for adhering vaporized liquid from the evaporation section and condensing the vaporized liquid;
A transparent container that seals the diffusion space between the evaporator and the condenser;
Including
The inner surface of the condenser is a condensation surface that condenses the vaporized liquid from the diffusion space,
The outer surface of the condenser is a surface having a function of reflecting solar radiation,
Solar solar radiation enters the evaporation section through the transparent container,
A solar pump characterized by that.
請求項1記載のソーラーポンプにおいて、
前記通導媒体は多孔質部材で構成されることを特徴とするソーラーポンプ。
The solar pump according to claim 1, wherein
The solar pump according to claim 1, wherein the conducting medium is composed of a porous member.
請求項2記載のソーラーポンプにおいて、
前記通導媒体及び前記蒸発部は一体成形された多孔質部材によって構成されることを特徴とするソーラーポンプ。
In the solar pump according to claim 2,
The solar pump according to claim 1, wherein the conducting medium and the evaporating part are constituted by a porous member formed integrally.
請求項1記載のソーラーポンプにおいて、
前記凝結器は、
下側に向けて開いたドーム状の前記凝結面と、
前記凝結面の周縁に設けられ、前記凝結面を伝わる液滴を捕集する捕集溝と、
を有することを特徴とするソーラーポンプ。
The solar pump according to claim 1, wherein
The condenser is
The dome-shaped condensation surface opened downward,
A collecting groove that is provided at a peripheral edge of the condensing surface and collects droplets traveling on the condensing surface;
A solar pump characterized by comprising:
請求項1〜4いずれか1項に記載のソーラーポンプにおいて、
前記取込部には選択的に液体を取り込むフィルタが設けられたことを特徴とするソーラーポンプ。
In the solar pump according to any one of claims 1 to 4,
A solar pump according to claim 1, wherein a filter for selectively taking in liquid is provided in the take-in portion.
請求項5記載のソーラーポンプにおいて、
前記フィルタは交換可能に設けられたことを特徴とするソーラーポンプ。
In the solar pump according to claim 5,
The solar pump, wherein the filter is provided so as to be replaceable.
水源に浸漬された下端の取水部と、その取水部から取り込まれた水を上方へ導く通導媒体と、その通導媒体からの水が供給され太陽日射による蒸発が行われる上端の蒸発部と、を有し、その蒸発部での水の蒸発作用により吸水作用及び揚水作用が発揮される蒸発装置と、
前記蒸発部で蒸発した水蒸気を凝結させて回収する回収装置と、
を含み、
前記回収装置は、
前記蒸発部からの水蒸気が付着し、その水蒸気を凝結させる凝結器と、
前記蒸発部と前記凝結器との間の拡散空間を密閉する透明な容器と、
を含み、
前記凝結器の内面は前記拡散空間からの水蒸気を凝結させる凝結面であり、
前記凝結器の外側表面は太陽日射を反射する作用をもった面であり、
太陽日射が前記透明な容器を介して前記蒸発部に入射する、
ことを特徴とするソーラーポンプ。
A water intake unit at the lower end immersed in a water source, a conducting medium for guiding water taken in from the water intake unit upward, and an evaporating unit at the upper end where water from the conducting medium is supplied and evaporation is performed by solar radiation. And an evaporation device that exhibits water absorption and pumping action by the evaporation of water in the evaporation section,
A recovery device for condensing and recovering the water vapor evaporated in the evaporation section;
Including
The recovery device is
A condenser for adhering water vapor from the evaporation section and condensing the water vapor;
A transparent container that seals the diffusion space between the evaporator and the condenser;
Including
The inner surface of the condenser is a condensation surface that condenses water vapor from the diffusion space,
The outer surface of the condenser is a surface having a function of reflecting solar radiation,
Solar solar radiation enters the evaporation section through the transparent container,
A solar pump characterized by that.
水源に浸漬された下端の取水部と、その取水部から取り込まれた水を上方へ導く通導媒体と、その通導媒体からの水が供給され太陽日射による蒸発が行われる上端の蒸発部と、を有し、その蒸発部での水の蒸発作用により吸水作用及び揚水作用が発揮される蒸発装置と、
前記取込部に設けられ、水だけを選択的に透過させる淡水化フィルタと、
前記蒸発部からの水蒸気を凝結させて回収する淡水回収装置と、
を含み、
前記淡水回収装置は、
前記蒸発部からの水蒸気が付着し、その水蒸気を凝結させる凝結器と、
前記蒸発部と前記凝結器との間の拡散空間を密閉する透明な容器と、
を含み、
前記凝結器の内面は前記拡散空間からの水蒸気を凝結させる凝結面であり、
前記凝結器の外側表面は太陽日射を反射する作用をもった面であり、
太陽日射が前記透明な容器を介して前記蒸発部に入射する、
ことを特徴とするソーラーシステム。
A water intake unit at the lower end immersed in a water source, a conducting medium for guiding water taken in from the water intake unit upward, and an evaporating unit at the upper end where water from the conducting medium is supplied and evaporation is performed by solar radiation. And an evaporation device that exhibits water absorption and pumping action by the evaporation of water in the evaporation section,
A desalination filter that is provided in the intake and selectively allows only water to pass through;
A fresh water recovery device for condensing and recovering water vapor from the evaporation section;
Including
The fresh water recovery device is:
A condenser for adhering water vapor from the evaporation section and condensing the water vapor;
A transparent container that seals the diffusion space between the evaporator and the condenser;
Including
The inner surface of the condenser is a condensation surface that condenses water vapor from the diffusion space,
The outer surface of the condenser is a surface having a function of reflecting solar radiation,
Solar solar radiation enters the evaporation section through the transparent container,
A solar system characterized by that.
水源に浸漬された下端の取水部と、その取水部から取り込まれた水を高所へ導く通導媒体と、その通導媒体からの水が供給され太陽日射による蒸発が行われる上端の蒸発部と、を有し、その蒸発部での水の蒸発作用により取水作用及び揚水作用が発揮される蒸発装置と、
前記蒸発部から出る水蒸気を凝結させて回収する回収装置と、
前記回収装置で回収された水によって発電を行う発電設備と、
を含み、
前記回収装置は、
前記蒸発部からの水蒸気が付着し、その水蒸気を凝結させる凝結器と、
前記蒸発部と前記凝結器との間の拡散空間を密閉する透明な容器と、
を含み、
前記凝結器の内面は前記拡散空間からの水蒸気を凝結させる凝結面であり、
前記凝結器の外側表面は太陽日射を反射する作用をもった面であり、
太陽日射が前記透明な容器を介して前記蒸発部に入射する、
ことを特徴とするソーラーシステム。
A water intake at the lower end immersed in a water source, a conduction medium for guiding water taken from the water intake to a high place, and an evaporation section at the upper end where water from the conduction medium is supplied and evaporation is performed by solar radiation. And an evaporator that exhibits water intake and pumping action by the evaporation of water in the evaporation section,
A recovery device for condensing and recovering water vapor from the evaporation section;
A power generation facility for generating power with water recovered by the recovery device;
Including
The recovery device is
A condenser for adhering water vapor from the evaporation section and condensing the water vapor;
A transparent container that seals the diffusion space between the evaporator and the condenser;
Including
The inner surface of the condenser is a condensation surface that condenses water vapor from the diffusion space,
The outer surface of the condenser is a surface having a function of reflecting solar radiation,
Solar solar radiation enters the evaporation section through the transparent container,
A solar system characterized by that.
液体源に浸漬された下端の取込部と、その取込部から取り込まれた液体を上方へ導く通導媒体と、その通導媒体からの液体が供給され太陽日射による蒸発が行われる上端の蒸発部と、を有し、その蒸発部での液体の蒸発作用により吸引作用が発揮される蒸発装置と、
前記取込部に設けられた選択透過作用を有するフィルタと、
前記蒸発部で蒸発した気化液体を凝結させて回収する回収装置と、
を含み、
前記回収装置は、
前記蒸発部からの気化液体が付着し、その気化液体を凝結させる凝結器と、
前記蒸発部と前記凝結器との間の拡散空間を密閉する透明な容器と、
を含み、
前記凝結器の内面は前記拡散空間からの気化液体を凝結させる凝結面であり、
前記凝結器の外側表面は太陽日射を反射する作用をもった面であり、
太陽日射が前記透明な容器を介して前記蒸発部に入射する、
ことを特徴とするソーラーシステム。
A lower-end intake section immersed in a liquid source, a conduction medium that guides the liquid taken in from the intake section upward, and an upper-end that is supplied with liquid from the conduction medium and is evaporated by solar radiation. An evaporating unit, and an evaporating device that exerts a suction action by the evaporating action of the liquid in the evaporating part,
A filter having a selective permeation effect provided in the intake section;
A collection device for condensing and collecting the vaporized liquid evaporated in the evaporation section;
Including
The recovery device is
A condensing device for adhering vaporized liquid from the evaporation section and condensing the vaporized liquid;
A transparent container that seals the diffusion space between the evaporator and the condenser;
Including
The inner surface of the condenser is a condensation surface that condenses the vaporized liquid from the diffusion space,
The outer surface of the condenser is a surface having a function of reflecting solar radiation,
Solar solar radiation enters the evaporation section through the transparent container,
A solar system characterized by that.
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