JP4865918B1

JP4865918B1 - 浄水装置

Info

Publication number: JP4865918B1
Application number: JP2011064942A
Authority: JP
Inventors: ▲こう▼三郎宮崎
Original assignee: ▲こう▼三郎宮崎
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2031-02-14
Also published as: JP2012081459A

Abstract

【課題】極めて、低廉なコストで得られる、極めて簡単な構成で、水回収効率が高い浄水装置を提供する。
【解決手段】ハウジング５１、５３、５５、ソーラーパネル６４、バッテリー６３、サーモスタット付ヒーター５８、表面を鏡面加工した連立気泡スポンジ５６等で構成され、前記ハウジングは太陽光が内部に入射できる様に、少なくとも上面部分が透明材で構成され、入射した太陽光を、水の上に浮かべた表面を鏡面加工した連立気泡スポンジ上の反射板で反射し、外に向って逃げる太陽光を、上部三角錐状のハウジング内部に１〜３ｍｍ程度のハーフミラー仕上げをした、三角錐や四角錐等の錐状の突起物の表面に当て乱反射させる事ができ、当該ハウジングを水の上に置いた場合に、該水と該ハウジングの内部に密閉空間が形成され、前記鏡面加工したヒーター内蔵連立気泡スポンジは、前記ハウジング内の下部に導入された水の表面となる位置に設けられる浄水装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、飲み水として不適合な水を飲料水として利用可能なようにする為の浄水装置に関する。

降雨量の少ない地域及び、上水道設備が不完全な地域では、飲料用の清水を得る事が困難である事から、海水及び、沼、池、川、等、直接飲用不可の水を飲料用清水にする必要がある。

ところで、現在主流となっている淡水化技術には、石油による多重効用法、電力による多段フラッシュ法、或は半透膜法等がある。

しかしながら、これらの淡水化技術は、大きなコストがかかるので、小規模な淡水化施設には不向きである。

このような観点から、小規模地域への淡水供給方法として太陽熱による淡水化が研究されて来た。

例えば、海面に浮上するようにしてある海水の淡水化装置であって、この装置は底板と側板及び傾斜した天板を有し、少なくとも天板は透光性を有し、天板下方には集光手段が設けてあり、下部には取水部が設けてある蒸散温室と集光加熱装置で発生した蒸気を冷却液化する蒸気冷却手段と、それにより液化された水をためる貯水槽とを備え、集光加熱装置は、方向制御可能に支持されたケース体とケース体に設けてある集光レンズと集光レンズによる集光部に対応して設けてあり、内部に海水が導入される加熱容器部と、加熱容器部で発生する蒸気を排出する排出手段とを有する海水の淡水化装置が提案（特開平７−１３２２７９号公報）されている

この提案の淡水化装置の詳細は、図２に示された通りである。図２中Ａは淡水化装置、１は蒸散温室である。この蒸散温室１は平面視四角形で底板１０の縁部に前壁１１と前壁１１より高い後壁１２を有し、前壁１１と後壁１２の上部には透明なプラスチックで形成された天板１３が架け渡してあり、両側部は側壁１４で塞いである。蒸散温室１の下部側は断熱材１５で被覆されている。前壁１１や後壁１２及び両側壁１４の各々の内面は鏡面仕上げされており、大陽光線を蒸散温室１内の海水面に向けるようになっている。天板１３の内面下部には集水樋１６が設けられている。集水樋１６は貯水槽８に送水手段を介して送水するようになっている。又蒸散温室１の両側壁１４の下部には取水孔１７が設けられている。又集光加熱装置２が蒸散温室１の後壁１２近傍に配設されている。集光加熱装置２は、球体の一部を平面で切欠した形状の中空体であるケース体２０を有している。ケース体２０はステンレス製で、切欠側には開口部２１が設けられている。開光部２１には凸レンズである集光レンズ２２が嵌め込まれている。ケース体２０内部側の集光レンズ２２の集光部に当たる部分には加熱容器部が固定されている。加熱容器部は平面視円形に形成されている。加熱容器部の一方側にはケース体２０の底部外側へ通じる導水管が繋がれている。加熱容器部の他方側にはケース体２０の上部側部へ通じる排出手段である排出管が繋がれている。排出管はフレキシブル管２８を介して後壁１２の外部に配説してある通気管２９に接続されている。ケース体２０は支持台具２６に設けられた所要数の支持制御ローラ２７により支持されている。支持制御ローラ２７は円形に配置してあり、球面を有するケース体２０を全部の支持制御ローラ２７で支持できるようにしている。支持制御ローラ２７は各種センサなどを使用した制御手段を介して独立して回転制御され、集光レンズ２２を常に太陽に向けるようにケース体２０の傾きを制御するようにしている。尚、蒸散温室１の底板１０のうちケース体２０と対応する部分には球面状の凹部１０１が形成されており、ケース体２０の底部が浸水できるようになっている。通気管２９は後壁１２から蒸散温室１外部へ導出されている。通気管２９は蒸気冷却手段であるラジエータ３が接続されている。ラジエータ３の上部には太陽光線を遮ってラジエータ３の冷却性能を高める為の遮光板３０が設けられている。遮光板３０の上面には太陽電池３１が配設されている。ラジエター３の排出側には通水管２９ａが接続されている。通水管２９ａの先部は貯水槽８の内部に導入されている。貯水槽８には内部に溜まった水を外部に取り出す出水手段が設けられている。尚、符号５はバッテリーで、太陽電池３１で発電される電気を蓄電するものである。この電気は集光加熱装置２の制御手段や送水、出水装置の駆動に使用される。
特開平７−１３２２７９号公報

さて、前記提案の淡水化装置は、それまでのＭＥ法やＭＳＦ法やＲＯ法などの淡水化技術に比べたならば、遥かに低コストなものである。

しかしながら、格別な集光加熱装置を必要とし、この分だけどうしてもコスト高なものとなる。

かつ、この装置では、水が得られないことも有ることが判って来た。

この原因については蒸散温室１内に海水を導入する取水孔１７を側壁１４に設けているからである。すなわち、海水が気化して水蒸気になった場合、その分だけ蒸散温室１内の気圧が高くなる。そうすると蒸散温室１内の水面が押し下げられるように蒸散温室１が高く浮上する。この結果、側壁１４の取水孔１７が海水面より高くなる場合がある。このようになると、取水孔１７を介して蒸散温室１内と外気とが繋がり、気化した蒸散温室１内の水蒸気が大気中に放散されてしまう様になり、水蒸気が蒸散温室１の天板１３の内面に付着しないようになり、そして水の回収がされなくなることに気付いたのである。

従って、本発明が解決しようとする第１の課題は、極めて低廉なコストで得られる極めて簡単な構成の浄水装置を提供することである

本発明が解決しようとする第２の課題は、水回収効率が高い浄水装置を提供する事である。

課題を解決する為の手段

前記の課題は飲み水として不適合な水を、飲料水として利用可能なようにする為の浄水装置であって、ハウジングとハウジング内の水表面となる部分に鏡面化工した連立気泡スポンジを浮かべ、その内部にサーモスタット付ヒーターを設け、ハウジング外部にソーラーパネル、バッテリー、ソーラーライトを設け、当該ハウジング内部に太陽光が入射できるように、上部円錐部分が透明材で構成されており、又円錐部分の全ての内壁に、結露した水適がハウジング上部内壁を伝って落ちるのをさまたげない、一辺１〜３ｍｍ程度の鏡面加工をした三角錐や四角錐を全面に設け、当該ハウジングを飲み水として不適合な水の上に置いた場合に、その水面と当該ハウジングとの間に密閉空間が形成されるように構成されている。

当該ハウジングの下面の一部は開放されていて、当該ハウジングを飲み水として不適合な水の上に置いた場合に、当該開放部から当該ハウジング内に飲み水として不適合な水が進入できるように構成されており、前記連立気泡形スポンジ及びヒーターパイプは、ハウジング内の下部に導入された飲み水として不適合な水の水面上となる位置に、自然と同調する様に設けられたものであり、当該ハウジング周辺に設置されたソーラーパネル、バッテリー、ソーラーライトを倶備した事を特徴とする。

尚、ハウジングの上面部は、傾斜部分を有し、その内壁全面に１〜３ｍｍ程度の三角錐及び四角錐等の錐状の表面にハーフミラー形式の鏡面仕上げをした突起物を有し、すなわち蒸発、気化した水分が、上面部で冷却、液化した水適となり、内部壁面を伝って、自然に集水されるように、ハウジング上面部は、円錐、三角錐四角錐等の錐状の傾斜状態にしておく事が好ましい。

又、ハウジングの上面部とか、側面部は、ハウジングを水面に置いた場合に、太陽光が当たる部分は透明材を用い、通常使用されている方式とは逆の太陽光を表面で反射するのではなく、太陽光は透過させ内部表面にハーフミラー加工をしておくことが好ましい。すなわち、ハウジングに当った太陽光全てがハウジング内に入射され、ハウジング内の水面に置かれた鏡面加工された連立気泡スポンジの表面に当り、反射された光が内部上面の鏡面加工された三角錐や四角錐等の錐状の突起物に当り、乱反射をくり返すようにしておく事が好ましい。

発明の効果

上記のように構成させた浄水装置、特にハウジング内の下部に導入された飲み水として不適合な水の水表面となる位置に、ヒーターを内蔵し表面を鏡面仕上げをした連立気泡スポンジが設けられた浄水装置は、ハウジング内に入射した太陽光が水表面に置かれた鏡面加工をした連立気泡スポンジの表面で反射し、ハウジング上部の内壁にもうけられた１〜３ｍｍ程度のハーフミラー化工された突起物の鏡面で乱反射し、水表面の加熱を促進する。このように直接水表面だけを効果的に温ためるようになり、蒸発、気化効率が高くなる。太陽光の入射による蒸発のみの場合、雨天や夜間の利用ができなくなるので、蒸発気化補助装置としてサーモスタット付ヒーターを連立気泡スポンジ内に組み込み、ソーラーパネルで発電した電力をバッテリーで蓄電し、スポンジ内部に組み込んだヒーターを温ためたり、ハウジング外部に設置した白熱電球を照射する事により、全天候型で２４時間の運転が可能になる。

又、太陽光がハウジング内に入射する際、ハウジング内上部内壁に設けられた三角錐や四角錐等の突起物を通過するが、その各々の突起物に対する太陽光の入射角度や、突起物の形状による屈折等により、入射した光射が焦点を結ぶ事が起こり、その焦点では高温を得られる事が考えられ、水蒸気の発生をより多くする事が可能になる。

又、ハウジングの下面の一部又は全部が開放されていて、当該ハウジングを飲み水として不適合な水の上に置いた場合に、当該開放部から当該ハウジング内に当該飲み水として不適合な水が補給されるようになり、極めて好都合である。しかも開放部がハウジングの下面に設けられていると、ハウジングの上下動にかかわらず、ハウジングと水面とによって構成される空間は閉鎖空間であるから、開放部から気化した蒸気が漏れ出る事も無く、非常に好都合である。

これに対して、ハウジングの側面に開放部が設けられていると、ハウジングの上下動によっては、開放部が水面上となる場合もあり、大気空間と繋がって、気化した水蒸気が漏れ出ることが起きる。

発明を実施する為の最良の形態

図１は、本発明になる浄水装置の概略図である。同図中全体５２はガラスプラスティック、アクリル樹脂等の透明な材質で構成されており、上部円錐形状部５１は内壁全面に１〜３ｍｍ程度の三角錐、四角錐等の突起物を持ち、下方面に円筒形状部５３が構成され、この円筒形状部５３の下端から内側にドーナツ状で傾斜部を有する鍔部５４が構成され、この鍔部５４の内周部分から上側に立ち上った円筒形状部５５が構成されたものである。

尚、円錐形状部５１、円筒形状部５３鍔部５４及び円筒形状部５５の全てが透明樹脂材料を用いた一体成型によって構成する事も出来るが５１の下辺と５３の上辺の２部品に分けて型成されたものを組み合わせる事が好ましい。

そして、本実施形態では、円錐形状部５１円筒形状部５３鍔部５４及び円筒形状部５５からなるハウジング５２を全て透明材で構成させたが、ハウジング５２を水面上に配置した場合に、一番下の水面下にある鍔部５４などは透明材で構成されなくても一向に差し支えないものである。すなわち円錐形状部５１、円筒形状部５３や円筒形状部５５の中部から上部にかけて透明であれば、本発明の目的は大きく達成できる。但し円錐形状部５１円筒形状部５３、及び円筒形状部５５が透明材で構成される事が作業性や効率及びメンテナンス上好ましい。

ハウジング５２の円筒形状部５５の水表面部には、太陽光を反射する為のヒーター５８入り鏡面仕上げの連立気泡スポンジ５６が常に水面に浮上した状態で取り付けられている。この連立気泡スポンジは５６は円筒形状部５５との間に、水面の上下に影響されない程度のすきま５７が設けられている。

さて、上記構成のハウジング５２を水面上に置くと、ハウジング５１．５３．５５．等の重量で下方部が水中に没する。しかしながらハウジング５２の外壁と水面とで構成される空間は閉鎖空間６５であるから、この閉鎖空間内の気体の浮上によって、ハウジング５２全体が沈没する事はない。尚、それでも重すぎたり軽すぎたりして、この装置をうまく作動させるのが困難と思われる場合は円筒形状部５３の最下端部にて浮力調整を行なう。

尚、当該装置を固定して使用する場合も、浮遊して使用する場合も、当該装置の機能を振動やその他の外的要因に帰する水位の上下変化に対応する為、円筒形ハウジング５５の下部鍔部５４より円筒形ハウジング５５の最上部で円錐形ハウジング５１と平行して内側に曲っている部分の最下部６７と鍔部５４との間で、最下部より２／３程度の位置が水面である事が好ましい。

５９は円筒形状部５３と円筒形状部５５との間に設けられた濾過材である。尚この濾過材は無くても差し支え無いが、より一層の安全と水質安定を得る為に設けられている。

６０は鍔部５４の最下位位置に対応して設けられた浄水排出口であり、６１は浄水排水口６０に接続された、浄水回収容器である。

上記のように構成させた浄水装置が、例えば海や池等の水面に置かれる。そうすると自身の重さと浮力のとの関係で少しだけ沈み、即ち鏡面加工された連立気泡スポンジ５６が水面上に浮いている様になる。その状態を継続すると上部円錐形状部５１や周囲側面の円筒形状部５３から、太陽光がハウジング５２内に入射される。入射した太陽光は、水表面で反射され上部内壁のハーフミラー化工された突起物により乱反射し、水表面を温め迅速に水蒸気の発生をうながす。

上記の設定にソーラーパネル６４とバッテリー６３サーモスタット付ヒーター５８白熱電球６６を利用する場合は、ソーラーパネル６４で発電した電力をバッテリー６３に充電し、サーモスタット付ヒーター５８と白熱電球６６に送電し、水温を殺菌可能温度の６５℃〜７０℃に上昇させるのが好ましい。

上記の装置は、同一電源を用いる白熱電球とヒーターと言う個別の装置での組み合せであるが、使用状況により、個別の対応が必要とされるが、原理的には電力を利用するという点で同様であるので、格別の問題はない。

気化した水蒸気は、円錐形状部５１や円筒形状部５３の内面に付着して水滴となり、そして、付着面に重力により案内されて滑り落ち、濾過材６０によって濾過を受け、そして浄水回収容器６１に回収される。

この場合、水蒸気の回収率は、水蒸気温と外気温との差が大きい程結露しやすい事から、ハウジング５３の外の水温及び外気温の差をより大きくする為に鏡面仕上げをなされた連立気泡スポンジ内に、サーモスタット付ヒーター５８を組み込み、水表面に向けてサーモスタット温度を６５℃〜７０℃に設定して取り付けるのがのぞましい。

尚サーモスタット付ヒーター５８、及び白熱電球６６は耐水電気コード６２を通じてバッテリー６３、ソーラーパネル６４に接続し必要電力量をまかなう事ができる。

太陽光とサーモスタット付ヒーター５８で温ためられた６５℃以上の水蒸気は、完全ではないがほとんどの細菌が死滅しているので、結露水として回収後もかなり安全な水といえる。

この様な状況下においてハウジング５１の外壁と水面とで構成される空間は、完全な閉鎖空間６５であるから、気化した水蒸気がハウジング５１外に漏れ出る事はない。従って、浄水の回収効率がすぐれている。

かつ、鏡面加工した連立気泡スポンジ５６上の水が気化して水蒸気となった分だけ、開放部５７、連立気泡スポンジ部５６から水が自動的に供給されるから、わざわざ気化した分だけ水を補給しなくても済み、そのランニングコストは極めて低廉である。

尚、当該装置は、その運転を太陽光だけでの利用も可能であるが、ソーラーパネル６４バッテリー６３サーモスタット付ヒーター５８白熱電球６６をを利用する事により、雨天や夜間も稼動する事ができ、ランニングコストも不要で、２４時間、１年中利用できる事になり、浄水回収量も格別多くなる。

尚、本発明の装置は、極めて簡単な物であり、イニシャルコストも低く、又こわれにくい装置である。１つのハウジングの大きさはこだわらないが、内部閉鎖空間部分をあまり大きくしない方が良く、回収量を多く求めたい場合は、同規模のものを数多く設置した方が良い。又場所と水質を選ばないので、家庭単位の利用から、地域レベルの利用に適しており大規模プラントも可能だが、上水設備をしなくてもいいという特性を生かす事が重用と思われる。小さな装置はキャンプや非常用器具として、又船舶用準備品、市、区、町、村の防災対策用品として常備する事も有効な利用方法と思われる。

本発明になる浄水装置の概略図従来の浄水装置の概略図

５１円錐形状部
５２ハウジング
５３円筒形状部
５５円筒形状部
５７開放部
５６連立気泡スポンジ
５８サーモスタット付ヒーター
６１浄水回収容器
６３バッテリー
６４ソーラーパネル
６６白熱電球
６７円錐形状内部突起物

Claims

飲み水として不適合な水を、飲料水として利用可能なようにする為の、浄水装置であって、ハウジング内の水表面となる部分に鏡面加工した連立気泡スポンジを浮かべ、その内部にサーモスタット付ヒーターを内蔵し、ハウジング外部にソーラーパネル、バッテリー、白熱電球を設け、当該ハウジング内部に太陽光が入射できる様に上部円錐部分が透明材で構成されており、又円錐部分の全ての内壁に結露した水滴がハウジング上部内壁を伝って落ちるのをさまたげない、一辺１〜３ｍｍ程度の鏡面加工をした三角錐や四角錐を全面に設け、当該ハウジングを飲み水として不適合な水の上に置いた場合に、その水面と当該ハウジングとの間に密閉空間が形成される様に構成されており、前記サーモスタット付ヒーター内蔵の表面を鏡面加工された連立気泡スポンジは、ハウジング内の下部に導入された飲み水として不適合な水の水表面となる位置に設けられたものであることを特徴とする浄水装置。
当該装置におけるハウジング部分は、上部円錐形部分と下部外側円柱形部分とで上下に分ける事ができ、又ハウジング内部で密閉空間が確実に形成される様に、パッキン及び止め金具で上下部分を確実につなぎ、当該ハウジングを、飲み水として不適合な水の上に置いた場合にハウジングの下面の一部が開放されており、ハウジング中央内部に飲み水として不適合な水が進入できる様に構成されている事を特徴とする請求項１の浄水装置。
当該ハウジング上部の円錐部分に、外部に設置したライトの光を照射しても、太陽光の入射と同様の効果を求める事のできる装置であり、入射した光は、ハウジング内上部に設けられた、三角錐、四角錐の内部を通過する際の光線の屈折により、ハウジング内部のいずれかの位置で焦点を形成する事もでき、光線が飲み水として不適合な水表面に置かれた鏡面加工をした連立気泡スポンジに反射し上部円錐形内部の突起物に反射し乱反射を起こし、乱反射した光がハウジング内で熱エネルギーに変換し、水表面温度を上昇させる請求項１の浄水装置。
当該ハウジング上部の円錐部分は、必ずしも円錐形である必要はなく、三角錐、四角錐の錐状の先端が鋭角を持つハウジングも同様に使用でき、上下が三角錐と三角柱、四角錐と四角柱の様に組み合わせ、使用できる請求項１の浄水装置。