JP6000111B2

JP6000111B2 - 海水淡水化装置

Info

Publication number: JP6000111B2
Application number: JP2012278735A
Authority: JP
Inventors: 昊二藤田
Original assignee: 昊二藤田
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP2014121673A

Description

本発明は、海水淡水化装置に関する。

従来、巨大なドーム施設を海上に建設し、海面から蒸発した水蒸気をドーム天頂口から取り込みパイプラインに送る海水淡水化装置が提案された（特許文献１参照）。

特開２００９−０５６３４３号公報

しかしながら、より効率的で取り扱い易い海水淡水化装置があれば便利である。

そこで、本発明は、より効率的で取り扱い易い新たな海水淡水化装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。すなわち、海水が出入りする海水入出口を備えた海上小屋と、前記海上小屋内の空気を排出する空気排出装置と、前記海上小屋内の海水に浮遊する浮きと、前記浮きから吊り下げられ、前記海上小屋内の海水を蒸発させて水蒸気にする発熱装置と、前記水蒸気から得られた液体状の淡水を前記海上小屋外へ取り出す淡水取出口と、を備えたことを特徴とする海水淡水化装置である。

本発明の実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る中天井の概略構成を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る気密保持装置の概略構成を示す斜視図である。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置の概略構成を示す断面図であり、図１（ａ）は淡水取出口１６が閉じている場合の断面図であり、図１（ｂ）は淡水取出口１６が開いている場合の断面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置１は、海水が出入りする海水入出口２を備えた海上小屋３と、海上小屋３内の空気を排出する空気排出装置４と、海上小屋３内の海水に浮遊する浮き５と、浮き５から吊り下げられ、海上小屋３内の海水を蒸発させて水蒸気にする発熱装置６と、水蒸気から得られた液体状の淡水を海上小屋３外へ取り出す淡水取出口１６と、を備えている。

［海上小屋］
（材料）
海上小屋３は、例えば、金属や木からできた柱と、強化プラスチックやガラスなどからできた壁や天井などと、を有している。強化プラスチックやガラスは、環境ホルモンを排出しないため、直射日光により加熱される海上小屋３の壁や天井などとして好ましく用いることができる。

（海上）
海上小屋３は、海底に基礎部を打ち込んでこれにより支持してもよいし、海面に浮遊させてもよい。海面に浮遊させる場合、海上小屋３は、それ自体が浮遊性を有するものであってもよいし、ガラスなどからなる浮きを取り付けられることによって浮遊するものであってもよい。

なお、海上小屋３を海面に浮遊させる場合、海上小屋３には、傾斜防止装置を設けることが好ましい。このようにすれば、海上小屋３の姿勢が安定するため、液体状の淡水を効率的に淡水取出口１６から取り出すことが可能となる。傾斜防止装置は、例えば、海上小屋３に取り付けられる長い棒状部材と、この棒状部材に取り付けられ海に沈められる円盤状のオモリと、を有していることが好ましい。

海上小屋３は、その一部が海面下に存在していてもよい。

（海水入出口）
海水が出入りする海水入出口２は、海上小屋３における様々な箇所に様々な形で形成することができる。ただし、図１に示すように、海水入出口２は、海上小屋３の底面全体に形成された開口であることが好ましい。このようにすれば、海上小屋３内に多量の海水が常時供給されるため、多量の淡水を効率的に得ることができる。

（寸法）
海上小屋３は、例えば、幅８ｍ〜２０ｍ、奥行２４ｍ〜６０ｍ、高さ４ｍ〜１０ｍ程度のものを用いることができる。ただし、幅１０ｍ、奥行３０ｍ、高さ５ｍ程度の小型の海上小屋３であれば、これをサンルームなどのように陸上で組み立てて利用することが可能となるため、設置や撤収などが容易で取り扱い易い。なお、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置１は、これを海上に１台だけ設けて利用することもできるし複数設けて利用することもできる。

（天井）
＜内天井＞
海上小屋３は、海上小屋３の一部である天井（以下、「外天井８」という。）に加えて、蒸気噴出口２３を有する内天井９を有することが好ましい。このようにすれば、水蒸気を外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）に効率的に接触させることができるため、外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）に水滴を得ることが容易になる。

内天井９の蒸気噴出口２３は、水蒸気が外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）に沿う方向Ａに噴き出るように立体的に形成されることが好ましい。このようにすれば、水蒸気が外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）に強く噴き当てられることが回避されるため、外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）にできた水滴は、可能な限り、途中で落下することなく、外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）に沿って滑り落ち、後述する気密保持装置１２の貯留部１３に集められる。したがって、内天井９の形状に関わりなく、効率的に淡水を淡水取出口１６から取り出すことができる。

＜中天井＞
図２は、本発明の実施形態に係る中天井の概略構成を示す斜視図である。

図１、図２に示すように、海上小屋３は、外天井８から吊り下げられる中天井１０を有することが好ましい。中天井１０は、ワイヤー２２で吊り下げられることが好ましい。このようにすれば、海上小屋３が傾くことによる中天井１０の傾斜角度の変化量を小さくすることができるため、中天井１０にできた水滴を効率的に気密保持装置１２の貯留部１３に集めることができる。

中天井１０は、１本のワイヤー（１点）で吊り下げられることが好ましい。このようにすれば、中天井１０の姿勢が安定するため、中天井１０にできた水滴を効率的に気密保持装置１２の貯留部１３に集めることができる。

＜傾斜＞
海上小屋３の外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）は、傾斜していることが好ましい。このようにすれば、海上小屋３の外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）にできた水滴を効率的に気密保持装置１２の貯留部１３に集めることができる。

＜溝＞
海上小屋３の外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）は、溝１１を有していることが好ましい。このようにすれば、天井の表面積が大きくなるため、水蒸気を効率的に外天井８（後述する中天井１０を設ける場合には中天井１０）に接触させて水滴にすることができる。

［気密保持装置］
図３は、本発明の実施形態に係る気密保持装置の概略構成を示す斜視図である。

図１、図２、図３に示すように、海上小屋３内には、気密保持装置１２を設けることが好ましい。気密保持装置１２は、海上小屋３内で得られた水滴を貯留する貯留部１３を上部に有しており、貯留部１３は、海上小屋３の壁側に開口を有している。貯留部１３の開口は、貯留部１３に一定量以上の水が溜まるまでの間、海上小屋３の壁により閉じられている（図１（ａ）参照）。また、気密保持装置１２は、閉部１４を有しており、後述する淡水取出口１６は、貯留部１３に一定量以上の水が溜まるまでの間、この閉部１４により閉じられている（図１（ａ）参照）。

気密保持装置１２は、ワイヤー２１に接続され、滑車１５を介してオモリ２０に吊り下げられている。気密保持装置１２は、気密保持装置１２の貯留部１３内に一定量以上の水が溜まると、貯留部１３の開口が海上小屋３の壁に設けられた淡水取出口１６に対応する位置まで下がる（図１（ｂ）参照）。これにより、貯留部１３に溜められた水滴は、液体状の淡水として、淡水取出口１６から海上小屋３の外へ取り出される。取り出し後、気密保持装置１２は軽くなって元の位置まで戻る。このため、貯留部１３の開口は海上小屋３の壁により閉じられ、淡水取出口１６は気密保持装置１２の閉部１４により閉じられる（図１（ａ）参照）。

海上小屋３には、増圧孔２５が設けられている。増圧孔２５は、海上小屋３内に海上小屋３外の空気を取り込む微小孔である。増圧孔２５は、気密保持装置１２の貯留部１３に一定量以上の水が溜まるまでの間、気密保持装置１２の閉部１４によって閉じられているが（図１（ａ）参照）、淡水取出口１６に隣接して設けられているため、淡水取出口１６が開く直前及び開いている間、貯留部１３の開口と重なって開く（図１（ｂ）参照）。これにより、海上小屋３内の気圧と海上小屋３外の気圧とが一致するため、海上小屋３外から淡水取出口１６を介して海上小屋３内に淡水が逆流することが防止される。

海上小屋３には止部材２６が設けられており、気密保持装置１２の上下動の上限及び下限は止部材２６により制限される。

［空気排出装置］
空気排出装置４には、例えば、真空ポンプなどを用いることができる。例えば、海上小屋３に海上小屋３内の空気を海上小屋３外へ排出する減圧口２４を設け、この減圧口２４を介して真空ポンプにより海上小屋３内の空気を海上小屋３外へ排出し、海上小屋３内の気圧を低下させる。空気排出装置４は、例えば、海上小屋３の壁や上面などに設置される。

空気排出装置４によれば、海上小屋３内の気圧を下げることができるため、海上小屋３内の海水を大気中よりも低い温度で沸騰させることができ、海水を効率的に蒸発させることができる。

また、空気排出装置４によれば、海上小屋３内の気圧を下げることができるため、海上小屋３内の海面を海上小屋３外の海面よりも高くすることができる（図１の高さＣを参照）。このため、空気排出装置４によれば、波などによる海面の上下動に対して、海上小屋３内の雰囲気を安定させることができるため、海上小屋３の海水を効率的に蒸発させることが可能となる。

減圧口２４は、微小孔であることが好ましい。このようにすれば、海上小屋３内の水蒸気が空気とともに海上小屋３外へ逃げ出すことが抑制される。

［浮き］
浮き５には、例えば、ブイやガラスや材木などを用いることができる。海上小屋３内の海面から遠く離れた位置（深い位置）に発熱装置６を設けると、海水を蒸発させるために多量の熱が必要とされるが、この浮き５により、海上小屋３内の海面に近い位置（浅い位置）に発熱装置６を設けることができるため、少量の熱で効率的に海水を蒸発させることが可能となる。

浮き５は、発熱装置６が海上小屋３の壁に衝突することを抑制する働きをする。すなわち、海上小屋３と発熱装置６との相対位置が変化した際には、発熱装置６が海上小屋３の壁に衝突するよりも先に、浮き５が海上小屋３の壁に衝突し、海上小屋３の壁と発熱装置６との衝突が回避される。海上小屋３内の幅Ｂは、浮き５が海上小屋３の壁に衝突した際に発熱装置６が左右に揺れても発熱装置６が衝突しない余裕のある寸法とされている。

［発熱装置］
発熱装置６には、例えば、電熱線を使用した装置などを用いることができる。発熱装置６や後述する冷却装置１９の電源１７には、例えば太陽電池を用いることができる。この太陽電池は、海上小屋３の壁や上面や陸地などに取り付けることもできるし、海上小屋３の周囲に浮きを浮かべてこれに設置することもできる。

発熱装置６は、浮き５により、海面と発熱装置６との間に挟まれた海水が沸騰する範囲内で発熱装置６が海上小屋３内の海面から露出しない位置（例：発熱装置６の上面と海上小屋３内の海面との距離が１０ｃｍ〜２０ｃｍとなる位置が好ましく、なかでも、発熱装置６の上面と海上小屋３内の海面との距離が１０ｃｍとなる位置がより好ましい。）に吊り下げることが好ましい。発熱装置６の位置が浅いほど海水を沸騰させやすくなるが、発熱装置６が海上小屋３内の海面から露出すると熱が空気中に逃げてしまうため、上記の位置に吊り下げることにより、海水を効率的に蒸発させることが可能となる。

なお、海上小屋３内の海面に材木（図示せず）を設け、これを発熱装置６の表面に接触させれば、海上小屋３内の海水をより短時間で蒸発させることができる。

［断熱装置］
発熱装置６の底面には、断熱装置１８を設けることが好ましい。このようにすれば、海上小屋３内の海面と発熱装置６とに挟まれた海水から熱が拡散することを抑制することができるため、海上小屋３内の海水を効率的に蒸発させることができる。

［管］
淡水取出口１６には、管７を取り付けることが好ましい。これにより、海上小屋３内で得られた淡水を陸地または海上にある淡水貯留装置（図示せず）へ運ぶ。管７には、例えば、金属や樹脂などのパイプラインを用いることができる。管７は、弾性を有していることが好ましい。管７には、海面に浮遊する部材を用いることもできる。

［冷却装置］
海上小屋３には冷却装置１９を設けることが好ましく、海上小屋３の外天井８及び／又は中天井１０は、冷却装置１９により冷却されることが好ましい。このようにすれば、海上小屋３の外天井８や中天井１０に接触した水蒸気が冷却（好ましくは急速冷却）されるため、水蒸気を効率的に液体状の淡水にすることができる。

冷却装置１９には、例えば、代替フロン、液体空気、液体窒素などを利用する装置を用いることができる。冷却装置１９は、例えば、海上小屋３の上面に取り付けられる。冷却装置１９の電源１７は、例えば、海上小屋３の壁や上面などに取り付けることができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置１によれば、より効率的で取り扱い易い新たな海水淡水化装置１を提供することができる。また、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置１によれば、不純物が混ざっている海水からも効率的に純水を得ることができる。

［動作］
次に、図１（ａ）、（ｂ）を参照しつつ、本発明の実施形態に係る海水淡水化装置１によって海水から淡水が得られる様子の一例について説明する。

図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態では、海上小屋３内の気圧が空気排出装置４によって下げられており、海上小屋３内の海面は、海上小屋３外の海面よりも高さＣだけ高くなっている。海上小屋３内の海水は、発熱装置６により沸騰させられるが、海上小屋３内の気圧が海上小屋３外の気圧よりも低いため、海上小屋３外の海水よりも低い温度で沸騰する。

沸騰した海水は、水蒸気になり、内天井９の蒸気噴出口２３から中天井１０に沿う方向Ａに噴き出される。噴き出された水蒸気は、中天井１０に接触し、水滴になる。中天井１０にできた水滴は、中天井１０の傾斜に沿って滑り落ち、気密保持装置１２の貯留部１３に収容される。なお、気密保持装置１２の貯留部１３に設けられている開口は海上小屋３の壁により閉じられている。

中天井１０にできた水滴のうち、中天井１０から内天井９に落下した水滴は、内天井９の傾斜に沿って滑り落ち、気密保持装置１２の貯留部１３内に収容される。

気密保持装置１２は、滑車１５を介してオモリ２０に吊り下げられているが、その貯留部１３内に水滴が溜まるにつれ降下する。降下が進むと（貯留部１３内に一定量以上の水が溜まると）、まず貯留部１３の開口と海上小屋３の増圧孔２５とが重なり、海上小屋３内の気圧が海上小屋３外の気圧に等しくなる。

次いで、図１（ｂ）に示すように、貯留部１３の開口と海上小屋３の淡水取出口１６とが重なり、気密保持装置１２の貯留部１３内に収容された水が液体状の淡水として淡水取出口１６から取り出される。

このようにして取り出された液体状の淡水は、管７によって陸地へと運ばれ、陸地に設けられた淡水貯留装置（図示せず）に収容される。

［シミューレーション］
１０３ｃｍ^２の底面を有するやかんに１リットルの海水を入れて火にかけたところ、約５０分ですべての水が蒸発した。したがって、本発明の実施形態に係る発熱装置６として、１０３ｃｍ^２の表面積を有するものを用いれば、約５０分で１リットルの淡水を得ることができると考えられる。

また、本発明の実施形態に係る発熱装置６として、１２５０００ｃｍ^２の表面積を有するものを用いれば、約５０分で１２１３リットルの淡水を得ることができると考えられる。

また、本発明の実施形態に係る発熱装置６として、１２５０００ｃｍ^２の表面積を有するものを２０台用いれば、約５０分で２４２６０リットルの淡水を得ることができると考えられる。

さらに、本発明の実施形態に係る発熱装置６として、１２５０００ｃｍ^２の表面積を有する発熱装置６を２０台用いれば、約１０時間で２９１１２０リットルの淡水を得ることができると考えられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。

本発明は、飲み水などの生活用水や工場などで必要とされる産業用水の生成に用いることができる。また、本発明は、砂漠の緑化に必要とされる大量の淡水の生成に用いることもできる。

１海水淡水化装置
２海水入出口
３海上小屋
４空気排出装置
５浮き
６発熱装置
７管
８外天井
９内天井
１０中天井
１１溝
１２気密保持装置
１３貯留部
１４閉部
１５滑車
１６淡水取出口
１７電源
１８断熱装置
１９冷却装置
２０オモリ
２１ワイヤー
２２ワイヤー
２３蒸気噴出口
２４減圧口
２５増圧孔
２６止部材

Claims

海水が出入りする海水入出口を備えた海上小屋と、
前記海上小屋内の空気を排出する空気排出装置と、
前記海上小屋内の海水に浮遊する浮きと、
前記浮きから吊り下げられ、前記海上小屋内の海水を蒸発させて水蒸気にする発熱装置と、
前記水蒸気から得られた液体状の淡水を前記海上小屋外へ取り出す淡水取出口と、
を備えたことを特徴とする海水淡水化装置。
前記水蒸気を冷却して液体状の淡水にする冷却装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の海水淡水化装置。