JPH0750939A - 灌漑用膜材及び灌漑方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易に効率よく灌漑を行う。温水などの熱に
よって周囲が昇温して膜蒸留が困難になることを防止
し、また熱効率を向上させる。 【構成】 水性液体不透過性材料のシート１、疎水性多
孔質材料のシート２、水蒸気不透過性材料のシート３，
４からなる、少なくとも４枚の長尺状シートを重ね、そ
の長辺部分を接合して３つの内部空間を形成し、シート
１，２間の第１の空間には海水などの水性液体を供給
し、シート２，３間の第２の空間では第１の空間からシ
ート２を透過した水蒸気を捕集し、凝縮させ、シート
３，４間の第３の空間には第１の空間に供給される水性
液体より低い温度の液体を供給し、かつ第２の空間には
凝縮された水を排出するための開口部が形成された、灌
漑用膜材。この灌漑用膜材を畝間に配置して使用する。
特にシート１が太陽光に当たるような状態で配置するこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は灌漑用膜材及び灌漑方法
に係わる。より詳しくは、塩分などを含んだ水性液体を
太陽熱などを利用して蒸留し、得られた脱塩水を植物に
供給するための灌漑用膜材及びこれを用いた灌漑方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】疎水性
多孔質膜を利用し、膜蒸留の原理により塩水などから脱
塩水を得る方法が従来から提案されている。その１つで
ある特公平３−１７５２６号公報に示されるように、温
塩水路とこれに隣接する疎水性多孔質層さらにそれに隣
接する冷却板とこれに隣接する冷却水路からなる多層構
造物をスパイラル状に巻いてハウジングに収容した蒸留
装置がある。これは長尺の仕切壁材や疎水性多孔質材を
重ねた後スパイラル状に巻いてハウジング内に収容し両
端部を接着剤によって固めて形成される。このことは、
この装置製造時に発生した不具合箇所や、使用中に発生
した破損、漏れ部分の修復が事実上不可能であることを
意味する。

【０００３】さらに、特開昭６２−２３６４２９号公報
に示されるように、疎水性多孔質材からなる中空構造体
を土中に埋設し、その内部に温塩水などを供給し疎水性
多孔質材を通して水蒸気を土中に放出し、植物に供給す
る方法が提案されている。この方法によると、土中に埋
設された中空構造体周辺の土壌が昇温して温塩水との温
度差がなくなると、もはや水蒸気の移動は起こらず、さ
らに土中に放出された熱エネルギーを回収することがで
きないため、熱効率が著しく悪いものにならざるを得な
かった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討を行った結果、温塩水流路、
蒸留水流路及び冷却水流路の３つの空間とこれらを形成
する４つの仕切壁からなる多層構造体を直接畝間表面に
敷設し、太陽熱により温塩水流路を直接加熱し、蒸留水
流路に部分的に設けた開口部から蒸留水を取出して植物
に供給することにより、簡便で効率的な灌漑が可能であ
ることを見出して、本発明を完成するに至った。

【０００５】こうして、本発明によれば、第１のシート
は少なくとも水性液体不透過性材料からなり、その下に
位置する第２のシートは少なくとも疎水性多孔質材料か
らなり、第２のシートの下に位置する第３のシート及び
第４のシートは少なくとも水蒸気不透過性材料からな
る、少なくとも４枚の長尺状シートをお互いに重ねて、
その長辺部分を接合して少なくとも３つの内部空間を形
成した膜材であり、第１及び第２のシートの間に形成さ
れた第１の空間は海水などの水性液体を供給するための
ものであり、第２及び第３のシートの間に形成された第
２の空間は第１の空間から第２のシートを透過した水蒸
気を捕集し、凝縮させるためのものであり、第３及び第
４のシートの間に形成された第３の空間は第１の空間に
供給される水性液体より低い温度の液体を供給するため
のものであり、かつ第２の空間には凝縮された水を排出
するための開口部が形成されていることを特徴とする灌
漑用膜材と、この灌漑用膜材を用いた灌漑方法であり、
該灌漑用膜材を第１のシートが太陽光に当たるような状
態で畝間に配置し、第１の空間に海水などの水性液体を
供給し、第３の空間に該水性液体より低温の液体を供給
し、第２の空間の開口部から凝縮された水を排水して植
物に供給することを特徴とする灌漑方法とが提供され
る。

【０００６】即ち、本発明の灌漑用膜材は、少なくとも
４枚の長尺状シート材料を垂直方向に重ねてなり、それ
らの長辺部分を接合することにより、少なくとも３つの
内部空間を形成する。図１にこの灌漑用膜材を模式的に
示すが、図１中、１は第１のシート、２は第２のシー
ト、３は第３のシート、４は第４のシート、１１は第１
の空間、１２は第２の空間、１３は第３の空間、５は第
２の空間１２からの開口部である。

【０００７】第１のシートは、第２のシートと共に第１
の空間を形成し、この第１の空間には海水などの水性液
体が供給される。従って、第１のシートはこの水性液体
が漏出するものであってはならず、また水蒸気を透過し
ないものが好ましい。このような材料としては、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの合成樹
脂充実シートや、ステンレス、チタンなどの金属シート
等が挙げられる。

【０００８】また、本発明の灌漑方法の１つの態様にお
いて第１のシートに太陽熱吸収性の材料を用いることが
好ましいが、このためには第１のシートの太陽光暴露面
に太陽熱吸収性塗料を塗布したり、合成樹脂の場合は黒
色の顔料などを練り込んだものを用いることもできる。
あるいは、第１のシートを透明ないし半透明の太陽光透
過性のシートととすると共に、第２のシートを黒色など
にして太陽熱吸収性とすることもできる。

【０００９】第２のシートは、疎水性多孔質材料からな
る。第１の空間に供給された水性液体の一部は、水蒸気
として第２のシートを透過して、第２の空間に移行す
る。従って、第２のシートは水性液体を透過させず、か
つ水蒸気を透過させるものでなければならない。このよ
うな疎水性多孔質材料としてはポリプロピレン、ポリエ
チレンなどのポリオレフィン類やポリフッ化ビニリデ
ン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂類
を、延伸法などにより多孔質化したものが挙げられる。
とりわけ、特公昭５１−１８９９１公報等に記載される
延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンは、水蒸気透過
性、耐熱耐薬品性に優れ、本発明の目的に好適に使用で
きる。さらに、この疎水性多孔質シートはネット、不織
布などを積層することにより補強されていてもよく、ま
たポリウレタン樹脂、フッ素系イオン交換樹脂、フッ素
系親水性樹脂などの水性液体に不溶性でかつ水蒸気透過
性の樹脂からなる充実層と複合化してもよく、又これら
を併用してもよい。

【００１０】第３のシートは、第２のシートと共に第２
の空間を形成する。第２の空間では第１の空間から第２
のシートを透過して移行してきた水蒸気を凝縮して水と
するため、第３のシートは凝縮水が透過するものであっ
てはならない。第３のシートは、また第４のシートと共
に第３の空間を形成する。第３の空間には第１の空間に
供給される水性液体より低温の液体が供給される。従っ
て、第３のシートは第２の空間に生成する蒸留水や第３
の空間を流れる冷却用の液体を透過するものであっては
ならず、また第４のシートは第３の空間を流れる液体を
透過するものであってはならない。さらに、第３のシー
トは、第３の空間の液体により冷却されやすいことが望
ましく、これにより第２の空間の凝縮効率を高めること
ができる。この観点から、第３のシート熱伝導性、厚さ
等を考慮することも必要である。

【００１１】以上のことから、第３及び第４のシート材
料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化
ビニルなどの合成樹脂充実シートやステンレス、チタン
などの金属シートあるいはこれ等の複合材が挙げられ
る。

【００１２】４枚のシートの接合方法は、接着剤を用い
る方法、熱融着による方法などの公知の方法が挙げられ
る。接着剤を用いる場合は、シートがポリエチレン、ポ
リプロピレンなどの接着性の悪い樹脂の場合にはプライ
マなどによる前処理が必要となる。また、熱融着の場合
は、ヒートシーラや熱ロールを用いた融着方法が採用さ
れる。以上述べたように、４枚のシート材により３つの
空間が形成されるわけであるが、これらの空間を保持す
るためにこれらの空間内に間隔保持材（スペーサ）を収
容することが好ましい。スペーサの材質としてはポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリウレタンなどの合成樹脂
や、ステンレス、チタンなどの金属が用いられる。その
形状はそれぞれの空間において液体の流れを妨害しない
ものであればよい。しかし、以上に述べた平面多層構造
の流路に液体を流すのであるが、この時液体をあまり高
い流速で流すと、即ち高い圧力をかけると、平面多層構
造体が膨張して、断面が円形になってしまう。この事は
即ち、第２のシートと第３のシートがたわんで波型にな
りこの二つのシートの間に蒸留水だまりができ、冷却効
果を低下させたり、スムーズな生産水の排出を妨げたり
する事になる。これを防ぐためには、シートやスペーサ
ーとして非常に剛性の高い、即ち曲げ強度の高い材料を
使ったり、多層構造体の外周部をさらに剛性の高い材料
で補強する方法が挙げられる。このような材料としては
厚さ１〜１０mm程度の各種金属板やプラスチック板が好
適に用いられる。

【００１３】また、蒸留水の取出口として、第２の空間
は開口部を形成する必要があるが、上記のシートの接合
時に第２のシートと第３のシートとの間に部分的に接合
しない箇所を形成することにより蒸留水の取出口とする
ことができる。また、細径のチューブや封筒状チューブ
を第２のシートと第３のシートの間に挟み込むようにし
て蒸留水取出口を形成してもよい。

【００１４】また、図の横断面図に示すように、第３の
シート３と第４のシート４の接合部において、シート長
さ方向に間隔をおいて、第２の空間１２につながる穴１
４を設けて蒸留水の取出口としてもよい。以上のように
して形成された多層構造膜材の寸法は、海水などの塩水
を用いて灌漑用の脱塩水を製造するという目的において
は如何なる寸法でも構わないが、実際問題としては１ユ
ニット当たり幅０．１〜１．０ｍ、長さ５〜１００ｍの
範囲となるであろう。もちろん、これらのユニットを直
列あるいは並列に接続して使用することが可能であり、
また垂直方向に多段に重ねて使用することも可能であ
る。

【００１５】次に、以上のようにして形成された多層構
造膜材を用いて灌漑を行う場合について説明する。図３
は地表面に敷設された多層構造膜材の流路長さ方向の断
面図である。この多層構造膜材は太陽光暴露面（上側）
から順に、第１のシート１、第２のシート２、第３のシ
ート３、第４のシート４の配列で、これらのシートの間
に、同じく上側から順に、第１の空間１１、第２の空間
１２、第３の空間１３が形成される。このように構成さ
れ、設置された多層構造膜材の第１の空間１１に塩分な
どを含む加熱された水性液体を流し、第３の空間１３に
第１の空間１１に流れる液体より低温の冷却用液体を流
すと、第１の空間１１と第３の空間１３の間に存在する
温度差、さらにはそれに由来する蒸気圧差により、第１
の空間１１から疎水性多孔質材である第２のシート２の
空孔部分を水蒸気が第２の空間２へ向かって移動する。
第２の空間２へ移動した水蒸気は第３のシート３の表面
で冷却され凝縮して蒸留水となる。

【００１６】このような現象を安定的に起こすためには
多層構造膜材の長さ方向のどの部分においても温度差即
ち蒸気圧差が存在しなければならない。本発明の目的の
１つは、海水や多量の塩分を含んだ地下水、河川水、ま
た金属イオンなどを含んだ排水のようなそのままでは灌
漑用には不適当な水を用いて灌漑を行うことである。こ
れらの水を用いた実際的な灌漑方法の一例は、まず海水
などの液体を冷却用液体として、図３のＡから第３の空
間１３に導入する。この液体はＡからＢへ向かって流れ
るうちに第１の空間１１からの伝熱により徐々に昇温す
る。次にＢから取出した液体をＣに導入する。この際、
太陽熱吸収装置などの加熱装置１５を用いて液体をさら
に加熱することが望ましい。Ｃから導入された液体はＤ
へ向かって流れるうちに第２の空間１２へ水蒸気を発生
させ、また第３の空間１３へ向かって熱を移動させるた
めに徐々に温度が低下するが、各部分において常に第３
の空間１３との間に温度差を有することになる。さら
に、第１のシート１が太陽熱吸収性を有している場合に
は、第１の空間１１を流れる液体がさらに加熱されるこ
ととなり、第３の空間１３との温度差がより安定的とな
る。このときには、第３の空間１３を流れる液体は第１
の空間１１からの熱を受けて相当加熱されている。この
熱が第４のシート４を通して地中に伝導することは熱効
率を低下させることになるので、第４のシート４を断熱
性のものにすることが好ましい。このような断熱性の材
料としては、発泡ポリエチレンや発泡ポリスチレンなど
や、これらとポリプロピレン、ポリエチレンシートや金
属シートと複合化させたものが挙げられる。このような
運転方法を採用すると、第２の空間１２において水蒸気
が凝縮する際の潜熱や第１の空間１１から移動してきた
熱を第３の空間１３において回収することが可能にな
り、ＢからＣの間における加熱を必要最小限に抑えるこ
とができるため、非常に熱効率のよい蒸留装置となる。

【００１７】第２の空間１２においては第１の空間１１
から移動してきた水蒸気が凝縮して蒸留水となり、部分
的に形成された開口部より外部に流出する。開口部の間
隔は栽培する植物の間隔等に応じて適宜選定すればよ
い。また、開口部から細径のチューブなどを介して植物
の根元もしくは地中の根圏に直接蒸留水を供給すること
も可能である。さらに、開口部に接続したチューブをさ
らに分岐させることにより種々の植物栽培間隔に対応す
ることが可能になる。また、各蒸留水取出口における水
量を均一にするためには第３のシート３の水蒸気凝縮面
を親水性の材料により形成することが有効である。具体
的には、ステンレス、チタンなどの親水性の金属シート
や、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの疎水性の材料
においてはコロナ放電やスパッタエッチングなどの方法
により片面を親水化処理したものが挙げられる。さらに
厳密に制御する場合にはチューブ等の取出口にバルブな
どを取り付けることも可能である。

【００１８】前記のように、各空間１１〜１３にスペー
サを配置することができるが、その形状としては、例え
ば、図４の（イ），（ロ）の如きものであることができ
る。すなわち、（イ）流路厚みを規定するロッド状部分
と、これらを横方向に連結する部分から成るネット状ス
ペーサーや、又、（ロ）、ロッド状部分のみから成るも
のなどが挙げられる。

【００１９】さらに、本発明の灌漑用膜材は、上記の４
層３流路構造を基本として、図５（イ）に示す如く、第
４のシート４の下にさらに疎水性多孔質シートからなる
第５のシート５、水蒸気不透過性材料からなる第６のシ
ート６を付加して、６層５流路構造に発展させたり、あ
るいはさらに、これらの４層３流路構造や６層５流路構
造をユニットとしてこれらを多段に重ねた構造にするこ
とも可能である。図５（ロ）は４層３流路構造をユニッ
トとしてこれを３段に重ねた構造である。

【００２０】また、本発明の灌漑用多層膜材を敷設する
方法としては、図４（イ）に示す如く、全ての畝２１間
に敷設してよいが、植物の生育状況の観察や収穫の際
に、人または機械が畝間２１’を通行する場合の邪魔に
なるので、図４（ロ）にように、畝２１間に１本置きに
敷設することも可能である。図６（イ）（ロ）におい
て、２１は畝又は植物、２２は本発明の灌漑用膜材、２
３は海水などの供給流路、２４は排水流路、２５は加熱
装置である。

【００２１】なお、本発明の灌漑用膜材は上記のように
地表面に置いて使用することを意図して考案されたもの
であるが、地中に埋設して使用することも可能である。

【００２２】

【実施例】実施例１ 第１、第３、第４のシートとして厚さ２００μｍのポリ
プロピレン製シート、第２のシートとして厚さ８０μ、
空孔率８０％の延伸多孔質ポリテトラフロロエチレン製
シートを用いて巾１０cm、長さ１ｍの膜材（シート２の
有効面積：０．１ｍ² ）を試作した。この膜材の第１の
空間及び第３の空間は厚さ４mmのポリプロピレン製スペ
ーサーネットを収容して形成し、生産水取出口は第２の
シートと第３のシートの間に内径１mm、外径２mmのポリ
エチレン製チューブを両端に３本づつはさみ込むように
して形成した。シート材の接合は大部分は熱融着によ
り、その他はポリプロピレン用ホットメルト接着剤を用
いて目どめを行った。温冷水用接続部は９．５mm×８．
３mmのポリプロピレン製パイプとし、膜材の端部とホッ
トメルト接着剤により接合した。温水は３．５wt％Ｎａ
Ｃｌ水溶液（電気伝導度５４０００μＳ／cm）をウォー
ターバスにて加熱し、ケミカルポンプにて循環させ、又
冷却水は水道水を使用した。その結果、下記に示すよう
に、安定的に塩分が除去された高品質の水を得ることが
できた。生産水の電気伝導度より塩分が除去されている
ことが確認された。

【００２３】 温水入口 ５３℃ 生産水量 ４．
２２ｌ／ｍ² ・hr 温水出口 ４７℃ 生産水電気伝導度 ２０
μＳ／cm以下 冷却水入口 １９℃ 冷却水出口 ２７℃ 水流量 ４８ｌ／hr

【００２４】実施例２ 実施例１において試作した多層膜材の第１のシートに黒
色の塗料を塗布し、太陽熱吸収性とし、太陽光の下で流
量、ウォーターバスの加熱等の条件は実施例１と同様に
して評価した。測定結果を以下に示す。 温水入口 ５３℃ 生産水量 ４．
６３ｌ／hr 温水出口 ４８℃ 生産水電気伝導度 ２０
μＳ／cm 冷却水入口 １９℃ 冷却水出口 ２８℃ 太陽熱を第１のシートにおいて吸収したため、温水出口
の温度が実施例１より上昇しており、さらに、そのこと
により生産水量も実施例１より増大していることがわか
る。

【００２５】比較例 実施例１，２と同様の延伸多孔質ＰＴＦＥシートを用い
て外径１６mmのチューブ状中空構造体を試作し、本品１
ｍ×２本を砂箱に埋設し、温水を通せるようにした。３
５wt％ＮａＣｌ水溶液をウォーターバスにて５０℃に加
温し、ポンプにて該チューブ内を循環させた。

【００２６】砂中に放出され、凝集した水分を砂箱の重
量増加分として測定したところ、水生産量は運転開始後
約１５分で頭打ちとなり、その後あまり増なかった。生
産水量を実施例１，２同一の単位で比較とすると、０．
８５ｌ／hr・ｍ² となり、実施例１，２に比べ著るしく
低かった。 温水入口 ５３℃ 温水出口 ４９℃ 流量 ５０ｌ／hr

【００２７】実施例３ 実施例２に於いて試作した多層膜材３１を用いて屋外に
て実際の植物栽培を行った。図７に示す如く、計６ケ所
の生産水取出口に細径チューブ３２を取り付け、発芽後
２週間の百日草３３の根もとに導入した。栽培土は１０
０％砂を用い、対照区として同じく６本の百日草３３を
植えた。

【００２８】そして、温水３４、冷却水３５を流して、
１日当り６時間の運転を行い、水を生産したところ、水
取出口１ケ所当りの水生産量は平均７７０ml／hr（Ｍａ
ｘ．８５０ml，Ｍｉｎ ５６０ml）であり、ほぼ均一で
あった。さらに３週間にわたり栽培を継続したところ、
百日草は６本とも順調に生育した。一方、対照区におい
ては一切水を与えず、またこの間、雨等もふらなかった
ので、試験開始３日後に完全にしおれ、さらに１週間後
には枯れてしまった。

【００２９】

【発明の効果】本発明の灌漑用膜材によれば、海水な
ど、そのままでは灌漑に不適当な水を用いて、簡易に効
率よく灌漑を行うことが可能になる。また、温水に対し
て冷却水を用いるので、温水などの熱によって周囲が昇
温して膜蒸留が困難になることがなく、継続的に蒸留、
灌漑を行うことができると共に、熱効率も向上する。さ
らに、灌漑用膜材を土中に埋設する必要もないので、敷
設や補修などが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の灌漑用膜材の模式図である。

【図２】本発明の灌漑用膜材の別の例の模式図である。

【図３】本発明の灌漑用膜材を地表面に配置した様子を
示す図である。

【図４】スペーサを示す模式図である。

【図５】本発明の灌漑用膜材の発展形態を示す模式図で
ある。

【図６】本発明の灌漑用膜材を畝場に配置する態様を示
す平面模式図である。

【図７】実施例の灌漑用膜材の敷設を示す図である。

【符号の説明】

１…第１のシート ２…第２のシート ３…第３のシート ４…第４のシート ５…開口部 １１…第１の空間 １２…第２の空間 １３…第３の空間 １５…加熱装置 ２１…畝（植物） ２２…灌漑用膜材 ２３…海水供給路 ２４…排水路 ２５…加熱装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平賀 義彦 東京都中央区日本橋室町３丁目１番３号 株式会社クボタ内 (72)発明者 小林 正幸 東京都世田谷区赤堤１丁目42番５号 ジャ パンゴアテックス株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のシートは少なくとも水性液体不透
   過性材料からなり、その下に位置する第２のシートは少
   なくとも疎水性多孔質材料からなり、第２のシートの下
   に位置する第３のシート及び第４のシートは少なくとも
   水蒸気不透過性材料からなる、少なくとも４枚の長尺状
   シートを互いに重ねて、その長辺部分を接合して少なく
   とも３つの内部空間を形成した膜材であり、第１及び第
   ２のシートの間に形成された第１の空間は海水などの水
   性液体を供給するためのものであり、第２及び第３のシ
   ートの間に形成された第２の空間は第１の空間から第２
   のシートを透過した水蒸気を捕集し、凝縮させるための
   ものであり、第３及び第４のシートの間に形成された第
   ３の空間は第１の空間に供給される水性液体より低い温
   度の液体を供給するためのものであり、かつ第２の空間
   には凝縮された水を排出するための開口部が形成されて
   いることを特徴とする灌漑用膜材。
2. 【請求項２】 第１のシートが太陽熱吸収性の材料から
   なる請求項１記載の灌漑用膜材。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の灌漑用膜材を用い
   た灌漑方法であり、該灌漑用膜材を第１のシートが太陽
   光に当たるような状態で畝間に配置し、第１の空間に海
   水などの水性液体を供給し、第３の空間に該水性液体よ
   り低温の液体を供給し、第２の空間の開口部から凝縮さ
   れた水を排水して植物に供給することを特徴とする灌漑
   方法。