JPS588881B2 - 太陽熱利用の液体蒸留方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽エネルギを熱エネルギに変換しこれを液体
蒸留のために利用する方法及び装置に関する。

本発明はまた日照がなくてもあるいは日照が少くても長
時間熱エネルギを保存し使用せんとするものである。

更に、本発明は本発明に係る固定及び携帯可能な装置及
び方法を用いて塩分及び又は他の物質を含有した水を初
めとする液体の処理に関する。

さらに、本発明は液体及び又はフレネル集光レンズ、レ
ンズ系、及びレンズの焦点に配置される少くとも１つの
流体伝達導管を有する細長収集器（コレクタ）を用いる
方法及び装置に関する。

太陽にさらされた表面が少くともある程度までは太陽輻
射熱を集めこの輻射熱を吸収して表面を構成する材料を
加熱するということは公知である。

せいぜい８０℃までの低温を得るための従来のシステム
は太陽輻射熱を吸収する暗色パネルと該パネルから熱を
取り出す手段、例えばパネルによる熱交換方法で熱搬送
流体を循環せしめる流体システムにより構成されている
。

またパネル上に１つまたはそれ以上のガラス板を配置し
て温室効果を作りだし熱損失を少くすることにより上記
流体システムの効率を高めることも公知である。

しかしながらこれらパネルシステムの効率は約３０％〜
４０％と低くしかも大きなスペースを必要とするので熱
損失が大きくなる。

更に高額の資本投資も必要である。

フレネル型レンズ及び流体レンズを用いて太陽エネルギ
を収集することは公知技術である。

例えば米国特許第３９１５１４８号、同第３１２５０９
１号、同第９ ３ ７ ０ １． ３号、同第３９６５
６８３号、同第３９０１０３６号、同第６０１０９号、
同第１０８１０９８号、及びオーストラリア国特許第１
３１０６９号に開示されている。

しかしながらこれらの公知システムのいずれも太陽エネ
ルギを有効に変換、貯蔵することができないのみならず
太陽エネルギの利用が他の形態のエネルギと対抗し得る
程経済的な投資で熱をつくりだすことができない。

太陽エネルギ利用の蒸留器においては海水を蒸留するた
めに用いられる公知蒸留器は効率が悪くしかも水を蒸発
させるのに必要な最小熱量は凝縮から回収されるのでは
なくむしろ失われるので水を加熱するコストは高くつく
。

本発明によれば公知技術の欠点は実質上解消されると共
に更に別の利点がもたらされる。

本発明は太陽エネルギを捕集し、貯蔵しかつ利用し、更
に太陽エネルギシステムのコストを低減すると共に効率
を高める方法及び装置に関する。

屈折レンズ手段は少くとも１つの流体を内蔵した細長収
集手段に或る長さ沿いに太陽エネルギを集中せしめる。

レンズ手段は経済的流体及び又はフレネル型レンズ（フ
レネルレンズと称されることもある）、及びレンズ系を
有する。

このレンズ系は実質上連続線に沿ってあるいは実質上不
連続点からなる線内に太陽エネルギを集中せしめる。

好ましくは細長収集手段を有する導管手段内に太陽の季
節位置及び好ましくは時間（日毎）位置と無関係に焦点
線あるいは不連続焦点を維持する手段及び又は太陽を季
節毎に及び好ましくは時間毎（日毎）に追跡する手段を
設ける。

このようにして細長収集手段内の少くとも１つの流体を
数百度（Ｑ台の高温まで有効に加熱し得る。

流体レンズは流体密的にフレーム手段内に設けられる好
ましくは分離したプレートの形態をした上下の太陽エネ
ルギ伝達板を有する。

あるいはまたこれら板を有する流体レンズは膠着、溶接
、押し出しあるいはガラスまたはプラスチックびんの製
造と同様な吹上方法でも製造し得る。

流体を含むレンズ内部は好ましくは収集器あるいは熱交
換手段に連結され性能を強化する。

レンズ内の流体は好ましくは高屈折率を有する。

レンズ流体及びレンズ板間の距離は流体を通過する種々
の量の赤外線太陽エネルギを吸収し得るように選定され
る。

例えば、レンズ流体として水を使用すればより多くの赤
外部太陽エネルギが吸収され適当な透明かつ無色の高屈
折率を有する化学製品を用いれば吸収量は小さくなる。

レンズ流体によって吸収される熱は回収され収集手段内
の流体を予熱あるいは加熱するのにあるいはその他の目
的に用いられる。

不凍剤製品をレンズ流体に加えて使用場所によってはレ
ンズ流体の凍結を防止するようにしてもよい。

光電池上に太陽光線を集光させて電気を発生させるとき
の場合のようにレンズ焦点において太陽エネルギからの
熱を発生させたくないときにはレンズ流体内に赤外線輻
射熱を吸収するようにするのが好ましい。

細長収集手段は好ましくは複数個の流体物を有しこれら
流体の隣接するもの同志の間は管壁を隔てて隣り合って
いる。

流体は好ましくは隣接導管内に配置されて絶縁されかつ
好ましくは異種のもので種々の沸点を有する。

レンズ手段の理論焦点は好ましくは高沸点あるいは最高
沸点を有する液体内あるいはその表面上におかれる。

本文に開示した実施例では細長収集手段は少くとも２つ
の導管を有し、第１沸点を有する第１流体を含んだ一方
の導管は第２沸点を有する第２流体を含んだ第２導管内
に配置される。

好ましくは太陽エネルギは外側液の沸点よりも高い沸点
を有する内側液に集められる。

導管及び流体は太陽エネルギ伝達体あるいは不透明体あ
るいは暗色体であるがこれはレンズ手段の焦点位置によ
って左右される。

太陽エネルギの伝達という言葉は太陽光線が実質的に上
記の物質を通して伝達されるということを意味する。

この場合、流体は異なる温度に加熱され従って所望とあ
らば異なる目的に利用し得る。

流体流量の調整、及び導管寸法及び形状の選定を適当に
することにより種々の異なる目的に利用し得る種々の温
度を与えることができる。

複数流体を移送する複数個の導管を設けることにより機
械的装置並びにタービン、モータ及びエンジン等を含め
た膨張機械用の蒸気及び過熱蒸気を初めとする多くの異
なる用途に用いられるエネルギが提供される。

低沸点流体は小さな蒸発潜熱を有し従ってこの目的のた
めに有用である。

更に、熱は高沸点流体内に貯蔵されそれによりその温度
を作動流体として使用され得る低沸点流体の温度よりも
実質上高い温度まで日照時間中に上昇させることができ
る。

熱は例えば高沸点流体を通遜した低沸点流体を循環させ
ることにより高沸点流体から除去される。

本発明はまた個々のシステム及びサブシステムを結合し
て大きな複合システムを形成せんとするものである。

斯くして高度の太陽エネルギ捕集及び高効率が保障され
る。

太陽を季節的あるいは時間的に追跡移動できるように可
動にした装置内にレンズ手段及び収集手段を完全に収容
するように設けることができる。

太陽の季節的高さ位置は年間約４７゜以上も変化し分点
と至点との間の偏差は約２３．５゜である。

この偏差は重要であり年間を通じて太陽エネルギの集中
度を高めるために太陽追跡装置を使用し得る。

例えば１０月下旬の北緯４３゜Ｎの地点で静止水平表面
上に受ける毎日の太陽輻射熱は約３００ラングリであり
一方太陽に垂直な表面で受ける太陽輻射熱は約６８０ラ
ングリあるいはその２倍以上である。

それ故、上述の如く太陽追跡手段あるいは年間を通じて
太陽エネルギ受容量を最犬にする他の手段を設けるのが
好ましい。

斯かる両手段は本文に開示されている。

一実施例においては共通焦点を有する数個の収集器が配
置され、レンズ系が季節が変っても好ましくは一日の時
間が異なっても太陽追跡手段を用いることなく細長収集
手段内あるいは上に位置する実質上共通の焦点線に沿っ
て太陽エネルギを捕集する。

このレンズ系は焦点線に沿って太陽エネルギを捕集する
細長中心フレネル型または流体レンズ及びこの中心レン
ズに隣接して角度を有して配置される細長フレネル型レ
ンズを有し、後者フレネル型レンズは太陽エネルギを中
心レンズの焦点に向けるように角度づけられた鋸歯状の
刻みを有する。

レンズは略東西方向に延びるように方向づけられる。

所定の１つまたは複数個のレンズは第一に一年の所定期
間焦点線に沿って太陽エネルギを捕集する。

例えば中心レンズは主として（春秋）分点の前後近くの
期間中太陽エネルギを捕集し、これに隣接する一つのレ
ンズは主として一方の至点（夏至又は冬至）まで太陽エ
ネルギを捕集すると共に他の隣接レンズは他方の至点（
冬至又は夏至）までの期間をうけもつ。

中心レンズがフレネル型レンズの場合の実施例において
はレンズ系は好ましくは東西方向に細長い数セットのフ
レネル型レンズを有する。

レンズ系の東西方向末端に向って置かれたフレネル型レ
ンズは内方レンズに関してある角度で位置せしめられそ
の結果所定の一つまたはそれ以上のレンズは一日の所定
時間中焦点に沿って主として太陽エネルギを捕集するし
かしながら斯かるレンズは東西方向沿いに向けられた多
くのレンズから成るレンズ系の東西両端間に置いてもよ
い。

斯くして一日及び一年の夫々異なる時間に一つまたはそ
れ以上のレンズが太陽追跡装置を用いることなく主とし
て焦点線に沿って太陽エネルギを捕集する。

これらの実施例においては好ましくは細長収集手段は２
つまたはそれ以上の隣接した細長い流体移送導管を有し
その各各は別の流体移送導管を封入している。

本発明は液体の蒸留に関し、水または他の液体は蒸留す
べき水または液体内にレンズ手段の焦点を位置せしめる
ことにより蒸留され得る。

蒸留すべき液の上部にはレンズ手段及び下方に傾斜した
実質上滑らかで好ましくは平面の表面が配置されそれに
より液体は蒸発せしめられかつ滑らかな表面上で凝縮す
る。

滑らかな表面は凝縮液をその下側下方にある収集容器に
運ぶ。

好ましくは平面は水平に対してわずかに例えば約１５゜
傾けられかつ冷却されてそこでの凝縮効果を高める。

好ましくは水蒸留装置用レンズ手段は流体レンズを有し
、該流体レンズは前記滑らかな表面を有し好ましくはこ
れを冷却する。

いくつかの実施例においては導管手段は蒸留すべき液体
内に置かれる。

好ましくは流体レンズの一部を形成する流体は導管手段
内を循環せしめられそのうちの１つの導管は好ましくは
前記滑らかな表面上で凝縮する蒸気によって放出されか
つ蒸留すべき液体に伝達される潜熱を利用するように設
計される。

好ましくはレンズ流体は蒸留すべき液体と同じ液体、例
えば海水であり、蒸留すべき液体を含む容器内を循環さ
れて該容器内の液体を加熱ないしは予熱する。

一実施例においては蒸留装置は流体レンズ及びフレネル
レンズの両方を有し、流体レンズは固定されフレネルレ
ンズは所望ならば可動である。

前記滑らかなレンズ手段平面上の凝縮液体によって放出
された熱は失われずに蒸留すべき液体を含む容器内の導
管手段内のシステムに戻されるかあるいは同時にレンズ
流体によって吸収かつ回収された熱は蒸留装置内で蒸留
すべき流入流体を予熱ないしは加熱するために、あるい
は他の目的、例えば適当な低沸点流体を過熱すると共に
タービンあるいはエンジン等の膨張機械内で膨張するこ
とにより電気を生ぜしめそれにより実質上システムの効
率を高めるために用いられる。

更に、好ましくは凝縮液は蒸留すべきあるいは凝縮水内
に含まれる熱を利用するための液体を含む容器内の導管
手段内を循環させられる。

塩分を水に溶けた溶液ＮａＣｌは水だけの場合よりも赤
外線吸収量が少ない。

従って、レンズ流体内の赤外線吸収を少くすることが望
ましい場合には流体レンズとして塩／水溶液を用いるの
が好ましい。

海水を脱塩するときは好ましくはレンズ流体として海水
を用いると共にこの海水を蒸留すべき水を保持する容器
内に導入予熱する。

海水を蒸留するとき副産物として得られる塩を製品とし
て販売することにより海水を蒸留するために要する全体
コストを低減し得る。

熱はシステムから時々排出される加熱塩水から回収され
得る。

本発明によれば好ましくは流体レンズとフレネルレンズ
の双方を有する結合凝縮器システムを使用し得る。

斯かる結合システムにおいては１組の流体レンズ凝縮器
は例えば水平に対して南方に１５゜傾斜せしめられ、レ
ンズの底板はレンズ内の流体循環によって冷却され、そ
れにより蒸気は冷却された底板上で凝縮すると共にそれ
に沿って隣接容器内に流れ込む。

他組のフレネル凝縮器ないしは流体レンズは日照時間中
太陽光線を受け得るように設けられ、これにより被蒸留
液体を含む容器内の導管手段内で高沸点流体２００℃以
上に加熱するようにすることができる。

高沸点流体の熱は貯えられかつ主として日照がない期間
中使用されそれにより流体レンズの冷却底板上における
蒸気の蒸発及び凝縮作用を日照がない期間中継続させる
ことができる。

高沸点流体を加熱して熱を貯蔵するために用いられるフ
レネルレンズあるいは別組の流体レンズは好ましくは太
陽の位置を季節的かつ好ましくは時間的に追跡する追跡
手段を具備する。

本発明の一実施例によれば蒸留装置は複数組の流体レン
ズを有する。

１組のレンズは例えは日照時間中の赤外線吸収量を最小
にしかつ被蒸留水の蒸発量を最大にするために例えは１
インチ（約２．５４ｃｍ）の最大隔離間隔を保たせて上
下のレンズ板を形成する。

この１組のレンズは蒸気を凝縮するための滑らかな表面
の底レンズ板を有し該レンズ板は凝縮物を板縁の下方に
置かれた容器内に流し込むように傾斜せしめられる。

この組のレンズ内のレンズ流体は底レンズ板を冷却して
板上での凝縮を誘発する。

例えば４インチ（約１０．１６ｃｍ）の最大分離距離で
両レンズ板を形成した他組のレンズは赤外線の高吸収用
に用いられかつ被蒸留水内に置かれる複数個の導管と連
通する高沸点（例えば約２００℃）レンズ流体を含む。

この組のレンズ及び導管は主に前述の如く熱を貯えるた
めに用いられそれにより日照がない期間中蒸留を継続せ
しめる。

両組のレンズ用レンズ流体は前述の如くレンズ流体によ
って吸収された熱を回収する。

種々異なる流体レンズを用いると蒸留水の生成量が増大
すると共にシステムの効率が向上する一実施例によれば
、レンズあるいはレンズ系の焦点はその焦点位置が太陽
の位置変化に伴って被蒸留水内に維持せしめられるよう
にして被蒸留水内に置かれる。

これによりレンズ又はレンズ系を動かして細長収集器内
あるいは上に焦点を保持する手段が不要となる。

本発明の別の実施例においては蒸留器はポータブルでか
つ組立、分解が容易に行なえる。

好ましくは蒸留器は海水及びやや塩分を含んだ水を蒸留
するのに用いられ、特にポータブル蒸留器は海上、例え
ば救命ボート上及び砂漠地帯で使用し得る。

本発明によれば太陽光線が連続的にレンズを通過しレン
ズ系の焦点を短かくし得ると共にレンズ系のより鮮明な
焦点を付与し得るようにレンズ系を組合せることができ
る。

本発明に係る装置は蒸留から再生された水及び塩を電解
するのに用い得る。

水素、ナトリウム、及び塩素は電解から再生され得る。

これらの産物の再生により装置の経済性が向上せしめら
れる。

更に、水素は非汚染燃料として用い得ると共に一酸化炭
素と共にメタノールを生成しあるいは空気の窒素と共に
アンモニア肥料あるいは硝酸及び尿素等の他の窒素生成
物を生成し得る。

本発明によれば太陽エネルギを凝縮、捕集、変換せしめ
るための高性能にしてかつ低コストの装置及び方法が開
示される。

以下、添付図面を参照して本発明の好適実施例について
詳述する。

第１図に、屈折流体レンズ集光器と流体含有太陽エネル
ギ収集器とを含む太陽エネルギ捕集装置を示す。

捕集装置２０は細長流体レンズ集光器２２と細長流体含
有導管型の収集器２４（コレクタ）から成る。

細長流体レンズ２２は太陽エネルギ伝達板用のレンズ板
２６．２８から成り、これらの板はフレーム３０に取り
付けた隔離されたレンズ板として太陽エネルギ伝達流体
３１を包囲するように隔てられる。

第１図に示す実施例では上レンズ板２６は凸状であり、
下レンズ板２８は平板である。

レンズ板２６．２８の両側３２．３４および両端（第１
図に示さず）は後述のように密閉する。

第１図には示してないが、このような形式のものとは別
に、流体３１と空気を追加したり除去したり又は循環さ
せたりする手段がレンズ板の両側部および又は両端部に
設けられる。

また、レンズを長手方向および横（半径）方向に、後述
のように並べることもできる。

第１図の実施例では、収集器２４は細長内部導管３８を
囲む細長外側導管３６を含み、両者は管状で示される。

外側導管３６は絶縁容器４０の中に置かれかつ外側導管
３６上に位置する長手方向に延びる開放口４４を除いて
断熱材４２で囲まれている。

開放口４４は太陽エネルギ伝達および断熱板４６で閉じ
てある。

断熱板４６はガラス又はプラスチックで適当に製造でき
かつ断熱材４２はポリエチレン発泡材のような適当な発
泡材である。

例えばシリコンのような密閉材が容器を密閉するために
断熱板４６と絶縁容器４０間に填充される。

収集器２４はレンズ集光器２２の下に位置しかつ理論線
型焦点４８は収集器に又はこれに沿って位置する。

レンズ（および装置）の軸線は東西方向に沿って向けら
れる。

フレーム３０とレンズ２２は、部材５３と枢着部（図示
せず）によって横軸５２のまわりを回転するようにフレ
ーム５０に軸承される。

ケーブル５５はレンズの両端に近接するフレーム３０の
両端に、レンズの対向端（それらの一方端のみ図示）で
連結され、駆動手段（図示せず）に向って共通の方向へ
ケーブルを走らせるべく、ローラ又はプーり５８に巻回
される。

フレーム３０の他端（図示せず）に連結されたケーブル
の移動によって、レンズ２２が軸線５２のまわりを枢動
しレンズ板２６を東の方へ動かす。

このように、レンズ２２は太陽の時間的移動を追跡する
ように東西方向に回転可能である。

レンズ２２と収集器２４はまた太陽の季節的移動を追跡
するために長手軸線６０のまわりに南北方向にも回転可
能である。

内部にレンズ２２を取り付けたフレーム５０は、レンズ
の両端近傍で部材６４にれらのうち１つのみを示す）と
ピボット継手（図示せず）により支持フレーム６２に枢
着される。

収集器２４は部材６６によってフレーム５０に固着して
いる。

フレーム５０と収集器２４は軸線６０のまわりを１ユニ
ットとして回転し、収集器とレンズ間の相対的な向きを
変えないようにする。

ケーブル６８にれらの１つのみ示す）は、レンズと収集
器を北の方向に枢動させるために収集器の一方の側に連
結され、ケーブル７０（これらの１つのみ示す）は、レ
ンズと収集器を、例えば１つを破線で示すような位置へ
南の方向に枢動させるため収集器の他方の側に連結され
る。

ケーブル６８．７０はこれらのケーブルを駆動手段（図
示せず）に向って共通の方向に走らせるためプーリ５８
に巻回される。

レンズと収集器は南北方向に１年を通じて全体で約４７
゜の角度に亘り回転しうる。

駆動手段は例えば光電素子のようなセンサ又は電気タイ
マにより作動かつ制御される電動機によって構成しうる
。

第１図に示す上述の装置に更に太陽の位置追跡のために
自動、半自動又は手動の手段を使用できる。

ある装置では直接の又は焦点に集められた太陽光がフオ
トセル又は熱電対素子に常時当たるようにその軸部が小
さな角度だけ回転するようにしたモータを使用する。

レンズと収集器を動かすのに液圧装置を使用することも
できる。

他の装置では、タイマ又重錘とプーリによる装置を使用
する。

太陽の移動により、フォトセルの電気出力に影響を及ぼ
しモータを制御するか、又はモータはタイマによってそ
の軸部を少しの角度だけ増加させるように制御し、又は
重錘およびプーリ駆動装置がその軸部を回転させる。

すでに述べたように、レンズを動かしかつ太陽の位置を
検出する完全な装置（図示せず）は知られている。

太陽の位置を追跡するのに使用する装置の部品は図面に
示してある。

また日々の又は時間的な追跡作用は太陽エネルギの収集
を増大するために望ましいことではあるが、収集器とレ
ンズがおおむね東西の方向に向けられている場合には必
ずしもこれを必要としない。

レンズと収集器を相互連結しかつ動かすことによって、
レンズの焦点を季節と関係なく常に収集器に維持させる
ことができる。

上述の追跡装置は装置が季節を通じ、望ましくは時間を
通じて常に太陽に面した方向に向けられるので実質上太
陽エネルギ収集を増大することになる。

前に述べたように、収集器はレンズ２２の理論的焦点４
８上に置かれかつ第１図の実施例において内外の導管３
６と３８は太陽エネルギ伝達媒体であり、理論焦点４８
は内部導管３８の中に位置する。

内外の導管３６と３８はそれぞれ熱搬送流体５４と５６
を含む。

レンズの理論焦点が位置する導管の流体すなわち内部導
管３８内の流体５６内において太陽エネルギの集中が最
大になるので、流体５６は比較的高温度に加熱され、そ
のためその流体は比較的高い沸点、例えば１５０℃〜約
３５０℃に選定されている。

この流体として各種のものが使用でき、潤滑油、グリセ
リン、ミネラル油、パラフィン油等があるがこれらに限
定されない。

このように、太陽が輝いている間、流体５６は１００℃
を越える温度、例えば２００℃に加熱され、その正確な
温度は流体５４．５６の流量率、内外の導管３６．３８
の径、太陽の輝度および位置、断熱性、熱交換比等、多
くの要因に依存する。

流体５４は流体５６の沸点より小さい沸点を有するもの
例えば約−６０°Ｃ〜約１００℃の温度範囲のものが望
ましい。

このような流体としては水を用いるのがよい。

また、流体５４は蒸発潜熱が低いもの、例えば１ｋｇあ
たり約２０カロリーないし１ｋｇあたり約２７０カロリ
ーのものが望ましく、このような流体としては各種あり
、冷媒、溶媒、炭化水素、アルコール等があるがこれら
に限定されない。

作動時に、太陽エネルギは内部導管３８内の流体５６（
潤滑油を採用した）内に収集され、油温を約２００℃ま
で上昇させる。

レンズ２２に対する焦点が理論上直線であるので、流体
５６はそれが直線状の焦点を横切る際連続的に加熱され
る。

流体５４（水を採用した）は油および内部導管３８を囲
み、かつ主に油による熱伝導によって加熱される。

油と水の両液は所望の温度を得るために所定の割合で循
環されかつその熱を種々に適用できる。

例えば、水は約７０°Ｃ〜８０℃又はそれ以上に加熱し
て空間加熱用および温水加熱用に用いられる。

また、水は低温度に加熱して例えば水泳用プールに用い
ることもできる。

それより高温の油は工業上の利用をも考慮した高温を必
要とする装置とか単に水を加熱するために用いることが
できる。

流体５６はそれがレンズの焦点を通過する際温度が上昇
するので、焦点に沿う種々の個所に液体出口側および又
入口側に対して中間的引出し口を設けることによりいろ
いろな温度の流体を得ることができる。

流体５４は蒸発し、その蒸気又は過熱蒸気は動力原動機
関タービン、エンジン等のごとき膨張機械において機械
的動力を発生させ次いで電気を発生せしめるように用い
ることができる。

好ましくは濃縮液を収集器２４に戻すようにした閉鎖系
（図示せず）が使用される。

その場合、冷媒、溶媒、炭化水素、アルコール等が流体
５４を構成する。

前に述べたように、一般のおよび周知の太陽エネルギ装
置の重要な欠点は日照のない時あるいは弱い時例えば夜
間又は曇りの間におけるエネルギの蓄積が困難なことで
ある。

このような期間にあっては熱は装置の通常作動期間内に
おいて流体５４の温度より少なくとも約５０℃高い温度
まで加熱された流体５６内に蓄積される。

従って、流体５６が太陽エネルギによって加熱されず又
は低い度合いで加熱されるときでさえ、流体は熱を貯え
そして２流体間の温度差によって流体５４に熱を供給し
つづけるであろう。

これらの期間には流体５６の循環を止めるのが望ましい
。

流体５６は２流体の温度差が比較的小さくなるまで流体
５４に熱を伝えつづける。

流体５６が熱を伝えおよび又は貯わえる時間は、流体５
６の初期温度、両流体の温度差、流体の容積、流体の特
性（比熱、沸点、溶融点等）、使用流体５４の種類等に
左右される。

レンズ２２内の流体３１はレンズ流体から熱を除去する
ために収集器２４内の一方の導管に連通される。

その結果、レンズ流体は該レンズ流体により吸収された
太陽エネルギからの熱を例えば導管３６および又は３８
内を循環する流体の予熱用として利用しながら適温に保
たれる。

第１図では、収集器２４が導管３６．３８から構成され
るものを示した。

しかし、導管は円形チューブである必要がなく、例えば
矩形のような他の形状にしてもよい。

矩形のものは理論焦点が偏差を有する場合に都合が良い
。

矩形のものを用いると、焦点４８を導管３６上に維持し
たまま動かすことができる。

焦点４８は導管３６の表面上に置くことができ、この場
合導管３６の表面は太陽エネルギの伝搬をする必要がな
く暗いものであってよい。

他の図面に示した後述する装置は、東西方向に長手方向
に向けられ太陽に面することが理解されるであろう。

また、細長レンズ又はレンズ装置および細長収集器とそ
れの導管は長手軸線にほぼ平行に配置されていることも
理解されるであろう。

更に、収光器および収集器を可動にしかつ太陽の季節的
および時間的位置を追跡するようにそれらを移動させる
手段を設けるのが望ましいことも理解されるであろう。

しかし、焦点線の変位が季節の移り変わりに対して小さ
くかつ収集器の内管３８の周囲内に維持される程度にレ
ンズの焦点距離が小さい場合は、レンズを移動させる必
要がない。

季節的又は時間的な単位で装置および又はレンズを追跡
移動させる手動、自動又は半自動装置は知られている。

単一のレンズの一部を第１図に示しているが、多数のレ
ンズを長手方向および横方向に置くこともできる。

第１図の導管３６．３８の両者は不透明な熱伝導面を有
し得、かつ導管３６および又は導管３８の表面の下部を
黒い塗料により暗くしておくか、各導管又は両導管の表
面の下半分に黒メタリックシ一トを形成し、太陽エネル
ギの伝搬を防止しかつ太陽エネルギからの熱吸収を増大
するのが望ましい。

また、断熱板４６は収集器の中で温室効果（ ｇｒｅｅ
ｎ − ｈｏｕｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ）を奏するもの
であり、かつ容器４０は熱損失を減ずるために断熱材で
製作するのが望ましい。

熱損失を減少することは、太陽の輝きがない時又は減少
した時間において特に重要である。

しかし、例えば光電池をそこに置いた場合のようにレン
ズの焦点に熱を保持するのが望ましくない時は断熱板４
６を取り外した方がよい。

外側の流体は断熱物体として作用するのでレンズの理論
焦点を内側の流体のところに位置せしめて熱損失を更に
減ずるのが望ましい。

第１図の太陽エネルギ伝達導管は無色の透明ガラス又は
プラスチックで製造し、太陽エネルギを伝える必要のな
い導管は望ましくは鋼、銅、アルミニウム等の金属で、
それらの下部はすべて暗くしておくのが望ましい。

収集器の表面積は集光器の表面積よりはるかに小さく、
従来の平板収集器の面積のわずか１％〜１０％であって
、熱損失を減少させることができる。

収集器に必要な材料は少なくてすむから価格を低減でき
る。

収集装置は２つ以上の導管で構成でき、形状を円形チュ
ーブ以外のものにしたりかつレンズおよびレンズ装置を
第１図に示したもの以外のものにすることもできる。

第１図に示すレンズは適当なフレームおよび構造部材に
支持される。

例えば、第２図においてレンズ８０はフレーム８８に支
持される。

同図において複数個のレンズ８０の１つはその端部で長
手方向に並べられかつ長手支持けた９２および横支持け
た９４によって支持される。

レンズは例えば接着剤によってフレームに固着される。

レンズの理論焦点９６は収集器９８のところにあり、こ
れに沿って位置する。

流通開口１００のような手段が流体３１および又は空気
を入れたり出したりするために設けられ、この開口は例
えば流体を循環するための導管に連通され得る。

上記流通開口を他の位置に設けてもよい。

前に述べたように、レンズを構成する板は射出又は押出
成形により一体のもの、又は別々の板を溶接したもので
あってもよい。

第３，４図では、上部の湾曲板２６と下部の平板２８が
別々の部片で、フレーム１０４によって密封的に結合し
てある。

フレーム１０４は２つの長手溝１０６，１０８を具えて
いる。

上部の溝１０６は上部湾曲板２６を嵌め込む寸法に湾曲
しており、下部の溝１０８は平板２８を嵌め込む寸法で
真直である。

各距て板の側縁をシール材１１０に沿って各溝の中に嵌
合させる。

上記距で板の端部も同じように結合してある。

シール材１１０はガスケット又は類似の可撓性部片およ
び又は密封結合部を形成するシリコン等の変形可能な材
質からなる。

このように、２つの独立して距てられた板を結合するか
、又は射出又は押出成形した本発明に係るレンズは、製
造が比較的容易でありかつ比較的廉価である。

湾曲した凸形板の曲率半径およびレンズから収集器まで
の焦点距離は、板の幅、両板間の最大距離、板の間にあ
る流体の屈折率に依存し、高い屈折率をもった流体の場
合は必要な半径および焦点距離は短かくなる。

使用したレンズ流体およびレンズ両板間の距離により、
レンズに衝突する約０．７ないし４ミクロンの波長の赤
外線の一部はレンズを通遜しない。

赤外線の一部は流体に吸収されこれを加熱する。

さらに赤外線の一部はレンズ板に吸収されこれを加熱し
続いてこれによって流体が加熱される。

太陽エネルギの一部は各板により反射され、この反射さ
れた太陽エネルギの一部は各板の内部のレンズ方向へ反
射されレンズ用流体にその一部が吸収される。

波長約０．２５ないし０．７ミクロンの可視光線は無色
透明のレンズ流体および無色透明のレンズ板にはほとん
ど吸収されない。

或る場合、例えばレンズの焦点位置で加熱をしたい場合
等には赤外線の吸収は最小にするのが望ましい。

別の場合、例えばレンズ焦点位置に光電池を配置したよ
うな場合にはできるだけ多くの光線を伝達しながらかつ
レンズ流体を加熱しまたは焦点での加熱を極力抑えるの
が望ましい。

前者の場合にはレンズ両板間の距離は小さくし例えばレ
ンズ板間最大距離が約１インチ（約２．５４ｃｍ）とし
、またレンズ流体は周囲温度において赤外線吸収量を最
小なものとし屈折率は少くとも１．３５を有することが
望ましい。

炭化水素、鉱油、溶剤、食塩水等の液体は無色透明であ
って水よりも赤外線吸収量は少い。

使用時にこれらの流体はガラスまたはプラスチックに対
し腐食性のないものを選定しなければならず、また適当
な沸点を有することが望ましい。

トリクロロエチレンおよびトルエン等の大きな屈折率を
有して赤外線をあまり吸収しない流体はアクリル性プラ
スチックを腐食させる。

このような腐食性流体を用いる場合には、この流体に接
するレンズ板はこの流体により腐食されないテフロンシ
一トまたはルーサイトＲＤ（デュポン社の商標）等のエ
ポキシによりコーティングされる。

後者の場合にはレンズ両板間の距離は大きくされ例えば
レンズ板間最大間隔が約４インチ（１０．１６ｃｍ）と
し流体は無色透明のままで周囲温度において最大量の赤
外線を吸収するものを選定する。

赤外線吸収率はレンズに用いる材質によっても変わる。

例えば吸収率を小さくするには１．５％吸収率の白色ガ
ラスあるいは同様のプラスチックを用いレンズ流体とし
て食塩溶液を用いる。

赤外線吸収率を大きくしたい場合、例えば太陽エネルギ
を光電池に集めて電気を発生させるような場合には例え
ば赤外線吸収率２０％のガラスまたはプラスチックレン
ズが使用される。

後者の場合赤外線を吸収するために水を用いることが望
ましい。

適当な場所に氷結防止用の不凍剤を添加する。

収集器内に水を用いる場合にはこの水にも不凍剤を添加
する。

レンズ流体として水を用いかつレンズ両板間距離が大き
い場合（例えば４インチ）にはレンズ流体による赤外線
吸収量が増加しこのためレンズ流体は加熱される。

レンズ流体内の熱は熱交換器により取出され前記説明の
ように収集器流体の加熱または予熱に用いられる。

この熱はまた家庭用温水加熱装置や建物の暖房に用いた
りあるいはタービンやエンジンを用いて低沸点流体を過
熱し電気を発生させたりする。

このようなレンズ流体は可視光線を大部分通過させるた
め、レンズ用流体が加熱されこの熱が前記説明のように
加熱装置や別の電力発生に用いられていても光電池によ
る発生電力はほとんど減少しない。

このように本発明においては熱および電気を同時に効率
よく得ることもできる。

第５図において、装置７０は流体レンズ２２のパネル７
１により構成される。

各パネルは相互に縦横方向に並んだ４つの流体レンズか
らなる。

このパネルは季節に応じかつ時間ごとに太陽を追従でき
るように回転可能に取付けられる。

フレーム５０は回転軸６４上６こ支持されこの回転軸６
４はフレーム６２の両端側においてベアリング等により
フレーム６２上に回転可能に保持される。

回転軸６４の一端は電動モータ等の駆動装置（図示しな
い）に結合される。

レンズ２２およびフレーム５０は回転軸６４の回転によ
り縦軸線６０の廻りに回転可能であり太陽位置の季節変
化に追従する。

フレーム３０は部材５２によりフレーム５０に結合し第
１図の場合と同様にレンズ２２とともに共通の横軸５３
の廻りに動いて太陽位置を追従する。

第９図において、近接したリングまたはマイクロプリズ
ムを形成したプラスチック板またはガラス板に囲まれた
固定フレームからなる平面状屈折部材１２６が示される
。

このマイクロプリズムのピッチは例えば１ｍｍ当り３な
いし４のマイクロプリズム程度である。

この平面状屈折部材１２６は平面状のフレネルレンズの
作用を行なう。

屈折部材１２６を鼓舞する太陽エネルギはマイクロプリ
ズムにより熱学的焦点に集められる。

屈折部材１２６は縦方向および横方向に並置される。

この装置においてはレンズ１２６の各焦点は外側導管３
６、内部導管３８内またはその表面上に位置し分離した
各焦点は実際上第９図においては蒸留液中において直線
状の焦点を形成する。

第６図に示した装置１３０は長体のフレネルレンズとし
て作用する棒状のマイクロプリズム１３４を有する細長
い屈折レンズ１３２を備えている。

柱状レンズの直線状焦点が第５図の場合のように各収集
器上に位置するようにレンズ１３２および収集器２４が
配置される。

該レンズおよび収集器は第１図および第５図の場合と同
様に相互に可動である。

第７図は３つの導管配列を示し外側導管３６内に中間導
管１４１が包まれさらにその中に内部導管１３９が包ま
れる。

３本の導管を用いることにより温度の異なる３種類の流
体を使用することができ適用範囲が広がりまた焦点位置
の範囲も広がる。

外側導管３６は透明でもよくまたこの内部は気体でもよ
い。

このようにすることによって内部の導管１４１．１３９
に対し温室の作用を行なうことができる。

本発明は前述のように各種エネルギに対し適用可能であ
り水の蒸発、凝縮作用による蒸留水製造に用いられる。

この場合蒸留すべき水は海水あるいは塩分を含む水であ
ってもよいし、清浄化すべき工場廃水や汚水であっても
よい。

屈折部材および収集器は水を蒸留し好ましくは凝縮液を
回収しそして凝縮水及び排出海水内の熱を回収するよう
にしたシステム内に配置される（後述）。

第８図に示した装置１６０は複数の補助装置１６２を備
え各補助装置は３つのレンズ装置１６４を有する。

各レンズ装置１６４は細長い中央溝１６６およびこの両
側に並列する細長い２つの側溝１６８の上部に配置され
、中央のレンズは中央溝上部に、両側の２つのレンズの
各外側端部は側溝上部に位置する。

各レンズは傾斜し底部レンズ板は平板である。

蒸留すべき水１７０は中央溝内に所定の高さまで満たさ
れる。

中央溝１６６内に直線状焦点Ｆが異なる場所、異なる高
さに位置しこの異なる高さは中央溝１６６内の異なる水
深に対応する。

第８図においてはレンズ流体３１は塩水であることが望
ましい。

食塩（ＮａＣｌ））の水淫液は水だけの場合より赤外線
吸収量が少い。

従って赤外線吸収量を少くしたい場合にはレンズ流体と
して食塩水を用いる。

海水の塩分除去のためにはレンズ流体として海水を用い
蒸留する水の容器内に予熱して導入する。

配管上にはドレンや流量調整用の弁が設置される。

作用時には蒸留すべき水１７０は焦点Ｆに集められた太
陽エネルギにより加熱され水１７０は蒸発する。

レンズ下面２８に衝突した蒸気は凝縮しこの下面に沿っ
て流れ側溝１６８内に落下する。

流体レンズ内部は導管１７７（１組のみ図示）により溝
１６６内と連通ずる。

熱交換器１７９が溝１６６内に設置され溝１６８内の凝
縮水の熱を中央溝１６６内の水に伝える。

流体レンズ内の水はレンズおよび溝を通して循環する。

こうして蒸気の凝縮により発生した熱は平面２８を介し
てレンズ内の水に伝達され凝縮水からレンズ内の水に吸
収された熱は溝内の水に戻される。

こうして蒸留すべき水は加熱あるいは予熱される。

レンズ２２の焦点Ｆは太陽の位置にかかわらず中央溝１
６６内に位置する。

焦点の移動軌跡を破線で示す。

従って焦点は中央溝１６６の外部に出ることはなく太陽
位置を追従するレンズ移動装置は必要なくなる。

蒸留水の熱は蒸留すべき水の加熱または予熱に用いられ
る。

蒸留水は蒸気温度よりわずかに低い温度である。

こうして回収された熱は別の目的にも用いられレンズ流
体および凝縮液は熱交換器に循環されてその熱を取除か
れることは重要である。

何となれば顕熱の他に水１７０の蒸発に要する１グラム
当り５４０カロリーの蒸発潜熱が蒸気の凝縮によって発
生しそして凝縮液から回収され、さらに大部分の蒸気を
凝縮されるレンズ内を循環する水によって装置に戻され
るからである。

この潜熱および顕熱は相当な量であり、さもなければ失
なわれてしまうからである。

このため水を満たした溝をガラスまたはプラスチック板
で覆っただけの太陽熱装置に比べ本装置の効率は非常に
高いものとなる。

レンズ内に水を循環させることにより下部レンズ下面２
８の冷却作用を行ないこの面での凝縮作用を補助する。

各溝の給排水用導管７７５，１７６が設けられる。

蒸留すべき水１７０はフロート１７８およびリレー１８
０，１８２からなるフロート装置により所定の高さに保
たれる。

フロートの動きにより各リレーが作動しポンプあるいは
モータ弁（図示しない）が始動または停止する。

同様の装置を側溝１６８内に備えてもよい。

あるいは側溝内の水深を所定の高さに保つために重力式
ドレン装置を用いてもよい。

各溝間は連通され水の高さは等しい。

溝はコンクリートまたはアスベストセメントにより外側
を保温することが望ましい。

レンズ以外の手段例えばレンズ１６４の下側にある実際
上滑らかな好ましくは平坦な板は蒸気を凝縮するために
用いられる。

この場合には平板面が流体に近接しない限りレンズ流体
は実質上すべての潜熱を回収しえない。

潜熱を取り出すために平面と協動する別の手段を用いて
もよい。

第８図に示した装置は熱損失を減少させるため溝パネル
により囲われ、このパネルはレンズの運動に対処するた
め伸縮性材料で作ることが望ましい。

さらに前述のようにレンズ用流体を中央溝１６６内を循
環させることにより熱を奪い従ってレンズ流体は冷却さ
れレンズ下面に衝突する蒸気の凝縮を促進させる。

前述のようにレンズ流体は直接または間接的な赤外線の
吸収およびレンズ板の加熱により熱せられこの熱はレン
ズ流体から回収される。

レンズ流体から回収された熱および凝縮水は中央溝１６
６内に流入する前に蒸留すべき水を予熱しあるいは熱交
換器により中央溝１６６内で蒸留すべき水を加熱または
予熱する。

この装置の効率は時間ごとに中央溝１６６から排出され
る塩水から熱を奪うことによりさらに増加する。

凝縮蒸気、凝縮水、塩水およびレンズ流体から取出した
熱は別の用途例えば低沸点で気化熱の少い流体の過熱膨
張により電気を発生する用途に用いることもできる。

後述の蒸留水製造装置の作動は同様であるので説明は簡
単にする。

第９図に容易に組立て分解可能な携帯型蒸留水製造装置
３３０の実施例を示す。

この装置３３０は太陽エネルギを焦点上に集束させるた
めの同心円状のマイクロプリズムを有する平面状フレネ
ルレンズ１２６を備えている。

長方体のフレネルレンズを用いることもできる。

レンズ１２６は縦横方向に６個並置され各フレネルレン
ズは水平面に対し傾斜している。

レンズは６個に限定されるものではない。

レンズは太陽エネルギ伝達用ガラスまたはプラスチック
板３３２に接着剤等により結合されてレンズ装置を構成
しプラスチックの場合には柔軟な仕切線３３４に沿って
折り返し可能とする。

各フレネルレンズは横約７インチ（ １ ７． ７ ８
ｃｍ）長さ約９インチ（ ２ ２．８ ６ｃｍ）である
。

レンズの焦点はプラスチック等の柔軟材料製の容器３３
６内の蒸留すべき水内に位置する。

この容器３３６の下側でこれを覆うようにプラスチック
等の柔軟材料製の容器３３８が配されプラスチック板３
３２からの凝縮水を集める。

レンズ装置および容器は一対の脚材３４２，３４４、フ
レーム３４６および台３４８からなる支持装置３４０上
に支持される。

脚材の一端はフレーム３４６に枢着され他端は台３４８
の凹み内に装着される。

台わ用いない場合には脚材の一端は他面または他の部材
上に直接設置される。

こうしてレンズの傾斜角度を変化させ季節によって変わ
る太陽高度に対処できる。

容器側面はサイドパネル３５０，３５２により覆われプ
レート３３２とともに前述のような閉じた循環系を形成
する。

サイドパネル３５２のプレート３３２下部位置に開口部
が設けられ凝縮水を容器３３８内に導入する。

各容器底部には連通管３２２，３２４が結合され各容器
内水位が検知できる。

レンズ装置、支持装置および容器は容易に分解組立て可
能である。

容器３３６内の蒸留すべき水内に位置する焦点において
水が加熱され蒸発しこれが平面プレート３３２の底部で
凝縮する。

凝縮水はプレート３３２に沿って移動し容器３３８内に
落下する。

レンズ板上面およびレンズ板下面を有する流体レンズは
一般に寸法が大きくその幅よりも長い焦点距離を有して
いる。

長く延びたマイクロプリズムを有するフレネルレンズは
流体レンズよりも小さく焦点距離も短い。

長く延びたマイクロブリズムはレンズ中心の高さを減少
させるためレンズの幅が限定される。

またフレネルレンズに用いるガラスあるいはプラスチッ
ク板の幅も限定される。

このことは大きな利点となる。

例えば、板４６あるいは導管３６（第１図）を省略して
も閉じた系においてレンズと収集器間の距離を減少させ
ることにより温室効果を維持できる。

第１０図は中央部の流体レンズ２００と周囲の４つのフ
レネルレンズ２０１〜２０４の組み合わせを示し各フレ
ネルレンズは太陽光線に向けたギザギザを有しその焦点
２０８は共通で流体レンズの焦点とも一致している。

レンズ装置は収集器２０５ｃこ結合し前述と同様に太陽
追従のために移動可能である。

フレネルレンズは２つであってもよい。

またレンズは第５図に示すように縦横方向に配置し太陽
エネルギの集束率を向上させれば特に光電池を用いた発
電装置の場合に有利となる。

第１１図の装置１４４は太陽の位置により収集器１５０
の異なる場所に位置する焦点Ｆ，Ｆ１，Ｆ２を有するマ
イクロプリズム１１８からなる直線状屈折部材１４６を
示す。

収集器１５０は東西方向に配置し口中に太陽エネルギを
捕集する。

この収集器は太陽エネルギ伝達装置を有し、保温材４２
で部分的に囲まれた矩形導管１５４を具備する。

この装置１４４の図示寸法は正確ではない。特に収集器
１５０は明確化のため大きく描いてある。

実際はレンズ１４６よりその１０％程小さい。閉じた系
は屈接部材１４６の側面および保温部材４２を延して重
ねることにより得られる。

前述のように矩形導管１５４を用いることにより導管内
で移動する焦点Ｆ，Ｆｌ ，Ｆ２の位置決めが容易にな
る。

屈折レンズ１４６は主として太陽光線を屈折させて焦点
に集めるものであるが１５６で示すごとき光線は更にマ
イクロプリズムにより反射される。

屈折レンズ１４６の内側は適当な角度を有しこれに衝突
するすべての光線を焦点に集めるように形成する。

流体レンズはフレネルレンズよりも大きく、またフレネ
ルレンズよりも太陽エネルギの吸収、反射効率が低い。

それ故流体レンズだけで出来た装置は一般にフレネルレ
ンズだけで出来た装置或は一個以上の流体レンズと一個
以上のフレネルレンズを組合わせた装置よりも効率が低
い。

本発明によれば、装置は流体レンズとフレネルレンズを
備えている。

蒸留水の蒸発熱を回収することにより液体レンズの効率
は高められるので蒸留水を使用すると大きな利益がある
。

第１２図はそのような装置４５０を示したものである。

装置４５０は流体レンズ２２とフレネルレンズ１３２Ａ
，１３２Ｂを備える。

各レンズは、蒸留される水１７０を留めたチャンネル１
６６内で異った焦点を形成する。

チャンネル１６６は水深を変化させて種々の水深に焦点
を作るために樋形をしている。

幅の狭いフレネルレンズ１３２Ａがチャンネル１６６内
領域の上方に置かれる。

チャンネル１６６内には蒸留さるべき水が導入される。

フレネルレンズ１３２Ａはチャンネル１６６内に導かれ
た水の例えば４０℃までの予熱に使用される。

それ故その場所には殆んど凝縮が発生しない。

効率の高いフレネルレンズ１３２Ｂか北を向いて水平に
対して急角度で傾斜していて二重導管型の収集器１７２
の内側導管内部に焦点を結ぶ。

収集器１７２とフレネルレンズ１３２Ｂとは連結され、
レンズは第１図に述べたように支持されていて両者は太
陽の季節的及び時間的位置を追跡するように可動されて
いる。

一面ではフレネルレンズ１３２Ａを支持するために、ま
た他面では流体レンズ２２を支持するために可撓シ一ト
４５２，４５３を設けて取付けることが望ましい。

内側導管３８には例えば２００℃の高温まで加熱できる
沸騰点の高い流体を納めている。

この流体は外側導管内の沸騰点の低い流体を例えば８０
℃まで加熱する。

レンズ１３２Ｂは急角度をなし、又流体レンズのように
冷えないのでレンズ１３２Ｂ上の蒸気凝縮は少ない。

レンズ１３２Ｂよりも効率の低い流体レンズ２２は南を
向いて例えば１５゜の僅かな角度で水平に対して傾斜し
ている。

上記は凝縮物を下部板２８に沿って流してチャンネル１
６８に排出するのに十分な傾斜角度である。

レンズ２２は直接チャンネル１６６内で焦点を結び、太
陽の季節的及び日照時間の位置に無関係に水１７０中に
焦点を結ぶ。

若干量の蒸気がその位置に原因してレンズ２２上に発生
する。

第１２図に示すフレネル、流体レンズ組合せ装置は下記
の利点を有する。

異なる水深に応じた複数個のレンズ、収集器、焦点を使
用するので種々の深さにおいて種々の温度に水を加熱さ
せることにより全体の水を加熱及び蒸発作用を促進させ
る流れを生ずるために装置の効率を高める。

水を加熱するのにフレネルレンズを使用し又蒸気を凝縮
するのに流体レンズを備えているので効率の高い可動フ
レネルレンズを使用すると同時にレンズ流体によって蒸
発熱を回収することができる。

凝縮物を下部レンズに沿って流す都合上適当な傾斜角を
保たせねばならぬので流体レンズは不動状態に保持させ
なければならぬ。

レンズ２２の焦点は季節に無関係に常にチャンネル１６
６の中に結ばれる。

効率の高いフレネルレンズの焦点に２重導管式収集器１
７２を使用し又沸騰点の高い流体を含ませることにより
流体の温度を約２００℃まで上げることができ、該熱を
前述したように貯蔵して夜間に使用することができる。

レンズ２２の焦点をチャンネル内に直接配置して水を急
速加熱し、日照時間中水１７０を加熱する。

日照のない時間（又レンズ流体から熱を除いた場合の日
照時間においてさえ）レンズ流体は冷たくて蒸気の大き
な凝縮を起させる。

上記の組合せにより装置の連続運転が可能になる。

チャンネル内部に直接に結ばれる焦点により日照時間中
に水を蒸発させ、収集器１７２の内部導管内で液が２０
０℃にまでまた外側導管内で液が８０℃にまで加熱され
て貯蔵され、日照のあるなしに拘らずレンズ流体により
冷やされた下部レンズ板２８に助けられて水の蒸発を行
なう。

第１２図の装置に類似した蒸溜水用の別の実施例を第１
３図に示す。

第１３図には二組の二重板型流体レンズが設けられてい
る。

該流体レンズの一組２２Ａは南向きに水平に対し例えば
１５゜傾斜し、また板間の最大の間隔位置でさえ例えば
１インチ（２．５４ｃｍ）程度の小さな間隔を設けてい
る。

上記の板は傾斜し冷やされた下部板を備え該下部板上で
蒸気を凝縮させてチャンネル１６８に向けて流し排出す
る。

流体レンズの他の一組２２Ｂは好ましくは沸騰温度が２
００℃以上で赤外線吸収特性の高い循環レンズ流体を含
んでいる。

この流体はレンズ装置から適宜相互に連結された一群の
金属収集器１７２ ．１ ７２Ａ，１７２Ｂ ，１７２
Ｃの内部導管３８に向けて循環する。

チャンネル１６６内には全収集面積を大きくするために
多数の収集器を連結して設ける。

内部導管３８を外側導管３６内に挿入する。

外側導管３６内では内部導管３８の周囲を水のような別
の流体が流れる。

容器１６６内の水１７０を加熱するために外側導管３６
内の循環流体は例えば９０℃まで熱する。

日照のない時間中は外側導管３６内の高温流体の流れを
止めて高温になった流体を内部導管３８内に貯蔵し、外
側導管３６内の流体を継続して加熱する。

ついで外側導管３６により蒸溜されるべき水を日照のな
い時間中加熱する。

冷やされた下部板２８を有するレンズ２２Ａは日照のな
い時間中にできた水蒸気を凝縮して凝縮物をチャンネル
１６８に排出する。

日照時間中レンズ２２Ａは蒸溜すべき水が蒸発するよう
に熱を与える。

上述の装置においては第１３図に示すように、レンズの
焦点が常に蒸溜すべき水を納めた容器内部にあるように
されるため太陽を追跡するように可動式に作る必要はな
い。

上述したように塩と水の溶液や海水がレンズ流体として
適宜使用される。

又海水を蒸溜する場合にはレンズから海水を予熱した容
器中に導入する。

本発明の太陽エネルギ捕集装置には圧縮機又は吸引装置
付の熱ポンプが組合わせられる。

空調装置、冷凍装置ないしは熱貯蔵装置と組合わせて使
用され、熱貯蔵装置では日照がないか或は弱い時に熱ポ
ンプで熱を供給する。

熱ポンプは循環する冷却剤を蒸発させるのに流体（即ち
上述の収集器内の流体）による熱源（即ち捕集した太陽
エネルギから得た熱源）に空気又は好ましくは水を使用
する。

水を使用した場合、溢流した水を低温に冷却し、又貯水
槽が小型の時は冷凍せねばならぬので通常大型の貯水槽
が必要である。

熱ポンプから得られる熱は冷却剤を蒸発するのに使用す
る熱源と凝縮した冷却剤との絶対温度差によって定まる
，熱ポンプより得られる熱は冷却剤の圧縮機に要求され
る動力量の２ないし５倍である。

熱ポンプは日照のない時間に付加的な熱を供給するため
に使用する。

太陽エネルギ装置と貯水池を有する水力発電設備との組
合わせは、水力発電用貯水池の水から熱をとるようにし
た熱ポンプを用いると大きな利点がある。

第１４図ないし第１７図は、太陽追跡装置を用いないで
季節及び日照時間に無関係にほぼ共通の焦点線に沿って
太陽エネルギを集中させる中心部の単数又は複数のフレ
ネル型レンズとそれに隣接したフレネル型レンズ（複数
）の組合わせを示す。

第１６図において、レンズ系５００は長い中央部のフレ
ネル型レンズ５０２と隣接した長いフレネル型レンズ５
０３，５０４とから構成される。

中央部のレンズは流体レンズにすることもできる。

レンズは通常東西の方向に張設される。

総体的に５０６で示したマイクロプリズムの角度が付け
られ、季節に無関係に収集器５０８の内部又は上部にレ
ンズ系の焦点が結ばれるようにレンズを配置している。

第１５図はこの目的を達成するためにマイクロプリズム
５０６の角度がどのように形成されているかを概略図で
示している。

中央部レンズ５０２は地表５１０に平行なる如く示され
ているが、装置全体を回動できるのでレンズ５０２はこ
の装置が置かれる場所によって地表に対しある角度をな
す。

第１４図の装置において、レンズ５０３は冬至の直前直
後の時期には太陽エネルギを集中する。

レンズ５０２は春分の直前直後の時期に、レンズ５０４
は夏至の直前直後の時期に、又レンズ５０２は秋分の直
前直後の時期にそれそれ太陽エネルギを集中する。

焦点Ｆは収集器５０８の内部又は表面に位置し、該収集
器５０８は隣接した２個の透明導管３６を備え、その内
部にそれぞれ内側導管３８を取囲んでいる。

このようにして、たとえ焦点線が水平方向にずれても焦
点線は一つの導管内にあるようにされている。

さらに焦点線を鋭くでき得ない場合も隣接した導管を設
けることによって、該焦点線が複数の導管内に部分的に
存在することができる。

導管の下方には湾曲反射板５１２が適宜配設されていて
その上に落ちたエネルギを導管に向ける。

第１６図において、装置の東端及び西端にあるフレネル
型レンズがこれらのレンズを朝夕時間の捕集に対してよ
りよく方向付ける為に中央部のレンズに対して角度を付
けることが望ましい。

例えば東端のレンズ５２０は朝の太陽に直面するように
傾斜し、西端のレンズ５２２は夕方の太陽に直面するよ
うに傾斜している。

中央部のレンズ５２４は日中の太陽に直面するように方
向配置されている。

上記のレンズ配列により太陽追跡装置を用いることなく
太陽エネルギ収集量が増大せしめられる。

第１７図は隣接レンズ群を含んだ組合わせレンズ系を示
す。

レンズ５０３と５０４は主として所定の季節中に太陽エ
ネルギを集めるように位置し、レンズ５２２と５２０（
図示せず）は主として朝夕の時間に太陽エネルギを集め
るように位置する。

このようにしてレンズ５０２及び５２４によって太陽追
跡装置を用いないで一日中又は一年中太陽エネルギを集
める。

第１７図に示すようにレンズ５２２及び５２０（図示せ
ず）は装置の東端及び西端の中間に置くことができる。

本発明のすぐれた特徴と利点を要約すると下記のとおり
である。

レンズ式集光装置と導管式収集装置とが組合わせられて
いて、集光装置の太陽に暴露した表面積がエネルギを収
集する収集装置の表面積よりも太きい。

その結果収集器の面積が例えば従来の平面型捕集装置の
僅か１ないし１０％になるので熱損失が減少する。

従ってその効率は従来の平面型捕集装置よりも約５０％
高くなる。

表面積が減るのでこれに対応して太陽に露出する単位表
面積当りの使用材料が減少し、又これに対応して推定設
置費用が約２分の１に減少する。

さらに発生エネルギ当りの低価格によって効率が高まる
。

単一の装置にフレネルレンズと流体レンズを併用するこ
とによって太陽エネルギ装置の効率を高め費用を低下す
ることができる。

前記の両レンズは装置全体に独特の利益を付与する。

このような組合わせ装置は水の蒸溜に殊に有用である。

蒸溜装置では、流体レンズのレンズ流体は蒸留される凝
縮液の凝縮或は赤外線エネルギを吸収するために熱の少
くとも一部を回収することができる。

レンズ流体中の熱は蒸溜を助ける為或は他のととに使用
することができる。

さらに蒸溜水中の熱は回収でき蒸溜を助けるため或は他
のことに使用することができる。

さらに又ときどき装置から排出される加熱塩水から熱を
回収することができる。

水又は海水中の塩の溶液をレンズ流体として使用するこ
とが好ましく、又予熱して蒸溜用に導入することができ
る。

このようにして本発明により装置の高い効率が達成され
る。

凝縮された塩水から塩を回収でき販売するか又は電気分
解される。

本発明は救命艇内の海水又は不毛の砂漠地帯のかん水を
蒸溜するのに使用できる携帯撤去可能な蒸溜装置を提供
して人命を救助することができる。

本発明は又海上に浮ぶ設備例えば熱い日当りの良い海域
にずつと海上格納した航空母艦のような大型の船用に計
画されたもので、海水を効果的に又低価格で蒸溜するこ
とができる。

また本発明によればフレーム装置は季節的及び時間的に
太陽に向けて露出され、又季節的に及び時間的に太陽を
追跡する。

又組合わせレンズ装置は太陽面にさらされ太陽追跡装置
を用いないで季節及び日照時間に無関係に太陽エネルギ
を収集器内又は収集器上に集めるように個々のレンズを
配置している。

本発明の特殊な利用について述べたが捕集した太陽エネ
ルギは多くの他の目的に使用することができる。

例えば淡水化の副産物である塩を集めて販売することに
より装置の全稼動費用を低くすることができる。

本発明の装置を主として概略線図で説明した。

従って発明を理解するのに不必要なある部分は省略した
。

例えば本発明の装置を構成する材料や支持構造物は当該
技術者に公知であるので詳細に説明しなかった。

又先述の装置の部品寸法は装置の使用条件によって変化
するものである。

本発明において太陽より得られた熱は本発明に係わる太
陽エネルギ捕集装置により置き換えられる燃料から得た
熱エネルギよりも低費用で得られる。

本発明の装置により得られた熱貯蔵も燃料によるよりも
優位な特徴を有している。

本発明による蒸溜装置は低費用で蒸溜水を提供すること
ができるので飲料水の乏しい地域では肝要である。

本発明の利点及び開示実施例の変更と変形態様は当該技
術者にとって容易に明らかになるであろう。

本発明の請求の範囲は発明の精神と範囲から逸脱するこ
となしに本開示の目的でここに選んだ実施態様になされ
るすべての変形と変更を包含するものである。

又特許請求の範囲に記載した本発明の保護される範囲は
従来技術で許されると同様の広い範囲を持つものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は細長流体レンズと細長収集器を含む装置の斜視
図、第２図は長手方向に並べた一連の流体レンズの１つ
及びそのレンズフレームの部分断面斜視図、第３図はレ
ンズ流体を囲む２つの別個の板とこれらの板を密封する
シール用のフレームとを有するレンズ系の斜視図、第４
図は第３図の４−４線断面図、第５図は複数個の流体レ
ンズパネルを用いた他の装置の斜視図、第６図は直線状
の焦点を有する細長プラナーフレネルレンズおよび流体
伝導管を有する収集器を含む他の装置の斜視図、第７図
は３つの流体導管を含む他の収集器の一部の断面図、第
８図は各々が３つの細長レンズを含む個々の装置からな
る水を蒸留する複合装置の斜視図、第９図は水を蒸留す
るためのフレネルレンズを有する容易に組み付け組み外
しのできる装置の斜視図、第１０図は中央の流体レンズ
とこれに隣接するフレネルレンズを含むレンズ系の断面
図、第１１図は湾曲細長フレネル型レンズと単一の矩形
流体導管を有する収集器とを含む本発明に係わる他の装
置の斜視図、第１２図は水を実質上連続的に蒸留する装
置の斜視図、第１３図は水を蒸留する他の装置の斜視図
、第１４図は中央レンズとこれに隣接するフレネル型レ
ンズを有するレンズ系の断面図、第１５図は第１６図の
フレネル型レンズの１つを示す拡大断面図、第１６図は
東西の方向に向いた一連のフレネル型レンズの斜視図、
第１７図は角度をつけたレンズを具える複合レンズ系の
斜視図。 ２０・・・・・・システム、２２・・・・・・流体レン
ズ集光器、２４・・・・・・収集器、２８・・・・・・
平らな表面、３６・・・・・・導管、４０・・・・・・
容器、５４．５６・・・・・・熱搬送流体、１６６・・
・・・・中央溝、１６８・・・・・・側溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸留すべき液体を保持する容器手段と、該容器手段
   の上方に置かれてその容器内部に太陽エネルギを収集す
   る細長流体レンズとを備えて、太陽エネルギを利用し水
   を含む液体を蒸留する装置であって、上記流体レンズは
   レンズ流体と、上記容器手段の上方に位置して太陽エネ
   ルギを上記容器手段に伝達する実質上滑らかな底部表面
   とを具備し、容器手段からの上昇蒸発流体は上記平滑底
   面に突きあたってそこで凝縮され、上記底面はそこで凝
   縮した液体によって発せられる熱をレンズ流体に伝達し
   、上記滑らかな底面は凝縮液体が該底面に沿ってその垂
   直方向下部に流れてそこから排出されるように水平軸線
   に対して傾斜した部分を有し、更に上記底面の下部の下
   方には該下部から排出される凝縮液を収集する液体収集
   手段が設けられることを特徴とする太陽熱利用の蒸留装
   置。 ２ 液体は水であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ３ 容器手段は蒸留すべき水を含む第１容器を有しかつ
   水収集手段は第２容器を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の装置。 ４ 流体レンズは該流体レンズを封入する上部レンズ板
   と底部レンズ板とを有し、上記平滑底面はこの底部レン
   ズ板により構成されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。 ５ 上記流体レンズはそこへ流体を流出入させるための
   手段を有しレンズ流体が該流体レンズを通過し得るよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の装
   置。 ６ 流体レンズを通る流体に吸収された熱を取り除く手
   段を有することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の装置。 ７ 流体レンズを通る流体によって吸収される熱を除去
   すると共にこの熱の少くとも一部を蒸留すべき水に伝達
   する手段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第６
   項記載の装置。 ８ 流体レンズは実質上少くとも１本の線に沿って太陽
   エネルギを収集し、かつ少くとも１個の流体物が通る少
   くとも１つの細長導管を有する細長の太陽エネルギ収集
   手段が設けられ、上記導管はレンズ手段の長手軸線に実
   質上平行な軸線に沿って上記容器手段内に配置され、上
   記少くとも１本の線はこの導管上あるいは導管内に置か
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項
   のいずれかに記載の装置。 ９ 少くとも１つの導管は少くともその一部が太陽エネ
   ルギを伝達しかつ収集された太陽エネルギは該導管を通
   り、そして上記線は少くとも１つの導管内の少くとも１
   個の流体物内に置かれることを特徴とする特許請求の範
   囲第８項記載の装置。 １０太陽エネルギ収集手段は複数個の細長導管を有しこ
   れら導管の各々を通して少くとも１個の流体物が流れ、
   これら導管は流体レンズの長手軸線に実質上平行な平行
   軸線に沿って容器手段内に配置され、上記導管のうち内
   方の導管は外方の導管の内部に置かれ、上記線は内外方
   導管の一方の上または中に置かれることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載の装置
   。 １１ 外方導管は少くとも部分的に太陽エネルギを伝達
   しかつ上記線が外方導管内に位置するようにして収集太
   陽エネルギを外方導管内に通すようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２流体レンズの内部を内外導管の一方と連通せしめる
   手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１０項
   又は第１１項に記載の装置。 １３蒸留すべき水を容器手段に加える手段と、蒸留水を
   液体収集手段から除去する手段とを有し、前者の手段は
   容器手段内の水位を所定の限度内に自動的に維持する手
   段を有し、かつ後者の手段は液体収集手段内の水位を所
   定の限度値間に自動的に維持する手段を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか
   に記載の装置。 １４複数個の容器手段と、複数個の液体収集手段と、平
   行に配置された複数個の流体レンズとを有する複数個の
   装置が設けられ、隣接する容器手段は隣接する装置に共
   通な液体収集手段によって分離されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれかに記載の
   装置。 １５容器手段、液体収集手段、及びレンズ手段間の容積
   部を封入絶縁する絶縁手段を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第１４項のいずれかに記載の装
   置。 １６水を蒸留する装置を携帯自在にして容易に組立、分
   解する携帯手段を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第１５項のいずれかに記載の装置。 １７ レンズ手段は装置の半径方向軸線の回りに並べ
   られる複数個のレンズを有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第１６項のいずれかに記載の装置。 １８ レンズ手段は装置の長手軸線に沿って並べられ
   る複数個のレンズを有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第１７項のいずれかに記載の装置。 １９太陽エネルギを蒸留すべき液体内に最適に収集せし
   め得るように配置される少くとも１つのフレネルレンズ
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   １８項のいずれかに記載の置。 ２０上記流体レンズの焦点から隔てられた焦点を有する
   別の流体レンズを有し、かつ該流体レンズの１つはそこ
   に生ずる流体蒸気を凝縮すると共にこの凝縮流体をその
   一端から排出し得るように配置され、そして他の流体レ
   ンズは太陽エネルギを蒸留すべき液体内に最適に収集せ
   しめ得るように配置されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第１９項のいずれかに記載の装置。 ２１ 上記流体レンズは太陽エネルギを最も効率よく吸
   収しかつこれをレンズ流体により熱に変換し得るように
   隔てられたレンズ板を有し、更にレンズ流体を循環して
   これを冷却せしめそれにより上記の流体レンズ上での凝
   縮を促進せしめる手段が設けられることを特徴とする特
   許請求の範囲第２０項記載の装置。 ２２ レンズは種々の液体深さに対応する種々の高さ
   位置において太陽の季節的及び日時的位置とは実質上無
   関係に容器手段内に位置する複数個の焦点を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１９項乃至第２１項のい
   ずれかに記載の装置。 ２３蒸留すべき液体内に位置する少くとも１つの細長焦
   点に沿って流体レンズにより太陽エネルギを収集してそ
   こから液体を蒸発せしめ、蒸発された液体を流体レンズ
   の実質上滑らかな表面の底部上に凝縮せしめ、流体レン
   ズは上記表面上で凝縮する液体からの熱を吸収するレン
   ズ流体を有し上記表面上での凝縮液体は該表面から排出
   され上記表面から排出される凝縮液体を収集し、そして
   上記レンズ流体を循環して凝縮潜熱及び流体レンズ内の
   レンズ流体により吸収された蒸気の顕熱を回収するよう
   にしたことを特徴とする、太陽エネルギを用いて水を含
   む液体を蒸留する方法。 ２４ レンズ流体内に回収された熱は蒸留すべき液体
   を加熱するために用いられることを特徴とする特許請求
   の範囲第２３項記載の方法。 ２５ 内部に流体を含みかつ焦点の軸線に実質上平行な
   軸線を有する少くとも１つの細長導管を有する細長収集
   手段内または上に置かれる細長焦点に沿って太陽エネル
   ギを収集し、それにより流体を加熱して液体の蒸発を補
   助し得るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ２３項または２４項記載の方法。 ２６太陽エネルギは透明な外方導管内に封入される透明
   な内方導管内または上に収集され、各導管内には異なる
   流体が含まれることを特徴とする特許請求の範囲第２５
   項記載の方法。 ２７収集された凝縮液体内に含まれる熱を回収する工程
   を含む特許請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずれか
   に記載の方法。 ２８液体の大部分が蒸発した後に残りの液体に含まれる
   熱を回収することを含む特許請求の範囲第２３項乃至第
   ２７項のいずれかに記載の方法。 ２９種々の液体深さに対応する複数個の位置で太陽エネ
   ルギを蒸留すべき液体内に直接的に合焦させることを含
   む特許請求の範囲第２３項乃至第２８項のいずれかに記
   載の方法。 ３０液体が水であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２３項乃至第２９項のいずれかに記載の方法。