WO2013069350A1 - 蒸留装置および蒸留方法 - Google Patents

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housing
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良一 松嶋
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日東電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a distillation apparatus and a distillation method.
  • the present invention relates to a distillation apparatus that generates distilled water (fresh water) from a liquid (for example, seawater) in a storage region using solar heat.
  • distilled water fresh water
  • a liquid for example, seawater
  • FIG. 1 As a distillation apparatus for generating fresh water from seawater using solar heat, a device as shown in FIG. 1 has been proposed.
  • a container 111 in which a solution S is placed is placed below a mountain-shaped condensation plate 110 that allows solar heat H to pass therethrough, and trays 112 for the distilled liquid W are provided below both ends of the condensation plate 110.
  • trays 112 for the distilled liquid W are provided below both ends of the condensation plate 110.
  • the solar heat H passes through the condensing plate 110 and heats the solution S placed in the container 111.
  • the solvent of the heated solution S rises as vapor V and comes into contact with the inner surface of the condensing plate 110.
  • the vapor V is cooled by the contact and condensed to form dew condensation D.
  • This dew condensation D falls along the inner surface of the condensing plate 110 and then accumulates in the tray 112, whereby a distillate W is obtained.
  • the distillation apparatus 1000 shown in FIG. 1 has a problem that if the solution S put in the container 111 is not evaporated, the distilled liquid W cannot be obtained unless the container S is replenished with the solution S. Even when the container 111 is replenished with the solution S, the replenishment control of the solution S tends to be difficult.
  • a method for producing a large amount of distillate there is a method of performing distillation under reduced pressure in order to improve thermal efficiency.
  • distillation is performed by combining a number of decompression chambers, and this method is called a multistage flash system.
  • the multi-stage flash system a large amount of fresh water can be produced, regardless of the quality of seawater, but there is a problem that heat efficiency is very poor and a large amount of energy needs to be input.
  • this seawater desalination plant is often attached to an oil refinery or a thermal power plant, and it is difficult to easily install it in other locations.
  • This reverse osmosis method is a method in which salt is concentrated and discarded by applying pressure to seawater and passing it through a reverse osmosis membrane (RO membrane), thereby squeezing fresh water. It is more energy efficient than the multi-stage flash method, but the reverse osmosis membrane must be carefully pretreated so that it is not clogged with microorganisms and precipitates in seawater, and the equipment is expensive. There is a problem.
  • the inventors of the present application have attempted to develop a method for easily producing distilled water (fresh water) by solar heat just by floating on the sea, lake or pond under such circumstances, and as a result of earnest studies, the present inventors have reached the present invention.
  • the present invention has been made in view of the above points, and its main purpose is to be able to automatically replenish the liquid, and not to input a large amount of energy, thereby suppressing the equipment cost. It is to provide a distillation apparatus that can be used.
  • the distillation apparatus is a distillation apparatus that generates distilled water by solar heat, and is provided with a heat transmission window that allows solar heat to pass through, a housing that fixes the heat transmission window, and the heat transmission window. And a heat absorber that absorbs solar heat that has passed through.
  • the housing includes a first chamber in which the heat absorber is disposed, and a second chamber connected to the first chamber through a water vapor permeable film that transmits water vapor generated in the first chamber. .
  • An inlet for taking in liquid is provided below the first chamber, and a water level adjusting mechanism for adjusting the water level of the liquid covering the heat absorber is provided in the first chamber.
  • the housing is floated in a storage area where liquid is stored.
  • the liquid in the storage region is introduced from the intake port, and the liquid introduced from the intake port is retained in the first chamber so as to cover the surface of the heat absorber.
  • Water vapor from the liquid covering the surface of the heat absorber passes through the water vapor permeable membrane and is condensed on the wall surface of the second chamber to become distilled water.
  • the first chamber is formed with an introduction opening extending in the vertical direction from the intake port
  • the water level adjusting mechanism is a float valve
  • the float valve is the first chamber. It is comprised from the float located in the liquid level of one chamber
  • the housing includes a first member in which the heat absorber is installed, a second member connected to the first member and having the introduction opening formed therein, and the first chamber. And a third member that separates the second chamber.
  • the water vapor permeable membrane is disposed on a part of the third member.
  • the water vapor permeable membrane is composed of a porous polytetrafluoroethylene membrane.
  • an opening opened to the outside is formed in a lower region of the second member of the housing.
  • the inlet is provided with a filter that allows liquid introduced into the inlet to pass therethrough.
  • a gas permeable membrane for adjusting the pressure between the inside and the outside of the second chamber is provided in a part of the second chamber.
  • the heat absorber is made of an iron plate.
  • the heat absorber is made of a heat storage material.
  • the surface of the heat absorber is black.
  • the heat transmission window is made of glass or translucent resin.
  • a pipe for discharging the distilled water to the outside is connected to the distillation apparatus.
  • the pipe is connected to a pump unit that causes the distilled water in the pipe to flow.
  • the pump unit is connected to a plurality of the distillation apparatuses via the pipe.
  • the pump unit is installed on land.
  • the distillation method according to the present invention is a distillation method for producing distilled water by solar heat, a step of floating a housing for fixing a heat transmission window through which solar heat passes in a storage region in which liquid is stored, and a liquid in the storage region In the first chamber of the housing, evaporating the liquid in the first chamber of the housing by solar heat transmitted through the transmission window, and the evaporated water vapor in the second chamber of the housing.
  • the liquid level in the first chamber of the housing is maintained within a predetermined range by a water level adjusting mechanism.
  • the water level adjusting mechanism is a float valve, and the amount of the liquid introduced into the first chamber of the housing is automatically adjusted by the float valve.
  • the water vapor obtained by evaporating the liquid in the first chamber of the housing moves to the second chamber of the housing through the water vapor permeable membrane and condenses on the wall surface of the second chamber of the housing.
  • the storage area is one selected from the group consisting of a sea, a lake and a pond.
  • a plurality of the housings are floated in the storage region, and each of the plurality of housings is connected to a pump unit that sucks the distilled water through a pipe.
  • the distilled water is collected from the plurality of housings.
  • the distillation apparatus of the present invention includes a heat absorber that absorbs solar heat that has passed through the heat transmission window in a housing that fixes the heat transmission window that allows solar heat to pass through, and the first chamber in which the heat absorber in the housing is disposed.
  • An intake port is provided below, and a water level adjusting mechanism for adjusting the water level of the liquid covering the heat absorber is provided. Therefore, when the distillation apparatus of the present invention is floated on a storage area (sea, lake, etc.), while automatically replenishing liquid (seawater, etc.) for producing distilled water, distilled water (fresh water) is supplied. Can be generated.
  • the distillation apparatus of the present invention uses solar heat, it does not require a large amount of energy input compared to the multistage flash method or reverse osmosis method, and the equipment cost can be suppressed. An effect can be obtained.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration of a water vapor permeable membrane 40.
  • (A) represents the amount of heat to evaporate the water
  • (b) represents the amount of water (cc / hour) that can be evaporated in 1 m 2 along with the amount of solar radiation and system efficiency
  • (c) represents cal
  • It is sectional drawing which shows typically the modification of the distillation apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the distillation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of the distillation apparatus 100 of the present embodiment.
  • the distillation apparatus 100 of this embodiment is an apparatus that generates distilled water by solar heat 72 from the sun 70.
  • the distillation apparatus 100 includes a heat transmission window 10 through which solar heat 72 passes and a housing 20 that fixes the heat transmission window 10.
  • a heat absorber 25 that absorbs solar heat (72, 74) that has passed through the heat transmission window 10 is disposed.
  • the housing 20 of this embodiment is floated in the storage area 60 in which the liquid is stored.
  • the storage area 60 is, for example, the sea, a lake, or a pond.
  • the liquid is seawater, and the seawater can be desalted in the housing 20.
  • the storage area 60 is not limited to a natural storage area (sea, lake), but may be an artificial storage area such as a dam.
  • the storage area 60 is an artificial storage area that stores contaminated water attached to a factory. It doesn't matter.
  • the housing 20 of the present embodiment includes a first chamber 21 in which the heat absorber 25 is disposed and a second chamber 22 connected to the first chamber 21 through a water vapor permeable membrane 40.
  • the water vapor permeable membrane 40 of the present embodiment is a polymer film that transmits water vapor 64 generated in the first chamber 21 (arrow 65) and moves it to the second chamber 22, for example, a fluororesin porous membrane (typically Specifically, it is composed of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the material constituting the water vapor permeable membrane 40 is not limited to a porous polytetrafluoroethylene membrane, and for example, a material such as a polyethylene porous membrane, a polypropylene porous membrane, or a ceramic porous membrane can be used. It is.
  • an inlet 50 for taking in a liquid is provided below the first chamber 21 of the housing 20.
  • the first chamber 21 is provided with a water level adjusting mechanism 30 that adjusts the water level (L) of the liquid 63 covering the heat absorber 25.
  • the liquid (for example, seawater) in the storage area 60 is introduced from the intake 50 of the housing 20 floating in the storage area (for example, the sea) 60.
  • the intake port 50 is provided with a filter 35 that allows liquid introduced into the intake port 50 to pass therethrough, and the liquid (seawater) passes through the filter 35 as indicated by an arrow 61.
  • the filter 35 is, for example, a polytetrafluoroethylene porous film.
  • the filter 35 is fixed by a filter support member 38, and specifically, the filter 35 is attached to an attachment portion (periphery of the opening 52) of the filter support member 38.
  • the liquid introduced from the intake 50 moves as indicated by an arrow 62 and is retained in the first chamber 21 so as to cover the surface of the heat absorber 25. Then, the liquid 63 covering the surface of the heat absorber 25 is evaporated by the heat energy of solar heat (sunlight) 74 transmitted through the heat transmission window 10 and the heat energy from the heat absorber 25 into the water vapor 64.
  • the water vapor 64 from the liquid 63 in the housing 20 passes through the water vapor permeable membrane 40, is condensed on the wall surface 23 of the second chamber 22 (see the water droplet 67), and is gathered downward by gravity as indicated by an arrow 68. As a result, distilled water 69 is obtained.
  • a lower part of the second chamber 22 is a water storage part 24 for distilled water 69. Since a part (for example, the lower half) of the wall surface 23 of the second chamber 22 is covered with the surrounding liquid (for example, seawater) 60, the cooling effect by the liquid 60 can be obtained.
  • the surrounding liquid for example, seawater
  • an introduction opening 54 extending in the vertical direction from the intake 50 is formed in the first chamber 21 of the housing 20.
  • the water level adjusting mechanism 30 of the present embodiment is a float valve, and this float valve is installed in the introduction opening 54.
  • the float valve is a self-regulating valve that keeps the liquid level of a water supply tank or the like at a constant water level.
  • the float valve 30 of the present embodiment includes a float 32 positioned on the liquid level in the first chamber 21, a connection bar 34 disposed in the introduction opening 54, and a stop valve disposed on the lower end side of the connection bar 34. (36, 37).
  • the float 32 is a hollow sphere that floats on water, and is a member that can lift the stop valve (36) connected to the lower part by buoyancy.
  • the material of the float 32 is, for example, stainless steel or plastic.
  • the connecting bar 34 is connected to the lower side of the float 32.
  • the connection bar 34 is made of stainless steel, for example.
  • the stop valve includes a plug member 36 connected to the connecting bar 34 and a closing member 37 disposed around the intake port 50 (or the lower end portion of the introduction opening 54).
  • the stop valve (36) is made of, for example, brass or plastic.
  • the housing 20 of the present embodiment divides the first member 20a in which the heat absorber 25 is installed, the second member 20b in which the introduction opening 54 is formed, the first chamber 21 and the second chamber 22. And the third member 20c.
  • the first member 20a has a portion extending in the horizontal direction, and the heat absorber 25 is disposed on the horizontal portion.
  • the first member 20a is connected to the second member 20b.
  • the first member 20a and the second member 20b are continuously formed of the same member, and an introduction opening 54 is formed in the portion of the second member 20b.
  • the water level adjustment mechanism (float valve) 30 is arranged there.
  • the first member 20a and the second member 20b may be constructed of different members and combined.
  • “horizontal” is horizontal in the sense of installing the heat absorber 25, and is not limited to the horizontal in the strict sense, and there is a slight inclination, or there is unevenness rather than a flat surface. It does not matter.
  • the third member 20 c of the housing 20 is a part of the wall surface of the first chamber 21 and a part of the wall surface of the second chamber 22.
  • the water vapor permeable membrane 40 is disposed on a part of the third member 20c.
  • a wall member 23a for sealing the space of the second chamber 22 in combination with the third member 20c is provided.
  • the third member 20c and the wall member 23a are configured and combined as separate members, but may be integrated. Further, depending on the shape of the housing 20, the wall member 23a may be omitted, or the third member 20c and the first member 20a may be constructed as an integral member.
  • a gas permeable membrane 42 that adjusts the pressure between the inside and the outside of the second chamber 22 is provided in a part of the second chamber 22 of the housing 20.
  • the gas permeable membrane 42 is provided in a gas permeable window 85 (pressure adjusting window). With this gas permeable membrane 42, the pressure inside the second chamber 22 filled with the water vapor 66 can be adjusted.
  • the gas permeable membrane 42 is made of a fluororesin porous membrane (typically polytetrafluoroethylene (PTFE)).
  • the material constituting the gas permeable membrane 42 is not limited to a porous polytetrafluoroethylene membrane, and for example, a material such as a polyethylene porous membrane, a polypropylene porous membrane, or a ceramic porous membrane can be used. It is.
  • the housing 20 is made of, for example, stainless steel, iron, aluminum, or FRP. In the configuration of the present embodiment, the housing 20 is made of stainless steel. However, the housing 20 is not limited to this as long as the housing 20 floats in the storage area 60, and can be appropriately constructed from a suitable material. When the housing 20 is floated on seawater, it is preferable to use a material such as stainless steel or resin that is strong against seawater.
  • an opening 28 opened to the outside is formed in the lower region of the first member 20a of the housing 20.
  • the opening 28 can be a region where a weight (ballast) is provided to stabilize the housing 20.
  • a member that increases buoyancy that is, a material having a specific gravity lighter than water: for example, a member filled with air, polystyrene foam, or the like
  • a member filled with air, polystyrene foam, or the like is disposed in the opening 28. Is also possible.
  • the member 25 heat absorption
  • the member 25 heat absorption
  • the heat transmission window 10 of the present embodiment is made of a translucent material, specifically, glass or a translucent resin.
  • glass has an advantage of being excellent in durability against the sun because it is more resistant to ultraviolet rays than a resin material.
  • the resin heat transmission window 10 is made of a glass plate. It has the characteristic that it is hard to break compared with the one of
  • the heat transmission window 10 is held by a holding member 82 that holds a plate-like member.
  • the holding member 82 is made of, for example, a rubber material.
  • the holding member 82 is fixed to a part of the second member 20 b and a part of the wall member 23 a by a fixing member 83 that fixes the holding member 82 to the housing 20.
  • the heat transmission window 10 is disposed obliquely to capture the light of the sun 70 (solar heat 72) efficiently. It is preferable to arrange the heat transmission window 10 at an angle so that the heat transmission window 10 faces south and faces the sun 70.
  • the housing 20 is rotated by providing a screw in a part of the housing 20 so as to face the sun 70. If the solar heat 72 is to be taken into the heat transmission window 10 without being influenced by the direction of the sun 70, the heat transmission window 10 may be arranged in parallel.
  • the heat absorber 25 that absorbs the solar heat 74 that has passed through the heat transmission window 10 is, for example, a member made of a heat storage material or a metal member (such as an iron plate or a stainless plate).
  • a member made of a heat storage material or a metal member such as an iron plate or a stainless plate.
  • the heat absorber 25 made of the heat storage material even after the sun 70 has been set down, the heat energy can be taken out from the heat storage material constituting the heat absorber 25 over a long period of time, thereby evaporating the liquid 63.
  • the heat storage material constituting the heat absorber 25 examples include sensible heat storage materials such as water, stone, gravel, concrete, brick, glass powder, soil, and iron powder. These materials can be put in a predetermined container and used as the heat absorber 25 of the present embodiment.
  • a container for example, a metal container (such as a stainless steel container) or a resin container
  • the heat absorber 25 made of a heat storage material can be constructed by introducing the liquid in the storage region 60 into the first member 20a). is there. That is, the heat storage material constituting the heat absorber 25 can be procured on the spot, and a cost advantage can be obtained.
  • heat storage material constituting the heat absorber 25 not only sensible heat storage material but also Zn (NO 3 ) 2 .2H 2 O, CaO (NO 3 ) 2 .4H 2 O, NaHPO 4 .12H 2 O, etc.
  • a latent heat storage material can be used.
  • a reaction heat storage material using reaction heat such as sodium sulfide or magnesium chloride can be used, and a paraffin heat storage material can also be used.
  • the surface of the heat absorber 25 (or the surface of the container constituting the outer shell of the heat absorber 25) is preferably black (or a similar color) so as to enhance the absorption of the solar heat 74.
  • the heat absorber 25 is a metal plate (for example, an iron plate), it is also preferable to make the metal plate black.
  • the heat absorber 25 can be formed in a recess in a part of the first member 20a of the housing 20 and disposed in the recess.
  • the heat absorber 25 is contained in the concave portion, so that it is possible to suppress the displacement of the heat absorber 25.
  • the heat absorber 25 since the heat absorber 25 has a relatively heavy weight, the heat absorber 25 may be placed on the flat first member 20a. Furthermore, it is also possible to fix the heat absorber 25 on the first member 20a using a fixing means (welding, fastening member, adhesion, etc.).
  • a distilled water outlet 26 is provided at a portion of the water storage unit 24 located below the second chamber 22.
  • a distilled water 69 stored in the water storage unit 24 can be sucked out by setting a pump in the distilled water outlet 26.
  • a drainage port 27 for the liquid 63 is formed in a part of the storage portion for the liquid 63 in the first chamber 21 (upper part of the first member 20a). The liquid 63 in the reservoir can be drained from the drain port 27.
  • the drain port 27 is preferably provided at a low position in the storage part of the first chamber 21. In addition, you may use the drain port 27 as an exit which excludes the foreign material (for example, salt, sand, dust, etc.) accumulated in the storage part.
  • evaporation 64 of the liquid (for example, seawater) 63 is generated by the thermal energy from the solar heat 74 and / or the heat absorber 25.
  • the water level (depth) L of the liquid 63 located on the heat absorber 25 becomes large, it becomes difficult to promote the evaporation of the liquid 63.
  • the liquid 63 is evaporated by the heat energy from the heat absorber 25, if the water level (L) of the liquid 63 is large, the heating of the liquid 63 is deteriorated, and the evaporation efficiency of the liquid 63 is reduced.
  • the water level L of the liquid 63 is important for improving the evaporation efficiency.
  • the water level L of the liquid 63 can be easily (automatically) adjusted by the water level adjusting mechanism 30.
  • the stop valve (36, 37) is opened and the inflow of the liquid starts as shown in FIG. As a result, the water level L of the liquid 63 rises. In this way, the water level L of the liquid 63 can be maintained within a predetermined range (for example, 0.1 mm to 10 mm) by opening and closing the stop valves (36, 37) in the water level adjusting mechanism 30.
  • the oval or oval float 32 is shown.
  • the present invention is not limited thereto, and for example, a circular float 32 as shown in FIG. 5 may be used.
  • the connection bar 32b is connected to the lower part of the spherical ball part 32a.
  • the connection bar 32b is connected to a fixing member 32c for fixing the connecting bar 34.
  • FIG. 6 schematically shows an example of the configuration of the water vapor permeable membrane 40 according to the present embodiment.
  • the water vapor permeable membrane 40 of this embodiment is composed of a porous polytetrafluoroethylene film 41.
  • An example of the porous polytetrafluoroethylene film 41 is Temis (trade name; manufactured by Nitto Denko Corporation).
  • micropores 41c for example, a pore diameter of about 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m that leads from one surface 41a of the film 41 to the other surface 41b are formed.
  • the film (porous membrane) 41 has a function of blocking water vapor 45 (for example, a size of 100 ⁇ m to 3000 ⁇ m) and allowing water vapor 47 (for example, a diameter of 0.0004 ⁇ m) to pass (arrow 47a). To 47b). Therefore, since the water vapor 47 can be selectively permeated by using the water vapor permeable membrane 40, clean water (distilled water) can be generated by condensing the water vapor 47.
  • the porous film 41 as shown in FIG. 6 is also applied to the gas permeable membrane 42 that adjusts the pressure between the inside and the outside by utilizing the function of holding the liquid and allowing the gas to pass therethrough.
  • the gas permeable membrane 42 composed of the porous film 41 is used as in the present embodiment, the pressure between the inside and the outside can be adjusted while maintaining the air permeability and providing the dustproof / waterproof function. it can.
  • the water vapor permeable membrane 40 and the gas permeable membrane 42 may be made of the same material or different materials.
  • FIG. 7A shows the amount of heat for evaporating water.
  • FIG. 7B shows the amount of water (cc / hour) that can be evaporated at 1 m 2 together with the amount of solar radiation and system efficiency.
  • FIG. 7C shows conversion of cal (calorie), J (joule), and Wh (watt hour).
  • 1 cc of water is brought from 20 ° C. to 100 ° C. and 0.0026 MJ is required to evaporate from it.
  • 1 hour solar radiation data at 12:00 on July 1, 2010, it is 3.09 MJ (Data A), and the system efficiency is 50% (Data B).
  • Data A 3.09 MJ
  • Data B the system efficiency is 50%
  • cc / hour the amount of water (cc / hour) that can be evaporated at 1 m 2 is 596 cc / h. That is, 596 cc of water per 1 m 2 can be evaporated in the time zone of this day in Fukuoka.
  • L water level
  • the above-described conditions and water level (L) are merely examples, and the amount of sunshine varies depending on the region.
  • the suitable water level (L) varies depending on the location, in the distillation apparatus 100 of this embodiment, the length of the connecting bar 34 (more specifically, the distance between the float 32 and the ball member 36) is adjusted. Thus, it is possible to easily execute a change suitable for the region.
  • the structural conditions of the distillation apparatus 100 of the present embodiment will be described as an example as follows.
  • the dimensions of the heat transmission window 10 are, for example, a width of 700 mm to 2000 mm, a length of 700 mm to 4000 mm, and a thickness of 4 mm to 10 mm.
  • the dimensions of the housing 20 are, for example, a width of 900 mm to 2500 mm, a length of 1400 mm to 6000 mm, and a height of 800 mm to 1500 mm.
  • the volume of the first chamber 21 is, for example, 0.15 m 3 to 5 m 3
  • the volume of the second chamber 22 is 0.15 m 3 to 4 m 3 .
  • a large amount of distilled water 69 can be generated using the large housing 20, and distilled water 69 for one person can be generated using the small housing 20.
  • seawater or polluted water (such as lake water) can be evaporated by the solar heat 72 by floating in a place where the sea, pond or polluted water is stored.
  • steam 66 is condensed by cooling the whole distillation apparatus 100 (or housing 20) with surrounding water, Thereby, the water (distilled water) suitable for a drink can be obtained.
  • the distillation apparatus 100 of the present embodiment includes the heat absorber 25 that absorbs the solar heat 74 that has passed through the heat transmission window 10 in the housing 20 that fixes the heat transmission window 10 through which the solar heat 72 passes.
  • An intake 50 for taking in raw water is provided below the first chamber 21 in the housing 20 where the heat absorber 25 is disposed, and the water level of the liquid 63 covering the heat absorber 25 is provided.
  • a water level adjusting mechanism 30 for adjusting L is provided. Therefore, when the distillation apparatus 100 of the present embodiment is floated on the storage region (sea, lake, etc.) 60, the liquid level (seawater, etc.) for generating the distilled water 69 is replenished by the operation of the water level adjustment mechanism 30.
  • distilled water (fresh water) 69 can be generated.
  • the distillation apparatus 100 of the present embodiment uses solar heat (72, 74), it is not necessary to input a large amount of energy as compared with the multistage flash method or the reverse osmosis method, and the equipment cost. The effect that it can suppress can be acquired.
  • the first chamber 21 and the second chamber 22 in the housing 20 are connected by using the water vapor permeable membrane 40, when the distillation apparatus 100 is shaken by sea waves or the like, the second chamber 22 is used. It is possible to prevent the condensed water 67 from returning to the first chamber 21.
  • the water level adjusting mechanism 30 having the structure of the float valve (32, 34, 36, 37) is used.
  • the water level L of the liquid 63 can be easily adjusted. It is possible to adopt other ones.
  • the water level adjusting mechanism 30 for example, an adjusting mechanism that electronically senses the water level and opens and closes the valve can be used.
  • the present invention has been described in detail above, these are merely examples, and the present invention can be implemented in other modes, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the housing 20 includes the first chamber 21 and the second chamber 22.
  • a configuration may be provided in which a further chamber is provided.
  • one end of a pipe 29 is attached to the second chamber 22 and the other end of the pipe 29 is attached to a pump (not shown), and the distillation is stored in the water storage unit 24 in the second chamber 22. Water 69 can be sucked out.
  • the pipe 29 can be made of a metal, in addition to a material such as rubber or resin.
  • a plurality of distillation apparatuses 100 (housing 20) are floated on reservoirs, pipes 29 are connected to the respective distillation apparatuses 100, and pump stations (distillation) in which the pipes 29 are connected to a pump unit 90.
  • Device station 200 can be constructed.
  • the pump unit 90 of the pump station 200 may float on the reservoir, but can be disposed on land (land). If the pump unit 90 is disposed on land, it is easy to take out distilled water from the plurality of distillation apparatuses 100. In addition, by removing distilled water from the plurality of distillation apparatuses 100, the amount of distilled water produced can be improved, and the practical advantage is increased.

Abstract

　液体の補充を自動的に行うことができるとともに、多量のエネルギーの投入が不要であり、設備コストを抑制することができる蒸留装置を提供する。太陽熱７２によって蒸留水を生成する蒸留装置１００であり、太陽熱７２を通過させる熱透過窓１０と、熱透過窓１０を固定するハウジング２０と、ハウジング２０内に配置され、熱透過窓１０を通過した太陽熱７４を吸収する熱吸収体２５とを備える。ハウジング２０は、熱吸収体２５が配置された第１室２１と、第１室２１で発生した水蒸気６４を透過させる水蒸気透過膜４０を介して第１室２１に接続された第２室２２とを備える。第１室２１の下方には、液体を取り入れる取入口５０が設けられ、第１室２１には、熱吸収体２５を覆う液体６３の水位Ｌを調整する水位調整機構３０が設けられている。

Description

蒸留装置および蒸留方法
　本発明は、蒸留装置および蒸留方法に関する。特に、太陽熱を用いて貯留領域の液体（例えば、海水）から蒸留水（淡水）を生成する蒸留装置に関する。
　なお、本出願は２０１１年１１月１１日に出願された日本国特許出願２０１１－２４７５３５号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
　太陽熱を用いて海水から淡水を生成する蒸留装置としては、図１に示すようなものが提案されている。図１に示した蒸留装置１０００は、太陽熱Ｈを透過させる山形の凝結板１１０の下方に溶液Ｓが入れられた容器１１１を置き、凝結板１１０の両端部下方に蒸留液Ｗの受け皿１１２を設けた構成を有している（例えば、特許文献１）。
　蒸留装置１０００においては、凝結板１１０の上方から太陽熱（太陽光）Ｈが照射されると、太陽熱Ｈは凝結板１１０を透過し、そして、容器１１１に入れられた溶液Ｓを加熱する。加熱された溶液Ｓの溶媒は蒸気Ｖとなって上昇し、凝結板１１０の内面に接する。その接触によって蒸気Ｖは冷却され、凝結して結露Ｄとなる。この結露Ｄは、凝結板１１０の内面を伝わって落下し、その後、受け皿１１２に蓄積されることによって蒸留液Ｗが得られる。
特開平７－２５１０３６号公報
　図１に示した蒸留装置１０００は、容器１１１に入れられた溶液Ｓが蒸発してなくなると、容器１１１に溶液Ｓを補充しなければ、蒸留液Ｗを得ることができないという課題がある。また、容器１１１に溶液Ｓを補充する場合でも、その溶液Ｓの補充の制御は難しいものになりがちである。
　また、大量の蒸留液を生産する方法としては、熱効率を良くするために減圧蒸留を行う手法がある。海水淡水化の実用プラントにおいては、多数の減圧室を組み合わせて蒸留を行うので、この手法は、多段フラッシュ方式と称される。多段フラッシュ方式においては、大量の淡水を作り出すことができ、海水の品質を問わないが、熱効率が大変悪く、多量のエネルギーを投入する必要があるという課題が存在する。さらに、多量のエネルギーの投入が必要であることから、この海水淡水化プラントは、精油所や火力発電所に併設されることが多く、それ以外の場所に簡単に設置することが難しい。
　多段フラッシュ方式の他には、逆浸透法がある。この逆浸透法は、海水に圧力を加えて逆浸透膜（ＲＯ膜）に通すことによって海水の塩分を濃縮して捨て、それによって淡水をこし出す方式である。多段フラッシュ方式よりも、エネルギー効率に優れている反面、逆浸透膜が海水中の微生物や析出物で目詰まりしないように入念に前処理する必要があること、および、設備にコストがかかることなどの課題がある。
　本願発明者はこのような状況下において、海、湖または池に浮かべるだけで、太陽熱によって簡便に蒸留水（淡水）を生成する手法の開発に挑み、鋭意検討した結果、本発明に至った。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、液体の補充を自動的に行うことができるとともに、多量のエネルギーの投入が不要であり、設備コストを抑制することができる蒸留装置を提供することにある。
　本発明に係る蒸留装置は、太陽熱によって蒸留水を生成する蒸留装置であり、太陽熱を通過させる熱透過窓と、前記熱透過窓を固定するハウジングと、前記ハウジング内に配置され、前記熱透過窓を通過した太陽熱を吸収する熱吸収体とを備えている。前記ハウジングは、前記熱吸収体が配置された第１室と、前記第１室で発生した水蒸気を透過させる水蒸気透過膜を介して前記第１室に接続された第２室とを備えている。前記第１室の下方には、液体を取り入れる取入口が設けられており、前記第１室には、前記熱吸収体を覆う液体の水位を調整する水位調整機構が設けられている。
　ある好適な実施形態において、前記ハウジングは、液体が貯留された貯留領域に浮かべられる。前記取入口から前記貯留領域の液体が導入され、前記取入口から導入された液体は、前記熱吸収体の表面を覆うように前記第１室の内部において保留される。前記熱吸収体の表面を覆う液体からの水蒸気は、前記水蒸気透過膜を通過し、前記第２室の壁面で凝縮されることによって蒸留水となる。
　ある好適な実施形態において、前記第１室には、前記取入口から垂直方向に延びた導入開口部が形成されており、前記水位調整機構は、フロートバルブであり、前記フロートバルブは、前記第１室内の液面に位置するフロートと、前記フロートに接続され、前記導入開口部内に配置される連結バーと、前記連結バーの下端側に配置されたストップバルブとから構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記ハウジングは、前記熱吸収体が設置される第１部材と、前記第１部材に接続され、前記導入開口部が形成された第２部材と、前記第１室と前記第２室とを区分けする第３部材とから構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記第３部材の一部に、前記水蒸気透過膜が配置されている。
　ある好適な実施形態において、前記水蒸気透過膜は、多孔質のポリテトラフルオロエチレン膜から構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記ハウジングの前記第２部材の下方領域には、外部に開放された開口部が形成されている。
　ある好適な実施形態において、前記取入口には、前記取入口に導入される液体を透過させるフィルタが設けられている。
　ある好適な実施形態において、前記第２室の一部には、前記第２室の内部と外部との圧力を調整する気体透過膜が設けられている。
　ある好適な実施形態において、前記熱吸収体は、鉄板から構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記熱吸収体は、蓄熱材料から構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記熱吸収体の表面は、黒色である。
　ある好適な実施形態において、前記熱透過窓は、ガラスまたは透光性樹脂から構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留装置には、前記蒸留水を外部に排出する配管が接続されている。
　ある好適な実施形態において、前記配管は、前記配管内の前記蒸留水を流動させるポンプ部に接続されている。
　ある好適な実施形態において、前記ポンプ部には、前記配管を介して、複数の前記蒸留装置に接続されている。
　ある好適な実施形態において、前記ポンプ部は、陸上に設置されている。
　本発明に係る蒸留方法は、太陽熱によって蒸留水を生成する蒸留方法であり、太陽熱を通過させる熱透過窓を固定するハウジングを、液体が貯留された貯留領域に浮かべる工程と、前記貯留領域の液体を、前記ハウジングの第１室に導入する工程と、前記透過窓を透過した太陽熱によって、前記ハウジングの第１室の液体を蒸発させる工程と、前記蒸発させた水蒸気を、前記ハウジングの第２室で凝縮させる工程とを含み、前記ハウジングの第１室の液体の水位は、水位調整機構によって所定の範囲に維持される。
　ある好適な実施形態において、前記水位調整機構は、フロートバルブであり、前記フロートバルブによって、前記ハウジングの第１室に導入される前記液体の量が自動的に調整される。
　ある好適な実施形態において、前記ハウジングの第１室の液体が蒸発した水蒸気は、前記水蒸気透過膜を通って、前記ハウジングの第２室に移動し、前記ハウジングの第２室の壁面にて凝縮する。
　ある好適な実施形態において、前記貯留領域は、海、湖および池からなる群から選択された一つである。
　ある好適な実施形態において、複数の前記ハウジングが前記貯留領域に浮かべられており、前記複数のハウジングのそれぞれは、前記蒸留水を吸引するポンプ部に、配管を通じて接続されており、前記ポンプ部によって、前記複数のハウジングから前記蒸留水が集められる。
　本発明の蒸留装置では、太陽熱を通過させる熱透過窓を固定するハウジング内において、熱透過窓を通過した太陽熱を吸収する熱吸収体を備え、ハウジングにおける熱吸収体が配置された第１室の下方には取入口が設けられ、そして、熱吸収体を覆う液体の水位を調整する水位調整機構が設けられている。したがって、本発明の蒸留装置を、貯留領域（海、湖など）に浮かべておくと、蒸留水を生成するための液体（海水など）の補充を自動的に行いながら、蒸留水（淡水）を生成することができる。しかも、本発明の蒸留装置では、太陽熱を利用しているので、多段フラッシュ方式や逆浸透法と比較して、多量のエネルギーの投入が不要であり、また、設備コストを抑制することができるという効果を得ることができる。
従来の蒸留装置１０００の構成を示す図面である。 本発明の実施形態に係る蒸留装置１００の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る蒸留装置１００の構成を模式的に示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る蒸留装置１００の水位調整機構（フロートバルブ）３０の動作を説明するための断面図である。 水位調整機構（フロートバルブ）３０におけるフロート３２を示す図である。 水蒸気透過膜４０の構成を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は、水を蒸発させるための熱量を表し、（ｂ）は、日射量およびシステム効率とともに、１ｍ2で蒸発できる水量（ｃｃ／時間）を表し、そして、（ｃ）は、ｃａｌ（カロリ）と、Ｊ（ジュール）と、Ｗｈ（ワット時）の換算を示す図である。 本発明の実施形態に係る蒸留装置１００の改変例を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る蒸留装置１００を含むポンプステーション２００の構成を模式的に示す図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書及び図面によって開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
　図２は、本発明の実施形態に係る蒸留装置１００の構成を模式的に示す断面図である。また、図３は、本実施形態の蒸留装置１００の構成を模式的に示す斜視図である。
　本実施形態の蒸留装置１００は、太陽７０からの太陽熱７２によって蒸留水を生成する装置である。蒸留装置１００は、太陽熱７２を通過させる熱透過窓１０と、熱透過窓１０を固定するハウジング２０とから構成されている。ハウジング２０内には、熱透過窓１０を通過した太陽熱（７２、７４）を吸収する熱吸収体２５が配置されている。
　本実施形態のハウジング２０は、液体が貯留された貯留領域６０に浮かべられる。貯留領域６０は、例えば、海、湖、池などである。貯留領域６０が海である場合には、液体は海水であり、ハウジング２０内において海水の淡水化が行うことができる。また、貯留領域６０は、天然の貯留領域（海、湖）に限らず、ダムのような人工貯留領域であってもよし、例えば、工場に併設された汚染水を貯留する人工貯留領域であっても構わない。
　本実施形態のハウジング２０は、熱吸収体２５が配置された第１室２１と、水蒸気透過膜４０を介して第１室２１に接続された第２室２２とを備えている。本実施形態の水蒸気透過膜４０は、第１室２１で発生した水蒸気６４を透過させて（矢印６５）、第２室２２に移動させる高分子フィルムであり、例えば、フッ素樹脂多孔質膜（典型的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））から構成されている。なお、水蒸気透過膜４０を構成する材料としては、多孔質のポリテトラフルオロエチレン膜に限らず、例えば、ポリエチレン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜、セラミック多孔質膜のようなものを用いることが可能である。
　本実施形態の構成において、ハウジング２０の第１室２１の下方には、液体（例えば、海水）を取り入れる取入口５０が設けられている。そして、第１室２１には、熱吸収体２５を覆う液体６３の水位（Ｌ）を調整する水位調整機構３０が設けられている。
　さらに説明すると、本実施形態の構成では、貯留領域（例えば、海）６０に浮かんでいるハウジング２０の取入口５０から、貯留領域６０の液体（例えば、海水）が導入される。本実施形態の構成では、取入口５０には、取入口５０に導入される液体を透過させるフィルタ３５が設けられており、液体（海水）は、矢印６１に示すように、フィルタ３５を通過して取入口５０に導入される。フィルタ３５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜である。また、フィルタ３５は、フィルタ支持部材３８によって固定されており、具体的には、フィルタ３５は、フィルタ支持部材３８の取付部（開口部５２の周辺）に取り付けられている。
　取入口５０から導入された液体は、矢印６２に示すように移動して、熱吸収体２５の表面を覆うように第１室２１の内部において保留される。そして、熱吸収体２５の表面を覆う液体６３は、熱透過窓１０を透過した太陽熱（太陽光）７４の熱エネルギーと、熱吸収体２５からの熱エネルギーとによって蒸発して水蒸気６４になる。ハウジング２０内の液体６３からの水蒸気６４は、水蒸気透過膜４０を通過し、第２室２２の壁面２３で凝縮され（水滴６７参照）、そして、矢印６８に示すように、重力によって下方に集められて、蒸留水６９となる。また、第２室２２の下方は、蒸留水６９の貯水部２４となっている。第２室２２の壁面２３の一部（例えば、下半分）は、周囲の液体（例えば、海水）６０で覆われているので、その液体６０による冷却効果を得ることができる。
　さらに、ハウジング２０の第１室２１には、取入口５０から垂直方向に延びた導入開口部５４が形成されている。本実施形態の水位調整機構３０は、フロートバルブであり、このフロートバルブは、導入開口部５４に設置されている。フロートバルブは、給水タンクなどの液面を常に一定の水位に保つようにする自力調整弁である。
　本実施形態のフロートバルブ３０は、第１室２１内の液面に位置するフロート３２と、導入開口部５４内に配置される連結バー３４と、連結バー３４の下端側に配置されたストップバルブ（３６、３７）とから構成されている。フロート３２は、空洞の球体で水に浮くものであり、下部に連結したストップバルブ（３６）を浮力で持ち上げることができる部材である。フロート３２の材質は、例えば、ステンレスまたはプラスチックである。連結バー３４は、フロート３２の下側に接続されている。連結バー３４は、例えば、ステンレスから構成されている。ストップバルブは、連結バー３４に接続された栓部材３６と、取入口５０の周辺（または、導入開口部５４の下端部分）に配置された閉塞部材３７とから構成されている。ストップバルブ（３６）は、例えば、黄銅またはプラスチックから構成されている。
　また、本実施形態のハウジング２０は、熱吸収体２５が設置される第１部材２０ａと、導入開口部５４が形成された第２部材２０ｂと、第１室２１と第２室２２とを区分けする第３部材２０ｃとから構成されている。第１部材２０ａは、水平方向に延びる部位を有しており、その水平部位の上に熱吸収体２５が配置されている。第１部材２０ａは、第２部材２０ｂに接続されている。本実施形態の構成では、図３に示すように、第１部材２０ａと第２部材２０ｂとは、同一部材で連続して構成されており、第２部材２０ｂの部分に導入開口部５４が形成されており、そこに水位調整機構（フロートバルブ）３０が配置されている。なお、第１部材２０ａと第２部材２０ｂとを別部材のもので構築して、それらを組み合わせても構わない。なお、ここでの「水平」は、熱吸収体２５を設置する意味合いでの水平であるので、厳密な意味での水平に限らず、少しの傾斜があったり、あるいは、平面でなく凹凸があったりしても構わない。
　ハウジング２０の第３部材２０ｃは、第１室２１の壁面の一部、および、第２室２２の壁面の一部となっている。本実施形態の構成では、第３部材２０ｃの一部に、水蒸気透過膜４０が配置されている。また、図示した例では、第３部材２０ｃと組み合わされて、第２室２２の空間を密閉にするための壁部材２３ａが設けられている。図示した例では、第３部材２０ｃと、壁部材２３ａとは別部材で構成して組み合わせているが、一体の構成にしても構わない。また、ハウジング２０の形状によっては、壁部材２３ａが存在しない形態にすることも可能であるし、第３部材２０ｃと第１部材２０ａとを一体の部材の構成で構築することも可能である。
　また、本実施形態の構成では、ハウジング２０の第２室２２の一部には、第２室２２の内部と外部との圧力を調整する気体透過膜４２が設けられている。気体透過膜４２は、気体透過用の窓（圧力調整用の窓）８５に設けられている。この気体透過膜４２によって、水蒸気６６が充満する第２室２２の内部の圧力を調整することができる。気体透過膜４２は、フッ素樹脂多孔質膜（典型的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））から構成されている。なお、気体透過膜４２を構成する材料としては、多孔質のポリテトラフルオロエチレン膜に限らず、例えば、ポリエチレン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜、セラミック多孔質膜のようなものを用いることが可能である。
　ハウジング２０は、例えば、ステンレス、鉄、アルミニウム、ＦＲＰから構成されている。本実施形態の構成では、ハウジング２０はステンレスから構成されているが、ハウジング２０が貯留領域６０で浮かぶのであれば、それに限定されず、適宜好適な材料から構築することができる。ハウジング２０を海水に浮かべる場合には、海水に強いステンレスまたは樹脂のような材料を用いることが好ましい。
　また、本実施形態の構成では、ハウジング２０の第１部材２０ａの下方領域には、外部に開放された開口部２８が形成されている。この開口部２８は、ハウジング２０が安定するような重し（バラスト）を設ける領域にすることができる。また、ハウジング２０の材質の重量が重い場合には、この開口部２８に、浮力を増す部材（すなわち、水よりも比重が軽い材料：例えば、空気を充填した部材、発泡スチロールなど）を配置することも可能である。重しまたは浮力を増す部材に断熱性材料（断熱材で被覆した重し、空気を充填した部材、発泡スチロールなど）を使うことで、外水との断熱機能を付与して、部材２５（熱吸収体）の蓄熱性を向上させることも可能である。また、貯留領域６０に浮かんでいるハウジング２０の移動を固定するには、ハウジング２０に錨つけて、その錨の重さで固定することができる。
　本実施形態の熱透過窓１０は、透光性材料から構成されており、具体的には、ガラスまたは透光性樹脂から構成されている。熱透過窓１０がガラス板の場合、ガラスは、樹脂材料と比較して紫外線に強いので、太陽に対する耐久性に優れるという利点がある。一方、熱透過窓１０が樹脂材料（例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ））から構成されている場合、樹脂製の熱透過窓１０は、ガラス板のものと比較して割れにくいという特性がある。
　図２に示した構成では、熱透過窓１０は、板状部材を保持する保持部材８２で保持されている。保持部材８２は、例えば、ゴム材料から構成されている。そして、保持部材８２は、保持部材８２をハウジング２０に固定する固定部材８３によって、第２部材２０ｂの一部および壁部材２３ａの一部に固定されている。加えて、本実施形態の構成では、熱透過窓１０は、太陽７０の光（太陽熱７２）を効率良く取りこむために、斜めに傾斜して配置されている。熱透過窓１０が南に向くようにし、太陽７０の方に向くように斜めに配置することが好ましい。また、太陽７０の方向に向くようにハウジング２０の一部にスクリューを設けて、ハウジング２０を回転させるような構成にすることも可能である。なお、太陽７０の向きに影響されずに、熱透過窓１０に太陽熱７２を取りこみたい場合には、熱透過窓１０を平行に配置するようにしても構わない。
　熱透過窓１０を透過した太陽熱７４を吸収する熱吸収体２５は、例えば、蓄熱材料からなる部材、金属部材（鉄板、ステンレス板など）である。蓄熱材料から構成された熱吸収体２５の場合、太陽７０が沈んだ後においても、熱吸収体２５を構成する蓄熱材料から、長時間にわたって熱エネルギーを取り出すことができ、それによって液体６３の蒸発を行わせることができるという利点がある。また、コスト的なメリットとしては、熱吸収体２５として、安価な鉄板を使用することが好ましい。
　熱吸収体２５を構成する蓄熱材料としては、水、石、砂利、コンクリート、レンガ、ガラス粉末、土、鉄粉などの顕熱蓄熱材を挙げることができる。これらの材料を所定の容器に入れて、本実施形態の熱吸収体２５として使用することができる。ここで、水（海水または淡水）を蓄熱材料とする場合、熱吸収体２５の外殻となる容器（例えば、金属容器（ステンレス容器など）または樹脂容器）をハウジング２０の中に用意しておき（具体的には、第１部材２０ａの上に配置しておき）、そこに、貯留領域６０の液体を導入することで、蓄熱材料からなる熱吸収体２５を構築することができ、便利である。すなわち、熱吸収体２５を構成する蓄熱材料をその場で調達することができ、コスト的なメリットも得られる。
　熱吸収体２５を構成する蓄熱材料としては、顕熱蓄熱材だけでなく、Ｚｎ（ＮＯ3）2・２Ｈ2Ｏ、ＣａＯ（ＮＯ3）2・４Ｈ2Ｏ、ＮａＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏなどの潜熱蓄熱材を用いることができる。また、硫化ナトリウム、塩化マグネシウムなどの反応熱を利用する反応熱蓄熱材を用いることも可能であるし、さらに、パラフィン系の蓄熱材を用いることもできる。
　加えて、熱吸収体２５の表面（または、熱吸収体２５の外殻を構成する容器の表面）は黒色（またはそれに類する色）にして、太陽熱７４の吸収を高めるようにすることが好ましい。熱吸収体２５が金属板（例えば、鉄板）である場合、その金属板を黒色にすることも好適である。
　熱吸収体２５は、ハウジング２０の第１部材２０ａの一部に凹部を形成し、その凹部に配置することができる。第１部材２０ａの凹部を形成した場合、ハウジング２０が揺れたとしても、熱吸収体２５が凹部に収まっているので、熱吸収体２５の移動ズレが生じることを抑制することができる。また、熱吸収体２５は、比較的重量があるので、平坦な第１部材２０ａの上に配置して、熱吸収体２５を載置してもよい。さらに、熱吸収体２５を第１部材２０ａの上に固定手段（溶接、締結部材、接着など）を用いて固定することも可能である。
　本実施形態のハウジング２０には、第２室２２の下方に位置する貯水部２４の部分に、蒸留水取出し口２６が設けられている。この蒸留水取出し口２６にポンプをセットして、貯水部２４に貯まっている蒸留水６９を吸い出すことができる。また、第１室２１（第１部材２０ａの上部）における液体６３の貯留部の一部に、液体６３の排水口２７が形成されている。この排水口２７から貯留部の液体６３を排水することができる。排水口２７は、第１室２１の貯留部のうちの低い位置に設けておくことが好ましい。なお、排水口２７を、貯留部に堆積した異物（例えば、塩、砂、ゴミなど）を排除する出口として使用してもよい。
　次に、図４（ａ）及び（ｂ）も参照しながら、本実施形態の蒸留装置１００の動作について説明する。
　図２に示した構成において、太陽熱７４及び／又は熱吸収体２５からの熱エネルギーによって、液体（例えば、海水）６３の蒸発６４が発生する。熱吸収体２５の上に位置する液体６３の水位（深さ）Ｌが大きくなると、液体６３の蒸発を促進させることが困難になる。特に、熱吸収体２５からの熱エネルギーで液体６３の蒸発を行う場合、液体６３の水位（Ｌ）が大きいと、液体６３の加熱が悪くなり、液体６３の蒸発の効率が低下してしまう。一方で、液体６３の水位（深さ）Ｌが極端に小さくなると、太陽熱７４及び／又は熱吸収体２５からの熱エネルギーによって液体６３の蒸発が進むと、熱吸収体２５の上面が乾くため、蒸発効率が著しく低下してしまう。
　したがって、液体６３の水位Ｌ（液面レベル）を調整することが、蒸発効率を向上させる上で重要になる。本実施形態の構成では、水位調整機構３０によって簡便に（自動的に）液体６３の水位Ｌを調整することができる。
　図４（ａ）に示すように、第１室２１における液体６３の蒸発が進み、液体６３の水位Ｌが低くなると、それに伴って、液体６３の液面に浮かぶフロート３２の位置も下がる。すると、連結バー３４を介してフロート３２に接続されたストップバルブ（３６、３７）が開くので、矢印６２に示すように液体が補充され、液体６３の水位Ｌは上昇していく。具体的には、連結バー３４の下端に接続された栓部材（ボール部材）３６が下方に移動して、閉塞部材３７との間に隙間が生じることにより、そこから液体が流入して、液体６３の水位Ｌを上げる。
　次に、図４（ｂ）に示すように、液体６３の水位Ｌが上がると、それに伴って、液体６３の液面に浮かぶフロート３２の位置も上がる。すると、連結バー３４を介してフロート３２に接続されたストップバルブ（３６、３７）が閉まるので、液体の流入は停止する。すなわち、液体６３の水位Ｌの上昇は止まる。具体的には、連結バー３４の下端に接続された栓部材（ボール部材）３６が上方に移動して、閉塞部材３７との間の隙間が閉じられて、そこからの液体の流入が停止することになる。
　また再び、第１室２１における液体６３の蒸発が進み、液体６３の水位Ｌが低くなると、図４（ａ）に示すように、ストップバルブ（３６、３７）が開いて、液体の流入が始まり、その結果、液体６３の水位Ｌは上昇していく。このようにして、水位調整機構３０におけるストップバルブ（３６、３７）の開閉によって、液体６３の水位Ｌは、所定の範囲（例えば、０．１ｍｍ～１０ｍｍ）に維持することができる。
　図２及び図４では、楕円形または長円形のフロート３２を示したが、それに限らず、例えば図５に示すような円形のフロート３２を用いることも可能である。図５に示したフロート３２では、球形のボール部３２ａの下部に接続バー３２ｂが接続されている。そして、その接続バー３２ｂは、連結バー３４を固定するための固定部材３２ｃに接続されている。
　図６は、本実施形態に係る水蒸気透過膜４０の構成の一例を模式的に示している。本実施形態の水蒸気透過膜４０は、多孔質のポリテトラフルオロエチレンのフィルム４１から構成されている。多孔質ポリテトラフルオロエチレンのフィルム４１の一例としては、テミッシュ（商品名；日東電工株式会社製）を挙げることができる。
　図６に示した多孔質ポリテトラフルオロエチレンのフィルム４１には、フィルム４１の一面４１ａから他面４１ｂに通じる微細孔４１ｃ（例えば、孔径０．１μｍ～１０μｍ程度）が形成されている。このフィルム（多孔質膜）４１は、水滴４５（例えば、寸法１００μｍ～３０００μｍ）の透過を遮断する一方で、水蒸気４７（例えば、直径０．０００４μｍ）を通過させる機能を有している（矢印４７ａから４７ｂ）。したがって、水蒸気透過膜４０を用いることにより、水蒸気４７を選択的に透過させることができるので、その水蒸気４７を凝縮することにより、きれいな水（蒸留水）を生成することができる。
　また、この液体を保持して気体を通過させることができる機能を活用して、内部と外部との圧力を調整する気体透過膜４２に対しても、図６に示したような多孔質フィルム４１を使用することができる。さらに説明すると、第２室２２の内部を密封した場合には内圧変動によって破損が生じる可能性がある一方で、第２室２２に貫通孔を形成して内圧を調整する場合には浸水や内部汚染の問題が生じる。本実施形態のように、多孔質フィルム４１から構成された気体透過膜４２を用いた場合、通気性を保ちながら、防塵・防水機能を持たせながら、内部と外部との圧力を調整することができる。なお、水蒸気透過膜４０および気体透過膜４２は、同じ材料のものを使用してもよいし、異なる材料のものを使用してもよい。
　次に、図７（ａ）から（ｃ）を参照しながら、蒸発量および適正な液面レベル（水位Ｌ）の概算について説明する。図７（ａ）は、水を蒸発させるための熱量を表している。図７（ｂ）は、日射量およびシステム効率とともに、１ｍ2で蒸発できる水量（ｃｃ／時間）を表している。また、図７（ｃ）は、ｃａｌ（カロリ）と、Ｊ（ジュール）と、Ｗｈ（ワット時）の換算を示している。
　ここで、水１ｃｃを２０℃→１００℃にし、そして、そこから蒸発させるのに、０．００２６ＭＪが必要である。福岡の２０１０年７月１日１２時の１時間の日射量データを調べると、３．０９ＭＪ（データＡ）であり、システム効率を５０％（データＢ）とすると、有効熱量（Ａ×Ｂ）は１．５５ＭＪになる。それらを考慮すると、１ｍ2で蒸発できる水量（ｃｃ／時間）は、５９６ｃｃ／ｈになる。すなわち、福岡のこの日の時間帯では、１ｍ2当たり５９６ｃｃの水を蒸発させることができる。言い換えると、液面を乾かすことなく蒸発させるためには、０．５９６ｍｍの水位レベル（Ｌ）を保つことが好ましい。
　なお、上述した条件および水位レベル（Ｌ）はあくまで一例であり、日照量は地域によって異なるものである。場所によって好適な水位レベル（Ｌ）は異なるが、本実施形態の蒸留装置１００では、連結バー３４の長さ（より具体的には、フロート３２とボール部材３６との間の距離）を調整することにより、その地域に適した変更を簡単に実行することができる。
　本実施形態の蒸留装置１００の構造的な条件を例示的に説明すると、次の通りである。熱透過窓１０の寸法は、例えば、幅７００ｍｍ～２０００ｍｍ、長さ７００ｍｍ～４０００ｍｍ、厚さ４ｍｍ～１０ｍｍである。ハウジング２０の寸法は、例えば、幅９００ｍｍ～２５００ｍｍ、長さ１４００ｍｍ～６０００ｍｍ、高さ８００ｍｍ～１５００ｍｍである。第１室２１の体積は、例えば、０．１５ｍ3～５ｍ3であり、第２室２２の体積は０．１５ｍ3～４ｍ3である。なお、大型のハウジング２０を用いて大量の蒸留水６９を生成させることもできるし、小型のハウジング２０を用いて一人が飲む分の蒸留水６９を生成することも可能である。
　本実施形態の蒸留装置１００では、海、池や汚染水を貯めたところに浮かべることで、太陽熱７２で海水または汚染水（湖の水など）を蒸発させることができる。そして、周囲の水によって蒸留装置１００（または、ハウジング２０）の全体を冷却されることで水蒸気６６を凝縮し、それによって、飲料にも適する水（蒸留水）を得ることができる。
　すなわち、本実施形態の蒸留装置１００では、太陽熱７２を通過させる熱透過窓１０を固定するハウジング２０内において、熱透過窓１０を通過した太陽熱７４を吸収する熱吸収体２５を備えている。ハウジング２０における熱吸収体２５が配置された第１室２１の下方には、原水（例えば、海からの海水）を取り入れる取入口５０が設けられ、そして、熱吸収体２５を覆う液体６３の水位Ｌを調整する水位調整機構３０が設けられている。したがって、本実施形態の蒸留装置１００を、貯留領域（海、湖など）６０に浮かべておくと、蒸留水６９を生成するための液体（海水など）の補充を、水位調整機構３０の動作によって自動的に行いながら、蒸留水（淡水）６９を生成することができる。しかも、本実施形態の蒸留装置１００では、太陽熱（７２、７４）を利用しているので、多段フラッシュ方式や逆浸透法と比較して、多量のエネルギーの投入が不要であり、また、設備コストを抑制することができるという効果を得ることができる。
　また、ハウジング２０における第１室２１と第２室２２との間は、水蒸気透過膜４０を利用して接続されているので、海の波などで蒸留装置１００が揺れた時に、第２室２２における凝縮した水６７が第１室２１に戻らないようにすることができる。
　上述の本実施形態では、水位調整機構３０として、フロートバルブ（３２、３４、３６、３７）の構成のものを使用したが、簡便に、液体６３の水位Ｌを調整することができるものであれば他のものを採用することも可能である。水位調整機構３０として、例えば、電子的に水位を感知してバルブを開閉する調整機構のものを用いることができる。
　以上、本発明を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、さらに別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加えうるものである。例えば、取入口５０を複数（例えば、２つ）用意して、その取入口５０に通じる導入開口部５４のそれぞれにフロートバルブ３０を設置するような構成を採用することも可能である。また、上記実施形態では、ハウジング２０において第１室２１と第２室２２とを含むようにしたが、それに加えて、更なる部屋を設けた構成にしても構わない。
　また、図８に示すように、第２室２２に配管２９の一端を取り付けるとともに、配管２９の他端をポンプ（不図示）に取り付けて、第２室２２における貯水部２４に貯まっている蒸留水６９を吸い出すことができる。この配管２９は、例えば、ゴム、樹脂などの材料からなるものの他、金属製のものを使用することも可能である。
　さらには、図９に示すように、複数の蒸留装置１００（ハウジング２０）を貯水池に浮かべて、各蒸留装置１００に配管２９を接続し、その配管２９をポンプ部９０に接続したポンプステーション（蒸留装置ステーション）２００を構築することが可能である。ここで、ポンプステーション２００のポンプ部９０は、貯水池に浮かべていてもよいが、陸上（陸地）に配置することが可能である。ポンプ部９０を陸上に配置しておけば、複数の蒸留装置１００からの蒸留水を取り出すことが容易である。また、複数の蒸留装置１００からの蒸留水を取り出せることにより、蒸留水の生成量を向上させることができ、実用面での利点が増す。
　本発明によると、液体の補充を自動的に行うことができるとともに、多量のエネルギーの投入が不要であり、設備コストを抑制することができる蒸留装置を提供することができる。
１０   熱透過窓
２０   ハウジング
２１   第１室
２２   第２室
２３   壁面
２３ａ 壁部材
２４   貯水部
２５   熱吸収体
２６   蒸留水取出し口
２７   排水口
２８   開口部
２９   配管
３０   水位調整機構（フロートバルブ）
３２   フロート
３２ａ ボール部
３２ｂ 接続バー
３２ｃ 固定部材
３４   連結バー
３５   フィルタ
３６   栓部材（ボール部材）
３７   閉塞部材
３８   フィルタ支持部材
４０   水蒸気透過膜
４２   気体透過膜
５０   取入口
５２   開口部
５４   導入開口部
６０   貯留領域
６４   水蒸気
６６   水蒸気
６７   水滴
６９   蒸留水
７０   太陽
７２、７４    太陽熱
８２   保持部材
８３   固定部材
９０   ポンプ部
１００　蒸留装置
２００　ポンプステーション（蒸留装置ステーション）
１０００　蒸留装置

Claims (22)

  1. 　太陽熱によって蒸留水を生成する蒸留装置であって、
    　太陽熱を通過させる熱透過窓と、
    　前記熱透過窓を固定するハウジングと、
    　前記ハウジング内に配置され、前記熱透過窓を通過した太陽熱を吸収する熱吸収体と
    　を備え、
    　前記ハウジングは、
           前記熱吸収体が配置された第１室と、
           前記第１室で発生した水蒸気を透過させる水蒸気透過膜を介して前記第１室に接続された第２室と
    　を備えており、
    　前記第１室の下方には、液体を取り入れる取入口が設けられており、
    　前記第１室には、前記熱吸収体を覆う液体の水位を調整する水位調整機構が設けられている、蒸留装置。
  2. 　前記ハウジングは、液体が貯留された貯留領域に浮かべられ、
    　前記取入口から前記貯留領域の液体が導入され、
    　前記取入口から導入された液体は、前記熱吸収体の表面を覆うように前記第１室の内部において保留され、
    　前記熱吸収体の表面を覆う液体からの水蒸気は、前記水蒸気透過膜を通過し、前記第２室の壁面で凝縮されることによって蒸留水となる、請求項１に記載の蒸留装置。
  3. 　前記第１室には、前記取入口から垂直方向に延びた導入開口部が形成されており、
    　前記水位調整機構は、フロートバルブであり、
    　前記フロートバルブは、
           前記第１室内の液面に位置するフロートと、
           前記フロートに接続され、前記導入開口部内に配置される連結バーと、
           前記連結バーの下端側に配置されたストップバルブと
    　から構成されている、請求項１または２に記載の蒸留装置。
  4. 　前記ハウジングは、
           前記熱吸収体が設置される第１部材と、
           前記第１部材に接続され、前記導入開口部が形成された第２部材と、
           前記第１室と前記第２室とを区分けする第３部材と
    　から構成されている、請求項３に記載の蒸留装置。
  5. 　前記第３部材の一部に、前記水蒸気透過膜が配置されている、請求項４に記載の蒸留装置。
  6. 　前記水蒸気透過膜は、多孔質のポリテトラフルオロエチレン膜から構成されている、請求項５に記載の蒸留装置。
  7. 　前記ハウジングの第１部材の下方領域には、外部に開放された開口部が形成されている、請求項４から６の何れか１つに記載の蒸留装置。
  8. 　前記取入口には、前記取入口に導入される液体を透過させるフィルタが設けられている、請求項１から７の何れか１つに記載の蒸留装置。
  9. 　前記第２室の一部には、前記第２室の内部と外部との圧力を調整する気体透過膜が設けられている、請求項１から８の何れか１つに記載の蒸留装置。
  10. 　前記熱吸収体は、鉄板から構成されている、請求項１から９の何れか１つに記載の蒸留装置。
  11. 　前記熱吸収体は、蓄熱材料から構成されている、請求項１から９の何れか１つに記載の蒸留装置。
  12. 　前記熱吸収体の表面は、黒色である、請求項１から１１の何れか１つに記載の蒸留装置。
  13. 　前記熱透過窓は、ガラスまたは透光性樹脂から構成されている、請求項１から１２の何れか１つに記載の蒸留装置。
  14. 　前記蒸留装置には、前記蒸留水を外部に排出する配管が接続されている、請求項１から１３の何れか１つに記載の蒸留装置。
  15. 　前記配管は、前記配管内の前記蒸留水を流動させるポンプ部に接続されている、請求項１４に記載の蒸留装置。
  16. 　前記ポンプ部には、前記配管を介して、複数の前記蒸留装置に接続されている、請求項１５に記載の蒸留装置。
  17. 　前記ポンプ部は、陸上に設置されている、請求項１５または１６に記載の蒸留装置。
  18. 　太陽熱によって蒸留水を生成する蒸留方法であって、
    　太陽熱を通過させる熱透過窓を固定するハウジングを、液体が貯留された貯留領域に浮かべる工程と、
    　前記貯留領域の液体を、前記ハウジングの第１室に導入する工程と、
    　前記透過窓を透過した太陽熱によって、前記ハウジングの第１室の液体を蒸発させる工程と、
    　前記蒸発させた水蒸気を、前記ハウジングの第２室で凝縮させる工程と
    　を含み、
    　前記ハウジングの第１室の液体の水位は、水位調整機構によって所定の範囲に維持される、蒸留方法。
  19. 　前記水位調整機構は、フロートバルブであり、
    　前記フロートバルブによって、前記ハウジングの第１室に導入される前記液体の量が自動的に調整される、請求項１８に記載の蒸留方法。
  20. 　前記ハウジングの第１室の液体が蒸発した水蒸気は、前記水蒸気透過膜を通って、前記ハウジングの第２室に移動し、
    　前記ハウジングの第２室の壁面にて凝縮する、請求項１８または１９に記載の蒸留方法。
  21. 　前記貯留領域は、海、湖および池からなる群から選択された一つである、請求項１８から２０の何れか１つに記載の蒸留方法。
  22. 　複数の前記ハウジングが前記貯留領域に浮かべられており、
    　前記複数のハウジングのそれぞれは、前記蒸留水を吸引するポンプ部に、配管を通じて接続されており、
    　前記ポンプ部によって、前記複数のハウジングから前記蒸留水が集められる、請求項１８から２１の何れか一つに記載の蒸留方法。
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