WO2023145095A1 - 水採取装置、水採取方法及び水電解装置 - Google Patents

水採取装置、水採取方法及び水電解装置 Download PDF

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WO2023145095A1
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regolith
rgl
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浩基 内田
理亮 川上
健 森田
成美 松風
敦史 加藤
大輔 馬場
柊吾 津村
尭志 岡
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高砂熱学工業株式会社
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C51/00—Apparatus for, or methods of, winning materials from extraterrestrial sources

Definitions

  • the present disclosure relates to a water sampling device, a water sampling method, and a water electrolysis device.
  • Patent Literature 1 discloses a resource mining method for mining resources buried in the sand while gas is being blown into the sand to fluidize the sand. Patent Literature 1 discloses generating water vapor by melting ice blocks buried in sand and blowing hot gas into the ice blocks to further vaporize the generated water.
  • the present disclosure provides a technology for efficiently collecting water from underground, especially from underground on the surface of the moon.
  • the present disclosure also provides techniques for treating water collected from underground.
  • the present disclosure includes an ice wall forming portion that heats the ground to form an ice wall formed of ice containing moisture contained in the ground, and recovers a first gas inside the area surrounded by the ice wall, and a water sampling unit for sampling water from the collected first gas.
  • water sampling device and water sampling method of the present disclosure water can be efficiently collected from the ground, especially from the ground on the surface of the moon.
  • water electrolysis device of the present disclosure it is possible to treat water collected from underground using the water collection device and the water collection method.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the steam generator of the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the water vapor recovery unit of the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the steam generator of the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the water vapor recovery unit of
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram explaining a water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram explaining a water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating formation of an ice wall in the water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • 14A and 14B are diagrams illustrating the formation of ice walls in the water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. 15A and 15B are diagrams illustrating the formation of ice walls in the water sampling method using the water sampling device according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of a water sampling device according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram explaining the operation of the water sampling device according to the second embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram explaining the operation of the water sampling device according to the second embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram explaining the operation of the water sampling device according to the second embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram showing a schematic configuration of a water sampling device according to the third embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram explaining the operation of the water sampling device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram explaining the operation of the water sampling device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of a water sampling device according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram explaining the operation of the water sampling device according to the second embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram explaining the operation of the water sampling device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 24 is a diagram explaining the operation of the water sampling device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating formation of an ice wall in the water sampling device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating an outline of a water sampling device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating an outline of a modification of the water sampling device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 28 is a diagram explaining an outline of a modification of the water sampling device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 29 is a diagram explaining an outline of a modification of the water sampling device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 30 is a diagram explaining an outline of a modification of the water sampling device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 30 is a diagram explaining an outline of a modification of the water sampling device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 31 is a diagram explaining an overview of a modification of the water sampling device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 32 is a diagram illustrating an outline of a modification of the water sampling device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 33 is a diagram for explaining the outline of the water sampling device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 34 is a diagram for explaining the outline of the water sampling device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 35 is a diagram for explaining the amount of water that can be collected on the lunar surface by the water sampling device according to this embodiment.
  • FIG. 36 is a diagram for explaining the amount of water that can be collected on the lunar surface by the water sampling device according to this embodiment.
  • 37A and 37B are diagrams for explaining the behavior of the ice wall by the water sampling device according to the present embodiment.
  • FIG. 38 is a diagram explaining the behavior of the ice wall by the water sampling device according to this embodiment.
  • 39 is a perspective view of the water electrolysis device according to the first embodiment.
  • FIG. 40 is an exploded perspective view of the water electrolysis device according to the first embodiment.
  • FIG. 41 is a diagram explaining the operation of the water electrolysis device according to the first embodiment.
  • FIG. 42 is a diagram explaining the operation of the water electrolysis device according to the first embodiment.
  • FIG. 43 is an exploded perspective view of the water electrolysis device according to the second embodiment.
  • FIG. 44 is an exploded perspective view of the water electrolysis device according to the second embodiment.
  • FIG. 45 is a perspective view of the anode current collector of the water electrolysis device according to the second embodiment.
  • FIG. 46 is a side view of the anode current collector of the water electrolysis device according to the second embodiment.
  • FIG. 47 is an exploded perspective view of the water electrolysis device according to the third embodiment.
  • FIG. 48 is a front view of the anode current collector of the water electrolysis device according to the third embodiment.
  • FIG. 49 is a diagram showing a schematic configuration of a water electrolysis device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 50 is a diagram showing a schematic configuration of a water electrolysis device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 51 is a diagram illustrating the behavior of the water electrolysis device according to this embodiment.
  • FIG. 52 is a diagram explaining the behavior of the water electrolysis device of the comparative example.
  • An object of the present disclosure is to provide a water sampling apparatus capable of efficiently sampling water existing in the ground, particularly on the surface of the moon, in a wide range while saving energy.
  • the lunar surface is covered with gravel called regolith.
  • the ground on the moon contains ice. That is, ice is contained in the interstices of regolith deposited on the lunar surface.
  • the soil on the moon has a cryogenic temperature of less than -150°C. In order to collect ice from the lunar surface with a water sampling device, it is necessary to heat and melt the ice contained in the lunar surface.
  • the water sampling device uses gas to propagate heat over a wide range.
  • the water sampling apparatus forms an ice wall on the lunar surface by freezing the supplied water vapor or the vaporized water vapor present in the regolith, and is surrounded by the ice wall. Water can be collected efficiently by collecting water vapor in the formed sealed space.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a water sampling device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the water vapor generator 10 of the water sampling device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the water vapor recovery section 20 of the water sampling device 1 according to the first embodiment.
  • the water sampling device 1 samples the water (ice) contained in the lunar regolith.
  • the water sampling device 1 includes a steam generator 10 and a steam recovery unit 20 .
  • the steam generator 10 generates steam.
  • the steam generator 10 also supplies the generated steam through the steam supply pipe 11 into the lunar soil, in other words, into the regolith RGL of the ground GL on the moon.
  • the water vapor supply pipe 11 is inserted into the lunar soil, in other words into the regolith RGL of the ground GL on the moon.
  • the steam generator 10 supplies steam into the regolith RGL from a steam supply port 11h at the end (tip) of the steam supply pipe 11 opposite to the steam generator 10 .
  • an ice wall IW is formed surrounding the water vapor supply port 11h, as will be described later. That is, the water vapor generator 10 heats the ground (inside the regolith RGL) to form an ice wall IW made of ice containing moisture contained in the ground (inside the regolith RGL).
  • the steam generator 10 includes a water supply tank 10a.
  • the water supply tank 10a stores water W1.
  • the steam generator 10 generates steam by evaporating the water W1 stored in the water supply tank 10a.
  • the water vapor generation unit 10 generates water vapor by setting the inside of the water supply tank 10a to a saturated vapor pressure at a temperature of 0° C. or higher.
  • the steam generator 10 supplies saturated steam to the regolith RGL from the steam supply port 11h via the steam supply pipe 11 .
  • the water vapor recovery unit 20 recovers water vapor through the water vapor recovery pipe 21 into the lunar soil, in other words, from the regolith RGL of the ground GL on the moon. Further, the water vapor recovery unit 20 converts the recovered water vapor into water and recovers it.
  • the water vapor recovery pipe 21 is inserted into the lunar soil, in other words into the regolith RGL of the ground GL on the moon.
  • the water vapor recovery unit 20 recovers water vapor from the regolith RGL through a water vapor recovery port 21h at the end (tip) of the water vapor recovery pipe 21 opposite to the water vapor recovery unit 20 .
  • the steam recovery unit 20 includes a water recovery tank 20a.
  • the water recovery tank 20a condenses water vapor and stores the condensed water WCD1.
  • the steam recovery unit 20 generates water by condensing the steam recovered in the water recovery tank 20a.
  • the water vapor recovery unit 20 recovers water vapor by reducing the temperature inside the water recovery tank 20a to less than 5°C.
  • the water vapor recovery port 21h of the water vapor recovery pipe 21 is surrounded by an ice wall IW. Therefore, the water vapor recovery unit 20 recovers the water vapor in the area surrounded by the ice wall IW, and extracts water from the recovered water vapor.
  • FIGS. 4 to 12 are diagrams for explaining a water sampling method using the water sampling device 1 according to the first embodiment. The steps of the water sampling method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 12.
  • FIG. 4 to 12 are diagrams for explaining a water sampling method using the water sampling device 1 according to the first embodiment. The steps of the water sampling method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 12.
  • FIG. 4 to 12 are diagrams for explaining a water sampling method using the water sampling device 1 according to the first embodiment. The steps of the water sampling method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 12.
  • a hole is drilled vertically from the ground GL on the lunar surface into the regolith RGL with a drill DRL.
  • a space SP0 is formed by drilling a hole in the regolith RGL with a drill DRL (FIG. 4).
  • the diameter of the drill DRL is slightly larger than the diameter of the steam supply/recovery pipe 31 so that the steam supply/recovery pipe 31, which will be described later, can be inserted into the hole (space SP0) formed by the drill DRL.
  • the diameter of the drill DRL should be such that a large amount of steam does not leak from the gap between the steam supply/recovery pipe 31 and the hole (space SP0).
  • the water vapor supply/recovery pipe 31 is inserted into the hole (space SP0) drilled by the drill DRL in the regolith RGL (Fig. 5).
  • the steam supply/recovery pipe 31 is inserted into the space SP0.
  • a space not occupied by the steam supply/recovery pipe 31 beyond the tip of the steam supply/recovery pipe 31 in the space SP0 is referred to as a space SP1.
  • the water vapor supply/recovery pipe 31 is a pipe that integrates the water vapor supply pipe 11 and the water vapor recovery pipe 21 described above.
  • the water vapor supply/recovery pipe 31 is a pipe in which the water vapor supply pipe 11 and the water vapor recovery pipe 21 are integrated.
  • the steam supply/recovery pipe 31 is, for example, divided into two halves, one of which is connected to the steam generating section 10 and the other of which is connected to the steam recovery section 20 .
  • dotted lines indicate the divided portions of the steam supply/recovery pipe 31 .
  • the left side of the dotted line is connected to the steam generating section 10 and the right side of the dotted line is connected to the steam recovery section 20 .
  • FIG. 8 An enlarged view of the area RA in FIG. 5 is shown in FIG. 8, 9, 10 and 12 are similarly enlarged views of the area RA in either one of FIGS. 7 and 11.
  • FIG. 8 An enlarged view of the area RA in FIG. 5 is shown in FIG. 8, 9, 10 and 12 are similarly enlarged views of the area RA in either one of FIGS. 7 and 11.
  • FIG. 8 An enlarged view of the area RA in FIG. 5 is shown in FIG. 8, 9, 10 and 12 are similarly enlarged views of the area RA in either one of FIGS. 7 and 11.
  • the regolith RGL part in Fig. 6 shows the state of the regolith RGL on the lunar surface.
  • the regolith RGL is a porous material having voids EMP between the fine particles RGP.
  • the air gap EMP between the granules RGP is a vacuum.
  • the porosity of the regolith RGL is, for example, 30 to 60% by volume.
  • ice ICE is included in a part of the gap EMP between the plurality of fine particles RGP.
  • the temperature in the regolith RGL is extremely low, approximately -273°C.
  • the steam generator 10 supplies steam to the space SP1 through the steam supply/recovery pipe 31 (Fig. 7).
  • the steam generator 10 supplies saturated steam at a temperature of 20° C. and a pressure of 2340 Pascals to the space SP1, for example.
  • the regolith RGL is a porous body with a porosity of about 30 to 60% by volume
  • the steam VP1 supplied from the steam supply/recovery pipe 31 flows through the space EMP between the fine particles RGP. while spreading (Fig. 8).
  • the regolith RGL has an extremely low temperature of -200°C or below. Therefore, the water vapor VP1 supplied from the water vapor supply/recovery pipe 31 solidifies and freezes at a very short distance after entering the regolith RGL to form an ice layer ICL (FIG. 9). More specifically, water vapor VP1 condenses on the surface of the regolith RGL on the space SP1 side. Since the temperature in the regolith RGL is 0° C. or less, the water vapor VP1 solidifies and freezes. The void EMP of the regolith RGL, which is a porous material, is filled with solidified and frozen ice to form an ice layer ICL that separates the space SP1 of the drilled hole from the inside of the regolith RGL.
  • the ice layer ICL is formed by water vapor supplied from the water vapor generation unit 10 and water (ice ICE) contained in the regolith RGL. That is, the ice wall IW formed by the ice layer ICL contains water contained in the regolith RGL.
  • the surface of the ice layer ICL on the space SP1 side is heated.
  • a portion of the ice layer ICL melts.
  • water WTR is generated (FIG. 10).
  • the ice layer ICL on the side opposite to the space SP1 grows toward the inside of the low-temperature, low-pressure regolith RGL.
  • the side of the ice layer ICL opposite to the space SP1 involves the ice ICE inside the regolith RGL as it grows toward the inside of the low-temperature, low-pressure regolith RGL.
  • the ice layer ICL is formed to surround the space SP1.
  • the water vapor VP1 selectively flows into the hole.
  • the water vapor VP1 freezes and blocks the holes.
  • the inside of the ice layer ICL is set to a temperature of about 5 ° C and a water vapor pressure (for example, a pressure of 900 pascals), and the soil (regolith) of the lunar ground GL in a vacuum state RGL). Whether or not the ice wall (ice layer ICL) is completed can be detected by measuring the pressure of the water vapor supply port.
  • the steam generator 10 injects steam from the steam supply/recovery pipe 31 with the upper limit of the steam temperature generated by the steam generator 10 set to 5°C and the upper limit of the saturated steam pressure set to 900 pascals.
  • the steam generator 10 stops supplying steam.
  • the water sampling device 1 closes the valve provided on the steam supply pipe 11 .
  • the valve provided in the water vapor recovery pipe 21 is opened, and the water vapor VP2 in the sealed space surrounded by the ice wall (ice layer ICL) ice wall is recovered in the water vapor recovery unit 20 through the water vapor recovery port 21h (FIG. 11).
  • the inside of the water recovery tank 20a is cooled to a temperature lower than 5°C.
  • the saturated water vapor in the sealed space formed by the ice layer ICL in the lunar soil flows into the water vapor recovery section 20 (FIG. 12).
  • water WTR deposited on the surface of the ice layer ICL on the space SP1 side is recovered as water vapor VP2.
  • Water vapor VP2 is an example of the first gas.
  • the saturated water vapor pressure at a temperature of -50°C is about 5 Pascals.
  • the inside temperature of the water recovery tank 20a is ⁇ 50° C.
  • the water vapor of the pressure of 900 pascals in the lunar soil can flow into the water vapor recovery device and be recovered.
  • FIG. 13 to 15 are diagrams for explaining the formation of the ice wall IW in the water sampling method using the water sampling device 1 according to the first embodiment.
  • the water vapor supply pipe 41 is inserted from the ground of the regolith RGL to a depth of about 1 meter.
  • High-temperature steam RHA is injected from the steam inlet of the steam supply pipe 41 (FIG. 13).
  • the ice in the vicinity of the water vapor inlet of the water vapor supply pipe 41 is sublimated, and the water vapor moves toward the low pressure (vacuum) outer side together with the high temperature water vapor RHA. That is, the high-temperature steam RHA flows toward the outside of the sphere centered on the steam inlet of the steam supply pipe 41 .
  • the water vapor that has moved outward from the water vapor supply pipe 41 is cooled, solidified, and frozen. That is, an ice wall IW is formed.
  • the formed ice wall has a spherical shell shape centering on the water vapor intake port of the water vapor supply pipe 41 . Even if the ice wall IW is not a perfect spherical shell and has a hole IWh, the high-temperature steam RHA selectively flows through the hole IWH and freezes to block the hole IWh (FIG. 14).
  • the ice wall IW is grown thick by continuing to supply the high-temperature steam RHA.
  • a dry high-temperature gas such as high-temperature nitrogen gas may be supplied.
  • the ice wall IW may be formed using the moisture of the melted ice while melting the ice in the regolith RGL by supplying a high-temperature gas.
  • water vapor may be supplied.
  • the steam generating unit 10 is an example of an ice wall forming unit
  • the steam recovery unit 20 is an example of a water collecting unit.
  • the water sampling device 1 according to the first embodiment supplies steam from the steam generator 10 to the regolith RGL, and collects the existing water in the regolith RGL together.
  • the water sampling device 2 according to the second embodiment sufficiently heats the inside of the sealed space formed in the regolith RGL to heat and collect water more efficiently.
  • the water sampling device 2 according to the second embodiment sends high-temperature gas into the closed space inside the regolith RGL and recovers the water in the closed space inside the regolith RGL.
  • FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of a water sampling device 2 according to the second embodiment.
  • the water sampling device 2 includes a gas supply/recovery unit 50.
  • the gas supply/recovery part 50 supplies a high-temperature dry gas, such as nitrogen gas, through the gas supply port 51h of the gas supply pipe 51, and is formed by an ice wall IW formed in the regolith RGL under the ground GL. supply to a closed space.
  • the gas supply/recovery unit 50 supplies low-temperature wet gas such as nitrogen gas from the closed space formed by the ice wall IW formed in the regolith RGL through the gas recovery port 52h of the gas recovery pipe 52. to recover.
  • the high-temperature and dry gas supplied by the gas supply/recovery unit 50 is an example of the second gas.
  • the water sampling device 2 supplies high-temperature and dry gas from the gas supply/recovery unit 50 to heat the inside of the ice wall IW. Then, the water sampling device 2 recovers the low-temperature, high-humidity gas containing the water vapor generated by the heating of the ice wall IW in the gas supply/recovery unit 50 .
  • the gas supply/collection unit 50 collects water from the low-temperature, high-humidity gas containing the collected water vapor. As described above, the water sampling device 2 alternately repeats the supply of the high-temperature dry gas and the recovery of the low-temperature, high-humidity gas.
  • dry regolith DRGL is deposited by recovering wet gas by the gas supply recovery unit 50 .
  • the water sampling device 2 supplies high-temperature gas from the gas supply/recovery unit 50, the inner surface of the ice wall IW melts, and at the same time, the ice wall IW is heated by steam convection.
  • the ice wall IW spreads away from the gas supply pipe 51 while melting water (ice) contained in the regolith RGL outside the ice wall IW.
  • the water sampling device 2 according to the second embodiment alternately repeats the supply of high-temperature dry gas and the recovery of low-temperature and high-humidity gas, the ice wall IW grows.
  • the water (ice) contained in the regolith RGL is involved in the ice wall.
  • the water contained in the regolith RGL can be recovered.
  • the gas supply/collection unit 50 collects the gas inside the area surrounded by the ice wall IW and collects water from the collected gas.
  • the gas supply/recovery section 50 is an example of a water sampling section.
  • the ice in the regolith RGL is vaporized by supplying high-temperature dry gas from the gas supply/recovery unit 50 through the gas supply pipe 51.
  • An ice wall IW may be formed by refreezing.
  • the gas supply/recovery section 50 is an example of the ice wall forming section and the water sampling section.
  • FIG. 20 is a diagram showing a schematic configuration of a water sampling device 3 according to the third embodiment.
  • the water sampling device 3 includes a heating section 61 , a cooling section 62 , a water vapor supply section 63 , a water storage section 64 and a gas supply section 65 .
  • the heating unit 61 includes a heat exchanger 61hx.
  • the cooling unit 62 includes a heat exchanger 62hx.
  • One end of the pipe forming the heat exchanger 61hx and one end of the pipe forming the heat exchanger 62hx are connected to the compressor 66 .
  • the other end of the pipe forming the heat exchanger 61hx and the other end of the pipe forming the heat exchanger 62hx are connected to an expansion valve 68 .
  • heat exchanger 61hx acts as a condenser.
  • the heat exchanger 62hx acts as an evaporator.
  • the heating section 61 and the cooling section 62 are connected by a blower 67 .
  • the blower 67 blows the gas cooled by the heat exchanger 62hx of the cooling section 62 to the heat exchanger 61hx of the heating section 61 .
  • the gas blown to the heat exchanger 61hx is supplied to the regolith RGL through the gas supply pipe 61p. Also, the gas from the regolith RGL is recovered to the cooling unit 62 via the gas recovery pipe 62p.
  • the heat exchanger 61hx acts as a condenser. Therefore, the gas blown to the heat exchanger 61hx is heated.
  • the air heated by the heating unit 61 is supplied to the regolith RGL.
  • the gas supplied to the regolith RGL is recovered and cooled in the cooling section 62 .
  • the heat exchanger 62hx acts as an evaporator. Therefore, the gas blown to the heat exchanger 62hx is cooled.
  • the cooling unit 62 collects water vapor in the region surrounded by ice wall IW, and extracts water from the collected water vapor. Dry air is supplied to the heating part 61 by removing moisture.
  • the water vapor supply unit 63 supplies water vapor to the regolith RGL.
  • the water vapor supplied by the water vapor supply unit 63 forms an ice wall IW. That is, the water vapor supply unit 63 heats the ground (inside the regolith RGL) to form an ice wall IW made of water-containing ice contained in the ground (inside the regolith RGL).
  • the water storage unit 64 stores water deposited from the collected gas.
  • the gas supply unit 65 supplies gas blown by the blower 67 .
  • the gas is, for example, nitrogen gas.
  • the water vapor supply unit 63 is an example of the ice wall forming unit, and the cooling unit 62 is an example of the water collecting unit. Further, when the regolith RGL contains sufficient moisture, the ice in the regolith RGL is vaporized and re-frozen by supplying dry gas at a high temperature from the heating unit 61 through the gas supply pipe 61p.
  • An ice wall IW may be formed by In that case, the heating portion 61 is an example of an ice wall forming portion. Furthermore, an ice wall may be formed by combining the heating section 61 and the water vapor supply section 63 .
  • the water sampling device 4 according to the fourth embodiment forms an ice wall IW and collects water (ice) existing on the lunar surface.
  • the configuration of the water sampling device 4 will be described while describing the operation of the water sampling device 4 according to the fourth embodiment based on FIGS. 21 to 24 .
  • 21 to 24 white arrows indicate the flow of heat, and lines with arrows indicate the flow of gas.
  • the water sampling device 4 includes a heating section 71 , a cooling section 72 , a water supply section 73 , a water storage section 74 and a gas supply section 75 .
  • the heating unit 71 includes a heat exchanger 71hx.
  • the cooling unit 72 includes a heat exchanger 72hx.
  • One end of the pipe forming the heat exchanger 71hx and one end of the pipe forming the heat exchanger 72hx are connected to the compressor 76 .
  • the other end of the pipe forming the heat exchanger 71hx and the other end of the pipe forming the heat exchanger 72hx are connected to an expansion valve 78 .
  • the compressor 76 operates in two operation modes, a first mode supplying compressed refrigerant to the heat exchanger 71hx and a second mode supplying compressed refrigerant to the heat exchanger 72hx.
  • first mode heat exchanger 71hx acts as a condenser.
  • the heat exchanger 72hx acts as an evaporator.
  • the heat exchanger 71hx acts as an evaporator.
  • the heat exchanger 72hx acts as a condenser.
  • the water sampling device 4 supplies water vapor to the regolith RGL to form the ice wall IW (Fig. 21).
  • the water supply unit 73 supplies water to the heating unit 71 .
  • the heat exchanger 71hx functions as a condenser when the compressor 76 is operating in the first mode. Water is supplied from the water supply unit 73 to the heat exchanger 71hx that functions as a condenser, whereby the water is vaporized to generate steam in the heat exchanger 71hx. The steam generated in the heat exchanger 71hx is supplied to the regolith RGL.
  • the high-temperature water vapor supplied to the regolith RGL from the heating unit 71 condenses and solidifies in the regolith RGL to form an ice wall IW. That is, the heating unit 71 heats the ground (inside the regolith RGL) to form an ice wall IW made of water-containing ice contained in the ground (inside the regolith RGL).
  • RHA indicates an area where high-temperature gas is supplied.
  • the inside of the ice wall IW is heated by supplying high-temperature steam from the heating unit 71 . Since water vapor condenses and solidifies inside the ice wall IW, the ice wall IW can be efficiently heated. Also, the ice wall IW grows on both the outer and inner sides.
  • steam is used as the heat medium.
  • Heat transfer between the heat medium and the regolith RGL and ice wall IW is performed by condensation and solidification latent heat.
  • Steam, which is a heat medium, is supplied from the heating unit 71 to the regolith RGL and the ice wall IW due to the saturated vapor pressure difference between the inside of the heating unit 71 and the regolith RGL and the ice wall IW.
  • the spherical shell of the ice wall IW can be formed and the spherical shell of the ice wall IW can be enlarged. Also, by supplying water vapor from the heating unit 71 to the regolith RGL, the thickness of the ice wall IW can be increased. Furthermore, by supplying water vapor from the heating unit 71 to the regolith RGL, even if there is a hole in the spherical shell of the ice wall IW, the water vapor is selectively supplied to the hole, and the hole can be closed.
  • the ice in the regolith RGL is vaporized and re-frozen by supplying high-temperature and dry gas from the heating unit 71 through the gas supply pipe 71p.
  • An ice wall IW may be formed by
  • the water sampling device 4 supplies hot gas to the regolith RGL and the ice wall IW to expand the ice wall IW (FIG. 22).
  • the gas supply unit 75 supplies gas to the heating unit 71 .
  • the gas supplied from the gas supply unit 75 is, for example, nitrogen gas.
  • the type of gas supplied from the gas supply unit 75 is not limited as long as it is non-condensable and inert.
  • Compressor 76 operates in a first mode. That is, the heat exchanger 71hx functions as a condenser. Further, the heating unit 71 recovers gas from the regolith RGL via the blower 77a. The gas supplied from the heating unit 71 is circulated so as to be recovered, heated again, and supplied.
  • a high-temperature gas is supplied from the heating part 71 to the inside of the ice wall IW.
  • the inside of the ice wall IW is heated by supplying high-temperature gas to the inside of the ice wall IW. Since there is no condensation or solidification of water inside the ice wall IW, the ice wall IW can grow only in the outward direction of the ice wall IW. Since the heat transfer between the gas and the ice wall IW is convective heat transfer, it takes time to heat the ice wall IW.
  • a high-temperature gas such as nitrogen gas is used as the heat medium. Heat transfer between the heat medium and the regolith RGL and ice wall IW is by convective heat transfer.
  • a high-temperature gas as a heat medium is supplied from the heating unit 71 to the regolith RGL and the ice wall IW by the blower 77a.
  • the spherical shell of the ice wall IW can be enlarged. Further, by supplying high-temperature gas from the heating unit 71 to the regolith RGL, the thickness of the ice wall IW can be increased. Furthermore, by supplying high-temperature gas from the heating unit 71 to the regolith RGL, even if there is a hole in the spherical shell of the ice wall IW, the hole can be selectively supplied with water vapor to close the hole.
  • the water sampling device 4 supplies high-temperature dry gas to the inside of the ice wall IW to extract water from the ice wall IW (Fig. 23).
  • the gas supply unit 75 supplies gas to the heating unit 71 .
  • the gas supplied from the gas supply unit 75 is, for example, nitrogen gas.
  • the type of gas supplied from the gas supply unit 75 is not limited as long as it is non-condensable and inert.
  • Compressor 76 operates in a first mode. That is, the heat exchanger 71hx functions as a condenser, and the heat exchanger 72hx functions as an evaporator. Further, the blower 77 b supplies high-temperature dry gas from the heating unit 71 to the regolith RGL, and recovers the gas containing water vapor from the regolith RGL to the cooling unit 72 .
  • the gas supplied from the heating unit 71 is collected by the cooling unit 72, cooled and dehumidified, heated again by the heating unit 71, and circulated so as to be supplied to the regolith RGL.
  • the inside of the ice wall IW is heated by supplying high-temperature dry gas, such as nitrogen gas, from the heating unit 71 to the inside of the ice wall IW.
  • high-temperature dry gas such as nitrogen gas
  • the heating unit 71 By heating the inside of the ice wall IW, the ice inside the ice wall IW is sublimated.
  • the gas produced by sublimating the ice inside the ice wall IW contains moisture (water vapor).
  • the gas containing water vapor is cooled by the cooling section 72 .
  • the gas containing water vapor collected in the cooling unit 72 is cooled, and the water vapor in the gas is condensed and solidified. Ice ICE2 adheres to the heat exchanger 72hx. That is, cooling unit 72 collects water vapor in the region surrounded by ice wall IW, and collects water from the collected water vapor.
  • a high-temperature gas such as nitrogen gas is used as the heat medium. Heat transfer between the heat transfer medium and the ice wall IW is by convective heat transfer due to the circulation of hot dry gas.
  • a high-temperature gas which is a heat medium, is supplied from the heating unit 71 to the ice wall IW by the blower 77b.
  • the moisture derived from the ice inside the ice wall IW is recovered.
  • the collected moisture is frozen by the cooling unit 72 .
  • the water sampling device 4 melts the icing that freezes and adheres to the heat exchanger 72hx of the cooling unit 72 to produce water (FIG. 24).
  • the rotation of the compressor 76 is reversed when the icing on the heat exchanger 72hx of the cooling unit 72 increases and the icing efficiency decreases. That is, the compressor 76 is operated in the second mode.
  • heat exchanger 72hx acts as a condenser. Since the heat exchanger 72hx acts as a condenser, the icing (ice ICE2) adhering to the heat exchanger 72hx is heated and melted. The water produced by melting the icing is stored in the water storage section 74 .
  • the valves provided in the pipes of the heating unit 71 and the cooling unit 72 connected to the inside of the regolith RGL are closed to prevent the water vapor from returning to the inside of the regolith.
  • the water sampling device 4 can continuously sample water by switching the rotation direction of the compressor 76, that is, by alternately switching the operation mode of the compressor 76.
  • the heating unit 71 and the water supply unit 73 are examples of the ice wall forming unit, and the cooling unit 72 is an example of the water sampling unit. Further, when the ice wall IW is formed by supplying high-temperature and dry gas from the heating unit 71 through the gas supply pipe 71p, the heating unit 71 is an example of the ice wall forming unit.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a method of forming the ice wall IW.
  • a drill DRL is used to dig a hole in the regolith RGL (Fig. 25(a)). Then, the sleeve SLV is inserted into the dug hole so that the hole does not collapse (FIG. 25(b)). Then, the heater HTR is inserted into the deepest part of the sleeve SLV (FIG. 25(c)). By inserting the heater HTR to the deepest point of the sleeve SLV, the heater HTR contacts the regolith RGL. In addition, in FIG. 25(c), circles indicate ice grains that already exist inside the regolith RGL.
  • the method for forming the ice wall IW as described in the water sampling apparatus according to the first embodiment, the method using water vapor, the method using dry heated gas, and the method using the water sampling apparatus according to the fifth embodiment. As described, methods using heaters HTR may be combined.
  • the heater HTR may be used to heat the regolith RGL to try to form an ice wall. Whether or not the ice wall IW is formed by heating the regolith RGL by the heater HTR depends on the water content in the regolith RGL. Therefore, first, the heater HTR is used to heat the regolith RGL to try to form an ice wall, and the portion heated by the heater HTR is filled with gas and the internal pressure is measured to determine whether an ice wall has been formed. good too.
  • the portion heated by the heater HTR is filled with gas and there is no change in the internal pressure, it may be determined that the ice wall has been completed. If the portion heated by the heater HTR is filled with gas and the internal pressure gradually decreases, it may be determined that the ice wall is not sufficiently formed and that there is a hole in the ice wall.
  • the heater HTR does not form an ice wall
  • dry heated gas may be supplied to try to close the hole in the ice wall. Then, it may be determined whether or not an ice wall has been formed by filling gas again into the portion where the ice wall is formed and measuring the internal pressure.
  • the part forming the ice wall is filled with gas and there is no change in the internal pressure, it may be determined that the ice wall has been completed. If the portion forming the ice wall is filled with gas and the internal pressure gradually decreases, it may be determined that the ice wall is not sufficiently formed and that there is a hole in the ice wall.
  • water vapor may be further supplied to form an ice wall.
  • the ice wall can be formed without using water if the regolith RGL contains sufficient water.
  • the ice wall can be formed without using water, You can reduce the amount of water used for water collection.
  • the heater HTR is an example of the ice wall forming portion.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating an outline of a water sampling device according to the sixth embodiment.
  • the water sampling device according to the present embodiment described above may be a rover-type water sampling device mounted on a probe about the size of a one-seater car.
  • a rover-type water sampling device 80 includes a water sampling device 81, a power battery BAT, and a water tank TNK. At the rear of the exploration vehicle 80, a pipe PIP for supplying and recovering steam or gas and a drill DRL for drilling a hole for installing the pipe PIP in the regolith are provided. The pipe PIP is connected to the water sampling device 81 .
  • the probe 80 for example, it is possible to collect water while moving on the lunar surface.
  • rover 180 that is a modification of the rover-type water sampling device (rover 80) that is the water sampling device according to the sixth embodiment will be described.
  • FIGS. 27, 28 and 29 are diagram explaining an outline of a survey vehicle 180 which is a modified example of the water sampling device according to the sixth embodiment.
  • 27 is a top view of the survey vehicle 180
  • FIG. 28 is a side view of the survey vehicle 180
  • FIG. 29 is a front view of the survey vehicle 180.
  • FIG. 28 and 29 show an ice wall IW formed in the regolith RGL when water is collected.
  • the probe 180 includes a first temperature control unit 181, a second temperature control unit 182, a water supply unit 183, a water storage unit 184, a gas supply unit 185, a compressor 186, a blower 187, and an expansion valve. 188;
  • FIG. 30 is a diagram illustrating the first temperature control section 181 and the second temperature control section 182. As shown in FIG.
  • the first temperature control unit 181 has a gas supply port 181a, a water supply port 181w, a water discharge port 181d, a fan connection port 181b, and an external connection port 181e.
  • the gas supply port 181 a is connected to the gas supply section 185 .
  • a non-condensable gas is supplied from the gas supply port 181a.
  • the water supply port 181w is connected to the water supply section 183 .
  • Moisture for forming the ice wall IW is supplied from the water supply portion 183 to the water supply port 181w.
  • 181 d of water outlets are connected to the water storage part 184. As shown in FIG. Water collected by a heat exchanger 181hx provided inside the first temperature control unit 181, which will be described later, is discharged to the water storage unit 184 through the water discharge port 181d.
  • the blower connection port 181b is connected to the blower 187.
  • the external connection port 181e is connected to the thermal mining bit 193 via a flexible tube TB1.
  • the first temperature control unit 181 includes a heat exchanger 181hx inside.
  • FIG. 31 is a diagram illustrating the heat exchanger 181hx included in the first temperature control section 181.
  • the heat exchanger 181hx is formed by connecting a plurality of pipes 181p by folded portions 181r.
  • a coolant flows inside the pipe 181p.
  • the coolant flows in from one of the coolant port 181c1 and the coolant port 181c2 and flows out from the other of the coolant port 181c1 and the coolant port 181c2.
  • One of the refrigerant port 181c1 and the refrigerant port 181c2 is connected to the compressor 186 .
  • the other of the refrigerant port 181c1 and the refrigerant port 181c2 is connected to the expansion valve 188 .
  • a gas flows between the plurality of pipes 181p.
  • the heat exchanger 181hx exchanges heat between the gas and the refrigerant by causing the gas to flow through the plurality of pipes 181p.
  • the heat exchanger 181hx included in the first temperature control section 181 and the heat exchanger included in the second temperature control section 182 are connected via a compressor 186 and an expansion valve 188 to form a refrigerant circuit.
  • the heat exchanger 181hx acts as a condenser. That is, the first temperature control part 181 acts as a heating part that heats the gas.
  • the heat exchanger included in the second temperature control section 182 that constitutes the refrigerant circuit acts as an evaporator. That is, the second temperature control part 182 acts as a cooling part that cools the gas.
  • the heat exchanger 181hx acts as an evaporator. That is, the first temperature control part 181 acts as a cooling part that cools the gas.
  • the heat exchanger included in the second temperature control section 182 that constitutes the refrigerant circuit acts as a condenser. That is, the second temperature control part 182 acts as a heating part that heats the gas.
  • the second temperature control section 182 has a gas supply port 182a, a water supply port 182w, a water discharge port 182d, a fan connection port 182b, and an external connection port 182e.
  • the gas supply port 182 a is connected to the gas supply section 185 .
  • a non-condensable gas is supplied from the gas supply port 182a.
  • the water supply port 182w is connected to the water supply section 183 .
  • Moisture for forming the ice wall IW is supplied from the water supply portion 183 to the water supply port 182w.
  • Water outlet 182 d connects to water reservoir 184 . Water collected by the heat exchanger provided inside the second temperature control unit 182 is discharged to the water storage unit 184 through the water discharge port 182d.
  • the blower connection port 182b is connected to the blower 187.
  • the external connection port 182e is connected to the thermal mining bit 193 via a flexible tube TB2.
  • a blower 187 is connected to each of the blower connection port 181 b of the first temperature control section 181 and the blower connection port 182 b of the second temperature control section 182 .
  • the blower 187 When the blower 187 rotates, for example, in the first rotation direction, the blower 187 blows gas to the first temperature control section 181 . In other words, the blower 187 blows gas to the blower connection port 181b.
  • the gas sent from the blower 187 to the blower connection port 181b undergoes heat exchange in the heat exchanger 181hx of the first temperature control unit 181, and the gas is discharged from the external connection port 181e.
  • the blower 187 rotates, for example, in the first rotation direction, the blower 187 sucks gas from the second temperature control section 182 .
  • the blower 187 sucks gas from the blower connection port 182b.
  • the blower 187 sucks gas from the blower connection port 182b
  • the gas is sucked from the external connection port 182e, heat is exchanged in the heat exchanger of the second temperature control unit 182, and the gas is fed from the blower connection port 182b to the blower 187. is discharged.
  • the blower 187 When the blower 187 rotates in a second rotation direction opposite to the first rotation direction, the blower 187 sucks gas from the first temperature control unit 181 . In other words, the blower 187 sucks gas from the blower connection port 181b.
  • the air blower 187 When the air blower 187 sucks gas from the air blower connection port 181b, the air is sucked from the external connection port 181e, heat is exchanged by the heat exchanger 181hx of the first temperature control unit 181, and the air flows from the air blower connection port 181b to the air blower 187. Gas is expelled.
  • the blower 187 when the blower 187 rotates in a second rotation direction opposite to the first rotation direction, the blower 187 blows gas to the second temperature control unit 182 .
  • the blower 187 blows gas to the blower connection port 182b.
  • the gas sent from the blower 187 to the blower connection port 182b undergoes heat exchange in the heat exchanger of the second temperature control section 182, and the gas is discharged from the external connection port 182e.
  • the rover 180 also includes a drill bit 191 , a heater bit 192 and a thermal mining bit 193 .
  • drill bit 191, heater bit 192 and thermal mining bit 193 is movably attached to rail RL.
  • Each of the drill bit 191 , heater bit 192 and thermal mining bit 193 is moved above the opening TH provided in the floor of the rover 180 . Then, one of the moved drill bit 191, heater bit 192 and thermal mining bit 193 is inserted into the regolith RGL.
  • the drill bit 191 is inserted into the regolith RGL to form a hole in the regolith RGL, for example, as shown in FIGS. 4 and 25(a).
  • a heater HTR is provided at the tip of the heater bit 192, for example, as shown in FIG. 25(c).
  • a heater bit 192 is inserted into the hole formed by the drill bit 191 to form an ice wall, for example, as shown in FIGS. 25(c) to 25(f).
  • FIG. 32 is a diagram for explaining the outline of the thermal mining bit 193. As shown in FIG. In addition, in FIG. 32, the pipe 193p is shown cut in the middle in order to explain the inside of the pipe 193p.
  • the thermal mining bit 193 has a pipe 193p inserted into the regolith RGL.
  • the thermal mining bit 193 has a first connection portion 193a connected to the first temperature control portion 181 via the tube TB1, and a second connection connected to the second temperature control portion 182 via the tube TB2. and a portion 193b.
  • the pipe 193p has a first channel 193pa and a second channel 193pb inside.
  • Each of the first flow path 193pa and the second flow path 193pb is formed along the longitudinal direction of the pipe 193p.
  • the first flow path 193pa is connected to the first connecting portion 193a above the pipe 193p.
  • the second flow path 193pb is connected to the second connection portion 193b at the upper portion of the pipe 193p.
  • the pipe 193p has an opening 193ha and an opening 193hb at its tip.
  • the opening 193ha is connected to the first channel 193pa.
  • the opening 193hb is connected to the second channel 193pb.
  • the gas supplied from the first temperature control section 181 is supplied from the first connection section 193a through the first flow path 193pa and into the regolith RGL from the opening 193ha. Then, the gas from inside the regolith RGL passes through the opening 193hb, passes through the second flow path 193pb, and is sucked into the second temperature control section 182 from the second connecting portion 193b.
  • the gas supplied from the second temperature control section 182 is supplied from the second connection section 193b through the second flow path 193pb and into the regolith RGL from the opening 193hb. Then, the gas from inside the regolith RGL passes through the opening 193ha, passes through the first flow path 193pa, and is sucked into the first temperature control section 181 from the first connecting portion 193a.
  • the water supply unit 183 supplies water for forming the ice wall IW to each of the first temperature control unit 181 and the second temperature control unit 182 .
  • the ice wall IW is formed by supplying high-temperature and dry gas from the first temperature control unit 181 and the second temperature control unit 182 acting as heating units. You may
  • the gas supply unit 185 supplies non-condensable gas to each of the first temperature control unit 181 and the second temperature control unit 182 .
  • Non-condensable gas is, for example, nitrogen gas, oxygen gas, hydrogen gas, etc.
  • the probe 180 includes a control unit CTL, a solar panel SOL, and a power battery BAT.
  • the control unit CTL controls the exploration vehicle 180 as a whole.
  • the control unit CTL also controls the drill bit 191, the heater bit 192 and the thermal mining bit 193, respectively. Further, the control unit CTL controls the compressor 186, the blower 187, etc. to operate the rover 180 to collect the moisture contained within the regolith RGL.
  • the solar panel SOL generates power to operate the rover 180.
  • the solar panel SOL generates power from sunlight. Electric power generated by the solar panel SOL is supplied to the control unit CTL, the compressor 186, the blower 187, and the like, and is also supplied to the power supply battery BAT.
  • the power supply battery BAT stores electricity and supplies the stored electricity to the control unit CTL, the compressor 186, the blower 187, and the like.
  • the power battery BAT is charged, for example, at a base or the like. Also, the power battery BAT is charged with power generated by the solar panel SOL and supplied to the power battery BAT.
  • the probe 180 operates one of the first temperature control unit 181 and the second temperature control unit 182 as a heating unit and the other as a cooling unit, and then operates one of the first temperature control unit 181 and the second temperature control unit 182. one as a cooling part and the other as a heating part.
  • first temperature control section 181 and the second temperature control section 182 By operating the first temperature control section 181 and the second temperature control section 182 while alternately switching between the heating section and the cooling section, moisture in the regolith RGL can be continuously collected.
  • any one of the water supply unit 183, the first temperature control unit 181 and the second temperature control unit 182 acting as a heating unit is an example of an ice wall forming unit, and the first temperature control unit 181 and the second temperature control unit acting as a cooling unit.
  • Any one of the adjustment units 182 is an example of a water sampling unit.
  • the heater bit 192 is an example of an ice wall forming portion.
  • the water sampling apparatus according to the seventh embodiment has a configuration in which the ice wall IW is not present on the ground surface side by covering the ground surface side with the tent TNT.
  • 33 and 34 are diagrams explaining the outline of the water sampling device according to the seventh embodiment.
  • Heated gas is supplied to the ice wall from the pipe PIP.
  • the ice pre-existing in the regolith RGL becomes water vapor together by sublimating the ice wall IW. Water vapor is expelled from the surface of the regolith RGL. Water vapor inside the tent TNT discharged from the surface of the regolith RGL is collected separately.
  • FIG. 35 is a diagram illustrating a model for calculating the amount of water that can be collected on the moon by the water sampling device according to this embodiment.
  • a spherical shell-shaped ice wall IW having an inner radius R1 and a thickness W1 at a depth D1.
  • the bulk density ⁇ of the dry regolith RGL is 1800 kg/m3
  • the specific gravity G of fine particles constituting the regolith RGL is 3
  • the density of water ⁇ w is 1000 kg/m3.
  • the porosity n of the regolith RGL is 0.4.
  • the ice in the regolith RGL is calculated assuming that some of the fine grains of the regolith are replaced with ice while leaving the voids between the fine grains that make up the regolith in the dry regolith. That is, the volume ratio of voids in the regolith RGL is assumed to be 40 percent.
  • the amount of water contained in the regolith RGL inside the ice wall IW is roughly estimated.
  • the calculation is performed with the radius R1 set to 0.5 meters.
  • the volume inside the ice wall IW is 0.52 cubic meters.
  • the amount of water contained inside the ice wall IW is about 35 kg when the ice content in the regolith RGL is 4% by weight. , about 170 kilograms for an ice content of 30 weight percent in the regolith RGL.
  • the water sampling device when the ice content in the regolith RGL is 4% by weight, about 35 kg, and when the ice content in the regolith RGL is 30% by weight, about 35 kg 170 kg of water can be collected.
  • FIG. 36 shows the ratio of the amount of water in the spherical ice wall IW having a thickness W1 of 5 mm to the amount of water that can be collected.
  • the amount of water that can be collected inside the ice wall IW will form the ice wall IW. exceeds the amount of water required for Further, when the ice content in the regolith RGL is 30% by weight, if the radius R1 of the ice wall IW is 50 mm (0.05 m) or more, the amount of water that can be collected inside the ice wall IW is Exceeds the amount of water needed to form.
  • the amount of water that can be inoculated from inside the ice wall IW is about 35 kg.
  • the amount of water required to form the ice wall IW is approximately 3 kg. Therefore, approximately 32 kilograms net of water can be harvested from the regolith RGL.
  • the amount of water that can be inoculated from the inside of the ice wall IW is about 170 kg, and the amount of water required to form the ice wall IW is about 3 kg. Become. Therefore, approximately 167 kilograms net of water can be harvested from the regolith RGL.
  • the amount of heat required to heat the regolith RGL inside the ice wall IW is roughly estimated, assuming that the ice wall IW is a spherical shell of radius R1. Here, the calculation is performed with the radius R1 set to 0.5 meters. The volume inside the ice wall IW is 0.52 cubic meters.
  • the specific heat of the regolith RGL fine particles is 486 joules per kilogram per kelvin (when the temperature is -100°C), and the specific heat of ice is 1377 joules per kilogram per kelvin (when the temperature is -100°C). It is also assumed that the heat of condensation of ice is 2442 kilojoules per kilogram and the heat of solidification of water is 334 kilojoules per kilogram.
  • Ice in a vacuum begins to sublimate at a temperature of -100°C to -50°C. Therefore, if there is ice in the regolith RGL, it is considered to exist at least at a temperature of -100°C or lower. Also, in order to sublimate and take out the ice present at extremely low temperatures in the regolith RGL, it is necessary to heat at least from -100° C. to -50° C. or higher.
  • the calculation assumes an ice-containing regolith RGL below the lunar ground GL at a temperature of ⁇ 150° C. and an ice content of 4 weight percent in the regolith RGL. Suppose it exists. Then, the energy required to heat the inside of the spherical ice wall IW with a radius R1 of 0.5 m to a temperature of ⁇ 50° C. and extract the ice by sublimating it into water vapor is calculated.
  • the sensible heat energy to heat the regolith RGL from -150°C to -50°C is 45 megajoules
  • the latent heat energy to turn ice into steam is 96 megajoules, for a total of 141 megajoules of heat.
  • a heating capacity of about 39 kilowatts is required.
  • the sensible heat energy to heat the regolith RGL from -150°C to -50°C is 42 megajoules
  • the latent heat energy to turn ice into steam is 470 megajoules, for a total of 512 megajoules of heat.
  • a heating capacity of about 143 kW is required.
  • the regolith RGL is heated by the dry gas VP3 from inside the space SP1.
  • the ice in the outermost surface area RB inside the regolith RGL is sublimated and water vapor is taken into the dry gas VP3.
  • the dry gas VP3 that has taken in water vapor is collected in the water sampling device.
  • the ice in the region RC deep inside the regolith RGL is also heated and sublimated.
  • the water vapor originating from the ice in the sublimated region RC moves outward because the outside of the regolith RGL has a lower temperature and pressure than the inside.
  • the water vapor moving outward travels outward through the voids inside the regolith RGL. Since the regolith RGL has a low temperature, the temperature of the water vapor drops on the solid surface of the regolith RGL granules, and the water vapor condenses and solidifies again. When the water vapor condenses and solidifies again, the voids are filled with ice.
  • an ice-rich region RI is formed within the regolith RGL. Also, a dry area RS is formed inside the ice-rich area RI.
  • the ice-rich region RI ie, the ice wall
  • the high-pressure gas inside the ice wall does not leak into the vacuum region outside the ice wall. Also, the ice that forms the ice wall moves so as to expand outward.
  • Water electrolysis system a water electrolysis device that electrolyzes water to produce hydrogen and oxygen in a low-gravity environment such as the lunar surface will be described.
  • the water decomposition device according to the present embodiment electrolyzes water sampled by the water sampling device according to the present disclosure.
  • Water electrolysis systems mainly include alkaline water electrolysis, solid polymer water electrolysis, and solid oxide water electrolysis.
  • the solid polymer water electrolysis method is considered to be the most suitable because it can use easy-to-handle room-temperature water and can cope with frequent starting and stopping.
  • the solid polymer type water electrolysis system releases oxygen gas into water on the anode side. Therefore, in the solid polymer type water electrolysis method, a separate mechanism for extracting oxygen gas from water is required.
  • the water electrolysis apparatus can perform good gas-liquid separation even in environments with low gravity, such as outer space and the surface of the moon.
  • FIG. 39 is a perspective view of the water electrolysis device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 40 is an exploded perspective view of the water electrolysis device 100 according to the first embodiment.
  • 41 and 42 are diagrams explaining the operation of the water electrolysis device 100 according to the first embodiment. Specifically, FIGS. 41 and 42 are diagrams illustrating the details of the vicinity of the interface with the solid electrolyte membrane 130.
  • FIG. 39 is a perspective view of the water electrolysis device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 40 is an exploded perspective view of the water electrolysis device 100 according to the first embodiment.
  • 41 and 42 are diagrams explaining the operation of the water electrolysis device 100 according to the first embodiment. Specifically, FIGS. 41 and 42 are diagrams illustrating the details of the vicinity of the interface with the solid electrolyte membrane 130.
  • FIG. 41 and 42 are diagrams illustrating the details of the vicinity of the interface with the solid electrolyte membrane 130.
  • the water electrolysis device 100 generates gas from at least one of the anode and the cathode from supplied water (pure water). For example, oxygen is generated from the anode side of the water electrolysis device 100 . Hydrogen is generated from the cathode side of the water electrolysis device 100 .
  • An anode 110, a cathode 120, and a solid electrolyte membrane 130 are provided inside the housing 100a. In water electrolysis device 100 , anode 110 and cathode 120 are separated by solid electrolyte membrane 130 .
  • the solid electrolyte membrane 130 includes an anode side catalyst membrane 131 , a cathode side catalyst membrane 132 and a separation membrane 133 .
  • the anode 110 contacts the solid electrolyte membrane 130 .
  • Anode 110 is formed of a porous body through which gas or liquid can flow.
  • the anode 110 is formed, for example, by plating a sintered body of titanium with gold.
  • a plurality of grooves 111 are formed on the surface (front surface) of anode 110 that contacts solid electrolyte membrane 130 .
  • a water chamber 101 to which water is supplied is provided on the side opposite to the solid electrolyte membrane 130 of the anode 110 .
  • Pure water is supplied to the water chamber 101 from a water supply pipe 101a.
  • water is discharged to the water chamber 101 from a water discharge pipe 101b. That is, part or all of the back surface of the anode 110 opposite to the solid electrolyte membrane 130 contacts the water supplied to the water chamber 101 .
  • the pure water supplied to the water chamber 101 seeps inside from the back surface of the anode 110, which is a porous body.
  • anode 110 is a hydrophilic porous body
  • water that contacts the back surface of the anode 110 moves in the direction of the arrow A1 due to capillary force and permeates into the inside of the anode 110.
  • the water that has soaked into the interior of anode 110 passes through the interior of anode 110 and permeates up to the surface facing solid electrolyte membrane 130 .
  • Water that permeates to the contact interface between the anode 110 and the solid electrolyte membrane 130 is electrolyzed to generate oxygen.
  • oxygen generated at the contact interface is released from the contact interface into the plurality of grooves 111.
  • water is supplied in the direction of arrow A2 without backflow of gas (oxygen) in the pores due to surface tension.
  • Oxygen generated from the contact interface between the solid electrolyte membrane 130 and the anode 110 is discharged to one of the grooves 111 .
  • Oxygen generated from the contact interface between the solid electrolyte membrane 130 and the anode 110 is collected in the plurality of grooves 111 . Further, from each groove 111 through the plurality of grooves 111, oxygen is exhausted into the oxygen gas chamber 103 and collected. Oxygen collected in the oxygen gas chamber 103 is discharged from an oxygen discharge pipe 103 a communicating with the oxygen gas chamber 103 .
  • the cathode 120 contacts the solid electrolyte membrane 130 .
  • the cathode 120 is formed of a porous body through which gas or liquid can flow.
  • the cathode 120 is made of carbon, for example.
  • a plurality of grooves 121 are formed on the surface of the cathode 120 that contacts the solid electrolyte membrane 130 .
  • Hydrogen is generated at the interface between the cathode 120 and the solid electrolyte membrane 130 .
  • the generated hydrogen is collected in the hydrogen chamber 102 and discharged from the hydrogen discharge pipe 102a.
  • FIG. 43 is an exploded perspective view of the anode-side stack 210 of the water electrolysis device according to the second embodiment.
  • FIG. 44 is an exploded perspective view of the cathode-side stack 220 of the water electrolysis device according to the second embodiment.
  • the anode-side stack 210 of the water electrolysis device according to the second embodiment includes a first case 211, a first gasket 212, an extraction electrode 213, a current collector 214, a second gasket 215, and a second case 216. , a third gasket 217 and a separator 218 .
  • the first case 211 supplies water to the inside from the outside and discharges oxygen generated inside to the outside.
  • the first case 211 has a water discharge hole 211w1, a water supply hole 211w2, and an oxygen discharge hole 211a penetrating from the outside to the inside of the first case 211. As shown in FIG.
  • the water supplied from the water supply hole 211w2 passes through the extraction electrode 213 and is supplied to the current collector 214. Also, part of the water supplied from the water supply hole 211w2 is discharged from the water discharge hole 211w1. Oxygen generated inside the anode-side stack 210 is discharged from the oxygen discharge holes 211a.
  • the first case 211 is made of acrylic, for example.
  • the first case 211 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view. Further, the first case 211 has through holes 211h at four corners through which rod-shaped members for assembling the anode-side stack 210 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • viewing the first case 211 from the upper side of FIG. 44 may be referred to as planar view. The same applies to FIG. 45 as well.
  • the first gasket 212 prevents leakage of water and oxygen at the boundary between the first case 211 and the extraction electrode 213 .
  • the first gasket 212 has an opening 212w through which water from the first case 211 flows and an opening 212a through which oxygen flows.
  • the water supplied from the first case 211 is supplied to the current collector 214 through the opening 212w and the extraction electrode 213 .
  • Oxygen generated inside the anode-side stack 210 passes through the opening 212 a and is discharged from the oxygen discharge hole 211 a of the first case 211 .
  • the first gasket 212 is made of transparent rubber, for example.
  • the first gasket 212 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view.
  • the first gasket 212 also has through holes 212h at its four corners through which rod-like members for assembling the anode-side stack 210 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • the extraction electrode 213 supplies electric power from an external power source to the current collector 214 . Further, the extraction electrode 213 supplies water supplied from the first case 211 to the current collector 214 .
  • the lead-out electrode 213 is formed of a net-like conductor.
  • the extraction electrode 213 has an opening 213a through which oxygen passes.
  • the water supplied from the first case 211 is supplied to the current collector 214 through the extraction electrode 213 formed of a net-like conductor. Oxygen generated inside the anode-side stack 210 passes through the opening 213a and is discharged to the first case 211 side.
  • the extraction electrode 213 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view.
  • the extraction electrode 213 has an extraction terminal 213t on one side of the rectangular shape.
  • An external power supply is connected to the extraction terminal 213t.
  • the lead-out electrode 213 has through holes 213h at its four corners through which rod-shaped members for assembling the anode-side stack 210 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • Current collector 214 supplies power from an external power source to separator 218 having a solid electrolyte membrane. Also, the current collector 214 supplies water supplied from the first case 211 to the separator 218 .
  • the current collector 214 is made of a porous material.
  • the water supplied from the first case 211 permeates the current collector 214 which is a porous body and is supplied to the separator 218 .
  • Oxygen generated at the interface between the current collector 214 and the separator 218 is discharged to grooves formed in the current collector 214 .
  • Oxygen discharged to the water formed on the current collector 214 is discharged to the lateral sides of the current collector 214 .
  • Oxygen discharged to the lateral side of the current collector 214 passes through the opening 213a and is discharged to the first case 211 side.
  • the current collector 214 has, for example, a rectangular shape of 40 mm ⁇ 50 mm in plan view.
  • the current collector 214 is inserted into the first portion 215c1 of the opening 215c of the second gasket 215, the first portion 216c1 of the opening 216c of the second case 216, and the first portion 217c1 of the opening 217c of the third gasket 217. be provided.
  • FIG. 45 is a perspective view of the current collector 214 on the anode side of the water electrolysis device according to the second embodiment.
  • FIG. 46 is a side view of the current collector 214 on the anode side of the water electrolysis device according to the second embodiment.
  • the current collector 214 has a plate-like shape of height H ⁇ width W ⁇ thickness D.
  • the height H is 40 millimeters
  • the width W is 50 millimeters
  • the thickness D is 2 millimeters.
  • Grooves are provided at a pitch P on one surface of the current collector 214 .
  • the pitch P is 2 millimeters.
  • the second gasket 215 prevents leakage of water and oxygen at the boundary between the extraction electrode 213 and the second case 216 . Also, the second gasket 215 has an opening 215c.
  • the opening 215c has a first portion 215c1 having an outline substantially equal to that of the current collector 214 in plan view, and a second portion 215c2 provided adjacent to the first portion 215c1.
  • the current collector 214 is inserted into the first portion 215c1. Oxygen generated at the interface between the current collector 214 and the separator 218 flows through the second portion 215c2.
  • the second gasket 215 is made of transparent rubber, for example.
  • the second gasket 215 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view. Further, the second gasket 215 has through holes 215h at its four corners through which rod-shaped members for assembling the anode-side stack 210 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • the second case 216 holds the current collector 214 inside and discharges oxygen generated inside to the outside.
  • the second case 216 has an opening 216c.
  • the opening 216c has a first portion 216c1 having an outline substantially equal to that of the current collector 214 in plan view, and a second portion 216c2 provided adjacent to the first portion 216c1.
  • the current collector 214 is inserted into the first portion 216c1. Oxygen generated at the interface between the current collector 214 and the separator 218 flows through the second portion 216c2.
  • the second case 216 is made of acrylic, for example.
  • the second case 216 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view.
  • the second case 216 has through holes 216h at its four corners through which rod-shaped members for assembling the anode-side stack 210 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • the third gasket 217 prevents leakage of water and oxygen at the boundary between the second case 216 and the separator 218 . Also, the third gasket 217 has an opening 217c.
  • the opening 217c has a first portion 217c1 having an outline substantially equal to that of the current collector 214 in plan view, and a second portion 217c2 provided adjacent to the first portion 217c1.
  • a current collector 214 is inserted into the first portion 217c1. Oxygen generated at the interface between the current collector 214 and the separator 218 flows through the second portion 217c2.
  • the third gasket 217 is made of transparent rubber, for example.
  • the third gasket 217 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view. Further, the third gasket 217 has through holes 217h at its four corners through which rod-shaped members for assembling the anode-side stack 210 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • a separator 218 separates the anode and cathode.
  • the separator 218 includes a substrate 218b and an electrolyte membrane 218c formed on the substrate 218b.
  • the current collector 214 is in contact with the electrolyte membrane 218c. Oxygen is generated at the interface between electrolyte membrane 218 c and current collector 214 . Oxygen generated at the interface passes through the grooves formed in the current collector 214 and is discharged to the second portion 216c2 side of the opening 216c of the second case 216 .
  • the substrate 218b of the separator 218 is made of resin, for example.
  • the substrate 218b of the separator 218 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view. Further, the substrate 218b of the separator 218 has through holes 218h at its four corners through which rod-shaped members for assembling the anode-side stack 210 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • a cathode-side stack 220 of the water electrolysis device according to the second embodiment includes a first case 221, a first gasket 222, an extraction electrode 223, a current collector 224, a second gasket 225, and a second case 226. , a third gasket 227 and a separator 228 .
  • the first case 221 discharges water discharged from the inside and discharges hydrogen generated inside to the outside.
  • the first case 221 has a water discharge hole 221w and a hydrogen discharge hole 221a penetrating from the outside to the inside of the first case 221 .
  • Water discharged from the inside of the cathode-side stack 220 passes through the extraction electrode 223 and is discharged from the water discharge hole 221w. Hydrogen generated inside the cathode-side stack 220 is discharged from the hydrogen discharge holes 221a.
  • the first case 221 is made of acrylic, for example.
  • the first case 221 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view.
  • the first case 221 also has through holes 221h at its four corners through which rod-shaped members for assembling the cathode-side stack 220 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • the first gasket 222 prevents leakage of water or hydrogen at the boundary between the first case 221 and the extraction electrode 223 .
  • the first gasket 222 has an opening 222a through which water and hydrogen flow.
  • Water generated inside the cathode-side stack 220 is carried to the first case 221 through the opening 222a. Also, the hydrogen generated inside the cathode-side stack 220 passes through the opening 222 a and is discharged from the hydrogen discharge hole 221 a of the first case 221 .
  • the first gasket 222 is made of transparent rubber, for example.
  • the first gasket 222 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view.
  • the first gasket 222 also has through holes 222h at its four corners through which rod-shaped members for assembling the cathode-side stack 220 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • the extraction electrode 223 supplies electric power from an external power source to the current collector 224 . Also, the extraction electrode 223 discharges water discharged from the inside of the cathode-side stack 220 .
  • the lead-out electrode 223 is formed of a net-like conductor.
  • the water discharged from the inside of the cathode-side stack 220 is carried to the first case 221 through the lead-out electrode 223 formed of a net conductor. Hydrogen generated inside the cathode-side stack 220 is discharged to the first case 221 side through the lead-out electrode 223 formed of a net conductor.
  • the extraction electrode 223 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view.
  • the lead-out electrode 223 has a lead-out terminal 223t on one side of the rectangular shape.
  • An external power supply is connected to the extraction terminal 223t.
  • the extraction electrode 223 has through holes 223h at four corners through which rod-shaped members for assembling the cathode-side stack 220 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • Current collector 224 supplies power from an external power source to separator 228 having a solid electrolyte membrane. Also, the current collector 224 carries water discharged from the separator 228 to the first case 221 .
  • the current collector 224 is made of a porous material.
  • the water discharged from the separator 228 permeates the current collector 224, which is a porous body, and is carried to the first case 221 side. Hydrogen generated at the interface between the current collector 224 and the separator 228 permeates the current collector 224 and is sent to the extraction electrode 223 side.
  • the current collector 224 has, for example, a rectangular shape of 40 mm ⁇ 50 mm in plan view.
  • the current collector 224 is provided by being inserted into an opening 225c of the second gasket 225, an opening 226c of the second case 226, and an opening 227c of the third gasket 227.
  • the second gasket 225 prevents leakage of water and hydrogen at the boundary between the extraction electrode 223 and the second case 226 . Also, the second gasket 225 has an opening 225c. A current collector 224 is inserted into the opening 225c.
  • the second gasket 225 is made of transparent rubber, for example.
  • the second gasket 225 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view.
  • the second gasket 225 also has through holes 225h at its four corners through which rod-shaped members for assembling the cathode-side stack 220 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • the second case 226 holds the current collector 224 inside.
  • the second case 226 has an opening 226c.
  • the opening 226c has an outline substantially equal to that of the current collector 224 in plan view.
  • the current collector 224 is inserted into the opening 226c.
  • the second case 226 is made of acrylic, for example.
  • the second case 226 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view. Further, the second case 226 has through holes 226h at its four corners through which rod-shaped members for assembling the cathode-side stack 220 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • the third gasket 227 prevents leakage of water or hydrogen at the boundary between the second case 226 and the separator 228 . Also, the third gasket 227 has an opening 227c. The current collector 224 is inserted into the opening 227c.
  • the third gasket 227 is made of transparent rubber, for example.
  • the third gasket 227 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view. Further, the third gasket 227 has through holes 227h at four corners through which rod-shaped members for assembling the cathode-side stack 220 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • a separator 228 separates the anode and cathode.
  • the separator 228 includes a substrate 228b and an electrolyte membrane 228c formed on the substrate 228b.
  • the current collector 224 is in contact with the electrolyte membrane 228c. Hydrogen is generated at the interface between the electrolyte membrane 228 c and the current collector 224 . Hydrogen generated at the interface passes through the current collector 224 and is discharged to the first case 221 side.
  • the substrate 228b of the separator 228 is made of resin, for example.
  • the substrate 228b of the separator 228 has, for example, a rectangular shape of 80 mm ⁇ 80 mm in plan view. Further, the substrate 228b of the separator 228 has through holes 228h at four corners through which rod-shaped members for assembling the cathode-side stack 220 are passed when assembling the water electrolysis device.
  • FIG. 47 is an exploded perspective view of a water electrolysis cell 300 used in the water electrolysis device according to the third embodiment.
  • the water electrolysis cell 300 of the water electrolysis device according to the third embodiment includes an electrolyte membrane 330 .
  • the water electrolysis cell 300 includes an insulating plate 311 , an electrode plate 312 , a plate spring 313 , a first gasket 314 , a water flow path case 315 , and a current collector 316 in order from the outside on the anode side of the electrolyte membrane 330 . , and a second gasket 317 .
  • the water electrolysis cell 300 of the water electrolysis apparatus according to the third embodiment includes an insulating plate 321, an electrode plate 322, a leaf spring 323, and a first gasket 324 in this order from the outside on the cathode side of the electrolyte membrane 330. , a hydrogen channel case 325 , a current collector 326 , and a second gasket 327 .
  • the anode side of the electrolyte membrane 330 of the water electrolysis cell 300 will be explained in order from the outside.
  • the insulating plate 311 forms the outermost surface of the water electrolysis cell 300 .
  • the electrode plate 312 supplies power from the outside.
  • the plate spring 313 presses the current collector 316 against the electrolyte membrane 330 from the insulating plate 311 side. Also, the plate spring 313 supplies power from the electrode plate 312 to the current collector 316 .
  • the first gasket 314 prevents leakage of water and oxygen at the boundary between the electrode plate 312 and the water channel case 315 .
  • the water channel case 315 supplies water to the current collector 316 from the outside.
  • the current collector 316 includes a first member 316a and a second member 316b.
  • FIG. 48 is a front view of a first member 316a and a second member 316b obtained by disassembling the current collector 316 on the anode side of the water electrolysis device according to the third embodiment.
  • the first member 316a and the second member 316b are provided in close contact with each other.
  • a laterally extending groove 361ag is provided on the upper side of the first member 316a.
  • the second member 316b is provided with a plurality of grooves 316bg in the vertical direction.
  • Each of the first member 316a and the second member 316b that constitute the current collector 316 is made of a conductive porous material.
  • Each of the first member 316a and the second member 316b is made of, for example, titanium nonwoven fabric. Since the first member 316a and the second member 316b are each made of a conductive porous material, the water supplied from the water channel case 315 permeates the first member 316a and the second member 316b. Water that has passed through each of the first member 316 a and the second member 316 b is supplied to the electrolyte membrane 330 .
  • the water supplied to the electrolyte membrane 330 is electrolyzed by the electricity supplied to the current collector 316 .
  • Oxygen generated at the interface between the current collector 316 and the electrolyte membrane 330 due to water electrolysis passes through the grooves 316bg of the second member 316b of the current collector 316 and is collected in the grooves 316ag of the first member 316a. be done.
  • Oxygen collected in the grooves 316ag of the first member 316a is discharged outside the water electrolysis cell 300 .
  • the cathode side of the electrolyte membrane 330 of the water electrolysis cell 300 will be explained in order from the outside.
  • the insulating plate 321 forms the outermost surface of the water electrolysis cell 300 .
  • the electrode plate 322 supplies power from the outside.
  • the leaf spring 323 presses the current collector 326 against the electrolyte membrane 330 from the insulating plate 321 side. Also, the plate spring 323 supplies power from the electrode plate 322 to the current collector 326 .
  • the first gasket 324 prevents leakage of water and oxygen at the boundary between the electrode plate 322 and the hydrogen channel case 325 . Hydrogen channel case 325 recovers hydrogen generated in water electrolysis cell 300 .
  • the current collector 326 includes a first member 326a and a second member 326b.
  • the first member 326 a has the same shape as the first member 316 a of the current collector 316 .
  • the second member 326 b has the same shape as the second member 315 b of the current collector 316 .
  • Each of the first member 326a and the second member 326b that constitute the current collector 326 is made of a conductive porous material.
  • Each of the first member 326a and the second member 326b is formed of, for example, carbon non-woven fabric. Since each of the first member 326a and the second member 326b is made of a conductive porous material, the hydrogen generated at the interface between the current collector 326 and the electrolyte membrane 330 flows into the first member 326a and the second member 326b. 326b. Hydrogen that permeates the first member 326 a and the second member 326 b is recovered by the hydrogen channel case 325 .
  • FIG. 49 is a schematic configuration diagram of a water electrolysis device 400 according to the fourth embodiment.
  • the water electrolysis device 400 includes an anode 410 , a cathode 420 and an electrolyte membrane 430 . Furthermore, the water electrolysis device 400 includes a water tank 440 , a pump 450 , an oxygen tank 460 and a hydrogen tank 470 .
  • Water is supplied to the anode 410 from a water tank 440 by a pump 450 . A portion of the water supplied to anode 410 is returned to water tank 440 again.
  • Oxygen generated from the anode 410 is stored in the oxygen tank 460 .
  • Anode 410 is provided with grooves in the current collector as described above. Oxygen can be efficiently separated by the grooves provided in the current collector.
  • Hydrogen generated at cathode 420 is stored in hydrogen tank 470 .
  • FIG. 50 is a schematic configuration diagram of a water electrolysis device 500 according to the fifth embodiment.
  • Water electrolysis device 500 has a configuration in which pump 450 in water electrolysis device 400 is not used.
  • the water electrolysis device 500 includes an anode 510, a cathode 520, and an electrolyte membrane 530. Furthermore, the water electrolysis device 500 includes a water tank 540 , an oxygen tank 560 and a hydrogen tank 570 .
  • Anode 510 is composed of a current collector that is a porous body. Water is supplied to the anode 510 by natural circulation due to the capillary force of the current collector, which is a porous body. Oxygen generated from the anode 510 is stored in the oxygen tank 560 . Anode 510 is provided with grooves in the current collector as described above. Oxygen can be efficiently separated by the grooves provided in the current collector. Hydrogen generated at cathode 520 is stored in hydrogen tank 570 .
  • FIG. 51 is a diagram illustrating the behavior of the water electrolysis device according to this embodiment.
  • a surface tension film is formed at the interface between the water inside the current collector AN and the oxygen in the groove GRV.
  • the pore diameter D of the current collector AN is, for example, 20 micrometers
  • oxygen does not enter the current collector AN if the pressure PW inside the grooves GRV is 14 kilopascals or less.
  • Groove GRV connects from the oxygen chamber to the exhaust pipe to the oxygen tank. Since the oxygen tank is at atmospheric pressure, the pressure in groove GRV is kept low. Therefore, oxygen does not enter the inside of the current collector AN.
  • FIG. 52 is a diagram explaining the behavior of the water electrolysis device of the comparative example.
  • the pressure of the oxygen bubbles must exceed the surface tension and the flow resistance that pushes out the water in the pores. For example, if the channel length of the pores is 0.3 mm, the flow resistance calculated from the amount of oxygen generated per unit time is 0.024 kilopascals.
  • Water sampling device 10 Steam generating unit 20 Steam recovery unit 50 Gas supply recovery unit 61, 71 Heating unit 62, 72 Cooling unit 63 Steam supply unit 64, 74 Water storage unit 65, 75 Gas supply Parts 66, 76 Compressors 67, 77a, 77b Blowers 68, 78 Expansion valves 80, 180 Survey vehicle 100 Water electrolysis device 110 Anode 111 Groove 210 Anode-side stack 214 Current collector 300 Water electrolysis cell 316 Current collector 316b Second member 316bg Groove 400, 500 Water electrolysis device

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Abstract

地中を加熱して、前記地中に含まれる水分を含む氷で形成される氷壁を形成する氷壁形成部と、前記氷壁に囲まれる領域の内部における第１気体を回収し、回収した前記第１気体から水を採取する水採取部と、を備える水採取装置。

Description

水採取装置、水採取方法及び水電解装置
　本開示は、水採取装置、水採取方法及び水電解装置に関する。
　特許文献１には、砂地に気体を吹込みながら、砂地を流動化した状態で、砂地に埋もれている資源を採掘する資源採掘方法が開示されている。特許文献１には、砂地に埋もれている氷塊を溶解し、生成した水をさらに気化する程度に熱い気体を氷塊に吹き込むことによって、水蒸気を発生させることが開示されている。
特開２０１９－１４８１５５号公報
　月面において資源を回収する場合に、できるだけエネルギーを使わずに、効率よく回収することが求められている。また、月面において資源を回収する場合に、月面への輸送コストを削減するために、設備の小型化が求められている。
　本開示は、地中、特に月面における地中、から効率よく水を採取する技術を提供する。また、本開示は、地中から採取した水を処理する技術を提供する。
　本開示は、地中を加熱して、前記地中に含まれる水分を含む氷で形成される氷壁を形成する氷壁形成部と、前記氷壁に囲まれる領域の内部における第１気体を回収し、回収した前記第１気体から水を採取する水採取部と、を備える水採取装置を提供する。
　本開示の水採取装置及び水採取方法によれば、地中、特に月面における地中、から効率よく水を採取できる。また、本開示の水電解装置によれば、水採取装置及び水採取方法により地中から採取した水を処理できる。
図１は、第１実施形態に係る水採取装置の概略構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る水採取装置の水蒸気生成部について説明する図である。 図３は、第１実施形態に係る水採取装置の水蒸気回収部について説明する図である。 図４は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法について説明する図である。 図５は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法について説明する図である。 図６は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法について説明する図である。 図７は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法について説明する図である。 図８は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法について説明する図である。 図９は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法について説明する図である。 図１０は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法について説明する図である。 図１１は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法について説明する図である。 図１２は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法について説明する図である。 図１３は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法における氷壁の形成について説明する図である。 図１４は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法における氷壁の形成について説明する図である。 図１５は、第１実施形態に係る水採取装置を用いる水採取方法における氷壁の形成について説明する図である。 図１６は、第２実施形態に係る水採取装置の概略構成を示す図である。 図１７は、第２実施形態に係る水採取装置の動作について説明する図である。 図１８は、第２実施形態に係る水採取装置の動作について説明する図である。 図１９は、第２実施形態に係る水採取装置の動作について説明する図である。 図２０は、第３実施形態に係る水採取装置の概略構成を示す図である。 図２１は、第４実施形態に係る水採取装置の動作について説明する図である。 図２２は、第４実施形態に係る水採取装置の動作について説明する図である。 図２３は、第４実施形態に係る水採取装置の動作について説明する図である。 図２４は、第４実施形態に係る水採取装置の動作について説明する図である。 図２５は、第５実施形態に係る水採取装置における氷壁の形成について説明する図である。 図２６は、第６実施形態に係る水採取装置の概要について説明する図である。 図２７は、第６実施形態に係る水採取装置の変形例の概要について説明する図である。 図２８は、第６実施形態に係る水採取装置の変形例の概要について説明する図である。 図２９は、第６実施形態に係る水採取装置の変形例の概要について説明する図である。 図３０は、第６実施形態に係る水採取装置の変形例の概要について説明する図である。 図３１は、第６実施形態に係る水採取装置の変形例の概要について説明する図である。 図３２は、第６実施形態に係る水採取装置の変形例の概要について説明する図である。 図３３は、第７実施形態に係る水採取装置の概要について説明する図である。 図３４は、第７実施形態に係る水採取装置の概要について説明する図である。 図３５は、本実施形態に係る水採取装置が月面において採取可能な水の量について説明する図である。 図３６は、本実施形態に係る水採取装置が月面において採取可能な水の量について説明する図である。 図３７は、本実施形態に係る水採取装置による氷壁の挙動について説明する図である。 図３８は、本実施形態に係る水採取装置による氷壁の挙動について説明する図である。 図３９は、第１実施形態に係る水電解装置の斜視図である。 図４０は、第１実施形態に係る水電解装置の分解斜視図である。 図４１は、第１実施形態に係る水電解装置の動作について説明する図である。 図４２は、第１実施形態に係る水電解装置の動作について説明する図である。 図４３は、第２実施形態に係る水電解装置の分解斜視図である。 図４４は、第２実施形態に係る水電解装置の分解斜視図である。 図４５は、第２実施形態に係る水電解装置の陽極集電体の斜視図である。 図４６は、第２実施形態に係る水電解装置の陽極集電体の側面図である。 図４７は、第３実施形態に係る水電解装置の分解斜視図である。 図４８は、第３実施形態に係る水電解装置の陽極集電体の正面図である。 図４９は、第４実施形態に係る水電解装置の概略構成を示す図である。 図５０は、第５実施形態に係る水電解装置の概略構成を示す図である。 図５１は、本実施形態に係る水電解装置の挙動について説明する図である。 図５２は、比較例の水電解装置の挙動について説明する図である。
　以下、実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。
　≪水採取装置≫
　本開示は、地中、特に月面における土中に存在する水を省エネルギーでかつ広範囲に効率よく採取できる水採取装置を提供することを目的とする。月面は、レゴリスと呼ばれる砂礫に覆われている。月面おける地中には、氷が含まれる。すなわち、月面に堆積するレゴリスの隙間には、氷が含まれる。月面における土中は－１５０℃未満の極低温である。水採取装置により、月面における地中の氷を採取するためには、月面における土中に含まれる氷を加熱して溶かす必要がある。
　月面において、氷を加熱して溶かす場合に、少ない加熱エネルギーで効率よく加熱することが求められる。しかしながら、月面は真空であり、レゴリス中の隙間も真空であるため、ヒータ等を使用して加熱しても固体内の熱伝導のみでは広範なレゴリスを加熱できない。また、月面の真空中で氷を加熱していくと－７０℃付近で氷から水蒸気へ昇華する。氷が水蒸気に昇華すると、水蒸気は真空中に拡散して、消失する。氷を加熱して、昇華した水蒸気を回収するためには、水蒸気が拡散しないよう密閉空間にて氷を昇華させ水蒸気を回収する必要がある。
　本実施形態に係る水採取装置は、気体を用いて広範囲に熱を伝搬させる。また、本実施形態に係る水採取装置は、供給した水蒸気又はレゴリス中に存在する氷を気化させた水蒸気が凍結することにより月面において氷の壁を形成し、氷の壁に囲まれることにより形成した密閉空間で水蒸気を回収することにより、効率よく水を採取できる。
　＜第１実施形態＞
　［構成］
　第１実施形態に係る水採取装置１について説明する。図１は、第１実施形態に係る水採取装置１の概略構成を示す図である。図２は、第１実施形態に係る水採取装置１の水蒸気生成部１０について説明する図である。図３は、第１実施形態に係る水採取装置１の水蒸気回収部２０について説明する図である。
　水採取装置１は、例えば、月面のレゴリスに含まれる水分（氷）を採取する。水採取装置１は、水蒸気生成部１０と、水蒸気回収部２０と、を備える。
　（水蒸気生成部１０）
　水蒸気生成部１０は、水蒸気を発生させる。また、水蒸気生成部１０は、発生した水蒸気を、水蒸気供給管１１を介して、月面土中に、いいかえると、月面における地面ＧＬのレゴリスＲＧＬ中に、供給する。水蒸気供給管１１は、月面土中に、いいかえると、月面における地面ＧＬのレゴリスＲＧＬ中に、差し込まれる。水蒸気生成部１０は、水蒸気供給管１１の水蒸気生成部１０と反対側の端部（先端）における水蒸気供給口１１ｈから、水蒸気をレゴリスＲＧＬ中に供給する。
　レゴリスＲＧＬ中に水蒸気が供給されることにより、後述するように、氷壁ＩＷが水蒸気供給口１１ｈを囲んで形成される。すなわち、水蒸気生成部１０は、地中（レゴリスＲＧＬ中）を加熱して、地中（レゴリスＲＧＬ中）に含まれる水分を含む氷で形成される氷壁ＩＷを形成する。
　水蒸気生成部１０は、水供給タンク１０ａを備える。水供給タンク１０ａは、水Ｗ１を貯蔵する。水蒸気生成部１０は、水供給タンク１０ａに貯蔵された水Ｗ１を蒸発させることにより、水蒸気を発生させる。例えば、水蒸気生成部１０は、水供給タンク１０ａの内部を温度０℃以上の飽和蒸気圧にして水蒸気を発生させる。水蒸気生成部１０は、水蒸気供給管１１を経由して水蒸気供給口１１ｈからレゴリスＲＧＬ中に飽和水蒸気を供給する。
　（水蒸気回収部２０）
　水蒸気回収部２０は、水蒸気回収管２１を介して、月面土中に、いいかえると、月面における地面ＧＬのレゴリスＲＧＬ中から、水蒸気を回収する。また、水蒸気回収部２０は、回収した水蒸気を水にして回収する。水蒸気回収管２１は、月面土中に、いいかえると、月面における地面ＧＬのレゴリスＲＧＬ中に、差し込まれる。水蒸気回収部２０は、水蒸気回収管２１の水蒸気回収部２０と反対側の端部（先端）における水蒸気回収口２１ｈから、レゴリスＲＧＬ中から水蒸気を回収する。
　水蒸気回収部２０は、水回収タンク２０ａを備える。水回収タンク２０ａは、水蒸気を凝縮させて、凝縮させた水ＷＣＤ１を貯蔵する。水蒸気回収部２０は、水回収タンク２０ａに回収された水蒸気を凝縮させることにより、水を発生させる。例えば、水蒸気回収部２０は、水回収タンク２０ａの内部を温度５℃未満にして水蒸気を回収する。
　水蒸気回収管２１の水蒸気回収口２１ｈは、氷壁ＩＷにより囲まれている。したがって、水蒸気回収部２０は、氷壁ＩＷに囲まれる領域における水蒸気を回収し、回収した水蒸気から水を採取する。
　なお、氷壁ＩＷの密閉空間の内部には、水蒸気回収部２０により湿った気体が回収されることにより、乾燥したレゴリスＤＲＧＬが堆積する。
　［水採取方法］
　本実施形態に係る水採取装置１を用いた水採取方法について説明する。図４から図１２のそれぞれは、第１実施形態に係る水採取装置１を用いる水採取方法について説明する図である。図４から図１２を用いて、本実施形態に係る水採取方法の工程について説明する。
　最初に、月面における地面ＧＬからレゴリスＲＧＬ中に垂直にドリルＤＲＬで穴を開ける。レゴリスＲＧＬにドリルＤＲＬで穴を開けることにより、空間ＳＰ０が形成される（図４）。ドリルＤＲＬの径は、後述する水蒸気供給回収管３１がドリルＤＲＬで形成した穴（空間ＳＰ０）に挿入できるように、水蒸気供給回収管３１の径より若干大きくなっている。ただし、ドリルＤＲＬの径は、水蒸気供給回収管３１と穴（空間ＳＰ０）との隙間から水蒸気が多量に漏れない程度の隙間になるようにする。
　次に、レゴリスＲＧＬ中にドリルＤＲＬで開けた穴（空間ＳＰ０）に、水蒸気供給回収管３１を挿入する（図５）。いいかえると、空間ＳＰ０に水蒸気供給回収管３１を差し込む。空間ＳＰ０における水蒸気供給回収管３１の先端から先の水蒸気供給回収管３１に占められていない空間を空間ＳＰ１という。
　なお、水蒸気供給回収管３１は、前述の水蒸気供給管１１及び水蒸気回収管２１を一体化した管である。いいかえると、水蒸気供給回収管３１は、水蒸気供給管１１及び水蒸気回収管２１を一体構造とした管である。水蒸気供給回収管３１は、例えば、水蒸気供給回収管３１を半分に分け、一方が水蒸気生成部１０に接続し、他方が水蒸気回収部２０に接続する。図５等においては、点線で水蒸気供給回収管３１の分かれている部分を示す。図５等においては、点線の左側は水蒸気生成部１０に接続し、点線の右側は水蒸気回収部２０に接続する。
　図５における領域ＲＡを拡大した図を図６に示す。なお、図８、図９、図１０及び図１２も同様に、図７及び図１１のいずれかにおける領域ＲＡを拡大した図である。
　図６のレゴリスＲＧＬの部分は、月面におけるレゴリスＲＧＬの状態を示す。レゴリスＲＧＬは、複数の細粒物ＲＧＰが堆積している。そして、レゴリスＲＧＬは、細粒物ＲＧＰの間に空隙ＥＭＰを有する多孔質体である。複数の細粒物ＲＧＰの間の空隙ＥＭＰは、真空である。レゴリスＲＧＬの空隙率は、例えば、３０から６０体積％である。また、複数の細粒物ＲＧＰの間の空隙ＥＭＰの一部には、氷ＩＣＥが含まれる。なお、レゴリスＲＧＬにおける温度は極低温であって、略－２７３℃である。
　次に、水蒸気生成部１０は、水蒸気供給回収管３１を介して空間ＳＰ１に水蒸気を供給する（図７）。水蒸気生成部１０は、例えば、温度２０℃、圧力２３４０パスカルの飽和水蒸気を空間ＳＰ１に供給する。上述のように、レゴリスＲＧＬは、空隙率が３０から６０体積％程度の多孔質体であることから、水蒸気供給回収管３１から供給された水蒸気ＶＰ１は、細粒物ＲＧＰ間の空隙ＥＭＰを流動しつつ、拡散する（図８）。
　一方、レゴリスＲＧＬは、温度が－２００℃以下と極めて低温になっている。したがって、水蒸気供給回収管３１から供給された水蒸気ＶＰ１は、レゴリスＲＧＬに入ってから極めて近い距離で凝固、氷結して、氷層ＩＣＬを形成する（図９）。より詳しく説明すると、レゴリスＲＧＬの空間ＳＰ１側における表面で水蒸気ＶＰ１が凝縮する。そして、レゴリスＲＧＬにおける温度は０℃以下のため、水蒸気ＶＰ１は凝固、氷結する。多孔質体であるレゴリスＲＧＬの空隙ＥＭＰは、凝固、氷結した氷により埋められて、ドリルで形成した穴の空間ＳＰ１とレゴリスＲＧＬの内部とを隔てる氷層ＩＣＬが形成される。
　なお、氷層ＩＣＬは、水蒸気生成部１０から供給された水蒸気と、レゴリスＲＧＬ中に含まれる水分（氷ＩＣＥ）と、により形成される。すなわち、氷層ＩＣＬにより形成される氷壁ＩＷには、レゴリスＲＧＬ中に含まれる水分が含まれることになる。
　さらに、氷層ＩＣＬの空間ＳＰ１側の表面に水蒸気ＶＰ１が供給されると、氷層ＩＣＬの空間ＳＰ１側の表面が加熱される。氷層ＩＣＬの空間ＳＰ１側の表面が加熱されると、氷層ＩＣＬの一部が溶融する。氷層ＩＣＬの空間ＳＰ１側の一部が溶融すると水分ＷＴＲが生成する（図１０）。また、氷層ＩＣＬの空間ＳＰ１と反対側は、低温、低圧のレゴリスＲＧＬの内側に向かって成長する。氷層ＩＣＬの空間ＳＰ１と反対側が、低温、低圧のレゴリスＲＧＬの内側に向かって成長する際に、レゴリスＲＧＬの内部の氷ＩＣＥを巻き込む。
　氷層ＩＣＬは、空間ＳＰ１を囲むように形成される。なお、氷層ＩＣＬにおいて、氷層ＩＣＬが空間ＳＰ１を完全に囲っておらず一部に穴があったとしても、水蒸気ＶＰ１が選択的に穴の部分に流動する。水蒸気ＶＰ１が選択的に穴の部分に流動すると、水蒸気ＶＰ１が氷結して穴をふさぐ。氷層ＩＣＬが空間ＳＰ１を囲むように形成されることにより、氷層ＩＣＬの内側の空間ＳＰ１が、レゴリスＲＧＬから隔離され、密閉空間となる。
　氷層ＩＣＬの厚さが、５ミリメートル以上であれば、氷層ＩＣＬの内部を温度５℃程度の水蒸気圧（例えば、圧力９００パスカル）として、真空状態である月の地面ＧＬの土中（レゴリスＲＧＬ）から隔離できる。氷壁（氷層ＩＣＬ）が完成されたか否かは水蒸気供給口の圧力を測定することで検知できる。
　水蒸気生成部１０で発生させる水蒸気温度の上限温度を５℃、飽和蒸気圧の上限を９００パスカルとして、水蒸気生成部１０は、水蒸気供給回収管３１から水蒸気を注入する。水蒸気供給口における圧力が９００パスカルに到達した時点で、水蒸気生成部１０は、水蒸気の供給を停止する。そして、水採取装置１は、水蒸気供給管１１に設けられる弁を閉じる。
　次に、水蒸気回収管２１に設けられる弁を開けて、水蒸気回収口２１ｈから、氷壁（氷層ＩＣＬ）氷壁に囲まれた密閉空間にある水蒸気ＶＰ２を水蒸気回収部２０に回収する（図１１）。例えば、水回収タンク２０ａの内部を温度５℃より低い温度に冷却する。水回収タンク２０ａを冷却することにより、月面土中の氷層ＩＣＬにより形成された密閉空間の飽和水蒸気が水蒸気回収部２０に流れ込む（図１２）。例えば、氷層ＩＣＬの空間ＳＰ１側の表面に析出した水分ＷＴＲが、水蒸気ＶＰ２として回収される。回収できる水蒸気量は、月面に供給した水蒸気量に加えて、月面土中に含まれる水の量の回収が可能である。水蒸気ＶＰ２が第１気体の一例である。
　例えば、温度－５０℃の飽和水蒸気圧は５パスカル程度である。水回収タンク２０ａの内部を温度－５０℃とすることで、月面土中の圧力９００パスカルの水蒸気は水蒸気回収装置に流れこみ回収できる。
　［氷壁の形成］
　氷壁ＩＷの形成について説明する。図１３から図１５のそれぞれは、第１実施形態に係る水採取装置１を用いる水採取方法における氷壁ＩＷの形成について説明する図である。
　レゴリスＲＧＬの地上から深さ１メートルぐらいまで、水蒸気供給管４１を挿入する。水蒸気供給管４１の水蒸気吸気口から、高温水蒸気ＲＨＡを注入する（図１３）。水蒸気供給管４１の水蒸気吸気口近傍の氷は昇華して、高温水蒸気ＲＨＡとともに低圧（真空）である外側に向かって水蒸気は移動する。すなわち、高温水蒸気ＲＨＡは、水蒸気供給管４１の水蒸気吸気口を中心とする球の外側に向かって流動する。
　水蒸気供給管４１から外側に向かって移動した水蒸気は、冷却されて凝固、氷結する。すなわち、氷壁ＩＷが形成される。形成される氷壁は水蒸気供給管４１の水蒸気吸気口を中心とした球殻状になる。なお、氷壁ＩＷが完全な球殻状ではなく、穴ＩＷｈがある場合でも、高温水蒸気ＲＨＡが選択的に穴ＩＷＨの部分を流動し、氷結して穴ＩＷｈを塞ぐ（図１４）。高温水蒸気ＲＨＡを供給し続けることによって氷壁ＩＷを厚く成長させる。なお、例えば、氷壁ＩＷを形成する初期に氷壁ＩＷを形成する水分が足りない場合、加熱管からより多くの水蒸気を供給するようにする。そして、レゴリスＲＧＬ中に、球殻状の氷壁ＩＷが形成される（図１５）。
　なお、氷壁ＩＷを形成する際に、水蒸気ではなく、乾燥した高温気体、例えば、高温の窒素ガス、を供給して形成してもよい。すなわち、高温気体を供給することにより、レゴリスＲＧＬ内の氷を溶かしながら、溶かした氷の水分を用いて、氷壁ＩＷを形成してもよい。なお、特に、氷壁ＩＷを形成する初期に氷壁ＩＷを形成する水分が足りない場合、水蒸気を供給してもよい。
　なお、水蒸気生成部１０が氷壁形成部の一例、水蒸気回収部２０が水採取部の一例、である。
　＜第２実施形態＞
　第１実施形態に係る水採取装置１は、水蒸気生成部１０からレゴリスＲＧＬに水蒸気を供給し、レゴリスＲＧＬ内の既存の水を一緒に回収する。第２実施形態に係る水採取装置２は、レゴリスＲＧＬに形成された密閉空間の内部を十分加熱して、水をより効率的に加熱し回収する。第２実施形態に係る水採取装置２は、レゴリスＲＧＬ内の密閉空間に高温気体を送り込みレゴリスＲＧＬ内の密閉空間の水を回収する。
　水採取装置２は、例えば、月面のレゴリスに含まれる水分（氷）を採取する。図１６は、第２実施形態に係る水採取装置２の概略構成を示す図である。
　水採取装置２は、気体供給回収部５０を備える。気体供給回収部５０は、高温で乾燥した気体、例えば、窒素ガス、を、気体供給管５１の気体供給口５１ｈを介して、地面ＧＬ下のレゴリスＲＧＬ内に形成された、氷壁ＩＷにより形成された密閉空間に供給する。また、気体供給回収部５０は、レゴリスＲＧＬ内に形成された、氷壁ＩＷにより形成された密閉空間から低温で湿った気体、例えば、窒素ガスを、気体回収管５２の気体回収口５２ｈを介して回収する。なお、気体供給回収部５０が供給する高温で乾燥したガスが第２気体の一例である。
　水採取装置２は、レゴリスＲＧＬ内に氷壁ＩＷができたら、気体供給回収部５０から高温で乾燥した気体を供給して、氷壁ＩＷの内側を加熱する。そして、水採取装置２は、氷壁ＩＷが加熱されることにより発生した水蒸気を含む低温で湿度の高い気体を気体供給回収部５０で回収する。気体供給回収部５０は、回収した水蒸気を含む低温で湿度の高い気体から水を採取する。上述のように、水採取装置２は、高温乾燥気体の供給と、低温高湿気体の回収と、を交互に繰り返す。
　密閉空間の内部には、気体供給回収部５０により湿った気体が回収されることにより、乾燥したレゴリスＤＲＧＬが堆積する。
　水採取装置２が、気体供給回収部５０から高温の気体を供給すると、氷壁ＩＷの内側の表面が溶解すると同時に蒸気対流で氷壁ＩＷが加熱される。氷壁ＩＷが加熱されると、氷壁ＩＷの外側のレゴリスＲＧＬに含まれる水分（氷）を溶かしながら、氷壁ＩＷは気体供給管５１に対して離れる方向に広がる。図１７から図１９に示すように、第２実施形態に係る水採取装置２が高温乾燥気体の供給と、低温高湿気体の回収と、を交互に繰り返すと、氷壁ＩＷは大きくなっていく。
　水採取装置２において、氷壁ＩＷを大きくしていくことにより、レゴリスＲＧＬに含まれる水（氷）を氷壁に巻き込んでいく。そして、氷壁ＩＷの内側を融かしながら水分を回収することにより、レゴリスＲＧＬに含まれていた水分を回収できる。
　気体供給回収部５０は、氷壁ＩＷに囲まれる領域の内部における気体を回収して、回収した気体から水を採取する。気体供給回収部５０は水採取部の一例である。
　なお、レゴリスＲＧＬ内に十分水分が含まれている場合は、気体供給回収部５０から気体供給管５１を介して高温で乾燥した気体を供給することによって、レゴリスＲＧＬ内の氷を気化させて、再氷結することにより氷壁ＩＷを形成してもよい。その場合は、気体供給回収部５０が氷壁形成部及び水採取部の一例である。
　＜第３実施形態＞
　第３実施形態に係る水採取装置３は、氷壁ＩＷの形成と、月面に存在する水（氷）の回収と、を行う。図２０は、第３実施形態に係る水採取装置３の概略構成を示す図である。
　水採取装置３は、加熱部６１と、冷却部６２と、水蒸気供給部６３と、水貯蔵部６４と、ガス供給部６５と、を備える。
　加熱部６１は熱交換器６１ｈｘを備える。また、冷却部６２は熱交換器６２ｈｘを備える。熱交換器６１ｈｘを構成する配管の一方の端部と、熱交換器６２ｈｘを構成する配管の一方の端部は、圧縮機６６に接続される。熱交換器６１ｈｘを構成する配管の他方の端部と、熱交換器６２ｈｘを構成する配管の他方の端部は、膨張弁６８に接続される。圧縮機６６が動作すると、熱交換器６１ｈｘは、凝縮器として作用する。また、圧縮機６６が動作すると、熱交換器６２ｈｘは、蒸発器として作用する。
　加熱部６１と、冷却部６２とは、送風機６７により接続されている。送風機６７は、冷却部６２が有する熱交換器６２ｈｘで冷却された気体を加熱部６１が有する熱交換器６１ｈｘに送風する。熱交換器６１ｈｘに送風された気体は、気体供給管６１ｐを介してレゴリスＲＧＬに供給される。また、レゴリスＲＧＬからの気体が、気体回収管６２ｐを介して冷却部６２に回収される。
　熱交換器６１ｈｘは、凝縮器として作用する。したがって、熱交換器６１ｈｘに送風された気体は加熱される。加熱部６１で加熱された空気は、レゴリスＲＧＬに供給される。レゴリスＲＧＬに供給された気体は、回収され冷却部６２で冷却される。また、熱交換器６２ｈｘは、蒸発器として作用する。したがって、熱交換器６２ｈｘに送風された気体は冷却される。冷却部６２で気体が冷却されると、気体の内部に含まれる水分が凝縮して、水分が取り除かれる。すなわち、冷却部６２は、氷壁ＩＷに囲まれる領域における水蒸気を回収し、回収した水蒸気から水を採取する。水分が取り除かれることにより、乾いた空気が加熱部６１に供給される。
　水蒸気供給部６３は、レゴリスＲＧＬに水蒸気を供給する。水蒸気供給部６３により供給された水蒸気により、氷壁ＩＷが形成される。すなわち、水蒸気供給部６３は、地中（レゴリスＲＧＬ中）を加熱して、地中（レゴリスＲＧＬ中）に含まれる水分を含む氷で形成される氷壁ＩＷを形成する。
　水貯蔵部６４は、回収された気体から析出した水を貯蔵する。
　ガス供給部６５は、送風機６７により送風する気体を供給する。気体は、例えば、窒素ガスである。
　なお、水蒸気供給部６３が氷壁形成部の一例、冷却部６２が水採取部の一例、である。また、レゴリスＲＧＬ内に十分水分が含まれている場合は、加熱部６１から気体供給管６１ｐを介して高温で乾燥した気体を供給することによって、レゴリスＲＧＬ内の氷を気化させて、再氷結することにより氷壁ＩＷを形成してもよい。その場合は、加熱部６１は、氷壁形成部の一例である。さらに、加熱部６１と水蒸気供給部６３とを組み合わせて、氷壁を形成してもよい。
　＜第４実施形態＞
　第４実施形態に係る水採取装置４は、氷壁ＩＷの形成と、月面に存在する水（氷）の回収と、を行う。図２１から図２４に基づいて、第４実施形態に係る水採取装置４の動作を説明しながら、水採取装置４の構成について説明する。なお、図２１から図２４において、白抜きの矢印は熱の流れを、矢印付き線は気体の流れを、示す。
　水採取装置４は、加熱部７１と、冷却部７２と、水供給部７３と、水貯蔵部７４と、ガス供給部７５と、を備える。
　加熱部７１は熱交換器７１ｈｘを備える。また、冷却部７２は熱交換器７２ｈｘを備える。熱交換器７１ｈｘを構成する配管の一方の端部と、熱交換器７２ｈｘを構成する配管の一方の端部は、圧縮機７６に接続される。熱交換器７１ｈｘを構成する配管の他方の端部と、熱交換器７２ｈｘを構成する配管の他方の端部は、膨張弁７８に接続される。
　圧縮機７６は、熱交換器７１ｈｘに圧縮した冷媒を供給する第１モードと、熱交換器７２ｈｘに圧縮した冷媒を供給する第２モードと、二つの動作モードで動作する。圧縮機７６が第１モードで動作すると、熱交換器７１ｈｘは、凝縮器として作用する。また、圧縮機７６が第１モードで動作すると、熱交換器７２ｈｘは、蒸発器として作用する。そして、圧縮機７６が第２モードで動作すると、熱交換器７１ｈｘは、蒸発器として作用する。また、圧縮機７６が第２モードで動作すると、熱交換器７２ｈｘは、凝縮器として作用する。
　（レゴリスＲＧＬへの水蒸気の供給）
　最初に、水採取装置４は、レゴリスＲＧＬに水蒸気を供給して氷壁ＩＷを形成する（図２１）。
　水供給部７３は、加熱部７１に水を供給する。圧縮機７６が第１モードで動作しているときに、熱交換器７１ｈｘは凝縮器として機能する。凝縮器として機能する熱交換器７１ｈｘに水供給部７３から水が供給されることにより、熱交換器７１ｈｘにおいて、水が気化して水蒸気が発生する。熱交換器７１ｈｘにおいて発生した水蒸気は、レゴリスＲＧＬに供給される。
　加熱部７１からレゴリスＲＧＬに供給された高温の水蒸気は、レゴリスＲＧＬにおいて凝縮、凝固して氷壁ＩＷを形成する。すなわち、加熱部７１は、地中（レゴリスＲＧＬ中）を加熱して、地中（レゴリスＲＧＬ中）に含まれる水分を含む氷で形成される氷壁ＩＷを形成する。なお、ＲＨＡは、高温の気体が供給されている領域を示す。また、氷壁ＩＷが形成された状態で、加熱部７１から高温の水蒸気が供給されることにより、氷壁ＩＷの内側が加熱される。氷壁ＩＷの内側で水蒸気が凝縮、凝固するため、効率よく氷壁ＩＷを加熱できる。また、氷壁ＩＷは、外側及び内側の両側に成長する。
　図２１において、熱媒体は水蒸気を用いる。熱媒体とレゴリスＲＧＬ及び氷壁ＩＷとの間の伝熱は、凝縮、凝固潜熱により行われる。熱媒体である水蒸気は、加熱部７１内部とレゴリスＲＧＬ及び氷壁ＩＷとの間の飽和蒸気圧力差により、加熱部７１からレゴリスＲＧＬ及び氷壁ＩＷに供給される。
　加熱部７１からレゴリスＲＧＬへ水蒸気を供給することにより、氷壁ＩＷの球殻を形成するとともに、氷壁ＩＷの球殻を大きくできる。また、加熱部７１からレゴリスＲＧＬへ水蒸気を供給することにより、氷壁ＩＷの厚さを厚くすることができる。さらに、加熱部７１からレゴリスＲＧＬへ水蒸気を供給することにより、氷壁ＩＷの球殻に穴があったとしても、選択的に穴に水蒸気が供給され、穴を塞ぐことができる。
　なお、レゴリスＲＧＬ内に十分水分が含まれている場合は、加熱部７１から気体供給管７１ｐを介して高温で乾燥した気体を供給することによって、レゴリスＲＧＬ内の氷を気化させて、再氷結することにより氷壁ＩＷを形成してもよい。
　（レゴリスＲＧＬへの高温気体の供給）
　次に、水採取装置４は、レゴリスＲＧＬ及び氷壁ＩＷに高温気体を供給して、氷壁ＩＷを拡大させる（図２２）。
　ガス供給部７５は、加熱部７１に気体を供給する。ガス供給部７５から供給される気体は、例えば、窒素ガスである。ガス供給部７５から供給される気体は、非凝縮性であって不活性な気体であれば種類は限定されない。圧縮機７６は、第１モードで動作する。すなわち、熱交換器７１ｈｘは凝縮器として機能する。また、加熱部７１は、レゴリスＲＧＬから送風機７７ａを介して、気体を回収する。加熱部７１から供給された気体は、回収されて再度加熱されて供給するように循環する。
　加熱部７１から高温の気体を氷壁ＩＷの内部に供給する。氷壁ＩＷの内部に高温の気体を供給することにより、氷壁ＩＷの内側を加熱する。氷壁ＩＷの内側に水の凝縮、凝固がないため、氷壁ＩＷを氷壁ＩＷの外側方向にのみ成長させることができる。なお、気体と氷壁ＩＷとの間の伝熱は対流熱伝達であるため、氷壁ＩＷを加熱するためには時間を要する。
　図２２において、熱媒体は高温の気体、例えば、窒素ガスを用いる。熱媒体とレゴリスＲＧＬ及び氷壁ＩＷとの間の伝熱は、対流熱伝達により行われる。熱媒体である高温気体は、送風機７７ａにより、加熱部７１からレゴリスＲＧＬ及び氷壁ＩＷに供給される。
　加熱部７１からレゴリスＲＧＬへ高温気体を供給することにより、氷壁ＩＷの球殻を大きくできる。また、加熱部７１からレゴリスＲＧＬへ高温気体を供給することにより、氷壁ＩＷの厚さを厚くすることができる。さらに、加熱部７１からレゴリスＲＧＬへ高温気体を供給することにより、氷壁ＩＷの球殻に穴があったとしても、選択的に穴に水蒸気が供給され、穴を塞ぐことができる。
　（氷壁ＩＷからの水を採取）
　次に、水採取装置４は、氷壁ＩＷの内部に高温の乾燥した気体を供給して、氷壁ＩＷから水分を採取する（図２３）。
　ガス供給部７５は、加熱部７１に気体を供給する。ガス供給部７５から供給される気体は、例えば、窒素ガスである。ガス供給部７５から供給される気体は、非凝縮性であって不活性な気体であれば種類は限定されない。圧縮機７６は、第１モードで動作する。すなわち、熱交換器７１ｈｘは凝縮器とし、熱交換器７２ｈｘは蒸発器として機能する。また、送風機７７ｂは、加熱部７１からレゴリスＲＧＬへ高温の乾燥気体を供給し、レゴリスＲＧＬから水蒸気を含む気体を冷却部７２に回収する。加熱部７１から供給された気体は、冷却部７２で回収されて冷却と除湿されて、再度、加熱部７１で加熱されてレゴリスＲＧＬに供給するように循環する。
　加熱部７１から高温で乾いた気体、例えば、窒素ガス、を氷壁ＩＷの内部に供給することにより、氷壁ＩＷの内側を加熱する。氷壁ＩＷの内側を加熱することにより、氷壁ＩＷの内側の氷を昇華させる。氷壁ＩＷの内側の氷を昇華させた気体には、水分（水蒸気）が含まれる。水蒸気を含んだ気体は、冷却部７２で冷却される。冷却部７２に回収された水蒸気を含んだ気体は、冷却され、気体中の水蒸気が凝縮、凝固される。熱交換器７２ｈｘには、氷ＩＣＥ２が付着する。すなわち、冷却部７２は、氷壁ＩＷに囲まれる領域における水蒸気を回収し、回収した水蒸気から水を採取する。
　図２３において、熱媒体は高温の気体、例えば、窒素ガスを用いる。熱媒体と氷壁ＩＷとの間の伝熱は、高温の乾燥した気体が循環することにより対流熱伝達により行われる。熱媒体である高温気体は、送風機７７ｂにより、加熱部７１から氷壁ＩＷに供給される。
　加熱部７１からレゴリスＲＧＬへ高温気体を供給することにより、氷壁ＩＷの内側の氷に由来する水分を回収する。回収した水分は、冷却部７２により氷結される。
　（氷結した水分を水に溶解）
　次に、水採取装置４は、冷却部７２が有する熱交換器７２ｈｘに氷結して付着した着氷を融かして水にする（図２４）。
　冷却部７２が有する熱交換器７２ｈｘに着氷が増加し、着氷の効率が低下した時点で、圧縮機７６の回転を逆転させる。すなわち、圧縮機７６を第２モードで動作させる。圧縮機７６を第２モードで動作させると、熱交換器７２ｈｘは、凝縮器として作用する。熱交換器７２ｈｘが凝縮器として作用することにより、熱交換器７２ｈｘに付着した着氷（氷ＩＣＥ２）が加熱されて溶解する。着氷が溶解してできた水は、水貯蔵部７４に貯蔵する。なお、レゴリスＲＧＬ内に繋がる加熱部７１及び冷却部７２のそれぞれの配管に設けられる弁は閉じて、水蒸気がレゴリス内に戻らないようにする。
　水採取装置４は、圧縮機７６の回転方向を入れ替えること、すなわち、圧縮機７６の運転モードを交互に切り替えることにより、連続して水採取ができる。
　なお、加熱部７１及び水供給部７３が氷壁形成部の一例、冷却部７２が水採取部の一例、である。また、加熱部７１から気体供給管７１ｐを介して高温で乾燥した気体を供給して氷壁ＩＷを形成する場合は、加熱部７１が氷壁形成部の一例である。
　＜第５実施形態＞
　第５実施形態に係る水採取装置として、レゴリスＲＧＬの内部に最初に氷壁ＩＷを形成する氷壁ＩＷの形成方法について説明する。図２５は、氷壁ＩＷの形成方法について説明する図である。
　最初に、ドリルＤＲＬを用いて、レゴリスＲＧＬに穴を掘る（図２５（ａ））。そして、穴が崩れないように、掘った穴にスリーブＳＬＶを挿入する（図２５（ｂ））。そして、スリーブＳＬＶの一番深いところにヒータＨＴＲを挿入する（図２５（ｃ））。スリーブＳＬＶの一番深いところまでヒータＨＴＲを挿入することにより、ヒータＨＴＲがレゴリスＲＧＬに接触する。なお、図２５（ｃ）において、丸印は、レゴリスＲＧＬの内部に予め存在する氷粒を示す。
　次に、ヒータＨＴＲに電力を供給してヒータＨＴＲを加熱する（図２５（ｄ））。ヒータＨＴＲを加熱すると、ヒータＨＴＲに接触するレゴリスＲＧＬ内の氷が溶融、昇華する。そして、ヒータＨＴＲ近傍から昇華した水蒸気はわずかに離れた位置、例えば、１０ミリメートル程度離れた位置、で再凝縮する（図２５（ｅ））。水蒸気が再凝縮すると、ヒータＨＴＲを囲んで氷壁ＩＷが形成される。そして、ヒータＨＴＲへの電力の供給を停止して、ヒータＨＴＲをスリーブＳＬＶから引き抜くと、内部に水分を含まない氷壁ＩＷが形成される。
　なお、氷壁ＩＷの形成方法としては、第１実施形態に係る水採取装置において説明したように、水蒸気を用いる方法と、乾燥した加熱気体を用いる方法と、第５実施形態に係る水採取装置において説明したように、ヒータＨＴＲを用いる方法を組み合わせてもよい。
　例えば、最初に、ヒータＨＴＲを用いてレゴリスＲＧＬを加熱して氷壁の形成を試みてもよい。ヒータＨＴＲによるレゴリスＲＧＬの加熱により、氷壁ＩＷができるか否かは、レゴリスＲＧＬ内の水の含有率に依存する。したがって、最初に、ヒータＨＴＲを用いてレゴリスＲＧＬを加熱して氷壁の形成を試みて、ヒータＨＴＲで加熱した部分に気体を充填して内圧測定して、氷壁ができたか否かを判定してもよい。
　例えば、ヒータＨＴＲで加熱した部分に気体を充填して、内圧に変化がなければ、氷壁が完成したと判断してもよい。ヒータＨＴＲで加熱した部分に気体を充填して、内圧が徐々に下がるようであれば、十分な氷壁ができておらず、氷壁に穴があると判断してもよい。
　ヒータＨＴＲにより氷壁ができていない場合は、例えば、乾燥した加熱気体を供給して、氷壁の穴を塞ぐことを試みてもよい。そして、氷壁を形成している部分に、再度気体を充填して内圧測定して、氷壁ができたか否かを判定してもよい。
　例えば、氷壁を形成している部分に気体を充填して、内圧に変化がなければ、氷壁が完成したと判断してもよい。氷壁を形成している部分に気体を充填して、内圧が徐々に下がるようであれば、十分な氷壁ができておらず、氷壁に穴があると判断してもよい。
　乾燥した加熱気体を供給しても、氷壁ができてない場合は、更に、水蒸気を供給して氷壁を形成してもよい。
　上記のように氷壁を形成することにより、レゴリスＲＧＬ内に水分が十分ある場合は、水を使わずに氷壁を形成することができる。水を使わずに氷壁を形成することによって、
水採取に使う水を削減できる。
　なお、ヒータＨＴＲが氷壁形成部の一例である。
　＜第６実施形態＞
　第６実施形態に係る水採取装置として、月面探査車に、水採取装置を搭載した例を説明する。図２６は、第６実施形態に係る水採取装置の概要について説明する図である。
　上述の本実施形態に係る水採取装置を、一人乗り自動車くらいのサイズの探査車に搭載させたローバー型の水採取装置としてもよい。
　ローバー型の水採取装置である探査車８０は、水採取装置８１と、電源バッテリＢＡＴと、水タンクＴＮＫと、を備える。探査車８０の後部には、水蒸気又は気体を供給し回収する配管ＰＩＰと、配管ＰＩＰをレゴリスに設置するための穴を掘削するドリルＤＲＬと、を備える。配管ＰＩＰは、水採取装置８１に接続される。
　探査車８０により、例えば、月面を移動しながら水の採取ができる。
　また、第６実施形態に係る水採取装置であるローバー型の水採取装置（探査車８０）の変形例であるローバー型の水採取装置（探査車１８０）について説明する。
　図２７、図２８及び図２９のそれぞれは、第６実施形態に係る水採取装置の変形例である探査車１８０の概要について説明する図である。図２７は探査車１８０の上面図、図２８は探査車１８０の側面図、図２９は探査車１８０の正面図である。なお、図２８及び図２９には、レゴリスＲＧＬに、水を採集する際に形成される氷壁ＩＷを示す。
　探査車１８０は、第１温度調節部１８１と、第２温度調節部１８２と、水供給部１８３と、水貯蔵部１８４と、ガス供給部１８５と、圧縮機１８６と、送風機１８７と、膨張弁１８８と、を備える。
　第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２のそれぞれは、気体を加熱又は冷却する。図３０は、第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２を説明する図である。
　第１温度調節部１８１は、ガス供給口１８１ａと、水供給口１８１ｗと、水排出口１８１ｄと、送風機接続口１８１ｂと、外部接続口１８１ｅと、を有する。
　ガス供給口１８１ａは、ガス供給部１８５に接続される。ガス供給口１８１ａから非凝縮性ガスが供給される。水供給口１８１ｗは、水供給部１８３に接続される。水供給口１８１ｗに水供給部１８３から氷壁ＩＷを形成するための水分が供給される。水排出口１８１ｄは、水貯蔵部１８４に接続する。水排出口１８１ｄから、後述する第１温度調節部１８１の内部に備える熱交換器１８１ｈｘで採集された水が水貯蔵部１８４に排出される。
　送風機接続口１８１ｂは、送風機１８７に接続される。外部接続口１８１ｅは、サーマルマイニングビット１９３に、柔軟性を有するチューブＴＢ１を介して接続される。
　第１温度調節部１８１は、内部に、熱交換器１８１ｈｘを備える。図３１は、第１温度調節部１８１が備える熱交換器１８１ｈｘについて説明する図である。熱交換器１８１ｈｘは、複数の配管１８１ｐが、折り返し部１８１ｒにより接続されて形成される。配管１８１ｐの内部には、冷媒が流通する。冷媒は、冷媒口１８１ｃ１及び冷媒口１８１ｃ２の一方から流入し、冷媒口１８１ｃ１及び冷媒口１８１ｃ２の他方から流出する。冷媒口１８１ｃ１及び冷媒口１８１ｃ２の一方は、圧縮機１８６に接続する。冷媒口１８１ｃ１及び冷媒口１８１ｃ２の他方は、膨張弁１８８に接続する。
　複数の配管１８１ｐの間には、気体が流通する。気体が複数の配管１８１ｐの間を流通することにより、熱交換器１８１ｈｘは、気体と冷媒との間で熱交換を行う。
　なお、上記の説明では、第１温度調節部１８１について説明したが、第２温度調節部１８２でも同様である。第１温度調節部１８１が備える熱交換器１８１ｈｘと、第２温度調節部１８２が備える熱交換器とは、圧縮機１８６及び膨張弁１８８を介して接続し、冷媒回路を構成する。
　圧縮機１８６から熱交換器１８１ｈｘに高圧の冷媒が供給されると、熱交換器１８１ｈｘは凝縮器として作用する。すなわち、第１温度調節部１８１は、気体を加熱する加熱部として作用する。一方、冷媒回路を構成する第２温度調節部１８２が備える熱交換器は蒸発器として作用する。すなわち、第２温度調節部１８２は、気体を冷却する冷却部として作用する。
　また、圧縮機１８６から膨張弁１８８を介して熱交換器１８１ｈｘに低圧の冷媒が供給されると、熱交換器１８１ｈｘは蒸発器として作用する。すなわち、第１温度調節部１８１は、気体を冷却する冷却部として作用する。一方、冷媒回路を構成する第２温度調節部１８２が備える熱交換器は凝縮器として作用する。すなわち、第２温度調節部１８２は、気体を加熱する加熱部として作用する。
　第２温度調節部１８２は、ガス供給口１８２ａと、水供給口１８２ｗと、水排出口１８２ｄと、送風機接続口１８２ｂと、外部接続口１８２ｅと、を有する。
　ガス供給口１８２ａは、ガス供給部１８５に接続される。ガス供給口１８２ａから非凝縮性ガスが供給される。水供給口１８２ｗは、水供給部１８３に接続される。水供給口１８２ｗに水供給部１８３から氷壁ＩＷを形成するための水分が供給される。水排出口１８２ｄは、水貯蔵部１８４に接続する。水排出口１８２ｄから、第２温度調節部１８２の内部に備える熱交換器で採集された水が水貯蔵部１８４に排出される。
　送風機接続口１８２ｂは、送風機１８７に接続される。外部接続口１８２ｅは、サーマルマイニングビット１９３に、柔軟性を有するチューブＴＢ２を介して接続される。
　第１温度調節部１８１の送風機接続口１８１ｂ及び第２温度調節部１８２の送風機接続口１８２ｂのそれぞれには、送風機１８７が接続される。
　送風機１８７が、例えば、第１回転方向にファンが回転すると、送風機１８７は第１温度調節部１８１に気体を送風する。いいかえると、送風機１８７は、送風機接続口１８１ｂに気体を送風する。送風機１８７から送風機接続口１８１ｂに送られた気体は、第１温度調節部１８１の熱交換器１８１ｈｘで熱交換を行い、外部接続口１８１ｅから気体が排出される。
　一方、送風機１８７が、例えば、第１回転方向にファンが回転すると、送風機１８７は、第２温度調節部１８２から気体を吸気する。いいかえると、送風機１８７は、送風機接続口１８２ｂから気体を吸気する。送風機１８７が送風機接続口１８２ｂから気体を吸気することにより、外部接続口１８２ｅから気体が吸気され、第２温度調節部１８２の熱交換器で熱交換を行い、送風機接続口１８２ｂから送風機１８７へ気体が排出される。
　送風機１８７が、例えば、第１回転方向を逆方向である第２回転方向にファンが回転すると、送風機１８７は第１温度調節部１８１から気体を吸気する。いいかえると、送風機１８７は、送風機接続口１８１ｂから気体を吸気する。送風機１８７が送風機接続口１８１ｂから気体を吸気することにより、外部接続口１８１ｅから気体が吸気され、第１温度調節部１８１の熱交換器１８１ｈｘで熱交換を行い、送風機接続口１８１ｂから送風機１８７へ気体が排出される。
　一方、送風機１８７が、例えば、第１回転方向を逆方向である第２回転方向にファンが回転すると、送風機１８７は第２温度調節部１８２に気体を送風する。いいかえると、送風機１８７は、送風機接続口１８２ｂに気体を送風する。送風機１８７から送風機接続口１８２ｂに送られた気体は、第２温度調節部１８２の熱交換器で熱交換を行い、外部接続口１８２ｅから気体が排出される。
　また、探査車１８０は、ドリルビット１９１と、ヒータビット１９２と、サーマルマイニングビット１９３と、を備える。ドリルビット１９１、ヒータビット１９２及びサーマルマイニングビット１９３のそれぞれは、レールＲＬに移動可能に取り付けられる。
　ドリルビット１９１、ヒータビット１９２及びサーマルマイニングビット１９３のそれぞれは、探査車１８０の床に設けられた開口ＴＨの上方に移動される。そして、移動されたドリルビット１９１、ヒータビット１９２及びサーマルマイニングビット１９３のいずれかは、レゴリスＲＧＬに差し込まれる。
　ドリルビット１９１は、レゴリスＲＧＬに差し込まれることにより、例えば、図４、図２５（ａ）に示すように、レゴリスＲＧＬに穴を形成する。
　ヒータビット１９２の先端には、例えば、図２５（ｃ）に示すように、ヒータＨＴＲが設けられる。ヒータビット１９２が、ドリルビット１９１により形成された穴に挿入されることにより、例えば、図２５（ｃ）から図２５（ｆ）に示すように、氷壁を形成する。
　サーマルマイニングビット１９３は、レゴリスＲＧＬ内に気体を供給するとともに、レゴリスＲＧＬ内から気体を回収する。図３２は、サーマルマイニングビット１９３の概略を説明する図である。なお、図３２において、配管１９３ｐの内部を説明するために、配管１９３ｐを途中で切断して示す。
　サーマルマイニングビット１９３は、レゴリスＲＧＬ内に挿入される配管１９３ｐを有する。サーマルマイニングビット１９３は、配管１９３ｐの上部に、第１温度調節部１８１とチューブＴＢ１を介して接続する第１接続部１９３ａと、第２温度調節部１８２とチューブＴＢ２を介して接続する第２接続部１９３ｂと、を有する。
　配管１９３ｐは、内部に、第１流路１９３ｐａと、第２流路１９３ｐｂと、を有する。第１流路１９３ｐａ及び第２流路１９３ｐｂのそれぞれは、配管１９３ｐの長手方向にわたって形成されている。第１流路１９３ｐａは、配管１９３ｐの上部で第１接続部１９３ａと繋がる。また、第２流路１９３ｐｂは、配管１９３ｐの上部で第２接続部１９３ｂと繋がる。
　配管１９３ｐは、先端に開口１９３ｈａと、開口１９３ｈｂと、を有する。開口１９３ｈａは、第１流路１９３ｐａと繋がる。また、開口１９３ｈｂは、第２流路１９３ｐｂと繋がる。
　例えば、第１温度調節部１８１から供給された気体は、第１接続部１９３ａから第１流路１９３ｐａを通って、開口１９３ｈａからレゴリスＲＧＬ内に供給される。そして、レゴリスＲＧＬ内からの気体は、開口１９３ｈｂから、第２流路１９３ｐｂを通って、第２接続部１９３ｂから第２温度調節部１８２に吸気される。
　また、例えば、第２温度調節部１８２から供給された気体は、第２接続部１９３ｂから第２流路１９３ｐｂを通って、開口１９３ｈｂからレゴリスＲＧＬ内に供給される。そして、レゴリスＲＧＬ内からの気体は、開口１９３ｈａから、第１流路１９３ｐａを通って、第１接続部１９３ａから第１温度調節部１８１に吸気される。
　水供給部１８３は、第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２のそれぞれに、氷壁ＩＷを形成するための水分を供給する。なお、レゴリスＲＧＬ内に十分水分が含まれている場合は、加熱部として作用する第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２から高温で乾燥した気体を供給することによって、氷壁ＩＷを形成してもよい。
　ガス供給部１８５は、第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２のそれぞれに、非凝縮性ガスを供給する。非凝縮性ガスは、例えば、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス等である
　さらに、探査車１８０は、制御ユニットＣＴＬと、太陽光パネルＳＯＬと、電源バッテリＢＡＴと、を備える。
　制御ユニットＣＴＬは、探査車１８０全体を制御する。また、制御ユニットＣＴＬは、ドリルビット１９１、ヒータビット１９２及びサーマルマイニングビット１９３のそれぞれを制御する。さらに、制御ユニットＣＴＬは、圧縮機１８６及び送風機１８７等を制御して、レゴリスＲＧＬ内に含まれる水分を採取するように探査車１８０を動作させる。
　太陽光パネルＳＯＬは、探査車１８０を動作させるための動力を生成する。太陽光パネルＳＯＬは、太陽光から発電する。太陽光パネルＳＯＬで発電した電力は、制御ユニットＣＴＬ、圧縮機１８６及び送風機１８７等に供給されるとともに、電源バッテリＢＡＴに供給される。
　電源バッテリＢＡＴは、電気を貯蔵するとともに、貯蔵した電気を制御ユニットＣＴＬ、圧縮機１８６及び送風機１８７等に供給する。電源バッテリＢＡＴは、例えば、基地等において充電される。また、電源バッテリＢＡＴは、太陽光パネルＳＯＬが発電して電源バッテリＢＡＴに供給された電力により充電される。
　探査車１８０は、第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２の一方を加熱部、他方を冷却部として動作させ、次に、第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２の一方を冷却部、他方を加熱部として動作させるように切り替えて動作する。第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２のそれぞれを交互に加熱部及び冷却部のいずれかに切替ながら動作させることにより、連続してレゴリスＲＧＬ内の水分を採取できる。
　なお、水供給部１８３、加熱部として作用する第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２のいずれかが氷壁形成部の一例、冷却部として作用する第１温度調節部１８１及び第２温度調節部１８２のいずれかが水採取部の一例、である。また、ヒータビット１９２は、氷壁形成部の一例である。
　＜第７実施形態＞
　第７実施形態に係る水採取装置は、地表側をテントＴＮＴによって覆うことにより、地表側に氷壁ＩＷがない構成を示している。図３３及び図３４は、第７実施形態に係る水採取装置の概要について説明する図である。
　配管ＰＩＰから加熱気体が氷壁に供給される。配管ＰＩＰから供給された加熱空気により、レゴリスＲＧＬ内に予め存在した氷は、氷壁ＩＷを昇華することにより一緒に水蒸気となる。水蒸気はレゴリスＲＧＬの表面から排出される。レゴリスＲＧＬ表面から排出されたテントＴＮＴ内の水蒸気は別途回収される。
　配管ＰＩＰから加熱気体が供給されると、氷壁ＩＷは外側に移動する（図３４）。氷壁ＩＷが移動することにより、氷壁ＩＷが移動した位置に予め存在した水分ＷＴＲを回収できる。
　＜本実施形態に係る水採取装置による採取可能な水の量について＞
　本実施形態に係る水採取装置によって採取可能な水の量について検討する。図３５は、本実施形態に係る水採取装置が月面において採取可能な水の量について計算するためのモデルについて説明する図である。深さＤ１に、内面における半径が半径Ｒ１、厚さが厚さＷ１の球殻状の氷壁ＩＷがあるとする。
　ここでは、例として、乾いたレゴリスＲＧＬのかさ密度ρは１８００キログラム毎立方メートル、レゴリスＲＧＬを構成する細粒物の比重Ｇは３、水の密度ρｗは１０００キログラム毎立方メートルとして、レゴリスＲＧＬの空隙率ｎ（単位：無次元）を計算すると下記のようになる。
　　ρ　　　＝Ｇ×ρｗ　　×（１－ｎ）
　　１８００＝３×１０００×（１－ｎ）
　　ｎ　　　＝０．４
　すなわち、レゴリスＲＧＬの空隙率ｎは０．４となる。
　（レゴリスＲＧＬに含まれる氷の体積割合）
　レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が４重量パーセント及び３０重量パーセントの場合について、半径Ｒ１のレゴリスＲＧＬの球の内部、すなわち、内面の半径Ｒ１である氷壁ＩＷの内部、にあるレゴリスＲＧＬに含まれる水分の体積割合について計算する。
　ここでは、レゴリスＲＧＬ内の氷について、乾いたレゴリスにおけるレゴリスを構成する細粒物間の空隙はそのままで、レゴリスの細粒物の一部が氷に置き換わったとして計算する。すなわち、レゴリスＲＧＬ中の空隙の体積割合は、４０パーセントであるとする。
　氷の密度を９３０キログラム毎立方メートル（温度－１００℃における氷の密度）として計算すると、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が４重量パーセントの場合は、レゴリスＲＧＬ中の氷の体積割合は、約７パーセント、レゴリスの細粒物の体積割合は、約５３パーセントとなる。また、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が３０重量パーセントの場合は、レゴリスＲＧＬ中の氷の体積割合は、約３５パーセント、レゴリスの細粒物の体積割合は、約２５パーセントとなる。
　（氷壁ＩＷの内側のレゴリスＲＧＬに含まれる水分量）
　氷壁ＩＷを半径Ｒ１の球殻として、氷壁ＩＷの内側のレゴリスＲＧＬに含まれる水分量を概算する。ここでは、半径Ｒ１を０．５メートルとして計算を行う。氷壁ＩＷの内側の体積は、０．５２立方メートルとなる。上記のレゴリスＲＧＬに含まれる氷の体積割合から氷の密度を用いて計算すると、氷壁ＩＷの内側に含まれる水分量は、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が４重量パーセントの場合は約３５キログラム、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が３０重量パーセントの場合は、約１７０キログラム、となる。
　すなわち、本実施形態に係る水採取装置によれば、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が４重量パーセントの場合は約３５キログラム、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が３０重量パーセントの場合は、約１７０キログラム、の水を採取可能である。
　また、氷壁ＩＷを形成するのに必要な水量について、採取可能な水量に対する割合について検討する。ここでは、氷壁ＩＷに必要な厚さＷ１を５ミリメートルとして計算する。厚さＷ１が５ミリメートルである球殻状の氷壁ＩＷの水量について、採取可能な水量に対する割合を図３６に示す。
　レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が４重量パーセントの場合は氷壁ＩＷの半径Ｒ１が１００ミリメートル（０．１メートル）以上であれば、氷壁ＩＷの内側の採取可能な水量は氷壁ＩＷを形成するのに必要な水量を上回る。また、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が３０重量パーセントの場合は、氷壁ＩＷの半径Ｒ１が５０ミリメートル（０．０５メートル）以上であれば、氷壁ＩＷの内側の採取可能な水量は氷壁ＩＷを形成するのに必要な水量を上回る。
　例えば、氷壁ＩＷの半径Ｒ１を１メートルとした場合について検討すると、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が４重量パーセントの場合、氷壁ＩＷの内部から接種可能な水分量は、約３５キログラムとなる。一方、氷壁ＩＷを形成するのに必要な水量は約３キログラムとなる。したがって、正味約３２キログラムの水をレゴリスＲＧＬから採取可能である。同様に、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が３０重量パーセントの場合、氷壁ＩＷの内部から接種可能な水分量は、約１７０キログラムとなり、氷壁ＩＷを形成するのに必要な水量は約３キログラムとなる。したがって、正味約１６７キログラムの水をレゴリスＲＧＬから採取可能である。
　（氷壁ＩＷの内側のレゴリスＲＧＬを加熱するのに必要な熱量）
　氷壁ＩＷを半径Ｒ１の球殻として、氷壁ＩＷの内側のレゴリスＲＧＬを加熱するのに必要な熱量を概算する。ここでは、半径Ｒ１を０．５メートルとして計算を行う。氷壁ＩＷの内側の体積は、０．５２立方メートルとなる。
　ここでは、レゴリスＲＧＬの細粒物の比熱は４８６ジュール毎キログラム毎ケルビン（温度－１００℃の場合）、氷の比熱は１３７７ジュール毎キログラム毎ケルビン（温度－１００℃の場合）であるとする。また、氷の凝縮熱は２４４２キロジュール毎キログラム、水の凝固熱は３３４キロジュール毎キログラムであるとする。
　真空中の氷は、温度－１００℃から－５０℃で昇華を開始する。したがって、レゴリスＲＧＬ内に氷がある場合、少なくとも温度が－１００℃以下の状態で存在していると考えられる。またレゴリスＲＧＬ内に極低温で存在している氷を昇華して取り出すためには、少なくとも温度を－１００℃から－５０℃以上に加熱する必要がある。
　加熱するのに必要な熱量を概算するにあたって、計算の仮定として、月面の地面ＧＬの下に温度－１５０℃で、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が４重量パーセントに氷含有のレゴリスＲＧＬが存在するとする。そして、半径Ｒ１が０．５メートルの球殻状である氷壁ＩＷの内部を温度－５０℃まで加熱して氷を水蒸気に昇華して取り出す場合に必要なエネルギーを算出する。
　レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が４重量パーセントの場合、下記のようになる。
　　氷壁ＩＷの内部のレゴリスＲＧＬの重量：８６５キログラム
　　氷壁ＩＷの内部の含水量　　　　　　　：３５キログラム
　　氷壁ＩＷの内部の氷含有レゴリスの比熱：５２２ジュール毎キログラム毎ケルビン
　したがって、レゴリスＲＧＬを温度－１５０℃から－５０℃に加熱する顕熱エネルギーは４５メガジュール、氷を水蒸気にする潜熱エネルギーは９６メガジュール、合計１４１メガジュールの熱量が必要となる。例えば、１時間程度で水を取り出す場合には、３９キロワット程度の加熱能力が必要となる。
　同様の計算を、レゴリスＲＧＬ中の氷の含有量が３０重量パーセントの場合について行うと、下記のようになる。
　　氷壁ＩＷの内部のレゴリスＲＧＬの重量：５６５キログラム
　　氷壁ＩＷの内部の含水量　　　　　　　：１７０キログラム
　　氷壁ＩＷの内部の氷含有レゴリスの比熱：７５３ジュール毎キログラム毎ケルビン
　したがって、レゴリスＲＧＬを温度－１５０℃から－５０℃に加熱する顕熱エネルギーは４２メガジュール、氷を水蒸気にする潜熱エネルギーは４７０メガジュール、合計５１２メガジュールの熱量が必要となる。例えば、１時間程度で水を取り出す場合には、１４３キロワット程度の加熱能力が必要となる。
　＜本実施形態に係る水採取装置による氷壁の挙動について＞
　本実施形態に係る水採取装置によって、氷壁がどのような挙動を示すかについて説明する。図３７及び図３８は、本実施形態に係る水採取装置による氷壁の挙動について説明する図である。
　レゴリスＲＧＬは、空間ＳＰ１の内側から乾燥気体ＶＰ３により加熱される。レゴリスＲＧＬの内側における最表面の領域ＲＢの氷は、昇華し水蒸気は乾燥気体ＶＰ３中に取り込まれる。水蒸気を取り込んだ乾燥気体ＶＰ３は、水採取装置に回収される。
　レゴリスＲＧＬの内側表面から奥まった領域ＲＣの氷も、加熱され昇華する。昇華した領域ＲＣの氷に由来する水蒸気は、レゴリスＲＧＬの外側は内側に比べて低温、低圧であることから、外側に向かって進む。
　外側に向かって進む水蒸気は、外側に向かってレゴリスＲＧＬ内の空隙を進む。レゴリスＲＧＬは温度が低いことから、レゴリスＲＧＬの細粒物における固体表面で、水蒸気の温度が降下し、水蒸気は再度凝縮、凝固する。水蒸気が再度凝縮、凝固する際に、空隙内を氷で塞ぐ。
　上述のようにして、レゴリスＲＧＬ内に、氷リッチな領域ＲＩが形成される。また、氷リッチな領域ＲＩの内側には、乾燥領域ＲＳが形成される。氷リッチな領域ＲＩ、すなわち、氷壁が形成されることにより、氷壁の外側の真空領域に、氷壁の内側の高圧気体は漏れない。また、氷壁を形成した氷は、外側に拡張するように移動する。
　≪水電解装置≫
　次に、月面のような低重力の環境において、水を電気分解して、水素と酸素を生成する水電解装置について説明する。例えば、本実施形態に係る水分解装置は、本開示に係る水採取装置により採取した水を電気分解する。
　水電解装置の方式としては、主にアルカリ形水電解方式、固体高分子形水電解方式及び固体酸化物形水電解方式等が挙げられる。月面及び宇宙空間での水電解は、取り扱いが容易な常温の水を使用可能であり、頻繁な起動停止に対応可能な固体高分子形水電解方式が最適と考えられる。固体高分子形水電解方式はアノード側において水中に酸素ガスを放出する。したがって、固体高分子形水電解方式では、別途水中から酸素ガスを取り出す仕組みが必要である。
　地球上においては、水と酸素ガスとの比重差から生ずる酸素ガスの気泡の浮力によって、水溜めタンクなどにおいて水から酸素を分離する。しかしながら、宇宙空間や重力が地球上の六分の一と小さくなる月面においては、酸素ガスの浮力によって水と酸素を分離することは困難である。
　本実施形態に係る水電解装置は、宇宙空間及び月面などの重力が小さい環境においても、良好な気液分離ができる。
　＜第１実施形態＞
　第１実施形態に係る水電解装置１００について説明する。図３９は、第１実施形態に係る水電解装置１００の斜視図である。図４０は、第１実施形態に係る水電解装置１００の分解斜視図である。図４１及び図４２は、第１実施形態に係る水電解装置１００の動作について説明する図である。具体的には、図４１及び図４２は、固体電解質膜１３０との境界面付近の詳細について説明する図である。
　水電解装置１００は、供給された水（純水）から陽極及び陰極の少なくとも一方から気体を発生させる。例えば、水電解装置１００の陽極側からは酸素が発生する。水電解装置１００の陰極側からは水素が発生する。筐体１００ａの内部に、陽極１１０と、陰極１２０と、固体電解質膜１３０と、を備える。水電解装置１００は、固体電解質膜１３０によって、陽極１１０と陰極１２０とは隔離される。固体電解質膜１３０は、陽極側触媒膜１３１と、陰極側触媒膜１３２と、分離膜１３３と、を備える。
　陽極１１０は、固体電解質膜１３０に接触する。陽極１１０は、内部を気体や液体が流通可能な多孔質体により形成される。陽極１１０は、例えば、チタンの焼結体に金めっきされて形成される。陽極１１０の固体電解質膜１３０と接触する面（前面）には、複数の溝１１１が形成される。
　陽極１１０の固体電解質膜１３０と反対側には、水が供給される水チャンバ１０１が設けられる。水チャンバ１０１には、水供給管１０１ａから純水が供給される。また、水チャンバ１０１には、水排出管１０１ｂから水が排出される。すなわち、陽極１１０の固体電解質膜１３０と向き合う反対側の背面において、背面の一部又は全部が水チャンバ１０１に供給される水と接触する。水チャンバ１０１に供給された純水は、多孔質体である陽極１１０の背面から、内部に染み込む。
　図４２に示すように、陽極１１０は、親水性の多孔質体であることから、陽極１１０の背面に接触する水は、毛管力によって矢印Ａ１の向きに移動し陽極１１０の内部に染み込む。陽極１１０の内部に染み込んだ水は、陽極１１０の内部を通過して固体電解質膜１３０と向き合う面まで浸透する。
　陽極１１０と固体電解質膜１３０との接触界面まで浸透した水は、電解され酸素が発生する。図４２に示すように、接触界面で発生した酸素は、接触界面から複数の溝１１１に放出される。図４２の下の図に示すように、表面張力により気体（酸素）は、細孔内を逆流せずに、矢印Ａ２の向きに水が供給される。
　固体電解質膜１３０と陽極１１０との接触界面から発生した酸素は、複数の溝１１１のいずれかに排出される。そして、固体電解質膜１３０と陽極１１０との接触界面から発生した酸素は、複数の溝１１１に集められる。さらに、複数の溝１１１を通ってそれぞれの溝１１１から、酸素は、酸素ガスチャンバ１０３に排出され、集められる。酸素ガスチャンバ１０３に集められた酸素は、酸素ガスチャンバ１０３に連通する酸素排出管１０３ａから排出される。
　陰極１２０は、固体電解質膜１３０に接触する。陰極１２０は、内部を気体や液体が流通可能な多孔質体により形成される。陰極１２０は、例えば、カーボンにより形成される。陰極１２０の固体電解質膜１３０と接触する面には、複数の溝１２１が形成される。
　陰極１２０と固体電解質膜１３０との境界面では、水素が発生する。発生した水素は、水素チャンバ１０２に集められ、水素排出管１０２ａから排出される。
　＜第２実施形態＞
　第１実施形態に係る水電解装置１００では、単一電極セットの基本構造の水電解セルを用いた形態について説明した。第２実施形態に係る水電解装置として、複数の電極セットを積み上げ可能なスタック構造の水電解セルを用いた形態について説明する。図４３は、第２実施形態に係る水電解装置の陽極側スタック２１０の分解斜視図である。図４４は、第２実施形態に係る水電解装置の陰極側スタック２２０の分解斜視図である。
　［陽極側スタック２１０］
　第２実施形態に係る水電解装置の陽極側スタック２１０は、第１ケース２１１と、第１ガスケット２１２と、引き出し電極２１３と、集電体２１４と、第２ガスケット２１５と、第２ケース２１６と、第３ガスケット２１７と、セパレータ２１８と、を備える。
　（第１ケース２１１）
　第１ケース２１１は、外部から水を内部に供給するとともに、内部で発生した酸素を外部に排出する。第１ケース２１１は、第１ケース２１１の外側から内側まで貫通する水排出孔２１１ｗ１、水供給孔２１１ｗ２及び酸素排出孔２１１ａを有する。
　水供給孔２１１ｗ２から供給された水は、引き出し電極２１３を透過して集電体２１４に供給される。また、水供給孔２１１ｗ２から供給された水の一部は、水排出孔２１１ｗ１から排出される。陽極側スタック２１０の内部で発生した酸素は、酸素排出孔２１１ａから排出される。
　第１ケース２１１は、例えば、アクリルにより形成される。第１ケース２１１は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第１ケース２１１は、水電解装置を組み立てる際に陽極側スタック２１０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２１１ｈを四隅に備える。なお、以下、図４４の上側から第１ケース２１１を見ることを平面視という場合がある。なお、図４５についても同様である。
　（第１ガスケット２１２）
　第１ガスケット２１２は、第１ケース２１１と取り出し電極２１３との境界において、水や酸素の漏れを防止する。第１ガスケット２１２は、第１ケース２１１からの水が流通する開口２１２ｗと、酸素が流通する開口２１２ａと、を有する。
　第１ケース２１１から供給された水は、開口２１２ｗを通って、引き出し電極２１３を透過して集電体２１４に供給される。また、陽極側スタック２１０の内部で発生した酸素は、開口２１２ａを通過して、第１ケース２１１の酸素排出孔２１１ａから排出される。
　第１ガスケット２１２は、例えば、透明ゴムにより形成される。第１ガスケット２１２は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第１ガスケット２１２は、水電解装置を組み立てる際に陽極側スタック２１０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２１２ｈを四隅に備える。
　（引き出し電極２１３）
　引き出し電極２１３は、外部の電源からの電力を集電体２１４に供給する。また、引き出し電極２１３は、第１ケース２１１から供給される水を集電体２１４に供給する。引き出し電極２１３は、網状の導電体により形成される。引き出し電極２１３は、酸素が通過する開口２１３ａを有する。
　第１ケース２１１から供給された水は、網状の導電体により形成された引き出し電極２１３を透過して集電体２１４に供給される。また、陽極側スタック２１０の内部で発生した酸素は、開口２１３ａを通過して、第１ケース２１１側に排出される。
　引き出し電極２１３は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、引き出し電極２１３は、矩形状の一つの辺に、取り出し端子２１３ｔを有する。取り出し端子２１３ｔには、外部の電源が接続される。さらに、引き出し電極２１３は、水電解装置を組み立てる際に陽極側スタック２１０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２１３ｈを四隅に備える。
　（集電体２１４）
　集電体２１４は、外部の電源からの電力を、固体電解質膜を有するセパレータ２１８に供給する。また、集電体２１４は、第１ケース２１１から供給される水をセパレータ２１８に供給する。集電体２１４は、多孔質体により形成される。
　第１ケース２１１から供給された水は、多孔質体である集電体２１４を浸透してセパレータ２１８に供給される。また、集電体２１４とセパレータ２１８の境界面で発生した酸素は、集電体２１４に形成される溝に排出される。集電体２１４に形成される水に排出された酸素は、集電体２１４の横側に排出される。集電体２１４の横側に排出された酸素は、開口２１３ａを通過して、第１ケース２１１側に排出される。
　集電体２１４は、例えば、平面視で４０ミリメートル×５０ミリメートルの矩形状の形状を有する。
　集電体２１４は、第２ガスケット２１５が有する開口２１５ｃにおける第１部分２１５ｃ１、第２ケース２１６が有する開口２１６ｃにおける第１部分２１６ｃ１及び第３ガスケット２１７が有する開口２１７ｃにおける第１部分２１７ｃ１に挿入され設けられる。
　図４５は、第２実施形態に係る水電解装置の陽極側の集電体２１４の斜視図である。図４６は、第２実施形態に係る水電解装置の陽極側の集電体２１４の側面図である。集電体２１４は、高さＨ×幅Ｗ×厚さＤの板状の形状を有する。例えば、高さＨは４０ミリメートル、幅Ｗは５０ミリメートル、厚さＤは２ミリメートル、である。集電体２１４の一方の面には、ピッチＰ間隔で溝が設けられる。例えば、ピッチＰは２ミリメートルである。
　（第２ガスケット２１５）
　第２ガスケット２１５は、取り出し電極２１３と第２ケース２１６との境界において、水や酸素の漏れを防止する。また、第２ガスケット２１５は、開口２１５ｃを有する。開口２１５ｃは、集電体２１４と平面視で略等しい外形を有する第１部分２１５ｃ１と、第１部分２１５ｃ１に隣接して設けられる第２部分２１５ｃ２と、を有する。
　第１部分２１５ｃ１には、集電体２１４が挿入される。第２部分２１５ｃ２は、集電体２１４とセパレータ２１８の境界面で発生した酸素が流通する。
　第２ガスケット２１５は、例えば、透明ゴムにより形成される。第２ガスケット２１５は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第２ガスケット２１５は、水電解装置を組み立てる際に陽極側スタック２１０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２１５ｈを四隅に備える。
　（第２ケース２１６）
　第２ケース２１６は、内部に集電体２１４を保持するとともに、内部で発生した酸素を外部に排出する。第２ケース２１６は、開口２１６ｃを有する。開口２１６ｃは、集電体２１４と平面視で略等しい外形を有する第１部分２１６ｃ１と、第１部分２１６ｃ１に隣接して設けられる第２部分２１６ｃ２と、を有する。
　第１部分２１６ｃ１には、集電体２１４が挿入される。第２部分２１６ｃ２は、集電体２１４とセパレータ２１８の境界面で発生した酸素が流通する。
　第２ケース２１６は、例えば、アクリルにより形成される。第２ケース２１６は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第２ケース２１６は、水電解装置を組み立てる際に陽極側スタック２１０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２１６ｈを四隅に備える。
　（第３ガスケット２１７）
　第３ガスケット２１７は、第２ケース２１６とセパレータ２１８との境界において、水や酸素の漏れを防止する。また、第３ガスケット２１７は、開口２１７ｃを有する。開口２１７ｃは、集電体２１４と平面視で略等しい外形を有する第１部分２１７ｃ１と、第１部分２１７ｃ１に隣接して設けられる第２部分２１７ｃ２と、を有する。
　第１部分２１７ｃ１には、集電体２１４が挿入される。第２部分２１７ｃ２は、集電体２１４とセパレータ２１８の境界面で発生した酸素が流通する。
　第３ガスケット２１７は、例えば、透明ゴムにより形成される。第３ガスケット２１７は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第３ガスケット２１７は、水電解装置を組み立てる際に陽極側スタック２１０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２１７ｈを四隅に備える。
　（セパレータ２１８）
　セパレータ２１８は、陽極と陰極を分離する。セパレータ２１８は、基板２１８ｂと、基板２１８ｂに形成される電解質膜２１８ｃと、を備える。
　電解質膜２１８ｃには、集電体２１４が接触する。電解質膜２１８ｃと集電体２１４との境界面において、酸素が発生する。境界面で発生した酸素は、集電体２１４に形成された溝を通って、第２ケース２１６の開口２１６ｃの第２部分２１６ｃ２側に排出される。
　セパレータ２１８の基板２１８ｂは、例えば、樹脂により形成される。セパレータ２１８の基板２１８ｂは、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、セパレータ２１８の基板２１８ｂは、水電解装置を組み立てる際に陽極側スタック２１０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２１８ｈを四隅に備える。
　［陰極側スタック２２０］
　第２実施形態に係る水電解装置の陰極側スタック２２０は、第１ケース２２１と、第１ガスケット２２２と、引き出し電極２２３と、集電体２２４と、第２ガスケット２２５と、第２ケース２２６と、第３ガスケット２２７と、セパレータ２２８と、を備える。
　（第１ケース２２１）
　第１ケース２２１は、内部から排出される水を排出するとともに、内部で発生した水素を外部に排出する。第１ケース２２１は、第１ケース２２１の外側から内側まで貫通する水排出孔２２１ｗ及び水素排出孔２２１ａを有する。
　陰極側スタック２２０の内部から排出される水は、引き出し電極２２３を透過して水排出孔２２１ｗから排出される。陰極側スタック２２０の内部で発生した水素は、水素排出孔２２１ａから排出される。
　第１ケース２２１は、例えば、アクリルにより形成される。第１ケース２２１は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第１ケース２２１は、水電解装置を組み立てる際に陰極側スタック２２０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２２１ｈを四隅に備える。
　（第１ガスケット２２２）
　第１ガスケット２２２は、第１ケース２２１と取り出し電極２２３との境界において、水や水素の漏れを防止する。第１ガスケット２２２は、水及び水素が流通する開口２２２ａを有する。
　陰極側スタック２２０の内部で発生した水は、開口２２２ａを通って第１ケース２２１に運ばれる。また、陰極側スタック２２０の内部で発生した水素は、開口２２２ａを通過して、第１ケース２２１の水素排出孔２２１ａから排出される。
　第１ガスケット２２２は、例えば、透明ゴムにより形成される。第１ガスケット２２２は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第１ガスケット２２２は、水電解装置を組み立てる際に陰極側スタック２２０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２２２ｈを四隅に備える。
　（引き出し電極２２３）
　引き出し電極２２３は、外部の電源からの電力を集電体２２４に供給する。また、引き出し電極２２３は、陰極側スタック２２０の内部から排出される水を排出する。引き出し電極２２３は、網状の導電体により形成される。
　陰極側スタック２２０の内部から排出された水は、網状の導電体により形成された引き出し電極２２３を透過して第１ケース２２１に運ばれる。また、陰極側スタック２２０の内部で発生した水素は、網状の導電体により形成された引き出し電極２２３を透過して第１ケース２２１側に排出される。
　引き出し電極２２３は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、引き出し電極２２３は、矩形状の一つの辺に、取り出し端子２２３ｔを有する。取り出し端子２２３ｔには、外部の電源が接続される。さらに、引き出し電極２２３は、水電解装置を組み立てる際に陰極側スタック２２０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２２３ｈを四隅に備える。
　（集電体２２４）
　集電体２２４は、外部の電源からの電力を、固体電解質膜を有するセパレータ２２８に供給する。また、集電体２２４は、セパレータ２２８から排出される水を第１ケース２２１に運ぶ。集電体２２４は、多孔質体により形成される。
　セパレータ２２８から排出される水は、多孔質体である集電体２２４を浸透して第１ケース２２１側に運ばれる。また、集電体２２４とセパレータ２２８の境界面で発生した水素は、集電体２２４を透過して引き出し電極２２３側に送られる。
　集電体２２４は、例えば、平面視で４０ミリメートル×５０ミリメートルの矩形状の形状を有する。
　集電体２２４は、第２ガスケット２２５が有する開口２２５ｃ、第２ケース２２６が有する開口２２６ｃ及び第３ガスケット２２７が有する開口２２７ｃに挿入され設けられる。
　（第２ガスケット２２５）
　第２ガスケット２２５は、取り出し電極２２３と第２ケース２２６との境界において、水や水素の漏れを防止する。また、第２ガスケット２２５は、開口２２５ｃを有する。開口２２５ｃには、集電体２２４が挿入される。
　第２ガスケット２２５は、例えば、透明ゴムにより形成される。第２ガスケット２２５は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第２ガスケット２２５は、水電解装置を組み立てる際に陰極側スタック２２０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２２５ｈを四隅に備える。
　（第２ケース２２６）
　第２ケース２２６は、内部に集電体２２４を保持する。第２ケース２２６は、開口２２６ｃを有する。開口２２６ｃは、集電体２２４と平面視で略等しい外形を有する。開口２２６ｃには、集電体２２４が挿入される。
　第２ケース２２６は、例えば、アクリルにより形成される。第２ケース２２６は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第２ケース２２６は、水電解装置を組み立てる際に陰極側スタック２２０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２２６ｈを四隅に備える。
　（第３ガスケット２２７）
　第３ガスケット２２７は、第２ケース２２６とセパレータ２２８との境界において、水や水素の漏れを防止する。また、第３ガスケット２２７は、開口２２７ｃを有する。開口２２７ｃには、集電体２２４が挿入される。
　第３ガスケット２２７は、例えば、透明ゴムにより形成される。第３ガスケット２２７は、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、第３ガスケット２２７は、水電解装置を組み立てる際に陰極側スタック２２０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２２７ｈを四隅に備える。
　（セパレータ２２８）
　セパレータ２２８は、陽極と陰極を分離する。セパレータ２２８は、基板２２８ｂと、基板２２８ｂに形成される電解質膜２２８ｃと、を備える。
　電解質膜２２８ｃには、集電体２２４が接触する。電解質膜２２８ｃと集電体２２４との境界面において、水素が発生する。境界面で発生した水素は、集電体２２４を通って、第１ケース２２１側に排出される。
　セパレータ２２８の基板２２８ｂは、例えば、樹脂により形成される。セパレータ２２８の基板２２８ｂは、例えば、平面視で８０ミリメートル×８０ミリメートルの矩形状の形状を有する。また、セパレータ２２８の基板２２８ｂは、水電解装置を組み立てる際に陰極側スタック２２０を組み付けるための棒状部材が貫通する貫通穴２２８ｈを四隅に備える。
　＜第３実施形態＞
　第３実施形態に係る水電解装置として、複数の電極セットを積み上げ可能なスタック構造の水電解セル３００を用いた形態について説明する。図４７は、第３実施形態に係る水電解装置に用いられる水電解セル３００の分解斜視図である。
　第３実施形態に係る水電解装置の水電解セル３００は、電解質膜３３０を備える。水電解セル３００は、電解質膜３３０の陽極側に、外側から順に、絶縁板３１１と、電極板３１２と、板バネ３１３と、第１ガスケット３１４と、水流路ケース３１５と、集電体３１６と、第２ガスケット３１７と、を備える。また、第３実施形態に係る水電解装置の水電解セル３００は、電解質膜３３０の陰極側に、外側から順に、絶縁板３２１と、電極板３２２と、板バネ３２３と、第１ガスケット３２４と、水素流路ケース３２５と、集電体３２６と、第２ガスケット３２７と、を備える。
　水電解セル３００の電解質膜３３０の陽極側について、外から順に説明する。絶縁板３１１は、水電解セル３００の最外面を形成する。電極板３１２は、外部から電源を供給する。板バネ３１３は、集電体３１６を絶縁板３１１側から電解質膜３３０に押す。また、板バネ３１３は、電極板３１２からの電力を集電体３１６に供給する。第１ガスケット３１４は、電極板３１２と水流路ケース３１５との境界において、水や酸素の漏れを防止する。水流路ケース３１５は、外部から水を集電体３１６に供給する。
集電体３１６は、第１部材３１６ａと、第２部材３１６ｂと、を備える。図４８は、第３実施形態に係る水電解装置の陽極側の集電体３１６を分解した第１部材３１６ａ及び第２部材３１６ｂの正面図である。第１部材３１６ａと第２部材３１６ｂとは、密着して設けられる。第１部材３１６ａの上側には、横方向に延びる溝３６１ａｇが設けられる。第２部材３１６ｂは、縦方向に複数の溝３１６ｂｇが設けられる。
　集電体３１６を構成する第１部材３１６ａ及び第２部材３１６ｂのそれぞれは、導電性の多孔質体により形成される。第１部材３１６ａ及び第２部材３１６ｂのそれぞれは、例えば、チタンの不織布により形成される。第１部材３１６ａ及び第２部材３１６ｂのそれぞれが導電性の多孔質体により形成されることにより、水流路ケース３１５から供給された水が第１部材３１６ａ及び第２部材３１６ｂのそれぞれを透過する。第１部材３１６ａ及び第２部材３１６ｂのそれぞれを透過した水は、電解質膜３３０に供給される。
　電解質膜３３０に供給された水は、集電体３１６に供給された電気により水電解される。水電解されて集電体３１６と電解質膜３３０との境界面で発生した酸素は、集電体３１６の第２部材３１６ｂの溝３１６ｂｇのそれぞれを通過して、第１部材３１６ａの溝３１６ａｇに集められる。第１部材３１６ａの溝３１６ａｇに集められた酸素は、水電解セル３００の外部に排出される。
　水電解セル３００の電解質膜３３０の陰極側について、外から順に説明する。絶縁板３２１は、水電解セル３００の最外面を形成する。電極板３２２は、外部から電源を供給する。板バネ３２３は、集電体３２６を絶縁板３２１側から電解質膜３３０に押す。また、板バネ３２３は、電極板３２２からの電力を集電体３２６に供給する。第１ガスケット３２４は、電極板３２２と水素流路ケース３２５との境界において、水や酸素の漏れを防止する。水素流路ケース３２５は、水電解セル３００で発生した水素を回収する。
　集電体３２６は、第１部材３２６ａと、第２部材３２６ｂと、を備える。第１部材３２６ａは、集電体３１６の第１部材３１６ａと同様の形状を有する。第２部材３２６ｂは、集電体３１６の第２部材３１５ｂと同様の形状を有する。
　集電体３２６を構成する第１部材３２６ａ及び第２部材３２６ｂのそれぞれは、導電性の多孔質体により形成される。第１部材３２６ａ及び第２部材３２６ｂのそれぞれは、例えば、炭素の不織布により形成される。第１部材３２６ａ及び第２部材３２６ｂのそれぞれが導電性の多孔質体により形成されることにより、集電体３２６と電解質膜３３０との界面において、発生した水素が第１部材３２６ａ及び第２部材３２６ｂのそれぞれを透過する。第１部材３２６ａ及び第２部材３２６ｂのそれぞれを透過した水素は、水素流路ケース３２５により回収される。
　＜第４実施形態＞
　第４実施形態に係る水電解装置４００について説明する。図４９は、第４実施形態に係る水電解装置４００の概略構成図である。
　水電解装置４００は、陽極４１０と、陰極４２０と、電解質膜４３０と、を備える。さらに、水電解装置４００は、水タンク４４０と、ポンプ４５０と、酸素タンク４６０と、水素タンク４７０と、を備える。
　陽極４１０には、水タンク４４０からポンプ４５０により水が供給される。陽極４１０に供給された水の一部は、再度、水タンク４４０に戻される。また、陽極４１０から発生した酸素は、酸素タンク４６０に貯められる。陽極４１０は、前述のように、集電体に溝が設けられる。集電体に設けられた溝により、効率よく酸素を分離することができる。陰極４２０で発生した水素は、水素タンク４７０に貯蔵される。
　＜第５実施形態＞
　第５実施形態に係る水電解装置５００について説明する。図５０は、第５実施形態に係る水電解装置５００の概略構成図である。水電解装置５００は、水電解装置４００におけるポンプ４５０を使用しない構成である。
　水電解装置５００は、陽極５１０と、陰極５２０と、電解質膜５３０と、を備える。さらに、水電解装置５００は、水タンク５４０と、酸素タンク５６０と、水素タンク５７０と、を備える。
　陽極５１０には、水タンク５４０から水が供給される。陽極５１０は、多孔質体である集電体により構成される。多孔質体である集電体による毛管力により、陽極５１０に自然循環にて水が供給される。また、陽極５１０から発生した酸素は、酸素タンク５６０に貯めらる。陽極５１０は、前述のように、集電体に溝が設けられる。集電体に設けられた溝により、効率よく酸素を分離することができる。陰極５２０で発生した水素は、水素タンク５７０に貯蔵される。
　＜本実施形態に係る水採取装置の挙動について＞
　本実施形態に係る水採取装置における挙動について説明する。図５１は、本実施形態に係る水電解装置の挙動について説明する図である。
　集電体ＡＮの内部の水と、溝ＧＲＶの酸素の界面には表面張力の膜が形成される。集電体ＡＮの細孔の径Ｄが、例えば、２０マイクロメートルの場合、溝ＧＲＶの内部の圧力ＰＷが１４キロパスカル以下であれば、集電体ＡＮの内部に酸素が入り込まない。溝ＧＲＶは、酸素チャンバから、排出管、酸素タンクに接続する。酸素タンクは大気圧であることから、溝ＧＲＶの圧力は低圧に保持される。したがって、集電体ＡＮの内部に酸素は入り込まない。
　一方、電解質膜ＭＥＡと、集電体ＡＮとの間には、水が水電解されることによりに酸素の気泡が発生する。発生する気泡の圧力は非常に大きい。界面で発生した気泡は、近傍の集電体ＡＮの細孔に入り込む。気泡が細孔に入ると、細孔内は粘性抵抗が発生する。
　例えば、厚さ２ミリのチタン製の不織布の裏側に酸素が抜ける場合、水を押し退けるために０．１６キロパスカルの流動抵抗が発生する。一方、集電体ＡＮの溝ＧＲＶに酸素が抜ける場合は、例えば、長さが０．５ミリメートルに抜ける流動抵抗は０．０４キロパスカルである。したがって、発生した気泡は、圧損が小さい溝ＧＲＶ側に抜ける。
　次に、溝ＧＲＶがない場合について検討する。図５２は、比較例の水電解装置の挙動について説明する図である。
　溝ＧＲＶがない場合は、電解質膜ＭＥＡと集電体ＡＮとの間界面で発生した酸素気泡は、近傍の集電体ＡＮの細孔に入り込む。細孔の径を例えば２０マイクロメートルとすると、細孔経路内に気液界面が形成され、多孔質の孔径に応じた表面張力が発生する。孔径を２０マイクロメートルとすると、表面張力は１４キロパスカルとなる。
　そして、界面の酸素気泡が集電体ＡＮの反対側の面に移動するためには、酸素気泡の圧力が、上記の表面張力と細孔中の水を押し出す流動抵抗を上回る必要がある。例えば、細孔の流路長さを０．３ミリメートルとすると、単位時間あたりの酸素発生量から計算した流動抵抗は０．０２４キロパスカルとなる。
　以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。
１、２、３、４、５　水採取装置
１０　水蒸気生成部
２０　水蒸気回収部
５０　気体供給回収部
６１、７１　加熱部
６２、７２　冷却部
６３　水蒸気供給部
６４、７４　水貯蔵部
６５、７５　ガス供給部
６６、７６　圧縮機
６７、７７ａ、７７ｂ　送風機
６８、７８　膨張弁
８０、１８０　探査車
１００　水電解装置
１１０　陽極
１１１　溝
２１０　陽極側スタック
２１４　集電体
３００　水電解セル
３１６　集電体
３１６ｂ　第２部材
３１６ｂｇ　溝
４００、５００　水電解装置

Claims (7)

  1. 　地中を加熱して、前記地中に含まれる水分を含む氷で形成される氷壁を形成する氷壁形成部と、
    　前記氷壁に囲まれる領域の内部における第１気体を回収し、回収した前記第１気体から水を採取する水採取部と、
    を備える、
    水採取装置。
  2. 　前記氷壁形成部は、前記地中に差し込まれ、前記地中を加熱するヒータを備える、
    請求項１に記載の水採取装置。
  3. 　前記氷壁形成部は、前記地中に供給する第２気体を加熱する加熱部を備える、
    請求項１に記載の水採取装置。
  4. 　前記氷壁形成部は、前記地中に供給する水蒸気を生成する水蒸気生成部を備える、
    請求項１に記載の水採取装置。
  5. 　前記水採取部は、
    　　前記第１気体に含まれる水分を凝縮して前記水を生成する凝縮器と、
    　　前記凝縮器が凝縮した前記水を回収するタンクと、を備える、
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水採取装置。
  6. 　地中を加熱して、前記地中に含まれる水分を含む氷で形成される氷壁を形成する工程と、
    　前記氷壁に囲まれる領域の内部における第１気体を回収し、回収した前記第１気体から水を採取する工程と、を含む、
    水採取方法。
  7. 　陽極と、
    　固体電解質膜と、
    　陰極と、を備え、
    　前記陽極は、前記固体電解質膜と接触する集電体であり、
    　前記集電体は、内部を気体や液体が流通可能な親水性の多孔質体であって、前記固体電解質膜と接触する前面に複数の溝を有し、
    　前記集電体の前記固体電解質膜と接触する面の反対側の背面には、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の水採取装置から水が供給され、
    　前記背面から前記前面まで毛管力によって前記水が浸透し、前記前面において発生した酸素は、前記溝に排出される、
    水電解装置。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03177592A (ja) * 1989-12-04 1991-08-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電気化学的に酸素を輸送する装置
JP2011140022A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Hamilton Sundstrand Corp レゴリス材料からガスを放出させてこれを回収するシステムおよび方法、遠隔の位置で使用される構造材料を供給する方法
JP2018032557A (ja) * 2016-08-25 2018-03-01 シャープ株式会社 金属空気電池
JP2019148155A (ja) * 2018-02-28 2019-09-05 清水建設株式会社 資源採掘方法及び資源採掘システム
US20190271228A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-05 Colorado School Of Mines System and method of extracting and collecting water from a regolith

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03177592A (ja) * 1989-12-04 1991-08-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電気化学的に酸素を輸送する装置
JP2011140022A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Hamilton Sundstrand Corp レゴリス材料からガスを放出させてこれを回収するシステムおよび方法、遠隔の位置で使用される構造材料を供給する方法
JP2018032557A (ja) * 2016-08-25 2018-03-01 シャープ株式会社 金属空気電池
JP2019148155A (ja) * 2018-02-28 2019-09-05 清水建設株式会社 資源採掘方法及び資源採掘システム
US20190271228A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-05 Colorado School Of Mines System and method of extracting and collecting water from a regolith

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