(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な取り扱いと簡易な機構によって必要なエネルギーを大幅に節約して地球環境を害する恐れのない海水淡水化を行うと共に造水の副産物として海水に溶け込んでいる有用物も資源獲得できる海水まるごと資源化淡水化装置を提供する。【解決手段】造水対象海水の底に気流を吸引噴出して発生した気泡が水蒸気凝結管の放出する熱を吸収し浮上することにより大量の水蒸気を生産、それを顕熱加熱して水蒸気凝結領域に吸引導入することで、水蒸気凝結させた水を得ると共に造水後の残気流を前記造水対象海水の底から吐出する気流循環を行い表裏一体大量に造水する海水淡水化装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に入った造水対象海水の底に気流を噴出し気泡を浮上させて前記海水面上に水蒸気を得る海水蒸発領域と前記得られた水蒸気を吸引凝結させて水を得る水蒸気凝結領域とが、これら領域の境界を成す熱交換体を介して隣接し、各領域が前記装置内の上方及び下方において気流連通して成り、
前記上方連通気流に対する気流加熱器と、
前記装置内下方に貫入する新鮮な海水の海水管が前記水蒸気凝結領域内を上昇する間に周囲と熱交換して高温になった海水を前記造水対象海水面に補充する海水予熱管と、
前記造水対象海水の底に前記気流噴出を行い海水面上に気泡を浮上させることで前記２つの領域に気流を循環させる気流吸引噴出装置を具備し、
前記これらの気流加熱器、海水予熱管、気流吸引噴出装置を稼働させることによって前記海水蒸発と水蒸気凝結が表裏一体に進行する海水淡水化を行い、濃縮海水の大量発生を防げる特徴を持つ海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は海水蒸留造水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の海水淡水化装置として、多段フラッシュ海水淡水化装置と逆浸透膜造水装置などが実用に供されている。例えば特許文献１参照
【特許文献１】特開２００４−０２５１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  然しながら上記既存の造水装置では解決できない課題がある。例えば大量にエネルギーを消費して行うこれら海水淡水化装置は環境破壊装置でもあるため人間社会の膨大な水需要に応えられず、地球温暖化防止にも役立たない。【０００４】  そこで本発明は簡易な取り扱いと簡易な機構によって環境破壊しない低コスト海水淡水化装置を提供するとともにこれをさらに汚染水浄化装置にも利用可能にしようというものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は結露、あるいは降水という自然現象を利用する。海から蒸発し雨となって降る場所はそれぞれ違っても蒸発と水蒸気凝結における熱の流れは量が等しく向きは真逆、このことと「飽和水蒸気圧のグラフ」を結び付けて沙漠緑化に役立つ海水淡水化装置を提供する。【０００６】  本発明沙漠緑化に役立つ海水淡水化装置の造水熱源は装置内部の高方連通気流を単純に加熱する。
【水蒸気を水に戻す仕組み】
【０００７】  従来型海水蒸留造水装置の多くは水蒸気を海水で冷やして水に戻しているが水蒸気は潜熱エネルギーが非常に大きいために造水に大量のエネルギーを要し、多段フラッシュのような高等技術でも沙漠緑化に役立つ低エネルギー海水淡水化装置は実現しなかった。そこで画期的なものとして逆浸透膜造水法も発明されたがそれも砂漠緑化に役立つ海水淡水化装置ではなかった。
【０００８】  本発明海水淡水化装置は水蒸気を水に戻す時に出る水蒸気凝結熱を海水蒸発にまるごと吸収させる仕組みなので水蒸気冷却用海水は不要である。本発明は気流吸引噴出装置が造水対象海水の底に噴出する気流が気泡になって浮上するときに前記水蒸気凝結熱を吸収して水蒸気に変え前記造水対象海水面上に持ち去る。従って本発明装置水蒸気凝結領域管は前記造水対象海水にいくらでも放熱できて造水対象海水はその内部からも蒸発して減少、濃縮して重くなる。減少する前記海水はその表面に前記海水予熱管が新鮮な高温海水を補充する。他方前記水蒸気凝結領域内は前記気流吸引噴出装置の働きで気流が下降して造水対象海水の中に放熱して水蒸気凝結が進む。前記水蒸気凝結領域管に加熱される造水対象海水はその中を浮上する気泡群が水蒸気を大量に吸収し、高方に持ち去ることで濃縮が進み重くなって沈むが、その底には前記気流が噴出して蒸発が続くのでついにはドロドロに塩が析出して堆積するまでになる。堆積した塩は造水対象海水底のコックを開き取り出す。造水の副産物として塩が資源獲得できるから濃縮海水の発生は防げる。前記水蒸気凝結領域内を下降して底に到達した気流は、装置底に貫通して取り込む新鮮な海水の予熱管と熱交換して冷気となり、前記気流吸引噴出装置が吸引して前記造水対象海水の底に噴出する。（前記気流噴出装置は大気中空気を吸引噴出して前記気泡浮上に始まる海水淡水化行程を終えた後の残気流を前記得られた水とともに本発明海水淡水化装置の底に吐出させる方式も可能である。後述図２参照）
【海水予熱管】
【０００９】  低温海水は蒸発しにくいので本発明装置には海水予熱管があり、海水予熱管の新鮮な冷海水は前記気流吸引噴出装置が吸引する装置内下方循環気流の冷却にも利用する。
【気流循環手段】
【００１０】  本発明装置は前記水蒸気凝結領域管に流入する高方気流を高温高水蒸気圧にできるのでその気流量は巨大になるが中に含まれる空気はわずかになる。前記高温気流が下降する水蒸気凝結領域管が広大な面積で接する前記造水対象海水に順調に放熱できても水蒸気凝結潜熱は非常に大きいから水蒸気凝結領域管の高温は長く続く。その外側には造水対象海水があり気泡が浮上して前記水蒸気凝結管が放出する水蒸気凝結潜熱を水蒸気に変え前記海水面上に持ち去る。前記水蒸気凝結管内気流は装置底に到達するまでに大量放熱して水蒸気はほとんどが水に戻るから下方到達する気流は主成分が空気に変わり量も減少、そうなると装置底に取り込んだ新鮮な海水の予熱管によって容易に冷え気流噴出装置が吸引して造水対象海水の底に冷気を噴出し気泡を浮上させて効率よく海水淡水化を進行させることができる。
【００１１】  本発明海水淡水化装置は造水熱源が顕熱、つまりそれは装置内高方連通気流の単純な加熱による高温化である。加熱対象の高方連通気流は比熱が水を１として約０．５しかないこと、及びこの装置は濃縮海水を海に戻す無駄をしないこと、造水行程が短くシンプルでもあるなどによって、１ｋｇ造水に要する熱量は５ｋｃａｌ未満が可能と考える。従来型海水蒸留造水装置では高圧をかけ海水を１４０℃で沸騰させる等高温水蒸気１ｋｇを作るために６００ｋｃａｌを超える非常に大きな熱量を消費している。そこで現在は逆浸透膜造水装置なるものが全世界に広く普及しているがやはり消費エネルギーが多くて環境破壊していることに変わりはないために世界は今後も厳しい水不足が続く見通しになっている。
【００１２】（本発明実現の技術的特徴）
本発明装置は装置内高方連通気流を、わずかな熱量で容易に海水沸点を超える高温にも加熱できる。そしてこの高温気流を使えば前記造水対象海水面を海水沸点に等しいような高温に加熱してこの海水表面に浮上して破裂する前記気泡からは１００％近く水蒸気で飽和した気流を再生できる。この再生した高エネルギー気流が気流加熱器にさらに加熱された後水蒸気凝結領域管に吸引され流下すると隣接する造水対象海水を強く加熱して、同海水の中を浮上する気泡群が海水から水蒸気をいくらでも吸収して高方に持ち去る。従って前記水蒸気凝結領域管は前記海水の中に順調に放熱できるから水蒸気凝結領域管内気流がその底に到達する頃には水蒸気減少した空気になり容積も減るから容易に冷やすことができる。冷やすのは本装置底に貫入する前記海水予熱管の清潔で新鮮な海水である。繰り返すが、前記高方連通気流を吸引した水蒸気凝結管内部における水蒸気凝結は滞ることなく進行できる。つまりそれは本発明装置が休みなく大量に造水を続けられる仕組みであって、造水量は前記水蒸気凝結から造水対象海水への放熱量に比例する。そこでこの装置による大量造水では、水蒸気凝結管が吸引する高方連通気流量は巨大な量になるので前記水蒸気凝結管気流は広大な面積で造水対象海水に接するとともに水蒸気凝結管の中を滑らかに流下できること、そしてさらに水蒸気凝結管内部に大量発生する高温熱水はそれが発生する高所に高温放熱して流下させることにする。
【００１３】  前記気流噴出装置により発生浮上する気泡群が造水対象海水から大量に水蒸気を吸収して造水対象海水面に出る際に破裂して周辺を汚してもそれは固くこびりつくものではないので洗浄し易いと考える。
【００１４】  本装置造水運転中造水対象海水の底に噴出し発生する気泡群はその１つ１つが水蒸気を大量に吸収して膨張する。それはつまり造水対象海水の実質が小さくなるということである。従って本装置の造水運転は緩やかに開始、又は休止して造水対象海水面の急激な上下変動を予防する。そういった作業を行う際も装置は底の水の取り出し口から外気が自然に出入りできるから装置内部気圧は大気圧と常に等しい。
【００１５】  本発明海水蒸留造水装置は１ｋｇ造水に必要な熱エネルギー量が５ｋｃａｌ未満と少なく気流加熱器は装置内部の高所に位置する構造なのでエネルギー密度の小さい太陽光も大容量海水淡水化に役立つ。以下その説明をする。
【００１６】  １ｋｇ造水に対応する本発明装置高所連通気流量は前記水蒸気凝結管が吸引する気流量と同じであってその量は飽和水蒸気圧のグラフから結論的に言うと１ｋｇ近くまで小さくできる。
【１ｋｇ造水するのに要する熱量を計算する】
【００１７】  本造水装置の高所連通気流中水蒸気の比熱は水を１として約０．５、空気成分のそれは水蒸気のさらにその半分しかない。前記水蒸気飽和近い高温気流中空気成分は量も少ないので計算をシンプルにするために高所連通気流の比熱は０．５とみなし以下の計算を行う。本発明海水淡水化装置は数℃の気流加熱幅で高所連通気流を加熱して造水する想定、その想定において１ｋｇ造水するための高所連通気流量が１ｋｇ近くまで小さくというのはあいまいかと思うのでこれを１．５ｋｇに、そして今数℃と説明したばかりの高方連通気流の、気流加熱装置による加熱幅を、今からは６℃だけ高温にすることを考えると、
１ｋｇ造水に要する熱量を求める計算式は
１．５ｋｇ×６℃×気流比熱０．５＝４．５ｋｃａｌ  となる。…▲３▼
この４．５ｋｃａｌというのは造水対象海水１ｋｇを４．５℃温められる熱量でありこれは本発明造水装置が太陽熱を使い大量に海水淡水化できるという次の説明の前置きでもある。
【００１８】  １６℃の水道水をサンヒーターでふろに沸かしている夏の家があって６０℃を超えるお湯が晴天のほぼ毎日得られるとすれば４４℃の水温上昇でありこれは前記水道水が１ｋｇあたり４４ｋｃａｌを吸収したという説明になる…▲４▼
そこで次はこの説明を引き継ぎ前記サンヒーターが晴れた夏の１日に得る熱でどれだけの水が海水淡水化で得られるか、本発明装置についての計算である。
その計算は上記説明から  ▲４▼÷▲３▼＝約９．７  とシンプルではあるがこれは風呂を沸かす前記小さなサンヒーターが夏の１日に集める熱量でその風呂約１０回分もの量を本発明装置は造水できるという説明である。
【００１９】  海水蒸留造水装置は熱を使って海水淡水化するために熱ロスが大きく、海水ポンプなどの動力手段等ほかにもエネルギーが必要である。しかしこういったことはどの従来型海水淡水化装置でも同じことであるから今そのことも含めて説明するが本発明海水淡水化装置は水不足地域には特別多くある太陽熱が本発明装置の造水熱源に利用できて、旱魃地域に住む人の水需要に十分に応えることができると考える。この装置は前記旱魃地域のような強い太陽熱が得られないところでも海水淡水化装置として水不足解決に十分寄与できると考える。
【産業上の利用可能性】
【００２０】  本発明は簡易な扱いと簡易な機構による低コスト且つ高品質な海水淡水化装置を世の中に提供する。水は産業上絶対に欠かせないものなのでそれが不足することの不利益は人間社会にとって非常に大きなものになっていて、極端な例えかも知れないが中東シリア国周辺の戦乱がいつまでも終息しないのは厳しい水不足も原因と思われる。そこでもし本発明海水淡水化装置が砂漠地域における水不足を解決できればまず農業が、そして次には他の産業にも好影響が広がり人々の生活は楽になるから水不足解決はその地域が平和になる可能性を大きくする。しかも水不足は全世界で深刻なのでそのことが世界の経済活動を阻害しあるいは地球温暖化問題解決を困難にしている。水不足解決により沙漠緑化が可能になれば大気中炭酸ガス濃度を劇的に低下させ海が酸性化することも防げるだろう。次に、本発明は海水高濃縮造水装置なので塩が造水の副産物として得られる。本発明海水淡水化装置の底にはどろどろの塩が溜まる、それを資源獲得する際に出る濃縮海水には貴金属の金までもが微量ではあるが高濃縮するから濃縮海水のさらなる高濃縮造水を続ければやがては金も結晶に析出させられるであろう。そしてその仕組みは汚染水浄化装置にも利用できそうである。世界には猛毒の汚染水を出す鉱山や工場が少なくない。またカドミウムなど危険物質を含む水を仕方なく飲料水にしているところ、あるいは日本国内において有毒水が発生する産業廃棄物の最終処分場をどこに持って行くかがニュースになることもあり本発明海水淡水化装置は低コスト大量に安全な水を提供する以外にも広く役立ちそうである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】  請求項１説明図
【図２】  請求項１説明図追記
【図３】  請求項１、請求項２説明装置図においてＡＡ´間の平面図
【図４】  本発明説明用飽和水蒸気圧のグラフ
【図５】  産業上その他での利用可能性について
【符号の説明】
【００２２】１  装置底への原料海水貫入取り込み
２  海水予熱管
３  蒸発する造水対象海水への海水補充
４  高方連通気流加熱の説明符号
５  水蒸気凝結領域の気流吸引口
６  結露の流下
７  造水対象海水面
８  造水対象海水内を浮上する気泡群
９  気流噴出ノズル装置
１０  気流吸引圧縮装置（前記９とで気流吸引噴出装置を構成する）
１１  水蒸気凝結領域
１２  図１は請求項１説明の海水淡水化装置
図２は大気中空気を吸引噴出して海水淡水化する本発明海水淡水化装置
１３  ドロドロの塩が析出して堆積する
１４  ドロドロの塩取り出しコック
１５  造水熱源に使う太陽光採光断熱窓のイメージ
［図２飽和水所気圧のグラフ説明において］
Ｂ    気流Ｂ  気流吸引圧縮装置が吸引する大気、又は下方連通冷気
Ｃ    気流Ｃ  造水対象海水面上に気泡が浮上破裂して再生する気流
Ｄ    気流Ｄ  前記気流Ｃ加熱後の高温気流
Ｉ    循環気流内部の空気成分分圧
Ｊ    循環気流内部の水蒸気成分分圧
Ｈ    大気圧
【図１】
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【図３ａ】
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【図２】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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