(57)【要約】【課題】太陽エネルギーにより水と電気の両方を同時に得ることができる発電機能付き海水淡水化装置を提供する。【解決手段】ヘリオスタット４で反射した太陽光Ｌにより蒸気ボイラー２を加熱し、蒸気ボイラー２で発生した蒸気Ｂを発電機２７のタービン２６に供給して発電を行うと共に、発電機２７のタービン２６から排出された蒸気Ｂを熱源として海水Ｃを加熱して蒸気Ｄを発生させ、その蒸気Ｄをコンデンサ１９で冷却して凝縮させることにより淡水Ｅを得ることができる。このように、太陽エネルギーを利用して、水と電気の両方を同時に得ることができる。海２２から循環された冷たい海水Ｃを冷却液体として利用するため、蒸気Ｂ、Ｄを凝縮させためのエネルギーが少なくて済む。【選択図】図１
2010279893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部に加熱面を有する蒸気ボイラーと、蒸気ボイラーの周辺の地上に設置されて太陽光を蒸気ボイラーの加熱面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、蒸気ボイラーからの蒸気が供給されて発電する発電機と、発電機から排出された蒸気を熱源として海水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生部と、冷却液体が循環されて蒸気発生部からの蒸気を凝縮させるコンデンサと、コンデンサで凝縮された淡水を溜める淡水タンクと、から成ることを特徴とする発電機能付き海水淡水化装置。
【請求項２】
冷却液体が海から循環された海水であることを特徴とする請求項１記載の発電機能付き海水淡水化装置。
【請求項３】
蒸気ボイラーが所定の高さに設置され且つ底面に加熱面を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発電機能付き海水淡水化装置。
【請求項４】
蒸気ボイラーの加熱面が内側に凹の湾曲面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電機能付き海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーを利用した発電機能付き海水淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水を淡水化する方法として蒸発法が知られている。従来は、蒸発用の熱源として、重油を燃焼させたボイラーを用いていたが、燃料コストが高いことと、地球温暖化の原因となる二酸化炭素を大量に排出するため、近年では太陽エネルギーを利用した海水淡水化装置の提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８６９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、太陽エネルギーにより海水の淡水化を行うだけで、同時に発電を行うことができなかった。離島や海外の一部の地域では、水だけでなく、電気の供給も十分でないため、太陽エネルギーにより、水と電気の両方を同時に得ることができる発電機能付き海水淡水化装置の提案が望まれている。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、太陽エネルギーにより水と電気の両方を同時に得ることができる発電機能付き海水淡水化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、一部に加熱面を有する蒸気ボイラーと、蒸気ボイラーの周辺の地上に設置されて太陽光を蒸気ボイラーの加熱面に向けて反射させる複数のヘリオスタットと、蒸気ボイラーからの蒸気が供給されて発電する発電機と、発電機から排出された蒸気を熱源として海水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生部と、冷却液体が循環されて蒸気発生部からの蒸気を凝縮させるコンデンサと、コンデンサで凝縮された淡水を溜める淡水タンクと、から成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、冷却液体が海から循環された海水であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、蒸気ボイラーが所定の高さに設置され且つ底面に加熱面を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、蒸気ボイラーの加熱面が内側に凹の湾曲面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、ヘリオスタットで反射した太陽光により蒸気ボイラーを加熱し、蒸気ボイラーで発生した蒸気を発電機に供給して発電を行うと共に、発電機から排出された蒸気を熱源として海水を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気をコンデンサで冷却して凝縮させることにより淡水を得ることができる。このように、太陽エネルギーを利用して、水と電気の両方を同時に得ることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、海から循環された冷たい海水を冷却液体として利用するため、蒸気を凝縮させためのエネルギーが少なくて済む。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、蒸気ボイラーを所定の高さに設置し、蒸気ボイラーの底面を加熱面として、そこを太陽光により加熱するため、内部の水全体に熱が対流により伝わりやすく、太陽エネルギーにより効率的に大量の蒸気量を発生させることができる。大量の蒸気が発生すれば、その発生蒸気を利用して効果的な発電をすることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、蒸気ボイラーの加熱面が内側に凹の湾曲面であるため、加熱面と太陽光とのなす角度が大きくなり、加熱面による太陽光の吸収性能が向上する。また、熱気が凹型の加熱面内に滞留するため、側面を加熱面とする場合に比べて、加熱面からの放熱が減少し、熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電機能付き海水淡水化装置を示す概略図。
【図２】発電機能付き海水淡水化装置を示す平面図。
【図３】ヘリオスタットを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図３は、本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１６】
この実施形態の発電機能付き海水淡水化装置には、発電に関するサイクルと、海水淡水化に関するサイクルが組み合わされている。まず、発電に関するサイクルを先に説明する。
【００１７】
発電機能付き海水淡水化装置の中心には、地表から所定高さ（約１０ｍ）を有する４本のタワー１が立設されている。そのタワー１の上部には、金属製の蒸気ボイラー２が設置されている。
【００１８】
蒸気ボイラー２は上部が圧力に耐えるようにドーム型になっており、底面は加熱面３として内側へ凸の湾曲面になっている。加熱面３には耐熱性の黒色塗装が施されている。
【００１９】
蒸気ボイラー２の周囲の地上には、太陽Ｓを追尾しながら、太陽光Ｌを常に蒸気ボイラー２の加熱面３に向けて反射するヘリオスタット４が複数設置されている。ヘリオスタット４は、図２に示すように、蒸気ボイラー２の南側を除き、蒸気ボイラー２を中心にした放射状に複数設置されている。
【００２０】
個々のヘリオスタット４は、図３に示すように、ベース部５に立設された支柱６の頂部に反射ミラー７を備えた構造になっている。反射ミラー７は多数の小ミラーから構成され、全体として凹面形状になっている。従って、ほぼ平行光である太陽光Ｌは反射ミラー７で反射されることにより、ターゲット（加熱面３）に向けて集光する太陽光Ｌとなる。反射ミラー７は支柱６の頂部に対して高度方向及び方位方向で回転自在になっている。反射ミラー７は、太陽Ｓを追尾して、太陽光Ｌの移動角度の概ね１／２ずつ回転して、常に太陽光Ｌを同じ方向へ反射し続ける。このような反射ミラー７の制御は、センサー方式で行っても良いし、コンピュータ方式で行っても良い。
【００２１】
蒸気ボイラー２の内部には図示せぬセンサーにより一定の水Ａが保持されている。蒸気ボイラー２の上部には空間が設けられており、そこに蒸気Ｂが溜まるようになっている。
【００２２】
蒸気ボイラー２の近くには、タービン２６と発電機２７が設置されている。発電機２７には電流制御部３２が設けられ、一部の電力を自己使用することができると共に、残りの電気を他に供給することができる。図１では、タービン２６と発電機２７は高い位置に図示されているが、実際には地上高さに設置されている。蒸気ボイラー２の頂部からは供給パイプ２８が延びており、タービン２６に接続されている。また、タービン２６からは戻しパイプ２９が途中曲折した状態で長く延びており、最終的には蒸気ボイラー２の下部に接続されている。
【００２３】
戻しパイプ２９の一部は、一部にＵ字状に曲折した加熱部１４が形成されている。また、戻しパイプ２９の途中にはコンデンサ３０とポンプ３１も設けられている。コンデンサ３０の一端には導入管３５が接続され、他端には排出管３６が接続されている。導入管３５の先端は海２２の中に設置され、ポンプ２３により、フィルター２４を介して海水Ｃをコンデンサ３０内に導入することができる。排出管３６も先端が海２２側に突出しており、コンデンサ３０を通過した海水Ｃを海２２へ戻すことができる。
【００２４】
次に、海水淡水化に関するサイクルを説明する。タービン２６から排出された蒸気Ｂが通過する戻しパイプ２９の加熱部１４には、それを内部に含む形で蒸気発生部１６が形成されている。蒸気発生部１６は基本的に密閉された箱形状で、内部には海水Ｃが保持されている。戻しパイプ２９の加熱部１４は、蒸気発生部１６に保持された海水Ｃの内部に位置した状態となる。蒸気発生部１６には、注入管８と、排水管９があり、どちらにもバルブ１０、１１が設けられている。排水管９側のバルブ１１は常時閉で、海水Ｃがバルブ１１に達したときにバルブ１１の高さまで海水Ｃを強制排出するようになっている。
【００２５】
排水側のバルブ１１の上部には塩分センサー１２が設けられている。この塩分センサー１２は海水Ｃの表面に浮かべる「浮き方式」で、海水Ｃの塩分濃度により、海水Ｃの表面における位置が浮力により変化するため、浮かんでいる位置が高い場合には、浮力大（塩分濃度大）と判断して、注入側のバルブ１０に信号を出力して注入管８から海水Ｃを強制的に加熱容器２内に注入する。
【００２６】
蒸気発生部１６の内部の海水Ｃの上部には空間部１３が形成されている。この空間部１３は海水Ｃの水分が蒸発した蒸気Ｄが溜まるところである。
【００２７】
この空間部１３内に蛇行管形状のコンデンサ１９が、平面視でほぼ空間部１３の広さの範囲内にわたって縦横に形成されている。コンデンサ１９の下側には、蒸気Ｄの導入口３３を残した状態で、淡水Ｅを貯留する受け皿状の淡水タンク１５が形成されている。淡水タンク１５の底面は傾斜しており、その低い位置に開閉自在な取水口３４が形成されている。
【００２８】
空間部１３の導入口３３とは反対側の壁部には、排気管１７が形成されている。排気管１７の先端にはファン１８が設けられ、空間部１３内のエアーを外部へ排出するようになっている。
【００２９】
そして、コンデンサ１９の一端には、前記発電側のコンデンサ３０と同様に、導入管２０が接続され、他端には排出管２１が接続されている。導入管２０の先端は海２２の中に設置され、発電側と共用のポンプ２３により海水Ｃを前記コンデンサ１９内に導入することができる。排出管２１も先端が発電側と同じように海２２側に突出しており、コンデンサ１９を通過した海水Ｃを海２２へ戻すことができる。
【００３０】
前記排出管３６の途中には合流管２５が設けられ、図示省略されているが前記蒸気発生部１６の排水管９が接続され、蒸気発生部１６から強制排出された塩分濃度の高い海水ａを、コンデンサ３０を通過した海水Ｃと共に海２２へ戻すことができる。
【００３１】
更に、蒸気発生部１６へ海水Ｃを注入する注入管８の反対側の端部は、排出管２１の合流管２５よりも手前位置に接続されている。従って、蒸気発生部１６に注入される海水Ｃはコンデンサ１９を通過したものである。
【００３２】
尚、加熱部１４や蒸気発生部１６等は、図１及び図２では、加熱容器２の南側の近い位置に設置されているように図示されているが、実際には、ヘリオスタット４への太陽光Ｌの入光を邪魔しないように、ある程度、南側の離れた位置に設置されている。
【００３３】
次に、この実施形態の作用を説明する。
【００３４】
まず、発電に関するサイクルの作用を説明する。太陽光Ｌは複数のヘリオスタット４により、地表から所定の高さに位置づけられた蒸気ボイラー２の底面の加熱面３に集光される。各ヘリオスタット４で反射された太陽光Ｌは、湾曲状（一種のドーム形）となった加熱面３の中央部から遠い方の面に当てる。そうすると、太陽光Ｌと加熱面３とのなす角度が大きくなり、太陽光Ｌは加熱面３の表面で反射されることなく確実に吸収され、熱効率が高まる。
【００３５】
また、ヘリオスタット４からの太陽光Ｌを、それぞれ加熱面３の遠い方の面に当てることにより、太陽光Ｌは加熱面３に対して分散された状態で当たることになる。加熱面３の一部のみが部分的に高温にならず、加熱面３の全体が高温になるため、この点も熱効率向上に寄与している。
【００３６】
更に、加熱面３が湾曲状で、熱気が加熱面３内に滞留するため、側面を加熱面とする場合に比べて、加熱面３からの放熱が減少し、熱効率が向上する。
【００３７】
加熱面３に黒色塗装を施していることも、太陽光Ｌの吸収を良くしている。このように、太陽光Ｌは蒸気ボイラー２の加熱面３において効率良く熱に変換される。
【００３８】
蒸気ボイラー２の底面である加熱面３が太陽光Ｌにより加熱されるため、内部の水Ａの全体に対流により熱が伝わりやすく、水Ａが効果的に沸騰して、大量の蒸気Ｂを発生させることができる。
【００３９】
蒸気ボイラー２で発生した蒸気Ｂは、供給パイプ２８を介してタービン２６に送られ、タービン２６を回転させる。タービン２６が回転すると、一体的に連結された発電機２７も回転して電気を発生させる。発電機２７で発生した電気は、電流制御部３２を介して、ポンプ２３、３１やファン１８等に自己使用されると共に、他へも供給される。
【００４０】
タービン２６に供給されて、仕事が終了した蒸気Ｂは、戻しパイプ２９を介して蒸気ボイラー２に戻されるが、その途中にコンデンサ３０が設けられているため、そこで冷却されて蒸気Ｂから水Ａにされ、水Ａの状態で元の蒸気ボイラー２に戻される。以上の工程を繰り返すことにより、発電機２７から電気を発生し続けることができる。
【００４１】
次に、海水淡水化に関するサイクルの作用を説明する。発電の過程で、タービン２６から排出されてコンデンサ３０に至る前の蒸気Ｂはまだ熱く、戻しパイプ２９の加熱部１４は温度が高い。従って、この加熱部１４により、蒸気発生部１６内の海水Ｃは加熱される。蒸気発生部１６の空間部１３が排気管１７のファン１８により吸引されているため、空間部１３の気圧が大気圧よりも若干低くなっている。そのため、蒸気発生部１６内の海水Ｃの水分が蒸発しやすい状態になっている。
【００４２】
発生した蒸気Ｄは導入口３３からコンデンサ１９側に導かれる。前述のように、導入口３３の反対側から排気管１７のファン１８により吸引されているため、導入口３３からコンデンサ１９側へ向けての蒸気Ｄの移動は促進される。
【００４３】
蒸気Ｄはコンデンサ１９に接することにより、そこで熱交換されて凝縮され、淡水（蒸留水）Ｅとなる。コンデンサ１９との接触により凝縮された淡水Ｅは、そのまま淡水タンク１５内に落下して貯留される。
【００４４】
蒸気発生部１６内の海水Ｃは水分を蒸発させることにより、塩分濃度が上昇するが、予め設定された濃度より濃くなった場合には、塩分センサー１２が検知して、注入管８のバルブ１０を開き、排出管２１からコンデンサ１９を通過しただけの新鮮な海水Ｃを蒸気発生部１６内に注入する。注入管８から蒸気発生部１６に注入される海水Ｃは、コンデンサ１９内で蒸気Ｄと熱交換することにより比較的温かくなっているため、蒸気発生部１６内に導入された後も少ない熱エネルギーで蒸発させることができ、熱効率が良い。
【００４５】
蒸気発生部１６内への新鮮な海水Ｃの導入は、蒸気発生部１６内の海水Ｃの塩分濃度が所定濃度に達するまで行われる。その過程で、排出側のバルブ１１の高さよりもオーバーフローする高濃度の海水Ｃはバルブ１１により排水管９から強制排出される。強制排出された高濃度の海水ａは、排水管９から図示せぬ配管を介した後、合流管２５から排出管３６に合流し、コンデンサ３０を通過した海水Ｃと一緒に海２２に戻される。
【００４６】
以上説明したように、この実施形態によれば、太陽エネルギーにより、発電と海水淡水化の両方を同時に行うことができる。
【００４７】
また、蒸気Ｂ、Ｄを発生させるための熱エネルギーは太陽光Ｌから得て、蒸気Ｂ、Ｄを凝縮するための冷却エネルギーは、海２２からの海水Ｃから得るため、ほとんど自然エネルギーで済む。化石燃料に起因したエネルギーの使用は、ポンプ２３、３１やファン１８等で使用する電力など、ほんの僅かで済む。しかも、その電力は、自身で発電したものを利用するため、離島など電力供給網がない場所にも設置することができる。
【００４８】
尚、以上の実施形態では、コンデンサ１９、３０を海水Ｃにより冷却する例を示したが、冷水循環機やクーリングタワーで冷却した冷水を循環しても良い。
【符号の説明】
【００４９】
２  蒸気ボイラー
３  加熱面
４  ヘリオスタット
９  発電機
１４  加熱部
１５  淡水タンク
１６  蒸気発生部
１９  コンデンサ
２７  発電機
２８  供給パイプ
２９  戻しパイプ
３０  コンデンサ
ａ  濃縮された海水
Ａ  水
Ｂ  蒸気（発電側）
Ｃ  海水
Ｄ  蒸気（海水淡水化側）
Ｅ  淡水
Ｌ  太陽光
Ｓ  太陽
【図１】
2010279893.tif 000003
【図２】
2010279893.tif 000004
【図３】
2010279893.tif 000005