(57)【要約】本発明は、太陽光以外の外部動力を必要とせずに、メンテナンスフリーの加熱滅菌浄水器を提供する。  本発明の加熱滅菌浄水器は、未処理水を滅菌するための集熱部２と、集熱部２で発生した滅菌された水蒸気を凝縮させる凝縮部３と、集熱部２への未処理水を供給する配管１２に設置された第１の逆止弁４と、凝縮部３からの滅菌済みの処理水を貯蔵する貯蔵部５とを備える。さらに、凝縮部３と貯蔵部５との間に、滅菌された処理水を一方向へ流す第２の逆止弁６を備える。本発明では、水蒸気の凝縮の際に生じる減圧により間歇的に第１の逆止弁４が開き、未処理水が集熱部２へ吸引される。
2009125702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未処理水を滅菌するための集熱部と、
前記集熱部で発生した水蒸気を凝縮させる凝縮部と、
前記集熱部への未処理水を供給する配管に設置された第１の逆止弁と、
前記凝縮部からの滅菌済みの処理水を貯蔵する貯蔵部とを備え、
前記凝縮部と前記貯蔵部との間に滅菌された処理水を一方向へ流す第２の逆止弁を備え、
前記水蒸気の凝縮の際に生じる減圧により間歇的に前記第１の逆止弁が開き、前記未処理水が前記集熱部へ吸引される
ことを特徴とする加熱滅菌浄水器。
【請求項２】
前記集熱部に近接対向して配置されたリザーバタンクを有することを特徴とする請求項１記載の加熱滅菌浄水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲み水として不適合な水を飲料水として利用可能にするための加熱滅菌浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球上では上水設備の不備により約１１億人の人々が飲料に適した安全な飲み水を確保できないでいる。また、その中の約２２０万人の人々が毎年下痢の発症、コレラ、赤痢に感染し亡くなっている。被害例としてインドネシアを挙げると、赤痢による発症事例数が５歳未満１４５５事例、５歳以上５３３０事例にのぼり、コレラについては不定期に大量発症しており２００２年の雨季にインドネシアのセレベス島では３０５事例、下痢の発症事例数はスマトラ島では２１４９３０事例報告されている。さらに、近年連続して東南アジアで発生した大地震による津波の被害で地表水が病原性細菌に汚染されたことは記憶に新しい。そのような状況下で細菌類に汚染されていない水を得るためには比較的汚染されている可能性が低い地下水を利用するか、滅菌する技術がなければ汚染した水を飲まざるを得ない。【０００３】
上水設備が完備している先進国においても、自然災害によって上水設備が破壊されれば深刻な水問題が生じる。また、自然災害時においては上水道以外のライフラインも切断されている可能性が高く、特別な外部動力を要する浄水方法では対応できない。【０００４】
本発明者は、上水設備が未だ完備していない地域や災害等により上水設備が破壊された地域で水問題に苦しむ人を救うため、誰でも使用可能な太陽光の他には特別な動力が不要な太陽光浄水器の開発を行ってきた。これは凹面鏡により太陽光を集光して飲料に適さない水を加熱することで滅菌を行うものであるが、処理温度が低い場合には耐熱性がある細菌が完全に滅菌できなかった。この問題は処理温度を高温化することで解決できるように思われるが、利用可能な太陽エネルギーが一定である以上、処理温度を高くすれば処理時間の増大につながり、必然的に単位時間当たりに供給できる飲料水が減少するという結果となる。【０００５】
太陽熱を利用して海水を淡水化する技術において、熱効率を高める目的で熱交換器にて未処理水を予熱する方式を開示している文献は多くあり、例えば特許文献１を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１６０３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示している構成においては外部動力を必要とするポンプが含まれている。しかしながら、本発明者の目的が上水設備の整備されていない地域、あるいは災害によって上水設備が破壊された地域において飲料水を提供しようというものであるから、外部動力を必要とするポンプは使用できない可能性が高い。また、仮に太陽光以外の動力が利用可能でポンプによって未処理水を吸引することが可能であったとしても、太陽の照射条件によって浄水に要する処理時間が異なる。このため、完全に滅菌した飲料水を提供するためには、日照条件に応じて吸引量を調整する機構が別途必要となる。これは装置構成を複雑とし、装置のメンテナンスが必要となるばかりか、装置コストの増大につながる。【０００８】
そこで、本発明の目的は、太陽光以外には外部動力を必要とせず、メンテナンスの容易な加熱滅菌浄水器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、太陽光処理水の一部が高温の水蒸気になっていることに着目し、これを利用して未処理水の吸引ができないかを検討した。その結果、例えば集光された太陽光にて未処理水を加熱する集熱部と熱交換器の形状を工夫することにより、水蒸気圧で処理水を集熱部より排出することが可能であり、熱交換器にて水蒸気が凝縮される際に生じる減圧（いわゆる負圧）を利用して新たな未処理水を吸引することが可能であることを見出した。【００１０】
本発明に係る加熱滅菌浄水器は、未処理水を滅菌するための集熱部と、集熱部で発生した滅菌された水蒸気を凝縮させる凝縮部と、集熱部への未処理水を供給する配管に設置された第１の逆止弁と、凝縮部からの滅菌済みの処理水を貯蔵する貯蔵部とを備える。そして、本加熱滅菌浄水器は、前記水蒸気の凝縮の際に生じる減圧により間歇的に第１の逆止弁が開き、未処理水が集熱部へ吸引されるように構成される。【００１１】
すなわち、本発明の加熱滅菌浄水器は、例えば太陽光、あるいは簡易に得られる熱源からの熱エネルギーが連続して得られている間は、自動的にかつ間歇的に処理水の排水と未処理水の吸引を行うポンプ機能を備えた浄水器である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る加熱滅菌浄水器によれば、飲料水に適さない水を太陽光以外の外部動力を使用しないで飲料水に転換することができる。また、構成が単純であり、ほぼメンテナンスフリーで動作させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明に係る加熱滅菌浄水器の実施の形態の基本的な構成図である。
【図２】図２は本発明に係る加熱滅菌浄水器の実験に用いた実施の形態の一例の構成図である。
【図３】図３Ａは本発明に係る集熱部とリザーバタンクをＵ字管で構成した一例を示す側面図、図３Ｂは正面図である。
【図４】図４は本発明に係る集熱部とリザーバタンクをＵ字管で構成した他の例を示す側面図である。
【図５】図５は本発明に係る集熱部とリザーバタンクをＵ字管で構成した更に他の例を示す側面図である。
【図６】図６Ａは本発明に係る多管型の集熱部の例を示す上面図、図６Ｂは正面図、図６Ｃは側面図である。
【図７】図７は本発明に係る凝縮器の他の例を示す断面図である。
【図８】図８は本発明に係る加熱滅菌浄水器による滅菌実験、すなわち実験室内で培養した大腸菌、サルモネラ菌、ウェルシュ菌の滅菌実験の結果を示すグラフである。
【図９】図９は本発明に係る加熱滅菌浄水器による滅菌実験、すなわち河川水における大腸菌群、従属栄養細菌の滅菌実験の結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は本発明に係る加熱滅菌浄水器における処理水温度及び未処理水温度の経時変化を示すグラフである。
【図１１】図１１は本発明に係る加熱滅菌浄水器における処理水量の経時変化を示すグラフである。
【図１２】代替凹面鏡を使用した場合の試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１４】
１、２１・・加熱滅菌浄水器
２、２２・・集熱部
３、２３・・凝縮器
３Ａ、２３Ａ・・内筒管
３Ｂ、２３Ｂ・・外筒管
４、２４・・第１の逆止弁
５、２５・・処理水の貯蔵部
６、２６・・第２の逆止弁
７、２７・・リザーバタンク
８、２８・・未処理水の供給部
２８ｂ・・排出口
１１、１２、１３、１４、１５・・配管
２３Ａａ・・吸入口
２３Ａｂ・・排出口
２３Ｂａ・・吸入口
２３Ｂｂ・・排出口
３１・・未処理水
３２・・処理水
３３・・Ｕ字管
３３Ａ、３３Ｂ・・垂直部
３３Ａｂ・・排出口
３３Ｂａ・・吸入口
３４・・集熱板
３５・・輻射熱、
４１、４２、４４、４５・・配管
４６・・逆Ｕ字管
５３・・低熱伝導率のチューブ
５４、５５・・金属直管
５４ｂ・・排出口
５５ａ・・吸入口
５７・・多管型集熱部
５８・・金属パイプ
６１、６２・・連結部
６１ｂ・・排出口
６２ａ・・吸入口
６３・・有効集熱部
６４・・プラスチック部材
６６・・リザーバタンク
６７・・チューブ
７１・・凝縮器
７２、７３・・筒状体
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１に、本発明に係る加熱滅菌浄水器の実施の形態の基本的な構成を示す。本実施の形態に係る加熱滅菌浄水器１は、未処理水を滅菌するための集熱部２と、加熱によって集熱部２で発生した滅菌された水蒸気を凝縮させ、未処理水の予熱を行う熱交換器を兼ねる凝縮部（以下、凝縮器という）３と、集熱部２へ未処理水を供給する配管１２に設置された第１の逆止弁４と、凝縮器３から滅菌済みの処理水を貯蔵する貯蔵部５を備える。逆止弁４は、図1では集熱部２とリザーバタンク７との間の配管１２に設置しているが、配管１３に設置しても良い。図１の配置であれば、集熱部とリザーバタンク７を熱的に分離することが可能であり、集熱部の投入された熱を処理水の加熱に有効に利用できる。ただし、逆止弁４の抵抗により浄水器の処理能力が減少する可能性がある。逆止弁４が１００℃程度の耐熱性が無い材料で構成されている場合には、配管１３に設置する必要がある。
【００１７】
さらに、凝縮器３と処理水の貯蔵部５との間、本例では凝縮器３の処理水排出口には、処理水が逆流するのを防止するための第２の逆止弁６を設置する。この第２の逆止弁６がない場合には、滅菌された処理水が浄水器内に逆流することがあり、処理量が低下する。本例では第２の逆止弁６は凝縮器３の構成に含まれる。
【００１８】
効率的に蒸気を生成するためには、集熱部２は熱容量が小さく、かつ内部容積が小さいことが望ましい。しかしながら、未処理水が過加熱されて高温の蒸気となり集熱部２より排出された後に、未処理水が速やかに集熱部２に導入されないと浄水器の処理水量が低下する。集熱部２に速やかに未処理水を導入させる目的で、集熱部２の直前にリザーバタンク７を設置することができる。リザーバタンク７を集熱部２に近接対向して設置することで、集熱部２からの輻射熱で未処理水を余熱することも可能である。
【００１９】
凝縮器３は、集熱部２で発生した水蒸気が導かれる第１の筒状体と、第１の筒状体に送られた水蒸気を冷却し凝縮させるための未処理水が導かれる第２の筒状体を有して構成される。本例の凝縮器３は、水蒸気が導かれる内筒管３Ａと、未処理水が導かれる外筒管３Ｂを有する２重構造で構成されている。
【００２０】
内筒管３Ａの吸入口３Ａａと集熱部２の排出口２ｂとは配管１１により接続され、内筒管３Ａの排出口３Ａｂは第２の逆止弁６を介して配管１５に接続される。この配管１５は処理水の貯蔵部５に通じている。外筒管３Ｂの吸入口３Ｂａは未処理水の供給部８からの配管１４に接続され、外筒管３Ｂの排出口３Ｂｂとリザーバタンク７の吸入口７ａとは配管１３により接続される。リザーバタンク７の排出口７ｂと集熱部２の吸入口２ａとは第１の逆止弁４を介して配管１２により接続される。この配管１２は、集熱部２の熱容量を小さく保つために、断熱性の高い材質で形成することが望ましい。
【００２１】
リザーバタンク７を設けないときは、凝縮器３の外筒管３Ｂの排出口３Ｂｂは配管１２を介して第１の逆止弁４に接続される。
【００２２】
集熱部２を加熱する熱源としては、通常は太陽光を用いる。太陽光を熱源とするときは、図示しないが、凹面鏡を配置してこの凹面鏡で太陽光を集光して集熱部２へ照射するようになす。太陽光が得られないときは、例えばバーナー、焚き火などの簡易に得られる熱源を用いて集熱部２を加熱することも可能である。
【００２３】
次に、本実施形態の加熱滅菌浄水器１の動作を説明する。動作開始時には、供給部８から未処理水が配管経路を通じて集熱部２に供給される。熱源を太陽光としたときには、太陽エネルギーは凹面鏡（図示せず）にて集光され、集熱部２を加熱する。この加熱で集熱部２内の未処理水が過加熱・突沸して水蒸気化する過程で未処理水中に含まれる細菌類等が滅菌される。滅菌された水蒸気は、この水蒸気圧にて集熱部２より排出されて凝縮器３へ送られる。集熱条件によっては集熱部２内の未処理水の全てが水蒸気になるが、通常は水蒸気と熱水の混合状態となる。熱水の状態でも滅菌される。凝縮器３の内筒管３Ａに送られた水蒸気（あるいは水蒸気及び熱水）は、外筒管３Ｂ内の冷たい未処理水により冷却され、凝縮され水に戻される。この処理水は、上記水蒸気圧により第２の逆止弁６を通じて貯蔵部５に貯蔵される。
【００２４】
水蒸気が冷却、凝縮されて水に戻されると同時に、未処理水が集熱部２へ吸引される。すなわち、凝縮器３内で水蒸気水が冷却され凝縮することにより、集熱部２から配管１１、さらに凝縮器３の内筒管３Ａ内の一部が減圧され負圧となり、第１の逆止弁４が開き、未処理水が集熱部２内に吸引される。集熱部２内に未処理水が吸引されると、再び第１の逆止弁４が閉じ、未処理水の吸引は停止する。第２の逆止弁６は、処理水を一方向へ流すための弁であり、上記負圧のときは閉じられるので処理水の逆流が阻止され、処理水と未処理水が混ざり合うことはない。
【００２５】
第１の逆止弁４が閉じるのは、後述で明らかとなるが、未処理水の界面より貯蔵部５に配置された配管１５の処理水排出口が高い位置にあることで、その高さの差に応じた予圧（正圧）が第１の逆止弁４にかかり、弁が閉じられる。そして、再び上記の動作が繰り替えされて、未処理水が滅菌された処理水となり、貯蔵部５へ処理水が貯蔵される。
【００２６】
凝縮器３では、水蒸気と熱水の混合物が未処理水で冷却されるが、同時に未処理水は水蒸気と熱水の混合物からの熱を奪って予熱される。一方、集熱部２が太陽エネルギーで加熱されるが、その熱の一部は輻射熱の形でリザーバタンク７を加熱することになり、リザーバタンク７内の未処理水が予熱される。この予熱された未処理水が集熱部２へ吸引されることになる。
【００２７】
上述の加熱滅菌浄水器１によれば、発生する水蒸気と、第１の逆止弁４と、凝縮器３とによってポンプ機構が構成される。このポンプ機能により、処理水の排出、未処理水の吸引が同時に行われ、しかも太陽光が照射している間は、この滅菌浄化処理が間歇的にかつ自動的に行われる。逆に、太陽光による十分な熱エネルギーが得られないときは、水蒸気化せず、ポンプ機能が働かないので、本浄水器１は動作しない。これによって、滅菌されない処理水が得られる恐れはなく、動作の安全性が確保される。太陽光を利用できないときには、例えばバーナーや焚き火等の簡易に得られる熱源により、同様の滅菌浄化処理を行うことができる。
【００２８】
従って、本浄水器１は、太陽光、あるいはバーナーや焚き火等の簡易に得られる熱源以外の外部動力を必要とせずに、飲料に適さない水を飲料水に転換することができる。また、構成が単純であり、ほぼメンテナンスフリーで動作させることができる。
【００２９】
凝縮器３では、未処理水が水蒸気と熱水の混合物からの熱を奪って予熱される。この予熱された未処理水が集熱部２へ吸引されるので、集熱部２において未処理水を効率よく加熱することができる。また、リザーバタンク７を備えるときは、集熱部２に未処理水を速やかに導入されると同時に、このリザーバタンク７内の未処理水が集熱部２からの輻射熱で予熱され、凝縮器３での予熱と相俟って、集熱部２での未処理水をさらに効率よく加熱することができる。この予熱機能により処理時間を短縮させることができる。
【００３０】
図２に、さらに本発明の理解を容易にするために、実験で用いた実施の形態の一例を示す。本実施の形態に係る加熱滅菌浄水器２１は、図１と同様に、集熱部２２と、リザーバタンク２７と、熱交換器を兼ねる凝縮器２３と、第１の逆止弁２４と、第２の逆止弁２６を備える。さらに集熱部２２に対向する位置に、太陽光Ｌを反射して集熱部２２へ集光させるための凹面鏡２９が配置される。また、未処理水３１を収容した未処理水収容部２８と、処理された処理水３２を貯蔵する処理水貯蔵部２５とが配置される。未処理水収容部２８と処理水貯蔵部２５は、この例では同じ高さ、同じ容積のガラス容器を用い、高さの異なる面上に配置される。
【００３１】
そして、本実施の形態では、集熱部２２とリザーバタンク２７が、１つのＵ字管３３によって構成される。すなわち、図２及び図３に示すように、Ｕ字管３３の集熱側となる一方の垂直部３３Ａと、この垂直部３３Ａに一体に接合した集熱板３４とにより集熱部２２が構成される。この一方の垂直部３３Ａは凹面鏡２９に対向しており、垂直部３３Ａの凹面鏡２９側とは反対側に集熱板３４が接合される。また、Ｕ字管３３の他方の垂直部３３Ｂは、リザーバタンクとして構成される。Ｕ字管３３は、例えば真鍮製丸パイプをＵ字状に加工して形成することができる。
【００３２】
集熱板３４を太陽光の入射側から見て、Ｕ字管３３の垂直部３３Ａの背面側に接合した構成とすることで、垂直部３３Ａに対し優先的に太陽光を照射することができ、垂直部３３Ａに対する加熱効率を高めることができる。同時に集熱板３４からの輻射熱３５によりリザーバタンクとして構成される他方の垂直部３３Ｂに対する予熱も効率よく行える。
【００３３】
集熱板３４を接合したＵ字管３３は、図示しないが、集熱部２２で得られた熱を出来るだけ外部に放散させないために、太陽光を受ける領域を除いて周りを保温部材で被覆し、外側を熱的影響を受けない金属材で被覆するようにしても良い。
【００３４】
凝縮器２３は、水蒸気が導入される内筒管２３Ａと、冷却のための未処理水が導入される外筒管２３Ｂとを有する二重構造で構成される。Ｕ字管３３の集熱部２２となる一方の垂直部３３Ａの排出口３３Ａｂと、凝縮器２３における内筒部３３Ａの吸入口２３Ａａとは、例えば断熱性の高い材質からなる配管４１にて接続される。Ｕ字管３３のリザーバタンクとなる他方の垂直部３３Ｂの吸入口３３Ｂａと、凝縮器２３における外筒部２３Ｂの排出口２３Ｂｂとは、例えば断熱性の高い材質からなる配管４２にて接続される。この配管４２の途上に第１の逆止弁２４が設置される。凝縮器２３における外筒部２３Ｂの吸入口２３Ｂａと、未処理水収容部２８の下部側の排出口２８ｂとは、例えば断熱性の高い材質からなる配管４４にて接続される。
【００３５】
凝縮器３３では、内筒管２３Ａの上端側が吸入口２３Ａａとなり、下端側が排出口２３Ａｂとなる。また、外筒管２３Ｂの吸入口２３Ｂａ及び排出口２３Ｂｂは、外筒管２３Ｂの側面に形成され、かつ排出口２３Ｂｂが上端側に形成され、吸入口２３Ｂａが下端側に形成される。外筒管２３Ｂ内では未処理水が下から上へ流れるようにしている。これは向流型の方が熱交換率が高いからである。また、予熱された未処理水からは溶存していた気体成分が泡となって出てくることがあり、これが凝集部の中に溜まり過ぎると熱交換率だけでなく処理水量も低下するため、未処理水の排出口２３Ｂｂは上端側に設置し、気泡が排出されやすいようにしている。
【００３６】
さらに、凝縮器２３における内筒部２３Ａの排出口２３Ａｂが、例えば柔軟性を有する樹脂チューブからなる配管４５の一端に接続される。配管４５の他端には逆Ｕ字管４６の一端が接続され、逆Ｕ字管４６が処理水貯蔵部２５の上縁に支持されるようにして、逆Ｕ字管４６の他端が処理水貯蔵部２５内に挿入される。この配管２６の凝縮器２３との接続部近傍に第２の逆止弁２６が設置される。
【００３７】
次に、図２の実施の形態に係る加熱滅菌浄水器２１の動作を説明する。この加熱滅菌浄水器２１では、未処理水収容部２８の未処理水３１の界面ａより処理水貯蔵部２５の上縁に支持された逆Ｕ字管４６の排出口４６ｂの位置ｂが上方にある。この界面ａと位置ｂとの高さの差ｈに応じた予圧（正圧）が第１の逆止弁２４に加わっている間は、第１の逆止弁２４は閉じた状態になり、未処理水３１は集熱部２２に供給されない。
【００３８】
先ず、逆Ｕ字管４６を処理水貯蔵部２５より外し、逆Ｕ字管４６の排出口４６ｂの位置を未処理水３１の界面ａより低い位置まで下ろして、未処理水３１を、配管経路を通じてＵ字管３３の集熱部２２となる垂直部３３Ａ内へ供給する。その後、逆Ｕ字管４６は元の位置ｂ、すなわち処理水貯蔵部２５の上縁に支持される。これによって、第１の逆止弁２４は再び閉じた状態に戻る。
【００３９】
この状態において、凹面鏡２９により集光された太陽光Ｌが集熱部２２に照射され、集熱部２２が加熱される。これにより、集熱部２２内の未処理水が過加熱され、突沸して水蒸気となり細菌類は滅菌される。集熱部２２内の未処理水は、集熱条件によっては全てが水蒸気となるが、通常は水蒸気と熱水の混合物となる。この水蒸気と熱水の混合物は、その水蒸気圧により凝縮器２３の内筒管２３Ａに送られ、ここにおいて、外筒管２３Ｂ内の未処理水３１（例えば水温２０℃）により冷却され、凝縮されて滅菌された処理水となる。この処理水３２は、水蒸気圧により第２の逆止弁２６及び配管４５を通り処理水貯蔵部２５内に貯蔵される。
【００４０】
ここで、集熱部２２では、Ｕ字管３３の一方の垂直部３３Ａに集熱板３４が接合されている。このため、有効集熱部５１は、図３Ｂに示すように垂直３３Ａを中心に集熱板３４の全域とすることができ、効率よく垂直部３３Ａ内の未処理水を加熱することができる。集熱板３４は垂直部３３Ａの背面に形成されているので、垂直部３３Ａに対する加熱効率が良好になる。すなわち、垂直部３３Ａが直接太陽光を受けることになり、集熱板３４を垂直部３３Ａの前面に接合した場合に比べて、垂直部３３Ａに対する加熱効率が向上する。
【００４１】
凝縮器２３内で水蒸気が冷却され凝縮することにより、集熱部２２から配管４１、さらに凝縮器２３の内筒管２３Ａの一部にわたって負圧となることから、第１の逆止弁２４が開き、未処理水３１がＵ字管３３のリザーバタンク２７となる他方の垂直部３３Ｂを通じて集熱部２２内に吸引される。すなわち、処理水として排出されると同時に、次の未処理水が集熱部２２内に吸入される。
【００４２】
水蒸気が冷却され凝縮されて生じる負圧は、高さの差ｈに応じて得られる正圧（予圧）より大きくなるので、第１の逆止弁２４が開き、未処理水を集熱部２２内に吸引する。このときの吸引力は弱く、未処理水はＵ字管３３の一方の垂直部３３Ａ、すなわち有効集熱部内のみに吸引される。
【００４３】
集熱部３３となる垂直部３３Ａ内のみに未処理水が吸引された後、第１の逆止弁２４が再び上記正圧により閉じられ、未処理水の吸入は停止する。
【００４４】
集熱部２２の垂直部３３Ａ内へ吸引される未処理水は、Ｕ字管３３におけるリサーバタンク２７となる他方の垂直部３３Ｂ内の未処理水となる。垂直部３３Ｂ内の未処理水は、太陽光Ｌで加熱された集熱板３４からの輻射熱３５で予熱されているので、この予熱された未処理水が垂直部３３Ａに入り、加熱されるので加熱効率向上する。また、凝縮器２３では、外筒管２３Ｂ内の未処理水で内筒管２３Ａに排出された水蒸気が冷却され、凝縮されることから、ここでの熱交換で未処理水が予熱されることになる。未処理水の凝縮器２３での予熱と、リザーバタンク２７での予熱で、集熱部２２における未処理水に対する加熱効率はさらに向上する。
【００４５】
そして、再び未処理水が加熱されて滅菌処理され、滅菌された処理水３２が処理水貯蔵部２５へ貯蔵されると共に、未処理水３１は集熱部２２へ吸引される。太陽光が照射されている間は、この動作が間歇的に繰り返され、自動的に処理水３１が貯蔵部２５に貯えられる。
【００４６】
凝縮器２３は、水蒸気の凝縮機能と、未処理水に対する予熱機能と、第１の逆止弁２４との共動によるポンプ機能を備える。このポンプ機能により、上記動作が間歇的に行われる。
【００４７】
そして、動作開始の初期段階では、処理水と未処理水が混在している恐れがあるので、複数サイクル動作させて滅菌処理された処理水３１が安定して得られた時点で、一旦、貯蔵部２５内の水を排出し、動作を継続させて貯蔵部２５内に確実に処理水３２のみを貯蔵するようになす。
【００４８】
ここで、図２の例では、未処理水収容部２８と処理水貯蔵部２５をガラス容器を用いているために、滅菌処理が進むにつれて、未処理水３１の界面ａが下がり、界面ａと逆Ｕ字管４６の排出口４６ｂの位置ｂとの高さの差ｈが大きくなる。しかし、実際には、池、川から直接未処理水を供給することを考慮すると、未処理水の界面ａは変化しないので、常に一定の高さの差ｈを維持することができ、連続して安定に動作させることができる。
【００４９】
上述した本実施の形態に係る加熱滅菌浄水器２１によれば、前述の基本的な構成と同様に、発生する水蒸気と、第１の逆止弁２４と、凝縮器２３とによって構成されたポンプ機構により、処理水の排出と、未処理水の吸入が同時に行われる。そして、この動作が間歇的にかつ自動的に行われ、太陽光が利用できる間は連続して未処理水を滅菌処理された処理水に転換することができる。また、集熱部２２とリザーバタンク２７とをＵ字管３３と集熱板３４によって構成し、凝縮器２３を内筒管２３Ａ及び外筒管２３Ｂの二重構造にて構成することにより、浄水器全体の構成を簡素化することができる。しかも浄水器２１はほぼメンテナンスフリーで動作させることができる。
【００５０】
凝縮器２３の処理水の排出側に設けた第２の逆止弁２６は処理水を一方向に流すための弁である。この第２の逆止弁２６は、第１の逆止弁２４が閉じたときには開き、第１の逆止弁２４が開いたときには閉じる。この第２の逆止弁２６により、負圧が発生したときに処理水の逆流を防ぐことができる。この第２の逆止弁２６があることで、ポンプ機能の能力を上げることができる。
【００５１】
凝縮器２３における外筒管２３Ｂ内の未処理水は、内筒管２３Ａ内に導入された水蒸気が冷却、凝縮されるときに、熱を奪い予熱される。一方、Ｕ字管３３のリザーバタンク２７となる他方の垂直部３３Ｂ内の未処理水は、集熱板３４からの輻射熱により予熱される。両者で予熱された未処理水が集熱部２２に吸引されるので、集熱部２２での未処理水に対する加熱効率が上がり、処理時間の短縮を図ることができる。
【００５２】
凝縮器３３の外筒管３３Ｂでは、上端側に排出口３３Ｂｂを設け、下端側に吸入口３３Ｂａを設けて、予熱された未処理水中に溶存していた気体が原因で発生する気泡が排出されやすくしている。
【００５３】
太陽光を利用する場合は、太陽光による熱エネルギーが十分得られなければ、水蒸気が発生せず、本浄水器２１は動作しないので、浄水器としての機能は停止する。従って滅菌されない水は絶対に排出することはなく、処理水の安全性が確保される。換言すれば、本浄水器２１は、安全装置の機能も備えていることになる。
【００５４】
上例では熱源として太陽光を使用しているが、必要な熱量が得られれば他の熱源を使用しても、処理水の排出と未処理水の吸引を同時に行うポンプ機構が動作することは自明である。すなわち、太陽光が利用できないときには、常備可能で簡易に得られる熱源、例えばバーナー、あるいは焚き火の熱などを利用することができる。このバーナー、焚き火の熱などで集熱部を加熱することにより、上述の動作を行わせ、処理水を得ることができる。
【００５５】
図２では、１本の真鍮パイプなどの金属パイプをＵ字状に加工して、集熱部２２及びリザーバタンク２７とが同一の金属パイプで連結された構成としている。この構成において、集熱部２２の熱容量に影響を与える恐れがある場合には、図４に示すように集熱部２２とリザーバタンク２７との間を熱伝導率の低いチューブ５３で連結してＵ字管３３を構成することが望ましい。すなわち、金属パイプによる集熱部２２とリザーバタンク２７間の熱伝導を絶つためにＵ字管の構成金属より十分に低い熱伝導率のチューブ５３で連結する。この目的のためには、シリコンチューブ、テフロン（登録商標）チューブ等が使用できる。なお、リザーバタンク２７側にも集熱部２２側の集熱板３４と同様の集熱板を一体に連結し予熱効率を上げるように構成することも可能である。真鍮は、加工性が良いので使い易いが、熱伝導性の良い他の金属材料を用いることもできる。
【００５６】
さらには、例えば冷蔵庫やエアコンの廃材から銅製のパイプを取り出し、以下のようにして本発明の浄水器を構成することができる。図５に示すように、例えば真鍮などの熱伝導性のよい金属からなる２つの金属直管５４，５５を用意し、この２つの金属直管５４，５５を熱伝導率の低いチューブ５３で連結してＵ字管３３を構成することもできる。金属直管５４に集熱板３４を接合して集熱部２２を構成する。金属直管５５がリザーバタンク２７となる。金属直管５４の排出口５４ｂに配管が接続され、金属直管５５の吸入口５５ａに配管４２が接続される。この場合は、金属直管５４，５５を利用できるので、金属パイプのＵ字加工が不要になり、Ｕ字管３３の作成が簡単になる。
【００５７】
集熱部の他の構成としては、図６Ａ（上面図）、図６Ｂ（正面図）及び図６Ｃ（側面図）に示すように、多管型とすることもできる。この多管型集熱部５７は、複数の金属パイプ５８を２列に配列し、複数の金属パイプ５８の一方端及び他方端を金属パイプ５８と連通する内孔を有する連結部６１及び６２に連結して構成される。上下の連結部６１及び６２にはそれぞれ排出口６１ｂ及び吸入口６２ａが導出される。複数の金属パイプ５８からなる有効集熱部６３での熱容量を確保するために、金属パイプ５３からなる有効集熱部６３と、連結部６１，６２との間には、熱伝導率の低いプラスチック部材６４で連結して、有効集熱部６３からの熱放散を抑える構成とすることが望ましい。この図６の集熱部５７を用いるときは、リザーバタンク６６としては、図６Ｃの鎖線で示す構成とし、リザーバタンク６６と集熱部５７とを熱伝導率の低いチューブ６７で接続するようになす。
【００５８】
図７に、凝縮器の他の例を示す。本例の凝縮器７１は、それぞれ背中が平坦化された２つの筒状体７２及び７３を背中合わせに接合し、一方の筒状体７２を水蒸気が導入される凝縮部となし、他方の筒状体７３を未処理水が導入される未処理水導入部として構成される。但し、この構成は前述の二重構造に比べて効率は下がる。あるいは、図示しないが２つのパイプ状体をねじる合わせ凝縮器を構成することもできる。
【００５９】
河川、池などから未処理水を導入する際にごみ等により逆止弁、配管、その他等が詰まるのを防ぐために、凝縮器への未処理水供給用の配管に、例えば布などの適当なフィルタを設置するようにしても良い。
【００６０】
現地で本加熱滅菌浄水器を使用する場合、一旦未処理水で満たし、最初の複数サイクル動作で浄水器内を滅菌する。最初の数サイクルは十分に滅菌されていないので、処理した水は飲料水には適さない。
【００６１】
次に、本実施の形態に係る加熱滅菌浄水器２１による滅菌実験の結果を示す。加熱滅菌浄水器２１の間歇的日射２０秒で、滅菌処理を開始した。
図８は、実験室内で培養した細菌を含む水を滅菌処理したグラフである。培養した細菌は、大腸菌、サルモネラ菌、ウェルシュ菌である。大腸菌は、災害時における水の主な汚染原因菌である。サルモネラ菌は、食中毒における原因菌である。ウェルシュ菌は、芽胞を形成する耐熱性細菌である。グラフの縦軸は生存菌数を表わす。大腸菌は、滅菌前には生存菌数が棒グラフ８１で示す８．９８×１０５［ＣＦＨ／ｍｌ］であったが、滅菌後に０［ＣＦＨ／ｍｌ］となった。サルモネラ菌は、滅菌前には生存菌数が棒グラフ８２で示す１．０９×１０９［ＦＵ／ｍｌ］であったが、滅菌後に０［ＣＦＵ／ｍｌ］となった。ウェルシュ菌は、滅菌前には生存菌数が棒グラフ８３で示す４．７×１０５［ＣＦＨ／ｍｌ］であったが、滅菌後に０［ＣＦＨ／ｍｌ］となった。
この実験結果から、培養した大腸菌、ウェルシュ菌及びサルモネラ菌を完全に滅菌できたことが認められた。
【００６２】
図９は、河川水（浦上川より採水）を滅菌処理したグラフである。評価対象細菌は、大腸菌群、従属栄養細菌である。これらの大腸菌群及び従属栄養細菌は、水道水水質基準項目に含まれている細菌である。日本の水道水水質基準では、大腸菌群が水中から検出されないこと、従属栄養細菌が１００ＣＦＵ／ｍｌ以下であること。大腸菌群検査法としてＬＢ−ＢＧＬＢ法を用いた。従属栄養細菌検査法として混釈培養法を用いた。
図９のグラフの縦軸は生存菌数を表わす。大腸菌群は、滅菌前には棒グラフ８４で示す１．１×１０５［ＭＰＮ／１００ｍｌ］であったが、滅菌後に０［ＭＰＮ／１００ｍｌ］となった。従属栄養細菌は、滅菌前には棒グラフ８５で示す１．２×１０５［ＣＦＵ／ｍｌ］であったが、滅菌後に棒グラフ８６で示す２０［ＣＦＵ／ｍｌ］となった。
【００６３】
図１０は、処理水温度、未処理水温度の経時変化を示すグラフである。縦軸に温度（℃）、横軸に処理時間（ｓｅｃ）をとる。未処理水温度は２０℃である。処理水温度は１００℃前後と８０℃前後を間歇的に推移している。図１１は、処理水量の経時変化を示すグラフである。縦軸に処理水量（ｍｌ）、横軸に処理時間（ｓｅｃ）をとる。処理水量は４２０ｓｅｃで約３００ｍｌであった。本実施の形態の加熱滅菌浄水器２１は、８１ｃｍ×８２ｃｍの大きさの凹面鏡を使用し、集熱板３４付の集熱部２２を使用することで、１人の人間が１日に必要とする２Ｌの水を約４５分で処理できることになる。
【００６４】
このように、本実施の形態に係る加熱滅菌浄水器にて滅菌された処理水は、大腸菌、サルモネラ菌、ウェルシュ菌などの細菌類は完全に死滅し、ほぼ水道水水質基準を満たす浄化された水となる。
【００６５】
本浄水器を災害時に使用しようとした場合、電気・ガス等が使用できない可能性が高いため、熱源としては太陽光を使用することが望ましい。しかしながら、災害時に凹面鏡が破損する可能性が高く、実際には使用することが困難であるという課題があった。そこで、破損の可能性が少ない凹面鏡の代替について検討した。
凹面鏡の代替品として、最も簡便である物は、衛星放送用パラボラアンテナのデータにアルミシートを張り付けるというものである。実験に使用したパラボラアンテナは、長辺２６．５０ｃｍ、短辺２３．２５ｃｍであり、面積は約０．１９ｍ２である。従来使用していた凹面鏡の面積は、０．６６ｍ２であるので、有効受光面積は約１／３であった。実験結果を図１２に示す。図１２中に記載している水位差とは、未処理水との間の水位差であり、本浄水器がポンプ能力を有するために、５０ｃｍ程度の水位差であっても自動的に未処理水を吸引して滅菌処理が可能であるが、水位差が大きくなる程処理浄水器での処理水量は低下する傾向にあることが判る。
有効受光面積は約１／３になるものの、処理能力を低下させる可能性がある熱電対を取り除く等の改造を行った結果、処理能力の低下は１／２程度になったに過ぎず、十分に実用的である。
【００６６】
本浄水器をアフリカの貧困地区で使用するために現地調査を実施した際、調理に七輪を使用していることが判った。そこで、この七輪を熱源として本浄水器の滅菌性能を検討した。七輪に炭を入れて点火し、炭全体に火が回ったのち、浄水器を作動させた。浄水器の安定動作後に、５００ｍｌの未処理水を処理するのに要した時間は9分３７秒であった。また、この時の滅菌実験結果は、下記表１のとおりであった。この結果から、熱源を七輪として調理を行いながら、本浄水器にて未処理水を実用的に滅菌することが可能であることが判った。
【００６７】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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