(57)【要約】【課題】  浸透気化法において、透過膜の透過側に接続され、透過膜の透過側を透過膜の供給側に比べて減圧することができる捕水システム、浸透気化法において、透過膜の透過側に接続され、透過膜の透過側を透過膜の供給側に比べて減圧し、透過膜を透過した画分を冷却して液化するとともに、混入した気泡を除去することができる捕水システムを提供すること。【解決手段】  浸透気化装置の透過膜の透過側に配置されて、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜の透過側に透過した画分を液化するための捕水システムであって、前記捕水システムにはアスピレーターが設けられており、前記アスピレーター内を流れる液体によって浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、浸透気化装置の透過側に透過した画分をアスピレーター内を流れる液体によって液化することを特徴とする捕水システムとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸透気化装置の透過膜の透過側に配置されて、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜の透過側に透過した画分を液化するための捕水システムであって、
前記捕水システムにはアスピレーターが設けられており、前記アスピレーター内を流れる液体によって浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、
浸透気化装置の透過側に透過した画分をアスピレーター内を流れる液体によって液化することを特徴とする捕水システム。
【請求項２】
浸透気化装置の透過膜の透過側に配置されて、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜の透過側に透過した画分を液化するための捕水システムであって、
前記捕水システムにはアスピレーターと、ポンプとが設けられてなり、前記ポンプによって液体がアスピレーター内に供給されることによって、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、
浸透気化装置の透過側に透過した画分を前記ポンプによってアスピレーター内に供給された液体によって液化することを特徴とする捕水システム。
【請求項３】
浸透気化装置の透過膜の透過側に配置されて、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜の透過側に透過した画分を液化するための捕水システムであって、
循環ラインと、前記循環ラインには、アスピレーターと、ポンプと、熱交換手段と、気泡除去装置と、が設けられてなり、前記循環ライン内の液体は前記ポンプによって循環移動可能とされており、
前記アスピレーターは、前記液体の循環移動によって、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、浸透気化装置の透過側に透過した画分をアスピレーター内を循環移動する液体によって液化され、
前記液体は熱交換手段によって液温が一定温度範囲に調節されるとともに、前記気泡除去装置によって、前記液体中に存在する気泡が除去されることを特徴とする捕水システム。
【請求項４】
前記気泡除去装置が、
一方の端面中央部に気泡排出孔と、一方の端部に液体用の供給口と、他方の端部に脱泡液体用の排出口とを、それぞれ備えた円筒形状のハウジングと、
前記ハウジング内において、前記ハウジングの中心軸線と同軸に配設されて旋回流室を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーンと、
一端が前記ハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーンの中心軸線に沿って伸びる気泡除去管と、が設けられてなり、
前記循環ライン内を循環移動する液体は、前記供給口から気泡除去装置に供給され、
前記供給口を介して旋回流路に導入された液体は、遠心分離作用により液体と、液体に含まれていた気泡とを外側と内側の層に各々分離し、前記コーンの中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに前記気泡除去管を介して外部に排出し、
前記コーンの先端開口部から吐出された液体は、脱泡液体用の排出口から排出されることを特徴とする請求項３に記載の捕水システム。
【請求項５】
前記気泡除去装置が、
一方の端面中央部に気泡排出孔と、一方の端部に液体用の供給口と、他方の端部に脱泡液体用の排出口とを、それぞれ備えた円筒形状のハウジングと、
前記ハウジング内において、前記ハウジングの中心軸線と同軸に配設されて旋回流室を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーンと、
一端が前記ハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーンの中心軸線に沿って伸びる気泡除去管と、
前記コーンの外面側に沿って設けられた熱交換手段と、
前記コーンの中心軸線延長線上に設けられ、前記円錐形状のコーンの先端開口部から吐出した液体の流れ方向を変えるための表面半球状の流方向反転体と、が設けられてなり、
前記循環ライン内を循環移動する液体は、前記供給口から気泡除去装置に供給され、
前記供給口を介して旋回流路に導入された液体は、遠心分離作用により液体と、液体に含まれていた気泡とを外側と内側の層に各々分離し、前記コーンの中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに前記気泡除去管を介して前記排出口から外部に排出し、
前記コーンの先端開口部から吐出された液体は、前記流方向反転体によって、流方向が反転させられ、前記熱交換手段によって、液体に温度変化が与えられた後、脱泡液体用の排出口から排出されることを特徴とする請求項３に記載の捕水システム。
【請求項６】
前記アスピレーター内を流れる液体が、実質的に不純物を含有していないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の捕水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸透気化法において用いられる捕水システムに関する。より詳しくは、浸透気化法において、透過膜の透過側に接続され、透過膜の透過側を透過膜の供給側に比べて減圧することができる捕水システムに関する。また本発明は、浸透気化法において、透過膜の透過側に接続され、透過膜の透過側を透過膜の供給側に比べて減圧し、透過膜を透過した画分を冷却して液化するとともに、混入した気泡を除去することができる捕水システムに関する。さらに本発明は、宇宙空間などの微小重力環境においても、好適に使用することができる捕水システムに関する。
尚、本明細書において、浸透気化法は、パーベーパレーション法と同義語である。
【背景技術】
【０００２】
宇宙環境利用を進めるためには、国際宇宙ステーションの開発と軌道上建設及びその運用を支える科学技術の基盤構築が不可欠である。特に、宇宙ステーションにおける有人活動では、人が生きるために必要な空気、水、食料を供給し、排出される廃棄物を速やかに取り除く環境制御・生命維持システムが重要とされる。中でも廃水を浄化処理して再利用することができれば、必要な資源を地上から補給する量が減り、ひいては補給コストの削減を期待することができる。
【０００３】
本発明者らは、特許文献１において、親水性のキトサン膜を用いた浸透気化法を開示しており、この浸透気化法によって、（１）水中の非揮発成分を完全に除去できること、（２）キトサン膜で遊離アンモニアを約６０％除去できること、（３）硝酸アンモニアや有機酸アンモニアの場合９０％以上除去できること、（４）浸透気化法と吸着法を組み合わせた方法によれば、遊離アンモニアを９９．９９％以上除去できること、（５）真空を利用して吸着剤を繰り返し再生できること、などを明らかにした。
【０００４】
特許文献１に開示したような浸透気化法による浸透気化システムを、宇宙環境において安定的に運用するためには、浸透気化における気化熱に相当する温熱の供給によって膜透過駆動プロセスを維持すること、透過水蒸気を凝縮液化するための冷熱を供給すると同時に透過側の減圧を維持することなどが必要とされる。
宇宙空間の特徴は極端な温度差である。即ち、太陽光の当たる日向は高温になり、太陽光の当たらない日陰は低温になる。従って、適当な液体媒体と熱交換器及び媒体の輸送手段によって温熱及び低温を浸透気化システムの所定部位に運ぶことが可能である。また、太陽光発電によって電気エネルギーから温熱及び冷熱を発生させて浸透気化システムで利用することも可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６９５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の発明による浸透気化法によって、宇宙環境における水循環システムを構築するために残された課題は微少重力環境における捕水手法の開発である。
通常、浸透気化装置の透過側は、供給側に比べて減圧されている。宇宙環境において、減圧状態は、宇宙空間を利用することによって容易に得ることができる。しかし、浸透気化装置の透過側を減圧するために宇宙空間を利用すると、透過側に透過した画分を回収することが困難となるといった問題が存在した。
【０００７】
また、通常の浸透気化システムにおける透過水蒸気の凝縮による液化は熱交換器を用いた冷却で行われる。凝縮液の扱いは微少重力環境特有の難しい課題である。即ち、微小重力下では凝縮液化した液体は熱交換器に付着してそこに止まり熱交換効率を低下させてしまう。従来、熱交換器に付着した凝縮液を除去するには、熱交換器に機械的回転運動を与えてその遠心力によって付着した凝縮液を除去することが考えられていた。しかし、この手法は浸透気化システムを複雑にしてしまうためシステムを安定的に運用することが困難になるといった問題が存在した。
さらに、熱交換器を用いた冷却では気体の凝縮・液化エネルギーが必要とされるが、熱交換における熱交換器材料を伝わる熱伝導にともなうエネルギーがロスする。また凝縮液は熱の不良導体であるので、熱交換器を用いた冷却では、熱交換効率を上昇させることは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記した課題を解決するためになされた発明であって、請求項１に係る発明は、浸透気化装置の透過膜の透過側に配置されて、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜の透過側に透過した画分を液化するための捕水システムであって、前記捕水システムにはアスピレーターが設けられており、前記アスピレーター内を流れる液体によって浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、浸透気化装置の透過側に透過した画分をアスピレーター内を流れる液体によって液化することを特徴とする捕水システムに関する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、浸透気化装置の透過膜の透過側に配置されて、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜の透過側に透過した画分を液化するための捕水システムであって、前記捕水システムにはアスピレーターと、ポンプとが設けられてなり、前記ポンプによって液体がアスピレーター内に供給されることによって、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、浸透気化装置の透過側に透過した画分を前記ポンプによってアスピレーター内に供給された液体によって液化することを特徴とする捕水システムに関する。
【００１０】
請求項３に係る発明は、浸透気化装置の透過膜の透過側に配置されて、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜の透過側に透過した画分を液化するための捕水システムであって、循環ラインと、前記循環ラインには、アスピレーターと、ポンプと、熱交換手段と、気泡除去装置と、が設けられてなり、前記循環ライン内の液体は前記ポンプによって循環移動可能とされており、前記アスピレーターは、前記液体の循環移動によって、浸透気化装置の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、浸透気化装置の透過側に透過した画分をアスピレーター内を循環移動する液体によって液化され、前記液体は熱交換手段によって液温が一定温度範囲に調節されるとともに、前記気泡除去装置によって、前記液体中に存在する気泡が除去されることを特徴とする捕水システムに関する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記気泡除去装置が、一方の端面中央部に気泡排出孔と、一方の端部に液体用の供給口と、他方の端部に脱泡液体用の排出口とを、それぞれ備えた円筒形状のハウジングと、前記ハウジング内において、前記ハウジングの中心軸線と同軸に配設されて旋回流室を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーンと、一端が前記ハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーンの中心軸線に沿って伸びる気泡除去管と、が設けられてなり、前記循環ライン内を循環移動する液体は、前記供給口から気泡除去装置に供給され、前記供給口を介して旋回流路に導入された液体は、遠心分離作用により液体と、液体に含まれていた気泡とを外側と内側の層に各々分離し、前記コーンの中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに前記気泡除去管を介して外部に排出し、前記コーンの先端開口部から吐出された液体は、脱泡液体用の排出口から排出されることを特徴とする請求項３に記載の捕水システムに関する。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記気泡除去装置が、一方の端面中央部に気泡排出孔と、一方の端部に液体用の供給口と、他方の端部に脱泡液体用の排出口とを、それぞれ備えた円筒形状のハウジングと、前記ハウジング内において、前記ハウジングの中心軸線と同軸に配設されて旋回流室を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーンと、一端が前記ハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーンの中心軸線に沿って伸びる気泡除去管と、前記コーンの外面側に沿って設けられた熱交換手段と、前記コーンの中心軸線延長線上に設けられ、前記円錐形状のコーンの先端開口部から吐出した液体の流れ方向を変えるための表面半球状の流方向反転体と、が設けられてなり、前記循環ライン内を循環移動する液体は、前記供給口から気泡除去装置に供給され、前記供給口を介して旋回流路に導入された液体は、遠心分離作用により液体と、液体に含まれていた気泡とを外側と内側の層に各々分離し、前記コーンの中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに前記気泡除去管を介して前記排出口から外部に排出し、前記コーンの先端開口部から吐出された液体は、前記流方向反転体によって、流方向が反転させられ、前記熱交換手段によって、液体に温度変化が与えられた後、脱泡液体用の排出口から排出されることを特徴とする請求項３に記載の捕水システムに関する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、前記アスピレーター内を流れる液体が、実質的に不純物を含有していないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の捕水システムに関する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１及び２に係る発明によれば、浸透気化装置の透過側をアスピレーターによって減圧しているので、浸透気化装置の透過側を減圧すると同時に、透過側に透過した画分がアスピレーター内を流れる液体と熱交換することによって、この画分は液化されるので、透過画分を容易に回収することが可能となる。
また熱交換手段の回転装置などを必要としないので、浸透気化システムを安定的に運用することができる。
請求項３に係る発明によれば、さらに熱交換手段と、気泡除去装置と、循環ラインとが設けられ、液体が循環移動可能とされているので、液体の液温を一定温度範囲に維持することができるとともに、液体に混入した気泡を除去することが可能となり、浸透気化システムをより安定的に運用することができる。
請求項４に係る発明によれば、液体の遠心力によって液体中の気泡を除去することができ、回転運動を与える手段などを必要としないので、浸透気化システムをより安定的に運用することができる。
また透過側に透過した成分の液化による循環ライン内の液体の増分は、気泡とともに気泡除去装置から排出されるので、透過成分の回収を容易に行うことができる。
請求項５に係る発明によれば、気泡除去装置の円錐形のコーンの外周に熱交換手段が設けられているので、捕水システムをコンパクト化することができ、スペースを有効利用することができる。
請求項６に係る発明によれば、透過膜を透過した画分の汚染を最小限度に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る捕水システムについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係る捕水システムの好適な実施形態の一例を示す図である。
【００１６】
本発明に係る捕水システムは、浸透気化装置の透過側に接続されて使用される。即ち、浸透気化装置の透過膜の透過側を供給側に比べて減圧するとともに、透過膜を透過した画分を液化して回収するための装置である。
尚、浸透気化法は、透過膜の供給側（一次側）に液体が供給され、透過膜の透過側（二次側）が気体という、相変化を伴う分離方法である。
【００１７】
本発明に係る捕水システム（１０）には、図１に示すように、浸透気化装置（Ａ）の透過側（ｂ）に設けられたアスピレーター（１１）からなる。アスピレーター（１１）には、液体供給口（１１ａ）と、液体吐出口（１１ｂ）と、吸引口（１１ｃ）とがあり、浸透気化装置（Ａ）の透過側（ｂ）は、吸引口（１１ｃ）に接続されている。
液体供給口（１１ａ）に液体が供給されて液体吐出口（１１ｂ）から吐出されることによって、吸引口（１１ｃ）から気体が吸引されて、浸透気化装置（Ａ）の透過側（ｂ）が減圧される。
【００１８】
浸透気化装置（Ａ）の透過膜（ｃ）を透過した画分（以下、透過画分という場合がある。）は、アスピレーター（１１）の吸引によって、吸引口（１１ｃ）からアスピレーター（１１）内に入り、アスピレーター（１１）内を流れる液体と接触する。これによって、透過画分と、液体との間で熱交換が起こり、透過画分は液化される。
透過画分を容易に回収するために、アスピレーター（１１）内に供給される液体は、透過画分と同一の物質、或いは透過画分と容易に分離することができる物質であることが好ましい。例えば、透過画分が水（水蒸気）を含む場合、水の回収を容易に行うために、アスピレーター（１１）内に供給される液体は、水であることが好ましい。
【００１９】
図１に示すように、本発明に係る捕水システム（１０）には、ポンプ（１２）が設けられ、このポンプ（１２）の駆動によって、液体がアスピレーター（１１）に供給されることが好ましい。
本発明で用いられるポンプ（１２）は、液体を圧送することができるものであれば特に限定されず、例えば、遠心ポンプ、レビトロポンプ、マグネットポンプ、自給式マグネットポンプ、バレスケ型ポンプなどを例示することができる。
【００２０】
ポンプ（１２）は、アスピレーター（１１）の最適流水通過速度以上となるように、液体をアスピレーター（１１）に供給することができるものであることが好ましく、アスピレーター（１１）の最適流水通過速度の２倍以上の液体をアスピレーター（１１）に供給することができるポンプ（１２）がより好ましい。
アスピレーター（１１）に供給される液体が少ないと、浸透気化装置（Ａ）の透過側（ｂ）を充分減圧することができない場合がある。
【００２１】
ポンプ（１２）を構成する素材としては、液体を汚染する心配がない材質であることが好ましく、例えば、PVDFを例示することができる。
【００２２】
特に、本発明では、ポンプ（１２）として、レビトロポンプを使用することが好ましい。図２は、レビトロポンプ（１２０）の概略構成を示す図である。レビトロポンプ（１２０）には、コイル（１２１）が設けられており、一体化されたインペラ（１２２）とローター（１２３）を磁気浮上させて、ステーター（１２４）の磁界内で回転させる機構を有している。
このように、レビトロポンプ（１２０）には、シャフト・軸受・軸封などが無く、摩擦熱やパーティクルの発生が無い。また液体を汚染することがなく、液体を高純度に保つことができる。またレビトロポンプ（１２０）は、液体中の気泡を排出する能力を有するので、液体の気泡除去効果を期待することもできる。
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る捕水システム（１０）には、気泡除去装置（１３）が設けられていることが好ましい。
液体中に存在する気体は、宇宙環境のような微小重力環境下では、気泡として留まった状態で存在するので、液体中に存在する気泡を積極的に除去しないと、熱交換効率の低下などを招くことがある。
本発明で用いられる気泡除去装置（１３）としては、液体中に存在する気泡を除去することができるものであれば特に限定されない。好ましくは、液体に遠心力を与えて、液体と気泡とを分離して気泡を除去することができる気泡除去装置（１３）を例示することができる。
【００２４】
図１に示すように、本発明に係る捕水システム（１０）には、熱交換手段（１４）が設けられていることが好ましい。
アスピレーター（１１）内に供給される液体は、透過画分と接触した際に、透過画分を液化する。このために、液体の液温が上昇する。液温が上昇すると、最終的には、透過画分の液化を効率良く行うことが困難になる。
捕水システム（１０）に熱交換手段（１４）を設けることによって、液体の液温を一定範囲に調節することが可能となり、効率良く透過画分を液化することができる。
熱交換手段（１４）としては、特に限定されるものではなく、一般的な熱交換手段を例示することができる。
【００２５】
図１に示すように、アスピレーター（１１）、気泡除去装置（１３）、ポンプ（１２）及び熱交換手段（１４）は、循環ライン（１５）によって連結されていることが好ましい。ポンプ（１２）の駆動によって、循環ライン（１５）内を液体が循環移動することができる。
循環ライン（１５）を構成する材質は、液体を汚染しない素材であれば特に限定されず、例えば、ステンレスを例示することができるが、循環ライン（１５）の軽量化のために、エンジニアリングプラスチック類、特にテフロン（登録商標）をコーティングしたエンジニアリングプラスチック類が好ましい。
【００２６】
図３に、本発明で好適に用いられる気泡除去装置（１３０）の一例を示す。
図３に示す気泡除去装置（１３０）は、円筒形のハウジング（１３１）を備えている。円筒形のハウジング（１３１）の一方の端面中央部には、液体増分排出兼気泡排出孔（１３２ａ）と、一方の端面には気泡含有液体用の供給孔（１３３ａ）とが設けられている。供給孔（１３３ａ）には気泡含有液体用の供給管（１３３）が挿通されており、供給された液体が後述する円錐形状のコーン（１３４）の接線方向に噴出するようにされている。液体が円錐形状のコーン（１３４）の接線方向に噴出するようにされているので、液体は旋回流室（１３６）内で旋回流を生じる。
液体増分排出兼気泡排出孔（１３２ａ）には、液体増分排出兼気泡排出管（１３２）が挿通されている。
円筒形のハウジング（１３１）の他方の端部には、脱泡液体用排出口（１３５ａ）が設けられており、脱泡液体用排出管（１３５）が挿通されている。
円筒形のハウジング（１３１）内には、円筒形のハウジング（１３１）の中心軸線と同軸に配設されて旋回流室（１３６）を画成する先端に開口部が設けられた円錐形状のコーン（１３４）と、一端がハウジング外部に開放されかつ周壁に多数の小孔が穿設されるとともに、前記コーン（１３４）の中心軸線に沿って伸びる液体増分排出兼気泡除去管（１３２）とが備えられている。
【００２７】
さらに、図示する気泡除去装置（１３０）のように、円筒形のハウジング（１３１）内には、コーン（１３４）の中心軸線延長線上に設けられ、前記円錐形のコーン（１３４）の先端開口部から吐出した液体の流れ方向を変えるための表面半球状の流方向反転体（１３７）が設けられていることが好ましい。
さらに、図示する気泡除去装置（１３０）のように、コーン（１３４）の外面に沿って熱交換手段（１４）を設けることが好ましい。
【００２８】
アスピレーター（１１）に供給された液体は、供給口（１３３ａ）を介して旋回流室（１３６）に導入される。この液体が気泡を含有する場合、遠心分離作用により液体と気泡とを外側と内側の層に各々分離され、コーン（１３４）の中心軸線に沿って集合する気泡を液体とともに液体増分排出兼気泡除去管（１３２）を介して外部に排出することができる。
透過画分を液化すると、当然、循環ライン（１５）内を流れる液体の流量が増加する。循環ライン（１５）の液量が許容量以上になると、液体が気泡とともに液体増分排出兼気泡除去管（１３２）から排出される。透過画分を回収して再利用する場合であれば、液体増分排出兼気泡除去管（１３２）から溢れ出た液体を回収すれば、容易に利用することができる。
一方、気泡が除去された液体は、コーン（１３４）の先端開口部から吐出する。図示する気泡除去装置（１３）では、先端開口部から吐出した液体は、流方向反転体（１３７）によって、流方向が反転させられて、螺旋状に巻回する管（冷却コイル）と接触して冷却されて、前記コーン（１３４）の外面側を通過して、一方の端面側のハウジング（１３１）内壁によって、再び流方向が反転させられ、排出口（１３５）から排出される。
流方向反転体（１３７）が設けられていない場合、液体は排出口（１３５）から排出される。
【００２９】
図示する気泡除去装置（１３０）のように、コーン（１３４）の外面に沿って熱交換手段（１４）を設けることによって、液体が円筒形のハウジング（１３１）内を通過する際に、液体の熱交換を行うことができる。
図示する熱交換手段（１４）では、コーン（１３４）の外面に沿って、コーン（１３４）の外面を螺旋状に巻回する管が備えられており、この管内に熱交換用の冷媒を通液することによって、液体を熱交換することができるように構成されている。
螺旋状に巻回する管（冷却コイル）の材質は液体を汚染することがない材質が好ましく、かつ熱伝導率の高い材質が好ましく、このような素材としては、例えばSUS304、SUS316、銅、チタン系合金などを例示することができる。
【００３０】
気泡除去装置（１３）を構成する材質は、液体を汚染することがない材質が好ましく、このような素材としては、例えば、SUS304、SUS316、銅、チタン系合金を例示することができ、かつ軽量である材質が好ましい場合はポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリプロピレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、エンジニアリングプラスチックなどを例示することができる。
【００３１】
本発明に係る捕水システムは、宇宙環境のような微小重量環境において実施する浸透気化法の捕水システムとして好適に用いることができるが、地上において実施する浸透気化法の捕水システム、例えば、医療用及び生化学実験用の小型浸透気化膜超純水製造装置として用いることもできる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例に基づき、より詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００３３】
［捕水装置］
図４〜６に、以下の実施例で使用する微小重力対応型試験捕水装置（１００）の投影図を示す。図４は上面（Ｘ面）方向からの投影図であり、図５は正面（Ｙ面）方向からの投影図であり、図６は左側面（Ｚ面）方向からの投影図である。図７は、微小重力対応型試験捕水装置（１００）の概略構成を示すフロー図である。
図示する微小重力対応型試験捕水装置（１００）は、微小重力環境において機能するか否かを地上で検証することができるように、フレーム（Ｆ）が設けられており、６方位に設置ができるようになっている。
【００３４】
（１２０）はレビトロポンプ（循環ポンプ）であり、（Ｅ）は渦式フローモニター（流速計）であり、（１３０）は熱交換手段を備えた気泡除去装置であり、（Ｘ）はアスピレーター取付部であり、（Ｄ）は測温抵抗体であり、（１３１ａ）は小型ボールバルブであり、（Ｇ）はボールバルブである。
気泡除去装置（１３０）は図３で示した気泡除去装置と同一構成である。
【００３５】
図７のフロー図に示されるように、気泡除去装置（１３０）を通過した循環水は熱交換手段（１４）で熱交換されて冷却される。冷却された循環水はポンプ（１２０）に送られる。次いで、循環水はポンプ（１２０）からアスピレーター（１１）へ送られ、流量計（Ｅ）を経て再び気泡除去装置（１３０）に戻る。
尚、図７中、Ｉは圧力センサーであり、Ｈは温度センサーであり、Ｙは浸透気化装置の取付位置である。
【００３６】
［実施例１］
先ず装置（１００）をＸ面が上面となるように配置して、気泡除去装置（１３０）の液体増分排出兼気泡除去管（１３２）から系内に純水を満たした。次に、液体増分排出兼気泡除去管（１３２）のボールバルブを閉じ、気泡除去装置（１３０）の小型ボールバルブ（１３１ａ）及びアスピレーターの吸引口にチューブ（図示せず）の一方を接続し、他方をそれぞれ容器（図示せず）に差し込み、その容器に純水を満たした。この状態でポンプ（１２）を始動し、熱交換手段（１４）の冷却コイル内に冷媒を循環させて循環水を冷却した。
小型ボールバルブ（１３１ａ）及びアスピレーターの吸引口のコックを開け、ポンプ（１２）の回転数を上げると、アスピレーターの吸引口から純水が吸い込まれるとともに、排出口（１３５）から純水が排出され、容器を介して純水が循環した。この際に系内に残っていた空気は容器から系外に排出されるので、循環系が純水で満たされた。完全に純水が系内に満たされた後、アスピレーターの吸引口のコックと排出口（１３５）のコックを閉め、ポンプの回転を落とし停止した。これを循環系に純水が満たされた初期設定の状態とした。
【００３７】
次の条件で捕水装置（１００）を操作した場合の、循環ポンプの回転数、循環水温度、循環水流速、及び到達圧力（真空度）を測定した。
結果を表１〜６に示す。表７に、表１〜６の結果において、最も到達圧力が低くなった条件を示す。尚、表１〜７において、「＋Ｘ」とはＸ面が上面となるように配置した場合であり、「−Ｘ」とはＸ面が底面となるように配置した場合である。Ｙ及びＺについても同様である。
＜操作条件＞
循環ポンプの回転速度は、コントローラーで制御した。市販の恒温循環装置を用いて冷媒（エチレングリコール５２ｗｔ％含有水）を熱交換手段（１４）の冷却コイル内へ循環し冷媒温度を所定温度（−１℃±４℃）に維持した。
【００３８】
【表１】
2006043564.tif 000003
【００３９】
【表２】
2006043564.tif 000004
【００４０】
【表３】
2006043564.tif 000005
【００４１】
【表４】
2006043564.tif 000006
【００４２】
【表５】
2006043564.tif 000007
【００４３】
【表６】
2006043564.tif 000008
【００４４】
【表７】
2006043564.tif 000009
【００４５】
［実施例２］
捕水装置を「＋Ｘ」の状態に配置して、所定温度（−１℃±４℃）の冷媒（エチレングリコール５２ｗｔ％含有水）を熱交換手段（１４）の冷却コイル内へ循環送液した。
ポンプ（１２０）の回転数を５０００ｒｐｍに維持した場合の循環水の温度変化を記録した。結果を図８に示す。図８中、「系列１」で示されるグラフが回転数５０００ｒｐｍにおける結果である。
【００４６】
［実施例３］
捕水装置を「＋Ｘ」の状態に配置して、所定温度（−５℃±２℃）の冷媒（エチレングリコール５２ｗｔ％含有水）を熱交換手段（１４）の冷却コイル内へ循環送液した。
ポンプ（１２０）の回転数を６０００ｒｐｍに維持した場合の循環水の温度変化を記録した。結果を図８に示す。図８中、「系列２」で示されるグラフが回転数６０００ｒｐｍにおける結果である。
【００４７】
［実施例４］
捕水装置を「＋Ｘ」の状態に配置して、所定温度（−５℃±２℃）の冷媒（エチレングリコール５２ｗｔ％含有水）を熱交換手段（１４）の冷却コイル内へ循環送液した。
循環ポンプ（１２０）の回転数を７０００ｒｐｍに維持した場合の循環水の温度変化を記録した。結果を図８に示す。図８中、「系列３」で示されるグラフが回転数７０００ｒｐｍにおける結果である。
【００４８】
表７に示すように、捕水装置（１００）は循環水の温度を１０℃以下、具体的には、５〜８℃に維持することができた。
循環冷却水の流速は約２５Ｌ／ｍｉｎであった（アスピレーター１本当たり約６Ｌ／ｍｉｎ）。
回転速度と到達真空度の関係では、回転速度の増加及び冷却水流速の増加に従い真空度は増加して冷却水系温度の理論上の真空度に到達した。最適回転速度は６０００ｒｐｍから７０００ｒｐｍであった。
ＸＹＺ方向全ての方向で冷却水系捕水装置は理論上の真空度に達した。前記の循環冷却水温度における真空度は９５０〜１４００Ｐａであった。
冷却水系は純水を用いているが、高速回転（７０００ｒｐｍ）でも放電現象は認められなかった。
【００４９】
［実施例５］
循環ポンプの回転速度：６０００ｒｐｍ、循環水温度：５℃、真空度：２０００Ｐａの条件で、アスピレーターの吸引口から純水を１５ｍｌ／ｍｉｎ〜１５０ｍｌ／ｍｉｎの速度で連続吸引する状態で捕水装置（１００）を運転した。この際、純水と共に所定量の空気（１ｍｌ〜１０ｍｌ）を系内に供給した。
その結果、系内に供給された空気（気泡）は、液体増分排出兼気泡除去装置（１３２）によって生じる旋回流の中央に集まり、やがて液体増分排出兼気泡除去管（１３２）から循環水と共に系外へ排出された。
【００５０】
［実施例６］
図４〜６に示す微小重力対応型試験捕水装置（１００）において、アスピレーターの吸引口から空気を導入した。空気を導入した直後と、アスピレーターの吸引口を密閉してから３分経過後のポンプ内の状態を、高速度カメラで撮影した。６通りのポンプの空間的配置に関して、系内の気泡の挙動を観察した。尚、ポンプとしては、イワキ社製のDCP1型ポンプを使用した。
【００５１】
結果を図９〜１４に示す。
図９は、ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を上方水平に配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図１０は、ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を下向きに配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図１１は、ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を下方水平に配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図１２は、ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を上向きに配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図１３は、ポンプのインペラと排出口を水平方向に配置するとともに、ポンプの吸入口を上向きに配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
図１４は、ポンプのインペラと排出口を水平方向に配置するとともに、ポンプの吸入口を下向きに配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
【００５２】
図９〜１４に示すように、系内に吸引された気泡は、ポンプの姿勢方向に関わらず、長時間系内に滞留することなく、比較的短時間で系内から排出された。
空気注入１分後の改良バレスケ型ポンプCP3型ケーシングと熱交換器内の高速度デジタル写真をそれぞれ図１５と図１６に示す。注入空気はポンプではなく熱交換器に滞留した。気泡は熱交換器内旋回流の中心部に集まる傾向が認められた。重力の働く地上試験であるため大きな気泡は浮力で容器の上方に滞留傾向があった。しかし、微小重力においてはそこに滞留することなく、アスピレーターを通過する際に微小の気泡に粉砕され、熱交換器に備えた気泡除去機能によって気泡は水と共に排出すると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る捕水システムは、回転運動を与えることなく、液体に含まれた気泡を除去することができ、システムを安定的に運用することができるので、特に、微小重力環境において実施する浸透気化法の捕水システムとして好適に利用することができる。
また微小重力環境ではない地上において実施する浸透気化法の捕水システムとしても好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る捕水システムの好適な実施形態の一例を示す図である。
【図２】レビトロポンプの概略構成を示す図である。
【図３】気泡除去装置を示す図である。
【図４】実施例で使用する微小重力対応型試験捕水装置の上面（Ｘ面）方向からの投影図である。
【図５】実施例で使用する微小重力対応型試験捕水装置の正面（Ｙ面）方向からの投影図である。
【図６】実施例で使用する微小重力対応型試験捕水装置の左側面（Ｚ面）方向からの投影図である。
【図７】微小重力対応型試験捕水装置の概略構成を示すフロー図である。
【図８】実施例２〜４の結果を示す図である。
【図９】ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を上方水平に配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
【図１０】ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を下向きに配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
【図１１】ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を下方水平に配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
【図１２】ポンプのインペラを垂直方向に配置するとともに、ポンプの排出口を上向きに配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
【図１３】ポンプのインペラと排出口を水平方向に配置するとともに、ポンプの吸入口を上向きに配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
【図１４】ポンプのインペラと排出口を水平方向に配置するとともに、ポンプの吸入口を下向きに配置した場合の結果を示す写真である。（ａ）は、気泡導入直後のポンプ内の状態を示す写真であり、（ｂ）は、気泡導入から３分経過したポンプ内の状態を示す写真である。
【図１５】ポンプのケーシング内の高速度デジタル写真である。
【図１６】熱交換器内の高速度デジタル写真である。
【符号の説明】
【００５５】
１０      捕水システム
１１      アスピレーター
１１ａ    液体供給口
１１ｂ    液体吐出口
１１ｃ    吸引口
１２      ポンプ
１２０    レビトロポンプ
１２１    コイル
１２２    インペラ
１２３    ローター
１２４    ステーター
１３      気泡除去装置
１３１    ハウジング
１３１ａ  小型ボールバルブ
１３２    液体増分排出兼気泡除去管
１３２ａ  液体増分排出兼気泡排出孔
１３３    供給管
１３４    コーン
１３５    脱泡液体用排出管
１３５ａ  脱泡液体用排出口
１３６    旋回流室
１３７    流方向反転体
１４      熱交換手段
１５      循環ライン
Ａ        浸透気化装置
ａ        供給側
ｂ        透過側
ｃ        透過膜
【図１】
2006043564.tif 000010
【図２】
2006043564.tif 000011
【図３】
2006043564.tif 000012
【図４】
2006043564.tif 000013
【図５】
2006043564.tif 000014
【図６】
2006043564.tif 000015
【図７】
2006043564.tif 000016
【図８】
2006043564.tif 000017
【図９】
2006043564.tif 000018
【図１０】
2006043564.tif 000019
【図１１】
2006043564.tif 000020
【図１２】
2006043564.tif 000021
【図１３】
2006043564.tif 000022
【図１４】
2006043564.tif 000023
【図１５】
2006043564.tif 000024
【図１６】
2006043564.tif 000025