(57)【要約】【課題】太陽エネルギーを利用した水の浄化を、大掛かりな設備を要することなく、簡易かつ安価に行う。【解決手段】浄水製造装置１は、複数の反射パネルからなる凹面状の集光機構１０と、集光機構１０の中心部に設置され、所定の水位まで水Ｗ１が収納された加熱容器２０と、上端部４１が加熱容器内の水位よりも上方に位置し、下端部４２が加熱容器外に位置し、集光機構１０により加熱容器２０内の水Ｗ１が加熱されることで生じる水蒸気が流通する蒸留パイプ４０と、蒸留パイプ内を流通する水蒸気を冷却可能な冷却機構５０と、冷却機構５０により蒸留パイプ内で水蒸気から凝集した水滴を貯留可能な浄水タンク６０と、を備える。駆動制御される反射塔を設置したりといった、大掛かりな設備を要する場合に比べて、水の浄化を簡易かつ安価に行うことが可能となる。【選択図】図１
2019171368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を反射することで所定の集光領域に向けて集光可能な集光機構と、
前記集光領域に設置され、所定の水位まで水を収納可能な加熱容器と、
一端部が前記加熱容器内の水位よりも上方に位置し、他端部が加熱容器外に位置し、前記集光機構により集光された太陽光の熱により前記加熱容器内の水が加熱されることで発生する水蒸気が流通可能な蒸留機構と、
前記加熱容器外で蒸留機構内を流通する水蒸気を冷却可能な冷却機構と、
前記蒸留機構の他端部から排出される、前記冷却機構により蒸留機構内で水蒸気から凝集した水滴を貯留可能な浄水貯留機構と、を備える浄水製造装置。
【請求項２】
前記蒸留機構は、加熱容器の壁面を挿通するパイプ状の蒸留パイプであり、
前記浄水貯留機構は、底壁、周壁および天壁を有する浄水タンクである、請求項１に記載の浄水製造装置。
【請求項３】
前記加熱容器は、底壁、周壁および天壁を有し、
前記加熱容器内面の周壁のみ、または周壁から天壁にかけて設置され、前記加熱容器内の水を毛細管現象により前記周壁上の水位よりも上方へと吸い上げる吸水材層をさらに備える請求項１または２に記載の浄水製造装置。
【請求項４】
前記吸水材層は、紙、布、発泡体または不織布により形成されている請求項３に記載の浄水製造装置。
【請求項５】
前記加熱容器は、前記底壁または周壁に水の注入口を有する請求項３または４に記載の浄水製造装置。
【請求項６】
前記集光機構は、複数の反射パネルを全体として凹面状に配置してなり、
前記加熱容器は、前記凹面状の集光機構に取り囲まれるように前記集光領域に設置されている、請求項１から５のいずれかに記載の浄水製造装置。
【請求項７】
前記集光機構は、前記複数の反射パネルが互いに連結されてなる一枚の板状体からなり、その板状体を反射パネルの連結部で折り曲げて重ね合わせ係止することで凹面状に組み立てられる請求項６に記載の浄水製造装置。
【請求項８】
前記冷却機構は、
前記加熱容器外で前記パイプの周囲に設置される冷却フィンである請求項１から７のいずれかに記載の浄水製造装置。
【請求項９】
前記冷却機構は、
前記加熱容器外で前記パイプを取り囲むように設置され、
前記加熱容器と連結されて前記加熱容器へと水を供給可能な、
水が収納される冷却槽である、請求項１から７のいずれかに記載の浄水製造装置。
【請求項１０】
水が貯留される貯留タンクと、
前記貯留タンクと前記冷却槽を連結し、前記貯留タンクから前記冷却槽に水を供給可能な供給パイプをさらに備え、
前記冷却槽は前記加熱容器よりも下方に位置して満水状態に水が収納されるようになっており、
前記供給パイプのサイフォン作用により、前記冷却槽を通じて前記貯留タンクの水圧と前記加熱容器の水圧とが釣り合うことで、前記加熱容器の水位が前記貯留タンクと同じ水位に保たれるようになっている請求項９に記載の浄水製造装置。
【請求項１１】
前記貯留タンクに供給される水をろ過可能な濾過機構をさらに備える請求項１０に記載の浄水製造装置。
【請求項１２】
前記蒸留パイプの前記加熱容器内の一端部に被せられるキャップをさらに備え、
前記キャップは、その開口から前記蒸留パイプの一端部の開口にかけてラビリンス通路が形成されるように配置された複数の邪魔板を内部に有する請求項２から１１のいずれかに記載の浄水製造装置。
【請求項１３】
前記加熱容器の外面または内面の少なくとも一方は、黒色に着色されている請求項１から１２のいずれかに記載の浄水製造装置。
【請求項１４】
太陽光を反射することで所定の集光領域に向けて集光させる工程と、
前記集光領域に、加熱容器に所定の水位まで収納された水を設置して、集光された太陽光の熱により加熱して水蒸気を発生させる工程と、
前記水蒸気を前記加熱容器内で前記所定の水位よりも上方で捕集して蒸留機構に流通させる工程と、
前記蒸留機構を流通する水蒸気を冷却し、凝集した水滴を集めて浄水を得る工程と、を含む浄水製造方法。
【請求項１５】
前記水蒸気を発生させる工程は、
前記加熱容器の内面に設置された吸水材層で水を毛細管現象により前記水位よりも上方へと吸い上げて、この水を吸い上げた吸水材層を集光された太陽光の熱により加熱することにより行われる請求項１４に記載の浄水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水製造装置および浄水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川等の自然水を飲料水に浄化する方法としては、中空繊維を用いて濾過する方法、逆浸透膜を用いて分離する方法、および加熱沸騰して蒸留水を得る方法が知られている。また、海水を淡水に替える方法としては、イオン交換樹脂を用いて塩分を分離する方法が知られている。
上記のように、中空繊維、逆浸透膜、またはイオン交換樹脂を用いる場合には、膜などの再生とメンテナンスや設備の稼動に専門技術者が必要であり、保守管理に手間がかかる問題がある。また自然水を加熱沸騰させる場合には、燃料コストがかさむ問題がある。
【０００３】
このため、電力や火力などを用いず、また、中空繊維や逆浸透膜、イオン交換樹脂などの特殊な材料を要することなく、太陽熱のみをエネルギー源として利用して自然水を浄化しようとする試みもなされている。
たとえば、特許文献１には、パラボラ型の大型反射鏡を備える反射塔を地上に複数塔設置し、その反射塔を太陽の動きに応じて駆動制御することで太陽光を反射集熱し、その熱で自然水を加熱蒸発させ、ついでその水蒸気を凝縮器で凝縮して浄水を得る浄水製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２５７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の浄水製造装置の場合、設備が大がかりであって広い設置スペースを要するとともに、設備に要するコストや、浄水を製造するためのコストがかさむ問題がある。
【０００６】
そこで本発明の解決すべき課題は、太陽エネルギーを利用した自然水等の水の浄化を、大掛かりな設備を要することなく、簡易かつ安価に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するため、発明にかかる浄水製造装置を、太陽光を反射することで所定の集光領域に向けて集光可能な集光機構と、前記集光領域に設置され、所定の水位まで水を収納可能な加熱容器と、一端部が前記加熱容器内の水位よりも上方に位置し、他端部が加熱容器外に位置し、前記集光機構により集光された太陽光の熱により前記加熱容器内の水が加熱されることで発生する水蒸気が流通可能な蒸留機構と、前記加熱容器外で蒸留機構内を流通する水蒸気を冷却可能な冷却機構と、前記蒸留機構の他端部から排出される、前記冷却機構により蒸留機構内で水蒸気から凝集した水滴を貯留可能な浄水貯留機構と、を備える構成としたのである。また、前記蒸留機構は、加熱容器の壁面を挿通するパイプ状の蒸留パイプであり、前記浄水貯留機構は、底壁、周壁および天壁を有する浄水タンクであることが好ましい。
【０００８】
浄水製造装置を以上のように構成することで、特許文献１のような、駆動制御される反射塔を設置したりといった、大掛かりな設備を要する場合に比べて、水の浄化を簡易かつ安価に行うことが可能となる。また、前記蒸留機構が、加熱容器の壁面を挿通するパイプ状の蒸留パイプである構成とすると、加熱容器内の水蒸気と浄化前の水とを離隔することができ、水蒸気の流通経路を所望の形状に設計し易くなる。さらに、前記浄水貯留機構は浄水を貯留できるものであれば限定されず、四方が囲われたタンク形状や上方が開口した容器形状やトレー形状のものが例示できるが、底壁、周壁および天壁を有する浄水タンクであれば、当該タンク内に蒸留水を衛生的に一定量貯水保持することができる。
【０００９】
発明にかかる浄水製造装置において、前記加熱容器は、底壁、周壁および天壁を有し、前記加熱容器内面の周壁のみ、または周壁から天壁にかけて設置され、前記加熱容器内の水を毛細管現象により前記周壁上の水位よりも上方へと吸い上げる吸水材層をさらに備える構成を採用するのが好ましい。
【００１０】
このように構成すると、吸水材層によって水は、太陽光が特に集中しやすい加熱容器の周壁上方や天壁にまで吸い上げられた状態で加熱されるため、水蒸気への変換効率が向上する。
前記吸水材層としては、紙、布、発泡体または不織布により形成されているのが、比較的安価であり、毛細管現象も良好に発揮されるため好ましい。
【００１１】
発明にかかる浄水製造装置において、前記加熱容器は、周壁または底壁に水の注入口を有するのが好ましい。
【００１２】
注入口を設けることで、水蒸気の発生により加熱容器内の水の水位が下がり次第、水を補充することが容易となる。
その注入口を太陽光が集中しやすい天壁に設けると、吸水材層によって天壁まで吸い上げられ水蒸気が発生する直前まで加熱された水が、注入口から追加された水により冷却されてしまい水蒸気の発生が妨げられてしまうが、注入口を周壁または底壁に設けることで、そのような事態が防止される。
【００１３】
発明にかかる浄水製造装置において、前記集光機構は、複数の反射パネルを全体として凹面状に配置してなり、前記加熱容器は、前記凹面状の集光機構に取り囲まれるように前記集光領域に設置されているのが好ましい。
【００１４】
このように集光機構を複数の反射パネルから構成すると、集光機構がパラボラ型の場合などと異なり、集光領域が焦点となる一点に過度に集中することがなく、ある程度の広がりを持った領域となるため、加熱容器を集光領域に位置合わせすることが容易である。
さらに、広がりを持った加熱領域により加熱容器が全体的に加熱されるため、加熱容器が局所的に加熱される場合と比べて、加熱の効率もよい。
【００１５】
発明にかかる浄水製造装置において、前記集光機構は、前記複数の反射パネルが互いに連結されてなる一枚の板状体からなり、その板状体を反射パネルの連結部で折り曲げて重ね合わせ係止することで凹面状に組み立てられる構成とするのが好ましい。
【００１６】
このように構成すると、集光機構の組立ておよび展開が容易であり、浄水製造装置の運搬や設置も容易となる。
【００１７】
発明にかかる浄水製造装置において、前記冷却機構は、前記加熱容器外で前記パイプの周囲に設置される冷却フィンとすることができる。
あるいは、前記加熱容器外で前記パイプを取り囲むように設置され、前記加熱容器と連結されて前記加熱容器へと水を供給可能な、水が収納される冷却槽とすることができる。
【００１８】
このように構成すると、冷却機構の構造として簡易であり、設置も容易である。
とくに冷却機構として冷却槽を採用する場合には、浄化前の水を浄水の冷却にも利用できるうえ、水蒸気との熱交換により加熱容器に供給される水が、あらかじめ一定程度加熱されることになるため、水蒸気の発生効率がよい。
【００１９】
また、冷却機構が冷却槽を備える場合には、前記貯留タンクと前記冷却槽を連結し、前記貯留タンクから前記冷却槽に水を供給可能な供給パイプをさらに備え、前記冷却槽は前記加熱容器よりも下方に位置して満水状態に水が収納されるようになっており、前記供給パイプのサイフォン作用により、前記冷却槽を通じて前記貯留タンクの水圧と前記加熱容器の水圧とが釣り合うことで、前記加熱容器の水位が貯留タンクと同じ水位に保たれるようになっているのが好ましい。
【００２０】
このように構成すると、加熱容器内の水から水蒸気が発生するのにしたがって、貯留タンクから水が随時加熱容器に補充され、水位が自動的に保たれることになるため、加熱容器の水の水位を調整する手間が省かれる。
また、大型の貯留タンクに水を多量に溜めておくことで、浄水の製造を連続的におこなうことができる。
【００２１】
発明にかかる浄水製造装置において、前記貯留タンクに供給される水をろ過可能な濾過機構をさらに備えるのが好ましい。
【００２２】
このように構成して、水を太陽熱による浄化に先立って、ろ過しておくことで、水に含まれる大きな塵埃等が取り除かれるため、そのような塵埃が浄水製造装置の経路に詰まったりして、浄水の製造に支障が生じることが防がれる。
【００２３】
発明にかかる浄水製造装置において、前記蒸留パイプの前記加熱容器内の一端部に被せられるキャップをさらに備え、前記キャップは、その開口から前記蒸留パイプの一端部の開口にかけてラビリンス通路が形成されるように配置された複数の邪魔板を内部に有する構成を採用することができる。
【００２４】
このように構成すると、加熱容器内で、水蒸気が凝集して水の水面へと落下し、水が周囲に飛散したような場合でも、その飛散した水はキャップ内のラビリンス通路に阻まれて、蒸留パイプの内部に侵入することはない。このため、浄水が浄化前の水に汚染されることが防止される。
【００２５】
発明にかかる浄水製造装置において、前記加熱容器の外面は黒色に着色されている構成を採用することが好ましい。
【００２６】
このように構成すると、加熱容器が集光された太陽光の熱を吸収しやすくなるため、加熱容器内の水の加熱の効率および水蒸気の発生効率を向上させることができる。
また、前記加熱容器の内面も同様に黒色に着色されている構成を採用することが好ましい。
このように構成すると、加熱された容器壁面からの容器内部への熱放射量が多くなるため、加熱容器内の水の加熱の効率および水蒸気の発生効率を向上させることができる。
【００２７】
発明にかかる浄水製造装置において、前記加熱容器を覆う風防カバーをさらに有する構成を採用することができる。
【００２８】
このように構成すると、浄水製造装置を屋外で使用する場合に、加熱容器が屋外の風により冷却されてしまい、加熱効果が低減してしまうことが防止される。
【００２９】
また、上記した課題を解決するため、発明にかかる浄水製造方法を、太陽光を反射することで所定の集光領域に向けて集光させる工程と、前記集光領域に、加熱容器に所定の水位まで収納された水を設置して、集光された太陽光の熱により加熱して水蒸気を発生させる工程と、前記水蒸気を前記加熱容器内で前記所定の水位よりも上方で捕集して蒸留機構に流通させる工程と、前記蒸留機構を流通する水蒸気を冷却し、凝集した水滴を集めて浄水を得る工程と、を含む構成としたのである。
【００３０】
浄水製造方法を以上のように構成することで、従来の大掛かりな設備を要する場合に比べて、水の浄化を簡易かつ安価に行うことが可能となる。
【００３１】
発明にかかる浄水製造方法において、前記水蒸気を発生させる工程は、前記加熱容器の内面に設置された吸水材層で水を毛細管現象により前記水位よりも上方へと吸い上げて、この水を吸い上げた吸水材層を集光された太陽光の熱により加熱することにより行われるのが好ましい。
【００３２】
このように構成すると、吸水材層によって水は、太陽光が集中しやすい加熱容器の天壁にまで吸い上げられた状態で加熱されるため、水蒸気への変換効率が向上する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明を以上のように構成することで、太陽エネルギーを利用した水の浄化を、大掛かりな設備を要することなく、簡易かつ安価に行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態の浄水製造装置の縦断面図
【図２】集光機構の斜視図
【図３】集光機構の組立工程図
【図４】集光機構の組立工程図
【図５】集光機構の開口調整する工程の概略図
【図６】第１実施形態の浄水製造装置の要部拡大縦断面図
【図７】第１実施形態の浄水製造装置の他の例を示す縦断面図
【図８】第２実施形態の浄水製造装置の縦断面図
【図９】実施例１および実施例２に関する浄水の採取量を示すグラフ
【図１０】実施例１および比較例１に関する加熱容器内の水温変化を示すグラフ
【図１１】実施例３に関する加熱容器内の水温変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１から図６に示す第１実施形態の浄水製造装置１は、集光機構１０と、加熱容器２０と、吸水材層３０と、蒸留パイプ４０と、冷却機構５０と、浄水タンク６０とを備え、太陽光のみを利用して、水から浄水を簡易かつ安価に得ることができるものである。
【００３６】
図２のように、浄水製造装置１における集光機構１０は、複数の反射パネル１１〜１６からなる。集光機構１０は、その反射パネル１１〜１６の集合体が、加熱容器２０を取り囲むように、かつ全体として凹面を構成するように配置することで形成されている。集光機構１０の凹面は、上方に開口し、その開口に向けて拡がっている。
【００３７】
太陽光は、複数の反射パネル１１〜１６で反射することで、一定の広がりをもつ集光領域に集光されるようになっている。集光領域は、凹面に囲まれた空間のほぼ中央部に位置し、後述するようにここに加熱容器２０が設置される。図１における破線は、太陽光が反射によって集光領域に集まる様子を模式的に示している。
反射パネル１１〜１６の材質は、反射率が良好であれば特に限定されないが、軽量で持ち運びの容易なものとして、発泡樹脂やプラスチック段ボールからなる本体の片面に、アルミニウムを蒸着したフィルムやアルミニウム箔を積層したものが例示できる。発泡樹脂の種類としては、ポリプロピレン（ＰＰ）発泡樹脂が、フィルムの種類としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが例示できる。
集光機構１０は、支持台Ｓの天板上に載置されている。
【００３８】
図３および図４のように、集光機構１０は、複数の反射パネル１１〜１６が連結されてなる一枚のほぼ正方形の板状体１０´から組み立てられる。
図３（ａ）のように、板状体１０´は、ボトムパネル１１、ボトムパネル１１の前端に連設されるフロントパネル１２、ボトムパネル１１の後端に連設されるテールパネル１３、フロントパネル１２の左右側にそれぞれ連設される外サイドパネル１４、ボトムパネル１１の左右側にそれぞれ連設される内サイドパネル１５、内サイドパネル１５の後端に連設されるバックパネル１６からなる。
図示太線で示すように、板状体１０´において、外サイドパネル１４と内サイドパネル１５の間、およびバックパネル１６とテールパネル１３の間は、それぞれスリットが入れられて切り離されている。
ボトムパネル１１には、取り付け孔１１ａが設けられている。
【００３９】
組立の手順としては、まず図３（ａ）から図３（ｂ）のように、テールパネル１３をボトムパネル１１との境界で折り曲げてほぼ垂直に起立させる。
ついで、図３（ｂ）から図４（ａ）のように、左右の内サイドパネル１５をボトムパネル１１との境界でそれぞれ折り曲げて斜めに起立させ、また、左右のバックパネル１６を内サイドパネル１５との境界でそれぞれ内向きに折り曲げて重ね合わせる。そして左右のバックパネル１６の角隅部にそれぞれ設けられたスナップボタンからなる係止部１６ａを互いに嵌合させてバックパネル１６同士を係止する。このとき、テールパネル１３は、バックパネル１６よりも内側に位置している。
【００４０】
さらに、図４（ａ）から図４（ｂ）のように、フロントパネル１２をボトムパネル１１との境界で折り曲げて斜めに起立させ、左右の外サイドパネル１４をフロントパネル１２との境界で折り曲げて、内サイドパネル１５の外側に重ね合わせる。
そして、それぞれスナップボタンからなる外サイドパネル１４の係止部１４ａと内サイドパネル１５の係止部１５ａを嵌合させて外サイドパネル１４と内サイドパネル１５を係止する。
こうして、凹面状の集光機構１０が完成する。
【００４１】
なお、外サイドパネル１４の係止部１４ａをなすスナップボタンは二列に並列しており、図５に実線と破線で示すように、そのいずれかを内サイドパネル１５の係止部１５ａをなすスナップボタンと嵌合させることで、集光機構１０の凹面の開き角度（フロントパネル１２等の立ち上がり角度）を二段階に調整できるようになっている。
【００４２】
図１のように、加熱容器２０は、集光機構１０の集光領域とほぼ一致するように、ボトムパネル１１上に設置されている。
円筒形の加熱容器２０は、底壁２１、周壁２２および天壁２３を有し、内部に水Ｗ１が所定の水位となるように収納されている。
周壁２２の下部には、注入口２２ａが設けられ、ここから加熱容器２０内に水を供給できるようになっている。注入口２２ａは、水を供給するとき以外は、栓を差し込むなどして閉塞されている。
ここで、加熱容器２０は、水Ｗ１から発生する水蒸気が外部に漏れ出さないような略密封構造になっているものとする。
加熱容器の材質は、特に限定されないが、アルミニウムやステンレス鋼や耐熱性樹脂等が例示できる。加熱容器２０の外面は、公知の黒色塗料を塗装することで、黒色に着色されている。これにより、加熱容器２０の太陽熱の吸収効率が高まっている。
【００４３】
図１のように、加熱容器２０の底壁２１と、集光機構１０のボトムパネル１１との間には、断熱板２４が挟み込まれている。
これにより加熱容器２０に吸収された太陽熱が、集光機構１０を通じて外部に放散しないようになっている。断熱板２４の材質は断熱性が良好な限りにおいて特に限定されないが、独立気泡の発泡樹脂や不織布が例示できる。
加熱容器２０の底壁２１および断熱板２４には、集光機構１０の取り付け孔１１ａと合致するように、取り付け孔２５が設けられている。
加熱容器２０には、温度計を付属させて収納された水の水温を随時計測できるようにしてもよい。
【００４４】
図１のように、吸水材層３０は、加熱容器２０の周壁２２から天壁２３にかけての内面に、貼り付け等の適宜手段により積層されている。吸水材層３０の下端部は、加熱容器２０に収納された水の水位よりも下方に位置している。したがって、吸水材層３０の下端部は水Ｗ１に常時浸された状態にある。
吸水材層３０は、毛細管現象により、水Ｗ１をその水位よりも上方に吸い上げられるようになっている。吸水材層３０の種類は、吸水性が良好である限りにおいて特に限定されないが、人工物として紙や連続気泡の発泡体や不織布や織布が、天然物として海綿が例示できる。材質も特に限定されず、合成樹脂や合成繊維やセラミック繊維や活性炭や紙が例示できる。また、吸水材層３０は、加熱容器２０と別体である必要もなく、加熱容器２０の内面の周壁２２から天壁２３にかけて繋がるように微細なスリットを形成して吸水材層３０としてもよい。このような態様でも毛細管現象が発現し、水Ｗ１が水位よりも上方に吸い上げられるようにすることは可能となる。
【００４５】
図１のように、パイプ状の蒸留機構としての蒸留パイプ４０は、加熱容器２０の取り付け孔２５および集光機構１０の取り付け孔１１ａを挿通し、その開口する上端部４１が加熱容器２０内の水の水位よりも上方に、その開口する下端部４２が加熱容器２０外の支持台Ｓの天板よりも下方に位置している。
蒸留パイプ４０の上端部４１は、加熱容器２０の天壁２３に近接した状態にあり、水の水面から十分に離れた状態にある。
蒸留パイプ４０と、取り付け孔１１ａ、２５との間には、スリーブ状のシール部材４３が介在している。これにより、加熱容器２０内の水が、蒸留パイプ４０と取り付け孔１１ａ、２５との隙間から漏れ出さないようになっている。
蒸留パイプ４０の材質は特に限定されないが、加熱容器２０と同じ材質であることが例示できる。
【００４６】
図１および図６のように、蒸留パイプ４０の上端部４１には、キャップ４４が被せられている。略円筒形のキャップ４４は、周壁４４ａおよび天壁４４ｂを有し、底面が開口している。
周壁４４ａの内周面および蒸留パイプ４０のキャップ４４が被せられた箇所の外周面には、複数の邪魔板４４ｃがジグザグ状に取り付けられており、キャップ４４の底面から蒸留パイプ４０の上端部４１にかけては、ラビリンス通路が形成されている。
【００４７】
図１のように、冷却機構５０は、支持台Ｓの天板よりも下方かつ蒸留パイプ４０の下端部４２よりも上方において、蒸留パイプ４０の外周を取り囲むように設置されている。
冷却機構５０は、複数のフィン５１からなり、各フィン５１は、溶接等の適宜手段により蒸留パイプ４０に取り付けられている。フィン５１の材質は特に限定されないが、銅やアルミニウムなどの熱伝導率の大きい金属製であることが例示できる。
【００４８】
図１のように、タンク状の浄水貯留機構としての浄水タンク６０は、底壁６１と周壁６２と天壁６３を有し、天壁６３には開口６３ａが設けられている。この開口６３ａからは蒸留パイプ４０の下端部４２が差し込まれている。
開口６３ａの大きさは、蒸留パイプ４０との隙間が大きすぎて外気から塵埃等が侵入しないように、かつ蒸留パイプ４０との隙間が小さすぎてパイプの差込により密封状態となって内圧が上がることのないように、適宜設定されているものとする。
浄水タンク６０の材質は特に限定されないが、合成樹脂製とすることが例示できる。
浄水タンク６０には、浄水Ｗ２が貯留されている。
【００４９】
第１実施形態の浄水製造装置１の構成は以上のようであり、次にこの浄水製造装置１を用いた実施形態の浄水製造方法について説明する。
【００５０】
いま、浄水製造装置１を屋外の日当たりの良い場所に設置し、注入口２２ａを通じて加熱容器２０に所定の水位まで水を収納する。集光機構１０の各反射パネル１１〜１６は、太陽光を反射して加熱容器２０の設置個所である集光領域に向けて集光する。
この集光された太陽光の熱で、加熱容器２０内の水Ｗ１が加熱され、水蒸気が発生する。水に含まれた有機、無機の溶解、浮遊成分は、水蒸気になることで取り除かれる。
【００５１】
ここで加熱容器２０は、その周壁２２の上部から天壁２３にかけてが、反射光に加えて太陽光が直射されやすいこともあってとくに加熱の程度が大きい。
したがって、吸水材層３０により、水Ｗ１を水面上の周壁２２から天壁２３にかけて吸い上げておくことで、加熱容器２０の壁面から水Ｗ１へ熱が効率よく伝わり、吸水材層３０から水蒸気が放散される。このようにして、水蒸気の発生効率が向上している。
また、周壁２２の上部から下部へと熱が伝導することで、水Ｗ１の水面の周壁２２付近でも沸騰が起こり、水面からも水蒸気が発生する。なお、水面からの水蒸気の発生の状況は、加熱容器２０に吸水材層３０を備えていない場合でも異なるところはない。
ちなみに、太陽から放射される熱エネルギーは地球軌道上で１３７０Ｗ／ｍ２であり、日本における晴天時の平均は６００Ｗ／ｍ２とされる。面積が１ｍ２の集光機構で集められる熱エネルギーは、蒸発潜熱５４０Ｋｃａｌ／Ｋｇである水を１時間あたり約１Ｋｇの水蒸気に変えることができる。
【００５２】
加熱容器２０内で発生した水蒸気は、蒸留パイプ４０の上端部の開口から入り込む。液体の水から気体の水蒸気への相変化により体積が増大するため、加熱容器２０に内圧が発生し、蒸留パイプ４０の上端部から下端部に向けた水蒸気の流れが生じる。
ここで、吸水材層３０から水Ｗ１の水滴が落下することがあるが、その水滴はキャップ４４の天壁４４ｂに阻まれて蒸留パイプ４０の上端部４１から直接入り込むことがないようになっている。また、水Ｗ１の水滴が水面に衝突することで飛散する水滴も、キャップ４４内のラビリンス通路に阻まれて、蒸留パイプ４０の上端部４１に入り込むことがないようになっている。
【００５３】
蒸留パイプ４０の内部を下端部に向けて流通する水蒸気は、その途中で冷却機構５０のフィン５１の放熱効果で冷却される。これにより凝集し水滴となる。
水滴は、その自重および水蒸気の圧力により、蒸留パイプ４０の下端部４２に向けて流れ、下端部４２から浄水タンク６０に落下する。こうして、浄水タンク６０には浄水Ｗ２が貯留されることになる。
加熱容器２０内の水Ｗ１の水位が下がると、注入口２２ａを通じて水を適宜補充する。注入口２２ａは、周壁２２の下部に設けられているため、水の追加時に、吸水材層３０に含まれて水蒸気が発生する直前まで加熱された水が冷却されてしまう事態が阻止されている。
【００５４】
第１実施形態の浄水製造装置１には、図７のように、透明の風防カバー９０を設けることもできる。円筒形の風防カバー９０は、天壁９１と周壁９２とを有し、かつ加熱容器２０よりも寸法が大きく、その内部空間に加熱容器２０が収容されるように、集光機構１０のボトムパネル１１上に設置されている。
風防カバー９０の天壁９１と加熱容器２０の天壁２３の間および風防カバー９０の周壁９２と加熱容器２０の周壁２２の間には、隙間による空気層が形成されている。
図示のように、風防カバー９０の周壁９２の下縁部は、断熱板２４に当接しているため、風防カバー９０とボトムパネル１１とは接触していない。
浄水製造装置１を屋外で使用する場合には、このようにして加熱容器２０を風防カバー９０で覆うことにより、屋外の風が加熱容器２０に直接吹き付けて、加熱容器２０が冷却されることが防止される。また、屋外の気温が低い場合などにも、風防カバー９０と加熱容器２０との間の空気層の断熱効果により、加熱容器２０が冷却されることが抑制される。
風防カバー９０は、太陽光線の吸収や反射が少ないことが好ましく、素材としてはガラスやプラスチックが好ましい。たとえば、ガラスビーカーを逆さにしたものを、風防カバー９０として用いることができる。
【００５５】
図８に、第２実施形態の浄水製造装置２を示す。第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
この実施形態では、冷却機構５０が冷却槽５２である点と、貯留タンク７０および濾過機構８０を備える点で、第１実施形態と異なっている。
【００５６】
図８のように、冷却機構５０としての冷却槽５２は、加熱容器２０外において、蒸留パイプ４０を取り囲むように設置されており、水Ｗ１が満水状態に収納されている。
冷却槽５２と、冷却槽５２の直上に位置する加熱容器２０とは、連結パイプ５２ａにより連結されており、冷却槽５２内の水Ｗ１は、加熱容器２０に流入可能となっている。連結パイプ５２ａは、加熱容器２０の底壁２１に連結されており、ここが水の注入口となっている。
【００５７】
この冷却槽５２には、細管である供給パイプ７１を通じて貯留タンク７０から水Ｗ１が供給されるようになっている。大型の貯留タンク７０には、一定水位の水Ｗ１が貯留されるようになっている。
貯留タンク７０の底部および供給パイプ７１には、水Ｗ１の貯留量および供給量を調節するためのバルブ７２が付属している。
貯留タンク７０は、簡易な沈殿槽の役割も兼ねており、底部には沈殿物７３が沈殿して、貯留タンク７０の上部のいわば上澄みの水が供給パイプ７１を通じて冷却槽５２および加熱容器２０に供給されるようになっている。
貯留タンク７０の周面の所定高さの箇所には、水位調整口７４が設けられている。貯留タンク７０に過剰に水が供給される等しても、水位調整口７４から貯留タンク７０内の水が排出されるようになっているため、水位調整口７４が設けられた所定高さを限界水位として、水位が調整されることとなる。なお、図７の鎖線で示すように、水位調整口７４が設けられた高さは、蒸留パイプ４０の上端部４１よりも低く設定されている。
【００５８】
ここで、冷却槽５２が満水状態であることから、供給パイプ７１のサイフォン作用により、貯留タンク７０の水位に基づく水圧と加熱容器２０の水位に基づく水圧につり合いが生じ、加熱容器２０の水位が貯留タンク７０と同じ水位に保たれるようになっている。ここで、上述のように貯留タンク７０の限界水位は、水位調整口７４により、蒸留パイプ４０の上端部４１よりも低く設定されているため、加熱容器２０内の水Ｗ１の水位が蒸留パイプ４０の上端部４１を超えて、蒸留パイプ４０にそのまま流入することが防止されている。
したがって、加熱容器２０内で水Ｗ１が水蒸気になると、その分だけ、供給パイプ７１および冷却槽５２を通じて、貯留タンク７０から水Ｗ１が補給されるようになっている。このため、加熱容器２０内の水位は急激に下がることはない。
冷却槽５２内の水は、蒸留パイプ４０内の水蒸気と熱交換をおこなった後に、加熱容器２０に流入するため、加熱容器２０内の水はあらかじめ一定程度加熱された状態にある。したがって、水蒸気の発生効率が高まっている。
【００５９】
貯留タンク７０には、濾過機構８０を通じて、塵埃等があらかじめ取り除かれた水Ｗ１が供給されるようになっている。
濾過機構８０には、細かな砂利の層と活性炭の層が交互に数層重ねられてなる、ろ過材８１が充填されている。ろ過材８１の層厚は、水の汚染状況により適宜調整される。
このため、供給パイプ７１や連結パイプ５２ａ等に塵埃等が詰まってしまう事態が防止されている。
なお、第２実施形態の浄水製造装置２にも、図７のような風防カバー９０を設けることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明の実施例および比較例を挙げて、本発明の内容を一層明確にする。
【００６１】
図１に示すものと同様の構造を有する浄水製造装置を室内に設置し、太陽熱の代用としてランプヒーターを集光機構の上方に設置して試験装置を作製した。
ランプヒーターとしては、大日電球株式会社製の赤外線ランプ５００Ｗ３本を加熱容器の上面より３８ｃｍの位置に同じ高さに取り付けた。
集光機構としては、多孔質材とアルミホイール箔をラミネートした平板組み合わせ型のものを用いた。その開口部の面積は約０．３８ｍ２であった。
加熱容器としては、市販のアルミ製、容量１．５リットル丸型はんごう容器（蓋つき）の容器外部および内部に市販黒色油性塗料を塗布し、蓋部分より蒸気が漏れないようシールして用いた。この容器には、水道水５００ｇを入れた。
吸水材層としては、厚みが０．１８ｍｍの定性ろ紙を用い、このろ紙を吸水させた後、加熱容器の周壁および天壁の内面に貼り付け、さらに金網を用いて固定した。
蒸留パイプとしては、アルミニウム製のパイプで、外径２５ｍｍ、肉厚１ｍｍのものを用いた。
冷却機構としては、アルミニウム板からなるフィン（１５０ｍｍ角、厚み０．５ｍｍ）２０枚を１ｃｍ間隔になるよう熱伝導性接着剤で蒸留パイプの周囲に固定したものを用いた。
浄水タンクとしては、容量３００ｃｃのガラスビーカーを用いた。
【００６２】
実施例１としては、上記試験装置をそのまま用いた。
実施例２としては、上記試験装置の加熱容器の内面から吸水材層を取り除いたものを用いた。
実施例３としては、上記試験装置の加熱容器の内面から吸水材層を取り除き、さらに図７に示すものと同様に、風防カバーを加熱容器に被せたものを用いた。風防カバーとしては、５リットルガラスビーカーを逆さにしたものを用いた。
比較例１としては、上記試験装置の加熱容器の内面から吸水材層を取り除き、かつ集光機構を取り除いたものを用いた。
【００６３】
実施例１および実施例２の試験装置につき、ランプヒーターのスイッチを入れて、浄水タンクに溜まった浄水の量を経時的に測定した。
測定時間は、浄水タンクに水滴が落下し始めた時刻から、６０分後および１２０分後とした。
結果を、次表１および図９に示す。表１および図９から、加熱容器内の水道水が沸騰し水蒸気となり、蒸留パイプを通じて加熱容器外に流出し、冷却機構で水滴となり、浄水タンクに落下して浄水が製造されることが確認された。
また、実施例１のように吸水材層を有していると、高温になる加熱容器の天面に毛細管現象で吸い上げられた水道水が直ちに蒸発することで、より効率的に浄水の採取ができることが分かった。
【００６４】
【表１】
2019171368.tif 000003
【００６５】
つぎに、実施例１および比較例１の試験装置につき、ランプヒーターのスイッチを入れて、加熱容器内の水温を経時的に測定した。結果を図１０に示す。
集光機構を有しない比較例１においては、水温の上昇が６０℃に満たない温度でほぼ止まり、蒸留パイプからの水滴の流出は認められなかったのに対して、実施例１では、水温は１００℃にまで上昇して、蒸留パイプからの水滴の流出が認められた。このため、集光機構が有効に働いていることが確認された。
【００６６】
さらに、実施例３の試験装置を屋外に設置してランプヒーターではなく太陽光を用いて、加熱容器を加熱し、浄水タンクに溜まった浄水の量および加熱容器内の水温を経時的に測定した。
結果を表２および図１１に示す。
表２および図１１から、実施例３では、屋外にもかかわらず屋内でランプヒーターを用いた実施例１とそん色のない浄水の採取量および水温の上昇が確認された。なお、実施例３の試験装置を屋外に設置して６０分を経過した後に、雲が多くなり太陽熱が弱まったため１２０分での浄水の採取は行っていない。
【００６７】
【表２】
2019171368.tif 000004
【００６８】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲内およびこれと均等の意味でのすべての修正と変形を含む。
【００６９】
実施形態では、集光機構１０の一例として反射パネル１１〜１６の集合体を挙げたが、集光機構はこれに限定されない。パラボラ形状、フレネルレンズ形状、凸レンズ形状、反射平板、およびこれらの組み合わせなど、公知の集光機構を用いることができる。また、集光機構の材質も実施形態に限定されず、反射パネル本体を段ボール等の紙製とし、これに銀等のアルミニウム以外の金属薄膜を積層してもよい。集光機構がレンズ形状の場合には、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)やポリカーボネート(ＰＣ)を成形したものとすることができる。
【００７０】
実施形態では、加熱容器２０を円筒形としているが、加熱容器の形状はこれに限定されず、角筒形や球形としてもよい。
実施形態では、吸水材層３０を加熱容器２０の周壁２２から天壁２３にかけてのみ積層しているが、加熱容器２０の内面の全面に積層してもよい。また、加熱容器２０内の水Ｗ１の水位（水面）の上下に跨るように周壁２２の内面のみに積層してもよい。さらに、吸水材層３０を省略することもできる。
【００７１】
実施形態では、蒸留機構としてパイプ状の蒸留パイプ４０を採用しているが、加熱容器内の水蒸気を捕集し流通させることで浄水（蒸留水）を得ることができるものであればこれに限定されない。また、実施形態では、蒸留パイプ４０を上下方向に配置しているが、一端部が加熱容器内の水の水位よりも上に位置し、他端部が加熱容器外に位置する限りにおいて、蒸留パイプの配置方向はこれに限定されない。蒸留パイプの形状もストレート形状に限定されず、中途で屈曲等していてもよい。
【００７２】
実施形態では、冷却機構として、空冷式の一例としてフィンを、水冷式の一例として冷却槽をあげたが、冷却機構はこれに限定されない。また、フィンや冷却槽を組み合わせることもできる。また、別途の冷却機構が無くとも浄水（蒸留水）を得ることができる場合は、別途の冷却機構を組み合わせる必要はない。例えば、蒸留機構として蒸留パイプを採用した場合において、加熱容器外に位置する蒸留パイプの周辺部分の気温が低い等の要因により加熱容器外に位置する蒸留パイプが元々低い温度であるときは別途の冷却機構が無くとも蒸留機構の他端部にて自然に蒸留水を得ることが可能である。この場合、蒸留機構自身は冷却機構を兼ね備えているとも言える。よって、本発明はこのような場合をも含むものである。
浄水タンク６０も形状等も実施形態に限定されず、たとえば内圧を調整するためのバルブを付属させることもできる。
また、本発明において浄水（蒸留）する対象である水には、河川等の自然水に限られず、再利用を目的とした使用済みの生活用水や飲料用に適していない水道水など、本発明により浄水することで飲料水や生活用水などとして利用可能となるあらゆる水が含まれるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１  第１実施形態の浄水製造装置
２  第２実施形態の浄水製造装置
１０  集光機構
１０´  板状体
１１  ボトムパネル
１１ａ  取り付け孔
１２  フロントパネル
１３  テールパネル
１４  外サイドパネル
１４ａ  係止部
１５  内サイドパネル
１５ａ  係止部
１６  バックパネル
１６ａ  係止部
２０  加熱容器
２１  底壁
２２  周壁
２２ａ  注入口
２３  天壁
２４  断熱板
２５  取り付け孔
３０  吸水材層
４０  蒸留パイプ
４１  上端部
４２  下端部
４３  シール部材
４４  キャップ
４４ａ  周壁
４４ｂ  天壁
４４ｃ  邪魔板
５０  冷却機構
５１  フィン
５２  冷却槽
５２ａ  連結パイプ
６０  浄水タンク
６１  底壁
６２  周壁
６３  天壁
６３ａ  開口
７０  貯留タンク
７１  供給パイプ
７２  バルブ
７３  沈殿物
７４  水位調整口
８０  濾過機構
８１  ろ過材
９０  風防カバー
９１  天壁
９２  周壁
Ｓ  支持台
Ｗ１  水
Ｗ２  浄水
【図１】
2019171368.tif 000005
【図２】
2019171368.tif 000006
【図３】
2019171368.tif 000007
【図４】
2019171368.tif 000008
【図５】
2019171368.tif 000009
【図６】
2019171368.tif 000010
【図７】
2019171368.tif 000011
【図８】
2019171368.tif 000012
【図９】
2019171368.tif 000013
【図１０】
2019171368.tif 000014
【図１１】
2019171368.tif 000015