(57)【要約】【課題】光のエネルギーを利用した蒸留を効率的に行うことができる、水蒸留装置及び蒸留水製造方法を提供する。【解決手段】透光性の屋根部を含む筐体、及び前記筐体内に設けられた、水及び水以外の物質を含む混合物を貯留するトレーを備える、水蒸留装置であって、前記屋根部の内側表面が、親水性の表面であり、前記トレーの底部内側表面が、多孔質の黒色の表面である水蒸留装置。前記水蒸留装置の前記トレーに、前記混合物を貯留させる工程、及び前記水蒸留装置に光を照射する工程を含む、蒸留水製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の屋根部を含む筐体、及び
前記筐体内に設けられた、水及び水以外の物質を含む混合物を貯留するトレー
を備える、水蒸留装置であって、
前記屋根部の内側表面が、親水性の表面であり、
前記トレーの底部内側表面が、多孔質の黒色の表面である
水蒸留装置。
【請求項２】
前記屋根部が、前記屋根部に照射された光を集約するレンズを備える、請求項１に記載の水蒸留装置。
【請求項３】
前記トレーが、その底部内側表面において複数の凹部を備える、請求項１又は２に記載の水蒸留装置。
【請求項４】
前記トレーの内側底面の放射率が０．７以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水蒸留装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水蒸留装置の前記トレーに、前記混合物を貯留させる工程、及び
前記水蒸留装置に光を照射する工程
を含む、蒸留水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の蒸留のための装置、及び蒸留水を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光等の光のエネルギーを利用して、水の蒸留を行うことが知られている。例えば、特許文献１には、透光性の筐体内に水を含む液体を貯留する容器を載置し、太陽光により水を蒸留する装置が記載されている。このような装置において、筐体に太陽光等の光を照射すると、容器内の水が光のエネルギーを受けて蒸発し水蒸気となり、これが筐体の上部に凝結し水滴となる。この水滴を回収することにより、水の蒸留が達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２３６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の太陽光等の光のエネルギーを利用した蒸留装置では、蒸留された水の回収の効率が不十分であった。特に、太陽光のエネルギーが弱い地域において太陽光を利用する蒸留を行う場合、装置の規模に対する蒸気の発生量を十分大きなものとすることができず、凝結した水を効率的に回収することが困難であった。
【０００５】
したがって本発明の目的は、光のエネルギーを利用した蒸留を効率的に行うことができる、水蒸留装置及び蒸留水製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上述した課題を解決するべく検討した結果、水蒸留装置の筐体及び水を含む液体を貯留するトレーとして特定のものを採用することにより、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明によれば以下のものが提供される。
【０００７】
〔１〕  透光性の屋根部を含む筐体、及び
前記筐体内に設けられた、水及び水以外の物質を含む混合物を貯留するトレー
を備える、水蒸留装置であって、
前記屋根部の内側表面が、親水性の表面であり、
前記トレーの底部内側表面が、多孔質の黒色の表面である
水蒸留装置。
〔２〕  前記屋根部が、前記屋根部に照射された光を集約するレンズを備える、〔１〕に記載の水蒸留装置。
〔３〕  前記トレーが、その底部内側表面において複数の凹部を備える、〔１〕又は〔２〕に記載の水蒸留装置。
〔４〕  前記トレーの内側底面の放射率が０．７以上である、〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の水蒸留装置。
〔５〕  〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の水蒸留装置の前記トレーに、前記混合物を貯留させる工程、及び
前記水蒸留装置に光を照射する工程
を含む、蒸留水製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光のエネルギーを利用した蒸留を効率的に行うことができる、水蒸留装置及び蒸留水製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の水蒸留装置の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す水蒸留装置１０を、線１ａに沿った面で切断した断面を示す縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の水蒸留装置の別の一例を概略的に示す縦断面図である。
【図４】図４は、図３に示す水蒸留装置における構成要素の一部の位置関係を概略的に示す縦断面図である。
【図５】図５は、図３に示す水蒸留装置における構成要素の一部の位置関係を概略的に示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の水蒸留装置のさらに別の一例における構成要素の一部の位置関係を概略的に示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の水蒸留装置のさらに別の一例を概略的に示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の水蒸留装置のさらに別の一例を概略的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について実施形態及び例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態及び例示物等に限定されるものではなく、本発明の請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。
【００１１】
本願において「（メタ）アクリル樹脂」とは、「アクリル樹脂」、「メタクリル樹脂」及びこれらの混合物を包含する文言である。
【００１２】
〔１．水蒸留装置〕
本発明の水蒸留装置は、透光性の屋根部を含む筐体、及び筐体内に設けられた、水及び水以外の物質を含む混合物を貯留するトレーを備える。本願においては、蒸留の処理に供する、このような混合物を「原水」ということがある。
【００１３】
本発明の水蒸留装置及び蒸留水製造方法による蒸留の対象となる原水は、液体のみからなるものに加え、液体及びその中に懸濁する固体を含む懸濁液をも包含する。原水における水以外の物質は、水より沸点の低い任意の物質としうる。より具体的には、原水の例としては、海水、及び浄化されておらず不純物を含んだ水が挙げられる。
【００１４】
本願において、「水の蒸留」とは、原水を処理し、水を気化させ、気化させた水を回収し、それにより処理物を得ることをいう。かかる処理物は、純水な水、又は原水より水の濃度が高い混合物（本願において「処理水」ということがある）となる。
【００１５】
本発明の水蒸留装置及び蒸留水製造方法を、図面に示す例を参照して説明する。図１は、本発明の水蒸留装置の一例を概略的に示す斜視図であり、図２は、図１に示す水蒸留装置１０を、線１ａに沿った面で切断した断面を示す縦断面図である。
【００１６】
図１及び図２において、水蒸留装置１０は、筐体１００と、筐体内に設けられたトレー２００とを備える。水蒸留装置１０は、さらに、任意の要素として、筐体１００内に設けられた堰１８０、及び筐体１００の側面底部付近に設けられた導出管１９０を備える。図１の例では、堰１８０は、筐体１００の長さ方向全体にわたって延長し、筐体の内部を、幅方向に隣接する２つの領域に分割する。これにより、筐体の内部に、２つの領域Ｖ１及びＶ２が規定される。この例では、領域Ｖ１及びＶ２のうち、トレー２００が設けられる領域は領域Ｖ１である。
【００１７】
筐体１００は、側面部１２０及び底面部１３０を含み、さらに、底面部１３０に対して傾斜して設けられた屋根部１１０を含む。これらにより、筐体１００は、内部で発生した水蒸気の漏出を抑制しうる気密性を有する。この例において、屋根部１１０は、１枚の平坦な板状の形状を有しており、従って、その内側の表面１１０ｉ及び外側の表面１１０ｅはいずれも、平坦な表面である。この例において、屋根部１１０の傾斜は、領域Ｖ１側が高く、領域Ｖ２側が低い傾斜である。
【００１８】
屋根部１１０は、その一部又は全部、好ましくは全部が透光性の材料により構成される。
【００１９】
透光性の屋根部の透光性は、例えば、波長４００〜２０００ｎｍの光の透過率として、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％としうる。このような透光性の材料の例としては、ガラス、樹脂、及びこれらの組み合わせが挙げられる。特に、屋根部がレンズを備える場合は、樹脂、又は樹脂と他の材料との組み合わせが、複雑な形状を形成することの容易性の観点から好ましい。
【００２０】
樹脂の具体例としては、脂環式構造含有重合体樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、（メタ）アクリル樹脂、及びこれらの混合物が挙げられる。ポリエチレンテレフタレートとしては、耐熱性を得るために結晶化した状態のものを使用しうる。ガラス転移温度の高さ、透明性の高さ、及び化学変化を生じる傾向の小ささの観点から、脂環式構造含有重合体樹脂が特に好ましい。
【００２１】
脂環式構造含有重合体樹脂は、脂環式構造含有重合体を含む樹脂である。脂環式構造含有重合体とは、主鎖及び側鎖の一方又は両方に脂環式構造を有する重合体である。中でも、機械強度および耐熱性などの観点から、主鎖に脂環式構造を含有する重合体が好ましい。
【００２２】
脂環式構造含有重合体における、脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は、好ましくは５５重量％以上、さらに好ましくは７０重量％以上、特に好ましくは９０重量％以上であり、通常１００重量％以下である。脂環式構造含有重合体中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合が前記範囲にあると、透明性および耐熱性の観点から好ましい。
【００２３】
脂環式構造含有重合体としては、例えば、ノルボルネン系重合体、単環の環状オレフィン系重合体、環状共役ジエン系重合体、ビニル脂環式炭化水素系重合体、及び、これらの水素化物等を挙げることができる。これらの中で、ノルボルネン系重合体は、透明性と成形性が良好なため、好適に用いることができる。
【００２４】
脂環式構造含有重合体は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
【００２５】
脂環式構造含有重合体の分子量は、溶媒としてシクロヘキサン（但し、重合体樹脂がシクロヘキサンに溶解しない場合にはトルエンを用いてもよい）を用いたゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーで測定したポリイソプレンまたはポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）で、通常１０，０００以上、好ましくは１５，０００以上、より好ましくは２０，０００以上であり、通常１００，０００以下、好ましくは８０，０００以下、より好ましくは５０，０００以下である。重量平均分子量Ｍｗがこのような範囲にあるときに、樹脂の機械的強度および成型加工性が高度にバランスされ、好適である。
【００２６】
脂環式構造含有重合体樹脂は、必要に応じて、脂環式構造含有重合体以外にその他の追加の成分を含んでいてもよい。ただし、追加の成分の量は本発明の効果を著しく損なわない範囲にすることが好ましく、具体的には、脂環式構造含有重合体１００重量部に対して、通常５０重量部以下、好ましくは３０重量部以下である。
【００２７】
脂環式構造含有重合体樹脂のガラス転移温度は、通常１３０℃以上、好ましくは１３５℃以上としうる。このように高いガラス転移温度の樹脂を採用することにより、耐熱性に優れた筐体を得ることができる。脂環式構造含有重合体樹脂のガラス転移温度の上限は、通常２００℃以下、好ましくは１８０℃以下、より好ましくは１７０℃以下である。ガラス転移温度をこのような温度範囲とすることにより、成型加工性に適した樹脂とすることができる。
【００２８】
脂環式構造含有重合体樹脂の例を商品名で挙げると、ゼオノア（日本ゼオン製）、アートン（ＪＳＲ株式会社製）、アペル（三井化学社製）、ＴＯＰＡＳ（Ｔｏｐａｓ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製）等を挙げることができる。
【００２９】
本発明の水蒸留装置においては、屋根部の内側表面が、親水性の表面である。
図１及び図２の例で説明すると、水蒸留装置１０の筐体１００の屋根部１１０の内側の表面１１０ｉは、その全面又は一部の面が、親水性の表面である。本願において「親水性の表面」とは、水接触角が６０°以下である表面をいう。親水性の表面の水接触角は、好ましくは５５°以下、より好ましくは５０°以下としうる。水接触角の下限は、理想的には０°としうる。屋根部の材料として好ましいものとして上において例示した材料の表面は、通常親水性を有しない。したがって、屋根部の内側表面は、親水性を付与するための処理を施した表面であることが好ましい。かかる親水性を付与するための処理の例としては、親水性材料をコーティングする処理、及びプラズマ処理が挙げられる。親水性材料の例としては、酸化チタンが挙げられる。
【００３０】
トレー２００は、筐体１００の底面部１３０上に載置された状態で設けられる。トレー２００は、側面部２２０及び底面部２３０を備え、上面側が開放された容器である。トレー２００の底部内側表面２３０ｉ及び側部内側表面２２０ｉにより、原水を貯留する領域が規定される。
【００３１】
筐体の、屋根部以外の部分の材料は、特に限定されず、任意の材料としうる。屋根部以外の部分の材料は、例えば、上に述べた屋根部と同じ材料としてもよい。
【００３２】
本発明の水蒸留装置においては、トレーの底部内側表面が、多孔質の黒色の表面である。
図１及び図２の例で説明すると、トレー２００の底部内側表面２３０ｉは、その全面又は一部の面が、多孔質の黒色の表面である。
本願において表面が「多孔質」であるとは、その表面に多数の孔が存在していることをいう。多孔質の材料の例としては、クレーズフィルム、活性炭が挙げられる。
【００３３】
クレーズフィルムとは、その表面にクレーズを有するフィルムである。クレーズとは、フィルムに形成される略直線状の割れ目のことをいう。クレーズは通常、かかる割れ目の間において形成されるフィブリルと、その間に形成される、孔としてのボイドとを有する。フィブリルとは、樹脂を構成する分子が繊維化することにより得られた繊維をいう。このようなクレーズは、例えば、国際公開第２０１７／０１０３６８号に記載されるクレーズの形成方法により、フィルムの表面に設けうる。
【００３４】
本願において表面が「黒色」であるとは、具体的には、ＣＩＥ−Ｌａｂ表色系のＬ＊値が、好ましくは４０以下、より好ましくは３５以下としうる。Ｌ＊値の下限は、理想的には０であるが、通常は１以上としうる。
【００３５】
トレーの内側底面は、その放射率が高く１に近いことが、蒸留の効率を高める観点から好ましい。放射率は、具体的には０．７以上であることが好ましい。放射率は、より好ましくは０．７５以上、さらにより好ましくは０．８０°以上としうる。
【００３６】
トレーの底部内側表面を構成する材料の例としては、屋根部の材料として上に例示した材料と、黒色の材料とを組み合わせたものが挙げられる。そのより具体的な例としては：樹脂と黒色の粉体との混合物；樹脂の表面に黒色の粉体を付着させたもの；及び樹脂の表面に黒色の塗料を塗布し黒色の層を設けたものが挙げられる。黒色の粉体の例としては、国際公開第２０１０／１０１２３９号に記載される粒子が挙げられる。さらに具体的な例としては、樹脂と黒色の粉体との混合物を材料としてフィルムを形成し、さらに当該フィルムにクレーズを形成したものを、トレーの底部内側表面に設けることにより、多孔質の黒色の表面を底部内側表面に有するトレーを構成することができる。
【００３７】
〔２．蒸留水製造方法〕
本発明の蒸留水製造方法は、上に例示したもの等の本発明の水蒸留装置のトレーに、原水を貯留させる工程、及び水蒸留装置に光を照射する工程を含む。
【００３８】
一例として、図１及び図２に示す水蒸留装置１０を用いた蒸留水製造方法を説明する。水蒸留装置１０のトレー２００に、原水２９０を貯留させる。その状態において、水蒸留装置１０に、光を照射する。光の照射は、矢印Ａ２１の方向のように、水蒸留装置１０より上側の光源から任意の角度で行いうる。光の照射は、具体的には、水蒸留装置１０を太陽光の照射下に置くことによって行いうる。
【００３９】
光が照射されると、光は、トレー２００の底部内側表面に到達しうる。ここで、光のエネルギーが、トレー２００において吸収されて熱エネルギーとなり、それがさらに、トレー２００に接する原水に伝導する。その結果、原水を加熱することができる。
【００４０】
原水が加熱されることにより、原水中の水分が気化し、水蒸気が矢印Ａ２２の方向に上昇し、屋根部１１０の内側の表面１１０ｉに到達し、ここで凝結し水滴となる。屋根部１１０は、領域Ｖ１側が高く、領域Ｖ２側が低い傾斜を有しているため、水滴は、矢印Ａ２３に示す通り、領域Ｖ１側から領域Ｖ２側へ移動して落下する。これにより、領域Ｖ２に、蒸留された水が貯留する。貯留した水は、導出管１９０を通して回収しうる。
【００４１】
回収された水は、蒸留を経ているため、原水に比べて、不純物の含有割合が減少したものとなる。したがって、回収された水は、原水よりも高い純度が求められる用途に用いうる。例えば、原水が海水等の多量の不純物を含む水であっても、飲料水に適した品質の水を容易に回収することができる。
また、蒸留の条件によっては、回収された水は、周囲温度よりも高い温度を有する温水となりうる。その場合、回収された水を、熱源として利用することも可能である。例えば、回収された水の熱エネルギーを、水棲生物等の生物の養殖のための装置に伝導させ、施設内の温度を高めるために用いることができる。また例えば、回収された水の熱エネルギーを、居住空間に伝導させ、暖房に用いることができる。
【００４２】
蒸留水製造方法の操作を継続すると、トレー２００内の原水は減少するので、必要に応じて原水をトレー２００に供給しうる。蒸留水製造方法開始時、及び蒸留を継続している間におけるトレー２００への原水の供給は、任意の方法により行いうる。例えば、任意に原水供給装置（不図示）を設け、これを用いて自動的に供給しうる。原水供給装置の具体的な形状は特に限定されず、任意の形状としうる。例えば、原水供給装置は、筐体１００内に設けられた、タンク及びサイフォン管を備えるものとし、トレー２００内の原水の減少に応じて自動的に原水を供給し、トレー２００内の水位を調節するものとしうる。原水供給装置はまた、筐体１００外から筐体１００内に連通する、原水導入管であってもよい。原水導入管からの原水の供給によるトレー２００内の水位の調節は、手動によって行ってもよく、水位のセンサー及び供給量を調節する装置を用いて自動で行ってもよい。あるいは単に、原水供給装置を設けず、筐体の面の一部を開閉可能な状態とし、断続的に筐体の面を開きそこから手動にて原水を供給してもよい。
【００４３】
本発明の水蒸留装置及びそれを用いた本発明の蒸留水製造方法においては、屋根部の内側表面が親水性の表面であり、且つトレーの底部内側表面が多孔質の黒色の表面であることにより、光のエネルギーを利用した蒸留を効率的に行うことができる。トレーの底部内側表面が多孔質の黒色の表面であることにより、屋根部を透過してトレー底面内側表面に到達した光のエネルギーを、効率的に熱エネルギーとして、貯留する原水に伝達し、原水中の水を水蒸気とすることができる。かかる水蒸気は、屋根部の内側表面に到達し凝結し水滴となる。屋根部内側表面が疎水性の表面であると、水滴の大きさが小さいうちは水滴が移動せず、水滴が大きくなって初めて移動がおこる。したがって、水蒸気が多量に発生し凝結するまで、水の蒸留を行うことができない。加えて、屋根部の内側表面に大きな水滴が多数付着した状態においては、屋根部を透過する光が拡散されるので、トレーに到達する光のエネルギーが減少し、蒸留の効率が低下する。これに対して、屋根部内側表面が親水性の表面であることにより、水滴が小さい状態で水滴の移動が発生する。これらの特徴が協働することにより、水の蒸留を、効率的に行うことができる。
【００４４】
〔３．レンズを備える例〕
図１及び図２において示した水蒸留装置では、屋根部１１０は、平坦な板状の形状を有しているが、屋根部の形状はこれに限られず、他の形状であってもよい。例えば、屋根部は、屋根部に照射された光を集約するレンズを備えうる。
【００４５】
図３は、本発明の水蒸留装置の別の一例を概略的に示す縦断面図である。図４及び図５は、図３に示す水蒸留装置における構成要素の一部の位置関係を概略的に示す縦断面図及び斜視図である。図３において、水蒸留装置３０は、筐体３００と、筐体内に設けられたトレー４００とを備える。水蒸留装置３０は、任意の要素として、筐体３００内に設けられた堰１８０、及び筐体１００の側面底部付近に設けられた導出管（不図示）を備える。水蒸留装置３０は、その屋根部３１０及びトレー４００の形状が、図１及び図２に示す水蒸留装置１０の屋根部及びトレーと相違しており、その他の構造は共通している。
【００４６】
筐体３００の屋根部３１０は、その外側の表面３１０ｅにおいて、凹凸構造３１１を有する。図４及び図５では、図３に示す水蒸留装置３０のうち、凹凸構造３１１及びトレー４００のみを抽出して図示している。屋根部３１０の内側の表面３１０ｉは、水蒸留装置１０の屋根部１１０ｉと同じく、平坦な、親水性の表面である。
【００４７】
図３〜図５に示す通り、凹凸構造３１１は、屋根部３１０の外側に凸な構造を有する。複数の凹凸構造３１１のそれぞれは、シリンドリカルレンズを構成する。具体的には、複数の凹凸構造３１１のそれぞれは、柱状の形状を有し、かかる柱状の形状は、概略的に、その長手方向が屋根部３１０の表面に平行な方向に延長し、且つ当該柱状の形状の断面は弓型の形状である（柱状の形状の「断面」とは、柱状の形状を、その長手方向に垂直な面で切断した断面をいう。以下において同じ。）。複数の凹凸構造３１１は、屋根部３１０の面に沿って、その長手方向と垂直な方向において互いに隣接して整列する。したがって、複数の凹凸構造３１１は、屋根部３１０の外側の表面において、シリンドリカルレンズのアレイを構成する。かかる構造を有することにより、凹凸構造３１１は、屋根部３１０に照射された光を、凹凸構造３１１の長手方向と垂直な方向において集約するレンズとして機能しうる。
【００４８】
屋根部がレンズを備える場合、水蒸留装置のトレーは、底部内側表面において複数の凹部を備えることが好ましい。特に、レンズがある方向に光を集約するものである場合、水蒸留装置のトレーの複数の凹部は、かかる光を集約する方向において互いに隣接して整列することが好ましい。図３〜図５に示す例では、水蒸留装置３０のトレー４００は、側面部４２０及び底面部４３０を備え、上面側が開放された容器であり、トレー４００の底部内側表面４３０ｉ及び側部内側表面４２０ｉにより、原水を貯留する領域が規定される。トレー４００は、その底部内側表面４３０ｉにおいて、多数の凹部４３１を備える。凹部４３１のそれぞれは、柱状の形状を有する窪みである。かかる柱状の形状は、概略的に、弓型の断面を有し、その長手方向が、凹凸構造３１１の長手方向と平行な方向に延長する。
【００４９】
凹部４３１の縁部４３２は、一定の水準４３２Ｌに揃っている。即ち、トレー４００の平坦な外側底面４３０ｅから、複数の凹部４３１の縁部のそれぞれまでの距離が、矢印Ａ４１で示される一定の長さに揃っている。そのため、トレー４００を水平に載置し、水準４３２Ｌより高い水準４３３Ｌまで原水を貯留させると、複数の凹部４３１に貯留される原水は、矢印Ａ４２で示される水準領域において連通する状態となる。この場合、全ての凹部４３１への原水のオーバーフローを達成することができ、その結果、容易に原水の供給を行うことができる。
【００５０】
水蒸留装置３０を用いて本発明の蒸留水製造方法を行うと、凹凸構造３１１により、照射された光を、トレー４００の複数の凹部４３１の一部に集約することができる。かかる集約を行うことにより、照射される光のエネルギーが弱い場合であっても、蒸留を効率的に行うことができる。
【００５１】
かかる光の集約を、図４を参照して説明する。図４において、水蒸留装置に照射される光の方向が矢印Ａ４５ａで示される方向である場合、光は、シリンドリカルレンズとして機能する凹凸構造３１１で屈折し集約される。その結果、多数の凹部４３１の一部である凹部４３１ａ内の領域、又は凹部４３１ａ及びその近辺の領域に、光が集約される。そのため、凹部４３１のうちの凹部４３１ａのみにおいて原水の温度を効率的に沸点に近い温度に上昇させることができる。
【００５２】
水の蒸留においては、大きな体積の原水の温度を僅かに上昇させるより、その一部の体積の原水の温度をより沸点に近い温度とするほうが、効率的な蒸留を行うことができる。そのため、このような、レンズを備える屋根部と凹部を備えるトレーとの組み合わせにより、より効率的な蒸留を達成できる。このような効果は、特に、太陽光のエネルギーが弱い地域において太陽光を利用する蒸留を行う場合において、特に有利な効果である。
【００５３】
図４に示す例では、凹部４３１ａに貯留する原水は、矢印Ａ４２で示される水準領域において他の凹部と連通しているが、矢印Ａ４２で示される水準領域の高さに対する相対的な凹部４３１の深さ（矢印Ａ４３で示される水準領域）を十分深くすると、光が集約された領域外へ伝達する熱の量を低減することができる。その結果、原水の供給の容易さと、効率的な蒸留とを共に達成することができる。具体的には、連通する水準領域に対する、凹部の深さは、好ましくは２倍以上、より好ましくは３倍以上としうる。かかる倍率の上限は特に限定されないが、例えば５０倍以下としうる。
【００５４】
太陽光の照射方向は時間の経過に伴い変動するため、一般的な、太陽光をレンズで集約して利用する装置は、太陽光の照射方向に適合するよう経時的に調整する必要がある。具体的には、装置の、太陽光を受容する部分を、レンズの合焦点に近い位置に維持することが必要となる。このような調整は、多くの場合、手動で行う場合煩雑であり、自動的に行う場合複雑な装置が必要となる。しかしながら、本発明の水蒸留装置において、レンズを備える屋根部と多数の凹部を備えるトレーとの組み合わせを採用することにより、かかる経時的な調整を行わなくても、光の照射方向の変化に追随した効率的な水の蒸留を達成することができる。
【００５５】
かかる特徴を、図４を再び参照して説明する。図４において、水蒸留装置に照射される光の方向が矢印Ａ４５ａで示される方向から、矢印Ａ４５ｂに変化した場合、光が集約される位置は、凹部４３１ａ内の領域又は凹部４３１ａ及びその近辺の領域から、凹部４３１ｂ内の領域又は凹部４３１ｂ及びその近辺の領域に移動する。したがって、凹部４３１ｂにおいて、引き続き効率的な原水の温度の上昇を達成することができる。光が集約する位置が移動することにより、原水が消費される位置も移動するが、複数の凹部にわたって原水をオーバーフローさせていることにより、何ら移動の操作を伴わなくても、原水は、新たな原水消費位置に供給される。これにより、手動又は自動の経時的な調整を何ら伴わずに、光の照射方向の変化に追随した効率的な水の蒸留を達成することができる。
【００５６】
〔４．レンズを２層備える例〕
図３〜図５に示した水蒸留装置では、屋根部３１０は、１層の層であり、１層のシリンドリカルレンズのアレイを有していたが、屋根部の形状はこれに限られず、さらに他の形状であってもよい。例えば、屋根部は、２層以上の層を備え、２層以上のシリンドリカルレンズのアレイを有していてもよい。
【００５７】
屋根部が２層の層を備え、２層のシリンドリカルレンズを有する例を、図６を参照して説明する。図６は、本発明の水蒸留装置のさらに別の一例における構成要素の一部の位置関係を概略的に示す斜視図である。図６では、水蒸留装置のうち、凹凸構造３１１及び５１１並びにトレー６００のみを抽出して図示している。このような凹凸構造及びトレーを備える水蒸留装置は、図３〜５に示す水蒸留装置３０に、さらに凹凸構造５１１を有する層を追加し、且つトレー４００をトレー６００に置換することにより構成しうる。
【００５８】
図６に示す例では、屋根部は、凹凸構造３１１を有する層に加えて、その上側に、もう一層の、凹凸構造５１１を有する層を備える。凹凸構造５１１は、屋根部の外側に凸な構造を有する。複数の凹凸構造５１１のそれぞれは、シリンドリカルレンズを構成する。具体的には、複数の凹凸構造５１１のそれぞれは、柱状の形状を有し、かかる柱状の形状は、概略的に、弓型の断面を有する。凹凸構造５１１は、その長手方向が、屋根部の表面に平行な方向であって、且つ凹凸構造３１１の長手方向の延長方向と垂直な方向に延長する。凹凸構造３１１と同様に、複数の凹凸構造５１１は、その長手方向と垂直な方向において、互いに隣接する。したがって、複数の凹凸構造５１１は、凹凸構造３１１の上側において、シリンドリカルレンズのアレイを構成する。
【００５９】
かかる構造を有することにより、凹凸構造５１１は、屋根部に照射された光を、凹凸構造５１１の長手方向と垂直な方向において集約するレンズとして機能しうる。従って、凹凸構造５１１を通過した光がさらに凹凸構造３１１を通過すると、かかる光は、凹凸構造５１１の長手方向と垂直な方向、及び凹凸構造３１１の長手方向と垂直な方向（即ち凹凸構造５１１の長手方向と平行な方向）の２方向において集約される。
【００６０】
屋根部が、図６に示す例のような２層以上のシリンドリカルレンズを備える場合、水蒸留装置のトレーは、底部内側表面において複数の凹部を備え、複数の凹部は、２層以上のシリンドリカルレンズが光を集約する複数の方向のうちの２以上の方向において互いに隣接して整列することが好ましい。図６に示す例では、トレー６００は、その底部内側表面に、ハニカム構造状に整列した多数の凹部６３１を備える。かかるハニカム構造状の整列により、凹部６３１は、凹凸構造３１１が光を集約する方向及び凹凸構造５１１が光を集約する方向に隣接して整列する凹部として機能しうる。
【００６１】
２層以上のシリンドリカルレンズが複数の方向に光を集約する場合、これらにより太陽光が合焦する位置は、トレー底部内側表面において、２以上の方向に移動しうる。複数の凹部が、かかる２以上の方向において互いに隣接して整列することにより、かかる２以上の方向の合焦位置の移動に追随した効率的な水の蒸留を達成することができる。
【００６２】
〔５．その他の例〕
上に示す例において、屋根部は、平坦な表面を有する平坦な板状の形状、又は凹凸構造を有する平坦な板状の形状を有しているが、屋根部の形状はこれに限られず、様々な形状としうる。
【００６３】
ある例として、屋根部は、複数の平坦な板が組み合わさった形状としうる。これを図７に示す例を参照してより具体的に説明する。図７において、水蒸留装置７０は、筐体７００を有する。筐体７００は、堰１８０を２本有する。２本の堰１８０は、筐体７００の内部を、幅方向に隣接する３つの領域に分割する。これにより、筐体の内部に、３つの領域Ｖ１、Ｖ２ａ及びＶ２ｂが規定され、領域Ｖ１にトレー２００が設けられる。筐体７００の屋根部は、２枚の平坦な板状の部材７１０ａ及び７１０ｂを備える。屋根部の傾斜は中央の領域Ｖ１側が高く、その周辺の領域Ｖ２ａ及びＶ２ｂ側が低い傾斜である。これにより、蒸留水製造方法の操作において、２つの領域Ｖ２ａ及びＶ２ｂに、蒸留された水が貯留する。貯留した水は、領域Ｖ２ａ及びＶ２ｂのそれぞれに設けられた導出管１９０を通して回収しうる。水蒸留装置がこのような形状を有する場合であっても、屋根部内側表面及びトレーの底部内側表面として本発明の特定の要件を備えるものを採用することにより、本発明の効果を得ることができる。
【００６４】
別のある例として、屋根部は、平坦な形状ではなく、曲面を含む形状としうる。これを図８に示す例を参照してより具体的に説明する。図８において、水蒸留装置８０は、筐体８００と、筐体内に設けられたトレー９００とを備える。筐体８００は、屋根部８１０及び基部８２０を有する。屋根部８１０は概ね半球状の形状を有し、基部８２０は概ね円盤状の形状を有する。屋根部８１０及び基部８２０が係合することにより筐体８００が構成される。筐体８００は、内部で発生した水蒸気の漏出を抑制しうる気密性を有する。水蒸留装置がこのような形状を有する場合であっても、屋根部内側表面及びトレーの底部内側表面として本発明の特定の要件を備えるものを採用することにより、本発明の効果を得ることができる。
【００６５】
上に示す例では、屋根部に設けるレンズは、柱状の形状を有するシリンドリカルレンズであり、かかる柱状の形状は、概略的に、弓型の断面を有するものであったが、レンズの形状はこれに限られず、様々な形状としうる。例えば、レンズは、シリンドリカルレンズと同様の光の集約を行いうるリニアフレネルレンズとしうる。リニアフレネルレンズは、光が入射する面が曲面であってもよく平坦な面であってもよい。平坦な入射面を有するリニアフレネルレンズは、多数の断面鋸歯状の要素を多数含む構造としうる。かかる構造を有することにより、容易に成形することができ、かつシリンドリカルレンズと同等の機能を発現するものとすることができる。
【００６６】
図６に示す例では、２つの凹凸構造３１１及び５１１を組み合わせることにより、光を２方向において集約したが、２方向における光の集約を行うレンズはこれに限られず、様々な形状としうる。例えば、凹凸構造は多数の球面レンズを並べた形状としうる。しかしながら、容易な成形が可能であるという観点から、図６に示す２つの凹凸構造３１１及び５１１を組み合わせた態様がより好ましい。
【実施例】
【００６７】
以下、実施例を示して本発明について具体的に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施しうる。
以下の説明において、量を表す「％」及び「部」は、別に断らない限り重量基準である。また、以下に説明する操作は、別に断らない限り、常温常圧大気中において行った。
【００６８】
〔実施例１〕
図８に概略的に示す形状を有する水蒸留装置を用いて、蒸留水製造を行った。
【００６９】
（１−１．バガス炭化物粒子の製造）
平成２０年に沖縄県宮古島で生産されたサトウキビの絞り粕を、バガスとして入手した。
バガスを窒素気流下で１００℃で１２時間処理し予備乾燥した。得られたバガス予備乾燥物は乳白色のきれいな１０ｍｍ以下の粒状であった。
バガス予備乾燥物を電気炉に入れて窒素気流下で常温から毎分５℃で昇温して、６００℃まで加熱した。その後当該温度を５時間保持して炭化処理を行った。炭化処理終了後、窒素気流を維持したまま自然冷却で室温まで冷却し、バガスの炭化物を得た。得られたバガスの炭化物は、黒色の炭であった。
バガスの炭化物をステンレス製の実験用のブレンダーで１４０００回転で１０分間粉砕した。粉砕物を分級し、１００メッシュのバガス炭化物粒子を得た。得られたバガス炭化物粒子の、ＢＥＴ法により測定した比表面積は３００ｍ２／ｇ、Ｌ＊値は３であった。
【００７０】
（１−２．トレーの製造）
脂環式構造含有重合体樹脂（日本ゼオン社製「ゼオノア１４３０Ｒ」、ガラス転移温度１３８℃）のペレットを、温度２３０℃で溶融し、（１−１）で得たバガスの炭化物粒子と混合し、混合物ペレットを得た。混合物ペレットにおいて、バガス炭化物粒子：脂環式構造含有重合体樹脂の重量比は２：１とした。
混合物ペレットを、トレーの形状に成形し、トレー９００を得た。トレー９００の形状は、円形の底面を有するシャーレの形状とした。
トレー９００の底部内側表面には、バガスの炭化物粒子が固定されていた。固定されている粒子のそれぞれは、その表面の一部が露出した状態であった。これにより、トレー９００の底部内側表面は、多孔質の黒色の表面となっていた。
【００７１】
（水蒸留装置）
図８に概略的に示す形状を有する水蒸留装置８０を用意した。水蒸留装置の屋根部８１０及び基部８２０は、透明なガラス製とした。屋根部８１０の内面には酸化チタンをコーティングした。
屋根部８１０と同じ素材の平坦なガラス板に、屋根部８１０に対して行ったのと同じ条件にて酸化チタンをコーティングし、当該コーティング面の水接触角を測定したところ、４５°であった。
トレー９００に、水３０ｇを入れ、トレーを装置内部に載置した。晴天時の日光に相当する１ｋｗ／ｃｍ２の光を、垂直上方の光源（太陽光シミュレーター；ＳＥＲＩＣ社製）から水蒸留装置８０に照射した。
光照射開始１０分後及び６０分後に、トレー内に残存する水の量と、トレーの上部における照射される光量とを測定した。加えて、屋根部８１０の内面に付着する水滴の状態を観察した。結果を表１に示す。
【００７２】
〔比較例１〕
水蒸留装置として、屋根部８１０の内面に酸化チタンをコーティングしなかったものを用いた他は、実施例１と同じ操作により蒸留を行い評価した。結果を表１に示す。
【００７３】
【表１】
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【００７４】
〔実施例２〕
水蒸留装置として、屋根部８１０の上部にフレネルレンズを設けたものを用いた他は、実施例１と同じ操作により蒸留を行った。フレネルレンズとしては、垂直上方の光源からの光を、トレー９００の底部内側表面に集約するものを用いた。
光照射開始１０分後及び６０分後に、トレー内に残存する水の量を測定した。結果を表２に示す。
【００７５】
〔比較例２〕
（１−２）のトレーの製造において、混合物ペレットに代えて、バガス炭化物粒子を含まない脂環式構造含有重合体樹脂をそのまま、トレーの成形に用いた他は、実施例１と同じ操作により蒸留を行った。
光照射開始１０分後及び６０分後に、トレー内に残存する水の量を測定した。結果を表２に示す。
【００７６】
【表２】
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【００７７】
〔実施例３〕
海水を採取し、建築物における衛生的環境の確保に関する法律施行規則（昭和四十六年一月二十一日厚生省令第二号）第４条第三号及び第四号に掲げられる検査項目（以下において「水質検査項目」という）のうち、塩化物イオン量について検査したところ、１．８９ｇ／Ｌであった。
この海水を、実施例２で使用したものと同じ水蒸留装置により蒸留し、得られた蒸留水について、再び水質検査項目のそれぞれについて検査した。その結果、全項目において基準を満たしていた。
【符号の説明】
【００７８】
１０：水蒸留装置
３０：水蒸留装置
７０：水蒸留装置
８０：水蒸留装置
１００：筐体
１１０：屋根部
１１０ｅ：屋根部の外側の表面
１１０ｉ：屋根部の内側の表面
１２０：側面部
１３０：底面部
１８０：堰
１９０：導出管
２００：トレー
２２０：側面部
２３０：底面部
２２０ｉ：トレーの側部内側表面
２３０ｉ：トレーの底部内側表面
２９０：原水
３００：筐体
３１０：屋根部
３１０ｅ：屋根部の外側の表面
３１１：凹凸構造
３１０ｉ：屋根部の内側の表面
４００：トレー
４２０：側面部
４２０ｉ：トレーの側部内側表面
４３０：底面部
４３０ｅ：トレーの外側底面
４３０ｉ：トレーの底部内側表面
４３１：凹部
４３１ａ：凹部
４３１ｂ：凹部
４３２：凹部の縁部
４３２Ｌ：水準
４３３Ｌ：水準
５１１：凹凸構造
６００：トレー
６３１：凹部
７００：筐体
７１０ａ：屋根部の板状の部材
７１０ｂ：屋根部の板状の部材
８００：筐体
９００：トレー
８１０：屋根部
８２０：基部
Ｖ１：領域
Ｖ２：領域
Ｖ２ａ：領域
Ｖ２ｂ：領域
【図１】
2019045047.tif 000005
【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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