(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体から淡水を得る淡水化装置であって、
前記液体を貯める空間である貯液層の下に位置し、かつ、複数の撥水粒子を含み、前記貯液層に貯められた液体が気化することにより発生する水蒸気を通過させる撥水粒子層と、
前記撥水粒子層の下に位置し、前記撥水粒子層を通過した水蒸気を液化することにより前記淡水を得る液化層とを備え、
前記撥水粒子層は、前記貯液層側の表層に設けられた、複数の移動防止粒子を含む移動防止層を備え、
前記複数の移動防止粒子の各々は、長軸方向の長さを短軸方向の長さで除した値であるアスペクト比が前記撥水粒子より高い
淡水化装置。
【請求項２】
前記液体は、水と、前記水に溶解した不純物とを含み、
前記複数の移動防止粒子の各々の比重は、前記不純物の濃度が飽和濃度の場合における前記液体の比重より大きく、前記撥水粒子の比重以下である
請求項１記載の淡水化装置。
【請求項３】
前記複数の移動防止粒子の各々は親水性を有する
請求項１又は２記載の淡水化装置。
【請求項４】
前記移動防止層は、平面視において、前記複数の移動防止粒子が単位面積当たりに占める割合が１割以上５割以下である
請求項１〜３のいずれか１項記載の淡水化装置。
【請求項５】
前記複数の移動防止粒子の各々の短軸方向の長さは、前記複数の撥水粒子の平均粒子径より大きい
請求項１〜４のいずれか１項記載の淡水化装置。
【請求項６】
淡水化装置を用いて液体から淡水を得る淡水化方法であって、
前記淡水化装置は、請求項１〜５のいずれか１項記載の淡水化装置であり、
前記淡水化方法は、
前記貯液層に前記液体を導入し、前記撥水粒子層の上に前記液体を配置する工程と、
前記撥水粒子層の上に配置された前記液体を加熱することにより蒸発させて水蒸気を生成する工程と、
前記液化層で前記水蒸気を液化することにより、前記淡水を得る工程とを含む
淡水化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体から淡水を得る淡水化装置及び淡水化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真水を得ることが困難な立地において真水を作り出す技術として、海水から淡水を作り出す技術が知られている。例えば、特許文献１には、撥水粒子を用いた淡水化方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０６００３６号
【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、このような方法では、撥水粒子が動くことにより撥水粒子層の一部が薄くなり、この撥水粒子層が薄くなった箇所を海水が通り抜けることで淡水化できない虞がある。【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであって、淡水化できない虞を低減する淡水化する淡水化装置、及び、淡水化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る淡水化装置は、液体から淡水を得る淡水化装置であって、前記液体を貯める空間である貯液層の下に位置し、かつ、複数の撥水粒子を含み、前記貯液層に貯められた液体が気化することにより発生する水蒸気を通過させる撥水粒子層と、前記撥水粒子層の下に位置し、前記撥水粒子層を通過した水蒸気を液化することにより前記淡水を得る液化層とを備え、前記撥水粒子層は、前記貯液層側の表層に設けられた、複数の移動防止粒子を含む移動防止層を備え、前記複数の移動防止粒子の各々は、長軸方向の長さを短軸方向の長さで除した値であるアスペクト比が前記撥水粒子より高い。【０００７】
なお、これらの包括的または一部の具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の淡水化装置及び淡水化方法は、淡水化できないという不具合を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、比較例に係る淡水化装置の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、撥水粒子層の表面の一部が削れる様子の一例を説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、撥水粒子層の表面の一部が削れる様子の一例を説明するための図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、撥水粒子層の表面の一部が削れる様子の一例を説明するための図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、撥水粒子層の表面の一部が削れる様子の一例を説明するための図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、撥水粒子層の表面の一部が削れる様子の一例を説明するための図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、撥水粒子層の表面の一部が削れる様子の一例を説明するための図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、撥水粒子層の表面の一部が削れる様子の一例を説明するための図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、撥水粒子層の表面の一部が削れる様子の一例を説明するための図である。
【図２Ｉ】図２Ｉは、撥水粒子層の表面の一部が削れる様子の一例を説明するための図である。
【図３】図３は、実施形態に係る淡水化装置の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態における移動防止層の詳細な構成を示す図である。
【図５】図５は、比較例における移動防止層の詳細な構成を示す図である。
【図６】図６は、撥水粒子として用いられる砂の一例の構成を示す光学顕微鏡写真である。
【図７】図７は、淡水化システムの構成を示す断面図の一例である。
【図８】図８は、淡水化処理の工程を示すフロー図である。
【図９】図９は、実施形態の変形例における淡水化システムの構成を示す断面図の一例である。
【図１０】図１０は、水門制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で「撥水性」とは、水を弾く性質を意味する。
【００１１】
（本発明に至った知見）
実施の形態を説明する前に、まず、本発明に至った知見について、比較例における淡水化装置を用いて説明する。
【００１２】
図１は、比較例における淡水化装置の構成を示す断面図である。
【００１３】
比較例における淡水化装置７０は、液体から淡水を得る淡水化装置であって、上側側壁７２ａ、下側側壁７２ｂ及び底板７２ｃからなる容器７２と、容器７２の内部に上から下に向かって次の順で位置する、水槽７１、撥水粒子層７３、及び、液化層７４とを備える。
【００１４】
淡水化装置７０では、水槽７１に貯められた液体（液体層７５）は気化し水蒸気となる。水蒸気は撥水粒子層７３を通過する。通過した水蒸気は、液化層７４で液化して水（淡水）となる。
【００１５】
撥水粒子層７３は、多数の撥水粒子が密集することにより構成されている。１つの撥水粒子の表面は、複数の他の撥水粒子の表面に接している。各撥水粒子は、粒子と粒子表面を被覆している撥水膜とを備え、撥水性を有する。また、撥水粒子層７３は、互いに接触している撥水粒子間に、液体から気化した水蒸気が通過可能な隙間を有する。
【００１６】
本発明者らは、このような淡水化装置７０において、水槽７１に液体を導入する際に、撥水粒子が移動して撥水粒子層７３の表面（上面）の一部が削れる場合があるという知見を見出した。図２Ａから図２Ｉに、撥水粒子層７３の表面の一部が削れる様子の一例を拡大した図を示す。
【００１７】
＜図２Ａ＞
図２Ａには、比較例における水槽７１内に液体層７５を導入する前の状態が示されている。図２Ａは、淡水化装置７０のうち、水槽７１の一部及び撥水粒子層７３のみを拡大した図である。以下、撥水粒子層７３の上面が平らな平面を有し、水槽７１の開口から水槽７１の上側側壁７２ａに沿って、液体層７５を導入する例について説明する。
【００１８】
＜図２Ｂ＞
図２Ｂには、図２Ａの状態から、水槽７１の開口から上側側壁７２ａに沿って、水槽７１に液体層７５ａが導入されている状態が示されている。下向きの矢印は、導入される液体の流れ８１を示している。水槽７１の内部には、水槽７１に溜まる液体が示されている。
【００１９】
水槽７１に液体を導入することにより、撥水粒子層７３の上に、液体層７５ａとして液体が溜まる。また、導入された液体の流れ８１により、撥水粒子層７３の一部の撥水粒子（例えば撥水粒子７３１）が舞い上がって液体層７５ａ内で浮遊している。
【００２０】
つまり、撥水粒子層７３の表面のうち液体が導入された部分近傍の表面の撥水粒子層７３が部分的に削れられている。撥水粒子層７３の表面が部分的に削れ、撥水粒子層７３の表面に、凹部９０が部分的に形成されている。言い換えれば、撥水粒子層７３の表面に位置する撥水粒子７３１を含む複数の撥水粒子が移動し、撥水粒子層７３の表面にへこんだ部分である凹部９０が形成される。また、撥水粒子層７３の凹部９０が形成される部分に位置していた撥水粒子７３１が、液体層７５ａの内部に舞い上がって、浮いた状態となる。
【００２１】
＜図２Ｃ＞
図２Ｃには、図２Ｂの状態から水槽７１に液体をさらに大きな流量で導入されている状態が示されている。導入された液体の流れ８２により、撥水粒子層７３の表面がさらに削れられて凹部９１が形成される。液体のさらなる導入に伴い、凹部９１の深さは凹部９０に比べて深くなっている。また、液体層７５ｂの内部に浮いた撥水粒子７３１を含む撥水粒子群７３２は、液体の流れ８２により、液体層７５ｂ内を、主として、凹部９１から遠ざかる方向に移動する。
【００２２】
＜図２Ｄ＞
図２Ｄには、図２Ｃの状態から、液体層７５ｃの内部に浮いた撥水粒子７３１を含む撥水粒子群７３３が、撥水粒子層７３の表面のうちの凹部９１以外の部分の表面に堆積していく様子が示されている。これら複数の撥水粒子の堆積により、撥水粒子層７３の表面のうちの凹部９１以外の部分の表面に、複数個の凸部９２が部分的に形成されている。
【００２３】
＜図２Ｅ＞
図２Ｅには、撥水粒子層７３が削られる前の表面の高さを基準とし、所定の高さ（耐水圧未満の高さ）を有する液体層７５ｃが形成された状態が示されている。図２Ｅに示す状態では、水槽７１への液体の導入を停止している。図２Ｃ及び図２Ｄに示すように、水槽７１に液体を導入することにより、撥水粒子層７３が部分的に削れて、撥水粒子層７３の表面に凹部９３及び凸部９４が形成されている。すなわち、撥水粒子層７３の上面の高さは一定（平面）ではなく、凹凸が形成されることにより、撥水粒子層７３は高さが異なる部分を有する。その結果、凹部９３における液体層７５ｃの高さｈ１と、凸部９４における液体層７５ｃの高さｈ２とで示されるように、液体層７５ｃの高さは部分的に異なることになる。
【００２４】
つまり、例えば、液体を導入するときの水槽７１の液体層７５ｃの高さの変化に応じて、液体を導入するときの液体の流れは変化してしまう。それにより、液体層７５ｃの内部に浮いた撥水粒子は、撥水粒子層７３の異なる位置にそれぞれ堆積して、複数の凸部９４が形成されることになる。
【００２５】
よって、図２Ｅに示すように、撥水粒子層７３の表面に、少なくとも１つの凹部９３と複数の凸部９４とが形成され得る。ただし、１つの凹部９３に限られず、水槽７１に導入する液体の流れ又は液体の導入方法に応じて、複数の凹部９３が撥水粒子層７３の表面に形成され得る。
【００２６】
＜図２Ｆ＞
次に、図２Ｅに示すように液体層７５ｃを形成した後に、淡水化装置７０では、液体層７５ｃの液体が加熱されることにより水蒸気となり、この水蒸気が撥水粒子層７３を通過して液化層７４で水となることで淡水を得る淡水化処理が行われる。淡水化処理により、液体層７５ｃの液体が水蒸気になって、液体層７５ｃから移動するため、液体層７５ｃの高さが低くなる。そのため、図２Ｆに示すように、水槽７１には、再度、流れ８３で液体が導入されて、液体層７５ｄの高さを維持する。
【００２７】
＜図２Ｇ＞
図２Ｆに示すように、水槽７１に液体が再度導入されることにより、図２Ｃと同様に、撥水粒子層７３の表面の撥水粒子層７３が部分的に削れる。図２Ｇに示すように水槽７１において、図２Ｆまでと同じ場所から液体が導入されている場合、凹部９５深さが凹部９３に比較して深くなる。なお、液体層７５ｃの内部に浮いている、例えば撥水粒子７３１を含む撥水粒子群７３４は、液体の流れ８３により、液体層７５ｃ内を、主として、凹部９５から遠ざかる方向などに向けて移動し、例えば凸部９６に堆積する。
【００２８】
＜図２Ｈ＞
次に、図２Ｈに示すように、液体層７５ｆ内に浮き上がった撥水粒子７３１を含む撥水粒子群７３４が撥水粒子層７３の表面に堆積することにより、撥水粒子層７３の表面に凸部９７が形成されている。詳細には、既に凸部９６を形成している部分の上に、撥水粒子群７３４の一部が堆積するので、凸部９７の高さは凸部９６と比較して高くなっている。
【００２９】
＜図２Ｉ＞
図２Ａから図２Ｈで示したように、液体層７５を形成する際には、撥水粒子層７３の表面に、凹部及び複数の凸部が形成されてしまう。
【００３０】
詳細には、図２Ｉにおいて、凹部９８の下面（例えば、最もくぼんだ部分）と液体層７５ｇの上面との距離をｈ３で示し、凸部９９の上面（例えば、最も突き出た部分）と液体層７５ｇの上面との距離をｈ４で示す。液体層７５ｇの上面（液面）を「水面」とも表記する。このように、液体層７５ｇの上面（水面）の高さが同じ場合でも、凹部９８の下面と水面との距離ｈ３は、凸部９９の上面と水面との距離ｈ４よりも大きくなる。
【００３１】
撥水粒子層７３は、水面との距離で、撥水粒子層７３に加わる圧力が決まる。そのため、図２Ｉに示す撥水粒子層７３の凹部９８と凸部９９とでは、撥水粒子層７３に加わる圧力が異なる。
【００３２】
したがって、撥水粒子層７３の表面に凹部９８及び凸部９９が形成されることを考慮せずに、水槽７１に液体を導入した場合には、撥水粒子層７３の一部において、耐水圧を超えた液体が導入されることになる。この場合、撥水粒子層７３は液体層７５ｇを保持することができなくなり、撥水粒子層７３の内部に液体が浸入する（決壊する）。以下、撥水粒子層７３が液体を保持することができなくなることを「決壊」とも表記する。
【００３３】
例えば、撥水粒子層７３が削られる前の平らな表面を基準にして、撥水粒子層７３上に液体層７５ｇを所定の高さ（耐水圧未満の高さ）で形成した場合、凹部９８には、基準とした平らな表面に作用する圧力以上の圧力（耐水圧を超える圧力）が加わり、凹部９８で撥水粒子層７３の決壊が起き得る。
【００３４】
また、図２Ｆから図２Ｈに示したように、淡水化処理を行う前の液体層７５と同じ厚みの液体層７５を形成するように液体を導入した場合でも、撥水粒子層７３の一部が削れ、撥水粒子層７３の削れた部分（例えば凹部９８）に加わる圧力が所定の耐水圧を越えて大きくなり、撥水粒子層７３の削れた部分（例えば凹部９８）で撥水粒子層７３が決壊し得る。
【００３５】
淡水化処理を続ける毎に、液体層７５の液体は蒸発するため、水槽７１に液体を導入する必要がある。図２Ｆのように、淡水化処理の後に、再度、液体を導入することで、凹部（例えば凹部９３）は徐々に深くなっていく。つまり、図２Ｉで示す凹部９８の下面と液体層７５ｇの上面との距離ｈ３は、撥水粒子層７３の凹部９８に撥水粒子を供給して補修しない限り、大きくなり続ける。
【００３６】
撥水粒子層７３の耐水圧は、上述したように、撥水粒子層７３の表面と液体層７５の上面との高さで決まる。そのため、撥水粒子層７３の削れた部分（凹部）が深くなることで、液体層７５の高さを低く調整しなければ、撥水粒子層７３が決壊する恐れがある。
【００３７】
以上のように、比較例における淡水化装置では、複数の撥水粒子で構成された撥水粒子層７３は、複数の親水粒子で構成された粒子層と比較して、力が加わることによって、撥水粒子が簡単に移動して、層構成としての形状が変形しやすい知見を見出した。
【００３８】
複数の撥水粒子で構成された撥水粒子層７３は、複数の親水性の粒子で構成された粒子層と比較して、隣に接する粒子との接合が弱い。通常、親水性の粒子は、隣に接する他の親水性の粒子と、水分子を介して接合する。一方、撥水粒子は、隣に接する他の撥水粒子と接しているのみであり、力が加わることにより、撥水粒子は動きやすい。そのため、撥水粒子層７３の一部に力が加わることで、力が加えられた撥水粒子は移動するが、力が加えられていない他の撥水粒子は移動しないため、撥水粒子層７３の形状が変化しやすい。
【００３９】
ここで、撥水粒子層７３がその上面に液体を保持できる量は、液体の液面と撥水粒子層７３の表面（上面）との高さに依存する耐水圧により決まる。撥水粒子層７３が有する所定の耐水圧を超える液体が、撥水粒子層７３の上に配置（形成）された場合、液体は撥水粒子層７３を通過する。すなわち、撥水粒子層７３が液体を保持できなくなり、撥水粒子層７３が液体を通過させてしまう。撥水粒子層７３の上部に液体層７５を形成する場合には、撥水粒子層７３の表面の形状が変化することにより、水面と撥水粒子層７３の表面との高さが変化するため、撥水粒子層７３の形状の変化を低減することが望ましい。
【００４０】
そこで、本発明者らは、撥水粒子層７３の決壊を抑制するために、撥水粒子の移動を抑制できる発明を創作するに至った。
【００４１】
すなわち、本発明の一態様に係る淡水化装置は、液体から淡水を得る淡水化装置であって、前記液体を貯める空間である貯液層の下に位置し、かつ、複数の撥水粒子を含み、前記貯液層に貯められた液体が気化することにより発生する水蒸気を通過させる撥水粒子層と、前記撥水粒子層の下に位置し、前記撥水粒子層を通過した水蒸気を液化することにより前記淡水を得る液化層とを備え、前記撥水粒子層は、前記貯液層側の表層に設けられた、複数の移動防止粒子を含む移動防止層を備え、前記複数の移動防止粒子の各々は、長軸方向の長さを短軸方向の長さで除した値であるアスペクト比が前記撥水粒子より高い。
【００４２】
このように、移動防止粒子のアスペクト比が撥水粒子のアスペクト比より高いので、移動防止粒子は撥水粒子と比べて動きにくい。また、移動防止粒子が障害となって撥水粒子が動きにくくなる。その結果、移動防止層、すなわち撥水粒子層の表層が削られにくくなる。つまり、撥水粒子層には凹部が形成されにくい。凹部が形成されなければ、撥水粒子層の内部に位置する撥水粒子が貯液層に貯められた液体に舞い上がることを抑制できる。したがって、撥水粒子層の決壊を抑制できる。その結果、淡水化できないという不具合を低減できる。
【００４３】
例えば、前記液体は、水と、前記水に溶解した不純物とを含み、前記複数の移動防止粒子の各々の比重は、前記不純物の濃度が飽和濃度の場合における前記液体の比重より大きく、前記撥水粒子の比重以下であってもよい。
【００４４】
このように、移動防止粒子の比重を、不純物濃度が飽和濃度の場合における液体の比重より大きくすることにより、移動防止粒子を貯液層に貯められた液体に浮かび上がりにくくできる。また、移動防止粒子の比重を撥水粒子の比重以下とすることにより、移動防止粒子を撥水粒子層の撥水粒子層にもぐり込みにくくできる。
【００４５】
つまり、移動防止粒子の比重を、不純物の濃度が飽和濃度の場合における液体の比重より大きく、撥水粒子の比重以下とすることにより、移動防止粒子を撥水粒子層の表層に留めやすくなり、撥水粒子の移動を一層抑制できる。
【００４６】
例えば、前記複数の移動防止粒子の各々は親水性を有してもよい。
【００４７】
これにより、移動防止粒子を一層動きにくくでき、かつ、淡水化効率の低下を抑制できる。
【００４８】
例えば、前記移動防止層は、平面視において、前記複数の移動防止粒子が単位面積当たりに占める割合が１割以上５割以下であってもよい。
【００４９】
これにより、淡水化効率の低下を抑制しつつ、撥水粒子の移動を十分に抑制することができる。
【００５０】
例えば、前記複数の移動防止粒子の各々の短軸方向の長さは、前記複数の撥水粒子の平均粒子径より大きくてもよい。
【００５１】
これにより、撥水粒子が移動防止粒子を乗り越えて動くことを抑制できる。また、移動防止層を含む撥水粒子層の少なくとも一部を取り出して篩にかけることにより、取り出した撥水粒子層に含まれる撥水粒子と移動防止粒子とを容易に選別することができる。
【００５２】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、上記淡水化装置を用いて液体から淡水を得る淡水化方法淡水化方法として実現されてもよい。
【００５３】
以下、各実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００５４】
なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００５５】
（実施形態）
［淡水化装置］
以下、図面を参照しながら、実施形態に係る淡水化システムを説明する前に、基本構成の淡水化装置１０及びその淡水化処理を説明する。図３は、淡水化装置１０の構成を示す断面図である。
【００５６】
図３に示す淡水化装置１０は、水槽（ｗａｔｅｒ  ｔａｎｋ）１１と、撥水粒子層（ｗａｔｅｒ−ｒｅｐｅｌｌｅｎｔ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｌａｙｅｒ）１３と、液化層（ｄｅｐｏｌｉｔｉｃｉｚｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）１４とを備えている。水槽１１、撥水粒子層１３、及び液化層１４は、上から下に向かって順に位置している。ここで、水槽１１は、側面が容器１２の上側側壁１２ａによって囲まれ、底面が撥水粒子層１３によって覆われた、液体を貯める空間（貯液層）を有する。
【００５７】
＜水槽１１＞
水槽１１は、平面視（上面視）において矩形又は円形など任意の形状でよい。水槽１１は、側面が容器１２の上側側壁１２ａで形成され、底面が撥水粒子層１３の上面で形成されている。
【００５８】
ここで、容器１２について説明する。図３に示す容器１２は、鉛直方向に沿って立設された下側側壁１２ｂと、下側側壁１２ｂと接続され、かつ、上向きに広がるように傾斜した上側側壁１２ａと、下側側壁１２ｂと接続された底板１２ｃとを有する。上側側壁１２ａは上向きに広がるように傾斜することは必須ではなく、下側側壁１２ｂと同様に、鉛直方向に沿って立設されてもよい。ただし、上側側壁１２ａは、水槽１１に液体を導入する場合の液体の流路にも相当する場合があり、水槽１１に導入される液体のエネルギーを低減するためには、上向きに広がるように傾斜していることが望ましい。
【００５９】
容器１２は、水槽１１の上面以外の面を、上側側壁１２ａと下側側壁１２ｂと底板１２ｃとで囲むように形成されている。
【００６０】
容器１２の下部は、後述する撥水粒子層１３と液化層１４との側部を下側側壁１２ｂですべて囲こむとともに、液化層１４の底面を底板１２ｃで保持する。容器１２は、液化層１４中に淡水化された淡水を保持可能としている。
【００６１】
下側側壁１２ｂ及び上側側壁１２ａは、それぞれ、撥水性を有する材料で構成されている。下側側壁１２ｂ及び上側側壁１２ａの例は、それぞれ、金属板コンクリート、防水シート、又は、粘土などである。
【００６２】
このように、容器１２は、有底筒体形状であって、下側の開口と比べて上側の開口が大きい筒体形状の上側側壁１２ａと、上側の開口が上側側壁１２ａの下側の開口に当接する筒体形状の下側側壁１２ｂと、下側側壁１２ｂの下側の開口を塞ぐ底板１２ｃとを備え、内部に、水槽１１、撥水粒子層１３及び液化層１４が位置している。なお、容器１２は、有底筒体形状に限らず、例えば、地面に掘られた凹部であって、この凹部に、水槽１１、撥水粒子層１３及び液化層１４が位置する構成であってもよい。また、下側側壁１２ｂ及び上側側壁１２ａは、撥水性に限らず、防水性であってもよい。
【００６３】
水槽１１に注がれた（導入された）液体は、水槽１１に液体層１５を形成する。つまり、撥水粒子層１３の上面でかつ容器１２の内部（上側側壁１２ａの空間）に液体層１５を形成する。
【００６４】
なお、淡水化装置１０は、水槽１１に液体を導入するための導入通路を有していてもよい。一方、淡水化装置１０が導入通路を有さない場合には、水槽１１の開口（容器１２の開口）から、液体が水槽１１内に導入されていてもよい。ここで、水槽１１に導入される液体は、一例として透明又は透光性を有している。
【００６５】
水槽１１に注がれて液体層１５を形成している液体は、撥水粒子層１３及び上側側壁１２ａが撥水性を有するため、液化層１４に流れ落ちない。すなわち、水槽１１に注がれた液体は、液体層１５として、周囲が上側側壁１２ａで囲まれた撥水粒子層１３の上面上に積み重ねられて維持されている。液体層１５の高さ（液体層１５の液面の高さ）の例は、１ｍｍから５０ｃｍである。液体層１５の高さが高すぎると（例えば、１５ｃｍよりも高いと）、後述するように液体を加熱するのに時間がかかり、大きな熱容量が必要となり、液体の淡水化の効率が悪くなる。一方、低すぎると（例えば、５０ｃｍよりも低いと）、液体の淡水化の効率が悪すぎる。このため、この数値範囲内であれば、淡水化の効率を良好な状態で保つことができる。
【００６６】
このように、水槽１１は、側面が容器の上側側壁１２ａで形成され、底面が撥水粒子層１３で形成され、淡水化装置１０の外部から導入された液体を液体層１５として保持する。
【００６７】
なお、水槽１１は、水槽１１の液体層１５を加熱するヒーターを有していてもよい。その場合、例えば、ヒーターは、水槽１１の上側側壁１２ａに配置される。
【００６８】
＜撥水粒子層１３＞
撥水粒子層１３は、水槽１１の下に位置している。撥水粒子層１３の上面が水槽１１の底面を形成する。水槽１１に液体が注がれた場合、撥水粒子層１３は、液体層１５の下面に接して位置する。図３に示すように、撥水粒子層１３の側面は下側側壁１２ｂで囲まれていてもよい。
【００６９】
撥水粒子層１３は、少なくとも複数の撥水粒子を含む。各撥水粒子は、粒子と粒子表面を被覆している撥水膜とを備える。撥水粒子とは、粒子表面が撥水性を有する粒子である。
【００７０】
撥水粒子層１３は、多数の撥水粒子が密集することで形成されている。すなわち、１つの撥水粒子の表面は、複数の他の撥水粒子の表面に接している。このとき、撥水粒子層１３は、互いに接触している撥水粒子間に、液体から加熱により蒸発した水蒸気が通過可能な隙間を有する。撥水粒子層１３は、複数の撥水粒子を含むため、撥水粒子層１３の内部に、液体の浸入を低減することができる。
【００７１】
撥水粒子層１３の側面は、下側側壁１２ｂで全周囲が囲まれていてもよい。下側側壁１２ｂで囲まれることにより、液体が撥水粒子層１３の内部へ浸入するのを低減できる。撥水粒子層１３を形成する複数の撥水粒子も撥水性を有するため、液体が撥水粒子層１３の内部への浸入を低減できるため、下側側壁１２ｂは必須の構成ではない。
【００７２】
粒子とは、礫、砂、シルト、及び、粘土を含む。礫とは、２ｍｍより大きく７５ｍｍ以下の粒子径を有する粒子である。砂とは、０．０７５ｍｍより大きく２ｍｍ以下の粒子径を有する粒子である。シルトとは、０．００５ｍｍより大きく０．０７５ｍｍ以下の粒子径を有する粒子である。粘土とは、０．００５ｍｍ以下の粒子径を有する粒子である。
【００７３】
撥水膜は、各粒子の表面を被覆している。撥水膜は、化学式−（ＣＦ２）ｎ−によって表されるフッ化炭素基を具備することが望ましい。ｎは自然数である。望ましいｎは２以上２０以下である。
【００７４】
撥水膜は、共有結合により粒子と結合していることが望ましい。以下の化学式（Ｉ）は、望ましい撥水膜を表す。
【００７５】
【化１】
0005659331.tif 000002
【００７６】
ここで、Ｑは水素又はフッ素である。ｍ１及びｍ２は、それぞれ、独立して、０又は１以上の自然数である。ｎは２以上２０以下である。
【００７７】
撥水粒子を製造する方法の一例が以下、説明される。
【００７８】
まず、化学式ＣＸ３−（ＣＨ２）ｍ１−（ＣＦ２）ｎ−（ＣＨ２）ｍ２−ＳｉＸ３によって表される界面活性剤が、非水系溶媒に溶解され、界面活性剤溶液を調製する。Ｘはハロゲンであり、好ましくは塩素である。
【００７９】
次に、乾燥雰囲気下において、界面活性剤溶液に複数の粒子が浸漬され、複数の撥水粒子を得る（特許文献；米国特許第５２７００８０号公報（特公平０７−０６３６７０号公報に対応）参照）。
【００８０】
また、撥水膜の材料の例は、クロロシラン系材料、又は、アルコキシシラン系材料などである。クロロシラン系材料の例は、ペプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラハイドロデシルトリクロロシラン、又はノルマルオクタデシルジメチルクロロシランである。アルコキシシラン系材料の例は、ノルマルオクタデシルトリメトキシシラン、又はノナフルオロヘキシルトリエトキシシランである。
【００８１】
撥水粒子層１３は、水槽１１及び液化層１４の間で熱伝導を低減するように、低い熱伝導性を有することが望ましい。水槽１１では液体を加熱することにより水蒸気化するため、水槽１１は所定の温度以上（例えば、４０℃以上８０℃以下）を有する。液化層１４は水蒸気を液化するため、液化層１４は所定の温度以下（例えば、３０℃以下）を有する。少なくとも水槽１１の温度と液化層１４の温度との差が１０℃以上である。水槽１１の温度と液化層１４の温度は大きく異なり、水槽１１と液化層１４との間の熱伝導性が高い場合には、淡水化の効率が下がる場合がある。
【００８２】
撥水粒子層１３は複数の撥水粒子が密集して形成されているため、複数の粒子間に空気などが存在する。よって、撥水粒子層１３は、一様な素材で形成された膜などよりも、低い熱伝導を有する。
【００８３】
撥水粒子層１３の厚みの例は、５ｍｍ以上３０ｃｍ以下である。
【００８４】
撥水粒子層１３があまりにも薄いと（厚みが１ｃｍ未満であると）、水槽１１に注がれた水が液化層１４に流れ落ち得る。一方、撥水粒子層１３があまりにも分厚いと（厚みが３０ｃｍを越えると）、後述する水蒸気が撥水粒子層１３の隙間を通過しづらくなる。
【００８５】
＜液化層１４＞
液化層１４は、撥水粒子層１３の下に位置している。液化層１４は、撥水処理をしていない粒子を含む複数の粒子で形成してもよい。又は、液化層１４は、下側側壁１２ｂ及び底板１２ｃで囲われた空間としてもよい。
【００８６】
液化層１４は、下側側壁１２ｂで側部の全周囲が囲まれているとともに、底部は底板１２ｃで覆われて、容器１２により、淡水１６を保持可能としてもよい。
【００８７】
撥水粒子層１３から撥水粒子層１３の隙間を通過して液化層１４に到達した水蒸気は、液化層１４で液化し、液体の水（淡水１６）となる。詳細は後述する。
【００８８】
液化層１４は、必要に応じて冷却されている。
【００８９】
冷却の例としては、以下のような方法が考えられる。液化層１４の少なくとも一部が土壌中（地中）に配置されることにより、液化層１４が冷却されている。例えば、液化層１４と撥水粒子層１３との界面の高さを地表の高さと同じにして、液化層１４を撥水粒子層１３よりも低い温度にする。
【００９０】
また、液化層１４が冷却部を有していてもよい。
【００９１】
このように、液化層１４は、撥水粒子層１３の直下に位置し、撥水粒子層１３を通過した水蒸気を冷却することにより液化する。ここで、液化層１４は所定の温度以下（例えば、１５℃以下）である。
【００９２】
なお、淡水化装置１０は、液化層１４と撥水粒子層１３との界面には、撥水粒子層の撥水粒子が液化層１４へと落ちにくくするための、例えばメッシュ等の支持層を有してもよい。
【００９３】
［淡水化装置の特徴構成］
以下、本実施形態に係る淡水化装置の特徴的な構成、および、各種の変形例について、図面を用いて説明する。
【００９４】
図３に示すように、本実施形態に係る淡水化装置１０において、撥水粒子層１３は、下部粒子層１３ａと移動防止層１３ｂとを備える。
【００９５】
下部粒子層１３ａは、撥水粒子層１３のうちの下側に位置し、複数の撥水粒子からなる。つまり、隣り合う複数の撥水粒子間には水蒸気が通過し、液体が通過しない隙間が形成されている。これにより、液体は通過させず、液体が蒸発したことにより生成された水蒸気は通過させる。
【００９６】
移動防止層１３ｂは、撥水粒子層１３の表層に設けられ、複数の撥水粒子と複数の移動防止粒子と備える。各々の移動防止粒子のアスペクト比は、撥水粒子のアスペクト比より高い。本明細書において、アスペクト比とは、長軸方向の長さを短軸方向の長さで除した値又は割合を意味する。
【００９７】
図４（ａ）〜（ｃ）は、実施形態における移動防止層１３ｂの詳細な構成を示す図である。図４（ａ）は移動防止層１３ｂに含まれる移動防止粒子の構成を示す斜視図である。図４（ｂ）は移動防止層１３ｂの平面図である。図４（ｃ）は移動防止層１３ｂの断面図である。なお、図４（ｃ）には、下部粒子層１３ａの一部も図示されている。ただし、下部粒子層１３ａを構成する各撥水粒子については、図示を省略している。
【００９８】
図４（ｃ）に示すように、撥水粒子層１３は、表層に移動防止粒子１３２を含む移動防止層１３ｂを有する。具体的には、移動防止層１３ｂは、移動防止粒子１３２と撥水粒子１３１とが混在している。これにより、移動防止層１３ｂでは、移動防止粒子１３２が障害となることにより、撥水粒子１３１が動きにくくなる。その結果、移動防止層１３ｂ、すなわち撥水粒子層１３の表層が削られにくくなる。つまり、撥水粒子層１３には凹部が形成されにくい。凹部の形成を抑制できるので、撥水粒子層１３の決壊を抑制できる。
【００９９】
以下、移動防止粒子１３２について詳細に説明する。
【０１００】
移動防止粒子１３２のアスペクト比は、撥水粒子１３１のアスペクト比より高い。例えば、移動防止粒子１３２の短軸方向の長さが２００μｍより長くかつ２ｍｍ以下であり、移動防止粒子１３２の長軸方向の長さが１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下である。
【０１０１】
また、移動防止粒子１３２の長軸方向の長さは、撥水粒子１３１の長さよりも所定以上長いことが望ましい。例えば、２倍以上の長さである。詳細は後述する。
【０１０２】
移動防止粒子１３２は、例えば、ガラス繊維又は金属ワイヤ等で構成される。移動防止粒子１３２は、人工的に製造され得る。ここで、人工的に製造されるとは、天然に算出する原料（例えば、石又は鉱物等）を破断又は粉砕等することにより所望の形状に製造することを意味する。または、天然に算出する原料に熱処理及び化学処理することにより所望の材料（例えば、セラミック又は樹脂等）を取り出し、所望の材料に破断又は粉砕等の加工をすることにより、所望の形状に製造することを意味する。
【０１０３】
ただし、移動防止粒子１３２は、天然に算出する原料に熱処理又は化学処理することにより所望の材料を取り出し、破断や粉砕等することにより製造されることが好ましい。これにより、各移動防止粒子１３２は、天然に算出する原料の組成のバラつきによらず、均一な性質を有することができる。また、所望の性質を有する移動防止粒子１３２を製造することが容易になる。
【０１０４】
上述したように、移動防止粒子１３２のアスペクト比は撥水粒子１３１のアスペクト比より高いことにより、撥水粒子層１３の決壊を抑制できる。このことについて、比較例を用いて説明する。比較例は、撥水粒子１３１と実質的に同一のアスペクト比を有する移動防止粒子を有する移動防止層である。
【０１０５】
図５（ａ）〜（ｃ）は、比較例における移動防止層の詳細な構成を示す図である。図５（ａ）は、移動防止層２１３ｂに含まれる移動防止粒子２３２の構成を示す斜視図である。図５（ｂ）は、移動防止層２１３ｂの平面図である。図５（ｃ）は移動防止層２１３ｂの断面図である。なお、図５の（ｃ）には、下部粒子層１３ａの一部も図示されている。ただし、下部粒子層１３ａを構成する各撥水粒子については、図示を省略している。
【０１０６】
図５（ａ）に示す移動防止粒子２３２の長軸方向の長さｂであり、かつ、短軸方向の長さａである。長軸方向の長さｂ及び短軸方向の長さａと表現しているが、図５（ａ）に示す長さｂ及び長さａは、およそ同一である。つまり、図５（ａ）に示す移動防止粒子２３２のアスペクト比（ｂ／ａ）は、実質的に１である。
【０１０７】
図５（ｂ）及び（ｃ）に示す撥水粒子１３１のアスペクト比は、移動防止粒子２３２のアスペクト比と同様に、実質的に１である。この場合、移動防止粒子２３２は、図５（ａ）の長軸方向及び単軸方向のうちのいずれの方向へも転がりやすい。粒子のアスペクト比が１に近いとき、粒子の転がりやすさに方向による依存性が少ない。
【０１０８】
よって、撥水粒子１３１が移動し、移動防止粒子２３２に接触したとき、移動防止粒子２３２は撥水粒子１３１の移動を止めることはできず、移動防止粒子２３２及び撥水粒子１３１は共に動く。これにより、移動防止層２１３ｂの撥水粒子１３１が移動して、移動防止層２１３ｂに凹部が形成される。移動防止層２１３ｂを有する撥水粒子層２１３を有する比較例は、決壊が生じる虞が高くなる。
【０１０９】
比較例に対して、図４（ａ）に示すように、本実施形態における移動防止粒子１３２のアスペクト比（長軸方向の長さｂを短軸方向の長さａで除した値ｂ／ａ）は、撥水粒子１３１のアスペクト比より高い。
【０１１０】
これにより、移動防止粒子１３２は、長軸方向に、撥水粒子１３１よりも動きにくくなる。移動防止粒子１３２が長軸方向に移動するためには、短軸方向に移動する場合と比較して、大きな角運動量を必要とする。
【０１１１】
一般的に、物体の回転しやすさは、慣性モーメント（ｍｒ２）で表される。ｍは、物体の重さであり、ｒは、物体の半径を意味する。当然ながら、移動防止粒子１３２は、回転方向に寄らず、同じ重さを有する。したがって、移動防止粒子１３２回転のしやすさは、回転方向の半径に依存する。半径の大きい方向である長軸方向に移動するためのトルクは、短軸方向に移動するためのトルクよりも大きくなる。特に、アスペクト比が異なる軸を有することにより、長軸方向への転がりやすさは低下する。
【０１１２】
次に、移動防止粒子１３２が転がる時の運動エネルギーを考える。撥水粒子１３１が移動して移動防止粒子１３２に衝突したとき、衝突により移動防止粒子１３２に運動エネルギーが加わる。しかし、移動防止粒子１３２は長軸方向に転がりにくいことにより、衝突により撥水粒子１３１が失うエネルギーが大きくなり、移動防止粒子１３２の移動距離が低減することになる。
【０１１３】
また、移動防止粒子１３２を乗り越えて撥水粒子１３１も動きにくくなり、その結果、移動防止層１３ｂでは移動防止粒子１３２及び撥水粒子１３１ともに動きにくくなる。
【０１１４】
撥水粒子層１３は、表層（移動防止層１３ｂ）以外の層である中間層及び底層（下部粒子層１３ａ）においても動きにくくなる。つまり、移動防止層１３ｂには、図２Ｃ〜図２Ｆで示した凹部が形成されにくくなる。したがって、本実施形態に係る淡水化装置１０は、撥水粒子層１３の決壊を抑制することができる。また、水に溶解した不純物（例えばイオン）が、撥水粒子層１３が薄くなった箇所を通り抜けるのを抑制できる。その結果、液体を淡水化できない虞を低減できる。
【０１１５】
移動防止粒子１３２は、次のような比重を有する。具体的には、移動防止粒子１３２の比重は、不純物の濃度が飽和濃度の場合における液体の比重より大きく、撥水粒子１３１の比重以下である。
【０１１６】
移動防止粒子１３２の比重が、不純物濃度が飽和濃度の場合における液体の比重より大きいことにより、移動防止粒子１３２を液体層１５に浮かび上がりにくくできる。詳細には、水槽内の液体層１５において、液体に含まれる水が水蒸気となり蒸発することにより、液体の不純物濃度が高くなる。ここで、液体の比重は不純物濃度が高いほど高くなるので、液体に含まれる水が蒸発することにより不純物濃度が高くなった液体は、液体層１５の下へと沈んでいく。その結果、液体層１５における液体の不純物濃度は、上面から下面に向かって高くなる。したがって、移動防止粒子１３２の比重を、不純物の濃度が飽和濃度の場合における液体の比重より大きくすることにより、液体層１５の不純物濃度が高くなった場合でも、移動防止粒子１３２を液体層１５に浮かび上がりにくくできる。
【０１１７】
一方、移動防止粒子１３２の比重を撥水粒子１３１の比重以下とすることにより、移動防止粒子１３２を撥水粒子層１３の表層から内部へもぐり込みにくくできる。
【０１１８】
つまり、移動防止粒子１３２の比重を、不純物の濃度が飽和濃度の場合における液体の比重より大きく、撥水粒子１３１の比重以下とすることにより、移動防止粒子１３２を撥水粒子層１３の表層に留めやすくなり、撥水粒子１３１の移動を一層抑制できる。
【０１１９】
ここで、不純物の濃度が飽和濃度の場合における液体の比重は、液体の種類、気圧、及び温度等に基づき、撥水粒子１３１の比重は、撥水粒子１３１を構成する粒子の材質等と、粒子表面を被覆する撥水膜の材質等に基づく。ただし、撥水粒子１３１の質量に対して撥水膜の質量が占める割合は僅かであるため、撥水粒子１３１の比重の算出において撥水粒子１３１の質量はほぼ無視できる。例えば、液体が塩水の場合、飽和食塩水の比重は約１．２であり、撥水粒子１３１として「豊浦砂」の商品名を有する砂を用いた場合、撥水粒子１３１の比重は２．６４である。よって、移動防止粒子１３２としては、例えば、比重１．２のポリカーボネート樹脂及びポリウレタン樹脂、比重１．４のポリアセタール樹脂、比重１．２９以上１．４０以下のＰＥＴ（polyethylene terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）樹脂、比重１．３０以上１．５８以下の硬質ＰＶＣ（polyvinyl chloride：ポリ塩化ビニル）樹脂、比重１．７７以上２．２０以下のフッ素樹脂、又は、比重約２．５のガラス材料等を用いることができる。
【０１２０】
なお、移動防止粒子１３２の比重は撥水粒子１３１の比重より高くてもよく、移動防止粒子１３２としては、例えば、比重７．７以上８．０以下のステンレス等の金属材料、又は、比重３．９のアルミナ等のセラミック材料等を用いてもよい。
【０１２１】
また、移動防止粒子１３２は親水性を有してもよい。
【０１２２】
これにより、移動防止粒子１３２を一層動きにくくでき、かつ、淡水化効率の低下を抑制できる。
【０１２３】
具体的には、移動防止粒子１３２が撥水性を有する場合、移動防止粒子１３２の表面が液体にぬれることがないため、周囲の撥水粒子１３１及び移動防止粒子１３２と水を介して相互作用を及ぼすことがなく動きやすい。したがって、水槽１１に液体を導入する際に、移動防止粒子１３２が舞い上がりやすくなる。これに対して、移動防止粒子１３２が親水性を有する場合、移動防止粒子１３２の表面が液体にぬれる。よって、周囲の撥水粒子１３１及び移動防止粒子１３２と水を介して相互作用を及ぼすことにより、動きが抑制される。
【０１２４】
また、移動防止粒子１３２が撥水性を有する場合、移動防止粒子１３２の表面が液体にぬれることがないため、この移動防止粒子１３２により覆われた、すなわち蓋をされた撥水粒子１３１の表面には液体が到達しない。したがって、撥水粒子層１３の平面視において、撥水粒子層１３の面積に対して、表面まで液体が到達している撥水粒子１３１によって形成される領域の面積が小さくなる。その結果、淡水化装置１０の淡水化効率が低下する恐れがある。これに対して、移動防止粒子１３２が親水性を有する場合、移動防止粒子１３２の表面を液体がぬれ広がることにより、この移動防止粒子１３２の直下に位置する撥水粒子１３１の表面まで液体が到達する。したがって、撥水粒子層１３の平面視において、撥水粒子層１３の面積に対して、表面まで液体が到達している撥水粒子１３１によって形成される領域の面積が実質的に同一となる。その結果、淡水化装置１０の淡水化効率の低下を抑制できる。
【０１２５】
このように、移動防止粒子１３２が親水性を有することにより、移動防止粒子１３２が一層動きにくくなり、かつ、淡水化装置１０の淡水化効率の低下を抑制できる。
【０１２６】
なお、移動防止粒子１３２は親水性でなく、撥水性を有してもよい。これにより、撥水粒子層１３の厚みに対する移動防止粒子１３２の高さが高くなっても、撥水粒子層１３の内部への液体の浸入を抑制できる。すなわち、移動防止粒子１３２が親水性を有する場合には、移動防止粒子１３２の表面を液体がぬれ広がることにより、撥水粒子層１３の内部に液体が浸入する虞がある。したがって、液体の浸入箇所において決壊が生じる場合がある。これに対して、移動防止粒子１３２が撥水性を有する場合には、撥水粒子層１３内部への液体の浸入を抑制できる。
【０１２７】
また、移動防止粒子１３２と撥水粒子１３１とが混在する移動防止層１３ｂは、移動防止層１３ｂの上方からの平面視において、移動防止粒子１３２が単位面積当たりに占める割合が１割以上５割以下であってもよい。
【０１２８】
これにより、淡水化効率の低下を抑制しつつ、撥水粒子１３１の移動を十分に抑制することができる。具体的には、移動防止粒子１３２が単位面積当たりに占める割合を５割より多くした場合であっても、撥水粒子１３１の移動を一層抑制することは見込めない。さらに、液体と撥水粒子１３１との界面の面積が減少することにより、淡水化効率が低下する虞がある。一方、移動防止粒子１３２が単位面積当たりに占める割合を１割未満とした場合、撥水粒子１３１の移動を十分に抑制することが困難になる。そこで、移動防止層１３ｂの上方からの平面視において、移動防止粒子１３２が単位面積当たりに占める割合を１割以上５割以下とすることにより、淡水化効率の低下を抑制しつつ、撥水粒子１３１の移動を十分に抑制することができる。
【０１２９】
また、複数の移動防止粒子１３２の各々の短軸方向の長さは、複数の撥水粒子１３１の平均粒子径より長くてもよい。これにより、撥水粒子１３１が移動防止粒子１３２を乗り越えて動くことを抑制できる。また、移動防止層１３ｂを含む撥水粒子層１３の少なくとも一部を取り出して篩にかけることにより、取り出した撥水粒子層１３に含まれる撥水粒子１３１と移動防止粒子１３２とを容易に選別することができる。例えば、水槽内の液体層１５の不純物濃度が飽和濃度を超えることにより不純物が撥水粒子層１３上に析出した場合、析出した不純物により淡水化装置の淡水化効率が低下する虞がある。そこで、不純物が析出した際には、移動防止層１３ｂを含む撥水粒子層１３の少なくとも一部を取り出してから析出した不純物を流し、不純物を流した後で篩にかける。これにより、不純物が洗い流された、撥水粒子１３１と移動防止粒子１３２とを容易に選別することができる。このように選別された撥水粒子１３１及び移動防止粒子１３２を淡水化装置に戻すことで、淡水化装置の淡水化効率の低下を抑制できる。
【０１３０】
以上のように、本発明の実施形態に係る淡水化装置１０によれば、撥水粒子層１３は、水槽１１（貯液層）側の表層に設けられた、複数の移動防止粒子１３２を含む移動防止層１３ｂを備え、これら複数の移動防止粒子１３２の各々は、長軸方向の長さを短軸方向の長さで除した値であるアスペクト比が撥水粒子１３１より高い。
【０１３１】
このように、移動防止粒子１３２のアスペクト比が撥水粒子１３１のアスペクト比より高いので、移動防止粒子１３２は撥水粒子１３１と比べて動きにくい。また、移動防止粒子１３２が障害となって撥水粒子１３１が動きにくくなる。その結果、移動防止層１３ｂ、すなわち撥水粒子層１３の表層が削られにくくなる。つまり、撥水粒子層１３には凹部が形成されにくい。凹部が形成されなければ、撥水粒子層１３の内部（下部粒子層１３ａ）に位置する撥水粒子１３１が液体層１５に舞い上がることを抑制できる。したがって、撥水粒子層１３の決壊を抑制できる。
【０１３２】
なお、複数の移動防止粒子１３２の各々の短軸方向の長さは、複数の撥水粒子１３１の平均粒子径以下であってもよい。
【０１３３】
また、移動防止粒子１３２の形状は、図４に示したような回転楕円体（長球）形状に限らず、例えば、角柱形状、錐体形状であってもよい。
【０１３４】
また、移動防止層１３ｂは、平面視において、移動防止粒子１３２が単位面積当たりに占める割合が５割より高くてもよく、例えば１０割であってもよい。つまり、移動防止層１３ｂは、撥水粒子１３１を含まず、複数の移動防止粒子１３２が密集することにより形成されていてもよい。この場合、上記実施形態と比較して淡水化効率は低下する虞があるものの、実施形態と同様に移動防止粒子１３２が動きにくいことにより、移動防止層１３ｂ、すなわち撥水粒子層１３の表層は削られにくくなる。したがって、撥水粒子層１３の決壊を抑制できる。
【０１３５】
また、上記実施形態では、撥水粒子１３１のアスペクト比を１として説明したが、撥水粒子１３１のアスペクト比としては１に限らない。図６は、撥水粒子１３１として用いられる「豊浦砂」の商品名を有する砂の光学顕微鏡写真である。同図から読み取れるように、アスペクト比ｂ／ａとしては２程度までの撥水粒子１３１が存在すると思われる。よって、移動防止粒子１３２のアスペクト比は３以上としてもよい。これにより、移動防止粒子１３２の移動をより確実に抑制できるので、移動防止層１３ｂにおける各撥水粒子１３１の移動をより確実に抑制できる。よって、撥水粒子層１３の決壊を十分に抑制できる。
【０１３６】
また、移動防止粒子１３２は、集熱を促すような構成であってもよく、例えば黒色であってもよい。
【０１３７】
［淡水化システム］
以上のように構成された淡水化装置は、装置として実現できるだけでなく、システムとしても実現することができる。以下、本実施形態における淡水化システムの一例について、図７を用いて説明する。
【０１３８】
図７は、本実施形態における淡水化システムの構成を示す断面図の一例である。
【０１３９】
図７に示す淡水化システム２０は、例えば、海水から淡水を得るシステムであり、第１実施形態に係る淡水化装置１０と、水門２２とを備える。なお、図３と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【０１４０】
水門２２は、開閉することにより、淡水化装置１０の外部から水槽１１への液体の導入を開始する又は停止する。より具体的には、水門２２は、導入通路２１に設けられており、導入通路２１を介して水槽１１に導入する液体の量（導入量）を調整する。
【０１４１】
図７に示す例では、水門２２は、水槽１１と液体が溜められている外部槽２３との間の液体の流量を調整する。水門２２は、開くことにより、外部槽２３から導入通路２１を介して水槽１１に液体を導入する。水門２２は、閉まることにより、外部槽２３から導入通路２１を介しての水槽１１への液体の導入を停止する。なお、水門２２は、例えばユーザ等により開閉されてもよいし、例えば水門制御部等により、開閉が制御されるとしてもよい。
【０１４２】
外部槽２３は、例えば、海、海から導入した海水を溜める前処理槽、又は、別途供給されている塩水が溜められている槽である。
【０１４３】
以上のように構成された淡水化システム２０では、撥水粒子の移動を抑制する移動防止層１３ｂを有するので、撥水粒子層１３の決壊を抑制できる。その結果、淡水化できないといった不具合を低減することができる。
【０１４４】
［淡水化方法］
以下、本実施形態に係る淡水化システム２０による淡水化処理について説明する。
【０１４５】
＜淡水化の処理＞
図８は、淡水化システム２０の淡水化処理の工程を示すフロー図である。なお、以下で説明する淡水化処理は、淡水化システム２０の淡水化処理に限らず、第１実施形態、第１実施形態の変形例、又は、第２実施形態に係る淡水化装置の淡水化処理であってもよい。
【０１４６】
まず、水槽１１に液体を導入し、撥水粒子層１３の上に液体（液体層１５）を配置する（Ｓ１０１）。ここで、液体は、例えば塩水である。
【０１４７】
なお、図７に示す淡水化システム２０で淡水化処理を行う場合、外部槽２３から水門２２及び導入通路２１を介して水槽１１に液体を注ぎ、撥水粒子層１３の上面に液体層１５を形成する。
【０１４８】
次いで、撥水粒子層１３の上に配置された液体を加熱することにより蒸発させて水蒸気を生成する（Ｓ１０２）。詳細には、水槽１１に貯められた液体（液体層１５）を一定以上の温度まで加熱すると、液体は水蒸気となる。
【０１４９】
なお、この一定の温度は、液体の種類及び気圧に基づいて、飽和蒸気圧曲線に応じて決まる温度である。例えば液体が塩水の場合、一定の温度は５０度以上６０度以下である。液体層１５の加熱は、例えば太陽光により行われるとしてもよいし、水槽１１がヒーターを有する場合には、ヒーターにより行われるとしてもよい。また、加熱された物体を水槽１１の液体層１５に供給することにより、行われるとしてもよい。
【０１５０】
次いで、液化層１４で水蒸気を液化することにより、淡水を得る（Ｓ１０３）。
【０１５１】
詳細には、水槽１１において加熱により液体から蒸発した水蒸気は、上方向だけでなく、下方向にも移動する。下方向に移動する水蒸気は、撥水粒子層１３における撥水粒子間の隙間を通り抜け、液化層１４に到達すると、液化層１４で液化し、液体の水となる。つまり、水槽１１において加熱により液体から蒸発した水蒸気は、液化層１４において冷却され、液体の水になる。
【０１５２】
このようにして、淡水化システム２０の淡水化処理は行われる。
【０１５３】
なお、液体の水とは、水槽１１に注がれた液体に含まれる固体、及び、溶解している不純物が低減された水であり、典型的には淡水（蒸留水）である。液体に溶解している不純物は、例えばイオンである。
【０１５４】
（変形例）
上記実施形態では、淡水化システムの例として図７を用いて説明したが、淡水化システムは、図７に示す例に限られない。淡水化システムの別の例を、変形例として説明する。
【０１５５】
図９は、実施形態の変形例における淡水化システムの構成を示す断面図の一例である。
【０１５６】
図９に示す淡水化システム２０Ａは、例えば、海水から淡水を得るシステムであり、淡水化装置１０Ａと、導入通路２１と、水門２２と、外部槽２３と、淡水通路２４と、排出管２６と、排出弁２７と、水門制御部２８とを備える。なお、図７と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【０１５７】
淡水化装置１０Ａは、図７に示す淡水化装置１０と比較して、フタ１７を有している。その他の構成については、淡水化装置１０と同様のため、説明を省略する。
【０１５８】
フタ１７は、水槽１１に設けられ、水槽１１（上側側壁１２ａ）の開口を覆う。フタ１７は、淡水化装置１０Ａの液体層１５を太陽光により加熱する場合には、透明の部材で形成される。淡水化装置１０Ａはフタ１７を有することにより、水槽１１から上方向に逃げる水蒸気を低減できるだけでなく、水槽１１の開口から混入する不純物を低減できる。
【０１５９】
淡水通路２４は、液化層１４と接続されており、液化層１４の淡水（蒸留水）を外部に排出する。なお、淡水通路２４には、淡水排出弁（不図示）が設けられているとしてもよい。その場合、淡水排出弁を開けることにより、淡水通路２４を介して液化層１４の淡水（蒸留水）を外部に排出することができ、淡水排出弁を閉めることにより、液化層１４の淡水（蒸留水）の排出を停止することができる。なお、淡水排出弁の開閉は、水門制御部２８により制御されるとしてもよい。
【０１６０】
排出管２６は、水槽１１と接続され、液体層１５の液体を外部に排出する。
【０１６１】
排出弁２７は、排出管２６に設けられている。排出弁２７は、開けられることにより、水槽１１から液体層１５の液体を排出し、閉められることにより、水槽１１から液体層１５の液体の排出を停止する。排出弁２７の開閉は、水門制御部２８により制御されている。
【０１６２】
水門制御部２８は、入力部（不図示）を利用してユーザ等から入力された情報に応じて、水門２２や排出弁２７等の開閉を制御してもよい。なお、入力部は、例えばタッチパネル、キーボード、カーソル、マイクなどである。また、入力部に対してユーザ等により入力される情報は、例えば水門２２を開ける指示を示す情報、又は、水門２２を閉める指示を示す情報である。
【０１６３】
図１０は、実施形態の変形例における水門制御部２８のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【０１６４】
水門制御部２８は、図１０に示すように、例えばＣＰＵ２８１１、ＲＡＭ２８１２、ＲＯＭ２８１４、受信部２８１５、及び、バス２８１８で構成される。
【０１６５】
ＣＰＵ２８１１は、ＲＡＭ２８１２に格納されているプログラム２８１３を実行する。プログラム２８１３には、例えば上述した図８に示される処理手順が記述されている。なお、プログラム２８１３は、ＲＯＭ２８１４に格納されるとしてもよい。
【０１６６】
受信部２８１５は、アンテナ２８１７と受信回路２８１６とを有し、水門等の開閉を指示する情報を受信する。例えば、ユーザ等が入力部に情報を入力した場合、入力部が有するアンテナ２８１７から情報が送信される。その場合、水門制御部２８では、送信された情報を、アンテナ２８１７で受信し、受信回路２８１６で受け付ける。
【０１６７】
受信回路２８１６とＣＰＵ２８１１とは、互いにバス２８１８で接続されており、相互にデータの授受できる。受信部２８１５すなわち受信回路２８１６で受け付けた情報は、バス２８１８を経由してＣＰＵ２８１１に送られる。
【０１６８】
以上のように構成された淡水化システム２０Ａは、導入水量（水流）を調整することができるので、水流による撥水粒子層１３の決壊を抑制することができる。
【０１６９】
以上、一つまたは複数の態様に係る淡水化装置、及び、淡水化方法について、実施形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これら実施形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態及び変形例に施したものや、異なる実施形態及び変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明は、液体を淡水化する装置又はシステムなどに利用することができる。
【符号の説明】
【０１７１】
１０、１０Ａ、７０  淡水化装置
１１、７１  水槽
１２、７２  容器
１２ａ、７２ａ  上側側壁
１２ｂ、７２ｂ  下側側壁
１２ｃ、７２ｃ  底板
１３、２１３、７３  撥水粒子層
１３ａ  下部粒子層
１３ｂ、２１３ｂ  移動防止層
１４、７４  液化層
１５、７５、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｆ、７５ｇ  液体層
１６  淡水
１７  フタ
２０、２０Ａ  淡水化システム
２１  導入通路
２２  水門
２３  外部槽
２４  淡水通路
２６  排出管
２７  排出弁
２８  水門制御部
９０、９１、９３，９５，９８  凹部
９２、９４、９６、９７、９９  凸部
１３１、７３１  撥水粒子
１３２、２３２  移動防止粒子
７３２、７３３、７３４  撥水粒子群
２８１１  ＣＰＵ
２８１２  ＲＡＭ
２８１３  プログラム
２８１４  ＲＯＭ
２８１５  受信部
２８１６  受信回路
２８１７  アンテナ
２８１８  バス
【要約】
本発明に係る淡水化装置（１０）は、液体から淡水を得る淡水化装置であって、液体を貯める空間である水槽（１１）の下に位置し、かつ、複数の撥水粒子（１３１）を含み、水槽（１１）に貯められた液体が気化することにより発生する水蒸気を通過させる撥水粒子層（１３）と、撥水粒子層（１３）の下に位置し、撥水粒子層（１３）を通過した水蒸気を液化することにより淡水を得る液化層（１４）とを備え、撥水粒子層（１３）は、水槽（１１）側の表層に設けられた、複数の移動防止粒子（１３２）を含む移動防止層（１３ｂ）を備え、複数の移動防止粒子（１３２）の各々は、長軸方向の長さを短軸方向の長さで除した値であるアスペクト比が撥水粒子（１３１）より高い。【図１】
0005659331.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0005659331.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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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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