(57)【要約】【課題】簡単な構造で携帯可能な海水淡水化装置を提供する。【解決手段】海水淡水化装置１０は、フロートチャンバ２と、その内側に収容されるウォータチャンバ６及びスポンジ８とを備える。フロートチャンバ２は海水面上に常に同じ高さ位置で浮上するので、フロートチャンバ２に装着したレンズ４は太陽光を常にスポンジ８の海水面に集光する。加熱されて海水から生じた水蒸気は海水に接しているウォータチャンバ６上で凝縮して、水がウォータチャンバ６に溜まる。ウォータチャンバ６は溜まった水の量に応じてフロートチャンバ２の内側で下降するが、フロートチャンバ２はその影響を受けない。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有し、且つ液体上に浮上したときに中空部の一部が液体により閉鎖されるフロートと、
前記フロートに取り付けられて液体上に浮上するとともに外部からの光を前記フロートの中空部で集光するレンズと、
前記中空部に設けられ、中空部で生じた液体を回収する液体室とを備える水生成装置。
【請求項２】
レンズが柔軟な袋状容器に水を充填することによって形成されるレンズである請求項１に記載の水生成装置。
【請求項３】
前記液体室は、前記中空部を画定するフロートの内壁に取り付けられている請求項１に記載の水生成装置。
【請求項４】
前記中空部に設けられ、レンズの集光位置に液体を維持する部材を備える請求項１に記載の水生成装置。
【請求項５】
前記液体室がフロートと独立して液体上に浮上する請求項１または４に記載の水生成装置。
【請求項６】
前記レンズの集光位置がほぼ液体面である請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記液体室の少なくとも表面が金属製である請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易な構造の海水淡水化装置のような水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人や動物は水が無いと生きられない。水が常に不足している地域もあれば、異常気象で一時的に枯渇する地域もある。地震で水道管が破壊して水が供給されないことがある。そのような事態は戦争やテロ行為などの人為的な事件によっても起こり得る。また、漁船が漂流した場合には、海水に囲まれているにもかかわらず、飲料水が不足する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
海水淡水化装置は開発され、実際に使用されているものの大型で大規模設備を必要とし、地面に固設されるために、小型の船舶に携帯することはできない。このような設備は、例えば、特許文献１、２に記載されている。また、災害地では、汚染された水はあるが、飲料水が不足していることが多々ある。このような場合には、簡易で、輸送または携帯できる浄水装置が要望される。
本発明の目的は、前記従来技術の不都合を解消し、設置不要で、簡易な海水淡水化装置を提供することにある。
【０００４】
【特許文献１】特許公開２００３−１２６８４１
【特許文献２】特許公開平７−１３２２７９
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に従えば、閉鎖される中空部を有し、且つ液体上に浮上したときに中空部の一部が液体により閉鎖されるフロートと、前記フロートに取り付けられて液体上に浮上するとともに外部からの光を前記フロートの中空部で集光するレンズと、前記中空部に設けられ、中空部で生じた液体を回収する液体室とを備える水生成装置が提供される。フロートに取り付けられたレンズが、太陽光をフロートの中空部、特に液体面に集光して、液体を蒸発する。蒸発した蒸気は閉鎖された中空部に溜まり、一方、中空部は比較的低温の液体と接しているので、蒸気は凝結して液体室に溜まる。このプロセスで液体は、中空部内で、液体源、例えば、海上から固定分や塩分のない蒸気となって蒸発し、凝結して水となって液体室から回収することができる。レンズは柔軟な光透過性容器に水を充填することによって形成されるレンズにすると携帯上便利である。
【０００６】
液体室は、フロートの中空部を画定する内壁に取り付けられることによって、フロートと一体的に成形できる。前記中空部に設けられ、レンズの集光位置に液体を維持する部材（蒸発室）を備えていてもよい。前記液体室がフロートと独立して液体上に浮上するようにしてもよく、こうすると液体が液体室に溜まってもフロートの液面上の位置は変化しないので、レンズの集光位置も一定となる。前記レンズが前記中空部を閉鎖してよく、レンズと液体とフロートの内壁で閉鎖された空間が形成され、そこで水蒸気濃度が上がり、凝縮が起こる。前記レンズの集光位置がほぼ液体面になるように設定すると液体の蒸発効率が上がる。前記液体室が金属製またはその表面に金属コーティングがされていると、液体の温度が液体室に伝導して、液体室内で凝結が起こる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の装置は、小型で、簡単な構造であるために、小型船舶にも持ち込むことができ、漂流時の飲料水を供給して人名を救うことができる。また、海水のみならず、汚染された水を浄化することもできるので、事故や災害の際に水源から飲料水を提供することができる。さらに、本発明の装置は、設置不要であり、水面に浮かすだけでよい。また、フロートを浮き輪のような内部空間に空気を充填して形成する柔軟な袋状にしてもよく、フロート及び液体室を一体的に造ることができ、レンズは柔軟な袋状容器に水を充填して形成してもよい。このようにフロート及びレンズを柔軟な袋状容器から形成すれば、未使用時はシート状に折り畳めて嵩張らず、携帯、運搬及び保存にきわめて有利となる。また、フロートは浮き輪として機能するので、海難事故の際には、このフロートにつかまりながら液体室で生成した水を補給しつつ救助を待つこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１実施形態
本発明の装置の第１実施形態を、図１Ａ〜１Ｃ、図２及び図３を用いて説明する。
本発明の海水淡水化装置１０は、図１及び２に示すように、軸Ｘを回転軸とする中空円筒状のフロートチャンバ２と、その内側に収容されるウォータチャンバ６及び蒸発室８とを備え、それらは軸Ｘとほぼ同軸上に設けられている。フロートチャンバ２は、水に浮上する発泡材から形成されている。フロートチャンバ２の上端２Ｕ（図中、上側（空側））と下端２Ｌ（図中、下側（海水側））には中空部２ａと連通する開口２ｂ、２ｃがそれぞれ形成されている。フロートチャンバ２の上端２Ｕにレンズ４が装着されることにより開口２ａは閉鎖されている。フロートチャンバ２の周壁は浮力を発生するのに十分な厚みを有する。フロートチャンバ２は発泡材以外に木材から形成してもよく、あるいは周壁の内部を中空にしてフロート機能を持たせても良い。レンズ４の光軸は軸Ｘと一致している。レンズ４の焦点はレンズ付きのフロートチャンバ２が海水面に浮上しているときに海水面と一致するようにフロートチャンバ２の浮力、すなわち、フロートチャンバ２の材料及び大きさが選定されている。例えば、フロートチャンバ２の浮上時にその下端２Ｌが海面とほぼ一致するように、フロートチャンバ２を大きくしてその浮力を十分に大きくすれば、フロートチャンバ２の下端２Ｌの中央に焦点が位置するようにレンズ４とフロートチャンバ２の長さ(高さ)を設定することができる（フロートチャンバ２の高さをレンズの焦点距離とほぼ等しくすることができる）。
【０００９】
ウォータチャンバ６は、中空状で二重管状の金属製の容器であり、円筒状の内壁６ａとその外側の円筒状の外壁６ｂと底面６ｃとを有し、それらにより水を収容する内部空間６ｄを区画している。外壁６ｂの外径はフロートチャンバ２の内径よりも小さく、ウォータチャンバ６はフロートチャンバ２の内部で軸Ｘ方向に移動可能である。ウォータチャンバ６は、その内部を海水で冷却するために熱伝導性に優れた金属材料、ステンレスやアルミニウムから形成するのが望ましい。これらの材料は水（海水）に対する耐食性にも優れる。
【００１０】
ウォータチャンバ６の内壁６ａの内側には、円盤状の蒸発室８が収容される。蒸発室８は、全体がスポンジなど多孔体から形成された部材であり、海水を内部の孔に浸透させることで、海水を内部に維持しつつ海水上に浮上する。蒸発室本体８ａの外径は、ウォータチャンバ６の内壁６ａの内径よりもわずかに小さいために、ウォータチャンバ６内で、蒸発室８は軸Ｘ方向に移動可能である。なお、蒸発室８は集光した光により加熱された水を蒸発室８内に維持して保熱する意義があるが、省略してもよい。
【００１１】
海水淡水化装置１０においては、ウォータチャンバ６と蒸発室８は浮力を持ち、ウォータチャンバ６は内部空間６ｄにより浮力を持つので、図２に示すように、それらは海水面Ｓ上で浮上する。蒸発室８の上面及び内部には海水が浸透している。レンズ４に入射した太陽光Ｌは集光されて蒸発室８の上面の海水を照射する。蒸発室８の上面の海水は、レンズ４の焦点位置Ｆに存在するために、海水は加熱されて蒸発する。蒸発室８から生じた水蒸気は上昇し、ウォータチャンバ６の上方または内部に至る。ここで、フロートチャンバ２の内部空間はレンズ４とウォータチャンバ６及び蒸発室８により区画及び閉鎖された空間であるので、海水の蒸発に伴って内部空間の蒸気密度が高まる。ウォータチャンバ６は金属製であるので、ウォータチャンバ６の内部は海水の温度により比較的低温である。それゆえ、水蒸気はウォータチャンバ６の内部空間で（飽和蒸気濃度を超えた分だけ）水に凝縮してウォータチャンバ６内に溜まる。ウォータチャンバ６に水が溜まるとその重量により海水面及びフロートチャンバ２に対して下降する。フロートチャンバ２と蒸発室８はウォータチャンバ６と分離しているために、ウォータチャンバ６の下降に影響を受けず、それらの浮力により常に海水面に対して同じ高さ位置を維持する。すなわち、レンズ４は、ウォータチャンバ６に溜まった水の量に拘わらず、常に海水面に対し一定の位置で浮上し、その集光位置を蒸発室８の上面に維持する。こうして、ウォータチャンバ６に水がある程度溜まったならば、装置１０を海水面Ｓから上げて、水を回収すればよい。
【００１２】
なお、この装置の使用時刻や地域においては光軸Ｘに対して太陽光Ｌが斜入射することがあるが、そのような太陽光Ｌの集光位置Ｆが多少変化しても、集光位置が蒸発室８のほぼ表面を維持する。太陽光線の軸Ｘに対する角度が傾斜したときの集光位置の光軸からのずれを小さくするために、レンズ4は開口数の高いもの用いるのがよい。また、蒸発室８の上面はそのような光軸に対して斜入射する太陽光の集光位置をカバーすべく、比較的広くすることが望ましい。レンズの上方に、反射角を調整可能なミラーを設置しても良い。こうすることで使用時の太陽光の照射角度に応じて、ミラーを調整してレンズの光軸と平行に太陽光をレンズに入射させることができる。また、太陽光の方向に応じてミラーまたはレンズの角度を変動させるシステムを導入してもよい。また、液体室には、細菌や有機物を除去するフィルタを取り付けてもよい。フロートの形状は環状に限らず四角形や多角形状、ドーナツ状でもよい。なお、蒸発室８そのものを省略して、海水面に直接、集光した太陽光を照射してもよい。
【００１３】
変形例１
蒸発室８は、Ｌ字状の２本の支持棒（不図示）により、互いに対向する位置でフロートチャンバ２により支持してもよい。すなわち、支持棒の一端をフロートチャンバ２の上端２Ｕの開口２ａの縁部に固定し、支持棒の他端を、蒸発室８の本体８ａに固定し得る。こうすることで、レンズ４と蒸発室８が確実に固定され、波の影響によるレンズ焦点と蒸発室８の位置変動を防止できる。ウォータチャンバ６は、支持棒の鉛直部とフロートチャンバ２の内側の間に収容すれば、支持棒はフロートチャンバ２に対するウォータチャンバ６の移動に影響しない。
【００１４】
変形例２
図３（ａ）に蒸発室８’の変形例を示す。蒸発室８’は、その本体８ａに凹状の海水溜め８ｂとそれと海水を連通する連通孔８ｃを有する。蒸発室本体８ａは、フロートチャンバ２と同じ発泡材から形成されている。連通孔８ｃはガラスまたは金属の管を本体８ａに貫通させることで形成される。蒸発室本体８ａの外径は、ウォータチャンバ６の内壁６ａの内径よりもわずかに小さいために、ウォータチャンバ６内で、蒸発室８は軸Ｘ方向に移動可能である。蒸発室８’は、海水に浮上したときに海水溜め８ｂの底面が海水面よりもわずかに下方に位置するように、その寸法や材料が選択されている。連通孔８ｃは毛細管でもよい。
【００１５】
図３（ｂ）に蒸発室の変形例を示す。蒸発室１８は、その本体１８ａに凹状の海水溜め１８ｂと海水溜め１８ｂに収容される多孔体（スポンジ）２０と本体１８ａに形成された連通孔１８ｃを有する以外は上記例の蒸発室８と同様である。多孔体２０の水分が蒸発すると、連通孔１８ｃを介して海水溜め１８ｂの多孔体２０に常に海水が供給される。多孔体２０は、海水溜め１８ｂ内での海水の流動を防止して、加熱効率を上げることができる。スポンジは金属糸の塊でもよい。あるいは、蒸発室１８をすべて多孔体から形成してもよい。
【００１６】
第２実施形態
本発明の海水淡水化装置（液体生成装置）３０は、図４（ａ）に示すように、フロート３２と、その内側空間３２ａに設けられたウォータチャンバ６とレンズ３４を備える。それらはレンズ３４の光軸Ｘとほぼ同軸上に設けられている。フロート３２は、ビニールなどの柔軟なプラスチック製の袋状容器であり、いわゆるドーナツ型の浮き輪３２である。すなわち、浮き輪は使用時に空気が内部に吹き込まれる。浮き輪３２の内側には、その下部に沿って周回するように、浮き輪３２の内径よりも小さな外径の環状部材３６ａが設けられている。環状部材３６ａは、上面が開放され、断面がほぼ直方体の形状を有する。ウォータチャンバ６は、この部材３６ａと浮き輪３２の下側内面で画定される。部材３６ａの外側面には熱伝導率を向上させるアルミ蒸着がなされている。また、環状部材３６ａの底面の一部には、生成した水を取り出す栓付きのホース（不図示）が取り付けられている。レンズ３４は、図４（ｂ）に示すように、ビニールなどから形成されたシート３４ｂとシートの中央部に形成された袋部、すなわちレンズ袋３４ａを有する。レンズ袋３４ａには液体導入口を兼ねた栓（不図示）を有する。使用時には、レンズ袋３４ａは内部に海水や水Ｗが充填されてレンズとして機能する。レンズ３６は、シート３４ｂが浮き輪３２の内部空間３２ａの上側（上側開放部）を閉鎖するように取り付けられる。シート３４ｂは、例えばその四隅と浮き輪３２にベルクロなどの着脱可能な部材を取り付けて、浮き輪３２から着脱自在にしておくのが使用上便利である。浮き輪３２のフロート内部空間３２ａはレンズ３４と液体面Ｓで完全に密閉される。レンズ３４はその集光位置Ｆが浮き輪の下面または浮き輪が浮上したときの液体面となるように、レンズ３２の厚みなどの寸法が選定されている。レンズ３４の開口数は多くの光を集めると共に、斜め入射光の影響を受けないように高くするのが望ましい。
【００１７】
この装置３０の使い方を説明する。まず、液体が存在する現場、例えば海上で浮き輪３２を膨らませる。レンズ袋３４ａに海水Ｗを充填し、図４（ｂ）に示すようにレンズシート３４ｂを浮き輪３２の上部に取付けて、浮き輪３２を海水面Ｓ上に浮かべる。太陽光Ｌがレンズ３４に入射すると海水面Ｓで集光して海水を蒸発させる。また、内部空間３２ａの温度も上がる。蒸発した水蒸気は内部空間３２ａに溜まり徐々に内部空間３２ａの水蒸気濃度が高まる。部材３６ａも海水面に接触しているので、レンズで加熱された内部空間３４ａの室温より温度が低い。このため、部材３６ａと浮き輪で画定された液体室３６内では水蒸気が飽和水蒸気量を超えて水の凝結が起こり、水が液体室３６内に溜まる。この水は塩分を含んでいないために飲料に適する。
【００１８】
浮き輪３２とレンズシート３４ｂと部分的に連結し、それらを一体的な袋状容器から形成することができる。こうすることで、未使用時はシート状に折り畳めて嵩張らず、携帯、運搬及び保存にきわめて有利となる。フロートは浮き輪として機能するので、海難事故の際には、このフロートにつかまりながら液体室で生成した水を補給しつつ救助を待つこともできる。浮き輪とレンズは透明シートから形成すると、内部空間の昇温効率を上げる。
【００１９】
第２実施形態では、部材３６ａと浮き輪３２が一体的に成形されていたが、部材３６ａを浮き輪３２と別部材にしてもいい。すなわち、浮き輪３２の内部空間３２ａの下方にはめ込むことができる環状部材としてもよい。この際、環状部材は海水により冷却されることを促すために熱伝導性の高い金属材料や金属膜を付した袋状部材であることが好ましい。また、シート状に形成された袋状のレンズ３４の代わりに、中実のプラスチックやガラス製のレンズを用いてもよく、それを、直接、浮き輪３２の上方開放部に被せてもよい。
【００２０】
図５に第２実施形態の変形例を示す。この変形例では、装置４０は、環状部材４６ａと浮き輪３２を独立して有する。環状部材４６ａは、上方が開放され、断面が直方形（または半円）である。その外径は浮き輪３２の内径よりも若干小さいので、浮き輪３２の内部空間３２ａで環状部材４６ａはわずかに水面と平行な方向に移動可能である。環状部材４６ａと浮き輪３２が独立しているので、環状部材４６ａの室内、すなわち液体室４６に凝縮した水が溜まっても、浮き輪３２の浮力は影響を受けない。それゆえ、レンズ４は液体室４６の浮上位置に拘わらず、海水面Ｓ上で一定の高さ位置に浮上していることができ、常に、海水面Ｓに光を集光する。環状部材４６ａは冷却効率を向上するために上面の開放部を小さくまたは部分的にのみ設けてよい。また、環状部材４６ａに代えて任意の形状の部材にしてもよい。例えば、開放部を水飲み口程度としたドーナツ状や直方体状や立方体状にし得る。
【００２１】
第３実施形態
水生成装置をアレイ状に連結して、生成効率を高めることができる。例えば、図６に示すように、水生成装置５０は、長尺のフロート１３２の上面に長手方向にアレイ状のレンズ１３４を備える。レンズ１３４は、矩形のビニールシート１３４ｂにレンズ袋１３４ａを所定間隔で複数設けることで形成できる。長尺の上部開放部材１４６としての液体室は、フロート１３２の内部空間に収容される。レンズ袋に水や海水を充填して、装置５０を海水または湖水上に浮かべて使用する。この装置５０は開発途上国の海水淡水化設備または湖水浄化装置に適する。
【００２２】
上記実施形態及び変形例では、海水から水を淡水化する例を挙げて説明してきたが、海水に限らず、本発明の装置は任意の水を対象としている。例えば、下流域の河の水や都市部の池や湖の水でも、そこから水に混入している金属成分などの固形分を除去し、蒸気圧または沸点の違いにより有害物質を除去した水を生成することができる。また、光は太陽光に限らず、人工の光でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の装置は、設置不要な簡単な構造であり、携帯可能で船舶への搬入や水が不足している災害地への携帯が可能であり、海水や汚水からも簡易に飲料水を供給することができるので、人命救助に極めて有効である。また、常に水が不足している地域に低コストで設置できるので、そのような地域に水不足を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】海水淡水化装置の第１実施形態の概略図である。
【図２】海水淡水化装置の第１実施形態の使用時の説明図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は海水淡水化装置の蒸発室の概略断面図である。
【図４】（ａ）は海水淡水化装置の第２実施形態の概略図であり、（ｂ）はレンズの概略図である。
【図５】海水淡水化装置の第２実施形態の変形例の概略図である。
【図６】海水淡水化装置の第３実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０，３０  海水淡水化装置、２，３２  フロート（浮き輪）、６，３５  内部空間、  ４，３４  レンズ、  ６,３６，４６  液体室、８，８'，１８  蒸発室（スポンジ），Ｓ  海水面，Ｌ  光，Ｗ  水
【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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