(57)【要約】【課題】特許文献１の淡水化装置よりも高い効率で淡水を得ることが求められる。【解決手段】淡水化装置は、不純物が溶解した液体が貯留される水槽と、複数の撥水性粒子で構成される撥水粒子層と、第１の不織布と、断熱層と、第２の不織布と、複数の貫通孔を有する通気性シートと、タンク層と、を具備し、前記水槽と、前記撥水粒子層と、前記第１の不織布と、前記断熱層と、前記第２の不織布と、前記通気性シートと、前記タンク層とは、上から下に向かって順に位置しており、前記水槽に貯留される不純物が溶解した液体が加熱されることにより、前記不純物が溶解した液体を蒸発させて水蒸気になり、前記水蒸気は、前記撥水粒子層と、前記第１の不織布と、前記断熱層と、前記第２の不織布と、前記通気性シートとを通過し、前記タンク層は、前記水蒸気を液化し、淡水を得る。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物が溶解した液体が貯留される水槽と、
複数の撥水性粒子で構成される撥水粒子層と、
第１の不織布と、
断熱層と、
第２の不織布と、
複数の貫通孔を有する通気性シートと、
タンク層と、を具備し、
前記水槽と、前記撥水粒子層と、前記第１の不織布と、前記断熱層と、前記第２の不織布と、前記通気性シートと、前記タンク層とは、上から下に向かって順に位置しており、
前記水槽に貯留される不純物が溶解した液体が加熱されることにより、前記不純物が溶解した液体を蒸発させて水蒸気になり、前記水蒸気は、前記撥水粒子層と、前記第１の不織布と、前記断熱層と、前記第２の不織布と、前記通気性シートとを通過し、
前記タンク層は、前記水蒸気を液化し、淡水を得る、
淡水化装置。
【請求項２】
前記断熱層は、パーライトで構成される、
請求項１に記載の淡水化装置。
【請求項３】
前記断熱層は、０．２ｃｍ以上２ｃｍ以下の厚みを有する、
請求項１に記載の淡水化装置。
【請求項４】
前記淡水化装置は、前記水槽の上部に、所定以上の透光性を有するプラスチックシートを備える、
請求項１に記載の淡水化装置。
【請求項５】
前記撥水粒子層は、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の厚みを有する、
請求項１に記載の淡水化装置。
【請求項６】
淡水化装置を用いて、不純物が溶解した液体から淡水を得る淡水化方法であって、
前記淡水化装置を準備する工程（ａ）と、
前記淡水化装置は、
水槽と、
複数の撥水性粒子で構成される撥水粒子層と、
第１の不織布と、
断熱層と、
第２の不織布と、
複数の貫通孔を有する通気性シートと、
タンク層と、を具備し、
前記水槽と、前記撥水粒子層と、前記第１の不織布と、前記断熱層と、前記第２の不織布と、前記通気性シートと、前記タンク層とは、上から順に位置しており、
前記水槽に不純物が溶解した液体を注ぎ、前記撥水粒子層の表面上に前記液体を配置させる工程（ｂ）と、
前記不純物が溶解した液体を加熱し、前記不純物が溶解した液体を蒸発させて水蒸気にすることにより、前記水蒸気を、前記撥水粒子層と、前記第１の不織布と、前記断熱層と、前記第２の不織布と、前記通気性シートとを通過させる工程（ｃ）と、
前記水蒸気を液化し、前記タンク層に前記淡水を得る工程（ｄ）と、
を含む、淡水化方法。
【請求項７】
前記断熱層は、パーライトで構成される、
請求項６に記載の淡水化方法。
【請求項８】
前記工程（ｃ）において、前記水槽の液体の温度を、前記通気性シートの温度よりも高くする、
請求項６に記載の淡水化方法。
【請求項９】
前記水槽の液体の温度は、摂氏４０度以上８０度以下であり、
前記通気性シートの温度は、摂氏２０度以上３０度以下であり、
請求項６に記載の淡水化方法。
【請求項１０】
前記工程（ｂ）において、前記水槽に、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以上の深さまで液体が注がれる、
請求項６に記載の淡水化方法。
【請求項１１】
前記工程（ｃ）において、前記液体は太陽光によって加熱される、
請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記工程（ｃ）において、前記液体はヒーターによって加熱される、
請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記タンク層の外周面が冷却される、
請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記タンク層の外周面が保冷剤により囲まれる、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記撥水性粒子が化学式−（ＣＦ２）ｎ−によって表されるフッ化炭素基（ここで、ｎは２以上２０以下の自然数である）を具備する、
請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、淡水化装置を用いて淡水を得るを淡水化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、撥水粒子層を用いた淡水化装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０４５８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の淡水化装置よりも高い効率で淡水を得ることが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、淡水化装置を用いて液体を淡水化する方法を提供することである。淡水化装置は、不純物が溶解した液体が貯留される水槽と、複数の撥水性粒子で構成される撥水粒子層と、第１の不織布と、断熱層と、第２の不織布と、複数の貫通孔を有する通気性シートと、タンク層と、を具備し、前記水槽と、前記撥水粒子層と、前記第１の不織布と、前記断熱層と、前記第２の不織布と、前記通気性シートと、前記タンク層とは、上から下に向かって順に位置しており、前記水槽に貯留される不純物が溶解した液体が加熱されることにより、前記不純物が溶解した液体を蒸発させて水蒸気になり、前記水蒸気は、前記撥水粒子層と、前記第１の不織布と、前記断熱層と、前記第２の不織布と、前記通気性シートとを通過し、前記タンク層は、前記水蒸気を液化し、淡水を得る。
【０００６】
前記水槽に不純物が溶解した液体を注ぎ、前記撥水粒子層の表面上に前記液体を配置させる工程と、前記不純物が溶解した液体を加熱し、前記不純物が溶解した液体を蒸発させて水蒸気にすることにより、前記水蒸気を、前記撥水粒子層と、前記第１の不織布と、前記断熱層と、前記第２の不織布と、前記通気性シートとを通過させる工程と、前記水蒸気を液化し、前記タンク層に前記淡水を得る工程を含む方法により、液体が淡水化される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の淡水化装置によれば、より高い効率で淡水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】淡水化装置を示す図。
【図１Ｂ】淡水化装置を示す図。
【図２】淡水化方法の処理フローを示す図。
【図３】撥水粒子層３と通気性シート２の温度と、得た淡水の量とを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態が図面を参照しながら以下に説明される。
【００１０】
（用語の定義）
用語「濾過」とは、固体を含有する液体が多孔質の物質を通過し、当該固体を除去することを意味する。当該固体は、当該液体に溶解していない。
【００１１】
用語「淡水化」とは、イオンのような不純物が溶解している液体から淡水を得ることである。
【００１２】
用語「濾過」および用語「淡水化」は、本明細書において、区別される。
【００１３】
用語「濾過」は、液体に溶解している不純物を除去することを意味するために用いられてはならない。
【００１４】
用語「淡水化」は、液体に溶解していない固体を除去することを意味するために用いられてはならない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１Ａは、実施形態１による淡水化装置を示す。淡水化装置は、水槽１、通気性シート２、第１の不織布６、断熱層７、第２の不織布８、撥水粒子層３、およびタンク層５を具備する。水槽１、撥水粒子層３、第１の不織布６、断熱層７、第２の不織布８、通気性シート２、およびタンク層５は、上から下から向かって順に位置される。
【００１６】
（水槽１）
水槽１は、イオンのような不純物が溶解する液体を貯留する。イオンのような不純物が溶解する液体の例は、塩水である。塩水の例は、海水である。平面的には矩形又は円形など任意の形状でよい。図１Ａに示す水槽１の側面は、後述する撥水粒子で全周囲が囲まれている。この撥水粒子で構成される壁を撥水粒子壁とも表記する。図１Ｂに示す水槽１の側面は、側壁で全周囲を囲まれている。
【００１７】
水槽１の側面と、撥水粒子層３の側面、第１の不織布６の側面、断熱層７の側面、第２の不織布８の側面、通気性シート２の側面、およびタンク層５の側面及び底面とを囲むように、容器０１を形成しても良い。
【００１８】
容器０１を形成する場合には、水槽１、撥水粒子層３、第１の不織布６、断熱層７、第２の不織布８、通気性シート２、およびタンク層５は、容器０１の内部に設けられる。
【００１９】
図１Ｂに示す容器０１は、鉛直方向に沿って立設された側壁１０１ａと、側壁１０１ａと接続された底板１０１ｂとを有する。なお、側壁は、直方向に沿って立設された下側側壁と、下側側壁と接続され、かつ、上向きに広がるように傾斜した上側側壁とで構成されても良い。例えば、下側側壁は、第１の不織布６、断熱層７、第２の不織布８、通気性シート２、およびタンク層５の側面と接している。また、上側側壁は、水槽１、撥水粒子層３の側面と接している。
【００２０】
水槽１の上部に、所定以上の透光性を有するプラスチックシートを備えても良い。
【００２１】
（撥水粒子層３）
撥水粒子層３は、水槽１及び第１の不織布６の間に位置する。撥水粒子層は、少なくとも複数の撥水性粒子、通常は多数の撥水性粒子でから構成されている。複数多数の撥水性粒子が密集して、撥水粒子層を形成している。すなわち、１つの撥水性粒子の表面は、複数の他の撥水性粒子の表面に接している。撥水粒子層は、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。
【００２２】
撥水粒子層３の望ましい厚みは、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
【００２３】
各撥水性粒子は、各撥水性粒子は、粒子と粒子表面を被覆しているおよび撥水膜とを具備する。
【００２４】
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。
【００２５】
撥水膜は、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好ましい。ｎは自然数である。好ましいｎは２以上２０以下である。
【００２６】
撥水膜は共有結合により粒子と結合していることが好ましい。以下の化学式（Ｉ）は、好ましい撥水膜を表す。
【００２７】
【化１】
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【００２８】
Ｑは水素またはフッ素である。
【００２９】
ｍ１およびｍ２は、独立して、０または１以上の自然数である。
【００３０】
ｎは２以上２０以下である。
【００３１】
撥水粒子層３の好ましい厚みは後述される。撥水性粒子を製造する方法の一例が以下、説明される。
【００３２】
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。
【００３３】
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、複数の撥水性粒子を得る。
【００３４】
詳しくは、米国特許第５２７００８０号公報（特公平０７−０６３６７０号公報に対応）を参照されたい。
【００３５】
得られた複数の撥水性粒子は、通気性シート２を具備する容器に入れられる。このようにして、複数の撥水性粒子は通気性シート２の上に積み重ねられ、撥水粒子層３を形成する。
【００３６】
（第１の不織布６、第２の不織布８）
第１の不織布６は、通気性シート２の上面に位置する。第２の不織布８は、撥水粒子層３の下面に位置する。
【００３７】
（断熱層７）
断熱層７は、第１の不織布６及び第２の不織布８の間に挟まれて位置する。断熱層７の具体的な材料の例は、パーライトである。断熱層７の望ましい厚みは、０．２ｃｍ以上２ｃｍ以下である。
【００３８】
断熱層７により、断熱層７の上部（水槽、撥水粒子層３、第１の不織布６）と、断熱層７の下部（第２の不織布８、通気性シート２、タンク層５）との間の熱交換を低減する。
【００３９】
（通気性シート２）
通気性シート２は貫通孔を具備する。貫通孔の好ましい形状は円形である。貫通孔の断面積の例は、３．１４ｍｍ２以上７８．５ｍｍ２以下である。直径が１ｍｍ未満であると、気体が通気性シート２を通過することが困難になり得る。一方、直径が５ｍｍを超えると、撥水粒子層３を構成する粒子が貫通孔を通ってタンク層５に落ち得る。貫通孔の数は限定されない。通気性シートは、パンチシートとも表記され得る。
【００４０】
通気性シート２の材料の例は、ステンレス、または樹脂である。樹脂の例は、ポリ塩化ビニルである。通気性シート２の好ましい厚みは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
【００４１】
通気性シート２の周囲が、容器の内壁面に接着剤を用いて接着される。すなわち、通気性シート２の周囲は、容器の内壁面に接している。
【００４２】
（タンク層５）
タンク層５は容器の内部の下部に位置する。すなわち、タンク層５は、容器の底面と通気性シート２との間に挟まれている。タンク層５は、通常、空気で満たされている。タンク層５の好ましい高さは、５ｃｍ以上１５ｃｍ以下である。
【００４３】
タンク層５は、撥水粒子層３、第１の不織布６、断熱層７、第２の不織布８、および通気性シート２を通過した水蒸気を液化されて淡水が生成され、生成された淡水を貯留する。
【００４４】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、タンク層５は取り出し口を有している。取り出し口から淡水が取り出される。
【００４５】
断熱層７を有することにより、水槽１（撥水粒子層３）及びタンク層５の間の熱伝導を低減することができる。水槽１では液体を加熱することにより水蒸気化するため、水槽１は所定の温度以上（例えば、４０℃以上６０℃以下）を有する。タンク層５は水蒸気を液化するため、タンク層は所定の温度以下（例えば、１５℃以下）を有する。水槽１（撥水粒子層３）の温度とタンク層５の温度は大きく異なり、水槽１（撥水粒子層３）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ため、断熱層７を有することにより、熱伝導性を低減し、淡水化の効率を向上させることができる。
【００４６】
また、撥水粒子層３の温度の低下を低減できるため、撥水粒子層３中で水蒸気が液化することにより、水槽１の液体が、直接、タンク層５に到達する液体の流路が形成する可能性を低減することにより、水槽１の液体がタンク層５に直接到達することを避けることができる。
【００４７】
図２に、淡水化装置の淡水化処理の処理フローを示す。
【００４８】
（工程（ａ））
淡水化装置が準備される。
【００４９】
（工程（ｂ））
工程（ｂ）では、水槽１に不純物が溶解した液体が注がれ、撥水粒子層３の上面上に海水層を形成する。海水層の望ましい深さは、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以上である。
【００５０】
撥水粒子層３の撥水性のため、注がれた液体はタンク層５に流れ落ちない。すなわち、注がれた液体は、液体層として撥水粒子層３の上面上に積み重ねられて維持される。
【００５１】
撥水粒子層３の好ましい厚みは５ｃｍ以上１５ｃｍ以下である。撥水粒子層３があまりにも薄いと、注がれた海水がタンク層５に流れ落ち得る。一方、撥水粒子層３があまりにも分厚いと、撥水粒子層３の重すぎる重量のために、通気性シート２が壊れて容器の内壁面から外れ得る。水槽の液体の温度を、通気性シートの温度よりも高くなる。水槽１の液体の温度の例は、摂氏４０度以上８０度以下であり、通気性シート２の温度の例は、摂氏２０度以上３０度以下である。
【００５２】
（工程（ｃ））
工程（ｃ）では、液体層の海水が加熱される。これは、海水に含まれる水が蒸発することをもたらす。このようにして、海水に含まれる水は気体、すなわち、水蒸気になる。
【００５３】
太陽光が液体層の海水が加熱することが好ましい。ヒーターが海水層の海水を加熱することもまた、好ましい。
【００５４】
加熱した固形物を液体層４に供給して、海水を加熱し得る。言うまでもないが、当該固体は海水に不溶であることが求められる。当該固体の好ましい例は、石である。    （工程（ｄ））
当該水蒸気は、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３を通り抜ける。厳密には、当該水蒸気は、撥水粒子層３を構成する複数の撥水性粒子の間に形成されている隙間を通り抜ける。このようにして、水蒸気は通気性シート２の上面に到達する。
【００５５】
さらに、水蒸気は通気性シート２が具備する貫通孔を通り抜け、タンク層５の内部に到達する。タンク層５において水蒸気は液化され、液体の水になる。好ましくは、タンク層５において水蒸気は冷却され、液体の水になる。当該液体の水は、海水に含まれている不純物を含有しない。当該不純物の例はイオンである。すなわち、当該液体の水は、淡水である。
【００５６】
このようにして、タンク層５に淡水が得られる。
【００５７】
あるいは、撥水粒子層３における隙間を通り抜けた水蒸気は、撥水粒子層３の下部または通気性シート２の上面で液化し、液体の水となる。当該液体の水は、通気性シート２が具備する貫通孔を通り抜け、タンク層５に滴り落ちる。当該液体の水もまた、淡水である。
【００５８】
このようにして、タンク層５に淡水が得られる。
【００５９】
好ましくは、容器はフタを具備する。フタは、上方向に移動する水蒸気を容器から逃がさない。太陽光が液体層を加熱する場合には、フタは透明であることが好ましい。
【００６０】
タンク層５は、必要に応じて冷却され得る。例えば、タンク層５の外周面に保冷材が位置されることにより、タンク層５は冷却される。
【００６１】
以下の実施例は、本発明をより詳細に説明する。
【００６２】
（実施例１）
（淡水化装置の用意（工程（ａ）））
まず、容器を用意した。当該容器は幅２ｍ、奥行き２ｍの直方体であった。
【００６３】
容器の内部に、水槽１、通気性シート２、第１の不織布６、断熱層７、第２の不織布８、撥水粒子層３、およびタンク層５を具備する。水槽１、撥水粒子層３、第１の不織布６、断熱層７、第２の不織布８、通気性シート２、およびタンク層５は、上から下から向かって順に位置していた。
【００６４】
容器の内部に、撥水粒子層３、第１の不織布６、断熱層７、第２の不織布８、および通気性シート２が配置されることにより、撥水粒子層３の上部に水槽１が形成され、かつ、通気性シート２の下部にタンク層５は形成された。
【００６５】
通気性シート２は、５ｍｍの厚みを有するステンレスからなる薄板であった。当該薄板は、おおよそ１０ｍｍ以下の直径を有する複数の貫通孔を有していた。第１の不織布６及び第２の不織布は、おおよそ０．５ｍｍの厚みを有していた。断熱層７は、おおよそ２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の厚みを有するパーライトであった。撥水粒子層３は、おおよそ１０ｍｍ以上３０ｍｍの厚みを有していた。
【００６６】
（液体の注入（工程（ｂ）））
塩化ナトリウムが水道水に溶解され、３．５％の塩分濃度を有する模擬海水を調製した。当該模擬海水が容器に注がれた。模擬海水は撥水粒子層３の上面上に溜まり、３ｃｍの厚みを有する液体層４が形成された。模擬海水が撥水粒子層３の下面から下方向に向かって滴ることはなかった。最後に、フタを容器に載せた。
【００６７】
（液体の淡水化）
ヒーターが液体層を囲むように、当該ヒーターが容器の外周面に巻かれた。液体層４の中に温度計が設けられた。ヒーターに電源を入れ、模擬海水を摂氏８０℃に加温した。撥水粒子層３と通気性シート２の温度差を摂氏２０度から３５度の間に調整することにより、模擬海水から淡水を得た。
【００６８】
図３に、撥水粒子層３と通気性シート２との間の温度差と、得た淡水の量とを示す。図３の縦軸は、淡水の量（ｍｌ／ｍ２／ｈｒ）であり、図３の横軸は、撥水粒子層３と通気性シート２との間の温度差（℃）である。撥水粒子層３と通気性シート２の温度差が２０度から３５度において、その温度差が大きいほど、得られる淡水の量が多くなることがわかった。
【００６９】
また、第１の不織布６、断熱層７、および第２の不織布８を有することにより、水槽１に貯留される模擬海水が、直接、タンク層５まで到達することなく、水槽１に貯留される模擬海水をタンク層５に淡水として得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、不純物が溶解した液体から淡水を得る。
【符号の説明】
【００７１】
１    水槽
２    通気性シート
３    撥水粒子層
５    タンク層
６    第１の不織布
７    断熱層
８    第２の不織布
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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