広島工業大学紀要研究編
第 49 巻（2015）109-113

論文

TSS を用いた太陽熱による水造水特性に関する基礎的研究
三角彰＊・石井義裕＊＊（平成26年10月31日受付）

A basic study on the characteristics of the water generation
using TSS with solar heat
Akira MISUMI and Yoshihiro ISHII（Received Oct. 31, 2014）

Abstract
In the world, approximately 800 million people have difﬁculty in use of hygienic water. It is necessary to use the water of non-hygienic well water, pond, and river in the country which is not maintained of water service facilities. Because a water puriﬁer and the water conversion device are expensive, and stable electricity and high technology are necessary, anyone is not a thing usable
anywhere. Therefore, the use of the solar heat water conversion device is the appropriate solution
in these countries. It is a reason to be a method to secure the drinking water which it is low cost, a
low technique, electricity-free, and is safe. In this study, the characteristics of the water generationin the solar heat water conversion device（TSS: Tubular Solar Still）made clear by outdoor experiments in Hiroshima, Japan and indoor experiments. Basic knowledge of the relation between theproduction of water generation and the initial depth of the water and the reﬂection rate of the groundsurface in the device is got in this study.
Key Words : TSS（Tubular Solar Still）,water service, solar heat system, low cost, basic study

未整備で電気も十分に届いていないような地域である。そ1 ．はじめにのため，安心安全な飲料水を一定量確保することが難しく，

日本では，水道の蛇口をひねるだけでいつでも清潔で安水環境が慢性的な社会問題となっている。水資源の確保の全安心な水をごく簡単に得ることができる。日本総人口手段の１つとして，浄水器や淡水化装置の使用が適してい１億余が毎日，水を使用しても水が水道から出なくなるとると考える。しかし，最先端の淡水化技術を用いることはいう状況は少ない。水道水は充分に飲料水として用いるこ不可能なため，現地では作製が安易で安価な淡水化装置がともでき，それを飲んでも健康に大きな問題はない。しか求められている。その有効な手段として考えているものがし，世界では水道設備の整った一部の先進国を除いては，TSS（Tubular Solar Still）である。太陽熱淡水化装置であ水道設備が整理されず，不衛生な井戸水や河川，湖水の水る TSS は，従来の淡水化技術と比較すると，環境への影を使用しなければならない地域も多い。水を居住地から遥響が小さく・低コスト・維持管理がし易い簡易的な淡水化かに離れたところまで毎日汲みに行かなければならないと装置である。TSS の問題点は造水性能が低いことである。

いう状況の国もある。

TSS の造水メカニズムの解明や造水性能の向上などを目

例えば，バングラディッシュ南部の遠隔地はインフラが＊＊＊的 と し て， 本 研 究 で は 福 原 ら１）が 開 発 し た 矩 形 型 TSS

広島工業大学大学院工学系研究科建設工学専攻
広島工業大学工学部都市デザイン工学科― 109 ―

三角彰・石井義裕（Tubular Solar Still）を用いて，TSS の実用化に向けた基（1）初期水深礎的な研究として造水実験を行い，効率的な造水方法について検討した。

表１に実験条件，表２に初期条件を示す。本研究では矩形 TSS を３基使用し，初期水深による造水特性を比較するため，それぞれの初期水深を水深１㎝，水深２㎝，水深４㎝とし実験を実施した。それぞれの水深に対応する装置を装置１，装置２，装置３とした。実験は大学内において８月～９月の２か月間に９回実施した。装置内に入れる初期水には水道水を使用した。水温，内気温，外気温，湿度，日射量を実験日前夜の 22:00 から翌日 22:00 まで 24 時間計測した。造水量は 9:00 から回収できなくなるまで計測した。

図１

実験装置
表１

実験条件

CASE1 CASE2 CASE3 CASE4 CASE5 CASE6 CASE7 CASE8 CASE92 ．実験装置・造水メカニズム

日付

8月6日 8月9日 8月13日 8月20日 8月27日 9月6日 9月10日 9月13日 9月20日

天候

晴れ

晴れ

晴れ

晴れ

晴れ

曇り/
晴れ

晴れ

曇り/
晴れ

晴れ

日最高
39.42
気温（℃）

37.41

42.54

40.18

33.98

36.92

34.40

40.30

36.59

総日射量
17.79
（MJ/ ㎡）

18.79

17.87

21.43

21.35

12.24

15.81

13.1917.86

図１に示す矩形 TSS（縦８㎝×横 10 ㎝×長さ 50 ㎝）を段ボールで作製した。段ボールで作製した矩形 TSS を黒いポリエチレンフィルムで密着し，針金で巻きつけフレームをつけた。フレームの周囲をカバー（透明のポリエチレンフィルム）する。透明のポリエチレンフィルムの透過率は約 97％であり，造水に関しての影響は少ない。図２

表２に装置の造水メカニズムを示す。太陽光によって，装置内の水が温められる。温められた水は水蒸気となる。水蒸気

初期条件

初期水深（㎝）

初期水量（ℓ）が凝縮し，ポリエチレンフィルムに水滴が付着し結露した装置１1.00 .5

水を回収する。

装置２2.01 .0

装置３4.02.0（2）地表反射率
地表反射率については，屋内と屋外で実験を行った。屋
外実験の実験条件を表３に示す屋外実験は TSS を３基使用し，地上高１ｍに設置する。架台下部に反射板を設置した。反射板なしの実験装置を「N」，白色反射板を設置した実験装置を「W」，銀色反射板を設置した実験装置を「S」とする。地表面の反射率は，｢N｣（16%），｢W｣（32%），
図２｢S｣（43%）である。装置内に入れる初期水には水道水を造水メカニズム使用し，初期水量を１ℓ，２ℓの２種類とする。計測項目・時間は初期水深の実験と同様とする。屋内実験の実験条件を表４に示す。屋内実験は TSS を１基使用し，太陽の代3 ．実験概要

わりにライト（600W）を３個使用した。ライトから装置

本研究は，TSS の造水性能の向上・造水特性の解明をの距離は 30 ㎝とする。ライトの場合の反射率は ｢N｣（５目的として初期条件を変え行った。初期水深についての比%），｢W｣（12%），｢S｣（22%）である。初期水量を１ℓ，較と地表反射率についての２つの条件を変え実験を行っ２ℓとする。実験は６時間行い，１時間ごとに屋外実験とた。

同様の計測をした。

― 110 ―

TSS を用いた太陽熱による水造水特性に関する基礎的研究
表３表５実験条件（屋外実験）

CASE1 CASE2 CASE3 CASE4 CASE5 CASE6 CASE7 CASE8 CASE9
日付
天候

総日射量（MJ/ ㎡）

8月6日 8月9日 8月13日 8月20日 8月27日 9月6日 9月10日 9月13日 9月20日
晴れ

晴れ

晴れ

晴れ

晴れ

曇り/
晴れ晴れ/
曇り

曇り/
晴れ晴れ日最高39.42
気温（℃）

37.41

総日射量
17.79（MJ/㎡）

18.79

17.87

21.43

21.35

12.24

15.81

13.19

17.86

42.54

40.18

33.98

36.92

34.40

40.30

36.59

初期水量（ℓ）111112222

初期水深（㎝）

222224444

表４

実験結果
日造水量（g）
装置１

装置２

装置３

CASE1

17.79

60.5

59.4

57.4

CASE2

18.79

72.5

56.1

60.5

CASE3

14.87

59.5

74.6

83.4

CASE4

21.43

78.3

65.4

92.3

CASE5

21.35

76.3

69.3

89.1

CASE6

12.24

25.9

28.5

25.6

CASE7

15.80

67.8

50.6

64.4

CASE8

13.1951.643.461.5

CASE917.86

60.4

57.888.8

実験条件（屋内実験）

CASE11

CASE12

CASE13

CASE14

CASE15

CASE16

日付

1月7日

1月7日

1月8日

1月14日

1月14日

1月15日

総日射量（MJ/㎡）

40.61

42.12

39.53

35.86

37.15

37.37

初期水量（ℓ）111222初期水深（㎝）

222444

図３4 ．実験結果

日射量と時間造水量の関係（CASE3）

図４では，時間造水量と気温と水温の経時変化を示す。

（1）初期水深の影響

図から造水している時の内気温・外気温・水温に着目した。

表５に日造水量を示す。日造水量の最大は水深１㎝（装造水している時間帯では，「内気温－水温」が０℃に近づ

置１）が CASE4 で 78.3g，水深２㎝（装置２）が CASE3

き，かつ「内気温－外気温」の差が大きくなると良く造水で 74.6g，水深４㎝（装置３）が CASE4 で 92.3g となる。

する傾向にある。そこで，図５に時間造水量と外気温・水CASE ごとに総日射量が異なるため総日射量の最大，最温・内気温（装置内の気温）の関係を示す。図５では，横小の CASE を除き各装置の平均日造水量を求めると，装軸に内気温－外気温，縦軸に内気温－水温，第３軸を時間

置１は 64.1g，装置２は 58.7g，装置３は 72.2g となった。

造水量をとした。バブルが大きいほど造水量が多い。 内平均日造水量は水深４㎝が最も造水しているが，水深１㎝気温と外気温の差が 20℃を超えてくると造水量が増える。

が２番目に日造水量が多なっている

内気温と水温の差は，水深１㎝，水深４㎝では，差が０℃

図３に CASE3 の時間造水量と日射量の関係を示す。日の出から４～５時間後に造水が始まる。10 時前後では，付近になると造水量が増える。水深２㎝では差が 10℃でも造水していることがわかる。

水深１㎝が最も造水している。また時間造水量のピークを向かえる時刻も早い。日射量が上昇する時間帯は，水深１㎝・２㎝が良く造水する。日射量が下降する時間帯では水深４㎝が良く造水している。初期水深が浅いほど，水は温まりやすく冷めやすい。温まった水は冷めにくいので，水が蒸発できる装置内の状態が長く保たれる。そのため，気温・日射量が下降しても水を回収できたと考えられる。このように初期水深によって造水の採れ方に特徴が見られた。

図４― 111 ―

時間造水量と気温と水温の経時変化（CASE3，装置２）

三角

時間造水量と外気温・水温・内気温の関係（CASE3）
図６
140

図６に総造水量（24 時間造水量）と太陽光の反射率のとに比較すると白色反射板は反射板なしの 1.8 倍，銀色反20

反射板なしを基準とし，水深ごとに各反射板の平均総造水

白色反射板は 1.0 倍，銀色反射板は 1.2 倍となり，反射率W0.0S

反射板・水深と平均総造水量の関係（屋外実験）
3.0
Ỉ῝2੉⥲㐀Ỉ㔞㸦㹥㸧

㎝と水深４㎝の総造水量の比を反射板ごとに比較する。図と同様に反射率が高いと総造水量が多い。反射板なしを基N60が大きいほど造水量が多くなる。さらに各反射板の水深２総造水量は水深２㎝の銀色反射板が最も採れた。屋外実験

0.5

図７

反射板は 1.5 倍，銀色反射板は 1.8 倍となり，水深４㎝の時間造水量と内気温と外気温の差の関係を示す。図８より1.00量を比較する。図３の■と▲に着目すると水深２㎝の白色

図８に各反射板による各水深の総造水量の関係，図９に2.01.5

り総造水量は水深２㎝の銀色反射板が最大であった。次に浅い方が造水量に及ぼす反射板の影響が大きい。

2.56040

銀色反射板が 1.6 倍，白色反射板が 1.6 倍となり，水深がỈ῝2cm

80

射板は反射板なしの 2.3 倍の造水効果が得られた。図７よ７の□に着目すると水深４㎝より，反射板なしが 1.1 倍，

Ỉ῝4cm

Ỉ῝2cm100⥲㐀Ỉ㔞㸦㹥㸧

総日射量が最も高い CASE4 の総造水量について反射板ご

Ỉ῝4cm

120

関係，図７に各反射板による各水深の平均総造水量の関係を示す。図６よりアルベドが大きいと総造水量が多くなり，

3.0
Ỉ῝2cm

⥲㐀Ỉ㔞ࡢẚ（2）反射板の影響

総造水量と反射率（屋外実験）

Ỉ῝4cm

Ỉ῝2cm

Ỉ῝4cm

Ỉ῝2cm

50

2.540

2.030

1.520

1.0100.50準とし，水深ごとに各反射板の総造水量を比較する。図中N

図８WS⥲㐀Ỉ㔞ࡢẚ図５彰・石井義裕

0.0

反射板・水深と総造水量の関係（屋内実験）の■と▲に着目すると水深２㎝の白色反射板は 1.5 倍，銀色反射板は 1.7 倍となり，水深４㎝の白色反射板は 1.3 倍，銀色反射板は 1.5 倍となり，反射率が高いほど造水量が多い。各反射板の水深２㎝と水深４㎝の総造水量の比を比較する。図中の□に着目すると水深２㎝は水深４㎝より，反射板なしが 1.4 倍，白色反射板が 1.6 倍，銀色反射板が 1.6倍となり，水深が浅い方が反射板の影響は大きい。図９より水深２㎝では温度差が約 30℃，水深４㎝では温度差が約 25℃になると急激に時間造水量が増加している。

図９― 112 ―

時間造水量と内気温と外気温の差の関係（屋内実験）

TSS を用いた太陽熱による水造水特性に関する基礎的研究

温度差が影響を与えている。

5 ．結論（4）反射板を使用することで温度が上がりやすく造水効果が高い。

・初期水深については（1）水深２㎝を基準とし日造水量を比較すると，水深１㎝は 1.1 倍，水深４㎝は 1.2 倍となり水深４㎝が最も造これらのことにより，同じ水量を使用する場合，水深４㎝の装置よりも水深２㎝の装置複数台を使用する方が造水水した。
（2）水深２㎝を基準とし回収率を比較すると，水深１㎝は2.2 倍，水深４㎝は 0.61 倍となる水深１㎝が最も造水量を多く採れる。さらに架台の下部に銀色反射板を設置し，反射率を高くすればより造水向上が見込める。

効率が高い。
（3）初期水深が水温の変化に影響しているため，それぞれ参考文献

造水特徴が見られた。水深１㎝では，日射量が上昇する午前中に造水し，水深４㎝では日射量の下降する時

１）福原輝幸：アラブ首長国連邦における円筒型太陽熱淡間帯に造水した。

水化装置の造水性能，地下水技術，第 48 巻，第６号，（4）「内気温－水温」が０℃に近づき，かつ「内気温－外pp.31～35，2006.

気温」の差が大きくなると良く造水する傾向にある。

２）JETRO「水事情バングラディッシュ」，pp.1，４～7．

2013．
・反射板については<www.jetro.go.jp/theme/bop/precedents/pdf/lifestyle_（1）水深２㎝の場合，銀色反射板を使用することで約 1.8倍の造水効果が得られる。

ﬁnance_bd.pdf>（2014/11/28 確認）
３）山路昂央・寺崎寛章・福原輝幸・石井義裕：円筒型太（2）水深４㎝の場合と比較すると，水深２㎝の方が最大 1.6倍の総造水量が得られる。

陽熱淡水化装置（TSS）の造水慣性，土木学会論文集

B １（水工学），Vol.69，No.4，l_14441-l_1446，2013．

（3）造水には，内気温と外気温の温度差・内気温と水温の― 113 ―