JPH0621539Y2 - 太陽熱を利用した淡水化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、太陽熱を熱源とし、蒸気は通過するが液体は
通過しない性質を有する透過膜を使用して海水から淡水
を製造する装置に関するものであり、特に、外洋ヨット
や離島の家庭等での使用に適した淡水化装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

太陽熱を熱源とし、蒸気は通過するが液体は通過しない
性質を有する透過膜を使用して海水から淡水を製造する
装置は、先行技術としての実公昭５０−１９０号公報及
び特開昭６０−３４７８６号公報等によって提案されて
いる。

そして、これら公報における淡水化装置は、傾斜状に配
設した透過膜の上面側に海水を供給して太陽熱によって
暖め、この温海水から前記透過膜の下面側に透過した蒸
気を、前記透過膜の下面側に配設した凝縮用伝熱板によ
って凝縮させて淡水を製造するようにしたものであっ
た。

〔考案が解決しようとする課題〕

一般に、蒸気は通過するが液体は通過しない性質を有す
る透過膜を使用した淡水化装置の性能、つまり淡水の製
造能力は、温海水と凝縮用伝熱板との温度差に比例する
ものであるから、温海水の温度が高い程淡水の製造能力
は増大する。一方、海水の加熱に際しては、その加熱後
の温度が６５℃以上になると、海水中の炭酸カルシウム
等のスケールの析出量が急激に増大するものであること
が知られている。

ところが、前記先行技術の太陽熱を利用した淡水化装置
は、透過膜の上面側に供給した海水を、太陽熱によって
直接的に暖めるように構成しているので、換言すると、
透過膜を備えた蒸溜器と太陽熱集熱器とが一体的に構成
されていて大型であるため、この淡水装置を、太陽熱を
受け易い場所に設置することが困難であると共に、透過
膜に供給する海水の温度を、スケールの析出がなく、且
つ、淡水の製造能力を高い値に維持できるように制御す
ることは極めて困難である点に問題がある。

すなわち、太陽の日射量は、季節、時間及び場所等によ
り大幅に変化するから、透過膜の上面側に対する海水の
供給量を、太陽の日射量が強い場合において当該海水が
太陽熱によって６５℃以上に加熱されないような値に設
定すると、太陽の日射量が弱くなった場合において、温
海水の温度が低くなるから、淡水の製造量は、温海水の
太陽による集熱量に相当する理論的製造量よりも低下す
ることになり、また、透過膜の上面側に対する海水の供
給量を、太陽の日射量が弱い場合を基準にして設定する
と、太陽の日射量が強くなった場合において、温海水の
温度が高くなり過ぎて、スケールが多量に析出すること
になる。

本考案は、この問題を解消することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために本考案は、温海水通路を区成
する透過膜と、冷却海水通路を区成する凝縮用伝熱板と
を、その間に蒸気空間室を形成するように並設した透過
膜式蒸溜器、及び太陽熱集熱器を備え、前記透過膜式蒸
溜器における蒸気空間室に淡水取出口を設け、前記冷却
海水通路の入口に海水供給管路を、前記温海水通路の出
口に海水出口管路を各々接続する一方、前記冷却海水通
路の出口を前記太陽熱集熱器の入口に、太陽熱集熱器の
出口を前記温海水通路の入口に各々接続し、且つ、前記
海水供給管路中又は前記冷却海水通路の出口から前記温
海水通路の入口に至る管路中には、前記太陽熱集熱器の
出口における海水の出口温度に関連して、この出口温度
が高くなれば開き作動し、この出口温度が低くなれば閉
じ作動するようにした流量制御弁を設けると言う構成に
したものである。

〔作用〕

この構成において、海水供給管路から透過膜式蒸溜器に
おける冷却海水通路に供給された海水は、冷却海水通路
内において凝縮用伝熱板より蒸気の凝縮潜熱を受けて温
度が上昇したのち、太陽熱集熱器に入り、ここで太陽の
日射により更に暖められて温海水となり、この温海水
が、透過膜式蒸溜器における温海水通路に供給される。

このようにして温海水通路に供給された温海水は、その
一部が蒸気になって透過膜を透過して蒸気空間室に入
り、凝縮用伝熱板の表面において凝縮して淡水となっ
て、淡水出口から器外に取り出される。

そして、太陽の日射量が強い場合において、前記太陽熱
集熱器の出口における温海水の出口温度が、例えば６５
℃を越えるように高くなると、この出口温度に関連する
流量制御弁が自動的に開いて、太陽熱集熱器に流れる海
水の量が多くなることにより、当該太陽熱集熱器の出口
からの温海水の出口温度が高くなり過ぎることを防止で
きる。

一方、太陽の日射量が弱くなって、前記太陽熱集熱器の
出口における温海水の出口温度が低くなると、この出口
温度に関連する流量制御弁が自動的に閉じて、太陽熱集
熱器に流れる海水の量が少なくすることにより、当該太
陽熱集熱器の出口からの温海水の出口温度を高い状態に
維持できるのである。

つまり、透過膜式蒸溜器における温海水通路に入る温海
水の温度を、太陽の日射量の強弱に対して、スケールの
析出がなく、且つ、淡水の製造量が低下しない温度範囲
に自動的に維持することができるのである。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面（第１図）について説明す
ると、図において、符号１は透過膜式蒸溜器、符号１１
は太陽熱集熱器を各々示し、前記透過膜式蒸溜器１は、
温海水通路２を区成する透過膜３と、冷却海水通路４を
区成する凝縮用伝熱板５とを、これら透過膜３と凝縮用
伝熱板５との間に蒸気空間室６を形成するように並設し
たものに構成されている。

一方、前記太陽熱集熱器１１は、一般の家庭や業務用等
において広く使用されている平板式や真空ガラス管式等
の集熱器であり、海水に接する部分には、銅又は銅合金
製の部品を使用するのが好ましい。

前記透過膜式蒸溜器１における蒸気空間室６に設けた淡
水出口１８には、淡水取出管路１９が接続され、前記冷
却海水通路４の入口７には、海水ポンプ９付き海水供給
管路９が、前記温海水通路２の出口１６には、海水出口
管路１７が各々接続されている。

また、前記透過膜式蒸溜器１における冷却海水通路４の
出口１０と前記太陽熱集熱器１１における入口１２とを
管路２１を介して接続する一方、前記太陽熱集熱器１１
における出口１３と前記透過膜式蒸溜器１における温海
水通路２の入口１４とを管路２２を介して接続する。

そして、前記太陽熱集熱器１１における出口１３から前
記透過膜式蒸溜器１における温海水通路２の入口１４に
至る管路２２中には、流量制御弁１５を設け、この流量
制御弁１５を、前記出口１３に近い部位に設けた温度計
２３に関連して、出口１３における海水の出口温度が高
いときには開き作動し、海水の出口温度が低いときには
閉じ作動するように構成する。

なお、温度計２３としてはバイメタル式やワックス式の
ものを採用する等して、これを前記流量制御弁１５に対
して一体的に組み込んだものにしても良く、また、流量
制御弁１５と温度計２３とを別体に構成した場合には、
例えば温度計２３をキャピラリー管からなる温度検出端
とし、キャピラリー管に封入した液体の膨脹、収縮によ
って弁開度が作動する流量制御弁１５を、前記海水供給
管路９中に設けたり、或いは、前記透過膜式蒸溜器１に
おける冷却海水通路４の出口１０と前記太陽熱集熱器１
１における入口１２とを繋ぐ管路２１中に設けたりする
ようにしても良いのである。

この構成において、海水供給管路９中における海水ポン
プ８により、約２５℃の海水が透過膜式蒸溜器１におけ
る冷却海水通路４に供給される。

この冷却海水通路４内では、透過膜３を透過した蒸気が
凝縮用伝熱板５の蒸気空間室６内における表面で凝縮す
る際の凝縮潜熱を受けて温度が上昇し、出口１０で約４
０℃になった海水が太陽熱集熱器１１内に導入される。

太陽熱集熱器１１内では、太陽からの日射を受けて海水
が暖められて温海水になる。この場合、太陽熱集熱器１
１の出口１３に設けた温度計２３と、該温度計２３に関
連する流量制御弁１５とによって、温海水は約６５℃を
越えることがないように維持されたのち、透過膜式蒸溜
器１における温海水通路２に入る。

前記温海水通路２では、約６５℃の温海水と、海水によ
り冷却されている凝縮用伝熱板５との温度差により、温
海水から蒸気が発生し、この蒸気が透過膜３を透過して
蒸気空間室６内に入る。

前記の蒸発より蒸発潜熱分に相当する熱量を失い、温度
が下がって温海水は、約４０℃になって、海水出口管路
１７から器外に排出される。

一方、前記蒸気空間室６内に透過した蒸気は、前記凝縮
用伝熱板５の蒸気空間室６内における表面において凝縮
し、水滴となって凝縮用伝熱板５の表面を流下し、淡水
出口１８より淡水取出管路１９を介して器外に取り出さ
れる。

第２図は、外洋ヨットに搭載した場合の実施例を示し、
透過膜式蒸溜器１を外洋ヨット２０におけるキャビン内
に、太陽熱集熱器１１をデッキの上面に各々設置して、
その間を前記第１図の場合と同様に接続する。

海水は海水供給管路９により透過膜式蒸溜器１における
冷却海水通路４を経て太陽熱集熱器１１に至り、ここで
太陽熱により暖められたのち、透過膜式蒸溜器１におけ
る温海水通路２を通過し、海水出口管路１７から船外に
排出される一方、透過膜式蒸溜器１における蒸気空間室
６から淡水取出管路１９を介して取り出された淡水は、
キャビン内における淡水タンク２４に蓄えられる。な
お、前記海水供給管路９中の海水ポンプ８は、デッキの
上面に搭載した太陽電池（図示せず）によって駆動され
るもので、太陽の日射量が十分であるときには、前記海
水ポンプ８は自動的に始動して、淡水を製造を開始する
ことができ、太陽の日射量が弱くなると前記海水ポンプ
８は自動的に止まって、淡水の製造を停止するのであ
る。

そして、前記のように本考案による淡水化装置を搭載し
た外洋ヨットを、３月から５月までの二ケ月にわたっ
て、オーストラリアから日本まで航海した場合におい
て、各海域における太陽の日射量と、太陽熱集熱器１１
に対する海水流量、淡水製造量との関係を求める試験を
行った結果は第１表の通りであり、また、グアム島近海
における一日の日射量の時間変化に対する太陽熱集熱器
１１の海水流量と、淡水の製造量とを求める試験を行っ
た結果は第２表の通りであった。

なお、この両試験は、いずれも太陽熱集熱器１１におけ
る集熱面積を１m²とし、且つ、当該太陽熱集熱器１１の
出口における海水の温度を６０℃に設定した場合であ
る。

〔考案の効果〕 以上の通り本考案によると、透過膜式蒸溜器における温
海水通路に入る温海水の温度を、太陽の日射量の強弱に
対して、スケールの析出がなく、且つ、淡水の製造量が
低下しない温度範囲に自動的に維持することができるか
ら、淡水を長期間にわたって安定して製造できるのであ
り、しかも、透過膜式蒸溜器と太陽熱集熱器とを別体に
構成したことにより、太陽熱集熱器を透過膜式蒸溜器と
は別個に、船におけるデッキとか屋根の上とかのように
太陽熱を受け易い場所に設置することが自在に、且つ、
容易にできるから、淡水の製造能力を向上できる効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す図、第２図は外洋ヨット
に搭載した場合の実施例を示す図である。 １……透過膜式蒸溜器、２……温海水通路、３……透過
膜、４……冷却海水通路、５……凝縮用伝熱板、６……
蒸気空間室、７……冷却海水通路の入口、８……海水ポ
ンプ、９……海水供給管路、１０……冷却海水通路の出
口、１１……太陽熱集熱器、１２……太陽熱集熱器の入
口、１３……太陽熱集熱器の出口、１４……温海水通路
の入口、１５……流量制御弁、１６……温海水通路の出
口、１８……淡水出口、２０……外洋ヨット、２１，２
２……管路、２３……温度計。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】温海水通路を区成する透過膜と、冷却海水
   通路を区成する凝縮用伝熱板とを、その間に蒸気空間室
   を形成するように並設した透過膜式蒸溜器、及び太陽熱
   集熱器を備え、前記透過膜式蒸溜器における蒸気空間室
   に淡水取出口を設け、前記冷却海水通路の入口に海水供
   給管路を、前記温海水通路の出口に海水出口管路を各々
   接続する一方、前記冷却海水通路の出口を前記太陽熱集
   熱器の入口に、太陽熱集熱器の出口を前記温海水通路の
   入口に各々接続し、且つ、前記海水供給管路中又は前記
   冷却海水通路の出口から前記温海水通路の入口に至る管
   路中には、前記太陽熱集熱器の出口における海水の出口
   温度に関連して、この出口温度が高くなれば開き作動
   し、この出口温度が低くなれば閉じ作動するようにした
   流量制御弁を設けたことを特徴とする太陽熱を利用した
   淡水化装置。