蒸留装置
【課題】低コスト化を図りながら、蒸留を安定して行うことができる蒸留装置を提供することを目的とする。
【解決手段】蒸留装置１は、貯水槽２と、蒸留装置本体３と、供給ポンプ４と、減圧ポンプ５と、超微細気泡発生装置６と、熱源７と、太陽光発電装置９とを具備し、太陽光発電装置９は、太陽電池パネル５１と、この太陽電池パネル５１の下面に接するように設けられる第一冷却パネル８１とを有し、蒸留水を第一冷却パネル８１と貯水槽２内に設けられた第一熱交換部材８４の内部との間に流通させ、太陽電池パネル５１の熱を当該原料水に回収させる。
【解決手段】蒸留装置１は、貯水槽２と、蒸留装置本体３と、供給ポンプ４と、減圧ポンプ５と、超微細気泡発生装置６と、熱源７と、太陽光発電装置９とを具備し、太陽光発電装置９は、太陽電池パネル５１と、この太陽電池パネル５１の下面に接するように設けられる第一冷却パネル８１とを有し、蒸留水を第一冷却パネル８１と貯水槽２内に設けられた第一熱交換部材８４の内部との間に流通させ、太陽電池パネル５１の熱を当該原料水に回収させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料水を蒸留して蒸留水を製造する蒸留装置に関し、特に、太陽光発電装置を具備する蒸留装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、本体内空間部を減圧させ、原料水を蒸留させて蒸留水を取得する蒸留装置は公知となっている。例えば、本体内空間部を減圧状態に保つことのできる容器と、加熱・冷却する加熱・冷却手段を備えた容器と、水蒸気を凝縮させる凝縮手段を備えた容器とを具備する第一の蒸留装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、高密度化したフィルターに原料水を圧送して濾過し生成する第二の蒸留装置も公知となっている。
【０００４】
また、蒸留装置内へ原料水を圧送する圧送手段や本体内空間部を減圧状態に保つための減圧手段等を駆動させるために使用する電力を、太陽光発電装置から供給する第三の蒸留装置も公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
一方、近年、超微細気泡を使用する技術が注目されている。前記超微細気泡は、表面積が非常に大きい特性および自己加圧効果などの物理化学的な特性を有しており、その特性を生かして、排水浄化、洗浄、および、浴槽内での身体ケア等に使用する技術が開発されている。
【０００６】
さらに、前記超微細気泡は、高い熱伝導性を有していることが分かっている。超微細気泡を含んだ液体は超微細気泡を含まない液体よりも温度変化が速いことが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３９５３６号公報
【特許文献２】特開２００６−１８１５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記第一の蒸留装置においては、原料水を加熱して沸騰させるための大きな熱量が必要となる。ここで、原料水の加熱方法として、化石エネルギーの燃焼による加熱を行った場合には、多量の二酸化炭素が発生することとなり環境に悪影響を及ぼすことがあるとともに、燃料コストの変動が蒸留装置の運転コストに大きな影響を及ぼすことがあった。
【０００９】
前記第二の蒸留装置においては、原料水を加圧するために大きなエネルギーを使用する。また、蒸留装置の初期投資コストが多大となるとともに、使用済みのフィルターの詰まりを清掃するためにメンテナンスコストも多大となっていた。
【００１０】
前記第三の蒸留装置においては、原料水の加熱による環境への悪影響を抑制することができるが、太陽電池パネルの温度が太陽光を受けて上昇すると、太陽光発電装置の発電効率が低下するため、この影響を受けて蒸留を安定して行うことができないおそれがあった。
【００１１】
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、低コスト化を図りながら、蒸留を安定して行うことができる蒸留装置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】
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１３】
即ち、請求項１においては、原料水を貯溜するための貯水槽と、原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体と、原料水を前記貯水槽から前記蒸留装置本体へ供給するための供給手段と、前記蒸留装置本体内を減圧するための減圧手段と、前記蒸留装置本体に供給された原料水に超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、前記蒸留装置本体に供給された原料水を加熱する加熱手段と、前記蒸留装置本体で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器と、前記供給手段、前記減圧手段、前記加熱手段、および前記超微細気泡発生手段に電力を供給するための太陽光発電装置とを具備し、前記太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの下面に接するように設けられる熱交換手段とを有し、蒸留水を前記熱交換手段と貯水槽内に設けられた貯水槽用熱交換手段との間に流通させ、前記太陽電池パネルの熱を当該原料水に回収させるものである。
【００１４】
請求項２においては、原料水を貯溜するための貯水槽と、原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体と、原料水を前記貯水槽から前記蒸留装置本体へ供給するための供給手段と、前記蒸留装置本体内を減圧するための減圧手段と、前記蒸留装置本体に供給された原料水に超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、前記蒸留装置本体に供給された原料水を加熱する加熱手段と、前記蒸留装置本体で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器と、冷媒と温媒との間で熱交換をするための補助熱交換手段と、前記供給手段、前記減圧手段、前記加熱手段、前記超微細気泡発生手段、および前記補助熱交換手段に電力を供給するための太陽光発電装置とを具備し、前記太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの下面に接するように設けられる熱交換手段とを有し、前記冷媒を前記熱交換手段に流通させ、前記補助熱交換手段は、前記太陽光発電装置の熱交換手段を通過した後の冷媒の熱を温媒に伝導し、前記温媒を前記貯水槽内に設けられた貯水槽用熱交換手段と補助熱交換手段との間に流通させ、前記太陽電池パネルの熱を当該原料水に回収させるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１６】
請求項１においては、太陽電池パネルの冷却によって奪った熱量を使用して、原料水を予め加熱することが可能となる。したがって、電力消費量を低減して、低コスト化を図ることができるとともに、太陽光発電装置の発電効率を維持して、蒸留を安定して行うことができる。
【００１７】
請求項２においては、太陽電池パネルの冷却によって奪った熱量を使用して、原料水を予め加熱することが可能となる。また、熱交換手段の内部に熱交換効率の高い冷媒を流して効率よく太陽電池パネルの冷却を行うことが可能となる。したがって、電力消費量を低減して、低コスト化を図ることができるとともに、太陽光発電装置の発電効率を維持して、蒸留を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る蒸留装置の全体的な構成を示した概略図。
【図２】蒸留装置本体の空間部および蒸気冷却部を示した拡大一部断面図。
【図３】太陽光発電装置の一部断面斜視図。
【図４】原料水用超微細気泡発生装置および第一冷却パネルの構成を示した概略図。
【図５】本発明の第二実施形態に係る蒸留装置の全体的な構成を示した概略図。
【図６】太陽光発電装置の一部断面斜視図。
【図７】冷媒用超微細気泡発生装置および第二冷却パネルの構成を示した概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
［第一実施形態］
まず、本発明の第一実施形態に係る蒸留装置１の構成について図１を用いて説明する。
【００２１】
蒸留装置１は、蒸留装置本体３内を減圧して、原料水を蒸留することによって、蒸留水を製造するものである。
図１に示すように、蒸留装置１は、貯水槽２と、蒸留装置本体３と、供給ポンプ４と、減圧手段である減圧ポンプ５と、超微細気泡発生手段である超微細気泡発生装置６と、加熱手段である熱源７と、蒸留水容器８と、太陽光発電装置９と、を具備する。
【００２２】
貯水槽２は、原料水を貯溜するための水槽である。貯溜された原料水は、貯水槽２から供給ポンプ４を介して蒸留装置本体３に設けられた原料水加熱部１１内へと供給される。原料水を貯水槽２に一旦貯溜することにより、原料水に含まれる固形ゴミを沈殿させることができる。
【００２３】
蒸留装置本体３は、原料水の蒸留が行われる容器である。蒸留装置本体３は、貯水槽２から供給ポンプ４を介して供給された原料水を加熱する原料水加熱部１１と、この原料水加熱部１１の上方に設けられた空間部１２と、この空間部１２の上方に設けられた蒸気冷却部１３と、を有する。原料水加熱部１１、空間部１２、および蒸気冷却部１３は上下に連通される。また、蒸気冷却部１３には、原料水を加熱することにより発生した水蒸気を冷却し液化させるための蒸気凝集器１４が設けられている。
【００２４】
供給ポンプ４は、貯水槽２内の原料水を汲み上げ、蒸留装置本体３の原料水加熱部１１へ供給可能に構成される。また、供給ポンプ４は、原料水加熱部１１内の原料水を汲み上げ、再び原料水加熱部１１へ供給可能に構成される。供給ポンプ４は、貯水槽２内の原料水と原料水加熱部１１内の原料水とを同時に汲み上げ、原料水加熱部１１へ供給可能に構成される。
【００２５】
減圧ポンプ５は、蒸留装置本体３の原料水加熱部１１、空間部１２、および蒸気冷却部１３の内部に存在する空気を外部へ排出可能に構成され、原料水加熱部１１、空間部１２、および蒸気冷却部１３の内部の減圧を行うものである。減圧ポンプ５は蒸留装置本体３の蒸気冷却部１３に接続されている。
この減圧ポンプ５を用いて原料水加熱部１１、空間部１２、および蒸気冷却部１３の内部の減圧を行うことにより、蒸留装置本体３内の原料水の蒸発および沸騰する温度を下げることが可能となる。
【００２６】
超微細気泡発生装置６は、気体供給ポンプ２１と、活性酸素発生装置２２と、気泡発生媒体２３と、を具備する。気体供給ポンプ２１および活性酸素発生装置２２は蒸留装置本体３の外部に設けられ、気泡発生媒体２３は蒸留装置本体３の内部に設けられる。
【００２７】
気体供給ポンプ２１は、活性酸素発生装置２２と接続され、第一気体供給路２４を介して外部の空気を活性酸素発生装置２２へ供給可能に構成される。
活性酸素発生装置２２は、気体供給ポンプ２１により供給された外部の空気中の酸素からオゾン等の活性酸素を生成する装置である。活性酸素発生装置２２によって生成されたオゾン等の活性酸素は、気体供給ポンプ２１によって圧送された空気に押し出され、第二気体供給路２５を介して気泡発生媒体２３へと圧送される。
なお、本実施形態においては、気泡発生媒体２３から発生させる超微細気泡２００をオゾン等の活性酸素を用いて形成しているが、これに限定するものではなく、例えば、空気や酸素を用いて形成することも可能である。
【００２８】
気泡発生媒体２３は、図１に示すように、蒸留装置本体３の原料水加熱部１１の水面下に配置されており、活性酸素発生装置２２において生成された活性酸素を超微細気泡２００として原料水内へ放出して、原料水中に超微細気泡２００を発生させる。気泡発生媒体２３は、固体組織がイオン結合による分子構造である高密度複合体で形成されている。高密度複合体は炭素系の素材などからなる導電体であり、気泡発生媒体２３から発生する超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。言い換えれば、導電体である気泡発生媒体２３を通過する際に超微細気泡２００に自由電子が付加されることにより、超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。この負の電荷により超微細気泡２００同士が互いに反発するため、超微細気泡２００が合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００２９】
熱源７は、図１に示すように、蒸留装置本体３の原料水加熱部１１に供給された原料水を加熱する。熱源７は、超微細気泡発生装置６の第二気体供給路２５および気泡発生媒体２３に接するように設けられている。熱源７は、例えば電気式のヒーターで構成されており、熱を発生させて、気泡発生媒体２３および第二気体供給路２５に伝導させる。これにより、熱が気泡発生媒体２３の内部空間を通過する活性酸素、および第二気体供給路２５を通過する活性酸素へ伝導する。また、熱源７は、原料水加熱部１１内の原料水に直接熱を伝導させる構成とすることも可能である。
【００３０】
蒸留水容器８は、蒸留装置本体３の外部に設けられている。蒸留水容器８は、蒸気冷却部１３の蒸気凝集器１４により冷却されて、この蒸気冷却部１３から滴下する蒸留水を貯溜する。
なお、本実施形態においては、蒸留水容器８を蒸留装置本体３と別体で設けているが、これに限定するものではなく、蒸留装置本体３の内部に蒸留水容器８を形成することもできる。
【００３１】
蒸気凝集器１４は、蒸留装置本体３の蒸気冷却部１３に設けられている。蒸気凝集器１４は、高密度複合体で形成されている。また、蒸気凝集器１４を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。また、図２に示すように、蒸気凝集器１４はその内部に冷媒を通すための通路１４ａを有する。前記冷媒は図２に示す配管１５を通じて通路１４ａと図示せぬ冷媒タンクとの間を循環させる。
【００３２】
蒸気凝集器１４は、図２に示すように、通路１４ａが設けられた平板部１４ｂと、平板部１４ｂより突出した複数の突出部１４ｃとから形成されている。言い換えれば、蒸気凝集器１４は正面視櫛型に形成されている。複数の突出部１４ｃは、平板部１４ｂから下方に突出される。蒸気凝集器１４は、複数の突出部１４ｃを設けることにより蒸気凝集器１４全体の表面積を拡大させて、蒸気と接触する面積を拡大している。
なお、本実施形態においては、蒸気凝集器１４は櫛型に形成されているがこれに限定されるものではなく、例えば、蒸気凝集器１４は板状に形成し、蒸気凝集器１４の内部に冷媒を通すための通路を複数設ける構成とすることも可能である。
【００３３】
蒸気冷却部１３の下部であって蒸気凝集器１４の下方には、蒸気凝集器１４に付着した蒸留水の水滴を集めるための蒸留水溜まり４１が設けられている。蒸留水溜まり４１に集められた蒸留水の水滴は、蒸気冷却部１３の収蒸留水溜まり４１の底部側に設けられた通路４２を通って、蒸留水容器８に滴下する。
【００３４】
太陽光発電装置９は、図１に示すように、供給ポンプ４、減圧ポンプ５、超微細気泡発生装置６の気体供給ポンプ２１および活性酸素発生装置２２、並びに熱源７に電力を供給する装置である。太陽光発電装置９は、太陽電池パネル５１と、後述する熱交換手段とを具備する。
【００３５】
太陽電池パネル５１は、太陽電池（セル）を複数枚直並列接続してパネル状に構成しており、光起電力効果により太陽光を電力に変換して出力する。また、太陽電池パネル５１の発電効率は高温になると低下する。
【００３６】
このように構成した蒸留装置１を使用した蒸留水の製造方法について、図１および図２を用いて説明する。
【００３７】
まず貯水槽２に原料水を投入する。ここで、原料水とは例えば河川の水や地下水、海水等である。貯水槽２に貯溜された原料水は、供給ポンプ４により蒸留装置本体３の原料水加熱部１１へと供給される。一方、気体供給ポンプ２１により活性酸素発生装置２２へ空気が供給され、活性酸素発生装置２２において空気中の酸素から活性酸素が生成される。この活性酸素は第二気体供給路２５を介して気泡発生媒体２３へと供給される。気泡発生媒体２３へと供給された活性酸素は、第二気体供給路２５および気泡発生媒体２３を通過する際に熱源７によって温められ熱を帯びる。そして、熱を帯びた活性酸素は気泡発生媒体２３の図示せぬ孔から原料水中に超微細気泡２００として噴出し、多量の超微細気泡２００が原料水内へ混入される。これにより、原料水は熱を帯びた超微細気泡２００から熱量を与えられ、温められ沸騰することとなる。なお原料水加熱部１１および空間部１２内の気圧は減圧されているため、原料水が沸騰する温度は常圧での沸点である摂氏１００度よりも低い。また、オゾン等の活性酸素により原料水内の細菌等を殺菌、洗浄することができる。
【００３８】
次に、太陽光発電装置９において発生した熱を用いて原料水を予め加熱する方法について図１および図３を用いて説明する。
【００３９】
太陽光発電装置９においては、太陽電池パネル５１は高温になると発電効率が低下するため、太陽光を受けて高温になった太陽電池パネル５１を冷却するための熱交換手段である第一冷却パネル８１が設けられている。
【００４０】
第一冷却パネル８１は高密度複合体で構成されている。この第一冷却パネル８１を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。第一冷却パネル８１は、太陽電池パネル５１と略同じ面積で所定の厚みを有する板状に構成されており、太陽電池パネル５１の下面全面に接触するように設けられている。
【００４１】
図３に示すように、第一冷却パネル８１の内部には、蒸留水を流通させるための冷却水用通路８２が設けられている。冷却水用通路８２は第一冷却パネル８１内を幾重にも往復している。冷却水用通路８２の入水口８２ａおよび出水口８２ｂは蒸留水容器８に接続されている。そして、蒸留水容器８内の蒸留水が、第一冷却パネル用圧送ポンプ８３により圧送されて、冷却水用通路８２と蒸留水容器８との間を循環する。
なお、本実施形態においては、原料水を蒸留した蒸留水を使用しているが、これに限定するものではなく、例えば、別途蒸留水を用意して冷却水用通路８２に流通させることも可能である。
【００４２】
また、冷却水用通路８２において太陽電池パネル５１から吸熱することで加熱された蒸留水は、貯水槽２内に設けられた貯水槽用熱交換手段である第一熱交換部材８４の内部を通過する。この第一熱交換部材８４を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。このように構成することにより、蒸留水は、第一熱交換部材８４の内部を通過する際、太陽電池パネル５１の冷却の際に発生する熱を、第一熱交換部材８４を介して、貯水槽２内の原料水へ伝導する。
【００４３】
したがって、原料水が貯水槽２で予め加熱されることとなるため、蒸留装置本体３内へ供給されたときに蒸留させるための熱量を低減させることができる。すなわち、太陽電池パネル５１の冷却の際に発生する熱を利用して原料水を予め加熱することができるので、熱源７から供給される熱量が少なくても、蒸留を行うことが可能となる。また、太陽電池パネル５１を冷却することが可能となる。
【００４４】
以上のように、本発明の第一実施形態に係る蒸留装置１は、原料水を貯溜するための貯水槽２と、原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体３と、原料水を貯水槽２から蒸留装置本体３へ供給するための供給ポンプ４と、蒸留装置本体３内を減圧するための減圧ポンプ５と、蒸留装置本体３に供給された原料水に超微細気泡２００を発生させる超微細気泡発生装置６と、蒸留装置本体３に供給された原料水を加熱する熱源７と、蒸留装置本体３で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器８と、供給ポンプ４、減圧ポンプ５、熱源７、および超微細気泡発生装置６の気体供給ポンプ２１および活性酸素発生装置２２に電力を供給するための太陽光発電装置９とを具備し、太陽光発電装置９は、太陽電池パネル５１と、この太陽電池パネル５１の下面に接するように設けられる第一冷却パネル８１とを有し、蒸留水を第一冷却パネル８１と貯水槽２内に設けられた第一熱交換部材８４の内部との間に流通させ、太陽電池パネル５１の熱を当該原料水に回収させるものである。
このように構成することにより、太陽電池パネル５１の冷却によって奪った熱量を使用して、原料水を予め加熱することが可能となる。したがって、電力消費量を低減して、低コスト化を図ることができるとともに、太陽光発電装置９の発電効率を維持して、蒸留を安定して行うことができる。
【００４５】
また、図４に示すように、本発明の第一実施形態に係る蒸留装置１においては、熱交換用超微細気泡発生手段である蒸留水用超微細気泡発生装置９０を第一冷却パネル８１と第一冷却パネル用圧送ポンプ８３との間に設けることもできる。
【００４６】
蒸留水用超微細気泡発生装置９０は、蒸留水用超微細気泡発生容器９１と蒸留水用空気供給ポンプ９２と、蒸留水用気泡発生媒体９３と、を具備する。
蒸留水用超微細気泡発生容器９１は、蒸留水を貯溜して、蒸留水用気泡発生媒体９３を収容する容器である。
蒸留水用気体供給ポンプ９２は、外部の空気を蒸留水用気泡発生媒体９３へ供給する。また、蒸留水用気体供給ポンプ９２には太陽光発電装置９から電力が供給される。
【００４７】
蒸留水用気泡発生媒体９３は蒸留水中に超微細気泡２００を発生させる。蒸留水用気泡発生媒体９３は、固体組織がイオン結合による分子構造である高密度複合体で形成されている。高密度複合体は炭素系の素材などからなる導電体であり、蒸留水用気泡発生媒体９３から発生する超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。言い換えれば、導電体である蒸留水用気泡発生媒体９３を通過する際に超微細気泡２００に自由電子が付加されることにより、超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。この負の電荷により、超微細気泡２００同士が互いに反発するため、超微細気泡２００が合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。蒸留水用気泡発生媒体９３は、直径数μｍ〜数十μｍの図示せぬ細かな孔を多数有しており、蒸留水用気体供給ポンプ９２から圧送された空気が孔から液体中へ放出される構造となっている。すなわち、蒸留水用気体供給ポンプ９２から圧送された空気のガス圧で、超微細気泡２００が孔から液体中へ放出されるものである。
【００４８】
このように構成することにより、蒸留水中に超微細気泡２００が多量に含まれることとなる。超微細気泡２００を多量に含んだ蒸留水は、通常の蒸留水に比べて熱伝導効率が高いため、第一冷却パネル８１内の冷却水用通路８２を流通する間に、より効率よく太陽電池パネル５１を冷却することが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態においては、蒸留水を第一冷却パネル８１と貯水槽２内に設けられた第一熱交換部材８４の内部との間に流通させるが、原料水を直接第一冷却パネル８１に流通させて、太陽電池パネル５１の冷却を行うことも可能である。この場合、原料水は、第一冷却パネル用圧送ポンプ８３によって貯水槽２から第一冷却パネル８１の冷却水用通路８２へと圧送され、冷却水用通路８２において太陽電池パネル５１から吸熱することで加熱される。冷却水用通路８２を通過して加熱された原料水は貯水槽２へ再び戻される。このように原料水が太陽電池パネル５１の熱を回収することによって、貯水槽２内の原料水の温度が向上する。
【００５０】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る蒸留装置１０１の構成について図５および図６を用いて説明する。なお、第一実施形態と同一の部分については、図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
太陽光発電装置９においては、太陽電池パネル５１は高温になると発電効率が低下するため、太陽光を受けて高温になった太陽電池パネル５１を冷却するための熱交換手段である第二冷却パネル１１１が設けられている。
第二冷却パネル１１１は高密度複合体で構成されている。この第二冷却パネル１１１を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。第二冷却パネル１１１は、太陽電池パネル５１と略同じ面積で所定の厚みを有する板状に構成されており、太陽電池パネル５１の下面全面に接触するように設けられている。
【００５２】
第二冷却パネル１１１の内部には、冷媒を流通させるための冷媒用通路１１２が設けられている。冷媒は液体であり、例えば純水やシリコン油である。冷媒用通路１１２は第二冷却パネル１１１内を幾重にも往復している。冷媒用通路１１２の冷媒入口１１２ａおよび冷媒出口１１２ｂは補助熱交換手段であるヒートポンプ１１３に接続されている。そして、冷媒が、冷媒用通路１１２とヒートポンプ１１３との間を循環する。
【００５３】
また、貯水槽２内には、貯水槽用熱交換手段である第二熱交換部材１１４が設けられている。この第二熱交換部材１１４を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。第二熱交換部材１１４の内部には温媒を流通させる。温媒は液体であり、例えば純水やシリコン油である。そして、温媒は、第二熱交換部材１１４の内部とヒートポンプ１１３との間を循環する。
【００５４】
ヒートポンプ１１３は冷媒の熱を温媒へ受け渡すための装置である。ヒートポンプ１１３は例えば、圧縮機、蒸発器、膨張器および膨張弁などにより構成されている。ヒートポンプ１１３には太陽光発電装置９から電力が供給される。
【００５５】
このように構成することにより、冷媒が、ヒートポンプ１１３から第二冷却パネル１１１の冷媒用通路１１２へと流通し、冷媒用通路１１２において太陽電池パネル５１から吸熱することで加熱される。冷媒用通路１１２を通過して加熱された冷媒はヒートポンプ１１３へ再び戻される。
【００５６】
また、温媒は、ヒートポンプ１１３と第二熱交換部材１１４の内部との間を循環する。このように構成することによって、ヒートポンプ１１３において、冷媒と温媒との間で熱交換が行われる。すなわち、冷媒が冷媒用通路１１２内を流通して、太陽電池パネル５１から吸熱し、太陽電池パネル５１を冷却する。そして、ヒートポンプ１１３において、太陽電池パネル５１の冷却を終えて加熱された冷媒から温媒へと熱が伝導される。熱せられた温媒は、第二熱交換部材１１４の内部を通過する際、伝導された熱を、第二熱交換部材１１４を介して、貯水槽２内の原料水へ伝導する。
【００５７】
したがって、原料水が貯水槽２で予め加熱されることとなるため、蒸留装置本体３内へ供給されたときに原料水を蒸留させるために必要な熱量を低減させることができる。すなわち、太陽電池パネル５１の冷却の際に発生する熱を利用して原料水を予め加熱することができるので、熱源７から供給される熱量が少なくても、蒸留を行うことが可能となる。また、冷媒用通路１１２には熱伝導効率の高い冷媒を流通させることができるため、効率よく太陽電池パネル５１を冷却することができる。
【００５８】
以上のように、本発明の第二実施形態に係る蒸留装置１０１は、原料水を貯溜するための貯水槽２と、原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体３と、原料水を貯水槽２から蒸留装置本体３へ供給するための供給ポンプ４と、蒸留装置本体３内を減圧するための減圧ポンプ５と、蒸留装置本体３に供給された原料水に超微細気泡２００を発生させる超微細気泡発生装置６と、蒸留装置本体３に供給された原料水を加熱する熱源７と、蒸留装置本体３で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器８と、冷媒と温媒との間で熱交換をするためのヒートポンプ１１３と、供給ポンプ４、減圧ポンプ５、熱源７、並びに超微細気泡発生装置６の気体供給ポンプ２１および活性酸素発生装置２２に電力を供給するための太陽光発電装置９とを具備し、太陽光発電装置９は、太陽電池パネル５１と、この太陽電池パネル５１の下面に接するように設けられる第二冷却パネル１１１とを有し、前記冷媒を第二冷却パネル１１１に流通させ、ヒートポンプ１１３は、太陽光発電装置９の第二冷却パネル１１１を通過した後の冷媒の熱を温媒に伝導し、温媒を貯水槽２内に設けられた第二熱伝導部材１１４とヒートポンプ１１３との間に流通させ、太陽電池パネル５１の熱を原料水に回収させるものである。
このように構成することにより、太陽電池パネル５１の冷却によって奪った熱量を使用して、原料水を予め加熱することが可能となる。また、第二冷却パネル１１１の内部に熱交換効率の高い冷媒を流して効率よく太陽電池パネル５１の冷却を行うことが可能となる。したがって、電力消費量を低減して、低コスト化を図ることができるとともに、太陽光発電装置９の発電効率を維持して、蒸留を安定して行うことができる。
【００５９】
また、図７に示すように、本発明の第二実施形態に係る蒸留装置１０１においては、熱交換用超微細気泡発生手段である冷媒用超微細気泡発生装置１２０を第二冷却パネル１１１とヒートポンプ１１３との間に設けることもできる。
【００６０】
冷媒用超微細気泡発生装置１２０は、超微細気泡発生容器１２１と冷媒用空気供給ポンプ１２２と、冷媒用気泡発生媒体１２３と、を具備する。
超微細気泡発生容器１２１は、冷媒を貯溜して、冷媒用気泡発生媒体１２３を収容する容器である。
冷媒用気体供給ポンプ１２２は、外部の空気を冷媒用気泡発生媒体１２３へ供給する。また、冷媒用気体供給ポンプ１２２には太陽光発電装置９から電力が供給される。
【００６１】
冷媒用気泡発生媒体１２３は冷媒中に超微細気泡２００を発生させる。冷媒用気泡発生媒体１２３は、固体組織がイオン結合による分子構造である高密度複合体で形成されている。高密度複合体は炭素系の素材などからなる導電体であり、冷媒用気泡発生媒体１２３から発生する超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。言い換えれば、導電体である冷媒用気泡発生媒体１２３を通過する際に超微細気泡２００に自由電子が付加されることにより、超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。この負の電荷により、超微細気泡２００同士が互いに反発するため、超微細気泡２００が合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。冷媒用気泡発生媒体１２３は、直径数μｍ〜数十μｍの図示せぬ細かな孔を多数有しており、冷媒用気体供給ポンプ１２２から圧送された空気が孔から液体中へ放出される構造となっている。すなわち、冷媒用気体供給ポンプ１２２から圧送された空気のガス圧で、超微細気泡２００が孔から液体中へ放出されるものである。
【００６２】
このように構成することにより、冷媒中に超微細気泡２００が多量に含まれることとなる。超微細気泡２００を多量に含んだ冷媒は、通常の冷媒に比べて熱伝導効率が高いため、第二冷却パネル１１１内の冷媒用通路１１２を流通する間に、より効率よく太陽電池パネル５１を冷却することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 蒸留装置
２ 貯水槽
３ 蒸留装置本体
４ 供給ポンプ
５ 減圧ポンプ
６ 超微細気泡発生装置
７ 熱源
８ 蒸留水容器
９ 太陽光発電装置
２１ 気体供給ポンプ
２２ 活性酸素発生装置
５１ 太陽電池パネル
８１ 第一冷却パネル
８２ 冷却水用通路
８３ 第一冷却パネル用圧送ポンプ
８４ 第一熱交換部材
９０ 原料水用超微細気泡発生装置
１１１ 第二冷却パネル
１１２ 冷媒用通路
１１３ ヒートポンプ
１１４ 第二熱交換部材
１２０ 冷媒用超微細気泡発生装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料水を蒸留して蒸留水を製造する蒸留装置に関し、特に、太陽光発電装置を具備する蒸留装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、本体内空間部を減圧させ、原料水を蒸留させて蒸留水を取得する蒸留装置は公知となっている。例えば、本体内空間部を減圧状態に保つことのできる容器と、加熱・冷却する加熱・冷却手段を備えた容器と、水蒸気を凝縮させる凝縮手段を備えた容器とを具備する第一の蒸留装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、高密度化したフィルターに原料水を圧送して濾過し生成する第二の蒸留装置も公知となっている。
【０００４】
また、蒸留装置内へ原料水を圧送する圧送手段や本体内空間部を減圧状態に保つための減圧手段等を駆動させるために使用する電力を、太陽光発電装置から供給する第三の蒸留装置も公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
一方、近年、超微細気泡を使用する技術が注目されている。前記超微細気泡は、表面積が非常に大きい特性および自己加圧効果などの物理化学的な特性を有しており、その特性を生かして、排水浄化、洗浄、および、浴槽内での身体ケア等に使用する技術が開発されている。
【０００６】
さらに、前記超微細気泡は、高い熱伝導性を有していることが分かっている。超微細気泡を含んだ液体は超微細気泡を含まない液体よりも温度変化が速いことが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３９５３６号公報
【特許文献２】特開２００６−１８１５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記第一の蒸留装置においては、原料水を加熱して沸騰させるための大きな熱量が必要となる。ここで、原料水の加熱方法として、化石エネルギーの燃焼による加熱を行った場合には、多量の二酸化炭素が発生することとなり環境に悪影響を及ぼすことがあるとともに、燃料コストの変動が蒸留装置の運転コストに大きな影響を及ぼすことがあった。
【０００９】
前記第二の蒸留装置においては、原料水を加圧するために大きなエネルギーを使用する。また、蒸留装置の初期投資コストが多大となるとともに、使用済みのフィルターの詰まりを清掃するためにメンテナンスコストも多大となっていた。
【００１０】
前記第三の蒸留装置においては、原料水の加熱による環境への悪影響を抑制することができるが、太陽電池パネルの温度が太陽光を受けて上昇すると、太陽光発電装置の発電効率が低下するため、この影響を受けて蒸留を安定して行うことができないおそれがあった。
【００１１】
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、低コスト化を図りながら、蒸留を安定して行うことができる蒸留装置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】
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１３】
即ち、請求項１においては、原料水を貯溜するための貯水槽と、原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体と、原料水を前記貯水槽から前記蒸留装置本体へ供給するための供給手段と、前記蒸留装置本体内を減圧するための減圧手段と、前記蒸留装置本体に供給された原料水に超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、前記蒸留装置本体に供給された原料水を加熱する加熱手段と、前記蒸留装置本体で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器と、前記供給手段、前記減圧手段、前記加熱手段、および前記超微細気泡発生手段に電力を供給するための太陽光発電装置とを具備し、前記太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの下面に接するように設けられる熱交換手段とを有し、蒸留水を前記熱交換手段と貯水槽内に設けられた貯水槽用熱交換手段との間に流通させ、前記太陽電池パネルの熱を当該原料水に回収させるものである。
【００１４】
請求項２においては、原料水を貯溜するための貯水槽と、原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体と、原料水を前記貯水槽から前記蒸留装置本体へ供給するための供給手段と、前記蒸留装置本体内を減圧するための減圧手段と、前記蒸留装置本体に供給された原料水に超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、前記蒸留装置本体に供給された原料水を加熱する加熱手段と、前記蒸留装置本体で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器と、冷媒と温媒との間で熱交換をするための補助熱交換手段と、前記供給手段、前記減圧手段、前記加熱手段、前記超微細気泡発生手段、および前記補助熱交換手段に電力を供給するための太陽光発電装置とを具備し、前記太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの下面に接するように設けられる熱交換手段とを有し、前記冷媒を前記熱交換手段に流通させ、前記補助熱交換手段は、前記太陽光発電装置の熱交換手段を通過した後の冷媒の熱を温媒に伝導し、前記温媒を前記貯水槽内に設けられた貯水槽用熱交換手段と補助熱交換手段との間に流通させ、前記太陽電池パネルの熱を当該原料水に回収させるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１６】
請求項１においては、太陽電池パネルの冷却によって奪った熱量を使用して、原料水を予め加熱することが可能となる。したがって、電力消費量を低減して、低コスト化を図ることができるとともに、太陽光発電装置の発電効率を維持して、蒸留を安定して行うことができる。
【００１７】
請求項２においては、太陽電池パネルの冷却によって奪った熱量を使用して、原料水を予め加熱することが可能となる。また、熱交換手段の内部に熱交換効率の高い冷媒を流して効率よく太陽電池パネルの冷却を行うことが可能となる。したがって、電力消費量を低減して、低コスト化を図ることができるとともに、太陽光発電装置の発電効率を維持して、蒸留を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る蒸留装置の全体的な構成を示した概略図。
【図２】蒸留装置本体の空間部および蒸気冷却部を示した拡大一部断面図。
【図３】太陽光発電装置の一部断面斜視図。
【図４】原料水用超微細気泡発生装置および第一冷却パネルの構成を示した概略図。
【図５】本発明の第二実施形態に係る蒸留装置の全体的な構成を示した概略図。
【図６】太陽光発電装置の一部断面斜視図。
【図７】冷媒用超微細気泡発生装置および第二冷却パネルの構成を示した概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
［第一実施形態］
まず、本発明の第一実施形態に係る蒸留装置１の構成について図１を用いて説明する。
【００２１】
蒸留装置１は、蒸留装置本体３内を減圧して、原料水を蒸留することによって、蒸留水を製造するものである。
図１に示すように、蒸留装置１は、貯水槽２と、蒸留装置本体３と、供給ポンプ４と、減圧手段である減圧ポンプ５と、超微細気泡発生手段である超微細気泡発生装置６と、加熱手段である熱源７と、蒸留水容器８と、太陽光発電装置９と、を具備する。
【００２２】
貯水槽２は、原料水を貯溜するための水槽である。貯溜された原料水は、貯水槽２から供給ポンプ４を介して蒸留装置本体３に設けられた原料水加熱部１１内へと供給される。原料水を貯水槽２に一旦貯溜することにより、原料水に含まれる固形ゴミを沈殿させることができる。
【００２３】
蒸留装置本体３は、原料水の蒸留が行われる容器である。蒸留装置本体３は、貯水槽２から供給ポンプ４を介して供給された原料水を加熱する原料水加熱部１１と、この原料水加熱部１１の上方に設けられた空間部１２と、この空間部１２の上方に設けられた蒸気冷却部１３と、を有する。原料水加熱部１１、空間部１２、および蒸気冷却部１３は上下に連通される。また、蒸気冷却部１３には、原料水を加熱することにより発生した水蒸気を冷却し液化させるための蒸気凝集器１４が設けられている。
【００２４】
供給ポンプ４は、貯水槽２内の原料水を汲み上げ、蒸留装置本体３の原料水加熱部１１へ供給可能に構成される。また、供給ポンプ４は、原料水加熱部１１内の原料水を汲み上げ、再び原料水加熱部１１へ供給可能に構成される。供給ポンプ４は、貯水槽２内の原料水と原料水加熱部１１内の原料水とを同時に汲み上げ、原料水加熱部１１へ供給可能に構成される。
【００２５】
減圧ポンプ５は、蒸留装置本体３の原料水加熱部１１、空間部１２、および蒸気冷却部１３の内部に存在する空気を外部へ排出可能に構成され、原料水加熱部１１、空間部１２、および蒸気冷却部１３の内部の減圧を行うものである。減圧ポンプ５は蒸留装置本体３の蒸気冷却部１３に接続されている。
この減圧ポンプ５を用いて原料水加熱部１１、空間部１２、および蒸気冷却部１３の内部の減圧を行うことにより、蒸留装置本体３内の原料水の蒸発および沸騰する温度を下げることが可能となる。
【００２６】
超微細気泡発生装置６は、気体供給ポンプ２１と、活性酸素発生装置２２と、気泡発生媒体２３と、を具備する。気体供給ポンプ２１および活性酸素発生装置２２は蒸留装置本体３の外部に設けられ、気泡発生媒体２３は蒸留装置本体３の内部に設けられる。
【００２７】
気体供給ポンプ２１は、活性酸素発生装置２２と接続され、第一気体供給路２４を介して外部の空気を活性酸素発生装置２２へ供給可能に構成される。
活性酸素発生装置２２は、気体供給ポンプ２１により供給された外部の空気中の酸素からオゾン等の活性酸素を生成する装置である。活性酸素発生装置２２によって生成されたオゾン等の活性酸素は、気体供給ポンプ２１によって圧送された空気に押し出され、第二気体供給路２５を介して気泡発生媒体２３へと圧送される。
なお、本実施形態においては、気泡発生媒体２３から発生させる超微細気泡２００をオゾン等の活性酸素を用いて形成しているが、これに限定するものではなく、例えば、空気や酸素を用いて形成することも可能である。
【００２８】
気泡発生媒体２３は、図１に示すように、蒸留装置本体３の原料水加熱部１１の水面下に配置されており、活性酸素発生装置２２において生成された活性酸素を超微細気泡２００として原料水内へ放出して、原料水中に超微細気泡２００を発生させる。気泡発生媒体２３は、固体組織がイオン結合による分子構造である高密度複合体で形成されている。高密度複合体は炭素系の素材などからなる導電体であり、気泡発生媒体２３から発生する超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。言い換えれば、導電体である気泡発生媒体２３を通過する際に超微細気泡２００に自由電子が付加されることにより、超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。この負の電荷により超微細気泡２００同士が互いに反発するため、超微細気泡２００が合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００２９】
熱源７は、図１に示すように、蒸留装置本体３の原料水加熱部１１に供給された原料水を加熱する。熱源７は、超微細気泡発生装置６の第二気体供給路２５および気泡発生媒体２３に接するように設けられている。熱源７は、例えば電気式のヒーターで構成されており、熱を発生させて、気泡発生媒体２３および第二気体供給路２５に伝導させる。これにより、熱が気泡発生媒体２３の内部空間を通過する活性酸素、および第二気体供給路２５を通過する活性酸素へ伝導する。また、熱源７は、原料水加熱部１１内の原料水に直接熱を伝導させる構成とすることも可能である。
【００３０】
蒸留水容器８は、蒸留装置本体３の外部に設けられている。蒸留水容器８は、蒸気冷却部１３の蒸気凝集器１４により冷却されて、この蒸気冷却部１３から滴下する蒸留水を貯溜する。
なお、本実施形態においては、蒸留水容器８を蒸留装置本体３と別体で設けているが、これに限定するものではなく、蒸留装置本体３の内部に蒸留水容器８を形成することもできる。
【００３１】
蒸気凝集器１４は、蒸留装置本体３の蒸気冷却部１３に設けられている。蒸気凝集器１４は、高密度複合体で形成されている。また、蒸気凝集器１４を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。また、図２に示すように、蒸気凝集器１４はその内部に冷媒を通すための通路１４ａを有する。前記冷媒は図２に示す配管１５を通じて通路１４ａと図示せぬ冷媒タンクとの間を循環させる。
【００３２】
蒸気凝集器１４は、図２に示すように、通路１４ａが設けられた平板部１４ｂと、平板部１４ｂより突出した複数の突出部１４ｃとから形成されている。言い換えれば、蒸気凝集器１４は正面視櫛型に形成されている。複数の突出部１４ｃは、平板部１４ｂから下方に突出される。蒸気凝集器１４は、複数の突出部１４ｃを設けることにより蒸気凝集器１４全体の表面積を拡大させて、蒸気と接触する面積を拡大している。
なお、本実施形態においては、蒸気凝集器１４は櫛型に形成されているがこれに限定されるものではなく、例えば、蒸気凝集器１４は板状に形成し、蒸気凝集器１４の内部に冷媒を通すための通路を複数設ける構成とすることも可能である。
【００３３】
蒸気冷却部１３の下部であって蒸気凝集器１４の下方には、蒸気凝集器１４に付着した蒸留水の水滴を集めるための蒸留水溜まり４１が設けられている。蒸留水溜まり４１に集められた蒸留水の水滴は、蒸気冷却部１３の収蒸留水溜まり４１の底部側に設けられた通路４２を通って、蒸留水容器８に滴下する。
【００３４】
太陽光発電装置９は、図１に示すように、供給ポンプ４、減圧ポンプ５、超微細気泡発生装置６の気体供給ポンプ２１および活性酸素発生装置２２、並びに熱源７に電力を供給する装置である。太陽光発電装置９は、太陽電池パネル５１と、後述する熱交換手段とを具備する。
【００３５】
太陽電池パネル５１は、太陽電池（セル）を複数枚直並列接続してパネル状に構成しており、光起電力効果により太陽光を電力に変換して出力する。また、太陽電池パネル５１の発電効率は高温になると低下する。
【００３６】
このように構成した蒸留装置１を使用した蒸留水の製造方法について、図１および図２を用いて説明する。
【００３７】
まず貯水槽２に原料水を投入する。ここで、原料水とは例えば河川の水や地下水、海水等である。貯水槽２に貯溜された原料水は、供給ポンプ４により蒸留装置本体３の原料水加熱部１１へと供給される。一方、気体供給ポンプ２１により活性酸素発生装置２２へ空気が供給され、活性酸素発生装置２２において空気中の酸素から活性酸素が生成される。この活性酸素は第二気体供給路２５を介して気泡発生媒体２３へと供給される。気泡発生媒体２３へと供給された活性酸素は、第二気体供給路２５および気泡発生媒体２３を通過する際に熱源７によって温められ熱を帯びる。そして、熱を帯びた活性酸素は気泡発生媒体２３の図示せぬ孔から原料水中に超微細気泡２００として噴出し、多量の超微細気泡２００が原料水内へ混入される。これにより、原料水は熱を帯びた超微細気泡２００から熱量を与えられ、温められ沸騰することとなる。なお原料水加熱部１１および空間部１２内の気圧は減圧されているため、原料水が沸騰する温度は常圧での沸点である摂氏１００度よりも低い。また、オゾン等の活性酸素により原料水内の細菌等を殺菌、洗浄することができる。
【００３８】
次に、太陽光発電装置９において発生した熱を用いて原料水を予め加熱する方法について図１および図３を用いて説明する。
【００３９】
太陽光発電装置９においては、太陽電池パネル５１は高温になると発電効率が低下するため、太陽光を受けて高温になった太陽電池パネル５１を冷却するための熱交換手段である第一冷却パネル８１が設けられている。
【００４０】
第一冷却パネル８１は高密度複合体で構成されている。この第一冷却パネル８１を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。第一冷却パネル８１は、太陽電池パネル５１と略同じ面積で所定の厚みを有する板状に構成されており、太陽電池パネル５１の下面全面に接触するように設けられている。
【００４１】
図３に示すように、第一冷却パネル８１の内部には、蒸留水を流通させるための冷却水用通路８２が設けられている。冷却水用通路８２は第一冷却パネル８１内を幾重にも往復している。冷却水用通路８２の入水口８２ａおよび出水口８２ｂは蒸留水容器８に接続されている。そして、蒸留水容器８内の蒸留水が、第一冷却パネル用圧送ポンプ８３により圧送されて、冷却水用通路８２と蒸留水容器８との間を循環する。
なお、本実施形態においては、原料水を蒸留した蒸留水を使用しているが、これに限定するものではなく、例えば、別途蒸留水を用意して冷却水用通路８２に流通させることも可能である。
【００４２】
また、冷却水用通路８２において太陽電池パネル５１から吸熱することで加熱された蒸留水は、貯水槽２内に設けられた貯水槽用熱交換手段である第一熱交換部材８４の内部を通過する。この第一熱交換部材８４を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。このように構成することにより、蒸留水は、第一熱交換部材８４の内部を通過する際、太陽電池パネル５１の冷却の際に発生する熱を、第一熱交換部材８４を介して、貯水槽２内の原料水へ伝導する。
【００４３】
したがって、原料水が貯水槽２で予め加熱されることとなるため、蒸留装置本体３内へ供給されたときに蒸留させるための熱量を低減させることができる。すなわち、太陽電池パネル５１の冷却の際に発生する熱を利用して原料水を予め加熱することができるので、熱源７から供給される熱量が少なくても、蒸留を行うことが可能となる。また、太陽電池パネル５１を冷却することが可能となる。
【００４４】
以上のように、本発明の第一実施形態に係る蒸留装置１は、原料水を貯溜するための貯水槽２と、原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体３と、原料水を貯水槽２から蒸留装置本体３へ供給するための供給ポンプ４と、蒸留装置本体３内を減圧するための減圧ポンプ５と、蒸留装置本体３に供給された原料水に超微細気泡２００を発生させる超微細気泡発生装置６と、蒸留装置本体３に供給された原料水を加熱する熱源７と、蒸留装置本体３で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器８と、供給ポンプ４、減圧ポンプ５、熱源７、および超微細気泡発生装置６の気体供給ポンプ２１および活性酸素発生装置２２に電力を供給するための太陽光発電装置９とを具備し、太陽光発電装置９は、太陽電池パネル５１と、この太陽電池パネル５１の下面に接するように設けられる第一冷却パネル８１とを有し、蒸留水を第一冷却パネル８１と貯水槽２内に設けられた第一熱交換部材８４の内部との間に流通させ、太陽電池パネル５１の熱を当該原料水に回収させるものである。
このように構成することにより、太陽電池パネル５１の冷却によって奪った熱量を使用して、原料水を予め加熱することが可能となる。したがって、電力消費量を低減して、低コスト化を図ることができるとともに、太陽光発電装置９の発電効率を維持して、蒸留を安定して行うことができる。
【００４５】
また、図４に示すように、本発明の第一実施形態に係る蒸留装置１においては、熱交換用超微細気泡発生手段である蒸留水用超微細気泡発生装置９０を第一冷却パネル８１と第一冷却パネル用圧送ポンプ８３との間に設けることもできる。
【００４６】
蒸留水用超微細気泡発生装置９０は、蒸留水用超微細気泡発生容器９１と蒸留水用空気供給ポンプ９２と、蒸留水用気泡発生媒体９３と、を具備する。
蒸留水用超微細気泡発生容器９１は、蒸留水を貯溜して、蒸留水用気泡発生媒体９３を収容する容器である。
蒸留水用気体供給ポンプ９２は、外部の空気を蒸留水用気泡発生媒体９３へ供給する。また、蒸留水用気体供給ポンプ９２には太陽光発電装置９から電力が供給される。
【００４７】
蒸留水用気泡発生媒体９３は蒸留水中に超微細気泡２００を発生させる。蒸留水用気泡発生媒体９３は、固体組織がイオン結合による分子構造である高密度複合体で形成されている。高密度複合体は炭素系の素材などからなる導電体であり、蒸留水用気泡発生媒体９３から発生する超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。言い換えれば、導電体である蒸留水用気泡発生媒体９３を通過する際に超微細気泡２００に自由電子が付加されることにより、超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。この負の電荷により、超微細気泡２００同士が互いに反発するため、超微細気泡２００が合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。蒸留水用気泡発生媒体９３は、直径数μｍ〜数十μｍの図示せぬ細かな孔を多数有しており、蒸留水用気体供給ポンプ９２から圧送された空気が孔から液体中へ放出される構造となっている。すなわち、蒸留水用気体供給ポンプ９２から圧送された空気のガス圧で、超微細気泡２００が孔から液体中へ放出されるものである。
【００４８】
このように構成することにより、蒸留水中に超微細気泡２００が多量に含まれることとなる。超微細気泡２００を多量に含んだ蒸留水は、通常の蒸留水に比べて熱伝導効率が高いため、第一冷却パネル８１内の冷却水用通路８２を流通する間に、より効率よく太陽電池パネル５１を冷却することが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態においては、蒸留水を第一冷却パネル８１と貯水槽２内に設けられた第一熱交換部材８４の内部との間に流通させるが、原料水を直接第一冷却パネル８１に流通させて、太陽電池パネル５１の冷却を行うことも可能である。この場合、原料水は、第一冷却パネル用圧送ポンプ８３によって貯水槽２から第一冷却パネル８１の冷却水用通路８２へと圧送され、冷却水用通路８２において太陽電池パネル５１から吸熱することで加熱される。冷却水用通路８２を通過して加熱された原料水は貯水槽２へ再び戻される。このように原料水が太陽電池パネル５１の熱を回収することによって、貯水槽２内の原料水の温度が向上する。
【００５０】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る蒸留装置１０１の構成について図５および図６を用いて説明する。なお、第一実施形態と同一の部分については、図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
太陽光発電装置９においては、太陽電池パネル５１は高温になると発電効率が低下するため、太陽光を受けて高温になった太陽電池パネル５１を冷却するための熱交換手段である第二冷却パネル１１１が設けられている。
第二冷却パネル１１１は高密度複合体で構成されている。この第二冷却パネル１１１を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。第二冷却パネル１１１は、太陽電池パネル５１と略同じ面積で所定の厚みを有する板状に構成されており、太陽電池パネル５１の下面全面に接触するように設けられている。
【００５２】
第二冷却パネル１１１の内部には、冷媒を流通させるための冷媒用通路１１２が設けられている。冷媒は液体であり、例えば純水やシリコン油である。冷媒用通路１１２は第二冷却パネル１１１内を幾重にも往復している。冷媒用通路１１２の冷媒入口１１２ａおよび冷媒出口１１２ｂは補助熱交換手段であるヒートポンプ１１３に接続されている。そして、冷媒が、冷媒用通路１１２とヒートポンプ１１３との間を循環する。
【００５３】
また、貯水槽２内には、貯水槽用熱交換手段である第二熱交換部材１１４が設けられている。この第二熱交換部材１１４を構成する高密度複合体は、非常に熱交換効率の高い炭素系の複合セラミックで構成されている。第二熱交換部材１１４の内部には温媒を流通させる。温媒は液体であり、例えば純水やシリコン油である。そして、温媒は、第二熱交換部材１１４の内部とヒートポンプ１１３との間を循環する。
【００５４】
ヒートポンプ１１３は冷媒の熱を温媒へ受け渡すための装置である。ヒートポンプ１１３は例えば、圧縮機、蒸発器、膨張器および膨張弁などにより構成されている。ヒートポンプ１１３には太陽光発電装置９から電力が供給される。
【００５５】
このように構成することにより、冷媒が、ヒートポンプ１１３から第二冷却パネル１１１の冷媒用通路１１２へと流通し、冷媒用通路１１２において太陽電池パネル５１から吸熱することで加熱される。冷媒用通路１１２を通過して加熱された冷媒はヒートポンプ１１３へ再び戻される。
【００５６】
また、温媒は、ヒートポンプ１１３と第二熱交換部材１１４の内部との間を循環する。このように構成することによって、ヒートポンプ１１３において、冷媒と温媒との間で熱交換が行われる。すなわち、冷媒が冷媒用通路１１２内を流通して、太陽電池パネル５１から吸熱し、太陽電池パネル５１を冷却する。そして、ヒートポンプ１１３において、太陽電池パネル５１の冷却を終えて加熱された冷媒から温媒へと熱が伝導される。熱せられた温媒は、第二熱交換部材１１４の内部を通過する際、伝導された熱を、第二熱交換部材１１４を介して、貯水槽２内の原料水へ伝導する。
【００５７】
したがって、原料水が貯水槽２で予め加熱されることとなるため、蒸留装置本体３内へ供給されたときに原料水を蒸留させるために必要な熱量を低減させることができる。すなわち、太陽電池パネル５１の冷却の際に発生する熱を利用して原料水を予め加熱することができるので、熱源７から供給される熱量が少なくても、蒸留を行うことが可能となる。また、冷媒用通路１１２には熱伝導効率の高い冷媒を流通させることができるため、効率よく太陽電池パネル５１を冷却することができる。
【００５８】
以上のように、本発明の第二実施形態に係る蒸留装置１０１は、原料水を貯溜するための貯水槽２と、原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体３と、原料水を貯水槽２から蒸留装置本体３へ供給するための供給ポンプ４と、蒸留装置本体３内を減圧するための減圧ポンプ５と、蒸留装置本体３に供給された原料水に超微細気泡２００を発生させる超微細気泡発生装置６と、蒸留装置本体３に供給された原料水を加熱する熱源７と、蒸留装置本体３で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器８と、冷媒と温媒との間で熱交換をするためのヒートポンプ１１３と、供給ポンプ４、減圧ポンプ５、熱源７、並びに超微細気泡発生装置６の気体供給ポンプ２１および活性酸素発生装置２２に電力を供給するための太陽光発電装置９とを具備し、太陽光発電装置９は、太陽電池パネル５１と、この太陽電池パネル５１の下面に接するように設けられる第二冷却パネル１１１とを有し、前記冷媒を第二冷却パネル１１１に流通させ、ヒートポンプ１１３は、太陽光発電装置９の第二冷却パネル１１１を通過した後の冷媒の熱を温媒に伝導し、温媒を貯水槽２内に設けられた第二熱伝導部材１１４とヒートポンプ１１３との間に流通させ、太陽電池パネル５１の熱を原料水に回収させるものである。
このように構成することにより、太陽電池パネル５１の冷却によって奪った熱量を使用して、原料水を予め加熱することが可能となる。また、第二冷却パネル１１１の内部に熱交換効率の高い冷媒を流して効率よく太陽電池パネル５１の冷却を行うことが可能となる。したがって、電力消費量を低減して、低コスト化を図ることができるとともに、太陽光発電装置９の発電効率を維持して、蒸留を安定して行うことができる。
【００５９】
また、図７に示すように、本発明の第二実施形態に係る蒸留装置１０１においては、熱交換用超微細気泡発生手段である冷媒用超微細気泡発生装置１２０を第二冷却パネル１１１とヒートポンプ１１３との間に設けることもできる。
【００６０】
冷媒用超微細気泡発生装置１２０は、超微細気泡発生容器１２１と冷媒用空気供給ポンプ１２２と、冷媒用気泡発生媒体１２３と、を具備する。
超微細気泡発生容器１２１は、冷媒を貯溜して、冷媒用気泡発生媒体１２３を収容する容器である。
冷媒用気体供給ポンプ１２２は、外部の空気を冷媒用気泡発生媒体１２３へ供給する。また、冷媒用気体供給ポンプ１２２には太陽光発電装置９から電力が供給される。
【００６１】
冷媒用気泡発生媒体１２３は冷媒中に超微細気泡２００を発生させる。冷媒用気泡発生媒体１２３は、固体組織がイオン結合による分子構造である高密度複合体で形成されている。高密度複合体は炭素系の素材などからなる導電体であり、冷媒用気泡発生媒体１２３から発生する超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。言い換えれば、導電体である冷媒用気泡発生媒体１２３を通過する際に超微細気泡２００に自由電子が付加されることにより、超微細気泡２００は負の電荷を帯電する。この負の電荷により、超微細気泡２００同士が互いに反発するため、超微細気泡２００が合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。冷媒用気泡発生媒体１２３は、直径数μｍ〜数十μｍの図示せぬ細かな孔を多数有しており、冷媒用気体供給ポンプ１２２から圧送された空気が孔から液体中へ放出される構造となっている。すなわち、冷媒用気体供給ポンプ１２２から圧送された空気のガス圧で、超微細気泡２００が孔から液体中へ放出されるものである。
【００６２】
このように構成することにより、冷媒中に超微細気泡２００が多量に含まれることとなる。超微細気泡２００を多量に含んだ冷媒は、通常の冷媒に比べて熱伝導効率が高いため、第二冷却パネル１１１内の冷媒用通路１１２を流通する間に、より効率よく太陽電池パネル５１を冷却することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 蒸留装置
２ 貯水槽
３ 蒸留装置本体
４ 供給ポンプ
５ 減圧ポンプ
６ 超微細気泡発生装置
７ 熱源
８ 蒸留水容器
９ 太陽光発電装置
２１ 気体供給ポンプ
２２ 活性酸素発生装置
５１ 太陽電池パネル
８１ 第一冷却パネル
８２ 冷却水用通路
８３ 第一冷却パネル用圧送ポンプ
８４ 第一熱交換部材
９０ 原料水用超微細気泡発生装置
１１１ 第二冷却パネル
１１２ 冷媒用通路
１１３ ヒートポンプ
１１４ 第二熱交換部材
１２０ 冷媒用超微細気泡発生装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料水を貯溜するための貯水槽と、
原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体と、
原料水を前記貯水槽から前記蒸留装置本体へ供給するための供給手段と、
前記蒸留装置本体内を減圧するための減圧手段と、
前記蒸留装置本体に供給された原料水に超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、
前記蒸留装置本体に供給された原料水を加熱する加熱手段と、
前記蒸留装置本体で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器と、
前記供給手段、前記減圧手段、前記加熱手段、および前記超微細気泡発生手段に電力を供給するための太陽光発電装置とを具備し、
前記太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの下面に接するように設けられる熱交換手段とを有し、蒸留水を前記熱交換手段と貯水槽内に設けられた貯水槽用熱交換手段との間に流通させ、前記太陽電池パネルの熱を当該原料水に回収させることを特徴とする蒸留装置。
【請求項２】
原料水を貯溜するための貯水槽と、
原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体と、
原料水を前記貯水槽から前記蒸留装置本体へ供給するための供給手段と、
前記蒸留装置本体内を減圧するための減圧手段と、
前記蒸留装置本体に供給された原料水に超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、
前記蒸留装置本体に供給された原料水を加熱する加熱手段と、
前記蒸留装置本体で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器と、
冷媒と温媒との間で熱交換をするための補助熱交換手段と、
前記供給手段、前記減圧手段、前記加熱手段、前記超微細気泡発生手段、および前記補助熱交換手段に電力を供給するための太陽光発電装置とを具備し、
前記太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの下面に接するように設けられる熱交換手段とを有し、前記冷媒を前記熱交換手段に流通させ、
前記補助熱交換手段は、前記太陽光発電装置の熱交換手段を通過した後の冷媒の熱を温媒に伝導し、
前記温媒を前記貯水槽内に設けられた貯水槽用熱交換手段と補助熱交換手段との間に流通させ、前記太陽電池パネルの熱を当該原料水に回収させることを特徴とする蒸留装置。
【請求項１】
原料水を貯溜するための貯水槽と、
原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体と、
原料水を前記貯水槽から前記蒸留装置本体へ供給するための供給手段と、
前記蒸留装置本体内を減圧するための減圧手段と、
前記蒸留装置本体に供給された原料水に超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、
前記蒸留装置本体に供給された原料水を加熱する加熱手段と、
前記蒸留装置本体で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器と、
前記供給手段、前記減圧手段、前記加熱手段、および前記超微細気泡発生手段に電力を供給するための太陽光発電装置とを具備し、
前記太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの下面に接するように設けられる熱交換手段とを有し、蒸留水を前記熱交換手段と貯水槽内に設けられた貯水槽用熱交換手段との間に流通させ、前記太陽電池パネルの熱を当該原料水に回収させることを特徴とする蒸留装置。
【請求項２】
原料水を貯溜するための貯水槽と、
原料水の蒸留を行うための蒸留装置本体と、
原料水を前記貯水槽から前記蒸留装置本体へ供給するための供給手段と、
前記蒸留装置本体内を減圧するための減圧手段と、
前記蒸留装置本体に供給された原料水に超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、
前記蒸留装置本体に供給された原料水を加熱する加熱手段と、
前記蒸留装置本体で得られた蒸留水を貯溜するための蒸留水容器と、
冷媒と温媒との間で熱交換をするための補助熱交換手段と、
前記供給手段、前記減圧手段、前記加熱手段、前記超微細気泡発生手段、および前記補助熱交換手段に電力を供給するための太陽光発電装置とを具備し、
前記太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、この太陽電池パネルの下面に接するように設けられる熱交換手段とを有し、前記冷媒を前記熱交換手段に流通させ、
前記補助熱交換手段は、前記太陽光発電装置の熱交換手段を通過した後の冷媒の熱を温媒に伝導し、
前記温媒を前記貯水槽内に設けられた貯水槽用熱交換手段と補助熱交換手段との間に流通させ、前記太陽電池パネルの熱を当該原料水に回収させることを特徴とする蒸留装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２５１７５（Ｐ２０１１−２５１７５Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４５３０（Ｐ２００９−１７４５３０）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（５０８２３１２５６）株式会社西研デバイズ (8)
【出願人】（５０４０７７３０８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（５０８２３１２５６）株式会社西研デバイズ (8)
【出願人】（５０４０７７３０８）
【Ｆターム（参考）】
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