以下、本発明を図面に示した実施の形態� ��もって説明するが、本発明は、図面に示し� ��実施の形態に限定されるものではない。

 図1は、本実施形態の淡水製造装置100を示 す図である。図1(a)は、淡水製造装置100の上� �透視図を示し、図1(b)は、側面透視図を示す� ��

 図1に示されるように、本実施形態の淡水 製造装置100は、鉛直方向に立設されるおおよ そ円筒状の容器12と、容器12の天井部に設置� �れる加熱装置14と、ミスト化手段16と、デミ� ��タ18と、ラジエタ20とを含んで構成される。 容器12の内部には、容器12の内壁面と円柱状� �形成された支柱22の外周面によってドーナツ 状の空間が画成されており、当該空間は、デ ミスタ18を境にして円周方向において2つの領 域に分割されている。すなわち、容器12の内� ��には、処理対象の原水に含まれる水を気化� ��せるための蒸発部Xと、蒸発部Xで発生した� �蒸気を凝縮して淡水を回収するための凝縮� �Yとがデミスタ18を介して水平方向に並設さ� �ている。なお、以下の説明においては、処� �対象の原水として海水を例にとって説明す� �。

 本実施形態の淡水製造装置100においては� ��加熱装置14によって温められた海水がノズ� �24から蒸発部Xに導入される。ノズル24の鉛直 方向下側には、導入された海水を粉砕して微 小な粒径の水滴群(以下、ミストとして参照� �る)を生成するためのミスト化手段16が設け� �れている。なお、本実施形態においては、� �ズル24からミスト化手段16への海水の導入は� ��自然落下による方法でもよく、加圧手段を� ��いて噴射してもよい。また、本実施形態に� ��いては、後述するミスト化手段16によって� �ストを生成する構成を採用しているため、� �ズル24の径は、従来のスプレーフラッシュ法 におけるスプレーノズルの径ほど小さくする 必要がないので、海水に含まれるスケール成 分による詰まりが生じない程度の大きさ(数mm ~数cm)に設計することができる。そのように� �計することによって、保守コストが好適に� �減される。

 ミスト化手段16は、容器12の天井部から鉛 直下向きに伸びる回転軸16aと、放射状に形成 された複数の羽根16bを備える回転体とを含ん で構成されており、回転軸16aに対して複数の 回転体が並設されている。回転軸16aは、回転 駆動源25に接続されており、複数の回転体は� ��回転駆動源25によって高速回転するように� �成されている。

 さらに、蒸発部Xには、ミスト化手段16が� ��成したミストが気化することによって発生� ��る水蒸気を凝縮部Yに運ぶ気流を形成するた めの気流形成手段が設けられている。図1に� �す例においては、ミスト化手段16とその近傍 に配設された反射板26が上述した気流形成手� ��として機能しているが、この点については� ��後に詳説する。

 一方、凝縮部Yには、熱交換器としてのラ ジエタ20が設けられており、海から汲み上げ� ��れた低温の海水が圧送装置30によってラジ� �タ20に圧送されるように構成されている。ラ ジエタ20内には、複数の放熱フィンを貫通す� ��形で、鉛直下方向から上方向にパイプ28が� �管されており、ラジエタ20から出たパイプ28� ��、加熱装置14に接続されている。以上、本� �施形態の淡水製造装置100の物理的構成につ� �て概説してきたが、次に、図2を参照して、� ��実施形態の淡水製造装置100が淡水を製造す� ��機構について説明する。

 図2は、淡水製造装置100が淡水を製造する 機構を説明するための概念図であり、図2(a)� �、淡水製造装置100の上面透視図を示し、図2( b)は、側面透視図を示す。なお、図2において は、図1と共通する構成要素については同じ� �号を用い、その説明を省略する(以下、図3~� �9において同様)。

 まず、圧送装置30によって、海水が汲み� �げられ、パイプ28を介してラジエタ20に導入� ��れる。このとき、導入する海水の温度は低� ��ほど好ましく、深海から低温の海水を汲み� ��げて導入することが好ましい。海水は、ラ� ��エタ20内を鉛直上方向に向けて配管された� �イプ28の中を圧送される過程で、ラジエタ20� ��放熱フィンを介して凝縮部Yの空気中に含ま れる水蒸気と熱交換することによって、その 温度を上げながら、鉛直上方向に運ばれ、容 器12の天井部に設けられた加熱装置14に導入� �れる。なお、図1に示したラジエタ20の形状� �、概念的に示したものであり、本発明にお� �る熱交換器は、このような形態に限定され� �ものではない。

 加熱装置14に導入された海水は、所定の� �度になるまで加熱された後、ノズル24から、 その鉛直方向下側に位置するミスト化手段16� ��向けて放出される。加熱装置14は、海水を� �点に至るまで加熱する必要はなく、70~90℃程 度まで加熱すれば足りる。なお、本発明は、 加熱装置14について特に限定するものではな� ��が、エネルギーコスト低減の観点から太陽� ��を利用した集熱装置を適用することが好ま� ��い。併せて、太陽光の光エネルギーや熱エ� ��ルギーを回転運動に変換させる既知の機構� ��よって上述した回転駆動源25を構成するこ� �もできる。

 ミスト化手段16に導入された海水は、回� �駆動源25によって高速で回転される複数の回 転体の羽根16bに衝突することによって、その 一部が、衝突衝撃によって粉砕され、遠心力 によって飛散する過程で風圧によってさらに 分裂して微小な水滴となり、蒸発部Xの大気� �に放散される。放散されたミストは、容器12 の蒸発部X内を浮遊する間にその一部が自然� �発して水蒸気となる。一方、気化しなかっ� �ミストおよびミスト化されなかった海水は� �そのまま鉛直下方向に落下して蒸発部Xの底� ��に到達した後、排水管32から外部に排出さ� �る。

 蒸発部Xにおいて発生した水蒸気は、上述 した気流形成手段によって形成された気流に 乗って凝縮部Yに運ばれる。この点について� �図2(a)を参照して説明する。図2(a)に示される ように、ミスト化手段16の近傍には、横断面� ��略円弧状に形成された反射板26が配設され� �いる。ミスト化手段16から飛散するミストは 回転軸16aに対して垂直方向に等方的に運動す るが、反射板26によりその一部の飛散が遮ら� ��ることによって、反射板26の反射方向にミ� �トの流れが形成される。このミスト流が空� �の流れを誘起し、その結果、蒸発部Xから凝� ��部Yに向う円周方向の気流が発生する。蒸発 部Xで発生した水蒸気は、この気流に乗って� �縮部Yに運ばれる。

 図2(a)に示した実施形態においては、ミス ト化手段16とその近傍に配設された反射板26� �が気流形成手段として機能しており、気流� �成のための追加的なエネルギーを必要とし� �い点で有利である。しかしながら、本発明� �、気流形成手段を上述した構成に限定する� �のではなく、図3に示すように、ミスト化手� ��16の後方に送風機34を設けることによって、 蒸発部Xから凝縮部Yに向う円周方向の気流を� ��制的に形成することもできる。なお、本実� ��形態の淡水製造装置100は、容器12が円筒状� �形成されているため、蒸発部Xから凝縮部Yに 至る滑らかな空気の流れが形成されやすく、 空気の送風に要するエネルギーを大きく節約 することができる。

 蒸発部X内で発生した水蒸気は、上述した 気流形成手段によって形成された気流と共に デミスタ18を通過して凝縮部Yに導入される。 なお、同じくこの気流に含まれるミスト成分 は、デミスタ18によって捕捉され凝縮部Yへの 侵入が阻止される。なお、本実施形態におい ては、例えば、加熱装置14が生成する熱など� ��利用してデミスタ18を加熱することによっ� �、さらに蒸発量を増加させることができる� �

 凝縮部Yに導入された水蒸気は、ラジエタ 20の放熱フィンの間に形成された隙間を通過� ��る際に、放熱フィンを介してパイプ28の中� �圧送される海水と熱交換することによって� �縮し、液化する。このようにして生成され� �淡水は、放熱フィンの壁面を鉛直下方向に� �って落ち、最終的に凝縮部Yの底部に貯留さ� ��る。

 以上、説明したように、本発明の淡水製� ��装置は、まず、蒸発部Xにおいて、高い温度 の海水をミスト化することによって気化効率 を向上させ、海水から水蒸気を発生させる。 次に、この水蒸気を気流形成手段によって形 成された気流と共に凝縮部Yに移動させる。� �縮部Yに移動した水蒸気を含む空気は、海水� ��持つ冷熱で冷却され、その結果、飽和濃度� ��超える水分が凝縮し液化する。

 なお、図1に示したミスト化手段16の形態� ��、単なる例示であって、本発明におけるミ� ��ト化手段は、上述した形態に限定されるも� ��ではなく、海水を効率的に細かく粉砕し、� ��り粒径の小さい水滴に変換するために、そ� ��形態について最適化を図ることが好ましい� ��例えば、ミスト化手段16の回転体の羽根の� �状をフラクタル型にすることができ、回転� �の形状を風車型あるいは水車型にすること� �できる。また、ミスト化手段の回転体を、� �入される海水の動圧によって回転するよう� �タービン状に構成して、ミスト化手段の回� �駆動源を省略することもできる。

 また、ミスト化手段は、その設置数およ� ��大きさについても最適化を図ることが好ま� ��い。例えば、海水を大量に導入する場合、� ��つの大きなミスト化手段に対して、1つの大 径ノズルから大きな流量で導入するよりも、 導入する海水を複数のノズルに分散し、複数 のより小さなミスト化手段のそれぞれに対し て、より小さな流量で導入する方が、海水を より効率的にミスト化することができる。こ の点につき、図4は、複数のミスト化手段16(1) ~16(4)を備える淡水製造装置100を示す。図4に� �される例においては、各ノズル24(1)~24(4)から 、ミスト化手段16(1)~16(4)に対して見合った流� ��の海水が導入される。本発明においては、� ��水製造装置100に導入する海水の流量に基づ� ��て、設置するミスト化手段16の数を設計す� �ことが好ましい。

 また、本発明におけるミスト化手段は、� ��1に示したミスト化手段16のように、回転体� ��回転軸が鉛直方向に延在するものに限定さ� ��ず、例えば、図5に示すように、回転体の回 転軸が水平方向に延在するものを採用するこ ともできる。図5に示すミスト化手段40は、容 器12の上から吊下げ支持された5つの回転軸42� ��複数の羽根車44が並設されており、各羽根� �44に対応して位置決めされた複数のノズル46� ��ら海水が導入されるように構成されている� ��

 以上、説明したことから、本発明におけ� ��ミスト化手段は、落下してくる海水を、衝� ��衝撃によって粉砕し、微小な水滴として大� ��中に飛散させることのできる全ての構成を� ��含するものであることが理解されるであろ� ��。

 以上、本発明の淡水製造装置について説� ��してきたが、本発明の淡水製造装置は、そ� ��構造を鉛直方向に拡張することによって、� ��効率的に有利な多段システムを容易に実現� ��ることができる。以下、この点について、� ��6および図7を参照して説明する。

 図6は、鉛直方向に拡張された淡水製造装 置200を示す。既に図1乃至図5を参照して説明� ��てきた淡水製造装置100の基本構成を1つのユ ニットとし、これを鉛直方向に複数連結する ことによって容易に淡水製造装置200を構築す ることができる。なお、本発明は、ユニット の連結方向を限定するものではなく、例えば 、ユニットを水平方向に並設することもでき るが、装置の構造の簡略化の観点から、各ユ ニットを鉛直方向に連結することが好ましい 。

 図6に示した例においては、符号U1~U5で示� ��5台のユニットが鉛直方向に連結されている 。具体的には、各ユニット間において、凝縮 部Yのラジエタ20の出口と入口が接続され、各 ユニット間において、蒸発部Xの底部とノズ� �24とが接続されている。

 圧送装置30によって汲み上げられた海水� �、最初に、ユニットU5に導入された後、ユニ ットU4、ユニットU3、ユニットU2、ユニットU1� ��順で各ラジエタ20内に配管されたパイプ28を 通って鉛直下方向から上方向に流過した後、 加熱装置14に導入される。加熱装置14に導入� �れた海水は、所定の温度にまで昇温された� �、ノズル24からユニットU1の蒸発部Xに導入さ れる。ユニットU1に導入された海水の一部は� ��ミスト化手段16によって一部がミスト化さ� �て蒸発し、気化しなかったミストおよびミ� �ト化されなかった海水がそのまま鉛直下方� �に落下してユニットU1の底部に到達する。ユ ニットU1の底部に到達した未処理の海水は、� ��下に連結されたユニットU2に導入され、ミ� �ト化手段16によって一部がミスト化されて蒸 発し、残りがユニットU2の底部に到達する。� ��ニットU2の底部に到達した海水は、その後� �同様の手順で、ユニットU3、ユニットU4、ユ� ��ットU5に順次導入され、各ユニットにおい� �、水蒸気を発生する。最終的にユニットU5の 底部に到達した未処理の海水は、排水管32か� ��外部に排水される。

 一方、ユニットU1~U5の蒸発部Xで発生した� ��蒸気は、デミスタ18を経て、各ユニットの� �縮部Yに導入され、ラジエタ20において凝縮� �液化する。生成された淡水は、各ユニット� �底部に貯留されたのち、パイプ35を通って淡 水貯留槽36に集められる。以上、図6を参照し て、図1乃至図5を参照して説明してきた淡水� ��造装置100の基本構成を1つのユニットとし、 これを複数連結して拡張する態様について説 明してきたが、次に、図7を参照して、本発� �における別の拡張態様について説明する。

 図7は、鉛直方向に拡張された淡水製造装 置300を示す。淡水製造装置300は、図6に示し� �淡水製造装置200のように、複数のユニット� �鉛直方向に連結するのではなく、図1乃至図5 を参照して説明してきた淡水製造装置100の構 造自体を単に鉛直方向に延長することによっ て、淡水製造装置200と同様に、熱効率的に有 利なシステムを実現する。

 図7に示されるように、淡水製造装置300の 容器12内には、蒸発部Xおよび凝縮部Yが充分� �高さをもった連続した空間として形成され� �いる。淡水製造装置300において、圧送装置30 によって汲み上げられた海水は、ラジエタ20� ��配管されたパイプ28を通って鉛直上方向に� �送されたのち、容器12の天井部に設置された 加熱装置14に導入される。加熱装置14に導入� �れた海水は、所定の温度にまで昇温された� �、ノズル24から蒸発部Xに導入される。

 淡水製造装置300においては、蒸発部Xが充 分な高さを持っており、ミスト化手段16は、� ��器12の天井から底部に至るまで長く連続し� �存在している。ノズル24からミスト化手段16� ��最上部に導入された海水は、その一部がミ� ��ト化され、ミスト化されなかった海水は、� ��らにより下方に位置するミスト化手段16に� �ってミスト化される機会を付与されながら� �発部X内を落下する。蒸発部Xの底部に至るま でに気化しなかったミストおよび海水は、排 水管32から外部に排水される。

 一方、蒸発部X内の上部から下部に至る各 場所でミストの一部は気化して水蒸気となる が、各場所で発生した水蒸気は、図示しない 気流形成手段による気流に乗って、図中の矢 印が示すように、蒸発部X内の発生した場所� �ら凝縮部Yに向けて円周方向に運ばれる。凝� ��部Yに導入された水蒸気は、蒸発部X内の水� �気が発生した場所に対して円周方向に位置� �るラジエタ20において凝縮して液化する。こ のようにして生成された淡水は、ラジエタ20� ��放熱フィンの壁面を鉛直下方向に伝って落� ��、最終的に凝縮部Yの底部に貯留される。

 次に、上述した本実施形態の淡水製造装� ��200および淡水製造装置300において、装置の� ��効率が格段に向上する点について、図8に示 す概念図を参照して、説明する。なお、図8� �おいては、説明の便宜のため、ミスト化手� �および熱交換器を省略して示し、容器12内の 空間を、上から順に、A層、B層、C層、D層、E� ��という5つの層に分けて示す。淡水製造装置 200については、A層~E層は、ユニットU1~U5に対� ��するものとして参照されたい。また、淡水� ��造装置300については、A層~E層は、容器12内� �連続する空間を仮想的に分割したものとし� �参照されたい。

 図8に示した概念図に基づき、淡水の製造 工程を仮想的な数値(温度)を使用して以下説� ��する。最初に、圧送装置30によって海から� �温の海水(20℃)が汲み上げられ、淡水製造装� ��200に導入される。淡水製造装置200に導入さ� ��た海水は、凝縮部Y内を鉛直上方向に向けて 配管されたパイプ28を通って、容器12の天井� �設置された加熱装置14に導入される。ここで 、蒸発部Xに導入する海水の初期温度を80℃と する場合、装置の始動開始において、加熱装 置14は、海水を20℃から80℃まで加熱する必要 がある。

 次に、加熱され80℃となった海水がノズ� �24からA層の蒸発部Xに導入される。A層に導入 された海水Wの一部は、ミスト化され、A層を� ��過する過程でその一部が水蒸気V1になる。� �生した水蒸気V1は、図示しない気流形成装置 の形成する気流と共に、デミスタ18を経て、� ��じA層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動する。� ��方、A層において気化しなかった残りの海水 W(ミストを含む、以下同様)は、水蒸気V1の蒸� ��潜熱を奪われた結果、70℃まで温度を下げ� �B層に導入される。

 B層に導入された海水Wの一部は、ミスト� �され、B層を通過する過程でその一部が水蒸� ��V2になる。発生した水蒸気V2は、同様に、同 じB層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動する。一 方、B層において気化しなかった残りの海水W� ��、水蒸気V2の蒸発潜熱を奪われた結果、60℃ まで温度を下げ、C層に導入される。

 C層に導入された海水Wの一部は、ミスト� �され、C層を通過する過程でその一部が水蒸� ��V3となる。発生した水蒸気V3は、同様に、同 じC層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動する。一 方、C層において気化しなかった残りの海水W� ��、水蒸気V3の蒸発潜熱を奪われた結果、50℃ まで温度を下げ、D層に導入される。

 D層に導入された海水Wの一部は、ミスト� �され、D層を通過する過程でその一部が水蒸� ��V4となる。発生した水蒸気V4は、同様に、同 じD層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動する。一 方、D層において気化しなかった残りの海水W� ��、水蒸気V4の蒸発潜熱を奪われた結果、40℃ まで温度を下げ、E層に導入される。

 E層に導入された海水Wの一部は、ミスト� �され、E層を通過する過程でその一部が水蒸� ��V5となる。発生した水蒸気V5は、同様に、同 じE層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動する。一 方、E層において気化しなかった海水Wは、水� ��気V5の蒸発潜熱を奪われた結果、30℃まで温 度を下げ、最終的に、排水管32から排出され� ��。

 E層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動した水� ��気V5は、図示しないラジエタを介して、パ� �プ28を通る海水と熱交換することによって凝 縮し、淡水F5となる。パイプ28を通る海水(20� �)は、E層を通過する過程で、水蒸気V5の凝縮� ��熱を受け取った結果、30℃まで温度を上げ� �D層に流入する。

 D層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動した水� ��気V4は、同様に、パイプ28を通る海水と熱交 換することによって凝縮し、淡水F4となる。� ��イプ28を通る海水は、D層を通過する過程で� ��水蒸気V4の凝縮潜熱を受け取った結果、40℃ まで温度を上げ、C層に流入する。

 C層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動した水� ��気V3は、同様に、パイプ28を通る海水と熱交 換することによって凝縮し、淡水F3となる。� ��イプ28を通る海水は、C層を通過する過程で� ��水蒸気V3の凝縮潜熱を受け取った結果、50℃ まで温度を上げ、B層に流入する。

 B層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動した水� ��気V2は、同様に、パイプ28を通る海水と熱交 換することによって凝縮し、淡水F2となる。� ��イプ28を通る海水は、B層を通過する過程で� ��水蒸気V2の凝縮潜熱を受け取った結果、60℃ まで温度を上げ、A層に流入する。

 A層を蒸発部Xから凝縮部Yへと移動した水� ��気V1は、同様に、パイプ28を通る海水と熱交 換することによって凝縮し、淡水F1となる。� ��イプ28を通る海水は、A層を通過する過程で� ��水蒸気V1の凝縮潜熱を受け取った結果、70℃ まで温度を上げた状態で容器12から圧送され� ��熱装置14に導入される。

 上述したように、圧送装置30によって海� �ら汲み上げられた低温の海水(20℃)は、凝縮� ��Yを鉛直上方向に圧送される過程において、 蒸発部Xから円周方向に順次移動してくる水� �気の凝縮潜熱を受け取ることで次第に加熱� �れ、加熱装置14に導入される際にはその温度 は70℃にまで上昇する。したがって、装置の� ��動開始時こそ、加熱装置14によって、海水� �20℃から80℃まで加熱する必要があるものの� ��後の連続運転時においては、海水を70℃か� �80℃まで加熱すれば足りるため、加熱のため の過大なエネルギーを必要とせず、加熱装置 14として、例えば、太陽光を利用した集熱装� ��を採用しても充分に運転を維持することが� ��きる。

 なお、本発明の淡水製造装置は、さらに� ��既知の冷却手段を付加することによって、� ��水の濃縮装置として構成することができる� ��その場合、海水が蒸発部Xと凝縮部Yとの間� �循環可能にするために、蒸発部Xの最下部と� ��縮部Yのラジエタの最下部に位置する入口と を、既知の冷却手段を介して接続して、蒸発 部Xの最下部に到達した海水を冷却した後に� �び凝縮部Yのラジエタに導入することができ� ��ようにする。図8を例にとれば、排水管32か� ��排出される排水(30℃)は、冷却手段によって 20℃まで冷却されたのち、凝縮部Yに導入され 、これを繰り返すことによって装置内を循環 する。その間に、海水は、繰り返し水分が蒸 発除去されることによって濃縮度を上げてい く。最後に、上述した手順で濃縮度が限界ま で上がった濃縮海水を回収し、当該濃縮海水 から所望の成分(ナトリウム、カリウム、マ� �ネシウム等)を精製することができる。

 以上、説明したように、本発明の淡水製� ��装置は、簡便な装置構成を採用しており、� ��圧室などの複雑な構成を必要としないため� ��低い設置コストで構築することができ、ま� ��、その保守コストも低減することが可能で� ��る。また、本発明の淡水製造装置は、容易� ��多段化して熱効率を向上させることができ� ��ため、太陽光エネルギー等の自然エネルギ� ��によっても充分に運転することができる。