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太陽熱蒸留 器は、太陽の熱を利用して水を蒸発させ、冷却して集めることで水を浄化し、その中に溶解した物質を蒸留します。飲料水が手に入らない地域で使用され、汚れた水や植物を日光に当ててきれいな水を得ます。
蒸留器の種類には、大規模な太陽熱集光蒸留器と凝縮トラップがあります。太陽熱蒸留器では、不純な水は集光器の外側に閉じ込められ、透明な集光器を通った太陽光によって蒸発します。純粋な水蒸気は冷たい内部表面で凝縮し、タンクに滴り落ちます。
蒸留は、自然界で雨が降る仕組みを再現します。太陽のエネルギーで水が蒸発点まで熱せられます。水が蒸発すると、水蒸気は上昇し、冷却されると再び水に凝縮します。このプロセスにより、塩分や重金属などの不純物が残り、微生物が除去されます。その結果、純粋な（飲用可能な）水が生まれます。
歴史
結露トラップは、インカ以前の人々がアンデス山脈に住んでいた頃から使用されてきました。
1952年、アメリカ軍は海に取り残されたパイロットのために携帯型太陽熱蒸留器を開発した。これは、側面に柔軟なチューブを備えた、膨らませることのできる直径610ミリメートル（24インチ）の浮遊するプラスチックボールを特徴としていた。内袋は外袋の取り付け点から垂れ下がる。海水はボールの首の開口部から内袋に注がれる。真水は側面のチューブを使って取り出される。産出量は1日あたり1.4リットル（1.5米クォート）から2.4リットル（2.5米クォート）の真水であった。[1]同様の蒸留器は一部の救命いかだの サバイバルキットに含まれているが、手動の逆浸透淡水化装置がほとんどに取って代わっている。[2]
現在、アルゼンチン軍では、アンデスの乾燥した国境地帯で1週間以上にわたる長期パトロールを実施することが予想される専門部隊向けに、 湿気トラップに水を集める方法を教えています。
方法
ピットスチル
集水器はピットの底に設置されます。枝はピットに垂直に配置されます。枝はピットの縁を越えて伸びるほど長く、集水器に水を導く漏斗を形成します。次に、枝、葉、草などをさらに使って漏斗の上に蓋を作ります。水は毎朝集められます。
この方法は、容器、漏斗、蓋に露や霜が形成されることに依存しています。形成された露は漏斗の外側に集まり、流れ落ちて容器に入ります。この水は通常、朝日とともに蒸発して消えてしまいますが、蓋は蒸発する水を閉じ込め、トラップ内の湿度を上昇させ、失われる水の量を減らします。蓋によって作られる日陰はトラップ内の温度も下げ、蒸発による水の損失率をさらに減らします。
太陽熱蒸留器は、2～4個の石、プラスチックフィルムまたは透明ガラス、漏斗を作るための中央の重し、および凝縮液用の容器で構築できます。[3]材料を良くすると効率が向上します。枝や葉の代わりにプラスチックのシートを1枚使用できます。プラスチックは防水性があり、水蒸気が逃げるのを防ぐため、効率が向上します。シートは石または土ですべての側面を地面に固定します。シートの中央に重りを付けると漏斗が形成されます。凝縮液は漏斗を伝って容器に流れ込みます。ピット蒸留に関するある研究では、蓋を30度の角度にすると最も多くの水を捕捉できることがわかっています。最適な水深は約25ミリメートル（1インチ）でした。[4]
蒸散
光合成の間、植物は蒸散によって水を放出します。葉の茂った木の枝を透明なプラスチックで覆うことで水を得ることができ、[5]木から放出される水蒸気を捕らえます。[6]プラスチックは光合成を継続させます。
2009 年の研究では、プラスチックの角度を変え、内部温度を外気温よりも高くすることで、出力が向上しました。
解放しないと、枝の周りの蒸気圧が非常に高くなり、葉が蒸散できなくなるため、頻繁に水を除去する必要があります。
あるいは、草の塊や小さな茂みをバッグの中に入れることもできます。特に葉が根こそぎにされた場合は、定期的に葉を交換する必要があります。
袋に最大限の日光が当たると、効率が最大になります。柔らかくて肉厚な根からは、最小限の労力で最大限の液体が得られます。
芯
芯式太陽熱蒸留器は、傾斜した屋根が付いた蒸気を通さないガラス製の箱です。[7]水は上から注がれます。水は太陽光で熱せられ、蒸発します。水はガラスの下側で凝縮し、下部の接続パイプに流れ込みます。芯は水をいくつかの塊に分け、表面積を増やします。芯の数が多いほど、水に伝わる熱が多くなります。
より多くの熱を吸収するために、芯を黒く塗ることもできます。ガラスはプラスチックほど柔軟ではありませんが、高温ではプラスチックよりも熱を吸収しにくくなります。
プラスチックのネットは、水が容器に落ちる前に水をキャッチし、加熱する時間を長くすることができます。
添加物
塩水やその他の汚染された水を蒸留する際に染料を加えると、吸収される太陽放射の量を増やすことができます。
リバース静止画
逆の装置では、太陽熱で温められた周囲の空気と装置の温度差を利用して周囲の水蒸気を凝縮します。このような装置の1つは、外部電源なしで水を生成します。装置の上部には逆円錐が付いており、空気中の周囲の熱を反射し、箱の上部に太陽光が当たらないようにします。この表面は、ポリマーと銀の複数の層でコーティングされたガラス板です。[8]
太陽光を反射して表面加熱を軽減します。反射されなかった残留熱は特定の波長（赤外線）で再放射され、大気圏を通過して宇宙空間に放出されます。ボックスの温度は周囲温度より 15 °C（27 °F）も低くなります。これにより結露が促進され、天井に集まります。この天井は超疎水性材料でコーティングされているため、結露は液滴となってコレクターに落ちます。テストシステムでは、10 cm（3.9 インチ）の表面を使用して 1 日あたり 4.6 ml（0.16 US fl oz）の水が得られ、これは 1 日あたり約 1.3 L/m 2（0.28 gal/ft 2）に相当します。[8]
効率
結露トラップは、既存の水源または供給を拡張または補充するための水源です。直径 40 cm (16 インチ)、深さ 30 cm (12 インチ) のトラップでは、1 日あたり約 100 ～ 150 mL (3.4 ～ 5.1 US 液量オンス) の水が得られます。
容器を追加する前にピットに 排尿すると、尿の水分の一部を回収することができます。
ピットスチルは、建設に必要なエネルギーと水を考えると、サバイバルスチルとしては非効率すぎるかもしれない。[9]砂漠環境では、安静時の人の水必要量は1日あたり3.8リットル（1米ガロン）を超える可能性があるが、スチル生産量は平均240ミリリットル（8米液量オンス）に過ぎない。[9] [10]建設中に失われた水に匹敵するには、数日間の水収集が必要になるかもしれない。[10]
アプリケーション
遠隔地
太陽熱蒸留器は、遠隔地の家や停電時など、雨水、水道水、井戸水が利用できない場合に使用されます。[11]数日間停電する可能性のある亜熱帯のハリケーン発生地域では、太陽熱蒸留器がきれいな水の代替源となります。
太陽光発電による淡水化システムは、インフラや電力網がほとんどない遠隔地にも設置できます。太陽光は依然として手頃な価格で環境に優しく、従来の蒸留技術の中でも効果的な方法と考えられています。太陽熱蒸留器は、特に島民に真水を供給するのに非常に効果的です。そのため、きれいな水へのアクセスが限られている農村地域や発展途上国での使用に最適です。 [12] [13]
生存
太陽蒸留器は、海上で座礁したパイロットによって使用され、救命いかだの緊急キットにも含まれています。[1]
凝縮トラップを使用して尿を蒸留すると、尿素と塩分が除去され、体内の水分がリサイクルされます。[14]
廃水処理
太陽熱蒸留器は、都市下水処理[15]、下水汚泥の脱水[16]、オリーブ工場の廃水管理[17]にも使用されています。
参照
- 集光型太陽熱蒸留器
- 淡水化
- 淡水
- マリア・テルケス
- ソーラークッカー
- 太陽光による水の消毒
- スティーブン・キャラハン
- ウォーターメーカー
- Wikiversity:太陽熱海水蒸留器
参考文献
- ^ ab 「Solar Still」。ポピュラーメカニクス。ハーストマガジン。1952年2月。113ページ。
- ^ 「手動逆浸透脱塩装置 - 米空軍への単独供給の意向通知」fbo.gov 2012年 2012年7月3日閲覧。
- ^ 「Uncle John のポータブルソーラー水蒸留器 (サバイバル用)」。Instructables。
- ^ Khalifa, Abdul Jabbar N.; Hamood, Ahmad M. (2009年11月). 「盆地型太陽熱蒸留器の性能相関」.脱塩. 249 (1): 24–28. doi :10.1016/j.desal.2009.06.011.
- ^ 「Solar Still」。Practical Survivor 。2023年1月12日閲覧。
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特許
- US 3337418、「空気圧式太陽熱蒸留器」
- US 4235679、「高性能太陽蒸留器」
- US 4966655、「プラスチックで覆われた太陽熱蒸留器」
外部リンク
- 太陽熱蒸留器を作る
- 太陽熱蒸留