JPH082221B2

JPH082221B2 - 土地給水方法

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Publication number: JPH082221B2
Application number: JP62072961A
Authority: JP
Inventors: シックエルヴィン; ペニングスフェルトフランツ
Original assignee: Japan Gore Tex Inc
Current assignee: Japan Gore Tex Inc
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: DE3610548C2; IL81876A; DE3776581D1; JPS62236429A; ES2028809T3; EP0238941B1; IL81876A0; EP0238941A1; DE3610548A1

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、塩水から得られた淡水を乾いた土地に給水
する土地給水方法に関する。

〈従来の技術〉乾燥した暑い国および半乾燥の暑い国においては、乾
いて塩分を含んだ土地が主として肥沃であり、食糧を生
産するのに役立つので、これらの土地への給水は、大き
な役割を果たす。給水のための淡水は、しばしば生産で
きなかったり、また、コストが高すぎたりする。したが
って、特に複数の島から成る暑い国または高コストの地
域においては、灌漑の目的に、所望の量だけ利用できる
塩水を製造すれば利益がある。塩を含んだ地下水または
塩味のある水（海水に河水が混入したもの）は、しばし
ば存在している。しかし、塩味のある水は、例えば、蒸
留によって淡水に変えられなければ灌漑の目的には使用
することができない。塩水で灌漑することは、作物に大
きな損害を与え、それによって土地の含塩量を更に増大
させる（不毛にする）。透光性の壁によって空間的に囲
まれた乾燥ゾーンで成長する栽培作物の灌漑に利用する
ために海水から淡水を得る方法として、以下の方法が知
られている（西ドイツ特許第1632943号参照）。この方
法においては、部分的に太陽光線または熱作用によっ
て、上記空間内の回路中を案内される塩水を蒸気化し、
その凝縮物を捕捉し、給水すべき栽培作物まで運ぶ設備
が設けられている。

また、農作物に給水するために海水から淡水を得る方
法は、既に公知である（西ドイツ特許第2753311号参
照）。この方法では、回路中を案内される海水は、熱の
作用によって蒸気化され、同一のパイプシステム内で凝
縮され、その後、液体状態で土地に給水される。

〈発明が解決しようとする問題点〉上述した西ドイツ特許第1632943号の方法の欠点は、
この方法が閉じられた空間内でのみ実施可能なことであ
る。このため、多額の建造費が必要となり、広い地域で
の作物栽培に対する灌漑ができなくなる。

また、西ドイツ特許第2753311号の方法の第１の欠点
は、種々の材料で裏張りされ、複数個の孔を有する２重
壁のパイプが多数本必要となり、しかも、これらのパイ
プは、高価で損傷し易いことである。また、この方法の
第２の欠点は、上記多数本のパイプを正確に水平にしな
ければならないことである。

本発明の目的は、塩水から得られた淡水で乾燥した土
地を湿らす土地給水方法を提供することである。

〈問題点を解決するための手段〉上記目的を達成する本発明は、塩水不透過性で通蒸気
性の中空構造物を給水すべき土地中に配設し、該中空構
造に塩水を送給し、よって該中空構造物がその外側に塩
を含ませない水蒸気を放出することによりその土地中に
淡水を給水することを特徴とする塩水を用いて淡水を土
地に給水する方法にある。

本発明は、交差膜蒸留（cross-membrane distillatio
n）の原理（西ドイツ交差膜蒸留中で）によって作動す
る蒸留用膜ホース（膜で作られたホース）を利用してい
る。したがって、本発明の基本思想は、塩水から淡水を
製造するために特別の蒸留装置を具えておらず、淡水が
給水すべき作物に供給される点にある。パイプなどの中
空構造物を取巻く土地が蒸留システムの一部として組込
まれている。この中空構造物としては、は円形に近いパ
イプのほか、長手方向に対して垂直に切った横断面が長
径と短径を有する偏平またはこれに近い形状の中空構造
物などが好ましく用いられる。この蒸留システムにおい
ては、パイプなどの中空構造物を通じて外へ浸出する水
蒸気の凝縮が地中で行われる。この方法によれば、作物
の根に給水するための淡水が本来の場所で発生するか
ら、西ドイツ特許第2753311号の方法において生ずるよ
うな地中への浸出またはパイプ中での逆流による淡水損
失が淡水の運搬中に生じない。

本発明のパイプなどの中空構造物内において、ガス状
態は形成されない。パイプなどの中空構造物は、塩水
（特に、海水）によって完全に満たされる。蒸気状態
は、径方向に見て、パイプなどの中空構造物の微小孔構
造の壁への内側入口において発生する。ここで発生した
蒸気は、パイプなどの中空構造物の径方向に浸出して、
土地中で凝縮温度になる。

したがって、本発明の方法が稼動するために最も重要
な因子は、パイプの内部と地中の凝縮ゾーンとの間に一
定の温度差が存在することである。

パイプなどの中空構造物から浸出する水蒸気の凝縮に
よって地中に熱が発生し、塩水と土地との間に徐々に温
度平衡が成立するので、本発明は、好適な実施態様に従
って以下の様に展開する。即ち、パイプなどの中空構造
物に存在する塩水と土地との間の温度差が凝縮によって
縮小するまで一定時間だけ予定温度まで加熱された塩水
がパイプなどの中空構造物中を流通する。しかして、そ
の後の残りの時間の間に、周囲の土地は、冷却するか
ら、新たに次の塩水が流通する間に、必要な温度差が再
度現れる。温度差の消滅と発現との２個の状態間の時間
的間隔の大きさは、給水パイプシステムの温度状態およ
び熱伝導値に左右される。

本発明の方法の利点は、装置の費用が比較的安く、装
置の構成がそれ程複雑でなく、また、必要となるポンプ
容量が小さい点にある。したがって、給水システムは、
全体として太陽エネルギによって稼動することが可能と
なる。

太陽エネルギは、昼間のみ入手することができるに過
ぎず、また、給水されるべき土地は、夜間に最低温度に
達するので、昼間に太陽エネルギによって加熱された塩
水が断熱供給容器に貯溜され、加熱された塩水をパイプ
などの中空構造物に対して夜間に、好ましくはパイプな
どの中空構造物を取り巻く土地の温度が昼夜サイクルの
最低温度に達した朝方近くに導入すると、本発明の方法
は特に効果的である。

供給された塩水と土地との間の温度差が３℃以上、望
ましくは、20℃〜30℃に達したとき、十分な凝縮速度が
地中で達成される。

本発明の方法を実施するための好適な土地給水装置
は、微小孔構造の疎水性は中空構造物が給水すべき作物
の根の部分内または根の真下に、かつ、地表に対してほ
ぼ平行に配置されるように構成され、また、断熱されて
いるのが望ましい塩水供給もしくは放出ラインに接続さ
れるように構成されている。

複数本のパイプなどの中空構造物は、10cm〜50cm,望
ましくは約30cmの深さ位置に存在することが望ましい。
パイプ網の正しい深さを選定する場合には、給水すべき
作物の根の成長をまず考慮しなければならず、また、地
中に埋設されたパイプシステムが鋤または他の農業機械
によって土壌作りの間に損傷されないように配慮しなけ
ればならない。

作物の各列への給水が確保されるように、互いに平行
に、かつ、作物から離してパイプが配置されたときは、
全域に亘る給水が達成される。

他の実施態様においては、パイプはリングとして作物
（例えば、灌木または喬木）の根部内に配置されてい
る。偏平な中空構造物が使用される場合には、この中空
構造物の上部が疎水性で、微小孔構造の材料のみで作ら
れ、中空構造物の下部が非透水性の箔で閉鎖されるよう
に中空構造物は、構成されることが好ましい。このよう
にすることによって、水蒸気が根部方向へのみ浸出す
る。中空構造物が土圧に耐える堅牢さを有するように、
留意しなければならない。この堅牢さは、内部に組込ま
れた堅牢構造によって達成してもよい。実際、パイプな
どの中空構造物は、微小孔構造のポリプロピレン、PVDF
（ポリビニリデンフルオライド）、PTFE（ポリテトラフ
ルオロエチレン）またはその他のものによって構成する
ことができる。

非透水性の箔がパイプなどの中空構造物の下方に配置
されれば、特に利点が多い。このような構造において
は、箔がパイプ下10cm〜50cm（特に、約30cm）の深さ位
置に置かれれば、特に好都合である。この構造によれ
ば、淡水が地中の深すぎる位置で形成されるのを防止で
きる。また、塩味のある地下水が上昇してくるのを効果
的に防止できる。

本発明によれば、必要に応じて、地表は、作物が突出
する孔を有する箔によって覆ってもよい。

本発明の一つの実施態様においては、２種の給水が行
われる。この場合には、全体のパイプ網が種々の給水地
域に分割されており、一時に一個の給水部のみに加熱さ
れた塩水が供給される。残りの給水部への周期的切換え
は、その後に行われる。

塩水の濃度が高すぎた場合、または、例えば、塩水が
海に放出される場合には、本発明のパイプなどの中空構
造物を通じて送給された塩水は、パイプ網の入口に至る
回路内へ戻すことができる。

〈実施例〉第１図ないし第５図を参照して、本発明の好適な実施
例について詳しく説明する。第１図に示されているよう
に、塩水12は、海22の塩水12中に開口した吸入導管23を
介して、吸入ポンプ15により吸入され、ソーラーコレク
タ24を介して断熱供給容器14内へ吸入ポンプ15で送給さ
れる。ソーラーコレクタ24は、矢印で示された太陽光線
により加熱され、ソーラーコレクタ24を通過する塩水12
を40℃〜80℃の温度に加熱する。

ポンプ15は、電気モータ25により駆動される。電気モ
ータ25は、矢印で示された光電太陽電池26からエネルギ
を供給される。太陽電池26もソーラーコレクタ24と同様
に矢印で示された太陽光線を受ける。太陽電池26で発生
した電気エネルギは、蓄電池27を充電するために使用さ
れる。蓄電池27は、ビルディング38中の設備中の他の部
材によって覆われている。

加熱された塩水12は、上方から供給容器14中に導入さ
れる。他方、放出導管28は、供給容器14の下部に配置さ
れている。放出導管28は、選択的に開閉できる弁29およ
び電気モータ33によって駆動される加圧ポンプ15′を介
して送配切換弁10に接続されている。送配切換弁10は、
２個の出口を有する。これらの出口は、いずれも、土地
13中に敷設された塩水供給導管19に接続されている。こ
の状態は、第１図および第２図に示されている。

１〜10mmの内径を有し、１〜2mの長さを有する微小孔
構造で疎水性のパイプ11は、土地13の表面17（第３図参
照）と平行に敷設された塩水供給管19から、この塩水、
供給管19の縦軸に対して１〜2mの間隔を以て垂直方向に
分岐している。しかして、パイプ11は、土地13中に敷設
され、塩水供給管19と平行に延びた塩水排出管20内に開
口している。戻り管30は、いずれの場合にも、塩水供給
管19の供給側から遠い側に存在する、塩水排出管20の一
端に接続され、弁31を介して供給容器14に通じている。
破線で示され海22に通じている排水管32は、弁31から分
岐している。

ポンプ15′を駆動する電気モータ33は、破線で示され
た電気ケーブル34を介して蓄電池27に接続されている。

微小孔構造、かつ、疎水性のパイプ11の理想的な深さ
は、第３図に示されている。パイプ11は、土地13の表面
17に埋め込まれた作物16の根18の領域内、または、根18
の領域の真下に敷設されている。

パイプ11の10〜20cm真下において、土地13は、非透水
性の箔37によって上方へも下方へも封水されている。

以下、本発明にかかる土地給水装置の作用について説
明する。

日光が当たっている間、ポンプ15は、連続的に塩水12
をソーラーコレクタ24内に供給する。塩水12は、40℃〜
80℃に加熱された後、供給容器14が完全に満たされるま
で、供給容器14内に送給される。

同時に、蓄電池27は、太陽電池26によって充電され
る。

夜間において、弁29は開き、送配切換弁10の状態に応
じて、塩水12は、供給容器14から一方または他方の給水
ベッド８または９の微小孔構造、かつ、疎水性のパイプ
11内に入る。この操作の間、水は、土地13の温度よりも
高いので連続的に蒸発し、パイプ11の壁を通して、矢印
によって第１図及び第３図に示されているように水蒸気
として土地13中に浸透する。相対的に冷たい土地13中
で、水蒸気は、凝縮され蒸留された水が生産される。こ
の水は、作物16の根18によって吸い上げられる。

蓄電池27によって駆動されるポンプ15′によりパイプ
11を介して強制供給された塩水は、弁31の状態に応じ
て、また、塩水の濃縮度に応じて供給容器14中または海
22中に戻される。第１図の内容は、上述した関係を概略
的に示しているだけである。特殊な供給容器を戻される
濃縮塩水のために設けることは、利点が多い。この特殊
な供給容器から濃縮された水（この段階では、冷却され
ている）は、昼間、ソーラーコレクタを介して供給容器
内へポンプにより同様に送給することができる。上記濃
縮された水は、次の夜間において給水に使用することが
できる。第１図には、２個の給水ベッド８および９のみ
が示されている。実際、多数個の給水ベッドは、１個の
給水プラントを次々に循環的に給水することができる。
この目的のために、送配切換弁10は、多数の切換素子を
有している。

供給容器14に貯溜された温かい塩水の温度は、少なく
とも40℃以上でなければならない。例えば、70℃〜80℃
の相対的に高い温度は、パイプ11が作物16の下方におい
て深く埋設され、作物16を傷める、根18の加熱を恐れる
必要がない場合に考慮することができる。

第４図には、喬木16′の周りにリング状に配設された
パイプ11によってより大きな喬木が給水される状態が示
されている。

第５図に示されているように、平面的（２次元的）な
中空構造物11′は、パイプ11の代わりに地中に配設され
ている。中空構造物11′の下側は、蒸気および水を通さ
ない箔21から構成されている。他方、中空構造11′の上
側は、微小孔構造で疎水性の材料から構成されている。
塩水12から作られる水蒸気は、この材料を通過すること
ができる。中空構造物11′が土圧によって圧し潰されな
いように、複数個のウェブ35が中空構造物11′の内部に
設けられている。これらのウェブ35は、塩水を通すため
の適当な空間を確保する。ウェブ35は、塩水が中空構造
物11′の横断方向に流れるのを確保するため、間隔を置
いて設けてもよいし、また中空構造物11′の長手方向に
連続していて孔36を有するように構成されていてもよ
い。

土地給水装置の夜間の稼動は、この稼動を、塩水と土
地との間の温度差が例えば５℃の予定値に達するまで加
熱された塩水が一部（例えば、給水ベッド８および９）
のパイプ11または中空構造物11′中を通過する意味にと
れば、断続して行われることが望ましい。土地13の温度
が低い場合または必要な温度勾配を保証する低い温度に
再び達した場合には、送配切換弁10は、他の給水部の方
へ切換えられる。

上述した方法を使用すれば、凝縮によって土地が加熱
されることにより、パイプ11または中空構造物11′の壁
を通過する蒸気の量が減少し、これにより凝縮熱の発生
が減少する点で一定の自動制御が行われる。したがっ
て、塩水12と土地13との間の温度差は、再び増大し、再
度、増量した蒸気がパイプ11または中空構造物11′の壁
を通過する。

本発明にかかる土地給水システムは、パイプ11または
中空構造物11′の周辺の淡水がまず、蒸気の状態でのみ
存在し、傾斜地の低い地域において増大する静水圧の問
題が生じないから、特に傾斜地で有利に用いることもで
きる。

本発明によれば、地表は、作物16が突出できるような
孔を有する箔によって覆うこともできる。

微小孔構造のパイプ11は、液体を通す粗い孔を有する
機械的保護17で包囲することもできる。

〈発明の効果〉本発明の方法の特別の利点は、給水が淡水で行われる
だけでなく蒸留水によっても行われることである。

本発明の方法を使用すれば、炭酸ナトリウムまたは炭
酸カルシウムによって生産される虞れのある高いpH値を
示す土地に対して、大幅低下および塩の洗い出しが生ず
る。また、パイプなどの中空構造物の微細孔をバクテリ
アが透過しない大きさにすることにより、中空構造物の
内部からバクテリアが外へ出るのが防止される。したが
って、例えば、作物の病気が給水パイプシステムを介し
て蔓延することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる土地給水装置の概略説明図で
ある。第２図は、本発明にかかる土地給水装置の地中に
敷設されたパイプシステムの平面図である。第３図は、
第２図におけるIII-III線断面の拡大図である。第４図
は、喬木給水のための本発明にかかる土地給水装置のパ
イプシステムの概略斜視図である。第５図は、本発明に
かかる土地給水装置に使用される平面的中空構造物の概
略斜視図である。図中、７……機械的保護鞘、11……パイプ、11′…中空構造
物、12……塩水、13……土地、15……ポンプ、16……作
物、18……根。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塩水不透過性で通蒸気性の中空構造物を給
水すべき土地中に配設し、該中空構造物に塩水を送給
し、よって該中空構造物がその外側に塩を含まない水蒸
気を放出することによりその土地中に淡水を給水するこ
とを特徴とする塩水を用いて淡水を土地に給水する方
法。
【請求項２】前記中空構造物を疎水性かつ微小孔構造の
材料で構成し、塩水を前記中空構造物を取り巻く土地の
温度よりも高い温度で前記中空構造物に送給することに
より、有意の量の蒸気が該中空構造物の壁を通して内か
ら外へ通過して周囲の土地中で凝縮する特許請求の範囲
第１項記載の土地給水方法。
【請求項３】所定温度に加熱した塩水を前記中空構造物
中に送給し、周囲の土地の温度が該中空構造中の塩水の
温度と実質的に等しい温度まで上昇すると塩水の送給を
停止し、土地の温度がそれより低下したら塩水の送給を
再開する特許請求の範囲第１項または第２項記載の土地
給水方法。
【請求項４】前記中空構造物が通る各領域に給水を循環
させる特許請求の範囲第１、２又は３項記載の土地給水
方法。
【請求項５】塩水を太陽エネルギーによって加熱する特
許請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の土地給
水方法。
【請求項６】塩水を送給するポンプを太陽エネルギーで
駆動する特許請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記
載の土地給水方法。
【請求項７】太陽エネルギーによって加熱した塩水を昼
の間断熱容器に貯溜し、加熱された塩水を夜間に前記中
空構造物中へ導入する特許請求の範囲第５又は６項記載
の土地給水方法。
【請求項８】加熱された塩水を前記中空構造体の周囲の
土地が昼−夜サイクルの最も低い温度に達する朝方に前
記中空構造物中へ導入する特許請求の範囲第７項記載の
土地給水方法。
【請求項９】新規に供給する塩水と土地との間の温度差
が３℃以上である特許請求の範囲第１〜８項のいずれか
１項に記載の土地給水方法。
【請求項１０】新規に供給する塩水と土地との間の温度
差が20〜30℃である特許請求の範囲第９項記載の土地給
水方法。
【請求項１１】前記中空構造物が微多孔構造のポリプロ
ピレン、ポリビニリデンフルオライドまたはポリテトラ
フルオロエチレンで構成された特許請求の範囲第１〜10
項のいずれか１項に記載の土地給水方法。
【請求項１２】不透水性の箔を前記中空構造物の下方に
ある距離だけ隔てて配置する特許請求の範囲第１〜11項
のいずれか１項に記載の土地給水方法。
【請求項１３】前記中空構造物を大きな孔を有する機械
的保護ジャケットで囲包する特許請求の範囲第１〜12項
のいずれか１項に記載の土地給水方法。
【請求項１４】前記中空構造物が円筒状パイプである特
許請求の範囲第１〜13項のいずれか１項に記載の土地給
水方法。
【請求項１５】前記中空構造物が偏平な中空構造物であ
る特許請求の範囲第１〜13項のいずれか１項に記載の土
地給水方法。