JP2007502922A

JP2007502922A - 周囲空気から水分を凝縮するための方法および装置

Info

Publication number: JP2007502922A
Application number: JP2006523493A
Authority: JP
Inventors: ジョーンズ、ダリル、ジョン; コリンズ、グレイム、アラン; ロイヤル、トウエイティ、ウォリー
Original assignee: Vital Earth Technologies Pty Ltd
Current assignee: Vital Earth Technologies Pty Ltd
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2007-02-15
Also published as: KR20060095938A; GB0603483D0; IL173812A0; TW200523436A; PL379764A1; CN1856627A; EA200600436A1; US20080168789A1; CA2535909A1; GB2419933A; MY137022A; MXPA06001752A; EP1660730A4; GB2419933B; WO2005019542A1; EP1660730A1; BRPI0413637A; NZ545877A; ZA200602243B

Abstract

周囲空気から水を収集するための方法および装置（２）を提供する。この装置は周囲空気の露点以下に冷却される少なくとも１つの凝縮面を有する。凝縮面の冷却は気体を用いて冷媒蒸気の分圧を低下させて液体冷媒を蒸発させることにより生じる。冷却された凝縮面と接触する周囲空気中の水分が凝縮して収集される。冷却および／または加熱を行うための装置も提供する。

Description

本発明は一般には周囲空気から水分を凝縮して収集するための方法および装置に関する。この装置は少なくとも一形態において、消費または他の目的のための飲料水を生成する手段を提供するとともに、飲料水源が限定される区域において特定用途がある。

世界中の多くの場所において新鮮な飲料水源の入手が限定されており、多くの人々が日々の必要性のために一般にはそのような使用に適するとは思えない水を使用しなければならない。実際に多くの水源が汚染または汚濁されており、その水を安全に使用できるようにするためには、水を沸騰させるかまたは他の方法で処理しなければならない。

ヨットおよび船舶は航海中には自前の水源を搭載しているが、雨水以外に新鮮な水源の入手が不可能なため有効水の日常的使用を制限しなければならないことが多い。同様に炭鉱会社、道路および線路修理労働者団体、ならびに例えば遠隔地で活動中の軍隊、および孤島保養地はすべて新鮮な水を必要としている。

もちろん水には生命を維持するのに必要である以外に膨大な用途がある。このような用途には洗浄および特に産業処理での利用がある。給水が限定されている区域または場所では、新鮮な水の定期的な供給の入手が望ましい。給水は雨水により補給することができるが、雨水は変動し且つ不十分である恐れがある。さらにまた遠隔地へ定期的に新鮮な水を運搬する費用は高くなる恐れがある。

周囲空気から水分を凝縮する装置が欧州特許第０５９７７１６号明細書および米国特許第５，８５７，３４４号明細書に開示されている。これらの装置は両方とも電気コンプレッサを組み込んだ冷却システムを備え、冷媒の圧縮とその後の膨張により周囲空気の冷却を達成することにより空気から水分を凝縮してその後収集する。

米国特許第６，１５６，１０２号明細書には、空気を流入させて吸湿性溶液と接触させるステップを含む、周囲空気から水を収集するための装置および方法が開示されている。吸湿性溶液は空気から水分を吸収する。水分はその後吸湿性溶液から蒸発して収集される。水分の蒸発は吸湿性液体を加熱することによりまたは圧力下で水分を蒸発させることにより達成される。周囲空気を方向付けて空気から水分を吸収する吸収剤と接触させ、その後吸収された水分を分離および収集するステップを含む同様な構成が、米国特許第６，３３６，９５７号明細書に記載されている。

本発明の一態様において周囲空気から水を収集する方法を提供し、方法が、
周囲空気と接触するための少なくとも１つの凝縮面を設けるステップと、
気体を気体と液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気との気体混合物を含む密閉空間内へ流入させて液体冷媒から密閉空間内へさらに冷媒蒸気が蒸発するようにして、これによって熱が凝縮面から冷媒内に奪われることにより凝縮面を周囲空気中の水分の露点以下に冷却するステップと、
気体混合物を密閉空間から流出させるステップと、
冷却された凝縮面を周囲空気と接触させることにより周囲空気から凝縮面上への水分の凝縮を生じさせるステップと、
凝縮した水を収集するステップとを含む。

通例、この方法は密閉空間から流出する気体混合物内の冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒内へ戻すことにより冷媒蒸気を気体から分離するステップと、気体混合物からの気体をより多くの気体混合物を生成するために密閉空間に戻すステップと、気体混合物から凝縮した液体冷媒を再循環させるステップとをさらに含む。

好適には気体混合物は密閉空間から流出して気体混合物から気体を吸収する液体吸収剤に接触することにより溶液を生じるとともに、気体は溶液から分離されて密閉空間へ戻され、液体吸収剤は再循環されてより多くの気体混合物と接触する。

気体混合物から凝縮された液体冷媒が、気体の密閉空間内への流入および密閉空間から出て液体吸収剤と接触する気体混合物の流出と同時に再循環されて、凝縮面が連続周期で冷却されるようになっていることが好ましい。

気体が密閉空間内へ流入する際に液体冷媒が攪拌されることが好ましい。液体冷媒の攪拌が気体を液体冷媒を介して密閉空間内へ発泡させることにより達成されることがさらに好ましい。

この方法は凝縮面から流れる周囲空気の温度を監視するステップと、周囲空気が凝縮面と接触するように流れ込む流量を所望の流量に調整することにより周囲空気から凝縮面上への水分の凝縮を促進するステップとをさらに含むことが好ましい。

周囲空気が凝縮面と接触することにより冷却されるとともに、冷却された周囲空気を用いて密閉空間から流出する気体混合物内の冷媒蒸気を冷却することにより、冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻すことを容易にする。気体混合物が密閉空間から、冷媒蒸気が凝縮される凝縮器内に流入することが好ましい。

従ってこの方法は、凝縮面から凝縮器へ流れる周囲空気の流量を監視して冷媒蒸気の凝縮を促進するステップも含み得る。冷媒蒸気の凝縮を促進するために凝縮面から流れる周囲空気の流量を調整する必要があるかどうか判断するステップが、
凝縮器内の圧力を測定するステップと、
凝縮器内の温度を測定するステップと、
測定された圧力と測定された温度とを評価するステップとを含み得る。

本発明の他の態様において周囲空気から水を収集する装置を提供し、装置が、
周囲空気と接触するための少なくとも１つの凝縮面と、
液体冷媒を受容するとともに液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気と気体との気体混合物用の密閉空間を規定する蒸発器と、
蒸発器内に開口している入口であって、気体を空間内へ流入させることにより液体冷媒を空間内へさらに蒸発させて熱が凝縮面から液体冷媒内に奪われるようになっており、これにより凝縮面が周囲空気中の水分の露点以下に冷却され、周囲空気から凝縮面上への水分の凝縮を生じさせて水を収集するための入口と、
気体混合物を空間から流出させるための出口とを備える。

装置が、気体混合物内の気体を冷媒から分離するとともに冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻して、気体を蒸発器内の密閉空間に戻すとともに液体冷媒を再循環させる分離システムをさらに備えることが好ましい。

分離システムが、蒸発器からの気体混合物を受容するとともに気体混合物内の冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻す凝縮器を備え、凝縮器が液体吸収剤を受容するとともに気体混合物と液体吸収剤との接触を容易にして、気体を液体吸収剤内に吸収することにより溶液を生じ、それにより気体を冷媒蒸気から分離するように構成されていることが好ましい。

使用中に凝縮器が液体冷媒の層と溶液の層とを含む溶液槽を収容するとともに、凝縮器が気体混合物を受容して、気体混合物を液体吸収剤と接触させることにより溶液を生じた後、溶液が溶液槽内へ流入するように構成されていることが好ましい。一般には液体冷媒が溶液より低い比重を有するとともに、溶液が液体冷媒の層から分離して溶液の層になる。

凝縮器が、液体吸収剤を受容する凝縮器内に配置された混合ユニットをさらに備え、混合ユニットが混合ユニットの表面上に液体吸収剤の流れを生成して気体と液体吸収剤との接触を容易にするように構成されていることが好ましい。一般には混合ユニットが開口ウェルを有し、開口ウェルが液体吸収剤を受容するとともに、液体吸収剤のウェルからのオーバーフローに伴って混合ユニットの表面を伝う液体吸収剤の流れを提供する。

混合ユニットが、液体吸収剤が混合ユニットの表面を伝って流れる際に液体吸収剤内に乱流を促進することにより、液体吸収剤による気体の吸収を増大させるように構成されていることが好ましい。通例、混合ユニットは混合ユニットの表面内に規定されるとともに表面にわたって延びて液体吸収剤内の乱流を促進する少なくとも１つのリッジを有する。混合ユニットが複数のリッジを有し、これらのリッジが混合ユニットに沿って互いに離間するとともに混合ユニットの外周のほぼ全周囲に延びていることが好ましい。

混合ユニットが、凝縮器内に配置されて混合ユニットをほぼ垂直方向に維持するジンバル上に載置されていることが好ましい。

分離システムが液体吸収剤から気体を蒸発させる分離貯槽をさらに備え、分離貯槽が、
筐体と、
液体吸収剤を筐体内へ流入させるための入口と、
液体吸収剤から蒸発した気体を蒸発器に戻すための出口とを備え、
気体が筐体内で液体吸収剤から蒸発することが好ましい。

分離貯槽が概して加熱されて液体冷媒からの気体の蒸発を容易にするように構成されている。

分離システムが、液体吸収剤を高い位置に上昇させて液体吸収剤を凝縮器へ流し、蒸発器からのより多くの気体混合物と接触させるポンプシステムをさらに備え、ポンプシステムが、
液体吸収剤を受容するとともに加熱されて液体吸収剤を押し出す加熱貯槽と、
加熱貯槽が加熱されたときに加熱貯槽からの液体吸収剤を受容する上昇管と、
高い位置に配置され、中に管が開口して液体吸収剤を収集する収集貯槽とを備え、収集貯槽が液体吸収剤を収集貯槽から凝縮器へ流すように構成されていることが好ましい。

収集貯槽が、液体吸収剤を収集貯槽から凝縮器へ流出させるための第１の出口と、上昇管に沿う移動に伴って液体吸収剤から蒸発した気体と吸収剤蒸気とを一緒に受容する内部空間と、さらに液体吸収剤から分離された気体を収集貯槽から蒸発器へ流出させるための出口とを有することが好ましい。

収集貯槽の第１の出口が液体吸収剤を凝縮器に方向付ける導管に開口しており、導管が分離貯槽を通って凝縮器からの溶液と熱交換することが好ましい。

収集貯槽のさらなる出口が、分離貯槽の第１の出口と蒸発器とを接続する経路に開口していることが好ましい。経路が回路内で吸収剤蒸気から凝縮する液体吸収剤を捕集するとともに凝縮した液体吸収剤を分離貯槽に排出する傾斜領域を有することが望ましい。

装置が、蒸発器内の空間から凝縮器への気体混合物の通過および分離システムから蒸発器への気体の通過に伴って気体混合物と気体との間で熱交換する熱交換器も備えることが好ましい。また一般に熱交換器は通常は凝縮された冷媒を受容して、凝縮器から蒸発器への凝縮された冷媒の通過に伴って気体混合物と気体との熱交換をするように構成されている。

さらにまた装置は凝縮器と蒸発器とを収容し、蒸発器からの周囲空気を方向付けて凝縮器と接触させるケーシングを備えることが好ましい。ファンがケーシングの外部からケーシングを通る周囲空気の流れを生じるように設けられていることが好ましい。凝縮面が通常は水平に対して角度をもって配置され、凝縮された水の収集を容易にすることがさらに好ましい。この角度は通例約３０°〜約６０°、好ましくは約４０°〜約５０°の範囲である。

装置が凝縮面と接触する周囲空気の流量を制御する制御システムをさらに備え、制御システムが、
凝縮面から流れる周囲空気の温度を測定する温度センサを備え、
制御システムが温度センサによって測定された温度を監視するとともに、凝縮面と接触するように流れ込む周囲空気の流量を調整して周囲空気から凝縮面上への水分の凝縮を促進するように構成されていることが好ましい。

装置が凝縮面から流れる周囲空気を凝縮器へ方向付けるように構成されており、制御システムが、蒸発器から凝縮器へ流れる周囲空気の流量を凝縮面と接触するように流れ込む周囲空気の流量に対して調整することにより、凝縮器内の温度と圧力とを変更して冷媒蒸気の凝縮を促進するように動作可能な調整可能空気取入口をさらに含むことが好ましい。

制御システムが凝縮器内の温度を測定する温度センサと凝縮器内の圧力を測定する圧力センサとをさらに含み、制御システムがさらにさらなる温度センサにより測定された温度と圧力センサにより測定された圧力とを評価するとともに、調整可能空気取入口を作動して凝縮器へ流れる周囲空気の流量を変更するように構成されていることがさらに好ましい。

蒸発器内に開口している入口が、液体冷媒を介して蒸発器内の密閉空間へ気体を発泡するように位置していることが好ましい。液体冷媒を介して気体を発泡させることが液体冷媒を攪拌することで、周囲空気から液体冷媒への熱伝導が増す。

本発明のさらに他の態様において周囲空気からの水分の凝縮を生じさせる蒸発器を提供し、蒸発器が、
周囲空気と接触するための少なくとも１つの凝縮面と、
液体冷媒を受容するとともに液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気と気体との気体混合物用の密閉内部空間を有する筐体と、
気体を空間内へ流入させて液体冷媒を密閉空間内へさらに蒸発させ、熱が凝縮面から液体冷媒内に奪われるようになっており、これにより凝縮面が周囲空気中の水分の露点以下に冷却され、周囲空気から凝縮面上への水分の凝縮を生じさせて水を収集するようにするための入口と、
気体混合物を密閉空間から流出させるための出口とを備える。

上記または各凝縮面がそれぞれ冷却フィンの表面であり、蒸発器の筐体が、
気体と冷媒蒸気との気体混合物を受容する上部領域と、
液体冷媒に少なくとも部分的に満たされているとともに上部領域から離間している下部領域と、
一端で筐体の上部領域に且つ他端で下部領域に開口している少なくとも１つの導管とを備え、
上記または各冷却フィンが上部領域と下部領域との間に配置されて周囲空気と接触することが好ましい。

通例複数の冷却フィンが互いに離間しているとともに隣接して配置されて周囲空気と接触する。

他の態様において気体混合物内の冷媒蒸気から気体を分離する方法を提供し、方法が、
冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒にするように構成されている凝縮器を設けるステップと、
気体混合物を凝縮器内へ流入させて冷媒蒸気の凝縮を生じさせるステップと、
液体吸収剤を混合ユニットに流すことにより、液体吸収剤が気体混合物と接触し、気体が液体吸収剤内に吸収されて液体吸収剤と気体との溶液を生成するようになっているステップとを含み、
凝縮器が、気体を吸収する液体吸収剤を受容するとともに液体吸収剤と気体混合物との接触を容易にするように構成されている混合ユニットを収容している。

さらなる態様において気体混合物内の冷媒蒸気から気体を分離する凝縮器を提供し、蒸発器が、
気体混合物を受容するとともに冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒にする筐体と、
筐体内に配置され、気体を吸収して気体との溶液を生じる液体吸収剤を受容する混合ユニットとを備え、混合ユニットが気体混合物と液体吸収剤との接触を容易にするように構成されている。

本発明のさらに他の態様において、気体と、気体と冷媒蒸気との気体混合物から気体を吸収することにより気体と冷媒蒸気とを分離する液体吸収剤とを混合する混合ユニットを提供し、混合ユニットが、
液体吸収剤を受容するとともに気体混合物と液体吸収剤との接触を容易にして気体を吸収する混合器本体を備え、混合器本体が気体混合物と液体吸収剤との接触を容易にするように構成されている。

周囲空気から水を凝縮することで、新鮮な水が乏しいまたは入手できない遠隔または極限地の新鮮なまたは貯水源を補充する手法を提供するとともに、そのような場所へ運搬される水への依存またはその必要性を低減し得る。同様に航行中の船舶またはボート上のように水源を搭載する必要がある場合、周囲空気から水を凝縮することは移動中の代替水源を提供するため、貯水への依存を軽減することが可能になる。実際周囲空気から水を凝縮することが可能であることにより、搭載水の貯蔵を低減し得る。さらに空気から水を凝縮することは、水質に関してはある程度確実であるため、現存の水源の品質に関して疑わしいまたは入手可能な水が汚濁または汚染されていることが分かっている、さもなければ水の利用目的に適さない区域に水源を提供する。従って本発明の１つまたは複数の実施形態は多数の実用的な状況において用途がある。

さらにまた本明細書に記載の装置の稼働中に冷媒蒸気が凝縮されると周囲空気が冷却されて熱が生成されるため、冷却された周囲空気および生成された熱をそれぞれ一般的な冷却および加熱目的に利用してもよい。

従って本発明のさらに他の態様において装置の動作中に装置から加熱を提供する方法があり、方法が、
気体を気体と液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気との気体混合物を含む密閉空間内へ流入させて、液体冷媒から密閉空間内へさらなる冷媒蒸気が蒸発するようにするステップと、
気体混合物を密閉空間から、気体混合物内の冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻す凝縮器へ流すステップと、
気体混合物からの気体を密閉空間へ戻すステップと、
気体混合物から凝縮された液体冷媒を蒸発のために密閉空間内へ再循環させるステップと、
凝縮器から熱を奪って熱を提供するステップとを含む。

本発明のさらに他の態様において装置の動作中に装置から冷却を提供する方法があり、方法が、
周囲空気と接触するための少なくとも１つの冷却面を設けるステップと、
気体を気体と液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気との気体混合物を含む密閉空間内へ流入させて、液体冷媒から密閉空間内へさらに冷媒蒸気が蒸発するようにして、これによって熱が冷却面から液体冷媒内に奪われることにより冷却面を冷却するステップと、
気体混合物を密閉空間から流出させるステップと、
冷却された冷却面を周囲空気と接触させることにより周囲空気の冷却を生じるステップと、
冷却された周囲空気を用いて冷却を提供するステップとを含む。

加熱および／または冷却を提供する装置も特に本発明に包含される。一般的な加熱および冷却目的のために設けられる装置の凝縮および／または冷却面を周囲空気の露点以下に冷却する必要がないことは理解されよう。すなわち加熱または冷却は周囲空気から水を収集することなく達成することができる。

本明細書を通して、用語「備える」もしくは「備えて」または「備えている」などの変形は記載した要素、必須構成要素またはステップ、もしくは要素、必須構成要素またはステップの群の含有を意味するが、任意の他の要素、必須構成要素またはステップ、もしくは要素、必須構成要素またはステップの群の除外を意味するものではないことは理解されよう。

本発明の特徴と利点とは添付の図面と共に本発明の好適な実施形態の以下の説明からより明白になろう。

図１の装置２はイソブタン（Ｒ６００ａ）冷媒を含む蒸発器４を備えており、この冷媒は蒸発器を使用中の蒸発器内を流れる周囲空気中の水分の露点以下に冷却する。簡潔に言えば蒸発器の冷却は、冷媒に対して実質的に不活性なアンモニアなどの気体を蒸発器の頭隙内に通すことにより達成される。これは頭隙内の冷媒蒸気の分圧を低下させ、それによりさらに冷媒を液体冷媒から頭隙内に蒸発させる。この結果得られた気体と冷媒蒸気とを含む頭隙内の気体混合物は蒸発器から流れるとともに、気体と冷媒蒸気とが分離される。分離された冷媒蒸気は凝縮され、気体および凝縮された液体冷媒は再循環して連続サイクルで蒸発器４に戻される。

図２により明確に示すように、蒸発器４からの気体混合物は蒸発器と凝縮器との間の圧力差により凝縮器６に流れる。冷媒蒸気からの気体の分離は凝縮器内で生じるとともに、気体混合物内の気体を凝縮器内に供給される液体吸収剤と接触させることにより達成される。気体は液体吸収剤により吸収されて溶液を生じ、この溶液が凝縮器から分離貯槽へ流れて溶液から気体が分離された後、気体は蒸発器に戻る。溶液から分離された液体吸収剤は、概ね数字８および１０によって示されるポンプシステムにより凝縮器へ再循環されて、蒸発器から凝縮器へ入る気体混合物から気体をさらに分離する。

図３に概略的に示すように蒸発器４は下部チャンバ１４を有する筐体１２を備え、下部チャンバ１４は複数の離間列の円筒状パイプ１８を介して蒸発器の頭隙１６と流体連通している。蒸発器４は蒸発器の頭隙１６を除いて液体イソブタン冷媒２８で満たされている。パイプ間の空間２０は周囲空気が蒸発器中の冷却フィン２２上を通過するための通路を提供する。各フィン２２の上側２２ａおよび下側２２ｂは周囲空気から水分の凝縮するための凝縮面を提供する。蒸発器およびそれによりフィン２２は水平に対して４５°の角度に配置されており、凝縮された水がフィンから流れ落ちて、蒸発器および凝縮器を収容しているケーシング２４の傾斜面上に落ちるようになっており、傾斜面は図２に図示するようにその水を流出差口２６へ方向付けて収集する。

気体３０、この例ではアンモニアガスは液体冷媒を介して、蒸発器の下部チャンバ１４内に配置された散気装置３２の形状の入口から発泡される。アンモニアガスはパイプ１８内を上方へ流れて蒸発器の頭隙１６内に流入し、ここで下にある液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気と混じる。アンモニアガスの頭隙への流入により冷媒蒸気の分圧が減少する。これにより蒸発器内で液体冷媒からさらに冷媒が蒸発する。その結果熱が冷却フィン２２から液体冷媒内に奪われ、今度は冷却フィン２２がフィンの上を流れる周囲空気を冷却する。

蒸発器の頭隙１６内には出口３４が設けられており、ここを介して気体混合物が供給パイプ３６を通って凝縮器６へ流れる。供給パイプ３６は入口４０を介して凝縮器の上部領域３８内に開口している。凝縮器６は凝縮器の底部領域４３内の、水と溶解アンモニアガスとの溶液４２の層の上にある液体冷媒２８の層を含む溶液槽（ｂａｔｈ）に部分的に満たされている。混合ユニット４４は凝縮器の壁に固定された二軸ジンバル４６によって凝縮器の上部領域内に吊下されている。ジンバルによって装置２が配置される地面が水平ではなくても混合ユニットはほぼ上方位置に留まることができる。

混合ユニットの上部端に規定されたウェル４８は、凝縮器の上部領域３８内に設けられた他の入口５２から液体吸収剤５０を受け取る。液体吸収剤は凝縮器の底部領域内の溶液４２よりかなり低い濃度の溶解アンモニアガスを含有する水分を含んでいる。液体吸収剤５０はウェルの縁部５４から溢れて混合ユニットの外周面５６を伝った後、溶液槽の液体冷媒２８の層内に落ちる。

液体吸収剤は重力の影響で混合ユニットの外周面を伝って移動する際に、蒸発器から凝縮器に進入する気体混合物と接触して気体混合物からアンモニアを吸収する。図５に示すように混合ユニットには、混合ユニットの周囲に環状リングを形成する複数の離間円周リッジ５８が設けられている。リングは液体吸収剤が各リング上を通過する際に混合ユニットを伝う液体吸収剤の流れに乱流を生じる。乱流は液体吸収剤の蒸発器からの気体混合物内のアンモニアガスとの混合を容易にし、それによりアンモニアガスの液体吸収剤への吸収を容易にする。混合ユニットのＢ−Ｂ線に沿った断面図が図６に示されている。図に示すように液体吸収剤は入口５２のアパーチャ６０を通過してウェル４８の中心に落下する。

図３に戻ると、液体吸収剤および溶解アンモニアガスは液体冷媒より高い比重を有するため、液体冷媒の層から凝縮器の底部領域４３内の溶液４２へと沈下する。

溶液４２は凝縮器から供給パイプ６２を流れ、入口６６を通って分離貯槽６４に流入する。貯槽６４は液体吸収剤および溶解アンモニアガスの溶液に部分的に満たされているとともに、溶液からの蒸気、より具体的にはアンモニアガスおよび水蒸気に満たされた内部頭隙６８を有する。使用中分離貯槽は加熱されて、凝縮器から流入する溶液内のアンモニアガスの大部分を分離貯槽の内部頭隙６８内へ蒸発させる。

分離貯槽内に出口７０が設けられ、ここを通って薄い溶液４１が供給パイプ７４内をポンプシステムの加熱貯槽７２へ流れる。加熱貯槽７２は十分な温度、通例薄い溶液の沸騰点まで加熱され、薄い溶液を上昇管７６を通して収集貯槽７８内へ押し上げる。加熱溶液は上昇管７６を上昇「浸透」する際、水蒸気およびアンモニアガスが溶液から蒸発して気体のポケットを形成する。ポケットは溶液の収集貯槽７８への移動に伴ってガスの上昇管内を押し上げられる。そのため収集貯槽に流入する溶液は、分離貯槽に流入する溶液４２および貯槽から加熱貯槽へ流れる溶液の両方と比べて低濃度の溶解アンモニアガスを有する。

収集貯槽７８に流入した後、溶液は液体吸収剤５０として凝縮器６へ再循環されて、蒸発器４の頭隙１６から供給パイプ３６を通って凝縮器６内へ流入する気体混合物からさらにアンモニアガスを吸収する。

つまり図３に示すように、上昇管７６を出る液体吸収剤５０は収集貯槽７８内に溜まり、入口６６と熱交換関係で分離貯槽６４内の溶液４２を通過している再循環管８０を伝って戻り、凝縮器から分離貯槽に流入する溶液と熱交換する。再循環管８０は貯槽から液体吸収剤を凝縮器の入口５２に方向付ける。

供給パイプ８２は上昇管７６から収集貯槽に流入するアンモニアガスおよび水蒸気を、共通供給パイプ８４に供給する。共通供給パイプ８４は一端で出口８６を介して分離貯槽の頭隙６８に開口している。共通供給パイプ８４の反対端は蒸発器４内に配置された散気装置３２内に開口して、アンモニアガスを蒸発器の頭隙１６に戻す。共通供給パイプ８４は傾斜部８８を有しており、収集貯槽７８および分離貯槽６４からアンモニアガスと共に流入する水蒸気から共通供給パイプ内で凝縮した水を捕集するとともにその凝縮した水を貯槽に戻るように方向付ける。

また図３に示すように共通供給パイプ８４は、気体混合物を蒸発器４の頭隙１６から凝縮器６へ輸送する供給パイプ３６の一部分を備える熱交換器９０を通過している。凝縮冷媒２８を凝縮器から蒸発器４の下部チャンバ１４に再循環させるさらなる供給パイプ９２も熱交換器９０を通過して、共通供給パイプ８４と熱交換関係で熱交換器９０から蒸発器４の下部チャンバ１４に続いている。当然のことながら熱交換器９０は熱交換器内の気体混合物と、供給パイプ９２内の冷媒および共通供給パイプ８４内のアンモニアガスとの間の熱交換を容易にする。同様に熱交換器９０から蒸発器４までの共通供給パイプ８４および供給パイプ９２の並列配置により、供給パイプ９２内の冷媒と共通供給パイプ内のアンモニアガスとの間の熱交換ができる。

上述したように蒸発器４および凝縮器６はケーシング２４内に収容されている。図７に最も明確に図示されているように、ケーシング２４は主要空気取入口９６とファン９８とを有し、ファン９８は主要空気取入口を介して大気からケーシング内に周囲空気を吸い込むために出口１００に配置されている。周囲空気は蒸発器を介して流入して、冷却フィン２２上への空気から水分を凝縮させるフィン２２に接触し、その後凝縮器６の筐体９４に接触する。冷却された空気が凝縮器の筐体上を通過する際に筐体から熱が奪われる。これにより凝縮器の上部領域内の冷媒蒸気および下にある液体冷媒も冷却される。

効率的動作のためにケーシング２４を通る周囲空気の流量は、蒸発器を流れる周囲空気の単位体積あたりの水分の凝縮を最適化する一方で、凝縮器上に十分な空気流を維持して凝縮器から周囲空気に熱を伝導することにより凝縮器内の冷媒蒸気を凝縮させるように調整されている。当然のことながら装置は冷却フィンが凝縮水分を凍らせることなく十分に冷却されるように作動される。

所与の一般的大気条件の場合、空気１キログラム当りの水蒸気がグラム単位で測定される特定の湿度値がある。例えば空気１キログラム当たり水分４．５〜６グラムの特定湿度は１℃〜６．５℃の乾球温度と相関がある。使用中装置は、冷却フィン２２の凝縮面から流れる周囲空気の特定の湿度が特定の選択された乾球温度または温度範囲と相関がある特定の湿度まで低下するように作動される。

より具体的にはファン９８は最初は最大速度で作動されてケーシング２４を通過する最大空気流を達成するとともに、蒸発器に流入する周囲空気の露点がセンサ１０２により決定される。センサは蒸発器内に流入する周囲空気が冷却フィン２２により冷却される際に周囲空気によって徐々に冷却されるように配置されている。凝縮が周囲空気からセンサ１０２上で生じると、センサは短絡して周囲空気の露点を示す。この温度は制御モジュール１０６内で、温度センサ１０４によって測定される蒸発器を離れる空気の乾球温度と比較される。温度センサ１０４によって測定された温度がセンサ１０２によって決定された周囲空気の水分の露点温度を超える場合には、ファンの速度を制御モジュール１０６からの命令で徐々に低減させることにより、蒸発器を通る周囲空気の流量を低下させる。これは周囲空気の温度が周囲空気の水分の露点に低下するまで継続されて、冷却フィン２２上への水分の凝縮を達成する。

一旦蒸発器４上の周囲空気の最適流量が達成されると、凝縮器６内の凝縮冷媒２８の温度がさらなる温度センサ１１２によって測定されるとともに、制御モジュール１０６内で圧力センサ１１４によって測定された凝縮器の上部領域３８内の合計圧力と比較される。凝縮器の上部領域内の圧力は周囲条件により変動するため、冷媒蒸気の最適凝縮のための凝縮器内温度および圧力条件がある。

温度センサ１１２および圧力センサ１１４により測定された温度および圧力は制御モジュール１０６内で比較され、制御モジュールが冷媒蒸気の凝縮のための最適条件が達成されたかを判断する。制御モジュールが凝縮器内の温度が冷媒蒸気の凝縮にとって高すぎると判断した場合には、ファン９８の速度が制御モジュールからの命令により徐々に上げられる。これにより蒸発器から凝縮器へ流れる冷却された周囲空気の流量が増し、周囲空気によって凝縮器の筐体からさらに熱が奪われることにより、凝縮器内の温度が徐々に低下する。ファンの速度は冷媒蒸気の凝縮が生じる凝縮器内の温度に到達するまで上がり続ける。

通例１〜２分という短時間遅れて蒸発器に流入する周囲空気の露点および蒸発器を離れる周囲空気の乾球温度が温度センサ１０２および１０４によって再度測定されて、これらの温度が制御モジュール内で比較される。温度センサ１０４によって測定された温度が上昇して水分の露点を超えた場合には、ケーシング２４の下部領域に配置されたヒンジ式バイパスダンパ１０８の形状の空気取入口が制御モジュールにより作動されるアクチュエータ１１０によって少なくともある程度開放される。バイパスダンパ１０８の開放により矢印で示した非冷却周囲空気がさらなる空気取入口を通ってケーシング内へ流入し、凝縮器と接触することができる。これにより蒸発器を通る周囲空気の流量が、周囲空気を周囲空気の水分の露点まで冷却するのに必要な流量に低減する一方で、凝縮器を通る周囲空気の流量を維持または増加させる。

制御モジュール１０６は温度センサ１０２および１０４によって測定されるケーシングを通る周囲空気の空気流の温度、ならびに圧力センサ１１４および温度センサ１１２によって測定される凝縮器内の液体冷媒の温度および凝縮器の上部領域の合計圧力の監視と、冷却フィン２２上への周囲空気からの水分の継続凝縮に必要である周囲条件の変更と凝縮器６内の冷媒蒸気の凝縮とに応じてダンパ１０８の位置およびファン９８の速度の調整とを継続する。監視周期は等間隔で繰り返されて最適な装置効率を実現することにより周囲空気から水を最大量生成することができる。監視周期を開始するためのタイミング回路も制御モジュール内に位置している。このような制御回路は対象当業者の及ぶ範囲内にある。

本発明により具現される周囲空気から水を収集するさらなる装置が図８に概略的に図示されている。この装置は加熱貯槽７２および収集貯槽７８を備えるポンプシステムが分離貯槽６４の前に位置している点が図３に図示された装置とは異なる。つまり凝縮器６からの溶液４２が直接加熱貯槽７２内に流入し、ここで加熱されて液体吸収剤から溶解アンモニアガスが分離される。上述したように加熱された溶液４２は上昇管７６を上昇「浸透」する際、水蒸気およびアンモニアガスが溶液から蒸発して気体のポケットを形成する。ポケットは上昇管内を押し上げられて収集貯槽内に流入する。図３に図示した実施形態と同様に収集貯槽に集まった液体吸収剤５０は再循環管８０を流れて凝縮器６へ戻され、蒸発器４から流れてくるさらなる気体混合物と接触する。しかし分離気体は図３に図示した実施形態のように蒸発器内の散気装置３２に流されるのではなく、分離アンモニアガスは供給パイプ８２を蒸発器の上部領域３８内へ流れる。これにより液体吸収剤から蒸発した水蒸気の蒸発器内への流入を最小限に抑えられる。

加熱貯槽７２から分離貯槽へ流れる液体吸収剤と残留溶解アンモニアガスの溶液は上記のように分離貯槽６４内で加熱されることにより、アンモニアガスが蒸発し、そのガスは供給パイプ８４を通って蒸発器内の散気装置３２に戻る。

図８にさらに示すように、この装置は蒸発器４内に蓄積した水を凝縮器６に戻す水戻しシステム１１６も内蔵している。水戻しシステムは、供給導管１２２を介して蒸発器内に開口している貯留筒１２０内に配置された玉浮き１１８を内蔵したフロート弁を備えている。玉浮き１１８は通常は排水導管１２６の開口端１２４にあることにより排水導管を閉じている。圧力均一化導管(図示せず)が玉浮き１１８の上方の貯留筒の上部領域を玉浮きの下方の貯留筒の下部領域に接続している。水の比重は冷媒の比重より高いため、貯留筒の底部に沈下する。玉浮きは冷媒中では浮かないが水中では浮くような比重を有する。貯留筒１２０の底部に十分な水分が蓄積すると、玉浮きは排水導管１２６から持ち上げられるため水は、貯留筒内の水の高さが減って玉浮きが排水導管の開口端１２４を封止することにより蒸発器からの液体冷媒の漏れを防止するその常位置に戻るまで、水戻し加熱貯槽１２８へと排水導管内に流入することができる。

使用中、水戻し加熱貯槽１２８は使用中の電気素子により加熱されて、凝縮器６に注ぐ水戻しパイプ１３０内に水を上昇浸透させる。当然蒸発器から貯留筒１２０内に集まった水はある量の溶解アンモニアガスを含有する。図３に示した装置にも水戻しシステム１１６を設けてもよいことは理解されよう。

図８の装置の制御システムの動作を説明するフロー図を図９〜１１に示す。この制御システムでは温度センサ１０２が省略されているとともに、蒸発器の冷却フィン２２と接触する周囲空気の流れを変化させて温度センサ１０４により測定される温度を４℃〜５℃の範囲の温度に維持している。装置の動作の開始時には、貯水槽１２８、分離貯槽６４および加熱貯槽７２の各々の中の溶液がそれぞれの電気加熱素子によって９０℃〜９５℃に加熱される。バイパスダンパ１０８は閉位置にあるとともに、ファン９８は最大速度で作動される。温度センサ１０４により測定された温度はその後およそ２分間隔で測定されて、ファンの速度が変更されるか、またはバイパスダンパ１０８が、温度センサで測定された温度が４℃〜５℃の範囲になるまで１０％刻みで開放される。それ以上の監視をする場合には、測定温度が４℃未満に降下するとともにバイパスダンパ１０８が完全に開放されて、分離貯槽６４における溶液の加熱が毎回約９℃の低下に対応して１０％刻みで低減される。これにより分離貯槽内での溶液からのアンモニアガスの蒸発率、ひいては蒸発器４の散気装置３２を介して蒸発器に戻るアンモニアガスの量が低下して、冷却フィン２２の温度が上がる。代替的にはファン９８の速度を上げて、温度センサ１０４により測定される温度を上昇させることもできる。

凝縮液体冷媒の温度および凝縮器６内の圧力を、温度センサ１１２および圧力センサ１１４によっておよそ２分間隔で別々に監視する。測定された圧力および温度が凝縮器内で冷媒蒸気の凝縮を生じる所定のレベルにない場合には、ファンの速度を１０％刻みで上げるか、または代替的には分離貯槽６４内の溶液の加熱を、温度センサ１１２および圧力センサ１１４により測定された温度および圧力が所定のレベル未満になるまで１０％刻みで低減させる。図３および８に示した実施形態では使用しているアンモニアガスとイソブタン冷媒との組み合わせの場合、凝縮器内の圧力は一般に４３２ｋＰａ未満に維持される一方、凝縮液体冷媒の温度は一般に４０．６℃未満に維持されることになる。しかしアンモニアガスおよびイソブタン冷媒以外のシステムガスおよび冷媒を利用する場合、異なる温度および圧力設定が必要とされることは理解されよう。

ファン９８などの本発明により具現される装置の電気的要素の動作を駆動するための電源は電気により提供されることが好ましい。しかし代替的にまたは追加的に、全所要熱量ならびにファン９８および制御モジュール１０６の駆動を始めとする装置全体のエネルギー必要量を満たす十分な電気を提供する太陽電池セルのアレイを備える太陽電池パネルを装置に設けてもよい。この場合、装置には通例１つまたは複数の充電可能な蓄電池と、太陽電池パネルにより生成された電気エネルギーを利用して蓄電池を充電する充電回路が設けられる。このような充電システムは当該技術では周知である。

代替的には、図１２および１３に図示するタイプのような太陽熱を追跡する追跡機構を有する太陽加熱装置１３２を利用して、本発明により具現される水分凝縮装置に加熱を提供してもよい。追跡機構はバランス１３３を備えており、その上に放物面反射板１３６が載置されている。バランスはスタンド１３８上に枢動可能に載置されたフレームを内蔵している。フレームはおよそ半分ほどフレオンなどの液体冷媒に満たされた中空の側部槽１４０と、両端部材１４２とにより構成されている。槽の内部は中空の供給管１４４の通路を介して相互に接続されている。遮光板１４６が各側部槽に沿って位置して対応する槽を背後から遮光する。各遮光板の正面側上の反射面は、槽が太陽と対向している時に熱を対応する槽上に反射する。

側部槽１４０は使用中、第１の槽が第２の槽より大きい角度で太陽に露出されるように配置されている。第１の槽が太陽に熱せられと、槽内の圧力が上昇して槽間に圧力差が生じるとともに、フレオンが供給管１４４を通って徐々に第１の槽から他方の槽へ流れる。フレオンが第２の槽内に流入すると、第２の槽の重量が第１の槽より重くなり、バランスのフレームが枢動ピン１３４を中心に枢動するとともに、反射板が太陽の移動とほぼ同期して西方向へ移動する。

図１３により明確に示すように自在駆動軸１５０は、枢動ピンを中心としたフレームの回転に伴って長軸を中心に回転する。より具体的には駆動軸１５０は一端で枢動ピン１３４に固定されているとともに、反対端で反射板１３６を担持している。駆動軸１５０の反対端は、加熱対象の水分凝縮装置の構成要素の長軸とほぼ同心状に配置されている。これによって反射板１３６は駆動軸１５０の回転に伴って加熱対象の構成要素を中心に回転する。

反射板１３６の背面反射面１４８は駆動軸の回転軸に対して傾斜している。背面反射面が傾斜しているため、反射板の焦点距離は反射板の上部から反射板の下部へ変化する。これにより反射板は、太陽が一日を通して異なる位置にあっても反射板に当たる太陽光を加熱対象の構成要素上に焦点を合わせることができる。加熱対象の構成要素は例えば分離貯槽６４、加熱貯槽７２または水戻し加熱貯槽１２８を含み得る。代替的にはこれらの１つまたは複数の組み合わせを加熱してもよい。後者の場合、貯槽を互いに隣接して配置して適正な大きさに作製された反射板１３６により加熱されるようにしてもよい。

昼間の時間帯の最後に太陽の熱が減少すると、側部槽１４０間の圧力差が減少して、側部槽をつなぐ中空管１４４を通るフレオンの流れの方向が逆転する。フレオンが第１の槽へ戻ることによりその槽の重量が増加するとともにバランスのフレームがスタンドを中心に反対方向に徐々に枢動することにより、反射板はその当初の日の出位置に徐々に戻される。一端でフレームに他端でスタンドに接続された従来の好適な衝撃吸収材１５４は、風による反射板の振動を防止するために設けられている。

通例放物面反射板１３６は必要な量を超える加熱を提供するような大きさに作製されている。過剰な熱を取り出して熱バンクに貯蔵し、雲により太陽光が減少した場合または日没時などの利用可能な太陽光が少ない他の期間に利用してもよい。過剰な熱を後の利用のために熱バンクに貯蔵することにより、水分凝縮装置の夜間サイクルを作動させて、周囲の夜気からのさらなる水分の凝縮を達成することができる。

熱が図３および８の装置により生成された際、凝縮器６から大気へ流れる温められた空気を排出するのではなく、温められた空気を一般的な加熱目的に用いてもよい。例えば温められた空気を他のファンによって導管組織内に取り込んでもよく、ファンは温められた空気を通気口を介して直接部屋または他の空間に方向付ける。同様に蒸発器４の冷却フィン２２から流れる冷却空気を一般的な冷却目的に用いてもよい。例えば冷却空気を上記のようなファンによって導管組織内に取り込んでもよい。その後冷却空気を帆型弁によってさらなる導管組織内に方向付けることができる。帆型弁は冷却空気を通気口を介して凝縮器および／または部屋または空間内への他の導管開口上に排気する。この通気口は温風が排出される際に通過する通気口と同じものでもまたは別のものでもよい。凝縮器の冷却をファン９８の速度を上げることによりまたはバイパスダンパ１０８を開放することにより凝縮器と接触する周囲空気の流れを増加させて補償することができる。

さらにまた飲用または他の目的のために周囲空気から水を収集する他に、本発明により具現される装置をサイロまたは空気中の水分含有量を最小限に抑えることが望ましい他の内部空間を除湿するための除湿器として用いてもよい。同様に油またはガソリンなどの疎水性流体を流すために用いられるパイプの内部などの場所から水を除去するためにこの装置を用いてもよい。このような用途では空気はサイロまたはパイプから抜かれた後、この装置によって水分が抽出されてからサイロまたはパイプに戻される。サイロ(例えば小麦サイロ)を除湿する場合、まず空気をフィルタリングして空気からごみを除去した後、空気を装置の冷却フィンと接触させてもよい。

多数の好適な実施形態を参照して本発明を上述したが、当業者には本発明の要旨と範囲とから逸脱することなく多数の変形および変更が可能であることが明らかであろう。上述した本実施形態はそのためあらゆる点においてすべて例示と考えられるべきであり限定するものではない。

例えばバイパスダンパ１０８ではなく本発明の装置に、凝縮器６を通過する周囲空気の流量を調整するための調整可能弁を設けてもよい。さらにアンモニアガスおよびイソブタン以外の気体および液体冷媒を利用してもよい。例えば利用可能な気体および液体冷媒の他の組み合わせには、アンモニアガスとプロパン、塩化水素ガスとプロピレン、アンモニアガスとペンタン、塩化水素ガスとイソブタン、およびメチルアミンガスとイソブタンがある。

さらにまた加熱を提供するために太陽エネルギーまたは電気を利用する代わりに、ボイラー、エンジン温水、もしくは冷蔵庫または空調コンデンサーからの放熱など外部の廃熱源からの熱を、導管による分離貯槽６４などの加熱、および導管との熱交換接触により達成される加熱を必要とする構成要素に流してもよい。同様に本発明の実施形態に蒸発器を介しておよび／または凝縮器を通過して周囲空気を抜くファンを設けなくてもよい。この場合ケーシングを通過する周囲空気の流れは、蒸発器温度と外部の周囲空気温度との間の温度差の結果としての熱対流により達成することができる。

周囲空気から水分を凝縮するための本発明により具現される装置の平面図である。図１の装置の側面図である。図１の装置の動作を説明する概略図である。図１の装置の蒸発器の背面図である。図１の装置の凝縮器の部分縦断面図である。図５の凝縮器のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１の装置の制御システムの概略図である。周囲空気から水分を凝縮するための本発明により具現されるさらなる装置の動作を説明する概略図である。図８内に図示した装置の制御システムを説明するフロー図である。図８内に図示した装置の制御システムを説明するフロー図である。図８内に図示した装置の制御システムを説明するフロー図である。加熱を提供する太陽熱追跡装置の概略端部図である。図１２の装置の反射板により行われる加熱を示す概略図である。

Claims

周囲空気と接触するための少なくとも１つの凝縮面を設けるステップと、
気体を前記気体と液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気との気体混合物を含む密閉空間内へ流入させて前記液体冷媒から前記密閉空間内へさらに冷媒蒸気が蒸発するようにして、これによって熱が前記凝縮面から前記冷媒内に奪われることにより前記凝縮面を前記周囲空気中の水分の露点以下に冷却するステップと、
前記気体混合物を前記密閉空間から流出させるステップと、
前記冷却された凝縮面を前記周囲空気と接触させることにより前記周囲空気から前記凝縮面上への水分の凝縮を生じさせるステップと、
前記凝縮した水を収集するステップとを含む、周囲空気から水を収集する方法。
前記密閉空間から流出する前記気体混合物内の前記冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒内へ戻すことにより前記冷媒蒸気を前記気体から分離するステップと、前記気体混合物からの前記気体をより多くの前記気体混合物を生成するために前記密閉空間に戻すステップと、前記気体混合物から凝縮した前記液体冷媒を再循環させるステップとをさらに含む請求項１に記載の方法。
前記気体混合物は前記密閉空間から流出して前記気体混合物から前記気体を吸収する液体吸収剤に接触することにより溶液を生じるとともに、前記気体は前記溶液から分離されて前記密閉空間へ戻され、前記液体吸収剤は再循環されてより多くの前記気体混合物と接触する請求項２に記載の方法。
前記気体混合物から凝縮された前記液体冷媒が、前記気体の前記密閉空間内への流入および前記密閉空間から出て前記液体吸収剤と接触する前記気体混合物の流出と同時に再循環されて、前記凝縮面が連続周期で冷却されるようになっている請求項２または３に記載の方法。
前記気体が前記密閉空間内へ流入する際に前記液体冷媒が攪拌される請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
前記液体冷媒の攪拌が前記気体を前記液体冷媒を介して前記密閉空間内へ発泡させることにより達成される請求項５に記載の方法。
前記凝縮面から流れる周囲空気の温度を監視するステップと、前記周囲空気が前記凝縮面と接触するように流れ込む流量を所望の流量に調整することにより前記周囲空気から前記凝縮面上への前記水分の凝縮を促進するステップとをさらに含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
前記周囲空気が前記凝縮面と接触することにより冷却されるとともに、前記冷却された周囲空気を用いて前記密閉空間から流出する前記気体混合物内の前記冷媒蒸気を冷却することにより、前記冷媒蒸気を凝縮して前記液体冷媒に戻すことを容易にする請求項２に記載の方法。
前記冷媒蒸気が凝縮器内で凝縮され、前記方法が前記凝縮面から流れる前記周囲空気の流量を調整して前記冷媒蒸気の凝縮を促進するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
前記凝縮面から流れる前記周囲空気の流量が、前記凝縮面と接触するように流れ込む前記周囲空気の流量に対して調整される請求項９に記載の方法。
前記凝縮面から流れる前記周囲空気の流量を監視して、前記凝縮器内の前記冷媒蒸気の凝縮を促進するために前記流量を調整する必要があるかどうかを判断するステップを含み、前記監視するステップが、
前記凝縮器内の圧力を測定するステップと、
前記凝縮器内の温度を測定するステップと、
前記測定された圧力と前記測定された温度とを評価するステップとを含む請求項９または１０に記載の方法。
前記気体がアンモニアガスである請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
前記液体冷媒がイソブタンである請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
周囲空気と接触するための少なくとも１つの凝縮面と、
液体冷媒を受容するとともに前記液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気と気体との気体混合物用の密閉空間を規定する蒸発器と、
前記蒸発器内に開口している入口であって、前記気体を前記空間内へ流入させることにより前記液体冷媒を前記空間内へさらに蒸発させて熱が前記凝縮面から前記液体冷媒内に奪われるようになっており、これにより前記凝縮面が前記周囲空気中の水分の露点以下に冷却され、前記周囲空気から前記凝縮面上への水分の凝縮を生じさせて前記水を収集するための入口と、
前記気体混合物を前記空間から流出させるための出口とを備える、周囲空気から水を収集する装置。
前記気体混合物内の前記気体を前記冷媒から分離するとともに前記冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻して、前記気体を前記蒸発器内の前記密閉空間に戻すとともに前記液体冷媒を前記蒸発器に再循環させる分離システムをさらに備える請求項１４に記載の装置。
前記分離システムが、前記蒸発器からの前記気体混合物を受容するとともに前記気体混合物内の前記冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻す凝縮器を備え、前記凝縮器が液体吸収剤を受容するとともに前記気体混合物と前記液体吸収剤との接触を容易にして、前記気体を前記液体吸収剤内に吸収することにより溶液を生じ、それにより前記気体を前記冷媒蒸気から分離するように構成されている請求項１５に記載の装置。
使用中に前記凝縮器が前記液体冷媒の層と前記溶液の層とを含む溶液槽を収容するとともに、前記凝縮器が前記気体混合物を受容して、前記気体混合物を前記液体吸収剤と接触させることにより前記溶液を生じた後、前記溶液が前記溶液槽内へ流入するように構成されている請求項１６に記載の装置。
前記液体冷媒が前記溶液より低い比重を有するとともに、前記溶液が前記液体冷媒の層から分離して前記溶液の層になる請求項１７に記載の装置。
前記液体吸収剤を受容する前記凝縮器内に配置された混合ユニットをさらに備え、前記混合ユニットが前記混合ユニットの表面上に前記液体吸収剤の流れを生成して前記気体と前記液体吸収剤との接触を容易にするように構成されている請求項１６または１７に記載の装置。
前記混合ユニットが開口ウェルを有し、前記開口ウェルが前記液体吸収剤を受容するとともに、前記液体吸収剤の前記ウェルからのオーバーフローに伴って前記混合ユニットの表面を伝う前記液体吸収剤の流れを提供する請求項１９に記載の装置。
前記混合ユニットが、前記液体吸収剤が前記混合ユニットの表面を伝って流れる際に前記液体吸収剤内に乱流を促進することにより、前記液体吸収剤による前記気体の吸収を増大させるように構成されている請求項１９または２０に記載の装置。
前記混合ユニットが、前記凝縮器内に配置されて前記混合ユニットをほぼ垂直方向に維持するジンバル上に載置されている請求項１０〜２１のいずれか一項に記載の装置。
前記分離システムが前記液体吸収剤から前記気体を蒸発させる分離貯槽をさらに備え、前記分離貯槽が、
筐体と、
前記液体吸収剤を前記筐体内へ流入させるための入口と、
前記液体吸収剤から蒸発した気体を前記蒸発器に戻すための出口とを備え、
前記気体が前記筐体内で前記液体吸収剤から蒸発する請求項１６〜２２のいずれか一項に記載の装置。
前記分離貯槽が加熱されて液体冷媒からの前記気体の蒸発を容易にするように構成されている請求項２３に記載の装置。
前記液体吸収剤を高い位置に上昇させて前記液体吸収剤を前記凝縮器へ流し、前記蒸発器からのより多くの前記気体混合物と接触させるポンプシステムをさらに備え、前記ポンプシステムが、
前記液体吸収剤を受容するとともに加熱されて前記液体吸収剤を押し出す加熱貯槽と、
前記加熱貯槽が加熱されたときに前記加熱貯槽からの前記液体吸収剤を受容する上昇管と、
前記高い位置に配置され、中に前記管が開口して前記液体吸収剤を収集する収集貯槽とを備え、前記収集貯槽が前記液体吸収剤を前記収集貯槽から前記凝縮器へ流すように構成されている請求項１６〜２４のいずれか一項に記載の装置。
前記収集貯槽が、前記液体吸収剤を前記収集貯槽から前記凝縮器へ流出させるための第１の出口と、前記上昇管に沿う移動に伴って前記液体吸収剤から蒸発した前記気体と吸収剤蒸気とを一緒に受容する内部空間と、さらに前記液体吸収剤から分離された前記気体を前記収集貯槽から前記蒸発器へ流出させるための出口とを有する請求項２５に記載の装置。
前記凝縮面と接触する前記周囲空気の流量を制御する制御システムをさらに備え、前記制御システムが、
前記凝縮面から流れる前記周囲空気の温度を測定する温度センサを備え、前記制御システムが前記温度センサによって測定された前記温度を監視するとともに、前記凝縮面と接触するように流れ込む前記周囲空気の流量を調整して前記周囲空気から前記凝縮面上への水分の凝縮を促進するように構成されている請求項１６〜２６のいずれか一項に記載の装置。
前記凝縮面から流れる前記周囲空気を前記凝縮器へ方向付けるように構成されており、前記制御システムが、前記凝縮面から前記凝縮器へ流れる前記周囲空気の流量を前記凝縮面と接触するように流れ込む前記周囲空気の流量に対して調整することにより、前記凝縮器内の温度と圧力とを変更して前記冷媒蒸気の凝縮を促進するように動作可能な調整可能空気取入口をさらに含む請求項２７に記載の装置。
前記制御システムが前記凝縮器内の温度を測定する温度センサと前記凝縮器内の圧力を測定する圧力センサとをさらに含み、前記制御システムがさらに前記温度センサにより測定された前記温度と前記圧力センサにより測定された前記圧力とを評価するとともに、前記調整可能空気取入口を作動して前記凝縮器へ流れる前記周囲空気の流量を変更するように構成されている請求項２８に記載の装置。
前記気体がアンモニアガスである請求項１４〜２９のいずれか一項に記載の装置。
前記液体冷媒がイソブタンである請求項１４〜３０のいずれか一項に記載の装置。
周囲空気と接触するための少なくとも１つの凝縮面と、
液体冷媒を受容するとともに前記液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気と気体との気体混合物用の密閉内部空間を有する筐体と、
前記気体を前記空間内へ流入させて前記液体冷媒を前記密閉空間内へさらに蒸発させ、熱が前記凝縮面から前記液体冷媒内に奪われるようになっており、これにより前記凝縮面が前記周囲空気中の水分の露点以下に冷却され、前記周囲空気から前記凝縮面上への水分の凝縮を生じさせて前記水を収集するようにするための入口と、
前記気体混合物を前記密閉空間から流出させるための出口とを備える、周囲空気からの水分の凝縮を生じさせる蒸発器。
前記または各凝縮面がそれぞれ冷却フィンの表面であり、前記蒸発器の前記筐体が、
前記気体と前記冷媒蒸気との前記気体混合物を受容する上部領域と、
前記液体冷媒に少なくとも部分的に満たされているとともに前記上部領域から離間している下部領域と、
一端で前記筐体の前記上部領域に且つ他端で前記下部領域に開口している少なくとも１つの導管とを備え、
前記または各冷却フィンが前記上部領域と前記下部領域との間に配置されて前記周囲空気と接触する請求項３２に記載の蒸発器。
複数の前記冷却フィンを備え、前記冷却フィンが互いに離間しているとともに隣接して配置されて前記周囲空気と接触する請求項３３に記載の蒸発器。
冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒にするように構成されている凝縮器を設けるステップと、
気体混合物を前記凝縮器内へ流入させて前記冷媒蒸気の凝縮を生じさせるステップと、
液体吸収剤を混合ユニットに流すことにより、前記液体吸収剤が前記気体混合物と接触し、前記気体が前記液体吸収剤内に吸収されて前記液体吸収剤と前記気体との溶液を生成するようになっているステップとを含み、
前記凝縮器が、前記気体を吸収する前記液体吸収剤を受容するとともに前記液体吸収剤と前記気体混合物との接触を容易にするように構成されている混合ユニットを収容している、気体混合物内の冷媒蒸気から気体を分離する方法。
前記気体がアンモニアガスを含む請求項３５に記載の方法。
前記液体冷媒がイソブタンである請求項３５または３６に記載の方法。
気体混合物を受容するとともに冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒にする筐体と、
前記筐体内に配置され、前記気体を吸収して前記気体との溶液を生じる液体吸収剤を受容する混合ユニットとを備え、前記混合ユニットが前記気体混合物と前記液体吸収剤との接触を容易にするように構成されている、気体混合物内の冷媒蒸気から気体を分離する凝縮器。
気体と、前記気体と冷媒蒸気との気体混合物から前記気体を吸収することにより前記気体と前記冷媒蒸気とを分離する液体吸収剤とを混合する混合ユニットであって、
前記液体吸収剤を受容するとともに気体混合物と前記液体吸収剤との接触を容易にして前記気体を吸収する混合器本体を備え、前記混合器本体が前記気体混合物と前記液体吸収剤との接触を容易にするように構成されている混合ユニット。
気体を前記気体と液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気との気体混合物を含む密閉空間内へ流入させて、前記液体冷媒から前記密閉空間内へさらなる冷媒蒸気が蒸発するようにするステップと、
前記気体混合物を前記密閉空間から、前記気体混合物内の前記冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻す凝縮器へ流すステップと、
前記気体混合物からの前記気体を前記密閉空間へ戻すステップと、
前記気体混合物から凝縮された前記液体冷媒を蒸発のために前記密閉空間内へ再循環させるステップと、
前記凝縮器から熱を奪って前記熱を提供するステップとを含む、装置の動作中に前記装置から加熱を提供する方法。
液体吸収剤を前記凝縮器内の前記気体混合物と接触するように流し、その気体が前記気体混合物から前記液体吸収剤に吸収されて溶液を生成するようになっているステップと、
前記溶液を前記凝縮器から流出させるステップと、
前記凝縮器から流された前記溶液内の前記液体吸収剤から前記気体を分離して、前記気体を前記密閉空間に戻すとともに前記液体吸収剤を再循環させてより多くの前記気体混合物と接触させるステップとをさらに含む請求項４０に記載の方法。
周囲空気と接触するための少なくとも１つの冷却面を設けるステップと、
気体を前記気体と液体冷媒から蒸発した冷媒蒸気との気体混合物を含む密閉空間内へ流入させて、前記液体冷媒から前記密閉空間内へさらに冷媒蒸気が蒸発するようにして、これによって熱が前記冷却面から前記液体冷媒内に奪われることにより前記冷却面を冷却するステップと、
前記気体混合物を前記密閉空間から流出させるステップと、
前記冷却された冷却面を前記周囲空気と接触させることにより前記周囲空気の冷却を生じるステップと、
前記冷却された周囲空気を用いて前記冷却を提供するステップとを含む、装置の動作中に前記装置から冷却を提供する方法。
前記気体混合物が前記密閉空間から、前記気体混合物内の前記冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻す凝縮器内へ流入され、前記気体混合物からの前記気体が前記密閉空間に戻されるとともに、前記冷媒蒸気から凝縮された前記液体冷媒が蒸発のために前記密閉空間内へ再循環される請求項４２に記載の方法。
液体吸収剤を前記凝縮器内の前記気体混合物と接触するように流し、その気体が前記気体混合物から前記液体吸収剤に吸収されて溶液を生成するようになっているステップと、
前記溶液を前記凝縮器から流出させるステップと、
前記凝縮器から流された前記溶液内の前記液体吸収剤から前記気体を分離して、前記気体を前記密閉空間に戻すとともに前記液体吸収剤を再循環させてより多くの前記気体混合物と接触させるステップとをさらに含む請求項４３に記載の方法。
太陽からの太陽熱により個別に加熱されるとともに枢軸を中心に枢動可能である少なくとも一組の離間貯槽であって、前記貯槽の一方または両方が部分的に冷媒に満たされている貯槽と、
前記一方の貯槽が前記他方の貯槽と比べて前記太陽熱によって加熱されると前記冷媒を前記一方の貯槽から他方の貯槽へ流すとともに、前記一方の貯槽が前記他方の貯槽と比べて冷えると前記一方の貯槽に前記冷媒を戻す少なくとも１つの導管と、
前記太陽熱を加熱対象物に反射する反射板とを備え、
前記一組の貯槽が、前記冷媒の前記一方の貯槽から前記他方の貯槽への流れに伴って前記枢軸を中心に一方向に枢動されるとともに、前記冷媒の前記一方の貯槽への戻りに伴って反対方向に枢動され、
前記反射板が、前記一組の貯槽の前記枢軸を中心とした前記一方向の枢動に伴って前記対象物上への前記太陽熱の反射を実質的に維持するように回転軸を中心に第１の方向に回転するとともに、前記一組の貯槽が前記枢軸を中心に前記反対方向に枢動すると前記回転軸を中心に反対方向に回転できるように配置されている、太陽加熱を提供する太陽加熱装置。