JP2013543942A - 空気からの水の抽出 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図7
Description
高温高湿地帯では、空気中の水分量は、立方メートル当たりmlの数分の1から30mlを超えるまで条件によって変わる。水を抽出する最も効率的な方法は、水蒸気を吸湿性液体に吸収することである。そのような方法は自然に行われ、高価な構造体および大規模な投資を必要とする大量の空気の活発な移動を全く必要としない。液体吸収体は、大きな水拘束能力を有し、容易に移送することができる。液体吸収体は、水蒸気を選択的に吸収し、他の空気汚染物および汚染物質を吸収しない。
空気から水を抽出する公知の発明は、大量のエネルギと複雑な装置とを必要とする、かなり複雑で高価な構造体である。本発明による技術は、非常に単純で、かつ低コストである。本発明は、現地で入手可能な材料から構築することができ、本発明を稼働させ、保守点検するのに特別な構成物および知識を何ら必要としない。
Biswas et al.(2000)「Dehydration of Glycerol−Water Mixtures Using Pervaporation: Influence of Process Parameters」,Separation Science and Technology,35:9,1391−1408)。
図5に示す本発明に基づいた、さらに可能な実施形態を図8および図9に提示した水回収カセット構造体により実現することができる。
面1平方メートル当たりの、太陽によって供給されるエネルギに基づくと、10時間当たりの産出される最大水量は、約14.4lのはずである。実際には、この数値はさらに小さい。人工的な実験室条件下で、最適化されていないシステムにおいて10時間の間に得られた水の収量は7.8lであった。特に、システムが静止しており、太陽の軌跡に追従しない場合、予測収量はさらに少ない。太陽追従システムは利用可能であるが、乾燥地帯では、地表のコストが一般的に非常に安いので、太陽の軌跡に追従しないことによる太陽エネルギの損失を補償するために、水産出パネル面を増やすのがより経済的である。
本発明による構造体により、空気から飲料水を収集することで、いくつかの主要な問題が同時に解決される。
−本発明による構造体は、他の給水法が利用できない地域でさえ、飲料水を提供する。これは、以前は居住することができなかった新たな地域への出入りを可能にする。
−本発明による構造体は、世界の多数の農村住民のために、高品質の飲料水に対する現地の需要を担う。その結果として、本発明による構造体は、汚染水を飲むことが原因の高い死亡率を低減する。
−本発明による構造体は、グリセロールの水和および蒸溜プロセスという高度な2つの水選択ステップの組み合わせにより、最高の水質を提供する。これは、化学的汚染、機械的汚染、および細菌汚染を効率的になくす。
−本発明による構造体は、貧困国では法外に高価であり、清浄に維持することが困難であり、費用のかかる保守および修理を必要とする長距離給水配管を必要としない。
−本発明による構造体は費用がかからず、複雑でない保守点検を必要とするだけである。
−本発明による構造体は、利用者および環境に対して無害である。
本発明によるシステムは非常に単純であり、清浄な無塩水を低コストで提供するので、農業での水源として使用することもできる。開示したパネル1平方メートル当たり水5lの平均生産性で計算すると、1825mm/m2の年間降水量に相当する。これは、地球上の非常に雨の多い地域の降水量に相当する。年間降水量が500mm未満の地域で多くの農作物が成長することができる。したがって、本発明による水産出パネル1平方メートルごとに、数平方メートルの農地に水を引くことができる。対応する地域の降水に加えて、空気から抽出した水が供給される場合、パネル1平方メートル当たりの可耕地の地表はさらにいっそう増える。
本明細書で説明した構造体および方法によって得られた水の将来的な最大の利益は、無土壌栽培にあると予測される。無土壌栽培は、旧来の栽培には全く適さない環境で植物を育てる最新の方法を意味する。無土壌栽培は、水耕法としても公知である。無土壌栽培では、植物は、溶解した栄養塩類を含む水が制御された形で加えられた、かなり小さい閉じた容器内に根が置かれた状態で成長する。植物は、水および栄養素による制限を受けず、したがって、旧来の農地の農作物よりも遙かに速く成長し、遙かに高い収量をもたらす。
空気から簡単に、かつ非常に低コストで清浄水を提供する、本明細書に提示した方法および構造体の大規模な使用により、大気中の二酸化炭素濃度の上昇に起因する温室効果に対する予期せぬ問題解決策をもたらすことができる。
Claims (25)
- 少量の吸収性液体にぶつかる大量の空気から水蒸気を抽出する構造体において、
a)流動吸湿性液体の薄層が空気と直接接触し、それにより空気から水蒸気を吸収する吸収部の表面と、
b)水を多量に含む吸湿性液体の層が、片側の加熱面と、前記水和液体が通るるのを阻止するが、前記加熱面よりも低い温度まで冷却されたもう一方の面に向かって水が通過するのを可能にする材料層とに接触し、かつ、水が回収され、一方で、再生され、濃縮された前記吸湿性液体が、次の水蒸気吸収サイクルで再使用するために高温面から流れる、脱離部の構造体と、
を含むことを特徴とする構造体。 - 請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の構造体において、吸湿性液体は配送され、水和するために、重力によって織布または不織布の表面を流れることを可能にされることを特徴とする構造体。
- 請求項1に記載の構造体において、前記吸湿性液体はグリセロールであることを特徴とする構造体。
- 請求項1に記載の構造体において、液体流れはポンプ輸送によって行われることを特徴とする構造体。
- 請求項1に記載の構造体において、層化されたサンドイッチ状の構造体が、水和溶液から水を分離するために使用され、層化されたサンドイッチ状の構造体は、以下の要素、
a)環境の温度を超えて加熱されるシートまたは層と、
b)前記加熱層に沿った水和液体の流れおよび分散さえも可能にする多孔質またはフィラメント状の材料の空間または層と、
c)水分子が液体の形態で回収される小空間への水分子の通過を可能にするが、水和液体の通過は可能にしない材料層と、
d)温度が空気の移動によって下げられるシートまたは層と、
からなることを特徴とする構造体。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、水和した吸湿性液体からの水の分離に必要とされるエネルギが、太陽放射線によって付与されることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、前記加熱面は金属シートからできており、前記金属シートは、熱の発生を増やすために太陽光吸収層で形成されることを特徴とする構造体。
- 請求項6に記載の構造体において、照射される側の熱損失は、断熱するが、最小限だけ光を吸収する1つまたは複数の層によって限定されることを特徴とする構造体。
- 請求項6に記載の構造体において、断熱層は、木材、発泡ポリスチレン、または他の断熱材料、あるいはそれらの組み合わせでできた断熱フレームによって、0.1mm〜50mmの間隔で支持された透明材料シートでできていることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、液体通過防止材料の前記層は、疎水性または超疎水性材料の薄膜であることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、前記グリセロール遮断材料は、再生セルロースまたはその誘導体でできていることを特徴とする構造体。
- 請求項11に記載の構造体において、前記疎水性材料は、適切な支持材料で補強された多孔質PTFE薄膜であることを特徴とする構造体。
- 請求項6に記載の構造体において、前記加熱および冷却面には、前記加熱面での前記水和溶液の流れと、前記冷却面での凝縮水の取り出しとを容易にするチャネルまたは溝が設けられ、一方で、両方の液体は、水または水蒸気の通過を可能にするが、グリセロールの通過を可能にしない材料層によって分離されることを特徴とする構造体。
- 請求項14に記載の構造体において、前記溝またはチャネルの方向が対向する面間で回転されて、対向する面を互いに固定した後、前記構造体の機械的安定性が高まることを特徴とする構造体。
- 請求項6に記載の構造体において、前記冷却は、自然熱による空気移動または風によって行われることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、水蒸気は、閉じた空間で空気から抽出され、その結果、相対湿度が適切なレベルまで下がることを特徴とする構造体。
- 請求項17に記載の構造体において、前記水蒸気の抽出は、閉じた空間にある水で濡れた別の面からの水の蒸発と組み合わされて、水の蒸発熱により、同じ閉じた空間内の結果として得られる温度が下がることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、前記産出された水は飲用に使用されることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、前記産出された水は、費用のかかる配送管を必要とすることなく所定の位置で使用されることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、前記産出された水は、農作物または他の植物の栽培に連続的に使用できる地表の灌漑用に使用されることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜21のいずれか一項に記載の構造体において、空気から得た水は、土壌の表面から少なくとも5cm下に配置された灌漑チューブによって前記土壌に配送されることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、前記産出された水は、植物の無土壌栽培に使用されることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体において、前記産出された水は、入射した太陽放射線の大部分を反射し、それにより、周囲空間の余分な加熱を減少させる植物の栽培によって、地球上の温室効果を軽減するために使用されることを特徴とする構造体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造体を使用する植物の栽培方法であって、空気の湿気から産出された水で栽培された植物が、太陽放射線スペクトルの光合成に関連した部分のみの通過を可能にし、同時に、他の部分を反射するフィルムによって遮蔽され、それにより、植物の温度を下げ、結果として、蒸散に対する植物の水の不足を軽減し、最終的に、植物の水の所要量を減らし、成長を促進し、収量を高くすることを特徴とする方法。
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