JP2014125872A - 淡水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力の供給が困難である砂漠地などでも効率良く淡水を比較的安価に製造できる淡水製造装置を提供する。
【解決手段】 夜間に、水分凝集体２０に空気を接触させて大気中の湿分を水分凝集体２０に吸収させる工程と、昼間に、前記吸収した水分凝集体２０を閉じられた空間内に配置した状態で、前記空間内の空気を空間内と空間外の間で強制的に循環させ、前記空間外において前記空気を強制的に冷却して結露水を得る工程とにより、空気から淡水を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気中の湿分から淡水を製造するための装置に関する。

大気中の湿分から淡水を製造するための装置が、例えば、特表平１０−５０８３５０号公報（特許文献１）に開示されている。この装置は、開放可能に構成されたハウジング内に配置された吸湿媒体を有している。この装置では、気温の低い夜間にハウジングを開放して、ハウジング内に夜露を含んだ空気を通過させて、前記吸湿媒体に大気中の湿分を吸収させる。そして、気温の高い昼間にハウジングを閉鎖して太陽光によりハウジング内を暖めて吸湿媒体の湿分を蒸散させ、それをハウジング内壁で凝結させて淡水を得ている。

ところが、この装置では昼夜間の気温差を利用しているので、昼間時にしか淡水を得ることができなかった。また、気温差による温度差を利用し、ハウジングの内壁において結露した結露水を集めているに過ぎないので吸湿媒体から多量の淡水を得ることができなかった。

そこで、より多くの淡水を得るために、本願発明者らは、特開２０１０−５０９５８６号公報（特許文献２）に、成型された吸湿媒体に貫通孔を設け、当該貫通孔内に気流を強制的に作り出す気流発生手段を設けた装置を提案している。この装置によると、作り出された気流が吸湿媒体からの蒸散量を増加させるので、得られる淡水量が増える。また、強制的に気流を発生させているので、昼夜を問わず淡水を得ることができる。

一方、国際公開ＷＯ２００５／１１６３４９号公報（特許文献３）には、無電力で淡水を製造する装置が開示されている。この装置は、回転式の吸湿ロータと、両端にそれぞれ開口部を有し、吸湿ロータを再生するための再生用空気を循環させる再生用通路を備える。当該装置では、太陽光で直接的又は間接的に加熱された再生用空気が再生用通路を循環し、加熱された再生用空気が回転中に空気中の湿分を吸収した吸湿ロータを再生する。再生後の再生用空気は再生用通路の途中で冷却される結果、結露水が生じる。また、吸湿ロータの一部領域が吸収により生じる質量増加によって吸湿ロータが回転する。

さらに、非特許文献１には、中空の角柱の内部空間にフィンを配置した結露用ブロックと結露用ブロックの側面に備えらえたペルチェ素子とからなる装置が開示されている。結露用ブロックは大気中に放置され、ペルチェ素子により冷却された結露用ブロックの内部を空気が通過すると、当該空気が冷却されて結露水が生じる。

特表平１０−５０８３５０号公報 特開２０１０−５０９５８６号公報 国際公開ＷＯ２００５／１１６３４９号公報

産経新聞 平成２４年１月７日 ５版 社会面

しかしながら、特許文献２に開示された淡水製造装置は、密閉された筐体の壁面にて湿分を含む空気を冷却して結露水を得ているので、昼間では太陽光の熱により十分に結露水が生じないおそれがあった。一方、冷却効率をよくするために筐体の外周面に冷却水を通すホースを配置した場合には、ホースにより太陽光が遮断され筐体内の温度が十分に上がらず、吸湿媒体からの蒸散量が少なくなるという問題もあった。

一方で、特許文献３の装置は装置を駆動するための電力を必要としないが、多量の結露水を得ようとすれば吸収ロータを大きくしなければならず、それに伴い吸収による質量変化だけでは吸収ロータが回転しなくなるおそれがある。

また、非特許文献１に開示された装置は、ペルチェ素子により冷却された結露用ブロックと大気とを接触させる構成であるので、結露水の生成量が少なく、効率がよい装置であるとは言えなかった。

本発明は上記課題を解決すべくなされたものであって、空気から淡水を効率よく製造できる淡水製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る方法は、夜間に、水分凝集体に空気を接触させて空気中の湿分を水分凝集体に吸収させる工程と、昼間に、前記吸収した水分凝集体を閉じられた空間内に配置した状態で、前記空間内の空気を空間内と空間外の間で強制的に循環させ、前記空間外において前記空気を強制的に冷却して結露水を得る工程とにより、空気から淡水を得る方法である。

本発明の方法によると、湿分が濃縮された空気を強制的に冷却しているので、自然冷却する場合に比べて得られる結露水が多くなる。また、湿分回収装置により湿分が除かれた空気が水分凝縮体と接触するので、水分凝縮体からの湿分の蒸散量が増加し、結露水として回収できる淡水量が増える。この結果、多量の電力供給が見込めない砂漠地などでも効率よく淡水が製造される。

本発明に係る淡水製造装置の一例を示す概略構成図である。実線で示された矢印は、筐体外の空気を取り入れる場合を、破線で示された矢印は、筐体内の空気を循環させる場合を示す。 同上の淡水製造装置に用いられる水分凝縮体の一例を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ水分凝縮体の他例を示す図である。 湿分回収装置の一例を示す概略説明図である。 湿分回収装置の他例を示す概略説明図である。 湿分回収装置の他例を示す概略説明図である。 空間を閉じた状態を示す本発明に係る淡水製造装置の他例を示す概略説明図である。 空間を開いた状態を示す同上の淡水製造装置の概略説明図である。 湿分回収装置の他例を示す概略説明図である。 湿分回収装置の他例を示す概略説明図である。

本発明に係る方法は、夜間に、水分凝集体に空気を接触させて空気中の湿分を水分凝集体に吸収させる工程と、昼間に、前記吸収した水分凝集体を閉じられた空間内に配置した状態で、前記空間内の空気を空間内と空間外の間で強制的に循環させ、前記空間外において前記空気を強制的に冷却して結露水を得る工程とにより、空気から淡水を得る方法である。

すなわち、本発明に係る方法では、まず、気温の低い夜間に水分凝縮体に空気（外気）と接触させることによって、外気に含まれる湿分を水分凝縮体に吸収させる。そして、気温の高い昼間に水分凝縮体から湿分を閉じられた空間内の空気中に蒸散させ、この湿分を含む空気を強制冷却することにより結露水を生じさせる。そして、結露後に湿分が除去された空気を再び閉じられた空間に戻すことにしている。

当該方法は、例えば、閉じられた空間を形成する筐体と、前記筐体内に配置される１以上の水分凝縮体と、前記空間内の空気を強制的に冷却して該空気中の湿分を結露水として回収する前記筐体外に配置される湿分回収装置と、前記筐体と前記湿分回収装置との間で、前記閉じられた空間内の空気を循環させる循環通気路と、前記閉じられた筐体内に外気を供給する外気供給路と、前記閉じられた筐体内に供給された外気を排出する外気排出路を備え、前記外気供給路はフィルターを備え、前記湿分回収装置は強制冷却装置を備えた装置により実施される。

筐体の構造は内部に閉じられた空間を形成できる構造であればよく、筐体を構成する壁面は太陽光を効率よく透過させる材質が好ましく用いられる。当該材質として、例えば、ガラス板やアクリル樹脂板が例示される。太陽の輻射エネルギーを利用して、空間内の温度を上昇させるためである。また、閉じられた空間は、空間内の空気を循環させ、空気中の湿分を結露水として回収できる程度の気密性があればよい。

筐体の下方には、アルミ板などの反射板が任意に配置される。反射板は太陽光を反射させ、筐体周囲に注がれる太陽の輻射エネルギーを筐体内に集めるためである。反射板は筐体の下方に配置されるだけでなく、さらに好ましくは太陽光が外から当たらない筐体側面の側にも配置される。

空間内には水分凝縮体が配置される。水分凝縮体は空気中の湿分を吸収し、周囲又はそれ自体の温度上昇に伴って吸収した湿分を放出する機能を果たし、係る機能を発揮する素材から作製される。係る機能を発揮する素材であればよく、例えば、特許文献２に開示された多孔質材が例示される。当該材質として、例えば、石灰石や黒曜石、トルマリンのような電気石、軟石、火山石などの自然石、シリカ、珪藻土、鹿沼土、フライアッシュ、ゼオライト、石灰岩、粘土、玄武岩、ガラス、金属、セラミック、高分子収着剤、コークス、木炭（備長炭）、メタルシリケート、シリカゲルなどが例示される。これらのうち、吸着放出のよいフライアッシュ、珪藻土、シリカゲル、ゼオライトが好ましく用いられる。また、ここにいう金属として、例えば鉄、銅、ニッケル、ステンレス鋼、アルミ合金などが例示される。また、高分子吸着剤として、デンプン系吸着剤やセルロース系吸着剤、ポリアクリル酸塩系吸着剤、ポリビニルアルコール系吸着剤、ポリアクリルアミド系吸着剤、ポリオキシエチレン系吸着剤、ポリアクリル酸ナトリウム系吸着剤などが例示される。これらの多孔質材には、例えばシラノール基含有化合物、二酸化チタン等などの親水性物質や、例えばフッ素化合物やシリコーン油（オルガノシラン重合体）、パラフフィンワックスなどの撥水性物質で表面を覆った多孔質材を用いることもできる。もっとも、これらの素材に限られないのはいうまでもない。

水分凝縮体はこれらの素材を成型して作製される。形状はどのような形状でもよいが、適度な厚みを有する板状ないしブロック状が好ましい。成型や配置が容易であるからである。また、水分凝縮体の表面に凹凸を形成したり、水分凝縮体にスリットを設けたりして表面積を増やすことが好ましい。空気との接触面積や太陽光が当たる面積を増やして、湿分の吸排出をよりよくするためである。また、特許文献２に記載された内部に貫通孔を有するブロック体や、複数のブロックを組み合わせて貫通孔が形成されるブロック体となった水分凝縮体を用いることができる。

水分凝縮体の作製にあっては、上記した多孔質材を、増粘剤や結着剤、例えばセメントのような化学物質との混練、焼結によって一定の形状に成型する。より具体的に言えば、上記の多孔質材を結着剤、水と混練してスラリーとし、このスラリーを型枠に入れ、その後焼結あるいは焼結せずに乾燥乾固して製造できる。もちろん、上記の親水性物質や撥水性物質と多孔質材を混練してもよい。

水分凝縮体は、架台などの設置治具を用いて空間内に１以上配置される。このとき、水分凝縮体の表面に太陽光が十分にあたり、太陽光による陰がなるべく生じないにように配置するのが好ましい。２以上の水分凝縮体を配置する場合には、配列方向を同じにするなど水分凝縮体間の通気を確保する。

本発明に係る装置は、筐体内の空間と筐体外に配置された湿分回収装置との間で、閉じられた空間内の空気が循環する循環通気路を有する。循環通気路は筐体から湿分回収装置に至る循環排出路と湿分回収装置から筐体に至る循環導入路を有する。空間内で暖められた空気は、空間外に配置された湿分回収装置で冷却されるので対流による空気の循環が期待されるが、湿分の回収を促進するためには、好ましくは、空気の循環を強制的に行わせる１以上の循環ポンプが循環排出路及び／又は循環導入路に備えられる。

湿分回収装置は、水分凝縮体から蒸散された湿分を含む空気を強制的に冷却し、生じた結露水を回収する装置である。湿分回収装置は強制冷却装置を有する。ここで、強制的に冷却するとは、空冷用ファンやペルチェ素子、冷却水、ヒートポンプなどによる強制冷却装置を用いた冷却を意味する。本発明では、少ない電力量で効果的に冷却できる観点から、ヒートポンプを用いた強制冷却装置が好ましく用いられる。

強制冷却装置は、例えば湿分回収装置中に配設された空気をペルチェ素子に直接又は間接に接触させるように構成した装置や、ヒートポンプの媒体と接触させた冷却用フィンと接触させるように構成した装置が例示される。強制冷却装置は、好ましくは、太陽光が直接当たらないようにボックス内に構成され、好ましくは太陽光が直接当たらない場所に設置される。

冷却により生じた結露水の回収は連続的であってもバッチ的であってもよい。すなわち、夜間時に循環通気路から湿分回収装置を切り離して、湿分回収装置に貯まった結露水を一度に回収する方法、生じた結露水を連続的に排出させて回収する方法の何れでもよい。

本発明に係る装置では、湿分が回収された後の空気を暖める暖気装置が必要に応じて備えられる。暖めた空気を空間内に戻すことにより、空間内の温度が大きく低下するのを防いで、水分凝縮体からの湿分の蒸散効率を上げるためである。暖気装置は、例えばヒーターを用いた装置であり、ヒートポンプを用いた装置であり、太陽光の輻射エネルギーを利用した装置であり得る。特に、ヒートポンプを用いた暖気装置が好ましい。ヒートポンプを用いた装置では、前記強制冷却装置に用いられるヒートポンプで生じる熱を利用することができるからである。強制冷却装置の構成と、暖気装置の構成は任意に組み合わせられる。

本発明に係る装置は、筐体外の空気、すなわち外気を筐体内の空間に導入する外気導入路と、筐体内の空間から筐体内の空気を排出する外気排出路を備える。外気導入路と外気排出路はそれぞれ開閉弁を備える。気温が低下して外気の湿度が高い夜間には２つの開閉弁が開かれ、外気導入路から空間内に外気が供給され、外気排出路から空間内の空気が排出される。そして気温が上昇した昼間には、外気導入路と外気排出路に設けた２つの開閉弁が閉じられ、筐体内の空間は閉じられた状態となる。また、外気の吸気量（吸気効率）や空間内の空気の排気量（排気効率）を高めるために、必要に応じて外気導入路に導入用のポンプや外気排出路に排気用のポンプが備えられる。また、外気の導入時には、水分凝縮体への吸湿量を多くするため、循環通気路上に設けた開閉弁を閉じて、淡水回収装置への空気の流れを止めるのが好ましい。開閉弁の操作は、例えば、人手による操作であり、遠隔操作による操作であり、タイマーによる時間制御や測定した外気の湿度で制御する自動制御による操作でも行い得る。

外気導入路には、必要によりフィルターが設けられる。当該フィルターは、主として外気中に含まれる粉塵を除去し、得られた淡水中への混入を防止するエアフィルターであり得る。エアフィルターの目の粗さは設置環境や装置の構成により適宜定められる。例えば、砂漠などで砂埃が多いところでは当該砂埃を除去可能な程度の粗さでよく、外気の吸排気能力が高ければ、エアフィルターの目の粗さを細かくしてもよい。また、フィルターはアルカリ性の液などが充填された化学的フィルターや活性炭を充填した吸着フィルターでもあり得る。例えば、アルカリ性の液が充填された化学的フィルターを設置した装置は酸性雨をもたらすような環境下でもほぼ中性の淡水を製造する。本発明では２種以上のフィルターが組み合わせて用いられることもある。

本発明の装置は必要に応じて太陽電池パネルを備える。太陽電池パネルは、当該装置を稼働するために必要な電力、例えば循環ポンプや強制冷却装置、暖気装置、さらには開閉弁の操作制御用の電力の一部好ましくはその全ての供給源となる。太陽電池パネルは、好ましくは筐体１０から離れた箇所に設置される。

この装置では、夜間に外気導入路の開閉弁及び外気排出路の開閉弁を開き、外気を空間内に導入して水分凝縮体に外気中の湿分を吸収させる。そして、昼間に上記２つの開閉弁を閉じて、筐体内の空間を閉じた状態にして、当該空間と湿分回収装置との間で空間内の空気を循環させる。そうすると、閉じられた空間内の空気及び水分凝縮体が太陽の輻射エネルギーにより暖められ、湿分が水分凝縮体から閉じられた空間内に放たれる。そして、多くの湿分を含む暖められた空気は外気排出路から湿分回収装置に送られ、強制的に冷却されて結露水が生じる。湿分が除去された空気は循環導入路を経て空間内に戻され、水分凝縮体からの湿分回収に用いられる。また、任意に備えられた暖気装置によって暖められた空気が空間内に戻り、水分凝縮体からの湿分回収が促進されるだけでなく、より多くの量の湿分が水分凝縮体から回収される。

このように本発明による方法は、昼間の太陽の輻射エネルギーを利用して水分凝縮体から湿分を放出させ、強制的な冷却手段により湿分を回収しているので、自然冷却に比べてより多くの結露水が生じる。また、必要な電力は、強制冷却装置に用いられる電力と必要により設置される循環ポンプ、吸排出用のポンプに用いられる電力であり、太陽電池パネルによる発電量でまかなうことができる。特にヒートポンプを用いればより少ない電力で淡水を得ることができるだけでなく、ヒートポンプで生じる廃熱を利用して湿分回収を向上させることができる。このため、電力の供給が困難な砂漠地でも、空気から淡水が効率よく製造される。

また、本発明の方法は、次に述べる装置によっても実施できる。この装置は、閉じられた空間を形成する筐体と、前記筐体内に配置される１以上の水分凝縮体と、前記空間内の空気を強制的に冷却して該空気中の湿分を結露水として回収する前記筐体外に配置される湿分回収装置と、前記筐体と前記湿分回収装置との間で、前記閉じられた空間内の空気を循環させる循環通気路とを有し、前記筐体は、内部の空間を開いたり閉じたりする１以上の開閉部を備え、前記湿分回収装置は強制冷却装置を備えた装置により実施される。

この装置において、気温の下がった夜間に開閉部を開くことにより外気を空間内に取り入れ、開閉部を閉じることにより空気を空間内に閉じ込める。この閉じられた空間は厳密に密閉される必要はない。開閉部の操作は、例えば、人手による操作であり、遠隔操作による操作であり、タイマーによる時間制御や測定した外気の湿度で制御する自動制御による操作でも行い得る。このように、本発明の方法では、夜間に筐体を構成する一部の壁面を開放して、空間内に配置された水分凝縮体に湿分を吸湿させることもできる。そして,昼間には空間内の空気を強制的に冷却して該空気中の湿分を結露水として回収する。

次に、以下の実施例に基づいて本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限られないのは言うまでもない。

図１は本発明に係る淡水製造装置の一例を示す概略説明図である。当該装置１は、ほぼ密閉された筐体１０と、筐体１０に配置された水分凝縮体２０と、筐体１０外に配置された湿分回収装置３０と、閉じられた筐体１０の空間と湿分回収装置３０との間で空気を循環させる循環通気路４０と、空気を強制的に循環させる循環ポンプ４３と、電力源となる太陽電池パネル（図示されず）を有する。

筐体１０は例えば透明なアクリル樹脂板から直方体状に作製され、より多くの太陽光が空間内に差し込むように作製されている。筐体１０の空間内には複数の水分凝縮体２０が架台１１上に配置されている。水分凝縮体２０は、図２に示すように、上記の多孔質材を、増粘剤や結着剤、例えばセメントのような化学物質との混練、焼結によって直方体に成型されたものである。それぞれの水分凝縮体２０は、最も広い面が立面となり、この面に太陽光が長時間当たるように配置されている。また、水分凝縮体２０として、１又は複数の貫通孔を有する柱状の成形体からなる水分凝縮体２０（図３（ａ）参照）や、側面の一部を柱状に切り欠いた柱状の成形体からなる水分凝縮体２０（同図（ｂ）参照）が用いられ得る。

筐体１０を構成する一つの壁面の上部には循環通気路４０を構成する循環排出路４１が接続され、その壁面と対向する壁面の下部には循環通気路４０を構成する循環導入路４２が接続されている。循環導入路４２には、外気を筐体１０の空間に取り入れるための外気導入路５２が接続され、その接続部には切替弁４５が備えられる。また、循環排出路４１には空間内に取り入れた外気を排出するための外気排気路５１が接続され、その接続部には切替弁４４が備えられる。これら２つの切替弁４４,４５は、外気を空間内に取り入れ、空間内に取り入れた空気を排出するための開閉弁としての機能を果たす。すなわち、当該装置では、循環導入路４２の一部が外気導入路５２として利用され、循環排出路４１の一部が外気排出路５１として利用されている。外気導入路５２は、砂塵などが空間内に侵入するのを防止するフィルター４６を備える。

循環通気路４０には循環導入路４２の切替弁４５と筐体１０との間に循環ポンプ４３が配置される。循環ポンプ４３は、筐体１０の空間内の空気を筐体１０と湿分回収装置３０との間で強制的に循環させる。また、循環ポンプ４３は、外気を外気導入路５２から筐体１０の空間に取り入れ、空間に取り入れた外気を外気排気路５１から筐体１０の外に排出する。

当該装置１は、ヒートポンプを利用した湿分回収装置３０を備える。湿分回収装置３０は、図４に示すように、圧縮機３２と、膨張弁３３と、熱交換用フィン（図示せず）を有する第１の熱交換器３８と、熱交換用フィン（図示せず）を有する第２の熱交換装置３９を備える冷媒回路３１と、筐体１０の空間から排出された空気を冷却する冷却部３４と、冷却部３４で冷却された空気を暖める暖気部３５を備える。第１の熱交換器３８は蒸発器として作動し、第２の熱交換器３９は凝縮器として作動する。

冷却部３４は強制冷却装置の一部として構成され、図４に示すように筐体１０から排出された空気が流れる冷却空間３６と、当該冷却空間３６に配置された第１の熱交換器３８を有する。暖気部３５は暖気装置の一部として構成され、図４に示すように冷却部３４で冷却された空気が流れる暖気空間３７と、当該暖気空間３７内に配置された第２の熱交換器３９を有する。この湿分回収装置３０では、冷却部３４と暖気部３５が一つのボックス６０内に構成されている。ボックス６０は冷却効率及び暖気効率を高めるべく、遮光性を有し、好ましくは断熱性が担保される。冷却空間３６と暖気空間３７はそれぞれ気密である。また、冷却部３４と暖気部３５の間には緩衝帯４９が備えられる。緩衝帯４９は、例えば、図４に示すように、冷却空間３６の空間径や暖気空間３７の空間径よりも小さい径を有する通気路を有し、暖気部３５における暖気の影響を少なくして冷却部３４における冷却能力の低減を防ぐ。また、冷却部３４は、冷却空間３６で生じた結露水を取り出すためのドレーン管４７を備える。

冷媒回路３１では、圧縮器３２を出た高温高圧のガスとなった冷媒が、第２の熱交換器３９へ流れて、冷媒は凝縮液化する。次いで、凝縮液化した冷媒は膨張弁３３で減圧されて低圧二相化し、第１の熱交換器３８へ流れる。そして、第１の熱交換器３８で蒸発ガス化して冷媒が再び圧縮器３２の低圧側へ戻る。第１の熱交換器（蒸発器）３８が配置された冷却部３４では空気の冷却が行われる。第２の熱交換器（凝縮器）３９が配置された暖気部３５では、冷却部３４で冷却された空気が暖められ、筐体１０の空間に戻る。

当該装置１では次のようにして淡水が得られる。まず、気温の低下した夜間に、外気導入路５２から循環導入路４２を経て筐体１０の空間に外気を取り入れ、循環排出路４１を経て外気排出路５１から外気を排出する方向に２つの切替弁４４,４５を切り替えて運転を開始する（図１の実線で示された矢印方向）。そして、循環ポンプ４３を駆動すると外気が筐体１０の空間に取り入れられ、外気中の湿分は水分凝縮体２０に吸収される。夜が明ける頃に、筐体１０の空間内の空気が循環通気路４０を循環する方向に２つの切替弁４４,４５を切り替え、空間内の空気を循環通気路４０に流す。昼間になり太陽の輻射エネルギーにより空間内の空気が暖められると、空間内の温度の上昇に連れ水分凝縮体２０から湿分が筐体１０の空間に蒸散し、空間内の空気は湿分を多く含むようになる。湿分を多く含む空気が湿分回収装置３０の冷却部３４で冷却されると、冷却空間３６内で結露水が生じる。生じた結露水はドレーン管４７から取り出される。また、湿分が減少した空気は暖気部３５で暖められた後、筐体１０の空間に戻される（図１の破線で示された矢印方向）。

この装置１では、ヒートポンプを利用して湿分を多く含む空気を冷却しているので、自然冷却に比べてより多くの結露水が生じる。また、循環ポンプ４３を使って空間内の空気を循環させ、湿分が除去された空気を再び水分凝縮体２０と接触させているので、水分凝縮体２０からの湿分の回収率が高まり、一昼夜で生成する結露水の生成量が増大する。特に湿分が除去された空気がヒートポンプにより生じた熱により暖められるので、水分凝縮体２０からの蒸散量が増し、淡水の製造量の増大が見込めるだけでなく、ヒートポンプの廃熱も無駄なく利用される。さらに、ヒートポンプは少ない電力で駆動するので太陽電池パネルの発電量で駆動させられる。このため、電力の供給が困難な砂漠地でも十分量の淡水を得ることができる。砂漠地では昼夜間の温度差が大きく、夜間の冷たい外気の湿度は高い。このため、本発明に係る方法は、特に砂漠地において、夜間に大気に含まれる湿分を効率よく回収できる点で非常に有利な方法であると言える。

この装置１では、循環導入路４２の一部を外気導入路５２として利用し、循環排出路４１の一部を外気排出路５１として利用して、それぞれの接続部に設けた切替弁４４,４５を開閉弁として利用しているが、循環導入路４２と外気導入路５２、循環排出路４１と外気排出路５１をそれぞれ独立に設け、循環導入路４２、外気導入路５２、循環排出路４１、外気排出路５１にそれぞれ開閉弁を設けてもよい（図示せず）。この場合において、外気導入路５２や外気排出路５２に外気を出し入れするポンプを設けることもできる。

図５は湿分回収装置３０の他例を示す概略説明図である。この湿分冷却装置３０は暖気部３５を備えておらず、第２の熱交換器（凝縮器）３９はボックス６０外に配置されている。第１の熱交換器（蒸発器）３８が配置された冷却部３４では空気の冷却が行われ、第２の熱交換器（凝縮器）３９で生じた熱は廃熱として放出される。また、冷却部３４で冷却された空気は循環導入路４２から筐体１０の空間に戻される。

図６は湿分回収装置３０の他例を示す概略説明図である。この湿分冷却装置３０の冷却部３４はヒートポンプを利用した冷却部３４であり、暖気部３５は太陽の輻射エネルギーを利用した暖気部３５である。暖気部３５は太陽光を効率よく透過させる材質、例えば透明なアクリル材から作製された筐体６９を備え、筐体６９の内部は暖気空間３７となっている。冷却部３４で湿分が減少した空気は暖気部３５で暖められた後、筐体１０の空間に戻される。

図７及び図８は本発明に係る淡水製造装置１の他例を示す概略説明図であり、図７は筐体１０の空間を閉じた状態を示し、図８は筐体１０の空間を開いた状態を示す。各図に示す筐体１０は閉じたり開いたりできる対向する１対の側壁面１４と開けることのできない４つの壁面１３とを有し、これらの６つの壁面から直方体状に作製されている。閉じたり開いたりできる１対の側壁面１４が閉じられた場合には、筐体１０の空間はほぼ密閉された状態となる。６つの壁面の材質は問われないが、例えば透明なアクリル樹脂板が用いられ、筐体１０はより多くの太陽光が空間内に差し込むように作製されている。

淡水製造装置１は、湿分回収装置３０と、閉じられた空間内の空気を筐体１０の空間と湿分回収装置３０の間で循環させる循環通気路４０を備える。当該装置１は、外気を空間に取り入れる外気導入路と外気排出路を備えない点で、実施例１の装置１と異なる。つまり、当該装置１では、筐体１０の空間内への外気の取り入れは、閉じたり開いたりできる１対の側壁面１４を開くことで行われる。

湿分回収装置３０は、図９に示すように、湿分を含んだ空気を冷却する冷却空間６４と、冷却空間６４に配置される熱交換用フィン６２と、ペルチェ素子６１と、必要に応じて備えられる冷却ファン６３を有する。熱交換用フィン６２とペルチェ素子６１は、冷却空間６４を有するボックス６０に収容される。冷却空間６４は気密である。ボックス６０は冷却効率を高めるべく、遮光性を有し、好ましくは断熱性が担保される。また、ペルチェ素子６１は、放熱性を確保すべく、その放熱面を露出させてボックス６０に収容される。その放熱面には直接的若しくは間接的に冷却ファン６３が備えられる。そして、ペルチェ素子６１の冷却面には直接的又は間接的に熱交換用フィン６２が備えられる。冷却空間６４には、循環通気路４０の循環排出路４１と循環導入路４２が接続される。湿分回収装置３０は、冷却空間６４で生じた結露水を取り出すドレーン管４７を備える。

この装置１では、夜間に一対の側壁面１４を開いて筐体１０の空間を開放し、外気中の湿分を水分凝縮体２０に吸収させる。そして、夜が明ける頃に一対の側壁面１４を閉じて空間を閉じた状態にし、駆動ポンプ４３を駆動する。そうすると、昼間になり太陽の輻射エネルギーにより暖められた空間内の空気は、循環排出路４１を経て湿分回収装置３０に送られる。そして、送られた空気がペルチェ素子６１により冷却されると結露水が生じる。このように、開閉可能となった筐体１０を用いた装置を用いて淡水を製造することもできる。

図１０は湿分回収装置３０の他例を示す概略説明図である。この湿分回収装置３０は冷却部３４と暖気部３５を有する。冷却部３４は熱交換用フィン６２が配置される冷却空間６４を有する。暖気部３５は熱交換用フィン６２が配置される暖気空間６５を有する。湿分回収装置３０は一つのペルチェ素子６１を有し、その放冷面には冷却空間６４に配置される熱交換用フィン６２が直接的又は間接的に備えられ、その放熱面には暖気空間６５に配設される熱交換用フィン６２が直接的又は間接的に備えられている。ペルチェ素子６１と２つの熱交換用フィン６２は断熱性を有する一つのボックス６０に収められ、ペルチェ素子６１が一つのボックス６２内の空間を間仕切りして、冷却空間６４と暖気空間６５を形成する。形成された冷却空間６４と暖気空間６５はそれぞれ気密である。冷却空間６４には循環排出路４１が接続される。暖気空間６５には循環導入路４２が接続される。そして、冷却空間６４と暖気空間６５との間には、冷却空間６４の空間径や暖気空間６５の空間径よりも小さい径を有する通気路から構成される緩衝帯４９が備えられている。

循環排出路４１から送られた湿分を多く含む空気が湿分回収装置３０の冷却部３４で冷却されると、冷却空間６４内で結露水が生じる。生じた結露水はドレーン管４７から取り出される。また、湿分が減少した空気は暖気部３５で暖められた後、循環導入路４２を経て筐体１０の空間に戻される。このように、ペルチェ素子４１で生じた熱を暖気用の熱源として利用してもよい。

上記各実施例で示された湿分回収装置３０は例示であり、暖気部３５は必須ではなく、また、冷却部３４の構成と暖気部３５の構成は任意に組み合わせることができる。例えば、図示しない構成として、実施例４に示すようなペルチェ素子６１を備えた冷却部３４と、実施例３に示すような太陽の輻射エネルギーを利用した暖気部３５とを組み合わせた湿分回収装置３０も利用され得る。

１ 淡水製造装置
１０ 筐体
１２ 反射板
１４ 閉じたり開いたりできる壁面
２０ 水分凝縮体
３０ 湿分回収装置
３２ 圧縮機
３３ 膨張弁
３４ 冷却部
３５ 暖気部
３８ 第１の熱交換器（蒸発器）
３９ 第２の熱交換器（凝縮器）
４０ 循環通気路
４６ フィルター
４７ ドレーン管
６１ ペルチェ素子

本発明に係る方法は、夜間に、水分凝集体に空気を接触させて空気中の湿分を水分凝集体に吸収させる工程と、昼間に、前記吸収した水分凝集体を筐体内に配置した状態で、前記筐体内の空気を筐体内と筐体外の間で強制的に循環させ、前記筐体外において前記空気を強制的に冷却して結露水を得る工程とにより、空気から淡水を得る方法において、
前記冷却された空気を暖めた後に前記筐体内に戻すことを特徴とする。

Claims (12)

1. 夜間に、水分凝集体に空気を接触させて空気中の湿分を水分凝集体に吸収させる工程と、
   昼間に、前記吸収した水分凝集体を閉じられた空間内に配置した状態で、前記空間内の空気を空間内と空間外の間で強制的に循環させ、前記空間外において前記空気を強制的に冷却して結露水を得る工程とにより、空気から淡水を得る方法。
2. ヒートポンプを用いて前記空気を強制的に冷却する請求項１に記載の方法。
3. 前記冷却された空気を暖めた後に前記空間内に戻す請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ヒートポンプを用いて前記冷却された空気を暖めた後に前記空間内に戻す請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
5. 閉じられた空間を形成する筐体と、
   前記筐体内に配置される１以上の水分凝縮体と、
   閉じられた空間内の空気を強制的に冷却して該空気中の湿分を結露水として回収する前記筐体外に配置される湿分回収装置と、
   前記筐体と前記湿分回収装置との間で、閉じられた空間内の空気を循環させる循環通気路と、
   前記閉じられた筐体内に筐体外の空気を供給する外気供給路と、
   前記閉じられた筐体内の空気を筐体外に排出する外気排出路を備え、
   前記湿分回収装置は強制冷却装置を備えた淡水製造装置。
6. 前記外気供給路はフィルターを備えた請求項５に記載の淡水製造装置。
7. 閉じられた空間を形成する筐体と、
   前記筐体内に配置される１以上の水分凝縮体と、
   閉じられた空間内の空気を強制的に冷却して該空気中の湿分を結露水として回収する前記筐体外に配置される湿分回収装置と、
   前記筐体と前記湿分回収装置との間で、閉じられた空間内の空気を循環させる循環通気路と、
   前記筐体は空間を閉じたり開いたりする開閉部を備え、
   前記湿分回収装置は強制冷却装置を備えた淡水製造装置。
8. 前記強制冷却装置はヒートポンプによる冷却装置又はペルチェ素子による冷却装置である請求項５〜７の何れか１項に記載の淡水製造装置。
9. 太陽光電池パネルを備えた請求項５〜８の何れか１項に記載の淡水製造装置。
10. 閉じられた空間内の空気を循環させる循環ポンプを備えた請求項５〜９の何れか１項に記載の淡水製造装置。
11. 湿分が回収された後の空気を暖める暖気装置を備えた請求項５〜１０の何れか１項に記載の淡水製造装置。
12. 前記暖気装置はヒートポンプによる暖気装置である請求項１１に記載の淡水製造装置。

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