JP2018105095A - 淡水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水分凝縮体の吸湿能力をできるだけ最大限に活用し、さらに効率良く空気中から淡水を回収するための装置を提供する。【解決手段】 本願発明に係る淡水製造装置１は、水を吸脱着する、例えばシリカゲルのような水分凝縮体２０と、ほぼ密閉された内部空間１１を形成し得る筐体１０と、前記内部空間１１内で排出された水分を含む空気を冷却して淡水として回収する水分回収機構５０と、無端軌道式の搬送装置であるコンベア３０を備え、前記筐体１０は前記水分凝縮体２０を出し入れする２つの開口部１２,１３を有し、前記コンベア３０の無端軌道３１の一部は前記開口部１２,１３を通して筐体１０内に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は淡水製造装置に関する。

空気中の水分をゼオライトのような多孔質材からなる水分凝縮体に吸着させた後、水分凝縮体から水分を排出させることで淡水を得る装置が、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。

特許文献１に開示された装置は、ほぼ密閉した空間を形成する筐体内に配置され、複数の通気路を有する水分凝縮体と、前記通気路の一部に当該通気路に気流を作る気流発生手段を備えている。この装置では、筐体外から外気が残る通気路に供給されることで外気に含まれる水分が水分凝縮体に吸着され、吸着された水分が水分凝縮体内を移動して、ヒータなどの気流発生手段を備えた通気路から排出される。排出された水分を含む空気が筐体の内壁面で冷却されることで得られた結露水が淡水として回収される。

特許文献２に開示された装置は、ほぼ密閉した空間を形成する筐体と、筐体内に配置された水分凝縮体と、水分凝縮体から排出された水分を含む空気を冷却して結露水として回収する水分回収機構を備えている。この装置では夜間に筐体を開放し、空気に含まれる水分を水分凝縮体に凝縮させる。その後、昼間に筐体をほぼ密閉状態にし、太陽光を利用して水分凝縮体から水分を排出させると同時に、排出された水分を含む空気を筐体と熱交換器の間で循環させることで結露水が得られる。

特開２０１０−２０９５８６号公報 特開２０１４−１２５８７２号公報

しかしながら、特許文献１の淡水製造装置は、水分凝縮体内を水分が移動するという水分凝縮体の性質を利用するために水分の回収効率はその水分移動特性に制約される。このために、水分凝縮体の吸湿能力の他に水分移動特性を考慮しなければ十分な量の淡水を回収できない。また、水分凝縮体の吸湿能力を高めても水分移動特性が良好でなければ十分な量の淡水を回収できなかった。そして、砂漠においては昼間時の空気中の水分量は夜間に比べて少ない。従って、気流発生手段を備えるために昼夜を問わず淡水を回収できると言っても昼間の水分回収量は少なく、気流発生手段の電力消費エネルギーを鑑みると淡水の回収効率は悪く、水分凝縮体の吸湿能力を十分に活かしているとは言えない。

一方、特許文献２の淡水製造装置は、夜間に水分凝縮体に水分を吸着させ、それを昼間の太陽エネルギーで排出させているので、水分凝縮体の水分移動特性を考慮する必要はない。ところが、昼夜を問わず筐体内に水分凝縮体が置かれた状態にあるので、昼間における水分の回収量は夜間における水分吸着量に依存する。このため、夜間における水分吸着量が少なければ、高い吸湿能力を有する水分凝縮体を用いても水分の回収量の増大には結びつかず、水分凝縮体の吸湿能力を十分に活かすことができなかった。

本願発明は上記の背景技術に鑑みてなされたものであって、本願発明が解決するための課題は、水分凝縮体の吸湿能力をできるだけ最大限に活用し、さらに効率良く空気中から淡水を回収するための装置を提供することにある。

本願発明では、ほぼ密閉された空間を形成し得る筐体に、水分凝縮体を出し入れするための１以上の開口部を設け、水分凝縮体を出し入れできる構造にした。

本願発明に係る淡水製造装置は、ほぼ密閉された空間を形成し得る筐体に水分凝縮体を出し入れするための１以上の開口部が設けられている。このため、水分凝縮体から水分を排出する空間（排湿域）と、水分凝縮体に水分を吸着させる空間（吸湿域）を分離して、水分凝縮体と空気を接触させる吸湿時間を水分凝縮体から水分を排出させる排湿時間よりも長くすることができる。この結果、水分凝縮体への水分吸着量が増加し、昼間における淡水の排出量（回収量）が増加する。また、水分を回収するための冷却時には、水分凝縮体を筐体外に取り出せるので、水分凝縮体への再吸着が防止される。これにより、排出された水分をほぼもれなく回収され、得られる淡水量が増加する。

図１は本願発明の第１の実施例である淡水製造装置の概略構成図である。 図２は図１に示す淡水製造装置の一部を示す概略構成図である。 図３は図１に示す淡水製造装置で用いられる水分凝縮体の収容容器を示す図である。 図４は図１に示す淡水製造装置における水分回収方法を示す説明図である。 図５は本願発明の第２の実施例である淡水製造装置の概略構成図である。 図６は図５に示す淡水製造装置から水分凝縮体が搬出された際の状態を示す図である。 図７は本願発明の第３の実施例である淡水製造装置の概略構成図である。 図８は図７に示す淡水製造装置の使用方法を示す説明図である。 図９は本願発明の第４の実施例である淡水製造装置の概略構成図である。 図１０は図９に示す淡水製造装置の使用方法を示す説明図である。 図１１は本願発明の第５の実施例である淡水製造装置の概略構成図である。 図１２は図１１に示す淡水製造装置の使用方法を示す説明図である。

本願発明に係る淡水製造装置は、ほぼ密閉された空間を形成し得る筐体と、前記空間内に出し入れされる水分凝縮体と、前記空間内で前記水分凝縮体から排出された水を含む気体を冷却して淡水として回収する水分回収機構と、を備え、前記筐体は前記水分凝縮体を出し入れする１以上の開閉可能な開口部を有する。

水分凝縮体は、空気中の水分を吸着し、周囲又はそれ自体の温度上昇に伴って吸着した水分を排出する機能を果たし、係る機能を発揮する水分脱着素材から作製される。水分脱着素材は係る機能を発揮する素材であれば限定されず、例えば、特許文献１や２に開示された多孔質材が例示される。より具体的に例示すれば、当該材質として、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。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。

本願発明においては、水分凝縮体の形状（形態）は筐体内への出し入れを考慮して適宜決定され得る。例えば、特許文献１や２に記載されたような柱状など所定の形状に成型加工された水分凝縮体や粒状の水分凝縮体、成型加工前の粉体状の水分凝縮体が用いられるが、好ましくは粒状の水分凝縮体である。粒状の水分凝縮体は、所定の形状に加工された水分凝縮体に比べて実質的な比表面積が大きく、その吸湿能を十分に活かすことができるだけでなく、加工コストも安価になる。

筐体は開口部が閉じられた際にほぼ密閉され得る空間を有する。空間は完全に密閉された状態に保たれることが望ましいが、本願発明では、水分凝縮体から排出された水分を含む空気がほぼ内部に留めておける程度に密閉されていればよい。筐体の壁面には、筐体内部の空間や水分凝縮体が太陽光の輻射熱で暖められるように、太陽光の輻射熱が透過できる強化ガラスや強化プラスチックなどが好ましく用いられる。

筐体は１つ以上の開口部を有し、水分凝縮体を出し入れできるように開閉可能となった開閉扉が開口部に備えられる。なお、本明細書において、水分凝縮体を出し入れすることには、水分凝縮体を搬入することや水分凝縮体を搬出することのいずれか一方のみを意味する場合も含まれる。すなわち、１つの開口部が水分凝縮体の搬入や搬出のいずれか一方にのみ利用される場合や、その双方に利用される場合もあり得る。開口部が設置される箇所や開口部の個数は特に限定されることはなく、水分凝縮体を出し入れする方法により適宜定められる。例えば、出し入れが無端軌道式の搬送機構で行われる場合であれば、１つの開口部が対向する筐体側面にそれぞれ設けられる。また、出し入れがいわゆる自動倉庫で用いられるクレーンのような搬入出機構で行われる場合であれば、筐体側面の１箇所又は対向する側面のそれぞれ１箇所に設けられる。ホースのような中空導管で出し入れが行われる場合には、筐体の上面に１つ又は複数の開口部が設けられる。ジャッキやテーブルリフタのような持ち上げ機構で行われる場合には、１つ又は複数の開口部が筐体の底面に設けられ、また、底面全体が開口部となり得る。さらには、筐体の上面に搬入口となる１つの開口部と、筐体の底面に搬出口となる１の開口部が備えられる場合もある。

筐体内には好ましくは水分凝縮体が収容される容器又は水分凝縮体が配置される架台が備えられ得る。粒状や粉状の水分凝縮体であれば容器が用いられ、柱状体の水分凝縮体のように成型加工された水分凝縮体であれば載置される架台が用いられる。水分凝縮体が収容又は載置され得る限りそれらの形状は特に制限もなく、水分凝縮体の形態や水分凝縮体を出し入れする方法によって適宜定められる。例えば、無端軌道式の搬送機構が用いられる場合、無端軌道が架台としての機能を果たす。クレーンのような搬入出機構が用いられる場合では、上下左右に多数の載置部が配列された保持棚（ラック）が用いられる。載置部には、水分凝縮体が直接載置され、あるいは水分凝縮体が載置されたパレットや水分凝縮体が収容された容器が配置される。容器や架台は筐体内に固定されるか、取り出し可能に筐体内に設置され得る。また、架台や容器が備えられることなく、筐体の底面や開口部の開閉扉が架台として利用され得る場合もある。例えば、持ち上げ機構が用いられた場合には、水分凝縮体は底面の開閉扉に直接載置され得る。

水分凝縮体は、筐体外の吸湿域において空気と接触される。本明細書において吸湿域とは、水分を含む空気と水分凝縮体が接触することで水分凝縮体に水分を吸着させるための空間を意味し、筐体外の任意の箇所である。吸湿域は、空気と接触させる領域であればよく、静止状態で水分凝縮体と空気を接触させる領域でもあり、移動する水分凝縮体と空気を接触させる領域でもあり得る。吸湿域は閉じられた空間でもあり得るが、好ましくは開放された空間である。前者であれば、吸湿域となる閉じられた空間内に水分を含む空気を供給する装置が必要となるが、後者であれば水分を含む大気下に放置するだけでよいからである。また、吸湿域の一部又はその全てが好ましくは太陽光の遮光下にある遮光域であることが好ましい。遮光下であるとは太陽光が水分凝縮体に直接当たらないことを意味する。直射日光による水分凝縮体からの排湿量を少なくするためである。吸湿域における接触は夜間に限られず、好ましくは昼夜を問わず数日間、望ましくは水分凝縮体の吸湿能の限界近くまで行われる。

水分を吸着した水分凝縮体は筐体内に入れられ、太陽光が照射することで水分凝縮体から水分が排出され、筐体内の湿度が高められる。湿度が上昇した筐体内の気体は水分回収機構にて冷却され、淡水として回収される。水分回収機構は水分を含む気体を冷却して淡水を回収できる構造であれば特に限定されない。水分回収機構は、前記筐体外に備えられる機構でもあり、筐体内に淡水として回収される機構でもあり得る。

筐体外に備えられる水分回収機構として、例えば熱交換器（冷却器）を備えた水分回収機構が示される。この水分回収機構は、筐体から水分を含む気体を熱交換器に送る排気路と、熱交換器にて水分が除去された気体を筐体内に送る給気路を備え、筐体と熱交換器の間で循環路が構成される。熱交換器は、例えば地中に配置され、砂漠における地下の冷熱により水分を含む気体を冷却する。また、筐体の空間内に気体を供給する気体供給装置と、筐体の空間内に排出された水分を含む気体を回収する回収バルーンを備えた水分回収機構が示される。例えば回収バルーンは筐体の一端に備えられ、気体供給装置は他端に備えられる。気体供給装置は筐体内に気体を供給して、水分凝縮体から排出された水分を含む筐体内の気体を回収バルーンに排出させる。筐体内に供給される気体は大気（気体供給装置周辺の空気）であり、除湿された空気であり、窒素ガスのような単離されたガスなどの気体でもあり得る。気体供給装置は、給気路を介して筐体内部と接続された補給バルーンであり、コンプレッサなどの送風装置でもあり得る。回収バルーンと筐体間の排気路上と、気体供給装置と筐体間の給気路上にはそれぞれ開閉バルブが備えられる。排出された水分を含む気体の回収前は、回収バルーンは気体がほぼ排出された状態に維持される。気体供給装置から気体が筐体内に送られると、水分凝縮体から排出された水分を含む筐体内の気体が回収バルーンに送られる。回収バルーンが夜間の冷気で冷却されると回収バルーン内部に結露水が生じる。

筐体内部において水分が回収される機構として、筐体全体が夜間の冷気で冷却されることで筐体内に結露水が生じる水分回収機構が示される。この場合、筐体全体の冷却効率を高めるために、筐体に例えば冷却フィンが備えられ得る。

筐体に水分凝縮体を入れた状態で水分を回収することもできる。また日没前、好ましくは筐体内外の温度が高い時間帯に筐体から水分凝縮体が取り出される。筐体内に排出された水分が水分凝縮体に再吸着されるのを防ぐためである。

本願発明の淡水製造装置は筐体内へ水分凝縮体を出し入れするための搬入出機構を含み得る。搬入出機構は、筐体の開口部に水分凝縮体を搬入出できる機構であれば特に制限されない。また、本明細書において水分凝縮体を出し入れすることには、水分凝縮体の搬入や水分凝縮体の搬出のいずれか一方のみを意味する場合も含まれる。搬入出機構も水分凝縮体の搬入専用の機構であり、搬出専用の機構であり、搬入出の双方に利用される機構でもあり得る。搬入出機構は、例えば、ローラコンベアやベルトコンベアのような無端軌道を用いた搬送装置であり、クレーンであり、ジャッキであり、リフタであり、昇降のみを行うテーブルリフタであり、油圧ショベルであり得る。クレーンは、水分凝縮体を昇降し、かつ水平方向にも搬送する機構である。ジャッキは、水分凝縮体を昇降する機構であり、リフタは水分凝縮体を上下に昇降し、かつ水平方向にも移動する機構である。油圧ショベルは、先端にバケットやグラップルが取り付けられたアームにより水分凝縮体を移動する機構である。また、搬入出機構は、ホースのような中空の導管を備えた搬入出装置でもあり得る。導管を用いた搬入出機構は、水分凝縮体をポンプなどの送出機構によって導管を介して筐体内に搬入し、吸引ポンプなどの吸引機構によって導管を介して筐体外に搬出する。これらの機構は、水分凝縮体のみを搬入出する機構でもあり、架台や容器と共に水分凝縮体を搬入出する機構でもあり得る。

さらに本願発明の淡水製造装置は筐体から搬出された水分凝縮体や筐体に搬入する水分凝縮体を、筐体近傍や搬入出機構と吸湿域との間で搬送する搬送機構を含み得る。搬送機構は、例えば、ローラコンベアやベルトコンベアを用いた搬送装置であり、前記クレーンであり、前記リフタであり、前記油圧ショベルであり、中空の導管を備えた搬入出装置でもあり得る。好ましく用いられる搬送機構は、前記の搬入出機構を兼ね備えたものである。搬送機構は、筐体内から搬出された水分凝縮体を吸湿域に移動し、吸湿域で水分を吸着した水分凝縮体を筐体近傍若しくは筐体内に移動する。

このように本願発明の淡水製造装置は、筐体に水分凝縮体を出し入れできる開口部を備えているので、水分凝縮体に水分を吸着させる吸湿域と、水分凝縮体から水分を排出させる排湿域を明確に区分できる。このために、昼夜のサイクルを問わず筐体外において水分凝縮体に十分な量の水分を吸着させ、筐体内において吸着した水分を排出させることができる。その結果、水分凝縮体の吸湿能を十分に活用して、１日でより多くの淡水量を得ることができる。言い換えると、本願発明の淡水製造装置は、筐体内で排湿させる水分凝縮体を交換することにして、筐体外で水分を含んだ空気との接触時間をより長く確保できるようにした装置である。そして、夜間の冷気を利用して筐体全体を冷却することで、水分凝縮体が搬出された筐体内に結露水を集めることができる装置でもある。もちろん、水分凝縮体が収められた状態で結露水を得ることもできる。

以下、本願発明の淡水製造装置について下記の実施例に基づいてさらに具体的に説明する。なお、本願発明の淡水製造装置は下記の実施例に限られないのは言うまでもない。

図１は本願発明の第１の実施例に係る淡水製造装置１を示す概略構成図であり、図２は当該淡水製造装置１の一部を示す概略構成図である。淡水製造装置１は、直方体状の筐体１０と、粒状の水分凝縮体２０と、水分凝縮体２０を搬送する無端軌道式のコンベア３０を備える。筐体１０はほぼ密閉状態に維持され得る内部空間１１を有する。筐体１０の壁面は強化ガラスなどの太陽光を透過する素材から作製されている。筐体１０の対向する側面にはそれぞれ開閉扉１４が備えられた開口部１２,１３が１つずつ設けられている。コンベア３０は無端軌道３１上を移動する連続して備えられた複数の架台３２を有し、無端軌道３１の駆動により架台３２が順送りされる。１つの架台３２には水分凝縮体２０が収容される１つの容器２１が載置され、容器２１は架台３２から取り外し可能となっている。当該容器２１は図３に示すように金属製の枠部材を有し、その上面は開口され、その他の周面及び底面が金網のような網目部材から作製されている。無端軌道３１上には容器２１が載置されていない架台３２が複数個連続して配置された非載置領域３３が設けられる。排出された水分の回収する際に筐体１０内に水分凝縮体２０が搬入されないようにするためである。無端軌道３１の長さや非載置領域３３が設けられる数や長さは、筐体１０外において吸湿させる時間や後述する吸湿域４０までの距離、筐体１０の長さなどによって適宜調節される。

無端軌道３１の一部は、搬入口となる一方の開口部１２から搬出口となる他方の開口部１３を通過して筐体１０内に設置されている。開閉扉１４が閉じられた状態でも無端軌道３１上の架台３２のみが移動できるように開口部１２,１３は備えられている。残る無端軌道３１は筐体１０外に設置され、筐体１０の内外で循環する無端軌道３１が形成されている。コンベア３０は手動又は動力で架台３２を移動させる手動制御式のコンベア３０でもあり、自動制御により架台を移動させる自動制御式のコンベア３０でもあり得る。自動制御式のコンベア３０であれば、コンベア３０の無端軌道３１の移動を自動的に制御する制御部（図示せず）を備える。制御部は、好ましくは水分凝縮体２０が夜明け前後から日没前後までの間筐体１０内に滞留し、筐体１０から搬出された水分凝縮体２０が２〜５日間程度吸湿域４０に滞留するように架台３２の移動を制御する。また、制御部は、２つの開閉扉１４の開閉を制御する。

筐体１０外の無端軌道３１の上方には、その一部分に直射日光を遮る遮蔽物４１が備えられ、当該遮蔽物４１の下方は遮光域４２となっている。遮光域４２を除いては、無端軌道３１の周囲は開放されており、筐体１０内を除く無端軌道３１上は遮光域４２を含めて水分凝縮体２０が大気と接触して大気中の水分を吸着する吸湿域４０となっている。遮蔽物４１は、例えば布製のシートであり、木製やスレート製の板状材、建物などの設置物でもあり、木などの自然物などでもあり得る。筐体１０外に搬出された水分凝縮体２０は吸湿域４０において大気と接触し、主として夜間において大気中の水分を吸着する。

開口部１２,１３が開閉扉１４により閉じられた際は筐体１０内がほぼ密閉された状態に維持される。複数個の水分凝縮体２０が適宜の間隔で筐体１０内外の無端軌道３１上に配置され、１乃至数個（図示するものでは４個）の水分凝縮体２０が１度の回収の際に搬入側の開口部１２から筐体１０内に搬送され、搬出側の開口部１３から筐体１０外に搬出される。

水分回収機構５０は、筐体１０の対向する側面の一方に備えられた補給バルーン５１と、その対向する側面に備えられた回収バルーン５２を含む。補給バルーン５１は開閉バルブ５３を備えた給気路５４により筐体１０の内部空間１１に接続されている。補給バルーン５１は筐体１０内の気体を回収バルーン５２に送り出すのに十分な容量を有し、回収バルーン５２は筐体内１０内の気体を回収するのに十分な容量を有する。回収バルーン５２は開閉バルブ５５と排気ポンプ５６を備えた排気路５７により筐体１０の内部空間１１に接続されている。水分凝縮体２０から排出された水分を含む気体の回収前は、給気路５４上の開閉バルブ５３は閉じられており、補給バルーン５１は空気で充満された状態に保たれている。排気路５７上の開閉バルブ５５も閉じられており、回収バルーン５２は排気された状態に保たれている。

気温が上昇する前の夜明け前後に、吸湿域４０において吸湿した数個（図示するものでは４個）の水分凝縮体２０は容器２１に収容された状態でコンベア３０によって、搬入側の開口部１２から筐体１０内に搬入される。搬入後は、２つの開口部１２,１３は共に閉じられて筐体１０の内部空間１１はほぼ密閉された状態に保たれる（図４（ａ））。その状態で放置すると、太陽光の輻射熱により水分凝縮体２０から水分が排出され、筐体１０内部の湿度は高まる。その後、水分凝縮体２０からの排出が終わった頃、好ましくは気温が低下する日没までに、搬出側の開口部１３から水分凝縮体２０が収容された容器２１が搬出され、搬出された後に搬出側の開口部１３は閉じられた状態に保たれる。このとき、容器２１が載置されていない架台３２が数個連続した非配置領域３３が筐体１０に位置して、筐体１０内には吸湿した水分凝縮体は存在しない。

次いで、排気路５７上の開閉バルブ５５と給気路５４上の開閉バルブ５３が開かれ、排気ポンプ５６の作動により補給バルーン５１から空気が筐体１０に供給されると共に回収バルーン５２に筐体１０内の空気が排出される。回収バルーン５２に十分な量の気体が充満した頃に、排気路５７上の開閉バルブ５５と給気路５４上の開閉バルブ５３が閉じられる（図４（ｂ））。その後、回収バルーン５２は排気路５７に取り付けられた状態で放置され、回収バルーン５２は夜間の冷気により冷却される。この結果、水分凝縮体２０から排出された水分は結露水として回収され、得られた淡水は回収バルーン５２から取り出されるとともに、回収バルーン５２内部の気体は排出される（図４（ｃ））。一方、補給バルーン５１には図示されないポンプにより気体が供給される。

一方、筐体１０から搬出された水分凝縮体２０は、筐体１０外である吸湿域４０に移動して主として夜間に水分を吸着する。そして、好ましくは水分を吸着した水分凝縮体２０は容器２１に入れられた状態で翌日の昼間頃には遮光域４２に移動される。遮光域４２では、直射日光が遮られるので直射日光による水分凝縮体２０からの排湿が抑えられる。その後、再び夜間になれば遮光域４２又は遮光域４２外の吸湿域４０において水分凝縮体２０は大気中の水分を吸着する。こうして幾日か分の昼夜を経て、上記のように再び筐体１０内に搬入される。この結果、水分凝縮体２０の吸湿能を最大限に活かすことができ、日中に回収できる水分量を増大させることができる。特に、吸排湿能が大きいとされるＢ型シリカゲルを用いれば、１日で十分な量の淡水を得ることができる。

上記の説明では、筐体１０内で排湿させた水分凝縮体２０を筐体１０外に搬出させた後に、筐体１０内の空気を回収バルーン５２に回収させることで、水分凝縮体２０への再吸着を防止している。もっとも、搬出のために筐体１０内の水分を多く含む気体が多量に筐体１０外に排出されるおそれもあり、回収量が減少することもあり得る。その場合には、昼間に排湿させた水分凝縮体２０を筐体１０外に搬出させることなく筐体１０内の空気を回収バルーン５２に回収し、その後に水分凝縮体２０を筐体外に搬出してもよい。また、当該装置１では架台３２を備えないベルトやローラを用いたコンベア３０も用いられ得る。そして、筐体１０外にある無端軌道３１の上方全てに遮蔽物４１を配置したり、筐体１０から搬出された水分凝縮体２０を直ちに遮光域４２に移動してもよい。

図５は第２の実施例である淡水製造装置１の概略構成図である。当該淡水製造装置１は、直方体状の筐体１０と、複数個の容器２１に収容された水分凝縮体２０と、水分凝縮体２０を筐体１０内に搬入出するリフト機構６０と、地表面下に配置された熱交換器７１を有する水分回収機構７０とを備えている。筐体１０は支持体１５により地表から持ち上げられた状態に支持され、底面に複数（図示するものでは４つ）の開口部１６を備えている。この開口部１６はそれぞれ水分凝縮体２０の搬入口と搬出口を兼ねている。筐体１０の内部において開口部１６の周囲には、ゴムパッキンなどの封止部材２２が備えられている。筐体１０には、水分凝縮体２０を筐体１０に搬入した際にそれぞれの開口部１６を塞いで底面の一部を形成する複数（図示するものでは４つ）の板状の架台１８が設けられている。リフト機構６０は、架台１８を載せる１つの支持台６１と支持台６１を上下させる２つのジャッキ６２を備えている。水分凝縮体２０は実施例１と同様な透湿性（網目状）の容器２１に収容されている。各架台１８には水分凝縮体２０が入った１つの容器２１が配置され、容器２１の下端周縁に位置する箇所にはゴムパッキンなどの封止部材１７が備えられている。また、水分凝縮体２０を筐体１０から搬出した際に、それぞれの開口部１６を塞ぐ天板１９が筐体内１０に備えられている。天板１９は太陽光の輻射熱が透過できるガラス（強化ガラス）や強化プラスチックなどから作製されている。図５に示すように、容器２１（水分凝縮体２０）を架台１８に乗せた状態で支持台６１を上昇させると、容器２１（水分凝縮体２０）の上面が天板１９を押し上げる。水分凝縮体２０が筐体１０内に納められると架台１８上の封止部材１７が筐体１０の底面と当接し、筐体１０の内部空間１１がほぼ密閉した状態に保たれる。また、図６に示されるように水分凝縮体２０を筐体１０から取り出した際には、天板１９が筐体１０の底面の封止部材２２と当接し、筐体１０の内部空間１１がほぼ密閉した状態に保たれる。なお、開口部１６周囲の密閉部材２２は、天板１９の下面に備えることとしてもよい。

この装置１における水分回収機構７０は、筐体１０と熱交換器７１の間に設けられた排気路７２と、熱交換器７１と筐体１０の間に設けられた給気路７３を有し、筐体１０と熱交換器７１の間で気体が循環する循環路７４が構成されている。循環路７４には気体を循環させる循環ポンプ７５が備えられている。筐体１０内で水分凝縮体２０から排湿された水分を含む気体は排気路７２を通って熱交換器７１に送られる。熱交換器７１で水分が回収された後の気体は給気路７３を通って筐体１０内に送られる。

筐体１０外は吸湿域となっており、筐体１０の近傍には遮蔽物４１により直射日光が遮られた遮光域（図示せず）が設けられている。容器２１に収容された水分凝縮体２０は水分凝縮体２０が容器２１に収容された状態で数日間水分を含んだ空気（外気）と接触される。その後、気温が上昇する前の夜明け前後に、フォークリフトなどの搬送機構（図示せず）によって水分凝縮体２０が収容された容器２１は支持台６１に載置された架台１８上に搬送、載置された後に、リフト機構６０によって持ち上げられて筐体１０内に納められる。また、水分凝縮体２０が搬入されると循環ポンプ７５を稼動して、筐体１０内の気体を熱交換器７１に送る。その後、太陽光の輻射熱により水分凝縮体２０から水分が排出されると、この水分を含む気体は熱交換器７１で冷却され、得られた結露水は淡水として汲み上げポンプ７６により回収される。この装置では、水分凝縮体２０から排出された水分は直ちに熱交換器７１により冷却されるので、水分凝縮体２０に再吸着される水分量が抑えられ、水分凝縮体２０から排出される水分のほぼ全量が淡水として回収され得る。そして、日没前の筺体１０内部の湿分が最高に高くなった時にのみ、循環ポンプ７５を稼動することにすれば循環ポンプ７５の消費電力量を低減できる。

また、当該装置１においても、水分凝縮体２０からの排湿が終わった頃、好ましくは気温が低下する日没までに開口部１６から水分凝縮体２０が入った容器２１を搬出した後に、水分回収機構７０により水分を回収することもできる。つまり、水分凝縮体２０を搬出した後に、開口部１６を架台１８で閉じた状態に保ち、循環ポンプの稼動により筐体１０内の水分を多く含む気体は熱交換器７１で冷却して、水分を回収する。

図７はさらに別な実施例である淡水製造装置１の概略構成図である。この筐体１０はその上面に水分凝縮体２０を搬入出するための複数（図示するものでは３つ）の開口部１６を備えている。開口部１６にはそれぞれ開閉可能な開閉扉１４が備えられており、開閉扉１４により開口部１６が閉じられた状態では筐体１０の内部空間１１はほぼ密閉状態に保たれる。この淡水製造装置１では、容器２１は筐体１０内に据え置かれている点で、実施例１や実施例２の淡水製造装置１と異なっている。実施例３の淡水製造装置１における水分回収機構５０は実施例１と同様に補給バルーン５１と回収バルーン５２などを備えている。また、筐体１０の近傍には図示しない遮蔽域が設けられ、当該遮蔽域には複数個の吸湿用容器（図示せず）が備えられている。吸湿用容器は、例えば網目部材から作製された透湿性を有する容器であり、その大きさや個数は適宜定められ、筐体１０から搬出された水分凝縮体２０は吸湿用容器に入れられた状態で、好ましくは遮蔽域にて数日間放置される。

淡水製造装置１は、中空導管であるホース３５と、ホース３５を介して粒状の水分凝縮体２０を筐体１０内の容器２１と吸湿用容器との間で搬送するポンプ装置（図示せず）を有する搬入出機構を備えている。ポンプ装置に駆動によりホース３５の先端から水分凝縮体２０が吐出され、ポンプ装置の駆動を逆転させることでホース３５の先端から容器２１内の水分凝縮体２０を吸引して、好ましくは遮蔽域にある吸湿用容器に吐出する。もっとも、筐体１０と吸湿用容器の間に中継用の補給用容器を備え、補給用容器を介して水分凝縮体２０を搬入出してもよい。

この装置１では、夜明け前後にポンプ装置を駆動して、１つの開口部１６から空の容器２１に、遮蔽域で水分を吸着した水分凝縮体２０を吐出させる（図８（ａ））。次にホース３５を隣接した開口部１６に移動して、別な空の容器２１に水分凝縮体２０を吐出させる（同図（ｂ））。そして、夜明け前後には全ての筐体１０内の容器２１に水分凝縮体２０を充填し、その後全ての開閉扉１４を閉じた状態で日中放置する（同図（ｃ））。水分凝縮体２０から十分に水分が排出された頃に給気路５４上の開閉バルブ５３及び排気路５７上の開閉バルブ５５を開き、排気ポンプ５６を駆動して筐体１０内の気体を回収バルーン５２に回収する（同図（ｄ））。その後、日没前後に開閉扉１４を開き、開口部１６から容器２１内の水分凝縮体２０を順次搬出して、全ての容器２１を空にして放置する（同図（ｅ）（ｆ））。一方、回収バルーン５２は夜間の冷気で冷却され、回収バルーン５２内に結露水が得られる。上記の説明においては、水分凝縮体２０の搬出時に筐体１０内の気体が筐体外１０に排気されるのを防止するため、水分凝縮体２０が筐体１０外に搬出される前に筐体１０内の気体を回収することにしているが、水分凝縮体２０の搬出後に筐体１０内の気体を回収バルーン５２に排出することもできる。

図９は第４の実施例である淡水製造装置１の概略構成図、図１０は当該淡水製造装置１の使用方法を説明する図である。当該淡水製造装置１は、筐体１０内部において水分が回収される構成であって、当該装置１では水分凝縮体２０を取り出した後の筐体１０を夜間の冷気によって冷却することで筐体１０内に淡水が得られる。

当該淡水製造装置１の筐体１０は角柱状に作製され、筐体１０は、その１つの側面と平行に配置された１つの仕切板８１と、水分凝縮体２０が出し入れされる複数の筒状の容器２１を備える。仕切板８１は筐体１０の内部空間１１を、水分凝縮体２０の搬入出室１１Ａと、水分凝縮体２０から水分を排湿する排湿室１１Ｂの２つの部屋に分割している。搬入出室１１Ａの筐体上面には水分凝縮体２０の搬入口である１つの開口部１２が設けられ、搬入出室１１Ａの筐体底面には水分凝縮体２０の搬出口である１つの開口部１３が設けられている。２つの開口部１２,１３にはそれぞれ開閉可能な開閉扉１４が取り付けられており、２つの開閉扉１４が閉じられた状態では筐体１０の内部空間１１はほぼ密閉された状態に保たれる。容器２１は金網などから作製され、通気性が担保されている。容器２１は筐体１０の底面とほぼ平行に配置され、筐体１０内に固定されている。

容器２１は、排湿室１１Ｂにおいて仕切板８１から筐体１０の側面に至るまで配置され、容器２１の片端は筐体１０の側面で塞がれ、他端は開放されている。そして、仕切板８１にはこの開放端に位置して容器２１の数と同数の穴８１ａが開設されている。筐体１０は仕切板８１に平行して上下にスライドする平板上のシャッター８２を備える。シャッター８２は仕切版８１の穴８１ａを開閉する。シャッター８２は複数の穴８２ａを有し、これらの穴８２ａは、シャッター８２がその下辺が最下段にある容器２１のやや上方にまで引き上げられた際に、仕切穴８１の穴８１ａと重なる位置に開設されている。この結果、シャッター８２を全て引き上げられることなく、全ての容器２１の開放端は搬入出室１１Ａに向けて開かれる。そして、シャッター８１が最も下げられた際にはシャッター８２により仕切板８１の全ての穴８１ａは塞がれる。

筐体１０はその左右側面に外側に突設された軸６５によって設置台６６に軸支されている。筐体１０は容器２１の開放端が上に来る位置からほぼ水平、好ましくは水平からやや傾いた位置まで軸６５の周りに回転する。軸６５には図示しない複数の歯車を組み合わせた減速機構が備えられており、手動で筐体１０が回転される。もっとも、モータなどの駆動機構を備え、駆動機構によって筐体１０を回転させてもよい。

筐体１０の近傍には図示しない遮蔽域が設けられ、当該遮蔽域には複数個の吸湿用容器（図示せず）が備えられている。吸湿用容器は例えば網目部材から作製された透湿性を有する容器であり、その大きさや個数は適宜定められる。筐体１０から搬出された粒状の水分凝縮体２０は吸湿用容器に入れられ、遮蔽域にて数日間放置される。遮蔽域において水分を吸着した水分凝縮体２０は、夜明け前後の気温が上昇する前に例えばポンプ装置（図示せず）に接続されたホース３６から、筐体上部の開口部１２から搬入出室１１Ａがほぼ満たされる程度に投入される（図１０（ａ））。このとき、シャッター８２は最も下げられた状態にあり、仕切板８１の穴８１ａはシャッター８２で塞がれている。また、開口部１３は閉じられている。次いで、開口部１２と開口部１３を閉じた状態で筐体１０を約９０度回転させた後、シャッター８２をスライドさせて、容器２１内部に水分凝縮体２０を入れる（図１０（ｂ））。その後、シャッター８１を元の状態にスライドさせて仕切板８１の穴８１ａを全て塞いだ後、筐体１０を約９０度反転させて容器２１をほぼ水平状態に戻す（図１０（ｃ））。昼間この状態が維持されると、太陽光の輻射熱により水分凝縮体２０から水分が排出され、排湿室１１Ｂ内の湿度は上昇する。そして、水分凝縮体２０からの排出が終わった頃に、好ましくは気温が低下する日没頃までに、シャッター８１を再びスライドさせて仕切板８１の穴８１ａを全て開いた状態で筐体１０をやや傾斜させて水分凝縮体２０を搬入出室１１Ａに移動させる（図１０（ｄ））。この時点では開口部１２,１３は閉じられたままである。次にシャッター８２をスライドさせて仕切板８１の穴８１ａを全てシャッター８２で塞いだ後、筐体１０をほぼ水平状態に戻し、水分凝縮体２０を開口部１３から取り出す（図１０（ｅ））。次に開閉扉１４により開口部１３を閉じてこの状態で放置する（図１０（ｆ））。そうすると、夜間の冷気によって筐体１０全体が冷却され、筐体１０内には結露水が得られる。一方、筐体１０から取り出された水分凝縮体２０はコンベアやポンプ装置などの搬送装置あるいは人力によって遮蔽域に搬送され、遮蔽域に備えられた吸湿用容器内で数日間放置される。

この実施例では、搬入出室１１Ａと排湿室１１Ｂの間に仕切板８１とシャッター８２の２つの間仕切りが備えられているので、水分凝縮体２０を筐体１０外に取り出す際に、水分を多く含む気体が筐体１０外に排出されるのを少なくできる。もっともシャッター８２の設置は任意であり、シャッター８２により仕切板８１の穴８１ａを塞ぐことなく、筐体１０を傾けて排湿させた後の水分凝縮体２０を開口部１３から取り出し、その後筐体１０を夜間の冷気で冷やすこともできる。

図１１は第５の実施例である淡水製造装置１の概略構成図である。当該淡水製造装置１も、筐体１０内部において水分が回収される構成を有し、水分凝縮体２０を取り出した後の筐体１０を夜間の冷気によって冷却することで淡水が得られる。

筐体１０は筐体１０上部の一部分が側方に飛び出した形状を有しており、側方に飛び出た筐体１０部分の下方は筐体１０から取り出された水分凝縮体２０を吸湿域に搬送するための搬出空間４５となっている。搬出空間４５にはコンベアなどの搬送装置４６が配置されている。搬送装置４６は取り出された水分凝縮体２０を吸湿域へ連続的又は間歇的に搬送する手段である。搬送空間４５と反対側にある筐体１０の片端部上面には搬入口である開口部１２が１つ設けられている。また、搬出空間４５との境界面にある筐体１０底面には搬出口である開口部１３が１つ設けられている。開口部１２,１３には開閉扉１４がそれぞれ備えられており、開閉扉１４により開口部１２,１３が閉じられた際には内部空間１１はほぼ密閉状態に保たれる。

筐体１０内には脚２６を有する架台２５が備えられている。架台２５は上面が開放された箱型形状を有し、粒状の水分凝縮体２０を収容する容器となっている。架台２５の底面は、搬入口側が搬出口側に比べてわずかに高くなった傾斜面となっている。架台２５の搬出口側にある側面２５ａはヒンジ機構２７により架台２５の底面に取り付けられている。側面２５ａの上部には巻取装置３９から引き出された牽引ロープ３８の一端が取り付けられている。牽引ロープ３８が巻取装置３９により巻き取られることで、架台２５の側面２５ａは架台２５の側面は閉じられた状態となり、牽引ロープ３８が緩められると側面２５ａは架台２５の外側に倒れることで架台２５の側方が開かれる。牽引ロープ３８の筐体１０からの引き出し箇所（筐体１０の上面）には、筐体１０からの気体漏れを防ぐための封止部材（図示せず）が備えられている。

筐体１０外には、遮蔽物により直射日光が遮られた遮光域（図示せず）が設けられており、遮光域で粒状の水分凝縮体は数日間水分を含んだ空気（外気）と接触される。その後、夜明け前後の気温が上昇する前に油圧ショベルなどの搬送機構や人手によって、水分凝縮体２０は開口部１２から投入され、誘導部材２８上を流れ落ちて架台２５内に搬入される。図示した装置１では搬送機構としてポンプ装置によってホース３７から水分凝縮体２０が吐出される。このとき、牽引ロープ３８は巻き取られて架台２５の側方は閉じられている。開口部１３も閉じられている（図１２（ａ））。次に、水分凝縮体２０の搬入が終わると開口部１２が閉じられ、好ましくは直射日光の当たる場所の下で放置される（同図（ｂ））。そして、好ましくは太陽光の輻射熱により水分凝縮体からの排出が終わる日没前に、開口部１４が開かれると共に牽引ロープ３８が緩められると架台２５の側面２５ａが開かれ、水分凝縮体２０は開口部１３から搬送装置４６上に搬出される（同図（ｃ））。その後、開閉扉１４により開口部１３が閉じられ夜間の冷気によって筐体１０全体が冷却される（同図（ｄ））。冷却により筐体１０内に溜まった結露水は、筐体１０の取出口（図示せず）から淡水として取り出される。

この装置１では、架台２５の傾斜を利用して水分凝縮体２０を筐体内２０から取り出すこととしているが、傾斜した架台２５の代わりに、油圧シリンダーなどの昇降装置を用いて架台を傾けることにしてもよい。また、架台２５の側面２５ａの開閉も適宜な方法で開閉させてもよいのはいうまでもない。

なお、第４の実施例や第５の実施例において、第１の実施例や第２の実施例に備えられた水分回収機構を備えることもできるし、第１〜第３の実施例において、水分回収機構を備えることなく、筐体を夜間の冷気で冷却することで筐体内に生じた結露水を回収する水分回収機構を構成することもできる。このように、本発明の淡水製造装置では水分凝縮体を交換可能な開口部を筐体に設ければよく、水分凝縮体の搬入手段や搬出手段、水分回収機構は適宜な方法を組み合わせることができる。また、上記の各実施例では粒状の水分凝縮体が用いられたが、角柱状などに成型された水分凝縮体が用いられ得るのは言うまでもない。

本発明の淡水製造装置によると、水分凝縮体の吸湿能力が十分に活かされ、昼時における淡水製造量が増大する。

１０ 筐体
１２ 搬入口となる開口部
１３ 搬出口となる開口部
２０ 水分凝縮体
２１ 容器
２５ 架台
３０ コンベア
３６ 搬入出手段であるホース
５１ 補給バルーン
５２ 回収バルーン
８１ 仕切板

Claims (10)

1. ほぼ密閉された空間を形成し得る筐体と、
   前記筐体内に出し入れされる水分凝縮体と、
   前記筐体内で前記水分凝縮体から排出された水を含む気体を冷却して淡水として回収する水分回収機構と、
   を備え、
   前記筐体は前記水分凝縮体を出し入れする１以上の開閉可能な開口部を有する淡水製造装置。
2. 前記水分凝縮体を前記筐体内から出し入れする搬入出機構を備えた請求項１に記載の淡水製造装置。
3. 前記水分凝縮体を、前記筐体内と、前記筐体外において水分凝縮体と空気を接触し得る吸湿域との間で搬送する搬送機構を備えた請求項１又は２に記載の淡水製造装置。
4. 前記水分凝縮体を、前記筐体内と、前記筐体外において水分凝縮体と空気を接触し得る吸湿域の間で搬送する無端軌道式の搬送機構を備えた請求項１に記載の淡水製造装置。
5. 前記吸湿域の少なくとも一部が、太陽光の遮光下にある遮光域に設けられた請求項３又は４に記載の淡水製造装置。
6. 前記筐体は角柱状をなし、当該筐体は、１又は２の開口部と、前記筐体の側面と平行に配置され前記筐体を２分する１の仕切板と、当該仕切板から前記筐体の側面に向けて、前記筐体の底面とほぼ平行に配置された複数の筒状の容器とを備え、
   前記複数の容器は、前記仕切板で区切られた筐体内の２つの空間のうち一方の空間に配置され、
   前記１又は２の開口部は、前記仕切板で区切られた２つの空間のうち、前記架台が配置された空間と異なる空間において前記筐体の上面又は／及び底面に備えられた請求項１に記載の淡水製造装置。
7. 前記水分凝縮体を前記筐体内から出し入れする搬入出機構を備えた請求項６に記載の淡水製造装置。
8. 前記筐体外において水分凝縮体と空気を接触し得る吸湿域を含み、
   前記筐体と前記吸湿域との間で水分凝縮体を搬送する搬送装置を含む請求項６又は７に記載の淡水製造装置。
9. 前記水分回収機構は、
   前記筐体外に備えられた熱交換器と、
   前記空間内で排出された水分を含む気体を前記熱交換器に供給する排気路と、
   前記空間内に前記水分回収機構で水分が除去された気体を供給する給気路と、
   を有する請求項１〜８の何れか１項に記載の淡水製造装置。
10. 当該水分回収機構は、
    前記空間内に気体を送る供給装置と、
    前記空間内に排出された水分を含む気体を回収する回収バルーンと、
    を備えた請求項１〜８の何れか１項に記載の淡水製造装置。

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