JP7266328B1

JP7266328B1 - 取水装置

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Publication number: JP7266328B1
Application number: JP2022002470A
Authority: JP
Inventors: 賢一今野
Original assignee: Earthclean Tohoku Co Ltd
Current assignee: Earthclean Tohoku Co Ltd
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2042-01-11
Also published as: JP2023102106A

Abstract

【課題】取水量を増やすことができ、かつ、外気温度が低くても取水することができる取水装置を提供する。【解決手段】取水装置１は、筐体１０の内部に、吸気通路１１及び排気通路１２に跨って配設された回転式除湿ローター３０を備えている。回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも上流側には第１のヒートポンプ４０の第１の凝縮器４２が配設され、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも下流側で、かつ、排気通路１２の側よりも上流側には第１のヒートポンプ４０の第１の蒸発器４４が配設されている。回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも上流側には第２のヒートポンプ５０の第２の凝縮器５２が配設され、回転式除湿ローター３０の排気通路１２の側よりも下流側には第２のヒートポンプ５０の第２の蒸発器５４が配設されている。【選択図】図１

Description

本発明は、空気から水を取り出す取水装置に関する。

従来より、空気から水を取り出すための取水装置が知られている。一般的な取水装置としては、例えば、吸引した空気を冷却器で露点温度まで過冷却することで水分を空気中から取り出すことを目的とした冷凍機過冷却取水方式のものがある（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載の造水装置は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒ガスを冷却して凝縮させる凝縮器と、この凝縮器で凝縮された冷媒液を減圧させる膨張弁と、この膨張弁で減圧された冷媒液を蒸発させる蒸発器と、水分を含む外気を室外から導き凝縮器及び蒸発器に送風する送風機と、この送風機で送風する外気中の水分が蒸発器で冷却され凝縮される水を回収する貯水タンクと、圧縮機及び送風機を駆動する動力源とを備えている。

特開２００２－３７１５９８公報

しかしながら、このような冷凍機過冷却取水方式の装置は、取水量に対して電力量がかかりすぎるという問題があった。また、冬期において外気温度が１０℃以下になると、湿度も低く、外気に含まれている水分（絶対湿度）を増やすことは難しいので、取水することが難しいという問題もあった。更に、従来の取水装置は取水するためのみのシステムであり、他の応用技術がないという問題もあった。

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、取水量を増やすことができ、かつ、外気温度が低くても取水することができる取水装置を提供することを目的とする。

本発明の取水装置は、空気中に含まれる水分を取り出すものであって、内部に、連通部により連通された吸気通路及び排気通路が設けられると共に、吸気通路に空気を吸い込む吸込口、及び、排気通路から空気を排出する排出口が設けられた筐体と、吸込口から空気を吸い込み、吸気通路、連通路、及び、排気通路を通して、排出口から排出する送風機と、吸気通路に一部が位置し、排気通路に他の一部が位置するように、吸気通路及び排気通路に跨って配設された回転式除湿ローターと、第１の凝縮器及び第１の蒸発器を有する第１のヒートポンプと、第２の凝縮器及び第２の蒸発器を有する第２のヒートポンプとを備え、第１の凝縮器は、回転式除湿ローターの吸気通路側よりも上流側に配置され、第１の蒸発器は、回転式除湿ローターの吸気通路側よりも下流側で、かつ、回転式除湿ローターの排気通路側よりも上流側に配置され、第２の凝縮器は、回転式除湿ローターの吸気通路側よりも上流側に配置され、第２の蒸発器は、回転式除湿ローターの排気通路側よりも下流側に配置され、第１の蒸発器により空気を冷却して空気中の水分を取り出すものである。

本発明によれば、吸気通路に一部が位置し、排気通路に他の一部が位置するように回転式除湿ローターを設け、第１の凝縮器を回転式除湿ローターの吸気通路側よりも上流側に配置し、第１の蒸発器を回転式除湿ローターの吸気通路側よりも下流側で、かつ、回転式除湿ローターの排気通路側よりも上流側に配置するようにしたので、第１の凝縮器により空気を加熱し、回転式除湿ローターに吸着された水分を脱着（蒸発）させて、空気の絶対湿度を高くすることができる。よって、第１の蒸発器における取水量を増やすことができる。

また、第２の凝縮器を回転式除湿ローターの吸気通路側よりも上流側に配置するようにしたので、例えば、外気温度が１０℃程度と低い場合であっても、第２の凝縮器により空気を更に加熱し、回転式除湿ローターに吸着された水分を脱着させることができる温度まで高くすることができる。よって、外気温度が１０℃程度と低い場合であっても、空気の絶対湿度を高くすることができ、取水することができる。

更に、第２の蒸発器を回転式除湿ローターの排気通路側よりも下流側に配置するようにしたので、例えば、外気温度が１０℃以下程度と低い場合であっても、回転式除湿ローターの排気通路側を通過し、凝縮熱により加温された空気から吸熱することができる。よって、外気温度が１０℃程度と低い場合に、外気を利用する場合に比べて第２のヒートポンプの効率を高め、省エネルギーとすることができると共に、霜取りせずに連続運転することができる。

加えて、排出口から排出される空気は空調機能を有し、換気、冷房、除湿、暖房として利用することができる。

更にまた、筐体と、第１のヒートポンプと、第２のヒートポンプとを一体的に形成するようにすれば、容易に移動させることができ、例えば、災害時等に必要な場所に移動させて容易に稼働させることができる。

加えてまた、第２のヒートポンプ制御部により第２のヒートポンプの駆動を制御するようにすれば、必要に応じて第２のヒートポンプを駆動させることができ、省エネ性を向上させることができる。

更にまた、第２のヒートポンプは、熱媒体の流れを逆にすることにより、第２の凝縮器と第２の蒸発器との位置を逆にすることができるようにすれば、外気温度が例えば５℃よりも低い場合に、必要に応じて、霜取りをすることができる。

本発明の一実施の形態に係る取水装置の構成を表すものである。図１に示した取水装置を用い外気温度０℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。従来の取水装置を用い外気温度０℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。図１に示した取水装置を用い外気温度５℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。従来の取水装置を用い外気温度５℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。図１に示した取水装置を用い外気温度１０℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。従来の取水装置を用い外気温度１０℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。図１に示した取水装置を用い外気温度２０℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。従来の取水装置を用い外気温度２０℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。図１に示した取水装置を用い外気温度３０℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。従来の取水装置を用い外気温度３０℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。図１に示した取水装置を用い外気温度３５℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。従来の取水装置を用い外気温度３５℃において取水する場合のシミュレーションの結果を表す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る取水装置１の概略構成を表すものである。この取水装置１は、空気中に含まれる水分を取り出すものであり、内部に空気を流通させる吸気通路１１及び排気通路１２が設けられた筐体１０と、筐体１０の内部に空気を流通させるための送風機２０とを備えている。

吸気通路１１と排気通路１２とは、例えば、筐体１０の内部において隔壁１３を隔てて設けられており、一方の端部側において連通部１４により連通されている。また、筐体１０には、例えば、連通部１４の反対側に、吸気通路１１に空気を吸い込む吸込口１５、及び、排気通路１２から空気を排出する排出口１６が設けられている。すなわち、送風機２０により吸込口１５から吸い込まれた空気は、吸気通路１１、連通部１４、及び、排気通路１２をこの順に通り、排出口１６から排出されるように構成されている。吸込口１５には、フィルター１７が配設されていることが好ましい。送風機２０は、筐体１０の内部に配置されてもよく、筐体１０の外部に配設されてもよいが、筐体１０の内部に配設するようにすれば、筐体１０と一体として取り扱うことができるので好ましい。

取水装置１は、また、筐体１０の内部において、吸気通路１１に一部が位置し、排気通路１２に他の一部が位置するように、吸気通路１１及び排気通路１２に跨って配設された回転式除湿ローター３０を備えている。回転式除湿ローター３０は、例えば、円盤形状を有しており、円盤の中心軸を回転軸として回転可能に配設され、回転を制御するローター回転制御器３１に接続されている。回転式除湿ローター３０は、例えば、除湿剤を有しており、回転により吸気通路１１と排気通路１２とを交互に通過し、空気中の水分を吸着する除湿と、吸着した水分を脱着して空気中に放出する再生とを繰り返すように構成されている。なお、この取水装置１では、吸気通路１１の側が脱着・再生側であり、排気通路１２の側が吸着・除湿側である。回転式除湿ローター３０は、例えば、回転軸方向に通気性を有するハニカム構造、コルゲート構造、又は、メッシュ構造とされている。

取水装置１は、更に、第１のヒートポンプと４０と、第２のヒートポンプ５０とを備えている。第１のヒートポンプ４０及び第２ヒートポンプ５０は、例えば、熱媒体を用いて低温部分から高温部分へ熱を移動させるものである。第１のヒートポンプ４０は、例えば、第１の圧縮機４１と、第１の凝縮器４２と、第１の膨張弁４３と、第１の蒸発器４４とを有しており、熱媒体を順に循環させるようになっている。第２のヒートポンプ５０は、例えば、第２の圧縮機５１と、第２の凝縮器５２と、第２の膨張弁５３と、第２の蒸発器５４とを有しており、熱媒体を順に循環させるようになっている。

第１の圧縮機４１及び第２の圧縮機５１は、例えば、熱媒体を圧縮するものであり、第１の凝縮器４２及び第２の凝縮器５２は、例えば、加圧され温度が上がった熱媒体により周囲の空気に対して発熱させるものである。第１の膨張弁４３及び第２の膨張弁５３は、例えば、熱媒体を減圧するものであり、第１の蒸発器４４及び第２の蒸発器５４は、例えば、減圧され温度が下がった熱媒体により周囲の空気から吸熱させるものである。

第１の凝縮器４２は、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも上流側に配置され、第１の蒸発器４４は、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも下流側で、かつ、回転式除湿ローター３０の排気通路１２の側よりも上流側に配置されている。第１の凝縮器４２は、吸気通路１１に吸い込んだ空気を加熱し、回転式除湿ローター３０に吸着された水分を脱着（蒸発）させて、空気の絶対湿度を高くするためのものである。また、第１の蒸発器４４は、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側を通過し、絶対湿度を高くした空気を冷却して結露させ、空気中の水分を取り出すためのものである。第１の蒸発器４４の下側には、取り出した水を集めて貯水タンク（図示せず）に案内する集水手段１８が設けられている。貯水タンクは、筐体１０の内部に設けられていてもよく、筐体１０の外部に設けられていてもよい。

第２の凝縮器５２は、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも上流側に配置されている。第２の凝縮器５２は、第１の凝縮器４２と同様に、吸気通路１１に吸い込んだ空気を加熱し、回転式除湿ローター３０に吸着された水分を脱着（蒸発）させるためのものである。例えば、外気温度が高い場合には、第１の凝縮器４２のみでも回転式除湿ローター３０から水分を脱着させることができる温度まで加熱することができるが、外気温度が例えば１０℃以下程度と低い場合には、第１の凝縮器４２のみでは回転式除湿ローター３０から水分を脱着させることができる温度まで加熱することが難しいからである。

第２の蒸発器５４は、回転式除湿ローター３０の排気通路１２の側よりも下流側に配置されている。これにより、第２の蒸発器５４は、例えば、外気温度が例えば１０℃程度と低い場合であっても、回転式除湿ローター３０の排気通路１２側を通過し、凝縮熱により加温された空気から吸熱することができるので、第２のヒートポンプの効率を高めることができると共に、霜取りせずに連続運転することができるようになっている。

また、第１の凝縮器４１及び第２の凝縮器５２の下流側で、かつ、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも上流側には、温度湿度センサ３２を配設することが好ましい。温度湿度センサ３２は、例えば、ローター回転制御器３１に接続されている。ローター回転制御器３１は、温度湿度センサ３２の検出結果に基づき、高い除湿量効果が得られる回転数で回転式除湿ローター３０を回転させるように構成されていることが好ましい。

なお、第２のヒートポンプ５０は、熱媒体の流れを逆にすることにより、第２の凝縮器５２と第２の蒸発器５４との位置を逆にすることができるように構成されていることが好ましい。すなわち、熱媒体の流れを逆にすることにより、第２の凝縮器５２を回転式除湿ローター３０の排気通路１２の側よりも下流側に配置し、第２の蒸発器５４を回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも上流側に配置できるようにすることが好ましい。外気温度が例えば５℃よりも低い場合に、取水運転中に、回転式除湿ローター３０の排気通路１２の側よりも下流側に配置した第２の蒸発器５４に霜が付いてしまうことがあるので、必要に応じて熱媒体の流れを逆にし、霜取り運転をすることができるようにするためである。

取水装置１は、また、第１のヒートポンプ４０の駆動を制御する第１のヒートポンプ制御部６１、及び、第２のヒートポンプ５０の駆動を制御する第２のヒートポンプ制御部６２を備えていることが好ましい。第１のヒートポンプ制御部６１は、例えば、取水装置１の取水運転の開始に応じて、第１のヒートポンプ４０を駆動させるように構成されていることが好ましい。

第２のヒートポンプ制御部６２は、例えば、外気温度が所定の基準温度以下の場合に第２のヒートポンプ５０を駆動するように構成されていることが好ましい。必要に応じて第２のヒートポンプ５０を駆動させることにより省エネ性を向上させることができるからである。基準温度は任意に設定することができるが、例えば、８℃から１２℃の範囲内の温度とすることが好ましい。

なお、筐体１０と、第１のヒートポンプ４０と、第２のヒートポンプ５０とは、一体的に形成されていることが好ましい。例えば、災害時等に必要な場所に移動させて容易に稼働させることができるようにするためである。第１のヒートポンプ制御部６１及び第２のヒートポンプ制御部６２も、第１のヒートポンプ４０及び第２のヒートポンプ５０と共に、筐体１０と一体的に形成されていることが好ましい。

この取水装置１は、例えば、次のようにして用いることができる。まず、取水運転の開始により、送風機２０が駆動される。これにより、筐体１０の内部に吸込口１５から空気が吸い込まれ、吸気通路１１、連通部１４、及び、排気通路１２を通って、排出口１６から筐体の外部に排出される。また、取水運転の開始により、回転式除湿ローター３０が駆動されると共に、第１のヒートポンプ制御部６１に制御されて第１のヒートポンプ４０が駆動される。更に、第２のヒートポンプ５０は、第２のヒートポンプ制御部６２に制御されて、外気温度に応じて駆動される。例えば、外気温度が第１の基準温度以下の場合には、第２のヒートポンプ５０は駆動され、外気温度が第１の基準温度超から第２の基準温度未満の場合には、第２のヒートポンプ５０は駆動されずに停止状態のままとされ、外気温度が第２の基準温度以上の場合には、第２のヒートポンプ５０は駆動される。

これにより、外気温度が第１の基準温度以下の場合、及び、第２の基準温度以上の場合には、吸込口１５から吸い込まれた空気は、第１の凝縮器４２及び第２の凝縮器５２により加熱されて、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１側を通過し、回転式除湿ローター３０から水分を脱着して、外気よりも絶対湿度を高くした後、第１の蒸発器４４により冷却されて、結露により空気中の水分が取り出される。その後、空気は、回転式除湿ローター３０の排気通路１２側を通過し、空気に含まれる水分が回転式除湿ローター３０に吸着され、その凝縮熱により空気が加温されて第２の蒸発器５４により吸熱され、排出口１６から排出される。

また、外気温度が第１の基準温度超から第２の基準温度未満の場合には、吸込口１５から吸い込まれた空気は、第１の凝縮器４２により加熱されて、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１側を通過し、回転式除湿ローター３０から水分を脱着して、外気よりも絶対湿度を高くした後、第１の蒸発器４４により冷却されて、結露により空気中の水分が取り出される。その後、空気は、回転式除湿ローター３０の排気通路１２側を通過し、空気に含まれる水分が回転式除湿ローター３０に吸着され、排出口１６から排出される。

排出口１６から排出される空気は空調機能を有し、換気、冷房、除湿、暖房として利用することができる。

次に、本実施の形態の取水装置１により取水する場合と、従来の過冷却のみにより取水する場合とについてシミュレーションした結果を示す。いずれも、吸い込む空気の流量は４０００ｍ^３／ｈ、外気湿度は６０％とし、外気温度は０℃、５℃、１０℃、２０℃、３０℃、３５℃と変化させた。

図２は、外気温度０℃、外気の絶対湿度２．２６ｇ／ｋｇにおいて、取水装置１を用い取水する場合のシミュレーション結果である。この場合、第１の凝縮器４２により加熱された後の空気の温度は２６．５℃、湿度は１０．６％、絶対湿度は２．２６ｇ／ｋｇ、第２の凝縮器５２により加熱された後の空気の温度は５０℃、湿度は３．０％、絶対湿度は２．２６ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１側を通過し加湿された後の温度は３６℃、湿度は１４．９％、絶対湿度は５．４９ｇ／ｋｇ、第１の蒸発器４４で冷却された後の空気の温度は０℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は３．５８ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の排気通路１２側を通過し除湿された後の温度は１４℃、湿度は３．７％、絶対湿度は０．３６ｇ／ｋｇ、第２の蒸発器５４で冷却された後の空気の温度は－０．３℃、湿度は９．８％、絶対湿度は０．３６ｇ／ｋｇであった。また、絶対湿度の取水量は１．９０ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は６．１Ｌ／ｈであった。なお、図２に示した場合においては、除霜運転を１時間に２０分行うとした。

図３は、外気温度０℃、外気の絶対湿度２．２６ｇ／ｋｇにおいて、従来の過冷却のみにより取水する場合のシミュレーション結果である。図３は、図２と外気の条件および装置内に吸い込む空気の流量を同一とし、できるだけ図２に示した場合と近い蒸発温度で試算した。この場合、蒸発器により冷却された後の空気の温度は－１０．０℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は１．６８であり、絶対湿度の取水量は０．５８ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は２．３Ｌ／ｈであった。なお、図３に示した場合においては、除霜運転を１時間に１０分行うとした。

図４は、外気温度５℃、外気の絶対湿度３．２３ｇ／ｋｇにおいて、取水装置１を用い取水する場合のシミュレーション結果である。この場合、第１の凝縮器４２により加熱された後の空気の温度は２４．２℃、湿度は１７．３％、絶対湿度は３．２３ｇ／ｋｇ、第２の凝縮器５２により加熱された後の空気の温度は５０℃、湿度は４．２％、絶対湿度は３．２３ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１側を通過し加湿された後の温度は３２．２℃、湿度は２８．０％、絶対湿度は８．３８ｇ／ｋｇ、第１の蒸発器４４で冷却された後の空気の温度は８℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は６．３２ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の排気通路１２側を通過し除湿された後の温度は２５．８℃、湿度は５．７％、絶対湿度は１．１７ｇ／ｋｇ、第２の蒸発器５４で冷却された後の空気の温度は８℃、湿度は１８．０％、絶対湿度は１．１９ｇ／ｋｇであった。また、絶対湿度の取水量は２．０６ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は９．９Ｌ／ｈであった。なお、図４に示した場合では、除霜運転は必要なく、連続運転とした。

図５は、外気温度５℃、外気の絶対湿度３．２３ｇ／ｋｇにおいて、従来の過冷却のみにより取水する場合のシミュレーション結果である。図５は、図４と外気の条件および装置内に吸い込む空気の流量を同一とし、できるだけ図４に示した場合と近い蒸発温度で試算した。この場合、蒸発器により冷却された後の空気の温度は－５．０℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は２．４７であり、絶対湿度の取水量は０．７６ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は３．０Ｌ／ｈであった。なお、図５に示した場合では、連続で取水することはできず、除霜運転を１時間に１０分行うとした。

図６は、外気温度１０℃、外気の絶対湿度４．５６ｇ／ｋｇにおいて、取水装置１を用い取水する場合のシミュレーション結果である。この場合、第１の凝縮器４２により加熱された後の空気の温度は３１．４℃、湿度は１６．０％、絶対湿度は４．５６ｇ／ｋｇ、第２の凝縮器５２により加熱された後の空気の温度は５０℃、湿度は６．０％、絶対湿度は４．５６ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１側を通過し加湿された後の温度は３２．９℃、湿度は３０．２％、絶対湿度は９．４２ｇ／ｋｇ、第１の蒸発器４４で冷却された後の空気の温度は８℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は６．３２ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の排気通路１２側を通過し除湿された後の温度は２５．１℃、湿度は７．４％、絶対湿度は１．４５ｇ／ｋｇ、第２の蒸発器５４で冷却された後の空気の温度は１１．８℃、湿度は１７．１％、絶対湿度は１．４６ｇ／ｋｇであった。また、絶対湿度の取水量は３．１０ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は１４．９Ｌ／ｈであった。なお、図６に示した場合では、除霜運転は必要なく、連続運転とした。

図７は、外気温度１０℃、外気の絶対湿度４．５６ｇ／ｋｇにおいて、従来の過冷却のみにより取水する場合のシミュレーション結果である。図７は、図６と外気の条件および装置内に吸い込む空気の流量を同一とし、できるだけ図６に示した場合と近い蒸発温度で試算した。この場合、蒸発器により冷却された後の空気の温度は２．０℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は４．１４であり、絶対湿度の取水量は０．４１ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は１．６Ｌ／ｈであった。なお、図７に示した場合では、連続で取水することはできず、除霜運転を１時間に１０分行うとした。

図８は、外気温度２０℃、外気の絶対湿度８．７３ｇ／ｋｇにおいて、取水装置１を用い取水する場合のシミュレーション結果である。なお、外気温度が２０℃の場合には、第１の凝縮器４２のみで空気を回転式除湿ローター３０から水分を脱着させることができる温度まで加熱することが可能であるので、第２のヒートポンプ５０は駆動させず停止した状態とした。この場合、第１の凝縮器４２により加熱された後の空気の温度は５０．０℃、湿度は１１．４％、絶対湿度は８．７３ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１側を通過し加湿された後の温度は３４．９℃、湿度は３６．４％、絶対湿度は１２．７６ｇ／ｋｇ、第１の蒸発器４４で冷却された後の空気の温度は８℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は６．３２ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の排気通路１２側を通過し除湿された後の温度は２３．１℃、湿度は１２．９％、絶対湿度は２．２５ｇ／ｋｇであった。また、絶対湿度の取水量は６．４４ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は３０．９Ｌ／ｈであった。なお、図８に示した場合では、除霜運転は必要なく、連続運転とした。

図９は、外気温度２０℃、外気の絶対湿度８．７３ｇ／ｋｇにおいて、従来の過冷却のみにより取水する場合のシミュレーション結果である。図９は、図８と外気の条件および装置内に吸い込む空気の流量を同一とし、できるだけ図８に示した場合と近い蒸発温度で試算した。この場合、蒸発器により冷却された後の空気の温度は８．０℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は６．３２であり、絶対湿度の取水量は２．４２ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は１１．６Ｌ／ｈであった。なお、図９に示した場合では、除霜運転は必要なく、連続運転とした。

図１０は、外気温度３０℃、外気の絶対湿度１６．０４ｇ／ｋｇにおいて、取水装置１を用い取水する場合のシミュレーション結果である。なお、外気温度が３０℃の場合には、第１の凝縮器４２のみで空気を回転式除湿ローター３０から水分を脱着させることができる温度まで加熱することが可能であるので、第２のヒートポンプ５０は駆動させず停止した状態とした。この場合、第１の凝縮器４２により加熱された後の空気の温度は５０．０℃、湿度は２０．６％、絶対湿度は１６．０４ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１側を通過し加湿された後の温度は３７．７℃、湿度は４５．８％、絶対湿度は１８．９ｇ／ｋｇ、第１の蒸発器４４で冷却された後の空気の温度は８℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は６．３２ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の排気通路１２側を通過し除湿された後の温度は２０．３℃、湿度は２３．４％、絶対湿度は３．４４ｇ／ｋｇであった。また、絶対湿度の取水量は１２．５８ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は６０．４Ｌ／ｈであった。なお、図１０に示した場合では、除霜運転は必要なく、連続運転とした。

図１１は、外気温度３０℃、外気の絶対湿度１６．０４ｇ／ｋｇにおいて、従来の過冷却のみにより取水する場合のシミュレーション結果である。図１１は、図１０と外気の条件および装置内に吸い込む空気の流量を同一とし、できるだけ図１０に示した場合と近い蒸発温度で試算した。この場合、蒸発器により冷却された後の空気の温度は８．０℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は６．３２であり、絶対湿度の取水量は９．７２ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は４６．７Ｌ／ｈであった。なお、図１１に示した場合では、除霜運転は必要なく、連続運転とした。

図１２は、外気温度３５℃、外気の絶対湿度２１．４４ｇ／ｋｇにおいて、取水装置１を用い取水する場合のシミュレーション結果である。なお、外気温度が３５℃の場合には、第１の凝縮器４２のみで空気を回転式除湿ローター３０から水分を脱着させることができる温度まで加熱することが可能であるので、第２のヒートポンプ５０は駆動させず停止した状態とした。この場合、第１の凝縮器４２により加熱された後の空気の温度は５０．０℃、湿度は２７．３％、絶対湿度は２１．４４ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の吸気通路１１側を通過し加湿された後の温度は３８．６℃、湿度は５５．２％、絶対湿度は２４．１１ｇ／ｋｇ、第１の蒸発器４４で冷却された後の空気の温度は１２℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は８．２９ｇ／ｋｇ、回転式除湿ローター３０の排気通路１２側を通過し除湿された後の温度は２３．４℃、湿度は３１．２％、絶対湿度は５．５６ｇ／ｋｇであった。また、絶対湿度の取水量は１５．８２ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は７５．９Ｌ／ｈであった。なお、図１２に示した場合では、除霜運転は必要なく、連続運転とした。

図１３は、外気温度３５℃、外気の絶対湿度２１．４４ｇ／ｋｇにおいて、従来の過冷却のみにより取水する場合のシミュレーション結果である。図１３は、図１２と外気の条件および装置内に吸い込む空気の流量を同一とし、できるだけ図１２に示した場合と近い蒸発温度で試算した。この場合、蒸発器により冷却された後の空気の温度は１２．０℃、湿度は９５．０％、絶対湿度は８．２９であり、絶対湿度の取水量は１３．１５ｇ／ｋｇ、１時間当たりの取水量は６３．１Ｌ／ｈであった。なお、図１３に示した場合では、除霜運転は必要なく、連続運転とした。

以上のシミュレーションの結果から、本実施の形態の取水装置１によれば、従来の過冷却のみにより取水する場合に比べて、いずれの温度においても取水量を増加させることができることが分かった。特に、外気温度が１０℃以下と低い場合であっても、空気の絶対湿度を高くすることにより、取水することができることが分かった。また、外気温度が１０℃と低くても、霜取りせずに連続運転することができることも分かった。

このように本実施の形態によれば、吸気通路１１に一部が位置し、排気通路１２に他の一部が位置するように回転式除湿ローター３０を設け、第１の凝縮器４２を回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも上流側に配置し、第１の蒸発器４４を回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも下流側で、かつ、回転式除湿ローター３０の排気通路１２の側よりも上流側に配置するようにしたので、第１の凝縮器４２により空気を加熱し、回転式除湿ローター３０に吸着された水分を脱着（蒸発）させて、空気の絶対湿度を高くすることができる。よって、第１の蒸発器４４における取水量を増やすことができる。

また、第２の凝縮器５２を回転式除湿ローター３０の吸気通路１１の側よりも上流側に配置するようにしたので、例えば、外気温度が１０℃程度と低い場合であっても、第２の凝縮器５２により空気を更に加熱し、回転式除湿ローター３０に吸着された水分を脱着させることができる温度まで高くすることができる。よって、外気温度が１０℃以下程度と低い場合であっても、空気の絶対湿度を高くすることができ、取水することができる。

更に、第２の蒸発器５４を回転式除湿ローター３０の排気通路１２の側よりも下流側に配置するようにしたので、例えば、外気温度が１０℃程度と低い場合であっても、回転式除湿ローター３０の排気通路１２の側を通過し、凝縮熱により加温された空気から吸熱することができる。よって、外気温度が１０℃程度と低い場合に、外気を利用する場合に比べて第２のヒートポンプ５０の効率を高め、省エネルギーとすることができると共に、霜取りせずに連続運転することができる。

更にまた、筐体１０と、第１のヒートポンプ４０と、第２のヒートポンプ５０とを一体的に形成するようにすれば、容易に移動させることができ、例えば、災害時等に必要な場所に移動させて容易に稼働させることができる。

加えてまた、第２のヒートポンプ制御部６２により第２のヒートポンプ５０の駆動を制御するようにすれば、必要に応じて第２のヒートポンプ５０を駆動させることができ、省エネ性を向上させることができる。

更にまた、第２のヒートポンプ５０は、熱媒体の流れを逆にすることにより、第２の凝縮器５２と第２の蒸発器５４との位置を逆にすることができるようにすれば、外気温度が例えば５℃よりも低い場合に、必要に応じて、霜取りをすることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、全ての構成要素を備えている必要はなく、また、他の構成要素を備えていてもよい。

例えば、筐体１０の上に太陽電池発電装置を設け、得られた電力を送風機２０、回転式除湿ローター３０、第１のヒートポンプ４０、及び、第２のヒートポンプ５０の駆動に用いるようにしてもよい。また、例えば、筐体１０の上に太陽熱温水器を設け、得られた温水を加熱コイルにより補助熱源として用いるようにしてもよい。このようにすれば、災害時等、電源が無い場合においても容易に利用することができる。

空気から水を取り出す取水装置に用いることができる。

１…取水装置、１０…筐体、１１…吸気通路、１２…排気通路、１３…隔壁、１４…連通部、１５…吸込口、１６…排出口、１７…フィルター、１８…集水手段、２０…送風機、３０…回転式除湿ローター、３１…ローター回転制御器、３２…温度湿度センサ、４０…第１のヒートポンプ、４１…第１の圧縮機、４２…第１の凝縮器、４３…第１の膨張弁、４４…第１の蒸発器、５０…第２のヒートポンプ、５１…第２の圧縮機、５２…第２の凝縮器、５３…第２の膨張弁、５４…第２の蒸発器、６１…第１のヒートポンプ制御部、６２…第２のヒートポンプ制御部

Claims

空気中に含まれる水分を取り出す取水装置であって、
内部に、連通部により連通された吸気通路及び排気通路が設けられると共に、前記吸気通路に空気を吸い込む吸込口、及び、前記排気通路から空気を排出する排出口が設けられた筐体と、
前記吸込口から空気を吸い込み、前記吸気通路、前記連通路、及び、前記排気通路を通して、前記排出口から排出する送風機と、
前記吸気通路に一部が位置し、前記排気通路に他の一部が位置するように、前記吸気通路及び前記排気通路に跨って配設された回転式除湿ローターと、
第１の凝縮器及び第１の蒸発器を有する第１のヒートポンプと、
第２の凝縮器及び第２の蒸発器を有する第２のヒートポンプとを備え、
前記第１の凝縮器は、前記回転式除湿ローターの前記吸気通路側よりも上流側に配置され、前記第１の蒸発器は、前記回転式除湿ローターの前記吸気通路側よりも下流側で、かつ、前記回転式除湿ローターの前記排気通路側よりも上流側に配置され、
前記第２の凝縮器は、前記回転式除湿ローターの前記吸気通路側よりも上流側に配置され、前記第２の蒸発器は、前記回転式除湿ローターの前記排気通路側よりも下流側に配置され、
前記第１の蒸発器により空気を冷却して空気中の水分を取り出す
ことを特徴とする取水装置。
前記筐体と、前記第１のヒートポンプと、前記第２のヒートポンプとは、一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の取水装置。
前記第２のヒートポンプの駆動を制御する第２のヒートポンプ制御部を備え、
前記第２のヒートポンプ制御部は、外気温度が８℃から１２℃の範囲内の基準温度以下の場合に第２のヒートポンプを駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の取水装置。
前記第２のヒートポンプは、熱媒体の流れを逆にすることにより、前記第２の凝縮器と前記第２の蒸発器との位置を逆にすることが可能とされ、前記第２の凝縮器を前記回転式除湿ローターの前記排気通路側よりも下流側に配置し、前記第２の蒸発器を前記回転式除湿ローターの前記吸気通路側よりも上流側に配置することができるようにされたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１に記載の取水装置。