JPWO2005116349A1 - 空気から水を取り出す方法及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

電源からの電気の供給や、燃料の供給がなくても空気から水を取り出すことができる方法及びそのための装置が開示されている。空気から水を取り出す方法に用いられる装置は、回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる少なくとも１つの領域を含む吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータを再生するための空気を循環させる再生用通路と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する。

Description

本発明は、空気から水を取り出す方法及びそのための装置に関し、特に電源からの電気の供給や、燃料の供給がなくても空気から水を取り出すことができる方法及びそのための装置に関する。

空気から水を取り出す装置として、例えば特開昭５４−１２７８７０号公報に記載された装置が知られている。この装置では、水吸着剤を含有する吸着体に空気中の湿気を吸着させ、その後、吸着体を太陽光線を利用して加熱し、吸着体に吸着されていた水分を吸着体から離脱させ、これを凝縮させて結露水を取り出すものである。この装置では、吸着体の再生は太陽熱を利用して行っているものの、装置内で空気の流れを起こすための通風器や、装置内で空気が流れる通路を切り換えるためのフラップを作動させるために動力が必要であり、太陽熱だけを利用して動作するものではない。
また、特公昭６２−２１５６６号公報に記載された造水装置は、小室に分割された吸着室に充填された吸着剤に空気を流通せしめ、空気中の水分を吸着剤に吸着させるとともに吸着室を間欠的に回転させ、所定の小室に加熱空気を送り込んで吸着剤に吸着された水分を吸着剤から離脱させ、これを凝縮させて結露水を取り出すものである。この装置では、空気を流通させるためのブロワを駆動したり、吸着室を回転させる動力が必要であり、また、加熱器を加熱するための電源が必要である。

本発明の目的は、電源からの電気の供給や、燃料の供給がなくても空気から水を取り出すことができる方法及びそのための装置を提供することである。
本願発明者は、鋭意研究の結果、回転可能な吸湿ロータにより空気中の湿気を吸湿させ、湿気を吸湿した吸湿ロータの領域に加熱空気を供給することにより、吸湿ロータを再生すると同時に吸湿ロータに吸湿されていた水分を吸湿ロータから離脱させ、これを凝縮して結露水を得る方法を用いて空気から水を取り出すことができ、この際、吸湿ロータを再生する再生用空気の加熱のみならず、装置内の空気の再生用空気の循環も太陽熱を利用して行うことができることに想到し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる少なくとも１つの領域を含む吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記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と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する装置を用い、前記吸湿ロータの再生領域に供給される前記再生用空気を太陽光で直接的及び／又は間接的に加熱し、それによって前記再生用通路に前記再生用空気を循環させると共に前記吸湿ロータの再生を行い、吸湿ロータを再生した後の再生用空気を冷却して結露水を生ぜしめ、該結露水を前記ドレイン孔から回収し、かつ、前記吸湿ロータを回転させることにより再生領域となる吸湿ロータ上の部位を変化させることを含む、空気から水を取り出す方法を提供する。また、本発明は、回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる少なくとも１つの領域を含む吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータを再生するための空気を循環させる再生用通路と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する、上記本発明の方法を行うための装置を提供する。
本発明により、電源からの電気の供給や、燃料の供給がなくても空気から水を取り出すことができる方法及びそのための装置が初めて提供された。本発明の方法及び装置によれば、太陽光だけを利用して空気から水を取り出すことができるので、ランニングコストがほとんどかからず、安価に水を得ることができる。したがって、本発明は、電気の供給が困難な砂漠の緑化や、電気の配線又は水道の配管を行うことが不便な庭園やベランダ等の植物に給水するための水を作り出すのに有利である。

図１は、本発明の装置の好ましい１例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。
図２は、再生用通路１６中の、太陽光線照射部分のみに太陽光線を照射することにより再生用空気が再生用通路１６内を図示のように循環する原理を説明するための図である。
図３は、空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい１具体例を模式的に示す切断部端面図である。
図４は、空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の他の好ましい１具体例を模式的に示す切断部端面図である。
図５は、空気を流通させることなく結露水を回収できる構造のさらに別の好ましい１具体例を模式的に示す切断部端面図である。
図６は、空気を流通させることなく結露水を回収できる構造のさらに別の好ましい１具体例を模式的に示す切断部端面図である。
図７は、加熱器２６の好ましい具体例の切断部端面図である。
図８は、本発明の装置の好ましい第２の具体例の一部切欠き斜視図である。
図９は、第２の具体例の再生用通路の分解組立図である。
図１０は、第２の具体例の側面断面図である。
図１１は、第２の具体例の再生用通路内に設けられた冷却手段を左側から見た図である。
図１２は、第２の具体例の加熱手段及び吸湿ロータを主として示す前面図である。
図１３は、第２の具体例の冷却手段を前から見た図である。
図１４は、吸湿材領域と再生用通路との接続部分の拡大切断部端面図である。
図１５は、第２の具体例のカム機構を説明するための一部切欠き斜視図である。
図１６は、図１５の中の吸湿材領域１０ｄ近傍のみを取り出して示す一部切欠き斜視図である。
図１７は、第２の具体例のカム機構の別の態様を説明するための一部切欠き斜視図である。
図１８は、図１７の中の吸湿材領域１０ｄ近傍のみを取り出して示す一部切欠き斜視図である。
図１９は、第２の具体例の再生用通路を模式的にして示す図である。

本発明の方法及び装置を、図面に基づき説明する。図１は、本発明の装置の好ましい１例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。本発明の空気から水を取り出す方法及びそのための装置（以下、「取水装置」）は、吸湿ロータ１０を含む。吸湿ロータ１０は、回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができるものである。吸湿ロータ１０は、図１に示す好ましい例では、円板状であるが、必ずしも円板状である必要はない。なお、図１では、吸湿ロータ１０を保持する構造をわかりやすく示すために、吸湿ロータ１０の一部を切欠いて示している。吸湿ロータ１０は、吸湿性を有する多孔性の材料から形成してもよいし、厚さ方向に多数の細い通路を有する構造、例えばハニカム状、コルゲート状（例えば段ボール紙を渦状に巻き重ねたような構造）の通路表面に吸湿性を有する材料をコーティングしたものであってもよく、あるいは、吸湿剤粒子を網又はパンチングメタル等で形成された容器内に収容したもの等、厚さ方向に空気が流通でき、吸湿性を有するものであればいずれのものでもよい。吸湿性を有する材料としては、塩化カルシウム、塩化リチウム、シリカゲル、ゼオライト、モレキュラーシーブス、活性炭等を挙げることができる。なお、空気中の水分を吸湿する吸湿ロータは、除湿機の分野では周知であり、吸湿ロータ型の除湿機に広く用いられている吸湿ロータを好ましく採用することができる。吸湿ロータ１０は、回転軸１２に枢支され、一方向に回転可能であればよいが、単に回動自在に枢支されて両方向に回動可能なものであってもよい。本明細書では、「回転自在」は、「回動自在」を包含する意味で用いている。また、回転軸１２は、図示のように、鉛直方向以外の方向に延びていることが好ましく、特に好ましくは、鉛直方向に対して４０度〜９０度程度ずれた、斜め又は水平方向に延びていることが好ましい。回転軸１２がこのような方向に延びていると、吸湿ロータ１０に吸湿された水分の重みで吸湿ロータ１０が他の動力を要することなく自発的に回転するので好ましい。すなわち、吸湿ロータ１０は、再生領域と、再生領域以外の領域との重量差により自発的に回転する。もっとも、吸湿ロータ１０は、太陽電池により駆動されるモーターにより回転させてもよい。この場合には、回転軸１２は鉛直方向に延びていてもよい。図１に示す具体例では、吸湿ロータ１０は、回転軸１２を中心とする、一対の車輪状の骨格から成る吸湿ロータホルダー１４の内部に収容されている。
本発明の装置では、上記吸湿ロータ１０の一部領域（吸湿領域）に、水分を含む吸湿用空気を流通させ、吸湿用空気中に含まれる水分を吸湿ロータ１０に吸湿させる。なお、「吸湿用空気」は、吸湿ロータ１０に吸湿させるために用いる空気であるから、本明細書ではこのように呼ぶ。吸湿用空気からの湿気を吸湿して吸湿能力が減少又は失われた領域に、加熱空気を流通させて水分を吸湿ロータから奪い、吸湿ロータ１０を再生する。この、加熱空気を流通させる吸湿ロータ内の領域を本明細書において再生領域と呼ぶ。本発明の装置は、この再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータ１０を再生するための再生用空気を循環させる再生用通路１６を具備する。図示の具体例では、再生用通路１６は、吸湿ロータ１０への２つの開口部１６ａ及び１６ｂが、吸湿ロータ１０に近づくにつれてラッパ状に拡幅している。このように、開口部をラッパ状に拡幅することにより、吸湿ロータ１０のより広い領域を再生することができるので有利である。もっとも、このような拡幅開口部は必須的ではなく、また、再生用通路１６全体の直径をこのように広くすることも可能である。なお、再生用通路１６は、開口部１６ａ及び１６ｂ以外の部分は、図示のように気密に閉じていることが好ましい。
再生用通路１６の下部には、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔１８が設けられている。ドレイン孔１８は、空気を流通させることなく結露水を回収できる構造が好ましい。このような構造については、後で詳述する。
図１に示す好ましい具体例では、再生用通路１６に熱交換器２０が設けられている。熱交換器２０は、再生用空気が流通する多数の管２０ａを含む。後述の通り、再生用空気は、管２０ａを通過する間に、多数の管２０ａ同士の隙間を流通する吸湿用空気との間で熱交換して冷却される（以下、多数の管２０ａ同士の隙間から成る通路を冷却通路と呼ぶことがある）。多数の管２０ａを収容するためには、熱交換器２０の幅は再生用通路１６の直径よりも大きいことが好ましい。この場合、熱交換器２０の両端にそれぞれ接続される再生用通路１６の部分は、図示のようにラッパ状に拡幅している。図１では、熱交換器２０の上面に接続される再生用通路１６の部分を一部切欠いて、管２０ａの端面が見えるようにしている。なお、熱交換器２０を設けることにより、水を取り出す（以下、「取水」）効率が上がるので好ましいが、熱交換器２０がなくても、再生用通路１６を通過する間に再生用空気の冷却が起きるので、熱交換器２０を設けることは必須的ではない。
図示の具体例では、さらに、吸湿領域の、吸湿用空気が供給される吸湿用空気供給面に一端が開口し吸湿用空気を供給する吸湿用空気供給通路２２と、吸湿領域を通過した後の吸湿された空気が排出される吸湿用空気排出面に一端が開口し吸湿領域を通過した後の吸湿された空気を排出する吸湿用空気排出通路２４とが設けられている。吸湿用空気供給通路２２は、一端が吸湿領域の、吸湿用空気が供給される吸湿用空気供給面に開口し、他端が熱交換器２０の側面に開口している、幅の広い通路である。図１では、吸湿用空気供給通路２２の上縁は二点鎖線で示されている。吸湿ロータ１０の吸湿領域は、上記した再生領域以外の全ての領域（もっとも、吸湿用空気と再生用空気が混合しないよう両領域間に設けられるシール領域（隙間断面積×隙間長さ）を除く）であることが、取水効率向上のために好ましい。一方、吸湿用空気排出通路２４は、一端が、吸湿領域を通過した後の吸湿された空気が排出される吸湿用空気排出面に開口し、他端が装置の空気排出口として装置外に開口する通路である。吸湿用空気排出通路２４の、吸湿ロータ側の端部は、吸湿領域の面積が広いので、図示のようにラッパ状に拡幅している。なお、吸湿用空気排出通路２４の拡幅部の周縁は二点鎖線で示されている。なお、吸湿ロータ１０は、吸湿性を有するので、吸湿用空気供給通路２２及び吸湿用空気排出通路２４が設けられていなくても、吸湿ロータ１０は、周囲の空気から吸湿し、取水することが可能であるので、吸湿用空気供給通路２２及び吸湿用空気排出通路２４を設けることは必須的ではない（なお、以下の記述で、吸湿用空気供給通路２２及び吸湿用空気排出通路２４を併せて単に「吸湿用通路」と呼ぶことがある）。
吸湿用空気排出通路２４の上部には、加熱器２６が接続されている。加熱器２６は、太陽光を受ける受光面２７を有する蓄熱部２６ａと、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒（図示せず）と、該熱媒の熱を再生用空気に供給する熱供給部２６ｂとを具備する。図示の例では、熱供給部２６ｂは、吸湿用空気排出通路２４の一部分の外側を囲包している。受光面２７は、太陽光ができるだけ垂直に入射する方向に設置されていることが好ましく、したがって、通常、図１に示すように水平方向ではなく斜めに設置される。なお、加熱器２６の構造は、後で詳しく説明する。
上記した構造は、図示しないハウジング内に収容することが、輸送や設置の際に加わる外力から装置を守るために好ましい。
次に、上記した取水装置の動作を説明する。太陽光線を、吸湿ロータ１０の再生領域及びその近傍、すなわち、再生用通路１６の開口部１６ａ及び１６ｂ並びにこれらの開口部に近い上下方向部分、並びに加熱器２６の蓄熱部２６ａの上面に設けられた受光面に当てる。図１中、太陽光線を実線の矢印で示す。これは、上記した、太陽光線を照射すべきこれらの部分（以下、便宜的に「太陽光線照射部分」ということがある）を太陽光線に向けて装置を配置することにより容易に達成できる。太陽光線照射部分以外の部分は、太陽熱による加熱を受けないことが好ましいので、太陽光線照射部分を覆うハウジングの部分だけを透明材料で形成してもよいし、太陽光線照射部分をハウジング外に露出させてもよい。太陽熱により、再生用通路１６のうち、太陽光線が当たる側（図１で左手前側）が加熱され、その結果、再生用空気は、再生用通路１６内を破線の矢印で示す方向に循環する。このように循環する原理は後述する。
一方、加熱器２６の蓄熱部２６ａ上の受光面に照射される太陽光線により、加熱器２６内部の熱媒が加熱され、加熱された熱媒が熱供給部２６ｂに移動して、吸湿用空気排出通路２４を介して熱供給部２６ｂと接する吸湿用空気が加熱される。その結果、加熱された吸湿用空気が浮力により上昇するとともに吸湿用空気供給通路２２の熱交換器２０側の開口部からは新たな吸湿用空気が吸い込まれる。この吸湿用空気の流れを白抜きの矢印で示す。
吸湿用空気（白抜き矢印）が吸湿ロータ１０の吸湿領域を通過する際に、吸湿用空気中に含まれる水分が吸湿ロータ１０に吸湿される。水分の吸湿によって、吸湿領域が重くなり、重力によって吸湿ロータ１０が回転軸１２を軸として回転する。これにより、今までの吸湿領域であった吸湿ロータの部分が、移動により再生領域になる。再生領域では、太陽熱により加熱された再生用空気が、拡幅された開口部１６ａから吸湿ロータ１０の再生領域に供給され、吸湿ロータ１０を厚さ方向に通過する。この際、吸湿ロータ１０に吸湿されていた水分が、太陽熱で加熱されている再生用空気によって吸湿ロータ１０から離脱し、吸湿ロータ１０の再生領域部分が再生される。これと共に、吸湿ロータ１０からの水分を含んだ再生用空気は拡幅された開口部１６ｂを介してさらに再生用通路１６内を移動し、熱交換器２０に至り、熱交換器２０内に設けられた多数の管２０ａを分かれて通過する。管２０ａを通過する際に、吸湿用空気供給通路２２に吸い込まれた吸湿用空気と熱交換し、冷却され、結露する。結露水は、ドレイン孔１８から排出される。この排出されてくる結露水を回収することにより、水を得ることができる。
再生用通路１６中の、太陽光線照射部分のみに太陽光線を照射することにより再生用空気が再生用通路１６内を図示のように循環する原理を図２に基づいて説明する。図２中、再生用通路１６をトラック状に模式的に示し、中央の一点鎖線が中心を示す。Ａは、装置を作動させる前の状態であり、再生用通路１６にハッチングで描かれているのが再生用空気である。加熱前の状態では、再生用通路１６の再生用空気の温度は均一である。次にＡの状態で装置を作動させる。すなわち、再生用通路１６の左半分（中心線よりも左側）に太陽光線を照射して太陽熱による加熱を開始する。すると、再生用通路１６の左半分の再生用空気が加熱されて高温になる。この状態をＢに示す。Ｂ中、加熱された再生用空気はハッチングなしで、再生用通路１６の右半分にある相対的に低温の再生用空気を網目状のハッチングで示す。太陽熱による加熱によって、再生用通路１６の左半分だけが加熱されるので、Ｂに示されるように、再生用通路１６の左半分の再生用空気のみが高温になり、右半分の再生用空気は、相対的に低温になる。高温空気は、膨張により密度が低くなり、相対的に低温の空気はこれよりも密度が大きい。したがって、同体積では低温空気の方が重いので、低温空気が下側に来る。この状態をＣに示す。Ｃに示すように、低温空気が再生用通路１６の下半分に移動し、一方、これに押されて高温空気は再生用通路１６の上半分に移動する。Ｂの状態から見ると、再生用空気は、全体として、時計回りに９０度回転したことになる。この状態で、さらに再生用通路１６の左半分を加熱すると、再びＢに示す状態、すなわち、再生用通路１６の左半分が高温となり、右半分が相対的に低温となる。そうすると、右半分の低温空気が、重力により下側に移動してＣの状態に再びなり、すなわち、再生用空気はさらに９０度時計回りに回転することになる。以降、ＢとＣの状態を往復することになり、再生用空気は再生用通路１６内を時計回りに循環する。なお、一端循環が始まれば、図１に示す具体例では、熱交換器２０により再生用通路１６の右半分の再生用空気は冷却されるので、より一層効率的に再生用空気が循環する。この循環の原理は、本願発明者が独自に発見したものであり、循環が持続することは、実験的に確認済である。本願発明では、この循環の原理を見出したので、一切の動力を用いることなく空気から取水することが本願発明により初めて可能になった。従来、この循環の原理が知られていなかったので、従来の取水装置では、少なくとも再生用空気の循環のために動力が用いられていた。なお、図２では、理解を容易にするために、温度が変化する段階（Ｂ）と空気が移動する段階（Ｃ）を区別しているが、実際には、ＢとＣは連続的に徐々に起こる。
次に、上記した本発明の装置の、各構成要素の好ましい態様をより具体的に説明する。先ず、再生用通路１６の下部に設けられるドレイン孔１８について説明する。上記の通り、ドレイン孔１８は、空気を流通させることなく結露水を回収できる構造が好ましい。このような構造とすることにより、吸湿ロータ１０の再生領域と吸湿領域の近傍における、再生用空気と吸湿用空気の混合を抑制することができる。
空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい１具体例を図３に示す。図３は、再生用通路１６の下部に設けられたドレイン孔１８近傍の切断部端面図である。再生用通路１６は、その下部の一部分で分岐してドレイン管２８を形成し、ドレイン管２８の先端は細くなっている。ドレイン管２８の細くなった先端部には、水よりも密度の小さなフロート３０が配置されている。フロート３０の直径は、ドレイン管２８の先端のドレイン孔１８の直径よりも大きく、ドレイン孔１８から下に落下することはない。結露水が全く又はほとんど溜まっていない状態では、フロート３０により、ドレイン孔１８は気密に閉塞され、ドレイン孔１８を介して空気は流通しない。再生用通路１６内や熱交換器２０内で結露した結露水がドレイン管２８内に入ってくるが、ドレイン管２８の底部がフロート３０により閉塞されているので、外部に排出されずにフロート３０とドレイン管２８の接触部から上に溜まっていく。一定量の結露水が溜まると、浮力によりフロート３０が浮き上がり、更に結露水が流入すると、フロート３０とドレイン管２８の間の表面張力が壊れ結露水はドレイン孔１８を通って、外部に排出される。結露水がこのようにして外部に排出されると、表面張力は回復し、ドレイン孔１８はフロート３０との間の水膜により閉塞される。以上のような構造によると、ドレイン孔１８は常時フロート３０により閉塞されており、空気を流通させることなく結露水を回収することができる。
空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい他の１具体例を図４に示す。図４は、再生用通路１６の下部に設けられたドレイン孔１８近傍の切断部端面図である。再生用通路１６は、その下部の一部分で分岐してドレイン管２８を形成し、ドレイン管２８の先端は細くなっている。ドレイン管２８の細くなった先端にあるドレイン孔１８の下には、結露水受容器３２が配置されている。結露水受容器３２は、その中に結露水３４が溜まっていくと、やがてドレイン孔１８が結露水３４中に水没するだけの深さを有し、かつ、そのような位置に配置されている。換言すると、結露水受容器３２の壁面３２ａの頂部は、ドレイン孔１８よりも上に位置する。このような構成において、結露水がドレイン孔１８を介して結露水受容器３２中に蓄積していくと、やがてドレイン孔１８は、結露水３４中に水没する。この状態で、ドレイン孔１８を介する空気の流通は起きなくなる。さらに結露水３４が溜まっていくと、やがて、結露水３４は、図４に矢印で示すように結露水受容器３２の頂部から溢れ出る。この溢れ出た水を回収することにより、空気から取水することができる。このような構成では、一旦ドレイン孔１８が結露水３４中に水没すると、その後はドレイン孔１８を介する空気の流通は全く起きなくなり、空気を流通させることなく結露水を回収できる。
空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい他の１具体例を図５に示す。図５は、再生用通路１６の下部に設けられたドレイン孔１８近傍の切断部端面図である。再生用通路１６は、その下部の一部分で分岐してドレイン管２８を形成し、ドレイン管２８の先端は非常に細くなっており、このためドレイン孔１８の直径が非常に小さくなっている。なお、この場合のドレイン孔１８の直径は、１〜４ｍｍ程度が好ましい。この構造では、結露水がドレイン管２８を通ってドレイン孔１８に到達しても、ドレイン孔１８の直径が小さいので、表面張力のために直ちにドレイン孔１８から落下せず、ドレイン孔１８の上部に溜まり、これによってドレイン孔１８が気密に閉塞される。ドレイン孔１８上部の結露水の量がさらに多くなって下向きの圧力が大きくなると、圧力が表面張力に打ち勝って結露水がドレイン孔１８から排出される。しかし、ある程度排出された時点で、再びドレイン孔１８における水の表面張力により排出が止まる。このように、ドレイン孔１８は、一旦結露水により閉塞された後は、結露水の表面張力のため、ドレイン孔１８が持続的に結露水により気密に閉塞された状態となり、空気の流通が阻止される。このため、空気を流通させることなく結露水を回収できる。
空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい他の１具体例を図６に示す。図６は、再生用通路１６の下部に設けられたドレイン孔１８近傍の切断部端面図である。再生用通路１６は、その下部の一部分で分岐してドレイン管２８を形成し、ドレイン管２８の先端は、拡幅して閉じた底部を有するタンク３６になっている。そして、タンク３６の底部から逆Ｕ字形のサイホン管３８が、タンク３６の外部に延びている。なお、サイホン管３８の頂部は、タンク３６の頂部よりも低い位置にある。ドレイン管２８を通った結露水は、まずタンク３６に溜められる。結露水の水位が上昇してサイホン管３８の頂部を超えると、結露水がサイホン管３８を通ってドレイン孔１８から排出される。この構造では、サイホン管３８の、タンク３６内に位置する端部は、常時タンク３６底部の凹部に溜まった結露水中に水没している状態になり、ドレイン孔１８を介する空気の流通が阻止される。このため、空気を流通させることなく結露水を回収できる。
次に、上記した加熱器２６の好ましい構造を図７に基づき詳細に説明する。図７は、加熱器２６の好ましい具体例の切断部端面図である。なお、図７は、構造をより明瞭に示すために、蓄熱部２６ａ及び後述の上部連結管４８及び下部連結管５０の部分は、蓄熱部２６ａの受光面に平行に受光面を切除する形に切断してあり、吸湿用空気排出通路２４及び熱供給部２６ｂは、鉛直方向の切断面に沿って切断してある。上記の通り、加熱器２６は、太陽光を受ける受光面２７（図１参照。図７では、受光面は蓄熱容器４２（後述）の手前（図面の用紙から三次元的に手前に突出する側）に位置する）を有する蓄熱部２６ａと、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒と、該熱媒の熱を再生用空気に供給する熱供給部２６ｂとを具備する。受光面は透明あるいは黒色のガラス又はプラスチックから成り、前者の場合は熱媒あるいは受光面に対向する板が黒色であることが好ましい。受光面以外の外周部分は、断熱材４４により被覆されている（図１では図示せず）。蓄熱部２６ａは、蓄熱容器４２を含む。熱供給部２６ｂは、吸湿用空気排出通路２４の一部分あるいは全部の外周を囲包する放熱容器４６を具備する。蓄熱部２６ａと熱供給部２６ｂは、２本の管、すなわち、上部連結管４８及び下部連結管５０により接続されている。なお、受光面は、蓄熱容器４２の上面及び側面の両方に設けてもよい。熱媒は、図の明瞭性のためにハッチング等を付して図示しないが、蓄熱容器４２、放熱容器４６、上部連結管４８及び下部連結管５０の内部の全領域に充填されている。熱媒としては、水が好ましい。設置される地域により不凍処理が必要である。
受光面２７に照射される太陽光線により、蓄熱容器４２の上部にある熱媒が加熱される。この熱が上部連結管４８を介して放熱容器４６の上部に伝わる。放熱容器４６の上部の熱は、吸湿用空気排出通路２４に放熱され、その結果、吸湿用空気排出通路２４内の吸湿用空気が加熱される。一方、吸湿用空気排出通路２４に放熱した熱媒は、温度が低下し、対流により放熱容器４６内を下方向に移動する。移動の最中も放熱容器４６に対して放熱するので、下に行くほど温度が下がる。一方、放熱容器４６の上部には、加熱された熱媒が上部連結管４８を介して放熱容器４６の上部に新たに補充される。このため、図７に矢印で示す熱媒の流れが生じ、熱媒は、蓄熱容器４２、上部連結管４８、放熱容器４６、下部連結管５０をこの順序で循環する。これにより、蓄熱部２６ａで加熱された熱媒は、熱供給部２６ｂに移動し、ここで吸湿用空気排出通路２４、ひいてはその中を流通する吸湿用空気が加熱される。放熱した熱媒は、再度蓄熱部２６ａに循環し、ここで加熱されて再び熱供給部２６ｂに移動し、放熱する。このようにして、吸湿用空気排出通路２４内を流通する吸湿用空気は持続的に加熱される。したがって、吸湿用空気排出通路２４の熱供給部２６ｂより上部は断熱されている方が、加えられた熱が外部に逃げないので、好ましい（図１、７では図示せず）。
以下、本発明の取水装置の好ましい種々の変形例を説明する。
再生用通路１６の加熱すべき部分の加熱効率を高めるために、拡幅された開口部１６ａ及びその直下の再生用通路１６の部分、吸湿ロータ１０の再生領域、拡幅された開口部１６ｂ及びその直ぐ上の再生用通路１６の部分の表面を黒くして太陽熱の吸収を促進してもよい。ただし、吸湿ロータ１０の再生領域を黒くする場合は、開口部１６ｂを透明にすることが好ましい。またこの場合、網、パンチングメタル、スリット状等の空気の流通する部材を再生領域直上においてもよいし、吸湿ロータを黒くして、吸湿用空気排出通路２４の拡幅部を太陽熱を遮断する部材にしてもよい。あるいは、加熱すべき部分の通路を透明として内部に黒い管又は板を入れてもよい。なお、開口部１６ａ、１６ｂ及びこれらに連なる再生用通路１６の上下方向に延びた部分並びに上側の水平部分において、太陽光により加熱されてない部分は断熱されていた方がよい。また、通路の途中をパネル状にして太陽熱を受ける表面積を拡大してもよい。さらに、図１に示す具体例において吸湿用空気排出通路２４の加熱に用いられている加熱器２６は、再生用通路１６に設けてもよい（この場合、再生用空気は太陽光により間接的にも加熱される）。すなわち、吸湿用空気排出通路２４と再生用通路１６の両方に設けることが好ましい。再生用通路１６に加熱器２６を設置する場合、開口部１６ａ又はその直下の再生用通路１６の部分に設置することが好ましい。あるいは、再生後の高湿の再生用空気中の水分が吸湿ロータ１０の上部で結露して、結露水が吸湿ロータ１０の再生領域に落下することを防止するために、加熱器２６を開口部１６ｂ又はその直ぐ上の再生用通路１６の部分に設置してもよい。
また、上記具体例では、加熱器２６の熱供給部２６ｂは、管（図１の例では吸湿用空気排出通路２４）の外側を囲包するものであったが、熱供給部２６ｂを管の内側に設けてもよい。このようにすることにより、加熱効率がさらに高まる。この場合には、上部連結管４８及び下部連結管５０が、管の壁を貫通するようにすることができる。また、図７に示す具体例のように、放熱容器４６が管の外側を囲包する場合には、管への放熱の効率を高めるために、管に凹凸を付けたりフィンを取り付けたりして管の表面積を増加してもよく、また、放熱容器４６から熱伝導性の高い材料から成る突起あるいは内部に熱媒を通す中空の凸部を出して、これを管内に挿入してもよい。
蓄熱部２６ａは、固定式でもよいし、手動的又は自動的に太陽の方を向くようにしてもよい。また、夜間は冷却効果がより高くなるので、日中の太陽光の熱を蓄熱器に蓄えておき、夜間に取水してもよい。そのために、蓄熱容器４２を巨大にする、受光面２７を有する蓄熱容器４２を複数設置する等の手段を講じてもよい。
次に、好ましい第２の具体例を図面に基づいて説明する。この第２の具体例は、以下の特徴を有する。
（１） 再生領域に再生用通路が気密に接続され、再生領域と吸湿領域が完全に分離されるのでさらに取水効率が向上する。
（２） 再生領域を通過した直後の再生用空気と、結露後の再生用空気の間で熱交換を行う熱回収用熱交換器を具備し、これにより、熱の利用効率が高まり、ひいては取水効率が高まる。
（３） 再生領域を通過する前の再生用空気を、太陽光を受光して加熱する加熱器を具備し、これにより再生領域を通過する再生用空気の温度を高められ、再生領域の再生（すなわち再生領域からの水分の取得）が効率化され、ひいては取水効率が高まる。
（４） 再生領域を通過する前の再生用空気を、昼間の高い気温を利用して加熱する加熱手段を具備し、これにより再生領域を通過する再生用空気の温度を高められ、再生領域の再生（すなわち再生領域からの水分の取得）が効率化され、ひいては取水効率が高まる。
（５） 再生領域を通過し、前記熱回収用熱交換器を通過した後の再生用空気を、外気と熱交換する冷却用熱交換器を具備し、これにより再生用空気からの結露が促進され、取水効率が高まる。
（６） 冷却用熱交換器を通過した後の再生用空気を、夜間の低い気温を利用して冷却する冷却手段を具備し、これにより再生用空気の結露がさらに促進され、取水効率が高まる。
なお、第２の具体例は、上記（１）ないし（６）の全てを具備し、取水効率が大幅に向上された非常に好ましい具体例であるが、上記（１）ないし（６）は、それぞれが取水効率向上効果を発揮するので、上記（１）ないし（６）の特徴のうち、任意の１つ又は複数を採用した具体例も、好ましい具体例である。
なお、以下の説明において、「前側」は、吸湿ロータ１０から見て下部加熱器５８の方向、後側は、その反対側、右側は、吸湿ロータ１０を前から見て吸湿材領域１０ｂ及び１０ｃが位置する側、左側は、その反対側、すなわち吸湿ロータ１０を前から見て吸湿材領域１０ａ及び１０ｄが位置する側を示す。
図８に、第２の具体例の一部切欠き斜視図を示す。図９には、第２の具体例の再生用通路の分解組立図を示す。図１０には、第２の具体例の側面断面図を示す。先ず、主としてこれらの図面に基づき、第２の具体例の概要を説明し、次いで、各構成要素の詳細を図１１以降の他の図面も参照して詳細に説明する。なお、図８以降の図においても、図１ないし図７に示す第１の具体例における構成要素に対応する構成要素には、図１ないし図７と同じ参照番号を付している。
第２の具体例の取水装置は、吸湿ロータ１０を具備する。吸湿ロータ１０のうち、吸湿材、すなわち、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる材料から構成されている領域（便宜的に「吸湿材領域」という）が、参照番号１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄで示される４つの円形の領域である。すなわち、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄで示される４つの円形の領域のみが吸湿材から構成され、吸湿ロータ１０の他の部分は単なる板である。換言すると、吸湿ロータ１０は、４つの円形の透孔を有し、４つの吸湿材領域は、各透孔内に配置されている。４つの吸湿材領域のサイズは等しく、また、それらの中心が、回転軸１２を中心とする円の円周上に等間隔に位置するように配置されている。なお、吸湿材領域は、２〜８個程度の複数であってもよいし、円形ではなく、例えば扇形等でもよい。図示の第２の具体例では、円形の各吸湿材領域の外縁と、上記各透孔の内縁との間には空隙があり（吸湿材外縁通路７２、詳細は後述）、この吸湿材外縁通路７２には、再生用空気が流通する（再生用空気の循環経路は後で詳述する）。各吸湿材は、４枚の吸湿材保持板７５（図１２）により、上記各透孔内に懸架される。図８は、上記した４つの吸湿材領域のうち１０ｄが再生用通路１６に接続されて再生されている状態を示す。吸湿材領域１０ｄの前面は、再生用通路１６の一部を構成する加熱セクション１６ｃの端面に気密に接続される。再生用通路１６の加熱セクション１６ｃは、断面が同心円状の二重管になっており、内側の管は吸湿材領域１０ｄに、外側の断面が環状の管は上記吸湿材外縁通路７２に接続されている。吸湿材領域１０ｄの後面は、再生用通路１６のうち、熱回収用熱交換器５４の近傍に気密に接続される。図８に示す状態では、吸湿材領域１０ｄが再生用通路１６内に気密に組み込まれて再生されているが、吸湿中の吸湿材領域１０ｂ及び１０ｃの重量が、湿気を吸って重くなると、吸湿ロータ１０が回転して吸湿材領域１０ｃが図８に示す吸湿材領域１０ｄの位置に移動し、再生用通路１６に気密に接続され、再生を受ける。吸湿材領域と再生用通路１６との気密接続−吸湿ロータ１０の回転及び気密接続の解除一次の吸湿材領域と再生用通路１６との気密接続のサイクルが繰り返されていく。これは、吸湿ロータ１０の回転力を利用したカム機構により再生用通路の、吸湿材領域との接続部を前後方向に移動させることにより達成される。このカム機構並びに気密接続及びその解除については、後で詳述する。なお、加熱セクション１６ｃを上記のような二重管構造としたのは、熱効率を高めるためである。すなわち、外側の管を流れる再生用空気は、熱回収用熱交換器５４を通過することにより周囲の空気温度よりも温度が高くなっているが、内側の管を流れる再生用空気はさらに高温であるため、内側の管を外側の管で包み込むことで、内側の管から漏れる熱が外側の管に回収され、外側の管の再生用空気温度はさらに上がり、再生用空気からの熱のロスを、内側の管を直接暴露する場合よりも小さくすることができる。また内側の管はさらに断面が同心円状の二重管になっており、そしてこの内側の管の内側の管は両端が開き、断面が環状の外側の管は吸湿ロータ側のみ閉じ、空気層により断熱効果を得ている。
吸湿材領域１０ｄの前面側にある再生用通路１６の加熱セクション１６ｃ内には、下部加熱器５８に上部連結管５９及び下部連結管６１を介して連結された下部熱供給体６０が配置され、吸湿材領域１０ｄの再生を行なう直前の再生用空気が加熱される。さらに加熱セクション１６ｃには、温水槽６４を介して吸熱パネル６２に接続された放熱体６６が設けられ、これによっても再生用空気が加熱される。一方、吸湿材領域１０ｄの後面側の再生用通路１６には、熱回収用熱交換器５４が配置され、吸湿材領域１０ｄを再生した後の再生用空気と、結露後の再生用空気との間で熱交換が行なわれる。再生用通路１６は、熱回収用熱交換器５４の後側から鉛直方向に上昇し、頂部にてＵターンして下降する。下降し始めた直後の部分において冷却用熱交換器５６が配置されている。冷却用熱交換器５６において、再生用空気と外気との間で熱交換が行なわれ、再生用空気が冷却されて結露が生じる。冷却用熱交換器５６よりも下側には、冷水槽６９（図９）を介して放熱パネル６８に連結されている吸熱体７０が配置され、これによって再生用空気がさらに冷却されてさらに結露を生じる。なお、図を簡略化するために図８には記載されていないが、図１０に示されるように、ハウジング８２内の上部には、上部加熱器８３に上部連結管８６及び下部連結管８８を介して連結された上部熱供給体８４が配置されている。
再生用空気の流れが図９に矢印で示されている。再生用通路１６の加熱セクション１６ｃ（同心管の内側の管）において、放熱体６６及び下部熱供給体６０により加熱された再生用空気は、吸湿材領域１０ｄを通過し、これから水分を奪って吸湿材領域１０ｄを再生すると共に、自身は高湿度となる。吸湿材領域１０ｄを通過した再生用空気は、熱回収用熱交換器５４の第１の通路５３に入り、結露後の再生用空気と熱交換して冷却されるが、外気よりは依然高温で、熱回収用熱交換器５４を出た後、再生用通路１６の鉛直部を上昇し、頂部でＵターンして下降し、冷却用熱交換器５６を通過して冷却され、一部結露を生じる。さらに再生用通路１６内を下降し、吸熱体７０によりさらに冷却され、さらに結露を生じる。その後、熱回収用熱交換器５４の第２の通路（第１の通路５３間の間隙）に入り、熱交換して加熱され、吸湿材外縁通路７２を通過して加熱セクション１６ｃの同心管の外側の管を通過し、下部でＵターンして、加熱セクション１６ｃの同心管の内側の領域に入り、上記した最初の位置に戻る。このサイクルを繰り返す。生じた結露水は、再生用通路１６の最下部に設けられた図示しないドレイン管から空気を流通することなく回収される。なお、再生用空気が流通するのは、図２に基づいて説明したとおり、再生用空気の温度差に起因する密度の違いによるものであるが、さらに詳細については後述する。
一方、図１０に示すように、ハウジング８２の上部、主として吸湿ロータ１０よりも前側の上部（一部後側まで延びているが）には、上部熱供給体８４が配置されており、これによりハウジング８２内の空気が加熱されて上昇気流が生じ、ハウジング８２の窓８２ａ（図８）を介してハウジング８２外部から取り込まれた空気や、吸熱パネル６２の間を通過してハウジング８２の下部仕切板８２ｂに開けられた孔８２ｃを通ってハウジング８２外部から取り込まれた空気（吸湿用空気）が吸湿材領域１０ｂ及び１０ｃを通過し、吸湿される。吸湿用空気の流れは、図８及び図１０中、太い白抜きの矢印で示されている。一方、同じ上昇気流により、ハウジングに開けられた窓８２ａを介してハウジング８２内に取り込まれた外部の空気の一部は、冷却用熱交換器５６の他方の通路（再生用空気が通過する多数の管同士の間の間隙）を通過して再生用空気と熱交換を行なう（図８及び図１０中、太い黒の矢印）。吸湿材領域１０ｂ及び１０ｃが、吸湿により重くなると、吸湿ロータが回転して図８に図示する吸湿材領域１０ｄの位置に吸湿材領域１０ｃが移動し、上記と同様に再生される。なお、後述するカム機構の採用により、回転は間欠的に起きる。
以上が第２の具体例の構成及び動作の概略である。以下、各構成要素についてさらに詳細に分説する。
（１） 吸湿材領域と再生用通路との気密接続及び吸湿ロータの回転
吸湿材領域１０ｄと再生用通路との接続部分の拡大切断部端面図を図１４に示す。図において上側が装置前方である。図１４のＡは、吸湿材領域１０ｄが再生用通路と気密に接続されていない状態を示し、図１４のＢは吸湿材領域１０ｄが再生用通路と気密に接続されている状態を示す。
吸湿材領域１０ｄの外周部には、吸湿材領域１０ｄの前方内側斜め方向に突出する環状の内側雄シール板７９が設けられている。同様に、吸湿材領域１０ｄの後方内側斜め方向に突出する環状の内側雄シール板７９’が設けられている。なお、吸湿材領域の前面と後面は対称的な構造を有しており、動作も同様なので、以下、前面側の構造及び動作のみ説明する。吸湿ロータ１０の、吸湿材領域１０ｄを収容する円形の透孔の外周部には、上記内側雄シール板７９と同様、前方内側斜め方向に突出する環状の外側雄シール板７７が設けられている。内側雄シール板７９の斜面上には、気密性を高めるためのＯリング９０が設けられている。同様に、外側雄シール板７７の斜面上には、気密性を高めるためのＯリング９２が設けられている。上記の通り、再生用通路１６の加熱セクション１６ｃは、同心の二重管構造になっているが、その内側の管１６ｄの端部には、環状の可撓性部材７８を介して内側雌シール板７４が接続されている。可撓性部材７８は、弾性体から成り、内側雌シール板７４を吸湿材領域１０ｄの方向に付勢するものであることが好ましい。内側雌シール板７４は、内側雄シール板７９と気密に接続されるものである（図１４のＢ参照）ので、その斜面は、内側雄シール板７９の斜面と平行である。二重管構造の外側の管１６ｅには、環状の可撓性部材８０を介して外側雌シール板７６が接続されている。可撓性部材８０は、弾性体から成り、外側雌シール板７６を吸湿材領域１０ｄの方向に付勢するものであることが好ましい。外側雌シール板７６は、外側雄シール板７７と気密に接続されるものである（図１４のＢ参照）ので、その斜面は、外側雄シール板７７の斜面と平行である。外側雌シール板７６の吸湿ロータ１０の回転軸１２側には、吸湿ロータ１０の面と平行な方向で、吸湿ロータ１０の回転軸１２に向かって延びる、断面形状が円形のピン９４が設けられている。また、外側雌シール板７６の吸湿ロータ１０の周縁側には、吸湿ロータ１０の面と平行な方向で、吸湿ロータ１０の周縁に向かって延びる、断面形状が円形のピン９６が設けられている。吸湿ロータ１０の回転軸１２近傍には、吸湿ロータ１０の回転軸１２をその中心とする円筒状の内側カム壁９８が設けられ、内側カム壁９８の外面にカム溝１００が形成されている。ピン９４の先端部は、カム溝１００に摺動可能に係合し、吸湿ロータ１０の回転に伴い、カム溝１００に沿って移動する。同様に、吸湿ロータ１０の外縁には、円筒状の外側カム壁１０２が設けられ、外側カム壁１０２の内面にカム溝１０４が形成されている。ピン９６の先端部は、カム溝１０４に摺動可能に係合し、吸湿ロータ１０の回転に伴い、カム溝１０４に沿って移動する。なお、外側雌シール板７６と内側雌シール板７４とは、図示しない複数の連結部材によりところどころ連結され、外側雌シール板７６が移動すると、内側雌シール板７４もそれに伴って並進的に移動する。外側雌シール板７６は可撓性部材８０を介して二重管構造の外側の管１６ｅよりも内側に、内側雌シール板７４は可撓性部材７８を介して二重管構造の内側の管１６ｄよりも内側にそれぞれ収まることで、動きが吸湿材領域に対して前後方向のみに規定されることが好ましい。
図１５及び図１６にカム機構を説明するための一部切欠き斜視図を示す。なお、図１６は、図１５中の吸湿材領域１０ｄ近傍を取り出して示す図である。図１５及び図１６は、雄シール板７９、７７と、雌シール板７４、７６がそれぞれ気密に接続されている状態（すなわち、図１４のＢの状態）を示している。図１５及び図１６に示されるように、吸湿ロータ１０の回転軸１２、ピン９４及びピン９６は一直線上に配置されている。また、カム溝１００及び１０４は、気密接続状態となるピン９４及び９６の位置が、谷の中央に来るように形成されている。そして、カム溝１００（図１６では一点鎖線で示し、図１５でも一部一点鎖線で示す）及び１０４の谷の部分の傾斜は、シール板の傾斜と一致するように形成されている。なお、カム溝の谷以外の部分は実質的に平坦であるので、谷の部分の傾斜は、他の部分よりも急になっている。また、カム溝１００とカム溝１０４は、ピン９４が谷の位置に来た時にピン９６も谷の位置に来るように、回転軸１２を中心として相似形に形成されている。
次に動作について説明する。気密接続の状態では、図１５及び図１６に示されるように、ピン９４及び９６が、カム溝１００及び１０４の谷の部分に位置している。図１４のＢにおいてもカム溝１００及び１０４は、低い位置（すなわち、吸湿ロータ１０の表面に近い位置）に位置している。この状態で吸湿材領域１０ｄが再生されると共に、吸湿材領域１０ｂ及び１０ｃでは吸湿が行なわれ、吸湿材が水分を吸収することによりその重量が増大していく。なお、吸湿材領域１０ａが吸湿すると、吸湿材領域１０ｂ及び１０ｃの重量増加による回転と逆方向の回転のトルクが生じてしまうので、ハウジング８２の仕切板８２ｄ（図８参照）に、吸湿材領域１０ａの全面を被覆する図示しない遮蔽板を設けて吸湿材領域１０ａには空気が流通しないようにすることが好ましい。また、吸湿材領域１０ｂ及び１０ｃの吸湿材外縁通路７２は吸湿用空気が素通りしてしまうので、吸湿材外縁通路７２全面を被覆する図示しない環状の遮蔽板（中央の吸湿材領域は開けておく）を設けて、実質的に吸湿材領域１０ｂ及び１０ｃのみに吸湿用空気が流通するようにすることが好ましい。吸湿材領域１０ｂ及び１０ｃの重量が増大していくと、やがてピン９４及び９６が、相対的にカム溝１００及び１０４の斜面を登って谷から脱出しカム溝１００及び１０４の高台に至る。この状態では、カム溝１００及び１０４は、高い位置（すなわち、吸湿ロータ１０の表面から遠い位置）にあるので、雌シール板７６、７４は、雄シール板７７、７９から離れて気密の接続が解除されると共に、吸湿材領域の回転移動が容易になる。図１４のＡに示す状態が、気密接続が解除された状態であり、カム溝１００、１０４は、高い位置にある。カム溝１００、１０４の高台部分は平坦であるので、一旦ピン９４、９６がカム溝１００、１０４の谷から脱出して高台に至ると吸湿ロータ１０は、ほとんど抵抗を受けることなく速やかに回転し、次の吸湿材領域１０ｃのカム溝１００、１０４の谷にピン９４、９６がはまった時点で止まる。上記の通り、谷の部分の傾斜は比較的急であるので、吸湿材領域１０ｃのピン９４、９６が一旦谷にはまると、吸湿材領域１０ａ及び１０ｂの重量が吸湿によりかなり増大しない限り谷から脱出することはできない。従って、吸湿材領域１０ｃは、再生用通路１６に気密に接続された状態でしばらく滞留し、吸湿材領域１０ｃの再生が行なわれる。換言すれば、吸湿ロータ１０は、吸湿材領域と気密接続される時間が長く、回転している時間がそれに比べてはるかに短くなるように、間欠的に回転する。上記したサイクルが繰り返され、各吸湿材領域の再生が自動的に順次行なわれていく。
図１７及び１８には、カム機構の別の好ましい態様が描かれている。なお、図１８は、図１７中の吸湿材領域１０ｄ近傍を取り出して示す図である。この態様では、外側雌シール板７６の外周縁にフランジ１０６が形成されている。フランジ１０６の外周形状は、回転軸１２を中心とする扇形（ただし、内側カム壁９８よりも中心側は欠失）の形状をしている。このフランジ１０６の内側の２つの頂点にピン９４ａ、９４ｂが設けられ、これらのピンの先端部はカム溝１００に摺動可能に係合する。また、フランジ１０６の外側の２つの頂点にピン９６ａ、９６ｂが設けられ、これらのピンの先端部はカム溝１０４に摺動可能に係合する。回転軸１２、ピン９４ａ、ピン９６ａは１本の直線上に位置し、同様に、軸１２、ピン９４ｂ、ピン９６ｂも１本の直線上に位置する。外側雌シール板７６の吸湿材領域側の端面は、フランジ１０６の扇形の内側に全て収まる。この態様においても、気密接続状態となる位置において、各ピンが各カム溝の谷の部分に来るようにカム溝１００及び１０４が形成されている。回転軸１２、ピン９４ａ、ピン９６ａを結ぶ直線と、軸１２、ピン９４ｂ、ピン９６ｂを結ぶ直線とを成す角度は最大９０度（吸湿材領域の個数で等分割した角度であり、第２の具体例は吸湿材領域が４個なので、３６０度を４で除した値となる）である。なお、この角度が最大の場合は、カム溝の谷の部分の形状が、図１７の台形を逆さにしたものから図１５のようなＶ字型の谷形状になる。また、上記角度が最大でない場合には、図１７に示すように、谷底が平坦になるが、この場合でも気密接続状態から脱するためには、図１７においてピン９６ａ及びピン９４ａが相対的に急な傾斜を登らなければならないので、谷が図１５のようなＶ字型の場合と同様、吸湿材領域１０ａ及び１０ｂの重量が吸湿によりかなり増大しない限り谷から脱出することはできない。図１７及び図１８に示す態様では、外側雌シール板７６が、移動の際にフランジ１０６を介して４つのピンで支持されるので、気密接続状態の形成及び解除をより安定的かつ厳密に行なうことが可能である。
なお、上記第２の具体例において、可撓性部材７８、８０は、蛇腹状でもよい。また、上記Ｏリング９０及び９２は、それぞれ、雌シール板７４、７６上に設けられていてもよい。また、気密に接続されるシール板の少なくともいずれか一方を弾性材料で形成した場合には、Ｏリングは特に設けなくてもよい。吸湿材領域のシールは、上記第２の具体例で用いた雄雌シール板の組み合わせでなく、例えば、雄シール板がなく、雌シール板が吸盤状（中心部分は開口）で、吸湿材領域及び吸湿材外縁通路７２の外縁に設けられた環状の平面部に密着するものであってもよい。また、雌シール板のピン９４、９６とカム溝１００、１０４の間にベアリングを介して摺動させてもよい。また、カム溝１００、１０４は、溝ではなく、凹凸形状でもよい（図１５ないし図１８の溝から上を削除した形状）。この場合、雌シール板のピンを凹凸面に密着させるために、雌シール板を吸湿ロータ側に常時付勢する必要があるが、上記の通り、可撓性部材７８、８０を弾性部材で形成することによりこれを達成することができる。付勢が不足する場合には、図示しないバネあるいは弾性部材によりさらに付勢を強めてもよい。
（２） 太陽光を熱源とする加熱器
第２の具体例には、太陽光を熱源とする加熱器が２個取付けられている（下部加熱器５８及び上部加熱器８３）。加熱器の構造及び動作原理は基本的に図７に基づいて説明した、第１の具体例における加熱器と同じである。なお、上部加熱器８３に連結された上部熱供給体８４（図１０）は、上から見ると渦巻状の形状をしている。これらの加熱器における熱媒の移動は図１０に短い矢印で示されている。太陽光により熱媒の温度は通常、５０℃〜１２０℃になり得る。
（３） 周囲の空気を熱源とする加熱手段
第２の具体例には、周囲の空気を熱源とする加熱手段である放熱体６６が取付けられている。上記の通り、放熱体６６は、温水槽６４を介して吸熱パネル６２に接続されている。吸熱パネル６２、温水槽６４、放熱体６６が、下から順に設置されている。吸熱パネル６２は、熱媒当たりの表面積が大きい方が、より周辺空気から熱を吸収できる（外気温が上昇すると、ほぼ同時に内部の熱媒温度も上昇する（外気温度＝内部熱媒温度））ので、薄い方がよい（好ましくは厚さ１〜５ｃｍ）。吸熱パネル６２と温水槽６４は、吸熱パネル６２の上部と温水槽６４上部、吸熱パネル６２の下部と温水槽６４の下部が、それぞれ連結管６３、６５で結ばれている（図１０、図１２）。温水槽６４の全てと連結管６３、６５の温水槽上面の高さまで、外面は断熱されている（図１０中二重線で示された部分）。温水槽６４の上部と放熱体６６は、二本の連結管６７ａ、６７ｂ（図１２）で結ばれ、放熱体６６は、上下方向に傾斜がつけられている。連結管６７ａ、６７ｂは、断熱されている。
朝、気温の上昇と共に、吸熱パネル６２内部の熱媒温度が上昇する。吸熱パネル６２内の熱媒温度が温水槽６４の熱媒温度よりも高くなると、吸熱パネル６２の上部から、連結管６３を通じて、温水槽６４へ熱媒が移動する。温水槽６４の温度の低い熱媒は、連結管６５を通じて、吸熱パネル６２の下部に移動する。気温は一般に、正午過ぎに最高温度に達した後、徐々に低下する。すると、吸熱パネル６２内の熱媒温度も低下し、温水槽６４内の熱媒温度よりも低くなる。そうすると、吸熱パネル６２内の熱媒の密度が、温水槽６４内の熱媒の密度よりも大きくなるので、対流による熱媒の移動は停止する。第２の具体例では、温水槽６４から出た二本の連結管６７ａ、６７ｂの断熱層の高さを揃えることにより、温水槽６４内の温度が吸熱パネル６２内の温度より高いと、温度の高い、軽い熱媒は、吸熱パネル６２より高い位置で安定するようになっている。このように、密度差のみを利用して熱媒の移動を制御してもよいし、逆流防止弁を設けてもよい。同様に、放熱体６６の周囲温度が内部の熱媒温度より低いと、熱媒は冷却され（再生用空気を加熱）、密度が大きくなり、放熱体６６の傾斜に従って、下方に移動し、連結管６７ｂを通じて温水槽６４内に移動する。放熱体６６の周囲温度が内部の熱媒温度より高いと、熱媒は加熱されて軽くなり、放熱部内に滞留し、対流による温水槽６４との間の熱媒移動は停止する。得られる熱媒温度は、気温に準じるので、最高３０〜４０℃程度である。なお、図１２の右から２〜４個目吸熱パネル６２と温水槽６４は後面側の連結管から前面部を削除して、また、残りの吸熱パネル６２と温水槽６４は前面の連結管を削除して示す。なお、吸熱パネル６２は、太陽光が当ってもよい。
（４） 周囲の空気を冷却源とする冷却手段
第２の具体例には、周囲の空気を冷却源とする冷却手段である吸熱体７０が取付けられている（図９、図１１、図１３）。なお、図１１は該冷却手段を左側から見た図、図１３は、前から見た図である。放熱パネル６８、冷水槽６９、吸熱体７０が、上から順に設置されている。放熱パネル６８は、熱媒当たりの表面積が大きい方が、より周辺空気へ放熱できる（外気温が低下すると、ほぼ同時に内部の熱媒温度も低下する（外気温度＝内部熱媒温度））ので、薄い方がよい（好ましくは厚さ１〜５ｃｍ）。放熱パネル６８と冷水槽６９は、放熱パネル６８の上部と冷水槽６９の上部、放熱パネル６８の下部と冷水槽６９の下部が、それぞれ連結管７１、７３で結ばれている（図１１）。冷水槽６９の全てと連結管７１、７３の放熱パネル６８の下面の高さまで、外面は断熱されている。冷水槽６９の下部と吸熱体７０は、二本の連結管８１ａ、８１ｂ（図１３）で結ばれ、吸熱体７０は、上下方向に螺旋状に傾斜がつけられている。連結管８１ａ、８１ｂは、断熱されている。
夜、気温の低下と共に、放熱パネル６８内部の熱媒温度が低下する。放熱パネル６８内の熱媒温度が冷水槽６９の熱媒温度よりも低くなると、放熱パネル６８の下部から、連結管７３を通じて、冷水槽６９へ熱媒が移動する（熱媒の流れを図１１中に矢印で示す）。冷水槽６９の温度の高い熱媒は、連結管７１を通じて、放熱パネル６８の上部に移動する。気温は一般に、夜明け前に最低温度に達した後、徐々に上昇する。すると、放熱パネル６８内の熱媒温度も上昇し、冷水槽６９内の熱媒温度よりも高くなる。そうすると、放熱パネル６８内の熱媒の密度が、冷水槽６９内の熱媒の密度よりも小さくなるので、対流による熱媒の移動は停止する。第２の具体例では、冷水槽６９から出た二本の連結管７１、７３の断熱層の高さを揃えることにより、冷水槽６９内温度が放熱パネル６８内温度より低いと、温度の低い、重い熱媒は、放熱パネル６８より低い位置で安定するようになっている。このように、密度差のみを利用して熱媒の移動を制御してもよいし、逆流防止弁を設けてもよい。同様に、吸熱体７０の周囲温度が内部の熱媒温度より高いと、熱媒は加熱され（再生用空気を冷却）、密度が小さくなり、吸熱体７０の傾斜に従って、上方に移動し、連結管８１ａを通じて冷水槽６９内に移動する。吸熱体７０の周囲温度が内部の熱媒温度より低いと、熱媒は冷却されて重くなり、吸熱体７０及び連結管８１ａ、８１ｂ内に滞留し、対流による冷水槽６９との間の熱媒移動は停止する。得られる熱媒温度は、気温に準じるので、最低０〜１０℃程度である。放熱パネル６８は日陰に配置される。
なお、吸熱パネルと放熱パネルを一体化し、吸放熱パネルとすることも可能である。この場合、各部材の配置は上から順に、放熱体、温水槽、吸放熱パネル、冷水槽、吸熱体、となる。また、再生用空気の冷却に放射冷却を利用してもよい。この場合、放射冷却用パネル（スカイラジエータ）、冷水槽、連結管、吸熱部、断熱材等が必要になる。各部材の配置は、周囲空気を熱源とする冷却手段において、放熱パネルが放射冷却用パネルに置き換わったものと同様である（ただし、放射冷却用パネルは、放射冷却面がほぼ上（例えば北半球であれば北の空に向かい水平角１０°）を向いていることが好ましい）。
（５） 熱回収用熱交換器
上記の通り、第２の具体例は、再生用通路１６内に熱回収用熱交換器５４を具備する。図８及び図９に示されるように、熱回収用熱交換器５４は、吸湿ロータ側の端部に端板５５を具備し、この端板５５の周縁に沿って複数の第１の通路５３が配置されている。第１の通路５３は、再生用通路の方向と平行に配置されている。
吸湿材領域１０ｄを通過した再生用空気は、第１の通路５３を通過する。一方、結露後の再生用空気は、熱回収用熱交換器５４の第２の通路（第１の通路５３同士の間の間隙）を通過する。端板５５は空気を通さないので、第２の通路を通った再生用空気は必然的に再生用通路の周縁部に追いやられ（図９の矢印で示す）、吸湿材外縁通路７２を通過し、再生用通路１６の加熱セクション１６ｃの同心二重管の外側の管内に入る（図９の矢印）。
（６） 再生用空気が再生用通路内を循環する原理
図１９に第２の具体例の再生用通路１６を模式的にして示す。冷却用熱交換器５６と吸熱体７０を含む通路を本体後面に展開し、吸湿ロータ１０は二点鎖線で示す。放熱体６６と下部熱供給体６０を囲包する円筒形の湾曲した通路（断面が同心円状の二重管の内側の管）を「内側湾曲通路」、熱回収用熱交換器５４の出口５３ａ（吸湿ロータ１０から遠い側で第１の通路５３出口）から上方に向かいＵ字に曲がり下方に若干向かった冷却用熱交換器５６入口までの通路を「上昇通路」、冷却用熱交換器５６入口から下方に向かい再生用通路最下部１６ｆに達した後、通路の直径程度上方に向かった熱回収用熱交換器５４入口５１（端板５５の他端で第２の通路入口）までの通路を「下降通路」、熱回収用熱交換器５４の入口５１から水平に前面側に向かった、内側湾曲通路入口１６ｇ（内側湾曲通路最下端）までの通路を「熱回収通路」、とそれぞれ便宜的に呼ぶ。内側湾曲通路から熱回収用熱交換器出口５３ａ間は水平であり、最下部は内側湾曲通路最下端１６ｇである。この通路内の空気温度は再生用空気中最も高いが、最下部は内側湾曲通路最下端１６ｇであるため上昇通路側にしか再生用空気は移動できない。熱回収通路はほぼ水平であり、吸湿ロータ出口空気や内側湾曲通路から熱回収するために下降通路より高温であるが、この暖かい空気は下降通路側が通路の直径以上に下方に曲がっている（再生用通路最下部１６ｆ）ため内側湾曲通路側にしか移動できない。内側湾曲通路最下端１６ｇと熱回収用熱交換器出口５３ａ間の体積と熱回収通路の体積はほぼ同じに設計され（通過風速を一定にするため）、前者の空気温度が高い（前者の上昇力が強い）ので、前者と後者をあわせた水平の再生用通路部分では、少なくとも前者の空気が流れる方向、すなわち、上昇通路の方に再生用空気が流れるようになっている。上昇通路と下降通路では、第１の具体例において上述したとおり、上昇通路側から下降通路側に再生用空気は流れる。従って、再生用空気は、内側湾曲通路、熱回収用熱交換器の第１の通路、上昇通路、下降通路、熱回収通路の順に再生用通路を循環して流れる。
なお、吸湿ロータ１０後面から冷却用熱交換器５６に至るまでの再生用通路の外面は、断熱されていることが好ましい。また、下部熱供給体６０、放熱体６６からの熱で吸湿材を通過しなかった熱、つまり、断面が同心円状の二重管の壁から再生用通路外へ出た熱により、空気は暖められ上方に向かうので、上部熱供給体８４の熱量を軽減することができる。また、装置周辺空気は冷却用熱交換器５６通過により暖められるので上方に向かう。つまり、上部熱供給体８４で加熱される前の予熱器としての役割も冷却用熱交換器５６は果たしている。

Claims (21)

1. 回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる少なくとも１つの領域を含む吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記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と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する装置を用い、前記吸湿ロータの再生領域に供給される前記再生用空気を太陽光で直接及び／又は間接的に加熱し、それによって前記再生用通路に前記再生用空気を循環させると共に前記吸湿ロータの再生を行い、吸湿ロータを再生した後の再生用空気を冷却して結露水を生ぜしめ、該結露水を前記ドレイン孔から回収し、かつ、前記吸湿ロータを回転させることにより再生領域となる吸湿ロータ上の部位を変化させることを含む、空気から水を取り出す方法。
2. 回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる少なくとも１つの領域を含む吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータを再生するための空気を循環させる再生用通路と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する、請求項１記載の方法を行うための装置。
3. 再生用空気の加熱を行うための加熱器をさらに具備し、該加熱器は、太陽光を受ける受光面を有する蓄熱部と、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒と、該熱媒の熱を前記再生用空気に供給する熱供給部とを少なくとも具備し、前記熱媒は、前記蓄熱部において太陽光により加熱され、前記熱供給部において前記再生用空気に熱を供給することにより冷却され、前記蓄熱部と熱供給部とを循環し、該加熱器により加熱された再生用空気が前記再生領域を通過して再生領域の再生を行なう、請求項２記載の装置。
4. 前記蓄熱部と前記熱供給部とは、２本の管で接続され、前記熱媒は、該２本の管と、前記蓄熱部と、前記熱供給部とにより構成される回路を循環する請求項３記載の装置。
5. 前記吸湿ロータを枢支する回転軸は、鉛直方向以外の方向に配置され、前記吸湿ロータは、前記再生領域と、再生領域以外の領域との重量差により自発的に回転する請求項３又は４記載の装置。
6. 前記吸湿ロータの前記再生領域以外の一部又は全部である吸湿領域の吸湿用空気が供給される吸湿用空気供給面に一端が開口し吸湿用空気を供給する吸湿用空気供給通路と、吸湿領域を通過した後の吸湿された空気が排出される吸湿用空気排出面に一端が開口し吸湿領域を通過した後の吸湿された空気を排出する吸湿用空気排出通路とをさらに具備する請求項３ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記吸湿用空気の加熱を行うための加熱器をさらに具備し、該加熱器は、太陽光を受ける受光面を有する蓄熱部と、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒と、該熱媒の熱を前記吸湿用空気に供給する熱供給部とを少なくとも具備し、前記熱媒は、前記蓄熱部において太陽光により加熱され、前記熱供給部において前記吸湿用空気に熱を供給することにより冷却され、前記蓄熱部と熱供給部とを循環する、請求項６記載の装置。
8. 前記蓄熱部と前記熱供給部とは、２本の管で接続され、前記熱媒は、該２本の管と、前記蓄熱部と、前記熱供給部とにより構成される回路を循環する請求項７記載の装置。
9. 前記再生用空気と、前記吸湿用空気又は該吸湿用空気以外の周囲空気との熱交換を行う熱交換器をさらに具備する請求項３ないし８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記結露水を、前記ドレイン孔に空気を流通させることなく回収する手段をさらに具備する請求項３ないし９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記吸湿ロータは、空気がその厚さ方向に流通することができる吸湿材からその全体が形成されている請求項２ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記吸湿ロータは、空気がその厚さ方向に流通することができる複数の吸湿材領域を含む請求項２ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記複数の吸湿材領域は、形状及び寸法がそれぞれ同じであり、吸湿ロータの回転軸を中心とする円周上に等間隔で配置されており、前記複数の吸湿材領域の１つの両面が前記再生用通路に気密に接続される請求項１２記載の装置。
14. 前記吸湿材領域の各面に接続される再生用通路の各端部に、可撓性部材を介してシール手段が接続され、該シール手段と前記吸湿材領域とが直接的又は間接的に気密に接続され、該シール手段は、前記吸湿ロータの回転力を用いたカム機構により吸湿材領域の表面に直行する方向に移動可能である請求項１３記載の装置。
15. 前記吸湿ロータの回転軸を中心とする、円筒状の内側カム壁と、前記吸湿ロータの外縁又はその近傍に設けられ、前記吸湿ロータの回転軸を中心とする、円筒状の外側カム壁とが前記吸湿ロータ上に設けられ、前記シール手段に設けられた２本のピンがそれぞれ前記内側カム壁内及び外側カム壁内にそれぞれ設けられたカム溝内を摺動する請求項１４記載の装置。
16. 前記吸湿ロータの回転軸を中心とする、円筒状の内側カム壁と、前記吸湿ロータの外縁又はその近傍に設けられ、前記吸湿ロータの回転軸を中心とする、円筒状の外側カム壁とが前記吸湿ロータ上に設けられ、前記シール手段にはフランジが設けられ、該フランジに設けられた４本のピンが２本ずつ前記内側カム壁内及び外側カム壁内にそれぞれ設けられたカム溝内を摺動する請求項１４記載の装置。
17. 前記再生用通路内に、吸湿ロータを通過した直後の再生用空気と、結露後の再生用空気との熱交換を行なう熱回収用熱交換器をさらに具備する請求項２ないし１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記再生用通路内に、周囲空気を熱源とする加熱手段をさらに具備し、該加熱手段により加熱された再生用空気が前記再生領域を通過して再生領域の再生を行なう請求項２ないし１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 前記加熱手段は、吸熱パネルと、該吸熱パネルよりも上に配置され、該吸熱パネルと連通する温水槽と、該温水槽よりも上に配置され、該温水槽と連通する放熱体とを具備し、前記吸熱パネル、温水槽及び放熱体には、熱媒体が循環し得る、請求項１８記載の装置。
20. 前記再生用通路内に、周囲空気を冷却源とする冷却手段をさらに具備し、該冷却手段により再生用空気が冷却されて結露が促進される請求項２ないし１９のいずれか１項に記載の装置。
21. 前記冷却手段は、放熱パネルと、該放熱パネルよりも下に配置され、該放熱パネルと連通する冷水槽と、該冷水槽よりも下に配置され、該冷水槽と連通する吸熱体とを具備し、前記放熱パネル、冷水槽及び吸熱体には、熱媒体が循環し得る、請求項２０記載の装置。

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