JPWO2006028287A1 - 大気から水を抽出する掻集機能を有する水抽出方法及び水抽出装置 - Google Patents

Abstract

親水性皮膜を施して濡れ性をよくした熱伝導性のよい板を冷却することにより、この熱伝導板面上に大気の湿気を凝集させて付着水を生成する。付着水が増量過程にあって飽和する前の状態並びに水の物性の働きで再気化しにくい薄い水膜の状態で熱伝導板面上の付着水を掻き集める掻集機能を備えこれを作動させることによって、大気中の湿気から大量に水を収集する。

Description

本発明は、本発明は大気から水を抽出する掻集機能を有する水抽出方法及び水抽出装置に関し、特に大気中の湿気から大量の水を効率よく抽出する掻集機能を有する水抽出方法及び及び水抽出装置に関する。

昨今の地球環境では温暖化、砂漠化、雨水不足あるいは雪不足からくる地下水や河川の水量減少、熱波、局地的な大洪水など、様々な異常気象が出始めている。さらに生態系に影響が出始めている。ＥＵ環境庁はスイスのアノレプスの大氷河が２０５０年には７５％が消滅すると発表している。
日本では過去１００年間で平均気温が１℃上昇しており、ヒートアイランド現象が起きやすい都市部では約３℃も上昇し、熱中症患者などが多く出ている。建物屋上の緑化や打ち水などでこの問題を改善することは可能であるが、それらに必要な水資源を確保するには、従来の方法では多くのコストを要するばかりでなく、水資源そのものを大量消費するため問題がある。

本発明は従来の水資源を利用せず、大気中の湿気から水を得るための手段（方法、装置）を提供するものである。
本発明が解決しようとする課題は、大気中の湿気から大量の水を抽出し得ることである。また使用する上で、自然環境への影響がなく、水を得るための事前工事を不要とし、いつでもどこでも誰でも、容易に水を得ることのできる手段（方法、装置）を提供するものである。
大気から水を抽出するための原理としては、物質を冷やすことによって物質の表面に大気中の湿気が凝集して水滴が発生する自然現象がある。この現象を効果的に応用して、大気中の湿気から大量の水を得るための手段（方法、装置）を提供することが本発明の目的である。
本発明の主な構成要素は８つである。この８つの構成要素を構成要素毎に具体的に説明する。
第１の要素は、大気から水を抽出するための基材である。この基材として、熱伝導性並びに耐腐食性のよい材料を選択する。アルミニウム、鋼系の合金またはステンレスの板などがよい。以後この板を「熱伝導板」と呼ぶ。
第２の要素は、熱伝導板の表面はできるたけ微細な凹凸を有する粗面として実質の表面積を大きくし、更に親水性の被膜に改質して濡れ性をよくする。
第３の要素は、熱伝導板の裏面には断熱処理を施し、冷気の放散による損失を低減する。
第４の要素は、熱伝導板の形態は小型で大表面積の形態とし、例えば楕円形の管状とする。熱伝導板を管状に形成したものを、以後「水生成装置」と呼ぶ。
第５の要素は、水生成装置を冷却するための冷却装置である。この冷却装置はできるだけ水生成装置に近接して設置する。冷気の伝搬性をよくし、損失を低減する。
第６の要素について説明をする。乾燥地域などでは、前記水生成装置の表面に水が凝集してもすぐに再気化してしまい、大量の水を得ることが難しい。再気化する前に濡れ水を収集する必要がある。冷却した親水性の被膜面に付着した水の厚さが増えると水の持つ断熱性によって水の層の成長が阻害されてしまう。また、水の物性である表面張力や粘着性などによって水膜面が平面になることにより実質の表面積が減る。これらの現象によって水の厚さが一定以上になると、大気中の湿気を凝集して水にする効果が減少する。
従って水が付着した面を早めのタイミングでブラシなどの摺動子を用いて掻き払って水を収集することが肝要である。この掻き払う手段は本発明の要であり、これを行う装置を「水掻集装置」と呼び、本発明の水抽出装置は、この水掻集装置を装備している。一方、水が付着した面を長時間放置しておくと、汚れたりカビが発生したりバクテリアが繁殖したりするので、早めに掻き落とす必要もある。また水掻集装置は水が触れる箇所すべてに抗菌処理をしておくことが望ましい。
第７の要素は、大気からの抽出水量は大気の湿度と温度および前記熱伝導板の冷却温度に深く係わる。湿度・温度センサによって大気の湿度と温度の状態を常に計測し、与えられた環境条件下で大量の水を得るための最適条件を自動的に計算して他の装置を制御するための制御装置を備えることが必要である。この制御装置の指令によって、前記水掻集装置及び前記冷却装置などが作動するように構成する。
第８の要素について説明をする。前記各装置の動力源は主として自然エネルギーを利用した発電装置を供給源とし、商用電源のない場所でも稼動可能とする。自然エネルギーとしては、太陽光、風力、波力、地熱、バイオなどであり、主にＤＣ電力である。一方、建物屋上や雨天・夜間などの運転も考慮し商用ＡＣ電源を使用可能とする。従って前記制御装置はＡＣ／ＤＣの変換機能を持つ。また自然エネルギーの不安定な供給を考え、前記制御装置は蓄電装置を備える。
大気から水を抽出する装置を構成する主な構成要素（手段）は前述の通りであり、まとめると水生成装置、冷却装置、水掻集装置、制御装置、自然エネルギーによる発電装置、蓄電装置、湿度・温度センサなどであり、これらの構成要素（装置）を組み込むための筐体が加わる。
本発明となる装置が消費する原料について説明する。主な原料は大気と自然エネルギーである。原料となる大気中の湿気は消費されても、地球表面の約７０％を占める海が確実に湿気を補うため、全地球における大気の相対湿度は一定のままであり、地球環境に影響を与えることはない。また、主なエネルギー源は太陽光や風力などを利用するため、環境によいことは言うまでもない。
親水性被膜を施して濡れ性をよくした熱伝導性および耐腐食性のよい板を冷却することによって、大気中の湿気を前記板面上に凝集させて効率よく付着水を生成し、さらに付着水の増量過程並びに再気化しにくい薄い水膜の状態で付着水を掻き払うことによって、大気中の湿気から効率よく大量に水を抽出する装置を提供する。
また、前記の冷却された板に生成した付着水が再気化する際の気化熱並びに冷却された板の相乗効果を活用して建物の外壁に前記の親水性被膜を施した板を布設することによって建物全体の新しい冷房装置を提供する。
本発明となる水抽出装置は据え付けるだけで必要な水量を得ることのできる手段である。既存品の自然エネルギーによる発電装置を別とすれば、布設工事や電力工事などのインフラ整備はほとんど必要としないため、導入コストが安価である。

図１は、本発明の一実施例である大気から水を抽出する装置の概観図である。
図２は、本発明の一実施例である大気から水を抽出する装置の縦断面図である。
図３は、本発明の一実施例である大気から水を抽出する装置の横断面図である。
図４は、本発明の一実施例である大気から水を抽出する装置の一要素である水生成装置の概観図である。
図５は、本発明の一実施例である大気から水を抽出する装置の一要素である水生成装置の下端部断面図である。
図６は、本発明の一実施例である大気から水を抽出する装置の一要素である制御箱の概観図である。
図７は、本発明の一実施例である大気から水を抽出する装置の機能ブロック図である。

以下、本発明の一実施例である大気から水を抽出する装置（以後「水抽出装置」と呼ぶ）の形態について説明する。
図１は、大気から水を抽出する装置の概観図、図２は当該水抽出装置の縦断面図、図３は当該水抽出装置の横断面図、図４は水生成装置の概観図、図５は水生成装置下端部の断面図、図６は制御装置の概観図、図７は当該水抽出装置の機能ブロック図である。
水抽出装置Ａの主な構成品は、筐体１０、水生成装置３０、水掻集装置６０、冷却装置８０、制御箱９０、制御装置１００、蓄電装置１２０などである。図７記載の入力電源系についての商用ＡＣ電源１３０、太陽光発電装置１４０、風力発電装置１５０並びに冷凍装置８１および蓄電装置１２０などは市販品でまかなえるものでありその詳細説明を割愛する。
水生成装置３０について図４を参照して説明する。水生成装置３０の構成および形態は、熱伝導板３１を中心に内壁は親水性被膜を施した親水性被膜面３２とし、外壁は断熱層３３を密接固着した３層構造で、両端に開放部３４を有する楕円状の管状構造である。
水生成装置３０の下部は、図４および図５に示すように流出口３５を形成し、流路３６を設ける。流出口３５には複数の貫通孔３７を設け、貫通孔３７と同数のスペーサ３８、ネジ３９９およびナット４０によって形成する。水生成装置３０の上面には、冷気供給のための冷気受口４１を設けておく。冷気受口４１は後述の冷凍装置８１の冷気を供給するための冷気端子８５を温度接続する箇所である。
また水生成装置３０の冷却温度を測定するため、図５で示すように温度センサ取付部４２に温度センサ４３を密着して取り付ける。温度センサ４３のコード付きプラグ４４は、制御箱９０の側面に設けた温度センサ用コンセント１１２に差し込む。
本実施例の水生成装置３０の概略仕様について説明する。熱伝導板３１はアルミニウム板、親水性被膜面３２は光触媒効果のある酸化チタンを蒸着し、断熱層３３は樹脂板を溶着している。酸化チタン被膜と無処理での濡れ性比較は、前者が約１．６倍以上良好である。水生成装置３０の概略寸法は、幅０．６メートル、長さ３．０メートル、高さ１．５メートルであり、内側表面積は約１１．５平方メートルである。
次に水抽出装置Ａの組み込み架台となる筐体１０の構成について説明する。筐体１０はステンレス板の屋根板１１、屋根板１１の両端を巻加工したカール部１２、カール部１２に嵌合した４本のパイプ足１３、パイプ足１３を下端で支持する据付台１４、パイプ足１３と据付台１４を狭持固定する締付具１５および１６、据付台１４には据え付ける地面に固定するための複数のアンカー用穴１７を設ける。
本実施例での外形寸法は、幅約０．９メートル、長さ約３．５メートル、高さ約２．９メートルであり、細長い腰高の形態である。水生成装置３０の下方には様々な使い方に対応できるようにするため、約９０センチメートル以上の空間を設ける。
水生成装置３０と筐体１０との関係について説明する。水生成装置３０は、筐体１０の屋根板１１に複数のネジ４０によって吊り下げ状態で固定する。また水生成装置３０の開放部３４は、２枚の側板２０と複数のネジ２１を水生成装置３０の断熱層３３に開けたネジ穴５４によって締結する。側板２０の下端は、図１および図３に示すように外側に曲げて、後述の制御箱９０の置台２２とする。置台２２の補強として台座２３を、ネジ２４を用いてパイプ足１３に固定する。
側板２０について説明する。前述のように２枚の側板２０の中央には大きく開いた開口２５にネット２６を複数ネジ２７によって取り付ける。大きな開口の目的は、大気の流通をよくするためであり、除湿された軽い空気は開口２５の上方から排出され、湿気のある重い空気は下方から進入するようにしている。本実施例では開口２５の面積はネット２６の分を差し引くと約１１００平方センチメートルであり、時速６キロメートルの空気が開口２５から出入りする。なお側板２０の上面には、許容可能な範囲で複数の排気口を設けておくことが望ましい。
冷却装置８０について説明する。冷却装置８０は水生成装置３０を冷やすために用いられ、冷却温度が高ければ抽出水を増量できる重要な装置である。冷却装置８０は冷凍装置８１、冷却箱８２、蓋８３、クランプ８４などで構成される。冷却装置８０の据付場所は、筐体１０の屋根板１１に置載し、複数のネジ４９によって水生成装置３０とともに共締めする、冷凍装置８１が発生した冷気を水生成装置３０に伝達する方法は、冷気端子８５を水生成装置３０の冷気受口４１に密着させて行っている。
冷凍装置８１は既存の冷蔵庫用の安価な冷凍サイクル装置でよいため、詳細説明は割愛する。熱交換による放熱があるため、冷却箱８２の側面には雨水の浸入を防ぐようにした放熱口８６を設ける。冷凍装置８１への電力供給は、口出しブッシュ８７を通したコードプラグ８８を制御箱９０の側面に設けた冷凍装置用コンセント１１０に挿入して賄う。水抽出装置Ａの実施例での冷却温度は２０℃であり、冷凍装置８１の消費電力は約１．２ｋＷである。
冷却装置８１を含む装置全体を運転するための動力は１．５ｋＷであり、これを太陽光発電装置１４０のみから得るには、現在市販されている太陽電池モジュールの場合１枚当り１５０Ｗであるため、１０枚ほど必要となる。昼夜運転のためにはモジュール枚数を２０枚とし、３ｋＷ位の電気容量の発電システムを備える。
１日当りの抽出水量は、大気の相対湿度によって異なり、相対湿度７５％では約２４０リットル、６０％では約１９０リットル、３０％では約１００リットルである。より大量の水を得るには、熱伝導板３１の面積を大きくし、冷却温度の幅を大きくするなどを実施すればよい。
水掻集装置６０の機能について図２および図３を参照して以下説明する。水掻集装置６０は、大量の水を得るために最も重要な装置である。親水性被膜面３２の水が増量成長するまでの時間は、高湿度下でも約６０分以下であり、これ以上の時間を待っても増量せずに付着しているだけとなって、大量の水を得ることができない。
水掻集装置６０は、親水性被膜面３２における付着水の厚さの成長が鈍化する前に掻き払って急成長中の時間帯を効果的に利用する手段である。本実施例では、付着水の水厚は約０．２ミリ前後で、水の表面張力や粘着力の作用で気化しにくい状態で水掻集装置６０を作動させる。
水掻集装置６０の構成について説明する。主な構成部品を外側から説明すると、摺動子となる１個のブラシ６５、２個のベルト６３、一対の回転筒６１、６２および１個のモータ６７などである。以下詳細に説明する。
始めに上方の駆動側の回転筒６１から説明する。モータ減速用ギア部６８を備えたモータ６７には、カップリング６９、回転軸７１、回転筒６１が締め具７０によって連結される。回転軸７１には軸受７３を嵌合し、軸受７３は側板２０に溶接したハウジング７４に嵌着する。回転軸７１と回転筒６１は２個のメタル７５が支えて、モータ６７の動力を回転筒６１に伝達する。モータ６７の運転は、口出しブッシュ７６を通したコード付きプラグ７７を制御箱９０の側面に設けたモータ用コンセント１０９に差し込む。
回転筒６１の作動は、速さを必要としないが回転トルクは必要なため、モータ６７には減速用のギア部６８を備える。下方の回転筒６２は、上方の回転筒６１と同一であり、軸受７３、ハウジング７４、メタル７５なども同一であるが、回転軸７２は回転軸７１と比べ長さが長い。モータ６７およびギア部６８は既存の市販品を利用するので、その詳細説明は割愛する。
回転筒６１および６２の連結並びにブラシ６５などの摺動子について説明する。２本のベルト６３によって上下に備えた一対の回転筒６１、６２が連結され回転する。ベルト６３は回転筒６１、６２に設けた凹溝のベルト掛部６４に掛けられる。モータ６７の回転動力は、回転筒６１および６２に伝達され、同速度で回転する。ブラシ台６６がベルト６３に固着され、ブラシ台６６にはブラシ６５を脱着できるように取り付ける。ブラシ６５の取付位置は、図２および図３に示すように中央の最上位置である。
ブラシ６５の動作について以下説明する。中央最上部に位置するブラシ６５は、作動指令がくると水生成装置３０の内壁を時計回りに摺動し、中央最下位置で一時停止する。一時停止直後、同じ経路を経て元の位置に戻ると同時に続けて反時計回りに摺動して同じ動作をしてから元の位置に戻る。時計回りと反時計回りの動作を１サイクルとする。
モータ６７はインバータ式であり、正逆回転をする。１サィクル動作によって親水性被膜面３２に付着した水をブラシ６５が掻き落とし、流路３６に導く。ブラシ６５を駆動するモータ６７への作動指令は、抽出水量を最大にするためのプログラムを組み込んだ後述の制御装置１００が行う。
ブラシ６５の材質について説明する。ブラシ６５は耐摩耗性、復元性のある極細の混合、繊維の刷毛を用いる。物性は、ブラシ６５自体は濡れない撥水性を有し、バクテリアなどの繁殖を抑える抗菌性を有することが肝要である。実施例としては、前述の特性を持たせて交換や洗浄の手間などを減らしたフィラー入りのナイロン刷毛を使う。本実施例ではブラシ６５としているが、スポンジ状のロールまたはゴム板などでもよい。
制御箱９０の内容について図６を参照して説明する。制御箱９０は制御装置１００と蓄電装置１２０を収納するためのものである。制御箱９０の構成は、格納箱９１、蓋９２、蝶番９３、取手９４、鍵穴９５などで形成される金庫形の箱である。制御箱９０の側面には、使用電力の受電口および供給口を備える。受電口としては、商用ＡＣ電源１３０の受電口であるＡＣコンセント１１４、太陽光発電装置１４０からのＤＣ電源の受電口である太陽光発電用コンセント１１５、風力発電装置１５０からのＤＣ電源の受電口である風力発電用コンセント１１６がある。ＤＣコンセントが２系統ある理由は、据付場所や季即変動を考慮して併用可能とするためである。
続いて供給口としては、モータ６７用のモータ用コンセント１０９、冷凍装置８１用の冷凍装置用コンセント１１０、温度センサ４３用の温度センサ用コンセント１１２、温湿度計１１７用の温湿度計用コンセント１１３がある。上記コンセント群はすべて制御装置１００の支配下にある。
制御装置１００の操作パネル１０１について説明する。水抽出装置ＡのＯＮ−ＯＦＦスイッチは３個ある。１つは電力消費側に対するスイッチで、モータ６７と冷凍装置８１を同時にＯＮ−ＯＦＦする運転スイッチ１０２である。２つ目は自然エネルギーの２つの発電装置であり、発電装置１４０および１５０からの受電をＯＮ−ＯＦＦするＤＣスイッチ１０３である。３つ目は商用のＡＣ電源からの受電をＯＮ―ＯＦＦするＡＣスイッチ１０４である。
制御装置１００の機能について以下説明する。制御装置１００は電気系のすべての装置および機器を集中管理している。各装置への指令制御内容は、各装置、各機器から情報を得て積算と監視を行い、与えられた環境条件下で大気から抽出する水量が最大になるように、各装置の運転を最適状態に維持する。以下、各装置と制御装置１００との関係について説明する。
大気から抽出する水量は、冷凍装置８１による水生成装置６０の冷却温度と大気の湿度および温度に深く係わる。冷却温度は温度センサ４３、気温と湿度は温湿度計１１７からの情報、蓄電装置１２０からの保有電力の情報、並びに水抽出装置Ａが有する固有の定数などから積算し、冷凍装置８１の運転の強弱と水掻集装置６０のサイクルのタイミングを自動で切り替える。
冷凍装置８１の強弱運転は、蓄電装置１２０が現在保有する電力量が予め設定した基準値に対して大きい場合は強運転、基準値付近では弱運転、基準値未満では一時停止し待機状態となる。電力量が回復してくると、強運転に復帰する電力供給源が商用ＡＣ電源を併用している場合は、不足したＤＣ電力をＡＣ電源が補うため、常に強運転を継続し、ＤＣ電力が充足してくると自動的にＡＣ電源を遮断しＤＣ電力を使用する。
水掻集装置６０の運転制御に関して、水の生成現象と考え方について説明する。親水性被膜面３２における濡れ水の厚さの成長速度は、大気の相対湿度によって変わる。一方、一旦凝集した水が再気化しにくい水の厚さは、表面張力や粘着力などの水の物性を利用すると薄い方が効果的であり、大気の相対湿度が３０％では０．０９ミリ、６０％では０．１８ミリ、９０％では０．２７ミリ位が目安である。
水掻集装置６０の運転は、以上の現象から考察し、１サイクル当り約１５分としている。本実施例での１分当りの抽出水量は大気の湿度の高低によって変わるが約６６−２００ｃｃであり、１サイクル当りの抽出水量は約１−３リットルである。なお供給電力が少なめの場合は１サイクル約３０−４５分とした節約運転に自動で切り替える。電力の供給が回復してくると、１サイクル当りの時間は１５分に自動で戻る。
電力の消費側装置と供給側装置に対する制御について説明する。消費側装置には、冷凍装置８１、モータ６７、制御装置１００および蓄電装置１２０、温湿度計１１７、温度センサ４３などがある。供給側装置には、自然エネルギーによる発電装置１４０と１５０があるが、電力供給が様々な要因で不安定になることがあるため、発生した電力を貯える蓄電装置１２０を備えることが肝要である。制御装置１００は、電力の供給量と消費量を常時監視して予測を行い、与えられた環境条件下で各装置が最適運転をするように指令をする。
制御装置１００は与えられた環境条件下で大気からの抽出水量を最大にするため、各装置が最適に作動するよう制御をするが、電力供給源が要となるため、下記の機能を持たせる。蓄電装置１２０の蓄電量が消費量を上回っている場合は正規運転、消費量とほぼ同程度の場合は節約運転または一時停止、消費量を下回っている場合は停止などの措置を行う。一方、商用ＡＣ電源１３０および自然エネルギー発電装置１４０と１５０によるＤＣ電力を共用している場合は、常時正規運転を継続し、蓄電量が回復した時点でＤＣ電力に自動で切り替える。なお制御装置１００は、ＡＣ／ＤＣの変換機能を持つ。
水抽出装置Ａの運転状態を目視で判別するため、制御箱９０の操作パネル１０１には４色の表示灯を備える。また表示灯を目視できるようにするため、制御箱９０の蓋９２にはガラス窓９６を設ける。
一つは青色灯１０５であり、青色灯１０５だけの点灯はＤＣ電力を使って正規運転している状態を示す。ＤＣ電力の供給が少なくなると節約運転に切り替わり、青色灯１０５が点滅して節約運転中であることを示す。また初回運転時などＤＣ電力が不足している状態でも同様に青色灯１０５が点滅する。電力量が回復してくると正規運転に切り替わり、点滅から点灯に戻り正規運転中であることを示す。正規運転と節約運転の切り替えは自動で行われる。
二つ目の緑色灯１０６の点灯は、商用ＡＣ電源を入力している状態を示す。供給電力がＡＣとＤＣ併用の場合、青色灯１０５と緑色灯１０６両方が点灯する。停電などでＡＣ電力の供給が停止した場合は、緑色灯１０６が点滅し回復すると点灯に戻る。
三つ目の黄色灯１０７の点灯は、一時停止（待機中）を示す。運転に必要なＤＣ電力の供給が不足していると点灯し、回復してくると消灯する。前述の節約運転で青色灯１０５が点滅した状態が続き、やがて電力量が不足した状態になると黄色灯１０７が点灯し青色灯１０５が消灯する。青色灯１０５および黄色灯１０７はＤＣ電力専用の表示灯である。
四つ目の赤色灯１０８の点灯は、何らかの異常が発生したことを示す。赤色灯１０８、青色灯１０５、緑色灯１０６が同時に点灯している場合は、あらかじめプログラムされた制御装置１００の指令通りに運転していないことを示している。この場合は点検修理をすることを促すための表示である。また供給電力は充分なのに各装置のプラグが正しくコンセントに差し込まれていない場合は赤色灯１０８が点滅する。赤色灯１０８の点滅は正しい準備作業をするため、使用者に注意喚起するものである。
抽出した水の流路および一時的貯水について説明する。水生成装置３０で生成した水は、水掻集装置６０によって流出口３５に至り、流路３６下方に排出される。排出された水は桶管４５に流入して一時的に貯水される。桶管４５は図２で示すように水生成装置３０の流出口３５に設けたネジ３９、ナット４０によって共締めする。本実施例での桶管４５の形態は、水生成装置３０と同じ長さで格納容量約６０リットルの管で構成している。長さ３．０メートル、内径１６センチメートルでる。また流路３６の幅は、水が再気化しないように狭くしておく。本実施例の流路３６の幅は２−３ミリ程度になるように、スヘーサ３８の長さで調整する。
桶管４５に一時的に貯えられた水は、桶管４５に備えた蛇口４７からバルブ４６を緩めることによって吐出口４８から排出される。蛇口４７を複数備えることで利便性も向上する。本実施例では図１、図２、図３に示すように蛇口４７の下に水槽５０を設置している。水槽５０には水槽蓋５１を載せ、水槽蓋５１には蓋穴５２を設けておく。蓋穴５２が蛇口４７の下になるようにしてからバルブ４６を緩めて貯水５３を得ている。
実際の使い方としては、建物屋上の緑地の散水を例に説明する。この散水方法は無人自動散水が望ましいので、一散水時刻の設定と水圧を必要とするため、電磁弁式のバルブ、時刻設定用タイマ、ポンプおよび先端を閉じて多数の微細孔を設けたホースまたはハイプなどを用い各々を組み合わせて使用する。これらの付帯機器の電力供給用に予備コンセント１１１を備えておく。必要とする散水時刻をタイマにて設定しておくと、その時刻に電磁弁が開きポンプが作動し、前述のホースの微細孔から噴霧状に散水される。上記以外の使用例として、乾燥地帯のほかに船舶や山小屋などが数多くあるが、桶管４５以降の配管方法は用途に応じ工夫をして使用する。
大気から抽出された水は純水に近いため、そのままでは美味な飲料水ではない。カルシウムなどの鉱物イオンを含ませることによって美味な飲料水にすることが可能である。桶管４５の管内には、カルシウムなどが溶出するばかりでなく、雑菌の繁殖を抑制する食品用の鉱石系物質を投入する。桶管４５の内壁には抗菌処理を施しておく。食品用鉱石の例としては麦飯石などがあり、市販されているものを使用する。
水抽出装置Ａの設置場所は屋外を主体とするが、湿度の高い屋内や地下室で使用すると大型除湿機としても機能する。この場合、電力源となる自然エネルギー発電装置１４０、１５０などの設置場所は屋外になることは言うまでもないが、商用ＡＣ電源１３０を使う方が望ましい。
水抽出装置Ａの運転動作について説明する。説明の便宜上、設置場所と大気の環境条件は、商用ＡＣ電源を有する建物の屋上とし、主たる発電装置は太陽光発電装置１４０を利用、気温は常温で日本の平均相対湿度６０％とし、使用目的は建物屋上の緑化植物の水やりを例として以下の通り説明する。
運転準備は、モータ６７のプラグ７７をモータ用コンセント１０９に差し込み、冷凍装置８１のプラグ８８を冷凍装置用コンセント１１０に差し込む。続いて温度センサ４３のプラグ４４を温度センサ用コンセント１１２に、温湿度計１１７のプラグ１１８を湿温度計用コンセント１１３に差し込む。次に太陽光発電装置１４０が備えたＤＣ供給プフグを太陽光発電用コンセント１１５に差し込み、建物屋上のＡＣ電源１３０とＡＣコンセント１１４を別途延長コードで接続すると運転前の準備は完了である。
運転の操作について説明する。制御箱９０の蓋９２の鍵穴９５に鍵を入れて開錠し、取手９４を引くと図６に示すように操作パネル１０１が現われる。蝶番９３によって格納箱９１に蓋９２が接合されている。操作パネル１０１の上面に備えた、運転スイッチ１０２、ＤＣスイッチ１０３、ＡＣスイッチ１０４の３つのスイッチをＯＮにすると青色灯１０５が点滅または点灯、緑色灯１０６が点灯し運転を開始する。
まもなく親水性被膜面３２が濡れ始め、１５分経過すると水掻集装置６０の最初の１サイクルが作動し、大気から初めての抽出水が桶管４５内に送られ貯えられる。開始時及び蓄電容量が基準値以下の時のみ商用ＡＣ電力を利用するが、発電装置１４０からのＤＣ電力が蓄電装置１２０に基準値以上に貯えられてくると、使用する電力はＤＣ電力に自動で切り替わり、これを繰り返す。
水抽出装置Ａを長期間運転していると、ブヲシ６５が減耗し、抽出水量が減少し、赤色灯１０８が点灯する。この現象はブラシ６５の摩耗によってモータ６７の回転トルクが減少したことを制御装置１００が判断し使用者に対して注意喚起する。この場合は、ブラシ６５の交換またはブラシ高さの調整をする。交換頻度は２年毎を目安としている。
一方、水を消費しないまま放置しておくと、赤色ランプ１０８が点灯して自動的に運転が停止する。この状態は水生成装置３０の中まで水が溜まってきたため、ブラシ６５の動作に大きな低抗が加わり、モータ６７の回転トルクが規定値以上に増加したことを制御装置１００が感知して運転停止の指令を出し、赤色ランプ１０８を点滅させる。水の需要がなければ水の抽出を停止させる機能である。なお、開口２５から溢れるまで到達した水量は約８５０リットルで、約３−８日分である。
水抽出装置Ａが賄うことのできる建物屋上の緑化面積について説明する。例えば芝生が必要とする供給水量を１日１平方メートル当り０．５リットルとし、大気の平均相対湿度を６０％とすると、抽出水量は１日当り約１９０リットルとなり、３８０平方メートルまで対応可能である。また都市部などで水抽出装置Ａを多数設置し屋上の緑化が進むと、美化はもちろん、平均気温を下げる効果が期待できる。
水は気化する際、容積が６００倍くらいに膨張するため周囲から熱を奪う作用があり冷房に応用できる。具体的には、親水性被膜面３２を施した熱伝導板３１を用いて建物を外から覆い、冷凍装置８１を屋上に備えれば、抽出した水の再気化と冷やされた熱伝導板３１の相乗効果により建物全体の新しい冷房手段を提案できる。冷房による電力使用量を大幅に削減できるばかりでなく、地域の気温上昇を抑制する効果がある。熱伝導板３１を建物外壁のタイルの代わりに使用し材質は建材に多く用いられているアルミニウムやステンレスでよいので経済的である。
用途の拡大としての変形例としては、熱伝導板３１の大きさは自由に設定できるので、抽出水量の増減、湿度の高い場所での除湿機、紙や布など湿気を要する工業用加工装置、屋根や道路の融雪などがある。融雪に利用するためには熱伝導板３１と熱伝導棒を用いる。熱源としては例えば地中や井戸に熱伝導棒を差し込んで地下熱を利用することにより、自然エネルギーだけを利用したランニングコストが安価な融雪装置を提供できる。
地下の温度は年間を通して１２−１８℃である。この温度を熱伝導棒で回収し、熱伝導板に送ると雪や氷が解け、熱伝導板の表面が濡れることにより降雪を解かしたり流したりする仕掛けである。熱源としては、室内の湿度や暖房装置による温度を利用してもよい。
水生成装置３０の親水性被膜面３２を酸化チタンの膜面にした場合、紫外線を照射すると、光触媒作用によって付着した汚れを分解除去するばかりでなく、バクテリアの繁確を抑止することができ、飲料水の確保には好都合である。水抽出装置Ａに採用するための具体的な手段は、酸化チタン膜全面に照射可能となる位置に紫外線ランプを設置し、点灯することによって達成できる。

本発明の水抽出方法及び水抽出装置は、建物屋上の緑化装置、建物全体の冷房装置、湿度の高い場所での除湿機、紙や布など湿気を要する工業用加工装置、屋根や道路の融雪装置、及び飲料水生成装置等に適用できる。

Claims (10)

1. 親水性被膜を施して濡れ性をよくした熱伝導性のよい基材を冷却し、大気中の湿気を前記基材上に凝集させて濡れ水を生成し、生成した水を掻集することを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出方法。
2. 大気中の湿気を凝集させて濡れ水を生成する水生成装置、前記水生成装置を冷却する冷却装置、前記水生成装置に付着した水を掻き落とす水掻集装置、自然エネルギーを利用して前記各装置の動力源を形成する発電装置、大気の温度と湿度を計測する温湿度センサ、前記各装置を制御するための制御装置とを備えたことを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出装置。
3. 請求項２の水抽出装置において、前記水生成装置は管状の形態とし、内壁は親水性被膜を施し、外壁は断熱材を施し、下部には流出口を設けたことを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出装置。
4. 請求項２の水抽出装置において、前記水掻集装置は前記水生成装置の空間に設置し、前記水掻集装置は摺動子を有し、前記摺動子は前記水生成装置の内壁に接触しながら摺動し、前記水生装置の前記内壁に付着した水を掻き落とすように構成したことを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出装置。
5. 請求項２の水抽出装置において、
   前記水生成装置の流出口には水を一時的に貯えるための管を備え、前記管の下方には複数の蛇口を備え、前記管の内壁には抗菌処理を施し、前記管の内部には天然鉱石を投入したことを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出装置。
6. 請求項４の水抽出装置において、前記水掻集装置の前記摺動子は、撥水性及び抗菌性を有した軟質材を用い、刷毛またはヘラ状の形態にしたことを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出装置。
7. 請求項２の水抽出装置において、前記発電装置は、太陽、風力などの自然エネルギーを利用した蓄電装置を備えた電力源を主体として構成し、補助電力として商用ＡＣ電源を併用できるように構成したことを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出装置。
8. 請求項２の水抽出装置において、前記制御装置は、大気の温度および湿度、前記水生成装置における冷却温度、並びに前記発電装置および蓄電装置の電力量などの監視機能及び積算機能を備え、空気から抽出する水量が与えられた環境下で最大量になるように前期冷却装置並びに前記水掻集装置の運転などを制御するようにしたことを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出装置。
9. 請求項１の水抽出方法において、親水性被膜を施した前記基材は熱伝導板で構成し、建物外壁に布設し、前記熱伝導板を冷却することによって生成した水が気化する際に周囲の熱を大量に奪う現象を応用した建物全体の冷房装置として利用することを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出方法。
10. 請求項１の水抽出方法において、親水性被膜を施した前記基材は熱伝導板で構成し、前記熱伝導板の良好な濡れ性並びに熱伝導性を活かして地下熱などと併用することによって融雪装置として利用することを特徴とする大気から水を抽出する掻集機能付き水抽出方法。

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