JPH02214502A - 塩水の淡水化方法及び同淡水化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高温多湿空気を冷却及び除湿する方法及びこ
の方法を実施するための装置、より詳しくは、熱帯多湿
気候の環境において乾燥冷気及び蒸留水を得る空調シス
テムにおいて使用される冷却除湿方法及びこの方法を利
用した装置に関する。

（従来の技術） 一般に、高温多湿の環境において生活する人々にとって
、家庭内及び公共の場所において快適に生活するために
空調システムの設置が重要である。又、それ以上に、水
不足問題の解決が死活問題である所もある。そして、今
のところこの水不足問題の唯一の解決方法は、海水の淡
水化にあると思われる。

通常、空調装置は、熱交換装置内において外気を冷却ユ
ニットに接触させることによって作動じている。しかし
、この方法は温暖な環境下においては十分であるものの
、熱帯環境下における大規模な実用化は設備の費用及び
耐久性の点から困難である。更に、この装置では、例え
ば、海水の淡水化に使用される多目的蒸発装置のような
他の種類の装置と併用できない。

従来、このような方法として特にスイス特許公報第５９
６５１１号に開示されたものがある。この方法は、空気
乾燥、特に空調設備における空気乾燥専用に使用される
。即ち、この方法によって空気乾燥した場合、装置から
発生する空気の温度は、装置に取り込まれた空気の温度
よりも高くなる。これは、本発明の装置及び方法が冷却
をその目的としていることとは反対である。

更に、この従来の方法においては、その両回路において
一部の熱交換装置を共用する二機のタービンの使用が可
能であるが、この構成によれば、装置からの排気は更に
高温になり、該明細書中にもはっきりと記載されている
ように、従来型の冷却装置を追加設置する必要がある。

その結果、装置全体のコストが高くなってしまう。

又、この従来の方法又は装置によっては、第１タービン
の前に水分離装置を設けることが不可欠である。又、こ
の明細書中には、「二つのタービンが発生する総エネル
ギー量は、コンプレッサによって吸収されたエネルギー
の量よりも理論的に大きい」と記載されており、これは
熱力学の第２原理と矛盾している。この誤りは、装置の
回転速度が過度に高くなることを防ぐ制御が必要である
ことによっても裏付けられている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の一般的な課題は、特に高温多湿気候の環境に設
置される空調システムにおいて使用される、膨張工程に
おいて水蒸気の液化から発生する熱を機械的エネルギー
に変換することによって乾燥冷気と蒸留水とを同時に得
られる冷却除湿方法及びこの方法利用した装置を提供す
ることにある。

本発明の第１の課題は、特に、高温多湿地域において、
比較的構造が簡単、即ち廉価で家庭における外気の冷房
と除湿とに使用可能な方法及び装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 上記課題を達成するために、本発明に係る高温多湿空気
を冷却及び除湿するための方法は、前記空気を圧縮及び
膨張することによって乾燥空気と復水を得て、かつ、復
水化工程において発生したエネルギーの一部を、前記圧
縮工程において使用されるエネルギーを増大するために
利用することを特徴とする。

（作用及び効果） 即ち、高温多湿空気を、先ず、圧縮及び部分的除湿処理
し、次に、これに本発明において重要な断熱膨張処理を
施す。

尚、本発明は、上記のものと逆の順序の方法、即ち、断
熱膨張処理の後に圧縮及び部分的除湿処理をする方法を
も含むものである。復水はこれら両方の方法によって得
ることができる。この方法によれば、膨張装置内におけ
る復水回収にともなって発生するエネルギーを圧縮工程
に必要なエネルギーにフィードバックして利用すること
が可能である。具体的は、この駆動エネルギーの回収は
、タービン、あるいはより一般的には、モータ・レギエ
レータ内において行われ、これによって、前記フィード
バックエネルギー量に対応する分だけ圧縮工程中に供給
するエネルギーを減らすことができる。

一般に、本発明の方法及び装置によれば、先ず圧縮衣に
膨張することによって、冷気と水とが得られ、逆に、先
ず膨張衣に圧縮することによってエネルギーと水とが得
られる。

更に、本発明は様々な応用が可能である。例えば、第１
に圧縮、第２に冷却及び除湿そして膨張の順序で実施す
れば冷気と純水とが得られ、膨張、水滴分離、乾燥空気
の圧縮の順序で実施すればエネルギーと純水とが得られ
る。

本発明の方法の基本的原理は、次のよく知られた事実に
基づくものである。即ち、空気の飽和点は温度とともに
変化する。言い換えれば、高温空気の水分飽和含有量は
、低温空気のそれよりもはるかに多い。例えば、摂氏９
０度の高温空気は、単位立方メートル当り約４００グラ
ムもの水分を含有することができるのにたいして、摂氏
３５度の空気は約３２グラムの水分しか含有することが
できず、更に空気の温度が摂氏４度まで下がると水分飽
和含有量は単位立方メートル当り約５グラムまで減少す
る。

従って、きわめて多湿で、かつ予め圧縮した空気を、実
質的な断熱状態において膨張すれば、それに伴う減圧に
よって急激な温度低下が発生する（断熱状態を表す等式
：ＰＶ　＝　Ｃｔｅを理想気体を表す等式：ＰＶ＝ＲＴ
と組み合わせる）、そして、それとともに上記理由によ
り空気中の湿度が急激に減少する。

以上の方法を実施することによって、きわめて構造が単
純かつコンパクトな空調設備を提供することができるこ
とが明かであろう。

本発明の方法のもう一つの利点は、前記膨張反応、具体
的には水蒸気液化反応の放熱効果に関するものである。

即ち、１キログラムの水蒸気を液化することによって得
られるエネルギーは７００Ｗｈである。しかるに、もし
、その初期状態において、温度摂氏３５度、飽和率９０
％、即ち、３２ｇ／ｍの空気の温度を摂氏４度に°まで
低下させると、この温度における空気の飽和水分含有量
は単位立方メートル当り５グラムしかないので、この工
程により、理論的産出率１００％であれば単位立方メー
トル当りの空気に対して２７グラムの水、従って、１８
．９Ｗｈのエネルギーが得られることになる。

もちろん、実際においては、完全な断熱状態のもとて膨
張工程を行うことは不可能であるので、産出率が１００
％になることは決してない。

しかし、それでも回収されるエネルギーの量はかなりの
ものになり、このエネルギーを本発明の別の特徴構成に
よって圧縮工程に有効に使用することが可能である。

以上の説明から、本発明の方法によれば、簡単な構成に
よって、低温で比較的乾燥した空気と、蒸留工程を経る
ことによって高い純度の蒸留水とを同時に得ることがで
きることが明かであろう。

更に、この方法を有効に利用して、海水を低温で純度の
高い淡水に変換する大規模な淡水化装置を得ることがで
きる。

（他の課題解決手段、作用及び効果） この目的を達成するために、本発明の更に別の特徴構成
によれば、前記圧縮工程の前に、空気を、特に太陽エネ
ルギーによって予熱し、かつ、この余熱された空気を海
などから得られた塩水を蒸発させることによって得られ
る水蒸気によって飽和させる。

この特徴構成の有利不利は、前記予熱工程の効率の如何
にかかっている。即ち、前述したように、空気を摂氏９
０度の高温にまで加熱することができれば、この高温空
気は常気圧下において単位立方メートル当り約４００グ
ラムもの水分を含有することができる。

本発明は、更に、前記方法を実施するための装置をも提
供するものである。

本発明に係るこの装置の最も重要な構成要件は、高温多
湿空気を圧縮及び膨張によって直接処理するためのター
ボ・コンプレッサ、又はターボ・レギュレータである。

初期の高温多湿空気を圧縮するために、前記ターボ・コ
ンプレッサは電気モータによって駆動される。この電気
モータにたいする電気の供給は電源から得てもよいし、
あるいは、装置をより自動化するために光電池を利用し
てもよい。

又、必ずしも必要とは限らないが、低温を得るには、前
記タービンに供給する前に圧縮空気を冷却するように構
成された熱交換装置が有用である。

本発明の上記構成を有する装置は、きわめて構造が単純
で、熱帯地域において小規模な家庭用又は大規模な公共
用の空調設備として使用可能であることが明かであろう
。

前記空調工程と同時に塩水から純水を得ることが必要な
場合においては、初期空気の温度を人工的に上昇させて
、塩水の蒸発によって発生する空気の水分含有量を増加
させる必要がある。

この課題達成のために、本発明の更に別の特徴構成によ
れば、前記装置は、更に、淡水化すべき塩水を太陽熱に
よって加熱するための温室装置を有する。

本発明の更に別の特徴構成によれば、蒸発を促ｉＩすべ
く、黒色の格子によって、蒸発すべき水の表面を覆う。

初期空気温度を上昇させるための他の手段として、具体
的には濃縮作用に基づく太陽熱温水装置を使用すること
も可能である。

以上、いずれの構成によっても、空気中に含有される水
滴は、必要であれば、水滴分離装置を使用することによ
って回収することが可能である。

この装置のエネルギー消費量は、圧縮工程中における水
分の液化によって発生する熱エネルギーを、膨張工程に
おいて使用されるエネルギーにフィードバックすること
によって大幅に節約される。尚、温度が摂氏９０度以上
の水飽和空気においては、エネルギー的には前記装置は
自足的に作動することが可能である。即ち、前記コンプ
レッサを駆動するための伝動モータは、なんら追加的エ
ネルギーを消費することかなく、初期空気温度が摂氏９
５度以上の場合においては、むしろ、交流発電機として
機能し、電気エネルギーを供給することができる。又、
この場合、前記ターボ・コンプレッサとしては、空気と
水蒸気との混合気を使用するスチーマが使用される。

（実施例） 第１図において、本発明に係る装置は、初期空気を圧縮
するためのターボ・コンプレッサ又はターボ・レギュレ
ータ１を有し、このコンプレッサ又はレギュレータｌは
、初期空気を圧縮するコンプレッサ２と、このコンプレ
ッサ２からの圧縮空気を膨張するタービン又は膨張装置
３とから構成されている。前記コンプレッサ２は電動モ
ータ４によって駆動され、一方、このモータ４は、同図
に示されているように、光電池５から電気の供給を受け
る。但し、このモータ４は電源から電気を供給してもよ
い。前記装置は、更に、熱交換装置６を有し、これは前
記コンプレッサ２からの圧縮空気の温度を下げるための
ものである。

更に、この第１図を参照しながら、上記構成の装置の作
動について説明する。先ず最初に、高温多湿外気が矢印
Ｉの方向から前記コンプレッサ２に取り込まれる。そし
て、ここで圧縮された空気■は、前記熱交換装置６にお
いて冷却され、次に前記タービン３に到達し、このター
ビン３にて断熱膨張処理を受ける。この断熱膨張処理さ
れた空気は矢印■の方向からタービン３より排出される
。この工程中において、空気中に最初に含有されていた
水分の大部分が液化し、この復水を矢印■によって示さ
れているように回収することができる。一方、前記膨張
及び圧縮工程において発生したエネルギーは、矢印ａに
よって示されているように、前記電動モ−タ４へとフィ
ードバックされ、このモータ４が再び前記コンプレッサ
２を駆動することで、モータ４の電気消費量が節約され
る。

次に、第２図は上記の第１図に基づいて説明した装置に
関連する本発明に係る淡水化装置を示すものである。こ
の淡水化装置は、塩水貯蔵タンク１０を有する。このタ
ンク１０には、温室装置７が備えられ、この温室装置７
の作用によって該タンク１０内の塩水が太陽光線Ａによ
って加熱される。更に、蒸発効果を高めるために、前記
タンク１０の水面下には黒色の格子８が配設されている
。

前述した装置と同様に、前記温室装置７において加熱さ
れた空気が、矢印ビの方向から前記コンプレッサ２に取
り込まれ、ここで圧縮される。次にこの圧縮空気は前記
熱交換装置６において冷却されこれが前記タービン３に
到達し、ここで断熱膨張処理を受ける。そして、この断
熱膨張処理後の空気が矢印■によって示されるように排
出される。これと同時に、蒸留水が矢印■の方向からタ
ンク９内に回収される。

以上の説明から、本発明による装置は、第１に、高温多
湿地域における小規模な家庭用又は大規模な公共用の冷
房及び空気乾燥装置として使用可能であり、 又、第２に、高温地域における家庭用又は−般公共用と
して、海水を脱塩化して純水を得るための装置として使
用可能であることが明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を使用した空調装置を示す図、そ
して 第２図は本発明の方法を使用した淡水化装置を示す図で
ある。 ２・・・・・・コンプレッサ、３・・・・・・膨張装置
、６・・・・・・熱交換装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高温多湿空気を冷却及び除湿するための方法であっ
   て、空気を圧縮及び膨張することによって乾燥空気と復
   水を得て、かつ、復水化工程において発生したエネルギ
   ーの一部を、前記圧縮工程において使用されるエネルギ
   ーを増大するためにフィードバックすることを特徴とす
   る方法。 ２、前記圧縮工程中において、前記復水化工程中におい
   て回収されたエネルギーを、前記膨張過程において利用
   することを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３、前記空気が、前記圧縮工程の前において、特に太陽
   エネルギーによって予熱され、かつ、この余熱された空
   気を、海等から得られた塩水を蒸発させることによって
   得られた水蒸気で飽和させることによって復水を得るこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 ４、前記飽和水を、塩水を蒸発させることによって得る
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。 ５、コンプレッサと、モータレギュレータとコンデンサ
   とを有する請求項１ないし４のいずれかに記載の方法を
   実施するための装置。 ６、太陽熱によって脱塩処理すべき水を加熱するための
   温室手段を有する請求項５に記載の装置。 ７、少なくとも一つの熱交換装置を有することを特徴と
   する請求項５に記載の装置。 ８、少なくとも一つの太陽熱温水器、特に、水濃縮ヒー
   タを有することを特徴とする請求項５に記載の装置。 ９、脱塩処理すべき水の水面下に黒色格子が配設されて
   いることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。 １０、空気中に含有される水滴を回収するための水滴分
   離装置を有することを特徴とする請求項５ないし９のい
   ずれかに記載の装置。