JPS6014265B2 - 造水・空調システム - Google Patents

造水・空調システム

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JPS6014265B2
JPS6014265B2 JP54034001A JP3400179A JPS6014265B2 JP S6014265 B2 JPS6014265 B2 JP S6014265B2 JP 54034001 A JP54034001 A JP 54034001A JP 3400179 A JP3400179 A JP 3400179A JP S6014265 B2 JPS6014265 B2 JP S6014265B2
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absorbent
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利朗 伊藤
良雄 平山
信義 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特に水の欠乏している地域で特徴を発揮するも
ので造水装置と空調装置を組合わせた造水・空調システ
ムに関するもので、造水装置と空調装置をバランスよく
有機的に組合せることにより効率的に造水空調を実現す
ることを主な目的とする。
すなわち、空気中の水分を吸収して造水する造水菱贋か
ら放出される高温乾燥空気をそのまま放棄せずに常温の
空気で冷却して常温乾燥空気とする。
常温乾燥空気はェンタルピが低いために、蒸発冷却によ
る温度降下が大きく、低温度を得るのに好都合である。
この発明はこのことに着目して常温乾燥空気を蒸発冷却
し、大中に温度降下した低温湿り空気を得て、この冷熱
を冷房に供するようにしたものである。第1図はこの発
明の一実施例の造水空調システムを示している。
図において、1は造水装置でその詳細は第2図及び第3
図に示している。2は造水装橿1から排出され温度上昇
している乾燥した空気を、外気と熱交換し、常温とする
ための熱交換器、3は熱交換器2から排出された空気に
水を接触させて、熱交換器2から排出された空気を冷却
する蒸発冷却装置、‘41は蒸発冷却装置3から排出さ
れた空気で外気または室内空気を冷やすための熱交換器
、5は熱交換器4から排出された空気を造水装置1に返
送する循環経路、5aは造水装置1から熱交換器2へ空
気を送る経路、5bは蒸発冷却装置3へ空気を送る経路
、5cは蒸発冷却装置3から熱交換器4に空気を送る経
路、6は外気を造水装置1に導入する流略「 7は造水
袋瞳1から得られる水を貯留する水槽、8は水槽7から
の水を飲料や料理に利用する設備、9は再利用処理水を
トイレの水洗や洗たく、シャワー、風呂などに利用する
設備、10は排水再利用処理装置、11は蒸発冷却装置
3に水を供給するための経路を示している。
なお、図において大綾は空気の経路、紬線は水の経路を
示している。
次に第2図、第3図によってこの発明の構成要素の一つ
である造水装置の詳細について説明する。
まず第2図ではモレキュラーシーブのような固体粒状の
吸収剤を用いた造水装置の例を示す。18は吸収剤の脱
水と水回収のための空気の循環路、19は吸収剤に空気
を送るためのプロワ、第1図との関連でいえば経路5,
6からの空気を吸収塔20,21に送風させるためのブ
ロワである。
20,21は吸収塔又は脱水塔、20a,21aは上記
吸収塔又は脱水塔の内部に設けられた吸収剤の充填層、
22は熱交換器、23は凝縮器、23aは空冷のための
ファン、24は上記凝縮器23で得られた水を水槽7へ
送る経路「 25は未凝縮の気体を循環するためのブロ
ワ、26は吸収剤に吸収している水分を脱水させるため
に必要な熱を供給するための加熱器で、26aはそのた
めのバーナー、27〜30は大気通路に設けられたバル
ブ、31〜34は脱水循環通路に設けられたバルブを示
す。
次にこの造水装魔の動作について説明する。
第一の過程としてバルブ27,29を開きバルブ31,
33を閉じ、大気送入プロワ19を稼動させ大気吸収塔
20‘こ送入する。吸収塔20に送入された大気は吸収
塔20内の吸収剤層20a中を矢印で示したように通過
し、バルブ27を通して放出される。この空気は空気が
吸収剤層20aを通過するとき空気中の水分が吸収剤に
吸収これ、乾燥するとともに吸収の潜熱のため高温とな
り、この空気が第1図における熱交換器2に送入される
。かく.て一定時間送気を続け、吸収剤が所定吸収量(
一般には飽和吸収量)に達した時点で、バルブ27,2
9を閉じると共にバルブ28,30を開き、またバルブ
31,33を開き、バルブ32,34を閉じる。バルブ
31,33が開かれると、経略18から加熱器26によ
って加熱された空気が吸収剤層20aに供V給され、脱
水が行なわれる。この時点から吸収塔20は脱水塔とし
て働くことになる。この点をもう少し詳細に述べると、
加熱器26で300午○程度に加熱され吸収塔20‘こ
送り込まれた気体は吸収剤層20a中を通過する間に吸
収剤に熱を与え吸収剤に吸収されていた水を脱水する。
送り込まれた気体は吸収剤に熱を与えることによって例
えば、200ooとなり脱水塔20から出てくるが、脱
水塔20からは更に同時に脱水した水蒸気も一緒になっ
て出る。この気体は熱交換器22によって、次に述べる
凝縮器23で冷やされ大部分の水蒸気(脱水された量と
同量)が水として除去された後の冷たい気体と熱交換さ
れ、100℃程度に冷却される(また同時に上記の冷た
い気体は200qo弱まで加熱される。)。100℃に
冷却された気体は、次に凝縮器23で例えば50『0ま
で冷却され、ここで気体中の水蒸気は水となり、重力で
落下して経路24を経て水槽7にたまる。
一方、ここで冷やされて水蒸気の大部分を除去された気
体は上記のように熱交換器22で200つ○弱となり更
に加熱器26で300qoに加熱され吸収塔20に送ら
れる。ブロワ25は上記のように気体を循環させるため
のものであり、循環通路のどこに入れてもよいが、凝縮
器23の後に入れているのは、この部分は温度が最も低
くブロワの材料面でより経剤的なためである。以上のよ
うにして脱水と水の回収を行ない吸収剤の水が脱水した
時点で第二の過程は終了する。
第二の過程が終了すると再びバルブ27〜34を切換え
、第一の過程にもどす。なお、上記動作は吸収塔20の
みについて説明したが、吸収塔21においては吸収塔2
0の過程と反対の過程が同時に行なわれている。次に第
3図に液状吸収剤である臭化リチウム濃厚溶液(以下L
IBr溶液と略称する。
)を吸収剤とする造水装置の一例を示し、この例につい
て詳述する。すなわちこの造水装置は36〜48で構成
されている。
36は吸収塔であり、37は吸収塔36の底部に溜って
いるLIB「溶液である。このLIBr溶液37はポン
プ38で経路39を通して吸収塔36の上部へ送りここ
から液瓶40として散布する。散布された液滴40は、
経路5.6から送り込まれる空気と接触し、その空気中
の水分を吸収する。水分を吸収され、同時に温度の上昇
した乾燥空気が経路5aから出る。この空気がこの発明
に利用される。すなわち第1図における熱交換器2に送
り込まれる。このようにLIBr溶液の循環を続けると
LIBr溶液中の水分が増加し希釈され水分吸収力が低
下するのでこのLIBr溶液の一部はポンプ38から経
路41を経て熱交換器42を通して蒸留塔43に送られ
る。熱交換器42は蒸留塔43から出てくる熱いLIB
r溶液(約160qo)と蒸留塔43へ入る冷たいLI
Br溶液(40〜60℃)と熱交換させ熱を有効に利用
するためのものである。蒸留塔43は加熱器44によっ
て加熱され、水分が蒸発しLIBr溶液は濃縮される。
この濃縮されたLIBr溶液は前述のように熱交換器4
2を介して吸収塔36に循環され水分の吸収に供される
。一方蒸留塔43で発生した水蒸気は経路45を通って
凝縮器46に入り、凝縮器46内で水となり水槽7に貯
留される。なお凝縮器46には外気47が送られ風冷さ
れており、凝縮器46を通過後は凝縮潜熱の吸収により
高温空気(50〜8000)48となって放出される。
以上がこの発明の構成要素の一つである固体粒状の吸収
剤を用いた造水装置及び液状吸収剤を用いた造水装置に
関する説明である。次に蒸発冷却装置3について簡単に
説明する。
第4図は蒸発冷却装置3の一例である。3aは蒸発冷却
塔、50は蒸発冷却塔3aの下部に溜っている水である
61はポンプ、上記ポンプ51によって水50は蒸発冷
却塔3aの上部で散水される。
この散水により生じた水滴52と矢印のように入ってき
た空気5bとが気液接触し、水を蒸発させ冷却された空
気5cは矢印のように放出される。この空気が第1図に
おける熱交換器4に送られる、一方蒸発によって水50
が減少するので、経路55から供V給される。ところで
蒸発冷却によって蒸発するのは純粋に水のみなので、経
路55から8g給される水に懸濁物や塩類が入っている
とそれらは次第に濃縮され繁底部に沈殿53する。この
場合、適時に弁54を開いてそれらを排出するようにす
る。次に全体の動作について説明する。
造水装置1の吸収剤を通過した空気は既に述べたように
水分をうばわれ乾燥するとともに吸収潜熱によって昇溢
されている。この温度上昇は単位の空気量から吸収によ
って除去される水分量に比例し、1あの空気から1夕の
水分が除去されるごとに大略2.紅egの温度上昇があ
る。例えば10ター水ノメー空気の空気が吸収により、
3ター水/で−空気の乾燥空気になる場合、約17.が
eg〔(10一3)×2.5:=17.5)の温度上昇
となる。したがって、30℃の空気を吸収塔2川こ送入
した場合、47.500の乾燥空気となって出てくる。
このように乾燥し、昇温した空気(高温乾燥空気)は次
に熱交換器2により常温の空気で冷やされるので、ほぼ
常温(30qo)の乾燥空気となる。この常温乾燥空気
が蒸発冷却装置3で水と接触して水を蒸発させ冷却され
る。この蒸発した水は空気中の水分となるわけであるが
、蒸発冷却による温度降下はこの空気中に増加した水分
の量に比例するわけで、その値は空気中の水分除去によ
る昇温の値とほぼ同様で1あの空気中に1夕の水分が加
わるごとに2.母egの温度降下が起る。3夕−水/め
一空気の空気が水を蒸発させて水分が10夕−水/れ空
気になると、約17.母egの温度降下となる。
したがって常温乾燥空気の温度が30℃であったとする
と12.500になる。ところで空気が乾いているほど
、水の蒸発がはげしいので温度の降下が大となる。すな
わち乾燥空気は蒸発冷却によって低温度を得るのに好都
合である。また蒸発冷却では蒸発によって水が減少する
のでその分を供給してやる必要がある。ただしこの場合
の水は必らずしも清澄水である必要はない。なぜぶる水
が汚れていても、水の蒸発にはほとんど影響がないから
であり、汚濁水を供給した場合は水中の懸濁成分は残留
し、また溶解塩類は濃縮され析出する。したがってこれ
らを除去してやればよい。すなわち、蒸発冷却用水とし
て汚濁水を供給してもよく、この場合水のみ蒸発し、塩
類などの汚濁成分は残留するが、必要に応じこれを除去
できる。蒸発冷却装置3によって増湿した冷たい空気は
熱交換器4で矢印16のように入ってくる常温の空気(
外気又は室内空気)を冷却する。冷却された空気は室内
に送り冷房に供する。この熱交換器4で常温の空気を冷
却することによって冷熱を放出し、ほぼ常温となった湿
り空気は経路5を通って造水装置1に循環される。前記
の例ではこの常温湿り空気の水分量は10夕−水/わ−
空気であり、この常温湿り空気は造水装置で再度3ター
水/で−空気の高温乾燥空気となり、以下始めからの動
作を繰り返す。なお、蒸発冷却装置3によって冷却され
た空気は、直接、室内へ送って冷房に供してもよい。一
方、造水装置1から得られる水は吸収した水の量とほぼ
等しい(造水装置における損失があり実際は多少少ない
)ので今までの数値例に対しては1あの空気から約7夕
の水が得られる。ところで、人間が1人1日につき口に
入れる水の量(飲料及び料理は勿論、他に食器洗浄を含
む。)は約1雌gWである。1日に1皿gWを造水する
に必要な空気の量は前例の値を使って10×1び(夕)
/7(g/で)=1430(め)である。
1日中装置を稼動するとして、1時間当り60〆、1分
間当り1あの空気量であり以外にわずかな空気から必要
な水が得られることがわかる。
一方、1人当りの冷房の必要熱量は条件によって大きな
差があり、数百K私/homである。
ところで10k9/人・日の水を作る場合、それに伴な
し・熱交換器4かち得られる冷房熱量は1時間当り60
(〆/hom)×17.母eg×0.24(Kのと/〆
)ニ250(Kの【/b)であり、必要冷房熱量数百K
の‘/h・人を満足していることがわかる。すなわち、
このシステムは必要造水量と必要冷房熱運がうまくバラ
ンスしたシステムであり、この点からも水及び冷熱が無
駄なく利用できる。ところで造水装置1で得られた水は
水槽7に貯えられ、随時飲料や料理に供される。この排
水(し尿も含む)は排水再利用処理装置10に導入され
る。排水再利用処理装置10には循環再利用しているト
イレ水洗水、洗たく、シヤワ、風呂など装置9の排水も
導入されており、再利用可能な水質に処理している。装
置9の用途に必要な水量は装置8の用途の排水の約1ぴ
音といわれており、したがって、9E水再利用処理装置
の容量は1人当り1日につき100k9/人・日である
。したがって10人住んでいる家の場合、IT/日であ
り、1000人の集合住宅或いはビルでも0.1(T/
人・日)×1000(人)=10M/日であり、水処理
装置の規模としては極めて小さいものであり、スペース
的にも十分小さい。上記の再利用処理された水の一部は
蒸発冷却装置3に送られる。この水量は冷房の必要熱量
にもよるがほぼ造水量と同じだけ必要である。したがっ
てこれ以外に水の損失があるとその分だけ水の絶対量が
不足する。損失の最も大きい部分は排水再利用処理にお
いて汚泥とともに持ち出される水である。この量は再利
用処理の方法によって異なるが、数%から特に多い場合
は20%である。そこでこの発明のシステムでは、水の
不足の分は経路6から造水装置1に外気を導入すること
によって、これをおぎなうようにしている。この場合、
一般に夜は冷房が不要となるか少なくともその負荷を軽
減できるので、とくに夜間気を導入して不足分を補なう
ようにすれば、造水装置の容量を大きくする必要はない
。なお、造水装置の大きさは1日当りITの造水能力の
もの、すなわち100人分のもので、床面積20〆(2
h×1仇h)、高さ加程度のものである。蒸発冷却装置
3は通常よく見かけるクーリングタワがその典型であり
充分小さい。システム全体の大きさは1000人(10
r/日)用の例をとると全体で床面積は約1000で(
2仇h×5伍h)で、この面積は1000人基模のビル
1坪皆建のワンフロワーの面積にほぼ一致する。
床どりとしては全システムを地階に構成することもでき
るし、外気の取り入れの点から造水装置1、蒸発冷却装
置3、熱交換器2,4を屋上に置き、水関係を地階に置
いてもよい。なお、この発明の全システムのェネルギ使
用量は石油に換算して、1000人規模で石油消費量約
1.5T/日であり、石油の単価を3びq/k9とする
と、1日につき4.5万円ほどのランニングコストであ
る。ところで一般にこの規模のビルの冷房の必要電力は
約300皿WH/日であり、電力単価を13q/KWH
とするとして1日につき4.6万円のランニングコスト
になる。
すなわち、冷房だけでこのシステム全体のランニングコ
ストとほぼ同等である。この発明のシステムは冷房のみ
でなく造水及びその水の再利用も可能なわけで、全体と
して経済的にもすぐれていることがうなづけよう。以上
のようにこの発明は各機成要素を単に組合せるものでは
なく、それらが有機的に結合し全体としての効果を高め
るシステムである。なお、造水装置からの高温乾燥空気
を冷やすにあたり、水冷とせず空冷している理由はこの
発明が本来水のない地域で使われることを前提としてい
るからである。また、蒸発冷却に用いる水にしても、水
不足の地域にあっては造水された水は、人間生活に必要
ないわゆる水としての用途に使うことがまず第一であり
、造水された水を直接蒸発冷却用水とするのは不経済で
ある。したがって、また造水された水を一回限りで便い
すてにせず再利用しているわけである。以上のようにこ
の発明は各構成要素を熱及び水の収支の面でむだなく、
有効に利用できるように有機的に結合し、省エネルギ、
省資源(水)を実現している。
なお、外気の湿度の高い地域ではこれまでの説明で容易
に理解されるように、経路5を通しての熱交換器4の後
の常温湿り空気の造水装置への循環は不要で、常に外気
を経路6から導入すればよい。この場合、常温湿り空気
は熱交換器4通過後、大気に放出すればよい。また、と
くに乾燥のはげしい地域では蒸発冷却装置3を通過後の
冷たい湿り空気を直接に冷房を要する室内に送入し、冷
房のみでなく湿度を挟簿に調節することができる。この
場合、勿論、熱交換器4は不要であり、造水装置1へは
経路5からの替りに冷たい湿り空気を送入したその室の
空気を循環するようにする。この方法は熱交換器4が不
要になるメリットがある。また、このシステムには暖房
を兼ね備えさせることもできる。
すなわち、熱交換器2からの矢印15のように放出され
ている高温常湿空気を室内に送入すればよい。砂漠地帯
では昼夜の温度差がはげしく昼あつく夜寒し、場合があ
るが、このシステムでは昼、冷房し、夜暖房することは
極めて容易である。むしろシステムの効果的な利用法で
ある。なお、造水装置において、造水の第二過程で吸収
剤に吸収した水を蒸発させ、この蒸気を水として凝縮さ
せるために空冷するが、この空気は高温常温空気となっ
て出てくるので、これを暖房に使うこともできる。さら
に湿度の高い地域では造水装置1から出てくる高温乾燥
空気を熱交換器2に送らずに直接に室内に送入してもよ
い。高温の地域では、経路5からの循環は不吉要である
から室内に送入した空気はそのまま放置すればよい。ま
た、経路5aに分岐を作り、常温乾燥空気の一部を分取
して、造水装置1または水槽7からの水の一部を蒸発冷
却して飲料用の冷水を作ることもできる。また、蒸発冷
却袋直3内の水(冷たい湿り空気と同溢)で造水装置1
からの水または水槽7の水の一部を冷却して飲料用の冷
水とする。また、蒸発冷却装置3中の冷えている水で常
温空気を冷却して冷房に供する。この場合の熱交換は気
−液間で行なわれるので熱交換器が小形となるメリット
がある。また、熱交換器4は不要となり、ここでの圧損
がなくなるので経路5の循環動力が節減できる。ただし
、蒸発冷却装置3において水と常温乾燥空気とを対向流
接触させ、冷たい湿り空気の持ち出そうとする冷熱を水
に伝えるように配慮する必要がある。この発明は以上説
明したとうり、造水装置と熱交換器及び蒸発冷却装置を
システムとして絹合せることにより非常に簡単に効率の
よいェネルギ節約型の造水空調システムを容易に得るこ
とができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の造水・空調システムの一実施例を示
すブロック図、第2図及び第3図はこの発明の構成要素
の一つである造水装置の一例を示す構成図である。 第4図はこの発明の構成要素の一つである蒸発冷却装置
を示す構成図である。図において、1は造水装置、2は
熱交換器、3は蒸発冷却装置である。なお各図中同一符
号は同一または相当部分を示す。第1図 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 吸収剤で空気中の水分を吸収し、次に水分を吸収し
    た吸収剤を加熱して吸収していた水分を蒸発させ、この
    水蒸気を凝縮して水を得る造水装置、上記吸収剤が水分
    を吸収する際に生じる上記造水装置から排出される高温
    乾燥空気と空気とを熱交換させる熱交換器、この熱交換
    器により常温乾燥化された上記造水装置からの空気と水
    とを接触させ蒸発冷却して冷たい湿った空気を得る蒸発
    冷却装置を備え、上記熱交換器によって加熱された空気
    又は上記蒸発冷却装置によって得られた冷たい湿った空
    気を室内の空調に利用するようにしたことを特徴とする
    造水・空調システム。 2 熱交換器によって加熱された空気又は蒸発冷却装置
    によって得られた冷たい湿った空気を直接室内に導き空
    調を行なうようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の造水・空調システム。 3 熱交換器によって加熱された空気又は蒸発冷却装置
    によって得られた冷たい湿った空気をさらに他の熱交換
    器を介して室内の空調を行なうようにしたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の造水・空調システム。 4 造水装置によって水蒸気を凝縮する際に生じた高温
    空気を利用して室内を暖房するようにしたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の造水・空調システム。
    5 造水装置において吸収剤が水分を吸収する際に生じ
    る高温乾燥空気を利用して室内を暖房するようにしたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の造水・空調
    システム。
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