JPS6219207B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は造水装置に係り、特に大気中の水分
を凝縮させて液相の水としてとり出す造水装置に
関するものである。

第１図は先行技術（特願昭54−17618号）に係
る造水装置の構成を示すフロー図で、１，２は第
１、第２の収容部で内部にはモレキユラーシーブ
等の吸着剤１ａ，２ａを有する。この吸着剤１
ａ，２ａは吸着過程において通過する水分を含む
空気中の水分を吸着し、脱着過程において通過す
る高温空気によつて吸着した水分を脱着する。３
はブロアなどの給気装置で、外気を通気路４，弁
５、第１の収容部１、弁６を経て排気路９から排
気される矢印Ａの経路と、弁７、第２の収容部
２、弁８を経て排気路９から排気される矢印Ｂの
経路とに交互に切換えられ、吸着剤１ａ，２ａに
交互に水分を吸着させる。１０はブロアなどの送
気装置、１１は高温気体の循環路を形成する通気
路でバーナ１２ａを有する加熱器１２と第１、第
２の収容部１，２とを弁１３，１４，１５，１６
を介して連通し、弁１３〜１６の開閉により矢印
Ｃ，Ｄの二つの循環路を形成し、吸着剤１ａ，２
ａから交互に吸着した水分を脱着する。１７は通
気路１１に連通せる導出路で、循環路から溢出し
てくる水蒸気は、凝縮器１８内で送風機１８ａに
より空冷されて凝縮し、この凝縮した水は貯水槽
１９内に貯溜される。

ところが、上記先行技術になる装置では、以上
の説明からも判るように、当然下記のエネルギ消
費がある。

(イ) 空気中の水分を吸着剤に吸着させるために空
気を吸着剤に送るブロア動力 (ロ) 吸着した水分を脱着するための熱源としてバ
ーナへの燃料供給 (ハ) 脱着のための高温気体の循環のためのブロア
動力 (ニ) 凝縮器強制風冷のためのフアン動力 以上のように、造水装置を動作させるには、エ
ネルギ源として石油などが必要なわけで、特に、
へき地で造水を行なう場合には大きな障害とな
る。

この発明は以上のような点に鑑みてなされたも
ので、太陽エネルギと自然の風とを利用すること
によつて、エネルギ消費の極めて少ない造水装置
を提供することを目的としている。

一般に、このような装置で造水をする必要のあ
る地域では年間のほとんどが晴天であり、また、
全くの無風状態は珍しく、3m／秒程度の風が吹
いている。この発明はこの自然条件を有効に利用
するものである。

第２図はこの発明の一実施例をその一部を切欠
いて示す模式構成図、第３図は第２図の−線
での断面図である。図において、１０１は水分を
吸着した吸着剤コンテナ１０２を収容し周囲から
太陽熱を与え水分を脱着するための脱着容器、１
０２ａは吸着剤コンテナ１０２に収容された例え
ば合成ゼオライト、シリカゲルなどの粒状の吸着
剤、１０３は脱着容器１０１に太陽光を集めるた
めの鏡、１０４は脱着容器１０１内に吸着剤コン
テナ１０２を挿入後、脱着容器１０１を密閉する
ための栓で、栓本体１０４ａは例えばアスベスト
などの耐熱性のある断熱材からなり、フランジ部
１０４ｂに固着されており、このフランジ部１０
４ｂを適当なパツキング１０４Ｃを介して、脱着
容器１０１の上端にねじ１０４ｄでしめつける。
１０５は脱着容器１０１の上端部に設けられたフ
インで、栓１０４の近傍を冷却し、特にパツキン
グ１０４Ｃを高温から保護するためのものであ
る。１０６は脱着した水蒸気を凝縮する凝縮器、
１０７は貯水槽、１０８は脱着容器１０１で脱着
した水蒸気を凝縮器１０６へ導くパイプ、１０９
は凝縮器１０６で得た水を水槽１０７へ導くパイ
プである。第３図に破線矢印Ｌは鏡１０３によつ
て反射され脱着容器１０１へ入射される太陽光の
経路を示す。図示のように、２枚の鏡１０３と脱
着容器１０１とはその相対位置が固定され、脱着
容器１０１に太陽光が集まるように一体として太
陽の方向に向けておく。なお、この一体としたも
のを「集光脱着要素」と呼ぶことにする。第４図
はこの実施例に用いる吸着剤コンテナ１０２をそ
の一部を切欠いて示す模式斜視図で、コンテナ１
０２自体は金網などで扁平形に構成され通気性が
良くなつており、内部に粒状の吸着剤１０２ａが
充填されている。

次に、この実施例の動作について説明する。ま
ず、吸着剤１０２ａを収容した吸着剤コンテナ１
０２を大気にさらして、自然風に当てて空気中の
水分を吸着剤１０２ａに吸着させる。このように
して水分を吸着した吸着剤１０２ａをコンテナ１
０２のまま脱着容器１０１内へ挿入する。脱着容
器１０１には太陽光が集められているので、中に
挿入された吸着剤１０２ａは太陽熱で加熱され、
吸着されていた水分が水蒸気として脱着される。
そして、この脱着された水蒸気はパイプ１０８を
経て凝縮器１０６に導かれ、ここで液相の水とな
り、パイプ１０９から貯水槽１０７に導かれる。
脱着容器１０１内で脱着の終つた吸着剤１０２ａ
はコンテナ１０２ごと抜き出し、最初の手順に戻
つて再び大気にさらして空気中の水分を吸着さ
せ、上記動作を繰返すことによつて、液相の水が
貯水槽１０７に得られる。

なお、吸着剤コンテナ１０２を複数個準備して
おき、その１個を脱着容器１０１に挿入して脱着
中は、他のコンテナ１０２は大気にさらして水分
を吸着させるようにすれば効率よく運転すること
ができる。

以上がこの装置の動作原理であるが、造水能力
2.5Kg／ｈの装置を例にとつて、その主要部分の
寸法、容量などを示すと次の通りである。

(イ) ｛使用吸着剤：合成ゼオライト (ロ) 脱着時間：１時間／回｝とする。

(ハ) 吸着剤重量：32Kg／コンテナ 水分の有効吸着量は８％として 2.5／0.08＝32（Kg） (ニ) 吸着剤容積：0.04m³／コンテナ 合成ゼオライトの嵩比重は0.8（Ｔ／m³）であ
るから 32×10^-3／0.8＝0.04（m³） (ホ) 脱着に要する熱量： 2500＋2200＋1000＝5700kcal／ｈ 脱着潜熱は1000kcal／Kg・水として、 2.5×1000＝2500（kcal／ｈ） 吸着剤昇温の顕熱は、合成ゼオライトの比熱を
0.3、昇温範囲40℃→270℃として 32×0.3×（270−40）≒2200（kcal／ｈ） 脱着容器その他の昇温の顕熱は上記熱量の20％
として （2500＋2200）×0.2≒1000（kcal／ｈ） (ヘ) 集光鏡の面積（面積の太陽光に垂直な成
分）： 38m² 太陽エネルギ密度を600kcal／m²／ｈ、脱着容
器を含めた太陽エネルギの利用効率を25％とし
て 5700÷600÷0.25＝38（m²） (ト) 集光鏡の寸法：（5m×4m）×２枚 ５×４×２＝40（m²）＞38（m²） (チ) 凝縮器の容量：1350kcal／ｈ 水蒸気の凝縮潜熱を540kcal／Kgとして 540×2.5＝1350（kcal／ｈ） (リ) 凝縮器の放熱面積：1.2m² 総括熱伝達率を30kcal／m²／ｈ／℃、温度差を
40℃として、 1350÷（30×40）≒1.2（m²） (ヌ) 吸着剤コンテナの寸法： 5m（長さ）×0.3m（幅）×0.027m（厚さ） 吸着容積：0.04m³ ５×0.3×0.027≒0.04（m³） (ル) 脱着容器の寸法：上記吸着剤コンテナが要
易に入ること。

なお、上記（ハ）において有効吸着量を８％と
したのは、合成ゼオライトとしてモレキユラーシ
ーブ（UCC社商品名）を使うとして、吸着過程
で水分を吸着剤重量に対して18％まで吸着させ、
脱着過程では270℃まで昇温させ10％にまで脱着
させるようにしているものである。

また、上記（ヘ）における太陽熱の利用効率25
％については、脱着温度を上述のように270℃と
すると、脱着容器からの輻射による熱損失がかな
り大きく、また脱着容器周囲で生ずる対流や自然
風によつて空気に持去られることによる熱損失も
大きいので効率は25％程度になる。勿論、脱着容
器を、内面に熱線を選択反射するような処理を施
した真空ガラス容器内に挿入する構造とすれば、
よく知られている太陽熱真空コレクタと同様の構
造となるわけで、輻射、対流いずれの熱損失も著
しく減少するので、効率は大幅に改善され、集光
鏡も小さくてよくなる。

更に、上記（ヌ）において吸着剤コンテナの厚
さを2.7cmとしているが、空気の絶対湿度が10g−
水／m³―空気程度の環境で、自然風（3m／ｓ前
後）により１時間程度の時間で水分を十分吸着さ
せるためには、このように薄くする必要がある。
なお、前述のように吸着剤を収容したコンテナを
複数個用意して、その１枚を脱着中に、残余を吸
着過程にあるようにするのであるが、その用意す
るコンテナ個数を多くすれば、吸着時間を脱着時
間より長くすることができ、風の少い、湿度の低
い地域ではこのようにすればよい。

次に、この装置の操作に必要な動力について述
べる。以上の説明から判るように必要な操作とし
ては、 (i) 集光脱着要素を太陽に向けておくこと (ii) 吸着剤コンテナの脱着容器に対する出し入れ (iii) 吸着剤コンテナを自然風にさらされる状態に
置くこと の三つに分けられる。例示した造水能力が2.5
Kg／ｈ程度のものであれば、上記(i)〜(iii)の操作は
簡単な操作具を用いて、すべて人力で行なうこと
ができる。殊に、(i)の操作にはぜんまいを利用し
た時計仕掛とすることもできる。そして、この方
法は砂漠などにおける水欠乏時の非常時用造水装
置としては現実性がある。しかし、通常は人力に
よることは不能率、不経済であり、更に、大規模
装置では人力では不可能となる。そこで、造水能
力2.5Kg／ｈの装置を20台並設し、総合造水能力
50Kg／ｈとしたものについて、電動機を用い、各
装置を時間的に順次操作する場合の動力を示す
と、上記(i)の操作に要する動力は50W程度であ
り、(ii)および(iii)の操作には両者を合わせて時間平
均としては200Wの動力で十分である。従つて合
計で250Wである。電気をデイーゼル発電機で供
給するとして、発電の熱効率を20％として、石油
量に換算すると、その石油消費量は0.1Kg／ｈで
ある。すなわち、0.1Kgの石油で50Kgの水が得ら
れる。

これは、砂漠のような内陸の水欠乏地で水を得
ることを考えると、水そのものを運送するのに対
して、この装置を現地に設置しておけば、水の1/
５００の量の石油を運送すればよいことを意味す
る。

なお、第１図に示した先行技術による装置で
は、同じ規模（50Kg／ｈの造水能力）で、ブロア
およびフアンの動力として20kW程度必要であ
り、他に脱着のためのバーナの燃料として石油が
15Kg／ｈ程度必要である。これから、この発明に
なる装置が如何にエネルギ消費が少ないかが判
る。

更に、上述のこの発明の装置における所要電力
は太陽電池から得ることも可能で、この場合は石
油は全く不要である。このときの太陽電池のため
に要する面積は約７m²である。

また、前述の(ii)および(iii)の操作には、現在自動
倉庫などでよく使用されているマテリアル・ハン
ドリング装置と同様のものを使用し、自然風にさ
らすために、例えば棚の上に置かれてある吸着剤
コンテナを取り出してきて、脱着容器の装着す
る。第５図はこのような操作に適合するように構
成した吸着剤コンテナの一例を示す斜視図で、第
２図〜第４図と同等部分は同一符号で示す。これ
は吸着剤コンテナ１０２と栓１０４とを一体化し
たもので、１１０は両者を機械的に結合する棒、
１１１は上記ハンドリング装置で取扱うためのボ
スである。脱着容器１０１自体は第２図に示した
ものと同様でよく、脱着容器１０１側にパツキン
グを固定しておき、栓１０４と一体化した吸着剤
コンテナ１０２を脱着容器１０１内へ挿入し、栓
本体１０４ａを脱着容器１０１の上端に密着挿入
させ、フランジ部１０４ｂを上記パツキングを介
して脱着容器１０１の上端に密着させ、密閉を保
つ。

以上詳述したようにこの発明になる造水装置で
は太陽熱と自然風を有効に利用するようにしたの
で、所要電力または燃料を極めて僅かで、空気中
の湿気から液相の水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術になる造水装置の構成を示す
フロー図、第２図はこの発明の一実施例をその一
部を切欠いて示す模式構成図、第３図は第２図の
―線での断面図、第４図はこの実施例に用い
る吸着剤コンテナをその一部を切欠いて示す模式
斜視図、第５図は取扱い操作を容易にした吸着剤
コンテナをその一部を切欠いて示す模式斜視図で
ある。 図において、１０１は脱着容器、１０２は吸着
剤コンテナ、１０２ａは吸着剤、１０３は太陽光
集光用の鏡、１０４は栓、１０４ａは栓本体、１
０６は凝縮器、１０７は貯水槽である。なお、図
中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気中の水分を吸着剤に吸着させた後、この
   吸着剤を加熱して上記吸着していた水分を水蒸気
   として脱着させ、この水蒸気を凝縮させて液態の
   水を得るものにおいて、上記空気中の水分の吸着
   は上記吸着剤を自然風にさらすことによつて行わ
   せ、上記脱着はこの脱着によつて得られる水蒸気
   を凝縮器へ導びく通路を除いて密閉された構造の
   脱着容器内へ上記吸着剤を挿入し、上記脱着容器
   とともに上記吸着剤を太陽熱で加熱することによ
   つて行わせるようにしたことを特徴とする造水装
   置。 ２ 脱着によつて得られる水蒸気を自然風冷式の
   凝縮器で凝縮させるようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の造水装置。 ３ 吸着剤は金網などの通気性のよい部材からな
   るコンテナに収容して用いるようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の造水装置。 ４ 脱着容器を密閉するための栓と吸着剤を収容
   したコンテナとを一体化したことを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の造水装置。 ５ 脱着容器１個に対して、吸着剤を収容したコ
   ンテナを複数個準備し、上記コンテナの１個につ
   いて脱着中に残余のコンテナを吸着状態に置くよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第３項
   または第４項記載の造水装置。