JPS6333617Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は気体中の水分から水を得る造水装置
の改良に関するものである。

第１図は本願出願人によつて先に出願された先
行技術になる造水装置の原理的構成を示す系統図
で、この造水装置の基本原理は、第１の過程とし
て大気中の水分を吸収剤に吸収させ、ついで第２
の過程としてこの水分を吸収した吸収剤を加熱す
ることによつて吸収されていた水分を水蒸気とし
て脱着させ、これを凝縮器に導き水にするもので
ある。このとき同時に吸収剤は水を失つて、再び
吸収能力を回復するので、吸収剤は大気中の水分
の吸収にくりかえし使用される。このようにし
て、継続的に大気中から液相の水を得ることがで
きる。図において１は吸収剤１ａを収容する収容
部、２及び３はブロワ、４は第２の過程（脱着過
程）で上記収容部１から脱着された水蒸気を凝縮
する凝縮器、４ａは風冷フアン、５は加熱器で上
記ブロワ３により送給される空気をバーナ５ａに
よつて加熱するものである。６は凝縮により得ら
れた水を貯わえる大気開放型の受水槽、６ａは造
水された水、７は前記第１の過程（吸収過程）に
おいて上記収容部１から排出される水分吸収後の
乾燥空気を放出する放出路、７ａは上記収容部１
へ外気を導く吸込路、８は上記脱着過程で収容部
１から脱着される水蒸気を導く流路、８ａは脱着
のための気体（この場合は水蒸気）をブロワ３で
付勢し、加熱器５で加熱して収容部１に循環する
経路、８ｂは収容部１で脱着されて増加した分の
水蒸気が押し出され凝縮器４に導入されるように
した経路、８ｃは凝縮器４で凝縮した水を受水槽
６に導く経路、９〜１２は上記外気や乾燥空気及
び高温多湿空気を送る経路に設けられた経路を開
閉するバルブである。

次に動作について説明する。まず空気中の水分
を収容部１内に保持された吸収剤１ａに吸収させ
るための吸収過程としてバルブ９及びバルブ１０
を開きブロワ２を駆動させて空気を収容部１へ送
給する。このとき吸収剤１ａに空気中の水分は吸
収され乾燥した空気はバルブ９を経て収容部１か
ら放出される。吸収剤１ａが水分を充分吸着した
段階で吸収過程は完了することになる。次に吸収
剤１ａに吸収された水分を脱着する脱着過程に移
るわけであるが、まずバルブ９及びバルブ１０を
閉じてからバルブ１１及びバルブ１２を開く。こ
の脱着過程ではブロワ３、加熱器５、凝縮器４が
主な働きをするわけである。すなわち、ブロワ３
により収容部１および循環経路８，８ａ中の気体
を循環させるのであるが、途中加熱器５によつて
加熱され高温（吸収剤がシリカゲルの場合300℃
前後）になつた気体は収容部１に送給され、吸収
剤１ａに熱を与え、吸着していた水分は水蒸気と
して脱着させる。このとき上記加熱器５から送ら
れてきた高温気体は脱着潜熱によつて温度降下す
るが、吸収剤１ａにシリカゲルを使用している場
合は、収容部１を通過後の温度は200℃程度にな
るようにブロワ３による循環風量を決定するのが
望ましい。そして、この温度は吸収されていた水
分がどこまで脱着できるかに関係する。

なお、ブロワ３によつて循環されている気体は
脱着過程の初期は収容部１内に存在していた空気
であるが、脱着過程の経過とともに、脱着で生じ
た水蒸気によつて置換され、ごく短時間の間に実
質的には水蒸気のみとなる。脱着によつて増加し
た分に相当する水蒸気は経路８ｂを通り凝縮器４
へ押し出され、そこで水になつて経路８ｃを経て
受水槽６に導かれる。なお、経路８ｃの端末は受
水槽６を介して大気に開放しているので、脱着の
ための循環気体の圧力はほゞ大気圧である〔凝縮
器４内の圧力損失分だけ僅かに大気圧より高くな
つている〕。ところで、脱着のための循環気体
（水蒸気）の温度は200〜300℃であり、したがつ
て循環水蒸気は過熱状態の水蒸気であり、収容部
１での吸収剤１ａへの熱の供給は水蒸気の顕熱に
よつており、この循環水蒸気は吸収剤１ａへの熱
の供給によつて水となることはない。以上の脱着
過程は吸収剤１ａから水分が脱着しなくなるまで
続けられる。この脱着過程の完了後ブロワ３、加
熱器５、凝縮器４の駆動を停止させ、バルブ１１
及びバルブ１２を閉じ再び吸着過程を実施する。
以下この吸着過程及び脱着過程を繰り返し受水槽
６に水を得ることができる。

ところで、この造水装置では脱着時に系内の空
気を全部排出し、水蒸気で充満し、かつ凝縮器４
の出口を大気に開放しているので、系内の圧力
は、大気圧と系内の蒸気通過圧損との和で、ほぼ
大気圧に等しくなつている。従つて、吸収剤１ａ
からの水分蒸発量は温度によつて支配される。

第２図はこの造水装置における温度と蒸気発生
量との状況を示す曲線図で、横軸には脱着過程開
始時点からの経過時間ｔ（h_r）、縦軸左には水分を
吸収した吸収剤１ａの温度Ｔ（℃）、縦軸右には水
蒸気発生量Ｑ（Kg／h_r）を目盛つてあり、曲線Ｔ
およびＱはそれぞれ温度および水蒸気発生量を示
す。図は吸収剤１ａの水分吸収量および加熱器５
の供給熱量が特定の値の場合の一例であるが、こ
の例でも示すように温度Ｔおよび水蒸気発生量Ｑ
は時間とともに刻々変化する。従つて、凝縮器４
の処理能力もこれに対応できる必要がある。ま
た、この凝縮器４は空冷タイプであり、この造水
装置は昼夜運転されるので、冷却に用いる外気温
も変化する。このようなこの造水装置に用いる凝
縮器４は凝縮蒸気量、蒸気温度および冷却温度が
それぞれ変化するため凝縮負荷量が常に変化する
という状況にある。

このような事態に対処するため、本願出願人に
よる先願（特願昭54−79867号（特開昭56−2821
号））発明では、凝縮器４の出口端部を水封Ｕ字
管として外気の系内への逆侵入を防止して、非凝
縮気体（この場合は空気）の混入による凝縮能力
の低下が生じないようにした。

第３図はこの先願発明に用いた凝縮器４の構成
を示す模式断面図で、第１図と同等部分は同一符
号で示し、その説明を省略する。２０は熱交換パ
イプ、２１はＵ字管、２２は水封用の水、８ｄは
水出口である。この構成では、空冷フアン４ａに
よつて供給される空気との間で熱交換して、パイ
プ２０内の蒸気は冷却され凝縮を開始する。凝縮
水はパイプ３の内面に沿い、経路８ｃを経て、Ｕ
字管２１に導かれ、Ｕ字管２１からオーバフロー
して水出口８ｄから放出される。このＵ字管２１
は凝縮器４の負荷変動に対して外部空気が逆流し
て熱交換パイプ２０内の水蒸気に混入しないよう
に、水封用の水２２を有している。

ところが、上述のような構成では熱交換パイプ
２０の内部は蒸気と凝縮水との混在した状態とな
り、その結果パイプ２０の内面は水による膜が生
じる。この水膜はパイプ２０の壁面の熱伝導率を
著しく悪化させ、凝縮器４の凝縮能力を低下させ
る。

この考案は以上のような点に鑑みてなされたも
ので、熱交換パイプ内に凝縮した水をすみやかに
パイプ外へ除去することによつて凝縮器効率を高
め造水能力の大きい造水装置を提供することを目
的としている。

第４図はこの考案の一実施例の凝縮器部分の構
成を示す模式断面図で、前掲図と同等部分は同一
符号で示してある。２０Ａ，２０Ｂおよび２０Ｃ
はそれぞれ第１段、第２段および第３段の熱交換
パイプ、２３Ａ，２３Ｂおよび２３Ｃはそれぞれ
第１、第２および第３の気液分離室、２３Ｄは出
口気液分離室、２１Ａ，２１Ｂおよび２１Ｃはそ
れぞれ第１、第２および第３気液分離室のＵ字
管、２１Ｄは出口気液分離室のＵ字管、２４Ａ，
２４Ｂ，２４Ｃおよび２４ＤはそれぞれＵ字管２
１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃおよび２１Ｄに設けられた
バルブである。

この実施例では、経路８ｂから供給された蒸気
は第１の気液分離室（以下単に「室」という。）
２３Ａを経て第１段の熱交換パイプ２０Ａに導か
れる。このときバルブ２４Ａ〜２４Ｄは閉じられ
ているので、各Ｕ字管２１Ａ〜２１Ｄへのバスパ
スはない。空冷フアン４ａによつて供給される大
気流は第１段の熱交換パイプ２０Ａと接触し、蒸
気の顕熱および潜熱を奪う。そしてこのパイプ２
０Ａ内の蒸気はそのパイプ２０Ａの有する伝熱面
積を通しての伝熱分だけ冷却、凝縮され、発生し
た凝縮水はパイプ２０Ａの内面に沿つて、第１室
２３Ａおよび第２室２３Ｂに流れ落ちる。そし
て、第１段の熱交換パイプ２０Ａで凝縮しなかつ
た蒸気は次の第２段の熱交換パイプ２０Ｂに導か
れ、ここでも空冷フアン４ａからの大気流と熱交
換して一部の蒸気が凝縮し、この凝縮水は第２室
２３Ｂおよび第３室２３Ｃに導かれる。このよう
にして第１段の熱交換パイプ２０Ａ〜第３段の熱
交換パイプ２０Ｃで得られた凝縮水は第１室２３
Ａ〜第３室２３Ｃおよび出口室２３Ｄに入る。こ
のうにして各気液分離室２３Ａ〜２３Ｄに入つた
水はそれぞれ各Ｕ字管２１Ａ〜２１Ｄにも溜り、
そのまま運転を続けると、各気液分離室２３Ａ〜
２３Ｄに水が満ち、ひいては蒸気の通過を阻害す
るようになる。このとき各バルブ２４Ａ〜２４Ｄ
を開いて各気液分離室２３Ａ〜２４Ｄ内の溜留水
を放出させる。このとき各Ｕ字管の内部には少く
ともコツクとＵ字管底部との高さの差の部分だけ
水が残留し、水封機能を生じる。以後は各コツク
２４Ａ〜２４Ｄを開いた状態で造水装置を運転す
る。

さて、第１室２３Ａ〜第３室２３Ｃ内の圧力は
それ以後の裂交換パイプ内を蒸気が通過するとき
の圧力損失分だけ外部の大気圧より高く、第１室
２３Ａへ向うほど高くなる。この大気圧との差が
各Ｕ字管内の水位差となり、各熱交換パイプでの
凝縮水はこの水位を保ちながら開放されているコ
ツクから放出される。この水位差は、蒸気の入口
流量、温度で圧力損失が変るので、最大の流量、
最高の温度で発生する圧力損失に対応する値以上
になるように選ばれる。このようにして、各気液
分離室ではＵ字管の水位差によつて大気との圧力
差を保持し、大気の逆流入を防止しつつ、発生し
た凝縮水を放出し、未凝縮の蒸気を次段の熱交換
パイプに供給する機能を果す。

しかし、この造水装置においては前述のように
凝縮器への流入蒸気量および温度が変るため、全
部の蒸気が凝縮されつくすのは第３段の熱交換パ
イプ２１Ｃにおいてであるとは限らない。すなわ
ち、凝縮負荷が大きいときには第３段の熱交換パ
イプ２１Ｃまでがすべて使用されるが、これより
負荷が小さいときはそれより前段の熱交換パイプ
で凝縮が終了する場合である。このときには、凝
縮水は出口室２３Ｄには溜らず、第３室２３Ｃま
たはそれ以前までの各室にしか溜らないことにな
る。そうすると水が溜らなかつた気液分離室に設
けられたＵ字管には水が溜らず、外気との水封が
行われないので、Ｕ字管に設けたコツクはこのよ
うな事態に対処するためのものである。

なお、バルブ２４Ａ〜２４ＤはＵ字管２１Ａ〜
２１Ｄ内に水を溜める目的をも有するものである
が、凝縮器の運転前に予めＵ字管２１Ａ〜２１Ｄ
の内に水を注入するようにすれば、凝縮水の流入
しない気液分離室を含めてすべて水封されるので
各バルブを省いてもよい。

第５図はこの発明の他の実施例の凝縮器部分の
構成を示す模式断面図である。これは第４図の実
施例と本質的には同一で、第４図におけるＵ字管
２１Ａ〜２１Ｄの代りに、水封管２５Ａ〜２５Ｄ
の下端を連通管２６で連通させ、更にこれに接続
されて立上る垂直管２９を設けてＵ字管を構成し
ている。この動作は第４図の実施例と全く同様で
ある。垂直管２９の出口に設けられたバルブ２８
は第４図の４個のバルブ２４Ａ〜２４Ｄの作用を
１個で代行できるもので構成および操作の簡素化
が可能である。

なお、上例ではいずれも凝縮器の熱交換パイプ
を３段に分割したが、この分割段数は凝縮能力の
大小によつて任意に選ぶことができる。

以上詳述したように、この考案になる造水装置
では凝縮器の熱交換パイプを複数段に分割し、そ
の各段毎に気液分離室を設け、各気液分離室の出
口を水封して水蒸気が洩れないようにしたので、
外気の逆流入による凝縮能力の低下を防止するの
は勿論、熱交換パイプ内部に水膜ができて凝縮能
力の低下することもなくなり、効率のよい造水運
転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は造水装置の原理的構成を示す系統図、
第２図はこの造水装置における吸収剤の温度と蒸
気発生量との状況を示す曲線図、第３図は先願発
明に用いた凝縮器の構成を示す模式断面図、第４
図はこの考案の一実施例の凝縮器部分の構成を示
す模式断面図、第５図はこの考案の他の実施例の
凝縮器部分の構成を示す模式断面図である。 図において、１ａは吸収剤、４は凝縮器、５は
加熱器、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは熱交換
パイプ、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ
は水封Ｕ字管、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ
は気液分離室、２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ
は水封管、２６は連通管、２７は出口立上り垂直
管である。なお、図中同一符号は同一または相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 気体中に湿度として存在する水分を吸収剤に
   吸収させ、しかる後に上記水分を吸収した吸収
   剤を加熱して吸収した水分を水蒸気として脱離
   させ、この脱離させた水蒸気を冷却し凝縮させ
   て水を得るものにおいて、上記水蒸気を凝縮さ
   せる凝縮器を構成し上記水蒸気の通路を形成す
   る熱交換パイプを複数段に分割し、この分割さ
   れた各段毎に気液分離室を設け、この各気液分
   離室と開放空間との間に、分離された凝縮水の
   取り出しには実質的に抵抗を示さず、気体の流
   通に対しては所定の圧力差に達するまで流通を
   阻止する弁装置を設けたことを特徴とする造水
   装置。 (2) 弁装置に水封Ｕ字管を用いたことを特徴とす
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の造水装
   置。 (3) 各気液分離室と開放空間との間に設けられた
   水封Ｕ字管を底部で連通させ開放空間への凝縮
   水の取出口を唯一個設けたことを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第２項記載の造水装置。