JPS6340127B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、気体中の水分から水を得る造水装
置に関するものである。

従来、造水装置としては、海水を原料とし、淡
水を作る装置が海水淡水化装置としてよく知られ
ている。また下水などの汚水を高度に処理して、
再利用可能な清澄度の高い水を得る水の再利用処
理装置があるが、これも海水淡水化装置と同じ範
疇の造水装置とみることができる。すなわちこれ
らはいづれも水を得るにあたり液体の水を主成分
とする溶液を原料としている。このためにこれら
の造水装置は原料として液体状の水を使用する以
上、当然ながら砂漠のように全く液体状の水が得
られないところでは造水できない。

そこで砂漠のように液体状の水が得られない地
域でも容易に水を得ることのできる造水装置が要
望されており、このような新規な造水装置が開発
されつつある。

すなわち、この新規な造水装置は大気中に存在
する水分から水を得る装置であり、大気が存在す
るかぎり、どこででも造水することができるもの
である。勿論、大気中に全く水分がなければ造水
は不可能であるが、気候に関する統計データおよ
び発明者らの調査結果では、アラビア半島中央部
の巨大な砂漠の大気であつても空気１m³中に３〜
4gの水分は存在し、造水は可能である。したが
つて、不毛の地に水を得て、人間活動が可能とな
り、また、この水を潅水として利用することによ
つて植物栽培も可能となる。すなわち、この造水
装置は人間の生活圏拡大に寄与するもので、その
意義はきわめて大きい。

この造水装置の基本原理は、第１の過程として
大気中の水分を吸着剤に吸着させ、ついで第２の
過程としてこの水分を吸着した吸着剤を加熱する
ことによつて吸着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。このとき同時に吸着剤は水を失つて、再び吸
着能力を回復するので、吸着剤は大気中の水分の
吸着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。

第１図は以上の基本原理にもとづく造水装置の
配管を簡略化した先行技術による構成の一例を模
式的に示す平面図、第２図は第１図の―線で
の断面図、第３図は第２図の―線での断面図
である。

図において、１Ａおよび１Ｂはそれぞれ断面形
状が四角形である管状体からなり吸着剤充填層１
ａおよび吸着剤充填層１ｂを収容する第１および
第２の収容部、２ａは第１の収容部１Ａの両開口
端縁部の上部側板にそれぞれ吸着剤充填層１ａを
はさんで設けられた気体の流通口、２ｂは第２の
収容部１Ｂの両開口端縁部の上部側板にそれぞれ
吸着剤充填層１ｂをはさんで設けられた気体の流
通口、３ａは第１の収容部１Ａの上部側板上に設
けられ流通口２ａを通つて導入される気体が加熱
される加熱室、３ｂは第２の収容部１Ｂの上部側
板上に設けられた流通口２ｂを通つて導入される
気体が加熱される加熱室、４ａおよび４ｂはそれ
ぞれ加熱室３ａおよび加熱室３ｂ内の気体を加熱
する加熱器、５は第１の収容部１Ａの空気の排出
側の開口部と第２の収容部１Ｂの空気の排出側の
開口部とに連通するように共通に設けられた空気
の排気室、６は排気室５の上部に開けられた空気
の排気口の近傍に設置され第１の収容部１Ａまた
は第２の収容部１Ｂ内を通して吸着剤充填層１ａ
または吸着剤充填層１ｂに水分を吸着させる空気
を吸込んで排出する吸込み形の吸着用ブロワであ
る。

７は排気室５内に設けられ吸着用ブロワ６によ
つて排出される空気で冷却されるように構成され
た凝縮器、８ａは吸着用ブロワ６によつて第１の
収容部１Ａ内に空気が吸込まれる吸込み口側の左
右側板の開口端部にそれぞれ取り付けられこの吸
込み口を両開き戸のように開閉する吸込み口側
扉、９ａは吸着用ブロワ６によつて第１の収容部
１Ａ内の空気が排出される排出口の左右側板の開
口端部にそれぞれ取り付けられこの排出口を両開
き戸のように開閉する排出口側扉、８ｂおよび９
ｂはそれぞれ第１の収容部１Ａの吸込み口側扉８
ａおよび排出口側扉９ａと同様の第２の収容部１
Ｂの吸込み口側扉および排出口側扉である。１０
ａは流通口２ａに近接して設けられ吸込み口側扉
８ａおよび排出口側扉９ａを閉じることによつて
流通口２ａを通して第１の収容部１Ａと加熱室３
ａとで形成される循環路に加熱室３ａにおいて加
熱された空気を循環させて吸着剤充填層１ａを昇
温させてこの吸着剤充填層１ａに吸着された水分
を脱着させる循環用ブロワ、１０ｂは、循環用ブ
ロワ１０ａと同様に、流通口２ｂに近接して設け
られ吸込み口側扉８ｂおよび排出口側扉９ｂを閉
じることによつて流通口２ｂを通して第２の収容
部１Ｂと加熱室３ｂとで形成される循環路に加熱
室３ｂにおいて加熱された空気を循環させて吸着
剤充填層１ｂを昇温させてこの吸着剤充填層１ｂ
に吸着された水分を脱着させる循環用ブロワであ
る。１１ａおよび１１ｂはそれぞれ一端が第１の
収容部１Ａと加熱室３ａとで形成された循環路お
よび第２の収容部１Ｂと加熱室３ｂとで形成され
た循環路に連通するように接続された気体の流
路、１２は流路１１ａの他端と凝縮器７との接
続、および流路１１ｂの他端と凝縮器７との接続
を相互に切換えることができる切換えバルブであ
る。一点鎖線で機能のみを示す１３は凝縮器７で
得られた水を貯わえる大気開放形の受水槽、一点
鎖線で示す１４は造水された水である。

次に、動作について説明する。

この先行技術による造水装置では、収容部を２
基設けているので、一方の収容部が吸着過程（第
１の過程）を行つているときに、他方の収容部で
脱着過程（第２の過程）を行い、これらの過程が
終了した後に、これらの過程を交互に切りかえ
て、繰り返すことによつて造水を連続的に行うこ
とができる。以下の説明では、第１の収容部１Ａ
が吸着過程にあり、第２の収容部１Ｂが脱着過程
にあるものとして述べる。

第１の収容部１Ａにおける吸着過程において
は、まず、第１の収容部１Ａの吸込み口側扉８ａ
および排出口側扉９ａを開き、第２の収容部１Ｂ
の吸込み口側扉８ｂおよび排出口側扉９ｂを閉じ
るとともに、切換えバルブ１２を流路１１ｂと凝
縮器７とが接続するように切換える。次に、吸着
用ブロワ６を作動させて、吸着用空気を第１の収
容部１Ａの吸込口から内部に吸込み、これに収容
された吸着剤充填層１ａと接触させて吸着過程が
行われる。このとき、吸着剤充填層１ａに水分が
吸着されて乾燥した空気は排気室５内を通つて外
部へ排出される。一方、第１の収容部１Ａが吸着
過程にあるとき、第２の収容部１Ｂにおける脱着
過程が行われることが望ましい。この第２の収容
部１Ｂの脱着過程においては、第２の収容部１Ｂ
の吸込み口側扉８ｂおよび排出口側扉９ｂを閉じ
た状態で、循環用ブロワ１０ｂを作動させて、加
熱室３ｂ内の空気を、加熱器４ｂで加熱しなが
ら、流通口２ｂを通して第２の収容部１Ｂと加熱
室３ｂとで形成された循環路を循環させる。そう
して、加熱室３ｂ内で加熱された空気によつて、
第２の収容部１Ｂ内の吸着剤充填層１ｂを加熱
し、この吸着剤充填層１ｂに予め吸着されていた
水分を水蒸気にして脱着させようとするものであ
る。このように、吸着剤充填層１ｂから水蒸気が
脱着されると、脱着による水蒸気の発生と高温に
なつたことによつて、上記循環路内の気体の体積
積が増加し、この循環路内で体積増加した気体
は、脱着された水蒸気とともに流路１１ｂ、切換
えバルブ１２および凝縮器７を通つて大気中に放
出される。このとき、上記循環路から流出する気
体中の水蒸気は、凝縮器７で凝縮し、受水槽１３
に貯わえられるが、この凝縮器７の温度で決まる
飽和蒸気圧に相当する水蒸気は空気とともに大気
中に放出され損失となる。

しかし、第２の収容部１Ｂおよび加熱室３ｂの
中に当初入つていた空気は、脱着する水蒸気量に
比べ、わずかであり、勿論その量が限られている
ので、次々に発生する水蒸気によつて全部排出さ
れて、実質的に水蒸気のみが上記循環路内を循環
する状態になる。この水蒸気のみとなつた状態で
は、上記循環路内の圧力は、凝縮器７を介して大
気に開放されているので、常に約１気圧である。
また、上記循環路内を循環している気体は水蒸気
のみであり、脱着した水蒸気に相当する量の水蒸
気は凝縮器７に押し出され、ここで水となつて、
受水槽１３内に貯わえられる。このようにして、
吸着剤充填層１ｂの水分が充分脱着された段階で
脱着過程が完了する。

以上説明した吸着過程と脱着過程とを、第１、
第２の収容部１Ａ，１Ｂに交互に行わせることに
よつて、連続的に空気中の水分から水を得ること
ができる。

このような先行技術による造水装置では、熱回
収を全く行つておらず、時代的要請である省エネ
ルギの観点からは問題であつた。

この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもの
で、脱着過程と吸着過程の切換えを行う際に、脱
着過程が終了した直後で未だ高温にある一方の収
容部から、吸着過程から脱着過程へ切換えられた
直後の他方の収容部へ、ヒートパイプ型熱交換器
によつて熱を移行せしめるようにすることによつ
て熱回収を図つた省エネルギ的造水装置の提供を
目的とする。

更に詳しく述べると、上述の先行技術で造水す
る場合、脱着過程から吸着過程へ切換えられても
当該収容部に於て直ちに吸着が始まるわけではな
く、吸着剤の温度がある程度下るまで、引続き脱
着が進行する。第４図はこの間の事情を物語るも
のである。即ち、図に於て、曲線Ｉは吸着剤の温
度変化、曲線は吸着剤の重量変化を表わすが、
路着過程から吸着過程へ切換わつた時点（即ち、
加熱器と循環ブロワをOFFにし、吸込み口側扉
および排出口側扉を開けた時点）を示すＡ点から
Ｂ点に至るまで脱着が引き続いて起り、吸着剤の
重量は減少するのである。このあと重量は増加に
転ずるが、切換え時点の重量まで回復する（図中
Ｃ点に至る）には、運転条件によつて異るもの
の、通常10分乃至１時間を要する。本発明の趣旨
は、このAC間に熱回収を図ろうとするものであ
る。

第５図および第６図はこの発明の一実施例を示
すもので、それぞれ第２図および第３図に対応し
た断面図である。この実施例では、排気室５の下
部に、第１の収容部１Ａと第２の収容部１Ｂを連
結するヒートパイプ型熱交換器１０１が設けられ
ている。

この発明の趣旨は、上述したように、吸着過程
と脱着過程を切換える際に、脱着過程が終了した
直後で未だ高温にある一方の収容部から、吸着過
程から脱着過程へ切換えられた直後の他方の収容
部へ、熱を移行せしめることによつて熱回収を図
ることである。吸着および脱着過程の最中に、
（脱着過程にある収容部から吸着過程にある収容
部へ）熱を移行せしめることは、熱損失を招くば
かりでなく、脱着過程にある吸着剤の温度が上ら
ぬため脱着が充分行なわれず、また吸着過程にあ
る吸着剤の温度が上るため水分の吸着量が減少
し、結局造水量が減少することになるので本発明
の趣旨に反する。

したがつて、ヒートパイプ型熱交換器１０１に
は、熱を移行せしめる必要のない時に、熱を遮断
するためのバルブなど熱遮断装置（図示せず）を
設けてある。

次に、運転方法の一例を説明する。第１の収容
部１Ａが吸着過程から脱着過程へ、第２の収容部
１Ｂが脱着過程から吸着過程へ切換わるタイミン
グにあるものとする。操作手順は次の通りであ
る。

(イ) 先ず、第１の収容部の吸込み口側扉８ａおよ
び排出口側扉９ａを閉じ、循環ブロワ１０ａを
作動させる。

(ロ) 第２の収容部の加熱器４ｂをOFFにする。

(ハ) 吸着用ブロワ６を停止する。

(ニ) ヒートパイプ型熱交換器１０１の熱遮断装置
を開けて、第２の収容部１Ｂから第１の収容部
１Ａへ熱の移行を開始させる。

(ホ) この状態のまま、所定の時間放置し、熱回収
を行う。

(ヘ) 熱回収を終えたらヒートパイプ型熱交換器１
０１の熱遮断装置を閉じる。

(ト) 第１の収容部１Ａの加熱器４ａをONにす
る。

(チ) 切換えバルブ１２を流路１１ａと凝縮器７
とが接続するように切換える。

(リ) 第２の収容部１Ｂの循環ブロワ１０ｂを停止
し、吸込み口側扉８ｂおよび排出口側扉９ｂを
開ける。

(ヌ) 吸着用ブロワ６を作動せしめる。

このようにして、第１の収容部１Ａでは脱着過
程が、また第２の収容部１Ｂでは吸着過程が本格
的に始まるわけである。尚、上述の運転方法は一
例を示したに過ぎず、これに限定されないことは
言うまでもない。

また、上記実施例では、ヒートパイプ型熱交換
器１０１を排出室５の下部に設けたが、必ずしも
この位置に限定されるわけでない。ヒートパイプ
型熱交換器は熱遮断装置が付いたものであれば、
どのような型式・形状のものでもよい。

その他の点についても、この発明の趣旨を逸脱
することなく種々の変形が可能である。例えば、
(イ)加熱室、３ａ，３ｂを第１、第２の収容部１
Ａ，１Ｂの上部側板以外の側板に設けること、(ロ)
吸着用ブロワ６を押込み形にすること、(ハ)吸込み
口側扉８ａ，８ｂおよび排出口側扉９ａ，９ｂを
引き戸のようにすること、(ニ)吸着用ブロワ６と凝
縮器７との位置関係を入れ換えること、(ホ)吸着剤
充填層１ａ，１ｂを円筒形にすることなどいずれ
も支障なく実施することができる。

また、この実施例で用いる吸着剤充填層１ａ，
１ｂの吸着剤は、モレキユラーシーブ３Ａ、同４
Ａ、同５Ａ、同１０Ｘ、同１３Ｘなどのゼオライ
ト、シリカゲル、アルミナゲル、シリカアルミ
ナ、活性アルミナ、活性炭、活性ボーキサイト、
活性白土など一般に固体吸着剤として用いられる
ものであればよい。また臭化リチウム、塩化リチ
ウムなど一般に水溶液として用いられる吸収剤
は、アルミナ、アスベストなどの適当な担体に担
持させて使用することができる。これらの吸着剤
の形状は、粒、球、ペレツト、タブレツトなど支
障なく使用できる。更に、蜂の巣状などの吸着剤
を使用したいわゆるパラレルパツセージ形充填層
とすることもできる。これらの吸着剤の選択は、
その吸着特性と気温や湿度とを勘案して行い、こ
れらの吸着剤の吸着および脱着の操作条件は、用
いる吸着剤に応じて、適宜選択され、特に制約は
ない。

この実施例では、受水槽１３が開放されている
ものについて述べたが、密閉されているもの、も
しくは当初開放されていて循環路内の空気が実質
的に駆逐され脱着水蒸気で置換された後に密閉す
るもの、あるいはその他の変形のいずれにも、こ
の発明は適用できる。更に、上記実施例では、２
基の第１、第２の収容部１Ａ，１Ｂを設けた場合
について説明したが、必ずしも２基に限定する必
要がなく、２基以上の複数個の収容部を設けた場
合にもこの発明は適用できることは言うまでもな
い。

なお、上記説明では、この発明を大気中の水分
を原料として水を得る場合について述べたが、必
ずしも大気に限定されるものではない。

以上、詳細に説明したように、この発明の造水
装置では、熱回収を効率よく行うことができ、投
入エネルギ当りの造水効率を高めた省エネルギ型
となつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術による造水装置の一例を模式
的に示す平面図、第２図は第１図の―線での
断面図、第３図は第２図の―繰での断面図、
第４図は先行技術による造水装置を運転した場合
にみられる吸着剤温度および吸着剤重量の経時変
化を示す。また第５図および第６図はこの発明の
一実施例を示すもので、それぞれ第２図および第
３図に対応した断面図である。 図において、１Ａおよび１Ｂは第１および第２
の収容部、１ａおよび１ｂはそれぞれ吸着剤充填
層、３ａおよび３ｂはそれぞれ加熱室、５は排気
室、６は吸着用ブロワ（気体送給装置）、７は凝
縮器、８ａおよび８ｂはそれぞれ吸込み口側扉
（開閉手段）、９ａおよび９ｂはそれぞれ排出口側
扉（開閉手段）、１０ａおよび１０ｂはそれぞれ
循環用ブロワ（循環装置）、１０１はヒートポン
プ型熱交換器である。なお、図中同一符号はそれ
ぞれ同一もしくは相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に水分吸着用の吸着剤充填層を収容しこ
   の吸着剤充填層をはさんでその両側にそれぞれ気
   体の吸込み口および排出口を有する少なくとも２
   基の収容部、これらの収容部の上記吸込み口およ
   び排出口をそれぞれ開閉する開閉手段、上記２基
   の収容部のそれぞれの吸込み口（または排出口）
   に連接して設けられた共通の給（まは排）気室、
   この給（または排）気室内を通つて上記開閉手段
   が開かれ吸着過程にある上記収容部へ水分を含ん
   だ気体を送給する気体送給装置、上記収容部と上
   記吸着充填層をはさんで上記吸込み口側および排
   出口側に連通するように設けられ、当該収容部が
   脱着過程にあるとき内部の気体を加熱する加熱
   室、上記開閉手段を閉じることによつて上記脱着
   過程にある収容部と上記加熱室とで形成される循
   環路を通つて上記加熱室で加熱された気体を循環
   させて上記吸着剤充填層を昇温させこの吸着剤充
   填層に吸着された水分を脱着させる循環装置、並
   びに上記気体送給装置に隣接して設けられ上記給
   （または排）気室内を通つて上記気体送給装置で
   送給される気体によつて冷却されて上記循環路へ
   の連通管開口から導入される上記脱着された水分
   を凝縮させる凝縮器を備え、交互に一方の上記収
   容部が吸着過程にあるときは他方の上記収容部が
   脱着過程にあるようにしたものにおいて、上記２
   基の収容部に連接して設けられ上記脱着過程と吸
   着過程の切換を行なう際に、上記脱着過程が終了
   してまだ高温にある一方の収容部の熱を上記吸着
   過程から脱着過程へ切換えられた他方の収容部へ
   移行せしめるヒートパイプ型熱交換器を有し、か
   つ、このヒートパイプ型熱交換器は上記一方の収
   容部から上記他方の収容部へ熱の移動がなくなつ
   たときに熱の移行を遮断するための熱遮断装置を
   設けたことを特徴とする造水装置。