WO2008013306A1 - Method of making water with metal plate, metal-plate-using water making apparatus, water collecting metal plate and water collecting metal element - Google Patents

Method of making water with metal plate, metal-plate-using water making apparatus, water collecting metal plate and water collecting metal element Download PDF

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collecting
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Hideya Koshiyama
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    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
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    • E03B3/28—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from humid air
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    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a metal plate type water making method and a metal plate type water making device, and in particular, forcing a metal plate having a cooler for extracting water from moisture in the atmosphere and a water film formed on the surface of the metal plate.
  • TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal plate type water making method and a metal plate type water making device provided with a water film peeling mechanism for peeling off the plate.
  • the present invention relates to a water collecting metal plate and a water collecting metal element, and in particular, a water collecting metal plate whose surface is modified to be water collecting so as to be easily wetted, and a method for manufacturing the same, and from the moisture in the atmosphere using this water collecting metal plate
  • the present invention relates to a method of constructing a water collection metal element that is a water collection element that facilitates water collection, and various methods of using the water collection metal plate and the water collection metal element.
  • the present invention relates to a metal plate-type water making method and a metal plate-type water making device for extracting water from atmospheric moisture which is a raw material of water.
  • the metal plate type water making method and the metal plate type water making apparatus of the present invention can provide a product group suitable for various places and uses that require water.
  • Metal plates generally dislike water. Therefore, various technical means for preventing damage caused by wetness of the metal plate surface have been studied and put into practical use.
  • the target technology of the metal plate type water making method and metal plate type water making device of the present invention is to collect a large amount of water from atmospheric moisture by modifying the surface of the metal plate so as to be easily wetted. This is the opposite of the conventional idea. There are currently no similar technologies or products that collect water from atmospheric moisture. Disclosure of the invention
  • the problem to be solved by the present invention is that the air as raw material and its humidity are free, and the metal plate-type water making method and the metal plate-type are extracted when the required amount of water is needed from this free resource. It relates to the technology of fresh water generators.
  • the principle of water production technology is a universal natural phenomenon in which water condenses on the surface of a material when the material is cooled.
  • the challenge is to find the most efficient means of maximizing water production using this natural phenomenon.
  • the main technologies for increasing water production are the following two points.
  • the first point is that the formation time of the water film that aggregates on the surface of the cooled metal plate is fast and the amount of water is large.
  • the problem is solved by roughening the surface of the metal plate to be hydrophilic and / or applying a coating of a hydrophilic substance.
  • the second point is the saturation that increases in the linear increase process (rapid increase process) because the water increase is prevented when the thickness of the water film generated on the surface of the cooled metal plate exceeds a certain amount.
  • the generated water film is wiped or ejected by a water film peeling mechanism to forcibly peel off the surface of the metal plate.
  • the operation of this water film peeling mechanism has an effect of increasing by about 2,00,000 times or more per month at room temperature and humidity, and about 1,00,000 times even at low humidity (30%) in desert areas. This has been proved by experiments.
  • the main point of the present invention is that, in a fresh water generation method for extracting water from moisture in the atmosphere, by cooling the metal plate, a water film is generated on the surface of the metal plate by condensation, and is saturated in the linear increase process.
  • the generated water film is ejected at a previous stage, and the generated water film is forcibly separated from the metal plate to collect water.
  • the gist of the present invention is that in a fresh water generator that extracts water from moisture in the atmosphere, the metal plate, a cooler that cools the metal plate, and a water film that forms on the surface of the metal plate are forced out by being forced out. It is in a metal plate type fresh water generator equipped with a water film peeling mechanism for peeling off.
  • Water film peeling mechanism such as wiping off or popping off the water film formed on the surface of the metal plate
  • a control device that controls the entire device to produce the maximum amount of fresh water under given weather conditions, and receives instruction information from the user
  • Power source power that can be used together or independently, such as solar power generators, wind power generators, and commercial power
  • the moisture in the atmosphere is efficiently aggregated by cooling the metal plate, which has been provided with a hydrophilic coating and having a modified surface, with a cooler.
  • the water film formed on the surface of the metal plate is in a linear increase process (rapid increase process), and immediately before the water increase prevention phenomenon (saturated state) due to the thickness of the generated water film occurs.
  • a large amount of water can be produced by forcibly peeling the generated water film from the metal plate, such as by wiping the generated water film with a wiper or ejecting it with an ultrasonic oscillator.
  • the increase effect of the wiper alone is about 1,00 times per month in a low humidity environment (about 30%) compared to an untreated metal plate without a wiper.
  • the power source power of the metal plate type water making method and the metal plate type water making device of the present invention can be configured such that solar power generation, wind power generation, and commercial power source can be used together or independently as required. By using natural energy, the running cost of power can be made free as well as the air that is the water resource of the metal plate type water making method and metal plate type water making device of the present invention.
  • General means of water intake is difficult to implement at the individual level because it requires a large amount of money to prepare the water source, power source, and water supply infrastructure.
  • the metal plate type water making method and the metal plate type water making device of the present invention can take in a necessary amount of water even in places where there is no infrastructure such as deserts, remote islands, and mountainous areas.
  • the main uses of the water collection metal plate and the water collection metal element which are elements of the water collection system of the present invention that are easily wetted, are the “metal plate type fresh water generator” that collects a large amount of water from the atmosphere, and the “building cooling” that cools the entire building.
  • the present invention relates to provision as an industrial material which is a main element for these devices.
  • the problems to be solved by the invention are the manufacturing method for improving the surface of the water collecting metal plate to be easily wetted and excellent in water collecting capacity, and the use of the water collecting system element according to the present invention for each device shown in the previous section. Will be described below.
  • the first is the roughening of the metal plate surface.
  • a necessary condition for easy wettability and high water collection is to maximize the effective surface area per unit area of the metal plate surface. For that purpose, it is necessary to roughen the metal plate surface.
  • the second is surface modification to increase the water collection of metal plates. Crystals of hydrophilic substances in close contact with metal crystals under the construction conditions for hydrophilic substances such as titanium oxide (T i 0 2) or silicon oxide (S i02) to exhibit high water collection Must be generated. In order to bring the crystals of both substances into close contact, it is important to roughen the metal crystal surface.
  • the third is to prevent attenuation of the high water collection level of the metal plate.
  • high temperature heating is applied, and rapid cooling attenuates the degree of hydrophilicity. Therefore, in order to fix the degree of hydrophilicity, the time process of lowering the temperature range from high temperature to room temperature is important.
  • the fourth is quality control of metal plates.
  • it is necessary to provide the customer with a quality evaluation of the rough surface condition and hydrophilicity of the target surface of the product, and production facilities equipped with automatic control functions. By collecting water metal plate Need to produce.
  • the present invention relates to providing a fresh water generator as a means for obtaining water in a stable atmosphere and collecting water in large quantities and at low cost.
  • Seawater desalination plant There is a seawater desalination plant as an existing water intake method for obtaining a large amount of water, but it has the following disadvantages. It can be introduced in large cities close to the sea and well-funded, but it cannot benefit from cost-effectiveness in depopulated areas such as food production areas. As a result, people who have been forced to abandon the village abandon the village and set up camps around the city, which is a source of problems.
  • the present invention relates to the provision of a high-performance and low-cost building cooling apparatus as means for cooling an entire building by applying vaporization heat, which is a natural phenomenon.
  • the present invention relates to providing a high-performance and low-cost dehumidifier.
  • dehumidifying / humidifying devices that can provide both humidification and dehumidification are necessary throughout the year, but currently they are not commercially available. This can be solved by a device capable of providing both the functions of the humidifier described above and the aforementioned dehumidifier.
  • Issues related to roof snow removal equipment The purpose is to automatically remove snow from the roof without using electricity. In heavy snowfall, there are frequent deaths and injuries due to falling when the roof is snowed. In the future, the temperature of the Sea of Japan will rise due to the effects of global warming, a large amount of water vapor will be generated, and a large amount of snow is expected. There is a need for safe and inexpensive means to remove snow.
  • the present invention relates to the provision of a roof snow removal device that eliminates these drawbacks.
  • the main point of the present invention is a metal plate provided with a fine surface in which the effective surface area after processing is enlarged with respect to the surface area before processing, and moisture on the surface of the metal plate is condensed on the surface to form a water film.
  • the collected water plate is formed by ejecting the generated water film and forcibly separating it from the metal plate to collect water.
  • Construction management is important for this processing.
  • the management content is the powder size of the hydrophilic substance, which is about 1/100 or less compared to the rough surface of the metal plate, and maintains the effective surface area.
  • it is crystallized under construction conditions to maximize the degree of water collection by hydrophilic substances, and this crystal is densely attached to the rough metal surface. It is important to bond firmly, and in order to increase the bonding strength, a pretreatment process is required to roughen the metal crystal with a plasma or a laser. In addition, slow cooling time is important for maintaining high water collection even after crystallization by heating.
  • each construction mentioned above realizes a water collection metal plate that easily wets and exhibits high water collection and water retention with excellent water collection and retention.
  • the water collection metal plate can be used as the main component and can be realized for the main applications mentioned above.
  • Each device is described below.
  • Building cooling system As mentioned earlier, it effectively applies the heat of vaporization of water. It has the effect of reducing power consumption in summer by about half due to natural phenomena. By using it for all buildings in a densely populated city, the whole city becomes cooler and the effect of attracting customers increases.
  • Humidification Z Dehumidifier Home appliances in small spaces are commercially available, but those for large spaces such as buildings and gymnasiums are not marketed even if there is a need. The present invention meets this need. Although the indoor humidity as a comfortable space is about 50%, a device that automatically adjusts the humidity can be provided.
  • dehumidifying and humidifying equipment We can provide products that have both dehumidifying and humidifying functions and a control device that automatically adjusts to the optimum spatial humidity throughout the year, and that requires little power for large spaces.
  • Fig. 1 is a partial cross-sectional view showing the state of use of the automatic plant watering device.
  • Fig. 2 is an overview of the automatic plant watering device.
  • FIG. 3 is a top view of the automatic plant watering apparatus with the lid and the water transfer tube removed.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the automatic plant watering apparatus.
  • Fig. 5 is an overview of the water transfer tube of the automatic plant watering device.
  • FIG. 6 is a front view of the operation panel of the automatic plant watering apparatus.
  • Fig. 7 is a functional block diagram of the plant automatic watering device.
  • FIG. 8 shows non-hydrophilic water droplets.
  • FIG. 9 shows a hydrophilic water mass
  • FIG. 10 shows a superhydrophilic water film.
  • Figure 11 is a schematic cross-sectional view of a highly water-collecting metal plate.
  • Fig. 12 is a 20,000-magnification plan view of the Ti02 crystal (anatase structure).
  • FIG. 13 is a perspective view of FIG.
  • Figure 14 is a production flow diagram of the water collection metal plate A.
  • FIG 15 is an overview of the water collection metal element B.
  • Fig. 16 is a cross-sectional view of the water collection metal element B.
  • FIG 17 is an overview of Catchment Metal Device C.
  • Figure 18 is an illustration of water collection and water film removal.
  • FIG. 19 is an external view showing another embodiment of the metal plate type fresh water generator.
  • Fig. 20 shows the installation of the building cooling system.
  • Figure 21 is a detailed cross-sectional view of the building cooling system.
  • Figure 22 shows the installation of the indoor dehumidifier.
  • Figure 23 is a cross-sectional view of the water collection metal element D.
  • Figure 24 shows the installation of the roof snow removal equipment.
  • Fig. 25 is a cross-sectional view of the heat collector.
  • Figure 26 shows the construction accessories for the roof snow removal equipment. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the metal plate employs an aluminum (A 1) heat plate with a hydrophilic coating on the surface and a heat medium enclosed between two aluminum (A 1) plates.
  • a 1 aluminum
  • a 1 heat plate with a hydrophilic coating on the surface
  • a 1 heat medium enclosed between two aluminum
  • the main body size is in the form of a small cylindrical pedestal with an outer diameter of 2 O cm and a height of 5 cm
  • the main component of the automatic watering device E is the main body case 1 0, metal plate 3 0, gear motor 4 0, wiper 5 0, cooler 6 0, control device 70, water level sensor 9 0, water guide tube 1 0 0, etc.
  • the power source in the explanation is commercial power I will omit the explanation of solar and wind power generators.
  • the state of use of the automatic plant watering device E will be described with reference to FIG.
  • the state in which the houseplant 1 2 1 is planted in the soil 1 2 2 and the pot 1 2 3 is called a planter 1 2 0.
  • the bowl 1 2 3 is preferably made of a cheap and lightweight resin.
  • a tube hole 1 2 4 for penetrating the water guide tube 100 is opened in advance.
  • the positional relationship between the main body case 10 and the gear motor 40 will be described with reference to FIGS.
  • the main body case 10 has a motor chamber 11 at the center, and a gear motor 40 is housed therein and fixed by a plurality of motor screws 12.
  • the rotating shaft 4 1 of the gear motor 40 is protruded upward from the through hole 13 and a wiper 50 is attached.
  • the specifications of the gear motor 40 will be described.
  • the rotation speed is preferably about 10 seconds per rotation. The reason is that the wiper 50 slides on the hydrophilic coating of the metal plate 30 to prevent wear and extend the life. Therefore, the geared motor is used to reduce the rotational speed.
  • Plant automatic watering device E extracts water from atmospheric moisture, and intake and exhaust are important
  • the plant automatic watering device E is provided with a plurality of stands 16 so as to be lifted from the floor surface and have openings 17. Air entering through the opening 17 reaches the inlet 18 and flows into the reservoir 14. The air flowing into the water storage chamber 14 is dehumidified and lightened by the metal plate 30, moves upward, and flows out from the exhaust port 19. Since the amount of air flowing in and out affects the water production capacity, it is important to provide as large an area as possible for the opening 17, inlet 18, and outlet 19 that serve as air passages. It is desirable that the area of each passage is the same.
  • the metal plate 30 will be described with reference to FIGS.
  • a hydrophilic heat plate in which a medium excellent in heat conduction is enclosed between two aluminum (A 1) plates and a hydrophilic film is applied to the surface of one aluminum (A 1) plate is used.
  • the hydrophilic coating is the inner surface 31 of the annular metal plate 30. Since the heat plate is excellent in thermal conductivity, the whole plate can be cooled even by one point of cooling.
  • the mounting position of the metal plate 30 is the central portion of the water storage chamber 14 of the main body case 10.
  • the horizontal direction is fixed by ribs 15, and the vertical direction is fixed by a plurality of presser fittings 20.
  • the presser fitting 20 is fixed to the side surface of the main body case 10 by a plurality of presser fixture fixing screws 21.
  • the wiper 50 will be described with reference to FIGS.
  • the wiper 50 is composed of a wiper arm 51 and a wiper blade 52 that can be attached to and detached from the tip, and is attached to the rotating shaft 41 of the gear motor 40. As shown in FIG. 4, the wiper blade 52 is attached to the inner surface 31 of the metal plate 30 in a bent state.
  • the material of the wiper blade 52 is a soft resin sheet having a thickness of about 0.15 mm.
  • the cooler 60 will be described with reference to FIGS.
  • the plant automatic watering device E is mainly for planter plants and does not require a large amount of water. Therefore, a belt unit is adopted as a cooler of about 20 deg.
  • the cool air of the cooler 60 is reliably transmitted to the metal plate 30 via the cool air transmission unit 61.
  • the cold air transfer section 61 is fixed using solder or the like.
  • the control device 70 will be described with reference to FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, and FIG.
  • the control device 70 is fixed to the side surface of the main body case 10.
  • the control device 70 is the brain of the plant automatic watering device E, and is an electric system control, information processing, and user operation unit.
  • Related parts group is control unit 7 1, gear motor 40, cooler 60, water level sensor 90, weather sensor 91, and power supply
  • code 1 1 0.
  • the main contents of the control and information processing are as follows: Appropriate information is obtained from the water level sensor 90 and the weather sensor 91, and the gear motor 40 is operated at the optimal time. Operation Z stop command for the required time, operation Z stop command for each related component, and the presence / absence of power input from power cord 110.
  • control unit 71 constituting the electronic circuit of the control device 70, there are provided a weather sensor 91 for measuring humidity and temperature, and a function for integrating the theoretical water production from the measured data. Based on the calculation method incorporated in advance, it has the function to continue the operation by judging the optimum operating conditions related to freshwater generation while constantly comparing with the given meteorological data.
  • Control panel 7 2 has LCD screen 7 3, ONZOF FF button 7 8, Increase / decrease button 7 9 to set water volume increase / decrease, Number setting button 8 1 to set water supply count, Check the NZO FF status It consists of an energizing lamp 8 2 (red), an operating lamp 8 3 (blue) to check the fresh water generation status, and a confirm button 8 0 to confirm the settings.
  • the energizing lamp 8 2 is an indicator lamp for visually checking the ONZO F state.
  • the red light is on and the light is off.
  • the operation lamp 8 3 is an indicator lamp for visually checking the state of fresh water. The blue light is on during fresh water generation, and the light is off when fresh water is stopped. Only when the power lamp 8 2 is lit (energized), it operates and lights up.
  • the water level sensor 90 will be described with reference to FIGS.
  • the mounting location is located below the cooler 60, in the water storage chamber 14 and fixed to the inner wall of the main body case 10.
  • the role is to monitor the amount and level of water produced by the plant automatic watering device E, and to transmit information to the control unit 71 so that it always becomes a predetermined amount. Based on this information, the control unit 7 1 commands the operation Z stop of the gear motor 40 and the cooler 60 and plays an important role.
  • the water guide tube 100 will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG.
  • the usage and purpose are to send water from the plant automatic watering device E to the root of the houseplant 1 2 1 as shown in Fig. 1.
  • the principle of water supply is a combination of hydrophilic fiber and capillary phenomenon.
  • the structure of the water guide tube 100 is a tube made of soft resin such as silicon.
  • Soft resin tube 1 0 1 In the inner space, hydrophilic fibers etc. are linear A string-like hydrophilic string 10 2, and a water-conducting string 10 4, which are further bundled with a water-repellent skin 10 3, are inserted.
  • both ends of the water guide tube 100 have an inclined cross section 10 5 and a cross sectional shape that facilitates the inflow and discharge of water.
  • the inflow side is immersed in the water 10 6 of the reservoir 14, and the discharge side is fixed with the inclined cross section 1 0 5 facing downward from the root of the foliage plant 1 2 1.
  • the inflowing water vigorously travels through the water guide string 10 4, reaches the end of the discharge side, and drops to the root of the foliage plant 1 2 1. Water is replenished to the end of the discharge side where the amount of water has decreased due to this discharge dripping, and this is repeated. If the end on the inflow side is not in contact with water 10 6, water supply stops.
  • the weather conditions are 20 degrees Celsius and humidity 60%, and the automatic watering device E is explained as follows. Since the pre-operation before use is as already explained, the description is omitted. .
  • Plant planters 1 2 1 require different amounts of water depending on the size, type and season of trees.
  • the standard amount of water in this example is 1 per 1 OO, but it is possible to increase or decrease the amount of water supply as necessary.
  • the method for adjusting the amount of water supply is described as follows.
  • Increase Z decrease button 7 Each time the increase side of 9 is pressed, the value in the increase display column 7 4 changes in units of 1 0 0 cc. (Example: To increase 5 0 0 cc) Increase Z decrease button 7 Press the 9 increase side 5 times 5 times, confirm that the value “5 0 0” is displayed in the increase display column 7 4, and confirm the button 8 When 0 is pressed, the value in the water supply display column 7 5 changes from “1 0 0 0” to “1 5 0 0”, and the value in the increase display column 7 4 is deleted. After that, continue to supply 1,500 cc of water every day.
  • Increase Decrease button 7 Each time the 9 decrease side is pressed, the value in the decrease display field 7 6 changes in increments of 1 0 0 cc.
  • Increase Decrease button 7 Press the decrease side of 9 4 times, confirm that the value “4 0 0” is displayed in the decrease display column 7 6 and confirm button 8 0 When is pressed, the numerical value in the water supply display column 7 5 changes from “1 0 0 0” to “6 0 0”, and the numerical value in the reduction display column 7 6 is deleted. After that, continue to supply water every day.
  • the specified amount of water per day can be divided into 1 to 4 times. Noon for once a day, 9:00 in the morning for 2 times, 3:00 pm for 3 times, 9:00 am for 3 times, 1 pm, 5 pm, 4 times for 7 am Time ⁇ 1pm ⁇ 4pm.
  • Figure 6 shows how to specify the number of water supply. This can be specified by pressing button 1 on operation panel 7 2. For example, when supplying 3 times a day, press the number setting button 8 1 3 times to display “3” in the number display field 7 7 on the LCD screen 7 3 and press the confirm button 8 0 to complete the specification. is there. In this embodiment, the number of times is specified up to four times. Number of times button 8 Press 1 to repeat “1 ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ 1”. Divided water supply will continue every day as specified.
  • the purpose of multiple water supply is favorable condition for maintaining a healthy state for plants. It also has the effect of preventing soiling of the installation floor surface by preventing water from flowing out of the mortar 1 2 3.
  • the contents of the driving operation will be described.
  • the water production capacity of the automatic plant watering apparatus E of this embodiment will be described.
  • the amount of fresh water generated per day is 2, 400 c. It is 100 cc per hour.
  • the operation time of the automatic plant watering device E is 6 hours, and the fresh water generation operation is automatically stopped for the remaining 18 hours.
  • split water supply is specified, the water supply time is read and fresh water generation is performed for the required time.
  • the electronic circuit in the control unit 7 0 of the control unit 70 1 has a weather sensor 9 1 that measures weather data such as humidity and temperature, and an integration function that theoretically calculates the amount of water that can be produced using the information from the weather sensor 91. I have.
  • weather data such as humidity and temperature
  • an integration function that theoretically calculates the amount of water that can be produced using the information from the weather sensor 91. I have.
  • there is information specified by the user It is the role of the controller 70 to sort out these various information and give the optimum operation command to the lower level. The operation continues until the specified amount of water is reached, and when the planned amount of water is reached, the operation enters a standby state where the energized light 8 2 is lit and the operating light 8 3 is turned off.
  • the reason why the wiper 50 is required will be described.
  • the principle of water formation is a natural phenomenon in which dew condensation occurs on the surface of the metal plate 30 when the moisture in the atmosphere touches the cooled metal plate 30.
  • Special coatings such as titanium dioxide (Ti02), silicon dioxide (S10)) that modify the surface to be hydrophilic are the ones that act to activate this condensation phenomenon and promote the increase in weight. .
  • a means for increasing the amount of water produced will be described.
  • a metal film is formed on the surface of the metal plate 30 cooled by the cooler 60 immediately after the start of cooling.
  • This water film increases linearly with time (rapid increase process), and when it reaches a certain time, it gradually increases in a parabolic manner (relaxation process), and when the generated water film reaches a certain thickness It becomes saturated. Normal saturation is approximately one hour later. Even if more time passes, the increase in the water film is not observed.
  • the cause of the saturation is that the generated water film itself becomes a heat insulating material, which obstructs cooling and eliminates the temperature difference from the atmosphere, thereby eliminating the dew condensation effect due to cooling.
  • the amount of water to be revaporized is also included.
  • the wiper 50 is responsible for wiping off this generated water film.
  • a water film is formed on the surface of the metal plate 30 cooled by the cooler 60 in a linear increase process (rapid increase process). 30 minutes after the start of cooling, the wiper 50 is activated, and the water adhering to the surface of the metal plate 30 (the generated water film and the adhering water film) is wiped off. Stored as 1 0 6 This operation is repeated to increase the amount of stored water.
  • the operation content of the water guide tube 100 will be described.
  • the height of the plant planter is about 3 O cm, so even the water guide tube 100 is sufficient for watering.
  • the goal is achieved because the water transfer capacity of the water transfer tube 10 0 is stronger than the ability of the plant to absorb water. It is only a natural phenomenon effect and does not require electric power.
  • the height of the plant planter is about 1 m or more, it is desirable to use a small pump.
  • the suction side of the water guide tube 100 is in contact with the water 106. Water cannot be supplied when it is lifted. Therefore, it is necessary to fix the mounting position.
  • the grommet 10 7 is fitted to the water guide tube 100 and inserted into the through hole 10 8 of the presser fitting 20 to prevent displacement.
  • the mounting position of the water guide tube 100 may be any of the presser fittings 20.
  • a through hole 1 0 9 is provided in the upper lid 2 2 as required.
  • Plant automatic watering device E describes a small-scale water generator for planter plants, but it can be applied to other applications, such as a large-scale water generator for desert greening, and a private water generator for disasters and emergencies. . It can also be applied as a dehumidifying device in a basement.
  • the metal plate 30 is the size of the target product Select the best one according to the application.
  • superhydrophilic heat plate ⁇ hydrophilic heat plate ⁇ heat plate ⁇ aluminum (A 1) plate.
  • a 1 plate a hydrophilic heat plate is employed.
  • the size of the hydrophilic heat plate has an outer diameter of 1550 mm and a height of 33 mm, and the area of the hydrophilic surface is about 1500 square cm.
  • the water collecting metal plate and the water collecting metal element of the present invention are made of a heat collecting plate having excellent cold air transportability against a water collecting metal collecting plate that is easily wetted (hereinafter referred to as “water collecting metal plate A”).
  • a collection of metal collection elements (hereinafter referred to as “collection metal element B”) formed as an element used in various environmental devices, and multiple collections so that a large amount of water can be collected at low cost from atmospheric moisture.
  • a water collection device composed of water metal elements B arranged side by side hereinafter referred to as “water collection metal device C” will be described.
  • Water collection is hydrophilic in terms of material phenomena.
  • hydrophilicity the state of attached water on the metal plate will be described with reference to FIGS. Fig. 8 shows water droplets when non-hydrophilic, Fig. 9 shows water mass when hydrophilic, and Fig. 10 shows the state of the water film when super-hydrophilic. As hydrophilicity progresses, it becomes a water film state and water collection improves.
  • the basic element of the present invention is a highly water-collecting metal plate A that is easy to get wet and collects water from atmospheric moisture.
  • the water collection metal element B which is constructed in a form that is easy to use as a multipurpose application, is obtained by adding a heat plate function with excellent heat transportability to the water collection metal plate A.
  • the water collection metal device C is a collection of a large number of water collection metal elements B that can collect a large amount of water from the atmosphere.
  • the material of the water collecting metal plate A is stainless steel (SUS 3 0 4), and the size is 1, 0 00 mm XI, 0 0 O mm (1, 5 0 0) mm X 0.3 mm.
  • the size of the water collecting metal device C is 1 m when the water collecting metal element B is arranged 2 to 4 at 75 mm intervals.
  • the collection metal device C Since most of the needs require large amounts of water, the collection metal device C is used.
  • the target water volume when the humidity is 60% 30% is 2 Z 1 ton per day when the volume shown in the previous section is 1.8 cubic meters.
  • the unit price of water per liter is about 0.5 yen.
  • the equipment of the fresh water generator can realize the fresh water generation function by aligning the cooling metal, the ultrasonic oscillator, the control device, the water storage tank, the gantry, etc.
  • the water collecting metal plate A is attached to the outer wall of the building. Other than the water collection metal plate A, only the water supply related parts and water sources for water collection metal plate A need to be equipped. By using the fresh water generator as described in the previous section and using a solar or wind power generator as the power source, both electricity and water bills will be zero.
  • the fixed-length dimension to construction in accordance with the subject building is no Rere 0
  • For indoor humidifier Use the water collection metal plate A in the vicinity of the indoor wall. Other than water collection metal plate A, equipment to be poured into water collection metal plate A and water taps are provided. Moreover, the fresh water generator of the preceding term installed outside may be sufficient. There is no standard size because it is constructed according to the wall.
  • equipment to be equipped includes a cooling device, an ultrasonic oscillator, a control device, and a drainage system component. There is no standard size for construction according to the wall.
  • the dehumidifying / humidifying device is a combination type of the humidifying device described in the previous section and the dehumidifying device described in the previous section.
  • Equipment can be used for both functions by using all equipment for both devices.
  • the size is the same as the dehumidifier in the previous section.
  • Catch metal element B is placed on the roof and used.
  • the equipment is only a heat collector that collects heat from a free heat source such as underground heat, a heat conductor that makes thermal communication between the water collection metal element B and the heat collector, and accessories for installation.
  • a free heat source such as underground heat
  • a heat conductor that makes thermal communication between the water collection metal element B and the heat collector, and accessories for installation.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view showing water droplets on the surface of a non-hydrophilic metal plate
  • Fig. 9 is a cross-sectional view showing a water mass on a highly hydrophilic metal plate
  • Fig. 10 is a view on a super-hydrophilic water collecting metal plate. It is sectional drawing which shows a water film, and has shown that a water droplet will be in the state of a water film, as the degree of hydrophilicity advances.
  • Fig. 1 1 is a conceptual cross-sectional view of a metal plate whose surface has been modified to have high water collection
  • Fig. 1 1 is a conceptual cross-sectional view of a metal plate whose surface has been modified to have high water collection
  • FIG. 1 2 is a plan view taken by an electron microscope with a magnification of 20,000 times, with the TiO 2 crystal structure expressing super hydrophilicity
  • Fig. 13 is a perspective view of Fig. 12
  • Fig. 14 is a production process flow diagram of the water collection metal plate A (automatic production equipment process and processing outline).
  • Fig. 15 is an external view of water collection metal element B
  • Fig. 16 is a cross-sectional view of double-sided water collection metal element B
  • Fig. 17 is an overview of water collection metal device C
  • Fig. 18 is water collection status and water
  • Fig. 19 is an external view of a metal plate type water freshener
  • Fig. 20 is an installation diagram of a building air conditioner
  • Fig. 21 is a sectional view of an installed state of a building air conditioner
  • Fig. 22 Is the installation diagram of the indoor dehumidifier
  • Fig. 23 is a cross-sectional view of the single-sided water collection metal element D
  • Fig. 24 is the installation diagram of the roof snow removal device
  • Fig. 25 is the heat collector for the roof snow removal device
  • a cross-sectional view and Fig. 26 are installation accessories for the roof snow removal equipment.
  • reference numeral 205 denotes a metal plate
  • 2006 denotes a water droplet when non-hydrophilic
  • 2007 denotes a water mass when highly hydrophilic
  • 2008 denotes a water film when superhydrophilic.
  • 2 1 0 in FIG. 1 1 is a schematic diagram showing the uneven state after the surface of the metal plate 2 5 5 is roughened
  • 2 1 1 in FIG. 1 1 is the T 1 O 2 of the hydrophilic substance.
  • the hydrophilic surface of the thin film to which etc. were fixed is shown.
  • the hydrophilic surface shown in Fig. 16 is a rough surface with a complicated pattern as seen in 2 1 1.
  • the metal plate 2 0 5 used is made of stainless steel (SUS 3 0 4) or aluminum (A 1).
  • Rough surface processing method Sand plast processing that pressure-injects hard particles with different particle sizes is applied, and large and small fine irregularities are formed so that the effective surface area is more than about 3 times the surface area before processing. Have a rough surface. This roughening process can be achieved by applying multiple times with particles of different particle sizes.
  • Crystal surface processing method In the water collection metal device C used in the water freshener, ultrasonic vibration is activated when removing the generated water film (adhesive water film), so that the crystals attached later tend to be missing. Therefore, in order to crystallize a material different from the metal plate on the surface, preliminary processing is required to improve the bond strength. The In this preliminary processing, a roughened rough surface is also applied to the crystal plane of the metal plate using a plasma or the like.
  • High water collection surface modification In order to achieve high water collection, a hydrophilic substance (T i 0 2) is made into a thin film state against the rough surface 2 1 0 of the metal plate 2 5 0 in order to exhibit super hydrophilicity. It is necessary to fix with.
  • a sol solution containing fine powder of Ti O 2 is sprayed onto the target surface, and then baked under the working conditions to maximize the degree of hydrophilicity.
  • the temperature Z time for the calo-thermal baking condition is about 40 ° C./about 30 minutes.
  • the photographs shown in FIG. 12 and FIG. 13 show the crystal state of the anatase structure of the T i O 2 crystal 2 30 that has developed super hydrophilicity.
  • Hydrophilic fixing method Since the degree of hydrophilicity tends to decrease if the crystal 2 30 is cooled immediately after it has been formed by heating, the degree of hydrophilicity tends to decrease, so the time for the temperature to drop from the heating temperature to the normal temperature is controlled. Need to cool slowly. The time from 400 ° C to room temperature requires about 30 minutes or more.
  • Fig. 14 illustrates the production process of collecting metal plate A.
  • This embodiment is a free flow line type automatic production facility.
  • the effective width of this line is constructed by 9 processes of approximately 1, 0 O mm. .
  • Process 1 Automatic by robot from the place where the metal plates with a size of 1, 00 mm X l, 0 00 mm (1, 5 0 0) mm X 0.3 mm are stacked to the line It is about to supply.
  • Step 2 Pre-roughening, pressure blasting is about 0.1 to 1. O mm of sandblasting, and is a step of roughening the metal surface.
  • Step 3 The post-roughening process is a sandblasting process in which the size of the particles to be pressure-injected is about 0.1 mm or less, and this is a process to roughen the metal surface.
  • the rough surface 2 1 0 appears by the roughening process in step 1 and step 2, and the effective surface area is more than three times that before processing.
  • Step 4 This is a step of damaging the crystal on the surface of the metal plate by irradiating the rough surface 210 with plasma or laser. Depending on the use of the product, this step is not necessary.
  • Step 5 This is a step of spray-coating a sol solution containing T i O 2 fine powder onto the rough surface 2 10.
  • the film thickness of T i O 2 is an ultrathin film of i to o.ooi microns, which is an important spraying processing condition.
  • the sol T i 0 2 concentration, injection amount, and injection time are important, and production is controlled by both the control device and the operator.
  • Step 6 This is a step of producing a super hydrophilic crystal of TiO 2 in an anatase structure by an electric furnace for heating. In order to obtain anatase structure crystals, it is important to control the temperature and time of heating, which is performed by an automatic controller. The temperature time is about 400 ° CZ 30 minutes.
  • Step 7 This is a slow cooling step for fixing hydrophilic properties.
  • the surface temperature of the product is about 400 to 150 ° C., it is gradually cooled for about 25 minutes, and when it is about 150 to 50 ° C., it is about 5 minutes for rapid cooling.
  • the final temperature of 50 ° C is intended to ensure worker safety.
  • Process 8 Quality control process. A roughness evaluation apparatus for determining the quality of the rough surface by comparing the amount of reflected light by light irradiation and a hydrophilicity evaluation apparatus for determining the quality of the adhesion of the water film due to the drop of water droplets by a camera image are provided. Non-defective products are removed from the line, and defective products are removed from the line.
  • Process 9 Completed products are ejected from the line by robots and automatically stacked at specified positions. At the same time, a quality certificate is automatically attached. The date of production, inspector No., serial number, etc. are printed on the quality certificate. This is the end of the water collection metal plate A production process.
  • Embodiments using the collected metal plate A as a main element will be described in the following (1) to (6).
  • Metal plate type fresh water generator The principle and means of achieving the metal plate type fresh water generator are described.
  • the principle of water production is a natural phenomenon in which condensed water is generated on the surface when a metal is cooled.
  • One of the main points of the present invention is a means for collecting a large amount of water from the atmosphere by making the best use of this phenomenon.
  • the means for achieving mass water collection are the following 5 points.
  • the first point is the “collection metal plate AJ, which is easy to get wet and has excellent water collection capacity.
  • the second point is the“ double-sided collection metal element that forms the collection metal plate A for cooling and handling. ⁇ B ''
  • the third point is the “collection metal device C J” that aims to collect a large amount of water by multiplexing the collection metal element B.
  • the fourth point is that the cooling device cools a part of the double-sided water collecting metal element B and the whole is cooled.
  • the fifth point is that the generated water film (adhesion) in the time zone (until the end of the linear increase) during the sudden increase process (in the linear increase process) before the thickness of the water film attached to the metal plate surface saturates.
  • the amount of collected water becomes 1,000 or more times. This is the most effective fresh water producer.
  • An ultrasonic vibration mechanism is used as means for removing the generated water film.
  • the above 5 points are devised to obtain the desired amount of water.
  • the amount of water in the examples is as shown in the previous section, and the form is as shown in Figs. 17 and 19.
  • FIG 15 shows the appearance of the water collection metal element B
  • Figure 16 shows the cross section. Hydrophilic surface modified to collect water 2 1 1 with two water collection metal plates A with the heat-carrying heat plate 2 2 0 sandwiched between the two collected metal plates A, and the joining surface 2 1 2 is heated
  • the double-sided water collecting metal element B is formed as a single piece by mechanical bonding.
  • a gap space
  • the propagation of ultrasonic waves is good.
  • the heat plate 2 20 will be described.
  • the heat plate 2 20 is formed of two thin aluminum (A 1) plates 2 2 1 and 2 2 2 as shown in FIG.
  • Middle space 2 2 4 has multiple partition walls 2 2 3 to communicate with each other, and the middle space 2 2 4 has a heat transport medium with excellent heat transport 2 2 Enclose 5
  • the cooling end face 2 2 6 of the heat plate 2 2 0 is cooled, the aluminum plates 2 2 1 and 2 2 2 are quickly cooled by the action of the heat transfer medium 2 2 5, and the metal plate 2 0 5 is cooled,
  • the entire double-sided water collecting metal element B is cooled. Due to this cooling, moisture in the atmosphere condenses on the hydrophilic surface 2 1 1 to collect water efficiently.
  • a collection metal device C that collects a large amount of water from the atmosphere will be described with reference to FIG.
  • the water collecting metal device C is composed of a plurality of (14 in FIG. 17) double-sided water collecting metal elements B arranged at intervals.
  • Fig. 17 shows an example in which the number of metal plates 205 used is 28, which is 28 times greater than the water collecting capacity of one metal plate 205.
  • Catch metal device C transports cold air to the cooling end faces 2 2 6 of the fixing rods 2 3 0 and the heat plate 2 2 0 that fix the plurality of catchment metal elements B by skewers.
  • the desired amount of water collection can be set by increasing the number of metal elements B attached.
  • the water collecting operation of the water collecting metal device C will be described with reference to FIG.
  • the left side of Fig. 18 shows the water plate 2 1 4 formed on the surface of the hydrophilic surface 2 1 1 which has been modified to roughen and collect water by cooling the metal plate 2 0 5 by cooling the heat plate 2 2 0 It shows the state that was done.
  • the right side of Fig. 1 8 shows that ultrasonic vibration is applied by the action of the ultrasonic vibrator 2 3 1 to remove the generated water film 2 1 4, and the generated water film 2 1 4 blows off the hydrophilic surface 2 1 1. It shows the state that it has been (played out) and became water 2 1 5 in an easy-to-understand manner.
  • the hydrophilic surface 2 1 1 is a complicated concave and convex surface and is difficult to illustrate, so it is a simplified diagram in a saw blade state. Also, the water 2 1 5 is flying away, but it actually oozes out. This blurring condition can be adjusted by the size of the oscillation frequency and the oscillation power of the ultrasonic oscillator.
  • the “smear” condition is 500 W, about 3 OK, and the excitation time is about 5 seconds X number of sheets.
  • Figure 19 shows the external appearance of the metal plate water generator as an example. Since the present invention is mainly composed of the water collecting metal device C shown in FIG. 17, detailed description of FIG. 19 is omitted.
  • the equipment abbreviated in Fig. 17 and shown in Fig. 19 includes a funnel plate 2 3 4 that collects water at the center, a reservoir 2 3 5 and a faucet 2 3 6. Although it is indispensable for fresh water generators, equipment such as the cooling device main body, ultrasonic oscillator main body, control device, and power supply is not shown.
  • Building cooling system The building cooling system will be described with reference to FIG. 20 and FIG.
  • Building metal plate A is attached to the entire surface of the building 2 7 0 except for the outer wall 2 7 2 window.
  • a housing 2 7 5 for supplying water to the upper end of the hydrophilic surface 2 1 1 of the water collecting metal plate A is provided in the vicinity of the handrail wall 2 71.
  • the water supply and drainage of the chassis 2 7 5 is the water sent from the water pump 2 7 8 (not shown) through the water pipe 2 7 7 to the water tank 2 7 3 in the chassis 2 7 5, The required amount of water is discharged little by little.
  • a lid 2 7 6 is installed on top of the housing 2 7 5 to prevent foreign matter from entering. The lid 2 7 6 is not shown in the case 2 7 5 in FIG.
  • the water for this building cooling system may be tap water, but it contains chlorine compounds and minerals, and the drainage slits 2 7 4 are clogged, so it must be cleaned regularly.
  • clean water using the above-mentioned metal plate type fresh water generator should be used. The reason for this is that since the water is pure water with water vapor turned into water all at once, impurities are hardly mixed.
  • Providing this metal plate type water freshener on the roof of the building is suitable as a whole because it can create a healing space by rooftop greening and secure a water source in case of emergency.
  • Indoor humidifier The purpose of the indoor humidifier is to humidify dry indoor air with moisture.
  • the humidification method is the same as the above-described building cooling system.
  • the water collection metal plate A in the building cooling system is attached to the outer wall of the building, while this indoor humidifier uses the water collection metal plate A in the vicinity of the indoor wall.
  • An example will be omitted because it will be described later in (5) Dehumidifying / humidifying device.
  • the indoor dehumidifier will be described with reference to the installation diagram of the indoor dehumidifier shown in Fig. 22.
  • 2 4 1 is the interior wall
  • 2 4 2 is the installation wall
  • 2 4 3 is the external cooling device
  • 2 4 4 is the cold air transport pipe
  • 2 4 5 is the cooling terminal
  • 2 4 6 is the decoration of the cooling terminal 2 4 5 Cover
  • 2 4 7 is a decorative basin for drainage
  • 2 4 8 is a cold air transport pipe 2 4 4 and the connection port of the cooling terminal 2 4 5
  • 2 4 9 is an ultrasonic oscillator body and vibration transmission line
  • 2 3 1 is Ultrasonic vibrator
  • D is single-sided water collection metal element D in Figure 23 (The double-sided water collecting metal element B in FIG. 16 may be used)
  • 2 1 1 represents the hydrophilic surface of the single-sided water collecting metal element D or the double-sided water collecting metal element B, respectively.
  • the number of single-sided water collecting metal element double-sided water collecting metal element B and ultrasonic transducer 2 3 1 used is the same.
  • a gap of about 10 cm should be provided between the single-sided water collecting metal element D / double-sided water collecting metal element B and the wall surface 2 42 during construction.
  • the drain pipe for discharging outside the building is not shown.
  • the operation procedure of this indoor dehumidifier will be described.
  • the cold air of the cooling device 2 4 3 is cooled by the cold air transport pipe 2 4 4, the connection port 2 4 8, the cooling terminal 2 4 5, and the single-sided water collection metal element D / / double-sided water collection metal element B is cooled
  • Moisture in the air is extracted as condensed water on the hydrophilic surface 2 1 1.
  • Water on the hydrophilic surface 2 1 1 does not fall as a water droplet but adheres in the form of a water film.
  • the ultrasonic oscillator 2 3 1 is operated by the timer operation of the ultrasonic oscillator main body 2 4 9, and the water film is dropped as a water mass and dropped from the decorative wall 2 4 7 to the outside of the building. Is discharged.
  • the operating time of the ultrasonic transducer 2 3 1 is about 5 seconds per single-sided water collecting metal element DZ double-sided water collecting metal element B, and the operating sound is silent because it is ultrasonic.
  • Dehumidifying / humidifying device The indoor air humidity changes in spring, summer, autumn and winter. The comfortable humidity varies from person to person, but is approximately 50%. Therefore, humidification and dehumidification are required. As a result, a device having both functions of the humidifier (3) and the dehumidifier (4) is required. This dehumidifying / humidifying device is possible by using both the single-sided water collecting metal element DZ double-sided water collecting metal element B and the equipment required for both devices. Outlined below using Figure 22 of the dehumidifier.
  • the equipment to be added to the state of Fig. 2 2 is to add the water pump 2 7 8 to the vicinity of the cooling device 2 4 3 [1 and store the housing 2 7 5 inside the decorative cover 2 4 6 After each additional equipment, water flows down little by little from the slit 2 7 4 of the housing 2 7 5 to the upper end of the single-sided water collecting metal element B.
  • the above functions as a dehumidifier. It is also necessary to have an automatic control device to maintain comfortable humidity. To do so, built-in humidity and temperature detection sensors, etc. It is only necessary to control the cooling device 2 4 3, ultrasonic oscillator 2 4 9, water pump, etc. that are the equipment.
  • Roof snow removal device The roof snow removal device will be described with reference to Figs. Fig. 24 shows the installation status of this equipment, Fig. 25 shows the heat collector dedicated to the roof snow removal device, and Fig. 26 shows the accessories for the roof snow removal device. What can be seen from the outside of this roof snow removal device is only the single-sided water collecting metal element D, the heat conducting wire 2 57 and the heat collecting body 2 50. Construction is easy and inexpensive and uses no electricity.
  • the structure of the heat collector 2 50 in FIG. 25 will be described from the structure.
  • 2 6 0 is ground, 2 6 1 is underground, 2 5 1 is underground, 2 5 2 is underground heat receiving pipe, 2 5 3 is heat storage, 2 5 4 is heat insulation pipe, 2 5 8 Is a cap, 2 5 1 and 2 5 2, 2 5 2 and 2 5 3, 2 5 2 and 2 5 4 and 2 5 4 and 2 5 8 are screwed respectively, 2 5 5 is provided on the body 2 5 3 2 5 6 is the heat conductor 2 5 7 and the heat storage body 2 5 3 are thermally bonded with solder, and 2 5 9 is a rubber ring fitted in the side hole of the cap 2 5 8.
  • the size of the heat collector 2 5 0 is an outer diameter of 9 O mm X 1, 0 0 O mm.
  • the heat collector 2 5 0 is used after the heat collector 2 5 0 is buried in the ground, and then the heat conductor 2 5 7 is extended to generate underground heat (approximately 15 ° C) is transferred to the single-sided water collecting metal element D.
  • the heat conducting wire 2 5 7 extended from inside the heat collector 2 5 5 carries the underground heat to the heat distribution terminal 2 6 8 through the connection port 2 6 7 and the heat transfer pipe 2 6 6.
  • To transfer heat from the terminal 2 68 to the single-sided water collecting metal element D use a thin heat conducting wire (not shown).
  • the number of single-sided water collecting metal elements D and terminals 2 68 is the same.
  • the fixing bracket for the roof and the single-sided water collecting metal element D is not shown.
  • the underground heat is about lm from the surface, and the temperature is about 15 ° C. It is an infinite heat source that does not change throughout the year. Since this snow source is operated using this heat source, no power consumption is required.
  • Single-sided collection metal element D is warmed by underground heat and does not freeze even in extreme cold. A water film is always applied to the surface of the warmed hydrophilic surface 2 1 1 and it is wet, so snowfall falls due to the avalanche phenomenon. By repeating this, it is not necessary to remove snow.
  • heat conduction buried body 2 5 1, heat receiving pipe 2 5 2, heat storage body 2 5 3, heat conduction wire 2 5 7 use copper alloy with high heat conductivity .
  • the heat conducting wire 2 57 is a bundle of copper-based alloy fine wires, and the outer periphery thereof is a wire with a heat insulating coating.
  • the heat insulating tube 2 5 4 and the cap 2 5 8 use a composite resin material.
  • the current collector 2 5 0 is dedicated to underground burial, but if there is a heat source of more than 10 ° C near the target building even in winter, this heat collector 2 5 0 is not used. It can be covered only with the heat conductor 2 5 7. In this case, it is only necessary to remove the coating of the heat conducting wire 2 57 and make it a naked body, and then put that portion into the heat source.
  • the water produced by this metal plate water generator is pure water.
  • metal ion sequestering agents are usually used because metal ions (Ca, Mg, Fe, Mn, etc.) contained in the water cause color blurring and hinder the process. In order to eliminate this waste, water that does not contain metal ions is required. Since the water generated by the metal plate water generator does not contain metal ions, it is also suitable as water for dyeing plants.
  • Another embodiment of the metal plate type water freshener according to the present invention will be described.
  • FIG. 7 shows an example of a small product in which the metal plate type water freshener of the present invention is used for home gardening, but it is for commercial use, industrial use, home use, etc. Examples adopted are shown in Fig. 1.
  • Another embodiment of the metal plate type water freshener according to the present invention will be described with reference to a metal plate type water freshener shown in FIG.
  • the metal plate (collection metal device C) having the ultrasonic oscillation mechanism shown in Fig. 17 and Fig. 18 is used.
  • the metal plate type fresh water generator of this embodiment is a fresh water generator that extracts water from atmospheric moisture and is generated by condensation formed on the surface of a cooled water collection metal plate (collection metal device C).
  • Generated water film (attached water film) 2 1 4 linear increase process refers to the process of adhering water linearly increasing (increase) from the initial stage of water film formation).
  • the ultrasonic oscillator 2 of the ultrasonic oscillation mechanism 2 3 1 is used to eject the generated water film 2 1 4 and forcibly separate it from the metal plate surface to collect water.
  • the ultrasonic vibrator 2 3 1 is operated, and the generated water film 2 1 4 is subjected to ultrasonic vibration, and the generated water film 2 1 4 is forcibly ejected from the surface of the water collection metal plate (collection metal device C) by fine vibration and peeled off.
  • the generated water film 2 1 4 is ejected from the hydrophilic surface 2 1 1 of the water collection metal plate (collection metal device C).
  • the generated water film 2 1 4 bounces off the surface of the water collection metal plate (collection metal device C), and some of the water 2 1 5 that has been blown off (repels) is united and drops.
  • the water 2 1 5 is flying, but it actually oozes out.
  • These waters 2 1 5 are collected inside the metal plate-type fresh water generator, and the water 2 1 5 is extracted (fresh water) from the moisture in the air.

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Description

明 細 書 金属プレート式造水方法、 金属プレート式造水装置および集水金属プレートならびに集 水金属エレメント 技術分野
本発明は、 金属プレート式造水方法および金属プレート式造水装置に関し、 特に大気中 の湿気から水を抽出するための冷却器を有する金属プレートとこの金属プレートの表面 に生成した水膜を強制的に剥離するための水膜剥離機構とを備えた金属プレート式造水 方法および金属プレート式造水装置に関する。
本発明は、 集水金属プレートおよび集水金属エレメントに関し、 特に濡れ易いように表 面を集水性に改質した集水金属プレートおよびその製造方法、 この集水金属プレートを用 いて大気の湿気から集水をし易くした集水要素となる集水金属エレメントの構成方法、 お よび集水金属プレートならびに集水金属エレメントに関する各種の使用方法に関する。 背景技術
水は地球生物の生命の源である。 一方地球環境温暖化現象により世界各地で乾燥化砂漠 化が進行している。 石油より水の方が高価な地域も存在する。 本発明は水の原料となる大 気中の湿気から水を抽出する金属プレート式造水方法および金属プレート式造水装置に 関する。 本発明の金属プレート式造水方法および金属プレート式造水装置は、 水を必要と する様々な場所や用途に適した製品群を提供できる。
金属プレート （金属板） は一般的に水を嫌う。 従って従来から金属板表面の濡れゃ锖な どによる害を阻止するための様々な技術的手段が研究され、 実用化されてきた。 本発明の 金属プレート式造水方法および金属プレート式造水装置の目指す技術は、 金属プレート表 面を濡れ易いように改質することによって大気の湿気から大量に集水することなどであ り、 従来とは逆の発想である。 大気中の湿気から集水する同類の技術や製品は目下のとこ ろ見当たらない。 発明の開示
本発明が解決しょうとする課題は、 原料となる大気ならびにその湿気は無料であり、 こ の無料の資源から必要とする水量を必要とする時に抽出する金属プレート式造水方法お よび金属プレート式造水装置の技術に関する。
造水技術の原理は、 物質を冷やすことで物質表面に水が結露する普遍的な自然現象であ る。 この自然現象を利用して最も効率よく造水量を最大にする手段を求めることが課題で ある。
造水量増加のための主要技術は次の 2点である。 1点目は、 冷却した金属プレートの表 面に凝集する水膜の生成時間が早く、 かつ水量が多いことである。 このためには、 金属プ レートの表面を親水性に改質する表面の粗面化または/および親水性物質の被膜を施す ことで課題を解決する。
2点目は、 冷却した金属プレートの表面に生成される水膜の厚さが一定量を超えると増 水を阻止してしまうため、 直線的増量過程 （急増量過程） で増量が鈍化する飽和の前過程 において、 生成水膜を水膜剥離機構で拭き取りまたは弾き出して、 金属プレートの表面か ら強制的に剥離することである。 この水膜剥離機構の動作により、 常温常湿では 1ヶ月当 り約 2、 0 0 0倍以上、 砂漠地などの低湿度 （3 0 %) でも約 1、 0 0 0倍の増量効果が あることが実験によって判明している。
本発明の要点は、 大気中の湿気から水を抽出する造水方法において、 金属プレートを冷 やすことによって、 前記金属プレート表面に結露によって水膜を生成し、 直線的増量過程 にあって飽和する前段階時点で前記生成水膜を弾き出し、 前記生成水膜を前記金属プレー トから強制的に剥離させて集水した金属プレート式造水方法にある。
本発明の要点は、 大気中の湿気から水を抽出する造水装置において、 金属プレート、 前 記金属プレートを冷やす冷却器、 および前記金属プレートの表面に生成する水膜を弾き出 して強制的に剥離させる水膜剥離機構を備えた金属プレート式造水装置にある。
大気の湿気から水を抽出する金属プレート式造水方法および金属プレート式造水装置 の主な構成要素技術を列挙する。 ( 1 ) 水を効率よく抽出するための表面を親水性に改質した金属プレート
( 2 ) 金属プレートを冷やすための冷却器
( 3 ) 金属プレートの表面に生成した水膜を拭き落とすかまたは弾き出すなどの水膜剥離 機構 （ワイパー、 超音波発振機構など）
( 4 ) ワイパーを作動するためのモータ、 超音波発振子を作動するための超音波発振器な ど
( 5 ) 予定造水量を積算するための気象データを計測する気象センサー
( 6 ) 与えられた気象条件下で最大量の造水をするために装置全体を制御、 およびユーザ 一からの指示情報を受付ける制御装置
( 7 ) 生成した水の水位を見張る水位センサー
( 8 ) 生成した水を移送する送水手段
( 9 ) 貯水槽、 その他を装備した本体ケース ·架台
( 1 0 ) 太陽光発電装置、 風力発電装置、 および商用電力など併用または単独使用可能と する電源動力
本発明の金属プレート式造水方法および金属プレート式造水装置によれば、 親水性被膜 を施して表面を改質した金属プレートを冷却器で冷やすことにより、 大気中の湿気を効率 よく凝集して水膜を生成する一方、 金属プレート表面に生成した水膜が直線的増量過程 (急増量過程） にあり、 生成水膜の厚さによる増水阻止現象 （飽和状態） が発生する直前 の時点で生成水膜をワイパーで拭き落とすか超音波発振子で弾き出すことなどの生成水 膜を金属プレートから強制的に剥離することによって、 大量の水を造水することができる。 例えば、 ワイパーだけの増量効果は、 ワイパー不使用の無処理金属プレートと比較して、 低湿度 （3 0 %程度） の環境では 1ヶ月当り約 1、 0 0 0倍となる。
本発明の金属プレート式造水方法および金属プレート式造水装置の電源動力は、 必要に 応じて太陽光発電、 風力発電、 および商用電源を併用または単独で使用できる構成とする ことができる。 自然エネルギーを利用することで、 動力のランニングコストも本発明の金 属プレート式造水方法および金属プレート式造水装置の水資源である大気と同様に無料 とすることができる。 一般的な取水手段は水源、 電源、 送水インフラなどを準備するには多額の資金を要する ため、 個人レベルでは実行に難がある。 本発明の金属プレート式造水方法および金属プレ 一ト式造水装置は、 砂漠、 離島、 山間地など、 インフラが全く無い場所でも必要な水量を 取水することができる。 トラックで運搬できる砂漠のオアシスであると言えるものである。 本発明の濡れ易い集水系の要素である集水金属プレートおよび集水金属エレメントの 主な用途は、大気から大量に集水する 「金属プレート式造水装置」、建物全体を冷やす「建 物冷房装置」、 室内空気の湿度をコントロールする 「加湿 Z除湿および両機能を備えた除 加湿装置」、 屋根の積雪を自動除去する 「屋根除雪装置」 などである。 これらはいずれも 電気や燃料などのエネルギーを殆ど必要としないため、 未来志向型の環境機器といえる。 本発明はこれらの機器に対する主要な要素となる産業資材として提供することに関する。 発明が解決しようとする課題は、 集水金属プレートを濡れ易く集水性に優れた表面に改 質するための製造方法、 および前項に示した各機器に対して本発明になる集水系要素の使 用方法であり、 以下説明する。
1つ目として、 金属プレート表面の粗面化である。 濡れ易く高集水性にするための必要 条件は、 金属プレート表面の単位面積当りの有効表面積を極大化することである。 そのた めには金属プレート表面に対して粗面化とする加工をする必要がある。
2つ目として、 金属プレートを高集水化する表面改質である。 酸化チタン （T i 0 2 ) または酸化ケィ素 （S i〇2 ) などの親水性物質が高集水性を発現するための施工条件の もとで金属結晶に密着した状態で親水性物質の結晶を生成させる必要がある。 この両物質 の結晶同士を密着させるためには、 金属結晶面に対しても粗化加工をしておくことが肝要 である。
3つ目として、 金属プレートの高集水度合の減衰防止である。 2つ目の親水性物質の結 晶化では高温加熱の施工であり、 急冷することは親水度合を減衰させる。 従って親水度合 を固定化するためには高温から常温へ温度域を下げていく時間的過程が重要である。
4つ目として、 金属プレートの品質管理である。 安定した品質で生産を継続するために は、 製造物の対象面における粗面状態および親水度合の品質評価を実施したものを顧客に 提供することが必要であり、 自動制御機能を備えた生産設備によって集水金属プレートを 生産する必要がある。
以上が本発明となる集水金属プレートの製造方法に関する課題である。 続いて集水系の 要素における使用方法に関する課題について述べる。
造水装置に関する課題： 水不足に悩む世界の人口は国連白書によると現在は約 9億人、 2 0 7 5年頃には 4 0億人になると予測されている。 自然の が人々から生命を奪おう としている。 生存のためには水は必要不可欠である。 将来、 益々既存の水源は減少してい くため、 既存の水源に頼らない取水方法が強く求められる。 本発明は、 水源を安定した大 気中の湿気に求め、 大量かつ安価に集水できる手段としての造水装置を提供することに関 する。
海水淡水化プラント： 大量の水を得る既存の取水方法として海水淡水化プラントがあ るが次の短所がある。 海に近く資金力のある大都市では導入可能であるが、 食料生産地な どの過疎地では費用対効果の面から恩恵を受けることができない。 結果として、 生活を追 われた人々が村を捨て都市部周辺にキャンプを張ることなり、 諸問題の発生源となってく る。
建物冷房装置に関する課題： 国際的課題であり、 京都議定書の約定でもある省電力に 関する。 大電力を消費するのは夏期の冷房電力である。 電力を使った冷房に頼らない手段 が求められる。 本発明は、 自然現象である気化熱を応用して建物全体を冷やす手段として 高性能かつ低コストの建物冷房装置の提供に関する。
室内加湿装置に関する課題： 現在の建物では空調機器が完備されているが、 加湿機能 を備えたものは少なく、 室内の空気は年間を通して乾燥した状態となっている。 従って快 適な空間にするためには適度な加湿をする必要がある。 現在は小空間用の加湿器が市販さ れているが、 大空間向けの加湿装置は存在していない。 乾燥空間内で長時間居住すること に耐えられない人々が増えている現在、 大空間向けの加湿装置が求められる。 本発明は、 高性能かつ低コストの加湿装置の提供に関する。
室内除湿装置に関する課題： 地下室やトンネル内など大空間内の空気は湿っている。 この空間内で作業する人々や湿気に弱い機器を設置する場合、 除湿が必要となる。 市販の 空調機器でも賄うことができるが、 費用対効果を満たすのは難しい。 従って、 この点から 満足できる安価かつ高性能な除湿装置が求められる。 本発明は、 高性能かつ低コストの除 湿装置の提供に関する。
室内除加湿装置に関する課題： 快適な室内空間を維持するためには、 年間を通して加 湿と除湿の両方を賄える除加湿装置が必要であるが、 目下のところ市販されていない。 前 述の加湿装置と前述の除湿装置の両機能を賄うことのできる装置によって解決できる。 屋根除雪装置に関する課題： 屋根の雪を電力使用ゼロで自動除雪することが目的であ る。 豪雪地では屋根の雪下ろしの際に落下による死傷事故が頻発している。 今後、 地球温 暖化の影響によって日本海の海水温度が上昇し大量の水蒸気が発生し大量の降雪が予想 されている。 安全かつ安価に雪下ろしするための手段が求められる。 現在でも屋根の雪下 ろし用機器は市販されているが、 見栄え、 取扱性、 導入コスト、 ランニングコスト、 騒音 などの欠点があり普及を妨げている。 本発明ではこれらの欠点を解消した屋根除雪装置の 提供に関する。
前述した各課題に対する発明の概要とその効果について、 以下説明する。
本発明の要点は、 加工前の表面積に対して加工後の有効表面積を拡大した微細な表面を 設けた金属プレートで、 前記金属プレートの前記表面に大気中の湿気の結露をさせて水膜 を生成し、 前記生成水膜を弾き出して前記金属プレートより強制的に剥離させて集水した 集水金属プレートにある。
金属プレート表面の粗面化： 金属プレートの金属表面を集水性に改質するためには、 金属プレート表面の有効面積を極大化する表面粗ィ匕が必要条件である。 粗面の状'態は加工 前の表面積に対し n倍にする粗面化施工が必要である。 n = 3倍以上が望ましい。 この粗 面化した金属プレートは、 家電品や雑貨品などには水切り性や衛生面の観点から改善をす る部品として使用することができる。
金属プレートの高集水化表面改質： 金属プレートの金属表面に対して親水性物質とな る異質のものを固着することによって金属表面を改質する加工である。 この加工は、 施工 管理が重要である。 この管理内容は、 親水性物質の粉体サイズであり、 金属プレートの粗 面に比べて約 1 0 0分の 1以下とし、 有効表面積を維持する。 一方、 親水性物質による集 水の度合を最大に発現させるための施工条件のもとで結晶化し、 この結晶を金属粗面に密 着結合することが重要であり、 この結合強度を強ィヒするためには金属結晶に対してもブラ ズマまたはレーザーなどによって粗化する前処理加工が必要である。 また、 加熱によって 結晶化した後も高集水度を維持させるための徐冷時間が重要である。
前述の各施工によって、 濡れ易く集水性や保水性に優れた高集水性および高親水度を発 現する集水金属プレートが実現する。 この実現によって、 集水金属プレートを主要要素品 とし、 前述した主な用途に対しても実現させることができる。 各装置についてそれぞれ以 下説明する。
造水装置について： 本装置は水を欲する世界の人々に生活基盤の提供に繋がるもので ある。 水無しでは生体は消滅するため、 生存を保証する必要不可欠のものでもある。 電力 を太陽光や風力に求めることで電源も水源も無い場所でも集水が可能であり、 運搬できる 砂漠のオアシスともいえる。 用途は、 砂漠の緑化、 食料生産用水、 飲料水などであり、 人 間社会成立のための基礎資源を提供する。
建物冷房装置について： 先に述べたように、 水の気化熱現象を効果的に応用するもの である。 夏期における消費電力を自然現象によって約半減させる効果がある。 建物が密集 した都市において全建物に利用することによって、 街全体が涼しくなり集客効果が高まる。 加湿 Z除湿装置について： 小空間内の家電品は市販されているが、 ビルディング、 体 育館などの大空間用のものはニーズがあっても市販されていない。 本発明はこのニーズに 応えるものである。 快適な空間としての室内湿度は約 5 0 %前後であるが、 自動的に湿度 を調整する装置を提供することができる。
除加湿装置について： 除湿と加湿の両機能および年間を通して最適な空間湿度に自動 調節する制御装置を備え、 大空間に対応した電力を殆ど必要としない製品を提供すること ができる。
屋根除雪装置について： 濡れ易い集水金属プレートの用途として最もわかり易いもの である。 集水金属プレートおよび地下熱など無料の熱源を用い、 凍結を回避することがで きる。 ランニングコストゼロの屋根除雪装置を提案できる。 図面の簡単な説明 図 1は、 植物自動水やり装置の使用状態を示した一部断面図である 図 2は、 植物自動水やり装置の概観図である。
図 3は、植物自動水やり装置からふたおよび導水チューブを除いた状態の上面図である 図 4は、 植物自動水やり装置の断面図である。
図 5は、 植物自動水やり装置の導水チューブの概観図である。
図 6は、 植物自動水やり装置の操作パネルの正面図である。
図 7は、 植物自動水やり装置の機能ブロック図である。
図 8は、 非親水性の水滴を示す図である。
図 9は、 親水性の水塊を示す図である。
図 1 0は、 超親水性の水膜を示す図である。
図 1 1は、 高集水性金属プレートの断面概念図である。
図 1 2は、 T i 0 2結晶 （アナターゼ構造） の 2万倍平面写真である。
図 1 3は、 図 1 3の斜視写真である。
図 1 4は、 集水金属プレート Aの生産フロー図である。
図 1 5は、 集水金属エレメント Bの概観図である。
図 1 6は、 集水金属エレメント Bの断面図である。
図 1 7は、 集水金属デバィス Cの概観図である。
図 1 8は、 集水と水膜除去の説明図である。
図 1 9は、 金属プレート式造水装置の他の実施例を示す外観図である。
図 2 0は、 建物冷房装置の据付図である。
図 2 1は、 建物冷房装置の断面詳細図である。
図 2 2は、 室内除湿装置の据付図である。
図 2 3は、 集水金属エレメント Dの断面図である。
図 2 4は、 屋根除雪装置の据付図である。
図 2 5は、 集熱体の断面図である。
図 2 6は、 屋根除雪装置の施工付属品である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の金属プレート式造水方法および金属プレート式造水装置における一実施例と して、 植物自動水やり装置 Eの形態について説明する。 また、 金属プレートは、 その表面 に親水性被膜を施し、 2枚のアルミニウム （A 1 ) 板の間に熱媒体を封入したアルミニゥ ム （A 1 ) ヒートプレートを採用し、 生成水膜の剥離には金属プレート表面の付着水 （生 成水膜） を拭き落とすワイパーを採用した場合の例を説明する。 植物自動水やり装置 Eの 実施例での本体サイズは約外径 2 O c m, 高さ 5 c mの小型円筒形台座の形態としている ( 植物自動水やり装置 Eの主要構成要素は、 本体ケース 1 0、 金属プレート 3 0、 ギヤモ ータ 4 0、 ワイパー 5 0、 冷却器 6 0、 制御装置 7 0、 水位センサー 9 0、 導水チューブ 1 0 0などである。 なお、 説明上の電源は商用電力とし、 太陽光および風力発電装置など の説明については割愛する。
植物自動水やり装置 Eの使用状態について図 1にて説明する。 観葉植物 1 2 1が土壌 1 2 2、 鉢 1 2 3に植栽されている状態をプランター 1 2 0という。
鉢 1 2 3は安価で軽量な樹脂製が望ましい。 鉢 1 2 3の底面には導水チューブ 1 0 0を 貫通するためのチューブ孔 1 2 4を事前に開けておく。 植物自動水やり装置 Eの上に植物 プランター 1 2 0を置載する。 美観を整えるため、 化粧かご 1 2 5および受皿 1 2 6をセ ッ トする。 電源コード 1 1 0は化粧かご 1 2 5の下端部を通してコンセント 1 3 0に差し 込む。
本体ケース 1 0とギヤモータ 4 0の位置関係について図 3および図 4にて説明する。 本体ケース 1 0の形態は中央部にモータ室 1 1を有し、 その中にギヤモータ 4 0を格納し て複数のモータねじ 1 2によって固定する。 ギヤモータ 4 0の回転軸 4 1は貫通孔 1 3よ り上方に突出させ、 ワイパー 5 0を取り付ける。
ギヤモータ 4 0の仕様について説明する。 回転速度は 1回転当り 1 0秒程度の低速が 望ましい。 理由は金属プレート 3 0の親水性被膜にワイパー 5 0が摺動するため、 損耗防 止、 寿命延長のためなどである。 従って、 回転数を下げるためギヤ付きのモータとしてい る。
植物自動水やり装置 Eは大気中の湿気から水を抽出するものであり吸排気が重要であ る。 吸排気口を設けるため、 植物自動水やり装置 Eには複数のスタンド 1 6を設けて床面 から浮かせた状態とし開口 1 7とする。 開口 1 7から入ってきた空気は流入口 1 8に至つ て貯水室 1 4に流入する。 貯水室 1 4に流入した空気は金属プレート 3 0によって除湿さ れ軽くなり、 上方に移動し排気口 1 9から流出する。 空気の出入り量は造水能力に影響す るため、 空気の通路となる開口 1 7、 流入口 1 8、 排出口 1 9はできるだけ大きな面積を 設けておくことが肝要である。 各通路の面積は同じであるのが望ましい。
金属プレート 3 0について図 3および図 4にて説明する。 本実施例では 2枚のアルミ二 ゥム （A 1 ) 板の間に熱伝導に優れた媒体を封入し、 1枚のアルミニウム （A 1 ) 板表面 に親水性の被膜を施した親水性ヒートプレートを用いる。 親水性被膜は環状に構成した金 属板 3 0の内側表面 3 1である。 ヒートプレートは熱伝導性に優れるため、 1点の冷却で も全体が冷却される特徴がある。
金属プレート 3 0の取付位置は、 本体ケース 1 0の貯水室 1 4の中央部であり、 水平方 向はリブ 1 5、 上下方向は複数の押え金具 2 0で固定される。 押え金具 2 0は本体ケース 1 0の側面に複数の押え金具固定ねじ 2 1によって固定される。
ワイパー 5 0について図 3および図 4にて説明する。 ワイパー 5 0はワイパーアーム 5 1と先端に着脱可能なワイパーブレード 5 2で構成したもので、 ギヤモータ 4 0の回転軸 4 1に取り付けられる。 ワイパーブレード 5 2は図 4に示した通り、 金属プレート 3 0の 内側表面 3 1に曲がって接触した状態で取り付けられる。 ワイパーブレード 5 2の材質は、 厚さ 0 . 1 5 mm程度の軟質樹脂シートである。
冷却器 6 0について図 3、 図 4にて説明する。 植物自動水やり装置 Eは主としてプラン ター植物用なので大量の水を必要としない。 従って 2 0 d e g程度の冷却器としてベルチ ェュニットを採用する。 冷却器 6 0の冷気は冷気伝達部 6 1を介して金属プレート 3 0へ 確実に伝達される。 冷気伝達部 6 1は、 はんだなどを用いて固定する。
制御装置 7 0について、 図 2、 図 3、 図 4および図 6にて説明する。 制御装置 7 0は本 体ケース 1 0の側面に固定する。 制御装置 7 0は植物自動水やり装置 Eの頭脳であり、 電 気系制御、 情報系処理ならびにユーザー操作部である。 関係する部品群は、 制御ユニット 7 1、 ギヤモータ 4 0、 冷却器 6 0、 水位センサー 9 0、 気象センサー 9 1、 および電源 コード 1 1 0などである。 制御および情報処理の主な内容は、 水位センサー 9 0および気 象センサー 9 1からは適正情報を得て、 ギヤモータ 4 0に対して最適時刻での運転 Z停止 指令、 冷却器 6 0に対して必要時間の運転 Z停止指令、 関係する各部品に対して運転 Z停 止の指令、 ならびに電源コード 1 1 0からの電源入力の有無の判別などである。
制御装置 7 0の電子回路を構成する制御ュニット 7 1内には、 湿度と温度を計測する気 象センサー 9 1と、 計測データから理論造水量を積算する機能を備えている。 予め組込ん だ算定方法をもとに、 与えられた気象データと常時対比しながら、 造水に関する最適運転 条件を自ら判断して運転続行する機能を有している。
制御装置 7 0の外表面には操作パネル 7 2がある。 これについて図 6にて説明する。 操 作パネル 7 2は液晶画面 7 3、 O NZO F Fボタン7 8、 水量の増減を設定する増量/減 量ボタン 7 9、 給水回数を設定する回数設定ボタン 8 1、 O NZO F F状態を確認するた めの通電灯 8 2 (赤色)、 造水運転状態を確認するための作動灯 8 3 (青色)、 設定内容を 確定する確定ボタン 8 0などで構成されている。
通電灯 8 2は O NZO F F状態を目視するための表示灯である。 赤色点灯は通電中であ り、 消灯は通電無しの場合である。 作動灯 8 3は造水の状態を目視するための表示灯であ る。 青色点灯は造水運転中であり、 消灯は造水停止中の場合である。 なお、 通電灯 8 2が 点灯している状態 （通電中） の時のみ運転し点灯する。
水位センサー 9 0について図 3および図 4にて説明する。 取付場所は冷却器 6 0の下方、 貯水室 1 4内に位置し本体ケース 1 0の内壁に固定される。 役割は植物自動水やり装置 E が造水した水量 ·水位の監視であり、 常に所定量になるよう制御ュニット 7 1に情報伝達 するものである。 制御ュニット 7 1はこの情報をもとにギヤモータ 4 0および冷却器 6 0 の運転 Z停止を指令するものであり、 重要な役割を担っている。
導水チューブ 1 0 0について図 1、 図 2、 図 3、 図 4および図 5にて説明する。 使用方 法と目的は、 図 1に示すように植物自動水やり装置 Eから観葉植物 1 2 1の根幹へ送水す るためのものである。 送水の原理は、 親水性繊維と毛細管現象の組み合わせ技術である。 導水チューブ 1 0 0の構成内容は、 図 5に示す通り、 外皮はシリコンなどの軟質樹脂製チ ユーブ 1 0 1である。 軟質樹脂製チューブ 1 0 1の内空間には、 親水性繊維などを直線状 に束ねたひも状の親水ひも 1 0 2を更に撥水性表皮 1 0 3で束ねた導水ひも 1 0 4を挿 入した形態のものである。
導水チューブ 1 0 0の両端は図 5の右側に示す通り傾斜断面 1 0 5とし、 水の流入およ び放出を容易にする断面形状とする。 流入側は貯水室 1 4の水 1 0 6に浸漬し、 放出側は 観葉植物 1 2 1の根幹に対し傾斜断面 1 0 5を下向きにし、 接触させて固定する。 流入し た水は勢いよく導水ひも 1 0 4内を伝い、 放出側の端に至って観葉植物 1 2 1の根幹に放 出滴下する。 この放出滴下によって水量が減少した放出側の端には水が補充されこれを繰 り返す。 流入側の端が水 1 0 6に接していなければ送水は停止する。
説明の便宜上、 気象条件は気温摂氏 2 0度、 湿度 6 0 %とし、 植物自動水やり装置 Eと して以下の通り説明する。 使用にあたっての事前作業は既に説明した通りなので記述を省 略する。 .
準備作業について説明する。 植物プランター 1 2 0を植物自動水やり装置 Eに置載した ところで電源コード 1 1 0をコンセント 1 3 0に差し込めば準備完了である。 本実施例で は商用 A C 1 0 0 V電源の使用を想定しているためプラグ付きコードとしているが、 太陽 光 風力発電装置などその他の電源を接続する場合はそれぞれに適したコードを使用す るものとする。
運転操作について説明する。 操作パネル 7 2の O NZO F Fボタン 7 8を押すと、 通電 灯 8 2 (赤色ランプ）、 作動灯 8 3 (青色ランプ） が点灯する。 これらの点灯は造水運転 を開始したことを示すものである。 同時に液晶画面 7 3の中央の給水量表示欄 7 5には 「1 0 0 0」 と表示される。 この 「1 0 0 0」 は 1日当り 1、 0 0 0 c cの水を毎日繰り 返し生産 ·供給することを示す。
植物プランター 1 2 1は、 樹木の大きさ ·種類 ·季節などによって必要水量が異なる。 本実施例での標準水量は 1ョ当り 1、 O O O c cとしているが、 必要に応じて給水量の増 減が可能である。 給水量の調整方法について以下の通り述べる。
給水量を増量する場合の操作方法を図 6にて説明する。
増量 Z減量ボタン 7 9の増量側を 1回押す毎に 1 0 0 c c単位で増量表示欄 7 4の数 値が変化する。 (例： 5 0 0 c c増量する場合） 増量 Z減量ボタン 7 9の増量側を 5回押し、 増量表示 欄 7 4に 「5 0 0」 と数値が表示されたのを確認し、 確定ボタン 8 0を押すと給水量表示 欄 7 5の数値が「1 0 0 0」→「1 5 0 0」 となり、増量表示欄 7 4の数値は消去される。 以後、 毎日 1、 5 0 0 0 c cの給水を継続する。
給水量を減量する場合の操作方法を図 6にて説明する。
増量 減量ボタン 7 9の減量側を 1回押す毎に 1 0 0 c c単位で減量表示欄 7 6の数 値が変化する。
(例： 4 0 0 c c減量する場合） 増量 減量ボタン 7 9の減量側を 4回押し、 減量表示 欄 7 6に 「4 0 0」 と数値が表示されたのを確認し、 確定ボタン 8 0を押すと給水量表示 欄 7 5の数値が「1 0 0 0」から「6 0 0」 となり、減量表示欄 7 6の数値は消去される。 以後、 毎日 6 0 0 c cの給水を継続する。
造水運転を中止する場合は、 操作パネル 7 2の O NZO F Fボタン 7 8で 「O F F j に すればよい。 この時は通電灯 8 2、 作動灯 8 3および液晶画面 7 3全てが消灯される。 ま た電源コード 1 1 0をコンセント 1 3 0から引き抜いても同様である。 作業を中止すると、 制御装置 7 0にユーザーが指定した内容は全てリセットされる。 再運転の場合は再入力す る。
1日当りの給水を分割して行う場合について説明する。 指定された 1日当りの水量を 1 回から 4回に分けて給水することが可能である。 1日 1回の場合は正午、 2回の場合は午 前 9時，午後 3時、 3回の場合は午前 9時 ·午後 1時 ·午後 5時、 4回の場合は午前 7時 · 10時 ·午後 1時 · 4時である。
給水回数の指定方法を図 6にて説明する。 操作パネル 7 2の回数設定ボタン 8 1を押す ことで指定することができる。 例として、 1日 3回供給の場合は回数設定ボタン 8 1を 3 回押すと液晶画面 7 3の回数表示欄 7 7に 「3」 が表示され、 確定ボタン 8 0を押せば指 定完了である。 本実施例では回数指定は 4回までとしている。 回数指定ボタン 8 1を押す ことで 「1→2→3→4→1」 と繰り返される。 この指定通りに毎日分割給水が継続され て実施される。
給水回数を複数にする目的は、植物にとっても健康状態を維持することに好条件である 力 鉢 1 2 3からの水の流出を阻止することで据付床面の汚れを防止する効果もある。 運転動作の内容について説明する。 まず、 本実施例の植物自動水やり装置 Eでの造水能 力について述べる。 1日当りの造水量は 2、 4 0 0 c。であり、 1時間当り 1 0 0 c cで ある。 対象植物の必要水量が 6 O O c cの場合、 植物自動水やり装置 Eの運転時間は 6時 間であり、残り 1 8時間は自動的に造水運転を停止している。分割給水を指定した場合は、 給水時刻を読み取り必要時間だけ造水運転をする。
植物自動水やり装置 Eの造水量に関する仕組みについて説明する。 制御装置 7 0の制御 ュニット 7 1内の電子回路には、 湿度や温度などの気象データを計測する気象センサー 9 1ならびに気象センサー 9 1からの情報によって造水可能水量を理論計算する積算機能 を備えている。 一方、 ユーザーが指定する情報がある。 これらの諸情報を整理し、 最適運 転の指令を下位 に与えることが制御装置 7 0の役割である。 指定した水量に達するま では運転続行、 予定水量に達すると一時停止の待機状態になり、 通電灯 8 2が点灯、 作動 灯 8 3は消灯となる。
ワイパー 5 0を必要とする理由について説明する。 造水の原理は、 大気中の湿気が冷え た金属プレート 3 0に触れることにより、 金属プレート 3 0の表面で結露する自然現象で ある。 この結露現象を活性ィ匕して増量を促す働きをするものが親水性に表面を改質する特 殊被膜 （二酸化チタン （T i〇2 )、 二酸化ケイ素 （S 1 0 2 ) など） である。
造水量を大量ィ匕する手段について説明する。 冷却器 6 0によって冷やされた金属プレー ト 3 0は冷却開始直後から表面に水膜が生成されてくる。 この水膜は時間とともに直線的 に増え （急増量過程)、 一定の時間に達すると放物線的になだらかなに増え （緩和増量過 程）、 生成した水膜が一定の厚さになってくると飽和状態となる。 通常の飽和は概ね 1時 間後である。 これ以上時間が経過しても水膜の増量は見られない。 飽和の原因は、 生成水 膜そのものが断熱材となり、 冷却を阻害して大気との温度差を無くしてしまうことで、 冷 却による結露効果が消失してしまうことなどである。 再気化する水量も含まれる。
金属プレート 3 0表面の生成水膜が飽和する前に、 すなわち急増量過程終了時点に取水 することが大量造水の要である。 上記したように経過時間と生成水量の傾向は、 最初は直 線的増量、 ついでなだらかな放物線的増量となり、 飽和する時間帯は約 1時間であり、 3 0分位までの時間帯は直線的増量の傾向にある。 3 0分時の延長線上における 6 0分間放 置した状態での水量差は約 1 . 5倍である。 3 0分時点で金属プレート 3 0に生成した水 膜を拭き取ることで水量約 1 . 5倍、 1日当りでは 7 2倍 （2 4時間 X 2回 X 1 . 5倍 = 7 2倍）、 1ヶ月当りでは 2、 1 6 0倍 （7 2倍 X 3 0日 = 2、 1 6 0倍） の大量の水を 抽出することができる。 この生成水膜を拭き取る作業をワイパー 5 0が担う。
ワイパー 5 0の動作について説明する。 冷却器 6 0によって冷やされた金属プレート 3 0表面には水膜が直線的増量過程 （急増量過程） で生成されている。 冷却開始 3 0分後に ワイパー 5 0が作動し、 金属プレート 3 0の表面付着水 （生成水膜、 付着水膜） は拭き落 とされ、 この水は貯水室 1 4の底面に落下し、 水 1 0 6として貯水される。 この動作が繰 り返されて貯水量が増加されていく。
導水チューブ 1 0 0の動作内容について説明する。 一般的に植物プランターの高さは 3 O c m程度であるので、 導水チューブ 1 0 0でも水やりは充分である。 導水チューブ 1 0 0の送水能力は、 植物が水を吸い上げる力より強いため目標は達成される。 自然現象の効 用だけであり、 電気動力を必要としないことが特^ reある。
なお、 植物プランターの高さが l m前後、 それ以上となる場合は小型ポンプを利用する ことが望ましい。
導水チューブ 1 0 0の吸入側が水 1 0 6に接していることが肝要である。 浮き上がった 状態では送水できない。 従って取付位置を固定しておく必要がある。 その対応策として、 グロメット 1 0 7を導水チューブ 1 0 0に嵌着し、 押え金具 2 0の通し孔 1 0 8に挿入す ることで位置ずれを防止している。 導水チューブ 1 0 0の取付位置は、 押え金具 2 0のい ずれでもよい。 導水チューブ 1 0 0の取付位置に合わせて上ふた 2 2に必要に応じて通し 孔 1 0 9を設ける。
本発明の金属プレート式造水装置の変形例について説明する。 植物自動水やり装置 Eは プランター植物向けの小型造水装置について述べているが、 砂漠の緑化用大型造水装置、 災害時 ·非常時用自家造水装置など、 他への応用が可能である。 また地下室などの除湿装 置としても応用可能である。
金属プレート 3 0の変形例について説明する。 金属プレート 3 0は対象製品の大きさや 用途などによって最適なものを選択する。 製品本体を小型ィ匕できる順に羅列すると、 超親 水性ヒートプレート <親水性ヒートプレート <ヒートプレート <アルミニウム （A 1 ) プ レートである。 本実施例では、 親水性ヒートプレートを採用している。 親水性ヒートプレ 一トのサイズは外径 1 5 0 mm、 高さ 3 3 mmであり、 親水面の面積は約 1 5 0平方 c m である。
次に、 本発明の集水金属プレートおよび集水金属エレメントについて説明する。
本発明の集水金属プレートおよび集水金属エレメントは、 濡れ易い集水性の集水金属プ レート （以下、 「集水金属プレート A」 と称する） に対して冷気の運搬性に優れたヒート プレートを用いることによって様々な環境装置に用いる要素として形成した集水金属ェ レメント （以下、 「集水金属エレメント B」 と称する） および大気の湿気から大量の水を 安価に集水できるように複数の集水金属ェレメント Bを並べ重ねて構成した集水デバイ ス （以下、 「集水金属デバイス C」 と称する） などについて説明する。
集水性は物質的な現象からみると親水性である。 親水性について、 金属プレート上にお ける付着水の状態を図 8から図 1 0にて説明する。 図 8は非親水時の水滴、 図 9は親水時 の水塊 図 1 0は超親水時の水膜の状態を示している。 親水性が進行すると水膜状態にな り集水性が向上する。
本発明となる基礎的な要素となるものは、 濡れ易く大気の湿気から集水する高集水性の 集水金属プレート Aである。 この集水金属プレート Aを多目的な用途として使い易い形態 に構成したものが、 集水金属プレート Aに対して熱運搬性に優れたヒートプレート機能を 付加した集水金属エレメント Bである。 この集水金属エレメント Bを多数並べ重ねること で大気から大量に集水できるようにしたものが集水金属デバイス Cである。 これらの集水 金属プレート A、 集水金属エレメント B、 ならびに集水金属デバイス Cによって様々な環 境機器に用いることができるようにした主要な要素として適用する。 以下適用例について 述べる。
集水金属プレート Aの材質はステンレス （S U S 3 0 4 ) で、 サイズは 1、 0 0 0 mm X I、 0 0 O mm ( 1、 5 0 0 ) mm X 0 . 3 mmである。 また集水金属デバイス Cのサ ィズは、 集水金属ェレメント Bを 7 5 mm間隔毎に 2 4枚並べた場合の外形サイズは 1 m m X 1 ( 1 . 5 ) mm X 1 . 8 m、 容積は 1 . 8立方 m ( 2 . 7 ) 立方 mである。 以下、 適用例について述べる。
造水装置に関して： ニーズの大半は大水量を求められるため集水金属デバイス Cを用 いる。 湿度が 6 0 % 3 0 %時の目標水量は、 前項に示した容積が 1 . 8立方メートルの 場合では、 1日当り 2 Z 1 トンになる。 1リットル当りの水単価は約 0 . 5円程度である。 造水装置の装備品は、集水金属デバイス Cを中心に、冷却装置、超音波発振器、制御装置、 貯水槽、 架台などおよび電源電力を揃えることで造水機能を実現できる。
建物冷房装置に関して： 建物の外壁に集水金属プレート Aを取付けて用いる。 集水金 属プレート A以外で装備するものは、 集水金属プレート Aに注水する注水用の関連部品、 および水源のみでよい。 水源を前項の造水装置とし、 電源を太陽光や風力の発電装置を用 いることで、 電気代も水道代もゼロになる。 対象建物に合わせて施工するため定尺寸法は 無レヽ 0
室内加湿装置に関して： 室内の壁付近に集水金属プレート Aを立掛けて用いる。 集水 金属プレート A以外で装備するものは、 集水金属プレート Aに注水する注水用の関連部品 および水道栓である。 また外部に設置した前々項の造水装置でもよい。 壁に合わせて施工 するため定尺寸法は無い。
室内除湿装置に関して： 室内の壁付近に集水金属エレメント Bを立掛けて用いる。 集 水金属エレメント B以外で装備するものは、 冷却装置、 超音波発振器、 制御装置、 排水系 の部品などである。 壁に合わせて施工するため定尺寸法は無い。
除加湿装置に関して： 除加湿装置は前々項の加湿装置と前項の除湿装置の併用型であ り、 集水金属エレメント Bを用いる。 装備品は両装置用のものを全て用いることで両機能 を賄うことができる。 サイズは前項の除湿装置と同じである。
屋根除雪装置に関して： 集水金属エレメント Bを屋根上に置載して用いる。 装備品は 地下熱など無料の熱源から熱を集める集熱体および集水金属エレメント Bと前記の集熱 体の間を熱的に連絡する導熱線、 ならびに据付用の付属品などのみである。 屋根のサイズ に合わせて施工するため定尺寸法は無い。
本実施例における濡れ易い集水性の集水金属プレートについて以下説明する。 図 8は非親水性金属プレート面上の水滴を示す断面図、 図 9は高親水性の金属プレート 上での水塊を示す断面図、 図 1 0は超親水性集水金属プレート上での水膜を示す断面図で あり、 親水度合が進むと水滴が水膜の状態になることを示している。 図 1 1は高集水性に 表面を改質した金属プレートの断面概念図、 図 1 2は T i O 2結晶構造が超親水性を発現 した状態の倍率 2万倍の電子顕微鏡による平面写真、 図 1 3は図 1 2の斜視状態写真、 お よび図 1 4は集水金属プレート Aの生産工程フロー図 （自動生産設備の工程および加工概 要） である。
本実施例における集水金属プレート Aの使用方法について図によって説明する。
図 1 5は集水金属ェレメント Bの外観図、 図 1 6は両面型集水金属ェレメント Bの断面 図、 図 1 7は集水金属デバィス Cの概観図、 図 1 8は集水状態と水膜除去状態の説明図、 図 1 9は金属プレート式造水装置の外観図、 図 2 0は建物冷房装置の据付状態図、 図 2 1 は建物冷房装置の据付状態の断面図、 図 2 2は室内除湿装置の据付状態図、 図 2 3は片面 型集水金属ェレメント Dの断面図、 図 2 4は屋根除雪装置の据付状態図、 図 2 5は屋根除 雪装置用の集熱体の断面図、 および図 2 6は屋根除雪装置の施工付属品図である。
図 8から図 1 1における 2 0 5は金属板、 2 0 6は非親水時の水滴、 2 0 7は高親水時 の水塊、 2 0 8は超親水時の水膜を示す。 図 1 1の 2 1 0は金属板 2 0 5の表面を粗面化 した後の凹凸状態を示した状態の模式図であり、 図 1 1の 2 1 1は親水化物質の T i O 2 などを固着した薄膜の親水面を示す。 実際には図 1 6に示す親水面 2 1 1に見るように複 " 雑な模様の凹凸面である。 使用する金属板 2 0 5の材質は、 ステンレス （S U S 3 0 4 ) またはアルミニウム （A 1 ) である。
粗面加工の方法： 粒度が様々に異なる硬質の粒体を圧力噴射するサンドプラスト加工 を施し、加工前の表面積に対して有効表面積が約 3倍以上になるように大小多数の微細な 凹凸を有する粗面にする。 この粗面化加工は粒度の異なる粒体にて複数回施工することに よって達成可能である。
結晶面加工の方法： 造水装置に用いる集水金属デバイス Cでは生成水膜 （付着水膜） を除去する際に超音波加振を作動させるため、 後付けの結晶が欠落し易い。 従って、 金属 板と異なる物質を表面に結晶させるには結合強度を向上するための予備加工が必要とな る。 この予備加工はブラズマなどを用いて金属板の結晶面にも凹凸状の粗化加工を施して おく。
高集水化表面改質： 高集水化するために、 超親水性を発現させるには親水化物質 （T i 0 2 ) を金属板 2 0 5の粗面 2 1 0に対して薄膜状態で固着させる必要がある。 この作 業方法は、 T i O 2の微粉末入りゾル液を対象面に吹付塗布した後、 親水度合を最大に発 現するための施工条件のもとに焼付加工する。 カロ熱焼付条件となる温度 Z時間は、 約 4 0 0 °C/約 3 0分である。 図 1 2および図 1 3に示した写真は超親水性を発現した T i O 2 結晶 2 3 0がアナターゼ構造の結晶状態を示す。
親水性の固定方法： 加熱によって結晶 2 3 0が生成した直後に高温から常温に一気に 冷却すると、 親水性の度合が減衰する傾向があるため、 加熱温度から常温まで温度低下す る時間を制御して徐冷する必要がある。 温度 4 0 0 °Cから常温までの時間は約 3 0分以上 を要する。
集水金属プレート Aの製造方法： 図 1 4にて、 集水金属プレート Aの生産工程を説明 する。 本実施形態は、 フリーフローライン方式の自動生産設備である。 このラインの有効 幅は約 1、 0 0 O mmの 9工程によって構築している。 .
工程 1 ： サイズが 1、 0 0 0 mm X l、 0 0 O mm ( 1、 5 0 0 ) mm X 0 . 3 mm の金属板 2 0 5を段積みされた場所からライン上までロボットによって自動供給するェ 程である。
工程 2 ： 粗面前加工、 圧力噴射される粒体サイズは約 0 . 1〜1 . O mmのサンドブ ラスト加工であり、 金属表面に対して粗目の粗面化を施す工程である。
工程 3 ： 粗面後加工で、 圧力噴射される粒体サイズは約 0 . 1 mm以下のサンドブラ スト加工であり、 金属表面に対して細目の粗面化を施す工程である。 工程 1と工程 2の粗 面化加工によって粗面 2 1 0が現出し、 有効表面積を加工前の 3倍以上にする。
工程 4 ： 粗面 2 1 0に対し、 プラズマまたはレーザーを照射することによって金属プ レート表面の結晶にもダメージを加える工程である。 製造物の用途によっては、 本工程は 不要である。
工程 5： 粗面 2 1 0に対し、 T i O 2微粉末入りのゾル液を吹付塗布する工程である。 T i O 2の膜厚は i〜o . o o iミクロンの超薄膜であり、重要な吹付の加工条件である。 ゾルの T i 0 2濃度、 噴射量および噴射時間などが重要であり、 制御装置と作業者の両面 によって生産管理する。
工程 6 ： 加熱用電気炉によって T i O 2の超親水性結晶をアナターゼ構造に生成する 工程である。 アナターゼ構造の結晶にするためには、 加熱の温度と時間の管理が重要であ り、 自動制御装置によって行なう。 温度 時間は約 4 0 0 °CZ 3 0分である。
工程 7 ： 親水性の特性を固定するための徐冷工程である。 製造物の表面温度が約 4 0 0〜 1 5 0 °Cまでは徐冷約 2 5分、 約 1 5 0〜5 0 °Cまでは急冷約 5分である。 最終温度 の 5 0 °Cは作業者の安全確保を目的としている。
工程 8 ： 品質管理の工程である。 光照射による反射光量の比較によって粗面化の良否 判定する粗度評価装置および水滴落下による水膜の付着状態をカメラ映像によって良否 判定する親水評価装置を備える。 また良品は次工程へ、 不良品はラインから外される。 工程 9 ： 完成した製造物をロボットによってラインから排出し、 指定位置に自動段積 する。 同時に品質証の自動貼付も行なう。 品質証には、 生産日、 検査員 N o .、 シリアル ナンバーなどが印字される。 以上で集水金属プレート A生産工程は終了である。
集水金属プレート Aを主要な要素として用いた実施例について以下の （1 ) 〜 （6 ) に て説明する。
( 1 ) 金属プレート式造水装置： 金属プレート式造水装置の原理と達成手段について 述べる。 造水の原理は金属を冷やすと表面に結露水が生成される自然現象である。 この現 象を最大限に利用することによって大量の水を大気から集めるための手段が本発明の要 点の 1つである。 大量集水の達成手段は次項に挙げる 5点である。
1点目は、 濡れ易く集水性に優れた集水金属プレートの 「集水金属プレート AJ 2点目は、 集水金属プレート Aを冷却性と取扱性を形にした 「両面型集水金属エレメン 卜 B」
3点目は、 集水金属エレメント Bの多重化によって、 大量集水を目指した 「集水金属デ バイス C J
4点目は、 冷却装置によつて両面型集水金属エレメント Bの一部の冷却で全体が冷却さ れること
5点目は、 金属プレート表面に付着した水膜の厚さが飽和する前の急増量過程内 （直線 的増量過程内） の時間帯 （直線的増量終了時点まで） において、 生成水膜 （付着水膜） を 除去することによって集水量 1、 0 0 0倍以上になる。 これが最も効果の大きい造水のェ 夫である。 この生成水膜除去の手段として超音波加振機構を用いる。 以上の 5点が希望通 りの水量を得るための工夫である。 実施例での水量は前項、 形態は図 1 7および図 1 9に 示した通りである。
集水金属エレメント Bの外観を図 1 5に、 断面を図 1 6に示す。 集水性に改質した親水 面 2 1 1を外側に向けた 2枚の集水金属プレート Aの間に熱運搬性に優れたヒートプレ —ト 2 2 0を挟持し、 接合面 2 1 2は熱的接合を施して一体型に形成したものが両面型集 水金属エレメント Bである。なお、集水金属プレート Aとヒートプレート 2 2 0に隙間（空 間） を形成すれば、 いいかえれば集水金属プレート Aとヒートプレート 2 2 0とを接合し ない場合、 超音波の伝播が良くなる。 室内除湿装置や屋根除雪装置に用いる場合は、 図 2 3に示すような集水金属プレート Aを片面のみとし原価を下げた片面型集水金属エレメ ント Dを用いる。
ヒートプレート 2 2 0について説明する。 ヒートプレート 2 2 0は 2枚の薄いアルミ二 ゥム （A 1 ) 板 2 2 1、 2 2 2によって図 1 9に示すように形成している。 ァノレミニゥム 板 2 2 1とアルミニウム板 2 2 2の中空間 2 2 4は連通するように複数の仕切壁 2 2 3 を設け、 中空間 2 2 4には熱運搬性に優れた熱運搬性媒体 2 2 5を封入する。 ヒートプレ —ト 2 2 0の冷却端面 2 2 6を冷却すると熱運搬性媒体 2 2 5の働きによって速やかに アルミニウム板 2 2 1と 2 2 2が冷却され、 金属板 2 0 5が冷やされて、 両面型集水金属 エレメント Bの全体が冷却される。 この冷却によって、 親水面 2 1 1には大気中の湿気が 結露し、 効率よく集水される。
大気から大量に集水する集水金属デバイス Cについて、 図 1 7を用いて説明する。 複数 (図 1 7では 1 4枚） の両面型集水金属エレメント Bを、 間隔を設けて並べ重ねたものが 集水金属デバイス Cである。 図 1 7では金属板 2 0 5の使用数が 2 8枚であり、 金属板 2 0 5における 1枚の集水能力に対して 2 8倍になるように構成した事例である。 集水金属デバィス Cは、 複数の集水金属ェレメント Bを串刺しにして固定する複数の固 定棒 2 3 0、 ヒ一トプレート 2 2 0の各冷却端面 2 2 6に対して冷気を輸送して配分する 冷気管 2 3 2、 冷気管 2 3 2を格納するカバー 2 3 3、 親水面 2 1 1に生成した水膜 2 1 4 (図 1 8に示す） を超音波振動子 2 3 1の作動によって除去するように構成する。 集水 金属エレメント Bの取付数を増設することによって希望通りの集水量を設定できること が本発明の効果的な特徴でもある。
集水金属デバイス Cの集水動作について、 図 1 6を簡単に表した図 1 8を用いて説明す る。 図 1 8の左側は、 ヒートプレート 2 2 0の冷却によって金属板 2 0 5が冷やされ、 粗 面化と集水性に改質された親水面 2 1 1の表面に水膜 2 1 4が生成された状態を示して いる。 図 1 8の右側は、 生成水膜 2 1 4を除去するため超音波振動子 2 3 1の動作による 超音波加振が与えられ、 生成水膜 2 1 4が親水面 2 1 1から弾き飛ばされて （弾き出て） 水 2 1 5となった状態をわかりやすく示したものである。 なお、 親水面 2 1 1は複雑な凹 凸面で図示が難しいため鋸刃状態の略図とした。 また水 2 1 5は弾き飛んでいるが、 実際 にはにじみ出るようにしている。 この弹き にじみの条件は、 超音波発振器の発振周波数 の大小と発振パワーによって調整可能である。 「にじみ」 の条件は、 5 0 0 W、 約 3 O K H z , 加振時間は約 5秒 X枚数である。
金属式プレート造水装置本体の実施例となる外観を参考までに図 1 9に示す。 本発明は 図 1 7に示した集水金属デバイス Cが主体であるため、 図 1 9の詳細説明は略する。 図 1 7で略し、 図 1 9に図示した装備は、 水を中心に集める漏斗板 2 3 4、 貯水槽 2 3 5およ び蛇口 2 3 6である。 また、 造水装置には必要不可欠であるが、 冷却装置本体、 超音波発 振器本体、 制御装置、 および電源などの装備品は図示を略す。
( 2 ) 建物冷房装置： 建物冷房装置は、 図 2 0および図 2 1を用いて説明する。 ビル デイング建物 2 7 0の外壁 2 7 2の窓を除いた全面に対して、 集水金属プレート Aを取付 けて用いる。 手摺壁 2 7 1の付近に集水金属プレート Aにおける親水面 2 1 1の上端に水 を供給するための樋体 2 7 5を備える。 樋体 2 7 5の給排水は、 送水ポンプ 2 7 8 (図省 略） から送水管 2 7 7を経て送られた水が、 樋体 2 7 5内の水槽 2 7 3に至り、 排水スリ ット 2 7 4から必要とする水量が少量ずつ排出される。 水槽 2 7 3の中には落ち葉などの 異物混入を防ぐため、 樋体 2 7 5の上部にふた 2 7 6を設ける。 図 2 0の樋体 2 7 5には 見易くするため、 ふた 2 7 6の図示は略している。
この建物冷房装置の原理と動作について説明する。 原理は、 水が気化する時に周囲から 大量の熱を奪う気化熱現象を応用するものである。 一般的には 「打ち水効果」 と言われて いる。 動作に関しては、 超親水性の親水面 2 1 1上の水は水滴として落下せず、 水膜とし て付着した状態になり少しずつ下降する現象が発現する。 この付着水が気ィ匕して減量する と、 そこを満たすように水が浸入してくる。 この注水と気化のくり返しが気化熱による建 物全体を冷やすための原理と動作である。
外壁 2 7 2と集水金属プレート Aの間に空間 2 7 9を設けておくと裏面の効果もある ので施工条件としておく。 また、 この建物冷房装置の打ち水効果は該当建物ばかりでなく 建物周囲や街全体にも波及するので、 商店街などの街づくりにも好適である。
この建物冷房装置用の水は水道水でもよいが、 塩素化合物やミネラルを含有しており排 水スリット 2 7 4が詰まってくるため、 定期的に清掃する必要がある。 このメンテナンス を避けるためには、 前述の金属プレート式造水装置によるクリーンな水を使用すればよい。 その理由は、 水蒸気が一気に水になった純水系の真水であるため、 不純物がほとんど混入 していないからである。 この金属プレート式造水装置を建物屋上に備えることで、 屋上緑 化による癒しの空間づくりや、 緊急時の水源の確保もできるので全体として好適である。
( 3 ) 室内加湿装置： 室内加湿装置の目的は、 乾燥した室内空気に対して水分を含ま せて加湿することである。 加湿方法は前述の建物冷房装置と同方式である。 建物冷房装置 における集水金属プレ—ト Aは建物外壁への取付けに対し、 この室内加湿装置は室内の壁 付近に集水金属プレート Aを立掛けて用いる。 実施例としては、 後述の （5 ) 除加湿装置 において説明するので割愛する。
( 4 ) 室内除湿装置： 室内除湿装置は図 2 2に示した室内除湿装置の据付状態図によ つて説明する。 2 4 1は室内壁、 2 4 2は据付壁面、 2 4 3は外置きの冷却装置、 2 4 4 は冷気輸送管、 2 4 5は冷却端末、 2 4 6は冷却端末 2 4 5の装飾カバー、 2 4 7は排水 用の装飾樋、 2 4 8は冷気輸送管 2 4 4と冷却端末 2 4 5の連結口、 2 4 9は超音波発振 器本体と振動伝達線、 2 3 1は超音波振動子、 Dは図 2 3の片面型集水金属ェレメント D (図 1 6の両面型集水金属エレメント Bでもよい）、 2 1 1は片面型集水金属エレメント Dまたは両面型集水金属ェレメント Bの親水面を各々示す。
この室内除湿装置の据付けにおいて、 片面型集水金属エレメント 両面型集水金属ェ レメント Bと超音波振動子 2 3 1の使用数は同一である。 また、 施工時において片面型集 水金属エレメント D/両面型集水金属エレメント Bと壁面 2 4 2の間は 1 0 c m程度の 間隙を設けておく。 建物外へ排出するための排水管は図示を割愛する。
この室内除湿装置の動作手順について説明する。 冷却装置 2 4 3の冷気は、 冷気輸送管 2 4 4、 連結口 2 4 8、 冷却端末 2 4 5を経て片面型集水金属エレメント D/ /両面型集水 金属エレメント Bが冷やされ、 室内空気の湿気分が親水面 2 1 1に結露水として抽出され る。 親水面 2 1 1上の水は水滴として落下せず水膜状態で付着する。 この水膜を除去する ため、 超音波発振器本体 2 4 9のタイマー作動によって超音波振動子 2 3 1を動作し、 水 膜を水塊にして落下させ装飾樋 2 4 7から建物外に抽出水を排出する。 超音波振動子 2 3 1の動作時間は片面型集水金属ェレメント DZ両面型集水金属ェレメント B 1枚当り約 5秒間であり、 動作音は超音波であるため無音である。
( 5 ) 除加湿装置： 室内の空気湿度は春夏秋冬で変化する。 快適湿度は人によって異 なるが概ね 5 0 %である。 従って加湿と除湿が必要になってくる。 結果として （3 ) の加 湿装置と （4 ) の除湿装置の両機能を備えた装置が求められる。 この除加湿装置は、 片面 型集水金属エレメント DZ両面型集水金属ェレメント Bと両装置が必要とする装備品の 両方を用いることによって可能である。 除湿装置の図 2 2を用いて以下概説する。
除加湿装置として動作する場合は、 （4 ) の室内除湿装置と同じでよい。 加湿装置とし て動作する場合は、 （2 ) の建物冷房装置と同じように、 片面型集水金属エレメント 両面型集水金属エレメント Bの親水面 2 1 1の上端から水を供給すればよい。 従って図 2 2の状態に追加する装備品は冷却装置 2 4 3付近に送水ポンプ 2 7 8を追力 [1し、 装飾カバ 一 2 4 6の内側には樋体 2 7 5を格納させて、 各々追加装備をしてから、 樋体 2 7 5のス リット 2 7 4から、 片面型集水金属エレメント 両面型集水金属エレメント Bの上端に 水を少量ずつ流下する。 以上で除湿装置として機能する。 また快適湿度を維持するために 自動制御装置を備える必要がある。 そのためには、 湿度と温度の検知センサーなどを内蔵 した制御回路とし、 装備品となる冷却装置 2 4 3、 超音波発振器本体 2 4 9、 送水ポンプ などの制御運転をすればよい。
( 6 ) 屋根除雪装置： 屋根除雪装置を図 2 4から図 2 6を用いて説明する。 図 2 4は 本装置の据付状態図、 図 2 5は屋根除雪装置専用の集熱体、 図 2 6は屋根除雪装置用の施 ェ付属品である。 この屋根除雪装置の外部から見えるものは、 片面型集水金属エレメント D、 導熱線 2 5 7および集熱体 2 5 0の本体部のみである。 施工は容易かつ安価であり、 使用電力ゼロである。
図 2 5の集熱体 2 5 0について、 構造から説明する。 2 6 0は地面、 2 6 1は地中、 2 5 1は地中埋設体、 2 5 2は地下熱の受熱管、 2 5 3は貯熱体、 2 5 4は断熱管、 2 5 8 はキャップ、 2 5 1と 2 5 2、 2 5 2と 2 5 3、 2 5 2と 2 5 4および 2 5 4と 2 5 8は 各々ねじ嵌合、 2 5 5は 体 2 5 3に設けた線穴、 2 5 6ははんだで導熱体 2 5 7と貯 熱体 2 5 3を熱的に接合、 2 5 9はキャップ 2 5 8の横孔に嵌着したゴムリングを各々示 す。 集熱体 2 5 0のサイズは外径 9 O mm X 1、 0 0 O mmである。
集熱体 2 5 0の使用方法は、 図 2 5に示すように集熱体 2 5 0を地中に埋設してから、 導熱線 2 5 7を延長して、地下熱（約 1 5 °C)を片面型集水金属エレメント Dに伝達する。 この伝達の途中に、 図 2 6に示すような施工用付属品 2 6 5を用いる。 集熱体 2 5 0内か ら延長された導熱線 2 5 7は、 地下熱を連結口 2 6 7、 送熱管 2 6 6を経て、 熱分配端子 2 6 8まで熱運搬する。 端子 2 6 8から片面型集水金属エレメント Dに対して熱を受け渡 すには、 細い導熱線 （図示省略） を用いて行なう。 なお、 片面型集水金属エレメント Dと 端子 2 6 8は同数である。 屋根と片面型集水金属エレメント Dとの固定用金具は図示省略 する。
屋根除雪に至る動作内容について説明する。 地下熱は地表から l mくらいの地下の温度 は約 1 5 °C前後であり、 年間を通じて変化の無い無限の熱源である。 この熱源を応用して 本除雪装置を稼動するので、 消費電力を一切必要としない。 地下熱によって片面型集水金 属エレメント Dは温められ、 厳寒時でも凍結はしない。 温められた親水面 2 1 1の表面に は常に水膜が張られ、 濡れた状態になっているため、 積雪は雪崩現象により落下する。 こ れがくり返されることによって雪下ろし作業が不要となる。 この屋根除雪装置に用いる装備品の材質について、 熱伝導系の埋設体 2 5 1、 受熱管 2 5 2、 貯熱体 2 5 3、 導熱線 2 5 7は高熱伝導性の銅系合金を用いる。 また、 導熱線 2 5 7は銅系合金細線の撚線を束ねたもので、 その外周には断熱性被覆を施したワイヤーであ る。 断熱管 2 5 4とキャップ 2 5 8は複合樹脂材を用いる。
集熱体 2 5 0は地下埋設専用であるが、 設置対象の建物付近に冬期であっても 1 0 °C以 上の熱源が存在する場合は、 この集熱体 2 5 0を用いず、 導熱線 2 5 7だけで賄うことが できる。 この場合は、 導熱線 2 5 7の被覆を除去して裸体にしてからその部分をその熱源 に投入しておけばよい。
本発明の集水金属プレート Aの変形例について述べる。 図 1 4に示した集水金属プレー ト Aの生産において、 9工程全てを稼動させる必要はない。 用途や顧客要求に応じて各ェ 程の動 不動を選択することができる。例えば、工程 3まででよい注文品があった場合は、 工程 4以降については通過するだけの生産にすることができる制御装置付きの自動生産 ラインである。
図 1 7および図 1· 9に示した金属式プレート造水装置の使用上の変形例について説明 する。 既に述べたように、 この金属式プレート造水装置によって生成した水は純水系の真 水である。 染色工場において、用水に含まれる金属イオン （C a、 M g、 F e、 M nなど） は色ぶれの要因になり工程上の妨げになるため、 通常は金属イオン封鎖剤を用いている。 この無駄を排除するために金属イオンを含有しない用水が必要となる。 金属式プレート造 水装置の生成水は金属イオンを含有していないため、 染色工場用水としても好適である。 本発明である金属プレート式造水装置の他の実施例について説明する。 図 1から図 7に 示した植物自動水やり装置 Eは、 本発明の金属プレート式造水装置を家庭園芸用途に採用 した小型製品の例を示したが、 商業用、 工業用、 家庭用などに採用した実施例を示す。 この本発明である金属プレート式造水装置の他の実施例を図 1 9に示されている金属 プレート式造水装置で説明する。 図 1 7および図 1 8に示す超音波発振機構を有する金属 プレート （集水金属デバイス C ) を採用している。 この実施例の金属プレート式造水装置 では、 大気中の湿気から水を抽出する造水装置であり、 冷却した集水金属プレート （集水 金属デバイス C ) の表面に形成される結露によって生成された生成水膜 （付着水膜） 2 1 4の直線的増量過程 （付着水が水膜形成の初期段階から直線的に増加 （増量） する過程を 指す） にあって、 生成水膜 2 1 4の増量が鈍化する飽和する前段階時点 （なだらかな放物 線的に増加する直前付近の時点） において、 いいかえれば生成水膜 2 1 4が直線的増量最 終段階 （直線的増量終了過程） において、 超音波発振機構の超音波振動子 2 3 1を用いて 生成水膜 2 1 4を弾き出して金属プレート表面から強制的に剥離させて集水する。
すなわち、 本発明の超音波発振機構を有する集水金属プレート （集水金属デバイス C ) を採用した金属プレート式造水装置の実施例では、 超音波振動子 2 3 1を動作させ、 生成 水膜 2 1 4に超音波加振を与え、 生成水膜 2 1 4を微振動によって集水金属プレート （集 水金属デバイス C) の表面から強制的に弾き出して剥離する。 生成水膜 2 1 4は集水金属 プレート （集水金属デバイス C ) の親水面 2 1 1から弾き出される。 生成水膜 2 1 4は集 水金属プレート （集水金属デバイス C ) の表面から弾き出て、 弾き飛ばされた （弾き出さ れた） いくつかの水 2 1 5は合体し落滴する。 水 2 1 5は弾き飛んでいるが、 実際にはに じみ出るようにしている。 金属プレート式造水装置の内部にこれらの水 2 1 5を集水して、 空気中の湿気から水 2 1 5を抽出 （造水） する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 大気中の湿気から水を抽出する造水方法において、 金属プレートを冷やすことによ つて、 前記金属プレート表面に結露によって水膜を生成し、 直線的増量過程にあって飽和 する前段階時点で前記生成水膜を弾き出し、 前記生成水膜を前記金属プレートより強制的 に剥離させて集水したことを特徴とする金属プレート式造水方法。
2 . 請求項 1における金属プレート式造水方法において、 前記金属プレート表面に生成 した前記生成水膜を超音波発振によって弾き出したことを特徴とする金属プレート式造 水方法。
3 . 請求項 1における金属プレート式造水方法において、 前記金属プレートに表面処理 加工を施し、 粗粗面化によって親水性ィ匕を図り、 前記金属プレートの表面に生成される前 記生成水膜を増量したことを特徴とする金属プレート式造水方法。
4 . 大気中の湿気から水を抽出する造水装置において、 金属プレート、 前記金属プレー トを冷やす冷却器、 および前記金属プレートの表面に生成する水膜を強制的に弾き出して 剥離させる水膜剥離機構 t pを備えたことを特徴とする金属プレート式造水装置。
5 . 請求項 4における金属プレート式造水装置において、 超音波発振機構を備え、 前記 超音波発振機構により前記金属プレート表面に生成した前記生成水膜を弾き出したこと を特徴とする金属プレート式造水装置。
6 . 請求項 4における金属プレート式造水装置において、 表面処理加工を施した金属プ レートを備え、 前記金属プレートの表面に生成される前記生成水膜を増量したことを特徴 とする金属プレート式造水装置。
7 . 加工前の表面積に対して加工後の有効表面積を拡大した微細な表面を設けた金属プ レートで、 前記金属プレートの前記表面に大気中の湿気の結露をさせて水膜を生成し、 前 記生成水膜を強制的に弾き出して前記金属プレートより剥離させて集水したことを特徴 とする集水金属プレート。
8 . 請求項 7における集水金属プレートにおいて、 前記金属プレートの前記微細な表面 に集水性の物性を有する酸化物を添加し、 前記酸化物の結晶構造により集水性を発現し、 前記金属プレートの前記表面を高集水性に改質したことを特徴とする集水金属プレート。
9 . 請求項 7のおける集水金属プレートにおいて、前記金属プレートの 2枚を対面させ、 対面した 2枚の前記金属プレート間に熱運搬用媒体を封入して狭持固定した複合型に形 成したヒートプレートとし、 前記ヒートプレートを冷却し、 前記金属プレートの前記表面 に大気中の湿気を結露させて集水性を発現するように構成したことを特徴とするヒート プレート型の集水金属プレート。
1 0 . 請求項 9における集水金属プレートにおいて、 前記ヒートプレートの両面または 片面に対して、 前記金属プレートを重ね合わせてハイブリッド板に形成し、 前記ヒートプ レートの一部分を冷却し、 前記ハイプリッド板の表面に大気中の湿気を結露させて集水性 が発現するように構成したことを特徴とするハイプリッド型の集水金属エレメント。
1 1 . 請求項 7における前記金属プレートを建物冷房装置として用いる場合、 複数の前 記金属プレートを建物の外壁に配置し、 前記金属プレートの前記表面を水膜が付着した状 態とし、 前記水膜の水が気化する際に発現する周囲から大量の熱を奪う気化熱現象により、 前記建物を冷やすための建物冷房装置の要素として用いたことを特徴とする建物冷房装 置用の集水金属エレメント。
1 2 . 請求項 7における集水金属プレートを空間加湿装置として用いる場合、 複数の前 記集水金属プレートを配置し、 前記金属プレートの前記表面を水膜が付着した状態とし、 前記水膜の水が気化した水蒸気が乾燥した空間の空気を加湿する空間加湿装置の要素と して用いたことを特徴とする空間加湿装置用の集水金属エレメント。
1 3 . 請求項 7における集水金属プレートを空間除湿装置として用いる場合、 複数の前 記集水金属プレートを空間に配置し、 冷却器で発生した冷気によって前記集水金属プレー トを冷やすことによって、 前記空間内の空気から湿気を結露させて除去する空間除湿装置 の要素として用いたことを特徴とする空間除湿装置用の集水金属エレメント。
1 4 . 請求項 7における集水金属プレートを屋根除雪装置として用いる場合、 複数の前 記集水金属プレートを建物の屋根に配置し、 地下熱などの熱源を集熱する集熱体を備え、 前記集水金属プレートと前記集熱体の間を熱的連結して、 前記屋根に積雪した雪を除去す る屋根除雪装置の要素として用いたことを特徴とする屋根除雪装置用の集水金属エレメ ント。
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