JPS585089B2 - 造水装置 - Google Patents

Description

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

従来、造水装置としては海水を原料とし、淡水を作る装
置は海水淡水化装置としてよく知られている。

また下水などの汚水を高度に処理して、再利用可能な清
澄度の高い水を得る水の再利用処理装置があるが、これ
も海水淡水化装置と同じ範疇の造水装置とみることがで
きる。

すなわちこれらはいずれも水を得るにあたり液体の水を
主成分とする溶液を原料としている。

このためにこれらの造水装置は原料として液体状の水を
使用する以上、当然ながら砂漠のように全く液体状の水
が得られないところでは造水できない。

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

すなわち、この新規な造水装置は大気中に存在する水分
から水を得る装置であり、大気が存在するかぎり、どこ
ででも造水することができる新規な造水装置である。

勿論、大気中に全く水分がなければ造水は不可能である
が、気候に関する統計データおよび発明者らの調査結果
では、アラビア半島中央部の巨大な砂漠の大気であって
も空気１ｍ３中に３〜４ｇの水分は存在し、造水は可能
である。

したがって、不毛の地に水を得て、人間活動が可能とな
り、また、この水を潅水として利用することによって植
物栽培も可能となる。

すなわち、この造水装置は人間の生活圏拡大に寄与する
もので、その意義はきわめて大きい。

この造水装置の基本原理は、第１の過程として大気中の
水分を吸着剤に吸着させ、ついで第２の過程としてこの
水分を吸着した吸着剤を加熱することによって吸着され
ていた水分を水蒸気として脱着させ、これを凝縮器に導
き水にするものである。

このとき同時に吸着剤は水を失って、再び吸着能力を回
復するので、吸着剤は大気中の水分の吸着にくりかえし
使用される。

このようにして、継続的に大気中から液相の水を得るこ
とができる。

第１図は以上の基本原理にもとづく先行技術による造水
装置の一例を示す系統構成図である。

図において、１Ａおよび１Ｂはそれぞれ吸着剤充填層１
ａおよび吸着剤充填層１ｂを収容する第１および第２の
収容部、２は第１の収容部１人または第２の収容部１Ｂ
に空気などの水分を含む気体を吸込む手段としての吸込
み形のブロワ、３は第１の収容部１Ａまたは第２の収容
部１Ｂを介して設けられた気体の循環路、４は循環路３
内の気体を図示矢印Ａ方向に付勢するための循環用ブロ
ワである。

５は循環路３内の気体を加熱する加熱器で、この加熱器
５は上記吸着剤充填層１ａまたは吸着剤充填層１ｂを加
熱してこれに吸着された水分を脱着させるためのもので
ある。

６は加熱源としてのバーナー、７はバーナー６に燃料も
しくは燃焼用空気を送給するための燃焼用ブロワ、８は
循環路３から分岐された気体の流路、９は流路８内の水
蒸気を凝縮させる凝縮器、１０は凝縮器９を冷却するた
めの冷却用ブロワ、１１は凝縮器９で得られた水を貯わ
える大気開放形の受水槽、１２は造水された水である。

１３ａ、１３ｂ。１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１
６ａおよび１６ｂはいずれも気体の流路を開閉するバル
ブである。

次に、動作について説明する。

この先行技術による造水装置では、収容部を２基設けて
いるので、一方の収容部が吸着過程（第１の過程）を行
っているときに、他方の収容部で脱着過程（第２の過程
）を行い、これらの過程が終了した後に、これらの過程
を交互に切りかえて繰り返すことによって造水過程を連
続的に行なう；ことができる。

以下の説明では、第１の収容部１Ａが吸着過程にあり、
第２の収容部１Ｂが脱着過程にあるものとして述べる。

第１の収容部１Ａにおける吸着過程は、バルブ１３ａ
、１４ａを開き、バルブ１３ｂ、１４ｂ。

１５ａ、１６ａを閉じるとともに、ブロワ２を働かせて
、空気を、第１の収容部１Ａ内に吸込みこれに収容され
た吸着剤充填層１ａと接触させることによって行なわれ
る。

この際に、吸着剤充填層１ａに空気中の水分が吸着され
るとともに、水分を失って乾燥した空気はバルブ１４ａ
を経て系外へ排出される。

このようにして吸着剤充填層１ａが水分を充分に吸着し
た段階で吸着過程は完了することになる。

一方、第２の収容部１Ｂにおける脱着過程は、上記第１
の収容部１Ａにおける吸着過程と並行して行なわれるこ
とが望ましい。

すなわち、バルブ１３ｂ、 １４ｂ、 １５ａ、 １６
ａが閉じられた状態で、バルブ１５ｂ、 １６ｂを開き
、循環路３内の気体（空気）を、加熱器５によって加熱
し、循環用ブロワ４によって図示矢印Ａの方向に循環さ
せる。

そうして、この加熱された空気によって、第２の収容部
１Ｂ内の吸着剤充填層１ｂを加熱し、この吸着剤充填層
１ｂに予め吸着されていた水分を水蒸気にして脱着させ
ようとするものである。

このように、吸着剤充填層１ｂから水蒸気が脱着される
と、脱着による水蒸気の発生と高温になったことによっ
て循環路３内の気体の体積が増加し、この循環路３内で
体積増加した気体は、脱着された水蒸気とともに凝縮器
９を通って大気中に放出される。

このとき、循環路３から流出する気体中の水蒸気は、凝
縮器９で凝縮し、受水槽１１に貯わえられるが、この凝
縮器９の温度で決まる飽和蒸気圧に相当する水蒸気は、
空気とともに大気中に放出され損失となる。

しかし、第２の収容部１Ｂの中に当初入っていた空気は
、脱着する水蒸気量に比べわずかであり、勿論その量が
限られているので、次々に発生する水蒸気によって全部
排出されて、実質的に水蒸気のみが循環路３内を循環す
る状態になる。

この水蒸気のみとなった状態では、循環路３内の圧力は
、凝縮器９を介して大気に開放されているので常に約１
気圧である。

また、循環路３内を循環している気体は水蒸気のみであ
り、脱着した水蒸気に相当する量の水蒸気が凝縮器９に
押し出され、ここで水となって、受水槽１１内に貯かえ
られる。

このようにして、吸着剤充填層１ｂの水分を充分脱着し
た段階で脱着過程は完了することになる。

以上説明したような吸着過程と脱着過程とを、第１．第
２の収容部１Ａ、１Ｂに交互に行なわせることによって
、連続的に空気中の水分から水を得ることができる。

ところで、この先行技術による造水装置では、気体の流
路となる配管やこの流路を開閉するバルブが多数使用さ
れているので、操作が複雑になる上に、小形化を図り、
運搬可能な構造にすることが容易ではないという問題が
あった。

また、この種の造水装置が真価を発揮する砂漠などでは
、水はもちろ、電気も容易に得られないので、できる限
り省エネルギー化を図る必要がある。

従って、ブロワ２，４の動力消費増をもたらす配管やバ
ルブにおける圧力損失は、できるだけ小さく抑える必要
があり、かつ冷却用ブロワ１０の容量も、凝縮器９の凝
縮能力が落ちない範囲においてできるだけ小さくするこ
とが望ましい。

このような省エネルギー化の面においても、この先行技
術による造水装置は、満足できるものではなく、問題が
あった。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、気
体の流路となる配管やこの流路を開閉するバルブをほと
んど使用することなく、かつ造水用凝縮器の冷却用ブロ
ワを省略することができるような構造にすることによっ
て、省エネルギー化を図ることが可能であるとともに、
小形で、かつ可搬式である造水装置を提供することを目
的とする。

第２図はこの発明の第１の実施例の造水装置を模式的に
示す平面図、第３図は第２図の■−■線での断面図、第
４図は第３図の■−■線での断面図である。

図において、１Ａおよび１Ｂはそれぞれ断面形状が四角
形である管状体からなり吸着剤充填層１ａおよび吸着剤
充填層１ｂを収容する第１および第２の収容部、１７ａ
は第１の収容部１Ａの両開口端縁部の上部側板にそれぞ
れ吸着剤充填層１ａをはさんで設けられた気体の流通口
、１７ｂは第２の収容部１ｂの両開口端縁部の上部側板
にそれぞれ吸着剤充填層１ｂをはさんで設けられた気体
の流通口、３ａは第１の収容部１Ａの上部側板上に設け
られ流通口１７ａを通って導入される気体が加熱される
加熱室、３ｂは第２の収容部１Ｂの上部側板上に設けら
れ流通口１７ｂを通って導入される気体が加熱される加
熱室、５ａおよび５ｂはそれぞれ加熱室３ａおよび加熱
室３ｂ内の気体を加熱する加熱器、１８は第１の収容部
１Ａの空気の排出側の開口部と第２の収容部１Ｂの空気
の排出側の開口部とに連通するように共通に設けられた
空気の排気室、２は排気室１８の上部に開けられた空気
の排出口の近傍に設置され第１の収容部１Ａまたは第２
の収容部１Ｂ内を通して空気を吸込む吸込み形のブロワ
である。

９は排気室１８内に設けられブロワ２によって冷却され
るように構成された凝縮器、１３ａはブロワ２によって
第１の収容部１Ａ内に空気が吸込まれる吸込み口側の左
右側板の開口端部にそれぞれ取り付けられこの吸込み口
を両開き戸のように開閉する吸込み口側扉、１４ａはブ
ロワ２によって第１の収容部１Ａ内の空気が排出される
排出口の左右側板の開口端部にそれぞれ取り付けられこ
の排出口を両開き戸のように開閉する排出口側扉、１３
ｂおよび１４ｂはそれぞれ第１の収容部１Ａの吸込み口
側扉１３ａおよび排出口側扉１４ａと同様の第２の収容
部１Ｂの吸込み口側扉および排出口側扉である。

４ａは流通口１７ａに近接して設けられ吸込み口側扉１
３ａおよび排出口側扉１４ａを閉じることによって流通
口１７ａを通して第１の収容部１Ａと加熱室３ａとで形
成される循環路に加熱室３ａにおいて加熱された空気を
循環させて吸着剤充填層１ａを昇温させこの吸着剤充填
層１ａに吸着された水分を脱着させる循環用ブロワ、４
ｂは、循環用ブロワ４ａと同様に、流通口１７ｂに近接
して設けられ吸込み日射１３ｂおよび排出口側扉１４ｂ
を閉じることによって流通口１７ｂを通して第２の収容
部１Ｂと加熱室３ｂとで形成される循環路に加熱室３ｂ
において加熱された空気を循環させて吸着剤充填層１ｂ
を昇温させこの吸着剤充填層１ｂに吸着された水分を脱
着させる循環用ブロワである。

８ａおよび８ｂはそれぞれ一端が第１の収容部１Ａと加
熱室３ａとで形成された循環路および第２の収容部１Ｂ
と加熱室３ｂとで形成された循環路に連通するように接
続された気体の流路、１９は流路８ａの他端と凝縮器９
との接続および流路８ｂの他端と凝縮器９との接続を相
互に切換えることができる切換えバルブ、一点鎖線で機
能のみを示す１１は凝縮器９で得られた水を貯わえる大
気開放形の受水槽、一点鎖線で示す１２は造水された水
である。

次に、動作について説明する。

この実施例の造水装置の動作は、第１図に示した先行技
術による造水装置の動作とほぼ同様である。

以下の説明では第１の収容部１Ａが吸着過程にあり、第
２の収容部１Ｂが脱着過程にあるものとして述べる。

第１の収容部１Ａにおける吸着過程においては、まず、
第１の収容部１Ａの吸込み口側扉１３ａおよび排出口側
扉１４ａを開き、第２の収容部１Ｂの吸込み口側扉１３
ｂおよび排出口側扉１４ｂを閉じるとともに、切換えバ
ルブ１９を流路８ｂと凝縮器９とが接続するように切換
える。

次に、ブロワ２を作動させ、空気を、第１の収容部１Ａ
内に吸込みこれに収容された吸着剤充填層１ａと接触さ
せて吸着過程が行なわれる。

一方、第１の収容部１Ａが吸着過程にあるとき、第２の
収容部１Ｂの脱着過程が行なわれる。

この第２の収容部１Ｂの脱着過程は、循環用ブロワ４ｂ
を作動させて、加熱室３ｂ内の空気を加熱器５ｂで加熱
しながらこの空気を第２の収容部１Ｂと加熱室３ｂとで
形成された循環路を循環させ、この加熱された空気によ
って第２の収容部１Ｂ内の吸着剤充填層１ｂを加熱し、
この吸着剤充填層１ｂに予め吸着されていた水分を水蒸
気にして脱着させて行なわれる。

このように、吸着剤充填層１ｂから脱着された水蒸気は
、第１図に示した先行技術による造水装置の場合と同様
に、第２の収容部１Ｂと加熱室３ｂとで形成された循環
路に接続されている流路８ｂおよび切換えバルブ１９を
通って、ブロワ２によって第１の収容部１Ａから排出室
１８内に吸込まれた空気で冷却された凝縮器９に達し、
ここで水となって、受水槽１１内に貯わえられる。

上述の吸着過程と脱着過程とを、第１．第２の収容部１
Ａ、１Ｂに交互に行なわせることによって、連続的に水
を得ることができる。

このような第１の実施例の造水装置では、第１図に示し
た先行技術による造水装置のような気体の流路となる配
管やバルブをほとんど使用していないので、操作が簡単
になる上に、小形化を図り、運搬可能な構造に容易にす
ることができる。

また、上記配管やバルブにもとづく圧力損失がなく、か
つ第１図に示した凝縮器９を冷却するための冷却用ブロ
ワ１０が不要であるので、省エネルギー化を容易に図る
ことができる。

第５図はこの発明の第２の実施例の造水装置を模式的に
示す断面図である。

この第２の実施例の造水装置は、第１の収容部１Ａと第
２の収容部１Ｂとが上下になるように重ねた以外は、第
２図に示した第１の実施例とほぼ同様であり、その動作
も、第１の実施例の動作とほぼ同様であるので、第１の
実施例と同様の効果のあることは言うまでもない。

上記第１および第２の実施例はこの発明の一例を示した
ものに過ぎず、この発明の趣旨を逸脱することなく、種
々の変形が可能である。

例えば、（イ）加熱室３ ａ、３ｂを第１．第２の収容
部１Ａ。

１Ｂの上部側板以外の側板に設けること、（ロ）ブロワ
２を押込み形にすること、（ハ）吸込み口側扉１３ａ。

１３ｂおよび排出口側扉１４ａ、１４ｂをそれぞれ引き
戸のように開閉するようにすること、に）ブロワ２と凝
縮器９との位置関係を入れ換えること、（ホ）排気室１
８の空気の外部への排出口を上部以外の側板に設けるこ
と、（へ）第１．第２の収容部１Ａ。

１Ｂの空気の吸込み口または排出口をそれぞれの側板に
設けること、（ト）吸着剤充填層１ａ、１ｂを円筒形に
することなどいずれも支障なく実施することができる。

また、第１および第２の実施例では、第１の収容部１Ａ
および第２の収容部１Ｂのそれぞれの断面形状を四角形
にしたが、必ずしも四角形にする必要がなく、その他の
形状にしてもよい。

更に、ブロワ２と凝縮器９とを収容する排気室１８の、
第１．第２の収容部１Ａ、１Ｂと連結する部分の断面形
状を、これらの第１．第２の収容部１Ａ、１Ｂの断面形
状と同一にする必要もなく、これらの間の連結も強固に
一体化する必要もない。

上記第１および第２の実施例で用いる吸着剤充填層１ａ
、１ｂの吸着剤は、モレキュラーシーブ３Ａ、同４Ａ、
同５Ａ、同１０Ｘ、同１３Ｘなどのゼオライト、シリカ
ゲル、アルミナゲル、シリカアルミナ、活性アルミナ、
活性炭、活性ボーキサイト、活性白土など一般に固体吸
着剤として用いられるものであればよい。

また、臭化リチウム、塩化リチウムなど一般に水溶液と
して用いられる吸着剤は、アルミナ、アスベストなどの
適当な担体に担持させて使用することができる。

これらの吸着剤の形状は、粒、球、ペレット、タブレッ
トなど支障なく使用できる。

更に、蜂の巣状なとの吸着剤を使用したいわゆるパラレ
ルパッセージ形充填層とすることもできる。

これらの吸着剤の選択はその吸着特性と気温や湿度とを
勘案して行い、これらの吸着剤の吸着および脱着の操作
条件は、用いる吸着剤に応じて、適宜選択され、特に制
約はない。

また、上記第１および第２の実施例では、受水槽１１が
開放されているものについて述べたが、密閉されている
もの、もしくは当初開放されていて循環路内の空気が実
質的に駆逐され脱着水蒸気で置換された後に密閉するも
の、あるいはその他の変形のいずれにも、この発明は適
用できる。

更に、上記第１および第２の実施例では、２基の第１．
第２の収容部１Ａ、１Ｂを設けた場合について説明した
が、必ずしも２基に限定する必要がなく、２基以上の複
数個の収容部を設けた場合にもこの発明は適用できるこ
とは言うまでもない。

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

以上、詳細に説明したように、この発明の造水装置では
、内部に水分吸着用の吸着剤充填層を収容しこの吸着剤
充填層をはさんでその両側にそれぞれ気体の吸込み口お
よび排出口を有する少なくとも２基の収容部、これらの
収容部の上記吸込み口および排出口をそれぞれ開閉する
扉状の開閉手段、上記２基の収容部のそれぞれの吸込み
口（または排出口）に連接して設けられた共通の給（ま
たは排）気室、この給（または排）気室に設けられ上記
開閉手段が開かれ吸着過程にある上記収容部へ水分を含
んだ気体を送給する送給手段、上記収容部と上記吸着剤
充填層をはさんで上記吸込口側および排出口側において
連通するように設けられ当該収容部が脱着過程にあると
き内部の気体を加熱する加熱室、上記開閉手段を閉じる
ことによって上記脱着過程にある収容部と上記加熱室と
で形成される循環路を通って上記加熱室で加熱された気
体を循環させて上記吸着剤充填層を昇温させこの吸着剤
充填層に吸着された水分を脱着させる循環手段、並びに
上記給（または排）気室内にまたは上記給（または排）
気室外にこれを連接して設けられ上記送給手段で送給さ
れる気体で冷却されて上記循環路への連通管開口から導
入される上記脱着された水分を凝縮させる凝縮器を備え
、交互に一方の上記収容部が吸着過程にあるときは他方
の上記収容部が脱着過程にあるようにしたので、先行技
術による造水装置のように、気体の流路となる配管やバ
ルブをほとんど使用しないで構成することができるため
、操作が簡単になる上に、小形化を図り、運搬可能な構
造に容易にすることができる。

また、上記配管やバルブにもとづく圧力損失がなく、か
つ上記凝縮器を冷却するための冷却用ブロワが不要であ
るので、省エネルギー化を容易に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術による造水装置の一例を示す系統構成
図、第２図はこの発明の第１の実施例の造水装置を模式
的に示す平面図、第３図は第２図の■−■線での断面図
、第４図は第３図の■−■線での断面図、第５図はこの
発明の第２の実施例の造水装置を模式的に示す断面図で
ある。 図において、１Ａおよび１Ｂはそれぞれ収容部、１ａお
よび１ｂはそれぞれ吸着剤充填層、２はブロワ（送給手
段）、３ａおよび３ｂはそれぞれ加熱室、４ａおよび４
ｂはそれぞれ循環用ブロワ（循環手段）、５ａおよび５
ｂはそれぞれ加熱器、９は凝縮器、１３ａおよび１３ｂ
はそれぞれ吸込み口側扉（開閉手段）、１４ａおよび１
４ｂは排出口側扉（開閉手段）である。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一もしくは相当部分を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に水分吸着用の吸着剤充填層を収容しこの吸着
   剤充填層をはさんでその両側にそれぞれ気体の吸込み口
   および排出口を有する少なくとも２基の収容部、これら
   の収容部の上記吸込み口および排出口をそれぞれ開閉す
   る扉状の開閉手段、上記２基の収容部のそれぞれの吸込
   み口（または排出口）に連接して設けられた共通の給（
   または排）気室、この給（または排）気室に設げられ上
   記開閉手段が開かれ吸着過程にある上記収容部へ水分を
   含んだ気体を送給する送給手段、上記収容部と上記吸着
   剤充填層をはさんで上記吸込口側および排出口側におい
   て連通するように設けられ当該収容部が脱着過程にある
   とき内部の気体を加熱する加熱室、および上記開閉手段
   を閉じることによって上記脱着過程にある収容部と上記
   加熱室とで形成される循環路を通って上記加熱室で加熱
   された気体を循環させて上記吸着剤充填層を昇温させこ
   の吸着剤充填層に吸着された水分を脱着させる循環手段
   を有し、交互に一方の上記収容部が吸着過程にあるとき
   は他の上記収容部が脱着過程にあるようにし、上記給（
   または排）気室内にまたは上記給（または排）気室外に
   これに連接して設けられ上記送給手段で送給される気体
   で冷却されて上記循環路への連通管開口から導入される
   上記脱着された水分を凝縮させる凝縮器を備えたことを
   特徴とする造水装置。