(57)【要約】水凝縮器は、上流冷媒蒸発器を介し、空気対空気熱交換器を介し、一実施形態において蒸発器からの凝縮液として回収された冷水を使用する空気対水熱交換器をさらに介して、主空気流を吸気するファンを備える。蒸発器への空気流は、蒸発器に入る前に空気対空気熱交換器と空気対水熱交換器を通過することにより一次冷却され、空気流は蒸発器でさらに露点を下回るよう冷却されて蒸発器上に湿気が凝縮し、重力で回収される。蒸発器は、閉冷却回路により冷却される。閉冷却回路用の冷媒凝縮器は、蒸発器からの空気流を吸気するファンまたは別のファンを採用し、いずれも蒸発器を介してマニホルドを介した空気流とは別の補助空気流を吸気する。これにより、補助空気流と空気流の両方が蒸発器を通るか、または補助空気流だけが凝縮器および対応するファンを通って導かれる。【選択図】図１
2009503293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水凝縮器であって、
第一空気流流入用の第一吸気口を有する筐体であって、前記第一吸気口は、流体の伝達において前記第一吸気口と協働する一次冷却空気路セットを有する空気対空気熱交換器に取り付けられており、前記一次冷却空気路セット内に前記第一空気流を吸気するために、前記熱交換器は、二次冷却空気路セットを有し、二次冷却空気路セットは、前記一次冷却空気路セットと前記二次冷却空気路セットとの間での熱の移動に関して前記一次冷却空気路セットと相対的に配置されている筐体と、
一次冷却空気路セットの下流端から自身の上流端内への前記第一空気流の通過に関して前記一次冷却空気路セットと協働する冷却部であって、前記第一空気流が前記冷却部の上流端から下流端へと流れるときに上側を通過する被冷却表面を備え、前記第一空気流は、前記冷却部内で露点を下回るよう冷却されて、前記第一空気流の湿気を前記被冷却表面上に凝縮させ、前記第一湿気を前記冷却部の下に取り付けられた湿気回収器に重力支援により回収するような冷却部と、
前記第一空気流を冷却するために前記空気対空気熱交換器と協働する空気対水熱交換器であって、前記第一空気流を前記空気対水熱交換器内を通過させると同時に前記湿気回収器からの前記第一湿気を前記空気対水熱交換器内を通過させて、前記第一湿気により前記第一空気流を冷却し、前記冷却部の前記下流端は前記二次冷却空気路セットの上流端と前記第一空気流の流入に関して協働し、前記第一空気流は前記二次冷却空気路セットの下流端から排出され、前記二次冷却空気路セット内の前記第一空気流が前記一次空気路セット内の前記第一空気流を一次冷却するような空気対水熱交換器と、
前記一次冷却空気路セット内では前記第一空気流の温度を前記第一空気流の露点温度より高いままにするよう制御し、前記冷却部内では前記第一空気流の温度を第一空気流が凍らないように前記第一空気流の露点温度より低くなるよう制御し、空気流の原動力による前記第一吸気口内への前記第一空気流が前記一次冷却空気路セットに沿い、前記冷却部内を通り、前記二次冷却空気路セットに沿うよう促す制御手段とを備えることを特徴とする水凝縮器。
【請求項２】
上流端と下流端とを有する空気チャンバをさらに備え、
前記空気チャンバの前記上流端は、前記二次冷却空気路セットの前記下流端と協働して、前記第一空気流を前記空気チャンバの前記上流端にて前記空気チャンバ内に流入させ、前記空気チャンバは前記空気チャンバへの補助吸気口を有し、前記空気チャンバ内への第二外気流入に関して、前記空気チャンバの前記下流端は、流体の伝達において冷却回路内の冷媒凝縮器と協働して、前記第一および第二空気流を前記冷媒凝縮器の下流端から排出するものであり、前記空気流の原動力は、前記空気チャンバおよび前記冷媒凝縮器を介した前記第一および第二空気流を促す、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記冷却部は、冷媒蒸発器である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記補助吸気口と協働して前記空気チャンバ内に流れる前記第二空気流の体積と流量とを選択的に制御するよう取り付けられた、選択的に操作可能な空気流絞り弁をさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記絞り弁と協働して、前記第一空気流の湿度を示す少なくとも一つの環境条件に基づいて前記弁の開閉位置間で前記絞り弁を自動で作動させるための自動作動装置をさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記自動作動装置は、バイメタル作動装置であり、前記少なくとも一つの環境条件は、前記筐体外部の外気温度である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記自動作動装置は、少なくとも一つのセンサと協働するプロセッサを含み、前記少なくとも一つのセンサが前記少なくとも一つの環境条件を検出し、前記少なくとも一つの環境条件に対応する環境データが前記少なくとも一つのセンサから前記プロセッサに伝達される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも一つの環境条件を検出する少なくとも一つのセンサと協働するプロセッサをさらに備え、
前記少なくとも一つの環境条件に対応する環境データが前記少なくとも一つのセンサから前記プロセッサに伝達され、前記少なくとも一つの環境条件のうち少なくとも一つの環境条件は、外気温度、前記第一空気流の第一空気流温度、湿度、大気圧、空気密度、空気流速度、空気の質量流量、前記被冷却表面の温度からなる群の中から選択される、請求項３に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも一つのセンサは、前記第一空気流内またはその近傍の前記少なくとも一つの環境条件を検出する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第一空気流の温度環境条件は、前記一次冷却空気路セットおよび二次冷却空気路セット内の空気の温度を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第一空気流の温度環境条件は、前記冷却部内の空気の温度を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのセンサは、前記熱交換器内の前記少なくとも一つの環境条件を検出し、
前記プロセッサは、前記冷却部内の前記空気の温度が前記第一空気流の前記露点より低いが、凝固点よりは高くなるように前記第一冷却部内の前記第一空気流を調節する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プロセッサは、前記少なくとも一つのセンサが検出した前記少なくとも一つの環境条件に基づいて前記第一空気流についての前記露点を演算する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記空気流の原動力は選択的に制御可能であり、前記プロセッサは、前記第一空気流の前記空気の温度を前記第一空気流の前記露点より低く下げて最小にしながら、前記熱交換器では前記熱交換器内の凝縮を最小にするように、前記第一空気流を調節する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記空気流の原動力が、前記第一空気流を含む流路内の少なくとも一つのファンである、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも一つのファンは、前記熱交換器の下流にあるファンを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記流路内に少なくとも一つの空気フィルタをさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記冷却部から回収した水をろ過する水フィルタをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの空気フィルタは、前記流路と協働するように近接して取り付けられた紫外線照射ランプを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記水フィルタは、前記湿気回収器と協働するように近接して取り付けられた紫外線照射ランプを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの空気フィルタと前記水フィルタとは、前記流路と前記湿気回収器と協働するよう近接して取り付けられた共通の紫外線照射ランプを備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記冷却部は、少なくとも一つのプレートを有するプレート凝縮器を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記少なくとも一つのプレートは、複数のプレートである、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記複数のプレートは、略平行に間隔を置いてアレイ状に取り付けられる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
上流から下流への順で、前記冷却部は前記熱交換器に隣接し、前記熱交換器は前記空気チャンバに隣接し、前記空気チャンバは前記冷媒凝縮器に隣接し、前記冷媒凝縮器は前記空気流ムーバに隣接する、請求項２に記載の装置。
【請求項２６】
前記冷却部と、前記熱交換器と、前記空気チャンバと、前記冷媒凝縮器と、前記空気流ムーバ部品とは、互いに隣接したアレイ状に交互配置される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記第一空気流が対応する第一質量流量を有し、前記第二空気流が対応する第二質量流量を有し、前記第一および第二空気流を組み合わせると、対応する第一および第二質量流量の合計となり、前記組み合わせた空気流の組み合わせた質量流量は、前記第一質量流量より大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項２８】
前記空気対水熱交換器は、前記第一空気流に沿って前記空気対空気熱交換器の上流にある、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記空気対水熱交換器は、前記第一空気流に沿って前記空気対空気熱交換器の下流にある、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
前記筐体、前記第一吸気口、前記空気対空気熱交換器、前記空気路セット、前記冷却部、前記湿気回収器、前記空気対水熱交換器、湿気流路、または前記空気流の原動力を含む部品は、構成成分として二酸化チタンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
前記二酸化チタンは、前記部品の少なくとも内面に被覆されている、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記筐体内部に取り付けられた、少なくとも一つの放射線源をさらに備え、少なくとも一つの前記部品の内面を照射する、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
前記少なくとも一つの放射線源は、紫外線放射源である、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記放射線源は、前記熱交換器と前記蒸発器との間に取り付けられる、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記放射線源に隣接して取り付けられた反射器をさらに備え、前記熱交換器および前記蒸発器の内面に放射を反射する、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
水凝縮器であって、
筐体と、第一空気流を受け入れる第一吸気口と、前記第一空気流を受け入れる熱交換器と、前記第一空気流が前記熱交換器を通過した後に、前記第一空気流と混合可能な第二空気流を受け入れる第二吸気口と、蒸発器と、凝縮器と、排気口とを備えることを特徴とする水凝縮器。
【請求項３７】
水を凝縮する方法であって、
筐体内部の熱交換器に第一空気流を受け入れ、前記空気流を前記熱交換器内に通し、前記第一空気流と混合可能な第二空気流を受け入れて混合空気流を生成し、前記混合空気流を蒸発器に通し、前記混合空気流を凝縮器に通し、前記混合空気流を前記筐体から排出することを特徴とする方法。
【請求項３８】
水凝縮器を制御する方法であって、
第一吸気口からの第一空気流のパラメータを測定し、前記水凝縮器から排出された空気流の前記パラメータを測定し、前記第一空気流の前記パラメータと前記排出された空気流の前記パラメータとを比較し、前記第一空気流の前記パラメータと前記排出された空気流の前記パラメータとの前記比較に基づいて前記水凝縮器の環境を調整することを特徴とする方法。
【請求項３９】
前記パラメータが湿度である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記パラメータが温度である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
水凝縮器用の制御システムであって、
吸気口での空気流のパラメータを測定するための第一センサと、排気口での空気流の前記パラメータを測定するための第二センサと、第一吸気口での空気流の前記パラメータと前記排気口での空気流の前記パラメータとの差を求める制御装置と、
前記差に基づいて前記水凝縮器の環境を調整する手段とを備えることを特徴とする制御システム。
【請求項４２】
水凝縮器用の蒸発器であって、
下向き方向に空気流を受け入れ、複数の冷却プレートを有する第一流路と、上向き方向に前記空気流を受け入れ、冷却プレートを有さない第二流路と、下向き方向に前記空気流を受け入れ、第二の複数の冷却プレートを有する第三流路とを備えることを特徴とする蒸発器。
【請求項４３】
前記各プレートは、プレート間の距離が水滴の幅より大きくなるように配置されている、請求項４０に記載の蒸発器。
【請求項４４】
水を蒸発させる方法であって、
複数の冷却プレートを有する流路内で下向きに空気流を通し、冷却プレートを有さない第二流路内で上向きに前記空気流を通し、複数の冷却プレートを有する第三流路内で下向きに前記空気流を通す工程を含み、前記複数の冷却プレート内のプレートの各組間の距離が水滴の幅より大きいことを特徴とする方法。
【請求項４５】
水凝縮器用の熱交換器であって、
前記熱交換器の前面に、第一流路内に流入空気流を受け入れるための第一吸気口と、前記熱交換器の側面に、前記第一流路に隣接する第二流路内に蒸発器からの第二空気流を受け入れるための第二吸気口と、前記第一吸気口内に外気を受け入れて通すための手段または前記流入外気が前記熱交換器を迂回するためのバイパス流路とを備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項４６】
水凝縮器を洗浄する方法であって、
前記凝縮器の水回収プレートを覆い、前記凝縮器内部の防水性蒸発器と防水性熱交換器に適切な殺菌溶液を注ぎ、前記水凝縮器をある程度の期間放置した後、前記水凝縮器から排液させる工程を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には水凝縮器の分野に関し、特に、最適制御のもとで外気流を露点温度まで冷却し、外気の湿気を凝縮させることにより飲用水を提供する水凝縮器に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球には、いかなる時でも３億２千６百万立方マイルの水が含まれており、このうち９７％は塩水で、僅か３％が真水である。この３％の真水のうち、７０％は南極大陸で凍っており、残りの３０％のうちの僅か０．７％が液体状で存在する。大気には、この０．７％のうち０．１６％、すなわち４千立方マイルの水が含まれており、これは世界中の全ての河川にある水の量の８倍である。残りの０．７％のうち、０．１６％は大気中に、０．８％は土壌の水分中に、１．４％は湖水として、そして９７．５％は地下水として存在する。
【０００３】
自然は、蒸発と凝縮の速度を速めたり遅くしたりすることで、人間の活動に関係なくこの比を維持している。このような蒸発と凝縮とが、地球上の全ての生物が健康を維持するための水を再生する手段である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、世界の真水の水源の多くが汚染されている。世界中で計１２億の人々は、安全な飲み水が手に入らず、２９億の人々は、適切な公衆衛生システムを利用することが出来ない（世界保健機関）。この結果、毎年およそ３４０万の人々が水に関する病気で亡くなっており、このうちほとんどが子供である。国連によれば、世界中の３１の国が水に関するストレスに直面しており、１０億を超える人々がきれいな水を入手することができない。人類の半数は、基本的な公衆衛生サービスを受けることができず、水を媒介とする病原体により毎年２千５００万の人々が死に至っている。８秒に１人の子供が汚染された水を飲んだことにより死亡している。さらに、劇的な変化が起こらなければ、まもなく全世界の人口の３分の２近くが真水不足と隣り合わせで生活することになるであろう。
【０００５】
費用効率が高く拡張性の高い飲用水源に対する世界的な需要がある。現行の技術を効率よく動作させるには非常に多くのエネルギーが必要であり、処理された水に結果としてかかるコストが、水を必要とする者の大半にとってこれらの技術を手の届かないものとなってしまっている。海水淡水化プラントは、米国やサウジアラビア等の豊かな国にはあるものの、どこででも実現可能なわけではない。発展途上国では、インフラの不足により、大量生産性の大規模プラントには現実性がない。水を効率よく輸送する手段がないからである。
【０００６】
個人、地域および産業の需要を満たす小型で拡張性のある水抽出装置が必要とされている。本発明は、「配管に依存しない独立型」として機能する抽出ユニットを提供し、必要性があればどこででもきれいで混ざりけのない水を作ることによりこのニーズに応える。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、大気から水蒸気を抽出して真水源として使用する装置である。この装置は、太陽を主なエネルギー源として利用し、高価な燃料、水力、または電池式の動力源を必要としない。本発明の集水装置は、従来の装置に較べて汎用性があり、世界中のほとんどの地域での生産力のある設置を念頭に置いている。本集水装置の好ましい動力源は太陽エネルギーなので、一年を通じて太陽光の量がより多い赤道に近い位置に設置すればするほど装置が利用可能な動力の量が増す。
【０００８】
本発明は、湿気を含んだ空気から水蒸気を取り入れるだけで、小型の冷水器サイズの装置によって家族向けの料理用および飲料用の水を提供するよう設計されている。本装置の技術の使用によって、個人、産業、および地域がそれぞれ独自に水の供給を制御することが可能である。さらに、家庭用、商業用または軍用の多くの用途において実用的であり、使い勝手の良さといつでも何処ででも最高品質のきれいな水を提供する。これらの装置をモジュール設計することにより、多くのモジュールを単に追加するだけで、容量を大きくすることが可能となる。
【０００９】
家庭での使用に加えて、同じ基本技術に基づくより大きな装置であれば、より多くの水の供給が必要とされる他の用途に適切である。例えば、装置内の冷却システムの１２ボルトコンプレッサを、適切なサイズの蒸発器や凝縮器等のその他の部品を備えたより大きな１１０ボルトコンプレッサに置き換えてもよく、このような装置によって電力がより容易に利用可能となるので、大量の水を凝縮することが可能になるであろう。
【００１０】
本装置の太陽水動力式凝縮技術は、住宅用からレクリエーション用まで、および、商業用および農業用から軍事用および世界中の水に極端に困窮している地域での救命に至る様々な用途に応用が可能である。
【００１１】
本発明は、純粋な飲み水を得るためや調理目的、もしくは、清掃や入浴等のその他の家庭での使用に利用できる。本システムはまた、ボートの上、行楽地、キャンプ旅行やトレッキング、および飲料水を供給するシステムが発達していない場所にても使用可能である。本装置を、瓶詰めの目的、またはレストラン、会社、学校、ホテルのロビー、クルーズ船、病院その他の公共の建物等の大きな商業用途用の真水を製造するのに使用してもよい。本システムはさらに、競技場やスポーツアリーナにおいて使用してもよい。
【００１２】
さらに、本装置は、マイクロ灌漑または細流灌漑システムを用いて、選ばれた穀物を灌漑するための水の供給を増やすのに使用してもよい。これらのシステムによれば、適正な時間に適正量の水が植物の根に直接供給される。さらに、ボトル詰めされた水の製造や、水が必要な任意のその他の用途に本技術が実質的に利用可能である。
【００１３】
提案する技術により、多くの困窮状態を終わらせるための機会が提供される。安全ではない水から生じる死亡や苦難は抗しがたいものである。ユニセフ、世界保健機関（ＷＨＯ）および国連環境計画（ＵＮＥＰ）が公開した最近の調査によれば、細菌に汚染された水や食物を食べたことによる病気により、５千人を超える子供たちが毎日亡くなっている。
【００１４】
現在、１２億の人々が安全な飲料水を入手することができず、その数は確実に増加しており、２０２５年までには安全な水を入手できない者の潜在的な人数は２３億人（すなわち地球の人口の３分の１）になるという予測がある（２１世紀の水に関する国際委員会からの世界保健機関の統計値）。このような危険にさらされた子供達やその家族は、未開発の国の地方の地域に限られたものではない。世界水ビジョン、パリの理事であるウィリアム・コスグローブ氏は、「発展途上にある世界の急速に成長する都市部には、水の供給や公衆衛生がないままにされている何百万人もの貧しい都市住居者達がいる。貧しい人々は、命にかかわるような未処理の水に法外な値段をしばしば払わされている。」と報告している。本発明に係る装置によれば、このような窮状の多くを軽減可能である。
【００１５】
人口増加と社会経済の発展により、水の需要、特に産業用および家庭用の需要の急激な増加が促進されている。この増加傾向が続けば、産業部門での水の消費は、２０２５年までに倍になるであろう（ＷＭＯ）。
【００１６】
都市部の人口増加により家庭用水の需要が増加するだろうが、水や公衆衛生のサービスの計画が不備であれば、何億もの人々に対するサービスの崩壊につながるであろう。多くの家庭に水道がつながらないままになるであろう。
【００１７】
本発明は、世界の水供給問題の多くを実用的かつ手頃な価格で解決する。
【００１８】
なお、従来技術の多くは、単純すぎる制御されていない過程を用いて空気から抽出可能であるものを単に抽出することに基づいており、幾らかの水が抽出されるが、効率性についてほとんど考慮されていない。この効率性の欠如は、空気から水を抽出する過程で使用される熱の種類が異なることを理解することにより説明が可能である。
【００１９】
気温を露点に至るまで下げるのに使用される熱は、「比熱」である。気温を露点より低い温度にする熱は、「潜熱」であり、凝縮過程での動的変数に相当する。最適な凝縮過程では、使用する「潜熱」を出来るだけ少なくする。
【００２０】
空気の露点は、空気中の水蒸気が飽和状態となり凝縮が始まる温度である。
【００２１】
参考までに、比熱は、１グラムの物質の温度を摂氏１度上げるのに必要な熱量をカロリーで計測したものである。
【００２２】
潜熱は以下のとおりである。例えば、氷が水にまたは水が蒸気に変化したり等のように、一定温度および圧力の下で状態が変化する物質により吸収または放出される熱の量を意味する。これは転移熱とも呼ばれる。
【００２３】
最適な凝縮過程において、システム内に吸気される空気が多すぎると、空気の全体積のうちの十分な体積を露点より低い温度にすることができず、したがって装置の性能が悪いということになる。
【００２４】
十分な空気が装置に吸気されないと、気温は露点より下がるであろうが、システム内を移動する空気が少ないので、その空気から取り出すことができる水も少なくなる。その上、システム内を移動する空気の量が少なすぎると、「潜熱」の使いすぎによる凍結やエネルギーの無駄等その他の問題が起こる。
【００２５】
このように、多くの変数に基づいた、システムを通過する空気の最適量があり、そのような空気の最適量は、その他の変数が変われば変化するであろう。したがって、継続的な最適動作を確保するために、温度と湿度の変化が監視されてその変化に対応するシステムが必要である。
【００２６】
本発明に係る水凝縮器は、大気から飲用水を抽出する凝縮過程を生成するために供給される様々な入力源のエネルギーが利用される装置である。
【００２７】
一実施形態では、水凝縮器は持ち運びが可能であり、その冷却サイクルは、飲用水源を生成するための効率的な凝縮過程を可能にする１２ボルトコンプレッサにより駆動される。コンプレッサの入力源のエネルギーは、風力タービン、電池、または光起電性パネルなど多くのエネルギー源から供給される。さらに、１１０ボルトまたは２２０ボルトシステムのような電力が利用可能な場合は、このような他の電源に対応するための変圧器を装着可能に設計されており、また、このような電力源に直接対応するように、装置を大きくして機能を高めてもよい。例えば、装置は、１１０ボルトコンプレッサを使用してもよく、より大きなコンプレッサに対応するように装置の他の部品を単純に備えていてもよい。
【００２８】
逆浸透や炭素ろ過等の従来のシステムを用いて水をろ過するのではなく、本装置は、外気をろ過した後に、空気流の露点より低い温度に外気の温度を下げる凝縮過程を提供する。空気はその後、適切な大きさの冷却された表面上に曝され、その上で凝縮し、重力が水を貯蔵部に引き寄せることで水が回収される。
【００２９】
開示した発明によれば、水ではなく空気をろ過する過程により高品質の水が供給される。本装置は、スクリーンを装着しており、より大きな汚染物を阻止している。スクリーンの下流を一次フィルタとしてもよい。一次フィルタは、洗浄のために取り外し可能である。一次フィルタの下流は、ＨＥＰＡフィルタ等の高品質フィルタとし、空気流が混じりけがなく、空気ろ過の下流の凝縮過程で生成される水の品質を低下させるかもしれない汚染物がない状態にする。
【００３０】
より小型の冷却システムで通常使用されるように、冷媒液を冷媒蒸発器に供給するために毛細管計測機構を用いるのではなく、本発明に係る装置は、様々な環境によって生み出される変化する負荷に装置が対応できるように、自動吸気弁を装着する。一つの目的は、凝縮プロセスにより、外気である大気を効率よく処理することである。従って、吸気空気流から湿気を凝縮するのに使用される冷媒蒸発器に入る前に、吸気空気流を空気対空気熱交換器に通して、蒸発器を出た冷却された空気により冷却することにより、空気ろ過の下流の吸気空気流を一次冷却する。すなわち、流入空気流は、熱交換器の近傍で冷媒蒸発器を出ようとする冷却された空気に通すことにより、冷媒蒸発器に入る前に冷却される。空気対空気熱交換器は、非常に効率よく構築され、８０％の効率に到達するので、冷媒蒸発器に空気流が入る前に流入空気流の温度を露点に向けて減少させ、露点温度とするために冷媒蒸発器の被冷却表面上で空気を通過させることにより得られねばならない温度差すなわち温度降下を減少させて、凝縮過程の効率、つまり装置の効率に対する大きな効果が得られる。例えば、空気流量を増すよう装置を最適化しても、露点まで空気流温度を下げたり、装置によって非常に熱い流入温度を処理しても、時間とともに妥当な流量の体積の露点温度を減少させて、有用な量の湿気を回収することができる。センサにより、例えば外気温度、吸気温度、冷媒蒸発器の吸気温度および排気温度、湿度、ファン速度又はその他の空気量インジケータが過程に提供され、回収される湿気の体積を最大にするようにこれらの変数が最適化されバランスが取られる。本発明の実施形態はしたがって、冷媒蒸発器内を規定された量の空気が通過し、また対応する冷却回路の冷媒凝縮器を異なる空気流が通過するというようにシステム内の空気流を変化させて、最適化された機能を得ることができる。
【００３１】
上述の効果に加えて、更なる処理において水凝縮器に付加価値を加えてもよい。例えば、回収した水をさらに処理して、水にはないまたはわずかにしかない無機鉱物を補い、消費者にこれらの鉱物の価値を認識してもらい、水の価値を高めてもよい。この過程によりさらに、人体には上手く吸収できないかもしれない無機鉱物を単に補うのではなく、人体に有益な有機鉱物を水に補ってもよい。
【００３２】
回収した水に鉱物や微量元素を補うための手段が多く存在する。例えば、簡単にアクセスできるように、引き戸を備えた小さな区画を冷媒蒸発器の底の受け皿と下流の水貯蔵容器との間に配置して、すべての回収された水がこのチャンバを通過するようにしてもよい。提供される鉱物パックをユーザがこのチャンバに挿入して、回収された水がこの鉱物パック上に滴下されるようにし、パックが溶けて、回収された水に所望の元素が追加される。これにより、ユーザは、回収された水の鉱物の補充を制御する。健康医薬品として、コロイダルシルバー、水酸素化添加物、マイナスイオン化された水素イオン、又はその他の健康促進製品を回収された水にさらに添加してもよい。
【００３３】
要約すると、本発明に係る水凝縮器は、一形態において、少なくとも二つの冷却段階を含むという特徴を有する。すなわち、空気対空気熱交換器を用いて上流側すなわち二段階のうちの第一段階に流して主すなわち第一空気流をまず冷却し、熱交換器で冷却されたなら、第一段階の主空気流を冷媒蒸発器に供給して、主空気流を冷媒蒸発器内でさらに露点まで冷却し、冷媒蒸発器の被冷却表面上で主空気流内の湿気を凝縮させる。その後、第二段階の冷媒蒸発器を出た主空気流は、第一段階の空気対空気熱交換器に入り、流入主空気流を冷却する。これにより、第一段階に入る流入主空気流の温度と、第二段階における主空気流の露点温度との温度差が減少する。第二すなわち補助空気流は、一実施形態において、第一および第二段階の下流で主空気流と混合または合流してもよく（以降混合と総称する）、これにより第二段階の冷媒蒸発器に対応する冷媒回路内の冷媒凝縮器に入る空気流の体積が増加する。従って、主すなわち第一空気流が対応する第一質量流量を有し、第二すなわち補助空気流が対応する第二質量流量を有するならば、冷媒凝縮器に入る混合空気流の質量流量は、第一および第二質量流量の合計となり、二つの冷却段階において第一質量流量より大きい。
【００３４】
主空気流が二段階で流体伝達されるならば、二つの冷却段階を同じ筐体に収容しても別々の筐体に収容してもよい。一つの筐体は、主空気流流入用の第一吸気口を備える。この第一吸気口は、空気対空気熱交換器に取り付けられている。
【００３５】
空気対空気熱交換器は、流体の伝達において第一吸気口と上流端で協働する一次冷却空気路セットを有する。したがって、第一吸気口は、主空気流を一次冷却空気路セット内に供給する。空気対空気熱交換器はさらに、一次冷却空気路セットと二次冷却空気路セットとの間で熱を移動させるために、一次冷却空気路セットに対して二次冷却空気路セットが設けられている。
【００３６】
冷媒蒸発器等の第一冷却または冷却部（以降冷却部と総称する）は、一次冷却空気路セットと協働して一次冷却空気路セットの下流端から第一冷却部の上流端内へと主空気流を通過させる。第一冷却部は、例えば一つ以上の被冷却プレートである第一被冷却または被冷却（以降総称または別の呼び方として被冷却と称する）表面を備え、主空気流が第一冷却部の上流端から下流端へと流れるときにこの上を通過する。
【００３７】
すでに一次冷却されている主空気流は、第一冷却部において主空気流の露点を下回るようにさらに冷却されて、主空気流の湿気が被冷却表面上に凝縮され始め、筐体の下または下部に取り付けられた受け皿または皿等の湿気回収器内に重力支援により湿気が回収される。第一冷却部の下流端は、二次冷却空気路セットの上流端と主空気流の流入に関して協働し、例えばその後空気対空気熱交換器に入って、主空気流が第一冷却部に入る前に主空気流を一次冷却する。熱交換器による一次冷却により、最小限の所用電力で凝縮液が回収される。第二空気対空気熱交換器により、システムの性能がさらに増す。一次および二次冷却空気路セットが、全体で第一冷却段階を形成し、プレートまたは冷媒蒸発器のプレートが、全体で第二冷却段階を形成する。
【００３８】
空気対水熱交換器は、主空気流を冷却するために空気対空気熱交換器と協働するよう設けられており、主空気流は、空気対水熱交換器内を通過し、湿気が主空気流を冷却するように湿気回収器からの冷たい湿気が一斉に空気対水熱交換器内を通過する。空気対水熱交換器は、主空気流に沿って空気対空気熱交換器の上流または下流に位置する。
【００３９】
一実施形態において、相対する上流端と下流端とを有するマニホルドまたは空気チャンバは、流体の伝達において二次冷却空気路セットの下流端と協働する。すなわち、空気チャンバの上流端は、二次冷却空気路の下流端と協働して、主空気流を空気チャンバの上流端にて空気チャンバ内に流入させる。空気チャンバは、補助空気流を空気チャンバ内の主空気流に混合させ、もしくは、空気チャンバ内の主空気流と平行に補助空気流を付加するための空気チャンバ内への二次的な、すなわち補助の吸気口を備えており、冷媒凝縮器内へ組み合わされた質量流量を供給し、冷却回路内の冷媒から熱を抽出して冷媒を再凝縮し、第二冷却段階の冷媒蒸発器へ圧力の下で冷媒コンプレッサ（以降コンプレッサと呼ぶ）により冷媒蒸発器と凝縮器との間で圧力を受けた冷媒を伝達する。したがって、空気チャンバの下流端は、流体の伝達において冷媒凝縮器と協働する。ファンや送風機（以降ファンと総称する）等の空気流の原動力により主空気流を二つの冷却段階へと促す。主および補助空気流の双方が冷媒凝縮器内に向かう実施例において（以降組み合わされた空気流の実施例とも呼ぶ）、冷媒凝縮器上にファン等の単一の空気流の原動力を採用する。または、補助空気流のみが冷媒凝縮器内を流れる場合には、別個の空気流の原動力が主および補助空気流用に設けられる。
【００４０】
組み合わされた空気流の実施例において、選択的に操作可能な風量調整弁のように、選択的に操作可能な空気流絞り弁が、補助吸気口と協働して空気チャンバに流入する補助空気流の体積と流量とを選択的に制御するように、取り付けられていてもよい。自動作動装置は、絞り弁と協働して、主および／または（ここでブーリアン演算子「または」により「および／または」を総称する）補助空気流内の少なくとも湿度を示す少なくとも一つの環境条件に基づいて弁の開閉位置間で絞り弁を自動で作動させる。一例として、自動作動装置は、温度を感知するバイメタル作動装置またはプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）により制御される作動装置である。例えば、自動作動装置は、少なくとも一つの環境条件を検出する少なくとも一つのセンサと協働するプロセッサを備え、少なくとも一つの環境条件に対応する環境データが少なくとも一つのセンサからプロセッサすなわちＰＬＣに伝達される。少なくとも一つの環境条件は、気温、湿度、大気圧、空気密度、または空気の質量流量からなる群の中から選択される。気温調節器は、主空気流吸気口での大気温度、および第二冷却段階に入る主空気流の温度および第二冷却段階から出る主空気流の温度を含む。
【００４１】
プロセッサは、第一冷却部内の気温が主空気流の露点以下であるが氷点より高くなるように、例えば冷却部の冷却量を制御して、第一および／または第二空気流を制御する。プロセッサは、少なくとも一つのセンサが検出した少なくとも一つの環境条件に基づいて主空気流の露点を演算する。
【００４２】
空気流の原動力は選択的に制御可能であり、プロセッサは、主空気流、補助空気流、または組み合わされた空気流を制御して、熱交換器内での凝縮が最小となるように主空気流の気温を主空気流の露点よりはるかに低く下げて最小にし、冷却部で湿気が凝縮する体積を最適化、或いは最大にする。
【００４３】
少なくとも一つのフィルタが水凝縮器の筐体と協働するよう取り付けられる。例えば、ＨＥＰＡフィルタ等の少なくとも一つの空気フィルタが第一空気流の流路に取り付けられる。湿気回収器内に水をろ過するための水フィルタを備えてもよい。空気フィルタは、主空気流流路または湿気回収器と協働するよう近接して取り付けられた紫外線照射ランプを備える。例えば、空気フィルタと水フィルタとは、主空気流流路と湿気回収器との両方と協働するよう近接して取り付けられた共通の紫外線照射ランプを備えてもよい。
【００４４】
上流から下流への順で、第一冷却部は、熱交換器に隣接し、熱交換器は、空気チャンバに隣接し、空気チャンバは、冷媒凝縮器に隣接し、冷媒凝縮器は、空気流の原動力に隣接する。これらの部品は、互いに隣接したアレイ状に交互配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図面を参照しながら本発明の好適な一実施形態を説明するが、各図において類似の参照符号は対応する部品を記すものとする。ファン１２は、上流流路Ａに沿って、上流冷媒蒸発器１４、空気対空気熱交換器１６、および別の実施形態では蒸発器１４からの凝縮液として回収された冷水を使用する空気対水熱交換器（詳しくは後で説明する）をさらに介して、上流流路Ａの吸気口１８と協働して主空気流を吸気し、次に、マニホルド２０を介して、外気が補助吸気口２２を通り方向Ｂに沿って補助空気流として吸気される。主空気流は、熱交換器１６を出るとすぐに、方向Ｃに沿ってマニホルド２０に入る。図３に示す実施形態において、主および補助空気流は、マニホルド２０内で混ざり、次に下流冷媒凝縮器２４を通って方向Ｄに沿って流れ、最終的にファン１２内を流れて、方向Ｅへ排出および排熱される。
【００４６】
主空気流は、空気対空気熱交換器で一次冷却され、別の実施形態ではさらに空気対水熱交換器で一次冷却される。吸気口１８から主空気流として吸気された外気の湿気は、冷媒蒸発器１４において凝縮する。凝縮した水滴は、方向Ｆに沿って回収プレート、皿、または溝２６に向かう重力を有し、噴出口２６ａから流出する。マニホルド２０に向かう方向Ｂに沿って補助空気流として吸気される補助外気を追加することにより、冷媒凝縮器２４を効率よく動作させるのに必要なより大きな体積の空気流量が得られる。
【００４７】
動作中、主空気流は、蒸発器１４の上流吸気口１８を介して方向Ａに吸気され、中空の空気対空気熱交換器プレート３０間を通過する。本発明の実施形態によれば、空気対水熱交換器９０を空気対空気熱交換器１６と協働させてもよく、熱交換器１６内に一枚、二枚、三枚もしくはそれ以上のプレート３０を設けてもよい。プレート３０は、最外プレート３０ａ間および熱交換器の筐体３２の壁３２ａ間で平行とし、プレート間に流路が形成されるように間隔をあけておくことが好ましい。蒸発器１４内部で、プレート３４は、冷却コイル３４ａ内に流れ込む冷媒の蒸発により冷却される。図１２の実験データのプロットから分かるように、露点をちょうど下回るような温度に主空気流を冷却する温度に各プレート３４を最適冷却して、水蒸気を結氷させることなくプレートやコイルの表面上で主空気流の水蒸気を凝縮させる。例えば、方向Ｈに沿って蒸発器１４を出て、熱交換器１６に入る主空気流は、華氏４０度に冷却するとよい。
【００４８】
主空気流は、プレート３０間、および最外プレート間３０ａと筐体３２の壁３２ａとの間（総称すると、一次冷却空気路セット）を一旦通過すると、プレート３０の上端部の長さを延ばすエンドキャップマニホルド３６によってその内部で方向Ｉに沿って１８０度向きを変える。
【００４９】
プレート３０それ自体は、平面のエンドプレート３８間に挟まれ、間隔をあけて平行に強固に支持されている。エンドプレートには、開口３８ａが並んでいる。図３、３ａ、３ｂからよく分かるように、開口は、プレートを介して密閉された流路３０ｂの開放端と位置合わせされており、空気流が方向Ｈに沿って上流側マニホルド４０を介して１８０度向きを変えたら、次に開口３８ａを方向Ｊに沿って溝３０ｂ（二次冷却空気路セット）の長さ方向へ通過し、反対側のエンドプレート３８’の下流側の対応する開口部３８ａから出て行く。特に、図３ｃで例示した実施形態の側部マニホルド４０は、方向Ｈの空気流を３つの空気流Ｈ１、Ｈ２およびＨ３に分流し、図２に示したように垂直方向に配置された３つの領域３０ｂ１、３０２、３０ｂ３と配置された対応する流路３０ｂに入るようにするが、これに限定するものではない。フェンス４０ｂにより、空気流Ｈ１、Ｈ２およびＨ３を互いに分けており、密閉流路３０ｂの対応する領域と空気流との位置を合わせて、空気流Ｈ１、Ｈ２およびＨ３がそれぞれ流路領域３０ｂ１、３０ｂ２、３０ｂ３に流れ込むよう位置合わせされている。フェンス４０ｂは、プレート３４とも位置合わせされており、空気流Ｈ１、Ｈ２およびＨ３への送り込みをそれぞれ外部プレート３４と外部壁１４ａとの間、内部および外部プレート３４間、および内部プレート３４と内部壁１４ｂ間からそれぞれ生じるように部分的に区分する。図２ｂに示すように、下部キャップ４０ａは、皿２６の端部を密閉し、側部マニホルド４０で回収された湿気を皿２６内へ導く。プレート３０の堅固な壁を介して方向Ｋの空気対空気熱伝達が起こり、流路３０ｂ内の主空気流がプレート間の主空気流を冷却する。
【００５０】
エンドプレート３８’の開口３８ａ’を出ると、空気流は再び、エンドプレート３８’の高さ方向へ延びる下流側部マニホルド４２によってその内部で方向Ｃに略１８０度方向転換する。側部マニホルド４２により、空気流は、マニホルド２０の上流端に繋がるポート４４を介してマニホルド２０に流れ込む。混合された空気流の一実施形態において、外気吸入口２２は、方向Ｂに沿ってマニホルド２０内に外気を供給し、熱交換器１６からの空気流と補助吸入口２２からの外気とを混合する。吸入口２２を通る補助空気流の流量は、調整弁２２ａの作動により選択的に調節される（図３では、その閉位置を点線で、開位置を実線で示している）。混合空気流は次に、方向Ｄに沿って冷媒凝縮器２４に吸気され、ルーバ２４ａやコイル等の間を通過する。凝縮器２４は、コンプレッサ４６で一旦圧縮された（図４において点線で図式的に示した）線４６ａに沿って流れる冷媒を凝縮する。次に混合空気流は、インライン式のファン１２に入り、方向Ｅに沿ってファンから排出される。
【００５１】
大気は、スクリーン５０を介して方向Ａに沿って吸気口１８に入り、プレフィルタ５２を通過し、その後ＨＥＰＡフィルタ５４等の高品質フィルタを通過する。凝縮器２４を出た空気流は、別のフィルタ５６を通過してもよい。フィルタ５６により、異物がファンに進入するのが防止され、これにより蒸発器１４内に異物が混入しなくなる。主空気流は、熱交換器１６および冷媒蒸発器１４の二段階の冷却段階で一旦処理されると、冷媒凝縮器２４内で冷媒の冷却を補助するのに十分なほど冷たくはないかもしれない。したがって、主空気流は、性能に大きく影響することなく凝縮器２４を介すことなくシステムから完全に排出されてもよく、あるいは、主空気流が若干冷たい場合には、主空気流は、凝縮器２４の冷却補助に使用されてもよい。蒸発器１４と熱交換器１６とを通過した空気が凝縮器２４の上流に排出されると、凝縮器２４は、装置外部の外気から直接、補助空気流である独自の空気流を吸気する。このように主空気流および補助空気流という二つの空気流を使用することにより、蒸発器に対して凝縮器を通過する空気流を大きく増加させられる利点がある。
【００５２】
後に説明する制御装置４８は、複数のタスクを担ってもよく、一つのユニット内に複数の制御装置全てを構築することが有益でも実用的でもなければ、システムに複数の制御装置が必要となるかもしれない。制御装置４８は、ユニットが光起電型パネルに直接接続される場合等に可変入力に対応するよう設計してもよい。制御装置４８はさらに、冷却システムの圧力を確実に維持する。
【００５３】
本設計において採用されるような冷却システムには二つの圧力が含まれる。これらは、吸気圧力（ロー側）と吐き出し圧力（ハイ側）である。最適な性能とするには、ロー側すなわち吸気圧力を約３０ｐｓｉとするとよい。ハイ側すなわち吐き出し圧力を制御するのはかなり困難であるが、最適な性能のためには１２０ｐｓｉ〜２００ｐｓｉの範囲内とする。通常の冷却システムであれば、ハイ側圧力は、従来の冷却制御を使用してより簡便に制御されてもほとんど問題はない。温度も湿度も変動が大きい常に負荷が変化する状態にあるような本システムの場合、圧力が変化して直ぐに最適範囲外になる可能性がある。これによってシステムにダメージが生じ、吐き出し圧力が（２５０ｐｓｉを超えて）高くなった場合には、システム全体の効率が低下するだけでなく、システムには非常に過酷な状況となり、コンプレッサ内のバルブや、電気配線の絶縁部に内部ダメージが起こったり、さらにはワックスが形成されたりする。これらの圧力は、システム内部の圧力を制御したり、冷媒の流れを制御したりすることによりある程度は制御可能である。ハイ側すなわち吐き出しの圧力は、凝縮器を通過する空気の量と温度を調節することにより制御可能である。吐き出し圧力が低すぎると（１２０ｐｓｉより低いと）、冷却システムの機能が低下してしまい、性能以下の機能となる。このような場合、制御装置は、ファンをオフにして圧力を上げるように設計される。圧力が高すぎる場合には、制御装置はファンをオンにして圧力を減少させる。この方法は、システムの吐き出し圧力を制御する簡便で安価な方法である。
【００５４】
制御装置４８はさらに、吐き出し（背圧とも呼ぶ）を容認可能な範囲（１５０ｐｓｉが最適）に抑えるように、凝縮器からの最適空気流量を検出する。本設計において、冷却システムの適切なシステム圧力と最適な動作を保証するために、ファンは、オンおよびオフされるのではなく最適な速度に保たれる。
【００５５】
［制御システム］
制御装置４８は、水凝縮器の制御システム１３０の一部であり、一連の制御部品を介して空気流を管理し、外気中の水蒸気が回収プレート２６等の収納部品内に凝縮されるようにする。図１３から分かるように、制御システムは、水凝縮器内の空気流の始まりを構成する、空気吸入口１００（その一例は空気吸気口２２である。水凝縮器内にある複数の空気吸入口を含んでもよい）と、（前述のように）空気流から水蒸気を抽出する水抽出システム１１０と、外気からの水の抽出を最大にし凝縮プロセス後に空気を除去する空気排出システム１２０と、複数のセンサや空気移動装置により水凝縮器内の空気流を管理する水抽出制御装置１３０とを備える。
【００５６】
制御システム１３０はさらに、複数のセンサと、これらのセンサからの入力を受けて空気流システムを制御する情報を出力し、順に流量を変化させることのできるマイクロコントローラ／プロセッサ（図示せず）とを備える。水抽出制御システム１３０は、吸気測定システム１４０と、空気移動制御システム１５０と、排出測定システム１６０とを含む水凝縮器のサブシステムから情報を得て、各サブシステムを制御するのにこの情報を用いる。制御システム１３０はさらに、表示装置１７０と、ボタン１９０やダイアル等の入力手段を含むユーザインタフェース１８０とを備え、これにより水凝縮器のローカルユーザ制御が可能となる。制御システム１３０はさらに、水凝縮器内での制御システム１３０との、または制御インタフェース１８０との有線または無線による通信を行うための外部制御システム１９５を備える。外部制御システム１９５は、システム制御装置、ＰＬＣ、パソコン（ＰＣ）または携帯端末等のローカルなまたはネットワーク化されたパーソナルコンピューティング装置であればよいが、これに限定するものではない。
【００５７】
制御システム１３０は、水凝縮器内部または周辺に位置する少なくとも一つのセンサから得られた入力によりシステムの現在の状態についての情報を得る。少なくとも一つのセンサを水凝縮器の空気流システム内に配置し、空気吸入口に入る空気流の特性を計測して、排出システムを介して水凝縮器から出る空気流の特性についての入力を提供するセンサから得られた入力と比較するためにこのような空気流の特性についての入力を提供することが好ましい。これらの特性を測定し、水の抽出を最大にするとともに、空気フィルタ、空気調整器、水調整器を含むその他のシステム構成要素の動作のレベルと効率を決定する。
【００５８】
制御システムはさらに、機械部品と電気部品の両方を備える。機械部品は、制御システムの電気または電子部品により指示された通りに空気流を制御し、機械部品内部で空気から抽出され回収された水蒸気を凝縮させる。
【００５９】
制御システムは、湿度と温度を含む、流入すなわち吸気外気流の特性を測定し、これらの特性を同じパラメータを用いて排気の特性と比較して、水抽出を最大にする最適な流量を決定する。制御システムはさらに、吸気流と排気との間の圧力の変化を測定し、交換特性の効率を求め、さらにシステムの部品にメンテナンスが必要かどうかを決める。
【００６０】
制御システムを用いて、吸気と排気との間の湿度の差を測定し、水凝縮器の機械システムを通る最適な空気の速度を決定する。最適な空気速度は、機械（凝縮）システムにおいて凝縮の量を最大とする空気速度のことであり、これにより水の抽出が最大となる。
【００６１】
センサは、空気流、温度、圧力または湿度を測定するのに使用される。少なくとも二つのセンサを水凝縮器内に置くのが好ましく、一つは空気吸気口にもう一つは排気口に置く。制御システムはさらに、凝縮チャンバ内またはフィルタチャンバ内のフィルタ間にセンサを備えてもよい。
【００６２】
センサは、測定装置を（例えばケーブルを通じて）システムの制御装置／プロセッサ４８に転送可能な信号に変換する回路を備える。センサでの信号変換は一般に、個々の検出装置の電気特性に反応し、有線のインタフェースケーブルを通じて通信可能な信号を作成する電子デバイスを含む。一般的な形態において、これはアナログ特性をデジタル信号に変換することを意味する。典型的なセンサを図１５に示す。
【００６３】
配置するセンサの種類としては、湿度センサを含み、半導体基板上や湿度検出フィルム上に配置された検出電極を有する。湿度センサは、絶対湿度か相対湿度のいずれかを測定する。吸気絶対湿度または吸気相対湿度は、排気相対湿度または排気絶対湿度と比較され、差分値を最大にすることにより、水蒸気抽出を最大にする。
【００６４】
温度センサは、温度条件の変化に応じて特性が変化する、基板上に配置された検出電極を備え、電気的に変換または測定が可能なものである。水蒸気抽出の最適パラメータを決定するために、（絶対または相対いずれかの）温度差が湿度差と共に使用される。
【００６５】
圧力センサをさらに配置してもよく、特に、吸気空気流と排気空気流との圧力差を測定し、微粒子ろ過置換システムの特性を求めてもよい。
【００６６】
実際には、制御システムは、温度、湿度および圧力に関する吸気および排気信号を測定するセンサからの入力を読む。さらに、制御システムは、水凝縮器の機械システム内の空気流量を制御する。空気流量は、吸気および／または排気回路によって測定可能な任意のまたはすべてのパラメータにより制御すればよい。
【００６７】
吸気検出システムは、アナログ信号調整器を備え、このアナログ信号調整器は、受動的な非補償型および未処理の測定パラメータから制御装置によって測定可能なデジタル信号に変換されるような特性を持つ受動対能動コンバータであり、例えばデジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、またはマイクロコントローラである。
【００６８】
好ましい信号調整システムは、受動センサと、能動信号コンバータと、誤り信号を用いて水蒸気の存在を示す補償信号を生成する誤り検出回路と、能動信号から誤り信号を抽出して補償信号を生成し、水凝縮器周辺内部の水蒸気の存在を示唆する、センサと連動した増幅器と、増幅器から補償信号を受け取りマイクロプロセッサに送信するための調整信号を生成し、増幅器からマイクロプロセッサへの調整信号の入力と出力との差異に応じて水凝縮器内の可変空気流量変換器を制御するよう制御システムに指示する出力信号調整回路とを備える。
【００６９】
これらの入力調整回路および測定装置を用いて湿度差および温度差を測定する。その後空気流量を制御して、吸気システムと排気システムとの間の湿度差を最大にする。この湿度差を温度測定値と共に用いて、水蒸気抽出を最大にする。
【００７０】
制御システムによる制御の下で、機械装置を用いて空気流を制御する。空気流は、機械装置が指示する最大速度または流量の百分率として計測される。すなわち、１００％であれば、水凝縮器の機械システム内の最大速度または流量である。
【００７１】
制御システムは、入力検出装置の変換信号を読み、これらの信号を排気検出装置の変換信号と比較する。その後これらのセンサ間の湿度差を最大とするように空気流を制御する。温度を測定して、水蒸気が凝縮システム内で凍ってしまうほど空気を冷却しないように、機械システムを制限する。湿度と温度との両方の測定を行うことで、空気流量制御のための決定行列に使用する露点を制御システムが演算可能となる。
【００７２】
制御システムはさらに、凝縮プロファイルスイッチングアルゴリズムとコントロールパラメータとの間の切換えを行う。パラメータは、測定可能なものかまたは演算されたもののいずれかであり制御システムに入力される。演算されたパラメータは、測定可能なセンサ信号から導出しても、または時間等の他のパラメータから導出してもよい。
【００７３】
時間は、センサからの読み取り値を選別したり平均化するためのパラメータとして使用される。このような平均化や選別は、時間で調節可能であり、空気流システムの制御率を変える減衰定数を調整する期間をより長くしたり短くしたりする。この空気流システムの出力制御は、外部の制御システムにより特性に基づいて調整しても、ユーザの表示装置／スイッチインタフェースにより調整してもその両方でもよい。
【００７４】
時間比率可変（ＴＲＶ）アルゴリズムと比例・積分・微分（ＰＩＤ）アルゴリズムという主に二つの制御アルゴリズムがシステムで使用される。ＰＩＤ制御システムは、工業用制御システムで一般的なフィードバックループコンポーネントである。このプロセスでは、制御システムは、基準設定ポイント値を有するプロセスと測定値とを比較する。ＰＩＤ制御装置は、誤り信号の履歴と変化率に応じてプロセス出力を調整可能である。制御システムを用いて設定点湿度や温度差を得る際にＰＩＤアルゴリズムを使用する。これは、制御システムが湿度差および／または温度値を最大にする際に使用される時間比率可変システムとは異なっている。
【００７５】
時間比率可変（ＴＲＶ）システムは、ＰＩＤ制御理論の要素を含んでいるが、この例において既知の設定点の値は存在しない。設定点はあらかじめ決まっていないが、制御システムにおいて動的であり、空気の量に応じて変化する。さらに、この「設定点」は、湿度と温度に基づいて水の抽出を最大とするために常に最適化される。制御システムが圧力センサを備えていれば、交換チャンバに蓄積する圧力によってシステムの空気流量が減少するので、このセンサを用いて主要制御アルゴリズムを補助する。
【００７６】
時間Ｔ０での検出システムの初期測定値を設定することによりＴＲＶを使用する。Ｔ０において、空気流制御システムは、０または０に近い値に設定される。センサを読み取って、Ｔ０での差分条件を求める。その後、機械流量アクチュエータによって決定された低アイドル速度まで流量制御を上昇させる。機械アクチュエータの流量は通常、この点より低く設定されたなら、この極小値を０に減少させるような低アイドル速度を有する。この速度は、制御値に比例しないかもしれない。例えば、１２％という出力制御率は、機械アクチュエータが空気を移動させるには十分でないかもしれないが、１３％なら空気を動かせるかもしれない。
【００７７】
この初期条件の後のある時間Ｔ１にセンサを再び読み取る。Ｔ１は、システムによって設定されるがプロファイル設定変数である。時間Ｔ１において、制御装置は、これらの測定されたパラメータを用いて流量を増加させるべきかどうかを決定する。一般的に、初期条件の後に流量の増加が予測される。また、湿度差には何らかの増加があるまたは無いと予測され、この測定値は、空気流システムの更なる制御の基準として使用される。
【００７８】
時間Ｔ１において、以下の式で求められるように、速度を最大値（１００％）に近づけるように、ただしそれより小さい率まで増加させる。
新流量（％）＝（（（１００％−現在の流量）／２）＋現在の流量）（％）
数式１：流量制御：増加調整
【００７９】
その後のＴ１−Ｔ０に比例する値である時間Ｔ２において、センサの測定値の新しいセットを用いて、過去の湿度差と新しい湿度差とを比較し、これらの差分値が増加したか減少したかを求める。制御システムの目的は、この湿度差を最大値にまで増加させることである。最大値とは、流量が増加したならば、計測された湿度差が減少してしまうであろう値である。
【００８０】
湿度差分が時間Ｔ１においてより時間Ｔ２において大きければ、制御システムは、上述の数式１に基づいて流量を増加させる。ただし、現在の流量は、機械システムを制御するのに使用した前回の流量である。これは、現在設定されている場所と１００％との間の効果的な中間地点である減少ステップにおいて１００％に向けて空気流を増加させる効果を有する。
【００８１】
上述のように最大値に到達するまでこのプロセスを続ける。最大値に到達したならば、以下の数式で反映されるように、過去の測定値に再び基づいて流量を少しずつ減少させる。
新流量＝（（（現在の流量−前回の流量）／２−現在の流量）−Ｋ
ここで、Ｋは少なくとも相違する制御の状態があることを保証する定数である。
数式２：流量制御：減少調整
【００８２】
数式２の定数Ｋは、過去の空気流量と現在の空気流量が同一である場合に、アルゴリズムが空気流量を減少させるようにする定数である。この点は、増加に関する数式（数式１）とは異なる。空気流量を増加させる場合においては、湿度差が最大空気流量の最大値と思われる限り、１００％最大値を使用し続けることが可能だからである。
【００８３】
制御装置は、吸気と排気との湿度を認識し、空気の体積を制御して、吸気（外気）の湿度と排気の湿度との最大差分が得られるまで空気の体積を調節することにより（例えばファンによる制御）、水凝縮器の性能を最大にしようと努力する。この差が、外気から「除去された最も多い水」を示す。
【００８４】
アルゴリズムは、ファン速度が５０％となるように（制御装置によって調整可能である）プログラミングされているが、他の開始ファン速度を使用してもよく、センサの初期読み取りを採用する。ファン速度をその後、上述のアルゴリズムで決定される特定の量だけ上昇させ（例えば１０％、これも制御装置により調整可能）、その後センサ出力を受け取る。改善が見られたなら（吸気と排気との湿度の読み取り値により大きな差異があったなら）、ファンの速度をさらに上げる。前回の測定と比べて何ら改善がなければ、制御装置は、「間違った」方向への変化が起こったと判断し、改善が記録されるまでファンの速度を減少させる。（上昇または減少）方向に拘わらず、センサに変化が見られなくなるまでファン速度を変化させる。センサ間で最も大きな広がりを示す前回のファン速度に戻すために方向を逆にすることがあるだろう。センサのうちの一つに変化が見られるまでこのファン速度を維持する。この時点で、プロセッサは再度最適なファン速度を「探し当てる」。
【００８５】
このようなサンプリングを望ましいだけ行う。あるいは、センサにより、湿度ではなく温度を比較してもよい。また、ファン速度を変えるのではなく、空気の通路や吸気口を開いたり閉じたりしてもよい。
【００８６】
内部の空気流がどこでその露点に到達すべきかに関して、システム内部の理想的な場所が決定されることが好ましい。このような場所は、熱交換器と（最初の段階での）蒸発器のプレートとの間であればよいが、別の場所も使用可能である。センサを備えた制御装置により環境状態を監視し、露点が何度であるかを内部で演算する。センサは上述のようにシステム内に配置されており、制御装置はセンサを監視できるので、露点についての温度が決定される。したがって、最適なシステム機能がセンサの近くで露点を生成することであれば、制御装置は断続的にファンを遅くしたり早くしたりしてシステムを最適化する。別の実施形態において、差圧計を用いて制御システムにフィードバックを提供し、流量を最適化する機能の補助としてもよい。本システムは、露点よりわずかに低いところで空気流を維持し、条件が変化すれば常に露点に追従するように設計されている。図１２の試験データから分かるように、最適な処理を確実にするよう空気の温度を処理することにより露点に常に追従している。
【００８７】
別の実施形態において図７〜１０および１０ａに見られるように、主および補助空気流は、完全に分けられている。これまで述べた実施形態では、空気対空気熱交換器を通過した後に、冷媒蒸発器を出て温度が低くなった主空気流を利用して、無駄にすることなく流入主空気流の一次冷却をしており、その後マニホルドに流れ込んだ主空気流は、補助空気流と混合されて、冷媒凝縮器に対する質量流量体積を増加させているが、本実施例では、主空気流の制御は、別のファンによって行われ、二段階冷却すなわち熱交換器と冷媒蒸発器を流れる主空気流の制御をより精密に行うものである。
【００８８】
従って、図面から分かるように、ファン６０は、吸気口６４を介して方向Ｍに沿って冷媒凝縮器６２を通じて補助空気流を吸気する。前述のように、冷媒凝縮器は、冷媒蒸発器と同じ冷媒回路内、すなわち、第二の冷却段階と同じ冷却回路内にある。前述のように、空気対空気熱交換器により、第一の冷却段階が提供される。従って、前述のように、主空気流は、冷媒蒸発器に入る前に熱交換器内に入る。特に、主空気流は、前述のようにエアフィルターを通過した後、下部吸気口６８を通じて方向Ｎに沿って空気対空気熱交換器６６に入る(図示せず)。主空気流は、熱交換器の幅方向を横切って中空の流路６６ａを通過し、方向Ｐに沿って流路６６ａを出て、端部マニホルド７０内で１８０度向きを変える。次に、主空気流は、冷媒蒸発器プレート７２間を方向Ｑに沿って流れ、ここで主空気流は凍ることなく露点より低い温度に冷却される。こうして主空気流からの湿気がプレート７２上に凝縮し、噴出口７４を介して回収皿（図示せず）等内に取り入れられる。
【００８９】
主空気流は、溝７６を介して冷媒蒸発器から出ると、流路６６ａ間を方向Ｒに沿って下方へ移動し、溝７８を介して方向Ｓに沿って熱交換器６６を出る。次に、主空気流は、ファンの筐体８０およびファン８２を介して吸気され、ファン８２から方向Ｔに排気として排出される。
【００９０】
主空気流と補助空気流とを切り離して、それぞれファン８２、６０を必要とするようにしたことにより、熱交換器６６と蒸発器プレート７２との第一および第二冷却段階間の冷却バランスの最適化に影響することなく、凝縮器６２をより大きな容量で機能させられる。従って、より容量の低いファン８２をプロセッサ（図示せず）で制御して、例えばファン８２に供給する電力を変えることにより冷却および凝縮の最適化に影響する現在の環境条件を決定し、これによって二つの冷却段階を流れる主空気流の速度と質量流量を制御してもよい。従って、湿気の最大凝縮に影響するほど速くはなく、かつ露点を大幅に下回って主空気流を冷却するようエネルギーを無駄にするほど遅すぎもしない速度で主空気流が冷却段階を介して吸気される。従って、例えば湿度および温度等の環境条件を監視することにより、前述のように、周囲の環境条件に関係なく凝縮の生成を最適化するように、ファン８２のファン速度を選択的に制御可能である。従って、非常に湿気のある環境では、ファン８２は、二つの冷却段階を通じて吸気される主空気流の質量流量がより大きくなるように電力が供給され、一方、より湿度の低い条件では、主空気流の凝縮の最適化により多くの時間が必要となるので、ファン速度を遅くして最適化された凝縮製造を行う。
【００９１】
図５に示す更なる実施形態において、パーティション１００でマニホルド２０を区切り、主空気流および第二の空気流が混合しないようにする。例えば、パーティション１００により、冷媒凝縮器２４への吸気口を二等分する。あるいは、パーティション１００を、凝縮器２４を方向Ｄ’へ流れる補助空気流の容量がより大きくなるように冷媒凝縮器２４への吸気口に対して取り付けてもよい。熱交換器と冷媒蒸発器との二つの冷却段階をそれぞれ通る主空気流の空気速度と質量流量とは、例えば、凝縮器２４に対するパーティション１００の位置を選択的に制御したり、あるいは、これと合わせて流量調整弁やその他の選択的に制御可能な空気流弁を使用することにより制御可能である。
【００９２】
外気を適切に処理することにより、凝縮器ユニットの最適動作が行われる。従来の凝縮器は、冷却システム内に大量の空気を単に送り込んでいるだけであり（典型的には熱交換器を用いずに蒸発器だけで）、これらのシステムでは、最小の所用電力で最大量の水を抽出する技術を採用している本発明のような電力効率が得られるよう設計されたシステムに対応していない。以下のようにいくつかの方法でこれを実現可能である。
【００９３】
環境条件はシステムによって監視されており、熱交換器と蒸発器（第一段階）との間等のシステム内の適切な箇所で露点に対する温度が監視される。この箇所での空気が露点をはるかに上回る場合には、ユニットのこの部分を介して空気を吸気するファンがその速度を落として空気の速度を遅くし、蒸発器プレートに到達するまでに空気が冷却されるのにより多くの時間をかける。この箇所での空気が露点を下回る場合には、システムはファン速度を上げ、空気流の流れの最適化を継続する。装置全体のその他の条件も同様に監視され、この情報は、装置をさらに調整するために制御装置４８に使用される。システムを出たときの湿度レベルは、空気からどれだけの水が抽出されたかを正確に求める手段として使用可能であり、この情報によってシステムはその構成を修正して確実に最適動作を行うことができる。
【００９４】
図６ｂ、１１および１１ａに示す別の実施形態では、空気対水熱交換器９０が主空気流に沿った空気対空気熱交換器の上流に取り付けられる。湿気回収器２６に回収された水は、例えば貯水部９０ａ内に流路２６ａにより導かれ、貯水部９０ａから最終用途のために水を回収可能である。貯水部９０ａ内の水は冷却されているが、凝縮されて蒸発器プレートから回収されたばかりの水である。このように、主空気流が前述のさらなる一次冷却のために空気対空気熱交換器に入る前に、方向Ａ’に沿って流路９０ｂを通過した主空気流が流路９０ｂで水により冷却される。これにより、凝縮器の効率がさらに改善され、回収された水の温度が冷たいという利点が得られる。
【００９５】
本発明に係る水凝縮器の更なる実施形態について図１６〜２５に示すが、壁等に取り付けが可能である。図１６に示すように、吸気グリル２０１を介して水凝縮器内に外気を吸気し、その後取り入れた空気をきれいにするよう設計された吸気フィルタを通過させる。ユーザが水凝縮器の内部により簡単に手が届くように、装置の前面にアクセスドアがある（図１６では取り外されている）。このドアは、交換可能な水フィルタの筐体２０３、交換可能なＵＶ光の筐体２０６、およびＬＣＤディスプレイ２０４を保持するケース２０２を覆う。交換可能な水フィルタの筐体２０３により、水フィルタの取り外しおよび交換が可能となる。ＬＣＤディスプレイ２０４は、水凝縮器の状態に関する関連情報をユーザに提供する。タッチ制御２０５により、制御機構により提供されるさまざまな機能をユーザがスクロールして見ることができる。
【００９６】
図１７から分かるように、水凝縮器は、水フィルタ２０７、ＬＣＤディスプレイ２０４、ＵＶ光源２０９、凝縮器２１０、およびコンプレッサ２１１を備える。熱交換システム２１２は、空気が熱交換システム２１２を迂回できるようにするバイパス機構２１３(より寒冷な環境において好ましい)を備えてもよい。水凝縮器はさらに、図１８に示すように、回路制御装置２１４と凝縮器ファン２１５とを備える。凝縮器ファン２１５は、水凝縮器の寸法を最小にするために角度を傾けてある。凝縮器２１０も同様に、水凝縮装置の必要な厚みを減らすために傾けてもよい。図１９に示すように、水凝縮器は、装置の側面のグリル２１７を介して凝縮器２１０からの乾燥した空気を排出する。
【００９７】
図２１および２１ａに示すように、蒸発器２１８は、水の凝縮を最大にし、従来の蒸発器技術が直面している課題に対処するよう設計されている。従来の蒸発器には、相対するプレート／フィンに接触することなく水滴が自由落下するようなプレート／フィン間の十分な間隔がない。蒸発器２１８は、水滴が接触することなく落下するのに十分なプレート２４４間の間隔２４０と、隣接するプレート２４４間のスペースの橋渡しを提供する。このような間隔は、平均的な水滴幅の１１０％〜１４０％であることが好ましい（例えば１２５％）。これにより、蒸発器２１８から水が除去され、新たな水が効率よく形成され、複数流路蒸発器の蒸発部を通じて上方に空気が移動したことにより、空気流により陰圧が生成され、特に装置の底部のプレート上に水が付着するという従来技術の問題点を解消できる。これにより、水が回収されて複数の冷却プレートをつないでしまい、生成される水の効率性が阻害されてしまう。この課題に対処するために、蒸発器２１８は３つの独立した部分に分割され、冷却プレートを有する部分では空気流が下方にのみ移動するようになる。例えば、空気流は、蒸発器２１８の第１の部分２１９を下に移動し、プレートがない真ん中の部分２２０を上に移動し、プレートがある第３の部分２２１を下に移動するので、冷却プレートを通って空気が下にのみ移動することになり、システムの効率を減少させ水の生成量を少なくする陰圧による水への障害を軽減することができる。
【００９８】
蒸発器２１８の効率を上げるのに使用可能な更なる部品は、プレート２４４の水を振り落とすのに使用する軽く叩いたりまたは振動したりする部材（図示せず）である。軽く叩く部材は、一定の間隔の短い期間で振動する小さなモータに取り付けられたオフセットウエイトであってもよく、または可動磁性ロッドに巻きつけられたコイルであってもよく、水凝縮器により発生する（例えば、コンデンサに集められた）断続的な電流により、蒸発器２１８を軽く叩いて、プレート２４４から水を取り除きやすくする。
【００９９】
図２２に示すように、取り外し可能なカバー２２２によりＵＶ光源２０９を覆う。送水管２２３は、水が凝縮器から出るところである。この送水管は、装置の下ではなく装置の側部から出し、天板等の平面に装置を据付けられるような設計とすべきである。さらに、装置の直下に装置と同様の寸法の水収容システムを置き、生成した水を回収してユーザが利用しやすいようにしてもよい。
【０１００】
このような収容システムを凝縮器の下に置いておけば、凝縮器は、このような収容システムから水を吸入し、この水を凝縮器のろ過部を介して循環させて、しばらくの間水が放置されたとしても水の品質を確保するようにしてもよい。これは、設定された間隔の短い時間行えばよい（例えば、一日に２０分間）。
【０１０１】
本装置のベース２２４ａは、空気流を制御し水を取り込む手段を備える。ベース２２４ａは、熱交換器２１２の下に位置し、熱交換器２１２によって生成される水を取り込む。熱交換器２１２の上には、ダクト機構２２４ｂがあり、装置に必要な場合には、様々な部品を通る空気流を生成する。装置は、水ポンプ２２５を備え、水フィルタ２０７等の様々な部品を介して水を移動させる。
【０１０２】
装置の効率をさらに増す熱交換システムを図２３に示す。この装置は、送出する廃棄空気流Ｘで、方向Ｙに移動する流入空気流を一次冷却する。この熱交換器２１２は、現在の環境条件を考慮して装置にとって有益であるならば、上部前面通気孔２３２を介して熱交換システムを迂回することが可能である。本実施形態において、流入空気流Ｙと処理済の流出空気流Ｘとは共に、別々の通気孔２２８および２２９をそれぞれ介して装置を通って上に移動し、空気流ＸとＹとは互いに接触しない。
【０１０３】
流入空気流Ｙは、熱交換器２１２の前面パネルの底にある吸気口２２８を介して装置に入る。蒸発器２１８を出た処理済の空気流Ｘ（冷たく乾いた空気）は、底部において吸気口２２９から新しい流入空気流として熱交換器２１２に入り、ただし装置の別の流路を通って交換器２１２内を上方に移動する。交換器２１２を通過したこの流入空気流は、その後背面パネルの頂部にある排出口２３０を通って熱交換器２１２を出て、ダクト内に入ると空気流は蒸発器２１８に向かって移動する。装置を出る流出空気流は、交換器２１２の頂部通気孔２３１から出て行く。図２４に示すように、ファン２２６は、装置からの空気を吸い込む。通気孔２１７を通じて流出する処理済の空気流が装置から出て行く。
【０１０４】
図２５に示すように、空気が吸気フィルタを一旦通過すると、熱交換器２１２を介して空気流Ｙを吸い込む吸気口２２８か、空気流Ｚが熱交換器２１２を迂回することになる吸気口２３２かを通って流れていく。吸気口２２８、２３２の一方を開け、もう一方を閉じておくのに任意の数の手段を使用することが可能であり、例えば、吸気口２２８、２３２間の距離と同じぐらいの幅があり、さらにこの二つの吸気口のうちの一つを覆うのに十分な長さを有するスライディングドアが使用可能であろう。空気が交換器２１２を通過するのが望ましい場合には、ドアをスライドして吸気口２３２を閉じて吸気口２２８を開ける。流入空気流が熱交換器２１２を迂回するのが望ましい場合には、ドアを下側にスライドして吸気口２２８を覆い、吸気口２３２を開ける。さらに、流入空気流のうちの一部は交換器２１２を迂回し、一部は通過するというように部分的にのみドアを開けておくことが望ましい場合もある。制御システムにより、本実施例のドアの最適な位置を求める。
【０１０５】
あるいは、吸気口２２８および２３２を覆う重複可能な羽根を備えた水平方向にスライドするドアを装置に組み込んで、吸気口２３２が開けば吸気口２２８が閉じるようにしてもよい。これは、気温を利用して機械的にドアを移動させるバイメタル板を用いて制御可能である。
【０１０６】
流入空気は、交換器２１２を通過すると、蒸発器２１８部の第一の流路２１９を下に移動した後に蒸発器２１８の頂部を横切って装置の後側に吸い込まれる。水は、水回収トレイと空気流流路２２７とに回収され、その後蒸発器２１８の遮りの無い中間部２２０を上方に移動した後、蒸発器２１８の第２のフィン付の蒸発器流路２２１内を再び下向きに流れると、水が再び水回収トレイ２２７内に回収される。
【０１０７】
空気流は、蒸発器２１８を出ると、冷たく乾いており、熱交換器２１２の底部２２９に入り、流入空気流の一次冷却に用いられる。この処理済の空気流は、空気流Ｘとして熱交換器２１２の頂部から出る。その後空気流は、ファン２２６を介してダクトで送られ、装置から排出される。
【０１０８】
本発明の一実施形態において、各部および装置の各部品は、二酸化チタンで構成するか二酸化チタンで被覆するとよい。この材料を用いて装置の各部を構成する、または各部を覆う被覆としてこの材料を使用すると、これらの部品を清浄で汚染のない状態にしておくことができ、装置によって生成される水源が、望ましくない汚染の無い状態に保たれる。装置の内部部品のほとんどは、この安価で豊富な材料で作成するとよい。さらに、水源を清浄で望ましくない汚染のない状態に確実にしておくための手段として、貯蔵容器を構成する材料のすべてまたはその内張りを二酸化チタンで作成するとよい。
【０１０９】
二酸化チタン（チタニアとしても知られる）は、抗菌被覆として使用可能である。チタニアの光触媒作用により、紫外線（ＵＶ）照射に曝されると、自浄および殺菌作用を示す材料の薄膜被覆が得られるからである。これらの特性により、空気および水源を清潔で汚染の無い状態に保つ助けをしながら、表面に傷がついたり欠陥が生じた場合に自己修復できるという利点を提供することにより、この材料は、水凝縮システムの構築において有用である。
【０１１０】
二酸化チタンは、チタンの酸化により自然発生し、化学式はＴｉＯ２である。米国食品医薬品局（ＦＤＡ）の食品試験研究所で承認されており、二酸化チタンは、人体に安全な物質であり無害であると考える。
【０１１１】
光触媒についての科学的研究により、この特殊ではあるが豊富な物質が抗菌性、抗ウィルス性、殺菌性を有することが証明されており、自浄表面に理想的な物質であり、脱臭、空気浄化、水処理、浄水に使用可能である。
【０１１２】
二酸化チタンは半導体であり、光エネルギーによって化学的に活性化するので、適切な光源を装置の様々な有効な箇所に追加して、空気や水源が清浄で望ましくない物質の無い状態にするとよい。ＵＶ照射に曝されるこのようなＴｉＯ２を使用可能なシステム全体のうちの最も有益な場所として、熱交換器、蒸発器プレートおよび貯蔵容器があるが、空気または水源のいずれかと接触する実質的にすべての表面を二酸化チタンで構成してもよい。光源として有効な場所の一つは、熱交換器と蒸発器プレートとの間であり、反射性材料を用いてＴｉＯ２でできた装置または被覆された装置のこれら双方の部分に光が放射されるようにする。
【０１１３】
純粋な二酸化チタン被覆は、比較的透明なので、蒸発器プレートから貯蔵容器へと水を運ぶ管の内張りとしてこの材料を使用可能であり、ＵＶ浄化システムの一部となりうる。この材料は、非常に高い屈折率を有し、光学分散がダイヤモンドより大きいので、望ましい効果を高めるためには、光源を囲むコイル管を反射性材料で包み込んで、材料表面に光が接触するよう十分な機会を与えて望ましい効果を生み出すようにするとよい。
【０１１４】
応用として、このようなＵＶと二酸化チタンによる浄化システムをある種の貯蔵容器の内部で使用する場合、反射性のケースの底部に開口を配置しておき、光が漏れてこのような同一の望ましい効果が貯蔵容器内部で起こるようにする。あるいは、各種用途に関してこの目的を果たすために唯一つの光を使用することが現実的でないならば、貯蔵容器内で別の光を用いてもよい。
【０１１５】
望ましい特質を有する他の材料をさらに装置内で用いてもよい。このような材料としては、疎水性の被覆（撥水性）や、細菌の成長や移動を抑制することが証明されている各種抗菌性元素を含む。これらの材料には、各種腐食防止材料の他、細菌の成長を減少させることが知られている銀やその他の化合物等が含まれる。
【０１１６】
好ましい実施形態において、回収プレートに蓋をかぶせ、（防水の）蒸発器や熱交換器に（塩素等の）適切な殺菌溶液を注ぎ、ある程度の期間この状態に装置を置いた後に液を排出することにより、装置を洗浄可能である。
【０１１７】
本発明の精神や範囲に逸脱することなく本発明を実施する際に多くの修正や変更が可能であることは、前述の開示に鑑みて当業者にとって明らかであろう。よって、本発明の範囲は、添付の請求項で規定される内容に基づいて解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】図１は、本発明に係る水凝縮器の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１における線２−２に沿った断面図である。図２ａは、図２の部分拡大図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２における線２ｂ−２ｂに沿った断面図である。
【図３】図３は、図１における線３−３に沿った断面図である。図３ａは、図３の部分拡大図である。図３ｂは、図３ａの部分拡大図である。
【図３ｃ】図３ｃは、図１の水凝縮器のマニホルドの上流側にある内部空気流路を示す斜視図である。
【図４】図４は、図１における線４−４に沿った断面図である。
【図５】図５は、別の実施形態における図３を示す図であり、冷媒凝縮器に供給する空気流のマニホルドが主空気流と補助空気流との間で区分されている。
【図６】図６は、図１の実施形態に係る一次冷却サイクル、凝縮サイクルおよび閉ループ冷却回路の線図である。
【図６ａ】図６ａは、図６について空気対空気熱交換器の下流にある空気対水熱交換器を示す図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６について空気対空気熱交換器の上流にある空気対水熱交換器を示す図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態を示す一部切欠き正面右側斜視図であり、二つの別々のファンにより蒸発器と凝縮器それぞれを介して主空気流および補助空気流を吸気する。
【図８】図８は、図７の実施形態の一部切欠き正面左側斜視図である。
【図９】図９は、図７の実施形態の一部切欠き背面斜視図である。
【図１０】図１０は、図７の実施形態の一部切欠き背面斜視図である。
【図１０ａ】図１０ａは、図１０における線１０ａ−１０ａに沿った断面図である。
【図１１】図１１は、本発明のさらに他の実施形態を示す一部切欠き斜視図であり、主空気流が空気対水熱交換器を通過する。
【図１２】図１２は、図１の装置における蒸発器温度、処理された空気の温度、相対湿度（ＲＨ）％、露点温度、および環境温度の相関を示す温度対時間のグラフである。
【図１３】図１３は、本発明に係る水凝縮器用の制御システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る制御システムの別の実施形態を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、本発明に係る水凝縮器で使用されるセンサの斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の別の実施形態を示す正面斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６に示された実施形態の正面斜視図であり、カバーが外されている。
【図１８】図１８は、図１７に示された実施形態の正面図である。
【図１９】図１９は、図１７に示された実施形態の上面図である。
【図２０】図２０は、図１７に示された実施形態の部分斜視図であり、凝縮器のファンとコンプレッサに対する凝縮器の配置を示す。
【図２１】図２１は、図１７に示された本発明の実施形態に係る蒸発器の斜視図である。図２１ａは、図２１の部分拡大図である。
【図２２】図２２は、図１７に示された実施形態の部分斜視図である。
【図２３】図２３は、図１７の実施形態に係る熱交換システムの斜視図である。図２３ａは、図２３の部分拡大図である。
【図２４】図２４は、図１７に示された実施形態の側面図である。
【図２５】図２５は、図１７に示された実施形態の部分切欠き側面図であり、空気流を示す。
【図１】
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【図２】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2009503293.tif 000016
【図１０ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2009503293.tif 000020
【図１４】
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【図１５】
2009503293.tif 000022
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2009503293.tif 000027
【図２１】
2009503293.tif 000028
【図２２】
2009503293.tif 000029
【図２３】
2009503293.tif 000030
【図２４】
2009503293.tif 000031
【図２５】
2009503293.tif 000032
【国際調査報告】
2009503293.tif 000033
2009503293.tif 000034