(57)【要約】水製造方法が、少なくとも一部の第１気流の乾燥剤への暴露を含む第１処理を用いて第１気流から水分を除去するステップを有する。これは、少なくとも一部の乾燥剤の水分含有量を増加させる。増加した水分含有量を有する少なくとも一部の乾燥剤は、第２気流に導入される。これは、乾燥剤から第２気流への水分の蒸発を促進し、第２気流の水分含有量を増加させる。そして、水分が第２気流から除去される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥剤に少なくとも一部の第１気流を曝して、少なくとも一部の前記乾燥剤の水分含有量を増加させる第１処理を用いて前記第１気流から水分を除去するステップと、
増加した水分含有量を有する少なくとも一部の前記乾燥剤を第２気流に導入し、前記乾燥剤から前記第２気流への水分の蒸発を促進して前記第２気流の水分含有量を増加させるステップと、
前記第２気流の水分含有量が増加した後に前記第２気流から水分を除去するステップと、
を具えることを特徴とする水製造方法。
【請求項２】
前記第１処理が、さらに、前記第１気流を冷却して前記第１気流からの増加した水分の除去を促進するステップを具えることを特徴とする請求項１に記載の水製造方法。
【請求項３】
さらに、前記第１気流の温度を下回る温度に乾燥剤を冷却するステップを具え、前記第１気流が前記冷却された乾燥剤と接触することにより冷却されることを特徴とする請求項２に記載の水製造方法。
【請求項４】
さらに、前記第２気流を加熱して前記乾燥剤から前記第２気流への増加する水分の蒸発を促進するステップを具えることを特徴とする請求項１に記載の水製造方法。
【請求項５】
さらに、前記乾燥剤が前記第１気流に曝された後に少なくとも一部の前記乾燥剤を前記第２気流の温度よりも高い温度に加熱して、前記第２気流が前記加熱した乾燥剤との接触により加熱されるステップを具えることを特徴とする請求項４に記載の水製造方法。
【請求項６】
前記第２気流から水分を除去するステップが、前記第２気流を冷却して前記第２気流からの水分の凝縮を促進させるステップを有することを特徴とする請求項１に記載の水製造方法。
【請求項７】
前記第２気流を冷却するステップが、前記第１気流から水分が除去された後の前記第２気流から前記第１気流へ熱を移送させるステップを有することを特徴とする請求項６に記載の水製造方法。
【請求項８】
さらに、前記第２気流から除去された水に第１処理を提供するステップを具え、
前記第１処理が、紫外線を前記水に露光するステップ、木炭フィルタに前記水を通すステップ、前記水にミネラルを加えるステップ、又は前記水を酸化するステップのうちの少なくとも一つを有していることを特徴とする請求項１に記載の水製造方法。
【請求項９】
さらに、少なくとも一部の前記処理された水を貯蔵するステップと、
所定の時間が経過した後に前記貯蔵された水に第２処理を施すステップとを具え、
前記第２処理が、少なくとも一つの前記第１処理で実行されたステップを有していることを特徴とする請求項８に記載の水製造方法。
【請求項１０】
さらに、前記第１気流が前記乾燥剤に曝される第１チャンバを通して前記第１気流を通過させ、前記第１気流から水分を除去して前記乾燥剤の水分含有量を増加させるステップと、
第２チャンバを通して前記第２気流を通過させるステップとを具え、
増加した水分含有量を有する少なくとも一部の前記乾燥剤が前記第２チャンバで前記第２気流に導入され、
前記第２気流の水分含有量が増加した後に前記第２気流から水分を除去するステップが、前記第２気流を熱交換機に通過させるステップを有し、前記第２気流の冷却及び前記第２気流からの水分の凝縮を促進させることを特徴とする請求項１に記載の水製造方法。
【請求項１１】
さらに、冷媒を前記システム熱交換機に通過させるステップを具え、
前記第２気流から前記冷媒への熱の移送を促進させることを特徴とする請求項１０に記載の水製造方法。
【請求項１２】
さらに、少なくとも一部の水分が前記乾燥剤から蒸発した後に前記第２チャンバから前記第１チャンバに少なくとも一部の前記乾燥剤を移動させるステップを具えていることを特徴とする請求項１０に記載の水製造方法。
【請求項１３】
前記乾燥剤が少なくとも一部液状で、
前記第２チャンバに前記乾燥剤を導入するステップが、少なくとも第２気流の一部に対してほぼ垂直な前記第２チャンバに前記乾燥剤を噴霧するステップを有していることを特徴とする請求項１０に記載の水製造方法。
【請求項１４】
さらに、前記第１チャンバに入ってくる前記第１気流の温度を下回る温度に前記乾燥剤を冷却するステップを具え、
前記第１気流が前記第１チャンバを通過するときに前記第１気流を冷却し、前記第１気流から除去される水分量を増加させることを特徴とする請求項１３に記載の水製造方法。
【請求項１５】
さらに、水分が前記第１気流から除去された後に前記システム熱交換機に前記第１気流を通過させるステップを具え、
第２気流から前記第１気流への熱の移送を促進させることを特徴とする請求項１４に記載の水製造方法。
【請求項１６】
第１チャンバへの第１気流の出入移動を促進する入口及び出口を有する第１チャンバと、
前記第１チャンバを通過する前記第１気流から水分を除去する前記第１チャンバに導入可能な乾燥剤と、
前記第１気流から水分を除去した後に少なくとも一部の前記乾燥剤を受容するよう構成された第２チャンバであって、第２気流の出入移動を促進する入口及び出口を有し、前記乾燥剤から前記第２気流への水分の蒸発を促進する第２チャンバと、
前記第２チャンバからの前記第２気流を受容するよう構成され、前記第２気流の冷却を促進して前記第２気流から水分を抽出するシステム熱交換機と、
を具えることを特徴とする水製造システム。
【請求項１７】
さらに、前記乾燥剤が前記第１チャンバに導入される前に前記乾燥剤を冷却するよう構成された第１熱交換機を具えていることを特徴とする請求項１６に記載の水製造システム。
【請求項１８】
さらに、前記乾燥剤が前記第２チャンバに導入される前に前記乾燥剤を加熱するよう構成された第２熱交換機を具えていることを特徴とする請求項１６に記載の水製造システム。
【請求項１９】
前記システム熱交換機が、さらに、前記第１チャンバからの前記第１気流を受容するよう構成され、
前記第２気流から前記第１気流への熱の移送を促進することを特徴とする請求項１６に記載の水製造システム。
【請求項２０】
さらに、前記第２気流から抽出された水分を処理するよう構成された水処理サブシステムを具え、前記水処理サブシステムが、紫外線源、木炭フィルタ、ミネラル化装置又は酸素化装置のうちの少なくとも一つを有していることを特徴とする請求項１６に記載の水製造システム。
【請求項２１】
さらに、前記第２気流から抽出された水分を受容するよう構成された複数の貯蔵タンクシステムを具え、
少なくとも一つの前記タンクシステムが、ここに貯蔵された水を加熱又は冷却するよう構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の水製造システム。
【請求項２２】
さらに、二次的水源を具え、前記二次的水源からの水と前記第２気流から抽出された水分との混合を促進するよう構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の水製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、いずれも引例として本書に盛り込まれた、２００４年８月３１日に出願された米国仮出願番号第６０／６０６，３２６号、２００４年１０月１５日に出願された米国仮出願番号第６０／６１９，２６４号、２００５年１月１０日に出願された米国仮出願番号第６０／６４２，５９７号の利益を要求するものである。
【０００２】
本発明は、水製造システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、水は液化システムを用いて空気から回収される。典型的な液化システムは、入ってくる空気の露点以下の温度に冷やされた表面を提供する。当技術分野で周知のように、露点以下への空気の冷却は、空気からの水蒸気の凝縮及び空気の絶対湿度の減少をもたらす。空気容量の湿度は、空気容量に導入又は空気容量から除去可能な水分量を実質的に決定する。
【０００４】
現存の水製造システムは、入ってくる空気の温度を空気の露点以下の温度に下げる従来の凝縮システムを用いて、入ってくる気流から水蒸気を回収する。このため、このようなシステムにより製造される水量は、周囲の空気の湿度に依存する。しかしながら、空気の湿度及び温度は、地域ごとに、熱帯及び亜熱帯地域における高温多湿の空気、及び世界のその他の地域におけるより冷涼でより乾燥した空気のように変化する。また、空気の温度及び水蒸気量は、年間を通じて地域における季節の天気の変化によって大きく変化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
結果として、従来技術の空気−水製造システムの配水能力は、湿度の低い地域及び季節では厳しい障害があることが分かっている。従来の機械は、湿度がある割合の閾値を超えるときのみに十分な水を製造するのみである。これは、温度及び湿度が調節された建物にとって高過ぎる湿度レベルであるため、商業及び居住の目的とするもの及び湿度レベルが低い世界のある地域でのこの機械の有用性を低いものにしている。
【０００６】
このため、周囲の空気の湿度及び露点が低い場合であっても水を製造するシステム及び方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、周囲の空気の湿度及び露点が低い場合であっても適用可能な水製造システム及び方法を提供する。
【０００８】
また、本発明は、少なくとも一部の第１気流を乾燥剤に曝すことを含む第１処理を用いて第１気流から水を除去するステップを有する水の製造方法を提供する。これは、乾燥剤の少なくとも一部の水分含有量を増加させる。水分含有量が増加した乾燥剤の少なくとも一部は第２気流に導入され、乾燥剤から第２気流への水分の蒸発を促進する。また、これは、第２気流の水分含有量を増加させる。そして、水分含有量が増加した後に第２気流から水分を除去する。
【０００９】
さらに、本発明は、第１及び第２チャンバ及び熱交換機を有するシステムを用いた水の製造方法を提供する。この方法は、第１チャンバを通して第１気流を通過させるステップを有する。少なくとも一部の第１気流は、第１チャンバ内で乾燥剤に曝される。これは、第１気流から水分を除去して、乾燥剤の水分含有量を増加させる。増加した水分含有量を有する乾燥剤の少なくとも一部は、第２チャンバに導入される。第２気流は第２チャンバを通過して、乾燥剤から第２気流への水分の蒸発を促進する。第２気流は、その水分含有量が増加した後に熱交換機を通過する。これは、第２気流の冷却及び第２気流からの水の凝縮を促進する。
【００１０】
また、本発明は、第１気流の第１チャンバへの出入移動を容易にする入口及び出口を有する第１チャンバを具える水の製造システムを提供する。また、このシステムは、第１チャンバに導入可能であって第１チャンバを流れる第１気流から水分を除去する乾燥剤を有する。第２チャンバは、第１気流から水分を除去した後に少なくとも一部の乾燥剤を受容するよう構成されている。第２チャンバは、第２チャンバへの第２気流の出入移動を容易にする入口及び出口を有する。これは、第２チャンバ内の乾燥剤から第２気流への水分の蒸発を促進する。システム熱交換機は、第２チャンバから第２気流を受容するよう構成され、第２気流の冷却を促進してそこから水分を抽出する。
【００１１】
さらに、本発明は、空気から水分を抽出するシステムを提供する。このシステムは、乾燥剤回収チャンバを有し、固形乾燥剤又は乾燥剤溶液が第１気流に物理的に接触するように曝され、希釈された乾燥剤が生成される。また、乾燥剤再生チャンバが設けられている。乾燥剤は、暖められて第２チャンバに導入される。そこでは、乾燥剤が第２気流に物理的に接触するように曝され、湿潤空気が生成される。湿潤空気流は、凝縮機に物理的に接触して、湿潤空気流から水蒸気が凝縮する。
【００１２】
また、本発明は、適切な乾燥剤材料を有する第１チャンバに周囲の空気を通過させるシステム及び方法を提供する。乾燥剤は、乾燥剤に接触する空気から湿度を吸収又は吸着する。ある実施例では、スポンジ、媒体、冷却コイル又はクーリングタワーといった乾燥剤分散して有する接触面を通して空気を引き込むことにより、空気が乾燥剤に接触する。乾燥剤及び／又は第１チャンバを、空気から乾燥剤へさらに効率的に水分の移動が可能になるように冷却してよい。乾燥剤が空気から水分を吸収又は吸着するため、水が相変化を行って空気から凝縮するときに空気から潜熱が移動する。乾燥剤及び／又は第１チャンバが冷却されるため、顕熱冷却、すなわち、状態変化に基づかない冷却もまた空気に与えられる。その結果生じる乾燥した冷涼な空気が第１チャンバから引き出される。
【００１３】
含水乾燥剤が第１チャンバの下部で回収されて第２チャンバに移送される。第２チャンバへの移送は、ポンプの作動又は第１及び第２チャンバ間の区画に設けられたバルブの開放を介した拡散を通して生じる。バルブの開放は、第１及び第２チャンバの乾燥剤の濃度の均質化を可能にする。含水乾燥剤の正味の流れは、乾燥剤の濃度が双方のチャンバで同じになるまで、第１チャンバから第２チャンバに向けて生じる。第２チャンバにおける拡散される又は引き込まれる含水乾燥剤を加熱して、再び空気に曝すことが可能である。ある実施例では、乾燥剤が第２チャンバの内部に噴霧される。発熱体といった熱交換機は、ノズルから落ちる霧状の含水乾燥剤を暖めて、乾燥剤に吸収又は吸着された水分を蒸発させ、高温多湿の空気を発生させ、さらに、無水乾燥剤を実質的に再生する。
【００１４】
乾燥剤を、所望の結果を得るのに効果的な任意の方法によりチャンバに導入可能である。例えば、第１チャンバが、水和乾燥剤が浸透してチャンバの下部で回収されるよう多孔質のセルロース材料を有してもよい。代替的に、第１及び第２チャンバ内の上部といった場所からドロップ状で容易に滴下するようにしてもよい。
【００１５】
また、本発明は、第１チャンバから出て来る乾燥空気及び第２チャンバで製造される高温多湿な空気との間の温度差を利用して、互いに物理的な接触をさせることなしに２つの気流の間で熱エネルギの交換を達成可能である。例えば、複数のチューブ又はパイプを具える放熱型の交換機といった熱交換機を使用して、２つの気流を熱的に接触させることができる。比較的冷涼な乾燥空気が、第１チャンバから乾燥空気を引くダクトを介して放熱器の外面に接触させながら、第２チャンバからの高温多湿な空気を、放熱機に通過させることが可能である。これは、この熱交換機における水蒸気の凝縮をもたらし、液体の水が滴り落ちて凝縮物回収器において回収される。代替的に、高温多湿な空気を、蒸発器といった熱吸収器の結露形成面に接触させよう向けることができ、熱吸収器は、チューブ、熱電素子、ヒートパイプ、冷却膨張コイル又は当業者に知られた任意の他のシステムに収容された典型的な沸騰流体といった、適切な冷却処理を用いて冷却される。
【００１６】
本発明に係る少なくとも一つの実施例は、凝縮水を殺菌及び濾過して、純粋な飲料水を生成することができる。このため、ある実施例では、凝縮物回収器からの凝縮水が、ＵＶユニットおいて適切な紫外線（ＵＶ）に曝されて、水から有害な微生物を除去する。付加的に、放射線を受けた水を続けて木炭フィルタに通して、汚染物質及び揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を除去し、複数のミネラル化カートリッジに通して水をミネラル化する及び／又はビタミンを付加してもよい。精製及びミネラル化した水は、第１貯蔵タンクに回収される。付加的に、第１貯蔵タンクに貯蔵される前に水を酸素付加器に通してもよい。第１貯蔵タンクからの水は、所定の時間間隔でＵＶユニットを通って再循環して、水質を維持する。
【００１７】
また、本発明に係る少なくとも一つの実施例は、温水及び冷水を分配可能である。このため、ある実施例では、第１貯蔵タンクからの水が、第２冷水貯蔵タンクに重力で送られ、そこからさらに第３温水貯蔵タンクに重力で送られる。第２貯蔵タンクの水は、典型的な膨張蒸発コイルを用いたペルチェ効果又は磁気化学冷却といった適切な冷却プロセス、又は所望の結果を実現するのに効果的な任意の他の方法を用いて冷却される。そして、冷水は、子供に安全な第１の蛇口を通して分配される。また、第３タンクの水が、発熱体により所望の温度に加熱されて、第２の蛇口を通して分配される。周囲温度の水が、第３のタンクの発熱体への電力供給が規制されているときに、第２の蛇口から分配される。他の実施例では、第１貯蔵タンクからの水を、第３の蛇口を通して直接分配して、周囲温度の水を供給可能である。
【００１８】
また、本発明は、凝縮水が形成が少ない場合に、外部水源からの水の導入を提供するよう構成されている。このため、市の上水道といった外部水源が、急速着脱式の継手を介して取り付けられていて、第１貯蔵タンクに補充水を供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る実施例に従った水製造システム１０の簡略図を示す。本システム１０は、湿潤空気製造ステージ１２、水分抽出ステージ１４、水浄化及び濾過ステージ１６及び水分配ステージ１８を有している。さらに詳しく後述するように、湿潤空気製造ステージ１２は、周囲の大気から水分を除去し、乾燥材を用いて別の大気に変える処理を有している。乾燥材により回収される水分は、第２大気中に蒸発して、初期の周囲の空気よりも湿度が高い暖かい空気が生成される。
【００２０】
水分抽出ステージ１４は、ステージ１２で製造された湿潤気流を冷却する熱交換器又は吸熱体を有している。この気流は、その露点まで冷却され、水蒸気の凝縮及び液体水の生成をもたらす。凝縮された液体水は、任意の数の浄化及び／又は濾過装置によりステージ１６で濾過及び／又はさもなければ浄化される。このような装置は、外部からの生物を分解する役目を有する制菌ループ、及び好ましくない汚染物質を濾過するフィルタを含めることができる。ステージ１６で使用される濾過及び／又は浄化システムは、汚染物質及びＶＯＣを国立科学財団（ＮＳＦ）基準５３により規定されたレベルに減少させるよう構成可能である。また、再循環ループを、非作動期間中に貯蔵された凝縮液を再循環させるよう設けてもよい。
【００２１】
配水ステージ１８は、複数の貯蔵タンクシステムを具えており、蛇口を通して配水可能である。配水ステージの様々な部品は急速着脱式の継手を有し、容易な組立及び再構成を容易にしている。また、柔軟性のあるチューブを使用して、遠くに配水したり、市の上水道といった二次的な水源をシステム１０に組み込むことができる。
【００２２】
図２は、湿潤空気製造ステージ１２及び水分抽出ステージ１４を詳細に示す。図２に示す実施例では、湿潤空気製造ステージ１２が、第１チャンバ又は回収チャンバ２０、及び第２チャンバ又は再生チャンバ２２を有している。回収チャンバ２０は、入口２４及び出口２６を有し、第１気流２８が回収チャンバ２０を通って流れることができる。気流が回収チャンバ２０を通るときに、気流は第１処理を受ける。この処理は、図２に示す実施例では液体の乾燥剤３０にそれが曝されることを含む。液体の乾燥剤３０は、管路３２を介して第１チャンバ２０に噴霧される。
【００２３】
第１気流２８が回収チャンバ２０を通って流れるときに、蒸発した水が凝縮して、チャンバ２０の下部３４に乾燥剤３０とともに集まる。乾燥剤３０は、第１気流２８からの水分を吸収するために薄まる。図２に示すように、乾燥剤３０は液体であるが、本発明は固形乾燥剤又は、例えば固体及び液体の２相の乾燥剤の使用を考慮している。固体、液体、溶液、水溶液、混合物及びそれらの組み合わせを含めて、所望の結果を出すのに効果的ないかなる乾燥剤でも、使用可能である。塩化リチウム（ＬｉＣｌ）及び塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）が典型的な液体乾燥溶液であるが、他の液体乾燥剤も採用可能である。
【００２４】
ポリコール（Ｐｏｌｙｃｏｌｓ）といった液体乾燥剤を、単独又は混合して使用可能である。典型的なポリコールは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコール、グリセロール、トリメチオールプロパン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール及びそれらの混合物といった液体化合物を含んでいる。ポリオール化合物は、通常固体であるが、無水の液体ポリオール又は液体ヒドロキシルアミンに実質的に溶け、これを使用してもよい。これらの固体ポリオール化合物の典型的な例は、エリトリトール、ソルビトール、ペンタエリストリトール及び低分子量の糖である。典型的なヒドロキシルアミンは、モノ、ジ、トリイソプロパノールアミン又はジグリコールアミン（ｄｉｇｙｌｃｏｌａｍｉｎｅ）を含む、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、イソプロパノールアミンといったアルカノールアミンを含んでいる。
【００２５】
さらに、モンモリオナイト（ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ）粘土、シリカゲル、分子篩、ＣａＯ，ＣａＳＯ４といった他のタイプの乾燥剤を全て使用可能である。望ましい乾燥剤の選択が、他のパラメータの中で、湿気が吸収される周囲の空気の温度及び湿度範囲に依存することは、当業者にとって明らかなことである。さらに、他の典型的な乾燥剤は、Ｐ２Ｏ５，ＢａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＮａＯＨスティック（ｓｔｉｃｋｓ），溶融ＫＯＨ，ＣａＢｒ２，ＺｎＣｌ２，Ｂａ（ＣｌＯ４）２，ＺｎＢｒ２といった物質を具えている。
【００２６】
上記のように、乾燥剤３０は、塩化リチウムの４０％水溶液を具えた液体乾燥剤である。乾燥剤３０は、ポンプ３６により管路３２に注入される。ポンプ３６は、回収チャンバ２０への導入に先立って、第１熱交換機３８を通して乾燥剤３０を汲み上げる。乾燥剤３０を冷却することで、第１気流２８から水分を除去する能力が増加する。冷却剤といった流体が、管路４０，４２を介して熱交換機３８を通過する。乾燥剤３０は、第１気流２８の温度を下回る温度まで熱交換機３８で冷却される。このようにして、回収チャンバ２０を通るときに気流２８が冷却される。熱交換機３８に代わるものとして、熱交換機を回収チャンバ２０の内部に設置して、第１気流２８を直接冷却するか、回収チャンバ２０に噴霧された後に乾燥剤３０を冷却するようにしてもよい。
【００２７】
また、再生チャンバ２２は、第２気流４８の再生チャンバ２２への出入りの移動を容易にする入口４４及び出口４６を有している。図１に示す実施例では、２つのチャンバ２０，２２が、ハウジング５０の中に互いに近接して便利に配置されている。２つのチャンバ２０，２２の間に隔壁５２が設けられ、回収チャンバ２０からの含水乾燥剤が再生チャンバ２２の乾燥剤に混ざったり、逆に再生チャンバ２２からの乾燥剤が回収チャンバ２０の乾燥剤に混ざる。隔壁５２の代わりに、バルブ又は他の流量調整器具を使用して、２つのチャンバ２０，２２間の乾燥剤の流量を制御してもよい。図２に示す実施例では、隔壁５２は、浸透流を通して達成される乾燥剤３０の濃度の均一化を可能にする。このため、回収チャンバ２０の乾燥剤３０は、迅速に希釈されず効果を失うようなことはない。付加的に、浮き（図示しない）を採用して、隔壁５２の直下の開口部５４で動作させてもよい。この浮きは、２つのチャンバ２０，２２の温度差を測定して、一定の顕熱交換の制御の補助に使用可能である。開口部５４の大きさを変えることで、浮き又は他の何らかの構造を介して、顕熱交換度に影響を及ぼし、システム１０のさらなる最適化を促すことが可能である。
【００２８】
回収チャンバ２０と同様に、再生チャンバ２２もまた、管路５８を通して再生チャンバ２２に乾燥剤３０を汲み上げるのに使用されるポンプ５６を有している。乾燥剤３０は、少なくとも一部の第２気流４８に対してほぼ垂直な方向に再生チャンバ２２に噴霧される。これは、回収チャンバ２０における構成と同じである。乾燥剤３０及び第１及び第２気流２８，４８間の流れ方向が交わることで、平行流と関連が有りそうな高圧を発生させることなしに、空気と乾燥剤との間の接触部が増加する。
【００２９】
図２に示すように、乾燥剤３０は、第２熱交換機６０を通してポンプ５６により汲み上げられる。熱を、任意の都合のよい発生源から管路６２，６４を通して熱交換機６０に加えることが可能である。熱交換機６０を通過することで、乾燥剤３０は第２気流４８の温度よりも高い温度に加熱され、乾燥剤３０が再生チャンバ２２を通過するときに第２気流４８が加熱される。第２気流４８を加熱することにより、さらなる水分が乾燥剤３０から第２気流４８に蒸発する。再生チャンバ２２の外に設置される熱交換機６０に代わるものとして、図２に透視した熱交換機６６を再生チャンバ２２の中に設置してもよい。熱交換機６６は、管路６８，７０を介して任意の便利な発生源から熱を供給可能である。
【００３０】
代替的な実施例では、様々な構成で非液体乾燥剤を使用可能である。ある実施例では、固形の水吸収剤を使用して、入り込んで来る気流からの水分を吸収し、さらに乾燥気流に曝されて、固形の水吸収剤から乾燥気流へ水蒸気を交換する。交換は、一連の交互の循環気流を通して発生し、その各々は水蒸気の交換を最も良く引き起こすものに応じて加熱又は冷却される。他の実施例では、固形乾燥剤を、入りこんで来る気流に接触する空気トラップに散布してもよい。この乾燥剤は、空気から水分を吸収する。そして、このトラップは発熱体に曝され、乾燥剤から水分を蒸発させて乾燥剤を再生させる。そして、水蒸気を含む空気は、以下のように水分抽出ステージに曝される。
【００３１】
湿潤空気製造装置１２は、チャンバ２０，２２に有る２つの別々の気流をもたらす。乾燥空気である第１気流２８は、出口２６を通って回収チャンバ２０を出て、湿潤空気である第２気流４８は、出口４６を通って再生チャンバ２２を出る。水分抽出ステージ１４は、システム熱交換機７２を具える。図２に示す実施例では、熱交換機７２が、冷たい乾燥気流２８及び暖かい湿潤気流４８を受容するよう構成され、熱が２つの気流２８，４８間で移行する。特に、熱は暖気流４８から冷気流２８に移行し、第２気流４８からの水分７４の抽出をもたらす。第１気流２８を用いて第２気流４８を冷却することに代わるものとして、冷却剤といった別の冷却源を管路７６，７８を介して熱交換機７２に通過させてもよい。
【００３２】
第１気流２８からの水分の抽出が乾燥剤３０の潜熱を増加させて第１気流２８の潜熱冷却をもたらすことは、当業者にとって明らかなことである。さらに、乾燥剤３０（又は代替的にチャンバ２０又は双方）が冷却されるため、第１気流２８そのものは、その温度を下げる顕熱冷却を受け、冷やされた乾燥空気を生成する。ある実施例では、本発明が、１０リットルの塩化リチウム溶液を使用して、送風機により吹かれて入ってくる１時間当たり２５０ｍ３の空気から１時間当たり２リットルの湿気を抽出する。この結果は、０．７ｋＷの顕熱冷却能力及び１．４ｋＷの潜熱冷却能力で、８．４℃の空気の温度減少が可能となる。
【００３３】
図３に示すように、第１及び第２気流２８，４８は、ファン８０により熱交換機７２（及び各チャンバ２０，２２）を通って引き込まれる。熱交換機７２は、気流４８が通過する複数の空気チューブ８２を有するラジエター型の熱交換機である。熱は気流４８から気流２８に移行するため、水７４が気流４８の中から凝縮してヘッダパイプ８４を流れ落ちる。水７４は、自身の浮力又はセンサで作動するよう構成されたフロート弁８６を作動させる。そして、水７４は、フロート弁８６から放出された後に凝縮水回収器８８に落ちる。
【００３４】
一旦、水が気流４８から抽出されて凝縮水回収器８８に回収されると、濾過、浄化、貯蔵及び配水といった様々なステップを受ける。図３に示すように、熱交換機７２を通過した水は、その後、水浄化及び濾過ステージ１６及び配水ステージ１８の水処理サブシステム８９により処理される。これらの最後の２つのステージ１６，１８で実際に採用される付加的なステップは、水製造システム１０が使用されるアプリケーションの種類及び性質に依存する。例えば、ある実施例では、水浄化及び濾過ステージ１６は、セラミックフィルタを使用して水中の病原体を除去する。さらに、セラミックフィルタを、高品位の銀活性炭で覆うこともできる。
【００３５】
Ｃｏｌｕｍｂｉａ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｂａｒｎｅｂｅｙ−Ｃｈｅｎｅｙ，Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ，Ｂｏｎｅ  Ｃｈａｒ，Ａｃｔｉｃａｒｂｏｎｅ，Ｃｏｃｈｒａｎｅｘ，Ｃａｒｂｏｒａｆｆｉｎといった容易に入手可能な様々なグレードの活性炭を媒体として使用できるが、これらは例示であって限定するものではない。このようなカーボンは、木材、骨、血液、炭水化物、石炭、ココナッツの殻、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの茎、昆布、亜炭、ナットシェル、油頁岩、石油コークス、ゴム廃棄物及びおがくずといった様々な原料で作ることができる。採用される活性炭は、例えば、粒状、粉末状又はペレット状、又は、ファイバ、スラリー、紙又は他の支持媒体といった予め成形された材料に組み込まれた状態の様々な形式が可能である。高い吸収率のため、粒状カーボンは特に効果的である。約１００メッシュよりも小さいメッシュサイズが、大きなサイズよりもより効果的であるが、より大きなサイズは、より高いフローレートが要求される場合に適している。
【００３６】
さらに他の代替的な実施例では、動的な分解流動（Ｋｉｎｅｔｉｃ，Ｄｅｇｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｆｌｕｘｉｏｎ，ＫＤＦ）とカーボンのコンビネーションフィルタが使用される。これは、鉛を含む付加的な金属除去能力を有する粒状の活性炭フィルタと同じである。塩素は、亜鉛／銅の複合材料であるＫＤＦ部により、塩化物に変化する。これは、カーボン媒体ベッドの寿命を延ばす。また、このタイプの濾過は、生物活性を最小限にするのを助ける。付加的及び／又は代替的に、本発明は、逆浸透、イオン交換脱塩、及び／又は超薄膜フィルタを、単独で又は組み合わせて使用してもよい。
【００３７】
本発明の他の実施例は、流体から汚染物質を除去する強化された能力を有する繊維性フィルタを使用している。使用される繊維性フィルタは、水酸化ナトリウムといった無機加水分解成分で処理を行う。このような濾過システムは、セルロース・アセテート繊維フィルタを用いて、微生物フローラを効果的に除去する。ウイルス濾過ユニット及び逆浸透膜とともにこのようなシステムを用いることにより、水のような液体を非常に高純度にすることができる。活性炭といったウイルスを吸収するのに使用される媒体は、加水分解成分を含む無機ナトリウムで処理する。
【００３８】
しかしながら、フィルタが再生可能で、フィルタを定期的な交換の必要無しに使用可能な、容易に維持できる濾過システムを使用するのが望ましい。付加的に、ＵＶフィルタ、堆積フィルタ、プレカーボンフィルタ、ポストカーボンフィルタ、限外濾過カートリッジを含む多くの他のフィルタを、処理の異なるステージに使用可能である。
【００３９】
図３に戻って参照すると、本発明に係る一つの実施例が、紫外線ユニット９０を有している。ＵＶユニット９０を、複数の他のフィルタに組み合わせて水質を有利に改善することができる。ＵＶユニット９０は、紫外線の最適周波数の殺菌効果を最大限にするよう構成されている。従って、ユニット９０の内面は、反射性材料でコーティングされ、ユニット９０は、高輝度の短波長の紫外線ランプ（図示せず）の周りに形成されており、殺菌するのに最適なゾーンに液体凝縮物を導く。ユニットキャップ９２を取り外すことにより、ＵＶランプを取り替えるようにしてもよい。
【００４０】
ポンプ９４は、自吸式が好ましく、下部センサ９６及び上部センサ９８を用いてＵＶユニット９０内の水量に応じて作動する。下部センサ９６及び上部センサ９８は、下部センサ９６及び上部センサ９８の双方が水中に浸されたときに、ポンプ９４への電力の遮断及び供給を行うポンプリレースイッチ（図示せず）にいずれも電気的に接続されている。ポンプ９４は、ＵＶユニット９０の第２端部９９から水を引いて、中実の木炭フィルタ１００及びミネラル化カートリッジ１０２を通して貯蔵タンクシステム１０４に水を押し出すのに十分な圧力を供給する。ポンプ９４、中実の木炭フィルタ１００、純化した水にミネラルを加えるミネラル化カートリッジ１０２及び貯蔵タンク１０４は、管路１０６を介して液通している。チェック弁１０８は、ポンプ９４及びＵＶユニット９０に対して直列に設置され、ポンプ９４が停止状態のときに水の逆流を防ぐ。
【００４１】
貯蔵タンク１０４内の水位を調整するために、貯蔵タンク１０４のカバーに、多速度ファン８０の速度を調整、又は多速度ファン８０への電源供給を規制するオーバーフローフロートスイッチが設けられ、水位がタンク１０４のカバーに達するときに熱交換機７２の結露面における凝縮を停止及び／又は凝縮速度を減少させる。代替的な実施例では、熱交換機７２といった熱交換機が典型的な冷却膨張コイルを用いて冷却され、貯蔵タンク１０４内の水位が取り付けられた貯蔵タンクのカバーに近づくときに、冷媒圧縮機（図示せず）への電力が遮断され、水の凝縮を停止させる。
【００４２】
図３に示す実施例では、凝縮した液体は、貯蔵タンク１０４への導入に先立って酸素化装置１１０をさらに通過して、酸素が水に衛生的に導入される。これにより水の初期の又は第１処理が完了して、以下に説明するように、少なくとも一部の水処理サブシステム８９を通した再循環により、第２及びこれに続く処理を受ける。急速着脱式チューブ１１２をさらに取り付けて、貯蔵タンク１０４から外部の貯蔵部に水を導いてもよい。ある実施例では、これらの外部貯蔵部は、工業、農業又は商業用に消費する水を貯蔵する大きな貯水槽である。外部貯蔵部に集められた水は、さらに、塩素、臭素、ヨウ素、過マンガン酸カリウム、銅及び銀イオン、アルカリ、酸及びオゾン又は当業者に知られた任意の他の適した化学薬品といった化学的消毒剤を通して処理可能である。
【００４３】
企業又は家庭用として、さらに望ましいシステム１０を構成するために、システム１０を任意にサブシステムに取り付けて、３種類の温度の水、すなわち、温水、冷水、室温の水を製造することもできる。ある実施例では、貯蔵タンク１０４からの水をセルフシールのガスケット及び管路１１４を通して冷水タンクシステム１１６に重力供給することができる。そして、水は、補助熱吸収器（図示せず）の低圧蒸発器冷却コイルにより冷水タンクシステム１１６で冷却される。ペルチェ効果又は化学／磁気冷却又は任意の他の効果的な方法といった他の熱吸収法を代替的に使用して、水を冷却することもできる。さらに、蛇口（図示せず）を用いて水を外に重力分配可能である。冷水タンク１１６からのエネルギ散逸は、断熱材により減少する。付加的に、安全チューブ１１８を冷水タンク１１６に密着接続して、冷水タンク１１６への薬剤及び又はビタミンの直接的な導入を可能にしてもよい。
【００４４】
冷水タンク１１６からの水は、さらに、重力により温水タンクシステム１２０に流れる。そして、水は発熱体１２２により温水タンクシステム１２０内で加熱される。水は、子供が操作できないもう一つの蛇口（図示せず）を用いて分配される。温水及び冷水の温度は、表示パネルに任意に表示される。ある実施例では、発熱体１２２に電力が供給されないときに、室温の水が蛇口（図示せず）を介して温水タンク１２０から分配される。代替的な実施例では、室温の水が別の蛇口（図示せず）を介して貯蔵タンク１０４から直接分配される。
【００４５】
水の純度及び鮮度を維持するために、貯蔵タンク１０４の水を、水処理サブシステム８９の少なくとも一部を通して周期的に再循環させてもよい。例えば、タンク１０４からの水を、ＵＶユニット９０を通して再循環させてもよいが、図３に示すように、水はフィルタ１００、ミネラル化装置１０２及び酸素化装置１１０を通して再循環するだけである。管路１２６を介して貯蔵タンク１０４及びＵＶユニット９０が液通するように直列に設置されたソレノイドバルブ１２４が、電力がソレノイドバルブ１２４に供給されない場合に、貯蔵タンク１０４からＵＶユニット９０への水の流れを規制する。これは、装置への電力が停止した場合に、貯蔵タンク１０４内の水が流出するのを防止する。凝縮物の再循環は、所定の時間間隔での再循環ポンプ（図示せず）の作動により実現できる。この繰り返し処理により、水は、水製造システム１０の使用中いつでも、一部の水処理サブシステム８９を介して断続的及び連続的に再循環する。流量持続を、循環量又は循環時間により規定してよい。ＵＶユニット９０の外部の表示ポート（図示せず）を使用して、ＵＶユニット９０の適切な作動を確かなものにできる。
【００４６】
ある実施例では、水を、タンク１０４，１１６及び／又は１２０のうちのいずれか又は全てから薬剤及び／又はビタミンのカートリッジを有利に挿入可能な外部の容器（図示せず）に回収可能である。この構成は、薬剤及びビタミンが補充された水が、ＵＶ静菌ゾーンを通して循環しないように維持する。
【００４７】
図３に示す実施例では、市の上水道といった、外部の補助水源１２８が、タンク１０４が低水位の場合に貯蔵タンク１０４に水を供給する。したがって、管路１０６は、Ｔ字継手１３０を取り付けて外部水源１２８に液通することができる。ソレノイドバルブ１３２は、電気出力動作信号により作動しない限り、水がＴ字継手１３０の外部水源側を通って流れるのを防止するよう設けられている。ソレノイドバルブ１３２の外部水源側に、雌型の急速着脱式継手（図示せず）を設けて、外部水源１２８との容易な着脱を可能にする。外部から供給される水は、貯蔵タンク１０４の方向にＴ字継手１３０を通過する。チェック弁（図示せず）を使用して、水がＵＶユニット９０に向けて流れるのを防止可能である。
【００４８】
外部から供給される水を、逆浸透膜フィルタ１３４を通して導入し、続いて同時に、貯蔵タンク１０４に濾過された水を導き、排水口を通して処理用配水管（図示せず）に汚水を導くようにしてもよい。ソレノイドバルブ１３６は、貯蔵タンク１０４の下部の内部に設けられた下部水位センサ１３８からの電気信号により作動しない限り、外部からの水が膜フィルタ１３４に流入するのを防止する。貯蔵タンク１０４の水位が低い場合、電気信号がポンプ９４に送信され、又は装置が水源１２８といった外部水源に接続されている場合には、この信号が流入水ソレノイド１３６に送信されてこれを開放させ、水がシステムを加圧する。任意に、ブースターポンプ１４０をソレノイドバルブ１３６の外部水源側に設けて、ブースターポンプ１４０及び膜フィルタ１３４間に直列的に設けられた液通するサンド／堆積フィルタ及びプレフィルタ１４２を通して加圧された外部からの水を送り込んで、外部からの水から重金属及びＶＯＣを除去してもよい。
【００４９】
本発明に係る実施例が図示され記述されているが、これらの実施例が、本発明の全ての可能な形態を図示し記述することを意図するものではない。むしろ、本明細書で使用された用語は、制限よりも説明の用語であり、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明に係る水製造装置の簡略図である。
【図２】図２は、図１に示すシステムの一部を示す概略図である。
【図３】図３は、図１に示すシステム他の部分を示す概略図である。
【図１】
2008511774.tif 000003
【図２】
2008511774.tif 000004
【図３】
2008511774.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月28日(2006.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体乾燥剤に少なくとも一部の第１気流を曝して、少なくとも一部の前記乾燥剤の水分含有量を増加させ、前記第１気流の温度を下回る温度に前記乾燥剤を冷却することで前記第１気流が前記冷却した乾燥剤に接触するときに前記第１気流を冷却し、前記第１気流から除去される水分の増加を促進させる第１処理を用いて前記第１気流から水分を除去するステップと、
増加した水分含有量を有する少なくとも一部の前記乾燥剤を第２気流に導入し、前記乾燥剤から前記第２気流への水分の蒸発を促進して前記第２気流の水分含有量を増加させるステップと、
前記第２気流の水分含有量が増加した後に前記第２気流から水分を除去するステップと、
を具えることを特徴とする水製造方法。
【請求項２】
さらに、前記第２気流を加熱して前記乾燥剤から前記第２気流への増加する水分の蒸発を促進するステップを具えることを特徴とする請求項１に記載の水製造方法。
【請求項３】
さらに、前記乾燥剤が前記第１気流に曝された後に少なくとも一部の前記乾燥剤を前記第２気流の温度よりも高い温度に加熱して、前記第２気流が前記加熱した乾燥剤との接触により加熱されるステップを具えることを特徴とする請求項２に記載の水製造方法。
【請求項４】
前記第２気流から水分を除去するステップが、前記第２気流を冷却して前記第２気流からの水分の凝縮を促進させるステップを有することを特徴とする請求項１に記載の水製造方法。
【請求項５】
前記第２気流を冷却するステップが、前記第１気流から水分が除去された後の前記第２気流から前記第１気流へ熱を移送させるステップを有することを特徴とする請求項４に記載の水製造方法。
【請求項６】
さらに、前記第２気流から除去された水に第１処理を提供するステップを具え、
前記第１処理が、紫外線を前記水に露光するステップ、木炭フィルタに前記水を通すステップ、ぜんき水にミネラルを加えるステップ、又は前記水を酸化するステップのうちの少なくとも一つを有していることを特徴とする請求項１に記載の水製造方法。
【請求項７】
さらに、少なくとも一部の前記処理された水を貯蔵するステップと、
所定の時間が経過した後に前記貯蔵された水に第２処理を施すステップとを具え、
前記第２処理が、少なくとも一つの前記第１処理で実行されたステップを有していることを特徴とする請求項６に記載の水製造方法。
【請求項８】
さらに、前記第１気流が前記乾燥剤に曝される第１チャンバを通して前記第１気流を通過させ、前記第１気流から水分を除去して前記乾燥剤の水分含有量を増加させるステップと、
第２チャンバを通して前記第２気流を通過させるステップとを具え、
増加した水分含有量を有する少なくとも一部の前記乾燥剤が前記第２チャンバで前記第２気流に導入され、
前記第２気流の水分含有量が増加した後に前記第２気流から水分を除去するステップが、前記第２気流を熱交換機に通過させるステップを有し、前記第２気流の冷却及び前記第２気流からの水分の凝縮を促進させることを特徴とする請求項１に記載の水製造方法。
【請求項９】
さらに、冷媒を前記システム熱交換機に通過させるステップを具え、
前記第２気流から前記冷媒への熱の移送を促進させることを特徴とする請求項８に記載の水製造方法。
【請求項１０】
さらに、少なくとも一部の水分が前記乾燥剤から蒸発した後に前記第２チャンバから前記第１チャンバに少なくとも一部の前記乾燥剤を移動させるステップを具えていることを特徴とする請求項８に記載の水製造方法。
【請求項１１】
前記第２チャンバに前記乾燥剤を導入するステップが、前記第２チャンバに前記乾燥剤を噴霧して前記第２気流に接触させるステップを有することを特徴とする請求項８に記載の水製造方法。
【請求項１２】
さらに、前記第１チャンバに前記乾燥剤を噴霧して前記第１気流に接触させるステップ
具え、
前記第１気流の温度よりも下回る温度に前記乾燥剤を冷却するステップが、第１熱交換機を通して前記乾燥剤を通過させ、前記乾燥剤が前記第１チャンバに噴霧されるのに先だって前記乾燥剤から熱を除去するステップを有することを特徴とする請求項１１に記載の水製造方法。
【請求項１３】
さらに、水分が前記第１気流から除去された後に前記システム熱交換機に前記第１気流を通過させるステップを具え、
第２気流から前記第１気流への熱の移送を促進させることを特徴とする請求項１２に記載の水製造方法。
【請求項１４】
第１チャンバへの第１気流の出入移動を促進する入口及び出口を有する第１チャンバと、
前記第１チャンバを通過する前記第１気流から水分を除去する前記第１チャンバに導入可能な液体乾燥剤と、
前記第１チャンバに導入される前に前記乾燥剤を冷却するよう構成され、前記第１気流から除去される水分の増加を促進する第１熱交換機と、
前記第１気流から水分を除去した後に少なくとも一部の前記乾燥剤を受容するよう構成された第２チャンバであって、第２気流の出入移動を促進する入口及び出口を有し、前記乾燥剤から前記第２気流への水分の蒸発を促進する第２チャンバと、
前記第２チャンバからの前記第２気流を受容するよう構成され、前記第２気流の冷却を促進して前記第２気流から水分を抽出するシステム熱交換機と、
を具えることを特徴とする水製造システム。
【請求項１５】
さらに、前記乾燥剤が前記第２チャンバに導入される前に前記乾燥剤を加熱するよう構成された第２熱交換機を具えていることを特徴とする請求項１４に記載の水製造システム。
【請求項１６】
前記システム熱交換機が、さらに、前記第１チャンバからの前記第１気流を受容するよう構成され、
前記第２気流から前記第１気流への熱の移送を促進することを特徴とする請求項１４に記載の水製造システム。
【請求項１７】
さらに、前記第２気流から抽出された水分を処理するよう構成された水処理サブシステムを具え、前記水処理サブシステムが、紫外線源、木炭フィルタ、ミネラル化装置又は酸素化装置のうちの少なくとも一つを有していることを特徴とする請求項１４に記載の水製造システム。
【請求項１８】
さらに、前記第２気流から抽出された水分を受容するよう構成された複数の貯蔵タンクシステムを具え、
少なくとも一つの前記タンクシステムが、ここに貯蔵された水を加熱又は冷却するよう構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の水製造システム。
【請求項１９】
さらに、二次的水源を具え、前記二次的水源からの水と前記第２気流から抽出された水分との混合を促進するよう構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の水製造システム。
【国際調査報告】
2008511774.tif 000006
2008511774.tif 000007