(57)【要約】【課題】電源からの電気の供給や、燃料の供給がなくても空気から水を取り出すことができる方法及びそのための装置を提供すること。【解決手段】本発明の、空気から水を取り出す方法に用いられる装置は、吸湿ロータと、吸湿ロータを再生するための再生用空気を循環させる再生用通路と、再生用通路の下部に設けられ、結露水を再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する。吸湿ロータの再生領域に供給される再生用空気を太陽光で加熱し、それによって再生用通路に再生用空気を循環させると共に吸湿ロータの再生を行い、吸湿ロータを再生した後の再生用空気を冷却して結露水を生ぜしめ、該結露水をドレイン孔から回収し、かつ、前記吸湿ロータを回転させることにより再生領域となる吸湿ロータ上の部位を変化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータを再生するための再生用空気を循環させる再生用通路と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する装置を用い、前記吸湿ロータの再生領域に供給される前記再生用空気を太陽光で加熱し、それによって前記再生用通路に前記再生用空気を循環させると共に前記吸湿ロータの再生を行い、吸湿ロータを再生した後の再生用空気を冷却して結露水を生ぜしめ、該結露水を前記ドレイン孔から回収し、かつ、前記吸湿ロータを回転させることにより再生領域となる吸湿ロータ上の部位を変化させることを含む、空気から水を取り出す方法。
【請求項２】
前記再生用空気の加熱を行うための加熱器をさらに具備し、該加熱器は、太陽光を受ける受光面を有する蓄熱部と、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒と、該熱媒の熱を前記再生用空気に供給する熱供給部とを少なくとも具備し、前記熱媒は、前記蓄熱部において太陽光により加熱され、前記熱供給部において前記再生用空気に熱を供給することにより冷却され、前記蓄熱部と熱供給部とを循環する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記蓄熱部と前記熱供給部とは、２本の管で接続され、前記熱媒は、該２本の管と、前記蓄熱部と、前記熱供給部とにより構成される回路を循環する請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記吸湿ロータを枢支する回転軸は、鉛直方向以外の方向に配置され、前記吸湿ロータは、前記再生領域と、再生領域以外の領域との重量差により自発的に回転する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記再生領域以外の吸湿領域に、太陽光を利用した対流により吸湿用空気を流通させる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記装置は、前記吸湿領域の、吸湿用空気が供給される吸湿用空気供給面に一端が開口し吸湿用空気を供給する吸湿用空気供給通路と、吸湿領域を通過した後の吸湿された空気が排出される吸湿用空気排出面に一端が開口し吸湿領域を通過した後の吸湿された空気を排出する吸湿用空気排出通路とをさらに具備する請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記吸湿用空気の加熱を行うための加熱器をさらに具備し、該加熱器は、太陽光を受ける受光面を有する蓄熱部と、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒と、該熱媒の熱を前記吸湿用空気に供給する熱供給部とを少なくとも具備し、前記熱媒は、前記蓄熱部において太陽光により加熱され、前記熱供給部において前記吸湿用空気に熱を供給することにより冷却され、前記蓄熱部と熱供給部とを循環する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
前記蓄熱部と前記熱供給部とは、２本の管で接続され、前記熱媒は、該２本の管と、前記蓄熱部と、前記熱供給部とにより構成される回路を循環する請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記再生用空気は、前記吸湿用空気又は該吸湿用空気以外の周囲空気との熱交換により冷却される請求項５ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記結露水の回収は、前記ドレイン孔に空気を流通させることなく行われる請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータを再生するための空気を循環させる再生用通路と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する、請求項１記載の方法を行うための装置。
【請求項１２】
回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータを再生するための再生用空気を循環させる再生用通路と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔と、該再生用空気の加熱を行うための加熱器を具備し、該加熱器は、太陽光を受ける受光面を有する蓄熱部と、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒と、該熱媒の熱を前記再生用空気に供給する熱供給部とを少なくとも具備し、前記熱媒は、前記蓄熱部において太陽光により加熱され、前記熱供給部において前記再生用空気に熱を供給することにより冷却され、前記蓄熱部と熱供給部とを循環する、空気から水を取り出す装置。
【請求項１３】
前記蓄熱部と前記熱供給部とは、２本の管で接続され、前記熱媒は、該２本の管と、前記蓄熱部と、前記熱供給部とにより構成される回路を循環する請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記吸湿ロータを枢支する回転軸は、鉛直方向以外の方向に配置され、前記吸湿ロータは、前記再生領域と、再生領域以外の領域との重量差により自発的に回転する請求項１２又は１３記載の装置。
【請求項１５】
前記吸湿領域の、吸湿用空気が供給される吸湿用空気供給面に一端が開口し吸湿用空気を供給する吸湿用空気供給通路と、吸湿領域を通過した後の吸湿された空気が排出される吸湿用空気排出面に一端が開口し吸湿領域を通過した後の吸湿された空気を排出する吸湿用空気排出通路とをさらに具備する請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記吸湿用空気の加熱を行うための加熱器をさらに具備し、該加熱器は、太陽光を受ける受光面を有する蓄熱部と、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒と、該熱媒の熱を前記吸湿用空気に供給する熱供給部とを少なくとも具備し、前記熱媒は、前記蓄熱部において太陽光により加熱され、前記熱供給部において前記吸湿用空気に熱を供給することにより冷却され、前記蓄熱部と熱供給部とを循環する、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記蓄熱部と前記熱供給部とは、２本の管で接続され、前記熱媒は、該２本の管と、前記蓄熱部と、前記熱供給部とにより構成される回路を循環する請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記再生用空気と、前記吸湿用空気又は該吸湿用空気以外の周囲空気との熱交換を行う熱交換器をさらに具備する請求項１２ないし１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記結露水を、前記ドレイン孔に空気を流通させることなく回収する手段をさらに具備する請求項１２ないし１８のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気から水を取り出す方法及びそのための装置に関し、特に電源からの電気の供給や、燃料の供給がなくても空気から水を取り出すことができる方法及びそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気から水を取り出す装置として、例えば特開昭５４−１２７８７０号公報に記載された装置が知られている。この装置では、水吸着剤を含有する吸着体に空気中の湿気を吸着させ、その後、吸着体を太陽光線を利用して加熱し、吸着体に吸着されていた水分を吸着体から離脱させ、これを凝縮させて結露水を取り出すものである。この装置では、吸着体の再生は太陽熱を利用して行っているものの、装置内で空気の流れを起こすための通風器や、装置内で空気が流れる通路を切り換えるためのフラップを作動させるために動力が必要であり、太陽熱だけを利用して動作するものではない。
【０００３】
また、特公昭６２−２１５６６号公報に記載された造水装置は、小室に分割された吸着室に充填された吸着剤に空気を流通せしめ、空気中の水分を吸着剤に吸着させるとともに吸着室を間欠的に回転させ、所定の小室に加熱空気を送り込んで吸着剤に吸着された水分を吸着剤から離脱させ、これを凝縮させて結露水を取り出すものである。この装置では、空気を流通させるためのブロワを駆動したり、吸着室を回転させる動力が必要であり、また、加熱器を加熱するための電源が必要である。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５４−１２７８７０号公報
【特許文献２】
特公昭６２−２１５６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電源からの電気の供給や、燃料の供給がなくても空気から水を取り出すことができる方法及びそのための装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、鋭意研究の結果、回転可能な吸湿ロータにより空気中の湿気を吸湿させ、湿気を吸湿した吸湿ロータの領域に加熱空気を供給することにより、吸湿ロータを再生すると同時に吸湿ロータに吸湿されていた水分を吸湿ロータから離脱させ、これを凝縮して結露水を得る方法を用いて空気から水を取り出すことができ、この際、吸湿ロータを再生する再生用空気の加熱のみならず、装置内の空気の再生用空気の循環も太陽熱を利用して行うことができることに想到し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータを再生するための再生用空気を循環させる再生用通路と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する装置を用い、前記吸湿ロータの再生領域に供給される前記再生用空気を太陽光で加熱し、それによって前記再生用通路に前記再生用空気を循環させると共に前記吸湿ロータの再生を行い、吸湿ロータを再生した後の再生用空気を冷却して結露水を生ぜしめ、該結露水を前記ドレイン孔から回収し、かつ、前記吸湿ロータを回転させることにより再生領域となる吸湿ロータ上の部位を変化させることを含む、空気から水を取り出す方法を提供する。また、本発明は、回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータを再生するための空気を循環させる再生用通路と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔とを少なくとも具備する、上記本発明の方法を行うための装置を提供する。さらに、本発明は、回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができる吸湿ロータと、該吸湿ロータの一部領域であって湿気を吸湿した吸湿ロータを再生する再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータを再生するための再生用空気を循環させる再生用通路と、該再生用通路の下部に設けられ、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔と、該再生用空気の加熱を行うための加熱器を具備し、該加熱器は、太陽光を受ける受光面を有する蓄熱部と、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒と、該熱媒の熱を前記再生用空気に供給する熱供給部とを少なくとも具備し、前記熱媒は、前記蓄熱部において太陽光により加熱され、前記熱供給部において前記再生用空気に熱を供給することにより冷却され、前記蓄熱部と熱供給部とを循環する、空気から水を取り出す装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の方法及び装置を、図面に基づき説明する。図１は、本発明の装置の好ましい１例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。本発明の空気から水を取り出す方法及びそのための装置（以下、「取水装置」）は、吸湿ロータ１０を含む。吸湿ロータ１０は、回転自在に枢支され、吸湿性を有し、空気がその厚さ方向に流通することができるものである。吸湿ロータ１０は、図１に示す好ましい例では、円板状であるが、必ずしも円板状である必要はない。なお、図１では、吸湿ロータ１０を保持する構造をわかりやすく示すために、吸湿ロータ１０の一部を切欠いて示している。吸湿ロータ１０は、吸湿性を有する多孔性の材料から形成してもよいし、厚さ方向に多数の細い通路を有する構造、例えばハニカム状、コルゲート状（例えば段ボール紙を渦状に巻き重ねたような構造）の通路表面に吸湿性を有する材料をコーティングしたものであってもよく、あるいは、吸湿剤粒子を網又はパンチングメタル等で形成された容器内に収容したもの等、厚さ方向に空気が流通でき、吸湿性を有するものであればいずれのものでもよい。吸湿性を有する材料としては、塩化カルシウム、塩化リチウム、シリカゲル、ゼオライト、モレキュラーシーブス、活性炭等を挙げることができる。なお、空気中の水分を吸湿する吸湿ロータは、除湿機の分野では周知であり、吸湿ロータ型の除湿機に広く用いられている吸湿ロータを好ましく採用することができる。吸湿ロータ１０は、回転軸１２に枢支され、一方向に回転可能であればよいが、単に回動自在に枢支されて両方向に回動可能なものであってもよい。本明細書では、「回転自在」は、「回動自在」を包含する意味で用いている。また、回転軸１２は、図示のように、鉛直方向以外の方向に延びていることが好ましく、特に好ましくは、鉛直方向に対して４０度〜８０度程度ずれた、斜めの方向に延びていることが好ましい。回転軸１２がこのような方向に延びていると、吸湿ロータ１０に吸湿された水分の重みで吸湿ロータ１０が他の動力を要することなく自発的に回転するので好ましい。すなわち、吸湿ロータ１０は、再生領域と、再生領域以外の領域との重量差により自発的に回転する。もっとも、吸湿ロータ１０は、太陽電池により駆動されるモーターにより回転させてもよい。この場合には、回転軸１２は鉛直方向に延びていてもよい。図１に示す具体例では、吸湿ロータ１０は、回転軸１２を中心とする、一対の車輪状の骨格から成る吸湿ロータホルダー１４の内部に収容されている。
【０００９】
本発明の装置では、上記吸湿ロータ１０の一部領域（吸湿領域）に、水分を含む吸湿用空気を流通させ、吸湿用空気中に含まれる水分を吸湿ロータ１０に吸湿させる。なお、「吸湿用空気」は、吸湿ロータ１０に吸湿させるために用いる空気であるから、本明細書ではこのように呼ぶ。吸湿用空気からの湿気を吸湿して吸湿能力が減少又は失われた領域に、加熱空気を流通させて水分を吸湿ロータから奪い、吸湿ロータ１０を再生する。この、加熱空気を流通させる吸湿ロータ内の領域を本明細書において再生領域と呼ぶ。本発明の装置は、この再生領域の対向する２つの面に両端がそれぞれ開口し、前記吸湿ロータ１０を再生するための再生用空気を循環させる再生用通路１６を具備する。図示の具体例では、再生用通路１６は、吸湿ロータ１０への２つの開口部１６ａ及び１６ｂが、吸湿ロータ１０に近づくにつれてラッパ状に拡幅している。このように、開口部をラッパ状に拡幅することにより、吸湿ロータ１０のより広い領域を再生することができるので有利である。もっとも、このような拡幅開口部は必須的ではなく、また、再生用通路１６全体の直径をこのように広くすることも可能である。なお、再生用通路１６は、開口部１６ａ及び１６ｂ以外の部分は、図示のように気密に閉じていることが好ましい。
【００１０】
再生用通路１６の下部には、結露水を該再生用通路から取り出すドレイン孔１８が設けられている。ドレイン孔１８は、空気を流通させることなく結露水を回収できる構造が好ましい。このような構造については、後で詳述する。
【００１１】
図１に示す好ましい具体例では、再生用通路１６に熱交換器２０が設けられている。熱交換器２０は、再生用空気が流通する多数の管２０ａを含む。後述の通り、再生用空気は、管２０ａを通過する間に、多数の管２０ａ同士の隙間を流通する吸湿用空気との間で熱交換して冷却される（以下、多数の管２０ａ同士の隙間から成る通路を冷却通路と呼ぶことがある）。多数の管２０ａを収容するためには、熱交換器２０の幅は再生用通路１６の直径よりも大きいことが好ましい。この場合、熱交換器２０の両端にそれぞれ接続される再生用通路１６の部分は、図示のようにラッパ状に拡幅している。図１では、熱交換器２０の上面に接続される再生用通路１６の部分を一部切欠いて、管２０ａの端面が見えるようにしている。なお、熱交換器２０を設けることにより、水を取り出す（以下、「取水」）効率が上がるので好ましいが、熱交換器２０がなくても、再生用通路１６を通過する間に再生用空気の冷却が起きるので、熱交換器２０を設けることは必須的ではない。
【００１２】
図示の具体例では、さらに、吸湿領域の、吸湿用空気が供給される吸湿用空気供給面に一端が開口し吸湿用空気を供給する吸湿用空気供給通路２２と、吸湿領域を通過した後の吸湿された空気が排出される吸湿用空気排出面に一端が開口し吸湿領域を通過した後の吸湿された空気を排出する吸湿用空気排出通路２４とが設けられている。吸湿用空気供給通路２２は、一端が吸湿領域の、吸湿用空気が供給される吸湿用空気供給面に開口し、他端が熱交換器２０の側面に開口している、幅の広い通路である。図１では、吸湿用空気供給通路２２の上縁は二点鎖線で示されている。吸湿ロータ１０の吸湿領域は、上記した再生領域以外の全ての領域（もっとも、吸湿用空気と再生用空気が混合しないよう両領域間に設けられるシール領域（隙間断面積×隙間長さ）を除く）であることが、取水効率向上のために好ましい。一方、吸湿用空気排出通路２４は、一端が、吸湿領域を通過した後の吸湿された空気が排出される吸湿用空気排出面に開口し、他端が装置の空気排出口として装置外に開口する通路である。吸湿用空気排出通路２４の、吸湿ロータ側の端部は、吸湿領域の面積が広いので、図示のようにラッパ状に拡幅している。なお、吸湿用空気排出通路２４の拡幅部の周縁は二点鎖線で示されている。なお、吸湿ロータ１０は、吸湿性を有するので、吸湿用空気供給通路２２及び吸湿用空気排出通路２４が設けられていなくても、吸湿ロータ１０は、周囲の空気から吸湿し、取水することが可能であるので、吸湿用空気供給通路２２及び吸湿用空気排出通路２４を設けることは必須的ではない（なお、以下の記述で、吸湿用空気供給通路２２及び吸湿用空気排出通路２４を併せて単に「吸湿用通路」と呼ぶことがある）。
【００１３】
吸湿用空気排出通路２４の上部には、加熱器２６が接続されている。加熱器２６は、太陽光を受ける受光面２７を有する蓄熱部２６ａと、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒（図示せず）と、該熱媒の熱を再生用空気に供給する熱供給部２６ｂとを具備する。図示の例では、熱供給部２６ｂは、吸湿用空気排出通路２４の一部分の外側を囲包している。受光面２７は、太陽光ができるだけ垂直に入射する方向に設置されていることが好ましく、したがって、通常、図１に示すように水平方向ではなく斜めに設置される。なお、加熱器２６の構造は、後で詳しく説明する。
【００１４】
上記した構造は、図示しないハウジング内に収容することが、輸送や設置の際に加わる外力から装置を守るために好ましい。
【００１５】
次に、上記した取水装置の動作を説明する。太陽光線を、吸湿ロータ１０の再生領域及びその近傍、すなわち、再生用通路１６の拡幅部１６ａ及び１６ｂ並びにこれらの拡幅部に近い上下方向部分、並びに加熱器２６の蓄熱部２６ａの上面に設けられた受光面に当てる。図１中、太陽光線を実線の矢印で示す。これは、上記した、太陽光線を照射すべきこれらの部分（以下、便宜的に「太陽光線照射部分」ということがある）を太陽光線に向けて装置を配置することにより容易に達成できる。太陽光線照射部分以外の部分は、太陽熱による加熱を受けないことが好ましいので、太陽光線照射部分を覆うハウジングの部分だけを透明材料で形成してもよいし、太陽光線照射部分をハウジング外に露出させてもよい。太陽熱により、再生用通路１６のうち、太陽光線が当たる側（図１で左手前側）が加熱され、その結果、再生用空気は、再生用通路１６内を破線の矢印で示す方向に循環する。このように循環する原理は後述する。
【００１６】
一方、加熱器２６の蓄熱部２６ａ上の受光面に照射される太陽光線により、加熱器２６内部の熱媒が加熱され、加熱された熱媒が熱供給部２６ｂに移動して、吸湿用空気排出通路２４を介して熱供給部２６ｂと接する吸湿用空気が加熱される。その結果、加熱された吸湿用空気が浮力により上昇するとともに吸湿用空気供給通路２２の熱交換器２０側の開口部からは新たな吸湿用空気が吸い込まれる。この吸湿用空気の流れを白抜きの矢印で示す。
【００１７】
吸湿用空気（白抜き矢印）が吸湿ロータ１０の吸湿領域を通過する際に、吸湿用空気中に含まれる水分が吸湿ロータ１０に吸湿される。水分の吸湿によって、吸湿領域が重くなり、重力によって吸湿ロータ１０が回転軸１２を軸として回転する。これにより、今までの吸湿領域であった吸湿ロータの部分が、移動により再生領域になる。再生領域では、太陽熱により加熱された再生用空気が、拡幅開口部１６ａから吸湿ロータ１０の再生領域に供給され、吸湿ロータ１０を厚さ方向に通過する。この際、吸湿ロータ１０に吸湿されていた水分が、太陽熱で加熱されている再生用空気によって吸湿ロータ１０から離脱し、吸湿ロータ１０の再生領域部分が再生される。これと共に、吸湿ロータ１０からの水分を含んだ再生用空気は拡幅開口部１６ｂを介してさらに再生用通路１６内を移動し、熱交換器２０に至り、熱交換器２０内に設けられた多数の管２０ａを分かれて通過する。管２０ａを通過する際に、吸湿用空気供給通路２２に吸い込まれた吸湿用空気と熱交換し、冷却され、結露する。結露水は、ドレイン孔１８から排出される。この排出されてくる結露水を回収することにより、水を得ることができる。
【００１８】
再生用通路１６中の、太陽光線照射部分のみに太陽光線を照射することにより再生用空気が再生用通路１６内を図示のように循環する原理を図２に基づいて説明する。図２中、再生用通路１６をトラック状に模式的に示し、中央の一点鎖線が中心を示す。Ａは、装置を作動させる前の状態であり、再生用通路１６にハッチングで描かれているのが再生用空気である。加熱前の状態では、再生用通路１６の再生用空気の温度は均一である。次にＡの状態で装置を作動させる。すなわち、再生用通路１６の左半分（中心線よりも左側）に太陽光線を照射して太陽熱による加熱を開始する。すると、再生用通路１６の左半分の再生用空気が加熱されて高温になる。この状態をＢに示す。Ｂ中、加熱された再生用空気はハッチングなしで、再生用通路１６の右半分にある相対的に低温の再生用空気を網目状のハッチングで示す。太陽熱による加熱によって、再生用通路１６の左半分だけが加熱されるので、Ｂに示されるように、再生用通路１６の左半分の再生用空気のみが高温になり、右半分の再生用空気は、相対的に低温になる。高温空気は、膨張により密度が低くなり、相対的に低温の空気はこれよりも密度が大きい。したがって、同体積では低温空気の方が重いので、低温空気が下側に来る。この状態をＣに示す。Ｃに示すように、低温空気が再生用通路１６の下半分に移動し、一方、これに押されて高温空気は再生用通路１６の上半分に移動する。Ｂの状態から見ると、再生用空気は、全体として、時計回りに９０度回転したことになる。この状態で、さらに再生用通路１６の左半分を加熱すると、再びＢに示す状態、すなわち、再生用通路１６の左半分が高温となり、右半分が相対的に低温となる。そうすると、右半分の低温空気が、重力により下側に移動してＣの状態に再びなり、すなわち、再生用空気はさらに９０度時計回りに回転することになる。以降、ＢとＣの状態を往復することになり、再生用空気は再生用通路１６内を時計回りに循環する。なお、一端循環が始まれば、図１に示す具体例では、熱交換器２０により再生用通路１６の右半分の再生用空気は冷却されるので、より一層効率的に再生空気が循環する。この循環の原理は、本願発明者が独自に発見したものであり、循環が持続することは、実験的に確認済である。本願発明では、この循環の原理を見出したので、一切の動力を用いることなく空気から取水することが本願発明により初めて可能になった。従来、この循環の原理が知られていなかったので、従来の取水装置では、少なくとも再生用空気の循環のために動力が用いられていた。なお、図２では、理解を容易にするために、温度が変化する段階（Ｂ）と空気が移動する段階（Ｃ）を区別しているが、実際には、ＢとＣは連続的に徐々に起こる。
【００１９】
次に、上記した本発明の装置の、各構成要素の好ましい態様をより具体的に説明する。先ず、再生用通路１６の下部に設けられるドレイン孔１８について説明する。上記の通り、ドレイン孔１８は、空気を流通させることなく結露水を回収できる構造が好ましい。このような構造とすることにより、吸湿ロータ１０の再生領域と吸湿領域の近傍における、再生用空気と吸湿用空気の混合を抑制することができる。
【００２０】
空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい１具体例を図３に示す。図３は、再生用通路１６の下部に設けられたドレイン孔１８近傍の切断部端面図である。再生用通路１６は、その下部の一部分で分岐してドレイン管２８を形成し、ドレイン管２８の先端は細くなっている。ドレイン管２８の細くなった先端部には、水よりも密度の小さなフロート３０が配置されている。フロート３０の直径は、ドレイン管２８の先端のドレイン孔１８の直径よりも大きく、ドレイン孔１８から下に落下することはない。結露水が全く又はほとんど溜まっていない状態では、フロート３０により、ドレイン孔１８は気密に閉塞され、ドレイン孔１８を介して空気は流通しない。再生用通路１６内や熱交換器２０内で結露した結露水がドレイン管２８内に入ってくるが、ドレイン管２８の底部がフロート３０により閉塞されているので、外部に排出されずにフロート３０とドレイン管３８の接触部から上に溜まっていく。一定量の結露水が溜まると、浮力によりフロート３０が浮き上がり、更に結露水が流入すると、フロート３０とドレイン管３８の間の表面張力が壊れ結露水はドレイン孔１８を通って、外部に排出される。結露水がこのようにして外部に排出されると、表面張力は回復し、ドレイン孔１８はフロート３０との間の水膜により閉塞される。以上のような構造によると、ドレイン孔１８は常時フロート３０により閉塞されており、空気を流通させることなく結露水を回収することができる。
【００２１】
空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい他の１具体例を図４に示す。図４は、再生用通路１６の下部に設けられたドレイン孔１８近傍の切断部端面図である。再生用通路１６は、その下部の一部分で分岐してドレイン管２８を形成し、ドレイン管２８の先端は細くなっている。ドレイン管２８の細くなった先端にあるドレイン孔１８の下には、結露水受容器３２が配置されている。結露水受容器３２は、その中に結露水３４が溜まっていくと、やがてドレイン孔１８が結露水３４中に水没するだけの深さを有し、かつ、そのような位置に配置されている。換言すると、結露水受容器３２の壁面３２ａの頂部は、ドレイン孔１８よりも上に位置する。このような構成において、結露水がドレイン孔１８を介して結露水受容器３２中に蓄積していくと、やがてドレイン孔１８は、結露水３４中に水没する。この状態で、ドレイン孔１８を介する空気の流通は起きなくなる。さらに結露水３４が溜まっていくと、やがて、結露水３４は、図４に矢印で示すように結露水受容器３２の頂部から溢れ出る。この溢れ出た水を回収することにより、空気から取水することができる。このような構成では、一旦ドレイン孔１８が結露水３４中に水没すると、その後はドレイン孔１８を介する空気の流通は全く起きなくなり、空気を流通させることなく結露水を回収できる。
【００２２】
空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい他の１具体例を図５に示す。図５は、再生用通路１６の下部に設けられたドレイン孔１８近傍の切断部端面図である。再生用通路１６は、その下部の一部分で分岐してドレイン管２８を形成し、ドレイン管２８の先端は非常に細くなっており、このためドレイン孔１８の直径が非常に小さくなっている。なお、この場合のドレイン孔１８の直径は、１〜４ｍｍ程度が好ましい。この構造では、結露水がドレイン管２８を通ってドレイン孔１８に到達しても、ドレイン孔１８の直径が小さいので、表面張力のために直ちにドレイン孔１８から落下せず、ドレイン孔１８の上部に溜まり、これによってドレイン孔１８が気密に閉塞される。ドレイン孔１８上部の結露水の量がさらに多くなって下向きの圧力が大きくなると、圧力が表面張力に打ち勝って結露水がドレイン孔１８から排出される。しかし、ある程度排出された時点で、再びドレイン孔１８における水の表面張力により排出が止まる。このように、ドレイン孔１８は、一旦結露水により閉塞された後は、結露水の表面張力のため、ドレイン孔１８が持続的に結露水により気密に閉塞された状態となり、空気の流通が阻止される。このため、空気を流通させることなく結露水を回収できる。
【００２３】
空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい他の１具体例を図６に示す。図６は、再生用通路１６の下部に設けられたドレイン孔１８近傍の切断部端面図である。再生用通路１６は、その下部の一部分で分岐してドレイン管２８を形成し、ドレイン管２８の先端は、拡幅して閉じた底部を有するタンク３６になっている。そして、タンク３６の底部から逆Ｕ字形のサイホン管３８が、タンク３６の外部に延びている。なお、サイホン管３８の頂部は、タンク３６の頂部よりも低い位置にある。ドレイン管２８を通った結露水は、まずタンク３６に溜められる。結露水の水位が上昇してサイホン管３８の頂部を超えると、結露水がサイホン管３８を通ってドレイン孔１８から排出される。この構造では、サイホン管３８の、タンク３６内に位置する端部は、常時タンク３６底部の凹部に溜まった結露水中に水没している状態になり、ドレイン孔１８を介する空気の流通が阻止される。このため、空気を流通させることなく結露水を回収できる。
【００２４】
次に、上記した加熱器２６の好ましい構造を図７に基づき詳細に説明する。図７は、加熱器２６の好ましい具体例の切断部端面図である。なお、図７は、構造をより明瞭に示すために、蓄熱部２６ａ及び後述の上部連結管４８及び下部連結管５０の部分は、蓄熱部２６ａの受光面に平行に受光面を切除する形に切断してあり、吸湿用空気排出通路２４及び熱供給部２６ｂは、鉛直方向の切断面に沿って切断してある。上記の通り、加熱器２６は、太陽光を受ける受光面２７（図１参照。図７では、受光面は蓄熱容器４２（後述）の手前（図面の用紙から三次元的に手前に突出する側）に位置する）を有する蓄熱部２６ａと、太陽光からの熱を蓄え、かつ伝達するための熱媒と、該熱媒の熱を再生用空気に供給する熱供給部２６ｂとを具備する。受光面は透明あるいは黒色のガラス又はプラスチックから成り、前者の場合は熱媒あるいは受光面に対向する板が黒色であることが好ましい。受光面以外の外周部分は、断熱材４４により被覆されている（図１では図示せず）。蓄熱部２６ａは、蓄熱容器４２を含む。熱供給部２６ｂは、吸湿用空気排出通路２４の一部分あるいは全部の外周を囲包する放熱容器４６を具備する。蓄熱部２６ａと熱供給部２６ｂは、２本の管、すなわち、上部連結管４８及び下部連結管５０により接続されている。なお、受光面は、蓄熱容器４２の上面及び側面の両方に設けてもよい。熱媒は、図の明瞭性のためにハッチング等を付して図示しないが、蓄熱容器４２、放熱容器４６、上部連結管４８及び下部連結管５０の内部の全領域に充填されている。熱媒としては、水が好ましい。
【００２５】
受光面２７に照射される太陽光線により、蓄熱容器４２の上部にある熱媒が加熱される。この熱が上部連結管４８を介して放熱容器４６の上部に伝わる。放熱容器４６の上部の熱は、吸湿用空気排出通路２４に放熱され、その結果、吸湿用空気排出通路２４内の吸湿用空気が加熱される。一方、吸湿用空気排出通路２４に放熱した熱媒は、温度が低下し、対流により放熱容器４６内を下方向に移動する。移動の最中も放熱容器４６に対して放熱するので、下に行くほど温度が下がる。一方、放熱容器４６の上部には、加熱された熱媒が上部連結管４８を介して放熱容器４６の上部に新たに補充される。このため、図７に矢印で示す熱媒の流れが生じ、熱媒は、蓄熱容器４２、上部連結管４８、放熱容器４６、下部連結管５０をこの順序で循環する。これにより、蓄熱部２６ａで加熱された熱媒は、熱供給部２６ｂに移動し、ここで吸湿用空気排出通路２４、ひいてはその中を流通する吸湿用空気が加熱される。放熱した熱媒は、再度蓄熱部２６ａに循環し、ここで加熱されて再び熱供給部２６ｂに移動し、放熱する。このようにして、吸湿用空気排出通路２４内を流通する吸湿用空気は持続的に加熱される。したがって、吸湿用空気排出通路２４の熱供給部２６ｂより上部は断熱されている方が、加えられた熱が外部に逃げないので、好ましい（図１、７では図示せず）。
【００２６】
以下、本発明の取水装置の好ましい種々の変形例を説明する。
【００２７】
再生用通路１６の加熱すべき部分の加熱効率を高めるために、拡幅開口部１６ａ及びその直下の再生用通路１６の部分、吸湿ロータ１０の再生領域、拡幅開口部１６ｂ及びその直ぐ上の再生用通路１６の部分の表面を黒くして太陽熱の吸収を促進してもよい。ただし、吸湿ロータ１０の再生領域を黒くする場合は、拡幅開口部１６ｂを透明にすることが好ましい。またこの場合、網、パンチングメタル、スリット状等の空気の流通する部材を再生領域直上においてもよいし、吸湿ロータを黒くして、吸湿用空気排出通路２４の拡幅部を太陽熱を遮断する部材にしてもよい。あるいは、加熱すべき部分の通路を透明として内部に黒い管又は板を入れてもよい。なお、拡幅開口部１６ａ、１６ｂ及びこれらに連なる再生用通路１６の上下方向に延びた部分並びに上側の水平部分において、太陽光により加熱されてない部分は断熱されていた方がよい。また、通路の途中をパネル状にして太陽熱を受ける表面積を拡大してもよい。さらに、図１に示す具体例において吸湿用空気排出通路２４の加熱に用いられている加熱器２６は、再生用通路１６に設けてもよい。すなわち、吸湿用空気排出通路２４と再生用通路１６の両方に設けることが好ましい。再生用通路１６に加熱器２６を設置する場合、拡幅開口部１６ａ又はその直下の再生用通路１６の部分に設置することが好ましい。あるいは、再生後の高湿の再生用空気中の水分が吸湿ロータ１０の上部で結露して、結露水が吸湿ロータ１０の再生領域に落下することを防止するために、加熱器２６を拡幅開口部１６ｂ又はその直ぐ上の再生用通路１６の部分に設置してもよい。
【００２８】
また、上記具体例では、加熱器２６の熱供給部２６ｂは、管（図１の例では吸湿用空気排出通路２４）の外側を囲包するものであったが、熱供給部２６ｂを管の内側に設けても良い。このようにすることにより、加熱効率がさらに高まる。この場合には、上部連結管４８及び下部連結管５０が、管の壁を貫通するようにすることができる。また、図７に示す具体例のように、放熱容器４６が管の外側を囲包する場合には、管への放熱の効率を高めるために、管に凹凸を付けたりフィンを取り付けたりして管の表面積を増加してもよく、また、放熱容器４６から熱伝導性の高い材料から成る突起あるいは内部に熱媒を通す中空の凸部を出して、これを管内に挿入してもよい。
【００２９】
蓄熱部２６ａは、固定式でもよいし、手動的又は自動的に太陽の方を向くようにしてもよい。また、夜間は冷却効果がより高くなるので、日中の太陽光の熱を蓄熱器に蓄えておき、夜間に取水してもよい。そのために、蓄熱容器４２を巨大にする、受光面２７を有する蓄熱容器４２を複数設置する等の手段を講じてもよい。
【００３０】
再生用通路１６中の拡幅開口部１６ｂの上の部分では、この部分を通過する再生用空気が、吸湿ロータ１０の再生領域を通過した後の高湿空気であるため、加熱あるいは断熱が不十分だとこの部分で既に結露が開始されることがある。この部分で結露が生じると、生じた結露水が再生用通路１６の内壁を伝って下降し、吸湿ロータ１０の再生領域の上に落下する。再生領域が結露水によって濡らされると、取水効率が低下することは言うまでもない。したがって、これを防止するための手段を講じることが好ましい。このような手段の好ましい１具体例を図８に示す。図８に示す具体例では、拡幅開口部１６ｂの直ぐ上の再生用通路１６の内壁に環状の結露水落下防止部材５２が設けられている。また、拡幅開口部１６ｂの直ぐ上の部分から分岐し、拡幅開口部１６ａの直下に連絡するバイパス５４が設けられている。バイパス５４の途中には、空気を流通させることなく結露水を流通させる手段５６が設けられている。空気を流通させることなく結露水を流通させる手段５６は、図３ないし図６に基づいて説明した、空気を流通させることなく結露水を回収する手段と同様な構造を有するものでよい。図８に示す具体例では、図３に示す例と同様な構造を採用している。以上のような構造で、再生用通路１６中の拡幅開口部１６ｂの直ぐ上の部分で結露が生じ、再生用通路１６の内壁を伝って下降してくると、この結露水は結露水落下防止部材５２によってせき止められ、その上面がバイパス５４の水平部分の下面よりも高くなると、バイパス５４の内壁に沿って流れ始め、空気を流通させることなく結露水を流通させる手段５６を通過してバイパス５４内を落下し、拡幅開口部１６ａの下部に合流して、さらに再生用通路１６の内壁を伝って、やがてはドレイン孔１８から排出される。
【００３１】
再生用通路１６、吸湿用通路２２、２４、吸湿ロータ１０、熱交換器２０、加熱器２６等の部品の配置は、図１に示すものに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。主なものとして８パターンの回路を図９及び図１０に模式的に示す。図９及び図１０中、閉じた輪は再生用通路１６を示し、ジグザグの線は熱交換器２０を示す。その他の部品又は部材は、図１と同じ参照符号で示す。なお、図９及び図１０に示す模式回路は、組み合わせが異なるだけで同様な部品から成り立っているので、一部の図のみに参照番号を付して示す。参照番号を付していない図も、付している図と同様に描かれている部分は同じ部品を示す。
【００３２】
再生用通路１６が吸湿ロータ１０の回転軸１２の上側と下側のいずれを通るかで、構成が２通りに大別できる。回転軸１２の下側を通るものをＡシリーズ、上側を通るものをＢシリーズとして記載する。最も単純化した場合、上記の通り、吸湿用通路と熱交換器はなくてもよい（Ａ−１、Ｂ−１）。吸湿用通路の他に、熱交換器の冷却通路を通る空冷用通路５８を設けてもよい（Ａ−２、Ｂ−２）。また、外部空気を、熱交換器を通した後で吸湿ロータを通過させ、排出してもよい（Ａ−３、Ｂ−３）。また、外部空気を、吸湿ロータを通した後に熱交換器を通過させて排出してもよい（Ａ−４、Ｂ−４）。
【００３３】
さらに、熱交換器と加熱器は、図示する方向に空気を流すことができるならどの場所に配置してもよい。再生用通路では上昇側全体が加熱され、下降側全体が冷却されるように熱交換器と加熱器を配置するのが理想的である。図９及び図１０に示す例では、再生用通路、吸湿用通路共に、吸湿ロータの下から上に向かって空気が流れるようにしているが、経路のいずれか一方又は両方の空気の流れが逆になるようにしてもよい。これは、例えば、Ａ−２において、熱交換器を再生用通路の吸湿ロータ直下へ移し、加熱器を熱交換器のあった場所に設ければ再生用通路内を流れる再生用空気の向きは逆になるし、また、吸湿用通路は、空気吸い込み口を上方へ延ばしてそこに加熱器を設ければ、流れが逆になる。これらの回路パターンを図１１に示す。図１１中に示される各部品も図９及び図１０に示される各部品と同様である。なお、図１１に示す例では、矢印Ｈで示される部分を加熱する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、電源からの電気の供給や、燃料の供給がなくても空気から水を取り出すことができる方法及びそのための装置が初めて提供された。本発明の方法及び装置によれば、太陽光だけを利用して空気から水を取り出すことができるので、ランニングコストがほとんどかからず、安価に水を得ることができる。したがって、本発明は、電気の供給が困難な砂漠の緑化や、電気の配線又は水道の配管を行うことが不便な庭園やベランダ等の植物に給水するための水を作り出すのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の好ましい１例を模式的に示す一部切欠き斜視図である。
【図２】再生用通路１６中の、太陽光線照射部分のみに太陽光線を照射することにより再生用空気が再生用通路１６内を図示のように循環する原理を説明するための図である。
【図３】空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の好ましい１具体例を模式的に示す切断部端面図である。
【図４】空気を流通させることなく結露水を回収できる構造の他の好ましい１具体例を模式的に示す切断部端面図である。
【図５】空気を流通させることなく結露水を回収できる構造のさらに別の好ましい１具体例を模式的に示す切断部端面図である。
【図６】空気を流通させることなく結露水を回収できる構造のさらに別の好ましい１具体例を模式的に示す切断部端面図である。
【図７】加熱器２６の好ましい具体例の切断部端面図である。
【図８】吸湿ロータ１０の再生領域の上に結露水が落下することを防止するための手段の好ましい１具体例を示す切断部端面図である。
【図９】本発明の装置における各部品の配置の種々の例を示す図である。
【図１０】本発明の装置における各部品の配置の他の例を示す図である。
【図１１】本発明の装置における各部品の配置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０  吸湿ロータ
１２  回転軸
１４  吸湿ロータホルダー
１６  再生用通路
１８  ドレイン孔
２０  熱交換器
２２  吸湿用空気供給通路
２４  吸湿用空気排出通路
２６  加熱器
２７  受光面
２８  ドレイン管
３０  フロート
３２  結露水受容器
３４  結露水
３６  タンク
３８  サイホン管
４２  蓄熱容器
４６  放熱容器
４８  上部連結管
５０  下部連結管
５２  結露水落下防止部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004169321.tif 000010
【図９】
2004169321.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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