(57)【要約】【課題】海水などの淡水化で用いられる淡水化装置は、蒸発凝縮法では、海水から水分を蒸発させるために多くのエネルギーを消費してしまう課題がある。本発明は消費エネルギーの少ない淡水化装置を提供する事を目的とする。【解決手段】海水などの原水１を１０μｍ以下のサイズで噴霧できるノズル２に導入し、霧化室５内で噴霧し、霧化した原水６を吸着材７に吸着させ、この吸着材７を再生手段１４によって再生することで、高湿度の水分を得、これを凝縮することで、低エネルギー、省エネルギーにて淡水を得ることとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前段に原水の霧化装置と後段に吸着材を備え、原水を霧化した内の水分を吸着材が吸着し、この吸着材を再生装置によって再生することで、高湿度の水分を得、これを凝縮することで淡水を得ることを特徴とする淡水化装置。
【請求項２】
霧化装置としてノズルを有し、原水に圧力をかけて複数もしくはひとつ配したノズルから噴射されることを特徴とする請求項１記載の淡水化装置。
【請求項３】
霧化装置として原水の移動手段を有し、移動させた原水を壁面および、もしくは床面に衝突させることで霧化させることを特徴とする請求項１または２記載の淡水化装置。
【請求項４】
霧化装置としてキャブレターを有し、キャブレターによって原水が霧状に噴射されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項５】
霧化装置として超音波発生器を有し、原水に超音波振動を与え、原水と空気の界面より振動によって水の粒子および水蒸気を気中に拡散することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項６】
霧化装置から霧化した原水が拡散せず室内にこもるように、原水の霧化室を前段に設け、後段には吸着材を備えた請求項１乃至５のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項７】
霧化装置から霧化した原水が拡散せず室内にこもるように、原水の霧化室を前段に設け、その霧化室を負圧にすることを特徴とした請求項６に記載の淡水化装置。
【請求項８】
霧化装置から霧化した原水が室内にこもるように原水の霧化室を前段に設け、原水中の不純物が、重力によって、沈下し、室内に積もることで、不純物を取り除けるように、堆積用のスペースを吸着材より下の部分に配したことを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項９】
霧化装置から霧化した原水が室内にこもるように原水の霧化室を前段に設け、原水中の不純物および霧化しなかった水の粒が下降し、室内の下に溜まるように室内の下部に、不純物を溶かし水の粒を回収できるように、水をためられるようにしたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１０】
霧化室に空気が吹き込む吸気口に、有機ガスを吸着するフィルターおよび、塵埃を捕集するフィルターの両方もしくはいずれか一方を配したことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１１】
霧化装置から霧化した原水の水蒸気が吸着材に導入される前段と後段の両方もしくはいずれか一方に、温度と湿度の両方もしくはどちらか片方をモニターするセンサーを配し、温度と湿度をセンサーすることで、吸着材の吸着時間と吸着材への空気の導入量と再生時間と再生装置の温度、再生装置の風量のうち複数もしくはいずれかひとつを設定できるような自動切り換え装置、もしくは設定の変更指令を作業者に知らせるための報知器のその一方もしくは両方を設置したことを特徴とした請求項１乃至１０のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１２】
吸着材の後段にファンを配置し、ファンによって吸着材に霧化した水蒸気を導入することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１３】
再生装置により吸着材より抜けた水分を熱交換器に導入し、吸着材に導入される前の霧化した空気によって冷やされることで、凝縮し、水を回収することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１４】
吸着材がハニカム状の構造体であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１５】
吸着材が少なくともゼオライト、シリカゲル、活性炭、酸化アルミナ、シリカアルミナのうち複数もしくはいずれかひとつを含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１６】
吸着材が、少なくともゼオライト、シリカゲル、活性炭、酸化アルミナ、シリカアルミナのうちの複数もしくはいずれかひとつの材料をふくみ、ハニカム状に加工した基材上および基材内部に担持したことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１７】
吸着材が円形で吸着材を回転させる回転手段を有し、吸着材が回転することにより、円形の一部で吸着しながら残り部分には再生用の温風が流れることで、吸着材を再生することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１８】
吸着材を複数有し、水蒸気を吸着する吸着時と吸着した水分を取り出す再生時を繰り返すことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項１９】
再生空気が、吸着材に導入前の水蒸気空気に比べ乾燥した、装置の外気を導入する再生装置であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項２０】
再生装置が、太陽光によって温められた材料に空気をあてて、乾燥した温風として再生空気を送り込むものであることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項２１】
再生装置として、太陽光を集光し吸着材に直接当てることで、吸着材の一部もしくは全てを加熱し、再生空気を当てることで、吸着した水分を取り除くことを特徴とした請求項１乃至２０のいずれかに記載の淡水化装置。
【請求項２２】
再生装置として、８０℃以下の廃熱と熱交換してあたためた空気を再生空気として送り込むものであることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載の淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水や泥水といった原水を淡水にするための装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球上では人口増加、産業活動の活性化により水の需要は増加傾向にあり、水資源の安定的な供給は必要不可欠なものとなっている。しかしながら、地球上に存在する水は塩化ナトリウムを含む海水であったり、また、泥水のような飲用や生活に使用できない水が多い。そのため、これら海水や泥水を原水として淡水を作り出す淡水化装置が注目されている。また、地球環境の視点からは、地球上各地での砂漠化は深刻化しており、淡水化装置による水の供給とそれによる植物の栽培によって砂漠化の進行をストップする研究も盛んである。
【０００３】
淡水化の方法としては、採取した原水を加熱して、生成した水蒸気を凝縮することにより淡水を得る、蒸発型淡水化装置や採取した原水を逆浸透膜に導き、加圧することにより淡水を得る逆浸透膜方式淡水化装置等が知られている。
【０００４】
以下、その蒸発型淡水化装置について図１１を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように、淡水化装置１０１はスプレーノズル１０２と熱交換器１０３からなり、タービン１０４等で加熱した空気１０５を熱交換器１０３に流し、それに海水１０６を吹きかける。熱交換器の面積が広くなることで、効率的に水分を蒸発させ、これを後に冷却用の熱交換器１０７で凝縮することで、淡水１０８を回収している。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５２−１１０２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の技術では、例えば、蒸発型淡水化装置を用いる場合は原水を高温で加熱するために大量のエネルギーを消費するし、逆浸透膜方式の場合においても、加圧のためにエネルギーを消費するため、淡水製造にかかるエネルギーが膨大であるという課題があり、低エネルギー、省エネルギーで淡水を得られる手法が求められている。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、低エネルギー、省エネルギーで淡水を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、わずかなエネルギーのみで、淡水を取り出す方法として、原水を噴霧して外気との接触によって効率的に気化させたのち、気化水分を吸着材によって吸湿し、これを加熱等の再生手段によって、再生することで吸着材から放出する高湿空気を得、これを凝縮機で水とすることで、淡水を得る方法を開発した。これによって、原水を高温に熱したり、膜を通過させるために加圧するようなエネルギーも要求されず、少ない消費エネルギーによって原水を淡水化することが出来る。
【０００９】
なお、このとき発生する不純物は気中にてその多くが沈降するため、吸着材に付着しないか付着しても吸着材をそのまま原水につけるよりも非常に微量にしかつかないため、不純物を洗い流すなどのメンテナンスは少なくてよい。また、原水の一例としてあげられる海水に多く含まれる塩化ナトリウムなどは吸着材を再生の際には高湿空気に気化しないため、凝集する際には塩化ナトリウムが入り込むことはなく、純度の高い純粋が得られる。
【００１０】
なお、さらに吸着材に付着した不純物を洗い流すなどのメンテナンスの頻度をさらに少なくするためには、吸着材の前段に不純物や気化できなかった原水の粒子を捕集するための不純物除去手段を設けてもよい。
【００１１】
また、本発明での噴霧方法として、微細水滴を噴霧できる形状のノズルから水を噴霧することによって霧を発生させることで、効率的に低エネルギーで水を噴霧でき、供給される乾燥空気によって、微細な霧は気化し、高湿の空気と、不純物の析出物に分けられ、湿度を吸着することで、水分子のみとして取り出し、吸着材から再生し、凝縮することで水を得ることが出来るものである。
【００１２】
また、本発明の噴霧方法としては、原水を、回転装置の遠心力や、高位置からの落下などを用いて壁面もしくは床面に原水をあてて微細化することで移動というわずかなエネルギーで高湿空気を取り出すことが出来る。
【００１３】
また、本発明の噴霧方法としては、キャブレター方式を用いて、通気路に高速空気を流し、負圧にし、負圧部分に原水の噴出口を設けることで、原水は吸い上げられ、水が霧化して噴出す。噴出すと、原水量の調整をしながら、急激に気化させることが出来、高湿の空気を得られる。特に高温で乾燥した空気を導入することで気化しやすく効率が上がるのは言うまでも無い。
【００１４】
また、本発明の噴霧方法としては、原水を超音波振動の発生する槽に入れたり、原水中に超音波を発生する振動子を入れたりすることで、原水に超音波振動を与え、原水と空気の界面を振動させることで、そのエネルギーにより、原水の粒子および水蒸気を気中に拡散する。これにより原水を加熱して蒸発させるよりも非常に少ないエネルギーで高湿空気を取り出すことが出来る。また、原水中の不純物は、原水の飛散元から比較的近くに落ちるため、発生器と吸着材の距離をとることで、吸着材に不純物が混入することを防ぐことが出来る。
【００１５】
また、本発明における噴霧して得られる高湿空気を有効に利用するために、噴霧室を設け、吸入口より外気もしくは処理後の乾燥空気を回収して取り込み、噴霧した高湿空気が拡散しないようにすることで、効率よく、水分を吸着回収できる。
【００１６】
また、本発明における霧化室を負圧にし、原水の噴霧状態で霧状の水が揮発しやすくし、その後外気もしくは処理後の乾燥空気を回収して取り込み、高湿空気を正圧に戻すことで、効率よく、水分を回収できる。
【００１７】
また、原水を気化した場合に、気化とともに原水から取り除かれた固形分や、大きな水滴は重いため、気中で沈降する。その沈降物や大きな水滴を回収するスペースを有することで、吸着材に吸い込まれず、固形分を回収でき、そうすることによって、吸着材の目詰まりがなく、装置の長寿命化につながる。また、この堆積物の回収部分を取り外して、堆積物を噴霧室から回収するようにすると、より簡易的にメンテナンスが可能になる。また、不純物であったものは水に溶けやすいものも多いため、沈降物の回収部に水をためたり、流すことで、より回収しやすくまた際飛散の心配がないため、よりよい。
【００１８】
また、高湿の空気を吸着材に導入する前に、その高湿空気の温湿度もしくはそのどちらか一方でもセンサーを設置する。これにより、より高湿の空気の場合は吸着材が早く吸着容量の飽和点に達するため、早く再生過程に送る必要があり、その制御をすることが可能である。逆に比較的低湿の場合は、送風量や加湿する原水供給を増やすなどの制御を行うことで、淡水化能力を向上させることが出来る。同様に、処理後の空気や、霧化する前の導入空気もセンシングすることでその制御がより高精度なものになる。
【００１９】
また、吸着材の後段にファンを配置することによって、霧化室は外気より負圧になり、噴霧された原水は気化しやすくなり、またファン自体は吸着材に処理されたのちの乾燥した空気にさらされるだけなので、比較的長寿命の運転が可能となる。
【００２０】
また、吸着材を再生して取り出した高温高湿度に凝縮した空気は顕熱交換器に導入され、熱交換器を吸着材に導入される前の低温低湿度の空気にさらされることで、再生空気は冷やされ、水は結露することが出来る。これにより凝縮に新たなエネルギーを用いることなく、目的の淡水を回収できる。
【００２１】
また、吸着材がハニカム構造をしており、通気体の構造で表面積が大きいために、圧力損失が低くて通気エネルギーを低く出来且つ、空気中の湿度を回収できるため、水の回収効率を向上させることが出来る。また、原水を霧化した際にも、空中で原水から分離した不純物固体などは、通気口のあいたハニカム構造であれば捕集されずに排気されてしまうため、吸着材の劣化を遅くすることもできるし、不純物を洗い流すなどの洗浄のメンテナンスの頻度を少なくすることが可能である。
【００２２】
また、吸着材の材料として少なくともゼオライト、シリカゲル、活性炭、酸化アルミナ、シリカアルミナのうち複数もしくはいずれかひとつを有していることで、以上の材料は、吸着のサイクルにおいて、吸着空気と再生空気の間で、大きな吸着容量を有し、且つ吸着と再生の繰り返しにおいても、性能の劣化が少ないため、装置の長寿命化が計れる。
【００２３】
また、前述の材料を、前述のハニカム形状に加工するために、ハニカム形状のアルミなどの金属やセラミックの基材上に、接着剤を用いて前述の材料を担持することでハニカム状の吸着材が得られる。また、前述の吸着材をバインダなどと混合して、押し出し生計などを用いてハニカム形状に仕上げても良い。
【００２４】
また、吸着材の形状としては円形で、装置には吸着材を回転させる回転手段を設け、吸着材を回転させる。円形の一部で高湿の空気を吸着しながら残り部分には再生用の温風を流し、水分を回収する。このようにして、吸着材の一部で再生し、連続的に吸着と再生を繰り返すことが出来る。
【００２５】
また、吸着材は複数個を設け、水蒸気を吸着する吸着部と吸着した水分を取り出す再生部を交互に入れ替えて繰り返すことで連続的に吸着と再生による水分の回収してもよい。
【００２６】
また、吸着材の再生手段としてはヒーターなどの加熱装置を用いてもよいが、本発明では外気が砂漠気候などの高温乾燥した地域でとくに有利であるが、吸着材の再生用空気としても塵などを取り除いた乾燥した外気を導入することで、特に再生装置で空気の加熱をせずに吸着材の再生をすることも可能である。
【００２７】
また、本発明の再生装置として、例えば黒く塗り太陽光による加熱を受けた材料に、送風して、空気を加熱したものを再生空気として用いることで、低エネルギーでの再生効率を向上させることが出来る。
【００２８】
また、本発明の再生装置の再生手段として、太陽光を集光し、これを再生部で素子に照射することで素子を温め、別途再生用の空気をファンで送る、例えば前述のような方法で送風することで、脱着した水蒸気を得ることが可能である。
【００２９】
また、本発明の再生装置の再生手段として、水の蒸発に用いることのできないような８０℃以下のガスタービンや燃料電池などの廃熱を利用して、再生空気と熱交換し、再生空気を温め吸着材の再生をすることも可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、原水をノズルや水の破砕、キャブレター、超音波振動によって噴霧して気化させ、気化水分を吸着材に送り込んで、吸着材で吸湿し、これを加熱手段によって再生することで高湿空気を得、これを熱交換器等の凝縮機で水にすることで、低エネルギー、省エネルギーで淡水を得ることが出来る。また、この際霧化した水分が拡散しないよう、霧化室をもうけ、それに乾燥空気を導入したり、空間を負圧にするとより蒸気にしやすい。
【００３１】
また、本発明では、霧化室の入り口に集塵フィルターおよび有機ガスフィルターを設置することで、霧化室内への不純物および有機ガスの混入を防ぎ、吸着材への不純物および有機ガスの混入を防ぐことで、吸着材の再生によって得られる高湿空気中に不純物および有機ガスが溶け込むのを防ぐことができ、純度の高い淡水が得られる。
【００３２】
また、本発明では高湿の空気の温湿度をセンシングすることによって、吸着再生のタイミングや導入空気の風量や原水の噴霧量を制御することで、淡水化の効率を最適化することが出来る。
【００３３】
また、本発明では吸着材の後段にファンを配置し、霧化室を負圧にすることで、噴霧された原水を気化しやすくし、またファン自体は吸着材に処理されたのちの乾燥した空気にさらされるように配置するため、効率よく且つ長寿命な装置が得られる。
【００３４】
また、本発明では吸着材を再生して取り出した高温高湿度の空気を顕熱交換器に導入し、この熱交換器を吸着材に導入される前の低温低湿度の空気に接触させることで、高湿度の再生空気を冷やし凝縮させることができるため、新たなエネルギー無しに、淡水を回収することが出来る。
【００３５】
また、本発明では吸着材がハニカム構造にすることで、通気用のエネルギー負担を減らし、かつ広い面積で効率よく湿分と吸着材を接触させることで高効率に淡水を回収できる。
【００３６】
また、本発明では、吸着材の材料にゼオライト、シリカゲル、活性炭、酸化アルミナ、シリカアルミナのうち複数もしくはいずれかひとつを使うことで吸着容量が大きくかつ、劣化しにくい装置を得ることが出来る。またその加工方法としては、ハニカム状の基材上にバインダを介して担持したり、バインダと吸着材料を混合し、押し出し成形などによってハニカム成形しても良い。
【００３７】
また、本発明では、吸着材を円形とすることで吸着材を回転させ、円形の一部で高湿の空気を吸着しながら別の部分には再生用の温風を流し、このようにして連続的に淡水を取り出すことが出来る。
【００３８】
また、本発明では吸着材を複数個を設け、水蒸気を吸着する吸着部と吸着した水分を取り出す再生部を交互に入れ替えて繰り返すことで連続的に水分を回収できる。
【００３９】
また、本発明では、外気が比較的乾燥しているならば、それを導入し吸着材の再生空気に用い、エネルギーを節約できる。
【００４０】
また、本発明の再生空気としては、太陽光で温めた材料に空気を触れさせ温めた温風やガスタービンや燃料電池などの廃熱を熱交換して作った温風で再生したり、太陽光を集光し、これを再生部で素子に照射することで素子を温め、別途再生用の空気をファンで送ることで、エネルギー消費の少ない再生が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の請求項１記載の発明は、前段に原水の霧化装置と後段に吸着材を備え、原水を霧化した内の水分を吸着材が吸着し、この吸着材を再生装置によって再生することで、高湿度の水分を得、これを凝縮することで淡水を得られるようにしたものであり、従来の装置に比べ、加熱による水の蒸発を伴わず、水分を吸着放出というサイクルを経るために低エネルギー、省エネルギーで不純物の少ない淡水を得られる。
【００４２】
また、本発明の請求項２記載の発明は、前述の淡水化装置の霧化方法として、原水に圧力をかけて、霧状に噴出せる形状に加工したノズルから噴出すことによって、非常に細かい原水の粒子を気中に噴出し、徐々に蒸発させることで、高湿空気を得る手法として、加熱を伴わず、少ないエネルギーによって淡水を得るための高湿空気を作り出すことが出来る。噴出す霧が気化できるように、ノズルの形状は特殊な形状でなくてはならず、噴出される水が１００μｍ以下で、望ましくは、１０μｍ以下がより気化しやすく望ましい。
【００４３】
また、本発明の請求項３記載の発明は、前述の淡水化装置の霧化方法として、原水を落下や遠心力を掛けることによって壁面もしくは床面に衝突させ、水を破砕し、その際に水の細かい粒子を得、径時に蒸発させることで、高湿空気を得る手法として、加熱を伴わず、少ないエネルギーによって淡水を得るための高湿空気を作り出すことが出来る。
【００４４】
また、本発明の請求項４記載の発明は、前述の淡水化装置の霧化方法として、キャブレターを有しており、通気路に高速空気を流し、通気路を負圧にし、負圧部分に原水の噴出口を設けることで、原水は吸い上げられ、水が霧化して噴出す。噴出すと、原水量の調整をしながら、急激に気化させることが出来、高湿空気を得る手法として、加熱を伴わず、少ないエネルギーによって淡水を得るための高湿空気を作り出すことが出来る。
【００４５】
また、本発明の請求項５記載の発明は、前述の淡水化装置の霧化方法として、原水を超音波振動の発生する槽に入れたり、原水中に超音波を発生する振動子を入れたりすることで、原水に超音波振動を与え、原水と空気の界面を振動させることで、そのエネルギーにより、原水の粒子および水蒸気を気中に拡散することができる。これにより原水を加熱して蒸発させるよりも非常に少ないエネルギーで淡水を得るための高湿空気を取り出すことが出来る。
【００４６】
なお、霧化において原水中の不純物は、多くは霧化によって発生する比較的大きな原水の微粒子中に存在し、原水の飛散元から比較的近くに落ちるため、発生器と吸着材の距離を微粒子を吸着材が吸い込んでしまわない程度以上にとることで、吸着材に不純物が混入することを防ぐことが出来る。
【００４７】
なお、ここではそれぞれの霧化装置について説明したが、これ以外の霧化装置で、装置前段の原水の霧化工程を行なってもよく、複数の霧化装置を配しても良い。
【００４８】
また、本発明の請求項６記載の発明は、前述の霧化装置で発生した霧を拡散させないように、霧化用の部屋を設けることによって、効率的に高湿度の空気を得られる。
【００４９】
また、本発明の請求項７記載の発明は、前述の霧化室を特に負圧とすることで霧化して存在している水の粒子を蒸発しやすくすることで、より効率的に水蒸気を得ることが出来る。
【００５０】
また、本発明の請求項８記載の発明は、前述の霧化室中に霧化した原水中の不純物が、重力によって、沈下し、室内に積もるようにすることで、不純物を空気中から取り除けるようなスペースを設ける。このスペースを吸着材より下の部分に設定し、吸着材に吸い込まれないように配置することで吸着材への不純物の混入を防止することが出来る。
【００５１】
また、本発明の請求項９記載の発明は、原水中の不純物および霧化しなかった水の粒が霧化室中で下降し、室内の下部に溜まるように、室内の下部に不純物を溶かし水の粒を回収できるように水をためられるようにすることで、もともと不純物等は水に溶けていたもしくは分散しており、水への溶解および馴染みが良いものであるため、効果的に回収でき、かつ不純物の再飛散を防ぐことが出来る。
【００５２】
本発明の請求項１０記載の発明は、霧化室への吹き込み口に有機ガスを吸着するフィルターおよび塵埃を捕集するフィルターの両方もしくは一方を設置する。霧化室の後段の吸着材は、有機ガスを吸着しやすく、再生装置によって、濃縮された有機ガスが淡水と同時に吸着材から離れてしまう可能性があるため、吹き込み口に有機ガスのフィルターを設けることで、吸着材が吸着する有機ガスをあらかじめ取り除くことができる。また、塵埃のフィルターについても、吸着材の劣化につながる可能性があり、あらかじめ塵埃を捕集できるフィルターを設けることで、吸着材の劣化を無くすことが出来る。しかしながらこのようなフィルターは通気抵抗をあげ、通気ファン等に負荷がかかってしまい、また装置のコストも上がるため、必要のない場合取り付けなくともよい。たとえば微量な有機ガスが存在するものの、装置で得られる淡水を農業用水などそれほど純度を求めないものなどの場合は、有機ガスフィルターは必要ないといえる。
【００５３】
本発明の請求項１１記載の発明は、霧化装置から霧化した原水の水蒸気が吸着材に導入される前段と後段の両方もしくはいずれか一方に、温度と湿度の両方もしくはどちらか片方をモニターするセンサーを配し、温度と湿度をモニターすることで、吸着材への水分の吸着時間と吸着材への空気の導入量と再生時間と再生装置の温度、再生装置の風量のうち複数もしくはいずれかひとつを設定できるような自動切り換え装置、もしくは設定の変更指令を作業者に知らせるための報知器のその一方もしくは両方を設置することで、淡水化装置の運転状況を変更し、淡水を供給することで、エネルギー消費量を抑え、効率的に運転することが出来る。
【００５４】
本発明の請求項１２記載の発明は、吸着材の後段にファンを設置し、吸い込み空気によって、水蒸気を吸着材に吸着させることによって、連続的に高湿空気を吸着材に供給でき、かつ、ファン自体は吸着材を通った後の乾燥空気があたるため、湿度が低く、劣化が起こりにくい。また、霧化室が存在する場合、吸着材の前は負圧になるため、水が気化しやすい効果がある。
【００５５】
本発明の請求項１３記載の発明は、吸着材を再生装置によって再生し、それによって抜けた高温で高湿な水分を冷やして凝縮させるために、吸着材の前段に配置した熱交換器内に導入する。これにより、吸着材に吸い込まれる前の高湿で低温な空気が熱交換器を冷やし、再生空気を冷やし、水分が凝縮し、淡水として回収できる。熱交換気を吸着材前に置くことで、再生空気の凝縮に新たなエネルギーを必要としないため、装置のエネルギー消費を抑えることが出来る。
【００５６】
本発明の請求項１４記載の発明は、吸着材の形状をハニカム状にすることで、霧化した処理空気を通す際には圧力損失が低く、且つ接触面積が大きいために、多くの湿分を吸着できる。また再生空気を通す際も同様に、吸着材料はハニカム材の表面近くにあるため、吸着材内の移動によって、吸着材の内部まで湿分が入ってしまい、再生する際のエネルギーと時間のロスを防ぐことが出来る。
【００５７】
本発明の請求項１５記載の発明は、吸着材が少なくともゼオライト、シリカゲル、活性炭、酸化アルミナ、シリカアルミナのうち複数もしくはいずれかひとつをふくんでおり、吸着材として、吸着再生の繰り返しに強く、吸着材の劣化が少ないため、長く使用できるという作用がある。
【００５８】
本発明の請求項１６記載の発明は、前述の吸着材を特にハニカム状に加工した基材上および基材内部に担持することで、ハニカム構造体としての強度をあわせながら、その表面を吸着材で構成することで、ハニカム構造体の接触面積をもち、高効率の吸着材として利用できる。
【００５９】
本発明の請求項１７記載の発明は、吸着材が円形で吸着材を回転させる回転手段を有しており、円形の一部で吸着しながら残り部分には再生用の温風を流して吸着材を再生し、その吸着材が回転することにより吸着部分と再生部分を繰り返し通過することで連続的に吸着と再生を繰り返すことが出来る。
【００６０】
本発明の請求項１８記載の発明は、吸着材を複数個有し、吸着用の高湿の空気を通過させる吸着塔と再生空気を通過させる再生塔とをわけ、水分を吸着した吸着材を再生塔に送り、水分の放出再生が終わったものを吸着塔に送るものである。この繰り返しによって連続的に淡水を作り出すことができ、吸着塔、再生塔の数を調節することで、吸着時間と再生時間を調節することができる。
【００６１】
本発明の請求項１９記載の発明は、再生空気として、吸着材に導入される霧化した低温で高湿な空気より乾燥した装置の外気を導入することによって、再生空気として新たな熱源を必要とせず、低エネルギー消費の装置を実現できる。特に砂漠地方など、淡水化が必要で且つ、高温で乾いた空気が外気である地域では、実現しやすい。
【００６２】
本発明の請求項２０記載の発明は、再生空気として、太陽光によって温められた材料に空気を当てて、熱交換することにより空気を高温低湿にし、吸着材に再生空気として送り込むものであることで、太陽光を使うことでエネルギー消費を減らすことが出来る。また、特に砂漠地方など、淡水化が必要で且つ、高温で乾いた空気が外気であり、太陽の光が強い地域では、実現しやすい。
【００６３】
本発明の請求項２１記載の発明は、太陽光を集光して、吸着材に直接当てることで吸着材を温め、加熱し、空気を送り込むことで吸着した水分を取り出すことができる。この際吸着材は黒などの赤外線を吸収しやすい材料とすることが望ましい。また、特に砂漠地方など、淡水化が必要で且つ、高温で乾いた空気が外気であり、太陽の光が強い地域では、実現しやすい。また、集光には集光機器などをもちい、より強い光を吸着材にあてて、高温で再生でき、淡水化の効率を向上させることができるため望ましい。
【００６４】
本発明の請求項２２記載の発明は、ガスタービンや燃料電池などより排出される比較的低温である８０℃以下の廃熱を熱交換器にて熱交換し、これを高温低湿な再生空気として送り込むものである。通常８０℃以下の廃熱は利用範囲が限られるため、そのまま排出されているが、これによって廃熱を有効利用でき、かつ再生手段として用いることができる。
【００６５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
（実施の形態１）
図１に示すように、海水などの原水１を１００μｍ以下のサイズ、望ましくは１０μｍ以下のサイズで噴霧できるノズル２に導入し、それより空気導入口３と処理装置入り口４をそれぞれ設けた霧化室５内に噴霧し、霧化した原水６が吸着材７に吸着されるよう、吸着材７の後段に設けたファン８により、吸い込み、水蒸気が吸着材７に吸着される。なお、吸着材７の前段に原水中の不純物や気化しなかった原水の粒子をろ過できるフィルター９を設け、不純物が吸着材に導入されないようにするのが望ましい。なお、霧化室５の下部に、水１０など（純水でなくともよい）を望ましくは流しつづける設備を設けることで、霧化した水から分離して沈降する不純物や、気化できなかった原水などを回収することが出来る。なお、そのために、処理装置入り口４とノズル２の間の距離は、出来るだけ離したほうがよく、霧化室５内を過剰に加湿することで、水蒸気分のみを処理装置に導入したほうがよい。なお、霧化室５中に余分な不純物を取り込まず、また、吸着材７が有機ガスを吸着し、ガスが濃縮されて、得られる淡水中に溶け込む問題をなくすために、集塵フィルター１１および有機ガスフィルター１２を空気導入口３に設置するのが望ましい。
【００６７】
吸着材７はギアモーターなどの回転手段１３によって回転し、吸着材７の通風面の一部に再生手段１４を設けて、吸着材を加熱し、吸着した水蒸気を高温高湿に濃縮して放出する。再生した空気を、熱交換器１５に送り込むよう、再生風路１６と再生ファン１７を設けておく。熱交換器１５に送られた水分は凝集し水となってタンク１８に回収される。再生手段１４としては加熱手法として、ニクロム線ヒーター、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、ＰＴＣヒーター、セラミックヒーター等の熱源によって温める手法が一般的であるが、本発明の装置としても同様である。また、別の淡水化装置、例えば蒸発法などと併用する場合は、その廃熱を使用してもよく、蒸発に用いるより低い温度で再生できる吸着材もあるため、吸着材の選択によって、より効率的に淡水を得ることが出来る。また、実施の形態６乃至８では別の再生手段を述べており、そちらを用いた再生手法でもよい。
【００６８】
また、霧化室への導入空気、霧化後吸着材の前での加湿空気、吸着材透過後の処理後空気、それぞれの温度湿度を温湿度計１９で測定する。この情報をもとに制御装置２０より原水１の噴霧量、ファン８の回転数による処理風量、回転手段１３の回転数による吸着材７の吸着再生時間、再生手段１４の出力を制御し、これによりそのときの最適な装置の運用ができ、望む量の淡水を得ることが出来る。
【００６９】
また、熱交換器１５は高湿の風路２１中に一部もしくはその全てを置くことで、原水が気化することで熱が奪われ低温となっている高湿の空気２１によって冷やされるためより効率的に水を凝集させ、回収することが出来る。
【００７０】
また、吸着材７の構造として、図２に示すように平らな平シート２２と波型形状の波シート２３を積層したハニカム構造体２４などがあるが、その他に、図示はしないが押し出し成形などのハニカムや、ペレット状の吸着剤を筒状のものに飛散しないように詰めたものなどでも良い。
【００７１】
また、吸着材を形成する吸着材料としては、ゼオライト、シリカゲル、活性炭、酸化アルミナ、シリカアルミナなどがあり、これを前述のハニカムなどに加工した基材上に、バインダーを介して接着することで、吸着材を構成する。またその際には基材は比熱の低いもののほうがが、吸着材が吸着再生の際、すばやく温まり、すばやく冷えるため水分の吸放湿能力を向上させるため望ましい。
【００７２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態１と同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。実施の形態１では吸着材を回転させ、その一部に再生手段を配したが、図３に示すように吸着材７を複数有し、それを高湿の処理風路２５と再生風路２６で入れ替える入れ替え手段２７を設けることで、吸着中の吸着材２８と再生中の吸着材２９を設ける。再生したあとの高湿空気は熱交換器３０に送られるが熱交換器３０は、処理風路２５にあたるように配するのが望ましい。なお、入れ替え手段としては、複数の吸着材を円中心より等距離に配置して、一定時間で回転させるなどが挙げられる。吸着材がその容量まで吸着しきるとの再生によってその吸着容量が回復するのに最適なタイミングで回転時間を設定するのがのぞましく、そのサイクルは５乃至１０分程度が望ましい。
【００７３】
また、前述の実施の形態１では吸着材の前段にフィルターを設け、不純物や原水の粒子が吸着材に入るのを防いだが、吸着材７の前段に空気を回転させるサイクロン装置３１を設けることで、空気に遠心力をあたえ、水分子より重い不純物や、大きな水の粒子を分離することができ、水分を含んだ空気のみを吸着材７に導入することが出来るためより望ましい。
【００７４】
また、前述の実施の形態１では分離した不純物や大きいままの原水の粒子を沈降させて回収するのに、水を流して回収したが、霧化室から取り外すことの出来る回収皿３２を底部に設けることで、不純物や原水の粒子を回収することが出来る。
【００７５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態１または２と同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。実施の形態１では水蒸気の発生源としてノズルから水を噴霧する方法をもちいたが、図４に示すように、超音波振動子３３によって原水を振動させ、水を霧化する。図中には示されていないが、超音波振動子３３は複数在っても良いし、原水が常に一定の水位となるように供給される構成とし、常に振動によって最も霧化しやすい水位に保つのが望ましい。
【００７６】
また、前述の実施の形態１では吸着材に不純物や原水の粒子が入らないようにフィルターをまた、実施の形態２ではサイクロンを設置したが、同様に吸着材７の前段に空気のトラップ装置３４を設けることが、不純物を分離することができて、望ましい。
【００７７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態１乃至３のいずれかと同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。実施の形態１では水蒸気の発生源としてノズルから水を噴霧する方法を用いたが、図５に示すように、原水３５をポンプ３６によって回転装置３７の中心に送り込み、遠心力によって、回転装置３７の周辺に吹き飛ばし、これが壁面３８にあたることでそのエネルギーで水を破砕し霧化することが出来る。
【００７８】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態１乃４のいずれかと同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。実施の形態１では水蒸気の発生源としてノズルから水を噴霧する方法を用いたが、図６に示すように、霧化室内にキャブレター３９を設け、例えばポンプ４０などによって高速空気４１を流しながら負圧になっている風路４２に原水４３を流し、霧化することが出来る。
【００７９】
なお、実施の形態１乃至５では原水の霧化方法や不純物の回収方法、捕集方法などについて述べたが、複数の霧化方法を同時に行なっても良い。
【００８０】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態１乃５のいずれかと同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。実施の形態１乃至５では吸着材の再生方法として、例えばヒーターなどの加熱装置を述べたが、図７に示すように、再生部４４に導入する空気を外気の乾燥空気４５とし、再生ファン４６によって導入する。とくに砂漠などの高温低湿な地域の空気であれば、吸着材７に吸着した水を取り出すことができ、ヒーターなどの加熱手段を用いないため、低電力の淡水化装置が実現できる。
【００８１】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態１乃６のいずれかと同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。実施の形態６では再生手段として、外気導入のみをおこなったが、図８に示すように再生ファン４７により外気を導入する前段に太陽光４８によって蓄熱した熱交換器４９を通過させ、空気を温めることができる。この温められた空気によって吸着材７が再生され、水を回収することが出来る。これによって低電力の淡水化装置が実現できる。なお、太陽光４８によって温められるため、熱交換器は赤外線を吸収しやすい黒い材料かもしくは、光の吸収率が高い材料をもちいたほうがより望ましく、その面積は広く、太陽光線を垂直に受けられる角度に立てられたものがより望ましい。
【００８２】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態１乃７のいずれかと同一部分は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。実施の形態７では熱交換器に外気を導入したが、図９に示すように、太陽光５０を集光機５１によって集光し、その光を吸着材７に当てることで、吸着材７を温め、再生ファン５２によって空気を流すことで、温められた吸着材７から水分を回収することができる。これによって低電力の淡水化装置が実現できる。なお、この場合も太陽光によって吸着材は温められるため、吸着材表面が赤外線を吸収しやすい黒色かもしくは光の吸収率が高いものを配合したものがより望ましい。
【００８３】
なお、実施の形態７乃至８では外気導入以外でも、再生後、水分を凝集して乾燥した空気を再度再生空気として循環して用いてもよく、外気との再生効率の良いほうをユーザーが選べばよい。
【００８４】
なお、さまざまな実施の形態を挙げたが、当然この実施の形態を組み合わせて装置をくみ上げてもよい。
【実施例１】
【００８５】
図１０に示すように、アクリル製ボックス５３内に、超音波振動子５４を備えた水槽５５を設け、これを電子天秤５６上に置いた。水槽５５は一定の水位５７となるようにし、原水として海水を模した塩化ナトリウム３．５％塩化ナトリウム水溶液５８を入れた。
【００８６】
アクリル製ボックス５３は下部に吸気用の穴として吸気口５９を設け、比較的上部に処理用通気口６０を設けた。
【００８７】
処理用通気口６０から再生凝集用の熱交換器６１を通して、吸着材６２を配し、その後段に処理ファン６３を設置した。吸着材６２の再生装置としてはヒーター６４と再生用のファン（図示せず）を用いた。
【００８８】
外気雰囲気としては、約４０℃２０％Ｒ．Ｈ．と設定し、超音波振動を起こしてアクリル製ボックス５３内を加湿しながら、処理ファン６３によって、加湿空気を吸着材６２に導入した。吸着材６２は回転手段（図示せず）によって回転し、回転によって再生部と吸着部を交互に入れ替わる。再生された高湿空気は、熱交換器６１内で凝集し、凝集した水がタンク６５に流れ、淡水６６が回収された。
【００８９】
このときの加湿量は水槽の重量減分より算出し、吸着材による水の回収量はタンクに溜まった量を測定した。このとき、導入空気および、加湿後吸着材導入前の空気の温度湿度をモニターした。その結果を表１に示す。表１は本発明の実施例１の淡水化実験での回収効率の測定結果である。
【００９０】
【表１】
2007237140.tif 000003
【００９１】
また、回収した水について、蒸発させ、回収した水における不純物の割合を測定した。その結果を表２に示す。表２は本発明の実施例１の淡水化実験での回収水の不純物量の測定結果である。
【００９２】
【表２】
2007237140.tif 000004
【００９３】
その結果、装置運転の初期は、加湿量が少ないことなどが考慮されるが、３０分以降は安定して、水の回収が出来、水の回収率は２７％程度であった。また、回収された水に不純物はほとんど見られず、淡水化が出来た。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
海水や泥水などから、少ないエネルギーで淡水を回収できる装置を提供でき、従来のものより低エネルギーで淡水を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態１の淡水化装置を示す概略図
【図２】本発明の実施の形態１の吸着材のハニカム構造を示す概略図
【図３】本発明の実施の形態２の淡水化装置を示す概略図
【図４】本発明の実施の形態３の淡水化装置を示す概略図
【図５】本発明の実施の形態４の淡水化装置を示す概略図
【図６】本発明の実施の形態５の淡水化装置を示す概略図
【図７】本発明の実施の形態６の淡水化装置を示す概略図
【図８】本発明の実施の形態７の淡水化装置を示す概略図
【図９】本発明の実施の形態８の淡水化装置を示す概略図
【図１０】本発明の実施例１の淡水化実験装置を示す概略図
【図１１】従来の淡水化装置の例を示す概略図
【符号の説明】
【００９６】
１    原水
２    ノズル
３    空気導入口
４    処理装置入り口
５    霧化室
６    原水（霧化）
７    吸着材
８    ファン
９    フィルター
１０  水
１１  集塵フィルター
１２  有機ガスフィルター
１３  回転手段
１４  再生手段
１５  熱交換器
１６  再生風路
１７  再生ファン
１８  タンク
１９  温湿度計
２０  制御装置
２１  高湿の風路
２２  平シート
２３  波シート
２４  ハニカム構造体
２５  処理風路
２６  再生風路
２７  入れ替え手段
２８  吸着材（吸着中）
２９  吸着材（再生中）
３０  熱交換器
３１  サイクロン装置
３２  回収皿
３３  超音波振動子
３４  トラップ装置
３５  原水
３６  ポンプ
３７  回転装置
３８  壁面
３９  キャブレター
４０  ポンプ
４１  高速空気
４２  風路（負圧）
４３  原水
４４  再生部
４５  乾燥空気
４６  再生ファン
４７  再生ファン
４８  太陽光
４９  熱交換器
５０  太陽光
５１  集光機
５２  再生ファン
５３  アクリル製ボックス
５４  超音波振動子
５５  水槽
５６  電子天秤
５７  水位（一定）
５８  塩化ナトリウム水溶液
５９  吸気口
６０  処理用通気口（加湿空気）
６１  熱交換器
６２  吸着材
６３  処理ファン
６４  ヒーター
６５  タンク
６６  淡水
【図１】
2007237140.tif 000005
【図２】
2007237140.tif 000006
【図３】
2007237140.tif 000007
【図４】
2007237140.tif 000008
【図５】
2007237140.tif 000009
【図６】
2007237140.tif 000010
【図７】
2007237140.tif 000011
【図８】
2007237140.tif 000012
【図９】
2007237140.tif 000013
【図１０】
2007237140.tif 000014
【図１１】
2007237140.tif 000015