JP2017035655A - 真水精製装置および真水精製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大気中の水分を捕集するにあたり、使用するエネルギーを抑え、長期連続稼働による生活水の確保を可能とする真水精製装置を提供することを目的とする。
【解決手段】大気中に浮遊する水分子を捕集する補水フィルタ１８を備えた外郭１４と、電荷を帯びて大気中の前記水分子を引き寄せる芯材２０とを有する集水器１２と、集水器１２によって捕集された水分をろ過する精製フィルタ２６を備えた貯水器２４と、を備えることを特徴とする。また、補水フィルタ１８は、静電フィルタとすると良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、生活水を得るための技術に係り、特に、真水を精製するための技術に関する。

従来、生活水の精製は、海水や貯水池などの水源がある場合に、この水源に蓄えられた海水や淡水を飲料用の真水に変換するというものが知られている。例えば特許文献１に開示されている技術の場合は、水源からポンプで吸い上げた水をプレフィルタ（夾雑物の除去）と活性炭フィルタ（臭い除去）を通した後、逆浸透膜モジュールに圧送することで、真水を得るというものである。

しかし、こうした従来からしられている浄水技術は、予め水源が確保されていることが前提である。このため、水源を得ることができない場合には、生活水を得ることはできない。

これに対し、渇水などにより水源が存在しない場合に生活水を得るための技術が、特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されている技術では、除湿器の技術を利用して大気中の水分を集水し、集められた水をフィルタを介して浄水することで、真水を得るというものである。

特開２０１２−９６１８３号公報 特開２００４−１９０２３５号公報

確かに、特許文献２に開示されているような技術によれば、水源が無い場所においても生活水を得ることが可能となると考えられる。しかし、特許文献２に開示されている技術は、除湿器の技術を利用するため、水分の捕集に関し、冷却や圧縮、あるいは吸着還元といった作用を用いることとなる。このため、冷却や圧縮には、水分を得るために多くのエネルギーが必要とされ、生活水を得るという点においては実用性に乏しいという問題がある。また、吸着、還元では、乾燥剤や吸収剤を用いて水分を捕集し、これらを再乾燥させることで、除湿機能の維持を図っている。このため、乾燥剤や吸収剤から排出される水分は、再び水蒸気となるため、水分としての捕集が困難であるという実状がある。

そこで本発明では、大気中の水分を捕集するにあたり、使用するエネルギーを抑え、長期連続稼働による生活水の確保を可能とする真水精製装置、および真水精製方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る真水精製装置は、大気中に浮遊する水分子を捕集する補水フィルタを備えた外郭部と、電荷を帯びて大気中の前記水分子を引き寄せる集水部とを有する集水器と、前記集水器によって捕集された水分をろ過する精製フィルタを備えた貯水器と、を備えることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する真水精製装置において前記補水フィルタは静電フィルタであり、当該補水フィルタの外側に、大気中の塵埃を捕集するプレフィルタを備えるようにすると良い。このような構成とした場合、静電フィルタの繊維に帯電している電荷を操作することで、効率よく水分子を捕集することが可能となる。さらに、プレフィルタを備えることで、補水フィルタへの塵埃の付着を防止することができ、捕集される水分のろ過数を減らすことができる。

また、上記のような特徴を有する真水精製装置において前記精製フィルタはカーボンフィルタであり、当該カーボンフィルタは、ろ過粒度の異なる物を複数段に亙って配置されているようにすると良い。このような構成とすることで、捕集された水分の臭いも除去することができる。さらに、捕集された水分を段階的にろ過することができ、フィルタの長寿命化と、ろ過水の高純度化を図ることができる。

また、上記目的を達成するための真水精製方法は、上記いずれかの真水精製装置を用いて、大気中に浮遊する水分子を捕集する真水精製方法であって、電荷引力により引き寄せた水分子を補水フィルタにより捕集する工程と、捕集した前記水分子をクラスター化させて水分として滴下させる工程と、滴下させた前記水分をろ過して真水とする工程と、を備え、前記補水フィルタを静電フィルタとし、捕集面側に正の電荷を集約させて前記水分子を捕集することを特徴とする。

このような方法を採用することにより、大気中の水分を捕集するにあたり、使用するエネルギーを抑えることができる。また、補水フィルタの捕集面側に正の電荷を集約させて水分子を捕集することにより、大気中を浮遊する水分子を効率的に捕集することができる。

上記のような特徴を有する真水精製装置、および方法によれば、大気中の水分を捕集するにあたり、使用するエネルギーを抑えることができる。このため、長期連続稼働による生活水の確保を可能とすることができる。

実施形態に係る真水精製装置の構成を示す図である。 芯材への帯電前における補水フィルタと水分子の様子を示す図である。 芯材への帯電を行っている際の補水フィルタと水分子の様子を示す図である。

以下、本発明の真水精製装置、および方法に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態に係る真水精製装置１０は図１に示すように、大別して、集水器１２と貯水器２４より構成されている。集水器１２は、大気中に漂う水分を捕集する役割を担う要素である。集水器１２の具体的な構成の一例としては、次のようなものを挙げることができる。

すなわち、実施形態に係る集水器１２は、外郭１４と芯材２０を有し、外郭１４には、プレフィルタ１６と、補水フィルタ１８が備えられている。プレフィルタ１６としては、例えばＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ）フィルタを挙げることができる。プレフィルタ１６は、補水フィルタ１８の外側に配置され、補水フィルタ１８が捕集対象とする水分と共に流れ込む大気中の塵埃を除去する役割を担う。

具体的には、ＨＥＰＡフィルタは、クリーンルームのメインフィルタとして利用されるエアフィルタの１種であり、粒径が０．３μｍ程度の粒子に対して、９９．９７％以上の粒子捕集率を有するエアフィルタと規定されている。よって、ＰＭ２．５とは粒径２．５μｍ以下の粒子状物質であり、また、スギ花粉が約３０μｍで、ダニのふんなどのハウスダストも２〜５μｍであって、粉塵の殆どを捕集できる。

また、補水フィルタ１８としては、例えば、静電フィルタなどを採用することができる。水分子は、粒径が３オングストローム程度（０．０００３μｍ）であり、電気陰性度の作用により、水素原子と酸素原子が結合し、極性分子として存在している。このため、電荷引力の作用により、正に帯電している水素原子（δ＋）は、負に帯電している物質（δ−）に引き寄せられ、負に帯電している酸素原子（δ−）は、正に帯電している物質（δ＋）に引き寄せられる。よって、静電フィルタを構成する繊維周りの電荷を制御することで、効率良く水分子を捕集することが可能となるからである。

芯材２０は、プレフィルタ１６、および補水フィルタ１８が備えられた外郭１４の内部に配置される金属体であり、電荷引力の作用を利用して、大気中の水分子を引き寄せる集水部としての役割を担う。このため、芯材２０には、微弱な電荷を帯びさせるよう電力を印加する。実施形態においては、外表面に正の電荷（δ＋）を帯びるように構成されている。なお、芯材２０の原理としては、例えば静電気発生装置などの原理によれば良い。

このような構成とした場合、静電フィルタを採用している補水フィルタ１８の繊維では、芯材２０の帯電が無い場合には、図２に示すように、電荷が散在していたとしても、芯材２０が正の電荷を帯びた後には、負の電荷が芯材２０側に引き寄せられるように分極し、図３に示すような形態となる。

また、水分子は、芯材２０の電荷引力により配向分極してその向きが整えられ、負の電荷を帯びた酸素原子側が芯材２０の配置方向に向いて引き寄せられる。ここで、水分子が補水フィルタ１８を通過しようとした際、補水フィルタ１８を構成する繊維の外側に集中した正の電荷に引き寄せられ、補水フィルタ１８に吸着されることとなる。なお、補水フィルタ１８を構成する静電フィルタの繊維の電荷は、水分の付着によっても失われない。

補水フィルタ１８により吸着された水分子は、集約されてクラスター化して、水滴として滴下する。滴下した水滴は、捕集パン２２を介して集水器１２の下部に備えられた貯水器２４へと導入される。

貯水器２４は、集水器１２によって捕集された水分をろ過する役割を担い、内部に精製フィルタ２６を備えている。精製フィルタ２６は、例えば、カーボンフィルタとすれば良い。ここで、実施形態に係る貯水器２４では、図１に示すように、木目の細かさ、すなわち、ろ過粒度の異なるカーボンフィルタを複数、積層配置する構成としている。

積層配置するカーボンフィルタは、下層側ほどろ過粒度が細かなものとなるように配置すると良い。このような配置構成とすることで、集水器１２から導入された水分を段階的にろ過することができる。よって、各フィルタの目詰まりを抑制し、長寿命化を図ることができる。また、段階的に複数回のろ過を行うことで、処理後の真水の精製度が向上し、より安全なものとすることができる。

このような精製フィルタ２６を備える貯水器２４では、集水器１２から供給された水分は、重力落下によりろ過され、下層部において生活水用の真水となる。このため、捕集水分のろ過に関する使用エネルギーが無く、省エネ化を図ることができる。

なお、貯水器２４の下層に貯留された生活水は、ドレンコック２８を介して排出することができる。

また、このような構成の真水精製装置１０によれば、水分の捕集に関しても、使用するエネルギーは、芯材を帯電させるための僅かな電力のみとなり、省エネ化を図ることができる。このため、長期連続稼働による生活水の確保が可能となり、本発明は砂漠などに隣接する乾燥帯気候区での建設現場にて飲料水を確保するための真水精製装置として利用できる。

１０………真水精製装置、１２………集水器、１４………外郭、１６………プレフィルタ、１８………補水フィルタ、２０………芯材、２２………捕集パン、２４………貯水器、２６………精製フィルタ、２８………ドレンコック。

Claims (4)

1. 大気中に浮遊する水分子を捕集する補水フィルタを備えた外郭部と、電荷を帯びて大気中の前記水分子を引き寄せる集水部とを有する集水器と、
   前記集水器によって捕集された水分をろ過する精製フィルタを備えた貯水器と、を備えることを特徴とする真水精製装置。
2. 前記補水フィルタは静電フィルタであり、当該補水フィルタの外側に、大気中の塵埃を捕集するプレフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載の真水精製装置。
3. 前記精製フィルタはカーボンフィルタであり、当該カーボンフィルタは、ろ過粒度の異なる物を複数段に亙って配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真水精製装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真水精製装置を用いて、大気中に浮遊する水分子を捕集する真水精製方法であって、
   電荷引力により引き寄せた水分子を補水フィルタにより捕集する工程と、
   捕集した前記水分子をクラスター化させて水分として滴下させる工程と、
   滴下させた前記水分をろ過して真水とする工程と、を備え、
   前記補水フィルタを静電フィルタとし、捕集面側に正の電荷を集約させて前記水分子を捕集することを特徴とする真水精製方法。

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