特開 2023-150383 水回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023150383

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】水回収装置

(51)【国際特許分類】

   F26B 3/347 20060101AFI20231005BHJP

   H05B 6/64 20060101ALI20231005BHJP

   E03B 3/28 20060101ALI20231005BHJP

   B01D 53/26 20060101ALI20231005BHJP

   F26B 9/06 20060101ALI20231005BHJP

   F26B 21/00 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

F26B3/347

H05B6/64 Z

E03B3/28

B01D53/26 220

F26B9/06 A

F26B21/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022059477

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菅原 有理

(72)【発明者】

【氏名】奥野 大樹

(72)【発明者】

【氏名】田中 健二

【テーマコード（参考）】

3K090

3L113

4D052

【Ｆターム（参考）】

3K090AA02

3K090AB20

3K090BA03

3K090EA04

3K090FA03

3K090PA07

3L113AA06

3L113AB03

3L113AC12

3L113AC32

3L113AC33

3L113AC51

3L113AC68

3L113BA01

3L113DA01

4D052CB01

4D052DA07

4D052HA35

(57)【要約】

【課題】吸着部材から脱離した水蒸気を効率良く凝縮させ、水として回収することができる水回収装置を提供すること。
【解決手段】実施形態に係る水回収装置は、加熱炉と、吸着部材と、回収部とを備える。加熱炉は、発振器によって内部にマイクロ波が入力される。吸着部材は、加熱炉に形成された開口部を介して加熱炉の内外に移動可能に設けられ、水分子を吸着する。回収部は、加熱炉の内部に接続され、発振器による加熱で気化した水分子を筐体内に回収する。回収部は、加熱炉の内部に対して、吸着部材の上方、または、吸着部材における移動方向の側方から筐体が接続される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発振器によって内部にマイクロ波が入力される加熱炉と、
前記加熱炉に形成された開口部を介して前記加熱炉の内外に移動可能に設けられ、水分子を吸着する吸着部材と、
前記加熱炉の内部に接続され、前記発振器による加熱で気化した前記水分子を筐体に回収する回収部と
を備え、
前記回収部は、
前記加熱炉の内部に対して、前記吸着部材の上方、または、前記吸着部材における移動方向の側方から前記筐体が接続される
水回収装置。

【請求項2】

前記回収部は、
前記筐体の内部に凝縮器が設けられる
請求項１に記載の水回収装置。

【請求項3】

前記吸着部材は回転軸周りに回転駆動する円板形状であって、
前記加熱炉の内部に対して、前記吸着部材の回転軸の上方、または、前記吸着部材における移動方向の側方から接続される前記筐体は、第１筐体であり、
前記回収部は、
前記吸着部材が前記加熱炉の外部へ移動するために設けられた前記開口部である後段開口部に接続される前記筐体である第２筐体をさらに有する
請求項１または２に記載の水回収装置。

【請求項4】

前記第２筐体は、
内部に凝縮器が設けられる
請求項３に記載の水回収装置。

【請求項5】

前記回収部は、
前記吸着部材が前記加熱炉の内部へ移動するために設けられた前記開口部である前段開口部に接続される前記筐体である第３筐体をさらに有する
請求項３または４に記載の水回収装置。

【請求項6】

前記第３筐体は、
内部に凝縮器が設けられる
請求項５に記載の水回収装置。

【請求項7】

前記回収部は、
前記吸着部材が前記加熱炉の内部へ移動するために設けられた前記開口部である前段開口部とともに前記吸着部材を覆う半密閉構造部を有する
請求項１～６のいずれか１つに記載の水回収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水回収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水分を吸着したデシカント材を加熱し、加熱時に脱離した水蒸気を凝縮させ、水として回収するデシカント除湿機が知られている。この種において、マイクロ波を利用してデシカント材を加熱する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－２３６９８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術では、デシカント材の吸着部材から脱離した水蒸気を効率良く凝縮させ、水として回収する点で改善の余地があった。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、吸着部材から脱離した水蒸気を効率良く凝縮させ、水として回収する水回収装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の水回収装置は、加熱炉と、吸着部材と、回収部とを備える。前記加熱炉は、発振器によって内部にマイクロ波が入力される。前記吸着部材は、前記加熱炉に形成された開口部を介して前記加熱炉の内外に移動可能に設けられ、水分子を吸着する。前記回収部は、前記加熱炉の内部に接続され、前記発振器による加熱で気化した前記水分子を筐体に回収する。前記回収部は、前記加熱炉の内部に対して、前記吸着部材の上方、または、前記吸着部材における移動方向の側方から前記筐体が接続される。

【発明の効果】

【0007】

本願の開示する水回収装置の一態様によれば、吸着部材から脱離した水蒸気を効率良く凝縮させ、水として回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施例の水回収装置の斜視図を示す図である。

【図2】図２は、実施例の水回収装置の断面図である。

【図3】図３は、変形例に係る水回収装置の断面図である。

【図4】図４は、水回収装置の断面図である。

【図5】図５は、水回収装置の断面図である。

【図6】図６は、加熱炉の開口部側の構造を説明する図である。

【図7】図７は、加熱炉の開口部側の構造を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本願の開示する水回収装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示する水回収装置が限定されるものではない。

【0010】

図１は、実施例の水回収装置の斜視図を示す図である。図２は、実施例の水回収装置の断面図である。なお、図１では、水回収装置１全体を覆う筐体については省略している。

【0011】

図１に示す水回収装置１は、空気中の水分子を吸着部材３で吸着し、吸着部材３が吸着した水分子を加熱炉２で加熱することで、水分子を水蒸気として脱離させ、脱離させた水蒸気を凝縮させて水にする。この水回収装置１は、加熱炉２と、吸着部材３と、回収部４と、送風用ファン５とを含む。

【0012】

加熱炉２は、吸着部材３の上半部を囲む金属（非磁性金属）、または少なくとも内面に金属メッキなどにより金属膜が施された非金属の筐体である。加熱炉２は、回転する吸着部材３の一部が通過して出入りすることができる開口部２１ａ，２１ｂ（図４参照）が形成されている。また、加熱炉２は、２，４ＧＨｚから２．５ＧＨｚなどの特定の周波数帯のマイクロ波（電磁波）を出力する発振器６（図２参照）が接続される。加熱炉２の内部には、発振器６が出力するマイクロ波が入力される。

【0013】

発振器６は、マイクロ波の発振方式が例えばシリコン（Ｓｉ）半導体、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体などを用いた半導体方式の発振器であり、ＩＳＭ（Industrial Scientific and Medical）バンドとして使用が認められている周波数帯のうち、９１５ＭＨｚまたは２４５０ＭＨｚなど特定の周波数のマイクロ波を出力できる。発振器６は、半導体方式の発振器であることから、出力するマイクロ波の周波数の制御が可能である。なお、発振器６は、マグネトロン方式の発振器であってもよい。

【0014】

吸着部材３は、デシカントロータであり、円板形状の中心部に貫通孔が形成された円環形状である。吸着部材３は、板厚方向に複数の通気空洞が設けられたハニカム構造を有している。この吸着部材３は、ハニカム構造部３ａが耐熱性を有する紙（ガラスペーパーなど）で形成され、ハニカム構造部３ａの表面にデシカント材が付着されている。デシカント材は、多数の細孔を有し、その細孔を空気が通過する際、空気中に含まれる水分子を吸着する。また、吸着部材３は、支持部７によって、吸着部材３の厚み方向に延びる軸の廻りに回転自在に支持されている。吸着部材３は、図示しない駆動手段によって回転駆動される。

【0015】

吸着部材３は、自身の回転により加熱炉２の開口部２１ａ，２１ｂを介して加熱炉２の内部を一部が連続して通過する。すなわち、吸着部材３は、加熱炉２に形成された開口部２１ａ，２１ｂを介して加熱炉２の内外に移動可能に設けられている。

【0016】

また、支持部７は、吸着部材３の板厚方向に空気を通過させるように貫通する貫通孔を有している。従って、支持部７は、吸着部材３に空気を案内する案内部材としても構成されている。なお、支持部７は、図には明示しないが、吸着部材３に向けて空気を通過させる貫通孔にフィルタが設けられ、吸着部材３に向けて案内する空気に含まれる、例えば、ＰＭ（Particulate Matter）２．５、砂及び花粉などを捕捉できるように構成されていてもよい。

【0017】

吸着部材３は、発振器６が出力するマイクロ波によって加熱炉２の内部を通過する一部にマイクロ波が照射される。この加熱により、吸着部材３に吸着された水分子や、ハニカム構造部３ａに付着した水分子が加熱され蒸発（気化）し、水蒸気として脱離する。

【0018】

送風用ファン５は、支持部７を介して吸着部材３に向けて空気を送る。送風用ファン５によって送られた空気は、吸着部材３のハニカム構造部３ａを通過し、その過程で水分子がデシカント材に吸着される。

【0019】

回収部４は、発振器６による加熱で気化した水分子を回収する。回収部４は、第１筐体４１と、第２筐体４２と、ドレンパン４３と、タンク４４とを含む。

【0020】

第１筐体４１は、加熱炉２の内部と接続される筐体である。具体的には、第１筐体４１は、加熱炉２の内部に対して、吸着部材３の上方（図２の上方向）、および、吸着部材３における移動方向の側方（図２の左右方向、吸着部材３の板厚方向）から接続される。図２に示す例では、２つの第１筐体４１ａ，４１ｂが吸着部材３における板厚方向の両側から加熱炉２の内部と接続される。

【0021】

第１筐体４１は、例えば、樹脂などで構成される。また、第１筐体４１と加熱炉２との境界は、複数の貫通孔２ａが設けられたパンチング構造が形成されている。つまり、発振器６の加熱により吸着部材３から蒸発した水蒸気は、貫通孔２ａを通過して第１筐体４１の内部に回収される。

【0022】

また、第１筐体４１の内部には、凝縮器４１１が設けられる。図２に示す例では、凝縮器４１１は、水冷式であり、第１筐体４１の内部に回収された水蒸気を凝縮（熱交換）して液化する。また、第１筐体４１の下方の底部には、ドレンパン４３に繋がる貫通孔４１２が形成されており、液化した水は、貫通孔４１２を介してドレンパン４３に流れる。

【0023】

つまり、第１筐体４１は、動力が必要なファン等を使用せず、吸着部材３から蒸発した水蒸気による、自然対流を利用して回収する。これにより、第１筐体４１の内部には熱をもった水蒸気が充満することとなり、高温高湿状態（80℃90％RH等）を作り出すことが可能となる。この状態では、加熱炉２から流出した水蒸気と凝縮器４１１との接触時間を長くできるため、凝縮量を高めることができる。すなわち、水回収装置１によれば、吸着部材から脱離した水蒸気を効率良く凝縮させ、水として回収することができる。

【0024】

なお、水蒸気が水回収装置１の外部へ漏れ出ることを防ぐため、第１筐体４１および加熱炉２の接合部はシリコンなどで密閉されることが好ましい。これにより、水分子の回収効率をさらに高めることができる。

【0025】

なお、第１筐体４１の内部空間の大きさ（体積）や、凝縮器４１１の凝縮能力は、加熱炉２に入力するマイクロ波の電力、吸着部材３の比熱・熱伝導率、吸着部材３の回転スピード、加熱炉２の外へ飛び出す水蒸気の絶対湿度量等により適宜選択される。

【0026】

また、図２では、第１筐体４１は、吸着部材３の上方、および、吸着部材３における両側方に配置される例を示したが、吸着部材３の上方のみ、または、吸着部材３における両側方のみに配置されてもよい。

【0027】

また、第１筐体４１は、吸着部材３の両側方側にそれぞれ配置される場合を示したが、図３に示すように、吸着部材３の片側にのみ配置されてもよい。図３は、変形例に係る水回収装置１の断面図である。

【0028】

図３に示すように、第１筐体４１は、吸着部材３の片側（図３の右側）にのみ配置される。また、図３では、凝縮器４１１が空冷式である場合を示している。例えば、空冷式の凝縮器４１１の場合、アルミ等の金属で構成される棒状部材の一部を第１筐体４１の外部に露出させ、露出させた箇所を冷却用ファン４１３で冷却する。なお、冷却用ファン４１３は省略可能である。

【0029】

なお、図３では、吸着部材３の右側に配置される例を示したが、左側に配置されてもよい。また、これまでの実施例を含め、本発明において凝縮器４１１は省略されてもよい。つまり、第１筐体４１の内部に回収した水蒸気を自然凝縮により液化してもよい。

【0030】

次に、図４および図５を用いて、第２筐体４２について説明する。図４および図５は、水回収装置１の断面図である。図４および図５では、水回収装置１の構成のうち、加熱炉２、吸着部材３および第２筐体４２を吸着部材３の板厚方向から見た断面を示している。また、図４は、凝縮器４２１が水冷式である場合を示し、図５は、凝縮器４２１が空冷式である場合を示す。なお、図５において、冷却用ファン４２３は省略可能である。

【0031】

図４および図５に示すように、加熱炉２は、吸着部材３が移動する入口側および出口側にそれぞれマイクロ波（電磁波）漏れ防止構造２２を有する。電磁波漏れ防止構造２２は、内部の寸法を発振器６が出力する周波数のマイクロ波（電磁波）が伝搬できない寸法によって規定することで、加熱炉２の内部から外部へマイクロ波（電磁波）が漏れることを防止する。また、それぞれのマイクロ波（電磁波）漏れ防止構造２２には、吸着部材３が内部から外部へ移動するための開口部２１ａ，２１ｂが設けられる。

【0032】

具体的には、吸着部材３が加熱炉２の内部に移動する入口側のマイクロ波（電磁波）漏れ防止構造２２には、開口部２１ａ（前段開口部）が設けられ、吸着部材３が加熱炉２の外部に移動する出口側のマイクロ波（電磁波）漏れ防止構造２２には、開口部２１ｂ（後段開口部）が設けられる。

【0033】

第２筐体４２は、出口側に設けられたマイクロ波（電磁波）漏れ防止構造２２の開口部２１ｂに接続される。つまり、第２筐体４２は、吸着部材３が加熱炉２の内部から外部へ移動するために設けられた開口部２１ｂに接続される。

【0034】

また、第２筐体４２は、開口部２１ｂの外部側において、吸着部材３の一部を覆うようにして配置される。これにより、加熱炉２の内部から開口部２１ｂを介して流出した水蒸気を第２筐体４２で回収することができる。

【0035】

さらに、吸着部材３は、加熱炉２を通過後に熱を持った状態で回転して出てくるため、言い換えれば、加熱炉２から外部に出た後にも吸着部材３に吸着した水分子が脱離するため、開口部２１ｂの外部側において、吸着部材３の一部を覆うようにして第２筐体４２を配置することで、加熱炉２の外部で蒸発した水蒸気も回収することができる。すなわち、水蒸気の回収効率をさらに高めることができる。

【0036】

そして、第２筐体４２は、回収した水蒸気を凝縮器４２１で冷却することにより凝縮させて液化する。そして、第２筐体４２は、液化した水分子を、底部に設けられた貫通孔４２２からドレンパン４３を介してタンク４４へ流す。

【0037】

次に、図６および図７を用いて、加熱炉２の開口部２１ａ側の構造について説明する。図６および図７は、加熱炉２の開口部２１ａ側の構造を説明する図である。なお、図６および図７では、便宜上、開口部２１ｂ側に設けられた第２筐体４２を省略している。

【0038】

図６に示すように、回収部４は、吸着部材３が加熱炉２の内部へ移動するために設けられた開口部２１ａ側に半密閉構造部４５を有する。具体的には、半密閉構造部４５は、保湿用筐体４５ａと、密閉栓４５ｂとを備える。

【0039】

保湿用筐体４５ａは、開口部２１ａを介して加熱炉２の内部と接続される。また、保湿用筐体４５ａは、開口部２１ａの外部側において、吸着部材３の一部を覆うようにして設けられる。具体的には、保湿用筐体４５ａは、吸着部材３の形状に沿った形状で吸着部材３の一部を覆う。より具体的には、保湿用筐体４５ａは、環状の吸着部材３のうち、上側半円の一部と、下側半円の一部とを覆うようにして設けられる。

【0040】

これにより、加熱炉２の内部で充満した水蒸気が開口部２１ａから漏れ出ても保湿用筐体４５ａの内部に滞留させることができるため、加熱炉２の内部の保湿効果を高めることができる。より好ましくは、保湿用筐体４５ａは加熱炉２と熱的に接続され、加熱炉２の熱を利用してデシカントロータの予熱効果を得るために、熱伝導性の良い金属で構成されていることが好ましい。

【0041】

また、密閉栓４５ｂは、開口部２１ａにおける半密閉構造部４５と吸着部材３との隙間を充填する部材である。加熱炉２内は高温となるため、密閉栓４５ｂは、例えば、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）等の高耐熱樹脂で構成されればよい。これにより、加熱炉２の内部で充満した水蒸気が開口部２１ａから外部へ漏れ出ることを防止できる。すなわち、加熱炉２の内部の保湿効果を高めることができる。

【0042】

次に、図７では、開口部２１ａに水蒸気を回収する第３筐体４６を配置した例を示す。図７に示すように、回収部４は、開口部２１ａに接続される第３筐体４６を有する。つまり、加熱炉２の内部と、第３筐体４６の内部とを開口部２１ａを介して接続する。

【0043】

具体的には、第３筐体４６には、開口部２１ａから、吸着部材３より放出された水蒸気が流入するようになっている。

【0044】

また、第３筐体４６の内部には、水冷式の凝縮器４６１が設けられる。なお、凝縮器４６１は、図５で示したような第２筐体４２の空冷式であってもよく、あるいは、凝縮器４６１が省略されてもよい。

【0045】

そして、第３筐体４６は、回収した水蒸気を凝縮器４６１との熱交換により凝縮して液化する。そして、第３筐体４６は、液化した水分子を、底部に設けられた貫通孔４６２からドレンパン４３を介してタンク４４へ流す。

【0046】

（効果）
上述してきたように、実施形態に係る水回収装置１は、加熱炉２と、吸着部材３と、回収部４とを備える。加熱炉２は、発振器６によって内部にマイクロ波が入力される。吸着部材３は、加熱炉２に形成された開口部２１ａ，２１ｂを介して加熱炉２の内外に移動可能に設けられ、水分子を吸着する。回収部４は、加熱炉２の内部に接続され、発振器６による加熱で気化した水分子を筐体（第１筐体４１、第２筐体４２および第３筐体４６）に回収する。回収部４は、加熱炉２の内部に対して、吸着部材３の上方、または、吸着部材３における移動方向の側方から筐体（第１筐体４１）が接続される。これにより、吸着部材３から脱離した水蒸気を効率良く凝縮させ、水として回収することができる。

【0047】

また、回収部４は、筐体（第１筐体４１）の内部に凝縮器４１１が設けられる。これにより、回収した水蒸気を熱交換により凝縮して液化する際の効率を高めることができる。

【0048】

また、吸着部材３は回転軸周りに回転駆動する円板形状である。加熱炉２の内部に対して、吸着部材３の回転軸の上方、または、吸着部材３における移動方向の側方から接続される筐体は、第１筐体４１である。回収部４は、吸着部材３が加熱炉２の外部へ移動するために設けられた開口部２１ｂである後段開口部に接続される筐体である第２筐体４２をさらに有する。これにより、開口部２１ｂから漏れ出る水蒸気を回収できるため、水蒸気の回収効率を高めることができる。

【0049】

また、第２筐体４２は、内部に凝縮器４２１が設けられる。これにより、回収した水蒸気を熱交換により凝縮して液化する際の効率を高めることができる。

【0050】

また、回収部４は、吸着部材３が加熱炉２の内部へ移動するために設けられた開口部２１ａである前段開口部に接続される筐体である第３筐体４６をさらに有する。これにより、開口部２１ａから漏れ出る水蒸気を回収できるため、水蒸気の回収効率を高めることができる。

【0051】

また、第３筐体４６は、内部に凝縮器４６１が設けられる。これにより、回収した水蒸気を熱交換により凝縮して液化する際の効率を高めることができる。

【0052】

また、回収部４は、吸着部材３が加熱炉２の内部へ移動するために設けられた開口部２１ａである前段開口部とともに吸着部材３を覆う半密閉構造部４５を有する。これにより、開口部２１ａから水蒸気が漏れ出ることを防止できるため、加熱炉２の内部の保湿効果を高めることができる。

【0053】

本発明の実施形態による回収部４によれば、加熱炉内に送風するための再生ファンが不要となるため、装置の小型化及び可動部削減による信頼性向上が図れる。

【0054】

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0055】

１ 水回収装置
２ 加熱炉
２ａ 貫通孔
３ 吸着部材
３ａ ハニカム構造部
４ 回収部
５ 送風用ファン
６ 発振器
７ 支持部
２１ａ、２１ｂ 開口部
４１、４１ａ、４１ｂ 第１筐体
４２ 第２筐体
４３ ドレンパン
４４ タンク
４５ 半密閉構造部
４５ａ 保湿用筐体
４５ｂ 密閉栓
４６ 第３筐体
４１１、４２１、４６１ 凝縮器
４１３、４２３ 冷却用ファン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】