特許 7473728 集水システム及び集水方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-15

(45)【発行日】2024-04-23

(54)【発明の名称】集水システム及び集水方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 51/00 20060101AFI20240416BHJP

   E03B 3/28 20060101ALI20240416BHJP

   C02F 1/04 20230101ALI20240416BHJP

【ＦＩ】

B01D51/00

E03B3/28

C02F1/04

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023152533

(22)【出願日】2023-09-20

【審査請求日】2023-09-27

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522427899

【氏名又は名称】田中 太人

(74)【代理人】

【識別番号】100209886

【弁理士】

【氏名又は名称】金森 寛

(72)【発明者】

【氏名】田中 太人

【審査官】塩谷 領大

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５８－１１２４９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０２３－１０２７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６１１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１５０１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１０１０３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５１／００－５１／１０

Ｃ０２Ｆ １／００－ １／０４

Ｃ０２Ｆ １／３４－ １／３６

Ｅ０３Ｂ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水源と、
所定の周波数の音波を送信可能な音波送信機と、
壁面の少なくとも一部に、前記音波を伝搬可能な壁面を備えた構造体とを備える集水システムであって、
前記構造体が水源の上方に設置され、
前記音波送信機が、前記構造体の外側に設置され、かつ、前記構造体の内部に前記音波を送信可能に設置され、
前記音波送信機と、構造体内に存在する、該音波送信機により照射される被照射対象とが非接触である、集水システム。

【請求項2】

前記集水システムがさらに、
気流を発生させる気流生成装置を備え、
前記気流生成装置が、前記水源から前記構造体の内部へ気流を送り込むように設置された、請求項１に記載の集水システム。

【請求項3】

前記集水システムがさらに、
前記構造体を冷却するための冷却制御手段
を備える、請求項１又は２に記載の集水システム。

【請求項4】

前記構造体の内部に集水機構を有する、請求項１又は２に記載の集水システム。

【請求項5】

前記音波送信機が、音波を水平方向に送信可能に設置される、請求項１又は２に記載の集水システム。

【請求項6】

前記音波送信機が、３５ｋＨｚ以上かつ４５ｋＨｚ以下の周波数の音波を生じさせる、請求項１又は２に記載の集水システム。

【請求項7】

請求項１に記載の集水システムを用いた集水方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、新たな集水システム及び集水方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、空気中の水分を超音波により凝縮させ水滴を製造する装置に関する開示がある（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特公昭４６－３３４７０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された方法は、空気中の水分（水の粒子）に対して超音波を作用させて水滴を生じさせるものであるが、放物面体により超音波を共振させ、振幅を増大させる必要があり、実用的ではなかった。

【0005】

本開示の少なくとも１つの実施の形態の目的は、新たな集水システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

非限定的な観点によると、本開示に係る集水システムは、水源と、所定の周波数の音波を送信可能な音波送信機と、壁面の少なくとも一部に、前記音波を伝搬可能な壁面を備えた構造体とを備える集水システムであって、前記構造体が水源の上方に設置され、前記音波送信機が、前記構造体の内部に前記音波を送信可能に設置された、集水システムである。

【発明の効果】

【0007】

本開示の各実施形態により１または２以上の不足が解決される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、集水システムの構成を示す概念図である。

【図2】本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、集水システムの機能を示すブロック図である。

【図3】本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、シミュレーションの実験に用いた集水システムの構成例を示す概念図である。

【図4】本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、シミュレーションの実験結果（評価Ａ）を示す図である。

【図5】本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、シミュレーションの実験結果（評価Ｂ）を示す図である。

【図6】本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、集水システムの構成を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。以下、効果に関する記載は、本開示の実施の形態の効果の一側面であり、ここに記載するものに限定されない。また、以下で説明するフローチャートを構成する各処理の順序は、処理内容に矛盾や不整合が生じない範囲で順不同である。

【0010】

［第一の実施の形態］
本開示の第一の実施の形態の概要について説明をする。以下では、水源と、所定の周波数の音波を送信可能な音波送信機と、壁面の少なくとも一部に、前記音波を伝搬可能な壁面を備えた構造体とを備える集水システムを例に挙げ説明する。

【0011】

図１は、本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、集水システムの構成を示す概念図である。集水システム１は、構造体２と、所定の周波数の音波を送信可能な音波送信機３と水源５とを少なくとも備える。また、例として、気流生成装置４と、集水機構６とを備えてもよい。

【0012】

構造体２は、例えば筒状の形状を有するが、水源からの気流が流れ込む形状であればよく、形状は限定されない。図１においては、円筒形の構造体で、試験管のような形状を想定している。

【0013】

図示したように、構造体２の先端が閉じて球体型である円筒形の場合、構造体２の直径は、音波送信機３から送信される音波が、音波送信機３より遠い、対面の壁面に到達可能な程度であることが好ましい。音波の到達距離は、周波数の高低により異なるため、用いる周波数を考慮して構造体２の設計をしてもよい。

【0014】

構造体２の一部は、音波送信機３から送信された音波を伝搬可能な材質で構成されていることが好ましい。音波を伝搬可能であれば材質は問わない。

【0015】

音波送信機３は、所定の周波数の音波を送信可能である。所定の周波数は、２０ｋHｚ以上であることが好ましい。言い換えれば、所定の周波数は超音波であることが好ましい。超音波とは、人間の耳には聞こえない高い振動数をもつ弾性振動波をいう。

【0016】

気流生成装置４は、例えばプロペラのように所定の方向に気流を発生させることが可能な装置であれば形状は問わない。また、気流生成装置４は少なくとも１以上存在すればよく、複数台を配置するようにしても問題ない。

【0017】

水源５は、水が含まれている液体であればよく、以下の例では、海水を想定して説明するが、これに限定されない。

【0018】

集水機構６は、集水を補助する機構である。図中では鉛直上向きに傾いた構造物を付着させ、集水可能にしているが、これに限定されない。例えば、結露しやすい素材を壁面に貼付し、集水可能にしてもよい。

【0019】

集水システム１はさらに、冷却制御機能を備えてもよい。音波送信機３から送信された音波が照射された部分が熱される虞がある。そこで、所定のタイミングで冷却するべく、照射を制御するようにしてもよい。制御は、例えば、音波送信機３により行われてもよく、あるいは、別途コンピュータ装置により音波送信機３を制御させるようにしてもよい。また、冷却制御機能は、照射しないよう制御するだけでなく、例えば、冷風を送風する等により熱された箇所を冷却するように制御するものであってもよい。

【0020】

集水システム１に用いる構造体等の具体例について説明する。構造体２の内壁の幅は約６ｍ、内壁の高さは約１９．７ｍ、音波送信機３の周波数は約４０ｋＨｚ、気流生成装置４の直径は約１．７ｍとして構成することが好ましい。水源５は、淡水又は海水であることが好ましい。

【0021】

［機能説明］
図２は、本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、集水システムの機能を示すブロック図である。集水システム１は、音波送信部１０１、気流生成部１０２、及び冷却制御部１０３を備え得る。

【0022】

音波送信部１０１は、所定の周波数の音波を送信する機能を有する。気流生成部１０２は、気流を発生させる機能を有する。冷却制御部１０３は、構造体２を冷却するために音波送信機３を制御する機能を有する。

【0023】

［集水処理］
集水システム１を用いた集水について説明する。図１のように設置された構造体２、音波送信機３、気流生成装置４、及び水源５がある。気温は、摂氏氷点下１０度から摂氏４０度までの範囲が好ましい。ただし、本件開示はこれに限定されるものではなく、水源５が液体で存在可能な気温であればよい。

【0024】

水源５から生じた上昇気流に対し、音波送信機３から所定の周波数の音波を送信し、照射する。所定の周波数は、いわゆる超音波であることが好ましい。所定の周波数は、２０ｋＨｚ～５０ｋＨｚであることが好ましく、３５ｋＨｚ～４５ｋＨｚであることがより好ましい。

【0025】

音波送信機３は構造体２に接触していても、非接触であってもよい。また、音波送信機３は構造体２の外側に設置されているが、構造体２の内部に設置してもよい。音波を気流に照射すると、集水機構６の上方、構造体２の壁面に結露する。結露した液体は、重力により落下し、集水機構６に蓄えられる。

【0026】

このような集水システム１によれば、構造体２に水滴を結露させ、集水することが可能となる。さらに、集水機構６を備えることで、より効率的に集水することが可能となる。

【0027】

［シミュレーション結果］
上記効果を確認するために行ったシミュレーション結果を説明する。図３は、本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、シミュレーションの実験に用いた集水システムの構成例を示す概念図である。

【0028】

図３における集水システム１は、構造体２、音波送信機３、気流生成装置４、及び水源５を備える。構造体２には、内容量が９００ｍＬのペットボトルを用いた。水源５には常温の水道水を用い、構造体２に当該水を３．３ｃｍ入れた。音波送信機３として、シチズン社製超音波洗浄器ＳＷＴ７１０（４０ｋＨｚ、振動子２個）を用いた。実験を行った部屋の室温は、摂氏２７．４度、湿度は５８％であった。

【0029】

音波送信機３の有無、気流生成装置４の有無、及び水源５の有無をそれぞれ変更して、結露の状況を評価した。評価結果を表１に示す。各実験において、音波送信機３から音波を照射した時間は、約９００秒である。

【0030】

【表1】

【0031】

表１の「結露評価」の欄に評価結果を示した。この評価は、Ａ、Ｂ、Ｃで分け、最も結露した最も良い評価をＡ、それより評価が落ちるが結露した評価をＢ、ほとんど結露が見られなかった評価をＣとした。表１から理解されるように、音波送信機３及び水源５が有る組み合わせの場合に結露することがわかる。

【0032】

今回の実験において、気流生成装置４が存在する方が結露し難い結果となった。これは、音波を照射した時間が約９００秒という限定的な、短時間であった場合に、結露するのに十分な水蒸気が存在したためと考えられる。本開示の集水システムを長期間稼働させる場合には、気流生成装置４を用いることにより、より多くの水蒸気を構造体２に供給することができ、より多量の結露を集めることができる。

【0033】

図４は、本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、シミュレーションの実験結果（評価Ａ）を示す図である。図５は、本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、シミュレーションの実験結果（評価Ｂ）を示す図である。評価Ａの方が大粒の水滴が付着していることが見てわかる。

【0034】

水源５から生じた上昇気流には、空気の分子、水蒸気、及びエアロゾルが含まれ得る。所定の周波数の音波が、断熱状態で、空気の圧力の高低が次々と隣に伝わることで伝搬する際、空気の分子同士あるいは水蒸気及びエアロゾルと衝突やこすれあいを起こし、空気自身の分子運動のエネルギーを減少させ、温度低下が発生し、気体が液化するものであると発明者は考察している。

【0035】

第一の実施の形態において、音波を水平方向に送信するように音波送信機３を設置したが、これに限定されない。構造体２内に存在する気体に音波を照射可能であれば、音波を照射する角度は斜め３０度、４５度等であってもよい。

【0036】

第一の実施の形態において、音波送信機３を構造体２の外側に設置したが、これに限定されない。理論上、音波（特に超音波）は、固体、液体、気体いずれでも伝搬するため、構造体２の内側に超音波送信機を設置しても同一結果になり得る。

【0037】

第一の実施の形態の一側面として、新たな集水システムを提供することができる。

【0038】

［第二の実施の形態］
次に、本開示の第二の実施の形態の概要について説明をする。以下では、水源と、所定の周波数の音波を送信可能な音波送信機と、壁面の少なくとも一部に、前記音波を伝搬可能な壁面を備えた構造体とを備える集水システムを例に挙げ説明する。

【0039】

図６は、本開示の実施の形態の少なくとも１つに対応する、集水システムの構成を示す概念図である。集水システム１は、構造体２と、所定の周波数の音波を送信可能な音波送信機３と水源５とを少なくとも備える。また、例として、気流生成装置４と、集水機構６とを備えてもよい。

【0040】

構造体２は、例えば筒状の形状を有するが、水源からの気流が流れ込む形状であればよく、形状は限定されない。図６においては、円筒形の構造体で、試験管のような形状を想定した。

【0041】

図示したように、構造体２の先端が閉じて球体型である円筒形の場合、構造体２の直径は、音波送信機３から送信される音波が、音波送信機３より遠い、対面の壁面に到達可能な程度であることが好ましい。音波の到達距離は、周波数の高低により異なるため、用いる周波数を考慮して構造体２の設計をしてもよい。

【0042】

構造体２、音波送信機３、気流生成装置４、水源５、集水機構６、及び冷却制御機能に関しては、第一の実施の形態に示した内容を必要な範囲で採用することができる。

【0043】

第二の実施の形態における集水システムの機能は、第一の実施の形態に示した機能説明の内容を必要な範囲で採用することができる。

【0044】

［集水処理］
集水システム１を用いた集水について説明する。図６のように設置された構造体２、音波送信機３、気流生成装置４、及び水源５がある。気温は、摂氏氷点下１０度から摂氏４０度までの範囲が好ましい。ただし、本件開示はこれに限定されるものではなく、水源５が液体で存在可能な気温であればよい。

【0045】

水源５から生じた上昇気流に対し、音波送信機３から所定の周波数の音波を送信し、照射する。所定の周波数は、いわゆる超音波であることが好ましい。所定の周波数は、２０ｋＨｚ～５０ｋＨｚであることが好ましく、３５ｋＨｚ～４５ｋＨｚであることがより好ましい。

【0046】

音波送信機３は構造体２に接触していても、非接触であってもよい。また、音波送信機３は構造体２の外側に設置されているが、構造体２の内部に設置してもよい。音波を気流に照射すると、気流の下流方向で、構造体２の閉じた先端部分方向の壁面に結露する。結露した液体は、重力により落下し、集水機構６に蓄えられる。

【0047】

このような集水システム１によれば、構造体２に水滴を結露させ、集水することが可能となる。さらに、気流生成装置４及び集水機構６を備えることで、より効率的に集水することが可能となる。

【0048】

第二の実施の形態の一側面として、新たな集水システムを提供することができる。

【符号の説明】

【0049】

１ ：集水システム
２ ：構造体
３ ：音波送信機
４ ：気流生成装置
５ ：水源
６ ：集水機構

【要約】

【課題】
新たな集水システム及び集水方法を提供することである。
【解決手段】
水源と、所定の周波数の音波を送信可能な音波送信機と、壁面の少なくとも一部に、前記音波を伝搬可能な壁面を備えた構造体とを備える集水システムであって、前記構造体が水源の上方に設置され、前記音波送信機が、前記構造体の内部に前記音波を送信可能に設置された、集水システム。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】