JP2004316398A

JP2004316398A - 自然エネルギーを利用した大気中水分の集水供給システム

Info

Publication number: JP2004316398A
Application number: JP2003147014A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kimura; 吉寿木村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】都市部における過剰なエネルギー消費が、大気中の水分の上昇をもたらし、局所的な水分飽和状態が積乱雲を発生させ、ヒートアイランド現象（温暖化）や集中豪雨の温床となっている。また、島嶼部や砂漠化が進行している地域等において水不足が問題となっている。
【解決手段】Ｈｅガス等の空気よりも軽い気体をバルーンに充填することによる浮力を用いて、熱電変換素子による電子回路をバルーンに取り付けることで、大気中の水蒸気を結露水として集水・供給する。また、大気中に浮遊する水滴についても回転翼を用いて集水・供給する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水不足解消、過剰エネルギー消費により発生するヒートアイランド現象や地球温暖化の緩和のため、大気中の水分を集水・供給する技術
【０００２】
【従来の技術】本発明に直接的に関わる文献は見あたらないため、間接的に参考または検索した文献、関連特許を以下に記載する。
【特許文献１】特開平８−３０３８１０公報放射熱地用冷房装置
【特許文献２】実願平３−３７４３４公報太陽熱利用造水器
【非特許文献１】金綱均著風力発電機製作ガイドブック１９８０．８発行パワー社
【非特許文献２】葉玉泉著発電機ガイドブック２００１．６発行パワー社
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】都市部における過剰なエネルギー消費が、大気中の水分の上昇をもたらし、局所的な水分飽和状態が積乱雲を発生させ、ヒートアイランド現象（温暖化）や集中豪雨の温床となっているが、大気中の水分を集水することにより温暖化や集中豪雨を緩和する。また、島嶼部や砂漠化が進行している地域等の水不足の解消手段となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】Ｈｅガス等の空気よりも軽い気体をバルーンに充填することによる浮力を用いて、熱電変換素子による電子回路をバルーンに取り付けることで、大気中の水蒸気を結露水として集水・供給する。また、大気中に浮遊する水滴についても回転翼を用いて集水・供給する。
【０００５】
【発明の実施の形態】バルーン内にＨｅガス等の空気よりも軽い気体を充填して浮力を発生させ、熱電変換素子を用いた電子回路（結露水発生器）を取り付けることで、大気を冷却して結露水を発生・集積・供給する（図１，２，３参照）。なお、熱電変換素子は電力を加えることにより大気を冷却（ペルチェ効果）する。冷却された空気が換気によって結露点まで冷やされない状態になることを防ぐため、空気冷却層を設けて空洞体内で結露点まで十分に冷却する方が効率的である。
【０００６】
また、熱電変換素子は太陽光で発電する機能（ゼーベック効果）を有することから、バルーン上端等の日光を受け易い位置に取り付けることで、日中は蓄電して、その電力で夜間冷却するといった手法や補助電源として結露水発生器に送電する方法が有効である（図４参照）。
【０００７】
また、高度によって気温、湿度が異なるため、結露点まで冷却するのに要するエネルギーは高度によって異なる。このため、効率的に結露水を発生させるための高度調整機能として、バルーンを係留しているナイロン等の軽量で強硬な線材を巻き上げたり、バルーンと結露水発生器の間の系合線材を滑車等を用いて巻き上げることで高度調整すると効果的である。（図５参照）。
【０００８】
また、冷却能力向上のための補助電源として、バルーンに小型の風力発電機を取り付けることで、上空の安定した風力を利用することが可能となり、昼夜を問わず補助電源として活用できる（図６参照）。なお、熱電変換素子の吸熱面と放熱面が逆転しないよう整流装置により直流に変換しておく必要がある。
【０００９】
また、その風力発電機の回転翼を中空にして、中空内部を空気冷却室として結露水発生・集水器と組み合わせることで、回転翼外側の熱電変換素子の放熱面が風にさらされ放熱作用が向上し、回転翼内部の吸熱作用も向上すると考えられる。（図７参照）。
【００１０】
さらに、回転翼は回転しながら、外気と接触することで大気中に浮遊する水滴が付着することが考えられる。このため、回転翼の外側部材を肌理の細かい親水性部材または撥水性部材で覆うことで付着水分は回転翼外面上を遠心力と重力により流れて、回転翼外縁部の集水溝（図８参照）を通じて、集水器に集めることが効果的である。
【００１１】
また、さらに空気を結露点まで十分冷却するため、段階的に複数の空気滞留漕を結露水発生器に設けて、冷却能力を高めることも、気温が高い場合には効果的である（図９参照）。なお、空気流入孔を上部にし、空気流出孔を下部に取り付けて例示している理由は、冷たい空気の方が温かい空気よりも重いためである。
【００１２】
また、結露水発生器の空気流入孔を尾翼を付けて可動式にして、風上に向くようにすることで結露水発生器内の空気圧を高めることで、結露水発生器内の空気密度を高くし、水分発生を促進させること効果を持たせることも可能である（図１０参照）。なお、このとき空気流出孔は設けず、多孔質部材による少量の排気に絞っておく方が空気圧を高める上では有効である。集水した大気中の水分は、温暖化・集中豪雨防止であれば雨滴として散布しても良いし、さらに水利用を考えるならば、送水管を用いて地上に送水して貯めることも可能である。ただし、管の重量が加わるため、浮力との関係で高度が制限される。
【００１３】
なお、装置が帯電することによる落雷を避けるため、避雷針または接地を施しておくことが安全上必要である。また、バルーンが破裂することによる落下の危険性を防ぐため、バルーンは複数を繋ぐか、バルーン内に充填するための漕を複数設けておく方が安全である。また、バルーンに充填する気体は、引火の危険性がないＨｅガスを使用する方が水素ガスよりも安全である。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、自然エネルギーを利用した大気中水分の集水・供給を行う装置であり、都市部においてヒートアイランド現象等の温暖化や集中豪雨を緩和する効果や、火力、原子力発電所から直接または間接的に発生している水蒸気ガスの回収手段として活用でき、地球規模の温暖化防止効果があると考えられる。なお、夜間の余剰電力を利用すると効果的である。また、島嶼部、砂漠化が進行している地域、水不足が深刻化している地域における新たな水供給手段となると考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す全体構成図
【図２】本発明の実施の形態における、結露水発生器兼集水器の拡大斜視図
【図３】熱電変換素子による冷却原理を説明する拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態における、上部皿上中空バルーンの上部に熱電変換素子を取り付けた例を示す斜視図
【図５】本発明の実施の形態における、高度調整機能を付加した場合の実施例を示す概略図
【図６】本発明の実施の形態における、結露水発生器兼集水器に小型風力発電機を付加した実施例を示す図
【図７】本発明の実施の形態における、風力発電機回転翼を中空にして結露水発生器と組み合わせた例を示す平面図（上）及び斜視図
【図８】本発明の実施の形態における、回転翼の外縁部に集水溝を設けた例を示す拡大斜視図
【図９】本発明の実施の形態における、空気滞留漕を設けた例を示す概略図
【図１０】本発明の実施の形態における、空気圧を高めるための空気流入孔の形状例を示す概略図
【符号の説明】
１．Ｈｅガズ充填バルーン、２．係合線材、３．結露水発生器兼集水器、４．送水管、５．バルーン固定兼高度調整用線材、６．巻上機、７．集水桝、８．電源装置、９．送電線、１０．地面、１１．空気流入孔、１２．断熱性部材、１３．熱電変換素子、１４．空気流出孔、１５．水滴、１６．吸熱性金属板、１７．断熱性部材、１８．Ｎ型半導体、１９．Ｐ型半導体、２０．放熱性部材、２１．電極、２２．上部皿上中空バルーン、２３．定滑車、２４．動滑車、２５．風力発電機、２６．中空回転翼、２７．空気・結露水流出孔、２８．発電機付集水機、２９．集水溝、３０．空気滞留漕、３１．尾翼、３２．回転部位

Claims

熱電変換素子を用いた電子回路を配設した空気冷却室を形成する器部本体において、熱電変換素子のペルチェ効果により空気が冷却され、冷却室壁面に発生した結露水を集水するために下方に漏斗状に集水孔と空気冷却室へ外気を流入するための空気流入孔と冷却後の空気を外部に排出するための空気排出孔を備えた結露水を発生・集水する装置。ただし、集水孔が空気排出口としての役割を兼用する場合や多孔質部材を器部本体に取り付けて空気流入及び排出機能を代用する場合には、必ずしも空気流入孔または空気排出孔を設ける必要はない。
空気よりも軽い気体を充填し、線材で係留したバルーンに係合して前項記載の結露水発生・集水器を取り付け、水分子が対流している上空の空気を冷却することで発生する結露水等の水分を滴下または送水管を集水孔に接続して水供給を行う装置。
請求項１記載の結露水発生・集水器に関して、熱電変換素子の持つゼーベック効果を利用した太陽光発電により、蓄電または補助電源として利用できるように配設した請求項１または２記載の装置。
請求項２記載のバルーンを係留するための線材またはバルーンと結露水発生・集水器の係合線材に関して、高度により気温と湿度の相違があることから、線材の巻上機を用いて高度を調節する機能を設けた請求項１、２または３記載の装置。
請求項１記載の結露水発生・集水器に関して、冷却能力を向上させるための補助電源として、バルーンに係合または電気回路を配設して小型風力発電機を設けた請求項１、２、３または４記載の装置。
請求項５記載の小型風力発電機又はファンの回転翼を中空にして、回転翼内部を請求項１記載の結露水発生・集水器として利用することで、回転翼外側の熱電変換素子の放熱面が風を受けて放熱作用が促進され、回転翼内部の吸熱作用も促進される効果が付加されることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の装置。
請求項５、６記載の小型風力発電機又はファンにおいて、上空の雲中に存在する霧状の水滴が、風に乗って回転翼に付着した場合に、付着した水滴を回転翼の遠心力と重力で排水溝を通じて集水器へ集めるための排水溝を回転翼の外縁部に備えた霧雨を集水する装置を設けた請求項１、２、３、４、５または６記載の装置
請求項１記載の結露水発生・集水器に関して、流入空気を結露するまで十分に冷却するため、空気が流入してから流出するまでの冷却過程を複数の空気冷却室を設けることで、流入空気が多段階式に冷却される空気冷却漕を設けた請求項１、２、３、４、５、６または７記載の装置。
請求項１記載の空気流入孔に関して、孔を風上に向けて風圧により空洞体内の空気圧を高めるため、空気流入孔に空気を流入するためのファンまたは風見鶏の原理で孔の向きを可動式にして、孔の向きの延長線上に尾翼を設けた請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の装置。
上記記載の全装置に関して、帯電による落雷を避けるため、避雷針または接地を施した請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の装置。