(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシステム内で海水を蒸発及び凝縮し、前記第１のシステムから分離していると共に圧縮器を含む独立した第２のシステム内で第２の媒体、好ましくは未処理の水を蒸発及び凝縮し、圧縮器において所定の圧縮圧力で予め加熱された前記第２の媒体の存在下で加熱することによって前記海水を蒸発させ、海水蒸気の凝縮によって前記第２の媒体を前記第２のシステムにおいて蒸発させ、前記海水の蒸気はサイクロン分離器を介して導かれる海水の脱塩方法であって、前記第１のシステムの供給される全ての海水フローは少なくともほぼ等しい大きさの第１の分流及び第２の分流に細分され、前記第１のシステムの出口部に熱い水蒸留物を流す第１の熱伝達ユニット内の前記第１の分流と、放出された熱い濃縮水が流れる第２の熱伝達ユニット内の前記第２の分流は前記第１のシステムにおいて沸騰温度に近い温度に上げられ、時間単位当たりに供給される全ての海水の量と時間単位当たりの濃縮水の量との割合として１．３と１．４の間の値が選択され、この割合は濃縮係数ＣＦとして示されることを特徴とする、脱塩方法。
【請求項２】
濃縮係数（ＣＦ）が約１．３３に選択されることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の分流の大きさは前記蒸留物フローの大きさとほぼ等しくなるように選択され、前記第２の分流の大きさは前記濃縮水フローの大きさとほぼ等しくなるように選択されることを特徴とする、請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。
【請求項４】
予め加熱された前記第１及び第２の分流は前記第１のシステムの蒸留フラスコにおいて沸騰温度に上げられることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第３項の少なくとも１つに記載の方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の分流が前記第１のシステムにわたる沸騰温度を有するように、前記第２の分流は更に長い時間で前記第１のシステムにおける沸騰温度を上回る温度に加熱されることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第３項の少なくとも１つに記載の方法。
【請求項６】
前記海水は前記第１のシステムに配置される循環蒸発器を介して導かれることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第５項のうち少なくとも１つに記載の方法。
【請求項７】
硬石膏結晶の成長を防ぐ添加剤が比較的少量で前記全ての海水フローに添加されることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第６項のうち少なくとも１つに記載の方法。
【請求項８】
細菌のいない水蒸留物がコンディショニングされることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第７項のうち少なくとも１つに記載の方法。
【請求項９】
海水のための第１のシステム（１３、１３′）と、前記第１のシステム（１３、１３′）から分離していると共に圧縮器（６６、６６′）を含み、熱を伝達する独立した第２のシステム（１４、１４′）とを有し、前記第１のシステム（１３、１３′）は前記海水を蒸発させる第１の熱交換器（５２、５２′）及び前記海水の蒸気を凝縮する第２の熱交換器（６２、６２′）を介して前記第２のシステム（１４、１４′）に結合しており、前記蒸発器と前記凝縮器との間の蒸気チャンバに配置されるサイクロン分離器（５６、５６′）を有する海水の脱塩装置であって、前記第１のシステム（１３、１３′）に供給される全ての海水フローをほぼ等しい大きさの第１の分流及び第２の分流に細分する分配器（２２、２２′）を有し、前記第１のシステム（１３、１３′）の出口部に熱い水蒸留物を流す第１の熱伝達ユニット（２８、２８′）を有し、前記第１の熱伝達ユニット（２８、２８′）において前記第１の分流は前記第１のシステム（１３、１３′）内で沸騰温度に近い温度に上げられ、放出された熱い濃縮水が流れる第２の熱伝達ユニット（３８、３８′）を有し、前記第２の熱伝達ユニット（３８、３８′）において前記第２の分流は前記第１のシステム（１３、１３′）内で沸騰温度に近い温度に上げられ、時間単位当たりに供給される全ての海水の量と時間単位当たりの濃縮水の量との割合であり１．３と１．４との間の値である濃縮係数（ＣＦ）を有することを特徴とする、脱塩装置。
【請求項１０】
前記濃縮係数（ＣＦ）が約１．３３であることを特徴とする、請求の範囲第９項に記載の装置。
【請求項１１】
第１のフィードパイプ（２３、２３′）内の前記第１の分流の大きさは蒸留パイプ（３１、３１′）内の蒸留物フローの大きさとほぼ等しく、第２のフィードパイプ（２４、２４′）内の前記第２の分流の大きさは放出パイプライン（３６、３６′）内の濃縮水フローの大きさとほぼ等しいことを特徴とする、請求の範囲第９項又は第１０項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１及び第２の分流が供給される蒸留フラスコ（２９）に加熱装置（３２）が設けられていることを特徴とする、請求の範囲第９項〜第１１項のうち少なくとも１つに記載の装置。
【請求項１３】
第３の熱伝達ユニット（７８）が提供されており、前記ユニット（７８）の一方の側を介して前記第２のフィードパイプ（２４′）内の前記第２の分流が流れ、前記ユニット（７８）のもう一方の側は外部加熱装置（８１）の部分であることを特徴とする、請求の範囲第９項〜第１１項のうち少なくとも１つに記載の装置。
【請求項１４】
前記第３の熱伝達ユニット（７８）を介して流れる強制循環熱伝達媒体が重油燃焼又はガス燃焼加熱装置（８１）に設けられることを特徴とする、請求の範囲第１３項に記載の装置。
【請求項１５】
前記熱伝達ユニット（２８、２８′；３８、３８′；７８）は、プレートタイプの交換器技術によるチタンから製造されることを特徴とする、請求の範囲第９項〜第１４項のうち少なくとも１つに記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のシステム（１３、１３′）内の前記蒸発器（５２、５２′）が、自然液体循環、自動液体循環又は強制液体循環を有する循環蒸発器からなることを特徴とする、請求の範囲第９項〜第１５項のうち少なくとも１つに記載の装置。
【請求項１７】
全ての海水量を供給する前記パイプライン（１６、１６′）は添加剤を添加する計量ステーション（１９、１９′）に接続されていることを特徴とする、請求の範囲第９項〜第１６項のうち少なくとも１つに記載の装置。
【請求項１８】
前記蒸留パイプ（３１ ３１′）はコンディショニングステーション（３９、３９′）に結合していることを特徴とする、請求の範囲第９項〜第１７項のうち少なくとも１つに記載の装置。
【請求項１９】
オフシャットバイパス（７１）が前記第２の熱伝達ユニット（７８）に提供されていることを特徴とする、請求の範囲第９項〜第１１項及び第１３項〜第１８項のうち少なくとも１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求の範囲第１項及び第９項のプレアンブルにそれぞれ従った海水の脱塩方法及び装置に関する。
淡水及び飲料水は貴重な原料であり、これは特に乾燥した気候帯のみでなく、その需要がますます増えている産業国においても必要に迫られている。現存の資源の不足が進んでいるため、多大な努力を用いて新しい飲料水源を探したり、飲料に適さない水、例えば海水を洗浄（cleansing）などによって処理したりしている。特に非常に乾燥した地域では、プラントの灌漑に好適な水を海水から処理することは必然的である。
海水を脱塩する通常の方法は、逆浸透法（ＲＯ）、蒸気再圧縮蒸発法（ＶＲ）及び多重効用式蒸発法（ＭＳＦ、ＭＥ）である。逆浸透法では、海水は半透膜に押し通され、このプロセスにおいて清浄される。しかし、このようなＲＯプラントの不利な点は、汚染された水、特に油で汚染された水に対して感度が非常に高いため、入ってくる水を常に制御する必要があるということである。余剰圧力で行われないＶＲ法では、海水を減圧下で蒸発し、次に圧縮によって再び凝縮する。減圧での蒸発は、細菌学的に非常に汚染されており、更に有機的にも汚染されている可能性のある海岸地域の海水からしか品質の優れた飲料水が得られず、これはコスト、特に化学的なコストを更に多くすることを意味する。これは、以下の理由による：第１に、このような低蒸発温度では、実質的には水の非揮発性成分しか分離させることができず（例えば、海水から塩を分離する）、これは相転移のみによって抽出可能である。殆どの場合、水からの揮発性成分の分離はこの方法によってのみでは不可能である。第２に、細菌学的側面から蒸留を観察すると、真空蒸発法の不利な点は更に明白になる。発表された研究から、細菌、微生物及びその同等物は一定の温度において、この温度の関数である一定期間の後にしか殺せないことが公知である。この方法は、未蒸発の水又はその粒子も蒸留物に移動しないことを保証しないため、汚染のレベルによって、これは海水を飲料水に処理する際に絶対に不可欠な局面である。第３に、この種の真空蒸発法は蒸留パイプにおいて、装置から生成された蒸留物を真空下で抽出するポンプを必要とし、これが真空下の内部と通常の圧力との間の圧力差を克服できる唯一の態様である。結果として、ポンプの部分を移動させることによって蒸留物を再び汚染し、装置及び保守に関してコストを増やすにすぎない。熱蒸気の形態である熱エネルギーをエネルギー源として必要とする多重効用式蒸発法は、不都合なことに、この蒸発方法に必要な熱蒸気を発生させるために使用される処理水の連続的な消費を含む。砂漠などの非常に乾燥した地域ではこの水は得られず、あるいはプラントから水を引かなくてはならないためにプラントの蒸留能力を減少させる。
海水の脱塩に関しては、ＣａＳＯ4（硫酸カルシウム）の溶解度の限度を越えないように注意しなければならない。しかし、濃度及び温度が上がるとより速く飽和に達し、これによって溶解度の限度は約１１０℃で達し、標準の海水は硬石膏濃度に達する。塩の濃度がより高い海水では、この限度はより低温に減少される（H. E. Honig、"Seawater and Seawater Distillation"、pages 68 and 69、Fichtner Handbook、published by Vulkan、Essen）。海水の脱塩プロセスが蒸発中に塩含有量の多い域に入るほど、３つの硫酸カルシウム変性体の沈殿レベルが大きくなる。前述のプロセスの各々において、膜をふさいだり蒸発器を詰まらせるような沈殿を生じないことを確実にすることが重要である。洗浄速度が高速である場合、対応する濃縮を避けることができる。通常は、沈降を防ぐために、硫酸カルシウム（例えば無水物、含水硫酸カルシウム及び石膏）において生じる変性体の結晶化を防ぐ添加剤を海水に投与するか又は硬化剤の存在下で「しきい」効果を生じる。高洗浄速度で動作する際の不利な点は、ＲＯプラントではより高いポンピング能力の結果として、ＭＳＦ及びＶＲプラントでは洗浄水の量によってより多くなった必要量の海水を加熱し、各々の沸騰温度に加熱しなくてはならないために、双方においてエネルギーを更に消費してしまうことである。
各々の請求項のプレアンブルにおいて特定される特徴を有する未処理の水の蒸留方法及び装置がドイツ国特許番号DE 26 00 398 C2から公知であり、この特許において予め脱塩され脱イオンされた未処理の水は処理され、高純度で細菌のいない蒸留物に加工され、この装置に供給される未処理の水とほぼ同量の蒸留物が生成される。未処理の水を蒸留するこの方法及びこの装置は、この形態では海水の脱塩には適していない。対応する量の海水がこの公知の装置に送られる場合、例えば３つの硫酸カルシウム変性体の全て及び海水から生じる他の塩によって、第１のシステムは非常に短い期間のうちに詰まってしまう。
従って、本発明の目的は、各々が海水の熱脱塩に好適であるような最初に述べたタイプの方法及び装置を発展させ、これらによってより低い濃度の海水を蒸発すると同時に高品質で細菌のいない水蒸留物を生成しながらなおエネルギーを節約することである。
この問題を解決するために、請求の範囲第１項及び第９項にそれぞれ特定される特徴は、初めに述べられたタイプの方法及び装置においてそれぞれ考慮されている。
本発明に従った手段を用いると、濃縮係数ＣＦの低い値を選択するために、第１のシステムにおいて海水のより小さな濃縮を得ることができ、これは、硬石膏（この場合は水を含まない結晶化した硫酸カルシウム）又は付着した際にボイラースケールと呼ばれる特定の硫酸カルシウム変性体（及び海水で一般にみられる他の塩）の飽和ラインをわずかに上回る範囲内で本発明に従った方法が行われることを意味する。これは、本文中では実用的ではない装置内の付着特性に関連する第１のシステムにおける硬石膏の結晶化を本質的に防ぐには比較的少量の添加剤を添加するだけで十分であり、従って環境保護にも貢献することを意味する。高洗浄速度（高流出速度、高放出速度）と関連したこの低濃縮はまた、動作中に第１のシステム内の沸騰温度の大幅な上昇を防ぎ、これは第２のシステム内の凝縮器（復水器）のデザインに有益に影響する。この種のＣＦ値は、低及び中出力のプラントに特に適している。使用されるデュアル回路システムは余剰（過剰）圧力下で動作するため、蒸留物を抽出するポンプを必要とせず、従って蒸留物は第１システムを出たときの純度レベルに維持される。この凝縮プロセスは更に、例えば５ｐｐｍ未満のＮａＣｌ含有量を有する優れた品質の淡水を生成する。サイクロン沈殿を使用する蒸留物の生成方法は、実質的に細菌のいない蒸留物を生成する。このように蒸留物に細菌及び塩が存在しないため、適切なコンディショニングの後にこの蒸留物を最も多様な目的に使用することができる。
本発明の請求の範囲第２項及び第１０項の特徴にそれぞれ従うと、１．３〜１．４の間の値が好適なＣＦ値であることがわかった。この結果、蒸留物の量の約３倍の処理量で海水用の凝縮器を動作することができる。従って、同様に、凝縮器内の流速は洗浄設備のない蒸留プラント（不連続動作又はバッチ動作と仮定する）内の流速よりも３倍速い。
蒸発器内の流速の増加は蒸発器内の熱伝達係数を向上させ、蒸発器の壁に付着物が形成される傾向を少なくし、例えば亀裂における応力腐食クラッキングに影響を及ぼすコーティングの形成が妨げられるために腐食の傾向を少なくし、更に、抗スケーリング添加剤が必要である場合に投与量をより少なくし、循環ポンプを付加せずに蒸発器の循環係数をより高くする。循環係数がより高くなることによって、海水はＦ0値（方法の殺菌品質の基準）が増加するように蒸発温度でより長い時間維持される。従って、海水中に存在する微生物の絶滅は、保有時間がより短い場合よりもはるかに信頼性をもって保証される。
反対に、ＣＦが２である場合、流速は２倍しかない。１．３未満（例えば１．２）のＣＦ値の選択は流速を更に増加させることを意味するが、熱伝達ユニットにおける応力損失の増加を生じてしまう。しかし、濃縮水（流出水、放出水）の自動放出（即ち、１１０℃において約０．３バールの蒸発器内に存在する内部余剰圧力による）が保証される場合、許容可能な応力損失を非常に大きくすることはできない。プラントは誤ってそれ自体を流出してしまう可能性があり、これは冷却の間に生じうる種々の妨害問題を考慮すると非常に重要である。高処理量で非常に低い圧力損失を有する熱伝達ユニットは非常に大きく、従って高価すぎる。同様に、流速が非常に遅いと、詰まるリスクが高くなるか又は内部にコーティングが形成されてしまう。処理量があまりにも高い場合の更なる不利な点は、エネルギーの問題である。蒸発器内にある全ての海水は沸騰温度（この例では１１０℃）に加熱されなくてはならないため、追加のエネルギーを増加することも必要になる。これは、経済的効率に影響を及ぼす。
熱伝達効率の最適レベルは、本発明の請求の範囲第３項及び第１１項にそれぞれ従った特徴によって達成される。ＭＳＦ法とは対照的に、ＶＲ法を使用する場合、主要エネルギーは約２．５対１の割合で節約される（W. Lorch、Handbook of Water Purification、second edition 1987、page 457、published by Ellis Horward Limited、Chichester）。全体のエネルギー消費の点から、本文中に記載の方法はＶＲ法にほぼ等しい。１時間あたり１０ｍ3の蒸留物を生成するには、約４８０ｋＷ／時間が必要である。これは、０．０４８ｋＷ／蒸留物１ｋｇの消費に相当し、４１．３ｋｃａｌ／蒸留物１ｋｇに相当する。
本発明の第１の実施の形態では、デュアル回路システム内に一体形成されたヒータによって予熱された分流の温度をわずかに上回る沸騰温度に達することが、本発明の請求の範囲第４項及び第１２項の特徴にそれぞれ従って達成される。
本発明の第２の実施の形態では、装置の場所において使用されているエネルギー条件に合わせられるように、本発明の請求の範囲第５項、第１３項及び／又は第１４項の特徴にそれぞれ従ってデュアル回路システムの外部にある加熱装置が提供される。
プラントの全ての部品が腐食的な海水にさらされるため、耐腐食性及び耐点食性デザインの熱伝達ユニットが本発明の請求の範囲第１５項に従って得られる。
本発明の請求の範囲第６項及び第１６項にそれぞれ記載の特徴により、蒸発器内の流速の更なる増加が達成され、従って前述の有益なプロセス変数における更なる向上が達成される。
本発明の請求の範囲第７項及び第１７項にそれぞれ従って、比較的低用量の添加剤の混合物のための計量ステーションが提供される。
大量の蒸留水の消費は人間の身体にミネラルバランスを損なうため、飲料水を用途とする使用には蒸留物の更なる処理が必要である。従って、ＷＨＯ基準に準拠した特定のミネラル及びその同等物を飲料水に添加しなくてはならない。農耕装置の灌漑用に水蒸留物を使用する場合、大体において更なる処理は不要である。低ミネラル含有量のため、塩が灌漑水に取り込まれることによって生じる土壌の急速な過脱塩が防止される。従って、土を取り替えたり高価である土の灌漑を行う必要がなく土壌はより長い期間にわたって肥沃のままである。しかし、必要に応じて、肥料、殺虫剤及びその同等物などの特別な混合物を蒸留物に付加することができる。これは、本発明の請求の範囲第８項及び第１８項にそれぞれ記載の特徴に助けられて前述の代わりの方法で行うことができる。
本発明の第２の実施の形態に従った装置の始動をより容易にするために、本発明の請求の範囲第１９項に記載の特徴が提供される。
本発明の更なる詳細は以下の説明から理解できる。以下の説明において、本発明は図面に表される実施の形態を参照してより詳細に記載され、説明される。
図１は、本発明の第１の実施の形態に従った海水の熱余剰圧力による脱塩装置の図である。
図２は、本発明の第２の実施の形態に従った海水の熱余剰圧力による脱塩装置の図１に対応する図である。
図３は、装置のデュアル回路処理システムを含む部分の拡大図である。
本発明の２つの実施の形態に従った図面にそれぞれ表される装置１１又は１１′は、エネルギーを節約する熱余剰（過剰）圧力による海水脱塩に使用され、このプロセスにおいて最も高品質で細菌のいない水蒸留物が生成され、この装置は特に低〜中出力用にデザインされている。細菌のいない水蒸留物は、特に飲料水としての使用又は灌漑用に意図される。表されるこれらの実施の形態はデュアル回路システム１２を使用しており、これは、わずかに余剰の圧力下で動作して海水を脱塩する第１のシステム１３、１３′と、間隔的に分離して独立しており、熱ポンプによって余剰の圧力下で動作される第２のシステム１４、１４′とを有する。
図１に表される余剰圧力による海水脱塩装置１１の第１の実施の形態に従って、脱塩されるべき海水はポンプ１７によって図示されない態様で海中に浸漬されたパイプライン１６を通り、ポンプ１７の上流のろ過システム１８を通って運ばれる。このろ過システム１８において、例えば２００μｍより大きいサイズの粗い粒子が冷たい海水から取り除かれる。装置１１における全ての圧力損失を克服し、なおかつ装置の出口部において所望の残りの余剰圧力を提供するために必要な程度まで取り入れられた冷たい海水の圧力を増加するように、ポンプ１７はデザインされる。表される実施の形態では、例えば約２〜３バールの余剰圧力がポンプの下流に伝わる一方、出口部サイドでは蒸留管において例えば約０．２５〜０．３０バール、最後の熱伝達ユニット３８の後では約０．１バールのわずかな余剰圧力が伝えられる。ポンプ１７の下流においてパイプライン１６は計量ステーション１９に結合しており、接続パイプ２１を通って添加剤が海水に添加される。比較的少量で添加されればよい添加剤は、硬石膏（ＣａＳＯ4）の結晶化を低減するか変更するか又は全体として避け、従って構成要素、特にデュアル回路システム１２内の蒸発器の閉塞を防ぐ機能を果たす。この添加剤は、水蒸留物の使用量の関数として選択される。従って、添加剤は例えば飲料水の生成にも許容可能であり、環境的に融和性がなくてはならない。
パイプライン１６は、分配器２２の下流において第１のフィード（供給）パイプ２３及び第２のフィードパイプ２４に枝分かれしており、これらの各々にはスロットル構成要素２６及び２７がそれぞれ設けられている。結果として、パイプライン１６に供給される海水のフローは、第１のフィードパイプ２３内の第１分流と、第２のフィードパイプ２４内の第２分流とに分かれる。この２つの分流の容量は、２つのスロットル構成要素２６及び２７によって固定されるか又は調節されて配分される。
第１の熱伝達ユニット２８の一方の側は第１のフィードパイプ２３に結合しており、前者のもう一方の側は蒸留パイプ３１に配置されており、蒸留パイプ３１は第１のシステム１３の出口端に結合している。第１の熱伝達ユニット２８の一方の側から現れる第１のフィードパイプ２３の部分３３は第１のシステム１３の入口端、即ち蒸留フラスコ２９に結合しており、この中に海水の第１分流が送り込まれる。
従って、デュアル回路熱ポンプシステム１２の第１のシステム１３には脱塩されるべき海水の一方の分流が送られる一方、第２のシステム１４は独立しており、例えば淡水の形態である未処理の水を第２の媒体として有する。図示されない形態で、第２のシステム１４をオフシャットパイプラインに結合し、第２の媒体を初めに供給することができる。表される実施の形態では、第１のシステム１３の蒸留フラスコ２９に別個のヒータ３２を取り付けることができ、表される実施の形態ではこのヒータ３２を電気によって動作させることができる。
第１のシステム１３内の蒸留フラスコ２９の基底部は放出パイプライン３７に結合しており、これは第２の熱伝達ユニット３８のもう一方の側に取り付けられている。海水の濃縮水は、放出パイプライン３６の自由出口部分３７から取り込まれる。換言すると、放出パイプライン３６は、例えば脱塩されていない、即ち蒸発していない海水を海に戻す役割をする。第２のフィードパイプ２４は第２の熱伝達ユニット３８の一方の側に結合しており、これによって第２の分流は第２の熱伝達ユニット３８を介して流れ、同様にして第２のフィードパイプ２４の出口部分３４をわたり、第１のシステム１３の蒸留フラスコ２９へ送り込まれる。
蒸留パイプ３１はその出口部分３５においてコンディショニングステーション３９に結合しており、コンディショニング剤は接続パイプ４１をわたって最も高品質で細菌のいない水に添加される。コンディショニング剤の種類は水蒸留物の意図される用途、即ち、例えば飲料水として使用されるか又は灌漑に使用されるかに依存する。例えば、前者の場合では異なるミネラル物質をコンディショニング剤として提供し、後者の場合では例えば肥料又はその同等物を提供する。
図１に表される熱伝達ユニット２８及び３８は取り外し可能なプレートタイプの交換器技術によってチタンから製造される熱伝達ユニット（熱交換器）であり、これらは壁の厚さが薄く応力損失が小さい点で非常に効率的であり、腐食に対して大きな抵抗を示し、非常に経済的に製造されることが可能である。
図１に表される装置１１を参照して熱余剰圧力による海水脱塩方法を検討する前に、まず図３を参照してデュアル回路熱ポンプシステム１２の動作モードを説明する。好ましくは蒸留温度をわずかに下回る温度に予熱され、蒸留パイプ３１から現れて第１の熱伝達ユニット２８に入る蒸留物又は放出パイプライン３６から現れて第２の熱伝達ユニット３８に入る濃縮水のそれぞれのフローとは逆方向に２つのフィードパイプ２３／３３及び２４／３４を介して第１のシステム１３に入った海水は、前述のように蒸留フラスコ２９に到達する。蒸留フラスコ２９は第１の熱交換器５２の下に配置されており、第１のシステム１３内の蒸発器として動作する。処理される海水は、蒸留フラスコ２９から上がって第１の熱交換器５２の蒸発器領域５４に入る。第１の熱交換器５２もチタンから有益に製造されており、例えば波形表面蒸発器の形態でデザインされる。第１の熱交換器５２の蒸発器領域５４のいわゆるチューブ内で発生した蒸留物の蒸気は上方向に上がってサイクロン分離器５６を通過し、この分離器５６において伴出した液滴及び粒子は蒸気の非常に高い遠心加速度によって分離される。物理的な効果により、サイクロン分離器の内壁と蒸留物の蒸気との間に少量の水の膜が形成され、これは内部のフローフィールドによってサイクロン分離器５６の底部部分へ移動し、従って蒸留物の中を通過しない。集められた水は底部にあるパイプ５７をわたって排出される（プラント蒸留物容量の約０．２％）。蒸留物の蒸気自体は最大速度の臨界点において金属表面と接触せず、サイクロン分離器５６の中央に配置される浸漬チューブ５８を通過し、第１のシステム１３内の凝縮器として動作する第２の熱交換器６２に入る。例えば、波形表面の蒸発器／凝縮器の形態で同様にデザインされるこの第２の熱交換器６２において、サイクロン分離器５６から現れる蒸気は、例えば９０°方向を変えた後にまっすぐな波形面プレート間のいわゆる分割チャンバを通過して流れ、このプロセスにおいて凝縮を行う。海水蒸留物の形態である凝縮物は、なおわずかな余剰圧力下で蒸留パイプ３１を通って第１のシステム１３を出る。
第１のシステム１３内の凝縮器として動作する第２の熱交換器６２において放出された第１の媒体（脱塩されるべき海水又は海水の蒸気）の凝縮熱は、第２のシステム１４内に一度だけ送られる第２の媒体を蒸発させるために第２のシステムにおいて使用される。第２のシステムにおいて発生した第２の媒体の蒸気は、デュアル回路システム１２の頂部部分から図示されない従来のミスト集積器を通り、電気モータ５０によって駆動される圧縮器６６へ導かれる。圧縮及びこれに関連する温度の上昇が、圧縮器６６において生じる。圧縮器６６を出た第２の媒体の蒸気は第１の熱交換器５２において使用するのに十分熱く、これは第２のシステム１４において蒸発器として動作し、本質的には予熱されてろ過された海水を蒸発するための唯一の加熱媒体として動作する。第１の熱交換器５２における第２の媒体の蒸気の濃縮により、海水は第１の熱交換器５２において蒸発する。生じた第２の媒体の凝縮物は、第１の熱交換器５２を出てパイプ６８及びスロットバルブ６５を通過し、上部の第２の熱交換器６２に入り、これは第２のシステムにおいて蒸発器として動作する。第２の媒体の凝縮物は第２の熱交換器６２の底部領域に流れ込み、蒸気として上方向に垂直に流れて熱交換器チューブチャンバを介し、そこからパイプ６７を通って圧縮器６６に戻る。２つのシステム１３及び１４は互いから完全に分離しており、２つの熱交換器５２及び６２はそれに対応してデザインされることが理解される。
図１に表される実施の形態に従って、海水は約１５℃で装置に送り込まれ、ポンプ１７に助けられて例えば１２．３ｍ3／時間の全体積流量が得られる。２つのスロットル構成要素２６及び２７は、第１のフィードパイプ２３内の第１の体積流量が約３．０ｍ3／時間になり、第２のフィードパイプ２４内の第２の体積流量が約９．３ｍ3／時間になるように調節される。第１のフィードパイプ２３内の第１の体積流量の大きさは、この実施の形態において双方の体積流量がほぼ等しくなるように蒸留パイプ３１内の蒸留物体積流量によって決定される。約１０７℃の温度でデュアル回路システム１２の第１のシステム１３から現れ、第１の熱伝達ユニット２８を介して流れる蒸留物により、第１のフィードパイプ２３内の第１の体積流量は第１の熱伝達ユニット２８の通過後に約１０５℃の温度に達し、次にこの温度で第１のシステム１３の蒸留フラスコ２９に入る。蒸留物は約２０℃に冷却し、約０．１バールで現れる。蒸留フラスコ２９から流れる濃縮水は約１１０℃で第２の熱伝達ユニット３８を介して流れるため、第２のフィードパイプ２４内の第２の体積流量はこの第２の熱伝達ユニット３８において同様に１０５℃の領域の温度まで加熱される。濃縮水は第２の熱伝達ユニット３８の終わりで約１９℃に冷却され、約０．１バールで現れる。第１のシステム１３の蒸留フラスコ２９から現れる濃縮水の体積流量は第２のフィードパイプ２４内の第２の体積流量と同じ大きさであり、従って約９．３ｍ3／時間である。約１０５℃に加熱した後、２つの体積流量はこの温度で蒸留フラスコ２９に入り、このように加熱された海水は別個のヒータ３２に助けられて沸騰温度に上昇する。沸騰温度は余剰圧力下で第１のシステム１３において約１１０℃である。前述のように、蒸発のために維持される温度の差は第２のシステム１４の熱ポンプ回路によって取り込まれる。本発明に従って、熱余剰圧力による海水の脱塩方法は、低濃縮かつ従って高洗浄速度で行われる。本発明に従った方法では、供給される海水の総量と濃縮水の量との割合を表す濃縮係数ＣＦは、１より大きく２より小さい、好ましくは１．３と１．４との間の領域に調節される。表される実施の形態では、ＣＦ＝１２．３ｍ3／時間÷９．３ｍ3／時間≒１．３３である。このようなＣＦが選択される場合、蒸留フラスコ２９内の塩含有量は約３４ｇ／ｋｇの海水塩含有量である場合に最大でも４５ｇ／ｋｇまでしか上がらないため、第１のシステム１３又は装置１１内の腐食のリスクは比較的少ない。従って、この方法は硬石膏の飽和ラインをわずかに上回る範囲内で行われ、このため、計量ステーション１９では非常に少量の添加剤を添加するだけでよい。この低いＣＦ値によって高洗浄速度が得られるため、高レベルの海水循環が生じる。これは蒸留システム１３内の熱交換器を向上させ、同様にこのシステムへの付着物の形成を防ぐ。
図１による装置１１は、第１のシステム１３の蒸留フラスコに脱塩されるべき海水を通常レベルまで充填し、これを別個のヒータ３２の助けで約１１０℃に加熱することによって始動される。次に、第２のシステム１４の圧縮器のスイッチをオンにし、これによって余剰圧力による海水の熱脱塩方法が開始される。
高品質で細菌のいない水蒸留物をエネルギーを節約して生成する余剰圧力による海水脱塩の第２の実施の形態に従った図２に表される装置１１′は、プラント及び方法の技術に関しては図１に従った装置と本質的に対応する。従って、装置１１及び装置１１′の双方において対応して使用されるこららの構成要素には、それぞれに同一の参照番号とプライムマークが設けられている。２つの装置１１′と１１との間の違いは特に、このプロセスを始める付随の別個のヒータのデザインが異なった態様で展開されている、ということである。更なる違いは、時間単位当たりの蒸留物の生成がより多いこと、従って規定される体積流量がより大きいことである。図２による装置１１′は、１より大きく２より小さい、好ましくは１．３と１．４との間の領域の濃縮係数ＣＦであり、この場合では同様にＣＦ≒１．３３で動作する。
４１ｍ3／時間であるろ過された（フィルタ１８′）海水の体積流量は、ポンプ１７′の助けでパイプライン１６′を介して運ばれる。添加剤を添加した後（計量ステーション１９′）、スロットル構成要素２６′及び２７′の助けにより、第１のフィードパイプ２３′における１０ｍ3／時間の第１の体積流量と第２のフィードパイプ２４′における３１ｍ3／時間の第２の体積流量とが生じる。約１０７℃で１０ｍ3／時間の熱い蒸留物フローによって第１の体積流量は約１００℃に加熱され、第１のシステム１３′の蒸留フラスコ２９′に送られる。同様に、蒸留フラスコ２９′からの約１１０℃で３１ｍ3／時間の熱い濃縮水フローによって、第２の体積流量は第２の熱伝達ユニット３８′において約１１０℃に加熱される。ここで、第２のフィードパイプ２４′の部分３４′を介するこの第２の体積流量は、第３の熱伝達ユニット７８の一方の側及びパイプライン７９をわたって第１のシステム１３′の蒸留フラスコ２９′に直接的ではなく間接的に送られる。第３の熱伝達ユニット７８からの出力において、３１ｍ3／時間の第２の体積流量は約１１３．３℃の温度を有する。２つの体積流量を混合することによって、蒸留フラスコ２９′において約１１０℃の蒸発されるべき海水の混合温度が生成され、これは第１のシステム１３′において沸騰温度に相当する。蒸発は、この場合も第２のシステム１４′の熱ポンプ回路に助けられて行われる。
第３の熱伝達ユニット７８は加熱装置８１の部分であり、これはその循環パイプライン８２、８３において例えば油である熱伝達媒体を運び、これはポンプ８４によって循環される。この熱伝達媒体は、第３の熱伝達ユニット７８のもう一方の側と油加熱又はガス加熱ボイラー８６の一方の側の双方を介して流れる。ボイラー８６において、体積流量が例えば３６ｍ3／時間である熱伝達媒体は１３５℃に加熱され、第３の熱伝達ユニット７８を通過した後に約１１１℃に冷却される。
第２のシステム１４′の圧縮器６６′は、図１に従った実施の形態のような電気モータではなくディーゼルセット８７に助けられて駆動され、これはまた、電気エネルギーを供給して装置１１′を制御すると共にポンプ、バルブ及び同等物を駆動する生成器８８を駆動する。
図２に従った装置１１′の始動のために、第２の熱伝達ユニット３８′にはバイパス７１が設けられている。このために、シャットオフバルブ７３及びポンプ７４が取り付けられているバイパスパイプ７２は放出パイプライン３６′と第２のフィードパイプ２４′の部分３４′との間をつないでいる。更に、バイパスパイプ７２の後の下流方向の放出パイプライン３６にはバルブ７５が取り付けられており、バイパスパイプ７２の前の上流方向のフィードパイプ部分３４′にはシャットオフバルブ７６が取り付けられている。このプロセスを始めるには、まず加熱ステップのために十分な水を有するように、通常レベルを上回るように蒸留フラスコ２９′に海水を充填する。バルブ７５及び７６を閉じてバイパスパイプ７２のバルブ７３を開け、ポンプ７４のスイッチをオンにすると、海水はポンピングされて循環し、第３の熱伝達ユニット７８をわたって蒸留フラスコ２９′に入る。加熱装置８１のスイッチをオンにすると、これらのバルブ設定で動作は続き、遂には約１１０℃の沸騰温度に相当する約０．１〜０．２バールの吸気余剰圧力が蒸留フラスコ２９′において生じる。次に、第２のシステム１４′の圧縮器６６′のスイッチをオンにすると同時にバルブ７５及び７６を開き、バルブ７３を閉じ、ポンプ７４のスイッチをオフにする。
この実施の形態において蒸留物は、約２５℃の温度、約０．１バールの圧力及び１０ｍ3／時間の体積流量で蒸留パイプ３１から現れることをなお言及する必要がある。３１ｍ3／時間の濃縮水フローは約２４℃の温度をなお有し、放出パイプライン３６′の部分３７′から約０．１バールの余剰圧力で現れる。
１．３〜１．４の間のＣＦ値、例えばこの実施の形態ではＣＦ＝１．３３で装置１１又は１１′を動作させることによって、第１のシステム１３、１３′の蒸発器５２において蒸留物の量の約３倍である海水の処理量を得ることができる。従って、蒸発器内の流速も同様に、濃縮水設備（不連続動作又はバッチ動作を仮定する）のない蒸留プラントの場合よりも３倍速い。蒸発器内の流速におけるこの種の増加により、以下の特徴がこの方法に対して有益である。
ａ）蒸発器における熱伝達係数の向上
ｂ）蒸発器の壁に付着物が形成される傾向が少ないこと
ｃ）例えば亀裂における応力腐食クラッキングに実質的に影響を及ぼすコーティングの形成が妨げられるため、腐食の傾向が少ないこと
ｄ）抗スケーリング添加剤が必要である場合にその投与量がより少ないこと
ｅ）循環ポンプを付加せずに蒸発器の循環係数をより高くすること
ｆ）熱伝達ユニットにおいて不都合となる圧力損失の増加が殆どないこと
循環係数がより高くなることによって、海水は蒸発温度でより長い時間維持される。これは、Ｆ0値（方法の殺菌品質の基準）が増加するという有利な点を有する。従って、海水中に存在する微生物の絶滅は、保有時間がより短い場合よりもはるかに信頼性をもって保証される。
図示されない変更物に従って、第１のシステム１３、１３′の蒸発器５２は、蒸発器５２内の流速を更に増加させ、従って述べられた好都合なプロセス変更物を増加させる手段である液体蒸発器として有益にデザインされる。１つの変更物によると、蒸発器チューブ内で発生する蒸気の泡はマンモスポンプ原理に従って沸騰溶液を上方向に移動させ、蒸発器チューブの外にあるチャンバシステムは溶液の戻りを容易にすることにより、液体の自然循環又は自動循環が生じる。これを、例えばロバートタイプの蒸発器とすることが可能である。もう１つの変更物によると、強制循環及び外部加熱素子を有する蒸発器が自動循環を備える蒸発器の代わりに使用されている。再循環ポンプの出力を変えることにより、流速を直接に予め決定することができる。
他の大きさの体積流量が可能であり、別個の加熱のタイプ及び手段は一方では装置１１又は１１′のそれぞれの能力に、他方では装置の位置に依存することが理解される。装置の位置に依存することは特に、電気エネルギー又は専ら油又はガスの利用可能性の問題を含む。重要なことは、より低い濃縮の範囲内で装置１１又は１１′がそれぞれ動作できるように濃縮係数ＣＦを２よりも小さな値で選択することである。その場合、硬石膏の結晶化を完全に防ぐ添加剤の添加量が比較的少量でよいように、全ての場合において石膏の形成が制限されると共に硬石膏の結晶化が最小に抑えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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