(57)【要約】【課題】水から溶存固体、特に塩を除去する方法。本発明の方法を実施するための装置が開示される。例えば海水といった処理する水溶液は、特殊な非空気式ノズルを用いて霧化され、廃熱によって加熱された空気が送風される蒸発室に噴霧される。【解決手段】微細な液滴は室内で急速な蒸発を受けて、結果的に水の蒸気相と塩固体の分離をもたらす。浮遊固体と水蒸気の混合物は塩を除去し回収するために濾過され、水蒸気は無塩の水を回収するために凝縮される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液における溶存塩から水を除去し回収するための方法であって、
水溶液の液滴を生成するために水圧によって少なくとも１つの非空気式ノズルを通じて水溶液を強制する工程と、
加熱された空気流を蒸発器内に送風する工程と、
液滴を加熱空気流中に分散させる工程と、
液滴の水を蒸発させて、加熱空気流中の塩結晶と水蒸気を分離する工程と、
塩を除去するために加熱空気流を濾過する工程と、
水蒸気を凝縮するために加熱空気流を冷却する工程とからなることを特徴とする水を除去し回収するための方法。
【請求項２】
水溶液を強制する工程は溶液を４００ｐｓｉ以上に加圧する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
水溶液を強制する工程は、約０．００６インチ〜約０．０２インチの直径を有する非空気式ノズル・オリフィスを通じて水溶液を噴出させる工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
水溶液を強制する工程は、約１００ミクロン未満の直径を有する水溶液の液滴を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
水溶液を強制する工程は、約４０ミクロン未満の直径を有する水溶液の液滴を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
高温空気を送風する工程は、約１８０°Ｆ〜約１０００°Ｆの温度を有する空気を送風する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
フィルタに固体塩粒子を収集する工程と、
塩を除去するためにフィルタをすすぎ落とす工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
水の脱塩方法であって、
溶液の液滴を生成するために少なくとも１つの非空気式ノズルを通じて溶液を強制するために約４００ｐｓｉ〜約２０００ｐｓｉに塩溶液を加圧する工程と、
加熱された空気流を蒸発室内に送風する工程と、
液滴を加熱空気流中に分散させる工程と、
液滴の水を蒸発させて、加熱空気流中の塩と水蒸気を分離する工程と、
塩結晶を除去するために加熱空気流を濾過する工程と、
水蒸気を凝縮するために加熱空気流を冷却する工程とからなることを特徴とする水の脱塩方法。
【請求項９】
溶液を加圧する工程は、約０．０２インチ未満の直径を有する非空気式ノズル・オリフィスを通じて溶液を噴出させる工程を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
溶液を加圧する工程は、約１ミクロン〜約１００ミクロンの直径を有する水溶液の液滴を生成する工程を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
高温空気を送風する工程は、約１８０°Ｆ〜約１０００°Ｆの温度を有する空気を送風する工程を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
高温空気を送風する工程は、廃熱によって加熱された空気を送風する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
水溶液から溶存塩を除去するための方法であって、
水溶液の液滴を生成するために水圧によって少なくとも１つの非空気式ノズルを通じて水溶液を強制する工程と、
空気を約２５０°Ｆ〜約７００°Ｆの温度に加熱する工程と、
蒸発室内に空気流を生じるために加熱空気を送風する工程と、
液滴を加熱空気流中に分散させる工程と、
加熱空気流の塩結晶と水蒸気を分離するために水溶液液滴を蒸発させる工程と、
塩結晶を除去するために加熱空気流を濾過する工程と、
水を生産するために加熱空気流の水蒸気を凝縮する工程とからなることを特徴とする溶存塩除去方法。
【請求項１４】
水溶液を強制する工程は、溶液を約４００ｐｓｉ〜約１３００ｐｓｉの圧力に加圧する工程を含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
水溶液を強制する工程は、約０．００６インチ〜約０．０２インチの直径を有する非空気式ノズル・オリフィスを通じて水溶液を噴出させる工程を含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
水溶液を強制する工程は、約１００ミクロン未満の直径を有する水溶液の液滴を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
水溶液を強制する工程は、約４０ミクロン未満の直径を有する水溶液の液滴を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
高温空気を送風する工程は、約２５０°Ｆの温度を有する空気を送風する工程を含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
フィルタに固体塩粒子を収集する工程と、
塩を除去するためにフィルタをすすぎ落とす工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体から固体を分離する方法、特に水を脱塩する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱脱塩方法は一般に、海水を蒸発させ結果として得られる水蒸気を凝縮する方法による海水の蒸留を使用し、「無塩の」水を生産する。一般に「多段フラッシュ」と呼ばれる最も頻繁に見られる熱脱塩方法は、高温を必要とし、蒸留および効率的な熱利用のための温度および圧力勾配を生じるために、第１段の周囲（または高）圧力から最終段の高真空で作業する。その方法は、わずか約３５％の効率で脱塩生成物を生産し、１００ガロンごとの投入海水からわずか３５ガロンの蒸留水しか得られないことになる。複数の段階、圧力、真空および低効率は、技術のより広範な使用に対する経済的障壁である。
【０００３】
他の既知の脱塩方法は、溶存固体を水から分離するために高価な逆浸透膜の使用を要する。逆浸透膜装置の実用性、そして普及は、ＲＯ膜の資本費ばかりでなくＲＯ膜の保守に関係するコストによって阻害されている。
【０００４】
脱塩技術分野のうち本発明の有用な背景として役立つ代表的な米国特許は、次の特許文献１〜６を含む。
【特許文献１】
米国特許第３１６３５８７号
【特許文献２】
米国特許第３２４３３５９号
【特許文献３】
米国特許第４２００４９７号
【特許文献４】
米国特許第３６４２３９３号
【特許文献５】
米国特許第５２０７９２８号
【特許文献６】
米国特許第４３２３４２４号
【０００５】
多くの米国特許は、空気式ノズル、すなわち溶液流中に送風される、またはそれと混合された圧縮空気の噴射により主に溶液スプレーを駆動するノズルを通じた溶液の急速通過によって溶液の小液滴を生成することを用いた、液体からの溶存固体の分離を記載している。既知の空気式ノズル方法は一般に、周囲温度および圧力で室において溶液を霧化する。そうした方法は海水から塩（塩化ナトリウムだけでなく、塩化カリウムといった他の化学塩も）を分離することができるが、高い生産速度は経済的な利点から達成または予測されていない。周囲温度において、液滴の大きな流れは、完全な蒸発をもたらすために極めて大量の空気および広い室を必要とする。従来の装置は経済的な方法を表現しておらず、それらは経済的に魅力がなく、商用レベルの生産までスケール・アップするには費用がかかる凝縮という方法を使用している。さらに、重要なこととして、圧縮空気を用いて液滴を生成することは、他の既知の脱塩方法と比較して過大なエネルギー量を必要とする。
【０００６】
水をミクロン・サイズの液滴に霧化することはそれらの蒸発速度を著しく高めることが知られている。この固体の溶媒蒸発・脱水化方法はしばしば、直径が２０ミクロン未満の液滴を生じる場合「フォギング」、より大きい液滴を使用する場合には「ミスティング」と呼ばれる。しかし、本出願人が知る限りでは、既知の方法または装置のいずれも、海水からの大量の淡水の商業生産のために経済的に魅力的な条件下で脱塩を生じるために、一定範囲の温度にわたる廃熱および冷水凝縮器での水の回収の両方とともに、フォギングおよびミスティングを利用していない。
【０００７】
廃熱から入手可能なような低温度を含む温度範囲に適応でき、構成および動作が単純であり、大きな真空容器または圧力容器のどちらも必要とせず、さらに急速蒸発および蒸気との液滴の平衡の利用を通じて高効率で大量の生成物を生産することができる脱塩方法に対する必要がある。これを背景にして、本発明は開発された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主たる目的は、塩水溶液から塩および他の化学固体を除去する提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、広範な温度範囲にわたる使用可能な廃熱を用いて、経済的な脱塩または、溶存固体と水の分離を実施するための方法および装置に関わると広く特徴づけられる。この方法は、水圧を用いた小液滴の生成、廃熱源との熱交換を通じて加熱された空気流でのそれらの液滴の以降の急速な蒸発、その後、降下した塩粒子の水蒸気からの物理的分離、および入来する海水によって冷却される金属凝縮器を用いた無塩またはほとんど無塩の水蒸気の凝縮を含む。装置は、経済的なコストで商業的に所望の生産速度を達成するために適格な規模にスケール・アップすることができる。本発明によって、回収率、すなわち淡水に転換される処理された給水の百分率は、９０％を上回ることができる。本発明は、複数のボイラ−凝縮器段、真空生成、霧化するための圧縮空気の使用または、特定の高温を必要としない。むしろ、それは、従来の熱脱塩方法と比較して低温で機能し、従ってスケーリング、汚れおよび腐食の傾向が少ないはずである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、水溶液の液滴を生成するために少なくとも１つの非空気式ノズルを通じて水圧によって水溶液を強制する工程と、蒸発室内に高温空気流を送風する工程と、高温空気流に液滴を分散させる工程と、液滴の水を蒸発させて、高温空気流中の塩結晶と水蒸気を分離する工程と、塩を除去するために高温空気流を濾過する工程と、水蒸気を凝縮するために高温空気流を冷却する工程とからなる、水溶液における溶存塩から水を除去し収集する方法を含む。水溶液を強制する工程は好ましくは、溶液を４００ｐｓｉ以上に加圧することを含む。また、水溶液を強制する工程は好ましくは、約０．００６インチ〜約０．０２インチの直径を有する非空気式ノズル・オリフィスを通じて水溶液を噴出させることを含む。「水溶液を強制すること」は好ましくは、約１００ミクロン未満の直径を有する水溶液の液滴を生成することを含むか、より好ましくは約４０ミクロン未満の直径を有する水溶液の液滴を生成することを含む。高温空気を送風する工程は、約１８０°Ｆ〜約１０００°Ｆの温度を有する空気を送風することを含む。本発明の方法は好ましくは、フィルタで固体塩粒子を収集する工程および、塩を除去するためにフィルタを定期的にすすぎ落とす工程をさらに含む。
【００１１】
代替として、本発明の脱塩方法は、溶液液滴を生成するために少なくとも１つの非空気式ノズルを通じて溶液を強制するために好ましくは約４００ｐｓｉ〜約１３００ｐｓｉに塩溶液を加圧する工程と、蒸発室内に加熱空気流を送風する工程と、加熱空気流に液滴を分散させる工程と、液滴の水を蒸発させて、水蒸気を高温空気流中の塩から分離する工程と、塩結晶を除去するために加熱空気流を濾過する工程と、水蒸気を凝縮するために加熱空気流を冷却する工程とを含む。代替実施形態において、溶液は、特殊に構成されたノズルを用いて、最大３０００ｐｓｉに、またはより好ましくは２０００ｐｓｉに加圧され得る。溶液を加圧する工程は、約０．０２インチ未満の直径を有する非空気式ノズル・オリフィスを通じて溶液を噴出させることを含み、好ましくは約１ミクロン〜約１００ミクロンの直径を有する水溶液の液滴を生成する。高温空気を送風する工程は、約１８０°Ｆ〜約１０００°Ｆの間で温度を有する空気を送風することを含む。
【００１２】
本発明の主たる利益は、廃熱を用いて、他の熱脱塩方法に比べて、エネルギー利用の改善された効率で飲料品質まで水を淡水化するということである。
【００１３】
他の目的、利益および新規な特徴ならびに、本発明の適用可能性のさらなる範囲は、添付図面とともに考慮される、以下の詳細な説明においてある程度述べられるはずであるし、以下の検分によって当業者にはある程度明白となるか、または本発明の実施によって知り得るであろう。本発明の目的および利益は、添付特許請求の範囲において詳細に指摘される手段および組合せによって実施または達成され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本明細書に採り入れられその一部をなす添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を例証し、その説明とともに、本発明の原理を解説する働きをする。図面は、本発明の好ましい実施形態を例証する目的のためだけのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００１５】
本発明は、溶存固体を水から分離する、特に水の脱塩のための方法および装置に関する。本発明の重要な利点は、その効率である。本発明は、エネルギーが液体および蒸気を運ぶために使用されるので、低エネルギー使用量で、また好ましい蒸発エネルギー源として廃熱（例えば工業方法の排気）の使用を可能にするために十分に広い範囲の許容可能な動作温度で実施され得る。目的の液体を霧化するために、加圧エア・ジェットにより霧化を空気式に強制するエネルギー集約型の方法ではなく、もっぱら水圧を使用することによって、著しいエネルギー節減が実現される。
【００１６】
本発明はまた、分離した固体を発生した蒸気流から除去するためにフィルタの使用を特徴とする。本発明は、中間フィルタを用いず多段の釜および凝縮器を使用するかまたは、多大な保守を要するＭＳＦおよびＲＯ濾過装置を使用する、多くの現在の方法論と区別して、コンパクトで効率的な方式で、きれいな水蒸気を鹹水ミストから分離するためにフィルタを使用する。
【００１７】
本発明の装置および方法は、既知の多段濾過方法および装置に優る著しい改良を提供する。本発明は、釜と凝縮器との間での空間的分離だけに頼るのではなく、ミストへの溶液の物理的霧化および、塩粒子を阻止する物理的バリア（フィルタ）を通じた蒸気の輸送を組み合わせることによって、塩・蒸気分離を単一段階において達成する。多段濾過方法の制限は、低い温度および圧力で段を経るミストの流れの純度に対する悪影響である。本発明では、方法は１段階および１室に簡約され、そしてフィルタを使用して凝縮器への塩の輸送を伴わずにより大きな輸送速度をもたらす。よりコンパクトな方法は、圧縮が淡水化される水のポンド当たりで装置からのより少ないエネルギー損失を生じるので、熱エネルギーをより効果的に利用する。
【００１８】
本発明に従った装置のいくつかの主要な構成部材を図式的に示している図１について述べる。鹹水は入口１０で装置５に入り、そこから水は従来の凝縮器１２内の凝縮器管へ運ばれる。凝縮器１２を出る一部の鹹水が供給タンク１４に送られる。ポンプ２４が、供給タンク１４からの給水を、約４００ｐｓｉ〜約１３００ｐｓｉの範囲の圧力で、少なくとも１本、好ましくは複数のノズル１６（図１には１本のみ示す）によって噴出させる。各ノズル１６は好ましくは、約０．００６インチ〜約０．０２インチの範囲のオリフィス直径を有する。適格なノズル１６が市販されており、例えば、米国マサチューセッツ州グリーンフィールドのＢＥＴＥ・フォグ・ノズル・インコーポレーテッド社が販売する型式番号ＰＪ−６、ＰＪ−８、ＰＪ−１０、ＰＪ−１５およびＰＪ−２０のいずれか１つのノズルである。各ノズル１６によって結果的に生じる吐出し量は、オリフィス直径に応じて、約１ガロン／時間〜約２０ガロン／時間（ｇｐｈ）の範囲である。上述の圧力およびノズル直径の値は、例としてのみ提示されており、所望の生産速度と同様に、効果的な分離を達成するために利用される鹹水冷媒および廃熱の温度に応じて選定される。さらに、本発明を最大２０００ｐｓｉの、または最大３０００ｐｓｉものノズル圧で実施可能にする高圧ポンプでの使用のために、特殊に構成されたノズルが利用でき、本発明の代替実施形態はそのような高圧力で実施され得る。
【００１９】
給水は、超微細な液滴の急流としてノズル１６を出る。液滴は、直径が約１ミクロン〜約１００ミクロンの範囲となり得る。この大きさの範囲内の液滴は、「フォグ」（主に２０ミクロン未満の液滴とみなされる）および「ミスト」（２０ミクロン超の直径を有する液滴）を形成するものとして特徴づけることができる。小さい液滴はその体積に対して大きい表面積を有するので、より大きい液滴および溶液プールに比べて、液滴の質量全体への熱伝達は、熱の球面拡散のために極めて迅速に起きる。
【００２０】
比較的急速な熱伝達は、液滴の急速な蒸発をもたらす。一定の相対湿度において、蒸発率は温度の上昇とともに増大する。十分な空気流量があれば、液滴は、例えば数フィートといった短い距離で完全に蒸発するであろう。ノズル１６の数は、それらの給水の総吐出し量（ｇｐｈ）とともに、蒸発室１８の大きさおよび、指定の距離で効率的な蒸発を生じるために必要な空気の体積流量（立方フィート／分（ｃｆｍ））を決定する。所与の温度について、比較的大きい直径のオリフィスを有するノズル１６が使用されている場合、より大きな液滴が産出されるが、より大きな液滴は蒸発するのにより多くの時間を要する。蒸発時間の増大は、室内での液滴の滞留時間が完全な蒸発のために必要な時間まで増加するように、蒸発室１８が物理的寸法の点でより長くなることを示す。そのような場合、蒸発室１８は、液滴が重力を受けて水平表面に落下し鹹水プールに合体するのを避けるために、垂直方向の主軸で構成することができる。
【００２１】
図１の装置５は、例示として、０．００６インチのオリフィスを有し、５００ｐｓｉのノズル圧で１．２ｇｐｈの吐出し量を可能にするＢＥＴＥ・フォグ・ノズル・インコーポレーテッド社の型式番号ＰＪ−６といった１つのノズル１６が図示されている。循環空気は熱交換器２０を介して送風機２６によって強制され、結果的にノズル１６の位置で約１８０°Ｆの空気温度をもたらす。重要なことに、汽水性または塩溶液は、圧縮空気流の関係する送出からのいかなる補助的な空気式昇圧も伴わず、水圧だけによってノズル１６を通じて強制される。空気支援噴霧器の使用を不要にすることによって、本発明は脱塩方法の全エネルギー効率を劇的に改善する。ノズル１６の出口点での吐出し速度は、必ずしもではないが、好ましくは音速未満である。適格な効率は、音速の約２０％〜約３０％の範囲の放出速度で得られる。こうした放出速度でさえ、溶液は、前述の急速な液滴蒸発率を可能にする超微細液滴に霧化されるが、この方法は広範な放出速度にわたりうまく実施され得る。
【００２２】
この例では、蒸発室１８における空気流は約１０２フィート／分であり、室は約１．７８平方フィート（ｓｆ）の断面積を有する。これらの条件下で、ほとんどの液滴は、蒸発室１８での２フィート未満の進行の後、完全に蒸発する。装置は、あらゆる使用可能な廃熱を使用して達成可能な空気温度を効率的に利用するために最適化され得る。低い温度はより大量の空気流およびより大きな質量流量の冷媒を必要とする。
【００２３】
液滴が水蒸気への移行を完了すると、含まれた固体は小さな非晶質または結晶粒子の形態で凝結し降下する。本発明では、これらの粒子（主に塩）は、好ましくは蒸発室１８と凝縮器１２との間に配置された洗浄可能な静電粒子フィルタ２２より構成される「ソルト・バリア」によって捕集される。フィルタ２２は、蒸気の通過を許すが乾燥（または湿った）塩粒子を収集し、給水で定期的または連続的にすすぎ落とされ濃縮された鹹水を生成することができる。鹹水は、飽和塩溶液または塩スラリーとして除去され、さらに処理されて塩を乾燥および精製するか、または、凝縮器１２の出口１１から吐出される鹹水と混合されることによって希釈された鹹水として鹹水源（例えば海）に戻されるかのどちらかである。
【００２４】
重要なことに、フィルタ２２は蒸気流によって濡らされることができ、湿式フィルタ（ガラス繊維、繊維強化紙、等）の使用は、閉じ込められた流れにおいて、より高度な実用蒸気レベルを達成可能にし、それは実用運転に有利である。さもなければ、蒸気を液体状態に凝縮するために相当の冷却コストが要求されるであろう。
【００２５】
ソルト・バリア・フィルタ２２を通過した後、水蒸気および空気は、水蒸気が淡水に凝縮する凝縮器１２に誘導される。淡水はその後、「生産水」として装置５から回収され取り出され得る。冷却された空気は、戻りダクト２８によるなどして熱交換器２０の入口へ戻り、方法は継続する。水蒸気の特定の温度および質量流量があり、空気の湿気があれば、蒸気の凝縮をもたらすために必要な凝縮器１２の寸法は、いずれかの所与の温度の海水冷媒に関する標準式から計算することができる。
【００２６】
本発明の装置および方法は、それらが使用可能な廃熱を利用するために「調整され」得るので、経済的に魅力的である。すなわち、廃熱の温度および体積は、海水の温度とともに、所望の生産速度のために必要な空気および冷媒の体積流量を決定する。霧化された液滴と混合するために高温空気流を供給するために使用可能な廃熱源を利用するための方法を使用することは非常に好ましい。本発明の利点は、その方法が、処理される溶液の投入温度だけでなく蒸発室に導入される高温空気流の温度の両方の、広範な動作温度にわたって実施され得るということである。従って、「加圧スプレー脱塩（ＰＳＤ）」と呼び得る記載の方法は、適格な廃熱を有するあらゆる工業設備に関係する脱塩設備に採り入れることができる。廃熱は、ＰＳＤ装置内を流れる空気を加熱するために熱交換器２０を経て経路指定される。装置を動作させ、廃熱を利用するために必要なエネルギーは、空気を循環させるためのエネルギー、冷媒および給水用の海水をポンプ送給するためのエネルギーおよび、ノズルから加圧スプレーを生じるためのエネルギーよりなる。本発明の装置の典型的な機器構成において、廃熱を回収して利用するために要求されるこれらのエネルギーは、従来の熱脱塩方法に必要なエネルギーより著しく少ない合計所要エネルギーとなる。従って、この装置は、多様な廃熱源に適応され得るだけでなく、極めてエネルギー効率的でもある。
【００２７】
本発明の方法を図１および図２を併せて参照してさらに説明する。原料溶液は、一般に海洋である塩水源から得られる。溶液は、重力流れまたはポンプ送給によるなどして、凝縮工程が実施される凝縮装置１２へ管路を通じて運ばれる。塩溶液は、セパレータ・フィルタ２２から凝縮器１２に通じる管路内を流れる空気および水蒸気の比較的暖かい流れから熱を吸収する。このようにして加熱された塩溶液流は、吐出し管路および出口を経て海に戻される。
【００２８】
本発明の方法のための溶液流は、吐出し管路から分流され得る支流である。給水加圧工程が実施され、水溶液が（例えばポンプ２４で）加圧され、その後、中間管路を通じて蒸発室１８に運ばれる。供給溶液流は、水圧によって、噴霧ノズル１６を通じて蒸発室１８内に噴射される。溶液をノズル１６に通すことによって、溶液は、好ましくは約１ミクロン〜約４０ミクロンの範囲の直径を有する液滴に霧化される。霧化した溶液は、ノズル１６によって蒸発室１８内に分散される。
【００２９】
熱交換工程が行われる熱交換器２０へ、約２５０°Ｆ〜約７００°Ｆの好適な温度を有する加熱された流体を供給するために廃熱源（例えば、タービン排気または、近隣にある無関係の製造工場からの排気）が使用される。あまり好ましくはないが、加熱流体の温度は、約１８０°Ｆから恐らく最高１０００°Ｆの範囲とすることができる。熱交換器２０では、加熱流体における熱エネルギーの相当部分が、循環している水飽和した空気流に転移される。（温度が低下した加熱流体は、加熱流体および廃熱源の性質に応じて、排出されるかまたは、その源泉に戻され得る。）例えば、約１８０°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲の温度を有する結果的に得られる高温空気流は、（例えば送風機２６によって）蒸発室１８へ運ばれる。
【００３０】
蒸発室１８では混合工程が行われる。（熱交換工程から得られた）高温空気流および（水圧によるノズル１６を通じた溶液の強制から得られた）水滴は、蒸発室における分散によって密接に混合される。ノズルは、非空気式に、すなわちいかなる加圧空気の援助も伴わずに作動し、それが本発明の方法にエネルギー効率を提供する。混合した高温空気および溶液液滴は、例えば送風機２６により蒸発室内を移動させられ、そこで液滴中の水の蒸発が生起可能となる。混合および蒸発させる方法工程は両方とも室１８の内部で行われる。このようにして水は蒸発によってその含まれた塩分と分離され、水蒸気は湿っているかまたは乾燥した塩粒子を後に残し、それはフィルタ２２によって凝縮器に入るのを防止される。代替として、原料溶液、循環空気および熱源のバランスに応じて、分散した流れは、空気・水蒸気流と濃縮した塩水流とに分離することができる。
【００３１】
蒸発に続き、水蒸気と塩粒子の混合物は塩分離工程を受け、そこで塩粒子は高温の空気および水蒸気流から濾過される。分離は好ましくは、塩が濾過材２２上に収集される濾過による。ほとんど無塩の空気および水蒸気流は、冷却凝縮工程が行われる凝縮器１２に流れる。凝縮器１２において、高温の空気および水蒸気の混合物は、上述の通り塩水または汽水性水源から流れる給水流との熱交換によって、一般に約７５°Ｆ〜約１００°Ｆの温度まで冷却される。冷却により、水蒸気の多くは凝縮し、それによって蒸発室１８内を流れる飽和高温空気流と分離される。再循環工程は、ファンまたは送風機２６に高温空気流を通過させて循環装置全体に原動力を与えることを含む。凝縮工程から得られた本質的に無塩である生産水はその後、貯蔵および使用のために（必要に応じて）付加的な処理に向けて流れる。
【００３２】
塩分離工程から得られた一般に湿っているかまたは乾燥した粒子である塩固体は、固体処分場へ運ばれる。例えば、フィルタ２２は、結晶を除去して（たぶん濃い鹹水状態の）それらを適切な処分場へ輸送するために定期的にすすぎ落とされ得る。固体処分工程は、副生成物としての使用のために塩をさらに処理することを含み得る。代替として、生産された塩は、冷却水戻し工程の一部として海洋へ戻すために凝縮器１２からの冷却水の加熱流と混合され得る。
【００３３】
廃熱流体が通常は大気に排出される気体であり、その気体が飲料水と接触するのに適している場合、高温の廃ガスは送風機２６で直接装置に流入され、両方とも装置から削除され得る熱交換器２０および戻りダクト２８を必要とせずに、室１８で蒸発を生じるために使用することができる。凝縮器を通過した後、廃ガスは大気に排出され得る。
【００３４】
このようにして、水の原料溶液から溶存塩を除去する方法が提供され、その方法は、水溶液の液滴を生じるために１つ以上の非空気式ノズルを通じて水圧によって水溶液を強制する工程と、蒸発室内に廃熱によって加熱された空気流を送風し液滴を高温空気流中に分散させる工程と、液滴の水を蒸発させ、それによって水蒸気を高温空気流中の塩と分離する工程と、その後、塩粒子を除去するために高温空気流を濾過する工程と、引き続き、水蒸気を凝縮するために高温空気流を冷却する工程とを含む。
【００３５】
水溶液を強制する工程は、溶液を４００ｐｓｉ以上に加圧し、約０．００６インチ〜約０．０２インチの直径を有する非空気式ノズル・オリフィスを通じて水溶液を噴出させることを含み得る。水溶液を強制する工程は好ましくは、約１００ミクロン未満の直径を有する水溶液の液滴を生じる。
【００３６】
高温空気を送風する工程は、好ましくは約１８０°Ｆ〜約７００°Ｆの温度を有する空気を送風することとしてよい。また、方法には、フィルタで固体塩粒子を収集し、塩を除去するために定期的にフィルタをすすぎ落とすことが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明をさらに、特定の廃熱源および特定の冷媒温度についてｌ００，０００ｇｐｄを生産するために必要な総運転エネルギーを示す、以下の非限定的な実施例によって例証する。
【実施例】
【００３８】
使用可能な廃熱源は２５０°Ｆの加熱空気を供給するものと仮定する。凝縮器を出る空気と同様に熱交換器に入る空気の温度が相対湿度（ＲＨ）１００％で１００°Ｆでなければならないとすれば、入る空気のエンタルピーは応じて空気１ポンド当たり６２．８ＢＴＵである。（エンタルピーおよび湿度に使用される値は、ランダル・ロビンソン（Randall Robinson，プロフェッショナル・エンジニア（ＰＥ））著、『化学工学リファレンス・マニュアル（Chemical Engineering Reference Manual）』第４版中、「空気および水の湿度表（Humidity Chart for Air and Water）」から採っている。図２は空気および水に関する熱力学データに基づいており、後者は１９３６年刊行のキーナン（Keenan）およびキーズ（Keyes）のスチーム・テーブルからのものである。）
【００３９】
加熱空気温度は２５０°Ｆであり、加熱空気のエンタルピーは空気１ポンド当たり１０５ＢＴＵである。蒸発温度、すなわち凝縮器に入る水蒸気および空気の温度は、９０％ＲＨで１２３°Ｆである。
【００４０】
凝縮器に入る空気（１２３°Ｆで９０％ＲＨ）と凝縮器を出る空気（１００°Ｆで１００％ＲＨ）の湿気の差は、以下の通りである。
０．０８０−０．０４３＝乾燥空気１ポンド当たり０．０３７ポンドの水。
上述のことはさらに質量流量の計算を可能にする。
１日当たりの乾燥空気の合計ポンド＝
１００，０００ガロン×８．３３ポンド／ガロン／空気１ポンド当たり０．０３７ポンドの水＝
１日当たり２２，５１３，５１４ポンド。
１ポンド当たり１４．３立方フィートで、これは２２３，５７２立方フィート／分（ｃｆｍ）になる。方法の効率が９５％である、すなわち給水の９５％が水蒸気に転換されると仮定すれば、この空気流量を維持するための馬力は以下の通りである。
ＨＰ（空気流）＝０．０００１５７×ｃｆｍ×圧力水頭／効率＝
０．０００１５７ＨＰ／（ｃｆｍ  インチ）×２２３，５７２ｃｆｍ×２インチ／０．９０＝７８．０ＨＰ＝５８．２ｋＷ
凝縮器への熱負荷は入る空気と出る空気との間のエンタルピーの差に等しく、すなわち、
１日当たり２２，５１３，５１４ポンドの空気／２４時間×空気１ポンド当たり（１０５−６２．８）ＢＴＵ＝１時間当たり３９，５８６，２６２ＢＴＵ
冷却水流量は、熱負荷を水１ガロン当たりに得られる熱で割ったものである。
水流量＝
１時間当たり３９，５８６，２６２ＢＴＵ／（１２３−６５−１０）°Ｆ／ポンド°Ｆ当たりＢＴＵ／ガロン当たり８．３３ポンド／６０分／時間＝
１６５０ガロン／分で、
この場合、６５°Ｆの冷却水および、入る空気温度に対し１０°Ｆのアプローチについてである。
カメロン（Cameron）の水力テーブルによれば、スケジュール４０の１８インチ鋼管における１６５０ガロン／分は、１００フィート当たり０．１８３フィートの水頭圧力低下を必要とする。例えば、２０００フィートの管および凝縮器および制御装置にわたり２０フィートの圧力低下とすれば、
ＨＰ（冷媒）＝１６５０×８，３３ポンド／ガロン×（０．１８３×２０＋２０）フィート／３３，０００フィートポンド／分＝
９．８５ＨＰ＝７．３ｋＷ
このようにして水滴を生成するためにノズルの全部を動作させるために要求される動力は、以下の通り計算される。
ＨＰ（ノズル圧）＝圧力×流量＝
５００ｐｓｉ×１４４平方インチ／平方フィート×１００，０００ｇｐｄ×０．１３３７ｃｆｍ／１４４０分＝６６８，５００ポンド・フィート／分
ＨＰ＝６６８，５００ポンド・フィート／分／７３３，０００ポンド・フィート／分／０．９０ＨＰ＝２２．４ＨＰ＝１６．８ｋＷ。
３つの計算された動力を加えれば、合計動力は、５８．２＋７．３＋１６．８＝８２．３ｋＷである。
従って、１００，０００ガロンの合計エネルギーを計算すれば、
８２．３ｋＷ×２４ｈ＝１９７５．２ｋＷｈ、または１９．７５ｋＷｈ／ｌ０００ｇ、または５，２ｋＷｈ／ｍ３
【００４１】
従来の熱脱塩方法は、１０ｋＷｈ／ｍ３〜３０ｋＷｈ／ｍ３の範囲のエネルギーを必要とする。従って、本発明による方法は、従来の熱脱塩方法よりも著しく少ないエネルギーを使用する。
【００４２】
上記の実施例は、本発明の一般的または特定的に記述された反応体および／または作業条件を上記の実施例で使用したものに代えることにより同様の成功を伴って再現され得る。
【００４３】
本発明をこれらの好ましい実施形態の特定の参照により詳述したが、他の実施形態も同じ結果を達成することができる。本発明の変更および修正は当業者には明らかであり、全部のそうした修正および等価物を添付特許請求の範囲において包括するように意図されている。上に引用した全部の参考文献、明細書、特許および刊行物の全部の開示は、参照によってここに採り入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に従った装置の主要な構成部材を示す図である。
【図２】本発明に従った好ましい方法の各種工程を図示しているフローチャート図である。
【符号の説明】
【００４５】
５  装置
１０  入口
１１  出口
１２  凝縮器
１４  供給タンク
１６  ノズル
１８  蒸発室
２０  熱交換器
２２  フィルタ
２４  ポンプ
２６  送風機
２８  戻りダクト
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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