(57)【要約】  蒸留、たとえば海水から淡水を抽出するため装置。装置は、少なくとも一つの列に設けられた多数のチャンバ（３）と、蒸留流体用の入口（１０）と、蒸留残渣用の出口（１１）と、留出物用の出口（５）と、ガスコンプレッサ（１３）とを含む。さらに、装置は２個のパイプシステム（１、２）を含み、第一のパイプシステム（１）は、蒸留流体用の入口（１０）及び蒸留残渣用の出口（１１）ならびに湿分用の出口（１２）を有する。第二のパイプシステム（２）は、多数のチャンバ（３）を列にして有し、各列（３）が、湿分用の上入口（４）及び留出物用の下出口（５）を有する。入口（４）どうしが並列に接続され、出口（５）どうしが並列に接続されている。第一のパイプシステム（１）の湿分出口（１２）はコンプレッサ（１３）を介して第二のパイプシステム（２）の出口（４）に接続されており、第一のパイプシステム（１）は、蒸留流体用の入口（１０）、蒸留残渣用の出口（１１９及び湿分出口（１２）の間で第二のパイプシステム（２）を包囲する。本発明はまた、当該装置の使用による蒸留方法を提供する。
2005514200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸留、たとえば海水から淡水を抽出するための、少なくとも一つの列に設けられた多数のチャンバ（３）と、蒸留流体用の入口（１０）と、蒸留残渣用の出口（１１）と、留出物用の出口（５）と、ガスコンプレッサ（１３）とを含む装置であって、
２個のパイプシステム（１、２）を含み、
第一のパイプシステム（１）が、蒸留流体用の入口（１０）及び蒸留残渣用の出口（１１）ならびに湿分用の出口（１２）を含み、
第二のパイプシステム（２）が多数のチャンバ（３）を列にして有し、各列（３）が、湿分用の上入口（４）及び留出物用の下出口（５）を有し、入口（４）どうしが並列に接続され、出口（５）どうしが並列に接続されており、
第一のパイプシステム（１）の湿分出口（１２）がコンプレッサ（１３）を介して第二のパイプシステム（２）の出口（４）に接続されており、
第一のパイプシステム（１）が、蒸留流体用の入口（１０）、蒸留残渣用の出口（１１）及び湿分出口（１２）の間で第二のパイプシステム（２）を包囲することを特徴とする装置。
【請求項２】
第一のパイプシステム（１）が２個以上の第二のパイプシステム（２）を有し、第二のパイプシステム（２）の入口（４）どうしが並列に接続されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
第二のパイプシステム（２）の各チャンバ（３）が、チャンバ（３）の高さ（ｈ）及び幅（ｂ）を提供する２枚の垂直壁（６）を有し、壁（６）が熱伝導材である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
第二のパイプシステム（２）の湿分入口（４）及び留出物出口（５）が各チャンバ（３）の幅寸法の中心にある、請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の装置を使用することによって蒸留、たとえば海水から淡水を抽出する方法であって、
蒸留流体を第一のパイプシステム（１）に導入し、その中で第二のパイプシステム（２）のチャンバ（３）の間に流し、チャンバ（３）中の湿分とで熱交換を受けさせて、流体の一部を蒸発させ、チャンバ（３）の湿分の一部を凝縮させることと、
流体の湿分を第一のパイプシステム（１）の上出口（１２）を介して取り出し、ガスコンプレッサ（１３）に導入することと、
湿分をガスコンプレッサ（１３）から導出し、第二のパイプシステム（２）のチャンバ（３）に導入し、そこで蒸留流体とで熱交換を受けさせ、凝縮させることと、
凝縮した湿分を留出物用の出口（５）から取り出し、装置から取り出すことと
を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ請求項１及び５に記載の、蒸留、たとえば海水からの淡水の抽出のための装置及び同蒸留の方法に関する。
【０００２】
発明の背景
多くの状況で、淡水にはほとんどアクセスできないが、海水には十分にアクセスできることがある。この例は、孤島の集落、陸地と接触することなく長距離を航行する船及び海におけるプラットフォーム又は同様な施設であることができる。
【０００３】
今日、たとえばＵＳ４，３９１，６７６及びＷＯ９３／１００４８に記載されているように、海水から淡水を得るためのいくつかのタイプの脱塩施設がある。これらの施設はいずれも、海水を蒸発させ、湿分を圧縮し、凝縮させる、一般的な熱交換機に類似したシステムを利用する。
【０００４】
大部分の公知の脱塩施設は比較的複雑な構造を有し、したがって、製造し、運転するのに費用を要する。施設の一部はまた、頻繁な操業停止及びメンテナンスを要し、それがさらにコストに寄与する。しばしば、海水が施設の種々の部品を腐食させ、そのため、ときどき一部の部品を交換しなければならない。
【０００５】
発明の目的
本発明の目的は、安定な運転を有し、ほとんどメンテナンスを要さず、費用がかからずエネルギー節約性である蒸留装置及び方法を提供することである。
【０００６】
本発明
本発明は、それぞれ請求項１及び５の特徴部分に記載の装置及び方法によって達成される。さらなる好ましい特徴は従属項から明らかになる。
【０００７】
本発明は、海水を沸騰させ、湿分を凝縮させて淡水を得る古くからの原理に基づく。本発明にしたがって、新たな装置及び新たな方法を使用してこれを提供する。装置及び方法はまた、他の蒸留目的にも使用することができるが、本特許公開公報は、海水の蒸留のみを記載する。
【０００８】
本発明の装置は、実質的に、二つのパイプシステムを含み、第一のパイプシステムが入口ならびに上及び下の出口を含み、第二のシステムが入口及び出口を含み、第一のシステムの上出口がコンプレッサを介して第二のシステムの入口に接続されている。両パイプシステム中の流体が互いに熱交換を受けるとき、第一のパイプシステムでは蒸留流体の一部が蒸発し、第二のパイプシステムでは湿分が凝縮されて留出物になる。
【０００９】
湿分が凝縮されて留出物になる第二のパイプシステムは、垂直方向のチャンバの列として形成されている。チェンバの入口どうしが並列に接続されて、湿分が１個のチャンバだけを通過するようになっている。
【００１０】
これに関連して「並列に接続」とは、並列に接続されている物体が、流体が各物体の中を流れる確率が等しくなるように接続されていることをいう。一つの物体に流れ込む流体は、並列に接続されている他の物体に入ることを許されない。
【００１１】
第一のパイプシステムは、主に、蒸留流体用の入口と、湿分用の上出口（第二のパイプシステムの入口に接続されている）と、蒸留残渣用の第二の入口（蒸留流体の一部しか蒸発しないため）とを含む。第一のパイプシステムは、入口と出口との間で第二のパイプシステムを包囲する。もっとも簡単な実施態様では、第一のパイプシステムは、入口ならびに下及び上の出口を備えた空間であり、第二のパイプシステムがこの空間に配置されている。明らかに、空間は、部屋からの湿分出口が、たとえば、空間中の壁を通過して延び、第二のパイプシステムへの入口、ひいては第二のパイプシステムからの出口に達するパイプにより、その空間の内側に配置された第二のパイプシステムの入口に接続されるような形状でなければならない。本発明の好ましい実施態様では、第一のパイプシステムは、多数の第二のパイプシステムを包囲することができ、第二のパイプシステムへの入口どうしが並列に接続されている。
【００１２】
流入する蒸留流体及び流出する留出物の温度は、パイプシステム間の熱交換が本質的に蒸発及び凝縮を生じさせるよう、沸点に近いべきである。
【００１３】
例
以下、添付図面を参照しながら、海水から淡水を生成する方法として本発明を説明する。
【００１４】
図１は、湿分を凝縮させて淡水にする、本発明の装置の第二のパイプシステム２の垂直縦断面図である。第二のパイプシステム２は、多数のチャンバ３を列にして含む。その数は、実施される工程、設備の全体設計及び蒸留する量にしたがって最適化されるべきである。図面作成の制限のため、図１は、ある無作為数を示す。列の各チャンバ３は、湿分用の入口４が上端に形成され、凝縮物／淡水用の出口５が下端に形成されている。湿分が各チャンバ３に並行に入るよう、入口どうしは並列に接続されている。淡水が各チャンバを並行に出るよう、出口どうしは接続されている。チャンバ３は、各チャンバの奥行きｄとしての距離をとって列として取り付けられ、チャンバ間の距離が第二のパイプシステム２の長さｌを構成する。
【００１５】
図２には、図１のＩ−Ｉ線から見た断面が示され、この断面図は、１個のチャンバ中の垂直壁６を示す。各チャンバ３は、好ましくは、２枚の同一の熱伝導材の垂直壁６を含み、この壁６が、チャンバ３中で高さ及び幅ｂを構成する。各チャンバ３は、好ましくは、垂直方向の延びを有する。高さｈは幅ｂよりも大きく、いずれも奥行きｄよりも実質的に大きい。垂直壁６には、湿分用の上入口４及び凝縮物用の下出口５が形成されている。例示する実施態様では、壁６には段７が設けられている。これは、装置を作動させるために必要であるわけではなく、好ましい実施態様を提供するだけである。これらの段７を有することにより、チャンバ３間の海水は、第二のパイプシステム２の外側で、チャンバ３間を動くことができ、壁６に対して横方向の熱交換が最適になり、水がより速く蒸発するようになる。例示する実施態様では、壁６の上部は丸みのある先端として形成され、その先端に湿分用の入口４が配置されている。これは、装置が正しく作動するための必要条件ではないが、湿分のよりよい分離を生じさせ、同時に、運ばれる水が偏向し、第一のパイプシステム１中で海水面に戻る。
【００１６】
チャンバ中で高さｈ及び幅ｂを構成する垂直壁６は、好ましくは、２枚の垂直内壁８が垂直側縁に沿い、水平内壁が下縁に沿ってチャンバの底を形成する状態で互いに固着されている。同じく上端で、壁６は、その内壁が互いに固着されている。最後に述べた内壁が水平になるか傾斜するかは、内壁６の上縁の形状によって決まり、内壁は好ましくはこれに従う。壁６を分割する内壁８の幅は、チャンバ３がチャンバ３全体で水平方向及び垂直方向に同じ奥行きの延びｄを得るよう、当然、等しくなければならない。内壁８もまた、熱伝導材であることが好ましい。
【００１７】
垂直壁６は、好ましくは、少なくとも内壁８が打ち抜かれることができ、嵌合するように曲げられる。このようにして、チャンバごとに、より少ない部品及び連結部しか要らなくなる。種々の部品は、好ましくは、たとえば溶接によって永久的に固着される。
【００１８】
個々のチャンバ３は、前述のように、列に並べられ、入口３及び出口５は並列に接続されている。図１の実施態様では、チャンバ３が互いに固着されて、湿分入口４及び凝縮物出口５それぞれが、すべてのチャンバ３を最初から最後まで通過して延びる１本のパイプになり、パイプが各チャンバに通じるようにしている。他にも多くの方法でこれを実施することができることは自明である。
【００１９】
図３は、第二のパイプシステムを一部水平方向断面で上から示す。図面のIII−III線の左側では、パイプシステムが切り欠かれており、線の右側では、パイプシステムが上から示されている。図面作成の制限のため、湿分入口４に関しては最初及び最後のチャンバ３だけが描かれている。図面から、入口４が他すべてのチャンバ３と連絡した状態にあり、チャンバ３が上端で閉じられていることがわかる。相応に、チャンバは当然、上記のとおり、凝縮物用の出口５を除き、下端ででも閉じられている。
【００２０】
図面に示すように、湿分用の入口４及び凝縮物用の出口５は、チャンバ３の幅方向の中心に、直接互いに対向するように配置されている。これは必要ではないが、この方法で、チャンバ３中の湿分の最良の分配が凝縮物の最良の収集とともに達成される。
【００２１】
上記の第二のパイプシステム２は、第一のパイプシステムの内側に配置され、パイプシステム１、２中の流体が互いに熱交換を受ける。理由は、第二のパイプシステム２中のチャンバ３中の湿分が第一のシステム１中の海水を沸騰するまで加熱するからである。もっとも簡単な実施態様では、第一のパイプシステム１は、大きな空間９ならびに入口１０及び出口１１、１２を含む。海水は、入口１０を介して導入され、下出口１１を介して導出される。空間９で、海水は、チャンバ３の間を流れるとき、第二のパイプシステム２のチャンバ３中の湿分とで壁６を介して熱交換を受け、海水の一部が蒸発する。その結果、湿分用の入口４が水面よりも上になり、凝縮物用の出口５が水面よりも下になるため、第二のパイプシステム２は海水中に位置する。
【００２２】
第一のパイプシステム１の上出口１２と第二のパイプシステムの入口４との間には、温度が高まり、熱交換が正しく作用するように湿分を圧縮するコンプレッサ１３が配置されている。コンプレッサはまた、第二のパイプシステム２の圧力が第一のパイプシステム１の圧力よりも大きくなるように圧力を増大させる。
【００２３】
第一のパイプシステムの入口１０に流れ込む海水は、第二のパイプシステム２の外側と接触する。海水は、第二のパイプシステム２のチャンバの湿分によって加熱され、海水中の水分の一部が蒸発し、上昇する。多くの場合、湿分は海水の滴を運ぶ。第一のパイプシステム１の第一端には、湿分が第一のパイプシステム１から流出するときに通過する湿分出口１２がある。湿分によって運ばれる海水の滴は海水面に落下する。第一のパイプシステムの上出口１２を通過して流出する湿分はコンプレッサ１３に導入され、そこで圧力及び温度が高められる。そして、圧縮された湿分は第二のパイプシステム２の入口４に導入され、第二のパイプシステム２の外側に位置する海水によって冷却される。湿分は凝縮され、淡水として取り出すことができる。第一のパイプシステム１はまた、海水用の出口１１を有し、海水のうち蒸発しない部分がこの出口を通って導出される。この海水は、蒸発のせいで、流入する海水よりも高い塩分濃度を有する。塩分濃度の増大は水の沸点を高め、パイプの腐食を増大させるため、この差は低く維持すべきである。
【００２４】
図４及び５には、本発明の好ましい実施態様の立面図及び平面図が示されている。第一のパイプシステム１は、破線で示す４個の第二のパイプシステム２を含み、４個の第二のパイプシステム２への入口４どうしが並列に接続されている。
【００２５】
第一のパイプシステム１は、海水用の１個の入口１０及び１個の出口１１ならびに湿分用の上出口１２を有している。図４に示すように、第一のパイプシステム１の上端には、湿分用の出口１２の前に、滴収集装置１４が設けられている。滴収集装置１４は、湿分中の海水滴を湿分から分離させ、その結果、蒸留が改善する。湿分は、収集され、コンプレッサ１３に誘導されたのち、図４及び５で破線のボックスとして示す４個の第二のパイプシステム２に分配される。４個の第二のパイプシステム２は、それぞれが湿分用の１個の入口４及び凝縮物用の１個の出口５を有することができる。入口及び出口は並列に接続され、出口は集合されて設備が１個の出口しか有しないようになっている。
【００２６】
例示する実施態様では、湿分用の入口４及び凝縮物用の出口５は、第二のパイプシステムの同じ縦方向端部の、それぞれ上端及び下端に示されている。当然、パイプシステムは、入口４と出口と５が反対側の縦方向端部に設けられるように設計することもできる。
【００２７】
第一及び第二のパイプシステムは、海水に耐性である材料、たとえばチタンでできていることが好ましい。装置が他の蒸留目的に使用されるならば、パイプシステムは、蒸留される流体に対して耐性である材料でできているべきである。さらに、第二のパイプシステムは、第一のパイプシステムと第二のパイプシステムとの間の熱交換が最適化されるよう、熱伝導材でできていることが好ましい。第一のパイプシステムは、周囲への熱損失が最小限になるよう、熱伝導性が低めの材料、たとえば複合材料でできていることが好ましい。
【００２８】
当然、本装置及び方法はまた、当業者には自明であるように、他の蒸留目的、たとえばアルコールと水との混合物からのアルコールの蒸留に使用することもできる。当業者によって理解されるように、本発明は、例示し、上記した発明の実施態様に限定されない。本発明はまた、当業者にとって請求の範囲に入ることが自明である、記載した特徴の組み合わせ及び下位の組み合わせをそれらの変形及び改変とともに定義する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の装置の第二のパイプシステムの垂直縦断面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線から見た第二のパイプシステムの垂直横断面図である。
【図３】図２のII−II線から見た図１及び２の第二のパイプシステムの水平断面図である。
【図４】本発明の装置の好ましい実施態様を側方から見た図である。
【図５】図４の装置を上から見た図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年1月12日(2004.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸留、たとえば海水から淡水を抽出するための、少なくとも一つの列に設けられた多数のチャンバ（３）と、蒸留流体用の入口（１０）と、蒸留残渣用の出口（１１）と、留出物用の出口（５）と、ガスコンプレッサ（１３）とを含む装置であって、
２個のパイプシステム（１、２）を含み、
第一のパイプシステム（１）が、蒸留流体用の入口（１０）及び蒸留残渣用の出口（１１）ならびに湿分用の出口（１２）を含み、
第二のパイプシステム（２）が多数のチャンバ（３）を列にして有し、各列（３）が、湿分用の上入口（４）及び留出物用の下出口（５）を有し、入口（４）どうしが並列に接続され、出口（５）どうしが並列に接続されており、
第一のパイプシステム（１）の湿分出口（１２）がコンプレッサ（１３）を介して第二のパイプシステム（２）の入口（４）に接続されており、
第一のパイプシステム（１）が、蒸留流体用の入口（１０）、蒸留残渣用の出口（１１）及び湿分出口（１２）の間で第二のパイプシステム（２）を包囲することを特徴とする装置。
【請求項２】
第一のパイプシステム（１）が２個以上の第二のパイプシステム（２）を有し、第二のパイプシステム（２）の入口（４）どうしが並列に接続されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
第二のパイプシステム（２）の各チャンバ（３）が、チャンバ（３）の高さ（ｈ）及び幅（ｂ）を提供する２枚の垂直壁（６）を有し、壁（６）が熱伝導材である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
第二のパイプシステム（２）の湿分入口（４）及び留出物出口（５）が各チャンバ（３）の幅寸法の中心にある、請求項１〜３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の装置を使用することによって蒸留、たとえば海水から淡水を抽出する方法であって、
蒸留流体を第一のパイプシステム（１）に導入し、その中で第二のパイプシステム（２）のチャンバ（３）の間に流し、チャンバ（３）中の湿分とで熱交換を受けさせて、流体の一部を蒸発させ、チャンバ（３）の湿分の一部を凝縮させることと、
流体の湿分を第一のパイプシステム（１）の上出口（１２）を介して取り出し、ガスコンプレッサ（１３）に導入することと、
湿分をガスコンプレッサ（１３）から導出し、第二のパイプシステム（２）のチャンバ（３）に導入し、そこで蒸留流体とで熱交換を受けさせ、凝縮させることと、
凝縮した湿分を留出物用の出口（５）から取り出し、装置から取り出すことと
を特徴とする方法。
【国際調査報告】
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2005514200.tif 000009
2005514200.tif 000010