(57)【要約】  塩水その他の汚水用の浄水装置である。このシステムは、モジュール式の個々のボイラーが複数連結されて構成されたタワー型の構造体を１または複数具える。積み重ねられたモジュール式ボイラーの外側を囲むチャネルを通して、下側に位置するボイラーからの熱を上側に位置するモジュール式ボイラーに利用することでエネルギ効率が向上する。入来する水はこれにより過熱プロセスにかけられ飲用可能となり、積層するモジュール式ボイラーの頂部から出るときに収集される。【選択図】図１
2013520295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄水装置であって、
スタック内の複数のボイラーを具え、前記スタックが実質的にタワーを規定し、
前記タワーは搭載面の上に位置しうる第１の端部と、当該第１の端部と反対側の遠位端部とを具え、
前記スタック内の各ボイラーが、縦に配置される側壁と、第１の端部壁と、当該第１の端部壁の上に配置される第２の端部壁とで規定される加熱チャンバを具え、
前記側壁を取り囲み、前記第１の端部壁と前記第２の端部壁の間に延在するケーシングと、
前記ケーシングと前記側壁の間の前記側壁を実質的に取り囲む間隙と、
前記第２の側壁に近接配置され、前記加熱チャンバと前記間隙を接続する第１の開口と、
前記第２の端部壁を通り、前記スタック内の前記ボイラーの前記加熱チャンバをそれぞれ取り囲む前記間隙間の接続を提供する第２の開口と、
前記スタック内の各ボイラーの前記側壁に近接した前記間隙内に配置された加熱素子と、
各加熱チャンバ内にミストを噴射する手段とを具え、
前記加熱素子は、前記ミストから蒸気が生成されるのに適合した温度に前記加熱チャンバを加熱する第１の手段を具え
前記蒸気の生成は、水に溶けた固形物を分離する手段を提供し、
前記加熱チャンバの前記第１の開口を通る前記間隙および前記タワーの前記遠位端部への蒸気の連絡が、上に設けられた前記ボイラーの各側壁を加熱する第２の手段を提供し、
前記遠位端部を出る前記蒸気を捕獲する手段と、
当該蒸気を捕獲する手段から接続されて前記蒸気を冷却してそこから水を生成する手段とを具えることを特徴とする浄水装置。
【請求項２】
請求項１の浄水装置において、さらに、
前記ミストを噴射する手段は前記ミストをパターン形成するよう構成されており、このパターンは前記側壁への接触を回避すべく寸法調整されており、
この回避は、前記側壁に前記溶けた固形物の残渣が形成されるのを防ぐ手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項３】
請求項１の浄水装置において、さらに、
前記蒸気を冷却する手段は熱交換器であり、
当該熱交換器は、前記水のミストを噴射する手段に送られる水を予熱する手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項４】
請求項２の浄水装置において、さらに、
前記蒸気を冷却する手段は熱交換器であり、
当該熱交換器は、前記水のミストを噴射する手段に送られる水を予熱する手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項５】
請求項１の浄水装置において、さらに、
前記スタック内で低い位置の各ボイラーの第２の端部壁が、さらに前記スタック内の上に位置するボイラーの前記第１の端部壁を構成し、
各第２の端部壁は、前記側壁の開口を通ってスライド係合しており、隣接する加熱チャンバを隔離する係合位置から、前記隣接する加熱チャンバ間の連通が形成される移動位置まで可動であり、
前記係合位置から前記移動位置への移動により、前記第２の端部壁の溶けた固形物の残渣が取り除かれて、前記残渣が前記低い位置のボイラーの前記加熱チャンバへそれぞれ移動し、これにより各端部壁を前記移動位置に同時あるいは連続的に位置させることにより前記スタック内のすべての加熱チャンバからの残渣が前記支持面上の容器に移されることを特徴とする浄水装置。
【請求項６】
請求項２の浄水装置において、さらに、
前記スタック内で低い位置の各ボイラーの第２の端部壁が、さらに前記スタック内の上に位置するボイラーの前記第１の端部壁を構成し、
各第２の端部壁は、前記側壁の開口を通ってスライド係合しており、隣接する加熱チャンバを隔離する係合位置から、前記隣接する加熱チャンバ間の連通が形成される移動位置まで可動であり、
前記係合位置から前記移動位置への移動により、前記第２の端部壁の溶けた固形物の残渣が取り除かれて、前記残渣が前記低い位置のボイラーの前記加熱チャンバへそれぞれ移動し、これにより各端部壁を前記移動位置に同時あるいは連続的に位置させることにより前記スタック内のすべての加熱チャンバからの残渣が前記支持面上の容器に移されることを特徴とする浄水装置。
【請求項７】
請求項３の浄水装置において、さらに、
前記スタック内で低い位置の各ボイラーの第２の端部壁が、さらに前記スタック内の上に位置するボイラーの前記第１の端部壁を構成し、
各第２の端部壁は、前記側壁の開口を通ってスライド係合しており、隣接する加熱チャンバを隔離する係合位置から、前記隣接する加熱チャンバ間の連通が形成される移動位置まで可動であり、
前記係合位置から前記移動位置への移動により、前記第２の端部壁の溶けた固形物の残渣が取り除かれて、前記残渣が前記低い位置のボイラーの前記加熱チャンバへそれぞれ移動し、これにより各端部壁を前記移動位置に同時あるいは連続的に位置させることにより前記スタック内のすべての加熱チャンバからの残渣が前記支持面上の容器に移されることを特徴とする浄水装置。
【請求項８】
請求項４の浄水装置において、さらに、
前記スタック内で低い位置の各ボイラーの第２の端部壁が、さらに前記スタック内の上に位置するボイラーの前記第１の端部壁を構成し、
各第２の端部壁は、前記側壁の開口を通ってスライド係合しており、隣接する加熱チャンバを隔離する係合位置から、前記隣接する加熱チャンバ間の連通が形成される移動位置まで可動であり、
前記係合位置から前記移動位置への移動により、前記第２の端部壁の溶けた固形物の残渣が取り除かれて、前記残渣が前記低い位置のボイラーの前記加熱チャンバへそれぞれ移動し、これにより各端部壁を前記移動位置に同時あるいは連続的に位置させることにより前記スタック内のすべての加熱チャンバからの残渣が前記支持面上の容器に移されることを特徴とする浄水装置。
【請求項９】
請求項３の浄水装置において、さらに、
複数の前記タワーが前記熱交換器を取り囲んでおり、
これらのそれぞれが前記蒸気を前記熱交換器に送達し、
前記熱交換器は前記複数のタワーのそれぞれの前記加熱チャンバに送達される水を加熱する手段を提供し、これにより前記熱交換器に蒸気をそれぞれ送達する複数のタワーによりエネルギ効率の向上が提供されることを特徴とする浄水装置。
【請求項１０】
請求項４の浄水装置において、さらに、
複数の前記タワーが前記熱交換器を取り囲んでおり、
これらのそれぞれが前記蒸気を前記熱交換器に送達し、
前記熱交換器は前記複数のタワーのそれぞれの前記加熱チャンバに送達される水を加熱する手段を提供し、これにより前記熱交換器に蒸気をそれぞれ送達する複数のタワーによりエネルギ効率の向上が提供されることを特徴とする浄水装置。
【請求項１１】
請求項３の浄水装置において、さらに、
前記熱交換器の上側面から連通する通気口を具え、
当該通気口は、前記蒸気に含まれる気化した有機化合物を前記蒸気から分離する手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項１２】
請求項４の浄水装置において、さらに、
前記熱交換器の上側面から連通する通気口を具え、
当該通気口は、前記蒸気に含まれる気化した有機化合物を前記蒸気から分離する手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項１３】
請求項７の浄水装置において、さらに、
前記熱交換器の上側面から連通する通気口を具え、
当該通気口は、前記蒸気に含まれる気化した有機化合物を前記蒸気から分離する手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項１４】
請求項８の浄水装置において、さらに、
前記熱交換器の上側面から連通する通気口を具え、
当該通気口は、前記蒸気に含まれる気化した有機化合物を前記蒸気から分離する手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項１５】
請求項９の浄水装置において、さらに、
前記熱交換器の上側面から連通する通気口を具え、
当該通気口は、前記蒸気に含まれる気化した有機化合物を前記蒸気から分離する手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項１６】
請求項３の浄水装置において、さらに、
前記熱交換器の上側面から連通する通気口を具え、
当該通気口は、前記蒸気に含まれる気化した有機化合物を前記蒸気から分離する手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項１７】
請求項３の浄水装置において、さらに、
前記第１の端部の前記側壁を通り前記加熱チャンバの中央部の遠位端部へと延びるプローブを具え、
前記プローブは、当該プローブのプローブ温度を調節する手段に接続されており、
前記プローブ温度は、前記加熱チャンバ内で前記蒸気の一部を凝縮させるのに適合されており、
この一部の凝縮が、前記蒸気の熱を前記加熱チャンバ内の前記側壁に放出し拡散させる手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項１８】
請求項４の浄水装置において、さらに、
前記第１の端部の前記側壁を通り前記加熱チャンバの中央部の遠位端部へと延びるプローブを具え、
前記プローブは、当該プローブのプローブ温度を調節する手段に接続されており、
前記プローブ温度は、前記加熱チャンバ内で前記蒸気の一部を凝縮させるのに適合されており、
この一部の凝縮が、前記蒸気の熱を前記加熱チャンバ内の前記側壁に放出し拡散させる手段を提供することを特徴とする浄水装置。
【請求項１９】
請求項３の装置を用いて半塩水または汚水を飲用水に変換する方法であって、
前記加熱素子を、前記加熱チャンバを加熱する前記第１の手段として、前記ミストから前記蒸気を生成するのに適した温度に前記加熱チャンバを加熱するのに適合した期間用いるステップと、
圧力下で、前記半塩水または汚水を前記加熱チャンバを通る導管、および前記水のミストを各加熱チャンバにそれぞれ噴射する手段に送るステップと、
各加熱チャンバ内で蒸気を発生させ、前記第１の開口を通って前記間隙へと上昇させるステップと、
前記間隙内で前記蒸気を前記遠位端部まで上昇させ、前記第１の開口を通る連絡路と前記遠位端部との間の上の各側壁を同時に加熱するステップと、
前記蒸気を前記遠位端部から前記飲用水へと変換される前記熱交換器を通して送るステップと、
前記熱交換器を出る前記飲用水を収集するステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項４の装置を用いて半塩水または汚水を飲用水に変換する方法であって、
前記加熱素子を、前記加熱チャンバを加熱する前記第１の手段として、前記ミストから前記蒸気を生成するのに適した温度に前記加熱チャンバを加熱するのに適合した期間用いるステップと、
圧力下で、前記半塩水または汚水を前記加熱チャンバを通る導管、および前記水のミストを各加熱チャンバにそれぞれ噴射する手段に送るステップと、
各加熱チャンバ内で蒸気を発生させ、前記第１の開口を通って前記間隙へと上昇させるステップと、
前記間隙内で前記蒸気を前記遠位端部まで上昇させ、前記第１の開口を通る連絡路と前記遠位端部との間の上の各側壁を同時に加熱するステップと、
前記蒸気を前記遠位端部から前記飲用水へと変換される前記熱交換器を通して送るステップと、
前記熱交換器を出る前記飲用水を収集するステップとを具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年４月１日提出の豪州暫定特許出願番号２００９９０１３４３の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本書に組み込むものである。
【０００２】
本発明は浄水に関する。より具体的には、本書記載の装置は、熱と蒸留を介して容易に利用できる浄水装置および方法であって、ほぼモジュラー式に構築でき、積層型のモジュール式ボイラーの各々が連続的に上に積み重なって効率を向上させ、ボイラーからの熱を唯一の煙突システムの設備に通して効率を向上させたものである。
【背景技術】
【０００３】
世界保健機構によると、浄水は基本的な人間の権利であり、これがないと社会は枯渇し死に絶える。数十億以上の人間が、飲用と衛生用の新鮮な水の供給がないという事実もある。人口の増加に伴い、世界は増加する世界人口への新鮮な水のますます危機的な欠乏に継続的に直面している。この欠乏は、特にアフリカやアジアなど第三世界の諸国で深刻である。
【０００４】
注目すべきは、人口に対し増加する新鮮な水の欠乏に加え、新鮮な水が汚染された水に変わってしまう量が増大している。この汚染は一般に、自然や農業の流去水や、下水システムに新鮮な水が流れ込むことにより生じる。考えられる新鮮な水源は、海岸を有する国において、豊富な塩水を飲用にすることである。
【０００５】
さらに、世界の人口は増え続け、特に気候の変化に影響される乾燥地帯や半感想地帯において、かつてない新鮮な水への要求はますます深刻になっている。上記のように、塩水、半塩水、汚染下水、その他の固形物や汚染物質を含む水は、新鮮な水のソースとして利用しうる可能性がある。これらの十分に用いられていない新鮮な水のソースを転換する多数の技術が存在する。これらの従来システムは多種の技術があり、例えば逆浸透、蒸発、蒸気圧縮などがある。しかしながら、これらの従来技術の脱塩方法および／または半塩水や汚染下水の浄化方法は、技術教育の人口や浄水装置の運用に必要なエネルギに乏しい国々での利用にうまく適合しなかった。
【０００６】
従来の蒸留プロセスや逆浸透によるフィルタリングを用いる浄水では、水を熱して蒸気を発生させたり、逆浸透のフィルタを利用する圧力を発生させるポンプを駆動するのにかかる運用コストが高いため、貧しい国には特に制限があった。
【０００７】
下水やこれに類する汚水の病原菌を殺菌するには、少なくとも摂氏１７１度に水を熱する必要がある。
【０００８】
含まれる病原菌をすべて殺菌して飲用可能な水にするために、第三諸国で広く見られる汚水や下水を変換するのに、この温度は達成され維持される必要がある。
【０００９】
一方逆浸透は、病原菌の殺菌に必要な高温では作用せず、環境温度で作用する。このため、逆浸透処理ユニットは一般に、フィルタリング処理が水から潜在的に有害な病原菌を無くすことを保証しない。結果として、逆浸透は多くの国にある汚染下水からボトル詰めの飲料水を生成するのに適切でない。
【００１０】
これらのシステムは必要エネルギが大きく、エネルギ価格はかつてなく高騰しているため、飲料水の生成においてコストがキー要素となっており、貧しい国にとって浄水システム用の熱やポンプのエネルギを生成する手段を購入できないという深刻な制限要素となっている。
【００１１】
別に利用されている浄水モードは、水に紫外線をあてることである。しかしながら、ＵＶライトは、水に有機物を遮断する粒子や固形物が入っていると効果はなく、信頼できない。
【００１２】
従来の逆浸透システムは、半塩水、特に塩水の浄水に非常に有効であるが、水を濾過ユニットに通す動作圧を生成するのに大きなポンプを必要とする。その結果、この技術は、水を濾過する圧力を生成するポンプに電気エネルギを供給する作動電気料を捻出しうる国でのみ行われる。
【００１３】
さらに、塩水の脱塩において、水が浄化するに伴い、下流の要素やフィルタで塩分の濃縮が生じ、濾過システムやシステム上の他の要素の深刻な目詰まり等が生じる。塩水や汚染下水の浄化においても同様に、粒状物を設備やフィルタから除去する必要がある。経時に伴い、従来システムは、圧力システムのフィルタエレメントの交換や、熱システムの部品や導管の洗浄を含む頻繁なメンテナンスの必要性があった。世界において無教育で貧しい人口の領域では、このような運用コストは高いメンテナンス費用を必要とし、このようなシステムを用いることができなかった。
【００１４】
このため、高効率で、運用が安価で、メンテナンスが頻繁に必要でない浄水および／または脱塩方法および装置がずっと求められていた。このようなシステムは汚染下水の病原菌を除去するとともに塩水から塩分を除去するのに必要な過熱蒸気を生成可能であるべきである。このようなシステムは、最小限の教育を受けたオペレータが実行可能な点まで簡単化されたメンテナンスを必要とするべきである。このようなシステムは、処理にかかるエネルギ利用が高効率であり、歳入が少なくエネルギ源が少ない国でも利用可能であるべきである。
【発明の概要】
【００１５】
本書に開示し説明する浄水および脱塩装置は、上述した従来技術の欠点に対する唯一かつ新たな解決法である。この浄水システムは、各々が汚水または塩水を取り込み綺麗な水を出すタワーの集合へと集結されるタワーを構成するモジュール式の部品を用いることにより、所望の水の出力量を得られる。さらに、ユニークなボイラーとその積み重ねを利用し、蒸気の変則性（steam anomaly）を用いて、開示のシステムは、上述のように下水その他の汚水や塩水を飲用可能にする過熱蒸気を生成するのに必要な、摂氏１７０度を超える温度を生成可能である。しかしながらこの蒸気は、ボイラー、加熱チャンバ、および変則蒸気の独特なスタック構成により非常に低いエネルギコストで生成される。
【００１６】
取り込まれる水を過熱プロセスに送って飲用可能にする方法を実現する装置は複数のボイラーを用い、各ボイラーが、タワーを構成する加熱チャンバにおける凝縮度を制御する内部熱制御冷却装置が設けられた内部加熱チャンバを具える。各タワーが、スタック構造でモジュール式加熱チャンバを有するボイラーで構成され、組み立てられたときに、生成される過熱蒸気と、個々の加熱チャンバで蒸気を生成するのに用いられる熱の双方が上昇気流の煙突効果を生じる。この蒸気は、最初に濾過して大きな固形物を取り除いて予熱した水を加熱チャンバ内に噴霧して生成される。
【００１７】
水は熱交換器内で、迅速に細かい水のミストを生成しうる温度であるおよそ摂氏９８−１００度に予熱され、これが予熱された各チャンバ内に噴射され、ミスト粒子が加熱チャンバの内面に接触しないように設計された下方へ噴出する円錐形のミストとなり、これにより壁に固形物が堆積するのが低減され、頻繁に壁を掃除する必要性がなくなる。
【００１８】
タワーを構成する連続的に積み重ねられたボイラー群の各積層加熱チャンバ内の蒸気は、ボイラーの中央部を構成する加熱チャンバ内で上昇し、加熱チャンバの上面を通るスロットまたは開口から、各加熱チャンバの側壁とボイラーの外壁を形成する第２のケースとの間に位置し各加熱チャンバの側壁を規定する側壁を取り囲む煙突または周囲チャンバへと脱出する。
【００１９】
各積層ボイラーの、各積層加熱チャンバの周囲の周囲チャンバで形成された煙突内に配置された加熱チャンバを構成する側壁の各々の外側には、電熱素子がある。低い位置のチャンバからの蒸気は、常に加熱素子が設けられた上のチャンバを通って上昇するため、蒸気は上にある加熱チャンバの側壁を熱する手段を提供し、これにより電気素子に必要な電力量を低減することができる。
【００２０】
この素子は、タワー内の個々の加熱チャンバをおよそ摂氏１２０度に熱し、入ってくる予熱された水のミストによる僅かな熱損失を許容するが、まだ加熱チャンバは蒸気の熱を生成するのに十分な温度に到達しうる。
【００２１】
好ましくは３またはそれ以上のモジュール式ボイラーを用い、加熱チャンバを連続的に段々に積み重ねることにより、ボイラーの複数の加熱チャンバで生成される過熱蒸気のすべてが煙突効果によって、積み重ねられたボイラーで形成されたタワーの遠位端部に位置する蒸気収集器へと上昇する。同時進行的に動作する複数のタワーの効率的利用で得られる更なる利点を得るべく、モジュール式ボイラーで構成される複数のタワーが円形に配置され、中央に位置する熱交換器にともに接続されている。
【００２２】
各加熱チャンバ内の下方へ噴出されるミストにより生じる蒸気は、サーモスタットで温度制御した冷却装置に当たるよう方向付けられ、これが蒸発熱を凝縮および放散し、処理される水が含みうる生体組織を殺傷し有毒な化学物質を除去するのに十分な温度として知られている摂氏１７１度を超えて加熱チャンバの内部温度を上昇させるのに必要な蒸気の量を調節する。
【００２３】
蒸気濃度を調節した部分では、熱がエネルギ損失として放散され、経験則では、各ボイラの加熱チャンバの内部温度がおよそ摂氏２００度以上に上昇する。
【００２４】
凝縮異形（condensing anomaly）により生成された熱を制御すべく、各モジュール式ボイラーに形成された加熱チャンバの温度を監視するのに適したセンサが、煙突内の周囲チャンバ内のボイラーの側壁を取り巻く電気素子に提供される電力を調整する。この電気素子の熱出力は、各ボイラーの各加熱チャンバの温度を、チャンバ内に噴射されるミストを過熱蒸気へと転化させるレベルの温度を維持するよう調整される。上昇する蒸気からの熱は、上に位置するボイラーの側壁に再び蓄えられ、これによりシステムに要する電気エネルギが大幅に低減する。
【００２５】
本書の装置の配置が見込まれるのは、過酷な第三世界の場所であるため、メンテナンスが重大な懸念事項となる。ボイラーに噴射される水は塩や流動化した粒子を含むため、残渣が積層ボイラーの内部で蓄積してしまう。
【００２６】
このような残渣除去のメンテナンスは、各ボイラーの各加熱チャンバの床面または底面を構成する取り外し可能な基底プレートによって低減される。この基底プレートはまた、加熱チャンバの各ボイラーの上に積み重ねられるに伴い二重化される。固定された頂部プレートに固定されているスタック内の頂部のボイラーを除いてである。基底プレートはスライド可能にボイラーの側壁の開口に通って係合しており、これはボイラーとの係合状態からスライドしたときにすべての堆積物と各プレート上の残渣物を除去するスクレーパーとして作用する。このプレートの削りは、スタック中のすべての加熱チャンバで同時に行われ、あるいは底部の加熱チャンバから順々に上に作動する。この機械的動作はすべての加熱チャンバの基底プレートに堆積した汚染残渣を一度に削り落とす手段を提供し、残渣は加熱チャンバの下に設けられたホッパーまたはコンベア上に落ちて廃棄される。プレートを除去すると、ボイラーの内部にアクセスして表面のメンテナンスとクリーニングが容易になる。
【００２７】
大きなスケールの脱塩プラント等では、残渣の量によっては基底プレートが連続的に作動され、これは底部加熱チャンバから開始される。
【００２８】
各ボイラの加熱チャンバを構成する側壁の内側面に残渣が形成されるのを防止する手段は、ミストが蒸気に変わる前に側壁に接触しないように構成することである。噴霧される液体中の固形物はミストとして放出される前の短時間に移動し、ミストが蒸気に変わると重力により固形物がボイラーの底部に向かう。
【００２９】
ミスト噴霧器を囲んで円錐台形（frusto conical）のハウジングを設けて、ミストの形成を補助するようにしてもよい。したがって、このミスト噴射の制限を用いると、各ボイラーの各加熱チャンバを構成する側壁の内面に残渣が形成されるのが低減あるいはなくなり、メンテナンスを低減することができる。
【００３０】
さらに、電熱素子の腐食を防ぐ手段が、煙突部を構成する周囲通路内に加熱素子を配置することにより提供される。加熱素子が絶対に塩水あるいは加熱チャンバ内に噴霧される汚水または半塩水からの粒子に曝されないようにするためである。これにより、腐食性の高い塩水または汚水に含まれる粒子による腐食物が、腐食作用のある素子に到達することがない。
【００３１】
各積層ボイラーモジュールの底部ボイラーは、繊維ガラスなどの絶縁材が充填された周囲チャンバ空間を有する。さらに、周囲チャンバの頂部開口を防ぐためにキャップが設けられ、プラントが何らかの理由で停電した場合に、凝縮により生成された水がタワーの底に位置するボイラーの加熱チャンバ内に落ちるように設計され、ここから基底プレートを介して排出されたり、プラントが運用に戻った場合に沸騰させたりすることが可能である。
【００３２】
エネルギ効率のさらなる改良は、各タワーを構成する各スタックの最上部ボイラーの出口開口から蒸気を熱交換器へ伝達することによる。熱交換器は、各ボイラー内でミストを形成すべく入ってくる水に蒸気の熱を伝達するよう熱的に接触し、これにより入る水をミストにする前に熱するのに必要なエネルギが低減される。
【００３３】
選択的に、各タワーを構成するモジュール式ボイラーのチャンバの積層された周囲チャンバ内を上昇する蒸気の一部は、タービンを駆動すべく方向付けられてもよい。このタービンは、電熱素子を駆動あるいは部分的に駆動する電流を提供するのに用いられる。余剰の電力が得られた場合、システムが世界で電力不足の領域に位置する場合には送電網のオペレータに売却してもよいし、その場で利用してもよい。
【００３４】
熱交換器から中央導管を出る水は非常に清浄で、飲用可能であり、熱交換器から貯蔵タンクに送られる。蒸気から水への凝縮は、熱交換器を通した場合、ミスト生成器へ入る水の冷却効果によって促進される。
【００３５】
本書開示の装置および方法は、従来の浄水および脱塩化装置よりさらにコストと運用の節約を提供する。現在用いられているシステムは、システムを通る液体合計の４８−５０％に達する塩水副産物を生じる。これらの副産物は効果で時間のかかるプロセスで廃棄する必要がある。これらの副産物の廃棄は、埋め立てで廃棄する場合に殆どの政府の規制により厳しく制限されている。大量の塩水副産物が海洋投棄される場合、配管やポンプの資本コストが進行中のポンプコストに組み合わさり、最終製品のコストに加えられる。時間が経つと、このような配管システムの出口は、出口近辺の塩の毒性や海洋生態の致命的効果により移転させる必要が生じる。したがって、従来のプラント運用の寿命だけ高いコストが継続的にかかっていた。
【００３６】
したがって、開示の装置および方法により生じる主な利点は、従来の上述した大量かつ水分の多い塩水より、廃棄が用意なごく僅かな量の乾燥した塩である。この装置および方法は、システムに入る液体の合計スループットの約２％の塩水副産物を生じる。この副産物の少なさは、海洋または埋め立て地に圧送または輸送する必要のある塩水残渣を有意に低減し、上述した従来のプラントの初期コストと長期コストを大幅に削減する。
【００３７】
上記説明に関して、本発明は、この浄水装置および方法を示す明細書の要素または図面の記載の構造および構成の詳細の適用に限定されると解されてはならない。この装置および方法は、エネルギ効率のよい新規な装置および方法を提供し、この開示を読んだ当業者にとって自明な他の実施例や様々な方法で実現または実行されてもよい。また、本書で用いる語句や用語は説明目的であり、限定と解すべきではないと理解されたい。
【００３８】
したがって、当業者は、この開示の基本コンセプトは、本書開示の浄水および脱塩化装置のいくつかの目的を実現するための他の構造、方法、およびシステムを設計する基礎として用いることができるだろう。
【００３９】
このため重要なのは、本発明の精神を逸脱しない限り、クレームおよび本書の開示はこのような等価の構造や方法を含むと解される。
【００４０】
本発明の目的は、モジュール式の特性を有し組み立て可能なモジュールと要素の標準化を用いて必要な製品に合致する構造を組み立てられる浄水装置および方法を提供することである。
【００４１】
本発明のさらなる目的は、エネルギ効率が高く、用いるエネルギが最小限でエネルギコストを最小化した浄水および脱塩化を実現する浄水装置および方法を供給することである。
【００４２】
本発明のさらなる目的は、メンテナンスの必要が低く最小限の教育を施したオペレータが簡単にできる部品を用いた浄水および脱塩化装置を供給することにある。
【００４３】
これらおよび他の目的および利点が、本書記載の構造および運用の詳細を添付の図面をその一部として参照することにより以下に明らかとなり、同じ部品には通して同じ符号を付す。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、モジュール式のボイラー部品の群が機能的に組み合わされて積層型の浄水および脱塩化プラントを構成した状態を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の３−３線における単一の積層型脱塩化および浄水タワーの断面図である。
【図３】図３は、図１の３−３線における断面図であり、組み立てられた浄水および脱塩化プラントの図である。
【図４】図４は、積層型の加熱チャンバの断面図であり、それぞれの連通する煙突導管と、最上部の加熱チャンバの上の清浄水吐出ハウジングを示す。
【図５】図５は、単一のモジュール式加熱チャンバであり、チャンバの底面をスライドプレートが構成している。
【図６】図６は、図５の頂部を上から見た斜視図であり、典型的なモジュール型加熱チャンバが円筒状の側壁を有し、係合したスライドプレートと頂部面の間に内側に加熱チャンバを構成している。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１−６を参照すると、モジュール式の浄水あるいは脱塩化装置１０が、独立および組み立てられた多様な好適なモードとして示されている。１またはそれ以上の図面において、同じ部品には同じ参照符号を付す。
【００４６】
装置１０は、複数の積み重ねられたボイラー１４でそれぞれ構成された複数のタワー１２を機能的に連結して構成することにより、図１の浄水プラントを構成する。各タワー１２は、それぞれ中央に加熱チャンバ１６を配置した複数のボイラー１４で構成される。タワー１２はこのスタック構成において、各加熱チャンバ１６の側壁２０の間に位置する周囲チャンバ１８と、ボイラー１４の外壁を形成する第２のケーシング２２とを具える。周囲チャンバ１８はしたがって、各個の加熱チャンバ１６を規定する側壁２０を取り囲む。
【００４７】
この構成は特に、各加熱チャンバ１６から生成された過熱蒸気と、個々の過熱チャンバ１６および低い位置の周囲チャンバ１８で蒸気を生成するのに用いられる熱との双方の上昇する流れの煙突効果を生じる。
【００４８】
システムの好適なモードにおいて、蒸気は、海水あるいは最初に濾過して大きな固形物を除去した水のミスト２６を噴霧することにより生成される。この水は、熱交換器３０内でおよそ摂氏９８−１００度に予熱されており、好適には円錐形のミスト２６として下向きに噴射される。ミスト２６は予熱された加熱チャンバ１６内に噴射され、瞬間的に蒸気に転じて加熱チャンバ１６内の過熱蒸気へと温度が上昇され、病原菌を殺菌するとともにチャンバ１６に入った塩を除去しうる温度となる。
【００４９】
各加熱チャンバ１６内の過熱蒸気は上昇し、加熱チャンバ１６の頂部面３４近くの側壁２０の上側部分を通るスロットまたは開口３３から脱出する。この開口３３は、各加熱チャンバ１６を構成する側壁２０と、ボイラーの外壁を構成し各個の加熱チャンバ１６を規定する側壁２０を取り囲む第２のケーシング２２との間に配置された周囲チャンバ１８に連通している。
【００５０】
図４−６に示すように、加熱チャンバ１６を構成する各側壁２０の外面の上には、電熱素子３８が配置されている。下側に位置する加熱チャンバ１６からの蒸気が、加熱素子３２が配置されている上の周囲チャンバ１８を通って連続的に上がるため、下側に位置する加熱チャンバ１６に連通している開口３３から入る蒸気が、上に位置する加熱チャンバ１６の側壁を予熱する手段を提供する。この加熱素子３８は入ってくる蒸気と組み合わさってタワー内の個々の加熱チャンバ１６を摂氏約１２０度に加熱し、入来する予熱された水のミスト２６により生じる些少な熱のロスを許容する。
【００５１】
ボイラー１４をそれぞれの加熱チャンバ１６とともに連続的に積み重ねることにより、上のボイラーを加熱することに加えて、複数の加熱チャンバ１６が生成する過熱蒸気が煙突効果により、積層されたボイラー１４で構成されるタワーの最上端に配置された蒸気コレクタ３１へと上昇する。中央に配置された熱交換器３０の周囲に配置し一斉接続して加熱するよう作用する複数のタワーのスケールの秩序により、さらなるエネルギゲインが提供される。
【００５２】
各加熱チャンバで下向きに噴射されるミスト２６により生じる蒸気は、ボイラー１４の加熱チャンバ１６のほぼ中央領域に遠位端部を有する冷却部材５７に向けられる。図２に示すように、この冷却部材５７に接触する蒸気が冷却され、蒸気の一部が加熱チャンバ１６内で凝縮して、同時発生的に熱をエネルギ損失として放散する。この凝縮と熱放散は、各ボイラーの加熱チャンバ１６の内側の温度を摂氏約２００度まで上昇させる手段を提供する。
【００５３】
加熱チャンバ１６の温度を監視する手段が、各加熱チャンバ１６の温度監視に適した電子的または機械的なセンサにより提供されてもよい。凝縮からの熱損失によるチャンバ１６の温度に基づき、センサは加熱素子３８への電流を、チャンバ内の温度がミスト２６を過熱蒸気へと変えるのに適したレベルの正しい温度に到達させるのに必要なエネルギのみに利用するよう調整する。上昇する蒸気からの熱は再び上に位置するボイラー１４の側壁２０に取り込まれ、これによりシステムに必要な電気エネルギが飛躍的に低減される。
【００５４】
ボイラー１４に噴射される水は、一般に塩や液状粒子を含んでいる。蒸気に転ずる際の噴霧パターンが設計されているため、ボイラーの加熱チャンバ１６の内壁面に残渣物が堆積されるのが低減される。
【００５５】
このような残渣を容易に除去する手段が、各ボイラー１４の各加熱チャンバ１６の床面または底面を構成する基底プレート４４により提供される。このプレート４４は、ボイラー１４の側壁２０の開口４６を通ってスライド係合している。プレート４４をボイラー１４の外側に向けて移動させると、開口４６の縁がスクレーパーとして作用し、各プレートの堆積物や残渣物が除去される。
【００５６】
プレート４４による複合的な削り落としにより、ホッパ４８に落ちる残渣を除去する手段が提供され、プレート４４が底部から上に連続的に除去される場合は、モジュール式ボイラー１４のスタックで構成されるタワーの底部に位置するホッパー４８に堆積物が連続的に落下し、ここに配置されたホッパ４８またはコンベア等により除去される。プレート４４を除去すると、内側面のメンテナンスに人員がボイラー１４に入ることが可能となる。
【００５７】
さらなるメンテナンスの低減化が、ミスト２６を過熱チャンバ１６内で蒸気に変わる前に側壁２０に接触しないように噴射し形成して残渣を少なくすることにより提供される。ミスト噴霧器を取り囲むハウジングを、ミスト２６の形成の補助に利用することができる。
【００５８】
冷却部材５７は、上述した凝縮を発生させるとともにエネルギ低減に利用可能である。さらに、加熱素子３８を煙突を構成する周囲通路１８内に設けることによりメンテナンスが低減する。これで加熱素子３８がチャンバ１６内に残る残渣に曝されることがなくなる。開示の装置は凝縮蒸気の熱を先駆的に利用するので、熱移転効果を発生するのに凝縮が必要な蒸気の量の制御方法は変えることができる。ある好適なモードの冷却部材５７はボイラー１４内に組み込まれ、熱を放出するのに必要な冷却を与えるのに１００℃以下の温度に低減するのに必要な蒸気の量に調整可能に依存する。この部材５７は、冷却制御部に電気的に接続された遠位端部にセンサプローブ６１を有する冷却パイプ５９の形態や、冷却部材５７の冷却を開始する他の手段であってもよい。図２に示すように、冷却パイプ５９はチャンバ１６の上部から入り、一部がチャンバ１６の側部を下向きに通り、中央部に延びてもよい。
【００５９】
それぞれの積み重なったモジュール式ボイラー１４における基底または底部ボイラー１４は、図４に示すように、例えば繊維ガラスなどの絶縁材料５０が充填された空間である周囲通路１８を有する。絶縁材料の頂部を覆うキャップが設けられ、煙突１８からの蒸気や凝縮水分が絶縁材に入るのが防止される。このキャップはまた、煙突１８の底部に集まる凝縮物を、上述のように除去するために底部のボイラーの開口３２へと方向付ける。
【００６０】
装置１０のモジュール式構造は、ボイラー１４を修理または交換する際にとりわけ便宜となる。数週間以上停止させて苦労して修理または交換する必要のある従来型のボイラーシステムと異なり、この装置は、モジュール式構成において非常に便宜となる。ボイラーモジュールに障害がある場合、時間がなければ、積み重ねられたボイラー１４のモジュールは周囲通路１８ですべて上に蒸気を通すため、障害のあるボイラー１４を単に停止しても、残りのボイラーモジュールは機能する。時間があれば、どのスタックの障害のあるボイラーモジュールでも、障害のあるボイラーモジュールをその位置から外して機能するボイラーモジュールをその位置に配置することにより、きちんと機能するものに交換できる。
【００６１】
エネルギ効率におけるさらなる改善が、タワーを構成する各スタックの最上部のボイラー１４の出口３２からの蒸気を、凝縮チャンバ３１に連結された熱交換器３０に送ることにより提供される。
【００６２】
熱交換器は、蒸気の熱をパイプ５２に入来する水に伝達して各ボイラー１４でミスト２６を生じさせるべく熱的に連結され、これにより入来する水をミスト化する前に必要なエネルギが低減する。
【００６３】
熱交換器３０からの中央導管にある水は非常に清浄で飲用可能であり、熱交換器から貯蔵タンクへと配管される。さらに、ベント５３を設けると、開示の装置１０に関して、例えばベンゼンなど水より低温で沸騰して加熱チャンバ内で気化する揮発性の有機化学物質が、大気へ放出されるか多くの化学産業等で必要な従来型のスクラバー装置に補足される。この動作により、蒸留液または飲用水に不純物が混入することがなくなる。
【００６４】
本書にて浄水および脱塩化システムおよび方法のすべての基本的な特性および構造が、特定の実施例に関して図示され説明されたが、所定範囲での変更、多様な変化および代替物が上述の開示には意図されており、いくつかの例では、上述した本発明の範囲を逸脱することなく本発明のいくつかの構成が他の構成の関連利用なしに用いられてもよい。また、当業者であれば、本発明の糸および範囲を逸脱することなく、様々な代用、変更、変化が可能であると理解されたい。したがって、このような変更や変化や代用はすべて当業者が本開示を読んで実現しうることが確実であり、以下のクレームで規定される本発明の範囲内に含まれる。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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