(57)【要約】  加速された蒸気再圧縮装置（１０）は、溶解固体を含有する液体（２３）を保持するタンク（３０）内で、濃度プロファイル（１４６）を形成することにより、流入フロー（３５ａ）を濃縮液（３５ｃ）に変換する。結果として得られる、層化した液体（２３）（例えば、ブライン（２３）又はその他の物質（２３）の飽和温度の曲線（１６０）は、完全に混合された状態に対応する曲線（１６２）から離れる方向に移動する。この飽和温度におけるシフト（１７４、１８０）により、ヒーター（７０）又はコンプレッサ（５０）からのエネルギー増加なしに、沸騰の増大が生じる。このシステムの制御方法（９０、２００）は、質量流量（３５）から、コンプレッサ（５０）の仕事、ヒーター（７０）からの熱、及びコマンド（２１６）をアルゴリズム制御するためのフィードバック（２１７）の予測処理（２１５）にわたる、異なる制御レベル（９２、９４、９６、９８）での介入（２０３、２０４、２０５、２０６）を提供する。
2014511264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気再圧縮のためのプロセスを改善するための方法であって、
該プロセスを実施するために、サブユニットとして併合可能な複数の作業を含むプロセスを選択することと、
前記蒸気の源に溶かした物質の濃度プロファイルを測定することと、
１組の操作パラメータを有する前記複数の作業のうち少なくとも１作業について評価することにより、前記濃度プロファイルに対する影響を判定することと、
前記評価に基づいて、前記複数の作業から標的作業を選択することと、
前記標的作業を制御するための制御パラメータを選択することと、
前記制御パラメータを変更することによって前記濃度プロファイルを操作することであって、前記制御パラメータが、質量流量、機械的仕事、熱エネルギー、熱慣性、これらの変化率、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、操作することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び前記源に熱を付加するヒーターを、逐次的に評価することからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、前記源に熱を付加するヒーター、及び前記源の応答時間を、逐次的に評価することからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記評価することが、
第１に、前記プロセス中の液体を移動させるためのポンプ、
第２に、前記源からの前記蒸気を圧縮するためのコンプレッサ、及び
第３に、前記源に熱を付加するためのヒーターを、連続して順に評価することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記評価することが、
第１に、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、
第２に、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び
第３に、前記源に熱を付加するヒーターを、連続して順に評価することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記連続して順に評価することが、第４に、前記移動、前記圧縮、及び前記付加のうち少なくとも１つの前記変化率を評価することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
内部の構成要素、該構成要素の時間的変動、供給源、及び送達メカニズムのうち少なくとも１つについて、供給物を分析することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ポンプ、コンプレッサ、ヒーター、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する制御を変化させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記プロセス内の作業に対応する温度、圧力、流量、動力、及び濃度のうち少なくとも１つを検出するセンサーを提供することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
気圧、温度、風、湿度、及びこれらの組み合わせから選択される周囲条件を測定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記評価することが、前記プロセスへの実質的に全てのエネルギー入力、及び前記プロセスからのエネルギー出力を測定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記プロセスへの実質的に全てのエネルギーの入力と前記プロセスからのエネルギーの出力との均衡をとることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記作業のうち少なくとも１つに対してエネルギー伝達を提供するエネルギー回収作業を追加することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
蒸気再圧縮のためのプロセスを改善するための方法であって、
該プロセスを実施するために、複数の作業を含むプロセスを選択することと、
前記蒸気の源の構成要素の濃度プロファイルを測定することと、
１組の操作パラメータを有する前記複数の作業のうち少なくとも１作業について評価することにより、前記濃度プロファイルに対する影響を判定することと、
前記評価に基づいて、前記複数の作業から標的作業を選択することと、
前記標的作業を制御するための制御パラメータを選択することと、
前記制御パラメータを変更することによって前記濃度プロファイルを操作することであって、前記制御パラメータが、質量流量、機械的仕事、熱エネルギー、熱慣性、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する、値、前記値の変化率、又は前記値の前記変化率の変化率を特徴付けるものである、操作することと、を含む、方法。
【請求項１５】
前記評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、前記源に熱を付加するヒーター、及び前記源の応答時間を、逐次的に評価することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記逐次的に評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び前記源に熱を付加するヒーターを、評価することからなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記評価することが、
第１に、前記プロセス中の液体を移動させるためのポンプ、
第２に、前記源からの前記蒸気を圧縮するためのコンプレッサ、及び
第３に、前記源に熱を付加するためのヒーターを、連続して順に評価することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記連続して順に評価することが、第４に、前記移動、前記圧縮、及び前記付加のうち少なくとも１つの前記変化率を評価することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記構成要素、前記構成要素の時間的変動、供給源、及び送達メカニズムのうち少なくとも１つについて、供給物を分析することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ポンプ、コンプレッサ、ヒーター、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する制御を変化させることを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記プロセス内の作業に対応する温度、圧力、流量、動力、及び濃度のうち少なくとも１つを検出するセンサーを提供することを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
気圧、温度、風、湿度、及びこれらの組み合わせから選択される周囲条件を測定することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記評価することが、前記プロセスへの実質的に全てのエネルギー入力、及び前記プロセスからのエネルギー出力を測定することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記プロセスへの実質的に全てのエネルギーの入力と前記プロセスからのエネルギーの出力との均衡をとることを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記作業のうち少なくとも１つに対してエネルギー伝達を提供するエネルギー回収作業を追加することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年２月１５日出願の同時係属の米国特許仮出願第６１／４４３，２４５号「ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ  ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＶＡＰＯＲ  ＲＥＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ」の権利を主張している同時係属の米国特許出願第１３／３７２，１８２号「ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ−ＧＲＡＤＩＥＮＴ，ＡＣＣＥＬＥＲＡＴＥＤ−ＶＡＰＯＲ−ＲＥＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」の権利を主張し、これらは両方とも参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は熱伝達に関するものであり、より具体的には、蒸気再圧縮のための新しいシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
熱回収は、コジェネレーション発電所の基礎である。同様に、多くの食品・飲料加工では、効率的使用のために熱回収が必要となる。一方、脱塩プラント、製糖、蒸留システム、及び同様物は、全体のエネルギー必要量を最低限に抑えるために、潜熱の回収に依存している。熱は、再加熱、予熱、又はその他、熱交換器システムを介して排出フローから流入フローへの熱を交換することによって回収され得る。
【０００４】
蒸気再圧縮は、熱回収の一方法として様々な形態で使用されている。例えば、食品加工、産業廃棄物処理、製油ブライン処理等において、蒸気再圧縮では、従来型の熱交換器及び技術を利用して、熱を交換し、液体を気化させ、蒸溜物を凝縮させている。溶解した物質、特に溶解した固形物、並びに様々なイオン等の化学的構成は、エネルギー損失をもたらし、エネルギー交換のための処理装置を損傷させる。
【０００５】
例えば製油では、かなりの量の水をポンプで地表に汲み上げることになる。この水はしばしば、ある程度の量の炭化水素、塩、メタン、アンモニア、微量元素、又はこれらの組み合わせを含有している。よって、この水は、処理なしに他の水系に放出することはできない。一方、運搬後の再注入による廃棄、あるいはポンド又はボイラーによる蒸発は、費用が高くつく。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
産業廃棄物、食品・飲料産業の蒸留プロセス等でも、必ずしもそれほど深刻ではないものの、同様の問題を有する。蒸気再圧縮及び多重効用蒸留などの最新の方法でさえも、腐食、付着物、スケール堆積等の問題に直面し、効率、エネルギー収支、及び装置メンテナンスに苦心している。熱回収及び再利用について、より良いシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記を考慮して、本明細書で実例を挙げて幅広く記述されるように、本発明において、本発明の一実施形態で一方法及び装置が開示され、これには例えば、ブラインなどの沸騰する液体カラム内における、例えば全溶解固体（ＴＤＳ）などの物質の制御された勾配が含まれる。隣接するカラムには、圧力を高められた凝縮蒸気が含まれる。液体の高い熱伝達係数及び効果的な層化高密度化は、質量流量、仕事、熱等の制御と、質量、仕事、エネルギー、及びそれらの変化率（これには変化率の変化率、すなわち値の２次導関数が含まれる）の均衡に基づいた予測的な検出及び制御とによって得られる。
【０００８】
本発明による方法の一実施形態において、システムは、第１物質を含有する液体を含む供給物を提供することと、ここにおいてこの第１物質はこの液体とは異なり、かつこの液体に溶解しており、この供給物を液溜めとして含有することとによって作動し得る。この液溜めに少なくとも部分的に浸漬しているコアは、液溜めと熱的に連通しており、それとの直接的な液体連通に対しては密閉されていてよい。
【０００９】
この液溜め内において、液溜めで生成された蒸気をリサイクルしてコア内の凝縮液に戻すことにより、その上面の液位とその底部との間で、第１物質の濃度変化を反映した濃度プロファイルを形成することができる。典型的に、供給物を含有する容器（container）は、池、タンク、河口域、及び容器（vessel）から選択され、液溜めは供給物に対して鎮静状態である。
【００１０】
コアは更に、この液溜めと熱的に連通し、それと間接的に液体連通し、かつそれとの直接的な液体連通に対して密閉された、閉じたチャネルを含んでいてよく、これは、蒸気及び凝縮液を垂直方向に流す向きにすることができる。第１物質を含有する組成物の付着の制御は、作動中のコアの姿勢を選択することによって行われてもよい。
【００１１】
コア内の液溜めの一部は、閉じ込め状態の沸騰に関与することができ、コアから液溜めへの熱交換を確立することによって、プロファイル（これは勾配と考えることができるが、必ずしも単調又は線形ではない）がもたらされる。内部に閉じ込められていることによる、コア内の液体の相変化により、コアからの熱伝達中に液体が気化する。
【００１２】
濃度プロファイルの最適化は、複数のパネルを提供し、少なくとも２次元で、それらのパネルの間に液溜めの一部を閉じ込めるそれらの間の間隔を選択することによってなされてもよい。例えばこれには、複数のパネルを提供し、少なくとも２次元で、それらのパネルの間に液溜めの一部を閉じ込めるそれらの間の間隔を選択することが含まれ得る。間隔は、供給物の特性に基づいて設定され得る。
【００１３】
この方法には、供給物の特性に基づいて、複数のパネルのパネル間の間隔、コア内のパネルの数、パネルの大きさ、コアの材質、コアの姿勢、パネルのその他の特性、及び液溜め中のコアの位置、並びにこれらの組み合わせのうち少なくとも１つを選択することが含まれ得る。
【００１４】
このシステム及び方法の作動により、コアの近くで、濃度プロファイルの変化の実質的にほとんどを含むアクティブ領域を確立し、並びに、このアクティブ領域への液体交換から実質的に除外された、アクティブ領域の下のトラップ領域を確立する。
【００１５】
熱伝達の最適化は、コアを液溜めに完全に浸し、濃度プロファイルの変更によりコアの効果的な核沸騰領域を制御又は変化させることによってなされ得る。液溜めより上の圧力の変化に対応して熱を付加することにより、液溜めの温度プロファイルを変化させることができ、また望ましい条件セットで安定性を得るようコンプレッサの仕事で均衡をとることができる。
【００１６】
本発明による方法の一実施形態において、プロセスには、第１領域の上の圧力変化に基づいて熱を付加することにより、第１領域の温度プロファイルを変化させることが含まれ得る。コアの沸騰領域の変化は、濃度プロファイルの変化により達成することができ、これは、液体の有効飽和温度、圧力、又はその両方の改変に使用することができる。液溜めは供給物に比べて鎮静であってよく、ここで鎮静であるとは、フローが概ね比較的遅く、乱流が局所的に限定され、全体に広がっていないことを意味する。
【００１７】
本発明による装置の一実施形態には、第１物質を含有する液体を含む供給物を受け取るよう適合された収容手段が含まれてもよく、ここにおいて第１物質は液体とは異なり、液体の中に溶解している。この収容手段は、液位と底レベルとを有する液溜めとして、供給物の集合を収容するように構成され得る。コアは、少なくとも部分的に液溜めに浸漬されていてよく、これにより液溜めと熱連通し、それとの直接的液体連通に対して密閉されている。
【００１８】
液溜め処理の手段により、液位と底との間の液溜め中の第１物質の濃度変化を反映した濃度プロファイルを形成することができる。この処理手段は更に、液溜めで生成された蒸気をリサイクルしてコア内の凝縮液に戻す圧縮手段を含むことができ、また液溜めに熱エネルギーを付加するための加熱手段（例えばヒーターなど）を含むことができる。この処理手段にはコンプレッサが含まれてもよく、これは、液溜めで生成された蒸気をリサイクルしてコア内の凝縮液に戻すためのリサイクル手段の一実施形態である。
【００１９】
収容手段は、池、タンク、河口域、容器等から選択され得る。コアには、液溜めと熱連通しており、それと間接的に液体連通しており（例えば、蒸気を受け取ることにより）、かつそれとの直接的液体連通に対して密閉されている、閉じたチャネルが含まれ得る。コアは、収容手段に対する移動に関して、移動可能であり得る。コアが閉じ込め状態沸騰を起こしているとき、移動によってコアのパネル間の間隔を調節することができる。コアの移動には、その向きの変更、閉じたチャネル間の間隔の変更等が含まれ得る。
【００２０】
液体として構成される媒体中において好適な熱交換器として構成された、本発明による装置の一実施形態において、熱交換器には、入口、出口、及び表面が含まれ得る。表面には、外側表面及び内側表面が含まれてもよく、入口と出口を備えた液体連通の内側容積を画定している。
【００２１】
表面は、内側容積から媒体（液体）への熱伝達を最適化するための熱抵抗を有するよう選択された材料で構築され得る。検討される材料の特性には、表面の幾何学的構造完全性を維持するのに有効であり、媒体を含む環境中で安定であるのに有効であり、媒体の沸騰中に有核化を最小限に抑えるのに有効であり、又はこれらの組み合わせに有効であるような熱膨張係数が含まれ得る。
【００２２】
入口は、外側表面で生成されたリサイクル蒸気を内側容積中に導くことができ、この外側表面は、内側容積からの熱を、媒体が接触しているときに外側表面に形成されている境界層に伝える。例えば、この材料は、金属、ポリマー、複合材料、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。１つの好適なポリマーはフッ化炭素ポリマーであり、例えば、テトラフルオロエチレン（例えばポリテトラフルオロエチレン）である。
【００２３】
材料は、化学的に不活性で、媒体に対して非反応性であるよう選択され得る。また、媒体中に生じる化合物の付着を最小限に抑えるよう選択され得る。
【００２４】
蒸気再圧縮のためのプロセスを改善するための方法には、プロセスを実施するために、サブユニットとして併合可能な複数の作業を含むプロセスを選択することが含まれ得る。蒸気の源に溶かした物質の濃度プロファイルは、その濃度プロファイルの影響を判定することに関連付けて測定することができる。これは、１組の操作パラメータを有する複数の作業のうち少なくとも１作業について評価することにより、行うことができる。
【００２５】
複数の作業から選択された標的作業は、その評価に基づくことができる。標的作業を制御するための制御パラメータを選択し、その制御パラメータを変更することにより、濃度プロファイルの操作を開始することができる。制御パラメータは、特定の実施形態について、質量流量、機械的仕事、熱エネルギー、熱慣性、これらの変化率、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。他の実施形態において、より大きな群を検討することができる。
【００２６】
評価には、プロセス中の液体を移動させるポンプ、蒸気の源から蒸気を圧縮するコンプレッサ、及びその蒸気の源に熱を付加するヒーターを、逐次的に評価することが含まれ得る。これらの対処以上のことを含める必要はないが、蒸気の源の応答時間（例えば熱慣性）の評価を含めることができる。
【００２７】
一実施形態において、評価は、第１に、プロセス中の液体を移動させるポンプ、第２に、蒸気の源から蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び第３に、その蒸気の源に熱を付加するヒーター、を順に連続して評価することも含まれ得る。これらは、実際に液体を移動させ、蒸気の源から蒸気を圧縮し、蒸気の源に熱を付加しているときに、評価することができる。
【００２８】
この方法には、内部の構成要素、構成要素の時間的変動、供給源、送達メカニズム等のうち少なくとも１つについて、供給物を分析することが含まれ得る。この方法には、ポンプ、コンプレッサ、ヒーター、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する制御を変更させることが含まれ得る。これにはまた、プロセス内の作業に対応する温度、圧力、流量、動力、及び濃度のうち少なくとも１つを検出するセンサーを提供することも含まれる。これには、気圧、温度、風、湿度、及びこれらの組み合わせから選択される周囲条件を測定することが、有益に含まれ得る。
【００２９】
評価には、プロセスへの実質的に全て（又は全て）のエネルギー入力、及びプロセスからのエネルギー出力を測定することが含まれ得る。よってこの方法は、プロセスへの実質的に全ての入力エネルギーとプロセスからの実質的に全ての出力エネルギーとの均衡をとることも含まれる。作業のうち少なくとも１つに対してエネルギー伝達を提供するエネルギー回収作業を追加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明の上記並びにその他の目的及び機能は、下記の説明及び添付の請求項を、添付の図面と併せて考慮することによってより完全に明らかになるであろう。これらの図面は本発明の典型的な実施形態のみを示していること、並びに、したがって本発明の範囲を制限するものではないと見なされるべきことを理解して、本発明は添付の図面の使用を通じてより詳しい具体性と詳細を伴って記述される：
【図１】本発明による制御勾配蒸気再圧縮システムの概略ブロック図。
【図２Ａ】主要装置の機能及びパラメータの操作のためにセンサー及びコントローラを実装した、図１のシステムの概略ブロック図。
【図２Ｂ】制御の最も内側レベルと最も外側レベルを示した、制御システムの概略ブロック図。
【図２Ｃ】表面の乱流活動の干渉なしに、本発明によるタンク内の液位を検出するためのメカニズムの概略図。
【図３】図１〜２のシステムの構成要素のオプション構成の様々な実施形態の概略図。
【図４】熱及びブラインの対流プロセスの活動を示す、図１の装置及び方法によるタンク内のコアの概略図。
【図５】タンクの液位と出口レベルの間での、図１のシステムのタンク内における全溶解固体間の関係を示したグラフ。
【図６】図１のシステムにおける、図５のタンクの濃度勾配又は密度勾配における正規化された全溶解固体の増加を示す曲線のグラフ。
【図７Ａ】図１のシステムにおいて、図４のコアを備えた、図５のタンク内の高さに対する温度のグラフ。
【図７Ｂ】製造用ブラインなどの不純な液体における飽和温度を支配するラウールの法則の記述。
【図７Ｃ】蒸気の圧力上昇に対する、コンプレッサにおける蒸気の温度変化を示す、クラウジウス・クラペイロンの式の記述。
【図７Ｄ】複数の気体を含有する容器内の分圧の、ドルトンの法則の記述。
【図７Ｅ】平衡にある液体上の吸収された非凝縮性気体の濃度の分圧に対するその気体の濃度を支配する、ヘンリーの法則の記述。
【図８】図１〜７による一実施形態の装置の斜視図。
【図９】本発明による装置及び方法において、ブラインが初期供給水濃度レベルから出口ブライン濃度レベルにまで濃縮されている、一実験の入力変数を示す表。
【図１０】図１〜９のシステムのタンク内の液位に対する正規化された全溶解固体の増加を示す、図９により概要が示され、かつ図８のシステム内に実装された、濃度又は密度勾配変化を表わす曲線を示すグラフ。
【図１１】図９〜１０の実験における飽和温度を示すグラフであり、従来の完全混合熱交換システムの予測性能と比較されている。
【図１２】図２Ａ〜２Ｂに示された制御レベルによる、図１〜１１のシステムを制御する方法の概略ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の構成要素は、本明細書において概ね説明され図面に示されているが、様々に異なる幅広い構成に配置及び設計され得ることが容易に理解されよう。よって、図示されているように、下記に示す本発明のシステム及び方法の実施形態のより詳しい説明は、本発明の範囲を制限するものではなく、単に本発明の様々な実施形態を表わすものである。本発明の例示されている実施形態は、図面を参照することによって最も良く理解されるであろう。全体を通してこれらの図において、同様の部分は同様の数字で示されている。
【００３２】
本明細書に使用される用語は、広義に理解及び解釈されるものとする。ただし、例として代替の具体的な用語が使用される場合があるが、これらはより広義のものとして解釈されるものとする。例えば、溶媒又は液体には水が例として挙げられるが、これは、任意の溶媒、液体、物質、媒体、担体等として解釈することができる。同様に、数多くの物質が、そのような担体中に溶質として溶解していてもよい。溶質は、本明細書において混入物質と呼ばれることがあるが、混入物質は単に、分離可能なものを指すものであって、更に蒸留の際に望ましい物質であるものも指す。溶媒又は液体は、本発明による分離プロセスによって処理される任意の流体と考えることができる。
【００３３】
溶質は、溶媒又は担体中に溶解している液体、固体、イオン、合成、天然、鉱物性、動物性、植物性、又はその他の物質であり得る。よって、用語ＴＤＳは、溶媒としての担体中に溶解した溶質を一般的に指す一例である。溶質及び溶媒は、食品加工、産業用処理流体若しくは排水、アルコール蒸留、製糖、石油掘削若しくは製造流体、飲料水処理、鉱業排水若しくは鉱屑処理、原子力冷却水若しくは廃棄物液体処理、流出液若しくはその他の集水フローの処理、又はそれに類する分野において生じ得る。ブラインは、一般的には水に固体及びイオンが溶解したものに適用される例示的な用語であるが、溶媒中に溶質が溶けた任意の溶液を指す。
【００３４】
コア材料は、金属、合金、ステンレス、ポリマー、エラストマー、その他の材料、複合材料、又はこれらの組み合わせにわたる任意の好適な材料であり得る。コアは、パネル間の間隔を変えるベローズ構造を有していてよく、あるいは、位置決め、枢動、傾き（例えば、任意の軸の周りのロール、ピッチ、若しくはヨーの姿勢）、スライド、又はその他、位置決めによりコアパネルの構成を最適化するのを支持するその他の変化物を有していてもよい。そのようなコアは、蒸気再圧縮、蒸発器蒸留システム、多重効用蒸発器、及びその他の処理システムなどのプロセスにおいて有用であり得るが、ただし工業的状況によっては困難であることもある。
【００３５】
本明細書で記述されるコアは、いくつかの理由から、自動車用途のような「ラジエータ」とは異なる。例えば、そのようなラジエータを通る空気は、収容されている冷却された液体とは全く無関係のフローである。一方、蒸気再圧縮では、液相から蒸発した蒸気相が、コンプレッサを通過し、沸騰物を収容する壁自体の外側で凝縮されて液体に戻る。
【００３６】
鎮静とは、フロー間で相対的なものであり、フロー又は動きが完全になくなった状態を意味するものではなく、それ自体と比較したフロー、及びその機能の従来のフローと比べて、ずっと遅い動きであることを意味する。核沸騰は、表面の有核点で開始された沸騰に限定されるものではなく、蒸気圧を超えたことによる沸騰も含む。閉じ込め状態沸騰とは、熱伝達の技術分野の用語であり、その通常の意味で使用される。また、少なくとも１次元で閉じ込められた空間における核沸騰を意味することも理解されよう。
【００３７】
同様に、流体には、全ての気体、蒸気、液体、及び液体状のフローが含まれる。熱連通のシステム又は装置とは、そのシステムが熱交換可能であることを意味し、また流体連通のシステム又は装置とは、そのシステムが流体交換可能であることを意味する。流体の閉じ込めには、自然的又は人工的なあらゆるものが含まれてよく、池、湖、川、及びその他河口域からライナーを設置した池、タンク、容器、パイプ、導管等まで含まれ得る。
【００３８】
勾配とは、一特性を意味する（空間又は時間などの別の一変数の変化に対する温度又は濃度などの一変数の変化）。これは線形であるとは限らず、また単調（変化が常に単一方向）であるとも限らない。特性はしばしば、システムの動力学により局所的な変動を伴った、一方向である傾向がある。典型的には、特性は活性領域（複数のフローの間で、熱伝達、質量輸送、又は両方が活発に起こっている領域であり、何らかの閉じ込めを通過してある位置から別の位置へと流れるだけではない領域）において、より劇的に変化する。動的な勾配又は動的な特性は、本発明の操作によって確立される特性であり、局所的な変化、時間若しくは条件に伴う変動、又はそれらの組み合わせの対象となる。
【００３９】
図１〜１２を全体的に参照しながら図１を参照し、本発明によるシステム１０は、恒久的な設置物において設置することができ、又はコンテナ化することができる。システム１０の基本的要素には、タンク３０が含まれ得る。
【００４０】
図示されている実施形態において、タンク３０には、溶解した固形物の濃度勾配をその中で確立しているブライン２３が含まれる。タンク３０は元々、供給タンク３２からライン３３を通って供給される。一般に、本明細書において、参照番号による物品の任意参照には、そのような番号を有する物品の一般的包含が含まれる。参照番号の後に付いている文字は、その参照番号によって指定されている物品の具体的な例を示す。よって、システム１０には複数のライン３３が含まれ、これには例えばライン３３ａ、３３ｂ、３３ｃ等が含まれる。
【００４１】
供給タンク３２は、ライン３３を通ってセパレータ３４にフロー３５を供給する。フロー３５は典型的に、セパレータ３４内で前処理される。一実施形態において、セパレータ３４は、例えば、揮発性物質除去のための前処理システムとして構成され得る。
【００４２】
本発明による方法の一実施形態において、システム１０は、ブライン２３を未濃縮状態で供給タンク３２に導入することによって使用することができる。これは、坑口から直接来るか、又は様々な石油製造施設から特定の場所に運ばれ得る。図示されている実施形態において、供給タンク３２は、ライン３３を通してブラインを前処理システム３４へと送り込み、この前処理システムは典型的に、揮発性物質セパレータ３４として機能する。前処理システム３４の他のプロセスには、付着物、スケール堆積、腐食等を低減するために様々な薬品を添加することが含まれ得る。
【００４３】
例えば、供給タンク３２が受け取るブラインは、数多くの物質を含み得る。分散原油製品は典型的に、加熱により気化する揮発性物質である。これらは、Ｃ６からワックス、タール、パラフィン、並びにパラフィン可溶性有機化合物までにわたる原油留分であり得る。有機炭化水素のガソリン及びディーゼル燃料範囲も、少量含まれ得る。同様に、多環式芳香族化合物などの様々な芳香族も含まれ得る。ＢＴＥＸ化合物は珍しくはない。同様に、メタノール、フェノール類、及びメタンが同じく含まれ得る。
【００４４】
これらの有機炭化水素ばかりでなく、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含む様々な形態の硫黄もまた含まれ得る。硫酸塩は固体表面に永久的なスケール堆積を起こす傾向があるため、これらはとくに問題となり得る。硫酸塩によるスケール堆積を低減するため、ブライン２３にスケール阻害剤を導入して、供給タンク３０をクリーンに維持しなければならない。これらは必ずしも必要ではないが、硫黄化合物を含有するブライン２３には強く推奨される。
【００４５】
同様に、シリカ、粘土、及びその他の無機物質が、大量あるいは少量、溶解又は未溶解の状態で含まれ得る。典型的に、シリカ及び粘土は未溶解であり、粒子を形成し得る。同様に、様々な塩も含まれる。塩には、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、及びカリウムにわたるカチオンが含まれ得る。上記のカチオンに対応し得るアニオンには、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩等が含まれ得る。典型的に、硝酸塩は高濃度では存在しない。一方、炭酸塩は、比較的大量又はより多くの量でブライン２３に到達する。
【００４６】
前処理システム３４で添加される処理薬品には、例えば、アンモニウム、様々な窒素化合物、ゲル、発泡剤等が含まれ得る。同様に、別のイオンとしては、ストロンチウム、水銀、鉛、クロム、セレン、鉄、バリウム等が含まれ得る。ウラン、ラジウム等の自然に存在する様々な放射性物質も含まれ得る。ホウ素が含まれることも珍しくない。
【００４７】
いくつかの実施形態において、固体、気体、液体、又は同様物であるかどうかを問わず、その他の混入物質を除去するために、様々なタイプのセパレータ３４が配置され得る。そのような前処理システム３４は、前処理製造ブラインの科学分野において、数多くいたるところに存在する。
【００４８】
例えば、Ｓｅａｒｓは、米国特許第５，９６８，３２１号（１９９９年１０月１９日発行）名称「Ｖａｐｏｒ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」（これは参照により本明細書に組み込まれる）において、前処理プロセス及び装置を含む蒸留システムを開示している。同様に、Ｋｒｅｓｎｙａｋらは、米国特許第６，３５５，１４５  Ｂ１号（２００２年３月１２日発行）名称「Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｆｏｕｌｉｎｇ」（これは参照により本明細書に組み込まれる）において同様に、前処理のための様々なプロセスについて検討している。
【００４９】
フロー３５は最初に、前処理システム３４又はセパレータ３４から、熱交換器３６を通過する。この熱交換器はブライン熱交換器と呼ばれる。ブライン熱交換器の機能は、タンク３０を出るブライン２３から熱を除去し、タンク３０を流れるフロー３５へとその熱を回収することである。
【００５０】
最終的に、ブライン熱交換器３６によって熱が抽出された濃縮ブラインは、ブラインタンク３８に廃棄される。このブラインタンク３８は、ブラインを運び出すか、ブラインを蒸発池へと流し込むか、鉱物を得るためにブラインを更に処理するか、加熱ないしはその他の方法でブラインを乾燥させるか、又はその他の廃棄方法によって、内容物を空にすることができる。
【００５１】
図示されている実施形態において、留出物取扱いシステム４０は、ブライン熱交換器３６及びブラインタンク３８の反対側で作動している。すなわち、例えば、留出物取扱いシステムは、システム１０から（具体的には蒸発したタンク３０から）の産出物として蒸留水を受け取る。留出物取扱いシステム４０には、蒸気トラップ４１が含まれ得る。蒸気トラップ４１は、単純又は複雑なものであってよく、かつ、液体トラップ（例えばＰトラップ）のように典型的に機能する。すなわち、液体カラムは、流入する蒸気の圧力に負けない液体カラムが維持されるように、ライン３３内に閉じ込められて上下両方を横断する。
【００５２】
留出物タンク４２は、コア２０の閉じたチャネル２４から凝縮した全ての留出物を回収するよう機能する。しかしながら、実際的な事項として、特に制御の問題を考慮し、留出物リザーバ４３が最初に蒸気トラップ４１からの留出物を受け取ることができる。したがって、留出物リザーバ４３は、留出物のレベル又は生成速度を調べるために使用することができる。
【００５３】
留出物は、留出物リザーバ４３に回収された後、次にこの留出物から熱を抽出するよう構成された熱交換器４４に送られ、その熱を、タンク３０に供給している供給入力ライン３３ａに送る。図示されている実施形態において、留出物熱交換器は、固定された流量で両方向に作動することができる。
【００５４】
例えば、供給タンク３２から供給されるブラインは、留出物熱交換器４４を通過する供給Ｆ１と、ブライン熱交換器３６を通過する供給Ｆ２とに分割され得る。よって、Ｆ１は留出物からの熱を受け取り、タンク３０中のブライン２３の温度にできるだけ近い妥当な温度に予熱を行う。同様に、供給タンク３２からブライン熱交換器３６を通過する供給は、その供給タンクからブラインタンク３８へと向かって最大濃度で吐出されるブラインから熱を抽出する。このＦ１及びＦ２の予熱により供給温度が上昇し、かつ、さもなければ留出物タンク４２とブラインタンク３８でそれぞれ排出されることになっていたであろう熱が回収される。
【００５５】
図示されている実施形態において、留出物取扱いシステム４０には、レベル制御４５が含まれる。このレベル制御４５は、リザーバ４３内の留出物レベルを検出することによって作動する。レベル制御４５の出力に従って、システム１０は、留出物の一定のフローを維持するよう、特定の作動パラメータで調節され得る。
【００５６】
図の実施形態において、この留出物の、留出物取扱いシステム４０から留出物熱回収システム４７を通って留出物タンク４２へと流れる留出物の流出は、固定された流量で稼働することが企図される。本発明による装置及び方法の利点の１つは、留出物の流出流量が固定できることである。同様に、流入するブライン質量流量もフロー３５で固定することができ、供給タンク３２から流入するブライン濃度にかかわらず、かつブラインタンク３８に廃棄されるブライン濃度レベルにかかわらず、フローＦ１、Ｆ２の間で分割され得る。
【００５７】
レベル制御４５の様々な実施形態を実施することができる。例えば、後述の図２Ｃは、蒸気コンパートメントと液体コンパートメントとの間、又はタンク内の蒸気領域と液体領域との間で機能させるのに好適であり、同時に、ゲージの蒸気側からのベント又はその他の凝縮除去システムの必要なしに、正確で、再現性があり、信頼できる測定値を提供するような、レベル制御メカニズムの一例を示している。
【００５８】
タンク３０中にあるブライン２３の蒸発のためのエネルギー源は、複数の源に由来する。実際的な事項として、補助熱源４６はタンク３０内の温度を適切なレベルまで上昇させるため、ブライン２３を供給する熱を提供する。一方、ブライン熱交換器３６及び留出物熱交換器４４は、それぞれタンク３０に入るＦ２及びＦ１の温度を上昇させるため、流出ストリームから熱を回収する。
【００５９】
よって、留出物熱回収システム４７はライン３３ａへの回収熱源であり、ブライン熱回収システム８０はライン３３ａのフロー３５ｃへの回収熱源である。エンジン排気回収など他の熱回収システムも、採用することができる。実際の熱源は典型的に、補助熱源４６から熱を提供するヒーター７０のみを含み、これが単にシステムの損失を補って克服するよう稼働する。
【００６０】
タンク３０は、レベル制御４８を含んでいてよく、これは、留出物リザーバ４３上のレベル制御４５と同様であってよく、又は全く異なるものであってもよい。これらのレベル制御４５、４８はそれぞれ、システム１０の他の部分とは実質的に独立に稼働し得る。ただし、特定の実施形態において、レベル制御４５、４８は、質量保存による質量流量に一致するよう、ライン３３ａを通る供給３５ａを制御するため直接的に稼働し得る。
【００６１】
システム１０の適切な場所での補助的オプションの１つは、蒸留カラム４９であり得る。一部の製造水源においては、回収部内のより重い物質（例えば蒸留水）を除去する一方、上側の精留部分内のより軽い構成成分（例えばメタノール等）を分離するために、蒸留カラム４９を実装することが有用であることが見出されている。よって、蒸留カラム４９は、システム１０を用いる具体的な現場に応じて含めても含めなくともよい、オプションの要素である。
【００６２】
コンプレッサ５０は、タンク３０で発生したブライン２３中の蒸気２７を圧縮し、ブライン２３の上方で回収する。コンプレッサ５０は、圧力上昇に対する温度上昇に関係するクラウジウス・クラペイロンの式に従い、蒸気２７の圧力を上昇させる役割を担う。したがって、蒸気２７はコンプレッサ５０を通過し、コア２０のマニフォルド１９へと戻される。
【００６３】
コンプレッサ５０下流の圧力は、導管１８、マニフォルド１９ａ、及び閉じたチャネル２４において実質的に同じである。コンプレッサ５０の上流側と下流側との間の圧力差は、より高い飽和温度に対応して飽和圧力をもたらす。
【００６４】
熱は、圧縮された蒸気の閉じたチャネル２４と、ブライン２３内の開いたチャネル２２との間の温度差により伝達される。閉じたチャネル２４内の飽和蒸気２７の凝縮熱が、ブライン２３に伝達される。
【００６５】
いくつかの実施形態において、蒸気取扱いシステム５２は、タンク３０の上部又はその近くに取り付けることができる。図示されている実施形態において、蒸気取扱いシステム５２には例えば、霧除去器５４が含まれ得る。典型的に、霧除去器５４は水滴を除去する役割を担い、その水滴は、蒸気２７からのブライン２３の液滴を捕らえて、溶解した固体をコンプレッサ５０へと持ち込む危険性をもたらす可能性がある。
【００６６】
蒸気取扱いシステム５２の様々な実施形態が考えられる。霧除去器５４の他に、例えば脱気器５６を、蒸気取扱いシステム５２の一部として含めることができる。この段階の脱気器は過剰に大きいものである必要はなく、また、かなりの量の蒸気２７を脱気させる必要もない。
【００６７】
例えば、実験のために構築されたある装置及び方法において、留出物タンク４２内に留出物が１日当たり約１５９００リットル（１００バレル）製造される場合、脱気器５６は従来の化学工学原理によって大きさが決められる。後述するように、分圧及び物理定数により、液体内の非凝縮性蒸気又はその他の蒸気の濃度に関するヘンリーの法則によれば、約２０リットルのリザーバが必要となる。したがって、脱気器５６は、稼働中に１日当たり約１回、約５リットルだけ脱気する必要があった。
【００６８】
一般に、タンク３０中のブライン２３の上のプレナム５８は、霧除去を強化するため、蒸気２７の滞留時間又は蓄積時間を提供するような大きさにすることができる。数多くのメーカーが、定容量型、容積式等のコンプレッサを製造している。例えば、Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ  Ｒａｎｄ、Ｄｒｅｓｓｅｒ、及びその他の企業が、本発明によるシステム１０における適用に適したコンプレッサ５０を製造している。同様に、プレナム５８はコンプレッサ５０の定格に従って大きさを決めることができる。
【００６９】
最終的には、ブライン２３は、ブライン２３を沸騰させ蒸発させて蒸気２７にすることによって、濃縮される。蒸気２７がブライン２３から泡となって放出されて、プレナム５８に入るにつれて、ブライン２３内の残存溶解固体が、気化した泡の周辺領域で増加する。この周囲のブライン２３中における溶解固体のこの増加により、高密度となり、より密度の高いブライン２３の最終的な下流フローが生じる。
【００７０】
最終的に、タンク３０は濃度プロファイル又は勾配を確立し、ここにおいて最低濃度のブライン２３は、ブライン２３と蒸気２７との界面に存在する。したがって、最も重い、又は最も濃縮されたブライン２３は、タンク３０の出口レベルに確立される。システム１０の機能は、ブライン２３を、供給タンク３２に存在する任意の濃度から、より高濃度に濃縮することである。
【００７１】
ブライン２３がプレナム５８で収集される蒸気２７に水を奪われるにつれて、形成される全ての泡の周囲で、局所的な濃縮プロセスが起こる。この局所的な濃縮により、軽いブラインに対して重いブライン２３が局所的に沈下する。
【００７２】
例えば、供給タンク３２中のブライン２３は、ブラインタンク３８中のブラインよりも、溶解固体が少なく、１立方インチ又は１立方センチメートル当たりの重量が軽い。泡の局所性により、気化する泡のそばで密度差が形成される。泡は、そのシェア分の溶解固体を後に残し、これがブライン２３中の周囲の液体水分子に吸収される。最終的に、閉じたチャネル２４から伝達された熱により、開いたチャネル２２内に生じる加熱及び蒸発の持続的なプロセスによって、各開いたチャネル２２内で継続的な濃縮プロセスが生じる。
【００７３】
直接的な結果として、より重く、より濃縮されたブライン２３が下に移動して、同様に揺動された沸騰中又は沸騰に近い状態の近隣液体の中で、密度均衡を追求する。これにより、安定状態において、溶解固体の最大濃度はタンク３０の出口に存在し、溶解固体の最小密度及び最小濃度はブライン２３とプレナム２７との間の界面に存在する。これは、実験において示されている。
【００７４】
濃縮物取扱いシステム６０は、タンク３０から流出する濃縮されたブライン２３を取り扱う役割を担う。図示されている実施形態において、濃縮物取扱いシステム６０には、スラリー取扱いシステム６２が含まれる。このスラリー取扱いシステム６２は、スラッジ、又はその他の液体中高濃度で懸濁する固体を形成し得る、高密度の沈殿物等の物品を取り扱う役割を担う。したがって、そのような物質は、タンク３０のブライン２３から分離することができ、ブラインタンク３８内のブラインとは異なる廃棄場所に導くことができる。
【００７５】
同様に、リザーバ６４は、沈殿タンク６４及び濃縮器６４として機能することができる。実際的な事項として、最大の層構造を有する又は生じる濃縮は、例えば沸騰蒸発などの濃縮活動が見られる領域において起こる。図示されている実施形態において、そのような領域は、開いたチャネル２２内の領域である。一方、リザーバ６４は、濃縮物が沈殿領域として機能し得るいかなる加熱又は蒸発メカニズムを欠いており、典型的に更なる濃縮は実質的に起こさない。
【００７６】
同様に、ブライン濃縮システム６０には、スラリー取扱いシステム６２内に様々なメカニズムを含めることができ、これらは沈殿物及びその他の固体を、様々な構成要素の壁面、底面等から除去するのに役立つ。
【００７７】
固体除去装置は当該技術分野において既知であり、振動システム、掻き落としシステム、オーガー、これらの組み合わせ等が挙げられ得る。最終的に、スラリー保持システム６６は実際に、スラリー取扱いシステム６２からバルブによって分離することができ、スラリー保持システム６６への固相線フローの短く定期的な排出のみを受け取る。そのようなシステムは、手動又は自動であり得る。
【００７８】
前処理システム３４を通過した後、ブライン２３は、フロー分割器７４（例えば、ライン３３ａを通過する供給３５ａによって示されているように、供給タンク３２から流れるライン３３内の全体フローをＦ１及びＦ２へと分割するバルブ又はバルブシステムなど）を通過し得る。このフロー分割器７４は、留出物熱回収システム４７への一定フローと、ブライン熱交換器３６への可変フローとを維持する役割を担う。これらのフローの相対的な比率の制御について、下記に記述される。
【００７９】
図示されている実施形態において、ライン３３ａを通るフロー３５ａは、２つのフローを表わす。留出物熱交換器４４を通過する固定流量は、留出物熱交換器４４を通過する留出物の固定フローに一致する。
【００８０】
一方、供給タンク３２からの、ブライン熱交換器３６を通過する新鮮なブラインは、調節可能であり、タンク３０から出てライン３３ｃを経てブライン熱交換器３６に入るブライン濃縮物のフローに比例する。全ての場合において、典型的に定容量型ポンプ７６を用いて制御される定量ポンプをライン３３中に配置して、タンク３０に出入りするフロー３５の流量を制御することができる。例えば、供給ポンプ７６ａは、供給タンク３２から留出物熱交換器４４を通過するブラインの流量を制御することができる。
【００８１】
同様にポンプ７６ｂは、Ｆ２、すなわちブライン熱交換器３６からタンク３０中のディフューザ６８へと通るフロー３５ａを制御する。同様に、ブラインポンプ７６ｄは、タンク３０からブライン熱交換器３６を通る濃縮ブラインの供給を制御することができる。ポンプ７６ｃは、留出物熱交換器４４への留出物フローを制御することができ、かつブラインポンプ７６ａの質量流量に合わせることができる。
【００８２】
図１〜１２を全体的に参照しつつ、引き続き図１を参照し、本発明によるシステム１０は典型的に、予熱されたブライン２３を、ライン３３ａを通過してディフューザ６８へと供給する。ディフューザ６８は、図３の様々なオプションで記述される。どのメカニズムを選択した場合でも、ディフューザ６８は、ライン３３ａからのブライン２３をコア２０の最大範囲にわたって分配できるような方法で、ブライン３３ａを分配する効果を有する。
【００８３】
例えば、タンク３０中のコア２０の断面積又は底面積は、特に関心のある領域を示す。この面積は、全ての開いたチャネル２２の底部開口部を表わす。したがって、ディフューザ６８は、コア２０内にライン３３ａのフロー３５ａを分配する役割を担い得る。全てのフロー３５ａが単一の開いたチャネル２２を通過する場合、コア２７の効率は、コア２０の全ての開いたチャネル２２がフロー３５ａの一部を受け取る、妥当に平等な機会を有する場合に達成されるものとは異なる。
【００８４】
補助ヒーター７０は、熱源４６又は補助熱源４６から受け取った熱を付加する役割を担う。図示されている実施形態において、補助ヒーター７０はコア２０の底部の下に配置される。
【００８５】
特定の実施形態において、補助ヒーター７０はタンク３０の中ではなく、タンクの壁３１に面して配置することができる。同様に、補助ヒーター７０は、ディフューザ６８に対して、補助熱源４６が熱を、ディフューザ６８内に流れ込む流入ブライン３５ａにではなく、タンク７０の底部の濃縮されたブラインに直接供給するように、それぞれ配置することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態において、ディフューザ６８は必要ではない場合がある。他の場合において、補助ヒーター７０で流入ブライン３５ａを加熱する方法と、あらゆる熱を運ぶ利点なしにコア２０の上部までの塩水対流（ＴＤＳ含有物対流）に起因する流入ブラインフロー３５ａの単なる上昇を可能にする方法との間で、工学的選択を行うことができる。
【００８７】
図１において、ディフューザ６８は、補助ヒーター７０より下のレベルに配置される。よって、ディフューザから出る流入ライン３３ａからのフロー３５ａは、補助ヒーター７０によって形成された、加熱されたブラインの層を通り抜ける。これにより、タンクのブライン２３を加熱するための熱伝達メカニズムが提供される。いくつかの実施形態において、補助ヒーターは実際に、ディフューザの中に配置され得る。他の実施形態において、補助ヒーター７０は、タンク３０の壁３１の内部又は外部に取り付けることができる。他の実施形態において、補助ヒーター７０は実際に、タンク３０への供給を行うライン３３ａ中に取り付けることができる。
【００８８】
システム１０をモニターし、続いてその制御作業をモニターするために、センサー７２をシステム１０内に設置することができる。センサー７２には、圧力、温度、溶解固体の濃度、それらの組み合わせ等をモニターするセンサー７２が含まれ得る。システム１０において、濃度は、濃度のたとえわずかな差であってもそれによって、熱伝達及び物質伝達（例えば、蒸発及び凝縮）を効果的に改善する。よって、温度、圧力及び濃度の測定は、ブライン２３と蒸気２７中の制御パラメータとして重要である。システム１０の制御には、複数のこれらセンサー７２が必要になり得る。
【００８９】
にもかかわらず、コンプレッサ５０、ライン３３、導管１８、及びその他の設備等の物品では、圧力はシステム１０全体にわたって異なることがある。一方、システム１０がほぼ飽和圧力及び濃度で作動しているために、温度が圧力の指標となり、またその逆も言える。よって、確立された機能関係に従って、それぞれを検出することができ、アクティブ制御を行うため工程を実施することができる。
【００９０】
溶解固体の濃度プロファイル（勾配とも呼ばれることがある）は、タンク３０のブライン２３内に確立され、よって局所的な密度はこの濃度によって示され得る。したがって、プレナム５８内でのあらゆる圧力変化とともに密度変化、高さ変化は、合わせられて、混合タンク３０で生じ得るよりも、タンク３０全体の点での圧力及び飽和温度の変化が比較的大きくなり得る。よって、モニター及び制御システムは、センサー７２を読み取り、そのデータをアクチュエータデバイスに供給する場所に配置され得る。
【００９１】
図示されている実施形態において、センサー７２ａは、タンク３０の自由流動ストリーム又はバルクに曝された、開いたチャネル２２内に配置される。センサー７２ｂは、閉じたチャネル２７内に配置される。センサー７２ｃは、タンク３０内の壁３１近くの状態を検出する。センサー７２ｃは壁に配置され得るが、より典型的には、壁３１から間隔をあけて、ただし壁３１に対して取り付けられて、ブライン２３に配置される。センサー７２ｄは、プレナム５８内にあって、その中の状態を検出する。
【００９２】
同様に、蒸気取扱いシステム５２内のセンサー７２ｅは、その中の状態を検出し、一方センサー７２ｆは、タンク３０の底部に濃縮された最も重いブライン２３をモニターする。センサー７２ｆを内包する領域は、その中にアクティブなコア２０の任意の部分を含んでいないが、システム１０の制御において重要であり得る。
【００９３】
コンプレッサ５０は、その上流又は流入側にあるセンサー７２ｇによって、及びその下流又は流出側にあるセンサー７２ｈによって、モニターされ得る。周囲条件は、周囲及び大気条件を検出する環境に配置された、タンク３０の外側にあるセンサー７２ｊによってモニターされ得る。
【００９４】
導管１８は、プレナム５８から蒸気２７をコンプレッサ５０へと運び、このコンプレッサ５０から、閉じたパネル２４又は閉じたチャネル２４のプレナム１９ａへと運ぶ。閉じたチャネル２４内の蒸気２７は最終的に凝縮して、閉じたチャネル２４の底部に凝縮液２５を形成する。最終的に、閉じたチャネル２４の下側プレナム１９ｂは、完全に液体で充填され得る。
【００９５】
にもかかわらず、一部の蒸気２７が閉じたチャネル２４の底部で留出物２５又は凝縮液２５を通って循環することが可能である。したがって、閉じたチャネル２４から蒸気トラップ４１へのフローには、凝縮液２５の気相と液相の両方が含まれ得る。
【００９６】
一方、レベル制御４５は、リザーバ４３中の凝縮液２５のレベルをモニターする。最終的に、ポンプ７６ｃで制御されるリザーバ４３は、留出物を留出物熱交換器４４に通過させ、留出物タンク４２へと送り出す。
【００９７】
図１〜１２を全体的に参照しながら、図２Ａを参照すると、システム１０にはコントローラ８４が含まれ得る。一般に、コントローラ８４には少なくとも１つのプロセッサが含まれ、典型的には、コンピュータの完全な入力システム、出力システム、処理装置、メモリ等が含まれる。コントローラ８４はデータを受け取り、データを処理し、データを保存する等を行うことができる。コントローラ８４は、システム１０全体のセンサー７２からの入力を受け取る役割を担う。
【００９８】
具体的に、コントローラ８４は、温度、圧力、濃度等、及び流量等に関するデータの形式で、システム１０に関して上述した様々な構成要素から情報を受け取る。図示されている実施形態において、コントローラ８４は、複数回図示されているけれども、単一プロセッサ系システムであってよく、又は複数のプロセッサであってもよい。コントローラ８４は、統合型、分配型、又はその他の構成であり得る。コントローラ８４は、単一コントローラ、複数コントローラ、又はコントローラのシステム８４であり得る。
【００９９】
一方、コントローラ８４はまた、様々なポンプ７６へ、並びに補助熱源４６、補助ヒーター７０、又はその両方へと、コマンド信号を返信する役割も担う。コントローラ８４は、補助熱源４６からの熱入力と、コンプレッサ５０への電源入力とを制御することができる。
【０１００】
一般に、コントローラ８４は、システム１０内の様々な装置及び構成要素にコマンド８６を送るか又は出力８６をコマンド８６として送信し、これら及びその他の構成要素からの入力８８を受け取るか又は入力８８を読み込む８８。図示されている実施形態において、コントローラは同様に、例えばレベル制御４８等の構成要素、及びレベル制御４５からの入力を受け取る。しかしながら、典型的に、レベル制御４５、４８は、当該技術分野において周知の方法で、それらの内部で作動してレベルを直接的に制御する。
【０１０１】
図２ｂを参照し、制御スキーマ９０には４つのレベルの制御が特定されている。レベルゼロ９２において、制御システム９０又は制御スキーマ９０は、液体物質を制御するよう稼働する。よって、ゼロレベル９２はまた、液体質量制御９２とも呼ばれ得る。同様に、ゼロより上の、第１制御レベルは、蒸気質量制御９４である。液体質量制御は他の任意の制御システムとは完全に独立に作動できるが、スキーマ９０における基本的又はゼロレベル制御として組み込むことができる。
【０１０２】
同様に、第一レベル９４又は蒸気質量制御レベル９４は、プレナム５８内にあり、コンプレッサ５０を通り、コア２０の閉じたチャネル２４内に入る蒸気２７を取り扱う。これらは、コンプレッサ５０を通過する蒸気２７内の圧力及び温度に対する、コンプレッサ５０による作用に関する式に依存する。よって、レベルゼロシステムは液位の値を追跡及び制御のみ行う必要がある一方、蒸気質量制御９４はより高度な機能を担う。これは液位コントローラ４５、４８の液位を追跡し、これに応答して、システム１０への主要なエネルギー入力（コンプレッサ５０の価値）に対する制御を行うためにコンプレッサ５０も作動させる。
【０１０３】
第２レベル制御９６、又はエネルギー制御９６は、例えば補助ヒーター７０への熱など、システム内へのエネルギー入力の変化率を制御する役割を担う。したがって、エネルギー制御９６は、システム１０のタンク３０及びその他の構成要素内の温度、圧力、濃度等の条件から、式、アルゴリズム、コンピュータプログラムに基づいて作動しなければならず、システム１０のエネルギー制御の一環としてヒーター７０を介した熱調整に対する制御を行わなければならない。
【０１０４】
エネルギー制御の作業において重要なのは、タンク３０の応答時間が、時間単位、時には長時間にわたって測定されるという事実である。一方、プレナム内のセンサー７２ｇ、７２ｈにより報告される圧力は、数秒以内でコンプレッサ応答を促すことができる。よって、コンプレッサ５０は、引き込み電流で（よって、スピード又は速度で）調節することができる。ゆえに、体積流量は、ほぼ瞬間的に調節することができる。これに対して、エネルギー制御システム９６によるエネルギー追加は、はるかに長い時間にわたって、明らかにならない。
【０１０５】
一方、液位は、圧力計又はゲージで視覚的に観察することができる。しかしながら、エネルギーフローは通常、物理的に観察することはできず、システム１０内の変化率及び関連は明らかではなく、直感的でもない。
【０１０６】
制御の第３レベル９８、又はシステム予測制御９８は、その実施において、厳密にアルゴリズム的かつ計算的である。必要とされる技術レベルは高い。数多くのパラメータ、数多くのセンサー、熱力学的検討、物性等が全て、システム１０が作動している場所及び作動すべき場所のシステム予測制御９８によってアルゴリズム的判断に含められる。
【０１０７】
例えば、システム予測制御システム９８は、システム１０稼働履歴を含め、コントローラ８４内の全てのソースからの全データを再検討する役割を担う。システム予測制御９８は、補間、補外、又はその他の数値的方法解法を用いて、任意の値の部分的な差、変数の変化率、又は変数の変化率の変化率を含む複雑な式を解き、制御設定ポイントを正確かつ適切に予測することができる。これは、ヒーター７０、コンプレッサ５０、レベル制御４５、４８、ポンプ、及びその他の体積測定フローに対して制御を行い得る。
【０１０８】
システム１０は十分に丈夫で、弾力的でさえあり、入力の幅広い変動に対応することができる。例えば、全溶解固体が約１０，０００ｐｐｍ〜１５０，０００ｐｐｍ超までのブライン濃度率を、システム１０への入力として提供することができる。同様に、２００，０００ｐｐｍ超のそのような値の実質的にいかなる出力濃度でも対応することができる。
【０１０９】
この予測制御システム９８は、その構成要素へコマンド８６によって送られる制御パラメータのための、最適設定ポイントを計算することによって、システム１０に対する実質的な利点を提供し得る。これによりシステム１０は、最適のエネルギー効率、ブライン２３の留出物２５へのスループット等を得ることができる。
【０１１０】
図２ｃを参照し、ブライン２３と蒸気２７の間のタンク３０の蒸気−液体界面１００など、沸騰レジームにおける一般的な問題は、液面の可変性質である。計器９３の構成が、この問題を克服する。これは、制御スキーマ９０にとって重要であり得る。
【０１１１】
システム１０の一実施形態において、プレナム５８は、計器９３に圧力源を提供し得る。この計器９３は圧力差を検出することができ、これにより、コントローラ８４又は埋め込み処理によって、タンク３０中の液位１００の処理を提供することができる。同様に、そのような計器９３は、液位制御４５又は４８として埋め込み又は取り付けることができる。
【０１１２】
図示されている実施形態において、蒸気領域（この例ではプレナム５８）からのライン９５は、蒸気２７で満たされ、これは凝縮してライン９５を満たす。一方、タンク３０内のブライン２３はライン９７から供給され得る。２本のライン９５、９７はこれにより、任意の構成のゲージ９３（例えば圧力計）の両側に供給を行う。これは、圧力計、ゲージ、計器、又は同様物であり得る。同様に、ライン９７は、システムの他の場所にある他のゲージ９３に対する一般的参照としての役目も果たし得る。
【０１１３】
図３を参照し、本発明による装置１０の一実施形態において、タンク３０は、ディフューザ６８への流入フロー３５ａを受け取り得る。この流入フロー３５ａは供給タンク３２から受け取られ、前処理システム３４を通過し得る。現時点で好ましい一実施形態において、ブライン熱交換器３６を通過するブラインフロー３５ａは、ポンプ７６ｄによって制御及び駆動されるように、ライン３３ｃを通ってタンク３０から出るブライン２３からの熱を受け取る。そのような一実施形態において、熱交換器３６は、いくつかの代替構成のうち任意の１つでセットアップすることができる。
【０１１４】
一実施形態において、熱交換器３６は、単一の熱交換器として構成することができ、ここにおいて流入ブラインのフロー３５ａは、タンク３０の底部からライン３３ｃを流れる流出ブラインフロー３５ｃの方向に対して逆向きに流れる。そのような構成において、滞留時間、熱伝達係数、利用できる表面積等は全て、熱交換器３６が再構成されない範囲において、固定することができる。
【０１１５】
しかしながら、現在最も想到される実施形態において、流量３５ａ及びそれに対応する流量３５ｃは、制御変数として使用することができる。図２Ｂに示すように、エネルギー制御は典型的に、熱交換器３６によって予熱された流入ブライン２３に追加する熱の制御を含む。一方、図２Ｂのゼロレベル９４は、レベル制御を含む。これらレベルコントローラ４８の１つが、タンク３０中のブライン２３の液位１００を制御する。したがって、タンク３０へのフロー３５ａは、制御変数として使用することができる。
【０１１６】
説明されているように、留出物熱交換器４４を通る留出物２５の流出フローに対応した、留出物熱交換器４４を通る流量３５ａは、固定し、互いに一致させることができる。タンク３０中のブライン２３レベルを調節するための質量流量は、レベル制御４８による制御、並びにポンプ７６ｂ及び熱交換器３６を通るＦ２の流量を変えることによる制御であり得る。
【０１１７】
よって、ブライン熱交換器３６を通る流入フロー３５ａが比較的低い場合の条件下で、Ｆ２は、留出物熱交換器４４を通るフローの３分の１未満に減少し得る。そのような一実施形態においては、比較的小さな熱交換表面積が必要である。よって、単一の熱交換器３６に減らすのが適切であり得る。
【０１１８】
留出物熱交換器４４がＦ１から受け取るよりも大きな割合でＦ２内のフローをブライン熱交換器３６が受け取る場合、そのブライン熱交換器３６は代わりに、制御ポンプ７６ａでの熱交換器４４の流入フロー３５ａに比べて２倍以上の流入フロー３５ａの体積流量を運ぶことができる。
【０１１９】
よって、留出物熱交換器４４よりも（比較的）大きな流量がブライン熱交換器３６を通過する場合の条件で、より長い滞留時間、より大きな表面積、又はその両方を提供することが推奨され得る。同様に、フローが変わると、熱交換器の数、利用できる面積、滞留時間、又はこれらの何らかの組み合わせも変わり得る。
【０１２０】
再び図３を参照し、複数の熱交換器３６は、直列又は並列構成で構成されてよく、バルブシステムは、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の熱交換器３６に係合するよう並列構成で提供され得る。このようにして、フロー３５ａ又はフロー３５ｃに過剰な距離を強いることなく、必要な数の熱交換器を係合させることができ、これにより、付加的な液体動的抵抗力がポンプ７６ｂ、７６ｄの出力によって克服できる。
【０１２１】
一方、直列構成に熱交換器を配列することにより、利用できる表面積は増大するが、フローは遅くなり、滞留時間が増大することがある。直列構成においては、圧力損失が比較的大きくなり得る。また、全てのフローが全ての熱交換器３６を通過するため、熱交換器３６間のフローを導くのにバルブを使用することはできない。
【０１２２】
フロー３５ａ、３５ｃの間の熱伝達に対応するため、システム１０に課され得る操作パラメータの範囲に応じて、単独、複数、直列、又は並列配置の熱交換器３６をライン３３ａ、３３ｃに構成することができる。
【０１２３】
参照のため、本発明による装置及び方法の一実施形態において、ブライン熱交換器３６を通る流量を６倍に変化させることにより必然的に、流速と流量プロファイルが変化した。その場合、フローは部分的に層流、かつ部分的に乱流であり得る。当業者には理解されるように、そのような変化は全体の滞留時間（この間に熱伝達が起こり得る）に影響し、熱交換器３６内のフロー３５ａ、３５ｃの間に存在する平均温度差の対数等に影響を与える。
【０１２４】
よって、留出物熱交換器４４は、システムが連続的に作動する間の流量出力に合わせて設計され得る。一方、ブライン熱交換器３６は、流出ブライン２３に対する流入ブラインのブライン濃度比により、システムを通る全体のフローに一致するよう、制御プロセスの役割を担わなければならない。
【０１２５】
図１〜１２を全体的に参照しながら、特に引き続き図３を参照し、本発明による装置１０のディフューザ６８は、フロー３５ａをタンク３０に導く役割を担い得る。いくつかの構成を考慮することができ、これらはそれぞれある程度異なる影響をもたらすことが見出されている。
【０１２６】
タンク３０は、タンク３０中の液位の上部での合計溶解固体の最低濃度から、タンク３０の底部での溶解固体の最高濃度に至る、濃度勾配を確立している。流入フロー３５ａと、タンク３０中のブライン２３自体との間で熱及び質量を交換するのに、２つのメカニズムが使用される傾向にある。
【０１２７】
タンク３０へのフロー３５ａの初期導入速度によって、流入フロー３５ａとタンク３０中で実質的に鎮静なブライン２３との間で、運動量が伝達される。よって、ジェット及びその後の上昇流と、タンク３０中のブライン２３との間で、質量が交換され得る。ジェットをタンク３０中のブライン２３と混合する際に、ジェットが周囲のブライン２３と相互作用して、よって混合し、広がり、ジェット内の濃度を増加させる際に、運動量伝達が起こる。
【０１２８】
同様に、力とエネルギーの誘導において全く異なるもう１つのメカニズムが、ブライン密度上昇流である。タンク３０中のより高密度のブライン２３と、供給タンク３２からの低密度の初期ブラインフロー３５ａとの間の浮力差が、流入ブラインフロー３５ａに対する浮力をもたらす。したがって、ブラインフロー３５ａは、鎮静なタンク３０のより重いブライン２３内で、より軽い液体３５ａとして上昇する傾向がある。
【０１２９】
この上昇は、流入するブラインフロー３５ａによる上向きの速度を生じ、ジェット様の挙動の態様を備えた上昇流を生じる。例えば、より軽い上昇するフロー３５ａは、タンク３０中のより重い鎮静なブライン２３を通って上昇し、これと混合され、上昇流を広げ、周囲のブライン２３を引き連れて、運動量並びに内容物（溶解固体）の交換をもたらす。
【０１３０】
ディフューザ６８の機能は、フロー３５ａの流入速度に由来する速度依存の運動量ジェットの影響を低減することである。にもかかわらず、特定の実施形態において、ディフューザ６８は単にジェットに置き換えられ得る。
【０１３１】
図３において、ライン３３はディフューザ６８に接続することができ、ここにおいてラインとディフューザ６８は両方とも断面が円形である。例えば、いちばん上の実施形態に図示されたディフューザは、ベル状部分（例えばトランペットのベル部）としてライン３３の直径より拡大した直径を表わしている。
【０１３２】
よって、有効断面積は徐々に増大し、これに比例して、ディフューザ６８により導かれるフロー３５ａの速度の低減を生じる。図示されている実施形態において、壁３１はディフューザ６８の設置のために穴が開けられる。よって、ディフューザ６８は壁３１を通ってフロー３５ａを導く。
【０１３３】
図１の概略図において、ディフューザ６８はコア２０の下方に図示されている。可能性のあるそれぞれの場所に利点がある。
【０１３４】
ディフューザ６８は、水平表面を有さない。実際これは、タンク３０の濃縮されたブライン２３から沈降してきた物質が蓄積し得るような、アクセス可能な表面を提供しない。
【０１３５】
図３に示すディフューザ６８の真ん中の実施形態は、より扇状の形状であり、ここにおいてライン３３の総面積はディフューザ６８内で増加するが、円形の断面は備えていない。ここで、扇状ディフューザ６８の厚さと幅は、フロー３５ａの望ましいフロー速度を提供するように選択され得る。
【０１３６】
一実施形態において、そのようなディフューザ６８は、コア２０の下で、垂直方向にフロー３５ａを放出する向きにすることができる。別の実施形態において、ディフューザ６８の出口の矩形断面は、正方形になるように構成することができ、コアの下で比較的大きな面積部分を覆うようにすることができる。ただし、図示されている実施形態において、ディフューザ６８は壁３１を通って直接フロー３５ａを放出し、タンク３０自体の中にその構造のいかなる部分も存在しない。
【０１３７】
図３の下側のディフューザ６８の構成は、いくつかの任意の配列で構成することができる。図示されている実施形態は、ライン３３が壁３１を直接通過する穴を開けており、ジェットフロー３５ａがタンク３０の中に生じる。もちろん、ライン３３からディフューザ６８の出力への断面積における任意の程度の変更を選択することができ、これを適切にすることができる。他の実施形態が示すように、壁３１を貫通し、又はコア２０の下からコア２０内へ直接上向きに、フロー３５ａを通過させるよう配置することができ、この実施形態でもそのような方法で配置することができる。
【０１３８】
実際、フロー３５ａは、コア２０の底部に対して、直接的に水平、垂直、又は斜めにすることができる。いくつかの実施形態において、フロー３５ａは、開口部のあるプレート、複数のライン３３、様々なディフューザ６８、並んだディフューザ等を通って導入され得る。にもかかわらず、図３に図示されている実施形態において、ディフューザ６８は壁３１の外側に留まっている。ここにおいて、これらは更に、濃縮されたブラインの化学成分の破壊力にさらされる構成成分を低減させることができる。これらはまた、スケール堆積、付着物、沈殿堆積等の傾向を低減させる。
【０１３９】
図１〜１２を全体的に参照しながら、図４を参照し、本発明によるシステム１０には、タンク３０中の最上の液位１００から最下の出口レベル１０１へと、周囲のタンクに対して開いているチャネル２２が含まれ得る。一方、各閉じたチャネル２４の周囲の各パネル１０２は、閉じたチャネル２４内の蒸気２７及び凝縮液２５と、開いたチャネル２２内のブライン２３との間の機械的バリヤを形成し、これは効果的にタンク３０の構成物である。
【０１４０】
各パネル１０２は、開いたチャネル２２内でブライン２３と接触している外側表面１０４を表わす。壁２６の内側表面１０６は、内側又は閉じたチャネル２４において蒸気２７又は凝縮液２５と接触している。熱は、閉じたチャネル２４内の、より高い飽和圧力とより高い飽和温度とを有する高圧領域から伝達される。図１に関して記述されているように、コンプレッサ５０は、プレナム５８からの蒸気２７を圧縮して、高い圧力、かつ図７Ｃに図示されているクラウジウス・クラペイロンの式に従ってこれに対応する温度にする。より低い圧力及び温度の領域は、タンク３０中のプレナム５８及び開いたチャネル２２で表わされる。
【０１４１】
よって、閉じたチャネル２４から伝達された熱は、壁２６の内側表面１０６と外側表面１０４の熱伝導係数に従って、壁２６を貫通する。最終的に、熱対流による対流セルが生じ得る。熱対流は浮力の結果であり、周囲の比較的冷たい液体に比べて、加熱された液体の密度が低減することによるものである。
【０１４２】
例えば、タンク３０が、層化したブライン２３を呈している限りでは、ブライン密度差に対応した層化は、温度差による浮力差より数倍も顕著である。したがって、タンク内では、温度の浮力効果に対応した上昇が、溶解固体成分により妨げられるという事実により、より高温のブライン２３でも下に留まり、又は下のレベルにある可能性がある。
【０１４３】
にもかかわらず、熱付加による浮力差は、より高温の物質の密度を低下させるため、軽くなり、これによりベナールセル１０８又はベナール対流セル１０８が生じ得る。しかしながら、これらは、溶解固体に関して同じ密度を有する物質内で局所的にのみ存在する。セル１０８は、開いたチャネル２２内で、壁２６からブライン２３のバルクの中へと熱を移動させる傾向がある。
【０１４４】
溶解固体濃度がタンク３０及び開いたチャネル２２内での深さに従って増大することによるプロファイル（例えば、ブライン濃度勾配、又は深さに伴う密度変化）の利点の１つは、壁２６に直接沿って上昇するのではなく、加熱されたブライン２３が局所的に留まり得ることから、比較的低いレベルで温度を増大させるのに寄与するという事実である。
【０１４５】
このようにして、閉じたチャネル２４内の蒸気２７の間の温度差が、開いたチャネル２２内の近隣したブライン２３の温度により近い場合であっても、熱は連続的に、開いたチャネル２２の壁２６からブライン２３へと伝達させることができる。対流セル１０８が必ずしもパネル１０２の全体の高さ１１６に沿って広がらないため、熱伝達は依然として継続する。むしろ、エネルギーは、壁１０４から離れるように「ポンプ移動（pumped）」する。
【０１４６】
換言すれば、開いたチャネル２２内の特定のレベルでのブライン２３は依然として熱を受け取り続けることができ、壁２６の外側表面１０４で泡１００を生成することができる（熱を受け取っていなければこれは起こらない）。図示されている実施形態及び自由対流中における本発明による装置と比較して、タンク３０がきれいな水で満たされていたとすれば、加熱された液体は、比較的低温の液体の存在下で常に上昇するであろう。よって、最も高温の全ての液体が最上部に上昇することになる。
【０１４７】
これに対して、層化したブラインでは、高温の液体が底に存在し留まる可能性がある。実際、最も高温の部分がパネル１０２の下端に来る逆温度勾配は、システム１０の熱伝達動力学によっては、完全に可能となる。
【０１４８】
一般に、局所化されたブライン２３がその局所的圧力での飽和温度に達したときはいつでも、パネル１０２の壁２６の外側表面１０４に泡１１０が生成される。圧力は、深さ、及びブラインの密度、並びにプレナム５８内のオーバーヘッド圧力と共に変化する。よって、開いたチャネル２２を下がるにつれて、より高い圧力が見込まれ、観察される。
【０１４９】
加えて、密度プロファイル（例えば勾配）又は濃度プロファイル（例えば勾配）により、飽和圧力及び温度は更に上昇する。にもかかわらず、閉じたチャネル２４内の温度が開いたチャネル２２内の温度より高い限り、熱伝達は壁２６を経て依然として起こる可能性があり、パネル１０２の下端で泡が生成し得る。
【０１５０】
この現象は、実験中に実際に観察されている。例えば、閉じたチャネル２４内に凝縮蒸気２７を伴う自由対流において、外側チャネル２２又は開いたチャネル２２に塩水勾配が含まれていない場合、パネルの高さ１１６の上側５パーセント内のみで、泡１００の生成が生じた。これに対して、開いたチャネル２２が層化したブライン２３を含むとき、開いたチャネル２２の下側２０パーセント内で泡生成が観察された。
【０１５１】
各泡１００が形成される際、これは典型的に、パネル１０２の壁２６の外側表面１０４の部位で核を形成し得る。ただし、泡が成長するにつれて急速に分離し、泡１００ａで示される位置から、泡１００ｂで示される開いたチャネル２２の自由ストリーム内の位置へと移動する。
【０１５２】
泡１００が成長するにつれて、熱付加、質量追加、及び更に減少した周囲圧力を反映した単純な高度上昇によって、泡１００は、パネル１０２の表面１０４から境界層を引きはがすことが観察されている。これが、図４の泡１００ｄで示される泡雲の生成を引き起こす。これらの泡１００ｄも同様に、成長し上昇することができると見られる。にもかかわらず、これらは必ずしも壁２６で核形成せず、熱伝達分野において理解されているように、熱及び液体境界層の破壊による熱の注入によって生成され得る。
【０１５３】
泡１００が上昇し続けるにつれて、大きさが成長する傾向にあり、かつ互いに合着する傾向にある。これらはより大きな泡を形成し始め、開いたチャネル２２内のブライン２３に向かって移動し、壁２６から離れる傾向がある。実際、泡フロー１１２が上昇するにつれて実際的な事項として、ブラインが置き換えられ、これに対応して周囲のブラインの下向きの流れ１１４が起こる。単純な質量又は体積分析により、質量が開いたチャネル２２内で上昇するにつれて、一定量の質量が下に下がり、これに置き換えられなければならないことがわかる。これにより、各泡１００の周囲にフロー１１４が図示のように生じる。
【０１５４】
各泡１００の形成の結果、蒸気２７はブライン２３を後に残す。塩、及びこのブラインに含有され得る前述の薬品等は、揮発性及び非揮発性であり得る。メタノールなどの混入物は、蒸気２７中に蒸発し得る。しかしながら、塩、溶解固体等は後に残され、蒸発しない。
【０１５５】
したがって、各泡１００の周囲のフロー１１４は、泡１００の形成時点で、蒸発できなかった溶解固体を受け取らざるを得ない。本発明による装置及び方法の実験により、より重いブラインの下向きフロー１１４が、液体の上面１００（又は液位１００）で溶解固体の最低濃度を有し、タンク３０の底部で溶解固体の最高濃度を有する、最終的な勾配を生じることが示されている。
【０１５６】
一般に、パネル１０２の高さ１１６は、熱伝達を最適化するよう選択され得る。同様に、壁２６を横切る距離又は厚さ１１８は、構造的及び熱的考慮のうえ選択することができる。同様に、開いたチャネル２２の幅１２０は、凝集した泡１００ｃがチャネル２２を塞がず、またパネル１０２の外側表面１０４を乾かさないように選択され得る。そのように表面１０４が乾燥すると、更なるスケール体積が生じることがあり、これは壁２６の腐食を悪化させることが観察されている。
【０１５７】
閉じたチャネル１２４の幅１２２又は厚さ１２２は、熱伝達を最適化し、かつ自然対流によるフローが可能になるよう選択することができ、これによって従来の熱交換（ポンプエネルギーを使って全てのフローを駆動）の必要を制限又は除去する。これに対して、図示されている実施形態において、開いたチャネル２２は、ブラインの塩水対流又は溶解固体対流によって作動する。これは、ブライン２３の様々なフローと領域との間の浮力差に基づいている。同様に、閉じたチャネル２４内の蒸気２７は、パネル１０２の内側表面１０６で凝縮し、最終的に、底に収集される凝縮液２５を形成して、液体としてプレナム１９ｂから排出される。
【０１５８】
パネル１０２の上部と液位１００との間の高さ１２４又は距離１２４は、正の値であり得ることが見出されている。いくつかの実施形態において、熱伝達速度は、パネル１０２上部近くの泡１００ｃの激しい沸騰によって影響を受け得ることが見出されている。現在想到される実施形態において、実験で示されているように、液位１００をパネル１０２の上部より上に維持することが、最も効果的であることが見出されている。
【０１５９】
コア２０は典型的に、タンク３０の出口レベル１０２から距離１２６の間隔で配置される。典型的に、液位１００より上のプレナム５８内の有効体積は、コンプレッサ５０が抜き出してよい体積を提供する傾向がある。同様に、タンク出口レベル１０１の間の深さ１２６は、ここに図示されているものより大きい方が望ましい。
【０１６０】
高さ１２６は中略線で示されており、ここに任意の追加距離を追加可能であることを示している。図には示されていないが、そのような追加により、開いたチャネル２２からタンク３０の出口レベル１０１の底部に向けて、ブライン２３の最高密度を増加させる可能性が得られる。
【０１６１】
にもかかわらず、タンク３０内の活動、特に開いたチャネル２２が高密度（すなわちブライン２３内の溶解固体濃度が増加している）の場合。濃縮プロセス活動の高さ１１６により図示されている領域は、密度プロファイルの最も大きな変化が見られる領域であることが一般的に見出されている。したがって、パネル１０２より下の領域の高さ１２６内の密度は、勾配の傾き強度を示さない。
【０１６２】
プレナム１９ａ、１９ｂが密度差を有している限り、これらは異なる大きさである。実際、上側プレナム１９ａは、比較的大きな比容積で、より低い固有密度での蒸気を、閉じたチャネル２４中に供給する単なるマニフォルド１９ａとして考えることができる。同様に、凝縮液２５は蒸気２７に比べ、蒸気２７の体積の約１，０００分の１の比容積に対応して、１，０００倍超近くもの密度を有する。よって、閉じたパネル２７から凝縮液２５を受け取るマニフォルド１９ｂ又はプレナム１９ｂは、上側マニフォルド１９ａと同じ体積容量を有する必要はない。
【０１６３】
一般に、液滴１３０は、パネル１０２の壁２６の内側１０６の表面で形成される。液滴１３０は下方向に移動する傾向があり、同様に合着してストリーム又は細流となって凝縮液２５として流れ、パネル１０２の底部で回収されて、パネル１０２に蓄積される凝縮液レベル１２８を生じる。閉じたチャネル２４の壁２６の内側表面１０６に接して蒸気２７を凝縮した結果、固体表面に対する液体間の熱伝達率に比べ、２０倍もの桁で、非常に高い熱伝達率となる。
【０１６４】
よって例えば、壁２６の外側表面１０４からブライン２２への熱伝達率は、単に液体ブライン２２に熱伝達する場合には低くなる。これに対して、熱伝達率、及びしたがって泡１００形成を伴う核沸騰の際の熱伝達係数は、その率と比較して約２０倍であり、閉じたチャネル２４を閉じているパネル１０２における壁２６の内側表面１０６での凝縮熱伝達率に対応している。
【０１６５】
図５を参照すると、グラフ１３４は、軸１３６、１３８を示す。高さ軸１３６は、タンクの出口レベル１０１から、プレナム５８を含む液位１００の上までの高さを示す。一方、ＴＤＳ軸（すなわち、全溶解固体（Total Dissolved Solids）軸）１３８は、タンク内の全溶解固体の濃度を示す。
【０１６６】
曲線１４０は、濃度又は密度の勾配又はプロファイルである。図５の図において、コア２０の位置は、タンク３０の外形として点線で示されている。高さ軸１３６に沿って高度又は高さ１３６に対する密度プロファイル１４０の応答を示すため、タンク３０の外側レベルがコア２０の外側レベルと共に図示されている。
【０１６７】
図５のグラフ１３４において、曲線１４０は、縦軸１３６又は高さ軸１３６との交点で最小値でのＴＤＳ軸１３８の値に対応する最小値からの濃度変化を示している。一方、液位１００で、タンク３０（tank 20）内のブライン２３の濃度、すなわち密度は、本発明による装置及び方法における溶解固体の最小値である。
【０１６８】
しかしながら、混合環境において、タンク３０中のブライン２３が完全に混合している場合、プロファイル１４０は垂直線に還元され、液位１００から出口レベル１０１にわたって一定濃度かつ一定密度を有することになる。よって、液位１００での濃度は、出口濃度１４２での濃度と同じである。
【０１６９】
勾配プロファイルが理想的に確立され得る環境において、静的線形密度プロファイルは曲線１４０ｂに従って確立され得る。この状況において、濃度は、液位１００での最小値から変化し、出口レベル１０２で最大の出口濃度１４２に増加する。
【０１７０】
プロファイル１４０ｂによって示される理想的な勾配を確立するためには、出口レベル１０１と液位１００との間の実質的に全てのレベルでの濃度において、連続的かつ等しい変化を維持する必要がある。これには、多大な制御が必要となるが、また、タンク３０の予測可能かつ有用で一定の勾配を提供することになる。
【０１７１】
本発明による実際の装置１０における実験結果は、動的密度勾配プロファイル１４０ｃに示されている。このプロファイル１４０ｃにおいて、コアより下の領域に示される変化と比較して、コア領域内の密度勾配における変化が見られる。液位、コア２０の底部、及び出口レベル１０１の間で、正規化された濃度差は、液位での最低濃度レベルから連続的に出口レベル１０１まで増加している。
【０１７２】
したがって、プロファイル１４０ｂと１４０ｃ両方の出口濃度レベル１４２は、平衡点で始まり平衡点で終了する。しかしながらこれに対して、密度勾配曲線１４０ｃは異なる形状で安定化していることが示されており、ここにおいて濃度のほとんどがコア２０の高さ内で起こっており、それより下では変化がほとんど生じていない。よって、コア２０より下のタンク３０の領域は、依然として勾配を維持し得る。
【０１７３】
ただし、これらの実験において、コア２０内で達成されたものとの顕著な全体的差は観察されなかった。これはいくつかの事実を示唆するものと考えられ、その中には、コア２０が、開いたチャネル２２が蒸気２７を蒸発させることによってブライン２３を濃縮している領域であるという事実が含まれる。コアより下は、実質的な蒸発が起こらず、濃度の差は実質的に少ない。
【０１７４】
図５のグラフ１３４を図４に示す現象の見地から検討すると、タンク３０中の他の場所とは異なり、開いたチャネル２２内で起こっている混合の度合を確認し得る。また、図１〜３のディフューザ６８がコア２０の下に配置されている限りにおいて、ブライン対流又はブライン密度浮力対流が起こる。
【０１７５】
同様に例えば、流入フロー３５ａに入ってくるブライン２３は、タンク３０内のあらゆるブライン２３よりも軽い。よって、フロー３５ａがタンク３０に導入される速度にかかわらず、これはすぐにコア２０の中で上昇し始め、あるいは導入されたタンク３０内のどこか他の場所で上昇し始める。
【０１７６】
したがって、流入ブラインフロー３５ａによって生じたブライン浮力上昇流は、液位１００に向かって上昇し、その通過の際に、周囲のブライン２３と、運動量、質量密度、及び熱を交換する。よって、動的密度勾配プロファイル１４０ｃは、タンク３０内の濃度又は密度の実際の値が、理想的な静的線形密度プロファイル１４０ｂでもなく、また混合した非勾配１４０ａでもないことを示している。
【０１７７】
よって、動的密度プロファイル１４０ｃ（勾配１４０ｃ）は、本発明によるシステム１０の制御及び安定化に非常に有用である。もちろん、理想的な静的線形密度勾配１４０ｂも非常に有用となり得るが、これは達成、維持、又はその両方が困難である。しかしながら、現時点での実験は、曲線１４０ａに示した混合された非勾配条件から離れることは、達成可能であり、容易に維持され、非常に有用な結果を提供することを示している。
【０１７８】
図６を参照すると、グラフ１４５は、供給濃度に対する全溶解固体（ＴＤＳ）の増加の曲線１４６を示す。式１４８は、正規化された全溶解固体が、曲線１４６それぞれで表わされるように増加していることを示す。曲線１４６ａは、本発明による装置１０での実験において、溶解固体の比較的最小供給濃度で、タンク３０中のブライン２３における全溶解固体の増加を示す。
【０１７９】
これに対して、曲線１４６ｅは、実験における溶解固体の比較的最高の流入濃度で、タンク３０のブライン２３における正規化全溶解固体成分の増加を示す。図５に示すように、高さ軸１３６はここでも、タンク３０中又はタンク３０の出口レベル１０１から、液位１００上までの測定値である。
【０１８０】
液位１００は、液体ブライン２３の全体量がタンク３０中に存在する最大高さである。したがって、蒸気２７を保持するプレナム５８のみが、液位１００のすぐ上に存在する。よって、溶解固体成分は、液位１００での値１５０を有する。本発明による実験用システム１０において、溶解固体の最低濃度は液位１００で生じる。よって、軸１３８に沿って測定された全ての値が、溶解固体の最低濃度１５０に対して正規化される。
【０１８１】
曲線１４６の形状は、出口レベル１０１に対する深さによる濃度増加の速度変化を反映する。よって、曲線１４６ｂ、１４６ｃ、１４６ｄは、曲線群１４６内の中間流入ＴＤＳ曲線を反映している。実験データは、曲線１４６ａ、１４６ｅに収まっている。ただし、複数の実験から得られた一定した湾曲は、タンク３０内の濃度プロファイル及び勾配が、流出ＴＤＳとは独立であることを示している。
【０１８２】
例えば、曲線１４６ａは、５０，０００ｐｐｍの流入供給濃度、並びに１００，０００流入供給濃度（ｐｐｍ）の供給濃度に対応する。同様に、曲線１４６ｅは、１００，０００ｐｐｍ及び２００，０００ｐｐｍの流出ブライン濃度のタンク濃度を表わす。しかしながら、溶解固体の出口濃度に近い場合、流入溶解固体濃度１４６は、混合の影響が少ないと見られる。
【０１８３】
同様に、出口ブラインフロー３５ｃと比較して、入口フロー３５ａでの濃度の相違が大きいことから、タンク３０中のより濃縮されたブラインの傾向が、流入フロー３５ａによる濃度に対する影響を急速に低下させていることを示す。よって、流入ＴＤＳが増加するに従って、曲線１４６は曲線１４６ａから曲線１４６ｅに向かって移動する。
【０１８４】
一方、溶解固体の最小流出濃度及び最大流出濃度の両方が、曲線１４６ａを生じる。よって、正規化されたＴＤＳ増加は、タンク３０中の出口レベル１０１で出口濃度１５２での全溶解固体の流出濃度からは独立である。
【０１８５】
曲線１４６ａは、４組の実験データに対応している。２つの実験で、本発明による装置における、タンク３０への５０，０００ｐｐｍブライン流入での、蒸気再圧縮が行われた。１組の実験において、流出ブライン濃度は２００，０００ｐｐｍ又はその付近であり、もう一方は１００，０００ｐｐｍであった。一方、曲線１４６ｅが２つの実験に対応し、ここにおいて流出ＴＤＳ濃度は２００，０００ｐｐｍであった。流入供給率はこれらの実験のそれぞれにおいて１００，０００ｐｐｍであり、流出はそれぞれ１８０，０００ｐｐｍ及び２００，０００ｐｐｍであった。
【０１８６】
図７Ａを参照すると、グラフ１５４は、軸１３６に沿って測定された高さに対する、軸１５６に沿って測定された温度の分布を示す。グラフ１５４において、平均タンク温度１５８は様々な位置で図示されており、これにはライン１５８ａにより識別されるＴ１値（第１温度）、及びライン１５８ｂでの第２温度（Ｔ２）が含まれる。ここで、曲線１６０は、タンク３０の層化濃度プロファイルにおける飽和温度を反映している。
【０１８７】
曲線１６２は、タンク３０中の混合ブライン２３の飽和温度を示す。これらの曲線１６０と１６２との間の差は、図中の１８２に示すように、ラウールの法則による、完全混合ブラインに対する層化ブライン濃度に応じて、飽和温度の違いを反映している。両方とも、深さ及び密度に伴う飽和圧力の変化を示している。よって、曲線１６０、１６２は、タンク３０内の様々な場所で深さの差に対応している。
【０１８８】
図７Ａ〜７Ｅの参照は、一緒に見ることでよく理解される。図７Ａは、層化したタンク（曲線１６０）における飽和温度間の飽和温度差を示すグラフ１５４であり、これは直線ではなく、非線形の曲線である。飽和温度曲線１６２は、完全に混合されたタンク３０を示す。よって、これらの２つの曲線１６０、１６２はそれぞれ、図５の動的密度プロファイル曲線１４０ｃと、混合した非勾配曲線１４０ａに対応している。
【０１８９】
２つの曲線１６０、１６２の間の差は、図７Ｂに記載されているラウールの法則１８２を参照することでよく理解される。ここにおいて、この式は、ブライン内の飽和温度変化は、ブラインを構成している化学成分に対応するイオン定数と、セルシウス温度単位に対応する沸点上昇定数に水のキログラム単位重さを掛け、水のモル数で割ったものとの積に等しい。
【０１９０】
同様に、クラウジウス・クラペイロンの式１８４は、蒸発熱を温度で割ったものと、比容積（単位質量当たりの体積）における変化に依存する、温度に伴う圧力の変化率を記述している。この式は、圧力変化が、バルク液体内の圧力に自然対数のべき乗を掛けたものに等しいことを含め、いくつかの形式で記述され得る。この最後の実施形態において、係数「ｍ」は、図７Ｃの式１８４の下のバージョンとして最もよく特定される。
【０１９１】
よって、ラウールの法則は、液体内の不純物による飽和温度の変化を支配する。クラウジウス・クラペイロンの式は、蒸気の圧縮による温度に対する圧力変化に対応する。
【０１９２】
図７Ｄはドルトンの法則１８６を示し、これは時にドルトンの分圧の法則１８６と呼ばれる。ここにおいて、任意の体積内の圧力は、任意の特定の蒸気（通常は理想気体）により占められている体積に、その気体の蒸気圧を掛けたものの画分に等しい。よって、プレナム５８内の圧力は、その中に存在している全ての蒸発蒸気２７の分圧の組み合わせである。
【０１９３】
図７Ｅを参照すると、ヘンリーの法則１８８は、溶媒中に溶解している溶質（溶解している気体）の濃度間の関係を示す。したがって、小文字「ｉ」で指定されている具体的な化学種の濃度は、容積中のその構成要素の分圧又は蒸気圧を、ヘンリーの法則定数で割った関数である。
【０１９４】
よって、ヘンリーの法則１８８は、非凝縮性と考えられる気体が実際にどの程度吸収されているかを記述する。ヘンリーの法則はまた、他の凝縮性気体にも適用される。
【０１９５】
よって、図７Ａを考慮して、タンク３０内の飽和温度は、タンク３０内の任意の点（深さ）での飽和圧力に対応する。しかしながら、飽和圧力は、上述の式に従い、ブライン中に溶解した構成要素、その中の揮発性イオン、温度、圧力を観測している深さ等に伴って変化する。
【０１９６】
図１〜１２を全体的に参照しながら、依然として図７Ａを参照し、Ｔ１及びＴ２の平均タンク温度１５８ａ及び１５８ｂは単に、参照点の役目を果たす。曲線１６０、１６２の影響は、タンク３０内の任意の具体的な位置又は深さに適用される。したがって、タンク温度１５８は、チャネル２２中の液体を沸騰させて蒸気２７にするのに必要な飽和温度に対する局所効果に大きな影響を与える。よって、温度１５８ａ、１５８ｂの意味は、実際のところ、曲線１６０及び１６２によって示される局所的飽和温度に対する関係である。
【０１９７】
曲線１６２は効果的に、完全に混合されたタンク３０中のブライン２３の飽和温度に対応する計算値である。よって、曲線１６２に対応するブライン２３は、完全に混合されており、図５に示すプロファイル１４０ａに対応し、プロファイル又は勾配の不在を示す。
【０１９８】
タンク温度１５８ａで、飽和温度１６２は、沸騰する液位１００又は沸騰する表面点１６４に対応する。混合された条件を維持し、液位１００から出口レベル１０１に向かって下がると、飽和温度１６２は最大値１５６まで上がる。この温度上昇は、曲線１６２に沿った任意の特定の位置より上の液体カラムのヘッドレベル又は高さによるものである。
【０１９９】
この例において、表面沸点１６４は、液位１００より下に浸漬していないため、まさに表面においてである。よって飽和温度１６２は、飽和温度の定義より、沸騰表面１６４で生じる。この例において、飽和温度曲線１６２は、ラウールの法則１８２、及び沸騰温度１６２に対するその影響を考慮に入れている。
【０２００】
タンク温度が値１５８ａからより高い温度１５８ｂへと上昇した場合、同じヘッド高さは液位１００によって圧力を課される。よって、新しい沸点１６６は、温度値１５８ｂでのブラインによる、プレナム５８へと沸騰する表面に対応する。したがって、増加した温度１５８ｂに対応して、温度プロファイル１６２又は温度曲線１６２が右にシフトしたとすると、曲線１６２は、プレナム５８内の飽和圧力も妥当な飽和圧力に上がった場合、点１６６を通るだけとなる。
【０２０１】
プレナム５８内の飽和圧力が上昇しない場合、点１６６に対応する液位１００と、点１６８に対応する軸１３６に沿った高さとの間の領域は全て沸騰する。換言すれば、１７６の上側コア領域で、コア核沸騰が起こることになる。
【０２０２】
にもかかわらず、別の例において、平均温度１５８ｂで、プレナム５８内の蒸気２７を抜き出すコンプレッサ５０を有するタンク３０を考えることができる。これは、飽和圧力の低下をもたらす。したがって、プレナム５８が曲線１６２に対応する飽和圧力であり、同時に平均タンク温度は１５８ｂであり、表面点１６６と曲線１６２上の点１６８との間のコア領域１７６は、概ね全体が沸騰している。
【０２０３】
曲線１６０は、飽和温度がタンク３０中の動的密度プロファイル又は勾配１４０ｃに存在していることを示す。曲線１６０は、点１７０で、タンク３０内の飽和温度１６０が正確にタンク平均温度である条件で、タンク平均温度１５８ａと交わる。同様に、点１７２は、飽和温度曲線１６０と、上昇したタンク平均温度１５８ｂとの交点に対応する。
【０２０４】
これらの２つのタンク温度１５８ａ、１５８ｂは、タンク３０の高度全体にわたって一定であることが図示されており、これは単に例示のため使用される。動的密度プロファイル１４０ｃ（図５を参照）で、タンク３０内の層化は、様々な温度プロファイルのうち任意の１つを生じ得る。また、タンク３０の高さ全体にわたって非一定の温度を有することもあり得る。他の実施形態において、最高温度がタンクの底部にある逆勾配を有することも可能である。
【０２０５】
ここでも、局所的飽和温度１６０、又は１６２が、局所的温度１５８ａ、１５８ｂ等より下になった場合はいつでも、タンク中のその場所にあるブライン２３は沸騰状態になる。
【０２０６】
図７Ａにおいて、プレナム５８内の圧力が常に、同じ一定の値であると、下記の議論全体で仮定する。グラフ１５４において、タンク３０内の温度１５８ａを選択することができる。
【０２０７】
ここで、本発明による勾配で生じている飽和温度曲線１６０を考える。これは、タンク３０中のブライン２３の層化による、図５の動的密度プロファイル１４０ｃを示す。この曲線１６０の交点は、点１６４ではなく、軸１５６の温度が低いある時点で、表面１００と交わる。上述の議論に従い、ここでは沸騰は点１７０という低い点で始まり、ここにおいてタンク温度１５８ａは、ブライン勾配１４０ｃの飽和温度１６０と交わる。
【０２０８】
この条件が点１７０で存在すると仮定すると、点１７０より上の全領域１７４が、追加エネルギーを導入することなく、完全に沸騰条件になる。グラフ１５４により表わされる構成において、完全に混合された飽和温度１６２は表面１００で沸騰に達する。一方、同じタンク温度１５８ａで、層化したブラインは、点１７０より上の全領域で沸騰する。よって、完全に混合されたシステムで達成し得る状態と比較して、コアのより大きな部分が高い熱伝達核沸騰に関与することになる。
【０２０９】
もちろん、コア２０のより多くの部分が沸騰するように温度を上げた場合、すなわちこれはタンク温度を値１５８ｂに上げることに対応し、点１６６がタンクに必要な温度値１５８ｂとなる。
【０２１０】
しかしながら、曲線１６０に対応する層化条件においては、点１７２が、ここより上でタンク３０中のコア２０全体にわたって完全な核沸騰が起こる点となる。よって、領域１８０は追加された利点を表わし、すなわち、領域１７８によって示されるように、完全な核沸騰がコア２０において広く起こっているコア２０の追加領域を示す。
【０２１１】
点１７０より上の領域１７４が、タンク平均温度が値１５８ａに対応する場合に完全核沸騰にあるコア２０の部分を表わすのと同様に、この増大した利点は、曲線１６０に沿った全ての点で継続する。領域１７６の深さがどれだけであるかにかかわらず、完全に混合されたタンクにおいては飽和温度曲線１６２に対応して、層化飽和温度曲線１６０は常に、領域１７４、１８０で表わされる、又は他に２つの曲線１６０、１６２の間の対応する差によって表わされる、改善されたパフォーマンスを提供する。
【０２１２】
この利点は、例えば同じパフォーマンスを得るためにより低い温度でシステム１０を作動させる能力のような、いくつかの代替方法のうちの１つで実現することができる。あるいは、液位１００より上のプレナム５８内の飽和圧力に対する需要が低下することにより、コンプレッサ５０による仕事を低減することができる。
【０２１３】
図８を参照すると、実験用システム１０が、モータージェネレータシステムを有するハウジング１２と共に構成された。最終的に、ライン電力に依存する補助ヒーターも含められた。タンク３０を、コア２０を中に配置してセットアップし、上側の蒸気マニフォルド１９ａと、下側の液体凝縮液マニフォルド１９ｂに接続した。コア２０は、タンク３０の周囲領域と液体連通している開いたチャネル２６を含み、一方、閉じたチャネル２４は、タンクブライン２３から離して密閉された。
【０２１４】
コア２０の上のプレナム５８は、コア２０の開いたチャネル２２から沸騰している蒸気を蓄積した。霧除去器５４（図８に図示なし）が、プレナム５８内に配置された。同時に、熱交換器１５が設置されたが、これは図３〜７Ｅで報告された実験には使用されなかった。導管１８はプレナム５８からの蒸気をコンプレッサ５０に導き、次いでこの高圧になった蒸気が蒸気プレナム１９ａ又はマニフォルド１９ａへと送られた。
【０２１５】
マニフォルド１９ａは、蒸気２７をパネル１０２の閉じたチャネル２４に分配し、凝縮させた。凝縮液２５は、底のマニフォルド１９ｂから凝縮液として、閉じたチャネル２４から排出された。最終的に、閉じたチャネル２４からの留出物又は凝縮液２５は、リザーバ４３に保持された後、最後に留出物タンクに送られた。
【０２１６】
コア２０の上にプレナム５８が配置され、霧除去器５４が収容された。プレナム５８内の蒸気２７は、霧除去器を通過した後、熱交換器１５を通過した。これは図４〜７Ｅに報告された実験では使用されなかった。代わりに、蒸気２７は、導管１８を通ってコンプレッサ５０に送られた。コンプレッサ５０は、蒸気の圧力、そして温度を高め、この高温かつ飽和圧力の蒸気を、コア２０の上部のマニフォルド１９ａへと戻した。
【０２１７】
マニフォルド１９ａは、この蒸気をパネル１０２の閉じたチャネル２４に送り出し、ここで、蒸発熱をタンク３０の開いたチャネル２２中の周囲ブライン２３へと放出することによって凝縮された。
【０２１８】
凝縮液２５は次に閉じたチャネル２４からコア２０の底部のマニフォルド１９ｂへと送られ、最終的にリザーバ４３を通って熱回収システム４７（図１に図示）に排出され、留出物タンク４２（図８に図示なし）に送られた。
【０２１９】
一方、このシステムは、コア２０の中央位置近くにセンサー７２が設置された。ヒーターは、タンク３０の壁３１に沿って配置された。コンプレッサ５０を駆動するモーター１７は、制御システムを通って制御され、これがモーター１７への電流を変化させることによって、コンプレッサ５０の速度、スループット、及び体積流量を変化させた。
【０２２０】
センサー７２は、コア２０の中央に、開いたチャネル２２中に配置された。同様に、センサー７２は、図１に示され、概略的に配置されているように、壁に沿って設置された。センサー７２は、コア内、及び壁３１近くで、タンク２０のブライン２３内の温度及び濃度を検出するよう構成された。プレナム５８、コンプレッサ５０の上流側及び下流側の導管１８などの中で、その他の温度が検出された。図６のデータ開発において、様々な実験が図８の装置１０で実施された。
【０２２１】
図９を参照すると、質量均衡は、タンク２０中に導入された流量３５ａの流入と、ブライン熱交換器３６から出る流出フロー３５ｃ、並びに留出物熱交換器４４を通過して留出物タンク４２へ流れた留出物２５又は凝縮液２５の量を反映している。
【０２２２】
図５のグラフ１３４及び図６のグラフ１４５に寄与した実験はそれぞれ、実験条件１９４ａ及び１９４ｂ、位置１９４ｃ及び１９４ｄでの条件、並びに１９４ｅ、１９４ｆでの条件で取得されたデータに対応している。条件１９４ａ、１９４ｂは、流入供給５０，０００ｐｐｍに対応している。流出は、タンク３０から出る全溶解固体中のブライン濃度１００，０００ｐｐｍに対応している。
【０２２３】
一方、条件１９４ｃ及び１９４ｄは、流入ブライン濃度５０，０００ｐｐｍ及び流出濃度２００，０００ｐｐｍに対応している。同様に、条件１９４ｅ及び１９４ｆは、流出濃度それぞれ１８０，０００ｐｐｍ及び２００，０００ｐｐｍで流入濃度１００，０００ｐｐｍに対応している。
【０２２４】
図９の表１９０のデータ条件は、１日当たり１５９００リットル（１００バレル）の留出物２５の一定流出に対応している。条件１９４ｅ及び１９４ｆの流出ブライン濃度が２００，０００に設定されただけでなく、実験１９４ｅでの条件は、流出ブライン濃度１８０，０００ｐｐｍに設定された。
【０２２５】
図１０を参照し、図９の条件１９４に対応する実験が、図８のシステム１０で実施された。図１０のグラフは、６つの実験１９４、又は６セットの実験条件１９４で、図示されている式１４８により、全溶解固体の正規化増加をプロットしている。
【０２２６】
溶解固体の正規化濃度はＴＤＳ軸１３８に示され、タンク３０の出口レベル１０１から液位１００までの高さに対してプロットされている。液体ライン１００又は液位１００より上の領域は、コア２０のすぐ上の位置に対応し、これはブライン２３に完全に浸漬していた。
【０２２７】
ブライン２３の上部、又は液位１００での全溶解固体値１５０は、全てのフローについて正規化され、又は正規化値として使用された。したがって、全溶解固体の正規化された増加は、液位１００での濃度値を超える分数として表わされる。
【０２２８】
図１０のグラフに示されているように、曲線１９５、１９６、１９７は、取得データの適合曲線を反映している。曲線１９５は、実験１９４ａ及び実験１９４ｂのデータ適合曲線に対応する。曲線１９６は、条件１９４ｃ及び１９４ｄに基づく実験の適合曲線である。同様に、曲線１９７は、条件１９４ｅ及び１９４ｆに対応するデータへの適合曲線である。
【０２２９】
曲線１９５、１９６、１９７は、図６の曲線１８６に対応している。一方、Ｆ１３５ａ及びＦ２３５ａは、高さ軸１３６に沿ってそれぞれの相対的高さで図示されている。タンク３０の勾配内で全溶解固体を変化させるのに、ブライン浮力上昇流効果が顕著であったことに留意されたい。図１０の実験１９４に対応する生データグラフから、追加情報も入手できる。
【０２３０】
例えば、供給フロー３５ａが実験タンク３０に導入された位置では、ディフューザ６８は利用できなかった。したがって、フロー３５は供給タンク３２からそれぞれ流入供給ブライン３５ａの水平ジェットを噴出するいくつかのパイプとして導入された。水平方向の運動量と、垂直方向の浮力の両方が、流入フロー３５ａをタンク３０のブライン２３に統合するのに影響した。
【０２３１】
更に、実験条件１９４ｃ及び１９４ｄでは、流出ブライン濃度２００，０００ｐｐｍに対応することが意図された。これに対して、条件１９４ａ、１９４ｂは、流出ブライン濃度１００，０００ｐｐｍに対応することが意図された。流入フロー３５ａのブライン濃度の影響は、顕著である。タンク３０中のブライン濃度は、流入ブラインフロー３５ａの濃度の４倍であった場合には、タンクブライン２３は急速に、流入フロー３５ａの濃度を改変した。供給３５ａの位置より上で、曲線１９５、１９６、１９７は、生データにきわめて密接に一致している。
【０２３２】
しかしながら、流入フロー３５ａの近くでは、混合の妨害的影響により、曲線１９５、１９６、１９７の下で濃度の低下が見られる。これは、システム１０が非常に丈夫であることを示唆している。例えば、曲線１９５、１９６、１９７は流入フロー３５ａの流入濃度に強く依存しており、流出濃度には実質上依存していないことを示している。
【０２３３】
よって、曲線１４６（図６参照）により詳述されるような動的密度プロファイル１４０ｃ（図５参照）は、システム１０の安定した、予測可能な流出条件を提供することに依存し得る。入熱、及びコンプレッサ５０への仕事は、望ましい出力に達するよう、流入供給フロー３５ａを適合するように調節することができる。明らかに、出力結果は大きな問題ではない。
【０２３４】
図１０のデータはまた、流入ブライン濃度の幅広い変動に際して、タンク３０の勾配の強靱なパフォーマンス及び弾力性を具体的に示している。これは特に、流入ブラインフロー３５ａが、水、製造用ブライン等の変動に伴って変化し得る、実際の製造施設で大きな意味をもつ。これらのデータは、システム１０の出力及び制御がそのような任意入力の影響を受ける必要がないことを示している。
【０２３５】
図１１を参照すると、グラフ１９８は、軸１３６に示された様々な深さレベルでの、温度軸１５０に沿った温度に対する影響を示す。温度は、他の図と同様、非次元形式に正規化されてはいない。ここにおいて、飽和温度曲線１６０、１６２は、図７Ａの曲線に対応している。これらの値は、図９〜１０に対応する実験１９４からの実データを反映している。ここにおいて、点１９９は、タンク３０中の表面１００又は液位１００での飽和温度を表わす。点１９９での条件は、完全に混合されたタンクの液位１００での飽和温度を含む。これは、曲線１６２の条件に対応している。
【０２３６】
同様に、点２００は、液位１００の上のプレナム５８内の圧力での飽和温度を表わす。同様に、曲線１６２に沿った液位１００での飽和条件で、点２００は、図９〜１０の動的勾配構成のため、プレナム５８内の圧力で存在する飽和温度の曲線１６０に対応する。
【０２３７】
図１１の経験的データは、図７Ａに関して検討した稼働特性を確認したものとなっている。例えば、領域１７６は、図７Ａに関する領域１７６の説明に対応している。領域１７８も同様である。同様に、図７Ａの領域１８０は、領域１７６と領域１７８との深さの差である。
【０２３８】
これは、熱伝達領域の優位性を表わし、コア中の核沸騰領域の熱伝達係数を大幅に増加させた。コア２０は、実験１９４中、タンク３０中のコア２０の実際の深さ及び位置を反映した領域を囲んだ点線で示されている。
【０２３９】
図１〜１２を全体的に参照しながら、図１２を参照し、本発明による装置１０を制御するためのプロセス２０２は、いくつかの制御レベルを有し得る。例えば、ゼロレベル２０３は、タンク３０及び留出物リザーバ４８中の液位を追跡及び調節する継続的プロセスによる、質量均衡を表わしている。これらは、従来の測定及び制御技法によってタイムリーに直接観測及び調節可能である。
【０２４０】
一方、レベルＩ制御２０４、並びにレベルＩＩ制御２０５及びレベルＩＩＩ制御２０６が図示されている。レベルＩ制御２０４は、コンプレッサ５０による仕事の制御を含む。図示されているプロセス２０２において、レベルＩは、システム１０で作動するプロセス２０２の作動における介入２０４として示されている。
【０２４１】
制御の主要メカニズムは、プレナム５８から蒸気２７を除去するコンプレッサ５０による仕事を低減する２１１又は変化させる２１１ことである。典型的に、低減２１１作業は、留出物を収容するリザーバ４３の液位の望ましくない上昇に対応して開始される制御介入２０４に対応する。コンプレッサ５０による仕事の変化２１１により、システム１０の応答２１２が生じる。例えば、コンプレッサ５０による仕事を低減する２１１ことにより、プレナム５８内の圧力が上昇する。同様に、コンプレッサを通りプレナム５８から出る質量流量の低減が生じる。これはあまり直感的ではない。
【０２４２】
例えば、コンプレッサによる仕事を減少２１１又は低減２１１すると、プレナム５８内に圧力が蓄積し、コアの沸騰が低減し、留出物の温度及び飽和圧力が下がる。このシステム応答２１２は、システム１０の動作点の再調節をもたらす。具体的には、これにより、プレナム５８内の圧力が変わり、このためブライン２３中の飽和圧力及び飽和温度の再調節が必要になる。
【０２４３】
実際的な事項として、図１２に図示されているプロセス２０２は、システム１０を制御する一例である。したがって、装置１０又はシステム１０の作動を制御するための最も応答性のある要素が、レベルＩ制御２０４である。
【０２４４】
レベルＩＩ制御２０５、又はレベルＩＩ制御スキームの介入２０５には、補助ヒーター７０によりもたらされる補助熱を調節する２１３ことが含まれる。この例において、調節２１３は、補助ヒーター７０による補助熱出力を低減する実例が挙げられている。これは、ヒーター７０又は補助熱源４６を制御することにより可能となる。
【０２４５】
補助熱を低減する２１３ことにより、介入２０５は、より迅速かつ応答性２１１のある介入２０４の後に続く。しかしながら、レベルＩＩ制御での介入２０５において、補助熱の低減２１３は、システムのずっと遅い応答をもたらす。これには、タンクの温度低下、留出物２５の質量流量の低減、及びコア沸騰の減少が挙げられる。
【０２４６】
温度１５８ａは、図１１で左に移動する。しかしながら、システム応答２１２として、典型的に、曲線１６２からの偏位が起こる。補助熱を低減する２１３ことにより、タンク３０の全体的な冷却に対応して、温度ライン１５８ａが左に移動する。ライン１５８ａが左に移動した結果、領域１７６が減少し、領域１７６、１７８の間の領域１８０が増大する。
【０２４７】
温度の移動、又は熱の減少２１３とそれに対応する温度１５８ａの低下の、おそらく最も顕著な影響は、交点１７２（ここで温度ライン１５８ａが曲線１６０と交差する）の位置がずれることによる領域１７８の減少である。よって、コア２０のより少ない部分が沸騰に関与する。したがって、図１２によるシステム応答２１４として、質量流量及びコア沸騰の減少が起こる。
【０２４８】
図２Ｂに関して記述されたように、レベルＩＩＩ制御での介入２０６は、他のレベルの制御に対し予測による調整を提供するため、コンピュータプロセッサによる処理２１５が含まれ得る。したがって、コントローラ８４は、センサー７２からの任意又は全ての信号を受け取り得る。これは、システムの仕事、熱、又は所望により質量流量に対して変更のコマンド２１６の指示を提供し得る。
【０２４９】
これらの独立制御変数に対し変更のコマンド２１６を送ることによって、依存変数の改変が生じ得る。したがって、圧力、温度、質量流量、濃度等の値のデータを返して供給する２１７、又はそれらの値のフィードバックを提供する２１７ことにより、依存変数に反映され、ここで仕事と熱の依存変数が制御される。
【０２５０】
本発明による装置の特定の実施形態、及びこれによる方法２０２において、レベルＩＩＩ制御での介入２０６は、システム１０内の任意の特定点での圧力、温度、質量流量、及び濃度の依存変数の適切な値を確保するため、予測、推定、予想、又は計算される設定点に対して、コマンド２１６を予測し安定的に手順を踏むよう実施される数値手法を含み得る。
【０２５１】
介入２０６により、システム、特にコントローラ８４は、システム１０が安定であるか否かについて、決定２０７を行うことができる。システム１０が安定である場合、レベルＩＩＩ制御の介入２０６の継続には、必要な任意の独立変数を予測可能な様相で調整することが含まれ得る。しかしながら、決定２０７により、システム１０が完全に安定ではないと思われる場合、プロセス２０２は関連する事象２０８を検出２０９するよう手順を進めることができる。
【０２５２】
例えば、システム１０が安定ではないと思われる場合、大気圧、流入フロー３５ａの濃度変化の影響等といった、特定の事象２０８が生じ得る。システム１０の、介入２０６の予測的な調整制御からのいかなる変動は、典型的に、システム１０の条件を変更する事象２０８の結果である。
【０２５３】
したがって、その結果の検出２０９には、典型的に、圧力、温度、質量流量、濃度、これらの組み合わせ、又はこれらの間の関係について、センサーからフィードバック２１７を得ることが含まれる。例えば、システムは、大気圧の低下に遭遇することがある。同様に、システム１０は、留出物の質量流量の増加を検出することがある。この例において、これらの変化はセンサー７２によって検出され、データ入力としてコントローラ８４に戻って報告され、事象２０８の結果を反映する。
【０２５４】
これらの結果を検出２０９後、コントローラ８４による制御のアクティベーション２１０が適切である。図の目的から、レベルゼロ制御２０３は、プロセス２０２の制御ループから除外される。レベルゼロ制御には、容易に観察、制御ができ、すぐに影響が出るパラメータの制御が含まれている。ポンプ７６ｂを介した流量の調節を通して液体を追加することで、タンク３０へのフロー３５ａを増加させることになる。同様に、ポンプ７６ｂの体積流量、速度、電流、又はその他の制御メカニズムに対して、ポンプ７６ｄの制御を従属させることにより、ポンプ７６ｄの速度を高めることができる。
【０２５５】
これに対して、補助ヒーター７０にどれだけの熱を追加すべきかを正確に測定することは、必ずしも直感的なプロセスではなく、当然直接的に観察することはできず、また手動又は単純なフィードバックセンサーによって制御可能なものでもない。コア２０又はタンク３０における温度の応答時間は比較的長く（例えば４．６時間）、コンプレッサ５０の応答はとても早い（例えば数秒）ため、レベルＩの介入２０４、又はレベルＩＩの介入２０５それぞれに関して、プレナム５８内のセンサー７２ｄでの測定は、必ずしも明確な指示を提供しない。
【０２５６】
レベルゼロ制御は、レベルＩＩＩでの介入２０６によっても調整され得る。損失、計算誤差、校正等のため、微小な調整を行うことができる。ただし、実際的な事項として、レベルゼロ制御はプロセス２０２の制御ループに含める必要はない。
【０２５７】
レベルＩＩＩ制御での介入２０６を考える１つの方法は、いわばシステムが向かう必要がある場所のアルゴリズム的予測に基づいて、どの制御パラメータを調整すべきか、どの方向に調整すべきかに関して予測することである。よって、予測的調整制御介入２０６は、従属変数を単に追跡し、単一の独立変数を調節するのではなく、システム１０内及び数多くの構成要素間の熱と質量輸送の間の高度な相互関係を反映した、かなり高度な機能である。
【０２５８】
制御プロセス２０２を考えるもう１つの方法は、熱力学第一法則に従って、質量均衡を維持するゼロレベル制御２０３を用いることである。システム内の質量は、流入質量から流出質量を差し引いた量でなければならない。
【０２５９】
同様に、レベルＩ制御での介入２０４は、エネルギー均衡を表わす。すなわち、システム１０の作動における主なエネルギー源として入力される仕事を変更２１１することである。すなわち、補助ヒーター７０からの熱は、システム１０を稼働するものではない。コンプレッサ５０による動力又は仕事はシステム１０を稼働させ、その熱力学的サイクルに必要なエネルギー損失を補充する。
【０２６０】
レベルＩＩ制御での介入２０５は実際、システム１０の主要な制御ではない。むしろ、補助熱の調節２１３による介入２０５は、外部影響によるシステム１０の操作パラメータ調整のメカニズムである。
【０２６１】
例えば、前線が近づくと、大気の圧力が低下する。タンク３０は圧力容器として密閉されているものではないため、プレナム５８内の圧力は、周辺又は大気の圧力を追跡する可能性がある。プレナム５８内の圧力低下は、プレナム５８内で大気圧を超えて制御される温度差よりも優に大きくなる可能性がある。
【０２６２】
よって、レベルＩＩでの介入２０５は、変化する外部条件に合わせて、システム１０の全体的作動を調節するため、タンクブライン２３の温度を調節することを含む。レベルＩＩでの介入２０５は、環境内での新たな安定作動状態に調節するため、システムをリセットすることがある。環境はシステムによって変えることができない。むしろ、システム１０を環境に合わせて調節しなければならず、これは介入２０５によって行われる。よって、介入２０５は、レベルＩでの介入２０４の結果として開始される程度まで、予測に基づくものとなる。ただし、これは依然としてシステム１０のパラメータを再調整するよう指示することができ、これによりシステム１０は、新たに先取りした平衡に、かつ安定状態の条件に、タイムリーに達することができる。
【０２６３】
よって、レベルＩＩＩ制御の介入２０６は、ほぼ全てが予測可能である。より低い全てのレベルの制御が考慮されており、独立変数を設定しなければならない不明な設定ポイントを決定するため、作動特性がすでにモデル化されている。これにより依存変数は安定状態で適切な条件となっており、最も効果的かつタイムリーな状態である。
【０２６４】
よって、レベルゼロの介入２０３、レベルＩの介入２０４、レベルＩＩの介入２０５、及びレベルＩＩＩの介入２０６を含むぞれぞれのレベルが、コントローラ８４による制御を構成する。制御は更に、測定可能なパラメータの直接的な値から離れ、現在の状態に対する直接的な応答からも離れる。
【０２６５】
この制御プロセス２０２を考えるもう１つの方法は、レベルゼロが質量均衡を直接に制御する、効果的に独立した閉ループ制御で、値の直接制御であるということである。レベルＩの介入２０４は、仕事の変更により、独立変数を直接制御し、従属変数を間接的に制御することを行う。
【０２６６】
一方、レベルＩＩの介入２０５は、観察可能な変数に影響するパラメータではなく、変化率と変化の方向に影響するパラメータを扱うことを含む。最後に、レベルＩＩＩの介入２０６は、制御するパラメータの変化率の変化率を予測することを含む。
【０２６７】
本発明は本質的特性から逸脱することなく、その他の具体的な形態で実施することができる。記述されている実施形態は、あらゆる面で例示として見なされるべきであり、制限的なものとして見なされるべきではない。例示のための実施形態の意味及び均等範囲内での変更は全て、それぞれの範囲内に包含されるものである。
【０２６８】
〔実施の態様〕
（１）  蒸気再圧縮のためのプロセスを改善するための方法であって、
該プロセスを実施するために、サブユニットとして併合可能な複数の作業を含むプロセスを選択することと、
前記蒸気の源に溶かした物質の濃度プロファイルを測定することと、
１組の操作パラメータを有する前記複数の作業のうち少なくとも１作業について評価することにより、前記濃度プロファイルに対する影響を判定することと、
前記評価に基づいて、前記複数の作業から標的作業を選択することと、
前記標的作業を制御するための制御パラメータを選択することと、
前記制御パラメータを変更することによって前記濃度プロファイルを操作することであって、前記制御パラメータが、質量流量、機械的仕事、熱エネルギー、熱慣性、これらの変化率、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、操作することと、を含む、方法。
（２）  前記評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び前記源に熱を付加するヒーターを、逐次的に評価することからなる、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、前記源に熱を付加するヒーター、及び前記源の応答時間を、逐次的に評価することからなる、実施態様１に記載の方法。
（４）  前記評価することが、
第１に、前記プロセス中の液体を移動させるためのポンプ、
第２に、前記源からの前記蒸気を圧縮するためのコンプレッサ、及び
第３に、前記源に熱を付加するためのヒーターを、連続して順に評価することを含む、実施態様１に記載の方法。
（５）  前記評価することが、
第１に、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、
第２に、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び
第３に、前記源に熱を付加するヒーターを、連続して順に評価することを含む、実施態様１に記載の方法。
【０２６９】
（６）  前記連続して順に評価することが、第４に、前記移動、前記圧縮、及び前記付加のうち少なくとも１つの前記変化率を評価することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（７）  内部の構成要素、該構成要素の時間的変動、供給源、及び送達メカニズムのうち少なくとも１つについて、供給物を分析することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（８）  ポンプ、コンプレッサ、ヒーター、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する制御を変化させることを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（９）  前記プロセス内の作業に対応する温度、圧力、流量、動力、及び濃度のうち少なくとも１つを検出するセンサーを提供することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（１０）  気圧、温度、風、湿度、及びこれらの組み合わせから選択される周囲条件を測定することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
【０２７０】
（１１）  前記評価することが、前記プロセスへの実質的に全てのエネルギー入力、及び前記プロセスからのエネルギー出力を測定することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（１２）  前記プロセスへの実質的に全てのエネルギーの入力と前記プロセスからのエネルギーの出力との均衡をとることを更に含む、実施態様１１に記載の方法。
（１３）  前記作業のうち少なくとも１つに対してエネルギー伝達を提供するエネルギー回収作業を追加することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（１４）  蒸気再圧縮のためのプロセスを改善するための方法であって、
該プロセスを実施するために、複数の作業を含むプロセスを選択することと、
前記蒸気の源の構成要素の濃度プロファイルを測定することと、
１組の操作パラメータを有する前記複数の作業のうち少なくとも１作業について評価することにより、前記濃度プロファイルに対する影響を判定することと、
前記評価に基づいて、前記複数の作業から標的作業を選択することと、
前記標的作業を制御するための制御パラメータを選択することと、
前記制御パラメータを変更することによって前記濃度プロファイルを操作することであって、前記制御パラメータが、質量流量、機械的仕事、熱エネルギー、熱慣性、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する、値、前記値の変化率、又は前記値の前記変化率の変化率を特徴付けるものである、操作することと、を含む、方法。
（１５）  前記評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、前記源に熱を付加するヒーター、及び前記源の応答時間を、逐次的に評価することを更に含む、実施態様１４に記載の方法。
【０２７１】
（１６）  前記逐次的に評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び前記源に熱を付加するヒーターを、評価することからなる、実施態様１４に記載の方法。
（１７）  前記評価することが、
第１に、前記プロセス中の液体を移動させるためのポンプ、
第２に、前記源からの前記蒸気を圧縮するためのコンプレッサ、及び
第３に、前記源に熱を付加するためのヒーターを、連続して順に評価することを含む、実施態様１４に記載の方法。
（１８）  前記連続して順に評価することが、第４に、前記移動、前記圧縮、及び前記付加のうち少なくとも１つの前記変化率を評価することを更に含む、実施態様１７に記載の方法。
（１９）  前記構成要素、前記構成要素の時間的変動、供給源、及び送達メカニズムのうち少なくとも１つについて、供給物を分析することを更に含む、実施態様１８に記載の方法。
（２０）  ポンプ、コンプレッサ、ヒーター、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する制御を変化させることを更に含む、実施態様１９に記載の方法。
【０２７２】
（２１）  前記プロセス内の作業に対応する温度、圧力、流量、動力、及び濃度のうち少なくとも１つを検出するセンサーを提供することを更に含む、実施態様２０に記載の方法。
（２２）  気圧、温度、風、湿度、及びこれらの組み合わせから選択される周囲条件を測定することを更に含む、実施態様２１に記載の方法。
（２３）  前記評価することが、前記プロセスへの実質的に全てのエネルギー入力、及び前記プロセスからのエネルギー出力を測定することを更に含む、実施態様２２に記載の方法。
（２４）  前記プロセスへの実質的に全てのエネルギーの入力と前記プロセスからのエネルギーの出力との均衡をとることを更に含む、実施態様２３に記載の方法。
（２５）  前記作業のうち少なくとも１つに対してエネルギー伝達を提供するエネルギー回収作業を追加することを更に含む、実施態様２４に記載の方法。
【図１】
2014511264.tif 000003
【図２Ａ】
2014511264.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2014511264.tif 000006
【図３】
2014511264.tif 000007
【図４】
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【図５】
2014511264.tif 000009
【図６】
2014511264.tif 000010
【図７Ａ】
2014511264.tif 000011
【図７Ｂ】
2014511264.tif 000012
【図７Ｃ】
2014511264.tif 000013
【図７Ｄ】
2014511264.tif 000014
【図７Ｅ】
2014511264.tif 000015
【図８】
2014511264.tif 000016
【図９】
2014511264.tif 000017
【図１０】
2014511264.tif 000018
【図１１】
2014511264.tif 000019
【図１２】
2014511264.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月18日(2013.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、同時出願文書で記載される特定のＰＣＴ国際特許出願の国内移行であり、その文書に記述されている特定の同時係属米国特許出願の利益を主張し、これらは参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は熱伝達に関するものであり、より具体的には、蒸気再圧縮のための新しいシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
熱回収は、コジェネレーション発電所の基礎である。同様に、多くの食品・飲料加工では、効率的使用のために熱回収が必要となる。一方、脱塩プラント、製糖、蒸留システム、及び同様物は、全体のエネルギー必要量を最低限に抑えるために、潜熱の回収に依存している。熱は、再加熱、予熱、又はその他、熱交換器システムを介して排出フローから流入フローへの熱を交換することによって回収され得る。
【０００４】
蒸気再圧縮は、熱回収の一方法として様々な形態で使用されている。例えば、食品加工、産業廃棄物処理、製油ブライン処理等において、蒸気再圧縮では、従来型の熱交換器及び技術を利用して、熱を交換し、液体を気化させ、蒸溜物を凝縮させている。溶解した物質、特に溶解した固形物、並びに様々なイオン等の化学的構成は、エネルギー損失をもたらし、エネルギー交換のための処理装置を損傷させる。
【０００５】
例えば製油では、かなりの量の水をポンプで地表に汲み上げることになる。この水はしばしば、ある程度の量の炭化水素、塩、メタン、アンモニア、微量元素、又はこれらの組み合わせを含有している。よって、この水は、処理なしに他の水系に放出することはできない。一方、運搬後の再注入による廃棄、あるいはポンド又はボイラーによる蒸発は、費用が高くつく。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
産業廃棄物、食品・飲料産業の蒸留プロセス等でも、必ずしもそれほど深刻ではないものの、同様の問題を有する。蒸気再圧縮及び多重効用蒸留などの最新の方法でさえも、腐食、付着物、スケール堆積等の問題に直面し、効率、エネルギー収支、及び装置メンテナンスに苦心している。熱回収及び再利用について、より良いシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記を考慮して、本明細書で実例を挙げて幅広く記述されるように、本発明において、本発明の一実施形態で一方法及び装置が開示され、これには例えば、ブラインなどの沸騰する液体カラム内における、例えば全溶解固体（ＴＤＳ）などの物質の制御された勾配が含まれる。隣接するカラムには、圧力を高められた凝縮蒸気が含まれる。液体の高い熱伝達係数及び効果的な層化高密度化は、質量流量、仕事、熱等の制御と、質量、仕事、エネルギー、及びそれらの変化率（これには変化率の変化率、すなわち値の２次導関数が含まれる）の均衡に基づいた予測的な検出及び制御とによって得られる。
【０００８】
本発明による方法の一実施形態において、システムは、第１物質を含有する液体を含む供給物を提供することと、ここにおいてこの第１物質はこの液体とは異なり、かつこの液体に溶解しており、この供給物を液溜めとして含有することとによって作動し得る。この液溜めに少なくとも部分的に浸漬しているコアは、液溜めと熱的に連通しており、それとの直接的な液体連通に対しては密閉されていてよい。
【０００９】
この液溜め内において、液溜めで生成された蒸気をリサイクルしてコア内の凝縮液に戻すことにより、その上面の液位とその底部との間で、第１物質の濃度変化を反映した濃度プロファイルを形成することができる。典型的に、供給物を含有する容器（container）は、池、タンク、河口域、及び容器（vessel）から選択され、液溜めは供給物に対して鎮静状態である。
【００１０】
コアは更に、この液溜めと熱的に連通し、それと間接的に液体連通し、かつそれとの直接的な液体連通に対して密閉された、閉じたチャネルを含んでいてよく、これは、蒸気及び凝縮液を垂直方向に流す向きにすることができる。第１物質を含有する組成物の付着の制御は、作動中のコアの姿勢を選択することによって行われてもよい。
【００１１】
コア内の液溜めの一部は、閉じ込め状態の沸騰に関与することができ、コアから液溜めへの熱交換を確立することによって、プロファイル（これは勾配と考えることができるが、必ずしも単調又は線形ではない）がもたらされる。内部に閉じ込められていることによる、コア内の液体の相変化により、コアからの熱伝達中に液体が気化する。
【００１２】
濃度プロファイルの最適化は、複数のパネルを提供し、少なくとも２次元で、それらのパネルの間に液溜めの一部を閉じ込めるそれらの間の間隔を選択することによってなされてもよい。例えばこれには、複数のパネルを提供し、少なくとも２次元で、それらのパネルの間に液溜めの一部を閉じ込めるそれらの間の間隔を選択することが含まれ得る。間隔は、供給物の特性に基づいて設定され得る。
【００１３】
この方法には、供給物の特性に基づいて、複数のパネルのパネル間の間隔、コア内のパネルの数、パネルの大きさ、コアの材質、コアの姿勢、パネルのその他の特性、及び液溜め中のコアの位置、並びにこれらの組み合わせのうち少なくとも１つを選択することが含まれ得る。
【００１４】
このシステム及び方法の作動により、コアの近くで、濃度プロファイルの変化の実質的にほとんどを含むアクティブ領域を確立し、並びに、このアクティブ領域への液体交換から実質的に除外された、アクティブ領域の下のトラップ領域を確立する。
【００１５】
熱伝達の最適化は、コアを液溜めに完全に浸し、濃度プロファイルの変更によりコアの効果的な核沸騰領域を制御又は変化させることによってなされ得る。液溜めより上の圧力の変化に対応して熱を付加することにより、液溜めの温度プロファイルを変化させることができ、また望ましい条件セットで安定性を得るようコンプレッサの仕事で均衡をとることができる。
【００１６】
本発明による方法の一実施形態において、プロセスには、第１領域の上の圧力変化に基づいて熱を付加することにより、第１領域の温度プロファイルを変化させることが含まれ得る。コアの沸騰領域の変化は、濃度プロファイルの変化により達成することができ、これは、液体の有効飽和温度、圧力、又はその両方の改変に使用することができる。液溜めは供給物に比べて鎮静であってよく、ここで鎮静であるとは、フローが概ね比較的遅く、乱流が局所的に限定され、全体に広がっていないことを意味する。
【００１７】
本発明による装置の一実施形態には、第１物質を含有する液体を含む供給物を受け取るよう適合された収容手段が含まれてもよく、ここにおいて第１物質は液体とは異なり、液体の中に溶解している。この収容手段は、液位と底レベルとを有する液溜めとして、供給物の集合を収容するように構成され得る。コアは、少なくとも部分的に液溜めに浸漬されていてよく、これにより液溜めと熱連通し、それとの直接的液体連通に対して密閉されている。
【００１８】
液溜め処理の手段により、液位と底との間の液溜め中の第１物質の濃度変化を反映した濃度プロファイルを形成することができる。この処理手段は更に、液溜めで生成された蒸気をリサイクルしてコア内の凝縮液に戻す圧縮手段を含むことができ、また液溜めに熱エネルギーを付加するための加熱手段（例えばヒーターなど）を含むことができる。この処理手段にはコンプレッサが含まれてもよく、これは、液溜めで生成された蒸気をリサイクルしてコア内の凝縮液に戻すためのリサイクル手段の一実施形態である。
【００１９】
収容手段は、池、タンク、河口域、容器等から選択され得る。コアには、液溜めと熱連通しており、それと間接的に液体連通しており（例えば、蒸気を受け取ることにより）、かつそれとの直接的液体連通に対して密閉されている、閉じたチャネルが含まれ得る。コアは、収容手段に対する移動に関して、移動可能であり得る。コアが閉じ込め状態沸騰を起こしているとき、移動によってコアのパネル間の間隔を調節することができる。コアの移動には、その向きの変更、閉じたチャネル間の間隔の変更等が含まれ得る。
【００２０】
液体として構成される媒体中において好適な熱交換器として構成された、本発明による装置の一実施形態において、熱交換器には、入口、出口、及び表面が含まれ得る。表面には、外側表面及び内側表面が含まれてもよく、入口と出口を備えた液体連通の内側容積を画定している。
【００２１】
表面は、内側容積から媒体（液体）への熱伝達を最適化するための熱抵抗を有するよう選択された材料で構築され得る。検討される材料の特性には、表面の幾何学的構造完全性を維持するのに有効であり、媒体を含む環境中で安定であるのに有効であり、媒体の沸騰中に有核化を最小限に抑えるのに有効であり、又はこれらの組み合わせに有効であるような熱膨張係数が含まれ得る。
【００２２】
入口は、外側表面で生成されたリサイクル蒸気を内側容積中に導くことができ、この外側表面は、内側容積からの熱を、媒体が接触しているときに外側表面に形成されている境界層に伝える。例えば、この材料は、金属、ポリマー、複合材料、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。１つの好適なポリマーはフッ化炭素ポリマーであり、例えば、テトラフルオロエチレン（例えばポリテトラフルオロエチレン）である。
【００２３】
材料は、化学的に不活性で、媒体に対して非反応性であるよう選択され得る。また、媒体中に生じる化合物の付着を最小限に抑えるよう選択され得る。
【００２４】
蒸気再圧縮のためのプロセスを改善するための方法には、プロセスを実施するために、サブユニットとして併合可能な複数の作業を含むプロセスを選択することが含まれ得る。蒸気の源に溶かした物質の濃度プロファイルは、その濃度プロファイルの影響を判定することに関連付けて測定することができる。これは、１組の操作パラメータを有する複数の作業のうち少なくとも１作業について評価することにより、行うことができる。
【００２５】
複数の作業から選択された標的作業は、その評価に基づくことができる。標的作業を制御するための制御パラメータを選択し、その制御パラメータを変更することにより、濃度プロファイルの操作を開始することができる。制御パラメータは、特定の実施形態について、質量流量、機械的仕事、熱エネルギー、熱慣性、これらの変化率、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。他の実施形態において、より大きな群を検討することができる。
【００２６】
評価には、プロセス中の液体を移動させるポンプ、蒸気の源から蒸気を圧縮するコンプレッサ、及びその蒸気の源に熱を付加するヒーターを、逐次的に評価することが含まれ得る。これらの対処以上のことを含める必要はないが、蒸気の源の応答時間（例えば熱慣性）の評価を含めることができる。
【００２７】
一実施形態において、評価は、第１に、プロセス中の液体を移動させるポンプ、第２に、蒸気の源から蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び第３に、その蒸気の源に熱を付加するヒーター、を順に連続して評価することも含まれ得る。これらは、実際に液体を移動させ、蒸気の源から蒸気を圧縮し、蒸気の源に熱を付加しているときに、評価することができる。
【００２８】
この方法には、内部の構成要素、構成要素の時間的変動、供給源、送達メカニズム等のうち少なくとも１つについて、供給物を分析することが含まれ得る。この方法には、ポンプ、コンプレッサ、ヒーター、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する制御を変更させることが含まれ得る。これにはまた、プロセス内の作業に対応する温度、圧力、流量、動力、及び濃度のうち少なくとも１つを検出するセンサーを提供することも含まれる。これには、気圧、温度、風、湿度、及びこれらの組み合わせから選択される周囲条件を測定することが、有益に含まれ得る。
【００２９】
評価には、プロセスへの実質的に全て（又は全て）のエネルギー入力、及びプロセスからのエネルギー出力を測定することが含まれ得る。よってこの方法は、プロセスへの実質的に全ての入力エネルギーとプロセスからの実質的に全ての出力エネルギーとの均衡をとることも含まれる。作業のうち少なくとも１つに対してエネルギー伝達を提供するエネルギー回収作業を追加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明の上記並びにその他の目的及び機能は、下記の説明及び添付の請求項を、添付の図面と併せて考慮することによってより完全に明らかになるであろう。これらの図面は本発明の典型的な実施形態のみを示していること、並びに、したがって本発明の範囲を制限するものではないと見なされるべきことを理解して、本発明は添付の図面の使用を通じてより詳しい具体性と詳細を伴って記述される：
【図１】本発明による制御勾配蒸気再圧縮システムの概略ブロック図。
【図２Ａ】主要装置の機能及びパラメータの操作のためにセンサー及びコントローラを実装した、図１のシステムの概略ブロック図。
【図２Ｂ】制御の最も内側レベルと最も外側レベルを示した、制御システムの概略ブロック図。
【図２Ｃ】表面の乱流活動の干渉なしに、本発明によるタンク内の液位を検出するためのメカニズムの概略図。
【図３】図１〜２のシステムの構成要素のオプション構成の様々な実施形態の概略図。
【図４】熱及びブラインの対流プロセスの活動を示す、図１の装置及び方法によるタンク内のコアの概略図。
【図５】タンクの液位と出口レベルの間での、図１のシステムのタンク内における全溶解固体間の関係を示したグラフ。
【図６】図１のシステムにおける、図５のタンクの濃度勾配又は密度勾配における正規化された全溶解固体の増加を示す曲線のグラフ。
【図７Ａ】図１のシステムにおいて、図４のコアを備えた、図５のタンク内の高さに対する温度のグラフ。
【図７Ｂ】製造用ブラインなどの不純な液体における飽和温度を支配するラウールの法則の記述。
【図７Ｃ】蒸気の圧力上昇に対する、コンプレッサにおける蒸気の温度変化を示す、クラウジウス・クラペイロンの式の記述。
【図７Ｄ】複数の気体を含有する容器内の分圧の、ドルトンの法則の記述。
【図７Ｅ】平衡にある液体上の吸収された非凝縮性気体の濃度の分圧に対するその気体の濃度を支配する、ヘンリーの法則の記述。
【図８】図１〜７による一実施形態の装置の斜視図。
【図９】本発明による装置及び方法において、ブラインが初期供給水濃度レベルから出口ブライン濃度レベルにまで濃縮されている、一実験の入力変数を示す表。
【図１０】図１〜９のシステムのタンク内の液位に対する正規化された全溶解固体の増加を示す、図９により概要が示され、かつ図８のシステム内に実装された、濃度又は密度勾配変化を表わす曲線を示すグラフ。
【図１１】図９〜１０の実験における飽和温度を示すグラフであり、従来の完全混合熱交換システムの予測性能と比較されている。
【図１２】図２Ａ〜２Ｂに示された制御レベルによる、図１〜１１のシステムを制御する方法の概略ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の構成要素は、本明細書において概ね説明され図面に示されているが、様々に異なる幅広い構成に配置及び設計され得ることが容易に理解されよう。よって、図示されているように、下記に示す本発明のシステム及び方法の実施形態のより詳しい説明は、本発明の範囲を制限するものではなく、単に本発明の様々な実施形態を表わすものである。本発明の例示されている実施形態は、図面を参照することによって最も良く理解されるであろう。全体を通してこれらの図において、同様の部分は同様の数字で示されている。
【００３２】
本明細書に使用される用語は、広義に理解及び解釈されるものとする。ただし、例として代替の具体的な用語が使用される場合があるが、これらはより広義のものとして解釈されるものとする。例えば、溶媒又は液体には水が例として挙げられるが、これは、任意の溶媒、液体、物質、媒体、担体等として解釈することができる。同様に、数多くの物質が、そのような担体中に溶質として溶解していてもよい。溶質は、本明細書において混入物質と呼ばれることがあるが、混入物質は単に、分離可能なものを指すものであって、更に蒸留の際に望ましい物質であるものも指す。溶媒又は液体は、本発明による分離プロセスによって処理される任意の流体と考えることができる。
【００３３】
溶質は、溶媒又は担体中に溶解している液体、固体、イオン、合成、天然、鉱物性、動物性、植物性、又はその他の物質であり得る。よって、用語ＴＤＳは、溶媒としての担体中に溶解した溶質を一般的に指す一例である。溶質及び溶媒は、食品加工、産業用処理流体若しくは排水、アルコール蒸留、製糖、石油掘削若しくは製造流体、飲料水処理、鉱業排水若しくは鉱屑処理、原子力冷却水若しくは廃棄物液体処理、流出液若しくはその他の集水フローの処理、又はそれに類する分野において生じ得る。ブラインは、一般的には水に固体及びイオンが溶解したものに適用される例示的な用語であるが、溶媒中に溶質が溶けた任意の溶液を指す。
【００３４】
コア材料は、金属、合金、ステンレス、ポリマー、エラストマー、その他の材料、複合材料、又はこれらの組み合わせにわたる任意の好適な材料であり得る。コアは、パネル間の間隔を変えるベローズ構造を有していてよく、あるいは、位置決め、枢動、傾き（例えば、任意の軸の周りのロール、ピッチ、若しくはヨーの姿勢）、スライド、又はその他、位置決めによりコアパネルの構成を最適化するのを支持するその他の変化物を有していてもよい。そのようなコアは、蒸気再圧縮、蒸発器蒸留システム、多重効用蒸発器、及びその他の処理システムなどのプロセスにおいて有用であり得るが、ただし工業的状況によっては困難であることもある。
【００３５】
本明細書で記述されるコアは、いくつかの理由から、自動車用途のような「ラジエータ」とは異なる。例えば、そのようなラジエータを通る空気は、収容されている冷却された液体とは全く無関係のフローである。一方、蒸気再圧縮では、液相から蒸発した蒸気相が、コンプレッサを通過し、沸騰物を収容する壁自体の外側で凝縮されて液体に戻る。
【００３６】
鎮静とは、フロー間で相対的なものであり、フロー又は動きが完全になくなった状態を意味するものではなく、それ自体と比較したフロー、及びその機能の従来のフローと比べて、ずっと遅い動きであることを意味する。核沸騰は、表面の有核点で開始された沸騰に限定されるものではなく、蒸気圧を超えたことによる沸騰も含む。閉じ込め状態沸騰とは、熱伝達の技術分野の用語であり、その通常の意味で使用される。また、少なくとも１次元で閉じ込められた空間における核沸騰を意味することも理解されよう。
【００３７】
同様に、流体には、全ての気体、蒸気、液体、及び液体状のフローが含まれる。熱連通のシステム又は装置とは、そのシステムが熱交換可能であることを意味し、また流体連通のシステム又は装置とは、そのシステムが流体交換可能であることを意味する。流体の閉じ込めには、自然的又は人工的なあらゆるものが含まれてよく、池、湖、川、及びその他河口域からライナーを設置した池、タンク、容器、パイプ、導管等まで含まれ得る。
【００３８】
勾配とは、一特性を意味する（空間又は時間などの別の一変数の変化に対する温度又は濃度などの一変数の変化）。これは線形であるとは限らず、また単調（変化が常に単一方向）であるとも限らない。特性はしばしば、システムの動力学により局所的な変動を伴った、一方向である傾向がある。典型的には、特性は活性領域（複数のフローの間で、熱伝達、質量輸送、又は両方が活発に起こっている領域であり、何らかの閉じ込めを通過してある位置から別の位置へと流れるだけではない領域）において、より劇的に変化する。動的な勾配又は動的な特性は、本発明の操作によって確立される特性であり、局所的な変化、時間若しくは条件に伴う変動、又はそれらの組み合わせの対象となる。
【００３９】
図１〜１２を全体的に参照しながら図１を参照し、本発明によるシステム１０は、恒久的な設置物において設置することができ、又はコンテナ化することができる。システム１０の基本的要素には、タンク３０が含まれ得る。
【００４０】
図示されている実施形態において、タンク３０には、溶解した固形物の濃度勾配をその中で確立しているブライン２３が含まれる。タンク３０は元々、供給タンク３２からライン３３を通って供給される。一般に、本明細書において、参照番号による物品の任意参照には、そのような番号を有する物品の一般的包含が含まれる。参照番号の後に付いている文字は、その参照番号によって指定されている物品の具体的な例を示す。よって、システム１０には複数のライン３３が含まれ、これには例えばライン３３ａ、３３ｂ、３３ｃ等が含まれる。
【００４１】
供給タンク３２は、ライン３３を通ってセパレータ３４にフロー３５を供給する。フロー３５は典型的に、セパレータ３４内で前処理される。一実施形態において、セパレータ３４は、例えば、揮発性物質除去のための前処理システムとして構成され得る。
【００４２】
本発明による方法の一実施形態において、システム１０は、ブライン２３を未濃縮状態で供給タンク３２に導入することによって使用することができる。これは、坑口から直接来るか、又は様々な石油製造施設から特定の場所に運ばれ得る。図示されている実施形態において、供給タンク３２は、ライン３３を通してブラインを前処理システム３４へと送り込み、この前処理システムは典型的に、揮発性物質セパレータ３４として機能する。前処理システム３４の他のプロセスには、付着物、スケール堆積、腐食等を低減するために様々な薬品を添加することが含まれ得る。
【００４３】
例えば、供給タンク３２が受け取るブラインは、数多くの物質を含み得る。分散原油製品は典型的に、加熱により気化する揮発性物質である。これらは、Ｃ６からワックス、タール、パラフィン、並びにパラフィン可溶性有機化合物までにわたる原油留分であり得る。有機炭化水素のガソリン及びディーゼル燃料範囲も、少量含まれ得る。同様に、多環式芳香族化合物などの様々な芳香族も含まれ得る。ＢＴＥＸ化合物は珍しくはない。同様に、メタノール、フェノール類、及びメタンが同じく含まれ得る。
【００４４】
これらの有機炭化水素ばかりでなく、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含む様々な形態の硫黄もまた含まれ得る。硫酸塩は固体表面に永久的なスケール堆積を起こす傾向があるため、これらはとくに問題となり得る。硫酸塩によるスケール堆積を低減するため、ブライン２３にスケール阻害剤を導入して、供給タンク３０をクリーンに維持しなければならない。これらは必ずしも必要ではないが、硫黄化合物を含有するブライン２３には強く推奨される。
【００４５】
同様に、シリカ、粘土、及びその他の無機物質が、大量あるいは少量、溶解又は未溶解の状態で含まれ得る。典型的に、シリカ及び粘土は未溶解であり、粒子を形成し得る。同様に、様々な塩も含まれる。塩には、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、及びカリウムにわたるカチオンが含まれ得る。上記のカチオンに対応し得るアニオンには、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩等が含まれ得る。典型的に、硝酸塩は高濃度では存在しない。一方、炭酸塩は、比較的大量又はより多くの量でブライン２３に到達する。
【００４６】
前処理システム３４で添加される処理薬品には、例えば、アンモニウム、様々な窒素化合物、ゲル、発泡剤等が含まれ得る。同様に、別のイオンとしては、ストロンチウム、水銀、鉛、クロム、セレン、鉄、バリウム等が含まれ得る。ウラン、ラジウム等の自然に存在する様々な放射性物質も含まれ得る。ホウ素が含まれることも珍しくない。
【００４７】
いくつかの実施形態において、固体、気体、液体、又は同様物であるかどうかを問わず、その他の混入物質を除去するために、様々なタイプのセパレータ３４が配置され得る。そのような前処理システム３４は、前処理製造ブラインの科学分野において、数多くいたるところに存在する。
【００４８】
例えば、Ｓｅａｒｓは、米国特許第５，９６８，３２１号（１９９９年１０月１９日発行）名称「Ｖａｐｏｒ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」（これは参照により本明細書に組み込まれる）において、前処理プロセス及び装置を含む蒸留システムを開示している。同様に、Ｋｒｅｓｎｙａｋらは、米国特許第６，３５５，１４５  Ｂ１号（２００２年３月１２日発行）名称「Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｆｏｕｌｉｎｇ」（これは参照により本明細書に組み込まれる）において同様に、前処理のための様々なプロセスについて検討している。
【００４９】
フロー３５は最初に、前処理システム３４又はセパレータ３４から、熱交換器３６を通過する。この熱交換器はブライン熱交換器と呼ばれる。ブライン熱交換器の機能は、タンク３０を出るブライン２３から熱を除去し、タンク３０を流れるフロー３５へとその熱を回収することである。
【００５０】
最終的に、ブライン熱交換器３６によって熱が抽出された濃縮ブラインは、ブラインタンク３８に廃棄される。このブラインタンク３８は、ブラインを運び出すか、ブラインを蒸発池へと流し込むか、鉱物を得るためにブラインを更に処理するか、加熱ないしはその他の方法でブラインを乾燥させるか、又はその他の廃棄方法によって、内容物を空にすることができる。
【００５１】
図示されている実施形態において、留出物取扱いシステム４０は、ブライン熱交換器３６及びブラインタンク３８の反対側で作動している。すなわち、例えば、留出物取扱いシステムは、システム１０から（具体的には蒸発したタンク３０から）の産出物として蒸留水を受け取る。留出物取扱いシステム４０には、蒸気トラップ４１が含まれ得る。蒸気トラップ４１は、単純又は複雑なものであってよく、かつ、液体トラップ（例えばＰトラップ）のように典型的に機能する。すなわち、液体カラムは、流入する蒸気の圧力に負けない液体カラムが維持されるように、ライン３３内に閉じ込められて上下両方を横断する。
【００５２】
留出物タンク４２は、コア２０の閉じたチャネル２４から凝縮した全ての留出物を回収するよう機能する。しかしながら、実際的な事項として、特に制御の問題を考慮し、留出物リザーバ４３が最初に蒸気トラップ４１からの留出物を受け取ることができる。したがって、留出物リザーバ４３は、留出物のレベル又は生成速度を調べるために使用することができる。
【００５３】
留出物は、留出物リザーバ４３に回収された後、次にこの留出物から熱を抽出するよう構成された熱交換器４４に送られ、その熱を、タンク３０に供給している供給入力ライン３３ａに送る。図示されている実施形態において、留出物熱交換器は、固定された流量で両方向に作動することができる。
【００５４】
例えば、供給タンク３２から供給されるブラインは、留出物熱交換器４４を通過する供給Ｆ１と、ブライン熱交換器３６を通過する供給Ｆ２とに分割され得る。よって、Ｆ１は留出物からの熱を受け取り、タンク３０中のブライン２３の温度にできるだけ近い妥当な温度に予熱を行う。同様に、供給タンク３２からブライン熱交換器３６を通過する供給は、その供給タンクからブラインタンク３８へと向かって最大濃度で吐出されるブラインから熱を抽出する。このＦ１及びＦ２の予熱により供給温度が上昇し、かつ、さもなければ留出物タンク４２とブラインタンク３８でそれぞれ排出されることになっていたであろう熱が回収される。
【００５５】
図示されている実施形態において、留出物取扱いシステム４０には、レベル制御４５が含まれる。このレベル制御４５は、リザーバ４３内の留出物レベルを検出することによって作動する。レベル制御４５の出力に従って、システム１０は、留出物の一定のフローを維持するよう、特定の作動パラメータで調節され得る。
【００５６】
図の実施形態において、この留出物の、留出物取扱いシステム４０から留出物熱回収システム４７を通って留出物タンク４２へと流れる留出物の流出は、固定された流量で稼働することが企図される。本発明による装置及び方法の利点の１つは、留出物の流出流量が固定できることである。同様に、流入するブライン質量流量もフロー３５で固定することができ、供給タンク３２から流入するブライン濃度にかかわらず、かつブラインタンク３８に廃棄されるブライン濃度レベルにかかわらず、フローＦ１、Ｆ２の間で分割され得る。
【００５７】
レベル制御４５の様々な実施形態を実施することができる。例えば、後述の図２Ｃは、蒸気コンパートメントと液体コンパートメントとの間、又はタンク内の蒸気領域と液体領域との間で機能させるのに好適であり、同時に、ゲージの蒸気側からのベント又はその他の凝縮除去システムの必要なしに、正確で、再現性があり、信頼できる測定値を提供するような、レベル制御メカニズムの一例を示している。
【００５８】
タンク３０中にあるブライン２３の蒸発のためのエネルギー源は、複数の源に由来する。実際的な事項として、補助熱源４６はタンク３０内の温度を適切なレベルまで上昇させるため、ブライン２３を供給する熱を提供する。一方、ブライン熱交換器３６及び留出物熱交換器４４は、それぞれタンク３０に入るＦ２及びＦ１の温度を上昇させるため、流出ストリームから熱を回収する。
【００５９】
よって、留出物熱回収システム４７はライン３３ａへの回収熱源であり、ブライン熱回収システム８０はライン３３ａのフロー３５ｃへの回収熱源である。エンジン排気回収など他の熱回収システムも、採用することができる。実際の熱源は典型的に、補助熱源４６から熱を提供するヒーター７０のみを含み、これが単にシステムの損失を補って克服するよう稼働する。
【００６０】
タンク３０は、レベル制御４８を含んでいてよく、これは、留出物リザーバ４３上のレベル制御４５と同様であってよく、又は全く異なるものであってもよい。これらのレベル制御４５、４８はそれぞれ、システム１０の他の部分とは実質的に独立に稼働し得る。ただし、特定の実施形態において、レベル制御４５、４８は、質量保存による質量流量に一致するよう、ライン３３ａを通る供給３５ａを制御するため直接的に稼働し得る。
【００６１】
システム１０の適切な場所での補助的オプションの１つは、蒸留カラム４９であり得る。一部の製造水源においては、回収部内のより重い物質（例えば蒸留水）を除去する一方、上側の精留部分内のより軽い構成成分（例えばメタノール等）を分離するために、蒸留カラム４９を実装することが有用であることが見出されている。よって、蒸留カラム４９は、システム１０を用いる具体的な現場に応じて含めても含めなくともよい、オプションの要素である。
【００６２】
コンプレッサ５０は、タンク３０で発生したブライン２３中の蒸気２７を圧縮し、ブライン２３の上方で回収する。コンプレッサ５０は、圧力上昇に対する温度上昇に関係するクラウジウス・クラペイロンの式に従い、蒸気２７の圧力を上昇させる役割を担う。したがって、蒸気２７はコンプレッサ５０を通過し、コア２０のマニフォルド１９へと戻される。
【００６３】
コンプレッサ５０下流の圧力は、導管１８、マニフォルド１９ａ、及び閉じたチャネル２４において実質的に同じである。コンプレッサ５０の上流側と下流側との間の圧力差は、より高い飽和温度に対応して飽和圧力をもたらす。
【００６４】
熱は、圧縮された蒸気の閉じたチャネル２４と、ブライン２３内の開いたチャネル２２との間の温度差により伝達される。閉じたチャネル２４内の飽和蒸気２７の凝縮熱が、ブライン２３に伝達される。
【００６５】
いくつかの実施形態において、蒸気取扱いシステム５２は、タンク３０の上部又はその近くに取り付けることができる。図示されている実施形態において、蒸気取扱いシステム５２には例えば、霧除去器５４が含まれ得る。典型的に、霧除去器５４は水滴を除去する役割を担い、その水滴は、蒸気２７からのブライン２３の液滴を捕らえて、溶解した固体をコンプレッサ５０へと持ち込む危険性をもたらす可能性がある。
【００６６】
蒸気取扱いシステム５２の様々な実施形態が考えられる。霧除去器５４の他に、例えば脱気器５６を、蒸気取扱いシステム５２の一部として含めることができる。この段階の脱気器は過剰に大きいものである必要はなく、また、かなりの量の蒸気２７を脱気させる必要もない。
【００６７】
例えば、実験のために構築されたある装置及び方法において、留出物タンク４２内に留出物が１日当たり約１５９００リットル（１００バレル）製造される場合、脱気器５６は従来の化学工学原理によって大きさが決められる。後述するように、分圧及び物理定数により、液体内の非凝縮性蒸気又はその他の蒸気の濃度に関するヘンリーの法則によれば、約２０リットルのリザーバが必要となる。したがって、脱気器５６は、稼働中に１日当たり約１回、約５リットルだけ脱気する必要があった。
【００６８】
一般に、タンク３０中のブライン２３の上のプレナム５８は、霧除去を強化するため、蒸気２７の滞留時間又は蓄積時間を提供するような大きさにすることができる。数多くのメーカーが、定容量型、容積式等のコンプレッサを製造している。例えば、Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ  Ｒａｎｄ、Ｄｒｅｓｓｅｒ、及びその他の企業が、本発明によるシステム１０における適用に適したコンプレッサ５０を製造している。同様に、プレナム５８はコンプレッサ５０の定格に従って大きさを決めることができる。
【００６９】
最終的には、ブライン２３は、ブライン２３を沸騰させ蒸発させて蒸気２７にすることによって、濃縮される。蒸気２７がブライン２３から泡となって放出されて、プレナム５８に入るにつれて、ブライン２３内の残存溶解固体が、気化した泡の周辺領域で増加する。この周囲のブライン２３中における溶解固体のこの増加により、高密度となり、より密度の高いブライン２３の最終的な下流フローが生じる。
【００７０】
最終的に、タンク３０は濃度プロファイル又は勾配を確立し、ここにおいて最低濃度のブライン２３は、ブライン２３と蒸気２７との界面に存在する。したがって、最も重い、又は最も濃縮されたブライン２３は、タンク３０の出口レベルに確立される。システム１０の機能は、ブライン２３を、供給タンク３２に存在する任意の濃度から、より高濃度に濃縮することである。
【００７１】
ブライン２３がプレナム５８で収集される蒸気２７に水を奪われるにつれて、形成される全ての泡の周囲で、局所的な濃縮プロセスが起こる。この局所的な濃縮により、軽いブラインに対して重いブライン２３が局所的に沈下する。
【００７２】
例えば、供給タンク３２中のブライン２３は、ブラインタンク３８中のブラインよりも、溶解固体が少なく、１立方インチ又は１立方センチメートル当たりの重量が軽い。泡の局所性により、気化する泡のそばで密度差が形成される。泡は、そのシェア分の溶解固体を後に残し、これがブライン２３中の周囲の液体水分子に吸収される。最終的に、閉じたチャネル２４から伝達された熱により、開いたチャネル２２内に生じる加熱及び蒸発の持続的なプロセスによって、各開いたチャネル２２内で継続的な濃縮プロセスが生じる。
【００７３】
直接的な結果として、より重く、より濃縮されたブライン２３が下に移動して、同様に揺動された沸騰中又は沸騰に近い状態の近隣液体の中で、密度均衡を追求する。これにより、安定状態において、溶解固体の最大濃度はタンク３０の出口に存在し、溶解固体の最小密度及び最小濃度はブライン２３とプレナム２７との間の界面に存在する。これは、実験において示されている。
【００７４】
濃縮物取扱いシステム６０は、タンク３０から流出する濃縮されたブライン２３を取り扱う役割を担う。図示されている実施形態において、濃縮物取扱いシステム６０には、スラリー取扱いシステム６２が含まれる。このスラリー取扱いシステム６２は、スラッジ、又はその他の液体中高濃度で懸濁する固体を形成し得る、高密度の沈殿物等の物品を取り扱う役割を担う。したがって、そのような物質は、タンク３０のブライン２３から分離することができ、ブラインタンク３８内のブラインとは異なる廃棄場所に導くことができる。
【００７５】
同様に、リザーバ６４は、沈殿タンク６４及び濃縮器６４として機能することができる。実際的な事項として、最大の層構造を有する又は生じる濃縮は、例えば沸騰蒸発などの濃縮活動が見られる領域において起こる。図示されている実施形態において、そのような領域は、開いたチャネル２２内の領域である。一方、リザーバ６４は、濃縮物が沈殿領域として機能し得るいかなる加熱又は蒸発メカニズムを欠いており、典型的に更なる濃縮は実質的に起こさない。
【００７６】
同様に、ブライン濃縮システム６０には、スラリー取扱いシステム６２内に様々なメカニズムを含めることができ、これらは沈殿物及びその他の固体を、様々な構成要素の壁面、底面等から除去するのに役立つ。
【００７７】
固体除去装置は当該技術分野において既知であり、振動システム、掻き落としシステム、オーガー、これらの組み合わせ等が挙げられ得る。最終的に、スラリー保持システム６６は実際に、スラリー取扱いシステム６２からバルブによって分離することができ、スラリー保持システム６６への固相線フローの短く定期的な排出のみを受け取る。そのようなシステムは、手動又は自動であり得る。
【００７８】
前処理システム３４を通過した後、ブライン２３は、フロー分割器７４（例えば、ライン３３ａを通過する供給３５ａによって示されているように、供給タンク３２から流れるライン３３内の全体フローをＦ１及びＦ２へと分割するバルブ又はバルブシステムなど）を通過し得る。このフロー分割器７４は、留出物熱回収システム４７への一定フローと、ブライン熱交換器３６への可変フローとを維持する役割を担う。これらのフローの相対的な比率の制御について、下記に記述される。
【００７９】
図示されている実施形態において、ライン３３ａを通るフロー３５ａは、２つのフローを表わす。留出物熱交換器４４を通過する固定流量は、留出物熱交換器４４を通過する留出物の固定フローに一致する。
【００８０】
一方、供給タンク３２からの、ブライン熱交換器３６を通過する新鮮なブラインは、調節可能であり、タンク３０から出てライン３３ｃを経てブライン熱交換器３６に入るブライン濃縮物のフローに比例する。全ての場合において、典型的に定容量型ポンプ７６を用いて制御される定量ポンプをライン３３中に配置して、タンク３０に出入りするフロー３５の流量を制御することができる。例えば、供給ポンプ７６ａは、供給タンク３２から留出物熱交換器４４を通過するブラインの流量を制御することができる。
【００８１】
同様にポンプ７６ｂは、Ｆ２、すなわちブライン熱交換器３６からタンク３０中のディフューザ６８へと通るフロー３５ａを制御する。同様に、ブラインポンプ７６ｄは、タンク３０からブライン熱交換器３６を通る濃縮ブラインの供給を制御することができる。ポンプ７６ｃは、留出物熱交換器４４への留出物フローを制御することができ、かつブラインポンプ７６ａの質量流量に合わせることができる。
【００８２】
図１〜１２を全体的に参照しつつ、引き続き図１を参照し、本発明によるシステム１０は典型的に、予熱されたブライン２３を、ライン３３ａを通過してディフューザ６８へと供給する。ディフューザ６８は、図３の様々なオプションで記述される。どのメカニズムを選択した場合でも、ディフューザ６８は、ライン３３ａからのブライン２３をコア２０の最大範囲にわたって分配できるような方法で、ブライン３３ａを分配する効果を有する。
【００８３】
例えば、タンク３０中のコア２０の断面積又は底面積は、特に関心のある領域を示す。この面積は、全ての開いたチャネル２２の底部開口部を表わす。したがって、ディフューザ６８は、コア２０内にライン３３ａのフロー３５ａを分配する役割を担い得る。全てのフロー３５ａが単一の開いたチャネル２２を通過する場合、コア２７の効率は、コア２０の全ての開いたチャネル２２がフロー３５ａの一部を受け取る、妥当に平等な機会を有する場合に達成されるものとは異なる。
【００８４】
補助ヒーター７０は、熱源４６又は補助熱源４６から受け取った熱を付加する役割を担う。図示されている実施形態において、補助ヒーター７０はコア２０の底部の下に配置される。
【００８５】
特定の実施形態において、補助ヒーター７０はタンク３０の中ではなく、タンクの壁３１に面して配置することができる。同様に、補助ヒーター７０は、ディフューザ６８に対して、補助熱源４６が熱を、ディフューザ６８内に流れ込む流入ブライン３５ａにではなく、タンク７０の底部の濃縮されたブラインに直接供給するように、それぞれ配置することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態において、ディフューザ６８は必要ではない場合がある。他の場合において、補助ヒーター７０で流入ブライン３５ａを加熱する方法と、あらゆる熱を運ぶ利点なしにコア２０の上部までの塩水対流（ＴＤＳ含有物対流）に起因する流入ブラインフロー３５ａの単なる上昇を可能にする方法との間で、工学的選択を行うことができる。
【００８７】
図１において、ディフューザ６８は、補助ヒーター７０より下のレベルに配置される。よって、ディフューザから出る流入ライン３３ａからのフロー３５ａは、補助ヒーター７０によって形成された、加熱されたブラインの層を通り抜ける。これにより、タンクのブライン２３を加熱するための熱伝達メカニズムが提供される。いくつかの実施形態において、補助ヒーターは実際に、ディフューザの中に配置され得る。他の実施形態において、補助ヒーター７０は、タンク３０の壁３１の内部又は外部に取り付けることができる。他の実施形態において、補助ヒーター７０は実際に、タンク３０への供給を行うライン３３ａ中に取り付けることができる。
【００８８】
システム１０をモニターし、続いてその制御作業をモニターするために、センサー７２をシステム１０内に設置することができる。センサー７２には、圧力、温度、溶解固体の濃度、それらの組み合わせ等をモニターするセンサー７２が含まれ得る。システム１０において、濃度は、濃度のたとえわずかな差であってもそれによって、熱伝達及び物質伝達（例えば、蒸発及び凝縮）を効果的に改善する。よって、温度、圧力及び濃度の測定は、ブライン２３と蒸気２７中の制御パラメータとして重要である。システム１０の制御には、複数のこれらセンサー７２が必要になり得る。
【００８９】
にもかかわらず、コンプレッサ５０、ライン３３、導管１８、及びその他の設備等の物品では、圧力はシステム１０全体にわたって異なることがある。一方、システム１０がほぼ飽和圧力及び濃度で作動しているために、温度が圧力の指標となり、またその逆も言える。よって、確立された機能関係に従って、それぞれを検出することができ、アクティブ制御を行うため工程を実施することができる。
【００９０】
溶解固体の濃度プロファイル（勾配とも呼ばれることがある）は、タンク３０のブライン２３内に確立され、よって局所的な密度はこの濃度によって示され得る。したがって、プレナム５８内でのあらゆる圧力変化とともに密度変化、高さ変化は、合わせられて、混合タンク３０で生じ得るよりも、タンク３０全体の点での圧力及び飽和温度の変化が比較的大きくなり得る。よって、モニター及び制御システムは、センサー７２を読み取り、そのデータをアクチュエータデバイスに供給する場所に配置され得る。
【００９１】
図示されている実施形態において、センサー７２ａは、タンク３０の自由流動ストリーム又はバルクに曝された、開いたチャネル２２内に配置される。センサー７２ｂは、閉じたチャネル２７内に配置される。センサー７２ｃは、タンク３０内の壁３１近くの状態を検出する。センサー７２ｃは壁に配置され得るが、より典型的には、壁３１から間隔をあけて、ただし壁３１に対して取り付けられて、ブライン２３に配置される。センサー７２ｄは、プレナム５８内にあって、その中の状態を検出する。
【００９２】
同様に、蒸気取扱いシステム５２内のセンサー７２ｅは、その中の状態を検出し、一方センサー７２ｆは、タンク３０の底部に濃縮された最も重いブライン２３をモニターする。センサー７２ｆを内包する領域は、その中にアクティブなコア２０の任意の部分を含んでいないが、システム１０の制御において重要であり得る。
【００９３】
コンプレッサ５０は、その上流又は流入側にあるセンサー７２ｇによって、及びその下流又は流出側にあるセンサー７２ｈによって、モニターされ得る。周囲条件は、周囲及び大気条件を検出する環境に配置された、タンク３０の外側にあるセンサー７２ｊによってモニターされ得る。
【００９４】
導管１８は、プレナム５８から蒸気２７をコンプレッサ５０へと運び、このコンプレッサ５０から、閉じたパネル２４又は閉じたチャネル２４のプレナム１９ａへと運ぶ。閉じたチャネル２４内の蒸気２７は最終的に凝縮して、閉じたチャネル２４の底部に凝縮液２５を形成する。最終的に、閉じたチャネル２４の下側プレナム１９ｂは、完全に液体で充填され得る。
【００９５】
にもかかわらず、一部の蒸気２７が閉じたチャネル２４の底部で留出物２５又は凝縮液２５を通って循環することが可能である。したがって、閉じたチャネル２４から蒸気トラップ４１へのフローには、凝縮液２５の気相と液相の両方が含まれ得る。
【００９６】
一方、レベル制御４５は、リザーバ４３中の凝縮液２５のレベルをモニターする。最終的に、ポンプ７６ｃで制御されるリザーバ４３は、留出物を留出物熱交換器４４に通過させ、留出物タンク４２へと送り出す。
【００９７】
図１〜１２を全体的に参照しながら、図２Ａを参照すると、システム１０にはコントローラ８４が含まれ得る。一般に、コントローラ８４には少なくとも１つのプロセッサが含まれ、典型的には、コンピュータの完全な入力システム、出力システム、処理装置、メモリ等が含まれる。コントローラ８４はデータを受け取り、データを処理し、データを保存する等を行うことができる。コントローラ８４は、システム１０全体のセンサー７２からの入力を受け取る役割を担う。
【００９８】
具体的に、コントローラ８４は、温度、圧力、濃度等、及び流量等に関するデータの形式で、システム１０に関して上述した様々な構成要素から情報を受け取る。図示されている実施形態において、コントローラ８４は、複数回図示されているけれども、単一プロセッサ系システムであってよく、又は複数のプロセッサであってもよい。コントローラ８４は、統合型、分配型、又はその他の構成であり得る。コントローラ８４は、単一コントローラ、複数コントローラ、又はコントローラのシステム８４であり得る。
【００９９】
一方、コントローラ８４はまた、様々なポンプ７６へ、並びに補助熱源４６、補助ヒーター７０、又はその両方へと、コマンド信号を返信する役割も担う。コントローラ８４は、補助熱源４６からの熱入力と、コンプレッサ５０への電源入力とを制御することができる。
【０１００】
一般に、コントローラ８４は、システム１０内の様々な装置及び構成要素にコマンド８６を送るか又は出力８６をコマンド８６として送信し、これら及びその他の構成要素からの入力８８を受け取るか又は入力８８を読み込む８８。図示されている実施形態において、コントローラは同様に、例えばレベル制御４８等の構成要素、及びレベル制御４５からの入力を受け取る。しかしながら、典型的に、レベル制御４５、４８は、当該技術分野において周知の方法で、それらの内部で作動してレベルを直接的に制御する。
【０１０１】
図２ｂを参照し、制御スキーマ９０には４つのレベルの制御が特定されている。レベルゼロ９２において、制御システム９０又は制御スキーマ９０は、液体物質を制御するよう稼働する。よって、ゼロレベル９２はまた、液体質量制御９２とも呼ばれ得る。同様に、ゼロより上の、第１制御レベルは、蒸気質量制御９４である。液体質量制御は他の任意の制御システムとは完全に独立に作動できるが、スキーマ９０における基本的又はゼロレベル制御として組み込むことができる。
【０１０２】
同様に、第一レベル９４又は蒸気質量制御レベル９４は、プレナム５８内にあり、コンプレッサ５０を通り、コア２０の閉じたチャネル２４内に入る蒸気２７を取り扱う。これらは、コンプレッサ５０を通過する蒸気２７内の圧力及び温度に対する、コンプレッサ５０による作用に関する式に依存する。よって、レベルゼロシステムは液位の値を追跡及び制御のみ行う必要がある一方、蒸気質量制御９４はより高度な機能を担う。これは液位コントローラ４５、４８の液位を追跡し、これに応答して、システム１０への主要なエネルギー入力（コンプレッサ５０の価値）に対する制御を行うためにコンプレッサ５０も作動させる。
【０１０３】
第２レベル制御９６、又はエネルギー制御９６は、例えば補助ヒーター７０への熱など、システム内へのエネルギー入力の変化率を制御する役割を担う。したがって、エネルギー制御９６は、システム１０のタンク３０及びその他の構成要素内の温度、圧力、濃度等の条件から、式、アルゴリズム、コンピュータプログラムに基づいて作動しなければならず、システム１０のエネルギー制御の一環としてヒーター７０を介した熱調整に対する制御を行わなければならない。
【０１０４】
エネルギー制御の作業において重要なのは、タンク３０の応答時間が、時間単位、時には長時間にわたって測定されるという事実である。一方、プレナム内のセンサー７２ｇ、７２ｈにより報告される圧力は、数秒以内でコンプレッサ応答を促すことができる。よって、コンプレッサ５０は、引き込み電流で（よって、スピード又は速度で）調節することができる。ゆえに、体積流量は、ほぼ瞬間的に調節することができる。これに対して、エネルギー制御システム９６によるエネルギー追加は、はるかに長い時間にわたって、明らかにならない。
【０１０５】
一方、液位は、圧力計又はゲージで視覚的に観察することができる。しかしながら、エネルギーフローは通常、物理的に観察することはできず、システム１０内の変化率及び関連は明らかではなく、直感的でもない。
【０１０６】
制御の第３レベル９８、又はシステム予測制御９８は、その実施において、厳密にアルゴリズム的かつ計算的である。必要とされる技術レベルは高い。数多くのパラメータ、数多くのセンサー、熱力学的検討、物性等が全て、システム１０が作動している場所及び作動すべき場所のシステム予測制御９８によってアルゴリズム的判断に含められる。
【０１０７】
例えば、システム予測制御システム９８は、システム１０稼働履歴を含め、コントローラ８４内の全てのソースからの全データを再検討する役割を担う。システム予測制御９８は、補間、補外、又はその他の数値的方法解法を用いて、任意の値の部分的な差、変数の変化率、又は変数の変化率の変化率を含む複雑な式を解き、制御設定ポイントを正確かつ適切に予測することができる。これは、ヒーター７０、コンプレッサ５０、レベル制御４５、４８、ポンプ、及びその他の体積測定フローに対して制御を行い得る。
【０１０８】
システム１０は十分に丈夫で、弾力的でさえあり、入力の幅広い変動に対応することができる。例えば、全溶解固体が約１０，０００ｐｐｍ〜１５０，０００ｐｐｍ超までのブライン濃度率を、システム１０への入力として提供することができる。同様に、２００，０００ｐｐｍ超のそのような値の実質的にいかなる出力濃度でも対応することができる。
【０１０９】
この予測制御システム９８は、その構成要素へコマンド８６によって送られる制御パラメータのための、最適設定ポイントを計算することによって、システム１０に対する実質的な利点を提供し得る。これによりシステム１０は、最適のエネルギー効率、ブライン２３の留出物２５へのスループット等を得ることができる。
【０１１０】
図２ｃを参照し、ブライン２３と蒸気２７の間のタンク３０の蒸気−液体界面１００など、沸騰レジームにおける一般的な問題は、液面の可変性質である。計器９３の構成が、この問題を克服する。これは、制御スキーマ９０にとって重要であり得る。
【０１１１】
システム１０の一実施形態において、プレナム５８は、計器９３に圧力源を提供し得る。この計器９３は圧力差を検出することができ、これにより、コントローラ８４又は埋め込み処理によって、タンク３０中の液位１００の処理を提供することができる。同様に、そのような計器９３は、液位制御４５又は４８として埋め込み又は取り付けることができる。
【０１１２】
図示されている実施形態において、蒸気領域（この例ではプレナム５８）からのライン９５は、蒸気２７で満たされ、これは凝縮してライン９５を満たす。一方、タンク３０内のブライン２３はライン９７から供給され得る。２本のライン９５、９７はこれにより、任意の構成のゲージ９３（例えば圧力計）の両側に供給を行う。これは、圧力計、ゲージ、計器、又は同様物であり得る。同様に、ライン９７は、システムの他の場所にある他のゲージ９３に対する一般的参照としての役目も果たし得る。
【０１１３】
図３を参照し、本発明による装置１０の一実施形態において、タンク３０は、ディフューザ６８への流入フロー３５ａを受け取り得る。この流入フロー３５ａは供給タンク３２から受け取られ、前処理システム３４を通過し得る。現時点で好ましい一実施形態において、ブライン熱交換器３６を通過するブラインフロー３５ａは、ポンプ７６ｄによって制御及び駆動されるように、ライン３３ｃを通ってタンク３０から出るブライン２３からの熱を受け取る。そのような一実施形態において、熱交換器３６は、いくつかの代替構成のうち任意の１つでセットアップすることができる。
【０１１４】
一実施形態において、熱交換器３６は、単一の熱交換器として構成することができ、ここにおいて流入ブラインのフロー３５ａは、タンク３０の底部からライン３３ｃを流れる流出ブラインフロー３５ｃの方向に対して逆向きに流れる。そのような構成において、滞留時間、熱伝達係数、利用できる表面積等は全て、熱交換器３６が再構成されない範囲において、固定することができる。
【０１１５】
しかしながら、現在最も想到される実施形態において、流量３５ａ及びそれに対応する流量３５ｃは、制御変数として使用することができる。図２Ｂに示すように、エネルギー制御は典型的に、熱交換器３６によって予熱された流入ブライン２３に追加する熱の制御を含む。一方、図２Ｂのゼロレベル９４は、レベル制御を含む。これらレベルコントローラ４８の１つが、タンク３０中のブライン２３の液位１００を制御する。したがって、タンク３０へのフロー３５ａは、制御変数として使用することができる。
【０１１６】
説明されているように、留出物熱交換器４４を通る留出物２５の流出フローに対応した、留出物熱交換器４４を通る流量３５ａは、固定し、互いに一致させることができる。タンク３０中のブライン２３レベルを調節するための質量流量は、レベル制御４８による制御、並びにポンプ７６ｂ及び熱交換器３６を通るＦ２の流量を変えることによる制御であり得る。
【０１１７】
よって、ブライン熱交換器３６を通る流入フロー３５ａが比較的低い場合の条件下で、Ｆ２は、留出物熱交換器４４を通るフローの３分の１未満に減少し得る。そのような一実施形態においては、比較的小さな熱交換表面積が必要である。よって、単一の熱交換器３６に減らすのが適切であり得る。
【０１１８】
留出物熱交換器４４がＦ１から受け取るよりも大きな割合でＦ２内のフローをブライン熱交換器３６が受け取る場合、そのブライン熱交換器３６は代わりに、制御ポンプ７６ａでの熱交換器４４の流入フロー３５ａに比べて２倍以上の流入フロー３５ａの体積流量を運ぶことができる。
【０１１９】
よって、留出物熱交換器４４よりも（比較的）大きな流量がブライン熱交換器３６を通過する場合の条件で、より長い滞留時間、より大きな表面積、又はその両方を提供することが推奨され得る。同様に、フローが変わると、熱交換器の数、利用できる面積、滞留時間、又はこれらの何らかの組み合わせも変わり得る。
【０１２０】
再び図３を参照し、複数の熱交換器３６は、直列又は並列構成で構成されてよく、バルブシステムは、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上の熱交換器３６に係合するよう並列構成で提供され得る。このようにして、フロー３５ａ又はフロー３５ｃに過剰な距離を強いることなく、必要な数の熱交換器を係合させることができ、これにより、付加的な液体動的抵抗力がポンプ７６ｂ、７６ｄの出力によって克服できる。
【０１２１】
一方、直列構成に熱交換器を配列することにより、利用できる表面積は増大するが、フローは遅くなり、滞留時間が増大することがある。直列構成においては、圧力損失が比較的大きくなり得る。また、全てのフローが全ての熱交換器３６を通過するため、熱交換器３６間のフローを導くのにバルブを使用することはできない。
【０１２２】
フロー３５ａ、３５ｃの間の熱伝達に対応するため、システム１０に課され得る操作パラメータの範囲に応じて、単独、複数、直列、又は並列配置の熱交換器３６をライン３３ａ、３３ｃに構成することができる。
【０１２３】
参照のため、本発明による装置及び方法の一実施形態において、ブライン熱交換器３６を通る流量を６倍に変化させることにより必然的に、流速と流量プロファイルが変化した。その場合、フローは部分的に層流、かつ部分的に乱流であり得る。当業者には理解されるように、そのような変化は全体の滞留時間（この間に熱伝達が起こり得る）に影響し、熱交換器３６内のフロー３５ａ、３５ｃの間に存在する平均温度差の対数等に影響を与える。
【０１２４】
よって、留出物熱交換器４４は、システムが連続的に作動する間の流量出力に合わせて設計され得る。一方、ブライン熱交換器３６は、流出ブライン２３に対する流入ブラインのブライン濃度比により、システムを通る全体のフローに一致するよう、制御プロセスの役割を担わなければならない。
【０１２５】
図１〜１２を全体的に参照しながら、特に引き続き図３を参照し、本発明による装置１０のディフューザ６８は、フロー３５ａをタンク３０に導く役割を担い得る。いくつかの構成を考慮することができ、これらはそれぞれある程度異なる影響をもたらすことが見出されている。
【０１２６】
タンク３０は、タンク３０中の液位の上部での合計溶解固体の最低濃度から、タンク３０の底部での溶解固体の最高濃度に至る、濃度勾配を確立している。流入フロー３５ａと、タンク３０中のブライン２３自体との間で熱及び質量を交換するのに、２つのメカニズムが使用される傾向にある。
【０１２７】
タンク３０へのフロー３５ａの初期導入速度によって、流入フロー３５ａとタンク３０中で実質的に鎮静なブライン２３との間で、運動量が伝達される。よって、ジェット及びその後の上昇流と、タンク３０中のブライン２３との間で、質量が交換され得る。ジェットをタンク３０中のブライン２３と混合する際に、ジェットが周囲のブライン２３と相互作用して、よって混合し、広がり、ジェット内の濃度を増加させる際に、運動量伝達が起こる。
【０１２８】
同様に、力とエネルギーの誘導において全く異なるもう１つのメカニズムが、ブライン密度上昇流である。タンク３０中のより高密度のブライン２３と、供給タンク３２からの低密度の初期ブラインフロー３５ａとの間の浮力差が、流入ブラインフロー３５ａに対する浮力をもたらす。したがって、ブラインフロー３５ａは、鎮静なタンク３０のより重いブライン２３内で、より軽い液体３５ａとして上昇する傾向がある。
【０１２９】
この上昇は、流入するブラインフロー３５ａによる上向きの速度を生じ、ジェット様の挙動の態様を備えた上昇流を生じる。例えば、より軽い上昇するフロー３５ａは、タンク３０中のより重い鎮静なブライン２３を通って上昇し、これと混合され、上昇流を広げ、周囲のブライン２３を引き連れて、運動量並びに内容物（溶解固体）の交換をもたらす。
【０１３０】
ディフューザ６８の機能は、フロー３５ａの流入速度に由来する速度依存の運動量ジェットの影響を低減することである。にもかかわらず、特定の実施形態において、ディフューザ６８は単にジェットに置き換えられ得る。
【０１３１】
図３において、ライン３３はディフューザ６８に接続することができ、ここにおいてラインとディフューザ６８は両方とも断面が円形である。例えば、いちばん上の実施形態に図示されたディフューザは、ベル状部分（例えばトランペットのベル部）としてライン３３の直径より拡大した直径を表わしている。
【０１３２】
よって、有効断面積は徐々に増大し、これに比例して、ディフューザ６８により導かれるフロー３５ａの速度の低減を生じる。図示されている実施形態において、壁３１はディフューザ６８の設置のために穴が開けられる。よって、ディフューザ６８は壁３１を通ってフロー３５ａを導く。
【０１３３】
図１の概略図において、ディフューザ６８はコア２０の下方に図示されている。可能性のあるそれぞれの場所に利点がある。
【０１３４】
ディフューザ６８は、水平表面を有さない。実際これは、タンク３０の濃縮されたブライン２３から沈降してきた物質が蓄積し得るような、アクセス可能な表面を提供しない。
【０１３５】
図３に示すディフューザ６８の真ん中の実施形態は、より扇状の形状であり、ここにおいてライン３３の総面積はディフューザ６８内で増加するが、円形の断面は備えていない。ここで、扇状ディフューザ６８の厚さと幅は、フロー３５ａの望ましいフロー速度を提供するように選択され得る。
【０１３６】
一実施形態において、そのようなディフューザ６８は、コア２０の下で、垂直方向にフロー３５ａを放出する向きにすることができる。別の実施形態において、ディフューザ６８の出口の矩形断面は、正方形になるように構成することができ、コアの下で比較的大きな面積部分を覆うようにすることができる。ただし、図示されている実施形態において、ディフューザ６８は壁３１を通って直接フロー３５ａを放出し、タンク３０自体の中にその構造のいかなる部分も存在しない。
【０１３７】
図３の下側のディフューザ６８の構成は、いくつかの任意の配列で構成することができる。図示されている実施形態は、ライン３３が壁３１を直接通過する穴を開けており、ジェットフロー３５ａがタンク３０の中に生じる。もちろん、ライン３３からディフューザ６８の出力への断面積における任意の程度の変更を選択することができ、これを適切にすることができる。他の実施形態が示すように、壁３１を貫通し、又はコア２０の下からコア２０内へ直接上向きに、フロー３５ａを通過させるよう配置することができ、この実施形態でもそのような方法で配置することができる。
【０１３８】
実際、フロー３５ａは、コア２０の底部に対して、直接的に水平、垂直、又は斜めにすることができる。いくつかの実施形態において、フロー３５ａは、開口部のあるプレート、複数のライン３３、様々なディフューザ６８、並んだディフューザ等を通って導入され得る。にもかかわらず、図３に図示されている実施形態において、ディフューザ６８は壁３１の外側に留まっている。ここにおいて、これらは更に、濃縮されたブラインの化学成分の破壊力にさらされる構成成分を低減させることができる。これらはまた、スケール堆積、付着物、沈殿堆積等の傾向を低減させる。
【０１３９】
図１〜１２を全体的に参照しながら、図４を参照し、本発明によるシステム１０には、タンク３０中の最上の液位１００から最下の出口レベル１０１へと、周囲のタンクに対して開いているチャネル２２が含まれ得る。一方、各閉じたチャネル２４の周囲の各パネル１０２は、閉じたチャネル２４内の蒸気２７及び凝縮液２５と、開いたチャネル２２内のブライン２３との間の機械的バリヤを形成し、これは効果的にタンク３０の構成物である。
【０１４０】
各パネル１０２は、開いたチャネル２２内でブライン２３と接触している外側表面１０４を表わす。壁２６の内側表面１０６は、内側又は閉じたチャネル２４において蒸気２７又は凝縮液２５と接触している。熱は、閉じたチャネル２４内の、より高い飽和圧力とより高い飽和温度とを有する高圧領域から伝達される。図１に関して記述されているように、コンプレッサ５０は、プレナム５８からの蒸気２７を圧縮して、高い圧力、かつ図７Ｃに図示されているクラウジウス・クラペイロンの式に従ってこれに対応する温度にする。より低い圧力及び温度の領域は、タンク３０中のプレナム５８及び開いたチャネル２２で表わされる。
【０１４１】
よって、閉じたチャネル２４から伝達された熱は、壁２６の内側表面１０６と外側表面１０４の熱伝導係数に従って、壁２６を貫通する。最終的に、熱対流による対流セルが生じ得る。熱対流は浮力の結果であり、周囲の比較的冷たい液体に比べて、加熱された液体の密度が低減することによるものである。
【０１４２】
例えば、タンク３０が、層化したブライン２３を呈している限りでは、ブライン密度差に対応した層化は、温度差による浮力差より数倍も顕著である。したがって、タンク内では、温度の浮力効果に対応した上昇が、溶解固体成分により妨げられるという事実により、より高温のブライン２３でも下に留まり、又は下のレベルにある可能性がある。
【０１４３】
にもかかわらず、熱付加による浮力差は、より高温の物質の密度を低下させるため、軽くなり、これによりベナールセル１０８又はベナール対流セル１０８が生じ得る。しかしながら、これらは、溶解固体に関して同じ密度を有する物質内で局所的にのみ存在する。セル１０８は、開いたチャネル２２内で、壁２６からブライン２３のバルクの中へと熱を移動させる傾向がある。
【０１４４】
溶解固体濃度がタンク３０及び開いたチャネル２２内での深さに従って増大することによるプロファイル（例えば、ブライン濃度勾配、又は深さに伴う密度変化）の利点の１つは、壁２６に直接沿って上昇するのではなく、加熱されたブライン２３が局所的に留まり得ることから、比較的低いレベルで温度を増大させるのに寄与するという事実である。
【０１４５】
このようにして、閉じたチャネル２４内の蒸気２７の間の温度差が、開いたチャネル２２内の近隣したブライン２３の温度により近い場合であっても、熱は連続的に、開いたチャネル２２の壁２６からブライン２３へと伝達させることができる。対流セル１０８が必ずしもパネル１０２の全体の高さ１１６に沿って広がらないため、熱伝達は依然として継続する。むしろ、エネルギーは、壁１０４から離れるように「ポンプ移動（pumped）」する。
【０１４６】
換言すれば、開いたチャネル２２内の特定のレベルでのブライン２３は依然として熱を受け取り続けることができ、壁２６の外側表面１０４で泡１００を生成することができる（熱を受け取っていなければこれは起こらない）。図示されている実施形態及び自由対流中における本発明による装置と比較して、タンク３０がきれいな水で満たされていたとすれば、加熱された液体は、比較的低温の液体の存在下で常に上昇するであろう。よって、最も高温の全ての液体が最上部に上昇することになる。
【０１４７】
これに対して、層化したブラインでは、高温の液体が底に存在し留まる可能性がある。実際、最も高温の部分がパネル１０２の下端に来る逆温度勾配は、システム１０の熱伝達動力学によっては、完全に可能となる。
【０１４８】
一般に、局所化されたブライン２３がその局所的圧力での飽和温度に達したときはいつでも、パネル１０２の壁２６の外側表面１０４に泡１１０が生成される。圧力は、深さ、及びブラインの密度、並びにプレナム５８内のオーバーヘッド圧力と共に変化する。よって、開いたチャネル２２を下がるにつれて、より高い圧力が見込まれ、観察される。
【０１４９】
加えて、密度プロファイル（例えば勾配）又は濃度プロファイル（例えば勾配）により、飽和圧力及び温度は更に上昇する。にもかかわらず、閉じたチャネル２４内の温度が開いたチャネル２２内の温度より高い限り、熱伝達は壁２６を経て依然として起こる可能性があり、パネル１０２の下端で泡が生成し得る。
【０１５０】
この現象は、実験中に実際に観察されている。例えば、閉じたチャネル２４内に凝縮蒸気２７を伴う自由対流において、外側チャネル２２又は開いたチャネル２２に塩水勾配が含まれていない場合、パネルの高さ１１６の上側５パーセント内のみで、泡１００の生成が生じた。これに対して、開いたチャネル２２が層化したブライン２３を含むとき、開いたチャネル２２の下側２０パーセント内で泡生成が観察された。
【０１５１】
各泡１００が形成される際、これは典型的に、パネル１０２の壁２６の外側表面１０４の部位で核を形成し得る。ただし、泡が成長するにつれて急速に分離し、泡１００ａで示される位置から、泡１００ｂで示される開いたチャネル２２の自由ストリーム内の位置へと移動する。
【０１５２】
泡１００が成長するにつれて、熱付加、質量追加、及び更に減少した周囲圧力を反映した単純な高度上昇によって、泡１００は、パネル１０２の表面１０４から境界層を引きはがすことが観察されている。これが、図４の泡１００ｄで示される泡雲の生成を引き起こす。これらの泡１００ｄも同様に、成長し上昇することができると見られる。にもかかわらず、これらは必ずしも壁２６で核形成せず、熱伝達分野において理解されているように、熱及び液体境界層の破壊による熱の注入によって生成され得る。
【０１５３】
泡１００が上昇し続けるにつれて、大きさが成長する傾向にあり、かつ互いに合着する傾向にある。これらはより大きな泡を形成し始め、開いたチャネル２２内のブライン２３に向かって移動し、壁２６から離れる傾向がある。実際、泡フロー１１２が上昇するにつれて実際的な事項として、ブラインが置き換えられ、これに対応して周囲のブラインの下向きの流れ１１４が起こる。単純な質量又は体積分析により、質量が開いたチャネル２２内で上昇するにつれて、一定量の質量が下に下がり、これに置き換えられなければならないことがわかる。これにより、各泡１００の周囲にフロー１１４が図示のように生じる。
【０１５４】
各泡１００の形成の結果、蒸気２７はブライン２３を後に残す。塩、及びこのブラインに含有され得る前述の薬品等は、揮発性及び非揮発性であり得る。メタノールなどの混入物は、蒸気２７中に蒸発し得る。しかしながら、塩、溶解固体等は後に残され、蒸発しない。
【０１５５】
したがって、各泡１００の周囲のフロー１１４は、泡１００の形成時点で、蒸発できなかった溶解固体を受け取らざるを得ない。本発明による装置及び方法の実験により、より重いブラインの下向きフロー１１４が、液体の上面１００（又は液位１００）で溶解固体の最低濃度を有し、タンク３０の底部で溶解固体の最高濃度を有する、最終的な勾配を生じることが示されている。
【０１５６】
一般に、パネル１０２の高さ１１６は、熱伝達を最適化するよう選択され得る。同様に、壁２６を横切る距離又は厚さ１１８は、構造的及び熱的考慮のうえ選択することができる。同様に、開いたチャネル２２の幅１２０は、凝集した泡１００ｃがチャネル２２を塞がず、またパネル１０２の外側表面１０４を乾かさないように選択され得る。そのように表面１０４が乾燥すると、更なるスケール体積が生じることがあり、これは壁２６の腐食を悪化させることが観察されている。
【０１５７】
閉じたチャネル１２４の幅１２２又は厚さ１２２は、熱伝達を最適化し、かつ自然対流によるフローが可能になるよう選択することができ、これによって従来の熱交換（ポンプエネルギーを使って全てのフローを駆動）の必要を制限又は除去する。これに対して、図示されている実施形態において、開いたチャネル２２は、ブラインの塩水対流又は溶解固体対流によって作動する。これは、ブライン２３の様々なフローと領域との間の浮力差に基づいている。同様に、閉じたチャネル２４内の蒸気２７は、パネル１０２の内側表面１０６で凝縮し、最終的に、底に収集される凝縮液２５を形成して、液体としてプレナム１９ｂから排出される。
【０１５８】
パネル１０２の上部と液位１００との間の高さ１２４又は距離１２４は、正の値であり得ることが見出されている。いくつかの実施形態において、熱伝達速度は、パネル１０２上部近くの泡１００ｃの激しい沸騰によって影響を受け得ることが見出されている。現在想到される実施形態において、実験で示されているように、液位１００をパネル１０２の上部より上に維持することが、最も効果的であることが見出されている。
【０１５９】
コア２０は典型的に、タンク３０の出口レベル１０２から距離１２６の間隔で配置される。典型的に、液位１００より上のプレナム５８内の有効体積は、コンプレッサ５０が抜き出してよい体積を提供する傾向がある。同様に、タンク出口レベル１０１の間の深さ１２６は、ここに図示されているものより大きい方が望ましい。
【０１６０】
高さ１２６は中略線で示されており、ここに任意の追加距離を追加可能であることを示している。図には示されていないが、そのような追加により、開いたチャネル２２からタンク３０の出口レベル１０１の底部に向けて、ブライン２３の最高密度を増加させる可能性が得られる。
【０１６１】
にもかかわらず、タンク３０内の活動、特に開いたチャネル２２が高密度（すなわちブライン２３内の溶解固体濃度が増加している）の場合。濃縮プロセス活動の高さ１１６により図示されている領域は、密度プロファイルの最も大きな変化が見られる領域であることが一般的に見出されている。したがって、パネル１０２より下の領域の高さ１２６内の密度は、勾配の傾き強度を示さない。
【０１６２】
プレナム１９ａ、１９ｂが密度差を有している限り、これらは異なる大きさである。実際、上側プレナム１９ａは、比較的大きな比容積で、より低い固有密度での蒸気を、閉じたチャネル２４中に供給する単なるマニフォルド１９ａとして考えることができる。同様に、凝縮液２５は蒸気２７に比べ、蒸気２７の体積の約１，０００分の１の比容積に対応して、１，０００倍超近くもの密度を有する。よって、閉じたパネル２７から凝縮液２５を受け取るマニフォルド１９ｂ又はプレナム１９ｂは、上側マニフォルド１９ａと同じ体積容量を有する必要はない。
【０１６３】
一般に、液滴１３０は、パネル１０２の壁２６の内側１０６の表面で形成される。液滴１３０は下方向に移動する傾向があり、同様に合着してストリーム又は細流となって凝縮液２５として流れ、パネル１０２の底部で回収されて、パネル１０２に蓄積される凝縮液レベル１２８を生じる。閉じたチャネル２４の壁２６の内側表面１０６に接して蒸気２７を凝縮した結果、固体表面に対する液体間の熱伝達率に比べ、２０倍もの桁で、非常に高い熱伝達率となる。
【０１６４】
よって例えば、壁２６の外側表面１０４からブライン２２への熱伝達率は、単に液体ブライン２２に熱伝達する場合には低くなる。これに対して、熱伝達率、及びしたがって泡１００形成を伴う核沸騰の際の熱伝達係数は、その率と比較して約２０倍であり、閉じたチャネル２４を閉じているパネル１０２における壁２６の内側表面１０６での凝縮熱伝達率に対応している。
【０１６５】
図５を参照すると、グラフ１３４は、軸１３６、１３８を示す。高さ軸１３６は、タンクの出口レベル１０１から、プレナム５８を含む液位１００の上までの高さを示す。一方、ＴＤＳ軸（すなわち、全溶解固体（Total Dissolved Solids）軸）１３８は、タンク内の全溶解固体の濃度を示す。
【０１６６】
曲線１４０は、濃度又は密度の勾配又はプロファイルである。図５の図において、コア２０の位置は、タンク３０の外形として点線で示されている。高さ軸１３６に沿って高度又は高さ１３６に対する密度プロファイル１４０の応答を示すため、タンク３０の外側レベルがコア２０の外側レベルと共に図示されている。
【０１６７】
図５のグラフ１３４において、曲線１４０は、縦軸１３６又は高さ軸１３６との交点で最小値でのＴＤＳ軸１３８の値に対応する最小値からの濃度変化を示している。一方、液位１００で、タンク３０（tank 20）内のブライン２３の濃度、すなわち密度は、本発明による装置及び方法における溶解固体の最小値である。
【０１６８】
しかしながら、混合環境において、タンク３０中のブライン２３が完全に混合している場合、プロファイル１４０は垂直線に還元され、液位１００から出口レベル１０１にわたって一定濃度かつ一定密度を有することになる。よって、液位１００での濃度は、出口濃度１４２での濃度と同じである。
【０１６９】
勾配プロファイルが理想的に確立され得る環境において、静的線形密度プロファイルは曲線１４０ｂに従って確立され得る。この状況において、濃度は、液位１００での最小値から変化し、出口レベル１０２で最大の出口濃度１４２に増加する。
【０１７０】
プロファイル１４０ｂによって示される理想的な勾配を確立するためには、出口レベル１０１と液位１００との間の実質的に全てのレベルでの濃度において、連続的かつ等しい変化を維持する必要がある。これには、多大な制御が必要となるが、また、タンク３０の予測可能かつ有用で一定の勾配を提供することになる。
【０１７１】
本発明による実際の装置１０における実験結果は、動的密度勾配プロファイル１４０ｃに示されている。このプロファイル１４０ｃにおいて、コアより下の領域に示される変化と比較して、コア領域内の密度勾配における変化が見られる。液位、コア２０の底部、及び出口レベル１０１の間で、正規化された濃度差は、液位での最低濃度レベルから連続的に出口レベル１０１まで増加している。
【０１７２】
したがって、プロファイル１４０ｂと１４０ｃ両方の出口濃度レベル１４２は、平衡点で始まり平衡点で終了する。しかしながらこれに対して、密度勾配曲線１４０ｃは異なる形状で安定化していることが示されており、ここにおいて濃度のほとんどがコア２０の高さ内で起こっており、それより下では変化がほとんど生じていない。よって、コア２０より下のタンク３０の領域は、依然として勾配を維持し得る。
【０１７３】
ただし、これらの実験において、コア２０内で達成されたものとの顕著な全体的差は観察されなかった。これはいくつかの事実を示唆するものと考えられ、その中には、コア２０が、開いたチャネル２２が蒸気２７を蒸発させることによってブライン２３を濃縮している領域であるという事実が含まれる。コアより下は、実質的な蒸発が起こらず、濃度の差は実質的に少ない。
【０１７４】
図５のグラフ１３４を図４に示す現象の見地から検討すると、タンク３０中の他の場所とは異なり、開いたチャネル２２内で起こっている混合の度合を確認し得る。また、図１〜３のディフューザ６８がコア２０の下に配置されている限りにおいて、ブライン対流又はブライン密度浮力対流が起こる。
【０１７５】
同様に例えば、流入フロー３５ａに入ってくるブライン２３は、タンク３０内のあらゆるブライン２３よりも軽い。よって、フロー３５ａがタンク３０に導入される速度にかかわらず、これはすぐにコア２０の中で上昇し始め、あるいは導入されたタンク３０内のどこか他の場所で上昇し始める。
【０１７６】
したがって、流入ブラインフロー３５ａによって生じたブライン浮力上昇流は、液位１００に向かって上昇し、その通過の際に、周囲のブライン２３と、運動量、質量密度、及び熱を交換する。よって、動的密度勾配プロファイル１４０ｃは、タンク３０内の濃度又は密度の実際の値が、理想的な静的線形密度プロファイル１４０ｂでもなく、また混合した非勾配１４０ａでもないことを示している。
【０１７７】
よって、動的密度プロファイル１４０ｃ（勾配１４０ｃ）は、本発明によるシステム１０の制御及び安定化に非常に有用である。もちろん、理想的な静的線形密度勾配１４０ｂも非常に有用となり得るが、これは達成、維持、又はその両方が困難である。しかしながら、現時点での実験は、曲線１４０ａに示した混合された非勾配条件から離れることは、達成可能であり、容易に維持され、非常に有用な結果を提供することを示している。
【０１７８】
図６を参照すると、グラフ１４５は、供給濃度に対する全溶解固体（ＴＤＳ）の増加の曲線１４６を示す。式１４８は、正規化された全溶解固体が、曲線１４６それぞれで表わされるように増加していることを示す。曲線１４６ａは、本発明による装置１０での実験において、溶解固体の比較的最小供給濃度で、タンク３０中のブライン２３における全溶解固体の増加を示す。
【０１７９】
これに対して、曲線１４６ｅは、実験における溶解固体の比較的最高の流入濃度で、タンク３０のブライン２３における正規化全溶解固体成分の増加を示す。図５に示すように、高さ軸１３６はここでも、タンク３０中又はタンク３０の出口レベル１０１から、液位１００上までの測定値である。
【０１８０】
液位１００は、液体ブライン２３の全体量がタンク３０中に存在する最大高さである。したがって、蒸気２７を保持するプレナム５８のみが、液位１００のすぐ上に存在する。よって、溶解固体成分は、液位１００での値１５０を有する。本発明による実験用システム１０において、溶解固体の最低濃度は液位１００で生じる。よって、軸１３８に沿って測定された全ての値が、溶解固体の最低濃度１５０に対して正規化される。
【０１８１】
曲線１４６の形状は、出口レベル１０１に対する深さによる濃度増加の速度変化を反映する。よって、曲線１４６ｂ、１４６ｃ、１４６ｄは、曲線群１４６内の中間流入ＴＤＳ曲線を反映している。実験データは、曲線１４６ａ、１４６ｅに収まっている。ただし、複数の実験から得られた一定した湾曲は、タンク３０内の濃度プロファイル及び勾配が、流出ＴＤＳとは独立であることを示している。
【０１８２】
例えば、曲線１４６ａは、５０，０００ｐｐｍの流入供給濃度、並びに１００，０００流入供給濃度（ｐｐｍ）の供給濃度に対応する。同様に、曲線１４６ｅは、１００，０００ｐｐｍ及び２００，０００ｐｐｍの流出ブライン濃度のタンク濃度を表わす。しかしながら、溶解固体の出口濃度に近い場合、流入溶解固体濃度１４６は、混合の影響が少ないと見られる。
【０１８３】
同様に、出口ブラインフロー３５ｃと比較して、入口フロー３５ａでの濃度の相違が大きいことから、タンク３０中のより濃縮されたブラインの傾向が、流入フロー３５ａによる濃度に対する影響を急速に低下させていることを示す。よって、流入ＴＤＳが増加するに従って、曲線１４６は曲線１４６ａから曲線１４６ｅに向かって移動する。
【０１８４】
一方、溶解固体の最小流出濃度及び最大流出濃度の両方が、曲線１４６ａを生じる。よって、正規化されたＴＤＳ増加は、タンク３０中の出口レベル１０１で出口濃度１５２での全溶解固体の流出濃度からは独立である。
【０１８５】
曲線１４６ａは、４組の実験データに対応している。２つの実験で、本発明による装置における、タンク３０への５０，０００ｐｐｍブライン流入での、蒸気再圧縮が行われた。１組の実験において、流出ブライン濃度は２００，０００ｐｐｍ又はその付近であり、もう一方は１００，０００ｐｐｍであった。一方、曲線１４６ｅが２つの実験に対応し、ここにおいて流出ＴＤＳ濃度は２００，０００ｐｐｍであった。流入供給率はこれらの実験のそれぞれにおいて１００，０００ｐｐｍであり、流出はそれぞれ１８０，０００ｐｐｍ及び２００，０００ｐｐｍであった。
【０１８６】
図７Ａを参照すると、グラフ１５４は、軸１３６に沿って測定された高さに対する、軸１５６に沿って測定された温度の分布を示す。グラフ１５４において、平均タンク温度１５８は様々な位置で図示されており、これにはライン１５８ａにより識別されるＴ１値（第１温度）、及びライン１５８ｂでの第２温度（Ｔ２）が含まれる。ここで、曲線１６０は、タンク３０の層化濃度プロファイルにおける飽和温度を反映している。
【０１８７】
曲線１６２は、タンク３０中の混合ブライン２３の飽和温度を示す。これらの曲線１６０と１６２との間の差は、図中の１８２に示すように、ラウールの法則による、完全混合ブラインに対する層化ブライン濃度に応じて、飽和温度の違いを反映している。両方とも、深さ及び密度に伴う飽和圧力の変化を示している。よって、曲線１６０、１６２は、タンク３０内の様々な場所で深さの差に対応している。
【０１８８】
図７Ａ〜７Ｅの参照は、一緒に見ることでよく理解される。図７Ａは、層化したタンク（曲線１６０）における飽和温度間の飽和温度差を示すグラフ１５４であり、これは直線ではなく、非線形の曲線である。飽和温度曲線１６２は、完全に混合されたタンク３０を示す。よって、これらの２つの曲線１６０、１６２はそれぞれ、図５の動的密度プロファイル曲線１４０ｃと、混合した非勾配曲線１４０ａに対応している。
【０１８９】
２つの曲線１６０、１６２の間の差は、図７Ｂに記載されているラウールの法則１８２を参照することでよく理解される。ここにおいて、この式は、ブライン内の飽和温度変化は、ブラインを構成している化学成分に対応するイオン定数と、セルシウス温度単位に対応する沸点上昇定数に水のキログラム単位重さを掛け、水のモル数で割ったものとの積に等しい。
【０１９０】
同様に、クラウジウス・クラペイロンの式１８４は、蒸発熱を温度で割ったものと、比容積（単位質量当たりの体積）における変化に依存する、温度に伴う圧力の変化率を記述している。この式は、圧力変化が、バルク液体内の圧力に自然対数のべき乗を掛けたものに等しいことを含め、いくつかの形式で記述され得る。この最後の実施形態において、係数「ｍ」は、図７Ｃの式１８４の下のバージョンとして最もよく特定される。
【０１９１】
よって、ラウールの法則は、液体内の不純物による飽和温度の変化を支配する。クラウジウス・クラペイロンの式は、蒸気の圧縮による温度に対する圧力変化に対応する。
【０１９２】
図７Ｄはドルトンの法則１８６を示し、これは時にドルトンの分圧の法則１８６と呼ばれる。ここにおいて、任意の体積内の圧力は、任意の特定の蒸気（通常は理想気体）により占められている体積に、その気体の蒸気圧を掛けたものの画分に等しい。よって、プレナム５８内の圧力は、その中に存在している全ての蒸発蒸気２７の分圧の組み合わせである。
【０１９３】
図７Ｅを参照すると、ヘンリーの法則１８８は、溶媒中に溶解している溶質（溶解している気体）の濃度間の関係を示す。したがって、小文字「ｉ」で指定されている具体的な化学種の濃度は、容積中のその構成要素の分圧又は蒸気圧を、ヘンリーの法則定数で割った関数である。
【０１９４】
よって、ヘンリーの法則１８８は、非凝縮性と考えられる気体が実際にどの程度吸収されているかを記述する。ヘンリーの法則はまた、他の凝縮性気体にも適用される。
【０１９５】
よって、図７Ａを考慮して、タンク３０内の飽和温度は、タンク３０内の任意の点（深さ）での飽和圧力に対応する。しかしながら、飽和圧力は、上述の式に従い、ブライン中に溶解した構成要素、その中の揮発性イオン、温度、圧力を観測している深さ等に伴って変化する。
【０１９６】
図１〜１２を全体的に参照しながら、依然として図７Ａを参照し、Ｔ１及びＴ２の平均タンク温度１５８ａ及び１５８ｂは単に、参照点の役目を果たす。曲線１６０、１６２の影響は、タンク３０内の任意の具体的な位置又は深さに適用される。したがって、タンク温度１５８は、チャネル２２中の液体を沸騰させて蒸気２７にするのに必要な飽和温度に対する局所効果に大きな影響を与える。よって、温度１５８ａ、１５８ｂの意味は、実際のところ、曲線１６０及び１６２によって示される局所的飽和温度に対する関係である。
【０１９７】
曲線１６２は効果的に、完全に混合されたタンク３０中のブライン２３の飽和温度に対応する計算値である。よって、曲線１６２に対応するブライン２３は、完全に混合されており、図５に示すプロファイル１４０ａに対応し、プロファイル又は勾配の不在を示す。
【０１９８】
タンク温度１５８ａで、飽和温度１６２は、沸騰する液位１００又は沸騰する表面点１６４に対応する。混合された条件を維持し、液位１００から出口レベル１０１に向かって下がると、飽和温度１６２は最大値１５６まで上がる。この温度上昇は、曲線１６２に沿った任意の特定の位置より上の液体カラムのヘッドレベル又は高さによるものである。
【０１９９】
この例において、表面沸点１６４は、液位１００より下に浸漬していないため、まさに表面においてである。よって飽和温度１６２は、飽和温度の定義より、沸騰表面１６４で生じる。この例において、飽和温度曲線１６２は、ラウールの法則１８２、及び沸騰温度１６２に対するその影響を考慮に入れている。
【０２００】
タンク温度が値１５８ａからより高い温度１５８ｂへと上昇した場合、同じヘッド高さは液位１００によって圧力を課される。よって、新しい沸点１６６は、温度値１５８ｂでのブラインによる、プレナム５８へと沸騰する表面に対応する。したがって、増加した温度１５８ｂに対応して、温度プロファイル１６２又は温度曲線１６２が右にシフトしたとすると、曲線１６２は、プレナム５８内の飽和圧力も妥当な飽和圧力に上がった場合、点１６６を通るだけとなる。
【０２０１】
プレナム５８内の飽和圧力が上昇しない場合、点１６６に対応する液位１００と、点１６８に対応する軸１３６に沿った高さとの間の領域は全て沸騰する。換言すれば、１７６の上側コア領域で、コア核沸騰が起こることになる。
【０２０２】
にもかかわらず、別の例において、平均温度１５８ｂで、プレナム５８内の蒸気２７を抜き出すコンプレッサ５０を有するタンク３０を考えることができる。これは、飽和圧力の低下をもたらす。したがって、プレナム５８が曲線１６２に対応する飽和圧力であり、同時に平均タンク温度は１５８ｂであり、表面点１６６と曲線１６２上の点１６８との間のコア領域１７６は、概ね全体が沸騰している。
【０２０３】
曲線１６０は、飽和温度がタンク３０中の動的密度プロファイル又は勾配１４０ｃに存在していることを示す。曲線１６０は、点１７０で、タンク３０内の飽和温度１６０が正確にタンク平均温度である条件で、タンク平均温度１５８ａと交わる。同様に、点１７２は、飽和温度曲線１６０と、上昇したタンク平均温度１５８ｂとの交点に対応する。
【０２０４】
これらの２つのタンク温度１５８ａ、１５８ｂは、タンク３０の高度全体にわたって一定であることが図示されており、これは単に例示のため使用される。動的密度プロファイル１４０ｃ（図５を参照）で、タンク３０内の層化は、様々な温度プロファイルのうち任意の１つを生じ得る。また、タンク３０の高さ全体にわたって非一定の温度を有することもあり得る。他の実施形態において、最高温度がタンクの底部にある逆勾配を有することも可能である。
【０２０５】
ここでも、局所的飽和温度１６０、又は１６２が、局所的温度１５８ａ、１５８ｂ等より下になった場合はいつでも、タンク中のその場所にあるブライン２３は沸騰状態になる。
【０２０６】
図７Ａにおいて、プレナム５８内の圧力が常に、同じ一定の値であると、下記の議論全体で仮定する。グラフ１５４において、タンク３０内の温度１５８ａを選択することができる。
【０２０７】
ここで、本発明による勾配で生じている飽和温度曲線１６０を考える。これは、タンク３０中のブライン２３の層化による、図５の動的密度プロファイル１４０ｃを示す。この曲線１６０の交点は、点１６４ではなく、軸１５６の温度が低いある時点で、表面１００と交わる。上述の議論に従い、ここでは沸騰は点１７０という低い点で始まり、ここにおいてタンク温度１５８ａは、ブライン勾配１４０ｃの飽和温度１６０と交わる。
【０２０８】
この条件が点１７０で存在すると仮定すると、点１７０より上の全領域１７４が、追加エネルギーを導入することなく、完全に沸騰条件になる。グラフ１５４により表わされる構成において、完全に混合された飽和温度１６２は表面１００で沸騰に達する。一方、同じタンク温度１５８ａで、層化したブラインは、点１７０より上の全領域で沸騰する。よって、完全に混合されたシステムで達成し得る状態と比較して、コアのより大きな部分が高い熱伝達核沸騰に関与することになる。
【０２０９】
もちろん、コア２０のより多くの部分が沸騰するように温度を上げた場合、すなわちこれはタンク温度を値１５８ｂに上げることに対応し、点１６６がタンクに必要な温度値１５８ｂとなる。
【０２１０】
しかしながら、曲線１６０に対応する層化条件においては、点１７２が、ここより上でタンク３０中のコア２０全体にわたって完全な核沸騰が起こる点となる。よって、領域１８０は追加された利点を表わし、すなわち、領域１７８によって示されるように、完全な核沸騰がコア２０において広く起こっているコア２０の追加領域を示す。
【０２１１】
点１７０より上の領域１７４が、タンク平均温度が値１５８ａに対応する場合に完全核沸騰にあるコア２０の部分を表わすのと同様に、この増大した利点は、曲線１６０に沿った全ての点で継続する。領域１７６の深さがどれだけであるかにかかわらず、完全に混合されたタンクにおいては飽和温度曲線１６２に対応して、層化飽和温度曲線１６０は常に、領域１７４、１８０で表わされる、又は他に２つの曲線１６０、１６２の間の対応する差によって表わされる、改善されたパフォーマンスを提供する。
【０２１２】
この利点は、例えば同じパフォーマンスを得るためにより低い温度でシステム１０を作動させる能力のような、いくつかの代替方法のうちの１つで実現することができる。あるいは、液位１００より上のプレナム５８内の飽和圧力に対する需要が低下することにより、コンプレッサ５０による仕事を低減することができる。
【０２１３】
図８を参照すると、実験用システム１０が、モータージェネレータシステムを有するハウジング１２と共に構成された。最終的に、ライン電力に依存する補助ヒーターも含められた。タンク３０を、コア２０を中に配置してセットアップし、上側の蒸気マニフォルド１９ａと、下側の液体凝縮液マニフォルド１９ｂに接続した。コア２０は、タンク３０の周囲領域と液体連通している開いたチャネル２６を含み、一方、閉じたチャネル２４は、タンクブライン２３から離して密閉された。
【０２１４】
コア２０の上のプレナム５８は、コア２０の開いたチャネル２２から沸騰している蒸気を蓄積した。霧除去器５４（図８に図示なし）が、プレナム５８内に配置された。同時に、熱交換器１５が設置されたが、これは図３〜７Ｅで報告された実験には使用されなかった。導管１８はプレナム５８からの蒸気をコンプレッサ５０に導き、次いでこの高圧になった蒸気が蒸気プレナム１９ａ又はマニフォルド１９ａへと送られた。
【０２１５】
マニフォルド１９ａは、蒸気２７をパネル１０２の閉じたチャネル２４に分配し、凝縮させた。凝縮液２５は、底のマニフォルド１９ｂから凝縮液として、閉じたチャネル２４から排出された。最終的に、閉じたチャネル２４からの留出物又は凝縮液２５は、リザーバ４３に保持された後、最後に留出物タンクに送られた。
【０２１６】
コア２０の上にプレナム５８が配置され、霧除去器５４が収容された。プレナム５８内の蒸気２７は、霧除去器を通過した後、熱交換器１５を通過した。これは図４〜７Ｅに報告された実験では使用されなかった。代わりに、蒸気２７は、導管１８を通ってコンプレッサ５０に送られた。コンプレッサ５０は、蒸気の圧力、そして温度を高め、この高温かつ飽和圧力の蒸気を、コア２０の上部のマニフォルド１９ａへと戻した。
【０２１７】
マニフォルド１９ａは、この蒸気をパネル１０２の閉じたチャネル２４に送り出し、ここで、蒸発熱をタンク３０の開いたチャネル２２中の周囲ブライン２３へと放出することによって凝縮された。
【０２１８】
凝縮液２５は次に閉じたチャネル２４からコア２０の底部のマニフォルド１９ｂへと送られ、最終的にリザーバ４３を通って熱回収システム４７（図１に図示）に排出され、留出物タンク４２（図８に図示なし）に送られた。
【０２１９】
一方、このシステムは、コア２０の中央位置近くにセンサー７２が設置された。ヒーターは、タンク３０の壁３１に沿って配置された。コンプレッサ５０を駆動するモーター１７は、制御システムを通って制御され、これがモーター１７への電流を変化させることによって、コンプレッサ５０の速度、スループット、及び体積流量を変化させた。
【０２２０】
センサー７２は、コア２０の中央に、開いたチャネル２２中に配置された。同様に、センサー７２は、図１に示され、概略的に配置されているように、壁に沿って設置された。センサー７２は、コア内、及び壁３１近くで、タンク２０のブライン２３内の温度及び濃度を検出するよう構成された。プレナム５８、コンプレッサ５０の上流側及び下流側の導管１８などの中で、その他の温度が検出された。図６のデータ開発において、様々な実験が図８の装置１０で実施された。
【０２２１】
図９を参照すると、質量均衡は、タンク２０中に導入された流量３５ａの流入と、ブライン熱交換器３６から出る流出フロー３５ｃ、並びに留出物熱交換器４４を通過して留出物タンク４２へ流れた留出物２５又は凝縮液２５の量を反映している。
【０２２２】
図５のグラフ１３４及び図６のグラフ１４５に寄与した実験はそれぞれ、実験条件１９４ａ及び１９４ｂ、位置１９４ｃ及び１９４ｄでの条件、並びに１９４ｅ、１９４ｆでの条件で取得されたデータに対応している。条件１９４ａ、１９４ｂは、流入供給５０，０００ｐｐｍに対応している。流出は、タンク３０から出る全溶解固体中のブライン濃度１００，０００ｐｐｍに対応している。
【０２２３】
一方、条件１９４ｃ及び１９４ｄは、流入ブライン濃度５０，０００ｐｐｍ及び流出濃度２００，０００ｐｐｍに対応している。同様に、条件１９４ｅ及び１９４ｆは、流出濃度それぞれ１８０，０００ｐｐｍ及び２００，０００ｐｐｍで流入濃度１００，０００ｐｐｍに対応している。
【０２２４】
図９の表１９０のデータ条件は、１日当たり１５９００リットル（１００バレル）の留出物２５の一定流出に対応している。条件１９４ｅ及び１９４ｆの流出ブライン濃度が２００，０００に設定されただけでなく、実験１９４ｅでの条件は、流出ブライン濃度１８０，０００ｐｐｍに設定された。
【０２２５】
図１０を参照し、図９の条件１９４に対応する実験が、図８のシステム１０で実施された。図１０のグラフは、６つの実験１９４、又は６セットの実験条件１９４で、図示されている式１４８により、全溶解固体の正規化増加をプロットしている。
【０２２６】
溶解固体の正規化濃度はＴＤＳ軸１３８に示され、タンク３０の出口レベル１０１から液位１００までの高さに対してプロットされている。液体ライン１００又は液位１００より上の領域は、コア２０のすぐ上の位置に対応し、これはブライン２３に完全に浸漬していた。
【０２２７】
ブライン２３の上部、又は液位１００での全溶解固体値１５０は、全てのフローについて正規化され、又は正規化値として使用された。したがって、全溶解固体の正規化された増加は、液位１００での濃度値を超える分数として表わされる。
【０２２８】
図１０のグラフに示されているように、曲線１９５、１９６、１９７は、取得データの適合曲線を反映している。曲線１９５は、実験１９４ａ及び実験１９４ｂのデータ適合曲線に対応する。曲線１９６は、条件１９４ｃ及び１９４ｄに基づく実験の適合曲線である。同様に、曲線１９７は、条件１９４ｅ及び１９４ｆに対応するデータへの適合曲線である。
【０２２９】
曲線１９５、１９６、１９７は、図６の曲線１８６に対応している。一方、Ｆ１３５ａ及びＦ２３５ａは、高さ軸１３６に沿ってそれぞれの相対的高さで図示されている。タンク３０の勾配内で全溶解固体を変化させるのに、ブライン浮力上昇流効果が顕著であったことに留意されたい。図１０の実験１９４に対応する生データグラフから、追加情報も入手できる。
【０２３０】
例えば、供給フロー３５ａが実験タンク３０に導入された位置では、ディフューザ６８は利用できなかった。したがって、フロー３５は供給タンク３２からそれぞれ流入供給ブライン３５ａの水平ジェットを噴出するいくつかのパイプとして導入された。水平方向の運動量と、垂直方向の浮力の両方が、流入フロー３５ａをタンク３０のブライン２３に統合するのに影響した。
【０２３１】
更に、実験条件１９４ｃ及び１９４ｄでは、流出ブライン濃度２００，０００ｐｐｍに対応することが意図された。これに対して、条件１９４ａ、１９４ｂは、流出ブライン濃度１００，０００ｐｐｍに対応することが意図された。流入フロー３５ａのブライン濃度の影響は、顕著である。タンク３０中のブライン濃度は、流入ブラインフロー３５ａの濃度の４倍であった場合には、タンクブライン２３は急速に、流入フロー３５ａの濃度を改変した。供給３５ａの位置より上で、曲線１９５、１９６、１９７は、生データにきわめて密接に一致している。
【０２３２】
しかしながら、流入フロー３５ａの近くでは、混合の妨害的影響により、曲線１９５、１９６、１９７の下で濃度の低下が見られる。これは、システム１０が非常に丈夫であることを示唆している。例えば、曲線１９５、１９６、１９７は流入フロー３５ａの流入濃度に強く依存しており、流出濃度には実質上依存していないことを示している。
【０２３３】
よって、曲線１４６（図６参照）により詳述されるような動的密度プロファイル１４０ｃ（図５参照）は、システム１０の安定した、予測可能な流出条件を提供することに依存し得る。入熱、及びコンプレッサ５０への仕事は、望ましい出力に達するよう、流入供給フロー３５ａを適合するように調節することができる。明らかに、出力結果は大きな問題ではない。
【０２３４】
図１０のデータはまた、流入ブライン濃度の幅広い変動に際して、タンク３０の勾配の強靱なパフォーマンス及び弾力性を具体的に示している。これは特に、流入ブラインフロー３５ａが、水、製造用ブライン等の変動に伴って変化し得る、実際の製造施設で大きな意味をもつ。これらのデータは、システム１０の出力及び制御がそのような任意入力の影響を受ける必要がないことを示している。
【０２３５】
図１１を参照すると、グラフ１９８は、軸１３６に示された様々な深さレベルでの、温度軸１５０に沿った温度に対する影響を示す。温度は、他の図と同様、非次元形式に正規化されてはいない。ここにおいて、飽和温度曲線１６０、１６２は、図７Ａの曲線に対応している。これらの値は、図９〜１０に対応する実験１９４からの実データを反映している。ここにおいて、点１９９は、タンク３０中の表面１００又は液位１００での飽和温度を表わす。点１９９での条件は、完全に混合されたタンクの液位１００での飽和温度を含む。これは、曲線１６２の条件に対応している。
【０２３６】
同様に、点２００は、液位１００の上のプレナム５８内の圧力での飽和温度を表わす。同様に、曲線１６２に沿った液位１００での飽和条件で、点２００は、図９〜１０の動的勾配構成のため、プレナム５８内の圧力で存在する飽和温度の曲線１６０に対応する。
【０２３７】
図１１の経験的データは、図７Ａに関して検討した稼働特性を確認したものとなっている。例えば、領域１７６は、図７Ａに関する領域１７６の説明に対応している。領域１７８も同様である。同様に、図７Ａの領域１８０は、領域１７６と領域１７８との深さの差である。
【０２３８】
これは、熱伝達領域の優位性を表わし、コア中の核沸騰領域の熱伝達係数を大幅に増加させた。コア２０は、実験１９４中、タンク３０中のコア２０の実際の深さ及び位置を反映した領域を囲んだ点線で示されている。
【０２３９】
図１〜１２を全体的に参照しながら、図１２を参照し、本発明による装置１０を制御するためのプロセス２０２は、いくつかの制御レベルを有し得る。例えば、ゼロレベル２０３は、タンク３０及び留出物リザーバ４８中の液位を追跡及び調節する継続的プロセスによる、質量均衡を表わしている。これらは、従来の測定及び制御技法によってタイムリーに直接観測及び調節可能である。
【０２４０】
一方、レベルＩ制御２０４、並びにレベルＩＩ制御２０５及びレベルＩＩＩ制御２０６が図示されている。レベルＩ制御２０４は、コンプレッサ５０による仕事の制御を含む。図示されているプロセス２０２において、レベルＩは、システム１０で作動するプロセス２０２の作動における介入２０４として示されている。
【０２４１】
制御の主要メカニズムは、プレナム５８から蒸気２７を除去するコンプレッサ５０による仕事を低減する２１１又は変化させる２１１ことである。典型的に、低減２１１作業は、留出物を収容するリザーバ４３の液位の望ましくない上昇に対応して開始される制御介入２０４に対応する。コンプレッサ５０による仕事の変化２１１により、システム１０の応答２１２が生じる。例えば、コンプレッサ５０による仕事を低減する２１１ことにより、プレナム５８内の圧力が上昇する。同様に、コンプレッサを通りプレナム５８から出る質量流量の低減が生じる。これはあまり直感的ではない。
【０２４２】
例えば、コンプレッサによる仕事を減少２１１又は低減２１１すると、プレナム５８内に圧力が蓄積し、コアの沸騰が低減し、留出物の温度及び飽和圧力が下がる。このシステム応答２１２は、システム１０の動作点の再調節をもたらす。具体的には、これにより、プレナム５８内の圧力が変わり、このためブライン２３中の飽和圧力及び飽和温度の再調節が必要になる。
【０２４３】
実際的な事項として、図１２に図示されているプロセス２０２は、システム１０を制御する一例である。したがって、装置１０又はシステム１０の作動を制御するための最も応答性のある要素が、レベルＩ制御２０４である。
【０２４４】
レベルＩＩ制御２０５、又はレベルＩＩ制御スキームの介入２０５には、補助ヒーター７０によりもたらされる補助熱を調節する２１３ことが含まれる。この例において、調節２１３は、補助ヒーター７０による補助熱出力を低減する実例が挙げられている。これは、ヒーター７０又は補助熱源４６を制御することにより可能となる。
【０２４５】
補助熱を低減する２１３ことにより、介入２０５は、より迅速かつ応答性２１１のある介入２０４の後に続く。しかしながら、レベルＩＩ制御での介入２０５において、補助熱の低減２１３は、システムのずっと遅い応答をもたらす。これには、タンクの温度低下、留出物２５の質量流量の低減、及びコア沸騰の減少が挙げられる。
【０２４６】
温度１５８ａは、図１１で左に移動する。しかしながら、システム応答２１２として、典型的に、曲線１６２からの偏位が起こる。補助熱を低減する２１３ことにより、タンク３０の全体的な冷却に対応して、温度ライン１５８ａが左に移動する。ライン１５８ａが左に移動した結果、領域１７６が減少し、領域１７６、１７８の間の領域１８０が増大する。
【０２４７】
温度の移動、又は熱の減少２１３とそれに対応する温度１５８ａの低下の、おそらく最も顕著な影響は、交点１７２（ここで温度ライン１５８ａが曲線１６０と交差する）の位置がずれることによる領域１７８の減少である。よって、コア２０のより少ない部分が沸騰に関与する。したがって、図１２によるシステム応答２１４として、質量流量及びコア沸騰の減少が起こる。
【０２４８】
図２Ｂに関して記述されたように、レベルＩＩＩ制御での介入２０６は、他のレベルの制御に対し予測による調整を提供するため、コンピュータプロセッサによる処理２１５が含まれ得る。したがって、コントローラ８４は、センサー７２からの任意又は全ての信号を受け取り得る。これは、システムの仕事、熱、又は所望により質量流量に対して変更のコマンド２１６の指示を提供し得る。
【０２４９】
これらの独立制御変数に対し変更のコマンド２１６を送ることによって、依存変数の改変が生じ得る。したがって、圧力、温度、質量流量、濃度等の値のデータを返して供給する２１７、又はそれらの値のフィードバックを提供する２１７ことにより、依存変数に反映され、ここで仕事と熱の依存変数が制御される。
【０２５０】
本発明による装置の特定の実施形態、及びこれによる方法２０２において、レベルＩＩＩ制御での介入２０６は、システム１０内の任意の特定点での圧力、温度、質量流量、及び濃度の依存変数の適切な値を確保するため、予測、推定、予想、又は計算される設定点に対して、コマンド２１６を予測し安定的に手順を踏むよう実施される数値手法を含み得る。
【０２５１】
介入２０６により、システム、特にコントローラ８４は、システム１０が安定であるか否かについて、決定２０７を行うことができる。システム１０が安定である場合、レベルＩＩＩ制御の介入２０６の継続には、必要な任意の独立変数を予測可能な様相で調整することが含まれ得る。しかしながら、決定２０７により、システム１０が完全に安定ではないと思われる場合、プロセス２０２は関連する事象２０８を検出２０９するよう手順を進めることができる。
【０２５２】
例えば、システム１０が安定ではないと思われる場合、大気圧、流入フロー３５ａの濃度変化の影響等といった、特定の事象２０８が生じ得る。システム１０の、介入２０６の予測的な調整制御からのいかなる変動は、典型的に、システム１０の条件を変更する事象２０８の結果である。
【０２５３】
したがって、その結果の検出２０９には、典型的に、圧力、温度、質量流量、濃度、これらの組み合わせ、又はこれらの間の関係について、センサーからフィードバック２１７を得ることが含まれる。例えば、システムは、大気圧の低下に遭遇することがある。同様に、システム１０は、留出物の質量流量の増加を検出することがある。この例において、これらの変化はセンサー７２によって検出され、データ入力としてコントローラ８４に戻って報告され、事象２０８の結果を反映する。
【０２５４】
これらの結果を検出２０９後、コントローラ８４による制御のアクティベーション２１０が適切である。図の目的から、レベルゼロ制御２０３は、プロセス２０２の制御ループから除外される。レベルゼロ制御には、容易に観察、制御ができ、すぐに影響が出るパラメータの制御が含まれている。ポンプ７６ｂを介した流量の調節を通して液体を追加することで、タンク３０へのフロー３５ａを増加させることになる。同様に、ポンプ７６ｂの体積流量、速度、電流、又はその他の制御メカニズムに対して、ポンプ７６ｄの制御を従属させることにより、ポンプ７６ｄの速度を高めることができる。
【０２５５】
これに対して、補助ヒーター７０にどれだけの熱を追加すべきかを正確に測定することは、必ずしも直感的なプロセスではなく、当然直接的に観察することはできず、また手動又は単純なフィードバックセンサーによって制御可能なものでもない。コア２０又はタンク３０における温度の応答時間は比較的長く（例えば４．６時間）、コンプレッサ５０の応答はとても早い（例えば数秒）ため、レベルＩの介入２０４、又はレベルＩＩの介入２０５それぞれに関して、プレナム５８内のセンサー７２ｄでの測定は、必ずしも明確な指示を提供しない。
【０２５６】
レベルゼロ制御は、レベルＩＩＩでの介入２０６によっても調整され得る。損失、計算誤差、校正等のため、微小な調整を行うことができる。ただし、実際的な事項として、レベルゼロ制御はプロセス２０２の制御ループに含める必要はない。
【０２５７】
レベルＩＩＩ制御での介入２０６を考える１つの方法は、いわばシステムが向かう必要がある場所のアルゴリズム的予測に基づいて、どの制御パラメータを調整すべきか、どの方向に調整すべきかに関して予測することである。よって、予測的調整制御介入２０６は、従属変数を単に追跡し、単一の独立変数を調節するのではなく、システム１０内及び数多くの構成要素間の熱と質量輸送の間の高度な相互関係を反映した、かなり高度な機能である。
【０２５８】
制御プロセス２０２を考えるもう１つの方法は、熱力学第一法則に従って、質量均衡を維持するゼロレベル制御２０３を用いることである。システム内の質量は、流入質量から流出質量を差し引いた量でなければならない。
【０２５９】
同様に、レベルＩ制御での介入２０４は、エネルギー均衡を表わす。すなわち、システム１０の作動における主なエネルギー源として入力される仕事を変更２１１することである。すなわち、補助ヒーター７０からの熱は、システム１０を稼働するものではない。コンプレッサ５０による動力又は仕事はシステム１０を稼働させ、その熱力学的サイクルに必要なエネルギー損失を補充する。
【０２６０】
レベルＩＩ制御での介入２０５は実際、システム１０の主要な制御ではない。むしろ、補助熱の調節２１３による介入２０５は、外部影響によるシステム１０の操作パラメータ調整のメカニズムである。
【０２６１】
例えば、前線が近づくと、大気の圧力が低下する。タンク３０は圧力容器として密閉されているものではないため、プレナム５８内の圧力は、周辺又は大気の圧力を追跡する可能性がある。プレナム５８内の圧力低下は、プレナム５８内で大気圧を超えて制御される温度差よりも優に大きくなる可能性がある。
【０２６２】
よって、レベルＩＩでの介入２０５は、変化する外部条件に合わせて、システム１０の全体的作動を調節するため、タンクブライン２３の温度を調節することを含む。レベルＩＩでの介入２０５は、環境内での新たな安定作動状態に調節するため、システムをリセットすることがある。環境はシステムによって変えることができない。むしろ、システム１０を環境に合わせて調節しなければならず、これは介入２０５によって行われる。よって、介入２０５は、レベルＩでの介入２０４の結果として開始される程度まで、予測に基づくものとなる。ただし、これは依然としてシステム１０のパラメータを再調整するよう指示することができ、これによりシステム１０は、新たに先取りした平衡に、かつ安定状態の条件に、タイムリーに達することができる。
【０２６３】
よって、レベルＩＩＩ制御の介入２０６は、ほぼ全てが予測可能である。より低い全てのレベルの制御が考慮されており、独立変数を設定しなければならない不明な設定ポイントを決定するため、作動特性がすでにモデル化されている。これにより依存変数は安定状態で適切な条件となっており、最も効果的かつタイムリーな状態である。
【０２６４】
よって、レベルゼロの介入２０３、レベルＩの介入２０４、レベルＩＩの介入２０５、及びレベルＩＩＩの介入２０６を含むぞれぞれのレベルが、コントローラ８４による制御を構成する。制御は更に、測定可能なパラメータの直接的な値から離れ、現在の状態に対する直接的な応答からも離れる。
【０２６５】
この制御プロセス２０２を考えるもう１つの方法は、レベルゼロが質量均衡を直接に制御する、効果的に独立した閉ループ制御で、値の直接制御であるということである。レベルＩの介入２０４は、仕事の変更により、独立変数を直接制御し、従属変数を間接的に制御することを行う。
【０２６６】
一方、レベルＩＩの介入２０５は、観察可能な変数に影響するパラメータではなく、変化率と変化の方向に影響するパラメータを扱うことを含む。最後に、レベルＩＩＩの介入２０６は、制御するパラメータの変化率の変化率を予測することを含む。
方法の一実施例には下記が含まれ得る：
１．担体から混入物質を除去する方法であって、
担体として作用する液体を選択することと、
標的混入物質となる、前記担体中に見出される混入物質を選択することと、
核沸騰を含む第１領域を有する、蒸気再圧縮サイクルを含む回路を提供することと、
前記回路に、前記混入物質を含む前記担体を導入することと、
前記混入物質の濃度勾配を前記第１領域に確立することと、
前記濃度勾配の操作により、前記第１領域を制御することと、
所定濃度未満の前記混入物質を含有する前記担体を含む凝縮液を戻すことと、を含む、方法。
２．前記方法が、前記第１領域からブラインを戻すことを更に含み、
前記サイクルから排出される前記凝縮液、及び前記サイクル内の蒸気のうち少なくとも１つが、前記混入物質を実質的に含まず、
後続装置作動のために、前記凝縮液、蒸気及びブラインのうち１つから供給原料を提供することを更に含む、請求項１に記載の方法。
３．前記供給原料が、
前記後続装置作動における化学反応の前駆体と、
一次市場において独立の経済的価値を有する液体と、
二次市場において独立の価値を有する、前記液体から導出可能な構成要素と、
前記回路に前記担体を提供する供給源プロセス（source process）において、リサイクルのために直接再利用可能な前記液体と、
前記供給原料を廃棄する廃棄プロセスのための、強化された作動効率と、
前記混入物質の環境に対する影響の低減と、
政治的規制、業界標準、健康標準、安全標準、及び契約要件のうち少なくとも１つの賠償におけるコンプライアンスプロセスの改善と、のうち少なくとも１つを提供する、請求項２に記載の方法。
４．前記後続装置作動が、塩酸の合成、別の酸の合成、加水分解、電気分解、イオン交換作業、浸透圧分離プロセス、蒸発分離プロセス、凝固、その他の化学的分離プロセス、遠心分離、濾過、水洗い、沈殿、凝集、及び別の機械的分離プロセス、マイクロ波分離、別のマイクロ波処理、ウェルへの再注入、地質学的破壊作業、別の物質との混合、別の物質との化学反応から選択される、請求項３に記載の方法。
５．前記混入物質が、溶解した固体、懸濁した固体、炭化水素、塩、重金属、その他の金属、揮発性有機化合物、その他の有機化合物、窒素酸化物、その他の窒素化合物、アルコール、硫黄酸化物、その他の硫黄化合物、カルシウム化合物、ハロゲン化物、その他のイオン、酸、及び塩基のうち少なくとも１つを含む、請求項４に記載の方法。
６．前記回路を提供することが、前記回路を実施するためのモジュールを提供することを含む、請求項５に記載の方法。
７．前記方法が、
複数の前記モジュールを有するシステムを定義する仕様を提供することであって、前記モジュールがそれぞれ、前記回路の一例を実施し、それに対応する前記回路装置作動を含む、提供することと、
前記混入物質の源に見合うよう、前記システムの大きさを決めることと、
前記複数のモジュールを提供することであって、前記システムとして一緒に作動させ、前記モジュールの数が前記源からのアウトプットに基づいて選択される、提供することと、を更に含む、請求項６に記載の方法。
８．前記方法が、
前記混入物質の源に対応する、所定の要件を提供することと、
複数の前記モジュールを有するシステムを定義することであって、前記モジュールがそれぞれあるタイプを有し、かつ前記要件により特定された少なくとも１つの機能を実施する、定義することと、
選択された構成成分として前記システム内に含まれる各タイプの複数のモジュールを表わす値を選択することと、
前記選択された構成成分を接続することにより前記システムを構成することと、を更に含む、請求項６に記載の方法。
９．前記モジュールのうち各モジュールが、接続構造に取り付けられ、規制により定められる輸送制限に従って、商業的に輸送可能な大きさである、請求項６に記載の方法。
１０．前記接続構造を互いに接続し、前記モジュールを相互作動可能にすることによって、所定の構成において装置を組み立てることを更に含む、請求項９に記載の方法。
１１.液体中に含有される物質を分離する方法であって、
前記液体からの分離の標的となる物質を含有する担体として作用する液体を源から提供することと、
核沸騰を含む第１領域と、蒸気凝縮を含む第２領域とを有する、蒸気再圧縮サイクルを構成する回路を提供することと、
前記回路に前記液体を導入することと、
前記第１領域に、前記液体中の前記物質の濃度勾配を確立することと、
前記濃度勾配の操作により前記核沸騰を制御することと、を含む、方法。
１２．所定濃度未満の前記混入物質を含有する前記液体を含む凝縮液を、前記第２領域から戻すことと、
ブラインを前記第１領域から戻すことと、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
１３．凝縮液、前記蒸気の一部、及びブラインのうち少なくとも１つを前記回路から戻すことを更に含み、それらのうち少なくとも１つが、前記物質を含有し、かつそれらのうち少なくとも他の１つが、前記物質を実質的に含まない、請求項１２に記載の方法。
１４．前記物質から分離された凝縮液、前記物質から分離された蒸気、前記物質が濃縮されているブライン、及び前記物質を含む固体のうち少なくとも１つによって構成される供給原料を提供することと、
前記供給原料を後続装置作動に供給することと、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
１５．前記供給原料が、
前記後続装置作動における化学反応の前駆体と、
一次市場において独立の経済的価値を有する液体と、
二次市場において独立の価値を有する、前記液体から導出可能な構成要素と、
前記回路に前記担体を提供する供給源プロセスにおいて、リサイクルのために直接再利用可能な前記液体と、
前記供給原料を廃棄する廃棄プロセスのための、強化された作動効率と、
前記混入物質の環境に対する影響の低減と、
政治的規制、業界標準、健康標準、安全標準、及び契約要件のうち少なくとも１つの賠償におけるコンプライアンスプロセスの改善と、のうち少なくとも１つを提供する、請求項１４に記載の方法。
１６．前記後続装置作動が、塩酸の合成、別の酸の合成、加水分解、電気分解、イオン交換作業、浸透圧分離プロセス、蒸発分離プロセス、凝固、その他の化学的分離プロセス、遠心分離、濾過、水洗い、沈殿、凝集、及び別の機械的分離プロセス、マイクロ波分離、別のマイクロ波処理、ウェルへの再注入、地質学的破壊作業、別の物質との混合、別の物質との化学反応から選択され、
前記物質が、溶解した固体、懸濁した固体、炭化水素、塩、重金属、その他の金属、揮発性有機化合物、別の有機化合物、窒素酸化物、その他の窒素化合物、アルコール、硫黄酸化物、その他の硫黄化合物、カルシウム化合物、ハロゲン化物、その他のイオン、酸、及び塩基のうち少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
１７．前記方法が、
前記回路を実施するためのモジュールを提供することと、
複数の前記モジュールを有するシステムを定義する仕様を提供することであって、前記モジュールがそれぞれ、前記回路の一例を実施し、それに対応する前記回路装置作動を含む、提供することと、
前記物質の源に見合うよう、前記システムの大きさを決めることと、
前記複数のモジュールを提供することであって、前記システムとして一緒に作動させ、前記モジュールの数が前記源からのアウトプットに基づいて選択される、提供することと、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
１８．前記方法が、
前記回路を実施するためのモジュールを提供することと、
前記物質の源に対応する、所定の要件を提供することと、
複数の前記モジュールを有するシステムを定義することであって、前記モジュールがそれぞれあるタイプを有し、かつ前記要件により特定された少なくとも１つの機能を実施する、定義することと、
選択された構成成分として前記システム内に含まれる各タイプの複数のモジュールを表わす値を選択することと、
前記選択された構成成分を接続することにより前記システムを構成することと、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
システムの一実施例には下記が含まれ得る：
１９．蒸気再圧縮により液体を処理するための、蒸発領域を含む、回路と、
前記回路を通って循環する作業液体と、
前記作業液体内に含有されて、前記作業液体からの分離の標的となっている、物質と、
エバポレータであって、オペレータにより制御可能であり、前記蒸発領域内に配置され、前記蒸発領域内の前記物質の濃度勾配を確立及び操作することによって核沸騰の制御を提供する、エバポレータと、を含む、システム。
２０．前記回路を構成するモジュールであって、各モジュールが、接続構造に取り付けられ、規制により定められる輸送制限に従って、商業的に輸送可能な大きさにされた、モジュールと、
前記接続構造が互いに固定されているとき、所定の構成において更に接続可能かつ相互操作可能であるような、前記モジュールと、を更に含む、請求項１９に記載のシステム。
方法の更なる一実施例は下記のように記述できる：
１．方法であって、
第１物質を含有する液体を含む供給物を提供することであって、該第１物質は前記液体とは異なり、かつ前記液体の中に溶解している、提供することと、
前記供給物を液溜めとして含有することと、
前記液溜めと熱連通するよう、前記液溜めに浸漬し、かつ前記液溜めと直接的な液体連通に対してコアにより密閉されている液体を含む、前記コアを提供することと、
前記液溜めで生成された蒸気をリサイクルして前記コア内の凝縮液にすることにより、前記液溜め内において、その上面の液位とその底部との間で、前記第１物質の濃度変化を反映した濃度プロファイルを形成することと、
前記濃度プロファイルを制御することにより、前記コアの核沸騰領域を制御することと、を含む、方法。
２．前記供給物を収容している容器（container）が、池、タンク、河口域、及び容器（vessel）から選択される、請求項１に記載の方法。
３．前記液溜めが、前記供給物に対して鎮静である、請求項１に記載の方法。
４．前記コアが、前記液溜めと熱的に連通し、それと間接的に液体連通し、かつ前記液溜めと前記液体との間の直接的液体交換に対して密閉されている、閉じたチャネルを更に含む、請求項１に記載の方法。
５．前記コアが、前記液溜めとの液体連通に対して密閉され、かつ前記蒸気及び凝縮液を垂直方向に流す向きにされた、閉じたチャネルを更に含む、請求項１に記載の方法。
６．作動中の前記コアの姿勢を選択することにより、前記第１物質を含む組成物の付着を制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
７．前記コア内の前記液溜めが、閉じ込め状態の沸騰に関与する、請求項１に記載の方法。
８．前記コアから前記液溜めへの熱交換を確立することによって、前記形成が実施される、請求項１に記載の方法。
９．前記コアからの前記熱伝達中に、内部に閉じ込められていることにより、前記コア内での前記液体の相変化を起こすことを更に含む、請求項１に記載の方法。
１０．複数のパネルを提供し、かつ少なくとも２次元で、該パネルの間に前記液溜めの一部を閉じ込める該パネルの間の間隔を選択することにより、前記濃度プロファイルを最適化することを更に含む、請求項１に記載の方法。
１１．複数のパネルを提供し、かつ少なくとも２次元で、該パネルの間に前記液溜めの一部を閉じ込める該パネルの間の間隔を選択することにより、前記熱伝達を最適化することを更に含む、請求項１に記載の方法。
１２．前記供給物の特性に基づいて前記間隔を選択することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
１３．前記供給物の特性に基づいて、前記複数のパネルの中のパネル間の間隔、前記コア内の前記パネルの数、前記パネルの大きさ、前記コアの材質、前記コアの姿勢、前記パネルのその他の特性、前記液溜め中の前記コアの位置、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つを選択することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
１４．前記コアの近くで、前記濃度プロファイルの前記変化の実質的にほとんどを含むアクティブ領域を確立することと、
前記アクティブ領域への液体交換から実質的に除外された、前記アクティブ領域の下のトラップ領域を確立することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
１５．前記コアを前記液溜めに完全に浸すことにより熱伝達を最適化することと、
前記濃度プロファイルの変更により前記コアの効果的な核沸騰領域を変更することと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
１６．前記液溜めより上の圧力の変化に対応して熱を付加することにより、前記液溜めの温度プロファイルを変化させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
１７．前記コアが前記液溜めに完全に浸漬される、請求項１に記載の方法。
方法の別の実施例には下記が含まれ得る：
１８．方法であって、
第１物質を含有する液体を含む供給物を提供することであって、該第１物質は前記液体とは異なり、かつ前記液体の中に溶解している、提供することと、
前記供給物を第１領域に収容することと、
前記第１領域と直接的に熱連通し、それとの直接的液体連通に対して密閉され、第２領域を画定する、コアを提供することと、
前記第１領域で生成された蒸気をリサイクルして前記第２領域コア内の凝縮液にすることにより、前記第１領域の底部とその上面の液位との間で、前記第１領域の前記第１物質の濃度変化を反映した濃度プロファイルを形成することと、
前記濃度プロファイルを制御することにより、前記第１領域内で前記コアに沿った核沸騰領域を制御することと、を含む、方法。
１９．前記供給物を収容するために、池、タンク、河口域、及び容器（vessel）から、容器（container）を選択することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
２０．前記第２領域が、前記第１領域と熱連通し、かつそれとの直接的な液体連通に対して密閉されている、閉じたチャネルを含む、請求項１９に記載の方法。
２１．前記コアが複数のパネルを更に含み、少なくとも２次元で、そのパネル間に前記第１領域の一部を閉じ込め、
前記複数のパネルの前記パネル間の間隔を選択することによって前記濃度プロファイルを最適化する、請求項２９に記載の方法。
２２．前記パネルが、垂直方向に前記蒸気及び凝縮液を流す向きにされた、前記閉じたチャネルを画定する、請求項２１に記載の方法。
２３．前記供給物の特性に基づいて前記間隔を選択することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
２４．前記供給物の特性に基づいて、前記複数のパネルのパネル間の間隔、前記コア内の前記パネルの数、前記パネルの大きさ、前記コアの材質、前記コアの姿勢、前記パネルのその他の特性、及び前記第１領域中の前記コアの位置、並びにこれらの組み合わせのうち少なくとも１つを選択することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
２５．前記コアの近くで、前記濃度プロファイルの前記変化の実質的にほとんどを含むアクティブ領域を確立することと、
前記アクティブ領域への液体交換から実質的に除外された、前記アクティブ領域の下のトラップ領域を確立することと、を更に含む、請求項２４に記載の方法。
２６．作動中の前記コアの姿勢を選択することにより、前記第１物質を含む組成物の付着を制御することを更に含む、請求項２５に記載の方法。
２７．前記コアからの前記熱伝達中に、内部に閉じ込められていることにより、前記コア内での前記液体の相変化を起こすことを更に含む、請求項２６に記載の方法。
２８．前記第１領域が、前記コア内で閉じ込め状態の沸騰に関与する、請求項２７に記載の方法。
２９．前記コアから前記第１領域への熱交換を確立することによって、前記形成が実施される、請求項２８に記載の方法。
３０．前記第１領域の上の圧力変化に基づいて熱を付加することにより、前記第１領域の温度プロファイルを変化させることを更に含む、請求項２９に記載の方法。
３１．前記コアが、前記第１領域に完全に浸漬される、請求項３０に記載の方法。
３２．前記濃度プロファイルを変更することにより、前記コアの沸騰領域を変えることを更に含む、請求項３１に記載の方法。
３３．前記第１領域が、前記供給物に対して鎮静である、請求項３２に記載の方法。
装置の更なる実施例には下記が含まれ得る：
１．装置であって、
第１物質を含有する液体を含む供給物を受け取るよう適合された収容手段であって、該第１物質が前記液体とは異なり、かつ該液体の中に溶解している、収容手段と、
液位と底レベルとを有する液溜めとして、前記供給物の集合を収容するよう構成された前記収容手段と、
コアであって、少なくとも部分的に前記液溜めに浸漬し、該液溜めと熱連通しており、該液溜めとの直接的液体連通に対して密閉されている、コアと、
前記液位と前記底との間の前記液溜め中の前記第１物質の濃度変化を反映した濃度プロファイルを形成する、前記液溜め処理の手段と、を含む、装置。
２．前記処理の手段が、前記液溜めで生成された蒸気をリサイクルして、前記コア内の凝縮液にする、圧縮手段を更に含む、請求項１に記載の装置。
３．前記処理の手段が、前記液溜めに熱エネルギーを付加するための加熱手段を更に含む、請求項２に記載の装置。
４．前記処理の手段が、前記液溜めに熱エネルギーを付加するための加熱手段を更に含む、請求項１に記載の装置。
５．前記液溜めで生成された蒸気をリサイクルして、前記コア内の凝縮液にするためのリサイクル手段を更に含む、請求項１に記載の装置。
６．前記リサイクル手段が、前記蒸気の圧縮のためのコンプレッサを更に含む、請求項５に記載の装置。
７．前記収容手段が、池、タンク、河口域、及び容器から選択される、請求項１に記載の装置。
８．前記液溜めが、前記液溜めに流入する前記供給物のフローに対して鎮静である、請求項１に記載の装置。
９．前記コアが、前記液溜めと熱的に連通し、それと間接的に液体連通し、かつそれとの直接的液体連通に対して密閉されている、閉じたチャネルを更に含む、請求項１に記載の装置。
１０．前記コアが、前記液溜めとの液体連通に対して密閉され、かつ前記蒸気及び凝縮液を垂直方向に流す向きにされた、閉じたチャネルを更に含む、請求項１に記載の装置。
１１．前記コアが、前記コアの作動中に前記第１物質を含有する組成物の付着を制御するよう選択された姿勢に向けられた、請求項１に記載の装置。
１２．前記コアが、前記収容手段に対して移動するように、移動可能である、請求項１に記載の装置。
１３．前記コアが、前記液溜めとの流体連通に対して密閉された閉じたチャネルを更に含み、
前記移動が、前記コアの向きの変更と、前記閉じたチャネル間の間隔の変更のうち、少なくとも１つを更に含む、請求項１に記載の装置。
１４．前記コア内の前記液溜めの一部が、閉じ込め状態の沸騰に関与する、請求項１３に記載の装置。
１５．前記液溜めで生成された蒸気をリサイクルして、前記コア内の凝縮液にする手段を更に含む、請求項１４に記載の装置。
１６．前記リサイクル手段がコンプレッサである、請求項１５に記載の装置。
１７．前記収容手段が、池、タンク、河口域、及び容器から選択される、請求項１６に記載の装置。
１８．前記コアが、前記液溜めと熱的に連通し、それと間接的に液体連通し、かつそれとの直接的な液体連通に対して密閉されている、閉じたチャネルを更に含む、請求項１７に記載の装置。
１９．前記コアが、前記コアの作動中に前記第１物質を含む組成物の付着を制御するよう選択された姿勢に向けられた、請求項１８に記載の装置。
２０．前記姿勢が、前記蒸気及び凝縮液を垂直方向に流すような向きにされている、請求項１９に記載の装置。
２１．前記コアが、前記収容手段に対して移動可能である、請求項２０に記載の装置。
２２．前記コアが、複数の閉じたチャネルを更に含み、
前記方法が、前記コアの向きの変更と、前記閉じたチャネル間の間隔の変更のうち、少なくとも１つによって前記コアを移動させることを更に含む、請求項２１に記載の装置。
２３．前記コア内の前記液溜めの一部が、閉じ込め状態の沸騰に関与する、請求項２２に記載の装置。
２４．前記液溜めが、前記液溜めに流入する前記供給物のフローに対して鎮静である、請求項２３に記載の装置。
２６．外側表面に対し生成されたリサイクル蒸気を、内側容積へと更に導く、入口と、
前記内側容積からの熱を、媒体が接触しているときに前記外側表面により形成されている境界層に伝える、前記外側表面と、を更に含む、請求項２５に記載の装置。
２７．前記物質が、金属、ポリマー、複合材料、及びこれらの組み合わせからなる群から更に選択される、請求項２５に記載の装置。
２８．前記物質が、フッ化炭素ポリマーから選択される、請求項２７に記載の装置。
２９．前記物質が、テトラフルオロエチレンである、請求項２８に記載の装置。
３０．前記物質が、化学的に不活性であり、かつ前記媒体に対して非反応性であるよう選択される、請求項２５に記載の装置。
３１．前記物質が、前記媒体中に生成される化合物の付着を最小限に抑えるよう選択される、請求項２６に記載の装置。
【０２６７】
本明細書による本発明及びその他のシステム、方法、及び装置は、基本的機能又は本質的特性から逸脱することなく、その他の具体的な形態で実施することができる。記述されている実施形態は、あらゆる面で例示として見なされるべきであり、制限的なものとして見なされるべきではない。例示のための実施形態の意味及び均等範囲内での変更は全て、それぞれの範囲内に包含されるものである。
【０２６８】
〔実施の態様〕
（１）  蒸気再圧縮のためのプロセスを改善するための方法であって、
該プロセスを実施するために、サブユニットとして併合可能な複数の作業を含むプロセスを選択することと、
前記蒸気の源に溶かした物質の濃度プロファイルを測定することと、
１組の操作パラメータを有する前記複数の作業のうち少なくとも１作業について評価することにより、前記濃度プロファイルに対する影響を判定することと、
前記評価に基づいて、前記複数の作業から標的作業を選択することと、
前記標的作業を制御するための制御パラメータを選択することと、
前記制御パラメータを変更することによって前記濃度プロファイルを操作することであって、前記制御パラメータが、質量流量、機械的仕事、熱エネルギー、熱慣性、これらの変化率、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、操作することと、を含む、方法。
（２）  前記評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び前記源に熱を付加するヒーターを、逐次的に評価することからなる、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、前記源に熱を付加するヒーター、及び前記源の応答時間を、逐次的に評価することからなる、実施態様１に記載の方法。
（４）  前記評価することが、
第１に、前記プロセス中の液体を移動させるためのポンプ、
第２に、前記源からの前記蒸気を圧縮するためのコンプレッサ、及び
第３に、前記源に熱を付加するためのヒーターを、連続して順に評価することを含む、実施態様１に記載の方法。
（５）  前記評価することが、
第１に、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、
第２に、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び
第３に、前記源に熱を付加するヒーターを、連続して順に評価することを含む、実施態様１に記載の方法。
【０２６９】
（６）  前記連続して順に評価することが、第４に、前記移動、前記圧縮、及び前記付加のうち少なくとも１つの前記変化率を評価することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（７）  内部の構成要素、該構成要素の時間的変動、供給源、及び送達メカニズムのうち少なくとも１つについて、供給物を分析することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（８）  ポンプ、コンプレッサ、ヒーター、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する制御を変化させることを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（９）  前記プロセス内の作業に対応する温度、圧力、流量、動力、及び濃度のうち少なくとも１つを検出するセンサーを提供することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（１０）  気圧、温度、風、湿度、及びこれらの組み合わせから選択される周囲条件を測定することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
【０２７０】
（１１）  前記評価することが、前記プロセスへの実質的に全てのエネルギー入力、及び前記プロセスからのエネルギー出力を測定することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（１２）  前記プロセスへの実質的に全てのエネルギーの入力と前記プロセスからのエネルギーの出力との均衡をとることを更に含む、実施態様１１に記載の方法。
（１３）  前記作業のうち少なくとも１つに対してエネルギー伝達を提供するエネルギー回収作業を追加することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（１４）  蒸気再圧縮のためのプロセスを改善するための方法であって、
該プロセスを実施するために、複数の作業を含むプロセスを選択することと、
前記蒸気の源の構成要素の濃度プロファイルを測定することと、
１組の操作パラメータを有する前記複数の作業のうち少なくとも１作業について評価することにより、前記濃度プロファイルに対する影響を判定することと、
前記評価に基づいて、前記複数の作業から標的作業を選択することと、
前記標的作業を制御するための制御パラメータを選択することと、
前記制御パラメータを変更することによって前記濃度プロファイルを操作することであって、前記制御パラメータが、質量流量、機械的仕事、熱エネルギー、熱慣性、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する、値、前記値の変化率、又は前記値の前記変化率の変化率を特徴付けるものである、操作することと、を含む、方法。
（１５）  前記評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、前記源に熱を付加するヒーター、及び前記源の応答時間を、逐次的に評価することを更に含む、実施態様１４に記載の方法。
【０２７１】
（１６）  前記逐次的に評価することが、前記プロセス中の液体を移動させるポンプ、前記源からの前記蒸気を圧縮するコンプレッサ、及び前記源に熱を付加するヒーターを、評価することからなる、実施態様１４に記載の方法。
（１７）  前記評価することが、
第１に、前記プロセス中の液体を移動させるためのポンプ、
第２に、前記源からの前記蒸気を圧縮するためのコンプレッサ、及び
第３に、前記源に熱を付加するためのヒーターを、連続して順に評価することを含む、実施態様１４に記載の方法。
（１８）  前記連続して順に評価することが、第４に、前記移動、前記圧縮、及び前記付加のうち少なくとも１つの前記変化率を評価することを更に含む、実施態様１７に記載の方法。
（１９）  前記構成要素、前記構成要素の時間的変動、供給源、及び送達メカニズムのうち少なくとも１つについて、供給物を分析することを更に含む、実施態様１８に記載の方法。
（２０）  ポンプ、コンプレッサ、ヒーター、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも１つに対応する制御を変化させることを更に含む、実施態様１９に記載の方法。
【０２７２】
（２１）  前記プロセス内の作業に対応する温度、圧力、流量、動力、及び濃度のうち少なくとも１つを検出するセンサーを提供することを更に含む、実施態様２０に記載の方法。
（２２）  気圧、温度、風、湿度、及びこれらの組み合わせから選択される周囲条件を測定することを更に含む、実施態様２１に記載の方法。
（２３）  前記評価することが、前記プロセスへの実質的に全てのエネルギー入力、及び前記プロセスからのエネルギー出力を測定することを更に含む、実施態様２２に記載の方法。
（２４）  前記プロセスへの実質的に全てのエネルギーの入力と前記プロセスからのエネルギーの出力との均衡をとることを更に含む、実施態様２３に記載の方法。
（２５）  前記作業のうち少なくとも１つに対してエネルギー伝達を提供するエネルギー回収作業を追加することを更に含む、実施態様２４に記載の方法。
【国際調査報告】
2014511264.tif 000021