(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱塩システムであって、
塩含有水源に流体接続された加湿器の液体インレット、ガス源に流体接続された加湿器のガスインレット、および加湿器のアウトレットを有して成る加湿器、
加湿器のアウトレットに流体接続された凝縮器のインレット、凝縮器の水インレットストリームを受容するように構成された凝縮器の水インレット、凝縮器のガスアウトレット、および凝縮器の水アウトレットを有して成る気泡カラム凝縮器、並びに
気泡カラム凝縮器と分かれており、凝縮器の水アウトレットに流体接続されており、および凝縮器の水アウトレットストリームから熱を取り除いて熱交換器のアウトレットストリームを生成するように構成されている熱交換器
を有して成り、
加湿器は、ガスインレットから受容されるガスと比べて水蒸気が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されており、
気泡カラム凝縮器は、水インレットストリームからの水の少なくとも一部と加湿器のアウトレットストリームからのガスとを少なくとも一部接触させることで、加湿器のアウトレットストリームから水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、加湿器のアウトレットストリームと比べて水が少ない凝縮器のガスアウトレットストリームおよび凝縮器の水アウトレットストリームを生成するように構成されており、および
気泡カラム凝縮器は、凝縮器の水アウトレットストリームの温度が凝縮器の水インレットストリームの温度よりも高い温度となるように構成されている、脱塩システム。
【請求項２】
脱塩システムであって、
塩含有水源に流体接続された加湿器の液体インレット、ガス源に流体接続された加湿器のガスインレット、および加湿器のアウトレットを有して成る加湿器、
加湿器のアウトレットに流体接続された凝縮器のインレット、凝縮器の水インレットストリームを受容するように構成された凝縮器の水インレット、凝縮器のガスアウトレット、および凝縮器の水アウトレットを有して成る気泡カラム凝縮器、並びに
凝縮器の水アウトレットに流体接続され、および凝縮器の水アウトレットストリームから熱を取り除いて熱交換器のアウトレットストリームを生成するように構成されている熱交換器
を有して成り、
加湿器は、ガスインレットから受容されるガスと比べて水蒸気が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されており、
気泡カラム凝縮器は、水インレットストリームからの水の少なくとも一部と加湿器のアウトレットストリームからのガスとを少なくとも一部接触させることで、加湿器のアウトレットストリームから水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、加湿器のアウトレットストリームと比べて水が少ない凝縮器のガスアウトレットストリームおよび凝縮器の水アウトレットストリームを生成するように構成されており、および
気泡カラム凝縮器は、凝縮器の水アウトレットストリームの温度が凝縮器の水インレットストリームの温度よりも高い温度となるように構成されており、
ガス流れの一部が、加湿器内の少なくとも１つの中間位置から取り出され、前記少なくとも１つの中間位置の各々から気泡カラム凝縮器内の対応する中間位置へと供給される、
脱塩システム。
【請求項３】
操作に際して、加湿器および/又は気泡カラム凝縮器内の圧力が、おおよそ外気圧で維持される、請求項１又は２に記載の脱塩システム。
【請求項４】
気泡カラム凝縮器が加湿器から熱的に分離されている、請求項１〜３のいずれかに記載の脱塩システム。
【請求項５】
加湿器が充填床加湿器である、請求項１〜４のいずれかに記載の脱塩システム。
【請求項６】
気泡カラム凝縮器が少なくとも第１段のインレットおよび第１段のアウトレットを有して成る第１段を更に有して成り、第１段のインレットが凝縮器のインレットと流体連通しており、かつ少なくとも１つの気泡発生器に接続されている、請求項１〜５のいずれかに記載の脱塩システム。
【請求項７】
少なくとも１つの気泡発生器が、複数の孔を有して成るスパージャー・プレートを有して成る、請求項６に記載の脱塩システム。
【請求項８】
気泡カラム凝縮器が、第１段のアウトレットと流体連通する第２段のインレット、第２段のアウトレット、および水を含んで成る液体層を有して成る第２段を更に有して成る、請求項１〜７のいずれかに記載の脱塩システム。
【請求項９】
気泡カラム凝縮器の段が気泡カラム内で垂直方向に配置されている、請求項８に記載の脱塩システム。
【請求項１０】
気泡カラム凝縮器および/又は熱交換器に流体接続された冷却デバイスを更に有して成る、請求項１〜９のいずれかに記載の脱塩システム。
【請求項１１】
気泡カラム凝縮器が冷却デバイスのアウトプットストリームを受容するように構成されている、請求項１０に記載の脱塩システム。
【請求項１２】
加湿器および/又は熱交換器に流体接続された第１加熱デバイスを更に有して成る、請求項１〜１１のいずれかに記載の脱塩システム。
【請求項１３】
第１加熱デバイスが、第１加熱デバイスのインレット温度で熱交換器のアウトレットストリームを受容し、第１加熱デバイスのアウトレット温度で第１加熱デバイスのアウトプットストリームを生成するように構成されており、第１加熱デバイスのインレット温度と第１加熱デバイスのアウトレット温度との差が少なくとも１０℃である、請求項１２に記載の脱塩システム。
【請求項１４】
連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する気泡カラム凝縮器の各段内の液体層の高さの比が１．０以下である、請求項１〜１３のいずれかに記載の脱塩システム。
【請求項１５】
連続操作の間、気泡カラム凝縮器の各段内の液体層が０．１ｍ以下の高さを有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の脱塩システム。
【請求項１６】
気泡カラム凝縮器は、ガスが１０〜２００ｃｆｍ/ｆｔ２の範囲の速度を有するように構成されている、請求項１〜１５のいずれかに記載の脱塩システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、２０１３年９月１２日に出願され“気泡カラム凝縮器を含むシステム”と題された米国仮特許出願第６１/８７７，０３２号；２０１３年１１月８日に出願され“気泡カラム凝縮器を含むシステム”と題された米国仮特許出願第６１/９０１，７５７号；および２０１３年１１月２２日に出願され“気泡カラム凝縮器を含むシステム”と題された米国仮特許出願第６１/９０７，６２９号に対して合衆国法典第３５編第１１９条（ｅ）に基づき優先権主張をするものであり、その内容の全てが参照することにより全ての目的のため本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本明細書に記載される態様は、概して凝縮装置（例えば、気泡カラム凝縮器）および様々な熱および物質交換システムでの凝縮装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
人間の消費、灌がい、および/又は産業利用のために淡水の需要が増え続けるにつれ、淡水不足は世界中で拡大する問題となっている。様々な脱塩方法により、海水、汽水、逆流水、油又はガス抽出プロセスから生成される水、および/又は廃水から淡水を生成することが可能である。例えば、加湿−除湿（ＨＤＨ）プロセスは、加湿器中で生理食塩溶液を乾燥空気と接触させて、乾燥空気を加熱および加湿させることを含む。加熱および加湿された空気は次いで除湿器（例えば凝縮器）で冷水と接触されて、純水と除湿された空気が生成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＨＤＨプロセスはしばしば特定の問題を含んでいる。例えば、ＨＤＨシステム内でのキャリアガスの使用により、非凝縮性ガス（例えば空気）の大部分が概して凝縮ストリームに存在し、除湿器中の熱および物質移動速度が相当低減され得る。また、非凝縮性ガスの存在により、冷表面上の蒸気の凝縮に対する熱抵抗が増大し、それにより表面凝縮器の有効性が減じられる。更に、除湿器は時に操作のために多量のエネルギーを必要とし得る。従って、例えば低電力消費および/又は非凝縮性ガスの存在下で高い熱および物質移動速度等の改善された特性を備えた凝縮器が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
気泡カラム凝縮器等の凝縮装置、および様々な熱および物質交換システムでの当該凝縮装置の使用が開示される。本発明の主題は、ある態様における相互に関連する生産物、特定の問題に対する代替解決策、並びに/又は１つ以上のシステムおよび/若しくは物品の複数の異なる使用を含んでいる。
【０００６】
ある態様は脱塩システムに関する。ある態様では、脱塩システムは、塩含有水源に流体接続された加湿器の液体インレット（又は入口部;inlet）、キャリアガス源に流体接続された加湿器のガスインレット、および加湿器のアウトレット（又は出口部;outlet）を有して成る（又は含む;comprising）加湿器を有して成る。特定の態様では、加湿器は、ガスインレットから受容されるガスと比べて（又はに対して；relative to）水蒸気が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。ある態様では、脱塩システムは、加湿器のアウトレットに流体接続された凝縮器のインレット、凝縮器のガスアウトレット、および凝縮器の水アウトレットを有して成る気泡カラム凝縮器を有して成る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器は、加湿器のアウトレットストリームから水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、加湿器のアウトレットストリームおよび凝縮器の水アウトレットストリームと比べて（又はに対して；relative to）水が豊富な凝縮器のガスアウトレットストリームを生成するように構成されている。ある態様では、脱塩システムは、気泡カラム凝縮器とは分かれており、および凝縮器の水アウトレットに流体接続されかつ凝縮器の水アウトレットストリームから熱を取り除くように構成された熱交換器を有して成る。
【０００７】
ある態様では、脱塩システムは、塩含有水源に流体接続された加湿器の液体インレット、ガス源に流体接続された加湿器のガスインレット、および加湿器のアウトレットを有して成る加湿器を有して成る。加湿器は、ガスインレットから受容されるガスと比べて水蒸気が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。特定態様では、脱塩システムは、加湿器のアウトレットに流体接続された凝縮器のインレット、凝縮器のガスアウトレット、および凝縮器の水アウトレットを有して成る気泡カラム凝縮器を有して成る。気泡カラム凝縮器は、加湿器のアウトレットストリームから水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、加湿器のアウトレットストリームおよび凝縮器の水アウトレットストリームと比べて水が豊富な凝縮器のガスアウトレットストリームを生成するように構成されている。ある態様では、脱塩システムは、凝縮器の水アウトレットに流体接続されかつ凝縮器の水アウトレットストリームから熱を取り除くように構成された熱交換器を有して成る。特定の態様では、ガス流れの一部は、加湿器内の少なくとも１つの中間位置から取り出され、前記少なくとも１つの中間位置の各々から気泡カラム凝縮器内の対応する中間位置へと供給される。
【０００８】
ある態様は、気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通するインレット、およびアウトレットを有して成るベッセルを有して成る気泡カラム凝縮器を有して成る凝縮器システムに関する。ベッセルはある量の凝縮性流体を含んで成る液体層を含み、気泡カラム凝縮器はガスから凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。ある態様では、凝縮器システムは、ベッセルの外部に位置付けられ、および気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームを受容し、気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームから熱を取り除くためにベッセルに流体接続された熱交換器を更に有して成る。
【０００９】
ある態様は、気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通した第１段のインレット、および第１段（又はステージ;stage）のアウトレットを有して成る第１段を有して成る気泡カラム凝縮器に関する。第１段はある量の凝縮性流体を含んで成る液体層を含み、凝縮器の長さに対する第１段内の液体層の高さの比が実質的な連続操作の間約１．０以下である。
【００１０】
特定の態様では、気泡カラム凝縮器は、気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通した第１段のインレット、および第１段のアウトレットを有して成る第１段を有して成る。第１段はある量の凝縮性流体を含んで成る液体層を含み、液体層は実質的な連続操作の間約０．１ｍ未満の高さを有する。
【００１１】
ある態様では、凝縮器装置が供される。ある態様では、凝縮器装置は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通した少なくとも１つのチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。特定の態様では、少なくとも１つのチャンバーは、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る。特定の態様では、凝縮器装置は、液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層を有して成る。ある態様では、液体層はある量の凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成る。ある態様では、凝縮器装置は、少なくとも１つのチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域を有して成る。ある態様によれば、蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通した蒸気インレットを有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、少なくとも１つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、凝縮器装置は、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
【００１２】
ある態様では、加湿器装置が供される。ある態様では、加湿器装置は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通した少なくとも１つのチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。特定の態様では、少なくとも１つのチャンバーは、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る。特定の態様では、加湿器装置は、液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層を有して成る。ある態様では、液体層はある量の凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成る。ある態様では、加湿器装置は、少なくとも１つのチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域を有して成る。ある態様によれば、蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通した蒸気インレットを有して成る。ある態様では、加湿器装置は、少なくとも１つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、加湿器装置は、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて蒸気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
【００１３】
ある態様は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通した少なくとも１つのチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。ある態様では、少なくとも１つのチャンバーは少なくとも１．５のアスペクト比を有する。ある態様では、凝縮器装置は、少なくとも１つのチャンバーと、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレットを有して成る。特定の態様では、少なくとも１つのチャンバーが、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る表面を有して成る。ある態様では、少なくとも１つのチャンバーが第１ウェアーおよび第２ウェアーを有して成り、第１ウェアーおよび第２ウェアーのそれぞれが少なくとも１つのチャンバーの底面に沿って位置付けられており、第１ウェアーおよび第２ウェアーがそれぞれ少なくとも１つのチャンバーの高さよりも低い高さを有している。特定の態様では、第１ウェアーおよび第２ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第１ウェアーから第２ウェアーへと少なくとも１つのチャンバーを横切って流れるように配置されている。特定の態様では、凝縮器装置が、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
【００１４】
ある態様によれば、加湿器装置は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通した少なくとも１つのチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。ある態様では、少なくとも１つのチャンバーは少なくとも１．５のアスペクト比を有する。ある態様では、凝縮器装置は、少なくとも１つのチャンバーと、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレットを有して成る。ある態様では、加湿器装置は、少なくとも１つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、少なくとも１つのチャンバーは、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る表面を有して成る。ある態様では、少なくとも１つのチャンバーが、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る表面を有して成る。ある態様では、少なくとも１つのチャンバーが第１ウェアーおよび第２ウェアーを有して成り、第１ウェアーおよび第２ウェアーのそれぞれが少なくとも１つのチャンバーの底面に沿って位置付けられており、第１ウェアーおよび第２ウェアーがそれぞれ少なくとも１つのチャンバーの高さよりも低い高さを有している。特定の態様では、第１ウェアーおよび第２ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第１ウェアーから第２ウェアーへと少なくとも１つのチャンバーを横切って流れるように配置されている。特定の態様では、加湿器装置は、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて蒸気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
【００１５】
特定の態様は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセルを有して成る凝縮器装置に関する。ある態様では、複数のチャンバーは、液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第１チャンバーを有して成る。ある態様では、複数のチャンバーは、第１チャンバーの下方に、第１チャンバーと流体連通するように配置された第２チャンバーを更に有して成る。特定の態様では、第２チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、複数のチャンバーと、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレットを有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、第１チャンバーおよび第２チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第１チャンバーの全長を横切って第１方向に、および第２チャンバーの全長を横切って反対の第２方向に流れるように配置されている。特定の態様では、凝縮器装置は、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
【００１６】
ある態様では、加湿器装置は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。ある態様では、複数のチャンバーは、液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第１チャンバーを有して成る。ある態様では、複数のチャンバーは、第１チャンバーの下方に、第１チャンバーと流体連通するように配置された第２チャンバーを更に有して成る。特定の態様では、第２チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る。ある態様では、加湿器装置は、複数のチャンバーと、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレットを有して成る。ある態様では、加湿器装置は、複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、第１チャンバーおよび第２チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第１チャンバーの全長を横切って第１方向に、および第２チャンバーの全長を横切って反対の第２方向に流れるように配置されている。特定の態様では、加湿器装置は、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて蒸気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
【００１７】
ある態様では、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセルを有して成る凝縮器装置が供される。ある態様では、各チャンバーは少なくとも１．５のアスペクト比を有する。ある態様では、複数のチャンバーは、液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第１チャンバー、および第１チャンバーの下方に第１チャンバーと流体連通するように配置された第２チャンバーを有して成る。第２チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層を有して成る。ある態様では、液体層はある量の凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成る。特定の態様では、凝縮器装置は、複数のチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域を有して成る。ある態様では、蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通した蒸気インレットを有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。ある態様では、第１チャンバーおよび第２チャンバーの各々が第１チャンバー又は第２チャンバーの底面に沿って位置付けられた第１ウェアーおよび第２ウェアーを有して成る。ある態様では、第１ウェアーおよび第２ウェアーがそれぞれ第１又は第２チャンバーの高さよりも低い高さを有している。ある態様では、第１ウェアーおよび第２ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第１ウェアーから第２ウェアーへとチャンバーを横切って流れるように配置されている。ある態様では、第１チャンバーおよび第２チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第１チャンバーの全長を横切って第１方向に、および第２チャンバーの全長を横切って反対の第２方向に流れるように配置されている。特定の態様では、凝縮器装置が、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
【００１８】
ある態様では、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセルを有して成る加湿器装置が供される。ある態様では、各チャンバーは少なくとも１．５のアスペクト比を有する。ある態様では、複数のチャンバーは、液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第１チャンバー、および第１チャンバーの下方に第１チャンバーと流体連通するように配置された第２チャンバーを有して成る。第２チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る。ある態様では、加湿器装置は、液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層を有して成る。特定の態様では、液体層はある量の凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成る。特定の態様では、加湿器装置は、複数のチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域を有して成る。ある態様では、蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通した蒸気インレットを有して成る。ある態様では、加湿器装置は、複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。ある態様では、第１チャンバーおよび第２チャンバーの各々が第１チャンバー又は第２チャンバーの底面に沿って位置付けられた第１ウェアーおよび第２ウェアーを有して成る。ある態様では、第１ウェアーおよび第２ウェアーがそれぞれ第１又は第２チャンバーの高さよりも低い高さを有している。ある態様では、第１ウェアーおよび第２ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第１ウェアーから第２ウェアーへとチャンバーを横切って流れるように配置されている。ある態様では、第１チャンバーおよび第２チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第１チャンバーの全長を横切って第１方向に、および第２チャンバーの全長を横切って反対の第２方向に流れるように配置されている。特定の態様では、加湿器装置は、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて蒸気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
【００１９】
本発明の他の利点および新規な特徴は、添付図面と併せて考慮される際に本発明の様々な非限定的態様の下記の詳細な説明から明らかであろう。本明細書と参照することにより組み入れられる文献が対立するおよび/又は矛盾した開示内容を含んでいる場合、本明細書が制御されるべきである。参照することにより組み入れられる２つ以上の文献が相互に対立するおよび/又は矛盾した開示内容を含んでいる場合、その際は後の有効日を有する文献が制御されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の非限定的な態様は、概略図であって縮図を描くことを意図していない添付図面を参照して例示により説明される。図面では、図示される各同一の又は略同一のコンポーネントは典型的には単一の数字により示される。明確にする目的のため全てのコンポーネントは全ての図面で表示されず、当業者が本発明を理解できるように例示が必要ではない本発明の各態様の全てのコンポーネントは図示されない。
【００２１】
【図１Ａ】図１Ａは、ある態様に従った単段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器の段の典型的な概略上面図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、ある態様に従った中間ガスインレットを有していない２段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ある態様に従った中間ガスインレットを有する２段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ある態様に従った蒸気分配チャンバーを有する２段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、ある態様に従った２つの蒸気分配チャンバーを有する２段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器および外部熱交換器の典型的な概略図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器、外部熱交換器、外部加熱デバイス、および外部冷却デバイスの典型的な概略図を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器および平行流れデバイスである外部熱交換器を含むＨＤＨシステムの典型的な概略図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器および逆流デバイスである外部熱交換器を含むＨＤＨシステムの典型的な概略図を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器および外部熱交換器に加え、第１外部加熱デバイスおよび第２外部加熱デバイスを更に含むＨＤＨシステムの典型的な概略図を示す。
【図５】図５は、ある態様に従った８段気泡カラム凝縮器および外部熱交換器の典型的な概略図を示す。
【図６】図６は、液体クロス流れの２つのパスを有した阻流型気泡発生チャンバーの典型的な態様を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の閉じられた状態の等角図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の断面等角図を示す。
【図７Ｃ】図７Ｃは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の図７Ａの２次元の側面投影図を示す。
【図７Ｄ】図７Ｄは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の図７Ａの２次元の側面投影図を示す。
【図７Ｅ】図７Ｅは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の図７Ａの２次元の側面投影図を示す。
【図７Ｆ】図７Ｆは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の図７Ａの２次元の側面投影図を示す。
【図７Ｇ】図７Ｇは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様のチャンバーの様々な上面図を示す。
【図７Ｈ】図７Ｈは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の液体クロス流れの１つのパスを有した非阻流型気泡発生チャンバーの図を示す。
【図７Ｉ】図７Ｉは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の液体クロス流れの１つのパスおよび非水平のバッフルを有した気泡発生チャンバーの様々な図を示す。
【図８】図８は、ある態様に従った液滴同伴を減じる又は取り除くためスタックを有して成る単段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。
【図９】図９は、ある態様に従った気泡カラム凝縮器、熱交換器、第１加熱デバイス、第２加熱デバイス、および冷却デバイスを含むＨＤＨシステムの典型的な概略図を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、ある態様に従った８段気泡カラム凝縮器および外部熱交換器の典型的な概略図を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、ある態様に従った８段気泡カラム凝縮器、外部熱交換器、および外部冷却デバイスの典型的な概略図を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器、加湿器、外部熱交換器、外部加熱デバイス、および外部冷却デバイスを有して成るＨＤＨシステムの典型的な概略図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、ある態様に従った中間空気インレットを有して成る気泡カラム凝縮器、中間空気アウトレットを有して成る加湿器、外部熱交換器、外部加熱デバイス、および外部冷却デバイスを有して成るＨＤＨシステムの典型的な概略図を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、ある態様に従った内部熱交換器を有して成る気泡カラム凝縮器、加湿器、外部加熱デバイス、および外部冷却デバイスを有して成るＨＤＨシステムの典型的な概略図を示す。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、ある態様に従った内部熱交換器および中間空気インレットを有して成る気泡カラム凝縮器、中間空気アウトレットを有して成る加湿器、外部加熱デバイス、並びに外部冷却デバイスを有して成るＨＤＨシステムの典型的な概略図を示す。
【図１２】図１２は、ある態様に従った略円形断面を有し、スパイラルバッフルを含むチャンバーの典型的な概略図を示す。
【図１３】図１３は、ある態様に従った略円形断面を有し、２つのバッフルを含むチャンバーの典型的な概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書に記載される態様は、凝縮装置（例えば気泡カラム凝縮器）および様々な熱および物質交換システムでの当該凝縮装置の使用を供する。例えば、凝縮装置は水の浄化のためのシステム（例えば脱塩システム）で役立ち得る。ある態様では、凝縮装置は、気相と液体層との間での改善された熱および物質交換等の改善された性能を備えた単純でかつ低コストのシステムを可能とする。本明細書に記載される装置は概して凝縮装置又は凝縮器を指すものの、装置はある態様では加湿のために用いられ得る。例えば、本明細書に記載される特定の態様は気泡カラム加湿器に関し得る。
【００２３】
ある態様では、凝縮器は有利には少数のコンポーネント、システム内の少量のマテリアル（例えば伝熱表面積）、コンポーネントの低コスト、および/又は小さい寸法を有するコンポーネントを可能とする。例えば、システムはある高さである量の液体を含むコンポーネントを含み得、本明細書に記載される凝縮器を組み込むことでコンポーネント内の液体の量ひいては高さを減じ得る。ある態様では、システム内の液体量の低減により、大きなシステムに対して同様に小さな寸法を有する又はある態様では改善された性能を有するより単純なコンポーネントを可能とし得る。例えば、コンポーネントは凝縮器内での気相と液相との間の伝熱（又は熱移動;heat transfer）をし易くするのに役立ち得る。単一の凝縮器内に小さな寸法（例えば高さ、段間隔等）を有するそのようなコンポーネントを組み込むことで、既定の凝縮器内で多数のコンポーネントを使用することができ、気相と液相との間の熱および物質交換を増大させることができる。更に、本明細書に記載される凝縮器を構成するために必要なマテリアル量は減じられ得、それにより製造費用が減じられる。更に、本明細書に記載された凝縮器の特定の態様では、熱および物質移動はガス又はガス混合物の気泡を通じて生じる（例えば、熱および物質は、凝縮プロセスを通じて気相中に凝縮性流体を含んで成るガス又はガス混合物の気泡から凝縮性流体の液浴に移動され得る）。熱および物質移動のため金属面（例えばチタンチューブ）よりもむしろガスバブルを使用することで、有利には凝縮器の製造費用が減じられ得る。更に、ガスバブルの使用により、熱および物質移動のために利用可能な表面積量が増大され、それにより気泡カラム凝縮器の熱力学的効果が有利に増大され得る。
【００２４】
ある態様では、本明細書に記載された凝縮器は有利には凝縮器における圧力降下の低減を示し得る。すなわち、凝縮器のインレットでの圧力は凝縮器のアウトレットでの圧力と略同一（例えば１０％未満の変化）であり得る。例えば、凝縮器のインレットに入る流体（例えば蒸気）の圧力は凝縮器のアウトレットから出ていく流体の圧力と略同一であり得る。凝縮器における圧力降下の低減は、操作のために少ない電力および費用を要する相対的に小さなポンプが凝縮器を介して流体を送り出すために使用され得る点で有利であり得る。
【００２５】
ある態様では、本明細書に記載される凝縮器は、改善された伝熱特性、凝縮器を通過するマテリアルが非凝縮性ガスを含んで成る場合に特に有利であり得る特性を示し得る。非凝縮性ガスは、概して凝縮器の操作条件下で液相に凝縮しない任意のガスを指す。非凝縮性ガスの例としては、限定されるものではないが空気、窒素、酸素およびヘリウムが挙げられる。ある態様では、凝縮器は、伝熱速度が非凝縮性ガスを含む混合物のために改善されるように構成され得る。
【００２６】
典型的には、凝縮器は、凝縮器の液体インレットストリームを受容し、および凝縮器の液体アウトレットストリームをシステム内の別のコンポーネントに送るように構成され得る。また、凝縮器は、少なくとも１つのインレットを通じてガス又はガス混合物を受容し、アウトレットを通じてガス又はガス混合物をシステム内の別のコンポーネントに送るように構成され得る。ある態様では、ガス又はガス混合物は蒸気混合物（例えば、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガス）を含んで成り得る。ある態様では、凝縮器に入るガス又はガス混合物は凝縮器を出ていくガス又はガス混合物よりも異なる組成物を有し得る。例えば、凝縮器に入るガス又はガス混合物は特定の流体（例えば凝縮性流体）を含み得る。その一部は、出ていくガス又はガス混合物が相対的に少量の流体を有するように凝縮器内で取り除かれ得る。ある態様では、流体は凝縮プロセスを通じてガス又はガス混合物から取り除かれ得る。ある態様では、凝縮器は気泡カラム凝縮器であってよく、蒸気は相対的に冷液のカラム内で凝縮される。ある態様では、気泡カラム凝縮器は、ガス又はガス混合物の１つ以上のコンポーネントが取り除かれるようにガス又はガス混合物が処理される少なくとも１つの段を有して成る。例えば、ガス又はガス混合物は気相中に凝縮性流体を含んでよく、（例えば液体状の）凝縮性流体の回収は気泡カラム凝縮器の少なくとも１つの段内で行われ得る。凝縮性流体は、概して凝縮器の操作条件下で気相から液相へと凝縮可能な流体を指す。
【００２７】
図１Ａは、単段気泡カラム凝縮器の典型的な断面図を示す。図１Ａに示されるように、気泡カラム凝縮器１００は、インレット１２０、アウトレット１３０および（例えば収容ベッセル（;containing vessel）により供されるように）チャンバー１４０を有して成る段１１０を有して成る。液相中に凝縮性流体を含んで成る液体層１５０はチャンバー１４０内に存在する。例示態様として、凝縮性流体は水であってよい。ある態様では、液体層１５０は相対的に低い高さＨＬ（例えば約０．１ｍ以下）を有する。高さＨＬはチャンバー１４０の高さＨＣよりも小さくてよい。ある態様では、液体層１５０により占められていないチャンバー１４０の部分は蒸気分配領域を有して成る。インレット１２０は蒸気相中に凝縮性流体を含むガス又はガス混合物の源と流体連通している。ある態様では、ガスは１つ以上の非凝縮性ガスを更に含んで成り得る。例えば、ガスは加湿空気を含み得る。また、インレット１２０は、インレット１２０に入るガスが気泡発生器１６０内に供されるように気泡発生器１６０に接続され得る。下記でより詳細に説明するが、気泡発生器は複数の孔を有して成るスパージャー・プレートを有して成り得る。気泡発生器１６０は、チャンバー１４０と流体連通しおよび/又はチャンバー１４０内に配置され得る。ある態様では、気泡発生器１６０はチャンバー１４０の底面を形成する。
【００２８】
ある態様では、カラム内のインレットおよび/又はアウトレット（例えば図１Ａのインレット１２０）は、離れて区別される機構として供され得る。ある態様では、カラム内のインレットおよび/又はアウトレットは、気泡発生器、スパージャー・プレート並びに/又はカラムおよび/若しくはシステムのコンポーネント間の流体連通を成す任意の他の機構等の特定のコンポーネントにより供され得る。例えば、カラムの特定の段の“インレット”はスパージャー・プレートの複数の孔として供され得る。例えば、第１段と第２段との間を移動するガス又はガス混合物は、スパージャー・プレートの孔により供される“インレット”を通じて第２段に入り得る。
【００２９】
気泡カラム凝縮器が操作状態にある際、ガス又はガス混合物はインレット１２０を通じて気泡発生器１６０へと流れ、ガス又はガス混合物を含みかつ液浴（例えば液体層）１５０を通じて移動するガスバブル１７０が生成される。液浴１５０の温度はガスバブル１７０の温度よりも低く維持され得、凝縮プロセスを通じてガスバブル１７０から液浴１５０への熱および物質の移動をもたらす。液浴１５０を通過した後、少なくとも部分的に除湿されたガス又はガス混合物は蒸気分配領域（例えば液浴１５０により占められていないチャンバー１４０の部分）に入り得る。ある態様では、ガス又はガス混合物は蒸気分配領域の全体にわたり実質的に均一に分配され得る。次いで、ガス又はガス混合物はアウトレット１３０を通じて気泡カラム凝縮器から出ていくために進み得る。典型的な態様では、水および空気を含むガス混合物は、蒸気形態の水と空気の両方を含むガスバブル１７０が形成されるように気泡カラム凝縮器１００に通過され得る。液浴１５０との接触の際、水がその際凝縮されて液浴１５０に移動され、それによりアウトレット１３０を通じて気泡カラム凝縮器１００を出ていく除湿ガスが生成され得る。
【００３０】
ある態様では、インレット１２０でのガス又はガス混合物の圧力はアウトレット１３０でのガス又はガス混合物の圧力と略同一である。ある態様では、インレット１２０でのガス又はガス混合物の圧力はアウトレット１３０でのガス又はガス混合物の圧力と約１ｋＰａ以下分異なる。ある態様では、インレット１２０でのガス又はガス混合物の圧力はアウトレット１３０でのガス又はガス混合物の圧力よりも約１ｋＰａ未満大きい。
【００３１】
図８に示すように、気泡カラム凝縮器１００はアウトレット１３０と流体連通した任意のスタック８００を更に有して成り得る。スタック８００は、例えば液滴同伴（例えば、除湿ガスと共に液浴１５０からアウトレット１３０外に流れる液体の滴）を減じるため又は取り除くため追加され得る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器１００は（図８に図示していないが）任意の液滴除去器を有して成り得る。液滴除去器は、例えば気泡カラム凝縮器１００の断面を横切るように延在するメッシュを含み得る。操作の際、同伴の液滴はメッシュと衝突し、液浴１５０に戻り得る。ある態様では、液滴同伴の低減又は除去は、有利には（例えば、気泡カラム凝縮器１００から外気に出ていく純水量を減じることで）気泡カラム凝縮器１００から回収される純水量を増大させ得る。特定の態様では、液滴同伴の低減又は除去は、気泡カラム凝縮器１００から回収される純水量を少なくとも約１％分、少なくとも約５％分、少なくとも約１０％分、少なくとも約１５％分、少なくとも約２０％分、少なくとも約３０％分、少なくとも約４０％分、少なくとも約５０％分、又は少なくとも約６０％分増大させ得る。ある態様では、液滴同伴の低減又は除去は、気泡カラム凝縮器１００から回収される純水量を約１％〜約１０％、約１％〜約２０％、約１％〜約４０％、約１％〜約６０％、約５％〜約２０％、約５％〜約４０％、約５％〜約６０％、約１０％〜約２０％、約１０％〜約３０％、約１０％〜約４０％、約１０％〜約５０％、約１０％〜約６０％、約２０％〜約３０％、約２０％〜約４０％、約２０％〜約５０％、約２０％〜約６０％、約３０％〜約４０％、約３０％〜約５０％、約３０％〜約６０％、約４０％〜約５０％、約４０％〜約６０％、又は約５０％〜約６０％の量分増大させ得る。
【００３２】
ある態様では、スタック８００はアウトレット１３０の最大断面寸法ＤＯよりも大きい最大断面寸法（例えば長さ、径）ＤＳを有する。特定の態様では、最大断面寸法ＤＳは、アウトレット１３０の最大断面寸法ＤＯよりも少なくとも約０．０１ｍ、少なくとも約０．０２ｍ、少なくとも約０．０５ｍ、少なくとも約０．１ｍ、少なくとも約０．２ｍ、少なくとも約０．５ｍ、少なくとも約１ｍ、少なくとも約２ｍ、又は少なくとも約５ｍ大きい。ある態様では、最大断面寸法ＤＳは、最大断面寸法ＤＯよりも約０．０１ｍ〜約０．０５ｍ、約０．０１ｍ〜約０．１ｍ、約０．０１ｍ〜約０．５ｍ、約０．０１ｍ〜約１ｍ、約０．０１ｍ〜約５ｍ、約０．１ｍ〜約０．５ｍ、約０．１ｍ〜約１ｍ、約０．１ｍ〜約５ｍ、約０．５ｍ〜約１ｍ、約０．５ｍ〜約５ｍ、又は約１ｍ〜約５ｍの量分大きい。特定の学説により拘束されるものではないが、除湿ガスストリームが流れる管の最大断面寸法の増加により、除湿ガスストリームの速度が減じられ得る。その結果、除湿ガスストリーム内に存在し得る液滴は、アウトレット１３０を通じて気泡カラム凝縮器１００から出ていく代わりに、除湿ガスストリームから外側に出て液浴１５０に戻り得る。
【００３３】
ある態様では、気泡カラム凝縮器はガス又はガス混合物から凝縮性流体の回収のため少なくとも２つの段を有して成る。例えば、段は、ガス又はガス混合物が連続して第１段から第２段へと流れるように配置され得る。ある態様では、段は、例えば第１段が凝縮器内で第２段の下方に位置付けられるように垂直形態で配置され得る。ある態様では、段は、例えば第１段が第２段の右側に位置付けられるように水平形態で配置され得る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器内の多段の存在は有利には液相中での凝縮性流体の高回収につながり得る。例えば、多段の存在は、ガス又はガス混合物が凝縮性流体を回収するために処理され得る多数の場所を供し得る。すなわち、ガス又はガス混合物は、ガス又はガス混合物の少なくとも一部分が凝縮される１つよりも多い液浴（例えば液体層）を通じて移動し得る。更に、ある態様では、下記でより完全に説明するが、多段の使用は、（例えば、凝縮器の液体インプットストリームと比べて）高温の凝縮器の液体アウトレットストリームを生成することができる。この事は、凝縮器の液体アウトレットストリームからの熱がシステム内の離れたストリーム、例えば蒸発器/加湿器のインプットストリームに移動されるシステムで有利であり得る。そのような態様では、加熱された凝縮器の液体アウトレットストリームを生成可能であることで、システムのエネルギー効果を高めることができる。更に、多段の使用は、システム内の流体流れをより柔軟にすることができ得る。例えば、中間の気泡カラム段からの流体の取出および/又は注入は中間の交換流路を通じて生じ得る。
【００３４】
図２Ａは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な断面図を示す。図２Ａでは、気泡カラム凝縮器２００は、第１段２１０および第１段２１０の垂直方向上方に配置された第２段２２０を有して成る。第１段２１０は、チャンバー２１２、チャンバー２１２内に位置付けられた液体層２１４、および蒸気相中に凝縮性流体を含んで成る第１ガス又はガス混合物のための第１インレット２３４を有して成る。また、第１段２１０は、液体層２１４の上方に設けられた第１蒸気分配領域（例えば、液体層２１４により占められていないチャンバー２１２の部分）を有して成る。更に、第１段２１０は、凝縮器２００からの凝縮液のアウトプットストリームの出口のための液体アウトレット２１６を有して成る。また、第１ガス又はガス混合物の源と流体連通する第１インレット２３４は、インレット２３４に入る第１ガス又はガス混合物が気泡発生器２０８内に供されるように気泡発生器２０８に接続される。第１ガス又はガス混合物は、凝縮器２００に流体接続された第１ガス又はガス混合物の源からポンプ２０２により管２０４を通じてインレット２３４に送られ得る。ある態様では、第１ガスインレット２３４および/又は気泡発生器２０８は、第１段２１０又はチャンバー２１２の底面の全体を占める。他の態様では、第１ガスインレット２３４および/又は気泡発生器２０８は、第１段２１０又はチャンバー２１２の底面の小部分を占める。
【００３５】
第２段２２０は、第１段２１０と流体連通しており、チャンバー２２４、チャンバー２２４内に位置付けられた液体層２２６、および第１段２１０からの第１ガス又はガス混合物を受容するように配置された気泡発生器２２２を有して成る。また、第２段２２０は、液相中の凝縮性流体の源と流体連通し、液体層２２６に凝縮性流体を送る第２段の液体インレット２３２を有して成る。更に、第２段２２０は、気泡カラム凝縮器のガスアウトレットストリームが出ていくガスアウトレット２３０を有して成る。また、第２段２２０は、液体層２２６の上方に設けられた第２蒸気分配領域（例えば、液体層２２６により占められていないチャンバー２２４の部分）を有して成る。
【００３６】
管/降下管２１８は第１段２１０と第２段２２０との間に位置付けられて、オーバーフローする（例えば液体層２２６からの）凝縮性流体が第２段２２０から第１段２１０の液体層２１４に移動するためのパスが供される。液体層２２６の最大高さは、当該最大高さを越える液体層２２６の追加の凝縮性流体が管/降下管２１８を通じて第１段２１０の液体層２１４に流れるようにウェアー２２８により設定される。管/降下管２１８のアウトレットは、第１段２１０を通じて流れる第１ガス又はガス混合物が管/降下管２１８に入らないように液体層２１４内に浸されている。ある態様では、第１段２１０は任意のウェアー２５４を更に有して成る。任意のウェアー２５４は第１段２１０中の液体層２１４の高さよりも高い管/降下管２１８を囲む液体の高さを供し得る。そのような構造は、液体層２１４中よりも管/降下管２１８の周囲の液体中で高い第１ガス/ガス混合物が克服すべき液体の水圧ヘッドをもたらし得るため、管/降下管２１８を囲む液体の高さが液体層２１４の高さよりも高くすることが有利であり得ると認識されている。これにより、そのような構造により第１ガス又はガス混合物が管/降下管２１８を通じて流れてそれにより気泡発生器２２２を迂回することが回避され得る。
【００３７】
任意の蒸気分配チャンバー２０６は第１段２１０の下方に位置付けられ、任意の蒸気分配チャンバー２０６により第１ガス又はガス混合物が気泡発生器２０８の底面に沿って分配され得る。当業者は特定の用途のため適当なシステム構造を選択し得る。
【００３８】
操作に際して、凝縮性流体を含んで成る（図２に図示されていないガス源により供される）第１ガス又はガス混合物は、ポンプ２０２により管２０４を通じて任意の蒸気分配チャンバー２０６に送り出される。第１ガス又はガス混合物は第１段２１０の底面に沿って第１段のガスインレット２３４および気泡発生器２０８に実質的に均一に分配される。第１ガス又はガス混合物が気泡発生器２０８を介して移動する際、ガスバブルが形成される。ガスバブルは、ガスバブルの温度よりも低い温度で維持された液体層２１４を通じて移動する。ガスバブルは凝縮プロセスにさらされ、凝縮性流体の熱および/又は物質を液体層２１４に移す。例えば、凝縮性流体は、ガスバブルが液体層２１４を通じて移動する際少なくとも部分的に除湿されるように水であってよい。次いで少なくとも部分的な除湿ガスの気泡は第１蒸気分配領域に入る。ある態様では、少なくとも部分的な除湿ガスは第１蒸気分配領域の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで少なくとも部分的な除湿ガスは、少なくとも部分的な除湿ガスのガスバブルが形成される気泡発生器２２２に入る。次いで少なくとも部分的な除湿ガスの気泡が、ガスバブルの温度よりも低い温度に維持される液体層２２６を介して移動し、凝縮性流体の熱および物質が液体層２２６に移送される。次いで更なる除湿ガスの気泡が第２蒸気分配領域に入る。ある態様では、更なる除湿ガスは第２蒸気分配流域の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで更なる除湿ガスは、気泡カラム凝縮器のガスアウトレットストリームとして第２段のアウトレット２３０を通じて気泡カラム凝縮器から出ていく。
【００３９】
ある態様では、液相中の凝縮性流体のストリームがガス又はガス混合物とは反対方向に（すなわちカウンタ（又は向流;counter）流れとして）流れる。例えば、凝縮性流体は、液相中の凝縮性流体源と流体連通する第２段の液体インレット２３２を通じて気泡カラム凝縮器２００に入ることができる。凝縮性流体は、ウェアー２２８により特定された最大高さを有する液体層２２６に最初に送られる。液体層２２６の高さが最大高さを超える場合、ある量の凝縮性流体は、ウェアーの上部を越えて管/降下管２１８を通じて液体層２１４へとあふれ出し、凝縮器の液体アウトレット２１６を通じて凝縮器を出て行く。凝縮性液体を凝縮器内の様々な段に通過させる際、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度は第２段液体インレット２３２にて凝縮器に入る凝縮性液体の温度よりも高くあり得る。その場合、熱は、気泡カラム凝縮器内の各段での凝縮性液体に伝えられる。ある態様では、凝縮性流体が通過する段数が増えるにつれ、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度が増える。そのような構造は、凝縮器の液体アウトレットストリームからの熱がシステム内の別のコンポーネントに伝えられるシステムで有利であり得る。その場合、熱伝達は凝縮器内ではないシステム内の箇所で生じ得る。例えば、凝縮器の液体アウトレットストリームからの熱は、凝縮器と流体連通する加湿器内の加湿器インプットストリームおよび/又は熱交換器に伝えられ得る。
【００４０】
図２Ｂに示すように、気泡凝縮器２００は任意の第２インレット２０５を更に有して成り得る。任意の第２インレット２０５は第２ガス又はガス混合物の源と流体連通し、第２ガス又はガス混合物は任意の管２０３を通じてインレット２０５に送られ得る。第２ガス又はガス混合物は気相中に凝縮性流体を含んで成り得る。特定の態様では、凝縮性流体は水であり得る。ある態様では、第２ガス又はガス混合物は１つ以上の非凝縮性ガス（例えば空気）を更に含んで成り得る。
【００４１】
ある態様では、気泡カラム凝縮器は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガス（例えばキャリアガス）を含む蒸気混合物の導入を可能とする少なくとも１つの蒸気分配領域を有して成り得る。典型的には、蒸気分配領域は、蒸気が気泡カラム凝縮器の断面にわたり略均一に拡散可能とするため十分な容積を有するように選択され得る。ある場合では、蒸気分配領域は、段内の液体層からの同伴液滴が液体層に戻れるように十分な容積を供し得る。ある場合では、蒸気分配領域は気泡カラム凝縮器の底部に又は近傍に位置付けられ得る。ある場合では、蒸気分配領域は、２つの連続的な又は隣接する気泡発生チャンバー間に位置付けられる。例えば、蒸気分配領域は２つの連続的な又は隣接する気泡発生チャンバーの液体層を別々に維持し、それにより、気泡カラム凝縮器の熱力学的効果が増大され得る。蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する蒸気インレットを有して成り得る。ある場合では、気泡カラム凝縮器は１つよりも多い蒸気分配領域を有して成る。
【００４２】
ある態様では、蒸気分配領域を有して成る蒸気分配チャンバーは液体層（例えば集水（又はサンプ;sump）かさ）を更に有して成り得る。例えば、気泡カラム凝縮器を出る前に、液体は気泡カラム凝縮器の最終段を出た後集水かさ内に集まり得る。ある態様では、集水かさは気泡カラム凝縮器の液体アウトレットと直接接触し得る。特定の場合では、集水かさは気泡カラム凝縮器外に液体を送り出すポンプと流体連通し得る。例えば、集水かさは、ポンプの吸引にて正の吸引圧を供し、有利には有害なキャビテーション気泡を生じさせ得る負の（例えば真空）吸引圧を抑制し得る。ある場合では、集水かさは、有利には（塩含有水の断続的な供給および/又は純水の断続的な排出による）伝熱速度の突然の変化に対する気泡カラム凝縮器の感度を低下させ得る。
【００４３】
図２Ｃは、液相中のある量の凝縮性流体の上方に位置付けられた蒸気分配領域を含む気泡カラム凝縮器の典型的な例示態様を供する。図２Ｃでは、気泡カラム凝縮器２００は蒸気分配チャンバー２４４、第１段２１０および第２段２２０を有して成る。凝縮器２００の底部に設けられた蒸気分配チャンバー２４４は、液体アウトレット２４２と直接接触し得る液体層２３４を有して成る。また、蒸気分配チャンバー２４４は、液体層２３４の上方に位置付けられ、蒸気混合物（例えば、蒸気相中に凝縮性液体を含んで成るガス又はガス混合物）の源と流体連通する蒸気インレット２４０と直接接触し得る蒸気分配領域２３６を有して成る。第１段２１０は、チャンバー２１２、チャンバー２１２内に位置付けられた液体層２１４、気泡発生器２０８、および蒸気混合物のための第１液体インレット２３４を有して成る。また、第１段２１０は液体層２１４の上方に設けられた第１蒸気分配領域（例えば液体層２１４により占められていないチャンバー２１２の部分）を有して成る。第２段２２０は、チャンバー２２４、チャンバー２２４内に位置付けられた液体層２２６、気泡発生器２２２、および液相中の凝縮性流体のストリーム（例えば液相）を受容するための液体インレット２３２、蒸気混合物のための第１液体インレット２３４、および蒸気アウトレット２３０を有して成る。また、第２段２２０は液体層２２６の上方に位置付けられた第２蒸気分配領域（例えば液体層２２６により占められていないチャンバー２２４の部分）を有して成る。
【００４４】
操作に際して、蒸気混合物は蒸気インレット２４０を通じて蒸気分配領域２３６に入り得る。蒸気分配領域２３６では、蒸気混合物は蒸気分配領域２３６の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで、蒸気混合物が気泡発生器２０８を介して移動し、ガスバブルが形成され、ガスバブルの温度よりも低い温度で維持された液体層２１４を通じて移動し得る。上述のように、ガスバブルは凝縮プロセスにさらされ、凝縮性流体の熱および/又は物質を液体層２１４に移し得る。少なくとも部分的な除湿された蒸気混合物の気泡は第１蒸気分配領域に入り、少なくとも部分的な除湿された蒸気混合物は第１蒸気分配領域の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで、少なくとも部分的な除湿された蒸気混合物は気泡発生器２２２に入り、液体層２２６を通じて移動し得るガスバブルを形成し得る。次いで、更に除湿された蒸気混合物の気泡は第２蒸気分配領域に入り、更に除湿された蒸気混合物は第２蒸気分配領域の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで蒸気混合物は、気泡カラム凝縮器のガスアウトレットストリームとして蒸気アウトレット２３０を通じて気泡カラム凝縮器２００から出ていき得る。
【００４５】
図２Ｃを再度参照すると、液相中の凝縮性流体のストリームは液体インレット２３２を通じて第２段２２０に入り得る。液相は液体層２２６に最初に入り、ウェアー２２８により特定される最大高さを有し得る液体層２２６と組み合わせられ得る。液相は気泡発生器２２２の表面を横切って縦方向に矢印２４６の方向に移動し得る。液体層２２６の高さがウェアー２２８の高さを超える場合、超過した液相はウェアー２２８の上部を越えて管/降下管２１８を通じて液体層２１４へと流れ得る。次いで、液相は気泡発生器２０８の表面を横切って矢印２４８の方向に流れ得る。図２Ｃに示すように、矢印２４８の方向は矢印２４６の方向とは反対であり得る。液体層２１４の高さがウェアー２５０の高さを超える場合、超過した液相はウェアー２５０の上部を越えて管/降下管２３８を通じて液体層２３４へと流れ得る。次いで、液相は底部のチャンバー２４４の底面を横切って矢印２５２の方向に移動し、液体アウトレット２４２を通じて気泡カラム凝縮器を出ていく。図２Ｃに示すように、図２Ｃに示すように、矢印２５２の方向は矢印２４８の方向とは反対であり得る。
【００４６】
特定の場合では、気泡凝縮器２００は追加の蒸気分配領域を更に有して成り得る。例えば、図２Ｄは、第１蒸気インレット２４０を有して成る第１蒸気分配領域２３６、および第２蒸気インレット２０５を有して成る第２蒸気分配領域２１２を有して成る気泡カラム凝縮器２００の例示態様を示している。第１蒸気インレット２４０は第１蒸気混合物の源と流体連通し得る。第２蒸気インレット２０５は第２蒸気混合物の源と流体連通し得る。
【００４７】
ある態様では、第１および第２ガス又はガス混合物は実質的に同一の組成物を有し得る。ある態様では、第１および第２ガス又はガス混合物は異なる組成物を有し得る。特定の態様では、第１および第２ガス又はガス混合物は異なる蒸気（例えば水蒸気）濃度を有し得る。ある態様では、第１および第２ガス又はガス混合物は実質的に同一の蒸気濃度を有し得る。ある態様では、第１および第２ガス又はガス混合物は異なる温度で維持され得る。第１ガス又はガス混合物と第２ガス又はガス混合物との間の温度差は、特定の態様では少なくとも約１℃、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、又は少なくとも約２００℃であり得る。特定の態様では、第１および第２ガス又はガス混合物は略同一温度で維持され得る。
【００４８】
気泡カラム凝縮器は任意の数の段を有し得ることは理解されるべきである。ある態様では、気泡カラム凝縮器は、少なくとも１段、少なくとも２段、少なくとも３段、少なくとも４段、少なくとも５段、少なくとも６段、少なくとも７段、少なくとも８段、少なくとも９段、少なくとも１０段、又はそれ以上の段を有し得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器は、１段以下、２段以下、３段以下、４段以下、５段以下、６段以下、７段以下、８段以下、９段以下、１０段下を有し得る。段は垂直方向に位置合わせされ、すなわち、図２に示すように段は気泡カラム凝縮器内で垂直方向に配置され得る。ある態様では、個々のチャンバー（又は気泡発生器）の底面が相互に略平行となるように、段は配置され得る。ある態様では、個々のチャンバー（又は気泡発生器）の底面が相互に略非平行となるように、段は配置され得る。ある態様では、段はある角度で位置付けられ得る。段は水平方向に位置合わせされ、すなわち、段は気泡カラム凝縮器内で水平方向に配置され得る。ある態様では、気泡凝縮器の少なくとも１段が液体層、蒸気分配領域、液体層中に浸された（又は沈められた;submerged）気泡発生器、および別の段（例えば隣接する段）の気泡発生器に流体接続されたガスアウトレットを有して成り得る。
【００４９】
ある場合では、凝縮器は、システムの様々なコンポーネント又は領域が取り外し可能および/又は交換可能であるようにモジュールシステムとして構成され得る。例えば、システムは、１つ以上の段を収容し、所望の数の段を含むように容易に構成され得るエリアを含み得る。図７Ｂは、システムが１〜８段の収容能力を可能とするため８つのトレイを有して成る例示態様を示す。各段はシステム内外に段を単に摺動させることで追加され又は取り外され得る。このような態様では、段数および段間の距離は特定の用途に適合させるため容易に調整され得る。
【００５０】
凝縮器の段は特定の用途に適した任意の形状を有し得る。ある態様では、凝縮器の少なくとも１つの段は略円形、略楕円形、略四角形、略矩形、および/又は略三角形の断面形状を有する。特定の態様では、凝縮器の各段が略円形、略楕円形、略四角形、略矩形、および/又は略三角形の断面形状を有する。ある場合では、凝縮器の段は相対的に大きなアスペクト比を有する。本明細書で使用する際、個々の段のアスペクト比は個々の段の幅に対する個々の段の長さの比を指す。個々の段の長さは段の最大内部断面（例えば段の垂直軸に直交する面）の寸法を指す。例えば、図１Ａでは、段１１０の長さはＬＳとして示される。長さを更に示すために、図１Ｂは（例えば気泡発生器１６０を見下ろす）典型的な段１１０の上面図を供する。すなわち、図１Ｂは段１１０の垂直軸に直交する面（例えば断面）の典型的な概略図である。図１Ｂでは、段１１０の長さはＬＳとして示される。個々の段の幅は、長さに直交して測定される段の最大断面（例えば段の垂直軸に直交する面）の寸法を概して指す。図１Ｂでは、段１１０の幅はＷＳとして示される。
【００５１】
ある態様では、少なくとも１つの段は少なくとも約１．５、少なくとも約２、少なくとも約５、少なくとも約１０、少なくとも約１５、又は少なくとも約２０のアスペクト比を有する。ある態様では、少なくとも１つの段は約１．５〜約５、約１．５〜約１０、約１．５〜約１５、約１．５〜約２０、約２〜約５、約２〜約１０、約２〜約１５、約２〜約２０、約５〜約１０、約５〜約１５、約５〜約２０、約１０〜約１５、約１０〜約２０、又は約１５〜約２０の範囲のアスペクト比を有する。ある態様では、凝縮器の各段が少なくとも約１．５、少なくとも約２、少なくとも約５、少なくとも約１０、少なくとも約１５、又は少なくとも約２０のアスペクト比を有する。ある態様では、凝縮器の各段が約１．５〜約５、約１．５〜約１０、約１．５〜約１５、約１．５〜約２０、約２〜約５、約２〜約１０、約２〜約１５、約２〜約２０、約５〜約１０、約５〜約１５、約５〜約２０、約１０〜約１５、約１０〜約２０、又は約１５〜約２０の範囲のアスペクト比を有する。
【００５２】
ある態様では、気泡カラム凝縮器の少なくとも１つの段内の液体層の高さは実質的な連続操作の間相対的に低い。概して、脱塩された生成ストリームが脱塩システムにより生成されると同時に水性ストリームが脱塩システムに供給される際、脱塩システムは実質的に連続して操作されるべきであると言われている。段内の液体層の高さは、液体層と接触する気泡発生器の表面から液体層の上面まで測定されるものであり得る。本明細書で示すように、ある態様では、少なくとも１つの段内の液相のレベルが相対的に低いことで、有利には個々の段のインレットとアウトレット間の圧力降下を低くし得る。特定の理論に拘束されるものではないが、凝縮器の所定の段における圧力降下は、ガスが克服を要する段内での液体の水圧ヘッドに少なくとも部分的に依存し得る。その結果、段内の液体層の高さは、有利には段内での圧力降下を減じるために低く維持され得る。
【００５３】
ある態様では、気泡カラム凝縮器の実質的な連続操作の間、凝縮器の少なくとも１つの段内の液体層は、約０．１ｍ未満、約０．０９ｍ未満、約０．０８ｍ未満、約０．０７ｍ未満、約０．０６ｍ未満、約０．０５ｍ未満、約０．０４ｍ未満、約０．０３ｍ未満、約０．０２ｍ未満、約０．０１ｍ未満、又はある場合では約０．００５ｍ未満の高さ（例えば段内の凝縮性流体の高さ）を有する。ある態様では、気泡カラム凝縮器の実質的な連続操作の間、凝縮器の各段内の液体層は、約０．１ｍ未満、約０．０９ｍ未満、約０．０８ｍ未満、約０．０７ｍ未満、約０．０６ｍ未満、約０．０５ｍ未満、約０．０４ｍ未満、約０．０３ｍ未満、約０．０２ｍ未満、約０．０１ｍ未満、又はある場合では約０．００５ｍ未満の高さを有する。
【００５４】
本明細書に記載される凝縮器では、凝縮器の段の長さに対する凝縮器の段内の液体層（例えば水）の高さの比は相対的に低くあり得る。凝縮器の段の長さとは概して凝縮器の段の最大内部断面寸法を指す。ある態様では、凝縮器の少なくとも１つの段の長さに対する定常状態の操作の間の気泡カラム凝縮器の少なくとも１つの段内の液体層の高さの比は約１未満、約０．８未満、約０．６未満、約０．４未満、約０．２未満、約０．１８未満、約０．１６未満、約０．１４未満、約０．１２未満、約０．１未満、又はある場合では約０．０５未満である。ある態様では、凝縮器の各対応する段の長さに対する定常状態の操作の間の気泡カラム凝縮器の各段内の液体層の高さの比は約１未満、約０．８未満、約０．６未満、約０．４未満、約０．２未満、約０．１８未満、約０．１６未満、約０．１４未満、約０．１２未満、約０．１未満、又はある場合では約０．０５未満である。
【００５５】
ある態様では、（例えば段の底部に位置付けられた気泡発生器から段内のチャンバーの上部まで垂直方向に測定される）凝縮器内の個々の段の高さは相対的に小さくあり得る。上記に示すように、凝縮器の１つ以上の段の高さを減じることで、コストが潜在的に減じられおよび/又はシステム内での熱および物質の移動が潜在的に増加され得る。ある態様では、少なくとも１つの段の高さは約０．５ｍ未満、約０．４ｍ未満、約０．３ｍ未満、約０．２ｍ未満、約０．１ｍ未満、又はある場合では約０．０５ｍ未満である。ある態様では、各段の高さは約０．５ｍ未満、約０．４ｍ未満、約０．３ｍ未満、約０．２ｍ未満、約０．１ｍ未満、又はある場合では約０．０５ｍ未満である。ある態様では、カラム凝縮器の全高は約１０ｍ未満、約８ｍ未満、約６ｍ未満、約４ｍ未満、約２ｍ未満、約１ｍ未満又はある場合では約０．５ｍ未満である。
【００５６】
ある態様では、気泡カラム凝縮器中の少なくとも１つの段における圧力降下（すなわちインレットガス圧力とアウトレットガス圧力との差）は約２０００Ｐａ未満、約１５００Ｐａ未満、約１０００Ｐａ未満、約８００Ｐａ未満、約５００Ｐａ未満、約２００Ｐａ未満、約１００Ｐａ未満、又はある場合では約５０Ｐａ未満である。ある態様では、気泡カラム凝縮器のインレットガス圧力と気泡カラム凝縮器のアウトレットガス圧力との差は約２０００Ｐａ未満、約１５００Ｐａ未満、約１０００Ｐａ未満、約８００Ｐａ未満、約５００Ｐａ未満、約２００Ｐａ未満、約１００Ｐａ未満、又はある場合では約５０Ｐａ未満である。
【００５７】
ある態様では、気泡カラム凝縮器は改善された熱伝導特性を示し得る。例えば、気泡カラム凝縮器が実質的な連続操作の状態にある際、熱伝導係数は少なくとも約２０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約３０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約４０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、又はある場合では少なくとも約５０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）であり得る。
【００５８】
ある場合では、凝縮器の液体インレットストリームの温度は凝縮器の液体アウトレットストリームの温度とは異なり得る。例えば、気泡カラム凝縮器の実質的な連続操作の間、凝縮器の液体インレットストリームの温度は約１００℃未満、約９０℃未満、約８０℃未満、約７０℃未満、約６０℃未満、約５０℃未満、約４５℃未満、約４０℃未満、約３０℃未満、約２０℃未満、又はある場合では約１０℃未満であり得る。ある場合では、凝縮器の液体インレットストリームの温度は約０℃〜約１００℃、約１０℃〜約９０℃、又は約２０℃〜約８０℃の範囲であり得る。気泡カラム凝縮器の実質的な連続操作の間、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度は少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、少なくとも約８５℃、少なくとも約９０℃、又は少なくとも約１００℃であり得る。ある場合では、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度は約５０℃〜約１００℃、約６０℃〜約９０℃、又は約６０℃〜約８５℃の範囲であり得る。インレットとアウトレットの液体温度の差は少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約２０℃、又はある場合では少なくとも約３０℃であり得る。ある場合では、インレットとアウトレットの液体温度の差は約５℃〜約３０℃、約１０℃〜約３０℃、又は約２０℃〜約３０℃の範囲であり得る。
【００５９】
ある態様では、ガス又はガス混合物は相対的に高い流速で凝縮器を通じて移動し得る。特定の態様では、熱および物質移動係数は概して高いガス流速でより高くなるため、ガス流速は相対的に高いことが有利であり得る。ある態様では、ガス又はガス混合物は、少なくとも約１０立方フィート/分（ｃｆｍ）/平方フィート（ｆｔ２）、少なくとも約２０ｃｆｍ/ｆｔ２、少なくとも約４０ｃｆｍ/ｆｔ２、少なくとも約６０ｃｆｍ/ｆｔ２、少なくとも約８０ｃｆｍ/ｆｔ２、少なくとも約１００ｃｆｍ/ｆｔ２、少なくとも約１２０ｃｆｍ/ｆｔ２、少なくとも約１４０ｃｆｍ/ｆｔ２、少なくとも約１６０ｃｆｍ/ｆｔ２、少なくとも約１８０ｃｆｍ/ｆｔ２、又はある場合では少なくとも約２００ｃｆｍ/ｆｔ２の流速を有し得る。ある態様では、ガス又はガス混合物は、約１０ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２、約２０ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２、約４０ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２、約６０ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２、約８０ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２、約１００ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２、約１２０ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２、約１４０ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２、約１６０ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２、又は約１８０ｃｆｍ/ｆｔ２〜約２００ｃｆｍ/ｆｔ２の範囲の流速を有し得る。
【００６０】
ある態様では、凝縮器を流れた後のガス又はガス混合物は凝縮器を流れる前のガス又はガス混合物と比べて実質的に除湿され得るように、ガス又はガス混合物は、特定量の水を含み得る（“加湿され得る”）。所定の一連のシステム条件では、ガス又はガス混合物は相対湿度を有し得る。相対湿度とは概して所定温度での飽和蒸気圧に対する空気および水の混合物中の水蒸気の部分圧力の割合を指す。ある態様では、気泡カラム凝縮器に対する少なくとも１つのガスインレットでのガス又はガス混合物の相対湿度は少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、又は少なくとも約１００％であり得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器に対するガスアウトレットでのガスの相対湿度は約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、又は約０％未満であり得る。
【００６１】
ある態様では、気泡カラム凝縮器は少なくとも１つの気泡発生器を有して成る。気泡発生器のタイプの例としては、篩プレート、スパージャー、およびノズルタイプの気泡発生器が挙げられる。ある態様では、気泡発生器は、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成り得る。気泡の発生のために使用される様々な機構等（;feature）（例えば孔）を備えた気泡発生器は様々な気泡発生器の速度で操作され得る。気泡発生器の選択はガスバブルの大きさおよび/又は形状に影響し、それによりガスバブルから液相中の凝縮性流体までの伝熱に影響し得る。当業者は、特定の所望の一連のガスバブルを生成するために適当な気泡発生器および/又は気泡発生器の条件を選択可能である。ある態様では、気泡発生器はスパージャー・プレートを有して成る。スパージャー・プレートは特定の有利な特性を有し得ることは認識されている。例えば、スパージャー・プレートにおける圧力降下は低くあり得る。更に、スパージャー・プレートの単純であることで、当該スパージャー・プレートの製造コストを安価にし、および/又は汚染の影響に対して耐性を有し得る。ある態様では、スパージャー・プレートは複数の孔を有して成り得る。ある態様では、複数の孔の少なくとも一部は約０．１ｍｍ〜約５０ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約２５ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約１５ｍｍ、又はある場合では約１ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲の径（又は非円形孔の孔の幾何学的中心を通過するラインの最小断面寸法）を有する。ある態様では、複数の孔の少なくとも一部は約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約３．２ｍｍ、又はある場合では約４ｍｍの径を有する。ある場合では、スパージャー・プレートは凝縮器内の個々の段の底面に沿って配置され得る。ある場合では、スパージャー・プレートの表面積は、凝縮器の断面の少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、又は約１００％を占めるように選択され得る。ある態様では、気泡発生器は１つ以上の有孔パイプを有して成る。中央管から延在し得る有孔パイプは、ガス又はガス混合物が外部源から送り出される例えば放射状、環状、蜘蛛の巣状、又はハブアンドスポークの形態を特徴とし得る。ある態様では、少なくとも１つの気泡発生器が段のインレットに接続され得る。ある態様では、気泡発生器は気泡カラム発生器の各段のインレットに接続される。
【００６２】
本明細書に記載される凝縮器は、凝縮器内の流体流れを容易にする、方向付ける又は影響を与えるように位置付けられた１つ以上のコンポーネントを更に有して成り得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器の少なくとも１つの段の少なくとも１つのチャンバーは、液相中の凝縮性流体（例えば水）のストリーム等の流体流れを方向付けるように位置付けられた１つ以上のバッフルを有して成り得る。ある場合では、気泡カラム凝縮器の各チャンバーは１つ以上のバッフルを有して成り得る。本明細書に記載される態様での使用のための適当なバッフルは、図６および図７Ｓの例示態様により示されるように例えば略矩形形状を有するプレート状の物品を有して成る。また、バッフルはバリア、ダム（又は堰;dam）等と呼ばれ得る。
【００６３】
バッフル、又はバッフルの組み合わせはチャンバー内の液体流れを方向付けるために様々な形態で配置され得る。ある場合では、バッフルは、液体がチャンバーの一端からチャンバーの他端まで略直線のパスで（例えば略矩形断面を有するチャンバーの長さに沿って）移動するように配置され得る。ある場合では、バッフルは、液体がチャンバーを横切る非直線パスで、例えばチャンバー内に１つ以上のベンド又は屈曲部（;turn）を有するパスで移動するように配置され得る。すなわち、液体はチャンバーの長さよりも長いチャンバー内の距離を移動し得る。ある態様では、１つ以上のバッフルは気泡カラム凝縮器内の少なくとも１つのチャンバーの底面に沿って位置付けられ、それによりチャンバーに入る液体流れに影響を与え得る。
【００６４】
ある態様では、バッフルは単一チャンバー内で液体流れを方向付けるためにある形態で、例えば直線又は非直線形でチャンバーの底面に沿って位置付けられ得る。ある態様では、１つ以上のバッフルは、略矩形断面形状を有するチャンバーの横方向（又は横断;transverse）の側部（すなわち幅）に略平行に位置付けられ得る、すなわち横方向のバッフルであり得る。ある態様では、１つ以上のバッフルは、略矩形断面形状を有するチャンバーの縦方向（又は長手方向;transverse）の側部（すなわち長さ）に略平行に位置付けられ得る、すなわち縦方向のバッフルであり得る。ある形態では、１つ以上の縦方向バッフルは略非直線パスに沿って液体流れを方向付けし得る。
【００６５】
ある態様では、１つ以上のバッフルは、単一のチャンバー内での液体流れを方向づけるためにある形態で、例えば熱および/又は物質移動の効率性を促進し得るパスに沿って位置付けられ得る。例えば、チャンバーは第１温度で液体インレットを通じて入る液体、および第２温度で気泡発生器を通じて入るガス又はガス混合物を含んで成り得る。ある場合では、第１温度が第２温度に接近すると、液体とガス又はガス混合物との間の熱および物質移動が増加し得る。第２温度に接近するための第１温度の性能に影響を与え得る１つの要因は、チャンバーを流れる液体が費やす時間量であり得る。
【００６６】
ある場合では、チャンバーを流れる液体の部分がチャンバーを流れる時間量を略等しく費やすことが有利であり得る。例えば、熱および物質移動は、液体の第１部分がチャンバー内で短時間を費やし液体の第２部分がチャンバー内で長時間を費やす条件下では不必要に減じられ得る。そのような条件下では、第１部分および第２部分の両方がチャンバー内で略等しい時間量を費やす場合よりも、第１部分および第２部分の混合物の温度はガス又はガス混合物の第２温度からはなれていく。従って、ある態様では、１つ以上のバッフルが、チャンバーを流れる液体の部分がチャンバーを流れる時間量を略等しく費やすよう液体流れを容易にするためにチャンバー内に位置付けられ得る。例えば、チャンバー内の１つ以上のバッフルは、アウトレットに位置する液体（例えばチャンバー内で長時間を費やしやすい液体）からインレットに位置する液体（例えばチャンバー内で短時間を費やしやすい液体）を空間的に離隔し得る。ある場合では、チャンバー内の１つ以上のバッフルは、略同じ長さを有するフローパスに沿った液体流れを容易にし得る。例えば、１つ以上のバッフルにより、液体の第１部分がチャンバーのインレットからチャンバーのアウトレットへ略短パスに沿って（例えば矩形断面を有するチャンバーの幅に沿って）移動することが回避され、および液体の第２部分がチャンバーのインレットからチャンバーのアウトレットへ略長パスに沿って（例えば矩形断面を有するチャンバーの長さに沿って）移動することが回避され得る。
【００６７】
ある場合では、チャンバーを流れる液体が費やす時間量を増やすことが有利であり得る。これにつき、特定の態様では、１つ以上のバッフルが、相対的に高いアスペクト比（例えばフローパスの平均幅に対するフローパスの平均長さの比）を有するフローパスに沿った液体流れを容易にするために単一チャンバー内に位置付けられ得る。例えば、ある場合では、１つ以上のバッフルが、チャンバーを流れる液体が少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも５０、少なくとも７５、又は少なくとも１００のアスペクト比を有するフローパスを進むように位置付けられ得る。
【００６８】
ある場合では、チャンバーを通じる液体フローパスのアスペクト比はチャンバーのアスペクト比よりも大きくあり得る。特定の場合では、液体フローパスのアスペクト比を増やすバッフルの存在は、略円形断面を有する装置等の相対的に低アスペクト比（例えば約１）の使用をし易くし得る。例えば、図１２は（例えば底面で）略円形断面を有するチャンバー１２００およびスパイラルバッフル１２０２の典型的な概略図を示す。操作時、液体は略円形断面の中心又は当該中心近傍に位置付けられた液体インレット（図示せず）を通じてチャンバー１２００に入り得る。次いで、液体はスパイラルバッフル１２０２に沿って流れ、略円形断面の上端に位置付けられた液体アウトレット（図示せず）を通じてチャンバー１２００を出ていき得る。チャンバー１２００の略円形断面は約１のアスペクト比を有する一方、液体フローパスのアスペクト比は１よりも実質的に大きい（例えば約４．５）。追加例として、図１３は（例えば底面で）略円形断面を有し、第１バッフル１３０２および第２バッフル１３０４を有して成るチャンバー１３００の典型的な概略図を示す。操作時、液体は略円形断面の左上部に設けられた液体インレット（図示せず）を通じてチャンバー１３００に入り得る。液体はまず矢印１３０６の方向に流れ得る。次いで、液体はバッフル１３０２の周囲を流れ、反対方向にすなわち矢印１３０８の方向に流れ得る。次いで、液体はバッフル１３０４の周囲を流れ、反対方向にすなわち矢印１３１０の方向に流れ、その後略円形断面の右下部に設けられた液体アウトレット（図示せず）を通じてチャンバー１３００を出ていき得る。チャンバー１３００の円形断面のアスペクト比は約１である一方、チャンバー１３００を通じる液体フローパスのアスペクト比は１よりも実質的に大きい。
【００６９】
ある態様では、１つ以上のウェアーが、２つのチャンバー間の液体の流れを制御し又は方向付けるためにある形態でチャンバー内に位置付けられ得る。例えば、ウェアーが、例えばあるチャンバー領域の上方にある異なるチャンバーからの液体のストリームを受容する当該チャンバーの領域に隣接して又は囲むように位置付けられ得る。ある場合では、ウェアーは、液体がチャンバー外から例えば下方の異なるチャンバー内に流れ得るチャンバーの領域に隣接して又は囲むように位置付けられ得る。ある場合では、ウェアーは、チャンバーの１つ以上の壁と接触しないためにチャンバー内に位置付けられ得る。ある場合では、ウェアーはチャンバーの１つ以上の壁と接触するためにチャンバー内に位置付けられ得る。
【００７０】
１つ以上のウェアーはチャンバーの高さ未満である高さを有するように選択され得る。ある態様では、ウェアーの高さはチャンバー液相又は層の最大高さを決定し得る。例えば、第１チャンバー内の液体層がチャンバーの底面に沿って位置付けられたウェアーの高さを超える高さに達する場合、その際超過した液体層の少なくとも一部はウェアーを越えて流れ得る。ある場合では、超過した液体は隣接する第２チャンバー、例えば第１チャンバーの下方に位置付けられたチャンバー内に流れ得る。ある態様では、チャンバー内の少なくとも１つのウェアーは、約０．１ｍ未満、約０．０９ｍ未満、約０．０８ｍ未満、約０．０７ｍ未満、約０．０６ｍ未満、約０．０５ｍ未満、約０．０４ｍ未満、約０．０３ｍ未満、約０．０２ｍ未満、約０．０１ｍ未満、又はある場合では約０．００５ｍ未満の高さを有し得る。ある態様では、チャンバー内の各ウェアーが、約０．１ｍ未満、約０．０９ｍ未満、約０．０８ｍ未満、約０．０７ｍ未満、約０．０６ｍ未満、約０．０５ｍ未満、約０．０４ｍ未満、約０．０３ｍ未満、約０．０２ｍ未満、約０．０１ｍ未満、又はある場合では約０．００５ｍ未満の高さを有し得る。
【００７１】
ある態様では、１つ以上のウェアーは実質的に直線パスでチャンバーの長さを横切る液体の流れを促進するように位置付けられ得る。例えば、ウェアーがチャンバーの長さに沿った液体の流れを促進するよう、チャンバーは幅よりも大きい長さを有する断面形状（例えば略矩形断面）を有するように選択され得る。ある場合では、相互作用を最大化するためのチャンバーを横切るクロス流れを促進し、その結果、凝縮性流体の液相と蒸気相との間の熱および/又は物質移動を促進することが望ましい。
【００７２】
ある態様では、チャンバーは、チャンバーの底面に沿って位置付けられた第１ウェアーおよび第２ウェアーを有して成り得る。第１ウェアーおよび第２ウェアーは、液相中の凝縮性流体のストリームがチャンバーの長さに沿って第１ウェアーから第２ウェアーまで流れ得るようにチャンバーの対向端にて長手方向に位置付けられ得る。そのような形態を有する気泡発生器システムの一例は図７Ｈに示される。図７Ｈでは、（複数の穿孔を有して成り得る）気泡発生器７０２は気泡発生器の一端に位置付けられた第１ウェアー７０４を有して成る。気泡発生器７０２は、第１バッフル７０４として気泡発生器の対向端部に位置付けられた第２ウェアー７０６および第３ウェアー７０８を更に有して成る。操作時、液体は気泡発生器に導入され、ウェアー７０４により囲まれた領域７０４ａに流れ得る。追加の液体が導入され、領域７０４ａ中の液体の高さがウェアー７０４の高さを超えると、超過液体がウェアー７０４の上部を越えて流れ、気泡発生器７０２を横切って矢印７１０の方向に気泡発生器７０２の表面を横切って流れ得る。この時液体の高さがウェアー７０６および/又は７０８の高さを超えている場合、超過液体がウェアー７０６および/又はウェアー７０８の上部を越えて流れ、装置の別の箇所に流れ得る。ある場合では、超過液体は気泡発生器７０２の下方に位置付けられたチャンバーに流れ得る。
【００７３】
ある態様では、気泡カラム凝縮器は垂直なスタックに配置された複数のチャンバーを有して成り、１つ以上のウェアーおよび/又はバッフルが、液体がチャンバーの長さを横切って流れるように１つ以上のチャンバーに位置付けられ得る。ある場合では、チャンバーは、液体が隣接するチャンバーのため対向する方向に流れるように配置され得る。例えば、気泡カラム凝縮器は第１チャンバーおよび第２チャンバーを有して成り、液相中の凝縮性流体のストリームが第１チャンバーの長さに沿って第１方向におよび第２チャンバーの長さに沿って反対の第２方向に流れるように、１つ以上のウェアーおよび/又はバッフルが第１チャンバーおよび第２チャンバーのそれぞれに位置付けられ得る。例えば、図２Ｃは、気泡カラム凝縮器２００が蒸気分配チャンバー２４４、チャンバー２１２を有して成る第１段２１０、およびチャンバー２２４を有して成る第２段２２０を有して成る形態を示す。液相中の凝縮性流体のストリームは液体インレット２３２を通じて凝縮器２００に入り、液体ストリームは矢印２４６の方向に第２段２２０を横切って流れ得る。第２段２２０の垂直下方に位置付けられた第１段２１０では、第２段２００からの超過液体ストリームが第１段１０に入り、第１段２１０を横切って矢印２４８の方向に流れ得る。矢印２４８の方向は矢印２４６の反対方向である。第１段２１０の垂直下方に位置付けられた蒸気分配チャンバー２４４では、第１段２１０からの超過液体ストリームが矢印２５２の方向に流れ得る。矢印２５２の方向は矢印２４８の方向とは略反対方向であり、矢印２４６の方向と略同じ方向である。
【００７４】
ある態様では、第１ウェアーは（例えば液体インレットから又は第１ウェアーの上方の領域から）液体ストリームを受容するエリアに隣接して位置付けられ、第１ウェアーは、装置の別領域に超過液体を送出し得るアウトレット又は下降管に隣接して位置付けられた第２ウェアーから長手方向に対向する端部に位置付けられ得る。ある態様では、第１ウェアーおよび第２ウェアーは第１チャンバーと同じ端部に位置付けられ得る。
【００７５】
ある態様は、チャンバー内およびチャンバー間の液体流れを方向付けるためウェアーおよびバッフルの両方の使用を含む。ある場合では、バッフルは長手バッフルであり得る。ある場合では、バッフルは横断バッフル（例えば水平バッフル）であり得る。ある態様は図６に示される。図６では、長手バッフル６０４、ウェアー６０６およびウェアー６０８が気泡発生器６０２上に位置付けられる。ウェアー６０６およびウェアー６０８は気泡発生器６０２の第１端部に位置付けられる。長手バッフル６０４は気泡発生器６０２の長さに沿って気泡発生器の第１端部から対向する気泡発生器６０２の第２端部に向かって延在する。長手バッフル６０４の長さは気泡発生器の長さ未満であり、それにより長手バッフル６０４の端部と気泡発生器６０２の対向する第２端部との間に液体が流れるためのギャップが供される。
【００７６】
システム６００の使用時、ウェアー６０６は液相中の凝縮性流体のストリームを受容し得る。液体はウェアー６０６により囲まれた領域６０６ａ内に存在し得る。追加の液体が導入され、包囲領域６０６ａ中の液体高さがウェアー６０６の高さを超過すると、超過液体はウェアー６０６の上部を越えて流れ、長手バッフル６０４により方向づけられるように矢印６１０の方向に気泡発生器６０２の長さに沿って流れ得る。次いで、液相は長手バッフル６０４とチャンバーの横壁との間のギャップを通じて気泡発生器６０２の幅を横切って流れ得る。次いで、液体は気泡発生器６０２の長さに沿って矢印６１０の方向とは反対の矢印６１２の方向に流れ得る。液体の高さがウェアー６０８の高さを超過すると、超過液体はウェアー６０８の上部を越えて装置の別の部分内に流れ得る。チャンバーは１つよりも多い長手バッフルを有して成り得ることは理解されよう。ある態様では、少なくとも１つの長手バッフル、少なくとも２つの長手バッフル、少なくとも３つの長手バッフル、少なくとも４つの長手バッフル、少なくとも５つの長手バッフル、少なくとも１０この長手バッフル又はそれよりも多い長手バッフルがチャンバー内に配置される。ある態様では、チャンバーは１〜１０の長手バッフル、１〜５の長手バッフル、又は１〜３の長手バッフルを有して成る。
【００７７】
ある場合では、少なくとも１つの横断バッフル、少なくとも２つの横断バッフル、少なくとも３つの横断バッフル、少なくとも４つの横断バッフル、少なくとも５つの横断バッフル、少なくとも１０この横断バッフル又はそれよりも多い横断バッフルがチャンバー内に配置される。ある態様では、チャンバーは１〜１０の横断バッフル、１〜５の横断バッフル、又は１〜３の横断バッフルを有して成る。
【００７８】
気泡カラム凝縮器は特定の用途に適した任意の形状を有し得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器は略円形、略楕円形、略四角形、略矩形、又は略三角形の断面を有し得る。気泡カラム凝縮器が略円形断面を有することが有利であり得ることは認識されている。ある場合では、略円形断面を有する気泡カラム凝縮器（例えば略円筒気泡カラム凝縮器）は異なる形状の断面（例えば略矩形断面）を有する気泡カラム凝縮器よりも製造し易い。例えば、特定の径（例えば約０．６ｍ以下）を有する略円筒形状の気泡カラム凝縮器のため、予め製造されたパイプおよび/又はチューブが気泡カラムの壁を形成するために使用され得る。更に、略円筒形状の気泡カラム凝縮器はシートを曲げ単一の継ぎ目を接合することでシート材（例えばステンレス鋼）から製造され得る。対して、異なる形状の断面を有する気泡カラム凝縮器は１つより多い接合継ぎ目を有し得る（例えば略矩形断面を有する気泡カラム凝縮器は４つの接合継ぎ目を有し得る）。更に、略円形断面を有する気泡カラム凝縮器は異なる形状の断面（例えば略矩形断面）を有する気泡カラム凝縮器よりも少ない製造用材料を要し得る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器は略平行六面体形状、略矩形プリズム形状、略円筒形状、および/又は略ピラミッド形状を有する。
【００７９】
気泡カラム凝縮器は特定の用途に適した任意の大きさを有し得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器の最大断面寸法は約１０ｍ未満、約５ｍ未満、約２ｍ未満、約１ｍ未満、約０．５ｍ未満、又は約０．１ｍ未満であり得る。ある場合では、気泡カラム凝縮器の最大断面寸法は約０．０１ｍ〜約１０ｍ、約０．５ｍ〜約５ｍ、又は約１ｍ〜約５ｍの範囲であり得る。
【００８０】
気泡カラム凝縮器の外部は任意の適当な材料を含んで成り得る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器はステンレス鋼、アルミニウム、および/又はプラスチック（例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリカーボネート）を含んで成る。ある態様では、気泡カラム凝縮器から外部環境への熱損失を最小化することが有利であり得る。ある場合では、凝縮器の外部および/又は凝縮器の内部は断熱材を含んで成り得る。例えば、凝縮器は断熱材で少なくとも部分的に被覆され、カバーされ又は巻かれ得る。適当な断熱材の例としては限定されるものではないが、弾性発泡体、ファイバーガラス、セラミックファイバーミネラルウール、ガラスミネラルウール、フェノール類発泡体、ポリイソシアヌレート、ポリスチレン、およびポリウレタンが挙げられる。
【００８１】
上記で記載した特徴は気泡カラム凝縮器等の凝縮装置の文脈で説明されているが、記載した特徴の全て（例えば形状、アスペクト比、ウェアーおよび/又はバッフル等の存在）は気泡カラム加湿器等の加湿装置にも適用され得る。ある場合では、気泡カラム加湿器の使用は、気泡カラム凝縮器の使用が他のタイプの凝縮器と比べて有利であり得るという多くの同じ理由で他のタイプの加湿器（例えば充填層加湿器）の使用と比べて有利であり得る。例えば、気泡カラム加湿器は、他のタイプの加湿器と比べて改善された性能（例えば高い熱および/若しくは物質移動速度）並びに/又は減じられた製造および/若しくは材料コスト（例えば小さい寸法）により特徴づけられ得る。
【００８２】
特定の場合では、気泡カラム加湿器は複数の段を有して成る（例えば気泡カラム加湿器は多段気泡カラム加湿器である）。段は、ガスストリーム（例えば空気ストリーム）が連続して第１段、第２段、第３段等を流れるように配置され得る。ある態様では、各段は温度を有する液体層を含んで成り、段の液体層の温度は後段の温度よりも低くあり得る。例えば、３段気泡カラム加湿器では、第１段（垂直配置の気泡カラムの最下段）の液体層の温度は第２段の液体層の温度よりも低くあり得る。第２段の液体層の温度は第３段（垂直配置の気泡カラムの最上段）の液体層の温度よりも低くあり得る。各段内では、熱および物質は液体層からガスストリームの気泡へと移動され得る。
【００８３】
多段気泡カラム加湿器の操作を例示するため、図２Ａに示す多段気泡カラム加湿器の典型的な態様の操作を説明する。ある態様によれば、図２Ａの装置２００は多段カラム加湿器である。気泡カラム加湿器２００は、気泡カラム凝縮器の文脈で既に説明したコンポーネントの全て（例えば、液体層２１４および気泡発生器２０８を有して成る第１段２１０、液体層２２６および気泡発生器２２２を有して成る第２段２２０）を有して成る。しかしながら、液体層２１４および２２６は液相中の略純凝縮性流体に代えて塩含有水を含んで成る。更に、液体層２１４および２２６の塩含有水の温度は気泡カラム加湿器２００を流れる第１ガス又はガス混合物の温度よりも高い。
【００８４】
操作時、ガス又はガス混合物は気泡発生器２０８を通じて移動し、それにより気泡が形成され得る。次いで、ガス又はガス混合物がガス又はガス混合物の温度よりも高い温度に維持された液体層２１４を通じて移動すると、熱および物質が液体層２１４の塩含有水からガス又はガス混合物の気泡へと移動され、それによりガス又はガス混合物が少なくとも部分的に加湿される。次いで、少なくとも部分的に加湿されたガス又はガス混合物は第１蒸気分配領域に移動し、気泡発生器２２２に入り、少なくとも部分的に加湿されたガス又はガス混合物の気泡が形成され得る。次いで、少なくとも部分的に加湿されたガス又はガス混合物の気泡が液体層２１４の温度よりも高い温度を有する液体層２２６に移動し、熱および物質が液体層２２６から少なくとも部分的に加湿されたガス又はガス混合物の気泡へと移動され、ガス又はガス混合物が更に加湿され得る。
【００８５】
気泡カラム加湿器は任意の適当な材料（例えば耐熱性および耐腐食性を有した材料）を含んで成り得る。適当な材料の例としては限定されるものではないが、塩素化塩化ビニル、ポリエチレン、ファイバーガラス補強プラスチック、チタン合金、ハステロイ（例えば耐腐食ニッケル合金）、超合金（例えばモリブデン系超合金）、および/又はエポキシ被覆金属が挙げられる。
【００８６】
ある態様は、外部熱交換器と流体連通するように配置された本明細書に記載された気泡カラム凝縮器を有して成るシステムに関する。そのような態様では、熱は凝縮器の液体アウトレットストリームから外部熱交換器を流れる冷却剤ストリームへと移動され得る。システムは、冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームが次いでインレットを通じて気泡カラム凝縮器に戻り、凝縮器の段内に液体層を形成するための液体として再使用され得るように構成され得る。この形態では、気泡カラム凝縮器内の液体層の温度は、各段で液体層の温度がガス又はガス混合物の温度よりも低い温度に維持されるように調整され得る。ある場合では、凝縮器内に設置されるよりはむしろ凝縮器の外部に設置される熱交換器は、本明細書に記載される凝縮器（例えば小さい寸法および/又は低レベルの液浴等を有する凝縮器）の使用を可能とし得る。ある場合では、熱交換器は凝縮器の液体アウトレットストリームから別の流体に吸収される熱を移動し得る。
【００８７】
図３Ａは、管３０６および３０８を通じて外部熱交換器３０４に流体接続された気泡カラム凝縮器３０２を有して成るシステム３００の典型的態様を示す。熱交換器３０４は操作に際して冷却剤を更に含んで成る。操作に際して、吸収熱量を含む凝縮器の液体アウトレットストリームは温度Ｔ１で管３０６を通じて凝縮器３０２を出ていき、外部熱交換器３０４に入る。熱は、凝縮器の液体アウトレットストリームから、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ３で維持された冷却剤へと移動される。次いで、凝縮器の液体アウトレットストリームは、Ｔ１よりも小さい温度Ｔ２で管３０８を通じて熱交換器３０４を出ていき、管３０８を通じて凝縮器３０２に戻る。
【００８８】
熱交換器３０４は、任意には凝縮器の液体アウトレットストリームから別の流体ストリームへと吸収された熱を移動し得る。例えば、熱交換器のインレットストリーム（例えば熱交換器の冷却剤ストリーム）は温度Ｔ３で管３１０を通じて熱交換器に入り得る。熱交換器のインレットストリームが熱交換器３０４を通過すると、当該インレットストリームが凝縮器の液体アウトレットストリームから移された熱を吸収し得る。次いで、熱交換器のインレットストリームは、Ｔ３よりも高い温度Ｔ４で熱交換器のアウトレットストリームとして管３１２を通じて熱交換器３０４を出ていき得る。ある態様では、管３０８を流れる凝縮器の液体インレットストリームと管３１０を流れる熱交換器のインレットストリームは実質的に同一であり得る。他の態様では、凝縮器の液体インレットストリームと熱交換器のインレットストリームは異なり得る。ある場合では、熱交換器３０４を流れる凝縮器の液体アウトレットストリーム（例えば管３０６および３０８を流れるストリーム）と熱交換器の冷却剤ストリーム（例えば管３１０および３１２を流れるストリーム）は熱交換器３０４を通じて略平行方向に流れ得る。（図示する）他の態様では、熱交換器３０４を流れる凝縮器の液体アウトレットストリームと熱交換器の冷却剤ストリームは熱交換器３０４を通じて略非平行（例えば対向（又は反対;opposite））方向に流れ得る。
【００８９】
当該分野で知られている任意の熱交換器が使用され得る。適当な熱交換器の例としては限定されるものではないが、プレート・フレーム熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器、チューブアンドチューブ熱交換器、プレート熱交換器、プレートアンドシェル熱交換器等が挙げられる。具体的な態様では、熱交換器はプレート・フレーム熱交換器である。熱交換器は、第１流体流れおよび第２流体流れが熱交換器を流れるように構成され得る。ある場合では、第１流体流れおよび第２流体流れが略同一方向（例えば平行流れ）、略対向方向（例えばカウンタ流れ）、又は略直交方向（例えばクロス流れ）に流れ得る。ある場合では、第１流体ストリームは凝縮器を流れる流体ストリーム（例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム）を含んで成り得る。ある態様では、第２流体ストリームは冷却剤を含んで成り得る。第１流体流れおよび/又は第２流体流れは液体を含んで成り得る。ある態様では、熱交換器は液−液熱交換器であり得る。ある場合では、２つより多い流体ストリームが熱交換器を流れ得る。
【００９０】
冷却剤は熱を吸収および移動可能な任意の流体であり得る。典型的には、冷却剤は液体である。ある態様では、冷却剤は水を含んで成り得る。特定の場合では、冷却剤は塩含有水を含んで成り得る。例えば、加湿−除湿システムでは、熱交換器中の冷却剤ストリームは加湿器内に入る前に塩含有水を予熱するために使用され得る。
【００９１】
ある態様では、熱交換器は相対的に高い伝熱速度を示し得る。ある態様では、熱交換器は少なくとも約１５０Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約２００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約５００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約１０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約２０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約３０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約４０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、又はある場合では少なくとも約５０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）の熱伝導係数を有し得る。ある態様では、熱交換器は少なくとも約１５０Ｗ/（ｍ２Ｋ）〜少なくとも約５０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約２００Ｗ/（ｍ２Ｋ）〜約５０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約５００Ｗ/（ｍ２Ｋ）〜約５０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約１０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）〜約５０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約２０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）〜約５０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、少なくとも約３０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）〜約５０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）、又は少なくとも約４０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）〜約５０００Ｗ/（ｍ２Ｋ）の範囲の熱伝導係数を有し得る。
【００９２】
ある態様では、熱交換器は凝縮器の液体アウトレットストリームおよび/又は熱交換器を流れる他の流体の温度よりも低くあり得る。例えば、管３０６又は３１０中の熱交換器に入る流体と管３０８又は３１２を通じて熱交換器を出ていく流体の温度差はそれぞれ、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、少なくとも約９０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、又はある場合では少なくとも約２００℃であり得る。ある態様では、熱交換器に入る流体と熱交換器を出ていく流体の温度差は、約５℃〜約３０℃、約５℃〜約６０℃、約５℃〜約９０℃、約１０℃〜約３０℃、約１０℃〜約６０℃、約１０℃〜約９０℃、約２０℃〜約６０℃、約２０℃〜約９０℃、約２０℃〜約２００℃、約３０℃〜約６０℃、約３０℃〜約９０℃、約４０℃〜約２００℃、約６０℃〜約９０℃、約６０℃〜約２００℃、約８０℃〜約２００℃、約１００℃〜約２００℃、又は約１５０℃〜約２００℃の範囲であり得る。
【００９３】
ある態様では、任意の外部加熱デバイスは気泡カラム凝縮器および/又は外部熱交換器と流体連通するように配置され得る。特定の場合では、加熱デバイスは、操作時に凝縮器の液体アウトレットストリームが熱交換器に入る前に加熱デバイス中で加熱されるように配置され得る。そのような配置により、有利には凝縮器の液体アウトレットストリームから熱交換器を流れる別の流体ストリームに移動される熱量が増加され得る。例えば、加湿−除湿システムで、熱が、塩含有水ストリームの加湿器内への進入前に凝縮器の液体アウトレットストリームから塩含有水ストリーム（例えばブラインストリーム）に移動され得る。
【００９４】
加熱デバイスは流体ストリーム（例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム）に熱を移動可能な任意のデバイスであり得る。ある場合では、加熱デバイスは熱交換器である。当該分野で知られている任意の熱交換器が使用され得る。適当な熱交換器の例としては限定されるものではないが、プレート・フレーム熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器、チューブアンドチューブ熱交換器、プレート熱交換器、プレートアンドシェル熱交換器等が挙げられる。具体的な態様では、熱交換器はプレート・フレーム熱交換器である。熱交換器は、第１流体流れおよび第２流体流れが熱交換器を流れるように構成され得る。ある場合では、第１流体流れおよび第２流体流れが略同一方向（例えば平行流れ）、略対向方向（例えばカウンタ流れ）、又は略直交方向（例えばクロス流れ）に流れ得る。第１流体流れおよび/又は第２流体流れは液体を含んで成り得る。ある場合では、第１流体ストリームは凝縮器を流れる流体ストリーム（例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム）を含んで成り得る。ある場合では、第２流体ストリームは加熱流体を含んで成り得る。加熱流体は熱を吸収および伝えることが可能な任意の流体であり得る。ある態様では、加熱流体は水を含んで成る。特定の場合では、加熱流体は高温の加圧水を含んで成る。特定の態様では、熱は第２流体ストリーム（例えば加熱流体）から熱交換器中の第１ストリーム（例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム）に移動され得る。ある場合では、２つより多い流体ストリームが熱交換器を流れ得る。
【００９５】
ある態様では、加熱デバイスは熱回収デバイスである。熱回収デバイスは熱エネルギー（例えば天然ガスの燃焼形態で、ソーラーエネルギー、発電所からの廃熱、又は燃焼排ガスからの廃熱）を保存および/又は活用するように構成され得る。特定の場合では、加熱デバイスは電気エネルギーを熱エネルギーに変換するように構成されている。例えば、加熱デバイスは電気ヒーターであり得る。
【００９６】
ある態様では、加熱デバイスは凝縮器の液体アウトレットストリームおよび/又は加熱デバイスを流れる他の流体ストリームの温度を増加し得る。例えば、加熱デバイスに入る流体と加熱デバイスを出ていく流体の温度差はそれぞれ、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、又はある場合では少なくとも約９０℃であり得る。ある態様では、加熱デバイスに入る流体と熱交換器を出ていく流体の温度差は、約５℃〜約３０℃、約５℃〜約６０℃、約５℃〜約９０℃、約１０℃〜約３０℃、約１０℃〜約６０℃、約１０℃〜約９０℃、約２０℃〜約６０℃、約２０℃〜約９０℃、約３０℃〜約６０℃、約３０℃〜約９０℃、又は約６０℃〜約９０℃の範囲であり得る。ある態様では、加熱デバイス中で加熱される流体ストリーム（例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム）の温度は流体ストリームの沸点よりも低いままである。
【００９７】
ある態様では、任意の外部冷却デバイスは気泡カラム凝縮器および/又は外部熱交換器と流体連通するように配置され得る。特定の場合では、冷却デバイスは、操作時に熱交換器のアウトレットストリーム（例えば冷却された凝縮器の液体アウトレットストリーム）が気泡カラム凝縮器に戻る前に冷却デバイス中で冷却されるように配置され得る。
【００９８】
冷却デバイスは、概して流体ストリーム（例えば液体ストリーム、ガスストリーム）から熱を取り除くことが可能な任意のデバイスを指す。ある態様では、冷却デバイスは熱交換器である。熱交換器は、第１流体流れおよび第２流体流れが熱交換器を流れるように構成され得る。ある場合では、第１流体流れおよび第２流体流れが略同一方向（例えば平行流れ）、略対向方向（例えばカウンタ流れ）、又は略直交方向（例えばクロス流れ）に流れ得る。ある場合では、熱は第１流体ストリームから第２流体ストリームに移動される。特定の態様では、冷却デバイスは液−気熱交換器である。特定の場合では、第１流体ストリームは、凝縮器と熱交換器との間を流れる凝縮器の液体（例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム）のループの部分である流体ストリームを含んで成り得る。ある場合では、第２流体ストリームは冷却剤を含んで成り得る。冷却剤は熱を吸収又は移動可能な任意の流体であり得る。ある態様では、冷却剤はガスを含んで成る。ある場合では、ガスは空気（例えば外気）を含んで成り得る。冷却剤として空気を含んで成る熱交換器は、概して空気冷却熱交換器と呼ばれ得る。ある場合では、２つよりも多い流体ストリームが冷却デバイスを流れる。ある態様では、冷却デバイスはドライ冷却器、チラー、ラジエーター又は流体ストリームから熱を除去可能な任意の他のデバイスであり得ることは留意する必要がある。
【００９９】
ある場合では、冷却デバイスは熱交換器のアウトレットストリームの温度を減じ得る。ある態様では、冷却デバイスは、熱交換器のアウトレットストリームの温度を少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、又はある場合では少なくとも約９０℃まで減じる。ある態様では、冷却デバイスは、熱交換器のアウトレットストリームの温度を約５℃〜約３０℃、約５℃〜約６０℃、約５℃〜約９０℃、約１０℃〜約３０℃、約１０℃〜約６０℃、約１０℃〜約９０℃、約２０℃〜約３０℃、約２０℃〜約６０℃、約２０℃〜約９０℃、約３０℃〜約６０℃、約３０℃〜約９０℃、又は約６０℃〜約９０℃の範囲まで減じる。
【０１００】
図３Ｂは、気泡カラム凝縮器３０２、外部熱交換器３０４、外部加熱デバイス３１４、および外部冷却デバイス３１６を有して成り、それぞれが相互に流体連通しているシステム３００の典型的態様を示す。加熱デバイス３１４は液体管３０６を通じて凝縮器３０２と流体連通するように配置されている。また、加熱デバイス３１４は液体管３１８を通じて熱交換器３０４と流体連通するように配置されている。加熱デバイス３１４との流体連通に加えて、熱交換器３０４は液体管３２０を通じて冷却デバイス３１６と流体連通するように配置されている。冷却デバイス３１６は液体管３０８を通じて凝縮器３０２と流体連通するように配置されている。
【０１０１】
典型的な態様では、操作時、凝縮器の液体アウトレットストリームは温度Ｔ１で管３０６を通じて凝縮器３０２を出ていき、加熱デバイス３１４に入る。熱は、凝縮器の液体アウトレットストリームが加熱デバイス３１４を流れる際、凝縮器の液体アウトレットストリームに伝わる。凝縮器の液体アウトレットストリームは、温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２で加熱デバイスのアウトレットストリーム（例えば加熱された凝縮器の液体アウトレットストリーム）として加熱デバイス３１４を出ていく。次いで、加熱デバイスのアウトレットストリームは管３１８を通じて熱交換器３０４に流れる。熱交換器３０４では、熱は、加熱デバイスのアウトレットストリームから管３１０および３１２を通じて熱交換器３０４を流れる別の流体ストリーム（例えば塩含有水ストリーム）に移動される。加熱デバイスのアウトレットストリームは、温度Ｔ２よりも低い温度Ｔ３で熱交換器のアウトレットストリームとして熱交換器３０４を出ていく。次いで、熱交換器のアウトレットストリームは液体管を通じて冷却デバイス３１６に流れる。ある態様では、熱交換器のアウトレットストリームが冷却デバイス３１６を流れると、熱交換器のアウトレットストリームからの熱は、管３２２および３２４を通じて冷却デバイス３１６を流れる別の流体ストリーム（例えば空気ストリーム）に移動される。次いで、熱交換器のアウトレットストリームは、Ｔ３よりも小さい温度Ｔ４で冷却デバイスのアウトレットストリームとして冷却デバイス３１６を出ていく。次いで、温度Ｔ４の冷却デバイスのアウトレットストリームが管３０８を通じて凝縮器３０２に戻る。
【０１０２】
ある態様では、気泡カラム凝縮器は脱塩システムで使用され得る。ある態様では、脱塩システムは加湿−除湿（ＨＤＨ）システムであり得る。そのようなシステムでは、凝縮器（例えば気泡カラム凝縮器）は、加湿されたガスストリームから略純水を凝縮するための除湿器として作用し得る。ＨＤＨシステムでの除湿器としての気泡カラム凝縮器の使用は、気泡カラム凝縮器等の直接接触型の凝縮器が表面凝縮器等の他のタイプの凝縮器よりも相対的に高い伝熱効果を示すため有利であり得る。ある態様では、ＨＤＨシステムは熱交換器を有して成る。特定の場合では、熱交換器は、凝縮器を流れる流体ストリーム（例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム）から加湿器を流れる流体ストリーム（例えば加湿器の液体インレットストリーム）への熱の移動をし易くする。例えば、熱交換器は、有利には凝縮器の液体アウトレットストリームからエネルギーが回収され、ＨＤＨシステムの加湿器内への加湿器の液体インレットストリームの進入前に加湿器の液体インレットストリーム（例えば塩含有水ストリーム）を予熱するためにエネルギーが使用されることを可能とし得る。例えば、これは塩含有水ストリームを加熱するための追加の加熱デバイスの必要性を回避し得る。又は、加熱デバイスが使用される場合、凝縮器の液体アウトレットストリームからのエネルギー回収のための熱交換器の存在により、塩含有水ストリームに適用されるのに要する熱量が低減され得る。ある態様では、熱交換器は外部熱交換器である。上記のとおり、外部熱交換器の使用は有利には本明細書に記載される気泡カラム凝縮器（例えば小さい寸法および/又は低レベルの液浴等を有する凝縮器）の使用を可能とし得る。ある態様では、熱交換器は内部熱交換器である。例えば、内部熱交換器は気泡カラム凝縮器内に設けられたチューブコイルを有して成り得る。チューブコイルは、チューブコイルの少なくとも一部が気泡カラム凝縮器の段内の液体層と熱接触するように位置付けられ得る。複数の段を有して成り各段が液体層を有して成る多段気泡凝縮器では、チューブコイルは、各液体層がチューブコイルの少なくとも一部と熱接触するように位置付けられ得る。ある場合では、冷却剤（例えば塩含有水ストリーム）は内部熱交換器（例えばチューブコイル）を流れ、熱が気泡カラム凝縮器の液体層から冷却剤へと移動され得る。
【０１０３】
ＨＤＨシステムの他の例は、２００９年９月４日に出願され“減圧下での水分離”と題されたＥｌｓｈａｒｑａｗｙらによる米国特許第８，２９２，２７２号、２０１２年９月２１日に出願され“減圧下での蒸気コンポーネントの分離”と題されたＥｌｓｈａｒｑａｗｙらによる米国特許第８，４６５，００６号、２００９年１０月５日に出願され“変圧下での水分離”と題されたＧｏｖｉｎｄａｎらによる米国特許第８，２５２，０９２号、２０１２年７月１６日に出願され“結合熱および物質変化デバイスの熱力学的平衡”と題されたＧｏｖｉｎｄａｎらによる米国特許第８，４９６，２３４号、２０１１年９月２３日に出願され“気泡カラム蒸気混合物凝縮器”と題されたＧｏｖｉｎｄａｎらによる米国特許公報第２０１３/００７４６９４号、米国特許出願番号第１３/５４８，１６６号として２０１２年７月１２日に出願され“気泡カラム蒸気混合物凝縮器”と題されたＧｏｖｉｎｄａｎらによる米国特許公報第２０１３/００７５９４０号、および２０１３年６月１２日に出願され“多段気泡カラム加湿器”と題されたＧｏｖｉｎｄａｎらによる米国特許出願番号第１３/９１６，０３８号に記載され、その内容の全てが参照することにより全ての目的のため本明細書に組み入れられる。
【０１０４】
ＨＤＨシステムの典型的な態様は図４Ａに示される。システム４００は、加湿器４０２、除湿器４０４、熱交換器４０６、塩含有水のリザーバー４０８、および純水のリザーバー４１０を有して成る。加湿器４０２および除湿器４０４はガス管４２０および４２２を通じて流体連通するように配置されている。ある態様では、システム４００は、加湿器４０２と除湿器４０４との間を循環するキャリアガスストリームを有した閉鎖ループシステムである。ある場合では、キャリアガスストリームは非凝縮性ガスを含んで成り得る。キャリアガスストリームに加えて、様々な液体ストリームがシステム４００を通じて循環される。ある場合では、ストリームは、海水、汽水、食塩水、ブラインおよび/又は工業廃水等の塩含有水を含んで成り得る。システム４００では、塩含有水のリザーバー４０８は液体管４１２を通じて熱交換器４０６と、液体管４１８を通じて加湿器４０２と流体連通するように配置される。また、加湿器４０２は液体管４１４および４１６を通じて熱交換器４０６と流体連通するように配置される。ある態様では、加湿器は、液体インレットが加湿器の第１端（例えば上端）に位置付けられ、ガスインレットが加湿器の反対側の第２端（例えば下端）に位置付けられるように構成される。そのような形態は、有利には高熱効率をもたらし得る。ある態様では、加湿器は、キャリアガスストリーム（例えば乾燥空気）を塩含有水ストリームと直接接触させるように構成されており、それにより加湿器のガスインレットから受容されるガスと比べて水が豊富な蒸気含有加湿器のガスアウトレットストリームが生成される。また、加湿器４０２は加湿器の液体アウトレットストリームを生成し得る。当該液体アウトレットストリームの一部はリザーバー４０８に戻され、その一部は加熱されるために熱交換器４０６に流され、加湿器に再導入される。当業者に知られているいかなる加湿器も本明細書に記載された態様の文脈で活用され得る。特定の態様によれば、加湿器は充填層加湿器であり得る。例えば、ある態様では、キャリアガスが加湿チャンバーを通じて移動し、塩含有水と接触される間にキャリアガスの加湿は、充填材（例えば、塩化ポリビニル充填材又はガラス充填されたポリプロピレン充填材）を介して加湿器の上部に設けられた１つ以上のノズルから塩含有水をスプレーすることで達成され得る。ある態様では、充填材はキャリアガスと接触する塩含有水ストリームの表面積を増大させ、それにより、キャリアガス内に気化される水の一部を増大させ得る。ある態様では、加湿器は気泡カラム加湿器であり得る。ある場合では、気泡カラム加湿器の使用は他のタイプの気泡カラム加湿器（例えば充填層加湿器）の使用が好ましいことは認識されている。例えば、気泡カラム加湿器は改善された性能（例えば高い熱および/若しくは物質移動速度、高い熱力学的効果）並びに/又は減じられた製造および/若しくは材料コスト（例えば小さい寸法）により特徴づけられ得る。
【０１０５】
ある態様では、除湿器４０４は本明細書に記載された気泡カラム凝縮器である。ある態様では、凝縮器４０４は管４３０を通じてリザーバー４１０と流体連通している。また、凝縮器４０４は管４２６および４２８を通じて熱交換器４０６と流体連通し得る。熱交換器４０６は本明細書で記載するように当該分野で知られている任意の熱交換器であり得る。ある態様では、熱交換器は、第１流体ストリームおよび第２流体ストリームが略対向方向（例えばカウンタ流れ）に熱交換器を流れるように構成されている。例えば、図４Ｂはカウンタ流れデバイスとしての熱交換器４０６を示す。熱交換器は代替的には平行流れデバイスであってよく、第１流体ストリームおよび第２流体ストリームが略同一方向に流れるように構成され得る。図４Ａは平行流れデバイスとしての熱交換器４０６を示す。ある態様では、熱交換器はクロス流れデバイスであり、熱交換器は、第１流体ストリームおよび第２流体ストリームが略垂直方向に流れるように構成される。ある場合では、熱交換器は液−液熱交換器である。典型的な態様では、熱交換器はプレート・フレーム熱交換器である。特定の態様では、熱交換器４０６は任意の管４２４を通じてリザーバー４１０と流体連通している。図４Ａに示す典型的な態様では、操作時、塩含有水ストリームはリザーバー４０８から管４１２を通じて加湿器４０２に入る前に加熱される（例えば“予熱される”）ために熱交換器４０６へと流れる。次いで、予熱された塩含有水ストリームは熱交換器４０６から管４１４を通じて加湿器４０２に移動する。ある場合では、予熱された塩含有水ストリームの第１部分は熱交換器４０６から加湿器４０２へと流れ、任意には予熱された塩含有水ストリームの第２部分がシステムから排出されおよび/又はシステムの別の部分へ送られる（;routed）。別に、予熱された塩含有水ストリームの流れ方向とは反対の方向に、凝縮器４０４により供されるキャリアガスストリームが加湿器４０２に流される。加湿器４０２では、予熱された塩含有水ストリームよりも低い温度であるキャリアガスストリームは予熱された塩含有水ストリームにより加熱され加湿される。加湿されたキャリアガスストリームは加湿器４０２を出ていき、ガス管４２０を通じて除湿器４０４０へと流れる。塩含有水ストリームの一部は管４１８を通じてリザーバー４０８に戻り、一部は液体管４１４を通じて加湿器４０２に戻される前に予熱されるように液体管４１６を通じて熱交換器４０６に流れる。
【０１０６】
次いで、加湿されたキャリアガスストリームは気泡カラム凝縮器４０４に流される。気泡カラム凝縮器内の加湿されたキャリアガスストリームに対する向流流れは、管４２６を通じて熱交換器４０６から気泡カラム凝縮器４０４へと流れる凝縮器液体ストリームである。ある態様では、凝縮器の液体ストリームは実質的に純水であり得る精製水を含んで成る。ある場合では、熱交換器４０６を流れた凝縮器の液体ストリームの第１部分は気泡カラム凝縮器４０４に流され、任意には熱交換器４０６を流れた凝縮器の液体ストリームの第２部分はシステムから排出されおよび/又はシステムの別の部分へ送られる。凝縮器の液体ストリームの一部がシステムから排出される場合では、液体ストリームが排出される速度は、システム中の水の一定体積を維持するために液体が凝縮される速度と略同じである。気泡カラム凝縮器４０４では、加湿されたキャリアガスストリームは本明細書で記載されるように凝縮プロセスを受ける。熱および物質は加湿されたキャリアガスストリームから凝縮器の液体ストリームに移動され、除湿されたキャリアガスストリームおよび凝縮器の液体アウトレットストリームが生成される。除湿されたガスストリームは本明細書で記載するような使用のためガス管４２２を通じて加湿器４０２に戻される。ある態様では、凝縮器の液体アウトレットストリームの一部は液体管４３０を通じてリザーバー４１０に流される。リザーバー４１０内に回収される精製水は例えば飲用、作物散水、洗浄/清掃、料理、工業用利用のため等に使用され得る。リザーバー４１０に流されない凝縮器の液体アウトレットストリームの残余部は液体管４２８を通じて熱交換器４０６に戻される。本明細書に記載するように、凝縮器の液体アウトレットストリームからの熱は液体管４１２、４１４および４１６を流れる塩含有水ストリームに伝えられ得る。熱交換器４０６を流れた後、次いで凝縮器の液体アウトレットストリームは液体管４２６を流れ、再使用のため凝縮器４０４に戻る。
【０１０７】
ある態様では、ＨＤＨシステムは任意には１つ以上の加熱デバイスを有して成る。２つの加熱デバイスを有して成るＨＤＨシステムの典型的な態様は図４Ｃに示される。図４Ｃでは、第１加熱デバイス４３２が液体管４３６を通じて熱交換器４０６と流体連通し、液体管４１４を通じて加湿器４０２と流体連通するように配置される。第２加熱デバイス４３４が液体管４３８を通じて熱交換器４０と流体連通し、液体管４２８を通じて凝縮器４０４と流体連通するように配置される。第１加熱デバイスおよび第２加熱デバイスは流体ストリームに熱を伝えることが可能な任意のデバイスであり得る。ある態様では、第１加熱デバイスおよび/又は第２加熱デバイスは熱交換器である。熱交換器は本明細書で記載するように当該分野で知られた任意の熱交換器（例えばプレート・フレーム熱交換器）であり得る。ある態様では、第１加熱デバイスおよび/又は第２加熱デバイスは熱回収デバイスである。ある場合では、熱回収デバイスは熱エネルギー（例えば天然ガスの燃焼形態で、ソーラーエネルギー、発電所からの廃熱、又は燃焼排ガスからの廃熱）を保存および/又は活用するように構成され得る。特定の場合では、加熱デバイス（例えば、電気ヒーター）は電気エネルギーを熱エネルギーに変換するように構成されている。
【０１０８】
ある態様では、第１加熱デバイスおよび/又は第２加熱デバイスは第１加熱デバイスおよび/又は第２加熱デバイスを流れる流体ストリームの温度を増加させ得る。例えば、第１加熱デバイスおよび/又は第２加熱デバイスに入る流体ストリームと第１加熱デバイスおよび/又は第２加熱デバイスを出ていく流体ストリームの温度差は、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、又はある場合では少なくとも約９０℃であり得る。ある態様では、第１加熱デバイスおよび/又は第２加熱デバイスに入る流体ストリームと第１加熱デバイスおよび/又は第２加熱デバイスを出ていく流体ストリームの温度差は、約５℃〜約３０℃、約５℃〜約６０℃、約５℃〜約９０℃、約１０℃〜約３０℃、約１０℃〜約６０℃、約１０℃〜約９０℃、約２０℃〜約６０℃、約２０℃〜約９０℃、約３０℃〜約６０℃、約３０℃〜約９０℃、又は約６０℃〜約９０℃の範囲であり得る。
【０１０９】
操作に際して、塩含有水ストリームはまず熱交換器４０６を流れ得る。熱交換器４０６では、熱は別の流体ストリーム（例えば凝縮器の液体ストリーム）から塩含有水ストリームに伝わり得、それにより加熱された塩含有水ストリームがもたらされ得る。次いで、加熱された塩含有水ストリームは液体管４３６を通じて加熱されるために第１加熱デバイス４３２に流され得、それにより更に加熱された塩含有水ストリームがもたらされ得る。次いで、更に加熱された塩含有水ストリームは加湿器４０２に流され得る。
【０１１０】
反対方向では、除湿器４０４を出ていく凝縮器の液体ストリームが液体管４２８を通じて加熱される第２加熱デバイス４３４に流れ得、それにより、加熱された凝縮器の液体ストリームがもたらされ得る。次いで、加熱された凝縮器の液体ストリームは液体管４３８を通じて熱交換器４０６に流れるように方向づけられ得、熱が加熱された凝縮器の液体ストリームから塩含有水ストリームに移動され、それにより冷却された凝縮器の液体ストリームがもたらされ得る。次いで、冷却された凝縮器の液体ストリームは液体管４２６を通じて凝縮器４０４に戻され得る。
【０１１１】
図４Ｃは第１加熱デバイスおよび第２加熱デバイスを示しているが、第１および第２加熱デバイスはＨＤＨシステム内に独立して存在してもよく又は存在していなくてよい。ある態様では、第１加熱デバイスは、塩含有水ストリームが熱交換器を流れた後当該ストリームを更に加熱する。ある態様では、第２加熱デバイスは、凝縮器の液体ストリームが熱交換器を流れる前に凝縮器の液体ストリームを加熱する。ある場合では、第１加熱デバイスが塩含有水ストリームを加熱し、第２加熱デバイスが凝縮器の液体ストリームを加熱する。ある態様では、単一の加熱デバイスが第１加熱デバイスおよび第２加熱デバイスとして機能し、塩含有水ストリームおよび凝縮器の液体ストリームの両方を加熱し得る。更に、ＨＤＨシステム４００内に任意の数の加熱デバイスがあってよい。
【０１１２】
ある場合では、加湿器は気泡カラム凝縮器から実質的に熱的に分離され得る。本明細書で使用される際、実質的な熱分離とは、概して例えば共有の伝熱壁を介し加湿器と気泡カラム凝縮器との間で直接の伝導伝熱がほとんど無いような形態を指す。しかしながら、そのような形態は加湿器と凝縮器との間での（ガスおよび/又は液体流れを通じた）熱エネルギーを運ぶ物質流れを生じさせないものではないことは理解されるべきである。
【０１１３】
当業者は、当業者の知識および技能と結合させた本明細書の教示および助言を前提とし所望の性能で本明細書に記載されたＨＤＨシステムを操作するための適当な条件を選択することが可能である。ある態様では、加湿および/又は除湿チャンバー内の圧力はおおよそ大気圧である。特定の態様によれば、加湿および/又は除湿チャンバー内の圧力は約９０，０００Ｐａ未満である。ある態様では、加湿器内の圧力はおおよそ大気圧未満であることが望ましい。ある場合では、加湿器内の圧力が下がると、加湿されたキャリアガスがより多くの水蒸気を運ぶことが更に可能となり、キャリアガスが凝縮器内で除湿されると実質的な純水の生成を増大させることが可能となる。特定の理論に拘束されるものではないが、この効果は、湿り空気中の乾燥空気量に対する水蒸気量の比を指す湿度比が大気圧よりも低い圧力で高いことにより説明され得る。当業者は、ＨＤＨシステムのコンポーネントのため適当な温度および流速条件を選択することが可能である。ある態様では、選択条件は気泡カラム凝縮器の本明細書で記載された範囲内であり得る。
【０１１４】
ある態様によれば、ガス流れの一部は加湿器内の少なくとも１つの中間位置から取り出され、気泡カラム凝縮器内の少なくとも１つの中間位置内に注入される。中間アウトレット（例えば取り出し部）で加湿器から出ていくガス流れの一部は加湿器の全体を通過しないため、中間アウトレットでのガス流れの温度は加湿器の主たるガスアウトレットでのガス流れの温度よりも低くなり得る。取り出しポイント（例えばアウトレット）の位置および/又は注入ポイント（例えばインレット）はシステムの熱効率を増大させるように選択され得る。例えば、ガス（例えば空気）は低温よりも高温で蒸気量を増大させ、および高蒸気量を有したガスの熱容量は低蒸気量を有したガスの熱容量よりも高くなり得るため、少ないガスを加湿器および/又は気泡カラム凝縮器の高温エリアで使用して、ガス（例えば空気）と液体（例えば水）ストリームの熱容量割合比がより平衡にされ得る。中間位置での取り出しおよび/又は注入は、有利にはガス質量流量（;gas mass flows）および高い熱回収を可能とし得る。例えば、１８０Ｆの最上湿り空気温度を有した加湿器からの１６０Ｆでの３０％の中間取り出しおよび８段気泡カラム中の第２段後の注入は約４０％〜約５０％分エネルギー消費を減じ得る。
【０１１５】
ある態様では、ある操作条件下で取り出しはＨＤＨシステムの熱効率性を増大させないことが認識されるべきである。更に、中間位置での取り出しと関連した問題があるかもしれない。例えば、取り出しはシステムの水生成速度を減じ、取り出しと関連した著しい金銭上のコスト（例えば器具、管、絶縁物および/又は液滴分離と関連したコスト）があるかもしれない。従って、ある場合では、取り出しをすることなくシステムを作製および/又は操作することが有利であり得る。
【０１１６】
ある態様では、ＨＤＨシステムは任意の冷却デバイスを更に有して成る。冷却デバイスは本明細書で記載するように流体ストリームから熱を取り除くことが可能な任意のデバイスであり得る。ある態様では、冷却デバイスは熱交換器である。熱交換器は、第１流体流れおよび第２流体流れが熱交換器を流れるように構成され得る。ある場合では、第１流体流れおよび第２流体流れが略同一方向（例えば平行流れ）、略対向方向（例えばカウンタ流れ）、又は略直交方向（例えばクロス流れ）に流れ得る。ある場合では、熱は第１流体ストリームから第２流体ストリームに移動される。特定の態様では、冷却デバイスは液−気熱交換器である。特定の場合では、第１流体ストリームは、凝縮器と熱交換器との間を流れる凝縮器の液体（例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム）のループの部分である流体ストリームを含んで成り得る。ある場合では、第２流体ストリームは冷却剤を含んで成り得る。冷却剤は熱を吸収又は移動可能な任意の流体であり得る。ある態様では、冷却剤はガスを含んで成る。ある場合では、ガスは空気（例えば外気）を含んで成り得る。冷却剤として空気を含んで成る熱交換器は、概して空気冷却熱交換器と呼ばれ得る。ある場合では、２つよりも多い流体ストリームが冷却デバイスを流れる。ある態様では、冷却デバイスはドライ冷却器、チラー、ラジエーター又は流体ストリームから熱を除去可能な任意の他のデバイスであり得ることは留意する必要がある。
【０１１７】
ある場合では、ＨＤＨシステム内の冷却デバイスの存在により有利にはＨＤＨシステム内で回収される水量が増大され得る。冷却デバイスが存在しないと、除湿器に入る淡水ストリームは冷却される塩含有水ストリームに対する熱の移動を通じて熱交換器中で冷却され得る。その結果、冷却デバイスが存在しないと、除湿器を流れる淡水ストリームの温度はブラインストリームの温度により制限され得る。冷却デバイスが存在すると、除湿器に入る淡水の温度はブラインストリームの温度によりもはや制限されず、低温が達成され得る。空気は低温で蒸気が少ない状態を保持するため、より多い水が低温で回収され得る。ある場合では、冷却デバイスは少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、又は少なくとも約５０％分水生成を増加させ得る。ある場合では、冷却デバイスを含めることで、有利には付随する電気消費の増加を最小にしつつ水生成が増加され得る。
【０１１８】
ある態様では、冷却デバイスを流れるある流体ストリームは凝縮器の液体ストリームである。ある場合では、凝縮器の液体ストリームは実質的に純水であり得る精製水を含んで成り得る。例えば、凝縮性の液体ストリームは凝縮器と熱交換器との間を流れる凝縮器の液体（例えば精製水）のループの一部を含んで成り得る。特定の態様では、冷却デバイスを流れるある流体ストリームは空気（例えば外気）を含んで成る。ある場合では、冷却デバイスは、凝縮器の液体ストリームが熱交換器を流れた後冷却デバイスを流れるように配置され得る。ある場合では、冷却デバイスは、凝縮器の液体ストリームが除湿器（例えば気泡カラム凝縮器）を流れる前に冷却デバイスを流れるように配置され得る。
【０１１９】
ある場合では、冷却デバイスは凝縮器の液体ストリームの温度を減じる。ある態様では、冷却デバイスは凝縮器の液体ストリームの温度を少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、又はある場合では少なくとも約９０℃まで低減する。ある態様では、冷却デバイスは凝縮器の液体ストリームの温度を約５℃〜約３０℃、約５℃〜約６０℃、約５℃〜約９０℃、約１０℃〜約３０℃、約１０℃〜約６０℃、約１０℃〜約９０℃、約２０℃〜約６０℃、約２０℃〜約９０℃、約３０℃〜約６０℃、約３０℃〜約９０℃、又は約６０℃〜約９０℃の範囲まで低減する。
【０１２０】
冷却デバイスを有して成るＨＤＨシステムの典型的な態様は図９に示される。図９では、ＨＤＨシステム９００は加湿器９０２、除湿器９０４、塩含有水の第１リザーバー９０６、塩含有水の第２リザーバー９０８、精製水のリザーバー９１０、熱交換器９１２、任意の第１加熱デバイス９１４、任意の第２加熱デバイス９１６、および冷却デバイス９１８を有して成る。加湿器９０２および除湿器９０４はガス管９３０および９３２を通じて流体連通するように配置されている。除湿器９０４との流体連通に加えて、加湿器９０２は液体管９３４を通じて塩含有水の第２リザーバー９０８と流体連通するように配置されている。また、加湿器９０２は、液体管９３６を通じて熱交換器９１２と、液体管９４０を通じて任意の第１加熱デバイス９１４と流体連通するように配置されている。加湿器９０２との流体連通に加えて除湿器９０４は、液体管９４２を通じて精製水のリザーバー９１０と、液体管９４４を通じて任意の第２加熱デバイス９１６と、液体管９５０を通じて冷却デバイス９１８と流体連通するように配置されている。除湿器９０４は本明細書で記載されるように気泡カラム凝縮器であり得る。ある態様では、冷却デバイス９１８は液体管９４８を通じて熱交換器９１２と流体連通するように配置されている。また、冷却デバイス９１８は、ガス管９５２および９５４を通じてガスストリーム（例えば空気ストリーム）と流体連通するように配置されている。塩含有水の第１リザーバー９０６は、液体管９５６を通じて熱交換器９１２と流体連通するように配置されている。また、塩含有水の第１リザーバー９０６は、図９に示されていない（例えばオイルおよび/又はガス生成物からの）塩含有水の外源に流体接続され得る。
【０１２１】
操作時、塩含有水ストリームは塩含有水の第１リザーバー９０６から熱交換器９１２に流れ得る。熱は別の流体ストリーム（例えば凝縮器の液体ストリーム）から塩含有水ストリームに伝わり、加熱された塩含有水ストリームがもたらされ得る。次いで、加熱された塩含有水ストリームは更に加熱されるために液体管９３８を通じて任意の第１加熱デバイス９１４に流れ得る。更に加熱された塩含有水ストリームは液体管９４０を通じて加湿器９０２に流れるように方向付けられ得る。加湿器９０２では、水の少なくとも一部が塩含有水ストリームに向流となっている加湿器９０２を流れるキャリアガスストリームに気化され得る。気化されない残留塩含有水の第１部分はその際液体管９３４を通じて塩含有水の第２リザーバー９０８に流れ得る。気化されない残留塩含有水の第２部分はその際液体管９３６を通じて熱交換器９１２に再循環され得る。
【０１２２】
キャリアガスストリームは塩含有水ストリームとは反対の方向に流れ得る。キャリアガスストリームは加湿器９０２に入り、加熱された塩含有水ストリームと接触し得る。水がキャリアガスストリームに気化され得、それにより加湿されたキャリアガスストリームがもたらされ得る。加湿されたキャリアガスストリームはガス管９３０を通じて除湿器９０４に流れ得る。除湿器９０４では、加湿されたキャリアガスストリームは反対方向に流れる冷却された凝縮器の液体ストリームと接触し得る。水が加湿されたキャリアガスストリームから凝縮される際、熱および物質は加湿されたキャリアガスストリームから冷却された凝縮器の液体ストリームに移動され、それにより除湿されたキャリアガスストリームがもたらされ得る。除湿されたキャリアガスストリームはガス管９３２を通じて加湿器９０２に流され得る。
【０１２３】
凝縮性流体（例えば水）ストリームはキャリアガスストリームに向流で除湿器９０４を流れ得る。凝縮性流体が除湿器９０４を流れる際、水が除湿されたキャリアガスストリームから凝縮器の液体ストリームに凝縮され、それにより凝縮器の液体アウトレットストリームがもたらされ得る。凝縮器の液体アウトレットストリームの少なくとも一部は液体管９４２を通じて精製水のリザーバー９１０に流れ得る。凝縮器の液体アウトレットストリームの少なくとも一部は液体管９４４を通じて任意の第２加熱デバイス９１６に流れ得る。任意の第２加熱デバイス９１４では、凝縮器の液体アウトレットストリームが加熱され、それにより加熱された凝縮器の液体アウトレットストリームがもたらされ得る。ある場合では、加熱された凝縮器の液体アウトレットストリームは液体管９４６を通じて熱交換器９１２に流れ得る。熱交換器９１２では、加熱された凝縮器の液体アウトレットストリームが塩含有水ストリームに熱を移動させ、それにより冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームがもたらされ得る。次いで、冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームは液体管９４８を通じて冷却デバイス９１８に流れ得る。また、ガスストリームが冷却デバイス９１８を流れ得る。２つのストリームは相互に平行流れ、カウンタ流れ、又はクロス流れであり得る。ある態様では、ガスストリームは空気を含んで成る。例えば、空気はガス管９５２を通じて冷却デバイス９１８に入り、ガス管９５４を通じて冷却デバイス９１８を出ていき得る。ある態様では、熱が冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームから空気に移動され、それにより更に冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームがもたらされ得る。次いで、更に冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームは液体管９５０を通じて除湿器９０４に流され得る。
【実施例】
【０１２４】
実施例１
下記実施例では、加湿−除湿システムでの使用のため８段気泡カラム凝縮器および熱交換器を説明する。図５に示すように、システム５００は、相互に流体連通した特注設計の凝縮器５０２および熱交換器５０４を有して成る。凝縮器の外部はステンレス鋼を含んで成り、凝縮器は矩形プリズムの形状を有する。本明細書に記載するように８段は、液体アウトレット５０８と流体連通する当該段の下方に設けられた集水かさ５０６を有する、気泡凝縮器内に垂直方向に配置される。各段は（約０．００３ｍの径を備えた複数の径を有する長さ１．８ｍ、幅０．６ｍおよび高さ０．０６ｍの）スパージャー・プレートおよび液浴が存在するチャンバーを有して成る。第１ガスインレット５１０は気泡カラム凝縮器の底部近くに設けられたスパージャー・プレートの下方に位置付けられ、第２ガスインレット５１２は中間位置に位置付けられる。最上段の上方では、液体インレット５１４および第１ガスアウトレット５１８に接続されるミスト除去器（例えば液滴除去器）５１６が配置される。
【０１２５】
気泡カラム凝縮器５０２は、２つの管５２０および５２２を有する熱交換器５０４に接続される。第１管５２０は気泡カラム凝縮器の液体インレット５１４およびアウトレット５０８に流体接続されている。第２管５２２は加湿−除湿システムの他のコンポーネントに流体接続されている。
【０１２６】
加湿−除湿システム（すなわち上記で記載する８段気泡カラム凝縮器および熱交換器を含む加湿−除湿システム）は操作状態にある際、乾燥空気の第１ストリームは約８８℃の温度、１００％の相対湿度、４９９２立方フィート/分（ｃｆｍ）の体積流速、および１４２４１ｌｂｓ/ｈｒの質量流速で第１ガスインレット５１０を通じて気泡カラムに入る。乾燥空気の第１ストリームは約７７℃の温度、１００％の相対湿度、１６９７ｃｆｍの体積流速、および５７７７ｌｂｓ/ｈｒの質量流速で第２ガスインレット５１２を通じて気泡カラムに入る。液体ストリームは約４５℃の温度、１８７．６ガロン/分（ｇｐｍ）の体積流速、および９３．８ｌｂｓ/ｈｒの質量流速で液体インレット５１４にて凝縮器に入る。操作中、ガスアウトレットストリームおよび液体アウトレットストリームは本明細書に記載されるように生成される。ガスアウトレットストリームは、約４９℃の温度、３２７２ｃｆｍの体積流速、および１２８１９ｌｂｓ/ｈｒの質量流速でガスアウトレット５１８から出ていく。液体アウトレットストリームは気泡カラム凝縮器から出ていき、カラム循環ポンプ５２４により２０２ガロン/分の体積流速、および１０１０６４ｌｂｓ/ｈｒの質量流速で送り出される。液体アウトレットストリームは熱交換器の１つの管を通る。熱は液体アウトレットストリームから熱交換器の管５２２を流れる塩含有水ストリーム（例えば熱交換器中の凝縮器の液体アウトレットストリームにより加熱されるストリーム）に移動される。塩含有水ストリームは約４２℃、１９６．３ＧＰＭの体積速度、および１１８７０３ｌｂｓ/ｈｒの質量流速で熱交換器に入り、約８１℃、１９６．３ＧＰＭの体積速度、および１１８７０３ｌｂｓ/ｈｒの質量流速で熱交換器を出ていく。液体アウトレットストリームの一部は、約４５℃、１４．５８ｇｐｍの体積流速、および７２８９ｌｂｓ/ｈｒの質量流速でバルブ５２６を通じて実質的な純水のリザーバーに導かれる。液体アウトレットストリームの残存部は液体インレット５１４を通じて凝縮器５０２に戻る。システムが実質的な連続操作を受ける間、気泡カラム凝縮器の各段は約０．１ｍ以下の水を含んで成る。
【０１２７】
表１はこの実施例で記載される加湿−除湿システムを使用する処理（例えば脱塩）前後の塩含有水ストリームの構成要素を示す。カルシウムおよびマグネシウムの濃度が処理後に増加しているように見えることに留意されたい。これは（例えばミッドランド、テキサスからの）地方の飲料水を用いて当初供給された気泡カラムによる。地方の飲料水は硬水であって相対的に高いカルシウムおよびマグネシウムの濃度を有していた。結果として、微量のカルシウムおよび/又はマグネシウムが試験中気泡カラム内に残存し、微量の要素が脱塩エフルエント（例えば処理後の水ストリーム）に存在している。対して、脱塩システムの上流の前処理システムは供給水ストリーム（例えば処理前の水ストリーム）カルシウムおよびマグネシウムのほとんど全てを除去していた。その結果、処理後の水ストリームは処理前の水ストリームよりも高濃度のカルシウムおよびマグネシウムを含んでいた。
【０１２８】
８段気泡カラム凝縮器の追加の典型的な態様は図７に示される。図７Ａでは、気泡カラム凝縮器７００はガスインレット７０２、７０４、ガスアウトレット７０６、および液体インレット７０８を有して成る。図７Ｂは本明細書に記載されているように８段を有して成る凝縮器７００の別図を示す。図７Ｃ〜Ｉは気泡カラム凝縮器およびそのコンポーネントの追加図を示す。
【０１２９】
表１.処理（脱塩）前後の塩含有水の分析結果（ＮＤ＝特定不可）
【表１】
0006553051.tif 000002
【０１３０】
実施例２
実施例２では、加湿−除湿システムでの使用のため８段気泡カラム凝縮器および外部熱交換器を説明する。
【０１３１】
図１０Ａに示すように、システム１０００は相互に流体連通する８段気泡カラム凝縮器１００２および熱交換器１００４を含んでいた。また、凝縮器１００２および熱交換器１００４は加湿器（図示せず）と流体連通していた。凝縮器１００２では、８段１００２Ａ、１００２Ｂ、１００２Ｃ、１００２Ｄ、１００２Ｅ、１００２Ｆ、１００２Ｇ、および１００２Ｈが凝縮器内に垂直に配置されていた。最上部には段１００２Ａ、液体インレット１００６およびガスアウトレット１０２２が配置されていた。集水かさ１００２Ｉは最下段の下方の凝縮器１００２の底部に設けられていた。集水かさ１００２Ｉは液体アウトレット１００８と流体連通していた。更に、凝縮器１００２は凝縮器１００２の底部の近くに位置付けられた第１ガスインレット１０１８および凝縮器１００２の上部と底部との間の中間位置に位置付けられた第２ガスインレット１０２０を更に含んでいた。
【０１３２】
操作では、実質的に純水のストリームは液体インレット１００６を通じて凝縮器１００２に入り、凝縮器１００２の各段を通じ下向きに流れた。加湿されたキャリアガスのストリームが実質的に純水ストリームに向流で流れ、ガスインレット１０１８および１０２０を通じて凝縮器１００２に入り、凝縮器１００２を通じて上向きに流れた。２つのストリームが凝縮器１００２を流れると、熱および物質が加湿されたキャリアガスストリームから実質的に純水のストリームに移動された。結果として、実質的に純水ストリームの温度は当該ストリームが各段を流れるにつれ増加した。最上段１００２Ａでは、水ストリームの温度は１４１．６Ｆであり、段１００２Ｂの温度は１４８．３Ｆであり、段１００２Ｃの温度は１５４．７Ｆであり、段１００２Ｄの温度は１６１．５Ｆであり、段１００２Ｅの温度は１６６．８Ｆであり、段１００２Ｆの温度は１７０．１Ｆであり、段１００２Ｇの温度は１７２．１Ｆであり、および段１００２Ｈの温度は１７２．８Ｆであった。凝縮器１００２の底部に設けられた集水かさ１００２Ｉは７．７インチの水を有していた。次いで、実質的に純水のストリームは１７３．４Ｆの温度で液体アウトレット１００８を通じて凝縮器１００２を出ていった。
【０１３３】
実質的に純水のストリームは凝縮器１００２を出ていくと、６８．６％の容量で操作するポンプ（図示せず）は１８０．８ガロン/分の体積流速で熱交換器１００４に水ストリームを送り出した。実質的に純水のストリームが熱交換器１００４に流れると、熱が実質的に純水のストリームから熱交換器１００４を流れる別の流体ストリームに伝わり、実質的に純水のストリームの温度が１７３．４Ｆから１４２．７Ｆに減じられた。熱交換器１００４を流れ、冷却された後、冷却された実質的に純水のストリームの第１部分は液体管１０１２を通じ精製水リザーバー（図示せず）に流れ、冷却された実質的に純水のストリームの第２部分は管１０１０を通じ液体インレット１００６を介して凝縮器１００２に戻された。
【０１３４】
熱交換器１００４では、塩含有水ストリームが実質的に純水のストリームに対して向流で流された。当初、塩含有水ストリームは塩含有水源から液体管１０１４を通じて流れた。塩含有水ストリームが熱交換器１００４に入る際、塩含有水ストリームは１２１．３Ｆの温度および４３．４ｐｓｉの圧力であった。熱交換器１００４に流れ、実質的に純水のストリームから移動される熱を受容した後、塩含有水ストリームの温度は１６５．０Ｆに増加した。塩含有水ストリームの圧力は４０．１ｐｓｉであった。次いで、加熱された塩含有水ストリームは加湿器に流された。
【０１３５】
実施例３
実施例３は、外部冷却デバイスを加えた実施例２の８段気泡カラム凝縮器および外部熱交換器を説明する。
【０１３６】
図１０Ｂに示すように、システム１０００は図１０Ａに示す全てのコンポーネントを含み、気泡カラム凝縮器１００２および熱交換器１００４と流体連通する外部冷却デバイス１０２４を更に含んでいた。
【０１３７】
操作では、実質的に純水のストリームは液体インレット１００６を通じて凝縮器１００２に入り、凝縮器１００２の各段を通じ下向きに流れた。加湿されたキャリアガスのストリームが実質的に純水ストリームに向流で流れ、ガスインレット１０１８および１０２０を通じて凝縮器１００２に入り、凝縮器１００２を通じて上向きに流れた。２つのストリームが凝縮器１００２を流れると、熱および物質が加湿されたキャリアガスストリームから実質的に純水のストリームに移動された。結果として、実質的に純水ストリームの温度は当該ストリームが各段を流れるにつれ増加した。最上段１００２Ａでは、水ストリームの温度は１２４．８Ｆであり、段１００２Ｂの温度は１３３．６Ｆであり、段１００２Ｃの温度は１４８．２Ｆであり、段１００２Ｄの温度は１５８．６Ｆであり、段１００２Ｅの温度は１６７．１Ｆであり、段１００２Ｆの温度は１７１．６Ｆであり、段１００２Ｇの温度は１７４．４Ｆであり、および段１００２Ｈの温度は１７５．３Ｆであった。凝縮器１００２の底部に設けられた集水かさ１００２Ｉは９．３インチの水を有していた。次いで、実質的に純水のストリームは１７５．４Ｆの温度で液体アウトレット１００８を通じて凝縮器１００２を出ていった。
【０１３８】
実質的に純水のストリームは凝縮器１００２を出ていくと、７２．７％の容量で操作するポンプ（図示せず）は１９１．０ガロン/分の体積流速で熱交換器１００４に水ストリームを送り出した。実質的に純水のストリームが熱交換器１００４に流れると、熱が実質的に純水のストリームから熱交換器１００４を流れる別の流体ストリームに伝わり、実質的に純水のストリームの温度が１７５．４Ｆから１４５．８Ｆに減じられた。熱交換器１００４を流れ、冷却された後、冷却された実質的に純水のストリームの第１部分は液体管１０１２を通じ精製水リザーバー（図示せず）に流れた。冷却された実質的に純水のストリームの第２部分は冷却デバイス１０２４に流された。冷却デバイス１０２４では、冷却された実質的に純水のストリームの第２部分は更に冷却され、冷却された実質的に純水のストリームの第２部分の温度は更に１２０Ｆまで減じられた。次いで、更に冷却された実質的に純水のストリームは管１０１０を通じ液体インレット１００６を介して凝縮器１００２に戻された。
【０１３９】
熱交換器１００４では、塩含有水ストリームが実質的に純水のストリームに対して向流で流された。当初、塩含有水ストリームは塩含有水源から液体管１０１４を通じて流れた。塩含有水ストリームが熱交換器１００４に入る際、塩含有水ストリームは１３３．８Ｆの温度および４８．７ｐｓｉの圧力であった。熱交換器１００４に流れ、実質的に純水のストリームから移動される熱を受容した後、塩含有水ストリームの温度は１６４．９Ｆに増加した。塩含有水ストリームの圧力は４４．９ｐｓｉであった。次いで、加熱された塩含有水ストリームは加湿器に流された。
【０１４０】
実施例４
図１１Ａに示されるように、実施例４は、加湿器１１０２、多段気泡カラム凝縮器１１０４、外部熱交換器１１０６、外部加熱デバイス１１０８、および外部冷却デバイス１１１０を有して成るＨＤＨシステム１１００を記載する。
【０１４１】
操作では、ブラインストリームが、６２０ガロン/分（ｇｐｍ）の流速および１３０Ｆの温度でプレート・フレーム熱交換器である熱交換器１１０６に入る。熱交換器１１０６では、熱は凝縮器１１０４を出ていく高温の淡水ストリームからブラインストリームに伝わり、ブラインストリームの温度は１３０Ｆから１６０Ｆまで３０Ｆ分増加される。このステップは有利には高温淡水ストリームからのエネルギーを回収し、加熱デバイス１１０８により供される必要な熱量を減じる。
【０１４２】
次いで、加熱されたブラインストリームが液体管１１１２を流れ、６２５ｇｐｍの流速および１６０Ｆの温度で加熱デバイス１１０８に入る。加熱されたブラインストリームがプレート・フレーム熱交換器である加熱デバイス１１０８を流れると、熱は高温の加圧水のストリームから加熱されたブラインストリームに移動され、それにより加熱されたブラインストリームが２００Ｆの温度に更に加熱される。
【０１４３】
次いで更に加熱されたブラインストリームは液体管１１１４を流れ、６３２ｇｐｍの流速および２００Ｆの温度で加湿器１１０２に入る。更に加熱されたブラインストリームが、加湿器１１０２の第１端（例えば上端）に設けられたブラインインレットから加湿器１１０２の第２端（例えば底端）に設けられたブラインアウトレットに第１方向に流れると、ブラインストリームは略反対の第２方向に加湿器１１０２を流れる外気ストリームと直接接触する。外気ストリームは８３３０実立方フィート/分（ａｃｆｍ）の流速および６０Ｆの温度で加湿器１１０２に入る。外気ストリームが第２方向に加湿器１１０２を流れると、熱および物質は更に加熱されたブラインストリームから外気ストリームに移動され、それにより加湿された空気ストリームおよび濃縮されたブラインストリームがもたらされる。濃縮されたブラインストリームは５９３ｇｐｍの流速および１３５Ｆの温度で加湿器１１０２を出て行き、その後ＨＤＨシステム１１００から管１１１６を通じて排出される。
【０１４４】
加湿された空気ストリームは主たる加湿器の空気アウトレットを通じて加湿器１１０２を出てガス管１１１８を通じて多段気泡凝縮器１１０４に流れる。加湿された空気ストリームは主たる凝縮器の加湿された空気インレットを通じて１５０００ａｃｆｍの流速および１７３Ｆの温度で凝縮器１１０４に入る。凝縮器１１０４では、加湿された空気ストリームは、５５０ｇｐｍの流速および１２５Ｆの温度で凝縮器の淡水インレットを通じて凝縮器１１０４に入る淡水ストリームと直接接触する。凝縮器１１０４では、熱および物質は、水が加湿された空気ストリームから凝縮される際加湿された空気ストリームから淡水ストリームに移動され、それにより除湿された空気ストリームおよび加熱された淡水ストリームがもたらされる。除湿された空気ストリームは９５００ａｃｆｍの流速および１２７Ｆの温度で凝縮器の空気アウトレットを通じて凝縮器１１０４を出ていく。加熱された淡水ストリームは５７５ｇｐｍの流速および１７０Ｆの温度で凝縮器の淡水アウトレットを通じて凝縮器１１０４を出ていく。次いで、加熱された淡水ストリームは熱交換器１１０６を流れる。熱は加熱された淡水ストリームからＨＤＨシステム１１００に入るブラインストリームに伝わり、それにより、冷却された淡水ストリームおよび加熱されたブラインストリームがもたらされる。熱交換器１１０６を流れた後、冷却された淡水ストリームの第１部分は２５ｇｐｍの流速および１４０Ｆの温度で凝縮器の凝縮アウトレットを通じてＨＤＨシステム１１００を出ていく。淡水ストリームの第２部分は空冷式熱交換器である冷却デバイス１１１０に流れる。冷却された淡水ストリームが冷却デバイス１１１０を流れると、熱は冷却された淡水ストリームから空気ストリームに伝わり、冷却された淡水ストリームが１２５Ｆの温度に更に冷却される。次いで、更に冷却された淡水ストリームは５５０ｇｐｍの流速および１２５Ｆの温度で凝縮器の淡水インレットを通じて凝縮器１１０４に戻る。
【０１４５】
実施例５
実施例５は、加湿器１１０２および凝縮器１１０４を接続する中間ガス管１１２２を加えた実施例３のＨＤＨシステム１１００を記載する。図１１Ｂに示されるこのシステムが操作状態にある際、空気は中間空気アウトレットで加湿器１１０２から取り出される。続いて空気は中間ガス管１１２２を流れ、凝縮器１１０４内の中間箇所内に直接注入される。取り出しおよび注入点の位置はシステムの熱効率を最適化するように選択される。中間空気ストリームは、当該ストリームが加湿器の全体に流れる前に加湿器１１０２から取り出されるため、中間空気ストリームの温度は、主たる加湿器の空気アウトレットを通じて加湿器１１０２を出ていく加湿された空気ストリームの温度よりも低い。例えば、主たる空気アウトレットを通じて加湿器１１０２を出ていく加湿された空気ストリームが１２０００ａｃｆｍの流速および１７３Ｆの温度で加湿器１１０４に入る一方、中間空気アウトレットを通じて加湿器１１０２を出ていく中間空気ストリームは８０００ａｃｆｍの流速および１６０Ｆの温度で加湿器１１０４に入る。
【０１４６】
実施例６
実施例６は、加湿器１１０２、内部熱交換器を有して成る多段気泡凝縮器１１２４、外部加熱デバイス１１０８、および外部冷却デバイス１１１０を有して成るＨＤＨシステム１１００を記載する。このシステムは図１１Ｃに示される。
【０１４７】
ＨＤＨシステム１１００が操作状態にある際、ブラインストリームは凝縮器１１２４の内部熱交換器に６２０ｇｐｍの流速および１１５Ｆの温度で入る。ブラインストリームが凝縮器１１２４の内部熱交換器を流れると、熱は凝縮器１１２４を流れる淡水ストリームからブラインストリームに伝わり、それにより６２５ｇｐｍの流速および１６０Ｆの温度で凝縮器１１２４を出ていく加熱されたブラインストリームがもたらされる。次いで、加熱されたブラインストリームは液体管１１１２を通じて加熱デバイス１１０８に流れる。加熱されたブラインストリームは２００Ｆの温度に更に加熱される。次いで、更に加熱されたブラインストリームは管１１１４を流れて、６３２ｇｐｍの流速および２００Ｆの温度で加湿器１１０２に入る。
【０１４８】
加湿器１１０２では、更に加熱されたブラインストリームは、８３３０ａｃｆｍの流速および８０Ｆの温度で加湿器１１０２に入る外気ストリームと直接接触する。熱および物質は更に加熱されたブラインストリームから外気ストリームに移動され、それにより加湿された空気ストリームおよび濃縮されたブラインストリームがもたらされる。濃縮されたブラインストリームは５９３ｇｐｍの流速および１３５Ｆの温度で加湿器１１０２を出ていく。濃縮されたブラインストリームの第１部分はＨＤＨシステム１１００を出て行き、濃縮されたブラインストリームの第２部分は冷却デバイス１１１０に流れる。濃縮されたブラインストリーム１２０Ｆの温度に冷却される。冷却されたブラインストリームは５９３ｇｐｍの流速および１２０Ｆの温度で冷却デバイスを出ていく。冷却されたブラインストリームは、１１５Ｆの温度で凝縮器１１２４に戻る前に２５ｇｐｍの流速および６０Ｆの温度で入る流入ブラインのストリームと結合される。
【０１４９】
加湿された空気ストリームは加湿器１１０２の主たる空気アウトレットを出て、１５０００ａｃｆｍの流速および１７３Ｆの温度で凝縮器１１２４に入る。凝縮器１１２４では、加湿された空気ストリームは淡水ストリームと接触し、精製水が加湿された空気ストリームから凝縮され、それにより除湿された空気ストリームがもたらされる。精製水は、２５ｇｐｍの流速および１７０Ｆの温度で凝縮器１１２４を出ていく淡水ストリームに入る。除湿された空気ストリームは９５００ａｃｆｍの流速および１２７Ｆの温度で凝縮器１１２４を出ていく。
【０１５０】
実施例７
実施例７は、加湿器１１０２および凝縮器１１２４を接続する中間ガス管１１２２を加えた実施例５のＨＤＨシステム１１００を記載する。図１１Ｄに示されるこのシステムが操作状態にある際、空気は中間空気アウトレットで加湿器１１０２から取り出される。続いて空気は中間ガス管１１２２を流れ、凝縮器１１２４内の中間箇所内に直接注入される。取り出しおよび注入点の位置はシステムの熱効率を最適化するように選択される。中間空気ストリームは、当該ストリームが加湿器の全体に流れる前に加湿器１１０２から取り出されるため、中間空気ストリームの温度は、主たる加湿器の空気アウトレットを通じて加湿器１１０２を出ていく加湿された空気ストリームの温度よりも低い。例えば、主たる空気アウトレットを通じて加湿器１１０２を出ていく加湿された空気ストリームが１２０００ａｃｆｍの流速および１７３Ｆの温度で加湿器１１２４に入る一方、中間空気アウトレットを通じて加湿器１１０２を出ていく中間空気ストリームは８０００ａｃｆｍの流速および１６０Ｆの温度で加湿器１１０４に入る。
【０１５１】
本発明の一実施形態のいくつかの態様を記載したが、様々な変更、修正、および改良が当業者に容易になされ得ることは理解できよう。そのような変更、修正、および改良は本開示の一部であると意図され、本発明の精神および範囲内であると意図される。従って、上記記載と図面は一例にすぎない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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