(57)【要約】水の浄化およびミネラル再補充のための方法と装置が開示される。この装置は、複数の熱的に結合された熱電モジュール、並びに物質およびエネルギーの移送を強化するための手段を備える。この方法は、エネルギー効率の高い水浄化プロセスを提供する。本発明の装置および方法は、家庭での水の消費に適した速度で浄化された水および／またはミネラル再補充された水を得るために用いることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の浄化および／またはミネラル再補充のための装置であって、
水平に配置された複数の熱電モジュールを備え、
前記熱電モジュールの各々は、高温側および低温側を含み、
少なくとも第１の高温表面は前記高温側に熱的に結合され、
少なくとも第１の低温表面は前記低温側に熱的に結合され、
前記高温表面は、前記第１の高温表面に液体を接触させるための手段を備え、
前記手段は、落下膜要素、または多孔質、繊維状、フリットの、焼結された、パターンを有する、フィンを有する、若しくはカービングされた湿潤蒸発要素から選択される、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記第１の高温表面は、１．２〜５０μｍの平均表面粗さを有する装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記第１の高温表面が、２〜２０μｍの平均表面粗さを有する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記高温表面と前記低温表面との間の間隔が１〜４０ｍｍである、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記高温表面と前記低温表面との間の間隔が５〜１５ｍｍである、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記高温表面の温度が、列内の前記熱電モジュールの位置に応じて、約３０〜１００℃の範囲にあり、同様に、前記低温表面の温度が、前記列内の前記熱電モジュールの位置に応じて、約１０〜９０℃の範囲にある、装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記高温表面の温度が約４０〜７０℃の範囲にあり、前記低温表面の温度が約２０〜５０℃の範囲にある、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、前記装置は、さらに、紫外線ランプ、次亜塩素酸発生器、混合酸化剤発生器、およびオゾン発生器からなる群から選択される殺菌要素を備える、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、前記熱電モジュールの各々が、１つの蒸発ハーフセルと１つの凝縮ハーフセルを対向する面に備え、前記熱電モジュールの各々がシール手段を備える装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、前記高温表面または前記低温表面のうちの少なくとも一方は、金属材料または熱可塑性ポリマー材料から作られている、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、前記高温表面または前記低温表面のうちの少なくとも一方が、ステンレス鋼、チタン、銅、アルミニウム、若しくはそれらの合金からなる群から選択される金属材料、またはポリプロピレン、ポリエチレン、若しくはそれらの混合物からなる群から選択される熱可塑性ポリマー材料から作られている、装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置であって、前記熱可塑性ポリマー材料が、銅系、グラファイト系またはニッケル系粒子をさら備える、装置。
【請求項１３】
水を浄化するための方法であって、
入口原水供給を、請求項１に記載の水の浄化および／またはミネラル再補充のための装置に供給する供給工程、
前記入口原水供給の少なくとも一部を、少なくとも高温表面に接触させる接触工程、
前記入口原水供給の少なくとも一部のうちの少なくとも一部を、蒸発させて蒸気流を得る蒸発工程、
前記蒸気流を少なくとも低温表面に移送する移送工程、
前記低温表面で前記蒸気流を凝縮する凝縮工程、
を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記第１の高温表面は、１．２〜５０μｍの平均表面粗さを有する、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記第１の高温表面は、２〜２０μｍの平均表面粗さを有する、方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、前記蒸発工程は、約３０〜１００℃の範囲の温度で行われる、方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、前記凝縮工程は、約１０〜９０℃の範囲の温度で行われる、方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法であって、前記凝縮工程は、約２０〜５０℃の範囲の温度で行われる、方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、前記凝縮された蒸気流をミネラル再補充する工程をさらに含む、方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の方法であって、前記ミネラル再補充する工程は、前記装置の外部の容器内で行われる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の浄化およびミネラル再補充の分野に関する。特には、本発明は、熱電セルを備える水の浄化およびミネラル再補充のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボトル入り飲料水の消費量は世界人口よりもはるかに高い割合で増加しており、いくつかの情報によれば、２００５年から２０２０年までの間の年平均成長率は、８．５％と推定および予測される。２０１６年には、３０００億リットルのボトル入り飲料水が、１リットルあたり０．７米ドルの平均販売価格で販売された。その同じ年に、ボトル入り飲料水の販売量は、米国で初めて炭酸清涼飲料の販売量を上回った。基本的にすべてのボトル入り飲料水は、使い捨てのペットボトルに入っている。これらのペットボトルのごく一部のみがリサイクルされており、リサイクルされた場合でも、このリサイクルされたペットは最終的に廃棄される。
【０００３】
ペットボトルの普及は、海洋におけるプラスチック微粒子に関連する。ボトル入り飲料水は、主にその安全性と望ましい味と匂いのために、消費者によってよく選択される。ほとんどの先進国で供給されている水道水は、生物学的安全性の要件を満たしているが、さまざまな化学物質などの好ましくない汚染物質や、塩素、クロラミン化合物、またはそれらの誘導体を想起させる不快な臭いが含まれている場合がある。開発途上国では、水道水、川、または井戸から利用可能な水は、生物学的に安全でさえない場合がある。
【０００４】
水の浄化および／またはミネラル再補充のための方法および装置は、特許文献に記載されている。
【０００５】
米国特許第３，３９３，１３０号には、熱電ヒートポンプを使用することによって，食塩水を蒸留するための装置が記載されている。前記熱電ヒートポンプは同心円状に構成されているため、その両端の熱流を再利用することはできない。この装置は、工業規模で製造するのが難しい。
【０００６】
ＤＥ１０  ２００９  ０１０  ６７２には、熱電素子によって凝縮器に結合されたプール蒸発器の配置について記載されている。前記配置は垂直であり、これは凝縮器が蒸発器の上に配置されることを意味する。この配置は、凝縮流体をトレイで捕捉する必要があり、これにより、蒸気の上昇流が妨げられ、さらに蒸発要素と凝縮要素の間に好ましくない間隔が生じる可能性がある。プール蒸発器内の自由対流熱流は遅くなる傾向があり、これは、大きな温度勾配が必要であることを意味し、結果として、ヒートポンプの効率が低くなる。さらに、前記垂直配置により、熱回路を効率的に閉じること、すなわち、端部高温表面と端部低温表面との間で熱を交換することができなくなる。
【０００７】
米国特許第６，８９３，５４０号には、熱電冷却器を備える蒸留ユニットが記載されている。この本発明では、水を沸騰させてから凝縮させる必要がある。しかしながら、熱電冷却器は、その両端の温度差が約３０℃を超えると、効率が大幅に低下することが知られている。この明細書で説明されている対象は、エネルギー効率が悪いと考えられる。
【０００８】
米国特許第４，５８４，０６１号は、蒸発チャンバの上に凝縮器を備えた真空脱塩装置が記載され、ここで、塩水は真空下で沸騰および凝縮される。この明細書に開示されている対象は、ＤＥ  １０  ２００９  ０１０６７２の明細書に関して前記した、多くの欠点を共有する。
【０００９】
ＷＯ２０１８／１４１８８３には、別個の垂直に配置されたプール蒸発および凝縮セクションを備える、水を蒸留するための装置が記載され、ここでは、潜熱のみが部分的に回収される。前記垂直配置のために、生成された蒸気は下向きに流れる必要があり、これは物理的に好ましくない。さらに、記載される装置は、ほぼ１００℃で蒸発を行い、炭素質のスケールの形成を誘発する。この装置は冷凍サイクルを含み、固体の金属ブロックから鋳造または機械加工する必要があるため、大規模な商用アプリケーションには実用的ではない。
【００１０】
米国特許第３，２１２，９９９号には、熱電活性要素によって分離された、別個のプール沸騰チャンバおよび凝縮チャンバを備える装置が記載されている。望ましい効果を生み出すために、水蒸気は、上向きに流れ、その後、凝縮チャンバへと下向きに流れる必要がある。開示されているように、装置は基本的に分解することが不可能であり、蒸気の流れは厳しく制限される。
【００１１】
ＷＯ１９９９／０６７００４には、液体を浄化および冷却するための装置および方法が記載され、これは２つの別個の蒸発チャンバおよび凝縮チャンバを備え、チャンバは同一の熱電活性要素に接触する。装置はモジュールであるとクレームされているが、そのモジュール性は、これらの装置のいくつかを一緒に配置することによって達成されるものであることが理解されるべきである。
【００１２】
ＷＯ２００１／０４５８１６には、９７〜１００℃の間の温度で入口水をプール沸騰させることによって水を蒸留する装置が記載され、沸騰と凝縮を同一の熱電活性要素上で結合している。水蒸気は、いくつかの鋭い曲がり角を含む複雑な構造内を上向きおよび下向きに流れることが予測され、これはすべての実用的なアプリケーションにとって、好ましくないと考えられる。
【００１３】
米国特許第２０１４／０３０５７８９号には、拡散ギャップ気化／凝縮によって液体混合物から成分を分離するための装置が記載されている。説明されている装置は直列の配置を提示するが、関連する潜熱を回収するために活性要素は使用されず、装置はモジュール式でなく、また、装置は容易に分解および保守をすることもできない。
【００１４】
したがって、先行技術の不利な点、特に処理効率および保守の容易さに関連する不利な点に対処する、水の浄化および／またはミネラル再補充のための方法および装置を提供する必要がある。
【発明の概要】
【００１５】
本発明の目的は、浄化される原水の供給から始まり、使用地点またはその近くで直接高品質の水を得るための、簡単で、エネルギー効率が高く、容易に保守が可能で、安価な方法および装置を提供することである。
【００１６】
前記目的は、本明細書に開示されるように、一連の熱的に結合された熱電セル内の物質およびエネルギー移送現象を向上するための要素を組み込むことによって達成される。驚くべきことに、前記要素の組み込みによって、著しく低い温度、すなわち、一般的な圧力での水の沸点よりも低い温度で、全体的に非常にエネルギー効率の高い原水の浄化および／またはミネラル再補充が可能となり、様々な有利な特性をもたらす。さらに、開示された物理的構造により、先行技術において取り組まれず、開示されず、解決されなかった、内部部品の容易な衛生がもたらされる。特有の、これまでに議論されていない有利な特性には、（ａ）装置の工業的な構築、梱包、出荷、およびスケールアップに有利である、装置のモジュール性、（ｂ）エンドユーザーが手作業によって、または食器洗い機で内部部品を洗浄できる、装置の分解可能性、（ｃ）動作する装置を増やしたり、減らしたり、修理したりするための、新しいモジュールの簡単な追加と、故障したモジュールの取り外し、（ｄ）落下膜または湿潤蒸発要素を含む、付加される表面粗さ（これにより、最小湿潤速度が実際に有用な流量に低下する）、が含まれるが、これらに限定されない。
【００１７】
本発明の方法および装置を用いることにより、供給、輸送、貯蔵、流通、ペットボトルの使用、および飲料水の販売の必要性を実質的に最小化または排除することができる。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、水平に配置された複数の熱電モジュールを備える、水の浄化および／またはミネラル再補充のための装置を提供することであり、前記モジュールの各々は、高温側および低温側を含み、少なくとも第１の高温表面は前記高温側に熱的に結合され、少なくとも第１の低温表面は前記低温側に熱的に結合され、前記高温表面は、前記第１の高温表面に液体を接触させるための手段を備え、前記手段は、落下膜要素、または多孔質、繊維状、フリットの、焼結された、パターンを有する、フィンを有する、若しくはカービングされた湿潤蒸発要素から選択される。
【００１９】
本発明の装置の好ましい一実施形態では、前記高温表面と前記低温表面との間の間隔が１〜４０ｍｍである。
【００２０】
本発明の装置の他の好ましい実施形態では、前記高温表面と前記低温表面との間の間隔が５〜１５ｍｍである。
【００２１】
本発明の装置のさらに他の好ましい実施形態では、前記高温表面の温度が、列内の前記熱電モジュールの位置に応じて、約３０〜１００℃の範囲にあり、好ましくは約４０〜７０℃の範囲にあり、同様に、前記低温表面の温度が、前記列内の前記熱電モジュールの位置に応じて、約１０〜９０℃の範囲にあり、好ましくは２０〜５０℃の範囲にある。
【００２２】
本発明の装置のさらに他の好ましい実施形態では、前記装置は、さらに、紫外線ランプ、次亜塩素酸発生器、混合酸化剤発生器、およびオゾン発生器からなる群から選択される殺菌要素を備える。
【００２３】
本発明の装置の他の好ましい実施形態では、前記高温表面または前記低温表面のうちの少なくとも一方は、金属材料または熱可塑性ポリマー材料から作られている。
【００２４】
本発明の装置のさらに他の好ましい実施形態では、前記金属材料は、様々なグレードのステンレス鋼、チタン、銅、アルミニウム、真鍮または青銅からなる群から選択される。対応する表面を粗くすることによって、落下膜の最小湿潤速度を低下させることができる。
【００２５】
本発明の装置の好ましい一実施形態では、前記熱電モジュールの各々が、１つの蒸発ハーフセルと１つの凝縮ハーフセルを対向する面に備え、蒸留セルは、２つの連続した熱電モジュールに含まれる２つのハーフセルの組み立てにより構成され、前記熱電モジュールの各々は、シール手段を備え、それによって、湿気、水の噴射または噴霧が入らないようにできる。シールング手段は、接着剤または機械的なシールを含むことができる。
【００２６】
本発明の装置のさらに他の好ましい実施形態では、前記材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、またはそれらの混合物である。
【００２７】
本発明の装置の他の好ましい実施形態では、前記材料は、銅系、グラファイト系、またはニッケル系の粒子をさらに含む。
【００２８】
本発明の別の対象は、水を浄化するための方法を提供することであり、方法は、
入口原水供給を、本発明に係る水の浄化および／またはミネラル再補充のための装置に供給する工程、
前記入口原水供給部の少なくとも一部を、少なくとも高温表面に接触させる工程、
前記入口原水供給の一部のうちの少なくとも一部を、蒸発させて蒸気流を得る工程、
前記蒸気流を少なくとも低温表面に移送する工程、
前記低温表面で前記蒸気流を凝縮する工程、
を含む。
【００２９】
本発明の方法の別の好ましい一実施形態では、前記蒸発工程は、約３０℃から１００℃の範囲の温度で行われる。
【００３０】
本発明の方法のさらに別の好ましい一実施形態では、前記凝縮工程は、約１０℃から９０℃の範囲の温度で行われる。
【００３１】
本発明の方法の別の好ましい一実施形態では、前記凝縮工程は、約２０〜５０℃の範囲の温度で行われる。
【００３２】
本発明の方法のさらに別の好ましい一実施形態では、方法は、前記凝縮された蒸気流をミネラル再補充する工程をさらに含む。
【００３３】
本発明の方法の別の好ましい一実施形態では、前記ミネラル再補充する工程は、前記装置の外部の容器内で行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、湿潤蒸発要素を備える、本発明の装置の好ましい実施形態の側面図である。
【図２】は、落下膜蒸発要素を備える、本発明の装置の好ましい実施形態の側面図である。
【図３】図３は、本発明の規則的な６セル装置の好ましい実施形態の上面図である。
【図４】図４は、本発明の不規則な、熱的に閉じた装置の一般的な実施形態の上面図である。
【図５】図５は、本発明の浄化／ミネラル再補充方法の代表的なフロー図である。
【００３５】
詳細な説明
本発明を図および実施例を参照して以下に詳細に説明するが、これらは本発明を例示する目的のためのみに記載されており、本発明を限定するものとして解釈されるものではない。
【００３６】
本明細書で測定可能な値に言及する際に用いられる「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語は、特定された量から±１０％の変動を含むことを意味する。
【００３７】
本明細書で用いられる場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語、並びにそれらの活用形は、「含むがこれらに限定されない」を意味する。
【００３８】
本明細書で用いられる場合、「浄化（ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」という用語は、原水供給からの不純物、ミネラル、および／または電解質の除去を示す。そのようなプロセスで得られる生成物は、一般に「浄化水（ｐｕｒｉｆｉｅｄ  ｗａｔｅｒ）」、「脱塩水（ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ  ｗａｔｅｒ）」、「蒸留水（ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ  ｗａｔｅｒ）」として知られており、これらは本明細書で交換可能に用いられる。
【００３９】
本明細書で用いられる「原水」という用語は、一般に、例えば海水、汽水、地下水、水道水、尿、または雨水などの、飲用不可能な、不純物を含む、または少なくとも好ましくない水を含む液体を示す。「不純物」という用語は、様々な有機または無機塩、溶存ガス、粒子状物質、または、例えば１，２−ジクロロエタン、Ｎ−ニトロソジメチルアミン若しくはこれらの誘導体などの、水よりも揮発性高いか、若しくは低い物質を示す。
【００４０】
本明細書で用いられる場合、「ミネラル再補充（ｒｅｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ）」という用語は、事前に浄化された水への化合物の添加を示す。この用語は広い意味に解釈されるべきであり、必ずしも厳密にミネラルに限定されるものではなく、水中において合理的または望ましいと考えられる任意の化合物の添加を意味する。例えば、炭酸化塩、香味料、砂糖、着色剤も同様に添加しても良い。
【００４１】
本明細書で用いられる「熱電モジュール（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｏｄｕｌｅ）」という用語は、ペルチェセルなどの熱電素子を備えるデバイスを示し、これらは、ヒートポンプとして機能することができ、一般的に、対向する側のそれぞれのハーフセル上の、空気中の液体、特には水の凝縮および蒸発を介して、冷温貯水槽または「冷温側」から、高温貯水槽または「高温側」に熱を移動させる。
【００４２】
本明細書で用いられる場合、「セル（ｃｅｌｌ）」という用語は、繰り返し単位を指し、繰り返し単位は、第１の熱電モジュールの高温側に熱的に結合された、第１の高温表面を少なくとも備え、第２の熱電モジュールの低温側に熱的に結合された、第１の低温表面を少なくとも備える。
【００４３】
本明細書で用いられる場合、「熱的に結合された（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、例えば、熱伝導によって、熱エネルギーが１つの要素から別の構成要素に伝達され得るような、本発明の特定された構成要素の関係を示す。
【００４４】
本明細書で用いられる場合、「水平に配置された（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ  ａｒｒａｎｇｅｄ）」または「水平な配置（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）」という用語は、装置内のすべての熱電モジュールまたはセルが実質的に同じ水平面内に配置され、それらの高温側および低温側が前記平面に対して垂直であることを意味する。
【００４５】
本明細書で用いられる「液体に接触するための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ  ａ  ｌｉｑｕｉｄ）」という用語は、液体を、所定の表面、特には高温表面であって、その上で蒸発現象が起こる可能性のある高温の表面に接触させるために用いられる要素を示す。例えば、前記接触は、液体が自由落下膜を形成する表面の上に落ちるように配置されたノズルや導管などの「液膜蒸発要素」を用いた場合、表面と接触している液体の自由落下膜の形態であってもよいし、または、前記接触は、本明細書で説明するように、「湿潤蒸発要素」を用いた毛細管現象によって駆動されてもよい。本明細書で用いられる「凝縮要素（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）」という用語は、トレイなどの、凝縮蒸気流を回収するために用いられる要素を示す。
【００４６】
本明細書で用いられる場合、「蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）」という用語は、少なくとも一定量の物質の、液相から気相への移行を意味し、前記物質の蒸気圧は必ずしも一般的な圧力よりも高い必要はなく、また同等である必要はない。同様に、「凝縮（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）」という用語は、少なくとも一定量の物質の、気相から液相への移行を意味し、前記物質の蒸気圧は必ずしも周囲の圧力よりも低い必要はなく、また同等である必要はない。このように、「蒸発」および「凝縮」という用語は、それぞれ、水と空気とを含む系に一般的に用いられる「加湿（ｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」および「除湿（ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」という用語に関連している。
【００４７】
本明細書で用いられる「水蒸気（ｗａｔｅｒ  ｖａｐｏｒ）」または「蒸気流（ｖａｐｏｒ  ｓｔｒｅａｍ）」という用語は、一般的には、気相中の水を示し、あるいは、空気など、凝縮可能かまた凝縮できない、別の一又は複数の気相状の物質を示す。この用語は、それらが水のみを示すという厳密な意味で解釈されるべきではない。
【００４８】
図１に示す本発明の例示的な実施形態では、装置は、セルの数Ｎｔｏｔａｌである列を含み、これは、６から６０の範囲の、好ましくは１０から２０の範囲の、熱力学的に結合されたセルである。図１では、セルＮおよびＮ＋１は、セルＮ−１およびＮ＋２の一部とともに表され、Ｎは２からＮｔｏｔａｌ−２の範囲の数字である。Ｎのような各セルは、セルＮの内部１０５と熱交換するのに適した、少なくとも第１の高温表面１０１と、セルＮの同じ内部１０５と熱交換するのに適した、少なくとも第１の低温表面１０３を備え、前記少なくとも第１の高温表面１０１は、少なくとも１つの隣接する熱電素子１０６の少なくとも高温側１０２に熱的に結合され、前記少なくとも第１の低温表面１０３は、少なくとも１つの他の隣接する熱電素子１０７の、少なくとも低温表面１０４に熱的に結合されている。
【００４９】
このような実施形態では、列は、熱的に閉じていなくてもよく、これは、セル１の高温表面１０１は、外部から熱的に遮断されていてもよく、熱電素子以外の加熱要素によって加熱されてもよく、または加熱されておらず、代わりに、装置内を再循環する水が、前記セル１内の所望の蒸発の少なくとも一部に影響を及ぼすのに十分な温度にある間、蒸発要素１０８または図２の蒸発要素２０１を補助するための機械的要素としてのみ機能していてもよいことを意味する。同様に、セルＮｔｏｔａｌの低温表面１０３は、冷却ファン、受動冷却フィンによって、または外側表面を低温入口原水と接触させることによって冷却され、前記セルＮｔｏｔａｌ内の所望の凝縮の少なくとも一部に影響を及ぼすこともできる。
【００５０】
前記高温表面１０１での水の蒸発は、セルの内部１０５を通って前記第１の低温表面１０３に向かって運ばれる蒸気流を生成する。前記水蒸気は、前記第１の低温表面１０３で凝縮される。
【００５１】
このような配置では、セルＮ−１で放出される熱、すなわち凝縮による潜熱はセルＮによって吸収され、セルＮで放出される熱はセルＮ＋１によって吸収される。これは、熱電モジュール内の伝導熱伝達と同様に、隣接するセル間の対流熱伝達と凝縮熱伝達を表す水平の矢印で示されている。垂直の矢印は、熱電素子によって消費される電気的仕事を表している。
【００５２】
前記低温表面１０３および高温表面１０１は、実質的に平坦なものとすることができ、必ずしも互いに平行である必要はなく、または一般に、列内の他のいずれかの低温表面または高温表面に対して必ずしも平行である必要はない。任意の１つのセルの低温表面１０３と高温表面１０１の間の間隔は、１〜４０ｍｍ、好ましくは５〜１５ｍｍである。前記間隔は、不活性ガスで満たされた薄いチャンバを形成し、不活性ガスは、給水中の実質的に不溶性の不活性ガスであり、好ましくは空気であり、あるいは、原水から排出されるガスをさらに含む。
【００５３】
水蒸気は、高温表面で、様々なメカニズムにより発生し、主には水の蒸気圧がチャンバ内の水の分圧を超えていることによる水の表層蒸発によって発生するが、加えて、プール沸騰や粗化された要素を有する表面上の蒸気気泡の核生成によっても発生する可能性がある。
【００５４】
生成された水蒸気は、不活性ガスで満たされた前記チャンバを通じ、高温表面近くの水分を多く含むゾーンから低温表面近くの水分が減少しているゾーンまで下降勾配で運ばれる。前記水蒸気の移送は自然に下降勾配で行われるので、すなわち、補助されたりや強制的に通過させたりはしなくてもよく、前記チャンバは、移送が向上されるように、可能な限り薄くすることが有利である。移送の速度は、適切な概算では、前記厚さに反比例する。
【００５５】
本明細書に開示された水平列構成により、このような有利な薄いチャンバの構造が可能になる。高温表面１０１および低温表面１０３は、セルの高温側１０２および低温側１０４のそれぞれに密接に接触することが好ましい。前記密接な接触は、（ａ）直接接触、（ｂ）リベット、ネジまたは弾性要素の補助による押圧、（ｃ）弛緩時に表面を押圧するケーシングの外向きの弾性変形、（ｄ）熱伝導性グリース、接着剤、シリコーンまたはグラファイトの添加、（ｅ）（ａ）〜（ｄ）の方法の任意の組み合わせによって達成されてもよい。
【００５６】
凝縮速度を高めるために、蒸発表面と凝縮表面とが互いに向き合い、可能な限り近くにあることが有利である。従来技術のいくつかの配置は、蒸発表面から遠く離れた表面で凝縮するために、それらの配置が湿った空気が上向きに移動してから、次に下向きに移動することを必要とするという点で不利である。圧力勾配が課されていない場合、これにより、実用的な目的に対して、非常に低い凝縮率となる。
【００５７】
高温表面および低温表面の幅と高さは、使用される熱電素子の高温面および低温面の寸法とほぼ一致していることが好ましい。市販の熱電素子が用いられる場合、幅は通常２０〜２００ｍｍの範囲である。したがって、高温表面および低温表面の幅は、２０〜２５０ｍｍ、好ましくは２０〜８０ｍｍの範囲である。高さは、同様の値を示す。
【００５８】
高温表面および低温表面の厚さが可能な限り薄くことが有利であり、その結果、単位表面積あたりの電力の単位での任意の所与の熱流束に対して、温度勾配が可能な限り平坦となる。表面が、たとえば１Ｗ／ｍＫ以下の低い熱伝導率を有する場合、厚さは０．１〜２ｍｍであり、好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。表面が、例えば、５０Ｗ／ｍＫの高い熱伝導率を有する場合、厚さは０．１〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍである。
【００５９】
セルはさらに、多孔質、繊維状、フリットの、焼結された、パターンを有する、フィンを有する、またはカービングされた湿潤蒸発要素１０８を含み、これは、少なくとも第１の高温表面１０１に結合され、それによって、入口原水供給１０９は、毛細管効果によって少なくとも部分的に上昇し、少なくとも部分的に前記蒸発要素１０８を湿らせ、それによって、高温表面１０１と供給１０９との間の接触面積を高める。前記蒸発要素１０８は、（ａ）ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの不活性ポリマー、（ｂ）金属またはセラミックスポンジ、多孔質、または焼結された多孔質材料、（ｃ）エンボス加工されたポリマーまたは金属、（ｄ）射出成形で得られたパターンを有する表面、（ｅ）熱的、機械的、または化学的に結合された繊維で作られていてもよい。前記セルは、通気弁１１０、供給分配器１１１、凝縮液１１４を収集する手段１１２、様々な温度計１１３、ならびに湿度センサ、マノメーター、熱流束計などを含む他の感知要素または構成をさらに含んでもよい。列は、満足な熱効率が得られるように、少なくとも部分的に外壁を囲む、１つまたは複数の断熱材料１１５をさらに含むことができる。さらに、一部の部品は、大気に露出されたままにするか、アクティブまたはパッシブのヒートシンクと接触させたままにして、それによって、各セル内の正しい熱バランスを得ることができる。実際には、各ヒートポンプは、（ＣＯＰ＋１）／ＣＯＰの比率で吸収するよりも多くの熱を導入する。本配置の有利な特徴は、この追加の熱が容易に制御される可能性である。
【００６０】
入口供給１０９は、病原体または種々の塩類、粒子状物質またはスケール形成炭酸塩またはアルカリカチオンなどの、溶解または非溶解の不揮発性物質を含んでいる可能性があるため、セル、および、特には、多孔質、繊維状、フリットの、焼結された、パターンを有する、フィンを有する、またはカービングされた湿潤蒸発要素１０８を洗浄することが有利である場合があり、それによって、前記不揮発性物質が持続的な動作中に蓄積しないように、または蓄積した不揮発性物質が満足に除去されるか、または少なくとも除去されていると診断されるようにする。前記洗浄が効果的であるためには、入口供給１０９が制御された方法で導入されてもよく、それによって前記セルを浸水させ、前記洗浄を効果的に行うことができる。前記洗浄は、定期的に、または必要と判断されたときに、例えば使用量の推定に従うか、または熱流束センサまたは導電率センサを使用して、実施されてもよい。一つの例示的な実施形態では、熱電モジュール１０６は、突然逆に作動され、すなわち、熱エネルギーの移送から仕事（例えば、電気仕事）を発生させることも許容する。時間の関数としての、例えば電圧および／または電流の特性減衰曲線を得ることができる。前記特性減衰曲線は、様々汚損状況と相関する場合があり、典型的には、熱エネルギーの移送は、セルの汚損の増加に伴って遅くなる。別の例示的な実施形態では、湿潤蒸発要素１０８内の物質の蓄積は、前記要素１０８を湿潤させる液体の電気伝導度を測定することによって測定される。典型的には、導電率は、汚損または少なくとも塩類などの導電性物質の蓄積と正の相関がある。
【００６１】
ほぼ大気圧条件下で動作する場合、蒸発は、約３０℃〜約１００℃の範囲、好ましくは約４０℃〜約７０℃の範囲の温度で行うことができ、それによって、炭素質堆積物の生成を最小限に抑えながら、同時に適度に高い蒸発率を維持し、そうでなければ、高温表面と低温表面の間で顕熱を交換することによって全体的な効率を低下させるであろうセル内の空気の少なくとも一部を移動させる。
【００６２】
凝縮は、約１０℃から９０℃の範囲、好ましくは２０℃から５０℃の範囲の温度で行うことができ、セルの低温表面の凝縮温度は、前記セルの高温表面の蒸発温度よりも低い。
【００６３】
任意の所与のセルの任意の２つの高温側と低温側の間の温度差は約１〜４０℃、好ましくは１０〜２０℃であり、それによって、ヒートポンプは適度に良好な熱効率、または、少なくとも１をこす、好ましくは２〜７の高い性能係数（ＣＯＰ）で作動する。サーモナミックＴＥＣ１シリーズなどの市販の熱電デバイスは、高温側と低温側の間の温度差が、５〜２０℃の範囲であり、低温側で吸収される熱が約５〜５０Ｗである場合、２〜５の範囲のＣＯＰ値を達成できる。
【００６４】
任意の所与の有限の熱流束（単位表面積あたりのエネルギー）に関して、蒸発要素と凝縮要素の内部にはいくらかの温度勾配が存在する。したがって、蒸発と凝縮の間の温度差は、一般的に、ヒートポンプの高温側と低温側の温度差よりも小さくなる。蒸発と凝縮の間の前記温度差は、約０．１〜２０℃、好ましくは０．５〜１０℃である。
【００６５】
他の値は、異なる熱電デバイスを用いて得られる場合がある。さらに、技術や製造における進歩により、確実に、より効率的で強力な熱電モジュールが容易に入手できるようになる。
【００６６】
別の実施形態では、追加の高温表面１０１または低温表面１０３は、ヒートポンプ１０６または１０７に結合されていない。その代わりに、任意の前記ヒートポンプは、１０５内の蒸気および凝縮物に直接曝される。この場合、装置は、より容易に製造できる場合がある。
【００６７】
図２に示す別の例示的な実施形態では、装置は、落下膜蒸発要素２０１を備え、それによって、入口供給２０２は液体分配器により上部から導入され、各高温表面上に水の自由落下膜を形成することができ、各各高温表面上で、前記膜の少なくとも一部分が蒸発する。再循環ポンプを用いて、蒸発していない画分を入口供給に再循環させることができる。
【００６８】
別の実施形態では、システムの少なくとも一地点において、その要素の一部を消毒するために、消毒剤が添加される。次亜塩素酸塩などの前記消毒剤は、例えば、塩化物に富む水の電気分解を介して、または供給原水の電気分解を介して、その場で生成されてもよく、これは有用な量の塩化物を含むか、または添加されたある量の塩化物を含んでもよい。
【００６９】
別の実施形態では、ＵＶランプ、次亜塩素酸発生器、混合酸化剤発生器、またはオゾン発生器などの殺菌要素が、セルの少なくとも１つに含まれ、よって、それを一部の要素を殺菌するために用いることができる。
【００７０】
別の実施形態では、少なくとも第１の高温表面または少なくとも第１の低温表面は、金属材料または熱可塑性ポリマー材料、例えば様々なグレードのステンレス鋼、チタン、銅、アルミニウム、真鍮若しくは青銅、またはポリプロピレン、ポリエチレンから作られており、任意選択で、銅系、グラファイト系、またはニッケル系の粒子などの熱伝導促進剤を含む。前記ポリマー材料を使用することで、例えばアルミニウムや銅を含む、むき出しの金属元素に関して、腐食が最小限に抑えられる。
【００７１】
別の実施形態では、前記第１の高温表面は、１．２〜５０μｍの間の平均表面粗さ（Ｒａ）を有してもよく、それによって、落下膜の最小湿潤速度が低減され、装置内の水の定常状態の流量をより低くすることが可能になる。最小湿潤速度とは、（単位時間あたりおよび流れに垂直な単位長さあたりの質量の単位で表される）流量のことで、落下膜を形成し、落下膜は、落下膜が落下する利用可能な表面の大部分またはすべてを実質的に覆う。驚くべきことに、落下膜の最小湿潤速度は、流量の関数として覆われる表面の範囲で強いヒステリシスを示し、これは、落下膜で金属材料の表面の大部分またはすべてをカバーするために、最初はより高い流量が必要とされる可能性があるが、その後、形成された膜を実質的に破壊することなく、より低い一定の値まで安全に下げることができる可能性があることを意味する。前記ヒステリシス現象のため、前記より低い一定の値は、最初に落下膜を形成するのに必要とされる流量よりも、１．５倍から５倍も低くなる可能性がある。
【００７２】
別の実施形態では、前記平均表面粗さは、さらに、２〜２０μｍの間に制限することもでき、前記より低い一定の値は、初期の最小湿潤速度よりも２〜３倍低くできる。
【００７３】
別の実施形態では、装置の少なくともいくつかの部品は、射出によって一体成形され、前記部品は、熱電モジュールを導入することができるスリットを含む。
【００７４】
別の実施形態では、装置の少なくともいくつかの部分は取り外し可能であり、食器洗い機で洗浄可能である。本発明の装置の構造は、蒸留セルが別個に構築されたり製造されたりするのではなく、代わりにこれらは２つの連続したハーフセル、すなわち１つの蒸発ハーフセルと１つの凝縮ハーフセルが組み立てられたときにのみ実現し、分解されたときには完全に露出していることが特徴である。有利な点は、エンドユーザーは、このようにして、要素を、分解、洗浄、清掃、消毒、検査、保管、必要に応じて交換することができる。前記するように、開示された装置の特有の特徴は、それがＮｔｏｔａｌの蒸留セルの列を備えることであり、これは、物理的に同じモジュールの一部であり、その活性表面がモジュールの対向する側にそれぞれある２つの連続したハーフセル、すなわち１つの蒸発ハーフセルおよび１つの凝縮ハーフセルが、本明細書に記載された方法で組み立てられたときにのみ実現し、分解されたときに前記表面が露出し、内部の熱電素子を保護する。２つの連続した個々の熱電モジュールに含まれる任意の２つのハーフセルの組み立てと分解は、容易に行うことができる。
【００７５】
別の実施形態では、列は、少なくともコンプレッサー、真空ポンプ、エジェクタ、低温凝縮面、シリンダおよびピストン、または同様の手段に接続されている。これにより、内圧を事前に決定された値、得には大気圧とは異なる値に設定できる。
【００７６】
別の実施形態では、列は、高温または低温表面の少なくとも一部に取り付けられた温度計をさらに備える。前記温度計は、主に各熱電素子に供給される電力を制御することにより、列の定常運転を制御する処理ユニットに温度の測定値を中継する。単純な制御ループでは、高温表面の温度が低下している場合、その対応する熱電素子に供給される電力を増加させることができる。その供給電力が増加すると、その低温表面の温度が同時に低下する可能性があることを考慮に入れるべきである。あるいは、低温表面の温度が上昇している場合、その対応する熱電素子への供給電力を増加させてもよい。したがって、処理ユニットは、列の動作を正常に制御するために、完全な列をモデル化しなければならない。前記処理ユニットは、ポンプまたはバルブを制御することによって液面をさらに制御することができ、ポンプまたはバルブを制御することによって落下膜の厚さを制御することができ、通気口を制御することによって圧力を制御することができる。
【００７７】
図３に示す別の例示的な実施形態では、熱的に結合されたセルの列は、列が熱的に閉じて連続した経路を表すように配置され、すなわち、任意の所与のセルは、少なくとも２つの他のセルと熱を交換することができ、これは、例えば、列が一直線のセルであった場合に生じうる、低温端部または高温端部がないことを意味する。そのような、低温端部または高温端部を含まない配置の一例は、リングやケーキの形態とでき、それぞれの略三角形のスライスは、少なくとも１つのセルを含む。簡単にするために、図３の例示的な実施形態では、６個のセルが示されている。６個よりも少ないかまたは多いセルが、他のそのような配置に含まれる場合もある。各々の前記略三角形のスライスは、上記に説明されるように、高温表面と低温表面との間に形成されたチャンバが薄いようなものであるべきである。チャンバ３０２を通る物質移動が均質であるために、蒸発および凝縮が起こる表面は、互いに平行とできる。両方の特性は、小さな角度θを採用することによって達成できる。代替的に、または同時に、湿潤蒸発要素３０１および凝縮要素３０３は、逆三角形の形状とすることができ、それによって、三角形のスライスによって与えられる角度のある形状を打ち消すことができる。したがって、高温側と低温側は平行ではないが、高温表面と低温表面の間の空間３０２または薄いチャンバは、平行である。市販の熱電素子が使用される場合、パイの中心までの距離に応じて、三角形のスライスの角度θは、約１°〜約３０°の間、好ましくは約６°〜約１５°の間に達するものとできる。全てのパイは、完全な円弧、すなわち３６０°をカバーする。したがって、全てのパイにおけるセルの数は、３６０°／θである。１°は３６０に、３０°は１２に、６°は６０に、１５°は２４に換算される。図４に示すように、前記閉じた構成は、必ずしも規則的である必要はない。
【００７８】
図５に示される例示的な実施形態では、この方法は、例えば海水、汽水、地下水、水道水、尿、雨水、下水、中水などの、飲用に適さない可能性がある、不純な、または少なくとも好ましくない水を含む液体５０１を受け取る工程を含む。前記水を含む液体は、その即時またはさらなる使用のためにタンク５０３に貯蔵することができる。次に、バルブ５０２を介して直接、または前記タンク５０３から、前記水を含む液体が浄化ユニット５０４に供給され、浄化ユニット５０４は、前記液体から、基本的には水分子（すなわち、Ｈ２Ｏ）自体以外のすべての化合物を実質的に除去する。化合物は、限定されるものではないが、例えば、一般的に発生するリチウム（Ｌｉ＋）、ナトリウム（Ｎａ＋）、カリウム（Ｋ＋）、マグネシウム（Ｍｇ２＋）、カルシウム（Ｃａ２＋）、フッ化物（Ｆ−）、塩化物（Ｃｌ−）、硫酸塩（ＳＯ４２−）、亜硫酸塩（ＳＯ３−）、硝酸塩（ＮＯ３−）、亜硝酸塩（ＮＯ２−）、炭酸塩（ＣＯ３２−）、重炭酸塩（ＨＣＯ３−）、リン酸塩（ＨｘＰＯ４（３−ｘ）−）、次亜塩素酸塩（ＣｌＯ−）、塩素酸塩（ＣｌＯ３−）などのイオン、一次、二次、三次クロラミンまたはクロロアミン（Ｈ２ＮＣｌ）、純粋なイオン、水酸化物、水和物、錯イオン、またはそれらの誘導体としてのクロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ヒ素（Ａｓ）、水銀（Ｈｇ）、鉛（Ｐｂ）の金属およびメタロイド化合物を含む。前記水分子以外の化合物は、アルコール、酸、塩基、フェノール、油、炭化水素、芳香族、ワックス、溶存ガス、粒子状物質、懸濁物質、尿素、ウイルス、細菌、嚢胞、病原体、パーフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）、Ｎ−ニトロソジメチルアミン（ＮＤＭＡ）、Ｎ−ニトロソジエチルアミン（ＮＤＥＡ）、またはその他のニトロソアミンなどの混和性液体または部分的に混和性の液体などの化合物をさらに含むことができる。
【００７９】
前記化合物は、それらを溶解した状態または懸濁した状態で維持するのに少なくとも十分な水を含むか、または、気体の形態のいずれかであり、連続工程、バッチ工程またはセミバッチ工程の後で、除去されるか、または系からパージ５０５によってパージされる。
【００８０】
前記工程が連続プロセスからなる場合、浄化装置に供給された液体の一部は、前記化合物が濃縮された後、パージ５０５として廃棄される。たとえば、各１００部の原水に１部の汚染物質が存在する可能性がある。１つまたは複数の浄化工程の後、例えば、装置内の一部の所与の容器または位置には、各２０部の原水に１部の汚染物質が残っている可能性がある。すなわち、装置は、実質的に純粋な水を除去することによって、汚染物質中の原水を首尾よく濃縮し、それはその後、所望の物質として得られる。このようにして得られた汚染物質に富む水は、異なる濃度の汚染物質を含む可能性があり、装置内のマスバランス定常状態の平均時間を維持するために、システムから例えば排水路にパージされる。
【００８１】
前記工程がバッチプロセスまたはセミバッチプロセスからなる場合、前記化合物は、洗浄工程中に除去することができ、ここで、前記化合物が徐々に濃縮された浄化ユニット内のいくつかの要素、例えば、フィルター、イオン交換膜、またはイオン交換膜樹脂、水を蒸発させる容器、水が蒸発する多孔質の湿潤蒸発要素は、前記化合物を溶解、希釈、または引き出すのに十分な供給液体で洗浄される。あるいは、前記濃縮された液体は、さらなる希釈または洗浄なしで単に排出することもできる。
【００８２】
別の実施形態では、原水は、ストリッピング工程５１０に供され、ここで、存在する可能性のある少なくともいくつかの揮発性化合物、例えば、アンモニア、酸素、二酸化炭素、ベンゼン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、エチルベンゼン、トルエン、あるいはアトラジン、カルボフラン、ジクアット、リンデンなどの揮発性の低い汚染物質が、少なくとも部分的に除去される。
【００８３】
前記ストリッピング工程は、（図５のように）入口原水供給がさらなる浄化に供される前か、浄化工程間か、または水がその不揮発性汚染物質を浄化された後に、入口原水供給と接触する気相の少なくとも一部を排出することによって実行できる。前記ストリッピング工程は、電気的加熱要素を用いるか、熱電素子の高温側を用いるか、または装置の他の部分から熱を回収する工程、より低い圧力でのフラッシングおよびポンピング工程、より高い圧力へのポンピングおよびフラッシング工程、噴霧工程、自然対流下または強制対流下のいずれかの、空気などのキャリアガスと接触させる通気工程をさらに含むことができる。ストリッピング率は、無限希釈に対するヘンリーの法則近似を用いて推定できる。
【００８４】
前記ストリッピング工程は、潜熱を除去し、したがって装置全体の熱バランスを維持することによって温度の均一化を助けることができる。入口流量の約１％の蒸発は、（ＣＯＰ＋１）／ＣＯＰに等しいという定義により、一般に１未満の熱力学的効率を有するヒートポンプによって導入される余剰の熱とほぼ一致する。
【００８５】
別の実施形態では、浄化された水は、電気加熱要素で加熱する工程によって入口原水供給を蒸発させることによって得られ、前記蒸発は、一般的な圧力での液体の沸点、またはそれ以下で起こり得る。生成された蒸気は、周囲の大気に熱を放出することによって凝縮される。水の浄化は、少なくともいくらかの揮発性化合物のストリッピング工程をさらに含むことができる。
【００８６】
例えばＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３などの溶液から不可逆的に沈殿した可能性のある固体化合物を除去する必要がある場合は、酸、塩基、または他の浄化のための処理剤などの化学物質を追加することができる。
【００８７】
さらに、病原体の除去が必要な場合は、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩、過酸化水素などの化学物質を添加することができる。
【００８８】
あるいは、システムの一部を高温または紫外線やガンマ線などの放射線にさらして、殺菌効果を得ることができる。
【００８９】
得られた浄化された水は、タンク５０６に貯蔵するか、または直ちに使用することができる。本発明は、すぐに消費できる好ましい品質の水を提供する。
【００９０】
前記浄化された水には、水に、バランスの取れた食事に必要とされる十分な電解質と同様の、望ましく、心地よい香りと風味を与えるミネラルが含まれていない。
【００９１】
前記浄化された水は、ミネラル再補充工程５０８で、ミネラル再補充することもでき、それによって、その電解質組成または官能特性が高められ、おそらく利用可能な最良のミネラルウォーターに見られる客観的および主観的特性に到達するか、またはそれを上回りさえする。高品質のミネラル再補充された水５０９が、この方法の最終生成物として、得られる。
【００９２】
ミネラル再補充は、事前に処方された組成物のピルを装置の外部の容器に溶解することによって行うことができ、または事前に処方された粉末またはその濃縮された形態の溶液を、ライン内または容器内で、装置の内側または外側のいずれかで、手動または自動投与５０７によって行うことができ、またはカプセル、ポッド、透過性バッグ、イオン交換樹脂、または事前に処方されたミネラルおよび化学物質の組成物を含む同様の要素を介して、カプセルベースのコーヒーマシンに似た方法で、前記浄化水を誘導または流し込む工程によって行うことができる。
【００９３】
さまざまな配合の取り合わせが利用可能であるため、たとえば、フィジーまたはエビアンレバンから供給される水が、各化合物およびガスの正確な量を追加することによって正確に複製することができる。
【００９４】
実施例
エネルギー性能
本発明の方法および装置のエネルギー性能を、先行技術からの浄水および／またはミネラル再補充デバイスのエネルギー性能と比較した。
【００９５】
本発明の装置は、ＴＥＣ１〜１２７０６熱電素子を用いて製造された。実験条件は、約３、４、および５のＣＯＰ値に対応していた。
【００９６】
装置の各セルは、機械加工されたアルミニウムと、密接に接触した約２ｍｍの厚さを有する多孔質合成シートから作られた湿潤蒸発要素と、同様に機械加工されたアルミニウムから作られた凝縮要素とを備えていた。両方の要素は、各熱電素子と密接に接触していた。列全体は、外部クランプによって一緒に押圧された、３つのそのようなセルで構成されていた。原水は、各アルミニウム要素と、それに対応する接触する各多孔質合成シートを通る、供給穴に接続されたホースによって供給され、これは毛細管および湿潤効果によって水を吸収し、湿潤蒸発要素が常に湿潤を保つように、外部の液面を維持した。凝縮液は、各アルミニウム要素を通る穴に接続される別のホースによって同様に収集され、対応して各凝縮要素から滴り落ちる凝縮液を収集した。温度は、校正された熱電対を使用して内部で測定され、またＩＲセンサーを使用して外部で測定された。熱的にオープンなループであるため、電気抵抗を有する熱電モジュールの端部の低温側に熱が供給され、冷却ファンで熱電モジュールの他方の端部の高温側から同様に熱を除去した。
【００９７】
デバイス１は、原水を蒸発させるために用いられる電気加熱要素（すなわち、加熱コイル）であり、凝縮は別の動作として行われる。
【００９８】
デバイス２はＫａｍｂｉｃ  ｄ．ｏ．ｏ．ｏ．から入手可能なＤＶ−４蒸留器である。
【００９９】
デバイス３は、ライフ・ベイシスから入手可能な４Ｌ蒸留器である。
【０１００】
得られた１ｋｇの水を２５℃、１気圧で浄化するためのエネルギー消費量を表１に示す。
【０１０１】
【表１】
2021517864.tif 000002
【０１０２】
本発明を、低温表面で１５Ｗの熱が吸収されるような条件で用いると、連続運転で１セルあたり１日あたり約５２０ｇの蒸留水が得られることがわかった。
【０１０３】
したがって、本発明の方法は、先行技術の方法よりもエネルギー効率が高い。本発明の装置および方法は、家庭での水の消費に適した速さで浄化された水および／またはミネラル再補充された水を得るために使用することができ、それにより、包装および流通のためのＰＥＴ材料の必要性を低減することができる。
【０１０４】
表面粗さ
市販のＳＡＥ３０４およびＳＡＥ３１６ステンレス鋼板を切断し、標準サンプルと比較して決定されるように、約Ｒａ＝１２．５μｍに粗面化し、調整された再循環ポンプ、貯水槽、温度計、および水分配器を含む落下膜セットアップに配置した。初期の最小湿潤度は約０．１２ｋｇ／ｃｍ−ｍｉｎとして測定され、この特定のセットアップでは、流量を０．０３ｋｇ／ｃｍ−ｍｉｎまで下げながら、粗化表面の実質的な湿潤度を維持することができた。粗面化されていない（すなわち平滑な）シートでは、初期の最小湿潤速度は約０．３３ｋｇ／ｃｍ−ｍｉｎであった。
【０１０５】
実験から、落下膜素子がなかった場合、流量が桁違いにより大きくなることがわかった。ポンプ出力は熱電素子に供給される電力に匹敵する大きさであるため、装置のエネルギー効率を低下させるであろう。また、各セル内のギャップがより大きくなり、流量の平方根にほぼ比例する厚さを有する落下膜を含む。さらに、より厚い落下膜においては、落下膜を通る単相熱流が減少する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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