(57)【要約】【解決手段】この交換器（１００）は、蒸気に対して透過性を有し、かつ、液体に対して不透過性を有する、実質的に平行かつ鉛直に配置された複数の膜（３０）であって、これらの複数の膜は、複数の領域を定めており、複数の領域のそれぞれは、第一のタイプの領域及び第二のタイプの領域に交互に属する、複数の膜（３０）と、上部において、複数の膜に実質的に平行な面（Ｒ）に沿って液体を蒸発するように構成された噴霧ノズル（２０）を含み、かつ、下部において、第一のコレクター（５０）を含み、第二のタイプの領域から独立しているとともに隔てられている、第一のタイプの領域と、第一のタイプの領域（Ｚ２０）の噴霧ノズル（２０）に液体を供給する第一管と、を含む。【選択図】図１
2021531446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交換器（１００、２００、３００）であって、
蒸気に対して透過性を有し、かつ、液体に対して不透過性を有する、実質的に平行かつ鉛直に配置された複数の膜（３０）であって、前記複数の膜は、複数の領域を定めており、前記複数の領域のそれぞれは、第一のタイプの領域及び第二のタイプの領域に交互に属する、複数の膜（３０）と、
上部において、前記複数の膜に実質的に平行な面に沿って液体を噴霧するように構成された噴霧ノズルを含み、かつ、下部において、第一のコレクターを含み、前記第二のタイプの前記領域から独立しているとともに隔てられている、前記第一のタイプの前記領域と、
前記第一のタイプの前記領域（Ｚ２０、Ｚ２１）の前記噴霧ノズル（２０、２１）に液体を供給する第一管と、を含む、交換器（１００、２００、３００）。
【請求項２】
前記第二のタイプの前記領域（Ｚ３０）に、ガスが流れることを可能にする通路を含むことを特徴とする、請求項１に記載の交換器（１００、２００）。
【請求項３】
前記第二のタイプの前記領域（Ｚ３０）に、比較的高温多湿のガスを流すステップと、
比較的低温かつ塩濃度の高い液体を前記第一管（１０）に流して、前記噴霧ノズル（２０）によって、前記第一のタイプの前記領域（Ｚ２０）に前記液体が噴霧されるステップと、
前記第一のコレクター（５０）に、加熱及び希釈された液体を集めるステップと、を含む、請求項２に記載の交換器（１００）を使用するための方法。
【請求項４】
前記第二のタイプの前記領域（Ｚ３０）に比較的低温のガスを流すステップと、
比較的高温かつ塩濃度の低い液体を前記第一管（１１）に流して、前記噴霧ノズル（２１）によって、前記第一のタイプの前記領域（Ｚ２１）に前記液体が噴霧されるステップと、
前記第一のコレクター（５１）に、冷却及び濃縮された液体を集めるステップと、を含む、請求項２に記載の交換器（２００）を使用するための方法。
【請求項５】
前記第二のタイプの前記領域は、上部において、前記膜（３０）に実質的に平行な面に沿って液体を蒸発させるように構成された噴霧ノズルを含み、かつ、下部において、第二のコレクターを含み、前記第一のタイプの前記領域から独立しているとともに隔てられており、
前記交換器は、また、
前記第二のタイプの前記領域（Ｚ２０、Ｚ２１）の前記噴霧ノズル（２０、２１）に液体を供給する第二管を含むことを特徴とする、請求項１に記載の交換器（３００）。
【請求項６】
比較的低温かつ塩濃度の低い液体を前記第一管（１０）に流して、前記噴霧ノズル（２０）によって、前記第一のタイプの前記領域（Ｚ２０）に前記液体が噴霧されるステップと、
比較的高温かつ塩濃度の高い液体を前記第二管（１１）に流して、前記噴霧ノズル（２１）によって、前記第二のタイプの前記領域（Ｚ２１）に前記液体が噴霧されるステップと、
前記第一のタイプの前記領域（Ｚ２０）の下部において、前記第二のコレクター（５０）に、加熱及び希釈された液体を集めるステップと、
前記第二のタイプの前記領域（Ｚ２１）の下部において、前記第二のコレクター（５１）に、冷却及び濃縮された液体を集めるステップと、を含む、請求項５に記載の交換器（３００）を使用するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱物質交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱物質交換器の従来技術において特に知られているのは、噴霧された液体及びガスの間の直接的な接触を使用した交換器である。このタイプの交換器は、熱及び物質の有効な交換を可能にするものの、ガス流における液滴のエントレインメントに関連した大きな欠点を有する。液体が有毒又は腐食性である場合、この液滴のエントレインメントはリスクとなる。
【０００３】
蒸気に対して透過性を有し、かつ、液体に対して不透過性を有する膜によって流れが隔てられている、間接的な交換を可能にする交換器も知られている。そのような交換器を使用することは、膜によって形成された管を流れる液体の静圧のため、細心の注意を要する。この圧力は、シーリングの問題を引き起こす可能性があり、蒸気の透過性とは相反する特定の機械的特性を持つ膜を必要とする。このため、そのような交換器は、実用的でなく、製造に多大なコストを要する。
【０００４】
本発明は、従来技術のそれらの欠点を有しない、熱物質交換器を提案する。
【発明の概要】
【０００５】
（本発明の目的及び要約）
本発明は、
蒸気に対して透過性を有し、かつ、液体に対して不透過性を有する、実質的に平行かつ鉛直に配置された複数の膜であって、前記複数の膜は、複数の領域を定めており、前記複数の領域のそれぞれは、第一のタイプの領域又は第二のタイプの領域に交互に属する、複数の膜と、
上部において、前記複数の膜に実質的に平行な面に沿って液体を噴霧するように構成された噴霧ノズルを含み、かつ、下部において、第一コレクターを含み、前記第二のタイプの領域から独立しているとともに隔てられている、前記第一のタイプの領域と、
前記第一のタイプの前記領域の前記噴霧ノズルに前記液体を供給する第一管と、を含む、交換器に関する。
【０００６】
本発明の特定の実施形態では、膜は、ポリプロピレン又はポリアミドでできている。
【０００７】
本発明によれば、液体は、多かれ少なかれ塩濃度の高い又は塩を含まない水溶液でありうる。
【０００８】
第１実施形態では、本発明による交換器は、第二のタイプの領域に、ガスが流れることを可能にする通路を含む。
【０００９】
この第１実施形態の特定の構成では、本発明による交換器は、第２のタイプの領域に、ガスの流れを向上させることを可能にするファンを含む。
【００１０】
本発明は、また、この第１実施形態による交換器を使用するための方法に関し、この方法は、
第二のタイプの領域に、比較的高温多湿のガスを流すステップと、
比較的低温かつ塩濃度の高い液体を第一管に流して、噴霧ノズルによって、第一のタイプの領域にこの液体が噴霧されるステップと、
第一のコレクターに、加熱及び希釈された液体を集めるステップと、を含む。
【００１１】
本発明は、本発明の第１実施形態による交換器を使用するための別の方法に関し、この方法は、
第二のタイプの領域に、比較的低温のガスを流すステップと、
比較的高温かつ塩濃度の低い液体を第一管に流して、噴霧ノズルによって、第一のタイプの領域にこの液体が噴霧されるステップと、
第一のコレクターに、冷却及び濃縮された液体を集めるステップと、を含む。
【００１２】
これらの２つの方法では、噴霧ノズルは、第一のタイプの領域に、ガスの圧力と同じ圧力で液体を分散させる。その液体がガスよりも高温であり、かつ、その液体の蒸気圧がガスの蒸気圧よりも高い場合、第二のタイプの領域に隣接する領域に流れるガスは、加熱され、かつ、このガスに蒸気が満たされる。
【００１３】
反対の場合では、液体がガスよりも低温であり、かつ、その液体の蒸気圧がガスの蒸気圧よりも低い場合、ガスは冷却され、かつ、その蒸気の濃度が低下する。
【００１４】
冷却及び濃縮された又は加熱及び希釈された、交換後の液体（又は溶液）は、コレクターに集められる。コレクターは、液体及びガスが接触しないように配置されている。
【００１５】
本発明による交換器の第２実施形態では、
第二のタイプの領域は、上部において、膜に実質的に平行な面に沿って液体を蒸発させるように構成された噴霧ノズルを含み、かつ、下部において、コレクターを含み、第一のタイプの領域から独立しているとともに隔てられており、かつ、
第二のタイプの領域の噴霧ノズルに液体を供給する第二管を含む。
【００１６】
この第２実施形態では、質量及び熱の交換は、膜によって隔てられた２つの溶液の間で行われる。
【００１７】
本発明は、また、この第２の実施形態による交換器を使用するための方法に関する。この方法は、
比較的低温かつ塩濃度の低い液体を第一管に流して、噴霧ノズルによって、第一のタイプの領域にこの液体が噴霧されるステップと、
比較的高温かつ塩濃度の高い液体を第二管に流して、噴霧ノズルによって、第二のタイプの領域にこの液体が噴霧されるステップと、
第一のタイプの領域の下部において、第一のコレクターに、加熱及び希釈された液体を集めるステップと、
第二のタイプの領域の下部において、第二のコレクターに、冷却及び濃縮された液体を集めるステップであって、この第二コレクターは、集められた液体の混合を防ぐために、第一のコレクターから隔てられていること、を含む。
【００１８】
この実施形態では、高温及び希釈された溶液は、その溶液の熱及びいくらかの蒸気を、低温の第二溶液に与え、低温の溶液は加熱及び希釈される。
【００１９】
全般的に、本発明は、したがって、膜を介してなされる、液体及びガスの間又は２つの液体の間の熱及び質量の交換器を提案し、熱質量交換は、温度の違い及び２つの流体間の蒸気圧の違いによりなされる。膜における、液体溶媒の蒸気の透過性により、２つの流体間の蒸気の移動が可能になる。
【００２０】
したがって、「高温」、「低温」、「希釈された」、「濃縮された」、「塩濃度が高い」、「塩濃度が低い」という表現は、絶対的な意味において理解されるべきではなく、第一のタイプの領域及び第二のタイプの領域の間での熱及び質量の交換を可能にするために、膜のいずれかの側での流体の状態の間の違いを表現するための、相対的な意味において理解されなければならない。
【００２１】
本発明は、特に、
溶液の蒸気を透過する膜のいずれかの側において、全圧に差がない状態で、蒸発又は蒸気の凝縮によって、溶液を濃縮又は希釈するため、
溶液に接触することなく、低温及び濃縮された溶液又は高温及び希釈された溶液と交換することにより、ガスを脱水又は加湿するため、に使用されうる。
【００２２】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例として示された、以下の実施形態の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に適合した交換器を示す。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態に適合した交換器を示す。
【図３】図３は、本発明の第３実施形態に適合した交換器を示す。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に適合した交換器を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に適合した交換器１００を示す。交換器１００は、水蒸気に対して透過性を有する複数の膜３０によって区切られた複数の領域Ｚ３０を流れる高温多湿の空気（例えば、２５℃及び６０％ＲＨ）を冷却及び除湿するために使用されうる。ファン４０は、熱風を送風するために使用されうる。
【００２５】
ここに記載した実施形態では、噴霧ノズル２０を領域Ｚ２０の上方に有する領域Ｚ２０は、各空気循環領域Ｚ３０のいずれかの側に配置されている。これらの噴霧ノズル２０には、管１０によって、管１０内を流れる低温（典型的には１５℃）かつ塩濃度の高い液体が供給される。噴霧ノズル２０は、実質的に、膜３０に平行である平坦面Ｒに沿って液体を噴霧する。
【００２６】
本発明のこの実施形態では、以下に記載されたものと同様に、ノズルの上流の液体供給圧力は、およそ２バールでありうる。
【００２７】
塩濃度の高い液体が、噴霧ノズル２０によって、領域Ｚ２０に噴霧されるとき、これらの領域Ｚ２０に含まれる空気はその湿気を譲り渡し、その湿気は塩によって吸収される。その空気は、領域Ｚ３０における空気よりも冷たく乾いた状態になる。
【００２８】
領域Ｚ３０における空気が冷えて、その湿気は、水平な矢印によって示されているように、膜３０を通って領域Ｚ２０に向かって移動する。領域Ｚ２０における液体は、希釈される。その液体はコレクター５０に集められる。コレクター５０は、集められた液体が領域Ｚ３０に接触しないように配置されている。
【００２９】
この実施形態では、
噴霧ノズル２０によって噴霧される液体が塩で濃縮されているほど、領域Ｚ３０における高温多湿の空気の除湿により有利であり、かつ、
噴霧ノズル２０によって噴霧される液体が冷えているほど、領域Ｚ３０を流れる空気の冷却により有利である。
【００３０】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に適合した交換器２００を示す。交換器２００は、高温かつ塩濃度の低い又は塩が含まれていない液体でさえ、冷却及び濃縮するために使用されうる。
【００３１】
ここに記載した実施形態では、この液体（例えば３５℃）は、噴霧ノズル２１によって、水蒸気に対して透過性を有する複数の膜３０によって区切られた複数の領域Ｚ２１に噴霧される。噴霧ノズルには、管１１によってこの液体が供給される。噴霧ノズル２１は、実質的に、膜３０に平行である平坦面Ｒに沿って液体を噴霧する。
【００３２】
第１実施形態と同様に、複数の領域Ｚ２１は、空気が流れる複数の領域Ｚ３０によって隔てられている。しかし、この実施形態では、これらの領域Ｚ３０における空気は、領域Ｚ２１に噴霧される液体よりも冷えている。領域Ｚ３０における空気は、例えば、室温、例えば、２４℃である。
【００３３】
領域Ｚ２１では、高温で噴霧された液体に接触する空気は、加熱され、かつ、加湿される。液体は、冷え、かつ、濃縮される。その液体はコレクター５１に集められる。コレクター５１は、集められた液体が領域Ｚ３０に接触しないように配置されている。
【００３４】
水平な矢印によって示されているように、水蒸気は、膜３０を通って、領域Ｚ２１から領域Ｚ３０に移動する。領域Ｚ３０では、空気は、加熱され、かつ、加湿される。
【００３５】
本発明のこの第２の実施形態は、有利には、蒸発現象のおかげで、領域Ｚ３０を流れる空気の温度が湿球温度に到達するまで、領域Ｚ３０を流れる空気の温度より低い温度に、その液体を冷却することを可能にする。
【００３６】
（第３実施形態）
図３及び４は、本発明の第３実施形態を示す。第３実施形態は、液体の脱塩に使用されうる。
【００３７】
この実施形態では、交換器３００は、
低温かつ塩濃度の低い又は塩が含まれていない液体であって、噴霧ノズル２０によって、領域Ｚ２０に噴霧されるこの液体を、噴霧ノズル２０に供給する管１０と、
高温かつ塩濃度の高い液体であって、噴霧ノズル２１によって、領域Ｚ２１に噴霧されるこの液体を、噴霧ノズル２１に供給する管１１と、を含む。
【００３８】
領域Ｚ２０及びＺ２１は、交互に配置され、かつ、水蒸気に対して透過性を有する複数の膜３０によって隔てられている。各領域では、噴霧ノズル２０、２１は、実質的に、膜に平行である平坦面Ｒに沿って液体を噴霧する。
【００３９】
領域Ｚ２１では、高温の液体に接触する空気は、加熱され、かつ、加湿される。水蒸気は、膜３０を通って領域Ｚ２０に向かって移動する。
【００４０】
領域Ｚ２０では、水平な矢印によって示されているように、領域Ｚ２１から水蒸気が移動することにより、空気は加熱され、かつ、加湿される。
【００４１】
領域Ｚ２０では、その空気は、水分量を増加させながら、塩濃度が低く、冷たい液体の流れにその熱を与える。高温かつ希釈された液体はコレクター５０に集められる。コレクター５０は、この液体が領域Ｚ２１に接触しないように配置されている。
【００４２】
領域Ｚ２１では、水分の移動により水分量が減少し、塩濃度の高い液体が濃縮される。低温かつ濃縮された液体は、この液体が領域Ｚ２０に接触しないように配置されたコレクター５１に開口部６１を通ってつながっているＵ字管によって排出される。
【００４３】
この実施形態は、管１１に導入された塩濃度の高い液体を濃縮することを可能にし、脱塩操作のために使用されうる。
【００４４】
本発明のこの第３実施形態では、交換器３００は、膜３０が取り付けられた構造７を有する。コレクター５０及び５１は、これらの膜３０が挿入される肩部を有し、これにより、異なる種類の液体間の接触が防止される。
【００４５】
このタイプの構成は、コレクター５０、５１における液体と領域Ｚ３０を流れる空気との間の接触を防止するために、図１及び２を参照して上記した交換器１００及び２００にも使用されうる。
【００４６】
（本発明の実施形態の他の使用）
上記したように、図１の実施形態では、コレクター５０に回収された溶液は、膜３０を通って領域Ｚ３０から移動した水蒸気によって希釈される。
【００４７】
管１０の入口でその液体を再利用できるようにするために、その液体に加えられた水を除去することが必要である。
【００４８】
この操作を実行するために、コレクター５０に回収された希薄溶液を加熱し、その溶液の温度を下げて、かつ、その溶液を濃縮するために、図２の交換器の管１１にその溶液を注入することが可能である。
【図１】
2021531446.tif 000003
【図２】
2021531446.tif 000004
【図３】
2021531446.tif 000005
【図４】
2021531446.tif 000006
【国際調査報告】
2021531446.tif 000007
2021531446.tif 000008
2021531446.tif 000009
2021531446.tif 000010