(57)【要約】塩水を脱塩（汚染水を浄化）する方法および装置が開示されている。塩性（汚染）水は、ポンプにより脱塩設備に送られ、脱塩分別コラムのベースに下ろされる。この場所で、水と水和物生成ガスまたは液体が混合され、陽性の浮揚性（または浮揚が補助される）水和物か、陰性の浮揚性水和物のどちらかが生成される。水和物は、低圧領域へ上昇し、または沈降し、若しくは運ばれ、そこでガスと淡水とに解離（溶解）する。好適な実施形態において、水和物が生成される際に放出した熱によって暖められた残留塩水は、システムから除去される。それによって、浅い深度で水和物が吸熱的に解離する際に生じた冷却全体に対してバイアスが生じる。入力水は、解離領域を通過することによって解離領域と熱交換を行い、それによって、圧力深度で水和物が生成される温度へ十分に冷却される。システムによって生産された淡水は十分冷えており、冷凍、空調、他の冷却として使用される。暖められた残留水と共にシステムから除去された熱は、熱源または他の用途に使用される。他の実施形態において、脱塩または他の浄化は、「人工的」または機械的に加圧された槽内で実行される。この実施形態は、比較的に移動可能である。上記加圧されたシステムは、工業廃棄ガスから二酸化炭素を捕らえるために、また液体二酸化炭素を供給するために使用される。
2004501748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩性入力水または他の汚染された入力水を脱塩または浄化する設備であって、
上記設備は、
下部の水和物生成領域を有する脱塩分別設備と、
上記水和物生成領域に入力水を供給するように配置された入力水導管と、
上記水和物生成領域へ水和物生成ガスを供給するように配置されたガス供給導管とを有し、
上記設備は更に、上記設備の上部に配置され、且つ上記水和物生成領域と流体接続されている水和物解離領域を有し、上記水和物解離領域は人工的に加圧され、設備の水和物生成領域に水和物の自発的生成に適した加圧を発生させるために、解離領域の人工的加圧と水和物生成領域の自然的加圧を組み合わせる設備。
【請求項２】
上記水和物解離領域が、圧力バランス維持システムによって人工的に加圧されている請求項１の設備。
【請求項３】
上記圧力バランス維持システムが、上記脱塩分別設備内にある大量の流体全体に渡って水圧力を及ぼすために、大量のガスを加圧する請求項２の設備。
【請求項４】
上記圧力バランス維持システムが、上記解離領域の上部に配置されている請求項２の設備。
【請求項５】
上記設備の解離領域内で人工的に維持されている圧力と略同等である圧力で取入水を設備に送るポンプおよび圧力規制装置を有する請求項１の設備。
【請求項６】
上記水取入導管が、それの一端に水取入装置を有し、且つ上記水取入装置が、上記設備の解離領域内で人工的に維持されている圧力と略同等である圧力深度に配置可能である請求項１の設備。
【請求項７】
上記水和物解離領域が、入力水導管に包含されている水の重量ヘッドによって人工的に加圧されている請求項１の装置。
【請求項８】
上記入力水導管が、解離領域に人工的加圧が形成されている設備に水を吸上げる請求項７の設備。
【請求項９】
塩性入力水または他の汚染された入力水を脱塩または浄化する設備であって、
上記設備は、
下部の水和物生成領域を有する脱塩分別設備と、
上記水和物生成領域に入力水を供給するように配置された入力水導管と、
上記水和物生成領域へ水和物生成ガスを供給するように配置されたガス供給導管とを有し、
上記設備は更に、上記設備の上部に配置され、且つ上記水和物生成領域と流体接続されている水和物解離領域を有し、
解離領域を通過させることによって解離領域と熱交換される入力水の少なくとも一部分が冷却され、それにより、解離領域に配置された水和物が吸熱的に解離する際に、上記入力水から熱が吸収される設備。
【請求項１０】
上記水和物解離領域が、上記入力水と熱交換される冷却区を複数有する請求項９の設備。
【請求項１１】
上記冷却区が、水和物を一つの冷却区から他の冷却区へ横に移動しないように抑止する複数の壁によって分割されている請求項１０の設備。
【請求項１２】
上記冷却区が、水和物生成領域と流体接続されている請求項１０の設備。
【請求項１３】
上記入力水が、上記複数の冷却区を横切るように伸びている熱交換装置内で運ばれる請求項１０の設備。
【請求項１４】
上記入力水が、上記複数の冷却区の冷却区それぞれを通過するにしたがって、徐々に冷たくなっていく請求項１３の設備。
【請求項１５】
上記入力水導管が、上記入力水導管が上記複数の冷却区の冷却区それぞれを通過した後に、上記水和物生成領域に入力水を供給するように配置されている請求項１４の設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２０００年６月２６日に出願された仮出願第６０／２１４，２６２号に基づくから優先権主張するものである。本出願は、「脱塩およびそれと同時に二酸化炭素が変形しやすい液状二酸化炭素を捕獲する」と題名された米国出願出願番号０９／５００，４２２号の一部継続出願であり、２０００年２月９日に出願されている。更に「陽性の浮揚性または陰性の浮揚性／補助された浮揚性水和物を用いる脱塩」と題名された米国出願出願番号０９／３９７，５００号の一部継続承出願（１９９９年９月１７日出願）であり、これは、「陽性の浮揚性または陰性の浮揚性／補助された浮揚性水和物を用いる陸上脱塩」と題名された米国出願出願番号０９／３７５，４１０号の一部継続出願（１９９９年８月１７日出願）であり、これはまた、「浮揚性水和物を用いる陸上脱塩」と題名された米国出願出願番号０９／３５０，９０６号の一部継続出願（１９９９年７月１２日出願）である。
【０００２】
（発明の背景）
一般に、本発明は塩性水または汚染水から淡水を抽出するために水和物を使用する水の脱塩または浄化に関するものである。特に、本発明は水和物の自発的生成に適する加圧を達成する方法に関するものである。さらに、本発明は、自然による加圧及び人工による加圧を組み合わることにより、水和物の生成に適する加圧を得る脱塩装置に関するものである。本発明はまた、解離の間に冷却ステージを介して水平に移動するか、または解離エリア内を上昇するかどちらかによって処理される水を最大効率で冷却するために、水流を方向付け、水和物の移動を管理することに関するものである。
【０００３】
一般に、浮揚性ガス水和物を使用して塩性水または汚染水を脱塩または浄化することは公知である。例えば、米国特許第５，８７３，２６２号及び受理された南アフリカ特許第９８／５６８１号に開示されており、それらの内容は本願に引用されて組込まれている。水の脱塩または浄化に対する上記のアプローチによれば、深度により生じる圧力が十分に高くかつ／または温度が十分に低い状態で水と混合された場合に，自発的に浮揚性ガス水和物を作り出すガスまたはガスの混合物は、処理コラムの相対的に深い底部で処理される水と混合される。先の技術では、処理コラムは海に配置されている。水和物は陽性の浮揚性であるため、コラムを介して低圧力である暖かい水へ上昇する。水和物は上昇するにつれ、不安定となり淡水と陽性の浮揚性水和物形成ガスまたはガス混合物とに解離する。浄化された水は抽出され、ガスは処理されて以後の水和物生成サイクルのために再使用される。（湿性ガスが他の目的、発電近傍などで使用される場合、ガスを処理する必要は無いし、その代わりにガスを通過（パススルー）モードで使用する必要もない。この方法において、回収されない少量のガスのみに対し運転費用がかかる。）適当なガスとして、とりわけ、メタン、エタン、プロパン、ブタン、それらの混合物が含まれる。
【０００４】
公知である浮揚性ガス水和物を使用する脱塩方法または浄化方法は、通常は高圧状態によってまた通常は低温状態によって行われる。これらの状態は、純メタンが使用される場合、海深４５０〜５００ｍに該当し、また水和物の安定度「エンベロープ」を大きくするために混合ガスが使用される場合、上記例よりやや浅いところに該当する。脱塩設備は１度建設されると不動であり、淡水を陸地へ運ぶパイプラインに固定される。しかしながら、地中海などの海洋位置において、必要な圧力が得られる十分な深度にある水は十分に冷たくはなく、そのため、かなり長いコラムを用いる必要があり、これは実用的ではない。その上、淡水が高価である場所は幅広く浅い水域である大陸棚近傍に位置し、そのため海洋脱塩装置は沖からかなり距離がある位置に配置しなければならない。さらに、固定された設備は、移動可能な設備に比べ若干用途が広い。加えて、公知の方法論は、水和物を収集して淡水を能率的な方法でそこから放出するために、浮揚性である水和物が全面的に必要となる。
【０００５】
脱塩に水和物を使用するのに加えて、水和物を使用し電力プラントで化石燃料が燃焼することによって形成される排出物等であるガス混合物から二酸化炭素を捕らえる方法もすでに公知である。この方法は、選択的に二酸化炭素水和物を形成し、水和物が安定し続ける環境、例えば、海底に二酸化炭素水和物を廃棄することによって行われる。例えば、米国特許第５，６６０，６０３号、第５，５６２，８９１号、第５，３９７，５５３号参照。二酸化炭素を水和物状態で深海に廃棄する上記方法は、水和物が形成される海または海近傍（例えば、石油採掘機、船上、臨海工場）で経済的に実行可能であるが、水和物の生成が内地で行われる場合、上記に比べ経済的ではない。理由は、二酸化炭素を含む水和物を廃棄場所へ移送するのに費用がかかり、水から構成される水和物は実質的にかなりの重量と体積であるためである。（二酸化炭素水和物、メタン水和物に類似する水和物、他の１水和物は、分子基盤に約８５％の水を含む。言い換えると、これら水和物内の約８５％の分子が水であり、約１５％の分子がガス分子である。正確な比率は若干変動し、ガス分子が存在する位置に「ゲスト」格子が占める度合いと関係する。）したがって、二酸化炭素から生じた水和物を深海に廃棄する上記方法の費用は、水和物内にある水の付加的な重量と体積を移送（本発明により不必要と示される）する費用のために相当増加する。加えて、二酸化炭素水和物を介して二酸化炭素を廃棄する公知の技術は完全に却下され、それにより、二酸化炭素水和物を形成しその後にそれを溶解する（すなわち解離が生じる）ことによって脱塩水さもなくば浄化水を得る素晴らしい能力の利点を得ることができなくなる。
【０００６】
（発明の要約）
本明細書に開示された種々の発明は、先行技術に関する一つまたはそれ以上の限界を克服し、水和物脱塩分別方法の利益を与え、それの使用を発展させる。これは、海水の脱塩（または他の汚染水の浄化）を行う装置を陸上または可動で設け、また陽性または陰性のどちらかである浮揚性水和物を使用することによって行われる。本発明の方法は、入力水が暖かすぎる場合、または、海深における設備に適する深度が、ガス水和物を使用して海洋で脱塩を行うために必要な距離範囲内でない場合にも使用可能である。また、陽性または陰性のどちらかの浮揚性水和物を生成するガス、ガス混合物、それに相当する液体を用いて実施することが可能である。加えて、本発明は、例えば工業排出ガスから得た二酸化炭素を使用し、それによって同時に汚染水が供給され、廃棄（または所望される場合、他の使用）するには最効率な形態で二酸化炭素を捕らえることによって実行される。
【０００７】
本発明の方法は、使用される特定の水和物生成材料に適した圧力深度である脱塩分別コラムの底部で水和物が生成されるために、海水を十分低温に冷却する必要がある。水和物の特性を利用する好適な実施形態において、深部で水和物が生成される際に放出される熱量は、水和物が淡水と水和物形成材料とに解離（溶解）する際に水和物に吸収される熱量と本質的に同等である。特に、液体またはガスが水和物を生成するにつれて、水和物結晶が水コラムを介して上昇して（固有である水和物の浮揚性、またはメッシュシェル状水和物内部にガスが閉じ込められることによって浮揚が「補助」されることのどちらかによって）連続的に成長し、水和物が形成される際に放出された熱は、コラム内にある周囲の海水を暖める。水和物が水コラム内を上昇するにつれて受ける圧力は減少し、水和物は吸熱的に解離する。水和物の生成が、深部で圧力が増加することによってまず進行され、次にコラム内の周囲の水から熱を吸収する。通常、水和物が解離する際に吸収する熱エネルギは、水和物が発熱生成される際に放出される熱エネルギと本質的に同等であり、システムにおける熱エネルギの総計は最終的に変化することはない。
【０００８】
しかしながら、本発明によれば、水和物の生成される際に発散される熱エネルギは、水コラムから残留塩性水が除去されることによってシステムから取除かれる。この残留塩性水は、水和物が発熱的に生成される際に放出される熱エネルギによって暖められている。水和物生成は、主として圧力によって進行されるため（温度による進行に対して）、水和物は、水コラムを介して上昇するにしたがって受ける圧力が減少し、それによって不安定となって吸熱的に解離する。発熱的結晶化の際に放出される熱エネルギはシステムから取除かれるため、水和物は、溶解する際に他の熱源から熱を吸収する。それによって、冷却バイアスが形成される。本発明の好適な実施形態は、水コラムの解離領域を介して源（入力）水を通し、この冷却バイアスを利用して減水と熱交換を行う。それによって、源水を冷却させる、または供給水を設備の底部で水和物が生成される十分低い温度へ冷却させる。
【０００９】
上述のように、本発明は、陽性の浮揚性水和物または陰性の浮揚性水和物のどちらかを生成する液体またはガス若しくはガス混合物を使用することにより実行される。陽性の浮揚性水和物の場合、水和物結晶自体が浮揚性であり、それが生成されると同時に、脱塩分別コラムを介して水和物が淡水とガスまたはガス混合物とに解離する上部へ上昇する。一方、陰性の浮揚性水和物である場合、その水和物結晶自体が周囲の海水より比重が高く、そのため通常は沈む傾向がある。水和物を生成するガス（またはガス混合物）または液体の注入を制御することによって水和物生成は不完全となり、ガスの泡または海水より比重の低い液体がメッシュシェル状水和物内部に閉込められる。それによってシェル全体が陽性の浮揚性となり、よって水和物は水コラム内を上昇する。
【００１０】
浮揚を補助される水和物（厳密には、陽性の浮揚ガスの泡または液体の泡と混じり合う陰性の浮揚性水和物）の流れは、「集水溝（ｃａｔｃｈ ｂａｓｉｎ）」上で横方向に変更される。これは、解離の際にメッシュシェルが分解し、水和物が脱塩分別コラムの水和物生成部分へ落下して戻らないようにするために行われる。装置の底部にある貯水領域（ｃａｔｃｈ ｓｕｍｐ）に沈殿した固形状である陰性の浮揚性水和物は、ガスと淡水とに解離する集水溝の上部にポンプによって送られる。（必要に応じて、若干異なる方法で陰性の浮揚性水和物が生成され、全ての水和物が貯水領域に沈殿し、そこから解離／熱交換集水溝にポンプによって送られる。）
【００１１】
本発明の代わりの実施形態において、入力水は、冷却されると共に熱交換を行う場合、解離している水和物を通過してもまたはしなくてもよい。両方において、入力水は他の人工的冷却手段を使用することによって（さらに）冷却される。その冷却の程度は、水和物の性質である浮揚性または非浮揚性が部分的に機能するのに必要な程度である。水ジャケット内にある脱塩分別コラムの回りを循環し、水和物形成の際に放出する熱によって暖められた水を除去することによって、熱エネルギはシステムから取除かれる。
【００１２】
本発明の種々の実施形態において、浄化された水は極端に冷たい。この冷やされた水は、携帯飲料として使用されるのが望ましく、クーリングを提供するヒートシンクとして、例えば暑い季節における空調（Ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）の基となる冷媒として使用してもよい。
【００１３】
本発明に係る陸上で行う脱塩または水の浄化の付加的な利点は、その設備が、悪天候によって、また設備と同地域近傍にある海洋の荒海状態によって妨害されることがないことである。加えて、陸上にある設備へのアクセスは、海上にある設備に比べ簡単である。ガス処理施設とガス貯蔵施設は、より広大であってより安全な工業的環境である陸上で使用される。陸上に建設する方が容易であり、海上設備に比べて安全性も向上する。
【００１４】
その上、システムから相当な量の残留海水が抽出されるため（システムから熱エネルギを取除くために）、水和物スラリ（泥漿）が凝縮される。この意味は、解離分別コラムの解離領域上部に少量の塩性水があり、それによって水和物が解離する際に水和物と混合する残留海水が少量になるということである。したがって、水和物の解離によって生成された淡水に少量の塩が含まれる。
【００１５】
さらに、残留海水が脱塩分別コラムを介して好適に１回または複数回循環するので、その海水に含まれる微量成分（例えば、金）などの他の構成成分が、海水から回収される。それによって残留海水が凝縮される。この海水は応用的である。加えて、凝縮された海水は、それ自体が有益でありまた所望される。例えば、水族館の館長が、水を取りかえた水槽に混ぜるために凝縮された海水を購入し、それにより、凝縮された海水が抽出された場所における特定の微小生態系の再現が容易になる。
【００１６】
更なる実施形態において、脱塩設備は、ある深度で水和物が静止している間に水和物の解離が生じるように構成される。水和物は、相当な圧力下で静止する。水和物生成ガスはこの深度で捕らえられ、再利用するために処理される。その間上記圧力のままである。上記配列により、相当な運転の効率が得られる。
【００１７】
本発明の更なる実施形態において、本発明方法は、長いコラムにある水の重量によって水和物生成に適した圧力を生成することなく、自給式であるシールされた水和物形成／分離槽と水和物解離／熱交換槽を使用することよって実行される。それらの槽は適切な油圧ポンプシステムを使用することによって機械的に加圧される。上記の機械的に加圧された設備は、多少移動することが可能であり、非常に多様なセッティング条件で本発明の利益を提供するために使用される。その上、上記の機械的に加圧された設備は、水和物生成媒体として二酸化炭素を使用する場合に、水和物の解離を制御するために使用される。例えば、特に、排出ガス（例えば、工業発生源である排出ガス）から捕らえられ分離された二酸化炭素が供給される場合、二酸化炭素は、液体状態またはガス状態のどちらかの状態で水和物解離の際に放出される。
【００１８】
本発明の更なる実施形態において、水和物の自発的生成に適した圧力を得るために、脱塩装置内で自然的加圧と人工的加圧の両方を利用する脱塩装置が開示されている。装置内圧力全てが水の重量に由来し、水和物の解離が起こる装置上部の圧力が装置最上部の１大気圧と同様である（低圧である）脱塩分別コラムの不都合点の一つは、水和物が自発的生成される全加圧を供給するためにシャフトを十分に深く形成しなければならないことである。これにより高い建設費用および維持費費用が必要になる。装置内圧力全てが人工的加圧に由来する脱塩分別コラムの不都合点の一つは、装置全体が完全動作かつ試験圧状態で安全に運転されなければならないことである。これにより装置は堅固に造られ、低内圧用に造られたものより費用は高くなる。
【００１９】
自然的加圧と人工的加圧の両方を組合わせることによって、利益が得られる。とりわけ、シャフトの低部は、その上部に比べて建設および維持に不均衡に費用がかかる。本実施形態において自然的加圧と人工的加圧の両方を組合わせることにより、シャフト上部の圧力は上昇され、実質的に、構成に必要なシャフトは短くなる。したがって、水和物が生成されるシャフトのベースの圧力は自然的加圧と人工的加圧の合計となる。ガス水和物の生成に適した圧力は、地表下の深部まで達し、人工的加圧を必要としない場合の圧力より実質的に小さくなる。加えて、脱塩分別コラムの上部の構成により、部分的に加圧されたシステムの低圧力を低費用で得られる。
【００２０】
本発明の更なる他の実施形態において、入力水の温度を最適化するために解離領域内の水流の管理を容易にする脱塩装置の解離区画が開示されている。特に、水流の方向と解離チャンバ内における水の挙動の総合的傾向を制御することにより、最終的な入力水は、脱塩分別装置で生成された淡水の温度以下に冷却される。これにより、脱塩分別装置における全体の効率はより向上する。
【００２１】
（好適な実施例の詳細な説明）
地上で行う脱塩設備が一般的な形態で概略的に図１に示されている。この設備は、おおまかに取入部１０、浄水化部１２、後処理及び下流使用区画１４の三つの区画または領域に分割可能である。
【００２２】
取入部１０は、海洋１６から海水を抽出して領域１２の脱塩／浄化装置に移送するために必要な装置または種々の下位設備とを有し、半水生の水取入パイプ１８と、海洋から水を引きいて、次処理を行うために水を陸地に送るポンプ手段（図示せず）とを有する。大規模な設備は、取水用パイプの長さを最小とするために相対的に海近傍に配置され、それは、圧力ヘッドに対するポンプ費用が可能な限り減少するために海面近くに設備を設置する。
【００２３】
取水パイプ１８は、例えば、大陸棚の斜面２０から深水を引き込むために海に向かって十分に伸びているほうが望ましい。その理由として、深水は浅水に比べてきれいであり温度が低いからである。代わりとして、陸近傍の場所、例えば、浅い水域が全体として広がっている大陸棚２２から水を引いてもよい。正確な取水深度は、複数の要因により決定される。要因には、下記のように使用される脱塩分別コラムの特定の実施形態が主として含まれる。理想として、取水ポンプの費用を減少させるために、脱塩設備それ自体は、流体処理システムの最上部が海面または海面以下にくるように配置される。
【００２４】
加えて、水は前処理ステーション２４で前処理される。前処理は主に、空気除去処理、粒状物体を除去するフィルタ処理、ガス抜き処理から構成される。各処理は、水和物の核生成と成長に必要な材料を水から除去しないという必要条件を有する。
【００２５】
浄化設備３０の好適な実施形態それ自体が図２、図３、図４に示されている。この実施形態は、海水から淡水を抽出するために陽性の浮揚性水和物を利用するものである。海水は、ポンプにより水流入口３２から設備１３０に送られ、ポンプにより設備下部の水和物形成区画３４に送られる。水和物形成区画の底までの深さはわずか約８００ｍしかなく浅すぎる（使用される特定のガスまたはガス混合物にもよる）。適切な陽性の浮揚性水和物を形成するガス（または液体）は、３６から水和物形成区画に注入される。陽性の浮揚性水和物３８が自発的に形成され、公知のように水コラムを介して上昇し始める。
【００２６】
水和物形成ガスは、連続直列式中圧ポンプを使用して、分別コラムを介して又は入力水ラインを介して下方向に伸びているガス導管を用いて送られ、特に入力水ラインを介する場合、ライン内のガス圧は、周囲の水圧によって高められ下方向に送られる。その結果として、高価な高圧ガスポンプを地上に配置して使用する必要性がなくなる。それに対して、いったんガスが液化されると、更なる圧縮をすることなく、ポンプによってより深部に送り込まれる。
【００２７】
水和物の形成（結晶化）は発熱過程である。したがって、陽性の浮揚性水和物が形成され自動的に水コラムを介して上昇していくに従い、連続的に核形成したものでありまた上昇するにつれて成長した水和物結晶である水和物「スラリ（泥漿）」が生成される。これは水和物形成ガスを使い切るまで行われる。この周囲にある水は、徐々に塩性が「残留」して凝縮された状態になり、水和物が結晶化する際に放出した熱エネルギによって暖められる。
【００２８】
ある塩分濃度以下になると、暖められた残留海水は相対的に比重が減少し、水和物３８と共にコラム内を上昇する。しかしながら、残留海水の塩分濃度が、淡水が抽出されることによって十分に高く上昇すると、この高塩性の残留海水は水コラムの底に沈む。この高塩性の残留海水は分別コラムの底にある貯水領域４０に集められ、その後除去される。
【００２９】
水和物スラリと暖められた残留海水が分別コラム内を上昇していくに従い、暖められた残留海水は分別コラムの熱抽出部４４にある一つまたはそれ以上の点４６でシステムから除去される。熱抽出区画４４がより詳細に図３に示されている。図に示すように、水和物とスラリの分離の一つのモードに関して、水は、垂直分別処理の一部として、ポンプによりシステムから送られる。これは二段階の処理を介して達成される。内部のスリーブ４５により初期分離が生じる。そのために、水トラップ４９がスリーブの上端より下に形成される。水和物は上昇し続け、一方水は区画４４全体へ流れ込む。水は、スリーブの上端から出た水和物のレベルの下から、目が細かい円錐型スクリーン４７を介してポンプにより送り出される。これらのスクリーンは粒状水和物の移動を遮るようにデザインされている（スクリーンは、流れが設計限界以上に制限された時に、水和物の粒子を除去するために定期的に加熱される）。残留水は遅い速度で流れ去る。その速度ために、スクリ−ンに向かって流れる水内にある水和物は、流れ出る水の吸引力に関連して下方向へまたは横へ移動する傾向より、浮上する傾向のほうが強くなる。浮揚性が強いガスは、コラム内を上昇しまたコラム内に留まる。
【００３０】
熱抽出領域の他の構成４４が図４に示されている。この構成において、別の機械駆動式比重分別システムを稼動させるために遠心分離機が使用される。この構成において、コラムのセグメント５１は、移動可能でありまた回転動作ができるように作られている。移動可能でありまた回転する遠心分離機のコラムセグメントはベース５５でベアリング５３によって保持されている。ベアリング５３は、コラム全体とベアリングとの垂直配列状態を維持するために、またベアリングの下にあるコラムの部分５７とベアリングの上にあるコラムの部分５９に対してコラムを回転させるために、コラムの全長に沿って間隔を空けて配置されている。この区画は、地上から駆動される油圧システム６１を使用することによってモータ駆動される。遠心分離区画内にあるベーン６３により、水コラムは回転する。このベーン６３は、乱流が生ずることなくまた残留水が抽出される区画の上部に向かう速度を増加させた状態で区画内の水和物―残留水を回転させるようにデザインされたタービンベーンを基にして設計されている。重力による「沈殿」または分別は水平面上で行われ、重い方の残留海水はコラムの外側に向かって沈殿し、軽い方の浮揚性水和物はコラムの中心に向かって沈殿する。水和物は浮上し続け、遠心分離機区画の中心に凝縮される。上記遠心分離機区画を一つ以上使用してもよいことは明らかである。
【００３１】
水和物が、脱塩分別コラムの解離／熱交換領域５０の上部へ上昇するにつれて、深度に関連する圧力により水和物減少が強制的にまたは余儀なく形成される。したがって、ほぼスラリ状の水和物が水和物形成ガス（またはガスの混合物）と淡水とに余儀なく解離される。しかしながら、暖められた残留海水の抽出を行う特定の方法に関係なく、周囲の海水にある熱エネルギは、通常（すなわち先行技術において）水和物が解離するにつれて水和物に吸収されるため、二度と水和物に対し使用されることはない。したがって、装置の熱抽出部４４内の暖められた残留海水を抽出することによってシステムから熱が取除かれるため、設備の解離／熱交換部５０の上部に冷却バイアスが最終的にまたは全体にわたって形成される。
【００３２】
この冷却バイアスは優れた利点を有する。特に図２に概略的に示したように、ポンプにより（３２から）システムに送り込まれた水は、水和物が解離する領域を介して熱交換しながら送られる。例えば、解離／熱交換部５０は、一つ又はそれ以上の直径約１００ｍを有する大きな個々のエンクロージャとして構成してもよい。入力水は、水和物が解離する領域を通る一連の導管を通る。入力水はそこを通る際に十分に冷却される。しかし、実際には、処理が開始される時に初期冷却が必要となる。初期冷却は熱交換手段５２によって行われ、設備は最終的に安定状態に達する。その状態において、水和物を解離させるために入力水から水和物に熱エネルギが移動し、それによって、入力水は解離コラムの特定の深度で水和物が自発的に生成されるのに適した温度へ十分に冷却される。
【００３３】
入力水は４℃またはそれ以下の温度で安定しているのが理想である。この理由は、温度がこれ以下になると水の比重が増加し、それによってガスの注入により生成された水和物−水スラリの分離が促進されるためである。加えて、所定の圧力で、より冷たい水温度で水和物の核形成がより速く進行する。システム起動段階の間、システムが平衡または安定状態に達する前は、システムは最大温流体抽出モード（熱バイアス増加状態にするために）で稼動する。この起動段階の時間は、特定の装置パラメータによって変化する。設計目標である安定状態に達すると、このシステムは停止することなく極端に長い時間、すなわち数年間稼動する。残留水の抽出とそれによる熱の除去を制御することによって、安定状態条件を維持する。そのため、装置は、安定状態で運転できる条件温度以下に冷却されることがない。
【００３４】
水和物がそれを構成する淡水とガスまたは複数のガスとに解離すると、淡水はポンプにより例えば５４から送り出され、ガスは捕らえられ再利用される。（必要に応じて、特定のガスを液化する設備を設けてもよい。）加えて、解離／熱交換領域５０の水の一部は「灰色水（ｇｒａｙ ｗａｔｅｒ）」であり、それは少量の塩を含有する淡水である。この塩は、水と共に水和物を洗浄した際に水和物から除去されたものである。灰色水または混合水とまじりけのない淡水との境界が点線５６によって概略的に示されている。塩分濃度にもよるが、灰色水は飲料用に適しており、また更なる処理を行わず農業利用または工業利用できる。冷たい灰色水は分別コラムに戻り再利用される。５８で示すように水和物形成区画３４にポンプにより送り戻されるか、または６０で示すように熱交換部４４の上に位置する分別コラムの領域で凝縮している水和物スラリに注入されるかのどちらかである。それにより、水和物スラリの流体的性質を増加させ、またシステムの熱平衡全体の制御が促進される。さらに、灰色水が６２から希釈された残留間質性流体に供給されることによって解離前洗浄が行われる。
【００３５】
後処理および下流使用区画１４が更に図１に示されている。淡水は二次処理手段６４により処理されるのが望ましい。２次処理には、例えば目の細かいフィルタによるろ過処理、ガス抽出処理、脱気処理、水を標準的な飲料水とするために必要である他の処理が含まれる。
【００３６】
その上、原料水の温度、熱抽出区画４４で抽出された残留海水の量、設備の規模、システム内にある流体の粘性などの他のパラメータによっても異なるが、システム内の全流体と関連する水和物の浮揚性、残留水の塩分濃度および温度、淡水の予定出力必要量、入力水の塩分濃度および温度、予定冷却必要量、温度平衡に影響を及ぼすシステムの非効率性などが極めて重要であり、それにより生成された淡水は十分に冷却される。この冷却された水は、他の用途、すなわちビル内部などの場所から熱を吸収するために使用され、それゆえに冷凍または空調に使用される。
【００３７】
最終的に、海水が脱塩分別コラムと下流処理アプリケーションとを介して所定回数循環されると、残留し凝縮された海水（この上なく高塩性）はポンプにより海へ送り戻される。代わりとして、これを必要とする人のために保有させてもよい。
【００３８】
システムのデザイン、エンジニアリング、構造を考慮すると、脱塩分別コラム１３０は、直径約１５〜２０メートルまたは以上である。鉱山やトンネルでは一般的な採掘とシャフトライニングがコラム１３０の建造に使用される。全体の大きさは、必要とされる淡水生産量と熱力学的検討事項によって決定される。例えば、１立方メートルのメタン水和物は、それが形成する際に発する熱によって約９０から１００立方メートルの水を１度温めることができ、同じ立法メートルの水和物は解離する際の吸熱によって約９０から１００立方メートルの水を１度冷却することができる。（適当なガスを混合すれば、より高い融解熱が得られ、それにより、処理はさらに効率的になる。）したがって、必要とされる冷却により、水和物生成速度とシステムの規模が決定され、その生成速度に適するガスまたは複数のガスが選択される。
【００３９】
残留流体除去コラムセグメントの直径はかなり大きいのが望ましい。これによって、水コラムを介する水和物の浮上が促進される。その間、熱交換領域５０にある水和物から残留水が分離する。次に、解離／熱交換領域５０で解離と熱交換が行われる。
【００４０】
解離／熱交換領域５０は、概略的に図２に示すような単一の解離「プール」のみによって構成せず、逆に複数の異なる水処理池またはプールに設けた複数の熱交換デバイスをリンクさせて構成してもよい。実深度、規模、生産量などは、生成速度によって異なる。生成速度は、入力水の温度、水和物形成に使用される特定のガスまたはガス混合物、システムから除去される熱の速度によって異なる。
【００４１】
分別コラムのベースに入る入力水は、ガスと水の混合を促進させるために流入スロートの直径を変更できるデバイス（図示せず）によって制御される。それによってより速く完全な水和物生成が促進される。代わりにまたは加えて、水和物生成は、水和物生成ガス注入ポート３６のベース内または直下にある入力水に乱流を生じさせることによって増進される。さらに、水和物スラリの降下を遅らせる方法として脱塩分別コラムの直径を変更することが望ましく、それにより水和物生成が増進される。
【００４２】
解離／熱交換領域５０は、脱塩コラムの低部に比べ十分広くまた大きい。この理由は、水和物が、該領域へ浮上し、コラム自身の直径と同等であるプール内に収容される速さ以上の速度でガスと淡水とに解離するためである。その上、必要熱量も大きくなる。熱が十分に供給されない場合、水の氷が生成され、脱塩処理が中断される。コラム内に物理的なくびれ部が形成されることによって、水和物は、自由に解離できるレベル以下に保持される。それによって地上に到達するガスの量が制御される。これは通常の運転上の理由また安全性の理由の両方に対して行われる。
【００４３】
本発明の本実施例で使用される陽性の浮揚性水和物は浮くために、淡水は区画の上部で生成される傾向があり、それにより淡水と塩水の混合は最小限に抑えられる。望ましくない解離を阻止するために、熱交換装置は残留水除去区画の上部へ下方向に伸びている。解離／熱交換プールは水コラムの中心にある必要は無い。その上、一つ以上の脱塩分別コラムは所定の解離／熱交換プールを上方に供える。同様に、脱塩分別コラムのグループは、通常の第一および第二水処理装置により支持されるので、その近傍に共に配置され、それにより設備費用は減少しまた経済性は増加する。
【００４４】
大規模な設備の他に、比較的小規模な設備でもまた可能である。これらの設備に関し、大規模な設備に比べて少量の淡水しか必要としない場所に建設されるため、設備コラムの直径もより小さくなる。該システムの全体の効率は大規模なシステムより小さくなるが、該小規模設備の第一の利点は、標準の削孔方法を使用して実施できることである。さらに、大量生産され前もって製造された脱塩装置区画が掘削孔の枠組みに設置できる。これにより、設備は比較的短期間で完成される。大量生産技術を用いて工業的に構成部材を製造できるので、該設備の資本コストはさらに減少する。小規模設備の種々の運転区画は、従来の削孔技術およびパイプラインメンテナンス技術を用いたこれらの枠組みから取り出すことにより交換できる。
【００４５】
代わりに、本発明に係る脱塩分別コラムの若干簡略化された実施例２３０が図５に示されている。この実施例において、水和物生成は本質的に熱平衡コラム１３２内で起こる。熱平衡コラム１３２は、開放された下端１３４を有し、シャフト１３６内に支持される。この実施例において、入力水は、脱塩コラムのベース近傍に例えば、１３８から注入され、図２に示された実施例と類似形態でコラム２３０の熱交換／解離領域１５０を介して通過した後に注入されるのが望ましい。陽性の浮揚性水和物を生成するガスが熱平衡コラム１３２の低部１４０に注入される。次に水和物がコラム１３２内で生成され、コラム１３２内を先の実施例と同様に上昇する。
【００４６】
本実施例２３０は、水和物生成の熱を「水ジャケット（ｗａｔｅｒ ｊａｃｋｅｔ）」内にあり熱平衡コラム１３２の周囲にある水に移送されるように簡略化されている。水ジャケットはコラム１３２の壁とシャフト１３６の壁との間に形成され、脱塩分別コラムに構成されている。この目的のために、水和物生成導管は、製造された（例えば縫製された）人工繊維材料から作成されるのが望ましい。これらは軽量であり、また目が荒い状態で使用できるため理想的である。それにより、熱平衡コラム１３２内の残留塩性水と水ジャケット内を循環する海水との熱平衡が大きく促進される。
【００４７】
図２に示された実施例の場合のように、暖められた水はポンプによりシステムから送り出される。この暖められた水は水ジャケット内を循環する。しかしながら、図２の実施例との対比において、水ジャケットから暖められた水を除去する目的は、入力水がコラムのベースで水和物が生成するのに適した温度へ自動的に冷却されて生じた熱エネルギを除去するためではない。むしろ、水和物生成導管内部の水が、水和物が全く生成できないほど温まるのを阻止するために熱エネルギが除去される。したがって、暖かい水が水ジャケットから除去される速度は、図２に示された実施例における暖かい水が熱交換部４４から除去される速度に対して相対的に低い。結果として、補足的な「人工の」冷却手段１５２を用いることにより熱交換／解離領域１５０で起こる冷却を補う必要がある。運転は、図２に示した実施例の運転と上述の点を除いて類似である。淡水は、熱交換／解離領域１５０の上部から抽出される。「灰色水」は熱交換／解離領域１５０の下部、例えば分離線１５６の下から抽出される。濃縮された海水は塩水サンプ１４１から除去される。
【００４８】
濃縮および／または冷却を原因として陰性の浮揚性になるほど十分に比重が高くなった塩水の「沈殿」を促進するために、また熱移動および熱平衡を促進するために、平衡コラム１３２は、図６に示されたようにオーバーラップ型ジョイントにより構成されるのが望ましい。この構成により浮揚性水和物はコラム全体を通じて上昇し、その間冷却される。より塩性なった水は概略的に示されたベント１４２を介して流れ出る。
【００４９】
脱塩分別コラム設備は、図７に示した実施例３３０の解離セクション２５０を通過することなくシステム内に入力水を供給することにより更に簡略化される。入力水が十分に冷えていない場合、より人工的な冷却が冷却手段２５２により行われる必要があるが、その点を除いて運転は、図５に示された実施例２３０と同じである。
【００５０】
一方これまでは、適する温度と圧力条件下で陽性の浮揚性水和物を生成するガスまたはガスの混合物を利用する実施例が説明されていた。脱塩または浄化に使用される水和物の汎用性は、陰性の浮揚性水和物に順応するように上述の方法および装置を改造することによって大きく発展される。水の浄化に陰性の浮揚性水和物が使用できるように構成された脱塩分別「コラム」の実施例４３０が図８〜図１０に示されている。脱塩分別コラムの実施例４３０と上述の実施例の大きな違いは、装置の熱交換／解離部３５０が、横にまたは水平方向に配置されるか、または水和物生成区画３３６と熱除去区画３４６のそれぞれに対してずれていることである。水和物生成区画および熱除去区画は上述の実施例のものと類似する。
【００５１】
複数の異なる作用ガスがこの構成に使用できる。Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２Ｓ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、ＣＨ４、ＣＯ２などの軽い分子重量であるガスは、異なる圧力‐温度条件下において全て水和物を生成する。それぞれの異なる水和物生成ガスシステムは、装置に使用される特定のガスに合うように調整された特有のデザインの水和物コラムを必要とするが、淡水を抽出するための水和物生成の原理は同じである。加えて、主体となる水和物生成ガスに少量の添加物ガス（複数のガス）を添加することによって水和物安定領域は拡大し、同様にメタン水和物安定領域も高濃度な炭化水素とメタンを混合することによって拡大する。
【００５２】
複数の異なるガスが水和物脱塩に使用される陰性の浮揚性水和物を生成するが、海水より通常低い浮揚性である水和物を使用する脱塩システムについて必要とされまた熟慮されるデザインを示すために、ここでは、二酸化炭素とそれを使用する脱塩コラムについて説明する。二酸化炭素（または主として二酸化炭素を含むガス混合物、本明細書内では簡素化するために単に「二酸化炭素」と言及する）は、複数の理由から使用するには理想的なガスである。特に、二酸化炭素は水和物脱塩装置内で直面する物理的また熱的条件下で燃焼することがなく、したがって事実上災害とは無縁である。二酸化炭素水和物は、浅い深度でメタン水和物（メタン水和物を含む同じような混合ガス）より安定する。比較的高濃度に溶解していても、二酸化炭素は、人間が摂取しても安全であり、また味または臭いに対して（Ｈ２Ｓ水和物の場合より）不快になることはない。（事実として、多くの二酸化炭素を含ませるために二酸化炭素を使用して生成された淡水が生産され、それによりソーダ水が供給される。このソーダ水は、有名なブランド品に類似であるが、脱塩処理の間に除去されず残った塩に比例して自然に生じた海水のミネラルが多く含まれるという少なくとも一つの重要な点において異なる。）二酸化炭素水和物は、メタンに似て無味無臭である。二酸化炭素水和物の生成および二酸化炭素水和物の挙動についての実海洋の挙動を明らかに証明する最新の実験的情報は多数ある。二酸化炭素は、非常に一般的であり、また位置的にほとんどの場所で生産することができ、さらに工業的廃棄物、特に化石燃料が燃焼する際に産出される排気ガスとして一般に扱われる。（メタンまたはメタン混合物に比べ二酸化炭素を使用する更なる利点は、二酸化炭素水和物の融解熱は高いため、残留水をメタンまたはメタン混合ガスより素早く暖める。それによって誘発した熱バイアスが大きくなり、システムはより効率的に稼動する。）
【００５３】
脱塩分別コラムのデザインおよびエンジニアリングは、使用される特定のガスの相特性に基づいてある程度決定される。図１１に示すように、例えば二酸化炭素水和物の安定領域が二酸化炭素状態図に重ね合わされている。図の影部分は、二酸化炭素水和物（二酸化炭素ガスより生成された）が、上の圧力限界である約１８大気圧（０℃以上）から約４０大気圧（約８℃以上）で安定することを示している。二酸化炭素自体の場合、液相線は、約３７大気圧（０℃以上）から約４０大気圧（８℃以上）へ伸びている。液相線の上では、二酸化炭素はガス状である。液相線より下では、二酸化炭素は液体へ自発的に圧縮する。
【００５４】
したがって、システムは、作用ガスとして二酸化炭素ガスが使用されると仮定し、二酸化炭素が、周囲の温度で、また二酸化炭素液相線より上にかつ水の凝固点より上にある二酸化炭素水和物安定域部からなる作用領域４５０の範囲内である圧力でコラムの水和物生成部に注入されるように構成される。この配列の実質的結果として、作用ガスとして二酸化炭素が使用される水深の範囲は相対的に小さくまた比較的浅い。したがって、相対的に浅い陸地に装置は構成でき、構造物の複雑性と費用は減少する。
【００５５】
上述の実施例と類似して、二酸化炭素（または所望される陰性の浮揚性である水和物を生成するガス）は、水和物生成区画３３６のベース近傍（例えば３５２）に注入され、熱交換／解離部３５０を通過することにより、および／または３５４の「人工的」冷却により冷やされた供給海水または入力海水と混合される。水和物の生成が不完全である場合、二酸化炭素水和物は浮上し、それによって複雑な水和物ガス網状組織が生成される。この状態は、ガスが比較的大きな泡状態で急速に注入された場合に起こる。二酸化炭素水和物は、二酸化炭素ガスの泡を周囲の海水から隔離し、それによって、更なる水和物の生成が妨げられる。ガス状／液状二酸化炭素と水和物が組み合うと陽性の浮揚性となり、水和物自体が陰性の浮揚性（すなわち、海水より比重が大きくなる）であっても、それらは３５６のように浮上する。加えて、多くの泡が破裂し新たな水和物シェル（ｓｈｅｌｌ）が形成される。水和物シェルは、支配的なガスの泡と共に新たな二酸化炭素水和物リム（ｒｉｍ）を形成する。その水和物リムは、固体状水和物粒子に付着する傾向がある二酸化炭素ガスによって上昇を補助される。
【００５６】
システムは、十分に暖かく低密度で「流動」を形成する残留流体と関連する水和物を可能な限り多く生成するように、また熱抽出区画３４６の残留海水を除去することによって熱抽出が行われるようにデザインされる。システムはさらに、液体またはガスを、連続的というよりはむしろ群発する時系列で急速注入できる能力を有する。それは、上述のように全てのガスが水和物を生成するわけではなく、水和物生成が不完全なものになるようにしている。したがって、陽性の浮揚性水和物が基になる上述のシステムなどの完全な水和物生成ガスシステムよりも、陰性の浮揚性水和物が基になるシステムのほうが大量のガスを必要とする。
【００５７】
陽性の浮揚性水和物が基になるシステムの実施例のように、陰性の浮揚性（浮揚を補助される）水和物の生成は発熱する。したがって、水和物が生成される際に発生した熱は、周囲の残留海水を暖める。それによって、残留した海水は、コラムの低部に入力される冷却された海水より浮揚性を有する。そのため、残留海水は新たな水和物と共に浮上し、より比重が高い海水が３６０から分別コラムのベースに供給される。
【００５８】
周囲にあった残留海水の上昇移動は、それの上昇源である上昇を補助されている浮揚性水和物の上昇運動と共に行われ、それに関する特定の運動量を有する。これによって、水和物は、コラムを介して横方向領域３６２に達するまで上方向に運ばれる。水和物／残留海水スラリは、水和物生成区画３３６および熱除去区画３４６に対して水平方向または横方向に進路を変え、解離／熱除去区画３５０に進む。そこで水和物の泡が破裂し又は割れ、その中に含まれていた二酸化炭素が放出されることにより水和物は浮揚性を失うが、その水和物の多くは、上述の運動量により上昇し続けコラム３５０の熱交換／解離領域内全体に移動する。水和物は、熱交換／解離部３５０内で運動量を失うと、それにより沈殿してガスと淡水とに解離する。水和物から分離した残留海水については、下でより詳しく記す。
【００５９】
水和物は、ガスを混入していない固形塊を形成し、最も低い部分であるコラムの貯水領域３６４に沈降する。凝縮された塩水は沈降し、貯水領域３６４に沈殿する。沈んだ水和物と凝縮された残留塩水は、３６５からポンプにより貯水領域の外に送り出され、適切に構成された分離手段３６６により分離される。不要な塩性水３６８は適切に廃棄され、沈んだ水和物からなるスラリはポンプにより３７０で示された上方向へと送り出され、熱交換／解離チャンバ３５０に、例えば３７２のように吐出される。そこで水和物はガスと淡水とに解離する。
【００６０】
解離／熱交換チャンバ３５０内の水和物は、コラムの横方向部３６２を介してチャンバに送られたものまたは運ばれたものか、またはポンプにより脱塩分別コラム３６４の貯水領域から送出されたものであり、淡水と水和物生成ガスとに解離する。
【００６１】
塩性水から淡水の分離を促進するために、可能な限り水和物を解離／熱交換チャンバ３５０の上部へ移動するように促進する必要があり、大量の水和物が解離し終えるまで、可能な限り解離／熱交換チャンバ３５０の高い位置に水和物を保持しする必要があり、また、解離により生じた水とそれによってより塩性になった残留水との混合を最小限に抑えて維持する必要がある。これらの目的を促進する解離／熱交換チャンバの構成が図９および図１０に示されている。
【００６２】
特に、補助された浮揚性水和物スラリは、脱塩分別コラムを介して上昇し、横方向部３６２で横方向に進路を変更した後、図９に概略的に示すように３６０からチャンバに入る。さらに、ポンプにより貯水領域から送り出された水和物スラリは、３７２から解離チャンバに注入され、特定の流体を分離するデバイス内に置かれる。解離／熱交換チャンバは、複数の傾斜分離棚３８０により構成され、その棚はチャンバの一側から他側へ、同様にチャンバの一端から他端へと伸びている。棚の傾斜特性によって、それぞれの棚の間を、比重が高い塩性水は沈降し、それより低い淡水は上昇する。それによって、塩性水と淡水との濁度および混合は最小限に抑えられる。分離棚３８０は、チャンバの一側から他側へ、チャンバの一端から他端へと下方向に傾くことにより傾斜される。分離棚は、通過孔３８２を有する。これにより比重が高い塩性水は、水和物が淡水とガスとに解離するに従い、システム内に沈降し、比重が低い淡水はシステム内のチャンバ上部へ上昇する。
【００６３】
陽性の浮揚性水和物の実施例と関連して、上述の暖められた残留水の除去によって生じた冷却バイアスにより冷やされた淡水は、３８４から取り出され、携帯用飲料水と冷却として使用される。「灰色」水と塩性残留物は３８６および３８８により熱交換／解離チャンバ３５０の低部から除去され、上述の陽性の浮揚性水和物実施例のように処理される。例えば、灰色水は飲料用または工業アプリケーションとして使用され、塩性残留物は脱塩分別コラムのベースに入れられ、再び利用される。
【００６４】
ガス状の二酸化炭素の代わりとして、液状二酸化炭素が補助される浮揚性水和物の生成ガスとして使用される。淡水分離する水和物生成に適する比較的浅い深度では、液状二酸化炭素は、海水より高い浮揚性を有する（ガス状の二酸化炭素の浮揚性ほどではない）。海水へ効果的に液状二酸化炭素を注入することによって、その結果、水和物と液状二酸化炭素からなる陽性の浮揚性網状組織が形成される。網状組織塊が、即時に全体にわたって生成され、自発的に上昇する。ガス状二酸化炭素と二酸化炭素水和物により生成された水和物網状組織と本質的には同様に作用する。
【００６５】
（ガス状二酸化炭素より優れた液状二酸化炭素の利点は、二酸化炭素が圧縮されると、その圧縮された二酸化炭素は新たな圧縮なしでより深い深度へ移送できるという事実に由来する。したがって、液状二酸化炭素を５００ｍまたはそれ以上の深度（液相線よりかなり下）に注入することが、この深さに必要な直列ポンプなしで可能になる。その上、より深い（すなわち、より高圧な）ところに液状二酸化炭素を注入することにより、急速な水和物結晶の結晶化およびその成長が促進される。）
【００６６】
液状二酸化炭素が補助される浮揚性水和物を生成するために使用される場合、その解離は比較的激しく起こる。理由として、網状組織に閉じ込められた水和物でない液状二酸化炭素は、混合が液相線より上で生じた場合に大量のガスを生み出す。したがって、（二酸化炭素液相線より上で生じた）水和物の解離により放出された二酸化炭素ガスに加えて、液状二酸化炭素がガス状二酸化炭素に転化することにより生じた余分なガスは、かなりの大きな乱流と混合を生じさせるポテンシャルを有する。それゆえに、水和物の流れは制御され、解離区画に入る。一方、水和物は、解離を十分に妨げるために水和物安定領域内にある。一方、残留間質性塩性水はスラリ内に存在する。
【００６７】
加えて、二酸化炭素の液体が補助される浮揚性水和物の生成に使用される場合、水和物が液相線圧力深度より上で生成されると、残留流体が液体状態からガス状に変化するため注意すべきである。一方、水和物は安定状態のままである。これによって、水和物物が最終的に解離する時の乱流および混合が減少する。
【００６８】
水和物がガス安定領域、また次に二酸化炭素水和物状態図（図１１）の解離領域内に上昇する前に、残留塩性水を淡水に取替えるのが理想である。これは、複数の残留水区画と複数の間質性水除去区画との間に交互に配置された、図１２に示すような複数の水注入点を使用することによって達成される。言い換えると、（図２の）流体除去区画４４は、図３または図４どちらかで示すように構成された流体除去小区画４１４と淡水注入小区画４１２が交互に順列して構成されている。間質性塩性流体の除去の利点には付加的な熱の除去も含まれる。流体の取換えによってスラリが洗浄され（すなわち、汚染物質または付着イオンまたは水和物結晶の表面を材料とする粒子の除去）、水和物スラリから塩性間質性水が直接除去され、また水和物生成処理によって生じたオリジナルの塩性間質性流体が希釈または置換される。
【００６９】
液状二酸化炭素と二酸化炭素水和物からなるスラリ混合物、同様に淡水浄化に使用される水和物のために、間質性水の洗浄を強く勧める。理由として、液状二酸化炭素からガス状二酸化炭素への転化に起因する乱流と混合をできる限り最小限に抑えるためである。スラリを洗浄してそこから間質性流体を押し流すことによって、陽性の浮揚性水和物を基とするシステムまたは補助される水和物を基とするシステムは恩恵を受ける。特に、解離セクションから水和物スラリに冷水（淡水または灰色水のどちらか）が注入されることにより、水和物から付加的な熱が除去され、それと同時に水和物スラリから塩介存性水が押し流される。その上、残留水に対する複数のフラッシングにより多くの淡水の生産が保証される。
【００７０】
陰性の浮揚性水和物を利用するように構成されまた、水和物と残留海水との分離を促進する脱塩分別「コラム」の他の実施例５３０が図１３および図１４に示されている。この「コラム」は非対象のＵ字型設備から構成される。Ｕ字型設備は、この設備の主体である海水入力導管４３２、水和物生成／貯水領域４３４、残留海水上昇導管４３６から構成される。先の実施例のように、海水入力導管は、本実施例において、特に水和物「集水溝」として構成されている解離／熱交換領域４３８を通過する。先の実施例のように、入力水は、入力海水を解離する水和物と熱交換させて、それによって該海水を冷却する解離／熱交換集水溝４３８を通過する。
【００７１】
入力海水は、ポンプによりコラムのベース４４０へ送り込まれ、水和物生成／貯水量域４３４に入る前にＬ字部４４２を介して斜め上に流れる。陰性の浮揚性水和物を生成する液体またはガスが、水和物生成／貯水領域４４４内の入力海水に注入される。（特定のガスを液化させる手段９４５が設けられる。残留流体は、液化処理に冷却を行うために熱交換機４５７内で使用される。）ガスまたは液体の注入は、水和物生成を完了させるために（先述の補助される浮揚性の実施例の場合のような不完全なものとは異なり）、すなわち全てのガスが水和物生成に使用されるように制御される。陰性の浮揚性水和物は、貯水領域４３４の底に沈殿する。水和物が沈殿するにつれて、水和物生成の際に発散された熱によって暖められた残留海水は移動する。残留海水は、それにより残留流体上昇導管４３６を介して浮上し、前述の実施例にように熱を除去してシステム内に冷却バイアスを形成するために、ポンプによってシステムの外に送出される。
【００７２】
水和物の生成速度および沈殿の速度は、粒子物が支持される位置へ水和物が「集まる」ように制御される。振動するトレイなどの機械的装置が、水和物―残留流体チャンバ４３４の沈殿部の傾斜床４３９上に配置されている。これにより水和物は濃縮され、留まる残留水は最小限にされる。それによって、スラリ状である水和物は、スラリポンプ送出導管４４６を介して貯水領域のベースから上にある解離／熱交換集水溝４３８にポンプにより素早く送出される。水和物スラリは、先述の実施例における陽性の浮揚性水和物の上昇速度より通常速い速度で解離／熱交換集水溝へポンプにより送り込まれる。水和物が生成領域（水和物が最大に安定する領域）から解離領域（水和物が最小に安定する領域）へ移動するのに必要な時間を減少させることによって、集水溝の相対的に高い位置で解離する水和物の割合はより大きくなる。これによって、淡水と残留水からなる混合物の量は減少し、回収される淡水の割合は相対的に増加する。
【００７３】
ポンプにより解離／熱交換溝に到達した水和物スラリは、粒子間塩性水に存在したときより少し大きく凝縮された形状である。塩性水を下方に分離し、淡水を上方に分離するように注意する。それによって、それらの混合が最小限になる。これは、スラリホルダと流体セパレータタンクを解離／熱交換チャンバ４３８の上部に配置することによって達成される。これによって、陰性の浮揚性水和物の解離が起こる。塩性水は、淡水と混合することなく、スラリホルダと流体セパレータタンクが配置されている解離チャンバ４３８の低部に移送されそこに集まる。
【００７４】
好適なスラリホルダおよび流体セパレータは、上方からの水和物スラリを受けるために、上方向に向いた広い開口を有するタンクまたは複数のタンク４５０（図１４）を固定することにより構成される。それぞれのタンクは、水和物スラリ移送システムから届いた陰性の浮揚性水和物を保持し、水和物スラリが解離チャンバ４３８のベースに向かって沈降するのを阻止する。水和物スラリは、粒状水和物を拡散させるようにデザインされたベーンまたは回転式ベーン４６８からなる複数の水和物セパレータにパイプ４４８により送られる。陰性の浮揚性水和物は拡散し、タンク内のスクリーン棚４７０に落下する。これにより塩性水は、入力水が循環する中間冷却システム４７４のベースにあるスクリーン棚４７４を介して沈降する。該システム４７４は、入力水の熱を解離する水和物に移動させ、それによって冷えた水を処理するために下方へ供給する。
【００７５】
残留水を移送する複数のパイプ４７５が、スラリを保持するタンクのベースから下方向に伸ばされている。それによって、重い塩性水は、これらのパイプ近傍の水を乱すことなく槽のベースに流れる。したがって、淡水―塩性水界面がスラリ保持タンクの下の槽に位置する場合、入力されたそれぞれの水和物スラリと、そこから物理的分離によって取り除かれる残留水との混合が生じない。淡水と塩性水間の主要な界面４７７（点線）は、解離／熱交換チャンバ４３８の低部にほぼ位置する。そこで、塩性水は淡水の比重と異なるため、淡水の下に自然に集まる。塩性水は、チャンバ４８０のベースから除去され、また灰色水は４８２から除去される。
【００７６】
複数のスラリ保持タンクが、所定の解離／熱交換チャンバ内に配置されている。そこで、水和物スラリは、一つのタンクの詰まりまたは凍結を阻止できる速さで流れる。解離／熱交換チャンバから出る入力水の温度を最小にするために、循環する入力水は、まず一つのスラリ保持タンクを通過して次に他のタンクを通過する。
【００７７】
全ての流体が、自然の浮揚性に係る、または分別の処理を介するそれぞれの位置に存在する。槽内にある全て内部管は、廉価なプラスチックまたは他の材料により製造することが可能である。流体分離の本手段は、更に、図８に示される補助される浮揚性水和物がポンプによって貯水領域から送出される実施例の解離／熱交換区画に設置されている。
【００７８】
水和物が沈殿するまたは上方向に遅く移動することなく、定期的な水和物送出を可能にするために、スラリ送出導管４４６は種々の大きさであるパイプから構成されるのがよい。そのような種々の大きさであるパイプは、スラリ送出導管４４６内に可撓性スリーブを挿入することによって比較的簡単に製作することができ、ライナ内の圧力が下がった場合に周囲に流体が溢れ出る。
【００７９】
水和物生成液またはガスの注入点４４４が、コラム４４０のベースの上部に配置されている。この理由として、不完全な水和物生成の結果において（結果として補助される浮揚性水和物が生成される）、過剰なガスは、流体上昇導管４３６を上昇する水和物（補助される浮揚性水和物と共に）を生成しない。（ごく少量の水和物がガスと共に残留流体上昇導管４３６を上方向に逃れ、該水和物は解離する前に残留上昇区画に達する。それにより、大量の淡水が少量の該水和物の移動によって損なわれる。この淡水を元に戻すのは不可能であり、したがって、残留流体上昇導管４３６と解離／熱交換集水溝４３８は結合されていない。）
【００８０】
この実施例特有の運転に関して、圧縮機などによる流体速度制御が、残留流体上昇導管４３６から取り除かれる固体状水和物を十分低い位置に保持するシステムを介する流体の流体の速度を維持するために使用される。さらに、水和物生成／貯水領域４３４、同様に残留流体上昇導管の低部のデザインは、残留流体から水和物が完全に分離することを促進するデザインがされている。したがって、水和物生成／貯水領域４３４は、残留流体に横方向の運動をあたえるために、同様にそれについて上方向の運動を与えるようにデザインされている。これにより水和物／残留流体混合物は、比較的小さい上方向分力を伴いながら最初のうちは移動する。それによって水和物の沈殿は促進される。これらは、比較的混濁する流体移動を垂直に方向付け、また貧弱な沈殿特性および分離特性を有する前述の実施例とは異なる。
【００８１】
ここまで記載されてきた実施例は、コラムの水の重量によって水和物生成に必要とされる圧力が発生する。これらの実施例において、水和物が安定する最小圧力深度は、１大気圧である海面よりはるかに深い。さらに、水和物は相対的に高圧で解離し始める。
【００８２】
水和物から放出された淡水を集めるために、また、コラムの上部（地上レベル、周囲圧力は１大気圧）にあるガスよりむしろ、解離が起きた分別コラムの領域にある放出されたガスを捕らえるために、種々の上述実施例の一つが改良される。それにより特定の利点が生じる。特に、比較的大量の水和物生成ガスおよびガス混合物が、大量の水を脱塩するために必要とされる。そのため、ガスが、高圧で維持された状態（例えば、水和物が解離し始める圧力）で、捕られ、次に再注入のために処理され、そして貯えられる場合、処理しなければならないガスの量は、ガスが地上へ上昇しまた圧力が大気圧へ降下するに従ってガスが全体に渡って拡がる場合の量に比べて、非常に少なくなる。加えて、水和物生成ガスが加圧された状態で維持される場合、その圧力を、水和物生成区画への注入に必要な圧力に上昇させるためのガスの再圧縮がかなり少なくなり、それにより費用が下がる。
【００８３】
高圧を維持するために、解離、ガス捕獲、ガス処理が制御されている好適な実施例６００が図１５に示されている。この実施例において、物理的な障壁６１０が分別コラムを横切って広がり、水和物スラリの上昇移動をブロックする。障壁６１０の位置は、使用される特定の水和物生成物質の安定限界によって異なるが、水和物安定領域よりは上にある（すなわち、低圧力―深度の位置）。水和物が解離するにつれ、放出されたガスはトラップ６２０でポケットを形成し、ガス回収／処理システム６２６に入る。その間の圧力深度は、地上気圧の１大気圧に比べかなり高い。（ガス処理システム６２６は、特定のガスを液状化する手段を有する。）ガスは処理され、６２９から水和物生成区画６２８に再び注入される。これは、ガスシステムがかなりの高圧力で維持されることを除いて、先述の実施例と同様の手法によって行われる。
【００８４】
水和物解離セクション６３０は、使用される特定の水和物生成ガスによって決定された特定の深度へ下方向に伸びている。水和物の解離は制御された高圧下で行われるため、解離反応は、上述の実施例に比べ遅く進行する。それゆえ、解離／熱交換区画（先の実施例と関連して説明のような）にある熱交換器６３２は、特定の遅い反応速度に適応するように設計されている。入力水６３４は、熱交換器６３２内の解離／熱交換区画を通過し、先述の実施例のように６３６から脱塩分別コラムのベースに注入される。
【００８５】
一つまたはそれ以上の淡水バイパス管６４０が、淡水／塩性水界面６４４の上に位置し、且つ水和物安定領域の上境界６４８の下に位置するポイント６４１で解離領域に連絡されている。管６４０は、遮蔽されている、そうでない場合は、水和物が管に入らないように阻止する構成がされている。それによって、水和物から放出された淡水は、淡水蓄積領域６６６に運ばれる。灰色水用戻り管６５０によって、比重が高く塩性である灰色水は淡水／塩性水界面６４４の下の塩性流体へ流れる。それより高塩性な残留水および／または陰性の浮揚性水和物は、貯水領域６５４から引き出され、上述の実施例のように６５８で処理または除去される。出力淡水のその多くは、上述（図示せず）のように間質性塩性水を洗浄する目的のために流体除去区画へ戻され、淡水蓄積領域６６６の上部近傍にありまた物理的障壁６１０の十分上にある６６６から流出される。
【００８６】
物理的障壁６１０、淡水用戻り管６４０、灰色水用戻り管６５０、解離／熱交換区画６３０の熱交換器は、それぞれ位置を変更できるように構成され、それによって、異なる水和物生成液またはガス混合物が同装置で使用できる。物理的障壁６１０と熱交換器は垂直方向に調節可能である。一方、バイパス管でありまた戻り管である管６４０、６５０の一連は、適切な流入弁と流出弁が設けられまたそれらを使用することにより遠隔操作で開閉される異なる入口位置を備える。この方法によって、ある水和物生成物質から他の水和物生成物質への交換が非常に素早くできまた行い易くなる。
【００８７】
安定した圧力下で水和物生成ガスを保持し、また再注入される水和物生成ガスを完全に処理することによって、運転の効率化が大幅に達成される。水和物の生成に必要な場所から淡水が水和物から放出される場所までの間にあるガスまたは液体の圧力変動が、最小限になるように維持されている。これによって、ポンプ処理に関するエネルギ損失が最小になる。このポンプ処理によって解離／熱交換区画の上から捕らえられた水和物生成ガスは、装置のベースにある水和物生成区画に送り戻される。特に、事実として、パーセンテージで言うと、水圧コラム（上述の実施例などの）内の圧力変化は、コラムの上部で最大となる。その上、処理されるガスの量（それに応じてガス処理装置およびガス処理施設の規模も）が、かなり減少する。
【００８８】
図１５に示した構成の代案（図示せず）は、脱塩分別コラムの上部がシールされまた水圧貯水塔を用いて加圧されている。それによって、地上近傍にある装置内の圧力と貯水塔の圧力高度が等しくなる。貯水塔は高建造物（脱塩設備近傍にあり隣接するビルなど）内に実装され、地上レベルにある解離／熱交換区画の最上部内は比較的高圧になる。
【００８９】
本発明の更なる実施例において、水は自給式であり機械的に加圧されている槽内で脱塩されるまたは浄化される。該実施例は複数の異なる利点を有する。利点には、設備が局所的条件、格納施設の制約、淡水の必要条件に適する大きさおよび形状に変更できるという事実が含まれる。その上、上述の実施例は、比較的に大規模であるために固定されるのに対し、耐久性があり、また自給式である加圧されている本実施例は、その構造および設置位置に関して本質的に暫定的である。加圧された個々の設備は、比較的小さいスペースで使用可能であり、小量ではあるが効率よく淡水を生産する。該装置は、中央製造施設で製造され、現場造成が最小となる局所的な場所に設置される。該場所として、ビルまたは船もしくは他の移動プラットフォームがある。
【００９０】
水から淡水を抽出するために陽性の浮揚性水和物を使用するように構成された機械的に加圧されている設備が図１６に示されている。入力水は、ポンプ７０４により送られ、入力圧力から作動システム圧力に加圧される。水は、水入口７１１から加圧された水和物生成／分離槽７１０に入り、適切な陽性の浮揚性水和物生成物質が注入点７１２から注入される。（特定のガスを液化する手段７１３が脱塩処理に好適な位置に設けられている。）陽性の浮揚性水和物７１４が自発的に形成され、前述の実施例のように残留水を介して、該水和物が集まり凝縮する槽７１０の上部へ上昇する。
【００９１】
その後、浮揚性水和物スラリは、移送／洗浄区画７２０に収容され、次に解離／熱交換槽７２２に収容される。（水和物スラリの流れは、弁７３４により規制される。）水和物が移送／洗浄区画７２０にある間に、淡水出口７２８から引出された淡水を使用することによって、水和物内に残留した間質性塩性流体が洗浄される。洗浄の回数は分別を介する分離効率（ガスおよびガス混合物が異なると変更される）および結晶率の性質によって異なるが、一回以上の洗浄サイクルが行われることによって残留流体は完全に洗い流される。本ケースでは洗浄は必要でない。
【００９２】
水和物生成／分離槽７１０内および解離／熱交換槽７２２内の圧力は、圧力バランス維持システム７３２（それぞれの槽に一つずつある）により維持されている。一つの槽から他の槽への流体の移動は、圧力を変化させる、また直列弁７３４を使用することによって制御される。システム７３２それぞれは、圧力ポンプ７３３と、それぞれの槽内の圧力を上昇させるまた下降させるダイヤフラムまたはガス−液界面７３６とを有する。槽内の圧力は、水和物が最終的に解離槽７２２の上部に集まり凝縮されるまで、安定状態でいるように制御されている。この理由として、早すぎる解離は相当な量のガスを放出し、それにより望ましくない混濁が生じるためである。その上、解離槽の圧力状態は、流体―ガス混合物内の乱流を最小限に抑えるように、また、塩性水と淡水との効率的な分離を促進するように制御されている。
【００９３】
解離／熱交換槽７２２は、複数の異なる水処理チャンバ内にある複数のリンクされた熱交換デバイスによって構成されている。実際の大きさ、処理量等はシステム全体の生産速度に依存する。その生産速度は、流入水の温度、水和物を形成するために使用される特定の液またはガス若しくはガス混合物、システムから除去される熱の速度等に依存する。水和物生成ガスの分別、凝縮、分離、乾燥、再利用は、前述の実施例と同じ方法で行われる。加えて、水和物生成ガスの液化によって発生した熱は、残留水または塩性水を有する熱交換器を使用することによって吸収または除去される。
【００９４】
機械による加圧処理は、本質的に前述の実施例に比べて連続的でなくまた、本質的にバッチ処理である。このシステムの圧力は、前述の実施例の圧力変動をシミュレートするために制御されている。処理される水は、加圧されてまた装置に注入される。水和物生成速度および解離反応速度を制御するために、圧力は上昇されるまた降下される。
【００９５】
機械的に加圧されている実施例は、水和物生成最適圧を設けるために、また解離速度を制御するために圧力が制御されるという増加した汎用性を提供する。その上、異なる液、ガス、ガス混合物が同装置内で使用可能となり、同じ水が異なる液、ガス、ガス混合物を使用することによって一回以上処理される。
【００９６】
機械的に加圧された実施例８００は、処理された水から淡水を抽出するために陰性の浮揚性水和物を利用する実施例であり、それが図１７に示されている。入力水は、ポンプ８０４によって、入力圧力からシステム運転圧力へ加圧され、加圧された水和物生成／分離槽８１０に送られる。適切な陰性の浮揚性水和物を生成するガスが、注入点８１２から注入される。（特定のガスを液化する手段８１３が設けられている。）陰性の浮揚性水和物８１４が自発的に生成され、前述の陰性の浮揚性水和物実施例に記載されたように残留水を介して沈降し、ゲート式貯水隔離区画８１６に集められ凝縮される。該ゲート式貯水隔離区画は、それを通る水和物の流路を制御するために開けられまた閉じられる。
【００９７】
前述の機械的に加圧された実施例のように、システムの圧力は、圧力バランス維持システム８３２（それぞれの槽に一つある）により維持され、流体の移動は、システムのコンパートメントの圧力を変化させることによって制御される。圧力ポンプ８３０とダイヤフラムまたはガス−流体界面８３６は、独立したそれぞれの槽内の圧力を上昇させるためにまた降下させるために使用される。
【００９８】
水和物スラリは、移送／洗浄区画８２０を通過して解離／熱交換槽８２２に向かうに従い、淡水出口８２８から引出された淡水によって水和物スラリから残留間質性塩性流体が洗い流される。それによって、解離前に水和物スラリから塩が除去される。
【００９９】
その後、水和物は、移送／洗浄区画８２０から下方向に流れ、水和物解離／熱交換槽８２２に入り解離する。そこで、淡水、灰色水、塩性水が除去される。入力水と解離する水和物スラリとの間の熱交換は、前述の実施例のように行われる。解離は、流体―ガス混合物内の乱流を最小限に抑えるために、また塩性水と淡水の効率的な分離を促進するために、制御された圧力の下で行われる。
【０１００】
スラリホルダ／流体分離タンク８６０が解離／熱交換槽８２２の上部に設けられ、その構成は、上述のもの、または、図１３および図１４のものと類似しているのが望ましい。タンク８６０は、残留塩性水を槽の底部に沈める導管を設けることによって、淡水と塩性水との混合を最小限に抑える。該導管は、低比重である淡水から塩性水を隔離する。
【０１０１】
機械的に加圧されている、陽性の浮揚性水和物を用いる実施例のように、解離／熱交換槽８２２は、複数の異なる水処理チャンバ内にある複数のリンクされた熱交換デバイスによって構成されている。実際の大きさ、処理等は生産速度によって異なり、該生産速度は流入水温度、水和物生成に使用される特定の液、ガス、ガス混合物、システムから除去される熱の速度等によって異なる。水和物生成物質の分別、凝縮、分離、乾燥、再利用は、前述の実施例と同様の方法で行われる。
【０１０２】
他の実施例９００は、海水または汚水から淡水を抽出するために、陽性の浮揚性水和物かまたは陰性の浮揚性水和物のどちらかを使用することによって、より多くの汎用性を備える実施例であり、それが図１８に示されている。複数のポンプＰおよび直列弁９１４が、システム全体に渡って設けられている。運転は、使用される特定の水和物生成物質によって異なり、陽性の浮揚性水和物かまたは陰性の浮揚性水和物のどちらかを使用し加圧されている槽設備において説明したように行われる。
【０１０３】
この実施例は、供給されるガスまたはガス混合物の種類が不確定である場合に特に役立つ。この型の実施例は、災害救助、遠征先での軍事活動、有意な構造物の必要とせず一時的に淡水の供給が必要となる任意の場合において役立つ。この実施例は、陽性の浮揚性水和物および陰性の浮揚性水和物両者の性質全てを有する。機械的に加圧されている脱塩分別実施例は、残留塩性水を洗い流すために淡水出口９２８からの淡水９２６を使用する。処理される陽性の浮揚性水和物かまたは陰性の浮揚性水和物のどちらかを供給する複数の液体注入点またはガス注入点９０８が設けられている。特に、流体制御／洗浄ユニット９１６および水和物スラリ制御ユニット９１８内にある流体流れと水和物スラリとの流れを方向付けるために、複数のポンプユニットＰと複数の流体制御弁９１４が設けれている。ガス処理システム９４４は、回収された特定のガスまたガス混合物を液化する手段を有する。
【０１０４】
コラムの水の重量によって必要な圧力が生ずる上述の実施例のように、機械的に加圧された槽設備は、熱交換のために入力水が解離区画を通過することなくシステムへ供給されるように簡略化されている。そのため、人工的な冷却を更に設ける必要がある。しかし、運転は、陽性の浮揚性水和物の実施例が示された図１６および陰性の浮揚性水和物の実施例が示された図１７と同じである。この二つの実施例を組合せた加圧された装置が図１８に示されている。
【０１０５】
上述のように、本発明の機械的に加圧されている実施例は、非常に機動性がある。船に搭載される設備（図１９）において、例えば、取り扱われる水は前述の実施例のように処理されるが、設備そのものは前述のものより小さくまたコンパクトであり、船載（１０００）に適するよう構成されている。
【０１０６】
（二酸化炭素などの）液体またはガスから生成された陰性の浮揚性水和物は、このシステムの圧力下および温度下では不燃であり、特に、設備が配置される船内位置または可燃性ガスの処理により災害が起こる場所などの環境条件では好適である。
【０１０７】
船搭載の実施例において、水和物生成反応によって発生した熱は、直接海水にアクセスしている水和物生成／凝縮槽内の熱交換器によって抽出される。さらに熱は、水和物スラリ移送システム内の水和物スラリからも抽出される。この解離前の熱抽出によって、水和物解離による冷却効果が最大限に高まる。理由として、熱除去に加えて、残留した処理後の流体が除去されることにより、水和物スラリは他の方法に比べ低い温度で解離し始めるためである。したがって、生成された淡水は十分に冷却されている。この冷却水は熱を吸収するために使用され、それにより冷凍または空調が行われる。淡水は、前述の実施例のように処理され、暖められた残留水は低熱源（ほとんどがポンプにより海に戻されるが）として使用される。
【０１０８】
船に搭載する設備は、機械的に加圧して水和物を分別する脱塩方法が理想的である。この理由は、処理後の残留水を直接海へ戻すことができ、それにより熱除去処理効率が最大限に高まるためである。脱塩のための取水口は、船のキール１０１０の低部に配置するのが理想的であり、それによって、残留水が戻る場所と取水口は可能な限り分離される。またそれによって、海面に漂うまたは海面近くに高い割合で通常存在する石油生産物および多くの産業化学製品などの汚染物の取込が最小限に抑えられる。
【０１０９】
船の中に存在する、戻される流体は、複数の排出口１０２０を有する。該排出口によって、残留水は、取水口から十分に離れ暖められた水が漂う海面近傍へ戻される。加えて、船が航行している場合、その船の移動によってかなりの乱流が発生し、それにより残留水と海面近傍の水との混合が促進される。船が繋留されている場合、海に戻る残留水を最小限に抑えるために、海岸からの水が使用されるか、または、淡水がシステムを循環する。脱塩分別システムは最小レベル、すなわち、通常運転に必要な熱平衡に素早く達することができるレベルで運転される。船が停泊または別の方法により静止姿勢で維持されている場合、残留水は直接海へ戻される。環境への影響を最小限に抑えるために、利用される戻り排出口は、風および潮流を考慮して選択される。また、風および潮流によって、残留水は運ばれ、最も効率よく船から離される。
【０１１０】
類似のコンパクトな設備は、特定の場所へ空輸または簡単に流される、またトラックにより運ぶことが可能である。例えば地震などの災害が起こった場合、直ちに素早く組立られるように前もって同梱された構成部材により組立てられる。暫定的で移動式である設備の運転には、図１に示されたものと類似し、よりコンパクトな形態である取水口、排水口、ガス処理装置が使用される。これらは、特に軽量で、配置が容易であり、様々な条件下で運転できるようにデザインされている。さらに、動力発生ユニットまたは沿岸の動力船より電気を引込むのに適した電力ケーブル若しくは他の供給手段が、移動式装置の一部としてあり、それは、より大きい仮設備の一部でもある。
【０１１１】
加圧された槽である脱塩分別設備はまた、空輸および陸輸を容易にするために、飛行機に積荷されるまたは船に積荷される若しくは標準的な商業的運送コンテナ（荷役設備が世界中に存在する）内に積荷されるパレットに載せることが可能である。それらは、自動車に載せられるか、または埠頭に置かれ、また海水近傍または脱塩または浄化される他の水がある場所に据えられる。
【０１１２】
最終的に、海水が、加圧された槽である脱塩分別コラムおよび下流処理アプリケーションを介して所定回数循環されると、残留海水はポンプにより海へ戻され、またはこれを必要とする人に保有される。
【０１１３】
上述のように、水和物による脱塩または浄化に使用される二酸化炭素は、理想的なガスである。理由の一つとして、二酸化炭素は極めて一般的であり、事実、主として産業廃棄物の産出物、特に化石燃料燃焼時に発生する排気ガスから得られる。（大部分に関して、化石燃料燃焼時に発生する排気には通常、水蒸気、硫化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、酸化窒素（ＮＯＸ）が含まれ、燃焼せずに残った窒素がすすや粒子状廃棄物質と共に含まれる。）
【０１１４】
産業排気を水の脱塩または浄化のための二酸化炭素源として使用する場合、上記浄化処理は、例えば携帯用水を生産することを主要目的とし、または単に、廃棄物ガス排気から二酸化炭素を捕らえる手段とされる。単に二酸化炭素を捕らえる手段とされる場合、それは「温室ガス」およびそれに関する環境損害を減少させる目的として行われ、それに伴い側面的利益として淡水が生成される。これらのためには、特定のガス前処理設備を構成しなければならない。特に、産業廃棄ガスから二酸化炭素を同時に捕らえ、また脱塩されたまたは浄化された淡水を生産する設備１１００が図２０に示されている。工業プラント１１０４において化石燃料燃焼によって発生した排気ガス１１０２が、乾燥処理／前処理手段１１０５を介して供給される。未処理の排気ガスは、フィルタ、吸収剤、静電手段、化学的吸着技術、および／または炭素でない二酸化物成分のほとんどを除去する触媒を使用することによって前処理される。排気ガスはまた、二酸化炭素水和物を生成するために十分に冷却しなければならない。前処理手段１１０５は、上記冷却手段、例えば排気ガスが流れる場所を介する熱交換器手段１１０６を有する。
【０１１５】
排気ガスが水和物生成槽１１１１に導入される前に、排気ガスは洗浄／水和物生成プレチャンバ１１０８を通過する。プレチャンバ１１０８は、大量の水が満たされたチャンバであり加圧されている。プレチャンバ１１０８が十分に加圧されている場合、排気ガスは、硫化水素水和物が生成される圧力条件であるチャンバ内の水を通過する。図２１に示すように、硫化水素水和物が生成する圧力／温度条件は、二酸化炭素水和物の生成に必要とされる条件よりかなり上である。そのため、排気ガスの硫化水素成分の大部分は準備処理前に除去されず、プレチャンバ１１０８内で硫化水素水和物が生成することによって除去される。硫化水素成分の大部分は除去され、例えば固体水和物として洗い流される。
【０１１６】
プレチャンバ１１０８が適切に加圧され且つ排気ガスに硫化水素が存在する場合、排気ガスから洗浄された残留物は、煤、特に、燃焼した炭化水素、少量の金属、少量の塩、硫化水素水和物から生成される固形物で構成される。（固形物は非常に小さい割合で排気ガスに存在する。）硫化水素水和物が生成されると、その後、硫化水素水和物は硫化水素と水に解離する。それと共に、硫酸および水素、酸素、硫素からなる他の合成物が付随して生成される。またそれと同時に、当業者に公知の適切な手段を用いて処理する必要がある有害物質が凝縮された状態で構成されている固形廃棄物が残留する。
【０１１７】
硫化水素水和物の比重は、詳しく検査されてはいないが、１ｃｃあたり１．０５ｇと計算される。（１Ｍｐａで１ｃｃあたり１．００４ｇから１００Ｍｐａで１ｃｃあたり１．０８７ｇの間で測定され、計算されている。）したがって、硫化水素水和物の比重は、非常に淡水の比重に近い。それゆえ、プレチャンバ１１０８が水に満たされ、特に大量のガスがプレチャンバを介して急速に上昇している場合、硫化水素水和物は、プレチャンバ１１０８内の水から沈降分離しない。低濁度でありまたガスの泡が水槽を介して上昇している状態では、硫化水素水和物はプレチャンバ１１０８の水面近傍に上昇する傾向があり、そこに排気ガスの泡を介して該水和物が集まり、濃い水和物層が形成される。一方、プレチャンバ１１０８内の水を介して上昇する大量の排気ガスによって濁度が極度に高まり、それによって、硫化水素水和物の重力分別による自然分離の起こる可能性が低くなる。それゆえ、プレチャンバ１１０８が水に満たされている場合、プレチャンバを定期的に洗い流さなければならなく、連続性を原則とする処理の運転を妨げる。
【０１１８】
代わりに、プレチャンバ１１０８が加圧されまた大量のガスで満たされる場合（現実的には望ましい）、熱交換システム１１０７からの水を使用する噴霧器１１０９が排気ガスの洗浄および冷却に使用される。それによってその間、効率的に硫化水素水和物が生成する。水噴霧器はプレチャンバの下部を除いてプレチャンバ全体に満たされている。プレチャンバの下部は小滴の霧状態であり、その小滴は槽の底に落下する。（水は霧から気化し、続いて水和物生成槽１１１１に進み、この槽は単に淡水生成部となる。）固体物質および硫化水素水和物が生成し、これらは分離フィルタ１１１０によって、排気ガスを冷却することにより温められた洗浄水から分離される。（分離フィルタ１１１０は、洗浄水をフィルタ処理するために、上述実施例の加圧されまた水が満たされたプレチャンバ１１０８にも使用されている。）固形廃棄物は凝縮した有害物質からなり、有害物質は公知の手段に従って処理されなければならない。暖められた洗浄水は、熱交換システム１１０７に戻される。
【０１１９】
完全に前処理された排気ガス１１０２’は、運転圧力および運転温度条件下で水和物が自発的に生成するように、冷却器１１１３によって例えば、入力水を冷却する前述のような処理によって十分に冷却された後、水和物生成槽１１１１に進む。水和物生成槽１１１１は加圧され、また図１７に示された加圧された水和物生成槽と本質的に同様に構成される。また、陰性の浮揚性水和物が生じるよう構成されている場合、図１８に示された加圧された槽と本質的に同様に構成される。これら二つの実施例の場合、塩性水または汚水と二酸化炭素とを含む排気ガスが、水和物生成槽１１１１に導入される。圧力および温度条件が制御され、それによって、前述のように二酸化炭素水和物が生成される。（前述の実施例のように、これらの処理は、連続処理ではなく、バッチ処理を基本とする。）酸化窒素などの残留ガスは、システムから除去される。
【０１２０】
二酸化炭素水和物１１１２が、加圧された分離槽１１１４に移送される。分離槽１１１４は、図１７または図２０に示すように水和物生成槽１１１１の下に配置され、（図１８と同様に）水和物生成槽に隣接する。水和物分離槽１１１４が図２２に詳細に示されている。図１７および図１８に示された加圧された水和物分離槽とほぼ同じであるが、加熱要素１１１５が異なる。加熱要素１１１５は、システムの熱交換サブシステム１１０７の一部として構成されるのが望ましい。熱交換サブシステム１１０７は、槽から液体二酸化炭素を除去する付加的な排出口１１２０と共に設けられている。凝縮された二酸化炭素水和物スラリが前述のように槽１１１４内に導入される。この槽内への導入は、弁機構手段１１２２によって制御される。それによって、二酸化炭素水和物スラリは、バッチ処理を原則として導入される。（水和物解離槽内の圧力が水和物生成槽１１１１の圧力より大きくなるために必要とされる。）代わりとして、スラリ用直列ポンプが、下流部門の水和物解離槽内の高圧状態を維持するために使用される。水和物は、トレイ１１２４内のスクリーン１１１３によって槽１１１４の上部で保持され、ここで解離する。
【０１２１】
淡水（前実施例に関連して上述されたように）と液体二酸化炭素（ガス状二酸化炭素と対比して）を生成するために、槽１１１４内の温度および圧力状態を制御することによって、二酸化炭素水和物の解離は管理される。特に、図２３に示すように、水和物が分離槽１１１４内に導入される場合、水和物は、Ａ点近傍の水和物安定領域内の圧力および温度条件、すなわち水和物が安定状態である条件の下で導入される。（解離槽１１１４内の圧力は、空圧立管１１２６の手段によって制御される。空圧立管１１１６は、弁１１２８を使用することによって不活性ガスが流入される。）解離槽１１１４内の温度は、例えば周囲から熱を吸収することによって上昇するまたは、より好適には、熱交換器１１１５を介してシステムへ戻る熱排気ガスから除去された熱が能動的に加わることによって上昇する。代わりに、排気ガスが手段１１０６および１１０８内で前処理される前に、熱い状態である排気ガスが解離槽１１１４のまわりを導管（図示せず）を介して通ることによって、温度を上昇させてもよい。
【０１２２】
熱交換システムから入力された熱によって温度が上昇するに従い、システムはＰ−Ｔ線１１３０に沿って右に移動し、水和物が二酸化炭素ガスと淡水とに解離する点で相境界１１３２と交差する。これは、槽がシールされているためである。一方、水和物が解離し続け、同様に、圧力およびそれに対する温度も上昇し続ける。温度および圧力が上昇するに従い、システムはＰ−Ｔ線１１３０に沿って右方向に移動する。圧力はＰ―Ｔ曲線１１３０に沿って十分な速度で上昇し、システムは二酸化炭素液相線の下へ横切る。二酸化炭素ガスは、図示された点Ｂで二酸化炭素液体に転化する。（点Ｂは、解離が完了するシステム温度／圧力の例を表している。正確な条件は、水和物解離槽内の最終圧力／温度条件が液体二酸化炭素安定領域内に確実にあれば、重要とされない。）運転中、システムは、状態図の二酸化炭素がガス状で存在する部分を比較的素早く通過する。これらの例において、水和物は、すぐに二酸化炭素液体と淡水に本質的に解離する。
【０１２３】
代わりに、ガス弁１１２８を使用することによって解離槽１１１４の圧力を制御することにより、圧力は、二酸化炭素が気相に入ることができない十分な速さで上昇する。システムは、Ｐ−Ｔ曲線１１３０’に沿って低部にある水和物安定領域１１３２を介して移動し、すぐに液体二酸化炭素／水領域１１３４に入る。いずれにしても、液体二酸化炭素と淡水は本質的に即時に生成される。
【０１２４】
酸化窒素、窒素などの水和物を生成しない排気ガスの構成成分は、液体二酸化炭素と水がシステムから除去される毎に、弁制御型パージシステム１１５０を介してシステムから放出される。
【０１２５】
（更なる他の好適でない代替案について、システム内の圧力がこれら二つの実施例における圧力より高くならないように制御される場合、液体二酸化炭素の代わりにガス状二酸化炭素が放出される。この場合、ガス状二酸化炭素は、槽内のガス圧が相対的に高い状態で水和物解離槽１１１４から放出される。しかし、槽内の圧力は、水和物安定に必要とされる圧力（例えば、２００〜３００大気圧）よりは下である。ガス状二酸化炭素は、工業的に標準的な装置また方法を使用することによって相対的に低温で液体二酸化炭素に圧縮される。すでに加圧されたガス状態から液体状態に、加圧された二酸化炭素を圧縮することはさらに簡単である。このため、ガス状二酸化炭素をほぼ通常大気圧である状態から液体二酸化炭素へ圧縮する場合に比べて費用がかからない。）
【０１２６】
図２４に示すように、解離終了点Ｂの圧力および温度条件において、液体二酸化炭素は、二酸化炭素水和物の解離から生じた淡水に対して陽性の浮揚性となる。その上、液体二酸化炭素および淡水は本質的に非混合性である。したがって、液体二酸化炭素は、水和物から放出された淡水の上部、二つの間にある界面１１５２上に浮かぶ。淡水は、弁制御型排出口１１５４によって抽出される。液体二酸化炭素は、弁制御型排出口１１２０によって抽出される。淡水は、溶解した二酸化炭素と共に飽和状態になり、圧力下で回収される液体二酸化炭素の微小液滴を含む。淡水は、任意の所望の目的、例えば、飲料水に使用される。二酸化炭素は、二酸化炭素液体が生成される位置から完全に離れて移送され、種々の既存である商業的アプリケーションに使用されるか、または廃棄（例えば、深海に隔離するためにポンプにより送り出される）される。残留した塩水は、システムの極めて底部に沈殿し、前述のように弁制御型排出口１１５６を介して抽出され、そして廃棄される。二酸化炭素および水が本質的に非混合性である場合、導管１１５８は、高比重である淡水を低比重である液体二酸化炭素の下へ移送するように配置され、二酸化炭素を介する流れを必要とせずに、分離した水が下方向へ流れるようにトレイ１１２４の底から伸びて設けられているのが望ましい。
【０１２７】
最終的に、前述の実施例のように解離槽１１１４を通過するシステム入力水が、図２２に示されている。しかしながら、熱は、熱交換システム１００７を介してシステムへ加えられ、それによって、温度は図２３に示された状態図内を右に移動する。これによって、水和物の吸熱性解離により吸収される入力水の熱は少量となり、それゆえ、流入水は前述の実施例と同程度には冷却されない。したがって、新たに補足的な冷却が水和物を生成させるために必要となる。
【０１２８】
最終的に、それぞれ一つずつ示されているけれども、ひとつ以上の乾燥処理／前処理装置１１０５、プレチャンバ１１０８、水和物生成槽１１１１、水和物解離槽１１１４を単設備に使用してもよい。例えば、水の味を不味くする非二酸化炭素物質の濃度を下げるため、排気ガスを水和物生成槽１１１１に導入する前に、廃棄ガスを複数回循環させるのが望ましいまたは必要である。
【０１２９】
本発明のより更なる実施例において、脱塩装置が水和物の自発的生成に適した圧力に達するように、自然的加圧および人工的加圧の両者を使用する脱塩装置が開示されている。図２５に示されたこの実施例は、水和物生成／残留水分離区画１２００と、分離区画１２０４とを、図２の上述例のように有する。この実施例において、脱塩分別コラム全体は自然的および人工的に加圧され、これにより両方法の有益な特質が提供される。特に、装置の上部は人工的に加圧され、シャフトの低部はコラム内の水の重量とコラム上部の圧力の両方によって加圧される。（海深約１０ｍによって生じる圧力は１大気圧である。）このことは、局所的な重力場また処理される水の比重によって異なる。これらの違いは、それぞれの設備のデザイン理由によって起こる。人工的圧力「Ｘ」気圧（大気圧）は、図２５に示すような圧力バランスリザーバ１２１９によって生じる。それに加えて、シャフトの圧力は、水の重量１２０６（深度「Ｙ」ｍで表される）によって生じる。この結果、シャフト低部の圧力は、コラムの底で「Ｘ＋Ｙ」大気圧となり、この圧力は、ガス水和物が自発的に形成されるのに適している。例えば、ポンプ１２１９による人工的加圧が約２０気圧であり、また、分別コラム１２０６が約３００ｍである場合、コラムの低部１２０８の圧力は、約５０気圧となる。つまり、「Ｘ」は２０気圧、「Ｙ」は３０気圧となる。
【０１３０】
図２５には、脱塩装置１２００へ取入水を供給する手段を設けている取入装置が示されている。一つの実施例において、取入水供給手段は、比較的に浅い水域に好適に配置されている取入部Ｔ１（１２１５）を介して設けられている。Ｔ１からの取入水は、ポンプにより送出され、ポンプと圧力規制装置１２１６を介して図２５に示すような、また前述の実施例のような水和物生成区画近傍にある脱塩装置１２００に入る。Ｔ１からの取入水は、ポンプにより加圧（図示されてはいないが、当業者に公知であり理解されているポンプを介して）される。加圧された圧力は、解離区画１２０４の上部の人工的に維持されている圧力とほぼ同等である。
【０１３１】
本発明の好適な実施例において、取入水は、取入部１２１０の深水取入部Ｔ２から得られる。深水取入部Ｔ２は、海洋圧力深度「Ｘ」１２１２（圧力深度「Ｘ」はメートル深度で表される）に達する。この深度の圧力は、装置の上部内における最小圧力または解離区画１２０４の上部内に人工的に維持されている圧力とほぼ同等であるのが望ましい（「Ｘ」大気圧である）。例えば、脱塩分別装置の上部での最小圧力が２０気圧（水深約２００ｍの圧力と同等）である場合、取入れ部Ｔ２の深度「Ｘ」ｍは２００ｍであるのが望ましい。この深度から取入水を得ることによる効果は、水を脱塩装置１２００の上部内の運転圧力「Ｘ」にポンプによって加圧するのに必要なエネルギ量が相当減少することである。この深度からの取入水の他の利点は、得られた取入水は澄んでおり、また現代的な産業汚染物質および化学物質（例えばＰＣＢ）を少量しか含んでいないことである。さらに、この深度の水は、通常水面の水より冷たい。したがって冷却も少しで済みまた、水温が年中安定して維持されており、これらによって、脱塩分別装置の効率的な運転が可能になる。この実施例は、他の実施例でもそうだが、深部にある取入口から加圧された脱塩分別コラムまで（ことによればそれ以上先まで）及ぶシステム全体の圧力平衡を容易にする。
【０１３２】
図２５に示すように、取入水は、Ｔ１またはＴ２のどちらか一方、または両方から入る。水が水取入部Ｔ２から入る実施例において、取入アセンブリは、一つ以上の大直径取入パイプ１２１４から構成される。該パイプは、全体に渡る人工的な加圧を安全に含む強度を有する。パイプアセンブリの下部と第一フィルタ装置（前述の実施例のような）は、高周囲圧力を計算してデザインされるのが望ましく、したがって堅固に組み立てる必要はない。取入パイプは、リモート操作される水中移動手段によって検査されるまたは維持されるため、十分に大きいほうが望ましい。この水中移動手段は、通常は海洋開発産業用であるものを特別仕様したものであり、本目的のために改良されている。脱塩分別コラムの連続運転を行い、また故障することのない淡水供給手段を提供するために、複数の加圧装置１２１６を備えるのが望ましい。これは、メンテナンス、ポンプの負荷分担、緊急時における代理機能性を考慮している。例えば、一つの実施例（図示せず）において、取入パイプはマニホールドから三つの分離した並列の支路に分割され、それぞれは同類のポンプと流圧制御装置を有する。一つの実施例において、一つの支路は現行の運転に使用され、また一つの支路はメンテナンスのために、さらにまた、一つの支路は予備として使用される。この構成において、取入水の連続流は保証される。
【０１３３】
取入部の圧力によりこのアセンブリ内全体の圧力損失が補填され、取入ポンプ部（図示せず）および取入アセンブリ内の他の部分に在る一方向弁により排出は防止される。脱塩分別コラムの圧力が損失する場合、海面１２１８下にある（またＴ１からの取入水の場合には、設けられた人工的圧力であるまたはそれ以下である）ポンプアセンブリから入力されるため、取入部の水は尽きることがない。
【０１３４】
水和物脱塩分別装置内の圧力は、圧力バランス維持システム１２１９によって維持されている。一つの実施例において、圧力バランス維持システム１２１９は、大量の流体に水圧力を全体に渡って及ぼすために大量のガスを加圧し、このことは前述の実施例と類似である。一つ以上の解離チャンバが、水和物生成コラムそれぞれに連結された状態で使用され、このことは既述の実施例と類似である。制御された圧力条件の下で解離が起こる場合、流体―ガス混合物内の乱流およびガスと流体との最効率的分離に関与するものが、最適状態に最適化される。また前述の実施例のように、解離段階と水和物生成段階の間の圧力差を減少させることによって、水和物生成ガスを圧縮する際に必要となるポンプ処理が減少し、場合によっては運転費用が相当減少する。その上、人工的圧力の変動を制御することによって水和物の分離速度が制御される。
【０１３５】
この実施例において、高圧での解離によって生じた水和物生成ガスを回収することにより、ガスを脱塩分別システムの水和物生成区画にガスを注入する際の圧力にするポンプに必要なエネルギが減少する。これは、非常に有益である。前述のように、ガスはすでに大気圧以上に十分加圧されており、そのため処理されるガスの量が減少する。加えて、ガスの体積はポンプによって該体積の半分よりやや小さめに減少させるだけでよく、それに使用されるエネルギは、ガスを大気圧から水和物生成圧力に加圧するポンプに要するエネルギより非常に小さい。水和物生成圧力にするために、しばしばガスの体積を半分にする必要がある。
【０１３６】
出力水１２２０の圧力は、装置における水の出力レベルの圧力と同じであるため、この圧力に存在するエネルギは、複数の様態に使用される。新たなエネルギが、脱塩分別コラムの前にあるポンプ１２１６、該コラムの後にあるポンプ１２２２、他の装置に必要とされる。そのため２方向圧力遮断弁を有するのが望ましい。それによって、生成された水に内存するポテンシャルエネルギは相当なエネルギとなる。まず第一に、このエネルギが使用され、水は重力に逆らって上方向に、例えば放出口１２２４を介して、大気圧相当の高さとほぼ同等であるレベルまで流れる。したがって、出力水が２０大気圧で維持されている場合（約２００ｍの水圧と同等）、水ヘッドは当然、上に向かってこの高さまで流れる。
【０１３７】
加圧されている生産水、また抽出された残留水から直接回収されたエネルギは、他の手段に果たされる。例えば、一つの実施例において、放出口１２２８を介する例のような加圧されている出力水は、局所的に使用される水に対する減圧処理の一部としてある水力発電プラントを通過する。事実、ここで説明されている脱塩設備は非常に大きいのが望ましく、発電規模は相当なものとなる。
【０１３８】
本発明の他の実施例において、部分的に人工的に加圧された装置が、局所的に海面下に伸びている低地、例えば、南カリフォルニアのサルトン海、死海の沈下部、中東の分水界などのこれらの場所に設置される。例えば、図２６に示された脱塩装置１３０２において、人工的圧力は、人工的なポンプによって発生されるのではなく、取水装置内に含まれる水の重量ヘッドによって発生される。この地理的状況において、脱塩分別設備は、ポンプによる水の送出費用なしで海から十分に離れた場所に設置される。取入パイプ１３０６は、バイパスポンプ（図示せず）を使用することによって内部に水が満たされると、サイホンとして機能する。バイパスポンプは、乱流を減少させるために主水流から離れているのが望ましく、取入パイプアセンブリに水を再充満する必要がある場合の非常用ポンプとして存在する。本質的に、パイプ１３０６が水で満たされると、該パイプはサイホンとなる。水は、それを通り、自発的に海から海面以下にある局所的低地１３１０へ流れる。
【０１３９】
図２６に示されている脱塩装置１３０２は、上述の前実施例のように構成される。
【０１４０】
取水パイプ１３０６の開口は、可能な限り浅瀬に配置するのが望ましい。低地の水ヘッドを可能な限り高めるために、サイホン効果によって水が海面より高い局所的高所に運ばれる。全ての取入部が、初期スクリーニングシステムを有するのが望ましい。それによって、初期状態を維持し、またアセンブリ内全体の水取入部を遮断することなく洗浄できるよう考慮されている。もう一つの方法として、取入部は、サイホン効果によって生じた負圧の下で、浅い水取入部からの吸上げによって運転される水リフトと共に実行される。これによって、浅部の水と共に深部から水を引くことが可能になり、若干冷たく、また澄んだ水が海面の深部からパイプ内へ引き入れられる。主な水リフト取入部は、深水部へ伸びている取入パイプから構成され、浅い取入部の大きさとは異なる設備を有する。この水リフト取入部の原理は、ダイバーが使用し、堆積物が除去される場所の局所的な視界を妨げることなく目の細かい堆積物を掘り出すエアリフトデバイスの原理と類似である。このエアリフトにおいて、圧縮空気がパイプの底部に抽気される。このパイプは、ほぼ垂直姿勢で置かれ、その上部が下流方向に傾いている。空気はパイプを上昇し、該パイプが水と共に空気を吸込むことにより、該パイプの開放された低端にある水と堆積物にサイホン効果を及ぼす。
【０１４１】
この水リフト取入部において、水はサイホン効果の負圧によって浅い水の開口に吸込まれる。サイホン効果の負圧は、海側取入部端と低地側取入部端間の圧力差によって生じる。これによって、パイプの深いレベルにある水に対し軽度な第２吸上効果を与える。スライド式または回転式シーブ、ゲート型または他のバルブ型若しくは他の水流制御デバイスを利用して取入部の大きさを変化させることによって、第２吸上効果は制御される。これによって、取入システム、所定の他の運転全体を考慮して、深水の引上げが最適化される。吸上げは、深水を上昇させる運動量に勢い（ｓｌｕｇ）を確立させるために変化される。重力ヘッドは地上近くの海水と深部の海水との比重差のみの関数であり、またその比重差は小さい（場所、季節によって異なる）ため、特に、いったんパイプ内の深水の上昇運動量に勢いが加えられると、軽度の吸上げでも十分に多量の深水を吸い上げることができる。水を引き上げる深度は、サイホン効果を機能させために必要な水の重量と均衡している。これは、低地側取水パイプが、サイホン効果が作用する位置より低い場合において、海面下にある地形的高さが、浅い水深から引かれた水の総量より低いことを意味する。
【０１４２】
代わりに、脱塩分別コラムがある場所の所定圧力が、水ヘッドの全落下に必要とされる圧力より高い場合、取水部は、海の深水域に配置される。その圧力が低地の水ヘッドの全落下に必要とされる圧力より高い場合において、水力発電設備が、海面下の海深部より下である低地内、また脱塩分別コラム内の中間的高度に配置される。脱塩分別コラムのために、取入部それぞれの場所、水力発電プラントの位置、必要な水の圧力ヘッドを獲得するために地形が考慮されたレイアウトは、必要とされる水処理量および水力発電プラントと他の関連する工業的プラントとの組み合わせによって異なる。
【０１４３】
実際には、この実施例における全圧力は、完全に自然的加圧よって生じたものであるが、部分的に人工的加圧された装置の圧力が影響するように制御される。まず第一に、「人工的」圧力は、低地内の海面より下にある取入アセンブリ内の、または必要な圧力を供給する取入アセンブリのある部分内の水の重量によって提供される。しかしながら、これは、脱塩分別自体の外部から生じた圧力として、装置全体で扱われる。ポンプ／圧力規制装置１３１６は、高圧水を遮断し、またその流れを変える設備を有し、圧力水はその中に入る。それに加え、脱塩分別コラムへの流れを制御する能力を有する。そうしなければ、脱塩分別コラムが、設計仕様以上に加圧される。
【０１４４】
図２６に示すように、最大エネルギは、水力発電プラント１３２０を介して、生成水と残留水（例えば、図２５に示された生成水１２２０、残留水１２３４などの）両方を通過することによって回収される。生成水が、それ自身が備えている圧力によって上方向きに自動的に進む可能性が存在するが、実質的には、全ての残留水は、低地にある沈殿パンまたは乾燥パンを通る前に水力発電プラントを通過する。圧力レジューサとして機能する水力発電装置の配置は、技術的条件および送電条件の両方によって異なる。引込み線上にある水力発電装置は、解離分別装置内の圧力を維持する設備から分離されているのが望ましい。
【０１４５】
図２６に示された実施例において、水和物脱塩処理の副産物として生成された残留水は戻さないのが望ましい。したがって、海水の大量流入を除いて、処理された水が抽出された場所からその周囲に対して影響を及ぼすことはない。残留水は、海塩を生成する工業的供給原料となるのが望ましく、その塩度を最大に高上させることが望まれるため、脱塩は、可能な限り淡水を生成するように運転される。この実施例が確立される設備が存在する位置の両前述例において、上記工業的塩用運転はすでに確立されている。したがって、淡水と高塩性残留水両方を送出するのが望ましい。
【０１４６】
本発明の他の実施例において、入力水は、解離チャンバ内の水和物が解離している中を上昇する熱交換器（例えば一連の入力立て管またはパイプ）を該入力水が通過することによって冷却される。入力水は、熱交換器内を上昇するにつれて、連続的に入力水より冷えた水と接触し、それによって入力水の効率的な冷却が可能になる。これにより、解離によって生じた淡水を冷却する必要性は減少し、入力水は、解離チャンバ内の淡水が生成されたレベルにある淡水の温度以下に冷却されない。解離チャンバの低部に生じた水は、熱交換器内を上昇している入力水と温度について平衡し、すでに熱交換された水と再び接触することはない。理由として、粒界水スラリ内の水は水和物スラリ内を下方向に通常流れ、その間入力水は冷却され熱交換器内を上昇するからである。言い換えれば、入力水が熱交換器を上昇するにつれて、連続的に冷却され、温度平衡に達した生成された水は、連続的に下方向に移動する。したがって、水和物スラリ／生成水内に効率的な温度層状配列が存在することになり、冷たい方が上に来る。処理は非常に動的であり、水和物が解離したガスが連続的に上昇し、また生成された水が、連続的処理により生じる水が新たに生成されることによって物理的に下へ配置される。また、異なる温度である生成された水の比重差は大して違わない。これらの理由から、生成された水内の重力分別に由来する混合および濁度は、小さいと予測される。
【０１４７】
本発明の更なる他の実施例において、解離区画を段階的に横切る取入水を冷却できる解離区画が開示されている。図２７に示すように、解離区画１４０４には、隔壁１４０２が設けられている。隔壁１４０２は、入力水が移動する方向と交差するようにチャンバ内に設置されている。隔壁１４０２は、解離チャンバ１４０４をその低部を除いて上部で閉じているのが望ましく、解離チャンバ１４０４を効率的に区分化する。例として、図２７には、隔壁１４０２により形成された四つの冷却区が示されており、それぞれ１、２…とデザインされている。当然ながら、これ以上のまたはこれ以下の区を形成してもかまわない。
【０１４８】
それ自身が浮揚性であり区画１４０４に満たされている水和物は、間質性残留流体を下方向に押し流し、その結果として、この装置全体にある淡水−塩性水界面を下方向に移動させる。入力水用熱交換器１４０７は、冷却区１〜４内のチャンバ１４０４の上部で連続的に凝縮しかつ解離している水和物を通過する。入力水１４０６は、熱交換器のパイプ１４０７に沿って連続して進むにつれ、連続的に冷却される。温度平衡に達した生成された水は、連続的に下方向に移動する。第１冷却区（１で示す）内の入力水１４０６入口近傍に生じた水は、熱交換器のパイプ１４０７内にある入力水と温度平衡に達する。冷却区１内で生じた水は、解離区画１４０４を通過する熱交換器１４０７に再び接触しないのが望ましい。
【０１４９】
入力水１４０６は、解離区画１４０４のそれぞれの区１〜４を通過するにつれ徐々に冷たくなっていく。出力水１４０８は、最終ステージを横切って更に冷却される。入力水の温度、解離反応に必要な熱量（水和物、ガス、ガス混合物の特性によって異なる）、部分的に人工加圧された実施形態の制御された解離速度によって異なるが、冷却は複数の方法で行われる。例えば、一つの実施例において、ステージ出口での温度は、第１ステージが１５℃、第２ステージが１０℃、第３ステージが５℃、第４ステージが１〜２℃であるのが望ましい。解離チャンバまたは複数のチャンバを介する入力水進路内にある入力水の正確な温度分布は、入力水が循環されたものであろうとなかろうと、ステージの数、他のデザインに影響を与える運転上の検討事項にかかわらず、水の処理量、水和物から抽出される水の程度、他の熱および流れの非能率性などの条件、同様に入力水の温度、入力水の温度および他の特性が変化する度合いによっても異なる。
【０１５０】
この実施例の他の態様において、機械的な水和物の分配手段が、解離／熱交換区それぞれに設けられている。機械的に水和物を分配する構造物は、水和物が浮上して流れる装置シャフトの上部に配置するか、または解離チャンバ１４０４の低部に配置するのが望ましい。一つの例において、操縦可能である隔壁（図示せず）が使用される。該隔壁の方向は、必要とされるチャンバに大量のまたは少量の浮揚性水和物を受け入れるために変更される。制御処理は、双方向であり、リアルタイム監視を行うのが望ましい。該処理は、所望の冷却効果を実現するために水和物を分配させるコンピュータの制御によって行われる。
【０１５１】
理想的に、入力水は約４℃またはそれ以下で安定しているのが望ましい（目標温度は約１℃〜２℃であるのが望ましい）。この理由として、その温度以下で水の比重は増加し、それによってガスの注入により生成された水和物―水スラリの分離が増進される。
【０１５２】
図２７に示されている実施例において、淡水、灰色水、残留水は前述の実施例のような類似の方法で取出される。例えば、淡水は取出弁１４１０から取出され、灰水は取出弁１４１２から取出され、残留水はシャフト１４２０から取出される。さらに、本実施例に合わせて、水和物の解離によるガスは、ガス制御部１４１６によって収集され、解離区画から取出される。ガス圧力バランスポンプと圧力タンクシステムが、符号１４２６で示されている。取出されたガスは、ガス処理に戻る。その戻りシステムが符号１４２８で示されている。
【０１５３】
本発明の更なる他の実施例において、水和物解離は、取入水の冷却を望ましく増進するように制御される。それによって淡水の生成が増進される。それに加えて流体スラリ内の濁度が減少し、それによって更に淡水の生成が増進される。水和物解離の制御は、二つの好適な方法により達成され、運転中、それを組合せるまたは変更させることが可能である。これらの運転モードの一つにおいて、シャフト１２０８（図２５）のベースの水和物の連続形成は、装置の解離区画上部内の圧力を制御することによって維持される。それによって、水和物の連続生成は、淡水が生成される時間とほぼ同時間行われる。シャフト内にある水の重量により与えられる自然の圧力が加わる場合、解離区画の加圧状態をポンプ（人工的手段）によって維持することによって、水和物が連続して自発的に形成するのに適する圧力が生成される（水温が十分に低い場合）。水和物の連続形成は、水和物の連続解離と淡水の連続生成によって調和される。
【０１５４】
人工的圧力が厳密な制御条件のもとで変更される場合には、相当な利点が発生する。この変更の目的は、取入水の冷却効果または二次冷却システムを増進させるためである。この効果は装置内の人工的圧力を増加することによって達成される。これにより、シャフトベースでの水和物形成が増進し、水和物は解離分別装置内の高レベルへ上昇する。人工的加圧の増加は、水和物安定領域深度と水和物相境界を上昇させる影響を及ぼす。適切な人工的加圧状態で、水和物は、水和物が完全に解離区画内に入るまで、安定状態または中安定状態で維持される。したがって、解離の熱吸収による冷却効果は、取入水と共に配置されている熱交換器がある装置の最上部に集中される。水和物粒子間にある液体を形成する間隙水と水和物との混合を減少させるために、更に圧力を制御することによって水和物はより高凝縮される。それによって、淡水の生成は増進される。解離区画より下での解離を抑えることにより、流体スラリの濁度は更に減少し、混合は抑制される。それにより淡水の生成が更に促進される。
【０１５５】
制御形態である圧力を変更することにより、解離処理の直接制御が可能になり、淡水生成と冷却の両方を所望に最適化することができる。解離速度が低く圧力が相対的に高く維持している状態では、冷却と淡水生成の両方が抑制されるが、その状態で生成された淡水はより高純度となる。解離速度が高い状態では、水和物がシャフトのより下部で解離し始める場合、淡水生成は増進されるが、冷却効果は最小化される。正確な運転手順は、入力水の温度、使用される水和物生成ガスまたはガス混合物、水生成必要条件に依存し、他の必要条件も含まれる。
【０１５６】
人工的加圧を変化させることにより、シャフトベース内の水和物生成速度に変化をもたらす。ある事実において、人工的な圧力要素が十分に低下した場合、シャフトベース内の圧力は、水和物が自発的に形成される圧力に足りなくなる。この理由は、コラム内の水の重力により生じた加圧に加え、人工的圧力が十分に必要であるためである。この事実において、最大冷却または必要とされる他の運転必要条件が使用される場合、水和物の生成は、連続的方法よりは定期的または周期的方法で実行されるほうがよい。淡水の生成もまた、定期的または周期的であり、人工的加圧が十分に高い状態で、圧力が、水和物が自発的に解離する圧力以下に減少される前に、水和物は自身の浮揚力を受けて解離区画の上部に凝縮する。
【０１５７】
本発明の特殊なまたは具体的な実施例が詳細に開示されているが、当業者にとっては多数の変更が考えられる。これらの変更は本発明の意図と一致する。該変更は添付の請求項の範囲に属するとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】陸上脱塩設備の一般化された概略図である。
【図２】陽性の浮揚性水和物を利用し、且つ図１に示された設備で使用される脱塩分別コラム実施例の概略的側面図である。
【図３】図１に示された設備で使用される脱塩分別コラムの熱交換部を示している側面図である。
【図４】図１に示された設備で使用される脱塩分別コラムの熱交換部を示している側面図である。
【図５】陽性の浮揚性水和物を利用し、且つ図１に示された設備で使用される脱塩分別コラムの他の実施例の概略的側面図である。
【図６】図５に示した脱塩分別コラムで使用されるオ−バラップ型水弁を示した側面図である。
【図７】図１に示された設備で使用され、且つ図５に示された実施例と類似しする浮揚性水和物を使用する脱塩分別コラムの他の実施例の側面図である。
【図８】陰性の浮揚性水和物が利用でき、且つ図１に示された設備に使用される脱塩分別コラムの実施例の側面図である。
【図９】図８に示された脱塩分別コラムの解離／熱交換部の概略的等角図である。
【図１０】図８に示された脱塩分別コラムの解離／熱交換部の概略的端面図である。
【図１１】二酸化炭素水和物を利用する脱塩システムの、二酸化炭素水和物安定領域、二酸化炭素液体領域、陰性の浮揚性である運転エンベロープを示す圧力／温度線図である。
【図１２】水和物スラリの洗浄を促進するようにデザインされた残留流体取換区画の側面図である。
【図１３】陰性の浮揚性水和物が利用でき、陰性の浮揚性水和物から残留海水を分離することが促進される脱塩分別コラムの他の実施例の側面図である。
【図１４】図１３の設備で使用されるスラリを把持し流体を分離する装置の概略的側面図である。
【図１５】高圧で水和物生成ガスを維持するように構成されている脱塩分別コラムの実施例の概略的側面図である。
【図１６】陽性の浮揚性水和物を使用するように構成されている機械的に加圧されている脱塩システム実施例の概略的側面図である。
【図１７】陰性の浮揚性水和物を使用するように構成されている機械的に加圧されている脱塩システム実施例の概略的側面図である。
【図１８】陽性または陰性の浮揚性水和物のどちらかを使用するように構成されている機械的に加圧されている脱塩システム実施例の概略的側面図である。
【図１９】船に配置されている機械的に加圧されている脱塩システム一般化された概略図である。
【図２０】水和物を生成する二酸化炭素の供給源として工業排気ガスを使用して、液体二酸化炭素と淡水を生産するように構成されているシステムの構成要素を示している概略図である。
【図２１】硫化水素水和物および二酸化炭素水和物を形成する相関的な圧力／温度条件を示している状態図である。
【図２２】液体二酸化炭素と淡水とを生産するために、二酸化炭素水和物が解離される解離槽を示している概略図である。
【図２３】図２２に示した解離槽内での二酸化炭素水和物解離に従うＰ−Ｔ経路を示している状態図である
【図２４】圧力変化による液体二酸化炭素の比重の変化示しているグラフである。
【図２５】陽性の浮揚性水和物または陽性の浮揚が補助されている水和物を利用する部分的に人工的に加圧されている実施例の側面図である。
【図２６】サイホン効果により吸上げた海水を海面より下に位置する脱塩分別コラムに供給し、低地側の略海面高さから海面より下にかなり離れている低地部まで及んでいる水ヘッドが、脱塩分別コラム内の全圧力の人工的加圧による構成圧力を供給する実施例の概略的側面図である。
【図２７】水和物乖離ステージの解離／熱交換区画をほぼ水平方向に通過することによって入力水を冷却するステージを設ける脱塩分別装置の解離／熱交換区画の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年8月9日(2002.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩性入力水または他の汚染された入力水を脱塩または浄化する設備であって、
上記設備は、
下部の水和物生成領域を有する脱塩分別設備と、
上記水和物生成領域に入力水を供給するように配置された入力水導管と、
上記水和物生成領域へ水和物生成ガスを供給するように配置されたガス供給導管とを有し、
上記設備は更に、上記設備の上部に配置され、且つ上記水和物生成領域と流体接続されている水和物解離領域を有し、上記水和物解離領域は人工的に加圧され、設備の水和物生成領域に水和物の自発的生成に適した加圧を発生させるために、解離領域の人工的加圧と水和物生成領域の自然的加圧を組み合わせる設備。
【請求項２】
上記水和物解離領域が、圧力バランス維持システムによって人工的に加圧されている請求項１の設備。
【請求項３】
上記圧力バランス維持システムが、上記脱塩分別設備内にある大量の流体全体に渡って水圧力を及ぼすために、大量のガスを加圧する請求項２の設備。
【請求項４】
上記圧力バランス維持システムが、上記解離領域の上部に配置されている請求項２の設備。
【請求項５】
上記設備の解離領域内で人工的に維持されている圧力と略同等である圧力で取入水を設備に送るポンプおよび圧力規制装置を有する請求項１の設備。
【請求項６】
上記水取入導管が、それの一端に水取入装置を有し、且つ上記水取入装置が、上記設備の解離領域内で人工的に維持されている圧力と略同等である圧力深度に配置可能である請求項１の設備。
【請求項７】
上記水和物解離領域が、入力水導管に包含されている水の重量ヘッドによって人工的に加圧されている請求項１の装置。
【請求項８】
上記入力水導管が、解離領域に人工的加圧が形成されている設備に水を吸上げる請求項７の設備。
【請求項９】
塩性入力水または他の汚染された入力水を脱塩または浄化する設備であって、
上記設備は、
水和物生成領域を下部に有する脱塩分別設備と、
上記水和物生成領域に入力水を供給するように配置された入力水導管と、
上記水和物生成領域へ水和物生成ガスを供給するように配置されたガス供給導管とを有し、
上記設備は更に、上記設備の上部に配置され、且つ上記水和物生成領域と流体接続されている水和物解離領域を有し、上記水和物解離領域が、上記入力水と熱交換される冷却区を複数有し、
解離領域を通過させることによって解離領域と熱交換される入力水の少なくとも一部分が冷却され、それにより、解離領域に配置された水和物が吸熱的に解離する際に、上記入力水から熱が吸収される設備。
【請求項１０】
上記冷却区が、水和物を一つの冷却区から他の冷却区へ横に移動しないように抑止する複数の壁によって分割されている請求項９の設備。
【請求項１１】
上記冷却区が、水和物生成領域と流体接続されている請求項９の設備。
【請求項１２】
上記入力水が、上記複数の冷却区を横切るように伸びている熱交換装置内で運ばれる請求項９の設備。
【請求項１３】
上記入力水が、上記複数の冷却区の冷却区それぞれを通過するにしたがって、徐々に冷たくなっていく請求項１２の設備。
【請求項１４】
上記入力水導管が、上記入力水導管が上記複数の冷却区の冷却区それぞれを通過した後に、上記水和物生成領域に入力水を供給するように配置されている請求項１３の設備。
【国際調査報告】
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