(57)【要約】入口と、随意の予熱段階と、複数の蒸発チャンバおよび随意のデミスタと、生成物凝縮器と、廃棄物出口と、１つ以上の生成物出口と、熱伝達および回収を促進するネスト化構成と、制御システムとを備え得る脱塩システム。制御システムは、最小限のユーザ介入またはクリーニングを伴って、浄化システムの動作を継続的に可能にすることができる。脱塩システムは、スケールを除去するための任意の数の事前処理方法とともに動作することができ、炭化水素および溶解ガスを排除または低減させるための脱ガスシステムとともに動作することができる。システムは、汚染水サンプルから、微生物汚染物質、放射性汚染物質、金属、および塩を含む複数の汚染物質タイプを除去可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
煮沸器および凝縮器のネスト化配列を備えている水浄化および脱塩システムであって、前記システムは、蒸留のエネルギーを複数回回収しながら、汚染水サンプルから、微生物汚染物質、放射性汚染物質、金属、および塩を含む複数の汚染物質タイプを除去可能である、システム。
【請求項２】
エネルギーが、電気、地熱、太陽エネルギー、蒸気、石炭、油、炭化水素、天然ガス、廃熱、および任意のそれらの組み合わせから成る群から選択されたエネルギー源から、前記システムに提供される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記水サンプルは、水道水、汚染水溶液、産業廃水、都市廃水、海水、および塩性塩水から成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
海水を脱塩するときのエネルギー消費は、生成水の４．５ＫＷｈ／ｍ３より低い、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
脱塩区分が、入口と、予熱器と、脱ガス装置と、複数の蒸発チャンバと、デミスタと、生成物凝縮器と、廃棄物出口と、生成物出口と、加熱チャンバと、制御システムとを備え、凝縮熱が、追加の蒸発のために、回収され、再使用される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記システム内で浄化された水は、前記汚染水が、表１に示されるレベルより最大２０，０００倍大きい汚染物質タイプのレベルを有するとき、表１に示されるレベルを下回る全汚染物質タイプのレベルを有する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
生成される水の体積は、投入水の体積の約２０％〜約９９％である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムは、少なくとも１ヶ月の連続使用を通してクリーニングを要求しない、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムは、少なくとも１年の連続使用を通してクリーニングを要求しない、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムは、５年を上回る連続使用を通してクリーニングを要求しない、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
同心円形タンク、長方形タンク、螺旋タンクのネスト化構成を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
流入塩性水が、内向きに流動し、予熱され、熱エネルギーが、生成水と一緒に外向きに流動し、廃棄塩水が、徐々に濃縮され、外周から排出される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
蒸発チャンバが、凝縮器チャンバから伝達される熱を送達する複数の熱伝達デバイスを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記熱伝達デバイスは、熱パイプ、熱スプレッダ、サーモサイフォン、および任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記加熱チャンバは、煮沸器および凝縮器のネスト化配列の中心に位置している、請求項５に記載のシステム。
【請求項１６】
前記デミスタは、前記蒸発チャンバの上側表面に近接して位置付けられている、請求項５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記蒸発チャンバからの蒸気が、圧力下で前記デミスタに進入する、請求項５に記載のシステム。
【請求項１８】
水を浄化および脱塩する方法であって、
−流入する汚染水を予熱するステップであって、前記水は、第１の濃度における少なくとも１つの汚染物質を含む、ステップと、
−蒸発チャンバ内の水を蒸気の形成を可能にする条件下に維持するステップと、
−前記清浄蒸気を凝縮させ、第２の濃度における少なくとも１つの汚染物質を含む浄化された水を産生するステップであって、前記第２の濃度は、前記第１の濃度より低い、ステップと、
−熱（凝縮熱）を凝縮器チャンバから回収し、隣接する煮沸または予熱チャンバの中に伝達するステップと、
−前記蒸発および凝縮を複数回繰り返し、清浄水生成を最大化しながら前記エネルギーを再使用するステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記回収される熱量は、前記凝縮熱の少なくとも８０％である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記回収される熱量は、前記凝縮熱の９０％より大きい、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
−蒸気を前記蒸発チャンバからデミスタに排出するステップと、
−前記デミスタ内で清浄蒸気を汚染物質含有廃棄物から分離するステップと、
−前記蒸発および凝縮を複数回繰り返すステップと
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
煮沸器、凝縮器、および予熱器チャンバのネスト化配列は、断熱を伴う金属シェルで囲まれている、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は。米国仮特許出願第６２／０８７，１２２号（２０１４年１２月３日出願）に対する優先権を主張し、上記出願の開示全体は、参照により本明細書に引用される。
【０００２】
本発明は、水浄化および脱塩の分野に関する。特に、本発明の実施形態は、自動化された産業プロセスにおける本質的にあらゆる広範囲の不純物を水から除去するシステムおよび方法に関し、自動化された産業プロセスは、投入水の単位あたり比較的に高収率の生成水、エネルギー源に関する柔軟性、小産業占有面積、および超低エネルギー要件を伴うコンパクト設計とともに、数ヶ月から数年にわたる最小限のクリーニングまたは保守を要求する。
【背景技術】
【０００３】
水浄化技術は、従来の水資源がますます乏しくなり、飲用水のための都市分配システムが経時的に劣化し、水使用の増加が井戸および貯水池を枯渇させ、塩性水汚染を生じさせるにつれて、現代の生活の不可欠な側面に急速になりつつある。加えて、（例えば、集約農業、ガソリン添加剤、および重毒性金属を含む）水源のさらなる汚染が、種々の活動から生じている。これらの問題は、水システムにおいて、病原菌、細菌、塩（例えば、塩素酸塩、過塩素酸塩、ヒ素、水銀、さらには飲用水を殺菌するために使用される化学物質）の増加した好ましくないレベルにつながる。
【０００４】
さらに、地球の約４分の３は、海によって覆われているにもかかわらず、淡水資源は、地球全体の水の３％程度に限定され、それらは、人口増加および気候変動の結果、より乏しくなりつつある。全淡水の約６９％は、氷帽および氷河内に保たれており、それらは、地球規模の融解増加によって回復不能となっており、したがって、１％未満が、実際には利用可能であり、その大部分（９０％超）は、ヒト活動および塩類侵害によって徐々に汚染されつつある帯水層中の地下水である。したがって、広範囲の汚染物質を除去しながら、海水および塩水を含む塩性水を淡水に変換することができる技術が、早急に必要とされる。
【０００５】
逆浸透膜（ＲＯ）濾過、多重効用蒸留（ＭＥＤ）のような熱蒸留システム、多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦ）、または蒸気圧縮蒸留（ＶＣ）等の従来の脱塩および水処理技術は、塩類環境中に見出される多様な範囲の水汚染物質を取り扱うことがほぼ可能ではない。加えて、それらは、商業的に利用可能であるが、多くの場合、容認可能水質を達成するために、複数の処理段階または種々の技術の組み合わせを要求する。ＲＯシステムは、塩類含有量が増加するにつれて、高水圧要件に悩まされ、それは、商業脱塩においてそれらをますます高価にし、一般に、５０％を上回る流入給水が無駄となり、水が乏しいとき、それらをますます魅力的ではないものにする。さらに、ＲＯの設置は、典型的には、海に廃棄される大量の廃棄塩水を産生し、したがって、魚および貝類にとって致命的である、高塩類濃度をもたらす。紫外線（ＵＶ）光照射またはオゾン処理等の従来と異なる技術は、ウイルスおよび細菌に対して効果的であり得るが、溶解ガス、塩、炭化水素、および不溶性固体等の他の汚染物質を殆ど除去できない。加えて、大部分の蒸留技術は、汚染物質の一部を除去することに優れている場合があるが、多くの場合、あらゆるタイプの汚染物質を取り扱うことはできない。
【０００６】
商業用脱塩プラントは、通常、１年から３年の構築年数を要する、複雑な工学プロジェクトであるので、通常、資本集約的であり、ある場所から別の場所に移動することが困難である。それらの複雑性および複数の技術への依存も、それらを高保守コストにしがちである。したがって、ＲＯプラントは、安定した圧力および流動条件下で継続的に動作するように設計されるので、大きな圧力変動または電力中断は、交換が高価である膜に損傷を及ぼし得る。すなわち、そのような技術は、ＲＯ膜の汚損を防止するために、流入給水の広範な事前処理を要求する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、改良された脱塩および水浄化システムのための産業用実施形態に関する。システムは、入口と、予熱段階と、複数の蒸発チャンバおよびデミスタと、生成物凝縮器と、廃棄物出口と、生成物出口と、熱伝達および回収のための複数の熱パイプと、制御システムとを組み合わせ得る脱塩区分を含むことができる。制御システムは、最小限のユーザ介入またはクリーニングを伴って、浄化システムの継続的動作を可能にすることができる。脱塩システムは、スケールを除去するための任意の数の事前処理方法とともに動作することができ、炭化水素および溶解ガスを排除または低減させるための脱ガスシステムとともに動作することができる。システムは、汚染水サンプルから、微生物汚染物質、放射性汚染物質、金属、および塩等、または任意のそれらの組み合わせを含む、複数の汚染物質タイプを除去可能である。システムのいくつかの実施形態では、流入水流の塩分濃度に応じて、生成される水の体積は、投入水の体積の約２０％〜９５％超であることができる。システムは、１，０００ガロン／日（ｇｐｄ）〜５，０００万ｇｐｄの水生成の範囲内において、コンパクトな煮沸チャンバ、凝縮器、および予熱器容器のネスト化配列を備えていることができる。
【０００８】
脱塩区分は、外側予熱容器を伴う、煮沸器、凝縮器、およびデミスタのネスト化スタックから成ることができる。予熱容器は、流入水の温度を沸点近傍まで上昇させることができ、煮沸器および凝縮器を包囲し、したがって、熱壁損失を大幅に低減させることができる。予熱タンクから退出する水は、少なくとも約９０℃の温度を有することができる。流入給水は、予熱タンクに進入することができ、要求される温度が達成されるまで、熱パイプと表面伝導性の組み合わせによって徐々に予熱されることができ、随意の外部脱ガス装置を通して、または脱ガスを必要としない場合、直接、内側煮沸チャンバを用いて、予熱タンクから退出することができる。
【０００９】
脱塩システムは、コンパクトであり、かつ非常に小占有面積をもたらすという、２つの重要な特性を有する。本文脈では、コンパクトとは、表面と体積の比率が、円筒形または長方形設計を含み得る、ネスト化構成によって最小化されることを意味する。蒸留段階が互いの内側に嵌るので、システムの外部表面積は、その内部体積と比較して最小化される。システム内の蒸留段階の数に応じて、ネスト化構成は、蒸留システムの垂直スタックまたは水平スタックから成る同等システムの２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２倍以上コンパクトであることができる。
【００１０】
同様に、産業システムの占有面積は、通常、その展開のために要求される表面積を指す。再び、ネスト化構成は、蒸留および凝縮の種々の段階が互いの内側に嵌るので、要求される表面積の量を最小化する。必然的に、システムの占有面積は、その産業能力に伴って変動する。１００，０００ガロン／日（ｇｐｄ）〜５，０００万ｇｐｄの生成水の範囲内では、蒸留段階の数に応じて、ネスト化構成の占有面積は、蒸留システムの垂直スタックまたは水平スタックから成る同等システムの２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２倍以上小さくなることができる。
【００１１】
生成水のｇｐｄの観点から表される、システムの生成能力は、汚染流から生成される清浄水の体積を指す。故に、生成能力は、給水中に存在する汚染物質のレベルの関数である。したがって、海水の場合、脱ガスの必要がないと、回収される生成水の量は、流入海水の８６％と高体積であり得る。より高い塩分濃度に対して、生成水の回収は、約２０％も著しく低下し得、弱塩水に関しては、９８〜９９％と高くなり得る。
【００１２】
ネスト化構成の小占有面積およびコンパクト性質は、システムを駆動するためのエネルギー要件と直接関連する。ネスト化構成は、外部表面積を最小化するので、熱壁損失もまた最小化される結果になる。したがって、ネスト化構成の規模に応じて、エネルギー損失は、蒸留システムの垂直スタックまたは水平スタックから成る同等システムより５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％以上小さくなり得る。最小限のエネルギー損失を伴うことで、エネルギー効率は、主に、蒸留段階の数の関数となる。例えば、１０の処理段階を用いると、エネルギー効率は、単一蒸留段階を１０倍も上回る。
【００１３】
脱塩システムに隣接して置かれる、脱ガス装置は、低圧蒸気または高温ガスに対して流入水の向流剥脱を用いて、揮発性または不揮発性であり得る、ガスおよび有機汚染物質を除去することができる。脱ガス装置は、任意の配向にあり、進入点および退出点を有することができる。予熱された水は、その進入点において脱ガス装置に進入することができ、脱ガスされた水は、別の点において脱ガス装置から退出する。システム内では、最高蒸発チャンバからの蒸気は、給水の投入点からある距離において脱ガス装置に進入することができ、給水の進入点に近接して脱ガス装置から退出することができる。脱ガス装置は、水と蒸気の混合を促進し、注入水を脱ガス装置内のガスの反対方向流に対して向流させることによって、注入水から本質的に全有機物、揮発物、およびガスを剥脱させるように適合されるマトリクスを含むことができる。ガスは、例えば、蒸気、空気、窒素、天然ガス、ＣＯ２等、または任意のそれらの組み合わせであることができる。マトリクスは、実質的に球状粒子を含むことができる。しかしながら、マトリクスは、非球状粒子を含むこともできる。マトリクスは、脱ガス装置内における均一充塞を可能にするように選択されたサイズを有する粒子を含むことができる。マトリクスは、異なるサイズの粒子を含むこともでき、粒子は、脱ガス装置内において、サイズ勾配において配列されることができる。水は、脱ガス装置から、有機物および揮発性ガスが実質的にない状態で退出することができる。
【００１４】
ネスト化配列の中心エリアは、システム全体のための熱エネルギーを提供することができる、低圧廃棄蒸気で動作する凝縮器チャンバから成ることができるか、または任意のタイプの燃料、地熱もしくは原子力発電所等の源からの種々のタイプの廃熱、もしくは復熱装置、太陽熱ヒータ、もしくは節熱器等からの作業流体から熱を吸収する容器で動作する燃焼チャンバであることができる。
【００１５】
事前処理された水は、最初に、沸点近傍まで予熱され、ガスおよび炭化水素が除去される脱ガス装置に進入するか、または直接、流入水の一部が蒸気に変換される内側煮沸器チャンバに進入するかのいずれかであることができる。すなわち、内側煮沸器内で生成された蒸気の一部は、脱ガスのために要求される蒸気を提供するために使用され得る一方、残余物は、同伴された微小液滴を除去するデミスタに進入し、そのような煮沸器を直に包囲する凝縮器チャンバ内で純水に凝縮される。内側煮沸器内に流入水の一部が蒸発するにつれて、水の残余物は、可溶性塩中に徐々により濃縮され、塩溶液の溶解限界近傍における濃塩水として最外煮沸器から退出するまで、一連の外側煮沸器の中へと外向きに継続的に流動することができる。
【００１６】
外向きに流動する流入水と同時に、熱が、ネスト化配列の中心エリアに提供されることができ、熱パイプを用いて徐々に外向きに伝達される。熱パイプは、その高温端と低温端との間にわずかな温度差を伴って動作する非常に効率的エンタルピー伝達デバイスである。いくつかの熱パイプは、中心容器に提供される熱を内側煮沸器に伝達することができる。内側煮沸器において生成された蒸気は、主に、内側煮沸器を包囲する凝縮器内で凝縮熱として回収されることができ、熱パイプの組は、その熱を同心外側煮沸器に伝達し、したがって、複数の蒸発および凝縮チャンバのために、徐々に熱を再使用する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、ネスト化構成の略図である。
【図２】図２は、同心容器を伴う、ネスト化構成の概略図である。
【図３】図３は、ネスト化構成の立面図である。
【図４】図４は、煮沸器および凝縮器の随意のアセンブリの略図である。
【図５】図５は、ネスト化構成のためのフェルマー螺旋オプションである。
【図６】図６は、ネスト化構成内の煮沸器、凝縮器、および予熱容器の随意の配列である。
【図７】図７は、ネスト化構成のための代替実施形態である。
【図８】図８は、ネスト化構成の長方形実施形態である。
【図９】図９は、ネスト化構成の代替図を示す。
【図１０】図１０は、薄板容器をネスト化構成内に固定する随意の方法である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ＬｅＧｏｌｆ、他（第ＵＳ６，６３５，１５０Ｂ１号）によって説明されるもの等の熱蒸留システムは、水の通常沸点より低い温度で蒸発をもたらすために、真空下で動作する複数の蒸発および凝縮ステップに依拠する多重効用蒸留（ＭＥＤ）システムを含む。そのような技術は、種々の国々において脱塩のために商業的に使用されているが、全て、異なる物理化学的原理に従って動作する。例えば、ＭＥＤシステムならびに多段フラッシュ（ＭＳＦ）および蒸気圧縮（ＶＣ）は全て、真空を要求し、真空は、蒸発が滅菌のために必要とされるものより低い温度で生じるので、生成水が滅菌されないことを決定し、さらに、真空システムは、漏出する傾向があり、機械的補強を要求する。加えて、ＭＥＤ、ＭＳＦ、およびＶＣシステム内の熱伝達および熱回収は、膜または薄金属表面を横断して熱交換を伴うが、熱交換器は、汚損およびスケール形成を生じやすく、頻繁な保守を要求する。
【００１９】
より最近では、Ｔｈｉｅｒｓ（第ＵＳ８，７７１，４７７Ｂ２号、第ＵＳＰＴＯ出願１４／３０９，７２２号、および第ＷＯ２０１３／０３６８０４号、第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５４２２１号）が、蒸発熱を複数回再使用する、蒸留段階の垂直配列に基づく、脱塩システムのための大規模実施形態を説明している。しかしながら、大規模脱塩および水処理のためのＴｈｉｅｒｓによって説明される実施形態は、エネルギー消費の視点から非常に効率的であり、従来の脱塩技術（すなわち、ＲＯならびにＭＳＦ、ＭＥＤ、およびＶＣのような熱蒸留システム）より有意に効率的であるが、それらの構成は、望ましくない熱壁損失につながり得る相当な表面積を保持する。表面積および産業占有面積を最小化し、したがって、エネルギー消費をさらに最適化する、産業構成の必要性がある。
【００２０】
多数の事前処理方法が、現在、水処理および脱塩に先立って、スケール形成化合物を低減させるために使用されている。いくつかは、カルシウム、マグネシウム、および類似二価カチオンの化学的沈殿に基づき（例えば、Ｔｈｉｅｒｓの第ＷＯ２０１０／１１８４２５Ａ１号／第ＰＣＴＵＳ２０１０／０３０７５９号）、他のものは、イオン交換に依拠し、さらに他のものは、軟水化のための電磁活性化を利用する。一般に、事前処理方法の選択は、現場および産業特定であり、本発明は、それらのいずれとも動作することができる。
【００２１】
連続的であり、かつ概して自己クリーニング式であり、腐食およびスケーリングに抵抗し、モジュール式、したがってコンパクトであり、固体芒硝に結晶化する非常に濃縮された廃棄塩水を生成しながら投入水の大部分を回収し、かつ、比較的に安価で低保守性である安価かつ効果的脱塩および水処理システムの必要性がある。
【００２２】
本発明の実施形態は、いくつかの場合では、例示的形態において、または１つ以上の図を参照することによって本明細書に開示される。しかしながら、特定の実施形態の任意のそのような開示は、例示的にすぎず、本発明の全範囲を示していない。
【００２３】
本発明の実施形態は、水浄化および脱塩のためのシステム、方法、および装置を含む。いくつかの実施形態は、完全に自動化され、非常に長い期間にわたって、定期的な保守またはスケジュールされた保守以外、クリーニングまたはユーザ介入を要求しない広範囲の水浄化を提供する。例えば、本明細書に開示されるシステムは、ユーザ制御または介入を伴わずに、１、２、４、６、８、１０、または１２ヶ月以上の間、稼働することができる。好ましい実施形態では、本システムは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５年以上の間、自動的に稼働することができる。
【００２４】
本発明の実施形態は、したがって、水浄化および脱塩システムを提供し、システムは、塩性水、汚染水、または海水のための少なくとも１つの入口と、予熱器と、随意の脱ガス装置と、１つ以上の蒸発チャンバと、１つ以上の随意のデミスタと、１つ以上の生成物出口を伴う１つ以上の生成物凝縮器と、廃棄物出口と、制御システムとを含み、出口から退出する生成水は、実質的に純粋であり、制御システムは、ユーザ介入を要求せずに、浄化システムの継続的動作を可能にする。いくつかの実施形態では、生成される生成水の体積は、投入水の体積の少なくとも約２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、または９９％以上である。したがって、システムは、注入水の入手および／または廃水の廃棄に関連付けられた比較的に高い価格または不便性が存在する条件下において非常に有益である。システムは、投入水または廃水の単位あたりのその生成水の生成の観点から、多くの他のシステムより有意に効率的である。
【００２５】
（水純度および生成水質）
実質的に純粋な水とは、いくつかの実施形態では、以下の基準のいずれかを満たす、水、すなわち、任意の汚染物質に対して、注入水の少なくとも２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２５０、５００、７５０、１０００倍以上の純度である、純度まで浄化された水であり得る。他の実施形態では、実質的に純粋な水は、注入水中に存在する複数の汚染物質に対して、前述のレベルのうちの１つまで浄化された水である。すなわち、これらの実施形態では、水純度または質は、一連の１つ以上の汚染物質の濃度の関数であり、実質的に純粋な水は、生成水中の同一汚染物質の濃度と比較して、注入水中のこれらの汚染物質の濃度間に、例えば、２５倍以上の比率を有する、水である。
【００２６】
他の実施形態では、水純度は、伝導性によって測定されることができ、超純水は、典型的には、約１μＳｉｅｍｅｎｓ未満の伝導性を有し、蒸留水は、典型的には、約５の伝導性を有する。そのような実施形態では、生成水の伝導性は、概して、約１〜７、典型的には、約２〜６、好ましくは、約２〜５、２〜４、または２〜３である。伝導性は、総溶解固体（ＴＤＳ）の尺度であり、塩、イオン、鉱物等に対する水純度の良好な指標である。
【００２７】
代替として、水純度は、例えば、表１および表２に列挙されるような現米国環境保護庁（ＥＰＡ）規格ならびに表２に列挙されるような他の許容規格等の種々の規格によって測定されることができる。故に、本発明の好ましい実施形態は、例えば、表１に列挙される任意の汚染物質を含む広範囲の汚染物質から、１つ以上の汚染物質のうちの任意のものを低減させることが可能であり、最終生成水は、「ＭＣＬ」（最大濃度レベル）と標識された列に規定されたレベル以下のそのような汚染物質のレベルを有し、注入水は、規定されたＭＣＬを最大約２５倍上回るそのような汚染物質のレベルを有する。同様に、いくつかの実施形態では、いくつかの汚染物質に対して、本発明のシステムは、注入水が、ＭＣＬまたは生成水より３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２５０、５００、１０００、または２００００倍以上の高い汚染を有するとき、汚染物質をＭＣＬレベルまで除去することができる。
【００２８】
任意のシステムの汚染物質を注入水から除去するための能力は、ある程度まで、注入水中の総不純物レベルの関数であるが、本発明のシステムは、特に、広範囲の異なるタイプの複数の異なる汚染物質を単一供給流から除去し、蒸留水に匹敵する水、ある場合には、超純水に匹敵する水を生成するために非常に好適である。表１における「課題水」列は、ＥＰＡ試験において使用される水における汚染物質の濃度レベルを含むことに留意されたい。本発明の水浄化システムのいくつかの実施形態は、典型的には、この列に列挙される量をはるかに上回る量の初期汚染物質を除去することができる。しかしながら、当然ながら、「課題水」列に記載のものに対応する汚染物質レベルも同様に、十分に本発明の実施形態の能力の範囲内である。
【表１−１】
2018500155.tif 000003
【表１−２】
2018500155.tif 000004
【表１−３】
2018500155.tif 000005
【００２９】
水純度および／または浄化性能の効率の決定は、システムの広範囲の汚染物質を除去する能力に基づくことができる。多くの生物学的汚染物質に対して、その目的は、実質的に全ての実汚染物質を除去することである。表２は、源水のさらなる一般的汚染物質および汚染物質のレベルを試験するための標準的プロトコルを列挙する。表１および２に列挙されるプロトコルは、一般的水汚染物質に対するハイパーテキスト転送プロトコルｗｗｗ．ｅｐａ．ｇｏｖ／ｓａｅｗａｔｅｒ／ｍｃｌ．ｈｔｍｌ＃ｍｃｌｓ；「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ｉｎ  Ｄｒｉｎｋｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ（ＥＰＡ／６００／４−８８−０３９，  １９８８年１２月（１９９１年７月改訂））」から公的に入手可能である。方法５４７、５５０、および５５０．１は、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ｉｎ  Ｄｒｉｎｋｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ−付録Ｉ、ＥＰＡ／６００−４−９０−０２０（１９９０年７月）に記載されている。方法５４８．１、５４９．１、５５２．１、および５５５は、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓｉｎ  Ｄｒｉｎｋｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ−付録ＩＩ、ＥＰＡ／６００／Ｒ−９２−１２９（１９９２年８月）」に記載されている。方法５０２．２、５０４．１、５０５、５０６、５０７、５０８、５０８．１、５１５．２、５２４．２５２５．２、５３１．１、５５１．１、および５５２．２は、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ｉｎ  Ｄｒｉｎｋｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ−付録ＩＩＩ、ＥＰＡ／６００／Ｒ−９５−１３１（１９９５年８月）」に記載されている。方法１６１３は、「Ｔｅｔｒａ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ＯｃｔａＣｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ  Ｄｉｏｘｉｎｓ  ａｎｄ  Ｆｕｒａｎｓ  ｂｙ  Ｉｓｏｔｏｐｅ−−Ｄｉｌｕｔｉｏｎ  ＨＲＧＣ／ＨＲＭＳ」（ＥＰＡ／８２１−Ｂ−９４−００５、１９９４年１０月）」に記載されている。前述の各々は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
【表２】
2018500155.tif 000006
【表３】
2018500155.tif 000007
【００３０】
（水の事前処理）
事前処理システムの目的は、後続処理中、特に、脱塩中、スケールを形成することによって干渉しないレベルまで、スケール形成化合物を低減させることである。水の硬度は、通常、水中に存在するカルシウム（Ｃａ＋＋）、マグネシウム（Ｍｇ＋＋）、および他の二価イオンの量として定義され、通常、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）としてこれらのイオンまたはその均等物の百万分率（ｐｐｍ）で表される。スケールは、水が大気から二酸化炭素を溶解し、そのような二酸化炭素が、炭酸カルシウムおよびマグネシウムの両方を形成するように結合する炭酸イオンを提供するので、生じる。加熱に応じて、炭酸カルシウムおよびマグネシウムの溶解度は、著しく低下し、スケールとして凝結する。実際、スケールは、溶液から凝結する、任意の化学化合物を含む。したがって、リン酸鉄または硫酸カルシウム（石膏）も、スケールを生成する。事前処理に関する追加の情報は、Ｔｈｉｅｒｓ第ＷＯ２０１０／１１８４２５Ａ１号／第ＰＣＴＵＳ２０１０／０３０７５９号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）によって提供される。
【００３１】
従来のスケール除去技術は、化学および電磁方法を含む。化学方法は、ｐＨ調節、ポリリン酸塩、ゼオライト等を用いた化学隔離、またはイオン交換のいずれか、典型的には、これらの方法の組み合わせを利用する。通常、化学方法は、ｐＨを低下させ、化学隔離を使用することによって、スケールが凝結することを防止することを目的とするが、典型的には、１００％効果的ではない。電磁方法は、非粘着性である結晶形態に有利に働くように、炭酸カルシウムまたはマグネシウムの電磁励起に依拠する。例えば、電磁励起は、カルサイトではなく、炭酸カルシウムのより軟質かつ低粘着形態であるアラゴナイトの凝結に有利に働く。しかしながら、電磁方法は、比較的に短い距離および滞留時間にわたってのみ効果的である。イオン交換は、その名が含意するように、あるイオンを他のイオンと交換し、カルシウムもしくはマグネシウム等のカチオンをナトリウムと交換するカチオンイオン交換樹脂、または塩化物もしくは硫化物等のアニオンを交換するアニオンイオン交換樹脂を含む。
【００３２】
（水脱塩システムの総合的説明）
図１は、煮沸器（２）および凝縮器（３）のネスト化配列を提供する水浄化および脱塩システムの簡略化された略図を図示し、システムは、中心熱投入エリア（１）と、複数の熱パイプ（４）とを伴い、熱パイプは、凝縮器内の蒸気の凝縮からの熱をそれを包囲する隣接する煮沸器に伝達する。例えば、同心長方形煮沸器、凝縮器、および予熱器容器等のネスト化配列等、同心ネスト化配列の種々の代替構成が、当業者に可能である。
【００３３】
図２は、煮沸器（２）と、凝縮器（３）と、熱パイプ（４）と、中心熱投入エリア（１）と、汚染塩類投入水（５）と、凝縮器チャンバ（３）の中に入り、生成水（８）に凝縮する前に、煮沸器内で蒸発し、デミスタ（図示せず）によってクリーニングされる蒸気（６）と、煮沸チャンバを凝縮チャンバから分離する薄金属プレート（７）とのネスト化同心配列の断面図（ａ）および平面図（ｂ）を提供する。図２によって説明されるようなネスト化構成の有利な特徴は、多数あり、（ａ）第１に、システム全体のためのエネルギーが、ネスト化構成の中心に提供され、したがって、壁損失が、最小化され、（ｂ）第２に、凝縮熱を次の煮沸器段階に伝達するための熱パイプを伴う、煮沸器および凝縮器のネスト化配列は、連続煮沸のための熱要件のほぼ全てが、高性能熱伝達デバイスによって利用可能であり、従来の熱交換器よりはるかに優れていることを意味し、（ｃ）第３に、段階間の温度（したがって、圧力）差が非常に小さいので、可能な煮沸器および凝縮器を分離する薄壁もまた、熱が、熱伝導性によって伝達することができ、したがって、要求される熱パイプの数を低減させることを意味し、（ｄ）第４に、段階の数が増加するにつれた温度および圧力の両方の漸減は、外側煮沸器および凝縮器が、煮沸と一貫した最低温度にあり、したがって、再び、壁損失を最小化することを意味する。
【００３４】
要求される熱パイプの数が、脱塩システムのサイズと熱伝達のために必要とされる表面積との関数であることは、当業者に明白であるはずである。ネスト化設計構成の利点の１つは、要求される熱パイプの数が大幅に低減させられ得るか、または段階間で熱を伝達するための表面積が十分に大きい場合、熱パイプの必要性が排除さえされ得ることである。それにしても、そのような熱伝達に熱パイプを追加することは、システムの熱性能を向上させ得る。サーモサイフォン、熱スプレッダ、またはいくつかの他のタイプの熱伝達デバイスが、熱パイプの代わりに、またはそれに加えて、使用されることができることも当業者に明白であるはずである。
【００３５】
図３は、ネスト化同心構成の代替実施形態を図示する。煮沸器（２）に進入する予熱されかつ脱ガスされた水（５）は、中心加熱チャンバ（１）から熱を伝達する熱パイプ（４）によって、沸騰するまでさらに加熱される。煮沸器（２）内で生成された蒸気（６）は、以下に説明される、デミスタ（１０）内でクリーニングされ、凝縮器（３）内で生成水（８）に凝縮される。水が、各同心煮沸器（２）内で蒸発されるにつれて、溶解塩の濃度は、増加する。各同心煮沸器（２）内の煮沸水のレベルは、これらの煮沸器間の圧力差によって、水が各煮沸器から次の煮沸器に流動することを可能にする、圧力調整器（図示せず）によって一定レベルに維持される。
【００３６】
図３の実施形態の別の特徴は、中間水予熱チャンバ（９）の使用であり、中間水予熱チャンバは、煮沸器および凝縮器と同心であり、煮沸および凝縮器チャンバを分離する薄金属プレート（７）の高熱伝導性を利用し、生成水（８）中に含まれる熱が予熱された流入水として再循環のために回収されることを確実にする。必要に応じて、予熱チャンバを隣接する煮沸器から分離する、金属プレートは、断熱材でコーティングされ、煮沸チャンバ内の熱損失を防止することができる。好適な断熱材として、限定ではないが、アルミナ、ジルコニア、および類似金属酸化物もしくは窒化物等、高塩分濃度水にも影響されない、ある一定のセラミック組成物が挙げられる。
【００３７】
図４は、そのような煮沸器および凝縮器チャンバを分離するプレートが薄いとき、剛性および機械的強度を維持する、同心煮沸器および凝縮器を組み立てるための随意の方法を説明する。方法は、プレート（７）を分離するための小管（１１）を使用することから成り、プレートは、平坦平面上に設置され、続いて、円筒形表面に形成され、煮沸器および凝縮器チャンバを製造することができる。
【００３８】
図５は、ネスト化構成の代替実施形態を図示し、それは、煮沸器とそれを包囲する隣接する煮沸器の１組間の圧力を低下させ得る中間圧力調整器の有無にかかわらず、連続螺旋に基づく。具体的代替実施形態の１つは、「フェルマー」螺旋の使用であり、フェルマー螺旋は、［薄壁（７）によって分離される］螺旋によって特徴付けられ、螺旋は、中心からのその距離が増加するにつれて、徐々により薄くなり、したがって、より効率的煮沸作用のために、熱がより高い温度で利用可能である中心近傍においてより広い蒸発表面を可能にする。この理由のために、流入塩水を予熱するために使用される螺旋は、２つの区分、すなわち、徐々に予熱されるべき流入塩水を運搬することにあたるもの（９）と、熱を流入塩水と交換し、したがって、徐々に冷たくなる生成水を収集することにあたるもの（８）とに分割されることができる。螺旋の中心は、脱ガス、事前処理、または類似機能のために使用され得るエリアを含む。この内側区分を直に包囲して、低圧蒸気、廃熱、または燃焼ガスを含み得る熱投入のための環状体がある。流入予熱塩水（９）は、熱源に近接する内側煮沸エリアに進入し、蒸気に蒸発し、次いで、蒸気は、生成水（８）に凝縮する。この蒸気の凝縮熱は、熱パイプ（図示せず）を介して、隣接する煮沸器区分の中に伝達され、このプロセスは、廃棄塩水の塩分濃度がその塩水中の可溶性塩の溶解度限界に近づくまで繰り返され、その時点で、廃棄塩水は、排出されるか、または最終排出前に追加の冷却を受ける。
【００３９】
図６は、図３に示されるものの代替実施形態を伴う、煮沸器（２）および凝縮器（３）の断面図および平面図を図示する。図６では、煮沸器（２）および凝縮器（３）区分は、上部が開放し、蒸気の通過を可能にする薄プレート（１７）によって分離される。金属プレート（１７）の上部に置かれたデミスタ（１０）は、清浄蒸気を煮沸作用によって同伴され得る水液滴から分離する。蒸気は、凝縮器区分（３）内で凝縮し、凝縮熱は、熱パイプ（４）によって、凝縮器（３）および狭い予熱チャンバ（９）を包囲する隣接する煮沸区分に効率的に伝達される。予熱チャンバ（９）を横断する熱パイプ（４）の区分は、断熱され、凝縮器（３）から包囲する煮沸器（２）への熱の伝達の間、熱損失を防止し得る。薄金属プレート（１２）は、凝縮される生成水が熱伝導性によって熱を予熱チャンバ（９）に伝達し得るように、凝縮器チャンバ（３）を予熱チャンバ（９）から分離する。２つのより厚い垂直金属プレート（７）は、煮沸器および凝縮器チャンバを包囲する蒸留および凝縮段階から分離し、２つの水平プレート（１３）は、各蒸留および凝縮段階の上部および底部をシールする。プレート（７）および（１３）の厚さは、隣接する煮沸および凝縮段階間の圧力差に耐えるために十分である。
【００４０】
図７は、ネスト化構成における煮沸器（２）および凝縮器（３）段階のための若干異なる実施形態の断面を示す。図７では、予熱チャンバ（９）は、熱壁損失を低減させるために、底部および上部プレート（１３）に隣接して位置する。この特定の実施形態では、個々の段階を分離する垂直プレート（７）は、断熱を要求しないが、上部および底部プレート（１３）は、断熱層（１４）を有する。図６の場合のように、デミスタ（１０）が、煮沸チャンバの上部に近接して置かれ、熱パイプ（４）は、凝縮熱を隣接する煮沸段階に伝達する。
【００４１】
図８は、ネスト化構成の代替実施形態を図示し、蒸留および凝縮段階の同心配列は、円形ではなく、長方形である。図８では、流入塩性塩水が、予熱チャンバ（９）を通して進入し、内向きに流動し、熱エネルギーが提供されるネスト化構成の中心に到達するまで、徐々に高温となる。内側煮沸段階において、予熱された流入水は、沸騰し、蒸気は、外側凝縮器チャンバ内で生成水（８）に凝縮され、それによって、熱パイプ（４）および熱伝導性を用いて、凝縮熱を次の煮沸チャンバに伝達する。段階間の圧力調整器（１５）は、内側煮沸チャンバから外側外周部への圧力の漸減を制御する。煮沸が塩性塩水を濃縮するにつれて、塩性塩水は、その溶解度限界を超えないレベルにおいて可溶性塩で徐々に飽和されるが、最終的に、廃棄塩水（５）として排出される。
【００４２】
図９は、ネスト化構成の代替断面図を示す。図９では、同心煮沸器または螺旋煮沸器（２）のいずれかの組が、同心または螺旋凝縮器（３）上に搭載され、熱パイプ（４）の組が、煮沸器と凝縮器チャンバとの間の接合部において凝縮熱を凝縮器チャンバから煮沸器チャンバの中に伝達する。煮沸中、蒸気（６）が発生させられ、そのような蒸気は、デミスタ（１０）によってクリーニングされる。一連のプレート（７）は、異なる煮沸器段階および凝縮器段階を分離する。ネスト化構成の中心は、熱源を含み、外周部は、周囲温度に近いネスト化構成の外部境界を示す。流入汚染水（９）は、外周部から進入し、煮沸チャンバ（２）内の蒸気（６）から伝達される熱によって、その沸点近傍まで予熱される。凝縮器チャンバ内で凝縮する蒸気（６）は、生成水（８）となり、ネスト化構成の底部から退出する。底部および上部プレート（１３）は、漏出を防止し、システム全体のための必要断熱を提供する。煮沸は、中心近傍からシステムの外周部（図９には図示せず）に向かって移動するにつれて、流入水の塩分濃度を濃縮する。
【００４３】
図１０は、複数の蒸留段階を分離するための薄プレートを使用するときの煮沸器および凝縮器のネスト化構成を組み立てるための方法を図示する概略図である。図９では、垂直プレート（７）は、２つの同心ゴムリング（１６）等が係合し、漏出しないシールを提供するまで押し下げることによって、搭載プレート（１３）に対して固定されることができる。これは、異なるプレートをシールする溶接または類似方法の随意の代替であるが、容易な保守および修理に向いている。
【００４４】
当業者は、これらの方法およびデバイスが、目的を実行し、言及される目標および利点、ならびに種々の他の利点および利益を得るために適合されること、または適合され得ることを理解するであろう。本明細書に説明される方法、手順、およびデバイスは、現在、好ましい実施形態の代表であり、例示的であり、本発明の範囲に対する制限として意図されない。それにおける変更および他の使用が、当業者に想起され、これらは、本発明の精神内に包含され、本開示の範囲によって定義される。
【００４５】
（効率的熱伝達機構）
本明細書に説明されるシステムの重要な利点は、熱パイプを使用することによる熱伝達機構である。熱パイプは、ほぼ熱力学的に可逆的である、すなわち、ほぼ無効率損失を伴ってエンタルピーを伝達するシステムとして、熱を伝達する手段を提供する。したがって、全部ではないが、大部分が、生成水の熱から回収される、予熱エネルギー以外、ネスト化構成の中心における熱投入区分によって提供される熱のほぼ全てが、システム表面における熱損失を最小化することによって、煮沸および凝縮段階のそれぞれにおいて再使用される。その表面は、ネスト化構成において最小化されるため、かつその表面は、周囲温度における流入水を予熱することによって包囲され得るため、表面損失に起因する熱損失の量は、ゼロに近くなり得る。したがって、煮沸および凝縮の複数の段階の間に使用され得るエネルギーは、水の蒸発熱をシステムの段階の数で除算することによって容易に近似され得る。
【００４６】
明らかなこととして、本発明において煮沸および凝縮段階の数を最大限にすることが可能であることは、有利であり、熱パイプは、そのような熱パイプの凝縮端と煮沸端との間の温度差（ΔＴ）が熱パイプを通して最大熱束を維持するために十分であることを前提として、これが行われることを可能にする。市販の熱パイプは、典型的には、約８℃（１５°Ｆ）のΔＴを有するが、いくつかは、３℃の低ΔＴを有する。ΔＴは、所与の温度において利用可能な所与の熱量で実践的である、段階の最大数を定義する。したがって、可能な限り低ΔＴで機能することができる、熱パイプの必要性がある。したがって、熱パイプ内の熱現象を検査することが有用である。
【００４７】
市販の熱パイプは、元々、部分的に真空化され、少量の作業流体（典型的には、水であるが、アルコールまたは他の揮発性液体でもあり得る）を含むシールされた管から成る。熱が、エンタルピーの形態で高温端に印加されると、熱は、最初に、管の金属障壁を横断し、次いで、蒸発熱を作業流体に提供するように使用される。作業流体が蒸発するにつれて、結果として生じるガス（水の場合、蒸気）が、管を充填し、より低い温度が凝縮を引き起こす低温端に到達し、したがって、凝縮熱として同熱を放出する。連続動作を促進するために、管の内側は、通常、毛細管作用によって作業流体の凝縮相を管の高温端に伝達する任意の多孔性かつ親水性の層であり得る芯を含む。
【００４８】
実験的に、熱パイプ内の熱伝達に対する最大障壁として、第１に、熱パイプの外側に直に隣接する層、第２に、熱パイプの材料によって提示される伝導障壁、第３に、作業流体を熱パイプの高温端に戻す芯材の限界が挙げられる。熱パイプは、Ａｌａｓｋａオイルパイプライン、衛星、コンピュータ内のＩＣチップの冷却、および類似用途等、いくつかの熱伝達用途において広範に使用されているが、Ｓｙｌｖａｎ  Ｓｏｕｃｅ  Ｉｎｃ．によって出願および特許されたもの以外、概して、脱塩または水浄化用途のためには使用されていない。熱パイプは、熱を伝達するための熱交換器よりもはるかに優れている。ＵＣＬＡ、ＳＲＩ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、およびＡＲＰＡ−Ｅにおける独立研究は、熱パイプが、同様の寸法を伴う銀より数千〜最大３０，０００倍伝導性があることを示している。
【００４９】
加えて、３〜４℃と低温度差を伴って、最大２００ワット／熱パイプを伝達可能である、有意な改良が、高性能熱パイプに行われている。熱パイプ設計および製造におけるさらなる進歩が、Ｔｈｉｅｒｓ（米国特許第８，７７１，４７７号；「ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ  ＷＡＴＥＲ  ＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＤＥＳＡＬＩＮＡＴＩＯＮ」と題された第００８８５２０−０１８ＷＯ０号（出願第ＰＣＴ／ＵＳ１２／５４２２１号、出願日：２０１２年９月７日）、および米国仮出願第６２０４１５５６号）によって提案されている。前述の特許および用途の各々は、参照することによって全体として本明細書に組み込まれる。
【００５０】
従来の／市販の熱パイプを用いても、コンパクトネスト化構成によってもたらされる低熱損失は、非常に効率的脱塩システムを可能にする。海水を処理する１４段階を伴う円形同心構成では、正味エネルギー消費は、生成水の４．５ｋＷｈ／ｍ３と低くなることができる。より低いエネルギーレベルは、高性能熱パイプを用いて達成されることができる。
【００５１】
本明細書に例証的に説明される発明は、本明細書に具体的に開示されない、任意の要素または複数の要素、制限または複数の制限がなければ、好適に実践されることができる。採用されている用語および表現は、制限ではなく、説明の用語および表現として使用され、そのような用語および表現の使用において、示され、説明される特徴の均等物またはその一部の除外を示す意図はない。種々の修正が、開示される発明の範囲内で可能であることを認識されたい。したがって、本発明は、好ましい実施形態および随意の特徴によって具体的に開示されたが、本明細書に開示される概念の修正および変形例が、当業者によって用いられ得、そのような修正および変形例が、本開示によって定義されるような本発明の範囲内であると見なされることを理解されたい。
【００５２】
当業者は、本明細書に記載される本発明の側面および実施形態が、相互に別個に、または相互に併せて、実践されることができることを認識する。したがって、別個の実施形態の組み合わせは、本明細書に開示されるような本発明の範囲内である。
【００５３】
全ての特許および刊行物は、各個々の刊行物が、具体的かつ個々に、参照することによって組み込まれることが示される場合と同程度において、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【図１】
2018500155.tif 000008
【図２Ａ】
2018500155.tif 000009
【図２Ｂ】
2018500155.tif 000010
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2018500155.tif 000013
【図５】
2018500155.tif 000014
【図６】
2018500155.tif 000015
【図７】
2018500155.tif 000016
【図８】
2018500155.tif 000017
【図９】
2018500155.tif 000018
【図１０Ａ】
2018500155.tif 000019
【図１０Ｂ】
2018500155.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月3日(2017.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
煮沸器および凝縮器のネスト化配列を備えている水浄化および脱塩システムであって、前記システムは、蒸留のエネルギーを一回または複数回回収しながら、汚染水サンプルから、微生物汚染物質、放射性汚染物質、金属、および塩を含む複数の汚染物質タイプを除去可能であり、前記システムは、熱パイプ、サーモサイフォン、および熱スプレッダから成る群から選択される１つ以上の熱伝達デバイスを備えている、システム。
【請求項２】
エネルギーが、電気、地熱、太陽エネルギー、蒸気、石炭、油、炭化水素、天然ガス、廃熱、（復熱装置、太陽熱ヒータ、節熱器等からの）作業流体、および任意のそれらの組み合わせから成る群から選択されたエネルギー源から、前記システムに提供される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記水サンプルは、水道水、産業廃水、都市廃水、海水、塩性塩水、（農業添加物、ガソリン添加剤、重毒性金属、病原菌、細菌、または塩によって）汚染された水から成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
脱塩区分が、入口と、予熱器と、脱ガス装置と、１つ以上の蒸発チャンバと、１つ以上のデミスタと、１つ以上の生成物凝縮器と、廃棄物出口と、１つ以上の生成物出口と、加熱チャンバと、制御システムとを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システム内で浄化された水は、前記汚染水が、表１に示されるレベルより最大２０，０００倍大きい汚染物質タイプのレベルを有するとき、表１に示されるレベルを下回る全汚染物質タイプのレベルを有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
同心円形タンク、長方形タンク、または螺旋タンクのネスト化構成を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
流入塩性水が、内向きに流動し、予熱され、熱エネルギーが、生成水と一緒に外向きに流動し、廃棄塩水が、徐々に濃縮され、外周から排出される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記加熱チャンバは、煮沸器および凝縮器のネスト化配列の中心に位置している、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記デミスタは、前記蒸発チャンバに近接して位置付けられている、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
前記蒸発チャンバからの蒸気が、圧力下で前記デミスタに進入する、請求項４に記載のシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムを使用して水を浄化および脱塩する方法であって、
流入する汚染水を予熱するステップであって、前記水は、第１の濃度における少なくとも１つの汚染物質を含む、ステップと、
蒸発チャンバ内の水を蒸気の形成を可能にする条件下に維持するステップと、
清浄蒸気を凝縮させ、第２の濃度における少なくとも１つの汚染物質を含む浄化された水を産生するステップであって、前記第２の濃度は、前記第１の濃度より低い、ステップと、
熱（凝縮熱）を凝縮器チャンバから回収し、隣接する煮沸または予熱チャンバの中に伝達するステップと、
清浄水生成を最大化しながら前記エネルギーを再使用するために、前記蒸発および凝縮を複数回繰り返すステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記回収される熱量は、各煮沸および凝縮の循環において前記凝縮熱の少なくとも８０％である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記回収される熱量は、各煮沸および凝縮の循環において前記凝縮熱の９０％より大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
蒸気を前記蒸発チャンバからデミスタに排出するステップと、
前記デミスタ内で清浄蒸気を汚染物質含有廃棄物から分離するステップと、
前記蒸発および凝縮を複数回繰り返すステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
煮沸器、凝縮器、および予熱器チャンバのネスト化配列は、断熱を伴う金属シェルで囲まれており、前記システムは、事前処理区分をさらに備えている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記システムは、煮沸器および凝縮器を分離する壁を通る、熱伝導性による熱伝達を使用する、請求項１に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
外向きに流動する流入水と同時に、熱が、ネスト化配列の中心エリアに提供されることができ、熱パイプを用いて徐々に外向きに伝達される。熱パイプは、その高温端と低温端との間にわずかな温度差を伴って動作する非常に効率的エンタルピー伝達デバイスである。いくつかの熱パイプは、中心容器に提供される熱を内側煮沸器に伝達することができる。内側煮沸器において生成された蒸気は、主に、内側煮沸器を包囲する凝縮器内で凝縮熱として回収されることができ、熱パイプの組は、その熱を同心外側煮沸器に伝達し、したがって、複数の蒸発および凝縮チャンバのために、徐々に熱を再使用する。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
煮沸器および凝縮器のネスト化配列を備えている水浄化および脱塩システムであって、前記システムは、蒸留のエネルギーを複数回回収しながら、汚染水サンプルから、微生物汚染物質、放射性汚染物質、金属、および塩を含む複数の汚染物質タイプを除去可能である、システム。
（項目２）
エネルギーが、電気、地熱、太陽エネルギー、蒸気、石炭、油、炭化水素、天然ガス、廃熱、および任意のそれらの組み合わせから成る群から選択されたエネルギー源から、前記システムに提供される、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記水サンプルは、水道水、汚染水溶液、産業廃水、都市廃水、海水、および塩性塩水から成る群から選択される、項目１に記載のシステム。
（項目４）
海水を脱塩するときのエネルギー消費は、生成水の４．５ＫＷｈ／ｍ３より低い、項目３に記載のシステム。
（項目５）
脱塩区分が、入口と、予熱器と、脱ガス装置と、複数の蒸発チャンバと、デミスタと、生成物凝縮器と、廃棄物出口と、生成物出口と、加熱チャンバと、制御システムとを備え、凝縮熱が、追加の蒸発のために、回収され、再使用される、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記システム内で浄化された水は、前記汚染水が、表１に示されるレベルより最大２０，０００倍大きい汚染物質タイプのレベルを有するとき、表１に示されるレベルを下回る全汚染物質タイプのレベルを有する、項目５に記載のシステム。
（項目７）
生成される水の体積は、投入水の体積の約２０％〜約９９％である、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記システムは、少なくとも１ヶ月の連続使用を通してクリーニングを要求しない、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記システムは、少なくとも１年の連続使用を通してクリーニングを要求しない、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記システムは、５年を上回る連続使用を通してクリーニングを要求しない、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
同心円形タンク、長方形タンク、螺旋タンクのネスト化構成を備えている、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
流入塩性水が、内向きに流動し、予熱され、熱エネルギーが、生成水と一緒に外向きに流動し、廃棄塩水が、徐々に濃縮され、外周から排出される、項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
蒸発チャンバが、凝縮器チャンバから伝達される熱を送達する複数の熱伝達デバイスを備えている、項目１に記載のシステム。
（項目１４）
前記熱伝達デバイスは、熱パイプ、熱スプレッダ、サーモサイフォン、および任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、項目１３に記載のシステム。
（項目１５）
前記加熱チャンバは、煮沸器および凝縮器のネスト化配列の中心に位置している、項目５に記載のシステム。
（項目１６）
前記デミスタは、前記蒸発チャンバの上側表面に近接して位置付けられている、項目５に記載のシステム。
（項目１７）
前記蒸発チャンバからの蒸気が、圧力下で前記デミスタに進入する、項目５に記載のシステム。
（項目１８）
水を浄化および脱塩する方法であって、
−流入する汚染水を予熱するステップであって、前記水は、第１の濃度における少なくとも１つの汚染物質を含む、ステップと、
−蒸発チャンバ内の水を蒸気の形成を可能にする条件下に維持するステップと、
−前記清浄蒸気を凝縮させ、第２の濃度における少なくとも１つの汚染物質を含む浄化された水を産生するステップであって、前記第２の濃度は、前記第１の濃度より低い、ステップと、
−熱（凝縮熱）を凝縮器チャンバから回収し、隣接する煮沸または予熱チャンバの中に伝達するステップと、
−前記蒸発および凝縮を複数回繰り返し、清浄水生成を最大化しながら前記エネルギーを再使用するステップと
を含む、方法。
（項目１９）
前記回収される熱量は、前記凝縮熱の少なくとも８０％である、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記回収される熱量は、前記凝縮熱の９０％より大きい、項目１８に記載の方法。
（項目２１）
−蒸気を前記蒸発チャンバからデミスタに排出するステップと、
−前記デミスタ内で清浄蒸気を汚染物質含有廃棄物から分離するステップと、
−前記蒸発および凝縮を複数回繰り返すステップと
をさらに含む、項目１８に記載の方法。
（項目２２）
煮沸器、凝縮器、および予熱器チャンバのネスト化配列は、断熱を伴う金属シェルで囲まれている、項目１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2018500155.tif 000021