(57)【要約】  本発明は、液体形態の水（１１）を含有することを意図される蒸発室（１０）を含み、かつ蒸発室（１０）に含有される水の一部だけを蒸発することができる蒸発装置（１’）と、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水の中に気体を注入し、その水の中に気泡を形成することを可能にするガス供給手段（１２）と、冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を含み、かつ蒸発室（１０）から来る水蒸気を少なくとも凝縮することを可能にする熱交換器（３／３’／３”）とを含む設備に関する。前記設備は、自然環境における液体形態（Ｌ）の水をポンプ輸送し、前記水を前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を通して送るか、又はそれを前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）と接触させ、蒸発室（１０）から来る水蒸気を冷却させ、その水が前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を横切るか又はそれと接触しながら加熱された後に液体形態（Ｌ）の水を蒸発室（１０）に供給する。蒸発室（１０）は、液体形態（Ｌ）の水の一部を放出するための手段（１０ｃ；１４３）を含み、手段（１０ｃ；１４３）は、水供給手段（１４）と組み合わせて、蒸発室（１０）の内側の液体形態（Ｌ）の水を更新させ、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水の温度が、蒸発室（１０）に含有される水の一部の蒸発を維持するために十分な温度で維持される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発及び凝縮によって自然環境においてポンプ輸送される水を処理するための設備であって、前記設備が、液体形態の水（１１）を含有することを意図される蒸発室（１０）を含み、かつ蒸発室（１０）に含有される水の一部だけを蒸発することができる蒸発装置（１’）と、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の中に気体を注入し、その水の中に気泡を形成することを可能にするガス供給手段（１２）と、冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を含み、かつ蒸発室（１０）から来る水蒸気を少なくとも凝縮することを可能にする熱交換器（３／３’／３”）とを含み、前記設備が、自然環境における液体形態（Ｌ）の水、特に海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下水をポンプ輸送し、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の前記水を前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を通して送るか、又はそれを前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）と接触させ、蒸発室（１０）から来る水蒸気を冷却させ、自然環境においてポンプ輸送される液体形態（Ｌ）のその水が前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を横切るか又はそれと接触しながら加熱された後に液体形態（Ｌ）の水を蒸発室（１０）に供給するようになっており、蒸発室（１０）が、蒸発室（１０）に含有される液体形態（Ｌ）の水の一部を放出するための手段（１０ｃ；１４３）を含み、手段（１０ｃ；１４３）が、水供給手段（１４）と組み合わせて、蒸発室（１０）の内側の液体形態（Ｌ）の水を更新させ、蒸発室（１０）に含有される液体形態（Ｌ）の水の温度が、蒸発室（１０）に含有される水の一部の蒸発を維持するために十分な温度で保持される、設備。
【請求項２】
蒸発室（１０）が、蒸発室に含有される水を加熱するための追加の手段を持たない、請求項１に記載の設備。
【請求項３】
冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）と蒸発室（１０）の間の水を加熱するための追加の手段を持たない、請求項１又は２に記載の設備。
【請求項４】
熱交換器（３／３’）の前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）が、蒸発室（１０）の外側に位置され、水供給手段（１４）が、自然環境においてポンプ輸送される液体形態（Ｌ）の前記水を熱交換器（３／３’）の前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を通して循環することを可能にし、かつ自然環境においてポンプ輸送される液体形態（Ｌ）の前記水が熱交換器（３／３’）の冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を通過した後、自然環境においてポンプ輸送される液体形態（Ｌ）の前記水を蒸発室（１０）に供給することを可能にする、請求項１〜３のいずれかに記載の設備。
【請求項５】
熱交換器（３”）の冷却手段（３１１）の少なくとも一部が、蒸発室（１０）の内側に位置され、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）によって冷却されることができる、請求項１〜３のいずれかに記載の設備。
【請求項６】
熱交換器（３／３”）の冷却手段が、閉鎖された蒸発／凝縮回路（３１）を含み、その回路において作用流体（Ｆ）が、閉ループで循環することができ、その回路が、前記作用流体（Ｆ）のための蒸発器（３１０）、及び前記作用流体（Ｆ）のための凝縮器（３１１）を含み、蒸発器（３１０）が、蒸発室（１０）から来る水蒸気の凝縮を可能にする、請求項１〜５のいずれかに記載の設備。
【請求項７】
前記水供給手段（１４）が、前記凝縮器（３１１）における作用流体（Ｆ）の通過時に作用流体（Ｆ）を、自然環境においてポンプ輸送される液体形態（Ｌ）の水で冷却することを可能にし、かつ液体形態（Ｌ）の前記水が凝縮器（３１１）における作用流体（Ｆ）によって加熱された後に液体形態（Ｌ）の前記水を蒸発室（１０）に供給することを可能にする、請求項４又は６に記載の設備。
【請求項８】
蒸発器（３１０）が、蒸発室（１０）の外側に位置され、凝縮器（３１１）が、蒸発室（１０）の内側に位置され、蒸発室（１０）に含有される液体形態（１１）の水に沈められることができる、請求項５又は６に記載の設備。
【請求項９】
設備が、電力の生産を可能にするものであり、前記熱交換器（３／３”）が、電力生産システムを構成し、電力生産システムがさらに、蒸発室（１０）から来る水蒸気の凝縮からエネルギーを回収し、それを電力に変換することを可能にする、請求項１〜８のいずれかに記載の設備。
【請求項１０】
前記熱交換器（３／３”）が、タービン（３２）を含み、タービン（３２）が、蒸発器（３１０）と凝縮器（３１１）の間に装着され、タービン（３２）が、蒸気状態の作用流体（Ｆ）によって作動され、電力を生産することができる、請求項６〜８及び９のいずれかに記載の設備。
【請求項１１】
熱交換器（３）が、カリーナサイクル、ウエハラサイクルもしくはランキンサイクル、又はこれらのサイクルの一つ又は別のものから誘導されたサイクルを実施するために設計される、請求項１〜１０のいずれかに記載の設備。
【請求項１２】
熱交換器（３’）の冷却手段が、冷却回路（３０１）を含み、冷却回路（３０１）が、蒸発室から来る水蒸気と接触するように設計され、冷却回路（３０１）において熱伝達液体が循環し、冷却回路（３０１）において前記水供給手段（１４）が、前記冷却回路（３０１）において自然環境でポンプ輸送される液体形態（Ｌ）の前記水を導入して循環することを可能にし、自然環境においてポンプ輸送される前記水（Ｌ）が、冷却回路（３０１）において熱伝達液体として作用し、冷却回路（３０１）から来る液体形態（Ｌ）の前記水が蒸発室（１０）から来る水蒸気によって加熱された後に冷却回路（３０１）から来る液体形態（Ｌ）の前記水を蒸発室（１０）に供給することを可能にする請求項２に記載の設備。
【請求項１３】
ガス供給手段（１２）が、圧縮器（１２１）を含み、圧縮器（１２１）が、蒸発室（１０）と熱交換器（３／３’）の間に位置され、圧縮器（１２１）が、蒸発室（１０）の内側の気体及び水蒸気を吸引して蒸発室（１０）から来る気体及び水蒸気を熱交換器（３／３’）に供給することを可能にし、蒸発室が、吸入開口（１０ｂ）を含み、それを通して、圧縮器（１２１）が作動しているとき、気体が吸引され、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の中に注入される、請求項１〜１２のいずれかに記載の設備。
【請求項１４】
圧縮器（１２１）が、蒸発室（１０）に含有される水の蒸発を１００℃以下、好ましくは６０℃以下、さらに好ましくは２５℃以下の温度で行なうように蒸発室（１０）の内側に真空を作ることを可能にする、請求項１３に記載の設備。
【請求項１５】
蒸発室（１０）の吸入開口（１０ｂ）が、外気と連通する空気取り入れ口であり、それによって空気が、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の中に注入される、請求項１３又は１４に記載の設備。
【請求項１６】
気体が蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の中に注入される、蒸発室（１０）の吸入開口（１０ｂ）が、気体の流量を制御するための弁（１２３）を備える、請求項１３〜１５のいずれかに記載の設備。
【請求項１７】
圧縮器（１２１）が、気体及び水蒸気が圧縮器を通過するときにそれらを加熱することを可能にする、請求項１３〜１６のいずれかに記載の設備。
【請求項１８】
気体供給手段（１２）が、圧縮器（１２１）、圧縮器（１２１）中の気体のための吸入管（１２０）、及び排出管（１２２）を含み、排出管（１２２）が、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の中への圧縮器（１２１）によって送出された気体の注入を可能にする、請求項１〜１２のいずれかに記載の設備。
【請求項１９】
気体供給手段（１２）が、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）に入る気体の供給流量を自動的に調整することを可能にする、請求項１〜１８のいずれかに記載の設備。
【請求項２０】
気体供給手段（１２）が、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の中に蒸発室（１０）から来る気体の全て又は一部を再注入することによってその気体を再循環することを可能にする、請求項１〜１９のいずれかに記載の設備。
【請求項２１】
水供給手段（１４）が、蒸発室（１０）から液体形態で放出される水の温度（Ｔｆ−ΔＴ２）より高い温度（Ｔｆ＋ΔＴ１又はＴｆ）の水を蒸発室（１０）に供給することを可能にする、請求項１〜２０のいずれかに記載の設備。
【請求項２２】
水供給手段（１４）が、蒸発室（１０）において水の蒸発を維持するように蒸発室（１０）に入る水の流量を自動的に調整するために適している、請求項１〜２１のいずれかに記載の設備。
【請求項２３】
蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）に注入される気体が、空気、又は空気をベースとする混合物である、請求項１〜２２のいずれかに記載の設備。
【請求項２４】
水の中に導入される気体が、不活性ガス、特にヘリウムである、請求項１〜２３のいずれかに記載の設備。
【請求項２５】
気体供給手段（１２）が、蒸発室に含有される水（１１）の沸騰温度以下の蒸発温度でその水（１１）の蒸発を行なうことを可能にする、請求項１〜２４のいずれかに記載の設備。
【請求項２６】
１００℃以下、好ましくは６０℃以下、さらに好ましくは２５℃以下の蒸発温度で一定容量の液体の水を蒸発するように設計されている、請求項１〜２５のいずれかに記載の設備。
【請求項２７】
気体供給手段（１２）が、蒸発室（１０）の外側の周囲空気から空気の全て又は一部を引き寄せることによって蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）中に空気を注入することを可能にする、請求項１〜２６のいずれかに記載の設備。
【請求項２８】
蒸発／凝縮によって液体形態の水を処理するための方法であって、蒸発装置（１’）の蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の一部だけが、蒸発室（１０）において蒸発され、蒸発室（１０）から来る水蒸気が、熱交換器（３／３’／３”）を使用して凝縮され、熱交換器において気体が、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の中に注入され、その水において気泡（１３）を形成し、その液体形態（Ｌ）の水が自然環境、特に海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下水においてポンプ輸送され、自然環境においてポンプ輸送される液体形態（Ｌ）の前記水が、前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を通して送られるか又は前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）と接触され、蒸発室（１０）から来る水蒸気の冷却を行ない、蒸発室（１０）が、液体形態（Ｌ）のその水が前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を横切るか又はそれと接触されながら加熱された後に液体形態のその水を供給され、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水の一部が放出されて、蒸発室の水の供給と組み合わせて、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水を更新し、蒸発室（１０）に含有される液体形態（Ｌ）の水の温度が、蒸発室（１０）に含有される水の一部の蒸発を維持するのに十分な温度で保持される、方法。
【請求項２９】
蒸発室（１０）に含有される水が、追加の加熱手段を使用して加熱されない、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
水が冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）と蒸発室（１０）の間に位置された追加の加熱手段を使用して蒸発室（１０）内に注入される前に水が加熱されない、請求項２８又は２９に記載の方法。
【請求項３１】
熱交換器（３／３’）の前記冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）が、蒸発室（１０）の外側に位置され、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の水が、前記熱交換器（３／３’）の冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）を通して送られ、この水が、熱交換器（３／３’）の冷却手段（３００，３１０，３１１／３００，３０１）における通過時に加熱された後に蒸発室（１０）に注入される、請求項２８〜３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
熱交換器（３”）の冷却手段（３１１）の少なくとも一部が、蒸発室（１０）の内側に位置され、自然環境においてポンプ輸送される液体形態（Ｌ）の水が、蒸発室（１０）内に注入されて、蒸発室（１０）の内側に位置された熱交換器（３”）の冷却手段の前記少なくとも一部（３１１）が、蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）に沈められる、請求項２８〜３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記熱交換器（３）の冷却手段が、作用流体（Ｆ）を含有する閉回路（３１）を含み、それが、前記作用流体（Ｆ）の蒸発器（３１０）、及び前記作用流体（Ｆ）の凝縮器（３１１）を含み、蒸発室（１０）から来る水蒸気が、それを蒸発室（１０）と接触させることによって凝縮され、前記作用流体（Ｆ）が、前記閉回路（３１）において循環され、蒸発器（３１０）における通過時に作用流体（Ｆ）を蒸発し、凝縮器（３１１）における通過時に前記作用流体（Ｆ）を凝縮し、前記作用流体（Ｆ）が、自然環境においてポンプ輸送される液体形態（Ｌ）の水で前記凝縮器（３１１）において冷却される、請求項２８〜３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
蒸発室（１０）が、自然環境においてポンプ輸送される液体形態（Ｌ）の前記水が作用流体（Ｆ）によって加熱された後にその水を供給される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
方法が、電力の生産を可能にするものであり、電力が、蒸発室（１０）から来る前記水蒸気の凝縮エネルギーの少なくとも一部を回収することによって生産される、請求項２８〜３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
凝縮器（３１１）における作用流体（Ｆ）の通過前に、作用流体（Ｆ）が、少なくとも一つの電気タービン（３２）を回転するために使用される、請求項３３又は３５に記載の方法。
【請求項３７】
蒸発室（１０）から来る水蒸気が、熱交換器（３’）の冷却手段の冷却回路（３０１）とそれを接触することによって凝縮され、自然環境においてポンプ輸送され、かつ前記冷却回路（３０１）のための熱伝達流体として作用する液体形態（Ｌ）の前記水が、前記冷却手段（３０１）において循環され、蒸発室（１０）が、冷却回路（３０１）から来る液体形態（Ｌ）の前記水が蒸発室（１０）から来る水蒸気によって加熱された後にその水を供給される、請求項２８〜３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
蒸発室（１０）が、雰囲気圧より大きいか又はそれに等しい圧力にある、請求項２８〜３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
蒸発室（１０）が、真空下に置かれる、請求項２８〜３７のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
液体（１１）より上の蒸発室（１０）内の圧力が、自動的に調整される、請求項２８〜３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）に入る気体の流量が、自動的に調整される、請求項２８〜４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の一部が、蒸発室（１０）の外側に放出される水の温度（Ｔｆ−ΔＴ２）より高い温度（Ｔｆ＋ΔＴ１又はＴｆ）の水で連続的に置換される、請求項２８〜４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
蒸発室（１０）に入る液体の流量が、自動的に調整される、請求項２８〜４２のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】
液体（１１）中に注入される気体が、空気、又は空気ベースの気体混合物である、請求項２８〜４３のいずれかに記載の方法。
【請求項４５】
液体形態の水（１１）の中に導入される気体が、不活性ガス、特にヘリウムを含む、請求項２８〜４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４６】
蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の一部が、前記水の沸騰温度以下の蒸発温度で蒸発される、請求項２８〜４５のいずれかに記載の方法。
【請求項４７】
蒸発室（１０）における水（１１）の一部が、１００℃以下、好ましくは６０℃以下、さらに好ましくは２５℃以下の蒸発温度で蒸発される、請求項２８〜４６のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
水蒸気の凝縮から生じる水が回収される、請求項２８〜４７のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）の中に注入される気体の少なくとも一部が、周囲環境から引き寄せられる空気である、請求項２８〜４８のいずれかに記載の方法。
【請求項５０】
蒸発室（１０）に含有される液体形態の水（１１）中に注入される気体の少なくとも一部が、蒸発室（１０）に含有される液体（１１）中に再注入されることによって再循環される、請求項２８〜４９のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
自然環境、特に海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下水においてポンプ輸送される水から電力を生産するための、請求項１〜２７のいずれかに記載の設備又は請求項２８〜５０のいずれかに記載の方法の使用。
【請求項５２】
自然環境、特に海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下水においてポンプ輸送される水を精製し、もし必要なら脱塩及び／又は浄化するための、請求項１〜２７のいずれかの設備又は請求項２８〜５０のいずれかに記載の方法の使用。
【請求項５３】
蒸発室に含有される液体形態の水の中に注入される気体を冷却及び／又は浄化するための、請求項１〜２７のいずれかの設備又は請求項２８〜５０のいずれかに記載の方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発／凝縮によって自然環境において液体形態でポンプ輸送される水、特に海水、湖水もしくは流水からの水、又は地下水を処理するための新しい設備及び新しい方法に関する。例えば、本発明は、海水を脱塩したり、又は自然環境においてポンプ輸送される水を精製することを可能にする。本発明はまた、電力を生産したり又は気体を処理するために自然環境においてポンプ輸送される水の熱エネルギーの使用に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
通常の雰囲気圧（海水レベル）では、水蒸発は１００℃付近で起こる。この蒸発は、外側の環境が潜熱Ｌｖの形の蒸気になった水にエネルギーを供給するときに起こる。水がその蒸気状態でとどまる限り、このエネルギーＬｖは前記蒸気に貯蔵される。もし蒸気の温度が低下されるなら、そのとき凝縮現象に直面し、それによって蒸気は、その貯蔵されたエネルギーを外側環境に渡しながら液体になる。
【０００３】
液体から気体状態への移行は、蒸発及び沸騰として区別せずに言及されることが多い。実際には、これらの二つの現象は異なり、異なる条件下で出現する。蒸発は、液体の表面における気体状態の分子の出現に関する。もしエネルギーが容器の底部に素早く供給されるなら、温度は水柱全体にわたって徐々に上昇するが、エネルギー供給源と接触する表面では、温度は蒸発温度（通常雰囲気圧では水で１００℃）をすぐに越えるだろう。これは、浮力によって液体中で逃避及び上昇する水中の小さな気泡の形の局所的な蒸発を作る。この現象は、液体の温度上昇を加速し、気泡の数を増加する。そのとき沸騰現象が得られる。沸騰は、表面上で起こる一般的な蒸発とは違って、三次元又は容積ベースの蒸発であると言うことができる。
【０００４】
液体、特に低圧水の蒸発はまた、良く知られかつ制御された方法である。この蒸発方法は、液体、特に水の蒸発温度がその液体より上の雰囲気圧とともに低下するという事実に関係する。例えば、０．２ｂａｒでは、水の蒸発温度は約６０℃であり、２０ｍｂａｒでは、水の蒸発温度は約１７．５℃である。従って、もし容器、例えばビーカー中に水を２０℃に置くなら、短い期間では、雰囲気圧では何も起こらない。もし容器が真空ポンプに接続された真空室に置かれるなら、水は突然沸騰しはじめ、水の温度はどんどん低下し、最終的にゼロ以下の温度になる。一定時間後、残りの水は凍結に至り、従って蒸発は終わる。それゆえ、圧力を十分に低下することによって、水を低い温度で、例えば２０℃で蒸発させ、沸騰させることが可能である。
【０００５】
水のような液体が蒸発するとき、それは液相から気相へ行くエネルギーを必要とする：これは潜熱Ｌｖである。潜熱Ｌｖは、雰囲気圧の水に対して２．２５ＭＪ／ｋｇに等しい。このエネルギーは、蒸発しない液体状態の水の容積によって、及び液体状態の水を含有する容器によって供給され、それらは、それらの温度を低下することによってこの熱エネルギーを供給する。蒸発が続く限り、温度は、０℃以下に低下するまで低下しつづけ、液体の水は、最終的に氷に変わる。もし容器の関与を除外するなら、第一近似として、エネルギーは、蒸発した水によって受けとられるエネルギーと、液体の水によって供給されるエネルギーとの間に保持されると考えられる。
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式中、Ｅｅｖａは、蒸発した水によって受けとられるエネルギーであり、Ｅｌｉｑは、液体の水によって供給されるエネルギーである。
【０００６】
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式中、ｍｌｉｑは、蒸発しない液体の質量であり、Ｃｐｌｉｑは、液体の熱容量であり、水に対しては４．１８ｋＪ／ｋｇ／Ｋに等しく、ΔＴは、液体の水の温度の変動である。
【０００７】
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式中、ｍｅｖａは、蒸発した液体の質量であり、Ｌｖは、潜熱であり、雰囲気圧の水に対しては２．２５ＭＪ／ｋｇに等しい。エネルギー及び物質の保存は、Ｅｅｖａ＝Ｅｌｉｑを要求する。それゆえ、
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【０００８】
蒸発によって液体からエネルギーを抽出し、例えば自然環境においてポンプ輸送される水、特に海水、湖水又は流水からの水からの蒸発によってエネルギーを抽出することを可能にするのは、この関係（Ｅｅｖａ＝Ｅｌｉｑ）である。
【０００９】
低圧の液体、特に水の蒸発のこの現象は、蒸気を生成し、生成された蒸気を使用して電力を生産するために多年にわたって使用されてきた。
【００１０】
蒸気から生成されるこの電力は、例えばフランス特許出願ＦＲ２５１５７２７及びＦＲ２５３４２９３のようにタービンを使用して得られることができる。
【００１１】
この電力はまた、蒸気、特に生成された水蒸気を凝縮することによって、そして蒸気の凝縮時に回収されるエネルギーを電力に変換することによって有利に生産されることができる。
【００１２】
特に、最近の１０年間にわたって大洋及び海からの熱エネルギーの変換は、ＯＴＥＣ（海洋温度差発電）技術でかなりの進展がなされた。ＯＴＥＣシステムは、例えば国際特許出願ＷＯ８１／０２２３１、ＷＯ９５／２８５６７及びＷＯ９６／４１１０７９、及びＵＳ特許３９６７４４９に記載されており、表面上の熱い海水とより深いところの冷たい海水との間の温度差を使用することによって熱エネルギーを電力に変換する。
【００１３】
通常、中間作用流体の熱力学サイクルを使用する密閉サイクルＯＴＥＣシステムが使用される。その目的のために、三つのタイプの熱力学サイクル、即ちランキン、カリーナ及びウエハラが存在し、それらは、ＯＴＥＣシステムの原理と適合する。
【００１４】
ランキンサイクル：
このサイクルは、水の沸点より低い沸点を有する有機液体で使用される。従って、それは、「有機ランキンサイクル」（ＯＲＣ）と称される。
【００１５】
カリーナサイクル：
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｈｅｒｍｏｐｔｉｍ．ｏｒｇ／ｓｅｃｔｉｏｎｓ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ／ｓｙｓｔｅｍｅｓ／ｃｙｃｌｅ−ｋａｌｉｎａ／
このサイクルは、作用流体として水とアンモニアの混合物を使用する。アンモニア濃度は、サイクルの各工程の必要性に依存して変動可能である。理論的には、効率は、ＯＲＣサイクルの効率より２０％高い。作用流体（水＋アンモニア）は、熱源によって放出された熱を使用して沸騰される。次に、流体は、分離器を通過し、以下の二つに分離する：
−  発電機を回転させる膨張タービンに続いて入る高いアンモニア濃度を有する蒸気相、
−  熱交換器で使用される低濃度の液相。
二つの流体は、続いて凝縮器で混合され、そこで流体は、低温源に熱を与えながら凝縮する。凝縮器の出口の流体は、熱交換器で予熱され、同じサイクルが再び始まる。
【００１６】
カリーナサイクルは、作用点を変更するために熱伝達流体（水＋アンモニア）の濃度を変動する特殊性を持つ。実際、熱交換器では、アンモニア濃度は高く、それは蒸発温度を低下する。従って、流体をより低い温度で蒸発することが可能である。もしアンモニア濃度が低いなら、これは、凝縮温度をより高くし、従ってそれは蒸気を凝縮することを容易にする。なぜなら凝縮するために使用される液体（低温源）が極めて低温である必要がないからである。
【００１７】
ウエハラサイクル：
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｈｅｒｍｏｐｔｉｍ．ｏｒｇ／ｓｅｃｔｉｏｎｓ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ／ｓｙｓｔｅｍｅｓ／ｃｙｃｌｅ−ｕｅｈａｒａ
このサイクルもまた、固定されたアンモニア濃度で作用流体として水及びアンモニアを使用するが、その理論的効率はカリーナより高く、このサイクルは、特に２０〜３０℃の熱源温度に対して好適である。
【００１８】
海水から熱エネルギーを使用するこの電力生産サイクルは、カリーナサイクルに対する改良である。その主な特殊性は、引き寄せによる段階的な膨張を使用することによって水とアンモニアの混合物の組成変化を単純化することにある。
【００１９】
カリーナサイクルに対してと同様に、このサイクルの関心は、一定の作用流体温度を持つ蒸発物及び凝縮物を、変動する温度を使用して放出物と置換し、従ってシステムの不可逆性を減少することにある。
【００２０】
このサイクルでは、アンモニアに富む混合物は、節約装置及び蒸発器で加熱され、それは、その二相状態でそれらを去る。蒸気及び液相は次いで分離され、最初のものはタービンで中間圧力に膨張される。
【００２１】
この膨張された流れの部分は、中程度の圧力で再循環され、次いでベース混合物との熱交換によって冷却され、それによりそれは混合され、作用流体を形成し、それは次に圧力下に戻される。
【００２２】
タービンを去る主な流れは、第二タービンにおいて低圧に膨張され、次いで吸収装置の方に向けられ、そこでそれは、分離器を去る液体画分と混合され、リッチポンプを去る作用流体との熱交換によって熱交換器で前もって冷却され、次いで低圧に膨張される。吸収装置を去ると、得られたベース混合物は、中間圧力で圧縮される前に凝縮される。
【００２３】
実際には、ウエハラサイクルで作動する１００−ＭＷ  ＯＴＥＣ設備は、以下の特徴を有する：
−  正味の電力：６４ＭＷ
−  １．５ＧＷｈの毎日の電力生産
−  ５１４ＧＷｈの毎年の電力生産
−  毎日の淡水の生産：１２００００ｍ３／日
−  熱い海水流量：１１１ｍ３／秒（１１１１１１ｋｇ／秒）
−  冷たい海水流量：１１１ｍ３／秒（１１１１１１ｋｇ／秒）
−  電力要求（一般にポンプに対して）：２３ＭＷ
【００２４】
ＯＴＥＣシステム、特にウエハラサイクルに基づくＯＴＥＣシステムの主要な欠点は、以下の通りである：
−  熱い及び冷たい海水の極めて高い取り込み流量、及び環境に対するそれらの潜在的な影響。
−  凝縮器に対する大きな深さ（一般に１０００メートル）の水の吸引、それはシステムの効率を大きく低下する。
【００２５】
塩水脱塩システムはまた、除湿機（凝縮装置）に結合された加湿機（蒸発装置）を実施することを提案されている。これらのシステムは、例えば出版物「Ａ  ｓｏｌａｒ  ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇ  ｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ−ｄｅｓｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ−Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ｒｅｃｅｎｔ  ｒｅｓｅａｒｃｈ」、Ｙ  Ｂ  Ｋａｒｈｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｍｏｄｅｒｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｐａｇｅｓ  ９６６−９７７，Ａｐｒｉｌ  ３０，２０１３に記載されている。これらの塩水脱塩システムでは、蒸発装置における水の蒸発は、それが特に太陽エネルギーを使用することによって蒸発室に導入される前に水の先行加熱のために得られ、蒸発装置中に導入される塩水の全てが蒸発され、続いて蒸発装置の底部のにがりを回収する。これらの塩水脱塩システムは、高い出水率で作用することを可能にせず、これらのシステムが電力を生産するために生成される少量の水蒸気を使用することは考えられない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、特に海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下水のような、蒸発／凝縮によって自然環境においてポンプ輸送される液体形態の水を処理するための新しい技術的解決策を提案することを目的とする。本発明による解決策は、エネルギー変換効率及び実施コストを改良することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
従って、本発明の第一対象は、蒸発及び凝縮によって自然環境においてポンプ輸送される水を処理するための設備である。前記設備は、液体形態の水を含有することを意図される蒸発室を含み、かつ蒸発室に含有される水の一部だけを蒸発することができる蒸発装置と、蒸発室に含有される液体形態の水の中に気体を注入し、その水の中に気泡を形成することを可能とするガス供給手段とを含む。前記設備はさらに、冷却手段を含みかつ蒸発室から来る水蒸気を少なくとも凝縮することを可能とする熱交換器を含む。前記設備は、自然環境における液体形態の水、特に海水、湖水又は流水からの水、地下水をポンプ輸送し、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の前記水を前記冷却手段を通して送るか、又はそれを前記冷却手段と接触させ、蒸発室から来る水蒸気を冷却させ、自然環境においてポンプ輸送される液体形態のその水が前記冷却手段を横切るか又はそれと接触しながら加熱された後にその液体形態の水を蒸発室に供給する。蒸発室は、蒸発室に含有される液体形態の水の一部を放出するための手段を含み、その手段は、水供給手段と組み合わせて、蒸発室の内側の液体形態の水を更新させ、蒸発室に含有される液体形態の水の温度が、蒸発室に含有される水の一部の蒸発を維持するために十分な温度で保持される。
【００２８】
特に、本発明による設備は、単独で又は互いに組み合わせて考えられる以下の追加の任意の特徴を含むことができる：
−  蒸発室は、蒸発室に含有される水を加熱するための追加の手段を持たない。
−  設備は、冷却手段と蒸発室の間の水を加熱するための追加の手段を持たない。
−  熱交換器の前記冷却手段は、蒸発室の外側に位置され、水供給手段は、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の前記水を熱交換器の前記冷却手段を通して循環することを可能にし、かつ自然環境においてポンプ輸送される液体形態の前記水が熱交換器の冷却手段を通過した後、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の前記水を蒸発室に供給することを可能にする。
−  熱交換器の冷却手段の少なくとも一部は、蒸発室の内側に位置され、蒸発室に含有される液体形態の水によって冷却されることができる。
−  熱交換器の冷却手段は、閉鎖された蒸発／凝縮回路を含み、その回路において作用流体が、閉ループで循環することができ、その回路が、前記作用流体のための蒸発器、及び前記作用流体のための凝縮器を含み、蒸発器が、蒸発室から来る水蒸気の凝縮を可能にする。
−  前記水供給手段は、前記凝縮器における作用流体の通過時に作用流体を、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の水で冷却することを可能にし、かつ液体形態の前記水が凝縮器における作用流体によって加熱された後に液体形態の前記水を蒸発室に供給することを可能にする。
−  蒸発器は、蒸発室の外側に位置され、凝縮器は、蒸発室の内側に位置され、蒸発室に含有される液体形態の水に沈められることができる。
−  前記熱交換器は、電力生産システムを構成し、電力生産システムがさらに、蒸発室から来る水蒸気の凝縮からエネルギーを回収し、それを電力に変換することを可能にする。
−  前記熱交換器はタービンを含み、タービンは、蒸発器と凝縮器の間に装着され、タービンは、蒸気状態の作用流体によって作動され、電力を生産することができる。
−  熱交換器は、カリーナサイクル、ウエハラサイクルもしくはランキンサイクル、又はこれらのサイクルの一つ又は別のものから誘導されたサイクルを実施するために設計される。
−  熱交換器の冷却手段は冷却回路を含み、冷却回路は、蒸発室から来る水蒸気と接触するように設計され、冷却回路において熱伝達液体が循環し、冷却回路において前記水供給手段が、前記冷却回路において自然環境でポンプ輸送される液体形態の前記水を導入して循環することを可能にし、自然環境においてポンプ輸送される前記水が、冷却回路において熱伝達液体として作用し、冷却回路から来る液体形態の前記水が蒸発室から来る水蒸気によって加熱された後に冷却回路から来る液体形態の前記水を蒸発室に供給することを可能にする。
−  ガス供給手段は圧縮器を含み、圧縮器は、蒸発室と熱交換器の間に位置され、かつ圧縮器は、蒸発室の内側の気体及び水蒸気を吸引して蒸発室から来る気体及び水蒸気を熱交換器に供給することを可能にし、蒸発室が、吸入開口を含み、それを通して、圧縮器が作動しているとき、気体が吸引され、蒸発室に含有される液体形態の水の中に注入される。
−  前記圧縮器は、蒸発室に含有される水の蒸発を１００℃以下、好ましくは６０℃以下、さらに好ましくは２５℃以下の温度で行なうように蒸発室の内側に真空を作ることを可能にする。
−  蒸発室の吸入開口は、外気と連通する空気取り入れ口であり、それによって空気が、蒸発室に含有される液体形態の水の中に注入される。
−  気体が蒸発室に含有される液体形態の水の中に注入される、蒸発室の吸入開口は、気体の流量を制御するための弁を備える。
−  圧縮器は、気体及び水蒸気が圧縮器を通過するときにそれらを加熱することを可能にする。
−  気体供給手段は、圧縮器、圧縮器中の気体のための吸入管、及び排出管を含み、排出管が、蒸発室に含有される液体形態の水の中への圧縮器によって送出された気体の注入を行なうことができる。
−  気体供給手段は、蒸発室に含有される液体形態の水に入る気体の供給流量を自動的に調整することを可能にする。
−  気体供給手段は、蒸発室に含有される液体形態の水の中に蒸発室から来る気体の全て又は一部を再注入することによってそのガスを再循環することを可能にする。
−  水供給手段は、蒸発室から液体形態で放出される水の温度より高い温度の水を蒸発室に供給することを可能にする。
−  水供給手段は、蒸発室において水の蒸発を維持するように蒸発室に入る水の流量を自動的に調整するために適している。
−  蒸発室に含有される液体形態の水に注入される気体は、空気、又は空気をベースとする混合物である。
−  水の中に導入される気体は不活性ガス、特にヘリウムである。
−  気体供給手段は、蒸発室に含有される水の沸騰温度以下の蒸発温度でその水の蒸発を行なうことを可能にする。
−  設備は、１００℃以下、好ましくは６０℃以下、さらに好ましくは２５℃以下の蒸発温度で一定容量の液体の水を蒸発するように設計されている。
−  気体供給手段は、蒸発室の外側の周囲空気から空気の全て又は一部を引き寄せることによって蒸発室に含有される液体形態の水中に空気を注入することを可能にする。
【００２９】
本発明はまた、蒸発／凝縮によって液体形態の水を処理するための方法であって、蒸発装置の蒸発室に含有される液体形態の水の一部だけが、蒸発室において蒸発され、蒸発室から来る水蒸気が、熱交換器を使用して凝縮され、熱交換器において気体が、蒸発室に含有される液体形態の水の中に注入され、その水において気泡を形成し、その液体形態の水が自然環境、特に海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下水においてポンプ輸送され、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の前記水が、前記冷却手段を通して送られるか又は前記冷却手段と接触され、蒸発室から来る水蒸気の冷却を行ない、蒸発室が、液体形態のその水が前記冷却手段を横切るか又はそれと接触されながら加熱された後に液体形態のその水を供給され、蒸発室に含有される液体形態の水の一部が放出されて、蒸発室の水の供給と組み合わせて、蒸発室に含有される液体形態の水を更新し、蒸発室に含有される液体形態の水の温度が、蒸発室に含有される水の一部の蒸発を維持するのに十分な温度で保持される。
【００３０】
特に、本発明による方法は、単独で又は互いに組み合わせて考えられる以下の追加の任意の特徴を含むことができる：
−  蒸発室に含有される水は、追加の加熱手段を使用して加熱されない。
−  水が冷却手段と蒸発室の間に位置された追加の加熱手段を使用して蒸発室内に注入される前に水が加熱されない。
−  熱交換器の前記冷却手段が、蒸発室の外側に位置され、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の水が、前記熱交換器の冷却手段を通して送られ、この水が熱交換器の冷却手段における通過時に加熱された後に蒸発室に注入される。
−  熱交換器の冷却手段の少なくとも一部は、蒸発室の内側に位置され、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の水が、蒸発室内に注入されて、蒸発室の内側に位置された熱交換器の冷却手段の前記少なくとも一部が、蒸発室に含有される液体形態の水に沈められる。
−  前記熱交換器の冷却手段は、作用流体を含有する閉回路を含み、それが、前記作用流体の蒸発器、及び前記作用流体の凝縮器を含み、蒸発室から来る水蒸気が、それを蒸発室と接触させることによって凝縮され、前記作用流体が、前記閉回路において循環され、蒸発器における通過時に作用流体を蒸発し、凝縮器における通過時に前記作用流体を凝縮し、前記作用流体が、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の水で前記凝縮器において冷却される。
−  蒸発室は、自然環境においてポンプ輸送される液体形態の水が作用流体によって加熱された後にその水を供給される。
−  電力が、蒸発室から来る前記水蒸気の凝縮エネルギーの少なくとも一部を回収することによって生産される。
−  凝縮器における作用流体の通過前に、作用流体が、少なくとも一つの電気タービンを回転するために使用される。
−  蒸発室から来る水蒸気は、熱交換器の冷却手段の冷却回路とそれを接触することによって凝縮され、自然環境においてポンプ輸送され、かつ前記冷却回路のための熱伝達流体として作用する液体形態の前記水が、前記冷却手段において循環され、蒸発室が、冷却回路から来る液体形態の前記水が蒸発室から来る水蒸気によって加熱された後にその水を供給される。
−  蒸発室は、雰囲気圧より大きいか又はそれに等しい圧力にある。
−  蒸発室は、真空下に置かれる。
−  液体より上の蒸発室内の圧力は自動的に調整される。
−  蒸発室に含有される液体形態の水に入る気体の流量は自動的に調整される。
−  蒸発室に含有される液体形態の水の一部は、蒸発室の外側に放出される水の温度より高い温度の水で連続的に置換される。
−  蒸発室に入る液体の流量は自動的に調整される。
−  液体中に注入される気体は、空気、又は空気ベースの気体混合物である。
−  液体形態の水の中に導入される気体は、不活性ガス、特にヘリウムを含む。
−  蒸発室に含有される液体形態の水の一部は、前記水の沸騰温度以下の蒸発温度で蒸発される。
−  蒸発室における水の一部は、１００℃以下、好ましくは６０℃以下、さらに好ましくは２５℃以下の蒸発温度で蒸発される。
−  水蒸気の凝縮から生じる水は、回収される。
−  蒸発室に含有される液体形態の水の中に注入される気体の少なくとも一部は、周囲環境から引き寄せられる空気である。
−  蒸発室に含有される液体形態の水の中に注入される気体の少なくとも一部は、蒸発室に含有される液体の中に再注入されることによって再循環される。
【００３１】
本発明はまた、
自然環境、特に海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下水においてポンプ輸送される水から電力を生産するための、又は
自然環境、特に海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下水においてポンプ輸送される水を精製し、もし必要なら脱塩及び／又は浄化するための、又は
蒸発室に含有される液体形態の水の中に注入される気体を冷却及び／又は浄化するための、上述の設備又は方法の使用に関する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明の特徴及び利点は、本発明の特定の代替実施形態の以下の詳細な記述を読めばより明らかになるだろう。特定の代替実施形態は、添付図面を参照して本発明の限定されない網羅的でない例として記載されている。
【００３３】
【図１】図１は、本発明による蒸発装置の代替実施形態を概略的に示す。
【図２】図２は、異なる空気流量（４ｌ／秒；６ｌ／秒；６ｌ／秒）で異なる初期容量の水（２ｌ，１ｌ，２ｌ）の蒸発室における水の温度の経時的な進展を示す、図１の装置の作用曲線の例を示す。
【図３】図３は、自然環境においてポンプ輸送される水、例えば海水の蒸発／凝縮によって電力を生産することを可能にする、本発明による設備の第一代替実施形態を概略的に示す。
【図４】図４は、自然環境においてポンプ輸送される水、例えば海水の蒸発／凝縮によって電力を生産することを可能にする、本発明による設備の第二代替実施形態を概略的に示す。
【図５】図５は、自然環境においてポンプ輸送される水、例えば海水の蒸発／凝縮によって電力を生産することを可能にする、本発明による設備の第三代替実施形態を概略的に示す。
【図６】図６は、蒸発／凝縮によって自然環境においてポンプ輸送される水を処理するため、例えば海水を脱塩するための設備を概略的に示し、自然環境においてポンプ輸送される水が、設備の蒸発室から来る水蒸気を凝縮するために使用される冷却回路において熱伝達流体として作用する。
【図７】図７は、蒸発／凝縮によって自然環境においてポンプ輸送される水を処理するため、例えば海水を脱塩するための設備を概略的に示し、自然環境においてポンプ輸送される水が、設備の蒸発室から来る水蒸気を凝縮するために使用される冷却回路において熱伝達流体として作用する。
【図８】図８は、蒸発／凝縮によって自然環境においてポンプ輸送される水を処理するため、例えば海水を脱塩するための設備を概略的に示し、自然環境においてポンプ輸送される水が、設備の蒸発室から来る水蒸気を凝縮するために使用される冷却回路において熱伝達流体として作用する。
【図９】図９は、自然環境においてポンプ輸送される水、例えば海水の蒸発／凝縮によって電力を生産することを可能にする、本発明による設備の第三代替実施形態を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１及び２
図１は、蒸発装置１の実験例を概略的に示す。
【００３５】
この装置１は、以下のものを含む：
−  蒸発される初期容量の液体１１、例えば一定容量の水を含有する蒸発室１０。
−  気体、例えば空気を液体１１の中に注入して液体の中に気泡１３を形成することを可能にする供給手段１２。
【００３６】
供給手段１２は、特に圧縮器１２１、周囲空気を圧縮器１２１に供給することを可能にする吸入ダクト１２０、及び一端を圧縮器１２１の出口に接続されかつ他端を液体１１の中に沈められた排出ダクト１２２を含み、これにより、圧縮器１２１によって生成される空気が蒸発室１０の底部の近くの液体１１の中に注入される。
【００３７】
液体１１中を通る空気のような気体の通過は、低温で（手近な場合には周囲温度）で沸騰を強制させられ、それは、蒸発効率を改良することを可能にする。これは、気体によって液体中に強制的な方法で作られた気泡１３が、液体１１から潜熱Ｌｖを引き寄せて蒸発室１０内で液体を冷却しながら蒸気（液体１１が水なら水蒸気）を充填されるということによって説明されることができる。浮力の効果の下では、蒸気を充填された気泡１３は、素早くどんどん上昇して水の表面に表われる。
【００３８】
気体は、単に空気又は他のいかなる気体であることができ、例えば限定されず網羅的でないが、空気ベースの気体混合物、又は不活性ガス、特にヘリウムであることができる。
【００３９】
図１の装置は、以下の条件下で試験された：
−  ４ｌ／秒の空気流量を有する曲線に対して１９．５℃の温度で、そして６ｌ／秒の空気流量を有する他の二つの曲線に対して１７℃の温度で初期容量の水１１を含有するプラスチック室１０。
−  圧縮器１２１を去る空気噴射の温度：１７℃。
−  圧縮器１２１を去る空気噴射の圧力：２ｂａｒ。
−  圧縮器１２１を去る空気噴射の流量：変更可能。
−  周囲温度：２０．３℃。
【００４０】
図２は、異なる空気流量（４ｌ／秒；６ｌ／秒；６ｌ／秒）で異なる初期容量の水（２ｌ；１ｌ；２ｌ）に対して室１０内の水の温度の経時的な進展を示す。
【００４１】
図２の曲線は、気体流量がより多く増加すると、室１０内の液体の温度がより早く低下することを示す。この温度低下は、一定量の液体の蒸発に相当する。従って、室の入口で気体流量を制御することによって、液体の蒸発スピード及び経時的に生成される蒸気の量を左右する。
【００４２】
従って、蒸発室１０に含有される液体１１の中への気体、特に空気の注入は、有利には気体の泡１３、特に気泡を作成することを可能にし、それは蒸発の促進を可能にする。
【００４３】
図３：電力生産−第一代替例
図３は、本発明による設備の代替実施形態を示し、それは、自然環境において液体形態でポンプ輸送される水、例えば海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下の自然資源からの水からの熱エネルギーの変換から電力を生成することを可能にする。
【００４４】
この設備は、熱交換器３に接続される強制沸騰による蒸発装置１’を含み、それは、この代替例では、特に蒸発装置１’から来る水蒸気の凝縮からの電力の生産を可能にする。
【００４５】
蒸発装置１’は、水１１を含有することを意図される蒸発室１０を含み、水は、自然環境において液体形態でポンプ輸送される。
【００４６】
蒸発室１０は、以下のものを含む：
−  その下部において、室外の空気と連通する空気吸入開口１０ｂ。
−  その上部において、空気及び水蒸気の放出を可能にする開口１０ａ。
【００４７】
この蒸発室１０は、底部１００を含み、底部１００には自然環境において液体形態でポンプ輸送される水を供給するために開口１００ａが配置される。
【００４８】
上部において、蒸発室１０はまた、蒸発室内に含有される液体の水１１を放出するための開口１０ｃを含む。
【００４９】
電力を生産するための熱交換器３は、ランキンサイクルタイプの閉鎖された熱力学サイクルを実施することを可能にする。
【００５０】
それは、凝縮室３００を含む凝縮ユニット３０を含み、凝縮室３００は、蒸発室１０の放出開口１０ａと連通し、蒸発室１０から来る水蒸気の凝縮を可能にする。
【００５１】
水蒸気の凝縮エネルギーの少なくとも一部の回収、及びその電力への変換は、ランキンタイプのエネルギー変換システムによってなされ、それは、熱伝達作用液体が閉ループで循環する閉回路３１を含む。この閉回路３１は、前記作用流体（ランキンサイクルの低温源）のための蒸発器３１０、及び前記作用流体（ランキンサイクルの高温源）のための凝縮器３１１を含む。蒸発器３１０は、ヘビ状の形状を有し、前記凝縮室３００に位置され、凝縮器３１１は、ヘビ状の形状を有し、凝縮室３００の外側に位置される。それ自体公知の方法で、圧縮器３１２はさらに、凝縮器３１１の出口と蒸発器３１０の入口の間の作用流体の経路上に挿入される。
【００５２】
熱交換器３はまた、タービン３２を含み、タービン３２は，作用流体Ｆを使用して電力を生産することを可能にし、作用流体の蒸発器３１０と作用流体の凝縮器３１１の間の作用流体の経路上に装着される。
【００５３】
作用流体Ｆは、例えば水とアンモニアの混合物である。
【００５４】
設備はまた、囲い１０に含有される水１１の中への空気の強制注入を可能にする供給手段１２を含む。
【００５５】
これらの供給手段１２は、圧縮器１２１及び空気流量制御弁１２３を含む。圧縮器１２１の吸入口は、ダクト１２０によって蒸発室１０の放出開口１０ａに接続され、その出口は、ダクト１２２によって凝縮室３００の入口に接続される。空気流量制御弁１２３は、蒸発室１０の吸入開口１０ｂ上に装着される。
【００５６】
特に、蒸発装置１’から下流の設備の汚れを避けるために蒸発室１０の出口で圧縮器１２１から上流にフィルター（図示せず）を装着することができる。
【００５７】
設備はまた、水圧ポンプ１４０を含む水供給手段１４を含み、水圧ポンプ１４０は、自然環境における液体形態の水、例えば海水、湖水、流水からの水、又は地下水をポンプ輸送することを可能にする。
【００５８】
この水圧ポンプ１４０は、その出口を水供給ダクト１４１の一端に接続される。水供給ダクト１４１の他端は、冷却回路１４４の吸入開口１４４ａに接続され、それは、凝縮器３１１と接触され、それは、凝縮器３１１において循環する作用流体Ｆを冷却することを可能にする。この冷却回路１４４の放出開口１４４ｂは、ダクト１４２の一端に接続され、ダクト１４２は、その他端を蒸発室１０の底部１００において開口１００ａに接続される。
【００５９】
設備はまた、蒸発室の開口１０ｃに接続される垂直放出ダクト１４３を含み、それは、室１０に含有される水１１の部分の重力によって放出を可能にする。
【００６０】
蒸発室１０の下に位置されるこの放出ダクト１４３の出口１４３ａは、例えば必須ではないが、水圧ポンプ１４０が水をポンプ輸送するのと同じ自然の水源（海、大洋、湖、流水など）に沈められる。
【００６１】
作動中、水圧ポンプ１４０は、自然環境における温度Ｔｆの液体形態の冷たい水Ｌ、特に海水、湖水、もしくは流水からの水、又は地下水をポンプ輸送するために使用される。自然環境においてポンプ輸送されるこの水は、冷却回路１４４において循環され、冷却回路１４４は、凝縮器３１１を冷却し、熱伝達流体Ｆを凝縮器３１１における通過中に凝縮することを可能にする。従って、この水Ｌは、冷却回路１４４中を通過するときに再加熱される。
【００６２】
温度Ｔｆ＋ΔＴ１に再加熱された液体形態のこの水Ｌは、次いで蒸発室１０の中に、蒸発室１０の底部１００の吸入開口１００ａを通して再導入され、それは、この室１０に含有される液体形態の水を更新しかつ再加熱することを可能にする。
【００６３】
蒸発室１０の水位が十分であるとき、蒸発室１０に含有される水の部分は、開口１０ｃを通ってかつダクト１４３を通って自動的に放出される。蒸発室１０に入る液体形態の水の温度（Ｔｆ＋ΔＴ１）は、開口１０ｃを通って蒸発室１０を去る液体形態の水の温度（Ｔｆ−ΔＴ２）より高い。従って、蒸発室に含有される水は、連続的に更新され、蒸発室１０に含有される液体形態Ｌの水の温度は、追加の加熱手段を使用して蒸発室１０における水を加熱したり、又は追加の加熱手段によって蒸発室１０内に注入される前に水を加熱したりする必要なしで、蒸発室に含有される水の部分だけの蒸発を維持するのに十分な温度で絶えず保持される。「追加の加熱手段」は、システムの外側のエネルギー源、即ち自然環境においてポンプ輸送される水から来るエネルギー以外のエネルギー源、例えば太陽光又は電気エネルギー源を使用する加熱手段を示す。
【００６４】
ポンプ１４０の流量は、蒸発現象を停止しないために十分に高い温度で蒸発室１０内の水１１の容積を維持するために十分な量の熱エネルギーを連続的に供給するように自動的に調整又は調節される。
【００６５】
ポンプ１４０の流量は、例えば経時的に蒸発室の最小液位を保持するために蒸発室１０の液位検出から、及び／又は経時的に液体の蒸発を状態調節する最小温度しきい値より上に液体の温度を保持するように蒸発室１０の液体温度１１の検出から自動的に有利に調整されることができるか、又は固定されることができる。
【００６６】
並行して、圧縮器１２１が作動し、気体（手近な場合には空気）及び水蒸気を蒸発室１０の上部において吸引し、蒸発室１０の水位より上に真空を作る。この真空は、蒸発室の外側から蒸発室１０の弁１２３及び吸入開口１０ｂを通る空気の吸引を可能にし、従って蒸発室１０に含有される液体の水１１の容積中に蒸発室１０の外側から来る空気を強制的に注入することを可能にする。
【００６７】
前に記載されたものと比較して、この空気は、液体の水１１において気泡１３（強制沸騰）を形成し、それは、水の表面に上昇し、水の蒸発に有利である。
【００６８】
空気流量制御弁１２３を使用して蒸発室１０に入る空気流量を調整又は調節することによって、経時的に生成される蒸気の量は有利に制御される。
【００６９】
圧縮器１２１によって作られる蒸発室の内側の真空、及び蒸発室１０における液体の水の強制沸騰は、低温の水、例えば周囲温度の水（Ｔｆ＋ΔＴ１、例えば１５℃〜６０℃）での水蒸気の生成を有利に可能にする。
【００７０】
蒸発室１０の上部において生成される空気及び水蒸気は、圧縮器１２１によって吸引され、圧縮器１２１において摂氏数度分を加熱された後で圧縮器１２１によって凝縮室３００中に放出される。
【００７１】
水蒸気は、蒸発器３１０と接触して室３００において凝縮され、カロリーの一部を作用流体Ｆに引き渡し、それは、蒸発器３１０において作用流体Ｆを再加熱して蒸発する。
【００７２】
蒸気形態のこの作用流体Ｆは、電力を生産するタービン３２を回転することを可能にする。
【００７３】
いったんそれがタービン３２を通過したら、蒸気形態の作用流体Ｆは、凝縮器３１１において冷却され、次いで凝縮器３１１の出口と蒸発器３１０の入口の間に挿入された圧縮器３１２によって蒸発器３１０の方に再循環される。
【００７４】
室３００における水蒸気の凝縮から来る水は、室３００の下部に集められ、出口３００ａを通って放出される。凝縮後の乾燥空気は、空気出口３００ｂを通って凝縮室３００から放出される。
【００７５】
水圧ポンプ１４０が塩水（海又は大洋からとられた水）を引き寄せるとき、室３００における水蒸気の凝縮から来て室３００の下部に集められた水は、淡水であり、従って設備は、電力の生産に加えて海水を脱塩することによって淡水を生産することを可能にする。この淡水は、凝縮室３００から淡水回収回路中へ放出されながら有利に回収されることができる。
【００７６】
さらに、自然環境から採取され、汚染物質を含みうる海水又は淡水に関して、設備におけるこの水の蒸発／凝縮は、蒸発室３００の出口３００ａで浄化された精製水を回収することを可能にする。
【００７７】
蒸発室１０中への空気の強制注入は、有利には、蒸発室１０に真空を作る必要なしで低温（例えば２０℃以下）の水蒸気を発生することを可能にする。一例として、水位より上の蒸発室の内側の圧縮器１２１によって作られる真空は、例えば０．１ｂａｒ〜０．５ｂａｒであることができる。
【００７８】
この低温蒸気は、有利には凝縮によってより効果的な熱伝達を可能にし、結果としてあまり低温でない源（蒸発器３１０中の作用流体）が凝縮によって蒸気に貯蔵されるエネルギーを回収してそれを電気に変換することを可能にする。それゆえ、伝統的なＯＴＥＣシステムとは違って、極めて冷たい水、特に極めて深いところの海水をポンプ輸送することはもはや必要でなく、このあまり低温でない水（Ｔｆ、例えば１５℃〜３０℃）は、有利に表面近くでポンプ輸送されることができ、エネルギー変換効率が改良される。
【００７９】
強制沸騰での水蒸気の使用はまた、ポンプに対する構造及び数の要求を減少することを可能にする（ＯＴＥＣシステム１００−ＭＷシステムは、現在、熱い海水をポンプ輸送するために１１１ｍ３／秒の累積流量を有するポンプを要求する）。図３の設備では、水ポンプ１４０は、比較すると相対的に低い流量を持つことができる。
【００８０】
従って、本発明は、伝統的なＯＴＥＣシステムより低いエネルギー消費で自然環境における水から、特に海水から熱エネルギーを抽出することを可能にする。
【００８１】
本発明による設備の性能は、水ポンプ１４０によって自然環境においてポンプ輸送される水の温度に依存する。本発明による設備の性能は、液体１１中へ注入される空気の温度を高めることによって改良されることができる。なぜならば、この熱い水は、その過剰なエネルギーを水蒸気に引き渡すからである。
【００８２】
本発明の一つの代替例では、蒸発室１０の壁はまた、追加の加熱システムで加熱されることができる。
【００８３】
別の代替例では、室１０中に注入される空気は、別の気体、例えば空気ベースの気体混合物、又は不活性ガス、特にヘリウムによって置換されることができる。
【００８４】
図３の設備はまた、カリーナサイクル又はウエハラサイクルタイプの、又はこれらのサイクルの一方及び／又は他方から誘導される閉鎖された熱力学サイクルを実施するように変更されることができる。自然環境においてポンプ輸送される水はまた、この閉鎖された熱力学サイクルで使用される作用流体を冷却するために使用される。
【００８５】
図４：電力生産−第二代替例
図４に示された別の代替例では、気体（手近な場合には周囲環境から引き寄せられる空気）が、室１０に含有される液体１１の容積中にその気体を吹き込む（もはや吸引しない）ことを可能にする圧縮器１２１を使用することによって、図１と同様の方法で室１０中に注入される。この場合において、蒸発室１０の放出開口１０ａはまた、蒸発室１０の上部を凝縮室３０と連通することを可能にするダクト又は他の等価物によって凝縮室３００の入口に直接接続されることができる。この代替例では、蒸発室１０は、水位１１の上では雰囲気圧である。
【００８６】
図５：電力生産−第三代替例
設備は、凝縮システム３０から来る乾燥空気を圧縮器１２１を介して再循環することによって図５に示されたような閉回路で作用することができる。この図４では、ソレノイド弁ＥＶは、吸入管１２０上に装着される。
【００８７】
この変更は、圧縮器１２１の電力消費を減少することを可能にする。実際、閉回路における圧縮器の使用は、エネルギーをあまり要求しない。なぜならば、同じ空気がシステムの操作のために連続的に使用されるからである。
【００８８】
もし温度を高めるか又は作用空気を完全に変化するために回路中に周囲空気をもたらすことが必要であることがわかっているなら、作用空気温度を制御しかつ空気吸入ソレノイド弁ＥＶを自動的に操縦するために一つ又は複数の温度センサーＳＴを空気循環回路内に位置させることができる。
【００８９】
図６：蒸発／凝縮によって自然環境から引き寄せられる水を処理するための設備
図６は、蒸発／凝縮によって自然環境から引き寄せられる水を処理するための設備を示し、それは、以下の同じ要素を含む限りにおいて前述の図３の設備と同様である：蒸発装置１’；圧縮器１２１及び空気流量制御弁１２３を含む供給手段１２；自然環境において液体形態の水をポンプ輸送することを可能にする水供給手段１４。
【００９０】
図６のこの設備は、熱交換器３’を含み、それはまた、蒸発装置１’から来る水蒸気の凝縮を可能にするが、図３の設備の熱交換器３とは異なる。
【００９１】
この熱交換器３’は、凝縮ユニット３０を含み、凝縮ユニット３０は、蒸発装置１’の蒸発室１０と連通する凝縮室３００、及びへび形状を有する冷却回路３０１を含み、冷却回路３０１は、蒸発室３００内に位置され、冷却回路３０１において熱伝達液体が循環する。
【００９２】
図６の設備では、水圧ポンプ１４０の出口は、ダクト１４１によって冷却回路３０１の入口３０１ａに接続され、冷却回路３０１の出口３０１ｂは、ダクト１４２によって室１０の吸入開口１００ａに接続される。
【００９３】
作動中、水圧ポンプ１４０は、温度Ｔｆの自然環境からの水をポンプ輸送し、冷却回路３０１のための熱伝達液体として作用しかつ自然環境においてポンプ輸送されるこの水を冷却回路３０１において循環することを可能にする。冷却回路３０１の出口では、加熱された水（温度Ｔｆ＋ΔＴ１）は、蒸発装置１’から来る水蒸気の室３００における凝縮から生じる熱交換の後、吸入開口１００ａを通って蒸発室１０中に注入される。
【００９４】
図３の設備に対して前述したのと同じ利点が図６の設備で得られる。
【００９５】
吸入開口１０ｂを通って、蒸発室１０に含有される液体の水１１の容積中に注入される気体は、周囲空気から引き寄せられる空気ではなく、別の気体であるように、図６のこの設備を変更することが可能である。
【００９６】
特に、この気体が熱い気体及び／又は汚染物質含有気体であるとき、蒸発装置１’は、その場合においてその気体の冷却及び／又は気体に含有される汚染物質の液体１１中への溶解を可能にする。液体１１における通過後、気体は冷却及び／又は浄化される。
【００９７】
この装置は、例えば焼却炉から来る気体を冷却及び浄化するために使用されることができ、それは、数百度の温度を持つことができ、液体中の気体の通過は、雰囲気中への汚染物質の分散を阻止することを可能にする。
【００９８】
図７及び８
図７は、図４の代替例と比較して、室１０に含有される液体１１の容積に気体を吹き込む（もはや吸引しない）ことを可能にする圧縮器１２１を備える代替実施形態を示す。
【００９９】
図８は、凝縮ユニット３０から来る乾燥空気を圧縮器１２１を介して再循環することによって、図５の代替例と同様の閉回路で作用する代替実施形態を示す。
【０１００】
図９
図９は、蒸発室１０に含有される液体形態の水１１に沈められることができるように、熱交換器３”の蒸発器３１０が蒸発室１０の外側に位置されかつ凝縮器３１１が蒸発室１０の内側に位置される別の代替実施形態を示す。
【０１０１】
この代替例では、ポンプ１４２は、自然環境において温度Ｔｆの液体形態の水Ｌをポンプ輸送し、その水を蒸発室１０内に直接導入し、熱交換器３”の凝縮器３１１が蒸発室１０に含有される液体形態の水１１に沈められることを可能にする。それが凝縮器３１１において通過するとき、作用流体Ｆは、蒸発室１０に含有される水１１によって冷却され、次いで圧縮器３１２によって液体形態で蒸発器３１０内に戻され、蒸発室１０から来る水蒸気の凝縮を可能にする。
【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１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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