(57)【要約】  供給液が第２段加湿器チャンバに流入して第２段加湿器浴を形成する。第２段加湿器チャンバからの供給液の第１残余が、次いで第１段加湿器チャンバに流入して第２段浴の温度未満の温度を有する第１段加湿器浴を形成する。供給液の第２残余が次いで第１段加湿器から除去される。一方、キャリアガスが第１段加湿器浴に注入され、第１段加湿器浴を通じて気泡化され、蒸気の形態の蒸発可能成分を供給液の第１残余から取集して、キャリアガスを部分的に加湿する。部分的に加湿されたキャリアガスが次いで第２段加湿器浴を通じて気泡化され、キャリアガスがより多くの蒸発した成分を供給液から取集して、キャリアガスを第２段加湿器チャンバからの除去の前にさらに加湿する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給液からの蒸発可能成分のキャリアガスへの加湿方法において、前記方法が、
前記蒸発可能成分を含む前記供給液を多段加湿器の第２段加湿器チャンバへ流入させて第２加湿温度の第２段加湿器浴を形成するステップと、
前記第２段加湿器チャンバからの供給液の第１残余を前記多段加湿器の第１段加湿器チャンバへ流入させて第１加湿温度の第１段加湿器浴を形成するステップであって、前記第１加湿温度が前記第２加湿温度未満であるステップと、
前記供給液の第２残余を前記第１段加湿器チャンバから除去するステップと、
前記キャリアガスを前記第１段チャンバの前記第１段加湿器浴へ注入し、かつ、前記キャリアガスを前記第１段加湿器浴を通じて気泡化するステップであって、そこで、前記キャリアガスが蒸気の形態の前記蒸発可能成分を前記供給液の前記第１残余から取集して、前記キャリアガスを前記蒸発可能成分で部分的に加湿するステップと、
前記部分的に加湿されたキャリアガスを前記第１加湿器チャンバから前記第２段加湿器チャンバの前記第２段加湿器浴へ向け、かつ、前記キャリアガスを前記第２段加湿器浴を通じて気泡化するステップであって、そこで、前記キャリアガスがより多くの蒸気の形態の前記蒸発可能成分を前記供給液から取集して、前記キャリアガスを前記蒸発可能成分でさらに加湿するステップと、
前記加湿されたキャリアガスを前記第２段加湿器チャンバから除去するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記第２段加湿器チャンバへ流入する前記供給液が、第３段加湿器チャンバの第３加湿温度の第３段加湿器浴からの液体の残余であり、前記第３加湿温度は前記第２加湿温度より高く、前記方法が、前記加湿されたキャリアガスを前記第２段加湿器チャンバから前記第３段加湿器チャンバの前記第３段加湿器浴へ向けるステップと、前記加湿されたキャリアガスを前記第３段加湿器浴を通じて気泡化するステップと、をさらに含み、前記加湿されたキャリアガスが前記第３段浴からのより多くの蒸気の形態の前記蒸発可能成分でさらに加湿されることを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記加湿されたキャリアガスが前記第２加湿器チャンバから除去された後、除湿器において前記加湿されたキャリアガスから前記蒸発可能成分を凝縮するステップをさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記蒸発可能成分が水であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記供給液が海水またはかん水であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記供給液が油またはガス抽出からのフローバック水または生産水であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項３に記載の方法において、前記キャリアガスは、前記第２段加湿器浴を出るとき、前記第１段加湿器浴を出る前記キャリアガスの温度より３〜８℃高い温度を有することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項３に記載の方法において、前記加湿器浴が、前記浴を通る前記キャリアガスの流れに垂直に測定された幅と、前記キャリアガスの流れに平行に測定された高さとを有し、前記幅が前記高さの少なくとも２倍大きいことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項３に記載の方法において、前記蒸発可能成分が、前記除湿器において、前記加湿されたキャリアガスから、第１除湿温度で第１段除湿器チャンバの第１段除湿器浴を通じて前記加湿されたキャリアガスを気泡化することにより凝縮され、前記第１除湿温度が第２加湿温度未満であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記供給液が前記第２段加湿器チャンバへ流入する前に、前記供給液を、第２段除湿器浴を通り、次いで前記第１段除湿器浴を通る供給液導管を通して流すステップであって、前記供給液が前記除湿器浴を通る前記供給液導管を通って流れるときに、前記供給液が前記第２段除湿器浴および前記第１段除湿器浴から抽出される熱エネルギーにより加熱されるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記供給液が前記除湿器チャンバを通る前記導管を通って流れた後、かつ前記供給液が前記加湿器チャンバを通って流れる前に、前記供給液をさらに加熱するために追加的な熱源を用いるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の方法において、前記除湿器が複数の除湿チャンバを含む多段除湿器であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項３に記載の方法において、前記キャリアガスの一部が、前記多段加湿器の少なくとも１つの中間位置から抽出され、各抽出された中間位置から前記除湿器の対応する中間位置へ供給され、ガス流量の操作およびより多くの熱回収を可能にすることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項３に記載の方法において、前記供給液の残余の一部が前記多段加湿器の少なくとも１つの中間位置から抽出され、各抽出された中間位置から前記除湿器の対応する中間位置へ供給され、供給液流の操作およびより多くの熱回収を可能にすることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の方法において、前記除湿器浴が、前記液体供給からの前記蒸発可能成分と実質的に同じ組成物を液体の形態で有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、前記多段加湿器が一体構造であり、前記段がスパージャプレートによってのみ分離され、前記部分的に加湿されたキャリアガスが前記第１加湿器チャンバから前記スパージャプレートを通じて前記第２段加湿器チャンバへ直接向けられることを特徴とする方法。
【請求項１７】
多段気泡塔加湿装置において、
供給液を含有する供給液源と、
前記供給液源から前記供給液を受け取るように構成され、第２段気泡分配器を包含する第２段加湿器チャンバと、
前記第２段加湿器チャンバと一体的に連結された第１段加湿器チャンバであって、前記第２段加湿器チャンバから前記供給液の残余を受け取るように構成され、第１段気泡分配器を包含する第１段加湿器チャンバと、
キャリアガスを含有するキャリアガス源であって、前記第１段加湿器チャンバが、前記キャリアガスを前記キャリアガス源から受け取るように、および前記キャリアガスを前記第１段気泡分配器を通じて分散するように構成され、前記第２段加湿器チャンバが、前記キャリアガスを前記第１段加湿器チャンバから受け取るように、および前記キャリアガスを前記第１段加湿器チャンバから前記第２段気泡分配器を通じて直接分散するように構成されたキャリアガス源と、
を含むことを特徴とする多段気泡塔加湿装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の多段気泡塔加湿装置において、前記供給液が、（ａ）海水またはかん水および（ｂ）油またはガス抽出からのフローバック水または生産水の少なくとも１つから選択されることを特徴とする多段気泡塔加湿装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の多段気泡塔加湿装置において、前記加湿器チャンバが垂直に積み重なることを特徴とする多段気泡塔加湿装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の多段気泡塔加湿装置において、前記加湿器チャンバが各々水平に測定された幅と垂直に測定された高さとを有し、前記幅が前記高さの少なくとも２倍大きいことを特徴とする多段気泡塔加湿装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載の多段気泡塔加湿装置において、
前記第２段加湿器チャンバから前記キャリアガスを受け取るように構成された第１段除湿器チャンバと、
前記第１段除湿器チャンバから前記キャリアガスを受け取るように構成された第２段除湿器チャンバと、
前記供給液源と結合され、出口で終端する前に、前記供給液源から前記第２段除湿器チャンバを通り、次いで前記第１段除湿器チャンバを通り、前記第２段加湿器チャンバへ入るように構成された供給液導管と、
前記第１段除湿器チャンバと前記第２段加湿器チャンバとの間の前記供給液導管を加熱するように構成されたヒーターと、
をさらに含むことを特徴とする多段気泡塔加湿装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の多段気泡塔加湿装置において、（ａ）前記第１段除湿器チャンバと前記第２段除湿器チャンバとの間の中間位置の前記供給液導管と（ｂ）前記第１段加湿器チャンバまたは前記第２段加湿器チャンバとの間で供給液を直接交換するように構成された多重抽出導管をさらに含むことを特徴とする多段気泡塔加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
今世紀において、真水の不足は、人類にとっての世界的懸念としてエネルギーの不足をはるかに凌ぎ得るものであり、かつ、これらの２つの課題は、例えばエコノミスト誌（Ｔｈｅ  Ｅｃｏｎｏｍｉｓｔ）２０１０年５月２０日号の「水に関する特別報告（Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ｏｎ  Ｗａｔｅｒ）」で説明されているとおり、不可避的に関連している。真水はヒトおよび他の生物にとって最も基礎的な必需品の１つであり、ヒトは１人当たり最低でも１日約２リットル消費する必要がある。世界はまた、農業および工業プロセスからの真水に対する需要の高まりに直面している。
【背景技術】
【０００２】
水の供給が不十分であることによりもたらされる災害は、特に深刻である。真水の不足は、飢饉、病気、死、不時の集団移住、地域間の紛争／戦争、および生態系の崩壊を含む様々な危機の原因となり得る。真水の必要性の重要性および不足がもたらす重大な結果にも関わらず、真水の供給は特に限定されている。地球上の水の９７．５％が塩を含んでおり、残りの水の約７０％は氷として（ほとんどが氷帽および氷河中に）固定されており、地球上の全ての水のほんの一部分だけが利用可能な真（塩分を含まない）水として残されている。
【０００３】
さらに、地球上の、塩分を含まず利用可能な水は均一に分布していない。例えば、人口の多い国々、例えばインドおよび中国には、供給不足に見舞われている多くの地域が存在する。なおさらに、真水の供給は季節によって一貫していない場合が多い。一方、真水に対する需要は全世界で逼迫している。貯水池は干上がり、帯水層は減少し、河川は涸れ、氷河および氷帽は後退しつつある。人口増加は需要を増大させ、農業の変化および工業化の拡大もまた同様である。気候変動は多くの地域においてさらに多くの脅威を生じさせている。結果として、水不足に直面している人の数は増加している。しかしながら、天然に存在する真水は通常、地域の河川流域に限定されており、水の輸送は費用がかかりかつエネルギー集約的である。それにも関わらず、海水から（またはかん水または汚染された廃水流から）真水を生産するための既存のプロセスの多くは大量のエネルギーを必要とする。逆浸透（ＲＯ：ｒｅｖｅｒｓｅ  ｏｓｍｏｓｉｓ）が現在主要な脱塩技術である。大規模なプラントにおいては、必要とされる具体的な電気は、理論的最低値である約１ｋＷｈ／ｍ３に比べて、３０％の回収率で、４ｋＷｈ／ｍ３程度まで低くすることができ、小規模ＲＯシステム（例えば、船上用）は効率がより悪い。
【０００４】
他の既存の海水脱塩システムには、熱エネルギーベースの多段フラッシュ方式（ＭＳＦ：ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｇｅ  ｆｌａｓｈ）蒸留法および多重効用蒸留法（ＭＥＤ：ｍｕｌｔｉ−ｅｆｆｅｃｔ  ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）が挙げられ、両方ともエネルギー集約的かつ資本集約的プロセスである。しかしながら、ＭＳＦおよびＭＥＤシステムにおいては、最大塩水温度および入熱の最大温度は、熱交換装置での軟質および硬質のスケールの形成をもたらす硫酸カルシウム、水酸化マグネシウムおよび炭酸カルシウムの析出を回避するために限られている。
【０００５】
加湿−除湿（ＨＤＨ：ｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ−ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）脱塩システムは、その主要な構成要素として加湿器および除湿器を含み、熱源と塩水との間でエネルギーを伝達するためにキャリアガス（例えば空気）を用いる。この技術の単純な変形形態は、加湿器、除湿器、および海水流を加熱するためのヒーターを含む。加湿器において、高温の海水が乾燥空気と直接接触し、この空気が加熱され加湿されるようになる。除湿器において、加熱され加湿された空気が低温の海水と（間接）接触し除湿され、純水と除湿された空気とが生成される。ＭＳＦおよびＭＥＤシステムと同様に、スケールの成分の析出がシステム内で生じ得、温度が高くなりすぎると結果的に損傷する。
【０００６】
米国特許第８，１１９，００７Ｂ２号明細書（Ａ．Ｂａｊｐａｙｅｅ，ｅｔ  ａｌ．）に記載の別のアプローチは、水を方向性をもって（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ）溶解するが塩を溶解しない方向性溶媒を用いる。方向性溶媒は加熱されて、塩溶液からの水を方向性溶媒へ溶解させる。残りの高濃度塩水は除去され、方向性溶媒と水との溶液は冷却されて、実質的に純粋な水を溶液から沈降させる。
【０００７】
本発明者らのうちの幾人かは、ＨＤＨおよび水を浄化するための他のプロセスの追加的な議論を含む以下の特許出願の発明者としても名が挙げられている、すなわち、米国特許第８，４６５，００６Ｂ２号明細書、米国特許第８，２５２，０９２Ｂ２号明細書、米国特許出願公開第２０１２／０２０５２３６Ａ１号明細書、米国特許出願公開第２０１３／００７４６９４Ａ１号明細書、および米国特許第８，４９６，２３４Ｂ１号明細書。
【発明の概要】
【０００８】
液体（例えば、純水）を供給液（例えば、海水、かん水、廃水、またはフローバック水もしくは生産水）から費用効率の高い方法で分離する方法および装置が、本明細書に記載される。方法および装置の様々な実施形態は、以下に記載の要素、特徴およびステップの一部または全てを含むことができる。
【０００９】
供給液からの蒸発可能成分の加湿のための方法において、蒸発可能成分を含む供給液が第２段加湿器チャンバへ流入して第２加湿温度の第２段加湿器浴（ｂａｔｈ）を形成する。第２段加湿器チャンバからの供給液の第１残余が、次いで第１段加湿器チャンバへ流入して第１加湿温度の第１段加湿器浴を形成し、第１加湿温度が第２加湿温度未満である。供給液の第２残余が次いで第１段加湿器チャンバから除去される。
【００１０】
一方、キャリアガスが第１段チャンバの第１段加湿器浴へ注入され、第１段加湿器浴を通じて気泡化され、そこでキャリアガスが蒸気の形態の蒸発可能成分を供給液の第１残余から取集して、キャリアガスを蒸発可能成分で部分的に加湿する。部分的に加湿されたキャリアガスは次いで第１加湿器チャンバから第２段加湿器チャンバの第２段加湿器浴へ向けられ、第２段加湿器浴を通じて気泡化され、そこでキャリアガスがより多くの蒸気の形態の蒸発可能成分を供給液から取集して、キャリアガスを蒸発可能成分でさらに加湿し、加湿されたキャリアガスが次いで第２段加湿器チャンバから除去される。
【００１１】
多段気泡塔加湿装置において、供給液源が供給液を含有し、第２段加湿器チャンバが供給液源から供給液を受け取るように構成され、気泡分配器を包含する。さらに、第１段加湿器チャンバが第２段加湿器チャンバから供給液の残余を受け取るように構成され、気泡分配器を包含する。キャリアガス源がキャリアガスを含有し、第１段加湿器チャンバが、キャリアガスをキャリアガス源から受け取るように、およびキャリアガスを第１段加湿器チャンバの気泡分配器を通じて分散するように構成され、第２段加湿器チャンバが、キャリアガスを第１段加湿器チャンバから受け取るように、およびキャリアガスを第２段加湿器チャンバの気泡分配器を通じて分散するように構成される。
【００１２】
本明細書に記載の多段気泡塔加湿器は、乾燥空気を効率的に加湿するために加湿−除湿システムにおいて従来用いられていた充填層熱交換器の代わりになり得る。本明細書に記載の方法および装置の実施形態により提供され得る利点は、装置のコストと運転用エネルギーのコストの両方が削減され得ることから、低コストの除湿を含む。特に、加湿のためのエネルギーは、加湿チャンバの供給液により直接提供され得る。加えて、多段加湿器における非常に高い熱および質量の移動速度により、非常に小さい加湿デバイスの設計と利用が可能となる。なおさらに、多重抽出が、熱回収をさらに増加させるために多段気泡搭において用いられ得る。
【００１３】
加えて、本明細書に記載の方法は有利には、真水の生産ならびに廃水流の体積の凝縮および削減の両方の目的で、（例えば、油およびガス生産からの）汚染された廃水流から水を抽出するのに用いることができ、それにより公害および汚染を減らし、費用を削減する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、多段気泡塔加湿器の実施形態の概略断面図である。
【図２】図２は、多段気泡塔加湿器の第１段加湿チャンバの実施形態の断面図である。
【図３】図３は、多段単一塔加湿−除湿（ＨＤＨ）システムの概略断面図である。
【図４】図４は、供給液およびキャリアガスのための多重抽出導管を含む多段単一塔ＨＤＨシステムの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付図面において、同様の参照符号は、異なる図面を通じて同じまたは同様の部材を指す。図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、代わりに以下で検討される特定の原理を例証することに重点が置かれる。
【００１６】
本発明の様々な態様の上記のおよび他の特徴ならびに利点は、発明の広い方の範囲内にある様々な概念および特定の実施形態のより具体的な以下の説明から明らかとなる。上記で紹介され以下でより詳細に検討される主題の様々な態様は数多くの方法のいずれによって実施してもよく、その理由は主題はいずれの特定の実装方法にも限定されないからである。特定の実装形態および適用形態の例は、主として例示目的のために提供される。
【００１７】
本明細書において別途定められ用いられ特徴づけられることが無い限り、本明細書で用いられる用語（技術用語および科学用語を含む）は、関連する技術分野との関連において一般に認められたそれらの意味と一致する意味を有すると解釈され、明確にそうであると本明細書において定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されることはないものとする。例えば、特定の組成物に言及する場合、実際の不完全な現実が当てはまり得るため、当該組成物は完全にではないが実質的に純粋であってもよく、例えば、少なくとも微量の（例えば、１または２％未満の）不純物の潜在的な存在は説明の範囲内にあると理解され得、同様に、特定の形状に言及する場合、当該形状は、例えば製作公差による、理想的な形状からの不完全な変形形態を含むことを意図される。本明細書において表される百分率または濃度は、重量または体積の何れかにより表すことができる。
【００１８】
第１、第２、第３などの用語が様々な要素を説明するために本明細書で用いられ得るが、これらの要素はこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語はある要素を別の要素から区別するために単に用いられるだけである。したがって、以下で検討される第１要素は、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく第２要素と称され得る。
【００１９】
空間的に相対的な用語、例えば、「上方」、「下方」、「左」、「右」、「前」、「後ろ」などが、図に示されるある要素と別の要素との関係を説明するための記載を容易にするために本明細書で使用され得る。示される構成と同様に、空間的に相対的な用語は、本明細書に記載され、図に示される向きに加えて、使用中または作動中の装置の異なる向きを包含することを意図されることが理解される。例えば、図の装置がひっくり返されると、他の要素または特徴部の「下方」または「下」として説明された要素は、他の要素または特徴部の「上方」へ方向付けられる。したがって、例示的な用語、「上方」は上方および下方の向きの両方を包含し得る。装置は、他の態様で（例えば、９０度回転されるか他の向きで）方向付けられてもよく、本明細書で用いられる空間的に相対的な記述子がそれに応じて解釈されてもよい。
【００２０】
なおさらに、本開示において、ある要素が別の要素「の上にある」、「に接続される」または「に結合される」として言及される場合、これは他の要素の直接上にあっても、それに接続されても、もしくは結合されてもよく、または別段の定めがない限り介在要素が存在してもよい。
【００２１】
本明細書で使用する用語法は特定の実施形態を説明することを目的とし、例示的な実施形態を限定することを意図されない。本明細書で使用する場合、単数形、例えば、「１つ（ａ）」及び「１つ（ａｎ）」は、文脈からそうではないと示されない限り複数形も含むことを意図される。加えて、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、述べられた要素またはステップの存在を明示するが、１つまたは複数の他の要素またはステップの存在または追加を排除しない。
【００２２】
４つの段を備える多段気泡塔加湿器１２の実施形態が図１に示される。他の実施形態において、加湿プロセスを実施するために、以下に説明されるとおり、より多いまたは少ない数の加湿段が直列に連結され得る。溶解された成分を含有する供給液が供給液源１４（例えば、外洋、池または貯蔵タンク）から加湿器１２の第４段加湿チャンバ２２へ供給され、そこで供給液はチャンバ２２に含まれる浴（ｂａｔｈ）２４を形成する。第１実施形態において、供給液は７０℃の温度で第４段加湿チャンバ２２に供給される。以下に説明されるとおり、供給液の蒸発可能成分（例えば、水）は蒸発し、浴２４を通じて気泡化するキャリアガスへ入る。
【００２３】
供給液の残余（さらに濃縮され溶解された成分を含む）は、第４段加湿チャンバ２２から導管２６を経て第３段加湿チャンバ２０へ供給され、第３段加湿チャンバ２０で供給液の残余が別の浴２４を形成し、この別の浴２４を通じてキャリアガスが気泡化される。第１実施形態において、供給液の残余は、この実施形態では６２℃の温度で第３段加湿チャンバ２０へ供給され、残りの供給の温度は、部分的に、各段における供給液からの蒸発可能成分のキャリアガスへの蒸発のために用いられるエネルギーにより、段ごとに低下する。
【００２４】
次いで、供給液の残余（なおさらに濃縮され溶解された成分を含む）が、第３段加湿チャンバ２０から導管２８を経て第２段加湿チャンバ１８へ供給され、第２段加湿チャンバ１８で供給液の残余が別の浴２４を形成し、この別の浴２４を通じてキャリアガスが気泡化される。供給液の残余はこの実施形態では５６℃の温度で第２段加湿チャンバ１８へ供給される。
【００２５】
最後に、供給液の残余（なおさらに濃縮され溶解された成分を含む）が、第２段加湿チャンバ１８から導管３０を経て第１段加湿チャンバ１６へ供給され、第１段加湿チャンバ１６で供給液の残余が別の浴２４を形成し、この別の浴２４を通じてキャリアガスが気泡化される。第１実施形態において、供給液の残余はこの実施形態では５１．３℃の温度で第１段加湿チャンバ１６へ供給される。今や冷たい塩水の形態であり得る供給液の残余が、（例えば、この実施形態では４５．７℃の温度で）第１段加湿チャンバから導管３２を経て塩水保管用貯蔵器３３へ除去され得る。それに応じて、供給液の温度は、例えば、各段にわたって約５％〜１５％だけ低下し得る。
【００２６】
一方、（図２に示されるとおり）低温で乾燥したキャリアガスが、各段の浴２４を通じて気泡化されて、蒸発した成分を浴２４から除去し、キャリアガスのチャンバ間での流れは図１では矢印３６で示される。キャリアガスは例えば空気であることができ、キャリアガスは、キャリアガス貯蔵器３５へ送り込む送風用ポンプ３４により加圧されたキャリアガス貯蔵器３５から第１段加湿チャンバ１６へ最初に供給することができる。キャリアガスは第１段加湿チャンバ１６内の低い方のガス領域３８を満たし、気泡分配器（ここではスパージャプレート）４０を通って（図２に示されるとおり）気泡４２の形態で浴２４へ流れ込み、そこでキャリアガスは（供給液により提供される加熱および加湿で）加熱され、加湿される。供給液の蒸発可能成分（例えば水）は、浴２４と気泡４２とのガス−液体インターフェイスで蒸発して気泡４２へ入る。気泡４２は浴２４を通じて上へ流れ、キャリアガスが浴２４上方の上部ガス領域４４に入り、ガス導管４６を第２段加湿チャンバ１８へ向かって出るまで、熱エネルギーおよび浴２４からの（蒸気の形態の）蒸発可能成分を得て増大する。残りの加湿チャンバ１８、２０および２２は、第１段加湿チャンバ１６の設計および働きと同様のまたは同じ設計および働きを有し、加湿チャンバ１６、１８、２０および２２の各々の浴２４は、実質的にその高さ（ｈ）を超える（例えば、少なくとも２倍大きい）幅（ｗ）を有して、蒸発可能成分が蒸発されかつキャリアガスへ移動させられる効率を向上させることができる。浴液がスパージャプレート４０を通って段下方へ「滴下」しないよう、浴２４の静水圧高さが空気により抑制されている必要があるため、スパージャプレート４０のキャリアガス（底部）側での圧力低下は浴２４の高さに大きく依存する。浴２４の高さが低いことの主な利点は、したがって、圧力低下がより小さいことによる、空気−移動デバイス（送風機）３４における電気消費の減少である。浴の高さを低く維持することはまた、熱伝達の特有の大きさが数ミリメートルのオーダーであるため、本文脈において実現可能である。
【００２７】
多段気泡塔加湿器１２および除湿器４８が積み重なる実施形態が図３に示される。この実施形態において、加湿器１２は４つの段１６、１８、２０および２２を含み、上記の実施形態に記載のとおり動作する。しかしながら、ここで、第４段加湿チャンバ２２からの除湿されたキャリアガス６６が第４段加湿チャンバ２２から除湿器４８の第１段除湿チャンバ５０へポンプで送り込まれる。除湿器４８は、米国特許出願公開第１３／２４１，９０７号明細書の多段気泡塔除湿器の設計と同じまたは本質的に同じ設計を有することができる。除湿チャンバ５０、５２、５４および５６の浴５８は、加湿器１２の供給液から蒸発した成分と同じ組成物（例えば、水）を有する液体から形成され得る。
【００２８】
除湿チャンバ５０、５２、５４および５６のうち、第１段除湿チャンバ５０の浴５８の温度は第２段除湿チャンバ５２の浴５８の温度より高く、第２段除湿チャンバ５２の浴５８の温度は第３段除湿チャンバ５４の浴５８の温度より高く、第３段除湿チャンバ５４の浴５８の温度は第４段除湿チャンバ５６の浴５８の温度より高い。凝縮された純粋な液体（例えば、液体の水）が、除湿チャンバ５０、５２、５４および５６の各々から凝縮液が流れ込む出口導管７６を経て除湿器４８から抽出される。
【００２９】
浴５８は、浴５８の各々へ連続的に注入されおよびそこを通る高温の加湿されたキャリアガス６６から伝えられる熱エネルギーにより加熱され得、そこで、キャリアガス６６が段を通じて連続的に冷却されるときに、凝縮可能蒸気成分が液体の形態の加湿されたキャリアガス６６から凝縮されて浴５８へ入る。一方、供給液は、供給液源１４から、各段において浴５８を通って蛇行する導管６０を通ってポンプで送られ、熱エネルギーが、浴５８から導管６０を通って供給液へ伝達されて、ヒーター６２であって、供給液が第４段加湿チャンバ２２へ注入されてそこに浴２４を形成する前に追加的な熱エネルギー７０を供給液へ注入してその温度を例えば７０℃へ上昇させるヒーター６２への途上で、供給液を徐々に予熱する。
【００３０】
図４の実施形態において、装置はまた多段加湿器１２および除湿器４８の中間位置（すなわち最初のチャンバと最後のチャンバとの間の位置）間に延在する多重抽出導管７２および７４を含む。導管７４は、供給液残余の一部を第４段から第３段への導管２６から抽出し（これはまた／代替的に、導管２８または３０から抽出することもできるが）、（より高い温度の）抽出された供給液残余を多段除湿器４８の段間（ここでは、第１段除湿チャンバ５０と第２段除湿チャンバ５２との間）の供給液導管６０へ再循環させる。多重抽出により、供給液の気泡搭の段間からの導管７２を介した抽出／注入によって、運転中のシステムの熱力学的均衡が促進される。同様に、キャリアガスの一部が、加湿器１２の少なくとも１つの中間位置から（ここでは、第２段加湿チャンバ２８から）導管７４を介して抽出され得、多段除湿器１２の段へ（ここでは、第２段除湿チャンバ５２へ）注入され得る。
【００３１】
本発明の実施形態を説明する際、特定の用語法が明快にするために用いられる。説明の目的のために、特定の用語は、同様の結果を達成するために同様の方法で動作する技術的かつ機能的均等物を少なくとも含むことを意図される。加えて、本発明の特定の実施形態が複数のシステム要素または方法ステップを含むいくつかの場合において、それらの要素またはステップは単一の要素またはステップに代えられてもよく、同様に、単一の要素またはステップは同じ目的に役立つ複数の要素またはステップで代えられてもよい。さらに、様々な特性のパラメータまたは他の値が本発明の実施形態のために本明細書において特定される場合、それらのパラメータまたは値は、別段の定めがない限り、１／１００、１／５０、１／２０、１／１０、１／５、１／３、１／２、２／３、３／４、４／５、９／１０、１９／２０、４９／５０、９９／１００などだけ上または下に（または１、２、３、４、５、６、８、１０、２０、５０、１００などの倍率で上に）、またはその丸められた近似値に調節され得る。さらに、この発明はその特定の実施形態を参照して示され説明されてきたが、当業者には、形態および詳細における様々な代用形態および代替形態が、本発明の範囲から逸脱することなしになされ得ることが理解される。なおさらに、他の態様、機能および利点も本発明の範囲内にあり、本発明の全ての実施形態が上述の全ての利点を実現する必要も、全ての特徴を有する必要も必ずしもない。加えて、一実施形態に関連して本明細書において検討されたステップ、要素および特徴は、他の実施形態と共に同様に用いることができる。本文書を通じて引用される参照テキスト、雑誌論文、特許、特許出願などを含む参考文献の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、これらの参考文献に由来する適切な成分、ステップおよび特徴はこの発明の実施形態に含まれていてもいなくてもよい。なおさらに、技術背景セクションで特定された成分およびステップは、この開示に統合され、本発明の範囲内の開示において別のところで説明される成分およびステップと共にまたはその代わりに用いられ得る。段が特定の順序で列挙される方法の請求項において−参照を容易にするために付されている順序付けられた前置文字があってもなくても−、段は、用語または表現による別段の指定または黙示がない限り、それらが列挙された順序に時間的に限定されているとして解釈されることはない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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