JP2008521586A - 液体処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

液体の浄化処理のための蒸留装置であって、ａ）上部チャンバー（１Ｂ）および下部チャンバー（１Ａ）を備えるボイラーと、ｂ）液体を前記下部チャンバーに送出する液体送出システム（１）と、ｃ）前記液体が前記下部チャンバーの表面に侵入および／または接触するときに気化する所定の温度に下部チャンバーを熱するためのヒータ（１４）と、ｄ）前記下部チャンバー（１Ａ）から発生する蒸気を受け取り、収集するために、前記上部チャンバー（１Ｂ）に配置された蒸気収集器（９，１１）と、ｅ）前記蒸気を受け取り、浄化した液体に凝縮するために前記蒸気収集器（９，１１）に連通する凝縮器（１Ｃ）と、を備える蒸留装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸留が必要となる場所ではどのような所でも使用することができる液体処理装置および方法に関する。本技術は、給湯タンクといった温水関係の機器および他の類似する用途においてエネルギー使用量を減少させるために使用することができる。

本発明の目的は、従来の蒸留方法よりも速くかつ独自の蒸留法によって、汚染した水または海水等を浄化するための効果的かつ革新的な手段を提供する。塩分除去の目的に使用される場合には、この特別な技術によって、使用可能な副産物として塩化ナトリウムを生成することもできる。結果として、本発明は、廃棄すべき有毒な塩水が無いため、環境に優しいのである。

蒸留器の煮沸チャンバーから貯蔵ホッパーへ塩化ナトリウムを積極的に除去し、かつこの塩化ナトリウムを貯蔵ホッパーから除去する手段も提供する。

本発明は、この蒸留装置の自動化された自己洗浄の手段の提供も含む。
本技術は、電力消費および製造コストを減少させるために、給湯タンクなどの水を使用する機器での使用のために改造を施し適応させることもできる。

真水の不足
地球の表面の約７０％は、水で覆われており、そのうち９７％が塩水であって、僅か３％が実際に真水である。

しかしながら、真水の約２％が氷として閉じ込められているか、アクセス不可能であるか、汚染によって使用不可能であるため、世界の真水のたった１％が人類および他の生物にとって利用可能なものである。

地球上で利用可能な真水の１％のうち、アマゾン川がこの１％の３分の１を構成しており、この地域の９つの国々に水を供給している。現在、アマゾン川は、工業によってひどく汚染されており、かつてアマゾンの周囲を巡って生活した多くの現地住民が他の地域への移動を余儀なくされている。

世界保健機構によると、
Ａ．少なくとも１０億人が飲料用もくしは衛生用の安全な真水を入手できない。
Ｂ．世界中できれいな水の重大な不足の増加に直面している（特にアフリカおよびアジア諸国）。
Ｃ．西アフリカおよび中央アフリカの６カ国で２０００万人がチャド湖に水を依存するが、この湖は、過去３８年間で９５％縮小した。
Ｄ．中国の３分の２の都市では、過酷な水不足に直面している。
Ｅ．イランでは、農村部に住む人のうち最大６０％が水不足によって都市への移住を余儀なくされる可能性がある。
Ｆ．以前その大きさが世界４位であった中央アジアの「アラル海」の水位は、１６メートル下落し、その面積は、ほぼ半減してしまった。
Ｇ．旧ソビエト連邦のほとんどの都市では、水質汚染問題を抱えており、飲料水は、沸騰しなくてはならず、それでも全ての汚染物質を除去できるわけではない。

濾過または蒸留のいずれかを用いて汚染水を処理する多くの利用可な手段があるにも関わらず、現状では、その使用（特に大規模での）は特に貧困国においてはコストがかかり過ぎるのである。

世界は、危機的局面を迎えており、真水の不足がおそらく人類が直面する最も重要な問題である。真水なしでは、多くの第３世界は生き残ることができない。従って、全ての貧困地域で使用可能な真水を容易に供給するための安価かつ効果的な手段を提供し、人類の生存に欠かせない真水を供給するために汚染水および／または塩水を浄化・精製する手段を利用できるようにすることが不可欠である。

従来の蒸留プロセス
飲料用に水を浄化・精製する現在の方法（または他の処理）は、密閉された加熱ボイラーユニット内で汚染した液体を加熱し、液体の温度を沸点まで上げ、そこで維持するものである。この蒸留装置が、ボイラーユニット内の水を連続的な生産のために所定の水位に保つ場合、置換される水を冷却する要素が水を沸点に維持するために必要となる。次に、そのように生成された蒸気は、凝縮ユニットを通過し、この蒸気をほぼ汚染の無い液体に戻す。いくつかの商業的な処理法は、沸点を下げて電力消費を下げるため、複数の段階を用い、各段階で内圧を減少させる。

現在の家庭用蒸留装置等では、使用後の加熱ボイラーユニット内に残る汚染水から出る液体残留物、例えば、ミネラル、無機物、有機物、塩、死骸等を定期的に除去し、このユニットを完全に洗浄、消毒することが必要である。この残留物が除去されない場合、汚染物質が濃縮され、水を蒸留のためにボイラーに導入するときにこの入ってくる水を更に汚染してしまうことで蒸留器の効果が減少してしまう。

更に、従来の家庭用蒸留器の加熱要素は、処理される水の中に存在する化学汚染物質（特に塩）によって錆びおよび腐食が起こりやすく、多額の費用をかけてこの加熱要素を交換するか、または新しい蒸留器を購入することが必要となる。

更に、使用後のボイラーユニット内に残る湿気のレベルが低く、かつこの蒸留器が数日間は再び使用されない場合であっても、バクテリアはその湿気で培養され得る。

塩分除去に使用される場合、大規模の蒸留設備は、腐食した部品の錆落とし、処理、修繕や、加熱ユニットの交換をするために相当な生産停止時間が必要となる。

従来の蒸留方法は、効果的であるが、それを稼動するために時間および費用がよりかさむのである。

本明細書において、参照した書類、事項があるが、これらまたはこれらの組合せは、本件優先日において、公に入手可能、公衆に既知、一般的知識または、本明細書が関係するいかなる問題を解決する試みに関して知られていたことを認めているわけではない。

本発明は、液体を水として記載しているが、「液体」という用語は、それに限られず、本発明を他の液体においても使用することができることは理解されよう。

本発明は、液体処理装置を提供するものであって、この液体処理装置は、任意の適当な形状または大きさの加熱可能なボイラーを備えており、このボイラーは、適当な蓋またはそれに類似するものを備えており、かつ適当な凝縮要素に結合されている。

従来の蒸留ユニットとは違い、本発明は、液体（例えば水）を沸騰させて蒸気に転換する必要がない。この新規な蒸留装置は、処理（例えば浄化・精製）されるべき液体をボイラー内で単に気化するものである。この気化によって、汚染した霧状の液体の粒子が、発達して、蒸留段階に移り、蒸留水の純度に影響することを防ぐ。

本発明の第１の態様によると、液体を浄化処理する蒸留装置が提供されており、この蒸留装置は、
ａ）上部チャンバーおよび下部チャンバーを備えるボイラーと、
ｂ）液体を前記下部チャンバーに送出する液体送出システムと、
ｃ）前記液体が前記下部チャンバーの表面に侵入および／または接触するときに気化する所定の温度に下部チャンバーを熱するためのヒータと、
ｄ）前記下部チャンバーから発生する蒸気を受け取り、収集するために、前記上部チャンバーに配置された蒸気収集器と、
ｅ）蒸気を受け取り、浄化された液体に凝縮するために前記蒸気収集器に連通する凝縮器と、を備える。

本発明の第２の態様によると、上部チャンバーおよび下部チャンバーを備えるボイラーに内での液体の浄化処理の方法が提供されており、この方法は、
ａ）液体が前記下部チャンバーの表面に侵入および／または接触するときに気化する所定の温度に下部チャンバーを加熱するステップと、
ｂ）前記液体を前記下部チャンバーに送出するステップと、
ｃ）前記下部チャンバーから発生する蒸気を前記上部チャンバーにおいて収集する工程と、
ｄ）前記収集した蒸気を浄化された液体に凝縮するステップと、
を備える。

典型的に、本発明は、浄化されるべき水を一または複数の噴霧孔を通してミストまたは霧状のエアゾールスプレーとしてボイラー内に圧力を加えて注入することによって実現することができる。

処理されるべき汚染水または、塩水が適切な配管系によってボイラー内に導入される。この配管系は、一または複数の噴霧孔を備える放出口に配置されている。この水は、放出口の噴霧孔を通過するときにボイラーユニットによってすぐに気化されるのに十分な圧力を受ける（例えば、一平方インチにつき５０ポンドまたは噴霧孔が必要とする他の圧力）。

噴霧孔（ジェットノズル)の実寸は、ボイラー内での後の気化を実現するように、動作温度および圧力に応じて変化し、これは当業者にとっては周知である。本発明の特定の出願のために、適当なノズルの例が米国イリノイ州のＳｐｒａｙｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ社から得られるＦｏｇＪｅｔ（米国カタログ）である。

あるいは、気化は、高熱の内部表面または、ボイラーユニット内の加熱された環境に接触した場合に蒸気になる大きさの液滴としてまたはこれに類似するものとしてボイラー内に導入される浄化されるべき水によってもたらすことができる。本発明の特定用途において要求されるならば、蒸留器において内圧を減少することが要件となり、結果としてフラッシュスチーム処理が必要となる。典型的に、液滴の大きさは、３バールで３５０ミクロンより小さい（Ｓｐｒａｙｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ社の米国カタログ「Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ： Ｋｅｙ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ」の２２ページ）。

本発明の好適な形態によると、気化処理は、ボイラーユニットの下部チャンバーに移動する前に、入ってくる水の温度を１０００℃未満まで上げることによって（すなわち、入り口管内で沸騰しない程度）得られる。好適には、水は約８０℃〜約１００℃の温度に予熱され、より好適には約９００℃から約１００℃であって、最も好適には約９５℃〜約１００℃である。これは、下部チャンバーに通じる液体送出装置をボイラー内もしくは適切な別個の熱源内に発生する蒸気に十分さらすことによって実現される。

家庭用装置においては、適当な手段がボイラーを加熱するために提供され、例えば、電気的加熱要素もしくはガス加熱要素または利用可能な適当な熱源（例えば木材燃焼加熱、太陽熱加熱）である。

本発明は、卓上タイプの家庭用浄水装置に限定されない。この技術は、地方自治体、工業、商業等のいかなる規模での使用、特に塩水または汽水の塩分除去用での使用にも容易に適応できる。

大規模な蒸留または塩分除去設備において、生産コストを最小限にするために、ボイラーのための熱として、ボイラーを１００℃を超える温度に加熱することができる他の工業処理から出る廃物として放出されるいかなる種類の熱を使用することもできる。

典型的に、ボイラー用の蓋内には、ボイラーによって生成される蒸気が含まれる。放出口は、凝縮要素内に移動する蒸気のために設けられており、この凝縮要素では、汚染物質が存在することなく再び液体になるまで次第に冷却される。この汚染物質は、手動もしくは機械的手段によって容易に除去できる実質的に乾燥した状態でボイラーに残留する。

好ましくは、ボイラー用の加熱器（ヒータ）は、ボイラーの内面およびその内部の空気を加熱し、概して１００℃〜１２５℃の範囲の温度で維持する能力を備えている。

更に、浄化されるべき水の水源は、約１２１℃の温度において生存し続けることができる生物を含む可能性もある。これらの生物の存在が分かった場合、本発明は、好適には、これらの生物を死滅させるのに十分な温度にサーモスタットで制御されたボイラー内の環境を提供する。ボイラーの内面がほぼ１２５℃の温度に、または後に必要であると認められた場合にはそれ以上の温度に保たれた場合、ボイラーの高熱の内面に接触するボイラー内の水のミストは、ボイラー内の内部環境温度では殺すことができない生物にバーベキュー効果（barbeque effect）を与える。

エアゾールまたはミスト状の水の分子がボイラーの高熱の内面またはその中の高温の環境に接触する場合、即座に気化される。この気化によって、汚染した霧状の液体の粒子が発達して蒸留段階に移ることを防止し、蒸留水の純度に影響を与えることを防止する。

好適には、ボイラー内に配置された噴霧孔要素は、調整可能なマイクロスプレージェットおよび／または圧力制御ユニットを備えていてもよい。この目的は、エアゾール分子の大きさを、噴霧孔に与えられる圧力またはこの噴霧孔の大きさもしくは形状によって確実に制御可能にすることである。これによって、水の分子が、ボイラーユニットの高温状態の内面に接触するかまたはこのボイラー内の温度のレベルによって、直ちに霧化する程度の大きさとなることを確実にする。ボイラー内の圧力を減少することは、気化処理を助けるものとして理解される。

ボイラー内へのエアゾールミストである、蒸留されるべき液体のスプレーは、ボイラーの本体内への連続的な噴霧孔スプレーであってもよく、または周期的に中断するもの、すなわちパルスであってもよい。このことによって、ボイラー内の温度が、ボイラー内へ噴霧された過剰な水分子によって、要求される温度を下回るまでに低下しないことを確実にする。

ボイラーの下部チャンバーの内面の温度を要求されるレベルに確実に維持にするために、ボイラー内のエアゾールミストを生成するのに使用される噴霧孔がボイラーユニットの加熱された表面に周期的に接触するように回転され得る。

本発明の更に好適な形態において、ボイラー内の噴霧孔に流入する水は、ボイラー内に注入される前に、一連の渦巻きコイル等の中を流れるように水を方向づけることによって予熱され、ボイラー内に生成された蒸気がコイル内を流れる水の熱を実質的に上昇させるようにし、これにより、流入する水を沸点まで上昇させるエネルギーが少なくて済むようになる。

本発明の別の好適な形態において、上部チャンバーは、外壁と、経路を画成する内壁とを備える。この経路は、液体用の液体送出システムの一部として使用され得る。このようにして、内壁は、熱交換器として機能し、処理されるべき水を加熱すると同時に下部チャンバーから出て内部壁に接触する蒸気を冷却する。

好適には、下部チャンバー内の環境温度は、正の温度係数を有する装置またはサーモスタット等によって制御することができ、１００℃を実質的に超える下部チャンバー内の内部温度を維持する。

典型的には、浄化されるべき水を気化するのに要求される圧力は、公共の給水圧もしくは任意の適切な機械式圧力ポンプによってまたは手動もしくは電力で作動される他の処理によって、または重力によっても得られる。

蒸気がボイラー内に立ち込めるにつれて、この蒸気は、蒸留器の出力容量に依って冷却用の適切な手段を備えることができる蓋部に接触するようになる。例えば、冷却手段は、従来の冷蔵法によるペルティエ効果を用いた冷却装置やファン、または冷水循環等によるものである。そのように採用される場合に、前記蓋部は、１００℃よりいくらか低い温度に維持され、前記表面に接触する蒸気を凝縮する。

より容量の小さいモデル用として、凝縮された蒸気がボイラーの蓋の内面に生成され、この蓋の内部下方に排出される場合、この蒸気は、この目的のために設けられた排水溝に収集される。この排水溝は、蓋部内に配置することができ、この排水溝によって、そのようにして収集された水は、この水をボイラーユニットから出た残りの蒸気と共に凝縮器へ運ぶために蓋部内に設けられた放出口に運ばれる。

好適には、より小さいボイラーユニットにおいては、凝縮された蒸気は、蓋部の一部として形成されているかまたはボイラーユニットの別個の要素に形成されている凝縮要素に送られてこれを通過することができる。

好適には、サーモスタットといった熱感知装置は、ボイラーユニット内の温度を要求される温度に調整および維持するために設けることができる。

ボイラーユニットと蓋部との間の熱伝導を減少するために、耐熱絶縁ガスケット等を蓋部とボイラーユニットが接合する箇所に取り付けることができる。

ボイラーユニットの実際の設計は、ボイラーを加熱するための利用可能な熱源（例えば、ソーラーパワー、ガス、材木燃焼等）に依って変更することができることは理解されよう。例えば、電力で使用するように設計された場合、電気素子は、セラミックポット等の本体内に成形することができる。あるいは、それは、ボイラーの外面に巻きつけられて固着されるか、またはボイラーポットの底部の下でコイル状に配置することができる。

容量の小さな蒸留モデルにおいて、熱源が、ガス、木材燃焼等である場合には、ボイラーポットへの熱伝導を向上するために、ボイラーポットの外部は、特別な熱伝導フィン等を備えることができる。

ボイラーユニットは、異なる熱源を使用できるように異なる材料から製造してもよいことは理解されよう。例えば、電気、ガス、またはソーラーパワーを使用する場合、ステンレス鋼、パイレックス（登録商標）等を使用することができる。加熱の他の態様においては、ボイラーは銅、セラミックス、アルミニウム等から製造することができ、清掃を容易にするためもしくはこれらの材料のいくつかを使用することによる健康上の理由のためにテフロン（登録商標）（ｐ．ｔ．ｆ．ｅ．）といった材料で内面をコーティングしていてもよい。

異なる水源からの水は、含まれる汚染の種類が異なる可能性がある。蒸留の後、「揮発性有機化合物」（ｖｏｃ）ガスの存在が判明した場合、このガスは、ボイラー蓋部の高い位置に通常配置される排出口を介して大気に排出されるか、または凝縮処理の開始時に大気に排出される。あるいは、係るガスは、ポストカーボン濾過によっても除去することができる。より大きな蒸留器では、必要であれば換気扇を備えることができる。

汚染された水が蒸留された場合、汚染された水に見られるバクテリアおよび他の生物の死骸、化学汚染物質、重鉱物、無機・有機物質等による残留物が蓄積する。

この残留物は、周期的に取り除く必要がある。残留物の除去は、従来、困難かつ時間のかかる作業となっている。ボイラーポットのタンクをクリーニングするために薬品を使用したとしても、それ自体による化学汚染物質を残す可能性がある。

よって、本発明のボイラーユニットは、容易に手入れできるように構成されることが好ましい。例えば、家庭用モデルにおいて、取り外し可能な蓋部によって、ボイラーポットの平滑な内面に容易に手入れすることができ、清掃ができるようになる。

本発明の特性は、この装置が潜熱のために停止される場合にも、ボイラー部品表面および残留物が実質的に乾燥および完全に乾燥しきったままであって、装置内のいかなるバクテリアの成長をも防止する。よって、この残留物は、傾けて投棄するか、吸い取るか、洗い流すことによって容易に除去することができる。

好適には、ボイラーは、残留物の容易な除去および容易な清掃が行えるように、その基部に放出口またトラップを備えるように設計されてもよい。

本発明の家庭用サイズのモデルのいくつかの形態において、いかなる残留物の除去をも促進するために、特別な使い捨て内部ライニングが提供され、ボイラーポットの基部および側部に接触すると共にこれらを覆うように設けられることが理解されよう。係るライニングは、ボイララーユニットの基部および側部の両方に実質的に接触するように配置され、ライニングに効果的に熱伝達を行い、ボイラーユニットが蒸気を生成するのに必要な温度を維持することを確実にするように設計されることが理解されよう。

更に、このライニングは、アルミニウム等の適切かつ高品質な伝導材料からなることが好ましい。ボイラーユニットのためのライニングは必ずしもシート状に形成または鋳造される必要はなく、適切な微細格子ガーゼから作られていてもよい。蓋部を取り外して、ライニングを取り出すことによってこのボイラーユニット内の残留物を容易に除去することができ、新しいライニングに交換することができる。

産業用または業務用の規模の蒸留または海水脱塩プラントにおいて、ボイラーユニットの底部は、じょうごとして機能するような形態であってもよい。排出口を制御するのに適した機構を備える適当な大きさのドレインは、じょうごの中心に設けられており、乾燥もしくは所望であれば半乾燥の残留物の廃棄または、この装置が脱塩用に用いられる場合には塩化ナトリウムの廃棄が、排出穴の下に設けられた貯蔵ホッパーに重力で連続的に排出される。本発明に利用される技術に基づいて、脱塩後の塩化ナトリウム残留物は、実質的に乾燥しており、重力の影響をうけ、ボイラーのじょうごの排出口に排出される。

大規模な蒸留もしくは海水脱塩プラントにおいては、電力が好適な動力源であるが、加熱手段として他の手段を用いてもよいことが理解されよう。ボイラー内を加熱するために、ヒータ要素は、じょうご状の底部の下にコイル状に巻かれていて、ボイラーユニットの外部にもらせん状に巻かれていてもよい。同様に、加熱要素は、ボイラータンクと一体的に構成されるように壁部内に成形されていてもよい。

好ましくは、加熱コイルがボイラーユニットのじょうご状の底部の下に配置されており、これらのコイルが、ホッパーユニット内を加熱し、ボイラーユニットと同様、ホッパー内に要求される運転温度を維持する。しかしながら、ホッパー用に付加的に加熱することが必要となる場合がある。

あるいは、ボイラーユニットの底部の排出穴が、開閉可能な扉を備えており、ボイラー内に生じた塩をボイラーの下に配置されたホッパー内に滑り落ちるように収集できるように通常は完全に開いている。あるいは、ボイラーの内部温度を維持することが必要な場合、この扉は、閉じられており、生じた塩はボイラー内に保持され、この塩はボイラーからホッパーに要求に応じて排出される。ボイラーの排出口の扉は、スライドタイプもしくはヒンジタイプまたはこれらに類似するものであってもよい。

好ましくは、ホッパーもまた、じょうご状の底部（およびこれに類似するもの）を有しており、関連する排出穴および開閉可能な扉を備えている。ボイラーの扉が閉じられている場合に、塩をホッパーからコンベヤベルト上またはトラックや列車等の上に排出することができる。業務用として要求されている場合、塩（塩化ナトリウム）は、熱かボイラーユニット内に注入される水のミストの量かのいずれかまたは両方を調節することによって湿った状態に保持することがきる。この目的は、ゆっくりと乾燥させるために、または業務用に要求されるものに合うようにミネラルを除去する更なる処理のために好適な塩を提供することである。海塩に含まれるミネラルは、非常に価値がある。

海水の脱塩用に本発明を利用することによって、相当な費用をかけて継続的に処分する必要がある塩水残留物がなにも残らなく、脱塩のために現在使用される２つの主な技術、すなわち複数の段階を経るフラッシュ蒸留および逆浸透法を用いた場合と同様である。残留物は、実質的に乾燥した塩化ナトリウム（塩）であって、それ自身が市場性のある商品である。

本発明が連続生産に適用される場合、生産を損失させること無くボイラーユニットから塩または他の残留物を連続的に除去するための手段を提供する。

更に、技術的な支障およびメンテナンスのためにプラントを完全に停止するための要件は、現在の脱塩処理システムにおいて特に課題となっている。既存の脱塩または汽水処理プラントにおいて、プラント部品のクリーニングおよびそれらの再塗装は、高価で時間のかかる処理である。本発明を利用することによって、生産を停止しなくてはならない要件はなくなり、大規模で使用される場合、そのプラントは、凝縮段階に導くマニホールドに連結される複数個の同一のモジュールの適当な数からなる。

必要であれば、上記のような一形態のボイラーユニットの内面の清掃または水で洗い流すことは、下記の工程を採用して典型的に達成することができる。
１．水ミストが蒸気にならないようにボイラーの温度を下げる。
２．水ミストをスプレーし続け、水滴になり、ボイラーから残留物を適当なコンテナに洗い出すように、ボイラーの側部を流れ落ちてじょうごを通して流れ出る。
３．ホッパーもじょうご状の底部を備えているため、ボイラーの洗浄作業から出る少量の塩水が適当な容器に捕捉され、必要であればこのシステムを通して再利用される。
４．ボイラータンクを洗浄する場合に塩水の処理を停止することが必要であれば、処理水の取水口の前に切替弁（ｄｉｖｅｒｔｅｒ ｖａｌｖｅ）を設けることによって真水を使用し、この真水を一時的に噴霧ジェットに通すことができる。

従来の水浄化技術から区別されることとして、本発明は、予め定められた容量に基づく生産モジュールの製造を可能にするモジュラー設計に基づくプラントも提供することができる。プラントの生産能力は、必要であればより多くのモジュールを追加することによって増加することができる。

水処理または脱塩プラントは、予測される需要のみではなく将来的な拡大を満たすように現在建設されているが、これは必要となる当初の資本支出よりも多くなる。

更に、非可変容量の非常に大きなプラントを一つ現場で建設するよりも、産出能力が固定された複数のモジュールを使用するほうがよく、建設場所から離れたところで安価で大量に生産することができる。資本費を更に減少するために、モジュールは、任意の適当な場所でキットの形態で作ることができる。

更に、このモジュールの設計によって、求められる目的地まで陸送または海運によって移送可能に作ることができる。

更に、従来見られるような補修、メンテナンスまたは故障のための生産の損失がないため、本発明を組み込むモジュラー設計の利用によって、生産費を更に削減することができる。本発明のようにモジュラープラントを使用することによって、水導入口および各モジュールの蒸気生産をマニホールド等によって連結している場合に個々のモジュールをいつでもオフラインにすることができ、必要であればそれぞれを隔離することが可能である。

水の浄化、脱塩または類似する処理に使用する場合、このモジュラー設計はマニホールド等を介して連結されるボイラーユニットをそれぞれを設けており、このマニホールドは、個々のボイラーモジュールによって生成された蒸気を一以上の凝縮ユニットに導き、さらにこの凝縮ユニットは大量貯蔵室用の処理水供給管路に連結されていてもよい。

更に、脱塩ユニットを形成するモジュールは、任意適当な耐食性材料から製造することができ、例えば、ステンレス鋼もしくはセラミックスや、テフロン（登録商標）で金属被覆されたものなどがある。

ミストまたは水滴を適切に加熱環境に注入するこの革新的な処理は、他の用途も持ち合わせていることも理解されよう。例えば、家庭用給湯システムに関連して使用される場合であって、必要であれば水をミストとしてタンク内に注入する場合、そのエネルギーにおいて相当のコストを削減することができ、更に、ヒータータンクは、その大きさを実質的に小さくでき、重量および単価の減少という利点を伴う。

水が沸騰している場合に、蒸気の生成は、水面の直径に限られるということが一般的に認められている。本発明によると、例えば、直径１００ミリ、高さ２００ミリのタンクは、同じタンクで水を単に沸騰させる場合よりも何倍も多くの蒸気を生成することができる表面積を有する。これは、効率がよく、エネルギーがより少なくて済む。よって、本発明の別の形態において、液体加熱装置は、下記の要素を備える。

ａ）上部チャンバーおよび下部チャンバーを備えるボイラーと、
ｂ）液体を前記下部チャンバーに送出する液体送出システムと、
ｃ）液体が前記下部チャンバーの表面に侵入および／または接触するときに気化する所定の温度に下部チャンバーを熱するためのヒータと、
ｄ）前記下部チャンバーから発生する蒸気を受け取り、収集するために、前記上部チャンバーに配置された蒸気収集器と、
ｅ）蒸気を受け取り、浄化された液体に凝縮するために前記蒸気収集器に連通する凝縮器。

よって、本発明の別の形態において、上部チャンバーおよび下部チャンバーを有するボイラー内の液体を加熱する方法は、下記のステップを備える。

ａ）前記液体が前記下部チャンバーの表面に侵入および／または接触するときに気化する所定の温度に下部チャンバーを加熱するステップと、
ｂ）前記液体を前記下部チャンバーに送出するステップと、
ｃ）前記下部チャンバーから生成された蒸気を前記上部チャンバーにおいて収集する工程と、
ｄ）前記収集された蒸気を浄化された液体に凝縮するステップ。

本発明の利点の要約
本発明を様々な形態で利用することによって、下記の利点の一または複数が得られる。
ａ．主に水からなる液体から汚染物質を除去し、医療用、化学品用、工業用もしくは生物および植物用または他の目的に適した品質にするために使用する。
ｂ．汚染した液体を加熱されたボイラーポット内にエアゾールミストの状態で注入する工程は、まず液体を沸点まで上昇させて次に蒸留処理が可能な温度に保持する従来の方法を使用するのに比べて、迅速かつ低コストである。
ｃ．処理されるべき液体のエアゾールが加熱ユニットの加熱された表面もしくは高熱の内部環境に接触した場合にすぐに蒸気に転化し、よって水の実質的な容積を加熱する費用および時間ならびに水を沸点に保つ費用および時間を節減する。
ｄ．水を沸騰させただけの場合に放出される蒸気の量は、露出した沸騰水の上面の面積に限られる。
ｅ．蒸気を生成するために、内部温度と共にボイラーの側部および底部の両方の使用を可能にする。
ｆ．処理されるべき水が液滴ではなくエアゾールミストとして連続的に噴霧される場合、残留物は、実質的に乾燥した状態に保たれ、汚染物質が浄化された液体と共に流れる出る可能を減少させる。
ｇ．より小さな家庭用蒸留器では、ボイラーユニットは、蓋を取り外すことによって内部が露出され、汚染残留物の除去のために容易に手入れできるようにする。
ｈ．低エネルギー所要量。
ｉ．設計の変更によって、ソーラーエネルギー、ガスまたは木材燃料等の代替熱源による加熱に容易に適合可能である。
ｊ．スプレー式蒸留が求められるかまたはこのスプレー式蒸留から利益を得られる任意の処理において使用することができる。
ｋ．海水を脱塩するために使用される場合、この処理は、商業的に価値のある商品でもある海塩という有益な副産物も連続的に生産することができる。天日乾燥による従来の塩の生産は何ヶ月もかかる。
ｌ．現在、脱塩の現行方法の結果として残る塩水は、規制当局によって認可される手段で廃棄する必要がある。塩水の廃棄のための間接費は、多くの脱塩プラントにおいて、海に排出口を敷設しなくてはならないパイプを通して汲み出す必要があるために多額となる。脱塩プラントが内陸にある場合、塩水の廃棄の問題は更に難しく、費用がかかる。更に、有毒な塩水排出口は、有害物質がそのエリアの生物に影響を及ぼすため、定期的に移転する必要がある。
ｍ．脱塩用に使用される場合、廃棄されるべき塩水の残留物は何も残らない。
ｎ．例えば、加熱要素および他の構成要素の錆びおよび垢おとしをする場合に、蒸留器の構成要素に対して有害とはならない。
o． 密閉しないと安全面での問題が生じる加圧密閉されたユニットを備える必要がない。
ｐ．汚染物質を除去することができると共に、望ましくない生物も殺すことができる。
ｑ．水に関連する他の用途での使用（例えば、給湯の加熱タンク等）に適応させることができる。
ｒ．脱塩によって生じた塩残留物は、生成される都度、ボイラーから自動的に排出することができる。
ｓ．この脱塩ボイラーは、自己洗浄を自動的に行うように設計することができる。
ｔ．生産費は、大規模の水処理用の従来の費用よりも少なくて済み、本発明の一つの基本モジュールを本発明の全ての水処理用途において使用できるように適応することができ、更なるモジュールを必要に応じて追加することができる。

本発明は、添付の図面を参照にして下記に記載される。

図１を参照にすると、２つの主要な要素、すなわち、蓋部ＩＢを有するボイラーポット１Ａと、冷却凝縮器１Ｃと、を備える蒸留装置が記載されている。加熱された水の導入パイプ１は、凝縮された蒸気を蓋部１Ｂから冷却凝縮器１Ｃに運ぶ。一対のクランプ３は、蓋部１Ｂおよびボイラーポット１Ａの対向する側部に設けられており、これらの構成要素を共に固定する。

図２および３により詳細に示されているように、パイプ１は、蓋部１Ｂ内部に下方に伸びており、ボイラーポット１Ａ内に蓋部１Ｂから伸びている。図２および３では、ボイラーポット１Ａの上方でパイプが終端しているが、蓋部１Ｂがボイラーポット１Ａに配置された場合に、パイプ１がボイラーポット１Ａの中心および頂部近くになることが理解されよう。エアゾール噴霧ヘッド８は、パイプ１に取り付けられており、浄化されるべき水をボイラーポット１Ａの全体に噴霧するように設計されている。

ボイラーポット１Ａは、電動の導入口１５も備えており、ボイラーポット１Ａの円筒状の壁部内に一体化（例えば鋳造によって）された電熱体に連結されている。ボイラーポット１Ａは、電熱体１４によって加熱される。典型的には、ボイラーポット１Ａは、セラミック等の適切な加熱可能な材料から製造されており、絶縁性の外部皮膜を伴っている。サーモスタット１３は、ボイラーポット１Ａの熱を制御するために設けられる。ボイラーポット１Ａは、脚部２も備えている。

蓋部１Ｂは、ボイラーポット１Ａ内で生成された蒸気を受け止め、包含する蓋９を備える。蓋９の外面は、蓋９の表面温度を１０００℃以下に保つようにこの外面に冷風を吹きかける外部ファン（図示されず）を設けることによって、ボイラーポット１Ａ内に生成された蒸気を凝縮することを助けるために利用することができる。

蓋部１Ｂは、頂部が開口した截頭状の円錐要素を蓋９の下部内周に連結することによって形成された排水溝１１を備える。この排水溝１１は、蓋９の内面に生成された凝縮された蒸気の収集を可能にする。凝縮された蒸気は、排水溝１１内に重力で下降し、蒸気の排出口１０から出てパイプ４を通過し、凝縮要素１Ｃに行く。

図３にも示されているように、図示されたガスケット１２は、ボイラーポット１Ａと蓋９との間に配置されており、１Ａと９との間の熱伝導を減少させる。

冷却凝縮器１Ｃは、図４および５に更に詳細に記載されている。冷却凝縮器１Ｃは、外側ケース１６を備えており、必要であれば、熱伝達冷却処理を助けるための冷却液を含んでいてもよい。凝縮器１Ｃは、凝縮器１Ｃを封止するための外面１８を有する蓋５に嵌合される。

ボイラーポット１Ａ内に生成され、凝縮器１Ｃに移動した凝縮された蒸気および／または水を更に凝縮するために、冷却コイル１７が冷却凝縮器１Ｃに搭載される。蒸気が冷却コイル１７内で液体に凝縮される場合、この蒸気は排出パイプ６に運ばれ、次にコンテナ７に運ばれる。導入パイプ１７ａがパイプ４を介して排出パイプ１０から蒸気および／または水を受け取る。

動作中、浄化されるべき水は、導入パイプ１を通過し、エアゾールヘッド８を介してボイラーポット１Ａ内に噴霧される。細かな霧は、蒸気を生成するために加熱され、この蒸気は、ボイラーポット１Ａから蓋部１Ｂの蓋９内に上昇する。蓋９に接触すると、蒸気は、凝縮し、排水溝１１内に重力で下降する。凝縮された蒸気および／または水は、次にパイプ４を介して冷却コイル１７内に移動し、熱交換によって更に凝縮される。浄化された水は、次に冷却コイル１７から排出口６を通じてコンテナ７に移動する。

当業者が、本明細書に記載された発明に対して具体的に記載されたもの以外の変形および改変ができることは理解されよう。本発明がそうした全ての変形および改変を含むことは理解されるべきである。本発明は、本明細書に示される全てのステップ、特徴、構成要素を個々にまたは包括的に含んでおり、前記ステップまたは特徴の任意の２以上の組合せの全ても含む。

「含む（備える）」という用語ならびに本明細書および請求の範囲において使用される「含む（備える）」という用語は、請求された発明を制限し、その変形または追加を除外するものではない。

本発明による蒸留装置の斜視図である。 図１に記載された蒸留装置のボイラーポット（煮沸要素）１Ａの鉛直断面図である。 図１に記載の蒸留装置のボイラーポット（煮沸ポット）１Ａの蓋部の鉛直断面図である。 図１に記載されている蒸留装置の冷却凝縮器１Ｃの鉛直断面図である。 図１Ｃの蓋５の鉛直断面図である。

Claims (45)

1. 液体の浄化処理のための蒸留装置であって、
   ａ）上部チャンバーおよび下部チャンバーを備えるボイラーと、
   ｂ）液体を前記下部チャンバーに送出する液体送出システムと、
   ｃ）前記液体が前記下部チャンバーの表面に侵入および／または接触するときに気化する所定の温度に下部チャンバーを熱するためのヒータと、
   ｄ）前記下部チャンバーから発生する蒸気を受け取り、収集するために、前記上部チャンバーに配置された蒸気収集器と、
   ｅ）前記蒸気を受け取り、浄化した液体に凝縮するために前記蒸気収集器に連通する凝縮器と、
   を備える蒸留装置。
2. 液体送出システムは、ミストまたは霧状のエアゾールスプレーを生成するために液体が通過する少なくとも一つの噴霧孔を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸留装置。
3. 少なくとも一つの噴霧孔は、下部チャンバーの上部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の蒸留装置。
4. 噴霧孔は、調整可能なマイクロスプレー孔および／または圧力調整ユニットであることを特徴とする請求項２に記載の蒸留装置。
5. 噴霧孔は、回転可能であって、下部チャンバーの異なる領域に断続的に接触することを特徴とする請求項２に記載の蒸留装置。
6. 液体送出システムは、液体を液滴状にして下部チャンバーに導入するために液体調整器を備えること特徴とする請求項１に記載の蒸留装置。
7. 液滴は、３バールで３５０ミクロン未満の大きさであること特徴とする請求項６に記載の蒸留装置。
8. 液体送出システムの一部は、上部チャンバー内に配置されており、前記液体送出システム内の液体を所定の温度に予熱するために蒸気と熱交換関係にあることを特徴とする請求項１に記載の蒸留装置。
9. 液体送出システム内の液体を所定の温度に予熱するために液体予熱器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸留装置。
10. 液体の所定の温度が約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項８または９に記載の蒸留装置。
11. 液体の所定の温度が約８０℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項８または９に記載の蒸留装置。
12. 液体の所定の温度が約９０℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項８または９に記載の蒸留装置。
13. 液体の所定の温度が約９５℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項８または９に記載の蒸留装置。
14. 加熱器の所定の温度が１００℃〜１２５℃の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の蒸留装置。
15. 加熱器は、下部チャンバーを所定の温度に保つためにサーモスタットを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸留装置。
16. 蒸気収集器用の冷却器を更に備えており、この冷却器は前記蒸気収集器を所定の温度より低く保つことを特徴とする請求項１に記載の蒸留装置。
17. 所定の温度が１００℃未満であることを特徴とする請求項１６に記載の蒸留装置。
18. 下部チャンバーは、この下部チャンバー内に集められた残留物を除去するための排出口を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸留装置。
19. 上部チャンバーおよび下部チャンバーを備えるボイラー内で液体を浄化処理する方法であって、
    ａ）前記液体が前記下部チャンバーの表面に侵入および／または接触するときに気化する所定の温度に下部チャンバーを熱するステップと、
    ｂ）前記液体を前記下部チャンバーに送出するステップと、
    ｃ）前記下部チャンバーから発生する蒸気を前記上部チャンバーにおいて収集する工程と、
    ｄ）前記収集された蒸気を浄化された液体に凝縮するステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
20. 液体は、下部チャンバーに霧状に送出されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
21. 液体は、ミストまたは霧状のエアゾールスプレーとして下部チャンバーに送出されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
22. 液体は、液滴の状態で下部チャンバーに送出されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
23. 液滴は、３バールで３５０ミクロン未満の大きさであること特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 液体は、下部チャンバーの異なる領域に送出されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
25. 下部チャンバーに送出される液体は、所定の温度に予熱されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
26. 液体は、上部チャンバーに収集される蒸気との熱交換によって予熱されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 液体の所定の温度が約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
28. 液体の所定の温度が約８０℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
29. 液体の所定の温度が約９０℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
30. 液体の所定の温度が約９５℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
31. 下部チャンバーは、１００℃〜１２５℃の範囲に予熱されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
32. 下部チャンバーに収集された残留物を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
33. 液体加熱装置であって、
    ａ）上部チャンバーおよび下部チャンバーを備えるボイラーと、
    ｂ）液体を前記下部チャンバーに送出する液体送出システムと、
    ｃ）液体が前記下部チャンバーの表面に侵入および／または接触するときに気化する所定の温度に下部チャンバーを熱するためのヒータと、
    ｄ）前記下部チャンバーから発生する蒸気を受け取り、収集するために、前記上部チャンバーに配置された蒸気収集器と、
    ｅ）蒸気を受け取り、浄化された液体に凝縮するために前記蒸気収集器に連通する凝縮器と、
    を備える液体加熱装置。
34. 液体送出システムの一部は、上部チャンバー内に配置されており、前記液体送出システム内の液体を所定の温度に予熱するために蒸気と熱交換関係にあることを特徴とする請求項３３に記載の液体加熱装置。
35. 液体送出システム内の液体を所定の温度に予熱するために液体予熱器を更に備えることを特徴とする請求３３に記載の液体加熱装置。
36. 液体の所定の温度が約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項３３に記載の液体加熱装置。
37. 液体の所定の温度が約８０℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項３３に記載の蒸留装置。
38. 液体の所定の温度が約９０℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項３３に記載の蒸留装置。
39. 液体の所定の温度が約９５℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項３３に記載の蒸留装置。
40. 上部チャンバーおよび下部チャンバーを備えるボイラー内で液体を熱する方法であって、
    ａ）前記液体が前記下部チャンバーの表面に侵入および／または接触するときに気化する所定の温度に下部チャンバーを加熱するステップと、
    ｂ）前記液体を前記下部チャンバーに送出するステップと、
    ｃ）前記下部チャンバーから生成された蒸気を前記上部チャンバーにおいて収集する工程と、
    ｄ）前記収集された蒸気を浄化された液体に凝縮するステップと、
    を備えることを特徴とする液体を熱する方法。
41. 液体送出システム内の液体を所定の温度に予熱するために液体予熱器を更に備えることを特徴とする請求４０に記載の液体を熱する方法。
42. 液体の所定の温度が約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項４０に記載の液体を熱する方法。
43. 液体の所定の温度が約８０℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項４０に記載の液体を熱する方法。
44. 液体の所定の温度が約９０℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項４０に記載の液体を熱する方法。
45. 液体の所定の温度が約９５℃〜約１００℃までの範囲であることを特徴とする請求項４０に記載の液体を熱する方法。

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