JP2009532207A - 圧縮空気エネルギー・システムを使用する脱塩方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は脱塩システムの分野に関し、特には解放され拡張されてチルド空気を共生成することができる圧縮空気エネルギーを使用し、次に水を凍結し、かつ新鮮な飲料水を生産するために使用できる脱塩システムに関する。
米国においては、多くの広範囲の気候ゾーンがあり、多くの領域では豊富な雨が降り、国のほとんどの領域において利用可能な新鮮な飲料水の適切な供給が存在する。給水が不足する領域でさえ、それが必要な場所へ、それが利用可能な場所から水を輸送する努力がなされた。例えば、多量の水がカリフォルニア州送水路によって、コロラド川から、人口が多いが乾燥している南カリフォルニアに現在輸送されている。飲料目的だけではなく、農業と灌漑のためにも十分な水が利用可能である。たとえば、湖、貯水池、川、氷河などからのものを含むユーティリティとパイプラインのネットワークを通る水を供給および輸送する他の手段がさらに存在する。
熱的方法は、たとえば沸騰により海水を水蒸気にして、残されたベース水の中に汚染物質を残すために、熱または他の手段を使用する方法である。例えば、一般に使用される1つのタイプの熱的方法は蒸留と呼ばれ、海水が、一連の容器中で低い圧力で加熱され、清浄な水蒸気を生成する方法である。
膜プロセスは、水または塩のいずれかが通過することを可能にする物質の比較的薄い透過層を使用する。それは2つの異なる濃度間の分離を引き起こすのを支援する。膜の一面では典型的に水と汚染物質が見られ、そして膜の反対側では典型的には浄化された水が存在する。
凍結結晶化は、冷凍プロセスの利用するプロセスであり、新鮮な飲料水を生産するために海水の状態図を利用する。本質的に、海水は、たとえば冷媒を介して低温に暴露され、冷凍される。冷凍が純水から作られた固体の氷晶を形成するのを支援する。それは、その後残余のベース水に含まれていた塩の汚染物質から分離できる。逆浸透と比較された時、そのより高い効率によりこのプロセスとそのポテンシャルは調査された。しかし、脱塩目的の凍結プロセスは大スケールでは成功裡に実行されなかった。
1)直接の冷却および2)間接の冷却。
本発明は水脱塩システムと協力する圧縮空気エネルギーの使用に関し、風によって生産されたエネルギーまたは他のエネルギー源によりエネルギーが生成され、圧縮空気を生産するために使用でき、たとえばターボ・エキスパンダーの使用により圧縮空気が解放され膨張する場合、副生成物としてそれはチルド空気を劇的に生産でき、ついで海水の冷凍および脱塩に使用できる。すなわち、凍結結晶化方法の場合のように脱塩目的のために海水の温度を低減するために冷媒を使用するのではなく、本発明では圧縮空気エネルギーを解放し膨張させることにより得られる清潔なチルド空気を使用して、直接海水小滴と混合し、新鮮な凍結された氷粒子を生成する。
1. 1気圧より若干高い圧力で、マイナス175°Fの温度で、冷却空気の体積流れを生成し、絶縁された混合室へこの冷却空気を導入すること。この冷却空気は圧縮空気の膨張により得られる。この圧縮空気は、コンプレッサにより生成され、ターボ・エキスパンダーを通って直接冷却空気を生成するか、またはターボ・エキスパンダーと発電機を通り、電気と副生成物の冷却空気を生成することにより得られる。
2. 海水の体積流れを生成する。これは室内へ小滴雲としてスプレーでき、冷却空気と混合され、海水小滴の温度を共晶温度(それは標準的な海水では華氏約マイナス6.2度である)またはそれよりも少し高い温度にまで低下させる。
3. 海水小滴が冷却空気と混合し、熱交換により凍結され始め、純水氷晶が生じ始め、塩気のあるブライン溶液からの分離を始める。時間とともに(つまり数秒未満で)、冷凍の氷粒子は室の底部へ落ち始める。そこでは熱交換のために空気の温度はより暖かくなり、空気および底部で氷粒子の成長している堆積物が、ちょうど好ましくは共晶温度より若干上の平衡温度に結局達する。その後、低密度の氷粒子は浮かび、底部に集まった高密度の塩気のあるブライン溶液の上面で合体し、氷/雪塊を形成し、それは塩気のあるブライン溶液の上で拡大し浮かび続ける。高密度塩ブラインは氷粒子から分離し続け、側面からまた氷/雪塊に存在する通路および孔を通って流れでる。水のスプレーを含む真水洗浄カラムは氷/雪塊からのブラインの流去を容易にし、氷塊をさらに清潔にするのを支援するために使用できる。
注:ブラインの密度は濃縮された時の1.35gm/ccから海水中の1.025gm/ccの間にあることができる;なお純水の密度は1 gm/ccであり;真水氷の密度は0.917 gm/ccであり;また、雪の密度は0.1 gm/cc未満である。したがって、高密度ブラインは、氷/雪塊中の孔の間から流れ出て、氷フラグメント間のすきまから外に流れる。
4. 氷/雪塊が形成された後のサイクルの最後に、氷/雪塊は好ましくは回収され、次に融解され、浄化された飲料水が生産される。塩気のあるブライン溶液は時間と共により濃く、塩分が高くなり、室から形成されるすべての塩の固体と共に回収され、プロセスは再び開始されることができる。堆積された塩および他のミネラルは、後の工業的用途のために保存できる。あるいは堆積された時適切に扱われなければならない。
(1) コンプレッサおよび大きな高圧貯蔵タンクを有する圧縮空気エネルギー貯蔵システム、ここでターボ・エキスパンダーが所望の際に圧縮空気を解放し膨張するために使用され、生成されたエネルギーは冷却空気および/または電気エネルギーに変換される。
(2) 電気および冷却空気の両方を生成する能力を有するターボ・エキスパンダー、ここで発電能力は好ましくは補助的な圧縮機能力により置き換えられ、これはターボ・エキスパンダーの仕事を利用し、付随するサージタンク内に排出された圧縮空気を充満させる。
(3)エネルギーを最初に貯蔵する必要なしに、冷却空気を生産する能力を有するターボ・エキスパンダー。
それぞれの場合において、冷却空気は混合室に射出され、混合室に射出される海水から冷却を提供する。
上に議論された水を脱塩する凍結結晶化方法は、海水中の不純物から純水を分離するために必要な海水を凍らせることを冷却装置に要求する。本発明は、副生成物として共−生成された冷却空気を生成する手段として圧縮空気エネルギー技術の使用を組込み、ターボ・エキスパンダーが脱塩目的のための好適な量の冷却空気を生産するために、圧縮空気を解放し膨張するために使用できる。
A. 圧縮空気エネルギー・システム:
本発明は、以下の3つの異なる冷却空気を製造する方法の少なくとも1つを使用することを企図する:(1)圧縮機および大きな高圧貯蔵タンクを有する圧縮空気エネルギー貯蔵システム、ここで必要な場合に圧縮空気エネルギーを解放し膨張するために、ターボ・エキスパンダーが使用され、エネルギーは冷却空気および/または電気的なエネルギーに変換できる、
(2) 電気と冷却空気を生成する2つの機能を有するターボ・エキスパンダー、
ここで、電気を生成する能力は、付随するサージタンク中に放出された圧縮空気を補充するターボ・エキスパンダーの仕事を使用する補足の圧縮機能力により好ましく置き換えられる、および
(3) エネルギーを最初に貯蔵する必要なしに、冷却空気を生産する能力を有するターボ・エキスパンダー。
これらのシステムの各々は今議論される。
1. 圧縮空気エネルギー貯蔵タンク・システム:
この実施態様は、図1に示されたように、好ましくは、電動モータ3、主要な圧縮機7、貯蔵タンク5、調節弁9、ターボ・エキスパンダー11および電気を起こすためのターボ発電機13を有する、圧縮空気エネルギー貯蔵システム1を含む。図1では、「A」は、それによってエネルギー源2から電気機3に電気的なエネルギーが送信されるルートを示す。エネルギー源は、風力タービン4、ウインド・ファーム、ディーゼルエンジン、発電機、または地熱発電プラント、原子力発電所、化石燃料パワー・プラントあるいは電力グリッドのような任意の公知のエネルギー源であることができる。これらの動力源のうちのいくつかは、しばしば電力需要より多い電力を生成する。過剰電力は、圧縮空気の形をして貯蔵されるだろう。電力需要を満たすために圧縮空気から電力が回収される時、共−生成された非常に冷却された空気は脱塩に使用されるだろう。モーター3は好ましくは主要な圧縮機7を運転し、空気を圧縮し、その後、貯蔵タンク5に貯蔵される。
タンク5は、さらにパイプラインあるいは加圧空気を保持するための他のコンテナの形をとることができる。用語「タンク」はパイプおよび他の圧縮空気貯蔵メディアを含めるように使用される。タンク5も、好ましくは圧縮機7およびターボ・エキスパンダー11に近接して位置し、著しい圧力損失なしで、タンク5に圧縮空気を運ぶことができ、次にターボ・エキスパンダー11に循環できるようにする。
別の圧縮空気エネルギー・システムは図2の中に示される。図2は、大きな貯蔵タンクではなく、小さなサージタンク19だけがある実施態様の圧縮機15とターボのエキスパンダー17の詳細を示す。このシステムでは、ソースからのエネルギーは圧縮機15を運転するために使用でき、そこでは圧縮空気はサージタンク19へ流され、調節弁21が圧縮空気がターボ・エキスパンダー17に解放される程度をコントロールするために提供される。好ましくは、図2で見ることができるように、ターボ・エキスパンダー17からの加圧され膨張した出力空気は、2つの異なる方法で導かれる。最初に、ターボ・エキスパンダー17からの共−生産された冷却空気は、パイプ20を通って導かれ、次に以下に記載されるように、脱塩システム、あるいは他の冷却機能に配達されることができる。次に、ターボ・エキスパンダー17からの補足エネルギーはギアボックス16にシャフト18を介して循環して戻すことができる。これは次に多段階レシプロ式圧縮機23が付加的な圧縮空気エネルギーを生産することを可能にし、それはサージタンク19に戻して循環でき、放出された圧縮空気をそこに補充する。この方法で、ターボ・エキスパンダー17によって生産された、冷却空気の形では使用されない余剰のエネルギーは、より多くの圧縮空気を生産するために戻して循環することができ、これはついでより多くの冷却空気および/または電気を生産するために使用できる。
図3は、貯蔵タンクの必要がない実施態様の、圧縮機31およびターボ・エキスパンダー33を含む「タンクのない」圧縮空気エネルギー・システムの詳細を示す。このシステムでは、ソースからのエネルギーは、エネルギーを最初に貯蔵する必要なしに、電動モータ32、第2の圧縮機34およびターボ圧縮機31を使用して、空気を圧縮するために使用できる。そこではターボ・エキスパンダー33を使用して、圧縮空気を解放できる。エネルギー源3によって起こされた電気により電動モータ32が直接運転できる。圧縮空気もエネルギー源3により直接生成でき、所望の場合にターボ圧縮機31を運転するようにできる。
本発明の脱塩システムは、脱塩の必要が存在するすべての用途で使用できる。例えば、干ばつ季節にある海岸サイトの近くにある町に真水を供給する必要があることがある。あるいは、砂漠において利用可能な豊富な塩けのある井戸水があることがある。次のセクションでは、2つのユニークな用途が考慮される:
(1) 船適用および(2)島または陸での用途。
船適用では、目的は、電力を使用して真水の生産を最大限にすることである(シナリオ#3を示す図4cを参照)。生産されるどんな電力も循環され、たとえば上記のサージタンク圧縮空気エネルギー・システムの使用によって、空気圧縮機を操作する。島での用途では、電力を最大にするのか、脱塩を最大にするのか、または両者のバランスをとるのかという、1つのシナリオから他のシナリオへ変換する柔軟性が望まれる(図4a、4bおよび4cを参照、それらはシナリオ#1、#2および#3を示す)。
シナリオ#3で見られるように、図4cでは、船に搭載されて利用可能なディーゼル燃料は圧縮機#1、55を操作するために使用できる。圧縮機55は、好ましくは非常に小さなサージタンク57に圧縮空気を供給する。サージタンク57は、ターボ・エキスパンダー61へ供給する1つの出口を有し、次には、非常に冷たい空気を吐き出す。ターボ・エキスパンダー61のシャフトは、ターボ圧縮機ホイール、圧縮機#2、59に好ましくは付けられる。それはローカルの大気の空気を吸入しそれを圧縮し、サージタンク57に圧縮空気を供給できるようにする。したがって、正味のシステムは、圧縮機#1、55を運転するためにディーゼル燃料を使用し、その後過冷却冷却空気を副産物として得る。議論されるように、この過冷却空気は海水と相互作用し、ここに記述された脱塩システムを使用して、純水を生成する。この装置は比較的小さく造ることができ、逆浸透方法のような船で使用される他の既存のシステムと比較された時、著しい量の真水を生成できる。
島での用途は、好ましくは電気および/または冷却空気を共−生成するにために上に記述された圧縮空気エネルギー法のうちの任意のものを使用する。第一に、電気だけが必要な期間中には、ヒーターまたは廃熱は、電気の生成を最適化するためにターボ・エキスパンダー61への入力圧縮空気をあらかじめ熱する(華氏約350度まで)ために使用でき、圧縮空気の消費は低減され、ターボ・エキスパンダーからの冷却空気は本質的に使用されない。しかしながら、電気および冷却空気(脱塩とエアコンディショニングの目的のため)の両方が必要な期間中には、熱の入力は好ましくはオフにされる。そのような場合、ターボ・エキスパンダーは、圧縮空気の増加した消費で電気を起こす。また、脱塩および/または冷却装置に供給するために、冷却空気は副産物としてターボ・エキスパンダーから排出される。脱塩システムを通り抜ける冷たい空気もエアコンディショナーに冷却を提供するために使用できる。
図4aの中で示されるシナリオ#1では、最小流れ速度で貯蔵タンク57を脱気する一方、電力の最大のレベルを生成することに関心が持たれた。これは、ターボ・エキスパンダー61に供給される加圧された空気を熱するために、近くの設備(あるいは太陽の照射)あるいは圧縮機55からの廃熱を使用することにより遂行できる。より高い初期温度、例えば華氏約300度は、わずかに室温未満であるターボ・エキスパンダー61からの排気空気温度を生産する。したがって、電気は生産されるが、有用な共−生成された冷却空気はない。ターボ・エキスパンダー61のインペラー物質は、回転するインペラーの高い先端速度部分ではチタンであるべきである。
共晶凍結結晶化方法と呼ばれる既存の技術は、近年関心を呼んだ。塩を含んでいる海水を脱塩する情況では、共晶凍結結晶化プロセスは凍結法の利点を有する。海水溶液の状態図は図20に示される。
向流配置を達成するため、冷却空気および海水スプレーが反対向きに室へ導入される。
これは、例えば冷却空気が室へ上向きに導入される一方、室へ海水を下向きにスプレーすることにより達成できる。この配置は図16−18および25−30に示される。海水の下方向きのスプレーおよび冷却空気の上向きのフローを使用する向流では、小滴が室の内を循環し、凍り、沈降する途中での相対するフローの影響を考慮することは重要である。どちらの例でも、2つの流れの間の速度の違い、重力の影響、小滴のサイズ、および冷却空気フローの温度および体積速度、ならびに室のサイズは、海水小滴が十分に循環できる範囲を決定するのを助け、適当な冷却および凍結、並びに小滴の沈降が達成できる。さらに、それらは室の底部に落下し、かなり短い時間、すなわち数秒未満で氷塊を形成し始める。
上に議論した、落下する小滴に対して上方向に冷却空気を吹く向流に加えて、追加の実施態様が開発され、そこでは冷却空気が海水小滴と同じ方向に吹かれ、「並流」と呼ばれる。並流配置は図14−15および31−34の中で示される。両方の利点および不利益はここに議論される。
4フィート/秒 室内の垂直速度
240フィート/分 室内の垂直速度
22.1 平方フィート
5.3 フィート直径
2.5秒 滞留時間
10フィート通路長(室の高さ)
好ましい実施態様では、室壁は、引き込まれた暖かい海水および/または圧縮機からの加熱された圧縮空気により好ましくは加熱され、氷が壁に集まらないようにし、氷塊がそれに付着しないようにする。このようにして、氷塊が十分なサイズである場合、容易にそれは室から取り除かれ、暖かい雰囲気の環境の中で溶かし、純粋な水を生成することができる。つまりバッチ操作で溶かすことができる。好ましい実施態様では、室壁にはパイプおよび/またはキャビティーが好ましくは提供され、取り込まれた海水および/または圧縮機から引き込まれた加熱された空気を室壁を通すことができる。これは熱交換器として有効に役立つ。これは1)氷が壁に集まるのを防ぐため、2)氷塊がそれに付着することを防止する、および3)室内の温度を規制するのを支援するために、室を比較的暖かく保持するだけでは無く、海水が室内に導入される前に温度を下げ、圧縮機を冷却する。この2重の熱交換の効果は、室と海水の温度の両方をどんな余剰のエネルギーも使用する必要なしに規制できる。海水および/または加熱された空気との間のエネルギー移動効率を増加させるために、パイプは好ましくは一方は室の周囲に延び、他方は室に延びる。キャビティーも使用できる。それは本質的に内壁と外壁の間のスペースである。つまり、室は二重壁で作ることができ、海水および/または加熱された空気は壁の内部を通ることができる。この改良はバッチ操作に関して使用でき、室壁のまわりのパイプおよび/またはキャビティーの使用に関する。それは室の温度だけではなく、パイプを通り抜ける海水および/または空気の温度も規制するのを支援する。
氷粒子状物質が形成されて室の底に落ちる時に、それらは好ましくは合体を開始し、氷のブロックよりも雪のような外観を有する氷塊を、集まる塩ブラインの上に形成する。この氷塊は内部の多数の空気チャンネルおよびボイドにより比較的低密度であり、多孔質である。この塊の密度は、典型的には0.5〜0.6g/ccの範囲の中にあり、純粋な氷のほとんど半分である。新鮮な降った雪は<0.1g/ccの密度を持つ。塊の注意深い検査は、むしろ雪のように見えることを明らかにし、氷粒子状物質の上に集まるすべての過剰ブラインが容易に流れ落ち、塊から排出され、ブライン集合物内に入ることを許容する、チャンネルとボイドのネットワークを有する。そして氷塊の維持および氷塊の周囲に流れる共晶温度より多少暖かい冷却空気によって、氷晶に付いている塩ブラインは容易に洗い流される。つまり、それらは固体の塩の結晶を形成しない。
次の計算は、1日当たり13,793ガロンの海水を処理して真水を1日当たり12,000ガロン生成するために必要な空気流れを示す。この例では、535HPの85%の熱力学効率で作動する2段階ターボ・エキスパンダーが使用される。それは華氏マイナス168度で24,155ポンドの冷却空気を出力する。もし、華氏マイナス6度(塩水の共晶温度)まで暖められれば、この冷却空気は939,146BTU/HRを吸収する。
535.07HP
9.9 SCFM/HP
フロー5,297.15SCFM
フロー 24,155.00 #/時
比熱 0.24BTU/(#F)
入力温度 −168°F
出力温度 −6°F
(939,146.40)BTU/HR
フロー 4917#/時
比熱 1BTU/(#F)
入力温度 60°F
出力温度 32°F
融合 144BTU/#
比熱 0.5BTU/(#F)
入力温度 32°F
出力温度 −6°F
939,147.00 BTU/時
注:上記の、室、小滴などのサイズ、および気流の速度、小滴の落下速度は近似で、ここに議論された要因を考慮に入れることによって、必要な程度に偏位を有する。したがって、塩水が室に射出されられる前に、入力塩水を華氏約60度から華氏約30度にあらかじめ冷やすことを考慮することが必要なことがある。たとえば以下に議論されるように、結晶化室の周囲で入力水を循環することができる。
提案されたシステムの実施態様は、その作業で6つのキーとなる時点でのシステム構成の概観を示すことにより記述される。
図25の中で示される向流配置の第一工程は、取り込んだ海水を華氏70度で4,000ミクロンの平均直径の小滴にスプレーするノズル、および、華氏マイナス157度で7,151SCFMで導入される冷却空気を示す。ノズルからの小滴の上向きの速度は、結局重力のために最小の相対速度に達して、次に、カラムの底の方へ下方へ沈降する。(1)海水小滴および(2)冷却空気の最終混合物は、混合の共晶温度である華氏マイナス6度に帰着する。最終の混合温度をコントロールでき、取入海水および冷却空気のフローの調節により共晶温度より暖かいかより冷たいようにできる。
図26の中で示されるように、海水小滴および冷却空気の混合が、(1)冷却氷と海水とが一片として冷却空気中を落下し、塩水溶液から氷が分離され、(2)近くの小滴と衝突して合体し、新しくより大きな粒子中で分離工程を進め、(3)小滴は液体の底部のたまりに到達し、小滴の塩水溶液が液体のより大きなたまりと一体化し、解放された氷の結晶は上部に浮かび、他の先に形成された氷の結晶と合体する。
あまりにも少量の海水が沈降室へスプレーされる場合、室の底の混合物は共晶温度以下になり、固体の氷が溶液から出て行くだけではなく、塩も溶液から出て行き、塩の結晶としてそれ自体が堆積する。これは図27の中で示される。図17および18で好ましい実施態様の氷の塊りの円錐形の形を参照されたい。
2時間の連続操作が終わり、氷の塊りを回収する時間となる。ノズル構造は横に移動される。また、それが室壁の端からあふれ出ない場所に、溶液が上げられる。
図29の中で示されるように、入って来る暖かい海水は出てゆく冷蔵の塩けのある水と向流で熱交換される。省エネルギーは、同じ冷蔵の気流のより高い脱塩割合を許容する。
共晶温度よりわずかに高い温度でのシステムの操作は、濃厚な食塩水が氷を浮かせるのに好都合であり、テフロンが容器に氷の塊りがくっつくことを回避するために室壁の内部の表面上に提供できる。最終段階で、氷の塊りが回収された後、回収されることができる結晶として氷を堆積させるために共晶温度より下の温度に落とすことは便利である。このプロセスは恐らく最後の工程よりも早く始められる。
(1) 熱電対が、食塩水が共晶温度よりわずかに暖かいことを示す場合。この場合、食塩水が回収される場合、塩はすべて食塩水で回収される。この冷蔵の食塩水は、取込み海水をあらかじめ冷やすために熱交換器に返される。
(2) 熱電対が、食塩水が共晶温度よりわずかに冷たいことを示す場合。最初のケースに記述されるように、食塩水は排水され処理される。その後、液圧ピストンは、沈降室の底レベル以下に落とされる。また、凝固された塩は、ピストン表面からこすり落とされる。
塩は廃棄できる。あるいは、使用法が探される。
次の議論は本発明の方法が従来の脱塩プロセスより、より低コスト(つまり毎分ポンド)で新鮮な飲料水を生産することができることを示すために提供される。下記の分析は方法論について記述する。また、海水を脱塩するこの方法のユーティリティおよび効率を評価するために仮定が使用された。分析は下記の基礎的な2工程から成る:
(1) 冷却空気の冷却/凍結キャパシティーと、結晶化のバッチ内で塩と純粋な水を生成するために必要な回収されるべきエネルギーとを、一致することを含んでいるプロセスの熱力学を画定すること。
(2) 塩と氷晶の物理的分離を達成し、かつ海水のバッチの脱塩を遂行するのに必要なプロセスの工程をセットアップして画定すること。
これは氷形成相(163BTU/ #融合)を含んでいる。
120 分
塩水 11,000#
1BTU/(#F)
70°F
32°F
163 BTU/# −6.2°Fで融合
2,211,000.00BTUの冷却が要求される
120 分
30,000#の塩水
1BTU/(#F)
70 °F
−6.2 °F
0 BTU7# 氷なし
2,286,000.00 BTU の冷却が要求される
250 # 塩水
真水の割合 0.857
214 #真水/分
670hp
10.67 scfm/hp
7,151 scfm
120 分
858,177 scf
0.076 #/立方フィート
65,221 #空気
0.24 BTU/(#F)
−6.16 °F
−153 °F
(2,298,508.17)BTU冷却が利用可能である。
本発明は、ここに示された実施態様の変形であることがある、本発明の種々の意図および目的を実行できる様々な方法およびシステムを企図する。
Claims (21)
- 以下を含む、海水を脱塩するためのシステム:
空気を圧縮するための圧縮機;
冷却空気を共−生成するために圧縮空気を拡張するためのエキスパンダー;
それを通して海水を室内へスプレーできる少なくとも1つのノズルを有する室であって、室の内部にはエキスパンダーからの冷却空気が導入でき、そこでは冷却空気への海水の暴露は、純水から成る氷粒子状物質を室内で形成できる室;
室から氷粒子状物質を取り除くのを支援する装置であって、海水中の不純物から氷粒子状物質中の純水を分離するのを支援する装置。 - 下記の少なくとも1つを含む請求項1記載のシステム:
1) 圧縮空気がその内部に貯蔵されることを可能にするために提供される貯蔵タンク、ここでエキスパンダーが該タンクの内部の圧縮空気を解放し拡張し、冷却空気を生成するために提供される;
2) 圧縮空気がエキスパンダーによって解放される時に電気を生産するための発電機、ここで冷却空気は電気を生産する副産物として生産される;
3) サージタンク、ここで圧縮空気がエキスパンダーによって膨張される時に、それにより生産されたエネルギーはサージタンクへ導入できる付加的な圧縮空気エネルギーを生産する、別の圧縮機を運転するために使用される;
4)エキスパンダーによって膨張される前に、圧縮空気の温度を低減することを支援するための少なくとも1つの熱交換器;または
5)それらが互いと共同して作動することを可能にする、圧縮機およびエキスパンダーの間の少なくとも1つの共通のシャフト。 - 室へ導入された冷却空気の温度は海水のための共晶温度未満であり、氷粒子状物質が、塊の形で室の底に堆積されることが許容され、室の底の塊の温度は、海水のための共晶温度以上である、請求項1記載のシステム。
- 冷却空気の温度は華氏マイナス135度から華氏175度の間であり、氷粒子状物質の塊の温度は、華氏マイナス6.2度以上であり、海水中の不純物から成る液体のブラインは塊から流れ出ることができる、請求項3記載のシステム。
- 下記の少なくとも1つを含む、請求項1記載のシステム:
1) 海水が室内へ下方向へ上からスプレーでき、冷却空気は室の中を上向きに流れるように導入されるように適合されること;
2) 海水が室内へ下方向へ上からスプレーでき、冷却空気は室の中を下向きに、海水と同じ方向に流れるように導入されるように適合されること。 - 冷却空気が華氏マイナス135度から華氏175度の間の温度で導入される、請求項1記載のシステム。
- 少なくとも1つのノズルは海水の中心に集中したスプレーを生産し、スプレーにより形成された小滴を室の外側の壁から離し、室の中心の方に向かうように適合し構成され、氷粒子状物質が落下するときに、それらが室の中心の近くに落下し、氷塊を形成し、氷塊が合体し凍結する際に形成された氷塊内に捕らえられることなく、海水が氷塊の側面を流れ落ちることを許容する、請求項1記載のシステム。
- 室の内の壁の温度を規制するのを支援するために、海水がその内部を循環することを許容するチューブあるいは通路を室の壁が有する、請求項1記載のシステム。
- 海水は室壁内のチューブあるいは通路を通過し、室壁を暖めることを支援し、次に室内の低い温度が循環している際の海水を予備冷却することを助け、その後室内にスプレーされ、室内に導入される海水があらかじめ華氏40度未満に冷却される、請求項8記載のシステム。
- 室壁にチューブあるいは通路が設けられ、室内の壁の温度を規制するために、圧縮機からの加熱された空気が使用されることを許容する、請求項1記載のシステム。
- 加熱された空気は室壁内のチューブあるいは通路を通り、室壁の暖めを支援し、室内の低い温度がエキスパンダーに循環する際に加熱空気を予備冷却する、請求項10記載のシステム。
- 冷却空気が室へ導入される位置は、氷粒子状物質が室の底でともに結合し凍結する時に、室内に形成される氷塊形成によって到達すると予想される高さ以上である、請求項1記載のシステム。
- ヒーターが氷粒子状物質が蓄積する近傍の室の壁について提供され、室の壁は壁に氷粒子状物質が凍結することを防ぐために加熱されることができ、および/または氷粒子状物質として生成されたすべての氷塊が、容易に回収できるように、室内で合体し凍結ことを許容する、請求項1記載のシステム。
- 以下を含む、海水を脱塩する方法:
圧縮空気エネルギーを生産するために空気を圧縮すること;
冷却空気を共−生成するためにエキスパンダーで圧縮空気を解放すること;
室内へ冷却空気を導入すること;
室内へ小滴の形で海水をスプレーすること;
室内で冷却空気に海水の小滴を暴露して、それにより小滴内の純水からなる氷粒子状物質を形成すること;および
室内に氷粒子状物質で塊を形成し、それにより海水中の不純物から氷粒子状物質中の純水を分離するのを支援すること。 - 下記の少なくとも1つを含む、請求項14記載の方法。
1) 圧縮空気エネルギーを解放する前に貯蔵タンクに圧縮空気エネルギーを貯蔵すること;
2)圧縮空気がエキスパンダーによって解放される時に、発電機を使用して電気を共−生産すること、ここで該冷却空気は電気を生産する副産物として生産される;
3) サージタンクへ導入できる追加の圧縮空気エネルギーを生産する補足の圧縮機を運転するために圧縮空気エネルギーを使用すること;
4) エキスパンダーによって膨張される前に、圧縮空気の温度を低減するために少なくとも1つの熱交換器を使用すること;または
5)それらが互いと共同して作動することを可能にするために圧縮機とエキスパンダーの間に少なくとも1つの共通のシャフトを使用すること。 - 冷却空気の導入は、海水のための共晶温度以下で冷却空気を導入することを含み、氷粒子状物質の塊の形成は、海水のための共晶温度以上で、室の底で塊の温度を維持することを含む、請求項14記載の方法。
- 冷却空気の温度は華氏マイナス135度から華氏175度の間にあり、氷粒子状物質の塊の温度はマイナス6.2度以上であり、海水中の不純物から成る液体のブラインが塊から流れ落ちることができる、請求項16記載の方法。
- 次の工程の少なくとも1つを含む、請求項14記載の方法:
1) 室へ上から海水を下向きにスプレーし、冷却空気を室の内部を上向きで流れるように導入すること;
2) 室へ上から海水を下向きにスプレーし、冷却空気を室の内部を下向きに、海水が室内にスプレーされるのと同じ方向に流れるように導入すること。 - 少なくとも1つのノズルは海水の中心に集中したスプレーを生産し、スプレーにより形成された小滴を室の外側の壁から離し、室の中心の方に向かうように適合し構成され、氷粒子状物質が落下するときに、それらが室の中心の近くに落下し、氷塊を形成し、氷塊が合体し凍結する際に形成された氷塊内に捕らえられることなく、海水が氷塊の側面を流れ落ちることを許容する、請求項14記載の方法。
- 海水は室壁内のチューブあるいは通路を通過し、室壁を暖めることを支援し、次に室内の低い温度をもたらし海水を予備冷却することを助け、その後海水は室内にスプレーされ、室内に導入される海水があらかじめ華氏40度未満に冷却される、請求項14記載の方法。
- 圧縮機からの加熱された空気は室壁内の少なくとも1つのチューブあるいは通路を通り、室壁の暖めを支援し、室内の低い温度がエキスパンダーに循環する際に加熱空気を予備冷却する、請求項14記載の方法。
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