JP2013526404A

JP2013526404A - 脱塩装置

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Publication number: JP2013526404A
Application number: JP2013510044A
Authority: JP
Inventors: インゲソン，ロルフ
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Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2013-06-24
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: JP5839369B2; SE534629C2; ES2554681T3; CN102933499A; WO2011142706A1; US8608911B2; US20130056345A1; SE1050465A1; AU2011251010A1; EP2569250B1; CN102933499B; EP2569250A1; EP2569250A4

Abstract

水の脱塩装置（１）が開示される。この装置は、塩水用の流入口（２）と、回転軸（５）の回りに回転可能に配置される第１の内側容器（３）と、内側が蒸発面を構成する第２容器（６）と、第２容器（６）を加熱する手段（８）であって、それによって蒸発面をも加熱する加熱手段（８）と、両容器（３、６）を回転軸（５）の回りに回転させるように配置されるモータ（３３）とを含む。第２容器（６）は、第１の内側容器（３）を包囲すると共に第１の内側容器（３）に対して固定して結合される。蒸発面上に水を分布させる手段は、水が第２容器（６）に流出し得るように第１の内側容器（３）の容器壁面（４）に配置される複数の孔（９）によって構成される。また、第２容器（６）の容器壁面（７）にも、蒸気が第２容器（６）から流出し得るように複数の孔（１５）が配置される。凝縮面は、第２容器（６）の容器壁面（７）の孔（１５）から流出する蒸気を凝縮するように配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、海水を脱塩する脱塩装置と海水の脱塩方法とに関する。具体的には、本発明は脱塩設備に関する。

世界の多くの地域において飲料水の供給が不足している。これは、飲料水を作り出すための方法として海水の脱塩が一般的になりつつある理由の１つである。記事「報告書によれば、脱塩は水不足の世界に対する解決策にはならない（ＤｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎＮｏｔｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏａｔｈｉｒｓｔｙｗｏｒｌｄ、ｓａｙｓｒｅｐｏｒｔ）；ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｅｐｏｃｈｔｉｍｅｓ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／７−６−２３／５６６９５．ｈｔｍｌ」は、飲料水を作り出すための海水の脱塩について記述している。脱塩は、海水中に溶解している塩およびミネラルを除去することを意味する。これは、水が蒸気に蒸発するまで海水を加熱し、続いて、この蒸気を凝縮することによって達成される。蒸発の間、実質的にすべての塩およびミネラルが後に残されるので、分離された水は、どんなものであれ塩またはミネラルを本質的に含有しない。現存設備は、ほとんど、既存の水道管系統に接続される大規模設備である。しかし、より小さな使用者グループ向けの飲料水を生産するための小規模脱塩設備が必要である。

飲料水を作り出すための前記の方法に対する代替方式は、海水を、塩イオンを通過させない膜に対して高圧力で押圧して通す装置の使用である。このような装置は、より小さい使用者グループ用として適切なサイズで利用可能である。

特開２００５−１４４３２８Ａ号公報は、水の蒸発に基づく海水の脱塩装置を記述している。風力プロペラがパイプの内部に配置される軸を駆動する。パイプと軸との間の空間に伝熱媒体が充填される。伝熱媒体および周囲のパイプが、軸が回転する時の摩擦によって加熱される。海水は、パイプと接触して通過することが可能であり、その際に水が蒸発する。蒸発した水を凝縮して捕集する。

本発明の目的は、既知の装置に対する代替方式となる水の脱塩装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、製造が簡単でかつ高価でない水の脱塩装置を提供することにある。

これらの目的の少なくとも１つは、独立請求項による脱塩装置および方法によって実現される。

本発明によるさらなる利点が従属請求項の特徴によって提供される。

本発明の第１の態様によれば、塩水用の流入口と、塩水を蒸発させるための蒸発面と、蒸発面を加熱する手段と、蒸発面上に水を分布させる手段と、蒸発した水を凝縮するための凝縮面とを備えた水の脱塩装置が提供される。この装置は、第１容器壁面を有する第１の内側容器であって、回転軸の回りに回転可能に配置される第１の内側容器と、第２容器壁面を有する第２容器であって、その内側が蒸発面を構成する第２容器と、第２容器を加熱する手段であって、それによって蒸発面をも加熱する加熱手段と、その両容器を回転軸の回りに回転させるように配置されるモータとを含むことを特徴とする。第２容器は内側容器を包囲すると共に内側容器に対して固定して配置される。蒸発面上に水を分布させる手段は、水が第２容器に流出し得るように第１の内側容器の壁面に配置される複数の孔によって構成される。第２容器の壁面には、蒸気が第２容器から流出し得るように複数の孔が配置され、凝縮面は、第２容器の壁面の孔から流出する蒸気を凝縮するように配置される。

本発明による装置によって、飲料水生産用の小型装置が提供される。装置の運転の間、第２容器は、第２容器に当たる水が蒸発するように加熱される。蒸気は、第２容器の容器壁面の孔から流出し、凝縮面に向かって凝縮する。

この装置は、第３容器壁面を有する第３の外側容器であって、第２容器を包囲しかつモータに対して固定される第３の外側容器を含んでもよい。この場合、第３容器壁面の内側が凝縮面を構成し、さらに、第３の外側容器は凝縮水用の流出口を含む。このような第３の外側容器によって、蒸気が容易に接触するに至る凝縮面が簡単に設けられる。

第３の外側容器は、第３の外側容器内の圧力の低減を可能にするガスの流出口を含んでもよい。第３の外側容器内の圧力を低減することによって、第２容器からの蒸気の流出が促進される。原理的には、蒸気が第２容器から吸引される。

第３容器には、第３容器壁面を冷却するための冷却装置を配置してもよい。この冷却装置は、任意の冷却装置として配置することができる。例えば、冷却装置は、第３容器壁面と接触する冷却材のパイプを含んでもよい。冷却材は、多数の異なる方法で供給することができる。装置の機能が、第３容器壁面上に配置される冷却装置を有することは必要でない。第３容器壁面は、第３容器を通過する冷却ガスまたは冷却液の流れによって冷却することが可能である。

好ましい実施形態によれば、第１容器壁面の孔は、いずれの容器壁面に対しても垂直に見て、第２容器壁面の孔と重なることはない。この方式によって、第１容器壁面の孔を通って第１の内側容器から流出する水が、第２容器壁面の孔を直接通り抜けることが避けられる。

第１容器および第２容器は、第２容器の一方の側の第１軸受内と、第２容器のもう一方の側の第２軸受内とに懸架してもよく、ここで、回転軸は両軸受を通って延びており、かつ、塩水用の流入口が両軸受の一方を軸方向に貫通して中心に配置される。このような構成によって、塩水の供給を簡単に行うことができる。さらに、第１容器および第２容器の安定な懸架が提供される。

回転軸は本質的に垂直に配置してもよい。これによって、水が続いて内側容器内に流下することが可能となり得るため、塩水の第１の内側容器への供給が容易に行われる。さらに、運転中、第１容器の全周囲が効果的に使用される。

流入口は、回転軸に沿って第１容器を貫通して延びる流入管に配置してもよい。このような流入管によって、流入水の第１の内側容器に対する垂直方向の分布を効果的に制御することができる。

流入管には複数の孔を設けてもよく、流入口からの塩水はそれを通って第１容器に流入することができる。代替的に、流入管には、流入管に沿って延びる細長スリットを設けてもよい。

第２容器は磁化可能材料を含んでもよく、ここで、蒸発面の加熱手段は、その磁化可能材料に渦電流を誘起するための磁化手段を含む。これは、第２容器加熱のための１つの選択肢である。別の選択肢は、第２容器の電気加熱装置の配置である。

装置は、第１容器および第２容器の間に電圧を印加する手段を含んでもよい。このような電圧の配置によって、意外にも、第１容器および第２容器の反対表面上への塩イオンの蓄積がもたらされ、それによって装置の効率が上昇する。そのような電圧が容器の間に印加されない場合は、塩は、主として蒸発面に蓄積するであろう。

第２容器は、本質的に円対称としてもよく、０．２〜５メートルの区間の直径、好ましくは０．５〜１メートルの区間の直径を有することができる。これは、１家族用の飲料水生産量の提供を可能にするのに適切な寸法である。

第１容器および第２容器の間の間隔は、０．０１〜０．３メートル、好ましくは０．０３〜０．０６メートルとしてもよい。これは、電圧によって塩イオンの分離を可能にするために適切な距離である。

第１の内側容器および第２容器の孔は、０．００２〜０．０５メートル、好ましくは０．００５〜０．０１メートルの、容器壁面の平面における広がりを有することができる。これは、装置の適正な機能を提供するために適切な寸法である。

以下、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態による水の脱塩装置の斜視図である。図２は、図１の装置の側面から見た断面図である。図３は、図１および図２の装置の上部から見た断面図である。

本発明の好ましい実施形態に関する以下の説明においては、異なる図面における同じ特徴部分に対しては同じ参照符号を用いる。図面は縮尺どおりには描かれていない。

図１は、本発明の実施形態による水の脱塩装置１の斜視図を示し、図２は、図１の装置１の側面から見た断面図を示し、図３は、図１および図２の装置１の上部から見た断面図を示す。装置１は、塩水用の流入口２と、第１容器壁面４を有する第１の内側容器３であって、回転軸５の回りに回転可能に配置される第１の内側容器３とを含む。装置１は、さらに、第２容器壁面７を有する第２容器６であって、その内側が蒸発面を構成する第２容器６と、第２容器６の加熱手段８、従って蒸発面をも加熱する加熱手段８とを含む。第２容器６は、内側の容器３を包囲すると共に内側の容器３に対して固定して配置される。第１の内側容器３の容器壁面４には、水が第１容器３から第２容器６に流出し得るように複数の孔９が配置される。この孔は水を蒸発面上に分布させる手段を構成する。第２容器壁面７は磁化可能な材料によって構成され、加熱手段８は、蒸発面を加熱するために第２容器壁面７の磁化可能な材料に渦電流を誘起する磁化手段によって構成される。図３から、加熱手段８が、第２容器６の回りに等間隔に配置される４つの磁化手段を含むことが分かる。第２容器壁面７には複数の孔１５が配置される。蒸発面と接触して蒸発する水は、前記孔１５を通って第２容器６から流出することができる。第１容器壁面４の孔９は、いずれの容器壁面に対しても垂直に見て、第２容器壁面の孔と重なっていない。これによって、第１容器壁面４の孔９から流出する水が、最初に蒸発面、すなわち第２容器６の内側と接触することなく、直接第２容器壁面７の孔１５を通って流出することが避けられる。

この装置は、また、容器３、６を回転軸５の回りに回転させるように配置されるモータ３３を含む。本発明による装置は、さらに、第３容器壁面１１を有する第３の外側容器１０であって、第２容器６を包囲すると共にモータ３３に対して固定される第３の外側容器１０を含む。第３容器壁面１１の内側は、蒸発面を構成し、第２容器６の壁面７の孔１５から流出する蒸気を凝縮するように配置される。第３の外側容器１０は、凝縮水用の流出口１２を含むが、この流出口１２は第３容器１０の底面に配置される。第３の外側容器１０は、さらにガス流出口１３をも含む。このガス流出口１３は、排気ポンプを接続することによって、第３の外側容器１０内の圧力を低下させることができる。図示の実施形態においては、第３容器壁面１１の冷却用として、冷却材パイプの形態の冷却装置１４が第３の外側容器１０に配置される。冷却装置１４は、第３容器壁面の冷却用として、冷却システム（図示せず）から冷却材を供給されるように構成される。

図示の実施形態においては、第１容器３および第２容器６は本質的に円対称である。第１容器３は、上部の平面状表面１６と、下部の平面状表面１７と、複数の孔９が配置される包絡面２０とを有し、第２容器６は、上部の平面状表面１８と、下部の平面状表面１９と、複数の孔１５が配置される包絡面２１とを有する。第２容器は、好ましくは０．２〜５メートルの区間の直径、好ましくは０．５〜１メートルの区間の直径を有する。第１容器３および第２容器６の間の間隔は、０．０１〜０．３メートル、好ましくは０．０３〜０．０６メートルである。主として、第１容器３の包絡面２０と第２容器６の包絡面２１との間の間隔が、この値を有するように想定される。

第１容器３および第２容器６は、両者共、第２容器の上部側における第１軸受部分２２に対して固定して配置される。第１軸受部分２２と、従って第１容器３および第２容器６とは、第３容器１０に対して固定して配置される第２軸受部分２３に対して回転可能である。第１軸受部分２２および第２軸受部分２３が第１軸受を構成する。第１容器３および第２容器６は、両者共、第２容器６の下部側における第３軸受部分２４に対して固定して配置される。第３軸受部分２４と、従って第１容器３および第２容器６とは、第３容器１０に対して固定して配置される第４軸受部分２５に対して回転可能である。第３軸受部分２４および第４軸受部分２５が第２軸受を構成する。図示の実施形態においては、回転軸は、本質的に垂直に配置され、軸受を通って延びている。塩水用の流入口２は、一方の軸受を軸方向に貫通して中心に配置される。流入口２は、第１軸受部分２２および第３軸受部分２４に対して旋回可能に配置される流入管２６に設けられる。取水ホース２７は流入管２６に対して固定して配置される。流入管２６は回転軸に沿って延びており、図示の実施形態においては、それは、第１容器３および第２容器６を貫通して延びている。流入管２６には複数の孔２８が設けられ、流入口２からの流入塩水は、その孔２８から第１容器３の中に流入することができる。モータ３３の軸に第１マイター歯車３４が配置され、その歯車は、第４軸受部分２５に配置される第２マイター歯車３５と係合する。

図示の実施形態の装置には、さらに、第１容器３および第２容器６の間に電圧を印加する手段も設けられる。この手段は、外部の接続線３１、３２に接続される２つの摺動接点２９、３０を含む。この外部の接続線３１、３２から、容器３、６に電圧を印加してもよい。使用中、適当な電圧を第１容器３および第２容器６の間に印加する。意外なことに、この電圧印加によって塩イオンが容器壁面４、７に押し遣られることが示された。この電圧は、容器間のフラッシュオーバーを避けるように制限される。

次に、本発明による装置の機能について説明する。装置１の使用中、モータ３３は、第１マイター歯車３４および第２マイター歯車３５を介して第１容器３および第２容器６を駆動する。同時に、加熱手段８が第２容器６に磁界を生じるように駆動され、生成された磁界が第２容器６に渦電流を発生し、この渦電流が今度は第２容器を加熱する。加熱手段８は、第２容器６の容器壁面７の温度が、容器壁面７と接触する水を本質的に直ちに蒸発させるのに十分な程高くなるように駆動される。塩水は、流入口２を通って流入管２６に輸送され、孔２８を経由して第１容器３の中に輸送される。容器３、６の回転中の遠心力が、水を、第１容器３の壁面４に向かって動かすであろう。水は、第１容器３の容器壁面４の孔９から第２容器６に押し出され、そこで、第２容器６の容器壁面７と接触して蒸発するであろう。蒸気は、第２容器６の容器壁面７の孔１５から押し出されるであろう。好ましい実施形態によれば、ガスポンプ３６がガス流出口１３に接続され、それによって、第３容器１０内の圧力を通常の大気圧未満に下げることができる。第３容器１０内の空気圧力が下げられると、第２容器壁面７の孔１５を通り抜ける蒸気の流れが促進されるであろう。ガスポンプ３６は蒸気の一部分を排出するであろう。ガスポンプ３６の後に排出された水は分離することが可能である。ガスポンプ３６によって排出されない蒸気は、第３容器１０の容器壁面１１に向かって蒸発するであろう。この第３容器１０の容器壁面１１は、冷却装置１４内に周回圧送される冷却材によって冷却されている。

装置１の効率を高めるために、外部接続線３１、３２の間、従って第１の内側容器３および第２容器６の間に電圧を供給する。印加される電圧によって、意外なことに、異なる塩イオンが、第１の内側容器３および第２容器６の間の空間において、分離してそれぞれ前記第１の内側容器３および前記第２容器６の上に堆積するという結果がもたらされるであろう。この場合は、容器を本質的に完全に金属製とすることが必要である。

上記のように、塩は前記空間の中に蓄積するであろう。第１容器３の容器壁面４の孔９と、第２容器６の容器壁面７の孔１５とが塩によって閉塞し始めると、装置の運転を適当に中断する。続いて、装置を、加熱および電圧のスイッチを入れることなく塩水で洗浄すると、堆積した塩が溶解するであろう。洗浄速度を高めるために、第１の内側容器および第２容器の間の電圧を、運転状態に比べて逆転させてもよい。

以上述べた実施形態は、添付の請求項によってのみ限定される本発明の本質および範囲から逸脱することなく、多くの態様において変更することができる。

本発明による装置を、上記の区間外の寸法で製作することももちろん可能である。

第２容器の加熱を、磁化部材以外の他の手段で実施することももちろん可能である。

Claims

塩水用の流入口（２）と、前記塩水を蒸発させるための蒸発面と、前記蒸発面を加熱する手段（８）と、前記蒸発面上に水を分布させる手段と、蒸発した水を凝縮するための凝縮面とを備えた水の脱塩装置（１）において、前記脱塩装置（１）が、第１容器壁面（４）を有する第１の内側容器（３）であって、回転軸（５）の回りに回転可能に配置される第１の内側容器（３）と、第２容器壁面（７）を有する第２容器（６）であって、その内側が前記蒸発面を構成する第２容器（６）と、前記第２容器（６）を加熱する手段（８）であって、それによって前記蒸発面をも加熱する加熱手段（８）と、前記両容器（３、６）を前記回転軸（５）の回りに回転させるように配置されるモータ（３３）とを含み、前記第２容器（６）は前記第１の内側容器（３）を包囲すると共に前記第１の内側容器（３）に対して固定して結合され、前記蒸発面上に水を分布させる手段は、水が前記第２容器（６）に流出し得るように前記第１の内側容器（３）の容器壁面（４）に配置される複数の孔（９）によって構成され、前記第２容器（６）の容器壁面（７）には、蒸気が前記第２容器（６）から流出し得るように複数の孔（１５）が配置され、前記凝縮面は、前記第２容器（６）の容器壁面（７）の前記孔（１５）から流出する蒸気を凝縮するように配置される、ことを特徴とする脱塩装置（１）。
請求項１に記載の装置（１）において、第３容器壁面（１１）を有する第３の外側容器（１０）であって、前記第２容器（６）を包囲しかつ前記モータ（３３）に対して固定される第３の外側容器（１０）を含み、前記第３容器壁面（１１）の内側が前記凝縮面を構成し、前記第３の外側容器（１０）は凝縮水用の流出口（１２）を含むことを特徴とする装置（１）。
請求項２に記載の装置（１）において、前記第３の外側容器（１０）がガスの流出口（１３）を含み、前記第３の外側容器（１０）内の圧力の低減を可能となることを特徴とする装置（１）。
請求項２または３に記載の装置（１）において、前記第３容器（１０）に、前記第３容器壁面（１１）を冷却するための冷却装置（１４）が配置されることを特徴とする装置（１）。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）において、前記第１容器壁面（３）の孔（９）が、いずれの容器壁面（４、７）に対しても垂直に見て、前記第２容器壁面（７）の孔（１５）と重ならないことを特徴とする装置（１）。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）において、前記第１容器（３）および前記第２容器（６）が、前記第２容器（６）の一方の側の第１軸受（２２、２３）内と、前記第２容器（６）のもう一方の側の第２軸受（２４、２５）内とに懸架され、前記回転軸（５）は前記両軸受（２２〜２５）を通って延びており、かつ、前記塩水用の流入口（２）が前記両軸受（２２〜２５）の１つを軸方向に貫通して中心に配置されることを特徴とする装置（１）。
請求項６に記載の装置（１）において、前記回転軸（５）が本質的に垂直に配置されることを特徴とする装置（１）。
請求項６または７に記載の装置（１）において、前記流入口（２）が、前記回転軸（５）に沿って前記第１容器（３）を貫通して延びる流入管（２６）に配置されることを特徴とする装置（１）。
請求項８に記載の装置（１）において、前記流入管（２６）に、前記流入口（２）からの塩水が前記第１容器（３）に流入し得る複数の孔（２８）が設けられることを特徴とする装置（１）。
請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置（１）において、前記第２容器（６）が磁化可能材料を含み、かつ、前記加熱手段（８）が、前記磁化可能材料に渦電流を誘起するための磁化手段を含み、前記渦電流が次に前記第２容器（６）を加熱することを特徴とする装置（１）。
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１）において、前記第１容器（３）および前記第２容器（６）の間に電圧を印加する手段を含むことを特徴とする装置（１）。
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置（１）において、前記第２容器（６）が、本質的に円対称であり、かつ、０．２〜５メートルの区間の直径、好ましくは０．５〜１メートルの区間の直径を有することを特徴とする装置（１）。
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１）において、前記第１容器（３）および前記第２容器（６）の間の間隔が、０．０１〜０．３メートル、好ましくは０．０３〜０．０６メートルであることを特徴とする装置（１）。
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置（１）において、前記第１の内側容器（３）および前記第２容器（６）の孔（９、１５）が、０．００２〜０．０５メートル、好ましくは０．００５〜０．０１メートルの、前記容器壁面の平面における広がりを有することを特徴とする装置（１）。