JP2016530096A - 気泡カラム凝縮器等の凝縮装置を含むシステム - Google Patents

気泡カラム凝縮器等の凝縮装置を含むシステム Download PDF

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Abstract

凝縮装置並びに様々な熱および物質交換システムでの使用が概して記載される。気泡カラム凝縮器等の凝縮装置は、気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームから熱を取り除いて熱交換器のアウトレットストリームを生成するために凝縮ベッセルの外部に位置付けられた熱交換器を用い得る。ある場合では、凝縮装置は、熱交換器のアウトレットストリームから熱を取り除いて冷却デバイスのアウトレットストリームを生成するために構成され位置付けられたベッセルの外部に位置付けられた冷却デバイスを含み得る。凝縮装置は、蒸気分配領域および/又は複数の液体流れ制御ウェアーおよび/又は少なくとも1.5のアスペクト比を有する装置内のチャンバー等の様々な内部機構を含むように構成され得る。凝縮装置は、ある場合では脱塩システムの部分を形成するために加湿器と接続され得る。

Description

関連出願
この出願は、2013年9月12日に出願され“気泡カラム凝縮器を含むシステム”と題された米国仮特許出願第61/877,032号;2013年11月8日に出願され“気泡カラム凝縮器を含むシステム”と題された米国仮特許出願第61/901,757号;および2013年11月22日に出願され“気泡カラム凝縮器を含むシステム”と題された米国仮特許出願第61/907,629号に対して合衆国法典第35編第119条(e)に基づき優先権主張をするものであり、その内容の全てが参照することにより全ての目的のため本明細書に組み入れられる。
本明細書に記載される態様は、概して凝縮装置(例えば、気泡カラム凝縮器)および様々な熱および物質交換システムでの凝縮装置の使用に関する。
人間の消費、灌がい、および/又は産業利用のために淡水の需要が増え続けるにつれ、淡水不足は世界中で拡大する問題となっている。様々な脱塩方法により、海水、汽水、逆流水、油又はガス抽出プロセスから生成される水、および/又は廃水から淡水を生成することが可能である。例えば、加湿−除湿(HDH)プロセスは、加湿器中で生理食塩溶液を乾燥空気と接触させて、乾燥空気を加熱および加湿させることを含む。加熱および加湿された空気は次いで除湿器(例えば凝縮器)で冷水と接触されて、純水と除湿された空気が生成される。
しかしながら、HDHプロセスはしばしば特定の問題を含んでいる。例えば、HDHシステム内でのキャリアガスの使用により、非凝縮性ガス(例えば空気)の大部分が概して凝縮ストリームに存在し、除湿器中の熱および物質移動速度が相当低減され得る。また、非凝縮性ガスの存在により、冷表面上の蒸気の凝縮に対する熱抵抗が増大し、それにより表面凝縮器の有効性が減じられる。更に、除湿器は時に操作のために多量のエネルギーを必要とし得る。従って、例えば低電力消費および/又は非凝縮性ガスの存在下で高い熱および物質移動速度等の改善された特性を備えた凝縮器が望まれる。
気泡カラム凝縮器等の凝縮装置、および様々な熱および物質交換システムでの当該凝縮装置の使用が開示される。本発明の主題は、ある態様における相互に関連する生産物、特定の問題に対する代替解決策、並びに/又は1つ以上のシステムおよび/若しくは物品の複数の異なる使用を含んでいる。
ある態様は脱塩システムに関する。ある態様では、脱塩システムは、塩含有水源に流体接続された加湿器の液体インレット(又は入口部;inlet)、キャリアガス源に流体接続された加湿器のガスインレット、および加湿器のアウトレット(又は出口部;outlet)を有して成る(又は含む;comprising)加湿器を有して成る。特定の態様では、加湿器は、ガスインレットから受容されるガスと比べて(又はに対して;relative to)水蒸気が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。ある態様では、脱塩システムは、加湿器のアウトレットに流体接続された凝縮器のインレット、凝縮器のガスアウトレット、および凝縮器の水アウトレットを有して成る気泡カラム凝縮器を有して成る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器は、加湿器のアウトレットストリームから水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、加湿器のアウトレットストリームおよび凝縮器の水アウトレットストリームと比べて(又はに対して;relative to)水が豊富な凝縮器のガスアウトレットストリームを生成するように構成されている。ある態様では、脱塩システムは、気泡カラム凝縮器とは分かれており、および凝縮器の水アウトレットに流体接続されかつ凝縮器の水アウトレットストリームから熱を取り除くように構成された熱交換器を有して成る。
ある態様では、脱塩システムは、塩含有水源に流体接続された加湿器の液体インレット、ガス源に流体接続された加湿器のガスインレット、および加湿器のアウトレットを有して成る加湿器を有して成る。加湿器は、ガスインレットから受容されるガスと比べて水蒸気が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。特定態様では、脱塩システムは、加湿器のアウトレットに流体接続された凝縮器のインレット、凝縮器のガスアウトレット、および凝縮器の水アウトレットを有して成る気泡カラム凝縮器を有して成る。気泡カラム凝縮器は、加湿器のアウトレットストリームから水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、加湿器のアウトレットストリームおよび凝縮器の水アウトレットストリームと比べて水が豊富な凝縮器のガスアウトレットストリームを生成するように構成されている。ある態様では、脱塩システムは、凝縮器の水アウトレットに流体接続されかつ凝縮器の水アウトレットストリームから熱を取り除くように構成された熱交換器を有して成る。特定の態様では、ガス流れの一部は、加湿器内の少なくとも1つの中間位置から取り出され、前記少なくとも1つの中間位置の各々から気泡カラム凝縮器内の対応する中間位置へと供給される。
ある態様は、気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通するインレット、およびアウトレットを有して成るベッセルを有して成る気泡カラム凝縮器を有して成る凝縮器システムに関する。ベッセルはある量の凝縮性流体を含んで成る液体層を含み、気泡カラム凝縮器はガスから凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。ある態様では、凝縮器システムは、ベッセルの外部に位置付けられ、および気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームを受容し、気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームから熱を取り除くためにベッセルに流体接続された熱交換器を更に有して成る。
ある態様は、気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通した第1段のインレット、および第1段(又はステージ;stage)のアウトレットを有して成る第1段を有して成る気泡カラム凝縮器に関する。第1段はある量の凝縮性流体を含んで成る液体層を含み、凝縮器の長さに対する第1段内の液体層の高さの比が実質的な連続操作の間約1.0以下である。
特定の態様では、気泡カラム凝縮器は、気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通した第1段のインレット、および第1段のアウトレットを有して成る第1段を有して成る。第1段はある量の凝縮性流体を含んで成る液体層を含み、液体層は実質的な連続操作の間約0.1m未満の高さを有する。
ある態様では、凝縮器装置が供される。ある態様では、凝縮器装置は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通した少なくとも1つのチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。特定の態様では、少なくとも1つのチャンバーは、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る。特定の態様では、凝縮器装置は、液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層を有して成る。ある態様では、液体層はある量の凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成る。ある態様では、凝縮器装置は、少なくとも1つのチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域を有して成る。ある態様によれば、蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通した蒸気インレットを有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、少なくとも1つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、凝縮器装置は、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
ある態様では、加湿器装置が供される。ある態様では、加湿器装置は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通した少なくとも1つのチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。特定の態様では、少なくとも1つのチャンバーは、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る。特定の態様では、加湿器装置は、液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層を有して成る。ある態様では、液体層はある量の凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成る。ある態様では、加湿器装置は、少なくとも1つのチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域を有して成る。ある態様によれば、蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通した蒸気インレットを有して成る。ある態様では、加湿器装置は、少なくとも1つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、加湿器装置は、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて蒸気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
ある態様は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通した少なくとも1つのチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。ある態様では、少なくとも1つのチャンバーは少なくとも1.5のアスペクト比を有する。ある態様では、凝縮器装置は、少なくとも1つのチャンバーと、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレットを有して成る。特定の態様では、少なくとも1つのチャンバーが、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る表面を有して成る。ある態様では、少なくとも1つのチャンバーが第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成り、第1ウェアーおよび第2ウェアーのそれぞれが少なくとも1つのチャンバーの底面に沿って位置付けられており、第1ウェアーおよび第2ウェアーがそれぞれ少なくとも1つのチャンバーの高さよりも低い高さを有している。特定の態様では、第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへと少なくとも1つのチャンバーを横切って流れるように配置されている。特定の態様では、凝縮器装置が、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
ある態様によれば、加湿器装置は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通した少なくとも1つのチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。ある態様では、少なくとも1つのチャンバーは少なくとも1.5のアスペクト比を有する。ある態様では、凝縮器装置は、少なくとも1つのチャンバーと、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレットを有して成る。ある態様では、加湿器装置は、少なくとも1つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、少なくとも1つのチャンバーは、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る表面を有して成る。ある態様では、少なくとも1つのチャンバーが、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る表面を有して成る。ある態様では、少なくとも1つのチャンバーが第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成り、第1ウェアーおよび第2ウェアーのそれぞれが少なくとも1つのチャンバーの底面に沿って位置付けられており、第1ウェアーおよび第2ウェアーがそれぞれ少なくとも1つのチャンバーの高さよりも低い高さを有している。特定の態様では、第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへと少なくとも1つのチャンバーを横切って流れるように配置されている。特定の態様では、加湿器装置は、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて蒸気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
特定の態様は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセルを有して成る凝縮器装置に関する。ある態様では、複数のチャンバーは、液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第1チャンバーを有して成る。ある態様では、複数のチャンバーは、第1チャンバーの下方に、第1チャンバーと流体連通するように配置された第2チャンバーを更に有して成る。特定の態様では、第2チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、複数のチャンバーと、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレットを有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されている。特定の態様では、凝縮器装置は、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
ある態様では、加湿器装置は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセルを有して成る。ある態様では、複数のチャンバーは、液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第1チャンバーを有して成る。ある態様では、複数のチャンバーは、第1チャンバーの下方に、第1チャンバーと流体連通するように配置された第2チャンバーを更に有して成る。特定の態様では、第2チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る。ある態様では、加湿器装置は、複数のチャンバーと、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレットを有して成る。ある態様では、加湿器装置は、複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。特定の態様では、第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されている。特定の態様では、加湿器装置は、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて蒸気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
ある態様では、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセルを有して成る凝縮器装置が供される。ある態様では、各チャンバーは少なくとも1.5のアスペクト比を有する。ある態様では、複数のチャンバーは、液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第1チャンバー、および第1チャンバーの下方に第1チャンバーと流体連通するように配置された第2チャンバーを有して成る。第2チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層を有して成る。ある態様では、液体層はある量の凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成る。特定の態様では、凝縮器装置は、複数のチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域を有して成る。ある態様では、蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通した蒸気インレットを有して成る。ある態様では、凝縮器装置は、複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。ある態様では、第1チャンバーおよび第2チャンバーの各々が第1チャンバー又は第2チャンバーの底面に沿って位置付けられた第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成る。ある態様では、第1ウェアーおよび第2ウェアーがそれぞれ第1又は第2チャンバーの高さよりも低い高さを有している。ある態様では、第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへとチャンバーを横切って流れるように配置されている。ある態様では、第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されている。特定の態様では、凝縮器装置が、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
ある態様では、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセルを有して成る加湿器装置が供される。ある態様では、各チャンバーは少なくとも1.5のアスペクト比を有する。ある態様では、複数のチャンバーは、液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第1チャンバー、および第1チャンバーの下方に第1チャンバーと流体連通するように配置された第2チャンバーを有して成る。第2チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る。ある態様では、加湿器装置は、液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層を有して成る。特定の態様では、液体層はある量の凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成る。特定の態様では、加湿器装置は、複数のチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域を有して成る。ある態様では、蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通した蒸気インレットを有して成る。ある態様では、加湿器装置は、複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレットを有して成る。ある態様では、第1チャンバーおよび第2チャンバーの各々が第1チャンバー又は第2チャンバーの底面に沿って位置付けられた第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成る。ある態様では、第1ウェアーおよび第2ウェアーがそれぞれ第1又は第2チャンバーの高さよりも低い高さを有している。ある態様では、第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへとチャンバーを横切って流れるように配置されている。ある態様では、第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されている。特定の態様では、加湿器装置は、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて蒸気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている。
本発明の他の利点および新規な特徴は、添付図面と併せて考慮される際に本発明の様々な非限定的態様の下記の詳細な説明から明らかであろう。本明細書と参照することにより組み入れられる文献が対立するおよび/又は矛盾した開示内容を含んでいる場合、本明細書が制御されるべきである。参照することにより組み入れられる2つ以上の文献が相互に対立するおよび/又は矛盾した開示内容を含んでいる場合、その際は後の有効日を有する文献が制御されるべきである。
本発明の非限定的な態様は、概略図であって縮図を描くことを意図していない添付図面を参照して例示により説明される。図面では、図示される各同一の又は略同一のコンポーネントは典型的には単一の数字により示される。明確にする目的のため全てのコンポーネントは全ての図面で表示されず、当業者が本発明を理解できるように例示が必要ではない本発明の各態様の全てのコンポーネントは図示されない。
図1Aは、ある態様に従った単段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。 図1Bは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器の段の典型的な概略上面図を示す。 図2Aは、ある態様に従った中間ガスインレットを有していない2段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。 図2Bは、ある態様に従った中間ガスインレットを有する2段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。 図2Cは、ある態様に従った蒸気分配チャンバーを有する2段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。 図2Dは、ある態様に従った2つの蒸気分配チャンバーを有する2段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。 図3Aは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器および外部熱交換器の典型的な概略図を示す。 図3Bは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器、外部熱交換器、外部加熱デバイス、および外部冷却デバイスの典型的な概略図を示す。 図4Aは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器および平行流れデバイスである外部熱交換器を含むHDHシステムの典型的な概略図を示す。 図4Bは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器および逆流デバイスである外部熱交換器を含むHDHシステムの典型的な概略図を示す。 図4Cは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器および外部熱交換器に加え、第1外部加熱デバイスおよび第2外部加熱デバイスを更に含むHDHシステムの典型的な概略図を示す。 図5は、ある態様に従った8段気泡カラム凝縮器および外部熱交換器の典型的な概略図を示す。 図6は、液体クロス流れの2つのパスを有した阻流型気泡発生チャンバーの典型的な態様を示す。 図7Aは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の閉じられた状態の等角図を示す。 図7Bは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の断面等角図を示す。 図7Cは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の図7Aの2次元の側面投影図を示す。 図7Dは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の図7Aの2次元の側面投影図を示す。 図7Eは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の図7Aの2次元の側面投影図を示す。 図7Fは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の図7Aの2次元の側面投影図を示す。 図7Gは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様のチャンバーの様々な上面図を示す。 図7Hは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の液体クロス流れの1つのパスを有した非阻流型気泡発生チャンバーの図を示す。 図7Iは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な態様の液体クロス流れの1つのパスおよび非水平のバッフルを有した気泡発生チャンバーの様々な図を示す。 図8は、ある態様に従った液滴同伴を減じる又は取り除くためスタックを有して成る単段気泡カラム凝縮器の典型的な概略断面図を示す。 図9は、ある態様に従った気泡カラム凝縮器、熱交換器、第1加熱デバイス、第2加熱デバイス、および冷却デバイスを含むHDHシステムの典型的な概略図を示す。 図10Aは、ある態様に従った8段気泡カラム凝縮器および外部熱交換器の典型的な概略図を示す。 図10Bは、ある態様に従った8段気泡カラム凝縮器、外部熱交換器、および外部冷却デバイスの典型的な概略図を示す。 図11Aは、ある態様に従った気泡カラム凝縮器、加湿器、外部熱交換器、外部加熱デバイス、および外部冷却デバイスを有して成るHDHシステムの典型的な概略図を示す。 図11Bは、ある態様に従った中間空気インレットを有して成る気泡カラム凝縮器、中間空気アウトレットを有して成る加湿器、外部熱交換器、外部加熱デバイス、および外部冷却デバイスを有して成るHDHシステムの典型的な概略図を示す。 図11Cは、ある態様に従った内部熱交換器を有して成る気泡カラム凝縮器、加湿器、外部加熱デバイス、および外部冷却デバイスを有して成るHDHシステムの典型的な概略図を示す。 図11Dは、ある態様に従った内部熱交換器および中間空気インレットを有して成る気泡カラム凝縮器、中間空気アウトレットを有して成る加湿器、外部加熱デバイス、並びに外部冷却デバイスを有して成るHDHシステムの典型的な概略図を示す。 図12は、ある態様に従った略円形断面を有し、スパイラルバッフルを含むチャンバーの典型的な概略図を示す。 図13は、ある態様に従った略円形断面を有し、2つのバッフルを含むチャンバーの典型的な概略図を示す。
本明細書に記載される態様は、凝縮装置(例えば気泡カラム凝縮器)および様々な熱および物質交換システムでの当該凝縮装置の使用を供する。例えば、凝縮装置は水の浄化のためのシステム(例えば脱塩システム)で役立ち得る。ある態様では、凝縮装置は、気相と液体層との間での改善された熱および物質交換等の改善された性能を備えた単純でかつ低コストのシステムを可能とする。本明細書に記載される装置は概して凝縮装置又は凝縮器を指すものの、装置はある態様では加湿のために用いられ得る。例えば、本明細書に記載される特定の態様は気泡カラム加湿器に関し得る。
ある態様では、凝縮器は有利には少数のコンポーネント、システム内の少量のマテリアル(例えば伝熱表面積)、コンポーネントの低コスト、および/又は小さい寸法を有するコンポーネントを可能とする。例えば、システムはある高さである量の液体を含むコンポーネントを含み得、本明細書に記載される凝縮器を組み込むことでコンポーネント内の液体の量ひいては高さを減じ得る。ある態様では、システム内の液体量の低減により、大きなシステムに対して同様に小さな寸法を有する又はある態様では改善された性能を有するより単純なコンポーネントを可能とし得る。例えば、コンポーネントは凝縮器内での気相と液相との間の伝熱(又は熱移動;heat transfer)をし易くするのに役立ち得る。単一の凝縮器内に小さな寸法(例えば高さ、段間隔等)を有するそのようなコンポーネントを組み込むことで、既定の凝縮器内で多数のコンポーネントを使用することができ、気相と液相との間の熱および物質交換を増大させることができる。更に、本明細書に記載される凝縮器を構成するために必要なマテリアル量は減じられ得、それにより製造費用が減じられる。更に、本明細書に記載された凝縮器の特定の態様では、熱および物質移動はガス又はガス混合物の気泡を通じて生じる(例えば、熱および物質は、凝縮プロセスを通じて気相中に凝縮性流体を含んで成るガス又はガス混合物の気泡から凝縮性流体の液浴に移動され得る)。熱および物質移動のため金属面(例えばチタンチューブ)よりもむしろガスバブルを使用することで、有利には凝縮器の製造費用が減じられ得る。更に、ガスバブルの使用により、熱および物質移動のために利用可能な表面積量が増大され、それにより気泡カラム凝縮器の熱力学的効果が有利に増大され得る。
ある態様では、本明細書に記載された凝縮器は有利には凝縮器における圧力降下の低減を示し得る。すなわち、凝縮器のインレットでの圧力は凝縮器のアウトレットでの圧力と略同一(例えば10%未満の変化)であり得る。例えば、凝縮器のインレットに入る流体(例えば蒸気)の圧力は凝縮器のアウトレットから出ていく流体の圧力と略同一であり得る。凝縮器における圧力降下の低減は、操作のために少ない電力および費用を要する相対的に小さなポンプが凝縮器を介して流体を送り出すために使用され得る点で有利であり得る。
ある態様では、本明細書に記載される凝縮器は、改善された伝熱特性、凝縮器を通過するマテリアルが非凝縮性ガスを含んで成る場合に特に有利であり得る特性を示し得る。非凝縮性ガスは、概して凝縮器の操作条件下で液相に凝縮しない任意のガスを指す。非凝縮性ガスの例としては、限定されるものではないが空気、窒素、酸素およびヘリウムが挙げられる。ある態様では、凝縮器は、伝熱速度が非凝縮性ガスを含む混合物のために改善されるように構成され得る。
典型的には、凝縮器は、凝縮器の液体インレットストリームを受容し、および凝縮器の液体アウトレットストリームをシステム内の別のコンポーネントに送るように構成され得る。また、凝縮器は、少なくとも1つのインレットを通じてガス又はガス混合物を受容し、アウトレットを通じてガス又はガス混合物をシステム内の別のコンポーネントに送るように構成され得る。ある態様では、ガス又はガス混合物は蒸気混合物(例えば、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガス)を含んで成り得る。ある態様では、凝縮器に入るガス又はガス混合物は凝縮器を出ていくガス又はガス混合物よりも異なる組成物を有し得る。例えば、凝縮器に入るガス又はガス混合物は特定の流体(例えば凝縮性流体)を含み得る。その一部は、出ていくガス又はガス混合物が相対的に少量の流体を有するように凝縮器内で取り除かれ得る。ある態様では、流体は凝縮プロセスを通じてガス又はガス混合物から取り除かれ得る。ある態様では、凝縮器は気泡カラム凝縮器であってよく、蒸気は相対的に冷液のカラム内で凝縮される。ある態様では、気泡カラム凝縮器は、ガス又はガス混合物の1つ以上のコンポーネントが取り除かれるようにガス又はガス混合物が処理される少なくとも1つの段を有して成る。例えば、ガス又はガス混合物は気相中に凝縮性流体を含んでよく、(例えば液体状の)凝縮性流体の回収は気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段内で行われ得る。凝縮性流体は、概して凝縮器の操作条件下で気相から液相へと凝縮可能な流体を指す。
図1Aは、単段気泡カラム凝縮器の典型的な断面図を示す。図1Aに示されるように、気泡カラム凝縮器100は、インレット120、アウトレット130および(例えば収容ベッセル(;containing vessel)により供されるように)チャンバー140を有して成る段110を有して成る。液相中に凝縮性流体を含んで成る液体層150はチャンバー140内に存在する。例示態様として、凝縮性流体は水であってよい。ある態様では、液体層150は相対的に低い高さH(例えば約0.1m以下)を有する。高さHはチャンバー140の高さHよりも小さくてよい。ある態様では、液体層150により占められていないチャンバー140の部分は蒸気分配領域を有して成る。インレット120は蒸気相中に凝縮性流体を含むガス又はガス混合物の源と流体連通している。ある態様では、ガスは1つ以上の非凝縮性ガスを更に含んで成り得る。例えば、ガスは加湿空気を含み得る。また、インレット120は、インレット120に入るガスが気泡発生器160内に供されるように気泡発生器160に接続され得る。下記でより詳細に説明するが、気泡発生器は複数の孔を有して成るスパージャー・プレートを有して成り得る。気泡発生器160は、チャンバー140と流体連通しおよび/又はチャンバー140内に配置され得る。ある態様では、気泡発生器160はチャンバー140の底面を形成する。
ある態様では、カラム内のインレットおよび/又はアウトレット(例えば図1Aのインレット120)は、離れて区別される機構として供され得る。ある態様では、カラム内のインレットおよび/又はアウトレットは、気泡発生器、スパージャー・プレート並びに/又はカラムおよび/若しくはシステムのコンポーネント間の流体連通を成す任意の他の機構等の特定のコンポーネントにより供され得る。例えば、カラムの特定の段の“インレット”はスパージャー・プレートの複数の孔として供され得る。例えば、第1段と第2段との間を移動するガス又はガス混合物は、スパージャー・プレートの孔により供される“インレット”を通じて第2段に入り得る。
気泡カラム凝縮器が操作状態にある際、ガス又はガス混合物はインレット120を通じて気泡発生器160へと流れ、ガス又はガス混合物を含みかつ液浴(例えば液体層)150を通じて移動するガスバブル170が生成される。液浴150の温度はガスバブル170の温度よりも低く維持され得、凝縮プロセスを通じてガスバブル170から液浴150への熱および物質の移動をもたらす。液浴150を通過した後、少なくとも部分的に除湿されたガス又はガス混合物は蒸気分配領域(例えば液浴150により占められていないチャンバー140の部分)に入り得る。ある態様では、ガス又はガス混合物は蒸気分配領域の全体にわたり実質的に均一に分配され得る。次いで、ガス又はガス混合物はアウトレット130を通じて気泡カラム凝縮器から出ていくために進み得る。典型的な態様では、水および空気を含むガス混合物は、蒸気形態の水と空気の両方を含むガスバブル170が形成されるように気泡カラム凝縮器100に通過され得る。液浴150との接触の際、水がその際凝縮されて液浴150に移動され、それによりアウトレット130を通じて気泡カラム凝縮器100を出ていく除湿ガスが生成され得る。
ある態様では、インレット120でのガス又はガス混合物の圧力はアウトレット130でのガス又はガス混合物の圧力と略同一である。ある態様では、インレット120でのガス又はガス混合物の圧力はアウトレット130でのガス又はガス混合物の圧力と約1kPa以下分異なる。ある態様では、インレット120でのガス又はガス混合物の圧力はアウトレット130でのガス又はガス混合物の圧力よりも約1kPa未満大きい。
図8に示すように、気泡カラム凝縮器100はアウトレット130と流体連通した任意のスタック800を更に有して成り得る。スタック800は、例えば液滴同伴(例えば、除湿ガスと共に液浴150からアウトレット130外に流れる液体の滴)を減じるため又は取り除くため追加され得る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器100は(図8に図示していないが)任意の液滴除去器を有して成り得る。液滴除去器は、例えば気泡カラム凝縮器100の断面を横切るように延在するメッシュを含み得る。操作の際、同伴の液滴はメッシュと衝突し、液浴150に戻り得る。ある態様では、液滴同伴の低減又は除去は、有利には(例えば、気泡カラム凝縮器100から外気に出ていく純水量を減じることで)気泡カラム凝縮器100から回収される純水量を増大させ得る。特定の態様では、液滴同伴の低減又は除去は、気泡カラム凝縮器100から回収される純水量を少なくとも約1%分、少なくとも約5%分、少なくとも約10%分、少なくとも約15%分、少なくとも約20%分、少なくとも約30%分、少なくとも約40%分、少なくとも約50%分、又は少なくとも約60%分増大させ得る。ある態様では、液滴同伴の低減又は除去は、気泡カラム凝縮器100から回収される純水量を約1%〜約10%、約1%〜約20%、約1%〜約40%、約1%〜約60%、約5%〜約20%、約5%〜約40%、約5%〜約60%、約10%〜約20%、約10%〜約30%、約10%〜約40%、約10%〜約50%、約10%〜約60%、約20%〜約30%、約20%〜約40%、約20%〜約50%、約20%〜約60%、約30%〜約40%、約30%〜約50%、約30%〜約60%、約40%〜約50%、約40%〜約60%、又は約50%〜約60%の量分増大させ得る。
ある態様では、スタック800はアウトレット130の最大断面寸法Dよりも大きい最大断面寸法(例えば長さ、径)Dを有する。特定の態様では、最大断面寸法Dは、アウトレット130の最大断面寸法Dよりも少なくとも約0.01m、少なくとも約0.02m、少なくとも約0.05m、少なくとも約0.1m、少なくとも約0.2m、少なくとも約0.5m、少なくとも約1m、少なくとも約2m、又は少なくとも約5m大きい。ある態様では、最大断面寸法Dは、最大断面寸法Dよりも約0.01m〜約0.05m、約0.01m〜約0.1m、約0.01m〜約0.5m、約0.01m〜約1m、約0.01m〜約5m、約0.1m〜約0.5m、約0.1m〜約1m、約0.1m〜約5m、約0.5m〜約1m、約0.5m〜約5m、又は約1m〜約5mの量分大きい。特定の学説により拘束されるものではないが、除湿ガスストリームが流れる管の最大断面寸法の増加により、除湿ガスストリームの速度が減じられ得る。その結果、除湿ガスストリーム内に存在し得る液滴は、アウトレット130を通じて気泡カラム凝縮器100から出ていく代わりに、除湿ガスストリームから外側に出て液浴150に戻り得る。
ある態様では、気泡カラム凝縮器はガス又はガス混合物から凝縮性流体の回収のため少なくとも2つの段を有して成る。例えば、段は、ガス又はガス混合物が連続して第1段から第2段へと流れるように配置され得る。ある態様では、段は、例えば第1段が凝縮器内で第2段の下方に位置付けられるように垂直形態で配置され得る。ある態様では、段は、例えば第1段が第2段の右側に位置付けられるように水平形態で配置され得る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器内の多段の存在は有利には液相中での凝縮性流体の高回収につながり得る。例えば、多段の存在は、ガス又はガス混合物が凝縮性流体を回収するために処理され得る多数の場所を供し得る。すなわち、ガス又はガス混合物は、ガス又はガス混合物の少なくとも一部分が凝縮される1つよりも多い液浴(例えば液体層)を通じて移動し得る。更に、ある態様では、下記でより完全に説明するが、多段の使用は、(例えば、凝縮器の液体インプットストリームと比べて)高温の凝縮器の液体アウトレットストリームを生成することができる。この事は、凝縮器の液体アウトレットストリームからの熱がシステム内の離れたストリーム、例えば蒸発器/加湿器のインプットストリームに移動されるシステムで有利であり得る。そのような態様では、加熱された凝縮器の液体アウトレットストリームを生成可能であることで、システムのエネルギー効果を高めることができる。更に、多段の使用は、システム内の流体流れをより柔軟にすることができ得る。例えば、中間の気泡カラム段からの流体の取出および/又は注入は中間の交換流路を通じて生じ得る。
図2Aは、多段気泡カラム凝縮器の典型的な断面図を示す。図2Aでは、気泡カラム凝縮器200は、第1段210および第1段210の垂直方向上方に配置された第2段220を有して成る。第1段210は、チャンバー212、チャンバー212内に位置付けられた液体層214、および蒸気相中に凝縮性流体を含んで成る第1ガス又はガス混合物のための第1インレット234を有して成る。また、第1段210は、液体層214の上方に設けられた第1蒸気分配領域(例えば、液体層214により占められていないチャンバー212の部分)を有して成る。更に、第1段210は、凝縮器200からの凝縮液のアウトプットストリームの出口のための液体アウトレット216を有して成る。また、第1ガス又はガス混合物の源と流体連通する第1インレット234は、インレット234に入る第1ガス又はガス混合物が気泡発生器208内に供されるように気泡発生器208に接続される。第1ガス又はガス混合物は、凝縮器200に流体接続された第1ガス又はガス混合物の源からポンプ202により管204を通じてインレット234に送られ得る。ある態様では、第1ガスインレット234および/又は気泡発生器208は、第1段210又はチャンバー212の底面の全体を占める。他の態様では、第1ガスインレット234および/又は気泡発生器208は、第1段210又はチャンバー212の底面の小部分を占める。
第2段220は、第1段210と流体連通しており、チャンバー224、チャンバー224内に位置付けられた液体層226、および第1段210からの第1ガス又はガス混合物を受容するように配置された気泡発生器222を有して成る。また、第2段220は、液相中の凝縮性流体の源と流体連通し、液体層226に凝縮性流体を送る第2段の液体インレット232を有して成る。更に、第2段220は、気泡カラム凝縮器のガスアウトレットストリームが出ていくガスアウトレット230を有して成る。また、第2段220は、液体層226の上方に設けられた第2蒸気分配領域(例えば、液体層226により占められていないチャンバー224の部分)を有して成る。
管/降下管218は第1段210と第2段220との間に位置付けられて、オーバーフローする(例えば液体層226からの)凝縮性流体が第2段220から第1段210の液体層214に移動するためのパスが供される。液体層226の最大高さは、当該最大高さを越える液体層226の追加の凝縮性流体が管/降下管218を通じて第1段210の液体層214に流れるようにウェアー228により設定される。管/降下管218のアウトレットは、第1段210を通じて流れる第1ガス又はガス混合物が管/降下管218に入らないように液体層214内に浸されている。ある態様では、第1段210は任意のウェアー254を更に有して成る。任意のウェアー254は第1段210中の液体層214の高さよりも高い管/降下管218を囲む液体の高さを供し得る。そのような構造は、液体層214中よりも管/降下管218の周囲の液体中で高い第1ガス/ガス混合物が克服すべき液体の水圧ヘッドをもたらし得るため、管/降下管218を囲む液体の高さが液体層214の高さよりも高くすることが有利であり得ると認識されている。これにより、そのような構造により第1ガス又はガス混合物が管/降下管218を通じて流れてそれにより気泡発生器222を迂回することが回避され得る。
任意の蒸気分配チャンバー206は第1段210の下方に位置付けられ、任意の蒸気分配チャンバー206により第1ガス又はガス混合物が気泡発生器208の底面に沿って分配され得る。当業者は特定の用途のため適当なシステム構造を選択し得る。
操作に際して、凝縮性流体を含んで成る(図2に図示されていないガス源により供される)第1ガス又はガス混合物は、ポンプ202により管204を通じて任意の蒸気分配チャンバー206に送り出される。第1ガス又はガス混合物は第1段210の底面に沿って第1段のガスインレット234および気泡発生器208に実質的に均一に分配される。第1ガス又はガス混合物が気泡発生器208を介して移動する際、ガスバブルが形成される。ガスバブルは、ガスバブルの温度よりも低い温度で維持された液体層214を通じて移動する。ガスバブルは凝縮プロセスにさらされ、凝縮性流体の熱および/又は物質を液体層214に移す。例えば、凝縮性流体は、ガスバブルが液体層214を通じて移動する際少なくとも部分的に除湿されるように水であってよい。次いで少なくとも部分的な除湿ガスの気泡は第1蒸気分配領域に入る。ある態様では、少なくとも部分的な除湿ガスは第1蒸気分配領域の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで少なくとも部分的な除湿ガスは、少なくとも部分的な除湿ガスのガスバブルが形成される気泡発生器222に入る。次いで少なくとも部分的な除湿ガスの気泡が、ガスバブルの温度よりも低い温度に維持される液体層226を介して移動し、凝縮性流体の熱および物質が液体層226に移送される。次いで更なる除湿ガスの気泡が第2蒸気分配領域に入る。ある態様では、更なる除湿ガスは第2蒸気分配流域の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで更なる除湿ガスは、気泡カラム凝縮器のガスアウトレットストリームとして第2段のアウトレット230を通じて気泡カラム凝縮器から出ていく。
ある態様では、液相中の凝縮性流体のストリームがガス又はガス混合物とは反対方向に(すなわちカウンタ(又は向流;counter)流れとして)流れる。例えば、凝縮性流体は、液相中の凝縮性流体源と流体連通する第2段の液体インレット232を通じて気泡カラム凝縮器200に入ることができる。凝縮性流体は、ウェアー228により特定された最大高さを有する液体層226に最初に送られる。液体層226の高さが最大高さを超える場合、ある量の凝縮性流体は、ウェアーの上部を越えて管/降下管218を通じて液体層214へとあふれ出し、凝縮器の液体アウトレット216を通じて凝縮器を出て行く。凝縮性液体を凝縮器内の様々な段に通過させる際、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度は第2段液体インレット232にて凝縮器に入る凝縮性液体の温度よりも高くあり得る。その場合、熱は、気泡カラム凝縮器内の各段での凝縮性液体に伝えられる。ある態様では、凝縮性流体が通過する段数が増えるにつれ、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度が増える。そのような構造は、凝縮器の液体アウトレットストリームからの熱がシステム内の別のコンポーネントに伝えられるシステムで有利であり得る。その場合、熱伝達は凝縮器内ではないシステム内の箇所で生じ得る。例えば、凝縮器の液体アウトレットストリームからの熱は、凝縮器と流体連通する加湿器内の加湿器インプットストリームおよび/又は熱交換器に伝えられ得る。
図2Bに示すように、気泡凝縮器200は任意の第2インレット205を更に有して成り得る。任意の第2インレット205は第2ガス又はガス混合物の源と流体連通し、第2ガス又はガス混合物は任意の管203を通じてインレット205に送られ得る。第2ガス又はガス混合物は気相中に凝縮性流体を含んで成り得る。特定の態様では、凝縮性流体は水であり得る。ある態様では、第2ガス又はガス混合物は1つ以上の非凝縮性ガス(例えば空気)を更に含んで成り得る。
ある態様では、気泡カラム凝縮器は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガス(例えばキャリアガス)を含む蒸気混合物の導入を可能とする少なくとも1つの蒸気分配領域を有して成り得る。典型的には、蒸気分配領域は、蒸気が気泡カラム凝縮器の断面にわたり略均一に拡散可能とするため十分な容積を有するように選択され得る。ある場合では、蒸気分配領域は、段内の液体層からの同伴液滴が液体層に戻れるように十分な容積を供し得る。ある場合では、蒸気分配領域は気泡カラム凝縮器の底部に又は近傍に位置付けられ得る。ある場合では、蒸気分配領域は、2つの連続的な又は隣接する気泡発生チャンバー間に位置付けられる。例えば、蒸気分配領域は2つの連続的な又は隣接する気泡発生チャンバーの液体層を別々に維持し、それにより、気泡カラム凝縮器の熱力学的効果が増大され得る。蒸気分配領域は、蒸気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する蒸気インレットを有して成り得る。ある場合では、気泡カラム凝縮器は1つよりも多い蒸気分配領域を有して成る。
ある態様では、蒸気分配領域を有して成る蒸気分配チャンバーは液体層(例えば集水(又はサンプ;sump)かさ)を更に有して成り得る。例えば、気泡カラム凝縮器を出る前に、液体は気泡カラム凝縮器の最終段を出た後集水かさ内に集まり得る。ある態様では、集水かさは気泡カラム凝縮器の液体アウトレットと直接接触し得る。特定の場合では、集水かさは気泡カラム凝縮器外に液体を送り出すポンプと流体連通し得る。例えば、集水かさは、ポンプの吸引にて正の吸引圧を供し、有利には有害なキャビテーション気泡を生じさせ得る負の(例えば真空)吸引圧を抑制し得る。ある場合では、集水かさは、有利には(塩含有水の断続的な供給および/又は純水の断続的な排出による)伝熱速度の突然の変化に対する気泡カラム凝縮器の感度を低下させ得る。
図2Cは、液相中のある量の凝縮性流体の上方に位置付けられた蒸気分配領域を含む気泡カラム凝縮器の典型的な例示態様を供する。図2Cでは、気泡カラム凝縮器200は蒸気分配チャンバー244、第1段210および第2段220を有して成る。凝縮器200の底部に設けられた蒸気分配チャンバー244は、液体アウトレット242と直接接触し得る液体層234を有して成る。また、蒸気分配チャンバー244は、液体層234の上方に位置付けられ、蒸気混合物(例えば、蒸気相中に凝縮性液体を含んで成るガス又はガス混合物)の源と流体連通する蒸気インレット240と直接接触し得る蒸気分配領域236を有して成る。第1段210は、チャンバー212、チャンバー212内に位置付けられた液体層214、気泡発生器208、および蒸気混合物のための第1液体インレット234を有して成る。また、第1段210は液体層214の上方に設けられた第1蒸気分配領域(例えば液体層214により占められていないチャンバー212の部分)を有して成る。第2段220は、チャンバー224、チャンバー224内に位置付けられた液体層226、気泡発生器222、および液相中の凝縮性流体のストリーム(例えば液相)を受容するための液体インレット232、蒸気混合物のための第1液体インレット234、および蒸気アウトレット230を有して成る。また、第2段220は液体層226の上方に位置付けられた第2蒸気分配領域(例えば液体層226により占められていないチャンバー224の部分)を有して成る。
操作に際して、蒸気混合物は蒸気インレット240を通じて蒸気分配領域236に入り得る。蒸気分配領域236では、蒸気混合物は蒸気分配領域236の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで、蒸気混合物が気泡発生器208を介して移動し、ガスバブルが形成され、ガスバブルの温度よりも低い温度で維持された液体層214を通じて移動し得る。上述のように、ガスバブルは凝縮プロセスにさらされ、凝縮性流体の熱および/又は物質を液体層214に移し得る。少なくとも部分的な除湿された蒸気混合物の気泡は第1蒸気分配領域に入り、少なくとも部分的な除湿された蒸気混合物は第1蒸気分配領域の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで、少なくとも部分的な除湿された蒸気混合物は気泡発生器222に入り、液体層226を通じて移動し得るガスバブルを形成し得る。
次いで、更に除湿された蒸気混合物の気泡は第2蒸気分配領域に入り、更に除湿された蒸気混合物は第2蒸気分配領域の全体にわたって実質的に均一に分配され得る。次いで蒸気混合物は、気泡カラム凝縮器のガスアウトレットストリームとして蒸気アウトレット230を通じて気泡カラム凝縮器200から出ていき得る。
図2Cを再度参照すると、液相中の凝縮性流体のストリームは液体インレット232を通じて第2段220に入り得る。液相は液体層226に最初に入り、ウェアー228により特定される最大高さを有し得る液体層226と組み合わせられ得る。液相は気泡発生器222の表面を横切って縦方向に矢印246の方向に移動し得る。液体層226の高さがウェアー228の高さを超える場合、超過した液相はウェアー228の上部を越えて管/降下管218を通じて液体層214へと流れ得る。次いで、液相は気泡発生器208の表面を横切って矢印248の方向に流れ得る。図2Cに示すように、矢印248の方向は矢印246の方向とは反対であり得る。液体層214の高さがウェアー250の高さを超える場合、超過した液相はウェアー250の上部を越えて管/降下管238を通じて液体層234へと流れ得る。次いで、液相は底部のチャンバー244の底面を横切って矢印252の方向に移動し、液体アウトレット242を通じて気泡カラム凝縮器を出ていく。図2Cに示すように、図2Cに示すように、矢印252の方向は矢印248の方向とは反対であり得る。
特定の場合では、気泡凝縮器200は追加の蒸気分配領域を更に有して成り得る。例えば、図2Dは、第1蒸気インレット240を有して成る第1蒸気分配領域236、および第2蒸気インレット205を有して成る第2蒸気分配領域212を有して成る気泡カラム凝縮器200の例示態様を示している。第1蒸気インレット240は第1蒸気混合物の源と流体連通し得る。第2蒸気インレット205は第2蒸気混合物の源と流体連通し得る。
ある態様では、第1および第2ガス又はガス混合物は実質的に同一の組成物を有し得る。ある態様では、第1および第2ガス又はガス混合物は異なる組成物を有し得る。特定の態様では、第1および第2ガス又はガス混合物は異なる蒸気(例えば水蒸気)濃度を有し得る。ある態様では、第1および第2ガス又はガス混合物は実質的に同一の蒸気濃度を有し得る。ある態様では、第1および第2ガス又はガス混合物は異なる温度で維持され得る。第1ガス又はガス混合物と第2ガス又はガス混合物との間の温度差は、特定の態様では少なくとも約1℃、少なくとも約5℃、少なくとも約10℃、少なくとも約20℃、少なくとも約50℃、少なくとも約100℃、少なくとも約150℃、又は少なくとも約200℃であり得る。特定の態様では、第1および第2ガス又はガス混合物は略同一温度で維持され得る。
気泡カラム凝縮器は任意の数の段を有し得ることは理解されるべきである。ある態様では、気泡カラム凝縮器は、少なくとも1段、少なくとも2段、少なくとも3段、少なくとも4段、少なくとも5段、少なくとも6段、少なくとも7段、少なくとも8段、少なくとも9段、少なくとも10段、又はそれ以上の段を有し得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器は、1段以下、2段以下、3段以下、4段以下、5段以下、6段以下、7段以下、8段以下、9段以下、10段下を有し得る。段は垂直方向に位置合わせされ、すなわち、図2に示すように段は気泡カラム凝縮器内で垂直方向に配置され得る。ある態様では、個々のチャンバー(又は気泡発生器)の底面が相互に略平行となるように、段は配置され得る。ある態様では、個々のチャンバー(又は気泡発生器)の底面が相互に略非平行となるように、段は配置され得る。ある態様では、段はある角度で位置付けられ得る。段は水平方向に位置合わせされ、すなわち、段は気泡カラム凝縮器内で水平方向に配置され得る。ある態様では、気泡凝縮器の少なくとも1段が液体層、蒸気分配領域、液体層中に浸された(又は沈められた;submerged)気泡発生器、および別の段(例えば隣接する段)の気泡発生器に流体接続されたガスアウトレットを有して成り得る。
ある場合では、凝縮器は、システムの様々なコンポーネント又は領域が取り外し可能および/又は交換可能であるようにモジュールシステムとして構成され得る。例えば、システムは、1つ以上の段を収容し、所望の数の段を含むように容易に構成され得るエリアを含み得る。図7Bは、システムが1〜8段の収容能力を可能とするため8つのトレイを有して成る例示態様を示す。各段はシステム内外に段を単に摺動させることで追加され又は取り外され得る。このような態様では、段数および段間の距離は特定の用途に適合させるため容易に調整され得る。
凝縮器の段は特定の用途に適した任意の形状を有し得る。ある態様では、凝縮器の少なくとも1つの段は略円形、略楕円形、略四角形、略矩形、および/又は略三角形の断面形状を有する。特定の態様では、凝縮器の各段が略円形、略楕円形、略四角形、略矩形、および/又は略三角形の断面形状を有する。ある場合では、凝縮器の段は相対的に大きなアスペクト比を有する。本明細書で使用する際、個々の段のアスペクト比は個々の段の幅に対する個々の段の長さの比を指す。個々の段の長さは段の最大内部断面(例えば段の垂直軸に直交する面)の寸法を指す。例えば、図1Aでは、段110の長さはLとして示される。長さを更に示すために、図1Bは(例えば気泡発生器160を見下ろす)典型的な段110の上面図を供する。すなわち、図1Bは段110の垂直軸に直交する面(例えば断面)の典型的な概略図である。図1Bでは、段110の長さはLとして示される。個々の段の幅は、長さに直交して測定される段の最大断面(例えば段の垂直軸に直交する面)の寸法を概して指す。図1Bでは、段110の幅はWとして示される。
ある態様では、少なくとも1つの段は少なくとも約1.5、少なくとも約2、少なくとも約5、少なくとも約10、少なくとも約15、又は少なくとも約20のアスペクト比を有する。ある態様では、少なくとも1つの段は約1.5〜約5、約1.5〜約10、約1.5〜約15、約1.5〜約20、約2〜約5、約2〜約10、約2〜約15、約2〜約20、約5〜約10、約5〜約15、約5〜約20、約10〜約15、約10〜約20、又は約15〜約20の範囲のアスペクト比を有する。ある態様では、凝縮器の各段が少なくとも約1.5、少なくとも約2、少なくとも約5、少なくとも約10、少なくとも約15、又は少なくとも約20のアスペクト比を有する。ある態様では、凝縮器の各段が約1.5〜約5、約1.5〜約10、約1.5〜約15、約1.5〜約20、約2〜約5、約2〜約10、約2〜約15、約2〜約20、約5〜約10、約5〜約15、約5〜約20、約10〜約15、約10〜約20、又は約15〜約20の範囲のアスペクト比を有する。
ある態様では、気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段内の液体層の高さは実質的な連続操作の間相対的に低い。概して、脱塩された生成ストリームが脱塩システムにより生成されると同時に水性ストリームが脱塩システムに供給される際、脱塩システムは実質的に連続して操作されるべきであると言われている。段内の液体層の高さは、液体層と接触する気泡発生器の表面から液体層の上面まで測定されるものであり得る。本明細書で示すように、ある態様では、少なくとも1つの段内の液相のレベルが相対的に低いことで、有利には個々の段のインレットとアウトレット間の圧力降下を低くし得る。特定の理論に拘束されるものではないが、凝縮器の所定の段における圧力降下は、ガスが克服を要する段内での液体の水圧ヘッドに少なくとも部分的に依存し得る。その結果、段内の液体層の高さは、有利には段内での圧力降下を減じるために低く維持され得る。
ある態様では、気泡カラム凝縮器の実質的な連続操作の間、凝縮器の少なくとも1つの段内の液体層は、約0.1m未満、約0.09m未満、約0.08m未満、約0.07m未満、約0.06m未満、約0.05m未満、約0.04m未満、約0.03m未満、約0.02m未満、約0.01m未満、又はある場合では約0.005m未満の高さ(例えば段内の凝縮性流体の高さ)を有する。ある態様では、気泡カラム凝縮器の実質的な連続操作の間、凝縮器の各段内の液体層は、約0.1m未満、約0.09m未満、約0.08m未満、約0.07m未満、約0.06m未満、約0.05m未満、約0.04m未満、約0.03m未満、約0.02m未満、約0.01m未満、又はある場合では約0.005m未満の高さを有する。
本明細書に記載される凝縮器では、凝縮器の段の長さに対する凝縮器の段内の液体層(例えば水)の高さの比は相対的に低くあり得る。凝縮器の段の長さとは概して凝縮器の段の最大内部断面寸法を指す。ある態様では、凝縮器の少なくとも1つの段の長さに対する定常状態の操作の間の気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段内の液体層の高さの比は約1未満、約0.8未満、約0.6未満、約0.4未満、約0.2未満、約0.18未満、約0.16未満、約0.14未満、約0.12未満、約0.1未満、又はある場合では約0.05未満である。ある態様では、凝縮器の各対応する段の長さに対する定常状態の操作の間の気泡カラム凝縮器の各段内の液体層の高さの比は約1未満、約0.8未満、約0.6未満、約0.4未満、約0.2未満、約0.18未満、約0.16未満、約0.14未満、約0.12未満、約0.1未満、又はある場合では約0.05未満である。
ある態様では、(例えば段の底部に位置付けられた気泡発生器から段内のチャンバーの上部まで垂直方向に測定される)凝縮器内の個々の段の高さは相対的に小さくあり得る。上記に示すように、凝縮器の1つ以上の段の高さを減じることで、コストが潜在的に減じられおよび/又はシステム内での熱および物質の移動が潜在的に増加され得る。ある態様では、少なくとも1つの段の高さは約0.5m未満、約0.4m未満、約0.3m未満、約0.2m未満、約0.1m未満、又はある場合では約0.05m未満である。ある態様では、各段の高さは約0.5m未満、約0.4m未満、約0.3m未満、約0.2m未満、約0.1m未満、又はある場合では約0.05m未満である。ある態様では、カラム凝縮器の全高は約10m未満、約8m未満、約6m未満、約4m未満、約2m未満、約1m未満又はある場合では約0.5m未満である。
ある態様では、気泡カラム凝縮器中の少なくとも1つの段における圧力降下(すなわちインレットガス圧力とアウトレットガス圧力との差)は約2000Pa未満、約1500Pa未満、約1000Pa未満、約800Pa未満、約500Pa未満、約200Pa未満、約100Pa未満、又はある場合では約50Pa未満である。ある態様では、気泡カラム凝縮器のインレットガス圧力と気泡カラム凝縮器のアウトレットガス圧力との差は約2000Pa未満、約1500Pa未満、約1000Pa未満、約800Pa未満、約500Pa未満、約200Pa未満、約100Pa未満、又はある場合では約50Pa未満である。
ある態様では、気泡カラム凝縮器は改善された熱伝導特性を示し得る。例えば、気泡カラム凝縮器が実質的な連続操作の状態にある際、熱伝導係数は少なくとも約2000W/(mK)、少なくとも約3000W/(mK)、少なくとも約4000W/(mK)、又はある場合では少なくとも約5000W/(mK)であり得る。
ある場合では、凝縮器の液体インレットストリームの温度は凝縮器の液体アウトレットストリームの温度とは異なり得る。例えば、気泡カラム凝縮器の実質的な連続操作の間、凝縮器の液体インレットストリームの温度は約100℃未満、約90℃未満、約80℃未満、約70℃未満、約60℃未満、約50℃未満、約45℃未満、約40℃未満、約30℃未満、約20℃未満、又はある場合では約10℃未満であり得る。ある場合では、凝縮器の液体インレットストリームの温度は約0℃〜約100℃、約10℃〜約90℃、又は約20℃〜約80℃の範囲であり得る。気泡カラム凝縮器の実質的な連続操作の間、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度は少なくとも約50℃、少なくとも約60℃、少なくとも約70℃、少なくとも約80℃、少なくとも約85℃、少なくとも約90℃、又は少なくとも約100℃であり得る。ある場合では、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度は約50℃〜約100℃、約60℃〜約90℃、又は約60℃〜約85℃の範囲であり得る。インレットとアウトレットの液体温度の差は少なくとも約5℃、少なくとも約10℃、少なくとも約20℃、又はある場合では少なくとも約30℃であり得る。ある場合では、インレットとアウトレットの液体温度の差は約5℃〜約30℃、約10℃〜約30℃、又は約20℃〜約30℃の範囲であり得る。
ある態様では、ガス又はガス混合物は相対的に高い流速で凝縮器を通じて移動し得る。特定の態様では、熱および物質移動係数は概して高いガス流速でより高くなるため、ガス流速は相対的に高いことが有利であり得る。ある態様では、ガス又はガス混合物は、少なくとも約10立方フィート/分(cfm)/平方フィート(ft)、少なくとも約20cfm/ft、少なくとも約40cfm/ft、少なくとも約60cfm/ft、少なくとも約80cfm/ft、少なくとも約100cfm/ft、少なくとも約120cfm/ft、少なくとも約140cfm/ft、少なくとも約160cfm/ft、少なくとも約180cfm/ft、又はある場合では少なくとも約200cfm/ftの流速を有し得る。ある態様では、ガス又はガス混合物は、約10cfm/ft〜約200cfm/ft、約20cfm/ft〜約200cfm/ft、約40cfm/ft〜約200cfm/ft、約60cfm/ft〜約200cfm/ft、約80cfm/ft〜約200cfm/ft、約100cfm/ft〜約200cfm/ft、約120cfm/ft〜約200cfm/ft、約140cfm/ft〜約200cfm/ft、約160cfm/ft〜約200cfm/ft、又は約180cfm/ft〜約200cfm/ftの範囲の流速を有し得る。
ある態様では、凝縮器を流れた後のガス又はガス混合物は凝縮器を流れる前のガス又はガス混合物と比べて実質的に除湿され得るように、ガス又はガス混合物は、特定量の水を含み得る(“加湿され得る”)。所定の一連のシステム条件では、ガス又はガス混合物は相対湿度を有し得る。相対湿度とは概して所定温度での飽和蒸気圧に対する空気および水の混合物中の水蒸気の部分圧力の割合を指す。ある態様では、気泡カラム凝縮器に対する少なくとも1つのガスインレットでのガス又はガス混合物の相対湿度は少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、又は少なくとも約100%であり得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器に対するガスアウトレットでのガスの相対湿度は約20%未満、約10%未満、約5%未満、又は約0%未満であり得る。
ある態様では、気泡カラム凝縮器は少なくとも1つの気泡発生器を有して成る。気泡発生器のタイプの例としては、篩プレート、スパージャー、およびノズルタイプの気泡発生器が挙げられる。ある態様では、気泡発生器は、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成り得る。気泡の発生のために使用される様々な機構等(;feature)(例えば孔)を備えた気泡発生器は様々な気泡発生器の速度で操作され得る。気泡発生器の選択はガスバブルの大きさおよび/又は形状に影響し、それによりガスバブルから液相中の凝縮性流体までの伝熱に影響し得る。当業者は、特定の所望の一連のガスバブルを生成するために適当な気泡発生器および/又は気泡発生器の条件を選択可能である。ある態様では、気泡発生器はスパージャー・プレートを有して成る。スパージャー・プレートは特定の有利な特性を有し得ることは認識されている。例えば、スパージャー・プレートにおける圧力降下は低くあり得る。更に、スパージャー・プレートの単純であることで、当該スパージャー・プレートの製造コストを安価にし、および/又は汚染の影響に対して耐性を有し得る。ある態様では、スパージャー・プレートは複数の孔を有して成り得る。ある態様では、複数の孔の少なくとも一部は約0.1mm〜約50mm、約0.1mm〜約25mm、約0.1mm〜約15mm、又はある場合では約1mm〜約15mmの範囲の径(又は非円形孔の孔の幾何学的中心を通過するラインの最小断面寸法)を有する。ある態様では、複数の孔の少なくとも一部は約1mm、約2mm、約3mm、約3.2mm、又はある場合では約4mmの径を有する。ある場合では、スパージャー・プレートは凝縮器内の個々の段の底面に沿って配置され得る。ある場合では、スパージャー・プレートの表面積は、凝縮器の断面の少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、又は約100%を占めるように選択され得る。ある態様では、気泡発生器は1つ以上の有孔パイプを有して成る。中央管から延在し得る有孔パイプは、ガス又はガス混合物が外部源から送り出される例えば放射状、環状、蜘蛛の巣状、又はハブアンドスポークの形態を特徴とし得る。ある態様では、少なくとも1つの気泡発生器が段のインレットに接続され得る。ある態様では、気泡発生器は気泡カラム発生器の各段のインレットに接続される。
本明細書に記載される凝縮器は、凝縮器内の流体流れを容易にする、方向付ける又は影響を与えるように位置付けられた1つ以上のコンポーネントを更に有して成り得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段の少なくとも1つのチャンバーは、液相中の凝縮性流体(例えば水)のストリーム等の流体流れを方向付けるように位置付けられた1つ以上のバッフルを有して成り得る。ある場合では、気泡カラム凝縮器の各チャンバーは1つ以上のバッフルを有して成り得る。本明細書に記載される態様での使用のための適当なバッフルは、図6および図7Sの例示態様により示されるように例えば略矩形形状を有するプレート状の物品を有して成る。また、バッフルはバリア、ダム(又は堰;dam)等と呼ばれ得る。
バッフル、又はバッフルの組み合わせはチャンバー内の液体流れを方向付けるために様々な形態で配置され得る。ある場合では、バッフルは、液体がチャンバーの一端からチャンバーの他端まで略直線のパスで(例えば略矩形断面を有するチャンバーの長さに沿って)移動するように配置され得る。ある場合では、バッフルは、液体がチャンバーを横切る非直線パスで、例えばチャンバー内に1つ以上のベンド又は屈曲部(;turn)を有するパスで移動するように配置され得る。すなわち、液体はチャンバーの長さよりも長いチャンバー内の距離を移動し得る。ある態様では、1つ以上のバッフルは気泡カラム凝縮器内の少なくとも1つのチャンバーの底面に沿って位置付けられ、それによりチャンバーに入る液体流れに影響を与え得る。
ある態様では、バッフルは単一チャンバー内で液体流れを方向付けるためにある形態で、例えば直線又は非直線形でチャンバーの底面に沿って位置付けられ得る。ある態様では、1つ以上のバッフルは、略矩形断面形状を有するチャンバーの横方向(又は横断;transverse)の側部(すなわち幅)に略平行に位置付けられ得る、すなわち横方向のバッフルであり得る。ある態様では、1つ以上のバッフルは、略矩形断面形状を有するチャンバーの縦方向(又は長手方向;transverse)の側部(すなわち長さ)に略平行に位置付けられ得る、すなわち縦方向のバッフルであり得る。ある形態では、1つ以上の縦方向バッフルは略非直線パスに沿って液体流れを方向付けし得る。
ある態様では、1つ以上のバッフルは、単一のチャンバー内での液体流れを方向づけるためにある形態で、例えば熱および/又は物質移動の効率性を促進し得るパスに沿って位置付けられ得る。例えば、チャンバーは第1温度で液体インレットを通じて入る液体、および第2温度で気泡発生器を通じて入るガス又はガス混合物を含んで成り得る。ある場合では、第1温度が第2温度に接近すると、液体とガス又はガス混合物との間の熱および物質移動が増加し得る。第2温度に接近するための第1温度の性能に影響を与え得る1つの要因は、チャンバーを流れる液体が費やす時間量であり得る。
ある場合では、チャンバーを流れる液体の部分がチャンバーを流れる時間量を略等しく費やすことが有利であり得る。例えば、熱および物質移動は、液体の第1部分がチャンバー内で短時間を費やし液体の第2部分がチャンバー内で長時間を費やす条件下では不必要に減じられ得る。そのような条件下では、第1部分および第2部分の両方がチャンバー内で略等しい時間量を費やす場合よりも、第1部分および第2部分の混合物の温度はガス又はガス混合物の第2温度からはなれていく。従って、ある態様では、1つ以上のバッフルが、チャンバーを流れる液体の部分がチャンバーを流れる時間量を略等しく費やすよう液体流れを容易にするためにチャンバー内に位置付けられ得る。例えば、チャンバー内の1つ以上のバッフルは、アウトレットに位置する液体(例えばチャンバー内で長時間を費やしやすい液体)からインレットに位置する液体(例えばチャンバー内で短時間を費やしやすい液体)を空間的に離隔し得る。ある場合では、チャンバー内の1つ以上のバッフルは、略同じ長さを有するフローパスに沿った液体流れを容易にし得る。例えば、1つ以上のバッフルにより、液体の第1部分がチャンバーのインレットからチャンバーのアウトレットへ略短パスに沿って(例えば矩形断面を有するチャンバーの幅に沿って)移動することが回避され、および液体の第2部分がチャンバーのインレットからチャンバーのアウトレットへ略長パスに沿って(例えば矩形断面を有するチャンバーの長さに沿って)移動することが回避され得る。
ある場合では、チャンバーを流れる液体が費やす時間量を増やすことが有利であり得る。これにつき、特定の態様では、1つ以上のバッフルが、相対的に高いアスペクト比(例えばフローパスの平均幅に対するフローパスの平均長さの比)を有するフローパスに沿った液体流れを容易にするために単一チャンバー内に位置付けられ得る。例えば、ある場合では、1つ以上のバッフルが、チャンバーを流れる液体が少なくとも1.5、少なくとも2、少なくとも5、少なくとも10、少なくとも20、少なくとも50、少なくとも75、又は少なくとも100のアスペクト比を有するフローパスを進むように位置付けられ得る。
ある場合では、チャンバーを通じる液体フローパスのアスペクト比はチャンバーのアスペクト比よりも大きくあり得る。特定の場合では、液体フローパスのアスペクト比を増やすバッフルの存在は、略円形断面を有する装置等の相対的に低アスペクト比(例えば約1)の使用をし易くし得る。例えば、図12は(例えば底面で)略円形断面を有するチャンバー1200およびスパイラルバッフル1202の典型的な概略図を示す。操作時、液体は略円形断面の中心又は当該中心近傍に位置付けられた液体インレット(図示せず)を通じてチャンバー1200に入り得る。次いで、液体はスパイラルバッフル1202に沿って流れ、略円形断面の上端に位置付けられた液体アウトレット(図示せず)を通じてチャンバー1200を出ていき得る。チャンバー1200の略円形断面は約1のアスペクト比を有する一方、液体フローパスのアスペクト比は1よりも実質的に大きい(例えば約4.5)。追加例として、図13は(例えば底面で)略円形断面を有し、第1バッフル1302および第2バッフル1304を有して成るチャンバー1300の典型的な概略図を示す。操作時、液体は略円形断面の左上部に設けられた液体インレット(図示せず)を通じてチャンバー1300に入り得る。液体はまず矢印1306の方向に流れ得る。次いで、液体はバッフル1302の周囲を流れ、反対方向にすなわち矢印1308の方向に流れ得る。次いで、液体はバッフル1304の周囲を流れ、反対方向にすなわち矢印1310の方向に流れ、その後略円形断面の右下部に設けられた液体アウトレット(図示せず)を通じてチャンバー1300を出ていき得る。チャンバー1300の円形断面のアスペクト比は約1である一方、チャンバー1300を通じる液体フローパスのアスペクト比は1よりも実質的に大きい。
ある態様では、1つ以上のウェアーが、2つのチャンバー間の液体の流れを制御し又は方向付けるためにある形態でチャンバー内に位置付けられ得る。例えば、ウェアーが、例えばあるチャンバー領域の上方にある異なるチャンバーからの液体のストリームを受容する当該チャンバーの領域に隣接して又は囲むように位置付けられ得る。ある場合では、ウェアーは、液体がチャンバー外から例えば下方の異なるチャンバー内に流れ得るチャンバーの領域に隣接して又は囲むように位置付けられ得る。ある場合では、ウェアーは、チャンバーの1つ以上の壁と接触しないためにチャンバー内に位置付けられ得る。ある場合では、ウェアーはチャンバーの1つ以上の壁と接触するためにチャンバー内に位置付けられ得る。
1つ以上のウェアーはチャンバーの高さ未満である高さを有するように選択され得る。ある態様では、ウェアーの高さはチャンバー液相又は層の最大高さを決定し得る。例えば、第1チャンバー内の液体層がチャンバーの底面に沿って位置付けられたウェアーの高さを超える高さに達する場合、その際超過した液体層の少なくとも一部はウェアーを越えて流れ得る。ある場合では、超過した液体は隣接する第2チャンバー、例えば第1チャンバーの下方に位置付けられたチャンバー内に流れ得る。ある態様では、チャンバー内の少なくとも1つのウェアーは、約0.1m未満、約0.09m未満、約0.08m未満、約0.07m未満、約0.06m未満、約0.05m未満、約0.04m未満、約0.03m未満、約0.02m未満、約0.01m未満、又はある場合では約0.005m未満の高さを有し得る。ある態様では、チャンバー内の各ウェアーが、約0.1m未満、約0.09m未満、約0.08m未満、約0.07m未満、約0.06m未満、約0.05m未満、約0.04m未満、約0.03m未満、約0.02m未満、約0.01m未満、又はある場合では約0.005m未満の高さを有し得る。
ある態様では、1つ以上のウェアーは実質的に直線パスでチャンバーの長さを横切る液体の流れを促進するように位置付けられ得る。例えば、ウェアーがチャンバーの長さに沿った液体の流れを促進するよう、チャンバーは幅よりも大きい長さを有する断面形状(例えば略矩形断面)を有するように選択され得る。ある場合では、相互作用を最大化するためのチャンバーを横切るクロス流れを促進し、その結果、凝縮性流体の液相と蒸気相との間の熱および/又は物質移動を促進することが望ましい。
ある態様では、チャンバーは、チャンバーの底面に沿って位置付けられた第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成り得る。第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中の凝縮性流体のストリームがチャンバーの長さに沿って第1ウェアーから第2ウェアーまで流れ得るようにチャンバーの対向端にて長手方向に位置付けられ得る。そのような形態を有する気泡発生器システムの一例は図7Hに示される。図7Hでは、(複数の穿孔を有して成り得る)気泡発生器702は気泡発生器の一端に位置付けられた第1ウェアー704を有して成る。気泡発生器702は、第1バッフル704として気泡発生器の対向端部に位置付けられた第2ウェアー706および第3ウェアー708を更に有して成る。操作時、液体は気泡発生器に導入され、ウェアー704により囲まれた領域704aに流れ得る。追加の液体が導入され、領域704a中の液体の高さがウェアー704の高さを超えると、超過液体がウェアー704の上部を越えて流れ、気泡発生器702を横切って矢印710の方向に気泡発生器702の表面を横切って流れ得る。この時液体の高さがウェアー706および/又は708の高さを超えている場合、超過液体がウェアー706および/又はウェアー708の上部を越えて流れ、装置の別の箇所に流れ得る。ある場合では、超過液体は気泡発生器702の下方に位置付けられたチャンバーに流れ得る。
ある態様では、気泡カラム凝縮器は垂直なスタックに配置された複数のチャンバーを有して成り、1つ以上のウェアーおよび/又はバッフルが、液体がチャンバーの長さを横切って流れるように1つ以上のチャンバーに位置付けられ得る。ある場合では、チャンバーは、液体が隣接するチャンバーのため対向する方向に流れるように配置され得る。例えば、気泡カラム凝縮器は第1チャンバーおよび第2チャンバーを有して成り、液相中の凝縮性流体のストリームが第1チャンバーの長さに沿って第1方向におよび第2チャンバーの長さに沿って反対の第2方向に流れるように、1つ以上のウェアーおよび/又はバッフルが第1チャンバーおよび第2チャンバーのそれぞれに位置付けられ得る。例えば、図2Cは、気泡カラム凝縮器200が蒸気分配チャンバー244、チャンバー212を有して成る第1段210、およびチャンバー224を有して成る第2段220を有して成る形態を示す。液相中の凝縮性流体のストリームは液体インレット232を通じて凝縮器200に入り、液体ストリームは矢印246の方向に第2段220を横切って流れ得る。第2段220の垂直下方に位置付けられた第1段210では、第2段200からの超過液体ストリームが第1段10に入り、第1段210を横切って矢印248の方向に流れ得る。矢印248の方向は矢印246の反対方向である。第1段210の垂直下方に位置付けられた蒸気分配チャンバー244では、第1段210からの超過液体ストリームが矢印252の方向に流れ得る。矢印252の方向は矢印248の方向とは略反対方向であり、矢印246の方向と略同じ方向である。
ある態様では、第1ウェアーは(例えば液体インレットから又は第1ウェアーの上方の領域から)液体ストリームを受容するエリアに隣接して位置付けられ、第1ウェアーは、装置の別領域に超過液体を送出し得るアウトレット又は下降管に隣接して位置付けられた第2ウェアーから長手方向に対向する端部に位置付けられ得る。ある態様では、第1ウェアーおよび第2ウェアーは第1チャンバーと同じ端部に位置付けられ得る。
ある態様は、チャンバー内およびチャンバー間の液体流れを方向付けるためウェアーおよびバッフルの両方の使用を含む。ある場合では、バッフルは長手バッフルであり得る。ある場合では、バッフルは横断バッフル(例えば水平バッフル)であり得る。ある態様は図6に示される。図6では、長手バッフル604、ウェアー606およびウェアー608が気泡発生器602上に位置付けられる。ウェアー606およびウェアー608は気泡発生器602の第1端部に位置付けられる。長手バッフル604は気泡発生器602の長さに沿って気泡発生器の第1端部から対向する気泡発生器602の第2端部に向かって延在する。長手バッフル604の長さは気泡発生器の長さ未満であり、それにより長手バッフル604の端部と気泡発生器602の対向する第2端部との間に液体が流れるためのギャップが供される。
システム600の使用時、ウェアー606は液相中の凝縮性流体のストリームを受容し得る。液体はウェアー606により囲まれた領域606a内に存在し得る。追加の液体が導入され、包囲領域606a中の液体高さがウェアー606の高さを超過すると、超過液体はウェアー606の上部を越えて流れ、長手バッフル604により方向づけられるように矢印610の方向に気泡発生器602の長さに沿って流れ得る。次いで、液相は長手バッフル604とチャンバーの横壁との間のギャップを通じて気泡発生器602の幅を横切って流れ得る。次いで、液体は気泡発生器602の長さに沿って矢印610の方向とは反対の矢印612の方向に流れ得る。液体の高さがウェアー608の高さを超過すると、超過液体はウェアー608の上部を越えて装置の別の部分内に流れ得る。チャンバーは1つよりも多い長手バッフルを有して成り得ることは理解されよう。ある態様では、少なくとも1つの長手バッフル、少なくとも2つの長手バッフル、少なくとも3つの長手バッフル、少なくとも4つの長手バッフル、少なくとも5つの長手バッフル、少なくとも10この長手バッフル又はそれよりも多い長手バッフルがチャンバー内に配置される。ある態様では、チャンバーは1〜10の長手バッフル、1〜5の長手バッフル、又は1〜3の長手バッフルを有して成る。
ある場合では、少なくとも1つの横断バッフル、少なくとも2つの横断バッフル、少なくとも3つの横断バッフル、少なくとも4つの横断バッフル、少なくとも5つの横断バッフル、少なくとも10この横断バッフル又はそれよりも多い横断バッフルがチャンバー内に配置される。ある態様では、チャンバーは1〜10の横断バッフル、1〜5の横断バッフル、又は1〜3の横断バッフルを有して成る。
気泡カラム凝縮器は特定の用途に適した任意の形状を有し得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器は略円形、略楕円形、略四角形、略矩形、又は略三角形の断面を有し得る。気泡カラム凝縮器が略円形断面を有することが有利であり得ることは認識されている。ある場合では、略円形断面を有する気泡カラム凝縮器(例えば略円筒気泡カラム凝縮器)は異なる形状の断面(例えば略矩形断面)を有する気泡カラム凝縮器よりも製造し易い。例えば、特定の径(例えば約0.6m以下)を有する略円筒形状の気泡カラム凝縮器のため、予め製造されたパイプおよび/又はチューブが気泡カラムの壁を形成するために使用され得る。更に、略円筒形状の気泡カラム凝縮器はシートを曲げ単一の継ぎ目を接合することでシート材(例えばステンレス鋼)から製造され得る。対して、異なる形状の断面を有する気泡カラム凝縮器は1つより多い接合継ぎ目を有し得る(例えば略矩形断面を有する気泡カラム凝縮器は4つの接合継ぎ目を有し得る)。更に、略円形断面を有する気泡カラム凝縮器は異なる形状の断面(例えば略矩形断面)を有する気泡カラム凝縮器よりも少ない製造用材料を要し得る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器は略平行六面体形状、略矩形プリズム形状、略円筒形状、および/又は略ピラミッド形状を有する。
気泡カラム凝縮器は特定の用途に適した任意の大きさを有し得る。ある態様では、気泡カラム凝縮器の最大断面寸法は約10m未満、約5m未満、約2m未満、約1m未満、約0.5m未満、又は約0.1m未満であり得る。ある場合では、気泡カラム凝縮器の最大断面寸法は約0.01m〜約10m、約0.5m〜約5m、又は約1m〜約5mの範囲であり得る。
気泡カラム凝縮器の外部は任意の適当な材料を含んで成り得る。特定の態様では、気泡カラム凝縮器はステンレス鋼、アルミニウム、および/又はプラスチック(例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリカーボネート)を含んで成る。ある態様では、気泡カラム凝縮器から外部環境への熱損失を最小化することが有利であり得る。ある場合では、凝縮器の外部および/又は凝縮器の内部は断熱材を含んで成り得る。例えば、凝縮器は断熱材で少なくとも部分的に被覆され、カバーされ又は巻かれ得る。適当な断熱材の例としては限定されるものではないが、弾性発泡体、ファイバーガラス、セラミックファイバーミネラルウール、ガラスミネラルウール、フェノール類発泡体、ポリイソシアヌレート、ポリスチレン、およびポリウレタンが挙げられる。
上記で記載した特徴は気泡カラム凝縮器等の凝縮装置の文脈で説明されているが、記載した特徴の全て(例えば形状、アスペクト比、ウェアーおよび/又はバッフル等の存在)は気泡カラム加湿器等の加湿装置にも適用され得る。ある場合では、気泡カラム加湿器の使用は、気泡カラム凝縮器の使用が他のタイプの凝縮器と比べて有利であり得るという多くの同じ理由で他のタイプの加湿器(例えば充填層加湿器)の使用と比べて有利であり得る。例えば、気泡カラム加湿器は、他のタイプの加湿器と比べて改善された性能(例えば高い熱および/若しくは物質移動速度)並びに/又は減じられた製造および/若しくは材料コスト(例えば小さい寸法)により特徴づけられ得る。
特定の場合では、気泡カラム加湿器は複数の段を有して成る(例えば気泡カラム加湿器は多段気泡カラム加湿器である)。段は、ガスストリーム(例えば空気ストリーム)が連続して第1段、第2段、第3段等を流れるように配置され得る。ある態様では、各段は温度を有する液体層を含んで成り、段の液体層の温度は後段の温度よりも低くあり得る。例えば、3段気泡カラム加湿器では、第1段(垂直配置の気泡カラムの最下段)の液体層の温度は第2段の液体層の温度よりも低くあり得る。第2段の液体層の温度は第3段(垂直配置の気泡カラムの最上段)の液体層の温度よりも低くあり得る。各段内では、熱および物質は液体層からガスストリームの気泡へと移動され得る。
多段気泡カラム加湿器の操作を例示するため、図2Aに示す多段気泡カラム加湿器の典型的な態様の操作を説明する。ある態様によれば、図2Aの装置200は多段カラム加湿器である。気泡カラム加湿器200は、気泡カラム凝縮器の文脈で既に説明したコンポーネントの全て(例えば、液体層214および気泡発生器208を有して成る第1段210、液体層226および気泡発生器222を有して成る第2段220)を有して成る。しかしながら、液体層214および226は液相中の略純凝縮性流体に代えて塩含有水を含んで成る。更に、液体層214および226の塩含有水の温度は気泡カラム加湿器200を流れる第1ガス又はガス混合物の温度よりも高い。
操作時、ガス又はガス混合物は気泡発生器208を通じて移動し、それにより気泡が形成され得る。次いで、ガス又はガス混合物がガス又はガス混合物の温度よりも高い温度に維持された液体層214を通じて移動すると、熱および物質が液体層214の塩含有水からガス又はガス混合物の気泡へと移動され、それによりガス又はガス混合物が少なくとも部分的に加湿される。次いで、少なくとも部分的に加湿されたガス又はガス混合物は第1蒸気分配領域に移動し、気泡発生器222に入り、少なくとも部分的に加湿されたガス又はガス混合物の気泡が形成され得る。次いで、少なくとも部分的に加湿されたガス又はガス混合物の気泡が液体層214の温度よりも高い温度を有する液体層226に移動し、熱および物質が液体層226から少なくとも部分的に加湿されたガス又はガス混合物の気泡へと移動され、ガス又はガス混合物が更に加湿され得る。
気泡カラム加湿器は任意の適当な材料(例えば耐熱性および耐腐食性を有した材料)を含んで成り得る。適当な材料の例としては限定されるものではないが、塩素化塩化ビニル、ポリエチレン、ファイバーガラス補強プラスチック、チタン合金、ハステロイ(例えば耐腐食ニッケル合金)、超合金(例えばモリブデン系超合金)、および/又はエポキシ被覆金属が挙げられる。
ある態様は、外部熱交換器と流体連通するように配置された本明細書に記載された気泡カラム凝縮器を有して成るシステムに関する。そのような態様では、熱は凝縮器の液体アウトレットストリームから外部熱交換器を流れる冷却剤ストリームへと移動され得る。システムは、冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームが次いでインレットを通じて気泡カラム凝縮器に戻り、凝縮器の段内に液体層を形成するための液体として再使用され得るように構成され得る。この形態では、気泡カラム凝縮器内の液体層の温度は、各段で液体層の温度がガス又はガス混合物の温度よりも低い温度に維持されるように調整され得る。ある場合では、凝縮器内に設置されるよりはむしろ凝縮器の外部に設置される熱交換器は、本明細書に記載される凝縮器(例えば小さい寸法および/又は低レベルの液浴等を有する凝縮器)の使用を可能とし得る。ある場合では、熱交換器は凝縮器の液体アウトレットストリームから別の流体に吸収される熱を移動し得る。
図3Aは、管306および308を通じて外部熱交換器304に流体接続された気泡カラム凝縮器302を有して成るシステム300の典型的態様を示す。熱交換器304は操作に際して冷却剤を更に含んで成る。操作に際して、吸収熱量を含む凝縮器の液体アウトレットストリームは温度Tで管306を通じて凝縮器302を出ていき、外部熱交換器304に入る。熱は、凝縮器の液体アウトレットストリームから、凝縮器の液体アウトレットストリームの温度Tよりも低い温度Tで維持された冷却剤へと移動される。次いで、凝縮器の液体アウトレットストリームは、Tよりも小さい温度Tで管308を通じて熱交換器304を出ていき、管308を通じて凝縮器302に戻る。
熱交換器304は、任意には凝縮器の液体アウトレットストリームから別の流体ストリームへと吸収された熱を移動し得る。例えば、熱交換器のインレットストリーム(例えば熱交換器の冷却剤ストリーム)は温度Tで管310を通じて熱交換器に入り得る。熱交換器のインレットストリームが熱交換器304を通過すると、当該インレットストリームが凝縮器の液体アウトレットストリームから移された熱を吸収し得る。次いで、熱交換器のインレットストリームは、Tよりも高い温度Tで熱交換器のアウトレットストリームとして管312を通じて熱交換器304を出ていき得る。ある態様では、管308を流れる凝縮器の液体インレットストリームと管310を流れる熱交換器のインレットストリームは実質的に同一であり得る。他の態様では、凝縮器の液体インレットストリームと熱交換器のインレットストリームは異なり得る。ある場合では、熱交換器304を流れる凝縮器の液体アウトレットストリーム(例えば管306および308を流れるストリーム)と熱交換器の冷却剤ストリーム(例えば管310および312を流れるストリーム)は熱交換器304を通じて略平行方向に流れ得る。(図示する)他の態様では、熱交換器304を流れる凝縮器の液体アウトレットストリームと熱交換器の冷却剤ストリームは熱交換器304を通じて略非平行(例えば対向(又は反対;opposite))方向に流れ得る。
当該分野で知られている任意の熱交換器が使用され得る。適当な熱交換器の例としては限定されるものではないが、プレート・フレーム熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器、チューブアンドチューブ熱交換器、プレート熱交換器、プレートアンドシェル熱交換器等が挙げられる。具体的な態様では、熱交換器はプレート・フレーム熱交換器である。熱交換器は、第1流体流れおよび第2流体流れが熱交換器を流れるように構成され得る。ある場合では、第1流体流れおよび第2流体流れが略同一方向(例えば平行流れ)、略対向方向(例えばカウンタ流れ)、又は略直交方向(例えばクロス流れ)に流れ得る。ある場合では、第1流体ストリームは凝縮器を流れる流体ストリーム(例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム)を含んで成り得る。ある態様では、第2流体ストリームは冷却剤を含んで成り得る。第1流体流れおよび/又は第2流体流れは液体を含んで成り得る。ある態様では、熱交換器は液−液熱交換器であり得る。ある場合では、2つより多い流体ストリームが熱交換器を流れ得る。
冷却剤は熱を吸収および移動可能な任意の流体であり得る。典型的には、冷却剤は液体である。ある態様では、冷却剤は水を含んで成り得る。特定の場合では、冷却剤は塩含有水を含んで成り得る。例えば、加湿−除湿システムでは、熱交換器中の冷却剤ストリームは加湿器内に入る前に塩含有水を予熱するために使用され得る。
ある態様では、熱交換器は相対的に高い伝熱速度を示し得る。ある態様では、熱交換器は少なくとも約150W/(mK)、少なくとも約200W/(mK)、少なくとも約500W/(mK)、少なくとも約1000W/(mK)、少なくとも約2000W/(mK)、少なくとも約3000W/(mK)、少なくとも約4000W/(mK)、又はある場合では少なくとも約5000W/(mK)の熱伝導係数を有し得る。ある態様では、熱交換器は少なくとも約150W/(mK)〜少なくとも約5000W/(mK)、少なくとも約200W/(mK)〜約5000W/(mK)、少なくとも約500W/(mK)〜約5000W/(mK)、少なくとも約1000W/(mK)〜約5000W/(mK)、少なくとも約2000W/(mK)〜約5000W/(mK)、少なくとも約3000W/(mK)〜約5000W/(mK)、又は少なくとも約4000W/(mK)〜約5000W/(mK)の範囲の熱伝導係数を有し得る。
ある態様では、熱交換器は凝縮器の液体アウトレットストリームおよび/又は熱交換器を流れる他の流体の温度よりも低くあり得る。例えば、管306又は310中の熱交換器に入る流体と管308又は312を通じて熱交換器を出ていく流体の温度差はそれぞれ、少なくとも約5℃、少なくとも約10℃、少なくとも約15℃、少なくとも約20℃、少なくとも約30℃、少なくとも約40℃、少なくとも約50℃、少なくとも約60℃、少なくとも約70℃、少なくとも約80℃、少なくとも約90℃、少なくとも約100℃、少なくとも約150℃、又はある場合では少なくとも約200℃であり得る。ある態様では、熱交換器に入る流体と熱交換器を出ていく流体の温度差は、約5℃〜約30℃、約5℃〜約60℃、約5℃〜約90℃、約10℃〜約30℃、約10℃〜約60℃、約10℃〜約90℃、約20℃〜約60℃、約20℃〜約90℃、約20℃〜約200℃、約30℃〜約60℃、約30℃〜約90℃、約40℃〜約200℃、約60℃〜約90℃、約60℃〜約200℃、約80℃〜約200℃、約100℃〜約200℃、又は約150℃〜約200℃の範囲であり得る。
ある態様では、任意の外部加熱デバイスは気泡カラム凝縮器および/又は外部熱交換器と流体連通するように配置され得る。特定の場合では、加熱デバイスは、操作時に凝縮器の液体アウトレットストリームが熱交換器に入る前に加熱デバイス中で加熱されるように配置され得る。そのような配置により、有利には凝縮器の液体アウトレットストリームから熱交換器を流れる別の流体ストリームに移動される熱量が増加され得る。例えば、加湿−除湿システムで、熱が、塩含有水ストリームの加湿器内への進入前に凝縮器の液体アウトレットストリームから塩含有水ストリーム(例えばブラインストリーム)に移動され得る。
加熱デバイスは流体ストリーム(例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム)に熱を移動可能な任意のデバイスであり得る。ある場合では、加熱デバイスは熱交換器である。当該分野で知られている任意の熱交換器が使用され得る。適当な熱交換器の例としては限定されるものではないが、プレート・フレーム熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器、チューブアンドチューブ熱交換器、プレート熱交換器、プレートアンドシェル熱交換器等が挙げられる。具体的な態様では、熱交換器はプレート・フレーム熱交換器である。熱交換器は、第1流体流れおよび第2流体流れが熱交換器を流れるように構成され得る。ある場合では、第1流体流れおよび第2流体流れが略同一方向(例えば平行流れ)、略対向方向(例えばカウンタ流れ)、又は略直交方向(例えばクロス流れ)に流れ得る。第1流体流れおよび/又は第2流体流れは液体を含んで成り得る。ある場合では、第1流体ストリームは凝縮器を流れる流体ストリーム(例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム)を含んで成り得る。ある場合では、第2流体ストリームは加熱流体を含んで成り得る。加熱流体は熱を吸収および伝えることが可能な任意の流体であり得る。ある態様では、加熱流体は水を含んで成る。特定の場合では、加熱流体は高温の加圧水を含んで成る。特定の態様では、熱は第2流体ストリーム(例えば加熱流体)から熱交換器中の第1ストリーム(例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム)に移動され得る。ある場合では、2つより多い流体ストリームが熱交換器を流れ得る。
ある態様では、加熱デバイスは熱回収デバイスである。熱回収デバイスは熱エネルギー(例えば天然ガスの燃焼形態で、ソーラーエネルギー、発電所からの廃熱、又は燃焼排ガスからの廃熱)を保存および/又は活用するように構成され得る。特定の場合では、加熱デバイスは電気エネルギーを熱エネルギーに変換するように構成されている。例えば、加熱デバイスは電気ヒーターであり得る。
ある態様では、加熱デバイスは凝縮器の液体アウトレットストリームおよび/又は加熱デバイスを流れる他の流体ストリームの温度を増加し得る。例えば、加熱デバイスに入る流体と加熱デバイスを出ていく流体の温度差はそれぞれ、少なくとも約5℃、少なくとも約10℃、少なくとも約15℃、少なくとも約20℃、少なくとも約30℃、少なくとも約40℃、少なくとも約50℃、少なくとも約60℃、少なくとも約70℃、少なくとも約80℃、又はある場合では少なくとも約90℃であり得る。ある態様では、加熱デバイスに入る流体と熱交換器を出ていく流体の温度差は、約5℃〜約30℃、約5℃〜約60℃、約5℃〜約90℃、約10℃〜約30℃、約10℃〜約60℃、約10℃〜約90℃、約20℃〜約60℃、約20℃〜約90℃、約30℃〜約60℃、約30℃〜約90℃、又は約60℃〜約90℃の範囲であり得る。ある態様では、加熱デバイス中で加熱される流体ストリーム(例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム)の温度は流体ストリームの沸点よりも低いままである。
ある態様では、任意の外部冷却デバイスは気泡カラム凝縮器および/又は外部熱交換器と流体連通するように配置され得る。特定の場合では、冷却デバイスは、操作時に熱交換器のアウトレットストリーム(例えば冷却された凝縮器の液体アウトレットストリーム)が気泡カラム凝縮器に戻る前に冷却デバイス中で冷却されるように配置され得る。
冷却デバイスは、概して流体ストリーム(例えば液体ストリーム、ガスストリーム)から熱を取り除くことが可能な任意のデバイスを指す。ある態様では、冷却デバイスは熱交換器である。熱交換器は、第1流体流れおよび第2流体流れが熱交換器を流れるように構成され得る。ある場合では、第1流体流れおよび第2流体流れが略同一方向(例えば平行流れ)、略対向方向(例えばカウンタ流れ)、又は略直交方向(例えばクロス流れ)に流れ得る。ある場合では、熱は第1流体ストリームから第2流体ストリームに移動される。特定の態様では、冷却デバイスは液−気熱交換器である。特定の場合では、第1流体ストリームは、凝縮器と熱交換器との間を流れる凝縮器の液体(例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム)のループの部分である流体ストリームを含んで成り得る。ある場合では、第2流体ストリームは冷却剤を含んで成り得る。冷却剤は熱を吸収又は移動可能な任意の流体であり得る。ある態様では、冷却剤はガスを含んで成る。ある場合では、ガスは空気(例えば外気)を含んで成り得る。冷却剤として空気を含んで成る熱交換器は、概して空気冷却熱交換器と呼ばれ得る。ある場合では、2つよりも多い流体ストリームが冷却デバイスを流れる。ある態様では、冷却デバイスはドライ冷却器、チラー、ラジエーター又は流体ストリームから熱を除去可能な任意の他のデバイスであり得ることは留意する必要がある。
ある場合では、冷却デバイスは熱交換器のアウトレットストリームの温度を減じ得る。ある態様では、冷却デバイスは、熱交換器のアウトレットストリームの温度を少なくとも約5℃、少なくとも約10℃、少なくとも約15℃、少なくとも約20℃、少なくとも約30℃、少なくとも約40℃、少なくとも約50℃、少なくとも約60℃、少なくとも約70℃、少なくとも約80℃、又はある場合では少なくとも約90℃まで減じる。ある態様では、冷却デバイスは、熱交換器のアウトレットストリームの温度を約5℃〜約30℃、約5℃〜約60℃、約5℃〜約90℃、約10℃〜約30℃、約10℃〜約60℃、約10℃〜約90℃、約20℃〜約30℃、約20℃〜約60℃、約20℃〜約90℃、約30℃〜約60℃、約30℃〜約90℃、又は約60℃〜約90℃の範囲まで減じる。
図3Bは、気泡カラム凝縮器302、外部熱交換器304、外部加熱デバイス314、および外部冷却デバイス316を有して成り、それぞれが相互に流体連通しているシステム300の典型的態様を示す。加熱デバイス314は液体管306を通じて凝縮器302と流体連通するように配置されている。また、加熱デバイス314は液体管318を通じて熱交換器304と流体連通するように配置されている。加熱デバイス314との流体連通に加えて、熱交換器304は液体管320を通じて冷却デバイス316と流体連通するように配置されている。冷却デバイス316は液体管308を通じて凝縮器302と流体連通するように配置されている。
典型的な態様では、操作時、凝縮器の液体アウトレットストリームは温度Tで管306を通じて凝縮器302を出ていき、加熱デバイス314に入る。熱は、凝縮器の液体アウトレットストリームが加熱デバイス314を流れる際、凝縮器の液体アウトレットストリームに伝わる。凝縮器の液体アウトレットストリームは、温度Tよりも高い温度Tで加熱デバイスのアウトレットストリーム(例えば加熱された凝縮器の液体アウトレットストリーム)として加熱デバイス314を出ていく。次いで、加熱デバイスのアウトレットストリームは管318を通じて熱交換器304に流れる。熱交換器304では、熱は、加熱デバイスのアウトレットストリームから管310および312を通じて熱交換器304を流れる別の流体ストリーム(例えば塩含有水ストリーム)に移動される。加熱デバイスのアウトレットストリームは、温度Tよりも低い温度Tで熱交換器のアウトレットストリームとして熱交換器304を出ていく。次いで、熱交換器のアウトレットストリームは液体管を通じて冷却デバイス316に流れる。ある態様では、熱交換器のアウトレットストリームが冷却デバイス316を流れると、熱交換器のアウトレットストリームからの熱は、管322および324を通じて冷却デバイス316を流れる別の流体ストリーム(例えば空気ストリーム)に移動される。次いで、熱交換器のアウトレットストリームは、Tよりも小さい温度Tで冷却デバイスのアウトレットストリームとして冷却デバイス316を出ていく。次いで、温度Tの冷却デバイスのアウトレットストリームが管308を通じて凝縮器302に戻る。
ある態様では、気泡カラム凝縮器は脱塩システムで使用され得る。ある態様では、脱塩システムは加湿−除湿(HDH)システムであり得る。そのようなシステムでは、凝縮器(例えば気泡カラム凝縮器)は、加湿されたガスストリームから略純水を凝縮するための除湿器として作用し得る。HDHシステムでの除湿器としての気泡カラム凝縮器の使用は、気泡カラム凝縮器等の直接接触型の凝縮器が表面凝縮器等の他のタイプの凝縮器よりも相対的に高い伝熱効果を示すため有利であり得る。ある態様では、HDHシステムは熱交換器を有して成る。特定の場合では、熱交換器は、凝縮器を流れる流体ストリーム(例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム)から加湿器を流れる流体ストリーム(例えば加湿器の液体インレットストリーム)への熱の移動をし易くする。例えば、熱交換器は、有利には凝縮器の液体アウトレットストリームからエネルギーが回収され、HDHシステムの加湿器内への加湿器の液体インレットストリームの進入前に加湿器の液体インレットストリーム(例えば塩含有水ストリーム)を予熱するためにエネルギーが使用されることを可能とし得る。例えば、これは塩含有水ストリームを加熱するための追加の加熱デバイスの必要性を回避し得る。又は、加熱デバイスが使用される場合、凝縮器の液体アウトレットストリームからのエネルギー回収のための熱交換器の存在により、塩含有水ストリームに適用されるのに要する熱量が低減され得る。ある態様では、熱交換器は外部熱交換器である。上記のとおり、外部熱交換器の使用は有利には本明細書に記載される気泡カラム凝縮器(例えば小さい寸法および/又は低レベルの液浴等を有する凝縮器)の使用を可能とし得る。ある態様では、熱交換器は内部熱交換器である。例えば、内部熱交換器は気泡カラム凝縮器内に設けられたチューブコイルを有して成り得る。チューブコイルは、チューブコイルの少なくとも一部が気泡カラム凝縮器の段内の液体層と熱接触するように位置付けられ得る。複数の段を有して成り各段が液体層を有して成る多段気泡凝縮器では、チューブコイルは、各液体層がチューブコイルの少なくとも一部と熱接触するように位置付けられ得る。ある場合では、冷却剤(例えば塩含有水ストリーム)は内部熱交換器(例えばチューブコイル)を流れ、熱が気泡カラム凝縮器の液体層から冷却剤へと移動され得る。
HDHシステムの他の例は、2009年9月4日に出願され“減圧下での水分離”と題されたElsharqawyらによる米国特許第8,292,272号、2012年9月21日に出願され“減圧下での蒸気コンポーネントの分離”と題されたElsharqawyらによる米国特許第8,465,006号、2009年10月5日に出願され“変圧下での水分離”と題されたGovindanらによる米国特許第8,252,092号、2012年7月16日に出願され“結合熱および物質変化デバイスの熱力学的平衡”と題されたGovindanらによる米国特許第8,496,234号、2011年9月23日に出願され“気泡カラム蒸気混合物凝縮器”と題されたGovindanらによる米国特許公報第2013/0074694号、米国特許出願番号第13/548,166号として2012年7月12日に出願され“気泡カラム蒸気混合物凝縮器”と題されたGovindanらによる米国特許公報第2013/0075940号、および2013年6月12日に出願され“多段気泡カラム加湿器”と題されたGovindanらによる米国特許出願番号第13/916,038号に記載され、その内容の全てが参照することにより全ての目的のため本明細書に組み入れられる。
HDHシステムの典型的な態様は図4Aに示される。システム400は、加湿器402、除湿器404、熱交換器406、塩含有水のリザーバー408、および純水のリザーバー410を有して成る。加湿器402および除湿器404はガス管420および422を通じて流体連通するように配置されている。ある態様では、システム400は、加湿器402と除湿器404との間を循環するキャリアガスストリームを有した閉鎖ループシステムである。ある場合では、キャリアガスストリームは非凝縮性ガスを含んで成り得る。キャリアガスストリームに加えて、様々な液体ストリームがシステム400を通じて循環される。ある場合では、ストリームは、海水、汽水、食塩水、ブラインおよび/又は工業廃水等の塩含有水を含んで成り得る。システム400では、塩含有水のリザーバー408は液体管412を通じて熱交換器406と、液体管418を通じて加湿器402と流体連通するように配置される。また、加湿器402は液体管414および416を通じて熱交換器406と流体連通するように配置される。ある態様では、加湿器は、液体インレットが加湿器の第1端(例えば上端)に位置付けられ、ガスインレットが加湿器の反対側の第2端(例えば下端)に位置付けられるように構成される。そのような形態は、有利には高熱効率をもたらし得る。ある態様では、加湿器は、キャリアガスストリーム(例えば乾燥空気)を塩含有水ストリームと直接接触させるように構成されており、それにより加湿器のガスインレットから受容されるガスと比べて水が豊富な蒸気含有加湿器のガスアウトレットストリームが生成される。また、加湿器402は加湿器の液体アウトレットストリームを生成し得る。当該液体アウトレットストリームの一部はリザーバー408に戻され、その一部は加熱されるために熱交換器406に流され、加湿器に再導入される。当業者に知られているいかなる加湿器も本明細書に記載された態様の文脈で活用され得る。特定の態様によれば、加湿器は充填層加湿器であり得る。例えば、ある態様では、キャリアガスが加湿チャンバーを通じて移動し、塩含有水と接触される間にキャリアガスの加湿は、充填材(例えば、塩化ポリビニル充填材又はガラス充填されたポリプロピレン充填材)を介して加湿器の上部に設けられた1つ以上のノズルから塩含有水をスプレーすることで達成され得る。ある態様では、充填材はキャリアガスと接触する塩含有水ストリームの表面積を増大させ、それにより、キャリアガス内に気化される水の一部を増大させ得る。ある態様では、加湿器は気泡カラム加湿器であり得る。ある場合では、気泡カラム加湿器の使用は他のタイプの気泡カラム加湿器(例えば充填層加湿器)の使用が好ましいことは認識されている。例えば、気泡カラム加湿器は改善された性能(例えば高い熱および/若しくは物質移動速度、高い熱力学的効果)並びに/又は減じられた製造および/若しくは材料コスト(例えば小さい寸法)により特徴づけられ得る。
ある態様では、除湿器404は本明細書に記載された気泡カラム凝縮器である。ある態様では、凝縮器404は管430を通じてリザーバー410と流体連通している。また、凝縮器404は管426および428を通じて熱交換器406と流体連通し得る。熱交換器406は本明細書で記載するように当該分野で知られている任意の熱交換器であり得る。ある態様では、熱交換器は、第1流体ストリームおよび第2流体ストリームが略対向方向(例えばカウンタ流れ)に熱交換器を流れるように構成されている。例えば、図4Bはカウンタ流れデバイスとしての熱交換器406を示す。熱交換器は代替的には平行流れデバイスであってよく、第1流体ストリームおよび第2流体ストリームが略同一方向に流れるように構成され得る。図4Aは平行流れデバイスとしての熱交換器406を示す。ある態様では、熱交換器はクロス流れデバイスであり、熱交換器は、第1流体ストリームおよび第2流体ストリームが略垂直方向に流れるように構成される。ある場合では、熱交換器は液−液熱交換器である。典型的な態様では、熱交換器はプレート・フレーム熱交換器である。特定の態様では、熱交換器406は任意の管424を通じてリザーバー410と流体連通している。図4Aに示す典型的な態様では、操作時、塩含有水ストリームはリザーバー408から管412を通じて加湿器402に入る前に加熱される(例えば“予熱される”)ために熱交換器406へと流れる。次いで、予熱された塩含有水ストリームは熱交換器406から管414を通じて加湿器402に移動する。ある場合では、予熱された塩含有水ストリームの第1部分は熱交換器406から加湿器402へと流れ、任意には予熱された塩含有水ストリームの第2部分がシステムから排出されおよび/又はシステムの別の部分へ送られる(;routed)。別に、予熱された塩含有水ストリームの流れ方向とは反対の方向に、凝縮器404により供されるキャリアガスストリームが加湿器402に流される。加湿器402では、予熱された塩含有水ストリームよりも低い温度であるキャリアガスストリームは予熱された塩含有水ストリームにより加熱され加湿される。加湿されたキャリアガスストリームは加湿器402を出ていき、ガス管420を通じて除湿器4040へと流れる。塩含有水ストリームの一部は管418を通じてリザーバー408に戻り、一部は液体管414を通じて加湿器402に戻される前に予熱されるように液体管416を通じて熱交換器406に流れる。
次いで、加湿されたキャリアガスストリームは気泡カラム凝縮器404に流される。気泡カラム凝縮器内の加湿されたキャリアガスストリームに対する向流流れは、管426を通じて熱交換器406から気泡カラム凝縮器404へと流れる凝縮器液体ストリームである。ある態様では、凝縮器の液体ストリームは実質的に純水であり得る精製水を含んで成る。ある場合では、熱交換器406を流れた凝縮器の液体ストリームの第1部分は気泡カラム凝縮器404に流され、任意には熱交換器406を流れた凝縮器の液体ストリームの第2部分はシステムから排出されおよび/又はシステムの別の部分へ送られる。凝縮器の液体ストリームの一部がシステムから排出される場合では、液体ストリームが排出される速度は、システム中の水の一定体積を維持するために液体が凝縮される速度と略同じである。気泡カラム凝縮器404では、加湿されたキャリアガスストリームは本明細書で記載されるように凝縮プロセスを受ける。熱および物質は加湿されたキャリアガスストリームから凝縮器の液体ストリームに移動され、除湿されたキャリアガスストリームおよび凝縮器の液体アウトレットストリームが生成される。除湿されたガスストリームは本明細書で記載するような使用のためガス管422を通じて加湿器402に戻される。ある態様では、凝縮器の液体アウトレットストリームの一部は液体管430を通じてリザーバー410に流される。リザーバー410内に回収される精製水は例えば飲用、作物散水、洗浄/清掃、料理、工業用利用のため等に使用され得る。リザーバー410に流されない凝縮器の液体アウトレットストリームの残余部は液体管428を通じて熱交換器406に戻される。本明細書に記載するように、凝縮器の液体アウトレットストリームからの熱は液体管412、414および416を流れる塩含有水ストリームに伝えられ得る。熱交換器406を流れた後、次いで凝縮器の液体アウトレットストリームは液体管426を流れ、再使用のため凝縮器404に戻る。
ある態様では、HDHシステムは任意には1つ以上の加熱デバイスを有して成る。2つの加熱デバイスを有して成るHDHシステムの典型的な態様は図4Cに示される。図4Cでは、第1加熱デバイス432が液体管436を通じて熱交換器406と流体連通し、液体管414を通じて加湿器402と流体連通するように配置される。第2加熱デバイス434が液体管438を通じて熱交換器40と流体連通し、液体管428を通じて凝縮器404と流体連通するように配置される。第1加熱デバイスおよび第2加熱デバイスは流体ストリームに熱を伝えることが可能な任意のデバイスであり得る。ある態様では、第1加熱デバイスおよび/又は第2加熱デバイスは熱交換器である。熱交換器は本明細書で記載するように当該分野で知られた任意の熱交換器(例えばプレート・フレーム熱交換器)であり得る。ある態様では、第1加熱デバイスおよび/又は第2加熱デバイスは熱回収デバイスである。ある場合では、熱回収デバイスは熱エネルギー(例えば天然ガスの燃焼形態で、ソーラーエネルギー、発電所からの廃熱、又は燃焼排ガスからの廃熱)を保存および/又は活用するように構成され得る。特定の場合では、加熱デバイス(例えば、電気ヒーター)は電気エネルギーを熱エネルギーに変換するように構成されている。
ある態様では、第1加熱デバイスおよび/又は第2加熱デバイスは第1加熱デバイスおよび/又は第2加熱デバイスを流れる流体ストリームの温度を増加させ得る。例えば、第1加熱デバイスおよび/又は第2加熱デバイスに入る流体ストリームと第1加熱デバイスおよび/又は第2加熱デバイスを出ていく流体ストリームの温度差は、少なくとも約5℃、少なくとも約10℃、少なくとも約15℃、少なくとも約20℃、少なくとも約30℃、少なくとも約40℃、少なくとも約50℃、少なくとも約60℃、少なくとも約70℃、少なくとも約80℃、又はある場合では少なくとも約90℃であり得る。ある態様では、第1加熱デバイスおよび/又は第2加熱デバイスに入る流体ストリームと第1加熱デバイスおよび/又は第2加熱デバイスを出ていく流体ストリームの温度差は、約5℃〜約30℃、約5℃〜約60℃、約5℃〜約90℃、約10℃〜約30℃、約10℃〜約60℃、約10℃〜約90℃、約20℃〜約60℃、約20℃〜約90℃、約30℃〜約60℃、約30℃〜約90℃、又は約60℃〜約90℃の範囲であり得る。
操作に際して、塩含有水ストリームはまず熱交換器406を流れ得る。熱交換器406では、熱は別の流体ストリーム(例えば凝縮器の液体ストリーム)から塩含有水ストリームに伝わり得、それにより加熱された塩含有水ストリームがもたらされ得る。次いで、加熱された塩含有水ストリームは液体管436を通じて加熱されるために第1加熱デバイス432に流され得、それにより更に加熱された塩含有水ストリームがもたらされ得る。次いで、更に加熱された塩含有水ストリームは加湿器402に流され得る。
反対方向では、除湿器404を出ていく凝縮器の液体ストリームが液体管428を通じて加熱される第2加熱デバイス434に流れ得、それにより、加熱された凝縮器の液体ストリームがもたらされ得る。次いで、加熱された凝縮器の液体ストリームは液体管438を通じて熱交換器406に流れるように方向づけられ得、熱が加熱された凝縮器の液体ストリームから塩含有水ストリームに移動され、それにより冷却された凝縮器の液体ストリームがもたらされ得る。次いで、冷却された凝縮器の液体ストリームは液体管426を通じて凝縮器404に戻され得る。
図4Cは第1加熱デバイスおよび第2加熱デバイスを示しているが、第1および第2加熱デバイスはHDHシステム内に独立して存在してもよく又は存在していなくてよい。ある態様では、第1加熱デバイスは、塩含有水ストリームが熱交換器を流れた後当該ストリームを更に加熱する。ある態様では、第2加熱デバイスは、凝縮器の液体ストリームが熱交換器を流れる前に凝縮器の液体ストリームを加熱する。ある場合では、第1加熱デバイスが塩含有水ストリームを加熱し、第2加熱デバイスが凝縮器の液体ストリームを加熱する。ある態様では、単一の加熱デバイスが第1加熱デバイスおよび第2加熱デバイスとして機能し、塩含有水ストリームおよび凝縮器の液体ストリームの両方を加熱し得る。更に、HDHシステム400内に任意の数の加熱デバイスがあってよい。
ある場合では、加湿器は気泡カラム凝縮器から実質的に熱的に分離され得る。本明細書で使用される際、実質的な熱分離とは、概して例えば共有の伝熱壁を介し加湿器と気泡カラム凝縮器との間で直接の伝導伝熱がほとんど無いような形態を指す。しかしながら、そのような形態は加湿器と凝縮器との間での(ガスおよび/又は液体流れを通じた)熱エネルギーを運ぶ物質流れを生じさせないものではないことは理解されるべきである。
当業者は、当業者の知識および技能と結合させた本明細書の教示および助言を前提とし所望の性能で本明細書に記載されたHDHシステムを操作するための適当な条件を選択することが可能である。ある態様では、加湿および/又は除湿チャンバー内の圧力はおおよそ大気圧である。特定の態様によれば、加湿および/又は除湿チャンバー内の圧力は約90,000Pa未満である。ある態様では、加湿器内の圧力はおおよそ大気圧未満であることが望ましい。ある場合では、加湿器内の圧力が下がると、加湿されたキャリアガスがより多くの水蒸気を運ぶことが更に可能となり、キャリアガスが凝縮器内で除湿されると実質的な純水の生成を増大させることが可能となる。特定の理論に拘束されるものではないが、この効果は、湿り空気中の乾燥空気量に対する水蒸気量の比を指す湿度比が大気圧よりも低い圧力で高いことにより説明され得る。当業者は、HDHシステムのコンポーネントのため適当な温度および流速条件を選択することが可能である。ある態様では、選択条件は気泡カラム凝縮器の本明細書で記載された範囲内であり得る。
ある態様によれば、ガス流れの一部は加湿器内の少なくとも1つの中間位置から取り出され、気泡カラム凝縮器内の少なくとも1つの中間位置内に注入される。中間アウトレット(例えば取り出し部)で加湿器から出ていくガス流れの一部は加湿器の全体を通過しないため、中間アウトレットでのガス流れの温度は加湿器の主たるガスアウトレットでのガス流れの温度よりも低くなり得る。取り出しポイント(例えばアウトレット)の位置および/又は注入ポイント(例えばインレット)はシステムの熱効率を増大させるように選択され得る。例えば、ガス(例えば空気)は低温よりも高温で蒸気量を増大させ、および高蒸気量を有したガスの熱容量は低蒸気量を有したガスの熱容量よりも高くなり得るため、少ないガスを加湿器および/又は気泡カラム凝縮器の高温エリアで使用して、ガス(例えば空気)と液体(例えば水)ストリームの熱容量割合比がより平衡にされ得る。中間位置での取り出しおよび/又は注入は、有利にはガス質量流量(;gas mass flows)および高い熱回収を可能とし得る。例えば、180Fの最上湿り空気温度を有した加湿器からの160Fでの30%の中間取り出しおよび8段気泡カラム中の第2段後の注入は約40%〜約50%分エネルギー消費を減じ得る。
ある態様では、ある操作条件下で取り出しはHDHシステムの熱効率性を増大させないことが認識されるべきである。更に、中間位置での取り出しと関連した問題があるかもしれない。例えば、取り出しはシステムの水生成速度を減じ、取り出しと関連した著しい金銭上のコスト(例えば器具、管、絶縁物および/又は液滴分離と関連したコスト)があるかもしれない。従って、ある場合では、取り出しをすることなくシステムを作製および/又は操作することが有利であり得る。
ある態様では、HDHシステムは任意の冷却デバイスを更に有して成る。冷却デバイスは本明細書で記載するように流体ストリームから熱を取り除くことが可能な任意のデバイスであり得る。ある態様では、冷却デバイスは熱交換器である。熱交換器は、第1流体流れおよび第2流体流れが熱交換器を流れるように構成され得る。ある場合では、第1流体流れおよび第2流体流れが略同一方向(例えば平行流れ)、略対向方向(例えばカウンタ流れ)、又は略直交方向(例えばクロス流れ)に流れ得る。ある場合では、熱は第1流体ストリームから第2流体ストリームに移動される。特定の態様では、冷却デバイスは液−気熱交換器である。特定の場合では、第1流体ストリームは、凝縮器と熱交換器との間を流れる凝縮器の液体(例えば凝縮器の液体アウトレットストリーム)のループの部分である流体ストリームを含んで成り得る。ある場合では、第2流体ストリームは冷却剤を含んで成り得る。冷却剤は熱を吸収又は移動可能な任意の流体であり得る。ある態様では、冷却剤はガスを含んで成る。ある場合では、ガスは空気(例えば外気)を含んで成り得る。冷却剤として空気を含んで成る熱交換器は、概して空気冷却熱交換器と呼ばれ得る。ある場合では、2つよりも多い流体ストリームが冷却デバイスを流れる。ある態様では、冷却デバイスはドライ冷却器、チラー、ラジエーター又は流体ストリームから熱を除去可能な任意の他のデバイスであり得ることは留意する必要がある。
ある場合では、HDHシステム内の冷却デバイスの存在により有利にはHDHシステム内で回収される水量が増大され得る。冷却デバイスが存在しないと、除湿器に入る淡水ストリームは冷却される塩含有水ストリームに対する熱の移動を通じて熱交換器中で冷却され得る。その結果、冷却デバイスが存在しないと、除湿器を流れる淡水ストリームの温度はブラインストリームの温度により制限され得る。冷却デバイスが存在すると、除湿器に入る淡水の温度はブラインストリームの温度によりもはや制限されず、低温が達成され得る。空気は低温で蒸気が少ない状態を保持するため、より多い水が低温で回収され得る。ある場合では、冷却デバイスは少なくとも約5%、少なくとも約10%、少なくとも約20%、少なくとも約30%、少なくとも約40%、又は少なくとも約50%分水生成を増加させ得る。ある場合では、冷却デバイスを含めることで、有利には付随する電気消費の増加を最小にしつつ水生成が増加され得る。
ある態様では、冷却デバイスを流れるある流体ストリームは凝縮器の液体ストリームである。ある場合では、凝縮器の液体ストリームは実質的に純水であり得る精製水を含んで成り得る。例えば、凝縮性の液体ストリームは凝縮器と熱交換器との間を流れる凝縮器の液体(例えば精製水)のループの一部を含んで成り得る。特定の態様では、冷却デバイスを流れるある流体ストリームは空気(例えば外気)を含んで成る。ある場合では、冷却デバイスは、凝縮器の液体ストリームが熱交換器を流れた後冷却デバイスを流れるように配置され得る。ある場合では、冷却デバイスは、凝縮器の液体ストリームが除湿器(例えば気泡カラム凝縮器)を流れる前に冷却デバイスを流れるように配置され得る。
ある場合では、冷却デバイスは凝縮器の液体ストリームの温度を減じる。ある態様では、冷却デバイスは凝縮器の液体ストリームの温度を少なくとも約5℃、少なくとも約10℃、少なくとも約15℃、少なくとも約20℃、少なくとも約30℃、少なくとも約40℃、少なくとも約50℃、少なくとも約60℃、少なくとも約70℃、少なくとも約80℃、又はある場合では少なくとも約90℃まで低減する。ある態様では、冷却デバイスは凝縮器の液体ストリームの温度を約5℃〜約30℃、約5℃〜約60℃、約5℃〜約90℃、約10℃〜約30℃、約10℃〜約60℃、約10℃〜約90℃、約20℃〜約60℃、約20℃〜約90℃、約30℃〜約60℃、約30℃〜約90℃、又は約60℃〜約90℃の範囲まで低減する。
冷却デバイスを有して成るHDHシステムの典型的な態様は図9に示される。図9では、HDHシステム900は加湿器902、除湿器904、塩含有水の第1リザーバー906、塩含有水の第2リザーバー908、精製水のリザーバー910、熱交換器912、任意の第1加熱デバイス914、任意の第2加熱デバイス916、および冷却デバイス918を有して成る。加湿器902および除湿器904はガス管930および932を通じて流体連通するように配置されている。除湿器904との流体連通に加えて、加湿器902は液体管934を通じて塩含有水の第2リザーバー908と流体連通するように配置されている。また、加湿器902は、液体管936を通じて熱交換器912と、液体管940を通じて任意の第1加熱デバイス914と流体連通するように配置されている。加湿器902との流体連通に加えて除湿器904は、液体管942を通じて精製水のリザーバー910と、液体管944を通じて任意の第2加熱デバイス916と、液体管950を通じて冷却デバイス918と流体連通するように配置されている。除湿器904は本明細書で記載されるように気泡カラム凝縮器であり得る。ある態様では、冷却デバイス918は液体管948を通じて熱交換器912と流体連通するように配置されている。また、冷却デバイス918は、ガス管952および954を通じてガスストリーム(例えば空気ストリーム)と流体連通するように配置されている。塩含有水の第1リザーバー906は、液体管956を通じて熱交換器912と流体連通するように配置されている。また、塩含有水の第1リザーバー906は、図9に示されていない(例えばオイルおよび/又はガス生成物からの)塩含有水の外源に流体接続され得る。
操作時、塩含有水ストリームは塩含有水の第1リザーバー906から熱交換器912に流れ得る。熱は別の流体ストリーム(例えば凝縮器の液体ストリーム)から塩含有水ストリームに伝わり、加熱された塩含有水ストリームがもたらされ得る。次いで、加熱された塩含有水ストリームは更に加熱されるために液体管938を通じて任意の第1加熱デバイス914に流れ得る。更に加熱された塩含有水ストリームは液体管940を通じて加湿器902に流れるように方向付けられ得る。加湿器902では、水の少なくとも一部が塩含有水ストリームに向流となっている加湿器902を流れるキャリアガスストリームに気化され得る。気化されない残留塩含有水の第1部分はその際液体管934を通じて塩含有水の第2リザーバー908に流れ得る。気化されない残留塩含有水の第2部分はその際液体管936を通じて熱交換器912に再循環され得る。
キャリアガスストリームは塩含有水ストリームとは反対の方向に流れ得る。キャリアガスストリームは加湿器902に入り、加熱された塩含有水ストリームと接触し得る。水がキャリアガスストリームに気化され得、それにより加湿されたキャリアガスストリームがもたらされ得る。加湿されたキャリアガスストリームはガス管930を通じて除湿器904に流れ得る。除湿器904では、加湿されたキャリアガスストリームは反対方向に流れる冷却された凝縮器の液体ストリームと接触し得る。水が加湿されたキャリアガスストリームから凝縮される際、熱および物質は加湿されたキャリアガスストリームから冷却された凝縮器の液体ストリームに移動され、それにより除湿されたキャリアガスストリームがもたらされ得る。除湿されたキャリアガスストリームはガス管932を通じて加湿器902に流され得る。
凝縮性流体(例えば水)ストリームはキャリアガスストリームに向流で除湿器904を流れ得る。凝縮性流体が除湿器904を流れる際、水が除湿されたキャリアガスストリームから凝縮器の液体ストリームに凝縮され、それにより凝縮器の液体アウトレットストリームがもたらされ得る。凝縮器の液体アウトレットストリームの少なくとも一部は液体管942を通じて精製水のリザーバー910に流れ得る。凝縮器の液体アウトレットストリームの少なくとも一部は液体管944を通じて任意の第2加熱デバイス916に流れ得る。任意の第2加熱デバイス914では、凝縮器の液体アウトレットストリームが加熱され、それにより加熱された凝縮器の液体アウトレットストリームがもたらされ得る。ある場合では、加熱された凝縮器の液体アウトレットストリームは液体管946を通じて熱交換器912に流れ得る。熱交換器912では、加熱された凝縮器の液体アウトレットストリームが塩含有水ストリームに熱を移動させ、それにより冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームがもたらされ得る。次いで、冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームは液体管948を通じて冷却デバイス918に流れ得る。また、ガスストリームが冷却デバイス918を流れ得る。2つのストリームは相互に平行流れ、カウンタ流れ、又はクロス流れであり得る。ある態様では、ガスストリームは空気を含んで成る。例えば、空気はガス管952を通じて冷却デバイス918に入り、ガス管954を通じて冷却デバイス918を出ていき得る。ある態様では、熱が冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームから空気に移動され、それにより更に冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームがもたらされ得る。次いで、更に冷却された凝縮器の液体アウトレットストリームは液体管950を通じて除湿器904に流され得る。
実施例1
下記実施例では、加湿−除湿システムでの使用のため8段気泡カラム凝縮器および熱交換器を説明する。図5に示すように、システム500は、相互に流体連通した特注設計の凝縮器502および熱交換器504を有して成る。凝縮器の外部はステンレス鋼を含んで成り、凝縮器は矩形プリズムの形状を有する。本明細書に記載するように8段は、液体アウトレット508と流体連通する当該段の下方に設けられた集水かさ506を有する、気泡凝縮器内に垂直方向に配置される。各段は(約0.003mの径を備えた複数の径を有する長さ1.8m、幅0.6mおよび高さ0.06mの)スパージャー・プレートおよび液浴が存在するチャンバーを有して成る。第1ガスインレット510は気泡カラム凝縮器の底部近くに設けられたスパージャー・プレートの下方に位置付けられ、第2ガスインレット512は中間位置に位置付けられる。最上段の上方では、液体インレット514および第1ガスアウトレット518に接続されるミスト除去器(例えば液滴除去器)516が配置される。
気泡カラム凝縮器502は、2つの管520および522を有する熱交換器504に接続される。第1管520は気泡カラム凝縮器の液体インレット514およびアウトレット508に流体接続されている。第2管522は加湿−除湿システムの他のコンポーネントに流体接続されている。
加湿−除湿システム(すなわち上記で記載する8段気泡カラム凝縮器および熱交換器を含む加湿−除湿システム)は操作状態にある際、乾燥空気の第1ストリームは約88℃の温度、100%の相対湿度、4992立方フィート/分(cfm)の体積流速、および14241lbs/hrの質量流速で第1ガスインレット510を通じて気泡カラムに入る。乾燥空気の第1ストリームは約77℃の温度、100%の相対湿度、1697cfmの体積流速、および5777lbs/hrの質量流速で第2ガスインレット512を通じて気泡カラムに入る。液体ストリームは約45℃の温度、187.6ガロン/分(gpm)の体積流速、および93.8lbs/hrの質量流速で液体インレット514にて凝縮器に入る。操作中、ガスアウトレットストリームおよび液体アウトレットストリームは本明細書に記載されるように生成される。ガスアウトレットストリームは、約49℃の温度、3272cfmの体積流速、および12819lbs/hrの質量流速でガスアウトレット518から出ていく。液体アウトレットストリームは気泡カラム凝縮器から出ていき、カラム循環ポンプ524により202ガロン/分の体積流速、および101064lbs/hrの質量流速で送り出される。液体アウトレットストリームは熱交換器の1つの管を通る。熱は液体アウトレットストリームから熱交換器の管522を流れる塩含有水ストリーム(例えば熱交換器中の凝縮器の液体アウトレットストリームにより加熱されるストリーム)に移動される。塩含有水ストリームは約42℃、196.3GPMの体積速度、および118703lbs/hrの質量流速で熱交換器に入り、約81℃、196.3GPMの体積速度、および118703lbs/hrの質量流速で熱交換器を出ていく。液体アウトレットストリームの一部は、約45℃、14.58gpmの体積流速、および7289lbs/hrの質量流速でバルブ526を通じて実質的な純水のリザーバーに導かれる。液体アウトレットストリームの残存部は液体インレット514を通じて凝縮器502に戻る。システムが実質的な連続操作を受ける間、気泡カラム凝縮器の各段は約0.1m以下の水を含んで成る。
表1はこの実施例で記載される加湿−除湿システムを使用する処理(例えば脱塩)前後の塩含有水ストリームの構成要素を示す。カルシウムおよびマグネシウムの濃度が処理後に増加しているように見えることに留意されたい。これは(例えばミッドランド、テキサスからの)地方の飲料水を用いて当初供給された気泡カラムによる。地方の飲料水は硬水であって相対的に高いカルシウムおよびマグネシウムの濃度を有していた。結果として、微量のカルシウムおよび/又はマグネシウムが試験中気泡カラム内に残存し、微量の要素が脱塩エフルエント(例えば処理後の水ストリーム)に存在している。対して、脱塩システムの上流の前処理システムは供給水ストリーム(例えば処理前の水ストリーム)カルシウムおよびマグネシウムのほとんど全てを除去していた。その結果、処理後の水ストリームは処理前の水ストリームよりも高濃度のカルシウムおよびマグネシウムを含んでいた。
8段気泡カラム凝縮器の追加の典型的な態様は図7に示される。図7Aでは、気泡カラム凝縮器700はガスインレット702、704、ガスアウトレット706、および液体インレット708を有して成る。図7Bは本明細書に記載されているように8段を有して成る凝縮器700の別図を示す。図7C〜Iは気泡カラム凝縮器およびそのコンポーネントの追加図を示す。
表1.処理(脱塩)前後の塩含有水の分析結果(ND=特定不可)
Figure 2016530096
実施例2
実施例2では、加湿−除湿システムでの使用のため8段気泡カラム凝縮器および外部熱交換器を説明する。
図10Aに示すように、システム1000は相互に流体連通する8段気泡カラム凝縮器1002および熱交換器1004を含んでいた。また、凝縮器1002および熱交換器1004は加湿器(図示せず)と流体連通していた。凝縮器1002では、8段1002A、1002B、1002C、1002D、1002E、1002F、1002G、および1002Hが凝縮器内に垂直に配置されていた。最上部には段1002A、液体インレット1006およびガスアウトレット1022が配置されていた。集水かさ1002Iは最下段の下方の凝縮器1002の底部に設けられていた。集水かさ1002Iは液体アウトレット1008と流体連通していた。更に、凝縮器1002は凝縮器1002の底部の近くに位置付けられた第1ガスインレット1018および凝縮器1002の上部と底部との間の中間位置に位置付けられた第2ガスインレット1020を更に含んでいた。
操作では、実質的に純水のストリームは液体インレット1006を通じて凝縮器1002に入り、凝縮器1002の各段を通じ下向きに流れた。加湿されたキャリアガスのストリームが実質的に純水ストリームに向流で流れ、ガスインレット1018および1020を通じて凝縮器1002に入り、凝縮器1002を通じて上向きに流れた。2つのストリームが凝縮器1002を流れると、熱および物質が加湿されたキャリアガスストリームから実質的に純水のストリームに移動された。結果として、実質的に純水ストリームの温度は当該ストリームが各段を流れるにつれ増加した。最上段1002Aでは、水ストリームの温度は141.6Fであり、段1002Bの温度は148.3Fであり、段1002Cの温度は154.7Fであり、段1002Dの温度は161.5Fであり、段1002Eの温度は166.8Fであり、段1002Fの温度は170.1Fであり、段1002Gの温度は172.1Fであり、および段1002Hの温度は172.8Fであった。凝縮器1002の底部に設けられた集水かさ1002Iは7.7インチの水を有していた。次いで、実質的に純水のストリームは173.4Fの温度で液体アウトレット1008を通じて凝縮器1002を出ていった。
実質的に純水のストリームは凝縮器1002を出ていくと、68.6%の容量で操作するポンプ(図示せず)は180.8ガロン/分の体積流速で熱交換器1004に水ストリームを送り出した。実質的に純水のストリームが熱交換器1004に流れると、熱が実質的に純水のストリームから熱交換器1004を流れる別の流体ストリームに伝わり、実質的に純水のストリームの温度が173.4Fから142.7Fに減じられた。熱交換器1004を流れ、冷却された後、冷却された実質的に純水のストリームの第1部分は液体管1012を通じ精製水リザーバー(図示せず)に流れ、冷却された実質的に純水のストリームの第2部分は管1010を通じ液体インレット1006を介して凝縮器1002に戻された。
熱交換器1004では、塩含有水ストリームが実質的に純水のストリームに対して向流で流された。当初、塩含有水ストリームは塩含有水源から液体管1014を通じて流れた。塩含有水ストリームが熱交換器1004に入る際、塩含有水ストリームは121.3Fの温度および43.4psiの圧力であった。熱交換器1004に流れ、実質的に純水のストリームから移動される熱を受容した後、塩含有水ストリームの温度は165.0Fに増加した。塩含有水ストリームの圧力は40.1psiであった。次いで、加熱された塩含有水ストリームは加湿器に流された。
実施例3
実施例3は、外部冷却デバイスを加えた実施例2の8段気泡カラム凝縮器および外部熱交換器を説明する。
図10Bに示すように、システム1000は図10Aに示す全てのコンポーネントを含み、気泡カラム凝縮器1002および熱交換器1004と流体連通する外部冷却デバイス1024を更に含んでいた。
操作では、実質的に純水のストリームは液体インレット1006を通じて凝縮器1002に入り、凝縮器1002の各段を通じ下向きに流れた。加湿されたキャリアガスのストリームが実質的に純水ストリームに向流で流れ、ガスインレット1018および1020を通じて凝縮器1002に入り、凝縮器1002を通じて上向きに流れた。2つのストリームが凝縮器1002を流れると、熱および物質が加湿されたキャリアガスストリームから実質的に純水のストリームに移動された。結果として、実質的に純水ストリームの温度は当該ストリームが各段を流れるにつれ増加した。最上段1002Aでは、水ストリームの温度は124.8Fであり、段1002Bの温度は133.6Fであり、段1002Cの温度は148.2Fであり、段1002Dの温度は158.6Fであり、段1002Eの温度は167.1Fであり、段1002Fの温度は171.6Fであり、段1002Gの温度は174.4Fであり、および段1002Hの温度は175.3Fであった。凝縮器1002の底部に設けられた集水かさ1002Iは9.3インチの水を有していた。次いで、実質的に純水のストリームは175.4Fの温度で液体アウトレット1008を通じて凝縮器1002を出ていった。
実質的に純水のストリームは凝縮器1002を出ていくと、72.7%の容量で操作するポンプ(図示せず)は191.0ガロン/分の体積流速で熱交換器1004に水ストリームを送り出した。実質的に純水のストリームが熱交換器1004に流れると、熱が実質的に純水のストリームから熱交換器1004を流れる別の流体ストリームに伝わり、実質的に純水のストリームの温度が175.4Fから145.8Fに減じられた。熱交換器1004を流れ、冷却された後、冷却された実質的に純水のストリームの第1部分は液体管1012を通じ精製水リザーバー(図示せず)に流れた。冷却された実質的に純水のストリームの第2部分は冷却デバイス1024に流された。冷却デバイス1024では、冷却された実質的に純水のストリームの第2部分は更に冷却され、冷却された実質的に純水のストリームの第2部分の温度は更に120Fまで減じられた。次いで、更に冷却された実質的に純水のストリームは管1010を通じ液体インレット1006を介して凝縮器1002に戻された。
熱交換器1004では、塩含有水ストリームが実質的に純水のストリームに対して向流で流された。当初、塩含有水ストリームは塩含有水源から液体管1014を通じて流れた。塩含有水ストリームが熱交換器1004に入る際、塩含有水ストリームは133.8Fの温度および48.7psiの圧力であった。熱交換器1004に流れ、実質的に純水のストリームから移動される熱を受容した後、塩含有水ストリームの温度は164.9Fに増加した。塩含有水ストリームの圧力は44.9psiであった。次いで、加熱された塩含有水ストリームは加湿器に流された。
実施例4
図11Aに示されるように、実施例4は、加湿器1102、多段気泡カラム凝縮器1104、外部熱交換器1106、外部加熱デバイス1108、および外部冷却デバイス1110を有して成るHDHシステム1100を記載する。
操作では、ブラインストリームが、620ガロン/分(gpm)の流速および130Fの温度でプレート・フレーム熱交換器である熱交換器1106に入る。熱交換器1106では、熱は凝縮器1104を出ていく高温の淡水ストリームからブラインストリームに伝わり、ブラインストリームの温度は130Fから160Fまで30F分増加される。このステップは有利には高温淡水ストリームからのエネルギーを回収し、加熱デバイス1108により供される必要な熱量を減じる。
次いで、加熱されたブラインストリームが液体管1112を流れ、625gpmの流速および160Fの温度で加熱デバイス1108に入る。加熱されたブラインストリームがプレート・フレーム熱交換器である加熱デバイス1108を流れると、熱は高温の加圧水のストリームから加熱されたブラインストリームに移動され、それにより加熱されたブラインストリームが200Fの温度に更に加熱される。
次いで更に加熱されたブラインストリームは液体管1114を流れ、632gpmの流速および200Fの温度で加湿器1102に入る。更に加熱されたブラインストリームが、加湿器1102の第1端(例えば上端)に設けられたブラインインレットから加湿器1102の第2端(例えば底端)に設けられたブラインアウトレットに第1方向に流れると、ブラインストリームは略反対の第2方向に加湿器1102を流れる外気ストリームと直接接触する。外気ストリームは8330実立方フィート/分(acfm)の流速および60Fの温度で加湿器1102に入る。外気ストリームが第2方向に加湿器1102を流れると、熱および物質は更に加熱されたブラインストリームから外気ストリームに移動され、それにより加湿された空気ストリームおよび濃縮されたブラインストリームがもたらされる。濃縮されたブラインストリームは593gpmの流速および135Fの温度で加湿器1102を出て行き、その後HDHシステム1100から管1116を通じて排出される。
加湿された空気ストリームは主たる加湿器の空気アウトレットを通じて加湿器1102を出てガス管1118を通じて多段気泡凝縮器1104に流れる。加湿された空気ストリームは主たる凝縮器の加湿された空気インレットを通じて15000acfmの流速および173Fの温度で凝縮器1104に入る。凝縮器1104では、加湿された空気ストリームは、550gpmの流速および125Fの温度で凝縮器の淡水インレットを通じて凝縮器1104に入る淡水ストリームと直接接触する。凝縮器1104では、熱および物質は、水が加湿された空気ストリームから凝縮される際加湿された空気ストリームから淡水ストリームに移動され、それにより除湿された空気ストリームおよび加熱された淡水ストリームがもたらされる。除湿された空気ストリームは9500acfmの流速および127Fの温度で凝縮器の空気アウトレットを通じて凝縮器1104を出ていく。加熱された淡水ストリームは575gpmの流速および170Fの温度で凝縮器の淡水アウトレットを通じて凝縮器1104を出ていく。次いで、加熱された淡水ストリームは熱交換器1106を流れる。熱は加熱された淡水ストリームからHDHシステム1100に入るブラインストリームに伝わり、それにより、冷却された淡水ストリームおよび加熱されたブラインストリームがもたらされる。熱交換器1106を流れた後、冷却された淡水ストリームの第1部分は25gpmの流速および140Fの温度で凝縮器の凝縮アウトレットを通じてHDHシステム1100を出ていく。淡水ストリームの第2部分は空冷式熱交換器である冷却デバイス1110に流れる。冷却された淡水ストリームが冷却デバイス1110を流れると、熱は冷却された淡水ストリームから空気ストリームに伝わり、冷却された淡水ストリームが125Fの温度に更に冷却される。次いで、更に冷却された淡水ストリームは550gpmの流速および125Fの温度で凝縮器の淡水インレットを通じて凝縮器1104に戻る。
実施例5
実施例5は、加湿器1102および凝縮器1104を接続する中間ガス管1122を加えた実施例3のHDHシステム1100を記載する。図11Bに示されるこのシステムが操作状態にある際、空気は中間空気アウトレットで加湿器1102から取り出される。続いて空気は中間ガス管1122を流れ、凝縮器1104内の中間箇所内に直接注入される。取り出しおよび注入点の位置はシステムの熱効率を最適化するように選択される。中間空気ストリームは、当該ストリームが加湿器の全体に流れる前に加湿器1102から取り出されるため、中間空気ストリームの温度は、主たる加湿器の空気アウトレットを通じて加湿器1102を出ていく加湿された空気ストリームの温度よりも低い。例えば、主たる空気アウトレットを通じて加湿器1102を出ていく加湿された空気ストリームが12000acfmの流速および173Fの温度で加湿器1104に入る一方、中間空気アウトレットを通じて加湿器1102を出ていく中間空気ストリームは8000acfmの流速および160Fの温度で加湿器1104に入る。
実施例6
実施例6は、加湿器1102、内部熱交換器を有して成る多段気泡凝縮器1124、外部加熱デバイス1108、および外部冷却デバイス1110を有して成るHDHシステム1100を記載する。このシステムは図11Cに示される。
HDHシステム1100が操作状態にある際、ブラインストリームは凝縮器1124の内部熱交換器に620gpmの流速および115Fの温度で入る。ブラインストリームが凝縮器1124の内部熱交換器を流れると、熱は凝縮器1124を流れる淡水ストリームからブラインストリームに伝わり、それにより625gpmの流速および160Fの温度で凝縮器1124を出ていく加熱されたブラインストリームがもたらされる。次いで、加熱されたブラインストリームは液体管1112を通じて加熱デバイス1108に流れる。加熱されたブラインストリームは200Fの温度に更に加熱される。次いで、更に加熱されたブラインストリームは管1114を流れて、632gpmの流速および200Fの温度で加湿器1102に入る。
加湿器1102では、更に加熱されたブラインストリームは、8330acfmの流速および80Fの温度で加湿器1102に入る外気ストリームと直接接触する。熱および物質は更に加熱されたブラインストリームから外気ストリームに移動され、それにより加湿された空気ストリームおよび濃縮されたブラインストリームがもたらされる。濃縮されたブラインストリームは593gpmの流速および135Fの温度で加湿器1102を出ていく。濃縮されたブラインストリームの第1部分はHDHシステム1100を出て行き、濃縮されたブラインストリームの第2部分は冷却デバイス1110に流れる。濃縮されたブラインストリーム120Fの温度に冷却される。冷却されたブラインストリームは593gpmの流速および120Fの温度で冷却デバイスを出ていく。冷却されたブラインストリームは、115Fの温度で凝縮器1124に戻る前に25gpmの流速および60Fの温度で入る流入ブラインのストリームと結合される。
加湿された空気ストリームは加湿器1102の主たる空気アウトレットを出て、15000acfmの流速および173Fの温度で凝縮器1124に入る。凝縮器1124では、加湿された空気ストリームは淡水ストリームと接触し、精製水が加湿された空気ストリームから凝縮され、それにより除湿された空気ストリームがもたらされる。精製水は、25gpmの流速および170Fの温度で凝縮器1124を出ていく淡水ストリームに入る。除湿された空気ストリームは9500acfmの流速および127Fの温度で凝縮器1124を出ていく。
実施例7
実施例7は、加湿器1102および凝縮器1124を接続する中間ガス管1122を加えた実施例5のHDHシステム1100を記載する。図11Dに示されるこのシステムが操作状態にある際、空気は中間空気アウトレットで加湿器1102から取り出される。続いて空気は中間ガス管1122を流れ、凝縮器1124内の中間箇所内に直接注入される。取り出しおよび注入点の位置はシステムの熱効率を最適化するように選択される。中間空気ストリームは、当該ストリームが加湿器の全体に流れる前に加湿器1102から取り出されるため、中間空気ストリームの温度は、主たる加湿器の空気アウトレットを通じて加湿器1102を出ていく加湿された空気ストリームの温度よりも低い。例えば、主たる空気アウトレットを通じて加湿器1102を出ていく加湿された空気ストリームが12000acfmの流速および173Fの温度で加湿器1124に入る一方、中間空気アウトレットを通じて加湿器1102を出ていく中間空気ストリームは8000acfmの流速および160Fの温度で加湿器1104に入る。
本発明の一実施形態のいくつかの態様を記載したが、様々な変更、修正、および改良が当業者に容易になされ得ることは理解できよう。そのような変更、修正、および改良は本開示の一部であると意図され、本発明の精神および範囲内であると意図される。従って、上記記載と図面は一例にすぎない。

Claims (268)

  1. 脱塩システムであって、
    塩含有水源に流体接続された加湿器の液体インレット、ガス源に流体接続された加湿器のガスインレット、および加湿器のアウトレットを有して成る加湿器、
    加湿器のアウトレットに流体接続された凝縮器のインレット、凝縮器のガスアウトレット、および凝縮器の水アウトレットを有して成る気泡カラム凝縮器、並びに
    気泡カラム凝縮器と分かれており、凝縮器の水アウトレットに流体接続されており、および凝縮器の水アウトレットストリームから熱を取り除いて熱交換器のアウトレットストリームを生成するように構成されている熱交換器
    を有して成り、
    加湿器は、ガスインレットから受容されるガスと比べて水蒸気が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されており、
    気泡カラム凝縮器は、加湿器のアウトレットストリームから水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、加湿器のアウトレットストリームと比べて水が少ない凝縮器のガスアウトレットストリームおよび凝縮器の水アウトレットストリームを生成するように構成されている、脱塩システム。
  2. ガス流れの一部が加湿器内の少なくとも1つの中間位置から取り出される、請求項1に記載の脱塩システム。
  3. 加湿器内の少なくとも1つの中間位置から取り出されたガス流れの一部が、各々取り出された中間位置から気泡カラム凝縮器内の対応する中間位置へと供給される、請求項2に記載の脱塩システム。
  4. 脱塩システムであって、
    塩含有水源に流体接続された加湿器の液体インレット、ガス源に流体接続された加湿器のガスインレット、および加湿器のアウトレットを有して成る加湿器、
    加湿器のアウトレットに流体接続された凝縮器のインレット、凝縮器のガスアウトレット、および凝縮器の水アウトレットを有して成る気泡カラム凝縮器、並びに
    凝縮器の水アウトレットに流体接続され、および凝縮器の水アウトレットストリームから熱を取り除いて熱交換器のアウトレットストリームを生成するように構成されている熱交換器
    を有して成り、
    加湿器は、ガスインレットから受容されるガスと比べて水蒸気が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されており、
    気泡カラム凝縮器は、加湿器のアウトレットストリームから水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、加湿器のアウトレットストリームと比べて水が少ない凝縮器のガスアウトレットストリームおよび凝縮器の水アウトレットストリームを生成するように構成されており、
    ガス流れの一部が、加湿器内の少なくとも1つの中間位置から取り出され、前記少なくとも1つの中間位置の各々から気泡カラム凝縮器内の対応する中間位置へと供給される、
    脱塩システム。
  5. ガスが空気を含んで成る、請求項1〜4のいずれかに記載の脱塩システム。
  6. 操作に際して、加湿器および/又は気泡カラム凝縮器内の圧力が、おおよそ外気圧で維持される、請求項1〜5のいずれかに記載の脱塩システム。
  7. 操作に際して、加湿器および/又は気泡カラム凝縮器内の圧力が約90,000Pa未満で維持される、請求項1〜6のいずれかに記載の脱塩システム。
  8. 塩含有水が、海水、汽水、逆流水、油又はガス抽出プロセスから生成される水、および/又は廃水を含んで成る、請求項1〜7のいずれかに記載の脱塩システム。
  9. 除湿器が加湿器から実質的に熱的に分離されている、請求項1〜8のいずれかに記載の脱塩システム。
  10. 加湿器が充填床加湿器である、請求項1〜9のいずれかに記載の脱塩システム。
  11. 気泡カラム凝縮器が少なくとも第1段のインレットおよび第1段のアウトレットを有して成る第1段を更に有して成り、第1段のインレットが凝縮器のインレットと流体連通しており、かつ少なくとも1つの気泡発生器に接続されている、請求項1〜10のいずれかに記載の脱塩システム。
  12. 少なくとも1つの気泡発生器が、複数の孔を有して成るスパージャー・プレートを有して成る、請求項11に記載の脱塩システム。
  13. 複数の孔が約0.1mm〜約50mmの範囲の径を有している、請求項12に記載の脱塩システム。
  14. 複数の孔が約1mm〜約15mmの範囲の径を有している、請求項12又は13に記載の脱塩システム。
  15. 複数の孔が約3.2mmの径を有している、請求項12〜14のいずれかに記載の脱塩システム。
  16. ガスが非凝縮性ガスを更に含んで成る、請求項1〜15のいずれかに記載の脱塩システム。
  17. 気泡カラム凝縮器が最大断面寸法を有するガスアウトレットを有して成り、気泡カラム凝縮器がガスアウトレットの最大断面寸法よりも大きい最大断面寸法を有するスタックを有して成る、請求項1〜16のいずれかに記載の脱塩システム。
  18. 気泡カラム凝縮器が、第1段のアウトレットと流体連通する第2段のインレット、第2段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第2段を更に有して成る、請求項1〜17のいずれかに記載の脱塩システム。
  19. 気泡カラム凝縮器が、第1および/又は第2段のアウトレットと流体連通する第3段のインレット、第3段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第3段を更に有して成る、請求項18に記載の脱塩システム。
  20. 気泡カラム凝縮器が、第1、第2および/又は第3段のアウトレットと流体連通する第4段のインレット、第4段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第4段を更に有して成る、請求項19に記載の脱塩システム。
  21. 気泡カラム凝縮器が、第1、第2、第3および/又は第4段のアウトレットと流体連通する第5段のインレット、第5段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第5段を更に有して成る、請求項20に記載の脱塩システム。
  22. 気泡カラム凝縮器の段が気泡カラム内で垂直方向に配置されている、請求項18〜21のいずれかに記載の脱塩システム。
  23. (原文に記載なし)
  24. (原文に記載なし)
  25. (原文に記載なし)
  26. 気泡カラム凝縮器が凝縮器の水インレットを有して成り、熱交換器が凝縮器の水インレットに流体接続されている、請求項1〜25のいずれかに記載の脱塩システム。
  27. 気泡カラム凝縮器が熱交換器のアウトレットストリームを受容するように構成されている、請求項1〜26のいずれかに記載の脱塩システム。
  28. 熱交換器が液−液熱交換器である、請求項1〜27のいずれかに記載の脱塩システム。
  29. 熱交換器がプレート・フレーム熱交換器である、請求項1〜28のいずれかに記載の脱塩システム。
  30. 熱交換器が冷媒を含んで成る、請求項1〜29のいずれかに記載の脱塩システム。
  31. 冷媒が水を含んで成る、請求項30に記載の脱塩システム。
  32. 冷媒が塩含有水を含んで成る、請求項30又は31に記載の脱塩システム。
  33. 熱交換器内の塩含有水が熱交換器から加湿器へと移送される、請求項32に記載の脱塩システム。
  34. 操作に際して、凝縮器の水アウトレットストリームの第1部分が熱交換器内に導入され、凝縮器の水アウトレットストリームの第2部分が脱塩システムから排出される、請求項1〜33のいずれかに記載の脱塩システム。
  35. 操作に際して、凝縮器の水アウトレットストリームの実質的に全てが熱交換器内に導入される、請求項1〜34のいずれかに記載の脱塩システム。
  36. 操作に際して、予熱された塩含有水ストリームが熱交換器から出て行き、任意には予熱された塩含有水ストリームの一部が脱塩システムから排出される、請求項1〜35のいずれかに記載の脱塩システム。
  37. 操作に際して、凝縮器の液体ストリームが熱交換器から出て行き、任意には凝縮器の液体ストリームの一部が脱塩システムから排出される、請求項1〜36のいずれかに記載の脱塩システム。
  38. 熱交換器は、熱交換器のインレット温度で凝縮器の水アウトレットストリームを受容し、かつ熱交換器のアウトレットストリーム温度で熱交換器のアウトレットストリームを生成するように構成されており、熱交換器のインレットストリーム温度と熱交換器のアウトレットストリーム温度との差が少なくとも約10℃である、請求項1〜37のいずれかに記載の脱塩システム。
  39. 熱交換器のインレットストリーム温度と熱交換器のアウトレットストリーム温度との差が約10℃〜約90℃の範囲である、請求項38に記載の脱塩システム。
  40. 気泡カラム凝縮器および/又は熱交換器に流体接続された冷却デバイスを更に有して成る、請求項1〜39のいずれかに記載の脱塩システム。
  41. 冷却デバイスは、冷却デバイスのインレット温度で熱交換器のアウトレットストリームを受容し、かつ冷却デバイスのアウトレット温度で冷却デバイスのアウトプットストリームを生成するように構成されており、冷却デバイスのインレット温度と冷却デバイスのアウトレット温度との差が少なくとも約10℃である、請求項40に記載の脱塩システム。
  42. 冷却デバイスのインレット温度と冷却デバイスのアウトレット温度との差が約10℃〜約90℃の範囲である、請求項41に記載の脱塩システム。
  43. 気泡カラム凝縮器が冷却デバイスのアウトプットストリームを受容するように構成されている、請求項40〜42のいずれかに記載の脱塩システム。
  44. 冷却デバイスが熱交換器である、請求項40〜43のいずれかに記載の脱塩システム。
  45. 熱交換器が空冷式熱交換器である、請求項44に記載の脱塩システム。
  46. 加湿器および/又は熱交換器に流体接続された第1加熱デバイスを更に有して成る、請求項1〜45のいずれかに記載の脱塩システム。
  47. 第1加熱デバイスが、第1加熱デバイスのインレット温度で熱交換器のアウトレットストリームを受容し、第1加熱デバイスのアウトレット温度で第1加熱デバイスのアウトプットストリームを生成するように構成されており、第1加熱デバイスのインレット温度と第1加熱デバイスのアウトレット温度との差が少なくとも約10℃である、請求項46に記載の脱塩システム。
  48. 第1加熱デバイスのインレット温度と第1加熱デバイスのアウトレット温度との差が約10℃〜約90℃の範囲である、請求項47に記載の脱塩システム。
  49. 加湿器が第1加熱デバイスのアウトプットストリームを受容するように構成されている、請求項46〜48のいずれかに記載の脱塩システム。
  50. 第1加熱デバイスが熱交換器および/又は熱回収デバイスである、請求項46〜49のいずれかに記載の脱塩システム。
  51. 熱回収デバイスが、天然ガスの燃焼の形態で、ソーラーエネルギーの形態で、発電所からの廃熱の形態で、又は燃焼排気からの廃熱の形態で熱エネルギーの使用のために構成されている、請求項50に記載の脱塩システム。
  52. 気泡カラム凝縮器および/又は熱交換器に流体接続された第2加熱デバイスを更に有して成る、請求項1〜51のいずれかに記載の脱塩システム。
  53. 第2加熱デバイスが、第2加熱デバイスのインレット温度で凝縮器の水アウトレットストリームを受容し、第2加熱デバイスのアウトレット温度で第2加熱デバイスのアウトプットストリームを生成するように構成されており、第2加熱デバイスのインレット温度と第2加熱デバイスのアウトレット温度との差が少なくとも約10℃である、請求項52に記載の脱塩システム。
  54. 第2加熱デバイスのインレット温度と第2加熱デバイスのアウトレット温度との差が約10℃〜約90℃の範囲である、請求項53に記載の脱塩システム。
  55. 気泡カラム凝縮器が凝縮器の水インレットを有して成り、第2加熱デバイスが凝縮器の水インレットに流体接続されている、請求項52〜54のいずれかに記載の脱塩システム。
  56. 気泡カラム凝縮器が第2加熱デバイスのアウトレットストリームを受容するように構成されている、請求項55に記載の脱塩システム。
  57. 第2加熱デバイスが熱交換器および/又は熱回収デバイスである、請求項52〜56のいずれかに記載の脱塩システム。
  58. 熱回収デバイスが、天然ガスの燃焼の形態で、ソーラーエネルギーの形態で、発電所からの廃熱の形態で、又は燃焼排気からの廃熱の形態で熱エネルギーの使用のために構成されている、請求項57に記載の脱塩システム。
  59. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する気泡カラム凝縮器の各段内の液体層の高さの比が約1.0以下である、請求項1〜58のいずれかに記載の脱塩システム。
  60. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.8以下である、請求項1〜59のいずれかに記載の脱塩システム。
  61. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.6以下である、請求項1〜60のいずれかに記載の脱塩システム。
  62. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.4以下である、請求項1〜61のいずれかに記載の脱塩システム。
  63. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.2以下である、請求項1〜62のいずれかに記載の脱塩システム。
  64. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.1以下である、請求項1〜63のいずれかに記載の脱塩システム。
  65. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.05以下である、請求項1〜64のいずれかに記載の脱塩システム。
  66. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の各段内の液体層が約0.1m以下の高さを有する、請求項1〜65のいずれかに記載の脱塩システム。
  67. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段内の液体層が約0.1m以下の高さを有する、請求項1〜66のいずれかに記載の脱塩システム。
  68. 実質的な連続操作の間、液体層が約0.08m未満の高さを有する、請求項1〜67のいずれかに記載の脱塩システム。
  69. 実質的な連続操作の間、液体層が約0.04m未満の高さを有する、請求項1〜68のいずれかに記載の脱塩システム。
  70. 実質的な連続操作の間、液体層が約0.02m未満の高さを有する、請求項1〜69のいずれかに記載の脱塩システム。
  71. 実質的な連続操作の間、液体層が約0.01m未満の高さを有する、請求項1〜70のいずれかに記載の脱塩システム。
  72. 気泡カラム凝縮器が、第1方向に蒸気を含有する加湿器のアウトレットストリームを、および反対の第2方向に凝縮器の水アウトレットストリームを流すように構成されている、請求項1〜71のいずれかに記載の脱塩システム。
  73. 気泡カラム凝縮器は、ガスが約10〜約200cfm/ftの範囲の速度を有するように構成されている、請求項1〜72のいずれかに記載の脱塩システム。
  74. 気泡カラム凝縮器はステンレス鋼から形成されている、請求項1〜73のいずれかに記載の脱塩システム。
  75. 気泡カラム凝縮器は略円形の断面を有する、請求項1〜74のいずれかに記載の脱塩システム。
  76. 気泡カラム凝縮器は略矩形の断面を有する、請求項1〜75のいずれかに記載の脱塩システム。
  77. 凝縮器システムであって、
    気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通するインレット、およびアウトレットを有して成るベッセルを有して成る気泡カラム凝縮器、並びに
    気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームを受容し、気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームから熱を取り除いて熱交換器のアウトレットストリームを生成するために、ベッセルの外部に位置付けられ、ベッセルに流体接続された熱交換器
    を有して成り、
    ベッセルは、凝縮性流体を含んで成る液体層を含んで成り、気泡カラム凝縮器は、液体層中に凝縮性流体を含んで成る気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームを生成するためにガスから凝縮性流体の少なくとも一部を取り除くように構成されている、凝縮器システム。
  78. 気泡カラム凝縮器が多段気泡カラム凝縮器である、請求項77に記載の凝縮器システム。
  79. 気泡カラム凝縮器が、第1段のインレットおよび第1段のアウトレットを有して成る第1段、並びに第1段のアウトレットと流体連通する第2段のインレットおよび第2段のアウトレットを有して成る第2段を有して成り、熱交換器が、第2段のアウトレットに流体接続されている、請求項78に記載の凝縮器システム。
  80. 気泡カラム凝縮器が、第1段および第2段の少なくとも一方のインレットに流体接続された少なくとも1つの気泡発生器を更に有して成る、請求項79に記載の凝縮器システム。
  81. 少なくとも1つの気泡発生器が、複数の孔を有して成るスパージャー・プレートを有して成る、請求項80に記載の凝縮器システム。
  82. 複数の孔が約0.1mm〜約50mmの範囲の径を有している、請求項81に記載の凝縮器システム。
  83. 複数の孔が約1mm〜約15mmの範囲の径を有している、請求項81又は82に記載の凝縮器システム。
  84. 複数の孔が約3.2mmの径を有している、請求項81〜83のいずれかに記載の凝縮器システム。
  85. ガスが、少なくとも1つの非凝縮性ガスを含んで成るガス混合物を含んで成る、請求項77〜84のいずれかに記載の凝縮器システム。
  86. ガスが非凝縮性ガスを更に含んで成る、請求項77〜85のいずれかに記載の凝縮器システム。
  87. ガスが空気を更に含んで成る、請求項77〜86のいずれかに記載の凝縮器システム。
  88. 凝縮性流体が水を含んで成る、請求項77〜87のいずれかに記載の凝縮器システム。
  89. 気泡カラム凝縮器が、最大断面寸法を有するガスアウトレットおよびガスアウトレットの最大断面寸法よりも大きい最大断面寸法を有するスタックを有して成り、ガスアウトレットがスタックと流体連通している、請求項77〜88のいずれかに記載の凝縮器システム。
  90. 気泡カラム凝縮器が、第1および/又は第2段のアウトレットと流体連通する第3段のインレット、第3段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第3段を更に有して成る、請求項79〜89のいずれかに記載の凝縮器システム。
  91. 気泡カラム凝縮器が、第1、第2および/又は第3段のアウトレットと流体連通する第4段のインレット、第4段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第4段を更に有して成る、請求項90に記載の凝縮器システム。
  92. 気泡カラム凝縮器が、第1、第2、第3および/又は第4段のアウトレットと流体連通する第5段のインレット、第5段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第5段を更に有して成る、請求項91に記載の凝縮器システム。
  93. 気泡カラム凝縮器の段が気泡凝縮器内で垂直方向に配置されている、請求項78〜92のいずれかに記載の凝縮器システム。
  94. ベッセルが、気相中に凝縮性流体を含んで成る第1ガス源と流体連通する第1インレットおよび第2ガス源と流体連通する第2インレットを有して成る、請求項77〜93のいずれかに記載の凝縮器システム。
  95. 第1ガスおよび第2ガスが異なる温度で維持されている、請求項94に記載の凝縮器システム。
  96. 第1ガスおよび第2ガスが異なる蒸気濃度で供される、請求項94又は95に記載の凝縮器システム。
  97. 気泡カラム凝縮器が熱交換器のアウトレットストリームを受容するように構成されている、請求項77〜96のいずれかに記載の凝縮器システム。
  98. 熱交換器が液−液熱交換器である、請求項77〜97のいずれかに記載の凝縮器システム。
  99. 熱交換器がプレート・フレーム熱交換器である、請求項77〜98のいずれかに記載の凝縮器システム。
  100. 熱交換器が冷媒を含んで成る、請求項77〜99のいずれかに記載の凝縮器システム。
  101. 冷媒が水を含んで成る、請求項100に記載の凝縮器システム。
  102. 冷媒が塩含有水を含んで成る、請求項100又は101に記載の凝縮器システム。
  103. 熱交換器は、熱交換器のインレット温度で気泡凝縮器のアウトレットストリームを受容し、かつ熱交換器のアウトレットストリーム温度で熱交換器のアウトレットストリームを生成するように構成されており、熱交換器のインレットストリーム温度と熱交換器のアウトレットストリーム温度との差が少なくとも約10℃である、請求項77〜102のいずれかに記載の凝縮器システム。
  104. 熱交換器のインレットストリーム温度と熱交換器のアウトレットストリーム温度との差が約10℃〜約90℃の範囲である、請求項103に記載の凝縮器システム。
  105. 気泡カラム凝縮器および/又は熱交換器に流体接続された加熱デバイスを更に有して成る、請求項77〜104のいずれかに記載の凝縮器システム。
  106. 加熱デバイスが、加熱デバイスのインレット温度で気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームを受容し、加熱デバイスのアウトレット温度で加熱デバイスのアウトレットストリームを生成するように構成されており、加熱デバイスのアウトレット温度が加熱デバイスのインレット温度よりも少なくとも約10℃高くなっている、請求項105に記載の凝縮器システム。
  107. 加熱デバイスのアウトレット温度と加熱デバイスのインレット温度との差が約10℃〜約90℃の範囲である、請求項106に記載の凝縮器システム。
  108. 熱交換器が加熱デバイスのアウトレットストリームを受容するように構成されている、請求項105〜107のいずれかに記載の凝縮器システム。
  109. 加熱デバイスが熱交換器である、請求項105〜108のいずれかに記載の凝縮器システム。
  110. 熱交換器がプレート・フレーム熱交換器である、請求項109に記載の凝縮器システム。
  111. 加熱デバイスが熱回収デバイスである、請求項105〜110のいずれかに記載の凝縮器システム。
  112. 熱回収デバイスが、天然ガスの燃焼の形態で、ソーラーエネルギーの形態で、発電所からの廃熱の形態で、又は燃焼排気からの廃熱の形態で熱エネルギーの使用のために構成されている、請求項110に記載の凝縮器システム。
  113. 気泡カラム凝縮器および/又は熱交換器に流体接続された冷却デバイスを更に有して成る、請求項77〜112のいずれかに記載の凝縮器システム。
  114. 冷却デバイスは、冷却デバイスのインレット温度で熱交換器のアウトレットストリームを受容し、かつ冷却デバイスのアウトレット温度で冷却デバイスのアウトプットストリームを生成するように構成されており、冷却デバイスのインレット温度と冷却デバイスのアウトレット温度との差が少なくとも約10℃である、請求項113に記載の凝縮器システム。
  115. 冷却デバイスのインレット温度と冷却デバイスのアウトレット温度との差が約10℃〜約90℃の範囲である、請求項114に記載の凝縮器システム。
  116. 気泡カラム凝縮器が冷却デバイスのアウトプットストリームを受容するように構成されている、請求項113〜115のいずれかに記載の凝縮器システム。
  117. 冷却デバイスが熱交換器である、請求項113〜116のいずれかに記載の凝縮器システム。
  118. 熱交換器が空冷式熱交換器である、請求項117に記載の凝縮器システム。
  119. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する気泡カラム凝縮器の各段内の液体層の高さの比が約1.0以下である、請求項77〜118のいずれかに記載の凝縮器システム。
  120. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.8以下である、請求項77〜119のいずれかに記載の凝縮器システム。
  121. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.6以下である、請求項77〜120のいずれかに記載の凝縮器システム。
  122. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.4以下である、請求項77〜121のいずれかに記載の凝縮器システム。
  123. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.2以下である、請求項77〜122のいずれかに記載の凝縮器システム。
  124. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.1以下である、請求項77〜123のいずれかに記載の凝縮器システム。
  125. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.05以下である、請求項77〜124のいずれかに記載の凝縮器システム。
  126. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の各段内の液体層が約0.1m以下の高さを有する、請求項77〜125のいずれかに記載の凝縮器システム。
  127. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段内の液体層が約0.1m以下の高さを有する、請求項77〜126のいずれかに記載の凝縮器システム。
  128. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段内の液体層が約0.08m以下の高さを有する、請求項77〜127のいずれかに記載の凝縮器システム。
  129. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段内の液体層が約0.04m以下の高さを有する、請求項77〜128のいずれかに記載の凝縮器システム。
  130. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段内の液体層が約0.02m以下の高さを有する、請求項77〜129のいずれかに記載の凝縮器システム。
  131. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の少なくとも1つの段内の液体層が約0.01m以下の高さを有する、請求項77〜130のいずれかに記載の凝縮器システム。
  132. 気泡カラム凝縮器が、第1方向に液体ストリームを、および反対の第2方向にガスストリームを流すように構成されている、請求項77〜131のいずれかに記載の凝縮器システム。
  133. 気泡カラム凝縮器は、ガスが約10〜約200cfm/ftの範囲の速度を有するように構成されている、請求項77〜132のいずれかに記載の凝縮器システム。
  134. 気泡カラム凝縮器はステンレス鋼から形成されている、請求項77〜133のいずれかに記載の凝縮器システム。
  135. 気泡カラム凝縮器は略円形の断面を有する、請求項77〜134のいずれかに記載の凝縮器システム。
  136. 気泡カラム凝縮器は略矩形の断面を有する、請求項77〜135のいずれかに記載の凝縮器システム。
  137. 実質的な連続操作の間、実質的に純水を含んで成る流体ストリームが気泡凝縮器と熱交換器との間で実質的に連続的に循環する、請求項77〜136のいずれかに記載の凝縮器システム。
  138. 凝縮器システムであって、
    気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通するインレット、およびアウトレットを有して成るベッセルを有して成る気泡カラム凝縮器、
    気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームを受容し、気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームから熱を取り除いて熱交換器のアウトレットストリームを生成するために、ベッセルの外部に位置付けられ、ベッセルに流体接続された熱交換器、並びに、
    熱交換器のアウトレットストリームを受容し、熱交換器のアウトレットストリームから熱を取り除いて冷却デバイスのアウトレットストリームを生成するために、ベッセルの外部に位置付けられ、熱交換器に流体接続された冷却デバイス
    を有して成り、
    ベッセルは、凝縮性流体を含んで成る液体層を含んで成り、気泡カラム凝縮器は、液体層中に凝縮性流体を含んで成る気泡カラム凝縮器のアウトレットストリームを生成するためにガスから凝縮性流体の少なくとも一部を取り除くように構成されている、凝縮器システム。
  139. 冷却デバイスは気泡カラム凝縮器に流体接続されており、気泡カラム凝縮器が冷却デバイスのアウトレットストリームを受容するように構成されている、請求項138に記載の凝縮器システム。
  140. 冷却デバイスが熱交換器である、請求項138又は139に記載の凝縮器システム。
  141. 熱交換器が空冷式熱交換器である、請求項140に記載の凝縮器システム。
  142. 冷却デバイスは、冷却デバイスのインレット温度で熱交換器のアウトレットストリームを受容し、かつ冷却デバイスのアウトレット温度で冷却デバイスのアウトプットストリームを生成するように構成されており、冷却デバイスのインレット温度と冷却デバイスのアウトレット温度との差が少なくとも約10℃である、請求項138〜141のいずれかに記載の凝縮器システム。
  143. 冷却デバイスのインレット温度と冷却デバイスのアウトレット温度との差が約10℃〜約90℃の範囲である、請求項142に記載の凝縮器システム。
  144. 気泡カラム凝縮器であって、
    気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通する第1段のインレットおよび第1段のアウトレットを有して成る第1段
    を有して成り、
    第1段が凝縮性流体を含んで成る液体層を含んで成り、および
    実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する第1段内の液体層の高さの比が約1.0以下である、気泡カラム凝縮器。
  145. 第1段のアウトレットと流体連通する第2段のインレットを有して成る第2段を更に有して成り、
    第1段および第2段が凝縮性流体を含んで成る液体層をそれぞれ含んで成り、および実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約1.0以下である、請求項144に記載の気泡カラム凝縮器。
  146. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する少なくとも1つの段内の液体層の高さの比が約0.8以下である、請求項144又は145に記載の気泡カラム凝縮器。
  147. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する少なくとも1つの段内の液体層の高さの比が約0.6以下である、請求項144〜146のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  148. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する少なくとも1つの段内の液体層の高さの比が約0.4以下である、請求項144〜147のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  149. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する少なくとも1つの段内の液体層の高さの比が約0.2以下である、請求項144〜148のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  150. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する少なくとも1つの段内の液体層の高さの比が約0.1以下である、請求項144〜149のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  151. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する少なくとも1つの段内の液体層の高さの比が約0.05以下である、請求項144〜150のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  152. 各段が、複数の孔を有して成るスパージャー・プレートを有して成る気泡発生器を有して成る、請求項144〜151のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  153. 気泡カラム凝縮器であって、
    気相中に凝縮性流体を含んで成るガス源と流体連通する第1段のインレットおよび第1段のアウトレットを有して成る第1段
    を有して成り、
    第1段が凝縮性流体を含んで成る液体層を含んで成り、液体層が実質的な連続操作の間約0.1m未満の高さを有する、気泡カラム凝縮器。
  154. 気泡カラム凝縮器であって、
    第1段のアウトレットと流体連通する第2段のインレットを有して成る第2段を更に有して成り、
    第1段および第2段が凝縮性流体を含んで成る液体層をそれぞれ含んで成り、液体層が実質的な連続操作の間約0.1m未満の高さを有する、請求項153に記載の気泡カラム凝縮器。
  155. 第1および/又は第2段のアウトレットと流体連通する第3段のインレット、第3段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第3段を更に有して成る、請求項154に記載の気泡カラム凝縮器。
  156. 第1、第2および/又は第3段のアウトレットと流体連通する第4段のインレット、第4段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第4段を更に有して成る、請求項155に記載の気泡カラム凝縮器。
  157. 第1、第2、第3および/又は第4段のアウトレットと流体連通する第5段のインレット、第5段のアウトレット、および凝縮性流体を含んで成る液体層を有して成る第5段を更に有して成る、請求項156に記載の気泡カラム凝縮器。
  158. 段が気泡凝縮器内で垂直方向に配置されている、請求項144〜157のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  159. 実質的な連続操作の間、液体層が約0.08m未満の高さを有する、請求項144〜158のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  160. 実質的な連続操作の間、液体層が約0.04m未満の高さを有する、請求項144〜159のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  161. 実質的な連続操作の間、液体層が約0.02m未満の高さを有する、請求項144〜160のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  162. 実質的な連続操作の間、液体層が約0.01m未満の高さを有する、請求項144〜161のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  163. 少なくとも1つの段のインレットに接続された少なくとも1つの気泡発生器を更に有して成る、請求項144〜162のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  164. 少なくとも1つの気泡発生器が、複数の孔を有して成るスパージャー・プレートを有して成る、請求項163に記載の気泡カラム凝縮器。
  165. 複数の孔が約0.1mm〜約50mmの範囲の径を有している、請求項164に記載の気泡カラム凝縮器。
  166. 複数の孔が約1mm〜約15mmの範囲の径を有している、請求項164又は165に記載の気泡カラム凝縮器。
  167. 複数の孔が約3.2mmの径を有している、請求項164〜166のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  168. ガスが、非凝縮性ガスを更に含んで成る、請求項144〜167のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  169. ガスが空気を更に含んで成る、請求項144〜168のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  170. 凝縮性流体が水を含んで成る、請求項144〜169のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  171. 気泡カラム凝縮器が、第1方向に液体ストリームを、および反対の第2方向にガスストリームを流すように構成されている、請求項144〜170のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  172. 気泡カラム凝縮器は、ガスが約10〜約200cfm/ftの範囲の速度を有するように構成されている、請求項144〜171のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  173. 気泡カラム凝縮器はステンレス鋼から形成されている、請求項144〜172のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  174. 気泡カラム凝縮器は略円形の断面を有する、請求項144〜173のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  175. 気泡カラム凝縮器は略矩形の断面を有する、請求項144〜174のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  176. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する気泡カラム凝縮器の各段内の液体層の高さの比が約1.0以下である、請求項144〜175のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  177. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.8以下である、請求項144〜176のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  178. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.6以下である、請求項144〜177のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  179. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.4以下である、請求項144〜178のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  180. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.2以下である、請求項144〜179のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  181. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.1以下である、請求項144〜180のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  182. 実質的な連続操作の間、気泡カラム凝縮器の長さに対する各段内の液体層の高さの比が約0.05以下である、請求項144〜181のいずれかに記載の気泡カラム凝縮器。
  183. 凝縮器装置であって、
    液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通する少なくとも1つのチャンバーを有して成るベッセル、
    液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層、
    少なくとも1つのチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域、および
    少なくとも1つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレット
    を有して成り、
    少なくとも1つのチャンバーは、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成り、
    液体層は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成り、
    蒸気分配領域は、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する蒸気インレットを有して成り、
    凝縮器装置が、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている、凝縮器装置。
  184. 加湿器装置であって、
    液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通する少なくとも1つのチャンバーを有して成るベッセル、
    液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層、
    少なくとも1つのチャンバーの下方に位置付けられた蒸気分配領域、および
    少なくとも1つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレット
    を有して成り、
    少なくとも1つのチャンバーは、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成り、
    液体層は、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成り、
    蒸気分配領域は、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する蒸気インレットを有して成り、
    加湿器装置が、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている、加湿器装置。
  185. 凝縮性流体が水を含んで成る、請求項183又は184に記載の装置。
  186. 蒸気混合物が空気を含んで成る、請求項183〜185のいずれかに記載の装置。
  187. 気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する蒸気インレットを有して成る第2蒸気分配領域を更に有して成る、請求項183〜186のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  188. 少なくとも1つのチャンバーが少なくとも約1.5のアスペクト比を有する、請求項183〜187のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  189. 少なくとも1つのチャンバーが約1.5〜約10の範囲のアスペクト比を有する、請求項183〜188のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  190. 少なくとも1つのチャンバーが略矩形の断面を有する、請求項183〜189のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  191. 装置が略矩形の断面を有する、請求項183〜190のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  192. 装置が略平行六面体の形状を有する、請求項183〜191のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  193. 少なくとも1つのチャンバーが略円形の断面を有する、請求項183〜189のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  194. 装置が略円形の断面を有する、請求項183〜189のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  195. 装置が略円筒形状を有する、請求項183〜189のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  196. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成り、第1ウェアーおよび第2ウェアーがそれぞれチャンバーの高さよりも低い高さを有しており、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中の凝縮性流体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへとチャンバーを横切って流れるように配置されている、請求項183〜195のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  197. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.1m以下の高さを有する、請求項196に記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  198. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.08m以下の高さを有する、請求項183〜197のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  199. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.04m以下の高さを有する、請求項183〜198のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  200. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.02m以下の高さを有する、請求項183〜199のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  201. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.01m以下の高さを有する、請求項183〜200のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  202. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも1つの長手バッフルを有して成る、請求項183〜201のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  203. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも2つの長手バッフルを有して成る、請求項183〜202のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  204. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも3つの長手バッフルを有して成る、請求項183〜203のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  205. 相互に垂直な形態で、かつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された第1チャンバーおよび第2チャンバーを更に有して成り、
    第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されている、請求項183〜204のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  206. 凝縮器装置であって、
    液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通する少なく とも1つのチャンバーを有して成るベッセル、
    少なくとも1つのチャンバーと、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレット、並びに
    少なくとも1つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレット
    を有して成り、
    少なくとも1つのチャンバーが少なくとも1.5のアスペクト比を有しており、
    少なくとも1つのチャンバーが、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る表面、並びに第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成り、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーの各々が少なくとも1つのチャンバーの底面に沿って位置付けられており、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーの各々が少なくとも1つのチャンバーの高さよりも低い高さを有しており、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中の凝縮性流体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへと少なくとも1つのチャンバーを横切って流れるように配置されており、および
    凝縮器装置が、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている、凝縮器装置。
  207. 加湿器装置であって、
    液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通する少なく とも1つのチャンバーを有して成るベッセル、
    少なくとも1つのチャンバーと、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレット、並びに
    少なくとも1つのチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレット
    を有して成り、
    少なくとも1つのチャンバーが少なくとも1.5のアスペクト比を有しており、
    少なくとも1つのチャンバーが、蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る表面、並びに第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成り、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーの各々が少なくとも1つのチャンバーの底面に沿って位置付けられており、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーの各々が少なくとも1つのチャンバーの高さよりも低い高さを有しており、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中の凝縮性流体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへと少なくとも1つのチャンバーを横切って流れるように配置されており、および
    加湿器装置が、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている、加湿器装置。
  208. 凝縮性流体が水を含んで成る、請求項206又は207に記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  209. 蒸気混合物が空気を含んで成る、請求項206〜208のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  210. 液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層、および少なくとも1つのチャンバーの下方に、蒸気インレットと流体連通するように位置付けられた蒸気分配領域を更に有して成り、
    液体層は凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成る、請求項206〜209のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  211. 第2蒸気分配領域を更に有して成り、
    第2蒸気分配領域が、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する第2蒸気インレットを有して成る、請求項210に記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  212. 少なくとも1つのチャンバーが約1.5〜約10の範囲のアスペクト比を有する、請求項206〜211のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  213. 少なくとも1つのチャンバーが略矩形の断面を有する、請求項206〜212のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  214. 装置が略矩形の断面を有する、請求項206〜213のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  215. 装置が略平行六面体の形状を有する、請求項206〜214のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  216. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.1m以下の高さを有する、請求項206〜215のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  217. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.08m以下の高さを有する、請求項206〜216のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  218. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.04m以下の高さを有する、請求項206〜217のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  219. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.02m以下の高さを有する、請求項206〜218のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  220. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.01m以下の高さを有する、請求項206〜219のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  221. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも1つの長手バッフルを有して成る、請求項206〜220のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  222. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも2つの長手バッフルを有して成る、請求項206〜221のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  223. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも3つの長手バッフルを有して成る、請求項206〜222のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  224. 相互に垂直な形態で、かつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された第1チャンバーおよび第2チャンバーを更に有して成り、
    第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されている、請求項206〜223のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  225. 凝縮器装置であって、
    液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態で、かつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセル、
    複数のチャンバーと、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレット、並びに
    複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレット
    を有して成り、
    複数のチャンバーは、
    液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第1チャンバー、および
    第1チャンバーの下方に、第1チャンバーと流体連通するように配置された第2チャンバー
    を有して成り、
    第2チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成り、
    第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されており、および
    凝縮器装置は、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている、凝縮器装置。
  226. 加湿器装置であって、
    液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態で、かつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセル、
    複数のチャンバーと、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通するように配置された蒸気インレット、並びに
    複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレット
    を有して成り、
    複数のチャンバーは、
    液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第1チャンバー、および
    第1チャンバーの下方に、第1チャンバーと流体連通するように配置された第2チャンバー
    を有して成り、
    第2チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成り、
    第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されており、および
    加湿器装置が、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている、加湿器装置。
  227. 凝縮性流体が水を含んで成る、請求項225又は226に記載の装置。
  228. 蒸気混合物が空気を含んで成る、請求項225〜227のいずれかに記載の装置。
  229. 液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層、および少なくとも1つのチャンバーの下方に、蒸気インレットと流体連通するように位置付けられた蒸気分配領域を更に有して成り、
    液体層は凝縮性流体を含んで成る、請求項225〜228のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  230. 第2蒸気分配領域を更に有して成り、
    第2蒸気分配領域が、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する第2蒸気インレットを有して成る、請求項229に記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  231. 第1および/又は第2チャンバーが少なくとも約1.5のアスペクト比を有する、請求項225〜230のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  232. 第1および/又は第2チャンバーが約1.5〜約10の範囲のアスペクト比を有する、請求項225〜231のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  233. 第1および/又は第2チャンバーが略矩形の断面を有する、請求項225〜232のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  234. 装置が略矩形の断面を有する、請求項225〜233のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  235. 装置が略平行六面体の形状を有する、請求項225〜234のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  236. 少なくとも1つのチャンバーが略円形の断面を有する、請求項225〜235のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  237. 装置が略円形の断面を有する、請求項225〜236のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  238. 装置が略円筒形状を有する、請求項225〜237のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  239. 第1および/又は第2チャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成り、第1ウェアーおよび第2ウェアーがそれぞれ第1および/又は第2チャンバーの高さよりも低い高さを有しており、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへと第1および/又は第2チャンバーを横切って流れるように配置されている、請求項225〜238のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  240. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.1m以下の高さを有する、請求項239に記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  241. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.08m以下の高さを有する、請求項239又は240に記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  242. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.04m以下の高さを有する、請求項239〜241のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  243. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.02m以下の高さを有する、請求項239〜242のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  244. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.01m以下の高さを有する、請求項239〜243のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  245. 第1および/又は第2チャンバーが、第1および/又は第2チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも1つの長手バッフルを有して成る、請求項225〜244のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  246. 第1および/又は第2チャンバーが、第1および/又は第2チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも2つの長手バッフルを有して成る、請求項225〜245のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  247. 第1および/又は第2チャンバーが、第1および/又は第2チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも3つの長手バッフルを有して成る、請求項225〜246のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  248. 第1チャンバーから第2チャンバーへの液相中の凝縮性流体のストリームの流れを容易にするための第1チャンバーと第2チャンバーとの間に配置された降下管コンポーネントを更に有して成る、請求項225〜247のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  249. 凝縮器装置であって、
    液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセル、
    液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層、
    複数のチャンバーの下方かつベッセル内の液体層の上方に位置付けられた蒸気分配領域、並びに
    複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレット
    を有して成り、
    各チャンバーが少なくとも1.5のアスペクト比を有しており、
    複数のチャンバーが、
    液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第1チャンバー、および
    第1チャンバーの下方に、第1チャンバーと流体連通するように配置された第2チャンバー
    を有して成り、
    第2チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成り、
    液体層は凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成り、
    蒸気分配領域が、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する蒸気インレットを有して成り、
    第1チャンバーおよび第2チャンバーの各々が、第1チャンバー又は第2チャンバーの底面に沿って位置付けられた第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成り、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーが第1チャンバー又は第2チャンバーの高さよりも低い高さをそれぞれ有しており、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中の凝縮性流体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへとチャンバーを横切って流れるように配置されており、
    第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されており、および
    凝縮器装置は、蒸気混合物から凝縮性流体の少なくとも一部を取り除いて液相中に凝縮性流体を含んで成る凝縮器のアウトレットストリームを生成するように構成されている、凝縮器装置。
  250. 加湿器装置であって、
    液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームを受容するための液体インレット、液体アウトレット、並びに相互に垂直な形態でかつ液体インレットおよび液体アウトレットと流体連通するように配置された複数のチャンバーを有して成るベッセル、
    液体アウトレットと接触するように位置付けられた液体層、
    複数のチャンバーの下方かつベッセル内の液体層の上方に位置付けられた蒸気分配領域、並びに
    複数のチャンバーと流体連通するように配置された蒸気アウトレット
    を有して成り、
    各チャンバーが少なくとも1.5のアスペクト比を有しており、
    複数のチャンバーが、
    液体インレットと流体連通するように配置された上面および蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成る底面を有して成る第1チャンバー、および
    第1チャンバーの下方に、第1チャンバーと流体連通するように配置された第2チャンバー
    を有して成り、
    第2チャンバーは蒸気が移動可能な複数の穿孔を有して成り、
    液体層は凝縮性流体を含んで成る液体を含んで成り、
    蒸気分配領域が、気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する蒸気インレットを有して成り、
    第1チャンバーおよび第2チャンバーの各々が、第1チャンバー又は第2チャンバーの底面に沿って位置付けられた第1ウェアーおよび第2ウェアーを有して成り、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーが第1チャンバー又は第2チャンバーの高さよりも低い高さをそれぞれ有しており、
    第1ウェアーおよび第2ウェアーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1ウェアーから第2ウェアーへとチャンバーを横切って流れるように配置されており、
    第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中に凝縮性流体を含んで成る液体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されており、および
    加湿器が、蒸気インレットから受容される蒸気混合物と比べて気相中の凝縮性流体が豊富な蒸気含有加湿器のアウトレットストリームを生成するように構成されている、加湿器装置。
  251. 凝縮性流体が水を含んで成る、請求項249又は250に記載の装置。
  252. 蒸気混合物が空気を含んで成る、請求項249〜251のいずれかに記載の装置。
  253. 気相中の凝縮性流体および/又は非凝縮性ガスを含んで成る蒸気混合物の源と流体連通する蒸気インレットを有して成る第2蒸気分配領域を更に有して成る、請求項249〜22のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  254. 少なくとも1つのチャンバーが少なくとも約1.5のアスペクト比を有する、請求項249〜253のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  255. 少なくとも1つのチャンバーが約1.5〜約10の範囲のアスペクト比を有する、請求項249〜254のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  256. 少なくとも1つのチャンバーが略矩形である底面を有する、請求項249〜255のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  257. 装置が略矩形の断面を有する、請求項249〜256のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  258. 装置が略平行六面体の形状を有する、請求項249〜257のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  259. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.1m以下の高さを有する、請求項249〜258のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  260. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.08m以下の高さを有する、請求項249〜259のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  261. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.04m以下の高さを有する、請求項249〜260のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  262. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.02m以下の高さを有する、請求項249〜261のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  263. 第1ウェアーおよび第2ウェアーの少なくとも一方が約0.01m以下の高さを有する、請求項249〜262のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  264. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも1つの長手バッフルを有して成る、請求項249〜263のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  265. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも2つの長手バッフルを有して成る、請求項249〜264のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  266. 少なくとも1つのチャンバーが、チャンバーの底面に沿って位置付けられた少なくとも3つの長手バッフルを有して成る、請求項249〜265のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  267. 第1チャンバーおよび第2チャンバーを更に有して成り、
    第1チャンバーおよび第2チャンバーは、液相中の凝縮性流体のストリームが第1チャンバーの全長を横切って第1方向に、および第2チャンバーの全長を横切って反対の第2方向に流れるように配置されている、請求項249〜266のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
  268. 第2チャンバーが第1チャンバーから下方に延在する降下管を有して成るインレットエリアを有して成る、請求項249〜267のいずれかに記載の凝縮器装置又は加湿器装置。
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