JP2017503653A - 蒸留による流体浄化用設備及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、希釈されている固形物質を有する流体を含み且つその出口に不純物濾過器（２）を含む貯蔵器（１）と、貯蔵器（１）の出口に接続され且つ固形物質を含む流体の圧力と温度を上昇させるように設計されたポンプ（３）と、熱搬送流体と接触している複数のパイプを含む、固形物質を含む流体を加熱するための領域（４）とを含み、加熱領域（４）の出口に接続された中細ノズル（５）であって、既に加熱された流体中に希釈されている固形物が固形物質貯蔵器（６）内に沈殿し、一方、流体が凝縮器（７）に移動し且つそこから既に液体状態で浄化流体用貯蔵器（８）に移動するように気液二相の流体の速度を上昇させるように設計された中細ノズル（５）を更に含む、蒸留によって流体を浄化するための方法及び設備に関する。

Description

本発明の対象は、流体を加速することによって流体中に希釈されている固形物質を分離する、蒸留による流体浄化システムである。

今日に至るまで、水を浄化する最も一般的な方法は、例えば特許文献１に記載されるような機械的な方法及び濾過器である。特許文献１では、単一装置によって水の濾過、浄化及び蒸留を可能にする水浄化装置及び方法であって、太陽エネルギー（ＵＶ及びＩＲ放射）のみを使用し、またその持ち運び可能且つ人間工学的な特徴を際立たせし、その結果あらゆる場所及び／又はあらゆる状況で使用される能力を有する水浄化装置及び方法が例として提供されている。前記装置は主に、濾過水を得るために汚水のあらゆる微生物、臭い及び色を除去する、活性炭、極薄樹脂などの汚水濾過用の濾過材が入った微多孔バッグと、熱変色性塗料が設けられた領域をその表面に有し、水が日光暴露中に一定の温度に達した時点の熱変色性塗料の色の変化によって入っている水が既に浄化された時をユーザーに示すように適合された容器とを備えているため、際立っている。

対照的に、膜及び蒸気凝縮の使用を含む方法も例えば特許文献２において使用され、特許文献２には、膜蒸留による液体の浄化方法であって、加熱されたスチーマー貯留液留分ストリームを多孔質疎水性膜に沿って保持留分チャンネルに通し、それにより液体蒸気が膜の孔を通って前記膜の反対側に流れることと、前記膜の他の側で前記蒸気を凝縮して蒸留物チャンネル中に蒸留物ストリームを生じさせ、蒸留物は凝縮器の表面に向かって凝縮熱（潜熱）を渡すことによって生成され、前記表面は浄化すべき液体の液体供給ストリームと前記蒸留物ストリームの間に非多孔性の凝縮器の仕切りを形成し、前記供給ストリームは前記保持留分ストリームと向流で供給チャンネルを通してもたらされ、供給チャンネルは流体的に下流で保持留分ストリームと接続され、前記供給チャンネル内にスペーサー材料が配置され、それにより潜熱の少なくとも一部が凝縮器の表面を介して供給ストリームに移され、且つそれにより保持留分チャンネルと供給チャンネルの各々の一部分にわたり保持留分チャンネルと供給チャンネルの対応する点で保持留分ストリーム及び供給ストリームの間に液体の正の圧力差が掛けられることとを含む方法が記載されている。

スペイン国特許出願第２０１１３０２３９号明細書 スペイン国特許第２３８８８８２号明細書

示されたように、本発明の目的は、溶液中に固形成分を有する高温且つ高圧の流体をそれが音速に近い速度に達するまでノズルに通すことを利用する蒸留による流体浄化方法及び設備である。

ノズルを通る流体の圧力は低下し、圧力がその温度におけるその蒸気圧に達することを可能にする低圧状態に達し、この時点で気体状態にある流体の固形成分が分離される。従って、清浄な蒸気から分離された固形成分を得ることが、既に浄化された蒸気が液化する凝縮相までその方法を続ける。

従って、本発明は、音速に近い流体速度まで加速することによって希釈されている固形物質を分離する蒸留システムを使用する。これは、液体状態の流体、例えば海水が、いかなる種類の化学的処理もなしに且つ大きなエネルギー消費なしに、またクリーンエネルギーによって得られる完全に物理的な方法で浄化されることを意味する。

明細書及び特許請求の範囲の全体を通して、単語「含む」及びその変化形は、他の技術的特徴、添加物、構成要素又はステップを排除するものではない。当業者には、本発明の他の目的、利点及び特徴が一部は明細書から、一部は本発明の実施から浮かぶであろう。以下の実施例及び図面は例示を目的として提供されているものであり、それらは本発明を限定するものではない。また、本発明は、本明細書に記載されている特定の好ましい実施形態のすべての可能な組み合わせを含む。

以下で、一連の図面を非常に簡単に説明する。図面は、本発明を理解する上でよりよい助けとなり、非限定的な例として示される前記本発明の実施形態に明示的に関連するものである。
本発明の一実施形態による浄化設備のブロック図を示す。

本発明の好ましい実施形態は、人間の使用に適さない使用不可能な水から飲用水を得ることを提案する。従って、それは、希釈されている固形物質の、気液二相混合物の動力学による分離に基づく浄化サイクルを提案する。これは以下のことを考慮に入れる。
ｉ．液体の温度は、圧力及び温度の極限条件の下でその沸点まで上昇させなければならない。
ａ．浄化設備が設置される場所を取り巻く自然界に存在するあらゆる生態系から必要なエネルギー、すなわち、風力エネルギー、太陽エネルギーや他の種類の再生可能エネルギーなど及び／又はその関連する低コストを得る。
ｂ．システムサイクルへの熱伝達として配置される主要熱流体と熱交換を行う。
ｉｉ．数ミリ秒間で最高６０℃までの温度変化を生じさせるために気液二相混合物の速度を約４５０ｍ／秒（マッハ０．８５）の速度まで上昇させ、瞬時に気液二相混合物内の純水を塩から分解する。

進展の結果、２つの生成物が出口で得られるプロセスが生じる。
ａ）高純度の清浄水。
ｂ）固形廃棄物（例えば、海水、食塩を有する）。

図１は、本発明の実施形態の対象浄化設備を示す。このようにして、人間の使用に適さない水を含む貯蔵器（１）から流体が不純物用の第１濾過器（２）を通過し、ポンプ（３）によって流体の圧力及び温度が２５３℃以下の温度まで上昇させられる。次いで、流体は加熱領域（４）に移動し、流体はそこで熱伝達流体を使って加熱され、２７５℃以下の温度になる。

次いで、加熱された流体は、流体を音速に近い速度（好ましくは、約４５０ｍ／秒）まで加速する中細ノズル（５）に移動し、気液二相系の断熱圧縮膨張を行う。

最後に、固形物質貯蔵器（６）の各々で固体が底に沈殿し、一方、精製水が凝縮器（７）内で凝縮され、浄化流体貯蔵器（８）内に貯蔵される。

図１に示される実施形態には、再び異なる温度勾配（流体入口及び出口温度の差）が与えられる、複数の分離ステップ（５、６、７）が設定されている。

数値的に、図１に示される設備では、３０ｌ／分の質量流量及び３２．３℃の入口と出口の間の温度勾配に対して、流体密度０．７８ｋｇ／ｄｍ^３並びに２５１０Ｊ／Ｋｇの比熱で、海水の場合に３ｌ／分の精製水と１０５ｇ／分の塩が得られ、得られた水の１３．３５ＫＷ／ｌの熱平衡を生じさせる。

Claims (6)

1. 蒸留による流体浄化方法であって、
   ｉ）貯蔵器（１）から希釈されている固形物質を有する流体を供給するステップと、
   ｉｉ）不純物濾過器（２）を使って前記貯蔵器（１）から供給された流体を濾過するステップと
   を含み、
   ｉｉｉ）濾過された流体の圧力及び温度を
   ａ．ポンプ（２）及び
   ｂ．熱伝達流体との熱交換による加熱領域（４）
   によってその沸点まで上昇させるステップと、
   ｉｖ）前記流体を音速に近い速度まで加速する中細ノズル（５）に上記流体を通し、それにより気液二相系の断熱圧縮膨張を生じ、懸濁している固形物質を固形物質貯蔵器（６）の底に沈ませるステップと、
   ｖ）ガス状態の流体を凝縮器（７）内で凝縮させるステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記温度は、２７５℃以下の温度である熱伝達流体によって上昇させられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記圧力及び前記温度は、ポンプ（３）によって２５３℃以下の温度まで上昇させられる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記音速に近い速度は約４５０ｍ／秒である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 蒸留による流体浄化設備であって、
   ａ）流体及びその中に希釈されている固形物質を有し、出口に不純物濾過器（２）が設けられた貯蔵器（１）と、
   ｂ）前記貯蔵器（１）の出口に接続され且つ前記固形物質を含む流体の圧力及び温度を上昇させるように設定されたポンプ（３）と、
   ｃ）熱伝達流体と接触する複数のダクトを含む、前記固形物質を含む流体ための加熱領域（４）と
   を含み、
   前記加熱領域（４）の出口に接続された中細ノズル（５）であって、既に加熱された前記流体に含まれている希釈され前記固形物質が固形物質貯蔵器（６）内に沈殿し、一方、前記流体が凝縮器（７）に移動し且つ次に既に液体状態で浄化流体貯蔵器（８）に移動するように、気液二相の前記流体の速度を上昇させるように設定された中細ノズル（５）を含むことを特徴とする設備。
6. 前記熱伝達流体は２７５℃以下の温度である、請求項５に記載の設備。

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