JP2017538094A - 加熱、凝縮、混合、脱気、吸入排出用の多相装置およびシステム - Google Patents

Abstract

省エネルギー脱気装置は、収束側壁を有する円錐状入口から、拡散側壁を有する拡張チャンバ、収束側壁を有する圧縮チャンバおよび出口まで、前記装置の中心軸を略たどり、前記圧縮チャンバの第１のエントリポートが前記拡張チャンバの出口によって画定される第１の進入流路と、圧縮チャンバのリング状の第２のエントリポートを形成するように収束する側壁を有し、リング状の第２のエントリポートが第１のエントリポートの周囲に同心状に配置される第２の進入流路と、を含み、第１および第２の進入流路が圧縮チャンバで収束し、両流路が出口に方向付けられて、脱出流路を形成する。

Description

本明細書に開示する主題は、環境保全型の（環境に優しい）熱、化学、機械的技術に関し、特に、直接接触反応器、熱交換器、各種気体、蒸気、流体の混合、熱生成、エネルギー回収、蒸気の凝縮、脱気、流体および液体の吸入排出に関する。

米国および世界中の多くの公益事業設備は、空間の暖房、冷房、家庭用温水用に、建物への地域蒸気を生成し供給している。蒸気凝縮物（ｓｔｅａｍ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）は、蒸気生成源に戻ってくる、あるいは都市下水システムに排出されることがある。凝縮物の温度を１０４°Ｃ（２２０Ｆ）から約６０°Ｃ（約１４０Ｆ）（都市下水要件）に低下させるため、凝縮物は低温上水と混合される。上記システムは、相当量の電気、熱、水の損失と下水排出速度のもとで操業している。失われる凝縮物は、発電所またはボイラープラントにおいて、標準的なトレーまたはスプレー型脱気器で処理される低温脱塩水で補填しなければならない。凝縮物損失量が大きい地域蒸気システムでは、水の補填割合が吸水量の１００％に達する場合がある。このような状況下では。脱気器は、十分な加熱、凝縮、脱気能力を提供することができない。こうした状況の結果、脱気器では水撃音が生じ、加熱および脱気性能が劣化する。この結果、発電所施設と地域蒸気配管に集中的な腐食が発生する。

酸素や二酸化炭素などの不凝縮気体を凝縮物から除去するために、発電所およびボイラープラントでは給水の熱脱気が広く採用されている。通常、入ってくる凝縮物は、脱気器内で蒸気と共に、脱気器圧力に対応する飽和温度まで加熱される。不凝縮気体は発散蒸気と共に脱気器から除去される。通常、利用工程で蒸気（約１０％）と共に失われる小量の凝縮物は、脱気器にも導入される低温脱塩水で補填される。脱気器に入る混合された凝縮物と脱塩水流の温度は通常、脱気器で−６．７〜４．４°Ｃ（２０〜４０Ｆ）上昇する。多くの地域蒸気システムでは、凝縮物は蒸気生成ステーションには戻らず、１０〜２１°Ｃ（５０〜７０Ｆ）の温度で大量の低温脱塩水で補填しなければならない。１０４°Ｃ（２２０Ｆ）の飽和温度の大気圧脱気器の場合、処理水の温度は脱気器内で６６〜７７°Ｃ（１５０〜１７０Ｆ）上昇させなければならず、水撃音を引き起こし、脱気器能力を低下させ、脱気給水の品質を劣化させる。

上記の問題に対する標準的な解決策は、低温脱塩水が脱気器に入る前に約８２〜９０°Ｃ（約１８０〜２００Ｆ）の温度まで加熱される大型の表面型熱交換器を設置することである。このシステムは大型の高額な熱交換器と電動ポンプを必要とする。熱交換器の配管システムは、解放された不凝縮気体によって引き起こされる集中的な腐食の影響も受ける。熱交換器は表面を通じた間接熱伝達を利用するため、湯垢の付着によって詰まり、熱伝達と効率性を低下させる。

直接接触噴射装置（ＪＡ）は、ベンチュリヒータ、過熱低減器、蒸気放出器、噴射排気器および圧縮器、噴射排出器、噴射真空ポンプなどとしても知られ広く使用されている。ＪＡは、吸引チャンバに囲まれた収束（作業）ノズル、混合ノズル、ディフューザの３つの主要部品から成る。作業（運動）流と投入（捕捉）流が混合ノズルに入り、そこで速度が均一化され、混合物の圧力が上昇する。結合流は混合ノズルからディフューザに入り、そこで圧力がさらに上昇する。ディフューザは、速度を次第に低下させ、できる限り少ない損失でエネルギーを吐出圧に変換するように成形される。この工程中、不凝縮気体を含有する気泡はつぶれて、気体が液体中に溶解する。

蒸気−液体注入器内の液体生成物を加熱する方法は、たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６に記載されている。
既存の脱気器および脱気装置は意図する目的に適するかもしれないが、現状の脱気装置およびそれを使用するシステムは、本明細書に開示する脱気装置で向上させることができる。

米国特許６，２９９，３４３号明細書 米国特許５，２０５，６４８号明細書 米国特許５，２７５，４８６号明細書 米国特許５，５４４，９６１号明細書 米国特許５，５４４，９６１号明細書 米国特許４，８４７，０４３号明細書

本発明の目的は、上記した問題を解決することができる脱気装置を提供することにある。

一実施形態は省エネルギー脱気装置であり、該装置は、収束側壁を有する円錐状入口から、拡散側壁を有する拡張チャンバ、収束側壁を有する圧縮チャンバおよび出口まで、該装置の中心軸を略たどり、圧縮チャンバの第１のエントリポートが拡張チャンバの出口によって画定される第１の進入流路と、収束して圧縮チャンバのリング状の第２のエントリポートを形成し、リング状の第２のエントリポートが第１のエントリポートの周囲に同心状に配置される第２の進入流路とを含み、第１および第２の進入流路が圧縮チャンバで収束して、両流路が出口に方向付けられて、脱出流路を形成する。

本発明の別の実施形態は省エネルギー脱気システムであり、該システムは、給水の供給と、蒸気の供給と、給水と蒸気を受け入れ、かつ、出口で単相脱気水を配送するように構成される上記の説明による省エネルギー脱気装置と、単相脱気水を受け入れる容器と、を含む。

本発明の別の実施形態は単相脱気水を生成する省エネルギー方法であり、該方法は、省エネルギー脱気装置に給水の供給を行うことと、省エネルギー脱気装置に蒸気の供給を行い、省エネルギー脱気装置が上記の説明により出口で単相脱気水を生成することと、単相脱気水をユーザまたは保管容器に配送することと、を含む。

本発明の別の実施形態は、様々な温度で供給される流体、特に水と凝縮物と気体、特に蒸気とを混合して、反応、水圧破砕、炭化水素工程の耐火物、所望温度での加熱、凝縮、脱気、吸入排出を引き起こす環境保全型の（環境に優しい）脱気装置を採用するシステムである。本発明は、化石燃料発電所および原子力発電所（福島第一原発事故のようなＬＯＣＡ（冷却材喪失事故）の防止を含む）、ボイラープラント、合成燃料用の液体炭化水素の生産、一酸化炭素と水素の混合物の液体炭化水素への変換（ベルギウス・デュスおよびフィッシャー・トロプシュ工程）、バイオガス、各種産業、強化石油採取、水圧破砕、アスファルト、エマルジョンおよびビール製造施設、製鋼所、施肥工場、石炭の液化および気化、環境工程（高効率気体および粒子除去、煙および煙道ガスの清掃、各種気体流からの汚染物質の直接接触による湿式スクラバ内の試薬の中性化）、熱、化学物質、水、化学的回収、地域エネルギーシステムなどのための新たな、または改良用途に広く使用することができる。

これらおよびその他の利点と特徴は、図面と併せて以下の説明から自明になるであろう。
本発明とみなされる主題は、本明細書の最後で請求項において特定して指摘され、明確に請求されている。本発明の上記およびその他の特徴と利点は、添付図面と併せて以下の詳細な説明から自明である。

本発明の一実施形態に係る、１つの中央軸方向入口と２つの側方入口とを有する省エネルギー脱気装置の中心軸に沿った側断面図である。 本発明の一実施形態に係る、図１Ａに類似するが、側方入口が１つのみである省エネルギー脱気装置の中心軸に沿った側断面図である。 本発明の一実施形態に係る、図１Ａおよび１Ｂの脱気装置を利用するシステムの概略図である。 一用途において設置された図２のシステムの図である。 本発明の一実施形態に係る、スクラバ用途において図１Ａおよび１Ｂの脱気装置を使用する別のシステムの図である。 本発明の一実施形態に係る、ポンプ用途において図１Ａおよび１Ｂの脱気装置を使用する別のシステムの図である。 本発明の一実施形態に係る、加熱システムにおいて利用する図２のシステムの直接連結を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、加熱システムにおいて利用する図２のシステムの間接連結を示す図である。

以下の詳細な説明は、図面を参照して例示のために利点と特徴と共に本発明の実施形態について説明する。
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る、中心軸１０２に沿った省エネルギー脱気装置１００の側断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す装置と類似するが、側方入口が１つのみである脱気装置１００’の中心軸１０２に沿った側断面図であり、以下に説明する。一実施形態では、脱気装置１００は、収束側壁２０４を有する円錐状入口２０２から、拡散側壁２０８を有する拡張チャンバ２０６、収束側壁２１２を有する圧縮チャンバ２１０および出口２１４まで、脱気装置１００の中心軸１０２を略たどる第１の進入流路２００を有し、圧縮チャンバ２１０の第１のエントリポート２１６は、拡張チャンバ２０６の寸法「Ｃ」を有する出口によって画定される。脱気装置１００は、収束して圧縮チャンバ２１０の寸法「Ｂ」を有するリング状の第２のエントリポート３０４を形成する側壁３０２を有する第２の進入流路３００をさらに有し、リング状の第２のエントリポート３０４は、第１のエントリポート２１６の周囲に同心状に配置される。第１および第２の進入流路２００、３００は圧縮チャンバ２１０で収束して、両流路とも出口２１４に方向付けられて脱出流路４００を形成する。図１Ａに示すように、入口２０２は寸法「Ｄ」の入口開口部を有し、側壁２０４は狭い寸法「Ａ」まで収束する。拡張チャンバ２０６は、狭い寸法「Ａ」から第１のエントリポート２１６の寸法「Ｃ」まで拡張する。圧縮チャンバ２１０は、寸法「Ｂ」、「Ｃ」、再度「Ｂ」、そして出口２１４の寸法「Ｅ」へと収束する。第２の進入流路３００は、開口部３０６（本明細書では入口とも称する）の寸法「Ｆ」からリング状の第２のエントリポート３０４の寸法「Ｂ」まで収束する。一実施形態では、寸法「Ｄ」、「Ａ」、「Ｃ」、「Ｅ」、「Ｆ」のうちの１以上は、本明細書で開示するような円形構造の径である。一実施形態では、寸法「Ｂ」は、円形開口部を有する第１のエントリポート２１６の外周に配置される円形リング状開口部（第２のエントリポート３０４）を画定する。

一実施形態では、第１のエントリポート２１６（「Ｃ」）は第１のハウジング区間１０４を介して形成され、第２のエントリポート３０４（「Ｂ」）は第１のハウジング区間１０４を介して第２のハウジング区間１０６内に入れ子状に形成される（図１Ｂに最も良く示される）。

第１の進入流路２００は第１の流動可能媒体２２０を受け入れるように構成され、第２の進入流路３００は第２の流動可能媒体３２０を受け入れるように構成される。第１の実施形態では、第１の流動可能媒体２２０が蒸気であり、第２の流動可能媒体３２０は水である。第２の実施形態では、第１の流動可能媒体２２０は水であり、第２の流動可能媒体３２０は蒸気である。より大きな流力を有する流動可能媒体が第１の進入流路２００に供給される。このように、一実施形態では、第１の流動可能媒体２２０が、第２の流動可能媒体３２０よりも大きな流力を有する。

第１の流動可能媒体２２０と第２の流動可能媒体３２０が圧縮チャンバ２１０で結合され、二相流動可能媒体４１０を形成することができる。圧縮チャンバ２１０は二相流動可能媒体４１０を含むように構成されるため、脱出流路４００が単相脱気流動可能媒体４２０を含む。一実施形態では、圧縮チャンバ２１０内の二相流動可能媒体４１０が水と気泡であり、圧縮チャンバ２１０が二相流動可能媒体４１０を圧縮するように構成されるため気泡が凝縮され、脱出流路４００が単相脱気水（本明細書では参照符号４２０でも示す）を含む。一実施形態では、圧縮チャンバ２１０内の二相流動可能媒体４１０は超音速で流れ、脱気装置１００外の脱出流路４００内の単相脱気流動可能媒体４２０は亜音速で流れる。一実施形態では、第１の流動可能媒体２２０は第１の流圧を有し、第２の流動可能媒体３２０は第２の流圧を有し、単相脱気流動可能媒体４２０は、第１の流圧と第２の流圧よりも低い第３の流圧を有する。一実施形態では、第１の流動可能媒体２２０は給水および蒸気の一方であり、第２の流動可能媒体３２０は給水および蒸気の他方であり、単相脱気流動可能媒体４２０は、給水よりも温度の高い単相脱気水である。

図１Ａは、たとえば蒸気を受け入れることのできる１つの軸方向円錐状入口２０２と、たとえば低温の給水を受け入れることのできる２つの側入口３０６と、を有する脱気装置１００を示すが、一実施形態は、図１Ｂを参照して後述する単独の側入口３０６を有することもできる。

文字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで特定される寸法は以下の式（数１）を用いて判定することができる。

上式で、Ｐ_ｄ＝装置以後の吐出圧（図１の４２０）；Ｐ_ｗ＝作業気体または蒸気圧（図１の２２０）；Ｔ_ｗ１＝Ｐ_ｉ／Ｐ_ｗ、ただし、Ｐ_ｉ＝投入液体圧（図１の３２０）；ｆ_ｗ１＝作業ノズル出口（図１の「Ｅ」）の断面；ｆ_３＝混合チャンバ出口の断面（図１の「Ｃ］）；Ｋ_１＝作業流速係数（図１の２００）；φ_３＝排出速度係数（図１の４００）；Ｔ_ｗｃ＝Ｐ_ｃ／Ｐ_ｗ＝作業ノズル（脱気装置１００）の臨界区間の圧力と作業圧（図１の「Ａ」）の比；ｋ_ｗ＝作業流（図１の２００で）の比熱；ｕ＝投入流速と作業流速（図１の３２０と２２０）の比に等しい投入係数；λ_ｗ１＝断熱流での作業流の速度と臨界速度（図１の「Ａ」で）の比；Ｖ_ｄおよびＶ_ｗ＝吐出流と作業流（図１の４００と２００）の比体積；ｆ_ｗｃ＝作業ノズル（脱気装置１００）の臨界区間の断面（図１の「Ａ」）。

本明細書で使用するとき、臨界区間および臨界速度などの用語はそれぞれ、図１の断面「Ａ」と、入口で（図１の２００）の流速を上昇させても超過できない出口（図１の４００）での最高流速とを指す。Ｋ_１速度係数とφ_３速度係数は、入口と出口での乱流損失に関し、通常は１未満の値である。

一実施形態では、脱気装置１００の出口２１４は、上記寸法「Ｅ」まで内側に収束し、その後、流が脱気装置１００を出る際に寸法「Ｇ」まで拡散する側壁を有し、側壁は、流体４２０が脱気装置１００を脱出するときの急速な圧力低下と膨張を制御する役割を果たす。

流体４２０が出口で膨張すると、高い吸引力が生じて、脱気装置１００は、真空を含む幅広い圧力にわたって作業流体（たとえば２２０）と投入流体（たとえば３２０）を受け入れるのに適した自給吸引ジェットとして機能する。

再度図１Ｂを参照すると、図１Ａと類似の要素には同様の参照符号が付されており、図１Ｂは、リング状の第２のエントリポート３０４が第１のエントリポート２１６の周囲に同心状に配置され、両エントリポート２１６、３０４が作業媒体２２０と投入媒体３２０に圧縮チャンバ２１０への入口を提供していることをより明確に示す。図１Ａと図１Ｂの比較から分かるように、リング状の第２のエントリポート３０４は、拡張チャンバ２０６の出口先端の外周（第１のエントリポート２１６の寸法「Ｃ」）と脱気装置１００’のハウジング１０６の内側側壁との間に寸法「Ｂ」を有する。図１Ｂは、投入媒体３２０を受け入れる単独の側方入口３０６も示す。

次に、図１Ａまたは１Ｂの脱気装置１００を利用する例示の省エネルギー脱気システム５００を示す図２を参照する。一実施形態では、システム５００は概して、給水の供給５０２（図１Ａの３２０を参照）と、蒸気の供給５０４（図１Ａの２２０を参照）と、給水と蒸気を受け入れるように構成される脱気装置１００と、を有する。一実施形態では、脱気装置１００は、図１Ａおよび１Ｂを参照して上記で説明したように構成されて、単相脱気水４２０を生成する。システム５００は、単相脱気水４２０を受け入れる容器５０６をさらに含む。また、システム５００は、戦略的に配置された様々な１以上の弁５０８、１以上の自動調整弁５１０、１以上の遮断弁５１２（たとえば、電気的にオン／オフされる弁）、１以上の逆止弁５１４を含み、すべてが供給ライン５１６、５１８、５２０、５２２、５２４を介して相互接続される。一実施形態では、単相脱気水４２０は給水５０２よりも温度が高い。

図２のシステム５００が示すように、給水（低温脱塩水）３２０は２つの側方入口３０６を通って脱気装置１００に入り、蒸気２２０が最上部の円錐状入口２０２に入る。脱気装置１００では、給水３２０と蒸気２２０が上記のように混合、加熱、脱気される。単相脱気水４２０の処理済み混合物は脱気装置１００を出て、容器５０６に入り、容器自体が脱気器であってもよいが、所望の脱気度に対処できなくてもよい。したがって、脱気装置１００の利用はシステム性能を向上させる。容器／脱気器５０６では、不凝縮気体が解放されて、給水システムとプラント施設の確実かつ腐食を生じない操業を確保する。

図３は、脱気装置１００の設置図５３０である。図示するように、２つの３０．５ｃｍ（１２インチ）供給ライン５３２に接続される２つの１５．２ｃｍ（６インチ）パイプは低温脱塩水３２０を脱気装置１００に供給し、蒸気２２０が２５．４ｃｍ（１０インチ）の供給ライン５３４を通って供給される。脱気され予熱された水４２０は２５．４ｃｍ（１０インチ）ライン５３６を通って脱出し、容器／脱気器５０６（図２を参照）内に方向付けられる。図示するように、列挙されてはいないが、当該技術において既知なように、システム５３０には仕切り弁、逆止弁および水制御弁が設けられる。

図４はヒータ／スクラバ用途において脱気装置１００（点線で囲む）を利用するシステム５５０の概略図であり、入ってくる流体流（水３２０と蒸気／気体２２０）を脱気、加熱、浄化し、入ってくる蒸気、気体、または煙を、脱気出口流４２０を介して清掃する。パッキング５５２は、蒸気／気体／煙２２０内の汚染物質／化学物質／混入物質の除去を簡易化し、その後、それらは完全に結合されて、容器５５６の水５５４に捕捉される。脱気工程から生じる空気は、通気孔５５８を通って解放される。出口パイプ５６０および弁５６２が、水５５４の配送と後処理のために設けられる。図４に示すように、多ノズル脱気装置１００は、システム５５０の装置の上部に配置される。

図５は、逆止弁５７４と合わせて従来のポンプ５７２と共に２つの脱気装置１００．１、１００．２を使用するシステム５７０の概略図である。第１の脱気装置１００．１はポンプ５７２の吸入側に接続され、第２の脱気装置１００．２がポンプ５７２の排出側に接続される。上述したように、第１の流体流２２０、２２０’と第２の流体流３２０、３２０’は本明細書に開示する目的のために脱気装置１００．１、１００．２にそれぞれ供給されて、最後に脱気水４２０として排出される。このように、吸入側と排出側の両方でポンプを介して流体流を脱気することによって、ポンプ性能を向上させることができる。

別の実施形態によると、図６を参照すると、脱気装置１００を利用する例示のシステム６００は、蒸気２２０と液体３２０（水を含む）とを混合凝縮させて不凝縮気体を解放すると共に、脱気温水４２０を生成する特定の内部形状を備えた環境保全型の（環境に優しい）二相凝縮直接接触熱交換器６０２である装置を含む。システム６００の他の構成要素は図６に概略的に示され、凡例によって特定可能である。

別の実施形態によると、図７を参照すると、例示のシステム７００は、既存の間接加熱システムを超える利点を提供する。従来の熱交換器による間接加熱は高額であり、エネルギー効率的ではなく、汚損しやすい。蒸気ヒータは汚損したり、湯垢が付着したりして、頻繁な酸清掃または管交換が必要となる。このため、生産性が低下し、メンテナンスコストが増加する。逆に、本明細書に開示するような脱気装置１００を使用することで、脱気水４２０の生成によって湯垢の付着と汚損が実質上排除され、さらに、間接熱交換器７０２に自動清掃機能を提供する。脱気装置１００は可動部品を備えておらず、資本コストとメンテナンスコストが低い。図７と本明細書の他の様々な図面に示すように、脱気装置１００はシステム配管に直接搭載され、床空間を開放し、必要に応じて取り外して検査することができる。システム７００の他の構成要素は図７に概略的に示され、凡例によって特定可能である。

例示の一実施形態では、再度図２を参照すると、脱気装置１００は以下の動作パラメータを有する。２２０で、蒸気入力は１０バール、１３．８１トン／時である。２００で、入口寸法「Ｄ」は１００ｍｍである。１０２はノズルへの蒸気の通過を表す。１０４はノズルハウジングを表す。１０６は第２段のノズルハウジングを表す。２０４で、側壁は軸１０２に対して１５度の角度を有する。２０６は拡張する蒸気通路を表す。２０８で、ノズルの側壁は軸１０２に対して８．２度の角度を有する。３００は混合チャンバへの水入口を表す。３０２は入口給水混合通路を表す。３０４は蒸気と水が相互作用する臨界区間を表す。２１０は混合され圧縮チャンバまで流れる二相流体を表す。２１２は超音速での二相媒体の圧縮チャンバを表す。３２０は１５°Ｃでの１００トン／時の１００ｍｍ径のパイプを介した水入力を表す。ノズル開口寸法「Ｃ」は５７．８８ｍｍである。３０４は水と蒸気が接する臨界開口で２６．４３ｍｍである。開口寸法「Ｅ」は３７．５６ｍｍである。４００で、温水出力は１０５°Ｃ、２１．５８バール出力圧である。４１０は二相媒体の形成を表す。４２０は１０５°Ｃでの圧力下の単相温水を表す。

脱気装置１００または脱気装置１００を使用するシステムの他の実施形態を以下概略的に説明する。
一実施形態によると、本明細書に開示するように利用される脱気装置１００は、液体粒子の予熱および分解と不凝縮気体の解放を可能にする。脱気装置に入ると、不凝縮気体はすぐに解放され、発散蒸気と共に除去されて、脱気装置の脱気性能が大幅に向上することによって、脱出する水は所望酸素濃度（通常、７ｐｐｂ未満）および遊離炭酸レベル（ゼロに近い）に達することができる。

別の実施形態によると、脱気装置１００はディフューザを備えておらず、装置の加熱工程は超音速で二相段で完了し、その時点ですべての不凝縮気体は液体から解放（脱気）されて、気泡の形状で存在する。次に、排出された脱気液体は脱気器に送られ、そこで不凝縮気泡は液体からぱっと吹き出し、発散蒸気と共にすぐに除去される。残りの液体は実際にはごく低濃度の不凝縮気体しか含まないため、気体除去のための脱気器の仕事が大幅に低減される。したがって、脱気装置を離れる液体内の不凝縮気体の最終濃度が大幅に低減される。その結果、ボイラー内の腐食工程も実質上排除される。本明細書に開示するような脱気装置１００によって、新たな下流の脱気器の寸法とコストも減らすことができる。

別の実施形態によると、脱気装置１００を利用するシステムは、表面型熱交換器と環境保全型の直列型二相コンパクト直接接触脱気装置１００との交換を可能とし、本明細書に開示するように、冷水が脱気され蒸気で加熱される。加熱中、不凝縮気体は、微小気泡の形状で水から集中的に解放される。下流の脱気装置に入ると、不凝縮気体はすぐに解放されて、発散蒸気と共にシステムから除去され、脱気性能が大幅に向上することによって、下流の脱気器を離れる水が所望酸素濃度（通常、７ｐｐｂ未満）および遊離炭酸レベル（ゼロに近い）に達することができる。これにより、従来の脱気器の加熱および脱気容量を大幅に低下させることができ、脱気装置のサイズとコストを節減する。

別の実施形態によると、任意の温度の低温脱塩構造流体が直列型の脱気装置１００に導入されて、脱気され、気体または蒸気と直接接触して加熱される。装置内の処理中、流体は、解放された不凝縮気体の気泡と混合される微粒子に細分される。下流の脱気装置に入ると、不凝縮気体はすぐに解放され、発散蒸気と共に除去されて、脱気性能が大幅に向上することによって、脱気水は所望酸素濃度（通常、７ｐｐｂ未満）および遊離炭酸レベル（ゼロに近い）に達することができる。

別の実施形態によると、本明細書に開示するような脱気装置１００は、加熱および脱気能力を大幅に向上させることによって既存の脱気器の制約を克服することができる。
本明細書に開示する各種システムでは、気体または蒸気が、大型ジェットノズルを通じて、脱気装置１００のたとえば入口２０２（図１を参照）に入る。低温流体が１または複数の側ノズルによって、たとえば入口３０６（図１）に供給される。上述の混合中、気体または蒸気は凝縮して、より低温の排出流体（蒸気よりも低温で低温流体よりも高温）に熱エネルギーを移送する。迅速な制御された蒸気凝縮によって、システムに固有の騒音と振動と共に水撃音を回避することができる。システムは静かに動作し、騒音を発生しない。

上記のすべてに鑑み、本発明の一実施形態は、本明細書に開示するような脱気装置１００と、該脱気装置を使用するシステムとを含むだけでなく、本明細書に開示するように脱気装置１００を用いて、工程で加熱することもできる単相脱気水を生成する省エネルギー方法も含むことができる。該方法は概して、脱気装置に給水の供給を行うことと、脱気装置に蒸気の供給を行うことと、脱気装置が本明細書に開示するような構造を有し、本明細書に開示するように実行して単相脱気水を生成し、ユーザまたは保管容器に単相脱気水を配送することと、とを含み、配送された単相脱気水が、給水よりも高い温度を有する。

上記すべてに加えて、脱気装置１００の他の実施形態は以下を含む。
実施形態１は、液体、特に水の加熱、凝縮、脱気、吸入排出のために円形、正方形、三角形、または楕円形の気体、液体、二相、または蒸気用のノズルを有する環境保全型の（環境に優しい）二相直接接触脱気装置の形状の装置を含む。

実施形態２は、気体、蒸気、二相流体、または液体用の単数または複数の入口をさらに含む、実施形態１に係る装置を含む。
実施形態３は、実施形態１または２のいずれかにかかる装置を含み、１または複数の入口ノズルが１または複数の混合ノズルと整合される構造をさらに含む。

実施形態４は、実施形態１ないし３のいずれかにかかる装置を含み、気体または蒸気が超音速で液体と混合される１または複数の混合区間をさらに含む。
実施形態５は、実施形態１ないし４のいずれかにかかる装置を含み、凝縮された気体または蒸気と所定温度まで加熱された液体とをさらに含み、不凝縮気体が気泡の形状で液体から解放される。

実施形態６は、実施形態１ないし５のいずれかにかかる装置を含み、建物および産業において熱、電気、家庭用温水を生成する地域加熱システムから凝縮物を回収し吸入排出するように構成される。

実施形態７は、実施形態１ないし６のいずれかにかかる装置を含み、最大４１３７Ｋｐａｇ（６００ｐｓｉｇ）の様々な圧力、および最大３７１°Ｃ（７００Ｆ）の温度で入口気体、蒸気、液体、または複相流体を結合させることをさらに含む。

実施形態８は、実施形態１ないし７のいずれかにかかる装置を含み、該装置は様々な気体および液体流の加熱、凝縮、脱気に使用される。
実施形態９は、実施形態１ないし８のいずれかにかかる装置を含み、所定温度の出口液体を供給することをさらに含む。

実施形態１０は、実施形態１ないし９のいずれかにかかる装置を含み、気体または蒸気ノズルの入口の径が、同じノズルの入口の径よりも圧力、温度、量のパラメータに比例する係数分大きい。

実施形態１１は、実施形態１ないし１０のいずれかにかかる装置を含み、気体または蒸気ノズルの出口の径が、気体ノズルの出口と装置本体との間の間隙よりも圧力、温度、量のパラメータに比例する係数分大きい。

実施形態１２は、実施形態１ないし１１のいずれかにかかる装置を含み、入口気体または蒸気ノズルの入口の径が、蒸気または気体ノズルの出口の径よりも３０％大きい。
実施形態１３は、実施形態１ないし１２のいずれかにかかる装置を含み、出口蒸気ノズルの径が、装置からの二相混合物出口の径と等しい。

実施形態１４は、実施形態１ないし１３のいずれかにかかる装置を含み、該装置は粒子と煙からの様々な液体および気体を加熱および清掃するスクラバとして使用される。
実施形態１５は実施形態１ないし１４のいずれかにかかる装置を含み、該装置は発電所およびボイラールームにおいてプレヒータとして使用される。

実施形態１６は実施形態１ないし１５のいずれかにかかる装置を含み、亜音速で、作業流と投入流の圧力よりも低い圧力で排出される液体と不凝縮気体の気泡の二相混合物用の出口区間をさらに含む。

実施形態１７は、実施形態１ないし１６のいずれかにかかる装置を含み、該装置は遠心ポンプの入口および出口で使用されてキャビテーションを防止する。
実施形態１８は、実施形態１ないし１７のいずれかにかかる装置を含み、遠心ポンプの入口および出口でキャビテーションを防止する逆止弁をさらに含む。

実施形態１９は、実施形態１ないし１８のいずれかにかかる装置を含み、該装置は重質原油の熱分解に使用される。
実施形態２０は、実施形態１ないし１９のいずれかにかかる装置を含み、該装置は加熱と脱気のために様々な液体および気体を混合する容器内に設置される。

実施形態２１は実施形態１ないし２０のいずれかにかかる装置を含み、該装置はキャビテーション力を利用する地下井戸の水圧破砕に使用される。
実施形態２２は実施形態１ないし２１のいずれかにかかる装置を含み、該装置は強化地熱システム、強化石油採取、またはメタノール生産に使用される。

実施形態２３は実施形態１ないし２２のいずれかにかかる装置を含み、該装置は各種化学工程、食品処理、石油、酪農、製造、蒸留／醸造、脱塩、溶液洗浄、低温殺菌、殺菌、水の加熱、廃熱回収、熱交換、脱脂、スラリーの加熱、洗濯、調理、ピックリング、または急冷および焼き戻しに使用される。

実施形態２４は実施形態１ないし２３のいずれかにかかる装置を含み、該装置は発電所、ボイラープラント、合成燃料用の液化炭化水素の生産、または一酸化炭素と水素の混合物の液体炭化水素への変換（ベルギウス・デュスおよびフィッシャー・トロプシュ工程）のための新たな、および改良用途に使用される。

実施形態２５は実施形態１ないし２４のいずれかにかかる装置を含み、該装置は生物ガス生産、ビール製造、強化石油採取、アスファルト製造施設、製鋼所、施肥工場、または石炭の液化および気化に使用される。

実施形態２６は実施形態１ないし２５のいずれかにかかる装置を含み、該装置は高効率気体および粒子除去、煙および煙道ガスの清掃、あるいは各種気体流からの汚染物質の直接接触による湿式スクラバ内の試薬の中性化などの環境工程、に使用される。

実施形態２７は実施形態１ないし２６のいずれかにかかる装置を含み、該装置は様々な商業用、住宅用、産業用加熱工程、化学物質回収、または地域エネルギーシステムに使用される。

実施形態２８は実施形態１ないし２７のいずれかにかかる装置を含み、該装置は渦巻き型脱気器内の液体の脱気に使用されて、各種電力システム、商業用、住宅用、産業用加熱工程、または地域エネルギーシステム内の配管システムにおける移動中に生じる騒音を防止する。

実施形態２９は実施形態１ないし２８のいずれかにかかる装置を含み、各種発電、商業用、住宅用、産業用加熱工程、または地域エネルギーシステムにおいて使用されて、液体が脱気器に入る前に不凝縮気体を除去する空気分離器をさらに含む。

実施形態３０は実施形態１ないし２９のいずれかにかかる装置を含み、該装置は各種発電、商業用、住宅用、産業用加熱工程、または地域エネルギーシステムにおけるエマルジョンの生産に使用される。

実施形態３１は実施形態１ないし３０のいずれかにかかる装置を含み、該装置は、給水の加熱および脱気、または冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）中の反応器の冷却のために、化石燃料発電所および原子力発電所で使用される。

実施形態３２は実施形態１ないし３１のいずれかにかかる装置を含み、既存の加熱システムとの直接水圧ループとして動作する遷音速装置、乱流渦巻気体分離器／脱気器、制御ポンプ、多機能制御システムをさらに含む。

実施形態３３は実施形態１ないし３２のいずれかにかかる装置を含み、高乱流熱交換器をさらに含み、既存の加熱システムからの水圧分離を提供する。
ごく限られた数の実施形態に関して本発明を詳細に説明したが、本発明は上記の開示した実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、上述していないが、本発明の趣旨と範囲に一致する任意の数の変形、変更、置換、または等価構造を組み込むように変更することができる。また、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明の側面は記載した実施形態のいくつかのみを含んでもよいと理解すべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されず、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

Claims (16)

1. 省エネルギー脱気装置であって、
   収束側壁を有する円錐状入口から、拡散側壁を有する拡張チャンバ、収束側壁を有する圧縮チャンバおよび出口まで、前記装置の中心軸を略たどり、前記圧縮チャンバの第１のエントリポートが前記拡張チャンバの出口によって画定される第１の進入流路と、
   前記圧縮チャンバのリング状の第２のエントリポートを形成するように収束する側壁を有し、前記リング状の第２のエントリポートが前記第１のエントリポートの周囲に同心状に配置される第２の進入流路と、
   を備え、
   前記第１の進入流路と前記第２の進入流路が前記圧縮チャンバで収束し、両流路が前記出口に方向付けられて脱出流路を形成する、省エネルギー脱気装置。
2. 前記第１の進入流路が、第１の流動可能媒体を受け入れるように構成され、
   前記第２の進入流路が、第２の流動可能媒体を受け入れるように構成され、
   前記第１の流動可能媒体と前記第２の流動可能媒体が、前記圧縮チャンバで結合されて二相流動可能媒体を形成することができ、
   前記圧縮チャンバが、前記二相流動可能媒体を圧縮するように構成されて、前記脱出流路が単相脱気流動可能媒体を含む、
   請求項１の装置。
3. 前記第１の流動可能媒体が蒸気を含み、
   前記第２の流動可能媒体が水を含む、
   請求項２の装置。
4. 前記第１の流動可能媒体が水を含み、
   前記第２の流動可能媒体が蒸気を含む、
   請求項２の装置。
5. 前記第１の流動可能媒体が、前記第２の流動可能媒体よりも大きな流力を有する、
   請求項２の装置。
6. 前記圧縮チャンバ内の前記二相流動可能媒体が水と気泡を含み、
   前記圧縮チャンバが前記二相流動可能媒体を圧縮するように構成されて、気泡が凝縮され、前記脱出流路が単相脱気水を含む、
   請求項２の装置。
7. 前記圧縮チャンバ内の前記二相流動可能媒体が超音速で流れ、
   前記装置外の前記脱出流路内の単相脱気流動可能媒体が亜音速で流れる、
   請求項２の装置。
8. 前記第１の流動可能媒体が第１の流圧を有し、
   前記第２の流動可能媒体が第２の流圧を有し、
   前記単相脱気流動可能媒体が、前記第１の流圧および前記第２の流圧よりも低い第３の流圧を有する、
   請求項７の装置。
9. 前記第１の流動可能媒体が給水および蒸気の一方であり、
   前記第２の流動可能媒体が給水および蒸気の他方であり、
   前記単相脱気流動可能媒体が、給水よりも温度の高い単相脱気水を含む、
   請求項２の装置。
10. 省エネルギー脱気システムであって、
    給水の供給と、
    蒸気の供給と、
    前記給水と前記蒸気を受け入れるように構成される省エネルギー脱気装置と、
    を備え、前記省エネルギー脱気装置が、
    収束側壁を有する円錐状入口から、拡散側壁を有する拡張チャンバ、収束側壁を有する圧縮チャンバおよび出口まで、前記装置の中心軸を略たどり、前記圧縮チャンバの第１のエントリポートが前記拡張チャンバの出口によって画定される第１の進入流路であって、
    前記給水または前記蒸気の一方を受け入れるように構成される第１の進入流路と、
    前記圧縮チャンバのリング状の第２のエントリポートを形成するように収束する側壁を有する第２の進入流路であって、前記リング状の第２のエントリポートが前記第１のエントリポートの周囲に同心状に配置され、
    前記給水または前記蒸気の他方を受け入れるように構成される第２の進入流路と、
    を備え、
    前記第１の進入流路と前記第２の進入流路が前記圧縮チャンバで収束し、両流路が前記出口に方向付けられて脱出流路を形成し、
    前記給水と前記蒸気が前記圧縮チャンバで結合されて、水と気泡を含む二相流動可能媒体を形成することができ、
    前記圧縮チャンバが前記二相流動可能媒体を圧縮するように構成されて、前記気泡が凝縮され、前記脱出流路が単相脱気水を含み、
    前記単相脱気水を受け入れる容器と、
    を備えるシステム。
11. 前記単相脱気水が給水よりも高い温度を有する、
    請求項１０のシステム。
12. 前記脱気装置と前記容器内に配置され、蒸気内の汚染物質、化学物質、または混入物質の除去を簡易化するように構造上配置され構成されるパッキングであって、その後、前記物質が完全に結合されて、容器の水に捕捉されるパッキングをさらに備える、
    請求項１０のシステム。
13. 前記脱気装置が第１の脱気装置であり、
    第２の脱気装置と、
    ポンプと、
    をさらに備え、
    前記第１の脱気装置が前記ポンプの吸入側に配置され、前記第２の脱気装置が前記ポンプの排出側に配置される、
    請求項１０のシステム。
14. 給水よりも高い温度を有する前記単相脱気水を受け入れるように構造上構成され配置される熱交換器をさらに備える、
    請求項１１のシステム。
15. 単相脱気水を生成する省エネルギー方法であって、
    省エネルギー脱気装置に対して給水の供給を行うことと、
    前記省エネルギー脱気装置に対して蒸気の供給を行うことと、
    前記省エネルギー脱気装置が、
    収束側壁を有する円錐状入口から、拡散側壁を有する拡張チャンバ、収束側壁を有する圧縮チャンバおよび出口まで、前記装置の中心軸を略たどり、前記圧縮チャンバの第１のエントリポートが前記拡張チャンバの出口によって画定される第１の進入流路であって、
    前記給水または前記蒸気の一方を受け入れるように構成される第１の進入流路と、
    前記圧縮チャンバのリング状の第２のエントリポートを形成するように収束する側壁を有する第２の進入流路であって、前記リング状の第２のエントリポートが前記第１のエントリポートの周囲に同心状に配置され、
    前記給水または前記蒸気の他方を受け入れるように構成される第２の進入流路と、
    を備え、
    前記第１の進入流路と前記第２の進入流路が前記圧縮チャンバで収束し、両流路が前記出口に方向付けられて脱出流路を形成し、
    前記給水と前記蒸気が前記圧縮チャンバで結合されて、水と気泡を含む二相流動可能媒体を形成することができ、
    前記圧縮チャンバが前記二相流動可能媒体を圧縮するように構成されて、前記気泡が凝縮され、前記脱出流路が単相脱気水を含み、
    前記単相脱気水をユーザまたは保管容器に配送することと、
    を備える方法。
16. 前記配送された単相脱気水が給水よりも高い温度を有する、
    請求項１５の方法。