JP2018502710A - ソーラー駆動浸透水浄化の方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、水を浄化する方法に関し、第１の浸透圧および温度Ｔ１を有する水を含むフィード液の流れを半透膜のフィード側に提供する段階と、第２の浸透圧および温度Ｔ２を有するドロー溶質を含むドロー液の流れを半透膜のドロー側に提供する段階であって、第２の浸透圧が第１の浸透圧より高い段階と、半透膜を通して水をドロー側へと通過させる段階であって、それにより水がドロー液の流れと混合されて温度Ｔ３を有する希釈ドロー液の流れを生成する段階とを含み、希釈ドロー液の流れの温度Ｔ３が温度Ｔ２より低くなるようにドロー液の流れの温度Ｔ２はフィード液の流れの温度Ｔ１より高く、少なくとも１つのソーラーパネルが提供され、ソーラーパネルがドロー側と連通する熱交換配管システムを備え、ソーラーパネルが温度Ｔ３より高い温度Ｔ４を有し、希釈ドロー液の流れが熱交換配管システムを通過することによりソーラーパネルが温度Ｔ５まで冷却されて希釈ドロー液の流れが加熱され、それにより温度Ｔ６を有する加熱ドロー液の流れが形成され、加熱ドロー液の流れが分離ユニットを通過することにより浄水の流れと回収ドロー液の流れとに分離され、再利用されるために回収ドロー液の流れが半透膜のドロー側へと入ることを特徴とする方法に関する。水を浄化するシステム、およびその使用もまた提供される。

Description

本発明は、水を浄化する方法、関連システムおよびその使用に関する。
より具体的には、本発明は、ソーラー駆動浸透水浄化のための方法、関連システムおよびその使用に関する。

正浸透とは、浸透圧によって低い溶質濃度の溶液から高い溶質濃度の溶液へと水が移動する現象を指す。逆浸透は、逆方向に水を移動させるために人工的に圧力を印加する方法である。

水処理の分野において、逆浸透による淡水化は周知の技法である。しかしながら、逆浸透淡水化は、比較的高い圧力を人工的に印加する工程を伴い、非常に高いエネルギー消費を必要とする。

エネルギー効率を高めるために、淡水化プロセスに浸透圧の原理を使用した正浸透プロセスは既に先行技術に記載されている。例えば、ＵＳ２０１２／０２２８２２２には、第２の濃縮溶液を使用して半透膜を通して第１の溶液から溶媒を引き出すことによって、その中の溶質を濃縮するために第１の溶液から溶媒を抽出する、正浸透を使用した分離プロセスが開示されている。第１の溶液は、廃水を含むことができる。第２の溶液内の様々な種類の溶質は、平衡の変化に作用し、廃棄物を除去するプロセスを通して回収および再利用することができる。産業または商業源からの低グレードの廃熱を使用することにより効率が向上し得る。

ＷＯ０２／０６０８２５には、第２の濃縮溶液を使用して半透膜を通して第１の溶液から水を引き出すことによって、海水などの第１の溶液からの水の注出を伴うエネルギー効率の高い脱塩プロセス（廃棄物を生成しない）が開示されている。

さらに、当技術分野において、正浸透水浄化または脱塩の改良されたシステムおよびプロセスが開示されている。例えば、ＷＯ２０１２／１４８８６４は、第１の浸透圧を有し、水を含む汚染されたフィード液の流れが、半透膜を通して、半透膜のドロー側で第２の浸透圧を有しドロー液の流れを有するドロー側へと通過する、汚染された水を浄化するプロセスを提供する。希釈ドロー液の流れは加熱、凝集、および冷却されて水製品の流れを生成するために浄化される冷却された単一相の水リッチ流れを生成する。

ＷＯ２０１２／０８１７４７には、飲料水製造技術を提供することができる正浸透の連続プロセス水処理システムおよび方法が開示されている。

浸透ドロー液のための溶質として、炭酸アンモニウム、二酸化硫黄、脂肪族アルコール、硫酸アルミニウム、グルコース、フルクトース、硫酸カリウム、および類似のものが当技術分野において使用されてきた。例えばＥＰ２６４１９２７には、感温性コポリマーを正浸透水処理装置および方法におけるドロー溶質として使用することが記載されている。

当技術分野において既に知られているプロセスおよびシステムはエネルギー効率を上昇させることを目指しているが、主な欠点は、依然として比較的高いエネルギー消費を必要とすることである。

米国特許出願第２０１２／０２２８２２２号明細書 国際公開第０２／０６０８２５号 国際公開第２０１２／１４８８６４号 国際公開第２０１２／０８１７４７号 欧州特許第２６４１９２７号明細書

本発明の態様は、従来の方法およびシステムの欠点を克服する、向上した水処理の方法および関連システムを提供することを想定する。
より具体的には、非常に低いエネルギー消費で浄水を生成するための方法および関連システムを提供することが想定される。

本発明の態様によると、添付の特許請求の範囲に記載された水を浄化するための方法が提供される。
本発明の別の態様によると、添付の特許請求の範囲に記載された水を浄化するためのシステムが提供される。
本発明の別の態様によると、添付の特許請求の範囲に記載された本発明のシステムの使用が提供される。
本発明の有利な態様は、従属請求項に記載される。

本発明の態様は、添付の図面を参照してより詳細に説明される。ここで、同一の参照符号は同一の特徴を示す。図面において、全ての代替形態および選択肢が示されているわけではなく、本発明は図面の内容に限定されない。

本発明の態様による水を浄化するためのシステム（１）を概略的に示す。 システムにおいて異なる温度を表す符号をさらに含む、図１に図示したシステム（１）を概略的に示す。

本発明の態様によると、水浄化のシステム（または水を浄化するシステム）が提供される。
より具体的には、（水を含む）（汚染された）フィード液の流れから水を浄化するシステムが提供される。
本発明のシステムは、水を浄化するためのソーラーパネルの効率を上げるために正浸透を使用する。

より具体的には、本発明のシステムは、水浄化のためのソーラーパネルによって提供される効率的な発電を達成するために正浸透を使用する。
したがって、本発明のシステムは、水を浄化するために使用することができ、（同時に）ソーラーパネルの効率を上げることができる。
本発明において、「ソーラーパネルの効率を上げる」との記載は、パネルの光電変換効率を上げることにより、パネルの出力電力を増大させることを意味する。

本発明では、ソーラーパネルによって生成される熱を水の浄化のためにさらに使用してソーラーパネルの効率が上昇する。
本発明において、「ソーラーパネル」との記載は、光起電パネルを意味しており、本明細書ではＰＶパネルとも記載される。

図１に概略的に示されるように、本発明によるシステム（１）は、フィード側（４）およびドロー側（５）を含む、半透膜（３）を備えた（またはから成る）正浸透ユニット（２）であって、前記フィード側およびドロー側（４，５）は入口（６，８）および出口（７，９）を有し、前記フィード側（４）は（フィード側入口（６）を通して）水を含むフィード液の流れ（１０）を受け入れるように構成され、前記ドロー側（５）は（ドロー側入口（８）を通して）ドロー溶質を含むドロー液の流れ（１１）を受け入れるように構成され、半透膜（３）はフィード液の流れ（１０）からドロー側（５）へと水を通過させて（ドロー側（５）において）（ドロー側出口（９）を通ってユニット（２）から出ることができる）希釈ドロー液の流れ（１２）を生成するように構成された、正浸透ユニット（２）を備え（またはから成り）、
システム（１）は、熱交換配管システム（１４）を備えた少なくとも１つのソーラーパネル（１３）であって、前記配管システム（１４）が入口（１５）および出口（１６）を有し、前記入口（１５）が正浸透ユニット（２）のドロー側出口（９）と連通しており、熱交換配管システム（１４）が、ソーラーパネル（１３）（の（上昇したまたは高い）温度）を冷却し、熱交換配管システム（１４）を通過する希釈ドロー液の流れ（１２）を加熱して（出口（１６）を通って熱交換配管システム（１４）を出ることができる）加熱ドロー液の流れ（２２）を形成するように構成された、ソーラーパネル（１３）と；分離ユニット（１７）を通過する加熱ドロー液の流れ（２２）を（浄水の流れ（２４）および回収ドロー液の流れ（２３）へと）分離するように構成された分離ユニット（１７）であって、前記分離ユニット（１７）が入口（１８）と第１および第２の出口（１９，２０）とを有し、分離ユニット入口（１８）が熱交換配管システムの出口（１６）と連通しており、分離ユニットの第１の出口（１９）がシステム（１）から浄水の流れ（２４）を排出するように構成されており、分離ユニットの第２の出口（２０）が、（前記ドロー側入口（８）を通って半透膜（３）のドロー側（５）へと戻る）回収ドロー液の流れ（２３）を再利用するために正浸透ユニット（２）のドロー側入口（８）と連通しており、前記流れ（２３）が分離ユニット（１７）において浄水から分離される、分離ユニット（１７）とを備えることを特徴とする。

本発明のシステム（１）は、（当分野で知られるシステムと比較して）太陽エネルギー（光電および熱の両方）の利用率を水生成効率とともに向上させることが見出された。
本発明において、「連通」との用語は、流体がシステムを循環することができるように「接続」、「連結」、「流体連結」、または「流体接続」していることを意味する。
浸透圧により半透膜（３）を通して環境から水を移動するために正浸透ユニット（２）が提供される。

本発明のシステム（１）の正浸透ユニット（２）に使用するための適当な半透膜（３）は、当業者に明らかであろう。
正浸透ユニット（２）のフィード側（４）は、（フィード側入口（６）を通して）水を含むフィード液の流れ（１０）を受け入れ、第１の浸透圧を有するように構成される。
正浸透ユニット（２）のドロー側（５）は、（ドロー側入口（８）を通して）ドロー溶質を含むドロー液の流れ（１１）を受け入れ、第２の浸透圧を有するように構成される。

有利には、第２の浸透圧は第１の浸透圧より高い。
有利には、フィード液の流れ（１０）は、自然由来の（汚染された）水を含む。
より有利には、フィード液の流れ（１０）は、地上水または地下水からの（汚染された）水を含む。
さらに有利には、フィード液の流れ（１０）は、海洋、湖、河川、運河、ソーラーポンド、貯水池、地下、または廃水からの（汚染された）水を含む。

ドロー溶質を含むドロー液は、本発明のシステム（１）において循環される。
有利には、ドロー溶質を含むドロー液は、管および少なくとも１つのポンプを含む流体回路を通して循環される。
より有利には、システム（１）は、（ドロー液がシステム（１）を循環することができるように）システム（１）を通してドロー溶質を含むドロー液を送り込むように適合された少なくとも１つのポンプを含む。

代替的に、少なくとも１つのソーラーパネル（１３）自体が、（ドロー液がシステム（１）を循環することができるように）システム（１）にドロー溶質を含むドロー液を送り込むための電気エネルギー源を提供する。
有利には、ドロー液の流れ（１１）におけるドロー溶質は、感温性ハイドロゲル（または感温性コポリマー）を含む。

本発明において、感温性ハイドロゲルとは、感熱性ハイドロゲルまたは温度応答性ハイドロゲルを意味する。言い換えると、（溶液中で水と混合された）ハイドロゲルを含む溶液の温度に応じて、ハイドロゲルは、（部分的に）親水性であるか（（部分的に）水に溶解した）または（部分的に）疎水性である（（部分的に）水に溶解していない）（すなわち、ハイドロゲルを含む溶液の温度に応じて、ハイドロゲルはある程度親水性であるかまたは疎水性である）。

より具体的には、ハイドロゲルを含む溶液の温度を３０℃またはそれより高くまで上げると、ハイドロゲルがより疎水性となる（すなわち、親水性からより疎水性へと変化する）。
より有利には、ハイドロゲルは、ポリアミノ酸誘導体である。
さらに有利には、ハイドロゲルは、ポリ（Ｎ‐イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド）（ＰＤＥＡＡｍ）、またはそれらの組み合わせを含む。

有利には、システム（１）は、１つ、２つ、３つ、またはより多くのソーラーパネル（１３）を含む。
有利には、熱交換配管システム（１４）は、少なくとも１つのソーラーパネル（１３）の下部に取り付けられる。
言い換えると、本発明において、熱交換配管システム（１４）は、ソーラーパネル（１３）の裏側（すなわち裏または非照射面）に取り付けられ、熱交換配管システム（１４）は、ソーラーパネル（１３）（の裏側）に接している。

本発明では、熱交換配管システム（１４）は、ソーラーパネルと熱交換配管システム（１４）を通過する希釈ドロー液の流れ（１２）との間で（熱伝導度に起因して）熱を交換するように構成される。
より具体的には、熱交換配管システム（１４）は、ソーラーパネル（１３）（の（上昇したまたは高い）温度）を冷却し、加熱ドロー液の流れ（２２）を形成するように熱交換配管システム（１４）を通過する希釈ドロー液の流れ（１２）を加熱する、冷却システムとして機能する。

ソーラーパネル（１３）（の（上昇したまたは高い）温度）の冷却は、パネルの光電変換効率を上昇させ、それによりパネルの出力電力を増大させる。
有利には、熱交換配管システム（１４）は、ソーラーパネル（１３）の裏側に取り付けられた熱伝導金属管（またはパイプ）を備える。

有利には、分離ユニット（１７）は、（分離ユニット（１７）を通過する加熱ドロー液（２２）の流れを浄水の流れ（２４）および回収ドロー液の流れ（２３）へと分離（ろ過）するために）沈殿のための手段、またはマイクロろ過膜、ナノろ過膜、または限外ろ過膜を備える。

有利には、沈殿のための手段は、沈殿槽、板分離器、または類似のものを含む。
より有利には、分離ユニット（１７）は、限外ろ過膜を含む。

有利には、分離ユニット（１７）は、（前記流れ（２２）を浄水の流れ（２４）および回収ドロー液の流れ（２３）へと分離するために）分離ユニット（１７）を通過する前記流れ（２２）から水を蒸発（または揮発）させるように加熱ドロー液の流れ（２２）をさらに加熱するための手段を含む。
有利には、前記加熱ドロー液の流れ（２２）をさらに加熱するための手段は、ヒートポンプまたは（システム（１）にすでに設けられた少なくとも１つのソーラーパネル（１３）に加えて）別のソーラーパネルを含む。

有利には、少なくとも１つのソーラーパネル（１３）自体が、（前記流れ（２２）を浄水の流れ（２４）および回収ドロー液の流れ（２３）へと分離するために）分離ユニット（１７）を通過する加熱ドロー液の流れ（２２）から水を蒸発（または揮発）させるように熱および／または電気エネルギー源を提供する。

本発明の態様によると、図１に概略的に示すシステム（１）は、水の浄化に使用することができる。より具体的には、システム（１）は、ソーラー駆動浸透水浄化に使用することができる。
システム（１）は、ソーラーパネルの効率を上昇させ、（同時に）水浄化に使用することができる。

より具体的には、本発明のシステム（１）は、ソーラーパネルによって提供される効率的な発電を（浸透）水浄化に結び付けるために使用することができる。
より具体的には、本発明のシステム（１）は、ソーラーエネルギー（光電および熱の両方）利用率を水生成効率とあわせて向上させるために使用することができる。

太陽放射に起因して、光起電パネル（またはソーラーパネル）は、太陽の電磁放射を電気および熱へと変換する。冷却システムがない場合、ソーラーパネルからの発電効率（または光電変換効率）は、１４％から約９％まで低下し、多くの太陽放射は熱へと変換され、高い（または上昇した）温度のソーラーパネルおよび低い効率がもたらされる。

しかしながら、本発明のシステム（１）は、正浸透を（熱交換による）ソーラーパネルの冷却と結びつけることで、より高い電気出力を生成するソーラーパネルをもたらす一方で（冷却しない従来のソーラーパネルと比較して）、ソーラーパネルとそこに取り付けられた熱交換配管システム（１４）との間の（ＰＶパネルの冷却の間に生成される）多量の熱エネルギーの交換が水の浄化に使用される。

システム（１）は、廃水、地下水、海水淡水化、および類似のものを含むあらゆるタイプの水処理工程を含む分野において使用することができる。
有利には、本発明のシステム（１）は、非常に低いエネルギー消費で水を含む（汚染された）フィード液の流れから浄水を回収するために使用することができる。
より有利には、本発明のシステム（１）は、飲料水の生成に使用することができる。言い換えると、システム（１）は、飲料水を提供することができる。

より有利には、本発明のシステム（１）は、（当分野で知られる既存のシステムおよび方法と比較して）非常に低いエネルギー消費で飲料水を生成するために使用することができる。
より有利には、本発明のシステム（１）は、独立型システムまたは半独立型システムとして使用することができる。
より有利には、本発明のシステム（１）は、飲料水の生成、さらには遠隔地における淡水化に使用することができる。

本発明の態様によると、水を浄化する方法が提供される。
より具体的には、（水を含む）（汚染された）フィード液の流れから水を浄化する方法が提供される。
本発明の方法は、水の浄化のため、正浸透を使用してソーラーパネルの効率を上昇させる。
より具体的には、本発明の方法は、水の浄化のため、正浸透を使用してソーラーパネルによって提供される効率的な発電を実現する。
したがって、本発明の方法は、ソーラーパネルによって提供される発電の効率を上昇させ、（同時に）水を浄化するために使用することができる。

本発明の方法は、
‐第１の浸透圧および（第１の）温度Ｔ_１を有し、水を含むフィード液の流れ（１０）を半透膜（３）のフィード側（４）に提供する段階と、
‐第２の浸透圧および（第２の）温度Ｔ_２を有し、ドロー溶質を含むドロー液の流れ（１１）を半透膜（３）のドロー側（５）に提供する段階であって、前記第２の浸透圧が前記第１の浸透圧より高い、段階と、
‐半透膜（３）を通して（浄化された）水がドロー側（５）へと通過する段階であって、それにより（浄化された）水がドロー液の流れ（１１）と混合されて（または混ぜ合わされて）（第３の）温度Ｔ_３を有する希釈ドロー液の流れ（１２）を生成する、段階と、を含み、
‐希釈ドロー液の流れ（１２）の温度Ｔ_３が温度Ｔ_２より低くなるように、（流入）ドロー液の流れ（１１）の温度Ｔ_２は（流入）フィード液の流れ（１０）の温度Ｔ_１よりも高く、
‐少なくとも１つのソーラーパネル（１３）が提供され、前記ソーラーパネル（１３）が、ドロー側（５）と連通する熱交換配管システム（１４）を備え、前記ソーラーパネル（１３）が温度Ｔ_３よりも高い（第４の）温度Ｔ_４を有し、
‐希釈ドロー液の流れ（１２）が熱交換配管システム（１４）を通過することにより、ソーラーパネル（１３）が（第５の）温度Ｔ_５まで冷却されて希釈ドロー液の流れ（１２）が加熱され、それにより（第６の）温度Ｔ_６を有する加熱ドロー液の流れ（２２）が形成され、
‐加熱ドロー液の流れ（２２）が分離ユニット（１７）を通過することにより、前記流れ（２２）が浄水の流れ（２４）と回収ドロー液の流れ（２３）（前記流れ（２３）は温度Ｔ_２を有する）とに分離され、
‐再利用されるために回収ドロー液の流れ（２３）が半透膜（３）のドロー側（５）へと入ることを特徴とする。

本発明の方法によると、図１を参照すると、ドロー溶質を含むドロー液の流れ（１１）はドロー側入口（８）を通して提供され、システム（１）を循環する。水を含む（汚染された）フィード液の流れ（１０）は、フィード側入口（６）を通して提供される。

有利には、フィード液の流れ（１０）は、自然由来の（汚染された）水を含む。
より有利には、フィード液の流れ（１０）は、地上水または地下水からの（汚染された）水を含む。
さらに有利には、フィード液の流れ（１０）は、海洋、湖、河川、運河、ソーラーポンド、貯水池、地下、または廃水からの（汚染された）水を含む。

フィード液の流れ（１０）からの水は、（正浸透による）（高い）浸透圧によって、半透膜（３）を通って（半透膜（３）のフィード側（４）で）環境から押し出される。フィード液の流れ（１０）に存在する汚染物質は半透膜（３）によって除外され、純粋な（または浄化された、またはろ過された）水のみが膜（３）を通過する。ドロー液（１１）における高い浸透圧は、（半透膜（３）を通したフィード側（４）から）（ドロー側（５）への）純水の移動を可能にする駆動力である。

本発明の方法では、（ドロー溶質を含むドロー液の流れ（１１）の）第２の浸透圧は、（水を含むフィード液の流れ（１０）の）第１の浸透圧よりも高く、第１および第２の浸透圧の値は、フィード液の流れ（１０）（の種類）に依存する。
ろ過された水は、半透膜（３）のドロー側（５）でドロー液と混合（または結合）される。
本発明の方法において使用する適当な半透膜（３）は、当業者に明らかであろう。

本発明において、（半透膜（３）を通してフィード側（４）からドロー側（５）へと移動する）ろ過された（浄化された）水をドロー液の流れ（１１）と混合するとは、前記２つの流れを結合することによって（１つの）希釈ドロー液の流れ（１２）を生成（形成）することを意味する。

本発明において、希釈ドロー液の流れ（１２）とは、（流入）ドロー液の流れ（１１）と浄化された水の混合（結合）に起因して、（流入）ドロー液の流れ（１１）のドロー溶質の濃度と比較して低減したドロー溶質濃度を有する流れ（１２）を意味する。

本発明の方法では、ろ過（または浄化）された水とドロー液の流れ（１１）の混合（または結合）の間、ろ過（浄化）された水と前記流れ（１１）との間で熱が交換される。正浸透膜（３）を通した伝導性熱伝達は、ドロー液（１１）の冷却にも寄与する。

本発明の方法では、図１に示す正浸透ユニット（２）は、水浄化装置および熱交換器として作用する。
（図１に既に示した参照符号に加えて）システムにおいて異なる温度を表す参照符号を図２に示す。
有利には、（流入）フィード液の流れ（１０）の温度Ｔ_１は、（略）０℃から（略）５０℃の間を含む。

本発明の方法では、（流入）ドロー液の流れ（１１）の温度Ｔ_２は、（正浸透ユニット（２）における混合の間のろ過（浄化）された水とドロー液の流れ（１１）との間の熱交換および正浸透膜（３）を通した伝導性熱伝達に起因して）形成される希釈ドロー液の流れ（１２）の温度Ｔ_３が温度Ｔ_２より低くなり（すなわちＴ_２＞Ｔ_３）、形成される希釈ドロー液の流れ（１２）の温度Ｔ_３が温度Ｔ_１より高く（または近く）なるように（すなわちＴ_３＞Ｔ_１またはＴ_３≒Ｔ_１）、水を含む（流入）フィード液の流れ（１０）の温度Ｔ_１よりも高い（すなわちＴ_２＞Ｔ_１）。

こうして、ドロー液（１１）は、ろ過（浄化）された水との混合によって冷却される。言い換えると、（流入）ドロー液の流れ（１１）は、（流入）フィード液の流れ（１０）の温度Ｔ_１を有するろ過（浄化）された水と前記流れ（１１）を混合（結合）することによって（温度Ｔ_３まで）冷却され、温度Ｔ_１は（流入）ドロー液の流れ（１１）の温度Ｔ_２よりも低い。この混合による冷却の次に、正浸透膜（３）を通した伝導性熱伝達もまたドロー液（１１）の冷却に寄与する。

本発明の方法では、汚染物質と、半透膜（３）をドロー側へと通過していない残留水とを含む（流出）残留（非ろ過）フィード液の流れ（２５）は、フィード側出口（７）を通して半透膜（３）のフィード側（４）から（自然へと戻るように）排出される。

正浸透ユニット（２）における熱交換に起因して、残留（非ろ過）フィード液の流れ（２５）は、（流入）ドロー液の流れ（１１）の温度Ｔ_２と同等またはそれより低く、（流入）フィード液の流れ（１０）の温度Ｔ_１より高い温度Ｔ_７を有する（すなわちＴ_２≧Ｔ_７＞Ｔ_１）。

本発明の方法では、（ドロー側（５）で生成された）希釈ドロー液の流れ（１２）は、ドロー側出口（９）を通して半透膜（３）のドロー側（５）から排出される。次いで、希釈ドロー液の流れ（１２）はシステム（１）を流れ、それにより前記流れ（１２）は（（流入）ドロー液の流れ（１１）の温度Ｔ_２と比較して）低下した温度Ｔ_３を有するようになる。

本発明の方法では、少なくとも１つのソーラーパネル（１３）が設けられ、前記ソーラーパネル（１３）がドロー側（５）と連通する熱交換配管システム（１４）を備え、前記ソーラーパネルが温度Ｔ_３よりも高い（第４の）温度Ｔ_４を有する。

有利には、ソーラーパネルの温度Ｔ_４は、（略）５０℃までまたはそれより高い。
より有利には、ソーラーパネルの温度Ｔ_４は、（略）７０℃から（略）８０℃の間を含む。
本発明では、ソーラーパネル（１３）が（第５の）温度Ｔ_５まで冷却され、希釈ドロー液の流れ（１２）が加熱されるように、（流入）ドロー液の流れ（１１）の温度Ｔ_２よりも低い温度Ｔ_３を有する希釈ドロー液の流れ（１２）が熱交換配管システム（１４）へと入り（または送り込まれ）、（第６の）温度Ｔ_６を有する加熱ドロー液の流れ（２２）が形成される。

言い換えると、熱交換配管システム（１４）における熱交換に起因して、希釈ドロー液は温度Ｔ_６まで加熱され（加熱ドロー液の流れ（２２）を形成し）、一方でソーラーパネルは温度Ｔ_５まで冷却される。温度Ｔ_６は希釈ドロー液の流れ（１２）の温度Ｔ_３より高く、温度Ｔ_５はソーラーパネル（１３）の（初期）温度Ｔ_４（すなわち、ソーラーパネルを冷却する前の温度Ｔ_４）よりも低い。

希釈ドロー液の流れ（１２）は、入口（１５）を通して熱交換配管システム（１４）へと入る（または送り込まれる）。加熱ドロー液の流れ（２２）は、出口（１６）を通して熱交換配管システム（１４）から出る。

冷却システムがない場合、ソーラーパネルからの発電効率（または光電変換効率）は、１４％から９％程度まで減少する。しかしながら、本発明の方法では、ソーラーパネルの発電効率は、維持されるかまたは強化（増加）される。

本発明では、正浸透ユニット（２）は、正浸透ユニット（２）を介してフィード液の流れ（１０）から希釈ドロー液の流れ（１２）へと、および前記希釈ドロー液の流れ（１２）からソーラーパネル（１３）へと熱を伝達することによって、ソーラーパネル（１３）を冷却するために間接的に使用される。前記冷却によって、ソーラーパネルは、（冷却されない従来のソーラーパネルと比較して）より大きな（電気および熱）エネルギーを生成し、より効率的に作動することによって、そのエネルギー出力を増大させる。

さらに、（ソーラーパネルと熱交換後の）加熱ドロー液（２２）の温度の上昇は、次のステップにおいて、ドロー液から純粋な（または浄化された、またはろ過された）水を分離する可能性をもたらす。

したがって、本発明の方法では、加熱ドロー液の流れ（２２）は分離ユニット（１７）へと入り、前記流れ（２２）が浄水の流れ（２４）および回収（または再生）ドロー液の流れ（２３）に分離され、前記流れ（２３）は温度Ｔ_２を有する。
加熱ドロー液の流れ（２２）は、入口（１８）を通して分離ユニット（１７）へと入る。

有利には、本発明の方法では、分離は、ドロー液（１１）中のドロー溶質の物理的および／または化学的特性の変化に基づく。
有利には、ドロー液の流れ（１１）中のドロー溶質は、感温性ハイドロゲル（または感温性コポリマー）を含む。
より有利には、ハイドロゲルは、ポリアミノ酸誘導体である。
さらに有利には、ハイドロゲルは、ポリ（Ｎイソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリ（Ｎ，Ｎジエチルアクリルアミド）（ＰＤＥＡＡｍ）、またはそれらの組み合わせを含む。

好ましくは、本発明の方法では、ドロー液の流れ（１１）におけるハイドロゲルの濃度は、（略）１０ｗｔ％から（略）７０ｗｔ％の間を含む（ｗｔ％は、ドロー液の流れ（１１）におけるハイドロゲルの重量百分率である）。

ハイドロゲルを含む溶液の温度を（略）３０℃またはそれより高くまで上昇させると、ハイドロゲルはより疎水性となる（すなわち親水性からより疎水性へと変化する）。
したがって、本発明の方法では、（そこに水が混合された）加熱ドロー液（２２）の上昇した温度Ｔ_６に起因して、ハイドロゲルは（より）疎水性となり、純（または浄化された）水を（より容易に）溶液から分離することができる。

有利には、加熱ドロー液の流れ（２２）の分離は、沈殿法を使用して、またはマイクロろ過膜、ナノろ過膜もしくは限外ろ過膜を使用して実施される（または言い換えると、加熱ドロー液の流れ（２２）は、沈殿によって、またはマイクロろ過、ナノろ過もしくは限外ろ過によって分離される）。

有利には、沈殿による（または沈殿法を使用することによる）加熱ドロー液の流れの分離は、沈殿槽、板分離器、または類似のものなどの沈殿のための手段の使用を含む。
より有利には、分離は、限外ろ過膜を使用して実施される（すなわち加熱ドロー液の流れ（２２）は限外ろ過によって分離される）。

代替的に、分離は、水の蒸発によって実施される。
有利には、分離ユニット（１７）において、（前記流れ（２２）を浄水の流れ（２４）および回収ドロー液の流れ（２３）へと分離するために）分離ユニット（１７）を通過する加熱ドロー液の流れ（２２）から水を蒸発（または揮発）させるように、前記流れ（２２）はさらに加熱される。

より有利には、加熱ドロー液の流れ（２２）のさらなる加熱は、ヒートポンプまたは（システム（１）に既に設けられた少なくとも１つのソーラーパネル（１３）に追加して）別のソーラーパネルを使用することによって実施される。

代替的に、少なくとも１つのソーラーパネル（１３）自体によって提供される熱エネルギーおよび／または電気エネルギーを使用して、分離ユニット（１７）を通過する加熱ドロー液の流れ（２２）から水を蒸発（または揮発）させるために加熱ドロー液の流れ（２２）をさらに加熱する。

本発明の方法では、回収ドロー液の流れ（２３）は、第２の出口（２０）を通して分離ユニットから出る。浄水の流れ（２４）は、第１の出口（１９）を通して分離ユニットから出る。
（温度Ｔ_２を有する）回収ドロー液の流れ（２３）は、再利用するために（本発明の方法の新たなサイクルを開始するドロー液（１１）として再使用するために）、半透膜（３）のドロー側（５）（の入口（８））へと入る（または送り込まれる）。

本発明の方法の実施において、浄水の流れ（２４）が生成され、（分離ユニット（１７）において浄水から分離された）回収ドロー液の流れ（２３）は、半透膜（３）のドロー側（５）へと再利用される。

このように、（熱交換によるソーラーパネルの冷却と正浸透が連結された）本発明の方法の実施によって、（冷却されないソーラーパネルと比較して）より高い電気出力を生成することができ、その一方で、（ＰＶパネルの冷却の間の）（ＰＶパネルのからの）多くの熱エネルギーの交換を水の浄化にさらに使用することができる。

先の説明から、本発明は（汚染された）フィード液の流れから水を浄化するための向上した方法および関連するシステムを提供し、本発明は従来の方法およびシステムの欠点を克服する。

本発明は、ソーラーパネルの効率を上昇させ、一方で（水を含む）（汚染された）フィード液からの水を浄化する方法を提供する。
本発明の方法は、ソーラーパネルによる効率的な発電を（浸透）水浄化と結びつけることを可能にする。

本発明の方法の実施は、システム（１）（の構成要素）と（水を含む）（汚染された）フィード液の流れとの間の「温度ウィンドウ」（または熱交換）を使用することによって、ソーラーエネルギー（光起電および熱の両方）の利用率とともに水生成効率を向上させる。

より具体的には、本発明は、（正浸透ユニット（２）において）ろ過（浄化）された水とドロー液の流れ（１１）を混合する間のろ過（浄化）された水と前記流れ（１１）との間の熱交換（および正浸透膜（３）を通した伝導性熱伝達）によって、また（次の段階において、ドロー液から浄化された水を分離することを可能にする）ソーラーパネルと熱交換配管システム（１４）を通過する希釈ドロー液の流れ（１２）との間の熱交換によって、（従来の方法およびシステムと比較して）非常に低いエネルギー消費で浄水を生成する方法を提供する。

したがって、本発明は、従来の方法およびシステムと比較してより効率的な方法およびシステムを提供する。
有利には、本発明の方法の実施において、従来の方法およびシステムと比較して非常に低いエネルギー消費で飲料水が生成される。

該方法は、廃水、地上水、海水淡水化、および類似のものを含むあらゆる種類の水処理プロセスを含む分野において実施することができる。
該方法は、遠隔地における飲料水の生成のために実施することができる。

１ 水浄化システム
２ 正浸透ユニット
３ 半透膜
４ フィード側
５ ドロー側
６ フィード側の入口
７ フィード側の出口
８ ドロー側の入口
９ ドロー側の出口
１０ フィード液の流れ
１１ ドロー液の流れ
１２ 希釈ドロー液の流れ
１３ ソーラーパネル
１４ 熱交換配管システム
１５ 熱交換配管システムの入口
１６ 熱交換配管システムの出口
１７ 分離ユニット
１８ 分離ユニットの入口
１９ 分離ユニットの第１の出口
２０ 分離ユニットの第２の出口
２２ 加熱ドロー液の流れ
２３ 回収ドロー液の流れ
２４ 浄水の流れ
２５ 残留フィード液の流れ

Claims (15)

1. 水を浄化する方法であって、
   第１の浸透圧および温度Ｔ_１を有し、水を含むフィード液の流れ（１０）を半透膜（３）のフィード側（４）に提供する段階と、
   第２の浸透圧および温度Ｔ_２を有し、ドロー溶質を含むドロー液の流れ（１１）を前記半透膜（３）のドロー側（５）に提供する段階であって、前記第２の浸透圧が前記第１の浸透圧より高い、段階と、
   前記半透膜（３）を通して水が前記ドロー側（５）へと通過する段階であって、それにより水がドロー液の流れ（１１）と混合されて温度Ｔ_３を有する希釈ドロー液の流れ（１２）を生成する、段階と、を含み、
   前記希釈ドロー液の流れ（１２）の温度Ｔ_３が温度Ｔ_２より低くなるように、前記ドロー液の流れ（１１）の温度Ｔ_２は前記フィード液の流れ（１０）の温度Ｔ_１より高く、
   少なくとも１つのソーラーパネル（１３）が提供され、前記ソーラーパネル（１３）が、前記ドロー側（５）と連通する熱交換配管システム（１４）を備え、前記ソーラーパネル（１３）が、温度Ｔ_３より高い温度Ｔ_４を有し、
   前記希釈ドロー液の流れ（１２）が前記熱交換配管システム（１４）を通過することにより、前記ソーラーパネル（１３）が温度Ｔ_５まで冷却されて前記希釈ドロー液の流れ（１２）が加熱され、それにより温度Ｔ_６を有する加熱ドロー液の流れ（２２）が形成され、
   前記加熱ドロー液の流れ（２２）が分離ユニット（１７）を通過することにより、前記流れ（２２）が浄水の流れ（２４）と回収ドロー液の流れ（２３）とに分離され、
   再利用されるために前記回収ドロー液の流れ（２３）が前記半透膜（３）の前記ドロー側（５）へと入り、
   前記ソーラーパネル（１３）が光起電パネルであることを特徴とする、方法。
2. 前記フィード液の流れ（１０）が、海洋、湖、河川、運河、ソーラーポンド、貯水池、地下、または廃水からの水を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記フィード液の流れ（１０）の温度Ｔ_１が、０℃から５０℃の間を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ソーラーパネルの温度Ｔ_４が最高５０℃であるかまたはそれより高い、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ドロー液の流れ（１１）における前記ドロー溶質が感温性ハイドロゲルを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ハイドロゲルがポリ（Ｎ‐イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド）（ＰＤＥＡＡｍ）、またはそれらの組み合わせを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記加熱ドロー液の流れ（２２）が、沈殿によって、またはマイクロろ過、ナノろ過、もしくは限外ろ過によって分離される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記加熱ドロー液の流れ（２２）が水の蒸発によって分離される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ドロー液の流れ（１１）における溶質がＮＨ_４ＨＣＯ_３を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
10. 水を浄化するシステム（１）であって、
    フィード側（４）およびドロー側（５）を含む、半透膜（３）を備えた正浸透ユニット（２）であって、前記フィード側および前記ドロー側（４、５）が入口（６、８）および出口（７、９）を有し、前記フィード側（４）が、水を含むフィード液の流れ（１０）を受け入れるように構成され、前記ドロー側（５）が、ドロー溶質を含むドロー液の流れ（１１）を受け入れるように構成され、前記半透膜（３）が、前記フィード液の流れ（１０）から前記ドロー側（５）へと水を通過させて希釈ドロー液の流れ（１２）を生成するように構成された、正浸透ユニット（２）を備え、
    前記システム（１）が、熱交換配管システム（１４）を備えた少なくとも１つのソーラーパネル（１３）であって、前記配管システム（１４）が入口（１５）および出口（１６）を有し、前記入口（１５）が前記正浸透ユニット（２）のドロー側出口（９）と連通しており、前記熱交換配管システム（１４）が、前記ソーラーパネル（１３）を冷却し、前記熱交換配管システム（１４）を通過する前記希釈ドロー液の流れ（１２）を加熱して加熱ドロー液の流れ（２２）を形成するように構成された、ソーラーパネル（１３）と、分離ユニット（１７）を通過する前記加熱ドロー液の流れ（２２）を分離するように構成された分離ユニット（１７）であって、前記分離ユニット（１７）が入口（１８）と第１および第２の出口（１９，２０）とを有し、前記分離ユニットの入口（１８）が前記熱交換配管システムの出口（１６）と連通しており、前記分離ユニットの第１の出口（１９）が前記システム（１）から浄水の流れ（２４）を排出するように構成されており、回収ドロー液の流れ（２３）を再利用するために前記分離ユニットの第２の出口（２０）が前記正浸透ユニット（２）のドロー側入口（８）と連通しており、前記流れ（２３）が前記分離ユニット（１７）において前記浄水から分離される、分離ユニット（１７）と、を備え、
    前記ソーラーパネル（１３）が光起電パネルであることを特徴とする、システム。
11. 前記熱交換配管システム（１４）が、前記少なくとも１つのソーラーパネル（１３）の下部に取り付けられている、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記ドロー溶質を含む前記ドロー液を前記システム（１）に送り出すように適合された少なくとも１つのポンプを備える、請求項１０または１１に記載のシステム。
13. 前記分離ユニット（１７）が、沈殿のための手段、またはマイクロろ過膜、ナノろ過膜、もしくは限外ろ過膜を備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記分離ユニット（１７）を通過する前記加熱ドロー液の流れ（２２）から水を蒸発させるために、前記分離ユニット（１７）が前記流れ（２２）をさらに加熱するための手段を備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のシステム。
15. 飲料水を生成するための請求項１０から１４のいずれか一項に記載のシステムの使用。

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