JP5479906B2 - 蒸留装置 - Google Patents

Description

[0002] 本発明の実施形態は、概して、蒸留に関し、特に広範囲の温度及び圧力にわたって効率的に蒸留する方法及び装置に関する。

（関連出願への相互参照）
[0001] 本出願は、２００６年１１月８日出願の「Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」と題した米国仮特許出願第６０／８６４，８９９号に対する優先権を主張し、その全体を参照により本明細書に組み込むものとする。本出願は、また、２００７年１１月７日出願の「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｅｎｅｒｇｙ」と題した米国非仮特許出願第１１／９３６，６５７号、２００７年１１月７日出願の「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈａｌｌｏｗ Ｄｅｐｔｈ Ｆｌｕｉｄｓ」と題した米国非仮特許出願第１１／９３６，７４０号、及び２００７年１１月７日出願の「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ」と題した米国非仮特許出願第１１／９３６，７４１号に対する優先権を主張し、その継続出願であり、それらすべての開示はその全体を参照により本明細書に組み込むものとする。

[0003] 流体の混合物から１つの流体を蒸留（又は分離）するために、既知の幾つかの装置及び方法が使用されている。例えば、既知の脱塩装置を使用して海水を浄化し、灌漑又は飲用目的で低塩分の淡水を生成することができる。しかし、既知の蒸留装置及び方法は、往々にして複雑で、高い圧力及び／又は温度で動作し、非効率性のために大量の動力を必要とする。それ故、広範囲の温度及び／又は圧力にわたって効率的な動作を可能にすることができる蒸留装置及び方法が必要とされている。

[0004] １つの実施形態では、方法は、熱伝達要素より上の領域内で第２の流体のボリュームから第１の流体のボリュームを沸騰させた後、第１の流体のボリュームを熱伝達要素より上の領域から熱伝達要素より低い領域へと移動するステップを含む。第１の流体のボリュームは、第２の流体のボリュームの不純物濃度より低い不純物濃度を有する。熱伝達要素より下の領域は、熱伝達要素の上の領域の温度より高い温度を有する。上記方法は、また、第１の流体のボリュームから熱伝達要素の上面上にある第３の流体のボリュームへと潜熱を伝達するステップも含む。潜熱は、第１の流体のボリュームが凝縮すると放出される。

[0005] 別の実施形態では、装置は、少なくとも１つの入口及び出口を有するハウジングを含む。ハウジングは、入口を介して流体のボリュームを受けるように構成される。流体のボリュームは実質的に液体の状態であり、流体のボリュームの少なくとも一部は溶解不純物を含む。上記装置は、ハウジングの内部ボリュームに結合した熱伝達要素も含む。熱伝達要素は表面を含み、その少なくとも一部は水平面に対してある角度で配置される。流体のボリュームは、水平面に平行な表面を含む。上記装置は、流体のボリュームから沸騰した流体の少なくとも一部を圧縮するように構成された圧縮部品をさらに含む。

[0006] さらに別の実施形態では、方法は、ハウジング内に配置されたセンサから信号を受信するステップを含む。ハウジングは、ボイラ部分と凝縮器部分を含む。ボイラ部分の少なくとも一部及び凝縮器部分の少なくとも一部は、ハウジングの内部に結合された熱伝達要素によって画定される。上記方法は、また、熱伝達要素に関連する熱伝達率又はハウジング内の変化する流体相の流量のうちの少なくとも一方を変更するように、信号に応答して、水平面に対する熱伝達要素の角度を変更するステップも含む。

[0007]本発明の実施形態による蒸留システムを示す略ブロック図である。 [0008]本発明の実施形態により塩水から水を分離するように構成された蒸留システムの略図である。 [0009]本発明の実施形態により蒸留システムの少なくとも一部の動作ポイントを割り出すために使用可能な蒸気飽和表を示す。 [0010]本発明の実施形態による圧縮部品に関連する特性曲線を示す略図である。 [0011]本発明の実施形態により流体のボリュームから流体の一部を分離する方法を示す流れ図である。 [0012]本発明の実施形態による蒸留システムの幾つかの部品の組立分解斜視図である。 [0013]本発明の実施形態による塩水なしの図６Ａの熱伝達要素の斜視図である。 [0014]本発明の実施形態による塩水がある図６Ａの熱伝達要素の斜視図である。 [0015]本発明の実施形態による分配部品の斜視透過図である。 [0016]本発明の実施形態による蒸留システムを示す略図である。 [0017]本発明の実施形態による図７Ａに示した蒸留システムの一部の略図である。 [0018]本発明の実施形態による圧縮部品の略図である。 [0019]本発明の実施形態による熱伝達要素の略図である。 [0020]本発明の実施形態による実質的に円錐状の熱伝達要素を有する蒸留システムの側断面図の略ブロック図である。 [0021]本発明の実施形態による図１０Ａに示した蒸留システムの部分平面切取図の略ブロック図である。 [0022]本発明の実施形態による制御ユニットを含む蒸留システムの略ブロック図である。 [0023]本発明の実施形態により蒸留システムの熱伝達要素の角度を変更する方法を示す流れ図である。 [0024]本発明の実施形態により蒸留システムを開始する方法を示す流れ図である。

[0025] 図１は、本発明の実施形態による蒸留システム１００を示す略ブロック図である。幾つかの実施形態では、蒸留システムは蒸留ユニットと呼ぶこともできる。蒸留システム１００は、エネルギーを再使用して、２つ以上の物質の混合物から物質を効率的に分離するように構成される。特に、分離プロセス中にシステムに放出及び／又は印加されるエネルギーを連続的に使用して、周期的にさらなる分離を促進する。幾つかの実施形態では、蒸留システムは、様々な温度（例えば、低温又は高温）及び／又は様々な圧力（例えば、低圧又は高圧）で動作する様々な部分を有することができる高効率の蒸留システムにすることができる。

[0026] 蒸留システム１００は熱伝達要素１２０、圧縮部品１４０、及び２つの室、すなわち室１１０及び室１３０を含む。蒸留システム１００の部品は、２つ以上の物質の混合物の一部が蒸留システム１００を通して循環するとき、物質の位相変化を通して混合物から物質を分離するために、連携して動作するように構成される。例えば、室１１０内の第１の位相変化を通して、混合物から物質を分離することができる。第１の位相変化は、室１３０内の第２の位相変化によって放出され、熱伝達要素１２０を介して室１３０から室１１０へ伝達されるエネルギーによって誘発する（例えば、引き起こす）ことができる。エネルギーは、混合物の少なくとも幾つかの部分に、その部分が蒸留システム１００を通って循環するとき、圧縮部品１４０によって印加することができる。

[0027] 幾つかの実施形態では、第１の位相変化は第２の位相変化と反対であってもよい。例えば、第１の位相変化は、液体状態から気体状態への位相変化であってもよく、第２の位相変化は、気体状態から液体状態への位相変化であってもよく、その逆であってもよい。それ故、第１の位相変化は、例えば、蒸発の潜熱などを必要とする吸熱（例えば、エネルギーを必要とする／消費する）相転移であってもよく、第２の位相変化は、例えば、凝縮の潜熱などを放出する発熱（例えば、エネルギーを放出する）相転移であってもよい。

[0028] 蒸留システム１００は、広範囲の温度及び圧力にわたって動作するように構成することができる。例えば、蒸留システム１００の室１１０及び１３０はそれぞれ、混合物中にある物質の標準沸点より非常に低い温度及び／又は圧力で動作するように構成することができる。幾つかの実施形態では、蒸留システム１００の室１１０及び１３０は、混合物中にある物質の標準沸点に関連する温度及び／又は圧力以上で動作するように構成することができる。幾つかの実施形態では、室１１０及び１３０は、指定された間隔によって分離された温度及び／又は圧力で動作するように構成することができる。

[0029] 図１に示すように、室１１０は、流体で、ある濃度の不純物を有する混合物のボリュームを、入口１１２を介して受けるように構成することができる。不純物は、任意の位相の流体（例えば、固体、液体、気体）のボリュームに含まれる（例えば、その中でイオン化する、懸濁する）１つ又は複数の元素、化合物、物質又は材料であってもよい。流体の一部は、室１１０内で流体のボリュームから気体相へと沸騰し、圧縮部品１４０内へ移動することができる。流体の気体部分は、圧縮部品１４０によって圧縮されて、室１３０内に移動することができ、ここで流体の気体部分は、流体の気体部分が熱伝達要素１２０に当たって凝縮するとき、熱１８５を放出することができる。流体の凝縮部分から放出された熱１８５を使用して、流体のボリューム内で沸騰をさらに誘発することができ、これはその後（例えば、流体の気体部分が室１１０内で沸騰した後に）、入口１１２を介して室１１０に導入される。

[0030] 流体のボリュームから沸騰した流体の部分を留出物と呼ぶことができ、流体のボリュームに対して不純物の濃度を相対的に低くすることができる。すなわち流体のボリュームから沸騰した流体の部分は、元の混合物と比較して不純物のレベルが相対的に低い、実質的に浄化された流体とすることができる。幾つかの実施形態では、流体の元のボリュームの不純物濃度は、流体のボリュームから沸騰した流体の部分が相対的に低い不純物濃度を有するので、上昇する。幾つかの実施形態では、浄化された流体は、蒸留システム１００からの望ましい生成物（例えば、標的生成物）とすることができる。不純物濃度が高い方の流体のボリュームを副産物と呼ぶことができ、出口１１４を介して室１１０から除去することができる。幾つかの実施形態では、副産物も望ましい留出物又は標的留出物にすることができる。

[0031] 蒸留システム１００が定常運転状態に到達したら、室１１０内の位相変化のサイクルによる連続的な熱伝達、及び反対の位相変化室１３０を使用して、大きいボリュームの留出物を効率的に生成することができる。何故なら、位相変化が流体のボリュームから留出物を獲得するのに必要なエネルギーが、反対の位相変化から実質的に提供されるからである。連続モードで動作するために必要なエネルギーは、圧縮部品１４０の動作に必要なエネルギーに実質的に等しくすることができる。幾つかの実施形態では、蒸留システム１００は、例えば、蒸留システム１００内の１つ又は複数の流体の流れ及び／又は熱伝達などに関連する信号を処理するように構成された制御システム（図示せず）を含むことができる。蒸留システム１００内の制御システムに関するさらなる詳細を、図１１及び図１２に関して検討する。

[0032] 図１に示す蒸留システム１００は、様々な用途（例えば、廃水処理）で様々な混合物から様々な物質を（例えば、メタノールと水の混合物からメタノールを、ガソリンと水の混合物からガソリンを、樹液と水の混合物から水を）分離するために使用することができるが、本発明の実施形態に関連する以下の開示は、代表的な例として液体状態の塩と水の化合物（ＮａＣｌ−Ｈ_２Ｏ）から水を分離／蒸留することに焦点を絞る。幾つかの実施形態では、例えば、イオン化した状態で塩は水中に溶解することができる。

[0033] 図２は、本発明の実施形態により塩水から水を分離するように構成された蒸留システム２００の略図である。幾つかの実施形態では、塩水はカルシウム系化合物（例えば、塩化カルシウム（ＣａＣｌ））、ジルコン系化合物及び／又はマグネシウム系化合物のように、塩水に含まれる（例えば、溶解する、懸濁する）他の不純物を有することができる。想像線２３２などの想像線の多くは、蒸留システム２００に関連する流体の動きを表す。

[0034] 図２に示すように、蒸留システム２００は、ボイラ部分２０６及び凝縮器部分２０８を有するハウジング２０４を有する。流入塩水の流れ２７３は、例えば、ポンプ（図示せず）によって入口２８２を介してハウジング２０４のボイラ部分２０６内の塩水のボリューム２７２に入ることができる。塩水のボリューム２７２がボイラ部分２０６の熱伝達要素２２０より上にある場合、熱は熱伝達要素２２０を介して塩水２７２に伝達され、従って淡水蒸気を塩水２７２から沸騰し、圧縮部品２４０内へ移動する２３２ことができる。淡水蒸気は、圧縮部品２４０によって圧縮部品２４０内に吸い込む（例えば、引き込む）ことができる。

[0035] 淡水蒸気は圧縮部品２４０によって圧縮され、従って圧縮部品２４０の出口２４４における淡水蒸気の温度及び／又は圧力は、圧縮部品２４０の入口２４２における淡水蒸気の温度及び／又は圧力より高い。圧縮部品２４０の機械エネルギーは、淡水蒸気が圧縮部品２４０を通って移動するとき、その温度及び／又は圧力を上昇させる。幾つかの実施形態では、圧縮部品２４０によって淡水蒸気が圧縮されると、淡水蒸気のボリュームは半分にまで減少する。

[0036] 圧縮された淡水蒸気は、ハウジング２０４の凝縮器部分２０８内へと移動して２３４、熱伝達要素２２０の底面に接触し、従って圧縮された淡水蒸気は凝縮し、ハウジング２０４の淡水捕集部分２０９内にある淡水のボリューム２７０内に落下する２３６ことができる。淡水捕集部分２０９は、淡水リザーバ、淡水コンテナ、又は淡水タンクと呼ぶこともできる。淡水２７０は、例えば、ポンプ（図示せず）によって、出口２８４を介して流出淡水２７５中でハウジング２０４から除去することができる。

[0037] 淡水蒸気が塩水２７２から沸騰すると、塩水２７２がブライン２７４になるまで塩水２７２中の塩分濃度が上昇する。幾つかの実施形態では、ブライン２７４は塩で飽和した、又はほぼ飽和した水であってもよい。ブライン２７４は、例えば、ポンプ（図示せず）によって、出口２８６を介して流出ブライン流２７７としてハウジングから除去することができる。幾つかの実施形態では、流出ブライン流２７７は重力によって除去することができる。幾つかの実施形態では、ブライン２７４は、例えば、約２５重量％の塩分にすることができる。幾つかの実施形態では、ブライン２７４は、医療用、調理用に、油抽出プロセス（図示せず）で、熱交換プロセス（図示せず）で、及び／又は化学プロセス（図示せず）の反応物として使用する生成物として販売することができる。

[0038] 塩水２７２から沸騰した水及び熱伝達要素２２０にて凝縮した水をそれぞれ淡水蒸気及び淡水と呼ぶが、淡水蒸気及び淡水は多少の不純物を含むことができる。しかし、不純物の濃度（例えば、モルに基づく濃度、重量に基づく濃度）は、塩水２７２の濃度より大幅に低くすることができる。すなわち、淡水の塩分は塩水２７２の塩分より低くすることができる。言い換えると、淡水蒸気及び／又は淡水は、塩水２７２から淡水蒸気が沸騰する前の塩水２７２の塩分濃度より低い塩分濃度を有することができる。

[0039] 圧縮部品２４０からの圧縮された蒸気の凝縮から放出された潜熱をほぼ排他的に使用して、熱伝達要素２２０より上で塩水２７２から淡水蒸気を沸騰させることができる。すなわち、塩水２７２中の液体の水から淡水蒸気への吸熱相転移に必要なエネルギー／熱は、実質的に気体状の圧縮蒸気が液体の水（例えば、凝縮した淡水２７０）になる発熱相転移からのエネルギー／熱によって提供することができる。幾つかの実施形態では、ハウジング２０４へ、から及び／又は内の流体（例えば、塩水、蒸気など）の流量は、圧縮部品２４０からの圧縮蒸気の凝縮からの熱によって、淡水蒸気がほぼ完全に沸騰するように規定することができる（線２３４として図示）。

[0040] 図２に示すように、熱伝達要素２２０は水平面２２６に対して傾斜した表面を有する。幾つかの実施形態では、水平面２２６に対する熱伝達要素２２０の角度２２４は数度（例えば、１度、１５度、４５度）、又は１度未満であってもよい。熱伝達要素２２０の傾斜は、熱伝達要素２２０を通って浅い深さ２２２の塩水２７２への熱伝達を可能にすることにより、塩水２７２からの淡水蒸気の沸騰を容易にするように設計される。この実施形態では、塩水２７２の表面が深さゼロの点２２８にて熱伝達要素２２０と交差する。幾つかの実施形態では、塩水２７２の深さ２２２は、１インチ（２．５４ｃｍ）以下（例えば、０．１インチ（０．２５４ｃｍ））と数インチ（例えば、２．２インチ（５．５９ｃｍ）、５インチ（１２．７ｃｍ））の間であってもよい。

[0041] 熱伝達要素２２０を介して伝達される熱のうち直接使用することができるパーセンテージを高くして、沸騰を引き起こすことができる。何故なら、熱伝達要素２２０の全部又は一部にわたって、塩水２７２の深さ２２２が浅いからである。すなわち、浅い深さ２２２は効率的な熱伝達を促進する。特に、熱の効果は、新しく、より低温の流入塩水２７３への伝導によって大幅に相殺されない。何故なら、これが入口２８２を介してハウジング２０４のボイラ部分２０６内にある塩水２７２のボリューム内へと流れるからである。また、ハウジング２０４のボイラ部分２０６内の沸騰は、塩水２７２の深さ２２２が浅い場合、塩水２７２の深さ２２２に関連する静圧によって大幅に抑制されない。

[0042] 熱伝達要素２２０は、ハウジング２０４の凝縮器部分２０８からボイラ部分２０６への効率的な熱伝達を容易にする材料で構築することができる。特に、熱伝達要素２２０の材料は、熱伝達要素２２０の熱伝導性が比較的高く、望ましくない非効率な熱損にならないように選択することができる。例えば、熱伝達要素２２０は、銅、銀、金及び／又はアルミニウムなどの物質を含むことができる純粋な金属及び／又は合金で構築することができる。また、熱伝達要素２２０は、熱伝達要素２２０が所望のレベルで効率的な熱伝達をさらに促進するように、比較的薄くすることができる。幾つかの実施形態では、例えば、熱伝達要素は１インチ（２．５４ｃｍ）以下（例えば、１／８インチ（０．３２ｃｍ）、１／３２インチ（０．０７９ｃｍ））にすることができる。幾つかの実施形態では、熱伝達要素２２０は、ポリマー系材料であるか又はそれを含むことができる。

[0043] この実施形態では、熱伝達要素２２０は全体がハウジング２０４内に配置され、蒸留システムのボイラ部分２０６の少なくとも一部及び凝縮器部分２０８の少なくとも一部を画定する。例えば、熱伝達要素２２０の上面は、ボイラ部分２０６の底面境界を画定し、熱伝達要素２２０の底面は、凝縮器部分２０８の上部境界を画定する。

[0044] 幾つかの実施形態では、熱伝達要素２２０の底面に衝突した圧縮淡水蒸気が、熱伝達要素２２０の特定の位置へと流れるように、熱伝達要素２２０の形状を変更することができる。幾つかの実施形態では、熱伝達要素２２０は、熱伝達要素２２０の様々な部分で様々な（例えば、変化する）厚さ及び／又は形状を有することができ、従って異なる部分は異なる熱伝達特性を有する。熱伝達特性は、ボイラ部分２０６及び／又は凝縮器部分２０８内の温度及び／又は圧力勾配に従って変化することができる。熱伝達要素の種々の形状及びタイプについては、以降の図に関して検討する。

[0045] 幾つかの実施形態では、蒸留システム２００は、熱伝達要素２２０の底面に対する圧縮部品２４０からの圧縮蒸気の分配（線２３４で図示）を容易にするために、分配部品（図示せず）を有することができる。例えば、分配部品は、圧縮された蒸気を熱伝達要素２２０の底面に沿って実質的に均一に分配するか、又は熱伝達要素２２０に対して特定のパターンで分配するように構成することができる。幾つかの実施形態では、分配部品は、ボイラ部分２０６及び／又は凝縮器部分２０８内の特定の圧力勾配及び／又は温度勾配に基づいて、及び／又はそれを生成するために、熱伝達要素２２０の底面に対して圧縮した蒸気を分配するように構成することができる。

[0046] 幾つかの実施形態では、分配部品は、圧縮された蒸気を強制的に熱伝達要素２２０の底面に衝突させ、凝縮を容易にするように構成することができる。例えば、圧縮された蒸気が強制的に熱伝達要素２２０の底面に当たり、凝縮を抑制するような物質（例えば、淡水から凝縮した沈殿物）を熱伝達要素２２０の底面から動かすことができる。分配部品に関するさらなる詳細は、図６Ａ及び図６Ｄに関して検討する。

[0047] 蒸留システム２００の部品は、例えば、金属、ゴム及び／又はポリマー系材料（例えば、アクリル、ポリエチレン、ガラス繊維）などの種々の材料で構築することができる。例えば、蒸留システム２００のハウジング２０４は、テフロン又はポリスチレンなどのプラスチック材料で構築することができ、蒸留システム２００の管類はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）系の材料であってもよい。

[0048] 図２に示すように、出口２８６から流出ブライン流２７７、流出淡水蒸気２７５及び流入塩水流２７３は、熱交換器２６０内で熱を交換するように構成される。熱交換器２６０は、流出ブライン流２７７及び流出淡水流２７５からの熱を流入塩水流２７３と交換して、流入塩水流２７３を予熱するように構成される。流入塩水流２７３がボイラ部分２０６に入る前に、それに熱を伝達することにより、流入塩水流２７３の温度を、蒸留システム２００のボイラ部分２０６の動作圧力における水の沸点に、又は実質的にその近くにすることができる。それ故、塩水２７２を沸騰させるには、比較的少量の熱しか必要としない（例えば、凝縮の潜熱）。少量の熱は圧縮部品２４０によって圧縮された蒸気に加えることができ、これは圧縮された蒸気が熱伝達要素２２０にて凝縮すると、最終的に塩水２７２へと熱を放出し、それを沸騰させる。ということは、論理的には、流入塩水流２７３（塩水２７２に送り込まれる）が所望の沸点（例えば、沸騰に望ましい温度及び／又は圧力）に近づくと、圧縮部品２４０によって使用されるエネルギーを減少させることができる。

[0049] 幾つかの実施形態では、熱交換器２６０は蒸留システム２００の外側からのエネルギーを使用して、流入塩水流２７３を予熱するように構成することができる。例えば、熱交換器２６０は、太陽エネルギー（図示せず）又は別個のプロセス（図示せず）の出力（例えば、廃棄流、低等級の廃棄熱）からのエネルギーを使用して、流入塩水流２７３をハウジング２０４のボイラ部分２０６の特定の動作圧力における所望の温度まで予熱するように構成することができる。幾つかの実施形態では、熱交換器２６０は、例えば、管式熱交換器、プレート熱交換器及び／又は蓄熱熱交換器であってもよい。

[0050] 幾つかの実施形態では、熱交換器２６０に加えて、又はその代わりに蒸留システム２００の部品の１つ又は複数を、蒸留システム２００を囲む環境から排出されたエネルギーを使用するように構成することができる。例えば、蒸留システム２００の動作に関連する１つ又は複数のポンプ（図示せず）、制御ユニット（図示せず）、及び／又はセンサ（図示せず）に、風力エネルギー、太陽エネルギー及び／又は別個のプロセス（図示せず）の出力（例えば、廃棄流）からのエネルギーによって動力を供給することができる。蒸留システム２００の部品の１つ又は複数は、バッテリー及び／又は燃料電池などの蓄電装置によって動力を供給することができる。

[0051] 蒸留システム２００は、広範囲の温度及び圧力にわたって塩水２７２から淡水を生成するように構成することができる。この実施形態では、蒸留システム２００の１つ又は複数の部分（例えば、ボイラ部分２０６、凝縮器部分２０８）を、水の標準沸点に関連する温度及び／又は圧力より非常に低い温度及び／又は圧力で動作するように構成することができる。例えば、ボイラ部分２０６は、標準大気圧（例えば、１気圧）より非常に低い指定圧力で動作するように構成することができる。幾つかの実施形態では、蒸留システム２００の１つ又は複数の部分（例えば、ボイラ部分２０６、凝縮器部分２０８）を、水の標準沸点に関連する温度及び／又は圧力以上の温度及び／又は圧力で動作するように構成することができる。

[0052] 蒸留システム２００は、ボイラ部分２０６及び凝縮器部分２０８が、指定された間隔だけ離れた温度で動作する、及び／又は指定された間隔だけ離れた圧力で動作するように構成することができる。例えば、ボイラ部分２０６及び凝縮器部分２０８は、数度（例えば、華氏数度（Ｆ）、数ケルビン絶対温度（Ｋ））離れた温度で動作するように構成することができる。幾つかの実施形態では、ボイラ部分２０６及び凝縮器部分２０８は、圧力単位（例えば、絶対ｐｓｉ（ｐｓｉａ）単位、ミリメートル水銀柱（ｍｍＨｇ）単位）の端数だけ離れた圧力で動作するように構成することができる。ボイラ部分２０６と凝縮器部分２０８との圧力差及び／又は温度差をもたらすエネルギーは、圧縮部品２４０からの機械エネルギーによって提供することができる。

[0053] 図３は、本発明の実施形態により、蒸留システムの少なくとも一部の動作ポイントを割り出すために使用することができる蒸気飽和表を示す。動作ポイントとは、例えば、動作圧力、動作温度、動作湿度などの組合せによって規定することができる。蒸留システムは、例えば、図２に示す蒸留システム２００であってもよい。ボイラ部分２０６及び凝縮器部分２０８の個々の動作ポイントは、（１）図３に示す飽和表を使用して、ボイラ部分２０６の動作ポイントを選択し、（２）ボイラ部分２０６の動作ポイントに基づいて凝縮器部分２０８の動作ポイントを計算することによって選択することができる。凝縮器部分２０８の動作ポイントは、例えば、熱伝達要素２２０の熱伝達特性、不純物による気化熱の変化などの幾つかの要素に基づくボイラ部分２０６の動作ポイントから計算することができる。

[0054] 例えば、ボイラ部分２０６で液体の水１ポンド（ｌｂ）に相変化を引き起こすために、０．５ｐｓｉａ及び７８°Ｆ（２５．５℃）の動作ポイント（３０６で図示）で１０９６．４英国熱量単位（ＢＴＵ）が必要である。熱伝達要素２２０における熱伝達効率が９９．９１％で、塩水２７２中の不純物が気化熱を０．１４％上昇させる場合、蒸発させるために熱伝達要素２２０の凝縮器側で必要な熱は１０９８．９ＢＴＵ／ｌｂである。飽和表に基づき、凝縮器部分２０８における動作ポイントは、この熱要件に適合するために０．６ｐｓｉａ及び８５°Ｆ（（２９．４℃））（３０８で図示）でなければならない。凝縮器部分２０６は、これよりわずかに高い定常温度及び圧力で動作し、従って凝縮器部分２０８内の凝縮からの熱は、熱伝達要素２２０を介してボイラ部分２０６へと伝達される。幾つかの実施形態では、熱伝達要素２２０の厚さが減少すると、熱伝達要素２２０の効率を上昇させることができる。

[0055] 図２に戻ると、幾つかの実施形態では、ボイラ部分２０６と凝縮器部分２０８との動作ポイントの温度及び／又は圧力の差は、実質的に圧縮部品２４０によって生成することができる。すなわち、ボイラ部分２０６から凝縮器部分２０８へ移動する流体（例えば、淡水蒸気）にエネルギーを加えて、動作ポイントの異なる状態を維持することができる。幾つかの実施形態では、蒸留システム２００のボイラ部分２０６は、高い温度及び／又は圧力で動作することができ、蒸留システム２００の凝縮器部分２０８は、低い温度及び／又は圧力で動作することができ、その逆もある。

[0056] ボイラ部分２０６が標準大気圧より非常に低い低圧で動作するように構成されている場合は、流入塩水２７３の流れの重量によってこの低圧を維持／生成することができる。図２には図示されていないが、蒸留システム２００は、流入塩水２７３が、ボイラ部分２０６の圧力によってボイラ部分２０６の下に垂れ下がる重量がある、流入塩水の円柱になるように構成することができる。さらに、流入塩水２７３の流れの円柱の高さは、ボイラ部分２０６内に指定の低圧を生成するように画定することができる。流出ブライン２７７流れのような蒸留ユニット２００の他の流れは、ボイラ部分２０６内の低圧を維持／規定するのを補助するように、同様に構成することができる。流出淡水２７５の重量を使用して、凝縮器部分２０８内の指定圧力を維持／規定することができる。

[0057] 幾つかの実施形態では、蒸留システム２００は特定の望ましくない副作用を実質的に防止するために、指定された温度及び／又は圧力で動作することができる。幾つかの実施形態では、蒸留システム２００は、様々な化合物（例えば、マグネシウム系化合物）の沈殿及び／又は溶解を防止するために、指定の温度及び／又は指定の圧力で動作するように構成することができる。例えば、蒸留システム２００は、塩水２７２中に存在し得るカルシウム系化合物などの不純物が沈殿しないように、１８５°Ｆ（８５℃）未満の温度で動作するように構成することができる。幾つかの実施形態では、例えば、ボイラ部分２０６は、特定の不純物（例えば、微生物、細菌類）が破壊されるように、指定の温度より上で動作するように構成することができる。また、例えば、周囲環境からの蒸留システム２００の遮断は、蒸留システム２００が高温で動作した場合よりも低い温度で動作することによって低減することができる。

[0058] 幾つかの実施形態では、熱伝達要素２２０の底面で淡水蒸気が凝縮すると、例えば、蒸留システム２００の凝縮器部分２０８などで低圧環境を維持するのを補助することができる。すなわち、圧縮された蒸気が凝縮した場合に体積が大きい圧縮蒸気が破壊して液体になると、蒸留システム２００の凝縮器部分２０８の圧力を低下させることができる負圧環境を生成することができる。

[0059] 幾つかの実施形態では、流出ブライン流２７７がハウジング２０４のボイラ部分２０６から給送されると、ハウジング２０４のボイラ部分２０６内の圧力を低下させることができる。幾つかの実施形態では、ブライン流２７７の流量は、ハウジング２０４のボイラ部分２０６内で低圧動作環境を維持するのを補助するように調節することができる。幾つかの実施形態では、蒸留システム２００は始動シーケンスの後、定常状態で連続的に動作することができる。幾つかの実施形態では、定常状態中に必要なエネルギーは、実質的に圧縮部品２４０の動作に必要なエネルギーである。始動シーケンスに関するさらなる詳細は、図１３に関して検討する。

[0060] 幾つかの実施形態では、圧縮部品２４０は図４に示すように、単調に変化する差圧対流量特性を有することができる。図４は、本発明の実施形態による圧縮部品に関連する特性曲線４２０を示す略図である。図４に示すように、圧縮部品の差圧（ΔＰ）（ｙ軸に図示）は、圧縮部品を通る流量（ｘ軸に図示）が増加するとき、単調に減少する。差圧とは、圧縮部品の出口と圧縮部品の入口との間の圧力差である。圧縮部品の単調に変化する特性は、特に蒸留システムが低温及び／又は低圧で動作している場合に、蒸留システム（例えば、図１に示す蒸留システム１００）の安定性を促進する。

[0061] 幾つかのシナリオでは、単調に変化する差圧対流量特性がない圧縮部品は、蒸留システムのハウジング内の圧力が、例えば、予想外に低下した場合、流量が不安定に変動することがある。このタイプの変動により、蒸留システムが留出物を生成しないか、望ましくない留出物を生成することがある。何故なら、一貫性のない流れにより、連続的な位相変化のエネルギーが使用できないからである。

[0062] 幾つかの実施形態では、圧縮部品２４０は１つ又は複数の圧縮装置（例えば、多段圧縮装置）及び／又は１つ又は複数の弁部品（図示せず）を含むことができる。圧縮部品２４０は、例えば、遠心圧縮装置、液圧圧縮装置、斜流又は混流圧縮装置、軸流圧縮装置、往復圧縮装置、回転スクリュー圧縮装置、スクロール圧縮装置、ローブ式圧縮装置（例えば、ルーツ送風機）及び／又はダイヤフラム圧縮装置であってもよい。幾つかの実施形態では、圧縮部品２４０は図８に図示し、それに関して説明するように、連携した弁のシステムを含むことができる。

[0063] 幾つかの実施形態では、圧縮部品２４０は蒸留システム２００のハウジング２０４内に配置することができる。幾つかの実施形態では、ハウジング２０４内に圧縮部品２４０を配置することにより、例えば、圧縮部品２４０内の少量の漏れに関連する問題を軽減するか、完全に回避することができる。例えば、圧縮部品２４０は、ハウジング２０４内に配置された液圧モータを含むことができる。幾つかの実施形態では、圧縮部品２４０の機械的部分によって発生した熱を塩水２７２に伝達し、ハウジング２０４のボイラ部分２０６にて沸騰をさらに誘発することができる。幾つかの実施形態では、ハウジング２０４の外側に配置されたモータは、ハウジング２０４内に配置され、淡水蒸気を圧縮するように構成された１つ又は複数のプロペラ又はファン羽根に磁気結合することができる。

[0064] 幾つかの実施形態では、圧縮部品２４０は熱伝達要素２２０及び／又はハウジング２０４の下に配置することができる。幾つかの実施形態では、蒸留システム２００は、複数の圧縮部品、流入流れの各タイプの複数の流入流れ（例えば、複数の流入塩水流）、流出流れの各タイプの複数の流出流れ（例えば、複数の流出ブライン流）、複数のボイラ及び／又は凝縮器部分、及び／又は複数の熱伝達要素を有することができる。幾つかの実施形態では、蒸留システム２００は複数のステージを有することができる。例えば、第１の蒸留システムからの流出流れは、第２の蒸留システムの流入流れとなることができる。

[0065] 幾つかの実施形態では、蒸留システム２００は、塩水から気体が放出された場合に、熱伝達要素２２０より上の沸騰に望ましくない妨害がないように、例えば、流入塩水流２７３などのガス抜きをするように構成された脱ガスシステム（図示せず）を有することができる。幾つかの実施形態では、脱ガスシステムは、熱交換器２６０で塩水を受ける前に、流入塩水２７３のガス抜きをするように構成することができる。幾つかの実施形態では、脱ガスシステムは、熱交換器２６０の後で流入塩水２７３のガス抜きをするように構成することができる。幾つかの実施形態では、脱ガスシステムの少なくとも一部をハウジング２０４内に配置することができる。

[0066] 幾つかの実施形態では、蒸留システム２００は、例えば、熱伝達要素２２０より上の沸騰を容易にするように構成された音波変換器（図示せず）を含むことができる。幾つかの実施形態では、音波変換器は超音波変換器であってもよい。音波変換器は、例えば、液体状態から蒸気状態への変化を容易にするために、塩水の破断を増強することができる。幾つかの実施形態では、音波変換器は、塩水２７２のガス抜きをするためにさらに使用することができる。幾つかの実施形態では、超音波変換器をハウジング２０４のボイラ部分２０６内に配置することができる。

[0067] 図５は、本発明の実施形態により流体のボリュームから流体の一部を分離する方法を示す流れ図である。流れ図は、ある不純物濃度の流体のボリュームを、５００で蒸留システムのハウジングにて受けることを示す。流体のボリュームは水のボリュームであってもよく、不純物濃度は、例えば、塩であってもよい。幾つかの実施形態では、流体のボリュームは複数のタイプの不純物（例えば、カルシウム系不純物、マグネシウム系不純物）を含むことができる。

[0068] ５１０で、ハウジングのボイラ部分内にある熱伝達要素の上面にて流体のボリュームを受ける。流体のボリュームは、例えば、塩水の本体から給送し、ハウジングの入口を介して受けることができる。熱伝達要素の上面は、ハウジングのボイラ部分の少なくとも一部を画定することができる。

[0069] ５２０で、流体の一部を流体のボリュームから沸騰させる。流体のボリュームが塩水のボリュームである場合、流体の一部は、塩水から蒸気として気体状態で沸騰した淡水であってもよい。

[0070] 液体の一部が流体のボリュームから沸騰した後、５３０で、蒸留システムのブライン捕集部分にて流体のボリュームを受ける。幾つかの実施形態では、流体のボリュームは、流体のボリュームから流体の一部が沸騰した後、異なる不純物濃度を有することができる。

[0071] ５４０で、流体の一部を圧縮し、ハウジングのボイラ部分から凝縮器部分内に移動させる。ハウジングに結合された圧縮部品により流体の一部を圧縮し、移動させることができる。

[0072] ５５０で、熱伝達要素の底面にて液体の一部を凝縮させる。流体の一部が熱伝達要素の底面に衝突するとき、流体の一部は凝縮することができる。熱伝達要素の底面は、ハウジングの凝縮器部分の少なくとも一部を画定することができる。

[0073] ５６０で、熱伝達要素の底面にて放出された熱が、流体の一部からボイラ部分へと伝達される。幾つかの実施形態では、熱伝達要素の底面にて放出された熱の全部、又は実質的に全部を、熱伝達要素を介して伝達することができる。

[0074] ５７０で、流体の凝縮部分を蒸留システムの淡水捕集部分で受ける。幾つかの実施形態では、流体の凝縮部分を蒸留システムの淡水捕集部分から給送することができる。幾つかの実施形態では、蒸留システムの淡水捕集部分をハウジング内に配置することができる。

[0075] 図６Ａは、本発明の実施形態による蒸留システム６００の幾つかの部品の組立分解斜視図である。蒸留システム６００は、ボイラの少なくとも一部を画定するハウジング６８０の上部分６１０と、熱伝達要素６２０と、分配部品６３０と、淡水捕集リザーバ６４０とを有する。この実施形態では、流入塩水６３１は、入口６７４を介して蒸留システム６００内で受ける。塩水が熱伝達要素６２０の上部分６２２に沿って矢印６３２の方向に流れ、淡水蒸気が矢印６３４に示すように塩水から沸騰する。幾つかの実施形態では、熱伝達要素６２０の傾斜は、水平面に対して実質的に１°未満である。

[0076] 熱伝達要素６２０の斜視図が、図６Ｂ及び図６Ｃに図示されている。図６Ｂは、塩水がない状態で熱伝達要素６２０（図６Ａにも図示）を示し、図６Ｃは、塩水６６４がある状態で熱伝達要素６２０（図６Ａにも図示）を示す。塩水６６４は、ブライン濃度に到達するまで熱伝達要素６２０の波形部分６６６上を通過するとき上昇する濃度を有し、開口部６２６から出る。塩水６６４は、ほぼ全ての凹部と波形部分６６６の凸部との間のゼロ深さポイントにて交差する。各凹部の最も深いポイントで、塩水６６４の深さは、例えば、数インチ以下にすることができる。この実施形態では、流入塩水６３１（図６Ａに図示）を熱伝達要素６２０のリザーバ６６８内に給送し、従って塩水６６４を熱伝達要素６２０の波形部分６６６に均一に分配することができる。リザーバ６６８を分配リザーバと呼ぶことができる。

[0077] 図６Ａに戻ると、ブライン６３６は出口６７６を介して蒸留システム６００のハウジング６８０を出る。蒸気６３４が圧縮された後、圧縮蒸気６３８を熱伝達要素６２０の底部分６２４に向かって噴射し、スロット６５２を介してハウジング６８０の中央部分６５０に入れる。圧縮された蒸気６３８は、図６Ｄに示す分配マニホールド６９０を使用してスロット６５２内に分配される。図６Ｄに示すように、分配マニホールド６９０は入口６９４、及びスロット６５２（図６Ａに図示）に対応する出口スロット６９６を有する。圧縮された蒸気６３８は、分配マニホールド６９０のマニホールドシステム６９２を介してスロット６５２に分配される。幾つかの実施形態では、分配マニホールド６９０を分配部品と呼ぶことができる。

[0078] 図６Ａに戻ると、圧縮された蒸気６３８は、分配部品６３０の流路システム６４４によってさらに誘導される。幾つかの実施形態では、分配部品６４６の水平面６４６は複数の開口部（例えば、オリフィス）を有し、圧縮された蒸気６３８がハウジング６８０内に噴射された後に、圧縮された蒸気６３８を熱伝達要素６２０の底面６２４に向かって（矢印６４８の方向に）誘導することができる。圧縮された蒸気６３８が熱伝達要素６２０の底部分６２４で凝縮した後、凝縮した淡水６６２はリザーバ６６０内に捕集される。

[0079] 図７Ａは、本発明の実施形態による蒸留システム７００を示す略図である。蒸留システム７００は、熱交換器７６０、圧縮部品７４０、及び熱伝達要素７２０を含むハウジング７１０を有する。ハウジング７１０は、ボイラ７１２として機能する部分、及び凝縮器７１４として機能する部分を有する。

[0080] 図７Ａに示すように、塩水７２２は、塩水リザーバ７５４からブラインリザーバ７７６内のブライン７７４へと熱伝達要素７２０を流れ落ちる（例えば、重力によって引っ張られる）。塩水７２２が熱伝達要素７２０を流れ落ちるとき、淡水が淡水蒸気として塩水７２２から沸騰し、圧縮部品７４０内へと移動する７２４（線７２４として図示）。淡水蒸気は、淡水部品７４０にて圧縮蒸気（例えば、圧縮淡水蒸気）へと圧縮されて、熱伝達要素７２０の底面７２８に向かって移動し、ここで圧縮蒸気が凝縮する（線７２６として図示）。熱伝達要素７２０の底面７２８における相転移から放出された熱は、熱伝達要素７２０を介して流れる塩水７２２へと伝達され、これによって淡水蒸気が流れる塩水７２２から沸騰する。幾つかの実施形態では、蒸留システム７００は、熱伝達要素７２０の底面７２８に対する圧縮蒸気の分配を容易にするように構成された分配部品（図示せず）を有することができる。圧縮蒸気が凝縮して淡水になった後、淡水７７０は淡水リザーバ７７８内に捕集される。

[0081] 図７Ｂは、本発明の実施形態による図７Ａに示した蒸留システム７００の一部の略図である。図７Ｂに示すように、熱伝達要素７２０を流れ落ちる塩水７２２の表面は、実質的に熱伝達要素７２０の傾斜に平行である。従って、塩水７２２は、熱伝達要素７２０の実質的に全長にわたって浅い深さ７８２を有することができる。幾つかの実施形態では、塩水７２２の流量及び塩水７２２の深さ７８２は、塩水リザーバ７５４内の塩水のレベル及び／又は塩水リザーバ７５４からの開口部７８４の高さによって割り出すことができる。幾つかの実施形態では、熱伝達要素７２０の形状及び／又は傾斜によって、塩水７２２の流量を制御することができる。

[0082] 幾つかの実施形態では、蒸留システム７００（例えば、熱伝達要素７２０、ボイラ７１２など）は、ポイント７３２及び７３６（熱伝達要素７２０の対向する端部のポイント）における塩水７２２の蒸気圧を、蒸留システム７００の動作中に実質的に同じにできるように構成することができる。また、熱伝達要素での塩水７２２の流量は、ポイント７３４及び７３８における静止圧をボイラ７１２内の圧力と実質的に同じかつほぼ等しくできるように規定することができる。すなわち、塩水７２２の深さ７８２は、塩水７２２の深さ７８２からの静圧が無視でき、従って熱伝達要素７２０の上面より上の沸騰を促進するように画定することができる。例えば、ボイラ７１２が標準大気圧より非常に低い指定圧力で動作するように構成されている場合、ポイント７３２及び７３６における蒸気圧は、その指定圧力に実質的に等しくすることができ、ポイント７３４及び７３８における圧力は、その指定圧力と実質的に同じにすることができる。

[0083] 図７Ａに戻ると、再循環ポンプ７８０は、ブライン７７４の少なくとも一部をブラインリザーバ７７６から塩水リザーバ７５４内へと給送することによって、その一部を再循環するように構成される。次に、ブライン７７４の一部を沸騰プロセスにかけ、ブライン７７４から追加の淡水を抽出することができる。特にブライン７７４が塩で飽和していない場合、ブライン７７４の一部を再循環することによって、淡水をより効率的に抽出することができる。すなわち、再循環しない場合よりも高いパーセンテージの淡水を塩水７２２から除去することができる。

[0084] 幾つかの実施形態では、ブライン７７６から追加の淡水を抽出できることを示す信号に応答して、再循環ポンプ７８０を使用するブライン７７４の再循環を実行することができる。例えば、センサ（図示せず）及び関連する制御モジュール（図示せず）は、ブライン７７４の塩分濃度が指定の閾値より低いと割り出された場合に、再循環ポンプ７８０を作動及び／又は制御するように構成することができる。

[0085] 図８は、本発明の実施形態による圧縮部品８４０の略図である。圧縮部品８４０は、廃棄流８５０からの熱を使用して、室８４６内の淡水蒸気を圧縮してから、淡水蒸気を熱伝達要素（図示せず）に向かって移動させるように構成され、ここで凝縮して淡水蒸気からのエネルギーを伝達することができる。圧縮部品８４０は、連携して動作するように構成された入口弁８４２及び出口弁８４４を有する。入口弁８４２は、出口弁８４４が閉じている間に開き、これによって淡水蒸気が圧縮部品８４０の室８４６に入り、充填することができる。指定の期間の後、入口弁８４２が閉じて、室８４６内の淡水蒸気が加熱され、淡水蒸気の温度及び／又は圧力が上昇する。指定の期間の後、出口弁８４４が開いて、蒸気が、例えば、蒸留システムの凝縮器（図示せず）へと放出される。

[0086] 図９は、本発明の実施形態による熱伝達要素９９０の略図である。熱伝達要素９９０は幾つかの段９９２を有する。熱伝達要素９９０の段９９２は、熱伝達要素９９０上の塩水９８０の流量及び／又は熱伝達要素９９０の熱伝達特性を変更又は画定するように構成することができる。

[0087] 図１０Ａは、本発明の実施形態による実質的に円錐状の熱伝達要素１０２０を有する蒸留システム１０００の側断面図の略ブロック図である。円錐状の熱伝達要素１０２０は上面１０４８を有し、その上で塩水リザーバ１０５４からの塩水１０２２を沸騰させることができる。淡水蒸気は、（線１０９４で示すように）円錐状の熱伝達要素１０２０の上部分にある開口部１０４６を通って円錐状の熱伝達要素１０２０の底面１０４９に向かって移動することができ、ここで淡水蒸気を凝縮することができる。淡水蒸気は、蒸留システム１０００のハウジング１０１０内に配置されたモータ１０９０によって駆動されるプロペラ１０２６の羽根によって移動することができる。淡水蒸気が凝縮して凝縮水に入った後、凝縮水を淡水リザーバ１０７０内にある円錐状の熱伝達要素１０２０のベース１０４４に（又はその下に）捕集することができる。幾つかの実施形態では、熱伝達要素１０２０は、図９に示す熱伝達要素９９０と同様に構成することができる。

[0088] 図１０Ａに示すように、開口部１０４６からベース１０４４に向かって延びるシャフト１０２４（例えば、軸線）を中心にしてプロペラ１０２６（圧縮部品１０４０の一部）が回転する。シャフト１０２４は、２組の軸受け１０７８及び１０７６によってハウジング１０１０に固定される。圧縮部品１０４０の部品は全体がハウジング１０１０内に配置されるので、幾つかの実施形態では漏れを防止するシール及び他の部品が必要ではない。また、圧縮部品１０４０によって発生した熱の多くは、淡水蒸気が円錐状の熱伝達要素１０２０の外側から円錐状の熱伝達要素１０２０の一部へと移動する（線１０９４で図示）とき、それを加圧する、及び／又はその温度を上昇させるのに使用することができる。

[0089] これも図１０Ａに図示されているように、熱交換器１０６０は、淡水リザーバからの熱を塩水リザーバ１０５４へと移動中の流入塩水（図示せず）へと伝達するために使用することができる。幾つかの実施形態では、熱交換器１０６０は、蒸留システム１０００の外側からのエネルギー（例えば、太陽エネルギー）を使用するように構成することができる。高濃度の塩水及び／又はブラインが、ブラインリザーバ１０７４内に捕集される。

[0090] 図１０Ｂは、本発明の実施形態による図１０Ａに図示の蒸留システム１０００の部分平面切取図の略ブロック図である。図１０Ｂに示すように、熱伝達要素１０２０は、実質的に円形の熱伝達要素１０２０である。幾つかの実施形態では、熱伝達要素１０２０は、半円形又は異なる形状（例えば、五角形、八角形）にすることができる。幾つかの実施形態では、ハウジング１０１０は、図１０Ｂに示すものとは異なる形状（例えば、丸い、円形、三角形）も有することができる。

[0091] 図１１は、本発明の実施形態による制御ユニット１１１０を含む蒸留システム１１００の略ブロック図である。蒸留システム１１００は、ボイラ１１４０の少なくとも一部及び凝縮器１１４２の少なくとも一部を画定する熱伝達要素１１２０を有する。蒸留システム１１００は、また、圧縮部品１１３０と、熱伝達要素１１２０に結合されたアクチュエータ１１５０と、出口１１７２に結合された出口弁１１６２と、入口１１７４に結合された入口弁１１６４も有する。出口１１７２は、ハウジング１１０４の出口であり、入口１１７４は、ハウジング１１０４の入口である。出口弁１１６２及び入口弁１１６４は、それぞれ、流れを変更するように構成されたアクチュエータを有することができる。

[0092] 制御ユニット１１１０は、センサ１１６０からの信号に応答して蒸留システム１１００の１つ又は複数の部分又は機能を制御する（例えば、変化させる、変更する、変化をトリガする）ように構成される。制御ユニット１１１０は、蒸留システム１１００の動作前、動作後、又は動作中に蒸留システムを制御するように構成することができる。制御ユニット１１１０は、制御ユニット１１１０の制御モジュール１１１２に基づいて蒸留システム１１００を制御するように構成することができる。例えば、制御ユニット１１１０は、始動シーケンスを実施するように構成することができる。制御モジュール１１１２は、１つ又は複数の命令（例えば、コンピュータプログラム、アルゴリズム）に基づくことができる１つ又は複数のハードウェアモジュール（例えば、ファームウェア、ディジタル信号プロセッサ）及び／又は１つ又は複数のソフトウェアモジュール（例えば、命令、ソフトウェアプログラム）を含むことができる。制御モジュール１１１２は、１つ又は複数のメモリ部分（図示せず）及び／又は１つ又は複数の処理部分（図示せず）を含むことができる。

[0093] 制御ユニット１１１０は、フィードバックアルゴリズム及び／又はフィードフォワードアルゴリズムなどの制御アルゴリズム（例えば、制御手順）に基づいて、蒸留システム１１００の少なくとも一部を制御するように構成することができる。制御アルゴリズムは、比例制御、微分制御及び／又は積分制御の任意の組合せに基づくことができる。制御ユニット１１１０は、蒸留システム１１００に関連する履歴データに基づいて蒸留システム１１００の少なくとも一部を制御するように構成することができる。履歴データは、制御ユニット１１１０からの命令に応答して格納することができ、制御ユニット１１１０によってアクセス可能なデータベース（図示せず）に格納することができる。

[0094] センサ１１６０は、例えば、温度センサ、圧力センサ、湿度センサ、流量センサ、電磁放射センサなどのうち１つ又は複数を含むことができる。この実施形態では１つのセンサ１１６０が図示されているが、幾つかの実施形態では、蒸留システム１１００は、蒸留システム１１００の種々の部分に多くのセンサ（図示せず）を有することができる。例えば、センサ（図示せず）を熱伝達要素１１２０に結合することができる、センサ（図示せず）を凝縮器１１４２内に配置することができ、及び／又はセンサ（図示せず）を圧縮部品１１３０内に配置することができる。幾つかの実施形態では、センサ１１６０（又は別のセンサ）の少なくとも一部を、蒸留システムのハウジング１１０４の外側に配置することができる。

[0095] 制御ユニット１１１０は、例えば、センサ１１６０からの信号に応答して、水平面１１１８に対する熱伝達要素１１２０の角度１１１２を変更するように構成することができる。制御ユニット１１１０は、熱伝達要素１１２０に結合されたアクチュエータ１１５０の動作をトリガする信号を送信することにより、熱伝達要素１１２０の傾斜を変化させることができる。信号は、１つ又は複数の条件が満たされた（例えば、閾値条件が満たされた）場合に、制御ユニット１１１０から送信することができる。幾つかの実施形態では、角度１１１２が変化した場合に、流体１１１４の流量を変更することができる。幾つかの実施形態では、制御ユニット１１１０は、センサ１１６０からの信号に基づいて熱伝達要素１１２０の熱伝達率の率を変更するように構成することができる。熱伝達率は、蒸留システム１１００のセンサ１１６０（及び／又は別のセンサ）からの１つ又は複数の信号に基づいて、制御ユニット１１１０で計算することができる。

[0096] 制御ユニット１１１０は、センサ１１６０（又は別のセンサ（図示せず））からの信号に基づき、弁１１６２及び／又は弁１１６４をそれぞれ変化させることにより、出口１１７２の流量及び／又は入口１１７４の流量を変更するように構成することができる。例えば、熱伝達要素１１２０より上の流体１１１４の沸騰率、圧力及び／又は温度が、センサ１１６０からの信号に基づいて制御ユニット１１１０により割り出された通りの閾値より低い場合、制御ユニット１１１０は弁１１６２の一部を動かすことにより、出口１１７２を介する流量（線１１３２で図示）を変化させることができる。同様に、熱伝達要素１１２０より上の流体１１１４の沸騰率、圧力及び／又は温度が、センサ１１６０からの信号に基づいて制御ユニット１１１０により割り出された通りの条件を満たす場合、制御ユニット１１１０は弁１１６４の一部を動かすことにより、入口１１７４を介する流量（線１１３４で図示）を変化させることができる。

[0097] 幾つかの実施形態では、制御ユニット１１３０は、センサ１１６０からの信号に応答して圧縮部品１１３０の出力及び／又は入力（例えば、入力温度、入力圧力、出力温度、出力圧力）を変更するように構成することができる。例えば、制御ユニット１１３０は、熱伝達要素１１２０より下の凝縮率、圧力及び／又は温度が閾値条件を満たす場合、圧縮部品１１３０のモータ（図示せず）の速度を変更するように構成することができる。幾つかの実施形態では、制御ユニット１１３０は、淡水生成率及び／又は圧縮蒸気生成率が指定の限界より低い場合、圧縮部品１１３０の出力及び／又は入力を変更するように構成することができる。

[0098] 幾つかの実施形態では、制御ユニット１１１０は、ハウジング１１０４の外側に配置されたリザーバ（図示せず）からハウジング１１０４に入る流体の流量を変更するように構成することができる。幾つかの実施形態では、制御ユニット１１１０は、ハウジング１１０４内に配置されたリザーバ（図示せず）からハウジング１１０４内の流体の流量、温度及び／又は圧力を変更するように構成することができる。幾つかの実施形態では、制御ユニット１１１０は、ハウジング１１０４内及び／又は外の廃棄生成物（例えば、ブライン）の流量、温度及び／又は圧力を変更するように構成することができる。

[0099] 制御ユニット１１１０は、幾つかの実施形態では、ボイラ１１４０（例えば、熱伝達要素１１２０にある、又はその上にある）内の温度と凝縮器１１４２（例えば、熱伝達要素１１２０にある、又はその上にある）内の温度とが指定された間隔だけ離れるように、蒸留システム１１００の一部（例えば、熱伝達要素１１２０の傾斜、流体の流量）を変更するように構成することができる。幾つかの実施形態では、制御ユニット１１１０は、ボイラ１１４０内の圧力と凝縮器１１４２内の圧力とが指定の間隔だけ離れるように、蒸留システム１１００の一部（例えば、熱伝達要素１１２０の傾斜、流体の流量）を変更するように構成することができる。

[00100] 幾つかの実施形態では、蒸留システム１１００に関連する複数の部品を、連携した状態で（例えば、同時に、連続的に）変更し、所望の結果を達成することができる。例えば、熱伝達要素１１２０より上の沸騰率が指定された（例えば、望ましい）レベルより低い場合、熱伝達要素１１２０の角度１１１２を変更することによって流体１１１４から沸騰した流体の流れを増加させ、圧縮部品１１３０のモータ速度を上げることによって流体１１１４の流量を増加させることができる。幾つかの実施形態では、制御ユニット１１１０は、有線ネットワーク及び／又は無線ネットワークを通して複数の蒸留システム（図示せず）の１つ又は複数の部分を制御するように構成することができる。

[00101] 幾つかの実施形態では、蒸留システム１１００は、蒸留システム１１００の態様を手動で変化させるために使用者が使用することができるユーザインタフェース（図示せず）を有することができる。例えば、使用者はユーザインタフェースを介して、蒸留システム１１００に関連する流体の流量、又は熱伝達要素１１２０の熱伝達率を変化させることができる。幾つかの実施形態では、使用者はユーザインタフェースを介して蒸留システム１１００の１つ又は複数の部分の動作ポイントを変化させることができる。制御ユニット１１１０は、例えば、熱伝達要素１１２０の流量及び／又は角度を変更して、動作ポイントの変化を実施するように構成することができる。

[00102] 幾つかの実施形態では、蒸留システム１１００の少なくとも一部の特定の動作ポイントへと遷移する間に、例えば、電気加熱装置などの加熱部品（図示せず）を一時的に使用することができる。例えば、ボイラ部分１１４０の動作温度が上昇した場合、加熱部品を使用して、定常状態が達成されるまで、流入塩水流（図示せず）を一時的に加熱することができる。幾つかの実施形態では、加熱部品を永続的に使用して、蒸留システム１１００の一部の定常状態を維持することができる。

[00103] 図１２は、本発明の実施形態により蒸留システムの熱伝達要素の角度を変更する方法を示す流れ図である。流れ図は、１２１０で蒸留システムのハウジングにてある不純物濃度の流体を受けることを示す。１２２０で、蒸留システムに関連するセンサから信号を受信する。幾つかの実施形態では、センサは温度センサ又は圧力センサとすることができる。

[00104] １２３０で、ハウジングに結合された熱伝達要素の角度を、信号に基づいて変更する。例えば、信号に基づいて閾値条件が満たされている場合、制御ユニットは、アクチュエータをトリガして、熱伝達要素の角度を変化させることができる。幾つかの実施形態では、熱伝達要素の角度の変更に加えて、又はその代わりに、流体の少なくとも一部の流量も変更することができる。

[00105] 図１３は、本発明の実施形態による蒸留システムを始動する方法を示す流れ図である。流れ図は、１３００で真空ポンプを使用して、蒸留システムのハウジングの少なくとも一部を排気することを示す。幾つかの実施形態では、蒸留システムの１つ又は複数の部分が低圧で動作するように構成されている場合、蒸留システムのハウジングを排気しなければならない。幾つかの実施形態では、蒸留システムが、例えば、大気圧で動作するように構成されているので、真空ポンプは必要ない。幾つかの実施形態では、蒸留システムの圧力を高圧動作ポイントまで上昇させるために、送風機が必要である。

[00106] １３１０で、ハウジングに結合された圧縮部品を始動する。１３２０で、加熱部品を使用して、蒸留システムのハウジングへと流れる流体を加熱する。流体は、２つ以上の物質の混合物であってもよい。幾つかの実施形態では、流体を蒸留システムのボイラ部分の動作温度まで加熱することができる。幾つかの実施形態では、加熱部品は、例えば、始動時のみ使用される電気式加熱部品であってもよい。幾つかの実施形態では、蒸留システムの流入流れ及び／又は流出流れの温度を低温動作ポイントまで低下するために、冷却部品が必要である。

[00107] 蒸留システムが１３３０で定常状態に到達すると、真空ポンプ及び加熱部品の動作が終了する。幾つかの実施形態では、蒸留システムは、蒸留システムのボイラ部分及び蒸留システムの凝縮器部分が個々の動作ポイントに到達すると、定常状態で動作する。定常動作ポイントで、蒸留システムのハウジング内に配置された熱伝達要素の熱伝達率は実質的に一定である。

[00108] 幾つかの実施形態は、コンピュータで実施される種々の動作を実行するために自身上に命令又はコンピュータコードを有するコンピュータ可読媒体（プロセッサ可読媒体と呼ぶこともできる）があるコンピュータ記憶プロダクトに関する。媒体及びコンピュータコード（コードと呼ぶこともできる）は、特定の１つ又は複数の目的のために特に設計及び構築されたものであってもよい。コンピュータ可読媒体の例としては、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープなどの磁気記憶媒体と；コンパクトディスク／ディジタルビデオディスク（ＣＤ／ＤＶＤ）、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）及びホログラフィックデバイスなどの光学記憶媒体と；光フロッピーディスクなどの磁気光学記憶媒体と；搬送波信号と；特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）及びＲＯＭ及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイスなどのプログラムコードを格納し、実行するように特に構成された、ハードウェアデバイスとが挙げられるが、これらに限定されない。コンピュータコードの例は、マイクロコード又はマイクロ命令、コンパイラによって生成されるようなマシン命令、及びインタプリタを使用してコンピュータが実行する高レベル命令を含むファイルを含むが、これらに限定されない。例えば、本発明の実施形態は、Ｊａｖａ、Ｃ＋＋、又は他のオブジェクト指向プログラミング言語及び開発ツールを使用して実施することができる。コンピュータコードの追加的な例としては、制御信号、暗号化されたコード、及び圧縮コードが挙げられるが、これらに限定されない。

[00109] 結論として、特に広範囲の温度及び圧力にわたる蒸留の方法及び装置について説明する。以上では種々の実施形態について説明してきたが、これらは例示によってのみ提示されており、形態及び細部の種々の変化が可能であることを理解されたい。例えば、図に示した蒸留システムの部品の任意の組合せを使用して、異なる及び／又は別個の蒸留システムを生成することができる。幾つかの実施形態では、例えば、図２に示す蒸留システムの部品の幾つかを、図１０Ａ及び図１１に示す蒸留システムと組み合わせることができる。

Claims (21)

1. ハウジングの内部ボリューム内に配置されたリザーバであって、流体を受けるように構成され、第１の開口部を画定するリザーバと、
   前記ハウジングの前記内部ボリューム内に配置されて凝縮室及び沸騰室を画定し、外面及び内面を有する実質的に円錐状の熱伝達要素であって、前記内面は、前記沸騰室に前記凝縮室を流体接続する第２の開口部を画定し、当該実質的に円錐状の熱伝達要素は、前記流体が前記リザーバから前記第１の開口部を介して当該実質的に円錐状の熱伝達要素の前記外面を流れるように位置決めされ、かつ、前記流体の一部が前記外面を流れるときに前記沸騰室内で前記流体の一部が沸騰するように、構成され、前記第１の開口部の高さは、当該実質的に円錐状の熱伝達要素の前記外面を流れる前記流体の流量を割り出すように構成される、実質的に円錐状の熱伝達要素と、
   前記第２の開口部を通って前記流体の一部を移動させるように構成された圧縮部品と、を備え、
   前記実質的に円錐状の熱伝達要素は、前記流体の一部が前記内面で凝縮するように構成される、装置。
2. 前記実質的に円錐状の熱伝達要素が下部分及び上部分を有し、前記実質的に円錐状の熱伝達要素の前記上部分が前記第２の開口部を画定し、前記実質的に円錐状の熱伝達要素は、前記流体が前記外面上を前記下部分に向かって流れるときに前記流体の一部が沸騰するように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記流体が実質的に液体状態の水であり、その少なくとも一部が溶解不純物を含み、前記流体の一部が、標準大気圧より低い圧力で前記沸騰室内で沸騰する、請求項１に記載の装置。
4. 前記実質的に円錐状の熱伝達要素が下部分及び上部分を有し、前記実質的に円錐状の熱伝達要素の前記上部分が前記第２の開口部を画定し、
   前記圧縮部品が、前記ハウジング又は前記実質的に円錐状の熱伝達要素のうちの少なくとも一方に結合されたファンであり、前記ファンが、前記第２の開口部に整列した羽根であって前記第２の開口部の中心線を中心にして回転するように構成された羽根を有する、請求項１に記載の装置。
5. 前記流体の一部が前記圧縮部品によって移動すると、ある量のエネルギーが前記流体の一部に加えられ、前記実質的に円錐状の熱伝達要素は、前記流体の一部が前記内面で凝縮するときに前記ある量のエネルギーが前記内面から前記外面へと伝達されるように構成される、請求項１に記載の装置。
6. 前記流体の一部が、実質的に第１の物質であり、前記流体が、前記第１の物質及び第２の物質を含む混合物である、請求項１に記載の装置。
7. 前記流体が、前記流体の一部の不純物濃度より高い不純物濃度を有する水である、請求項１に記載の装置。
8. 分離区画及び凝縮器区画を含み、第１のリザーバ、第２のリザーバ及び開口部を画定するハウジングであって、前記第１のリザーバが第１の物質及び第２の物質の混合物を受けるように構成される、ハウジングと、
   前記ハウジングに結合され、前記分離区画の少なくとも一部及び前記凝縮器区画の少なくとも一部を画定する実質的に円錐状の熱伝達要素であって、当該実質的に円錐状の熱伝達要素は、前記分離区画内で前記第１のリザーバから前記開口部を介して当該実質的に円錐状の熱伝達要素の表面を前記混合物が流れるように位置決めされ、かつ、前記混合物から前記第１の物質の一部を分離して前記第１の物質の一部の第１の位相変化を生成するために前記凝縮器区画から前記分離区画に熱を伝達するように構成され、前記混合物の残りの部分が前記第２のリザーバに流れるように位置決めされる、実質的に円錐状の熱伝達要素と、
   前記分離区画に結合された圧縮部品であって、前記第１の物質の一部が前記混合物から分離した後に、前記第１の物質の一部を前記分離区画から前記凝縮器区画へと移動させるように構成された圧縮部品と、
   前記第２のリザーバから前記第１のリザーバに前記混合物の残りの部分の一部を給送するように構成されたポンプと、を備える装置。
9. 前記実質的に円錐状の熱伝達要素は、前記第１の物質の一部が前記凝縮器区画内にあるときに、前記第１の物質の一部に第２の位相変化を生成するように構成されており、前記第２の位相変化は、前記凝縮器区画から前記分離区画に前記実質的に円錐状の熱伝達要素を介して伝達される熱を生成し、
   前記第１の位相変化に関連する前記熱の量が、前記第２の位相変化に関連する前記熱の量と実質的に等しい、請求項８に記載の装置。
10. ハウジングの内部ボリューム内に配置されて、実質的に液体状態の流体を受けるように構成されたリザーバであって、前記流体の少なくとも一部が溶解物質を含み、前記ハウジングが凝縮器部分及びボイラ部分を含み、第１の開口部を画定するリザーバと、
    前記ハウジングの前記内部ボリューム内に配置されて第２の開口部を画定する実質的に円錐状の熱伝達要素であって、当該実質的に円錐状の熱伝達要素は、前記流体の第１の部分が前記リザーバから前記第１の開口部を介して当該実質的に円錐状の熱伝達要素の上面を流れるように位置決めされ、かつ、前記第１の部分の蒸気圧が前記ボイラ部分内の圧力と実質的に等しくなるように、当該実質的に円錐状の熱伝達要素の前記上面に配置された前記流体の前記第１の部分へと潜熱を伝達するように構成され、前記流体の第２の部分が前記実質的に円錐状の熱伝達要素の底面に接触して凝縮するときに前記凝縮器部分内で前記第２の部分によって前記潜熱が生成される、実質的に円錐状の熱伝達要素と、
    前記ボイラ部分及び前記凝縮器部分の間に差圧を生成して前記ボイラ部分から前記第２の開口部を介して前記凝縮器部分へと前記流体の前記第２の部分を移動させるように構成されたファンであって、前記第２の開口部と整列した羽根を有しており、前記リザーバが前記羽根を囲むように位置決めされるファンと、を備える装置。
11. 前記ハウジングに結合され、前記ボイラ部分内の圧力を標準大気圧より実質的に低い圧力へと低下させるように構成された真空ポンプをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
12. 前記ハウジングに結合され、前記リザーバ内の前記流体を加熱するように構成された加熱要素と、
    前記ハウジングに結合され、前記流体内に超音波エネルギーを伝達するように構成された超音波変換器と、をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
13. 少なくとも入口リザーバ及びブライン捕集部分を有し、前記入口リザーバ内の塩水を受けるように構成されたハウジングであって、凝縮器部分及びボイラ部分を含むとともに開口部を画定するハウジングと、
    前記ハウジングの内部ボリュームに結合された熱伝達要素であって、当該熱伝達要素は表面を含み、当該表面の少なくとも一部が、前記塩水の一部が前記入口リザーバから前記開口部を通って前記ブライン捕集部分に向かって重力送り機構を介して当該熱伝達要素の当該表面上を流れるように、水平面に対してある角度で配置されており、前記塩水から水の一部が沸騰して前記塩水の塩分濃度が上昇するように、前記塩水に潜熱を伝達するように構成された熱伝達要素と、
    前記塩水の前記塩分濃度が上昇した後に、前記塩水を受けるように構成された前記ブライン捕集部分と、
    前記ボイラ部分及び前記凝縮器部分の間に差圧を生成して前記水の一部を前記ボイラ部分から前記凝縮器部分へと移動させるように構成された圧縮部品と、
    上昇した塩分濃度を有する前記塩水の一部を、前記ブライン捕集部分から前記入口リザーバに給送するように構成されたポンプと、を備える装置。
14. 前記第１の開口部の高さ及び前記リザーバ内の前記流体のレベルが共同で、前記実質的に円錐状の熱伝達要素の前記外面を流れる前記流体の前記流量を割り出すように構成される、請求項１に記載の装置。
15. 前記実質的に円錐状の熱伝達要素の前記外面を流れる前記流体の前記流量を変更するために前記リザーバ内の前記流体の圧力を調節するように構成された制御ユニットをさらに備える、請求項１に記載の装置。
16. 前記圧縮部品は、前記第２の開口部と整列した羽根を有するファンであり、
    前記リザーバは前記羽根を囲む、請求項１に記載の装置。
17. 前記実質的に円錐状の熱伝達要素の前記外面上の前記流体の流れは重力によって誘発される、請求項１に記載の装置。
18. 前記流体のガス抜きをするように構成された脱ガスシステムをさらに備える、請求項１に記載の装置。
19. 前記リザーバは前記圧縮部品を実質的に囲む、請求項１に記載の装置。
20. 前記実質的に円錐状の熱伝達要素の少なくとも一部が水平面に対してある角度に配置される、請求項８に記載の装置。
21. 前記実質的に円錐状の熱伝達要素の少なくとも一部が水平面に対してある角度で配置される、請求項１０に記載の装置。

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