JP6224235B2 - 多段気泡搭加湿器 - Google Patents

多段気泡搭加湿器 Download PDF

Info

Publication number
JP6224235B2
JP6224235B2 JP2016519555A JP2016519555A JP6224235B2 JP 6224235 B2 JP6224235 B2 JP 6224235B2 JP 2016519555 A JP2016519555 A JP 2016519555A JP 2016519555 A JP2016519555 A JP 2016519555A JP 6224235 B2 JP6224235 B2 JP 6224235B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stage
bath
carrier gas
stage humidifier
humidifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016519555A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016522085A (ja
JP2016522085A5 (ja
Inventor
ゴヴィンダン,プラカシュ
エルシャルカウィ,モスタファ
ラム,スティーヴン
セントジョン,マキシマス
リーンハルト,ジョン
Original Assignee
マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー
マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー
キング ファハド ユニバーシティー オブ ペトロリウム アンド ミネラルズKing Fahd University of Petroleum & Minerals
キング ファハド ユニバーシティー オブ ペトロリウム アンド ミネラルズKing Fahd University of Petroleum & Minerals
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US13/916,038 priority Critical patent/US9120033B2/en
Priority to US13/916,038 priority
Application filed by マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー, マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー, キング ファハド ユニバーシティー オブ ペトロリウム アンド ミネラルズKing Fahd University of Petroleum & Minerals, キング ファハド ユニバーシティー オブ ペトロリウム アンド ミネラルズKing Fahd University of Petroleum & Minerals filed Critical マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー
Priority to PCT/US2014/041226 priority patent/WO2014200829A1/en
Publication of JP2016522085A publication Critical patent/JP2016522085A/ja
Publication of JP2016522085A5 publication Critical patent/JP2016522085A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6224235B2 publication Critical patent/JP6224235B2/ja
Application status is Active legal-status Critical
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/048Purification of waste water by evaporation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/14Evaporating with heated gases or vapours or liquids in contact with the liquid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0005Degasification of liquids with one or more auxiliary substances
    • B01D19/001Degasification of liquids with one or more auxiliary substances by bubbling steam through the liquid
    • B01D19/0015Degasification of liquids with one or more auxiliary substances by bubbling steam through the liquid in contact columns containing plates, grids or other filling elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/06Flash distillation
    • B01D3/065Multiple-effect flash distillation (more than two traps)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/143Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step
    • B01D3/146Multiple effect distillation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/32Other features of fractionating columns ; Constructional details of fractionating columns not provided for in groups B01D3/16 - B01D3/30
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/06Flash evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08Seawater, e.g. for desalination
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/10Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from quarries or from mining activities
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/10Relating to general water supply, e.g. municipal or domestic water supply
    • Y02A20/124Water desalination
    • Y02A20/126Water desalination characterized by the method
    • Y02A20/128Evaporation methods, e.g. distillation

Description

今世紀において、真水の不足は、人類にとっての世界的懸念としてエネルギーの不足をはるかに凌ぎ得るものであり、かつ、これらの2つの課題は、例えばエコノミスト誌(The Economist)2010年5月20日号の「水に関する特別報告(Special Report on Water)」で説明されているとおり、不可避的に関連している。真水はヒトおよび他の生物にとって最も基礎的な必需品の1つであり、ヒトは1人当たり最低でも1日約2リットル消費する必要がある。世界はまた、農業および工業プロセスからの真水に対する需要の高まりに直面している。

水の供給が不十分であることによりもたらされる災害は、特に深刻である。真水の不足は、飢饉、病気、死、不時の集団移住、地域間の紛争/戦争、および生態系の崩壊を含む様々な危機の原因となり得る。真水の必要性の重要性および不足がもたらす重大な結果にも関わらず、真水の供給は特に限定されている。地球上の水の97.5%が塩を含んでおり、残りの水の約70%は氷として(ほとんどが氷帽および氷河中に)固定されており、地球上の全ての水のほんの一部分だけが利用可能な真(塩分を含まない)水として残されている。

さらに、地球上の、塩分を含まず利用可能な水は均一に分布していない。例えば、人口の多い国々、例えばインドおよび中国には、供給不足に見舞われている多くの地域が存在する。なおさらに、真水の供給は季節によって一貫していない場合が多い。一方、真水に対する需要は全世界で逼迫している。貯水池は干上がり、帯水層は減少し、河川は涸れ、氷河および氷帽は後退しつつある。人口増加は需要を増大させ、農業の変化および工業化の拡大もまた同様である。気候変動は多くの地域においてさらに多くの脅威を生じさせている。結果として、水不足に直面している人の数は増加している。しかしながら、天然に存在する真水は通常、地域の河川流域に限定されており、水の輸送は費用がかかりかつエネルギー集約的である。それにも関わらず、海水から(またはかん水または汚染された廃水流から)真水を生産するための既存のプロセスの多くは大量のエネルギーを必要とする。逆浸透(RO:reverse osmosis)が現在主要な脱塩技術である。大規模なプラントにおいては、必要とされる具体的な電気は、理論的最低値である約1kWh/mに比べて、30%の回収率で、4kWh/m程度まで低くすることができ、小規模ROシステム(例えば、船上用)は効率がより悪い。

他の既存の海水脱塩システムには、熱エネルギーベースの多段フラッシュ方式(MSF:multi−stage flash)蒸留法および多重効用蒸留法(MED:multi−effect distillation)が挙げられ、両方ともエネルギー集約的かつ資本集約的プロセスである。しかしながら、MSFおよびMEDシステムにおいては、最大塩水温度および入熱の最大温度は、熱交換装置での軟質および硬質のスケールの形成をもたらす硫酸カルシウム、水酸化マグネシウムおよび炭酸カルシウムの析出を回避するために限られている。

加湿−除湿(HDH:humidification−dehumidification)脱塩システムは、その主要な構成要素として加湿器および除湿器を含み、熱源と塩水との間でエネルギーを伝達するためにキャリアガス(例えば空気)を用いる。この技術の単純な変形形態は、加湿器、除湿器、および海水流を加熱するためのヒーターを含む。加湿器において、高温の海水が乾燥空気と直接接触し、この空気が加熱され加湿されるようになる。除湿器において、加熱され加湿された空気が低温の海水と(間接)接触し除湿され、純水と除湿された空気とが生成される。MSFおよびMEDシステムと同様に、スケールの成分の析出がシステム内で生じ得、温度が高くなりすぎると結果的に損傷する。

米国特許第8,119,007B2号明細書(A.Bajpayee,et al.)に記載の別のアプローチは、水を方向性をもって(directionally)溶解するが塩を溶解しない方向性溶媒を用いる。方向性溶媒は加熱されて、塩溶液からの水を方向性溶媒へ溶解させる。残りの高濃度塩水は除去され、方向性溶媒と水との溶液は冷却されて、実質的に純粋な水を溶液から沈降させる。

本発明者らのうちの幾人かは、HDHおよび水を浄化するための他のプロセスの追加的な議論を含む以下の特許出願の発明者としても名が挙げられている、すなわち、米国特許第8,465,006B2号明細書、米国特許第8,252,092B2号明細書、米国特許出願公開第2012/0205236A1号明細書、米国特許出願公開第2013/0074694A1号明細書、および米国特許第8,496,234B1号明細書。

液体(例えば、純水)を供給液(例えば、海水、かん水、廃水、またはフローバック水もしくは生産水)から費用効率の高い方法で分離する方法および装置が、本明細書に記載される。方法および装置の様々な実施形態は、以下に記載の要素、特徴およびステップの一部または全てを含むことができる。

供給液からの蒸発可能成分の加湿のための方法において、蒸発可能成分を含む供給液が第2段加湿器チャンバへ流入して第2加湿温度の第2段加湿器浴(bath)を形成する。第2段加湿器チャンバからの供給液の第1残余が、次いで第1段加湿器チャンバへ流入して第1加湿温度の第1段加湿器浴を形成し、第1加湿温度が第2加湿温度未満である。供給液の第2残余が次いで第1段加湿器チャンバから除去される。

一方、キャリアガスが第1段チャンバの第1段加湿器浴へ注入され、第1段加湿器浴を通じて気泡化され、そこでキャリアガスが蒸気の形態の蒸発可能成分を供給液の第1残余から取集して、キャリアガスを蒸発可能成分で部分的に加湿する。部分的に加湿されたキャリアガスは次いで第1加湿器チャンバから第2段加湿器チャンバの第2段加湿器浴へ向けられ、第2段加湿器浴を通じて気泡化され、そこでキャリアガスがより多くの蒸気の形態の蒸発可能成分を供給液から取集して、キャリアガスを蒸発可能成分でさらに加湿し、加湿されたキャリアガスが次いで第2段加湿器チャンバから除去される。

多段気泡塔加湿装置において、供給液源が供給液を含有し、第2段加湿器チャンバが供給液源から供給液を受け取るように構成され、気泡分配器を包含する。さらに、第1段加湿器チャンバが第2段加湿器チャンバから供給液の残余を受け取るように構成され、気泡分配器を包含する。キャリアガス源がキャリアガスを含有し、第1段加湿器チャンバが、キャリアガスをキャリアガス源から受け取るように、およびキャリアガスを第1段加湿器チャンバの気泡分配器を通じて分散するように構成され、第2段加湿器チャンバが、キャリアガスを第1段加湿器チャンバから受け取るように、およびキャリアガスを第2段加湿器チャンバの気泡分配器を通じて分散するように構成される。

本明細書に記載の多段気泡塔加湿器は、乾燥空気を効率的に加湿するために加湿−除湿システムにおいて従来用いられていた充填層熱交換器の代わりになり得る。本明細書に記載の方法および装置の実施形態により提供され得る利点は、装置のコストと運転用エネルギーのコストの両方が削減され得ることから、低コストの除湿を含む。特に、加湿のためのエネルギーは、加湿チャンバの供給液により直接提供され得る。加えて、多段加湿器における非常に高い熱および質量の移動速度により、非常に小さい加湿デバイスの設計と利用が可能となる。なおさらに、多重抽出が、熱回収をさらに増加させるために多段気泡搭において用いられ得る。

加えて、本明細書に記載の方法は有利には、真水の生産ならびに廃水流の体積の凝縮および削減の両方の目的で、(例えば、油およびガス生産からの)汚染された廃水流から水を抽出するのに用いることができ、それにより公害および汚染を減らし、費用を削減する。

図1は、多段気泡塔加湿器の実施形態の概略断面図である。 図2は、多段気泡塔加湿器の第1段加湿チャンバの実施形態の断面図である。 図3は、多段単一塔加湿−除湿(HDH)システムの概略断面図である。 図4は、供給液およびキャリアガスのための多重抽出導管を含む多段単一塔HDHシステムの概略断面図である。

添付図面において、同様の参照符号は、異なる図面を通じて同じまたは同様の部材を指す。図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、代わりに以下で検討される特定の原理を例証することに重点が置かれる。

本発明の様々な態様の上記のおよび他の特徴ならびに利点は、発明の広い方の範囲内にある様々な概念および特定の実施形態のより具体的な以下の説明から明らかとなる。上記で紹介され以下でより詳細に検討される主題の様々な態様は数多くの方法のいずれによって実施してもよく、その理由は主題はいずれの特定の実装方法にも限定されないからである。特定の実装形態および適用形態の例は、主として例示目的のために提供される。

本明細書において別途定められ用いられ特徴づけられることが無い限り、本明細書で用いられる用語(技術用語および科学用語を含む)は、関連する技術分野との関連において一般に認められたそれらの意味と一致する意味を有すると解釈され、明確にそうであると本明細書において定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されることはないものとする。例えば、特定の組成物に言及する場合、実際の不完全な現実が当てはまり得るため、当該組成物は完全にではないが実質的に純粋であってもよく、例えば、少なくとも微量の(例えば、1または2%未満の)不純物の潜在的な存在は説明の範囲内にあると理解され得、同様に、特定の形状に言及する場合、当該形状は、例えば製作公差による、理想的な形状からの不完全な変形形態を含むことを意図される。本明細書において表される百分率または濃度は、重量または体積の何れかにより表すことができる。

第1、第2、第3などの用語が様々な要素を説明するために本明細書で用いられ得るが、これらの要素はこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語はある要素を別の要素から区別するために単に用いられるだけである。したがって、以下で検討される第1要素は、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく第2要素と称され得る。

空間的に相対的な用語、例えば、「上方」、「下方」、「左」、「右」、「前」、「後ろ」などが、図に示されるある要素と別の要素との関係を説明するための記載を容易にするために本明細書で使用され得る。示される構成と同様に、空間的に相対的な用語は、本明細書に記載され、図に示される向きに加えて、使用中または作動中の装置の異なる向きを包含することを意図されることが理解される。例えば、図の装置がひっくり返されると、他の要素または特徴部の「下方」または「下」として説明された要素は、他の要素または特徴部の「上方」へ方向付けられる。したがって、例示的な用語、「上方」は上方および下方の向きの両方を包含し得る。装置は、他の態様で(例えば、90度回転されるか他の向きで)方向付けられてもよく、本明細書で用いられる空間的に相対的な記述子がそれに応じて解釈されてもよい。

なおさらに、本開示において、ある要素が別の要素「の上にある」、「に接続される」または「に結合される」として言及される場合、これは他の要素の直接上にあっても、それに接続されても、もしくは結合されてもよく、または別段の定めがない限り介在要素が存在してもよい。

本明細書で使用する用語法は特定の実施形態を説明することを目的とし、例示的な実施形態を限定することを意図されない。本明細書で使用する場合、単数形、例えば、「1つ(a)」及び「1つ(an)」は、文脈からそうではないと示されない限り複数形も含むことを意図される。加えて、「含む(includes)」、「含んでいる(including)」、「含む(comprises)」および「含んでいる(comprising)」という用語は、述べられた要素またはステップの存在を明示するが、1つまたは複数の他の要素またはステップの存在または追加を排除しない。

4つの段を備える多段気泡塔加湿器12の実施形態が図1に示される。他の実施形態において、加湿プロセスを実施するために、以下に説明されるとおり、より多いまたは少ない数の加湿段が直列に連結され得る。溶解された成分を含有する供給液が供給液源14(例えば、外洋、池または貯蔵タンク)から加湿器12の第4段加湿チャンバ22へ供給され、そこで供給液はチャンバ22に含まれる浴(bath)24を形成する。第1実施形態において、供給液は70℃の温度で第4段加湿チャンバ22に供給される。以下に説明されるとおり、供給液の蒸発可能成分(例えば、水)は蒸発し、浴24を通じて気泡化するキャリアガスへ入る。

供給液の残余(さらに濃縮され溶解された成分を含む)は、第4段加湿チャンバ22から導管26を経て第3段加湿チャンバ20へ供給され、第3段加湿チャンバ20で供給液の残余が別の浴24を形成し、この別の浴24を通じてキャリアガスが気泡化される。第1実施形態において、供給液の残余は、この実施形態では62℃の温度で第3段加湿チャンバ20へ供給され、残りの供給の温度は、部分的に、各段における供給液からの蒸発可能成分のキャリアガスへの蒸発のために用いられるエネルギーにより、段ごとに低下する。

次いで、供給液の残余(なおさらに濃縮され溶解された成分を含む)が、第3段加湿チャンバ20から導管28を経て第2段加湿チャンバ18へ供給され、第2段加湿チャンバ18で供給液の残余が別の浴24を形成し、この別の浴24を通じてキャリアガスが気泡化される。供給液の残余はこの実施形態では56℃の温度で第2段加湿チャンバ18へ供給される。

最後に、供給液の残余(なおさらに濃縮され溶解された成分を含む)が、第2段加湿チャンバ18から導管30を経て第1段加湿チャンバ16へ供給され、第1段加湿チャンバ16で供給液の残余が別の浴24を形成し、この別の浴24を通じてキャリアガスが気泡化される。第1実施形態において、供給液の残余はこの実施形態では51.3℃の温度で第1段加湿チャンバ16へ供給される。今や冷たい塩水の形態であり得る供給液の残余が、(例えば、この実施形態では45.7℃の温度で)第1段加湿チャンバから導管32を経て塩水保管用貯蔵器33へ除去され得る。それに応じて、供給液の温度は、例えば、各段にわたって約5%〜15%だけ低下し得る。

一方、(図2に示されるとおり)低温で乾燥したキャリアガスが、各段の浴24を通じて気泡化されて、蒸発した成分を浴24から除去し、キャリアガスのチャンバ間での流れは図1では矢印36で示される。キャリアガスは例えば空気であることができ、キャリアガスは、キャリアガス貯蔵器35へ送り込む送風用ポンプ34により加圧されたキャリアガス貯蔵器35から第1段加湿チャンバ16へ最初に供給することができる。キャリアガスは第1段加湿チャンバ16内の低い方のガス領域38を満たし、気泡分配器(ここではスパージャプレート)40を通って(図2に示されるとおり)気泡42の形態で浴24へ流れ込み、そこでキャリアガスは(供給液により提供される加熱および加湿で)加熱され、加湿される。供給液の蒸発可能成分(例えば水)は、浴24と気泡42とのガス−液体インターフェイスで蒸発して気泡42へ入る。気泡42は浴24を通じて上へ流れ、キャリアガスが浴24上方の上部ガス領域44に入り、ガス導管46を第2段加湿チャンバ18へ向かって出るまで、熱エネルギーおよび浴24からの(蒸気の形態の)蒸発可能成分を得て増大する。残りの加湿チャンバ18、20および22は、第1段加湿チャンバ16の設計および働きと同様のまたは同じ設計および働きを有し、加湿チャンバ16、18、20および22の各々の浴24は、実質的にその高さ(h)を超える(例えば、少なくとも2倍大きい)幅(w)を有して、蒸発可能成分が蒸発されかつキャリアガスへ移動させられる効率を向上させることができる。浴液がスパージャプレート40を通って段下方へ「滴下」しないよう、浴24の静水圧高さが空気により抑制されている必要があるため、スパージャプレート40のキャリアガス(底部)側での圧力低下は浴24の高さに大きく依存する。浴24の高さが低いことの主な利点は、したがって、圧力低下がより小さいことによる、空気−移動デバイス(送風機)34における電気消費の減少である。浴の高さを低く維持することはまた、熱伝達の特有の大きさが数ミリメートルのオーダーであるため、本文脈において実現可能である。

多段気泡塔加湿器12および除湿器48が積み重なる実施形態が図3に示される。この実施形態において、加湿器12は4つの段16、18、20および22を含み、上記の実施形態に記載のとおり動作する。しかしながら、ここで、第4段加湿チャンバ22からの除湿されたキャリアガス66が第4段加湿チャンバ22から除湿器48の第1段除湿チャンバ50へポンプで送り込まれる。除湿器48は、米国特許出願公開第13/241,907号明細書の多段気泡塔除湿器の設計と同じまたは本質的に同じ設計を有することができる。除湿チャンバ50、52、54および56の浴58は、加湿器12の供給液から蒸発した成分と同じ組成物(例えば、水)を有する液体から形成され得る。

除湿チャンバ50、52、54および56のうち、第1段除湿チャンバ50の浴58の温度は第2段除湿チャンバ52の浴58の温度より高く、第2段除湿チャンバ52の浴58の温度は第3段除湿チャンバ54の浴58の温度より高く、第3段除湿チャンバ54の浴58の温度は第4段除湿チャンバ56の浴58の温度より高い。凝縮された純粋な液体(例えば、液体の水)が、除湿チャンバ50、52、54および56の各々から凝縮液が流れ込む出口導管76を経て除湿器48から抽出される。

浴58は、浴58の各々へ連続的に注入されおよびそこを通る高温の加湿されたキャリアガス66から伝えられる熱エネルギーにより加熱され得、そこで、キャリアガス66が段を通じて連続的に冷却されるときに、凝縮可能蒸気成分が液体の形態の加湿されたキャリアガス66から凝縮されて浴58へ入る。一方、供給液は、供給液源14から、各段において浴58を通って蛇行する導管60を通ってポンプで送られ、熱エネルギーが、浴58から導管60を通って供給液へ伝達されて、ヒーター62であって、供給液が第4段加湿チャンバ22へ注入されてそこに浴24を形成する前に追加的な熱エネルギー70を供給液へ注入してその温度を例えば70℃へ上昇させるヒーター62への途上で、供給液を徐々に予熱する。

図4の実施形態において、装置はまた多段加湿器12および除湿器48の中間位置(すなわち最初のチャンバと最後のチャンバとの間の位置)間に延在する多重抽出導管72および74を含む。導管74は、供給液残余の一部を第4段から第3段への導管26から抽出し(これはまた/代替的に、導管28または30から抽出することもできるが)、(より高い温度の)抽出された供給液残余を多段除湿器48の段間(ここでは、第1段除湿チャンバ50と第2段除湿チャンバ52との間)の供給液導管60へ再循環させる。多重抽出により、供給液の気泡搭の段間からの導管72を介した抽出/注入によって、運転中のシステムの熱力学的均衡が促進される。同様に、キャリアガスの一部が、加湿器12の少なくとも1つの中間位置から(ここでは、第2段加湿チャンバ28から)導管74を介して抽出され得、多段除湿器12の段へ(ここでは、第2段除湿チャンバ52へ)注入され得る。

本発明の実施形態を説明する際、特定の用語法が明快にするために用いられる。説明の目的のために、特定の用語は、同様の結果を達成するために同様の方法で動作する技術的かつ機能的均等物を少なくとも含むことを意図される。加えて、本発明の特定の実施形態が複数のシステム要素または方法ステップを含むいくつかの場合において、それらの要素またはステップは単一の要素またはステップに代えられてもよく、同様に、単一の要素またはステップは同じ目的に役立つ複数の要素またはステップで代えられてもよい。さらに、様々な特性のパラメータまたは他の値が本発明の実施形態のために本明細書において特定される場合、それらのパラメータまたは値は、別段の定めがない限り、1/100、1/50、1/20、1/10、1/5、1/3、1/2、2/3、3/4、4/5、9/10、19/20、49/50、99/100などだけ上または下に(または1、2、3、4、5、6、8、10、20、50、100などの倍率で上に)、またはその丸められた近似値に調節され得る。さらに、この発明はその特定の実施形態を参照して示され説明されてきたが、当業者には、形態および詳細における様々な代用形態および代替形態が、本発明の範囲から逸脱することなしになされ得ることが理解される。なおさらに、他の態様、機能および利点も本発明の範囲内にあり、本発明の全ての実施形態が上述の全ての利点を実現する必要も、全ての特徴を有する必要も必ずしもない。加えて、一実施形態に関連して本明細書において検討されたステップ、要素および特徴は、他の実施形態と共に同様に用いることができる。本文書を通じて引用される参照テキスト、雑誌論文、特許、特許出願などを含む参考文献の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、これらの参考文献に由来する適切な成分、ステップおよび特徴はこの発明の実施形態に含まれていてもいなくてもよい。なおさらに、技術背景セクションで特定された成分およびステップは、この開示に統合され、本発明の範囲内の開示において別のところで説明される成分およびステップと共にまたはその代わりに用いられ得る。段が特定の順序で列挙される方法の請求項において−参照を容易にするために付されている順序付けられた前置文字があってもなくても−、段は、用語または表現による別段の指定または黙示がない限り、それらが列挙された順序に時間的に限定されているとして解釈されることはない。

Claims (2)

  1. 供給液からの蒸発可能成分のキャリアガスへの加湿方法において、前記方法が、
    前記蒸発可能成分を含む前記供給液を多段加湿器の第2段加湿器チャンバへ流入させて第2加湿温度の第2段加湿器浴を形成するステップであって、前記多段加湿器が一体構造であり、これらの段がスパージャプレートによってのみ分離されるステップと、
    前記第2段加湿器チャンバからの供給液の第1残余を前記多段加湿器の第1段加湿器チャンバへ流入させて第1加湿温度の第1段加湿器浴を形成するステップであって、前記第1加湿温度が前記第2加湿温度未満であり、前記第1段加湿浴および第2段加湿浴が、当該浴を通る前記キャリアガスの流れに垂直に測定された幅と、前記キャリアガスの流れに平行に測定された高さとを有するものであるステップと、
    前記供給液の第2残余を前記第1段加湿器チャンバから除去するステップと、
    前記キャリアガスを前記第1段チャンバの前記第1段加湿器浴へ注入し、かつ、前記キャリアガスを前記第1段加湿器浴を通じて気泡化するステップであって、そこで、前記キャリアガスが蒸気の形態の前記蒸発可能成分を前記供給液の前記第1残余から取集して、前記キャリアガスを前記蒸発可能成分で部分的に加湿し前記キャリアガスが前記第1段加湿器浴を通じて気泡化されるときに、前記供給液が前記第1段加湿器浴中の連続した大部分の相を維持するとともに、前記第1段加湿器浴を通じて気泡化するキャリアガスを伴う前記第1段加湿器浴の幅が、その高さの少なくとも2倍であるステップと、
    前記部分的に加湿されたキャリアガスを前記第1加湿器チャンバから、前記一体構造から出ることなく前記スパージャープレートを通って直接的に前記第2段加湿器チャンバの前記第2段加湿器浴へ向け、かつ、前記キャリアガスを前記第2段加湿器浴を通じて気泡化するステップであって、前記キャリアガスがより多くの蒸気の形態の前記蒸発可能成分を前記供給液から取集して、前記キャリアガスを前記蒸発可能成分でさらに加湿し前記キャリアガスが前記第2段加湿器浴を通じて気泡化されるときに、前記供給液が前記第2段加湿器浴中の連続した大部分の相を維持するとともに、前記第2段加湿器浴を通じて気泡化するキャリアガスを伴う前記第2段加湿器浴の幅が、その高さの少なくとも2倍であるステップと、
    前記第1段加湿器浴を、前記部分的に加湿したキャリガスが前記スパージャープレートを通過する前に前記第1段加湿器浴中の気泡からの前記部分的に加湿したキャリガスを満たした前記第1段加湿器チャンバ中の上部ガス領域によって、前記第2段加湿器浴から分離するステップと、
    前記加湿されたキャリアガスを前記第2段加湿器チャンバから除去するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 請求項1に記載の方法において、前記第2段加湿器チャンバへ流入する前記供給液が、第3段加湿器チャンバの第3加湿温度の第3段加湿器浴からの液体の残余であり、前記第3加湿温度は前記第2加湿温度より高く、前記方法が、前記加湿されたキャリアガスを前記第2段加湿器チャンバから前記第3段加湿器チャンバの前記第3段加湿器浴へ向けるステップと、前記加湿されたキャリアガスを前記第3段加湿器浴を通じて気泡化するステップと、をさらに含み、前記加湿されたキャリアガスが前記第3段浴からのより多くの蒸気の形態の前記蒸発可能成分でさらに加湿されることを特徴とする、方法。
JP2016519555A 2013-06-12 2014-06-06 多段気泡搭加湿器 Active JP6224235B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/916,038 US9120033B2 (en) 2013-06-12 2013-06-12 Multi-stage bubble column humidifier
US13/916,038 2013-06-12
PCT/US2014/041226 WO2014200829A1 (en) 2013-06-12 2014-06-06 Multi-stage bubble column humidifier

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2016522085A JP2016522085A (ja) 2016-07-28
JP2016522085A5 JP2016522085A5 (ja) 2017-06-22
JP6224235B2 true JP6224235B2 (ja) 2017-11-01

Family

ID=51033559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016519555A Active JP6224235B2 (ja) 2013-06-12 2014-06-06 多段気泡搭加湿器

Country Status (14)

Country Link
US (4) US9120033B2 (ja)
EP (1) EP3007789B1 (ja)
JP (1) JP6224235B2 (ja)
KR (1) KR20160025552A (ja)
CN (2) CN105407994B (ja)
AU (1) AU2014278506B2 (ja)
CA (1) CA2915036A1 (ja)
CL (1) CL2015003587A1 (ja)
ES (1) ES2710377T3 (ja)
MX (1) MX2015017050A (ja)
RU (1) RU2648333C2 (ja)
SG (1) SG11201509710WA (ja)
WO (1) WO2014200829A1 (ja)
ZA (1) ZA201600163B (ja)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090158299A1 (en) 2007-10-31 2009-06-18 Carter Ernst B System for and method of uniform synchronization between multiple kernels running on single computer systems with multiple CPUs installed
US9120033B2 (en) * 2013-06-12 2015-09-01 Massachusetts Institute Of Technology Multi-stage bubble column humidifier
AU2014306078B2 (en) 2013-08-05 2018-10-18 Gradiant Corporation Water treatment systems and associated methods
KR20160055212A (ko) 2013-09-12 2016-05-17 그라디언트 코포레이션 기포 컬럼 응축기와 같은 응축 장치를 포함하는 시스템
WO2015042584A1 (en) 2013-09-23 2015-03-26 Gradiant Corporation Desalination systems and associated methods
US9579590B2 (en) 2013-12-18 2017-02-28 Gradiant Corporation Feedback control optimization of counter-flow simultaneous heat and mass exchange
US9643102B2 (en) * 2014-06-05 2017-05-09 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Humidification-dehumidifaction desalination system
US10167218B2 (en) 2015-02-11 2019-01-01 Gradiant Corporation Production of ultra-high-density brines
US10308526B2 (en) 2015-02-11 2019-06-04 Gradiant Corporation Methods and systems for producing treated brines for desalination
US9745208B2 (en) 2015-04-06 2017-08-29 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Multi-stage bubble column humidifier apparatus
US10143935B2 (en) 2015-05-21 2018-12-04 Gradiant Corporation Systems including an apparatus comprising both a humidification region and a dehumidification region
US9266748B1 (en) 2015-05-21 2016-02-23 Gradiant Corporation Transiently-operated desalination systems with heat recovery and associated methods
US10143936B2 (en) 2015-05-21 2018-12-04 Gradiant Corporation Systems including an apparatus comprising both a humidification region and a dehumidification region with heat recovery and/or intermediate injection
US10463985B2 (en) 2015-05-21 2019-11-05 Gradiant Corporation Mobile humidification-dehumidification desalination systems and methods
US10179296B2 (en) 2015-05-21 2019-01-15 Gradiant Corporation Transiently-operated desalination systems and associated methods
WO2017030932A1 (en) 2015-08-14 2017-02-23 Gradiant Corporation Selective retention of multivalent ions
WO2017030937A1 (en) 2015-08-14 2017-02-23 Gradiant Corporation Production of multivalent ion-rich process streams using multi-stage osmotic separation
US10345058B1 (en) 2015-11-18 2019-07-09 Gradiant Corporation Scale removal in humidification-dehumidification systems
US10294123B2 (en) 2016-05-20 2019-05-21 Gradiant Corporation Humidification-dehumidification systems and methods at low top brine temperatures
CN106178841B (zh) * 2016-07-26 2019-03-01 西安交通大学 一种烟气污染物脱除装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1070594B (ja)
US2560978A (en) * 1943-05-18 1951-07-17 Persson Alef Ruben Method for aerating water
US2560073A (en) * 1948-11-12 1951-07-10 Centrifix Corp Fixed centrifugal device
DE907647C (de) 1948-12-23 1958-02-13 Chloberag Chlor Betr Rheinfeld Kuehl-, Kondensations- oder Absorptionsvorrichtung fuer stark korrodierend oder aetzend wirkende Fluessigkeiten, Gase oder Daempfe
US3653186A (en) * 1970-02-24 1972-04-04 Hoyt B Mclendon Wet scrubber tank
DE2701938C2 (ja) 1977-01-19 1980-06-26 Hans-Guenther 2000 Hamburg Krugmann
US4820456A (en) * 1986-05-29 1989-04-11 Ukrainsky Nauchno-Issledovatelsky Institut Prirodnykh Gazov "Ukrniigaz" Mass-transfer apparatus
US4762593A (en) 1986-06-13 1988-08-09 Youngner Philip G Distilling apparatus
US5290403A (en) 1987-03-17 1994-03-01 Saeaesk Aapo Liquid evaporating apparatus
US5096543A (en) * 1990-09-27 1992-03-17 Kamyr, Inc. Carrier gas apparatus for evaporation and condensation
US5939031A (en) * 1996-08-23 1999-08-17 Exxon Research And Engineering Co. Countercurrent reactor
WO2000064553A2 (en) 1999-04-23 2000-11-02 Arrison Norman L Horizontal distillation apparatus and method
US6919000B2 (en) 2002-12-17 2005-07-19 University Of Florida Diffusion driven desalination apparatus and process
RU2239460C1 (ru) * 2003-05-22 2004-11-10 Кузьмин Анатолий Иванович Устройство для получения аэрозоля и увлажнения воздуха
GB2458581B (en) * 2006-09-22 2011-11-30 Altela Inc Process for producing clean water
US8292272B2 (en) 2009-09-04 2012-10-23 Massachusetts Institute Of Technology Water separation under reduced pressure
US8252092B2 (en) 2009-10-05 2012-08-28 Massachusetts Institute Of Technology Water separation under varied pressure
PE20130171A1 (es) 2009-11-25 2013-03-03 Massachusetts Inst Technology Desalinizacion del agua utilizando extraccion con disolventes direccionales
US20100314238A1 (en) 2010-04-30 2010-12-16 Sunlight Photonics Inc. Hybrid solar desalination system
US8647477B2 (en) * 2011-02-15 2014-02-11 Massachusetts Institute Of Technology High-efficiency thermal-energy-driven water purification system
US9072984B2 (en) 2011-09-23 2015-07-07 Massachusetts Institute Of Technology Bubble-column vapor mixture condenser
HRPK20110835B3 (en) * 2011-11-14 2014-08-01 Zvonimir Glasnović Solar termal hydro electric powerplant for simultaneous production energy and drinking water
US8496234B1 (en) 2012-07-16 2013-07-30 Massachusetts Institute Of Technology Thermodynamic balancing of combined heat and mass exchange devices
US9120033B2 (en) * 2013-06-12 2015-09-01 Massachusetts Institute Of Technology Multi-stage bubble column humidifier
KR20160055212A (ko) * 2013-09-12 2016-05-17 그라디언트 코포레이션 기포 컬럼 응축기와 같은 응축 장치를 포함하는 시스템
US9643102B2 (en) * 2014-06-05 2017-05-09 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Humidification-dehumidifaction desalination system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160025552A (ko) 2016-03-08
RU2015152497A (ru) 2017-07-17
US20140367871A1 (en) 2014-12-18
EP3007789B1 (en) 2018-12-19
CA2915036A1 (en) 2014-12-18
CN105407994A (zh) 2016-03-16
SG11201509710WA (en) 2015-12-30
EP3007789A1 (en) 2016-04-20
US9790102B2 (en) 2017-10-17
CN105407994B (zh) 2018-01-26
ZA201600163B (en) 2017-04-26
AU2014278506B2 (en) 2018-02-08
US20150321118A1 (en) 2015-11-12
CN107970627A (zh) 2018-05-01
WO2014200829A1 (en) 2014-12-18
US9120033B2 (en) 2015-09-01
JP2016522085A (ja) 2016-07-28
CL2015003587A1 (es) 2016-08-19
ES2710377T3 (es) 2019-04-24
RU2648333C2 (ru) 2018-03-23
US20150368121A1 (en) 2015-12-24
US10053373B2 (en) 2018-08-21
MX2015017050A (es) 2016-07-19
AU2014278506A1 (en) 2015-12-17
US20180327278A1 (en) 2018-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Morillo et al. Comparative study of brine management technologies for desalination plants
Parekh et al. Solar desalination with a humidification-dehumidification technique—a comprehensive technical review
Sharon et al. A review of solar energy driven desalination technologies
Zaragoza et al. Efficiency in the use of solar thermal energy of small membrane desalination systems for decentralized water production
Khayet Solar desalination by membrane distillation: Dispersion in energy consumption analysis and water production costs (a review)
US7037430B2 (en) System and method for desalination of brackish water from an underground water supply
KR20090029232A (ko) 삼투성 용질 회수를 위한 다단 컬럼 증류(mscd) 방법
US9834454B2 (en) Hybrid solar desalination system
US8328996B2 (en) Method and apparatus for desalinating water combined with power generation
Narayan et al. The potential of solar-driven humidification–dehumidification desalination for small-scale decentralized water production
US20130168224A1 (en) Leverage of waste product to provide clean water
US8197693B2 (en) Apparatus and process for producing electricity using pressure retarded osmosis during desalination of sea water
WO2006138516A2 (en) Air heated diffusion driven water purification system
JP2009539584A6 (ja) 浸透圧性溶質を回収するための多段式カラム蒸留(mscd)法
US8252092B2 (en) Water separation under varied pressure
US8465006B2 (en) Separation of a vaporizable component under reduced pressure
Shahzad et al. Multi effect desalination and adsorption desalination (MEDAD): a hybrid desalination method
RU2543873C1 (ru) Увлажнительно-осушительная система, содержащая паровой конденсатор смешивания с пузырьковой колонной
US9416800B2 (en) Thermodynamic balancing of combined heat and mass exchange devices
CN1522168A (zh) 从含有盐的未处理水中生产洁净饮用水和高百分比盐水的蒸发方法
AU2014318544B2 (en) Systems including a condensing apparatus such as a bubble column condenser
WO2003033412A1 (es) Planta para la obtención de agua exenta de sal a partir de aguas marinas a baja temperatura con funcionamiento continuo y recuperación de entalpía
Nair et al. Water desalination and challenges: the Middle East perspective: a review
Giwa et al. Recent advances in humidification dehumidification (HDH) desalination processes: Improved designs and productivity
US8647477B2 (en) High-efficiency thermal-energy-driven water purification system

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170509

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170509

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20170509

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20170519

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170530

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170825

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170905

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171004

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6224235

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150