JPH06500492A - 塩水を脱塩する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 塩水を脱塩する方法および装置 発明の背景、従来および参照する特許 本発明は塩水の脱塩、すなわち飲料水化に係わり、更に詳しくは加熱蒸発させる ことを必要としない脱塩および淡水回収のだめの方法および装置に関する。

従来の脱塩技術は、加熱ユニットで沸点まで加熱して塩水を蒸発させること、お よび引き続き水蒸気を凝縮させることを含む。これらの処理は非常に大量の熱エ ネルギーを必要とする。典型的には水を蒸発させるために水１グラム当たり２， ０００ジユ一ル以上の熱エネルギーが必要とされる。それ故に経済的となすため には、従来の脱塩処理は水蒸気の凝縮段階の間にできるだけ多量の熱を回収する ことが必要となる。完全な熱回収は不可能であり、最高度に設計された垂直チュ ーブ蒸発器およびフラッシュ蒸留ユニットでさえも水１グラム当たり少なくとも ３０ジユールを必要とする。これは、溶液から塩を除去するために必要な水１グ ラム当たり２ジユール以下となる理論最小値よりもはるかに大きい。

従来の脱塩技術において凝縮段階の間の熱回収が不完全であるために生じる熱損 失を排除する唯一の方法は、塩水を加熱しないで蒸発させることによって得られ る。

従来の技術における通常の分離処理、乾燥技術等は以下に述べる特許によって例 示される。これらの特許は、処理すべき液体もしくは装置の水成分を蒸発させる ために大量の熱を運ぶ高温ガス流または高温固体床を使用した処理を示している 、と言うことで十分であろう。このようにこの特許はスプレー乾燥、ブリリング （ｐｒｉｌｌｉｎｇ）、流動床乾燥技術等の通常の方法を開示し、もしくは言及 している。

１つの特許に開示された塩水を霧化する技術は、高圧下で空気および水か流され る霧化ノズルを使用する方法である。この特許は約１７：１および約４０：ｌの 空気対水の一定した質量流量を教示する。霧化ノズルを通して流される水の質量 に対して空気の質量が大きいことは水の質量流量を制限し、従って捕集できるの 淡水の体積を制限する。更に、この特許の記載は溶解されている塩やその他の溶 質を回収することに向けられ、水滴の流路に単に捕集スクリーンを配置すること による淡水の回収を教示する。回収される淡水の量を最大限となすための構造お よび技術は開示されていない。

この特許に記載されたこの処理は、本発明の基本的な応用である海水の脱塩に使 用される場合、制限を受ける。

！質量の水に対して大量の圧縮空気を使用することは、通常（多段フラッシュ蒸 留）の脱塩処理に必要とされるよりも大量のエネルギー消費を必要とする。更に 、非常に大量の空気と混合した水蒸気として水が流動されることは、高額の資金 が掛かる非常に大型の機械を必要とする。最後に、空気と水蒸気との混合気を冷 却して水を凝縮することが必要なことは、別に資金およびエネルギーの必要性を 加える。

本発明の処理の目的は、小量の圧縮空気を使用して、すなわちＩＯ質量の水に対 して約１質量の空気を使用して水をアトマイリングすなわち霧化し、これにより 必要とされるエネルギーを著しく低減することによって、これらの問題を回避す ることである。更に、蒸気相に維持するように水に対して十分量の空気を故意に 供給しないことによって、淡水は液体状態の水霧として送られることになると信 じる。このような霧は水蒸気と空気との混合気よりもはるかに圧密化され、はる かに少ない資金ではるかに小さな装置の使用を可能にする。

最後に、水は既に液相にあるから、水蒸気と空気との混合気を冷却して凝縮する ことは必要でなくなる。例えば大きな液滴の凝水噴霧によって空気から水霧を洗 い落とすような何れかの適当な霧の回収手段を使用し得る。

参考として引用された米国特許文献は下記の通りである。

第１，９６２．７８１号　１９３４年６月マツクラクラン氏　１５９／４　Ｓ 第２．８８７．３９０号　１９５９年５月コウルター氏他　１５８／４８Ｒ 第３，０３９，１０７号　１９６２年６月ブラッドフォード氏　１５９／４８Ｒ 第３，４３２，６３６号　１９６９年３月サージアント氏　１５９／Ｄ　Ｉ　Ｏ ２６第３，５６２．７６８号　１９７１年２月エドキスト氏他　１５９／４８Ｒ 第４．２３２，４２４号　１９８２年４月セクンダ氏他　１５９／９Ｒ 発明の目的 本発明の目的は、塩水を加熱蒸発させることが必要でない脱塩および淡水回収の 方法および装置を提供することである。

本発明の他の目的は、利用できる量の淡水を生じるために水蒸気を冷却すること か必要でない脱塩および淡水回収の方法および装置を提供することである。

本発明の他の目的は、全エネルギーおよび資金の必要量か僅かである脱塩および 淡水回収の方法および装置を提供することである。

発明の概要 本発明によれば、塩水は霧化され、小さな液滴が閉じた空間内に噴射され、十分 に速い速度で流動する圧縮空気と混合されて、塩水の液滴が蒸発するようになさ れる。

このようにして生じた水蒸気は瞬間的に凝縮されて淡水の浮遊液滴を形成する。

この処理は、空間内の空気が淡水の浮遊液滴によってほぼ飽和されるまで、もし くは実際に過飽和されるまで、継続される。浮遊水滴は次にこの空間から排出さ れ、凝縮されて淡水か回収される。この全処理は全く熱を加えられることなく大 気温度で行われる。

淡水の浮遊液滴は、この淡水の液滴を浮遊状態に保持するように制御された速度 で空間から淡水の浮遊液滴を移送するために、その空間を通る空気の流れを形成 して排出される。淡水の液滴は回収通路を通して移送され、この回収通路中で淡 水の凝縮が行われる。

凝縮は、回収通路を通して淡水の浮遊液滴を流し、大きな液滴の淡水を回収通路 内に噴射して小さな淡水の水滴のための核生成の場所を形成することによって行 われる。凝縮された淡水はしかる後に捕集される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による海水を飲料水化させる装置の側面図を示す。

第２図は、同じ装置の頂面図である。

本発明による装置が第１図に示されており、この装置は室１を含み、この室１は ノズル３によって内部に噴射された塩水および圧縮空気の噴霧２を受け入れる。

ノズル３は室ｌへ開口したオリフィスを有しており、塩水および圧縮空気の混合 気がポンプ４によってノズル３を通して圧送される。このポンプ４は圧縮空気に 十分速い速度を与え、噴霧２の塩水の液滴が室ｌの中で次第に蒸発するようにな す。塩水の液滴が蒸発すると、海水中に溶解されていた不純物および塩が蒸発し た海水液滴から沈降され、捕集器５によって室底部にて受け止められる。

この捕集器５は移送装置６の頂部に位置し、この移送装置６は室ｌで堆積した沈 降物質を担持して除去し廃棄する。

室！内に保持された水蒸気は凝縮して純粋水すなわち淡水の浮遊液滴を形成する 。形成された淡水の浮遊液滴は塩水噴霧２の上方に溜まり、室ｌから除去される 。ブロワ−８が室ｌ内に空気流を発生させ、室１から溜まった淡水の浮遊液滴を 排出する。このブロワ−は必要に応じて連続作動または間欠作動される。ブロワ −の作動は室ｌ内に矢印で示す方向に空気流を発生させる。空気のこの流れは溜 まった淡水の液滴を一緒に運ぶのには十分であるが、沈降物質を運ぶほど強くは ない。室ｌを通る空気流はブロワ−８の作動およびこのブロワ−８と室ｌの内部 との間のダンパー２８によって制御できる。

室１は一連の垂直ダクト９〜１２と連通されている。

これらのダクト９〜１２は連通しており、室ｌから排出された淡水の浮遊液滴の 流路を形成する。一連のダクト９〜１２は、連通ずるダクトの間の流れを制御す るための入口バックドラフトダンパー１３〜１６と、最後のダクト１２から出る 流れを制御するための出口バックドラフトダンパー１７とを含む。複数のノズル １８〜２４がダクト９〜１２の内部に配置されている。ノズル１８〜２４はダク トの中に淡水を噴霧する。ノズルから出た淡水の噴霧は、ノズル１８に関する符 号２５で示されるようにそれぞれ線で示されている。ノズル１８〜２４は選択さ れ、位置決めされて、淡水の液滴寸法の分布を与える。この分布は室ｌから排出 され且つまたダクト９〜１２を通して空気流で移送された淡水液滴の浮遊空気中 に核生成の場所を形成する。

浮遊された淡水の液滴はノズル１８〜２４によって噴霧された淡水の液滴に対し て核生成され、ダクト９〜１２の内部で凝縮し、そしてその底部に溜まる。この ダクト９〜１２の底部に溜まった淡水は何れかの不便な方法で回収し、蓄えるこ とができる。ポンプ２７がこの蓄えられた淡水を除去するために備えられ、ノズ ルへ向けて戻すように圧送して、ダクト中に淡水の噴霧を保持する。

本発明による装置は次のように作動する。塩水は室ｌ内に連続して噴霧され、淡 水の浮遊液滴を貯めるようにする。

本発明による装置の第２実施例が第２図に示されている。同じ構造部材は同じ符 号で識別されている。この実施例では、室１は一連のダクト９〜１２と連通ずる 先細の上部、および塩捕集器を形成する先細の底部５を存する。塩水噴霧２が上 述したように室ｌの内部に発生される。塩および不純物が沈降し、捕集器５の中 に落下する。

堆積した塩７はしかる後に塩捕集器５の底部の装置６によって除去される。

以下の要約は淡水の浮遊液滴が形成される物理的なメカニズムの説明となるもの と信じる。

空気はノズルを音速に近い高速度にて流出する。空気に対して処理の大きい水は この速度にまで瞬間的に加速されない。それ故に空気はノズルを流出する塩水の 液滴に対して高速度を保持する。空気の相対速度が速い結果として、低圧の微視 的領域が各々の液滴や液滴群の後流に形成される。十分に相対速度か速いと、こ れらの領域は塩水の液滴が蒸発することを可能にするほどに十分低い圧力を存す る。これは例え室内の空気が大気圧力で飽和されるとしてもである。液滴はしか る後蒸発し、沈降する塩粒子を後に残す。蒸気が低圧の微視的領域を残すと、こ れが飽和空気を結合して淡水の液滴として瞬間的に凝縮させる。

室ｌ内での淡水の液滴の濃度が沈降を引き起こすほどに十分に高いと、または多 少低い濃度であると、ブロワ−８が作動されて空気流を発生させ、この空気流が 室１から淡水の浮遊液滴を排出し、一連のダクト９〜１２を通して流す。これら のダクトにおいて淡水の浮遊液滴は淡水の噴霧および凝縮液滴と相互に作用する 。淡水の浮遊液滴が室１から排出された後、ブロワ−８は停止され、室内の淡水 の浮遊液滴の蓄積が再び開始される。

１４．５立方メートル（５１５フイートフイート）の室に関しては、室における 排出が必要となる前に室体槽の１〜２％の濃度を有する淡水液滴の蓄積が可能と されねばならない。淡水の浮遊液滴を室ｌから急速排出するために、室からの排 出のために高速度の空気流を使用可能にするように塩水の噴霧が終了され得る。

ノズル３は、１〜３０ミクロンの直径を存する塩水の液滴を発生させるために、 ０．５〜３．０ｍｍ（０，２０〜０．１２０インチ）のオリフィス直径を有し得 る。この代わりに、複数のノズルが一緒に使用され得る。２５個のノズルクラス ターのためにポンプ４は５　ｋｇ／　ｃｖａ”（７５ｐｓｉ）台の作動圧力にて ９．５リットル／分（２，５ガロン／分）台の一定速度の流量を存さねばならな い。各ノズルの流量は、５　ｋｇ／　ｃｒｎ”にて約０．３９リットル／分（０ ，１ガロン／分）である。

ノズル３によってスプレーされた圧縮空気は蒸発するためには２００メ一トル／ 秒台の最小速度を有していなければならない。小さな塩水の液滴の形成を増進す るためには、圧縮空気は空気対水流量の比が１：３０程度でノズル３に対する液 体流中に噴射される。

室１およびダクト９〜１２の壁はメタクリレート（ｍｅｔａｃｒｉｌａｔｅ）　 （プレキシガラス）で作られる。室ｌは１．８ｍ（６フイート）の立方体であり 、ダクトの測定値は３０ｃｍＸ　１．８ｍ　（ｌフィートス６フイート）である 。ブロワ−８は大気圧のもとて１．４〜２．８立方ｍ／分（５０〜１０（＋立方 フィート／分）台の流量を存する。

本発明を説明したので、この技術分野に熟知した者には理解し実施し得るであろ う。

手続補正書（酸） 特許庁長官殿　靭５″Ｕ３　Ｍ　１８−−１、事件の表示 塩水を睨塩する方法および装置 ルムブレアス　イ　ジメネズ、マヌエル４−代理人 ６、補正により増加する請求項の数 ７−補正の対象 明細書、請求の範囲及び―約１翻駅又 ８、補正の内容　別紙のとおり 明ε書、請求の範囲及び９約１ＷＲ訳文のｌ争書（内容に変更なし）国際調査報 告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．塩水の液滴および圧縮空気の混合気を、その液滴を加熱せずに室内に向けて 十分な高速度で噴射して塩水の液滴を次第に蒸発させて、溶解されていた不純物 および塩を蒸発する塩水の液滴から沈降させ、且つまた淡水の浮遊液滴を室内に 蓄え、 蓄えられた淡水の浮遊液滴を、淡水の液滴を浮遊状態に維持するように制御され た流量でもって室から淡水の浮遊液滴を流出させて排出し、 排出された淡水の浮遊液滴から水滴を凝縮させ、そして 淡水を捕集することを含んでなる塩水の脱塩および淡水回収の方法。
2. ２．請求の範囲第１項による方法であって、塩水の液滴を噴霧する段階が、塩水 および圧縮空気をノズルに通して十分に速い速度で流して噴霧を形成し、次第に 塩水の液滴を蒸発させるようになすことを含む方法。
3. ３．請求の範囲第１項による方法であって、溜まった淡水の浮遊液滴を排出する 段階が、 室から溜まった淡水の液滴を移送するために室を通る空気の流れを形成し、 一連のダクトを通して制御された流量で淡水の浮遊液滴を流すことを含む方法。
4. ４．請求の範囲第１項による方法であって、塩水を室内へ向けて噴霧する段階、 および溜まった淡水の浮遊液滴を排出する段階が同時に行われ、室内での塩水の 脱塩および室外部での水の凝縮を可能にする方法。
5. ５．請求の範囲第１項による方法であって、塩水を室内へ向けて噴霧する段階お よび溜まった淡水の浮遊液滴を排出する段階が間欠的および連続的に行われて第 １の蓄積を繰り返し、室内の淡水の浮遊液滴の新たな蓄積が再び開始される方法 。
6. ６．請求の範囲第１項による方法であって、室が少なくともほぼ飽和される方法 。
7. ７．請求の範囲第１項による方法であって、空気および塩水が約１：１０の一定 した質量流量でノズルを通して流され、塩水の液滴の噴霧が形成される方法。
8. ８．室と、 塩水の液滴を加熱することなく前記室内に十分に速い速度で噴射してその液滴を 次第に蒸発させ、溶解されていた不鈍物および塩を水滴から沈降させ、且つまた 室内に淡水の浮遊液滴を蓄積するようになす手段と、前記室から淡水の浮遊液滴 を排出する手段と、蓄積された淡水の浮遊液滴から淡水の液滴を凝縮させる手段 と、 凝縮した淡水を捕集する手段とを含んでなる水を脱塩し淡水を回収する装置。
9. ９．請求の範囲第１項による装置であって、噴霧する前記手段が、 前記室内に向けて開いた開口を有するノズルと、前記室内に次第に蒸発する液滴 を形成するほどの高速度で前記ノズルを通して塩水を流す手段とを含む装置。
10. １０．請求の範囲第１項による装置であって、排出する前記手段が、 前記室から淡水の浮遊液滴を流出させるために前記室と連通した一連のダクトで あって、前記ダクトを通る淡水の浮遊液滴の流量を制御する手段を含む前記ダク トと、前記室から前記ダクトを通して蓄積された淡水の浮遊液滴を移送するため に前記室を通る空気流を形成する手段とを含む装置。