単一の容器における可変圧による連続的な閉回路の脱塩のための装置
少なくとも１つの回路を有する逆浸透による塩水溶液の連続的な一連の閉回路脱塩のための装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、閉回路における逆浸透（ＳＷＲＯまたはＢＷＲＯ）による海水（ＳＷ）または汽水（ＢＷ）の脱塩のための方法と装置に関する。
【０００２】
塩水の溶液がその浸透圧より高い圧力で半透膜に対して圧縮される場合、逆浸透（ＲＯ）による脱塩は発生する。「栓流脱塩」（以下「ＰＬＤ」とする）法は、半透膜要素で加圧された供給流の圧力器（モジュール）の通過を含み、ここにおいて、それは、連続的に加圧されない脱塩された透過水流と加圧された塩水の廃水流とに分離される。ＰＦＤのＳＷＲＯまたはＢＷＲＯ回復は、供給流濃度、適用された圧力、モジュールあたりの要素の数、モジュールの段階、および、要素の仕様に関する。ＰＦＤの加圧された供給流は、透過水流より常に大きく、５０％の回復は、加圧された供給流が透過水のそれの２倍であることを意味する。ＰＦＤはまた、回復を強化するための部分的なリサイクルを含んでもよく、この方法は、その３つの構成要素；加圧された供給流、加圧された塩水の廃水および透過水の連続流によって特徴付けられる。
【０００３】
ＰＦＤと対照的に、閉回路脱塩（以下「ＣＣＤ」とする）は、同率の加圧された供給水流および浸透水の供給で静水圧下においてリサイクルされる溶液によって実行されるバッチ処理である。ＣＣＤの内部流は、濃度分極効果を最小化するために循環手段によって発生する。ＣＣＤ技術は、Ｓｚｕｚほかによる米国特許Ｎｏ．４，９８３，３０１、および、Ｂａｒｔｔによる米国特許Ｎｏ．４，８１４，０８６によって、８０年代後期に最初に報告され、このようなバッチ処理を連続化することは、交互に閉回路に係合され、このことにより、脱塩を停止することなく閉回路の新しい供給流の再装填を可能にする“２つの比較的大きい容量のタンク”により提案された。ＤＥ ２６ ２２ ４６１ Ａ（１９７７）、および、ＪＰ ５４ １２８９８５Ａ（１９７９）のような７０年代後期以前の特許には、特定の特徴の類似性にもかかわらず基本的にＣＣＤと異なる部分的な再循環を有するＰＦＤが記述される。（例えば、膜モジュールを有する回路、供給およびリサイクルするためのライン、循環手段、加圧手段、廃水放出手段、モニタ手段など）。前者のプロセスのみが、大気圧において新しい供給流と塩水の廃水との置換を含み、このことにより後者のプロセスにおいて必須である加圧された塩水廃水からのエネルギ回復の必要を避けるので、ＣＣＤとＰＬＤとの間の相違点は、明白かつ紛れもない。
【０００４】
ＰＬＤと比較すると、ＣＣＤは新しい供給流の加圧のためより小さい手段を必要として、エネルギ回復の必要なくより低い比エネルギで続行する。前記特許によるＣＣＤ技術は、２つの比較的大きい容量の容器を含む連続的な一連のステップによって、連続的に作動するようにされたバッチ処理であり、この方法は、脱塩設備の設計のために経済的に好ましいとみなされていない。本発明は、閉回路脱塩（ＣＣＤ）が比較的小さい単一の容器によって、連続的に実行されてもよい装置および方法の両方を記述し、このことにより、海水および／または汽水脱塩を含む多様な用途のためにこの技術を経済的に実行可能にする。
（発明の要約）
本発明は、閉回路を用いた逆浸透に基づいて海水または汽水の脱塩のための装置および方法を提案する。ここにおいて、供給流は、循環駆動手段によって並列脱塩モジュールによってリサイクルされ、反圧力は、放出された透過水を新しい供給流の給水とまた置き換える加圧手段によって発生する。脱塩手順の間、閉回路に加圧される供給流の容積は、流量計によってモニタされ、如何なる瞬間もこの容積は、放出された透過水の容積に等しい。循環駆動手段は、最大の要素回復の要素仕様および浸透する濃縮水の流量比率で、低い入口‐出口圧力差で作動するようにされ、加圧手段は、透過水流、および／または、加圧された供給流、および／または脱塩手順の過程の間、濃度を変えることによってモニタされるように、回復の機能として、可変圧を供給するようにされてもよい。モジュール入口における脱塩の反圧力は、脱塩手順全体の間、浸透圧より上の固定レベルに維持される。
【０００５】
可変圧力閉回路脱塩装置は、間欠的に新しい供給流を閉じた回路に再装填し、同時にシステムから消費された塩水廃水を除去する単一容器を加えることによって連続的に作動するようにしてもよい。新しい供給流の加圧容器を閉じた回路と係合する一方、脱塩プロセスは継続され、モジュールはそれらの指定された透過水出力においてノンストップで作動する。
【０００６】
逆浸透による可変圧力閉回路脱塩の発明の方法と装置は、すぐに利用できる市販の構成要素でできる単純な装置によって実行され、動力構成要素およびエネルギを含む構成要素において非常に著しく節約された低コストの脱塩を可能にする。発明の装置は、エネルギ消費が従来技術の方法よりもなお低く保たれる一方、加圧手段のコストが相当に削減されるように一定の圧力で操作してもよい。
（発明の詳細な説明）
本発明は、供給流は、循環ポンプにより並列脱塩モジュールを通じてリサイクルされ、単一の容器は、新しい供給流で閉回路を間欠的に再装填し、かつ、塩水廃水を除去するために用いられ、反圧力は新しい供給流給水によって放出された透過水も置き換える加圧ポンプによって生成されるような閉回路からなる逆浸透により、海水または汽水の連続的な一連の脱塩のための装置および方法を提案することによって、従来技術の逆浸透脱塩プロセスに関係する広範囲なエネルギ消費および高コストの問題解決法を提供する。
【０００７】
発明の方法によると、脱塩手順の間、閉回路に加圧される供給流の容積は、流量計によってモニタされ、如何なる瞬間にもこの容積は、放出された透過水の容積に等しい。放出された透過水の容積は、浸透圧の上昇に直接正比例し、この容積のモニタは、脱塩手順の全体にわたって浸透圧より上に固定されたレベルに保たれるようにモジュールの入口での脱塩の反圧力を制御する手段を提供する。
【０００８】
発明の新規な装置および方法によると、モジュールは、１つ、２つ、３つまたはそれ以上の薄膜要素から構成される可能性があり、各々およびこの数は、単一のリサイクルパスあたりにつきモジュールの回復を示し、一方で、全体の一連のプロセスの究極的な回復は、固定された正味駆動圧の可変圧力状況下で、閉回路において実行されたリサイクルパスの総数のみに依存する。際立って対照的に、従来技術のＣＦＤ法による海水の単一の通過脱塩は、７または８つの要素のモジュールを必要とし、試験状況（例えば１０％）の下で、製造者の薄膜要素によって特定される最大要素回復は上回らない場合、全体の回復は低いまま（４０％‐４２％）である。単純に言うと、新規な発明は、このような状況の下における従来技術のＣＦＤ法の回復限度は、４０％‐４２％の範囲である一方で、試験状況の下で指定された最大の要素回復を上回らずに、いかなる所望の脱塩回復に達することを可能にする。
【０００９】
発明の方法は、試験状況の下で最大の要素回復の仕様を上回らずに要素あたりの高い平均的な回復の達成を可能にし、これは従来技術のＣＦＤ法では可能ではない。
【００１０】
試験状況の下で１０％の指定された最大の要素回復を有する１、２、３、４、５、６、７および８つの要素のモジュールの回復はそれぞれ、１０．０（１０）％、１８．１（９．０５）％、２４．５（８．１）％、２９．７（７．４）％、３３．９（６．８）％、３７．３（６．２）％、４０．０（５．７）％、４２．１（５．３）％であり、括弧は要素あたりの平均回復値である。従来技術のＣＦＤ法と比較して、本発明の方法によって予想されるより高い平均的な要素回復は、新規な方法による薄膜要素の重要な節約を意味する。
【００１１】
製造業者の指定された試験状況の下での要素あたりの平均流は、要素あたりの平均的回復に直接関係し、それゆえにより高い要素回復も、より高速な透過水流を意味する。半透膜要素の塩透過は、反対に平均要素流と関係し、したがって、本発明の方法は、従来技術のＣＦＤ法と比較してより低い塩含有でかつより高品質の透過水をもたらすと思われる。前述のものを考慮すると、発明の方法による塩透過は、モジュール当たりのよう素数の減少数の機能として減少すると思われる。したがって、発明の方法によるより上質の透過水は、より少ない要素のモジュールで受容される。
【００１２】
モジュールの入口での濃縮水の浸透圧より上に固定された値に保たれるように脱塩の反圧力を段階的に増加させることにより、プロセスエネルギ反圧力は、従来技術のＣＦＤ法によって必要とされる一定の反圧力よりかなり低く、これが発明の方法による動力およびエネルギの重要な節約を意味することは、発明の別の利点である。
【００１３】
発明の別の利点によると、循環手段によって作成される閉回路流は、薄膜表面上の濃縮水の薄層を妨げることによって、濃度分極効果を最小化するように制御および調整されることができる。
【００１４】
発明の方法は、従来技術のＣＦＤ装置における最も退屈かつ問題となる構成要素である費用のかかるエネルギ回復手段の必要を完全に回避エネルギ発明の新規な装置および方法は、既存のＣＦＤ方法の過剰な動力回復実行の特性の必要と同様に動力の広大な広がりの用途の必要を除去する。
【００１５】
発明の他の利点によると、脱塩ユニットの足跡は、塩水廃水からのエネルギ回復の必要の完全な排除によることは勿論のこと、動力構成要素、薄膜要素およびエネルギの著しい節約のため、既存のＣＦＤ法と比較すると急激に減少する。
【００１６】
図ＩＡは、発明の装置の好適な実施例のうちの１つである装置の概略図である。図ＩＡに示されるように、発明の脱塩装置は、脱塩が起こる場所において、閉回路（以下“ＣＣ”とする）を構成する前記回路およびモジュールに多数の脱塩モジュールＭ１‐Ｍ６を並列に供給する加圧された海水回路からなる。モジュールの数は図ＩＡに示される６つのモジュールに制限されず、色々な設計の必要条件により小さいまたはより大きい可能性があると理解される。従来技術から公知の市販のモジュールで操作してもよいことは、本発明装置の利点の１つである。発明の装置において適用されるように色色な種類のモジュールが設計されてもよい、または、装置は本発明時に公知でない市販のモジュールを提供してもよいこともまた想定される。発明の装置において適用されるモジュールは、一般にハウジング内の１つまたはそれ以上の要素を含む。モジュール出口からの濃縮水は、低入口‐出口圧力差で作動する循環ポンプＣＰによってＣＣを通じてモジュール入口に戻ってリサイクルされる。モジュールＭ１‐Ｍ６を含むＣＣ内の所望の静水圧は、矢印Ａによって示される放出された透過水の容積を矢印Ｅ１によって示される新しい海水に置き換え、ラインＬを通じて装置へ海水を供給する加圧ポンプＰＰによって作成される。海水の容積は、流量計ＦＭによって連続的にモニタされる。加圧ポンプＰＰは、流量計ＦＭでモニタされた容積により現れる脱塩回復の機能として一定の圧力または次第に増加する圧力のどちらでも作動するようにされる。装置はまた、第２のラインＬ１。１、Ｌ１。２、Ｌ１。３、Ｌ１。４、Ｌ１。５、Ｌ１。６、を経由して循環ポンプＣＰからモジュールＭ１‐Ｍ６の入口までＣＣの中で供給を行うためのラインＬ１からなる。装置は、循環ポンプＣＰによって駆動される第２の収集ラインＬ２．１、Ｌ２。２、Ｌ２。３、Ｌ２。４、Ｌ２。５、Ｌ２。６、を経由してモジュール出口から部分的に淡水化された海水をリサイクルするためのラインＬ２をさらに備える。ＣＣ全体は、ラインＬ１、Ｌ２および、それらの入口および出口の第２のラインを有するモジュールＭ１‐Ｍ６からなる。図ＩＡに示される脱塩回路およびラインの設計は概略かつ単純化されたものであり、発明を制限するものとはみなされないものであると理解されるだろう。実際問題として脱塩装置は、本発明および請求項の範囲内である一方、特殊な必要条件によって必要に応じて、多くの追加的なライン、分岐、バルブおよびその他設備または装置から構成される可能性がある。
【００１７】
図ＩＡを再び参照すると、脱塩装置は、モジュール出口Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６から放出された透過水（脱塩された溶液）の収集のためのラインＡＡをさらに備える。
【００１８】
また図ＩＡを参照すると、脱塩装置は、供給流再装填（以下“ＦＲ”とする）のためのシステムをさらに備える。それによって塩水は、所望の回復の各脱塩手順終了後における、ＣＣの中で新しい供給流と置き換えられる。ＦＲシステムは、ラインＥ２、Ｂ１、Ｂ２とＣ、二方向のバルブＶ‐Ｖ５、容器ＣＮおよび再充電ポンプＲＰを備える。図ＩＡは、ＦＲシステムにおいて進行中の再装填が起こる一方、ＣＣシステムにおいて進行中の脱塩を記述する。バルブＶ１が開き、バルブＶ２およびＶ３は閉じているので、図ＩＡのＣＣおよびＦＲシステムは分離される。ＦＲシステムの再装填動作の間、新しい供給流は、容器ＣＮの上部に、バルブＶ４（開いた）およびラインＢ２を通じて受け入れられ、同時に塩水は、層状に近い流れ状況下で低圧（‐１．０バール）で作動する再装填ポンプＲＰによって、容器ＣＮの底部から、ラインＢ１、バルブＶ５（開いた）およびラインＣを通じて外側（矢印Ｃ）に除去される。
【００１９】
図ＩＢは、容器の再装填動作が完了した後のバルブ位置を記述し、ＦＲシステムは加圧され、ＣＣシステムに新しい給水を提供する準備をする。ＦＲシステムのバルブは、加圧が起こるバルブＶ３を除いてこの段階では閉じている。
【００２０】
図ＩＣは、ＦＲシステムが新しい給水をＣＣシステムに提供し、塩水の廃水を除去する場合のバルブ位置を記述する。ＣＣおよびＦＲシステムが同じ固有の容積である場合、新しい供給流を有する一つの完全なＦＲ容器は、ＣＣシステム全体の再装填を完了させるのに十分である。供給流再装填動作の間、脱塩プロセスは、ノンストップで継続される。
【００２１】
発明の装置の流れの方向は、薄い灰色の矢印によって示される。加圧されないラインは破ラインによって示され、部分的な時間加圧されるラインは点ラインで示され、連続的に加圧されるＣＣシステムのラインは、実ラインで示される。図Ｉ（ＡＣ）において示されるライン、バルブおよびポンプは、発明を実施する単なる１つの方法であり、多くの他の設備は発明の多様な実施例のために想定されてもよいと理解される。
【００２２】
発明の装置および方法がモジュールでないまたはモジュール式のシステムとして適用されることができ、前者の場合、加圧手段は気圧で提供される供給流のための可変圧力ポンプからなり、後者の場合、加圧手段は圧力下ですでに提供された供給流のための可変圧力ブースタポンプからなると理解されるだろう。モジュールでない発明の装置は、主に自主的な脱塩ユニットを意図し、一方モジュール式の装置は、大きい脱塩設備のための基礎的要素として意図し、そこにおいては、加圧された供給流は、主ラインからの中間でユニットに供給され、システムにおける各ユニットの可変圧力ブースタポンプはユニットによって必要とする圧力調整のために使用される。
【００２３】
発明の装置は、モジュールが多数の並列ラインに配置され、各ラインは、装置の主ラインから脱塩のための溶液を並列に供給され、各ラインの各モジュールも並列に供給される様に多数のモジュールを使用して実現される。このような装置において、別々の循環手段が前記ラインの各々のために使われ、または、単一の循環手段がすべての前記ラインのために使われる。
【００２４】
加圧手段または循環手段またはその両方は、特別の必要条件に応じて並列に取り付けられる２つまたはそれ以上のポンプ、または、他のいかなる設計によっても実行される可能性がある。
【００２５】
発明の装置によると、容器は大きい容積の器である必要はなく、管またはダクト断面として実行される可能性がある。
発明の脱塩方法は、図Ｉ（Ａ~Ｃ）の装置に関して、本願明細書において以下に記述される次のステップを含む：（Ｉ） 装置全体が新しい海水または汽水の供給で満たされる；
（ＩＩ） 加圧ポンプが、適切な可変圧力状況の下で一定の加圧された供給流を供給するために設定される；（ＩＩＩ） 循環ポンプＣＰは、浸透する濃縮液流がモジュールの仕様と整合するように低入口‐出口圧力差で作動する；（ＩＶ） ＣＣシステムにおける一連の中でＲＯ脱塩が、脱塩手順の過程の間プロセス濃縮水のリサイクル、および、、ＣＣに供給される新しい加圧された供給流とのその混合によって実行される；（Ｖ） ＣＣシステムにおける所望の一連の回復の完了に付随して、ＣＣシステムが新しい供給流で再装填され、塩水廃水が除去されるまで、流れ循環はＦＲシステムを通じて間欠的に迂回する；（ＶＩ） ＣＣシステムの新しい供給流の再装填の完了に付随して、ＣＣおよびＦＲシステムは分離され、前者は新規な脱塩手順を始め、後者は加圧により続く塩水放出と結合して新しい供給流再装填を受け、こうして次のＣＣ再装填動作の準備をする。
【００２６】
発明の装置のモジュールからの透過水流を一定に保つため、ＣＣシステムにおける可変圧力は一定またはほとんど一定の正味駆動圧（以下“ＮＤＰ”とする）と理解される。発明の方法の文脈における前記ＮＤＰは反圧力と呼ばれる加えられた圧力および連続脱塩プロセスの間、モジュールへの入口でリサイクルされた溶液の浸透圧との差圧力であるとさらに理解される。
【００２７】
当技術の熟練者にとって、発明の脱塩方法は、このような装置が容器からの伝送ラインの閉回路、各並列に供給された１つ以上の薄膜要素の１つ以上の脱塩モジュール、加圧手段、循環手段、流れモニタ手段、および、コンダクタンス・モニタ手段からなる限り、発明の装置に関して前述したように色々な設計の脱塩装置において作動できることは明らかである。さらに、好適な生産能力の前記モジュール式設計の単一の発明装置は、一緒に結合され、加圧された供給流が中央に生成され、新しい供給流の単一の高圧供給ラインから、延長部を通じてプラントの個々のユニットに供給される拡張された製産能力の脱塩プラントを構築することは当技術の熟練者にとって明らかであろう。
（例‐Ｉ）
新規な技術の用途は、各々が３つの要素の６つのモジュールを有し、閉回路と同じ固有の容積である３９４リットルの単一の容器で、図Ｉ（Ａ~Ｃ）における概略設計の装置を用いて一定の正味駆動圧の漸増する圧力状況の下で、海水脱塩によって表‐Ｉにおいて例示される。この例における要素は、市販または類似したタイプであり、試験状況の下のそれらの推定される仕様は、表‐Ｉに一覧を示される。モジュールの頭部要素の指定された最大の要素回復の１０％は、例によって記述される全一連のまたは連続的な一連の脱塩動作を上回らない。表‐Ｉにおいて引用される２４．５％の指定されたモジュール回復は、最大の要素回復が１０％である試験状況の下の３要素のモジュールのものである。再調査される例における透過水流は、脱塩プロセスが要素の試験状況下で指定されたＮＤＰである３０．４バールまでの一定またはほとんど一定の正味駆動圧（ＮＤＰ）で実行されるので一定であると推定される。例において適用される一定のNＤＰの状況下で、モジュールあたりの加圧された供給流（３７．４リットル／分）、および、モジュールあたりのリサイクルされた濃縮液流（１１５．３リットル／分）は、一定のままであり、前者はモジュールあたりの透過水流（３７．４リットル／分）と同一である。６つのモジュールの例示された装置の一定の流れパラメータは、単一のモジュールあたりの表‐Ｉにおいて引用されるそれの６倍である。
この例において推定されたポンプの効率係数（Ｆ）は、ＦＰＰ＝０．８８、ＦＣＰ＝０．８５、および、ＦＲＰ＝０．８０である；ここにおいて、ＦＰＰ、ＦＣＰ、および、ＦＲＰは、それぞれ加圧ポンプの効率係数（ＰＰ）、循環ポンプ（ＣＰ）および供給流再装填ポンプ（ＲＰ）である。この例では、推定されるＰＰ の可変圧力供給は、５４．９‐７０．８バールの範囲であり、（平均圧力は６２．８バール）、ＲＰは０．５バールで作動し、ＣＰは、（１５平方圧力インチまでの）１．０バールの出入口圧力差（ΔＰ）で作動する。表‐Ｉの再調査における例は、一定の正味駆動圧（ＮＤＰ）の引用された可変適用圧力（ＡＰ）の下で作動するシステムの予想通りのモジュールあたりの一定の流れデータを含む。一定の流れは、透過水流の方程式（１）および（２）で表される適用された圧力の必要条件から導かれる；ここでＱＰは要素あたりの透過水流を意味し、Ａは透過係数、Ｓは薄膜表面積、ＴＣＦは温度補正係数、ＦＦは付着係数、ＮＤＰは正味駆動圧、ＡＰは適用された圧力、および、ＯＰは浸透圧を意味する。再調査における一連の脱塩プロセスでの回復は、（３）で表され、所望の回復を達成するために必要とされる一連の時間は、（４）で表される；ここにおいて、ＲeＣは、回復の百分率を意味し、Ｖは閉回路の固有の容積、Ｖはシステムに加えられる加圧された供給流の容積または受容される透過水の容積、Ｔは指定された回復のための一連の期間、Ｑはモジュールあたりの透過水流、ｎは装置あたりのモジュールの数を表す。再調査される例における動力データは、流圧の式（５）から得られる；ここにおいて、Ｐは、ｋＷでの動力を意味し、Ｑは一分あたりのリットルでの流れ、Ｐはバールでの圧力または圧力差、および、Ｆは動力構成要素の効率係数を意味する。
【００２８】
表‐Ｉの平均比エネルギー・データは、動力データ、所望の回復のための一連の期間（Ｔ）の経過時間（ｔ）、および、放出される透過水の容積の推定により導かれる。
（１） ＱＰ＝Ａ＊Ｓ＊（ＴＣＦ）＊（ＦＦ）（ＮＤＰ）
（２） ＡＰ＝（ＯＰ）＋（ＮＤＰ）
（３） Ｒec（％）＝１００＊ｖ／（Ｖ＋ｖ）
（４） Ｔ＝｛１／（ｎ＊Ｑ）｝＊｛（Ｒec＊Ｖ）／（１００‐Ｒec）｝
（５） Ｐ（ｋＷ）＝（Ｑ＊p）／（５９２＊Ｆ）
一連のプロセスの時間座標（ｔ，分）上の表‐１において開示される他の固有情報は、モジュール回復（ＲEＣ． ２４．５％）、処理の間の回復立ち上がり（ＤＥＳＬ． ＲＥＣ．）；濃縮液の透過水に対する流量比率（ＣＯＮＣＥＮ． ＰＥＲＭ． ＦＬＯＷ ＲＡＴＩＯ）；リサイクルされた閉回路の数（ＲＣＣ数）；モジュール入口濃度［ ＣＯＮＣ（％）．ｔ‐０．２５，入口）]；閉回路の平均濃度［ ＣＯＮＣ（％），ｔ]、モジュールあたりの動力需要；浸透圧（ＯＰ）、適用される圧力（ＡＰ）、およびモジュール入口での正味駆動圧（ＮＤＰ）；および平均比エネルギ（平均Ｓ．Ｅ．ｋＷｈｍ３）を含む。
【００２９】
連続脱塩のための連続的な手順の連続プロセスへの一連の脱塩ステップの結合は、バルブ、および、濃度、および／または、圧力、および／または、透過水および／または加圧された供給流のオンラインでモニタされた情報に従いバルブ及び他の構成要素を作動させる制御されたシステムによって実行される。閉回路における溶液の伝導率の経過観察は、このような脱塩プロセスが有効に管理および制御されることができるいくつかの手段のうちの１つである。
【００３０】
表‐１のデータによれば、この例における装置は、一連の期間（Ｔ）の間、１０７秒（１．７５分）で５０％回復して作動し、その内の３４秒は、閉回路のそれと同じ容積の３９５リットルの容器を通じて新しい供給流での閉回路再装填のために消費される。それゆえに、容器の再装填の連続した作動の間の７３秒（１０７‐３４）の時間差は、その再装填および加圧のために利用できる最大期間である。
【００３１】
要約すると、発明の方法と装置の好適な実施例は、可変反圧力（５４．９‐７０．８バール）状況下で２．１８ｋＷｈ／ｍ３の平均比エネルギ、または一定の適用圧力（７０．８バール）状況下で２．３８ｋＷＷｈ／ｍ３を必要とする１００％の有効性および５０％の回復に基づいて、淡水化された海水の一日あたり３２３ｍ３容量のためのユニットによって例示される（例‐１）。
（例‐２）
例‐１におけるモジュール式でない脱塩ユニットの性能を１０個のこのようなモジュール式のユニットからなる設備と比較した。
【００３２】
ＭＩＥ３：ここの場合は勿論のこと例‐Ｉにおいて使用される３つの要素モジュール。
６［ＭＩＥ３］：例‐Ｉにおける６つのモジュール式でない脱塩ユニット。
１０｛６［ＭＩＥ３］｝：例‐Ｉにおけるタイプの１０個のモジュール式のユニットの結合。
（例‐ＩＩ）
例‐Ｉのそれに類似した中央の加圧された供給流ラインへのモジュール式の設計の１０の脱塩ユニットの連結は、各々のユニットが可変圧力ポンプの代わりに可変圧力ブースタを備えた新規な発明の方法のモジュール式の装置の適用を例示する。３つの要素の脱塩モジュールのいくつかの性能データ、１８の要素で６モジュールを有する例‐Ｉのそれに類似した設計を有するモジュール式のユニット、および、１０個のこのようなモジュール式のユニットを含む脱塩設備は、例‐Ｉにおいて例示される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１−Ａ】６つのモジュール、３つの要素の各々および海水または汽水の連続閉回路脱塩のための単一容器を有する装置の概略図であり、本発明の好ましい実施例によって、容器が新しい海水供給流によって再装填される一方、閉回路脱塩の間のバルブ位置を記述する。
【図１−Ｂ】６つのモジュール、３要素の各々及び海水または汽水の連続閉回路脱塩のための単一容器を有する装置の概略図であり、本発明の好ましい実施例によって、新しい海水供給流によって再装填された容器の閉回路脱塩及び加圧の間のバルブ位置を記述する。
【図１−Ｃ】６つのモジュール、３要素の各々及び海水または汽水の連続閉回路脱塩のための単一容器を有する装置の概略図であり、本発明の好ましい実施例によって、新しい供給流での閉回路の再装填および容器を通じた塩水廃水の一斉除去の間のバルブ位置を記述する。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、閉回路における逆浸透（ＳＷＲＯまたはＢＷＲＯ）による海水（ＳＷ）または汽水（ＢＷ）の脱塩のための方法と装置に関する。
【０００２】
塩水の溶液がその浸透圧より高い圧力で半透膜に対して圧縮される場合、逆浸透（ＲＯ）による脱塩は発生する。「栓流脱塩」（以下「ＰＬＤ」とする）法は、半透膜要素で加圧された供給流の圧力器（モジュール）の通過を含み、ここにおいて、それは、連続的に加圧されない脱塩された透過水流と加圧された塩水の廃水流とに分離される。ＰＦＤのＳＷＲＯまたはＢＷＲＯ回復は、供給流濃度、適用された圧力、モジュールあたりの要素の数、モジュールの段階、および、要素の仕様に関する。ＰＦＤの加圧された供給流は、透過水流より常に大きく、５０％の回復は、加圧された供給流が透過水のそれの２倍であることを意味する。ＰＦＤはまた、回復を強化するための部分的なリサイクルを含んでもよく、この方法は、その３つの構成要素；加圧された供給流、加圧された塩水の廃水および透過水の連続流によって特徴付けられる。
【０００３】
ＰＦＤと対照的に、閉回路脱塩（以下「ＣＣＤ」とする）は、同率の加圧された供給水流および浸透水の供給で静水圧下においてリサイクルされる溶液によって実行されるバッチ処理である。ＣＣＤの内部流は、濃度分極効果を最小化するために循環手段によって発生する。ＣＣＤ技術は、Ｓｚｕｚほかによる米国特許Ｎｏ．４，９８３，３０１、および、Ｂａｒｔｔによる米国特許Ｎｏ．４，８１４，０８６によって、８０年代後期に最初に報告され、このようなバッチ処理を連続化することは、交互に閉回路に係合され、このことにより、脱塩を停止することなく閉回路の新しい供給流の再装填を可能にする“２つの比較的大きい容量のタンク”により提案された。ＤＥ ２６ ２２ ４６１ Ａ（１９７７）、および、ＪＰ ５４ １２８９８５Ａ（１９７９）のような７０年代後期以前の特許には、特定の特徴の類似性にもかかわらず基本的にＣＣＤと異なる部分的な再循環を有するＰＦＤが記述される。（例えば、膜モジュールを有する回路、供給およびリサイクルするためのライン、循環手段、加圧手段、廃水放出手段、モニタ手段など）。前者のプロセスのみが、大気圧において新しい供給流と塩水の廃水との置換を含み、このことにより後者のプロセスにおいて必須である加圧された塩水廃水からのエネルギ回復の必要を避けるので、ＣＣＤとＰＬＤとの間の相違点は、明白かつ紛れもない。
【０００４】
ＰＬＤと比較すると、ＣＣＤは新しい供給流の加圧のためより小さい手段を必要として、エネルギ回復の必要なくより低い比エネルギで続行する。前記特許によるＣＣＤ技術は、２つの比較的大きい容量の容器を含む連続的な一連のステップによって、連続的に作動するようにされたバッチ処理であり、この方法は、脱塩設備の設計のために経済的に好ましいとみなされていない。本発明は、閉回路脱塩（ＣＣＤ）が比較的小さい単一の容器によって、連続的に実行されてもよい装置および方法の両方を記述し、このことにより、海水および／または汽水脱塩を含む多様な用途のためにこの技術を経済的に実行可能にする。
（発明の要約）
本発明は、閉回路を用いた逆浸透に基づいて海水または汽水の脱塩のための装置および方法を提案する。ここにおいて、供給流は、循環駆動手段によって並列脱塩モジュールによってリサイクルされ、反圧力は、放出された透過水を新しい供給流の給水とまた置き換える加圧手段によって発生する。脱塩手順の間、閉回路に加圧される供給流の容積は、流量計によってモニタされ、如何なる瞬間もこの容積は、放出された透過水の容積に等しい。循環駆動手段は、最大の要素回復の要素仕様および浸透する濃縮水の流量比率で、低い入口‐出口圧力差で作動するようにされ、加圧手段は、透過水流、および／または、加圧された供給流、および／または脱塩手順の過程の間、濃度を変えることによってモニタされるように、回復の機能として、可変圧を供給するようにされてもよい。モジュール入口における脱塩の反圧力は、脱塩手順全体の間、浸透圧より上の固定レベルに維持される。
【０００５】
可変圧力閉回路脱塩装置は、間欠的に新しい供給流を閉じた回路に再装填し、同時にシステムから消費された塩水廃水を除去する単一容器を加えることによって連続的に作動するようにしてもよい。新しい供給流の加圧容器を閉じた回路と係合する一方、脱塩プロセスは継続され、モジュールはそれらの指定された透過水出力においてノンストップで作動する。
【０００６】
逆浸透による可変圧力閉回路脱塩の発明の方法と装置は、すぐに利用できる市販の構成要素でできる単純な装置によって実行され、動力構成要素およびエネルギを含む構成要素において非常に著しく節約された低コストの脱塩を可能にする。発明の装置は、エネルギ消費が従来技術の方法よりもなお低く保たれる一方、加圧手段のコストが相当に削減されるように一定の圧力で操作してもよい。
（発明の詳細な説明）
本発明は、供給流は、循環ポンプにより並列脱塩モジュールを通じてリサイクルされ、単一の容器は、新しい供給流で閉回路を間欠的に再装填し、かつ、塩水廃水を除去するために用いられ、反圧力は新しい供給流給水によって放出された透過水も置き換える加圧ポンプによって生成されるような閉回路からなる逆浸透により、海水または汽水の連続的な一連の脱塩のための装置および方法を提案することによって、従来技術の逆浸透脱塩プロセスに関係する広範囲なエネルギ消費および高コストの問題解決法を提供する。
【０００７】
発明の方法によると、脱塩手順の間、閉回路に加圧される供給流の容積は、流量計によってモニタされ、如何なる瞬間にもこの容積は、放出された透過水の容積に等しい。放出された透過水の容積は、浸透圧の上昇に直接正比例し、この容積のモニタは、脱塩手順の全体にわたって浸透圧より上に固定されたレベルに保たれるようにモジュールの入口での脱塩の反圧力を制御する手段を提供する。
【０００８】
発明の新規な装置および方法によると、モジュールは、１つ、２つ、３つまたはそれ以上の薄膜要素から構成される可能性があり、各々およびこの数は、単一のリサイクルパスあたりにつきモジュールの回復を示し、一方で、全体の一連のプロセスの究極的な回復は、固定された正味駆動圧の可変圧力状況下で、閉回路において実行されたリサイクルパスの総数のみに依存する。際立って対照的に、従来技術のＣＦＤ法による海水の単一の通過脱塩は、７または８つの要素のモジュールを必要とし、試験状況（例えば１０％）の下で、製造者の薄膜要素によって特定される最大要素回復は上回らない場合、全体の回復は低いまま（４０％‐４２％）である。単純に言うと、新規な発明は、このような状況の下における従来技術のＣＦＤ法の回復限度は、４０％‐４２％の範囲である一方で、試験状況の下で指定された最大の要素回復を上回らずに、いかなる所望の脱塩回復に達することを可能にする。
【０００９】
発明の方法は、試験状況の下で最大の要素回復の仕様を上回らずに要素あたりの高い平均的な回復の達成を可能にし、これは従来技術のＣＦＤ法では可能ではない。
【００１０】
試験状況の下で１０％の指定された最大の要素回復を有する１、２、３、４、５、６、７および８つの要素のモジュールの回復はそれぞれ、１０．０（１０）％、１８．１（９．０５）％、２４．５（８．１）％、２９．７（７．４）％、３３．９（６．８）％、３７．３（６．２）％、４０．０（５．７）％、４２．１（５．３）％であり、括弧は要素あたりの平均回復値である。従来技術のＣＦＤ法と比較して、本発明の方法によって予想されるより高い平均的な要素回復は、新規な方法による薄膜要素の重要な節約を意味する。
【００１１】
製造業者の指定された試験状況の下での要素あたりの平均流は、要素あたりの平均的回復に直接関係し、それゆえにより高い要素回復も、より高速な透過水流を意味する。半透膜要素の塩透過は、反対に平均要素流と関係し、したがって、本発明の方法は、従来技術のＣＦＤ法と比較してより低い塩含有でかつより高品質の透過水をもたらすと思われる。前述のものを考慮すると、発明の方法による塩透過は、モジュール当たりのよう素数の減少数の機能として減少すると思われる。したがって、発明の方法によるより上質の透過水は、より少ない要素のモジュールで受容される。
【００１２】
モジュールの入口での濃縮水の浸透圧より上に固定された値に保たれるように脱塩の反圧力を段階的に増加させることにより、プロセスエネルギ反圧力は、従来技術のＣＦＤ法によって必要とされる一定の反圧力よりかなり低く、これが発明の方法による動力およびエネルギの重要な節約を意味することは、発明の別の利点である。
【００１３】
発明の別の利点によると、循環手段によって作成される閉回路流は、薄膜表面上の濃縮水の薄層を妨げることによって、濃度分極効果を最小化するように制御および調整されることができる。
【００１４】
発明の方法は、従来技術のＣＦＤ装置における最も退屈かつ問題となる構成要素である費用のかかるエネルギ回復手段の必要を完全に回避エネルギ発明の新規な装置および方法は、既存のＣＦＤ方法の過剰な動力回復実行の特性の必要と同様に動力の広大な広がりの用途の必要を除去する。
【００１５】
発明の他の利点によると、脱塩ユニットの足跡は、塩水廃水からのエネルギ回復の必要の完全な排除によることは勿論のこと、動力構成要素、薄膜要素およびエネルギの著しい節約のため、既存のＣＦＤ法と比較すると急激に減少する。
【００１６】
図ＩＡは、発明の装置の好適な実施例のうちの１つである装置の概略図である。図ＩＡに示されるように、発明の脱塩装置は、脱塩が起こる場所において、閉回路（以下“ＣＣ”とする）を構成する前記回路およびモジュールに多数の脱塩モジュールＭ１‐Ｍ６を並列に供給する加圧された海水回路からなる。モジュールの数は図ＩＡに示される６つのモジュールに制限されず、色々な設計の必要条件により小さいまたはより大きい可能性があると理解される。従来技術から公知の市販のモジュールで操作してもよいことは、本発明装置の利点の１つである。発明の装置において適用されるように色色な種類のモジュールが設計されてもよい、または、装置は本発明時に公知でない市販のモジュールを提供してもよいこともまた想定される。発明の装置において適用されるモジュールは、一般にハウジング内の１つまたはそれ以上の要素を含む。モジュール出口からの濃縮水は、低入口‐出口圧力差で作動する循環ポンプＣＰによってＣＣを通じてモジュール入口に戻ってリサイクルされる。モジュールＭ１‐Ｍ６を含むＣＣ内の所望の静水圧は、矢印Ａによって示される放出された透過水の容積を矢印Ｅ１によって示される新しい海水に置き換え、ラインＬを通じて装置へ海水を供給する加圧ポンプＰＰによって作成される。海水の容積は、流量計ＦＭによって連続的にモニタされる。加圧ポンプＰＰは、流量計ＦＭでモニタされた容積により現れる脱塩回復の機能として一定の圧力または次第に増加する圧力のどちらでも作動するようにされる。装置はまた、第２のラインＬ１。１、Ｌ１。２、Ｌ１。３、Ｌ１。４、Ｌ１。５、Ｌ１。６、を経由して循環ポンプＣＰからモジュールＭ１‐Ｍ６の入口までＣＣの中で供給を行うためのラインＬ１からなる。装置は、循環ポンプＣＰによって駆動される第２の収集ラインＬ２．１、Ｌ２。２、Ｌ２。３、Ｌ２。４、Ｌ２。５、Ｌ２。６、を経由してモジュール出口から部分的に淡水化された海水をリサイクルするためのラインＬ２をさらに備える。ＣＣ全体は、ラインＬ１、Ｌ２および、それらの入口および出口の第２のラインを有するモジュールＭ１‐Ｍ６からなる。図ＩＡに示される脱塩回路およびラインの設計は概略かつ単純化されたものであり、発明を制限するものとはみなされないものであると理解されるだろう。実際問題として脱塩装置は、本発明および請求項の範囲内である一方、特殊な必要条件によって必要に応じて、多くの追加的なライン、分岐、バルブおよびその他設備または装置から構成される可能性がある。
【００１７】
図ＩＡを再び参照すると、脱塩装置は、モジュール出口Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６から放出された透過水（脱塩された溶液）の収集のためのラインＡＡをさらに備える。
【００１８】
また図ＩＡを参照すると、脱塩装置は、供給流再装填（以下“ＦＲ”とする）のためのシステムをさらに備える。それによって塩水は、所望の回復の各脱塩手順終了後における、ＣＣの中で新しい供給流と置き換えられる。ＦＲシステムは、ラインＥ２、Ｂ１、Ｂ２とＣ、二方向のバルブＶ‐Ｖ５、容器ＣＮおよび再充電ポンプＲＰを備える。図ＩＡは、ＦＲシステムにおいて進行中の再装填が起こる一方、ＣＣシステムにおいて進行中の脱塩を記述する。バルブＶ１が開き、バルブＶ２およびＶ３は閉じているので、図ＩＡのＣＣおよびＦＲシステムは分離される。ＦＲシステムの再装填動作の間、新しい供給流は、容器ＣＮの上部に、バルブＶ４（開いた）およびラインＢ２を通じて受け入れられ、同時に塩水は、層状に近い流れ状況下で低圧（‐１．０バール）で作動する再装填ポンプＲＰによって、容器ＣＮの底部から、ラインＢ１、バルブＶ５（開いた）およびラインＣを通じて外側（矢印Ｃ）に除去される。
【００１９】
図ＩＢは、容器の再装填動作が完了した後のバルブ位置を記述し、ＦＲシステムは加圧され、ＣＣシステムに新しい給水を提供する準備をする。ＦＲシステムのバルブは、加圧が起こるバルブＶ３を除いてこの段階では閉じている。
【００２０】
図ＩＣは、ＦＲシステムが新しい給水をＣＣシステムに提供し、塩水の廃水を除去する場合のバルブ位置を記述する。ＣＣおよびＦＲシステムが同じ固有の容積である場合、新しい供給流を有する一つの完全なＦＲ容器は、ＣＣシステム全体の再装填を完了させるのに十分である。供給流再装填動作の間、脱塩プロセスは、ノンストップで継続される。
【００２１】
発明の装置の流れの方向は、薄い灰色の矢印によって示される。加圧されないラインは破ラインによって示され、部分的な時間加圧されるラインは点ラインで示され、連続的に加圧されるＣＣシステムのラインは、実ラインで示される。図Ｉ（ＡＣ）において示されるライン、バルブおよびポンプは、発明を実施する単なる１つの方法であり、多くの他の設備は発明の多様な実施例のために想定されてもよいと理解される。
【００２２】
発明の装置および方法がモジュールでないまたはモジュール式のシステムとして適用されることができ、前者の場合、加圧手段は気圧で提供される供給流のための可変圧力ポンプからなり、後者の場合、加圧手段は圧力下ですでに提供された供給流のための可変圧力ブースタポンプからなると理解されるだろう。モジュールでない発明の装置は、主に自主的な脱塩ユニットを意図し、一方モジュール式の装置は、大きい脱塩設備のための基礎的要素として意図し、そこにおいては、加圧された供給流は、主ラインからの中間でユニットに供給され、システムにおける各ユニットの可変圧力ブースタポンプはユニットによって必要とする圧力調整のために使用される。
【００２３】
発明の装置は、モジュールが多数の並列ラインに配置され、各ラインは、装置の主ラインから脱塩のための溶液を並列に供給され、各ラインの各モジュールも並列に供給される様に多数のモジュールを使用して実現される。このような装置において、別々の循環手段が前記ラインの各々のために使われ、または、単一の循環手段がすべての前記ラインのために使われる。
【００２４】
加圧手段または循環手段またはその両方は、特別の必要条件に応じて並列に取り付けられる２つまたはそれ以上のポンプ、または、他のいかなる設計によっても実行される可能性がある。
【００２５】
発明の装置によると、容器は大きい容積の器である必要はなく、管またはダクト断面として実行される可能性がある。
発明の脱塩方法は、図Ｉ（Ａ~Ｃ）の装置に関して、本願明細書において以下に記述される次のステップを含む：（Ｉ） 装置全体が新しい海水または汽水の供給で満たされる；
（ＩＩ） 加圧ポンプが、適切な可変圧力状況の下で一定の加圧された供給流を供給するために設定される；（ＩＩＩ） 循環ポンプＣＰは、浸透する濃縮液流がモジュールの仕様と整合するように低入口‐出口圧力差で作動する；（ＩＶ） ＣＣシステムにおける一連の中でＲＯ脱塩が、脱塩手順の過程の間プロセス濃縮水のリサイクル、および、、ＣＣに供給される新しい加圧された供給流とのその混合によって実行される；（Ｖ） ＣＣシステムにおける所望の一連の回復の完了に付随して、ＣＣシステムが新しい供給流で再装填され、塩水廃水が除去されるまで、流れ循環はＦＲシステムを通じて間欠的に迂回する；（ＶＩ） ＣＣシステムの新しい供給流の再装填の完了に付随して、ＣＣおよびＦＲシステムは分離され、前者は新規な脱塩手順を始め、後者は加圧により続く塩水放出と結合して新しい供給流再装填を受け、こうして次のＣＣ再装填動作の準備をする。
【００２６】
発明の装置のモジュールからの透過水流を一定に保つため、ＣＣシステムにおける可変圧力は一定またはほとんど一定の正味駆動圧（以下“ＮＤＰ”とする）と理解される。発明の方法の文脈における前記ＮＤＰは反圧力と呼ばれる加えられた圧力および連続脱塩プロセスの間、モジュールへの入口でリサイクルされた溶液の浸透圧との差圧力であるとさらに理解される。
【００２７】
当技術の熟練者にとって、発明の脱塩方法は、このような装置が容器からの伝送ラインの閉回路、各並列に供給された１つ以上の薄膜要素の１つ以上の脱塩モジュール、加圧手段、循環手段、流れモニタ手段、および、コンダクタンス・モニタ手段からなる限り、発明の装置に関して前述したように色々な設計の脱塩装置において作動できることは明らかである。さらに、好適な生産能力の前記モジュール式設計の単一の発明装置は、一緒に結合され、加圧された供給流が中央に生成され、新しい供給流の単一の高圧供給ラインから、延長部を通じてプラントの個々のユニットに供給される拡張された製産能力の脱塩プラントを構築することは当技術の熟練者にとって明らかであろう。
（例‐Ｉ）
新規な技術の用途は、各々が３つの要素の６つのモジュールを有し、閉回路と同じ固有の容積である３９４リットルの単一の容器で、図Ｉ（Ａ~Ｃ）における概略設計の装置を用いて一定の正味駆動圧の漸増する圧力状況の下で、海水脱塩によって表‐Ｉにおいて例示される。この例における要素は、市販または類似したタイプであり、試験状況の下のそれらの推定される仕様は、表‐Ｉに一覧を示される。モジュールの頭部要素の指定された最大の要素回復の１０％は、例によって記述される全一連のまたは連続的な一連の脱塩動作を上回らない。表‐Ｉにおいて引用される２４．５％の指定されたモジュール回復は、最大の要素回復が１０％である試験状況の下の３要素のモジュールのものである。再調査される例における透過水流は、脱塩プロセスが要素の試験状況下で指定されたＮＤＰである３０．４バールまでの一定またはほとんど一定の正味駆動圧（ＮＤＰ）で実行されるので一定であると推定される。例において適用される一定のNＤＰの状況下で、モジュールあたりの加圧された供給流（３７．４リットル／分）、および、モジュールあたりのリサイクルされた濃縮液流（１１５．３リットル／分）は、一定のままであり、前者はモジュールあたりの透過水流（３７．４リットル／分）と同一である。６つのモジュールの例示された装置の一定の流れパラメータは、単一のモジュールあたりの表‐Ｉにおいて引用されるそれの６倍である。
この例において推定されたポンプの効率係数（Ｆ）は、ＦＰＰ＝０．８８、ＦＣＰ＝０．８５、および、ＦＲＰ＝０．８０である；ここにおいて、ＦＰＰ、ＦＣＰ、および、ＦＲＰは、それぞれ加圧ポンプの効率係数（ＰＰ）、循環ポンプ（ＣＰ）および供給流再装填ポンプ（ＲＰ）である。この例では、推定されるＰＰ の可変圧力供給は、５４．９‐７０．８バールの範囲であり、（平均圧力は６２．８バール）、ＲＰは０．５バールで作動し、ＣＰは、（１５平方圧力インチまでの）１．０バールの出入口圧力差（ΔＰ）で作動する。表‐Ｉの再調査における例は、一定の正味駆動圧（ＮＤＰ）の引用された可変適用圧力（ＡＰ）の下で作動するシステムの予想通りのモジュールあたりの一定の流れデータを含む。一定の流れは、透過水流の方程式（１）および（２）で表される適用された圧力の必要条件から導かれる；ここでＱＰは要素あたりの透過水流を意味し、Ａは透過係数、Ｓは薄膜表面積、ＴＣＦは温度補正係数、ＦＦは付着係数、ＮＤＰは正味駆動圧、ＡＰは適用された圧力、および、ＯＰは浸透圧を意味する。再調査における一連の脱塩プロセスでの回復は、（３）で表され、所望の回復を達成するために必要とされる一連の時間は、（４）で表される；ここにおいて、ＲeＣは、回復の百分率を意味し、Ｖは閉回路の固有の容積、Ｖはシステムに加えられる加圧された供給流の容積または受容される透過水の容積、Ｔは指定された回復のための一連の期間、Ｑはモジュールあたりの透過水流、ｎは装置あたりのモジュールの数を表す。再調査される例における動力データは、流圧の式（５）から得られる；ここにおいて、Ｐは、ｋＷでの動力を意味し、Ｑは一分あたりのリットルでの流れ、Ｐはバールでの圧力または圧力差、および、Ｆは動力構成要素の効率係数を意味する。
【００２８】
表‐Ｉの平均比エネルギー・データは、動力データ、所望の回復のための一連の期間（Ｔ）の経過時間（ｔ）、および、放出される透過水の容積の推定により導かれる。
（１） ＱＰ＝Ａ＊Ｓ＊（ＴＣＦ）＊（ＦＦ）（ＮＤＰ）
（２） ＡＰ＝（ＯＰ）＋（ＮＤＰ）
（３） Ｒec（％）＝１００＊ｖ／（Ｖ＋ｖ）
（４） Ｔ＝｛１／（ｎ＊Ｑ）｝＊｛（Ｒec＊Ｖ）／（１００‐Ｒec）｝
（５） Ｐ（ｋＷ）＝（Ｑ＊p）／（５９２＊Ｆ）
一連のプロセスの時間座標（ｔ，分）上の表‐１において開示される他の固有情報は、モジュール回復（ＲEＣ． ２４．５％）、処理の間の回復立ち上がり（ＤＥＳＬ． ＲＥＣ．）；濃縮液の透過水に対する流量比率（ＣＯＮＣＥＮ． ＰＥＲＭ． ＦＬＯＷ ＲＡＴＩＯ）；リサイクルされた閉回路の数（ＲＣＣ数）；モジュール入口濃度［ ＣＯＮＣ（％）．ｔ‐０．２５，入口）]；閉回路の平均濃度［ ＣＯＮＣ（％），ｔ]、モジュールあたりの動力需要；浸透圧（ＯＰ）、適用される圧力（ＡＰ）、およびモジュール入口での正味駆動圧（ＮＤＰ）；および平均比エネルギ（平均Ｓ．Ｅ．ｋＷｈｍ３）を含む。
【００２９】
連続脱塩のための連続的な手順の連続プロセスへの一連の脱塩ステップの結合は、バルブ、および、濃度、および／または、圧力、および／または、透過水および／または加圧された供給流のオンラインでモニタされた情報に従いバルブ及び他の構成要素を作動させる制御されたシステムによって実行される。閉回路における溶液の伝導率の経過観察は、このような脱塩プロセスが有効に管理および制御されることができるいくつかの手段のうちの１つである。
【００３０】
表‐１のデータによれば、この例における装置は、一連の期間（Ｔ）の間、１０７秒（１．７５分）で５０％回復して作動し、その内の３４秒は、閉回路のそれと同じ容積の３９５リットルの容器を通じて新しい供給流での閉回路再装填のために消費される。それゆえに、容器の再装填の連続した作動の間の７３秒（１０７‐３４）の時間差は、その再装填および加圧のために利用できる最大期間である。
【００３１】
要約すると、発明の方法と装置の好適な実施例は、可変反圧力（５４．９‐７０．８バール）状況下で２．１８ｋＷｈ／ｍ３の平均比エネルギ、または一定の適用圧力（７０．８バール）状況下で２．３８ｋＷＷｈ／ｍ３を必要とする１００％の有効性および５０％の回復に基づいて、淡水化された海水の一日あたり３２３ｍ３容量のためのユニットによって例示される（例‐１）。
（例‐２）
例‐１におけるモジュール式でない脱塩ユニットの性能を１０個のこのようなモジュール式のユニットからなる設備と比較した。
【００３２】
ＭＩＥ３：ここの場合は勿論のこと例‐Ｉにおいて使用される３つの要素モジュール。
６［ＭＩＥ３］：例‐Ｉにおける６つのモジュール式でない脱塩ユニット。
１０｛６［ＭＩＥ３］｝：例‐Ｉにおけるタイプの１０個のモジュール式のユニットの結合。
（例‐ＩＩ）
例‐Ｉのそれに類似した中央の加圧された供給流ラインへのモジュール式の設計の１０の脱塩ユニットの連結は、各々のユニットが可変圧力ポンプの代わりに可変圧力ブースタを備えた新規な発明の方法のモジュール式の装置の適用を例示する。３つの要素の脱塩モジュールのいくつかの性能データ、１８の要素で６モジュールを有する例‐Ｉのそれに類似した設計を有するモジュール式のユニット、および、１０個のこのようなモジュール式のユニットを含む脱塩設備は、例‐Ｉにおいて例示される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１−Ａ】６つのモジュール、３つの要素の各々および海水または汽水の連続閉回路脱塩のための単一容器を有する装置の概略図であり、本発明の好ましい実施例によって、容器が新しい海水供給流によって再装填される一方、閉回路脱塩の間のバルブ位置を記述する。
【図１−Ｂ】６つのモジュール、３要素の各々及び海水または汽水の連続閉回路脱塩のための単一容器を有する装置の概略図であり、本発明の好ましい実施例によって、新しい海水供給流によって再装填された容器の閉回路脱塩及び加圧の間のバルブ位置を記述する。
【図１−Ｃ】６つのモジュール、３要素の各々及び海水または汽水の連続閉回路脱塩のための単一容器を有する装置の概略図であり、本発明の好ましい実施例によって、新しい供給流での閉回路の再装填および容器を通じた塩水廃水の一斉除去の間のバルブ位置を記述する。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透による塩水溶液の連続的な一連の脱塩のための装置であって、
１つまたはそれ以上の脱塩モジュールからなり、それらのそれぞれの入口および出口は伝導ラインによって並列に連結され、前記脱塩モジュールの各々は１つまたはそれ以上薄膜要素からなる少なくとも１つの閉回路；
逆浸透脱塩および前記閉回路における新しい供給流と放出された透過水との置換を可能にするため、十分な反圧力を生成する少なくとも１つの加圧手段；
前記閉回路の１つまたはそれ以上の脱塩モジュールを経た前記脱塩された溶液をリサイクルするための少なくとも１つの循環手段；
前記閉回路の前記１つまたはそれ以上の脱塩モジュールからの透過水収集のための少なくとも１つの伝導ライン手段；
脱塩が継続される一方、前記閉回路において新しい供給流による塩水の置換を可能にする単一の容器手段；
前記閉回路から前記単一の容器まで前記脱塩された溶液を伝導するための少なくとも１つのライン；
前記単一の容器から前記閉回路まで脱塩される新しい供給流の溶液を伝導するための少なくとも１つのライン；
脱塩される新しい供給流の溶液で前記単一の容器を再装填する少なくとも１つのライン；
前記単一の容器から塩水廃水を除去するための少なくとも１つのライン；
前記単一の容器と前記閉回路との結合および分離、前記単一の容器からの新しい供給流による塩水の置換、および前記単一の容器の展開および展開を可能にする少なくとも１つのバルブ手段；
および、可変圧または一定の圧力の状況下において連続的な一連のステップで進行する所望の回復の連続閉回路脱塩を可能にする制御手段；
からなる装置。
【請求項２】
請求項１に記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記閉回路脱塩プロセスの間の各々の段階において適用される圧力と浸透圧との差は一定またはほぼ一定に保たれるように、前記閉回路の脱塩手順の間、可変圧は制御可能に適用される装置。
【請求項３】
請求項１に記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記脱塩プロセスの間に適用される圧力と最大の浸透圧との差は最小の所定レベルより上に維持されて、前記閉回路脱塩手順の間、一定の圧力が適用される装置。
【請求項４】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、脱塩の進行をモニタするための前記手段は、前記閉回路へ供給される新しい塩水供給および／または前記閉回路からの脱塩された溶液流をモニタする手段である装置。
【請求項５】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記脱塩の進行をモニタするための前記手段は、濃度モニタ手段である装置。
【請求項６】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記モジュールは、ハウジング内における１つまたはそれ以上の半浸透膜要素からなる装置。
【請求項７】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記モジュールは並列電池でグループ分けされ、前記並列電池の各々は多数のモジュールからなる装置。
【請求項８】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記単一の容器手段は、円筒導管断面である装置。
【請求項９】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記加圧手段は並列または直列に作動する一つまたはそれ以上の加圧ポンプからなる装置。
【請求項１０】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記循環手段は、並列または直列に作動する１つまたはそれ以上の循環ポンプである装置。
【請求項１１】
逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための先行する請求項のいずれかに記述の装置であって、前記溶液は、海水である装置。
【請求項１２】
逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための先行する請求項のいずれかに記述の装置であって、前記溶液は、汽水である装置。
【請求項１３】
逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための先行する請求項のいずれかに記述の装置であって、前記溶液は、処理された内部の廃水である装置。
【請求項１４】
逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための先行する請求項のいずれかに記述の装置であって、前記溶液は、工業廃水である装置。
【請求項１５】
前記回路と平行して連結される１つまたはそれ以上の脱塩モジュール、脱塩が継続される間、前記閉回路で新しい供給流と塩水との置換を可能にする単一の容器手段、前記モジュールと前記単一の容器との間を連結するライン手段、加圧手段、循環手段、脱塩プロセスの進行をモニタする手段、および、多数のバルブ手段を有する閉回路における逆浸透による塩水溶液の連続的な一連の閉回路脱塩のための方法であって、連続的な脱塩手順で構成され、以下のステップ
ａ．大気圧下における前記閉回路および単一の容器の新しい塩水溶液での充満、前記閉回路および単一の容器の封止、および前記閉回路および単一の容器内での前記新しい塩水溶液への加圧；
ｂ． 透過水が前記モジュールから有効に放出されるように前記循環手段による所定の流量率での前記閉回路脱塩モジュールを通じた前記加圧された塩水溶液のリサイクル；
ｃ． 前記モニタ手段によって表される脱塩回復の前記進行によって前記脱塩手順の間の前記期間および前記脱塩手順の間適用される前記圧力の制御；
ｄ． 前記モジュールからの前記脱塩された溶液の収集；
ｅ． 前記脱塩手順の各々の終了後、新しい供給流での前記閉回路の再装填を可能にし、上述の脱塩プロセスを停止させずに実行するため、新しい供給流によって充満状態にされ、加圧される前記所望の回復レベルでの前記閉回路と前記単一の容器との結合；
ｆ． 前記閉回路が脱塩される新しい塩水供給によって再装填された後、前記閉回路からの前記単一の容器の分離；および
ｇ． 塩水廃水によって満たされる前記分離した単一の容器の減圧、ほぼ大気圧で供給される新しい塩水溶液と前記前記単一の容器における前記塩水廃水との置換、新しい供給流の再装填がほぼ完了した後、前記単一の容器の封止、および、前記閉回路との次の結合の準備を整えるための前記単一の容器の加圧
によって塩水溶液の連続脱塩のノンストップを可能にする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記述の逆浸透による塩水溶液の一連の閉回路脱塩のための方法であって、前記加圧手段の前記適用された圧力の出力は、前記モニタ手段によってモニタされる脱塩回復の増加の機能として前記脱塩手順の間、浸透圧と適用された圧力の比率が、前記脱塩手順を通して所定の最小値より上に維持されるように、徐々に増加する方法。
【請求項１７】
請求項１５に記述の逆浸透による塩水溶液の一連の閉回路脱塩のための方法であって、一定の反圧力は、前記一定の反圧力が各々の脱塩手順終了後放出される前記廃水溶液の前記浸透圧より上に、所定の最小比率で維持されるように前記脱塩手順を通して適用される方法。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の一連の閉回路脱塩のための方法であって、前記脱塩された水の前記容積、または、前記閉回路システムに加圧される前記新しい塩水溶液供給流の前記容積をモニタする前記モニタ手段は流量計手段である方法。
【請求項１９】
請求項１５から１７のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の一連の閉回路脱塩のための方法であって、前記モニタ手段は濃度モニタ手段である方法。
【請求項２０】
１つまたはそれ以上の脱塩モジュールは前記回路と平行して連結される閉回路の逆浸透による塩水溶液の連続的な一連の閉回路脱塩のための方法であって、前記脱塩手順の各々の終了後、新しい供給流での前記閉回路の再装填を可能にし、上述の脱塩プロセスを停止させずに実行するため、新しい供給流によって充満状態にされ、加圧された前記単一容器と前記所望の回復レベルでの前記閉回路との結合；前記閉回路が脱塩される新しい塩水供給流によって再装填された後、前記閉回路からの前記単一の容器の分離、及び塩水廃水によって満たされる前記離脱した単一の容器の減圧、ほぼ大気圧で供給される新しい塩水溶液と前記前記単一の容器における前記塩水廃水との置換、新しい供給流の再装填がほぼ完了した後、前記単一の容器の封止、および、前記閉回路との次の結合の準備を整えるための前記単一の容器の圧縮；のステップからなる方法。
【請求項１】
逆浸透による塩水溶液の連続的な一連の脱塩のための装置であって、
１つまたはそれ以上の脱塩モジュールからなり、それらのそれぞれの入口および出口は伝導ラインによって並列に連結され、前記脱塩モジュールの各々は１つまたはそれ以上薄膜要素からなる少なくとも１つの閉回路；
逆浸透脱塩および前記閉回路における新しい供給流と放出された透過水との置換を可能にするため、十分な反圧力を生成する少なくとも１つの加圧手段；
前記閉回路の１つまたはそれ以上の脱塩モジュールを経た前記脱塩された溶液をリサイクルするための少なくとも１つの循環手段；
前記閉回路の前記１つまたはそれ以上の脱塩モジュールからの透過水収集のための少なくとも１つの伝導ライン手段；
脱塩が継続される一方、前記閉回路において新しい供給流による塩水の置換を可能にする単一の容器手段；
前記閉回路から前記単一の容器まで前記脱塩された溶液を伝導するための少なくとも１つのライン；
前記単一の容器から前記閉回路まで脱塩される新しい供給流の溶液を伝導するための少なくとも１つのライン；
脱塩される新しい供給流の溶液で前記単一の容器を再装填する少なくとも１つのライン；
前記単一の容器から塩水廃水を除去するための少なくとも１つのライン；
前記単一の容器と前記閉回路との結合および分離、前記単一の容器からの新しい供給流による塩水の置換、および前記単一の容器の展開および展開を可能にする少なくとも１つのバルブ手段；
および、可変圧または一定の圧力の状況下において連続的な一連のステップで進行する所望の回復の連続閉回路脱塩を可能にする制御手段；
からなる装置。
【請求項２】
請求項１に記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記閉回路脱塩プロセスの間の各々の段階において適用される圧力と浸透圧との差は一定またはほぼ一定に保たれるように、前記閉回路の脱塩手順の間、可変圧は制御可能に適用される装置。
【請求項３】
請求項１に記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記脱塩プロセスの間に適用される圧力と最大の浸透圧との差は最小の所定レベルより上に維持されて、前記閉回路脱塩手順の間、一定の圧力が適用される装置。
【請求項４】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、脱塩の進行をモニタするための前記手段は、前記閉回路へ供給される新しい塩水供給および／または前記閉回路からの脱塩された溶液流をモニタする手段である装置。
【請求項５】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記脱塩の進行をモニタするための前記手段は、濃度モニタ手段である装置。
【請求項６】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記モジュールは、ハウジング内における１つまたはそれ以上の半浸透膜要素からなる装置。
【請求項７】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記モジュールは並列電池でグループ分けされ、前記並列電池の各々は多数のモジュールからなる装置。
【請求項８】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記単一の容器手段は、円筒導管断面である装置。
【請求項９】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記加圧手段は並列または直列に作動する一つまたはそれ以上の加圧ポンプからなる装置。
【請求項１０】
先行する請求項のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための装置であって、前記循環手段は、並列または直列に作動する１つまたはそれ以上の循環ポンプである装置。
【請求項１１】
逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための先行する請求項のいずれかに記述の装置であって、前記溶液は、海水である装置。
【請求項１２】
逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための先行する請求項のいずれかに記述の装置であって、前記溶液は、汽水である装置。
【請求項１３】
逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための先行する請求項のいずれかに記述の装置であって、前記溶液は、処理された内部の廃水である装置。
【請求項１４】
逆浸透による塩水溶液の閉回路脱塩のための先行する請求項のいずれかに記述の装置であって、前記溶液は、工業廃水である装置。
【請求項１５】
前記回路と平行して連結される１つまたはそれ以上の脱塩モジュール、脱塩が継続される間、前記閉回路で新しい供給流と塩水との置換を可能にする単一の容器手段、前記モジュールと前記単一の容器との間を連結するライン手段、加圧手段、循環手段、脱塩プロセスの進行をモニタする手段、および、多数のバルブ手段を有する閉回路における逆浸透による塩水溶液の連続的な一連の閉回路脱塩のための方法であって、連続的な脱塩手順で構成され、以下のステップ
ａ．大気圧下における前記閉回路および単一の容器の新しい塩水溶液での充満、前記閉回路および単一の容器の封止、および前記閉回路および単一の容器内での前記新しい塩水溶液への加圧；
ｂ． 透過水が前記モジュールから有効に放出されるように前記循環手段による所定の流量率での前記閉回路脱塩モジュールを通じた前記加圧された塩水溶液のリサイクル；
ｃ． 前記モニタ手段によって表される脱塩回復の前記進行によって前記脱塩手順の間の前記期間および前記脱塩手順の間適用される前記圧力の制御；
ｄ． 前記モジュールからの前記脱塩された溶液の収集；
ｅ． 前記脱塩手順の各々の終了後、新しい供給流での前記閉回路の再装填を可能にし、上述の脱塩プロセスを停止させずに実行するため、新しい供給流によって充満状態にされ、加圧される前記所望の回復レベルでの前記閉回路と前記単一の容器との結合；
ｆ． 前記閉回路が脱塩される新しい塩水供給によって再装填された後、前記閉回路からの前記単一の容器の分離；および
ｇ． 塩水廃水によって満たされる前記分離した単一の容器の減圧、ほぼ大気圧で供給される新しい塩水溶液と前記前記単一の容器における前記塩水廃水との置換、新しい供給流の再装填がほぼ完了した後、前記単一の容器の封止、および、前記閉回路との次の結合の準備を整えるための前記単一の容器の加圧
によって塩水溶液の連続脱塩のノンストップを可能にする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記述の逆浸透による塩水溶液の一連の閉回路脱塩のための方法であって、前記加圧手段の前記適用された圧力の出力は、前記モニタ手段によってモニタされる脱塩回復の増加の機能として前記脱塩手順の間、浸透圧と適用された圧力の比率が、前記脱塩手順を通して所定の最小値より上に維持されるように、徐々に増加する方法。
【請求項１７】
請求項１５に記述の逆浸透による塩水溶液の一連の閉回路脱塩のための方法であって、一定の反圧力は、前記一定の反圧力が各々の脱塩手順終了後放出される前記廃水溶液の前記浸透圧より上に、所定の最小比率で維持されるように前記脱塩手順を通して適用される方法。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の一連の閉回路脱塩のための方法であって、前記脱塩された水の前記容積、または、前記閉回路システムに加圧される前記新しい塩水溶液供給流の前記容積をモニタする前記モニタ手段は流量計手段である方法。
【請求項１９】
請求項１５から１７のいずれかに記述の逆浸透による塩水溶液の一連の閉回路脱塩のための方法であって、前記モニタ手段は濃度モニタ手段である方法。
【請求項２０】
１つまたはそれ以上の脱塩モジュールは前記回路と平行して連結される閉回路の逆浸透による塩水溶液の連続的な一連の閉回路脱塩のための方法であって、前記脱塩手順の各々の終了後、新しい供給流での前記閉回路の再装填を可能にし、上述の脱塩プロセスを停止させずに実行するため、新しい供給流によって充満状態にされ、加圧された前記単一容器と前記所望の回復レベルでの前記閉回路との結合；前記閉回路が脱塩される新しい塩水供給流によって再装填された後、前記閉回路からの前記単一の容器の分離、及び塩水廃水によって満たされる前記離脱した単一の容器の減圧、ほぼ大気圧で供給される新しい塩水溶液と前記前記単一の容器における前記塩水廃水との置換、新しい供給流の再装填がほぼ完了した後、前記単一の容器の封止、および、前記閉回路との次の結合の準備を整えるための前記単一の容器の圧縮；のステップからなる方法。
【公表番号】特表２００７−５０２７０２（Ｐ２００７−５０２７０２Ａ）
【公表日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２３７４６（Ｐ２００６−５２３７４６）
【出願日】平成１６年８月１６日（２００４．８．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００７４８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１６８３０
【国際公開日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（５０６０２１３２９）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１６日（２００４．８．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００７４８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１６８３０
【国際公開日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（５０６０２１３２９）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]