JP2000513994A - 水を浄化する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 水を脱ガスし、超加熱し、即時に蒸気が生じる真空チャンバ（２０）内に流入させるためのコンピュータ監視・制御システム。蒸気は、冷却ブライン向流装置（３０）内で凝縮させられ、紫外光源を含有している集水タンク（３１）内に貯蔵され、新鮮さ及び味を損なうものが含まれていないことを保証するためにブースタポンプ（３２）によってミネラル補給カラム（３３）及び炭素フィルタを通過させられてユースポイントへ流出させられる。

Description

【発明の詳細な説明】 水を浄化する装置及び方法 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、家庭、レストラン、ホテル、陸軍、海軍及び野戦部隊のような全て のユースポイント（point of use）で連続的かつ完全に水を精製するため、並び にユースポイントで海水から塩分を除去するために設計されたユースポイント水 精製装置に関する。本装置は水からあらゆる化学薬品類及びあらゆる微生物類を 除去し、その水に重要な基本ミネラル類を補給する。 ２．発明の一般的背景 消費するため、料理に使用するため、さらに衛生を維持するための純水は全人 類にとって必要である。ところが水の純度及び安全性は世界的に悪化しつつある 。米国内及び外国の主要都市の水道水はもはや安全ではない。水道水は、、微生 物類、化学薬品類、重金属類、さらに多くの場合に地下水や老朽化して破損した 給水システム内に侵入する下水によっても汚染されている。だが都市の水処理シ ステムの改善は余り有用ではない。さらに給水システムが老朽化して漏れやすく なっており、一部の場合には鉛管継ぎ手によって汚染されているために、給水シ ステムに沿って行われるインライン濾過及び処理も又 余り有益ではない。我々が生活している都市のための純水は、早急には解決され ないであろう大きな挑戦課題である。このために、家庭内で使用される全ての水 に対するユースポイント水精製を即時の解決策とすることが絶対的に必要である 。 発明の概要 従って、本発明の目的は、全ての住宅、アパート、レストラン又はその他の施 設のためのあらゆる水を微生物を含まない、化学薬品を含まない、塩化物を含ま ない、美味しい味のする、軟質の、ミネラルが補給された水に転換できる水処理 システムをユースポイントで提供する機能を遂行する装置を提供することである 。 本発明のもう１つの目的は、最高エネルギーを保存するためにシステムの冷却 ユニット（凝縮器側）からエネルギーを取り出す熱交換器を通して給水が予熱さ れる水精製システムを提供することである。 本発明のもう１つの目的は、給水から脱ガスするための水薄層遠心真空室を提 供することである。 本発明のさらにもう１つの目的は、独特のほとんど知られていない脱ガス水の 物理的特性を利用することである。純水は、溶存ガスを含んでいない場合には、 沸騰させずに１００℃以上（１８０℃まで）へ加熱できるが、それ以上加熱する と、爆発に似た激しさで沸騰が発生する可能性がある。この蒸気の１００℃での 体積は１００ ℃の水の体積の１，７００倍以上である。 本発明のさらに別の目的は、一連の３個のインラインバルブによって脱ガス室 を分離することである。これらのバルブは電子式で、内臓コンピュータ制御装置 によって制御される。 本発明のもう１つの目的は、加圧下で脱ガス給水を２６０°Ｆへ加熱し、これ を３５０°Ｆに加熱された真空室内に噴霧し、ここで水が爆発性の方法でフラッ シュ気化するので、それによってチャンバから凝縮器内へ流出させるために圧力 及び気化を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、気化加圧蒸気を周囲温度で化学的かつ微生物学的 純水に凝縮させるための塩水冷却対流熱交換器を２０°Ｆで提供することである 。 本発明のさらにもう１つの目的は、微生物を含まない水の状態を維持するため に紫外光源を含有しており、さらに内臓マイクロプロセッサを通してシステム作 動を調節するための高水位及び低水位センサを備えている集水タンクを提供する ことである。 本発明のさらにもう１つの目的は、インライン圧力センサを通してシステム全 体の目標圧及び流量を生じさせるブースタ（増圧）ポンプを提供することである 。この圧力及び流量は、必要ならより小さいインラインポンプを使用することに よって増加するであろう。 本発明のさらにもう１つの目的は、本発明の水が集水タンクから流出するにつ れて水の良好な味及び新鮮さを 保証するためにコロイド鉱物カラム（微量ミネラル類を補充するため）及び最後 に炭素カラムを通過させることである。 本発明の追加の目的は、予熱熱交換器及び加熱真空室においてジャケットを通 って循環させられる電子的に（又は他のエネルギー源によって）加熱される植物 油を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、対流凝縮室の塩水を冷却し、さらにプレヒータの ための熱を提供するための電気冷却ユニットを提供することである。 本発明の追加の目的は、システムを清潔に維持するために飲料水を分解するス ケールを含有しているシステムの各部のための逆洗能力を提供することである。 この逆洗はコンピュータプロセッサによって時間が定められ、順序付けされるで あろう。 本発明のもう１つの目的は、４基の脱ガス遠心真空室と４基の加熱真空気化室 を提供することであるが、それらは温度、圧力及び真空の観点から装置が作動可 能であることをセンサが指示しているときにそれら各々がバッチプロセスとして 作動し、コンピュータ制御装置によって順序付けされる。 本発明の追加の目的及び長所は、下記の説明に記載されているか、その説明か ら明白になるか、又は本発明の実践によって習得されるであろう。本発明の目的 及び長所は、特に添付のクレームに指示されている装置及び方 法によって入手されるであろう。 本明細書に具体的に示され、広汎に説明されている本発明の原理によると、家 庭、レストラン、ホテル及び陸軍の野戦部隊のようなあらゆるユースポイントで 水を継続的かつ完全に精製する、並びにユースポイントで海水から塩分を除去す るユースポイント水精製装置が明らかになる。本装置は、水からあらゆる化学薬 品類を取り除き、あらゆる微生物を死滅させ、さらにその水に重要な基本ミネラ ル類を補給するであろう。本装置は、水を脱ガスし、超加熱し、さらに即時に蒸 気が発生する真空室内に爆発性に流入させるためのコンピュータ監視制御システ ムを含んでいる。蒸気は塩水対流冷却装置内で凝縮させられ、紫外光源を含有し ている集水タンクで貯蔵され、新鮮さ及び味を損なうものが含まれていないこと を保証するためにブースタポンプによってミネラル補給カラム及び炭素フィルタ を通って流れた後にユースポイントへ流出させられる。 これらの様々なコンポーネント類をコンパクトなパッケージにまとめて保持す るために格納手段が用意されている。装置全体が一連のセンサ類、ドライバ類及 びコンピュータプロセッサによって監視かつ制御される。 好ましくは、格納手段及び全てのコンポーネント類は、据付けが容易で単純に 作動させることができるように、コンパクトに被覆かつ包装されていなければな らない。本装置は屋内又は屋外のどちらに置かれても良い。 本明細書に組み込まれていてその一部を構成している添付の図面は、本発明の 現在好ましい実施態様を図示しており、本発明の原理を説明するために役立つ。 図面の簡単な説明 本発明の性質、目的及び長所をさらに詳細に理解するためには、下記の詳細な 説明を参照し、下記の図面を結び付けて読まなければならないが、下記の図面に おいては類似の参照数字は類似の素子を示している。 図１は、様々なコンポーネント類並びに作動機序に関する指示が含まれている 、装置全体の包括的な略図である。 図２は、水導管の内側に収容されているガス導管とともに対流方向の高温のガ ス及び冷温の取水の流れを示している、冷却ユニットの凝縮器からの水を予熱す る取水プレヒータ装置の詳細図である。 図３は、脱ガス遠心真空室の詳細図である。バッチ原理で作動し、コンピュー タによって順序付けされる４基のそうしたチャンバの１つである。 図４は、脱ガス水の温度を加圧下で２６０°Ｆへ上昇させる対流熱交換器の詳 細図である。 図５は、熱源及び調節バルブ機構を備えた本発明の加熱真空膨脹室の詳細図で ある。 図６は、蒸気蒸留物を冷却するための塩水対流熱交換器の詳細図である。 図７は、水位センサ及び紫外光処理タンクを備えた周囲温度集水タンクの詳細 図である。 図８は、フィルタタンクの詳細図である：１）ミネラル補給カラム、２）炭素 フィルタカラム。 好ましい実施形態の詳細な説明 図面には、本発明の現在のところ好ましい実施形態が描かれているが、これら の詳細については言及しない。図面を通して、同様の要素には同様の参照符号が 用いられている。 図１から８までに、本発明による水の浄化及び調整装置が記載されている。図 １は、本発明によるシステム全体の一般的な概要を示している。源からの未精製 水は、導管１を介してシステム内に入る。図２において、未精製水は対流熱交換 器２に流れ込む。対流熱交換器２において、水は予熱され、コンプレッサからの ガスは冷却される。水は、導管１を介して熱交換器２に入る。加熱された冷却剤 は、導管２ａを介して熱交換器に入いる。導管２ａは、導管２ｂの内側において システムを横切っている。全ての導管は、取り付け手段２ｃによって保持されて いる。このシステムでは、流れが対対流となっており、もっとも迅速な熱交換器 を実現可能としている。送り込まれた水は、次にマニフォールド１５に入り、導 管１６を介して図３の脱ガス処理ポット１１に分配され、バルブ１０によって制 御される。バルブ１０は、コンピュー タ３８によって調整されている。４つの脱ガス処理ポットは、遠心的に動作され る内部ポット１１ｉを有する。内部ポット１１ｉは、約４リッターの大きさであ る。遠心動作は、ポット１１ｈの底にある小さな高速モータ１１ｈによって駆動 される。外側容器、流入バルブ１０、流出バルブ１４、及び真空バルブ(vacuum valve)１２がある。水は、遠心室に流入し、そこで、１０−２０秒の間、回転真 空ポンプ(circular vacuum pump)９により１８−２０インチの真空に抑制され、 ３−５０００RPMで回転される。次に、装置は停止され、また、真空バルブが閉 じられ、水がマニフォールド４０に排出される。４つの脱ガス処理室は、常に一 つが満たされており、一つが空になっており、他の二つが回転又は減圧されてい るように、コンピュータにより順に制御される。脱ガス処理の作動の詳細は以下 の通りである。予熱され送り込まれた水は、脱ガス処理室に導管１６、バルブ１ ０を介して入り、遠心室１１ｉに隔壁１１ｊの開口部１１kを介して入る。水は 、ロータリーウォータジェット１１ｄにより遠心室１１ｉの壁に吹き付けられる 。遠心室１１ｉは、モータ１１ｈにより３−５０００RPMで回転され、その間、 導管１７を介して真空が維持される。真空は、隔壁１１j及び１１ｂにより水か ら保護される。真空ポート１１ｃは、隔壁１１ｂの上方にある。順に、真空が与 えられ、遠心速度(centrifugal speed)が最大となり、そして水が遠心室１１ｉ の壁の上に導入される。真空が解除され、脱ガス処 理がなされた水が導管１３及びバルブ１４を介して出ていく。 脱ガス処理がされた水は、次に対流熱交換機２５に入り、そこで２６０度F（ １２７℃）に加熱される。図４において、２６０度F（１２７℃）の植物油が導 管２５ｂを介して熱交換機２５に入る。脱ガス処理された水は、導管４０を介し て入る。加熱された脱ガス処理水は、対流熱交換機で熱を受け取った後、導管２ ６を出る。油は、再加熱されるために、導管２５ａを介して出て行く。断熱部４ ３は、加熱された油の導管を覆っている。水は、次に導管２６に流入し、（３６ ０度F（１８２℃）に）加熱された真空膨張室にバルブ２７を介して注入される 。図５は、加熱された真空膨張室２０を現している。２５０度F（１２１℃）、 圧力１０ＰＳＩの脱ガス処理水が、バルブ２７及び（隔壁２０ｃを通過する）導 管２８を介して、また、放出ポート２０ｂを介して真空膨張室の壁へと注入され る。真空膨張室の内壁の温度は、３５０度F（１７７℃）である。注入に先立ち 、導管２３を介して真空引きがなされる。導管２３は、隔壁２０ｄにより保護さ れている。真空は、バルブ２４、２１及び２７により閉じ込められる。バルブ２ ７は、水を注入するために開く。次にバルブ２７を閉じ、バルブ２１を開き、蒸 気が開口部２２を介して出て行くのを許容する。次に、真空膨張室は再利用され る。水は直ちに蒸発し、蒸気は、全ての残留物を残しながら、バルブ２１及び導 管２２を介 して対流塩水冷却装置３０へと排出される。図６は、蒸留液を冷却するための塩 水対流熱交換器を現している。蒸気は、導管２２を介して対流熱交換器に入る。 冷却された海水（２０度Ｆ（−６．７℃））は、導管３０ｂを介して反対方向か ら入る。凝縮された冷たい純水は、導管３０ａを介して排出され、熱をもった塩 水は、冷却装置に戻すために導管３０ｃを介して排出される。冷却された塩水用 の導管は、覆い８によって断熱されている。無菌水は、次に保持タンク３１に排 出される。図７は、浄化された水のための保持タンク３１を現している。純水は 導管３１ｂを介してそのタンクに入る。高さセンサ３９及び３９ａがシステムの 作動を制御する。ＵＶチューブ３１ａが純水の無菌タンクを維持する。次に水は ポンブ３２によりフィルタ層へ送られる。水位センサ３９は、システムの種々の 活動領域を制御するコンピュータにデータを送る。タンクは、ＵＶ殺菌ランプを 有し、無菌水の維持を保証する。次に水は、ポンプ３２により使用位置へ送られ る。図８は、本発明のフィルタ層を現している。フィルタ層は、導管手段、自動 バルブ手段、及び自動逆洗浄手段を備えたミネラル充填カラム(mineral repleti on column)及び活性炭フイルタ（activate charcoal filter)からなる。保持タ ンクからの純水は、導管３３ａを介してミネラル交換装置３３に入る。ミネラル 交換装置は、ミネラル所有コロイドからなる軽石としての多孔岩を保持するよう 注意深く計算されたミネラル成分が結合 された多孔岩を含んでいる。ミネラルコロイド混合物は、供給タンク３３ｂに保 持され、所定量だけカラム３３、導管３３ｇ及び導管３３ｄを循環するようにプ ログラムされている。循環後、全ての超過分は３３ｆに注入される。この溶液は 、システム全体の逆洗浄の要求に応じて、導管３３ｇを介して流れる。水は、導 管３３ａから自動逆洗浄システム、導管３５を介して、自動逆洗浄３４ａに流入 し、次に導管３４ｄを介してカーボンフィルタ層の底へ流れ、そして、導管３７ を介して消費位置へ流出する。 予熱器（熱交換器）２５は、熱源及びポンプ２９からの植物油によって加熱さ れる（２６０度Ｆ（１２７℃））。真空膨張室２０のための熱ジャケット(heat jacket)は、ポンプにより送り込まれた植物油を循環させ、また、導管４１を介 してマニフォールド４２に戻すことにより３５０度F（１７７℃）に維持されて いる。導管４３、４１及び４２は、（流入及び流出がともにある）二重の導管で ある。 この装置のデザインでは、４つの平行なバッチ段階があるので、水の流れは、 システムをとおる流れから検出可能な相違を有さない。 自動逆洗浄は、コンピュータにより制御されており、タンク３１内の水に従い 、不使用時に行われる。 下記の表は、明細書及び添付図面で使用された部分番号及び部分記載のリスト である。 ここで教示された発明の概念の範囲内で多数の様々な 相違する実施態様を実現することができ、さらに法律の記述規定に従って本書に 記載された実施態様に多数の変更を加えることもできるので、本書に記載された 詳細は例示的なものであって限定的意図はないと解釈すべきであると理解されな ければならない。 発明の請求の範囲は次の通りである：

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）多量の脱ガス処理粋を供給し、 ｂ）前記脱ガス処理水を少なくとも１２７℃に加熱し、 ｃ）少なくとも１７７℃に過熱するために前記脱ガス処理水を真空室に注入し、 ｄ）前記脱ガス処理水に爆発的に気化させ、対流冷却器内で急速に蒸着及び凝縮 させる 段階を含む浄化方法。 ２．さらに、前記凝縮した水を保持タンクに排出する段階を含む請求項１に記載 の方法。 ３．さらに、微量ミネラルを補充すること及び残っている全ての異常な味を取り 除くことのために、ポンプで前記水をミネラルカラム及びカーボンカラムの中を 通す段階を含む請求項１に記載の方法。 ４．さらに、対流熱交換器に流入水ラインを取り付け、冷却装置内で流入した水 を予熱し、高温側のガスを冷却する段階を含む請求項１に記載の方法。 ５．前記熱交換器は、ガス用導管内に配置された第一対流導管をさらに含む請求 項４に記載の方法。 ６．前記対流熱交換器に流入する水は、排出される前記ガスと等しい温度であり 、排出される前記水は、流入する前記ガスと等しい温度である請求項４に記載の 方法。 ７．さらに緊急時にシステムを維持又は水を遮断するために、システム内への流 入水の出入りを制御するための電子式制御バルブを提供するステップを含んでい る請求 項１に記載の方法。 ８．処理水がマニホールド及び２個の電子式バルブを閉鎖する電子式バルブシス テムを通して遠心真空室の帯域に流入し、２つの電子式バルブを閉じ、さらに遠 心力が水の薄層及び真空を形成するとともに遠心力が供給された水からの溶解ガ スの除去する請求項１に記載の方法。 ９．ａ）脱ガス処理水を少なくとも１２７℃に加熱する手段と、 ｂ）過熱された水を収容し、爆発的に前記水を蒸発させる加熱真空室と、 ｃ）消費するために水を凝縮させ、冷却する手段と を含むユースポイント水浄化システム。 １０．前記水が対流冷却装置内で凝縮される請求項９に記載の装置。 １１．さらに微量ミネラル類を補給し、凝縮水から残留するあらゆる雑味を除去 するためのミネラルカラム及び炭素カラムを含んでいる請求項９に記載のシステ ム。 １２．流入する水を予熱し、冷却装置内で高温側ガスを冷却するために対流熱交 換器へ流入水ラインが取り付けられている格納手段を含んでいる請求項９に記載 のシステム。 １３．ａ）脱ガス処理水を少なくとも１２７℃へ加熱するための手段と、 ｂ）加熱された水を収容し、爆発的に蒸発させる加熱真空室と ｃ）消費するために水を凝縮させ、冷却する手段と、 ｄ）消費される前に、水に微量ミネラル類を補充する手段と を含むユースポイント水浄化システム。 １４．ガス導管の内側に水導管を有する対流導管を含む熱交換器を備える請求項 １３に記載のシステム。 １５．対流熱交換器内に流れ込む流入水の温度が流出するガスの温度と同一であ り、流出する水の温度が流入するガスの温度と同一である請求項１３に記載のシ ステム。 １６．緊急時に水を維持又は遮断するために、システム内へ流入する水の出入り を制御する電子式制御バルブを含んでいる請求項１３に記載のシステム。 １７．凝縮させられ、冷却された水を収容するためのマニホールド及び電子式バ ルブシステムヘ接続された遠心真空室の帯域を備える請求項１３に記載のシステ ム。 １８．電気、ガス又は他のエネルギー源により加熱された植物油が内部のジャケ ットを通して循環する予熱熱交換器及び加熱真空室を備える請求項１３に記載の システム。 １９．対流凝縮室の塩水を冷却し、給水予熱熱交換器へ熱を提供するために使用 される電気冷却装置を備えている請求項１３に記載のシステム。 ２０．システムを清潔に維持するために飲料水を分解するスケールを含有してい るシステムの各部のための逆洗システムを備えており、前記逆洗がコンピュータ プロセ ッサによって時間が定められて順序付けられている請求項１３に記載のシステム 。 ２１． 装置が少なくとも４基の脱ガス遠心真空室と４基の加熱真空蒸発室を 備えており、温度、圧力又は真空の観点から装置が作動可能であることをセンサ が指示しているときにそれら各々がバッチプロセスとして作動し、コンピュータ 制御装置によって順序付けされる請求項１３に記載のシステム。