KR101492666B1 - 방사형 카운터플로우 유도성 탈염 - Google Patents

방사형 카운터플로우 유도성 탈염 Download PDF

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Abstract

동시에 발생되는 소스-싱크 플로우, 또는 방사형 카운터 플로우는, 케이싱의 내부에 배치된 원심 펌프에 의해 구동된다. 방사 형상으로 외측을 향하는 브라인의 소스 플로우는 쉬라우딩 탱크의 내부로 이동하고, 방사 형상으로 내측을 향하는 맑은 물의 싱크 플로우가 상기 펌프에서 축 방향의 인출에 반대로 유동하는 동안에 농축한다. 축류 펌프는 싱크 플로우와 축방향의 인출을 구동시킨다.
수렴하는 싱크 플로우는 인덕터의 아래에서 축 배출 포트로 통과한다. 유도된 점성 및 유도성 척력은 싱크 플로우 내에서 브라인의 통과를 방해하고, 그로 인해 맑은 물은 축 배출 포트에 도달할 수 있다.
스케일을 형성하는 염류의 결정화는 인덕터로부터의 주울 열에 의해 촉진된다. 용매와 가스는 싱크 플로우에서 축 방향으로 지속적으로 인출되고, 결정화에 유리하다. 나트륨 염화물은 쉬라우딩 탱크 내에서 냉각되고 결정화된다. 다른 염류를 함유한 브라인은 처리를 위하여 알맞은 수단에 의해 탱크의 외측으로 유출한다. 그와 같은 브라인은 맑은 물, 결정화된 염분, 및 농축된 브라인으로 분리된다. 또한 오일도 브라인으로부터 분리된다.
금속 회수는 티컵 효과, 유도성 척력, 및 가벼운 고체들과 물로부터 금속을 분리하기 위한 원심 펌프의 그루브된 러너들을 이용하는 또 다른 적용이다.
무수히 많은 난류성 소용돌기 와류의 작은 원심 분리 효과는 원심 펌프와 축류 펌프의 강제적인 지배에 의해 완성된다. 모세관과 동맥 형상의 와류들을 따라 조직된 저압 기울기의 응집성 네트워크는 벌크 구멍을 제공하고, 그로 인하여 싱크 플로우는 소스 플로우를 통과하여 지나갈 수 있다. 원심 펌프에 역회전하는 임펠러를 구비한 실시예는, 축방향으로 인출하는 맑은 물과 가스의 싱크 플로우를 위한 방사형 와류들이 동맥과 같은 관을 제공한다.

Description

방사형 카운터플로우 유도성 탈염{Radial Counterflow Inductive Desalination}
본 발명은 필터 매체(filter media), 멤브레인(membrane)들, 이온 교환, 전기 투석(electrodialysis), 또는 증류(distillation)가 불필요한 원심 펌프(centrifugal pump), 유체 분리(fluid separation), 및 탈염(desalination)에 관한 것이다. 이것은 물리적 수처리(physical water treatment)에 의한 스케일 방지, 및 전자기력에 의해 촉진되는 연속적인 결정화와 오일-물-브라인(oil-water-brine)의 분리에 적합하다.
대략적으로 전 세계에 설비된 탈염 용량의 반은 역삼투(reverse osmosis) 플랜트에 속한다. 역삼투(RO) 탈염은 산출수(product water)로부터 브라인을 분리하는 멤브레인의 수단에 의해 수행된다. 브라인에 작용되는 고압은 저염도의 물을 멤브레인의 다른 측으로 투과시키도록 한다. 화학적인 확산은 역삼투 작용의 전통적인 설명이다.
상기 역삼투에 적용된 압력은 상기 브라인 내의 염류(salts)의 주어진 농도에 대한 삼투압(osmotic pressure)을 극복하기 위해 충분하다. 더 높은 염도는 더 높은 압력을 요구한다. 기수(Brackish water)의 역삼투압(reverse osmosis pressure)은 17과 27 bar(1 bar는 대기압의 1배인 105Pa 또는 105 N/m2이고, 영국 단위로는 14.7 lb/inch2) 사이에 있다. 해수 작동 압력(seawater operating pressure)은 52와 62 bar이고, 일반적으로 영국 단위에서는 약 1000psi이다. 탈염한 해수는 탈염한 기수보다 3 내지 5배가 더 비싸고, 탈염한 기수는 보통 도시의 음용수(drinking water) 처리보다 2배가 더 비싸다. 마시기 알맞은 물(potable water)을 위한 목표(target)는 500ppm(parts per million)보다 적은 총 용존 고형물질(total dissolved solids, TDS)이다.
역삼투의 단점은, (1) 압력을 작용시키기 위해 요구되는 에너지, (2) 멤브레인의 광범위한 전처리 업스트림(upstream)의 필요성, (3) 멤브레인 오염에 기인하는 비용과 비가동시간(downtime), 및 (4) 환경을 오염시키는 리젝트 브라인(reject brine)의 많은 스트림(voluminous stream)이다. 역삼투 리젝트 브라인은 미국 환경 보호국(US Environmental Protection Agency)에 의해 산업 폐기물로 분류된다. 역삼투를 이용하여 역삼투 리젝트 브라인(RO reject brine)를 탈수(dewatering)시키는 것은 극복해야만 하는 매우 높은 삼투압 때문에 매우 높은 압력이 요구되고 있으며, 그러므로 이러한 해결 방법(solution)은 엄청나게 비싼 비용이 든다. 상기 리젝트 브라인을 버리거나 또는 숨기는 것은 해결 방법이 아니다.
역삼투 리젝트 브라인의 많은 스트림에 의해 제기된 해결되지 않은 문제의 예는 미국의 가장 큰 역삼투 플랜트인 유마 탈염 플랜트(Yuma Desalting Plant)이다. 이 비싼 현대적인 설비는, 환경적으로 받아들일 수 없다고 증명된 역삼투 리젝트 브라인 스트림이 9,400 ppm으로 많이 나오기 때문에, 1993년에 6개월의 테스트 기간이 끝난 이래로 쓰이고 있지 않다. 최대 용량으로 작동되면, 하루에 약 390 밀리언(million) 리터(102.7 밀리언 갤런)로 웰톤 모호크 벨리(Wellton Mohawk Valley)로부터 염분이 있는 농업용수(saline agricultural drainage water)(TDS 2,900 ppm)의 공급을 가지고, 유마 탈염 플랜트는 하루 당 약 275 밀리언 리터(72.4 밀리언 갤런)의 탈염수(desalted water)를 생산할 수 있었다.
상기 유마 리젝트 브라인 스트림(TDS 9,400 ppm)은 하루 당 위압적인 117 밀리언 리터, 또는 117,000 m3이다. 비록 상기 폐 브라인(waste brine)이 비교적 낮은 염도일지라도, 상기 폐 브라인이 버려진 장소는 시간이 지남에 따라 상기 염류가 쌓이고, 지역 동물군을 중독시키며 물새를 이주시키는 부패한 트랩(trap)을 생성한다. 이러한 예시로부터 역삼투 리젝트 브라인의 농축은 탈염의 기술 분야에서 중요한 미해결 과제임이 명백하고 인류가 물의 공급을 늘리기 위해 노력함에 따라 환경 보호에 관한 결정적인 요구임이 명백하다.
해수 염분은 대략 35,000 ppm이다. 대부분의 염류는 나트륨 염화물(sodium chloride)이지만, 칼슘 탄산염(calcium carbonate)과 황산염 염류(sulfate salts)도 높은 농도로 존재하고, 이러한 다른 염류는 증류를 어렵게 만드는 열교환기 표면의 절연 껍질인 스케일을 발생한다. 이와 같이 스케일을 생성하는 염류는 역삼투 멤브레인(reverse osmosis membrane)도 막고, 그래서 필수 단계가 상기 멤브레인의 상류에서 상기 브라인을 전처리하는 것이다.
다양한 물리적 수처리 장치(water treatment device)들과 공정은 주입수(feedwater) 내의 이온에 로렌츠 힘(Lorentz force)을 발생시키기 위하여 유속(flow velocity)과 함께 전자기력(electromagnetic force)을 이용한다. 난류는 이온이 뒤섞기 때문에, 층류가 좋다고 생각된다. 하지만, 로렌츠 힘은 유속에 비례하고 층류는 느려야만 하므로, 이 분야의 종래 기술은 중대한 한계를 갖는다.
해수로부터 획득한 음용수(potable water)는 유마 리젝트 브라인(TDS 9,700)보다 역삼투에 관해 더욱 더 매력적이다. 에너지 요구량은 높은 압력의 요구에 기인하여 매우 크다. 해수의 역삼투 탈염은 단지 50%의 전형적인 회수율을 가지고, 그로 인해 리젝트 브라인은 대략 70,000 ppm 또는 7%의 염분을 가져야만 하며, 음용수의 스트림만큼의 많은 스트림이 생산될 것이다. 이와 같은 고농도 산업 폐기물의 많은 스트림을 내다 버리는 것은 물 요구(water need)가 급증하는 세계에서 장기간의 옵션이 아니다. 해양에 버려진 고염도 플럼(plume)은 어느 누구도 지역적 사해(local Dead Sea)를 원치 않기 때문에 환경을 파괴하지 않는 해결 방법은 아니다. 해양의 내부 또는 지하에 상기 폐 스트림(waste stream)을 숨기기 위한 다양한 제안은 이송 문제를 가지고 있고, 그리고 진정한 해결 방법은 아니다.
단지 리젝트 브라인의 체적을 줄이기 위해 알려진 탈수 방법은 증발 폰드(evaporation pond)이며, 그것은 가치 있는 공간을 요구하고 제조 설비 주변의 환경을 파괴한다. 증발 폰드는 물새를 이주시키는 유독한 트랩이다. 산업 폐기물 매립지, 심지어 임시 매립지도 역삼투로부터 리젝트 브라인의 미해결 문제에 대한 해결 방법을 만족시키지 못한다.
또 다른 환경 파괴의 주된 이유는 오일과 천연 가스의 분출구이고, 그것은 매년 브라인의 20 내지 30 빌리언(billion) 배럴을 산출한다. 이 물은 몇 천에서부터 463,000 ppm까지 염도 범위를 갖는다. 체적은 미국에서 발생된 모든 액체성 유해 폐기물(iquid hazardous waste) 전체의 70배이다. 이 브라인의 대략 95%는 적어도 책임이 있는 경영자에 의해 재주입되나, 증발 폰드 내에 버려지게 되는 막대한 스트림은 아직도 남아있다. 오일과 가스의 분출구로부터 산출된 브라인을 농축시키기 위한 증발 폰드보다 더 나은 방법에 관한 요구가 존재한다. 또한 요구는 전자기적인 오일-브라인 분리 수단에 관해 존재한다.
케이싱(casing) 내의 방사형 카운터플로우(radial counterflow)는 원심 펌프와 축류 펌프에 의해 발생된다. 상기 원심 펌프는 브라인을 방사 방향 외측으로 유동시키고, 축류 펌프의 석션(suction)과 함께 배압(back pressure)은 맑은 물(fresh water)을 축방향의 인출을 위해 방사 방향 내측으로 유동시킨다. 배플(baffle)은 방사형 외측 소스 플로우(radially outward source flow)와 상기 방사형 내측 싱크 플로우(radially inward sink flow)를 분리한다. 소스 플로우는 발산하고, 싱크 플로우는 수렴한다. 싱크 플로우는 케이싱과 회전 배플, 또는 케이싱과 전단 배플 사이에 있다.
인덕터(inductor)는 케이싱으로부터 멀어지는 방향으로 브라인을 이류(advect)시키고 배플에 대향되는 경계층(boundary layer) 내부로 브라인를 이류시키도록 벽면 법선력(wall-normal force)을 발생한다. 브라인에 발생된 점성은 싱크 플로우를 방해하나, 맑은 물은 미끄러져 통과한다. 상기 배플 상의 러너(runner)들은 축방향의 배출로부터 멀어지는 방향으로 브라인을 유동시킨다. 축 배출 포트(axial exhaust port)를 통해 유출되는 것은 감소된 염도의 물이다. 상기 원심 펌프 둘레의 쉬라우딩 탱크(shrouding tank)에 농축되는 것은 농축된 브라인이다. 가스와 용매의 교반과 연속적인 축방향의 배출(continuous axial extraction)은 결정화를 촉진한다.
높은 전단(shear)은 상기 브라인 내에서 난류성 와류(turbulent vortex)들을 생성하고, 크거나 작은 각각의 와류는 원심 분리를 수행한다. 맑은 물은 상기 와류의 축에 농축시키고, 농축된 고체들은 와류 둘레에 있는 쉘(shell)에서 함께 연삭시킨다. 축류 펌프의 배압과 석션은 벌크(bulk)를 통해 싱크 플로우 내에서 와류 축을 따라 맑은 물을 유동시킨다. 인덕터는 수렴하는 싱크 플로우로부터 와류의 전도성 있는 쉘들을 뽑아낸다. 난류성 와류들의 미세한 분리 효과들은 원심 펌프, 축류 펌프, 및 인덕터의 강제 관리(forcing regime)에 의해 집중된다.
삼투압은 난류성 와류들의 축들을 따라 수렴되는 흐름에 의해 극복하고, 축 석션과 배압에 의해 작동된다. 난류(turbulence)는, 그것을 조직하는 구동력(driving force)들과 함께, 맑은 물이 축방향의 배출에 수렴하는 것을 허가하는 유효한 구멍(effective porosity)을 벌크에 제공하고, 그 동안에 브라인은 전도도 및 밀도에 의해 제거된다.
용매(맑은 물)의 축방향의 배출은 쉬라우딩 탱크 내에 수집한 브라인을 과포화시킨다. 상기 인덕터로부터의 줄열(Joule heating), 교반, 농축, 및 결정화 동안에 용매와 가스의 연속적인 축방향의 배출은 칼슘 탄산염(calcium carbonate)과 황산염 스케일(sulfate scale)의 핵생성 및 추가적인 결정화에 대한 좋은 조건을 제공한다. 상기 탱크 벽면의 냉각 수단은 나트륨 염화물(sodium chloride)의 결정화를 돕는다. 다른 염류들의 농축된 브라인 스트림은 상기 탱크로부터 흘러나온다.
핏 워터(pit water), 슬러리, 또는 산업용 폐수로부터의 금속 회수는 상기와 동일한 장치 내에서 수행된다. 원심 펌프 내의 그루브(groove)가 형성된 러너(runner)는 금속 입자들을 잡고, 인덕터의 척력(repulsive force)은 케이싱 내에서 싱크 플로우 내측에서부터 상기 그루브들의 외측으로 상기 입자들을 유동시킨다. 가벼운 고체들과 오일들은 방사 방향 외측으로 진행하고, 금속은 상기 배플의 아래에서 축 방향으로 인출된다.
주입수는 역삼투 리젝트 브라인(reverse osmosis reject brine), 해수, 보일러수(boiler water), 산업용 폐수, 핏 워터, 슬러리, 또는 오일과 가스의 분출구로부터 산출된 브라인이 될 수 있다. 상기 주입수의 전처리는 불필요하고, 고염도는 문제가 되지 않는다. 분리와 결정화는 고출력 효율을 갖는 낮은 테크 장치(tech device)에서 지속적이다.
도 1은 양호한 실시예의 일부분의 개략적인 정면도를 나타낸다. 상기 장치는 축a-a에 대하여 대칭적이다. 상기 원심 펌프는 한 개의 임펠러를 포함한다.
도 2a는 양호한 실시예에서 상기 원심 펌프의 상세도이다.
도 2b는 임펠러 러너(impeller runner)의 일부분의 상세 단면도이다.
도 3은 방사형 카운터플로우가 생성하는 동안에 다양한 플로우들과 힘들을 표시한 케이싱 내부의 공간의 일부분의 상세 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 양호한 실시예의 탱크를 나타낸다.
도 5는 바이파일러 팬케이크 코일(bifilar pancake coil), 인덕터의 양호한 실시예의 평면도이다.
도 6a는 원심 펌프가 두 개의 마주보는 역회전 원심 임펠러들을 구비한 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다.
도 6b는 다른 실시예를 위한 양호한 구동 수단 및 탱크를 나타낸다.
도 1은 탈염 및 브라인의 결정화와 농축을 위한 양호한 실시예의 일부분의 개략적인 정단면도를 나타낸다. 이 장치는 또한 브라인으로부터 금속 회수에 적합하다. 도 4는 표시된 것처럼 점선에 결합한다. 축 a-a에 대하여 대칭이며, 그로 인하여 도 1과 도 4에 나타낸 것과 동일한 것이 오른쪽의 누락 부분에 있다.
이 실시예는 더 단순하고 큰 씰(seal)들을 필요로 하지 않기 때문에, 역회전(counter-rotating) 원심 임펠러들을 포함하는 도 6에 도시된 다른 실시예보다 더 좋다. 본 발명을 실시하는 최선의 모드인 실시예는 특별한 적용에 요구되는 용량과 비용에 의존할 것이다. 단순함은 바람직하며, 도 1에 도시된 양호한 실시예는 본 발명을 가장 명확하게 설명한다.
단어로써 브라인(brine)은 가스들을 포함할 수 있는 액체들과 전도성 고체들의 혼합물로 의미된다. 브라인은 해수, 역삼투 작용으로부터 리젝트(reject)된 스트림, 오일과 가스의 분출구들로부터 산출된 물, 금속성 핏 워터, 슬러리, 산업용 폐수, 및 금속 표면처리 작업으로부터의 용매를 포함한다. 그것은 금이나 다른 금속들을 함유한 슬러리도 포함한다. 브라인이라는 용어는 일반적이고 총괄적인 것으로 의미되며, 나트륨 염화물의 용액으로 한정되지 않는다. 과포화된 용액들도 브라인이라는 용어에 포함된다.
브라인은 축 주입관(1)을 통해 주입 소스(3)로부터 축 주입 포트(2)를 통과하여 케이싱(21)의 내부로 유동하고, 그런 다음에 축 a-a로부터 방사 방향 외측으로 액체를 유동시키는 회전 가능한 원심 펌프(4)의 작동에 의해 축 a-a로부터 쉬라우딩 탱크(13)의 내부에 방사 방향 외측으로 유동한다. 소스 플로우(14)는 탱크의 내부을 향하는 화살표로 표시된다. 동시에, 탱크(13)로부터 방사 방향 외측으로 싱크 플로우(15)가 존재하며, 싱크 플로우(15)는 축 a-a를 향해 케이싱(21)의 내부에서 수렴한다. 싱크 플로우는 축류 펌프(11)의 석션 및 탱크 내부의 유동으로부터 배압에 의해 발생된다. 상기와 같이 동시에 일어나는 소스-싱크 플로우는 방사형 카운터플로우(radial counterflow)로 언급될 것이다.
상기 케이싱은 해수 적용에 이용되는 다양한 플라스틱들과 같이 가능하다면 비전도성(non-conductive), 내식성(corrosion-resistant), 및 내구성(durable) 물질로 형성한다. 케이싱은 내부의 인덕터(20)와 브라인 사이에 유전체를 제공한다.
방사형 카운터플로우는 배플(5) 상측과 하측 양쪽에서 발생하고, 배플은 원심 펌프(4)의 부품이고 케이싱(21)의 내부에서 축 주입 포트(2)와 축 배출 포트(9) 사이에 배치된다. 배플은 양측에 러너(6)들을 포함하고, 러너들은 원심 펌프(4)가 회전함에 따라 축 a-a로부터 방사 방향 외측으로 유체를 유동시키는 것처럼 형성된다. 배플(5)은 축 주입 포트(2)를 통해 전달되는 유동에 대하여 거의 직각을 이룬다. 축 배출 포트(9)가 있는 배플(5)과 케이싱(21)의 일부분 사이에는 싱크 플로우를 위한 통로(19)가 있다. 회전하는 배플(5)과 정지 상태의 케이싱(21) 사이의 전단은 싱크 플로우를 위한 통로(19)의 내부에 난류(24)를 발생한다. 싱크 플로우를 위한 통로(19)의 내부에서 배플(5)의 상측에는, 방사형 카운터플로우가 맑은 물의 싱크 플로우와 가스(26) 및 브라인(25)의 소스 플로우로 형성된다. 배플의 하측에는, 방사형 플로우가 주입 브라인(14)의 소스 플로우 및 금속을 함유한 고체(22)의 싱크 플로우로 형성된다. 플로우들의 더욱 상세한 설명을 위하여 도 3을 살펴보라.
싱크 플로우(15)는, 배플(5)의 상측에서 맑은 물로 형성되고, 배플의 하측에서 고체(22)들로 형성된다. 금속들을 함유한 고체들은, 축 주입관(1)을 통해 아래로 통과하고 고체 수집 탱크(8)로 나간다. 또한 고체들은 탱크(13) 내에 모아진다. 도 4를 살펴보라. 고체(22)의 싱크 플로우는 원심 펌프(4)의 아래 및 케이싱과 마주보는 경계층 내에서 발생하고, 티컵(teacup) 효과와 탱크(13)로부터 재순환하는 플로우에 의해 발생된다. 도 3을 살펴보라.
상기 통로(19) 내에서 축 배출 포트(9)에 수렴하는 싱크 플로우는, 높은 난류(24) 및 인덕터(20)로부터의 전자기장을 통과해야만 하고, 인덕터(20)는 이송되는 브라인과 같은 전도성 요소(conductive constituent)에 벽면력(wall-force)(27)을 발생한다. 이런 시련을 극복할 수 있는 액체는, 낮은 전도율을 가진 물, 즉 낮은 염분을 갖는 맑은 물일 것이다.
구동 스핀들(18)은 원심 펌프를 구동 수단(7)에 연결한다. 구동 수단은 전기 모터, 엔진, 풍차(windmill), 또는 구동 스핀들의 회전을 발생시키기 위한 다양한 다른 수단일 수 있다. 바람직하게는, 러너(6)들은 곡선 형상이고, 고압에 대항하여 액체를 유동시키기 위해 적합하다. 바람직하게는, 원심 펌프는 내구성, 내식성, 및 비전도성으로 구성된다. 그와 같은 재료는 펌프의 기술 분야에서 널리 알려져 있다.
인덕터(20)는 축 배출 포트(9) 주위 및 싱크 플로우를 위한 통로(19) 위에 배치된다. 인덕터는 전류 변형 수단(17)을 통하여 전류 소스(16)와 연결된다. 바람직하게는 인덕터 구동 주파수(inductor driving frequency)는 라디오 주파수 범위(radio frequency range) 내에 있다. 인덕터의 전도성 요소는 케이싱 내의 액체 및 상호 간으로부터 전기적으로 절연된다. 싱크 플로우를 위한 통로(19)의 내부에서 난류 내의 전도성 요소 상의 벽면 법선력(27)은 인덕터(20)의 전자기장을 발진시키는 것에 의해 발생된다. 단어로써 인덕터는 전도체 내에 전자기력을 발생시키는 임의의 장치로 의미된다. 인덕터라는 용어는 일반적인 의미이며, 영구 자석 및 교류 또는 직류 중 어느 하나를 인가한 코일을 포함한다. 인덕터의 세부 묘사에 관하여 도 5를 살펴보라. 인덕터의 양호한 실시예는 니콜라 테슬라에 의해 발명된 라디오 주파수 바이파일러 팬케이크 코일이다. 테슬라에 의한 U.S. Pat. No. 512,340(1894)을 살펴보라. 비록 코일은 이미 알려져 있지만, 탈염을 위한 그것의 적용은 새로운 것이다.
고체들은 물보다 밀도가 더 높고, 그로 인해 난류성 와류들의 내부에서 물로부터 원심 분리되므로, 난류성 와류들은 그들의 주변에 농축된 브라인의 쉘(shell)들을 형성한다. 난류성 소용돌이 와류 반경(r)은 매우 작고, 그로 인해 반경 가속도(a)는 와류 내의 구성물 상에 높으며, a=v2/r이기 때문에 밀도에 의한 분리가 발생한다. 본 발명은 난류 내에서 다시 섞이기 이전에 수많은 난류성 와류들의 작은 원심 분리 효과를 개발하기 위한 수단을 제공한다. 방사형 카운터플로우의 강제 관리(forcing regime)는 와류 중심을 통해 맑은 물의 응집성 싱크 플로우(coherent sink flow)로 모세관들처럼 난류성 소용돌이 와류들을 연결한다. 응집성은 맑은 브라인을 리젝트하는 동안 물에 대한 벌크 구멍(bulk porosity)을 창조한다. 브라인으로부터 맑은 물의 상기 방사형 카운터플로우 원심 분리의 효과에 추가되는 것은 인덕터의 분리 효과이다.
싱크 플로우를 위한 통로(19)의 내부에서 와류(24)의 원심 분리된 브라인 쉘(brine shell)은 높은 염분과 그로 인해 매우 전도성이 있으나, 그들의 맑은 물 코어(fresh water core)는 셀만큼 전도성을 가지고 있지 않다. 인덕터에 의해 발생되는 유도 기전력(induced emf)은, 싱크 플로우가 축 배출 포트(9)를 통해 빨려 들어감에 따라 로렌츠의 법칙에 의해 통로(19)로부터 방사 방향 외측으로 브라인 쉘을 밀어내고, 그로 인하여 브라인 쉘들은 싱크 플로우가 진행됨에 따라 맑은 물의 코어들로부터 마멸된다. 통로(19)를 따라 싱크 플로우 내에 남겨진 이송되는 브라인은 인덕터에 기인하는 벽면 법선력(27)에 의해 영향을 받으며, 배플(5)의 반대 방향으로 밀려 나가고, 배플이 회전됨에 따라 통로(19)의 외측을 향해 방사 형상으로 유동되는 것은 배플과 마주보는 경계층의 부분이 된다.
본 발명에 따른 캐스케이딩 장치(cascading device)들은 인덕터들이 없어도 원하는 순수한 것에 대한 분리를 증가시킬 수 있었다. 하지만, 인덕터의 추가는 싱글 장치에서 최소의 염분을 갖는 물을 산출하는 것에 관해 더 좋게 된다. 또한 인덕터(20)는 벌크의 주울 열을 통해 활성화 에너지를 공급함으로써 칼슘 탄산염과 황산염의 핵을 결정화시키는 것을 돕는다.
탱크(13)는 원심 펌프에 의해 방사 방향 외측으로 유동되는 브라인을 회수한다. 배압은 난류성 와류들에 의해 제공되는 싱크 플로우 관에 집중된다. 저압은 낮은 밀도에 기인하여 난류 와류들의 축에 고농축된 맑은 물이 소스 플로우를 통해 싱크 플로우 내부로 슬립(slip)되는 효과적인 구멍(effective porosity)을 벌크에 제공하는 약점들이 있다. 삼투압은 배압이 집중된 조직화된 난류에 의해 극복되고, 방사형 카운터플로우 내의 축류 펌프(11)의 석션에 의해 극복된다. 이것은 역삼투의 가압을 벌크에 집중하지 않는 맹목적인 힘(brute force)보다 다른 해결 방법이다.
케이싱의 중심에 있는 축 배출 포트(9)는 축 배출관(10)과 통해 있다. 비록 충분한 주입 압력 또는 원심 펌프 배압이 수집을 위해 축 배출 포트를 통해 맑은 물을 구동할 수 있더라도, 통로(19) 내에 와류 축을 연장하고 그것에 의해 와류들의 응집(coherence)을 향상시키기 위한 와도(vorticity)를 증가시키며 그 결과로 벌크 구멍은 버려지는 에너지 없이 싱크 플로우를 허가하기 때문에, 축류 펌프(11)의 추가는 더 좋다. 또한 축류 펌프(11) 탱크 내에 수집을 위해 프로세싱 파이프(processing pipe)들을 통과하기 위한 충분한 수두(head)를 인출된 맑은 물에 제공한다. 축류 펌프에 대한 넷 포지티브 석션 헤드(net positive suction head, NPSH)는 배압에 의해 제공된다. 본 발명에 따른 케이싱 내부의 원심펌프를 포함하는 많은 다른 펌프들은 캐스케이드(cascade)를 만드는 축류 펌프 대신에 사용될 수 있다. 저염도를 갖는 물, 경유, 가솔린과 같이 특별하게 낮은 중량의 탄화수소(hydrocarbon), 및 방출된 가스는 적절한 수단에 의해 축류 펌프를 지나 처리하는 방향으로 진행한다.
축 배출 포트(9)를 통한 물의 유출에 의해 과포화된 브라인은 원심 펌프 둘레에 배치된 쉬라우딩 탱크(13)의 내부에 수집한다. 탱크는 케이싱의 내부와 통해있으며, 원심 펌프에 의해 소스 플로우 내에 방사 방향 외측으로 유동되는 유체를 수용한다. 침전(precipitation) 또는 결정화로부터의 가스와 물을 포함하는 반응 산물들은 탱크로부터 싱크 플로우의 내부로 연속적으로 유출되고, 따라서 탱크의 내부에서 핵 생성과 추가적인 결정화가 유리하다. 탱크로부터 유출되는 것은 가스, 결정화된 염류, 고체, 및 농축된 브라인이다. 이것들은 스트림들로 분리되고, 적절한 수단에 의해 후처리를 용이하게 수행할 수 있다. 농축된 브라인을 위한 적절한 수단은 그것의 축 주입 포트를 통해 주입하는 것처럼 브라인을 사용하는 본 발명에 따른 다른 장치를 구비한다.
일반적으로 난류는 기계 에너지의 쓸모없는 저감으로써 생각되고, 끌어당기는 힘(drag force)을 환영하지 않고 성가심을 이외의 관심이 무가치한 이유이다. 원심 분리 효과들이 난류성 와류들의 내부에서 발생할 수 있는 어떤 것이라도 와류를 혼합시킴에 따라 빠르게 잃어버릴 수 있다. 본 발명은 난류성 와류들을 동맥 같은 싱크 플로우에 주입하는 모세관에 연결되도록 형성하고, 그래서 소용돌이의 내부에서 원심 분리 효과는 맑은 물의 싱크 플로우처럼 수집된다. 와류들의 응집성으로 분기된 네트워크(network)는 와류를 통해 싱크 플로우를 구동시키는 배압에 대항하는 다수의 저압 약점들을 제공함으로써 벌크에 효과적인 구멍을 제공한다.
높은 난류 내의 소용돌이들은 맑은 물과 가스와 같은 낮은 밀도의 파편들을 농축시키는 저압 기울기를 제공한다. 상기 저압 기울기는 축류 펌프(11)의 석션에 의해 야기되는 축 배출관(10) 내의 저압과 완만하게 통한다. 난류성 소용돌이들은 싱크 플로우 모세관이다. 싱크 플로우(15)는 축류 펌프(11)의 석션에 의해 강제되고, 쉬라우딩 탱크(13)로부터 배압에 의해 강제된다.
브레인은 소용돌이 와류축으로부터 멀어짐에 따라 농도가 높아지고, 그로 인하여 와류의 외측 둘레는 매우 전도성이 높으나, 그 중심은 그렇지 않다. 원심 분리 및 인덕터(20)에 의한 척력은 싱크 플로우를 위한 통로(19)로부터 멀어지고 회전하는 배플(5)에 마주보는 경계층(28)의 내부로 용해된 고체들을 구동시킨다. 싱크 플로우는 축 배출 포트(9)에 수렴하고, 그것은 배플(5)와 케이싱(21) 사이의 공간 외측으로 브라인의 유동, 원심 분리, 및 척력에 의해 점차적으로 염분이 제거된다. 도 3을 살펴보라.
각각의 소용돌이 외측 둘레에는 원심 분리된 농출물이 있고, 소용돌기들의 근접 부분은 정전기적 척력을 극복한 이온의 높은 확률로 창조한 것이 함께 연삭하고, 결정으로 응집하여 물 분자의 외피의 차폐 효과가 있다. 농도과 연삭하는 소용돌이는 핵 생성과 추가적인 결정화에 관한 더 나은 조건을 제공한다. 물과 가스와 같은 반응 생성물들은 결정들과 브라인보다 밀도가 작기 때문에, 와류 축의 내부에 빠져 들어간다. 농축된 브라인과 핵 생성된 결정들은 반응 생산물들이 연속적으로 인출됨에 따라 소용돌이의 외측 둘레에서 높은 난류도로 연삭한다. 과포화 상태의 높은 교반은 원심 펌프 주위에 배치된 쉬라우딩 탱크(13) 내에 발생하고, 물이 싱크 플로우 내에서 연속적으로 인출됨에 따라 더 많은 브라인의 혼합물이 연속적으로 수집한다. 탱크 내부에서 용해된 고체의 농도는 나트륨 염화물과 다른 결정들이 외부로 침전되는 지점에 도달한다. 농축된 브라인은 다른 염류들을 찾기 위한 알맞은 수단에 의해 처리하기 위해 인출된다. 칼슘 탄산염과 염류로 형성된 다른 스케일은 인덕터에 의한 주울 열 및 맑은 물과 가스의 연속된 축 방향의 인출에 의해 과포화에 기인하여 침전한다.
축류 펌프(11)는 싱크 플로우 통로(19)와 축 배출 포트(9)를 통해 방사 방향 내측으로 맑은 물을 끌어오고, 그로 인해 난류성 와류들의 축을 연장한다. 연장한 와류축은 와도가 증가하고, 벌크 구멍을 유지하는 모세관 네트워크의 응집성을 유지시킨다.
유력한 에너지는 양호한 실시예의 인덕터(20)인 바이파일러 팬케이크 코일의 전기장과 자기장 사이에서 진동하고, 도 5에 더 상세하게 도시되였다. 브라인은 반도체 범위 내에 전도성을 가지고, 음용수보다 100배 더 전도력이 있으며, 그로 인해 인덕터(20)의 효과는 축 배출 포트(9)로부터 브라인을 막게 될 것이며, 그 동안에 저염도 또는 맑은 물이 케이싱과 배플 사이에 싱크 플로우를 위한 통로(19)를 통과할 것이다. 이 분리 효과는 차별적인 벽면 법선력 및 차별적으로 발생된 점성인 두 개의 메커니즘(mechanism)에 기인한다. 양자는 브라인과 맑은 물 사이의 전도율 차이에 때문이다.
인덕터(20)로부터의 교류 자기장은 브라인에 소용돌기 흐름을 유발한다. 렌쯔의 법치에 따라 소용돌이 흐름 루프(eddy current loop)와 같은 전도체들은 흐름이 유발되는 원인인 인덕터(20)로부터 반발된다. 싱크 플로우를 위한 통로(19) 내에서 운반된 브라인은 케이싱의 벽면으로부터 멀어지는 방향으로 벽면 법선력(27)에 의해 반발된다. 빈약한 전도체인 맑은 물, 오일, 유전체(dielectric)는 반발되지 않는다. 더 높은 주파수는 더 높은 반발 효과를 발생할 수 있으며, 그로 인해 페러데이(Faraday's law)의 법칙에 따라 브라인과 맑은 물 및 오일의 분리를 더 높일 수 있다. 그러므로 싱크 플로우에서 이송되는 브라인은 인덕터(20)로부터 멀어지고 배플(5) 상측의 경계층 내에서 꼬이며, 브라인은 축 배출 포트(9)로부터 멀어짐에 따라 원심 펌프에 의해 방사 방향 외측으로 유동된다. 따라서 임의의 이송되는 브라인은 축 배출 포트(9)에서 방사 방향 내측으로 수렴하는 싱크 플로우로부터 분기되기 위하여 난류 수단과 결합되는 전자기적 수단에 의해 발생된다. 도 3은 더 상세하게 벽면 법선 효과를 도시한다.
난류성 와류 내의 와류는 이송되는 브라인에 작용되는 벽면 법선력(27)을 확대시키기 위하여 도와준다. 와류 내에서 인덕터로부터 멀어지는 유동은 브라인이 가속될 수 있고, 인덕터 상측을 향한 유동은 브라인이 감속될 수 있다. 맑은 물은 인덕터에 의해 가속 또는 감속 없이 그것의 와류 플로우(24)를 지속할 수 있다. 많은 와류 순환에 대한 순수한 효과는 브라인이 배플의 상부에 경계층에 수집될 수 있는 것이고, 브라인은 배플의 러너들에 의해 축 배출 포트로부터 멀어지는 방향으로 유동된다.
브라인의 와류들은 비전도성의 맑은 물의 중심을 가지는 솔레노이드(solenoid)의 전도체들이다. 솔레노이드의 인덕터는 배플과 케이싱 사이에 싱크 플로우에 관한 통로(19)로부터 로렌츠의 법칙에 의해 그것을 방출시키기 위한 원인이다. 브라인 쉘의 상기 유도성 방출에 의해 전도성의 브라인 쉘이 마멸된 맑은 물은, 와류축을 따라 싱크 플로우를 지속한다.
벽면 법선력(27)의 다른 원인은 브라인 내의 이온에 작용되는 로렌츠의 힘이다. 본 발명의 이점은 난류가 로렌츠의 힘에 의해 물리적 수처리에 도움을 주는 것이다. 이온에 작용되는 로렌츠의 힘은 자기장력과 유속의 함수이고, 본 발명에서 양쪽 중 높은 것은 높은 난류 및 RF 바이파일러 팬케이크 인덕터(20)로부터 강력한 주변의 유도장에 기인한다.
인덕터(20)는 많은 다른 설계로 형성될 수 있으며, 모두 청구 범위의 내부에 포함된다. 테슬라에 의해 제안된 RF 바이파일러 팬케이크 코일 설계는 알려진 최고 모드이나, 경제적 또는 다른 고려 사항은 직류 인턱더, 영구 자석, 저주파수 인덕터, 및 다른 설계의 사용을 지시할 수 있다. 상기 다른 인덕터에 관해서, 싱크 플로우를 위한 통로(19) 내에서 높은 난류성, 그 결과 높은 각 속도는 인덕터의 B 필드를 통과하여 움직이는 이온 복합물에 작용하는 로렌츠 힘의 분리 효과를 증가시킨다. 또한 브라인 속도는 교류 전류 없이도 발생한 소용돌이 흐름에 도움을 준다. 브라인 소용돌이 흐름은 그것들에 발생된 역기전력(counter-emf)과 그것의 반대 자기장 때문에 인덕터로부터 방출된다.
난류는 낮은 싱크 플로우 속도와 함께 높은 각 속도가 주어지고, 그래서 로렌츠 힘은 싱크 플로우를 위한 통로(19)를 통해 유동되는 동안 평가할 수 있는 작동에 배수를 갖는다. 그것은 방사 형상으로 내측을 향한 유동이 수렴되는 노즐을 통해 분사하는 것이 싱크 플로우의 경우에 특히 진실이다. 종래 기술은 맑은 물의 유동시 이온의 재유입(re-entrainment)이 난류에서 회피될 수 없기 때문에, 로렌츠 힘에 의해 물리적 수처리에 이점이 될 수 있는 층류, 즉 느린 비난류성 유체를 고려하고 있다. 본 발명에서 개시된 응집성 와류 네트웍크 및 그것의 강제 관리는 헬퍼(helper)로써 난류를 경화시키기 위한 수단을 제공한다.
전자 유체 역학(magnetohydrodynamic, MHD) 영향은 자기장을 통한 유체 유동 때문에 벌크 점성이 발생된다. 연구자들은 경계층에서 유체의 점성이 증가시킴으로써 원양선(seagoing vessel)을 끌어당기는 난류를 감소시키는 방법과 같이 전자 유체 역학 영향을 관찰하였다.
벌크 내의 브라인과 같이 전도성 요소는 인덕터(20)에 의해 더 끈적하게 된다. 부은 브라인은 축 배출관(10)을 향해서 압착하는 수렴 유동 내에서 막히나, 전도체가 아닌 맑은 물은 정체로부터 강이 유동되는 것 같이 브라인 덩어리를 따라 슬립된다. 전자 유체 역학 영향은 전도도, 장력(field strength), 유속의 함수이고, 이 모든 것은 본 발명과 관련이 높다.
피는 그것의 전도율에서 해수와 같고, MRI(magnetic resonance imaging)를 위해 사용되는 6T 필드에서 연구자들은 몸에서 보통의 속도로 유동되는 피는 10%까지 압력이 증가되는 것을 발견했고, 10T 필드에서 압력이 28%가 증가한다. 유도된 속도는 피의 느린 유동도 고려된다.
해수는 4 S/m (Siemens/meter)의 전도성 σ, 81의 상대 유전율 εr, 및 대략 1의 상대 도자성(導磁性) μr를 갖는다. 이 파라메타들을 알려진 이론에 사용하면, 해수는 대략 800 MHz(라디오 진동수)보다 낮은 진동수에 대한 전자기적 에너지의 좋은 전도체인 것이 드러난다.
경험에 근거한 규칙은 해수 표피 깊이(skin depth)(in meters) = 225/f1 /2이다. 그러므로 라디오 주파수들에서 파장은 미터법이고, 케이싱의 내부에서 브라인에 작용되는 효과는 거의 필드 효과(field effect)일 것이다. 해수의 표피 깊이는 센티 미터법으로 10 MHz이고, 미터법으로 10 kHz이다. 5Mh 표피 깊이는 대략 10 cm이다. 더 높은 주파수는 매체를 통한 손실이 높고, 그러므로 표피 깊이는 더 얕아진다. 높은 손실은 분리를 위해 좋다.
표피 깊이는 전달하는 전자기파의 진폭이 그것의 초기힘의 37%로 감쇠되는 전도체를 통과하는 거리이다. 전도체를 통해 전달하는 전자기파의 감쇠는 소용돌기 흐름에 의한 파워의 직접적인 결과이다. 브라인에서의 반발 작용(repulsive work)은 하나의 결과이고, 주울 일은 다른 결과이다. 해수의 예 그리고 표피 깊이의 알려진 이론으로부터, 브라인 침입으로부터 축 배출 포트를 방지하기 위하여 본 발명에 따른 장치에서 인덕터를 구동하기 위한 주파수는, 기술 분야에서 그것의 통상적인 기술임이 명백하다.
원심 펌프는 농축된 브라인과 탱크 벽면 사이에 전단을 생성한다. 교반은 냉각 수단(33)과 함께 열교환을 향상시킨다. 냉각은 나트륨 염화물의 결정화를 돕는다. 용매는 축 배출 포트(9)와 난류성 와류축을 통해 탱크의 외측으로 지속적으로 인출되고, 농축의 증가에 의해 모든 염류들의 결정화를 가속시킨다. 결정과 침전물 및 다른 고체들은 본 발명에 따른 또 다른 장치를 포함하는 알맞은 수단에 의해 추가로 처리하기 위한 결정 고체 포트(32)를 통과한다. 질산염과 황산염 염류를 함유한 비결정화된 염류의 농축된 용액을 포함하는 모액은, 농축 브라인 포트(31)를 통과한다.
오일과 가스 분출구로부터 산출된 브라인에 관하여, 오일과 가벼운 탄화수소(hydrocarbon)는 소금물보다 밀도가 작기 때문에, 맑은 물과 가스와 함께 축 방향을 따라 인출된다. 인덕터(20)는 유전체인 오일, 콜로이드 현탁액(colloidal suspension), 및 높은 난류에서 좋은 전도체인 브라인을 분리한다. 모래와 타르를 구비하는 산출된 브라인은 양호한 실시예에 주입될 수 있다. 모래와 타르는 농축된 브라인와 별도로 탱크에 모아지고, 맑은 물, 값비싼 탄화수소(hydrocarbon), 및 가스가 축 배출 포트(9)를 통해 유동된다. 오일-물 분리는 캐스케이드(the cascade)의 팔로우 온 장치(follow-on device)에 대한 주입과 같이 축 배출 포트의 산출을 사용하는 본 발명에 따른 다른 장치에서 발생한다.
도 2a는 원심 펌프(4)의 러너들의 배열에 대한 상세한 도면이다. 축 주입 포트(2)로부터 펌프의 하부로부터 상측을 향해 인덕터(20)를 바라본 시점이다. 스파이어럴 러너(6)는 배플(5)의 상측과 하측에 있고, 원심 펌프가 화살표에 의해 표시된 방향으로 회전하는 것처럼 유체는 소스 플로우(14)에서 방사 방향 외측으로 러너에 의해 이류된다. 임펠러 중앙의 구동 스핀들(18)은 구동 수단(7)에 연결되고, 원심 펌프(4)에 키(30)에 의해 연결된다.
도 2b는 그루브(29)를 나타낸 러너의 단면을 도시한 도면이다. 그루브는 표면 영역을 증가시키고 인출 방향에 대해 수직한 표면을 제공함으로써 러너의 견인력을 증가시킨다. 또한 그루브는 브라인 내에 떠있는 무거운 다른 파편들과 금속들을 포획한다. 금속들은 높은 밀도 구성물이고, 그러므로 그들은 그들의 액체 복합물이 러너에 의해 밀리게 될 때 높은 관성(inertia)을 갖는다. 액체들과 가벼운 고체들은 그들의 작은 질량에 기인하여 모멘텀(momentum)이 러너에 의해 전달됨에 따라 벽면에 수직한 속도를 빠르게 획득하나, 금속들은 상대적으로 완만하고 그루브 내에 떨어질 때까지 러너를 따라 끌려간다. 그루브 위의 유체는 가벼운 금속을 끌어가지만 금속들은 아니다. 그 결과는 금속, 심지어 미세 입자도, 그루브(29) 내에 수집한다는 것이다.
금속들은 우수한 전도체이다. 금과 은은 특히 좋은 전도체이다. 인덕터(20)로부터의 유도성 반발은 렌쯔의 법칙에 의해 그루브의 외측으로 금속들을 분출시킨다. 분출된 금속은 고체의 싱크 플로우(22) 내부로 떨어지고, 고체의 싱크 플로우는 원심 펌프의 러너들 아래에서 발생하고 티컵 효과에 의해 야기되며, 탱크로부터 재순환하는 유동은 높은 밀도 구성물을 우선적으로 이류시킨다.
자갈, 모래, 점토, 및 다른 비교적 비전도성 고체는 탱크(13)에서 러너들을 따라 소스 플로우(14)의 내부로 진입한다.
본 발명은 염분의 토양을 재조정하기 위한 수단을 제공한다. 매년 관개(irrigation)와 삼투가 지면 아래로부터 표면까지 조정하기 위한 염류를 생성하였기 때문에, 이것은 세계에서 중요한 미해결된 문제이다. 높은 염도는 곡물을 죽인다. 그와 같은 토양의 슬러리는 도 1에 도시된 양호한 실시예에 제공되는 브라인일 수 있다. 그와 같은 슬러리로부터 다른 금속의 회수 및 금 채광은 경제적으로 유리하게 토양을 재조정할 수 있을 것이다.
또한 산업용 폐수와 핏 워터(pit water)로부터의 금속 회수는, 그로브들 내에 전도성 금속을 구비하고 펌프의 하부에 수집되며 싱크 플로우의 내부에서 유도성 척력에 의해 외부로 분출되는 양호한 실시예에서 성취될 수 있을 것이다.
도 3은 케이싱(21)의 내부에 공간의 일부분의 상세한 단면도를 도시한 도면이다. 이 도면은 양호한 실시예에서 작용하는 다양한 유동과 힘을 나타낸다. 배플(5)은 인덕터(20)의 아래 및 케이싱(21)의 상측 벽면과 하측 벽면 사이에 구비된다. 배플 상측의 소스 플로우(25)는 배플을 포함하는 원심 펌프(4)의 러너(6)의 회전에 의해 생성된다.
케이싱(21)의 하부 단면에서 경계층(28) 내부의 고체의 싱크 플로우(22)는, 탱크 내에서 브라인을 이류시키는 임펠러로부터 유압을 재순환시킴에 따라 발생된다. 금과 금속들과 같은 무거운 고체는 방사 방향 내측으로 우선적으로 이류된다. 다른 고체는 소스 플로우(14)에 재결합한다. 임펠러 러너(6)의 그루브(29)는 브라인 내에 부유될 수 있는 고체를 포획한다. 유도성 척력은 그루브를 통과한 후 싱크 플로우(22)의 내부로 금속의 유동을 발생한다. 인덕션으로부터의 척력은 금속의 소스 플로우를 방지하고, 배플(5) 아래의 싱크 플로우(22)에 그것을 조정한다.
와류축(24)을 가진 와류는 축 배출 포트(2)(미도시)에 싱크 플로우를 위한 통로(19) 내에서 케이싱(21)과 배플(5) 사이에 있다. 와류는 전단에 의해 발생된다. 인출되는 브라인 상에서 인덕터(20)에 의해 생성된 벽면 법선력(27)은 배플(5) 상부의 경계층 내에서 와류축(24)을 굴곡시킨다. 경계층은 화살표(25)에 의해 도시된 바와 같이 방사 방향 외측으로 이류된다. 맑은 물의 싱크 플로우(26)는 싱크 플로우를 위한 통로(19)를 통과하고, 축류 펌프(11)(미도시)의 석션, 및 배플(5) 아래의 소스 플로우(14)에서 쉬라우딩 탱크(13)의 내부로 원심력에 의해 주입된 브라인으로부터의 배압에 의해 이류된다. 맑은 물은 비교적 비전도성이고, 따라서 유도성 반발은 신선한 물에 영향을 주지 않고 그것의 유동은 방해받지 않는다.
도 4는 도 1에 도시된 양호한 실시예에서 탱크(13)의 상세 도면이다. 점선은 두 개의 형상이 연결되는 장소를 나타낸다. 탱크(13) 내에 브라인의 소스 플로우(14)는 싱크 플로우(15)와 재순환시키는 유압을 생성한다. 원심 펌프(4)의 주변에서 쉬라우드 탱크(13)의 내부로 제한된 브라인은 싱크 플로우 내의 용매의 인출에 의해 지속적으로 농축된다. 또한 싱크 플로우는 축류 펌프(11)의 석션에 의해 구동된다. 결정화된 나트륨 염화물과 다른 고체들은 탱크의 바닥에 있는 결정 고체 포트(32)를 통해 탱크로부터 인출된다. 결정 고체 포트(32)는 유동을 조절하기 위한 알맞은 수단을 포함한다. 냉각시 최초 결정화하는 것이 소금이면 결정 고체 포트를 통한 유동은 주로 나트륨 염화물일 것이다.
칠링 재킷(33)은 나트륨 염화물의 결정화를 돕기 위해 냉각 수단을 제공한다. 칠링 재킷은 되도록 브라인으로 채워지고, 브라인의 냉기를 전달한다. 냉각 재킷은 난류가 그것의 표면에 순환함에 따라 탱크로부터 지속적으로 열을 빼어낸다. 냉각은 농도가 높기 때문에 칼슘 탄산염을 생성하지 않는다.
질산염(nitrate) 및 황산염(sulfate)과 같은 다른 염류의 농축된 용액을 포함하는 모액은, 알맞은 수단에 의해 추가적으로 처리하기 위해 농축 브라인 포트(31)를 통해 유출된다. 농축 브라인 포트(31)는 유동을 조절하기 위한 알맞은 수단을 포함한다. 그것에 의해서 브라인은 처리 요구량을 맞추기 위하여 탱크 내에 보류될 수 있다. 주입 브레인은 탱크의 내부에 지속적으로 주입되고, 물은 축 방향으로 지속적으로 인출되며, 그로 인하여 브라인은 분리와 결정화로 농축한다.
유동을 조절하기 위한 알맞은 수단(35)에 연결된 가스 포트(34)는, 탱크로부터 가스가 인출되기 위한 수단을 제공한다. 또한 가스는 싱크 플로우(15) 내에 인출된다. 인출되는 결정화의 다른 생산물은, 배압과 축류 펌프(11)의 석션 때문에 싱크 플로우(15)에서 탱크에 남겨지는 용매인 맑은 물이다. 결정화의 생산물의 인출은 탱크에 유입되는 브라인을 결정 재용해(re-dissolve)로부터 예방한다.
러너(6)는 탱크 내의 유체를 추진하고, 탱크 벽면에 반대 방향으로 전단시키는 브라인의 회전을 발생하며, 탱크 내에 높은 난류를 생성한다. 오른쪽을 지시하는 화살표에 의해 표시되는 배압은 탱크로부터 멀어짐에 따라 싱크 플로우(15)를 구동시킨다. 난류에서 와류들의 존재 때문에, 배압은 벌크 내의 약점들을 대항하고, 약점들은 저압 기울기가 존재하는 난류성 와류들의 축에 존재한다. 난류는 벌크 내에 유효한 구멍을 창조한다. 난류는 이온들의 모멘텀을 증가시키고, 인접한 와류 브레인 셀들의 연마는 결정화를 위해 충돌하는 이온들의 확률을 증가시킨다.
시동 중, 가스 벤트(vent)(34)는 모든 가스를 배출하기 위해 왼쪽으로 개방한다. 원심 펌프(4)가 작동을 위해 요구되는 속도로 회전될 경우, 주입은 축 주입관(1)을 통해 유입되고, 가스들은 기기의 내부에서부터 대부분의 가스를 제거하도록 가스 벤트를 통해 유출시킨다. 일단 가스들이 분출되었으면, 가스 벤트는 탱크 내의 압력을 높이기 위해 조절되고, 그것에 의해서 맑은 물의 싱크 플로우를 구동시킨다. 축류 펌프(11)를 위한 NPSH는 배압에 의해 제공된다.
도 5는 양호한 실시예 및 도 6에 도시된 다른 실시예 양자에 양호한 인덕터의 상세한 도면이다. 인덕터(20)의 양호한 실시예는 축 배출 포트(9)에 동심으로 배치된 바이파일러 팬케이크 코일이고, 그와 같이 축 배출 포트를 향해 싱크 플로우를 위한 통로(19)를 따라 수렴한 싱크 플로우는 인덕터(20)로부터 발진하는 E와 B 필드를 통과해야만 한다. 비전도성 물질로 구성된 케이싱은, 배플과 케이싱 벽면 사이의 유동으로부터 인덕터를 분리한다.
도시된 바이파일러 팬케이크 코일은 잘 알려진 장치이다. 참조에 의해서 여기에 합체된 바이파일러 팬케이크 코일의 도면에 관하여 테슬라에 의한 U.S. Pat. 512,340(1984)의 도 2를 살펴보자. 바이파일러 팬케이트 코일은 평판 스파이어럴에 함께 감겨진 종이를 끼운 평행 와이어를 구비한 두 개의 코일들이 연속된다. 전류는 평행 와이어들에 같은 방향으로 흐른다. 다른 방법으로 감긴 다른 바이파일러 코일들은 근접하게 감겨진 방향에 반대 방향으로 흐르는 전류를 가진다. 또한 인덕터의 정의가 포함되어 있으나, 테슬라의 특허에는 없다.
양호한 실시예에서, 전류는 제1 코일(A)에서 팬케이크의 중심으로 내측을 향해 나선으로 감긴 팬케이크의 둘레에 있는 터미널로부터 흐르고, 그런 다음에 점퍼 케이블 내에 제2 코일(B)을 시작하는 센터로부터 팬케이크의 둘레로 흐른다. 제2 코일(B) 내의 전류는 팬케이트의 센터를 향해 제1 코일(A)의 측면을 따라 내측을 향해 나선으로 감기고, 전류 변형 수단(17)에 팬케이크 코일을 연결하는 다른 터미널이 있다.
바이파일러 팬케이크 코일에서 임의의 한 쌍의 근접한 와이어 세그먼트들 사이에 거의 동일한 거리가 길게 있고, 이 거리는 두 개의 코일들의 결합된 거리의 거의 반이다. 이 거리는 전압을 떨어뜨리고, 따라서 근접한 절연 와이어 세그먼트들 사이에 상대적으로 큰 전위의 차이가 있다. 와류 용량은 높은 주파수 작동을 허가한다. 오히려, 인덕터(20)를 위한 구동 주파수는 라디오 주파수(RF) 범위에 속하고, 공진 조건을 달성하기 위하여 그것을 구성하는 LC 발진기(oscillator)의 고유 각주파수(natural angular frequency)와 같다. 공진은 임피던스를 최소로 하고, 그래서 입력 파워는 분리와 결정화를 발생하기 위하여 브라인의 내부에 효율적으로 전달될 수 있다.
RF 범위에서, 진폭은 배플(5)과 케이싱(21)의 분리보다 더 길기 때문에, 모든 유도는 근접한 필드 영향(field effect)으로부터 될 것이다. 유도는 변위 전류(displacement current)에 따라 나타나는 전기장에 의해 발생될 수 있고, 맴돌이 전류(eddy current)에 따라 나타나는 자기장에 의해 발생될 수 있다. 인덕션은 싱크 플로우를 위한 통로(19)에서 케이싱으로부터 그것들을 멀리 밀어버리는 벽면 법선력(27)을 전도성 구성물에 발생한다. 유도 반발은 싱크 플로우를 위한 통로(19)를 정의하는 배플(5)에 마주하는 경계층 내로 인출된 브라인과 같은 전도성 구성물을 구동시키고, 배플의 회전은 축 배출 포트로부터 멀어지는 방향으로 경계층을 이류하며, 따라서 산출수의 내부에 브라인에 대하여 침습을 방지한다. 또한 난류의 유속과 함께 인덕터(20)로부터의 자기장은 이온들에 로렌츠 힘을 발생하고, 그 결과 브라인에 벽면 법선력이 발생한다.
테슬라는 바이파일러 팬케이크 코일 설계가 높은 에너지 저장을 허가한다는 점을 나타내는 다음의 예를 제공한다. 그것의 터미널을 가로질러 100 볼트의 전위를 가지고 1000번이 감긴 일반적인 코일은 권선들 사이로 0.1볼트의 차이점을 가질 수 있다. 만약 감긴 것들이 바이파일러이면, 권선들 사이에 50볼트의 전위일 것이다. 축전기에 에너지 저장은 평방 볼트에 비례하고, 그래서 바이파일러 팬케이크 코일은 이 예에서 일반적인 코일보다 502/0.12= 250,000 배 더 넓을 수 있다.
물론, 기술 분야에 알려진 대략적인 접지(grounding)와 차폐(shielding) 수단은 인덕터(20)에 종속된다. 상기 수단은 그들은 기술 분야에서 통상의 기술로 알려져 있기 때문에 도시하지 않았다.
도 6a와 도 6b는 원심 펌프(4)가 하부 임펠러(39)와 상부 임펠러(40)를 포함하는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 6a는 표시된 점선에서 도 6b과 결합한다. 이 다른 실시예의 케이싱(21)은 임펠러(39)(40)를 포함한다. 하부 임펠러(39)는 러너(6)들에 의해 배플(5)과 연결되고, 러터들은 배플(5)의 아래에 축 주입 포트(1)로부터 유동을 허가하는 스파이어럴 주입 채널(spiral feed channel)을 형성하고 축(a-a)으로부터 방사 방향 외측으로 탱크(13)의 내부에 형성한다. 임펠러들은 대략적으로 동일한 속도로 화살표로 도시된 반대 방향으로 회전한다. 역회전은 각 임펠러에 대향하는 브라인의 이류되는 경계층 사이에 전단을 발생한다. 전단은 임펠러들 사이에 자유 전단층 내에 난류와 방사형 와류(41)들을 발생한다.
임펠러들을 역회전을 발생시키기 위한 양호한 수단은 구동 스핀들(18)과 구동 수단(7)에 의해 회전되는 구동 휠(37)이다. 역회전을 위한 다른 수단은 각 임펠러에 연결된 분리 모터들이고, 기어들 또는 벨트들에 의해 연결된 싱글 모터이다. 예를 들면, 반대 회전 프로펠러는 항공 분야에서 잘 알려져 있다.
임펠러(39)(40) 사이의 공간은 탱크(13)의 내부와 통한다. 임펠러들과 탱크의 벽면 사이의 씰(36)은 씰에 대하여 슬라이딩하는 임펠러가 회전함에 따라 탱크 내의 압력을 유지한다. 프로펠러와 축 배출관(10) 및 축 주입관(1) 사이의 다른 베어링 씰(38)은 임펠러들이 회전함에 따라 상기 관이 정체된 상태로 방치시킨다.
역회전 임펠러(39)(40)들 사이의 브라인 내에 자유 전단층이 있다. 난류는 임펠러들 사이 및 탱크 내부에 높은 곳에 있으며, 난류는 전단 와류 원심 분리시 특별한 중력에 의해 맑은 물에서부터 브라인의 분리를 향상시킨다. 전단층 내의 방사형 와류(41)들은 난류성 소용돌이에서 미세 분리 효과를 수집하기 위한 동맥 같은 싱크 플로우 관을 제공하고, 그래서 맑은 물과 가스는 촉진된 유로에서 축방향의 인출이 진행한다.
도 6a, 6b에 도시된 다른 실시예의 이점은 방사형 와류(41)들이 싱크 플로우 통로를 따라 방사형으로 내측을 향해 똑바르게 형성됨으로써 동적으로 창조된 벌크 구멍을 향상시킨다는 것이다. 도 1에 도시된 실시예에서, 방사형 내측 방향 유동은 스파이어럴을 따라 형성되고, 직선 형상은 아니다. 도 6a, 6b에 도시된 다른 실시예의 단점은 탱크 압력을 유지하기 위한 씰(36)의 필요성과 더 복잡한 설계이다. 물론, 탱크와 케이싱은 양쪽의 역회전 임펠러들을 연속적으로 둘러쌀 수 있다. 하지만, 추가적으로 케이싱이 둘러싸는 전단으로부터 추가적인 임펠러들의 난류 드래그(turbulent drag)는 에너지 손실이다.
만약 비용에 반대가 없고 씰 문제가 해결될 수 있다면, 난류가 더 조직적으로 높기 때문에, 도 6a, 6b에 도시된 장치는 본 발명을 실시하기 위한 최고의 모드가 될 것이다. 보다 적은 에너지가 하부 인펠러(39)의 배플(5) 상측 및 상부 인펠러(40) 아래에서 일어나는 싱크 플로우를 구동시기키 위해 요구될 수 있다. 양자의 정의한 표면들이 역회전되므로, 싱크 플로우를 위한 통로(19)는 양호한 실시예보다 더 높은 전단 상태에 있다.
그들이 역회전하는 동안 배플과 상부 임펠러 사이의 전단은, 휠 내에서 스포크(spoke)와 같이 배열된 회전축으로부터 확장된 방사형 와류(41)을 창조하고, 싱크 플로우에 관한 응집성있는 낮은 압력 기울기를 제공한다. 축류 펌프(11)의 석션과 탱크로부터의 배압은 방사형 와류를 통해 맑은 물을 구동한다. 방사형 와류는 낮은 압력 기울기로 소용돌이 와류의 축에 연통하고, 그로 인해 축류 펌프와 연통하는 연결된 낮은 압력 기울기의 응집된 네트워크이고, 브라인이 축 주입 포트(2)를 통해 유동됨에 따라 케이싱의 외측으로 지속적으로 맑은 물을 축 방향으로 인출시키기 위한 제공 수단이다.
인덕터(20)는 이전에 설명한 바와 같이, 싱크 플로우로부터 브라인을 방출하고, 소스 플로우로부터 금속을 방출한다. 인덕터로부터의 주울 열은 스케일을 발생하는 칼슘 탄산염과 황산염 염류의 침전을 위한 활성화 에너지를 제공한다. 결정화로부터의 초래되는 용매인 탄소 이산화물 가스 및 맑은 물은 싱크 플로우에서 혼합물로부터 지속적으로 이류되고, 앞의 결정화 반응에 유리하다. 또한 가스는 가스 벤트(34)를 통해 유출한다. 침전된 칼슘 탄산염 결정은 탱크 내에서 방사 형상으로 외측을 향하는 난류 와류에 의해 원심 분리된다. 침전된 스케일, 고체들, 및 결정화된 염류는 결정화된 고체 수집 포트(32)를 통해 유출하고, 농축된 브라인은 농축 브라인 포트(31)를 통해 유출시킨다.
축류 펌프(11)은 싱크 플로우(15)를 구동시키기 위한 단지 하나의 수단이고, 배압만으로 충분할 수 있다. 하지만, 축류 펌프의 추가는 와류축을 연장하기 위한 도움을 줄 수 있기 때문에 더 좋고, 그로 인하여 와도를 높인다.
본 발명에 따른 캐스케이딩 장치는 브라인 분리를 향상시킨다. 다시 말하면, 축 배출관(10)으로부터 나오는 저염도 물은 본 발명에 따르는 2번째 장치에 주입하고, 추가적으로 더 분리되며, 그리고나서 축 배출관으로부터 배출된 것이 마시기 알맞을 때까지 계속된다. 또한, 농축 브라인 포트(31)를 통해 탱크로부터 유출되는 농축된 브라인은 질산염과 같은 다른 염류를 결정화시키기 위한 다음의 장치에 주입될 수 있다.
슬러리로부터 미세 금 입자의 인출은 본 발명의 다른 적용이다. 금은 매우 높은 전도체이고, 그래서 인덕더(20)는 금을 방출할 수 있고, 그것에 의해 방사 형상으로 외측을 향하는 그것의 흐름을 방해한다. 금은 매우 질량이 크고, 그래서 유도성 반발은 주입 플로우에 의해 극복될 수 없다. 금은 고체의 싱크 플로우(22)에 결합될 수 있고, 자갈과 다른 비전도성 고체가 탱크 내부로 진입하는 동안에 고체 수집 탱크(8)에 침전될 수 있다. 산업용 폐수와 핏 워터에서 인출된 금속은 동일한 장치에서 수행될 수 있다. 금속 표면 처리에 일어나는 오일은 축 배출관(10)을 통해 축 방향으로 배출될 수 있고, 용매와 비전도성 고체들은 탱크 내에 회수될 수 있다.
싱크 플로우의 공간으로부터 브라인의 방사 방향 외측으로 인출시키기 위한 수단을 구비한 인덕터의 필더를 통해 싱크 플로우에서 수렴하는 난류는, 본 발명을 실시하기 위한 최고의 모드이다. 하지만, 인덕터는 특히 도 6a, 6b에 도시된 실시예에서 필요없다. 난류 와류의 축에 저압 기울기를 통한 싱크 플로우를 구동하기 위한 효과적인 벌크 구멍과 충분한 배압 및/또는 축방향의 석션을 구비한 조직화된 난류에서 맑은 물로부터 브라인의 원심 분리는, 인출된 브라인 침습에 대해 방지하기 위한 인덕터를 필요로 하지 않고 브라인으로부터 맑은 물을 제조할 수 있다. 하지만, 인덕터는 염류로 형성하는 스케일의 침전, 조직화된 난류의 효율 증가를 발생하고, 그로 인해 그것의 함유가 더 좋다.
원심 주입 펌프에 의해 증가된 압력이 싱크 플로우를 구동하는 배압이고 원심 펌프에 의해 이류된 농축 브라인을 쉬라우드 탱크가 수집하므로, 케이싱 내의 방사형 카운터플로우는 이점이 있다. 하지만, 싱크 플로우를 구동하기 위한 정역학적 탱크 압력을 가지고, 인덕터들을 구비하고 탱크 내에 배치된 회전 표면을 포함하는 대안도 가능하다. 콘 형상의 케이싱 및/또는 펌프를 포함하는 케이싱과 원심 펌프에 대한 많은 대체 형태들이 가능하다. 또 다른 대안은 펌프 또는 축형 주입구 이전에 주입을 가압하는 다른 수단이 있다.
슬러리부터 정밀한 미립자를 회수하기 위한 금 채광은 본 발명에서 실시될 수 있다. 탈염에 사용하는 이 보너스는 음식을 다시 경작하기 위한 토양을 만들기 위해 토양의 탈염은 본 발명을 더 좋게 만든다.
본 실시예에 상세한 설명으로부터 새로운 아이디어를 특별히 적용할 수 있음은 당업자들에게 명백하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 의해 제한되는 것은 아니고, 단지 실시예는 본 발명을 설명하기 위함이고 특허청구범위의 권리 범위를 제한하지 않는다.
브라인 오염 및 순수 저장의 심각한 문제들이 오랜 기간동안 해결되지 못하고 있는 현 상황에서, 탈염 기술의 당업자들에게 본 발명이 자명하다는 사후적 고찰 증거나 그들을 성가시게 하던 것을 용이하게 해결하는 사후적 고찰 증거로 고려되어서는 아니 된다.
1: 축 주입관(axial feed conduit)
2: 축 주입 포트
3: 주입 소스
4: 원심 펌프
5: 배플
6: 러너들
7: 구동 수단
8: 고체 수집 탱크
9: 축 배출 포트(axial exhaust port)
10: 축 배출관(axial exhaust conduit)
11: 축류 펌프
13: 탱크
14: 소스 플로우
15: 싱크 플로우
16: 전류 소스
17: 전류 변형 수단(current varying means)
18: 원심 펌프용 구동 스핀들
19: 배플과 케이싱 사이의 싱크 플로우를 위한 통로
20: 인덕터
21: 케이싱
22: 고체의 싱크 플로우
23: 러너들 내에서 그루브들의 내부로 포획된 금속들에 작용되는 척력
24: 와류축(vortex axis)
25: 배플 상측의 소스 플로우
26: 배플 상측의 맑은 물의 싱크 플로우
27: 싱크 플로우를 위한 통로 내에서 인덕터로부터 전도성 요소에 작용되는 벽면 법선력(wall-normal force)
28: 고체들이 방사 방향 내측으로 유동하는 경계층
29: 원심 펌프의 소스 플로우 내의 금속 입자들을 포획하기 위한 러너 상의 그루브들
30: 구동 스핀들용 키
31: 탱크로부터 비결정화된 브라인을 인출하기 위한 농축 브라인 포트(concentrated brine port)
32: 탱크로부터 결정화된 나트륨 염화물과 고체들을 인출하기 위한 결정 고체 포트(crystallized solids port)
33: 탱크 내의 브라인을 냉각하기 위한 칠링 재킷(chilling jacket)
34: 가스 포트
35: 가스 포트를 위한 조절 수단
36: 탱크 벽면과 임펠러들에 슬라이딩 가능하게 연결시킨 회전 베어링 씰(rotatable bearing seal)
37: 구동휠(drive wheel)
38: 임펠러들과 축 방향의 주입관 및 축 방향의 배출관에 슬라이딩 가능하게 연결시킨 회전 베어링 씰
39: 케이싱의 일부분인 하부 임펠러
40: 케이싱의 일부분인 상부 임펠러
41: 싱크 플로우를 위한 통로 내의 방사형 와류

Claims (37)

  1. 중심선을 가지는 케이싱, 상기 케이싱은 축 배출 포트 및 축 주입 포트를 포함하고, 상기 축 배출 포트 및 상기 축 주입 포트는 상기 중심선과 동축임;
    상기 케이싱 내부에 배치되고 드라이버(driver)에 연결된 회전 가능한 원심 펌프, 상기 원심 펌프는 상기 중심선에서 회전 축을 가지고 상기 원심 펌프의 회전은 브라인을 축 주입 포트를 통해서 케이싱 안으로 끌어당기게 함;
    상기 케이싱의 내부와 연통하고, 상기 원심 펌프에 의해 중심선으로부터 방사 방향 외측으로 이류된 브라인이 수집되고 탱크 내에 집중되도록 형성된 탱크;
    상기 축 배출 포트를 통해 케이싱으로부터 배출되도록 브라인으로부터 물을 위한 싱크 플로우 통로 내부 방사 방향 높은-전단을 제공하기 위해 케이싱으로부터 멀리 이격되고 축 주입 포트 및 축 배출 포트 사이에 배치된 회전 가능한 배플; 및
    브라인을 분리하기 위한 기구가 작동할 때, 원심 펌프에 의해 방사 방향 외측으로 이류된 브라인 안으로 상기 싱크 플로우 통로 내 플로우로부터 브라인을 밀어내도록 구성된 적어도 하나의 라디오 주파수 바이파일러 팬케이크 코일, 상기 코일은 상기 싱크 플로우 통로 위에 배치됨;
    을 포함하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 축 배출 포트를 통해 상기 싱크 플로우 통로와 연통하는 축류 펌프를 더 포함하고, 상기 축류 펌프는 싱크 플로우 통로를 통한 흐름이 축 배출 포트를 통하고 축류 펌프를 통해서 나아가도록 형성되는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탱크는 내부에 포함된 농축된 브라인 및 고체들을 비우기 위한 수단을 포함하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배플은 원심 펌프에 연결되고 함께 회전하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 원심 펌프는 러너 위로의 흐름에 교차하는 그루브들을 가지는 적어도 하나의 러너를 포함하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  9. 제1항에 있어서,
    금속들을 수집하기 위한 수단을 더 포함하고, 상기 금속들을 수집하기 위한 수단은 상기 축 주입 포트 아래 배치되는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  10. 물과 전도성 요소들을 포함하는 브라인의 연속적인 전기화학적 분리를 위한 방법에 있어서,
    케이싱 내 축 주입 포트로부터 탱크로 케이싱 내 소스 플로우 내 방사 방향 외측으로 브라인을 이류시키는 단계;
    싱크 플로우 통로를 통해 케이싱 내 축 배출 포트로 케이싱 내 싱크 플로우 내 방사 방향 내측으로 브라인을 이류시키는 단계;
    상기 싱크 플로우 통로 내 브라인을 전단시키는 단계;
    상기 싱크 플로우 통로 내 전단된 브라인의 전도성 요소들 내 전류를 유도시키는 단계;
    상기 축 배출 포트를 통해 전단된 브라인으로부터 물을 배출하는 단계; 및
    탱크 내 고체들 및 집중된 브라인을 수집하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 케이싱은 상기 싱크 플로우 통로 위에 배치된 적어도 하나의 라디오 주파수 바이파일러 팬케이크 코일을 특징으로 하고, 상기 코일은 방사 방향 외측으로 이류된 브라인 안으로 상기 싱크 플로우 통로 내 플로우로부터 브라인을 밀어내도록 구성된 브라인의 연속적인 전기화학적 분리를 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    탱크 내 수집된 집중된 브라인의 요소들을 결정화하는 단계를 더 포함하는 브라인의 연속적인 전기화학적 분리를 위한 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    전도성 요소들은 금속 입자들을 포함하고,
    케이싱을 통해 그리고 축 주입 포트를 통해 방사 방향 내측으로 금속 입자들을 이류시키는 단계를 더 포함하는 브라인의 연속적인 전기화학적 분리를 위한 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 축 배출 포트로부터 배출된 물은 브라인을 포함하고,
    상기 축 배출 포트로부터 배출된 물로부터 브라인을 분리하는 단계를 더 포함하는 브라인의 연속적인 전기화학적 분리를 위한 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 싱크 플로우 통로를 통해 상기 케이싱 내 축 배출 포트로 케이싱 내 싱크 플로우 내 방사 방향 내측으로 브라인을 이류시키는 단계는 상기 축 배출 포트를 통해 상기 싱크 플로우 통로와 연통하는 축류 펌프의 작동에 의해 조력되는 브라인의 연속적인 전기화학적 분리를 위한 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    탱크로부터 집중된 브라인을 배출하는 단계를 더 포함하는 브라인의 연속적인 전기화학적 분리를 위한 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    탱크로부터 고체들을 배출하는 단계를 더 포함하는 브라인의 연속적인 전기화학적 분리를 위한 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 방사 방향 내측으로 싱크 플로우 통로는 실질적으로 상기 탱크와 상기 축 사이에서 연장하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 탱크는 실질적으로 환형으로 되고 상기 탱크는 상기 탱크의 방사 방향 내측에서 상기 케이싱의 내부와 연통하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 탱크는 실질적으로 전부 상기 탱크의 방사 방향 내측을 따라 상기 케이싱의 내부와 연통하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱의 일부는 실질적으로 평면 공간을 정의하는 실질적으로 평행하는 플레이트들을 포함하고, 상기 펌프는 상기 공간 내에 포함된 블레이드들을 구비하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 싱크 플로우 통로에 인접한 케이싱은 유전체 물질로 만들어지는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 축 공급 포트 안으로 상기 케이싱의 바닥 벽 위 및 상기 배플 아래 고체들의 싱크 플로우를 위한 통로를 포함하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 탱크 내의 브라인을 냉각시키기 위한 칠링 재킷을 더 포함하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  24. 제5항에 있어서,
    상기 집중된 브라인 및 고체들을 비우기 위한 수단은 농축 브라인 포트 및 결정 고체 포트를 포함하는 브라인을 분리하기 위한 기구.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 배플 위 싱크 플로우 통로는 적어도 높이의 두 배인 반경을 가지는 브라인을 분리하기 위한 기구.
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