KR101611632B1 - 정수 및 수증기 생성 시스템 - Google Patents

Abstract

정수 및 수증기 생성 시스템 및 방법은 오염수를 용기 내로 도입하는 것을 포함한다. 물은 고정 배플에 의해 교호적으로 분리된 일련의 회전 트레이를 통해 이동하여 회전 및 가열되어 증기화됨으로써 적어도 일부 오염물이 분리된 증기를 생성한다. 증기는 분리된 오염물과 잔류수와 별도로 응축되도록 용기로부터 제거된다. 증기는 발전기에 연결된 터빈을 통과할 수 있다. 컨트롤러 내에 센서를 채용하여 감지된 상태에 응답하여 트레이의 회전 속도 또는 용기 내로의 물의 유입을 조정할 수 있다. 처리된 물은 순도의 향상을 위해 용기를 통해 재순환 및 재처리될 수 있다.

Description

정수 및 수증기 생성 시스템{SYSTEM FOR DECONTAMINATING WATER AND GENERATING WATER VAPOR}

본 발명은 정수 및 수증기 생성 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 일련의 센서와 제어 시스템을 사용하여 수평의 수처리 용기를 통해 물을 증발시키고 용해된 고형분을 제거하며 오염된 물로부터 음용 가능한 식수의 회수를 최대화하는 개선된 방법에 관한 것이다.

탈염(desalinization)[또한, 염분제거(desalination) 또는 담수화(desalinisation)]은 물로부터 여분의 염분, 미네랄 및 기타 자연적 또는 인공적 오염물을 제거하기 위한 여러 공정 중 하나를 말한다. 역사적으로, 탈염은 해수를 선상에서 음용수로 변환시켰다. 현대의 탈염 공정은 선원에게 음용수를 항시 공급하는 것을 보장하기 위해 여전히 선상과 잠수함에서 사용되고 있다. 그러나, 탈염은 신선한 물의 수원이 부족한 건조 지역에서 그 이용이 증대되고 있다. 이들 지역에서는 해양으로부터의 해수를 소비(즉 음용하기에) 또는 관개에 적합한 신선한 물로 담수화한다. 탈염 공정으로부터 나오는 고농축 폐기물은 염분(NaCl)이 주요 부산물인 염수(brine)로서 통칭된다. 탈염에 있어, 최근의 최대 관심은 신선한 물의 이용 가능성이 제한되는 건조한 지역에 사용되도록 신선한 물을 공급하기 위한 비용 효율적인 공정의 개발에 있다.

대규모 탈염은 통상 고비용이고 일반적으로 다량의 에너지와 고가의 인프라를 필요로 한다. 예컨대 세계에서 가장 큰 탈염(이하 담수화로도 지칭함) 설비에서는 주로 다단식 순간 증류를 이용하여 연당 3억 입방 미터의 물을 생산할 수 있다. 미국에 있는 최대 담수화 설비는 하루에 2천 5백만 갤론(95,000 입방 미터)의 물을 담수화한다. 전세계에 걸쳐 약 13,000곳의 담수화 설비가 하루에 1천 2백만 갤론(4천 5백만 입방 미터) 이상의 물을 생산하고 있다. 따라서, 담수화 방법의 개선, 즉 관련 시스템의 비용을 낮추고 효율을 높이는 것에 대한 요구가 당업계에 존재한다.

담수화는 많은 다양한 공정에 의해 수행될 수 있다. 예컨대 일부 공정은 다중-효과 증발(MED 또는 간단히 ME), 증기-압축 증발(VC) 및 증발-응축과 같은 간단한 증발을 기초로 한 담수화 방법을 이용한다. 일반적으로, 증발-응축은 물의 순환 중에 자연에 의해 수행되는 자연적 담수화 공정이다. 물의 순환에서 물은 호수, 해양 및 개울 등의 수원으로부터 대기로 증발된다. 증발된 물은 냉각 공기와 접촉하여 이슬 또는 비를 형성한다. 얻어지는 물은 통상 불순물이 없다. 물 순환 공정은 일련의 증발-응축 공정을 이용하여 인공적으로 반복될 수 있다. 기본적 작동에서 염수는 가열되어 증발된다. 염분과 기타 불순물들은 물과 분리되어 용해되어 증발 단계 중 잔류한다. 증발된 물은 나중에 신선한 물로 응축, 수집 및 저장된다. 여러 해에 걸쳐 증발-응축 시스템은 특히 그런 공정을 용이하게 하는 보다 효율적인 기술의 등장으로 크게 개선되고 있다. 그러나, 이들 시스템은 물의 증발에 여전히 상당한 에너지를 필요로 한다. 증발을 기초로 한 대안적인 담수화 방법은 상기 간략히 언급한 바와 같이 다단식 순간 증류를 포함한다. 다단식 순간 증류는 진공 증류를 이용한다. 진공 증류는 증발 챔버 내에서 진공을 형성함으로써 대기압 미만에서 물을 비등시키는 공정이다. 따라서, 진공 증류는 MED 또는 VC보다 훨씬 더 낮은 온도에서 처리되므로 물을 증발시켜 그로부터 오염물을 분리하는데 에너지가 덜 필요하다. 이 공정은 에너지 비용 상승의 관점에서 특히 바람직하다.

대안적인 담수화 방법은 역삼투법(RO), 역전기투석법(EDR), 나노여과법(NF), 정삼투법(FO) 및 막증류법(MD)과 같은 막을 기초로 한 공정을 포함할 수 있다. 이들 담수화 공정 중 역삼투법이 가장 널리 이용되고 있다. 역삼투법은 물에서 염분과 기타 불순물의 분리에 반투과성 막과 압력을 이용한다. 역삼투막은 선택적인 것으로 간주된다. 다시 말해, 역삼투막은 물에 용해된 염분과 기타 불순물에 대해서는 높은 불투과성을 가지면서 물 분자에 대해서는 높은 투과성을 가진다. 역삼투막 자체는 고가의 고압 컨테이너에 보관된다. 컨테이너는 막의 표면적과 그를 통한 염수 유동 속도를 최대화하도록 막을 배열시킨다. 통상의 삼투 담수화 시스템은 시스템 내에 고압을 유도하는 하기의 2가지 기술, 즉 (1) 고압 펌프 또는 (2) 원심 분리기 중 하나를 통상적으로 이용한다. 고압 펌프는 막을 통한 염수의 여과를 돕는다. 시스템 내 압력은 펌프 세팅과 염수의 삼투압에 따라 변한다. 삼투압은 용액의 온도와 용액 내 용해된 염분의 농도에 의존한다. 대안적으로, 원심 분리기가 통상 보다 효율적이지만, 그 실시는 보다 어렵다. 원심 분리기는 용액을 고속으로 회전시켜 용액 내에서 밀도가 변하는 물질을 분리한다. 막과 함께 사용하면, 부유 염분과 기타 오염물은 막의 길이를 따라 일정한 반경 방향의 가속을 받게 된다. 일반적으로 역삼투법의 한 가지 공통의 문제점은 부유 염분의 제거와 시간 경과에 따라 막이 막힌다는 점이다.

역삼투식 담수화 설비의 작동 비용은 고압 펌프 또는 원심 분리기의 구동에 필요한 에너지 비용에 의해 주로 결정된다. 이전의 에너지 집약 공정과 관련된 에너지 비용의 상승에 대처하기 위해 역삼투 시스템에 유압 에너지 회수 시스템을 통합할 수 있다. 이 유압 에너지 회수 시스템은 입력 에너지의 회수부를 포함한다. 예컨대 터빈은 높은 작동 압력과 대용량의 염수 부피를 필요로 하는 시스템 내에서 특히 에너지를 회수할 수 있다. 터빈은 유압 강하 도중에 에너지를 회수한다. 따라서 에너지는 막의 양측 사이의 압력차를 기초로 역삼투 시스템 내에 회수된다. 염수측 압력은 담수측 압력보다 높다. 압력 강하는 터빈에 의해 회수 가능한 상당량의 유압 에너지를 생성한다. 따라서 역삼투막의 고압측과 저압측 사이에 생성된 에너지는 동력원으로 이용되고 완전하게는 소모되지 않는다. 회수된 에너지는 고압 펌프나 원심 분리기를 포함하는 소정의 시스템 구성요소를 구동시키는 데 사용될 수 있다. 터빈은 담수화를 수행하는 모든 에너지 비용의 감소에 도움이 된다.

일반적으로, 역삼투 시스템은 통상적으로 열증류보다 에너지 소비가 덜하므로 보다 비용 효율적이다. 역삼투법은 다소 약한 염도의 수용액에 잘 작동하지만, 해양 염수와 같은 고농도 염분의 용액에 이용시 과부하가 걸리고 비효율적이 될 수 있다. 그 밖의 덜 효율적인 담수화 방법으로는 이온 교환법, 냉동법, 지열 담수화법, 태양열 가습법(HDH 또는 MEH), 메탄 수화물 결정화법, 고품질 수 재생법, 또는 RF 유도 발열법이 있다. 이들 공정에 무관하게 담수화는 에너지 집약적 상태를 유지한다. 미래의 비용과 경제적 실현 가능성은 계속적으로 담수화 기술의 가격과 그러한 시스템의 작동에 필요한 에너지 비용에 의존한다.

다른 대안적인 담수화 방법으로, 버크 쥬니어(Burke, Jr.)에 허여된 미국 특허 제4,891,140호는 건류(또는 분해 증류, destructive distillation)에 의해 물에서 용해 미네랄과 유기물질을 분리 및 제거하는 방법을 개시한다. 여기서, 물은 조절된 압력하에서 증기로 가열된다. 용해된 염분 입자와 기타 오염물은 물의 증발시 용액으로부터 탈락된다. 통합화된 하이드로사이클론 원심 분리기는 분리 공정을 가속시킨다. 가열된 고압의 청정수는 열교환과 유압 모터를 통해 에너지를 다시 시스템으로 전달한다. 그러므로 순 에너지 사용은 상술한 공정에 비해 상대적으로 더 낮다. 사실, 순 에너지 사용은 기본적으로 설비 작동으로부터 나오는 펌프 손실과 열 손실에 상응한다. 이 구성의 하나의 특별한 장점은 교환할 막이 존재하지 않는다는 것이다. 이 공정은 막을 기초로 한 담수화 장치를 손상시키거나 파괴할 수 있는 화학 약품과 기타 물질을 제거한다.

또 다른 특허인 왈라스(Wallace)에게 허여된 미국 특허 제4,287,026호는 염수 또는 소금기있는 물로부터 용해된 고형분 형태의 염분 또는 기타 미네랄을 제거하여 음용수를 생산하는 방법 및 장치를 개시한다. 물은 고온과 고속의 원심 속도에서 여러 단계의 담수화 과정을 거치도록 강제된다. 바람직하게, 내부 구성요소는 물을 마하 2까지 가속 회전시켜, 증기화된 물로부터 용해 염분과 기타 용해 고형분을 분리 및 부유시킨다. 부유 염분과 기타 미네랄은 수증기로부터 별도로 방출되도록 외측으로 원심력을 받는다. 분리 정화된 증기 또는 스팀은 다시 음용 가능한 물로 응축된다. 시스템은 효율적 및 경제적으로 물을 정화시키기 위해 역삼투법 및 유사 여과 시스템보다 작동 에너지를 덜 필요로 한다. 이 구성의 한 가지 단점은 회전 샤프트가 수직 챔버 내에 구성되는 점이다. 그 결과, 회전 샤프트 섹션은 베어링과 베어링 캡에 의해 베이스 유닛에 단지 견고하게만 고정될 뿐이다. 높은 회전 속도(예, 마하 1 이상)에서, 진동에 의해 베어링, 샤프트 및 밀봉부가 심하게 손상된다. 또 다른 단점은 일련의 챔버가 하우징 섹션 내에 함께 볼트 고정되는 것이다. 이들 섹션에는 투공판이 O-링 밀봉부에 의해 결합된다. 하우징과 O-링 밀봉부는 복수의 챔버와 하우징 섹션이 복수의 너트와 볼트에 의해 연결되므로 염분 침투에 기인하여 시간 경과에 따라 마손되는 경향이 있다. 특히, 왈라스(Wallace)에 의한 구성의 조립은 특히 힘든 작업이다. 유지 보수도 O-링, 너트 및 볼트를 포함하는 하우징 섹션의 각각을 분해하는 데 상당한 시간이 소요되므로 마찬가지로 노동 집약적이다. 물론, 해당 장치는 적절한 유지 보수 후 재조립되어야 한다. 각각의 하우징 섹션은 적절한 밀봉을 보장하기 위해 주의해서 다시 함께 배치되어야 한다. 해당 시스템은 해당 장치가 노후됨에 따라 O-링 누설과 같은 다양한 토크 및 유지보수의 문제점에 직면하기 쉽다. 더욱이, 회전 샤프트는 기어 드라이브에 의해 전원에 연결되는데, 이는 베어링, 샤프트 및 밀봉부에 관련된 상술한 신뢰성의 문제점의 한 원인이다. 해당 시스템은 또한 탈염될 염수의 삼투압에 따라 회전 샤프트 섹션의 회전 속도를 조절하기 위한 수단을 개시하지 못하고 있다. 그러므로 왈라스의 담수화 기계의 정적 작동은 다른 최신 담수화 장치만큼 효율적이지 않다.

따라서, 당업계에서는 물의 탈염과 같은 물의 정화를 극대화하고 에너지 소비를 최소화하도록 시스템 정보를 실시간 감시하는 센서와 시스템의 기계적 작동을 조정하는 제어부를 포함하는 개선된 시스템에 대한 요구가 존재한다. 이런 시스템은 다중 재생 사이클을 더 채용하여 약 80% 내지 약 96~99%로 음용수의 회수를 증가시켜야 하고, 고분자 보조 회수 시스템을 더 채용하여 잔류 화합물 중 미량의 성분을 추출하여야 하며, 당업계에 공지된 다른 담수화 시스템보다 에너지 소비가 적어야 한다. 본 발명은 이들 요구 조건을 만족하고 추가의 관련된 장점을 제공한다.

본 발명은 물을 담수화시키는 것과 같이 물을 정화시키고 스팀을 포함한 수증기를 생성하는 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은 내부 챔버를 형성하는 긴 용기를 포함한다. 용기는 일반적으로 수평으로 배향된다. 용기 내에는 물을 도입하는 수입부가 형성된다. 내부 챔버 내에는 복수의 트레이가 서로 이격된 관계로 배치된다. 트레이는 물과 수증기가 통과되는 스쿠프를 포함한다. 스쿠프는 제1 직경의 유입구와 이보다 작은 제2 직경의 유출구를 포함한다. 트레이 사이에는 통상 투공판인 복수의 배플이 배치된다. 각각의 배플은 물과 수증기가 통과되는 복수의 구멍을 가진다. 바람직하게, 이들 구멍은 제1 구경의 유입구와 작은 크기의 제2 구경의 유출구를 가진다. 일 실시예에서, 배플 중 적어도 하나는 전방면으로부터 연장되고 물과 수증기의 흐름을 배플의 주변부로 유도하도록 된 흐름 유도부를 포함한다.

회전가능한 샤프트는 배플을 관통하고, 배플이 고정 상태로 유지되는 동안 트레이를 내부 챔버 내에서 회전시키도록 트레이에 부착된다. 드라이브는 샤프트를 회전시킨다. 통상, 배플과 샤프트 사이에 저마찰재의 층 또는 슬리브, 또는 베어링이 배치된다.

용기에는 통상 오염수 탱크와 유체 연통하는 오염물 유출구가 형성된다. 용기 내에는 수증기를 액체수로 응축하는 증기 회수 탱크와 연통하는 수증기 유출구가 형성된다. 일 실시예에서, 처리된 오염수를 시스템을 통해 다시 통과시킴으로써 오염수를 재처리하기 위해 적어도 하나의 처리된 오염수 탱크가 용기에 유체 결합된다.

일 실시예에서, 샤프트 회전 속도 또는 용기 내로의 물 유입을 조정하기 위해 컨트롤러가 사용된다. 적어도 하나의 센서가 상기 제어기와 통신한다. 적어도 하나의 센서는 1) 샤프트 또는 트레이의 회전 속도, 2) 내부 챔버의 압력, 3) 물 또는 수증기의 온도, 4) 물 유입 속도, 또는 5) 처리될 오염수의 수위 중 적어도 하나를 판단하도록 구성된다.

일 실시예에서, 터빈은 용기의 수증기 유출구에 연결되고 발전기에 작동가능하게 연결된다. 물은 증기의 생성을 위해 적어도 비등점으로 가열되고, 증기 및/또는 스팀은 발전기에 작동가능하게 연결된 터빈을 통과한다. 터빈과 용기의 유입구 사이에는 처리수 복귀부가 배치될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 시스템은 세미-트레일러 트럭, ISO 컨테이너 등을 통해 수송될 수 있는 이동형 프레임워크에 부착될 수 있다.

사용시, 정수 및 수증기 생성을 위한 방법은 오염물을 함유한 물을 용기 내로 도입하는 단계를 포함한다. 도입된 물은 기화를 위해 회전 및 가열되어 적어도 일부의 오염물이 분리된 수증기를 생성하도록 고정 배플에 의해 교호적으로 분리된 일련의 회전 트레이를 통해 이동된다. 통상, 물은 시스템이 터빈과 발전기를 포함하지 않는 경우, 적어도 37.8℃(화씨 100도) 또는 100℃(화씨 212도) 미만으로 가열된다. 바람직하게, 증기 온도는 저온 살균 온도로 상승된다. 이것은 트레이를 증기 온도가 저온 살균 온도에 도달하는 속도로 회전시킴으로써 행해진다.

증기는 분리된 오염물과 잔류수와 별도로 응축시키기 위해 용기로부터 제거된다. 수증기는 액체수로의 응축을 위해 증기 유로 내에 이격된 부재를 갖는 회수 탱크를 통과한다.

일 실시예에서, 1) 용기 내로의 물 유입, 2) 트레이의 회전 속도, 3) 용기 내 압력, 4) 물 또는 수증기의 온도, 또는 5) 분리된 오염물의 수위 중 적어도 하나를 포함하는 소정의 상태가 감지된다. 트레이 회전 속도 또는 용기 내로의 물 유입은 감지된 상태에 응답하여 조정될 수 있다. 유지 탱크 내의 물과 분리된 오염물의 수위 또는 처리된 물 내의 오염물의 농도도 감지 대상이며, 분리된 오염물과 물은 용기를 통해 재순환시킴으로써 재처리된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 발명의 원리를 예시로써 보여주는 첨부 도면을 참조로 한 하기의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 정수 및 수증기 생성을 위한 시스템의 개략적인 부분 단면 평면도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 개략적 부분 측단면도이다.
도 3은 개방된 상부를 갖는 수처리 용기를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이동형 프레임워크에 부착된 수평 수처리 용기의 배면도이다.
도 5는 복수의 스쿠프를 갖는 회전 트레이의 평면도이다.
도 6은 트레이의 일부와 스쿠프를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 배플의 평면도이다.
도 8은 전방에 물 유도부를 갖는 배플의 측면도이다.
도 9는 테이퍼진 구멍을 도시하는 배플의 일부의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따라 트랜스미션에 결합되고 수처리 용기의 샤프트에 결합된 전기 모터의 개략도이다.
도 11은 본 발명에 따라 컨트롤 박스와 다양한 센서를 합체한 구성을 나타내는 도 1과 유사한 본 발명의 시스템의 개략도이다.
도 12는 터빈과 발전기를 합체한 본 발명의 시스템의 개략적 평면도이다.
도 13은 증기 유출부를 도시한 수처리 용기의 배면도이다.
도 14는 도 12의 시스템의 측면 개략도이다.

예시의 목적으로 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 정수 및 수증기 생성 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법과 시스템은 해양 또는 기타 소금기 있는 물 등의 염수의 탈염(또는 담수화)에 특히 적합하며, 이런 바람직한 처리는, 당업자에 의해 본 발명의 시스템 및 방법이 다른 수원의 정화에 사용될 수 있음을 이해할지라도, 본 명세서에서 예시적인 목적으로 사용될 것이다. 더욱이, 본 명세서에서 보다 충분히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은 비교적 깨끗한 물에 사용되어 수증기를 생성할 수 있으며, 해당 수증기는 전기 발생을 위한 발전기에 유효하게 연결된 터빈 또는 기타의 스팀 가열 장치를 통해 통과되도록 충분한 압력 및 온도를 갖는 스팀 형태의 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적으로 참조 번호 10으로 지시되는 시스템은 내부 챔버(14)를 형성하는 수처리 용기 또는 챔버(12)를 포함하고, 염분 및 용해된 기타의 고형분과 오염물이 물에서 분리되어 기본적으로 미네랄이 없는 음용수가 생성된다. 일 실시예에서, 처리 용기(12)는 공급 탱크(16)로부터 공급 탱크 튜브(20)와 유입 밸브(18)를 통해 오염수를 수용한다. 상술한 바와 같이, 수원은 바닷물 또는 해양수, 기타의 소금기 있는 물, 또는 심지어 기타의 오염물로 오염된 물일 수 있다. 더욱이, 본 발명은 수원으로부터 바로 오염수를 공급하는 것을 생각할 수 있어서 공급 탱크(16)가 필수적으로 사용되는 것은 아니다.

도 3을 참조하면, 특히 바람직한 실시예에서, 용기(12)는 하부 쉘(12a)과 상부 쉘(12b)로 이루어지고, 하부 쉘(12a)과 상부 쉘(12b)은 용기(12)의 내부 챔버(14) 내의 내용물에 접근할 수 있도록 서로 개방되거나 제거될 수 있다. 수처리 용기(12)는 내부 챔버(14) 내에 서로 이격된 복수의 회전 트레이(22)를 포함하며, 트레이(22) 사이에 배치되는 배플(24)을 구비한다. 본 명세서에서 보다 충분히 설명되는 바와 같이, 회전 트레이(22)는 관통 형성된 복수의 스쿠프(26)를 포함하고, 배플(24)은 통상 관통 형성된 복수의 구멍(28)을 갖는 플레이트를 포함한다. 배플(24)은 용기(12)에 움직이지 않게 고정된다. 배플(24)은 용기의 하부 쉘(12a)에 배치되는 하부와 용기(12)의 상부 쉘(12b)에 부착 및 배치되고 용기(12)의 하부 및 상부 쉘(12a, 12b)이 서로 결합되어 폐쇄될 때 단일 배플을 형성하도록 구성된 상부를 포함할 수 있거나, 각각의 배플(24)은 하부 쉘(12a) 또는 상부 쉘(12b)에 부착되는 단일 피스로 이루어질 수 있으며, 물과 수증기가 배플을 통과할 때 일반적으로 고정인 상태를 유지한다.

가변 주파수 드라이브(30)는 전기 모터(32)가 트랜스미션(34)과 대응 샤프트(36)를 구동시키는 속도를 조절한다. 샤프트(36)는 대체로 용기(12)의 양단부에서 통상 슈미트(Schmitt) 커플러 또는 세라믹 베어링(38, 40)과 같은 베어링 등에 회전 가능하게 결합된다. 샤프트(36)는 트레이(22)만이 샤프트에 의해 회전되도록 트레이(22)와 배플(24)을 통해 연장된다. 즉, 트레이(22)는 샤프트(36)에 결합된다. 회전 샤프트(36)와 구멍이 형성된 플레이트 형태의 배플(24) 사이에는 베어링 또는 테프론(Teflon)으로 된 층 또는 슬리브와 같은 저마찰 재료가 배치되어 그 사이의 마찰을 줄이고 회전 샤프트(36)를 안정화하고 지지한다.

도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수처리 용기(12)는 일반적으로 수평으로 배향된다. 이것은 수처리 챔버가 일반적으로 수직으로 배향되고 회전 샤프트의 상부가 챔버 자체를 지지하는 베어링 및 베어링 캡에 의해 고정된 왈라스의 '026 특허의 장치와 대조적이다. 결국, 회전 샤프트 섹션은 장치의 베이스에 견고하게만 고정되고 있다. 고속의 회전 속도에서, 시스템 내 진동은 베어링, 샤프트 및 밀봉부의 과도한 손상을 가져온다. 이에 비해, 프레임 구조(42)에 수평 설치되는 수처리 용기(12)는 용기(12)의 길이를 따라 회전 부하를 분배하여, 베어링, 샤프트 및 밀봉부의 과도한 손상을 야기할 수 있는 고조파 진동 등의 진동을 감소시킨다. 더욱이, 프레임 구조(42)에 용기(12)를 설치하는 것은 본 명세서에서 충분히 설명되는 바와 같이 시스템(10)의 이동성을 향상시킨다. 초고속으로 회전하는 샤프트(36)를 각각의 배플(24)을 통해 지지하는 것은 샤프트와 시스템을 더욱 안정화시키고 진동과 그로부터 야기되는 손상을 감소시킨다.

상술한 바와 같이, 샤프트(36)와 트레이(22)는 마하 2와 같은 초고속으로 회전된다. 이것은 수증기가 형성되고 오염물, 염분 및 기타 용해된 고형분이 수증기로부터 남겨져 떨어지도록 물을 회전 및 가열하는 트레이(22)의 스쿠프(26)를 통해 물을 이동시킨다. 그 후, 물과 수증기는 스쿠프(26)를 갖는 다음 회전 트레이(22)를 통해 다시 처리되기 전에 배플(24)의 구멍(28)을 통과한다. 물과 수증기가 용기(12)의 각각의 서브 챔버를 통과할 때, 추가의 수증기가 생성되어 잔류수에 염분, 용해 고형분 및 기타 오염물을 남기도록 수증기의 온도가 상승된다. 물과 오염물에 작용하는 원심력은 이들을 내부 챔버(14)의 벽으로 그리고 오염물과 기화되지 않은 물을 유출구(46)로 유도하는 일 세트의 채널(44) 안으로 가압한다. 생성되는 수증기는 용기(12) 내에 형성된 수증기 유출구(48)를 통해 통과된다. 따라서, 수증기와 오염물과 잔류수는 서로 분리된다.

상술한 바와 같이, 트레이(22)는 샤프트(36)에 의해 회전된다. 샤프트(36)는 상술한 바와 같이 복수의 베어링에 의해 수처리 용기(12) 내부에서 지지된다. 베어링은 통상 스틸이거나 세라믹 재료로 제조된다. 종래 기술의 담수화 시스템은 고속의 회전 속도와 고온에서 파손될 수 있는 표준 롤러 베어링을 포함한다. 따라서, 종래 기술에 공지된 담수화 시스템은 표준 롤러 베어링과 관련된 고장률이 높았다. 본 발명에서, 밀봉된 스틸 볼 베어링 또는 세라믹 베어링(38, 40)은 표준 롤러 베어링보다 더 내구적이므로 고속의 회전 속도와 고온 하에서도 고장이 적다. 더욱이, 샤프트(36)는 배플의 플레이트(24)와 샤프트(36) 사이에 배치된 테프론(Teflon) 슬리브 또는 베어링(50) 등의 저마찰 재료에 의해 간헐적으로 지지된다. 이것은 샤프트(36)에 대한 하중과 장력의 분포를 균일화하는 것을 더 보장하고 시스템의 동작과 수명을 향상시킨다.

특히 도 5 및 도 6을 참조하면, 복수의 스쿠프(26)가 관통 형성된 예시적인 트레이(22)가 도시되어 있다. 도 5에 14개의 스쿠프(26)가 도시되어 있지만, 그 개수는 가변적이고 단일 트레이(22) 내에 수십 개일 수 있음을 알 것이다. 따라서, 점선은 다양한 개수의 복수의 스쿠프를 나타낸다.

도 6은 트레이(22)와 그 내부에 형성된 스쿠프(26)의 단면도이다. 특히 바람직한 실시예에서, 스쿠프(26)는 유입구(52)의 직경이 유출구(54)의 직경보다 크도록 테이퍼진다. 테이퍼진 스쿠프(26)는 기본적으로 회전 트레이의 베이스(22)의 수평면에 실질적으로 수직인 수직 구멍 또는 유입구(52)를 갖는 튜브이다. 물과 증기는 테이퍼진 스쿠프가 유입구(52)에서 큰 부피를 가지고 출구 또는 유출구(54)에서 작은 부피를 가지므로 테이퍼진 스쿠프(26)를 통해 가속화된다. 테이퍼진 스쿠프(26)의 유입구로부터 유출구까지의 부피 변화는 벤츄리 효과에 기인하여 속도의 증가를 가져온다. 결국, 물과 수증기는 더 교란되어 온도와 속도가 상승된다. 이것은 수증기 내에서 오염물을 더욱 분리할 수 있도록 한다. 테이퍼진 스쿠프(26)는 당업계에 공지된 소정의 수단에 의해 회전 트레이(22)에 부착될 수 있다.

다시 한번, 회전 트레이(22)의 전체 영역에 더 많거나 더 적은 수의 테이퍼진 스쿠프(26)가 배치될 수 있고 스쿠프(26)의 특정 개수와 크기는 본 발명의 시스템(10)의 작동 상태에 따라 변할 수 있음을 알 것이다. 더욱이, 도 6에서 대략 45도로 나타낸 스쿠프(26)의 각도는 트레이로부터 트레이(22)로 변화될 수 있다. 즉, 회전 스쿠프의 각도를 예컨대 후속하는 트레이 상에서 25도 내지 31~36도만큼, 다음 트레이 상에서 40도, 45도만큼 등으로 높임으로써 회전 트레이(22)의 스쿠프(26)의 각도 증가는 수증기가 용기(12)를 통과할 때 생기는 수증기 압력의 증가를 수용한다. 본 명세서에서 보다 충분히 설명되는 바와 같이, 각도 증가는 수증기를 더 교란시켜 생성하고 증기 터빈에 사용될 수 있는 수증기의 압력을 증가시키는데 이용될 수 있다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 투공판 형태의 배플(24)이 도 7에 도시되어 있다. 이 경우, 배플(24)은 제1 플레이트 부재(56)와 제2 플레이트 부재(58)로서 형성되며, 이들 부재는 커넥터(60)에 의해 용기(12)의 내벽에 연결된다. 커넥터(60)는 볼트, 로드 또는 적절한 기타의 연결 수단을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상술한 바와 같이, 배플(24)은 하부 또는 상부 용기 쉘(12a, 12b)에 연결되는 단일 유닛으로서 형성될 수 있다. 이중 플레이트 부재(56, 58)로서 형성되는 경우, 플레이트 부재(56, 58)는 용기(12)가 단일 배플(24)을 형성하도록 폐쇄될 때 서로 상호 체결되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 배플의 플레이트(24)를 통해 복수의 구멍(28)이 형성된다. 도 9는 하나의 이러한 구멍(28)에 대한 단면도이다. 상술한 트레이와 마찬가지로, 구멍(28)은 이를 통과하는 물과 수증기의 압력 및 속도가 증가되도록 테이퍼진 형태로 되어 온도를 더욱 증가시키고 물로부터 추가의 수증기를 생성하도록 유출구(64)보다 큰 직경의 유입구(62)를 포함하는 것이 바람직하다. 상술한 트레이(22)와 마찬가지로, 구멍(28)은 일련의 점선으로 표시된 바와 같이 전체 배플 플레이트에 형성될 수 있다. 구멍(28)의 특정 개수와 크기는 시스템(10)의 작동 상태에 따라 변할 수 있다.

도 8을 참조하면, 샤프트(36)는 배플 플레이트(24)를 통해 연장되는 것으로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 배플(24) 전방에 원추형 물 유도부(66)가 위치된다. 예컨대 유도부(66)는 증기화를 향상시키고 음용수의 회수율을 높이도록 잔류수와 증기를 샤프트(36)로부터 배플 플레이트(24)의 외주 또는 외부 엣지 측으로 편향시키기 위해 45도 각도를 가질 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상술한 바와 같이, 특히 바람직한 실시예에서, 용기(12)는 2개의 쉘 또는 섹션(12a, 12b)으로 형성된다. 이것은 필요에 따른 용기 구성요소의 신속한 검사 및 교환을 가능하게 한다. 바람직하게, 내부 챔버(14)의 벽과 트레이(22), 배플 플레이트(24), 샤프트(36) 등의 소정의 다른 구성요소는 멜로나이트(Melonite) 또는 기타의 마찰 감소 및 내식성 물질로 처리된다. 물론, 이들 구성요소는 연마된 스테인레스 스틸 등과 같이 내식성을 가지고 낮은 마찰 계수를 가지는 재료로 이루어질 수 있다. 용기(12)의 하부 및 상부 섹션(12a, 12b)은 폐쇄시 실질적으로 기밀되고 수밀되도록 상호 연결되는 것이 바람직하다. 더욱이, 폐쇄된 용기(12)는 시스템(10)의 작동 중 내부에서의 물의 기화에 기인한 고온 및 고압을 견딜 수 있어야 한다.

도 1, 도 2 및 도 10을 참조하면, 통상 트랜스미션(34)은 전기 모터(32)와 구동 샤프트(36)를 상호 연결한다. 트랜스미션(34)의 속도는 가변 주파수 드라이브(30)에 의해 설정된다. 가변 주파수 드라이브(30)는 본 명세서에서 보다 충분히 설명되는 바와 같이 기본적으로 컴퓨터화된 컨트롤러(68)에 의해 조절된다. 특히 도 10을 참조하면, 모터의 샤프트(70)는 벨트(74)에 의해 중간 샤프트(72)에 연결된다. 증간 샤프트(72)는 다른 벨트(76)에 의해 샤프트에 연결된다. 도 10에 도시된 고속의 산업용 벨트 및 풀리 시스템은 샤프트(36)를 수처리 용기(12) 내부로 구동시킨다. 도시된 바와 같이, 복수의 벨트(74, 76) 및 세트로 된 중간 샤프트(72)는 전기 모터 구동 샤프트(70) 상에서 전기 모터(32)에 의해 인가되는 회전 입력 속도의 수 배만큼 샤프트(36)에서의 회전 출력 속도를 증가시킨다. 회전 출력 속도에 대한 회전 입력 속도의 비율은 벨트(74, 76)와 대응하는 중간 샤프트(72)의 상대 회전 속도의 변경을 통해 변화될 수 있음은 물론이다. 전기 모터 구동 샤프트(70)를 벨트(74, 76)와 중간 샤프트(72)를 통해 샤프트(36)에 결합시키고 슈미트 커플러를 트랜스미션(34)과 챔버(12) 사이의 샤프트(36) 상에 부가함으로써, 본 발명은 다른 종래 기술의 담수화 시스템이 갖는 진동 및 신뢰성의 문제를 회피할 수 있다.

도 1을 참조하면, 상술한 바와 같이, 수증기는 용기(12)의 수증기 유출구(48)를 통과하도록 유도된다. 수증기는 회수 튜브(78)를 통해 증기 회수 컨테이너 또는 탱크(80)로 이동된다. 그후, 수증기는 증기 회수 탱크(80) 내에서 액체수로 응축 및 응집된다. 이를 촉진하기 위해, 일 실시예에서, 루버(louvers) 형태와 같은, 이격된 복수의 부재(82)가 수증기가 루버 상에서 응집 및 응축되어 액체수가 되도록 수증기의 유로 내에 배치된다. 그후, 액체수는 음용수 저장 탱크(84) 또는 저온 살균 및 유지 탱크(86)로 이동된다. 용기(12) 내의 물과 수증기가 유해한 미세 세균, 얼룩 홍합 유충(zebra mussel larvae) 및 기타 유해한 유기체를 죽이기 위해 필요한 저온 살균 온도로 가열되면, 액체수는 유지 탱크(86) 내에 유지될 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 시스템(10)의 주 목적이 음용수를 얻기 위해 염수와 같은 오염수로부터 오염물을 제거하는 것인 경우, 수증기의 온도는 37.8℃(화씨 100도) 내지 100℃(화씨 212) 미만으로 가열된다. 보다 더 바람직하게, 수증기는 저온 살균을 위해 60℃(화씨 140도) 내지 76.7℃(화씨 170도)로 가열된다. 그러나, 수증기 온도는 물이 비등하여 증기가 되지 않도록 최소로 바람직하게는 100℃(화씨 212도) 미만으로 유지되는데, 이는 수증기로부터 액체수로 응축 및 응집시키는 것에 더 어렵다. 대신에, 바람직하게는 본 명세서에서 보다 충분히 설명된 바와 같이 가열 및 발전 등의 목적으로 증기 생성이 바람직한 경우 물은 비등되어 수증기 온도가 100℃(화씨 212도)를 초과한다. 이것은 추가의 전기 또는 에너지를 필요로 하는 경우가 있는 복잡한 냉각 또는 응축 시스템 없이 본 발명에 따라 수증기를 저온 살균하고 수증기를 액체수로 응축 및 응집시키도록 할 수 있다.

일 실시예에서, 담수화 공정에서 소금물로 지칭되는 오염수는 유출구(46)에서 집수되어 소금물 폐기 탱크(88)로 이동된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리머 또는 기타 화학물을 소금물에 첨가하여 미량 원소 등을 회수한다. 더욱이, 소금물로부터의 염분은 식용 소금(table salt)의 생성을 포함하는 여러 목적을 위해 처리 및 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 처리된 오염수는 시스템(10)을 통해 오염물과 잔류수를 다시 재순환시킴으로써 재처리된다. 이런 재처리는 오염수로부터 추출된 음용수가 증가하도록 최대 99%까지 여러 번에 걸쳐 수행될 수 있다. 이런 재처리는 오염물과 폐수를 유출구(46)로부터 제1의 소금물 또는 오염물 재처리 탱크(92)로 유도함으로써 수행된다. 그후, 소금물 또는 기타 오염물의 형태의 잔류 폐수는 용기(12)의 유입구(18)를 통해 재도입되고 상술한 바와 같이 용기(12)를 통해 재처리 및 재순환된다. 증기 회수 탱크(80) 내에서 응축 및 수집되도록 추가의 음용수가 수증기 형태로 추출될 것이다. 그후, 잔류 오염물과 폐수는 제2의 소금물 또는 오염물 재처리 탱크(94)로 유도된다. 오염물 또는 소금물의 농도는 이 재처리 탱크에서 훨씬 높을 것이다. 처리 탱크(94) 내에 충분한 수위의 폐수 또는 소금물이 축적되면, 오염수는 상술한 바와 같이 유입구(18)를 통과하여 시스템(10)을 통해 순환 및 처리된다. 추출된 음용 가능한 수증기는 상술한 바와 같이 유출구(48)에서 제거되고 증기 회수 탱크(80)에서 액체수로 변환된다. 얻어지는 오염물과 폐수는 그후, 또 다른 재처리 탱크 또는 소금물 폐기 탱크(88) 내로 배치될 수 있다. 최초의 해수 투입분은 예컨대 80%~90%의 음용수로 생성할 것으로 예상된다. 제1 재처리는 총 추출된 음용수가 90%와 95% 사이에 있도록 추가량의 음용수를 생성할 것이다. 소금물과 잔류수를 시스템을 통해 다시 통과시키는 것은 장치 비용이 거의 증가되지 않거나 증가 없이 소금물을 재순환시킴으로써 음용수를 99%까지 회수하도록 할 수 있다. 더욱이, 이것은 소금물 또는 오염물의 부피를 감소시키고, 이는 미량 원소의 회수를 용이하게 하고 그리고/또는 폐기 비용을 줄일 수 있다.

도 11을 참조하면, 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명의 시스템(10)에는, 온도, 압력, 유량, 구성요소의 회전 속도 및 수처리 용기(12)에 연결된 다양한 탱크의 잔여 용량을 연속 판독하는 복수의 센서로부터 취한 측정값을 기초로 가변 주파수 드라이브(30)를 조절하는 컴퓨터 시스템이 통합된다. 통상, 이들 판독치는 실시간으로 취득된다.

예컨대 필요한 경우 압력뿐만 아니라 용기(12) 내에 또는 용기(12)를 빠져나가는 물 또는 수증기의 온도를 측정하기 위해 온도 및/또는 압력 센서(96)가 채용될 수 있다. 이들 센서 판독치에 응답하여, 컨트롤 박스(68)는 가변 주파수 드라이브(30)가 샤프트(36)의 회전 속도를 유지, 감소 또는 증가시켜 물과 수증기의 온도와 압력을 각각 유지, 감소 또는 증가시키도록 할 것이다. 이는 예컨대 수증기 온도가 모든 유해 세균과 기타의 유기체를 죽이도록 필요한 저온 살균 온도에 있는 것을 보장하기 위해 행해질 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 센서는 시스템이 정확하게 작동되고 시스템이 원하는 온도 및/또는 압력에서 필요한 수증기를 생성하는 것을 보장하기 위해 샤프트(36) 및/또는 트레이(22)의 회전 속도(RPMS)의 검출에 사용될 수 있다. 컴퓨터화된 컨트롤러는 시스템(10)이 효율적으로 작동되도록 제거되는 수증기와 폐수의 양만큼 적정량의 물이 유입되도록 유입구(18)(GPMS)를 통한 입수량을 조정할 수도 있다. 컨트롤 박스(68)는 용기(12) 내로의 물의 유량을 조정할 수 있거나 심지어 물의 공급을 조정할 수 있다.

예컨대, 위에서 지시된 바와 같이, 오염수는 공급 탱크(16)로부터 공급될 수 있거나, 재처리 탱크(92, 94)를 포함하는 소정 개수의 탱크로부터 공급될 수 있다. 집수 저장 탱크는 오염수가 제공할 수 있는 것보다 높은 순도의 물을 필요로 하는 증기 생성시와 같이 소정 수위로 또는 다른 목적으로 물이 정화되는 것을 보장하도록 유입구(18)에 유동적으로 결합될 수 있다. 이와 같이, 하나 이상의 센서(98)가 탱크 내의 데이터를 추적하여 탱크에 입출입하는 물 또는 폐수/소금물의 수위, 농도 또는 유량을 판단할 수 있다. 컨트롤러(68)는 상술한 바와 같이 소금물이 제1 소금물 재처리 탱크(92)로부터 제2 소금물 재처리 탱크(94)로, 그리고 결국 소금물 폐기 탱크(88)로 재처리될 때와 같이 탱크의 입력 및 출력을 전환하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 제1 소금물 재처리 탱크가 소정 수위에 도달하면, 공급 탱크(16)로부터의 유체 유동이 차단되고, 대신 제1 소금물 재처리 탱크(92)로부터 용기(12) 내로 유체가 제공된다. 그런 다음 처리된 오염물과 잔류수가 제2 소금물 재처리 탱크(94)로 그 탱크가 소정 수위에 도달하기까지 유도된다. 그후, 제2 소금물 재처리 탱크(94)로부터 시스템과 수처리 용기(12)를 거쳐 예컨대 소금물 폐기 탱크(88)로 물이 유도된다. 제1 재처리 탱크(92) 내의 소금물은 전체 용해 고형분 대부분을 포함하는 오염수의 약 20%일 수 있다. 최종적으로 소금물 폐기 탱크(88)로 유도되는 잔류 소금물은 공급 탱크(16)를 통해 정화 시스템(10) 내로 초기 도입되는 오염수의 단 1%만 포함할 수 있다. 따라서, 저온 살균수가 되는 수증기 온도 제어를 포함하는 원하는 물의 출력을 제어하도록 온도 및 압력 센서와 RPM 및 유량계가 사용될 수 있다.

컨트롤러(68)는 도 12에 도시된 바와 같이 트레이의 회전이 유입수를 비등시켜 원하는 온도와 압력의 증기를 생성하는 충분히 높은 속도로 샤프트(36)가 회전되도록 가변 주파수 드라이브(30)가 모터(32)에 동력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 도 12는 시스템(10)에 합체된 증기 터빈(100)을 도시한다. 스팀 형태의 수증기는 비용 효율적이고 경제적인 전기 생성을 위해 발전기(102)에 결합되는 고압 및 저온의 증기 터빈을 구동시키기 위해 수처리 용기(12) 내에서 생성될 수 있다.

예컨대 수증기는 315.6℃(화씨 600도)가 넘는 온도로 가열되고 증기 터빈(100)의 구동에 적절한 1,600 psi가 넘는 압력으로 압축될 수 있다. 트레이의 속도 증가 이외에, 트레이(22)의 스쿠프(26)의 테이퍼진 특성과 투공판 형태의 배플(24)의 구멍(28)의 테이퍼진 특성의 결합을 통해 수증기 또는 스팀의 생성이 촉진된다. 제1 트레이에서의 25도로부터 최종 트레이에서의 45도까지의 범위와 같이 스쿠프(26)의 각도를 증가시키는 것도 스팀 형태의 수증기의 생성을 증가시키고 압력을 증가시켜 증기 터빈(100)을 구동시킬 수 있다. 도 13 및 도 14는 용기(12)의 단부에 스팀 유출구(104)가 형성되고 압축 스팀이 터빈(100)을 통과하면서 터빈의 블래이드(106)와 샤프트(108)를 회전시켜 터빈에 결합된 발전기를 통해 전기를 생산하도록 스팀 유출구에 증기 터빈(100)이 직접 연결되는 실시예를 예시한다. 수증기 유출구(110)는 수증기를 증기 회수 컨테이너(80) 등으로 이송한다. 회수 탱크(80)는 증기 또는 고온의 수증기를 액체수로 응축하도록 냉각하기 위해 추가의 배관, 응축기, 냉각기 등을 포함하는 것이 필요할 수 있다.

물론, 당업자들은 시스템(10)에 의해 생성되는 스팀이 다른 목적, 예컨대 가열 목적, 유정, 타르 및 혈암(shale) 채굴장 등으로부터 오일을 제거할 목적 등에 사용될 수 있음을 알 것이다.

또한, 본 발명은 센서와 컨트롤러(68)에 의해 음용수 생산을 위해 유출구(48)를 통해 증기 회수 컨테이너 안으로 직접 유도되는 저온 및/또는 압력의 수증기를 생성할 수 있으며, 시스템은 가속되어 증기 터빈(100)을 통과하면서 필요한 전기를 생산하도록 고온의 수증기 또는 스팀을 생성하는 것을 알 것이다. 예컨대 밤 시간 중에 시스템(10)은 거의 전기가 필요하지 않을 때 음용수의 생산에 사용될 수 있다. 그러나, 낮 시간 중에 시스템(10)은 스팀과 전기를 생산하도록 조정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 가변 주파수 드라이브(30), 전기 모터(32), 트랜스미션(34) 및 수처리 용기(12)와 그 부품을 포함하는 본 발명의 많은 구성요소들은 이동 가능한 프레임(42)에 부착될 수 있다. 본 발명의 전체 시스템(10)은 40 피트(40 feet) 길이의 ISO 컨테이너 내에 부착되도록 구성될 수 있다. 이 컨테이너는 제어된 작동 환경과 선적 및 보관을 위해 냉각(HVAC) 유닛으로 단열될 수 있다. 공급 탱크, 증기 회수 탱크, 음용수 저장 탱크 및 오염물/소금물 재처리 탱크 또는 폐기 탱크를 포함하는 다양한 탱크가 수송 가능한 컨테이너에 부착될 수 있거나 또는 별도로 수송되고 필요에 따라 입력 및 출력 포트에 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 전체 시스템(10)은 선박, 세미-트랙터 트레일러 등을 통해 ISO 컨테이너 등의 내부에 쉽게 수송될 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템(10)은 자연 재해, 군사 작전 등에 대처하기 위해 필요한 위치, 원격지에도 채택될 수 있다. 이런 구성은 본 발명의 시스템(10)의 높은 수준의 이동성, 신속한 전개성 및 시동을 가져온다.

예시를 위해 여러 실시예가 상세히 설명되었지만, 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의한 것을 제외하고 제한되지 않는다.

Claims (44)

1. 증기 생성 방법이며,
   물을 용기(12) 내로 도입하는 단계와,
   고정 배플(24)에 의해 교호적으로 분리된 일련의 회전 트레이(22)를 통해 물을 이동시키는 단계로서, 트레이(22)와 배플(24)은 용기(12) 내에 포함되고, 트레이(22)는 각각 제1 직경의 유입구(52)와 이보다 작은 직경인 제2 직경의 유출구(54)를 갖는 복수의 스쿠프(26)를 포함하고, 배플(24)은 각각 제1 직경의 유입구(62)와 이보다 작은 직경인 제2 직경의 유출구(64)를 갖는 복수의 구멍(28)을 갖는 단계와,
   물을 회전 및 가열하여 물의 증기화를 실행함으로써 소정의 온도와 압력의 증기를 생성하기 위해 트레이(22)를 회전시키는 단계와,
   터빈(100)의 블레이드(106)와 샤프트(108)를 회전시키기 위해 용기(12)로부터 터빈(100)을 통해 증기를 통과시키는 단계로서, 샤프트(108)는 발전기(102)에 작동가능하게 연결되는 단계를 포함하는, 증기 생성 방법.
2. 제1항에 있어서,
   물은 오염물을 갖고,
   물의 증기화는 트레이(22)의 회전으로 인해 오염물의 적어도 일부를 갖는 증기와 증기로부터 분리된 물을 생성하고,
   상기 회전 단계 후에, 분리된 오염물과 물을 용기(12)를 통해 재순환시킴으로써 분리된 오염물과 물을 재처리하는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 물에 있는 오염물을 증기로부터 분리하는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1) 용기(12) 내로의 물의 유입, 2) 트레이(22)의 회전 속도, 3) 용기(12) 내의 압력, 4) 물 또는 증기의 온도, 또는 5) 분리된 오염물의 수위 중 적어도 하나의 상태를 감지하는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리된 오염물과 물은 증기로부터 분리된 후에 유지 탱크(86)로 통과되고, 유지 탱크(86) 내의 분리된 오염물과 물의 수위 또는 처리된 물에서 오염물의 농도를 감지하는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
6. 제4항에 있어서, 감지된 상태에 응답하여 트레이(22)의 회전 속도 또는 용기(12) 내로의 물의 유입을 조정하는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용기(12)로부터 터빈(100)을 통해 증기를 통과시키는 단계 후에, 증기를 액체수로 응축하기 위해 증기의 유로 내에 이격된 부재(82)를 갖는 회수 탱크(80)를 통해 수증기를 통과시키는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트레이(22)를 회전시키는 단계 동안에 물을 적어도 비등점으로 가열하는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트레이(22)를 회전시키는 단계 동안에 증기의 온도를 저온 살균 온도로 승온시키는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
10. 제9항에 있어서, 증기의 온도가 저온 살균 온도에 도달하는 속도로 트레이(22)가 회전되는, 증기 생성 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트레이(22)를 회전시키는 단계 동안에 물을 적어도 37.8℃(화씨 100도) 내지 100℃(화씨 212도) 미만으로 가열하는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
12. 삭제
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용기(12)를 수평으로 배향시키는 단계로 시작하고, 용기(12)는 구동 기구(32)에 부착된 회전 가능한 샤프트(36)를 갖고, 회전 가능한 샤프트(36)는 배플(24)의 구멍(50)을 관통하고 트레이(22)에 부착되어 트레이(22)만이 샤프트(36)와 함께 회전하도록 하는, 증기 생성 방법.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트레이(22)를 회전시키는 단계 동안에 물을 배플(24)의 중심부로부터 배플(24)의 외주 측으로 유도하는 단계를 더 포함하는, 증기 생성 방법.
15. 정수 및 수증기 생성 시스템(10)이며,
    내부 챔버(14)를 형성하고 수평으로 배향된 세장형 용기(12)와,
    용기(12)에 형성된 물 유입구(18)와,
    내부 챔버(14) 내에 서로 이격된 관계로 배치되고 물과 수증기가 통과되는 스쿠프(26)를 포함하는 복수의 트레이(22)로서, 상기 스쿠프(26)가 제1 직경의 유입구(52)와 이보다 작은 직경인 제2 직경의 유출구(54)를 포함하는, 복수의 트레이(22)와,
    트레이(22) 사이에 배치되고 각각 물과 수증기가 통과되는 복수의 구멍(28)을 구비한 복수의 배플(24)로서, 상기 구멍(28)이 제1 직경의 유입구(62)와 이보다 작은 직경인 제2 직경의 유출구(64)를 가지는, 복수의 배플(24)과,
    내부 챔버(14) 내에서 트레이(22)를 회전시키도록 배플(24)을 통과하여 트레이(22)에 부착되는 회전 가능한 샤프트(36)와,
    샤프트(36)를 회전시키는 드라이브(32)와,
    용기(12) 내에 형성된 오염물 유출구(46)와,
    증기를 액체수로 응축시키는 증기 회수 탱크(80)와 연통되도록 용기(12) 내에 형성된 수증기 유출구(48)를 포함하는, 정수 및 수증기 생성 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 시스템은 이동 가능한 프레임(42)에 부착되는, 정수 및 수증기 생성 시스템.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 배플(24)과 샤프트(36) 사이에 배치되는 저마찰 재료의 층을 포함하는, 정수 및 수증기 생성 시스템.
18. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 배플(24) 중 적어도 하나는 배플의 전방면으로부터 연장되고 물과 수증기를 배플(24)의 외주 측으로 유도하도록 된 흐름 유도부(66)를 포함하는, 정수 및 수증기 생성 시스템.
19. 제15항 또는 제16항에 있어서, 샤프트(36)의 회전 속도 또는 용기(12)로의 물 투입을 조정하는 컨트롤러(68)를 포함하는, 정수 및 수증기 생성 시스템.
20. 제19항에 있어서, 컨트롤러(68)와 통신하며, 1) 샤프트(36) 또는 트레이(22)의 회전 속도, 2) 내부 챔버(14)의 압력, 3) 물 또는 수증기의 온도, 4) 물 유입 속도, 또는 5) 처리될 오염수의 수위 중 적어도 하나를 판단하도록 구성된 적어도 하나의 센서(96)를 포함하는, 정수 및 수증기 생성 시스템.
21. 제20항에 있어서, 처리된 오염수를 상기 시스템(10)을 통해 통과시킴으로써 오염수를 재처리하도록 용기(12)에 유체 결합되는 적어도 하나의 처리 오염수 탱크(92)를 포함하는, 정수 및 수증기 생성 시스템.
22. 제15항 또는 제16항에 있어서, 용기(12)의 수증기 유출구(104)에 연결되고 발전기(102)에 작동가능하게 연결되는 터빈(100)을 포함하는, 정수 및 수증기 생성 시스템.
23. 제22항에 있어서, 터빈(100)과 증기 회수 탱크(80) 사이에 처리수 복귀부(110)를 포함하는, 정수 및 수증기 생성 시스템.
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