KR20150037884A - 물의 오염물질 제거 및 수증기 발생을 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

물의 오염물질 제거 및 수증기 생성을 포함하는 유체를 프로세스하기 위한 시스템 및 방법은 용기 내로 유체를 도입하는 것을 포함한다. 유체의 증기화를 실시하여 오염물질의 적어도 일부가 유체로부터 분리된 증기를 생산하기 위해서 유체를 소용돌이화시키고 가열하기 위해서, 정지적인 배플에 의해서 교번적으로 분리된 일련의 회전 트레이를 통해서 유체를 이동시킨다. 증기는, 분리된 오염물질 및 잔류 물로부터 분리 응축하기 위해서, 용기로부터 제거된다. 증기는 발전기에 연결된 터빈을 통과할 수 있을 것이다. 제어기 내의 센서를 채택하여, 감지된 조건에 응답하여 트레이의 회전 속력 또는 용기 내로의 유체의 입력을 조정할 수 있을 것이다. 처리된 유체의 정제를 증가시키기 위해서, 처리된 유체가 용기를 통해서 재순환되고 재프로세스될 수 있을 것이다.

Description

물의 오염물질 제거 및 수증기 발생을 위한 시스템{SYSTEM FOR DECONTAMINATING WATER AND GENERATING WATER VAPOR}

본 발명은 물의 오염물질 제거 및 수증기 발생을 위한 시스템에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은, 수평적인 물 처리 용기(vessel)를 통해서 물을 증기화하고, 용해된 고체를 제거하고, 오염된 물로부터의 음료수(potable water)의 회수를 최대화하기 위해서 일련의 센서 및 제어 시스템을 이용하는, 개선된 방법에 관한 것이다.

탈염(desalinization)[또는 염분 제거(desalination) 또는 담수화(desalinisation)]은 과다한 염, 광물 및 다른 천연 또는 비천연 오염물질을 물로부터 제거하기 위한 많은 프로세스 중 하나를 지칭한다. 역사적으로, 탈염은 선박에서 해수를 음용수로 변환하였다. 현대의 탈염 프로세스가 여전히 선박 및 잠수함에서 이용되어, 선원을 위한 일정한 음용수 공급을 보장한다. 그러나, 탈염은 신선한 물의 자원이 부족한 건조한 지역에서 점점 더 많이 이용되고 있다. 이러한 지역에서, 해양으로부터의 염수를 염분 제거하여 소비(즉, 음료수)에 또는 농업에 적합한 신선한 물로 만든다. 탈염 프로세스로부터의 고농축 폐기 생성물은 일반적으로 브라인(brine)으로 지칭되고, 염(NaCl)이 전형적인 주요 부산물이 된다. 탈염에 있어서의 가장 최근의 관심 대상은 신선한 물의 가용성이 제한되는 건조 지역에서 이용하기 위한 신선한 물을 제공하기 위한 비용-효과적 프로세스를 개발하는 것에 초점을 맞추고 있다.

대규모 탈염은 전형적으로 비용이 많이 소요되고 일반적으로 다량의 에너지 및 고가의 기반시설을 필요로 한다. 예를 들어, 세계적으로 가장 큰 탈염 플랜트는 복수-스테이지 플래시 증류(flash distillation)를 이용하고 매년 3억 입방 미터(m³)의 물을 생산할 수 있다. 미국에서 가장 큰 탈염 플랜트는 매일 2천5백만 갤런(95,000 m³)의 물을 탈염처리 한다. 세계적으로, 약 13,000 개의 탈염 플랜트가 매일 1천2백만 갤런(4천5백만 m³)의 물을 생산한다. 따라서, 탈염 방법을 개선하는 것이, 즉 관련 시스템의 비용을 낮추고 효율을 개선하는 것이 당업계에서 지속적으로 요구되고 있다.

탈염은 많은 다양한 프로세스에 의해서 실시될 수 있을 것이다. 예를 들어, 몇몇 프로세스는 단순한 증발-기반의 탈염 방법, 예를 들어 다중-효용 증발(multiple-effect evaporation)(MED 또는 단순히 ME), 증기-압축 증발(VC) 및 증발-응축을 이용한다. 일반적으로, 증발-응축은 물 순환(hydrologic cycle) 중에 자연적으로 실행되는 자연적 탈염 프로세스이다. 물 순환 중에, 물이 호수, 해양 및 하천과 같은 공급원으로부터 대기 중으로 증발된다. 이어서, 증발된 물이 저온의 공기와 접촉하고 이슬 또는 강우를 형성한다. 결과적인 물은 일반적으로 불순물을 가지지 않는다. 이러한 물과 관련한(hydrologic) 프로세스는 일련의 증발-응축 프로세스를 이용하여 인공적으로 복제될 수 있다. 기본적인 동작에서, 염수를 가열하여 증기화한다. 증발 스테이지 중에, 염 및 기타 불순물이 물로부터 용출되고 남게 된다. 증발된 물은 추후에 응축되고, 응집되고, 신선한 물로서 저장된다. 수년간 증발-응축 시스템은, 특히 그러한 프로세스를 돕는 보다 효율적인 기술의 출연으로, 크게 개선되었다. 그러나, 이러한 시스템은 물의 증발에 있어서 상당한 에너지 입력을 여전히 필요로 한다. 대안적인 증발-기반의 탈염 방법은, 앞서서 간략히 설명한 바와 같은, 복수-스테이지 플래시 증류를 포함한다. 복수-스테이지 플래시 증류는 진공 증류를 이용한다. 진공 증류는, 증기화 챔버 내에 진공을 생성하는 것에 의해서, 대기압 미만에서 물을 비등시키는(boiling) 프로세스이다. 그에 따라, 진공 증류는 MED 또는 VC 보다 상당히 낮은 온도에서 동작하고, 그에 따라 오염물질을 물로부터 분리하기 위해서 물을 증발시키는데 있어서 적은 에너지를 필요로 한다. 이러한 프로세스는 상승하는 에너지 비용의 관점에서 특히 바람직하다.

대안적인 탈염 방법은 멤브레인-기반의 프로세스, 예를 들어 역삼투(reverse osmosis)(RO), 역전기투석(electrodialysis reversal)(EDR), 나노여과(NF), 정삼투(forward osmosis)(FO) 및 멤브레인 증류(MD)를 포함할 수 있을 것이다. 이러한 탈염 프로세스 중에서, 역삼투가 가장 널리 이용된다. 역삼투는 반-투과성 멤브레인 및 압력을 이용하여 염 및 기타 불순물을 물로부터 분리한다. 역삼투 멤브레인은 선택적인 것으로 간주된다. 즉, 멤브레인은 물 분자에 대해서 매우 투과적인 한편, 물에 용해된 염 및 기타 분순물에 대해서는 매우 불투과적이다. 멤브레인 자체는 고가의 그리고 고압의 컨테이너 내에 저장된다. 컨테이너는 표면적 및 염수의 통과 유량을 최대화하도록 멤브레인을 배열한다. 전형적으로, 통상적인-삼투 탈염 시스템은 시스템 내에서 고압을 생성하기 위한 이하의 2가지 기술 중 하나를 이용한다: (1) 고압 펌프; 또는 (2) 원심분리기. 고압 펌프는 멤브레인을 통해서 염수를 필터링하는데 도움을 준다. 시스템 내의 압력은 펌프 셋팅 및 염수의 삼투압에 따라서 달라진다. 삼투압은 용액의 온도 및 용액에 용해된 염의 농도에 의존한다. 대안적으로, 원심분리기는 전형적으로 보다 효율적이나, 실현하기가 보다 어렵다. 원심분리기는 용액을 고속으로 회전시켜 용액 내의 다양한 밀도의 재료를 분리한다. 멤브레인과 조합되어, 현탁된(suspended) 염 또는 다른 오염물질이 멤브레인의 길이를 따라서 일정한 방사상 가속도를 받는다. 역삼투의 하나의 공통된 문제점은 일반적으로 시간 경과에 따른 멤브레인의 막힘 및 현탁된 염의 제거이다.

역삼투식 물 증류 플랜트의 동작 비용은 주로 고압 펌프 또는 원심분리기를 구동하는데 필요한 에너지 비용에 의해서 결정된다. 수압 에너지 회수 시스템을 역삼투 시스템으로 통합하여, 충분히 에너지 집약적인 프로세스와 연관된 에너지 비용의 상승에 대처할 수 있을 것이다. 이는 입력 에너지의 일부를 회수하는 것을 포함한다. 예를 들어, 터빈은, 높은 동작 압력 및 큰 부피의 염수를 필요로 하는 시스템 내의 에너지를 특히 회수할 수 있다. 터빈은 수압 강하 중에 에너지를 회수한다. 그에 따라, 멤브레인의 양 측부들 사이의 압력차를 기초로 하는 역삼투 시스템에서 에너지가 회수된다. 염수측의 압력은 탈염수측의 압력 보다 상당히 높다. 압력 강하는 터빈에 의해서 회수가능한 상당한 수압 에너지를 생성한다. 그에 따라, 역삼투 멤브레인의 고압 섹션과 저압 섹션 사이에서 생성되는 에너지가 활용되고 완전히 버려지지는 않는다. 회수된 에너지는, 고압 펌프 또는 원심분리기를 포함하는 임의의 시스템 구성요소를 구동하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 터빈은 탈염을 실시하기 위한 전체적인 에너지 지출을 감소시키는데 도움이 된다.

일반적으로, 역삼투 시스템은, 전형적으로, 열적 증류 보다 적은 에너지를 소비하고, 그에 따라, 보다 비용 효과적이다. 역삼투가 다소 염분이 있는(brackish) 용액에서 양호하게 작용하지만, 역삼투는, 해양 염수와 같은 다량의 염을 가지는 용액에서 이용될 때, 과부하되고 비효율적이 될 수 있을 것이다. 그 밖의, 덜 효율적인 탈염 방법에는 이온 교환, 동결, 지열적(geothermal) 탈염, 태양열 가습법(solar humidification)(HDH 또는 MEH), 메탄 하이드레이트 결정화(methane hydrate crystallization), 고-등급 물 재순환(high-grade water recycling) 또는 RF 유도형 이상 고열(RF induced hyperthermia)이 포함될 수 있을 것이다. 프로세스와 관계없이, 탈염은 여전히 에너지 집약적이다. 미래의 비용 및 경제적 실현 가능성은 여전히 탈염 기술의 가격 및 시스템 동작에 필요한 에너지의 비용 모두에 의존한다.

다른 대안적인 탈염 방법에서, Burke, Jr.에게 허여된 미국 특허 제4,891,140호는 파괴적인(destructive) 증류에 의해서 물로부터 용해된 광물 및 유기 물질을 분리 및 제거하는 방법을 개시한다. 여기에서, 물은 제어된 압력 하에서 증기로 가열된다. 용해된 염 입자 및 기타 오염물질은 물이 증발함에 따라 용액으로부터 분리된다. 통합된 하이드로사이클론(hydrocyclone) 원심분리기는 분리 프로세스를 가속한다. 열 교환 및 수압식 모터를 통해서, 가열된 높은 압력의 청정한 물이 에너지를 다시 시스템으로 전달한다. 그에 따라, 순 에너지 사용은 전술한 프로세스에 비해서 상대적으로 적다. 사실상, 순 에너지 사용은 장비 동작으로 인한 펌프 손실 및 열 손실과 본질적으로 균등하다. 이러한 설계안의 하나의 특별한 장점은, 교체하여야 할 멤브레인이 없다는 것이다. 이러한 프로세스는 멤브레인-기반의 탈염 장치를 손상 또는 파괴할 수 있는 화학물질 및 기타 물질을 제거한다.

다른 특허 즉, Wallace에게 허여된 미국 특허 제4,287,026호는 음료수를 생산하기 위해서, 염분성 또는 다른 다소 염분이 있는 물로부터, 용해된 고체 형태의 염 및 다른 광물을 제거하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 물은 고온에서 그리고 빠른 원심 속력에서 몇 개의 탈염 스테이지를 강제로 통과한다. 바람직하게, 내부 구성요소는 물을 마하(Mach) 2까지의 속력으로 회전시켜, 증기화된 물로부터 용해된 염 및 다른 용해된 고체를 효과적으로 분리하고 현탁화한다(suspend). 현탁화된 염 및 다른 광물은 수증기로부터 분리되어 방출되도록 원심력으로 외측으로 강제된다. 이어서, 분리된 그리고 정제된 증기 또는 스팀이 음료수로 다시 응축된다. 시스템은 역삼투 및 유사한 여과 시스템 보다 상당히 적은 동작 에너지를 필요로 하며, 그에 따라 물을 효율적으로 그리고 경제적으로 정제한다. 이러한 설계안의 하나의 단점은, 회전 샤프트가 수직 챔버 내로 설치되어야 한다는 것이다. 결과적으로, 회전하는 샤프트 섹션은 베어링 및 베어링 캡에 의해서 베이스 유닛에 확고하게만(only solidly) 고정된다. 빠른 회전 속력(예를 들어, 마하 1 초과)에서, 진동은 과다한 베어링 샤프트 및 밀봉부 고장을 유발한다. 다른 단점은, 일련의 챔버가 하우징 섹션 내에 함께 볼트로 연결된다는 것(bolted)이다. O-링 밀봉부에 의해서, 천공된 플레이트가 이러한 섹션으로 커플링된다. 하우징 및 O-링 밀봉부는 염 침투로 인해서 시간 경과에 따라 마모되는 경향이 있는데, 이는 복수 챔버 및 하우징 섹션이 복수의 너트 및 볼트를 통해서 연결되기 때문이다. 특히, Wallace 설계안의 조립은 특히 많은 노력을 필요로 한다(laborious). 유지보수도 마찬가지로 노동 집약적인데, 이는, O-링, 너트 및 볼트를 포함하는 하우징 섹션의 각각을 분리하는데 상당한 시간이 소요되기 때문이다. 물론, 장치는 필수적인 유지보수가 실시된 후에 반드시 재조립되어야 한다. 각각의 하우징 섹션은 그들 사이의 적절한 밀봉을 보장하도록 주의 깊게 함께 다시 결합되어야 한다. 또한, 장치가 오래됨에 따라, 시스템에서 O-링 누설과 같은, 다양한 토크 및 유지보수 문제가 발생할 수 있다. 또한, 회전 샤프트는 기어 구동부(drive)에 의해서 동력원(power source)으로 연결되고, 이는 베어링, 샤프트 및 밀봉부와 연관된 전술한 신뢰성 문제에 기여하게 된다. 또한, 시스템은 염분제거되는 염수의 삼투압에 따라 회전 샤프트 섹션의 속력을 조절하기 위한 수단을 개시하고 있지 않다. 그에 따라, Wallace 탈염 기계의 정적인(static) 동작은 다른 현대적인 탈염 장치 만큼 효과적이지 않다.

따라서, 물의 탈염과 같은 물의 오염물질 제거를 최대화하기 위해서, 그리고 에너지 소비를 최소화하기 위해서, 실시간 시스템 정보를 모니터링하기 위한 센서 및 시스템의 기계적인 동작을 조정하기 위한 제어기를 포함하는 개선된 시스템이 당업계에서 요구되고 있다. 그러한 시스템은 약 80 퍼센트로부터 약 96 퍼센트 내지 99 퍼센트로 음료수 회수를 증가시키기 위한 복수의 재순환 사이클을 더 포함하여야 하고, 잔류 화합물의 미소량의(trace) 원소를 추출하기 위한 폴리머 보조형 회수 시스템을 포함하여야 하며, 그리고 당업계에 공지된 다른 탈염 시스템 보다 적은 에너지를 소비하여야 한다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시키고 추가적인 관련 장점을 제공한다.

본 발명은 물의 오염물질 제거 또는 탈염, 및 스팀을 포함하는 수증기 생성과 같은, 유체 처리를 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 내측 챔버를 형성하는 세장형 용기를 포함한다. 용기는 대체로 수평으로 배향된다. 용기 내부로 유체를 도입하기 위해서 유입부가 용기에 형성된다. 복수의 트레이(tray)가 서로에 대해서 이격된 관계로 내측 챔버 내에 배치된다. 트레이는 스쿠프(scoop)를 포함하고, 유체 - 액체 및 증기 모두 - 가 그러한 스쿠프를 통과한다. 바람직하게, 스쿠프는 제1 직경의 유입구 및 그보다 작은 제2 직경의 배출구를 포함한다. 전형적으로 천공된 플레이트인, 복수의 배플이 트레이들 사이에 배치된다. 각각의 배플은 복수의 개구를 가지고, 그러한 개구를 통해서 유체 - 액체 및 증기 모두 - 가 통과한다. 바람직하게, 개구는 제1 직경의 유입구 및 그보다 작은 제2 직경의 배출구를 가진다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 트레이가 그 트레이의 전방 면으로부터 연장하고 트레이의 둘레를 향해서 유체의 유동을 지향시키도록 구성된 유동 안내부(director)를 포함한다.

배플이 정지적으로 유지되는 동안에, 내측 챔버 내에서 트레이를 회전시키기 위해서, 회전가능한 샤프트가 배플을 통과하고 트레이에 부착된다. 구동부가 샤프트를 회전시킨다. 전형적으로, 저마찰 재료의 갭 또는 층 또는 슬리브, 또는 베어링이 배플과 샤프트 사이에 배치된다.

오염물질 배출구가 용기 내에 그리고, 전형적으로, 오염수 탱크와 유체 소통하도록 형성된다. 내부 슬리브가 트레이 및 배플 하류의 내측 챔버 내에 배치된다. 내부 슬리브는 오염물질 배출구에 근접하고, 내측 챔버로부터 오염물질 배출구까지 연장하는 환형 통로를 형성한다. 수증기 배출구가 또한 용기 내에 형성되고, 증기를 액체 물로 응축하기 위한 증기 회수 탱크와 소통한다. 일 실시예에서, 처리된 오염수를 시스템을 통해 다시 통과시키는 것에 의해서 오염수를 다시 프로세스하기 위해서, 적어도 하나의 처리된 오염수 탱크가 용기와 유체 연결된다.

일 실시예에서, 제어기는 샤프트의 회전 속력 또는 용기 내로의 물의 입력을 조정하기 위해서 이용된다. 적어도 하나의 센서가 제어기와 소통한다. 적어도 하나의 센서는 1) 샤프트 또는 트레이의 회전 속력, 2) 내측 챔버의 압력, 3) 유체의 온도, 4) 유체 입력 유량, 또는 5) 프로세스하고자 하는 유체 내의 오염물질의 레벨 중 적어도 하나를 결정하도록 구성된다.

일 실시예에서, 터빈이 용기의 증기 배출구에 연결되고 발전기에 동작적으로 연결된다. 유체는 적어도 그 유체의 비등 온도까지 가열되어 스팀을 생성하고, 증기 및/또는 스팀은 발전기에 동작적으로 연결된 터빈을 통과한다. 처리된 유체 복귀부가 터빈과 용기 유체 유입구 사이에 배치될 수 있을 것이다. 대안적으로, 샤프트가 용기의 외부로 연장할 수 있을 것이고 발전기에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링될 수 있을 것이다.

특히 바람직한 실시예에서, 시스템은 휴대용 프레임워크(framework)에 부착되고, 그러한 프레임워크는 세미(semi)-트레일러 트럭, 또는 ISO 컨테이너, 등을 통해서 이송될 수 있을 것이다.

사용시에 유체의 오염물질을 제거하고 증기를 생성하기 위한 방법은 오염물질을 가지는 유체를 용기 내로 도입하는 단계를 포함한다. 유체의 증기화를 실시하여 오염물질의 적어도 일부가 분리된 증기를 생산하기 위해서 유체를 소용돌이화시키고 가열하기 위해서, 정지적인 배플에 의해서 교번적으로(alternately) 분리된 일련의 회전 트레이를 통해서 유체를 이동시킨다. 전형적으로, 시스템이 터빈 및 발전기를 포함하지 않는 경우에, 유체는 적어도 화씨 100 도까지, 그러나 화씨 212도 미만으로 가열된다. 바람직하게, 증기의 온도가 저온살균(pasteurization) 온도까지 상승된다. 이는, 증기 온도가 저온살균 온도까지 도달하게 되는 속력까지 트레이를 회전시키는 것에 의해서 이루어진다.

증기는, 분리된 오염물질 및 잔류 유체와 별도로, 응축을 위해서 용기로부터 제거된다. 증기는, 증기를 액체로 병합(coalescing) 또는 응축하기 위한 유동 경로 내의 이격된 부재들을 가지는 회수 탱크를 통과한다.

일 실시예에서, 1) 용기 내로의 유체 입력, 2) 트레이의 회전 속력, 3) 용기 내의 압력, 4) 유체의 온도, 또는 5) 분리된 오염물질의 레벨 중 적어도 하나를 포함하는, 특정 조건이 감지된다. 트레이의 회전 속력 또는 용기 내로의 물 입력이 감지된 조건에 응답하여 조정될 수 있을 것이다. 유지 탱크 내의 분리된 오염물질의 레벨 및 유체 또는 처리된 유체 내의 오염물질의 농도가 또한 감지될 수 있을 것이고, 분리된 오염물질 및 유체는 용기를 통해서 재순환됨으로써 다시 프로세스될 수 있을 것이다.

유체를 프로세스하기 위한 시스템은 유체 유입구 및 용기를 통한 샤프트를 가지는 세장형 용기를 포함한다. 시스템은, 용기를 통해서, 액체 및 증기 모두이나 주로 증기인, 유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단을 포함한다. 시스템은 또한 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단을 구동하기 위해서 샤프트를 회전시키기 위한 수단을 포함한다. 용기는 또한 유체 배출구를 포함하고, 유체 배출구는 바람직하게 분리된 액체 배출구 및 증기 배출구를 포함한다.

원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단은 교번적으로 이격된 트레이 및 배플의 근위(proximate) 세트를 포함한다. 트레이는 샤프트에 부착되고, 액체 및 증기 모두인, 유체가 통과하는 복수의 스쿠프를 가진다. 배플은 용기에 부착되고, 액체 및 증기 모두인, 유체가 통과하는 복수의 개구를 가진다.

샤프트를 회전시키기 위한 수단은, 언라이티드(unlighted) 가스 터빈 또는 수압식/물 터빈으로서 기능하는, 교번적으로 이격된 트레이 및 배플의 원위(distal) 세트를 포함한다. 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단에서와 같이, 트레이가 샤프트에 부착되고, 유체가 통과하는, 복수의 스쿠프를 가진다. 배플은 용기에 부착되고, 유체가 통과하는, 복수의 개구를 가진다. 하나의 특별한 실시예에서, 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단 내의 트레이의 스쿠프는 트레이 상의 스쿠프 및 샤프트를 회전시키기 위한 수단과 상이한 각도로 배향된다.

시스템은 용기를 통해서 유체를 축방향으로 펌핑하기 위한 수단을 더 포함한다. 축방향으로 펌핑하기 위한 수단은 유체 유입구와 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단 사이에 배치된 흡입 챔버를 포함한다. 흡입 챔버는, 시스템이 동작 회전 속력에 도달하면, 축방향 펌프로서 기능한다.

원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단이 공동현상(cavitation)을 통해서 유체의 적어도 일부를 증발시키고, 그에 따라 유체는 비-증발 용해 고체, 액체 또는 증기를 포함한다. 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단은 유체의 원심적인 압축을 유발하여, 결과적으로 용기의 외측 벽을 향해서 이동하는 비-증발 용해 고체 및 액체의 적어도 일부를 초래한다. 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단은 액체 및 증기의 축방향 유동 압축을 유도하여, 유체의 압력을 증가시킨다.

시스템은 유체를 분리된 액체 배출구 및 증기 배출구로 방출하기 위한 수단을 더 포함한다. 이러한 방출 수단은 액체 유입구와 소통하는 환형 통로를 형성하는 내부 슬리브를 가지는 방출 챔버를 포함한다. 유체를 분리된 액체 배출구 및 증기 배출구로 분리하는 것은 압력의 감소 그리고 비-증발 용해 고체 및 액체의 증기로부터의 물리적 분리를 초래한다.

유체를 프로세스하기 위한 방법은 관통 샤프트를 가지는 세장형 용기 상의 유체 유입구를 통해서 유체를 펌핑하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 용기를 통해서 유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하고, 원심적인 그리고 축방향적인 압축을 구동하기 위해서 샤프트를 회전시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 용기 상의 유체 배출구를 통해서 유체를 방출하는 단계를 포함한다.

원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계는 교번적으로 이격된, 샤프트에 부착된 트레이 및 용기에 고정된 배플의 근위 세트를 통해서 유체를 통과시키는 단계를 포함한다.

샤프트를 회전시키는 단계는 교번적으로 이격된, 샤프트에 부착된 트레이 및 용기에 고정된 배플의 원위 세트를 통해서 유체를 통과시키는 단계를 포함한다. 트레이 및 배플의 원위 세트는 언라이티드 가스 터빈 또는 수압식/물 터빈으로서 기능한다. 그러한 통과시키는 단계들은 트레이 상의 복수의 스쿠프 및 배플 상의 복수의 개구를 통해서 유체를 통과시키는 단계를 포함한다.

펌핑 단계는 용기를 통해서 유체를 축방향으로 펌핑하는 단계를 포함한다. 축방향 펌핑 단계는, 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계를 실시하기 전에 흡입 챔버를 통해서 유체를 통과시키는 단계를 포함한다. 흡입 챔버는, 시스템이 동작 회전 속력에 도달하면, 축방향 펌핑 단계를 실시하기 위한 축방향 펌프로서 기능한다.

원심적인 그리고 축방향적인 압축의 단계는, 유체가 비-증발 용해 고체, 액체 및 증기를 포함하도록, 공동현상을 통해서 유체의 적어도 일부를 증기화하는 단계를 포함한다. 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계는 비-증발 용해 고체 및 액체의 적어도 일부를 용기의 외측 벽을 향해서 이동시키는 단계를 더 포함한다. 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계는 또한 액체 및 증기의 축방향 압축을 통해서 유체의 압력을 증가시키는 단계를 포함한다. 방출 단계는 비-증발 용해 고체 및 액체를 증기로부터 물리적으로 분리하는 단계, 액체 배출구를 통해서 비-증발 용해 고체 및 액체를 방출하는 단계, 및 증기 배출구를 통해서 증기를 방출하는 단계를 포함한다. 방법은 방출 챔버 내의 유체의 압력을 감소시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은, 예로서 발명의 원리를 설명하는, 첨부 도면과 함께 기재된, 이하의 보다 구체적인 설명으로부터 자명해질 것이다.

첨부 도면은 발명을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른, 물의 오염물질을 제거하고 수증기를 생성하기 위한 시스템의 개략적이고, 부분적으로 단면적인 상면도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 개략적이고, 부분적으로 단면적인 측면도이다.
도 3은 상부 부분이 개방된 물 처리 용기를 도시한 상면도이다.
도 4는 본 발명에 따른, 휴대용 프레임워크에 부착된 수평적 물 처리 용기의 단부도이다.
도 5는 복수의 스쿠프를 내부에 가지는 회전 트레이의 상면도이다.
도 6은 트레이 및 그 트레이의 스쿠프의 일부를 도시한 횡단면도이다.
도 7은 본 발명에 따라서 이용되는, 배플의 상면도이다.
도 8은 전방에 배치된 물 안내부를 가지는 트레이의 측면도이다.
도 9는, 배플의 테이퍼링된(tapered) 개구를 도시한, 배플의 일부의 횡단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른, 트랜스미션에 커플링되고 이어서 물 처리 용기의 샤프트에 커플링된 전기 모터를 도시한 개략도이다.
도 11은 본 발명에 따른, 도 1과 유사한, 그러나, 제어 박스 및 여러 가지 센서의 포함을 도시한, 본 발명의 시스템의 개략도이다.
도 12는, 터빈 및 발전기를 포함한, 본 발명의 시스템의 개략적인 상면도이다.
도 13은 물 처리 용기의 증기 배출구를 도시한, 물 처리 용기의 단부도이다.
도 14는 도 12의 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 15는 본 발명에 따른, 물의 오염물질을 제거하고 수증기를 생성하기 위한 시스템의 대안적인 실시예의 개략적이고, 부분적으로 단면적인 정면도이다.
도 16은 원(16)으로 표시한 도 15의 시스템의 트레이 및 배플의 근접도이다.
도 17은 도 15의 시스템에 도시된 유입구 및 배출구를 구비한 용기의 하부 사시도이다.
도 18은 도 17의 선 18-18을 따라서 취한 도 17의 용기의 횡단면도이다.
도 19는 도 15의 시스템의 트레이 및 배플과 함께 샤프트를 도시한 도면이다.
도 20은 도 15의 시스템의 트레이를 도시한 도면이다.
도 21은 도 15의 시스템의 배플을 도시한 도면이다.
도 22는 도 20의 선 22-22에 의해서 표시된 트레이의 측면도이다.
도 23은 도 20의 선 23-23에 의해서 표시된 트레이의 반대쪽 측면도이다.
도 24는 도 21의 선 24-24에 의해서 표시된 배플의 측면도이다.
도 25는 용기 내에 배치된 바와 같은, 샤프트, 트레이 및 배플의 부분적인 횡단면도이다.
도 26은 도 20의 선 26-26을 따라서 취한 트레이의 횡단면도이다.
도 27은 도 21의 선 27-27을 따라서 취한 배플의 횡단면도이다.
도 28은 본 발명의 시스템에 대한 제어 스크린(control screen)의 개략도이다.
도 29는 본 발명의 물 처리 용기 전반을 통한 여러 지점에서 발생하는 프로세스를 개략적으로 도시한 도면이다.

설명을 목적으로, 도면에 도시된 바와 같이, 설명을 목적으로, 본 발명은 물의 오염물질 제거 및 수증기 발생을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 시스템은 해수 또는 다른 약간의 염분을 포함한 물뿐만 아니라, 강물 또는 다른 액체/슬러리와 같은 염수의 탈염에 특히 적합하다. 이러한 바람직한 처리는 여기에서 예시적인 목적을 위해서 이용될 것이나, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은 다른 물 공급원을 탈염하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 본 발명은, 중금속 또는 다른 오염물질뿐만 아니라 용해된 또는 현탁된 고체를 제거(오염물질 제거)하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 또한, 여기에서 전체적으로 설명되는 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은, 전기 생산을 위한 발전기에 또는 다른 스팀 가열 용도에 동작적으로 연결된 터빈을 통과하기에 충분한 압력 및 온도를 가지는, 스팀 형태의 수증기를 생성하기 위해서, 비교적 청정한 물과 관련하여 이용될 수 있다.

이하의 설명에서, 물의 오염물질 제거 및 수증기 생성을 위한 발명의 방법 및 시스템의 복수의 실시예가 설명된다. 이러한 실시예 전반을 통해서 그리고 도면을 참조하여, 기능적으로 균등한 구성요소가 동일한 참조 번호로 표시될 것이다.

이제, 도 1 및 2를 참조하면, 전체적으로 도면부호 '10'으로 표시된 시스템은 내측 챔버(14)를 형성하는 물 처리 용기 또는 챔버(12)를 포함하고, 여기에서 염 및 다른 용해된 고체 및 오염물질이 물로부터 제거되어 본질적으로 광물이 없는 음료수를 생성한다. 일 실시예에서, 처리 용기(12)는 피드(feed) 탱크(16)로부터 유입구 밸브(18)를 통해서 그리고 피드 탱크 튜브(20)를 경유하여 오염된 물을 수용한다. 이러한 도시 내용에서, 유입구 밸브(18)는 측벽을 통해서 측방향으로 용기(12)로 진입한다. 이러한 유입구 밸브(18)는 이하에서 설명되는 바와 같이 교번적으로 배치될 수 있다. 물의 공급원은 바닷물 또는 해수, 다른 약간의 염분을 포함한 물, 또는 심지어 다른 오염물질로 오염된 물일 수 있다. 또한, 본 발명은 공급원으로부터 직접 오염된 물을 공급하는 것을 포함하고, 피드 탱크(16)가 반드시 이용될 필요가 없을 수 있을 것이다.

이제, 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 용기(12)의 내측 챔버(14) 내의 내용물에 대한 접근을 위해서 하부 쉘(shell) 부분(12a) 및 상부 쉘 부분(12b)이 서로에 대해서 개방되거나 제거될 수 있도록, 용기(12)가 하부 쉘 부분(12a) 및 상부 쉘 부분(12b)을 포함한다. 용기(12)는 또한, 하부 및 상부 쉘 부분과 대조적으로, 단일 유닛으로 구성될 수 있을 것이다. 물 처리 용기(12)는, 내측 챔버(14) 내에서, 서로로부터 이격된 복수의 회전가능한 트레이(22)를 포함하고, 각각의 트레이(22)의 쌍 사이에 배치된 배플(24)을 가진다. 여기에서 보다 전체적으로 설명되는 바와 같이, 회전가능한 트레이(22)는 관통 형성된 복수의 스쿠프(26)를 포함하고, 배플(24)은 관통 형성된 복수의 개구(28)를 가지는 플레이트를 전형적으로 포함한다. 배플(24)은 정지하도록 용기(12)에 고정된다. 배플(24)은, 용기(12)의 하부 쉘(12a) 및 상부 쉘(12b)이 서로 결합하고 폐쇄될 때, 단일 배플을 형성하도록 설계된, 용기의 하부 쉘(12a) 내에 배치된 하부 부분, 및 용기(12)의 상부 쉘(12b) 내에 배치되고 부착되는 상부 부분을 포함할 수 있을 것이다. 대안적으로, 각각의 배플(24)은, 이전의 실시예의 하부 쉘(12a) 또는 상부 쉘(12b)에 또는 단일 유닛 실시예에서 복수의 지점에 부착되는 단일 피스(piece)를 포함할 수 있을 것이다. 양 실시예에서, 물 및 수증기가 통과할 때, 배플(24)은 대체로 정지되어 있을 것이다.

가변 주파수 구동부(30)는, 전기 모터(32)가 트랜스미션(34) 및 상응하는 샤프트(36)를 구동하는 속력을 조절한다. 샤프트(36)는, 대체적으로 용기(12)의 대향 단부들에서, 베어링 등에, 전형적으로 합성 오일로 윤활된 비-마찰식 베어링에, 슈미트(Schmitt) 커플러에, 또는 세라믹 베어링(38 및 40)에 회전 가능하게 커플링된다. 트레이(22) 만이 샤프트에 의해서 회전되도록, 샤프트(36)가 트레이(22) 및 배플(24)을 통해서 연장한다. 즉, 트레이(22)가 샤프트(36)에 커플링된다. 베어링 또는 저-마찰 재료, 예를 들어, 테프론(Teflon)의 층 또는 슬리브가 회전 샤프트(36)와 개구 플레이트 배플(24) 사이에 배치되어, 회전 샤프트(36)를 여전히 안정화 및 지지하면서, 샤프트와 배플 사이의 마찰을 감소시킨다. 테프론이 마모될 수 있고 유체를 오염시킬 수 있기 때문에, 테프론은 바람직하지 않다.

도면으로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 물 처리 용기(12)는 대체로 수평으로 배향된다. 이는, 물 처리 챔버가 대체로 수직으로 배향되었던 그리고 회전 샤프트의 상단부가 베어링 및 베어링 캡에 의해서 고정되었고 챔버 자체를 지지하였던, Wallace의 026호 특허의 장치와 대조적이다. 결과적으로, 회전 샤프트 섹션은 유닛의 베이스에 대해서 확실하게만 고정되었다. 빠른 회전 동작 속력에서, 시스템 내의 진동은 과다한 베어링, 샤프트 및 밀봉부 고장을 유발한다. 대조적으로, 물 처리 용기(12)를 프레임 구조물(42)에 대해서 수평적으로 장착하는 것은, 용기(12)의 길이를 따라서 회전 부하(load)를 분산시키고, 과다한 베어링, 샤프트 및 밀봉부 고장을 유발할 수 있는 조화 진동(harmonic vibration)과 같은 진동을 감소시킨다. 또한, 여기에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이, 용기(12)를 프레임 구조물(42)에 장착하는 것은 시스템(10)의 휴대성을 향상시킨다. 매우 빨리 회전하는 샤프트(36)를 각각의 배플(24)을 통해서 지지하는 것은 샤프트 및 시스템을 추가적으로 안정화시키고 진동 및 진동에 의해서 유발되는 손상을 감소시킨다.

전술한 바와 같이, 샤프트(36) 및 트레이(22)는, 마하 2와 같은 매우 빠른 속력으로 회전되나, 마하 1.7과 같은 느린 속력도 효과적인 것으로 확인되었다. 이는 트레이(22)의 스쿠프(26)를 통해서 물을 이동시켜 물을 수용돌이화하고 가열하며, 그에 따라 수증기가 형성되고, 오염물질, 염, 및 기타 다른 용해된 고체가 남고 수증기로부터 분리된다. 흡입 물의 대부분은 1) 진공 증류 및 2) 제1 회전 트레이(22)와의 충돌시에 생성되는 공동현상에 의해서 증발되고, 원심적인 그리고 축방향적인 유동 압축은 온도 및 압력의 증가를 유도하는데, 이는 샤프트 RPM과 온도/압력 증가 또는 감소 사이의 직접적인 상호 관련성이 존재하기 때문이다. 이어서, 물 및 수증기는, 스쿠프(26)를 가지는 다음 회전 트레이(22)를 통해서 다시 프로세스되기에 앞서서, 배플(24)의 개구(28)를 통과한다. 트레이(22) 및 배플(24)의 구성은, 트레이(22)의 둘레에서 그리고 배플(24)의 중앙 개구부(59)를 통해서 충분한 간극(clearance)을 제공하는 것에 의해서, 샤프트(36)의 회전에서의 항력(drag) 및 마찰을 최소화하거나 제거하도록 설계된다. 동시에, 트레이(22)의 둘레 주위의 그리고 배플(24)의 중앙 개구부(59)를 통한 누설이 최소화되어 효율을 증가시킨다.

물 및 수증기가 용기(12)의 각각의 하위 챔버를 통과함에 따라, 수증기의 온도가 증가되어, 부가적인 수증기가 생성되고 잔류하는 물 내에 염, 용해된 고체 및 다른 오염물질을 남겨둔다. 물 및 오염물질 상으로 가해지는 원심력은 물 및 오염물질을 내측 챔버(14)의 벽으로 그리고 오염물질 및 비-증기화된 물을 배출구(46)로 지향시키는 채널(44)의 세트 내로 강제한다. 생성된 수증기는 용기(12) 내에 형성된 수증기 배출구(48)를 통과한다. 그에 따라, 수증기 및 오염물질 및 잔류 물이 서로로부터 분리된다.

전술한 바와 같이, 트레이(22)가 샤프트(36)에 의해서 회전된다. 샤프트(36)는, 전술한 바와 같이, 복수의 베어링에 의해서 물 처리 용기(12)의 내부 내에서 지지된다. 전형적으로, 베어링은 합성 오일, 스틸, 또는 세라믹으로 윤활된 비-마찰형 베어링이다. 종래 기술의 탈염 시스템은 빠른 회전 속력 및 높은 온도 하에서 고장날 수 있는 표준형 롤러 베어링을 포함한다. 그에 따라, 종래 기술에서 공지된 탈염 시스템은 표준 롤러 베어링과 연관된 높은 고장률을 가지는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서, 윤활된 비-마찰형 베어링, 밀봉된 스틸 볼 베어링, 또는 세라믹 베어링(38 및 40)이 표준 롤러 베어링 보다 더 큰 내구성을 가지고 빠른 회전 속력 및 높은 온도에서 덜 빈번하게 고장난다. 또한, 샤프트(36)는, 배플 플레이트(24)와 샤프트(36) 사이에 배치된, 테프론 슬리브 또는 베어링(50)과 같은, 저마찰 재료에 의해서 단속적으로(intermittently) 지지될 수 있을 것이다. 이는 추가적으로 샤프트(36) 상에서의 균일한 중량 및 힘 분포를 보장하고 시스템의 동작 및 수명을 개선한다.

이제 특히 도 5 및 6을 참조하면, 복수의 스쿠프(26)가 관통 형성된 예시적인 트레이(22)가 도시되어 있다. 비록 14개의 스쿠프(26)가 도 5에 도시되어 있지만, 그 숫자는 달라질 수 있을 것이고 단일 트레이(22) 내에서 수십 개가 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이며, 그에 따라 점선이 다양한 숫자의 복수의 스쿠프를 나타낸다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 6은 트레이(22) 및 트레이 내에 형성된 스쿠프(26)의 횡단면도이다. 특히 바람직한 실시예에서, 스쿠프의 유입구(52)의 직경이 스쿠프의 배출구(54)의 직경 보다 크도록 스쿠프(26)가 테이퍼링된다. 테이퍼링된 스쿠프(26)가 본질적으로 벤튜리(Venturi) 튜브이고, 그러한 벤튜리 튜브는 회전하는 트레이 베이스(22)의 수평 평면에 실질적으로 수직한 수직 개구부 또는 유입구(52)를 가진다. 액체 및 증기는 테이퍼링된 스쿠프(26)를 통해서 가속되는데, 이는 테이퍼링된 스쿠프가 그 입구(52)에서 보다 큰 부피를 가지고 그 출구 또는 배출구(54)에서 보다 작은 부피를 가지기 때문이다. 테이퍼링된 스쿠프(26)의 유입구로부터 배출구까지의 부피의 변화는 벤튜리 효과로 인한 속도의 증가를 유도한다. 결과적으로, 액체 물 및 수증기가 추가적으로 가속되고 교반되며, 결과적으로 온도 및 압력을 증가시킨다. 이는 수증기 내로부터 오염물질의 분리를 추가적으로 가능하게 한다. 테이퍼링된 스쿠프(26)가 종래 기술에서 공지된 임의 수단에 의해서 회전 트레이(22)에 부착될 수 있을 것이다.

다시 한번, 회전 트레이(22)의 전체 지역 내에 분포된 다소의 테이퍼링된 스쿠프(26)가 존재할 것이고, 스쿠프(26)의 특별한 개체수 및 크기는 본 발명의 시스템(10)의 동작 조건에 따라서 달라질 것이다. 또한, 도 6에서 약 45도로서 도시된, 스쿠프(26)의 각도가 트레이(22) 마다 다를 수 있다. 즉, 회전하는 스쿠프의 각도를 증가시키는 것에 의해서, 예를 들어, 이어지는 트레이에서의 25도 대 31도 대 36도에서, 다음 트레이에서의 40도, 45도, 등까지 증가시키는 것에 의해서, 회전하는 트레이(22)의 스쿠프(26)의 각도 증가는, 수증기가 용기(12)를 통과함에 따라 누적되는 수증기의 압력 증가를 수용한다. 이하에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이, 각도의 증가는 또한 수증기를 추가적으로 교반하고 생성하기 위해서 이용될 수 있고, 스팀 터빈에서 이용될 수 있는 수증기의 압력을 증가시킨다.

이제, 도 7 및 9를 참조하면, 개구형 플레이트 형태의 배플(24)이 도 7에 도시되어 있다. 이러한 경우에, 배플(24)은, 커넥터(60)에 의해서 용기(12)의 내측 벽에 연결되는 제1 플레이트 부재(56) 및 제2 플레이트 부재(58)로서 형성된다. 커넥터(60)는 볼트, 장부촉(dowel), 막대, 또는 적절한 임의의 다른 연결 수단을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전술한 바와 같이, 배플(24)은 상부 또는 하부 용기 쉘(12a 및 12b)에 연결되는 단일 유닛으로서 형성될 수 있다. 이중 플레이트 부재(56 및 58)로서 형성되는 경우에, 용기(12)가 단일 배플(24)을 효과적으로 형성하기 위해서 폐쇄될 때, 바람직하게 플레이트 부재(56 및 58)가 서로 상호-결합된다.

전술한 바와 같이, 복수의 개구(28)가 배플 플레이트(24)를 통해서 형성된다. 도 9는 하나의 그러한 개구(28)의 횡단면도이다. 전술한 트레이와 유사하게, 개구는 바람직하게 배출구(64) 보다 큰 직경을 가지는 유입구(62)를 포함하고, 그에 따라 개구(28)가 테이퍼링되며, 그러한 테이퍼링은 통과하는 물 및 수증기의 압력 및 속도를 증가시킬 것이고, 추가적으로 온도를 증가시키고 물로부터 수증기를 부가적으로 생성한다. 전술한 트레이(22)와 유사하게, 일련의 쇄선으로 표시된 바와 같이, 개구(28)가 전체 배플 플레이트 내에 형성될 수 있을 것이다. 개구(28)의 특별한 수 및 크기가 시스템(10)의 동작 조건에 따라서 달라질 수 있을 것이다.

이제, 도 8을 참조하면, 회전 트레이(22)를 통해서 연장하는 샤프트(36)가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 원뿔-형상의 물 안내부(66)가 트레이(22)의 전방에 배치된다. 예를 들어, 안내부(66)는, 개선된 증기화 및 음료수의 보다 큰 회수 백분율을 위해서, 배플(24)의 중앙 개구부(59)를 통과하는 잔류 물 및 증기를 샤프트(36)로부터 트레이(22)의 둘레 또는 외측 엣지를 향해서 편향시키기 위한 45도 각도를 가질 수 있을 것이다.

다시 도 3 및 4를 참조하면, 전술한 바와 같이, 특히 바람직한 실시예에서, 용기(12)가 2개의 쉘 또는 섹션(12a, 및 12b)으로 형성될 수 있을 것이다. 이는, 필요에 따른, 용기 구성요소의 신속한 검사 및 교체를 가능하게 한다. 바람직하게, 내측 챔버(14) 및 트레이(22)와 같은 다른 구성요소의 벽, 배플 플레이트(24), 샤프트(36), 등이 멜로나이트(Melonite), 또는 다른 마찰 감소 및 내식성 물질로 처리된다. 물론, 이러한 구성요소는 내식성 재료로 이루어질 수 있고, 폴리싱된 스테인리스 스틸 등과 같은 저마찰 계수를 가질 수 있다. 용기(12)의 하부 및 상부 섹션(12a 및 12b)이 바람직하게 상호 연결되며, 그에 따라 폐쇄될 때, 그 섹션은 실질적으로 기밀(氣密) 및 수밀(水密) 상태가 된다. 또한, 폐쇄된 용기(12)는 시스템(10)의 동작 중의 내부의 물 증기화로 인한 높은 온도 및 압력을 견딜 수 있을 필요가 있다.

이제, 도 1, 2 및 10을 참조하면, 전형적으로 트랜스미션(34)이 전기 모터(32)와 구동 샤프트(36)를 상호 연결한다. 모터(32)는 연소 엔진(가솔린, 디젤, 천연 가스, 등), 전기 모터, 가스 터빈, 또는 구동을 제공하기 위한 다른 공지된 수단일 수 있을 것이다. 트랜스미션(34)의 속력은 가변 주파수 구동부(30)에 의해서 셋팅된다. 여기에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이, 가변 주파수 구동부(30)는 일차적으로 컴퓨터화된 제어기(68)에 의해서 조절된다. 샤프트(36)는 벨트 또는 기어 구동형일 수 있을 것이다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 모터(32)가 또한 샤프트(36)에 직접적으로 연결될 수 있을 것이다. 도 10을 특히 참조하면, 모터의 샤프트(70)가 벨트(74)에 의해서 중간 샤프트(72)에 연결된다. 중간 샤프트(72)는 다른 벨트(76)에 의해서 샤프트에 연결된다. 도 10에 도시된 빠른-속력의 산업용 벨트 또는 풀리 시스템이 물 처리 용기(12) 내부에서 샤프트(36)를 구동한다. 도시된 바와 같이, 복수의 벨트(74 및 76), 및 중간 샤프트(72)의 세트가, 전기 모터(32)에 의해서 전기 모터 구동 샤프트(70) 상으로 인가되는 회전 입력 속력의 배수만큼 샤프트(36)에서의 회전 출력 속력을 증가시킨다. 물론, 회전 입력 속력 대 회전 출력 속력의 비율은, 벨트(74 및 76) 및 상응하는 중간 샤프트(72)의 상대적인 회전 속도를 변화시키는 것에 의해서 변화될 수 있다. 전기 모터 구동 샤프트(70)를 벨트(74 및 76) 및 중간 샤프트(72)를 통해서 샤프트(36)로 커플링 시키는 것, 그리고 트랜스미션(34)과 챔버(12) 사이에서 샤프트(36) 상에 슈미트 커플러를 부가하는 것에 의해서, 본 발명은, 다른 종래 기술의 탈염 시스템에서 만연하는 진동 및 신뢰성 문제를 회피할 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 전술한 바와 같이, 수증기가 용기(12)의 수증기 배출구(48)를 통해서 지향된다. 수증기는 회수 튜브(78)를 통해서 증기 회수 컨테이너 또는 탱크(80)로 이동한다. 이어서, 수증기가 증기 회수 탱크(80) 내에서 액체 물로 응축되고 응집된다. 이러한 것을 촉진하기 위해서, 하나의 실시예에서, 예를 들어 루버(louver) 형태의, 복수의 이격된 부재(82)가 수증기의 유동 경로 내에 배치되고, 그에 따라 수증기가 루버 상에서 응집되고 응축될 수 있고 액체 물이 될 수 있다. 이어서, 액체 물은 음료수 저장 탱크(84) 또는 저온살균 및 유지 탱크(86)로 이동된다. 유해한 미생물, 얼룩말 홍합 유충(zebra mussel larvae), 및 다른 유해한 유기체를 살균하기 위해서 용기(12) 내의 물 및 수증기를 저온 살균을 위한 필수 온도로 가열하는 경우에, 액체 물이 유지 탱크(86) 내에서 유지될 수 있을 것이다.

이제, 도 15 내지 도 27을 참조하면, 시스템(10) 및 물 처리 용기(12)의 다른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 도 15는 용기(12)의 대안적인 단일 피스 구성을 포함하는 전체적인 시스템(10)을 도시한다. 이러한 실시예에서, 용기(12)는, 내측 챔버(14), 유입구 밸브(18), 스쿠프(26)를 가지는 트레이(22), 개구(28)를 가지는 배플(24), 브라인 배출구(46), 및 증기 배출구(48)와 같은 요소를 포함하는, 전술한 실시예와 유사한 구성을 가진다. 유입구 밸브(18)는 용기(12)에 대한 복수의 유입구, 바람직하게 적어도 2개의 유입구를 포함한다. 이러한 유입구(18)는 샤프트(36) 주위에서 용기의 단부에 배치되어, 내측 챔버(14)에 걸쳐서 유체를 보다 균일하게 분배한다. 세라믹 베어링(38, 40)에 의해서 지지되는 샤프트(36)는 트레이(22) 및 배플(24)의 중심을 통과한다.

전술한 바와 같이, 트레이(22)는 샤프트(36)에 고정되고 내측 챔버(14)의 벽을 향해서 외측으로 연장한다. 바람직하게, 전술한 바와 같이, 배플(24)은, 배플(24)과 샤프트(36) 사이의 갭을 형성하는 중앙 개구부(59)를 가지고, 샤프트(36)를 향해서 내측 챔버(14)의 벽으로부터 연장하는 단일 피스를 포함한다. 바람직하게, 또한 전술한 바와 같이, 배플(24)은 나사 또는 장부촉(60)에 의해서 내측 챔버의 벽에 고정된다. 특히 바람직한 실시예에서, 용기(12)는 내측 챔버(14)를 통해서 교번적으로 분산된 6개의 트레이(22) 및 5개의 배플(24)을 포함한다.

이러한 대안적인 실시예에서, 내측 챔버(14)는 브라인 배출구(46)에 근접하여 배치되는 내부 슬리브(45)를 포함한다. 내부 슬리브(45)는 내측 챔버(14)의 직경 보다 약간 작은 직경을 가지는 환형 형상을 가진다. 내측 슬리브(45)는 마지막 트레이(22)의 하류 지점으로부터 브라인 배출구(46)의 바로 하류의 다른 지점까지 연장한다. 환형 통로(47)가 내부 슬리브(45)와 내측 챔버(14)의 외측 벽 사이에 생성된다. 전형적인 구성에서, 내부 슬리브(45)는 약 6 인치 길이를 가지고, 환형 통로(47)는 약 1 인치 내지 1과 1/2인치 폭을 가진다. 이러한 환형 통로 또는 채널(47)은, 전술한 바와 같이, 회전 트레이(22)로부터 챔버(14)의 외측 벽까지 회전 배출되는 브라인 또는 오염물질 재료를 포획한다. 이러한 환형 통로(47)는 배출구(46)까지의 브라인 또는 오염물질 재료의 이동을 돕고, 방출 수증기의 오염 기회 및 챔버(14) 내의 재료의 누적을 최소화한다.

도 16은 트레이(22) 및 배플(24)의 근접도를 도시한다. 배플(24)이 어떻게 용기(12)의 벽으로부터 챔버(14)를 통과하여 샤프트(36)에 근접하여 종료되는지를 명확하게 확인할 수 있을 것이다. 어떻게 트레이(22)가 전술한 바와 같이 샤프트(36)에 고정되고 관통 배치된 스쿠프(26)를 가지는지를 확인할 수 있을 것이다. 바람직하게, 전술한 바와 같이(도 8), 샤프트를 따라서 유동하는 임의 유체를 편향시키기 위해서, 원뿔(66)이 각각의 트레이(22) 상에 배치된다. 도 17은 유입구(18), 배출구(46, 48) 및 샤프트(36)를 나타내는 용기(12)의 외부도를 도시한다. 통상적으로, 용기(12)의 단부는 폐쇄되고 누설되지 않도록 밀봉될 수 있을 것이다. 여기에서, 명료함 및 용이한 설명을 위해서, 용기의 단부를 개방 상태로 도시하였다. 도 18은 도 17에 도시된 용기(12)의 횡단면을 도시하여, 트레이(22), 배플(24), 내부 슬리브(45) 및 환형 통로(47)를 포함하는, 내부 구성요소를 추가적으로 설명한다. 도 19는 용기(12)와 별도로 트레이(22) 및 배플(24)과 함께 샤프트(36)를 도시한다.

도 20 및 21은 트레이(22) 및 배플(24)을 각각 도시한다. 도 22, 23 및 26은 도 20의 트레이(22)의 여러 가지 도면 및 횡단면도를 도시한다. 유사하게, 도 24 및 27은 도 21의 배플(24)의 여러 가지 도면 및 횡단면도를 도시한다. 설명한 바와 같이, 트레이(22)는, 트레이(22)의 본체를 통과하는 스쿠프(26)를 포함한다. 스쿠프(26)는 전술한 바와 같이 구성된 스쿠프 유입구(52) 및 스쿠프 배출구(54)를 포함한다. 바람직하게, 개구부가 샤프트 주위의 회전 방향으로 대면하도록, 스쿠프 유입구(52)가 배향된다. 이는, 스쿠프 유입구(52)로 진입하고 복수의 스쿠프를 통과하는 유체의 양을 최대화한다. 연속적인 트레이(22) 상의 스쿠프(26)의 각도는 전술한 바와 같이 조정될 수 있을 것이다. 배플(24)은 또한 전술한 바와 같이 구성되고 프로파일링된(도 9) 복수의 개구(28)를 포함한다. 도 25는 샤프트(36), 및 트레이(22)와 배플(24)의 페어링(pairing)을 도시한다. 이러한 특별한 도면에서, 화살표는 샤프트 및 그에 따른 트레이(22)의 회전 방향을 나타낸다. 도면의 상단 절반부에서, 스쿠프 유입구(52)를 가지는 스쿠프(26)가 회전 방향으로 대면하는 것으로, 즉 지면의 외측으로 도시되어 있다. 도면의 하단 절반부에서, 스쿠프 유입구(52)를 가지는 스쿠프(26)가 또한, 트레이(22)가 샤프트(36)와 함께 회전할 때, 회전 방향으로 배향되는 것으로, 즉 지면 내측으로 도시되어 있다. 회전 방향은 시계방향 또는 반시계방향일 수 있을 것이다. 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도 회전의 방향이 변화될 수 있다. 이전의 실시예에서 설명한 바와 같이, 유량을 증가시키고 유체 압력을 감소시키기 위해서, 스쿠프 유입구(52)가 스쿠프 배출구(54) 보다 큰 직경을 가진다.

특히 바람직한 실시예에서, 시스템(10)의 주요 목적이, 음료수 제조를 위해서, 염수와 같은 오염된 물로부터 오염물질을 제거하기 위한 것일 때, 수증기의 온도가 화씨 100도 내지 화씨 212도 미만 사이로 가열된다. 보다 더 바람직하게, 저온살균 목적을 위해서, 수증기가 화씨 140도 내지 화씨 170도 사이로 가열된다. 그러나, 물이 비등하지 않도록 그리고 수증기로부터 액체 물로 응축 및 응집하기가 보다 어려운 스팀이 되지 않도록, 수증기 온도가 최소로 그리고 거의 항상 화씨 212도 미만으로 유지된다. 증가된 RPM은 증가된 온도 및 압력을 초래한다. 희망 온도를 달성하도록 RPM이 조정될 수 있다.

바람직하게, 여기에서 보다 완전하게 설명된 바와 같이, 가열, 발전, 및 다른 목적을 위해서 스팀 발생이 요구되는 경우에만, 물이 비등되고 수증기 온도가 화씨 212도 이상이 된다. 이는, 본 발명으로 하여금 수증기를 저온살균하는 것, 그리고 부가적인 전기 및 에너지를 종종 필요로 하는 복잡한 냉각 및 응축 시스템이 없이, 수증기를 액체 물로 응축 및 응집하는 것을 가능하게 한다.

일 실시예에서, 탈염 프로세스에서 브라인으로 지칭되는 오염된 물이 배출구(46)에서 수집되고 브라인 폐기 탱크(88)로 이동된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 미량 원소 등을 회수하기 위해서, 폴리머 또는 다른 화학물질(90)이 브라인으로 부가될 수 있을 것이다. 또한, 식염(table salt), 농업용 브라인 및/또는 비료를 생성하는 것을 포함하는 다양한 목적을 위해서, 브라인으로부터의 염이 프로세스되고 이용될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에서, 오염물질 및 잔류 물을 시스템을 통해서 다시 재순환시키는 것에 의해서, 처리된 오염수가 다시 프로세스된다. 이는, 오염수로부터 추출된 음료수의 양이 99% 정도까지 증가되도록, 복수 횟수로 이루어질 수 있을 것이다. 이는, 배출구(46)로부터 제1 브라인, 또는 오염물질 재처리 탱크(92)로 오염물질 및 폐수를 지향시키는 것에 의해서 이루어질 수 있을 것이다. 이어서, 전술한 바와 같이, 브라인 또는 다른 오염물질 형태의 나머지 폐수가 용기(12)의 유입구(18)를 통해서 재도입되고 재프로세스되고 그리고 용기(12)를 통해서 재순환된다. 부가적인 음료수가 증기 회수 탱크(80) 내에서의 응축 및 수집을 위한 수증기 형태로 추출될 것이다. 이어서, 나머지 오염물질 및 폐수가 제2 브라인 또는 오염물질 재처리 탱크(94)로 지향된다. 오염물질 또는 브라인의 농도는 재처리 탱크(92) 내에서 상당히 더 높을 것이다. 충분한 레벨의 폐수 또는 브라인이 재처리 탱크(92) 내에 축적되면, 전술한 바와 같이, 이러한 오염된 물은 유입구(18)를 통과하고 시스템(10)을 통해서 순환되고 프로세스된다. 전술한 바와 같이, 추출된 음료 수증기는 배출구(48)에서 제거되고 증기 회수 탱크(80) 내에서 액체 물로 전환된다. 이어서, 결과적인 오염물질 및 폐기물은 또 다른 재처리 탱크 내로 또는 브라인 폐기 탱크(88) 내로 배치될 수 있다. 해수의 초기 통과가, 예를 들어, 80 퍼센트 내지 90 퍼센트 음료수를 산출할 것임이 예상된다. 제1 재처리는 부가적인 양의 음료수를 산출할 것이고, 그에 따라 추출된 총 음료수가 90 퍼센트 내지 95 퍼센트가 될 것이다. 브라인 및 잔류 물을 다시 시스템으로 통과시키는 것은, 브라인을 재순환시키는 것에 의해서, 유닛(unit) 비용의 극히 적은 증가로 또는 증가 없이, 음료수의 99 퍼센트까지의 회수를 산출할 수 있다. 또한, 이는 브라인 또는 오염물질의 부피를 감소시키고, 그러한 부피 감소는 미소량의 원소 회수 및/또는 그 폐기 비용의 감소를 촉진할 수 있다.

이제, 도 11을 참조하면, 특히 바람직한 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 본 발명의 시스템(10) 내로 통합되고, 그러한 컴퓨터 시스템은 온도, 압력, 유량, 구성요소의 회전율 및 물 처리 용기(12)에 연결된 다양한 탱크의 잔류 용량을 연속적으로 판독하는 복수의 센서로부터 취해진 측정을 기초로 가변 주파수 구동부(30)를 조절한다. 전형적으로, 이러한 판독값은 실시간으로 얻어진다.

예를 들어, 필요에 따라서, 용기(12) 내의 또는 용기(12)를 빠져나가는 물 또는 수증기의 온도뿐만 아니라 그 압력을 측정하기 위해서, 온도 및/또는 압력 센서(96)가 채택될 수 있을 것이다. 이러한 센서 판독값에 응답하여, 제어 박스(68)는 가변 주파수 구동부(30)가 샤프트(36)의 회전 속력을 유지하도록 유도거나, 샤프트(36)의 회전 속력을 감소시키거나, 또는 샤프트(36)의 회전 속력을 증가시키도록 유도하여, 물 및 수증기의 온도 및 압력을 유지하거나, 그 온도 및 압력을 감소시키거나, 또는 그 압력 및 온도를 증가시킬 것이다. 이는, 예를 들어, 수증기 온도가 내부의 모든 유해 미생물 및 다른 유기물을 살균하기 위한 필수 저온살균 온도가 되도록 보장하기 위해서 이루어질 수 있을 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 센서를 이용하여 샤프트(36) 및/또는 트레이(22)의 회전 속력(RPMS)을 검출함으로써, 시스템이 정확하게 동작하도록 보장할 수 있을 것이고 시스템이 희망 온도 및/또는 압력에서 필요 수증기를 생성하도록 보장할 수 있을 것이다. 컴퓨터화된 제어기는 또한, 제거되는 수증기 및 폐수의 양에 따른 적절한 양의 물이 입력되게 하여 시스템(10)이 효과적으로 동작하도록, 유입구(18)(GPMS)를 통한 물 입력의 양을 조정할 수 있을 것이다. 제어 박스(68)는 용기(12) 내로의 물의 유량을 조정할 수 있을 것이고, 심지어는 물 입력을 조정할 수 있을 것이다.

도 28은 컴퓨터 디스플레이(112) 또는 유사한 구성을 개략적으로 도시한다. 이러한 컴퓨터 디스플레이는, 샤프트(36) 및 복수의 트레이(22)뿐만 아니라, 여러 가지 유입구 및 배출구(18, 46, 48)와 함께 용기(12)를 개략적으로 보여준다. 샤프트(36)는 그 길이를 따라서 배치된 복수의 진동 및 온도 센서(114)를 가진다. 베어링(38, 40)은 또한 진동 및 온도 센서(114)를 포함한다. 진동 및 온도 센서(114)는 각각의 지점에서의 수평 및 수직 진동뿐만 아니라, 회전 마찰에 의해서 생성된 샤프트(36)의 온도를 검출하도록 구성된다. 베어링(38, 40)은 윤활 제공을 위한 오일 공급 라인(116a) 및 오일 복귀 라인(116b)을 포함한다. 유입구(18) 및 브라인 배출구(46)는 상응하는 유량을 검출하기 위한 유량계(118)를 포함한다. 온도 및 압력 센서(96)는 용기(12) 전반을 통해서 배치된다. 온도 및 압력 센서(96)가 또한 용기(12) 전반을 통해서 배치되어, 다양한 미리 결정된 지점에서 측정을 한다.

전술한 바와 같이, 오염된 물이 피드 탱크(16)로부터 도입될 수 있을 것이고, 또는 재처리 탱크(92 및 94)를 포함하는, 임의의 다른 수의 탱크로부터 도입될 수 있을 것이다. 또한, 물이 특정 레벨까지 정제되도록 보장하기 위해서 또는, 예를 들어 오염된 물 보다 더 고순도의 물을 요구하는 증기 생성을 제공할 때와 같은 다른 목적을 위해서, 수집된 물 저장 탱크가 유입구(18)에 유체 연결될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 물 또는 폐수/브라인 레벨, 농도, 또는 탱크 내로의 또는 탱크 외부로의 유량을 결정하기 위해서, 하나 이상의 센서(98)가 탱크 내의 데이터를 추적할 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 예를 들어 브라인이 제1 브라인 재처리 탱크(92)로부터 제2 브라인 재처리 탱크(94)로, 그리고 최종적으로 브라인 폐기 탱크(88)로 재프로세스될 때, 제어기(68)를 이용하여 탱크의 입력 및 출력을 스위칭할 수 있을 것이다. 그에 따라, 제1 브라인 재처리 탱크가 미리 결정된 레벨에 도달할 때, 피드 탱크(16)로부터의 유체 유동이 차단되고, 대안적인 유체가 제1 브라인 재처리 탱크(92)로부터 용기(12) 내로 제공된다. 이어서, 처리된 오염물질 및 잔류 폐수는, 미리 결정된 레벨에 도달할 때까지, 제2 브라인 재처리 탱크(94) 내로 지향된다. 이어서, 물이 제2 브라인 재처리 탱크(94)로부터 시스템 및 물 처리 용기(12)를 통해서, 예를 들어, 브라인 폐기 탱크(88)로 지향된다. 제1 재처리 탱크(92) 내의 브라인 물이, 전체의 용해된 고체의 대부분을 포함하여, 오염된 물의 약 20 퍼센트일 수 있을 것이다. 브라인 폐기 탱크(88)로 최종적으로 지향되는 잔류 브라인은 피드 탱크(16)를 통해서 오염물질 제거 시스템(10) 내로 초기에 도입된 오염된 물의 1 퍼센트 만을 포함할 수 있을 것이다. 그에 따라, 온도 및 압력 센서, RPM 계측기 및 유량계를 이용하여, 저온살균된 물을 초래하는 수증기 온도 제어를 포함하여 희망하는 물 출력을 제어할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 트레이의 회전이 입력된 물을 비등시키고 희망하는 온도 및 압력의 스팀을 생성하는 충분히 높은 속도에서 샤프트(36)가 회전되도록, 제어기(68)를 이용하여, 모터(32)로 전력을 공급하게끔 가변 주파수 구동부(30)로 지시할 수 있다. 도 12는 시스템(10) 내로 통합된 스팀 터빈(100)을 도시한다. 스팀 터빈(100)은 또한 도 15 내지 도 27에 도시된 용기와 함께 이용될 수 있을 것이다. 증기 배출구(48)를 터빈(100) 상의 유입구에 공급하는 것에 의해서 고압, 저온 스팀 터빈을 구동하기 위해서, 스팀 형태의 수증기가 물 처리 용기(12) 내에서 생성될 수 있을 것이다. 터빈(100)은 다시 비용-효과적이고 경제적인 발전을 위해서 발전기(102)로 커플링된다. 대안적으로, 발전기(102)를 직접적으로 또는 간접적으로 회전시키도록 용기(12)의 샤프트(36)가 연장될 수 있을 것이다.

스팀 터빈의 경우에, 수증기가 화씨 600도 초과까지 가열될 수 있고 1600 파운드/평방 인치(psi) 초과로 가압될 수 있으며, 이는 스팀 터빈(100)을 구동시키기에 충분하다. 트레이의 증가된 속도와 별개로, 트레이(22)의 스쿠프(26)의 테이퍼링된 특성, 및 개구 플레이트 배플(24)의 개구(28)의 테이퍼링된 특성의 결합이 또한 수증기 및 스팀의 발생을 용이하게 한다. 제1 트레이에서의 25도로부터 마지막 트레이에서의 45도까지와 같이, 스쿠프(26)의 각도를 증가시키는 것은 또한 스팀 형태의 수증기 생성을 증가시키고 그 수증기의 압력을 증가시켜 스팀 터빈(100)이 구동될 수 있게 한다. 도 13 및 14는, 스팀 배출구(104)가 용기(12)의 단부에서 형성되고 스팀 터빈(100)이 스팀 배출구에 직접 연결되며 그에 따라 가압된 스팀이 터빈(100)을 통과하여 그 터빈의 블레이드(106) 및 샤프트(108)를 회전시킴으로써 커플링된 발전기를 통해서 전기를 생산하는 실시예를 도시한다. 수증기 배출구(110)는 수증기를 증기 회수 컨테이너(80) 등으로 이송한다. 스팀 또는 고온 수증기를 냉각시켜 액체 물로 응축시키기 위해서, 회수 탱크(80)가 부가적인 배관, 응축기, 냉각기 등을 포함할 필요가 있을 수 있을 것이다.

물론, 시스템(10)에 의해서 생성된 스팀을 다른 목적을 위해서, 예를 들어 가열 목적, 유정 그리고 타르(tar) 및 쉐일 피트(shale pit) 등으로부터의 오일의 제거를 위해서 이용할 수 있다는 것을 통상의 기술자는 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명은, 필요에 따라, 센서 및 제어기(68)에 의해서, 음료수 생산을 위한 낮은 온도 및/또는 압력의 수증기로서 배출구(48)를 통해서 증기 회수 컨테이너 내로 직접적으로 지향되는 수증기를 생성할 수 있다는 것, 그리고 시스템은 전기를 생산하기 위한 스팀 터빈(100)을 통과하기 위한 고온 수증기 또는 스팀을 생성하도록 가속될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 야간 시간 동안에, 매우 적은 전기를 필요로 할 때, 시스템(10)을 이용하여 음료수를 생성할 수 있을 것이다. 그러나, 주간 시간 동안에는, 스팀 및 전기를 생산하도록 시스템(10)을 조정할 수 있다.

전술한 바와 같이, 가변 주파수 구동부(30), 전기 모터(32), 트랜스미션(34), 및 물 처리 용기(12), 그리고 그 내부의 구성요소를 포함하는 본 발명의 많은 구성요소가 휴대용 프레임 워크(42)에 부착될 수 있다. 본 발명의 전체 시스템(10)은 40 피트 길이의 ISO 컨테이너 내로 피팅(fit)되도록 설계될 수 있다. 이러한 컨테이너는 제어된 동작 분위기 및 선적 및 보관을 위해서 냉각(HVAC) 유닛으로 절연될 수 있다. 필요에 따라, 피드 탱크, 증기 회수 탱크, 음료수 저장 탱크, 및 오염물질/브라인 재처리 또는 폐기 탱크를 포함하는 여러 가지 탱크가 운송가능한 컨테이너 내로 피팅될 수 있거나, 독립적으로 운송되어 유입구 포트 및 배출구 포트에 연결될 수 있다. 따라서, 선박, 또는 세미-트랙터 트레일러 등을 통해서, 본 발명의 전체 시스템(10)이 ISO 컨테이너 등에서 용이하게 운송될 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템(10)은, 심지어 먼 위치에서, 자연적인 재난, 군사적인 운용 등을 처리하기 위해 필요한 곳에 배치될 수 있다. 그러한 배열은 본 발명의 시스템(10)의 높은 레벨의 이동도 그리고 신속한 전개 및 시동을 초래한다.

도 29는 용기(12) 전체를 통한 여러 지점 즉, 하위-챔버에서 발생하는 프로세스를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 용기(12)의 내측 챔버(14)는 일련의 하위-챔버로 효과적으로 분할된다. 용기(12)는, 축방향 유동 펌프, 축방향 유동 압축기, 원심적 유동 압축기, 언라이티드 가스 터빈 및/또는 수압식/물 터빈의 기능을 실시하는 5개의 하위-챔버를 포함한다. 동작 중에, 시스템(10)은 기계적인 프로세스를 통해서 물을 증기화할 수 있는 능력을 가지며, 그에 의해서 다양한 부적절한(impaired) 유체의 효과적이고 효율적인 탈염, 오염물질 제거 및 증기화를 가능하게 한다. 용기(12)로 진입하기에 앞서서, 유체는 전처리 단계(120)를 거칠 수 있을 것이고, 그러한 전처리 단계에서는 보다 용이하게 제거되는 또는 시스템(10)의 무결성(integrity)을 손상시키거나 저하시킬 수 있는 오염물질을 분리하기 위해 필터 또는 여러 가지 다른 프로세스를 유체가 통과하게 된다. 유입구(18)를 통과할 때, 유체는, 시스템(10)이 동작 회전 속력에 도달할 때, 축방향 유동 펌프와 유사하게 유체에 영향을 미치는 흡입 챔버(122)로 진입한다. 시스템(10)이 유입구를 통해서 오염된 물을 끌어당기도록 외부 개시 펌프(미도시)가 차단될 수 있는데, 즉 개속되는 개시 펌프(initiating pump)의 동작이 없는 상태에서 흡입 챔버는 축방향 유동 펌프로서 기능한다. 흡입 챔버 압력의 상당한 감소는 212 ℉ 미만의 온도에서 진공 증류 또는 증기화가 발생되도록 유도한다. 흡입 챔버(122)에 이어서, 유체는 제1 트레이(22)와 만나며, 그곳에서 유체가 제1 처리 챔버(124)로 진입한다. 이러한 제1 처리 챔버는 원심적인 유동 압축기로서 그리고 회전 트레이(22) 및 인접한 배플(24)의 조합된 작용을 통한 축방향 유동 압축기로서 모두 기능한다. 제1 처리 챔버(124) 내에서 빠른 속력으로 회전하는 트레이(22)와 충돌할 때, 흡입 물의 높은 백분율이 공동현상을 통해서 증기화된다. 원심적인 유동 압축 프로세스가 제1 처리 챔버(124) 및 각각의 후속 처리 챔버 내에서 발생된다. 원심적인 유동 압축 프로세스는 비-증발 용해 고체 및 액체 물의 적어도 일부를 처리 챔버(124)의 외측 벽으로 투척한다(cast). 이러한 작용은 용해된 고체 및 잔류 물의 대부분을 증기로부터 분리한다. 축방향 유동 압축 프로세스는 또한 제1 처리 챔버(124) 및 각각의 후속 챔버 내에서 발생된다. 이러한 축방향 유동 압축 프로세스는 증기 및 액체를 압축하고, 그러한 압축은 또한 처리 챔버 내의 압력 및 온도를 상승시킨다. 제2 처리 챔버(126) 및 제3 처리 챔버(128) 모두는, 제1 처리 챔버(124)의 원심적인 유동 압축기 특성 및 축방향 압축기 특성의 작용을 조합함으로써, 유사하게 기능한다.

유체가 제4 처리 챔버(130)에 도달할 때까지, 유체는 원심적인 유동 압축 프로세스 및 축방향 유동 압축 프로세스를 거치며, 그에 따라 유체의 특성 및 용기(12)를 통한 유체의 유동이 변화된다. 제4 처리 챔버 내에서, 유체는 샤프트(36)의 회전을 유도하는 것에 의해서 언라이티드 가스 터빈 또는 수압식/물 터빈을 통과하는 것과 같이 거동한다. 제5 처리 챔버(132)는 이러한 언라이티드 가스 터빈 또는 수압식/물 터빈 프로세스를 조합한다. 제 4 및 제5 처리 챔버(130, 132)의 터빈 프로세스는, 시스템(10)의 기능성 상실 없이 모터(32) 상의 파워가 다시 스로틀링 백(throttled back)될 수 있도록, 샤프트(36)의 회전을 구동하기 위한 소정 척도의(a measure of) 힘을 공급한다. 제5 처리 챔버(132)를 빠져나간 후에, 유체는 높은 정도로 분리되며, 그에 따라 브라인 형태의 오염물질의 거의 모두가 환형 통로(47)를 통과하여 배출구(46)로 전달되고, 정제된 증기는 내측 챔버(14)의 중앙 부분을 통해서 증기 배출구(48)로 전달된다. 제4 및 제5 처리 챔버(130, 132)의 터빈 동작은, 동작이 일단 평형에 도달하면, 시동 위상(phase)에 대비하여 감소된 에너지 입력(25% 정도 만큼)으로, 시스템(10)이 계속 동작하게 허용한다.

제5 처리 챔버(132) 이후에, 시스템은 방출 챔버를 포함한다. 이전의 어떠한 처리 챔버 보다 큰 방출 챔버(134)는 2개의 방출 배출구(46, 48)를 포함한다. 큰 부피 증가는 압력의 극적인 감소 그리고 용해된 고체 및 잔류 물의 증기로부터의 물리적 분리를 초래한다.

조합된 처리 챔버(124-132)가 전체 길이의 약 1/2을 차지하도록, 용기(12)의 치수가 바람직하게 구성된다. 방출 챔버(134)는 전체 길이의 약 1/3을 차지한다. 전체 길이의 약 1/6인 용기의 길이의 나머지는 흡입 챔버(122)가 차지한다. 처리 챔버(124-132)는 대략적으로 3/5 압축기 기능성 및 2/5 터빈 기능성으로 분할된다. 유체가 마지막 처리 챔버(132)를 일단 빠져나가면, 유체가 방출 챔버(134)로 진입할 때 약 80 퍼센트의 증기화가 달성되었고, 그러한 유체는 각각의 배출구(46, 48)로 지향된다.

비록 설명을 위해서 몇몇 실시예를 구체적으로 기술하였지만, 많은 변경들이 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고도 이루어질 수 있을 것이다. 따라서, 발명은, 첨부된 청구항에 의한 경우를 제외하고, 제한되지 않는다.

Claims (37)

1. 유체를 프로세스하기 위한 시스템이며:
   내측 챔버를 형성하는 세장형 용기로서, 용기는 대체로 수평으로 배향되는, 용기;
   용기에 형성된 유체 유입부;
   서로에 대해서 이격된 관계로 내측 챔버 내에 배치되는 복수의 트레이로서, 트레이는 유체가 통과하는 스쿠프 포함하고, 스쿠프는 제1 직경의 유입구 및 그보다 작은 제2 직경의 배출구를 포함하는, 복수의 트레이;
   트레이들 사이에 배치된 복수의 배플로서, 각각의 배플은 유체가 통과하는 복수의 개구를 가지고, 개구는 제1 직경의 유입구 및 그보다 작은 제2 직경의 배출구를 가지는, 복수의 배플;
   내측 챔버 내에서 트레이를 회전시키기 위해서, 배플을 통과하고 트레이에 부착되는 회전가능한 샤프트;
   용기 내에 형성된 오염물질 배출구;
   오염물질 배출구에 근접한, 트레이 및 배플 하류의 내측 챔버 내에 배치되는 내부 슬리브로서, 내부 슬리브는 내측 챔버로부터 오염물질 배출구까지 연장하는 환형 통로를 형성하는, 내부 슬리브; 및
   용기 내에 형성되고 증기를 응축하기 위한 증기 회수 탱크와 소통하는 증기 배출구 포함하는, 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   시스템이 휴대용 프레임워크에 부착되는, 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   샤프트를 회전시키기 위한 수단을 더 포함하는, 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   트레이 중 적어도 하나는 트레이의 전방 면으로부터 연장하고 유체의 유동을 트레이의 둘레를 향해서 지향시키도록 구성된 유동 안내부를 포함하는, 시스템.
5. 제3항에 있어서,
   샤프트의 회전 속력 또는 용기로의 유체 입력을 조정하기 위한 제어기를 더 포함하는, 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   제어기와 소통하고, 1) 샤프트 또는 트레이의 회전 속력, 2) 내측 챔버의 압력, 3) 유체의 온도, 4) 유체 입력 유량, 또는 5) 프로세스하고자 하는 유체 내의 오염물질의 레벨 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되는 적어도 하나의 센서를 더 포함하는, 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   용기의 오염물질 배출구에 유체 연결된 적어도 하나의 처리된 오염된 유체 탱크를 더 포함하고, 용기의 오염물질 배출구는 다시, 처리된 오염된 유체를 시스템을 통해서 통과시키는 것에 의해서 오염된 유체를 재프로세스하기 위한 용기 상의 유체 유입구에 연결되는, 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   용기의 증기 배출구에 연결되고 발전기에 동작적으로 연결된 터빈을 포함하는, 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   터빈의 배출구와 용기의 유체 유입구 사이의 처리된 유체 복귀부를 포함하는, 시스템.
10. 유체를 프로세스하기 위한 시스템이며:
    유체 유입구 및 용기를 통한 샤프트를 가지는 세장형 용기;
    용기를 통해서 유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단;
    유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단을 구동하기 위해서 샤프트를 회전시키기 위한 수단; 및
    용기 상의 유체 배출구를 포함하는, 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단은 교번적으로 이격된 트레이 및 배플의 근위 세트를 포함하고, 트레이는 샤프트에 부착되고 그리고 유체가 통과하는 복수의 스쿠프를 가지며, 배플은 용기에 부착되고 그리고 유체가 통과하는 복수의 개구를 가지는, 시스템.
12. 제10항에 있어서,
    샤프트를 회전시키기 위한 수단은 교번적으로 이격된 트레이 및 배플의 원위 세트를 포함하고, 트레이는 샤프트에 부착되고 그리고 유체가 통과하는 복수의 스쿠프를 가지며, 배플은 용기에 부착되고 그리고 유체가 통과하는 복수의 개구를 가지는, 시스템.
13. 제10항에 있어서,
    용기를 통해서 유체를 축방향으로 펌핑하기 위한 수단을 더 포함하는, 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    유체를 축방향으로 펌핑하기 위한 수단은 유체 유입구와 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단 사이에 배치된 흡입 챔버를 포함하는, 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    흡입 챔버는, 시스템이 동작 회전 속력에 도달하면, 축방향 펌프로서 기능하는, 시스템.
16. 제10항에 있어서,
    유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단은 공동현상을 통해서 유체의 적어도 일부를 증기화하고, 그에 따라 유체는 비-증발 용해 고체, 액체 및 증기를 포함하는, 시스템.
17. 제16항에 있어서,
    유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단은 유체의 원심적인 압축을 유발하여, 비-증발 용해 고체 및 액체의 적어도 일부를 용기의 외측 벽을 향해서 이동하게 하는, 시스템.
18. 제16항에 있어서,
    유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하기 위한 수단은 액체 및 증기의 축방향 유동 압축을 유도하여, 유체의 압력을 증가시키는, 시스템.
19. 제16항에 있어서,
    유체 배출구는 분리된 액체 배출구 및 증기 배출구를 포함하는, 시스템.
20. 제19항에 있어서,
    유체를 분리된 액체 배출구 및 증기 배출구로 방출하기 위한 수단을 더 포함하여, 압력의 감소 그리고 비-증발 용해 고체 및 액체의 증기로부터의 물리적 분리를 초래하는, 시스템.
21. 유체를 프로세스하기 위한 방법이며:
    관통 샤프트를 가지는 세장형 용기 상의 유체 유입구를 통해서 유체를 펌핑하는 단계;
    용기를 통해서 유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계;
    원심적이고 그리고 축방향적인 압축을 구동하기 위해서 샤프트를 회전시키는 단계;
    용기 상의 유체 배출구를 통해서 유체를 방출하는 단계를 포함하는, 방법.
22. 제21항에 있어서,
    원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계는, 교번적으로 이격된, 샤프트에 부착된 트레이 및 용기에 고정된 배플의 근위 세트를 통해서 유체를 통과시키는 단계를 포함하는, 방법.
23. 제22항에 있어서,
    유체를 통과시키는 단계는 트레이 상의 복수의 스쿠프 및 배플 상의 복수의 개구를 통해서 유체를 통과시키는 단계를 포함하는, 방법.
24. 제21항에 있어서,
    샤프트를 회전시키는 단계는, 교번적으로 이격된, 샤프트에 부착된 트레이 및 용기에 고정된 배플의 원위 세트를 통해서 유체를 통과시키는 단계를 포함하는, 방법.
25. 제24항에 있어서,
    유체를 통과시키는 단계는 트레이 상의 복수의 스쿠프 및 배플 상의 복수의 개구를 통해서 유체를 통과시키는 단계를 포함하는, 방법.
26. 제21항에 있어서,
    유체를 펌핑하는 단계는 용기를 통해서 유체를 축방향으로 펌핑하는 단계를 포함하는, 방법.
27. 제26항에 있어서,
    유체를 축방향으로 펌핑하는 단계는, 유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계를 실시하기 전에 흡입 챔버를 통해서 유체를 통과시키는 단계를 포함하는, 방법.
28. 제27항에 있어서,
    흡입 챔버는, 시스템이 동작 회전 속력에 도달하면, 유체를 축방향으로 펌핑하는 단계를 실시하기 위한 축방향 펌프로서 기능하는, 방법.
29. 제21항에 있어서,
    유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계는 공동현상을 통해서 유체의 적어도 일부를 증기화하고, 그에 따라 유체는 비-증발 용해 고체, 액체 및 증기를 포함하게 되는 단계를 포함하는, 방법.
30. 제29항에 있어서,
    유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계는 비-증발 용해 고체 및 액체의 적어도 일부를 용기의 외측 벽을 향해서 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
31. 제29항에 있어서,
    유체를 원심적으로 그리고 축방향으로 압축하는 단계는 액체 및 증기의 축방향 압축을 통해서 유체의 압력을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
32. 제29항에 있어서,
    유체를 방출하는 단계는 비-증발 용해 고체 및 액체를 증기로부터 물리적으로 분리하는 단계, 비-증발 용해 고체 및 액체를 액체 배출구를 통해서 방출하는 단계, 및 증기를 증기 배출구를 통해서 방출하는 단계를 포함하는, 방법.
33. 제32항에 있어서,
    방출 챔버 내의 유체의 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
34. 제1항에 있어서,
    샤프트가 용기의 외부로 연장하고 발전기에 커플링되는, 시스템.
35. 제34항에 있어서,
    샤프트가 발전기에 직접적으로 커플링되는, 시스템.
36. 제12항에 있어서,
    교번적으로 이격된 트레이 및 배플의 원위 세트가 언라이티드 가스 터빈 또는 수압식/물 터빈으로서 기능하는, 시스템.
37. 제24항에 있어서,
    교번적으로 이격된, 샤프트에 부착된 트레이 및 용기에 고정된 배플의 원위 세트가 언라이티드 가스 터빈 또는 수압식/물 터빈으로서 기능하는, 방법.

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