KR20160107230A - 증류에 의한 유체 정화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

희석된 고체를 함유하며 출구에 불순물 필터(2)를 제공하는 저장조(1); 저장조(1) 출구에 연결된 펌프(3)로서, 고체를 함유하는 유체의 압력 및 온도를 증가시키도록 설정된 펌프(3); 및 고체를 함유하는 유체를 위한 가열 영역(4)으로서, 열전달 유체와 접촉하는 복수의 도관(duct)을 포함하는 가열 영역(4);을 포함하며, 가열 영역(4)의 출구에 연결되며 이상성(biphasic) 액체-증기 유체의 속도를 증가시키도록 설정된 수렴-확산 노즐(convergent-divergent nozzle)(5)을 추가로 포함하여 이미 가열된 유체에 함유된 희석된 고체가 고체 저장조(6)에 침전되고, 유체는 응축기(7)를 통과한 다음, 이미 액체 상태에 있는 정화된 유체 저장조(8)로 흐르는, 증류에 의한 유체 정화 장치 및 방법.

Description

증류에 의한 유체 정화 장치 및 방법{INSTALLATION AND METHOD FOR PURIFYING FLUIDS BY DISTILLATION}
발명의 목적
본 발명의 목적은 유체의 가속에 의해 유체에서 희석된 고체를 분리하는, 증류에 의한 유체 정화 시스템이다.
기술의 상태
최근, 물을 정화하는 가장 일반적인 방법은, 예를 들어 P201130239에 기재된 바와 같은, 필터 및 기계적 방법이다. 여기서, 예로서, 단지 태양 에너지(UV 및 IR 방사선)를 이용하는 단일 장치에 의해 물의 여과, 정화 및 증류를 가능하게 하고, 또한 휴대가능성(portable) 및 인체공학적(ergonomic) 특성을 강조하여, 어디에서든지 및/또는 어느 상황에서도 사용될 수 있는 능력을 제공하는 물의 정화 장치 및 방법이 제공된다. 상기 장치는, 오수 중의 임의의 미생물, 악취 및 색상을 제거하여 여과된 물을 얻는, 오수 여과(dirty water filtration)를 위한, 활성탄, 초박형 수지(ultrathin resin) 등과 같은 필터 재료를 함유하는 미세다공성 백(microporous bag); 및 물이 태양에 노출되는 동안 일정한 온도에 도달하면, 함유된 물은 상기 열변색 페인트(thermochromic paint)의 색상 변화를 통해 정화되는 순간을 사용자에게 표시하도록 구성되는 열변색 페인트를 제공하는 영역을 그 표면 상에 갖는 용기를 포함하는 것을 주로 나타낸다.
한편, ES 2388882에서와 같이, 멤브레인 및 증기 응축의 사용을 포함하는 방법도 사용되며, 여기서 다공성 소수성 멤브레인을 따라 잔류 분획 채널을 통해 가열된 스팀기 잔류 액체 분획(steamer retained liquid fraction)의 스트림을 통과하고, 이에 의해 액체 증기는 상기 멤브레인의 다른 측면을 향하여 멤브레인의 기공을 통해 흐르는 단계, 및 상기 멤브레인의 다른 측면 상에서 상기 증기를 응축하여 증류물의 채널에 증류물 스트림을 생성하는 단계를 포함하며, 증류물은 응축기 표면을 향하여 응축 열(잠열)을 통과시킴으로써 생성되고, 상기 표면은 정화되는 액체의 액체 공급 스트림과 상기 증류물 스트림 사이의 비-다공성 응축기 분리(non-porous condenser separation)를 형성하는 한편, 공급 스트림은 잔류 분획 스트림에 역류하여 공급 채널을 통해 전달되고, 공급 채널은 잔류 분획 스트림의 하부스트림에 유압으로 연결되고, 상기 공급 채널에 스페이서 재료가 배열되며, 이에 따라 적어도 일부의 잠열은 응축기 표면을 통해 공급 스트림으로 전달되고, 이에 의해 각각의 잔류 분획 채널 및 공급 채널의 일부에 걸쳐, 잔류 분획 채널 및 공급 채널의 각각의 지점에서, 잔류 분획 스트림과 공급 스트림 사이에, 액체의 양의 차압(positive differential pressure)이 적용되는, 멤브레인에 의한 증류에 의해 액체의 정화를 위한 방법이 기술된다.
발명의 설명
상술한 바와 같이, 본 발명의 목적은, 고온 및 고압에서 용액에 고체 성분을 갖는 유체가 음속에 가까운 속도에 도달할 때까지 노즐을 통과한다는 사실을 이용하는, 증류에 의한 유체 정화 장치 및 방법이다.
노즐을 통과하는 유체의 압력은 낮아져서, 그 온도에서의 증기압에 도달할 수 있게 하는 강하(depression) 상태에 도달하며, 이 시점은 기체 상태에서 유체의 고체 성분이 분리될 때이다. 따라서, 응축 상(condensation phase)을 향해 이 방법을 계속하면, 이미 정화되고 액화하는 깨끗한 증기로부터 분리된 고체 성분을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명은 음속에 가까운 유체 속도로 가속함으로써 희석된 고체를 분리하는 증류 시스템을 사용한다. 이것은, 액체 상태의 유체, 예를 들어 해수가 어떤 종류의 화학적 처리 없이 그리고 고 에너지 소비 없이 완전히 물리적인 방법으로 정제되며, 또한 청정 에너지를 통해 얻어질 수 있다는 것을 의미한다.
본 상세한 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐, 문구 "포함한다(comprise)" 및 그 변형어(variation)는 다른 기술적 특성, 첨가물, 구성 요소 또는 단계를 배제하는 것은 아니다. 당업자에게는, 본 발명의 다른 목적, 장점 및 특성이 일부는 상세한 설명으로부터 그리고 일부는 발명의 실시로부터 명확하게 될 것이다. 하기의 실시예 및 도면은 예시적인 목적으로 제공되며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 본원에서 제시된 특정한 바람직한 실시 양태의 모든 가능한 조합을 포함한다.
도면의 간단한 설명
이하에서, 본 발명을 보다 용이하게 이해하는데 도움이 되며, 이들의 비 제한적인 예로서 제시된 본 발명의 실시예에 명확히 관련되는 일련의 도면을 설명할 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 정화 장치의 블록도를 나타낸다.
발명의 상세한 실시 형태의 설명
본 발명의 바람직한 실시 형태는 인간의 사용에 적합하지 않은 식용 불가능한 물(non usable waters)로부터 식수를 얻는 것을 제시한다. 따라서, 이상성(biphasic) 액체-증기 혼합물의 반응 속도에 의한 희석된 고체의 분리에 기초하여 세정 사이클을 제시한다. 이것은 이하를 고려할 것이다.
i. 액체의 온도는 압력 및 온도의 극한 조건 하에서 그 비점까지 증가시켜야 한다.
a. 정화 장치가 설치되는 장소의 주변에 실제 존재하는 임의의 생태 시스템으로부터 필요한 에너지, 즉 풍력 에너지, 태양 에너지 또는 임의의 다른 종류의 재생 에너지 및/또는 이와 관련된 낮은 비용을 얻을 것; 및
b. 순환 시스템으로 열을 전달하도록 배열된 1차 열 유체와 열교환을 수행할 것.
ii. 이상성 액체-증기 혼합물의 속도를 대략 450 m/s(Mach 0.85)의 속도로 증가시켜, 수 밀리초(millisecond) 동안 60℃까지 온도 변형을 생성하고, 거기서 염으로부터 순수(pure water)를 즉시 분해(disintegrating)한다.
진행의 결과, 공정에 의해 출구에서 2가지 생성물이 얻어진다.
a) 고순도의 깨끗한 물.
b) 고체 폐기물(예를 들어, 해수의 경우, 식염(common salt)).
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 정화 장치를 나타낸다. 따라서, 인간의 사용에 부적합한 물을 함유하는 저장조(1)로부터, 유체는 불순물을 위한 제1 필터(2)를 통과하고, 펌프(3)에 의해, 유체 압력 및 온도는 최대 253℃ 이하의 온도로 증가한다. 그 다음, 유체는 가열 영역(4)을 통과하고, 여기서 유체는 275℃ 이하의 온도에서의 열전달 유체를 통해 가열된다.
그 다음, 가열된 유체는 음속에 가까운 속도(바람직하게는, 약 450 m/s)로 유체를 가속시키는 수렴-확산 노즐(5)을 통과하고, 이상성 액체-증기 시스템의 단열 압축-팽창을 수행한다.
마지막으로, 각각의 고체 저장조(6)에는, 바닥에 고체가 침전하며, 정화된 물은 응축기(7)에서 응축되어 정화된 유체 저장조(8)에 저장된다.
도 1에 도시된 실제 실시 형태에서, 상이한 열 구배(유체 입구와 출구 사이의 온도 차이)로 공급되는 다양한 분리 단계가 제시된다(5, 6, 7).
수치적으로, 도 1에 도시된 장치에서, 0.78 kg/dm3의 유체 밀도 및 2510 J/Kg의 비열(specific heat)로 입구와 출구 사이에 32.3℃의 온도 구배 및 30 l/min의 질량 흐름 속도(mass flow rate)에 대해, 해수의 경우 3 l/min의 순수 및 105 g의 염/min이 얻어지며, 얻어진 물 중 13.35 KW/l의 열 밸런스를 생성한다.

Claims (6)

  1. ⅰ) 저장조(1)로부터 희석된 고체를 갖는 유체를 제공하는 단계;
    ⅱ) 불순물 필터(2)를 통해 저장조(1)로부터 제공된 유체를 여과하는 단계;를 포함하고,
    ⅲ) 여과된 유체의 압력 및 온도를
    a. 펌프(2); 및
    b. 열전달 유체와 열교환을 갖는 가열 영역(4);에 의해 그 비등점까지 증가시키는 단계;
    iv) 상기 유체를 음속에 가까운 속도까지 가속시키는 수렴-확산 노즐(convergent-divergent nozzle)(5)을 통하여 상기 유체를 통과시키고, 이에 의해 이상성(biphasic) 액체-증기 시스템의 단열 압축-팽창이 생성되고, 현탁 고체는 고체 저장조(6)의 하부에 침전되는 단계; 및
    v) 가스 상태 유체를 응축기(7)에서 응축시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    증류에 의한 유체 정화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    온도는 열전달 유체에 의해 275℃ 이하의 온도로 증가하는,
    증류에 의한 유체 정화 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    압력 및 온도는 펌프(3)에 의해 최대 253℃ 이하의 온도로 증가하는,
    증류에 의한 유체 정화 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    음속에 가까운 속도는 대략 450 m/s인,
    증류에 의한 유체 정화 방법.
  5. a) 내부에 유체 및 희석된 고체를 가지며 출구에 불순물 필터(2)를 제공하는 저장조(1);
    b) 저장조(1) 출구에 연결된 펌프(3)로서, 고체를 함유하는 유체의 압력 및 온도를 증가시키도록 설정된 펌프(3);
    c) 고체를 함유하는 유체를 위한 가열 영역(4)으로서, 열전달 유체와 접촉하는 복수의 도관(duct)을 포함하는 가열 영역(4);을 포함하며,
    상기 가열 영역(4)의 출구에 연결되며 이상성(biphasic) 액체-증기 유체의 속도를 증가시키도록 설정된 수렴-확산 노즐(convergent-divergent nozzle)(5)을 포함하여 이미 가열된 유체에 함유된 희석된 고체가 고체 저장조(6)에 침전되고, 유체는 응축기(7)를 통과한 다음, 이미 액체 상태에 있는 정화된 유체 저장조(8)로 흐르는 것을 특징으로 하는,
    증류에 의한 유체 정화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열전달 유체는 275℃ 이하의 온도에 있는,
    증류에 의한 유체 정화 장치.
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